CN111279492A - 太阳能电池、多结型太阳能电池、太阳能电池模块及太阳能发电系统 - Google Patents

太阳能电池、多结型太阳能电池、太阳能电池模块及太阳能发电系统 Download PDF

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Abstract

实施方式提供变换效率优的太阳能电池、多结型太阳能电池、太阳能电池模块及太阳能发电系统。实施方式的太阳能电池具有p电极、与p电极直接接触的p型光吸收层、n型层及n电极。在p型光吸收层与n电极之间配置n型层。从p型吸收层与p电极的界面起向n型层方向10nm到100nm的区域包括含有p型掺杂剂的p+型区域。

Description

太阳能电池、多结型太阳能电池、太阳能电池模块及太阳能发 电系统
技术领域
本发明涉及太阳能电池、多结型太阳能电池、太阳能电池模块及太阳能发电系统。
背景技术
作为新的太阳能电池之一，有氧化亚铜(Cu2O)太阳能电池。Cu2O是带隙为2.1eV的宽带隙半导体。Cu2O是由在地球上丰富存在的铜和氧构成的安全且廉价的材料，因此可期待能够实现高效率并且低成本的太阳能电池。
开发出了n电极和p电极这两方使用了透明电极的光透射性Cu2O太阳能电池。在为光透射性Cu2O太阳能电池的情况下，原理上，从n电极侧和p电极侧中的任一侧都能够进行光照射，但在从p电极侧进行了光照射的情况下，与从n电极侧的光照射相比较，短路电流小，因此有效率降低的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017－098479号公报
发明内容
发明解决的课题
本发明解决的课题在于，提供效率高的光透射性的太阳能电池、多结型太阳能电池、太阳能电池模块及太阳能发电系统。
用于解决课题的手段
实施方式的太阳能电池具有p电极、与p电极直接接触的p型光吸收层、n型层及n电极。在p型光吸收层与n电极之间配置n型层。从p型吸收层与p电极的界面起向n型层方向10nm到100nm的区域包括含有p型掺杂剂的p+型区域。
附图说明
图1是实施方式的太阳能电池的剖视图。
图2是Cu2O太阳能电池的示意的能带图(a)和相对于各波长的分光灵敏度A/W(光电流/光强度)(b)。
图3是Cu2O太阳能电池的示意的能带图(a)和相对于各波长的分光灵敏度(b)。
图4是在p电极1表面附近高掺杂了p型掺杂剂的情况下的、Cu2O太阳能电池的示意的能带图(a)和相对于各波长的分光灵敏度(b)。
图5是实施方式的太阳能电池的剖面图像。
图6是实施方式的太阳能电池的剖视图。
图7是实施方式的多结型太阳能电池的剖视图。
图8是实施方式的太阳能电池模块的立体图。
图9是实施方式的太阳能电池模块的剖视图。
图10是实施方式的太阳能发电系统的构成图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选的一个实施方式详细地进行说明。
(第一实施方式)
第一实施方式涉及太阳能电池。图1中示出了第一实施方式的太阳能电池100的剖视图。如图2所示，本实施方式的太阳能电池100具有p电极1、p型光吸收层2、n型层3及n电极4。在n型层3与n电极4之间等也可以包括未图示的中间层。优选的是，两电极是透明电极，以便太阳光能够从n电极4侧、p电极1侧中的任一侧入射。未图示的基板可以设置于p电极1侧或n电极4侧。
(p电极1)
p电极1是相对于可见光具有光透射性的电极。p电极1是与p型光吸收层2直接接触的电极。优选的是，p电极1使用氧化物透明导电膜等的透明电极。基板设置于p电极1侧的情况下，p电极1是存在于基板与p型光吸收层2之间的层。此时，p电极1与基板及p型光吸收层2直接接触。
p电极1能够使用单层膜或层叠膜。层叠型的p电极1例如用层叠了的第一p电极和第二p电极构成。将配置于p型光吸收层2侧、且与p型光吸收层2直接接触的电极设为第一p电极，在第二p电极与p型光吸收层2之间配置第一p电极。优选的是，第一p电极使用以Sn为主成分的氧化物透明导电膜，第二p电极使用与以Sn为主成分的氧化物透明导电膜相比低电阻的、透明导电膜。采用层叠膜的理由是，如果单独的话，以Sn为主成分的氧化物透明导电膜的电阻率常常较高，会产生基于电阻成分的发电损耗，因此为了防止该发电损耗而与低电阻的氧化物透明电极组合。在p电极是单层膜的情况下，例如优选的是，使用在第二p电极中列举的氧化物透明导电膜。
作为第一p电极，优选为SnO2等以Sn为主成分(90atom％以上)的氧化物，添加物为Zn、Al、Ga、In、Ti、Cu、Sb、Nb、F、Ta等，不特别限定。
