JP2003298089A - タンデム型薄膜光電変換装置とその製造方法 - Google Patents
タンデム型薄膜光電変換装置とその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非晶質光電変換ユニット層と結晶質光電変換
ユニット層の間に中間反射層を含むハイブリッド薄膜光
電変換装置の出力特性を改善する。 【解決手段】 透明絶縁基板上に順次積層された透明電
極層、少なくとも１つの非晶質シリコン系光電変換ユニ
ット、部分的に光を反射しかつ透過する導電性の中間反
射層、少なくとも１つの結晶質シリコン系光電変換ユニ
ット、および裏面金属電極層を含み、前記非晶質シリコ
ン系光電変換ユニットの各々がｐ型層、非晶質ｉ型光電
変換層、およびｎ型層を含み、前記中間反射層上に中間
反射層に接して形成された結晶質シリコン系光電変換ユ
ニットが順次堆積されたｎ型層、ｐ型層、結晶質ｉ型光
電変換層、およびｎ型層を含むことを特徴とするタンデ
ム型薄膜光電変換装置。
ユニット層の間に中間反射層を含むハイブリッド薄膜光
電変換装置の出力特性を改善する。 【解決手段】 透明絶縁基板上に順次積層された透明電
極層、少なくとも１つの非晶質シリコン系光電変換ユニ
ット、部分的に光を反射しかつ透過する導電性の中間反
射層、少なくとも１つの結晶質シリコン系光電変換ユニ
ット、および裏面金属電極層を含み、前記非晶質シリコ
ン系光電変換ユニットの各々がｐ型層、非晶質ｉ型光電
変換層、およびｎ型層を含み、前記中間反射層上に中間
反射層に接して形成された結晶質シリコン系光電変換ユ
ニットが順次堆積されたｎ型層、ｐ型層、結晶質ｉ型光
電変換層、およびｎ型層を含むことを特徴とするタンデ
ム型薄膜光電変換装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は非晶質光電変換ユニ
ット層と結晶質光電変換ユニット層との間で、部分的に
光を反射しかつ透過する導電性の中間反射層を含むタン
デム型薄膜光電変換装置の特性改善に関するものであ
る。
ット層と結晶質光電変換ユニット層との間で、部分的に
光を反射しかつ透過する導電性の中間反射層を含むタン
デム型薄膜光電変換装置の特性改善に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】薄膜太陽電池は、一般に少なくとも表面
が絶縁性の基板上に順に積層された第一電極、１以上の
半導体薄膜光電変換ユニット、及び第二電極とを含んで
いる。そして１つの光電変換ユニットはｐ型層とｎ型層
でサンドイッチされたｉ型層を含んでいる。
が絶縁性の基板上に順に積層された第一電極、１以上の
半導体薄膜光電変換ユニット、及び第二電極とを含んで
いる。そして１つの光電変換ユニットはｐ型層とｎ型層
でサンドイッチされたｉ型層を含んでいる。
【０００３】光電変換ユニットの厚さの大部分は、実質
的に真性の半導体層であるｉ型層によって占められ、光
電変換作用は主としてこのｉ型層内で生じる。従って、
光電変換層であるｉ型層の膜厚は光吸収のためには厚い
ほうが好ましいが、必要以上に厚くすればその堆積のた
めのコストと時間が増大することになる。
的に真性の半導体層であるｉ型層によって占められ、光
電変換作用は主としてこのｉ型層内で生じる。従って、
光電変換層であるｉ型層の膜厚は光吸収のためには厚い
ほうが好ましいが、必要以上に厚くすればその堆積のた
めのコストと時間が増大することになる。
【０００４】他方、ｐ型やｎ型の導電型層は光電変換ユ
ニット内に拡散電位を生じさせる役目を果たし、この拡
散電位の大きさによって薄膜太陽電池の重要な特性の１
つである開放端電圧の値が左右される。しかし、これら
の導電型層は光電変換には寄与しない不活性な層であ
り、導電型層にドープされた不純物によって吸収される
光は発電に寄与せず損失となる。したがって、ｐ型とｎ
型の導電型層の膜厚は、十分な拡散電位を生じさせる範
囲内で可能な限り薄くすることが好ましい。
ニット内に拡散電位を生じさせる役目を果たし、この拡
散電位の大きさによって薄膜太陽電池の重要な特性の１
つである開放端電圧の値が左右される。しかし、これら
の導電型層は光電変換には寄与しない不活性な層であ
り、導電型層にドープされた不純物によって吸収される
光は発電に寄与せず損失となる。したがって、ｐ型とｎ
型の導電型層の膜厚は、十分な拡散電位を生じさせる範
囲内で可能な限り薄くすることが好ましい。
【０００５】ところで、薄膜太陽電池の変換効率を向上
させる方法として、２以上の光電変換ユニットを積層し
てタンデム型にする方法がある。この方法においては、
薄膜太陽電池の光入射側に光電変換層のバンドギャップ
が大きい光電変換ユニットを配置し、その後ろに順に光
電変換層のバンドギャップが小さい光電変換ユニットを
配置することで、入射光の広い波長範囲にわたって光電
変換を可能にし、これによって太陽電池全体としての変
換効率の向上が図られる。このようなタンデム型薄膜太
陽電池の中でも、非晶質光電変換ユニットと結晶質光電
変換ユニットの両方を含むものは、特にハイブリッド型
薄膜太陽電池と称されることもある。
させる方法として、２以上の光電変換ユニットを積層し
てタンデム型にする方法がある。この方法においては、
薄膜太陽電池の光入射側に光電変換層のバンドギャップ
が大きい光電変換ユニットを配置し、その後ろに順に光
電変換層のバンドギャップが小さい光電変換ユニットを
配置することで、入射光の広い波長範囲にわたって光電
変換を可能にし、これによって太陽電池全体としての変
換効率の向上が図られる。このようなタンデム型薄膜太
陽電池の中でも、非晶質光電変換ユニットと結晶質光電
変換ユニットの両方を含むものは、特にハイブリッド型
薄膜太陽電池と称されることもある。
【０００６】例えば、バンドギャップの広いｉ型非晶質
シリコンを光電変換層に使用した非晶質シリコン光電変
換ユニットと、バンドギャップの狭いｉ型結晶質シリコ
ンを光電変換層に使用した結晶質シリコン光電変換ユニ
ットからなるハイブリッド型薄膜太陽電池においては、
ｉ型非晶質シリコンが光電変換し得る光の波長は長波長
側において８００ｎｍ程度までであるが、ｉ型結晶質シ
リコンはそれより長い約１１００ｎｍ程度までの光を光
電変換することが可能であるため、入射光のより広い範
囲を有効に光電変換することが可能になる。
シリコンを光電変換層に使用した非晶質シリコン光電変
換ユニットと、バンドギャップの狭いｉ型結晶質シリコ
ンを光電変換層に使用した結晶質シリコン光電変換ユニ
ットからなるハイブリッド型薄膜太陽電池においては、
ｉ型非晶質シリコンが光電変換し得る光の波長は長波長
側において８００ｎｍ程度までであるが、ｉ型結晶質シ
リコンはそれより長い約１１００ｎｍ程度までの光を光
電変換することが可能であるため、入射光のより広い範
