CN115336010A - 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

本发明所要解决的课题是提供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：p电极(2)；n电极(5)；以氧化亚铜作为主体的p型光吸收层(3)；和具有第1n型层(4A)及第2n型层(4B)或具有第1n区域(4a)及第2n区域(4b)的n型层(4)，其中，第1n型层(4A)及第1n区域(4a)以Gax1M1x2M2x3M3x4Ox5所表示的化合物作为主体，M1为Al或/和B，M2为选自由In、Ti、Zn、Hf及Zr构成的组中的一种以上，M3为选自由Sn、Si及Ge构成的组中的一种以上，x1及x5为大于0的数值，x2、x3及x4为0以上的数值，在将x1、x2、x3及x4之和设定为2的情况下，x5为3.0以上且3.8以下，第2n型层(4B)及第2n区域(4b)以Gay1M1y2M2y3M3y4Oy5所表示的化合物作为主体，y1和y5为大于0的数值，y2、y3及y4为0以上的数值，在将y1、y2、y3及y4之和设定为2的情况下，y5为3.0以上且3.8以下。(x2+x3)大于(y2+y3)。

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在光吸收层中使用了氧化亚铜(Cu2O)的太阳能电池。Cu2O为宽带隙半导体。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。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-46196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
实施方式的太阳能电池具有：p电极；n电极；p型光吸收层，其位于p电极与n电极之间，以氧化亚铜作为主体；和n型层，其具有第1n型层和第2n型层、或者具有第1n区域和第2n区域，其中，所述第1n型层为位于p型光吸收层与n电极之间、以Gax1M1x2M2x3M3x4Ox5所表示的化合物作为主体的层，M1为Al或/和B，M2为选自由In、Ti、Zn、Hf及Zr构成的组中的一种以上，M3为选自由Sn、Si及Ge构成的组中的一种以上，x1及x5为大于0的数值，x2、x3及x4为0以上的数值，在将x1、x2、x3及x4之和设定为2的情况下，x5为3.0以上且3.8以下；所述第2n型层为位于第1n型层与n电极之间、以Gay1M1y2M2y3M3y4Oy5所表示的化合物作为主体的层，y1和y5为大于0的数值，y2、y3及y4为0以上的数值，在将y1、y2、y3及y4之和设定为2的情况下，y5为3.0以上且3.8以下；所述第1n区域位于p型光吸收层与n电极之间，以Gax1M1x2M2x3M3x4Ox5所表示的化合物作为主体，M1为Al或/和B，M2为选自由In、Ti、Zn、Hf及Zr构成的组中的一种以上，M3为选自由Sn、Si及Ge构成的组中的一种以上，x1及x5为大于0的数值，x2、x3及x4为0以上的数值，在将x1、x2、x3及x4之和设定为2的情况下，x5为3.0以上且3.8以下；所述第2n区域位于第1n区域与n电极之间，以Gay1M1y2M2y3M3y4Oy5所表示的化合物作为主体，y1和y5为大于0的数值，y2、y3及y4为0以上的数值，在将y1、y2、y3及y4之和设定为2的情况下，y5为3.0以上且3.8以下。(x2+x3)大于(y2+y3)。
附图说明
图1是实施方式的太阳能电池的截面图。
图2是说明实施方式的太阳能电池的分析点的图。
图3是实施方式的太阳能电池的截面图。
图4是实施方式的太阳能电池的截面图。
图5是实施方式的太阳能电池的截面图。
图6是实施方式的多结型太阳能电池的截面图。
图7是实施方式的太阳能电池模块的立体图。
图8是实施方式的太阳能电池模块的截面图。
图9是实施方式的太阳光发电系统的构成图。
图10是实施方式的车辆的示意图。
图11是关于实施例的n型层的表。
图12是关于实施例的n型层的表。
图13是表示实施例的组成变化的模式的图表。
图14是表示实施例的组成变化的模式的图表。
图15是关于实施例的表。
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进行详细说明。需要说明的是，只要没有特别记载，则表示25℃、1个大气压(大气)下的值。
(第1实施方式)
第1实施方式涉及太阳能电池。图1中示出第1实施方式的太阳能电池100的截面图。如图1中所示的那样，本实施方式的太阳能电池100具有基板1、作为第1电极的p电极2、p型光吸收层3、n型层4和作为第2电极的n电极5。在第1实施方式中，n型层4包含第1n型层4A和第2n型层4B。在n型层4与n电极5之间等，也可以包含未图示的中间层。太阳光可以从n电极5侧、p电极2侧中的任一侧入射，但更优选从n电极5侧入射。实施方式的太阳能电池100由于为透射型的太阳能电池，因此优选用于多结型太阳能电池的顶部单元(光入射侧)。图1中，将基板1设置于p电极2的与p型光吸收层3侧相反侧，但也可以将基板1设置于n电极5的与n型层4侧相反侧。以下，虽然对图1中所示的方式进行说明，但除了基板1的位置不同以外，在n电极5侧设置有基板1的方式也是同样的。实施方式的太阳能电池100是光从n电极5侧朝向p电极2侧入射。
基板1为透明的基板。对于基板1，可以使用透射光的聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚碳酸脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、氟系树脂(聚四氟乙烯(PTFE)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、全氟烷氧基烷烃(PFA)等)、聚芳酯、聚砜、聚醚砜或聚醚酰亚胺等有机系的基板或钠钙玻璃、白板玻璃、化学强化玻璃或石英等无机系的基板。对于基板1，也可以将上述列举出的基板层叠。
p电极2设置于基板1上，配置于基板1与p型光吸收层3之间。p电极2为设置于p型光吸收层3侧的具有透光性的导电层。p电极2的厚度典型而言为100nm以上且2,000nm以下。图1中，p电极2与光吸收层3直接相接触。p电极2优选包含1层以上的氧化物透明导电膜。作为氧化物透明导电膜，为氧化铟锡(Indium Tin Oxide；ITO)、铝掺杂氧化锌(Al-doped ZincOxide；AZO)、硼掺杂氧化锌(Boron-doped Zinc Oxide；BZO)、镓掺杂氧化锌(Gallium-doped Zinc Oxide；GZO)、掺杂的氧化锡、钛掺杂氧化铟(Titanium-doped Indium Oxide；ITiO)、氧化铟氧化锌(Indium Zinc Oxide；IZO)或氧化铟镓锌(Indium Gallium ZincOxide；IGZO)、氢掺杂氧化铟(Hydrogen-doped Indium Oxide；IOH)等，没有特别限定。氧化物透明导电膜也可以是具有多层膜的层叠膜。作为氧化锡等膜中的掺杂剂，只要是选自由In、Si、Ge、Ti、Cu、Sb、Nb、Ta、W、Mo、F及Cl等构成的组中的一种以上则没有特别限定。p电极2优选包含掺杂有选自由In、Si、Ge、Ti、Cu、Sb、Nb、Ta、W、Mo、F及Cl等构成的组中的一种以上的元素的氧化锡膜。在掺杂的氧化锡膜中，对于选自由In、Si、Ge、Ti、Cu、Sb、Nb、Ta、W、Mo、F及Cl等构成的组中的一种以上的元素，相对于氧化锡膜中包含的锡优选包含10原子％以下。作为p电极2，可以使用将氧化物透明导电膜与金属膜层叠而得到的层叠膜。金属膜优选厚度为10nm以下，金属膜中包含的金属(包含合金)为Mo、Au、Cu、Ag、Al、Ta或W等，没有特别限定。此外，p电极2优选在氧化物透明导电膜与基板1之间、或氧化物透明导电膜与p型光吸收层3之间包含点状、线状或网状的电极(选自由金属、合金、石墨烯、导电性氮化物及导电性氧化物构成的组中的一种以上)。点状、线状或网状的金属相对于透明导电膜优选开口率为50％以上。点状、线状或网状的金属为Mo、Au、Cu、Ag、Al、Ta或W等，没有特别限定。在第1电极1中使用金属膜的情况下，从透射性的观点出发优选设定为5nm以下左右的膜厚。在使用线状或网状的金属膜的情况下，由于以开口部来确保透射性，因此关于金属膜的膜厚，并不限定于此。
