JPH06338624A - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
- Publication number
- JPH06338624A JPH06338624A JP5151129A JP15112993A JPH06338624A JP H06338624 A JPH06338624 A JP H06338624A JP 5151129 A JP5151129 A JP 5151129A JP 15112993 A JP15112993 A JP 15112993A JP H06338624 A JPH06338624 A JP H06338624A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- solar cell
- insulating layer
- electrode
- semiconductor thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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】 製造プロセス上再現性に優れ、高エネルギー
変換効率の薄膜太陽電池を提供する。 【構成】 ショットキー電極として用いる透明導電膜と
p型吸収層の間に、吸収層の電子親和力と同程度あるい
はそれ以上の電子親和力をもつ高抵抗層を設けた透明電
極/絶縁層/吸収層で構成する太陽電池。
変換効率の薄膜太陽電池を提供する。 【構成】 ショットキー電極として用いる透明導電膜と
p型吸収層の間に、吸収層の電子親和力と同程度あるい
はそれ以上の電子親和力をもつ高抵抗層を設けた透明電
極/絶縁層/吸収層で構成する太陽電池。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エネルギー変換効率の
高い太陽電池の構成に関する。
高い太陽電池の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の化合物薄膜を用いた太陽電池は、
図5に示すように広いバンドギャップを持つ化合物半導
体薄膜6(窓層として機能する)と狭いバンドギャップ
を持つ化合物薄膜7(吸収層として機能する)のヘテロ
接合で構成されている。通常は、太陽電池の窓層に適し
た2.4eV以上の広いバンドギャップを持つp型半導
体薄膜があまり存在しないことや少数キャリアの拡散長
は電子の方が長いことから、窓層としてn型半導体を、
また吸収層としてp型半導体をそれぞれ用いる。
図5に示すように広いバンドギャップを持つ化合物半導
体薄膜6(窓層として機能する)と狭いバンドギャップ
を持つ化合物薄膜7(吸収層として機能する)のヘテロ
接合で構成されている。通常は、太陽電池の窓層に適し
た2.4eV以上の広いバンドギャップを持つp型半導
体薄膜があまり存在しないことや少数キャリアの拡散長
は電子の方が長いことから、窓層としてn型半導体を、
また吸収層としてp型半導体をそれぞれ用いる。
【0003】より高いエネルギー変換効率を得るために
必要とされる条件は、より多くの光電流を得るための光
学的な最適設計と界面あるいは特に吸収層においてキャ
リアの再結合のない高品質のヘテロ接合及び薄膜を作る
ことである。高品質のヘテロ界面は、窓層と吸収層の組
合せと関係が深く、従来CdS/CdTe系やCdS/
CuInSe2系において優れたヘテロ接合が得られて
いる。また、太陽電池の高効率化の試みとして、より広
いバンドギャップをもつ半導体、たとえば、図5に示し
た窓層の半導体薄膜6としてCdZnS等を用いること
によって、太陽光の短波長光の感度向上が図られてい
る。
必要とされる条件は、より多くの光電流を得るための光
学的な最適設計と界面あるいは特に吸収層においてキャ
リアの再結合のない高品質のヘテロ接合及び薄膜を作る
ことである。高品質のヘテロ界面は、窓層と吸収層の組
合せと関係が深く、従来CdS/CdTe系やCdS/
CuInSe2系において優れたヘテロ接合が得られて
いる。また、太陽電池の高効率化の試みとして、より広
いバンドギャップをもつ半導体、たとえば、図5に示し
た窓層の半導体薄膜6としてCdZnS等を用いること
によって、太陽光の短波長光の感度向上が図られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来構成の化合物薄膜
ヘテロ接合型太陽電池に共通する課題の1つは、窓層の
バンドギャップによってその太陽電池における短波長感
度がほとんど決まることである。図6のaは、図5に示
した構成の太陽電池において、CdSの窓層を用いた場
合のバンドギャップ付近における量子効率を示してい
る。またbは、図5に示した構成の太陽電池におけるC
dZnSの窓層を用いた場合のバンドギャップ付近にお
ける量子効率を示している。後者の場合においては、窓
層の広バンドギャップ化によって得られる光電流を向上
させることはできるが、窓層としてCdSを用いた場合
に比べて、得られる開放端電圧は少し低下する傾向にあ