囲を有効に光電変換することが可能になる。
【０００７】この場合、一般に非晶質光電変換ユニット
は結晶質光電変換ユニットに比べて出力電流密度が小さ
く、ハイブリッド薄膜光電変換装置全体としての出力電
流密度が非晶質光電変換ユニットによる小さな出力電流
密度によって制限される傾向となる。この傾向は、非晶
質光電変換ユニットの膜厚が小さくその光吸収が不十分
な場合に顕著となる。
は結晶質光電変換ユニットに比べて出力電流密度が小さ
く、ハイブリッド薄膜光電変換装置全体としての出力電
流密度が非晶質光電変換ユニットによる小さな出力電流
密度によって制限される傾向となる。この傾向は、非晶
質光電変換ユニットの膜厚が小さくその光吸収が不十分
な場合に顕著となる。
【０００８】一方タンデム型薄膜太陽電池においては、
積層された複数の光電変換ユニットの間に光透過性及び
光反射性の双方の特性を有する導電性の中間反射層を挿
入することがある。この中間反射層を設けた場合、タン
デム型薄膜太陽電池の光入射側に位置する光電変換ユニ
ットに入射した光は、一部が中間反射層で反射して光入
射側に位置する光電変換ユニットに再入射するため、光
入射側に位置する光電変換ユニットの実効的な膜厚が増
加する。すなわち出力電流密度を増大させることができ
る。
積層された複数の光電変換ユニットの間に光透過性及び
光反射性の双方の特性を有する導電性の中間反射層を挿
入することがある。この中間反射層を設けた場合、タン
デム型薄膜太陽電池の光入射側に位置する光電変換ユニ
ットに入射した光は、一部が中間反射層で反射して光入
射側に位置する光電変換ユニットに再入射するため、光
入射側に位置する光電変換ユニットの実効的な膜厚が増
加する。すなわち出力電流密度を増大させることができ
る。
【０００９】本構造について図１を用いて説明する。中
間反射層を有するタンデム型の薄膜光電変換装置１０１
は、透明絶縁基板１１１上に透明電極層１１２、非晶質
光電変換ユニット１１３、中間反射層１１４、結晶質光
電変換ユニット１１５、裏面金属電極層１１６から構成
される。
間反射層を有するタンデム型の薄膜光電変換装置１０１
は、透明絶縁基板１１１上に透明電極層１１２、非晶質
光電変換ユニット１１３、中間反射層１１４、結晶質光
電変換ユニット１１５、裏面金属電極層１１６から構成
される。
【００１０】非晶質光電変換ユニット１１３は、一般に
ｐ型の不純物がド−プされたｐ型非晶質シリコン層１１
３ｐと、不純物がド−プされていない真性半導体からな
る光電変換層としてのｉ型非晶質シリコン層１１３ｉ
と、ｎ型の不純物がド−プされたｎ型シリコン層１１３
ｎから構成される。
ｐ型の不純物がド−プされたｐ型非晶質シリコン層１１
３ｐと、不純物がド−プされていない真性半導体からな
る光電変換層としてのｉ型非晶質シリコン層１１３ｉ
と、ｎ型の不純物がド−プされたｎ型シリコン層１１３
ｎから構成される。
【００１１】結晶質光電変換ユニット１１５は、一般に
ｐ型の不純物がド−プされたｐ型シリコン層１１５ｐ
と、不純物がド−プされていない真性半導体からなる光
電変換層としてのｉ型結晶質シリコン層１１５ｉと、ｎ
型の不純物がド−プされたｎ型シリコン層１１５ｎから
構成される。
ｐ型の不純物がド−プされたｐ型シリコン層１１５ｐ
と、不純物がド−プされていない真性半導体からなる光
電変換層としてのｉ型結晶質シリコン層１１５ｉと、ｎ
型の不純物がド−プされたｎ型シリコン層１１５ｎから
構成される。
【００１２】透明電極層１１２には溝１１７が形成され
ており、溝１１７を介して非晶質光電変換ユニット１１
３がガラス基板１１１に接続されている。非晶質光電変
換ユニット１１３と中間反射層１１４に溝１１８が形成
されている。溝１１８には結晶質光電変換ユニット１１
５が充填されている。非晶質光電変換ユニット１１３、
中間反射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１５に溝
１１９が形成されている。溝１１９には裏面金属電極１
１６が充填されている。非晶質光電変換ユニット１１
３、中間反射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１
５、裏面金属電極層１１６を分離するように溝１２０が
形成されている。
ており、溝１１７を介して非晶質光電変換ユニット１１
３がガラス基板１１１に接続されている。非晶質光電変
換ユニット１１３と中間反射層１１４に溝１１８が形成
されている。溝１１８には結晶質光電変換ユニット１１
５が充填されている。非晶質光電変換ユニット１１３、
中間反射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１５に溝
１１９が形成されている。溝１１９には裏面金属電極１
１６が充填されている。非晶質光電変換ユニット１１
３、中間反射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１
５、裏面金属電極層１１６を分離するように溝１２０が
形成されている。
【００１３】一般的には、このような薄膜光電変換セル
１０１が複数個接続されて、太陽電池が形成される。
１０１が複数個接続されて、太陽電池が形成される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、非晶質
シリコン光電変換ユニット、及び結晶質シリコン光電変
換ユニットからなるハイブリッド型のシリコン薄膜光電
変換装置に対して中間反射層を挿入した場合、ｉ型非晶
質シリコンの膜厚を増やすことなく非晶質シリコン光電
変換ユニットによる出力電流密度を増大させることがで
きる。もしくは同一の出力電流密度を得るために必要な
ｉ型非晶質シリコンの膜厚を薄くすることができるた
め、ｉ層膜厚の増加に応じて光劣化が顕著となる非晶質
シリコン光電変換ユニットの特性低下を抑えることが可
能となる。
シリコン光電変換ユニット、及び結晶質シリコン光電変
換ユニットからなるハイブリッド型のシリコン薄膜光電
変換装置に対して中間反射層を挿入した場合、ｉ型非晶
質シリコンの膜厚を増やすことなく非晶質シリコン光電
変換ユニットによる出力電流密度を増大させることがで
きる。もしくは同一の出力電流密度を得るために必要な
ｉ型非晶質シリコンの膜厚を薄くすることができるた
め、ｉ層膜厚の増加に応じて光劣化が顕著となる非晶質
シリコン光電変換ユニットの特性低下を抑えることが可
能となる。
【００１５】しかしながら、このように透明絶縁基板側
から順にｐｉｎの接合を含むｐｉｎ型非結晶質ユニット
を形成し、引き続いて中間反射層を形成し、更に順にｐ
ｉｎの接合を含むｐｉｎ型結晶質ユニットを形成した場
合、中間反射層を形成した後に形成するｐ型層の結晶化
度が不十分となり、さらに良質のｉ型結晶質シリコン層
が得られなかったため、必ずしも期待した特性とはなら
