JP2994716B2 - 光起電力装置 - Google Patents
光起電力装置Info
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- photovoltaic device
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- substrate
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は、太陽電池、光センサなどの光起電力装置に
関する。
関する。
(ロ) 従来の技術 非晶質シリコンなどで代表される薄膜半導体を光電変
換層とする光起電力装置は、その薄膜材料という特徴を
活かして、広く普及するに至っている。
換層とする光起電力装置は、その薄膜材料という特徴を
活かして、広く普及するに至っている。
従来、この非晶質シリコン光起電力装置の構造として
は、ガラス基板上に窓材料としての透明導電膜、光電変
換層としてのp層,i層及びn層から成る非晶質シリコン
層、及び背面電極を順次積層したものが広く利用されて
いる。この場合、前記ガラス基板を通して入射する光が
発電に寄与することになる。
は、ガラス基板上に窓材料としての透明導電膜、光電変
換層としてのp層,i層及びn層から成る非晶質シリコン
層、及び背面電極を順次積層したものが広く利用されて
いる。この場合、前記ガラス基板を通して入射する光が
発電に寄与することになる。
然し乍ら、斯様な構造では、基板として非透光性の材
料は使用できず光起電力装置としての用途が限られてし
まう。更には、前記非晶質シリコン材料などの信頼性向
上のための、素子構造の改良やその製造条件の変更など
を行う場合、常に基板からの光入射を使用する構造とす
ることは、素子設計の自由度を減少させてしまうことに
なる。
料は使用できず光起電力装置としての用途が限られてし
まう。更には、前記非晶質シリコン材料などの信頼性向
上のための、素子構造の改良やその製造条件の変更など
を行う場合、常に基板からの光入射を使用する構造とす
ることは、素子設計の自由度を減少させてしまうことに
なる。
そこで、近年、前記構造に代わるものとして、膜形成
面側からの光入射で発電し得る構造を有した光起電力装
置について詳細な検討が成されている。
面側からの光入射で発電し得る構造を有した光起電力装
置について詳細な検討が成されている。
(ハ) 発明が解決しようとする課題 膜形成面側からの光入射に対応した素子構造として
は、基板上に第1導電膜、光電変換層、及び透光性の第
2の導電膜を順次形成することが必要となるが、これの
みでは高効率の太陽電池を得ることは望めない。
は、基板上に第1導電膜、光電変換層、及び透光性の第
2の導電膜を順次形成することが必要となるが、これの
みでは高効率の太陽電池を得ることは望めない。
即ち、より大きな変換効率を得るためには幾つかの工
夫を行う必要がある。従来の、前述した基板側から光を
入射する構造の光起電力装置では、入射光に含まれる長
波長光を効率的に収集するため、前記透明導電膜の表面
を凹凸状態にすることによって、該透明導電膜と前記背
面電極との間で多数回の乱反射を発生させ、これらの間
に位置する前記光電変換層での長波長光の吸収効率を向
上せしめる工夫がなされている。
夫を行う必要がある。従来の、前述した基板側から光を
入射する構造の光起電力装置では、入射光に含まれる長
波長光を効率的に収集するため、前記透明導電膜の表面
を凹凸状態にすることによって、該透明導電膜と前記背
面電極との間で多数回の乱反射を発生させ、これらの間
に位置する前記光電変換層での長波長光の吸収効率を向
上せしめる工夫がなされている。
然し乍ら、斯る工夫を膜形成面からの入射よる光起電
力装置に応用しようとして、単に前記凹凸状態を具備し
た前記第2の導電膜を設けたとしても、製造面での問題
が発生する。即ち、透光性の前記第2の導電膜に前記凹
凸形状を備えるような形成条件で成膜すると、該形成条
件の過酷さのために該第2の導電膜よりも先立って成膜
されている前記光電変換層に損傷を与えてしまい、当該
光起電力装置の特性劣化を引き起こすこととなる。
力装置に応用しようとして、単に前記凹凸状態を具備し
た前記第2の導電膜を設けたとしても、製造面での問題
が発生する。即ち、透光性の前記第2の導電膜に前記凹
凸形状を備えるような形成条件で成膜すると、該形成条
件の過酷さのために該第2の導電膜よりも先立って成膜
されている前記光電変換層に損傷を与えてしまい、当該
光起電力装置の特性劣化を引き起こすこととなる。
そこで、通常、膜形成面側からの光入射による光起電
力装置に於ては、膜を形成する基板自体の表面に前記凹
凸形状を設けることで、前記乱反射の機能を付加してい
る。
力装置に於ては、膜を形成する基板自体の表面に前記凹
凸形状を設けることで、前記乱反射の機能を付加してい
る。
