JP2624359B2 - Solar cell - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、太陽電池に関し、更に詳述すれば入射光を
散乱せしめることにより変換効率を高めた太陽電池に関
する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a solar cell in which incident light is scattered to increase conversion efficiency.
光反射性基板を用いた太陽電池において、その光反射
面を凹凸のある粗面として形成し、とりわけ吸収係数の
小さい長波長光の光電変換層中での光路長を増大するこ
とにより光電変換効率を高める方法は、例えば、USP4,1
26,150号公報（出願人RCA）第７カラム３行目〜８行目
に示唆され、特開昭56−152276号公報（帝人）において
も述べられている。In a solar cell using a light-reflective substrate, its light-reflecting surface is formed as a rough surface with irregularities, and the photoelectric conversion efficiency is increased by increasing the optical path length in the photoelectric conversion layer, especially for long-wavelength light with a small absorption coefficient. For example, USP4,1
No. 26,150 (Applicant's RCA), column 7, lines 3-8, and is also mentioned in JP-A-56-152276 (Teijin).
更に特開昭59−104185号公報（エクソン・リサーチ・
アンド・エンジニアリング・カンパニー）において、粗
面化基板の光学的効果が詳述されている。Further, JP-A-59-104185 (Exxon Research, Inc.)
And Engineering Company) details the optical effects of a roughened substrate.
これらの先行技術によって、太陽電池に入射する光を
より多く吸収、活用することが可能となり、その結果、
太陽電池の出力特性を改善することが可能となった。These prior arts make it possible to absorb and utilize more light incident on the solar cell,
It has become possible to improve the output characteristics of the solar cell.
しかしながら、前述の先行技術では未だ不十分な点が
残されていた。However, the above-mentioned prior art still has insufficient points.
即ち、光反射性基板の表面に凹凸構造を形成し、該基
板に達した光を乱反射させることによる光閉じこめ効果
によって長波長光を有効に利用する場合は、該光反射性
基板表面の凹凸構造の高低差が大きい程効果があるが、
このことは逆に、光電変換層における短絡の増大を招
き、その結果として該太陽電池が動作不良を起こす原因
になるという欠点があった。That is, when a concave-convex structure is formed on the surface of the light-reflective substrate and the long-wavelength light is effectively used by the light confinement effect by irregularly reflecting the light reaching the substrate, the concave-convex structure on the light-reflective substrate surface is used. The greater the difference in height, the more effective,
On the contrary, there is a disadvantage that the short circuit in the photoelectric conversion layer is increased, and as a result, the solar cell causes malfunction.
一方、この短絡による動作不良を防ぐために基板と光
電変換層との間に透明導電膜を設けた場合でも、短絡を
防ぎ得る程の厚さで該透明導電膜を介在させると今度は
直列抵抗の増大をもたらし、太陽電池の特性を悪化させ
るという問題があった。On the other hand, even when a transparent conductive film is provided between the substrate and the photoelectric conversion layer in order to prevent the operation failure due to the short circuit, if the transparent conductive film is interposed with such a thickness that the short circuit can be prevented, the series resistance can be reduced. However, there is a problem that the characteristics of the solar cell are deteriorated.
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、入
射した光を散乱させ、とりわけ吸収係数の小さな長波長
の光をより有効に活用することにより出力特性を向上さ
せた太陽電池を、歩留まりを低下させることなく提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, a solar cell that scatters incident light, and in particular, improves the output characteristics by effectively utilizing long wavelength light having a small absorption coefficient, It is intended to provide without lowering the yield.
前述の目的を達成するために、本発明は、光反射性基
板、該光反射性基板上に設けた光電変換層、該光電変換
層上に設けた透明電極、及び該透明電極上に設けた、入
射光を屈折させる透光性フィルムを有する太陽電池であ
って、前記透明電極と前記透光性フィルムとの間に、入
射光を屈折させる平均粒径0.2μｍ〜３μｍの小塊が配
置され、前記光電変換層に入射した光線が該層内で多重
反射を生じる太陽電池とした点に特徴があり、前記小塊
は、樹脂又はガラス製等よりなるものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a light-reflective substrate, a photoelectric conversion layer provided on the light-reflective substrate, a transparent electrode provided on the photoelectric conversion layer, and provided on the transparent electrode. A solar cell having a translucent film that refracts incident light, wherein a small block having an average particle size of 0.2 μm to 3 μm that refracts incident light is disposed between the transparent electrode and the translucent film. The present invention is characterized in that the solar cell is a solar cell in which light rays incident on the photoelectric conversion layer cause multiple reflections in the layer, and the small blocks are made of resin or glass.
以下、本発明につき図面を参照して説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
第２図は、本発明を適用可能な従来のPIN型アモルフ
ァスシリコン太陽電池を、第１図は同太陽電池に本発明
を適用した場合の概念を示した模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a conventional PIN type amorphous silicon solar cell to which the present invention can be applied, and FIG. 1 is a schematic view showing a concept when the present invention is applied to the solar cell.
