JPH07321358A - 光起電力装置およびその製造方法 - Google Patents
光起電力装置およびその製造方法Info
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- JPH07321358A JPH07321358A JP6115178A JP11517894A JPH07321358A JP H07321358 A JPH07321358 A JP H07321358A JP 6115178 A JP6115178 A JP 6115178A JP 11517894 A JP11517894 A JP 11517894A JP H07321358 A JPH07321358 A JP H07321358A
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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
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 特性低下を招くことなく入射光を有効に利用
することにより変換効率が向上された光起電力装置およ
びその製造方法を提供することである。 【構成】 透光性基板１上に、透明導電層２、第１の発
電層３、第２の発電層５、および裏面電極６が積層さ
れ、第１の発電層３と第２の発電層５との間に周期的構
造を有する回折格子４が形成される。回折格子４は、光
の干渉縞を利用した光プロセスにより形成される。透光
性基板１の側から入射した光のうち短波長の光は第１の
発電層３で吸収され、長波長の光は回折格子４により回
折され、第２の発電層５での光路長が増大する。それに
より、長波長の光が第２の導電層５において十分に吸収
される。
することにより変換効率が向上された光起電力装置およ
びその製造方法を提供することである。 【構成】 透光性基板１上に、透明導電層２、第１の発
電層３、第２の発電層５、および裏面電極６が積層さ
れ、第１の発電層３と第２の発電層５との間に周期的構
造を有する回折格子４が形成される。回折格子４は、光
の干渉縞を利用した光プロセスにより形成される。透光
性基板１の側から入射した光のうち短波長の光は第１の
発電層３で吸収され、長波長の光は回折格子４により回
折され、第２の発電層５での光路長が増大する。それに
より、長波長の光が第２の導電層５において十分に吸収
される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は積層型光起電力装置およ
びその製造方法に関する。
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光起電力装置の変換効率を向上させるた
めには、発電層に入射した光を有効に利用することが重
要である。そこで、光入射側の透光性の基板上に凹凸を
形成してその凹凸で光を散乱させることにより発電層内
での光路長を長くし、光の吸収を増加させる手法が提案
されている。
めには、発電層に入射した光を有効に利用することが重
要である。そこで、光入射側の透光性の基板上に凹凸を
形成してその凹凸で光を散乱させることにより発電層内
での光路長を長くし、光の吸収を増加させる手法が提案
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Techni
cal Digest of International PVSEC-7, 1990, Kyoto,J
apan,pp.261-264において報告されているように、凹凸
基板上に形成された光起電力装置では、平坦な基板上に
形成された光起電力装置に比べて、開放電圧や曲線因子
（ＦＦ：fill factor ）が低下するという傾向があっ
た。
cal Digest of International PVSEC-7, 1990, Kyoto,J
apan,pp.261-264において報告されているように、凹凸