ところが、前記基板自体に凹凸形状を形成するには、
幾つかの問題が生じる。例えば、ステンレスような金属
基板の表面に微細な凹凸をブラスト処理などで形成しよ
うとしても、その微細な凹凸には必ず所謂バリと称され
る金属の突起物が発生するため、良好な特性を有する光
起電力装置は得られなかった。更に、透光性という機能
を使用はしないもののガラスなどの絶縁基板を使用しよ
うとしても、前記凹凸を作製するには前記ガラス表面に
エッチングを施すことが必要となり微細化には限度があ
った。
幾つかの問題が生じる。例えば、ステンレスような金属
基板の表面に微細な凹凸をブラスト処理などで形成しよ
うとしても、その微細な凹凸には必ず所謂バリと称され
る金属の突起物が発生するため、良好な特性を有する光
起電力装置は得られなかった。更に、透光性という機能
を使用はしないもののガラスなどの絶縁基板を使用しよ
うとしても、前記凹凸を作製するには前記ガラス表面に
エッチングを施すことが必要となり微細化には限度があ
った。
斯る内容については、特開昭59−14682号に詳しく記
載されている。
載されている。
このような理由から本発明の目的とするところは、前
記基板材料自体の表面形状を加工することなく入射光を
有効に反射し得る光起電力装置を提供することにある。
記基板材料自体の表面形状を加工することなく入射光を
有効に反射し得る光起電力装置を提供することにある。
(ニ) 課題を解決するための手段 本発明の光起電力装置の特徴とするところは、基板上
に高反射導電層、光電変換層、透光性導電層をこの順序
で重畳形成された積層体からなる光起電力装置に於て、
前記基板と前記高反射導電層との間に乱反射層を介在さ
せるとともに、前記乱反射層が、前記高反射導電層側の
表面を凹凸形状とした導電膜と、前記表面と接着形成さ
れた界面安定化膜との積層構造を有することにある。
に高反射導電層、光電変換層、透光性導電層をこの順序
で重畳形成された積層体からなる光起電力装置に於て、
前記基板と前記高反射導電層との間に乱反射層を介在さ
せるとともに、前記乱反射層が、前記高反射導電層側の
表面を凹凸形状とした導電膜と、前記表面と接着形成さ
れた界面安定化膜との積層構造を有することにある。
(ホ) 作用 本発明の光起電力装置では、前記基板と前記高反射導
電層との間に前記乱反射層を介在させることで、前記透
光性導電層から入射した光は、効率的に前記高反射導電
層の表面によって、乱反射されることになる。即ち、前
記高反射導電層の表面は、下地である前記導電膜の有す
る凹凸形状を反映し、それ自体凹凸形状を有することに
なるからである。
電層との間に前記乱反射層を介在させることで、前記透
光性導電層から入射した光は、効率的に前記高反射導電
層の表面によって、乱反射されることになる。即ち、前
記高反射導電層の表面は、下地である前記導電膜の有す
る凹凸形状を反映し、それ自体凹凸形状を有することに
なるからである。
これにより、前記入射光の前記光電変換層内を走行す
る距離が実効的に長くなり、その入射光に含まれる長波
長光の前記光電変換層への光吸収量が増加し、光電変換
効率の向上が達成できる。
る距離が実効的に長くなり、その入射光に含まれる長波
長光の前記光電変換層への光吸収量が増加し、光電変換
効率の向上が達成できる。
また、前記乱反射層として前記導電膜と接するように
前記界面安定化膜を被着することにより、前記導電膜と
前記高反射導電層との間の付着力を向上せしめることが
可能となる。
前記界面安定化膜を被着することにより、前記導電膜と
前記高反射導電層との間の付着力を向上せしめることが
可能となる。
(ヘ) 実施例 第1図は、本発明光起電力装置を説明するための素子
構造図である。
構造図である。
(1)は基板、(2)は基板(1)上に形成した本発
明の特徴である乱反射層、(3)は当該光起電力装置の
電極とするための高反射導電層、(4)はZnO膜,ITO(I
ndium Tin Oxide)膜などの透光性で且つ導電性を有す
る拡散防止層であり、(5)は非晶質シリコンから成る
光電変換層で、n層,i層及びp層をこの順序で形成され
たものである、(6)は前記光起電力装置の電極となる
透光性導電層である。
明の特徴である乱反射層、(3)は当該光起電力装置の
電極とするための高反射導電層、(4)はZnO膜,ITO(I
ndium Tin Oxide)膜などの透光性で且つ導電性を有す
る拡散防止層であり、(5)は非晶質シリコンから成る
光電変換層で、n層,i層及びp層をこの順序で形成され
たものである、(6)は前記光起電力装置の電極となる
透光性導電層である。
そこで、本発明が特徴とする乱反射層(2)は、導電
膜(2a)と界面安定化膜(2b)の積層構造からなり、前
者(2a)は、前記光電変換層側の表面を凹凸状の形状と
したSnO2膜又はITO膜などで、後者(2b)は、ZnO膜、チ
タン膜,モリブデン膜又はITO膜などである。
膜(2a)と界面安定化膜(2b)の積層構造からなり、前
