JPH06310741A - 太陽電池素子 - Google Patents
太陽電池素子Info
- Publication number
- JPH06310741A JPH06310741A JP5100886A JP10088693A JPH06310741A JP H06310741 A JPH06310741 A JP H06310741A JP 5100886 A JP5100886 A JP 5100886A JP 10088693 A JP10088693 A JP 10088693A JP H06310741 A JPH06310741 A JP H06310741A
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- JP
- Japan
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- light
- solar cell
- cell element
- layer
- semiconductor layer
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 太陽電池素子のエネルギ変換効率を大幅に向
上させる。 【構成】 ｐ型半導体Ｓｉ基板３の表面に陽極化成処理
を施し、この処理によって得られた処理層の表面にｎ+
型半導体層２を形成し、ｐ型半導体Ｓｉ基板３の裏面側
にｐ+ 型半導体層４を形成し、ｎ+ 型半導体層２の上に
受光面集電電極１を設け、ｐ+ 型半導体層４の下に裏面
集電電極５を設ける。処理層は、短波長領域の光を、光
電変換に寄与する可視光に変換する。
上させる。 【構成】 ｐ型半導体Ｓｉ基板３の表面に陽極化成処理
を施し、この処理によって得られた処理層の表面にｎ+
型半導体層２を形成し、ｐ型半導体Ｓｉ基板３の裏面側
にｐ+ 型半導体層４を形成し、ｎ+ 型半導体層２の上に
受光面集電電極１を設け、ｐ+ 型半導体層４の下に裏面
集電電極５を設ける。処理層は、短波長領域の光を、光
電変換に寄与する可視光に変換する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エネルギ変換効率を向
上させた太陽電池素子に関する。
上させた太陽電池素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池素子は、半導体のｐｎ接合に光
を照射することによって電流が流れる光起電力効果を利
用して太陽光エネルギを電気エネルギに変換する。
を照射することによって電流が流れる光起電力効果を利
用して太陽光エネルギを電気エネルギに変換する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現状の
太陽電池素子では、太陽光エネルギの変換過程において
種々の損失のために変換効率が低下する。損失には、長
波長光の透過損失１５％、短波長光の熱変換による損失
３５％、電極抵抗等による電圧因子損失２１％、光反射
損失６％、キャリア再結合による損失６％、電極面積の
ための有効受光面積の減少による損失４％等がある。
太陽電池素子では、太陽光エネルギの変換過程において
種々の損失のために変換効率が低下する。損失には、長
波長光の透過損失１５％、短波長光の熱変換による損失
３５％、電極抵抗等による電圧因子損失２１％、光反射
損失６％、キャリア再結合による損失６％、電極面積の
ための有効受光面積の減少による損失４％等がある。
【０００４】これらの損失を少なくして変換効率を向上
させるために、従来より、表面ピラミッド構造、多層反
射防止膜、表面電極の微細化等が取り組まれているが、
未だ十分な効果は得られていない。
させるために、従来より、表面ピラミッド構造、多層反
射防止膜、表面電極の微細化等が取り組まれているが、
未だ十分な効果は得られていない。
【０００５】そこで本発明の目的は、エネルギ変換効率
を大幅に向上させることのできる太陽電池素子を提供す
ることにある。
を大幅に向上させることのできる太陽電池素子を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池素子
は、第１の波長領域の光を光電変換する半導体素子と、
この半導体素子の受光面側に設けられ、第１の波長領域
とは異なる第２の波長領域の光を第１の波長領域の光に
変換する変換層とを備えたものである。
は、第１の波長領域の光を光電変換する半導体素子と、
この半導体素子の受光面側に設けられ、第１の波長領域
とは異なる第２の波長領域の光を第１の波長領域の光に
変換する変換層とを備えたものである。
【０００７】
【作用】この太陽電池素子では、本来、半導体素子によ
る光電変換に寄与しない短波長成分等の第２の波長領域
の光が第１の波長領域の光に変換され、光電変換に寄与
