JP3469061B2 - 太陽電池 - Google Patents
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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
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池に関し、特
に太陽光を利用した発電システムの太陽電池に関する。
に太陽光を利用した発電システムの太陽電池に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、太陽電池としては、図7に示す構
造のものが知られている。図中の付番1はガラス基板で
ある。このガラス基板1上には、透明電極膜2、非晶質
シリコン発電膜3、及び金属電極膜4が順次形成されて
いる。
造のものが知られている。図中の付番1はガラス基板で
ある。このガラス基板1上には、透明電極膜2、非晶質
シリコン発電膜3、及び金属電極膜4が順次形成されて
いる。
【0003】こうした構成の太陽電池において、太陽光
はガラス基板1から入射し、透明電極膜2を透過して非
晶質シリコン発電膜3に入射する。太陽光は非晶質シリ
コン発電膜3に吸収されて、透明電極膜2と金属電極膜
4との間に起電力が発生し、電力を外部に取り出すこと
ができる。
はガラス基板1から入射し、透明電極膜2を透過して非
晶質シリコン発電膜3に入射する。太陽光は非晶質シリ
コン発電膜3に吸収されて、透明電極膜2と金属電極膜
4との間に起電力が発生し、電力を外部に取り出すこと
ができる。
【0004】従来の太陽電池では透明電極膜2に酸化
錫、錫添加酸化インジウム、酸化亜鉛を主成分とする材
料を用いており、化学蒸着法(CVD)、または物理蒸
着法(PVD)で成膜したものを用いている。
錫、錫添加酸化インジウム、酸化亜鉛を主成分とする材
料を用いており、化学蒸着法(CVD)、または物理蒸
着法(PVD)で成膜したものを用いている。
【0005】ところで、透明電極膜2の導電性能を向上
させるためには、上記の材料に不純物を添加することが
有効であり、酸化錫膜の場合には不純物としてアンチモ
ンあるいはフッ素等を添加することで、錫添加酸化イン
ジウム膜の場合には添加する錫の濃度を調整すること
で、酸化亜鉛膜の場合には不純物としてアルミニウムあ
るいはホウ素等を添加することで導電性能を向上させる
ことを行っていた。
させるためには、上記の材料に不純物を添加することが
有効であり、酸化錫膜の場合には不純物としてアンチモ
ンあるいはフッ素等を添加することで、錫添加酸化イン
ジウム膜の場合には添加する錫の濃度を調整すること
で、酸化亜鉛膜の場合には不純物としてアルミニウムあ
るいはホウ素等を添加することで導電性能を向上させる
ことを行っていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、太陽電
池に用いられる透明電極膜2はその電気的性能が太陽電
池の発電性能に影響を及ぼすため、従来の太陽電池では
透明電極膜2の電極性能を向上させるために、透明電極
膜2に添加する不純物の濃度を制御したり、透明電極膜
2の結晶粒径を制御することを行っていたが、不純物濃
度と結晶粒径の制御を行うだけでは透明電極膜2の電極
性能を所望の性能に再現性良く制御することができない
という問題点があった。
池に用いられる透明電極膜2はその電気的性能が太陽電
池の発電性能に影響を及ぼすため、従来の太陽電池では
透明電極膜2の電極性能を向上させるために、透明電極
膜2に添加する不純物の濃度を制御したり、透明電極膜
2の結晶粒径を制御することを行っていたが、不純物濃
度と結晶粒径の制御を行うだけでは透明電極膜2の電極
性能を所望の性能に再現性良く制御することができない
という問題点があった。
【0007】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、第1の透明電極膜をキャリア濃度が1×10
20 〜2×10 21 cm −3 、移動度が10〜100c
m 2 /V/secの範囲とし、かつ第1・第2の透明電
極膜が0.05〜0.5μmの範囲の高低差のある凹凸
を持つ構成とすることにより、透明電極膜の電極特性を
所望の性能に再現性良く制御できる太陽電池を提供する
ことを目的とする。
もので、第1の透明電極膜をキャリア濃度が1×10
20 〜2×10 21 cm −3 、移動度が10〜100c
m 2 /V/secの範囲とし、かつ第1・第2の透明電
極膜が0.05〜0.5μmの範囲の高低差のある凹凸
を持つ構成とすることにより、透明電極膜の電極特性を
所望の性能に再現性良く制御できる太陽電池を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【0009】
