CN105103307A - 光发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供填充因子高的光发电装置。光发电装置(10)包括：多层状的光伏元件(11)；以及层叠在光伏元件(11)的一个面上的第一集电构件(12)和层叠在另一个面上的第二集电构件(13)，光伏元件(11)包括：n型晶体半导体基板(14)；依次层叠在n型晶体半导体基板(14)的第一集电构件(12)侧的第一本征非晶系硅薄膜(15)、p型非晶系硅薄膜(16)和第一透明导电膜(17)；依次层叠在n型晶体半导体基板(14)的第二集电构件(13)侧的n型非晶系硅薄膜(19)和第二透明导电膜(20)，p型非晶系硅薄膜(16)的膜厚小于6nm，第一透明导电膜(17)表面中的第一集电构件(12)的非层叠区域(25)的最大宽度小于2mm。

Description

光发电装置
技术领域
本发明涉及光发电装置，具体涉及具有异质结的光发电装置(太阳能电池)。
背景技术
作为不产生CO2等温室效应气体的清洁的发电装置，此外作为替代原子能发电的作业安全性高的发电装置，光发电装置受到瞩目。具有发电效率高的异质结的光发电装置是光发电装置的一种。
如图6的(A)和图6的(B)所示，具有异质结的所述光发电装置60包括：光伏元件61，通过光照射产生电力；以及集电构件62、63，设置在光伏元件61的两面上，收集产生的电力。光伏元件61是在n型晶体半导体基板64的一侧依次层叠有第一本征非晶系硅薄膜65、p型非晶系硅薄膜66和第一透明导电膜67，并在n型晶体半导体基板64的另一侧依次层叠有第二本征非晶系硅薄膜68、n型非晶系硅薄膜69和第二透明导电膜70而构成的多层结构体。这样，通过在n型晶体半导体基板64和p型非晶系硅薄膜66之间设置第一本征非晶系硅薄膜65，能够抑制n型晶体半导体基板64和p型非晶系硅薄膜66之间产生的载流子复合，通过在n型晶体半导体基板64和n型非晶系硅薄膜69之间设置第二本征非晶系硅薄膜68，同样地能够抑制其间产生的载流子的复合。此外，集电构件62(63)具有：多个母线电极71，以彼此平行的方式形成；以及多个指状电极72，与母线电极71连接，以彼此平行的方式形成。通过将集电构件62(63)设为这种形状，能够抑制集电构件自身造成的光的遮蔽，并且能够进行有效的集电。
在具有这种结构的光发电装置60中，优选的是加大p型非晶系硅薄膜66的膜厚，具体地说例如设为6nm以上(参照专利文献1)。层叠在p型非晶系硅薄膜66上的第一透明导电膜67，通常通过溅射成膜。因此，通过使用具有一定程度膜厚的p型非晶系硅薄膜66，能够防止溅射导致的表面劣化，从而能够抑制光发电装置60的性能降低。可是，对于光发电装置，在追求更低成本且有效的发电性能的当前，为了提高填充因子，需要进一步进行改良。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公报特許第5031007号。
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明是鉴于所述的问题而做出的发明，本发明的目的是提供一种填充因子(曲线因子)高的光发电装置。
解决技术问题的技术方案
本发明人发现：(1)如果加大p型非晶系硅薄膜的膜厚，则成为串联电阻的增大因素反而使填充因子降低；(2)为了提高填充因子，减小p型非晶系硅薄膜的膜厚并且减小设置在所述p型非晶系硅薄膜侧的指状电极的间隔等是有效的；以及(3)反过来即使减小设置在n型非晶系硅薄膜侧的指状电极的间隔，也不会使填充因子提高，基于这些发现达成了本发明。
即，符合所述目的的本发明的光发电装置，其具备：多层状的光伏元件；以及层叠在所述光伏元件的一个面上的第一集电构件和层叠在另一个面上的第二集电构件，所述光伏元件具有：n型晶体半导体基板；依次层叠在所述n型晶体半导体基板的所述第一集电构件侧的第一本征非晶系硅薄膜、p型非晶系硅薄膜和第一透明导电膜；以及依次层叠在所述n型晶体半导体基板的所述第二集电构件侧的n型非晶系硅薄膜和第二透明导电膜，所述p型非晶系硅薄膜的膜厚小于6nm，所述第一透明导电膜表面中的所述第一集电构件的非层叠区域的最大宽度小于2mm。
按照本发明的光发电装置，通过将p型非晶系硅薄膜的膜厚减薄为小于6nm，并且使光伏元件的第一透明导电膜表面中的第一集电构件的非层叠区域的最大宽度(例如指状电极的间隔)收窄成小于2mm，能够提高填充因子和发电效率。此外，可以将n型非晶系硅薄膜侧的第二集电构件设定为任意的形状。因此，例如通过将第二集电构件(n型非晶系硅薄膜侧的指状电极等)的间隔加宽使遮光性降低，并将第二集电构件(n型非晶系硅薄膜)侧作为光入射面，可以提高发电效率等，可以扩大使用方式的范围。
在本发明的光发电装置中，优选的是，所述第一透明导电膜是通过离子镀法形成的。通过利用离子镀法形成层叠在p型非晶系硅薄膜上的第一透明导电膜，能够抑制p型非晶系硅薄膜表面的劣化。因此，通过这样做，能够使用维持了良好质量的p型非晶系硅薄膜，能够进一步提高填充因子。
