CN111656538A - 太阳能电池、多结型太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发电系统 - 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光发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供廉价且转换效率优异的太阳能电池、多结型太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发电系统。实施方式的太阳能电池具有第一p电极(1a)与第二p电极(1b)层叠而成的p电极(1)、与第一p电极(1a)直接相接的p型光吸收层(2)、与p型光吸收层(2)直接相接的n型层(3)和n电极(4)。在p型光吸收层(2)与第二p电极(1b)之间配置第一p电极(1a)。在n型层(3)与第一p电极(1a)之间配置p型光吸收层(2)。在p型光吸收层(2)与n电极(4)之间配置n型层(3)。第一p电极(1a)由以Sn作为主要成分的金属的氧化物形成。

Description

太阳能电池、多结型太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发 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光发电系统。
背景技术
新的太阳能电池之一有氧化亚铜(Cu2O)太阳能电池。Cu2O是能隙为2.1eV的宽带隙半导体。Cu2O由于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，因此被期待能够实现高效率且低成本的太阳能电池。
图1表示以往的Cu2O太阳能电池的截面图。Cu2O太阳能电池依赖于光吸收层的制作法而有厚膜型(图1a)和薄膜型(图1b)这两种。
厚膜型Cu2O太阳能电池是将厚度为0.1mm～0.2mm左右的铜箔在电炉中进行热氧化而制作Cu2O厚膜片材、在单面依次层叠n型层和透明电极(透光性n电极)、在另一单面形成在光学上不透明的Au电极(非透射性p电极)并元件化而得到的太阳能电池。与此相对，薄膜型Cu2O太阳能电池是在玻璃基板上形成Au电极(p电极)后、依次成膜出厚度为1μm～5μm左右的Cu2O薄膜(p层)、n型层、透明电极并元件化而得到的太阳能电池。
根据图1，以往的Cu2O太阳能电池关于厚膜型和薄膜型的任一者均在p电极中使用了高价的Au电极，在制作大面积的太阳能电池时p电极为高价成为问题。
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
发明所要解决的课题
本发明所要解决的课题是提供廉价且转换效率优异的太阳能电池、多结型太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发电系统。
用于解决课题的手段
具有第一p电极与第二p电极层叠而成的p电极、与第一p电极直接相接的p型光吸收层、与p型光吸收层直接相接的n型层和n电极。在p型光吸收层与第二p电极之间配置第一p电极。在n型层与第一p电极之间配置p型光吸收层。在p型光吸收层与n电极之间配置n型层。第一p电极由以Sn作为主要成分的金属的氧化物形成。
附图说明
图1是以往的厚膜型氧化亚铜太阳能电池的截面图(图1(a))和薄膜型氧化亚铜太阳能电池的截面图(图1(b))。
图2是实施方式的太阳能电池的截面图。
图3是玻璃/Au/Cu2O/Au元件的电流电压特性。
图4是玻璃/ITO/Cu2O/Au元件的电流电压特性。
图5是玻璃/Sn2O/Cu2O/Au元件的电流电压特性。
图6是实施方式的太阳能电池的截面图。
图7是实施方式的太阳能电池的立体图。
图8是实施方式的多结型太阳能电池的截面图。
图9是实施方式的太阳能电池模块的立体图。
图10是实施方式的太阳能电池模块的截面图。
图11是实施方式的太阳光发电系统的构成图。
具体实施方式
以下，参照附图的同时对本发明的优选的一实施方式进行详细说明。
(第1实施方式)
第1实施方式涉及太阳能电池。图2中表示第1实施方式的太阳能电池100的截面图。如图2中所示的那样，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和n电极4。在n型层3与n电极4之间等，也可以包含未图示的中间层。太阳光可以从n电极4侧、p电极1侧的任一侧入射，但更优选从n电极4侧入射。未图示的基板也可以设置于p电极1侧或n电极4侧。
p电极1是与p型光吸收层2直接相接的电极。p电极1包含第一p电极1a和第二p电极2b。第一p电极1a与第二p电极1b层叠。第一p电极配置于比第二p电极1b更靠p型光吸收层2侧。
第一p电极1a是由以Sn作为主要成分的金属的氧化物形成的氧化物膜。第一p电极1a是与p型光吸收层2直接相接的电极。第一p电极1a配置于第二p电极1b与p型光吸收层2之间。p电极1优选为层叠膜的理由是由于以Sn作为主要成分的金属的氧化物的电阻率比金属膜或金属间化合物膜或氧化铟锡(Indium Tin Oxide：ITO)等氧化物透明导电膜高，若以单独的电极使用则会因电阻成分而产生发电损耗。
