JP2003142709A

JP2003142709A - 積層型太陽電池およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003142709A
Application number: JP2001335099A
Authority: JP
Inventors: Minkyo Yo; 民挙楊; Toru Nunoi; 徹布居
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】上層側となるアモルファスシリコン光電変換
層の短絡電流密度を向上させつつ、下層側となる結晶シ
リコン光電変換層の開放電圧を向上させることにより変
換効率の高い積層型太陽電池を提供すること。【解決手段】積層型太陽電池は、結晶シリコンからな
る下部光電変換層と、下部光電変換層の上に積層される
中間層と、中間層の上に積層されアモルファスシリコン
からなる上部光電変換層とを備え、中間層は上部光電変
換層側から入射する光を波長によって選択的に反射およ
び透過させる透光性導電層と、下部光電変換層側に成膜
された酸化シリコン膜とからなり、酸化シリコン膜には
酸化シリコン膜の表面から裏面に貫通する複数の導電部
を点在させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は積層型太陽電池に
関し、詳しくは、光電変換層の間に設けられる中間層の
構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池に入射する光のうち、より広い
波長範囲の光を有効に利用するために、光入射側へ近づ
くに従い禁止帯幅が大きくなるような順で光電変換層を
積層した積層型太陽電池が一般に知られている。例え
ば、結晶シリコンからなる光電変換層の上にアモルファ
スシリコンからなる光電変換層を積層し、これら光電変
換層を直列接続した積層型太陽電池が知られている（例
えば、特開昭５９−９６７７７号公報参照）この積層型
太陽電池では、光入射側となるアモルファスシリコン光
電変換層が約４００〜７００ｎｍ程度の短波長光を吸収
し、結晶シリコン光電変換層が約７００ｎｍ以上の長波
長光を吸収する。従って、単一接合を有する通常の太陽
電池よりもより広い波長範囲の光を有効に利用できる。

【０００３】ところで、以下の式１に示されるように、
太陽電池の変換効率Ｅｆｆは短絡電流密度Ｊｓｃ、開放
電圧Ｖｏｃおよび曲線因子ＦＦの積となる。

【０００４】

【数１】

【０００５】積層型太陽電池の場合、上記短絡電流密度
Ｊｓｃ、開放電圧Ｖｏｃおよび曲線因子ＦＦは、それぞ
れ積層型太陽電池全体としての値である。積層型太陽電
池全体の短絡電流密度Ｊｓｃは、以下の式２に示される
ように、アモルファスシリコン光電変換層が発生する短
絡電流密度Ｊｓｃ１および結晶シリコン光電変換層が発
生する短絡電流密度Ｊｓｃ２のうち、いずれか小さい方
の値となる。

【０００６】

【数２】

【０００７】また、積層型太陽電池全体の開放電圧Ｖｏ
ｃは、以下の式３に示されるように、アモルファスシリ
コン光電変換層の開放電圧Ｖｏｃ１と結晶シリコン光電
変換層の開放電圧Ｖｏｃ２との和になる。

【０００８】

【数３】

【０００９】また、積層型太陽電池全体の曲線因子ＦＦ
は、以下の式４に示されるように、アモルファスシリコ
ン光電変換層の曲線因子ＦＦ１と結晶シリコン光電変換
層の曲線因子ＦＦ２との中間になる。

【００１０】

【数４】

【００１１】従って、積層型太陽電池の変換効率Ｅｆｆ
を向上させるためには、アモルファスシリコン光電変換
層の短絡電流密度Ｊｓｃ１と結晶シリコン光電変換層の
短絡電流密度Ｊｓｃ２とを高い値でバランスさせること
が重要である。また、アモルファスシリコン光電変換層
の開放電圧Ｖｏｃ１と結晶シリコン光電変換層の開放電
圧Ｖｏｃ２をそれぞれ向上させることも重要である。

【００１２】一般的に、上述のような積層型太陽電池に
おいて、アモルファスシリコン光電変換層が発生する短
絡電流密度は約１２〜１４ｍＡ／ｃｍ²であり、結晶シ
リコン光電変換層が発生する短絡電流密度は約１９〜２
６ｍＡ／ｃｍ²である。このため、積層型太陽電池にお
いては、光入射側に配置されるアモルファスシリコン光
電変換層の短絡電流密度を向上させることが短絡電流密
度のバランスをとることにつながる。

【００１３】そこで、アモルファスシリコン光電変換層
と結晶シリコン光電変換層との間に透明導電膜からなる
中間層を設け、短波長光を光入射側へ選択的に反射させ
ることにより、アモルファスシリコン光電変換層の短絡
電流密度を向上させた積層型太陽電池が知られている
（例えば、特開昭６０−３５５８０号公報、特開昭６１
−１２７８４７号公報、特開昭６２−８４５７０号公
報、特開昭６３−７７１６７号公報および特開昭６３−
６８８２号公報参照）。