第２図中201は太陽電池の基体で、その材料としては
モリブデン、タングステン、チタン、コバルト、クロ
ム、鉄、銅、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、アルミ
ニウム金属又はそれらの合金での可撓性を有する板状
体、フィルム体が挙げられる。なかでもステンレス鋼、
ニッケルクロム合金及びニッケル、タンタル、ニオブ、
ジルコニウム、チタン金属及び／又は合金は、耐蝕性の
点から特に好ましい。また、これらの金属及び／又は合
金を、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネー
ト、セルローズアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化
ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミ
ド等の合成樹脂にフィルム又はシート上に積層したもの
も使用可能である。In FIG. 2, reference numeral 201 denotes a substrate of a solar cell, which is made of molybdenum, tungsten, titanium, cobalt, chromium, iron, copper, tantalum, niobium, zirconium, aluminum metal, or a flexible plate thereof or an alloy thereof. And a film body. Among them, stainless steel,
Nickel-chromium alloy and nickel, tantalum, niobium,
Zirconium, titanium metal and / or alloy are particularly preferred from the viewpoint of corrosion resistance. In addition, those in which these metals and / or alloys are laminated on a film or sheet on a synthetic resin such as polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, and polyamide can also be used. is there.
また、前記基体201の厚さとしては、太陽電池製造、
実使用に際して必要とされる強度を有する範囲内であれ
ば、コスト、収納スペース等を考慮して可能な限り薄い
方が望ましい。具体的には、好ましくは0.01mm乃至5m
m、より好ましくは0.02mm乃至2mm、最適には0.05mm乃至
1mmであることが望ましいが、金属等の薄板を用いる場
合、厚さを比較的薄くしても所望の強度が得られやす
い。Further, as the thickness of the base 201, solar cell manufacturing,
It is desirable that the thickness is as thin as possible in consideration of cost, storage space, and the like, as long as the strength is within a range required for actual use. Specifically, preferably 0.01 mm to 5 m
m, more preferably 0.02 mm to 2 mm, optimally 0.05 mm to
The thickness is preferably 1 mm. However, when a thin plate made of metal or the like is used, a desired strength is easily obtained even if the thickness is relatively thin.
該基体201上には反射性の導電層202が設けられてい
る。本発明に適用可能な反射性導電層202の材料として
は、金、銀、銅、アルミニウム等の光学的反射能の大き
い金属が挙げられる。また、該反射性導電層の厚みを大
きくとることによって、前記基体201を省く構造とする
ことも可能である。A reflective conductive layer 202 is provided on the base 201. Examples of the material of the reflective conductive layer 202 applicable to the present invention include metals having high optical reflectivity such as gold, silver, copper, and aluminum. Further, by increasing the thickness of the reflective conductive layer, it is possible to adopt a structure in which the base 201 is omitted.
また、基体材質と後述する太陽電池の光電変換層を構
成する機能性堆積膜との間での構成元素の相互拡散を防
止したり短絡防止用の緩衝層とする等の目的で、前記反
射性導電層202の表面に透光性かつ導電性の金属酸化
物、弗化物、窒化物等を緩衝層203として設けることも
可能である。該緩衝層203の材質として好適に用いられ
るものとして、ZnO,MgF2等が挙げられる。Further, for the purpose of preventing mutual diffusion of constituent elements between a base material and a functional deposition film constituting a photoelectric conversion layer of a solar cell described later, and forming a buffer layer for short circuit prevention, the above-mentioned reflective property is used. A light-transmitting and conductive metal oxide, fluoride, nitride, or the like can be provided as the buffer layer 203 on the surface of the conductive layer 202. ZnO, MgF 2 and the like are preferably used as the material of the buffer layer 203.
また、前記反射性導電層202の表面における光の反射
を乱反射とし、とりわけ長波長光の光電変換層中での光
路長の増大をもたらし、結果として太陽電池の変換効率
を向上させるために、該表面に凹凸構造を設けることも
可能である。後述の実験例で明らかになるように、一般
には該凹凸構造が顕著なものになるほど光の有効利用が
図れるが、反面、光電変換層の短絡が起こり易くなり、
その結果として太陽電池の歩留まりを低下させるという
状況があった。しかし、本発明の太陽電池の場合、該凹
凸構造による太陽電池の短絡を起こすおそれのない程度
のものでも十分に光の有効利用が可能である。この場合
の前記反射性導電層202の表面の凹凸形状は球状、円錐
状、角錘状等であって、中心線平均粗さ（Ra）は10μｍ
以下、好ましくは５μｍ以下、かつその最大高さ
（Rmax）は0.5μｍ以下、好ましくは0.3μｍ以下とす
る。Further, the reflection of light on the surface of the reflective conductive layer 202 as irregular reflection, especially to increase the optical path length in the photoelectric conversion layer of long wavelength light, as a result, to improve the conversion efficiency of the solar cell, It is also possible to provide an uneven structure on the surface. As will be apparent from an experimental example described later, generally, the more the uneven structure becomes remarkable, the more effective light can be used, but on the other hand, a short circuit of the photoelectric conversion layer easily occurs.
As a result, there has been a situation in which the yield of solar cells is reduced. However, in the case of the solar cell of the present invention, even if the solar cell does not cause a short circuit of the solar cell due to the uneven structure, the light can be sufficiently effectively used. In this case, the unevenness of the surface of the reflective conductive layer 202 is spherical, conical, pyramidal, or the like, and the center line average roughness (Ra) is 10 μm.
Below, preferably 5 μm or less, and the maximum height (R max ) is 0.5 μm or less, preferably 0.3 μm or less.