在本发明的光发电装置中，优选的是，所述p型非晶系硅薄膜的膜厚为1nm以上。通过使p型非晶系硅薄膜的膜厚为1nm以上，例如能够抑制缺陷的产生，能够进一步提高填充因子。
在本发明的光发电装置中，优选的是，所述第二集电构件具有：多个母线电极(II)，以彼此平行的方式形成；以及多个指状电极(II)，与所述母线电极(II)连接，以彼此平行的方式形成，所述指状电极(II)的间隔大于2mm。通过这样加大指状电极(II)的间隔而降低遮光性，能够提高将第二集电构件侧作为光入射面的情况下的发电效率。
在本发明的光发电装置中，优选的是，所述第一集电构件具有：多个母线电极(I)，以彼此平行的方式形成；以及多个指状电极(I)，与所述母线电极(I)连接，以彼此平行的方式形成，所述指状电极(I)的间隔成为所述非层叠区域的最大宽度。通过这样由母线电极和指状电极形成第一集电构件，能够提高生产率等。
在本发明的光发电装置中，优选的是，所述第一集电构件为金属膜(即，所述第一集电构件的非层叠区域的最大宽度为0mm)。通过这样做，能够进一步提高第一集电构件的导电性，进而能够进一步提高集电效率。此外，在该情况下，由于即使将金属膜薄膜化也能够发挥足够的导电性等，因此作为结果，能够减少形成金属膜(集电构件)的金属材料的使用量。
在本发明的光发电装置中，优选的是，所述金属膜的膜厚为100nm以上500nm以下。通过使金属膜的膜厚处于所述范围，能够发挥足够的导电性等，并且能够抑制制造成本。
在本发明的光发电装置中，优选的是，所述第二集电构件侧被用作光入射面。在本发明的光发电装置中，如上所述地第二集电构件可以设为任意的形状。因此，可以加宽第二集电构件的指状电极的间隔从而能使遮光性降低，通过将所述第二集电构件侧作为光入射面使用，可以提高发电效率。
此外，在本发明的光发电装置中，所述第一集电构件侧也可以被用作光入射面。本发明的光发电装置由于将p型非晶系硅薄膜的膜厚减薄，所以在将第一集电构件侧作为光入射面使用的情况下，能够提高透过p型非晶系硅薄膜的光的比例。
在本发明的光发电装置中，优选的是，具有第二本征非晶系硅薄膜，所述第二本征非晶系硅薄膜层叠在所述n型晶体半导体基板和所述n型非晶系硅薄膜之间。通过在n型晶体半导体基板和n型非晶系硅薄膜之间层叠第二本征非晶系硅薄膜，能够抑制载流子的复合等。
在本发明的光发电装置中，优选的是，所述n型晶体半导体基板是通过外延生长法制造的。通过使用利用外延生长法制造的n型晶体半导体基板，能够提高光发电装置的最大输出等的输出特性及其均匀性。
在本发明的光发电装置中，优选的是，所述n型晶体半导体基板的电阻率为0.5Ωcm以上5Ωcm以下。通过采用电阻率在所述范围的n型晶体半导体基板，能够提高最大输出等。
在本发明的光发电装置中，优选的是，所述n型晶体半导体基板的厚度为50μm以上200μm以下，更优选的是80μm以上150μm以下。这样，通过设为较薄型的基板，能够发挥足够的输出特性，并且能够实现元件自身的紧凑化、低成本化。
在此，“非层叠区域的最大宽度”是指：在将存在于非层叠区域内且距离所述非层叠区域的外缘最远的位置设为点P时，从点P到所述非层叠区域的外缘的最短距离的二倍的长度。例如，当非层叠区域为长方形时，所述最大宽度为短边长；在非层叠区域为圆形时，所述最大宽度为直径；在非层叠区域为三角形时，所述最大宽度为内切圆的直径。此外，当没有非层叠区域亦即层叠于整个面时，所述最大宽度为0mm。本征非晶系硅薄膜中的“本征”是指非故意掺杂有杂质，也包括原料中存在原本含有的杂质和制造过程中非故意混入的杂质的情况。“非晶系”不仅包括非晶体的意思，也包括微晶体的意思。“光入射面”是指使用时配置在与太阳光等光源相对的一侧(通常的外侧)并实质上使光入射一侧的面，此时，光也可以从与所述光入射面相反的面入射。
发明效果
本发明的光发电装置的填充因子高并且能够提高发电效率。
附图说明
图1的(A)是表示本发明的第一实施方式的光发电装置的俯视图，图1的(B)是图1的(A)的A-A箭头剖视图。
图2是表示实施例1～3和比较例1、2的测定结果的图。
图3是表示实施例4、5的测定结果的图。
图4是表示本发明的第二实施方式的光发电装置的剖视图。
图5是表示实施例的非晶系硅薄膜的膜厚测定方法的示意图。
图6的(A)是表示现有例子的光发电装置的俯视图，图6的(B)是图6的(A)的B-B箭头剖视图。
图7的(A)是表示实施例7的各光发电装置的FF(曲线因子)的测定结果的图，图7的(B)是表示实施例7的各光发电装置的Pmax(最大输出)的测定结果的图。
附图标记说明