者(2a)は、前記光電変換層側の表面を凹凸状の形状と
したSnO2膜又はITO膜などで、後者(2b)は、ZnO膜、チ
タン膜,モリブデン膜又はITO膜などである。
前記光起電力装置のうち、乱反射層(2)以外の構成
は従来周知のものである。以下では、実施例に沿って、
前記乱反射層(2)について詳述する。
は従来周知のものである。以下では、実施例に沿って、
前記乱反射層(2)について詳述する。
当該光起電力装置の製作においては、まず、基板
(1)を熱CVD装置に配置し、基板温度として350〜550
℃の範囲に設定する。次に、窒素ガスによってバブリン
グされたSnCl4ガスと、酸素ガス、そしてCF3Brガスを第
1表に示す流量で混合し、それを基板(1)の表面に流
すことにより該表面に凹凸形状を有するSnO2膜を形成し
導電膜(2a)とする。
(1)を熱CVD装置に配置し、基板温度として350〜550
℃の範囲に設定する。次に、窒素ガスによってバブリン
グされたSnCl4ガスと、酸素ガス、そしてCF3Brガスを第
1表に示す流量で混合し、それを基板(1)の表面に流
すことにより該表面に凹凸形状を有するSnO2膜を形成し
導電膜(2a)とする。
次に、前記導電膜(2a)上に 界面安定化膜(2b)で
あるZnO膜をスパッタ法で形成する。特に、この界面安
定化膜(2b)を使用する理由としては、前記導電膜(2
a)と、後工程で形成される高反射導電層との間の付着
力を向上せしめるためである。
あるZnO膜をスパッタ法で形成する。特に、この界面安
定化膜(2b)を使用する理由としては、前記導電膜(2
a)と、後工程で形成される高反射導電層との間の付着
力を向上せしめるためである。
次の工程として、前記界面安定化膜(2b)上に当該光
起電力装置の電極となる高反射導電層(3)を形成す
る。実施例では、蒸着法によって形成された銀膜を使用
した。この高反射導電層(3)は、前記電極としての機
能の他に、本発明の目的である、膜形成面から入射した
光を光電変換層側に反射する機能を有している。即ち、
前記高反射導電層(3)は、前述した乱反射層(2)に
含まれる導電膜(2a)の前記凹凸形状を反映し、それ自
体その表面に凹凸が生じている。従って、前記入射光
は、高反射導電層(3)の表面で効率的に乱反射される
こととなる。
起電力装置の電極となる高反射導電層(3)を形成す
る。実施例では、蒸着法によって形成された銀膜を使用
した。この高反射導電層(3)は、前記電極としての機
能の他に、本発明の目的である、膜形成面から入射した
光を光電変換層側に反射する機能を有している。即ち、
前記高反射導電層(3)は、前述した乱反射層(2)に
含まれる導電膜(2a)の前記凹凸形状を反映し、それ自
体その表面に凹凸が生じている。従って、前記入射光
は、高反射導電層(3)の表面で効率的に乱反射される
こととなる。
つまり、本発明によれば、前述したようなブラスト処
理や、エッチング処理によって基板表面自体に凹凸形状
を形成するものではないため、前記SnO2膜の形成条件を
凹凸形状となるような条件に設定することで、再現性を
よく形成することができる。さらに、本発明によれば、
導電膜(2a)上に界面安定化膜(2b)を積層しているこ
とから、導電膜(2a)の凹凸形状の一部で発生する鋭い
突起部分が前記界面安定化膜(2b)によって緩和され、
乱反射層(2)上に形成される光電変換層が極めて薄い
膜であるにも係わらず安定して形成できる。
理や、エッチング処理によって基板表面自体に凹凸形状
を形成するものではないため、前記SnO2膜の形成条件を
凹凸形状となるような条件に設定することで、再現性を
よく形成することができる。さらに、本発明によれば、
導電膜(2a)上に界面安定化膜(2b)を積層しているこ
とから、導電膜(2a)の凹凸形状の一部で発生する鋭い
突起部分が前記界面安定化膜(2b)によって緩和され、
乱反射層(2)上に形成される光電変換層が極めて薄い
膜であるにも係わらず安定して形成できる。
次に、高反射導電層(3)上に拡散防止層(4)、光
電変換層(5)及び透光性導電層(6)を周知の方法で
形成する。前記拡散防止層(4)としてZnO膜を高反射
導電層(3)と光電変換層(5)との間に配置した理由
は、前記高反射導電層(3)から光電変換層(5)への
不純物の拡散を防止することと、該高反射導電層(3)
の表面における光の反射効率を向上させるためである。
さらに実施例に於て拡散防止層(4)として特に前記Zn
O膜を使用したのは、その他のITO膜よりも、可視光及び
近赤外光などの光透過性が優れ、さらには導電性や耐プ
ラズマ性が著しく優れているためである。この長所は、
後工程で形成される光電変換層である非晶質シリコンの
形成条件の選択の幅を広くすることが可能となり有効で
ある。
電変換層(5)及び透光性導電層(6)を周知の方法で
形成する。前記拡散防止層(4)としてZnO膜を高反射