p型光吸收层3为p型的半导体层。p型光吸收层3也可以与p电极2直接相接触，只要能够确保与p电极2的接触，则也可以存在其他层。p型光吸收层3配置于电极2与第1n型层4A之间。p型光吸收层3与第1n型层4A形成pn结。p型光吸收层3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/和氧化亚铜的复合氧化物。优选p型光吸收层3的90wt％以上为氧化亚铜或/和氧化亚铜的复合氧化物。更优选p型光吸收层3的95wt％以上为氧化亚铜或/和氧化亚铜的复合氧化物。进一步更优选p型光吸收层3的98wt％以上为氧化亚铜或/和氧化亚铜的复合氧化物。p型光吸收层3优选基本不包含作为异相的Cu或/和CuO。若p型光吸收层3中包含的异相少且结晶性良好则p型光吸收层3的透光性变高，因此优选。对于以Cu作为主要成分的金属的氧化物，Cu为60.0atom％以上且67.0atom％以下，O(氧)为32.5atom％以上且34.0atom％以下。氧化亚铜的复合氧化物中包含除Cu以外的金属。氧化亚铜的复合氧化物中包含的金属除了Cu以外，为选自由Sn、Sb、Ag、Li、Na、K、Cs、Rb、Al、Ga、In、Zn、Mg及Ca构成的组中的一种以上的金属。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构成的组中的一种以上的金属，则能够调整p型光吸收层3的带隙。p型光吸收层3的带隙优选为2.0eV以上且2.2eV以下。若为所述范围的带隙，则在将光吸收层中使用了Si的太阳能电池用于底部单元、并将实施方式的太阳能电池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者中高效地利用太阳光。在p型光吸收层3中，也可以进一步包含Sn或Sb。p型光吸收层3的Sn或Sb可以是添加到光吸收层3中的Sn或Sb，也可以是来源于p电极2的Sn或Sb。p型光吸收层3为CuaMbOc所表示的氧化物的层。M为选自由Sn、Sb、Ag、Li、Na、K、Cs、Rb、Al、Ga、In、Zn、Mg及Ca构成的组中的一种以上的金属。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3的组成比为p型光吸收层3的整体的组成比。此外，上述的p型光吸收层3的化合物组成比优选在p型光吸收层3中整体上满足。需要说明的是，若Sn及Sb在p型光吸收层3中的浓度高，则缺陷增加，载流子再结合增加。因此，p型光吸收层3中的Sb及Sn的合计体积浓度优选为1.5x1019atoms/cm3以下。p型光吸收层3与第1n型层4A的组成由SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry；二次离子质谱)求出。分析位置可以将与p电极2同样求出的值的平均值作为各层组成。
p型光吸收层3的厚度通过利用电子显微镜的截面观察或段差仪来求出，优选为1,000nm以上且10,000nm以下。
p型光吸收层3例如优选通过溅射等来成膜。
n型层4包含第1n型层4A及第2n型层4B。
第1n型层4A为n型的半导体层。第1n型层4A配置于p型光吸收层3与第2n电极4B之间。第2n型层4B配置于第1n型层4A与n电极5之间。第1n型层4A与p型光吸收层3的和与p电极2相接触的面相反侧的面直接相接触。优选的是：第1n型层4A为包含Ga的氧化物半导体层，且包含以Ga作为基础的化合物。第1n型层4A除了以Ga作为基础的氧化物以外还可以混合其他氧化物，以Ga作为基础的氧化物中还可以掺杂其他元素，还可以将掺杂有其他元素的Ga基础的氧化物和其他氧化物混合。
优选的是：第1n型层4A为以Gax1M1x2M2x3M3x4Ox5所表示的化合物作为主体(50wt％以上)的层，且M1为Al或/和B，M2为选自由In、Ti、Zn、Hf及Zr构成的组中的一种以上，M3为选自由Sn、Si及Ge构成的组中的一种以上。x1、x2及x5为大于0的数值。x3和x4为0以上的数值。在将x1、x2、x3及x4之和设定为2的情况下，x5优选为3.0以上且3.8以下。在以Ga作为基础的氧化物中混合有其他氧化物的形态、在以Ga作为基础的氧化物中掺杂有其他元素的形态及掺杂有其他元素的Ga基础的氧化物与其他氧化物混合的形态都以Gax1M1x2M2x3M3x4Ox5表示。
优选第1n型层4A的90wt％以上为以Gax1M1x2M2x3M3x4Ox5所表示的化合物。更优选第1n型层4A的95wt％以上为以Gax1M1x2M2x3M3x4Ox5所表示的化合物。进一步更优选第1n型层4A的98wt％以上为以Gax1M1x2M2x3M3x4Ox5所表示的化合物。更优选第1n型层4A由Gax1M1x2M2x3M3x4Ox5所表示的化合物构成。
需要说明的是，第1n型层4A的化合物的组成只要不特别附加条件则为第1n型层4A整体的平均组成。在将第1n型层4A的厚度设定为d的情况下，第1n型层4A的组成为距离p型光吸收层3侧的第1n型层4A的表面为0.2d、0.5d、0.8d的深度处的组成的平均值。除了存在第1n型层4A的化合物的元素组成比倾斜这样的条件的情况以外，在各深度处，第1n型层4A优选满足上述及下述的优选组成。需要说明的是，在第1n型层4A非常薄的情况(例如5nm以下)下，可以将距离p型光吸收层3侧的第1n型层4A的表面为0.5d的深度处的组成视为第1n型层4A的整体的组成。需要说明的是，对于分析，例如通过二次离子质量分析法(SecondaryIon Mass Spectrometry；SIMS)，在距离n型层的表面的各距离处对以图2的分析点所示那样的等间隔而尽可能无差距地分布的分析点进行分析来求出。图2是从光的入射侧观察太阳能电池100的示意图。D1为第1n型层4A的宽度方向的长度，D2为第1n型层4A的进深方向的长度。
优选p型光吸收层3的导带最小值(Conduction Band Minimum：CBM，也可称为导带底)与第1n型层4A的导带最小值之差变小的第1n型层4A。Ga2O3相对于p型光吸收层3而导带最小值非常低，为了减小导带最小值之差，在第1n型层4A的化合物中包含M1的元素。p型光吸收层3的导带最小值与第1n型层4A的导带最小值之差([p型光吸收层3的导带最小值]－[第1n型层4A的导带最小值])优选为0.0eV以上且0.4eV以下。
实施方式的第1n型层4A主要通过Ga和M1的元素来调整导带最小值。通过提高M1的元素比率，第1n型层4A的导带最小值上升，能够减少p型光吸收层3的导带最小值之差。因此，(x1+x2)/(x1+x2+x3+x4)优选为0.50以上且1.00以下。从该观点出发，在第1n型层4A中，(x1+x2)/(x1+x2+x3+x4)优选为0.80以上且1.00以下，更优选为0.90以上且1.00以下。作为M1的元素，优选为Al或者为Al及B，更优选为Al。通过在第1n型层4A中使用以Ga和M1的元素作为基础的氧化物，转换效率提高，因此优选x2大于x3且大于x4。从该观点出发，x2优选大于x3的2倍且大于x4的2倍。
x2/(x1+x2)优选为0.00以上且0.50以下。x2/(x1+x2)大于0.50时，产生pn结界面的导带变得不连续的尖峰(spike)而FF变低，因此难以得到转换效率高的太阳能电池。x2/(x1+x2)更优选为0.10以上且0.40以下，更优选为0.10以上且0.35以下。
在第1n型层4A的化合物中，可以包含M2所表示的选自由In、Ti、Zn、Hf及Zr构成的组中的一种以上。x3/(x1+x2+x3+x4)优选为0.00以上且0.50以下。此外，M2的元素可以调整第1n型层4A的导带最小值。若M2的元素过多则有时第1n型层4A与p型光吸收层3的导带最小值之差变大。因此，x3/(x1+x2+x3+x4)更优选为0.00以上且0.10以下，更优选为0.00以上且0.05以下。
在第1n型层4A的化合物中，可以包含M3所表示的选自由Sn、Si及Ge构成的组中的一种以上。若在第1n型层4A中包含M4的元素，则能够提高第1n型层4A的载流子浓度。x4/(x1+x2+x3+x4)优选为0.00以上且0.15以下，更优选为0.00以上且0.10以下。x4优选小于(x2+x3)。
选自由Ga、M1的元素、M2的元素及M3的元素构成的组中的一种以上也可以在第1n型层4A中沿第1n型层4A的膜厚方向而组成比率发生变化。M3的元素优选在p型光吸收层3侧少、在第2n型层4B侧多。M1的元素优选在p型光吸收层3侧多、在第2n型层4B侧少。组成的变化优选倾斜的、阶梯状或倾斜的变化与阶梯状的变化组合。此外，组成的变化在太阳能电池100的各层的层叠方向上为整体的或部分的。通过改变这些元素的组成分布，能够从p型光吸收层3侧朝向n电极5侧调整载流子浓度、导带最小值及折射率，能够有助于转换效率的提高。