【００１４】また、中間層として膜厚２５０ｎｍのＩＴ
Ｏを用いることにより、中間層の反射特性を改善した積
層型太陽電池も知られている（例えば、特開平２−２３
７１７２号公報参照）。この膜厚２５０ｎｍのＩＴＯか
らなる中間層は、反射率のピークが約６００ｎｍの波長
域にあり、アモルファスシリコン光電変換層の短絡電流
密度を向上させるのに有効である。参考までにその反射
特性を図９に示す。

【００１５】また、第２回太陽光発電世界会議（ 2nd
WORLD CONFERENCE AND EXHIBITIONON PHOTOVOLTAIC SOL
AR ENERGY CONVERSION, July, 1998, VIENNA, AUSTRIA
）で行われたスイスのNeuchatel大学からの報告（ｐ７
２８〜７３１）では、中間層として膜厚が最適化された
ＺｎＯを用いることにより短波長光を選択的に反射させ
てアモルファスシリコン光電変換層の短絡電流密度の向
上を図る手法が示された。具体的には、ＺｎＯ膜が平坦
表面を有する場合には約０．７ｍＡ／ｃｍ²の向上が可
能であり、テクスチャ表面を有する場合には約２．０ｍ
Ａ／ｃｍ²の向上が可能であることが示された。

【００１６】一方、開放電圧の向上においては、アモル
ファスシリコン光電変換層の開放電圧が、アモルファス
シリコン層の成膜条件と構造で決定されるため、大幅に
向上させるのは難しいというのが一般的である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】太陽電池を更に低コス
トな電源とするために、変換効率の更なる向上が求めら
れている。従来の積層型太陽電池では、アモルファスシ
リコン光電変換層の短絡電流密度を向上させるために、
ＩＴＯやＺｎＯなどからなる単層膜を中間層として用い
ていた。そして、中間層の膜厚を最適化することにより
短波長光を反射しつつ長波長光を透過させるという理想
的な選択反射特性を得ようとしていた。しかし、従来の
中間層は短波長光に対する反射率が十分でないにもかか
わらず、透過させるべき長波長光に対する反射率も相当
の値を示していた（図９参照）。つまり、従来の中間層
は、積層型太陽電池にとって理想的な反射特性を示すも
のではなかった。

【００１８】この発明は以上のような事情を考慮してな
されたものであり、上層側となるアモルファスシリコン
光電変換層の短絡電流密度を向上させつつ、下層側とな
る結晶シリコン光電変換層の開放電圧を向上させること
により変換効率の高い積層型太陽電池を提供するもので
ある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明は、結晶シリコ
ンからなる下部光電変換層と、下部光電変換層の上に積
層される中間層と、中間層の上に積層されアモルファス
シリコンからなる上部光電変換層とを備え、中間層は上
部光電変換層側から入射する光を波長によって選択的に
反射および透過させる透光性導電層と、下部光電変換層
側に成膜された酸化シリコン膜とからなり、酸化シリコ
ン膜には酸化シリコン膜の表面から裏面に貫通する複数
の導電部を点在させた積層型太陽電池を提供するもので
ある。

【００２０】つまり、この発明による積層型太陽電池お
いて、中間層は酸化シリコン膜の上に透光性導電層を積
層させた多層構造を有する。これにより、上部光電変換
層が吸収する短波長光（例えば、波長約４００〜７００
ｎｍ）を反射しつつ下部光電変換層が吸収する長波長光
（例えば、波長約７００ｎｍ以上）を透過させるという
理想的な選択反射特性が得られる。この結果、アモルフ
ァスシリコンからなる上部光電変換層の短絡電流密度が
向上し、上部および下部光電変換層の短絡電流密度を高
い値でバランスさせることができる。

【００２１】さらには、下部光電変換層側に設けられる
酸化シリコン膜のパッシベーション効果により下部光電
変換層の開放電圧を向上させることができる。ここで、
酸化シリコン膜のパッシベーション効果とは、下部光電
変換層の表面に設けられた酸化シリコン膜などの酸化膜
によって少数キャリアの表面再結合速度が低減する効果
のことである。しかし、酸化膜は絶縁性を有するため、
これを中間層としてそのまま用いると、下部光電変換層
と上部光電変換層を直列接続できなくなる。そこで、こ
の発明では、酸化シリコン膜に複数の導電部を点在させ
ているのである。

