JP2001028452A - 光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置Info
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- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコンタンデム光電変換装置における光電
流不整合という問題点を解決し、変換効率が向上された
光電変換装置を提供する。 【解決手段】 上部光電変換部分１０と下部光電変換部
分１１とを備えるタンデム構造の太陽電池に用いられる
光電変換装置であって、上部光電変換部分１０はアモル
ファスシリコン６、７、８から構成され、下部光電変換
部分１１は単結晶シリコン２、３、４から構成され、上
部光電変換部分１０と下部光電変換部分１１との間に、
酸化物半導体からなる中間層５をさらに備える。
流不整合という問題点を解決し、変換効率が向上された
光電変換装置を提供する。 【解決手段】 上部光電変換部分１０と下部光電変換部
分１１とを備えるタンデム構造の太陽電池に用いられる
光電変換装置であって、上部光電変換部分１０はアモル
ファスシリコン６、７、８から構成され、下部光電変換
部分１１は単結晶シリコン２、３、４から構成され、上
部光電変換部分１０と下部光電変換部分１１との間に、
酸化物半導体からなる中間層５をさらに備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換装置に関
するものであり、特に、宇宙用太陽電池、地上用太陽電
池、およびフォトセンサ等に適用可能なタンデム型の光
電変換装置に関するものである。
するものであり、特に、宇宙用太陽電池、地上用太陽電
池、およびフォトセンサ等に適用可能なタンデム型の光
電変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】宇宙用太陽電池の分野では、現在、Ｇａ
Ａｓ／Ｇｅ、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ等の構造の開
発研究がなされている。これらの構造は、高効率で、か
つ耐放射性がよいため、実際の宇宙用太陽電池に多く用
いられるようになっている。しかしながら、ＧａＡｓ等
の薄膜をＭＯＣＶＤ法により形成するためには、毒性の
強い有機金属化合物を使用する。また、Ｇｅ、ＧａＡｓ
基板は、高価格で、脆く、地球上資源として有限であ
る。さらに、宇宙用電源として、まだコストが高く、出
力重量比が低いという問題もある。
Ａｓ／Ｇｅ、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ等の構造の開
発研究がなされている。これらの構造は、高効率で、か
つ耐放射性がよいため、実際の宇宙用太陽電池に多く用
いられるようになっている。しかしながら、ＧａＡｓ等
の薄膜をＭＯＣＶＤ法により形成するためには、毒性の
強い有機金属化合物を使用する。また、Ｇｅ、ＧａＡｓ
基板は、高価格で、脆く、地球上資源として有限であ
る。さらに、宇宙用電源として、まだコストが高く、出
力重量比が低いという問題もある。
【０００３】これに対して、Ｓｉ宇宙用太陽電池は、単
一接合であり、低コスト、軽重量等の利点がある。
一接合であり、低コスト、軽重量等の利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Ｓｉ地上用太陽電池に用いられるタンデム構造の光電変
換装置は、アモルファスシリコンからなる上部光電変換
部分と多結晶からなる下部光電変換部分とが直接に接続
されて形成されていた。そのため、アモルファスシリコ
ンからなる上部光電変換部分のエネルギバンドギャップ
が約１．７２〜１．８５ｅＶであり、発生した光電流は
下部光電変換部分の光電流より小さくなり、光電流不整
合の問題が生じていた。
Ｓｉ地上用太陽電池に用いられるタンデム構造の光電変
換装置は、アモルファスシリコンからなる上部光電変換
部分と多結晶からなる下部光電変換部分とが直接に接続
されて形成されていた。そのため、アモルファスシリコ
ンからなる上部光電変換部分のエネルギバンドギャップ
が約１．７２〜１．８５ｅＶであり、発生した光電流は
下部光電変換部分の光電流より小さくなり、光電流不整
合の問題が生じていた。
【０００５】この発明の目的は、上述したシリコンタン
デム光電変換装置における光電流不整合という問題点を
解決し、変換効率が向上された光電変換装置を提供する
ことにある。また、この発明の目的は、特に、宇宙用太
陽電池として、低コスト、軽重量、良好な耐放射性等の
利点を有する光電変換装置を提供することにある。
デム光電変換装置における光電流不整合という問題点を
解決し、変換効率が向上された光電変換装置を提供する
ことにある。また、この発明の目的は、特に、宇宙用太
陽電池として、低コスト、軽重量、良好な耐放射性等の
利点を有する光電変換装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明による光電変換
装置は、上部光電変換部分と下部光電変換部分とを備え