【0010】
【課題を解決する為の手段】本発明は、透光性基板と、
この透光性基板上に形成された第1の透明電極膜と、こ
の第1の透明電極膜上に形成された光電変換発電層と、
この光電変換発電層上に形成された第2の透明電極膜
と、この第2の透明電極膜上に形成された背面電極とを
具備し、前記第1の透明電極膜はキャリア濃度が1×1
020〜2× 1021cm−3、移動度が10〜10
0cm2/V/secの範囲にあり、前記第1・第2の
透明電極膜は0.05〜0.5μmの範囲の高低差のあ
る凹凸を持つことを特徴とする太陽電池である。
この透光性基板上に形成された第1の透明電極膜と、こ
の第1の透明電極膜上に形成された光電変換発電層と、
この光電変換発電層上に形成された第2の透明電極膜
と、この第2の透明電極膜上に形成された背面電極とを
具備し、前記第1の透明電極膜はキャリア濃度が1×1
020〜2× 1021cm−3、移動度が10〜10
0cm2/V/secの範囲にあり、前記第1・第2の
透明電極膜は0.05〜0.5μmの範囲の高低差のあ
る凹凸を持つことを特徴とする太陽電池である。
【0011】
【0012】
【0013】本発明において、透光性基板の材質として
は、例えばガラス、フィルムが挙げられる。本発明にお
いて、前記透明電極膜の材料としては、例えば酸化錫を
主成分とするもの、錫添加酸化インジウムを主成分とす
るもの、あるいは酸化亜鉛を主成分とするものが挙げら
れる。
は、例えばガラス、フィルムが挙げられる。本発明にお
いて、前記透明電極膜の材料としては、例えば酸化錫を
主成分とするもの、錫添加酸化インジウムを主成分とす
るもの、あるいは酸化亜鉛を主成分とするものが挙げら
れる。
【0014】本発明において、前記第1・第2の透明電
極膜は0.05〜0.5μmの範囲の高低差のある凹凸
を持つ構成にしている。これにより、発電層に入射した
太陽光のうち吸収されずに再び透明電極膜から漏れ出す
確率が減少するので、発電効率をさらに向上させる効果
がある。
極膜は0.05〜0.5μmの範囲の高低差のある凹凸
を持つ構成にしている。これにより、発電層に入射した
太陽光のうち吸収されずに再び透明電極膜から漏れ出す
確率が減少するので、発電効率をさらに向上させる効果
がある。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。 (実施例1) 図1を参照する。図中の付番11は、透光性基板としての
ガラス基板である。このガラス基板11上には、透明電極
膜12、非晶質シリコン発電層13及び金属電極膜14が順次
形成されている。前記透明電極膜12のキャリア濃度は1
×1020〜2×1021cm-3で、その移動度は10〜1
00cm2 /V/secの範囲に調整されている。図2
は、図1に示した太陽電池を2つ以上直列に接続して構
成した例である。
照して説明する。 (実施例1) 図1を参照する。図中の付番11は、透光性基板としての
ガラス基板である。このガラス基板11上には、透明電極
膜12、非晶質シリコン発電層13及び金属電極膜14が順次
形成されている。前記透明電極膜12のキャリア濃度は1
×1020〜2×1021cm-3で、その移動度は10〜1
00cm2 /V/secの範囲に調整されている。図2
は、図1に示した太陽電池を2つ以上直列に接続して構
成した例である。
【0016】上記実施例1に係る太陽電池によれば、透
明電極膜12のキャリア濃度と移動度とを上記した範囲に
調整しているので、透明電極膜12の電極特性を適正な性
能に再現性良く維持することができ、安定した発電性能
とすることができる。
明電極膜12のキャリア濃度と移動度とを上記した範囲に
調整しているので、透明電極膜12の電極特性を適正な性
能に再現性良く維持することができ、安定した発電性能
とすることができる。
【0017】しかるに、既述したように、透明電極膜の
不純物濃度と結晶粒径を制御するだけでは再現性良く透
明電極性能を制御できない。つまり、透明電極膜の不純
物濃度はキャリア濃度を決定する要因であるが、CVD
で成膜するか、またはPVDで成膜するかなどの成膜方
法、また、同じ成膜方法であっても成膜装置が異なる
と、同一の不純物濃度であっても透明電極膜中のキャリ
ア濃度が必ずしも同一の濃度とはならないからである。
不純物濃度と結晶粒径を制御するだけでは再現性良く透
明電極性能を制御できない。つまり、透明電極膜の不純
物濃度はキャリア濃度を決定する要因であるが、CVD
で成膜するか、またはPVDで成膜するかなどの成膜方
法、また、同じ成膜方法であっても成膜装置が異なる
と、同一の不純物濃度であっても透明電極膜中のキャリ
ア濃度が必ずしも同一の濃度とはならないからである。
【0018】一般的に、透明電極膜の光学的透過率は、
キャリア濃度に反比例し、移動度に比例する関係があ