【００２２】

【発明の実施の形態】この発明による積層型太陽電池に
おいて、点在する複数の導電部は、それらの面積の和が
中間層の面積に対して約１〜６％の範囲内にあることが
好ましい。というのは、導電部の面積が中間層の面積に
対して約１％以上であると、下部および上部光電変換層
の接続抵抗を低く抑えることができ、約６％以下である
と、下部光電変換層に対する遮光面積が大きくならない
からである。つまり、下部および上部光電変換層の接続
抵抗を低く抑えつつ、上部および下部光電変換層がそれ
ぞれ発生する短絡電流密度のバランスをとることが必要
であり、それには上記約１〜６％の範囲内が適当であ
る。

【００２３】ここで、中間層の面積に対する導電部の占
有面積比率と下部光電変換層の短絡電流密度との関係を
図７に示す。図５に示されるように、中間層の面積に対
する導電部の占有面積比率が約１〜６％の範囲内では、
下部光電変換層の短絡電流密度として約１８．４〜２
２．６ｍＡ／ｃｍ²が得られる。この値は、この発明に
よる積層型太陽電池の上部光電変換層が発生する短絡電
流密度と同等かそれ以上の値である。

【００２４】また、この発明による積層型太陽電池にお
いて、各導電部は、酸化シリコン膜の表面および裏面に
円形又は多角形で露出していてもよい。具体的には、直
径約０．１〜２ｍｍの円形、又は１辺の辺長が約０．１
〜２ｍｍの多角形とすることができる。円の直径や多角
形の辺長を約０．１〜２ｍｍとすると、後述する導電性
ペーストの塗布時に塗布された形状を保ち易くなる。例
えば、円形又は正方形の導電部を点状に設けてもよい
し、長方形の導電部を短冊状（ストライプ状）に設けて
もよいが、同じ占有面積において点状の方が短冊状より
もシリコンとの接触抵抗が小さくなるのでより好まし
い。

【００２５】また、この発明は別の観点からみると、結
晶シリコンからなる下部光電変換層と、下部光電変換層
の上に積層される中間層と、中間層の上に積層されアモ
ルファスシリコンからなる上部光電変換層とを備え、中
間層は上部光電変換層側から入射する光を波長によって
選択的に反射および透過させる透光性導電層と、下部光
電変換層側に成膜された酸化シリコン膜とからなり、酸
化シリコン膜はその膜厚が約２〜１０ｎｍであってトン
ネル効果による導電性を有する積層型太陽電池を提供す
るものでもある。

【００２６】このような構成の積層型太陽電池では、非
常に薄い酸化シリコン膜がトンネル効果により導電性を
有するので、下部光電変換層と上部光電変換層を直接接
続したのと実質的に同等の状態にすることができる。従
って、上述のこの発明による積層型太陽電池のように導
電部を設ける必要がなくなり、製造が非常に容易にな
る。しかし、酸化シリコン膜の膜厚が約２〜１０ｎｍと
極めて薄いため、下部光電変換層の開放電圧を向上させ
るパッシベーション効果は大きくなく、約１０ｍＶ程度
の向上にとどまる。パッシベーション効果は酸化シリコ
ン膜の膜厚が厚い方が大きくなるので、下部光電変換層
の開放電圧を大きく向上させたい場合は、上述のこの発
明による積層型太陽電池のように、酸化シリコン膜の膜
厚を約１０〜１１０ｎｍ程度とし、酸化シリコン膜に導
電部を点在させるとよい。この場合、パッシベーション
効果により約５０ｍＶ程度の向上が可能になる。

【００２７】また、この発明による積層型太陽電池にお
いて、透光性導電層は、単一の透明導電膜からなってい
てもよいが、より理想的な選択反射特性を得るために、
屈折率が互いに異なる透明導電膜と半導体膜を交互に積
層してなっていることが好ましい。ここで、半導体膜は
結晶シリコン薄膜からなり、その結晶シリコン薄膜は導
電性不純物濃度が約５×１０¹⁸〜１×１０²⁰ｃｍ^-3の範
囲内にあることが好ましい。というのは、結晶シリコン
薄膜の抵抗率を低下させるうえで、導電性不純物濃度は
約５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であることが望ましいが、導電
性不純物濃度が約１×１０²⁰ｃｍ^-3を越えると結晶シリ
コン薄膜の光吸収率が増加し、中間層を透過する光量が
急激に低下するからである。

【００２８】また、半導体膜としては、導電性を有し、
長波長光に対して光吸収係数の低いものであればよく、
必ずしも上記結晶シリコン薄膜に限られるものではな
い。例えば、アモルファスシリコン膜、アモルファス又
は微結晶状態のシリコンカーボン膜なども使用できる。