基板上に形成された光起電力装置では、平坦な基板上に
形成された光起電力装置に比べて、開放電圧や曲線因子
（ＦＦ：fill factor ）が低下するという傾向があっ
た。
【０００４】特に、複数の発電層からなる積層型光起電
力装置においては、光入射側の発電層の膜厚が薄いの
で、大きな凹凸を有する基板上に薄い発電層を形成する
と短絡を起こしやすいという問題があった。
力装置においては、光入射側の発電層の膜厚が薄いの
で、大きな凹凸を有する基板上に薄い発電層を形成する
と短絡を起こしやすいという問題があった。
【０００５】それゆえに、本発明の目的は、特性低下を
招くことなく入射光を有効に利用することにより変換効
率が向上された光起電力装置およびその製造方法を提供
することである。
招くことなく入射光を有効に利用することにより変換効
率が向上された光起電力装置およびその製造方法を提供
することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光起電力装
置は、複数の発電層が積層されてなる光起電力装置にお
いて、複数の発電層の少なくとも１つの層間に回折格子
が形成されたものである。
置は、複数の発電層が積層されてなる光起電力装置にお
いて、複数の発電層の少なくとも１つの層間に回折格子
が形成されたものである。
【０００７】本発明に係る光起電力装置の製造方法は、
複数の発電層が積層されてなる光起電力装置の製造方法
において、複数の発電層の少なくとも１つの層間に光の
干渉縞を利用して回折格子を形成するものである。
複数の発電層が積層されてなる光起電力装置の製造方法
において、複数の発電層の少なくとも１つの層間に光の
干渉縞を利用して回折格子を形成するものである。
【０００８】
【作用】本発明に係る光起電力装置においては、光入射
側の発電層に入射した光は層間に形成された回折格子に
よりその進行方向が曲げられて回折格子の後方の発電層
に進入する。ここで、回折格子の間隔をｄ、光の波長を
λ、媒質の屈折率をｎとすると、図４に示すように、回
折格子３０に垂直に入射した光３１は次式で示される１
次の回折角βだけ曲げられて方向３２に進む。
側の発電層に入射した光は層間に形成された回折格子に
よりその進行方向が曲げられて回折格子の後方の発電層
に進入する。ここで、回折格子の間隔をｄ、光の波長を
λ、媒質の屈折率をｎとすると、図４に示すように、回
折格子３０に垂直に入射した光３１は次式で示される１
次の回折角βだけ曲げられて方向３２に進む。
【０００９】ｓｉｎβ＝λ／ｎｄ …（１） 式（１）から明らかなように、波長λが長い光ほど回折
角βが大きくなる。したがって、光入射側から見て回折
格子の後方にある発電層内での光路長が長くなるという
効果がある。
角βが大きくなる。したがって、光入射側から見て回折
格子の後方にある発電層内での光路長が長くなるという
効果がある。
【００１０】一般に、波長が短いほど光の吸収係数は大
きいので、短波長の光の大部分は光入射側の発電層にお
いて吸収される。これに対して、長波長の光は光入射側
の発電層ではあまり吸収されないので、後方の発電層に
おいて十分に吸収される必要がある。本発明に係る光起
電力装置では、波長の長い光ほど、回折格子により大き
く曲げられるので、回折格子の後方の発電層において長
波長の光の光路長が長くなる。その結果、長波長の光が
後方の発電層内で十分に吸収される。
きいので、短波長の光の大部分は光入射側の発電層にお
いて吸収される。これに対して、長波長の光は光入射側
の発電層ではあまり吸収されないので、後方の発電層に
おいて十分に吸収される必要がある。本発明に係る光起
電力装置では、波長の長い光ほど、回折格子により大き
く曲げられるので、回折格子の後方の発電層において長
波長の光の光路長が長くなる。その結果、長波長の光が
後方の発電層内で十分に吸収される。
【００１１】また、光の方向を曲げるための回折格子は
大きな膜厚を必要としないので、回折格子上に形成され
る発電層の膜質が劣化することはない。