また、該反射性導電層202の表面の凹凸形状は、該反
射性導電層202、あるいは前記緩衝層203を形成する際の
基板温度等の条件を変えることにより制御が可能であ
る。なお、一般に前記凹凸構造形成時の基板温度が高け
れば高いほど該凹凸構造を構成する金属の粒界が粗くな
るという事実が知られている。Further, the unevenness of the surface of the reflective conductive layer 202 can be controlled by changing conditions such as the substrate temperature when the reflective conductive layer 202 or the buffer layer 203 is formed. It is generally known that the higher the substrate temperature at the time of forming the uneven structure, the coarser the grain boundaries of the metal constituting the uneven structure become.
緩衝層203には順次ｐ型（ｎ型）半導体層204（20
6）、ｉ型半導体層205、ｎ型（ｐ型）半導体層206（20
4）が積層され、これらにより、後述する第１図に示
す、光電変換層102が形成される。The p-type (n-type) semiconductor layer 204 (20
6), i-type semiconductor layer 205, n-type (p-type) semiconductor layer 206 (20
4) are laminated, thereby forming a photoelectric conversion layer 102 shown in FIG. 1 described later.
太陽電池において好適に用いられるｉ型半導体層205
を構成する半導体材料としては、ａ−Si:H,a−Si:F,a−
Si:H:F,a−SiC:H,a−SiC:F,a:SiC:H:F,a−SiGe:H,a−Si
Ge:F,a−SiGe:H:F、多結晶質Si:H、多結晶質Si:F、多結
晶質Si:H:F等いわゆるIV族及びIV族合金系半導体材料の
ほか、II−VI族及びIII−Ｖ族のいわゆる化合物半導体
材料等が挙げられる。I-type semiconductor layer 205 suitably used in solar cells
Semiconductor materials constituting a-Si: H, a-Si: F, a-
Si: H: F, a-SiC: H, a-SiC: F, a: SiC: H: F, a-SiGe: H, a-Si
Ge: F, a-SiGe: H: F, polycrystalline Si: H, polycrystalline Si: F, so-called group IV and group IV alloy semiconductor materials such as polycrystalline Si: H: F, and II- Group VI and III-V compound semiconductor materials can be used.
ｐ型半導体層（204又は206）及びｎ型半導体層（206
又は204）を構成する半導体材料としては、前述したｉ
型半導体層を構成する半導体材料に価電子制御剤をドー
ピングすることによって得られる。A p-type semiconductor layer (204 or 206) and an n-type semiconductor layer (206
Or 204) as the semiconductor material constituting i)
It can be obtained by doping a valence electron controlling agent into a semiconductor material constituting the type semiconductor layer.
前記光電変換層すなわち機能性堆積膜の形成手段とし
て、マイクロ波プラズマCVD法、RFプラズマCVD法、スパ
ッタリング法及び反応性スパッタリング法、イオンプレ
ーティング法、光CVD法、熱CVD法、MOCVD法、MBE法そし
てHR−CVD法等、いわゆる機能性堆積膜形成用に用いら
れる方法を実現するための手段を挙げることができ、所
望の太陽電池作製のため適宜手段が選択される。As a means for forming the photoelectric conversion layer, ie, a functional deposition film, microwave plasma CVD, RF plasma CVD, sputtering and reactive sputtering, ion plating, photo CVD, thermal CVD, MOCVD, MBE And a method for realizing a method used for forming a so-called functional deposited film, such as the HR-CVD method, may be selected as appropriate for producing a desired solar cell.
太陽電池においては、前記ｐ型、ｉ型、ｎ型半導体層
よりなる光電変換層102の上に透明電極207を形成するも
ので、透明電極207としては、太陽や白色蛍光灯等から
の光を半導体層内に効率よく吸収させるために光の透過
率が大きいことが望ましく、更に、電気的には太陽電池
の出力に対して抵抗成分とならぬようにシート抵抗値は
100Ω以下であることが望ましい。このような特性を備
えた材料としてSnO2,In2O3,ZnO,CdO,Cd2SnO4,ITO（In2O
3＋SnO2）等の金属酸化物や、Au,Al,Cu等の金属を極め
て薄く半透明状に成膜した金属薄膜等が挙げられる。こ
れらの作製方法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム
加熱蒸着法、スパッタリング法、スプレー法等を用いる
ことができ所望に応じて適宜選択される。In a solar cell, a transparent electrode 207 is formed on the photoelectric conversion layer 102 composed of the p-type, i-type, and n-type semiconductor layers. As the transparent electrode 207, light from the sun, a white fluorescent lamp, or the like is used. It is desirable that the transmittance of light is large in order to be efficiently absorbed in the semiconductor layer, and furthermore, the sheet resistance is electrically so as not to become a resistance component with respect to the output of the solar cell.
It is desirable to be 100Ω or less. Materials having such characteristics include SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO, CdO, Cd 2 SnO 4 , and ITO (In 2 O
Metal oxides such as 3 + SnO 2 ) and metal thin films formed of a metal such as Au, Al, and Cu in a very thin and translucent state. As a manufacturing method thereof, a resistance heating evaporation method, an electron beam heating evaporation method, a sputtering method, a spray method, or the like can be used, and is appropriately selected as desired.