るタンデム構造の太陽電池に用いられる光電変換装置で
あって、上部光電変換部分はアモルファスシリコンから
構成され、下部光電変換部分は単結晶シリコンから構成
され、上部光電変換部分と下部光電変換部分との間に、
酸化物半導体からなる中間層をさらに備えている。
装置は、上部光電変換部分と下部光電変換部分とを備え
るタンデム構造の太陽電池に用いられる光電変換装置で
あって、上部光電変換部分はアモルファスシリコンから
構成され、下部光電変換部分は単結晶シリコンから構成
され、上部光電変換部分と下部光電変換部分との間に、
酸化物半導体からなる中間層をさらに備えている。
【０００７】この発明によれば、複数の光電変換部分が
積層されたタンデム構造において、上部光電変換部分
が、耐放射性に優れたアモルファス半導体から構成され
る。そのため、光に対する光電変換効率の低下および放
射線による劣化が解決され、光電変換装置の変換効率が
向上される。
積層されたタンデム構造において、上部光電変換部分
が、耐放射性に優れたアモルファス半導体から構成され
る。そのため、光に対する光電変換効率の低下および放
射線による劣化が解決され、光電変換装置の変換効率が
向上される。
【０００８】また、この発明によれば、上部光電変換部
分と下部光電変換部分との界面に、酸化物半導体からな
る中間層が介在される。そのため、アモルファスシリコ
ンから構成される上部光電変換部分の裏の反射率が向上
される。
分と下部光電変換部分との界面に、酸化物半導体からな
る中間層が介在される。そのため、アモルファスシリコ
ンから構成される上部光電変換部分の裏の反射率が向上
される。
【０００９】この発明において、好ましくは、上部光電
変換部分は、Ｐ型半導体層、Ｉ型半導体層、およびＮ型
半導体層を含み、Ｉ型半導体層は、たとえば、水素を含
むアモルファス水素化シリコンゲルマニウム合金半導体
またはアモルファス水素化シリコン半導体から構成され
る。
変換部分は、Ｐ型半導体層、Ｉ型半導体層、およびＮ型
半導体層を含み、Ｉ型半導体層は、たとえば、水素を含
むアモルファス水素化シリコンゲルマニウム合金半導体
またはアモルファス水素化シリコン半導体から構成され
る。
【００１０】このように、上部光電変換部分において、
アモルファス材料によるＰ−Ｉ−Ｎ構造を採用した上
で、バンドギャップを下部光電変換部分と電流整合させ
ることにより、変換効率をさらに向上させることができ
る。
アモルファス材料によるＰ−Ｉ−Ｎ構造を採用した上
で、バンドギャップを下部光電変換部分と電流整合させ
ることにより、変換効率をさらに向上させることができ
る。
【００１１】アモルファス水素化シリコンゲルマニウム
合金（ＳｉＧｅ：Ｈ）は、水素を１０21ｃｍ-3（１０％
以上）含有するアモルファス半導体であり、原子配置は
不規則であるが、原子の配位数や最接近原子間距離は、
対応する結晶系の値にかなり近いという近距離秩序が存
在する。そのため、電子とプロットに対する耐放射性
が、シリコン、ガリウムより優れた材料である。したが
って、このアモルファス水素化シリコンゲルマニウムを
上部光電変換部分の材料として用いることにより、耐放
射性を向上させることができる。
合金（ＳｉＧｅ：Ｈ）は、水素を１０21ｃｍ-3（１０％
以上）含有するアモルファス半導体であり、原子配置は
不規則であるが、原子の配位数や最接近原子間距離は、
対応する結晶系の値にかなり近いという近距離秩序が存
在する。そのため、電子とプロットに対する耐放射性
が、シリコン、ガリウムより優れた材料である。したが
って、このアモルファス水素化シリコンゲルマニウムを
上部光電変換部分の材料として用いることにより、耐放
射性を向上させることができる。
【００１２】好ましくは、上部光電変換部分の材料のバ
ンドギャップは、１．５２〜１．６５ｅＶであるとよ
い。
ンドギャップは、１．５２〜１．６５ｅＶであるとよ
い。
【００１３】このように、アモルファスシリコンから構
成される上部光電変換部分のエネルギバンドギャップを
１．５２〜１．６５ｅＶに調整することにより、タンデ
ム構造の光電変換装置の光電流および変換効率を向上さ
せることができる。一方、バンドギャップが１．５２ｅ
Ｖ未満になると、下部光電変換部分が受ける透過光の強
度が弱くなってしまうため、タンデム構造の光電変換装
置の変換効率は低下してしまう。また、バンドギャップ
が１．６５ｅＶより大きくなると、光電流不整合の問題
が発生してしまう。
成される上部光電変換部分のエネルギバンドギャップを
１．５２〜１．６５ｅＶに調整することにより、タンデ
ム構造の光電変換装置の光電流および変換効率を向上さ
せることができる。一方、バンドギャップが１．５２ｅ
Ｖ未満になると、下部光電変換部分が受ける透過光の強
度が弱くなってしまうため、タンデム構造の光電変換装
置の変換効率は低下してしまう。また、バンドギャップ
が１．６５ｅＶより大きくなると、光電流不整合の問題
が発生してしまう。
【００１４】この発明において、中間層としては、たと
えばＺｎＯを用いることができる。また、この酸化物半
導体からなる中間層の厚みは、好ましくは１０〜６０ｎ
ｍ、より好ましくは３０〜６０ｎｍであるとよい。中間
層の厚さが１０ｎｍ未満になると、反射効率が小さくな
