JP2006332373A - 酸化物薄膜太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイオードの漏れ電流を抑制できる酸化物薄膜太陽電池を提供する。
【解決手段】 透明電極(12)とｐ型酸化物半導体層(14)とを含む酸化物薄膜太陽電池(10)であって、透明電極(12)とｐ型酸化物半導体層(14)との間に介在するｎ型高抵抗層(13)を含むことを特徴とする酸化物薄膜太陽電池(10)とする。これにより、トンネル電流による電子と正孔との再結合を防止することができるため、ダイオードの漏れ電流を抑制できる。よって、本発明の酸化物薄膜太陽電池によれば、例えば開放電圧を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、酸化物薄膜を光吸収層に用いた酸化物薄膜太陽電池に関する。

１１族元素の酸化物であるＣｕ₂ＯやＡｇ₂Ｏは、直接遷移型半導体であり、それぞれ１．８ｅＶと１．４ｅＶの太陽光スペクトルを吸収するのに適したバンドギャップを有していることから、太陽電池の光吸収層として有望な材料である。また、Ｃｕ₂ＯやＡｇ₂Ｏからなる薄膜は、特許文献１、非特許文献１、非特許文献２等に記載されているように、溶液法や陽極酸化法等の安価なプロセスで形成できる利点がある。なかでも溶液法は、低温で上記薄膜の形成が可能なため、プラスティックフィルムを用いたフレキシブルな太陽電池を実現できる可能性がある。このように、Ｃｕ₂ＯやＡｇ₂Ｏを光吸収層に用いることによって、変換効率が高く、低コストな太陽電池を提供できる可能性がある。
特開平１０−１８３３９２号公報 E. Tselepis, E. Fortin, "Preparation and photovoltaic properties of anodically grown Ag2 film", Journal Materials Science, Vol．21, p．985 (1986). D. Trivich, E. Y. Wang, R. J. Komp, A. S. Kakar, "Cuprous oxide photovoltaic cells", Proceeding of 13th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, p.174 (1978).

しかしながら、非特許文献２に記載されているように、Ｃｕ₂Ｏを用いた太陽電池では、理論的には１３％以上の変換効率を得ることができると報告されているが、実際には１％程度の変換効率しか得られていない。

従来のＣｕ₂Ｏを用いた太陽電池は、非特許文献２に示すように、ｐ型酸化物半導体層であるＣｕ₂Ｏ層と、低抵抗なｎ型透明電極（例えばＺｎＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃等からなる電極）とを直接接続したヘテロ接合のダイオードを含む。Ｃｕ₂Ｏ層とｎ型透明電極とのヘテロ接合は、図４に示すようなバンド構造となる。図中において、ＣＢは伝導帯、ＶＢは価電子帯、Ｅ_fはフェルミ準位である。この場合、ｎ型透明電極の伝導帯ＣＢとＣｕ₂Ｏ層の価電子帯ＶＢとが、ほぼ同じエネルギーレベルとなるため、ｎ型透明電極側から注入された電子ｅの多くは、図中の破線矢印に示すように、トンネル電流としてＣｕ₂Ｏ層の価電子帯ＶＢに流れて正孔ｈと再結合する。このように、Ｃｕ₂Ｏ層とｎ型透明電極とからなるダイオードの漏れ電流が増大すると、太陽電池の開放電圧と曲線因子が低下し、変換効率が低くなる。

本発明は、上記課題を解決するため、ダイオードの漏れ電流を抑制できる酸化物薄膜太陽電池を提供する。

本発明の酸化物薄膜太陽電池は、透明電極とｐ型酸化物半導体層とを含む酸化物薄膜太陽電池であって、
前記透明電極と前記ｐ型酸化物半導体層との間に介在するｎ型高抵抗層を含むことを特徴とする。

本発明の酸化物薄膜太陽電池によれば、透明電極とｐ型酸化物半導体層との間に介在するｎ型高抵抗層を含むため、トンネル電流による電子と正孔との再結合を防止することができる。これにより、ダイオードの漏れ電流を抑制できるため、例えば、酸化物薄膜太陽電池の開放電圧を向上させることができる。

本発明の酸化物薄膜太陽電池（以下、単に「太陽電池」ともいう）は、光の入射側に配置される透明電極と、光吸収層となるｐ型酸化物半導体層とを含む。

透明電極には、例えば近紫外〜近赤外域で透光性を有し、かつ導電性を有する材料を用いることができる。また、透明電極のキャリア濃度は、１０¹⁶／ｃｍ³以上であることが好ましい。透明電極の抵抗による電流損失を低減できるからである。また、透明電極は、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃及びＳｎＯ₂から選ばれる少なくとも一つを含むことが好ましい。可視光域での透光率が高くなるため、透明電極の光吸収によるエネルギー損失を低減できるからである。このような材料としては、例えば、Ｉｎ₂Ｏ₃：Ｘ（Ｘは、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｉ及びＺｎから選ばれる少なくとも一つの元素）、ＳｎＯ₂：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｇａ等からなる薄膜を用いることができる。また、上記薄膜が積層された複層膜を用いることもできる。なお、透明電極の厚みは、例えば０．１〜２μｍ程度である。