大きな膜厚を必要としないので、回折格子上に形成され
る発電層の膜質が劣化することはない。
【００１２】本発明に係る光起電力装置の製造方法で
は、光の干渉縞を利用して回折格子を形成しているの
で、干渉縞の間隔を調整することにより任意の間隔の回
折格子を容易に形成することができる。
は、光の干渉縞を利用して回折格子を形成しているの
で、干渉縞の間隔を調整することにより任意の間隔の回
折格子を容易に形成することができる。
【００１３】
（１）実施例１ 図１は本発明の実施例１における光起電力装置の断面図
である。
である。
【００１４】図１において、ガラス等からなる透光性基
板１上に、平坦な表面を有するＳｎＯ2 等からなる透明
導電層２、非晶質Ｓｉを主成分とする第１の発電層３、
多結晶Ｓｉを主成分とする第２の発電層５、およびＡｇ
等からなる裏面電極６が積層され、第１の発電層３と第
２の発電層５との間に周期的構造を有する回折格子４が
形成されている。
板１上に、平坦な表面を有するＳｎＯ2 等からなる透明
導電層２、非晶質Ｓｉを主成分とする第１の発電層３、
多結晶Ｓｉを主成分とする第２の発電層５、およびＡｇ
等からなる裏面電極６が積層され、第１の発電層３と第
２の発電層５との間に周期的構造を有する回折格子４が
形成されている。
【００１５】第１の発電層３は、膜厚１００Åのｐ型層
３ａ、膜厚２０００Åのｉ型層３ｂおよび膜厚３００Å
のｎ型層３ｃからなる。また、第２の発電層５は、膜厚
７０Åの非晶質Ｓｉからなるｐ型層５ａ、膜厚７０Åの
非晶質Ｓｉからなるｉ型層５ｂ、および膜厚１０μｍの
ｎ型多結晶Ｓｉ層５ｃからなり、ＨＩＴ（Heterojuncti
on with Intrinsic Thin layer）構造を有する。
３ａ、膜厚２０００Åのｉ型層３ｂおよび膜厚３００Å
のｎ型層３ｃからなる。また、第２の発電層５は、膜厚
７０Åの非晶質Ｓｉからなるｐ型層５ａ、膜厚７０Åの
非晶質Ｓｉからなるｉ型層５ｂ、および膜厚１０μｍの
ｎ型多結晶Ｓｉ層５ｃからなり、ＨＩＴ（Heterojuncti
on with Intrinsic Thin layer）構造を有する。
【００１６】次に、図１の光起電力装置の製造方法を説
明する。
明する。
【００１７】第１の発電層３および第２の発電層５はプ
ラズマＣＶＤ法を用いて形成する。ｎ型多結晶Ｓｉ層５
ｃは、原料ガスとしてフランＳｉＦ4 および水素Ｈ2 を
用いて形成した。
ラズマＣＶＤ法を用いて形成する。ｎ型多結晶Ｓｉ層５
ｃは、原料ガスとしてフランＳｉＦ4 および水素Ｈ2 を
用いて形成した。
【００１８】特に、本実施例１では、第１の発電層３に
よる吸収が少ない長波長０．７〜１．２μｍの光を第２
の発電層５において十分に吸収させることが重要にな
る。ここで、回折格子４の格子間隔ｄを０．４μｍに設
定すると、Ｓｉの屈折率ｎが３．５であるので、式
（１）より波長λ＝０．７μｍの光については回折角β
＝３０°となり、波長λ＝１．２μｍの光については回
折角β＝５９°となる。。このように、サブミクロンの
加工により周期構造を有する回折格子４を形成する必要
がある。
よる吸収が少ない長波長０．７〜１．２μｍの光を第２
の発電層５において十分に吸収させることが重要にな
る。ここで、回折格子４の格子間隔ｄを０．４μｍに設
定すると、Ｓｉの屈折率ｎが３．５であるので、式
（１）より波長λ＝０．７μｍの光については回折角β
＝３０°となり、波長λ＝１．２μｍの光については回
折角β＝５９°となる。。このように、サブミクロンの
加工により周期構造を有する回折格子４を形成する必要
がある。
【００１９】本実施例１では、回折格子４を形成するた
めに、干渉縞による光の強弱を利用した光プロセスを用
いた。図２に干渉縞を利用した光プロセスの概念を示
す。
めに、干渉縞による光の強弱を利用した光プロセスを用
いた。図２に干渉縞を利用した光プロセスの概念を示
す。
【００２０】光プロセスの光源として波長λ0 のレーザ
光１０をハーフミラー１１およびミラー１２を用いて膜
の表面１３に照射する。レーザ光１０の半分はハーフミ
