JP2004071716A - タンデム型光起電力素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】非晶質シリコン系素子をトップセルと、微結晶シリコン系素子をボトムセルとするタンデム型光起電力素子において、トップセルを構成する非晶質ｉ層の光劣化現象を抑制するために薄膜化したうえで、かつ良好な電流値を有するタンデム型光起電力素子を提供することにある。
【解決手段】光透過性基板１上に、非晶質シリコン系素子のトップセル１１と、微結晶シリコン系素子のボトムセル１２とが順次積層されたタンデム型光起電力素子２０であって、ボトムセル１２とトップセル１１との間に、金属の中間層６が設けられ、この中間層６には、少なくとも一部に開口部２１、２２が設けられている。
【選択図】 図１
【解決手段】光透過性基板１上に、非晶質シリコン系素子のトップセル１１と、微結晶シリコン系素子のボトムセル１２とが順次積層されたタンデム型光起電力素子２０であって、ボトムセル１２とトップセル１１との間に、金属の中間層６が設けられ、この中間層６には、少なくとも一部に開口部２１、２２が設けられている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＶＤ法によって製造され、太陽電池あるいはセンサー等に適用されるタンデム型光起電力素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン系薄膜を用いた光起電力素子の代表格として、非晶質シリコン系の太陽電池がある。非晶質シリコンは、通常、原料ガスとしてシランあるいはジシラン等の水素化珪素ガスを用いるプラズマＣＶＤ法によって製造される。プラズマの発生には、通常、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源が最も一般的に用いられる。非晶質シリコンは、２００℃以下の低温でガラス、金属あるいはプラスチック等の安価な基板上に製膜することができ、かつ、大面積製膜が可能であることを特徴とする。非晶質シリコン系太陽電池は、この特徴を活かし、量産時の低コスト化が可能であることから、バルクシリコン型太陽電池を凌駕するものとして開発が進められている。
【０００３】
しかし、非晶質シリコン系太陽電池に光を照射すると光電変換層であるｉ層内に欠陥が発生し、光電変換効率が初期状態と比較して、１割から３割程度低下する光劣化現象（いわゆるステブラーロンスキー効果）が実用化上の大きな障害となっている。光劣化現象のメカニズムについては種々の研究が精力的に行われているにもかかわらず、完全には解明されていないため、その抜本的な解決策も確立されていないのが現状である。
【０００４】
これに対し、近年、実質的にｉ型の光電変換層として非晶質シリコンの代わりに微結晶シリコンを用いる試みが報告されている（Ｊ． Ｍｅｉｅｒ ｅｔ Ａ１．， Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｓｏｃ． Ｓｙｍｐ． Ｐｒｏｃ． Ｖｏ．４２０． ｐ３（１９９６））。これによると、周波数１１０ＭＨｚのＶＨＦ帯の電源を用いた高周波プラズマＣＶＤ法によりｐｉｎ型の光起電力素子を形成しており、非晶質シリコンのような光劣化現象を伴わないと報告されている。また、光電変換層として微結晶シリコンを用いた光起電力素子は、非晶質シリコンを用いた光起電力素子と比較して、分光感度スペクトルのピークが長波長側に存在するため、非晶質シリコン素子をトップセル、微結晶シリコン素子をボトムセルの光電変換層とする積層型の光起電力素子、いわゆるタンデム化も可能である。
【０００５】
このタンデム型光起電力素子の一般的な構成を図５に示す。
図５に示すタンデム型光起電力素子１００は、ガラス基板１と、透明電極２と、非晶質シリコン素子からなるトップセル１０１と、微結晶シリコン素子からなるボトムセル１０２と、裏面電極１０とを備え、ガラス基板１上に、透明電極２、トップセル１０１、ボトムセル１０２、裏面電極１０が順次積層された構成となっている。
【０００６】
トップセル１０１は、非晶質ｐ層３と、非晶質ｉ層４と、非晶質ｎ層５とを備え、これらが順次積層された構成となっており、トップセル１０１は、非晶質ｐ層３を介して透明電極２上に設けられた構成となっている。また、ボトムセル１０２は、微結晶ｐ層７と、微結晶ｉ層８と、微結晶ｎ層９とを備え、これらが順次積層された構成となっており、ボトムセル１０２は、微結晶ｐ層７を介してトップセル１０１の非晶質ｎ層５上に設けられ、微結晶ｎ層９上に裏面電極１０が設けられた構成となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、このように構成されたタンデム型光起電力素子において光電変換の高効率化を図るためには、トップセルで発生する電流と、ボトムセルで発生する電流とを同一にする、すなわち、トップセルの非晶質ｉ層を厚膜化することが望まれる。この一方で、トップセルの非晶質ｉ層は、光劣化による電流値の低下を抑制するために、薄膜化することが望まれる。このように、トップセルを構成する非晶質ｉ層４の膜厚は、電流値を稼ぐための厚膜化と光劣化現象を抑制するための薄膜化という矛盾した要求が求められる。
【０００８】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであって、その目的は非晶質シリコン系素子をトップセルと、微結晶シリコン系素子をボトムセルとするタンデム型光起電力素子において、トップセルを構成する非晶質ｉ層の光劣化現象を抑制するために薄膜化したうえで、かつ良好な電流値を有するタンデム型光起電力素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の光起電力素子は、光透過性基板上に、非晶質シリコン系素子のトップセルと、微結晶シリコン系素子のボトムセルとが順次積層されたタンデム型光起電力素子であって、前記ボトムセルと前記トップセルとの間に、金属の中間層が設けられ、該中間層には、少なくとも一部に開口部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
この光起電力素子では、ボトムセルとトップセルとの間に金属の中間層が設けられているため、光透過性基板側から入射した光の一部がトップセルの光電変換層である非晶質ｉ層で吸収され、吸収されなかった光の一部は、中間層で反射された後、再び非晶質ｉ層に戻り吸収されることになる。これにより、光透過性基板側から入射した光を非晶質ｉ層に高効率に供給することができ、トップセルの非晶質ｉ層の膜厚を薄くした構成とすることができる。従って、非晶質ｉ層内の内部電界が強くなり、光劣化現象を緩和することができる。
