солнечный элемент

Формула изобретения

1. Солнечный элемент, содержащий:

подложку, обладающую оптической прозрачностью;

предусмотренный на подложке фотоэлектрический преобразователь, включающий в себя передний электрод, обладающий оптической прозрачностью, слой фотоэлектрического преобразования и тыльный электрод, обладающий светоотражающей способностью; и

низкопреломляющий проводящий слой, выполненный из проводящего материала, обладающего оптической прозрачностью, прилегающий к слою фотоэлектрического преобразования и расположенный на противоположной подложке стороне слоя фотоэлектрического преобразования, причем

низкопреломляющий проводящий слой предусмотрен между слоем фотоэлектрического преобразования и тыльным электродом, между слоем фотоэлектрического преобразования и тыльным электродом предусмотрен только этот низкопреломляющий проводящий слой, толщина низкопреломляющего проводящего слоя составляет от 40 нм до 80 нм, а показатель преломления низкопреломляющего проводящего слоя составляет от 1,4 до 2,0 относительно длины волны от 450 нм до 1000 нм.

2. Солнечный элемент по п.1, в котором низкопреломляющий проводящий слой имеет структуру, в которой в SiO₂ введены легирующие добавки.

Описание изобретения к патенту

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область настоящего изобретения

Настоящее изобретение относится к солнечному элементу.

Эта заявка испрашивает приоритет по Японской заявке на патент № 2008-115981, поданной 25 апреля 2008 г., содержание которой целиком включено сюда по ссылке.

Уровень техники

В последние годы, ввиду эффективного использования энергии, солнечные батареи используют более широко, чем когда-либо раньше.

В качестве солнечных элементов известны солнечные элементы кремниевого ряда, такие как кремниевый солнечный элемент с использованием монокристаллического кремния, поликремниевый солнечный элемент с использованием слоя поликремния или аморфный кремниевый солнечный элемент с использованием аморфного кремния.

Солнечный элемент кремниевого ряда образован фотоэлектрическим преобразователем, в котором, например, слоями уложены прозрачный электрод, который служит передним электродом и который сформирован на принимающей свет поверхности стеклянной подложки и состоит из прозрачного проводящего оксида (ППО) или тому подобного, полупроводниковый слой (слой фотоэлектрического преобразования), который сформирован на переднем электроде и состоит из кремния, и тонкая пленка серебра (Ag), которая сформирована в качестве тыльного электрода.

Полупроводниковый слой обладает слоистой структурой, которую называют pin-переходом, в котором генерирующая электроны и дырки при приеме света пленка кремния (i-типа) проложена между пленками кремния p-типа и n-типа.

Следовательно, солнечный свет, который падает на стеклянную подложку, сначала проходит через передний электрод и подается в полупроводниковый слой.

При этом, когда входящая в состав солнечного света частица энергии, которую называют фотоном, падает на пленку i-типа, посредством фотоэлектрического эффекта генерируются электрон и дырка. Электрон движется к пленке n-типа, а дырка движется к пленке p-типа.

Вышеупомянутые электрон и дырка отводятся соответственно с переднего электрода и тыльного электрода, и тем самым возможно преобразовать оптическую энергию в электрическую энергию.

С другой стороны, свет, который прошел через полупроводниковый слой, отражается передней поверхностью тыльного электрода и подается в полупроводниковый слой снова, поэтому в полупроводниковом слое снова генерируются электроны и дырки и оптическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

Однако из света, который падает на тыльный электрод после прохождения через полупроводниковый слой в вышеописанном солнечном элементе, большая часть света отражается границей раздела между полупроводниковым слоем и тыльным электродом, а часть света немного входит в тыльный электрод.

В результате на границе раздела между полупроводниковым слоем и тыльным электродом происходят потери на поглощение, которые обусловлены светом, входящим в тыльный электрод, и существует проблема того, что эффективность выработки электроэнергии солнечным элементом ухудшается.

Кроме того, в том случае, когда тыльный электрод уложен слоями на полупроводниковом слое, существует опасность того, что материал (например, Ag), составляющий тыльный электрод, продиффундирует в полупроводниковый слой.

Следовательно, для того чтобы улучшить коэффициент отражения, предотвратить диффузию составляющего тыльный электрод материала в полупроводниковый слой или т.п., между тыльным электродом и полупроводниковым слоем может быть сформирован прозрачный электрод, такой как GZO (ZnO, в который введена легирующая добавка Ga).

