CN101809759B - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池。本发明的太阳能电池，包括受光面电极层(2)、背面电极层(4)、和设置于受光面电极层(2)与背面电极层(4)之间的叠层体(3)，叠层体(3)包括第一光电转换部(31)、和将透过第一光电转换部(31)的光的一部分反射到第一光电转换部(31)侧的反射层(32)，反射层(32)包括由MgZnO构成的MgZnO层(32b)、和插入MgZnO层(32b)与第一光电转换部(31)之间的接触层(32a)。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种具有对入射的光的一部分进行反射的反射层的太阳能电池。
背景技术
太阳能电池能够将来自作为清洁且无穷尽的能源的太阳的光直接转换为电，因此作为一种新的能源而受到期待。
一般而言，太阳能电池在设置于光入射侧的透明电极层与设置于与光入射侧相反的一侧的背面电极层之间，具有吸收入射到太阳能电池的光并生成光生载流子的光电转换部。
一直以来，已知在光电转换部与背面电极层之间设置有将入射的光的一部分进行反射的反射层。这样的反射层将透过光电转换部的光的一部分反射到光电转换部侧，因此在光电转换部中被吸收的光量增加。其结果是，在光电转换部中生成的光生载流子增加，因此提高了太阳能电池的光电转换效率。
作为如上所述的反射层的主体即透光性导电材料，一般而言，使用氧化锌(ZnO)(参照：Michio Kondo et al.，“Four terminal cell analysisof amorphous/microcrystalline Si tandem cell”)。
然而，近年来，一直要求进一步提高太阳能电池的光电转换效率。
这里，为了使光电转换效率进一步提高，有效的方法是使在光电转换部中生成的光生载流子增加。因此，通过提高反射层的光的反射率，能够实现光电转换效率的提高。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述的问题完成的，目的在于提供一种能够提高光电转换效率的太阳能电池。
本发明的第一方面的太阳能电池，其特征在于，包括：具有导电性和透光性的受光面电极层；具有导电性的背面电极层；和设置于受光面电极层和背面电极层之间的叠层体，叠层体包括：利用光的入射而生成光生载流子的第一光电转换部；和将透过第一光电转换部的光的一部分反射到第一光电转换部侧的反射层，反射层具有低折射率层、和插设在低折射率层与第一光电转换部之间的接触层。
根据本发明第一方面的太阳能电池，反射层具有折射率低的低折射率层。因此，能够提高反射层的反射率。此外，反射层具有插入低折射率层与第一光电转换部之间的接触层。因此，避免了低折射率层与第一光电转换部直接接触。根据这样的结构，能够抑制由于太阳能电池整体的串联电阻值增大而导致的太阳能电池的填充因子(F.F.)降低，并且能够提高反射层的反射率。从而，能够提高太阳能电池的光电转换效率。
在本发明的第一方面的太阳能电池中，叠层体也可以具有从受光面电极层侧起依次层叠有第一光电转换部、反射层、和利用光的入射而生成光生载流子的第二光电转换部的结构，反射层可以还具有插设在低折射率层与第二光电转换部之间的另一接触层。
此外，另一接触层可以由与第二光电转换部之间的接触电阻值比低折射率层与第二光电转换部之间的接触电阻值小的材料构成。
在本发明的第一方面的太阳能电池中，接触层由与第一光电转换部之间的接触电阻值比低折射率层与第一光电转换部之间的接触电阻值小的材料构成。
在本发明的第一方面的太阳能电池中，低折射率层可以由折射率为1.7以上1.9以下的透光性导电氧化物构成。特别是，低折射率层优选由折射率为1.7以上1.85以下的透光性导电氧化物构成。
在本发明的第一方面的太阳能电池中，低折射率层可以由MgZnO构成。
在本发明的第一方面的太阳能电池中，接触层可以包含氧化锌或氧化铟。
在本发明的第一方面的太阳能电池中，另一接触层可以包含氧化锌或氧化铟。
本发明的第二方面的太阳能电池，在具有绝缘性和透光性的基板上具有第一太阳能电池元件和第二太阳能电池元件，其特征在于：第一太阳能电池元件和第二太阳能电池元件分别包括：具有导电性和透光性的受光面电极层；具有导电性的背面电极层；和设置于受光面电极层与背面电极层之间的叠层体，叠层体包括：通过光的入射而生成光生载流子的第一光电转换部；将透过第一光电转换部的光的一部分反射到第一光电转换部侧的反射层；和利用光的入射而生成光生载流子的第二光电转换部，第一太阳能电池元件的背面电极层具有向第二太阳能电池元件的受光面电极层延伸的延伸部，延伸部沿着第一太阳能电池元件所包含的叠层体的侧面形成，延伸部与在第一太阳能电池元件所包含的叠层体的侧面露出的反射层相接，反射层具有低折射率层、插入低折射率层与第一光电转换部之间的接触层、和插入低折射率层与第二光电转换部之间的其他的接触层。
在本发明的第二方面的太阳能电池中，接触层可以具有比低折射率层小的厚度。
在本发明的第二方面的太阳能电池中，低折射率层可以由MgZnO构成。
在本发明的第二方面的太阳能电池中，MgZnO层中的Mg的含有率可以大于0at％、并且在25at％以下。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的太阳能电池10的截面图。
图2是本发明的第二实施方式的太阳能电池10的截面图。
图3是本发明的第三实施方式的太阳能电池10的截面图。
图4是本发明的第四实施方式的太阳能电池10的截面图。
图5是本发明的比较例1和比较例2的太阳能电池20的截面图。
图6是本发明的比较例3的太阳能电池30的截面图。
图7是表示MgZnO层中的Mg含有率与光吸收系数的关系的图。
图8是表示MgZnO层中的Mg含有率与折射率的关系的图。
具体实施方式
接着，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。在以下的关于附图的记载中，对相同或类似的部分赋予相同或类似的标号。然而，附图为进行示意性表示的图，应当注意各尺寸的比率等与实际比率不同。因此，具体的尺寸等应当参酌以下的说明进行判断。此外，附图相互之间当然也包含相互的尺寸关系、比率不同的部分。