【００２９】また、上記透明導電膜は、その導電率が約
６×１０²〜６×１０³（Ω・ｃｍ） ^-1の範囲内にあり、
波長約４００〜７００ｎｍの光に対する透過率が約７５
〜９０％の範囲内にあることが好ましい。これは。透明
導電膜の導電率と透過率を両立させた結果である。詳し
くは、図８に示されるように、透明導電膜は酸素含有量
を増やすに従って導電率（ｂ）が下がり、透過率（ａ）
が上がっていくという傾向がある。しかし、透明導電膜
の導電率が上記範囲内となるように酸素含有量を制御す
れば、波長約４００〜７００ｎｍの光に対する透過率を
約７５％以上とすることができ、導電性と光透過性を両
立させることができる。

【００３０】なお、透明導電膜としては、酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズ
（ＳｎＯ₂）、酸化チタンなどを用いることができる
が、少なくとも中間層の上部光電変換層側にはＺｎＯか
らなる透明導電膜を設けることが好ましい。というの
は、アモルファスシリコンからなる上部光電変換層をプ
ラズマＣＶＤ法で形成する場合、透明導電膜の上部光電
変換層側は水素プラズマに晒されることとなるが、Ｚｎ
Ｏは耐水素プラズマ性に優れるからである。

【００３１】以上のように、この発明による積層型太陽
電池の中間層は、下部光電変換層側の酸化シリコン膜の
上に、屈折率が互いに異なる透明導電膜と半導体膜を交
互に積層して構成できるが、上部光電変換層が吸収する
短波長光を反射し、下部光電変換層が吸収する長波長光
を透過させるという理想的な選択反射特性を得るうえで
最適な各膜の膜厚は、O.S. Heavens, "Optical Propert
ies of Thin Solid Films", Butterworths Science(195
5)に記載されている計算式を用いて算出することができ
る。以下の式（５）〜（７）は垂直入射の場合における
多層膜の反射率Ｒ（λ）を算出するものである。

【００３２】

【数５】

【００３３】

【数６】

【００３４】

【数７】

【００３５】ここでＭ_jは均質第ｊ層単層膜の特性行列
で、Ｍは均質多層膜の特性行列、ｍ₁ ₁、ｍ₁₂、ｍ₂₁、ｍ
₂₂は各層に対応する特性行列の積行列の対角要素、
η₀、η_l+ ₁及びη_jは入射側の媒質、シリコン及び第ｊ
層膜の実効屈折率であり、吸収性の媒質に対して複数屈
折率Ｎ_j＝ｎ_j-ｉＫでおきかえればよい。δ_j＝（２π／
λ）Ｎ_jｄ_jで、ｄ_jは第ｊ層膜の膜厚である。

【００３６】例えば、酸化シリコン膜上に、多結晶シリ
コン膜、ＺｎＯ膜、多結晶シリコン膜、ＺｎＯ膜を順に
積層した５層構造で中間層を構成した場合、上記の式
（５）〜（７）を用いて計算した結果を反映させると、
酸化シリコン膜の最適な膜厚は約１００ｎｍ、各多結晶
シリコン膜の最適な膜厚は約３０ｎｍ、各ＺｎＯ膜の最
適な膜厚は約７０ｎｍとなる。中間層を構成する各膜の
膜厚を上記のように設定することにより、波長域約４０
０〜７００ｎｍの短波長光を反射率約９０％以上で反射
し、波長約７００ｎｍ以上の長波長光を透過させるとい
う理想的な選択反射特性が得られる。

【００３７】アモルファスシリコン光電変換層は波長域
約４００〜７００ｎｍの短波長光を吸収して発電するの
で、このような中間層を用いることによりアモルファス
シリコン光電変換層の短絡電流密度が向上する。特に、
アモルファス光電変換層としてＰ−Ｉ−Ｎ構造を有する
ものを用い、光照射による特性劣化現象（ステブラーロ
ンスキー現象）を軽減するためにＩ型層を薄くした場合
でも十分な短絡電流密度が得られるようになる。つま
り、この発明による中間層を用いれば、Ｉ型層を積極的
に薄くすることによりステブラーロンスキー現象を軽減
することもできるようになる。

【００３８】この発明による積層型太陽電池において、
酸化シリコン膜は、ドライ酸化法、ウェット酸化法、高
圧水蒸気酸化法および陽極酸化法のいずれか１つの方法
によって形成することができる。

【００３９】また、この発明による積層型太陽電池にお
いて、導電部は、酸化シリコン膜上に導電性ペーストを
所定パターンで塗布し、この塗布された導電性ペースト
を焼成して形成することができる。ここで、具体的に
は、導電性ペーストは、酸化シリコン膜上に印刷法によ
って塗布され、酸素を含む雰囲気の下で約４００〜８０
０℃で焼成することにより形成できる。具体的な導電性
ペーストとしては、例えば、銀系ペーストを用いること
ができる。また、塗布される厚さは、約５〜１００μｍ
程度とすることができる。