なかった。
から順にｐｉｎの接合を含むｐｉｎ型非結晶質ユニット
を形成し、引き続いて中間反射層を形成し、更に順にｐ
ｉｎの接合を含むｐｉｎ型結晶質ユニットを形成した場
合、中間反射層を形成した後に形成するｐ型層の結晶化
度が不十分となり、さらに良質のｉ型結晶質シリコン層
が得られなかったため、必ずしも期待した特性とはなら
なかった。
【００１６】同様の構造については、特開２００１−３
０８３５４に記載されているが、これは、中間反射層上
の光電変換層として単にｐｉｎ型もしくはｎｉｐ型非晶
質光電変換ユニットを形成するものであり、中間反射層
上のｐ型層、ｎ型層の結晶化度は低く、結晶質光電変換
ユニットの導電型層としては適していない。
０８３５４に記載されているが、これは、中間反射層上
の光電変換層として単にｐｉｎ型もしくはｎｉｐ型非晶
質光電変換ユニットを形成するものであり、中間反射層
上のｐ型層、ｎ型層の結晶化度は低く、結晶質光電変換
ユニットの導電型層としては適していない。
【００１７】また特開平７−２６３７３１においても、
透明導電膜上に多結晶光電変換ユニットを製膜している
が、本ユニットも単にｐｉｎもしくはｎｉｐ接合を有す
るものであり、同様にｐ型層、ｎ型層の結晶性は低いと
考えられる。
透明導電膜上に多結晶光電変換ユニットを製膜している
が、本ユニットも単にｐｉｎもしくはｎｉｐ接合を有す
るものであり、同様にｐ型層、ｎ型層の結晶性は低いと
考えられる。
【００１８】上述のような状況に鑑み、本発明は、非晶
質光電変換ユニット層と結晶質光電変換ユニット層との
間に中間反射層を含むハイブリッド型薄膜光電変換装置
において、中間反射層を形成した後にその上に形成する
結晶質光電変換ユニットの膜質を改善し、出力特性を向
上することを目的としている。
質光電変換ユニット層と結晶質光電変換ユニット層との
間に中間反射層を含むハイブリッド型薄膜光電変換装置
において、中間反射層を形成した後にその上に形成する
結晶質光電変換ユニットの膜質を改善し、出力特性を向
上することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、光電変換ユニ
ットの上に部分的に光を反射しかつ透過する導電性の中
間反射層を有し、更にその上に結晶質シリコン系光電変
換ユニットが形成された構成を有するタンデム型薄膜光
電変換装置において、前記中間反射層の上に形成された
結晶質シリコン系光電変換ユニットが、順次堆積された
ｎ型層、ｐ型層、結晶質ｉ型光電変換層、およびｎ型層
を含んでいることを特徴としている。
ットの上に部分的に光を反射しかつ透過する導電性の中
間反射層を有し、更にその上に結晶質シリコン系光電変
換ユニットが形成された構成を有するタンデム型薄膜光
電変換装置において、前記中間反射層の上に形成された
結晶質シリコン系光電変換ユニットが、順次堆積された
ｎ型層、ｐ型層、結晶質ｉ型光電変換層、およびｎ型層
を含んでいることを特徴としている。
【００２０】また、透明絶縁基板上に順次積層された透
明電極層、少なくとも１つの非晶質シリコン系光電変換
ユニット、部分的に光を反射しかつ透過する導電性の中
間反射層、少なくとも１つの結晶質シリコン系光電変換
ユニット、および裏面金属電極層を含むタンデム型薄膜
光電変換装置において、前記非晶質シリコン系光電変換
ユニットの各々がｐ型層、非晶質ｉ型光電変換層、およ
びｎ型層を含み、前記結晶質シリコン系光電変換ユニッ
トが順次堆積されたｎ型層、ｐ型層、結晶質ｉ型光電変
換層、およびｎ型層を含むことを特徴としている。
明電極層、少なくとも１つの非晶質シリコン系光電変換
ユニット、部分的に光を反射しかつ透過する導電性の中
間反射層、少なくとも１つの結晶質シリコン系光電変換
ユニット、および裏面金属電極層を含むタンデム型薄膜
光電変換装置において、前記非晶質シリコン系光電変換
ユニットの各々がｐ型層、非晶質ｉ型光電変換層、およ
びｎ型層を含み、前記結晶質シリコン系光電変換ユニッ
トが順次堆積されたｎ型層、ｐ型層、結晶質ｉ型光電変
換層、およびｎ型層を含むことを特徴としている。
【００２１】また前記中間反射層上に中間反射層に接し
て形成された結晶質シリコン系光電変換ユニットに含ま
れるｐ型層の結晶化率が、その下地層であるｎ型層の結
晶化率と実質同等か、これよりも大きいことを特徴とし
ている。
て形成された結晶質シリコン系光電変換ユニットに含ま
れるｐ型層の結晶化率が、その下地層であるｎ型層の結
晶化率と実質同等か、これよりも大きいことを特徴とし
ている。
【００２２】上記構造によれば、中間反射層とその上に
形成される結晶質シリコン系光電変換ユニットのｐ型層
の間にｎ型層が形成されていることにより、ｐ型層、更
にその上に形成される結晶質ｉ型光電変換層の膜質を改
善することが可能となり、出力特性を向上することがで
きることとなる。
形成される結晶質シリコン系光電変換ユニットのｐ型層
の間にｎ型層が形成されていることにより、ｐ型層、更
にその上に形成される結晶質ｉ型光電変換層の膜質を改
善することが可能となり、出力特性を向上することがで
きることとなる。
【００２３】中間反射層については、酸化亜鉛をその成
分とすることが好ましく、更に膜厚は３〜１００ｎｍで
あることが好ましい。また、その形成法として、原材料
は気相状態で製膜室に導入し、かつ非晶質光電変換ユニ
ット、中間反射層は大気中に取り出すことなく連続して
形成することが好ましい。
分とすることが好ましく、更に膜厚は３〜１００ｎｍで
あることが好ましい。また、その形成法として、原材料
は気相状態で製膜室に導入し、かつ非晶質光電変換ユニ
ット、中間反射層は大気中に取り出すことなく連続して
形成することが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明のタンデム型薄膜光
電変換装置について図２を用いて説明するが、本発明は
これに限定されるものではない。
電変換装置について図２を用いて説明するが、本発明は
これに限定されるものではない。
【００２５】本発明にかかる一つの実施の例であるタン
デム型の薄膜光電変換装置２０１は、透明絶縁基板２１
１上に透明電極層２１２、非晶質光電変換ユニット２１
３、中間反射層２１４、結晶質光電変換ユニット２１
５、裏面金属電極層２１６を形成して構成される。
デム型の薄膜光電変換装置２０１は、透明絶縁基板２１
１上に透明電極層２１２、非晶質光電変換ユニット２１
３、中間反射層２１４、結晶質光電変換ユニット２１
５、裏面金属電極層２１６を形成して構成される。
【００２６】透明絶縁基板２１１としては、例えばガラ
ス基板が好ましく用いられる。また透明電極層２１２は
透明導電性酸化物で形成することが好ましい。
ス基板が好ましく用いられる。また透明電極層２１２は
透明導電性酸化物で形成することが好ましい。
【００２７】非晶質光電変換ユニット２１３は、ｐ型の