また、中間層には、少なくとも一部に開口部が設けられているため、従来と同様にボトムセルにも光を供給することができ、これにより、従来の機能を最小限確保し、前述した効果を奏することができる。
【００１１】
また、本発明の光起電力素子は、前記開口部は、前記中間層表面における面積占有率が５０％以上９０％以下であることを特徴とする。
【００１２】
この光起電力素子では、中間層表面に形成された開口部が、中間層表面における面積占有率を５０％以上９０％以下として形成されているため、後述するように、光透過性基板側から入射した光を非晶質ｉ層及びボトムセルの双方に高効率に供給することができる。これにより、光電変換を高効率に実現することができる。
【００１３】
また、本発明の光起電力素子は、前記中間層が、アルミニウムＡｌ、銀Ａｇ、チタンＴｉのうちいずれか１つからなることを特徴とする。
【００１４】
この光起電力素子では、中間層が、可視光領域での反射率の高いＡｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｔｉ（チタン）のうちいずれか１つから形成されているため、光透過性基板側から入射した光を非晶質ｉ層へ高効率に供給することができる。
【００１５】
本発明の光起電力素子の製造方法は、光透過性基板上に、非晶質シリコン系素子のトップセルを形成するトップセル形成工程と、該トップセル上に、微結晶シリコン系素子のボトムセルを形成するボトムセル形成工程とを有するタンデム型光起電力素子の製造方法であって、前記トップセル形成工程後、前記ボトムセル形成工程前に、前記トップセル上に少なくとも一部に開口部を有する金属の中間層を形成する中間層形成工程を有し、該中間層形成工程は、前記トップセル上に金属膜を形成後、該金属膜にフォトリソグラフィー法により前記開口部をパターン形成し、前記中間層を形成することを特徴とする。
【００１６】
この光起電力素子の製造方法では、中間層表面に開口部を形成するに際し、フォトリソグラフィー法によりパターン形成するため、高精度に前記開口部を形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を参照して本発明に係る第一実施形態について説明する。
図１に示すタンデム型光起電力素子２０は、ガラス基板１と、透明電極２と、非晶質シリコン素子からなるトップセル１１と、可視光領域での反射率が高いアルミニウムＡｌ、銀Ａｇ、チタンＴｉ等のうちいずれか１つ、本実施形態においては、アルミニウムＡｌからなる中間層６と、微結晶シリコン素子からなるボトムセル１２と、裏面電極１０とを備え、ガラス基板１上に、透明電極２、トップセル１１、ボトムセル１２、裏面電極１０が順次積層された構成となっている。
【００１８】
トップセル１１は、ｐ型の非晶質シリコンである非晶質ｐ層３と、ｉ型の非晶質シリコンである非晶質ｉ層４と、ｎ型の非晶質シリコンである非晶質ｎ層５とを備え、これらが順次積層された構成となっており、トップセル１１は、非晶質ｐ層３を介して透明電極２上に設けられ、非晶質ｎ層５上に中間層６が設けられた構成となっている。また、ボトムセル１２は、ｐ型の微結晶シリコンである微結晶ｐ層７と、ｉ型の微結晶シリコンである微結晶ｉ層８と、ｎ型の微結晶シリコンである微結晶ｎ層９とを備え、これらが順次積層された構成となっており、ボトムセル１２は、微結晶ｐ層７を介して中間層６上に設けられ、微結晶ｎ層９上に裏面電極１０が設けられた構成となっている。すなわち、トップセル１１の上端層である非晶質ｎ層５と、ボトムセル１２の下端層である微結晶ｐ層７との間に中間層６が介装された構成となっている。
【００１９】
ここで、トップセル１１とボトムセル１２との間に介装された中間層６の表面は、図２に示すように、例えば、一辺の長さＬが５００μｍの正方形状に形成された開口部２１が同一の間隔ｄ、例えば２００μｍで複数設けられ、中間層６は格子状に形成されている。この開口部２１の配設ピッチｄ及び面積は、開口部２１の中間層６表面における面積占有率（以下、中間層６の開口率という）が５０％以上９０％以下となるように設定され、本実施形態においては、開口率８０％に設定されている。
【００２０】
以上のように構成されたタンデム型光起電力素子２０の製造方法について説明する。
まず、脱脂、洗浄したガラス基板１上にＣＶＤ法、またはスパッタ法等のＰＶＤ法を施し、透明電極２を形成する。ここで、透明電極２はＩＴＯ、酸化スズＳｎＯ２または酸化亜鉛ＺｎＯ等の金属酸化物により形成するが、本実施形態においては、酸化スズＳｎＯ２を膜厚７００ｎｍで形成する。
【００２１】
次に、透明電極２上にトップセル１１を形成する。すなわち、透明電極層２上にプラズマＣＶＤ法を施し、非晶質ｐ層３、非晶質ｉ層４及び非晶質ｎ層５を順次積層する。ここで、プラズマＣＶＤ法に用いる原料ガスは、シランＳｉＨ４あるいはジシランＳｉ２Ｈ６等の水素化珪素ガス、またはジクロロシラン、トリクロロシラン等のハロシラン系ガスを用い、このときの電源周波数は、１３．５６ＭＨｚに設定する。非晶質ｐ層３を製膜する場合は、ドーピングガスとして、ＩＩＩ族元素を含むＢ２Ｈ６、ＢＦ３等を添加する。また、非晶質ｎ層５を製膜する場合には、ドーピングガスとして、Ｖ族元素を含むＰＨ３等を添加する。
【００２２】
ここで、非晶質ｐ層３は、膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下で形成される。これは、非晶質ｐ層３の膜厚が５ｎｍ未満の場合、部分的に透明電極２が露出した状態、いわゆる島状成長となる。この場合、非晶質ｐ層３が形成されなかった部分は、正常な半導体ｐｎ接合が形成されないため、光起電力素子としての特性が著しく低下するからである。一方、非晶質ｐ層３の膜厚が５０ｎｍを超える場合、非晶質ｐ層３での光吸収量が過多となり、非晶質ｉ層４に到達する光量が減少するため、光起電力素子としての短絡電流が低下するからである。
【００２３】
また、非晶質ｉ層４の膜厚は、中間層６の開口率と反射率との兼ね合いにより決定され、例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下で形成される。これは、非晶質ｉ層４の膜厚が１００ｎｍ未満の場合、入射光を十分に吸収できないため、光起電力素子としての短絡電流が低下するからである。一方、非晶質ｉ層４の膜厚が５００ｎｍを超える場合、非晶質ｉ層４の内部電界が弱くなり、光劣化による短絡電流及び形状因子の低下が大きくなるからである。
【００２４】