【００４０】このように、導電部を形成する必要がある
箇所に導電性ペーストを印刷し、印刷された導電性ペー
ストを高温で焼成するだけで、ペースト状の導電材が酸
化シリコン膜の微細な孔に毛管現象によって浸透し、酸
化シリコン膜の表面から裏面まで貫通する導電部が形成
できるので作製が非常に容易であり、工業生産の観点か
らみて実用的である。

【００４１】また、この発明による積層型太陽電池にお
いて、中間層の透光性導電層を構成する透明導電膜はＲ
Ｆスパッタリング法又はＤＣスパッタリング法又はＲＦ
−ＤＣ結合スパッタリング法などで形成できるが、プラ
ズマ損傷の低減と均一な膜厚を得るためにはＲＦスパッ
タリング法が好ましい。アルゴンに酸素を混合した成膜
雰囲気における酸素の分圧比を約０．５〜３％の範囲で
調整し、透明導電膜の酸素含有量を制御することによ
り、透明導電膜の導電率と透過率を上述の範囲内で両立
させることができる（図８参照）。なお、透明導電膜と
共に透光性導電層を構成する半導体膜も上記スパッタリ
ング法で形成できる。

【００４２】

【実施例】実施例１以下に図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述す
る。なお、この実施例によってこの発明が限定されるも
のではない。この発明の実施例１による積層型太陽電池
について図１〜４に基づいて説明する。図１はこの発明
の実施例１による積層型太陽電池の断面図、図２は図１
に示される積層型太陽電池の中間層を示す部分拡大断面
図、図３は図２に示される中間層の反射特性を示すグラ
フ図、図４は上部光電変換層の短絡電流密度と積層型太
陽電池の変換効率との関係を示すグラフ図である。

【００４３】図１および図２に示されるように、この発
明の実施例１による積層型太陽電池２１は、結晶シリコ
ンからなる下部光電変換層１２と、下部光電変換層１２
の上に積層される中間層５と、中間層５の上に積層され
アモルファスシリコンからなる上部光電変換層１１とを
備え、中間層５は上部光電変換層１１側から（図１の矢
印方向から）入射する光を波長によって選択的に反射お
よび透過させる透光性導電層１９と、下部光電変換層１
２側に成膜された酸化シリコン膜１３とからなり、酸化
シリコン膜１３には酸化シリコン膜１３の表面から裏面
に貫通する複数の導電部１８を点在させている。

【００４４】以下、実施例１による積層型太陽電池の製
造方法について図１および図２を参照しつつ説明する。
まず、図１に示される第２光電変換部分１２の製造では
抵抗率約０．５Ω・ｃｍのＮ型多結晶シリコン基板３を
用いた。ＲＣＡ法で洗浄した後、酸による同方性エッチ
ングを行ってテクスチャを形成した。次に、ボロン拡散
を行ってＮ型多結晶シリコン基板３の表面にＰ型多結晶
シリコン層を形成した。次に、ボロン拡散を行ったのと
同じ拡散炉内でＰ型多結晶シリコン層上に表面保護膜
（ＢＳＧ）を形成した。

【００４５】次に、Ｎ型多結晶シリコン基板の表面側に
あるＰ型多結晶シリコン層４だけを樹脂マスクで保護
し、その他のＰ型多結晶シリコン層を化学ウェットエッ
チングにより除去した。ここで、上記化学ウェットエッ
チングに代えてドライエッチングを用いることも可能で
ある。次に、エッチング除去面に熱拡散法によって燐拡
散を行い、厚さ約０．３μｍ、不純物濃度約１．２×１
０²⁰ｃｍ^-3のＮ型多結晶シリコン層２を形成した。次
に、ＨＦ液に浸漬してＮ型多結晶シリコン層２の表面酸
化シリコンを除去した。

【００４６】次に、酸化炉において、Ｐ型多結晶シリコ
ン層４の表面を含む全体の表面にドライ酸素雰囲気の下
で厚さ約１００ｎｍの酸化シリコン膜を形成した。次
に、Ｐ型多結晶シリコン層４上の酸化シリコン膜の上に
銀ペーストを直径約０．５ｍｍの円状で、中間層５に対
する面積が約３％となるように印刷した後、ベルト焼成
炉で乾燥、焼成し、導電部１８（図２参照）を形成し
た。この導電部１８を有する酸化シリコン膜１３が中間
層５の第１層目となる。