与p型光吸收层2直接相接的电极迄今为止使用了Au等金属膜或ITO等氧化物透明导电膜。已知若使用Au等金属膜作为与p型光吸收层2直接相接的p电极、则p型光吸收层与p电极的界面相对于空穴成为欧姆接触。如果为欧姆接触，则虽然为低电阻，但由于Au高价，因此存在成本的问题。另外，已知若使用氧化铟锡等透明导电膜作为与p型光吸收层2直接相接的p电极，则会在透明导电膜与p型光吸收层2的界面形成肖特基势垒，p电极与光吸收层2的接触电阻高，因此转换效率变低。
对Au电极与p型光吸收层2的接触更具体地进行说明。图3表示在玻璃基板上形成Au电极、在其上依次成膜有Cu2O薄膜光吸收层(p型光吸收层)、对置的Au电极的玻璃/Au/Cu2O/Au元件的电流电压特性。由图可知：在本元件中相对于电压流过欧姆电流。由于已知Au/Cu2O界面在经验上相对于空穴成为欧姆接触，因此图3的结果表示这是妥当的。
对ITO电极与p型光吸收层2的接触更具体地进行说明。ITO包含Sn，但In为金属的主要成分。图4表示在玻璃基板上形成ITO电极、在其上依次成膜有Cu2O薄膜光吸收层(p型光吸收层)、对置的Au电极的玻璃/ITO/Cu2O/Au元件的电流电压特性。由图可知：在本元件中相对于电压显示出整流性，流过二极管电流。由于已知Au/Cu2O界面在经验上相对于空穴成为欧姆接触，因此图4的结果表示ITO/Cu2O界面形成肖特基势垒。
对SnO2电极与p型光吸收层2的接触更具体地进行说明。图5表示在导电性的SnO2(添加锑Sb)上成膜出Cu2O薄膜光吸收层、进一步在其上形成有Au作为对置电极的玻璃/SnO2/Cu2O/Au元件的电流电压特性。由图可知：本元件也相对于电压流过欧姆电流。由于Au/Cu2O界面相对于空穴为欧姆接触，因此图5的结果表示SnO2/Cu2O界面也相对于空穴为欧姆接触。
如图3、4及5的结果中所示的那样，与p型光吸收层2直接相接的p电极1即第一p电极1a优选为以Sn作为主要成分的金属的氧化物。所述结果由于以下的理由而为预想外的结果。以Sn作为主要成分的金属的氧化物的导电型与ITO等同样为n型半导体。认为n型且导电性比较低的SnO2(以Sn作为主要成分的金属的氧化物)不适合作为与p型光吸收层直接相接的p电极。于是，预想SnO2(以Sn作为主要成分的金属的氧化物)与ITO同样地形成肖特基势垒，但结果与预想不同。以Sn作为主要成分的金属的氧化物与p型光吸收层2进行欧姆接触的理由并不清楚，但有可能金属的氧化物与p型光吸收层2进行隧道接合。
进而，SnO2虽然具有导电性，但SnO2自身为导电性低的材料。然而，若将图3与图5进行比较，则使用了SnO2电极的元件显示出与使用了Au电极的元件相同程度的电流电压特性。所述结果也由于SnO2的特性而为预想外的结果。
在第一p电极1a的氧化物中所含的金属中，除了Sn以外还可以包含选自由Zn、Al、Ga、In、Si、Ge、Ti、Cu、Sb、Nb、F及Ta构成的组中的1种以上的金属。这些Sn以外的金属被掺杂于氧化锡中。例如，通过增加Sb而载流子增加，第一p电极1a与p型光吸收层2变得容易进行隧道接合。另外，p型光吸收层2中所含的Cu也可以包含于第一p电极1a中。由于这些，上述的金属中，作为第一p电极1a中所含的金属，除了Sn以外，还优选Cu、Sb或Cu及Sb。因此，第一p电极1a的氧化物的金属优选为Sn及Sb、Sn及Cu或Sn、Sb及Cu。需要说明的是，第一p电极1a也可以是除了Sn以外实质上不含选自由Zn、Al、Ga、In、Si、Ge、Ti、Cu、Sb、Nb、F及Ta构成的组中的1种以上的金属的氧化物透明导电膜即氧化物中所含的金属中的99原子％以上为Sn的氧化物透明导电膜。
第一p电极1a的氧化物中所含的金属中的90原子％以上优选为Sn。若第一p电极1a中的Sn浓度低则如ITO那样变得容易与p型光吸收层2形成肖特基势垒。从该观点出发，第一p电极1a的氧化物中所含的金属中的95原子％以上更优选为Sn。另外，从该观点出发，第一p电极1a中所含的Sn的浓度优选为29.5原子％～33.5％。更优选第一p电极1a的氧化物中所含的金属中的95原子％以上为Sn，5原子％以下为选自由Zn、Al、Ga、In、Si、Ge、Ti、Cu、Sb、Nb、F及Ta构成的组中的1种以上的金属。另外，更优选第一p电极1a的氧化物中所含的金属中的95原子％以上为Sn，0.1原子％～5原子％为Cu、Sb或Cu及Sb。
第一p电极1a的厚度通过利用电子显微镜的截面观察或段差计而求出，优选为1nm～1000nm。若第一p电极1a过薄则p型光吸收层2容易与第二p电极1b直接相接。另外，若第一p电极1a过厚则p电极1的电阻变大，因此不优选。从第一p电极1a的朝向p型光吸收层2的整面与p型光吸收层2的朝向第一p电极1a的整面直接相接的观点出发，优选上述范围。另外，从该观点出发，第一p电极1a的厚度更优选为5nm～300nm。