В этом случае солнечный свет, который прошел через полупроводниковый слой, разделяется на свет, который снова подается в полупроводниковый слой после полного отражения границей раздела между полупроводниковым слоем и прозрачным электродом, и свет, который снова подается в полупроводниковый слой после прохождения через прозрачный электрод и отражения границей раздела между прозрачным электродом и тыльным электродом.

Из-за этого, поскольку возможно отразить солнечный свет до того, как он падает на тыльный электрод на пути света, который падает на солнечный элемент, полагают, что потери на поглощение на границе раздела между полупроводниковым слоем и тыльным электродом снижаются, и эффективность выработки энергии солнечным элементом может быть улучшена.

Однако разница между показателем преломления прозрачного электрода (например, показатель преломления GZO составляет n=2,05 или более) и показателем преломления полупроводниковой пленки (например, показатель преломления пленки Si составляет приблизительно n=3,8-4,0) является небольшой, и процент полного отражения на границе раздела между полупроводниковым слоем и прозрачным электродом является низким.

Более точно, солнечный свет, который падает на прозрачный электрод под небольшим углом падения, отражается только на границе раздела между полупроводниковым слоем и прозрачным электродом, не удовлетворяя условиям полного отражения.

По этой причине отраженный солнечный свет проходит через прозрачный электрод и падает на тыльный электрод.

То есть имеется проблема того, что коэффициент отражения на прозрачном электроде является низким.

Например, как раскрыто в нерассмотренной японской заявке на патент, первая публикация № 2007-266095, известна конструкция, в которой между тыльным электродом и прозрачным электродом, состоящим из GZO или тому подобного, вводят управляющий показателем преломления слой, состоящий из SiO₂, показатель преломления которого меньше, чем показатель преломления прозрачного электрода, и обладающий толщиной от 5 до 25 нм.

Однако при вышеописанной традиционной технологии, так как толщина пленки управляющего показателем преломления слоя мала, трудно регулировать толщину пленки управляющего показателем преломления слоя так, чтобы она была той толщиной пленки, которую рассчитывают с учетом оптической длины пути или т.п. между полупроводниковым слоем и тыльным электродом.

Кроме того, несмотря на то, что управляющий показателем преломления слой может предотвратить диффузию составляющего тыльный электрод материала в полупроводниковый слой, того оптического эффекта, что коэффициент отражения улучшается при вышеописанной толщине пленки управляющего показателем преломления слоя, не получают.

Кроме того, при введении управляющего показателем преломления слоя между слоем фотоэлектрического преобразования и тыльным электродом в дополнение к прозрачному электроду, состоящему из GZO или тому подобного, количество стадий производства солнечных элементов увеличивается, и существует проблема того, что эффективность производства ухудшается.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, настоящее изобретение было сделано для того, чтобы решить упомянутые выше проблемы и имеет своей целью предоставить солнечный элемент, в котором возможно улучшить коэффициент отражения на границе раздела между низкопреломляющим проводящим слоем и слоем фотоэлектрического преобразования и возможно сдерживать увеличение технологических процессов.

Для того чтобы решить описанную выше проблему, солнечный элемент по настоящему изобретению включает в себя: подложку, обладающую оптической прозрачностью; предусмотренный на подложке фотоэлектрический преобразователь, включающий в себя передний электрод, обладающий оптической прозрачностью, слой фотоэлектрического преобразования и тыльный электрод, обладающий светоотражающей способностью; и низкопреломляющий проводящий слой, показатель преломления которого меньше или равен 2,0, причем этот низкопреломляющий проводящий слой выполнен из проводящего материала, обладающего оптической прозрачностью, прилегает к слою фотоэлектрического преобразования и расположен на противоположной подложке стороне слоя фотоэлектрического преобразования.

При такой конфигурации, поскольку показатель преломления низкопреломляющего проводящего слоя меньше или равен 2,0, возможно увеличить разницу между показателем преломления слоя фотоэлектрического преобразования и показателем преломления низкопреломляющего проводящего слоя по сравнению с обычно используемым прозрачным электродом (показатель преломления n=2,05 или более).

В результате, возможно улучшить процент полного отражения на границе раздела между слоем фотоэлектрического преобразования и низкопреломляющим проводящим слоем.

