JPS58139478A - アモルフアス太陽電池 - Google Patents
アモルフアス太陽電池Info
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- JPS58139478A JPS58139478A JP57021047A JP2104782A JPS58139478A JP S58139478 A JPS58139478 A JP S58139478A JP 57021047 A JP57021047 A JP 57021047A JP 2104782 A JP2104782 A JP 2104782A JP S58139478 A JPS58139478 A JP S58139478A
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Classifications
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L31/03762—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including amorphous semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic Table
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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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はアモルファス太陽電池に関するものであり、特
に多層構造のアモルファス太陽電池に関するものである
。
に多層構造のアモルファス太陽電池に関するものである
。
SiH4ガスのグロー放電法あるいは水素雰囲気中での
蒸着、スパッタ等の方法で作成したアモルファスシリコ
ン(以下a−5t:Hと記す。)はバンドギャップ内局
在単位密度の大巾な低減によりその価電子制御が可能な
事から新しいデバイスへの応用が積極的に進められてい
るが、特に太1ii161ilt池素材として上記アモ
ルファスシリコン膜を用いた時、製造方法の簡易性から
くる大巾なコストの低減が可能であり、今後の低価格太
m*池の本命とさえ目されている。上記アモルファス太
ttm嵐池は現在高効率が最も重要な課題となるが、従
来知られているアモルファス太陽電池素子構造では本質
的な性能限界があり、新しい発想からの取組みが急務と
成っている。
蒸着、スパッタ等の方法で作成したアモルファスシリコ
ン(以下a−5t:Hと記す。)はバンドギャップ内局
在単位密度の大巾な低減によりその価電子制御が可能な
事から新しいデバイスへの応用が積極的に進められてい
るが、特に太1ii161ilt池素材として上記アモ
ルファスシリコン膜を用いた時、製造方法の簡易性から
くる大巾なコストの低減が可能であり、今後の低価格太
m*池の本命とさえ目されている。上記アモルファス太
ttm嵐池は現在高効率が最も重要な課題となるが、従
来知られているアモルファス太陽電池素子構造では本質
的な性能限界があり、新しい発想からの取組みが急務と
成っている。
に伴うi層(ノンドープロa−5i二H膜をi層と称す
)中の電界強度の向上に伴ない今後更にその性能向上の
可能性は残されているが、通常のa−5i:Hillに
おいては、単結晶材料等の物性をもとにして指摘確認さ
れている太陽電池素材としての最適バンドキャップエネ
ルギーはぼ1.5〜1.6eVと比較して、そのバンド
ギャップエネルギーは約1.8〜1.95eV程度であ
る為、上記最適バンドギャップヱネルギー価を持つ材料
と比較して光の利用効率は低下する。又現状のa−5i
:H膜においては、その少数キャリヤ拡散長Lpが短く
、約0.2〜0.5μm程度である事に起因する最適r
NII厚0,4〜0.6μmが制限する長波長光の利用
効率は、そのバンドギャップヱネルギ値から期待できる
利用効率よりも大巾に低下する。
)中の電界強度の向上に伴ない今後更にその性能向上の
可能性は残されているが、通常のa−5i:Hillに
おいては、単結晶材料等の物性をもとにして指摘確認さ
れている太陽電池素材としての最適バンドキャップエネ
ルギーはぼ1.5〜1.6eVと比較して、そのバンド
ギャップエネルギーは約1.8〜1.95eV程度であ
る為、上記最適バンドギャップヱネルギー価を持つ材料
と比較して光の利用効率は低下する。又現状のa−5i
:H膜においては、その少数キャリヤ拡散長Lpが短く
、約0.2〜0.5μm程度である事に起因する最適r
NII厚0,4〜0.6μmが制限する長波長光の利用
効率は、そのバンドギャップヱネルギ値から期待できる
利用効率よりも大巾に低下する。
高効率化の為に光の利用効率の向上は不可欠の課題とな
るが、上記したa−5i:H膜のみを用いた太陽電池で
は、光の利用効率が大きな性能限界になる。
るが、上記したa−5i:H膜のみを用いた太陽電池で
は、光の利用効率が大きな性能限界になる。
この光の利用効率の向上の為には、アモルファス材料中