不純物がド−プされたｐ型シリコン層２１３ｐと、不純
物がド−プされていない真性半導体からなる光電変換層
としてのｉ型非晶質シリコン層２１３ｉと、ｎ型の不純
物がド−プされたｎ型シリコン層２１３ｎから構成され
る。ｉ型非晶質シリコン層２１３ｉの厚さは０．０１〜
０．０５μｍの範囲であることが好ましい。なお、本発
明における非晶質光電変換ユニット２１３は中間反射層
２１４により部分的に反射された光を吸収することがで
きるため、中間反射層２１４が存在しない時に比べて薄
くすることが出来る。このことは、非晶質光電変換ユニ
ット２１３の光劣化を低減する点においても好ましい。
不純物がド−プされたｐ型シリコン層２１３ｐと、不純
物がド−プされていない真性半導体からなる光電変換層
としてのｉ型非晶質シリコン層２１３ｉと、ｎ型の不純
物がド−プされたｎ型シリコン層２１３ｎから構成され
る。ｉ型非晶質シリコン層２１３ｉの厚さは０．０１〜
０．０５μｍの範囲であることが好ましい。なお、本発
明における非晶質光電変換ユニット２１３は中間反射層
２１４により部分的に反射された光を吸収することがで
きるため、中間反射層２１４が存在しない時に比べて薄
くすることが出来る。このことは、非晶質光電変換ユニ
ット２１３の光劣化を低減する点においても好ましい。
【００２８】中間反射層２１４は、ＺｎＯ膜、ＳｉＯ2
膜、ＩｎＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜、Ｙ2Ｏ3膜およびＴｉＯ2膜
のような透明酸化物層で構成することができ、特にＺｎ
Ｏ膜のような透明導電性酸化物層で構成されていること
が好ましい。通常これらの膜は多結晶体として製膜され
る。中間反射層２１４は、スパッタリング法、蒸着法、
ＥＢ法、ＣＶＤ法等に代表される既知の各種方法で形成
することが可能であるが、特にＭＯＣＶＤ法のような原
材料として気相を用いる方法が好ましく、更に非晶質光
電変換ユニット形成後連続して大気中に取り出すことな
く形成することが望ましい。これは、蒸着法やＥＢ法で
は膜厚や膜質の均一性を確保しつつ、装置をスケールア
ップすることが困難であり、基板の大面積化には不向き
であること、スパッタリング法では基板の大面積化は比
較的容易であるが、製膜時に印加する数百Ｖ〜数ｋＶと
いう高い電圧により、下地層へダメージが生じ太陽電池
の特性を低下させる恐れがあるからである。また非晶質
ユニットの表面が大気にさらされると、表面の汚染など
により接合界面の状態に悪影響を及ぼすからである。中
間反射層２１４の厚さは３〜１００ｎｍの範囲にあるこ
とが好ましい。これは、中間反射層２１４が過剰に薄い
場合には十分な光反射性が得られず、過剰に厚い場合に
は十分な光透過性が得られないことがあるからである。
膜、ＩｎＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜、Ｙ2Ｏ3膜およびＴｉＯ2膜
のような透明酸化物層で構成することができ、特にＺｎ
Ｏ膜のような透明導電性酸化物層で構成されていること
が好ましい。通常これらの膜は多結晶体として製膜され
る。中間反射層２１４は、スパッタリング法、蒸着法、
ＥＢ法、ＣＶＤ法等に代表される既知の各種方法で形成
することが可能であるが、特にＭＯＣＶＤ法のような原
材料として気相を用いる方法が好ましく、更に非晶質光
電変換ユニット形成後連続して大気中に取り出すことな
く形成することが望ましい。これは、蒸着法やＥＢ法で
は膜厚や膜質の均一性を確保しつつ、装置をスケールア
ップすることが困難であり、基板の大面積化には不向き
であること、スパッタリング法では基板の大面積化は比
較的容易であるが、製膜時に印加する数百Ｖ〜数ｋＶと
いう高い電圧により、下地層へダメージが生じ太陽電池
の特性を低下させる恐れがあるからである。また非晶質
ユニットの表面が大気にさらされると、表面の汚染など
により接合界面の状態に悪影響を及ぼすからである。中
間反射層２１４の厚さは３〜１００ｎｍの範囲にあるこ
とが好ましい。これは、中間反射層２１４が過剰に薄い
場合には十分な光反射性が得られず、過剰に厚い場合に
は十分な光透過性が得られないことがあるからである。
【００２９】多結晶光電変換ユニット２１５は、ｎ型の
不純物がド−プされたｎ型シリコン層２１５ｎ１とｐ型
の不純物がド−プされたｐ型シリコン層２１５ｐと、不
純物がド−プされていない真性半導体からなる光電変換
層としてのｉ型結晶質シリコン層２１５ｉと、ｎ型の不
純物がド−プされたｎ型シリコン層２１５ｎ２から構成
される。ｉ型結晶質シリコン層２１５ｉのその厚さ範囲
は０．１〜１０μｍの範囲内にあることが好ましく、
０．１〜５μｍの範囲内にあることがより好ましい。
不純物がド−プされたｎ型シリコン層２１５ｎ１とｐ型
の不純物がド−プされたｐ型シリコン層２１５ｐと、不
純物がド−プされていない真性半導体からなる光電変換
層としてのｉ型結晶質シリコン層２１５ｉと、ｎ型の不
純物がド−プされたｎ型シリコン層２１５ｎ２から構成
される。ｉ型結晶質シリコン層２１５ｉのその厚さ範囲
は０．１〜１０μｍの範囲内にあることが好ましく、
０．１〜５μｍの範囲内にあることがより好ましい。
【００３０】本発明のタンデム型薄膜光電変換装置で
は、中間反射層２１４の上に直接ｐ型シリコン層２１５
ｐを形成するのではなく、先ずｎ型の不純物がド−プさ
れたｎ型シリコン層２１５ｎ１を形成した後に、ｐ型シ
リコン層２１５ｐ、ｉ型結晶質シリコン層２１５ｉ、ｎ
型シリコン層２１５ｎ２と形成することで、出力特性の
向上を可能とする。これは、中間反射層２１４の上にｐ
型層を形成する場合には、ｐ型層の結晶化度が低くな
り、ｐ型層上に高性能のｉ型結晶質光電変換層を形成す
ることが困難であったのに対し、先ずｎ型シリコン層を
形成することで、ｐ型層、更にその上のｉ型結晶質シリ
コン層２１５ｎの結晶化度の低下が防がれた為であると
推察される。ここで、ｐ型シリコン層２１５ｐの結晶化
率は、ｎ型シリコン層２１５ｎ１の結晶化率に比較し、
実質同等か、これよりも大きいことが好ましい。ここ
で、実質同等とは、結晶化率が同一か、他方に比べプラ
スマイナス１０％の範囲内にあることを意味する。
は、中間反射層２１４の上に直接ｐ型シリコン層２１５
ｐを形成するのではなく、先ずｎ型の不純物がド−プさ
れたｎ型シリコン層２１５ｎ１を形成した後に、ｐ型シ
リコン層２１５ｐ、ｉ型結晶質シリコン層２１５ｉ、ｎ
型シリコン層２１５ｎ２と形成することで、出力特性の
向上を可能とする。これは、中間反射層２１４の上にｐ
型層を形成する場合には、ｐ型層の結晶化度が低くな
り、ｐ型層上に高性能のｉ型結晶質光電変換層を形成す
ることが困難であったのに対し、先ずｎ型シリコン層を
形成することで、ｐ型層、更にその上のｉ型結晶質シリ
コン層２１５ｎの結晶化度の低下が防がれた為であると