(第一实施方式)
(太阳能电池的结构)
以下，参照图1对本发明的第一实施方式的太阳能电池的结构进行说明。
图1是本发明的第一实施方式的太阳能电池10的截面图。
如图1所示，太阳能电池10包括基板1、受光面电极层2、叠层体3、和背面电极层4。
基板1具有透光性，由玻璃、塑料等透光性材料构成。
受光面电极层2叠层于基板1上，具有导电性和透光性。作为受光面电极层2，能够使用氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)、或氧化钛(TiO2)等金属氧化物。另外，也可以在这些金属氧化物中掺杂氟(F)、锡(Sn)、铝(Al)、铁(Fe)、镓(Ga)、铌(Nb)等。
叠层体3设置于受光面电极层2与背面电极层4之间。叠层体3包括第一光电转换部31和反射层32。
第一光电转换部31和反射层32从受光面电极层2起依次被叠层。
第一光电转换部31利用从受光面电极层2入射的光生成光生载流子。此外，第一光电转换部31利用从反射层32反射的光生成光生载流子。第一光电转换部31具有从基板1侧起层叠有p型非晶硅类半导体、i型非晶硅类半导体、和n型非晶硅类半导体的pin结(未图示)。
反射层32将透过第一光电转换部31的光的一部分反射到第一光电转换部31侧。反射层32包括第一层32a和第二层32b。
第一层32a和第二层32b从第一光电转换部31侧起依次被叠层。因此，第一层32a与第一光电转换部31接触，第二层32b不与第一光电转换部31接触。
作为第一层32a，使用与第一光电转换部31之间的接触电阻值比第二层32b与第一光电转换部31之间的接触电阻值小的材料作为主体。
即，优选对构成第一层32a的材料进行选择，使得第一光电转换部31与第一层32a的接触电阻(Contact Resistance)值不足使第一光电转换部31与第二层32b直接接触时的接触电阻值。
作为第一层32a，例如能够使用ZnO、ITO等。
第二层32b为由折射率比第一光电转换部31和第一层32a低的材料构成的透光性导电氧化物。此外，第二层32b由折射率比一直以来作为反射层的主体使用的ZnO低的材料构成。第二层32b的折射率优选为1.7以上1.9以下，进一步优选为1.7以上1.85以下。
在第一实施方式中，第二层32b包含氧化镁锌(MgZnO)。也可以在第二层32b掺杂Al等。第二层32b中的Mg的含有率优选大于0at％、并且在25at％以下。
另外，在本发明的第一实施方式中，第一层32a相当于本发明的“接触层”。此外，第二层32b相当于本发明的“低折射率层”。
此外，优选对构成第一层32a的材料进行选择，使得包含第一层32a的叠层体3的两端的电阻值小于不包含第一层32a的叠层体3的两端的电阻值。
背面电极层4具有导电性。作为背面电极层4，能够使用ZnO、银(Ag)等，但是不限定于此。背面电极层可以具有从叠层体3侧起层叠有包含ZnO的层和包含Ag的层的结构。此外，背面电极层4也可以仅具有包含Ag的层。
(作用和效果)
根据本发明的第一实施方式的太阳能电池10，反射层32包括由折射率低的MgZnO构成的第二层32b、和由与第一光电转换部31之间的接触电阻值比第二层32b与第一光电转换部31之间的接触电阻值小的材料构成的第一层32a。第一层32a和第二层32b从第一光电转换部31侧起依次被叠层。从而，折射率低的第二层32b与第一光电转换部31不直接接触。因此，能够提高太阳能电池10的光电转换效率。以下，对该效果进行详细的说明。
在本发明的第一实施方式的太阳能电池10中，反射层32包含由折射率比一直以来作为反射层的主体使用的ZnO低的MgZnO构成的第二层32b。因此，与以ZnO为主体的现有的反射层相比，能够扩大与第一光电转换部31的折射率差，因此能够提高反射层32的反射率。
这里，在反射层32不具有第一层32a的情况、从背面电极层4侧起依次层叠有第一层32a和第二层32b的情况下，第二层32b与第一光电转换部31直接接触。通常，为了减小反射层32的折射率，需要增大反射层32的带隙(band gap)。然而，一般而言，当带隙增大时，存在电阻变大的趋势。因此，折射率低的第二层32b、与以硅为主体的第一光电转换部31的接触电阻值变成非常高的值，因此在第二层32b与第一光电转换部31直接接触的情况下，太阳能电池10整体的串联电阻(Series Resistance)值增大。从而，在太阳能电池10中产生的短路电流由于反射层32的反射率被提高而增加，另一方面，太阳能电池10的填充因子(F.F.)由于串联电阻值的增大而减少，因此不能够谋求将太阳能电池10的光电转换效率充分地提高。
因此，在本发明的第一实施方式的太阳能电池10中，通过从第一光电转换部31侧起依次叠层第一层32a和第二层32b，避免了折射率低的第二层32b与第一光电转换部31直接接触。根据这样的结构，能够抑制由于太阳能电池10整体的串联电阻值增大而导致的太阳能电池的填充因子(F.F.)降低，并且能够提高反射层32的反射率。从而，能够提高太阳能电池10的光电转换效率。
此外，通过使第二层32b中的Mg的含有率大于0at％、并且在25at％以下，能够使例如700～800nm等波长区域中的第二层32b的光吸收系数比以ZnO为主体的现有的反射层低。由此，能够增加被反射到第一光电转换部33侧的光量，因此能够增大太阳能电池10中的短路电流。从而，能够进一步提高太阳能电池10的光电转换效率。
此外，在第二层32b的折射率为1.7以上1.9以下的情况、进一步为1.7以上1.85以下的情况下，能够得到反射层32的充分的反射特性。
此外，第一层32a的厚度优选为约
Figure GPA00001077588700061
以上、约以下。在第一层32a的厚度小于约
Figure GPA00001077588700063
的情况下，不能够充分地降低第二层32b与第一光电转换部31之间的接触电阻。此外，在第一层32a的厚度大于约