10：光发电装置，11：光伏元件，12：第一集电构件，13：第二集电构件，14：n型晶体半导体基板，15：第一本征非晶系硅薄膜，16：p型非晶系硅薄膜，17：第一透明导电膜，18：第二本征非晶系硅薄膜，19：n型非晶系硅薄膜，20：第二透明导电膜，21：母线电极(I)，22：指状电极(I)，24：指状电极(II)，25：非层叠区域，30：光发电装置，31：光伏元件，32：第一集电构件，33：第二集电构件，34：n型晶体半导体基板，35：第一本征非晶系硅薄膜，36：p型非晶系硅薄膜，37：第一透明导电膜，39：n型非晶系硅薄膜，40：第二透明导电膜，50：基板，51：平滑部，52：凹凸部，53：非晶系硅薄膜，54：台阶
具体地说实施方式
接着，参照附图说明本发明的具体实施方式。
(第一实施方式)
如图1的(A)、图1的(B)所示，本发明的第一实施方式的光发电装置10具备光伏元件11、第一集电构件12和第二集电构件13。第一集电构件12层叠在光伏元件11的一个面上(图1中的上侧)。第二集电构件13层叠在光伏元件11的另一个面上(图1中的下侧)。
光伏元件11具有为多层状且为板状的结构。光伏元件11包括：n型晶体半导体基板14；依次层叠在n型晶体半导体基板14的第一集电构件12一侧(图1中的上侧)的第一本征非晶系硅薄膜15、p型非晶系硅薄膜16和第一透明导电膜17；以及依次层叠在n型晶体半导体基板14的第二集电构件13一侧(图1中的下侧)的第二本征非晶系硅薄膜18、n型非晶系硅薄膜19和第二透明导电膜20。
作为n型晶体半导体基板14，只要是具有n型半导体特性的结晶体就没有特别的限定，可以采用公知的材料。作为构成n型晶体半导体基板14的n型晶体半导体，除了硅(Si)以外，还可以举出SiC、SiGe、SiN等，从生产率等方面出发，优选的是硅。n型晶体半导体基板14可以是单晶体，也可以是多晶体。为了使光的漫反射带来的光封闭更为有效，优选的是对n型晶体半导体基板14的上下(一侧和另一侧)的表面进行凹凸加工(未图示)。另外，例如通过将基板材料浸渍在包含约1～5质量％的氢氧化钠或氢氧化钾的蚀刻液中，可以形成多个金字塔状的凹凸部。
优选的是，n型晶体半导体基板14通过外延生长法制造。所谓的外延生长法是指例如通过向结晶基板上供给原料气体来形成外延层的方法。可以将所述形成的外延层从结晶基板分离，适合作为n型晶体半导体基板14使用。相比于通过通常的Cz法等制造的基板，通过外延生长法制造的n型晶体半导体基板14具有被氧诱发的缺陷少、杂质少、能再现性良好地含有掺杂物等优点。因此，通过使用利用外延生长法制造的n型晶体半导体基板14，光发电装置10的最大输出等提高，并且其均匀性提高。即，由于基板间的电阻率的差小，所以容易大量生产具备所期望的输出特性的光发电装置10。特别是当将第二集电构件13一侧作为光入射面(后发射器型)时，所述效果变得显著。此外，通过Cz法制造时，为了将硅结晶切制为所期望的厚度的基板，所述切制时会产生硅的损耗。基板的厚度越薄，所述硅的损耗越显著。可是，在外延生长法的情况下，能够直接制造所期望的厚度，没有切制的必要，因此不发生硅的损耗，实现了低成本化。
优选的是，n型晶体半导体基板14的电阻率为0.5Ωcm以上5Ωcm以下，更优选的是1Ωcm以上3Ωcm以下。通过采用电阻率处于所述范围的n型晶体半导体基板14，可以提高最大输出等。所述效果在后发射器型时更加显著。如果电阻率过小，则因本体寿命的减少使最大输出降低。如果电阻率过大，则n型非晶系硅薄膜19形成侧的横向的电阻增大，曲线因子(填充因子)降低。另外，通过采用利用外延生长法制造的n型晶体半导体基板14，所述电阻率的控制变得容易。
作为n型晶体半导体基板14的厚度(平均厚度)，优选的是50μm以上200μm以下，更优选的是80μm以上150μm以下。这样，通过设定为较薄型的基板，在发挥足够的输出特性的同时能够实现输出特性的提高以及低成本化。
第一本征非晶系硅薄膜15层叠在n型晶体半导体基板14的上表面。另外，上表面和下表面并不限定使用时的上下(以下相同)。作为第一本征非晶系硅薄膜15的膜厚，没有特别的限定，例如可以是1nm以上10nm以下。当所述膜厚小于1nm时，因容易产生缺陷等而变得容易发生载流子的复合。此外，当所述膜厚超过10nm时，容易发生填充因子的降低。
第一本征非晶系硅薄膜15例如可以通过化学气相沉积法(例如等离子CVD法等)等公知的方法成膜。利用等离子CVD法时，作为原料气体例如可以采用SiH4和H2的混合气体。
采用等离子CVD法时，频率例如为约13.56MHz或约40.68MHz，更优选的是约40.68MHz。形成温度例如为100℃以上且小于300℃，更优选的是180℃以上且小于220℃。反应压力为5Pa以上且小于300Pa，更优选的是50Pa以上且小于200Pa。RF或VHF功率例如为约1mW/cm2以上且小于500mW/cm2，更优选的是约5mW/cm2以上且小于100mW/cm2。