推察される。ここで、ｐ型シリコン層２１５ｐの結晶化
率は、ｎ型シリコン層２１５ｎ１の結晶化率に比較し、
実質同等か、これよりも大きいことが好ましい。ここ
で、実質同等とは、結晶化率が同一か、他方に比べプラ
スマイナス１０％の範囲内にあることを意味する。
【００３１】また、ここで言う結晶化率は、以下の分光
エリプソメトリによって測定される値である。分光エリ
プソメトリでは反射光をｓ成分、p成分に分けた時それ
ぞれフレネル反射係数Ｒｓ，Ｒｐの比率ρは次の式で表
すことができる。 ρ＝Ｒｐ/Ｒｓ＝ｔａｎ（Ψ）ｅｘｐ（ｉΔ） (ｉは虚
数単位) ｐ型シリコン層１１５ｐまで積層した状態で、このｐ型
シリコン層に波長範囲が２５０〜１１００ｎｍの光を入
射角５５〜７０°で入射し反射させることにより、波長
とΨの関係を示す曲線と波長とΔの関係を示す曲線を得
た（実測曲線）。また、本半導体層のシリコン膜の組成
について結晶シリコンと非晶質シリコンとボイドの３要
素からなるモデルを仮定し、それぞれの体積分率、膜
厚、屈折率を設定して、上記の２曲線をシミュレ−トし
た（シミュレ−ション曲線）。上記の実測曲線とシミュ
レ−ション曲線を誤差率１０％以内で分散分析すること
で比較し、結晶シリコンの体積分率を計算し結晶化率と
する。
エリプソメトリによって測定される値である。分光エリ
プソメトリでは反射光をｓ成分、p成分に分けた時それ
ぞれフレネル反射係数Ｒｓ，Ｒｐの比率ρは次の式で表
すことができる。 ρ＝Ｒｐ/Ｒｓ＝ｔａｎ（Ψ）ｅｘｐ（ｉΔ） (ｉは虚
数単位) ｐ型シリコン層１１５ｐまで積層した状態で、このｐ型
シリコン層に波長範囲が２５０〜１１００ｎｍの光を入
射角５５〜７０°で入射し反射させることにより、波長
とΨの関係を示す曲線と波長とΔの関係を示す曲線を得
た（実測曲線）。また、本半導体層のシリコン膜の組成
について結晶シリコンと非晶質シリコンとボイドの３要
素からなるモデルを仮定し、それぞれの体積分率、膜
厚、屈折率を設定して、上記の２曲線をシミュレ−トし
た（シミュレ−ション曲線）。上記の実測曲線とシミュ
レ−ション曲線を誤差率１０％以内で分散分析すること
で比較し、結晶シリコンの体積分率を計算し結晶化率と
する。
【００３２】ここで、本願のｎ型シリコン２１５ｎ１と
しては、例えば導電型決定不純物分子であるリンが０．
００１原子％以上ド−プされたシリコン薄膜などが用い
られ得る。しかしこれらの条件は限定的なものではな
く、不純物としては窒素などでもよく、材料としてはシ
リコンゲルマニウムなどのシリコン系合金材料の膜を用
いても良い。さらにｎ型シリコン２１５ｎ１は、多結
晶、微結晶、または、非晶質のいずれでも良く、膜厚は
２ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが好ましく、更
に、５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であることがより好まし
い。
しては、例えば導電型決定不純物分子であるリンが０．
００１原子％以上ド−プされたシリコン薄膜などが用い
られ得る。しかしこれらの条件は限定的なものではな
く、不純物としては窒素などでもよく、材料としてはシ
リコンゲルマニウムなどのシリコン系合金材料の膜を用
いても良い。さらにｎ型シリコン２１５ｎ１は、多結
晶、微結晶、または、非晶質のいずれでも良く、膜厚は
２ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが好ましく、更
に、５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であることがより好まし
い。
【００３３】裏面金属電極層２１６は良好な導電性と光
反射性を有していることが好ましく、例えばＡｇやＡｌ
のような種々の金属が用いられる。また、必要に応じ
て、裏面金属電極層２１６は、複数種類の金属層の積層
体またはＺｎＯ層のような非金属材料からなる透明導電
性膜（図示せず）を含む積層体として形成してもよい。
反射性を有していることが好ましく、例えばＡｇやＡｌ
のような種々の金属が用いられる。また、必要に応じ
て、裏面金属電極層２１６は、複数種類の金属層の積層
体またはＺｎＯ層のような非金属材料からなる透明導電
性膜（図示せず）を含む積層体として形成してもよい。
【００３４】透明電極層２１２には溝２１７が形成され
ており、溝２１７を介して非晶質光電変換ユニット２１
３がガラス基板２１１に接続されている。非晶質光電変
換ユニット２１３と中間反射層２１４に溝２１８が形成
されている。溝２１８には結晶質光電変換ユニット１１
５が充填されている。非晶質光電変換ユニット２１３、
中間反射層２１４、結晶質光電変換ユニット２１５に溝
２１９が形成されている。溝２１９には裏面金属電極層
２１６が充填されている。非晶質光電変換ユニット２１
３、中間反射層２１４、結晶質光電変換ユニット２１
５、裏面金属電極層２１６を分離するように溝２２０が
形成されている。但し、セルを分離する方法としては、
各種方法を適用することが可能である。このような薄膜
光電変換セル２０１を、複数個接続して、太陽電池を形
成することが可能である。
ており、溝２１７を介して非晶質光電変換ユニット２１
３がガラス基板２１１に接続されている。非晶質光電変
換ユニット２１３と中間反射層２１４に溝２１８が形成
されている。溝２１８には結晶質光電変換ユニット１１
５が充填されている。非晶質光電変換ユニット２１３、
中間反射層２１４、結晶質光電変換ユニット２１５に溝
２１９が形成されている。溝２１９には裏面金属電極層
２１６が充填されている。非晶質光電変換ユニット２１
３、中間反射層２１４、結晶質光電変換ユニット２１
５、裏面金属電極層２１６を分離するように溝２２０が
形成されている。但し、セルを分離する方法としては、
各種方法を適用することが可能である。このような薄膜
光電変換セル２０１を、複数個接続して、太陽電池を形
成することが可能である。
【００３５】上述のような実施の形態の具体的な例とし
て、以下において、いくつかの実施例が比較例と共に説
明される。
て、以下において、いくつかの実施例が比較例と共に説
明される。
【００３６】（比較例１）比較例１として、図１および
図３に示されるようなハイブリッド型薄膜太陽電池を作
製した。まず９１０ｍｍ×４５５ｍｍのガラス基板１１
１上に、ＳｎＯ2からなる表面に微細な凹凸構造を有す
る透明電極層１１２が熱ＣＶＤ法により形成された。次
にＹＡＧ ＩＲパルスレ−ザ−を用いて基板の短辺に平
行にレ−ザ−スキャンすることによりＳｎＯ2膜１１２
を複数の帯状パタ−ンへと分割する幅４０μｍの溝１１
７を形成した。その後、超音波洗浄および乾燥を行い、
さらにガラス基板１１１を非晶質光電変換ユニットを形
成するためのプラズマＣＶＤ装置内に導入し、所定の温
度に加熱した。
