JP2012038783A - Photoelectric conversion element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池に用いられる光電変換素子に関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion element used for a solar cell.
半導体層がpn接合またはpin接合された半導体接合ユニットを、太陽電池における光電変換部分の構成単位として考える場合、最も単純な太陽電池の構成は、一つの半導体接合ユニットの両端に電極を備える構成である。例えば、半導体層がpin接合された半導体接合ユニットを一つ備える薄膜太陽電池は、支持体となる基板の上に各半導体層が積層される順序によって、図4A及び図4Bに示す二つのタイプに大別することができる(例えば、特許文献1参照)。 When a semiconductor junction unit in which a semiconductor layer is pn-junction or pin-junction is considered as a constituent unit of a photoelectric conversion portion in a solar cell, the simplest solar cell configuration is a configuration in which electrodes are provided at both ends of one semiconductor junction unit. is there. For example, a thin film solar cell including one semiconductor junction unit in which a semiconductor layer is pin-joined is divided into two types shown in FIGS. 4A and 4B depending on the order in which each semiconductor layer is stacked on a substrate serving as a support. They can be broadly classified (see, for example, Patent Document 1).
ここで、図4Aの薄膜太陽電池110は、透光性の基板111を受光側に用いる場合であり、基板111の上に、透明電極112、p型半導体層113、i型半導体層114、n型半導体層115、裏面電極116が積層される。一方、図4Bの薄膜太陽電池120は、不透光性の基板121を受光側とは反対側に用いる場合であり、基板121の上に、裏面電極122、n型半導体層123、i型半導体層124、p型半導体層125、透明電極126が積層される。
Here, the thin film
また、図4A及び図4Bに例示したシングル接合型の太陽電池の他、複数の半導体接合ユニットを接合した多接合型の太陽電池も種々提案されている(例えば、特許文献2参照)。このような多接合型の太陽電池においても、一般的に、半導体接合ユニットのp型半導体層は、受光側で透明電極に接合されている。 In addition to the single-junction solar cell illustrated in FIGS. 4A and 4B, various multi-junction solar cells in which a plurality of semiconductor junction units are joined have been proposed (see, for example, Patent Document 2). Also in such a multi-junction type solar cell, the p-type semiconductor layer of the semiconductor junction unit is generally joined to the transparent electrode on the light receiving side.
上記のような一般的な構成の太陽電池において、透明電極としては、従前よりSnO2,In2O3,ZnO,ITO(酸化インジウムスズ)等のn型酸化物半導体が使用されている。これは、透明電極には、接合された半導体層に光を効率よく吸収させるために必要な透光性に加え、半導体接合ユニットから外部に電気エネルギーを取り出すために適した高い電気伝導性が求められるところ、上記のn型酸化物半導体は、その二つの条件を共に満たすためである。 In a solar cell having a general configuration as described above, an n-type oxide semiconductor such as SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO, ITO (indium tin oxide) has been used as a transparent electrode. This is because transparent electrodes are required to have high electrical conductivity suitable for taking out electrical energy from the semiconductor junction unit in addition to the translucency necessary for efficiently absorbing light to the bonded semiconductor layer. This is because the n-type oxide semiconductor satisfies both of the two conditions.
従って、n型酸化物半導体である透明電極とp型半導体層との接合は逆接合であり、電気的疑似オーミック接合となる。そのため、n型酸化物半導体である透明電極は、半導体接合ユニットにおいて光電変換された電気エネルギーを、外部に取り出すための電極として有利である。ところが、n型の透明電極とp型半導体層との接合においては、p型半導体層で発生した電子が正孔と再結合する確率が増加する。このことを、図3のバンドプロファイルを用いて説明する。ここで、図3は、図4Aに示した基本構成の太陽電池の断面図を示した上で、この断面図に対応させて、バンドプロファイルを模式的に図示したものである。 Therefore, the junction between the transparent electrode that is an n-type oxide semiconductor and the p-type semiconductor layer is a reverse junction, which is an electrical pseudo-ohmic junction. Therefore, the transparent electrode which is an n-type oxide semiconductor is advantageous as an electrode for taking out the electric energy photoelectrically converted in the semiconductor junction unit. However, in the junction between the n-type transparent electrode and the p-type semiconductor layer, the probability that electrons generated in the p-type semiconductor layer recombine with holes increases. This will be described using the band profile of FIG. Here, FIG. 3 shows a cross-sectional view of the solar cell having the basic configuration shown in FIG. 4A, and schematically shows a band profile corresponding to this cross-sectional view.