【００４７】次に、Ｐ型多結晶シリコン層４上に形成さ
れた酸化シリコン膜１３を保護しながら、その他の部分
の酸化シリコン膜をＨＦ濃度約１０％の溶液で除去し
た。その後、Ｎ型多結晶シリコン層２の表面にＴｉ／Ｐ
ｄ／Ａｇの積層からなる三層メタル電極１を蒸着した
後、窒素雰囲気の下でアニールを行い、下部光電変換層
１２を完成させた。

【００４８】次に、図２に示される中間層５を製造し
た。中間層５は、第１層目となる酸化シリコン膜１３の
上に、第２層目として多結晶シリコン膜１４、第３層目
としてＺｎＯ膜１５、第４層目として多結晶シリコン膜
１６、第５層目としてＺｎＯ膜を順に積層して構成され
ている。酸化シリコン膜１３上の各膜１４、１５、１
６、１７の成膜にはＲＦスパッタリング成膜装置を用い
た。

【００４９】まず、中間層５の第２層目として、ＲＦス
パッタリング成膜装置の半導体成膜チャンバで多結晶シ
リコン薄膜１４を成膜した。具体的には、ターゲットと
して、寸法約１５０×２５０ｃｍ、抵抗率約３×１０^-3
Ω・ｃｍのＮ型シリコン板を用いた。膜厚補正板として
は、寸法約１３０×１００ｍｍ、４枚厚さ約３ｍｍ、抵
抗率約３×１０^-3Ω・ｃｍのＮ型シリコン板を用いた。
膜厚補正板は、ターゲットに対する開口部の寸法が約１
３０×１３０ｍｍであり、ターゲット表面から約１０ｍ
ｍ離れた箇所でターゲット表面に対して約２８°傾けて
配置した。

【００５０】アルゴンガス（Ａｒ）の雰囲気の下で、膜
厚補正板の電位を約−４３Ｖ、成膜圧力を約５ｍＴｏｒ
ｒ、ＲＦ周波数を約１００ＭＨｚ、高周波電力密度を約
０．６Ｗ／ｃｍ²、基板温度を約３００℃として成膜を
行った。成膜された多結晶シリコン膜１４は、膜厚が約
３０ｎｍ、面内の膜厚分布が±２．５ｎｍ以下、不純物
濃度が約８×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。

【００５１】次に、雰囲気切換用チャンバに搬送し、高
速排気システムによって真空度が約２×１０^-6Ｔｏｒｒ
になった時点でＺｎＯ膜の成膜チャンバに搬送し、第３
層目となるＺｎＯ膜１５を成膜した。具体的には、ター
ゲットとして酸化亜鉛（Ａｌ：２％）を用い、アルゴン
と酸素との混合ガスの雰囲気の下で、酸素の分圧比を約
１．４％、成膜圧力を約６×１０^-3Ｔｏｒｒ、高周波電
力密度を約２Ｗ／ｃｍ²、基板温度を約２００℃として
成膜を行った。成膜されたＺｎＯ膜１５は、膜厚が約７
０ｎｍ、シート抵抗率が約２８Ω・ｃｍ、膜の透過率が
約８３％であった。

【００５２】次に、第２層目の多結晶シリコン膜１４と
同じ成膜条件で第４層目となる多結晶シリコン膜１６を
成膜し、さらに第３層目のＺｎＯ膜１５と同じ成膜条件
で第５層目となるＺｎＯ膜１７を成膜した。その後、雰
囲気切換え用のチャンバに搬送し、約２００℃にて約２
０分程度アニールを行い、５つの単層膜からなる多層構
造の中間層５を完成させた。

【００５３】次に、図１に示される上部光電変換層１１
をプラズマＣＶＤ法で製造した。上部光電変換層１１は
アモルファスシリコンからなるＰ−Ｉ−Ｎ構造を有す
る。具体的には、原料ガスとしてＳｉＨ₄（シラン）、
Ｈ₂（高純度水素）、Ｂ₂Ｈ₆（ジボラン）、ＰＨ₃（ホス
フィン）を用い、成膜圧力を約０．３Ｔｏｒｒ、プラズ
マに供給するエネルギーを約３０ｍＷ／ｃｍ²、基板温
度を約１６０℃程度とし、Ｎ型アモルファスシリコン層
６、水素が添加されたＩ型アモルファスシリコン層７
（厚さ約３００ｎｍ）およびＰ型アモルファスシリコン
層８をそれぞれ形成した。

【００５４】最後に、図１に示される表面電極および反
射防止膜９として膜厚約１０７ｎｍのＩＴＯ膜をＰ型ア
モルファスシリコン層８上にスパッタリング法で成膜
し、さらに、表面電極９上に銀（Ａｇ）からなる表面集
電極１０を電子ビーム蒸着法で形成して積層型太陽電池
２１を完成させた。