図３に示されるようなハイブリッド型薄膜太陽電池を作
製した。まず９１０ｍｍ×４５５ｍｍのガラス基板１１
１上に、ＳｎＯ2からなる表面に微細な凹凸構造を有す
る透明電極層１１２が熱ＣＶＤ法により形成された。次
にＹＡＧ ＩＲパルスレ−ザ−を用いて基板の短辺に平
行にレ−ザ−スキャンすることによりＳｎＯ2膜１１２
を複数の帯状パタ−ンへと分割する幅４０μｍの溝１１
７を形成した。その後、超音波洗浄および乾燥を行い、
さらにガラス基板１１１を非晶質光電変換ユニットを形
成するためのプラズマＣＶＤ装置内に導入し、所定の温
度に加熱した。
【００３７】そして非晶質光電変換ユニット１１３とし
て、厚さ１５ｎｍのｐ型非晶質シリコンカーバイド層１
１３ｐ、厚さ３３０ｎｍのノンドープｉ型非晶質シリコ
ン光電変換層３ｉ、及び厚さ１５ｎｍのｎ型シリコン層
１１３ｎからなる非晶質シリコン光電変換ユニットを順
次積層した。
て、厚さ１５ｎｍのｐ型非晶質シリコンカーバイド層１
１３ｐ、厚さ３３０ｎｍのノンドープｉ型非晶質シリコ
ン光電変換層３ｉ、及び厚さ１５ｎｍのｎ型シリコン層
１１３ｎからなる非晶質シリコン光電変換ユニットを順
次積層した。
【００３８】プラズマＣＶＤ装置から非晶質光電変換ユ
ニット１１３を形成した基板を中間反射層１１４を形成
するために、引き続き大気中に取り出すことなくＭＯＣ
ＶＤ装置内に導入し、所定の温度に加熱した上で厚さ５
０ｎｍの酸化亜鉛膜をジエチルジンク、水、ジボランを
用いた気相反応により堆積した。
ニット１１３を形成した基板を中間反射層１１４を形成
するために、引き続き大気中に取り出すことなくＭＯＣ
ＶＤ装置内に導入し、所定の温度に加熱した上で厚さ５
０ｎｍの酸化亜鉛膜をジエチルジンク、水、ジボランを
用いた気相反応により堆積した。
【００３９】引き続いてＭＯＣＶＤ装置から大気中に取
り出した基板を、ＹＡＧ ＳＨＧパルスレ−ザ−を用い
て基板の短辺に平行な方向にレ−ザ−スキャンすること
により、これら非晶質光電変換ユニット１１３およ中間
反射層１１４のスクライブを行い、幅６０μｍの溝１１
８を形成した。なお溝１１７と溝１１８との中心間距離
は１００μｍとした。
り出した基板を、ＹＡＧ ＳＨＧパルスレ−ザ−を用い
て基板の短辺に平行な方向にレ−ザ−スキャンすること
により、これら非晶質光電変換ユニット１１３およ中間
反射層１１４のスクライブを行い、幅６０μｍの溝１１
８を形成した。なお溝１１７と溝１１８との中心間距離
は１００μｍとした。
【００４０】次に結晶質光電変換ユニット１１５を形成
するために、基板をプラズマＣＶＤ装置内に導入し、所
定の温度に加熱した上で、厚さ１２ｎｍのｐ型シリコン
層１１５ｐ、厚さ２．５μｍのｉ型結晶質シリコン光電
変換層１１５ｉ、及び厚さ１５ｎｍのｎ型シリコン層１
１５ｎを順次積層し、結晶質シリコン光電変換ユニット
１１５を形成した。その際に、ｐ型シリコン層１１５ｐ
のプラズマＣＶＤ条件において、反応ガス流量として、
シランが６０ｓｃｃｍ、水素が１００００ｓｃｃｍ、そ
して１０００ｐｐｍに水素希釈されたジボランが６０ｓ
ｃｃｍに設定された。また、反応ガス圧は１３３Ｐａに
設定され、プラズマ励起用高周波電力が１５０ｍＷ／ｃ
ｍ2の密度で印加した。
するために、基板をプラズマＣＶＤ装置内に導入し、所
定の温度に加熱した上で、厚さ１２ｎｍのｐ型シリコン
層１１５ｐ、厚さ２．５μｍのｉ型結晶質シリコン光電
変換層１１５ｉ、及び厚さ１５ｎｍのｎ型シリコン層１
１５ｎを順次積層し、結晶質シリコン光電変換ユニット
１１５を形成した。その際に、ｐ型シリコン層１１５ｐ
のプラズマＣＶＤ条件において、反応ガス流量として、
シランが６０ｓｃｃｍ、水素が１００００ｓｃｃｍ、そ
して１０００ｐｐｍに水素希釈されたジボランが６０ｓ
ｃｃｍに設定された。また、反応ガス圧は１３３Ｐａに
設定され、プラズマ励起用高周波電力が１５０ｍＷ／ｃ
ｍ2の密度で印加した。
【００４１】続いて、ＹＡＧ ＳＨＧパルスレーザーを
用いて基板の短辺に平行な方向にレーザースキャンする
ことにより、非晶質光電変換ユニット１１３、中間反射
層１１４、結晶質光電変換ユニット１１５のスクライブ
を行い、幅６０μｍの溝１１９を形成した。なお、溝１
１９と溝１１８との中心間距離は１００μｍとした。
用いて基板の短辺に平行な方向にレーザースキャンする
ことにより、非晶質光電変換ユニット１１３、中間反射
層１１４、結晶質光電変換ユニット１１５のスクライブ
を行い、幅６０μｍの溝１１９を形成した。なお、溝１
１９と溝１１８との中心間距離は１００μｍとした。
【００４２】その後、裏面金属電極１１６としてスパッ
タリング法により、ＺｎＯ膜（図示せず）およびＡｇ膜
を順次製膜し、裏面金属電極１１６を形成した。次い
で、ＹＡＧ ＳＨＧパルスレーザーを用いて基板の短辺
に平行な方向に非晶質光電変換ユニット１１３、中間反
射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１５、裏面金属
電極１１６のスクライブを行い、幅６０μｍの溝１２０
を形成した。なお、溝１２０と溝１１９との中心間距離
は１００μｍとした。
タリング法により、ＺｎＯ膜（図示せず）およびＡｇ膜
を順次製膜し、裏面金属電極１１６を形成した。次い
で、ＹＡＧ ＳＨＧパルスレーザーを用いて基板の短辺
に平行な方向に非晶質光電変換ユニット１１３、中間反
射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１５、裏面金属
電極１１６のスクライブを行い、幅６０μｍの溝１２０
を形成した。なお、溝１２０と溝１１９との中心間距離
は１００μｍとした。
【００４３】続いてＹＡＧ ＩＲパルスレーザーを用い
て基板１の周囲に沿ってレーザースキャンすることによ
り、透明電極層１１２、非晶質光電変換ユニット１１
３、中間反射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１
５、裏面金属電極１１６に溝を形成して発電領域を確定
した。
て基板１の周囲に沿ってレーザースキャンすることによ
り、透明電極層１１２、非晶質光電変換ユニット１１
３、中間反射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１
５、裏面金属電極１１６に溝を形成して発電領域を確定
した。
【００４４】以上のようにして９００ｍｍ×４４５ｍｍ
のサイズを有しかつ基板の短辺に平行に直列接続された
１００段の薄膜光電変換セル１０を形成した。さらに、
セル１０が形成する直列アレイ１１の両端に一対の電極
バスバー１２を設けることにより、図３に示すモジュー
ル１を得た。
のサイズを有しかつ基板の短辺に平行に直列接続された
１００段の薄膜光電変換セル１０を形成した。さらに、
セル１０が形成する直列アレイ１１の両端に一対の電極
バスバー１２を設けることにより、図３に示すモジュー