り、結果として変換効率を大きく向上させることに成功
していない。この原因は、CdZnS薄膜と光吸収層半
導体で形成されたヘテロ接合の品質がCdS薄膜とその
光吸収層半導体とのものに比べて低下してしまうことに
あると考えられる。
ヘテロ接合型太陽電池に共通する課題の1つは、窓層の
バンドギャップによってその太陽電池における短波長感
度がほとんど決まることである。図6のaは、図5に示
した構成の太陽電池において、CdSの窓層を用いた場
合のバンドギャップ付近における量子効率を示してい
る。またbは、図5に示した構成の太陽電池におけるC
dZnSの窓層を用いた場合のバンドギャップ付近にお
ける量子効率を示している。後者の場合においては、窓
層の広バンドギャップ化によって得られる光電流を向上
させることはできるが、窓層としてCdSを用いた場合
に比べて、得られる開放端電圧は少し低下する傾向にあ
り、結果として変換効率を大きく向上させることに成功
していない。この原因は、CdZnS薄膜と光吸収層半
導体で形成されたヘテロ接合の品質がCdS薄膜とその
光吸収層半導体とのものに比べて低下してしまうことに
あると考えられる。
【0005】さらに、バンドギャップが3.0eV以上
のSnO2やITO、ZnOなどの透明導電膜と吸収層
とのショットキー接合の太陽電池も考えられる。この太
陽電池の場合は、図6のcに示したように短波長の感度
は飛躍的に向上するが、CdSを窓層に用いた場合に比
べ、開放端電圧が若干低下するとともに製造プロセス上
の再現性にも難点がある。このことは、半導体薄膜の表
面状態や幾何学的形状に起因する。ショットキー接合
は、接合を作る半導体薄膜の相手が非常に電気伝導性の
高い膜であるために、表面状態が不均一であったりある
いはゴミなどの付着等により半導体薄膜表面に激しい凹
凸があったりすると、非常に敏感で、局部的な短絡が生
じやすく、そのことが素子全体の特性を大きく悪化させ
る原因となる。
のSnO2やITO、ZnOなどの透明導電膜と吸収層
とのショットキー接合の太陽電池も考えられる。この太
陽電池の場合は、図6のcに示したように短波長の感度
は飛躍的に向上するが、CdSを窓層に用いた場合に比
べ、開放端電圧が若干低下するとともに製造プロセス上
の再現性にも難点がある。このことは、半導体薄膜の表
面状態や幾何学的形状に起因する。ショットキー接合
は、接合を作る半導体薄膜の相手が非常に電気伝導性の
高い膜であるために、表面状態が不均一であったりある
いはゴミなどの付着等により半導体薄膜表面に激しい凹
凸があったりすると、非常に敏感で、局部的な短絡が生
じやすく、そのことが素子全体の特性を大きく悪化させ
る原因となる。
【0006】そこで本発明は、以上のような従来技術の
問題点に鑑み、光電流および開放端電圧を共に大きくと
ることができるとともに、製造プロセス上の再現性に優
れ、エネルギー変換効率の高い太陽電池を提供すること
を目的とする。
問題点に鑑み、光電流および開放端電圧を共に大きくと
ることができるとともに、製造プロセス上の再現性に優
れ、エネルギー変換効率の高い太陽電池を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記に述べた課題は、絶
縁性基板上に形成された半導体薄膜の入光側に透明絶縁
層を介して透明電極を形成し、前記半導体薄膜の透明電
極とは反対側に非整流性の電極を形成することを特徴と
する太陽電池によって解決できる。さらに、詳しくいえ
ば、前記絶縁性基板上に形成された半導体薄膜の伝導型
がp型であり、かつ前記入光側に設けた絶縁層の電子親
和力が、前記半導体薄膜のそれと同程度かそれ以上とす
る。具体的には前記半導体薄膜がp型のCuInSe2
よりなり、前記入光側に設けた絶縁層がZnOよりな
り、前記透明電極が低抵抗ZnOあるいはITO薄膜よ
りなる。また、前記半導体薄膜がp型のCdTeよりな
り、前記入光側に設けた絶縁層がSnO2よりなり、前
記透明電極が低抵抗SnO2あるいはITOよりなる太
陽電池である。
縁性基板上に形成された半導体薄膜の入光側に透明絶縁
層を介して透明電極を形成し、前記半導体薄膜の透明電
極とは反対側に非整流性の電極を形成することを特徴と
する太陽電池によって解決できる。さらに、詳しくいえ
ば、前記絶縁性基板上に形成された半導体薄膜の伝導型
がp型であり、かつ前記入光側に設けた絶縁層の電子親
和力が、前記半導体薄膜のそれと同程度かそれ以上とす
る。具体的には前記半導体薄膜がp型のCuInSe2
よりなり、前記入光側に設けた絶縁層がZnOよりな
り、前記透明電極が低抵抗ZnOあるいはITO薄膜よ
りなる。また、前記半導体薄膜がp型のCdTeよりな
り、前記入光側に設けた絶縁層がSnO2よりなり、前
記透明電極が低抵抗SnO2あるいはITOよりなる太
陽電池である。
【0008】
【作用】太陽電池の吸収層である半導体薄膜の入光側に
絶縁層を介して透明電極を形成する構成によって、半導
体薄膜表面の状態に大きく左右されるという従来からの
製造プロセスの安定性における困難を取り除き、ショッ
トキー接合による太陽電池の製造を容易にし、かつ3.