る。一方、バルク体の電気伝導度は、キャリア濃度と移
動度との積に比例する。しかし、実際の太陽電池に使用
する透明電極膜は多結晶体であり、しかもサブミクロン
レベルのある程度小さな粒径の多結晶体で構成された透
明電極膜が太陽電池に適している。透明電極膜の移動度
は結晶粒径に強く依存する量でもあるため、光学的・電
気的特性が総合的に適した透明電極膜性能とするために
は、上記キャリア濃度と移動度を、それぞれ適正な範囲
に収める必要がある。
キャリア濃度に反比例し、移動度に比例する関係があ
る。一方、バルク体の電気伝導度は、キャリア濃度と移
動度との積に比例する。しかし、実際の太陽電池に使用
する透明電極膜は多結晶体であり、しかもサブミクロン
レベルのある程度小さな粒径の多結晶体で構成された透
明電極膜が太陽電池に適している。透明電極膜の移動度
は結晶粒径に強く依存する量でもあるため、光学的・電
気的特性が総合的に適した透明電極膜性能とするために
は、上記キャリア濃度と移動度を、それぞれ適正な範囲
に収める必要がある。
【0019】特に、キャリア濃度が異なると、図3、図
4に示すように、透明電極膜の分光透過率が変化して、
太陽電池の分光感度と一致する波長領域の光の発電層に
到達する強度が変化することが原因で発電効率が変化し
てくるため、キャリア濃度を所望の濃度に制御すること
が重要である。なお、図3はキャリア濃度が3.62×
1020(cm-3)の場合、図4はキャリア濃度が1.6
5×1020(cm-3)の場合を示す。
4に示すように、透明電極膜の分光透過率が変化して、
太陽電池の分光感度と一致する波長領域の光の発電層に
到達する強度が変化することが原因で発電効率が変化し
てくるため、キャリア濃度を所望の濃度に制御すること
が重要である。なお、図3はキャリア濃度が3.62×
1020(cm-3)の場合、図4はキャリア濃度が1.6
5×1020(cm-3)の場合を示す。
【0020】結晶粒径は透明電極膜の移動度を決定する
主要因の一つであるが、先述と同様の理由により、成膜
方法、成膜装置により同一の結晶粒径であっても透明電
極膜の移動度が必ずしも同一の移動度とはならないから
である。
主要因の一つであるが、先述と同様の理由により、成膜
方法、成膜装置により同一の結晶粒径であっても透明電
極膜の移動度が必ずしも同一の移動度とはならないから
である。
【0021】本発明の太陽電池を製造するには、透明電
極膜の成膜装置ごとに、キャリア濃度、移動度と成膜条
件との因果関係を把握しておくことにより、透明電極を
成膜する装置が複数存在する場合でも、太陽電池の発電
性能を再現性良く安定させることが可能となる。なお、
キャリア濃度、移動度は、磁界中で電気的特性を計測す
るホール効果計測による。
極膜の成膜装置ごとに、キャリア濃度、移動度と成膜条
件との因果関係を把握しておくことにより、透明電極を
成膜する装置が複数存在する場合でも、太陽電池の発電
性能を再現性良く安定させることが可能となる。なお、
キャリア濃度、移動度は、磁界中で電気的特性を計測す
るホール効果計測による。
【0022】(実施例2)図5を参照する。図中の付番
21は、ガラス基板である。このガラス基板21上には、第
1の透明電極膜22、非晶質シリコン発電層23、第2の透
明電極膜24及び金属電極膜25が順次形成されている。前
記第1の透明電極膜22のキャリア濃度は1×1020〜2
×1021cm-3で、その移動度は10〜100cm2 /
V/secの範囲に調整されている。また、前記第2の
透明電極膜24は、例えば錫添加酸化インジウムからな
る。
21は、ガラス基板である。このガラス基板21上には、第
1の透明電極膜22、非晶質シリコン発電層23、第2の透
明電極膜24及び金属電極膜25が順次形成されている。前
記第1の透明電極膜22のキャリア濃度は1×1020〜2
×1021cm-3で、その移動度は10〜100cm2 /
V/secの範囲に調整されている。また、前記第2の
透明電極膜24は、例えば錫添加酸化インジウムからな
る。
【0023】実施例2に係る太陽電池は、図5に示すよ
うに、ガラス基板21上に、第1の透明電極膜22、非晶質
シリコン発電層23、第2の透明電極膜24及び金属電極膜
25を順次形成し、第1の透明電極膜22のキャリア濃度、
移動度を上記の範囲に規定した構成となっている。しか
るに、実施例2においては、非晶質シリコン発電層23と
金属電極膜25との間に第2の透明電極膜24を設けた構成
となっているため、実施例1と比べ、高い反射効果が得
られ、その結果、より大きな短絡電流、ひいては高い変
換効率が得られる。
うに、ガラス基板21上に、第1の透明電極膜22、非晶質
シリコン発電層23、第2の透明電極膜24及び金属電極膜
25を順次形成し、第1の透明電極膜22のキャリア濃度、
