JP2652089B2 - 光起電力装置 - Google Patents

光起電力装置

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JP2652089B2 JP3143396A JP14339691A JP2652089B2 JP 2652089 B2 JP2652089 B2 JP 2652089B2 JP 3143396 A JP3143396 A JP 3143396A JP 14339691 A JP14339691 A JP 14339691A JP 2652089 B2 JP2652089 B2 JP 2652089B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光起電力装置に関し、特
に、非晶質半導体の薄膜を含む光起電力装置の光電変換
効率の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光起電力装置は、そのコストの低減と光
電変換効率の向上が求められている。非晶質半導体膜を
含む光起電力装置は、結晶の半導体層を含む光起電力装
置に比べて光の吸収度が高いので、薄く形成することが
可能である。また、非晶質光起電力装置は製造工程が簡
単で、かつ製造時の温度が低いので製造時にエネルギー
を節約し得るなどの利点を有している。さらに、非晶質
光起電力装置は、基板材料として安価なガラス,ステン
レス,セラミックなどを用いることができるので、コス
トの低減が容易である。
【0003】しかし、半導体膜を透過した光が基板表面
で鏡面反射して半導体膜内へ再び入るとき、入射光と反
射光との間で“干渉”が起こり、干渉縞が現われること
がある。干渉縞は、光波が互いに弱め合うかまたは強め
合う現象である。したがって、半導体膜の厚さと入射光
の波長によっては、入射光と反射光の強度が互いに打ち
消し合って弱め合うことになる。このことは相対的に光
量が減少することと等価であり、光電変換効率の低下を
招く。
【0004】図3を参照して、前述のような光の干渉を
低減させることによって光電変換効率を改善することが
期待される光起電力装置の周知の概念的断面図の一例が
示されている。この光起電力装置においては、基板1上
に凹凸表面を有する反射性の金属層2が形成されてい
る。この金属層2は、背面電極として働く。背面電極2
上には、光電変換層として働く非晶質半導体膜3が形成
され、半導体膜3は透光性の前面電極4によって覆われ
ている。
【0005】このような光起電力装置内に光線L0 が入
射する場合、もし入射光線L0 が半導体膜3内で吸収さ
れずに背面金属電極2に至れば、入射光線L0 は金属電
極2の凹凸表面で散乱反射される。もし散乱反射された
光L1 が半導体膜2内で吸収されずに半導体膜3と透明
電極4との界面まで戻れば、散乱反射された光L1 はそ
の界面に対する法線に関して比較的大きな角度をなす傾
向にあるので、光L1 はその界面で再び半導体膜3内へ
反射された光L2 になる傾向にある。すなわち、入射光
が一旦半導体膜3内に入れば、その光は半導体膜3内に
閉じ込められる傾向にある。このことは、しばしば“光
閉じ込め技術”と称される。
【0006】結果として、第3図に示されたような光起
電力装置においては、背面金属電極2から反射された光
と入射光との干渉が減少させられる。また、半導体膜中
において、背面金属電極2から散乱反射された光の光路
長が長くなるので、その反射された光は効率よく半導体
膜3内で吸収されて光電変換に寄与する。
【0007】なお、図3に関する上述の説明では基板1
上の凹凸表面を有する導電層2が反射性の金属層である
場合について述べられたが、凹凸表面を有する導電層2
としてSnO2 などの透明導電層を用いても“光閉じ込
め技術”を実現できることも知られている。この場合、
基板1としてはガラスなどの透明基板が用いられ、透明
導電層2上の半導体膜3上には反射性の金属層4が堆積
される。そして、光は透明基板1側から入射されて、透
明導電層2の凹凸表面で乱屈折して半導体膜3内に導入
される。したがって、一旦半導体膜3内に導入された入
射光は、透明導電層2の凹凸表面と反射性金属層4との
間で半導体膜3内に閉じ込められる傾向になる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで先行技術によ
る光起電力装置においては、基板上の導電層に凹凸表面
をもたせるために、金属層や透明導電層の堆積条件を調
節することが試みられている。しかし、“光閉じ込め”
に十分な凹凸をこれらの金属層や透明導電層の表面に形