ラー１１を透過し、透過光１４ａが膜の表面１３に入射
する。レーザ光の残りの半分はハーフミラー１１および
ミラー１２で反射され、反射光１４ｂが膜の表面１３に
入射する。透過光１４ａと反射光１４ｂのなす角度をθ
とすると、ハーフミラー１１およびミラー１２の位置お
よび角度を変化させることにより角度θを任意に調整す
ることができる。
光１０をハーフミラー１１およびミラー１２を用いて膜
の表面１３に照射する。レーザ光１０の半分はハーフミ
ラー１１を透過し、透過光１４ａが膜の表面１３に入射
する。レーザ光の残りの半分はハーフミラー１１および
ミラー１２で反射され、反射光１４ｂが膜の表面１３に
入射する。透過光１４ａと反射光１４ｂのなす角度をθ
とすると、ハーフミラー１１およびミラー１２の位置お
よび角度を変化させることにより角度θを任意に調整す
ることができる。
【００２１】透過光１４ａと反射光１４ｂとの干渉の結
果、膜の表面１３上に間隔ｄの周期的な干渉縞が形成さ
れる。干渉縞の間隔ｄ、透過光１４ａと反射光１４ｂの
なす角度θおよびレーザ光の波長λ0 の間には次式の関
係が成立する。
果、膜の表面１３上に間隔ｄの周期的な干渉縞が形成さ
れる。干渉縞の間隔ｄ、透過光１４ａと反射光１４ｂの
なす角度θおよびレーザ光の波長λ0 の間には次式の関
係が成立する。
【００２２】 ｄ＝λ0 ／（ｎ0 ・ｓｉｎθ） …（２） ここで、ｎ0 はレーザ光１０が通る媒質の屈折率であ
る。式（２）から明らかなように、波長λ0 および角度
θを変化させることにより干渉縞の間隔ｄを制御するこ
とができる。本実施例１では、レーザ光１０としてＡｒ
Ｆのエキシマレーザ光（λ0 ＝１９３ｎｍ）を用い、θ
＝２９°、ｎ0 ＝１として、間隔ｄが約０．４μｍの干
渉縞を第１の発電層３上に得た。
る。式（２）から明らかなように、波長λ0 および角度
θを変化させることにより干渉縞の間隔ｄを制御するこ
とができる。本実施例１では、レーザ光１０としてＡｒ
Ｆのエキシマレーザ光（λ0 ＝１９３ｎｍ）を用い、θ
＝２９°、ｎ0 ＝１として、間隔ｄが約０．４μｍの干
渉縞を第１の発電層３上に得た。
【００２３】そして、トリメチルアルミＡｌ（ＣＨ3 ）
3 および水素Ｈ2 の混合ガスを用い、ＭＯＣＶＤ法（有
機金属気相成長法）により、表１に示すような条件で第
１の発電層３上にＡｌの形成を行ったところ、光の強い
部分でのみＡｌの堆積が起こり、図１に示すような等間
隔（周期ｄ＝０．４μｍ）の回折格子４が形成された。
この回折格子４の膜厚は、２００Åとした。
3 および水素Ｈ2 の混合ガスを用い、ＭＯＣＶＤ法（有
機金属気相成長法）により、表１に示すような条件で第
１の発電層３上にＡｌの形成を行ったところ、光の強い
部分でのみＡｌの堆積が起こり、図１に示すような等間
隔（周期ｄ＝０．４μｍ）の回折格子４が形成された。
この回折格子４の膜厚は、２００Åとした。
【００２４】
【表１】
【００２５】このようにして作製された実施例１の光起
電力装置の光電変換特性を比較例１とともに表２に示
す。
電力装置の光電変換特性を比較例１とともに表２に示
す。
【００２６】比較例１の光起電力装置は、第１の発電層
３のｎ型層３ｃ上に回折格子４を形成せずに第２の発電
層５のｐ型層５ａを直接形成し、透明導電層２として約
１μｍの凹凸形状を有するＳｎＯ2 層を用いたものであ
る。比較例１のその他の形成条件は実施例１と同様であ
る。
３のｎ型層３ｃ上に回折格子４を形成せずに第２の発電
層５のｐ型層５ａを直接形成し、透明導電層２として約
１μｍの凹凸形状を有するＳｎＯ2 層を用いたものであ
る。比較例１のその他の形成条件は実施例１と同様であ
る。
【００２７】
【表２】
【００２８】表２から明らかなように、実施例１の光起
電力装置では、比較例１の光起電力装置と比較して、主
として開放電圧および曲線因子（ＦＦ）が改善され、約
２％の変換効率の向上が見られた。
電力装置では、比較例１の光起電力装置と比較して、主
として開放電圧および曲線因子（ＦＦ）が改善され、約