p型非晶系硅薄膜16层叠在第一本征非晶系硅薄膜15的上表面。p型非晶系硅薄膜16的膜厚小于6nm，更优选的是5nm以下，进一步优选的是4nm以下。在光发电装置10中，通过这样将p型非晶系硅薄膜16的膜厚减薄，并且如后所述地特别规定p型非晶系硅薄膜16一侧的第一集电构件12的形状(具体地说是指状电极的间隔)，可以提高填充因子和发电效率。另外，p型非晶系硅薄膜16的膜厚的下限例如可以设为1nm，优选的是2nm，进一步优选的是3nm。为了缓和透明导电膜和p型非晶系硅薄膜的接合造成的频带偏移的影响，通过将所述膜厚设为1nm以上，能够进一步提高Voc(开路电压)，并能够进一步提高填充因子。
p型非晶系硅薄膜16也可以通过化学气相沉积法(例如等离子CVD法等)等公知的方法成膜。当采用等离子CVD法时，作为原料气体例如可以采用SiH4、H2和B2H6的混合气体。
当采用等离子CVD法时，频率例如为约13.56MHz或约40.68MHz，更优选的是约40.68MHz。形成温度例如为100℃以上且小于300℃，更优选的是130℃以上且小于200℃。反应压力为5Pa以上且小于300Pa，更优选的是50Pa以上且小于200Pa。RF或VHF功率例如为约1mW/cm2以上且小于500mW/cm2，更优选的是约5mW/cm2以上且小于100mW/cm2。
第一透明导电膜17层叠在p型非晶系硅薄膜16的上表面。作为构成第一透明导电膜17的透明电极材料，例如可以举出铟锡氧化物(IndiumTinOxide：ITO)、掺钨铟氧化物(IndiumTungstenOxide：IWO)、掺铈铟氧化物(IndiumCeriumOxide：ICO)、IZO(氧化铟锌(IndiumZincOxide))、AZO(掺铝ZnO)、GZO(掺镓ZnO)等公知的材料。
作为第一透明导电膜17的成膜方法，没有特别的限制，可以采用例如溅射法、真空蒸镀法、离子镀法(反应性等离子蒸镀法)等公知的方法，优选的是使用离子镀法。通过不产生高能粒子的离子镀法形成，可以抑制p型非晶系硅薄膜16表面的劣化。因此，通过这样做，能够使用维持了良好质量的p型非晶系硅薄膜16，能够使填充因子进一步提高。此外，通过采用离子镀法，可以形成紧密接触性高的第一透明导电膜17，认为这也成为提高填充因子的原因。
第二本征非晶系硅薄膜18层叠在n型晶体半导体基板14的下表面。第二本征非晶系硅薄膜18的优选的膜厚和成膜方法，与第一本征非晶系硅薄膜15相同。
n型非晶系硅薄膜19层叠在第二本征非晶系硅薄膜18的下表面。作为n型非晶系硅薄膜19的膜厚，没有特别的限定，优选的是例如为1nm以上20nm以下，更优选的是3nm以上10nm以下。通过使膜厚成为这种范围的膜厚，可以平衡良好地减少短路电流的降低及载流子复合的产生。n型非晶系硅薄膜19也可以通过化学气相沉积法(例如等离子CVD法等)等公知的方法成膜。当采用等离子CVD法时，作为原料气体，例如可以使用SiH4、H2及PH3的混合气体。
当采用等离子CVD法时，频率例如为约13.56MHz或约40.68MHz，更优选的是约40.68MHz。形成温度例如为100℃以上且小于300℃，更优选的是180℃以上且小于220℃。反应压力为5Pa以上且小于300Pa，更优选的是50Pa以上且小于200Pa。RF或VHF功率例如为约1mW/cm2以上且小于500mW/cm2，更优选的是约5mW/cm2以上且小于100mW/cm2。
第二透明导电膜20层叠在n型非晶系硅薄膜19的下表面。第二透明导电膜20的材料和成膜方法与第一透明导电膜17相同。
另外，在光发电装置10中，在光伏元件11的两面分别设有透明导电膜17、20。即，在不入射光的一侧也层叠有透明的导电膜。这样，通过在p型非晶系硅薄膜16或n型非晶系硅薄膜19与集电构件12、13之间设置透明电极膜17、20，能够抑制界面态(界面準位)的增加等，能够提高填充因子。
第一集电构件12层叠在光伏元件11的上表面，即层叠在第一透明导电膜17的上表面。第一集电构件12具有：多个母线电极(I)21，以彼此平行的方式形成；以及多个指状电极(I)22，与母线电极(I)21连接，以彼此平行的方式形成。
多个母线电极(I)21等间隔设置。此外，母线电极(I)21为线状或带状，由导电性材料形成。作为所述导电性材料，可以使用银浆料等导电性粘合剂、铜线等金属导线或者导电性粘合剂与金属铜线的组合。所述金属导线可以用导电性或者非导电性的固定用粘合剂或低熔点金属(焊料等)固定在第一透明导电膜17上。此外，在使用导电性粘合剂时，可以通过丝网印刷和凹版胶印等印刷法形成母线电极(I)21。作为各母线电极(I)21的宽度，当其条数为3～5条时，例如为0.5mm以上2mm以下左右。此外，当各母线电极(I)21的条数在10条以上时，也可以使用0.1mm左右的直径的导线。
指状电极(I)22为线状，由导电性材料形成。指状电极(I)22与母线电极(I)21垂直相交设置。此外，多个指状电极(I)22等间隔设置。形成所述指状电极(I)22的导电性材料和构成母线电极(I)21的材料相同。当母线电极(I)21和指状电极(I)22都是由导电性粘合剂形成的情况下，可以通过印刷同时层叠在第一透明导电膜17的一个面上。作为各指状电极(I)22的宽度，例如为10μm以上300μm以下左右，优选的是30μm以上200μm以下。