の光吸収量の増加すなわちEgoptのより小さい材料
開発によってのみ可能になるが、この低件、鉤えば成長
時温度、ガス圧、供給ガスli 、 RFパワー等にあ
まり依存しないので同一成長装置で広範囲のEgopt
値を持つa−5i:H膜を作成するのは難結晶Si(E
gl、1cV)との中間的な値をもたす拳ができるとと
もに、a−5i:Hとa−Ge:Hの混相系a−8i:
H膜にふいては、膜中Ge組成によってa−8i :H
14opL1.0〜1.1 eVからa−5i:H1,
86〜1.9 eV&1度迄連続的に変化する事が知ら
れているが、これらのμ・Ca−8iGeH膜等におい
ては、その物性に関しては不明点が多く、その可能性も
太陽電池素材への応用という観点からの追求はあまりな
されていない。
の光吸収量の増加すなわちEgoptのより小さい材料
開発によってのみ可能になるが、この低件、鉤えば成長
時温度、ガス圧、供給ガスli 、 RFパワー等にあ
まり依存しないので同一成長装置で広範囲のEgopt
値を持つa−5i:H膜を作成するのは難結晶Si(E
gl、1cV)との中間的な値をもたす拳ができるとと
もに、a−5i:Hとa−Ge:Hの混相系a−8i:
H膜にふいては、膜中Ge組成によってa−8i :H
14opL1.0〜1.1 eVからa−5i:H1,
86〜1.9 eV&1度迄連続的に変化する事が知ら
れているが、これらのμ・Ca−8iGeH膜等におい
ては、その物性に関しては不明点が多く、その可能性も
太陽電池素材への応用という観点からの追求はあまりな
されていない。
この発明は低バンドギャップエネルギーを持つアモルフ
ァス太陽電池素材として有効利用を図る方法に関するも
のである。
ァス太陽電池素材として有効利用を図る方法に関するも
のである。
太陽電池の起電力能、変換効率(V)は、その素子の光
照射強度(Pin)における關放端電圧(Voc入曲線
曲線因子F)、短絡電流密度(Jsc)の積η= Vo
c X Jso X FF/Pinで表わす事はよく知
られているが、これらのVoc。
照射強度(Pin)における關放端電圧(Voc入曲線
曲線因子F)、短絡電流密度(Jsc)の積η= Vo
c X Jso X FF/Pinで表わす事はよく知
られているが、これらのVoc。
Jsc、 FF等については、 Egoptが大きくほ
ぼ最適条件で作成された低い局在単位密度を有する。
ぼ最適条件で作成された低い局在単位密度を有する。
a−5iFH膜を用いた場合と前記した低いEgopt
を持つμ、ca−5i:Hあるいはa−5i:H膜を用
いた時の各船もっとも大きく影梼することが確認されて
おり、バンドギャップ内局在単位密度が充分低く、その
フエルミレベqEF)がほぼバンド中央に位置している
場合あるいは低微量の厘族不純物例えばボロン等が1層
中に含まれている為そのフェル・ミレベル(EF)が価
電子帯にシフトして結果的にEFがバンド中央に位置す
る様なアモルファス膜におけるms的なVocは、その
バンドギャップエネルギー五厘に比例した様な値になる
。但し、このi層に接して接合を形成する価電子制御さ
れたPJIlおよびnJIIlは同一とする。
を持つμ、ca−5i:Hあるいはa−5i:H膜を用
いた時の各船もっとも大きく影梼することが確認されて
おり、バンドギャップ内局在単位密度が充分低く、その
フエルミレベqEF)がほぼバンド中央に位置している
場合あるいは低微量の厘族不純物例えばボロン等が1層
中に含まれている為そのフェル・ミレベル(EF)が価
電子帯にシフトして結果的にEFがバンド中央に位置す
る様なアモルファス膜におけるms的なVocは、その
バンドギャップエネルギー五厘に比例した様な値になる
。但し、このi層に接して接合を形成する価電子制御さ
れたPJIlおよびnJIIlは同一とする。
一方上記した開放端電圧(Voc)とともに起電力能と
して短絡電流密度(JIC)、曲線因子(FF)も重装
な性能指数であり、上記した低いパンドギャンゾヱネル
ギー材料の有効利用という事に対しては次の様に考える
事ができる。
して短絡電流密度(JIC)、曲線因子(FF)も重装
な性能指数であり、上記した低いパンドギャンゾヱネル
ギー材料の有効利用という事に対しては次の様に考える
事ができる。
上記した素子に怠ける代表的起動電力特性において、光
入射面が、1層ドーピング層側または2層側のいずれか
に位置する構造のものにおいて得られる短絡電流の光吸
収績効率の波長依存性の概率をR(入)透過率をT(入
)とした時C−(1−(”rc70−)−R囚)に成る
)を示したものである。
入射面が、1層ドーピング層側または2層側のいずれか
に位置する構造のものにおいて得られる短絡電流の光吸
収績効率の波長依存性の概率をR(入)透過率をT(入
)とした時C−(1−(”rc70−)−R囚)に成る
)を示したものである。
現在a−5i:Hあるいはa−5iGe :H、p 、
c−a −5i : H等のアモルファス材料の発生
キャリヤのうち電子の拡散長Lnに比較して、正孔拡散
長Lpは格段に小さい為、光起電流は、主に正孔の挙動
によって制限されるとともに、PalとsM界向での強
界領域への正装置する事によって短波長光の収電効率は
増加するが、長波長光によるn刊界面近傍で発生した励