２％の変換効率の向上が見られた。
【００２９】比較例１では、光入射側の透明導電層２で
波長１μｍ以上の長波長の光も散乱するように大きな凹
凸形状を用いているので、膜厚が薄い第１の発電層３で
開放電圧および曲線因子（ＦＦ）の低下が起こり、光起
電力装置全体の性能を低下させていると考えられる。
波長１μｍ以上の長波長の光も散乱するように大きな凹
凸形状を用いているので、膜厚が薄い第１の発電層３で
開放電圧および曲線因子（ＦＦ）の低下が起こり、光起
電力装置全体の性能を低下させていると考えられる。
【００３０】本実施例１では、波長が長い光ほど曲がり
が大きいという性質を持つ回折格子４を第１の発電層３
と第２の発電層５との間に設けているので、第１の発電
層３において比較例１のような問題が生じない。また、
回折格子４の膜厚が２００Åと薄いので、回折格子４の
上に形成する第２の発電層５への影響もない。 （２）実施例２ 図３は本発明の実施例２における光起電力装置の断面図
である。
が大きいという性質を持つ回折格子４を第１の発電層３
と第２の発電層５との間に設けているので、第１の発電
層３において比較例１のような問題が生じない。また、
回折格子４の膜厚が２００Åと薄いので、回折格子４の
上に形成する第２の発電層５への影響もない。 （２）実施例２ 図３は本発明の実施例２における光起電力装置の断面図
である。
【００３１】図３において、膜厚１００μｍのｎ型多結
晶Ｓｉからなるｎ型基板１６の裏面にＡｌからなる裏面
電極１７が形成され、ｎ型基板１６の表面にｐ型ドーピ
ング層１８および絶縁層２０からなる回折格子が形成さ
れている。回折格子の一部であるｐ型ドーピング層１８
とｎ型基板１６とが接合を形成し、第２の発電層とな
る。
晶Ｓｉからなるｎ型基板１６の裏面にＡｌからなる裏面
電極１７が形成され、ｎ型基板１６の表面にｐ型ドーピ
ング層１８および絶縁層２０からなる回折格子が形成さ
れている。回折格子の一部であるｐ型ドーピング層１８
とｎ型基板１６とが接合を形成し、第２の発電層とな
る。
【００３２】回折格子上には、ｐ型非晶質Ｓｉ層１９
ａ、ｉ型非晶質Ｓｉ層１９ｂおよびｎ型微結晶Ｓｉ層１
９ｃからなる第１の発電層１９が形成されている。回折
格子の一部である絶縁層２０はＳｉＯ2 等からなり、ｎ
型微結晶Ｓｉ層１９ｃとｎ型基板１６との間の絶縁を保
つ。
ａ、ｉ型非晶質Ｓｉ層１９ｂおよびｎ型微結晶Ｓｉ層１
９ｃからなる第１の発電層１９が形成されている。回折
格子の一部である絶縁層２０はＳｉＯ2 等からなり、ｎ
型微結晶Ｓｉ層１９ｃとｎ型基板１６との間の絶縁を保
つ。
【００３３】第１の発電層１９上にはＩＴＯ等からなる
表面透明導電膜２１が形成されており、光はこの表面透
明導電膜２１の側から入射する。
表面透明導電膜２１が形成されており、光はこの表面透
明導電膜２１の側から入射する。
【００３４】次に、図３の光起電力装置の製造方法を説
明する。
明する。
【００３５】まず、ｎ型多結晶Ｓｉからなる基板１６の
裏面に例えばＡｌの蒸着により裏面電極１７を形成し、
反対側の表面にＣＶＤ法により約１００ÅのＳｉＯ2 膜
を堆積する。このＳｉＯ2 膜上にネガ型レジストを塗布
し、図２に示したように光を照射して現像を行うことに
より、光を照射した部分のみのレジストを除去する。本
実施例２では、光源として、実施例１と同様に、ＡｒＦ
のエキシマレーザ光（λ0 ＝１９３ｎｍ）を用い、透過
光と反射光のなす角度θを２３°とし、屈折率ｎを１と
して間隔ｄが約０．５μｍの干渉縞を得た。
裏面に例えばＡｌの蒸着により裏面電極１７を形成し、
反対側の表面にＣＶＤ法により約１００ÅのＳｉＯ2 膜
を堆積する。このＳｉＯ2 膜上にネガ型レジストを塗布
し、図２に示したように光を照射して現像を行うことに
より、光を照射した部分のみのレジストを除去する。本
実施例２では、光源として、実施例１と同様に、ＡｒＦ
のエキシマレーザ光（λ0 ＝１９３ｎｍ）を用い、透過
光と反射光のなす角度θを２３°とし、屈折率ｎを１と
して間隔ｄが約０．５μｍの干渉縞を得た。