電子はより低いエネルギー準位でより安定であるため、透明電極112との界面付近のp型半導体層113では、電子を透明電極112側に引き込む電界分布が発生する。すなわち、図3に示すように、p型半導体層113の伝導帯の底部のエネルギー準位Ec1を示すラインは、透明電極112との界面付近で透明電極112に向かって落ち込むようなプロファイルとなる。これにより、p型半導体層113において、透明電極112との界面付近で光を吸収し、価電子帯から伝導帯に励起した電子は(図示、矢印N)、透明電極112側に引き込まれやすい(図示、矢印M)。そして、透明電極112側に引き込まれた電子は、欠陥に起因する局在準位(図示、破線)を介して、p型半導体層113内で電子の発生に伴い形成されていた正孔と再結合してしまう。従って、上記構成の従来の太陽電池110では、光起電力効果によって一旦は発生した電子と正孔を、電気エネルギーとして十分には有効利用できていない点で、改善の余地があった。
Since electrons are more stable at lower energy levels, an electric field distribution is generated in the p-
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、p型半導体層を受光側とした半導体接合ユニットと、受光側の電極としてn型酸化物半導体からなる透明電極を備えた光電変換素子であって、光起電力効果によりp型半導体層で発生した電子が正孔と再結合することが抑制された光電変換素子の提供を、課題とするものである。 Therefore, in view of the above situation, the present invention is a photoelectric conversion element including a semiconductor junction unit having a p-type semiconductor layer as a light-receiving side, and a transparent electrode made of an n-type oxide semiconductor as a light-receiving side electrode. An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element in which electrons generated in the p-type semiconductor layer due to the photovoltaic effect are suppressed from recombining with holes.
上記の課題を解決するため、本発明にかかる光電変換素子は、「半導体層がpin接合またはpn接合され、p型半導体層が受光側とされた半導体接合ユニットを備えると共に、受光側の電極としてn型酸化物半導体からなる透明電極を備えた光電変換素子であって、前記透明電極と前記p型半導体層との間に、フェルミ準位と伝導帯の下限とのエネルギー差が、前記p型半導体層におけるフェルミ準位と伝導帯の下限とのエネルギー差より大であるp型透明半導体層が接合されている」ものである。 In order to solve the above-described problems, the photoelectric conversion element according to the present invention includes a semiconductor junction unit in which a semiconductor layer is a pin junction or a pn junction and a p-type semiconductor layer is a light receiving side. A photoelectric conversion element including a transparent electrode made of an n-type oxide semiconductor, wherein an energy difference between a Fermi level and a lower limit of a conduction band is between the transparent electrode and the p-type semiconductor layer. A p-type transparent semiconductor layer that is larger than the energy difference between the Fermi level and the lower limit of the conduction band in the semiconductor layer is joined. "
「半導体層がpin接合された半導体接合ユニット」は、p型半導体層、i型半導体層、及び、n型半導体層がこの順序で接合されている接合体であり、「半導体層がpn接合された半導体接合ユニット」は、p型半導体層とn型半導体層が接合されている接合体である。 The “semiconductor junction unit in which a semiconductor layer is pin-joined” is a joined body in which a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer are joined in this order. The “semiconductor junction unit” is a joined body in which a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are joined.
なお、本発明は、n型酸化物半導体からなる透明電極とp型半導体層との間に「p型透明半導体層」を介在させること、及び、p型透明半導体層とp型半導体層との間のエネルギー準位の関係を規定したことを特徴とするため、各半導体層を構成する半導体材料の種類や、各半導体層が非晶質相であるか、微結晶相や結晶質相であるかの別を、問うものではない。 In the present invention, a “p-type transparent semiconductor layer” is interposed between a transparent electrode made of an n-type oxide semiconductor and a p-type semiconductor layer, and the p-type transparent semiconductor layer and the p-type semiconductor layer are Since the relationship between the energy levels is defined, the type of semiconductor material constituting each semiconductor layer, each semiconductor layer is in an amorphous phase, or is in a microcrystalline phase or a crystalline phase It's not something to ask.
