JPS6034080A - 光起電力素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 くは入射光を有効に発電のために吸収することのできる
光学的増幅光起電力素子に関する。

現在太陽エネルギーは無尽蔵でクリーンな石油代替エネ
ルギー源として集目され、そのより良い有効利用のため
の技術開発が活発に行なわれている。

たとえば従来より使用されている典型的な太陽電池には
ｐ−ｎ接合太陽電池、ヘテロ接合太陽電池、シミツトキ
ー障壁太陽電池などのようにショットキー障壁、Ｍ工８
　、　ｐ−ｉ−ｎ接合またはｐ−ｎ接合のホモ接合構造
またはへテロ接合構造のいずれかの接合構造を単独また
は組合せて有するものが例示できる。

かかる太陽電池の一例としては可視光を透過するガラス
基板上に透明電極を設け、該透明電極上にアモルファス
シリコンからなるｐ型層、ノンドープ層およびｎ型層を
順次形成したうえにオーミックコンタクト用電極を設け
てなるものが例示できる。

上記太＠Ｎ池においては太陽光がガラス基板および透明
電極を介してアモルファスシリコンからなるｐ型層、ノ
ンドープ層およびｎ型層に照射されると主としてノンド
ープ層において電子−正孔対が発生し、該光生成キャリ
アは上記各層よりなるｐ−１−ｎ接合の遷移領域で発生
する電界に従って移動し透明電極またはオーミックコン
タクト用電極にそれぞれ分離して集まり荷電キャリアの
分極が起こることにより上記電極間に電圧が発生する。

しかしながらこのような構成では実際の発電に用いられ
る光量の全入射光量に窮する割合は低くなって入射光が
有効に利用されているとはいえないのが現状である。と
くに可視領域の短波長側の光において反射による損失が
大きい。

上記問題を解決するために、たとえばＳｉ３Ｎ，、３１
０などを用いた無反射コーティングを光起電力素子の受
光面に施すことにより光の入射率をアップして光起電力
素子の電気的特性を改善する試みがなされているが依然
として可視領域の短波長側の光で反射による損失が大き
い。上記問題を回避する方法としては前記無反射コーテ
ィングを何回も行なう多層無反射コーティングが有効で
あるが、当然コスト高という欠点を伴う。

本発明者ら′は値上の実情に雌み、短波長光の半導体層
中への入射効率をも向上せしめる単層の無反射コーティ
ング薄膜の開発を目的として鋭意研究を重ねた結果、マ
トリックスおよび該マトリックスと屈折率が異なり、か
つ光起電力素子が吸収し発電しうる波長範囲内の光に対
して宙暫耐１に滉ＢＢでふス有情宮Ｉｔ魯宕す２居叩侯
＋ｎａ組成物を光起電力素子の受光面に密着被覆して光
増幅膜とすることを特徴とする光学的増幅光起電力素子
においては受光面にコーティングされた薄膜が単層であ
るにもかかわらず光起電力素子が発電に利用しうる波長
範囲内、とくに可視領域内において短波長側の光を反射
、吸収などにより損失することなく有効に反導体層まで
至らしめることができることを見出し、本発明を完成す
るに至った。

すなわち本発明は、光起電力素子表面にコーティングさ
れた光増幅膜中の充填剤が入射光または反射光を吸収す
ることなく乱反射せしめることにより散乱光を光エネル
ギーとして素子内部の半導体層まで送込み、光増幅効果
をうろことができることを見出したものである。

以下、本発明の好ましい実施態様を示す図面を参照しな
がらさらに詳しく説明する。

第１Ａ図および第１Ｂ図はそれぞれ本発明の光学的増幅
光起電力素子の代表的な実施態様を例示する概略縦断面
図である。第１Ａ図および第１ＢｌｉＪにおいて光学的
増幅光起電力素子はそれぞれ一例としてｐ−１−ｎ接合
型を示すが、もちろん他の接合型であってもよくショッ
トキー障壁、Ｍ工層またはｐ−ｎ接合のホモ接合構造ま
たはへテロ接合構造のうちいずれか１種またはそれらを
組合せた構造のものであればよい。