することになる。変換層は、半導体ウエハ上に陽極化成
処理を施して得られた層や、蛍光物質による層等であ
る。
る光電変換に寄与しない短波長成分等の第２の波長領域
の光が第１の波長領域の光に変換され、光電変換に寄与
することになる。変換層は、半導体ウエハ上に陽極化成
処理を施して得られた層や、蛍光物質による層等であ
る。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。
る。
【０００９】図１は本発明の第１実施例の太陽電池素子
の断面図である。この図に示すように、本実施例の太陽
電池素子は、ｐ型半導体Ｓｉ基板３の表面側にｎ+ 型半
導体層２を形成し、裏面側にｐ+ 型半導体層４を形成
し、ｎ+ 型半導体層２の上に受光面集電電極１を設け、
ｐ+ 型半導体層４の下に裏面集電電極５を設けて構成さ
れている。
の断面図である。この図に示すように、本実施例の太陽
電池素子は、ｐ型半導体Ｓｉ基板３の表面側にｎ+ 型半
導体層２を形成し、裏面側にｐ+ 型半導体層４を形成
し、ｎ+ 型半導体層２の上に受光面集電電極１を設け、
ｐ+ 型半導体層４の下に裏面集電電極５を設けて構成さ
れている。
【００１０】ｐ型半導体Ｓｉ基板３は、例えば、ＣＺ法
により結晶成長させた厚さ約１００μｍのＳｉ基板にＢ
（ホウ素）をドープして形成される。ｎ+ 型半導体層２
は、例えば、拡散法によりｐ型半導体Ｓｉ基板３の受光
面側に接合深さ約０．５μｍのｎ+ 層領域を形成したも
のである。ｐ+ 型半導体層４は、例えば、イオン注入法
によりｐ型半導体Ｓｉ基板３の裏面側に接合深さ約１．
０μｍのｐ+ 層領域を形成したものである。受光面集電
電極１は、例えば、アルミニウムを真空蒸着、スパッタ
リング、フォトリソグラフィ等の手法で形成する。な
お、線幅、線間は有効受光面積を増すために微細パター
ンの方が良い。裏面集電電極５は、例えばアルミニウム
膜で形成する。
により結晶成長させた厚さ約１００μｍのＳｉ基板にＢ
（ホウ素）をドープして形成される。ｎ+ 型半導体層２
は、例えば、拡散法によりｐ型半導体Ｓｉ基板３の受光
面側に接合深さ約０．５μｍのｎ+ 層領域を形成したも
のである。ｐ+ 型半導体層４は、例えば、イオン注入法
によりｐ型半導体Ｓｉ基板３の裏面側に接合深さ約１．
０μｍのｐ+ 層領域を形成したものである。受光面集電
電極１は、例えば、アルミニウムを真空蒸着、スパッタ
リング、フォトリソグラフィ等の手法で形成する。な
お、線幅、線間は有効受光面積を増すために微細パター
ンの方が良い。裏面集電電極５は、例えばアルミニウム
膜で形成する。
【００１１】本実施例の太陽電池素子の特徴は、Ｓｉ基
板３の表面に陽極化成処理を施し、この処理によって得
られた処理層の表面にｎ+ 型半導体層２を形成している
点にある。陽極化成処理によって得られた処理層は、紫
外光を吸収し、図２に示すように可視光（５００〜７０
０ｎｍ）を発光する。図３に示すように、太陽電池素子
において変換効率（集電効率）の高い波長領域は５００
〜９００ｎｍであるため、処理層による可視光発光現象
により、本来、太陽電池素子による光電変換に寄与せず
熱に変換されていた短波長成分（紫外光）が光電変換に
寄与することになり、太陽電池素子のエネルギ変換効率
が向上し、太陽電池素子の性能が向上する。
板３の表面に陽極化成処理を施し、この処理によって得
られた処理層の表面にｎ+ 型半導体層２を形成している
点にある。陽極化成処理によって得られた処理層は、紫
外光を吸収し、図２に示すように可視光（５００〜７０
０ｎｍ）を発光する。図３に示すように、太陽電池素子
において変換効率（集電効率）の高い波長領域は５００
〜９００ｎｍであるため、処理層による可視光発光現象
により、本来、太陽電池素子による光電変換に寄与せず
熱に変換されていた短波長成分（紫外光）が光電変換に
寄与することになり、太陽電池素子のエネルギ変換効率
が向上し、太陽電池素子の性能が向上する。
【００１２】また、陽極化成処理によって得られた処理
層の表面はポーラス（多孔）であるため、反射防止機能
をも発揮し、これによってもエネルギ変換効率が向上す
る。なお、陽極化成処理によって得られた処理層が可視
光を発光すること、および処理層の表面がポーラスであ
ることは、例えば、１９９２年７月２４日に開催された
応用物理学会結晶工学分科会第９回結晶工学シンポジウ
ムで発表された「陽極化成Ｓｉの熱処理による微構造変
化」において述べられている。
層の表面はポーラス（多孔）であるため、反射防止機能
をも発揮し、これによってもエネルギ変換効率が向上す
る。なお、陽極化成処理によって得られた処理層が可視
光を発光すること、および処理層の表面がポーラスであ
ることは、例えば、１９９２年７月２４日に開催された
応用物理学会結晶工学分科会第９回結晶工学シンポジウ
ムで発表された「陽極化成Ｓｉの熱処理による微構造変