「p型透明半導体層」の透光性としては、可視光の透過率が80%以上であることが望ましく、85%以上であればより望ましい。 As the translucency of the “p-type transparent semiconductor layer”, the visible light transmittance is desirably 80% or more, and more desirably 85% or more.
上記構成の本発明の光電変換素子においては、p型半導体層で発生した電子が、透明電極側に引き込まれることが抑制される。その理由は以下のようである。本発明では、p型透明半導体層のフェルミ準位と伝導帯の下限とのエネルギー差が、p型半導体層のフェルミ準位と伝導帯の下限とのエネルギー差より大である。これにより、p型半導体層と透明電極との間にp型透明半導体層を接合すると、伝導帯の下限のエネルギー準位は、p型半導体層よりp型透明半導体層の方が高くなる。その結果、p型半導体層で発生した電子が透明電極側に移動するためには、p型透明半導体層におけるエネルギーの山を越えなくてはならず、透明電極側には移動しにくいものとなる。 In the photoelectric conversion element of the present invention having the above configuration, electrons generated in the p-type semiconductor layer are suppressed from being drawn into the transparent electrode side. The reason is as follows. In the present invention, the energy difference between the Fermi level of the p-type transparent semiconductor layer and the lower limit of the conduction band is larger than the energy difference between the Fermi level of the p-type semiconductor layer and the lower limit of the conduction band. Accordingly, when the p-type transparent semiconductor layer is bonded between the p-type semiconductor layer and the transparent electrode, the lower energy level of the conduction band is higher in the p-type transparent semiconductor layer than in the p-type semiconductor layer. As a result, in order for electrons generated in the p-type semiconductor layer to move to the transparent electrode side, the energy peak in the p-type transparent semiconductor layer must be exceeded, and it is difficult to move to the transparent electrode side. .
従って、本発明の光電変換素子においては、p型半導体層で光の吸収により発生した電子が、n型の透明電極に引き込まれることが抑制され、更には、局在準位を介して正孔と再結合することが抑制される。これにより、光起電力効果によって発生した電子と正孔を、電気エネルギーとして有効に利用することができる。 Therefore, in the photoelectric conversion element of the present invention, electrons generated by light absorption in the p-type semiconductor layer are suppressed from being drawn into the n-type transparent electrode, and further, holes are introduced through the localized levels. And recombination is suppressed. Thereby, electrons and holes generated by the photovoltaic effect can be effectively used as electric energy.
本発明にかかる光電変換素子は、上記構成において、「前記p型透明半導体層は、厚さ10nm〜70nmのp型酸化物半導体からなる」ものとすることができる。 The photoelectric conversion element according to the present invention may be configured such that “the p-type transparent semiconductor layer is made of a p-type oxide semiconductor having a thickness of 10 nm to 70 nm” in the above configuration.
「p型酸化物半導体」としては、NiO,CuAlO2,CuGaO2,CuCrO2,CuInO2,CuYO2,AgInO2を例示することができる。これらの半導体材料からは、透明な薄膜を形成することが可能である。 Examples of the “p-type oxide semiconductor” include NiO, CuAlO 2 , CuGaO 2 , CuCrO 2 , CuInO 2 , CuYO 2 , and AgInO 2 . A transparent thin film can be formed from these semiconductor materials.
p型透明半導体層としてのp型酸化物半導体の厚さを「10nm〜70nm」とするのは、現時点では、n型酸化物半導体ほど電気伝導度の高いp型酸化物半導体が実現されていないことによる。ここで、p型半導体層からn型の透明電極への電子の移動を確実に妨げるには、p型透明半導体層(p型酸化物半導体)の厚さは大きい方が望ましい。一方、p型透明半導体層における電気抵抗を抑えるためには、その厚さはできるだけ小さい方が望ましい。本発明では、p型透明半導体層の厚さを上記範囲として、上述の相反する要請の調和を図ることにより、p型半導体層からn型の透明電極への電子の移動を妨げるのに十分な厚さを確保しつつ、p型半導体層を薄くして電気抵抗を抑えている。 The reason why the thickness of the p-type oxide semiconductor as the p-type transparent semiconductor layer is set to “10 nm to 70 nm” is that a p-type oxide semiconductor having a higher electrical conductivity than an n-type oxide semiconductor has not been realized at present. It depends. Here, in order to reliably prevent the movement of electrons from the p-type semiconductor layer to the n-type transparent electrode, it is desirable that the thickness of the p-type transparent semiconductor layer (p-type oxide semiconductor) is large. On the other hand, in order to suppress the electrical resistance in the p-type transparent semiconductor layer, the thickness is desirably as small as possible. In the present invention, the thickness of the p-type transparent semiconductor layer is set in the above range, and the above conflicting requirements are harmonized, thereby being sufficient to prevent the movement of electrons from the p-type semiconductor layer to the n-type transparent electrode. While ensuring the thickness, the p-type semiconductor layer is thinned to suppress electrical resistance.