По этой причине свет с небольшим углом падения относительно низкопреломляющего проводящего слоя также удовлетворяет условиям полного отражения и возможно улучшить коэффициент отражения на границе раздела между слоем фотоэлектрического преобразования и низкопреломляющим проводящим слоем.

Поэтому, поскольку возможно улучшить коэффициент отражения света, возможно увеличить эффективность выработки электроэнергии.

Кроме того, в солнечном элементе по настоящему изобретению предпочтительно, чтобы низкопреломляющий проводящий слой был предусмотрен между слоем фотоэлектрического преобразования и тыльным электродом и между слоем фотоэлектрического преобразования и тыльным электродом был предусмотрен только этот низкопреломляющий проводящий слой.

При такой конфигурации свет, проходящий через слой фотоэлектрического преобразования, отражается перед тыльным электродом на пути света, который падает на солнечный элемент, и возможно подавить количество света, который проходит через низкопреломляющий проводящий слой и падает на тыльный электрод.

Посредством такой конструкции можно снизить потери на поглощение света на тыльном электроде.

В этой конструкции, предусматривая только низкопреломляющий проводящий слой между слоем фотоэлектрического преобразования и тыльным электродом, возможно сдерживать увеличение технологических процессов и сохранить эффективность производства по сравнению с традиционной конструкцией, в которой между слоем фотоэлектрического преобразования и тыльным электродом в дополнение к прозрачному электроду предусмотрен управляющий показателем преломления слой.

Кроме того, поскольку низкопреломляющий проводящий слой предусмотрен прилегающим к слою фотоэлектрического преобразования, то возможно предотвратить диффузию составляющего тыльный электрод материала в слой фотоэлектрического преобразования.

Кроме того, в солнечном элементе по настоящему изобретению предпочтительно, чтобы низкопреломляющий проводящий слой обладал структурой, в которой в SiO₂ введены легирующие добавки.

При такой конфигурации, поскольку в качестве материала низкопреломляющего проводящего слоя выбирают SiO₂, возможно понизить показатель преломления низкопреломляющего проводящего слоя до приблизительно 1,5.

Следовательно, введением легирующих добавок возможно сделать SiO₂ проводящим.

По этой причине нет необходимости формировать низкопреломляющий проводящий слой с небольшой толщиной для того, чтобы обеспечить проводимость между слоем, прилегающим к слою фотоэлектрического преобразования (например, тыльным электродом) через этот низкопреломляющий проводящий слой, и слоем фотоэлектрического преобразования или нет необходимости формировать контактное отверстие или что-то подобное на низкопреломляющем проводящем слое для того, чтобы создать контакт между обоими этими слоями.

Следовательно, возможно легко сформировать низкопреломляющий проводящий слой в таком состоянии, когда учтена оптическая длина пути или тому подобное, при сохранении улучшения коэффициента отражения на границе раздела между низкопреломляющим проводящим слоем и слоем фотоэлектрического преобразования.

В соответствии с настоящим изобретением, поскольку показатель преломления низкопреломляющего проводящего слоя меньше или равен 2,0, возможно увеличить разницу между показателем преломления слоя фотоэлектрического преобразования и показателем преломления низкопреломляющего проводящего слоя по сравнению с используемым обычно прозрачным электродом (показатель преломления n=2,05 или более).

Следовательно, возможно увеличить процент полного отражения на границе раздела между слоем фотоэлектрического преобразования и низкопреломляющим проводящим слоем.

По этой причине свет, который падает на низкопреломляющий проводящий слой под небольшим углом падения, также удовлетворяет условиям полного отражения, и возможно улучшить коэффициент отражения на границе раздела между слоем фотоэлектрического преобразования и низкопреломляющим проводящим слоем.

Поэтому, поскольку возможно улучшить коэффициент отражения света, то возможно улучшить эффективность выработки электроэнергии.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 является видом в поперечном сечении, показывающим солнечный элемент типа с аморфным кремнием по одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2A и 2B являются диаграммами, иллюстрирующими результат измерения в испытании моделированием при Состоянии 1 и показывающими коэффициент отражения (%) в зависимости от длины волны (нм).

Фиг.3A и 3B являются диаграммами, иллюстрирующими результат измерения в испытании моделированием при Состоянии 2 и показывающими коэффициент отражения (%) в зависимости от длины волны (нм).

Фиг.4A и 4B являются диаграммами, иллюстрирующими результат измерения в испытании моделированием при Состоянии 3 и показывающими коэффициент отражения (%) в зависимости от длины волны (нм).