集電電極208は、透明電極207の表面抵抗値を低減させ
る目的で透明電極207上に設けられる。電極材料として
はAg,Cr,Ni,Al,Ag,Au,Ti,Pt,Cu,Mo,W等の金属又はこれ
らの合金の薄膜が挙げられる。これらの薄膜は積層させ
て用いることができる。また、半導体層への光入射光量
が十分に確保されるよう、その形状及び面積が適宜設計
される。例えば、その形状は太陽電池の受光面に対して
一様に広がり、かつ受広面積に対してその面積は好まし
くは15％以下、より好ましくは10％以下であることが望
ましい。The current collecting electrode 208 is provided on the transparent electrode 207 for the purpose of reducing the surface resistance of the transparent electrode 207. Examples of the electrode material include thin films of metals such as Ag, Cr, Ni, Al, Ag, Au, Ti, Pt, Cu, Mo, W, and alloys thereof. These thin films can be stacked and used. The shape and area of the semiconductor layer are appropriately designed so that the amount of light incident on the semiconductor layer is sufficiently ensured. For example, it is desirable that the shape is uniformly spread over the light receiving surface of the solar cell, and that the area is preferably 15% or less, more preferably 10% or less, with respect to the wide area.
前記基体201、反射性導電層202、緩衝層203をまとめ
て第１図に示すように基板101と呼ぶものとする。The base 201, the reflective conductive layer 202, and the buffer layer 203 are collectively called a substrate 101 as shown in FIG.
本発明において前記基板101上に形成される光電変換
層102を構成するｐ型、ｉ型、ｎ型半導体層等の機能性
堆積膜としては非晶質、結晶質を問わず、Si,Ge,C等い
わゆるIV族半導体薄膜、SiGe,SiC,SiSn等いわゆるIV族
合金半導体薄膜、GaAs,GaP,GaSb,InP,InAs等いわゆるII
I−Ｖ族化合物半導体薄膜、及びZnSe,ZnS,ZnTe,CdS,CdS
e,CdTe等いわゆるII−VI族化合物半導体薄膜等が挙げら
れる。In the present invention, p-type, i-type, functional deposition films such as n-type semiconductor layers constituting the photoelectric conversion layer 102 formed on the substrate 101 are amorphous or crystalline, regardless of whether they are Si, Ge, So-called group IV semiconductor thin film such as C, so-called group IV alloy semiconductor thin film such as SiGe, SiC, SiSn, so-called II such as GaAs, GaP, GaSb, InP, InAs
Group IV compound semiconductor thin film, and ZnSe, ZnS, ZnTe, CdS, CdS
e, a so-called II-VI compound semiconductor thin film such as CdTe.
また、前記機能性堆積膜は価電子制御及び禁制帯幅制
御を行うことができる。具体的には前記機能性堆積膜を
成膜する際に価電子制御剤又は禁制帯幅制御剤となる元
素を含む原料化合物を単独で、又は前記堆積膜形成用原
料ガス又は前記希釈ガスに混合して成膜空間内に導入す
ることにより、制御を行うことができる。Further, the functional deposited film can perform valence electron control and forbidden band width control. Specifically, a raw material compound containing an element serving as a valence electron controlling agent or a forbidden band width controlling agent when forming the functional deposited film is used alone or mixed with the deposited film forming raw material gas or the diluent gas. Then, control can be performed by introducing the film into the film formation space.
本発明においては、上述した第２図に示す従来の太陽
電池の構成例と同様の構成、すなわち第１図に示すよう
に基板101上に順次光電変換層102、透明電極103、及び
集電電極104を積層し、更にその上に保護フィルム106を
積層すると共に、前記透明電極103又は集電電極104と保
護フィルム106との間に小塊105を挟持させて、太陽電池
を構成するものである。In the present invention, the same configuration as the configuration example of the conventional solar cell shown in FIG. 2 described above, that is, as shown in FIG. 1, a photoelectric conversion layer 102, a transparent electrode 103, and a collecting electrode A solar cell is formed by laminating 104, further laminating a protective film 106 thereon, and holding a small lump 105 between the transparent electrode 103 or the collecting electrode 104 and the protective film 106. .
本発明の太陽電池において好適に用いられる保護フィ
ルム106の性質として、少なくとも透光性、及び好まし
くは可撓性が求められる。もちろん保護フィルムとして
用いられるためには光及び機械的、化学的ストレスに対
する高い耐久性を有するものでなければならない。この
ような性質を有する保護フィルムの材質として、ポリフ
ッ化ビニリデン（VDF）、４フッ化エチレン共重合体（E
TFE）、４フッ化エチレン−６−フッ化プロピレン共重
合体（FEP）、４フッ化エチレン−パーフルオロアルキ
ルビニルエーテル共重合体（PFA）、ポリクロロトリフ
ルオロエチレン（CTFE）等が挙げられる。これらの保護
フィルムの材質の中から所望の太陽電池の使用法、及び
構造を勘案して適宜選択する。一般に、上記保護フィル
ム106の屈折率が大きい方が光を有効に散乱させるため
に望ましい。しかし後述のように保護フィルムの貼り合
わせ面に接着剤を充填する場合には、上記接着剤の硬化
後に屈折率とできるだけ異なる屈折率を有する材質であ
ることが光を有効に散乱させるために望ましい。したが
って、そのような場合にはできるだけ小さな屈折率を有
する材質が選ばれることもある。The properties of the protective film 106 suitably used in the solar cell of the present invention are required to be at least translucent and, preferably, flexible. Of course, in order to be used as a protective film, it must have high durability against light, mechanical and chemical stress. As a material of the protective film having such properties, polyvinylidene fluoride (VDF), tetrafluoroethylene copolymer (E
TFE), tetrafluoroethylene-6-fluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinylether copolymer (PFA), polychlorotrifluoroethylene (CTFE) and the like. The material is appropriately selected from the materials of these protective films in consideration of the desired usage and structure of the solar cell. Generally, it is desirable that the refractive index of the protective film 106 is large in order to effectively scatter light. However, when the adhesive is filled on the bonding surface of the protective film as described below, it is desirable that the material having a refractive index as different as possible from the refractive index after curing of the adhesive is used to effectively scatter light. . Therefore, in such a case, a material having a refractive index as small as possible may be selected.