【００３６】この後、湿式エッチングによりレジストの
ない部分のＳｉＯ2 膜を除去し、さらにレジストを残し
た状態でｐ型ドーピング層１８を堆積する。本実施例２
では、ｐ型ドーピング層１８としてプラズマＣＶＤ法に
より膜厚１００Åのｐ型非晶質Ｓｉ層を形成した。
ない部分のＳｉＯ2 膜を除去し、さらにレジストを残し
た状態でｐ型ドーピング層１８を堆積する。本実施例２
では、ｐ型ドーピング層１８としてプラズマＣＶＤ法に
より膜厚１００Åのｐ型非晶質Ｓｉ層を形成した。
【００３７】レジストを除去すると、ｎ型基板１６上に
ｐ型非晶質Ｓｉからなるｐ型ドーピング層１８とＳｉＯ
2 膜からなる絶縁層２０とが周期ｄの繰り返しで並んだ
状態となる。
ｐ型非晶質Ｓｉからなるｐ型ドーピング層１８とＳｉＯ
2 膜からなる絶縁層２０とが周期ｄの繰り返しで並んだ
状態となる。
【００３８】このようにして形成された回折格子上に、
プラズマＣＶＤ法により、膜厚３００Åのｎ型微結晶Ｓ
ｉ層１９ｃ、膜厚４０００Åのｉ型非晶質Ｓｉ層１９ｂ
および膜厚１００Åのｐ型非晶質Ｓｉ層１９ａを連続成
長させ、第１の発電層１９を形成する。最後に、第１の
発電層１９上に、スパッタリング法によりＩＴＯからな
る表面透明導電膜２１を表面電極として形成する。
プラズマＣＶＤ法により、膜厚３００Åのｎ型微結晶Ｓ
ｉ層１９ｃ、膜厚４０００Åのｉ型非晶質Ｓｉ層１９ｂ
および膜厚１００Åのｐ型非晶質Ｓｉ層１９ａを連続成
長させ、第１の発電層１９を形成する。最後に、第１の
発電層１９上に、スパッタリング法によりＩＴＯからな
る表面透明導電膜２１を表面電極として形成する。
【００３９】このようにして作製された実施例２の光起
電力装置の光電変換特性を比較例２とともに表３に示
す。
電力装置の光電変換特性を比較例２とともに表３に示
す。
【００４０】比較例２の光起電力装置は、ｎ型基板１６
上に、ｐ型ドーピング層１８および絶縁層２０からなる
回折格子の代わりにｐ型非晶質Ｓｉ層を均一に形成した
ものである。その他の形成条件は実施例２と同様であ
る。
上に、ｐ型ドーピング層１８および絶縁層２０からなる
回折格子の代わりにｐ型非晶質Ｓｉ層を均一に形成した
ものである。その他の形成条件は実施例２と同様であ
る。
【００４１】
【表３】
【００４２】表３から明らかなように、実施例２の光起
電力装置では、平坦な基板上に形成された比較例２の光
起電力装置とほぼ同じ開放電圧および曲線因子（ＦＦ）
を保ちながら、短絡電流が約３ｍＡ／ｃｍ2 改善され、
変換効率が約３％改善された。
電力装置では、平坦な基板上に形成された比較例２の光
起電力装置とほぼ同じ開放電圧および曲線因子（ＦＦ）
を保ちながら、短絡電流が約３ｍＡ／ｃｍ2 改善され、
変換効率が約３％改善された。
【００４３】実施例２の光起電力装置では、実施例１の
光起電力装置よりも間隔ｄが大きい回折格子を使用して
いるので、式（１）より、波長λ＝０．７μｍの光につ
いては回折角β＝２４°となり、波長λ＝１．２μｍの
光については回折角β＝４３°となり、光の曲がりがや
や緩やかになる。しかし、第２の発電層となるｎ型基板
１６の膜厚が１００μｍとなっており、実施例１におけ
る第２の発電層５の膜厚約１０μｍと比較して大きいた
め、長波長の光が十分に吸収されているものと考えられ
る。 （３）他の適用例 実施例１および実施例２では、発電層として非晶質Ｓｉ
および多結晶Ｓｉの組み合わせを用いたが、これに限る
ものではなく、他の非晶質半導体や、ＣＩＳ（ＣｕＩｎ
Ｓｅ2 ）のような薄膜半導体を用いてもよい。
光起電力装置よりも間隔ｄが大きい回折格子を使用して
いるので、式（１）より、波長λ＝０．７μｍの光につ
いては回折角β＝２４°となり、波長λ＝１．２μｍの
光については回折角β＝４３°となり、光の曲がりがや
や緩やかになる。しかし、第２の発電層となるｎ型基板
１６の膜厚が１００μｍとなっており、実施例１におけ
る第２の発電層５の膜厚約１０μｍと比較して大きいた
め、長波長の光が十分に吸収されているものと考えられ