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Далее солнечный элемент, относящийся к варианту осуществления настоящего изобретения, будет описан со ссылкой на чертежи.

Солнечный элемент

Фиг.1 является видом в поперечном сечении, показывающим солнечный элемент типа с аморфным кремнием.

Как показано на фиг.1, солнечный элемент 10 является солнечным элементом так называемого одиночного типа с фотоэлектрическим преобразователем 12, сформированным на стороне 11a (в дальнейшем называемой задней стороной 11a) прозрачной подложки 11, которая обладает изоляционными свойствами.

Подложка 11 состоит из изоляционного материала, обладающего высоким уровнем прозрачности для солнечного света и долговечности, такого как стекло или прозрачная смола. Длина подложки 11 составляет, например, приблизительно 3500 мм.

В солнечном элементе 10 солнечный свет падает на сторону, противоположную той стороне подложки, к которой обращен фотоэлектрический преобразователь 12, то есть другую сторону 11b подложки 11 (в дальнейшем называемую передней стороной 11b).

Фотоэлектрический преобразователь 12 выполнен с удерживанием полупроводникового слоя 14 (слоя фотоэлектрического преобразования) между передним электродом 13 и тыльным электродом 15 и сформирован на всей площади подложки 11, за исключением периферии задней стороны 11a.

Передний электрод 13 состоит из металлоксидного продукта, обладающего оптической прозрачностью, например, так называемого прозрачного проводящего оксида (ППО), такого как GZO или ITO (оксид индия-олова), и сформирован на задней стороне 11a подложки 11.

Полупроводниковый слой 14 сформирован на переднем электроде 13.

Полупроводниковый слой 14 имеет структуру с pin-переходом, в которой, например, пленка аморфного кремния i-типа (не показана) проложена между пленкой аморфного кремния p-типа (не показана) и пленкой аморфного кремния n-типа (не показана).

В структуре с pin-переходом пленка аморфного кремния p-типа, пленка аморфного кремния i-типа и пленка аморфного кремния n-типа уложены на переднем электроде 13 слоями в таком порядке.

Когда солнечный свет падает на полупроводниковый слой 14 и частица энергии, которая входит в состав солнечного света, падает на пленку аморфного кремния i-типа, за счет фотоэлектрического эффекта генерируются электрон и дырка.

Затем электрон движется к пленке аморфного кремния n-типа, а дырка движется к пленке аморфного кремния p-типа.

Вышеупомянутые электрон и дырка отводятся соответственно из переднего электрода 13 и тыльного электрода 15, тем самым возможно преобразовать оптическую энергию в электрическую энергию (фотоэлектрическое преобразование).

Тыльный электрод 15 расположен на противоположной переднему электроду 13 стороне полупроводникового слоя 14.

Тыльный электрод 15 состоит из проводящей пленки металла, такого как Ag или Cu, и сформирован предпочтительно с использованием, например, отожженной при низкой температуре нанопасты металла (Ag).

Тыльный электрод 15 также служит отражающим слоем, который отражает солнечный свет, проходящий через полупроводниковый слой 14, и снова подает солнечный свет в полупроводниковый слой 14.

Кроме того, предпочтительно, чтобы вышеописанный фотоэлектрический преобразователь 12 имел текстурированную структуру, в которой на передней поверхности и задней поверхности каждого слоя сформированы микронеровности, которые не показаны на фигуре.

В этом случае возможно улучшить эффективность преобразования оптической энергии солнечным элементом 10, поскольку могут быть достигнуты эффект призмы, при котором удлиняется оптический путь света, падающего на каждый слой, и эффект, при котором свет удерживается внутри.

При этом между полупроводниковым слоем 14 и тыльным электродом 15 предусмотрен низкопреломляющий проводящий слой 16.

Другими словами, низкопреломляющий проводящий слой 16 является прилегающим к слою 12 фотоэлектрического преобразования и размещен на противоположной подложке 11 стороне слоя 12 фотоэлектрического преобразования.

Низкопреломляющий проводящий слой 16 сформирован на всей поверхности пленки аморфного кремния n-типа полупроводникового слоя 14.

Только этот низкопреломляющий проводящий слой 16 сформирован между полупроводниковой пленкой 14 и тыльным электродом 15.