在将第1n型层4A的厚度设定为d4A的情况下，从p型光吸收层3侧的第1n型层4A的表面朝向第2n型层4B侧至0.25d4A的位置为止的区域dA0-0.25中的M1的元素比率优选为x2的1.10倍(x2(第1n型层4A的平均值)的1.10倍(以下同样))以上且2.50倍(x2(第1n型层4A的平均值)的2.5倍(以下同样))以下。自从p型光吸收层3侧的第1n型层4A的表面朝向第2n型层4B侧为0.25d4A的位置至朝向第2n型层4B侧为0.50d4A的位置为止的区域dA0.25-0.50中的M1的元素比率优选为x2的0.75倍以上且1.50倍以下。自从p型光吸收层3侧的第1n型层4A的表面朝向第2n型层4B侧为0.50d4A的位置至朝向第2n型层4B侧为0.75d4A的位置为止的区域dA0.50-0.75中的M1的元素比率优选为x2的0.30倍以上且1.50倍以下。自从p型光吸收层3侧的第1n型层4A的表面朝向第2n型层4B侧为0.75d4A的位置至朝向第2n型层4B侧为1.00d4A的位置为止的区域dA0.75-1中的M1的元素比率优选为x2的0.10倍以上且0.90倍以下。此外，在组成发生变化的情况下，若考虑导带最小值的连接的连续性，则n型层4中包含的元素的组成变化优选为单方向。具体而言，区域dA0-0.25中的M1的元素比率优选为区域dA0.25-0.50中的M1的元素比率以上。区域dA0.25-0.50中的M1的元素比率优选为区域dA0.50-0.75中的M1的元素比率以上。区域dA0.50-0.75中的M1的元素比率优选为区域dA0.75-1中的M1的元素比率以上。从该观点出发，区域dA0.75-1.0中的M1的元素比率优选为区域0dA0-0.25中的M1的元素比率的一半以下。在M1的组成发生变化的情况下，如上述那样区域dA0-0.25中的x2/(x1+x2)和区域dA0.25-0.50中的x2/(x1+x2)也更优选为0.10以上且0.40以下，更优选为0.10以上且0.35以下。
若Ga的组成的变化大，则导致使Ga以外的元素的组成发生较大变化，导带最小值的连接的连续性恶化。因此，在Ga的组成发生变化的情况下，其变化率优选小于M1的元素的组成的变化率。在将第1n型层4A的厚度设定为d4A的情况下，从p型光吸收层3侧的第1n型层4A的表面朝向第2n型层4B侧至0.25d4A的位置为止的区域dA0-0.25中的Ga比率优选为x1的0.75倍(x1(第1n型层4A的平均值)的0.75倍(以下同样))以上且0.98倍(x1(第1n型层4A的平均值)的0.98倍(以下同样))以下。自从p型光吸收层3侧的第1n型层4A的表面朝向第2n型层4B侧为0.25d4A的位置至朝向第2n型层4B侧为0.50d4A的位置为止的区域dA0.25-0.50中的Ga的元素比率优选为x1的0.80倍以上且1.10倍以下。自从p型光吸收层3侧的第1n型层4A的表面朝向第2n型层4B侧为0.50d4A的位置至朝向第2n型层4B侧为0.75d4A的位置为止的区域dA0.50-0.75中的Ga的元素比率优选为x1的0.90倍以上且1.20倍以下。自从p型光吸收层3侧的第1n型层4A的表面朝向第2n型层4B侧为0.75d4A的位置至朝向第2n型层4B侧为1.00d4A的位置为止的区域dA0.75-1中的Ga的元素比率优选为x1的1.02倍以上且1.25倍以下。此外，在组成发生变化的情况下，若考虑导带最小值的连接的连续性，则n型层4中包含的元素的组成变化优选为单方向。具体而言，区域dA0-0.25中的Ga的元素比率优选为区域dA0.25-0.50中的Ga的元素比率以下。区域dA0.25-0.50中的Ga的元素比率优选为区域dA0.50-0.75中的Ga的元素比率以下。区域dA0.50-0.75中的Ga的元素比率优选为区域dA0.75-1中的Ga的元素比率以下。
第1n型层4A优选通过例如溅射或ALD(Atomic Layer Deposition；原子层沉积)等来成膜。
第2n型层4B位于第1n型层4A与n电极5之间。第2n型层4B的第1n型层4A侧的面与第1n型层4A直接相接触。优选的是：第2n型层4B为包含Ga的氧化物半导体层，且包含以Ga作为基础的化合物。第1n型层4A与第2n型层4B的界面有清晰的情况和不清晰的情况。第2n型层4B可以在以Ga作为基础的氧化物中混合其他氧化物，也可以在以Ga作为基础的氧化物中掺杂其他元素，还可以将掺杂有其他元素的Ga基础的氧化物与其他氧化物混合。在第2n型层4B与n电极5之间，可以设置未图示的中间层。
优选的是：第2n型层4B为以Gay1M1y2M2y3M3y4Oy5所表示的化合物作为主体(50wt％以上)的层，M1为Al或/和B，M2为选自由In、Ti、Zn、Hf及Zr构成的组中的一种以上，M3为选自由Sn、Si及Ge构成的组中的一种以上。y1和y5为大于0的数值。y2、y3及y4为0以上的数值。在将y1、y2、y3及y4之和设定为2的情况下，y5优选为3.0以上且3.8以下。在以Ga作为基础的氧化物中混合有其他氧化物的形态、在以Ga作为基础的氧化物中掺杂有其他元素的形态及掺杂有其他元素的Ga基础的氧化物与其他氧化物混合的形态都以Gay1M1y2M2y3M3y4Oy5表示。
从提高p型光吸收层3至第2n型层4B的导带最小值的连接的连续性的观点出发，(x2+x3)优选大于(y2+y3)。从该观点出发，(y2+y3)优选为(x2+x3)的0.8倍以下，更优选为(x2+x3)的0.5倍以下，进一步更优选为(x2+x3)的0.3倍以下。
优选第2n型层4B的90wt％以上为以Gay1M1y2M2y3M3y4Oy5所表示的化合物。更优选第2n型层4B的95wt％以上为以Gay1M1y2M2y3M3y4Oy5所表示的化合物。进一步更优选第2n型层4B的98wt％以上为以Gay1M1y2M2y3M3y4Oy5所表示的化合物。更优选第2n型层4B由Gay1M1y2M2y3M3y4Oy5所表示的化合物构成。
第2n型层4B主要通过Ga和M1的元素来调整导带最小值。通过使第2n型层2B的M1的元素比率比第1n型层4A少而提高Ga的比率(y1大于x1，y2小于x2)，从而第2n型层4A的导带最小值比第1n型层4A降低。而且，第1n型层4A至n电极5之间的导带最小值的连接的连续性提高。在第2n型层4B中，(y1+y2)/(y1+y2+y3+y4)优选为0.65以上且1.00以下。从该观点出发，在第2n型层4B中，(y1+y2)/(y1+y2+y3+y4)优选为0.80以上且1.00以下，更优选为0.90以上且1.00以下。
第2n型层4B是导带最小值比第1n型层4A低的层，第2n型层4B的导带最小值位于第1n型层4A与n电极5之间。通过使用第2n型层4B，从p型光吸收层3至n电极5为止导带最小值连续地相连，FF及Voc提高而有助于转换效率的提高。y2为大于0的数值的情况下，优选第2n型层4B也具有与第1n型层4A共同的M1的元素。也就是说，如果在第1n型层4A中包含Al，则与在第2n型层4B中不含Al相比，优选包含Al。而且，起因于y1大于x1、y2小于x2，第2n型层4B的传导体下端与第1n型层4A的导带最小值相比变低，导带最小值的连接的连续性提高。从该观点出发，y2/(y1+y2)优选为0.00以上且0.30以下，更优选为0.00以上且0.20以下。此外，若x2与y2为接近的值，则由设置第2n型层4B带来的导带最小值的连接的连续性的提高少。因此，y2优选为x2的90％以下，y2更优选为x2的80％以下，y2更优选为x2的70％以下。
y3的数值优选为第1实施方式的x3、x4的优选的数值。因此，y3/(y1+y2+y3+y4)更优选为0.00以上且0.10以下，更优选为0.00以上且0.05以下。
y4/(y1+y2+y3+y4)优选为0.00以上且0.15以下。若包含M3的元素，则优选第2n型层4B的载流子浓度变高，优选第2n型层4B的载流子浓度比第1n型层4A高，优选(y4大于x4)。因此，y4/(y1+y2+y3+y4)更优选为0.01以上且0.15以下，进一步更优选为0.05以上且0.15以下。
第1n型层4A的膜厚与第2n型层4B的膜厚之和典型而言为3nm以上且100nm以下。若第1n型层4A的膜厚与第2n型层4B的膜厚之和低于3nm，则在第1n型层4A与第2n型层4B的有效区域(coverage)差的情况下产生漏电流，有时使特性降低。有效区域良好时并不限定于上述膜厚。若第1n型层4A的膜厚与第2n型层4B的膜厚之和超过50nm则有时因第1n型层4A及第2n型层4B合并之后的n型层的过度的高电阻化而引起特性降低或因透射率降低而引起短路电流降低。因此，第1n型层4A的膜厚与第2n型层4B的膜厚之和更优选为3nm以上且30nm以下，进一步更优选为5nm以上且30nm以下。
选自由Ga、M1的元素、M2的元素及M3的元素构成的组中的1种元素以上也可以在第2n型层4B中沿第2n型层4B的膜厚方向而组成比率发生变化。M3的元素优选在p型光吸收层3侧少、在第2n型层4B侧多。M1的元素优选在p型光吸收层3侧多、在第2n型层4B侧少。组成的变化优选倾斜的、阶梯状或倾斜的变化与阶梯状的变化组合。此外，组成的变化在太阳能电池100的各层的层叠方向上为整体的或部分的。通过改变这些元素的组成分布，能够从p型光吸收层3侧朝向n电极5侧调整载流子浓度、导带最小值及折射率，能够有助于转换效率的提高。