相邻的指状电极(I)22的间隔(S1)小于2mm，优选的是1.5mm以下。另外，在第一实施方式中，由第一集电构件12(母线电极(I)21和指状电极(I)22)划定的各区域，成为第一透明导电膜17(光伏元件11)的表面中的、第一集电构件12的非层叠区域25。第一透明导电膜17(光伏元件11)的表面是指层叠有第一集电构件12一侧的面。此外，各非层叠区域25具有以指状电极(I)22的长度方向为长度方向的长方形状(带状)。即，指状电极(I)22的间隔(S1)成为第一透明导电膜17的表面中的、第一集电构件12的非层叠区域25的最大宽度。按照光发电装置10，通过这样地相对于pn接合部分将p型非晶系硅薄膜16一侧的指状电极(I)22的间隔(S1)收窄到小于2mm，能够提高填充因子、并能提高发电效率。作为所述指状电极(I)22的间隔(S1)的下限，没有特别的限定，例如优选的是0.1mm，更优选的是0.5mm。通过将p型非晶系硅薄膜16一侧的指状电极(I)22的间隔(S1)设为0.1mm以上，例如能够使第一集电构件12一侧也能充分地作为光入射面使用，能够削减形成指状电极(I)22的导电性材料的使用量等。
第二集电构件13设置在光伏元件11的下表面，即设置在第二透明导电膜20的表面。第二集电构件13具有：多个母线电极(II)(未图示)，以彼此平行的方式形成；以及多个指状电极(II)24，与所述母线电极(II)直角连接，以彼此平行的方式形成。
第二集电构件13的母线电极(II)的形状、材料、尺寸、形成方法等，和第一集电构件12的母线电极(I)21相同。
指状电极(II)24的形状、材料、尺寸、形成方法等也和第一集电构件12的指状电极(I)22相同。但是，相邻的指状电极(II)24的间隔(S2)没有特别的限定。作为所述间隔(S2)，例如可以设为0.5mm以上4mm以下，优选的是1mm以上，进一步优选的是2mm以上，特别优选的是大于2mm。此外，优选的是3mm以下，进一步优选的是小于3mm，特别优选的是2.5mm以下。这样，通过加宽n型非晶系硅薄膜19一侧的、指状电极(II)24的间隔(S2)，例如能够将第二集电构件13一侧适合作为光入射面使用，并能够削减形成指状电极(II)24的导电性材料的使用量等。
具有这种结构的光发电装置10，通常多个串联连接使用。通过将多个光发电装置10串联连接使用，可以提高发电电压。
按照光发电装置10，如以上所述地通过将p型非晶系硅薄膜16的膜厚减薄为小于6nm，并且把指状电极(I)22的间隔(S1)亦即第一透明导电膜17的表面中的、第一集电构件12的非层叠区域25的最大宽度收窄为小于2mm，能够提高填充因子，能够提高发电效率。在光发电装置10中，可以采用任意的面作为光入射面，可以采用第二集电构件13一侧作为光入射面。如上所述地，对于指状电极(II)24，可以将间隔(S2)充分加宽，使遮光性下降。因此，通过这样做，能够进一步提高光发电装置10的发电效率。此外，在光发电装置10中，也可以将p型非晶系硅薄膜16的膜厚减薄，把第一集电构件12一侧作为光入射面使用。
(第二实施方式)
如图4所示，本发明的第二实施方式的光发电装置30，具有光伏元件31和分别层叠于光伏元件31的上表面和下表面的第一集电构件32和第二集电构件33。光伏元件31是层结构体，包括：n型晶体半导体基板34；依次层叠在在n型晶体半导体基板34的第一集电构件32一侧的第一本征非晶系硅薄膜35、p型非晶系硅薄膜36和第一透明导电膜37；以及依次层叠在n型晶体半导体基板34的第二集电构件33一侧的n型非晶系硅薄膜39和第二透明导电膜40。光伏元件31除了没有第二本征非晶系硅薄膜以外，和图1的光伏元件11相同。即，n型晶体半导体基板34、第一本征非晶系硅薄膜35、p型非晶系硅薄膜36、第一透明导电膜37、n型非晶系硅薄膜39和第二透明导电膜40的形状、材质、成膜方法等，分别与图1的n型晶体半导体基板14、第一本征非晶系硅薄膜15、p型非晶系硅薄膜16、第一透明导电膜17、n型非晶系硅薄膜19和第二透明导电膜20相同，因此省略了具体说明。
光发电装置30成为n型晶体半导体基板34与n型非晶系硅薄膜39直接接合的结构。这样，即使n型晶体半导体基板34和n型非晶系硅薄膜39之间不层叠第二本征非晶系硅薄膜，也能够具有足够的填充因子。