また、非晶質ｎ層５の膜厚は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下で形成される。これは、非晶質ｎ層５の膜厚が５ｎｍ未満の場合、部分的に非晶質ｉ層４が露出した状態、いわゆる島状成長となる。この場合、非晶質ｎ層５が製膜されなかった部分は、正常な半導体ｐｎ接合が形成されないため、光起電力素子としての特性が著しく低下するからである。一方、非晶質ｎ層５の膜厚が５０ｎｍを超える場合、非晶質ｎ層５での光吸収量が過多となり、中間層６及び微結晶ｉ層８に到達する光量が減少するため、光起電力素子としての短絡電流が減少するからである。
【００２５】
次に、トップセル１１上に真空蒸着法等のＰＶＤ法を施して製膜したアルミニウムＡｌ層表面に、フォトリソグラフィー法によりレジスト等の所定のマスクパターンを形成し、これをエッチング処理することにより、図２に示すように、開口率８０％の開口部２１を備えた中間層６を形成する。ここで、中間層６の膜厚は、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下で形成する。これは、中間層６の膜厚が１００ｎｍ未満の場合、中間層６が有する入射光の反射効果が十分に発揮されないからである。一方、中間層６の膜厚が５００ｎｍを超える場合、中間層６表面の表面粗さが大きくなり、次工程で製膜されるボトムセル１２の形成精度に悪影響を及ぼすからである。
【００２６】
次に、中間層６上にプラズマＣＶＤ法を施し、微結晶ｐ層７、微結晶ｉ層８及び微結晶ｎ層９を順次積層する。この場合の原料ガスには、シラン、ジシラン等の水素化珪素ガスもしくはジクロロシラン、トリクロロシラン等のハロシランガスと水素を用いる。この際、原料ガスにＩＩＩ族元素を含むガス、例えばＢ２Ｈ６、ＢＦ３等のボロンを含むガスを添加すると、微結晶ｐ層７が製膜され、原料ガスにＶ族元素を含むガス、例えばＰＨ３等のリンを含むガスを添加すると、微結晶ｎ層９が製膜される。
【００２７】
ここで、シリコンを含むガスの流量に対する水素の流量比は、５倍以上１００倍以下に設定する。これは、水素の流量比が５倍未満の場合、水素ラジカルの発生量が少ないため、成長中の膜表面のダングリングボンドの終端が不十分となる。この結果、製膜に関与するシリコン系ラジカルの表面拡散が不十分となり、結晶性が良好な微結晶シリコンが十分に成長しないからである。一方、水素の流量比が１００倍を超える場合、微結晶シリコンは成長するものの、製膜に関与するシリコン系ラジカルが少ないため、その製膜速度が極めて小さくなり、非晶質シリコンよりも厚い光電変換層を必要とする微結晶シリコン系光起電力素子の場合、生産性が著しく低下するからである。
【００２８】
また、プラズマＣＶＤの電源周波数は、１０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下に設定される。これは、周波数が１０ＭＨｚ未満の場合、プラズマ密度が低く、プラズマ中で励起される水素ラジカルが少ないため、成長中の膜表面のダングリングボンドの終端が不十分となる。その結果、製膜に関与するシリコン系ラジカルの表面拡散が不十分となり、微結晶シリコンの結晶化が促進されないという問題があるからである。一方、周波数が３００ＭＨｚを超える場合、電極内での電圧分布が大きくなり、均一な放電が困難となるからである。
【００２９】
また、プラズマＣＶＤの圧力は、圧力は、１３．３Ｐａ以上６６５Ｐａ以下に設定される。圧力が１３．３Ｐａ未満の場合、製膜に関与するシリコン系ラジカルが少ないため、製膜速度が極めて小さく、生産性が著しく低下するからである。一方、圧力が６６５Ｐａを超える場合、製膜中に気相中で粉が生じ易くなり、この粉は、膜中に取り込まれ、微結晶シリコンの膜質を極端に低下させる他、真空容器の開放保守の頻度を高める等の悪影響を及ぼすからである。
【００３０】
ここで、微結晶ｐ層７の膜厚は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下で形成される。これは、微結晶ｐ層７の膜厚が５ｎｍ未満になると、部分的に非晶質ｎ層５が露出した状態、いわゆる島状成長となる。この場合、微結晶ｐ層７が製膜されていない部分は、正常な半導体ｐｎ接合が形成されないため、光起電力素子としての特性が著しく低下するからである。一方、微結晶ｐ層７の膜厚が５０ｎｍを超えると、光入射側の層である微結晶ｐ層で吸収する光量が過多となり、光電変換層である微結晶ｉ層８に到達する光量が低減するため、光起電力素子としての光電変換効率が却って低下するからである。
【００３１】
また、微結晶ｉ層８の膜厚は、透明電極２、微結晶ｉ層８の表面形状により決定され、例えば１０００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下で形成される。これは、微結晶ｉ層８の膜厚が１０００ｎｍ未満になると、入射光を十分に吸収できなくなるため、光起電力素子としての短絡電流が小さくなるという問題を生じるからである。一方、微結晶ｉ層８の膜厚が１００００ｎｍを超えると、微結晶ｉ層８に生じる内部電界が弱くなり、光起電力素子としての開放電圧が低下するとともに、製膜時間が長くなるからである。
【００３２】
また、微結晶ｎ層９の膜厚は、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下で形成される。これは、微結晶ｎ層９の膜厚が５ｎｍ未満になると、部分的に微結晶ｉ層８が露出した状態、いわゆる島状成長となる。この場合、微結晶ｎ層９が製膜されていない部分は、正常な半導体ｐｎ接合が形成されないため、光起電力素子としての特性が著しく低下するからである。一方、微結晶ｎ層９の膜厚が１００ｎｍを超えると、微結晶ｎ層９で吸収される光量が過多となり、裏面電極１０で反射された光を有効に活用できないという問題が生じるからである。
【００３３】
次に、ボトムセル１２上に、アルミニウムＡｌ、銀Ａｇ、チタンＴｉ、ニッケルＮｉ、クロムＣｒ、銅Ｃｕあるいはそれらの合金から成る裏面電極１０を、真空蒸着法またはスパッタ法等のＰＶＤを用い、膜厚５００μｍ以上で形成する。この膜厚により、微結晶ｉ層８を透過した光を充分に反射できるようになる。ここで、本実施形態においては、裏面電極１０を、真空蒸着法を施してアルミニウムＡｌにより形成した。
【００３４】
以上により形成された図１に示すタンデム型光起電力素子２０及び、図５に示す従来のタンデム型光起電力素子１００に、ガラス基板１側から模擬太陽光（ＡＭ（通過空気量）１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２）を照射し、このときの光電変換効率をそれぞれ計測した結果を表１に示す。ここで、従来のタンデム型光起電力素子１００を構成するボトムセル１０２を形成するに際してのプラズマＣＶＤ法による製膜条件は、前述した実施形態と同一とした。
【００３５】
【表１】
【００３６】