導電層(3)と光電変換層(5)との間に配置した理由
は、前記高反射導電層(3)から光電変換層(5)への
不純物の拡散を防止することと、該高反射導電層(3)
の表面における光の反射効率を向上させるためである。
さらに実施例に於て拡散防止層(4)として特に前記Zn
O膜を使用したのは、その他のITO膜よりも、可視光及び
近赤外光などの光透過性が優れ、さらには導電性や耐プ
ラズマ性が著しく優れているためである。この長所は、
後工程で形成される光電変換層である非晶質シリコンの
形成条件の選択の幅を広くすることが可能となり有効で
ある。
第2図は本発明光起電力装置の各波長に於る収集効率
分布特性図である。横軸は、光起電力装置に照射された
光の波長分布であり、縦軸は各波長に於る収集の程度を
示している。従って、その収集効率が1に近いほどその
波長光に対する吸収が効率よく行われていることを示す
ことになる。
分布特性図である。横軸は、光起電力装置に照射された
光の波長分布であり、縦軸は各波長に於る収集の程度を
示している。従って、その収集効率が1に近いほどその
波長光に対する吸収が効率よく行われていることを示す
ことになる。
同図には、本発明のものの他に、従来の方法により前
記乱反射を起こす構造を具備した光起電力装置も比較の
ために同時に示している。
記乱反射を起こす構造を具備した光起電力装置も比較の
ために同時に示している。
その素子構造としては、本発明に基づく光起電力装置
は同図中のa及びbの2種類であり、cは従来のもので
ある。本発明光起電力装置aは前述した実施例光起電力
装置であり、本発明光起電力装置bは前記光起電力装置
aの内、高反射導電層(3)と光電変換層(5)の間に
配置していた拡散防止層(4)のZnO膜をITO膜に代替し
たことのみが異なり、従来の光起電力装置cは前記本発
明光起電力装置aの内、前記乱反射層を使用せず、且つ
基板の表面をブラスト処理を施すことにより凹凸を設け
たステンレス基板を使用した光起電力装置である。さら
に、それぞれの光電変換層の形成条件の相違としては、
前記光起電力装置aは前記非晶質シリコンのn層及びi
層の形成温度を270℃とし、前記光起電力装置bおよび
前記光起電力装置cでは、そのn層及びi層の形成温度
を220℃としたことである。
は同図中のa及びbの2種類であり、cは従来のもので
ある。本発明光起電力装置aは前述した実施例光起電力
装置であり、本発明光起電力装置bは前記光起電力装置
aの内、高反射導電層(3)と光電変換層(5)の間に
配置していた拡散防止層(4)のZnO膜をITO膜に代替し
たことのみが異なり、従来の光起電力装置cは前記本発
明光起電力装置aの内、前記乱反射層を使用せず、且つ
基板の表面をブラスト処理を施すことにより凹凸を設け
たステンレス基板を使用した光起電力装置である。さら
に、それぞれの光電変換層の形成条件の相違としては、
前記光起電力装置aは前記非晶質シリコンのn層及びi
層の形成温度を270℃とし、前記光起電力装置bおよび
前記光起電力装置cでは、そのn層及びi層の形成温度
を220℃としたことである。
同図で示されるように、従来の光起電力装置cの場
合、光電変換層内での入射光の乱反射が有効に生じてお
らず長波長光の収集効率が低下している。一方、本発明
の光起電力装置a及びbでは長波長光に対しても十分な
収集が行えており、前記乱反射層の効果が顕著に出てい
る。
合、光電変換層内での入射光の乱反射が有効に生じてお
らず長波長光の収集効率が低下している。一方、本発明
の光起電力装置a及びbでは長波長光に対しても十分な
収集が行えており、前記乱反射層の効果が顕著に出てい
る。
第2表は、これら光起電力装置の電気的特性を夫々示
したものである。同表から本発明の光起電力装置a及び
bは、従来の光起電力装置cと比較して変換効率におい
て優れた特性を示すことが判る。
したものである。同表から本発明の光起電力装置a及び
bは、従来の光起電力装置cと比較して変換効率におい
て優れた特性を示すことが判る。
尚、同表では前記光起電力装置aの開放電圧値及び曲
率因子の値が前記光起電力装置bよりも劣っていること
を示している。これは、前記光起電力装置aにおいて、
前記非晶質シリコンの信頼性を向上させるため、その形
成温度を高くしたことに起因する。
率因子の値が前記光起電力装置bよりも劣っていること
を示している。これは、前記光起電力装置aにおいて、
前記非晶質シリコンの信頼性を向上させるため、その形
成温度を高くしたことに起因する。
この様に信頼性を確保した光起電力装置を形成するに
は、高反射導電層(3)と光電変換層(5)との間に配
置される拡散防止層(4)として、本実施例の如くZnO
膜を採用することが好ましい。例えば、前記間にITO膜
を使用した前記光起電力装置bの構造で、前記非晶質シ
リコンの形成温度を220℃から270℃に高くしたならば、
その特性は著しく低下することが確認されている。