本発明にかかる光電変換素子は、上記構成において、「前記p型酸化物半導体は、酸化ニッケルである」ものとすることができる。 The photoelectric conversion element according to the present invention may be configured such that “the p-type oxide semiconductor is nickel oxide” in the above configuration.
「酸化ニッケル」は、バンドギャップが約4eVと大きい。そのため、キャリア濃度によってフェルミ準位が変動したとしても、フェルミ準位と伝導帯の下限とのエネルギー差が、酸化ニッケルにおけるフェルミ準位と伝導帯の下限とのエネルギー差より小さいp型半導体を、選択する自由度が高いという利点がある。 “Nickel oxide” has a large band gap of about 4 eV. Therefore, even if the Fermi level varies depending on the carrier concentration, a p-type semiconductor in which the energy difference between the Fermi level and the lower limit of the conduction band is smaller than the energy difference between the Fermi level and the lower limit of the conduction band in nickel oxide. There is an advantage that the degree of freedom to select is high.
以上のように、本発明の効果として、p型半導体層を受光側とした半導体接合ユニットと、受光側の電極としてn型酸化物半導体からなる透明電極を備えた光電変換素子であって、光起電力効果によりp型半導体層で発生した電子が正孔と再結合することが抑制された光電変換素子を、提供することができる。 As described above, as an effect of the present invention, a photoelectric conversion element including a semiconductor junction unit having a p-type semiconductor layer as a light-receiving side and a transparent electrode made of an n-type oxide semiconductor as a light-receiving side electrode, A photoelectric conversion element in which electrons generated in the p-type semiconductor layer due to the electromotive force effect are suppressed from recombining with holes can be provided.
以下、本発明の一実施形態である光電変換素子1、及び、光電変換素子1を使用した太陽電池10について、図1及び図2を用いて説明する。
Hereinafter, the
本実施形態の光電変換素子は、図1に断面図を示すように、p型半導体層14a、i型半導体層14b、及びn型半導体層14cがpin接合され、p型半導体層14aを受光側とした半導体接合ユニット14を備えると共に、受光側の電極としてn型酸化物半導体からなる透明電極12を備えた光電変換素子1であって、透明電極12とp型半導体層14aとの間に、フェルミ準位Ef2と伝導帯の下限Ec2とのエネルギー差が、p型半導体層14aにおけるフェルミ準位Ef1と伝導帯の下限Ec1とのエネルギー差より大であるp型透明半導体層13が接合されている。また、本実施形態の光電変換素子1では、p型透明半導体層13は厚さ10nm〜70nmのp型酸化物半導体からなるものである。そして、太陽電池10は透明な基板11を支持基板とし、光電変換素子1の透明電極12が基板11に積層されていると共に、透明電極12とは反対側の光電変換素子1の端部に裏面電極15が積層された構成である。
In the photoelectric conversion element of this embodiment, as shown in a cross-sectional view in FIG. 1, the p-
より具体的には、透明な基板11としては、ガラス、透明な樹脂フィルムを使用することができる。また、裏面電極15としては、Ag,Al,Pt,Au,Ni等の金属や合金を使用することができ、特に、AgやAlなど反射率の高い金属が望ましい。
More specifically, glass or a transparent resin film can be used as the
透明電極12としては、SnO2,In2O3,ZnO,ITO等のn型酸化物半導体を使用することができる。これらの酸化物半導体を電極として用いるためには、シート抵抗が5〜8Ω/squareであることが望ましい。なお、透明電極12を介して半導体接合ユニット1に照射される光の実効長を大きくするために、透明電極12の表面に微小な凹凸を形成することもできる。
As the
