JP2000196113A - 太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光起電力装置の裏面側に光散乱機能を備える
ようにし、その結果、光起電力装置の受光面側の透明電
極での光の吸収を低減し得るようにして光電変換効率を
向上する。 【解決手段】 透光性の基板９に非晶質半導体の光起電
力装置１３を形成した受光面側の基板体７と、この基板
体７と別体に形成され，光起電力装置１３の裏面側に基
板体７に対向して設けられた，光散乱機能を有する裏面
側の基板体８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

【０００１】本発明は、非晶質半導体の光起電力装置を
備えた太陽電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の太陽電池においては、高
効率化を図るため、受光面側（表面側）の透明電極（Ｔ
ＣＯ）が微細な凹凸を有するテクスチャ構造にされる。

【０００３】このテクスチャ構造の透明電極を有する従
来の太陽電池はほぼ図５に示すように構成され、受光面
側（図５の下側）の透光性の基板１の裏面側に、受光面
側の透明電極２，非晶質半導体の半導体層３，裏面側の
透明電極４が順に積層されて非晶質半導体の光起電力装
置５が形成される。

【０００４】そして、半導体層３は具体的にはアモルフ
ァスシリコン系のｐｉｎ構造の半導体層（ａ−Ｓｉ層）
であり、プラズマＣＶＤ法で形成される。

【０００５】一方、透明電極２，４はそれぞれＳｎ
Ｏ_２，ＺｎＯ，ＩＴＯ等の透明導電膜からなり、透明電
極２は光散乱機能による光閉込め効果を発揮するように
半導体層３との境界面がテクスチャ構造に形成される。

【０００６】また、透明電極４の裏面側には、光起電力
装置５の裏面電極での光反射を増大させるため、例えば
スパッタ法によりＡｇ薄膜等の高反射率の反射金属膜６
が一体に形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記図５の従来のこの
種の太陽電池の場合、光起電力装置５の裏面電極側での
反射を増大して光電変換効率を向上するため、透明電極
４に反射金属膜６がスパッタ法等で一体に形成される
が、その時、透明電極４が酸素の欠損等の損傷を受け、
透過率が低下して光電変換効率が却って低下することか
ら、反射金属膜６の形成条件に制限がある。

【０００８】したがって、この種の太陽電池において
は、従来、透明電極２をテクスチャ構造とし、光起電力
装置５の受光面側に光散乱機能をもたせるしかなく、こ
の場合、透明電極２の膜厚はテクスチャ構造にするた
め、７０００〜８０００Åにもなり、これは、透明電極
４の膜厚５００〜１０００Åに比して極めて厚く、この
結果、主に８００nm以上の長波長の光の大部分が透明電
極２で吸収され、これらの光を有効に利用することがで
きず、光電変換効率の向上を図ることができない問題点
がある。

【０００９】本発明は、光起電力装置の裏面側に、従来
の透過率の低下等なく、光散乱機能をもたせるようにし
た太陽電池を提供することを課題とし、その結果、光起
電力装置の受光面側の透明電極での光の吸収を低減し得
るようにしてこの種の太陽電池の光電変換効率を向上す
る。

【００１０】さらには、複数の光起電力装置を備えた直
列接続の集積型構造の場合に、同様の効果が得られるよ
うにすることも課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明の太陽電池は、透光性の基板に非晶質半導
体の光起電力装置を形成した受光面側の基板体と、この
基板体と別体に形成され，光起電力装置の裏面側に前記
受光面側の基板体に対向して設けられた，光散乱機能を
有する裏面側の基板体とを備える。

【００１２】したがって、光起電力装置の裏面側に光散
乱機能を有する太陽電池を提供することができる。

【００１３】この場合、従来のように光起電力装置の受
光面側の透明電極をテクスチャ構造にする必要がなく、
この透明電極での光の吸収を少なくすることができ、し
かも、裏面側の透明電極に反射金属膜がスパッタ法等で
一体に形成されるのではなく、光電力装置の表面側に、
別体の裏面側の基板体が対向して設けられる構造である
ため、光起電力装置の表面側の透明電極はスパッタ等に
よる損傷が生じることもない。

【００１４】そして、光起電力装置は透光性の基板の裏
面に受光面側の透明電極，半導体層，裏面側の透明電極
を積層して形成され、裏面側の基板体は受光面側の基板
体に対向する面にテクスチャ構造の反射金属膜が形成さ
れていることが実用的で好ましい。