光吸収層となるｐ型酸化物半導体層には、１１族元素から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物を含む材料や、１１族元素から選ばれる少なくとも一つの元素を含む複合酸化物を含む材料を使用することが好ましい。太陽光を吸収するために適したバンドギャップと大きな光吸収係数とを有するｐ型酸化物半導体層を形成できるため、例えば太陽電池の変換効率を向上させることができるからである。このような材料としては、例えば、Ａｇ₂Ｏ、Ｃｕ₂Ｏ、ＣｕＡｌＯ_x（２≦ｘ≦２．５）、ＣｕＧａＯ_x（２≦ｘ≦２．５）、ＣｕＩｎＯ_x（２≦ｘ≦２．５）等からなる薄膜を用いることができる。なお、ｐ型酸化物半導体層の厚みは、例えば０．５〜５μｍ程度である。

そして、本発明の太陽電池は、透明電極とｐ型酸化物半導体層との間に介在するｎ型高抵抗層を含む。これにより、トンネル電流による電子と正孔との再結合を防止することができるため、ダイオードの漏れ電流を抑制できる。よって、本発明の太陽電池によれば、例えば開放電圧を向上させることができる。上記効果を確実に発揮させるには、ｎ型高抵抗層の厚みが０．０１〜０．５μｍであることが好ましい。

また、本発明の太陽電池は、ｎ型高抵抗層のキャリア濃度が１０¹⁵／ｃｍ³以下であることが好ましい。上述したトンネル電流の発生を有効に抑制することが可能となるからである。このようなｎ型高抵抗層の好適な材料としては、２族元素、１２族元素、１３族元素及び１６族元素からなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む材料を挙げることができる。具体例については後述する。

また、本発明の太陽電池は、ｎ型高抵抗層のバンドギャップ（以下、「Ｅｇ₁」という）からｐ型酸化物半導体層のバンドギャップ（以下、「Ｅｇ₂」という）を差し引いた値（Ｅｇ₁−Ｅｇ₂）が、０以上であることが好ましい。この条件を満たすことにより、ｎ型高抵抗層で吸収される光スペクトルが減少するため、ｐ型酸化物半導体層で吸収される光スペクトルが増加する。よって、例えば太陽電池の変換効率を向上させることができる。なお、本明細書において、バンドギャップの単位は「ｅＶ」である。

また、本発明の太陽電池は、ｎ型高抵抗層のＥｇ₁から透明電極のバンドギャップ（以下、「Ｅｇ₃」という）を差し引いた値（Ｅｇ₁−Ｅｇ₃）が、−０．５以上０．５以下であることが好ましい。この条件を満たすことにより、ｎ型高抵抗層と透明電極との間において、それぞれの伝導帯及び価電子帯のレベルがほぼ合致して整合するため、ｎ型高抵抗層と透明電極との間のキャリア輸送が効率よく行われる。

また、本発明の太陽電池は、ｐ型酸化物半導体層の電子親和力（以下、「χ₁」という）からｎ型高抵抗層の電子親和力（以下、「χ₂」という）を差し引いた値（χ₁−χ₂）が、０以上であることが好ましい。この条件を満たすことにより、ｎ型高抵抗層に注入された電子が、ｐ型酸化物半導体層との界面でトラップされることなくｐ型酸化物半導体層へと輸送されるため、上記界面での電子と正孔との再結合を低減でき、太陽電池の開放電圧の低下を防ぐことができる。また、上記差（χ₁−χ₂）は、０以上０．５未満であることがより好ましい。この条件を満たすことにより、ｐ型酸化物半導体層とｎ型高抵抗層との間において、キャリアが輸送されるそれぞれの伝導帯のレベルがほぼ合致して整合するため、ｐ型酸化物半導体層で光吸収により励起されたキャリアをｎ型高抵抗層へ効率良く輸送することができる。なお、本明細書において、電子親和力の単位は「ｅＶ」である。

また、本発明の太陽電池において、各構成層のバンドギャップや電子親和力が上記関係を有するように構成するには、ｎ型高抵抗層の材料が以下の（１）〜（４）に示す材料であることが好ましい。

（１）１６族元素から選ばれる少なくとも一つの元素と亜鉛とを含む材料。例えば、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｚｎ(Ｏ，Ｓ)、ＺｎＳｅ等からなる薄膜が挙げられる。

（２）２族元素から選ばれる少なくとも一つの元素と亜鉛とを含む複合酸化物を含む材料。例えば、(Ｚｎ_1-xＭｇ_x)Ｏ（０＜ｘ＜１）、(Ｚｎ_1-xＣａ_x)Ｏ（０＜ｘ＜１）等からなる薄膜が挙げられる。