成することは、通常は容易ではない。しかも、たとえば
凹凸表面を有する銀の層は比較的高温である約350℃
の基板温度において電子ビーム真空蒸着され、また、凹
凸表面を有する透明なSnO2層はかなり高温である約
600℃の基板温度において熱CVD法によって堆積さ
れる。350〜600℃のような高温では、基板が温度
による悪影響を受けることも多いし、光起電力装置の製
造に必要なエネルギーを増大させることになる。
【0009】このような先行技術の課題に鑑み、本発明
の目的は、“光閉じ込め技術”を容易かつ安価に実現す
ることができ、それによって光電変換効率の改善された
光起電力装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による光起電力装
置は、基板上にアクリル系等の非水溶性樹脂の水分散体
と浸透性界面活性材を含む溶液を塗布して形成されかつ
微細な凹凸表面を有する熱硬化性樹脂と、その熱硬化性
樹脂の凹凸表面上に形成されていて実質的に均一な厚さ
を有する第1の電極層と、その第1の電極層上に形成さ
れた光電変換用の半導体膜と、その半導体膜上に形成さ
れた第2の電極層とを備えている。
【0011】
【作用】本発明による光起電力装置においては、熱硬化
樹脂層は、熱硬化時に凝集によって表面上に凹凸が容易
に形成される。このように形成された樹脂層は、“光閉
じ込め”を実現するのに十分な凹凸表面を有している。
そして、この熱硬化樹脂層の凹凸表面上に形成される実
質的に均一な厚さを有する第1電極層は比較的低温で小
さなエネルギーで形成することができ、樹脂層の凹凸を
引き継いだ凹凸表面を有することになる。したがって、
光起電力装置に入射した光は第1電極層の凹凸表面と第
2電極層との間で半導体膜内に閉じ込められる傾向にな
り、光電変換効率が改善される。
【0012】
【実施例】図1を参照して、本発明の第1実施例による
光起電力装置が断面図で示されている。この光起電力装
置においては、基板1aとしてガラス,ステンレス,セ
ラミック,樹脂フィルムなどを用いることができる。た
とえば、表面研磨加工したステンレス鋼SUS304の
基板1a上に熱硬化性樹脂の層5が塗布または浸漬によ
って付与される。
【0013】この熱硬化性樹脂として、たとえばアクリ
ル系の非水溶性樹脂の水分散体と浸透性界面活性材を含
むものを用いることができる。このような樹脂は、たと
えば基板1aの表面上にスポイトなどで滴下し、スピン
ナーで約3000rpmの回転を基板1aに約15秒間
与えることによって、基板1aの表面上に均一に塗布さ
れ得る。基板1a上に塗布された樹脂層5は、比較的低
温の約200℃で約30分のベーキングを行なうことに
よって熱硬化され得る。このとき、脱水に伴う樹脂の凝
集によって、樹脂層5の表面に凹凸が形成される。
【0014】このように形成された樹脂層5の表面の凹
凸は、“光閉じ込め”を実現するために十分なものであ
る。したがって、樹脂層5がたとえば銀の微粒子を含ん
でいて導電性でありかつ反射性である場合には、凹凸表
面を有する樹脂層5上に直接半導体膜3を形成してもよ
い。しかし、樹脂層5が導電性でない場合、樹脂層5上
に導電性でかつ反射性の金属層2aが形成される。
【0015】たとえば、銀のような高い導電性と反射性
を備えた金属層2aが樹脂層5上に形成される場合、比
較的低い約150℃の基板温度で電子ビーム蒸着するこ
とによって、実質的に均一な厚さを有する金属層2aが
形成され得る。このような実質的に均一な厚さを有する
金属層2aは、樹脂層5の凹凸表面を引き継いで、“光
閉じ込め”に十分な凹凸表面を有することになる。すな
わち、金属層2aは散乱反射のための反射層として働く
とともに、光起電力装置の背面電極としても働く。
【0016】金属層2a上には、たとえば非晶質シリコ
ン,非晶質シリコンゲルマニウム,またはCdSなどか
らなる光電変換のための半導体膜3が形成される。そし
て、半導体膜3上にはSnO2 などからなる透明な前面
電極4aが形成され、これによって光起電力装置が完成
する。この光起電力装置においては、光は透明な前面電
極4a側から入射され、入射された光は前面電極4aと
凹凸表面を有する背面金属電極2aとの間で半導体膜3
内に閉じ込められる傾向にある。これによって、光電変
換効率の改善された光起電力装置が容易かつ安価に得る
ことができる。
【0017】図2を参照して、本発明の第2実施例によ
る光起電力装置が断面図で示されている。この光起電力
装置は第1図のものに類似しているが、光は基板1b側
から入射される。したがって、基板1bとしては、ガラ
スのような透光性の基板が用いられている。そして、基