化」において述べられている。
【００１３】次に、陽極化成処理の方法について、一例
を挙げて説明する。本実施例では、図４に示すように、
Ｓｉウェハ１１とＰｔ（白金）電極１２を、フッ化水素
の４９％水溶液と水が１：１の割合の電解液１３に浸
し、Ｓｉウェハ１１とＰｔ電極１２間に電流密度８０ｍ
Ａ／ｃｍ2 で直流電流を、室温下で１０分間流して、陽
極化成処理を行い、その後、熱処理を行った。図５は以
上の処理後のＳｉウェハの表面構造を示すものである。
を挙げて説明する。本実施例では、図４に示すように、
Ｓｉウェハ１１とＰｔ（白金）電極１２を、フッ化水素
の４９％水溶液と水が１：１の割合の電解液１３に浸
し、Ｓｉウェハ１１とＰｔ電極１２間に電流密度８０ｍ
Ａ／ｃｍ2 で直流電流を、室温下で１０分間流して、陽
極化成処理を行い、その後、熱処理を行った。図５は以
上の処理後のＳｉウェハの表面構造を示すものである。
【００１４】処理したＳｉ表面を、Ｘ線光電子分光（Ｘ
ＰＳ）、フーリエ変換赤外吸収（ＦＴＩＲ）、透過電子
顕微鏡（ＴＥＭ）で分析したところ、Ｓｉ、Ｏ、ＳｉＨ
を確認すると共に、単結晶とアモルファスが混在するこ
とが分かった。さらに、顕微ラマンによる深さ方向粒径
測定によれば、図５に示すように、粒径は表面側２１で
小さく（３ｎｍ以下）、裏面側２２で大きく（３ｎｍ以
上）なっていることが明らかとなった。
ＰＳ）、フーリエ変換赤外吸収（ＦＴＩＲ）、透過電子
顕微鏡（ＴＥＭ）で分析したところ、Ｓｉ、Ｏ、ＳｉＨ
を確認すると共に、単結晶とアモルファスが混在するこ
とが分かった。さらに、顕微ラマンによる深さ方向粒径
測定によれば、図５に示すように、粒径は表面側２１で
小さく（３ｎｍ以下）、裏面側２２で大きく（３ｎｍ以
上）なっていることが明らかとなった。
【００１５】図２は４Ｗの紫外光ランプを照射したとき
の処理層の発光スペクトルを示すものである。このよう
に、処理層から５００〜７００ｎｍのブロードなオレン
ジ色の発光が確認された。なお、処理層の発光強度は、
陽極化成処理後の熱処理温度に依存しており、３００℃
で最大の発光強度を確認した。また、発光強度のピーク
波長も、熱処理温度によって若干変化する。
の処理層の発光スペクトルを示すものである。このよう
に、処理層から５００〜７００ｎｍのブロードなオレン
ジ色の発光が確認された。なお、処理層の発光強度は、
陽極化成処理後の熱処理温度に依存しており、３００℃
で最大の発光強度を確認した。また、発光強度のピーク
波長も、熱処理温度によって若干変化する。
【００１６】図１に示す太陽電池素子を製造する場合、
陽極化成処理を施したＳｉ基板の表面にｎ+ 型半導体層
２を形成する。このように太陽電池素子の受光面側に陽
極化成処理を施した処理層を形成したことにより、処理
層による可視光発光現象によって短波長成分（紫外光）
が光電変換に寄与し、太陽電池素子の性能が向上した。
陽極化成処理を施したＳｉ基板の表面にｎ+ 型半導体層
２を形成する。このように太陽電池素子の受光面側に陽
極化成処理を施した処理層を形成したことにより、処理
層による可視光発光現象によって短波長成分（紫外光）
が光電変換に寄与し、太陽電池素子の性能が向上した。
【００１７】次に、陽極化成処理を施したＳｉ基板の表
面の反射防止機能について説明する。図５に示すように
陽極化成処理を施したＳｉ基板の表面はポーラスな構造
となっているため、表面反射率が低下する。表１は、種
々の表面の構成における反射率を比較した表である。こ
の表に示される構成１〜７のうち、１〜５は陽極化成処
理を施さなかった場合であり、６、７は陽極化成処理を
施した場合である。また、構成５、７における２層反射
防止膜の条件は構成３と同様である。
面の反射防止機能について説明する。図５に示すように
陽極化成処理を施したＳｉ基板の表面はポーラスな構造
となっているため、表面反射率が低下する。表１は、種
々の表面の構成における反射率を比較した表である。こ
の表に示される構成１〜７のうち、１〜５は陽極化成処
理を施さなかった場合であり、６、７は陽極化成処理を
施した場合である。また、構成５、７における２層反射
防止膜の条件は構成３と同様である。
【００１８】
【表１】 また、図６は分光光度計を用いた反射スペクトルを示
し、（ａ）は表１における構成１、３について示し、
（ｂ）は表１における構成４、５について示し、（ｃ）
は表１における構成６、７について示している。
し、（ａ）は表１における構成１、３について示し、
（ｂ）は表１における構成４、５について示し、（ｃ）
は表１における構成６、７について示している。
【００１９】これら表１および図６から、陽極化成処理
によって表面反射率が低下することが分かる。そして、
この表面反射率の低下により、太陽電池素子のエネルギ
変換効率が向上し、性能が向上した。
によって表面反射率が低下することが分かる。そして、