【００１５】さらに、受光面側の透明電極及び裏面側の
透明電極を平面状の薄膜にすると、とくに、受光面側の
透明電極膜が従来のテクスチャ構造の場合より極めて薄
くすることができ、この膜での光の吸収が少なくなり、
光電変換効率が著しく向上する。

【００１６】つぎに、受光面側の基板体の透光性の基板
に非晶質半導体の光起電力装置を複数個形成し、直列接
続の集積型構造に形成してもよく、この場合は、複数個
の光起電力装置を直列接続した集積型構造の太陽電池に
ついても、本発明を同様に適用することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態につき、図１
ないし図４を参照して説明する。 （１形態）まず、本発明の実施の１形態につき、図１及
び図２を参照して説明する。この形態の太陽電池は図１
に示すように受光面側（図では下側）の基板体７と，裏
面側（図では上側）の基板体８とからなり、両基板体
７、８は図２の（ａ），（ｂ）に示すように別々に形成
される。

【００１８】図２の（ａ）は基板体８をその裏面側から
みた斜視図であり、同図の（ｂ）は基板体７をその裏面
側からみた斜視図である。

【００１９】そして、基板体７はガラス基板からなる支
持基板としての透光性の受光面基板９の裏面に、受光面
側の透明電極１０，半導体層１１，裏面側の透明電極１
２を積層して光起電力装置１３が形成されている。

【００２０】ところで、透明電極１０，１２はスパッタ
装置により形成された耐プラズマ性を有するＧＺＯ（Ｇ
ａをドープしたＺｎＯ）等のＺｎＯの薄膜（透明導電
膜）を用いることができる。透明電極１０は図５の従来
の透明電極２のようにテクスチャ構造に形成する必要が
ないため、例えば５０００Å以下の平面状の薄膜（透明
導電膜）からなり、透明電極１２は図５の従来の透明電
極４と同様の５００〜１０００Åの平面状の薄膜（透明
導電膜）からなる。

【００２１】そして、透明電極１２の裏面には、電流損
失を低減するため、Ａｇのグリッド電極１４が適当な格
子間隔で形成されている。

【００２２】また、半導体層１１は図５の従来の半導体
層３と同様、プラズマＣＶＤ法で形成されたｐｉｎ構造
のａ−Ｓｉ層である。

【００２３】一方、基板体８はガラス基板からなる支持
基板としての透光性の裏面基板１５の表面に、スパッタ
装置により透明電極１６，Ａｇの反射金属膜１７を積層
して形成される。

【００２４】このとき、透明電極１６は形成条件を制御
することにより、或いは機械的研磨・エッチング等によ
って表面が微細な凹凸形状に加工され、その表面に形成
された反射金属膜１７の薄膜は透明電極１６の表面形状
にしたがったテクスチャ構造に形成される。

【００２５】そのため、基板体８の基板体７に対向する
面に、テクスチャ構造の反射金属膜１７が形成され、こ
の反射金属膜１７は光反射機能及び光散乱機能を有す
る。

【００２６】そして、別々に形成された基板体７，８
は、光起電力装置１３の裏面側に基板体８が位置するよ
うに、対向して設けられ、これにより太陽電池のモジュ
ールが完成する。

【００２７】このとき、反射金属膜１７を集電極に兼用
するため、基板体８は透明電極１２の裏面のグリット電
極１４に反射金属膜１７が接触（接合）するように設け
られる。

【００２８】具体的には、例えば基板体７，８をモジュ
ールのフレーム（枠体）に支持したり、透明電極１２の
表面周部と反射金属膜１７の表面周部とを半田付けした
りして、反射金属膜１７がグリット電極１４に接するよ
うに基板体７，８が接合される。

【００２９】また、基板体７，８の間隙，すなわち透明
電極１２と反射金属膜１７との間隙には、通常は、ＥＶ
Ａ（Ethylene Vinyl Acetate），ＰＶＢ（Poly Vinyl B
utylol）等の透光性の樹脂が充填されるが、その間の光
の損失を低減するため、樹脂を充填したりすることな
く、空間としておいてもよい。

【００３０】以上のようにして形成された本形態の太陽
電池の場合、光起電力装置１３の裏面側の反射金属膜１
７によって光散乱機能が形成されるため、光起電力装置
１３の受光面側の透明電極１０は、テクスチャ構造に形
成されず、平面状の薄膜に形成され、透明電極膜１０で
の光の吸収が減少し、特に長波長の光に対する光電変換
効率等が改善される。