Figure GPA00001077588700064
的情况下，会减弱具有第二层32b的效果、即提高反射层32的反射率这一效果。
(第二实施方式)
以下，对本发明的第二实施方式进行说明。另外，以下，主要对上述的第一实施方式与第二实施方式的差异进行说明。
具体而言，在上述的第一实施方式中，叠层体3包括第一光电转换部31和反射层32。
与此相对，在上述的第二实施方式中，除第一光电转换部31和反射层32之外，叠层体3还包括第二光电转换部33。即，第二实施方式的太阳能电池具有叠层(tandem)构造。
(太阳能电池的结构)
以下，参照图2，对本发明的第二实施方式的太阳能电池的结构进行说明。
图2是本发明的第二实施方式的太阳能电池10的截面图。
如图2所示，太阳能电池10包括基板1、受光面电极层2、叠层体3、和背面电极层4。
叠层体3设置于受光面电极层2与背面电极层4之间。叠层体3包括第一光电转换部31、反射层32、和第二光电转换部33。
第一光电转换部31、第二光电转换部33、和反射层32从受光面电极层2侧起依次被叠层。
第一光电转换部31利用从受光面电极层2侧射入的光生成光生载流子。第一光电转换部31具有从基板1侧起层叠有p型非晶硅类半导体、i型非晶硅类半导体、和n型非晶硅类半导体的pin结(未图示)。
反射层32将从第一光电转换部31侧入射的光的一部分反射到第一光电转换部31侧。反射层32包括第一层32a和第二层32b。第一层32a和第二层32b从第一光电转换部31侧起依次被叠层。从而，第一层32a与第二光电转换部33接触，第二层32b与第二光电转换部33不接触。
第二层32b为由折射率比第一光电转换部31低的材料构成的透光性导电氧化物。此外，在第二实施方式中，第二层32b的折射率也优选为1.7以上1.9以下，进一步优选为1.7以上1.85以下。由MgZnO构成的第二层32b中的Mg的含有率优选大于0at％、并且在25at％以下。
第二光电转换部33利用入射的光生成光生载流子。第二光电转换部33具有从基板1侧起层叠有p型结晶硅类半导体、i型结晶硅类半导体、和n型结晶硅类半导体的pin结(未图示)。
(作用和效果)
根据本发明的第二实施方式的太阳能电池10，反射层32所包含的第一层32a和第二层32b从第一光电转换部31侧起被叠层。
根据这样的结构，太阳能电池10即使具有叠层构造，也能够抑制太阳能电池10整体的串联电阻值的增大，并且能够提高反射层32的反射率。从而，能够提高太阳能电池10的光电转换效率。
此外，通过使第二层32b中的Mg的含有率大于0at％、并且在25at％以下，能够使例如900～1000nm等波长区域中的第二层32b的光吸收系数比以ZnO为主体的现有的反射层低。由此，能够增加入射到第二光电转换部33的光量，因此能够增大太阳能电池10中的短路电流。从而，能够进一步提高太阳能电池10的光电转换效率。
此外，在第二层32b的折射率为1.7以上1.9以下的情况、进一步为1.7以上1.85以下的情况下，能够得到反射层32的充分的反射特性。
此外，第一层32a的厚度优选为约
Figure GPA00001077588700081
以上、约
Figure GPA00001077588700082
以下。在第一层32a的厚度小于约
Figure GPA00001077588700083
的情况下，不能够充分地降低第二层32b与第一光电转换部31之间的接触电阻。此外，在第一层32a的厚度大于约的情况下，会减弱具有第二层32b的效果、即提高反射层32的反射率这一效果。
(第三实施方式)
以下，对本发明的第三实施方式进行说明。另外，以下，主要对上述的第一实施方式与第三实施方式的差异进行说明。
具体而言，在上述的第一实施方式中，叠层体3包括第一光电转换部31和反射层32。
与此相对，在上述的第三实施方式中，除第一光电转换部31和反射层32之外，叠层体3还包括第二光电转换部33。即，第三实施方式的太阳能电池具有叠层(tandem)构造。进而，在第三实施方式中，反射层32除第一层32a和第二层32b之外，还包含第三层32c。
(太阳能电池的结构)
以下，参照图3，对本发明的第三实施方式的太阳能电池的结构进行说明。
图3是本发明的第三实施方式的太阳能电池10的截面图。
如图3所示，太阳能电池10包括基板1、受光面电极层2、叠层体3、和背面电极层4。
叠层体3设置于受光面电极层2与背面电极层4之间。叠层体3包括第一光电转换部31、反射层32、和第二光电转换部33。
第一光电转换部31、反射层32、和第二光电转换部33从受光面电极层2侧起依次被叠层。
第一光电转换部31利用从受光面电极层2侧入射的光生成光生载流子。此外，第一光电转换部31利用从反射层32反射的光生成光生载流子。第一光电转换部31具有从基板1侧起层叠有p型非晶硅类半导体、i型非晶硅类半导体、和n型非晶硅类半导体的pin结(未图示)。
反射层32将透过第一光电转换部31的光的一部分反射到第一光电转换部31侧。反射层32包括第一层32a、第二层32b、和第三层32c。
第一层32a、第二层32b、和第三层32c从第一光电转换部31侧起依次被叠层。从而，第一层32a与第一光电转换部31接触，第三层32c与第二光电转换部33接触。第二层32b与第一光电转换部31和第二光电转换部33中的任一个均不接触。
第二层32b为由折射率比第一光电转换部31、第二光电转换部33、第一层32a、和第三层32c低的材料构成的透光性导电氧化物。此外，第二层32b由折射率比一直以来作为反射层的主体使用的ZnO低的材料构成。第二层32b的折射率优选为1.7以上1.9以下，进一步优选为1.7以上1.85以下。
在第三实施方式中，第二层32b包含氧化镁锌(MgZnO)。也可以在第二层32b中掺杂Al等。第二层32b中的Mg的含有率优选大于0at％、并且在25at％以下。
作为第一层32a，使用与第一光电转换部31之间的接触电阻值比MgZnO与第一光电转换部31之间的接触电阻值小的材料作为主体。此外，作为第三层32c，使用与第二光电转换部33之间的接触电阻值比MgZnO与第一光电转换部31之间的接触电阻值小的材料作为主体。