この表面反射率の低下により、太陽電池素子のエネルギ
変換効率が向上し、性能が向上した。
【００２０】以上説明したように、本実施例によれば、
太陽電池素子の受光面側に、陽極化成処理を施した処理
層を形成したので、処理層による可視光発光現象によ
り、本来、太陽電池素子による光電変換に寄与せず熱に
変換されていた短波長領域の光を光電変換することがで
きること、およびポーラスな処理層表面の反射防止機能
により、太陽電池素子のエネルギ変換効率を向上させ、
太陽電池素子の性能を向上させることができる。
太陽電池素子の受光面側に、陽極化成処理を施した処理
層を形成したので、処理層による可視光発光現象によ
り、本来、太陽電池素子による光電変換に寄与せず熱に
変換されていた短波長領域の光を光電変換することがで
きること、およびポーラスな処理層表面の反射防止機能
により、太陽電池素子のエネルギ変換効率を向上させ、
太陽電池素子の性能を向上させることができる。
【００２１】また、従来、短波長領域の光は熱に変換さ
れると、この熱が太陽電池素子の性能を劣化させる原因
となっていた。これに対し、本実施例では、短波長領域
の光が熱ではなく、光電変換に有効な可視光に変換され
るため、太陽電池素子を長時間連続使用しても性能劣化
が少ない。図７は、本実施例による太陽電池素子と従来
の太陽電池素子の性能を比較したもので、符号３１は本
実施例による太陽電池素子の出力の経時変化を示し、３
２は従来の太陽電池素子の出力の経時変化を示してい
る。
れると、この熱が太陽電池素子の性能を劣化させる原因
となっていた。これに対し、本実施例では、短波長領域
の光が熱ではなく、光電変換に有効な可視光に変換され
るため、太陽電池素子を長時間連続使用しても性能劣化
が少ない。図７は、本実施例による太陽電池素子と従来
の太陽電池素子の性能を比較したもので、符号３１は本
実施例による太陽電池素子の出力の経時変化を示し、３
２は従来の太陽電池素子の出力の経時変化を示してい
る。
【００２２】なお、陽極化成処理の条件は実施例中に挙
げた条件に限定されず適宜に設定することができる。
げた条件に限定されず適宜に設定することができる。
【００２３】図８は本発明の第２実施例の太陽電池素子
の断面図である。本実施例の太陽電池素子は、ｐ型半導
体Ｓｉ基板４４の表面側にｎ型半導体層４３を形成し、
裏面側にｐ+ 型半導体層４５を形成し、ｎ型半導体層４
３の上に受光面集電電極４１を設け、ｐ+ 型半導体層４
５の下に裏面集電電極４６を設けたものにおいて、ｎ型
半導体層４３の上に数１０μｍ程度の透明な蛍光体層４
２を形成したものである。
の断面図である。本実施例の太陽電池素子は、ｐ型半導
体Ｓｉ基板４４の表面側にｎ型半導体層４３を形成し、
裏面側にｐ+ 型半導体層４５を形成し、ｎ型半導体層４
３の上に受光面集電電極４１を設け、ｐ+ 型半導体層４
５の下に裏面集電電極４６を設けたものにおいて、ｎ型
半導体層４３の上に数１０μｍ程度の透明な蛍光体層４
２を形成したものである。
【００２４】蛍光体層４２の形成法としては、蛍光物質
を真空蒸着等の蒸着法で成膜したり、蛍光物質をアクリ
ル樹脂のＰＭＭＡ等高分子に分散した後スピンコート等
の手法で成膜する方法がある。
を真空蒸着等の蒸着法で成膜したり、蛍光物質をアクリ
ル樹脂のＰＭＭＡ等高分子に分散した後スピンコート等
の手法で成膜する方法がある。
【００２５】また、蛍光物質としては、ベンゼン、ナフ
タレン、アントラセン、ピレン、ペリレン、９、１０−
ジフェニルアントラセン、ベンゾフェノン、ナフトキノ
ン、アントラキノン、ビアセチル、カルバゾール、ナフ
トール等がある。
タレン、アントラセン、ピレン、ペリレン、９、１０−
ジフェニルアントラセン、ベンゾフェノン、ナフトキノ
ン、アントラキノン、ビアセチル、カルバゾール、ナフ
トール等がある。
【００２６】本実施例では、蛍光体層４２が、使用する
蛍光物質に固有の波長の光を受けて、可視光領域におけ
る固有の波長の光を発光する。従って、従来、太陽電池
素子による光電変換に寄与していなかった波長領域の光
を光電変換することができ、エネルギ変換効率を向上さ
せて、太陽電池素子の性能を向上させることができる。
蛍光物質に固有の波長の光を受けて、可視光領域におけ
る固有の波長の光を発光する。従って、従来、太陽電池
素子による光電変換に寄与していなかった波長領域の光
を光電変換することができ、エネルギ変換効率を向上さ
せて、太陽電池素子の性能を向上させることができる。
【００２７】その他の構成および作用は第１実施例と同
様である。
様である。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、受
光面側に、光電変換に寄与しない波長領域の光を光電変
換に寄与する波長領域の光に変換する変換層を設けたの
で、太陽電池素子のエネルギ変換効率を大幅に向上させ