就作为第二p电极而使用的透明导电膜而言，为氧化铟锡(Indium Tin Oxide：ITO)、铝掺杂氧化锌(Al-doped Zinc Oxide：AZO)、硼掺杂氧化锌(Boron-doped ZincOxide：BZO)、镓掺杂氧化锌(Gallium-doped Zinc Oxide：GZO)、铟掺杂氧化锌(Indium-doped Zinc Oxide：IZO)、钛掺杂氧化铟(Titanium-doped Indium Oxide：ITiO)、氧化铟镓锌(Indium Gallium Zinc Oxide：IGZO)、氢掺杂氧化铟(Hydrogen-doped Indium Oxide：In2O3)等不特别限定。第二p电极中包含的金属中的Sn和Sb的合计浓度优选为10atom％以下。
(p型光吸收层2)
p型光吸收层2是p型的半导体层。p型光吸收层2配置于p电极1与n型层3之间。作为p型光吸收层2，是以Cu为主成分的金属氧化物的半导体层。以Cu为主成分的金属氧化物是氧化亚铜或氧化亚铜的复合氧化物。以下，在说明书中，将使用以Cu为主成分的金属氧化物作为p型光吸收层2的太阳能电池作为Cu2O太阳能电池。以Cu为主成分的金属氧化物，Cu为60.0atom％以上67.0atom％以下，O(氧)为32.5atom％以上34.0atom％以下。氧化亚铜的复合氧化物中包含Cu以外的金属。氧化亚铜的复合氧化物包含的金属，除了Cu以外，是从由Sn、Sb、Ag、Li、Na、K、Cs、Rb、Al、Ga、In、Zn、Mg及Ca构成的群中选择的1种以上的金属。若除了Cu以外还包含从Ag、Li、Na、K、Cs、Rb、Al、Ga、In、Zn、Mg及Ca构成的群中选择的1种以上的金属，则能够调整p型光吸收层2的带隙。由于在p型光吸收层2的p电极1侧包含高浓度地分散了Si、Ge及N中任1种以上的p型掺杂剂的p+型区域2a，因此p型光吸收层2局部地包含p型掺杂剂。优选的是，p型光吸收层2的带隙为2.0eV以上2.2eV以下。若为该范围的带隙，则在将光吸收层中使用了Si的太阳能电池使用于底部单元，并将实施方式的太阳能电池使用于顶部单元的多结型太阳能电池中，能够在顶部单元及底部单元这两方高效地利用太阳光。p型光吸收层2是用CuaMbOc表示的氧化物的层。M是从Si、Ge、N、Sn、Sb、Ag、Li、Na、K、Cs、Rb、Al、Ga、In、Zn、Mg及Ca构成的群中选择的1种以上的金属。a、b及c优选的是，满足1.80≤a≤2.01、0.00≤b≤0.20及0.98≤c≤1.02。上述p型光吸收层2的组分比是p型光吸收层2的整体的组分比。另外，上述的p型光吸收层2的化合物组分比优选的是，在p型光吸收层2中整体上满足。另外，Sn及Sb在p型光吸收层中的浓度高，则缺陷增加，载流子重新结合增加。因此，p型光吸收层2中的Sb及Sn的合计体积浓度优选是1.5x1019atoms/cm3以下。
(p+型区域2a)
为了抑制p型光吸收层2的p电极1侧的重新结合，p型光吸收层2在p电极1侧包含p+型区域2a。p+型区域2a是局部地高浓度地包含p型掺杂剂的区域。作为p型掺杂剂，列举从Si、Ge及N构成的群中选择的1种以上的元素。作为p型掺杂剂，优选的是，包含从Si及Ge构成的群中选择的1种以上的元素。p+型区域2a是在p型光吸收层2的p电极1侧存在的区域。从p型吸收层2与p电极1的界面(起点)起向n型层3方向10nm到100nm(终点)的区域(从p型吸收层2与p电极1的界面(起点)起向n型层3方向最小10nm到最大100nm(终点)的区域)是p+型区域2a。优选的是，从p型吸收层2与p电极1的界面(起点)起向n型层3方向30nm到70nm(终点)的区域(从p型吸收层2与p电极1的界面(起点)起向n型层3方向最小30nm到最大70nm(终点)的区域)是p+型区域。p+型区域2a是p型光吸收层2中包含的区域。
若p+型区域2a的区域厚度过薄，则下述说明的重新结合抑制的效果变小。另外，若p+型区域2a的区域厚度过厚，则p+型区域2a的光载流子生成的量子效率比p+型区域2a以外的光载流子层的量子效率低，因此会出现短路电流降低的效果，并不优选。根据抑制重新结合的观点，p+型区域2a中的p型掺杂剂的最高浓度优选是5.0×1019atoms/cm3以上1.0×1021atoms/cm3以下。p+型区域2a中的p型掺杂剂的最低浓度优选是1.0×1018atoms/cm3以上5.0×1018atoms/cm3以下。p+型区域2a中的p型掺杂剂的平均浓度优选是1.0×1019atoms/cm3以上1.0×1020atoms/cm3以下。在p+型区域2a以外的p型光吸收层2中，p型掺杂剂浓度是1.0×1018atoms/cm3以下。另外，在实施方式中，p型掺杂剂的检测极限是1.0×1018atoms/cm3，p型掺杂剂浓度是1.0×1018atoms/cm3以下包括不包含p型掺杂剂的情况和包含检测极限以下的浓度的p型掺杂剂的情况这两方。p型掺杂剂的最高浓度的位置存在于p+型区域2a的p型光吸收层2与p电极1的界面侧，即p+型区域2a的起点侧。另外，p型掺杂剂的最低浓度的位置存在于p+型区域2a的n型层3侧，即p+型区域2a的终点侧。