即，优选对构成第一层32a的材料进行选择，使得第一光电转换部31与第一层32a的接触电阻值不足在使第一光电转换部31与第二层32b直接接触时的接触电阻值。此外，优选对构成第三层32c的材料进行选择，使得第三层32c与第二光电转换部33的接触电阻值不足在使第二层32b与第二光电转换部33直接接触时的接触电阻值。
此外，优选对构成第一层32a的材料和构成第三层32c的材料进行选择，使得包含第一层32a和第三层32c的叠层体3的两端的电阻值小于不包含第一层32a和第三层32c的叠层体3的两端的电阻值。
作为第一层32a或第三层32c，例如能够使用ZnO、ITO等。另外，构成第一层32a的材料与构成第三层32c的材料可以相同，也可以不同。
另外，在本方面的第一实施方式中，第三层32c相当于本发明的“另一接触层”。
第二光电转换部33利用入射的光生成光生载流子。第二光电转换部33具有从基板1侧起层叠有p型结晶硅类半导体、i型结晶硅类半导体、和n型结晶硅类半导体的pin结(未图示)。
(作用和效果)
根据本发明的第三实施方式的太阳能电池10，反射层32包括由折射率高于第二层32b的材料构成的第一层32a、由折射率低的MgZnO构成的第二层32b、和与第二光电转换部33之间的接触电阻值比第二层32b与第二光电转换部33之间的接触电阻值小的材料构成的第三层32a，其中，第一层32a由与第一光电转换部31之间的接触电阻值比第二层32b与第一光电转换部31之间的接触电阻值小的材料构成。第一层32a、第二层32b、和第三层32c从第一光电转换部31侧起依次被叠层。从而，包含MgZnO的第二层32b与第一光电转换部31和第二光电转换部33中的任一个均不接触。
根据这样的结构，能够抑制太阳能电池10整体的串联电阻值的增大，并且能够提高反射层32的反射率。因此，能够使在第一光电转换部31中吸收的光量增加。
此外，通过使第二层32b中的Mg的含有率大于0at％、并且在25at％以下，能够使例如900～1000nm等波长区域中的第二层32b的光吸收系数比以ZnO为主体的现有的反射层低。由此，能够增加射入第二光电转换部33的光量，因此能够增大太阳能电池10中的短路电流。从而，能够进一步提高太阳能电池10的光电转换效率。其结果是，能够使太阳能电池10的光电转换效率得以提高。
此外，在第二层32b的折射率为1.7以上1.9以下的情况、进一步为1.7以上1.85以下的情况下，能够得到反射层32的充分的反射特性。
此外，第一层32a和第三层32c的各自的厚度优选为约以上、约
Figure GPA00001077588700112
以下。在第一层32a和第三层32c的各自的的厚度小于约的情况下，不能够充分地降低第二层32b与第一光电转换部31之间、和第二层32b与第二光电转换部33之间的接触电阻。此外，在第一层32a和第三层32c的各自的厚度大于约
Figure GPA00001077588700114
的情况下，会减弱具有第二层32b的效果、即提高反射层32的反射率这一效果。
(第四实施方式)
以下，对本发明的第四实施方式进行说明。另外，以下，主要对上述的第三实施方式与第四实施方式的差异进行说明。
具体而言，在上述的第三实施方式中，太阳能电池10包括基板1、受光面电极层2、叠层体3、和背面电极层4。
与此相对，在第四实施方式中，太阳能电池10在基板1上具有分别包括受光面电极层2、叠层体3、和背面电极层4的多个太阳能电池元件10a。
(太阳能电池的结构)
以下，参照图4，对本发明的第四实施方式的太阳能电池的结构进行说明。
图4是本发明的第四实施方式的太阳能电池10的截面图。
如图4所示，太阳能电池10包括基板1、和多个太阳能电池元件10a。
多个太阳能电池元件10a分别在基板1上形成。多个太阳能电池元件10a分别包括受光面电极层2、叠层体3、和背面电极层4。
叠层体3设置于受光面电极层2与背面电极层4之间。叠层体3包括第一光电转换部31、反射层32、和第二光电转换部33。反射层32包含第一层32a、第二层32b、和第三层32c。
第一层32a、第二层32b、和第三层32c从第一光电转换部31侧起依次被叠层。从而，第一层32a与第一光电转换部31接触，第三层32c与第二光电转换部33接触。第二层32b与第一光电转换部31和第二光电转换部33中的任一个均不接触。第一层32a和第三层32c的厚度优选尽量小。
背面电极层4，具有向多个太阳能电池元件10a所包含的与一个太阳能电池元件10a相邻的另一太阳能电池元件10a的受光面电极层2延伸的延伸部4a。
延伸部4a沿着一个太阳能电池元件10a包含的叠层体3的侧面形成。延伸部4a与在一个太阳能电池元件10a包含的叠层体3的侧面露出的反射层32相接触。
(作用和效果)
根据本发明的第四实施方式的太阳能电池10，除了能够提高反射层32的反射率之外，还能够抑制太阳能电池10的填充因子(F.F.)的降低，因此能够提高太阳能电池10的光电转换效率。以下，对该效果进行详细的说明。
一直以来作为反射层的主体使用的ZnO，其表面电阻值为1.0×102～1.0×103Ω/□左右。因此，在使用以ZnO为主体的现有反射层的情况下，在太阳能电池元件10a中产生的电流的一部分沿着该反射层流向延伸部4a，产生漏电流。当这样的漏电流在多个太阳能电池元件10a的每一个中变大时，太阳能电池10的填充因子(F.F.)降低。
因此，在本发明的第四实施方式的太阳能电池10中，反射层32包含表面电阻值为1.0×106Ω/□以上的由MgZnO构成的第二层32b。根据这样的结构，反射层32的表面电阻值，与以ZnO为主体的现有反射层的表面电阻值相比大幅地增加，因此能够抑制在太阳能电池元件10a中产生的电流从反射层32直接流到延伸部4a。从而，通过使用包含第二层32b的反射层32，与使用以ZnO为主体的现有反射层的情况相比，能够抑制太阳能电池10的填充因子(F.F.)的降低。基于以上，能够提高太阳能电池10的光电转换效率。