表１は、従来のタンデム型光起電力素子１００の光電変換効率を１．００とした相対値で示している。本実施形態では、トップセル１１とボトムセル１２との間に、Ａｌからなり開口率が８０％の中間層６を介装して、トップセル１１の電流増加を図った結果、従来例と比較して、光電変換効率が約１２％改善されたことが確認できる。
【００３７】
次に、本発明に係る第二実施形態として、中間層６を銀Ａｇにより形成した。さらに、本発明に係る第三実施形態として、中間層６をチタンＴｉにより形成した。これら第二、第三実施形態ともに、開口部２１の開口率を８０％に設定した。
このように構成された第二実施形態及び第三実施形態のタンデム型光起電力素子２０に、ガラス基板１側から模擬太陽光（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２）を照射し、この際の光電変換効率を計測した結果を、第一実施形態及び従来例と併せて表２に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】
表２は、第一〜第三実施形態の光起電力素子２０の光電変換効率を、従来例の光起電力素子１００の光電変換効率を１．００とした相対値で示している。これにより、中間層６としてアルミニウムＡｌ、銀Ａｇ、チタンＴｉともに、従来例と比較して、光電変換効率が１１％〜１４％改善されたことが確認でき、中間層６の有効性が確認できる。
【００４０】
次に、本発明に係る第四実施形態として、図３に示すように、開口部２２が形成された中間層６を形成した。開口部２２は、幅Ｌが１６０μｍで縦方向に延在する帯状に形成されるとともに、この開口部２２は、幅方向に同一の間隔ｄ、例えば４０μｍを配し複数設けられている。この開口部２２は、開口率が８０％に設定されている。ここで、本実施形態による中間層６は、開口部の形態を除き、第一実施形態と同一条件下で形成した。
このように構成された第四実施形態のタンデム型光起電力素子２０に、ガラス基板１側から模擬太陽光（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２）を照射し、この際の光電変換効率を計測した結果を、第一実施形態及び従来例と併せて表３に示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】
表３は、第一、第四実施形態の光起電力素子２０の光電変換効率を、従来例の光起電力素子１００の光電変換効率を１．００とした相対値で示している。これにより、中間層６の開口部の開口率が同等であれば、開口部の形状によらず同様の効果が得られることが確認できる。
【００４３】
次に、それぞれで中間層６の開口率が異なる複数のタンデム型光起電力素子２０を形成し、前述と同様にして、それぞれのタンデム型光起電力素子２０について光電変換効率を計測した。なお、これらのタンデム型光起電力素子２を形成するに際して、中間層６を全てアルミニウムＡｌとした。図４に光電変換効率と中間層６の開口率との関係を示す。図４は、開口率１００％、すなわち中間層６を設けない従来のタンデム型光起電力素子１００の光電変換効率を１．００とした相対値で示している。
図４において、中間層６の開口率が５０以上９０％以下の範囲では、光電変換効率の改善が確認できる。すなわち、開口率が５０％未満の場合、ボトムセル１１に到達する光量が減少し、ボトムセル１１の電流値が不足するため、全体の光電変換効率としては低下することが確認できる。
【００４４】
以上説明したように、第一〜第四実施形態によるタンデム型光起電力素子２０によれば、ボトムセル１２とトップセル１１との間に金属からなる中間層６が設けられているため、光透過性基板１側から入射した光の一部がトップセル１１の光電変換層である非晶質ｉ層４で吸収され、吸収されなかった光の一部は、中間層６で反射された後、再び非晶質ｉ層４に戻り吸収されることになる。これにより、光透過性基板１側から入射した光を非晶質ｉ層４に高効率に供給することができ、トップセル１１の非晶質ｉ層４の膜厚を薄くした構成とすることができる。従って、非晶質ｉ層４内の内部電界が強くなり、光劣化現象を緩和することができる。
【００４５】
また、中間層６に形成された開口部２１、２２が、中間層６表面における面積占有率を５０％以上９０％以下として形成されているため、光透過性基板１側から入射した光を非晶質ｉ層４及びボトムセル１２の双方に高効率に供給することができる。これにより、光電変換効率の高いタンデム型光起電力素子を提供することができる。また、中間層６が、可視光領域での反射率の高いアルミニウムＡｌ、銀Ａｇ、チタンＴｉのうちいずれか１つから形成されているため、光透過性基板１側から入射した光を非晶質ｉ層４へさらに高効率に供給することができる。
【００４６】
さらに、中間層６に開口部２１、２２を形成するに際し、フォトリソグラフィー法によりパターン形成するため、高精度に開口部２１、２２を形成することができる。
【００４７】
なお、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係るタンデム型光起電力素子によれば、光透過性基板側から入射した光を非晶質ｉ層に高効率に供給することができ、トップセルの非晶質ｉ層の膜厚を薄くした構成とすることができる。従って、非晶質ｉ層内の内部電界が強くなり、光劣化現象を緩和することができるとともに、良好な電流値を得ることができる。
【００４９】
本発明に係るタンデム型光起電力素子の製造方法によれば、中間層表面に開口部を形成するに際し、フォトリソグラフィー法によりパターン形成するため、高精度に前記開口部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第一実施形態において、タンデム型起電力素子を示す断面図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態において、図１のＸ１−Ｘ１線矢視断面図である。
【図３】本発明に係る第四実施形態において、図１の図１のＸ１−Ｘ１線矢視断面図である。
【図４】本発明に係るタンデム型光起電力素子の光電変換効率と中間層の開口率との関係を示す図である。
【図５】本発明に係る従来例において、タンデム型起電力素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ガラス基板
２…透明電極
３…非晶質ｐ層
４…非晶質ｉ層
５…非晶質ｎ層
６…中間層
７…微結晶ｐ層
８…微結晶ｉ層
９…微結晶ｎ層
１０…裏面電極
１１…トップセル
１２…ボトムセル
２０…タンデム型光起電力素子
２１、２２…開口部