p+型区域2a中的p型掺杂剂的平均浓度优选是p+型区域2a中的p型掺杂剂的最低浓度的5倍以上100倍以下，更优选是10倍以上100倍以下。在实施方式中，p型掺杂剂的最低浓度与平均浓度之差较大表示，与p+型区域2a的起点侧p型掺杂剂浓度相比，在p+型区域2a的终点侧，p型掺杂剂的浓度非常低。
p+型区域2a中的p型掺杂剂的最高浓度优选是p+型区域2a的p型掺杂剂的平均浓度的5倍以上100倍以下，更优选是10倍以上100倍以下。在实施方式中，p型掺杂剂的最高浓度与平均浓度之差较大表示，与p+型区域2a的终点侧的p型掺杂剂浓度相比，在p+型区域2a的起点侧，p型掺杂剂的浓度非常高。
p+型区域2a中的p型掺杂剂的最高浓度优选是p+型区域2a的p型掺杂剂的最低浓度的25倍以上1000倍以下，更优选是100倍以上1000倍以下。在实施方式中，p型掺杂剂的最高浓度与平均浓度之差较大表示，与p+型区域2a的终点侧的p型掺杂剂浓度相比，在p+型区域2a的起点侧，p型掺杂剂的浓度非常高。
在狭窄的p+型区域2a中有较大的浓度变化，从而抑制重新结合，防止短路电流的降低，从而实施方式的太阳能电池的发电效率提高。无论p型光吸收层2整体上低浓度地分散有p型掺杂剂，还是高浓度地分散有p型掺杂剂，都无法抑制重新结合及防止短路电流的降低。在氧化亚铜型的光吸收层中局部地设置p+型区域2a，是此前未实现，而在满足本发明的p+型区域2a的条件的情况下产生的效果。
这里，对于构成本发明的核心的、Cu2O太阳能电池中的、由对p电极1/Cu2O(p型光吸收层2)界面的p型掺杂剂的高掺杂引起的特性改善的机理进行说明。
首先从短路电流降低的原因进行说明。关于电流降低现象，在以往的使用了Au电极的Cu2O太阳能电池中，不判断是否发生了该现象，但这是由于仅能够从n电极4侧一方进行光照射。与此相对，我们开发出的光透射性Cu2O太阳能电池，能够从p电极1和n电极4这两方进行光照射，明确了在入射方向上电流值有较大的差，因此作为问题被首次认识到。
(从n电极侧进行了光照射的情况下的短路电流降低)
图2表示从n电极侧进行了光照射的情况下的、Cu2O太阳能电池的示意的能带图(a)和相对于各波长的分光灵敏度A/W(光电流/光强度)(b)。这里，p电极1可以是Au电极和透明电极中的任一电极，n电极4是透明电极。
图2的a表示p电极1表面中的载流子重新结合的样子。从图可知，越接近p电极1，则电子(黑圈)和空穴(白圈)向p电极1扩散而发生重新结合。
图2的b表示图2的a的单元的示意的分光灵敏度。如图所知，Cu2O吸收端附近的波长500－600nm的分光灵敏度较低。这是由于，相对于波长500－600nm的光的Cu2O的光吸收系数小，因此越为长波长，则光越容易侵入到Cu2O的内部，内部产生的电子和空穴向p电极1侧扩散并重新结合，光电流降低。
以上的说明是如下情况的理由，即，从n电极4侧进行了照射的情况下，在p电极1附近产生的载流子在p电极1表面容易重新结合，因此关于波长500－600nm的光、短路电流相应地以该量降低而产生效率降低的情况。这是无论p电极1是Au电极还是透明电极都会发生的重新结合现象。
(从p电极侧进行了光照射的情况下的短路电流降低)
接下来，图3表示从p电极1侧进行了光照射的情况下的、Cu2O太阳能电池的示意的能带图(a)和相对于各波长的分光灵敏度(b)。这里，p电极1和n电极4都是透明电极。
图3的a表示p电极表面中的载流子重新结合的样子。从图可知，越接近p电极1，则电子和空穴向p电极1扩散而发生重新结合。
图3的b表示图3的a的单元的示意的分光灵敏度。与前面的图2的b不同，波长500nm以下的分光灵敏度较低。这是由于，波长500nm以下的光的Cu2O的吸收系数较大，因此在p电极1附近几乎全被吸收，立即重新结合，难以作为光电流取出。另一方面，吸收系数小的波长500－600nm的光侵入到Cu2O的内部，产生的电子和空穴向pn界面侧扩散，因此作为电流量较小，但成为光电流。
以上的说明是如下情况的理由，即，从p电极1侧进行了照射的情况下，p电极1表面的重新结合而几乎全部的载流子重新结合，短路电流大幅降低，发生大的效率降低的情况。
(p型掺杂剂的高掺杂中短路电流增加的机理)
在Cu2O太阳能电池中，从n电极4侧和p电极1侧进行光照射的情况下，程度不同，但如上述说明那样，在任一情况下都由于p电极1表面中的重新结合，而发生短路电流的降低。若在Cu2O的p电极1表面附近高掺杂p型掺杂剂，则能够抑制重新结合而使短路电流增加，即能够改善效率。图4表示在p电极1表面附近高掺杂了p型掺杂剂的情况下的、Cu2O太阳能电池的示意的能带图(a)和相对于各波长的分光灵敏度(b)。