在将第2n型层4B的厚度设定为d4B的情况下，从第1n型层4A侧的第2n型层4B的表面朝向n电极5侧至0.25d4B的位置为止的区域dB0-0.25中的M1的元素比率优选为y2的1.10倍(y2(第2n型层4B的平均值)的1.10倍(以下同样))以上且4.00倍(y2(第2n型层4B的平均值)的4.00倍(以下同样))以下。自从第1n型层4A侧的第2n型层4B的表面朝向n电极5侧为0.25d4B的位置至朝向n电极5侧为0.50d4B的位置为止的区域dB0.25-0.50中的M1的元素比率优选为y2的0.00倍以上且1.50倍以下。自从第1n型层4A侧的第2n型层4B的表面朝向n电极5侧为0.50d4B的位置至朝向n电极5侧为0.75d4B的位置为止的区域dB0.50-0.75中的M1的元素比率优选为y2的0.00倍以上且1.25倍以下。自从第1n型层4A侧的第2n型层4B的表面朝向n电极5侧为0.75d4B的位置至朝向n电极5侧为1.00d4B的位置为止的区域dB0.75-1中的M1的元素比率优选为y2的0.00倍以上且0.90倍以下。此外，在组成发生变化的情况下，若考虑导带最小值的连接的连续性，则n型层4中包含的元素的组成变化优选为单方向。具体而言，区域dB0-0.25中的M1的元素比率优选为区域dB0.25-0.50中的M1的元素比率以上。区域dB0.25-0.50中的M1的元素比率优选为区域dB0.50-0.75中的M1的元素比率以上。区域dB0.50-0.75中的M1的元素比率优选为区域dB0.75-1中的M1的元素比率以上。从该观点出发，区域dB0.75-1.00中的M1的元素比率优选为区域dB0-0.25中的M1的元素比率的一半以下。
在将第2n型层4B的厚度设定为d4B的情况下，从第1n型层4A侧的第2n型层4B的表面朝向n电极5侧至0.25d4B的位置为止的区域dB0-0.25中的M3的元素比率优选为y4的0.00倍(y4(第2n型层4B的平均值)的0.00倍(以下同样))以上且0.75倍(y4(第2n型层4B的平均值)的0.75倍(以下同样))以下。自从第1n型层4A侧的第2n型层4B的表面朝向n电极5侧为0.25d4B的位置至朝向n电极5侧为0.50d4B的位置为止的区域dB0.25-0.50中的M3的元素比率优选为y4的0.30倍以上且1.50倍以下。自从第1n型层侧的第2n型层4B的表面朝向n电极5侧为0.50d4B的位置至朝向n电极5侧为0.75d4B的位置为止的区域dB0.50-0.75中的M3的元素比率优选为y4的0.75倍以上且2.00倍以下。自从第1n型层侧的第2n型层4B的表面朝向n电极5侧为0.75d4B的位置至朝向n电极5侧为1.00d4B的位置为止的区域dB0.75-1中的M3的元素比率优选为y4的1.10倍以上且3.00倍以下。此外，在组成发生变化的情况下，若考虑导带最小值的连接的连续性，则n型层4中包含的元素的组成变化优选为单方向。具体而言，区域dB0-0.25中的M3的元素比率优选为区域dB0.25-0.50中的M3的元素比率以下。区域dB0.25-0.50中的M3的元素比率优选为区域dB0.50-0.75中的M3的元素比率以下。区域dB0.50-0.75中的M3的元素比率优选为区域dB0.75-1中的M3的元素比率以下。此外，从该观点出发，区域dB0-0.25中的M3的元素比率优选为区域dB0.75-1.00中的M3的元素比率的一半以下。
n电极5是相对于可见光具有透光性的第1n型层4A侧的电极。通过n电极5和p型光吸收层3将第1n型层4A夹持。在第1n型层4A与n电极5之间，可以设置未图示的中间层。在该中间层中可以包含网或线形状的电极。对于n电极5，优选使用氧化物透明导电膜。作为n电极5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、钛掺杂氧化铟、氧化铟镓锌及氢掺杂氧化铟构成的组中的一种以上的透明导电膜。对于n电极5，也可以使用石墨烯。石墨烯优选与银纳米线层叠。
n电极5的厚度通过利用电子显微镜的截面观察或段差仪来求出，没有特别限定，但典型而言，为1nm以上且2μm以下。
n电极5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3中示出第2实施方式的太阳能电池101的截面示意图。第2实施方式的太阳能电池101的n型层4具有第1区域4a和第2区域4b这点与第1实施方式的太阳能电池100不同。省略第1实施方式和第2实施方式中共同的说明。
第1区域4a位于第3n型层4A的p型光吸收层3侧。此外，第2区域4b位于第1n型层4A的n电极5侧。在第3实施方式的第1n型层4A中，在p型光吸收层3侧和n电极5侧组成明显不同，但第1区域4a与第2区域4b的界面未被确认。将从第1n型层4A的p型光吸收层3侧的表面朝向n电极5侧至第1n型层4A的厚度的一半为止设定为第1区域4a。此外，将从第1n型层4A的n电极5侧的表面朝向p型光吸收层3侧至第1n型层4A的厚度的一半为止设定为第2区域4b。需要说明的是，分析与第1实施方式同样地，在距离n型层的表面的各距离处对以图2的分析点所示那样的等间隔而尽可能无差距地分布的分析点例如通过SIMS进行分析来求出。
关于第2实施方式的第1区域4a与第2区域4b的关系和第2实施方式的第1n型层4A与第2n型层4B的关系，元素的组成比率相对应。因此，关于在第1实施方式中说明的倾斜的组成变化等，在第2实施方式的太阳能电池101等中也同样。
第2实施方式的太阳能电池101也与第1实施方式的太阳能电池100同样地导带最小值的连接的连续性优异，Jsc、Voc及FF提高而有助于转换效率的提高。
(第3实施方式)
第3实施方式涉及太阳能电池。图4中示出第3实施方式的太阳能电池102的截面示意图。第3实施方式的太阳能电池102具有第1n型层4A、第2n型层4B和第3n型层4C这3层层叠而成的n型层4等与第2实施方式的太阳能电池101不同。省略第1实施方式～第3实施方式与第4实施方式中共同的说明。
第3n型层4C位于第2n型层4C与n电极5之间。第3n型层4C的第2n型层4B侧的面与第2n型层4B直接相接触。优选的是：第3n型层4C为包含Ga或/和Zn的氧化物半导体层，且包含以Ga或/和Zn作为基础的化合物。第2n型层4B与第3n型层4C的界面有清晰的情况和不清晰的情况。第3n型层4B可以在以Ga作为基础的氧化物中混合其他氧化物，也可以在以Ga或/和Zn作为基础的氧化物中掺杂其他元素，还可以将掺杂有其他元素的Ga或/和Zn基础的氧化物与其他氧化物混合。在第3n型层4C与n电极5之间，可以设置未图示的中间层。
优选的是：第3n型层4C以Gaz1Znz2Snz3M4z4Oz5所表示的化合物作为主体(50wt％以上)的层，且M4为选自由Hf、Zr、In、Ti、Al、B、Mg、Si及Ge构成的组中的一种以上。z1、z2及z4及为0以上的数值。z3为0以上的数值。将z1、z2、z3及z4之和设定为2的情况下，z5优选为2.2以上且3.6以下。在以Ga或/和Zn作为基础的氧化物中混合有其他氧化物的形态、在以Ga或/和Zn作为基础的氧化物中掺杂有其他元素的形态及掺杂有其他元素的以Ga或/和Zn作为基础的氧化物与其他氧化物混合的形态都以Gaz1Znz2Snz3M4z4Oz5表示。
优选第3n型层4C的90wt％以上为以Gaz1Znz2Snz3M4z4Oz5所表示的化合物。更优选第3n型层4C的95wt％以上为以Gaz1Znz2Snz3M4z4Oz5所表示的化合物。进一步更优选第3n型层4C的98wt％以上为以Gaz1Znz2Snz3M4z4Oz5所表示的化合物。更优选第3n型层4C由以Gaz1Znz2Snz3M4z4Oz5所表示的化合物构成。
第3n型层4C主要通过Ga、Zn和Sn按照与第2n型层4B及n电极5的导带最小值之差变少的方式调整。ZnO及SnO2的传导体下端由于比Ga2O3的导带最小值低，因此第3n型层4C与Ga2O3相比能够减小与n电极5的导带最小值之差。通过使Zn与Sn的元素比率与第1n型层4A及第2n型层4B的Zn与Sn的元素比率相比提高，从而第3n型层4C的导带最小值与第1n型层4A相比下降。而且，第1n型层4A～n电极5之间的导带最小值的连接的连续性提高。在第3n型层4C中，(z1+z2)/(z1+z2+z3+z4)优选为0.60以上且0.98以下。从该观点出发，在第3n型层4C中，(z1+z2)/(z1+z2+z3+z4)优选为0.65以上且0.95以下，更优选为0.70以上且0.90以下。
第3n型层4C在n型层中位于最靠近n电极5侧，优选第3n型层4C与n电极5直接相接触。在第1n型层4A及第2n型层4B中包含Zn或Sn的情况下，它们的组成比率优选比第3n型层4C中的Zn和Sn各自的浓度低。