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＶＤ法によって製造され、太陽電池あるいはセンサー等に適用されるタンデム型光起電力素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン系薄膜を用いた光起電力素子の代表格として、非晶質シリコン系の太陽電池がある。非晶質シリコンは、通常、原料ガスとしてシランあるいはジシラン等の水素化珪素ガスを用いるプラズマＣＶＤ法によって製造される。プラズマの発生には、通常、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源が最も一般的に用いられる。非晶質シリコンは、２００℃以下の低温でガラス、金属あるいはプラスチック等の安価な基板上に製膜することができ、かつ、大面積製膜が可能であることを特徴とする。非晶質シリコン系太陽電池は、この特徴を活かし、量産時の低コスト化が可能であることから、バルクシリコン型太陽電池を凌駕するものとして開発が進められている。
【０００３】
しかし、非晶質シリコン系太陽電池に光を照射すると光電変換層であるｉ層内に欠陥が発生し、光電変換効率が初期状態と比較して、１割から３割程度低下する光劣化現象（いわゆるステブラーロンスキー効果）が実用化上の大きな障害となっている。光劣化現象のメカニズムについては種々の研究が精力的に行われているにもかかわらず、完全には解明されていないため、その抜本的な解決策も確立されていないのが現状である。
【０００４】
これに対し、近年、実質的にｉ型の光電変換層として非晶質シリコンの代わりに微結晶シリコンを用いる試みが報告されている（Ｊ． Ｍｅｉｅｒ ｅｔ Ａ１．， Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｓｏｃ． Ｓｙｍｐ． Ｐｒｏｃ． Ｖｏ．４２０． ｐ３（１９９６））。これによると、周波数１１０ＭＨｚのＶＨＦ帯の電源を用いた高周波プラズマＣＶＤ法によりｐｉｎ型の光起電力素子を形成しており、非晶質シリコンのような光劣化現象を伴わないと報告されている。また、光電変換層として微結晶シリコンを用いた光起電力素子は、非晶質シリコンを用いた光起電力素子と比較して、分光感度スペクトルのピークが長波長側に存在するため、非晶質シリコン素子をトップセル、微結晶シリコン素子をボトムセルの光電変換層とする積層型の光起電力素子、いわゆるタンデム化も可能である。
【０００５】
このタンデム型光起電力素子の一般的な構成を図５に示す。
図５に示すタンデム型光起電力素子１００は、ガラス基板１と、透明電極２と、非晶質シリコン素子からなるトップセル１０１と、微結晶シリコン素子からなるボトムセル１０２と、裏面電極１０とを備え、ガラス基板１上に、透明電極２、トップセル１０１、ボトムセル１０２、裏面電極１０が順次積層された構成となっている。
【０００６】
トップセル１０１は、非晶質ｐ層３と、非晶質ｉ層４と、非晶質ｎ層５とを備え、これらが順次積層された構成となっており、トップセル１０１は、非晶質ｐ層３を介して透明電極２上に設けられた構成となっている。また、ボトムセル１０２は、微結晶ｐ層７と、微結晶ｉ層８と、微結晶ｎ層９とを備え、これらが順次積層された構成となっており、ボトムセル１０２は、微結晶ｐ層７を介してトップセル１０１の非晶質ｎ層５上に設けられ、微結晶ｎ層９上に裏面電極１０が設けられた構成となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、このように構成されたタンデム型光起電力素子において光電変換の高効率化を図るためには、トップセルで発生する電流と、ボトムセルで発生する電流とを同一にする、すなわち、トップセルの非晶質ｉ層を厚膜化することが望まれる。この一方で、トップセルの非晶質ｉ層は、光劣化による電流値の低下を抑制するために、薄膜化することが望まれる。このように、トップセルを構成する非晶質ｉ層４の膜厚は、電流値を稼ぐための厚膜化と光劣化現象を抑制するための薄膜化という矛盾した要求が求められる。
【０００８】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであって、その目的は非晶質シリコン系素子をトップセルと、微結晶シリコン系素子をボトムセルとするタンデム型光起電力素子において、トップセルを構成する非晶質ｉ層の光劣化現象を抑制するために薄膜化したうえで、かつ良好な電流値を有するタンデム型光起電力素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の光起電力素子は、光透過性基板上に、非晶質シリコン系素子のトップセルと、微結晶シリコン系素子のボトムセルとが順次積層されたタンデム型光起電力素子であって、前記ボトムセルと前記トップセルとの間に、金属の中間層が設けられ、該中間層には、少なくとも一部に開口部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
この光起電力素子では、ボトムセルとトップセルとの間に金属の中間層が設けられているため、光透過性基板側から入射した光の一部がトップセルの光電変換層である非晶質ｉ層で吸収され、吸収されなかった光の一部は、中間層で反射された後、再び非晶質ｉ層に戻り吸収されることになる。これにより、光透過性基板側から入射した光を非晶質ｉ層に高効率に供給することができ、トップセルの非晶質ｉ層の膜厚を薄くした構成とすることができる。従って、非晶質ｉ層内の内部電界が強くなり、光劣化現象を緩和することができる。
また、中間層には、少なくとも一部に開口部が設けられているため、従来と同様にボトムセルにも光を供給することができ、これにより、従来の機能を最小限確保し、前述した効果を奏することができる。
【００１１】
また、本発明の光起電力素子は、前記開口部は、前記中間層表面における面積占有率が５０％以上９０％以下であることを特徴とする。
【００１２】
この光起電力素子では、中間層表面に形成された開口部が、中間層表面における面積占有率を５０％以上９０％以下として形成されているため、後述するように、光透過性基板側から入射した光を非晶質ｉ層及びボトムセルの双方に高効率に供給することができる。これにより、光電変換を高効率に実現することができる。
【００１３】
また、本発明の光起電力素子は、前記中間層が、アルミニウムＡｌ、銀Ａｇ、チタンＴｉのうちいずれか１つからなることを特徴とする。
【００１４】
この光起電力素子では、中間層が、可視光領域での反射率の高いＡｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｔｉ（チタン）のうちいずれか１つから形成されているため、光透過性基板側から入射した光を非晶質ｉ層へ高効率に供給することができる。
【００１５】