图4的a表示在p电极1表面附近高掺杂了p型掺杂剂的情况下的、Cu2O太阳能电池的示意的能带图。这里，图示了太阳光从p电极1侧入射的情况。如图所示，在p电极1的跟前形成基于高掺杂的势垒，电子不靠近p电极，而向pn界面侧扩散。即，机理在于，由于在p电极1表面、电子与空穴在空间上被分离，因此重新结合得到抑制，短路电流增加而效率改善。
图4的b表示图4的a的单元的示意的分光灵敏度。作为参照数据，一并显示未添加p型掺杂剂的参照单元的分光灵敏度(图3的b的数据)。从图可知，在全波长区域。分光灵敏度增加，但特别地、参照单元在几乎不流通光电流的波长500nm以下示出了较高的灵敏度。
以上的说明是在从p电极1侧的光照射下进行，但关于从n电极4侧进行光照射的情况下，也因同样的机理，短路电流和效率增加。
在以往的Cu2O太阳能电池中，在p电极1表面，重新结合而发生电流降低，能够通过对Cu2O的p电极1表面附近高掺杂p型掺杂剂来抑制重新结合，能够实现短路电流和效率的改善。
关于p+型区域2a，能够通过二次离子质量分析法(Secondary Ion MassSpectrometry：SIMS)求出位置和p型掺杂剂浓度。分析条件为，一次离子种使用Cs+，一次加速电压是5.0kV，检测区域是28μm×28μm。在p电极1侧，将p型掺杂剂浓度分布和Cu浓度分布这两方表现出拐点的深度作为p电极1与p型光吸收层2的界面，从界面朝向n型层3地将根据p型掺杂剂浓度的拟合曲线(掺杂剂浓度＝Cs×erfc(x/2/L)。erfc：互补误差函数，Cs：p电极1与p型光吸收层2的界面处的掺杂剂浓度，x：深度。p电极1与p型光吸收层2的界面是x＝0，L：掺杂剂的扩散长)获得的深度作为p型掺杂剂的扩散长，将1.0×1018atoms/cm3以上的区域作为p+型区域2a。另外，在包含2种以上p型掺杂剂的情况下，将合计浓度作为p型掺杂剂浓度。在p电极1侧的Cu浓度分布的拐点(总之，p电极1与p型光吸收层2的界面)处的p型掺杂剂浓度为1.0×1018atoms/cm3以下的情况下，p+型区域2a作为在p型光吸收层2不存在的区域对待。在从p电极1与p型光吸收层2的界面起向n型层4侧比100nm深的位置包含1.0×1018atoms/cm3以上的p型掺杂剂浓度的情况下，p+型区域2a视为不被光吸收层2包含的情况。
另外，在基于SIMS的分析中，对于太阳能电池100的包含中心的截面，在从p电极1朝向n电极4的方向上进行5等分。然后，在将5等分而获得的各区域的p电极1的中心与n电极4的中心连结的虚拟线上，从p电极1向p型光吸收层2进行分析。将所获得的5个区域的结果进行平均，能够求出p型掺杂剂浓度等。
在p电极1上，以膜厚2nm以下沉积从由包含p型掺杂剂的SiOx、GeOx、SiGexOy、SiNx、SiOxNy及GeOxNy(0＜x≤2，0＜y≤2)构成的群中选择的1种以上的化合物等的薄膜后，成膜出p型光吸收层2，从而能够在p电极1界面附近高掺杂p型掺杂剂。另外，包含p型掺杂剂的化合物的薄膜，在p型光吸收层2等的成膜工艺的过程中被p型光吸收层2吸收而不残留。
包含p型掺杂剂的化合物的薄膜不残存的情况，能够根据用透射型电子显微镜(Transmission Electron Microscope：TEM)(条件，倍率4万倍，200kV的加速电压)观察太阳能电池100的截面而得到的图像来判别。图5中示出了实施方式的太阳能电池100的截面TEM图像。如图5所示，可知，在实施方式太阳能电池100中，p电极1的与p型光吸收层2对置的面的整面和p型光吸收层2的与p电极1对置的面的整面形成界面。
(钝化层2b)
另外，如图6的太阳能电池101的剖视图所示，在实施方式的太阳能电池100、101中，为了进一步抑制上述的重新结合，更优选为配置钝化层2b。钝化层2b是具有间隙的绝缘层。实施方式的钝化层2b是在构成太阳能电池100的层的层叠方向上在p电极1与p型光吸收层2间存在的绝缘层，且以在一部分、p电极1与p型光吸收层2接触的方式具有不连续的形状。即，钝化层2b的上表面及侧面与p型光吸收层2直接接触，钝化层2b的下表面与p电极1直接接触。优选的是，钝化层2b的侧面的至少一部分与p型光吸收层2的p+型区域2a直接接触。
根据抑制重新结合的观点，钝化层2b的膜厚优选为5nm以上200nm以下。钝化层2b的膜厚比p+型区域2a的厚度薄的情况和厚的情况这两者被包含于实施方式。根据抑制重新结合的观点，在从p电极1朝向n电极4的方向上，钝化层2b与p型光吸收层2接触的面积优选是钝化层2b与p型光吸收层2接触的面积和p型光吸收层2与p电极1接触的面积之和的80％以上95％以下。根据发明人们的研究，钝化层2b为绝缘层是必须条件，作为材料不特别限定于Hf氧化物、Ta氧化物等，Si氮氧物、Ge氮氧物不适合。钝化层2b是网状、点状，线状等有间隙的非固态膜(日语：ベタ膜)的绝缘层。另外，在配置有钝化层2b的部分，p电极1与p型光吸收层2不对置，但钝化层2b的间隙处，p电极1与p型光吸收层2对置。