ってしまい、一方、６０ｎｍより厚い場合には、反射率
のピークが上部光電変換部分の長波長領域を超え、反射
率が弱くなってしまうからである。これに対して、中間
層の厚さが１０ｎｍ〜６０ｎｍ、より好ましくは３０ｎ
ｍ〜６０ｎｍの場合には、上部光電変換部分の光電流を
向上させることができる。
えばＺｎＯを用いることができる。また、この酸化物半
導体からなる中間層の厚みは、好ましくは１０〜６０ｎ
ｍ、より好ましくは３０〜６０ｎｍであるとよい。中間
層の厚さが１０ｎｍ未満になると、反射効率が小さくな
ってしまい、一方、６０ｎｍより厚い場合には、反射率
のピークが上部光電変換部分の長波長領域を超え、反射
率が弱くなってしまうからである。これに対して、中間
層の厚さが１０ｎｍ〜６０ｎｍ、より好ましくは３０ｎ
ｍ〜６０ｎｍの場合には、上部光電変換部分の光電流を
向上させることができる。
【００１５】この発明において、好ましくは、下部光電
変換部分は、厚さが５０〜３８０μｍであり、基板抵抗
率が０．１〜１０Ω・ｃｍであるとよい。
変換部分は、厚さが５０〜３８０μｍであり、基板抵抗
率が０．１〜１０Ω・ｃｍであるとよい。
【００１６】下部光電変換部分の厚さが５０μｍ未満に
なると、機械強度が極めて弱くなってしまい、一方、３
８０μｍより厚くなると、開放電圧は低下してしまうか
らである。また、基板抵抗率が０．１Ω・ｃｍ未満にな
ると、下部光電変換部分の光電流が小さくなり、タンデ
ム構造の光電変換装置の変換効率が低下するが、逆に、
１０Ω・ｃｍより大きくなると、開放電圧が低下してし
まうからである。
なると、機械強度が極めて弱くなってしまい、一方、３
８０μｍより厚くなると、開放電圧は低下してしまうか
らである。また、基板抵抗率が０．１Ω・ｃｍ未満にな
ると、下部光電変換部分の光電流が小さくなり、タンデ
ム構造の光電変換装置の変換効率が低下するが、逆に、
１０Ω・ｃｍより大きくなると、開放電圧が低下してし
まうからである。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による光電変換装
置の一例の構造を示す断面図である。
置の一例の構造を示す断面図である。
【００１８】図１を参照して、この光電変換装置は、タ
ンデム構造を有する光電変換装置であって、Ａｌ金属電
極１と、その上に順次形成された下部光電変換部分１
１、中間層５、上部光電変換部分１０、および表面透明
電極９とを備えた、二層縦列直列接続素子である。
ンデム構造を有する光電変換装置であって、Ａｌ金属電
極１と、その上に順次形成された下部光電変換部分１
１、中間層５、上部光電変換部分１０、および表面透明
電極９とを備えた、二層縦列直列接続素子である。
【００１９】下部光電変換部分１１は、低エネルギバン
ドギャップ（ほぼ１．１ｅＶ）を持つ結晶シリコン（ｃ
−Ｓｉ）材料からなるＰ−Ｎ整合を有し、具体的には、
高不純物濃度のＰ型ｃ−Ｓｉ層２、Ｐ型ｃ−Ｓｉ層３、
およびＮ型ｃ−Ｓｉ層４が順次積層されて構成されてい
る。
ドギャップ（ほぼ１．１ｅＶ）を持つ結晶シリコン（ｃ
−Ｓｉ）材料からなるＰ−Ｎ整合を有し、具体的には、
高不純物濃度のＰ型ｃ−Ｓｉ層２、Ｐ型ｃ−Ｓｉ層３、
およびＮ型ｃ−Ｓｉ層４が順次積層されて構成されてい
る。
【００２０】中間層５は、高エネルギバンドギャップを
持つ金属酸化物半導体のＺｎＯからなっている。
持つ金属酸化物半導体のＺｎＯからなっている。
【００２１】上部光電変換部分１０は、高エネルギバン
ドギャップを持つアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）材
料からなるＰ−Ｉ−Ｎ素子部分を有し、具体的には、Ｐ
型ａ−Ｓｉ層６、Ｉ型ａ−Ｓｉ層（またはａ−ＳｉＧｅ
層）７、およびＮ型ａ−Ｓｉ層８が順次積層されて構成
されている。表面透明電極９は、ＩＴＯ層からなる。
ドギャップを持つアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）材
料からなるＰ−Ｉ−Ｎ素子部分を有し、具体的には、Ｐ
型ａ−Ｓｉ層６、Ｉ型ａ−Ｓｉ層（またはａ−ＳｉＧｅ
層）７、およびＮ型ａ−Ｓｉ層８が順次積層されて構成
されている。表面透明電極９は、ＩＴＯ層からなる。
【００２２】このように構成される本発明によるタンデ
ム型光電変換装置は、入射光の有効利用のため、素子構
造において高エネルギバンドギャップの半導体材料で構
成された上部光電変換部分で、短波長側の光を収集し、
低エネルギバンドギャップの半導体材料で構成された下
部光電変換部分で、長波長側の光を収集する。このこと
で、光を有効に利用し、より光電変換効率を高めようと
するものである。
ム型光電変換装置は、入射光の有効利用のため、素子構
造において高エネルギバンドギャップの半導体材料で構
成された上部光電変換部分で、短波長側の光を収集し、
低エネルギバンドギャップの半導体材料で構成された下
部光電変換部分で、長波長側の光を収集する。このこと
で、光を有効に利用し、より光電変換効率を高めようと
するものである。
【００２３】図２は、図１に示す光電変換装置のエネル
ギダイアグラムの概要を示す図である。図２において、
横軸は光電変換装置内での空間距離を示し、縦軸は電子