起今ャリャ正孔のp−1界面へのドリフト確率は低下す
る。一方n層個からの光入射の場合、短波長吸収係数が
大きいことによって短波長光収集効率は低下するが、長
波長光吸収皐効率は、pH傭人射の場合と比較して相対
的に大きくする事ができる。低バンドギャップエネルギ
ー材料を用いて長波長光一度を向上させる為には光入射
方向がn層側からの方が有利である事は上記の概念的説
明においても明らかであるが、n層側入射構造素子、便
宜上1m1p素子と以下記すが、これらの素子における
バンドギャップエネルギー(吸収係数)あるいは低いバ
ンドギャップ材料におけるtJllllk質低下の及ぼ
すJsc、 FFへの影−は次の様に考える事ができる
。
c−a −5i : H等のアモルファス材料の発生
キャリヤのうち電子の拡散長Lnに比較して、正孔拡散
長Lpは格段に小さい為、光起電流は、主に正孔の挙動
によって制限されるとともに、PalとsM界向での強
界領域への正装置する事によって短波長光の収電効率は
増加するが、長波長光によるn刊界面近傍で発生した励
起今ャリャ正孔のp−1界面へのドリフト確率は低下す
る。一方n層個からの光入射の場合、短波長吸収係数が
大きいことによって短波長光収集効率は低下するが、長
波長光吸収皐効率は、pH傭人射の場合と比較して相対
的に大きくする事ができる。低バンドギャップエネルギ
ー材料を用いて長波長光一度を向上させる為には光入射
方向がn層側からの方が有利である事は上記の概念的説
明においても明らかであるが、n層側入射構造素子、便
宜上1m1p素子と以下記すが、これらの素子における
バンドギャップエネルギー(吸収係数)あるいは低いバ
ンドギャップ材料におけるtJllllk質低下の及ぼ
すJsc、 FFへの影−は次の様に考える事ができる
。
pin素子とnip素子を比較した時、短波長光による
光励起キャリヤのp−i界面での捕獲確率はnip素子
においては11層中の局在準位密度す、ni界面での拡
散電位c、ip界面での拡散電位等できまるi層中ドリ
フト電界強度によって大きく変化し、i大きな膜種光入
射面#に、自ける光吸収量が相対的に増加する為短波長
光収集効率は低下する傾向を示す事は明らかに解るが、
この短波長光の捕獲確率の低下に伴ない、各1g値を持
つi層で得られる最大収集効率の値およびその曲線因子
FF(1!略的にはi層中での総光吸収員に対する実効
収集効率の比にほぼ比例することが知られている。)も
低いEg膜のもの極低下する傾向を示す。
光励起キャリヤのp−i界面での捕獲確率はnip素子
においては11層中の局在準位密度す、ni界面での拡
散電位c、ip界面での拡散電位等できまるi層中ドリ
フト電界強度によって大きく変化し、i大きな膜種光入
射面#に、自ける光吸収量が相対的に増加する為短波長
光収集効率は低下する傾向を示す事は明らかに解るが、
この短波長光の捕獲確率の低下に伴ない、各1g値を持
つi層で得られる最大収集効率の値およびその曲線因子
FF(1!略的にはi層中での総光吸収員に対する実効
収集効率の比にほぼ比例することが知られている。)も
低いEg膜のもの極低下する傾向を示す。
第2図にnip構造素子においてその収電効率の波長依
存性について、1層バンドギャップエネルギーの違いK
よる概略的結果について示す。Egが小さくなるに従っ
てスペクトル感度波長領域に移行する為、速断はできな
いが一般に同じ1層厚の時ても前記したVocのエネル
ギーギャップ値依存性と合わせて、太陽電池の性能指数
Voc X JscXFFはEls大きな程変換効率は
大きくなる可能性を持ち、これはpin構造よりもni
p構造の方が顕著である。
存性について、1層バンドギャップエネルギーの違いK
よる概略的結果について示す。Egが小さくなるに従っ
てスペクトル感度波長領域に移行する為、速断はできな
いが一般に同じ1層厚の時ても前記したVocのエネル
ギーギャップ値依存性と合わせて、太陽電池の性能指数
Voc X JscXFFはEls大きな程変換効率は
大きくなる可能性を持ち、これはpin構造よりもni
p構造の方が顕著である。
現在のa−5i:Hの膜質ではその最適なバンドギャッ
プエネルギー値は% 1.86〜2.OeV 1i度で
はないかと考えられる。あるいはμ、c、 a−5il
1等では、前述の様に最適化された、a−51:H膜と
比較して、膜質てa−8i:H単層nlpセルにおいて
バンドギャップエネルギーの変化(Ge組成)によるF
F 、 Jscの実測の一例について示す。低バンドギ
ャップエネルギー材料の単層セル(nip or pi
n)においてはその変換を向上させる事は困難であるが
、上述した低いバンドギャップエネルギー膜を用いたn
ip構造素子にあける長波長領域の収集効率の改善効果
は、後述する我々の発明による多層構造素子化する事に
よってその欠点をカバーして長所を生かす事ができる。
プエネルギー値は% 1.86〜2.OeV 1i度で
はないかと考えられる。あるいはμ、c、 a−5il
1等では、前述の様に最適化された、a−51:H膜と
比較して、膜質てa−8i:H単層nlpセルにおいて
バンドギャップエネルギーの変化(Ge組成)によるF
F 、 Jscの実測の一例について示す。低バンドギ
ャップエネルギー材料の単層セル(nip or pi