p型透明半導体層13を構成するp型酸化物半導体としては、NiO,CuAlO2,CuGaO2,CuCrO2,CuInO2,CuYO2,AgInO2等を使用することができる。
NiO, CuAlO 2 , CuGaO 2 , CuCrO 2 , CuInO 2 , CuYO 2 , AgInO 2 or the like can be used as the p-type oxide semiconductor constituting the p-type
p型半導体層14a、i型半導体層14b、及びn型半導体層14cを構成する半導体材料としては、a−Si:H,a−Si:F,a−SiC:H,a−SiC:F,a−SiGe:H,a−SiGe:F,μc−Si:H,μc−Si:F,poly−Si:H,poly−Si:Fを例示することができる。また、p型ドーパントとしてはB,Al,Ga,Inなどを使用することができ、n型ドーパントとしてはP,As,Sbなどを使用することができる。
As semiconductor materials constituting the p-
基板11に透明電極12を積層し、更にp型半導体層14a、i型半導体層14b、及びn型半導体層14cを積層する方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、及び、プラズマCVD,Cat−CVD,熱CVDを含む化学気相成長法(CVD法)など、公知の薄膜製造方法を使用することができる。また、p型透明半導体層13の製膜は、上記のCVD法、真空蒸着法の他、ゾルゲル法、スピンコート法により行うことができる。更に、裏面電極15の積層は、スパッタリング法、真空蒸着法等により行うことができる。
As a method of laminating the
図1に、本実施形態の光電変換素子1を使用した、上記構成の太陽電池10のバンドプロファイルを、断面図と対応させて模式的に示す。p型透明半導体層13において透明電極12との界面付近に、電子を透明電極12側に引き込む電界分布が発生することは、上記の従来の太陽電池110と同様である。しかしながら、p型半導体層14aと透明電極12との間にp型透明半導体層13を接合し、両層のフェルミ準位Ef1,Ef2が等しくなると、p型透明半導体層13の伝導帯の下限のエネルギー準位Ec2は、p型半導体層14aの伝導帯の下限のエネルギー準位Ec1より高くなる。なぜなら、p型透明半導体層13のフェルミ準位Ef2と伝導帯の下限Ec2とのエネルギー差は、p型半導体層14aのフェルミ準位Ef1と伝導帯の下限Ec1とのエネルギー差より大であるからである。
FIG. 1 schematically shows a band profile of a
従って、本実施形態の光電変換素子1を備えた太陽電池10では、p型半導体層14aで発生した電子は、p型透明半導体層13におけるエネルギーの山を越えて透明電極12側に移動しにくく、逆に、i型半導体層14b側に移動し易い。これにより、p型半導体層14aで光の吸収により発生した電子が、n型の透明電極12に引き込まれ、局在準位を介して正孔と再結合することが抑制される。
Therefore, in the
加えて、この太陽電池10の内臓電位V2は、p型透明半導体層13における電荷の存在により、p型透明半導体層13を備えない従来の太陽電池110の内臓電位V1(図3参照)より大である。これにより、電子の再結合が抑制される上記の効果と相まって、開放電圧が増加する。
In addition, the built-in potential V 2 of the
また、p型透明半導体層13とn型の透明電極12との接合は逆接合であり、透明電極12における多数キャリアである電子密度が高いと共に、p型透明半導体層13における多数キャリアである正孔密度も高い。そのため、p型透明半導体層13と透明電極12との間には、良好なオーミック接合が形成される。これにより、半導体接合ユニット14で光電変換された電気エネルギーを、外部にスムーズに取り出すことができる。
Further, the junction between the p-type
なお、p型透明半導体層13を構成するp型酸化物半導体は電気伝導度が低いが、膜厚さを10nm〜70nmとしていることにより、p型半導体層14aから透明電極12への電子の移動を妨げる作用を確保しつつ、電気抵抗が増大することが抑制されている。
Note that the p-type oxide semiconductor constituting the p-type
実施例1として、下記の構成の太陽電池を作製した。
基板/透明電極/p型透明半導体層/p型半導体層/i型半導体層/n型半導体層/裏面電極
この構成において、
(基板)透明なガラス板、厚さ500Å〜5000Å
(透明電極)SnO2、厚さ500nm〜1000nm、シート抵抗5〜8Ω/square、表面に幅40nm,高さ30nmの凹凸テクスチャーを形成
(p型透明半導体層)NiO、厚さ10nm〜70nm、電気伝導度1×10−6〜5×10−5S/cm、可視光の透過度85%、バンドギャップ約4eV
(p型半導体層)a−SiC:H、厚さ50nm、バンドギャップ約2eV、p型ドーパントのドープ量0.5%/SiC原子数
(i型半導体層)a−Si:H、厚さ250nm〜500nm、欠陥密度1×1016cm−3
(n型半導体層)μc−Si:H、厚さ50nm、n型ドーパントのドープ量0.5%/Si原子数
(裏面電極)Ag/Al薄膜
As Example 1, a solar cell having the following configuration was manufactured.