ル１を得た。
【００４５】なお、比較例１におけるｐ型シリコン層１
１５ｐの結晶化率を推測すべく、分光エリプソメトリに
よって評価したところ、結晶化率は７０％であった。
１５ｐの結晶化率を推測すべく、分光エリプソメトリに
よって評価したところ、結晶化率は７０％であった。
【００４６】以上のようにして得られた比較例１のハイ
ブリッド型薄膜太陽電池について、その光電変換特性を
測定した。すなわちＡＭ１．５のスペクトル分布を有す
るソーラシミュレータを用いて、擬似太陽光を２５℃の
下で１００ｍＷ／ｃｍ2のエネルギー密度で照射して出
力特性を測定したところ、一段あたりの特性として、開
放端電圧が１．３３Ｖ、短絡電流密度が１２．３ｍＡ／
ｃｍ2、曲線因子が６８．０％、そして変換効率が１
１．１２％であった。
ブリッド型薄膜太陽電池について、その光電変換特性を
測定した。すなわちＡＭ１．５のスペクトル分布を有す
るソーラシミュレータを用いて、擬似太陽光を２５℃の
下で１００ｍＷ／ｃｍ2のエネルギー密度で照射して出
力特性を測定したところ、一段あたりの特性として、開
放端電圧が１．３３Ｖ、短絡電流密度が１２．３ｍＡ／
ｃｍ2、曲線因子が６８．０％、そして変換効率が１
１．１２％であった。
【００４７】（実施例１）実施例１において、図２に示
されているようなハイブリッド型薄膜太陽電池を作製し
た。ただし、結晶質光電変換ユニット２１５において、
ｐ型シリコン層２１５ｐの下地層としてｎ型シリコン層
２１５ｎ１が挿入されていることのみにおいて比較例と
異なっていた。
されているようなハイブリッド型薄膜太陽電池を作製し
た。ただし、結晶質光電変換ユニット２１５において、
ｐ型シリコン層２１５ｐの下地層としてｎ型シリコン層
２１５ｎ１が挿入されていることのみにおいて比較例と
異なっていた。
【００４８】その際、ｎ型シリコン層２１５ｎ１のプラ
ズマＣＶＤ条件において、反応ガス流量として、シラン
が１００ｓｃｃｍ、水素が９６００ｓｃｃｍ、そして５
０００ｐｐｍに水素希釈されたホスフィンが４００ｓｃ
ｃｍに設定された。また、反応ガス圧は１３３Ｐａに設
定され、プラズマ励起用高周波電力が１５０ｍＷ／ｃｍ
2の密度で印加された。
ズマＣＶＤ条件において、反応ガス流量として、シラン
が１００ｓｃｃｍ、水素が９６００ｓｃｃｍ、そして５
０００ｐｐｍに水素希釈されたホスフィンが４００ｓｃ
ｃｍに設定された。また、反応ガス圧は１３３Ｐａに設
定され、プラズマ励起用高周波電力が１５０ｍＷ／ｃｍ
2の密度で印加された。
【００４９】なお、実施例１におけるｎ型シリコン層２
１５ｎ１とｐ型シリコン層２１５ｐの結晶化率を推測す
べく、分光エリプソメトリによって評価したところ、そ
れぞれ７２％であった。
１５ｎ１とｐ型シリコン層２１５ｐの結晶化率を推測す
べく、分光エリプソメトリによって評価したところ、そ
れぞれ７２％であった。
【００５０】こうして得られた実施例１のハイブリッド
型薄膜太陽電池に関して、比較例１の場合と同一条件で
擬似太陽光を照射して出力特性を測定したところ、一段
あたりの特性として、開放端電圧が１．３３Ｖ、短絡電
流密度が１２．４ｍＡ／ｃｍ 2、曲線因子が６９％、そ
して変換効率が１１．３７％であった。
型薄膜太陽電池に関して、比較例１の場合と同一条件で
擬似太陽光を照射して出力特性を測定したところ、一段
あたりの特性として、開放端電圧が１．３３Ｖ、短絡電
流密度が１２．４ｍＡ／ｃｍ 2、曲線因子が６９％、そ
して変換効率が１１．３７％であった。
【００５１】以上の比較例１と実施例１の比較から、実
施例１のハイブリッド型薄膜太陽電池は比較例１に比べ
て明らかに出力特性が改善していることがわかる。この
理由としては、以下のことが考えられる。
施例１のハイブリッド型薄膜太陽電池は比較例１に比べ
て明らかに出力特性が改善していることがわかる。この
理由としては、以下のことが考えられる。
【００５２】一般にｎ型結晶質シリコン層に比べてｐ型
シリコン層は結晶化しにくく、特に比較例１のように大
気中に一旦暴露されたＺｎＯ層上では、不純物等の付着
により結晶化が困難であると考えられる。これに対して
実施例１では、下地層として結晶化しやすいｎ型シリコ
ン層が存在するため、ｎ型シリコン層を結晶核とするこ
とによりｐ型シリコン層の結晶化度も向上したと考えら
れる。そして実施例１では結晶化度の向上したｐ型シリ
コン層２１５ｐを下地層としてその上に良質のｉ型結晶
質シリコン層２１５ｉが形成され、ハイブリッド型薄膜
太陽電池の性能が改善されたものと考えられる。
シリコン層は結晶化しにくく、特に比較例１のように大
気中に一旦暴露されたＺｎＯ層上では、不純物等の付着
により結晶化が困難であると考えられる。これに対して
実施例１では、下地層として結晶化しやすいｎ型シリコ
ン層が存在するため、ｎ型シリコン層を結晶核とするこ
とによりｐ型シリコン層の結晶化度も向上したと考えら
れる。そして実施例１では結晶化度の向上したｐ型シリ
コン層２１５ｐを下地層としてその上に良質のｉ型結晶
質シリコン層２１５ｉが形成され、ハイブリッド型薄膜
太陽電池の性能が改善されたものと考えられる。
【００５３】（実施例２）実施例２においても、実施例
１と同様に図２に示されている構造のハイブリッド型薄
膜太陽電池を作製した。ただし、実施例２は、ｐ型シリ
コン層２１５ｐを形成する際のＣＶＤ条件のみが実施例
１と異なる。具体的には、ｐ型シリコン層２１５ｐのプ
ラズマＣＶＤ条件において、反応ガス流量として、シラ
ンを５０ｓｃｃｍ、水素を１００００ｓｃｃｍ、そして
１０００ｐｐｍに水素希釈されたジボランを１００ｓｃ
ｃｍに設定した。また、反応ガス圧は３５０Ｐａに設定
し、プラズマ励起用高周波電力を１５０ｍＷ／ｃｍ2の
密度で印加したなお、実施例２におけるｎ型シリコン層
２１５ｎ１とｐ型シリコン層２１５ｐの結晶化率を推測
すべく、分光エリプソメトリによって評価したところ、
それぞれ７２％と７５％であった。
１と同様に図２に示されている構造のハイブリッド型薄
膜太陽電池を作製した。ただし、実施例２は、ｐ型シリ
コン層２１５ｐを形成する際のＣＶＤ条件のみが実施例
１と異なる。具体的には、ｐ型シリコン層２１５ｐのプ
ラズマＣＶＤ条件において、反応ガス流量として、シラ
ンを５０ｓｃｃｍ、水素を１００００ｓｃｃｍ、そして
１０００ｐｐｍに水素希釈されたジボランを１００ｓｃ
ｃｍに設定した。また、反応ガス圧は３５０Ｐａに設定
し、プラズマ励起用高周波電力を１５０ｍＷ／ｃｍ2の
密度で印加したなお、実施例２におけるｎ型シリコン層
２１５ｎ１とｐ型シリコン層２１５ｐの結晶化率を推測
すべく、分光エリプソメトリによって評価したところ、
それぞれ７２％と７５％であった。
【００５４】以上のようにして形成した実施例２のハイ
ブリッド型薄膜太陽電池を比較例１と同一の条件下で出
力特性を測定したところ、開放端電圧が１．３５Ｖ、短