0eV以上の短波長光を取り込める構造を実現し、結果
として高いエネルギー変換効率を得ることが可能とな
る。
絶縁層を介して透明電極を形成する構成によって、半導
体薄膜表面の状態に大きく左右されるという従来からの
製造プロセスの安定性における困難を取り除き、ショッ
トキー接合による太陽電池の製造を容易にし、かつ3.
0eV以上の短波長光を取り込める構造を実現し、結果
として高いエネルギー変換効率を得ることが可能とな
る。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1およ
び図2は本発明の太陽電池の構成例を示している。図1
と図2は、太陽光の入射が上部電極側から行なわれる構
成か下部電極側から行なわれる構成かの相違だけで本質
的な違いはない。以下に図1の構成について説明する。
絶縁性基板としてガラス基板を用いる。この基板1に形
成したMo電極2の上にCu、InおよびSeの三源蒸
着法によってp型の半導体CuInSe2薄膜3を2−
3μm程度の膜厚に形成する。そのあと、スパッタ法に
よって絶縁層4として高抵抗のZnO薄膜を形成し、続
いて透明導電膜5とショットキー電極を兼ねるAlをド
ープした低抵抗ZnO薄膜あるいはITO薄膜をスパッ
タ法等により形成する。ZnOの電子親和力は、CuI
nSe2と同程度であり、本発明の構成を実現する材料
としては、好適である。高抵抗ZnO薄膜の厚さは、太
陽電池の特性に敏感である。安定した太陽電池特性を得
るためには、その膜厚として500オングストローム程
度以上必要であり、500オングストローム程度以上
0.5μm以下の膜厚において最適な太陽電池特性を得
ることができる。その膜厚がさらに厚くなると、太陽電
池特性における短絡光電流の低下と曲線因子の劣化が生
じ、エネルギー変換効率が低下する。
び図2は本発明の太陽電池の構成例を示している。図1
と図2は、太陽光の入射が上部電極側から行なわれる構
成か下部電極側から行なわれる構成かの相違だけで本質
的な違いはない。以下に図1の構成について説明する。
絶縁性基板としてガラス基板を用いる。この基板1に形
成したMo電極2の上にCu、InおよびSeの三源蒸
着法によってp型の半導体CuInSe2薄膜3を2−
3μm程度の膜厚に形成する。そのあと、スパッタ法に
よって絶縁層4として高抵抗のZnO薄膜を形成し、続
いて透明導電膜5とショットキー電極を兼ねるAlをド
ープした低抵抗ZnO薄膜あるいはITO薄膜をスパッ
タ法等により形成する。ZnOの電子親和力は、CuI
nSe2と同程度であり、本発明の構成を実現する材料
としては、好適である。高抵抗ZnO薄膜の厚さは、太
陽電池の特性に敏感である。安定した太陽電池特性を得
るためには、その膜厚として500オングストローム程
度以上必要であり、500オングストローム程度以上
0.5μm以下の膜厚において最適な太陽電池特性を得
ることができる。その膜厚がさらに厚くなると、太陽電
池特性における短絡光電流の低下と曲線因子の劣化が生
じ、エネルギー変換効率が低下する。
【0010】図3は高抵抗ZnO薄膜の厚さを変えた場
合の太陽電池特性を示している。図中bは、高抵抗Zn
O薄膜層の厚さが500オングストローム程度以上0.