第二p电极1b为比第一p电极1a低电阻的导电膜。第二p电极1b是与第一p电极1a直接相接、但不与p型光吸收层2直接相接的电极。第二p电极1b优选为选自由金属膜、金属管化合物膜及氧化物透明导电膜构成的组中的单层膜或层叠膜。对于层叠膜，例如还包含将金属膜与氧化物透明导电膜组合等将异种的膜层叠的形态和例如将金属膜与金属膜组合等将同种的膜层叠的形态。在将太阳能电池制成多结型太阳能电池或制成具有透光性的太阳能电池的情况下，优选p电极1及n电极4这两者相对于可见光具有透光性。从可见光的透过性的观点出发，第二p电极1b优选为氧化物透明导电膜。
作为第二p电极1b中使用的金属膜，优选为选自由Cu、Al、Ag、Mo、W及Ta构成的组中的1种以上的金属的膜。作为第二p电极1b中使用的金属间化合物，优选为包含1种以上金属膜中所列举的金属的金属间化合物的膜。作为第二p电极1b中使用的氧化物透明导电膜，优选为选自由氧化铟锡、铝掺杂氧化锌(Al-doped Zinc Oxide：AZO)、硼掺杂氧化锌(Boron-doped Zinc Oxide：BZO)、镓掺杂氧化锌(Gallium-doped Zinc Oxide：GZO)、铟掺杂氧化锌(Indium-doped Zinc Oxide：IZO)、铝镓氧化物(Aluminum Gallium Oxide：AGO)、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-doped Indium Oxide：In2O3)构成的组中的1种以上的膜。第二p电极1b中所含的金属中的Sn与Sb的合计浓度优选为10原子％以下。
第二p电极1b的厚度通过利用电子显微镜的截面观察或段差计而求出，没有特别限定，但典型而言，为1nm～1μm。
第一p电极1a及第二p电极1b例如优选通过溅射等来成膜。
第一p电极1a及第二p电极1b中的元素组成可以通过进行利用二次离子质量分析法(Secondary Ion Mass Spectrometry；SIMS)的分析来确认。通过SIMS从n型层3朝向光吸收层2进行深度方向的分析。p电极1中所含的元素优选对太阳能电池的截面通过能量色散型分光-透射型电子显微镜(Transmission Electron Microscope-Energy dispersive X-rays pectrometry；TEMEDX)预先进行测定。分析位置如图6的立体图中所示的那样为在n电极4的主表面(与朝向n型层侧的面相反侧的面)长度方向上进行4等分割、在宽度方向上进行2等分割而产生的8个区域的中心的78μm×78μm的区域。p型光吸收层2、n型层3及n电极4也可以通过同样的方法来分析。
p型光吸收层2为p型的半导体层。p型光吸收层2配置于第一p电极1a与n型层3之间。作为p型光吸收层2，为以Cu作为主要成分的金属的氧化物的半导体层。以Cu作为主要成分的金属的氧化物为氧化亚铜或氧化亚铜的复合氧化物。以Cu作为主要成分的金属的氧化物中，Cu为60.0原子％～67.0原子％，O(氧)为32.5原子％～34.0原子％。在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中所含的金属除了Cu以外为选自由Sn、Sb、Ag、Li、Na、K、Cs、Rb、Al、Ga、In、Zn、Mg及Ca构成的组中的1种以上的金属。若除了Cu以外还包含选自由Ag、Li、Na、K、Cs、Rb、Al、Ga、In、Zn、Mg及Ca构成的组中的1种以上的金属，则能够调整p型光吸收层2的能隙。p型光吸收层2的能隙优选为2.0eV～2.2eV。若为所述范围的能隙，则在将光吸收层中使用了Si的太阳能电池用于底电池、将实施方式的太阳能电池用于顶电池的多结型太阳能电池中，在顶电池及底电池这两者中能够高效地利用太阳光。在p型光吸收层2中，也可以进一步包含Sn、Sb。p型光吸收层2的Sn、Sb可以是添加到光吸收层2中的元素，也可以是来源于p电极1的元素。p型光吸收层2为以CuaMbOc表示的氧化物的层。M为选自由Sn、Sb、Ag、Li、Na、K、Cs、Rb、Al、Ga、In、Zn、Mg及Ca构成的组中的1种以上的金属。a、b及c优选满足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的组成比为p型光吸收层2的整体的组成比。另外，上述的p型光吸收层2的化合物组成比优选在p型光吸收层2中整体地满足。需要说明的是，若Sn及Sb在p型光吸收层中的浓度高，则缺陷增加，载流子再结合增加。于是，p型光吸收层2中的Sb及Sn的合计体积浓度优选为1.5×1019原子/cm3以下。
p型光吸收层2的厚度通过利用电子显微镜的截面观察或段差计而求出，优选为1000nm～10000nm。
p型光吸收层2优选通过例如溅射等来成膜。
n型层3为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与p型光吸收层2的与和第一p电极1a相接的面相反侧的面直接相接。作为n型层3，优选为包含氧化物层或硫化物层的层。更具体而言，n型层3中使用的氧化物层优选为选自由Zn(1-x)AxOy(A＝Si、Ge、Sn)、Cu(2-x)MxO(M＝Mn、Mg、Ca、Zn、Sr、Ba)、Al(2-x)GaxO3构成的组中的层。n型层中使用的硫化物层优选为由选自由ZnxIn(2-2x)S(3-2x)、ZnS、InxGa(1-x)S构成的组中的1种以上的硫化物形成的层。在将Zn(1-x)AxOy用于n型层的情况下，Zn/A组成比优选为1至3的范围，更优选为1.5至2.5。