此外，第一层32a(接触层)降低第二层32b(MgZnO层)与第一光电转换部31之间的接触电阻值，第三层32c(另一接触层)降低第二层32b(低折射率层)与第二光电转换部33之间的接触电阻值，因此能够使第一层32a和第三层32c的厚度变小。
在缩小第一层32a的厚度的情况下，能够增大第一层32a的表面电阻值。此外，在缩小第三层32c的厚度的情况下，能够增大第三层32c的表面电阻值。这里，即使在缩小第一层32a的厚度的情况下，也能够充分地降低第二层32b(MgZnO层)与第一光电转换部31之间的接触电阻值。此外，即使在缩小第一层32a的厚度的情况下，也能够充分地降低第二层32b(MgZnO层)与第一光电转换部31之间的接触电阻值。因此，通过使第一层32a和第三层32c的厚度尽量小，能够减少沿着第一层32a和第三层32c流向延伸部4a的漏电流。
此外，第一层32a和第三层32c的各自的厚度优选为约
Figure GPA00001077588700131
以上、约
Figure GPA00001077588700132
以下。在第一层32a和第三层32c的各自的厚度小于约
Figure GPA00001077588700133
的情况下，不能够充分地降低第二层32b与第一光电转换部31之间、和第二层32b与第二光电转换部33之间的接触电阻。此外，在第一层32a和第三层32c的各自的厚度大于约
Figure GPA00001077588700134
的情况下，会减弱具有第二层32b的效果、即提高反射层32的反射率这一效果。
此外，在第二层32b的折射率为1.7以上1.9以下的情况、进一步为1.7以上1.85以下的情况下，能够得到反射层32的充分的反射特性。
(其他的实施方式)
本发明通过上述的实施方式记载，但是不应当将构成该公开的一部分的论述和附图理解为对本发明进行限定的内容。根据该公开，本领域技术人员能够了解到各种代替的实施方式、实施例和运用技术。
例如，在上述的第一实施方式中，叠层体3所包含的光电转换部为1个(第一光电转换部31)，在第二实施方式和第三实施方式中，叠层体3所包含的光电转换部为2个(第一光电转换部31和第二光电转换部33)，但是并不限定于此。具体而言，在叠层体3中也可以包含3个以上的光电转换部。在该情况下，反射层32能够设置于任意的相邻的2个光电转换部之间。
此外，在上述的第一实施方式中，第一光电转换部31具有从基板1侧起层叠有p型非晶硅类半导体、i型非晶硅类半导体、和n型非晶硅类半导体的pin结，但是并不限定于此。具体而言，第一光电转换部31也可以具有从基板1侧起层叠有p型结晶硅类半导体、i型结晶硅类半导体、和n型结晶硅类半导体的pin结。另外，在结晶硅中包含微晶硅、多晶硅。
此外，在上述的第一实施方式～第四实施方式中，第一光电转换部31和第二光电转换部33具有pin结，但是并不限定于此。具体而言，第一光电转换部31和第二光电转换部33中的至少一方也可以具有从基板1侧起层叠有p型硅类半导体和n型硅类半导体的pn结。
此外，在上述的第一实施方式～第四实施方式中，太阳能电池10具有在基板1上依次层叠有受光面电极层2、叠层体3、和背面电极层4的结构，但是并不限定于此。具体而言，太阳能电池10也可以具有在基板1上依次层叠有背面电极层4、叠层体3、和受光面电极层2的结构。
这样，本发明当然还包含没有记载在这里的各种实施方式等。因此，本发明的技术范围仅由根据上述的说明而得到的适当的权利要求的范围中的权项来确定。
实施例
以下，列举实施例，对本发明的太阳能电池进行具体的说明。但是，本发明并不限定于下述的实施例所表示的结构，在未变更其要旨的范围中，能够实施适当的变更。
(折射率评价)
首先，对MgZnO的折射率、和一直以来作为反射层的主体使用的ZnO的折射率进行比较。
具体而言，通过溅射法分别制作MgZnO层和ZnO层。然后，对所制作的各层的折射率进行测定。将MgZnO层和ZnO层的形成条件在表1中示出。此外，将各层的折射率的测定结果在表2中示出。
(表1)
MgZnO层和ZnO层的形成条件
  目标材料   基板温度(℃)   气体流量(sccm)   反应压力(Pa)   RF功率(W)   厚度(mm)
  MgZnO层   MgZnO(Mg：10-30at％)(Al掺杂)   170～230   Ar：10   0.4   300～400   100
  ZnO层   ZnO(AlorGa掺杂)   170～230   Ar：10   0.4   300～400   100
(表2)
MgZnO层和ZnO层的折射率
  折射率
 MgZnO层   1.75～1.90
 ZnO层   1.91～1.95
如表2所示那样，能够确认MgZnO层的折射率比ZnO层的折射率低。因此，通过在反射层中包含以MgZnO为主体的层，能够提高反射层的反射率。
(接触电阻值评价)
接着，对MgZnO层与微晶硅类半导体层(以下，设为μc-Si层)的接触电阻值、和ZnO层与μc-Si层的接触电阻值进行比较。
具体而言，首先，制作依次层叠有Al电极层、μc-Si层、MgZnO层、和Ag电极层的试验叠层体A以及依次层叠有Al电极层、μc-Si层、ZnO层、和Ag电极层的试验叠层体B。将试验叠层体A所包含的MgZnO层的厚度、和试验叠层体B所包含的ZnO层的厚度都设为约30nm。此外，在试验叠层体A和试验叠层体B中，使Al电极层的厚度为约300nm、μc-Si层的厚度为约30nm、Ag电极层的厚度为约300nm。
然后，对所制作的试验叠层体A和试验叠层体B的Al电极层-Ag电极层间的电阻值进行了测定。试验叠层体A和试验叠层体B中的Al电极层-Ag电极层间的电阻值的测定结果在表3中示出。
(表3)
试验叠层体A和试验叠层体B中的Al电极层-Ag电极层间的电阻值
  试验叠层体   构造   电阻值(mΩ)
  A   Al电极层/μc-Si层/MgZnO层/Ag电极层   27
  B   Al电极层/μc-Si层/ZnO层/Ag电极层   16