5μm以下の場合の太陽電池特性を示しており、開放端
電圧、短絡光電流、曲線因子のいずれにおいても特性が
安定しており、エネルギー変換効率も12〜13%と高
い。図中aは、高抵抗ZnO薄膜層の厚さが500オン
グストローム未満の薄い場合の太陽電池特性を示してお
り、逆バイアス時における漏れ電流が大きく、従ってシ
ャント抵抗が小さく、開放端電圧、短絡光電流、曲線因
子のいずれにおいても特性が不十分である。図中cは、
高抵抗ZnO薄膜層の厚さが0.5μmを越える膜厚の
場合の太陽電池特性を示しており、先に述べたように、
ZnO高抵抗層の直列抵抗のために短絡光電流の低下と
曲線因子の劣化が生じている。
合の太陽電池特性を示している。図中bは、高抵抗Zn
O薄膜層の厚さが500オングストローム程度以上0.
5μm以下の場合の太陽電池特性を示しており、開放端
電圧、短絡光電流、曲線因子のいずれにおいても特性が
安定しており、エネルギー変換効率も12〜13%と高
い。図中aは、高抵抗ZnO薄膜層の厚さが500オン
グストローム未満の薄い場合の太陽電池特性を示してお
り、逆バイアス時における漏れ電流が大きく、従ってシ
ャント抵抗が小さく、開放端電圧、短絡光電流、曲線因
子のいずれにおいても特性が不十分である。図中cは、
高抵抗ZnO薄膜層の厚さが0.5μmを越える膜厚の
場合の太陽電池特性を示しており、先に述べたように、
ZnO高抵抗層の直列抵抗のために短絡光電流の低下と
曲線因子の劣化が生じている。
【0011】次に図2の構成について説明する。まず、
透明な絶縁性基板としてのガラス基板11上に透明導電
膜15およびショットキー電極として0.3μm厚のI
TO電極を形成する。そのあと、スパッタ法によって絶
縁層14として高抵抗のSnO2薄膜を形成し、その上
に蒸着法によりp型の半導体CdTe薄膜13を3−5
μm程度の膜厚に形成する。薄膜13上にはMo電極1
2を形成する。SnO2の電子親和力は、CdTeと同
程度であり、本発明の構成を実現する材料としては、好
適である。高抵抗SnO2薄膜の厚さは、太陽電池の特
性に敏感である。安定した太陽電池特性を得るために
は、その膜厚として500オングストローム程度以上必
要であり、500オングストローム程度以上0.5μm
以下の膜厚において最適な太陽電池特性を得ることがで
きる。その膜厚がさらに厚くなると、太陽電池特性にお
ける短絡光電流の低下と曲線因子の劣化が生じ、エネル
ギー変換効率が低下する。
透明な絶縁性基板としてのガラス基板11上に透明導電
膜15およびショットキー電極として0.3μm厚のI
TO電極を形成する。そのあと、スパッタ法によって絶
縁層14として高抵抗のSnO2薄膜を形成し、その上
に蒸着法によりp型の半導体CdTe薄膜13を3−5
μm程度の膜厚に形成する。薄膜13上にはMo電極1
2を形成する。SnO2の電子親和力は、CdTeと同
程度であり、本発明の構成を実現する材料としては、好
適である。高抵抗SnO2薄膜の厚さは、太陽電池の特
性に敏感である。安定した太陽電池特性を得るために
は、その膜厚として500オングストローム程度以上必
要であり、500オングストローム程度以上0.5μm
以下の膜厚において最適な太陽電池特性を得ることがで
きる。その膜厚がさらに厚くなると、太陽電池特性にお
ける短絡光電流の低下と曲線因子の劣化が生じ、エネル
ギー変換効率が低下する。
【0012】図5は高抵抗SnO2薄膜の厚さに関する
太陽電池特性の依存性を示している。図中bは、高抵抗
SnO2薄膜層の厚さが500オングストローム程度以
上0.5μm以下の膜厚における場合の太陽電池特性を
示しており、開放端電圧、短絡光電流、曲線因子のいず
れにおいても特性が安定しており、エネルギー変換効率
も12〜13%と高い。図中aは、高抵抗SnO2薄膜
層の厚さが500オングストローム未満の薄い場合の太
陽電池特性を示しており、逆バイアス時における漏れ電
流が大きく、従ってシャント抵抗が小さく、開放端電
圧、短絡光電流、曲線因子のいずれにおいても特性が不
十分である。図中cは、高抵抗SnO2薄膜層の厚さが
0.5μmを越える膜厚の場合の太陽電池特性を示して
おり、先に述べたように、SnO2高抵抗層の直列抵抗
のために短絡光電流の低下と曲線因子の劣化が生じてい
る。
太陽電池特性の依存性を示している。図中bは、高抵抗
SnO2薄膜層の厚さが500オングストローム程度以
上0.5μm以下の膜厚における場合の太陽電池特性を
示しており、開放端電圧、短絡光電流、曲線因子のいず
れにおいても特性が安定しており、エネルギー変換効率
も12〜13%と高い。図中aは、高抵抗SnO2薄膜
層の厚さが500オングストローム未満の薄い場合の太
陽電池特性を示しており、逆バイアス時における漏れ電
流が大きく、従ってシャント抵抗が小さく、開放端電
圧、短絡光電流、曲線因子のいずれにおいても特性が不
十分である。図中cは、高抵抗SnO2薄膜層の厚さが
0.5μmを越える膜厚の場合の太陽電池特性を示して
おり、先に述べたように、SnO2高抵抗層の直列抵抗
のために短絡光電流の低下と曲線因子の劣化が生じてい
る。