层叠在光伏元件31的上表面(第一透明导电膜37的表面)的第一集电构件32为金属膜。所述金属膜(第一集电构件32)层叠在大体整个面(实质上的整个面)上。即，第一透明导电膜37的表面(层叠有第一集电构件32一侧的面)中的、第一集电构件32的非层叠区域的最大宽度为0mm(不存在非层叠区域)。通过这样做，能够进一步提高第一集电构件32的导电性，进而能够进一步提高集电效率。此外，在该情况下，可以通过PVD或CVD等薄膜成膜法形成金属膜。相比于通过印刷法得到的金属膜，通过薄膜形成法得到的金属膜的导电率通常变大，因此作为结果，能减少形成金属膜(第一集电构件32)的金属材料的使用量。所述金属膜可以由Ag、Al、Cu、Ni、Cr等公知的金属等形成，也可以由包含所述金属中的一种以上的金属的合金形成。此外，可以形成层叠多种金属的结构。所述金属膜优选的是使用Ag。所述金属膜的膜厚例如可以为100nm以上1000nm以下，为了降低成本进一步优选的是小于500nm。优选的是通过真空蒸镀法、溅射法等形成所述金属膜。
层叠在光伏元件31的下表面(第二透明导电膜40的表面)的第二集电构件33，成为由母线电极和指状电极构成的形状。第二集电构件33的形状、材料、尺寸、形成方法等和图1的第二集电构件13相同，因此省略说明。在光伏元件31中，第二集电构件33一侧为光入射面。
(其他实施方式)
本发明不限于所述的实施方式，在不脱离本发明的发明思想的范围内可以改变其结构。例如，在图1的形状的光发电装置中，第二集电构件也可以不是由母线电极和指状电极构成的结构，而是由在大体整个面(实质上的整个面)上层叠导电性材料得到的金属膜构成的结构。作为形成所述金属膜的导电性材料，可以举出Ag、Al、Cu、Ni、Cr等公知的金属和它们的合金，优选的是使用在红外区域的波长中反射率高的Ag。所述金属膜的膜厚例如可以为100nm以上1000nm以下，为了降低成本进一步优选的是小于500nm。可以通过真空蒸镀法、溅射法等形成所述金属膜。通过这样做，可以提高第二集电构件侧的集电效率。在该情况下，第一集电构件侧作为光入射面使用。
此外，作为第一集电构件的形状，只要是非层叠区域的最大宽度小于2mm的形状就没有特别的限定。例如，作为第一集电构件，可以是具有直径小于2mm的孔部的金属膜，也可以是仅由以小于2mm的间隔配置的母线电极构成的形状。
实施例
以下，列举实施例和比较例，更具体地说明本发明的内容。另外，本发明不限于以下的实施例。
<实施例1～3和比较例1、2>
在通过Cz法制造的n型单晶硅基板的一侧，依次层叠第一本征非晶系硅薄膜、p型非晶系硅薄膜和第一透明导电膜。第一本征非晶系硅薄膜通过化学气相沉积法形成膜厚7nm，p型非晶系硅薄膜通过化学气相沉积法形成膜厚5nm，第一透明导电膜通过离子镀法成膜。
此外，在n型单晶硅基板的另一侧，依次层叠有第二本征非晶系硅薄膜、n型非晶系硅薄膜和第二透明导电膜。第二本征非晶系硅薄膜通过化学气相沉积法形成膜厚7nm，n型非晶系硅薄膜通过化学气相沉积法形成膜厚5nm，第二透明导电膜通过离子镀法成膜。作为构成第一导电膜和第二透明导电膜的透明电极材料，使用了IWO。
在如上得到的光伏元件的两面上，作为集电构件，分别形成有平行的多个母线电极以及与所述母线电极分别垂直相交的多个指状电极。所述集电构件使用银浆料通过印刷形成。另外，p型非晶系硅薄膜侧的指状电极(I)和n型非晶系硅薄膜侧的指状电极(II)的间隔分别如下所述。通过这样做，得到实施例1～3和比较例1、2的光发电装置。指状电极的宽度为50μm以上且小于100μm。
比较例1：p型非晶系硅薄膜侧的指状电极(I)的间隔：2mm
n型非晶系硅薄膜侧的指状电极(II)的间隔：2mm
比较例2：p型非晶系硅薄膜侧的指状电极(I)的间隔：2mm
n型非晶系硅薄膜侧的指状电极(II)的间隔：1.5mm
实施例1：p型非晶系硅薄膜侧的指状电极(I)的间隔：1.5mm
n型非晶系硅薄膜侧的指状电极(II)的间隔：2mm
实施例2：p型非晶系硅薄膜侧的指状电极(I)的间隔：1.5mm
n型非晶系硅薄膜侧的指状电极(II)的间隔：2.5mm
实施例3：p型非晶系硅薄膜侧的指状电极(I)的间隔：1.5mm
n型非晶系硅薄膜侧的指状电极(II)的间隔：3.0mm
测定了得到的各光发电装置的填充因子(FF)和最大输出(Pmax)。另外，将p型非晶系硅薄膜侧(第一集电构件侧)设为了光入射面。此外，使光入射面侧的、未层叠有第一集电构件的部分(光入射的部分)的面积相等。即，在印刷使用的丝网中，通过和指状电极的间隔一起调节指状电极的宽度，使光入射面积相等。图2表示了测定结果。从该结果可知，即使将n型非晶系硅薄膜侧的指状电极(II)的间隔收窄，填充因子等也未提高，通过使p型非晶系硅薄膜侧的指状电极(I)小于2mm，填充因子等得到提高，另外即使将n型非晶系硅薄膜侧的指状电极(II)的间隔加宽，填充因子等也不会大幅减小。
<实施例4>
除了将p型非晶系硅薄膜侧的指状电极(I)和n型非晶系硅薄膜侧的指状电极(II)的间隔、以及p型非晶系硅薄膜的膜厚如下所述地进行设置以外，与实施例1等进行相同的操作，得到了实施例4的光发电装置。
p型非晶系硅薄膜侧的指状电极(I)的间隔：1mm
n型非晶系硅薄膜侧的指状电极(II)的间隔：2mm
p型非晶系硅薄膜的膜厚(playerthickness)：在1nm～8nm之间变化。另外，6nm以上为比较例。
<实施例5>