は、高反射導電層(3)と光電変換層(5)との間に配
置される拡散防止層(4)として、本実施例の如くZnO
膜を採用することが好ましい。例えば、前記間にITO膜
を使用した前記光起電力装置bの構造で、前記非晶質シ
リコンの形成温度を220℃から270℃に高くしたならば、
その特性は著しく低下することが確認されている。
(ト) 発明の効果 本発明の光起電力装置によれば、乱反射用の凹凸形状
を導電膜により再現性よく形成できるため、特性の向上
が可能であり、且つ光電変換層の形成条件の設定範囲を
広くすることができる。
を導電膜により再現性よく形成できるため、特性の向上
が可能であり、且つ光電変換層の形成条件の設定範囲を
広くすることができる。
第1図は本発明光起電力装置の素子構造断面、第2図
は、前記光起電力装置の収集効率特性図である。
は、前記光起電力装置の収集効率特性図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−159383(JP,A) 特開 昭62−69567(JP,A) 特開 平1−137675(JP,A) 特開 昭62−252976(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04 - 31/078
Claims (1)
- 【請求項1】基板上に高反射導電層、光電変換層、透光
性導電層をこの順序で重畳形成された積層体からなる光
起電力装置に於て、前記基板と前記高反射導電層との間
に乱反射層を介在させるとともに、前記乱反射層が、前
記高反射導電層側の表面を凹凸形状とした導電膜と、前
記表面と接着形成された界面安定化膜との積層構造を有
することを特徴とする光起電力装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2255721A JP2994716B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 光起電力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2255721A JP2994716B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 光起電力装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04133362A JPH04133362A (ja) | 1992-05-07 |
JP2994716B2 true JP2994716B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=17282728
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2255721A Expired - Lifetime JP2994716B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 光起電力装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2994716B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7781669B2 (en) | 2005-02-25 | 2010-08-24 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photovoltaic cell |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2974485B2 (ja) * | 1992-02-05 | 1999-11-10 | キヤノン株式会社 | 光起電力素子の製造法 |
-
1990
- 1990-09-25 JP JP2255721A patent/JP2994716B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7781669B2 (en) | 2005-02-25 | 2010-08-24 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photovoltaic cell |
USRE45872E1 (en) | 2005-02-25 | 2016-01-26 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Photovoltaic cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04133362A (ja) | 1992-05-07 |
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