此外，在第3n型层4C中，优选包含Sn。若在第3n型层4C中包含Sn，则优选导带最小值的连接的连续性提高，载流子浓度增加。因此，z3/(z1+z2+z3+z4)优选为0.10以上且0.50以下，更优选0.15以上且0.30以下。
M4的元素可以包含于第3n型层4C中，也可以不含。在包含M4的元素的情况下，其组成比率优选低。因此，z4/(z1+z2+z3+z4)优选为0.00以上且0.05以下。M4的元素优选与第2n型层4B或n电极5中包含的元素共同。
在第3n型层4C中，Ga、Zn、Sn及M4的元素也可以从p型光吸收层3侧朝向n电极5按照倾斜的、阶梯状或倾斜的变化与阶梯状组合的方式发生变化。例如，优选Sn在n电极5侧多、Ga及Zn在第2n型层4B侧多。
第1n型层4A的膜厚、第2n型层4B的膜厚与第3n型层4C的膜厚之和典型而言为3nm以上且100nm以下。若第1n型层4A的膜厚、第2n型层4B的膜厚与第3n型层4C的膜厚之和低于3nm，则在第1n型层4A的膜厚、第2n型层4B的膜厚与第3n型层4C的膜厚之和的有效区域差的情况下产生漏电流，有时使特性降低。有效区域良好的情况下并不限定于上述膜厚。若第1n型层4A的膜厚、第2n型层4B的膜厚与第3n型层4C的膜厚之和超过50nm则有时因从第1n型层4A至第3n型层4C为止的n型层的过度的高电阻化而引起特性降低或因透射率降低而引起短路电流降低。因此，第1n型层4A的膜厚、第2n型层4B的膜厚与第3n型层4C的膜厚之和更优选为3nm以上且30nm以下，进一步更优选为5nm以上且30nm以下。
通过使用第3n型层4C，n型层4与n电极5的导带最小值的连接的连续性进一步提高。而且，第3实施方式的太阳能电池102也通过Jsc、Voc及FF提高而有助于转换效率的提高。
(第4实施方式)
第4实施方式涉及太阳能电池。图5中示出第4实施方式的太阳能电池103的截面示意图。第4实施方式的太阳能电池103的n型层4具有第1区域4a、第2区域4b及第3区域4c这点与第3实施方式的太阳能电池102不同。省略第1实施方式～第3实施方式和第4实施方式中共同的说明。第4实施方式的第3区域4c相当于第3实施方式的第3n型层4C。
第3区域4c位于第3n型层4A的n型层5侧。此外，第2区域4b位于第3区域4c与第1区域4a之间。在第5实施方式的第1n型层4A中，在p型光吸收层3侧和n电极5侧组成明显不同，但第1区域4a与第2区域4b的界面和第2区域4b与第3区域4c的界面未被确认。在将第1n型层4A的厚度设定为d的情况下，将从第1n型层4A的p型光吸收层3侧的表面朝向n电极5侧至0.33d为止设定为第1区域4a。此外，将从第1n型层4A的n电极5侧的表面朝向p型光吸收层3侧至0.33d为止设定为第3区域4c。将第1区域4a与第3区域4c之间设定为第2区域4b。
第1区域4a中的化合物的组成只要不特别附加条件则为第1区域4a整体的平均组成。在将第1n型层4A的厚度设定为d的情况下，第1区域4a的组成为距离p型光吸收层3侧的第1n型层4A的表面为0.10d、0.20d、0.30d的深度处的组成的平均值。在第1n型层4A的厚度非常薄的(10nm以下)情况下，将距离第1n型层4A的表面为0.20d的深度处的组成视为第1区域4a整体的平均组成。在将第1n型层4A的厚度设定为d的情况下，第2区域4b的组成为距离p型光吸收层3侧的第1n型层4A的表面为0.40d、0.50d、0.60d的深度处的组成的平均值。在第1n型层4A的厚度非常薄的(10nm以下)情况下，将距离第1n型层4A的表面为0.50d的深度处的组成视为第2区域4b整体的平均组成。在将第1n型层4A的厚度设定为d的情况下，第3区域4c的组成为距离p型光吸收层3侧的第1n型层4A的表面为0.70d、0.80d、0.90d的深度处的组成的平均值。在第1n型层4A的厚度非常薄的(10nm以下)情况下，将距离第1n型层4A的表面为0.80d的深度处的组成视为第3区域4c整体的平均组成。
第1区域4a、第2区域4b、第3区域4c的组成与第3实施方式的第1n型层4A、第2n型层4B、第3n型层4C各自相对应。在第1～第3实施方式中说明的倾斜的组成变化等也包括在内在第1实施方式～第3实施方式的太阳能电池100、101、102中也同样。
第4实施方式的太阳能电池103也与第3实施方式的太阳能电池102同样地导带最小值的连接的连续性优异，Jsc、Voc及FF提高而有助于转换效率的提高。
(第5实施方式)
第5实施方式涉及多结型太阳能电池。图6中示出第5实施方式的多结型太阳能电池的截面示意图。图6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和第2太阳能电池201。第2太阳能电池201的光吸收层的带隙具有小于第1实施方式的太阳能电池100的p型光吸收层3的带隙。需要说明的是，实施方式的多结型太阳能电池也包含使3个以上的太阳能电池接合而得到的太阳能电池。需要说明的是，在第5实施方式中，也可以使用第2实施方式～第4实施方式的太阳能电池101-103来代替第1实施方式的太阳能电池100。
由于第1实施方式的第1太阳能电池100的p型光吸收层3的带隙为2.0eV-2.2eV左右，因此第2太阳能电池200的光吸收层的带隙优选为1.0eV以上且1.6eV以下。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、CuZnSnSSe系及CdTe系构成的组中的一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一种。
(第6实施方式)
第6实施方式涉及太阳能电池模块。图7中示出第5实施方式的太阳能电池模块300的立体图。图7的太阳能电池模块300为将第1太阳能电池模块301与第2太阳能电池模块302层叠而得到的太阳能电池模块。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。对于第2太阳能电池模块302，优选使用第2太阳能电池201。对于第1太阳能电池模块301，也可以使用第2～第4实施方式的太阳能电池101-103。
图8中示出太阳能电池模块300的截面图。图8中，详细地示出第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，根据使用的太阳能电池的光吸收层等来适当选择太阳能电池模块的结构。图8的太阳能电池模块包含多个由虚线围成的子模块303，所述子模块303是多个太阳能电池100(太阳能电池单元)在横向上排列并通过布线304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305而电连接。
对于相邻的太阳能电池100，上部侧的n电极5与下部侧的p电极2通过布线304而连接。第6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同样地具有基板1、p电极2、p型光吸收层3、n型层4和n电极5。子模块303中的太阳能电池100的两端与汇流条305连接，汇流条305将多个子模块303以并联或串联的方式电连接，优选按照调整与第2太阳能电池模块302的输出电压的方式构成。需要说明的是，第6实施方式中所示的太阳能电池100的连接形态为一个例子，也可以通过其他的连接形态来构成太阳能电池模块。
(第7实施方式)
第7实施方式涉及太阳光发电系统。第7实施方式的太阳能电池模块在第8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来使用。实施方式的太阳光发电系统是使用太阳能电池模块来进行发电的系统，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载。图9中示出实施方式的太阳光发电系统400的构成图。图9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和负载404。蓄电池403和负载404可以省略任一者。负载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或负载404的构成而采用优选的构成即可。
太阳能电池模块300中包含的受光后的子模块301中包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、或者被负载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追踪驱动装置、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太阳能电池用于太阳能电池模块，可期待发电量的增加。