将p型非晶系硅薄膜侧的第一集电构件通过真空蒸镀法成膜，成为具有100nm的厚度且覆盖表面的大体整个面的Ag金属膜，将n型非晶系硅薄膜侧的指状电极(II)的间隔以及p型非晶系硅薄膜的膜厚如下所述地进行设置，n型非晶系硅薄膜侧未层叠本征非晶系硅薄膜，除此以外与实施例1等进行相同的操作，得到了实施例5的光发电装置(图4所示的形状的光发电装置)。
n型非晶系硅薄膜侧的指状电极(II)的间隔：2mm
p型非晶系硅薄膜的膜厚(playerthickness)：在1nm～8nm之间变化。另外，6nm以上是比较例。
测定了得到的实施例4和实施例5的光发电装置的开路电压(VOC)、填充因子(FF)和最大输出(Pmax)。另外，将n型非晶系硅薄膜侧(第二集电构件侧)作为光入射面。测定结果如图3所示。另外，在图3中，实线是实施例4，虚线是实施例5。从该结果可知，通过使p型非晶系硅薄膜的膜厚小于6nm，发挥了高填充因子和最大输出，通过将p型非晶系硅薄膜侧的第一集电构件通过真空蒸镀法形成具有100nm的厚度的Ag金属层，进一步发挥了高填充因子和最大输出。
为了详细地研究本发明的效果，制造了以下的各试验膜，通过四端子电阻测定法测定了方块电阻(シート抵抗)。
比较例3：在未进行用于光封闭的凹凸加工的平滑的玻璃基板上使用离子镀法形成了IWO膜：100nm。
比较例4：在未进行用于光封闭的凹凸加工的平滑的玻璃基板上，依次用CVD法形成了i型非晶系硅薄膜：7nm和p型非晶系硅薄膜：5nm、用离子镀法形成了IWO膜：100nm。
比较例5：在未进行用于光封闭的凹凸加工的平滑的玻璃基板上，依次用CVD法形成了i型非晶系硅薄膜：7nm和n型非晶系硅薄膜：5nm、用离子镀法形成了IWO膜：100nm。
比较例6：在未进行用于光封闭的凹凸加工的平滑的n型单晶硅基板(200μm，1～2Ωcm)上，用离子镀法形成了IWO膜：100nm。
比较例7：在未进行用于光封闭的凹凸加工的平滑的n型单晶硅基板(200μm，1～2Ωcm)上，依次用CVD法形成了i型非晶系硅薄膜：7nm和p型非晶系硅薄膜：5nm、用离子镀法形成了IWO膜：100nm。
参考例1：在未进行用于光封闭的凹凸加工的平滑的n型单晶硅基板(200μm，1～2Ωcm)上，依次用CVD法形成了i型非晶系硅薄膜：7nm和n型非晶系硅薄膜：5nm、用离子镀法形成了IWO膜：100nm。
各试验膜的方块电阻的测定结果表示在表1中。
[表1]
试验膜 方块电阻(Ω/□)
比较例3 27.5
比较例4 28.0
比较例5 27.4
比较例6 27.3
比较例7 27.1
参考例1 15.0
如表1所示，确认到相比于比较例3～7的方块电阻，参考例1的方块电阻大致低到一半左右。由于只有参考例1成为低电阻，所以意味着n型单晶硅基板和n型非晶系硅薄膜之间的异种接合部之间形成了n通道。
此外，表1的结果意味着，p型非晶系硅薄膜形成面侧的横向电阻由透明导电膜决定。在此，例如，如果p型非晶系硅薄膜形成面侧的透明导电膜的体积电阻小于1.5×10-4Ωcm，则可以期待能够得到与本发明的通过使p型非晶系硅薄膜形成面侧的指状电极的间隔小于2mm而得到的填充因子的提高效果同等的效果。可是，载流子密度的提高会使透明导电膜中的光的吸收损失增大。因此，如果不能在抑制载流子密度的同时仅提高移动度，就会因电流特性的恶化导致无法发挥最大输出，但是仅使移动度显著提高是困难的。此外，通过加厚p型非晶系硅薄膜形成面侧的透明导电膜，也能使横向电阻降低。可是，由于光入射面的透明导电膜选择太阳光的光谱强度强的400～600nm的反射率变低的膜厚，对电流特性的提高有效，所以例如透明导电膜的厚度仅容许10nm左右的增加。因此，使横向电阻显著降低是困难的。此外，在与光入射面相反一侧的透明导电膜中，在单晶硅基板中未被吸收并到达相反一侧的例如900～1200nm的光子，尽管被另一侧的集电构件反射，并再次从另一侧入射并对发电做出贡献，但是与相反一侧的透明导电膜的膜厚变厚成比例地，在透明导电膜中的吸收损失增大。此外，将透明导电膜加厚不论在生产率方面还是在成本降低方面都不是优选的。因此，相比于通过降低透明导电膜的电阻来提高填充因子，通过缩小设置在p型非晶系硅薄膜侧的指状电极的间隔来提高填充因子，从性能、生产率、成本降低的任何方面考虑都是优选的。
<实施例6>
除了使用通过外延生长法制造的n型单晶硅基板(厚度150μm)并省略了针对所述基板的热施主清除退火(サーマルドナーキラーアニーリング)工序以外，与实施例5进行相同的操作，得到了实施例6的光伏元件。另外，p型非晶系硅薄膜的膜厚设为5nm。热施主清除退火工序是除去n型单晶硅基板中的热施主的方法，对低温工艺的异质结元件特别重要。在使用了通过Cz法制造的n型单晶硅基板的其他实施例和比较例中，实施所述热施主清除退火工序。通过省略该工序，进一步实现了制造成本的降低。得到的实施例6的光伏元件的最大输出(Pmax)为5.27W，填充因子(FF)为81％。