エネルギを示している。また、図１および図２におい
て、同一符号は同一部分を示す。
ギダイアグラムの概要を示す図である。図２において、
横軸は光電変換装置内での空間距離を示し、縦軸は電子
エネルギを示している。また、図１および図２におい
て、同一符号は同一部分を示す。
【００２４】本発明に使用可能な半導体層としては、単
結晶シリコン、非単結晶シリコン、セミアモルファスシ
リコン、シリコンゲルマニウム半導体、シリコンカーボ
ン半導体、多結晶シリコン半導体、結晶化したシリコン
半導体等が適用できる。作製コストを鑑み、上部光電変
換部分はプラズマＣＶＤ法により、大面積、均質の薄膜
形成が望まれ、大量生産と低コスト化が達成できる。
結晶シリコン、非単結晶シリコン、セミアモルファスシ
リコン、シリコンゲルマニウム半導体、シリコンカーボ
ン半導体、多結晶シリコン半導体、結晶化したシリコン
半導体等が適用できる。作製コストを鑑み、上部光電変
換部分はプラズマＣＶＤ法により、大面積、均質の薄膜
形成が望まれ、大量生産と低コスト化が達成できる。
【００２５】また、タンデム構造を有する光電変換装置
において、上部光電変換部分でのＩ型半導体について
は、特に使用材料を限定する必要はなく、シリコンゲル
マニウム合金ではなく、水素量を少なくしたアモルファ
スシリコンも使用できる。
において、上部光電変換部分でのＩ型半導体について
は、特に使用材料を限定する必要はなく、シリコンゲル
マニウム合金ではなく、水素量を少なくしたアモルファ
スシリコンも使用できる。
【００２６】また、本発明を適用し得る光電変換装置と
しては、入射光側がＮ型からのＮ−Ｉ−Ｐ／Ｎ−Ｐ構造
（以下「構造Ａ」という）と、入射側がＰ型からのＰ−
Ｉ−Ｎ／Ｐ−Ｎ構造（以下「構造Ｂ」という）のタンデ
ムでも、同様に適用可能である。ただし、構造Ａの場合
において、下部光電変換部分とする単結晶太陽電池の製
作は、従来技術、設備を援用でき、製造工程、コスト等
の点で有利である。一方、構造Ｂの場合においては、Ｐ
−Ｉ−Ｎ構造を持つ上部光電変換部分とするアモルファ
スシリコン太陽電池、あるいはアモルファスシリコンゲ
ルマニウム光電変換部分の高効率化の点で、構造Ａに対
して相対的に容易にできるという利点がある。
しては、入射光側がＮ型からのＮ−Ｉ−Ｐ／Ｎ−Ｐ構造
（以下「構造Ａ」という）と、入射側がＰ型からのＰ−
Ｉ−Ｎ／Ｐ−Ｎ構造（以下「構造Ｂ」という）のタンデ
ムでも、同様に適用可能である。ただし、構造Ａの場合
において、下部光電変換部分とする単結晶太陽電池の製
作は、従来技術、設備を援用でき、製造工程、コスト等
の点で有利である。一方、構造Ｂの場合においては、Ｐ
−Ｉ−Ｎ構造を持つ上部光電変換部分とするアモルファ
スシリコン太陽電池、あるいはアモルファスシリコンゲ
ルマニウム光電変換部分の高効率化の点で、構造Ａに対
して相対的に容易にできるという利点がある。
【００２７】
【実施例】（実施例１）図３は、本発明による光電変換
装置の他の例の構造を示す断面図である。
装置の他の例の構造を示す断面図である。
【００２８】以下のように、実際に図３に示す構造の光
電変換装置を作製した。まず、図３を参照して、下部光
電変換部分１１の作製では、結晶面（１００）、抵抗率
０．５〜１．０Ω・ｃｍのＰ型ＣＺ−Ｓｉ基板１３を用
いた。アルカリ性溶液（ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝
１：１：５）および酸性溶液（ＨＣｌ：Ｈ 2Ｏ2：Ｈ2Ｏ
＝１：１：５）を用いて、それぞれ８０℃で１５分間の
洗浄を行なった。その後、厚さ約０．５μｍのＮ層４
を、酸素と窒素との混合雰囲気でリンをドーパントとす
る熱拡散法により形成した。この工程後、基板１３の側
面と裏面側の不要なＮ層４を、濃ＨＮＯ3とＨＦ（５０
％）の混合溶液（３：１）でエッチングし、Ｐ型基板１
３を露出させた。その上にＡｌペーストを印刷法により
印刷し、焼成することにより、高濃度不純物のＰ+層２
を形成した。さらに、Ａｌペーストを無機化学溶液で除
去し、Ｐ+層２上に、電子ビーム蒸着により、裏面のＡ
ｌ電極１を形成した。
電変換装置を作製した。まず、図３を参照して、下部光
電変換部分１１の作製では、結晶面（１００）、抵抗率
０．５〜１．０Ω・ｃｍのＰ型ＣＺ−Ｓｉ基板１３を用
いた。アルカリ性溶液（ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝
１：１：５）および酸性溶液（ＨＣｌ：Ｈ 2Ｏ2：Ｈ2Ｏ
＝１：１：５）を用いて、それぞれ８０℃で１５分間の
洗浄を行なった。その後、厚さ約０．５μｍのＮ層４
を、酸素と窒素との混合雰囲気でリンをドーパントとす
る熱拡散法により形成した。この工程後、基板１３の側
面と裏面側の不要なＮ層４を、濃ＨＮＯ3とＨＦ（５０
％）の混合溶液（３：１）でエッチングし、Ｐ型基板１
３を露出させた。その上にＡｌペーストを印刷法により
印刷し、焼成することにより、高濃度不純物のＰ+層２
を形成した。さらに、Ａｌペーストを無機化学溶液で除
去し、Ｐ+層２上に、電子ビーム蒸着により、裏面のＡ
ｌ電極１を形成した。
【００２９】次に、このＮ−Ｐ−Ｐ+構造を持つ下部光
電変換部分１１のＮ層４の上に、電子銃蒸着法により、