作为太阳光发电系统400的利用例，示出车辆。图10中示出车辆500的构成示意图。图10的车辆500具有车体501、太阳能电池模块502、电力转换装置503、蓄电池504、马达505和轮胎(车轮)506。以设置于车体501的上部的太阳能电池模块501发的电被电力转换装置503转换，利用蓄电池504被充电、或者被马达505等负载消耗电力。使用由太阳能电池模块501或蓄电池504供给的电力并通过马达505使轮胎(车轮)506旋转，由此能够开动车辆500。作为太阳能电池模块501，也可以不为多结型，而仅由具备第1实施方式的太阳能电池100等的第1太阳能电池模块来构成。在采用具有透射性的太阳能电池模块502的情况下，除了车体501的上部以外，还优选在车体501的侧面使用太阳能电池模块502作为发电的窗。
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)
在玻璃基板上，作为背面侧的p电极，在与玻璃相接触的一侧在上表面沉积ITO(In：Sn＝90：10、膜厚20nm)和ATO(Sn：Sb＝98：2，膜厚150μm)。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，通过ALD法，作为第1n型层，沉积10nm的无组成倾斜的Ga1.70Al0.30O3.00，作为第2n型层，沉积10nm的无组成倾斜的Ga1.90Al0.10O3.00，作为表面侧的n电极，沉积AZO透明导电膜。然后，作为防反射膜，成膜出MgF2膜，由此得到太阳能电池。对于所得到的太阳能电池，评价短路电流(Jsc)、开路电压(Voc)、填充因数(FF)、转换效率及透光性。需要说明的是，n型层的氧组成比由金属氧化物的金属的种类和组成比来求出。
评价太阳能电池的透光性。太阳能电池的透射性是以分光光度计测定波长700-1200nm时的平均透射率。
(实施例2-26、比较例)
在图11的关于实施例的表中示出实施例及比较例的n型层的条件。除了n型层(第1n型层(第1区域)、第2n型层(第2区域)n型层的条件以外，与实施例1同样。实施例中在形成2层或3层的n型层的情况下，将各n型层(各区域)的厚度设定为6nm。实施例25和26没有第1n型层与第2n型层之间的界面，在n型层中包含第1区域和第2区域。在实施例26的第2区域与第3n型层之间，存在界面。
实施例17～实施例26中，在膜厚方向(p型光吸收层与n型层的层叠方向)上使n型层的组成发生变化。在图12的关于实施例的表中示出各实施例的组成变化。在图12的表中示出组成变化的元素和其组成变化的模式。在图13和图14中示出组成变化的模式的图表。图13和图14的横轴表示从p型光吸收层侧至n电极侧的n型层的深度，纵轴表示组成比率。在组成发生变化的情况下，在各层或区域中按照组成比率最高的元素补充对象的元素的组成变化的方式发生变化。例如，如果Al增加0.1则Ga减少0.1。
实施例17中，在第1n型层中Al以A的组成变化模式组成发生变化，在第2n型层中Al以A的组成变化模式组成发生变化，Sn以J的组成变化模式组成发生变化。按照第1n型层的p型光吸收层侧的表面成为Ga：Al＝1.40：0.50、第1n型层的第2n型层侧的表面成为Ga：Al＝1.60：0.20的方式使组成倾斜地发生变化。此外，按照第2n型层的第1n型层侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.80：0.20：0.00、从第2n型层的厚度的正中附近起包含Sn、在n电极侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.90：0.00：0.10的方式使组成发生变化。
实施例18中，在第1n型层中Al以B的组成变化模式组成发生变化，在第2n型层中Al以B的组成变化模式组成发生变化。按照第1n型层的p型光吸收层侧的表面成为Ga：Al＝1.60：0.40、第1n型层的第2n型层侧的表面成为Ga：Al＝1.80：0.20的方式使组成阶梯状地发生变化。按照第1n型层的Al的组成从p型光吸收层侧的表面起成为0.40(d0)、0.33(d0.25)、0.27(d0.50)、0.20(d0.75)、0.20(d1)的方式调整靶的比率。此外，按照第2n型层的第1n型层侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.75：0.20：0.05、n电极侧的表面成为Ga：Al＝1.95：0.00：0.05的方式使组成阶梯状地发生变化。按照第2n型层的Al的组成从第1n型层侧的表面起成为0.20(d0)、0.13(d0.25)、0.07(d0.50)、0.00(d0.75)、0.00(d1)的方式调整靶的比率。
实施例19中，在第1n型层中Al以C的组成变化模式组成发生变化，在第2n型层中Al以C的组成变化模式组成发生变化。按照第1n型层的p型光吸收层侧的表面成为Ga：Al＝1.60：0.40、第1n型层的第2n型层侧的表面成为Ga：Al＝1.70：0.30的方式使组成发生变化。此外，按照第2n型层的第1n型层侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.80：0.15：0.05、n电极侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.90：0.05：0.05的方式使组成发生变化。
实施例20中，在第1n型层中Al以D的组成变化模式组成发生变化，在第2n型层中Al以D的组成变化模式组成发生变化。按照第1n型层的p型光吸收层侧的表面成为Ga：Al＝1.50：0.50、第1n型层的厚度方向的正中附近成为Ga：Al＝1.70：0.30、第1n型层的第2n型层侧的表面成为Ga：Al＝1.65：0.35的方式使组成发生变化。此外，按照第2n型层的第1n型层侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.75：0.20：0.05、第2n型层的厚度方向的正中附近成为Ga：Al：Sn＝1.90：0.05：0.05、n电极侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.85：0.10：0.05的方式使组成发生变化。
实施例21中，在第1n型层中Al以F的组成变化模式组成发生变化，在第2n型层中Al以F的组成变化模式组成发生变化。按照第1n型层的p型光吸收层侧的表面成为Ga：Al＝1.60：0.40、从第1n型层的厚度方向的正中附近至第2n型层侧的表面为止成为Ga：Al＝1.80：0.20的方式使组成发生变化。此外，按照第2n型层的第1n型层侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.80：0.15：0.05、从第2n型层的厚度方向的正中附近至n电极侧的表面为止成为Ga：Al：Sn＝1.87：0.08：0.05的方式使组成发生变化。
实施例22中，在第1n型层中Al以A的组成变化模式组成发生变化，在第2n型层中Al以A的组成变化模式组成发生变化。按照第1n型层的p型光吸收层侧的表面成为Ga：Al＝1.45：0.55、第1n型层的第2n型层侧的表面成为Ga：Al＝1.55：0.45的方式使组成倾斜地发生变化。此外，按照第2n型层的第1n型层侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.80：0.15：0.05、n电极侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.90：0.05：0.05的方式使组成发生变化。
实施例23中，在第1n型层中Al以A的组成变化模式组成发生变化，Hf以C的组成变化模式组成发生变化，Sn以I的组成变化模式组成发生变化，在第2n型层中Al以A的组成变化模式组成发生变化，Sn以G的组成变化模式组成发生变化。按照第1n型层的p型光吸收层侧的表面成为Ga：Al：Hf：Sn＝1.548：0.40：0.05：0.002、第1n型层的第2n型层侧的表面成为Ga：Al：Hf：Sn＝1.755：0.20：0.03：0.015的方式使组成发生变化。此外，按照第2n型层的第1n型层侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.83：0.15：0.02、n电极侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.87：0.05：0.08的方式使组成发生变化。