る。 （３）他の適用例 実施例１および実施例２では、発電層として非晶質Ｓｉ
および多結晶Ｓｉの組み合わせを用いたが、これに限る
ものではなく、他の非晶質半導体や、ＣＩＳ（ＣｕＩｎ
Ｓｅ2 ）のような薄膜半導体を用いてもよい。
【００４４】また、実施例１および実施例２の光起電力
装置はタンデム構造（２スタック構造）を有するが、本
発明は、それ以外の積層構造、例えば３スタック構造の
光起電力装置にも適用することができる。
装置はタンデム構造（２スタック構造）を有するが、本
発明は、それ以外の積層構造、例えば３スタック構造の
光起電力装置にも適用することができる。
【００４５】実施例１では、回折格子４が光を回折する
働きだけを行っているが、回折格子を外部取り出し電極
として兼用させてもよい。それにより、いわゆる３端子
構造または４端子構造の光起電力装置が得られる。
働きだけを行っているが、回折格子を外部取り出し電極
として兼用させてもよい。それにより、いわゆる３端子
構造または４端子構造の光起電力装置が得られる。
【００４６】回折格子の材料は、実施例１におけるＡｌ
および実施例２におけるｐ型非晶質Ｓｉに限るものでは
なく、周囲の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する材料
であれば、他の材料を用いても同様の効果が得られる。
および実施例２におけるｐ型非晶質Ｓｉに限るものでは
なく、周囲の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する材料
であれば、他の材料を用いても同様の効果が得られる。
【００４７】実施例２では、ｐ型ドーピング層１８が第
２の発電層を構成すると同時に回折格子を構成している
が、ｐ型ドーピング層１８の代わりに金属層を用いて、
ｎ型基板１６とショットキ接合を形成させてもよい。こ
の場合、第２の発電層はショット型発電層となる。
２の発電層を構成すると同時に回折格子を構成している
が、ｐ型ドーピング層１８の代わりに金属層を用いて、
ｎ型基板１６とショットキ接合を形成させてもよい。こ
の場合、第２の発電層はショット型発電層となる。
【００４８】なお、光の波長をλとし、媒質の屈折率を
ｎとすると、媒質中を進む光が直径ｄの障害物で散乱す
る場合、直径ｄがλ／ｎと同程度であるとき、散乱が強
く生じる。したがって、屈折率ｎと周期ｄの積ｎｄが
０．５〜５μｍの範囲内にあれば効果的な光の閉じ込め
が可能になる。
ｎとすると、媒質中を進む光が直径ｄの障害物で散乱す
る場合、直径ｄがλ／ｎと同程度であるとき、散乱が強
く生じる。したがって、屈折率ｎと周期ｄの積ｎｄが
０．５〜５μｍの範囲内にあれば効果的な光の閉じ込め
が可能になる。
【００４９】また、上記実施例１および２においては、
回折格子の周期ｄの設計において、光起電力装置の光入
射面に垂直に光が入射することを仮定していたが、屋外
での使用等斜め方向からの光の入射に対しても周期ｄを
最適化することにより入射光の有効利用を図ることがで
きる。
回折格子の周期ｄの設計において、光起電力装置の光入
射面に垂直に光が入射することを仮定していたが、屋外
での使用等斜め方向からの光の入射に対しても周期ｄを
最適化することにより入射光の有効利用を図ることがで
きる。
【００５０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、積層され
た複数の発電層の少なくとも１つの層間に回折格子を形
成することにより、光入射側の発電層で吸収されにくい
長波長の光が層間の回折格子により大きく曲げられるの
で、回折格子の後方の発電層内で実質的な光路長が長く
なり、光の吸収が増加する。したがって、光起電力装置
の特性に悪影響を及ぼしやすい凹凸形状の基板を用いる
ことなく、発電層に入射した光の有効利用が図られ、光
電変換特性が改善される。
た複数の発電層の少なくとも１つの層間に回折格子を形
成することにより、光入射側の発電層で吸収されにくい
長波長の光が層間の回折格子により大きく曲げられるの