n型层3的厚度优选为5nm～100nm。若n型层3的厚度为5nm以下则在n型层3的覆盖差的情况下会产生漏电流，不优选。若n型层3的厚度超过100nm，则透过率降低而短路电流降低，因此不优选。因此，n型层3的厚度更优选为10nm～50nm。另外，为了实现覆盖良好的膜，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来成膜。
n电极4为相对于可见光具有透光性的n型层3侧的电极。通过n电极4和p型光吸收层2将n型层3夹持。在n型层3与n电极4之间，可以设置未图示的中间层。对于n电极4，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，优选为选自由氧化铟锡、铝掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、铟掺杂氧化锌、铝镓氧化物、钛掺杂氧化铟、氧化铟镓锌及氢掺杂氧化铟构成的组中的1种以上的透明导电膜。
n电极4的厚度通过利用电子显微镜的截面观察或段差计而求出，没有特别限定，但典型而言，为1nm～2μm。
n电极4优选通过例如溅射等来成膜。
(第2实施方式)
第2实施方式涉及太阳能电池。图6中示出第1实施方式的太阳能电池101的截面图。如图2中所示的那样，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和n电极4。在p型光吸收层2中，存在包含含有Sn、Sb中的至少一种元素和Cu的氧化物的氧化物区域5，这与第1实施方式的太阳能电池100不同。除了氧化物区域5以外，第1实施方式的太阳能电池100与第2实施方式的太阳能电池101共同。对于第1实施方式的太阳能电池100与第2实施方式的太阳能电池101的共同省略说明。
通过发明人等的研究获知：若在p型光吸收层2的p电极1侧存在包含含有Cu及Sn、Cu及Sb、或Cu、Sn及Sb的金属的氧化物的氧化物区域5，则p电极1(第一p电极1a)与p型光吸收层2的接触电阻降低。
从降低接触电阻的观点出发，氧化物区域5优选存在于从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面(起点)朝向n型层3的方向至1000nm的深度(终点)为止的p型光吸收层中。从该观点出发，氧化物区域5优选存在于从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面(起点)朝向n型层3的方向至1000nm的深度(终点)、且从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面(起点)朝向n型层3的方向至p型光吸收层2的厚度的一半的深度(终点)为止。从该观点出发，氧化物区域5更优选存在于从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面(起点)朝向n型层3的方向至100nm的深度(终点)为止。优选在从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面(起点)朝向n型层3的方向至100nm的深度(终点)为止的区域中，整体地包含Sn、Sb或Sn及Sb。
从降低接触电阻的观点出发，氧化物区域5中的Sn及Sb的合计体积浓度优选为1015原子/cm3以上。只要在上述范围的区域中包含满足优选的Sn及Sb的合计体积浓度的区域即可。从该观点出发，氧化物区域5中的Sn及Sb的合计体积浓度更优选为1016原子/cm3以上。需要说明的是，若氧化物区域5中的Sn及Sb的合计体积浓度过高则结晶性降低而引起载流子再结合的缺陷增加，不优选。氧化物区域5中的Sb浓度以体积浓度计优选为1016原子/cm3～1021原子/cm3，更优选为1016原子/cm3～1019原子/cm3。更优选在从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面(起点)朝向n型层3的方向至100nm的深度(终点)为止的区域中，整体地满足上述体积浓度。
另外，若在p型光吸收层2中的整体中Sn及Sb浓度高则伴随着缺陷增加而迁移率降低，载流子再结合仍然增加。于是，在从p型光吸收层2与n型层3的界面(起点)朝向p电极1至p型光吸收层2的厚度的1/3为止的深度(终点)为止的区域中，氧化物区域5中的Sn及Sb的合计体积浓度优选为1015原子/cm3以下。
需要说明的是，氧化物区域5中的Sn及Sb的合计体积浓度更优选从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面朝向n型层3的方向倾斜地减少。具体而言，如下所述。