如表3所示那样，试验叠层体A中的Al电极层-Ag电极层间的电阻值是比试验叠层体B中的Al电极层-Ag电极层间的电阻值高的值。这表明MgZnO层与μc-Si层的接触电阻值高于ZnO层与μc-Si层的接触电阻值。
基于表3的结果，制作依次层叠有Al电极层、μc-Si层、ZnO层、MgZnO层、和Ag电极层的试验叠层体C，对该试验叠层体C中的Al电极层-Ag电极层间的电阻值进行了测定。在试验叠层体C中，将MgZnO层的厚度和ZnO层的厚度都设定为约15nm。试验叠层体C中的Al电极层-Ag电极层间的电阻值的测定结果在表4中示出。
(表4)
试验叠层体C中的Al电极层-Ag电极层间的电阻值
  试验叠层体   构造   电阻值(mΩ)
  C   Al电极层/μc-Si层/ZnO层/MgZnO 层/Ag电极层   19
如表4所示那样，能够确认：试验叠层体C中的Al电极层-Ag电极层间的电阻值稍高于试验叠层体B中的Al电极层-Ag电极层间的电阻值，但是较大幅度地低于试验叠层体A中的Al电极层-Ag电极层间的电阻值。
因此，在反射层包含以MgZnO为主体的层的情况下，通过将以ZnO为主体的层等与以硅为主体的层的接触电阻值较小的层插入以MgZnO为主体的层与以硅为主体的层之间，能够抑制太阳能电池的串联电阻值的增大。
(光电转换效率评价)
接着，如以下那样制作实施例1、实施例2、比较例1、比较例2、和比较例3的太阳能电池，对光电转换效率进行比较。
(实施例1)
如以下那样制作实施例1的太阳能电池10。
首先，在厚度为4mm的玻璃基板(基板1)上形成SnO2层(受光面电极层2)。
接着，使用等离子体CVD法，在SnO2层(受光面电极层2)上层叠p型非晶硅类半导体、i型非晶硅类半导体、和n型非晶硅类半导体，形成第一元件(cell)(第一光电转换部31)。
接着，使用溅射法，在第一元件(第一光电转换部31)上形成中间反射层(反射层32)。具体而言，通过在第一元件(第一光电转换部31)上依次叠层ZnO层(第一层32a)、MgZnO层(第二层32b)、和ZnO层(第三层32c)，形成具有3层构造的中间反射层(反射层32)。
接着，使用等离子体CVD法，在中间反射层(反射层32)上叠层p型微晶硅类半导体、i型微晶硅类半导体、和n型微晶硅类半导体，形成第二元件(cell)(第二光电转换部33)。
接着，使用溅射法，在第二元件(第二光电转换部33)上形成ZnO层和Ag层(背面电极层4)。
上述的第一元件(第一光电转换部31)、中间反射层(反射层32)、和第二元件(第二光电转换部33)的形成条件在表5中示出。另外，将ZnO层和Ag层(背面电极层4)的厚度分别设为90nm、200nm。
(表5)
实施例1中的第一元件、中间反射层、和第二元件的形成条件
Figure GPA00001077588700171
基于以上，在本实施例1中，如图3所示那样，形成了在第一元件(第一光电转换部31)和第二元件(第二光电转换部33)之间具有包含MgZnO层(第二层32b)的中间反射层(反射层32)的太阳能电池10。此外，在MgZnO层(第二层32b)与第一元件(第一光电转换部31)之间插设ZnO层(第一层32a)，在MgZnO层(第二层32b)与第二元件(第二光电转换部33)之间插设ZnO层(第三层32c)。
(比较例1)
如以下那样，制作比较例1的太阳能电池20。
首先，与上述实施例1同样，在厚度为4mm的玻璃基板(基板21)上依次形成SnO2层(受光面电极层22)、第一元件(第一光电转换部231)。
接着，使用溅射法，在第一元件(第一光电转换部231)上形成中间反射层(反射层232)。在本比较例1中，在第一元件(第一光电转换部231)上仅形成ZnO层，使该ZnO层为中间反射层(反射层232)。
接着，与上述实施例1同样，在中间反射层(反射层232)上依次形成第二元件(第二光电转换部233)、ZnO层、和Ag层(背面电极层24)。
上述的中间反射层(反射层232)的形成条件在表6中示出。另外，第一元件(第一光电转换部231)、第二元件(第二光电转换部233)的形成条件与上述实施例1中的形成条件相同。此外，ZnO层和Ag层(背面电极层24)的厚度与上述实施例1同样地分别设为90nm、200nm。
(表6)
比较例1中的中间反射层的形成条件
Figure GPA00001077588700181
基于以上，在本实施例1中，如图5所示那样，形成在第一元件(第一光电转换部231)与第二元件(第二光电转换部233)之间具有由ZnO层构成的中间反射层(反射层232)的太阳能电池20。
(比较例2)
如以下那样，制作比较例2的太阳能电池20。
首先，与上述实施例1同样，在厚度为4mm的玻璃基板(基板21)上依次形成SnO2层(受光面电极层22)、第一元件(第一光电转换部231)。
接着，使用溅射法，在第一元件(第一光电转换部231)上形成中间反射层(反射层232)。在本比较例2中，在第一元件(第一光电转换部231)上仅形成MgZnO层，使该MgZnO层为中间反射层(反射层232)。
接着，与上述实施例1同样，在中间反射层(反射层232)上依次形成第二元件(第二光电转换部233)、ZnO层、和Ag层(背面电极层24)。
上述的中间反射层(反射层232)的形成条件在表7中示出。另外，第一元件(第一光电转换部231)、第二元件(第二光电转换部233)的形成条件与上述实施例1中的形成条件相同。此外，ZnO层和Ag层(背面电极层24)的厚度与上述实施例1同样地分别设为90nm、200nm。
(表7)
比较例2中的中间反射层的形成条件
Figure GPA00001077588700191
基于以上，在本比较例2中，如图5所示那样，形成在第一元件(第一光电转换部231)与第二元件(第二光电转换部233)之间具有由MgZnO层构成的中间反射层(反射层232)的太阳能电池20。
(特性评价(其一))
对实施例1、比较例1、和比较例2的太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子、和光电转换效率各特性值进行比较。比较结果在表8中示出。另外，在表8中，使比较例1中的各特性值为1.00进行归一化来表示。