板1b上に形成されていて凹凸表面を有する樹脂層5上
には、SnO2 などの透明な前面電極2bが形成されて
いる。
【0018】実質的に均一な厚さを有するSnO2 の透
明電極層2bは、比較的低温の約100〜200℃の基
板温度において、熱CVD法によって形成することがで
きる。こうして形成された透明な前面電極層2bは、樹
脂層5と同様な凹凸表面を有している。凹凸表面を有す
る透明電極2b上には半導体膜3が形成され、半導体膜
3上には光反射性の金属背面電極4bが形成されてい
る。
【0019】この第2実施例による光起電力装置におい
ては、基板1b側から入射された光は、凹凸表面を有す
る樹脂層5および透明電極2bによって乱屈折されて半
導体膜3内に入る。したがって、入射された光は凹凸表
面を有する前面電極2bと金属背面電極4bとの間で半
導体膜3内に閉じ込められる傾向にある。
【0020】一般に表面の凹凸の度合いを判断する方法
の1つとして、ガラスなどの光を透過するものの場合に
は、ヘイズ率(拡散透過光量/全透過光量)を参考にし
得る。上述の第2実施例による凹凸表面を有する樹脂層
5および透明電極2bによっては、約50の大きなヘイ
ズ率を得ることができた。すなわち、熱硬化性の樹脂層
5を利用することによって、簡便かつ安価な方法によっ
て“光閉じ込め技術”が実現され、光電変換効率の改善
された光起電力装置を得ることができる。
【0021】表1において、第1実施例による光起電力
装置Aと先行技術による光起電力装置Bにおける種々の
光電変換特性、すなわち、短絡電流Isc、開放電圧V
ocフィルファクターFF,および最大出力Pmax
が、光起電力装置Bの特性値で規格化されて示されてい
る。
【0022】
【表1】 光起電力装置AとBは、いずれもが半導体膜として非晶
質シリコンゲルマニウム膜(i層の厚さ:2500Å)
を備えている。しかし、先行技術による光起電力装置B
は、第1実施例における樹脂層5および銀層2aの代わ
りに、比較的高温である350℃の基板温度で約100
0Åの厚さに電子ビーム蒸着された銀層を備えている。
表1の比較において、光起電力装置照射用の光として赤
道直下の太陽光に相当する光であるAM1が100mW
/cm2 の強度で用いられ、そのうち660nmより長
い波長λを有する光が利用された。
【0023】表1からわかるように、本発明の実施例に
よる光起電力装置Aは、種々の光電変換特性において先
行技術による光起電力装置Bとして比較して同等または
優れた特性を示し、特に、光電変換効率においては15
%の大きな改善が得られている。すなわち、先行技術に
よる光起電力装置Bは比較的高温の350℃で厚い銀層
を形成しなければならないうえに、“光閉じ込め”に十
分なほどの凹凸表面を有する銀層が形成され得ていない
ことがわかる。
【0024】なお、以上の実施例では樹脂層が熱硬化性
樹脂であって熱硬化時の凝集によって樹脂層表面に凹凸
が形成される場合について述べたが、フォトエッチング
可能な樹脂層上にフォトエッチングによって規則的な凹
凸表面が形成されてもよいことが理解されよう。
【0025】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、熱硬化
性樹脂層の容易に形成し得る凹凸表面を利用することに
よって、“光閉じ込め技術”によって光電変換効率が改
善された光起電力装置を容易かつ安価に提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による光起電力装置を示す
断面図である。
【図2】本発明の第2実施例による光起電力装置の断面
図である。
【図3】光起電力装置における周知の“光閉じ込め技
術”を説明するための断面図である。
【符号の説明】
1a 基板 1b 透明基板 3 半導体膜 4a 透明電極 4b 金属電極 5 凹凸表面を有する熱硬化性樹脂層 なお、各図において、同一符号は同一内容または相当部
分を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、 前記基板上にアクリル系等の非水溶性樹脂の水分散体と
    浸透性界面活性材を含む溶液を塗布して形成されかつ微
    細な凹凸表面を有する熱硬化樹脂層と、 前記熱硬化樹脂層の前記凹凸表面上に形成されていて実
    質的に均一な厚さを有する第1の電極層と、 前記第1の電極層上に形成された光電変換用の半導体膜
    と、 前記半導体膜上に形成された第2の電極層とを備えたこ
    とを特徴とする光起電力装置。
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