透明導電性膜からなる中間層として、金属酸化物半導体
のＺｎＯ膜５を形成した。このＺｎＯ膜５の厚さ範囲
は、０〜９０ｎｍであった。
電変換部分１１のＮ層４の上に、電子銃蒸着法により、
透明導電性膜からなる中間層として、金属酸化物半導体
のＺｎＯ膜５を形成した。このＺｎＯ膜５の厚さ範囲
は、０〜９０ｎｍであった。
【００３０】また、このＺｎＯ膜５の上に、プラズマＣ
ＶＤ法により、厚さ約２０ｎｍのＰ型ａ−Ｓｉ層６を形
成した後、Ｐ型ａ−ＳｉXＣ1-X（０＜Ｘ＜１）を成膜
し、上部光電変換部分１０におけるＰ型半導体層１６を
形成した。
ＶＤ法により、厚さ約２０ｎｍのＰ型ａ−Ｓｉ層６を形
成した後、Ｐ型ａ−ＳｉXＣ1-X（０＜Ｘ＜１）を成膜
し、上部光電変換部分１０におけるＰ型半導体層１６を
形成した。
【００３１】さらに、このアモルファスシリコンカーボ
ン層１６の上に、水素が添加されたアモルファスＩ型シ
リコン半導体層１７（厚さ約３００ｎｍ）およびＮ型微
結晶シリコン半導体層１８を、順次プラズマＣＶＤ法に
より形成し、上部光電変換部分１０を形成した。
ン層１６の上に、水素が添加されたアモルファスＩ型シ
リコン半導体層１７（厚さ約３００ｎｍ）およびＮ型微
結晶シリコン半導体層１８を、順次プラズマＣＶＤ法に
より形成し、上部光電変換部分１０を形成した。
【００３２】続いて、この上部光電変換部分１０のＮ型
微結晶シリコン半導体層８の上に、反射防止膜とするＩ
ＴＯ透明電極層９を、厚さ１０７ｎｍとなるように形成
し、さらに、その上に、表面電極層（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａ
ｇ）１９を、厚さ４００ｎｍとなるように形成して、タ
ンデム構造の光電変換装置を完成させた。
微結晶シリコン半導体層８の上に、反射防止膜とするＩ
ＴＯ透明電極層９を、厚さ１０７ｎｍとなるように形成
し、さらに、その上に、表面電極層（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａ
ｇ）１９を、厚さ４００ｎｍとなるように形成して、タ
ンデム構造の光電変換装置を完成させた。
【００３３】結果として、下部光電変換部分１１の半導
体層は、単結晶構造が主体となっており、その光学のバ
ンドギャップＥｇとして１．１２ｅＶを有していた。一
方、上部光電変換部分１０のＩ型半導体層１７は、アモ
ルファス構造が主体であったため、水素を５〜２０原子
％含み、光学的バンドギャップ幅は１．６０〜１．８０
ｅＶを有していた。また、上部光電変換部分１０の半導
体層と下部光電変換部分１１の半導体層をつなぐ中間層
としてのＺｎＯ層５は、Ｎ型金属酸化物半導体であり、
Ｅｇが３．２ｅＶを有していた。
体層は、単結晶構造が主体となっており、その光学のバ
ンドギャップＥｇとして１．１２ｅＶを有していた。一
方、上部光電変換部分１０のＩ型半導体層１７は、アモ
ルファス構造が主体であったため、水素を５〜２０原子
％含み、光学的バンドギャップ幅は１．６０〜１．８０
ｅＶを有していた。また、上部光電変換部分１０の半導
体層と下部光電変換部分１１の半導体層をつなぐ中間層
としてのＺｎＯ層５は、Ｎ型金属酸化物半導体であり、
Ｅｇが３．２ｅＶを有していた。
【００３４】このようにして作製された光電変換装置
（面積１ｃｍ2）においては、開放電圧が１．４１Ｖ、
短絡電流が１１．２ｍＡ／ｃｍ2、曲線因子が７２．８
％で、光電変換効率（真性効率）が１１．５％で、ＡＭ
が１．５であった。
（面積１ｃｍ2）においては、開放電圧が１．４１Ｖ、
短絡電流が１１．２ｍＡ／ｃｍ2、曲線因子が７２．８
％で、光電変換効率（真性効率）が１１．５％で、ＡＭ
が１．５であった。
【００３５】図４は、このようにして得られた光電変換
装置の光電変換効率のＩ−Ｖ特性を示す図である。図４
において、横軸は電圧（Ｖ）を示し、縦軸は電流（ｍ
Ａ）を示している。
装置の光電変換効率のＩ−Ｖ特性を示す図である。図４
において、横軸は電圧（Ｖ）を示し、縦軸は電流（ｍ
Ａ）を示している。
【００３６】（実施例２）図５は、中間層としてのＺｎ
Ｏ層５の厚さを０から９０ｎｍまで変化させた場合の、
短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ2）の変化を示す図で
ある。図５より明らかなように、ＺｎＯ層５の厚さは、
１０〜６０ｎｍの範囲の場合に、変換効率＞１０％とな
り、好ましいことがわかった。
Ｏ層５の厚さを０から９０ｎｍまで変化させた場合の、
短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ2）の変化を示す図で
ある。図５より明らかなように、ＺｎＯ層５の厚さは、
１０〜６０ｎｍの範囲の場合に、変換効率＞１０％とな
り、好ましいことがわかった。
【００３７】これは、上部光電変換部分と中間層として
のＺｎＯ層との界面反射率（短波長領域：３００〜７０
０ｎｍ）により、上部光電変換部分の短絡電流密度が影
響を受けたためと考えられる。
のＺｎＯ層との界面反射率（短波長領域：３００〜７０
０ｎｍ）により、上部光電変換部分の短絡電流密度が影
響を受けたためと考えられる。