В качестве материала, выбранного для низкопреломляющего проводящего слоя 16, предпочтительно используют материал с низким сопротивлением, обладающим свойством барьера, при котором материал, составляющий тыльный электрод 15, предохраняется от диффузии в полупроводниковый слой 14, и электропроводностью, при которой сохраняется электрическая проводимость между тыльным электродом 15 и полупроводниковым слоем 14.

Кроме того, предпочтительно, чтобы показатель преломления n низкопреломляющего проводящего слоя 16 был меньше или равен 2,0 для того, чтобы увеличить процент полного отражения на границе раздела между полупроводниковым слоем 14 и низкопреломляющим проводящим слоем 16.

Более точно, предпочтительно, чтобы показатель преломления n был от 1,4 до 1,9, а толщина пленки d (ссылаясь на Фиг.1) была от 40 нм до 80 нм.

Кроме того, более предпочтительно, чтобы показатель преломления n был от 1,44 до 1,50, а толщина пленки d была от 50 нм до 75 нм.

Как описано выше, поскольку низкопреломляющий проводящий слой 16 сформирован так, что его показатель преломления n меньше или равен 2,0, возможно увеличить разницу между показателем преломления (n=3,8-4,0) полупроводникового слоя 14 и показателем преломления низкопреломляющего проводящего слоя 16.

Соответственно, возможно улучшить процент полного отражения на границе раздела между полупроводниковым слоем 14 и низкопреломляющим проводящим слоем 16.

Благодаря этому свет с небольшим углом падения относительно низкопреломляющего проводящего слоя 16 также удовлетворяет условиям полного отражения и возможно отражать падающий на низкопреломляющий проводящий слой 16 солнечный свет с высокой степенью эффективности на границе раздела между полупроводниковым слоем 14 и низкопреломляющим проводящим слоем 16.

Кроме того, формируя низкопреломляющий проводящий слой 16 имеющим толщину пленки d в 40 нм или более, возможно легко регулировать толщину пленки низкопреломляющего проводящего слоя 16 при производстве так, чтобы это была та толщина пленки, которую рассматривают с учетом оптической длины пути или тому подобного между полупроводниковым слоем 14 и тыльным электродом 15.

Кроме того, тыльный электрод 15 предохраняется от диффузии в полупроводниковый слой 14, и возможно улучшить коэффициент отражения благодаря низкопреломляющему проводящему слою 16.

С другой стороны, формируя низкопреломляющий проводящий слой имеющим толщину пленки в 80 нм или менее, возможно сохранить проницаемость солнечного света в низкопреломляющем проводящем слое 16.

По этой причине возможно предотвратить поглощение солнечного света низкопреломляющим проводящим слоем 16.

В качестве материала, составляющего низкопреломляющий проводящий слой 16 по вышеизложенному варианту осуществления, предпочтительно используют SiO₂, а его электропроводность получают введением легирующих добавок в SiO₂.

Поскольку низкопреломляющий проводящий слой 16 формируют на пленке аморфного кремния n-типа полупроводникового слоя 14, предпочтительно, чтобы в качестве легирующей добавки, которую вводят в SiO ₂ низкопреломляющего проводящего слоя 16, была использована легирующая добавка n-типа. Поэтому возможно предотвратить диффузию в полупроводниковый слой 14.

В качестве легирующей добавки n-типа могут быть выбраны, например, фосфор (P), мышьяк (As), сурьма (Sb), висмут (Bi), литий (Li), магний (Mg) или им подобные.

Кроме того, в случае, если высокотемпературный обжиг не проводят при формировании низкопреломляющего проводящего слоя 16 или тыльного электрода 15, то вместо легирующей добавки n-типа в полупроводниковый слой 14 можно ввести легирующую добавку p-типа, т.к. легирующие добавки вряд ли диффундируют в полупроводниковый слой 14.

В качестве легирующей добавки p-типа могут быть выбраны, например, бор (B), галлий (Ga), алюминий (Al), индий (In), талий (Tl), бериллий (Be) или им подобные.

Как описано выше, поскольку в качестве составляющего низкопреломляющий проводящий слой 16 материала используют SiO ₂, этот низкопреломляющий проводящий слой 16 обладает свойством барьера, который препятствует диффузии, и электропроводностью, возможно установить показатель преломления n низкопреломляющего проводящего слоя 16 равным приблизительно 1,46.