移動度を上記の範囲に規定した構成となっている。しか
るに、実施例2においては、非晶質シリコン発電層23と
金属電極膜25との間に第2の透明電極膜24を設けた構成
となっているため、実施例1と比べ、高い反射効果が得
られ、その結果、より大きな短絡電流、ひいては高い変
換効率が得られる。
【0024】ここで、第2の透明電極膜24を介在させた
理由は、以下の通りである。即ち、金属電極膜25のみで
構成するより、より大きな短絡電流が得られるからであ
る。屈折率の大きな非晶質シリコン発電層23から屈折率
の小さな第2の透明電極膜24へ光が入射するので、必然
的に反射臨界角が大きくなり、高い反射効果が得られ
る。従って、金属電極膜25でも更に反射効果が得られる
ので、その結果金属電極膜単独の場合(実施例1の場
合)よりもより大きな短絡電流が得られる。また、第2
の透明電極膜24を間に挿入することで、非晶質シリコン
発電層23と金属電極膜25との間の相互拡散を防止する効
果もある。相互拡散すると、金属電極膜25では反射率が
低下し、非晶質シリコン発電層23では発電性能の低下が
生じるためである。
理由は、以下の通りである。即ち、金属電極膜25のみで
構成するより、より大きな短絡電流が得られるからであ
る。屈折率の大きな非晶質シリコン発電層23から屈折率
の小さな第2の透明電極膜24へ光が入射するので、必然
的に反射臨界角が大きくなり、高い反射効果が得られ
る。従って、金属電極膜25でも更に反射効果が得られる
ので、その結果金属電極膜単独の場合(実施例1の場
合)よりもより大きな短絡電流が得られる。また、第2
の透明電極膜24を間に挿入することで、非晶質シリコン
発電層23と金属電極膜25との間の相互拡散を防止する効
果もある。相互拡散すると、金属電極膜25では反射率が
低下し、非晶質シリコン発電層23では発電性能の低下が
生じるためである。
【0025】(実施例3)
図6を参照する。図中の付番31は、不透光性基板として
の金属製基板である。なお、金属製基板の代わりに他の
導電性のある不透光性基板を用いてもよい。この金属製
基板31上には、第1の透明電極膜32、非晶質シリコン発
電層33、及び第2の透明電極膜34が順次形成されてい
る。前記第2の透明電極膜34のキャリア濃度は1×10
20〜2×1021cm-3で、その移動度は10〜100c
m2 /V/secの範囲に調整されている。
の金属製基板である。なお、金属製基板の代わりに他の
導電性のある不透光性基板を用いてもよい。この金属製
基板31上には、第1の透明電極膜32、非晶質シリコン発
電層33、及び第2の透明電極膜34が順次形成されてい
る。前記第2の透明電極膜34のキャリア濃度は1×10
20〜2×1021cm-3で、その移動度は10〜100c
m2 /V/secの範囲に調整されている。
【0026】実施例3に係る太陽電池は、図6に示すよ
うに、金属製基板31上に、第1の透明電極膜32、非晶質
シリコン発電層33、第2の透明電極膜34を順次形成し、
第2の透明電極膜34のキャリア濃度、移動度を上記の範
囲に規定した構成となっている。実施例3では、太陽光
は第2の透明電極膜34の側から入射する構造としたもの
であり、実施例1と同様な作用、効果を有する。
うに、金属製基板31上に、第1の透明電極膜32、非晶質
シリコン発電層33、第2の透明電極膜34を順次形成し、
第2の透明電極膜34のキャリア濃度、移動度を上記の範
囲に規定した構成となっている。実施例3では、太陽光
は第2の透明電極膜34の側から入射する構造としたもの
であり、実施例1と同様な作用、効果を有する。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、第
1の透明電極膜をキャリア濃度が1×10 20 〜2×1
0 21 cm −3 、移動度が10〜100cm 2 /V/s
ecの範囲とし、かつ第1・第2の透明電極膜が0.0
5〜0.5μmの範囲の高低差のある凹凸を持つ構成と
することにより、透明電極膜の電極特性を所望の性能に
再現性良く制御できる太陽電極を提供できる。
1の透明電極膜をキャリア濃度が1×10 20 〜2×1
0 21 cm −3 、移動度が10〜100cm 2 /V/s
ecの範囲とし、かつ第1・第2の透明電極膜が0.0
5〜0.5μmの範囲の高低差のある凹凸を持つ構成と
することにより、透明電極膜の電極特性を所望の性能に
再現性良く制御できる太陽電極を提供できる。
【0028】
【0029】
【図1】本発明の実施例1に係る太陽電池の要部の断面
図。
図。
【図2】図1の太陽電池を2つ以上直列に接続した状態
の説明図。
の説明図。
【図3】キャリア濃度3.62×1020(cm-3)の場
合の、透過率と波長との関係を示す特性図。
合の、透過率と波長との関係を示す特性図。
【図4】キャリア濃度が1.65×1020(cm-3)の