【００５５】以上のようにして製造された積層型太陽電
池２１の中間層５の反射特性を図３に示す。図３に示さ
れるように、中間層５は、アモルファスリシコンからな
る上部光電変換層１１が吸収できる波長域約４００〜７
００ｎｍの短波長光に対する反射率が約９０％以上とな
った。一方、多結晶シリコンからなる下部光電変換層１
２が吸収できる約７００ｎｍ以上の長波長光に対する反
射率は低く抑えられ、下部光電変換層１２に対する透過
光量を十分確保することができた。

【００５６】ＡＭ１．５照射下における上部光電変換層
（ｔｏｐ）１２および下部光電変換層（Ｂｏｔｔｏｍ）
１１、並びに、積層型太陽電池（ｔａｎｄｅｍ）２１の
短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、曲線因
子（ＦＦ）、変換効率（Ｅｆｆ）をそれぞれ表１に示
す。

【００５７】

【表１】

【００５８】表１に示されるように、積層型太陽電池２
１では、上部光電変換層１２の短絡電流密度（Ｊｓｃ）
が従来の約１２〜１３ｍＡ／ｃｍ²から約１８．５ｍＡ
／ｃｍ²へと向上した。また、中間層５の下部光電変換
層１２側に設けられた酸化シリコン膜１３のパッシベー
ション効果により、下部光電変換層１２の開放電圧（Ｖ
ｏｃ）が従来の約５８０ｍＶから約６３０ｍＶへと向上
した。

【００５９】つまり、上部光電変換層１１の短絡電流密
度を向上させると共に、下部光電変換層１２の開放電圧
を向上させることができた。この結果、表１に示される
ように、ＡＭ１．５照射下における積層型太陽電池２１
の短絡電流密度は従来の約１２ｍＡ／ｃｍ²から約１
８．５ｍＡ／ｃｍ²へと向上し、変換効率は従来の約１
２％から約１９．７％へと大幅に向上した。なお、図４
に示されるように、上部光電変換層１２の短絡電流密度
が向上するに従って、積層型太陽電池２１の変換効率が
向上することは実験によっても明らかとなった。

【００６０】実施例２この発明の実施例２による積層型太陽電池について図５
および図６に基づいて説明する。図５はこの発明の実施
例２による積層型太陽電池の断面図、図６は図５に示さ
れる積層型太陽電池の中間層を示す部分拡大断面図であ
る。なお、上述の実施例１と同じ構成からなる部分には
同じ符号を付して説明する。

【００６１】図５および図６に示されるように、実施例
２による積層型太陽電池４１は、結晶シリコンからなる
下部光電変換層１２と、下部光電変換層１２の上に積層
される中間層２５と、中間層２５の上に積層されアモル
ファスシリコンからなる上部光電変換層１１とを備え、
中間層２５は上部光電変換層１１側から（図５の矢印方
向から）入射する光を波長によって選択的に反射および
透過させる透光性導電層３９と、下部光電変換層１２側
に成膜された酸化シリコン膜３３とからなり、酸化シリ
コン膜３３はその膜厚が約５ｎｍであってトンネル効果
による導電性を有するように構成されている。つまり、
実施例２による積層型太陽電池４１は、トンネル効果に
よる導電性が得られるように、中間層２５の酸化シリコ
ン膜を３３の膜厚を約５ｎｍとすることにより、実施例
１で用いた導電部１８（図２参照）を不要としたもので
ある。

【００６２】実施例２による積層型太陽電池４１は、酸
化シリコン膜３３の成膜工程において膜厚が約５ｎｍと
なるように成膜したことと、導電部の形成工程を省略し
たこと以外は実施例１と同様の製造方法で製造した。実
施例２による積層型太陽電池は、上部光電変換層１１の
短絡電流密度が従来の約１２〜１３ｍＡ／ｃｍ²から約
１８．５ｍＡ／ｃｍ²へ向上し、下部光電変換層１２の
開放電圧が従来の約５８０ｍＶから約５９０ｍＶへ向上
した。

【００６３】なお、以上の実施例１および２では、２つ
の光電変換層を積層したが、３つの光電変換層を積層し
た場合でも、この発明による中間層を用いれば同様の効
果を奏する。また、下部光電変換層にＮ型多結晶シリコ
ン基板を用いたが、Ｐ型多結晶シリコン基板を用いた場
合にも同様の効果を奏する。つまり、実施例１および２
による積層型太陽電池は、光入射側からＰＩＮ−ＰＮと
いう構造であったが、言うまでもなく、光入射側からＮ
ＩＰ−ＮＰとなる構造にも適用できる。