Substrate / transparent electrode / p-type transparent semiconductor layer / p-type semiconductor layer / i-type semiconductor layer / n-type semiconductor layer / back electrode In this configuration,
(Substrate) Transparent glass plate, thickness of 500mm to 5000mm
(Transparent electrode) SnO 2 , thickness 500 nm to 1000 nm,
(P-type semiconductor layer) a-SiC: H, thickness 50 nm, band gap of about 2 eV, doping amount of p-type dopant 0.5% / number of SiC atoms (i-type semiconductor layer) a-Si: H, thickness 250 nm ˜500 nm,
(N-type semiconductor layer) μc-Si: H, thickness 50 nm, doping amount of n-type dopant 0.5% / number of Si atoms (back electrode) Ag / Al thin film
比較例1として、下記の構成の太陽電池を作製した。
基板/透明電極/p型半導体層/i型半導体層/n型半導体層/裏面電極
この構成は、実施例1の太陽電池からp型透明半導体層を除いた構成であり、図3を用いて説明した従来の太陽電池110と同様の構成である。また、基板、透明電極、p型半導体層、i型半導体層、n型半導体層、及び、裏面電極の材料、厚さ、及びその他の条件は、実施例1と同一である。
As Comparative Example 1, a solar cell having the following configuration was produced.
Substrate / transparent electrode / p-type semiconductor layer / i-type semiconductor layer / n-type semiconductor layer / back electrode This configuration is obtained by removing the p-type transparent semiconductor layer from the solar cell of Example 1, with reference to FIG. The configuration is the same as that of the conventional
実施例1及び比較例1の太陽電池について、それぞれソーラーシュミレータを使用し、入射光強度100mW/cm2、太陽輻射の空気質量通過条件がAM−1.5の基準光で、電流−電圧特性を測定した。その結果、実施例1の太陽電池は、図2に実線で示す電流−電圧特性を示し、開放電圧は0.8867Vであった。比較例1の太陽電池は、図2に破線で示す電流−電圧特性を示し、短絡電流は実施例1と同程度であったが、開放電圧は0.8477Vであった。 About the solar cell of Example 1 and Comparative Example 1, each using a solar simulator, the incident light intensity is 100 mW / cm 2 , the solar radiation air mass passage condition is a reference light of AM-1.5, and the current-voltage characteristics It was measured. As a result, the solar cell of Example 1 exhibited current-voltage characteristics indicated by a solid line in FIG. 2, and the open circuit voltage was 0.8867V. The solar cell of Comparative Example 1 showed the current-voltage characteristics indicated by the broken line in FIG. 2, and the short circuit current was the same as that of Example 1, but the open circuit voltage was 0.8477V.
実施例1と比較例1の対比から明らかなように、透明電極とp型半導体層との間に、p型透明酸化物であるNiOを厚さ10nm〜70nmで接合することにより、開放電圧を約40mV増加させることができた。太陽電池の最大出力は、短絡電流、開放電圧、及び、曲線因子の積で表わされることから、図2の電流−電圧特性を示す実施例1の太陽電池は、比較例1の従来の太陽電池より、変換効率が上昇していると言うことができる。 As is clear from the comparison between Example 1 and Comparative Example 1, the open-circuit voltage was reduced by joining NiO, which is a p-type transparent oxide, at a thickness of 10 nm to 70 nm between the transparent electrode and the p-type semiconductor layer. It was possible to increase about 40 mV. Since the maximum output of the solar cell is represented by the product of the short-circuit current, the open-circuit voltage, and the fill factor, the solar cell of Example 1 showing the current-voltage characteristics of FIG. 2 is the conventional solar cell of Comparative Example 1. Thus, it can be said that the conversion efficiency is increased.