第１Ａ図はｐ−型半導体（１）側から、第１Ｂ図はｎ−
型半導体（２）側からそれぞれ本発明における光増幅膜
（３）を介して光を照射するタイプの光学的増幅光起電
力素子を示すが、それらの光起電力素子の構造は従来か
らよく知られたものである。

たとえば第ｆＡｌｌを例にとればステンレス板などの基
板（４）、絶縁膜（５）、下部電極（６）、ｎ−型半導
体（２）、１層（７）、Ｐ−型半導体（１）、透明電極
（８）および光増幅膜（３）という構成であり、第１Ｂ
図は半導体層（９）における順序を第１Ａ図のものと逆
転した構成である。

本発明に用いられる半導体層（９）としてはシリコン結
晶マたはアモルファスシリコンを主成分として構成され
、その他Ｇθ、Ｏ，Ｎ、　ｈなどの結晶構造または非晶
質性構造を有する半導体層、あるいはそれらの混合体か
らなる半導体層力（好適である。

かかる半導体層（９）としては、たとえζｆ結晶シリコ
ン半導体、非晶質シリコン（ａ　−Ｓｉ）半導体、微結
晶シリコン半導体およびそれらの水素またられる。

かかる光起電力素子の受光面（１０）　＆こ、たとえ（
よスクリーン印刷などによって光増幅膜（３）を密着形
成することにより本発明の光学的増幅光起電力素子をう
る。

本発明における光増幅膜（３）はマトリックスとして、
たとえばエポキシ樹脂、アク１）ル樹ロ旨、シＩＪ　Ｚ
　−ン樹脂、ＥＶｋ　、　ＰＶＡ　、　ＰＶＢなどの高
分子樹脂を含有するが本発明におし）で番はそれらの単
独または２種以上の混合物が用し１られてよし）。

本発明において前記マトリックス中に分散せしめる充填
剤としては平均粒径が約１０Ｘ〜５ＤＩＬｍ、マ）　Ｉ
Ｊソックスの屈折率の差が約０．０１以上、かつ光起電
力素子が吸収し発電しうる波長範囲内なかんづく可視領
域内において光学的吸収のない光学特性を示す結晶構造
または無定形構造を有するものが好ましく用いられる。

かかる充填剤としては、たとえば氷晶石（ｈｔｙ３・６
ｐａ　）、０ａＦ２、ＭｇＦ２、Ｂ％　１ＬｉＦなどの
ハＩｆｆゲン化物、酸化マグネシウム、Ｍ２Ｏ３、溶融
石英（ｓｌｏ、）、水晶（５ｉ０２　）、ＴｉＯ２など
の金属または非金属酸化物のうち、その光透過範囲が半
導体の光吸収領域内にあってそれ自身光吸収のないもの
または小さいものがあげられ、それらの単独または２種
以上の混合物が本発明に用いられてよい。

本発明において充填剤のマトリックスへの配合２はえら
れる光増幅Ｍ（３）に対し１〜３０％（重量％、以下同
様）となるのが好ましい。その配合量が約１％未満であ
ると光増幅膜としての効果と素子受光面との密着力が低
下、または光透過率が低下していずれも好ましくない。

また前記充填剤の平均粒径が小さすぎると可視光範囲の
波長に対して散乱の効果かえられなくなり、一方大きす
ぎると充填剤の樹脂中での充填率が小さくなり、可視光
範囲の波長に対して反射、散乱領域が狭くなるので、通
常１ｏＸ〜５０μｍの微粒子を膜内で凝集したときの粒
径が５０ｘ以上となるように充填するのがよい。