本発明の光起電力素子の製造方法は、光透過性基板上に、非晶質シリコン系素子のトップセルを形成するトップセル形成工程と、該トップセル上に、微結晶シリコン系素子のボトムセルを形成するボトムセル形成工程とを有するタンデム型光起電力素子の製造方法であって、前記トップセル形成工程後、前記ボトムセル形成工程前に、前記トップセル上に少なくとも一部に開口部を有する金属の中間層を形成する中間層形成工程を有し、該中間層形成工程は、前記トップセル上に金属膜を形成後、該金属膜にフォトリソグラフィー法により前記開口部をパターン形成し、前記中間層を形成することを特徴とする。
【００１６】
この光起電力素子の製造方法では、中間層表面に開口部を形成するに際し、フォトリソグラフィー法によりパターン形成するため、高精度に前記開口部を形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を参照して本発明に係る第一実施形態について説明する。
図１に示すタンデム型光起電力素子２０は、ガラス基板１と、透明電極２と、非晶質シリコン素子からなるトップセル１１と、可視光領域での反射率が高いアルミニウムＡｌ、銀Ａｇ、チタンＴｉ等のうちいずれか１つ、本実施形態においては、アルミニウムＡｌからなる中間層６と、微結晶シリコン素子からなるボトムセル１２と、裏面電極１０とを備え、ガラス基板１上に、透明電極２、トップセル１１、ボトムセル１２、裏面電極１０が順次積層された構成となっている。
【００１８】
トップセル１１は、ｐ型の非晶質シリコンである非晶質ｐ層３と、ｉ型の非晶質シリコンである非晶質ｉ層４と、ｎ型の非晶質シリコンである非晶質ｎ層５とを備え、これらが順次積層された構成となっており、トップセル１１は、非晶質ｐ層３を介して透明電極２上に設けられ、非晶質ｎ層５上に中間層６が設けられた構成となっている。また、ボトムセル１２は、ｐ型の微結晶シリコンである微結晶ｐ層７と、ｉ型の微結晶シリコンである微結晶ｉ層８と、ｎ型の微結晶シリコンである微結晶ｎ層９とを備え、これらが順次積層された構成となっており、ボトムセル１２は、微結晶ｐ層７を介して中間層６上に設けられ、微結晶ｎ層９上に裏面電極１０が設けられた構成となっている。すなわち、トップセル１１の上端層である非晶質ｎ層５と、ボトムセル１２の下端層である微結晶ｐ層７との間に中間層６が介装された構成となっている。
【００１９】
ここで、トップセル１１とボトムセル１２との間に介装された中間層６の表面は、図２に示すように、例えば、一辺の長さＬが５００μｍの正方形状に形成された開口部２１が同一の間隔ｄ、例えば２００μｍで複数設けられ、中間層６は格子状に形成されている。この開口部２１の配設ピッチｄ及び面積は、開口部２１の中間層６表面における面積占有率（以下、中間層６の開口率という）が５０％以上９０％以下となるように設定され、本実施形態においては、開口率８０％に設定されている。
【００２０】
以上のように構成されたタンデム型光起電力素子２０の製造方法について説明する。
まず、脱脂、洗浄したガラス基板１上にＣＶＤ法、またはスパッタ法等のＰＶＤ法を施し、透明電極２を形成する。ここで、透明電極２はＩＴＯ、酸化スズＳｎＯ２または酸化亜鉛ＺｎＯ等の金属酸化物により形成するが、本実施形態においては、酸化スズＳｎＯ２を膜厚７００ｎｍで形成する。
【００２１】
次に、透明電極２上にトップセル１１を形成する。すなわち、透明電極層２上にプラズマＣＶＤ法を施し、非晶質ｐ層３、非晶質ｉ層４及び非晶質ｎ層５を順次積層する。ここで、プラズマＣＶＤ法に用いる原料ガスは、シランＳｉＨ４あるいはジシランＳｉ２Ｈ６等の水素化珪素ガス、またはジクロロシラン、トリクロロシラン等のハロシラン系ガスを用い、このときの電源周波数は、１３．５６ＭＨｚに設定する。非晶質ｐ層３を製膜する場合は、ドーピングガスとして、ＩＩＩ族元素を含むＢ２Ｈ６、ＢＦ３等を添加する。また、非晶質ｎ層５を製膜する場合には、ドーピングガスとして、Ｖ族元素を含むＰＨ３等を添加する。
【００２２】
ここで、非晶質ｐ層３は、膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下で形成される。これは、非晶質ｐ層３の膜厚が５ｎｍ未満の場合、部分的に透明電極２が露出した状態、いわゆる島状成長となる。この場合、非晶質ｐ層３が形成されなかった部分は、正常な半導体ｐｎ接合が形成されないため、光起電力素子としての特性が著しく低下するからである。一方、非晶質ｐ層３の膜厚が５０ｎｍを超える場合、非晶質ｐ層３での光吸収量が過多となり、非晶質ｉ層４に到達する光量が減少するため、光起電力素子としての短絡電流が低下するからである。
【００２３】
また、非晶質ｉ層４の膜厚は、中間層６の開口率と反射率との兼ね合いにより決定され、例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下で形成される。これは、非晶質ｉ層４の膜厚が１００ｎｍ未満の場合、入射光を十分に吸収できないため、光起電力素子としての短絡電流が低下するからである。一方、非晶質ｉ層４の膜厚が５００ｎｍを超える場合、非晶質ｉ層４の内部電界が弱くなり、光劣化による短絡電流及び形状因子の低下が大きくなるからである。
【００２４】
また、非晶質ｎ層５の膜厚は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下で形成される。これは、非晶質ｎ層５の膜厚が５ｎｍ未満の場合、部分的に非晶質ｉ層４が露出した状態、いわゆる島状成長となる。この場合、非晶質ｎ層５が製膜されなかった部分は、正常な半導体ｐｎ接合が形成されないため、光起電力素子としての特性が著しく低下するからである。一方、非晶質ｎ層５の膜厚が５０ｎｍを超える場合、非晶質ｎ層５での光吸収量が過多となり、中間層６及び微結晶ｉ層８に到達する光量が減少するため、光起電力素子としての短絡電流が減少するからである。
【００２５】
次に、トップセル１１上に真空蒸着法等のＰＶＤ法を施して製膜したアルミニウムＡｌ層表面に、フォトリソグラフィー法によりレジスト等の所定のマスクパターンを形成し、これをエッチング処理することにより、図２に示すように、開口率８０％の開口部２１を備えた中間層６を形成する。ここで、中間層６の膜厚は、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下で形成する。これは、中間層６の膜厚が１００ｎｍ未満の場合、中間層６が有する入射光の反射効果が十分に発揮されないからである。一方、中間層６の膜厚が５００ｎｍを超える場合、中間層６表面の表面粗さが大きくなり、次工程で製膜されるボトムセル１２の形成精度に悪影響を及ぼすからである。
【００２６】