Кроме того, в качестве способа формирования вышеописанного низкопреломляющего проводящего слоя 16 могут быть выбраны способ распыления, способ CVD (способ химического осаждения из паровой фазы), способ нанесения покрытия испарением или подобные им, и этот способ выполняют на подложке 11, на которой был сформирован полупроводниковый слой 14.

Кроме того, в дополнение к вышеописанному способу, может быть применимым способ вжигания пастообразного вещества после того, как это пастообразное вещество нанесено.

В том случае когда формирование пленки осуществляют способом распыления, предпочтительно, чтобы была использована мишень, в которую легирующие добавки были введены заранее.

Кроме того, в случае способа CVD предпочтительно, чтобы пленку формировали в то время, как газообразное вещество в качестве легирующей добавки вводят в камеру.

Кроме того, в случае использования пастообразного вещества, после нанесения составляющего низкопреломляющий проводящий слой 16 материала и вышеописанного составляющего тыльный электрод 16 материала, их оба можно отжигать вместе.

Помимо этого, в качестве материала, удовлетворяющего состоянию вышеописанного низкопреломляющего проводящего слоя 16, может быть выбран материал, в котором вышеописанные легирующие добавки введены в SiO ₂, MgF₂ (n=1,37), Al₂O₃ (n=1,65) или им подобным, а также и SiO₂.

Испытания моделированием

Здесь авторы изобретения изложили различные условия для формирования слоя между полупроводниковым слоем и тыльным электродом, выполнили испытания моделированием измерения коэффициентов отражения сформированных при этих условиях солнечных элементов и сравнили результаты моделирования друг с другом.

Солнечный элемент в данном испытании имел конструкцию, в которой прозрачный электрод, состоящий из ZnO, был предусмотрен между полупроводниковым слоем и тыльным электродом или имел конструкцию, в которой вместо прозрачного электрода предусмотрен низкопреломляющий проводящий слой, в котором в SiO₂ была введена легирующая добавка n-типа.

Кроме того, относительно света, который прошел через полупроводниковый слой, коэффициент отражения представляет собой тот процент света, который был отражен на границе раздела между полупроводниковым слоем и прозрачным электродом или низкопреломляющим проводящим слоем, и тот процент света, который был отражен на границе раздела между прозрачным электродом или низкопреломляющим проводящим слоем и тыльным электродом.

Условия испытаний в ходе данной проверки описываются следующим образом.

Кроме того, солнечный элемент Состояния 1 означает конструкцию традиционного солнечного элемента, а солнечный элемент Состояния 3 означает конструкцию солнечного элемента по варианту осуществления изобретения.

Для сравнения солнечный элемент Состояния 2 означает конструкцию, в которой изменяют толщину пленки солнечного элемента Состояния 3.

Состояние 1: Слоистая конструкция (подложка/передний электрод/полупроводниковый слой/прозрачный электрод (ZnO)/тыльный электрод)

Показатель преломления n прозрачного электрода: 2,05.

Толщина пленки d прозрачного электрода: 80,0 нм.

Состояние 2: Слоистая конструкция (подложка/передний электрод/полупроводниковый слой/низкопреломляющий проводящий слой (легирующая добавка n-типа введена в SiO₂)/тыльный электрод)

Показатель преломления n низкопреломляющего проводящего слоя: 1,46.

Толщина пленки d низкопреломляющего проводящего слоя: 8,0 нм.

Состояние 3: Слоистая конструкция (подложка/передний электрод/полупроводниковый слой/низкопреломляющий проводящий слой (легирующая добавка n-типа введена в SiO ₂)/тыльный электрод)

Показатель преломления n низкопреломляющего проводящего слоя: 1,46.

Толщина пленки d низкопреломляющего проводящего слоя: 54,5 нм.

Фиг.2A-4B являются диаграммами, показывающими коэффициент отражения (%) в зависимости от длины волны (нм).

Фиг.2A, 3A и 4A показывают коэффициенты отражения в том случае, когда угол падения был равен 0°, а фиг.2B, 3B и 4B показывают коэффициенты отражения в том случае, когда угол падения был равен 45°.

Фиг.2A и 2B показывают коэффициенты отражения в случае Состояния 1, фиг.3A и 3B показывают коэффициенты отражения в случае Состояния 2, а фиг.4A и 4B показывают коэффициенты отражения в случае Состояния 3.

Во-первых, в результатах испытаний моделированием при Состоянии 1, как показано на фиг.2A, коэффициент отражения был низким, например 95% или менее, в коротковолновой области (например, длина волны от 300 до 500 нм), а по мере движения к длинноволновой области (например, длина волны 600 нм или более) коэффициент отражения стал выше.