n)においてはその変換を向上させる事は困難であるが
、上述した低いバンドギャップエネルギー膜を用いたn
ip構造素子にあける長波長領域の収集効率の改善効果
は、後述する我々の発明による多層構造素子化する事に
よってその欠点をカバーして長所を生かす事ができる。
本発明はnip構造素子を少なくとも2層に積層し、光
が入射する側の1層のエネルギーギャップを光が入射す
る伺とは逆の1層のエネルギーギャップよりも大きくす
る仁とにより光電変換効率を高めた太陽電池を提供する
ものである。
が入射する側の1層のエネルギーギャップを光が入射す
る伺とは逆の1層のエネルギーギャップよりも大きくす
る仁とにより光電変換効率を高めた太陽電池を提供する
ものである。
第4図に代表的な多層構造素子として低バンドギャップ
ヱネルギを持つ例えばa−5i:Hnip素子と高いバ
ンドキャップヱネルギ値を持っa−5i :Hliを用
いて作成したnip構造構造電子定の不純物をドープす
ることによりPn接合が形成されるa−5i:)1層で
接続した二層縦形直列接続素子(以下二側タルフγX
シリ;) ン(a−5i:H) It(6)はP形アモ
ルファスシリコン(a−5i:H)層(6)は直性のア
モルファスシリコン(a−5t:H) 、 (7)はn
形アモルファスシリコン(a−5i;H)層(8)は透
明電極である。
ヱネルギを持つ例えばa−5i:Hnip素子と高いバ
ンドキャップヱネルギ値を持っa−5i :Hliを用
いて作成したnip構造構造電子定の不純物をドープす
ることによりPn接合が形成されるa−5i:)1層で
接続した二層縦形直列接続素子(以下二側タルフγX
シリ;) ン(a−5i:H) It(6)はP形アモ
ルファスシリコン(a−5i:H)層(6)は直性のア
モルファスシリコン(a−5t:H) 、 (7)はn
形アモルファスシリコン(a−5i;H)層(8)は透
明電極である。
これらの素子構造においては、1述した低バンドギャッ
プエネルギー膜をnip素子構造で使用した事による短
波長光領域収集効率の実効的な低下分光収集効率の低下
はほとんど考慮しなくてもよくなると共に、光入射面側
に位置する高いバンドギャップエネルギーを持つ例えば
a−8t:HnipミルセルいてはKg大に伴うVoc
の向上効果を有効に庄かすことが可能である。この二層
タンデム素子において、その作成には下記の様な点に留
意する必要がある。
プエネルギー膜をnip素子構造で使用した事による短
波長光領域収集効率の実効的な低下分光収集効率の低下
はほとんど考慮しなくてもよくなると共に、光入射面側
に位置する高いバンドギャップエネルギーを持つ例えば
a−8t:HnipミルセルいてはKg大に伴うVoc
の向上効果を有効に庄かすことが可能である。この二層
タンデム素子において、その作成には下記の様な点に留
意する必要がある。
1、 2つのセルの接続に用いたp−n接合部は低バン
ドギャップエネルギー膜を用いた下側セルの励起電子と
表面側高いKgを持つセル中で発生した励起正孔をうま
く再結合させる必要があり、がっ、このp−n接合領域
での光起電力はこの二層構造セルの出力電圧に対して逆
方向電圧を発生する為、光照射に対して光起電力を発圧
しない事が必要である。又、両サイドセルの1層に対し
て充分な拡散電位を発生でき、かつこのp−n接合部で
の光吸収員をできるだけ少くする必要がある等、その材
質およびドーピング層の厚みの設定は難しい。
ドギャップエネルギー膜を用いた下側セルの励起電子と
表面側高いKgを持つセル中で発生した励起正孔をうま
く再結合させる必要があり、がっ、このp−n接合領域
での光起電力はこの二層構造セルの出力電圧に対して逆
方向電圧を発生する為、光照射に対して光起電力を発圧
しない事が必要である。又、両サイドセルの1層に対し
て充分な拡散電位を発生でき、かつこのp−n接合部で
の光吸収員をできるだけ少くする必要がある等、その材
質およびドーピング層の厚みの設定は難しい。
これらの接続部としてPタイプa−5i;H及びnタイ
プa−8i:H作成時のボロンおよびリンのドーピング
量として、グロー放電法による作成時ガスモル比吸収員
の小さい微結晶化粒を含むドーピング層(P型p、c
a−5i:H,或はn IJ p、c ti−51:H
)あるいは膜中カーボン濃度によってそのバンドギャッ
プエネルギーを大きくできるドープされたa−8ic:
H膜を用いる事によって更にp−n接合部での光吸収鳳
を低減する事ができる。又その厚みは各ドーピング層と
共に50〜200A程度が各セル1層との接続において
充分な拡散電位を発生でき、かつその光吸収鳳をできる
だけ小さくする最適厚である。
プa−8i:H作成時のボロンおよびリンのドーピング
量として、グロー放電法による作成時ガスモル比吸収員
の小さい微結晶化粒を含むドーピング層(P型p、c
a−5i:H,或はn IJ p、c ti−51:H
)あるいは膜中カーボン濃度によってそのバンドギャッ
プエネルギーを大きくできるドープされたa−8ic:
H膜を用いる事によって更にp−n接合部での光吸収鳳
を低減する事ができる。又その厚みは各ドーピング層と
共に50〜200A程度が各セル1層との接続において
充分な拡散電位を発生でき、かつその光吸収鳳をできる
だけ小さくする最適厚である。