实施例24中，在第1n型层中Al以A的组成变化模式组成发生变化，Hf以E的组成变化模式组成发生变化，Sn以J的组成变化模式组成发生变化，在第2n型层中Al以A的组成变化模式组成发生变化，Sn以H的组成变化模式组成发生变化。进而，第3n型层的Sn以H的组成变化模式组成发生变化。按照第1n型层的p型光吸收层侧的表面成为Ga：Al：Hf：Sn＝1.52：0.40：0.08：0.00、第1n型层的厚度方向的正中附近成为Ga：Al：Hf：Sn＝1.70：0.30：0.00：0.00、第1n型层的第2n型层侧的表面成为Ga：Al：Hf：Sn＝1.78：0.20：0.00：0.02的方式使组成发生变化。此外，按照第2n型层的第1n型层侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.83：0.15：0.02、第3n型层侧的表面成为Ga：Al：Sn＝1.87：0.05：0.08的方式使组成发生变化。此外，按照第3n型层的第1n型层侧的表面成为Zn：Sn＝1.85：0.15、n电极侧的表面成为Zn：Sn＝1.55：0.45的方式使组成以阶梯状发生变化。
实施例25和实施例26中，在第1区域和第2区域中Al以A的组成变化模式组成发生变化。按照n型层的p型光吸收层侧的表面成为Ga：Al＝1.40：0.60、距离n型层的p型光吸收层侧的表面在n电极侧为3nm深度的位置成为Ga：Al＝1.60：0.40、距离n型层的p型光吸收层侧的表面在n电极侧为6nm深度的位置(第1区域与第2区域的边界)成为Ga：Al＝1.80：0.20、距离n型层的p型光吸收层侧的表面在n电极侧为9nm深度的位置成为Ga：Al＝1.90：0.10、距离n型层的p型光吸收层侧的表面在n电极侧为12nm深度的位置(第2区域与n电极或第3n型层的界面)成为Ga：Al＝2.00：0.00的方式使组成发生变化。
使用模拟AM1.5G的光源的太阳光模拟器，使用在该光源下成为基准的Si单元按照成为1sun的方式调节光量。测定在大气压下，测定室内的气温设定为25℃。扫描电压，测定电流密度(将电流除以单元面积而得到的值)。在将横轴设定为电压、将纵轴设定为电流密度时，与横轴相交的点成为开路电压Voc，与纵轴相交的点成为短路电流密度Jsc。在测定曲线上，将电压与电流密度相乘，若将成为最大的点分别设定为Vmpp、Jmpp(最大功率点)，则FF＝(Vmpp*Jmpp)/(Voc*Jsc)，转换效率Eff.通过Eff.＝Voc*Jsc*FF来求出。
在图15的关于实施例的表中汇总示出实施例及比较例的短路电流(Jsc)、开路电压(Voc)、填充因数(FF)、转换效率及透光性。
关于透光性，将700nm以上且1200nm以下的波长带的光的透光率为75％以上的情况评价为A，将700nm以上且1200nm以下的波长带的光的透光率为70％以上且低于75％的情况评价为B，将700nm以上且1200nm以下的波长带的光的透光率低于70％的情况评价为C。
关于Jsc，将相对于比较例1的转换效率为1.1倍以上的情况评价为A，将相对于比较例1的Jsc为1.0倍以上且低于1.1倍的情况评价为B，将相对于比较例1的Jsc低于1.0倍的情况评价为C。
关于Voc，将相对于比较例1的转换效率为1.3倍以上的情况评价为A，将相对于比较例1的Voc为1.1倍以上且低于1.3倍的情况评价为B，将相对于比较例21Voc低于1.1倍的情况评价为C。
关于FF，将相对于比较例1的转换效率为1.1倍以上的情况评价为A，将相对于比较例1的FF为1.0倍以上且低于1.1倍的情况评价为B，将相对于比较例1的FF低于1.0倍的情况评价为C。
关于转换效率，将相对于比较例1的转换效率为1.5倍以上的情况评价为A，将相对于比较例1的转换效率为1.1倍以上且低于1.5倍的情况评价为B，将相对于比较例1的转换效率低于1.1倍的情况评价为C。
如由图15的表获知的那样，为了将p型光吸收层的导带与n电极之间在能量上顺利地连接，通过对n型层应用有意地控制了组成的多层结构或倾斜结构，与比较例相比，Jsc、Voc、FF分别改善，效率大幅提高。由以上的结果可以理解，控制n层的膜厚方向的导带的能量结构并进行优化对于Cu2O太阳能电池的特性提高是重要的技术。
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，但本发明不受上述实施方式原样的限定解释，在实施阶段可以在不脱离其主旨的范围内将构成要素变形并具体化。此外，可以通过上述实施方式中公开的多个构成要素的适宜的组合来形成各种发明。例如，也可以如变形例那样将不同实施方式中的构成要素适当组合。
符号说明
100，101：太阳能电池(第1太阳能电池)、1：基板、2：p电极(第1p电极2a、第2p电极2b)、3：p型光吸收层、4：n型层、5：n电极
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：负载
500：车辆、501：车体、502：太阳能电池模块、503：电力转换装置、504：蓄电池、505：马达、506：轮胎(车轮)。

Claims (19)

1.一种太阳能电池，其具有：
p电极；
n电极；
p型光吸收层，其位于所述p电极与所述n电极之间，以氧化亚铜作为主体；和
n型层，所述n型层具有第1n型层和第2n型层、或者具有第1n区域和第2n区域，其中，所述第1n型层是位于所述p型光吸收层与所述n电极之间、以Gax1M1x2M2x3M3x4Ox5所表示的化合物作为主体的层，所述M1为Al或/和B，所述M2为选自由In、Ti、Zn、Hf及Zr构成的组中的一种以上，所述M3为选自由Sn、Si及Ge构成的组中的一种以上，所述x1及x5为大于0的数值，所述x2、x3及x4为0以上的数值，在将所述x1、x2、x3及x4之和设定为2的情况下，所述x5为3.0以上且3.8以下；所述第2n型层是位于所述第1n型层与所述n电极之间、以Gay1M1y2M2y3M3y4Oy5所表示的化合物作为主体的层，y1和y5为大于0的数值，y2、y3及y4为0以上的数值，在将y1、y2、y3及y4之和设定为2的情况下，y5为3.0以上且3.8以下；所述第1n区域位于所述p型光吸收层与所述n电极之间，以Gax1M1x2M2x3M3x4Ox5所表示的化合物作为主体，所述M1为Al或/和B，所述M2为选自由In、Ti、Zn、Hf及Zr构成的组中的一种以上，所述M3为选自由Sn、Si及Ge构成的组中的一种以上，所述x1及x5为大于0的数值，所述x2、x3及x4为0以上的数值，在将所述x1、x2、x3及x4之和设定为2的情况下，所述x5为3.0以上且3.8以下；所述第2n区域位于所述第1n区域与所述n电极之间，以Gay1M1y2M2y3M3y4Oy5所表示的化合物作为主体，y1和y5为大于0的数值，y2、y3及y4为0以上的数值，在将y1、y2、y3及y4之和设定为2的情况下，y5为3.0以上且3.8以下，
(x2+x3)大于(y2+y3)。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，(x1+x2)/(x1+x2+x3+x4)为0.50以上且1.00以下，
x2/(x1+x2)为0.00以上且0.50以下，
x3/(x1+x2+x3+x4)为0.00以上且0.50以下，
x4/(x1+x2+x3+x4)为0.00以上且0.15以下。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其中，(x1+x2)/(x1+x2+x3+x4)为0.80以上且1.00以下，
x2/(x1+x2)为0.00以上且0.40以下，
x3/(x1+x2+x3+x4)为0.00以上且0.10以下，
4/(x1+x2+x3+x4)为0.00以上且0.10以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其中，(y1+y2)/(y1+y2+y3+y4)为0.65以上且1.00以下，
y2/(y1+y2)为0.00以上且0.30以下，
所述y2为x2的90％以下，
y3/(y1+y2+y3+y4)为0.00以上且0.10以下，
y4/(y1+y2+y3+y4)为0.00以上且0.15以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的太阳能电池，其中，(y1+y2)/(y1+y2+y3+y4+y5)为0.80以上且1.00以下，
y2/(y1+y2)为0.00以上且0.20以下，
所述y2为x2的80％以下，
y3/(y1+y2+y3+y4)为0.00以上且0.05以下，