【００３８】（実施例３）上部光電変換部分と下部光電
変換部分との光電流整合は、タンデム型太陽電池として
の変換効率に大きな影響を与える。そこで、上部光電変
換部分のバンドギャップ（Ｅｇ）によるタンデム構造の
光電変換装置の変換効率の変化について調べるため、下
記の実験を実施した。
変換部分との光電流整合は、タンデム型太陽電池として
の変換効率に大きな影響を与える。そこで、上部光電変
換部分のバンドギャップ（Ｅｇ）によるタンデム構造の
光電変換装置の変換効率の変化について調べるため、下
記の実験を実施した。
【００３９】本発明の光電変換装置において、成膜基板
温度およびＨ2希釈のＳｉＨ4ガス流量を変化させて、上
記実施例１におけるＩ型アモルファス半導体の水素量を
変えることにより、各々の上部光電変換部分のＩ型アモ
ルファスシリコンのバンドギャップを１．５２ｅＶ〜
１．７５ｅＶに変化させ、他の条件は実施例１と全く同
様にして、タンデム型光電変換装置を作製した。
温度およびＨ2希釈のＳｉＨ4ガス流量を変化させて、上
記実施例１におけるＩ型アモルファス半導体の水素量を
変えることにより、各々の上部光電変換部分のＩ型アモ
ルファスシリコンのバンドギャップを１．５２ｅＶ〜
１．７５ｅＶに変化させ、他の条件は実施例１と全く同
様にして、タンデム型光電変換装置を作製した。
【００４０】図６は、上部光電変換部分におけるａ−Ｓ
ｉ：Ｈのバンドギャップ（Ｅｇ）に対する変換効率の変
化を示す図である。図６において、横軸は上部光電変換
部分のバンドギャップ（ｅＶ）を示し、縦軸は変換効率
（％）を示している。
ｉ：Ｈのバンドギャップ（Ｅｇ）に対する変換効率の変
化を示す図である。図６において、横軸は上部光電変換
部分のバンドギャップ（ｅＶ）を示し、縦軸は変換効率
（％）を示している。
【００４１】図６より明らかなように、バンドギャップ
Ｅｇが１．５２〜１．６５ｅＶのとき、変換効率が１３
％を超え、最高の変動値は１．５５ｅＶのときであっ
た。
Ｅｇが１．５２〜１．６５ｅＶのとき、変換効率が１３
％を超え、最高の変動値は１．５５ｅＶのときであっ
た。
【００４２】（実施例４）本発明に従う実施例４の光電
変換装置として、Ｉ型アモルファス半導体であるａ−Ｓ
ｉ1-XＧｅXを有する上部光電変換部分をグロー放電法に
より形成した。成膜装置は、平行平板型プラズマＣＶＤ
装置を用い、電源周波数として１３．５６ＭＨｚを用い
た。原料ガスとしてＨ2希釈用のＳｉＨ4ガス、ＧｅＨ4
ガスを用い、圧力０．５Ｔｏｒｒ、基板温度２００〜４
００℃とした。ガス流量比を変えることにより、アモル
ファス半導体ａ−Ｓｉ1-XＧｅX（Ｇｅの組成Ｘ：０．１
〜０．４）のバンドギャップＥｇを１．７〜１．５ｅＶ
の範囲で容易に制御することができた。しかしながら、
上部光電変換部分の影響による光電変換効率の低下は、
上記実施例１におけるＩ型アモルファスシリコンの場合
より相対的に著しかった。
変換装置として、Ｉ型アモルファス半導体であるａ−Ｓ
ｉ1-XＧｅXを有する上部光電変換部分をグロー放電法に
より形成した。成膜装置は、平行平板型プラズマＣＶＤ
装置を用い、電源周波数として１３．５６ＭＨｚを用い
た。原料ガスとしてＨ2希釈用のＳｉＨ4ガス、ＧｅＨ4
ガスを用い、圧力０．５Ｔｏｒｒ、基板温度２００〜４
００℃とした。ガス流量比を変えることにより、アモル
ファス半導体ａ−Ｓｉ1-XＧｅX（Ｇｅの組成Ｘ：０．１
〜０．４）のバンドギャップＥｇを１．７〜１．５ｅＶ
の範囲で容易に制御することができた。しかしながら、
上部光電変換部分の影響による光電変換効率の低下は、
上記実施例１におけるＩ型アモルファスシリコンの場合
より相対的に著しかった。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高効率、低コスト、耐放射性、軽重量という条件を満た
す次世代宇宙用光電変換装置を提供することができる。
高効率、低コスト、耐放射性、軽重量という条件を満た
す次世代宇宙用光電変換装置を提供することができる。
【図１】 本発明による光電変換装置の一例の構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】 図１に示す光電変換装置のエネルギダイアグ
ラムの概要を示す図である。
ラムの概要を示す図である。
【図３】 本発明による光電変換装置の他の例の構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図４】 実施例１で得られた光電変換装置の光電変換
効率のＩ−Ｖ特性を示す図である。
効率のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図５】 実施例２において中間層としてのＺｎＯ層の
厚さを変化させた場合の短絡電流密度の変化を示す図で
ある。
厚さを変化させた場合の短絡電流密度の変化を示す図で
ある。
【図６】 実施例３において上部光電変換部分における
ａ−Ｓｉ：Ｈのバンドギャップに対するタンデム光電変
換装置の変換効率の変化を示した図である。
ａ−Ｓｉ：Ｈのバンドギャップに対するタンデム光電変
換装置の変換効率の変化を示した図である。
１ Ａｌ金属電極、２ Ｐ型ｃ−Ｓｉ層、３ Ｐ型ｃ−