p型光吸收层2的厚度，通过基于电子显微镜的截面观察、步距规而求出，优选为1,000nm以上10,000nm以下。
p型光吸收层2优选通过例如溅射等成膜。
(n型层3)
n型层3是n型的半导体层。n型层3配置于p型光吸收层2与n电极4之间。n型层3直接接触于p型光吸收层2的与p电极1接触的面的相反侧的面。作为n型层3，优选为包含氧化物层、硫化物层的层。更具体而言，n型层3使用的氧化物层优选为从由Zn(1－x)AxOy(A＝Si、Ge、Sn)、Cu(2－x)MxO(M＝Mn、Mg、Ca、Zn、Sr、Ba)、Al(2－x)GaxO3构成的群中选择的层。n型层中使用的硫化物层优选为由从由ZnxIn(2－2x)S(3－2x)、ZnS、InxGa(1－x)S构成的群中选择的1种以上的硫化物构成的层。在将Zn(1－x)AxOy使用于n型层的情况下，Zn/A组分比希望在1至3的范围，更优选是1.5至2.5。
n型层3的厚度优选为5nm以上100nm以下。若n型层3的厚度为5nm以下，则在n型层3的可达范围差的情况下产生漏电流，并不优选。若n型层3的厚度超过100nm，则透射率降低从而短路电流降低，并不优选。因此，n型层3的厚度更优选为10nm以上50nm以下。另外，为了实现可达范围好的膜，n型层3的表面粗糙度优选为5nm以下。
n型层3优选通过例如溅射等成膜。
(n电极4)
n电极4是相对于可见光具有光透射性的n型层3侧的电极。通过n电极4和p型光吸收层2夹着n型层3。在n型层3与n电极4之间，能够设置未图示的中间层。n电极4中优选使用氧化物透明导电膜。作为n电极4中使用的氧化物透明导电膜，优选为从由氧化铟锡(IndiumTin Oxide：ITO)、铝掺杂氧化锌(Al-doped Zinc Oxide：AZO)、硼掺杂氧化锌(Boron-dopedZinc Oxide：BZO)、镓掺杂氧化锌(Gallium-doped Zinc Oxide：GZO)、铟掺杂氧化锌(Indium-doped Zinc Oxide：IZO)、钛掺杂氧化铟(Titanium-doped Indium Oxide：ITiO)、氧化铟镓锌(Indium Gallium Zinc Oxide：IGZO)及氢掺杂氧化铟(Hydrogen-dopedIndium Oxide：In2O3)构成的群中选择的1种以上的透明导电膜。
n电极4的厚度通过基于电子显微镜的截面观察、步距规而求出，未特别限定，但典型性地为1nm以上2μm以下。
n电极4优选通过例如溅射等成膜。
(第二实施方式)
第二实施方式涉及多结型太阳能电池。图7中示出了第二实施方式的多结型太阳能电池的截面概念图。图7的多结型太阳能电池200在光入射侧具有第一实施方式的太阳能电池(第一太阳能电池)100(101)和第二太阳能电池201。第二太阳能电池201的光吸收层的带隙具有比第一实施方式的太阳能电池100的p型光吸收层2小的带隙。另外，实施方式的多结型太阳能电池也包含将3个以上的太阳能电池接合而成的太阳能电池。
第二实施方式的第一太阳能电池100的p型光吸收层2的带隙是2.0eV－2.2eV左右，因此第二太阳能电池200的光吸收层的带隙优选为1.0eV以上1.6eV以下。作为第二太阳能电池的光吸收层，优选是选自从由In的含有比率高的CIGS系及CdTe系构成的群中选择的1种以上的化合物半导体层、结晶硅及钙钛矿型化合物构成的群中的1种。
(第3实施方式)
第3实施方式涉及太阳能电池模块。图8中示出了第3实施方式的太阳能电池模块300的立体图。图8的太阳能电池模块300是层叠第一太阳能电池模块301和第二太阳能电池模块302而成的太阳能电池模块。第一太阳能电池模块301是光入射侧，使用第一实施方式的太阳能电池100。第二太阳能电池模块302中优选使用第二太阳能电池201。
图9中示出太阳能电池模块300的剖视图。在图9中，详细地表示第一太阳能电池模块301的构造，第二太阳能电池模块302的构造并未示出。在第二太阳能电池模块301中，根据使用的太阳能电池的光吸收层等，适当选择太阳能电池模块的构造。图8的太阳能电池模块，包含多个用虚线包围的子模块303，该子模块303是多个太阳能电池100(太阳能电池单元)在横向上排列并在电气上串联连接而成的，多个子模块303在电气上并联或串联地连接。相邻的子模块303通过母线304而电连接。