y4/(y1+y2+y3+y4)为0.01以上且0.15以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的太阳能电池，其中，所述n型层进一步具有第3n型层或者进一步具有第3区域，所述第3n型层是位于所述第2n型层与所述n电极之间、以Gaz1Znz2Snz3M4z4Oz5所表示的化合物作为主体的层，M4为选自由Hf、Zr、In、Ti、Al、B、Mg、Si及Ge构成的组中的一种以上，z1、z2及z4为0以上的数值，z3为0以上的数值，在将z1、z2、z3及z4之和设定为2的情况下，z5为2.2以上且3.6以下；所述第3区域是位于所述第2区域与所述n电极之间、以Gaz1Znz2Snz3M4z4Oz5所表示的化合物作为主体的层，M4为选自由Hf、Zr、In、Ti、Al、B、Mg、Si及Ge构成的组中的一种以上，z1、z2及z4为0以上的数值，z3为0以上的数值，在将z1、z2、z3及z4之和设定为2的情况下，z5为2.2以上且3.6以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的太阳能电池，其中，(z1+z2)/(z1+z2+z3+z4)为0.60以上且0.98以下，
z3/(z1+z2+z3+z4)为0.10以上且0.50以下，
z4/(z1+z2+z3+z4)为0.00以上且0.05以下。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的太阳能电池，其中，(z1+z2)/(z1+z2+z3+z4)为0.65以上且0.95以下，
z3/(z1+z2+z3+z4)为0.15以上且0.30以下。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的太阳能电池，其中，在将所述第1n型层的厚度设定为d4A的情况下，
从所述p型光吸收层侧的所述第1n型层的表面朝向所述第2n型层侧至0.25d4A的位置为止的区域dA0-0.25中的所述M1的元素比率为x2的1.10倍以上且2.50倍以下，
自从所述p型光吸收层侧的所述第1n型层的表面朝向所述第2n型层侧为0.25d4A的位置至朝向所述第2n型层侧为0.50d4A的位置为止的区域dA0.25-0.50中的所述M1的元素比率为x2的0.75倍以上且1.50倍以下，
自从所述p型光吸收层侧的所述第1n型层的表面朝向所述第2n型层侧为0.50d4A的位置至朝向所述第2n型层侧为0.75d4A的位置为止的区域dA0.50-0.75中的所述M1的元素比率为x2的0.30倍以上且1.50倍以下，
自从所述p型光吸收层侧的所述第1n型层的表面朝向所述第2n型层侧为0.75d4A的位置至朝向所述第2n型层侧为1.00d4A的位置为止的区域dA0.75-1中的所述M1的元素比率为x2的0.10倍以上且0.90倍以下。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其中，所述区域dA0-0.25中的所述M1的元素比率为所述区域dA0.25-0.50中的所述M1的元素比率以上，
所述区域dA0.25-0.50中的所述M1的元素比率为所述区域dA0.50-0.75中的所述M1的元素比率以上，
所述区域dA0.50-0.75中的所述M1的元素比率为所述区域dA0.75-1中的所述M1的元素比率以上，
所述区域dA0.75-1.0中的所述M1的元素比率为所述区域0dA0-0.25中的所述M1的元素比率的一半以下。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的太阳能电池，其中，在将所述第1n型层的厚度设定为d4A的情况下，
从所述p型光吸收层侧的所述第1n型层的表面朝向所述第2n型层侧至0.25d4A的位置为止的区域dA0-0.25中的Ga比率为x1的0.75倍以上且0.98倍以下，
自从所述p型光吸收层侧的所述第1n型层的表面朝向所述第2n型层侧为0.25d4A的位置至朝向所述第2n型层侧为0.50d4A的位置为止的区域dA0.25-0.50中的Ga的元素比率为x1的0.80倍以上且1.10倍以下，
自从所述p型光吸收层侧的所述第1n型层的表面朝向所述第2n型层侧为0.50d4A的位置至朝向所述第2n型层侧为0.75d4A的位置为止的区域dA0.50-0.75中的Ga的元素比率为x1的0.90倍以上且1.20倍以下，
自从所述p型光吸收层侧的所述第1n型层的表面朝向所述第2n型层侧为0.75d4A的位置至朝向所述第2n型层侧为1.00d4A的位置为止的区域dA0.75-1中的Ga的元素比率为x1的1.02倍上且1.25倍以下。
12.根据权利要求9～11中任一项所述的太阳能电池，其中，所述区域dA0-0.25中的Ga的元素比率为所述区域dA0.25-0.50中的Ga的元素比率以下，
所述区域dA0.25-0.50中的Ga的元素比率为所述区域dA0.50-0.75中的Ga的元素比率以下，
所述区域dA0.50-0.75中的Ga的元素比率为所述区域dA0.75-1中的Ga的元素比率以下。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的太阳能电池，其中，在将所述第2n型层的厚度设定为d4B的情况下，
从所述第1n型层侧的所述第2n型层的表面朝向所述n电极侧至0.25d4B的位置为止的区域dB0-0.25中的所述M1的元素比率为y2的1.10倍以上且4.00倍以下，
自从所述第1n型层侧的所述第2n型层的表面朝向所述n电极侧为0.25d4B的位置至朝向所述n电极侧为0.50d4B的位置为止的区域dB0.25-0.50中的所述M1的元素比率为y2的0.00倍以上且1.50倍以下，
自从所述第1n型层侧的所述第2n型层的表面朝向所述n电极侧为0.50d4B的位置至朝向所述n电极侧为0.75d4B的位置为止的区域dB0.50-0.75中的所述M1的元素比率为y2的0.00倍以上且1.25倍以下，
自从所述第1n型层侧的所述第2n型层的表面朝向所述n电极侧为0.75d4B的位置至朝向所述n电极侧为1.00d4B的位置为止的区域dB0.75-1中的所述M1的元素比率为y2的0.00倍以上且0.90倍以下。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池，其中，所述区域dB0-0.25中的所述M1的元素比率为所述区域dB0.25-0.50中的所述M1的元素比率以上，
所述区域dB0.25-0.50中的所述M1的元素比率为所述区域dB0.50-0.75中的所述M1的元素比率以上，
所述区域dB0.50-0.75中的所述M1的元素比率为所述区域dB0.75-1中的所述M1的元素比率以上，
所述区域dB0.75-1.00中的所述M1的元素比率为所述区域dB0-0.25中的所述M1的元素比率的一半以下。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的太阳能电池，其中，在将所述第2n型层的厚度设定为d4B的情况下，
从所述第1n型层侧的所述第2n型层的表面朝向所述n电极侧至0.25d4B的位置为止的区域dB0-0.25中的所述M3的元素比率为y4的0.00倍以上且0.75倍以下，
自从所述第1n型层侧的所述第2n型层的表面朝向所述n电极侧为0.25d4B的位置至朝向所述n电极侧为0.50d4B的位置为止的区域dB0.25-0.50中的所述M3的元素比率为y4的0.30倍以上且1.50倍以下，
自从所述第1n型层侧的所述第2n型层的表面朝向所述n电极侧为0.50d4B的位置至朝向所述n电极侧为0.75d4B的位置为止的区域dB0.50-0.75中的所述M3的元素比率为y4的0.75倍以上且2.00倍以下，
自从所述第1n型层侧的所述第2n型层的表面朝向所述n电极侧为0.75d4B的位置至朝向所述n电极侧为1.00d4B的位置为止的区域dB0.75-1中的所述M3的元素比率为y4的1.10倍以上且3.00倍以下。
16.根据权利要求15所述的太阳能电池，其中，所述区域dB0-0.25中的所述M3的元素比率为所述区域dB0.25-0.50中的所述M3的元素比率以下，
所述区域dB0.25-0.50中的所述M3的元素比率为所述区域dB0.50-0.75中的所述M3的元素比率以下，
所述区域dB0.50-0.75中的所述M3的元素比率为所述区域dB0.75-1中的所述M3的元素比率以下，
所述区域dB0-0.25中的所述M3的元素比率为所述区域dB0.75-1.00中的所述M3的元素比率的一半以下。
17.一种多结型太阳能电池，其具有：
权利要求1～16中任一项所述的太阳能电池、和
具有与权利要求1～16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。
18.一种太阳能电池模块，其使用了权利要求1～16中任一项所述的太阳能电池。
19.一种太阳光发电系统，其使用权利要求18所述的太阳能电池模块来进行太阳光发电。
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