Ｓｉ層、４ Ｎ型ｃ−Ｓｉ層、５ 中間層、６ Ｐ型ａ
−Ｓｉ層、７ Ｉ型ａ−Ｓｉ層、８ Ｎ型ａ−Ｓｉ層、
９ 表面透明電極、１０ 上部光電変換部分、１１ 下
部光電変換部分、１３ Ｐ型ＣＺ−Ｓｉ基板、１６ Ｐ
型半導体層、１７ アモルファスＩ型シリコン半導体
層、１８ Ｎ型微結晶シリコン半導体層、１９ 表面電
極層。
Ｓｉ層、４ Ｎ型ｃ−Ｓｉ層、５ 中間層、６ Ｐ型ａ
−Ｓｉ層、７ Ｉ型ａ−Ｓｉ層、８ Ｎ型ａ−Ｓｉ層、
９ 表面透明電極、１０ 上部光電変換部分、１１ 下
部光電変換部分、１３ Ｐ型ＣＺ−Ｓｉ基板、１６ Ｐ
型半導体層、１７ アモルファスＩ型シリコン半導体
層、１８ Ｎ型微結晶シリコン半導体層、１９ 表面電
極層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 諭 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 佃 至弘 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F051 AA02 AA05 BA02 BA18 DA04 DA15 DA18
Claims (6)
- 【請求項１】 上部光電変換部分と下部光電変換部分と
を備えるタンデム構造の太陽電池に用いられる光電変換
装置であって、 前記上部光電変換部分はアモルファスシリコンから構成
され、 前記下部光電変換部分は単結晶シリコンから構成され、 前記上部光電変換部分と前記下部光電変換部分との間
に、酸化物半導体からなる中間層をさらに備える、光電
変換装置。 - 【請求項２】 前記上部光電変換部分は、Ｐ型半導体
層、Ｉ型半導体層、およびＮ型半導体層を含み、 前記Ｉ型半導体層は、水素を含むアモルファス水素化シ
リコンゲルマニウム合金半導体またはアモルファス水素
化シリコン半導体から構成される、請求項１記載の光電
変換装置。 - 【請求項３】 前記上部光電変換部分の材料のバンドギ
ャップは、１．５２〜１．６５ｅＶである、請求項１ま
たは請求項２記載の光電変換装置。 - 【請求項４】 前記中間層は、ＺｎＯからなる、請求項
１〜請求項３のいずれかに記載の光電変換装置。 - 【請求項５】 前記中間層は、１０〜６０ｎｍの厚さを
有する、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光電変
換装置。 - 【請求項６】 前記下部光電変換部分は、 厚さが５０〜３８０μｍであり、 基板抵抗率が０．１〜１０Ω・ｃｍである、請求項１〜
請求項５のいずれかに記載の光電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11201539A JP2001028452A (ja) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | 光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11201539A JP2001028452A (ja) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | 光電変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001028452A true JP2001028452A (ja) | 2001-01-30 |
Family
ID=16442735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11201539A Withdrawn JP2001028452A (ja) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001028452A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002261309A (ja) * | 2001-03-01 | 2002-09-13 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 薄膜光電変換モジュールの製造方法 |
| JP2008147609A (ja) * | 2006-12-08 | 2008-06-26 | Kaitokui Denshi Kogyo Kofun Yugenkoshi | アモルファスシリコンベースの太陽電池を有する縦列太陽電池 |
| JP2008181960A (ja) * | 2007-01-23 | 2008-08-07 | Sharp Corp | 積層型光電変換装置及びその製造方法 |
| JP2009302583A (ja) * | 2009-09-28 | 2009-12-24 | Sharp Corp | 積層型光電変換装置及びその製造方法 |
| WO2011033885A1 (ja) * | 2009-09-17 | 2011-03-24 | 三菱重工業株式会社 | 光電変換装置 |