ことができる事から、上下各セルの最適厚みの設計は1
装な問題になる。 第6図に上鉤低バンドギャップ材料
nipセルのi層バンドギャップエネルギーElが異る
各セルにおいて上鉤a−5t:Hnipミルセル層厚を
変化させた時の出力電流の概略的変化を示す。第5図に
おいて1傭セルのバンドギャップエネルギー値(i層)
Egs〜Egsは各々Eg1>Egg> Kg、であ
る。このEgが小さくなるに従って長波長光利用効率が
向上する為に、二層タンデム素子における全体の光利用
率は向上するので最適2分割する為のtopセルの厚み
t1〜【、は厚くなり取り出せる出力電流(J)も増加
する。Elの低下に伴う膜質低下があまり問題にならな
い時には、低いEg値を持つ膜を1傭セルの1層として
用いた方が、多層構造素子全体としての変換効雫は増加
するが、前記した様に例えばa−5iGe:H単層nミ
ルセル特性に籠られる様にEgの低下に伴い必然的に開
放端電圧(Voc)及び曲線因子(FF )の低下をま
ねく事から例?1間昭5s−t3947s(5) えばa−5iGe:Hの場合に限れば、二層タンデム素
子に用いる低バンドギャップ膜として適したEg値(G
c(A)及び種々のgg値を持つa−5iGe:Hni
pミルセルして最適化した表面側、例えばa−5i:H
単層nミルセルの変換効率の変化(B)及び(C)とし
てこれら2つの変換効率の和が二層タンデム化番とよっ
て得られたとした時の変換効率の変化を示す。通常上鉤
2つのa−5i:Hnipnミルセルとして1.86〜
2.OeVIi度のa−5iiH膜を用いてこの二層タ
ンデム素子を作成した時、a−5iG*;Hセルの最適
Ge組成は0.2〜0.71i度になり、又、表面個楓
−5i:Hセルの轟層厚としては、500〜8000λ
程度が適している。
装な問題になる。 第6図に上鉤低バンドギャップ材料
nipセルのi層バンドギャップエネルギーElが異る
各セルにおいて上鉤a−5t:Hnipミルセル層厚を
変化させた時の出力電流の概略的変化を示す。第5図に
おいて1傭セルのバンドギャップエネルギー値(i層)
Egs〜Egsは各々Eg1>Egg> Kg、であ
る。このEgが小さくなるに従って長波長光利用効率が
向上する為に、二層タンデム素子における全体の光利用
率は向上するので最適2分割する為のtopセルの厚み
t1〜【、は厚くなり取り出せる出力電流(J)も増加
する。Elの低下に伴う膜質低下があまり問題にならな
い時には、低いEg値を持つ膜を1傭セルの1層として
用いた方が、多層構造素子全体としての変換効雫は増加
するが、前記した様に例えばa−5iGe:H単層nミ
ルセル特性に籠られる様にEgの低下に伴い必然的に開
放端電圧(Voc)及び曲線因子(FF )の低下をま
ねく事から例?1間昭5s−t3947s(5) えばa−5iGe:Hの場合に限れば、二層タンデム素
子に用いる低バンドギャップ膜として適したEg値(G
c(A)及び種々のgg値を持つa−5iGe:Hni
pミルセルして最適化した表面側、例えばa−5i:H
単層nミルセルの変換効率の変化(B)及び(C)とし
てこれら2つの変換効率の和が二層タンデム化番とよっ
て得られたとした時の変換効率の変化を示す。通常上鉤
2つのa−5i:Hnipnミルセルとして1.86〜
2.OeVIi度のa−5iiH膜を用いてこの二層タ
ンデム素子を作成した時、a−5iG*;Hセルの最適
Ge組成は0.2〜0.71i度になり、又、表面個楓
−5i:Hセルの轟層厚としては、500〜8000λ
程度が適している。
上記最適化によって、a−8l:H膜を用いた単層の大
腸電池素子よりも容易に性能向上を行う事はできるが、
この二層タンデム素子においては最大出力電流を得る為
のa−5i:HセルのI層厚が単層t−5i:H太陽電
池の最適厚0.4〜1.0μmと比較して薄い所に最適
厚がある為に必然的にその起電力能が、その期待される
起電力能よりも低下している事が1つの性#AIl界に
なる。
腸電池素子よりも容易に性能向上を行う事はできるが、
この二層タンデム素子においては最大出力電流を得る為
のa−5i:HセルのI層厚が単層t−5i:H太陽電
池の最適厚0.4〜1.0μmと比較して薄い所に最適
厚がある為に必然的にその起電力能が、その期待される
起電力能よりも低下している事が1つの性#AIl界に
なる。
117図に代表的なa−5i:Hl[の吸収係数αの波
長依存性を示すが、この吸収係数αの波長依存性特性か
ら予測される様に、短波長光でのαの大きな波長領域に
おいてはexp(−gt ) + (’はa−5i:H
膜厚)で記述できるこのa−5i:H膜の透過光のa−
5i:H膜厚依存性は非常に大きくなるが、a−5iG
e:H等の低パンTh=図に、第5図に示したのと同様
、二層タンプ”ム素子において、下傭低バンドギャップ
材料nlpセル(1層がlcgtのセル)において、上
個a−5i:Hnipセルの1層厚を変化させた時の出
力電流(J)の概略約変化を示した因において、ELで
示した出力電流特性は、a−5i:H膜のみを用いた二
層マルチ構造素子とした時、Egjで示した出力電流特
性は前述したa−5iGe:Hnipミルセルいた二層
タンデム構造素子に相当する。a−8i:Hnipミル