【００３１】また、反射金属膜１７は光起電力装置１３
の透明電極膜１２に機械的（物理的）に接合し、図５の
従来電池の反射金属膜６のようにスパッタ装置で透明電
極膜４に一体に形成されるものでないため、反射金属膜
１７の形成条件に制限がなく、反射金属膜１７をテクス
チャ構造に形成しても、透明電極膜１２の酸素の欠損等
がなく、その透過率の低下等を生じることもない。した
がって、太陽電池の光電変換効率が従来より著しく向上
する。

【００３２】ところで、前記形態では反射金属膜１７を
集電極として利用し、反射金属膜１７から電気を取出す
ため、グリッド電極１４を介して基板体７、８を接合し
たが、受光面積が小さい場合等の集電極が不要な場合
は、グリッド電極１４を省き、透明電極１２から電気を
取出すようにしてもよく、この場合、反射金属膜１７は
透明電極１２との間に隙間を有するように設けられてい
てもよい。

【００３３】（他の形態）つぎに、本発明の実施の他の
形態につき、図３及び図４を参照して説明する。それら
の図面において、符号にダッシュ（’）を付したもの
は、図１及び図２の同一の符号のものと、同一又は相当
するものを示し、図３は太陽電池の構成の説明図であ
り、図４の（ａ），（ｂ）はその裏面側の基板体８’，
受光面側の基板体７’をそれぞれ裏面側からみた斜視図
である。

【００３４】そして、この形態においては、基板体７’
の透光性の受光面基板９’に、それぞれ受光面側の透明
電極１０’，半導体層１１’，裏面側の透明電極１２’
からなる複数の光起電力装置１３’を形成し、直列接続
の集積構造に形成する。

【００３５】具体的には、レーザーパターニング方式で
形成する場合、まず、基板９’上にスパッタ装置で耐プ
ラズマ性を有するＺＧＯ等のＺｎＯの平面状の透明電極
膜を形成し、レーザーパターニングによりこの膜を加工
して各透明電極１０’を形成する。

【００３６】つぎに、それらの表面上にプラズマＣＶＤ
法によりｐｉｎ構造のａ−Ｓｉ層を堆積し、レーザ光で
各半導体層１１’に分離する。

【００３７】さらに、各半導体層１１’の表面上にＺｎ
Ｏの平面状の透明電極膜を形成し、この膜と分離された
各ａ−Ｓｉ層とをレーザーパターニングにより加工して
各半導体層１１’及びその裏面側の各透明電極１２’を
形成し、集積化構造の各光起電力装置１３’を形成す
る。

【００３８】なお、レーザーパターニング方式の代わり
に、メタルマスク方式又はフォトリソグラフィ方式を用
いて各光起電力装置１３’を形成してもよい。

【００３９】また、この集積化構造の場合、各光起電力
装置１３’は受光面積が小さく、個々の損失は少なく、
しかも、各透明電極１２の短絡を防止する必要もあるた
め、前記１形態のグリッド電極１４に相当する電極は設
けられない。

【００４０】一方、基板体８’については、１形態の基
板体８と同様、透光性の裏面基板１３’の表面側に透明
電極１６’を介してテスクチャ構造の反射金属膜１７’
を形成する。

【００４１】そして、基板体７’の各光起電力１３’の
表面側に、基板体８を間隙を設けて対向させ、図３の集
積型構造の太陽電池を形成する。

【００４２】そして、基板体７’，８’の間隙は、通常
はＥＶＡ，ＰＶＢ等の透光性の樹脂が充填されるが、そ
のまま空間としておいてもよい。

【００４３】そして、この形態の場合も反射金属膜１
７’によって光散乱機能が形成されるため、各光起電力
１３’の受光面側の透明電極１０’はテクスチャ構造に
形成されず、１形態と同様の効果が得られる。

【００４４】ところで、各光起電力装置１３’の上部に
２段目，３段目，…の各光起電力装置を積層形成し、発
電部を多段に形成した場合にも、本発明を同様に適用す
ることができるのは勿論である。

【００４５】また、前記１形態，他の形態の太陽電池を
実施例１，実施例２の太陽電池それぞれとし、図５の従
来電池とのモジュール出力を比較したところ、光起電力
装置３，１３，１３’が形成する発電部の総面積をそれ
ぞれ３０cm×４０cmとした場合、従来電池のモジュール
出力は１１Ｗであったが、実施例１，実施例２の太陽電
池のモジュール出力は１１．２Ｗ，１１．５Ｗになり、
それぞれ従来電池より増大することが確かめられた。