| US20110226318A1 (en) * | 2010-03-17 | 2011-09-22 | Seung-Yeop Myong | Photovoltaic device including flexible or inflexibel substrate and method for manufacturing the same |
| JP2012109555A (ja) * | 2010-10-29 | 2012-06-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置 |
| JP2014512622A (ja) * | 2011-04-19 | 2014-05-22 | パーセプティブ ピクセル インコーポレイテッド | タッチセンシング用光学フィルタ処理センサ・イン・ピクセル技術 |
| US8994009B2 (en) | 2011-09-07 | 2015-03-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device |
| US9260779B2 (en) | 2009-05-21 | 2016-02-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light-transmitting conductive film, display device, electronic device, and manufacturing method of light-transmitting conductive film |
| CN106057916A (zh) * | 2013-11-08 | 2016-10-26 | 财团法人工业技术研究院 | 异质结太阳能电池 |
-
1999
- 1999-07-15 JP JP11201539A patent/JP2001028452A/ja not_active Withdrawn
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002261309A (ja) * | 2001-03-01 | 2002-09-13 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 薄膜光電変換モジュールの製造方法 |
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| US9260779B2 (en) | 2009-05-21 | 2016-02-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light-transmitting conductive film, display device, electronic device, and manufacturing method of light-transmitting conductive film |
| WO2011033885A1 (ja) * | 2009-09-17 | 2011-03-24 | 三菱重工業株式会社 | 光電変換装置 |
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| US20110226318A1 (en) * | 2010-03-17 | 2011-09-22 | Seung-Yeop Myong | Photovoltaic device including flexible or inflexibel substrate and method for manufacturing the same |
| US8502065B2 (en) * | 2010-03-17 | 2013-08-06 | Kisco | Photovoltaic device including flexible or inflexibel substrate and method for manufacturing the same |
| JP2012109555A (ja) * | 2010-10-29 | 2012-06-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置 |
| US9413289B2 (en) | 2010-10-29 | 2016-08-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device |
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| US8994009B2 (en) | 2011-09-07 | 2015-03-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device |
| CN106057916A (zh) * | 2013-11-08 | 2016-10-26 | 财团法人工业技术研究院 | 异质结太阳能电池 |
| CN106057916B (zh) * | 2013-11-08 | 2017-12-08 | 财团法人工业技术研究院 | 异质结太阳能电池 |
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