(表8)
实施例1、比较例1、和比较例2的太阳能电池的各特性值
  开路电压   短路电流   填充因子   光电转换效率
  比较例1   1.00   1.00   1.00   1.00
  比较例2   1.01   1.04   0.89   0.93
  实施例1   1.00   1.04   1.00   1.04
如表8所述那样，能够确认：在比较例2中，虽然短路电流与比较例1相比增加了，但是填充因子比比较例1的低。而且，能够确认：在比较例2中，作为其结果，光电转换效率比比较例1的低。
就短路电流的增加而言，能够认为这是由于在比较例2的太阳能电池20中，中间反射层(反射层232)由折射率比ZnO层低的MgZnO层构成。另一方面，就填充因子的降低而言，能够认为这是由于在比较例2的太阳能电池20中，构成中间反射层(反射层232)的MgZnO层与第一元件(第一光电转换部231)和第二元件(第二光电转换部233)直接接触，因而比较例2的太阳能电池20的串联电阻值增大。此外，能够认为由于在比较例2中填充因子降低的程度大，因此与比较例1相比光电转换效率降低。
与此相对，能够确认在实施例1中短路电流与比较例1相比增加了，填充因子能够维持与比较例1同等的值。其结果是，能够确认与比较例1相比，实施例1能够提高光电转换效率。
(实施例2)
如以下那样制作实施例2的太阳能电池10。
首先，在厚度为4mm的玻璃基板(基板1)上形成SnO2层(受光面电极层2)。
接着，使用等离子体CVD法，在SnO2层(受光面电极层2)上叠层p型非晶硅类半导体、i型非晶硅类半导体、和n型非晶硅类半导体，形成第一元件(第一光电转换部31)。
接着，使用等离子体CVD法，在第一元件(第一光电转换部31)上叠层p型微晶硅类半导体、i型微晶硅类半导体、和n型微晶硅类半导体，形成第二元件(第二光电转换部33)。
接着，使用溅射法，在第二元件(第二光电转换部33)上形成中间反射层(反射层32)。具体而言，通过在第二元件(第二光电转换部33)上依次叠层ITO层(第一层32a)和MgZnO层(第二层32b)，形成具有2层构造的背面反射层(反射层32)。
接着，使用溅射法，在背面反射层(反射层32)上形成Ag层(背面电极层4)。
上述的第一元件(第一光电转换部31)、第二元件(第二光电转换部33)、和背面反射层(反射层32)的形成条件在表9中示出。另外，令Ag层(背面电极层4)的厚度为200nm。
(表9)
实施例2中的第一元件、第二元件、和背面反射层的形成条件
基于以上，在本实施例1中，如图2所示那样，形成了在第二元件(第二光电转换部33)和Ag层(背面电极层4)之间具有包含MgZnO层(第二层32b)的背面反射层(反射层32)的太阳能电池10。此外，在MgZnO层(第二层32b)与第二元件(第二光电转换部33)之间插设ITO层(第一层32a)。
(比较例3)
如以下那样，制作比较例3的太阳能电池30。
首先，与上述实施例2同样，在厚度为4mm的玻璃基板(基板31)上依次形成SnO2层(受光面电极层32)、第一元件(第一光电转换部331)、第二元件(第二光电转换部333)。
接着，使用溅射法，在第二元件(第二光电转换部333)上形成背面反射层(反射层332)。在本比较例3中，在第二元件(第二光电转换部333)上仅形成ZnO层，使该ZnO层为背面反射层(反射层332)。
接着，与上述实施例1同样，在背面反射层(反射层332)上形成Ag层(背面电极层34)。
上述的背面反射层(反射层332)的形成条件在表10中示出。另外，第一元件(第一光电转换部331)、第二元件(第二光电转换部333)的形成条件与上述实施例2中的形成条件相同。此外，Ag层(背面电极层34)的厚度与上述实施例2同样地设定为200nm。
(表10)
比较例3中的背面反射层的形成条件
Figure GPA00001077588700221
基于以上，在本比较例3中，如图6所示那样，形成在第二元件(第二光电转换部333)与Ag层(背面电极层34)之间具有由ZnO层构成的背面反射层(反射层332)的太阳能电池10。
(特性评价(其2))
对实施例2和比较例3的太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子、和光电转换效率各特性值进行比较。比较结果在表11中示出。另外，在表11中，使比较例3中的各特性值为1.00进行归一化来表示。
(表11)
实施例2和比较例3的太阳能电池的各特性值
  开路电压   短路电流   填充因子   光电转换效率
  比较例3   1.00   1.00   1.00   1.00
  实施例2   1.00   1.02   1.00   1.02
如表11所述那样，能够确认：在实施例2中，短路电流与比较例3相比增加了，填充因子能够维持与比较例3同等的值。其结果是，能够确认与比较例3相比，实施例2能够提高光电转换效率。
(Mg含有率的最佳化)
(光吸收系数测定)
接着，进行MgZnO层中的Mg的含有率(Mg相对于Zn、Mg、O的比率)的最佳化。具体而言，制作使Mg含有率在0at％～40at％的范围变化的多个MgZnO层，通过X射线电子分光法(XPS)对各个层的Mg含有率进行测定，并且对各个层的光吸收系数进行测定。另外，各MgZnO层通过溅射法制作，厚度分别设为约100nm。MgZnO层中的Mg含有率与光吸收系数的关系在图7中示出。作为MgZnO层的光吸收系数，对700～800nm的波长区域中的光吸收系数的平均值α700-800、和900～1000nm的波长区域中的光吸收系数的平均值α900-1000进行测定。另外，在图7中，Mg含有率x为0的点表示ZnO层的光吸收系数α700-800和光吸收系数α900-1000。