【００６４】

【発明の効果】この発明によれば、中間層が上部光電変
換層側から入射する光のうち波長の短い光を反射して波
長の長い光を透過させる透光性導電層と、下部光電変換
層側に成膜された酸化シリコン膜とからなり、酸化シリ
コン膜には酸化シリコン膜の表面から裏面に貫通する複
数の導電部を点在させてなるので、上部および下部光電
変換層の短絡電流密度を高い値でバランスさせることが
でき、さらには、酸化シリコン膜のパッシベーション効
果により下部光電変換層の開放電圧を向上させることが
でき、これらの効果により積層型太陽電池の変換効率を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例による積層型太陽電池の断面
図である。

【図２】図１に示される積層型太陽電池の中間層の構成
を示す部分拡大断面図である。

【図３】図２に示される中間層の反射特性を示すグラフ
図である。

【図４】上部光電変換層の短絡電流密度と積層型太陽電
池の変換効率との関係を示すグラフ図である。

【図５】この発明の実施例２による積層型太陽電池の断
面図である。

【図６】図５に示される積層型太陽電池の中間層の構成
を示す部分拡大断面図である。

【図７】導電部の面積と下部光電変換層の短絡電流密度
との関係を示すグラフ図である。

【図８】透明導電膜形成時に加える酸素分圧を変化させ
ることにより透明導電膜の透過率と導電率が変化する関
係を示すグラフ図である。

【図９】従来の選択反射中間層の反射特性を示すグラフ
図である。

【符号の説明】

１・・・三層メタル電極２・・・Ｎ型多結晶シリコン層３・・・Ｎ型多結晶シリコン基板４・・・Ｐ型多結晶シリコン層５・・・中間層６・・・Ｎ型アモルファスシリコン層７・・・Ｉ型アモルファスシリコン層８・・・Ｐ型アモルファスシリコン層９・・・表面電極および反射防止膜１０・・・表面集電極

フロントページの続きＦターム(参考） 5F051 AA02 AA05 AA16 CA15 CB13 CB15 CB20 CB21 CB24 DA15 DA18 FA04 FA06 GA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶シリコンからなる下部光電変換層
と、下部光電変換層の上に積層される中間層と、中間層
の上に積層されアモルファスシリコンからなる上部光電
変換層とを備え、中間層は上部光電変換層側から入射す
る光を波長によって選択的に反射および透過させる透光
性導電層と、下部光電変換層側に成膜された酸化シリコ
ン膜とからなり、酸化シリコン膜には酸化シリコン膜の
表面から裏面に貫通する複数の導電部を点在させた積層
型太陽電池。
【請求項２】点在する複数の導電部は、それらの面積
の和が中間層の面積に対して１〜６％の範囲内にある請
求項１に記載の積層型太陽電池。
【請求項３】各導電部は、酸化シリコン膜の表面およ
び裏面に円形又は多角形で露出している請求項１又は２
に記載の積層型太陽電池。
【請求項４】結晶シリコンからなる下部光電変換層
と、下部光電変換層の上に積層される中間層と、中間層
の上に積層されアモルファスシリコンからなる上部光電
変換層とを備え、中間層は上部光電変換層側から入射す
る光を波長によって選択的に反射および透過させる透光
性導電層と、下部光電変換層側に成膜された酸化シリコ
ン膜とからなり、酸化シリコン膜はその膜厚が２〜１０
ｎｍであってトンネル効果による導電性を有する積層型
太陽電池。
【請求項５】透光性導電層は屈折率が互いに異なる透
明導電膜と半導体膜を交互に積層してなる請求項１〜４
のいずれか１つに記載の積層型太陽電池。
【請求項６】半導体膜は結晶シリコン薄膜からなり、
その結晶シリコン薄膜は導電性不純物濃度が５×１０¹⁸
〜１×１０²⁰ｃｍ^-3の範囲内にある請求項５に記載の積
層型太陽電池。
【請求項７】透明導電膜は、その導電率が６×１０²
〜６×１０³（Ω・ｃｍ）^-1の範囲内にあり、波長４０
０〜７００ｎｍの光に対する透過率が７５〜９０％の範
囲内にある請求項５又は６に記載の積層型太陽電池。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１つに記載の積
層型太陽電池の酸化シリコン膜が、ドライ酸化法、ウェ
ット酸化法、高圧水蒸気酸化法および陽極酸化法のいず
れか１つの方法によって形成される積層型太陽電池の製
造方法。
【請求項９】請求項１〜３のいずれか１つに記載の積
層型太陽電池の導電部が、酸化シリコン膜上に導電性ペ
ーストを所定パターンで塗布し、この塗布された導電性
ペーストを焼成することにより形成される積層型太陽電
池の製造方法。
【請求項１０】導電性ペーストは、酸化シリコン膜上
に印刷法によって塗布され、酸素を含む雰囲気の下で４
００〜８００℃で焼成される請求項９に記載の積層型太
陽電池の製造方法。