本発明の太陽電池において好適に用いられる前記小塊
105の材質としては、適度な硬度を有し、かつ前記透明
導電層103や集電電極104を傷つけるおそれが無いもので
あり、透光性であることが望ましい。このような材質と
しては、石英ガラス、ソーダガラス等のガラス材料、シ
リコン樹脂、前記のフッ素樹脂等のプラスチック材料等
が挙げられる。前記の保護フィルム106の材質と同様
に、貼り合わせ面に接着剤を充填する場合には接着剤の
屈折率とできるだけ異なる屈折率を有する材質であるこ
とが望ましい。The small lump preferably used in the solar cell of the present invention
The material of 105 has a suitable hardness, does not damage the transparent conductive layer 103 and the current collecting electrode 104, and is preferably light-transmitting. Examples of such a material include a glass material such as quartz glass and soda glass, a silicone resin, and a plastic material such as the above-described fluororesin. Similarly to the material of the protective film 106, when the bonding surface is filled with an adhesive, it is preferable that the material has a refractive index as different as possible from the refractive index of the adhesive.
また、上記小塊105は２種類以上の材質のものを混合
して用いてもよい。The small lump 105 may be a mixture of two or more materials.
上記小塊105の形状としては球状であることが取扱の
容易さ及び均一性の保持の点で望ましいしが、これらの
用件が満たされる範囲ならば他の形状であってもよい。The shape of the small lump 105 is preferably spherical in terms of easy handling and maintaining uniformity, but other shapes may be used as long as these requirements are satisfied.
また、前記小塊105の平均粒径は、使用される保護フ
ィルムの材質等によって適宜決定されるが、入射した光
を有効に利用するという点で平均粒径が0.2μｍから３
μｍの間にあることが望ましい。The average particle size of the small lump 105 is appropriately determined depending on the material of the protective film to be used and the like, but the average particle size is 0.2 μm to 3 μm in that the incident light is effectively used.
It is desirable to be between μm.
前記小塊105を散布する方法としては、ノズル等を用
いてガスと共に吹き付ける方法や、アルコール、アセト
ン等の有機溶剤と共にスプレーした後で乾燥させる方
法、等が挙げられる。Examples of a method of spraying the small lump 105 include a method of spraying with a gas using a nozzle or the like, a method of spraying with an organic solvent such as alcohol or acetone, and a method of drying.
また、小塊105の分布は一様であることが太陽電池特
性のばらつきを小さくするために望ましく、その密度
は、ある小塊に対して最も接近した他の小塊の距離の平
均値を上記小塊の平均的な大きさにで割った値が１から
10であることが好ましく、更に好ましくは１から７であ
る。In addition, it is desirable that the distribution of the small blocks 105 is uniform in order to reduce the variation in the solar cell characteristics, and the density is determined by calculating the average value of the distances of other small blocks closest to a certain small block. From 1 divided by the average size of the nodules
It is preferably 10 and more preferably 1 to 7.
前記保護フィルム106を貼り付ける方法としては、ま
ず前記小塊105を前述の方法で貼り合わせ面に散布した
後、フィルムを載せ、ローラー等で押し付けながら貼り
合わせ面の周縁部を例えば熱融着すればよい。好ましく
は、接着面の空気をより完全に抜くために真空装置中で
前記小塊を接着面に散布した後、これらのフィルムを載
せ、周縁部を接着密封する。As a method of attaching the protective film 106, first, the small lump 105 is scattered on the bonding surface by the above-described method, and then the film is placed thereon, and the peripheral portion of the bonding surface is heat-fused while being pressed with a roller or the like. I just need. Preferably, the small pieces are sprayed on the bonding surface in a vacuum device in order to more completely release the air on the bonding surface, and then these films are placed thereon and the peripheral portion is bonded and sealed.
また、これらのフィルムの貼り合わせ面に接着剤を充
填する場合には、上記接着剤に予め前記小塊を混合して
おけばよい。この場合に好適に用いられる接着剤とし
て、エチレン−酢酸ビニル共重合体（EVA）、シリコン
樹脂等が挙げられるが、前記保護フィルム106や前記樹
脂又はガラス製の小塊105に対して屈折率の異なるもの
が適宜選択され用いられる。When the bonding surface of these films is filled with an adhesive, the small mass may be previously mixed with the adhesive. In this case, as the adhesive suitably used, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), silicone resin and the like can be cited, but the refractive index of the protective film 106 or the resin or glass small lump 105 is high. Different ones are appropriately selected and used.