太阳能电池100被划线(日语：スクライプ)，相邻的太阳能电池100，上部侧的n电极4与下部侧的p电极1连接。第3实施方式的太阳能电池100也与第一实施方式的太阳能电池100同样地、具有p电极1、p型光吸收层2、n型层3及n电极4，并且在p电极1与第二太阳能电池模块302之间有基板6。作为基板6，优选使用白板玻璃，也可以使用石英、钠钙玻璃、化学强化玻璃等全部玻璃、或者聚酰亚胺、丙烯酸等树脂等。子模块303中的太阳能电池100的两端优选构成为，与母线304连接，母线304将多个子模块303在电气上并联或串联连接，调整与第二太阳能电池模块302的输出电压。
(第4实施方式)
第4实施方式涉及太阳能发电系统。第3实施方式的太阳能电池模块在第4实施方式的太阳能发电系统中能够作为进行发电的发电器使用。实施方式的太阳能发电系统，使用太阳能电池模块进行发电，具体而言，具有进行发电的太阳能电池模块、对发电出的电进行电力变换的构件、积蓄发电出的电的蓄电构件或消耗发电出的电的负载。图10中示出实施方式的太阳能发电系统400的构成图。图10的太阳能发电系统具有太阳能电池模块401(300)、变换器402、蓄电池403及负载404。蓄电池403和负载404，任一方都可以省略。负载404可以构成为，也能够理由蓄积在蓄电池403中的电能。变换器402是DC－DC变换器、DC－AC变换器、AC－AC变换器等包含进行变压、直流交流变换等的电力变换的电路或元件的装置。变换器402的构成只要根据发电电压、蓄电池403、负载404的构成采用适当的构成即可。
太阳能电池模块300中包含的接受了光的子模块301包含的太阳能电池单元发电，其电能在变换器402被变换，在蓄电池403中被蓄积或通过负载404被消耗。太阳能电池模块401中优选设置用于使太阳能电池模块401始终朝向太阳的太阳光追踪驱动装置、或设置使太阳光会聚的会聚体、或附加用于使发电效率提高的装置等。
太阳能发电系统400优选用于住宅、商业设施、工厂等的不动产、或用于车辆、航空器、电子设备等的动产。另外，太阳能发电系统400也能够用获得的电力进行水电解而利用于燃料电池用的氢制造等中。通过将实施方式的变换效率优的光电变换元件使用于太阳能电池模块，可期待发电量的增加。
以下，基于实施例更具体地说明本发明，但本发明并不限定于以下的实施例.
(实施例1)
实施例1的太阳能电池是光透射性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠式的p电极，在与玻璃接触一侧沉积ITO透明导电膜，接下来在ITO上沉积ATO(Antimony－dopedTinOxide)透明导电膜。在p电极上，在室温、氧、氩气气氛中通过溅射法而成膜出2nm左右的SiOx薄膜。之后，在氧、氩气气氛中通过溅射法用500℃加热而成膜出Cu2O光吸收层。进而，在室温下通过CVD法，沉积ZnGeO氧化物作为n型层，沉积AZO透明导电膜作为表面侧的n电极。
通过对与p电极接触一侧的光吸收层高掺杂Si，从而p电极表面中的重新结合被抑制，短路电流改善。从n电极侧入射光的情况下，与未形成p+型区域的情况(未形成SiOx薄膜的情况下)相比，短路电流、FF(占空因数)、V提高，变换效率改善为1.4倍。从p电极侧入射光的情况下，与未形成p+型区域的情况(未形成SiOx薄膜的情况下)相比，短路电流提高，变换效率改善为1.7倍。
(实施例2)
实施例2的太阳能电池是光透射性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠式的p电极，在与玻璃接触一侧沉积ITO透明导电膜，接下来在ITO上沉积ATO(Antimony－dopedTinOxide)透明导电膜。在p电极上，在室温、氧、氩气气氛中通过溅射法成膜出2nm左右的SiOxNy薄膜。之后，在氧、氩气气氛中通过溅射法用500℃加热而成膜出Cu2O光吸收层。进而，在室温下通过CVD法，沉积ZnGeO氧化物作为n型层，沉积AZO透明导电膜作为表面侧的n电极。
通过对与p电极接触一侧的光吸收层高掺杂Si和N，从而p电极表面中的重新结合被抑制，短路电流改善。从n电极侧入射光的情况下，与未形成p+型区域的情况(未形成SiOxNy薄膜的情况下)相比，短路电流、FF(占空因数)、V提高，变换效率改善为1.4倍。从p电极侧入射光的情况下，与未形成p+型区域的情况(未形成SiOxNy薄膜的情况下)相比，短路电流提高，变换效率改善为1.7倍。
(实施例3)
实施例3的太阳能电池是光透射性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠式的p电极，在与玻璃接触一侧沉积ITO透明导电膜，接下来在ITO上沉积ATO(Antimony－dopedTinOxide)透明导电膜。在p电极上，在室温、氧、氩气气氛中通过溅射法成膜出2nm左右的SiGexOy薄膜。之后，在氧、氩气气氛中通过溅射法用500℃加热而成膜出Cu2O光吸收层。进而，在室温下通过CVD法，沉积ZnGeO氧化物作为n型层，沉积AZO透明导电膜作为表面侧的n电极。