将从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面(起点)朝向n型层3的方向至10nm的深度(终点)为止的区域设定为第1氧化物区域。将第1氧化物区域的Sn及Sb的合计体积浓度设为C1。C1优选为1021原子/cm3以下。将第1氧化物区域的Sn及Sb的合计体积浓度的平均值设为C1AVE。C1AVE优选为1021原子/cm3以下。另外，C1及C1AVE优选为1019原子/cm3以上。在最靠近p型光吸收层2与第一p电极1a的界面的第1氧化物区域中，若Sn及Sb的合计体积浓度高，则p型光吸收层2与第一p电极1a的接触电阻降低。但是，在第1氧化物区域中，若Sn及Sb的合计体积浓度过高，则伴随着缺陷增加而迁移率降低，载流子再结合仍然增加。
将自从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面朝向n型层3的方向为10nm的深度(起点)至从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面朝向n型层3的方向为30nm的深度(终点)为止的区域设定为第2氧化物区域。将第2氧化物区域的Sn及Sb的合计体积浓度设为C2。C2优选为1020原子/cm3以下。将第2氧化物区域的Sn及Sb的合计体积浓度的平均值设为C2AVE。C2AVE优选为1020原子/cm3以下。第1氧化物区域有助于p型光吸收层2与p电极的接触电阻的降低，但由于存在于比其更靠n型层3侧的区域不怎么有助于接触电阻降低，因此第2氧化物区域以后，Sn及Sb的合计体积浓度过高导致缺陷的增加的影响变大。另外，C2AVE与C1AVE优选满足C2AVE<C1AVE的关系。
将自从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面朝向n型层3的方向为30nm的深度(起点)至从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面朝向n型层3的方向为100nm的深度(终点)为止的区域设定为第3氧化物区域。将第3氧化物区域的Sn及Sb的合计体积浓度设为C3。C3优选为1019原子/cm3以下。将第3氧化物区域的Sn及Sb的合计体积浓度的平均值设为C3AVE。C3AVE优选为1019原子/cm3以下。第1氧化物区域有助于p型光吸收层2与p电极的接触电阻的降低，但由于存在于比其更靠n型层3侧的区域不怎么有助于接触电阻降低，因此第3氧化物区域以后，Sn及Sb的合计体积浓度过高导致缺陷的增加的影响也变大。另外，C3AVE与C2AVE优选满足C3AVE<C2AVE的关系。
将自从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面朝向n型层3的方向为100nm的深度(起点)至从p型光吸收层2与第一p电极1a的界面朝向n型层3的方向为1000nm的深度(起点)或朝向n型层3的方向为p型光吸收层2的厚度的一半的深度(终点)为止的较深的区域设定为第4氧化物区域。将第4氧化物区域的Sn及Sb的合计体积浓度设为C4。C4优选为1017原子/cm3以下。将第4氧化物区域的Sn及Sb的合计体积浓度的平均值设为C4AVE。C4AVE优选为1019原子/cm3以下。第1氧化物区域有助于p型光吸收层2与p电极的接触电阻的降低，但由于第4氧化物区域无助于接触电阻降低，因此第4氧化物区域，Sn及Sb的合计体积浓度过高导致缺陷的增加的影响也变大。另外，C4AVE与C3AVE优选满足C4AVE<C3AVE的关系。
p型光吸收层2与第一p电极1a的界面设定为在SIMS分析中Sn浓度与Cu浓度的交叉处。另外，p型光吸收层2与n型层3的界面也通过SIMS分析而求出。也可以从SEM图像对界面进行观察，求出各层的厚度，与SIMS结果一并求出氧化物区域5的位置。
作为将第2实施方式的太阳能电池101的p型光吸收层2成膜的方法，以下列举出一个例子。在氧化物区域中包含Cu和Sn的情况下，例如可列举出下述方法：在第一p电极1a上在氧、氩气气氛中通过溅射法而沉积成为氧化物区域5的包含Cu和Sn这两者的氧化物层(Sn-doped Cu2O)，接着成膜出p型光吸收层2。
(第3实施方式)
第3实施方式涉及多结型太阳能电池。图8中示出第3实施方式的多结型太阳能电池的截面概念图。图8的多结型太阳能电池200在光入射侧具有第1实施方式的太阳能电池(第1太阳能电池)100(101)和第2太阳能电池201。第2太阳能电池201的光吸收层的能隙具有小于第1实施方式的太阳能电池100的p型光吸收层2的能隙。需要说明的是，实施方式的多结型太阳能电池还包含使3个以上的太阳能电池接合而成的太阳能电池。
由于第2实施方式的第1太阳能电池100的p型光吸收层2的能隙为2.0eV～2.2eV左右，因此第2太阳能电池200的光吸收层的能隙优选为1.0eV～1.6eV。作为第2太阳能电池的光吸收层，优选为从由选自由In的含有比率高的CIGS系及CdTe系构成的组中的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组中选择的1种。
(第4实施方式)
第4实施方式涉及太阳能电池模块。图9中示出第4实施方式的太阳能电池模块300的立体图。图9的太阳能电池模块300是将第1太阳能电池模块301与第2太阳能电池模块302层叠而成的太阳能电池模块。第1太阳能电池模块301为光入射侧，使用第1实施方式的太阳能电池100。在第2的太阳能电池模块302中，优选使用第2太阳能电池201。