ることができるという効果がある。
光面側に、光電変換に寄与しない波長領域の光を光電変
換に寄与する波長領域の光に変換する変換層を設けたの
で、太陽電池素子のエネルギ変換効率を大幅に向上させ
ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の太陽電池素子の断面図で
ある。
ある。
【図２】図１の太陽電池素子の処理層の発光スペクトル
を示す特性図である。
を示す特性図である。
【図３】図１の太陽電池素子の集電効率のスペクトルを
示す特性図である。
示す特性図である。
【図４】陽極化成処理の方法を示す説明図である。
【図５】陽極化成処理後のＳｉ基板の表面構造を示す説
明図である。
明図である。
【図６】種々の表面の構成における反射スペクトルを示
す特性図である。
す特性図である。
【図７】本発明の第１実施例の太陽電池素子と従来の太
陽電池素子の出力の経時変化を示す特性図である。
陽電池素子の出力の経時変化を示す特性図である。
【図８】本発明の第２実施例の太陽電池素子の断面図で
ある。
ある。
１ 受光面集電電極 ２ ｎ+ 型半導体層 ３ ｐ型半導体Ｓｉ基板 ４ ｐ+ 型半導体層 ５ 裏面集電電極
Claims (1)
- 【請求項１】 第１の波長領域の光を光電変換する半導
体素子と、 この半導体素子の受光面側に設けられ、前記第１の波長
領域とは異なる第２の波長領域の光を前記第１の波長領
域の光に変換する変換層と、 を具備することを特徴とする太陽電池素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5100886A JPH06310741A (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 太陽電池素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5100886A JPH06310741A (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 太陽電池素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06310741A true JPH06310741A (ja) | 1994-11-04 |
Family
ID=14285815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5100886A Pending JPH06310741A (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 太陽電池素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06310741A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1117201A (ja) * | 1997-04-28 | 1999-01-22 | Sharp Corp | 太陽電池セルおよびその製造方法 |
| JP2007281448A (ja) * | 2006-04-05 | 2007-10-25 | Samsung Sdi Co Ltd | 太陽電池とその製造方法 |
| JP2008205398A (ja) * | 2007-02-22 | 2008-09-04 | Sharp Corp | 光電変換素子およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-04-27 JP JP5100886A patent/JPH06310741A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1117201A (ja) * | 1997-04-28 | 1999-01-22 | Sharp Corp | 太陽電池セルおよびその製造方法 |
| JP2007281448A (ja) * | 2006-04-05 | 2007-10-25 | Samsung Sdi Co Ltd | 太陽電池とその製造方法 |
| US8227881B2 (en) | 2006-04-05 | 2012-07-24 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Solar cell and its method of manufacture |
| JP2008205398A (ja) * | 2007-02-22 | 2008-09-04 | Sharp Corp | 光電変換素子およびその製造方法 |
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