絡電流密度が１２．４ｍＡ／ｃｍ2、曲線因子が７０．
０％、そして変換効率が１１．７１％となり、比較例１
はもとより実施例１と比較しても更なる性能改善がみら
れた。
ブリッド型薄膜太陽電池を比較例１と同一の条件下で出
力特性を測定したところ、開放端電圧が１．３５Ｖ、短
絡電流密度が１２．４ｍＡ／ｃｍ2、曲線因子が７０．
０％、そして変換効率が１１．７１％となり、比較例１
はもとより実施例１と比較しても更なる性能改善がみら
れた。
【００５５】この原因についてはさだかではないが、ｐ
型シリコンの製膜条件において、シランに対する水素希
釈率および反応ガス圧を高めることにより結晶化度が向
上し、さらに良質のｉ型結晶質シリコン層２１５ｉが形
成され、ハイブリッド型薄膜太陽電池の性能が改善され
たものと考えられる。
型シリコンの製膜条件において、シランに対する水素希
釈率および反応ガス圧を高めることにより結晶化度が向
上し、さらに良質のｉ型結晶質シリコン層２１５ｉが形
成され、ハイブリッド型薄膜太陽電池の性能が改善され
たものと考えられる。
【００５６】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、非晶質
光電変換ユニット層と結晶質光電変換ユニット層の間に
中間反射層を含むタンデム型薄膜光電変換装置の出力特
性を改善することができる。
光電変換ユニット層と結晶質光電変換ユニット層の間に
中間反射層を含むタンデム型薄膜光電変換装置の出力特
性を改善することができる。
【図１】本発明の比較例によるタンデム型薄膜光電変換
装置の積層構造を示す模式的な断面図である。
装置の積層構造を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施例によるタンデム型薄膜光電変換
装置の積層構造を示す模式的な断面図である。
装置の積層構造を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施例によるタンデム型薄膜光電変換
装置の概略的な平面図である。
装置の概略的な平面図である。
１ 薄膜光電変換モジュ−ル
１０ 薄膜光電変換セル
１１ 直列アレイ
１２ 電極バスバ−
１０１ 薄膜光電変換セル
１１１ 透明絶縁基板
１１２ 透明絶縁層
１１３ 非晶質光電変換ユニット
１１３ｐ ｐ型シリコン層
１１３ｉ ｉ型非晶質シリコン層
１１３ｎ ｎ型シリコン層
１１４ 中間反射層
１１５ 結晶質光電変換ユニット
１１５ｐ ｐ型シリコン層
１１５ｉ ｉ型結晶質シリコン層
１１５ｎ ｎ型シリコン層
１１６ 裏面金属電極層
１１７ 溝
１１８ 溝
１１９ 溝
１２０ 溝
２０１ 薄膜光電変換セル
２１１ 透明絶縁基板
２１２ 透明絶縁層
２１３ 非晶質光電変換ユニット
２１３ｐ ｐ型シリコン層
２１３ｉ ｉ型非晶質シリコン層
２１３ｎ ｎ型シリコン層
２１４ 中間反射層
２１５ 結晶質光電変換ユニット
２１５ｎ１ ｎ型シリコン層
２１５ｐ ｐ型シリコン層
２１５ｉ ｉ型結晶質シリコン層
２１５ｎ２ ｎ型シリコン層
２１６ 裏面金属電極層
２１７ 溝
２１８ 溝
２１９ 溝
２２０ 溝
Claims (8)
- 【請求項１】 光電変換ユニットの上に部分的に光を反
射しかつ透過する導電性の中間反射層を有し、更にその
上に結晶質シリコン系光電変換ユニットが形成された構
成を有するタンデム型薄膜光電変換装置において、前記
中間反射層の上に形成された結晶質シリコン系光電変換
ユニットが、順次堆積されたｎ型層、ｐ型層、結晶質ｉ
型光電変換層、およびｎ型層を含んでいることを特徴と
するタンデム型薄膜光電変換装置。 - 【請求項２】 透明絶縁基板上に順次積層された透明電
極層、少なくとも１つの非晶質シリコン系光電変換ユニ
ット、部分的に光を反射しかつ透過する導電性の中間反
射層、少なくとも１つの結晶質シリコン系光電変換ユニ
ット、および裏面金属電極層を含み、 前記非晶質シリコン系光電変換ユニットの各々がｐ型
層、非晶質ｉ型光電変換層、およびｎ型層を含み、 前記中間反射層上に中間反射層に接して形成された結晶
質シリコン系光電変換ユニットが順次堆積されたｎ型
層、ｐ型層、結晶質ｉ型光電変換層、およびｎ型層を含
むことを特徴とするタンデム型薄膜光電変換装置。 - 【請求項３】 前記中間反射層上に中間反射層に接して
形成された結晶質シリコン系光電変換ユニットに含まれ
るｐ型層の結晶化率が、その下地層であるｎ型層の結晶
化率と実質同等か、これよりも大きいことを特徴とする
請求項１，２に記載のタンデム型薄膜光電変換装置。 - 【請求項４】 前記中間反射層の原材料が、中間反射層
形成の際に製膜室外部から製膜室内部に気相状態で導入
されることを特徴とする請求項１から３の各項に記載の
ハイブリッド型薄膜光電変換装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記非晶質光電変換ユニットを形成後
に、大気中に取り出すことなく連続して中間反射層を形
成することを特徴とする請求項１から４の各項に記載の
タンデム型薄膜光電変換装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記中間反射層の厚みが３〜１００ｎｍ
であることを特徴とする請求項１から５の各項に記載の
タンデム型薄膜光電変換装置。 - 【請求項７】 前記中間反射層が、酸化亜鉛を主成分と
して形成されていることを特徴とする請求項１から６の
各項に記載のタンデム型薄膜光電変換装置。 - 【請求項８】 非晶質シリコン系光電変換ユニットの上
に中間反射層を有し、更にその上に結晶質シリコン系光
電変換層ユニットを有している、請求項１から７の各項
に記載のタンデム型薄膜光電変換装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002100665A JP2003298089A (ja) | 2002-04-02 | 2002-04-02 | タンデム型薄膜光電変換装置とその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2002100665A Pending JP2003298089A (ja) | 2002-04-02 | 2002-04-02 | タンデム型薄膜光電変換装置とその製造方法 |
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-
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- 2002-04-02 JP JP2002100665A patent/JP2003298089A/ja active Pending
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