图10中示出太阳能电池模块300的截面图。在图10中，详细示出第1太阳能电池模块301的结构，未示出第2太阳能电池模块302的结构。在第2太阳能电池模块301中，根据所使用的太阳能电池的光吸收层等而适当选择太阳能电池模块的结构。图4的太阳能电池模块包含由虚线所围成的多个子模块303，所述子模块303是多个太阳能电池100(太阳能电池单元)在横向上排列并且以串联的方式电连接而成的，多个子模块303以并联或串联的方式电连接。相邻的子模块303通过汇流条304而电连接。
太阳能电池100被划切，相邻的太阳能电池100中上部侧的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1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和n电极4，进一步在p电极1与第2太阳能电池模块302之间具有基板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、化学强化玻璃等所有玻璃、或聚酰亚胺、丙烯酸等树脂等。优选：子模块303中的太阳能电池100的两端与汇流条304连接，汇流条304将多个子模块303以并联或串联的方式电连接，按照调整与第2太阳能电池模块302的输出电压的方式而构成。
(第5实施方式)
第5实施方式涉及太阳光发电系统。第4实施方式的太阳能电池模块在第5实施方式的太阳光发电系统中可以作为进行发电的发电机而使用。实施方式的太阳光发电系统是使用太阳能电池模块进行发电的系统，具体而言，具有进行发电的太阳能电池模块、将所发的电进行电力转换的机构和蓄积所发的电的蓄电机构或消耗所发的电的负荷。图11中示出实施方式的太阳光发电系统400的构成图。图11的太阳光发电系统具有太阳能电池模块401(300)、变换器402、蓄电池403和负荷404。蓄电池403和负荷404可以省略任一者。负荷404也可以设定为也可以利用蓄电池403中蓄积的电能的构成。变换器402是包含DC-DC变换器、DC-AC变换器、AC-AC变换器等进行变压或直流交流转换等电力转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或负荷404的构成而采用优选的构成即可。
太阳能电池模块300中所含的受光的子模块301中所含的太阳能电池单元进行发电，其电能通过变换器402被转换，被蓄电池403蓄积、或者被负荷404消耗。在太阳能电池模块401中，优选设置用于使太阳能电池模块401总是朝向太阳的太阳光跟踪驱动装置、或者设置将太阳光聚光的聚光体、或者附加用于提高发电效率的装置等。
太阳光发电系统400优选用于住宅、商业设施或工厂等不动产、或者用于车辆、飞机或电子设备等动产。通过将实施方式的转换效率优异的光电转换元件用于太阳能电池模块，可以期待发电量的增加。
以下，基于实施例对本发明更具体地进行说明，但本发明并不限定于以下的实施例。
(实施例1)
实施例1的太阳能电池是相对于可见光不透明的非透光性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠类型的p电极，在与玻璃相接的一侧沉积Al膜，接着在Al上沉积ATO(Antimony-doped Tin Oxide，锑掺杂氧化锡)透明导电膜。在不透明的p电极上在氧、氩气气氛中通过溅射法在500℃下进行加热而成膜出Cu2O光吸收层。之后，在室温下通过溅射法而沉积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。
通过在与光吸收层相接的一侧的p电极中使用以Sn作为主要成分的ATO透明导电膜，在与光吸收层之间相对于空穴可得到良好的欧姆接触，开路电压、填充因子改善。
(比较例1)
比较例1的太阳能电池是相对于可见光不透明的非透光性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠类型的p电极，在与玻璃相接的一侧沉积Al膜，接着，在与Cu2O光吸收层相接的一侧沉积ITO透明导电膜。除了p电极以外，为与之前的实施例1相同的构成。对发电特性进行了调查，结果与之前的实施例1相比，开路电压减少至一半以下，填充因子减少至三分之二。
ITO为Sn：In＝1：4、主要成分包含In的氧化物。因此确认：为了相对于Cu2O获得良好的p接触，作为与Cu2O相接的一侧的p电极，需要以Sn作为主要成分的氧化物。
(实施例2)
实施例2的太阳能电池是不与光吸收层相接的层相对于可见光透明的透光性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠类型的p电极，在与玻璃相接的一侧沉积ITO透明导电膜，接着在ITO上沉积ATO透明导电膜。在透明的p电极上在氧、氩气气氛中通过溅射法在500℃下进行加热而成膜出Cu2O光吸收层。之后，在室温下通过溅射法，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。