通过对与p电极接触一侧的光吸收层高掺杂Si和Ge，从而p电极表面中的重新结合被抑制，短路电流改善。从n电极侧入射光的情况下，与未形成p+型区域的情况(未形成SiGexOy薄膜的情况下)相比，短路电流、FF(占空因数)、V提高，变换效率改善为1.4倍。从p电极侧入射光的情况下，与未形成p+型区域的情况(未形成SiGexOy薄膜的情况下)相比，短路电流提高，变换效率改善为1.7倍。
(实施例4)
实施例4的太阳能电池是光透射性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠式的p电极，在与玻璃接触一侧沉积ITO透明导电膜，接下来在ITO上沉积ATO(Antimony－dopedTinOxide)透明导电膜。在p电极上，在室温、氧、氩气气氛中通过溅射法成膜出SiGexOyNz薄膜。之后，在氧、氩气气氛中通过溅射法用500℃加热Cu2O光吸收层。进而，在室温下通过CVD法，沉积ZnGeO氧化物作为n型层，沉积AZO透明导电膜作为表面侧的n电极。Ge/(Zn+Ge)组分比，希望为0.5至3的范围，更优选为1至2。
通过对与p电极接触一侧的光吸收层高掺杂Si、Ge、N，从而p电极表面中的重新结合被抑制，短路电流改善。从n电极侧入射光的情况下，与未形成p+型区域的情况(未形成SiGexOyNz薄膜的情况下)相比，短路电流、FF(占空因数)、V提高，变换效率改善为1.4倍。从p电极侧入射光的情况下，与未形成p+型区域的情况(未形成SiGexOyNz薄膜的情况下)相比，短路电流提高，变换效率改善为1.7倍。
(实施例5)
实施例5的太阳能电池是光透射性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠式的p电极，在与玻璃接触一侧沉积ITO透明导电膜，接下来在ITO上沉积ATO(Antimony－dopedTinOxide)透明导电膜。在p电极上，作为钝化层而局部地形成开有接触孔的HfOx层(钝化层的制作法的一例：在p电极上涂布光致抗蚀剂，进行刻画图案，在接触孔部分残留抗蚀剂。之后，整面地溅射成膜HfOx，接下来将抗蚀剂用溶剂溶解而使HfOx层剥离(lift off)，从而形成局部地空出接触孔的HfOx层)。
在p电极上，在室温、氧、氩气气氛中通过溅射法成膜出SiOxNy薄膜。之后，在氧、氩气气氛中通过溅射法用500℃加热而成膜出Cu2O光吸收层。进而，在室温下通过CVD法，沉积ZnGeO氧化物作为n型层，沉积AZO透明导电膜作为表面侧的n电极。Ge/(Zn+Ge)组分比，希望为0.5至3的范围，更优选为1至2。
对与p电极接触一侧的光吸收层高掺杂Si和N，进而在钝化层中使p电极与p层的接触面积减少，从而p电极表面中的重新结合被进一步抑制，短路电流改善。从n电极侧入射光的情况下，与未形成p+型区域的情况(未形成SiOxNy薄膜的情况下)相比，短路电流、FF(占空因数)、V提高，变换效率改善为1.4倍。从p电极侧入射光的情况下，与未形成p+型区域的情况(未形成SiOxNy薄膜的情况下)相比，短路电流提高，变换效率改善为1.7倍。
(参考例1)
参考例1的太阳能电池是相对于可见光不透明的非光透射性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠式的p电极，在与玻璃接触一侧作为粘接层而沉积Ti，接下来在Ti上沉积Au。在p电极上，在室温、氧、氩气气氛中通过溅射法成膜出SiOx薄膜。之后，在氧、氩气气氛中通过溅射法用500℃加热而成膜出Cu2O光吸收层。进而，在室温下通过CVD法，沉积ZnGeO氧化物作为n型层，沉积AZO透明导电膜作为表面侧的n电极。Ge/(Zn+Ge)组分比，希望为0.5至3的范围，更优选为1至2。
通过对与p电极接触一侧的光吸收层高掺杂Si，从而，p电极表面中的重新结合被抑制，短路电流改善。
(实施例6)
实施例6的太阳能电池是将实施例1的太阳能电池使用于串联太阳能电池的顶部单元的例子。顶部单元的构成与实施例1相同。
为了构成串联太阳能电池，在底部单元中使用单体中的变换效率为22％的单晶Si，将顶部单元与底部单元层叠，并在电气上并联地连接。另外，为了使两者的输出电压一致，将顶部单元的单元数m和底部单元的单元数n调整为m×输出V(顶部单元)＝n×V(底部单元)。
研究太阳能电池特性的结果，通过照射1sun的模拟太阳光，与使用了没有p+型区域的太阳能电池的多结型太阳能电池相比，作为顶部单元单体，效率约提高10％，作为串联太阳能电池，效率也提高。