以下、本発明者らが本発明を完成させるにあたり行っ
た実験例を用いて本発明を更に説明する。Hereinafter, the present invention will be further described using experimental examples performed by the present inventors to complete the present invention.
（実験例１） 本実験においては、太陽電池の構成は第１図及び第２
図とほぼ同様に構成しているので、同図の参照番号を引
用して説明するが、予め研磨を施したステンレス鋼製の
基体201上にAgからなる反射性導電層202をスパッタ法に
より形成し、その上に緩衝層203としてZnO層をスパッタ
法にて基板101表面が平滑になる条件で形成した。この
ようにして得られた基板101上に通常のRFCVD法によりPI
N型アモルファスシリコン太陽電池光電変換層102を形成
し、その上に前記透明電極103及び集電電極104をそれぞ
れ加熱蒸着法にて形成した。該透明電極103の材質とし
てITOを、該集電電極105の材質としてAgを用いた。(Experimental Example 1) In this experiment, the configuration of the solar cell was as shown in FIGS.
Since the structure is almost the same as that shown in the figure, a description will be given with reference to the reference numbers in the figure.However, a reflective conductive layer 202 made of Ag is formed on a pre-polished stainless steel substrate 201 by a sputtering method. Then, a ZnO layer was formed thereon as a buffer layer 203 by sputtering so that the surface of the substrate 101 became smooth. PI on the substrate 101 obtained in this manner by a normal RFCVD method.
An N-type amorphous silicon solar cell photoelectric conversion layer 102 was formed, and the transparent electrode 103 and the current collecting electrode 104 were formed thereon by a heating evaporation method. ITO was used as the material of the transparent electrode 103, and Ag was used as the material of the current collecting electrode 105.
このようにして作製した太陽電池を用いて、次のよう
な実験を行った。The following experiment was performed using the solar cell manufactured as described above.
上記の太陽電池上に４フッ化エチレン共重合体のフィ
ルムを貼り付ける際に貼り合わせ面に何も挟まない太陽
電池（Ａ）（比較品）と、直径0.1μｍ乃至10μｍのガ
ラス球を挟み込んだ太陽電池（B1〜B15）（本発明品）
を作製し、それらの出力特性を測定した。太陽電池（B1
〜B15）の短絡電流と変換効率の測定結果を太陽電池
（Ａ）の値を１として第６図に示す。なお測定はソーラ
ーシミュレータ（YSS−150 山下電装製、AM1.5,100mW/
cm2）を用いて行った。When attaching a film of a tetrafluoroethylene copolymer on the above solar cell, a solar cell (A) (comparative product) in which nothing is sandwiched between the bonding surfaces and a glass sphere having a diameter of 0.1 μm to 10 μm were sandwiched. Solar cell (B1-B15) (product of the present invention)
And their output characteristics were measured. Solar cell (B1
FIG. 6 shows the measurement results of the short-circuit current and the conversion efficiency of (B15) to (B15) with the value of the solar cell (A) set to 1. The measurement was performed using a solar simulator (YSS-150, manufactured by Yamashita Denso, AM1.5,100mW /
cm 2 ).
これらの測定結果からも明らかなように、本発明の太
陽電池は、特にガラス球の平均粒径が0.2〜３μｍの範
囲でその短絡電流において優れており、その結果として
変換効率が大きく向上していることがわかる。As is clear from these measurement results, the solar cell of the present invention is excellent in its short-circuit current especially when the average particle diameter of the glass sphere is in the range of 0.2 to 3 μm, and as a result, the conversion efficiency is greatly improved. You can see that there is.
（実験例２） 実験例１で使用した基板の反射性導電層202形成時の
基体温度を調節することにより表面に様々な程度の凹凸
構造を形成した基板を用いて太陽電池（A1〜A8）を作製
し、その特性と歩留まり率を調べた結果を第７図に示
す。この図から明らかなように、基板表面に凹凸構造を
形成することにより入射した光を散乱させるという従来
技術を用いた方法では、基板表面の凹凸構造の程度を強
くすれば変換効率を向上させることができるが、同時に
凹凸構造による短絡の増加が起こり、このことが歩留ま
りの低下、ひいては太陽電池製造コストの上昇につなが
っている。(Experimental Example 2) A solar cell (A1 to A8) using a substrate having various irregularities formed on the surface by adjusting the substrate temperature when forming the reflective conductive layer 202 of the substrate used in Experimental Example 1 FIG. 7 shows the results obtained by examining the characteristics and the yield rate. As is clear from this figure, in the method using the conventional technique of scattering incident light by forming an uneven structure on the substrate surface, the conversion efficiency can be improved by increasing the degree of the uneven structure on the substrate surface. However, at the same time, an increase in short-circuit due to the uneven structure occurs, which leads to a decrease in yield and an increase in solar cell manufacturing cost.
以下、本発明の太陽電池の具体的実施例を示すが、本
発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものでは
ない。Hereinafter, specific examples of the solar cell of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.