単層セルいては1、第8図の概略図においてt、のi層
重−st:tiiijlにおいて、はぼ最大出力が得ら
れるとした時、このセル上部にt、というa−5i:H
厚を持つnipミルセル続成長した時、最大出力電流(
11)が得られる事を示しているが、このa−54:H
二層マルチセルにおいて得られる最大出力電流(Jυは
、単層a−5t:H素子の約騒、及び開放端電圧(Vo
c)は2@、FWはほぼ同等にすることが容易に可能で
ある事からその変換効率は単層セルのものと比較してほ
ぼ同等の価が得られる。この計Si :H二層マルチ構
造素子においては、主に短波長光領域(a二人)K11
14度を持つトSi:H素子の分光一度特性を2分割す
る為に、下傭a−5i:Hセルの最適厚t1は非常にク
リティカルな流の上部a−5i:H厚依存性は相対力に
小さくなる事は、上記説明からも明らかであるが、第8
図に示した概略図では、このm−5iGe:Hセル上部
に前述したa−5i:H二層セル(合計した厚み14=
11+1s)を成長ll統しても、その下部のa−5i
Ge:)i nipミルセル力電流能は、a−5i:H
二層セルにおいて得られる最大出力域#lssよりは大
きな出力電流が得られる事を示している。第9図は三層
のnip構造の太陽電池を示す断面図であり、第4図と
同一符号は相当部分であり説明は省略する。
長依存性を示すが、この吸収係数αの波長依存性特性か
ら予測される様に、短波長光でのαの大きな波長領域に
おいてはexp(−gt ) + (’はa−5i:H
膜厚)で記述できるこのa−5i:H膜の透過光のa−
5i:H膜厚依存性は非常に大きくなるが、a−5iG
e:H等の低パンTh=図に、第5図に示したのと同様
、二層タンプ”ム素子において、下傭低バンドギャップ
材料nlpセル(1層がlcgtのセル)において、上
個a−5i:Hnipセルの1層厚を変化させた時の出
力電流(J)の概略約変化を示した因において、ELで
示した出力電流特性は、a−5i:H膜のみを用いた二
層マルチ構造素子とした時、Egjで示した出力電流特
性は前述したa−5iGe:Hnipミルセルいた二層
タンデム構造素子に相当する。a−8i:Hnipミル
単層セルいては1、第8図の概略図においてt、のi層
重−st:tiiijlにおいて、はぼ最大出力が得ら
れるとした時、このセル上部にt、というa−5i:H
厚を持つnipミルセル続成長した時、最大出力電流(
11)が得られる事を示しているが、このa−54:H
二層マルチセルにおいて得られる最大出力電流(Jυは
、単層a−5t:H素子の約騒、及び開放端電圧(Vo
c)は2@、FWはほぼ同等にすることが容易に可能で
ある事からその変換効率は単層セルのものと比較してほ
ぼ同等の価が得られる。この計Si :H二層マルチ構
造素子においては、主に短波長光領域(a二人)K11
14度を持つトSi:H素子の分光一度特性を2分割す
る為に、下傭a−5i:Hセルの最適厚t1は非常にク
リティカルな流の上部a−5i:H厚依存性は相対力に
小さくなる事は、上記説明からも明らかであるが、第8
図に示した概略図では、このm−5iGe:Hセル上部
に前述したa−5i:H二層セル(合計した厚み14=
11+1s)を成長ll統しても、その下部のa−5i
Ge:)i nipミルセル力電流能は、a−5i:H
二層セルにおいて得られる最大出力域#lssよりは大
きな出力電流が得られる事を示している。第9図は三層
のnip構造の太陽電池を示す断面図であり、第4図と
同一符号は相当部分であり説明は省略する。
利点が上げられる。
1、 a−5iGe:Hセルに接続する短波長光感度
を有するa−5i:Hセルの出力電力能は、最適a−5
t:H単層セルの最大電力能とほぼ同程度にする事がで
きる為、二層タンデム構造素子において問題となったa
−5i:Hセルの起電力能の低下を抑制できる。
を有するa−5i:Hセルの出力電力能は、最適a−5
t:H単層セルの最大電力能とほぼ同程度にする事がで
きる為、二層タンデム構造素子において問題となったa
−5i:Hセルの起電力能の低下を抑制できる。
L a−5iGe:Hnipミルセル波長光感度は二
層タンデム素子の場合と比較して、それほど要求されな
い為、比較的Ge組成の低い(Eg :大、Voc:大
)a−5iGe:H膜が使用可能である為、大きなVo
cを有するa−8iGe:Hnipミルセル列接続化す
る事ができる。
層タンデム素子の場合と比較して、それほど要求されな
い為、比較的Ge組成の低い(Eg :大、Voc:大
)a−5iGe:H膜が使用可能である為、大きなVo
cを有するa−8iGe:Hnipミルセル列接続化す
る事ができる。
以上、三層タンデム素子化によって、最も出力電流能が
低い素子に適合する様に、その上部素子の出力電流を合
致させた時、最大出力電力が得られ、この三層構造の寸
法及び材料組成等を以下に示す。すなわち、鳳−8iG
e:IIIのGe組成として0.2〜0.7層度、その
nip素子i層厚は2000〜10000人、又第8図
においてt、厚みを有する計5illセルのi層厚は2
000〜6000人Egとしテ1.85〜2.OeV、
又t1を有するa−8i:H単層セルにおいては、i層
厚400〜1000λ、Egとして、1.85〜2.O
eVが最適である。