【００４６】そして、透明電極１０，１０’，１２，１
２’反射金属膜１７，１７’等の膜厚，光起電力装置１
３，１３’の半導体等は前記両実施の形態のものに限ら
れるものではなく、非晶質半導体の種々の太陽電池に本
発明を適用することができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。まず、透光性の基板９，９’に非晶質半導体の光起
電力装置１３，１３’を形成した受光面側の基板体７，
７’と、この基板体７，７’と別体に形成され，光起電
力装置１３，１３’の裏面側に基板体７，７’に対向し
て設けられた，光散乱機能を有する裏面側の基板体８，
８’とを備えたため、光起電力装置１３，１３’の裏面
側に光散乱機能を有する太陽電池を提供することができ
る。

【００４８】この場合、光起電力装置１３，１３’の受
光面側の透明電極１０，１０’に光散乱機能をもたせる
必要がなく、しかも、光起電力装置１３，１３’の表面
側に、別体の裏面側の基板体８，８’が対向して設けら
れる構造であるため、光起電力装置１３，１３’の表面
側の透明電極１２，１２’にスパッタ等による損傷が生
じることもなく、光散乱機能の付加による透過率の低下
等を防止し、光電変換効率を向上することができる。

【００４９】そして、光起電力装置１３，１３’は透光
性の基板９，９’の裏面に受光面側の透明電極１０，１
０’，半導体層１１，１１’，裏面側の透明電極１２，
１２’を積層して形成されることが好ましく、裏面側の
基板体８，８’は受光面側の基板体７，７’に対向する
面にテクスチャ構造の反射金属膜１７，１７’が形成さ
れていることが実用的で好ましい。

【００５０】その際、受光面側の透明電極１０，１０’
及び裏面側の透明電極１２，１２’を平面状の薄膜にす
ると、とくに、受光面側の透明電極１０，１０’が従来
のテクスチャ構造の場合より極めて薄くなり、この電極
１０，１０’での光の吸収が少なくなり、光電変換効率
を著しく向上することができる。

【００５１】つぎに、受光面側の基板体７’の透光性の
基板９’に非晶質半導体の光起電力装置１３’を複数個
形成し、直列接続の集積型構造に形成してもよく、この
場合は、複数個の光起電力装置を直列接続した集積型構
造の太陽電池について本発明を同様に適用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態の太陽電池の構成図であ
る。

【図２】（ａ）は図１の裏面側の基板体の斜視図であ
り、（ｂ）は図１の受光面側の基板体の斜視図である。

【図３】本発明の実施の他の形態の太陽電池の構成図で
ある。

【図４】（ａ）は図３の裏面側の基板体の斜視図であ
り、（ｂ）は図３の受光面側の基板体の斜視図である。

【図５】従来電池の構成図である。

【符号の説明】

７，７’ 受光面側の基板体 ８，８’ 裏面側の基板体 ９，９’ 受光面側の透光性の基板 １０，１０’ 受光面側の透明電極 １１，１１’ 半導体層 １２，１２’ 裏面側の透明電極 １３，１３’ 光起電力装置 １５，１５’ 裏面側の透光性の基板 １７，１７’ 反射金属膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性の基板に非晶質半導体の光起電力
   装置を形成した受光面側の基板体と、 前記受光面側の基板体と別体に形成され，前記光起電力
   装置の裏面側に前記受光面側の基板体に対向して設けら
   れた，光散乱機能を有する裏面側の基板体とを備えたこ
   とを特徴とする太陽電池。
2. 【請求項２】 光起電力装置は透光性の基板の裏面に受
   光面側の透明電極，半導体層，裏面側の透明電極を積層
   して形成され、裏面側の基板体は前記受光面側の基板体
   に対向する面にテクスチャ構造の反射金属膜が形成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
3. 【請求項３】 受光面側の透明電極及び裏面側の透明電
   極が平面状の薄膜であることを特徴とする請求項２記載
   の太陽電池。
4. 【請求項４】 受光面側の基板体の透光性の基板に非晶
   質半導体の光起電力装置が複数個形成され、直列接続の
   集積型構造に形成されたことを特徴とする請求項１，請
   求項２又は請求項３記載の太陽電池。