通过在与光吸收层相接的一侧的p电极中使用以Sn作为主要成分的ATO透明导电膜，在与光吸收层之间相对于空穴可获得良好的欧姆接触，开路电压、填充因子改善。
(比较例2)
比较例2的太阳能电池是相对于可见光透明的透光性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠类型的p电极，在与玻璃相接的一侧沉积ITO透明导电膜，接着，在与Cu2O光吸收层相接的一侧沉积AZO膜。除了p电极以外，为与之前的实施例2相同的构成。对发电特性进行了调查，结果与之前的实施例1相比，开路电压、填充因子均减少至一半以下。
AZO是主要成分包含Zn的氧化物。因此确认：为了相对于Cu2O获得良好的p接触，作为与Cu2O相接的一侧的p电极，需要以Sn作为主要成分的氧化物。
(实施例3)
实施例3的太阳能电池是不与光吸收层相接的层相对于可见光透明的透光性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠类型的p电极，在与玻璃相接的一侧沉积ITO透明导电膜，接着在ITO上沉积ATO透明导电膜。在透明的p电极上在氧、氩气气氛中通过溅射法在500℃下进行加热而沉积包含Cu和Sb这两者的氧化物层，接着成膜出Cu2O光吸收层。
之后，在室温下通过溅射法，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。
通过在与光吸收层相接的一侧的p电极中使用以Sn作为主要成分的ATO透明导电膜，在与光吸收层之间相对于空穴可获得良好的欧姆接触，与实施例1至2相比，开路电压、填充因子进一步改善。
(实施例4)
实施例4的太阳能电池是不与光吸收层相接的层相对于可见光透明的透光性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠类型的p电极，在与玻璃相接的一侧沉积ITO透明导电膜，接着在ITO上沉积NTO(Niobuim-doped Tin Oxide，铌掺杂氧化锡)透明导电膜。在透明的p电极上在氧、氩气气氛中通过溅射法在500℃下进行加热而成膜出Cu2O光吸收层。之后，在室温下通过溅射法，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。
通过在与光吸收层相接的一侧的p电极中使用以Sn作为主要成分的NTO透明导电膜，在与光吸收层之间相对于空穴可获得良好的欧姆接触，开路电压、填充因子改善。
(实施例5)
实施例5的太阳能电池是不与光吸收层相接的层相对于可见光透明的透光性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠类型的p电极，在与玻璃相接的一侧沉积AZO透明导电膜，接着在AZO上沉积ATO透明导电膜。在透明的p电极上在氧、氩气气氛中通过溅射法在500℃下进行加热而成膜出Cu2O光吸收层。之后，在室温下通过溅射法，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。
通过在与光吸收层相接的一侧的p电极中使用以Sn作为主要成分的ATO透明导电膜，在与光吸收层之间相对于空穴可获得良好的欧姆接触，开路电压、填充因子改善。
(实施例6)
实施例6的太阳能电池是不与光吸收层相接的层相对于可见光透明的透光性太阳能电池的例子。在玻璃基板上，作为背面侧的层叠类型的p电极，在与玻璃相接的一侧沉积氢掺杂氧化铟透明导电膜，在该膜上沉积ATO透明导电膜。在透明的p电极上在氧、氩气气氛中通过溅射法在500℃下进行加热而成膜出Cu2O光吸收层。之后，在室温下通过溅射法，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。
通过在与光吸收层相接的一侧的p电极中使用以Sn作为主要成分的ATO透明导电膜，在与光吸收层之间相对于空穴可获得良好的欧姆接触，开路电压、填充因子改善。
(实施例7)
实施例7的太阳能电池是不与光吸收层相接的层相对于可见光透明的透光性太阳能电池的例子。p电极及n型层、n电极与实施例2同样，但光吸收层的组成不同。
实施例7的光吸收层为除了Cu以外还包含Ag的氧化物，在透明的p电极上在氧、氩气气氛中通过溅射法在480℃下进行加热而成膜。
通过在光吸收层中使用以Cu作为主要成分的氧化物、进一步在与光吸收层相接的一侧的p电极中使用以Sn作为主要成分的ATO透明导电膜，从而在与光吸收层之间相对于空穴可获得良好的欧姆接触，开路电压、填充因子改善。
(实施例8)
实施例8的太阳能电池是将实施例2的太阳能电池用于多结型太阳能电池的顶电池的例子。顶电池的构成与实施例2相同。
为了构成多结型太阳能电池，在底电池中使用以单体计的转换效率为22％的单晶Si，将顶电池与底电池层叠并以并联的方式电连接。需要说明的是，为了使两者的输出电压一致，按照成为下式m×输出功率V(顶电池)＝n×V(底电池)的方式调整顶电池的单元数m和底电池的单元数n。
对太阳能电池特性进行了调查，结果通过照射1sun的模拟太阳光，作为顶电池单体获得效率为11％的高特性，作为多结型太阳能电池获得效率为29％的高特性。