次に、中間層６上にプラズマＣＶＤ法を施し、微結晶ｐ層７、微結晶ｉ層８及び微結晶ｎ層９を順次積層する。この場合の原料ガスには、シラン、ジシラン等の水素化珪素ガスもしくはジクロロシラン、トリクロロシラン等のハロシランガスと水素を用いる。この際、原料ガスにＩＩＩ族元素を含むガス、例えばＢ２Ｈ６、ＢＦ３等のボロンを含むガスを添加すると、微結晶ｐ層７が製膜され、原料ガスにＶ族元素を含むガス、例えばＰＨ３等のリンを含むガスを添加すると、微結晶ｎ層９が製膜される。
【００２７】
ここで、シリコンを含むガスの流量に対する水素の流量比は、５倍以上１００倍以下に設定する。これは、水素の流量比が５倍未満の場合、水素ラジカルの発生量が少ないため、成長中の膜表面のダングリングボンドの終端が不十分となる。この結果、製膜に関与するシリコン系ラジカルの表面拡散が不十分となり、結晶性が良好な微結晶シリコンが十分に成長しないからである。一方、水素の流量比が１００倍を超える場合、微結晶シリコンは成長するものの、製膜に関与するシリコン系ラジカルが少ないため、その製膜速度が極めて小さくなり、非晶質シリコンよりも厚い光電変換層を必要とする微結晶シリコン系光起電力素子の場合、生産性が著しく低下するからである。
【００２８】
また、プラズマＣＶＤの電源周波数は、１０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下に設定される。これは、周波数が１０ＭＨｚ未満の場合、プラズマ密度が低く、プラズマ中で励起される水素ラジカルが少ないため、成長中の膜表面のダングリングボンドの終端が不十分となる。その結果、製膜に関与するシリコン系ラジカルの表面拡散が不十分となり、微結晶シリコンの結晶化が促進されないという問題があるからである。一方、周波数が３００ＭＨｚを超える場合、電極内での電圧分布が大きくなり、均一な放電が困難となるからである。
【００２９】
また、プラズマＣＶＤの圧力は、圧力は、１３．３Ｐａ以上６６５Ｐａ以下に設定される。圧力が１３．３Ｐａ未満の場合、製膜に関与するシリコン系ラジカルが少ないため、製膜速度が極めて小さく、生産性が著しく低下するからである。一方、圧力が６６５Ｐａを超える場合、製膜中に気相中で粉が生じ易くなり、この粉は、膜中に取り込まれ、微結晶シリコンの膜質を極端に低下させる他、真空容器の開放保守の頻度を高める等の悪影響を及ぼすからである。
【００３０】
ここで、微結晶ｐ層７の膜厚は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下で形成される。これは、微結晶ｐ層７の膜厚が５ｎｍ未満になると、部分的に非晶質ｎ層５が露出した状態、いわゆる島状成長となる。この場合、微結晶ｐ層７が製膜されていない部分は、正常な半導体ｐｎ接合が形成されないため、光起電力素子としての特性が著しく低下するからである。一方、微結晶ｐ層７の膜厚が５０ｎｍを超えると、光入射側の層である微結晶ｐ層で吸収する光量が過多となり、光電変換層である微結晶ｉ層８に到達する光量が低減するため、光起電力素子としての光電変換効率が却って低下するからである。
【００３１】
また、微結晶ｉ層８の膜厚は、透明電極２、微結晶ｉ層８の表面形状により決定され、例えば１０００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下で形成される。これは、微結晶ｉ層８の膜厚が１０００ｎｍ未満になると、入射光を十分に吸収できなくなるため、光起電力素子としての短絡電流が小さくなるという問題を生じるからである。一方、微結晶ｉ層８の膜厚が１００００ｎｍを超えると、微結晶ｉ層８に生じる内部電界が弱くなり、光起電力素子としての開放電圧が低下するとともに、製膜時間が長くなるからである。
【００３２】
また、微結晶ｎ層９の膜厚は、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下で形成される。これは、微結晶ｎ層９の膜厚が５ｎｍ未満になると、部分的に微結晶ｉ層８が露出した状態、いわゆる島状成長となる。この場合、微結晶ｎ層９が製膜されていない部分は、正常な半導体ｐｎ接合が形成されないため、光起電力素子としての特性が著しく低下するからである。一方、微結晶ｎ層９の膜厚が１００ｎｍを超えると、微結晶ｎ層９で吸収される光量が過多となり、裏面電極１０で反射された光を有効に活用できないという問題が生じるからである。
【００３３】
次に、ボトムセル１２上に、アルミニウムＡｌ、銀Ａｇ、チタンＴｉ、ニッケルＮｉ、クロムＣｒ、銅Ｃｕあるいはそれらの合金から成る裏面電極１０を、真空蒸着法またはスパッタ法等のＰＶＤを用い、膜厚５００μｍ以上で形成する。この膜厚により、微結晶ｉ層８を透過した光を充分に反射できるようになる。ここで、本実施形態においては、裏面電極１０を、真空蒸着法を施してアルミニウムＡｌにより形成した。
【００３４】
以上により形成された図１に示すタンデム型光起電力素子２０及び、図５に示す従来のタンデム型光起電力素子１００に、ガラス基板１側から模擬太陽光（ＡＭ（通過空気量）１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２）を照射し、このときの光電変換効率をそれぞれ計測した結果を表１に示す。ここで、従来のタンデム型光起電力素子１００を構成するボトムセル１０２を形成するに際してのプラズマＣＶＤ法による製膜条件は、前述した実施形態と同一とした。
【００３５】
【表１】
表１は、従来のタンデム型光起電力素子１００の光電変換効率を１．００とした相対値で示している。本実施形態では、トップセル１１とボトムセル１２との間に、Ａｌからなり開口率が８０％の中間層６を介装して、トップセル１１の電流増加を図った結果、従来例と比較して、光電変換効率が約１２％改善されたことが確認できる。
【００３７】
次に、本発明に係る第二実施形態として、中間層６を銀Ａｇにより形成した。さらに、本発明に係る第三実施形態として、中間層６をチタンＴｉにより形成した。これら第二、第三実施形態ともに、開口部２１の開口率を８０％に設定した。
このように構成された第二実施形態及び第三実施形態のタンデム型光起電力素子２０に、ガラス基板１側から模擬太陽光（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２）を照射し、この際の光電変換効率を計測した結果を、第一実施形態及び従来例と併せて表２に示す。
【００３８】
【表２】
表２は、第一〜第三実施形態の光起電力素子２０の光電変換効率を、従来例の光起電力素子１００の光電変換効率を１．００とした相対値で示している。これにより、中間層６としてアルミニウムＡｌ、銀Ａｇ、チタンＴｉともに、従来例と比較して、光電変換効率が１１％〜１４％改善されたことが確認でき、中間層６の有効性が確認できる。