で、回折格子の後方の発電層内で実質的な光路長が長く
なり、光の吸収が増加する。したがって、光起電力装置
の特性に悪影響を及ぼしやすい凹凸形状の基板を用いる
ことなく、発電層に入射した光の有効利用が図られ、光
電変換特性が改善される。
【００５１】また、光の干渉縞を利用した光プロセスを
用いることにより、任意の間隔の回折格子を容易に形成
することが可能となる。
用いることにより、任意の間隔の回折格子を容易に形成
することが可能となる。
【図１】本発明の実施例１における光起電力装置の断面
図である。
図である。
【図２】光の干渉縞を利用した光プロセスによる回折格
子の形成方法を示す概念図である。
子の形成方法を示す概念図である。
【図３】本発明の実施例２における光起電力装置の断面
図である。
図である。
【図４】回折格子の概念図である。
１ 透光性基板 ２ 透明導電層 ３ 第１の発電層 ４ 回折格子 ５ 第２の発電層 ６ 裏面電極 １６ ｎ型基板 １７ 裏面電極 １８ ｐ型ドーピング層 １９ 第１の発電層 ２０ 絶縁層 ２１ 表面透明導電膜
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の発電層が積層されてなる光起電力
装置において、前記複数の発電層の少なくとも１つの層
間に回折格子が形成されたことを特徴とする光起電力装
置。 - 【請求項２】 複数の発電層が積層されてなる光起電力
装置の製造方法において、前記複数の発電層の少なくと
も１つの層間に光の干渉縞を利用して回折格子を形成す
ることを特徴とする光起電力装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6115178A JPH07321358A (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 光起電力装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6115178A JPH07321358A (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 光起電力装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07321358A true JPH07321358A (ja) | 1995-12-08 |
Family
ID=14656287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6115178A Pending JPH07321358A (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 光起電力装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07321358A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015536522A (ja) * | 2012-10-12 | 2015-12-21 | フォトニ フランス | 吸収率を改善した半透明光電陰極 |
-
1994
- 1994-05-27 JP JP6115178A patent/JPH07321358A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015536522A (ja) * | 2012-10-12 | 2015-12-21 | フォトニ フランス | 吸収率を改善した半透明光電陰極 |
| US9960004B2 (en) | 2012-10-12 | 2018-05-01 | Photonis France | Semi-transparent photocathode with improved absorption rate |
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