【0013】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、製造プロ
セス上の再現性に優れ、エネルギー変換効率の高い太陽
電池を得ることができる。
セス上の再現性に優れ、エネルギー変換効率の高い太陽
電池を得ることができる。
【図1】本発明の実施例の太陽電池の構成を示す縦断面
図である。
図である。
【図2】本発明の他の実施例の太陽電池の構成を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図3】CuInSe2を用いた太陽電池の特性の比較
を示す図である。
を示す図である。
【図4】CdTeを用いた太陽電池の特性の比較を示す
図である。
図である。
【図5】従来の太陽電池の接合部の構成を示す断面図で
ある。
ある。
【図6】従来の太陽電池の量子効率を示す図である。
【符号の説明】 1、11 絶縁性基板 2、12 透明導電膜 3、13 吸収層(p型半導体) 4、14 窓層(n型半導体) 5、15 透明絶縁層
フロントページの続き (72)発明者 和田 隆博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (6)
- 【請求項1】 絶縁性基板、前記基板上に形成された半
導体薄膜、前記半導体薄膜の入光側に透明絶縁層を介し
て形成された透明電極および前記半導体薄膜の透明電極
とは反対側に形成された非整流性の電極を具備すること
を特徴とする太陽電池。 - 【請求項2】 前記半導体薄膜の伝導型がp型であり、
かつ前記入光側に設けた絶縁層の電子親和力が、前記半
導体薄膜のそれと同程度かそれ以上である請求項1記載
の太陽電池。 - 【請求項3】 前記半導体薄膜がp型のCuInSe2
よりなり、前記入光側に設けた絶縁層がZnOよりな
り、前記透明電極が低抵抗ZnOあるいはITO薄膜よ
りなる請求項1記載の太陽電池。 - 【請求項4】 前記入光側に設けた絶縁層のZnOの厚
さが500オングストローム以上0.5μm以下である
請求項3記載の太陽電池。 - 【請求項5】 前記半導体薄膜がp型のCdTeよりな
り、前記入光側に設けた絶縁層がSnO2よりなり、前
記透明電極が低抵抗SnO2あるいはITOよりなる請
求項1記載の太陽電池。 - 【請求項6】 前記入光側に設けた絶縁層のSnO2の
厚さが500オングストローム以上0.5μm以下であ
る請求項5記載の太陽電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5151129A JPH06338624A (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5151129A JPH06338624A (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | 太陽電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06338624A true JPH06338624A (ja) | 1994-12-06 |
Family
ID=15512004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5151129A Pending JPH06338624A (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | 太陽電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06338624A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10475939B2 (en) | 2015-06-26 | 2019-11-12 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Transparent conductive oxide film, photoelectric conversion element, and method for producing photoelectric conversion element |
-
1993
- 1993-05-27 JP JP5151129A patent/JPH06338624A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10475939B2 (en) | 2015-06-26 | 2019-11-12 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Transparent conductive oxide film, photoelectric conversion element, and method for producing photoelectric conversion element |
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