低い素子に適合する様に、その上部素子の出力電流を合
致させた時、最大出力電力が得られ、この三層構造の寸
法及び材料組成等を以下に示す。すなわち、鳳−8iG
e:IIIのGe組成として0.2〜0.7層度、その
nip素子i層厚は2000〜10000人、又第8図
においてt、厚みを有する計5illセルのi層厚は2
000〜6000人Egとしテ1.85〜2.OeV、
又t1を有するa−8i:H単層セルにおいては、i層
厚400〜1000λ、Egとして、1.85〜2.O
eVが最適である。
層のエネルギーギャップよりも大きくしたので高い光電
変換効率のアモルファス太陽電池を得ることができると
いう優れた効果を有する。
変換効率のアモルファス太陽電池を得ることができると
いう優れた効果を有する。
第1図はアモルファス太陽電池の光吸収鳳と収電効率の
波長依存性を示す説明図、第2図はnip檎造木造素子
いて1Mバンドギヤ7プヱネルギの及ばず収集効率の概
略的変化を示す説明図、第8図は1層がa−5iGe:
Hのnip素子のJsc、FFのGe組成依存性を示す
説明図、114図は二層タンデム素子の断面図、第5図
は二層タンデム素子において11Snip素子のi層バ
ンドギャップヱネルギを変えた時の出力電流の表面素子
i層厚依存性を示す説明図、第6図は二層タンデム構造
の変換効率のa−5iGe旧1のGe組成依存性を示す
説明図、第7区はa −5i :Hl[の代表的吸収係
数の波長依存性を示す説明図、第8図はタンデム素子の
表向側a−5i:H厚を変えた時の出力電流特性を示す
説明図、第9図は三層タンデム素子の断面図である。 (1)は導電性基板、(2)はP形アモルファス7リコ
コン朧、(a)は透明電極である。 図面の浄書(内容に変更なL) 第1図 一一人 第2図 −人 第;3図 の”371−χσeHlaBOA 第・1図 第5図 −÷t 第5)図 手続補正書(方式) %式% 1、事件の表示 特願昭67−21047号 1、発明の名称 アモルファス太陽電池 易、 補正をする者 事件との関係 特許出願人 5、補正の対象 (1) 願書の出願人の欄。 (2) 明細書の全文 (3)図面 6、補正の内容 (1) 願書の特許出願人の記名のあとに鮮明に捺“
印したものを別紙のとお口訂正する。 (2) 明−願書の浄書(内容に変更なし)(3)図
面の浄書(内容に変更なし) 以上
波長依存性を示す説明図、第2図はnip檎造木造素子
いて1Mバンドギヤ7プヱネルギの及ばず収集効率の概
略的変化を示す説明図、第8図は1層がa−5iGe:
Hのnip素子のJsc、FFのGe組成依存性を示す
説明図、114図は二層タンデム素子の断面図、第5図
は二層タンデム素子において11Snip素子のi層バ
ンドギャップヱネルギを変えた時の出力電流の表面素子
i層厚依存性を示す説明図、第6図は二層タンデム構造
の変換効率のa−5iGe旧1のGe組成依存性を示す
説明図、第7区はa −5i :Hl[の代表的吸収係
数の波長依存性を示す説明図、第8図はタンデム素子の
表向側a−5i:H厚を変えた時の出力電流特性を示す
説明図、第9図は三層タンデム素子の断面図である。 (1)は導電性基板、(2)はP形アモルファス7リコ
コン朧、(a)は透明電極である。 図面の浄書(内容に変更なL) 第1図 一一人 第2図 −人 第;3図 の”371−χσeHlaBOA 第・1図 第5図 −÷t 第5)図 手続補正書(方式) %式% 1、事件の表示 特願昭67−21047号 1、発明の名称 アモルファス太陽電池 易、 補正をする者 事件との関係 特許出願人 5、補正の対象 (1) 願書の出願人の欄。 (2) 明細書の全文 (3)図面 6、補正の内容 (1) 願書の特許出願人の記名のあとに鮮明に捺“
印したものを別紙のとお口訂正する。 (2) 明−願書の浄書(内容に変更なし)(3)図
面の浄書(内容に変更なし) 以上
Claims (4)
- (1)nilのアモルファス材料よりなるP型の#!1
半導体層と、この第1半導体層に形成され、前記atの
アモルファス材料よりもエネルギーギャップが小さい第
2のアモルファス材料からなる真性の第2半導体層と、
この第2半導体層に形成され、前記@1のアモルファス
材料よりなるm1llの第8半導体層と、この第8半導
体層に形成され、前記導体層と、この第6半導体層に形
成され、前記第1のアモルファス材料よりなるとともに
その表面から入射光が照射されるallの第6半導体層
とを備えたアモルファス大腸電池。 - (2)第1のアモルファス材料よりなるPIJの第1半
導体層と、この第1半導体層に形成され前記第1のアモ
ルファス材料よりもエネルギーギャップ1のアモルファ
ス材料よりなるP型の第4半導体層と、この第4半導体
11に形成され、前記第1のアモルファス半導体材料よ
りなる真性の第6半導体層と、この第す半導体層に形成
され、前記第lのアモルファス材料よりなるn型の第6
半導体層と、この第6半導体層に形成され、前記第1の
アモルファス材料よるなるPIIIの第7半導体層と、
この第7半導体層に形成され、前記第1のアモルファス
材料よりなる真性の第8半導体層と、この第8半導体層
に形成され、前記第1のアモルファス材料よりなるとと
もにその表面から入射光が照射されるn型の第9半導体