<实施例7>
使用具有0.3～6Ωcm的电阻率的n型单晶硅基板(Cz法)，通过与实施例5相同的方法得到了光伏元件。另外，p型非晶系硅薄膜的膜厚为5nm。得到的各光伏元件的FF(曲线因子)和Pmax(最大输出)的测定结果表示在图7的(A)和图7的(B)中。如图7的(A)所示，随着电阻率的增大，n层非晶系硅薄膜形成面侧的有效的横向电阻增大，FF(曲线因子)减小。如图7的(B)所示，由于伴随电阻率的减小的FF提高的优点与本体寿命减少的缺点形成竞争关系，所以Pmax(最大输出)在0.5～5Ωcm的范围内良好，在1～3Ωcm的范围内特别好。由于外延基板的氧缺陷极少，可以仅通过掺杂程度来控制电阻率，因此能高精度设定在所述良好的范围。
在此，对本实施例的各非晶系硅薄膜的膜厚进行了说明。图5表示了具有平滑部51和凹凸部52双方的假想基板50。例如通过使用透射型电子显微镜(TEM)，可以分别测定与基板50垂直的厚度t，与平面垂直的厚度t’以及凹凸部52的角度α。在本说明书中，t表示层叠在平滑部51上的非晶系硅薄膜53的膜厚，t’表示层叠在凹凸部52上的非晶系硅薄膜53的膜厚。在实际的作业中，优选的是采用能缩短测定时间且简便的触针式台阶仪等的膜厚评价方法。例如，通过用把KOH或NaOH加热到40～50℃后的液体对非晶系硅薄膜53进行湿蚀刻来形成台阶54，通过使用了触针式台阶仪的膜厚评价方法测定t。由于根据三角函数t’＝t×cosα成立，所以根据测定出的t计算出t’。由于确认了通过TEM测定得到的t’和通过使用了触针式台阶仪的膜厚评价方法计算出的t’一致，所以在本实施例中采用了使用触针式台阶仪的膜厚评价方法。另外，触针式台阶仪是如下的装置：在预先形成了台阶的样本上，通过用探针接触样本并水平地描绘表面，使探针对应于样本的台阶上下移动进行测定。

Claims (14)

1.一种光发电装置，其具备：多层状的光伏元件；以及层叠在所述光伏元件的一个面上的第一集电构件和层叠在另一个面上的第二集电构件，
所述光伏元件具有：n型晶体半导体基板；依次层叠在所述n型晶体半导体基板的所述第一集电构件侧的第一本征非晶系硅薄膜、p型非晶系硅薄膜和第一透明导电膜；以及依次层叠在所述n型晶体半导体基板的所述第二集电构件侧的n型非晶系硅薄膜和第二透明导电膜，
所述光发电装置的特征在于，
所述p型非晶系硅薄膜的膜厚小于6nm，
所述第一透明导电膜表面中的所述第一集电构件的非层叠区域的最大宽度小于2mm。
2.根据权利要求1所述的光发电装置，其特征在于，所述第一透明导电膜是通过离子镀法形成的。
3.根据权利要求1或2所述的光发电装置，其特征在于，所述p型非晶系硅薄膜的膜厚为1nm以上。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的光发电装置，其特征在于，
所述第二集电构件具有：多个母线电极(II)，以彼此平行的方式形成；以及多个指状电极(II)，与所述母线电极(II)连接，以彼此平行的方式形成，
所述指状电极(II)的间隔大于2mm。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的光发电装置，其特征在于，
所述第一集电构件具有：多个母线电极(I)，以彼此平行的方式形成；以及多个指状电极(I)，与所述母线电极(I)连接，以彼此平行的方式形成，
所述指状电极(I)的间隔成为所述非层叠区域的最大宽度。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的光发电装置，其特征在于，所述第一集电构件为金属膜。
7.根据权利要求6所述的光发电装置，其特征在于，所述金属膜的膜厚为100nm以上且小于500nm。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的光发电装置，其特征在于，所述第二集电构件侧被用作光入射面。
9.根据权利要求1～5中任意一项所述的光发电装置，其特征在于，所述第一集电构件侧被用作光入射面。
10.根据权利要求1～9中任意一项所述的光发电装置，其特征在于，具有第二本征非晶系硅薄膜，所述第二本征非晶系硅薄膜层叠在所述n型晶体半导体基板和所述n型非晶系硅薄膜之间。
11.根据权利要求1～10中任意一项所述的光发电装置，其特征在于，所述n型晶体半导体基板是通过外延生长法制造的。
12.根据权利要求1～11中任意一项所述的光发电装置，其特征在于，所述n型晶体半导体基板的电阻率为0.5Ωcm以上5Ωcm以下。
13.根据权利要求1～12中任意一项所述的光发电装置，其特征在于，所述n型晶体半导体基板的厚度为50μm以上200μm以下。
14.根据权利要求13所述的光发电装置，其特征在于，所述n型晶体半导体基板的厚度为80μm以上150μm以下。
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