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。 Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and design changes can be made without departing from the scope of the present invention. It is.
例えば、上記では、透光性の基板11上に本発明の光電変換素子1が透明電極12の側から積層された太陽電池10を例示した。これに限定されず、不透光性の基板上に、本発明の光電変換素子がn型半導体層の側から積層された太陽電池とすることもできる。
For example, in the above, the
また、上記では、半導体接合ユニット14を一つ備える光電変換素子1を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、図5に示すように、複数の半導体接合ユニット24a,24bが透明電極22及びp型透明半導体層23に積層された光電変換素子2とすることができる。そして、この光電変換素子2に一対の電極21,25を接合し、複数の半導体接合ユニット24a,24bにそれぞれ吸収される光の波長を異ならせる設定とすることにより、タンデム型の太陽電池20とすることができる。
Moreover, in the above, although the
更に、上記では、本発明の光電変換素子1に裏面電極15が直接接合されて太陽電池10が製造される場合を例示したが、これに限定されない。例えば、光電変換素子1の半導体接合ユニット14をアモルファスシリコン型とし、図6に示すように、ガラス基板31に光電変換素子1を積層し、更に単結晶シリコン型の半導体接合ユニット38を接合した上で裏面電極39を接合し、ハイブリッド型(HIT)の太陽電池30とすることができる。
Furthermore, although the case where the
或いは、図7Bに示すように、本発明の光電変換素子4に、透明中間層95を介して、pin接合の半導体接合ユニット96を接合した上で裏面電極97を接合し、多接合型の太陽電池40とすることができる。これは、図7Aに示す現行の薄膜シリコン系太陽電池90を改良したものである。
Alternatively, as shown in FIG. 7B, a
すなわち、現行の薄膜シリコン系太陽電池90では、ガラス基板91、n型透明酸化物半導体層(透明電極)92、p型a−SiC:H層94a,i型a−Si:H層94b,n型μc−Si層94cからなる半導体接合ユニット94、n型透明酸化物半導体層(透明中間層)95、p型μc−Si層96a,i型μc−Si層96b,n型μc−Si層96cからなる半導体接合ユニット96、及び裏面電極97が順次接合されている。この太陽電池90の変換効率は、小面積の場合で約15%であり、モジュールとした場合で約9%である。
That is, in the current thin film silicon-based
上記の現行構成に対し、n型透明酸化物半導体層(透明電極)92とp型a−SiC:H層94aとの間にp型透明半導体層43を接合することにより、本発明の適用により改良された太陽電池40とすることができる。このような構成の太陽電池40では、太陽電池90より変換効率を高めることができると期待される。この場合、n型透明酸化物半導体層(透明電極)92、p型透明半導体層43、及び、p型a−SiC:H層94a,i型a−Si:H層94b,n型μc−Si層94cからなる半導体接合ユニット94で構成される部分が、本発明の光電変換素子4に相当する。
According to the application of the present invention, the p-type
1 光電変換素子
12 透明電極
13 p型透明半導体層
14a p型半導体層
14 半導体接合ユニット
Ef1,Ef2 フェルミ準位
Ec1,Ec2 伝導帯の下限のエネルギー準位
1
Claims (3)
前記透明電極と前記p型半導体層との間に、フェルミ準位と伝導帯の下限とのエネルギー差が、前記p型半導体層におけるフェルミ準位と伝導帯の下限とのエネルギー差より大であるp型透明半導体層が接合されている
ことを特徴とする光電変換素子。 A photoelectric conversion element including a semiconductor junction unit in which a semiconductor layer is a pin junction or a pn junction, and a p-type semiconductor layer is a light-receiving side, and a transparent electrode made of an n-type oxide semiconductor as an electrode on the light-receiving side. ,
The energy difference between the Fermi level and the lower limit of the conduction band between the transparent electrode and the p-type semiconductor layer is larger than the energy difference between the Fermi level and the lower limit of the conduction band in the p-type semiconductor layer. A photoelectric conversion element, wherein a p-type transparent semiconductor layer is bonded.
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the p-type transparent semiconductor layer is made of a p-type oxide semiconductor having a thickness of 10 nm to 70 nm.
ことを特徴とする請求項2に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 2, wherein the p-type oxide semiconductor is nickel oxide.
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