層とを備えた1モル7アス太陽電池。 - (3)第2のアモルファス材料は第1の半導体とこの第
1の半導体よりもエネルギーギャップの小さい第2の半
導体の化合物であることを特徴とする特許請求の範囲第
1項又は第2項記載のアモルファス太陽電池。 - (4)第1の半導体はシリコンであることを特徴とする
特許請求の範囲第8項記載のアモルファス太陽電池。 コンであることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
第2項記載のアモルファス太陽電池。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57021047A JPS58139478A (ja) | 1982-02-15 | 1982-02-15 | アモルフアス太陽電池 |
US06/427,341 US4479028A (en) | 1982-02-15 | 1982-09-29 | Amorphous solar cell |
DE19833305030 DE3305030A1 (de) | 1982-02-15 | 1983-02-14 | Amorphe solarzelle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57021047A JPS58139478A (ja) | 1982-02-15 | 1982-02-15 | アモルフアス太陽電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58139478A true JPS58139478A (ja) | 1983-08-18 |
JPS6334634B2 JPS6334634B2 (ja) | 1988-07-11 |
Family
ID=12044005
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57021047A Granted JPS58139478A (ja) | 1982-02-15 | 1982-02-15 | アモルフアス太陽電池 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4479028A (ja) |
JP (1) | JPS58139478A (ja) |
DE (1) | DE3305030A1 (ja) |
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JPS60240169A (ja) * | 1984-05-15 | 1985-11-29 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置の作製方法 |
JPS60240167A (ja) * | 1984-05-15 | 1985-11-29 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置 |
JPS60240168A (ja) * | 1984-05-15 | 1985-11-29 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置の作製方法 |
US5039354A (en) * | 1988-11-04 | 1991-08-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Stacked photovoltaic device with antireflection layer |
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US4686323A (en) * | 1986-06-30 | 1987-08-11 | The Standard Oil Company | Multiple cell, two terminal photovoltaic device employing conductively adhered cells |
DE3876322T2 (de) * | 1987-07-13 | 1993-05-06 | Oki Electric Ind Co Ltd | Chipkarte mit solarzellenbatterie. |
JPH0693519B2 (ja) * | 1987-09-17 | 1994-11-16 | 株式会社富士電機総合研究所 | 非晶質光電変換装置 |
US5246506A (en) * | 1991-07-16 | 1993-09-21 | Solarex Corporation | Multijunction photovoltaic device and fabrication method |
US6166318A (en) * | 1998-03-03 | 2000-12-26 | Interface Studies, Inc. | Single absorber layer radiated energy conversion device |
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