Предполагают, что коэффициент отражения является низким в коротковолновой области из-за того, что имеет место сдвиг фаз между светом, который был отражен на границе раздела между прозрачным электродом и полупроводниковым слоем, и светом, который был отражен на границе раздела между тыльным электродом и прозрачным электродом, причем оба света интерферируют друг с другом и подавляют друг друга, в результате чего свет не подавался в полупроводниковый слой.

Кроме того, полагают, что коэффициент отражения не становится 100%-ным, потому что из света, который падал на тыльный электрод после прохождения через прозрачный электрод, большая часть света была отражена границей раздела между прозрачным электродом и тыльным электродом, но часть света немного входила в тыльный электрод, и существуют потери на поглощение, так что свет поглощается тыльным электродом.

С другой стороны, как показано на фиг.2B, коэффициент отражения в случае, когда угол падения был равен 45°, резко снижается вблизи длины волны 500 нм.

Полагают, что, как описано выше, это происходит из-за интерференции, которая вызвана сдвигом фаз между светом, который был отражен на границе раздела между прозрачным электродом и полупроводниковым слоем, и светом, который был отражен на границе раздела между прозрачным электродом и тыльным электродом, из-за потерь на поглощение в тыльном электроде или тому подобного.

Во-вторых, в результатах испытаний моделированием при Состоянии 2, как показано на фиг.3A, был получен практически постоянный коэффициент отражения в коротковолновой области и от коротковолновой области до длинноволновой области, однако коэффициент отражения был ниже, чем в Состоянии 1.

С другой стороны, как показано на фиг.3B, относительно коэффициента отражения в случае, когда угол падения был равен 45°, коэффициент отражения был полностью низким от коротковолновой области до длинноволновой области, но имели место колебания коэффициента отражения.

Полагают, что это происходит из-за того, что в том случае, когда толщина пленки была относительно низка, легко происходит интерференция, которая вызвана сдвигом фаз между светом, который был отражен на границе раздела между прозрачным электродом и полупроводниковым слоем, и светом, который был отражен на границе раздела между прозрачным электродом и тыльным электродом, помимо потерь на поглощение на тыльном электроде.

То есть в случае, когда толщина пленки составляла приблизительно 8 нм, было трудно регулировать толщину пленки низкопреломляющего проводящего слоя так, чтобы она была той толщиной пленки, которая рассматривалась с учетом оптической длины пути или тому подобного между полупроводниковым слоем и тыльным электродом, как описано выше, и не был получен тот оптический эффект, что коэффициент отражения улучшается.

Далее, в результатах испытаний моделированием при Состоянии 3, как показано на фиг.4A, когда угол падения был равен 0°, было возможно получить полностью равномерный коэффициент отражения от коротковолновой области до длинноволновой области, конкретно, коэффициент отражения был приблизительно 99%.

С другой стороны, как показано на фиг.4B, относительно коэффициента отражения в том случае, когда угол падения был равен 45°, было возможно получить коэффициент отражения в приблизительно 100% полностью от коротковолновой области до длинноволновой области.

Кроме того, в результатах моделирования, когда толщина низкопреломляющего проводящего слоя была равна толщине пленки (80 нм) при Состоянии 1 (не показано), был получен отличный результат, что коэффициент отражения улучшен по сравнению с Состоянием 1.

Как упоминалось выше, солнечный элемент 10 по этому варианту осуществления имеет конструкцию, в которой низкопреломляющий проводящий слой 16, показатель преломления n которого меньше или равен 2,0, предусмотрен между полупроводниковым слоем 14 и тыльным электродом 15.

При такой конфигурации, предусматривая низкопреломляющий проводящий слой 16 между полупроводниковым слоем 14 и тыльным электродом 15, возможно предотвратить диффузию составляющего тыльный электрод 15 материала в полупроводниковый слой 14.

В частности, при установлении показателя преломления низкопреломляющего проводящего слоя 16 равным или меньшим 2,0, возможно увеличить разницу между показателем преломления полупроводникового слоя 14 и показателем преломления низкопреломляющего проводящего слоя 16 по сравнению с тем случаем, когда предусмотрен обычно используемый прозрачный электрод (показатель преломления n составляет 2,05 или более).