場合の、透過率と波長との関係を示す特性図。
場合の、透過率と波長との関係を示す特性図。
【図5】本発明の実施例2に係る太陽電池の要部の断面
図。
図。
【図6】本発明の実施例3に係る太陽電池の要部の断面
図。
図。
【図7】従来の太陽電池の要部の断面図。
11、21…ガラス基板(透光孔性基板)、
12、22、24、32、34…透明電極膜、
13、23、33…非晶質シリコン発電層、
14,25…金属電極膜、
31…金属製基板(不透光性基板)。
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開 平6−318717(JP,A)
特開 平7−131040(JP,A)
特開 平2−81478(JP,A)
特開 平6−181331(JP,A)
特開 平8−171724(JP,A)
特開 平6−41723(JP,A)
特開 平7−183554(JP,A)
特開 平8−32094(JP,A)
特開 昭60−170269(JP,A)
特開 昭63−313874(JP,A)
米国特許5282902(US,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 31/04
Claims (4)
- 【請求項1】 透光性基板と、この透光性基板上に形成
された第1の透明電極膜と、この第1の透明電極膜上に
形成された光電変換発電層と、この光電変換発電層上に
形成された第2の透明電極膜と、この第2の透明電極膜
上に形成された背面電極とを具備し、前記第1の透明電
極膜はキャリア濃度が1×1020〜2×1021cm
−3、移動度が10〜100cm2/V/secの範囲
にあり、前記第1・第2の透明電極膜は0.05〜0.
5μmの範囲の高低差のある凹凸を持つことを特徴とす
る太陽電池。 - 【請求項2】 前記透明電極膜が酸化錫を主成分とする
ことを特徴とする請求項1記載の太陽電池。 - 【請求項3】 前記透明電極膜が錫添加酸化インジウム
を主成分とすることを特徴とする請求項1記載の太陽電
池。 - 【請求項4】 前記透明電極膜が酸化亜鉛を主成分とす
ることを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27273097A JP3469061B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27273097A JP3469061B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11112009A JPH11112009A (ja) | 1999-04-23 |
| JP3469061B2 true JP3469061B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=17517987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27273097A Ceased JP3469061B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3469061B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100595933C (zh) * | 2005-11-17 | 2010-03-24 | 旭硝子株式会社 | 太阳能电池用透明导电性基板的制造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5282902A (en) | 1991-05-09 | 1994-02-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Solar cell provided with a light reflection layer |
-
1997
- 1997-10-06 JP JP27273097A patent/JP3469061B2/ja not_active Ceased
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5282902A (en) | 1991-05-09 | 1994-02-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Solar cell provided with a light reflection layer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11112009A (ja) | 1999-04-23 |
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