如图7所示那样，能够确认：在Mg含有率x大于0at％、并且在25at％以下(即，0＜x≤25(at％))的情况下，MgZnO层的光吸收系数α700-800比ZnO层的光吸收系数α700～800小，并且MgZnO层的光吸收系数α900-1000比ZnO层的光吸收系数α900-1000小。MgZnO层的光吸收系数α700-800比ZnO层的光吸收系数α700-800小这一事实表明MgZnO层比ZnO层更易于透过700～800nm的波长区域中的光。此外，MgZnO层的光吸收系数α900-1000比ZnO层的光吸收系数α900-1000小这一事实表明MgZnO层比ZnO层更易于透过900～1000nm的波长区域中的光。
因此，通过将中间反射层所包含的MgZnO层中的Mg含有率设为大于0at％、并且在25at％以下(即，0＜x≤25(at％))，与使用不包含MgZnO的中间反射层(例如，比较例1中的中间反射层)的情况相比，能够使透过中间反射层而射入第二元件的光量增加，因此能够增大太阳能电池中的短路电流。因此，能够进一步提高太阳能电池的光电转换效率。
(折射率测定)
在MgZnO层中的Mg含有率为大于0at％、并且在25at％以下(即，0＜x≤25(at％))的情况下，作为确认实验对MgZnO层的折射率进行测定。MgZnO层中的Mg含有率与折射率的关系在图8中示出。这里，作为折射率的值，使用波长600nm的值n600。另外，在图8中，Mg含有率x为0的点表示ZnO层的折射率。
如图8所示那样，能够确认：在MgZnO层中的Mg含有率为大于0at％、并且在25at％以下(即，0＜x≤25(at％))的情况下，MgZnO层的折射率比ZnO层的折射率低。从而，能够确认：通过将中间反射层所包含的MgZnO层中的Mg含有率设定为大于0at％、并且在25at％以下(即，0＜x≤25(at％))，与使用不包含MgZnO的中间反射层(例如，比较例1中的中间反射层)的情况相比，能够使被反射到第一元件侧的光量增加，并且使透射到第二元件侧的光量增加。
产业上的可利用性
如以上所述，根据本发明，能够提供一种提高光电转换效率的太阳能电池，因此在太阳能发电领域中是有用的。

Claims (12)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
具有导电性和透光性的受光面电极层；
具有导电性的背面电极层；和
设置于所述受光面电极层和所述背面电极层之间的叠层体，
所述叠层体包括：利用光的入射而生成光生载流子的第一光电转换部；和将透过所述第一光电转换部的光的一部分反射到所述第一光电转换部侧的反射层，
所述反射层具有由MgZnO构成的低折射率层、和插设在所述低折射率层与所述第一光电转换部之间的接触层。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：
所述叠层体，具有从所述受光面电极层侧起依次层叠有所述第一光电转换部、所述反射层、和利用光的入射而生成光生载流子的第二光电转换部的结构，
所述反射层，还具有插设在所述低折射率层与所述第二光电转换部之间的另一接触层。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：
所述接触层由与所述第一光电转换部之间的接触电阻值比所述低折射率层与所述第一光电转换部之间的接触电阻值小的材料构成。
4.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：
所述另一接触层由与所述第二光电转换部之间的接触电阻值比所述低折射率层与所述第二光电转换部之间的接触电阻值小的材料构成。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：
所述低折射率层由折射率为1.7以上1.9以下的透光性导电氧化物构成。
6.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于：
所述低折射率层由折射率为1.7以上1.85以下的透光性导电氧化物构成。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：
所述接触层包含氧化锌或氧化铟。
8.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：
所述另一接触层包含氧化锌或氧化铟。
9.一种太阳能电池，在具有绝缘性和透光性的基板上具有第一太阳能电池元件和第二太阳能电池元件，其特征在于：
所述第一太阳能电池元件和所述第二太阳能电池元件分别包括：
具有导电性和透光性的受光面电极层；
具有导电性的背面电极层；和
设置于所述受光面电极层与所述背面电极层之间的叠层体，
所述叠层体包括：利用光的入射而生成光生载流子的第一光电转换部；将透过所述第一光电转换部的光的一部分反射到所述第一光电转换部侧的反射层；和利用光的入射而生成光生载流子的第二光电转换部，
所述第一太阳能电池元件的所述背面电极层具有向所述第二太阳能电池元件的所述受光面电极层延伸的延伸部，
所述延伸部，沿着所述第一太阳能电池元件所包含的所述叠层体的侧面形成，
所述延伸部与在所述第一太阳能电池元件所包含的所述叠层体的所述侧面露出的所述反射层相接触，
所述反射层具有由MgZnO构成的低折射率层、插设在所述低折射率层与所述第一光电转换部之间的接触层、和插设在所述低折射率层与所述第二光电转换部之间的另一接触层。
10.如权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于：
所述第一太阳能电池元件的所述反射层和所述第二太阳能电池元件的所述反射层的各个之中，所述接触层和所述另一接触层具有比所述低折射率层小的厚度。
11.如权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于：
所述MgZnO层中的Mg的含有率为大于0at％、并且在25at％以下。
12.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：
所述MgZnO层中的Mg的含有率为大于0at％、并且在25at％以下。
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