说明书中一部分的元素仅以元素符号示出。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不原样限定解释为上述实施方式，在实施阶段，在不脱离其主旨的范围内能够将构成要素变形后进行具体化。另外，通过将上述实施方式中公开的多个构成要素的适当的组合，能够形成各种发明。例如，可以如变形例那样将跨不同实施方式的构成要素适当组合。
符号说明
100，101…太阳能电池(第一太阳能电池)，1…p电极，2…p型光吸收层，2a…p+型区域，2b…钝化层，3…n型层，4…n电极，
200…多结型太阳能电池，201…第二太阳能电池，
300…太阳能电池模块，6…基板，301第一太阳能电池模块，
302…第二太阳能电池模块，303…子模块，304…母线，
400…太阳能发电系统，401…太阳能电池模块，402…变换器，403…蓄电池，404…负载。

Claims (16)

1.一种太阳能电池，具有：
p电极；
与上述p电极直接接触的p型光吸收层；
n型层；以及
n电极，
在上述p型光吸收层与上述n电极之间配置有上述n型层，
从上述p型吸收层与上述p电极的界面起向上述n型层方向10nm到100nm的区域是含有p型掺杂剂的p+型区域。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，
上述p型掺杂剂是从由Si、Ge及N构成的群中选择的1种以上的元素。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其中，
上述p+型区域中的上述p型掺杂剂的最高浓度是5.0×1019atoms/cm3以上1.0×1021atoms/cm3以下。
4.如权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池，其中，
上述p+型区域中的上述p型掺杂剂的最低浓度是1.0×1018atoms/cm3以上5.0×1018atoms/cm3以下。
5.如权利要求1至4中任一项所述的太阳能电池，其中，
上述p+型区域中的上述p型掺杂剂的平均浓度是1.0×1019atoms/cm3以上1.0×1020atoms/cm3以下。
6.如权利要求1至5中任一项所述的太阳能电池，其中，
p型掺杂剂的最高浓度的位置存在于上述p+型区域的上述p界面侧，
p型掺杂剂的最低浓度的位置存在于p+型区域的n型层3侧。
7.如权利要求1至6中任一项所述的太阳能电池，其中，
上述p+型区域中的上述p型掺杂剂的平均浓度，是上述p+型区域中的上述p型掺杂剂的最低浓度的5倍以上100倍以下，
上述p+型区域中的上述p型掺杂剂的最高浓度，是上述p+型区域的上述p型掺杂剂的平均浓度的5倍以上100倍以下，
上述p+型区域中的上述p型掺杂剂的最高浓度，是上述p+型区域的上述p型掺杂剂的最低浓度的25倍以上1000倍以下。
8.如权利要求1至7中任一项所述的太阳能电池，其中，
上述p+型区域中的上述p型掺杂剂的平均浓度，是上述p+型区域中的上述p型掺杂剂的最低浓度的10倍以上100倍以下，
上述p+型区域中的上述p型掺杂剂的最高浓度，是上述p+型区域的上述p型掺杂剂的平均浓度的10倍以上100倍以下，
上述p+型区域中的上述p型掺杂剂的最高浓度，是上述p+型区域的上述p型掺杂剂的最低浓度的100倍以上1000倍以下。
9.如权利要求1至8中任一项所述的太阳能电池，其中，
上述p型光吸收层的厚度是1000nm以上10000nm以下。
10.如权利要求1至9中任一项所述的太阳能电池，其中，
在上述p电极与p型光吸收层之间配置网状、点状或线状的绝缘膜。
11.如权利要求1至10中任一项所述的太阳能电池，其中，
在从上述p电极朝向n电极的方向上，上述绝缘膜与上述p型光吸收层接触的面积，是上述绝缘膜与上述p型光吸收层接触的上述面积和上述p型光吸收层与上述p电极接触的面积之和的80％以上95％以下。
12.一种多结型太阳能电池，具有：
权利要求1至11中任一项所述的太阳能电池；及
具有与权利要求1至11中任一项所述的太阳能电池的光吸收层相比带隙小的光吸收层的太阳能电池。
13.如权利要求12所述的多结型太阳能电池，其中，
具有与上述权利要求1至11中任一项所述的太阳能电池的p型光吸收层相比带隙小的光吸收层的太阳能电池的光吸收层，是从由化合物半导体层、结晶硅及钙钛矿型化合物构成的群中选择的1种。
14.一种太阳能电池模块，其中，
使用了权利要求1至11中任一项所述的太阳能电池。
15.一种太阳能电池模块，其中，
使用了权利要求12或13所述的多结型太阳能电池。
16.一种太阳能发电系统，其中，
使用权利要求14或15所述的太阳能电池模块进行太阳能发电。
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