（実施例１） 第３図は本実施例の太陽電池の断面の構造を概念的に
示した模式図である。本実施例では、反射性の平滑表面
を有する基板301上にPIN型アモルファスシリコン太陽電
池光電変換層302を形成し、その上に透明電極303、集電
電極304を順次形成したものを用い、この上に直径0.6μ
ｍのシリコン樹脂球305を介在させポリクロロトリフル
オロエチレンのフィルム306を熱融着法により貼り付け
た。Example 1 FIG. 3 is a schematic diagram conceptually showing a cross-sectional structure of a solar cell of this example. In this embodiment, a PIN type amorphous silicon solar cell photoelectric conversion layer 302 is formed on a substrate 301 having a reflective smooth surface, and a transparent electrode 303 and a current collecting electrode 304 are sequentially formed thereon. 0.6μ diameter on top
Then, a polychlorotrifluoroethylene film 306 was adhered by a heat fusion method with m silicon resin balls 305 interposed therebetween.
このようにして作製した太陽電池にAM1.5,100mW/cm2
の光を図中矢印Ａの方向から照射して測定した短絡電
流、変換効率及び歩留まり率は前記シリコン樹脂球305
を介在させないで作製した太陽電池の値を１とすると、
それぞれ1.20,1.18及び1.0であった。AM1.5,100mW / cm 2
The short-circuit current, the conversion efficiency, and the yield rate measured by irradiating the light in the direction of arrow A in FIG.
Assuming that the value of a solar cell fabricated without intervening is 1,
They were 1.20, 1.18 and 1.0, respectively.
（実施例２） 第４図は本実施例の太陽電池の断面の構造を概念的に
示した模式図である。本実施例では、反射性の平滑表面
を有する基板401上にPIN型アモルファスシリコン太陽電
池光電変換層402を形成し、その上に透明電極403、集電
電極404を順次形成したものを用い、この上に直径2.2μ
ｍのガラス球405を介在させてポリフッ化ビニリデンの
フィルムを真空装置中に真空に引きながら熱融着法によ
り貼り付けた。Example 2 FIG. 4 is a schematic diagram conceptually showing a cross-sectional structure of a solar cell of this example. In this embodiment, a PIN type amorphous silicon solar cell photoelectric conversion layer 402 is formed on a substrate 401 having a reflective smooth surface, and a transparent electrode 403 and a current collecting electrode 404 are sequentially formed thereon. 2.2μ diameter on top
A polyvinylidene fluoride film was adhered by a heat fusion method while vacuuming the film in a vacuum device with a glass ball 405 of m.
このようにして作製した太陽電池にAM1.5,100mW/cm2
の光を図中矢印Ａの方向から照射して測定した短絡電
流、変換効率及び歩留まり率は、前記ガラス樹脂球405
を介在させないで作製した太陽電池の値を１とすると、
それぞれ1.22,1.21及び1.0であった。AM1.5,100mW / cm 2
The short-circuit current, conversion efficiency, and yield rate measured by irradiating the light from the
Assuming that the value of a solar cell fabricated without intervening is 1,
They were 1.22, 1.21 and 1.0, respectively.
（実施例３） 第５図は本実施例の太陽電池の断面の構造を概念的に
に示した模式図である。本実施例では、表面に凹凸構造
を有する基板501上にPIN型アモルファスシリコン太陽電
池光電変換層502を形成し、その上に透明電極503、集電
電極504を順次形成したものを用い、この上に直径1.2μ
ｍのガラス球505及び接着剤としてエチレン−酢酸ビニ
ル共重合体508を介在させて４フッ化エチレン−６フッ
化プロピレン共重合体のフィルム506を接着した。Example 3 FIG. 5 is a schematic view conceptually showing the structure of a cross section of the solar cell of this example. In this embodiment, a PIN type amorphous silicon solar cell photoelectric conversion layer 502 is formed on a substrate 501 having an uneven structure on the surface, and a transparent electrode 503 and a current collecting electrode 504 are sequentially formed thereon. 1.2μ in diameter
Then, a film 506 of an ethylene tetrafluoride / propylene hexafluoride copolymer was adhered with an m-glass ball 505 and an ethylene-vinyl acetate copolymer 508 as an adhesive.
このようにして作製した太陽電池にAM1.5,100mW/cm2
の光を図中矢印Ａの方向から照射して測定した短絡電
流、変換効率及び歩留まり率は前記ガラス球505を介在
させないで作製した太陽電池の値を１とすると、それぞ
れ1.15,1.16及び1.0であった。AM1.5,100mW / cm 2
The short-circuit current measured by irradiating the light from the direction of arrow A in the figure, the conversion efficiency, and the yield were 1.15, 1.16, and 1.0, respectively, assuming that the value of the solar cell manufactured without the glass sphere 505 was 1. there were.
本発明は、基板上に光電変換層と、透明電極と、必要
により集電電極と、及び透光性保護フィルムをこの順序
で設けてなる太陽電池において、前記保護フィルムと前
記透明電極又は集電電極との境界に小塊を挟持すること
によって、入射した光を散乱し、より有効に利用するこ
とが可能となった。その結果として、特に長波長側の光
線の領域においても出力特性が大きく改善された太陽電
池を、前記従来技術において存在した欠点である短絡等
による歩留まりの低下、ひいてはコストアップを招くこ
となく提供することが可能となった。The present invention provides a solar cell comprising a photoelectric conversion layer, a transparent electrode, a current collecting electrode if necessary, and a light-transmitting protective film provided in this order on a substrate. By sandwiching the small lumps at the boundary with the electrode, the incident light is scattered and can be used more effectively. As a result, a solar cell having greatly improved output characteristics, particularly in the region of light rays on the long wavelength side, is provided without lowering the yield due to short-circuiting or the like, which is a disadvantage existing in the prior art, and thereby increasing the cost. It became possible.