【００４０】
次に、本発明に係る第四実施形態として、図３に示すように、開口部２２が形成された中間層６を形成した。開口部２２は、幅Ｌが１６０μｍで縦方向に延在する帯状に形成されるとともに、この開口部２２は、幅方向に同一の間隔ｄ、例えば４０μｍを配し複数設けられている。この開口部２２は、開口率が８０％に設定されている。ここで、本実施形態による中間層６は、開口部の形態を除き、第一実施形態と同一条件下で形成した。
このように構成された第四実施形態のタンデム型光起電力素子２０に、ガラス基板１側から模擬太陽光（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２）を照射し、この際の光電変換効率を計測した結果を、第一実施形態及び従来例と併せて表３に示す。
【００４１】
【表３】
表３は、第一、第四実施形態の光起電力素子２０の光電変換効率を、従来例の光起電力素子１００の光電変換効率を１．００とした相対値で示している。これにより、中間層６の開口部の開口率が同等であれば、開口部の形状によらず同様の効果が得られることが確認できる。
【００４３】
次に、それぞれで中間層６の開口率が異なる複数のタンデム型光起電力素子２０を形成し、前述と同様にして、それぞれのタンデム型光起電力素子２０について光電変換効率を計測した。なお、これらのタンデム型光起電力素子２を形成するに際して、中間層６を全てアルミニウムＡｌとした。図４に光電変換効率と中間層６の開口率との関係を示す。図４は、開口率１００％、すなわち中間層６を設けない従来のタンデム型光起電力素子１００の光電変換効率を１．００とした相対値で示している。
図４において、中間層６の開口率が５０以上９０％以下の範囲では、光電変換効率の改善が確認できる。すなわち、開口率が５０％未満の場合、ボトムセル１１に到達する光量が減少し、ボトムセル１１の電流値が不足するため、全体の光電変換効率としては低下することが確認できる。
【００４４】
以上説明したように、第一〜第四実施形態によるタンデム型光起電力素子２０によれば、ボトムセル１２とトップセル１１との間に金属からなる中間層６が設けられているため、光透過性基板１側から入射した光の一部がトップセル１１の光電変換層である非晶質ｉ層４で吸収され、吸収されなかった光の一部は、中間層６で反射された後、再び非晶質ｉ層４に戻り吸収されることになる。これにより、光透過性基板１側から入射した光を非晶質ｉ層４に高効率に供給することができ、トップセル１１の非晶質ｉ層４の膜厚を薄くした構成とすることができる。従って、非晶質ｉ層４内の内部電界が強くなり、光劣化現象を緩和することができる。
【００４５】
また、中間層６に形成された開口部２１、２２が、中間層６表面における面積占有率を５０％以上９０％以下として形成されているため、光透過性基板１側から入射した光を非晶質ｉ層４及びボトムセル１２の双方に高効率に供給することができる。これにより、光電変換効率の高いタンデム型光起電力素子を提供することができる。また、中間層６が、可視光領域での反射率の高いアルミニウムＡｌ、銀Ａｇ、チタンＴｉのうちいずれか１つから形成されているため、光透過性基板１側から入射した光を非晶質ｉ層４へさらに高効率に供給することができる。
【００４６】
さらに、中間層６に開口部２１、２２を形成するに際し、フォトリソグラフィー法によりパターン形成するため、高精度に開口部２１、２２を形成することができる。
【００４７】
なお、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係るタンデム型光起電力素子によれば、光透過性基板側から入射した光を非晶質ｉ層に高効率に供給することができ、トップセルの非晶質ｉ層の膜厚を薄くした構成とすることができる。従って、非晶質ｉ層内の内部電界が強くなり、光劣化現象を緩和することができるとともに、良好な電流値を得ることができる。
【００４９】
本発明に係るタンデム型光起電力素子の製造方法によれば、中間層表面に開口部を形成するに際し、フォトリソグラフィー法によりパターン形成するため、高精度に前記開口部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第一実施形態において、タンデム型起電力素子を示す断面図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態において、図１のＸ１−Ｘ１線矢視断面図である。
【図３】本発明に係る第四実施形態において、図１の図１のＸ１−Ｘ１線矢視断面図である。
【図４】本発明に係るタンデム型光起電力素子の光電変換効率と中間層の開口率との関係を示す図である。
【図５】本発明に係る従来例において、タンデム型起電力素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ガラス基板
２…透明電極
３…非晶質ｐ層
４…非晶質ｉ層
５…非晶質ｎ層
６…中間層
７…微結晶ｐ層
８…微結晶ｉ層
９…微結晶ｎ層
１０…裏面電極
１１…トップセル
１２…ボトムセル
２０…タンデム型光起電力素子
２１、２２…開口部
Claims (4)
- 光透過性基板上に、非晶質シリコン系素子のトップセルと、微結晶シリコン系素子のボトムセルとが順次積層されたタンデム型光起電力素子であって、
前記ボトムセルと前記トップセルとの間に、金属の中間層が設けられ、
該中間層には、少なくとも一部に開口部が設けられていることを特徴とするタンデム型光起電力素子。 - 請求項１記載のタンデム型光起電力素子において、
前記開口部は、前記中間層表面における面積占有率が５０％以上９０％以下であることを特徴とするタンデム型光起電力素子。 - 請求項１又は２に記載のタンデム型光起電力素子において、前記中間層が、アルミニウムＡｌ、銀Ａｇ、チタンＴｉのうちいずれか１つからなることを特徴とするタンデム型光起電力素子。
- 光透過性基板上に、非晶質シリコン系素子のトップセルを形成するトップセル形成工程と、
該トップセル上に、微結晶シリコン系素子のボトムセルを形成するボトムセル形成工程とを有するタンデム型光起電力素子の製造方法であって、
前記トップセル形成工程後、前記ボトムセル形成工程前に、前記トップセル上に少なくとも一部に開口部を有する金属の中間層を形成する中間層形成工程を有し、
該中間層形成工程は、前記トップセル上に金属膜を形成後、該金属膜にフォトリソグラフィー法により前記開口部をパターン形成し、前記中間層を形成することを特徴とするタンデム型光起電力素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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