Соответственно, возможно улучшить процент полного отражения на границе раздела между полупроводниковым слоем 14 и низкопреломляющим проводящим слоем 16.

Благодаря этому свет с небольшим углом падения относительно низкопреломляющего проводящего слоя 16 также удовлетворяет условиям полного отражения, и по этой причине возможно улучшить коэффициент отражения на границе раздела между полупроводниковым слоем 14 и низкопреломляющим проводящим слоем 16.

Помимо этого, на пути падающего на солнечный элемент света, с помощью отражения света, который проходит через полупроводниковый слой 14 перед тыльным электродом 15, возможно подавить количество света, который проходит через низкопреломляющий проводящий слой 16 и падает на тыльный электрод 15.

По этой причине возможно снизить потери на поглощение света на тыльном электроде 15.

Как результат, поскольку возможно улучшить коэффициент отражения солнечного элемента 10, то возможно улучшить эффективность выработки электроэнергии.

Помимо этого, предусматривая только низкопреломляющий проводящий слой 16 между полупроводниковым слоем 14 и тыльным электродом 15, возможно сдерживать увеличение технологических процессов и сохранить эффективность производства по сравнению с традиционным случаем, когда управляющий показателем преломления слой предусмотрен между полупроводниковым слоем 14 и тыльным электродом 15 в дополнение к прозрачному электроду.

Более того, вводя легирующие добавки в SiO₂ в качестве низкопреломляющего проводящего слоя 16 по этому варианту осуществления, возможно сделать SiO ₂ проводящим.

По этой причине нет необходимости формировать низкопреломляющий проводящий слой с малой толщиной для того, чтобы обеспечить проводимость между тыльным электродом 15 и полупроводниковым слоем 14 или нет необходимости формировать контактное отверстие или что-то подобное на низкопреломляющем проводящем слое для того, чтобы создать контакт между полупроводниковым слоем 14 и тыльным электродом 15.

Поэтому возможно легко сформировать низкопреломляющий проводящий слой 16 в таком состоянии, когда учтена оптическая длина пути или тому подобное, при сохранении улучшения коэффициента отражения на границе раздела между низкопреломляющим проводящим слоем 16 и полупроводниковым слоем 14.

Кроме того, технический объем изобретения не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления, и в дополнение к вышеописанным вариантам осуществления могут быть проделаны различные модификации без отступления от объема изобретения.

То есть та конструкция или подобная ей, которые выбраны в вышеописанном варианте осуществления, является примером, и данная конструкция или подобная ей могут быть соответствующим образом модифицированы.

Например, в вышеописанном варианте осуществления описан солнечный элемент типа с аморфным кремнием, однако может быть выбран солнечный элемент типа с микрокристаллическим кремнием или солнечный элемент типа с кристаллическим кремнием (монокристаллическим кремнием, поликремнием).

Кроме того, в вышеописанном варианте осуществления описан солнечный элемент одиночного типа, но может быть выбран солнечный элемент каскадного типа, в котором аморфный кремний и микрокристаллический кремний удерживаются между парой электродов.

В солнечном элементе каскадного типа коротковолновый свет поглощается первым полупроводниковым слоем (например, аморфным кремнием), а длинноволновый свет поглощается вторым полупроводниковым слоем (например, микрокристаллическим кремнием), и тем самым возможно улучшить эффективность выработки электроэнергии.

Помимо этого, предусматривая между этими полупроводниковыми слоями промежуточный электрод, улучшают характеристики чувствительности фотоэлектрического преобразователя, поскольку часть света, проходящая через первый полупроводниковый слой и достигающая второго полупроводникового слоя, отражается промежуточным электродом и снова падает на первый полупроводниковый слой, и промежуточный электрод вносит свой вклад в улучшение эффективности выработки электроэнергии.

В этом случае применима конструкция, в которой низкопреломляющий проводящий слой предусмотрен между тыльным электродом и полупроводниковым слоем.

Кроме того, применима конструкция, в которой низкопреломляющий проводящий слой по настоящему изобретению предусмотрен вместо промежуточного электрода, предусмотренного между аморфным кремнием и микрокристаллическим кремнием.

Промышленная применимость

Как подробно описано выше, настоящее изобретение применимо к солнечным элементам, в которых возможно улучшить коэффициент отражения на границе раздела между низкопреломляющим проводящим слоем и слоем фотоэлектрического преобразования и возможно сдерживать увеличение технологических процессов.