さらに前記屈折率の差が約０．０１未満であると充填剤
と樹脂との界面で反射の効果が抑えられ、充填剤の効果
が顕著でなくなり、やはり好ましくない。

本発明では光増幅膜（８）の密着被覆する厚さは約１μ
ｍ〜１０＋ｎ＋ｎが好ましい。約１μｍ未満であると本
来保護膜としての絶縁性が不充分となり、一方約１０ｍ
ｍを超えると樹脂によっては光透過率の低下が大きくな
っていずれも好ましくない。

かかる光増幅膜（８）は既述したごとくマトリッ々フ山
Ｉ７−へｉ鴻Ｉ屯云柚台１＋−Ｌザ７＾Ｌ・？・１−・
　・−射光の乱反射を利用して、生ずる散乱光を光エネ
ルギーとして素子内部に至らしめることによりとくに可
視領域内の短波長側の光の損失を減少せしめ半導体層（
９）で発生する光起電力に対して入射光を有効利用する
ものであり、太陽電池に適用されたばあい受光面に達す
る太陽輻射エネルギーの電気エネルギーへの変換効率を
向上せしめ今後増々太陽電池の１ｌｌｌｉｌ広い研究開
発の進むなかでその利用価値は大きい。

しかも本発明の光学的増幅光起電力素子においてはただ
一層の光増幅膜を被覆するだけでよく、かつその材料は
従来からよく知られている安価で豊富な高分子樹脂や無
機化合物であるので材料価格や製造面でコスト的に有利
であるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図はｐ−型半導体側から光が入射するタイプの本
発明の光学的増幅光起電力素子の好ましい実施態様を例
示する概略縦断面図および第１Ｂ図はｎ−型半導体側か
ら光が入射するタイプの本発明の光学的増幅光起電力素
子の好ましし１実施態様を例示する概略縦断面図である
。 （図面の符号） （１）　：　ｐ−型半導体 （２）　：　ｎ−型半導体 （３）：光増幅膜 （４）二基　板 （５）：絶　縁　層 （６）：下部電極 （７）：工　層 （８）：透明電極 （９）：半導体層 ００）；受　光　面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　マトリックスおよび該マトリックスと屈折率が異な
   り、かつ光起電力素子が吸収し発電しうる波長範囲内の
   光に対して実質的に透明である充填剤を含有する透明樹
   脂組成物を光起電力素子の受光面に密着被覆して光増幅
   膜とすることを特徴とする光学的増幅光起電力素子。 ２　マトリックスがエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリ
   コーン樹脂・、ＩＣＶ’Ａ　、　ＰｖＡおよびＰＶＢの
   いずれか単独または２種以上の混合物である特許請求の
   範囲第１項記載の光起電力素も６　充填剤が光起電力素
   子が吸収し発電しうる波長範囲内の光を光学的に実質的
   に吸収しなある特許請求の範囲第１項記載の光起電力素
   子。 ４　充填剤がハロゲン化物、金属酸化物、非金属酸化物
   またはそれらの混合物である特許請求の範囲第１項記載
   の光起電力素子。 ５　前記ハロゲン化物が氷晶石、Ｏａｌ’、ａ、ＭｇＦ
   ２、ＢａＦ、およびＬｉＦである特許請求の範囲第１項
   記載の光起電力素子。 ６　前記金属酸化物および非金属酸化物がシリカ、アル
   ミナ、マグネシアおよびチタニアである特許請求の範囲
   第１項記載の光起電力素子。 ７　充填剤とマトリックスとの屈折率の差が０．０１以
   上である特許請求の範囲第１項記載の光起電力素子。 ８　光増幅膜の被覆厚さが１μｍ〜１０ｍｍである特許
   請求の範囲第１項記載の光起電力素子。 ９　光起電力素子がショットキー障壁、Ｍ工Ｓ、ｐ−１
   −ｎ接合またはｐ−ｎ接合のホモ接合構造まはそれらを
   組合せたものからなる特許請求の範囲第１項記載の光起
   電力素子。 １０　光起電力素子がシリコン結晶またはアモルファス
   シリコンを主成分とする半導体より構成される特許請求
   の範囲第１項記載の光起電力素子。