第１図は、本発明の太陽電池の構造を示した模式図、第
２図は、本発明の太陽電池に応用可能なPIN型アモルフ
ァスシリコン太陽電池の一般的構造を示した模式図、第
３図は、実施例１の太陽電池の断面構造を示した模式
図、第４図は、実施例２の太陽電池の断面構造を示した
模式図、第５図は、実施例３の太陽電池の断面構造を示
した模式図、第６図は、保護フィルムの貼り合わせ面
に、直径0.1μｍ乃至10μｍのガラス球を挟んだ太陽電
池（B1〜B15）の出力特性を、ガラス球を挟まない太陽
電池（Ａ）の値を１として示したグラフ、第７図は、基
板表面に凹凸構造を形成した太陽電池（A1〜A8）の凹凸
の程度と変換効率、歩留まりの関係を示したグラフであ
る。 101,301,401,501……基板、 102,302,402,502……光電変換層 103,207,303,403,503……透明電極、 104,208,304,404,504……集電電極、 105,305,405,505……小塊、 106,306,406,506……保護フィルム 201……基体、202……反射性導電層、 203……緩衝層、 204,206……ｐ型半導体層又はｎ型半導体層 205……ｉ型半導体層、Ａ……光の照射方向。FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of the solar cell of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing the general structure of a PIN type amorphous silicon solar cell applicable to the solar cell of the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the solar cell of Example 1, FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the solar cell of Example 2, and FIG. FIG. 6 is a schematic view showing a cross-sectional structure, and FIG. 6 is a graph showing the output characteristics of solar cells (B1 to B15) having a glass sphere having a diameter of 0.1 μm to 10 μm on a bonding surface of a protective film. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the degree of unevenness, the conversion efficiency, and the yield of solar cells (A1 to A8) having an uneven structure formed on the substrate surface. . 101,301,401,501 ... substrate, 102,302,402,502 ... photoelectric conversion layer 103,207,303,403,503 ... transparent electrode, 104,208,304,404,504 ... collecting electrode, 105,305,405,505 ... small block, 106,306,406,506 ... protective film 201 ... substrate, 202 ... reflective conductive layer, 203 ... ... buffer layer, 204, 206 ... p-type semiconductor layer or n-type semiconductor layer 205 ... i-type semiconductor layer, A ... light irradiation direction.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青池 達行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−54927（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−108176（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−34080（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Tatsuyuki Aoike 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (56) References JP-A-62-54927 (JP, A) JP-A Sho 61-108176 (JP, A) JP-A-60-34080 (JP, A)
Claims (5)
光電変換層、該光電変換層上に設けた透明電極、及び該
透明電極上に設けた、入射光を屈折させる透光性フィル
ムを有する太陽電池であって、前記透明電極と前記透光
性フィルムとの間に、入射光を屈折させる平均粒径0.2
μｍ〜３μｍの小塊が配置され、前記光電変換層に入射
した光線が該層内で多重反射を生じることを特徴とする
太陽電池。1. A light-reflective substrate, a photoelectric conversion layer provided on the light-reflective substrate, a transparent electrode provided on the photoelectric conversion layer, and a light-transmitting light refracting incident light provided on the transparent electrode. A solar cell having a transparent film, wherein between the transparent electrode and the light-transmitting film, an average particle size of 0.2 for refracting incident light.
A solar cell in which a small lump of 3 μm to 3 μm is arranged, and light rays incident on the photoelectric conversion layer cause multiple reflection in the layer.
ク製小塊である請求項１に記載の太陽電池。2. The solar cell according to claim 1, wherein the small block is a glass small block or a plastic small block.
デンフィルム、４フッ化エチレン共重合体フィルム、４
フッ化エチレン−６−フッ化プロピレン共重合体フィル
ム、４フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエ
ーテル共重合体フィルム又はポリクロロトリフルオロエ
チレンフィルムである請求項１に記載の太陽電池。3. The light-transmitting film is a polyvinylidene fluoride film, a tetrafluoroethylene copolymer film,
The solar cell according to claim 1, which is a fluoroethylene-6-fluoropropylene copolymer film, a tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer film, or a polychlorotrifluoroethylene film.
に、透光性導電性緩衝層を配置して成る請求項１に記載
の太陽電池。4. The solar cell according to claim 1, wherein a light-transmitting conductive buffer layer is disposed between said light-reflective substrate and said photoelectric conversion layer.
層、フッ化物層又はチッ化物層である請求項４に記載の
太陽電池。5. The solar cell according to claim 4, wherein said translucent conductive buffer layer is a metal oxide layer, a fluoride layer or a nitride layer.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101937949A (en) * | 2010-07-28 | 2011-01-05 | 河北东旭投资集团有限公司 | Method for improving conversion efficiency of amorphous silicon solar cell |
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|---|---|---|---|---|
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1990
- 1990-08-28 JP JP2224211A patent/JP2624359B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN101937949A (en) * | 2010-07-28 | 2011-01-05 | 河北东旭投资集团有限公司 | Method for improving conversion efficiency of amorphous silicon solar cell |
| CN101937949B (en) * | 2010-07-28 | 2011-11-30 | 东旭集团有限公司 | Method for improving conversion efficiency of amorphous silicon solar cell |
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