说明书中一部分元素仅以元素符号表示。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不被限定解释为上述实施方式的状态，在实施阶段在不脱离其主旨的范围内可以改变构成要素并具体化。另外，通过上述实施方式中公开的多个构成要素的适宜的组合可以形成各种发明。例如也可以如变形例那样将不同的实施方式中的构成要素适当组合。
符号的说明
100、101太阳能电池(第1太阳能电池)、1p电极、2p型光吸收层、3n型层、4n电极、5氧化物区域、200多结型太阳能电池、201第2太阳能电池、300太阳能电池模块、6基板、301第1太阳能电池模块、302第2太阳能电池模块、303子模块、304汇流条、400太阳光发电系统、401太阳能电池模块、402变换器、403蓄电池、404负荷

Claims (16)

1.一种太阳能电池，其具有：
第一p电极与第二p电极层叠而成的p电极；
与所述第一p电极直接相接的p型光吸收层；
与所述p型光吸收层直接相接的n型层；和
n电极，
在所述p型光吸收层与所述第二p电极之间配置所述第一p电极，
在所述n型层与所述第一p电极之间配置所述p型光吸收层，
在所述p型光吸收层与所述n电极之间配置所述n型层，
所述第一p电极由以Sn作为主要成分的金属的氧化物形成。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述p型光吸收层为以Cu作为主要成分的金属的氧化物的半导体层。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其中，所述第一p电极的金属至少包含所述Sn及Sb、所述Sn及Cu或所述Sn、Sb及Cu。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其中，所述第二p电极为选自由金属膜、金属间化合物膜及氧化物透明导电膜构成的组中的单层膜或层叠膜，
所述金属膜为选自由Cu、Al、Ag、Mo、W及Ta构成的组中的1种以上的金属的膜，
所述金属间化合物膜为包含1种以上所述金属的金属间化合物的膜，
所述氧化物透明导电膜为选自由氧化铟锡、铝掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、铟掺杂氧化锌、铝镓氧化物、钛掺杂氧化铟、氧化铟镓锌及氢掺杂氧化铟构成的组中的1种以上的膜。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的太阳能电池，其中，在从所述p型光吸收层与所述第一p电极的界面朝向所述n型层的方向至1000nm的深度为止的所述p型光吸收层中，存在包含含有Cu及Sn、Cu及Sb或Cu、Sn及Sb的金属的氧化物的氧化物区域。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，在所述氧化物区域中，存在Sn和Sb的合计体积浓度为1015原子/cm3以上的区域。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的太阳能电池，其中，所述第二p电极相对于可见光具有透光性。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的太阳能电池，其中，所述第一p电极的厚度为1nm～1000nm。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的太阳能电池，其中，所述第一p电极中所含的金属中的90原子％以上为Sn。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的太阳能电池，其中，所述第一p电极中所含的金属中的95原子％以上为Sn，0.1原子％～5原子％为Sb。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的太阳能电池，其中，所述p型光吸收层为以CuaMbOc表示的氧化物的层，
所述M为选自由Sn、Sb、Ag、Li、Na、K、Cs、Rb、Al、Ga、In、Zn、Mg及Ca构成的组中的1种以上，
所述a、b及c满足1.80≤a≤2.01、0.00≤b≤0.20及0.98≤c≤1.02。
12.一种多结型太阳能电池，其具有：权利要求1～11中任一项所述的太阳能电池和具有能隙比权利要求1～11中任一项所述的太阳能电池的光吸收层小的光吸收层的太阳能电池。
13.根据权利要求12所述的多结型太阳能电池，其中，所述具有能隙比权利要求1～11中任一项所述的太阳能电池的p型光吸收层小的光吸收层的太阳能电池的光吸收层为选自由化合物半导体层、结晶硅及钙钛矿型化合物构成的组中的1种。
14.一种太阳能电池模块，其使用了权利要求1～11中任一项所述的太阳能电池。
15.一种太阳能电池模块，其使用了权利要求1～11中任一项所述的太阳能电池和具有能隙比权利要求1～11中任一项所述的太阳能电池的p型光吸收层小的光吸收层的太阳能电池。
16.一种太阳光发电系统，其使用权利要求14或15所述的太阳能电池模块进行太阳光发电。
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