（３）１３族元素としてＩｎ及びＧａの少なくとも一方を含み、かつ１６族元素として酸素、硫黄及びセレンから選ばれる少なくとも一つを含む材料。例えば、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｓ₃、Ｇａ₂Ｓ₃、Ｉｎ₂Ｓｅ₃、Ｇａ₂Ｓｅ₃、Ｉｎ_x(Ｏ，Ｓ)_y（０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５）、Ｇａ_x(Ｏ，Ｓ)_y（０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５）等からなる薄膜が挙げられる。

（４）１２族元素から選ばれる少なくとも一つの元素と、１３族元素から選ばれる少なくとも一つの元素と、１６族元素から選ばれる少なくとも一つの元素とを含む材料。例えば、ＺｎＩｎ_xＳ_y（１≦ｘ≦３、２．５≦ｙ≦５．５）、ＺｎＩｎ_xＳｅ_y（１≦ｘ≦３、２．５≦ｙ≦５．５）等からなる薄膜が挙げられる。

なお、ｎ型高抵抗層の材料として硫黄を含む酸化物薄膜を使用する場合は、この酸化物薄膜が水酸基を含んでいても良い。水酸基が硫黄を含む酸化物薄膜のダングリング・ボンドを終端する効果等を有するためである。また、ｎ型高抵抗層の材料としては、上記（１）〜（４）に示す材料以外にも、例えばＳｎＯ₂等の酸化物を用いることもできる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る太陽電池について説明する。参照する図１は、第１実施形態に係る太陽電池の模式断面図である。また、参照する図２は、第１実施形態に係る太陽電池のバンド構造を示す模式図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る太陽電池１０は、基板１１と、基板１１上に順次積層された透明電極１２、ｎ型高抵抗層１３、ｐ型酸化物半導体層１４及び裏面電極１５とを含む。

基板１１としては、透光性基板を用いることができ、例えば、ガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等からなる透光性基板を用いることができる。

透明電極１２、ｎ型高抵抗層１３及びｐ型酸化物半導体層１４としては、例えば、それぞれ上述した透明電極、ｎ型高抵抗層及びｐ型酸化物半導体層の好適な材料を使用することができる。

裏面電極１５としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ等からなる金属薄膜を用いることができる。また、上述した透明電極の好適な材料（例えば、透光性及び導電性を有する酸化物薄膜）を使用することもできる。

第１実施形態に係る太陽電池１０は、透明電極１２とｐ型酸化物半導体層１４との間に介在するｎ型高抵抗層１３を含むため、図２に示すように、透明電極１２に注入された電子ｅとｐ型酸化物半導体層１４に注入された正孔ｈとの再結合を防止することができる。これにより、ダイオードの漏れ電流を抑制できるため、例えば、太陽電池１０の開放電圧を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る太陽電池について説明する。参照する図３は、第２実施形態に係る太陽電池の模式断面図である。なお、図３において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図３に示すように、第２実施形態に係る太陽電池２０は、第１のｐ型酸化物半導体層２１と第２のｐ型酸化物半導体層２２の２層のｐ型酸化物半導体層を含み、それぞれｎ型高抵抗層１３上に順次積層されている。その他の構成は、上述した第１実施形態に係る太陽電池１０（図１参照）と同様である。よって、第２実施形態に係る太陽電池２０によっても上述した第１実施形態に係る太陽電池１０と同様の効果を発揮させることができる。

光吸収層となる第１のｐ型酸化物半導体層２１としては、例えば、Ａｇ₂ＯやＣｕ₂Ｏ等を用いることができる。第２のｐ型酸化物半導体層２２としては、例えば、ＣｕＡｌＯ_x（２≦ｘ≦２．５）、ＣｕＧａＯ_x（２≦ｘ≦２．５）、ＣｕＩｎＯ_x（２≦ｘ≦２．５）等を用いることができる。また、第１のｐ型酸化物半導体層２１としてＡｇ₂Ｏを用いた場合は、第２のｐ型酸化物半導体層２２としてＣｕ₂Ｏを用いてもよい。

ここで、第２のｐ型酸化物半導体層２２のバンドギャップは、第１のｐ型酸化物半導体層２１のバンドギャップより大きいことが好ましい。第１のｐ型酸化物半導体層２１で光励起されて裏面電極１５側へ移動するキャリアが、第１のｐ型酸化物半導体層２１と第２のｐ型酸化物半導体層２２との界面に到達しても、バンドギャップのより大きい第２のｐ型酸化物半導体層２２によって、裏面電極１５への上記キャリアの移動を防ぐことができるからである。よって、上記条件を満たすことにより、裏面電極１５での電子と正孔との再結合が低減し、太陽電池２０の変換効率が向上する。

以下、本発明の実施例について説明する。なお本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

本発明の実施例として、図１に示す構成を有する太陽電池（実施例１〜３）、及び図３に示す構成を有する太陽電池（実施例４〜６）を作製した。まず、実施例１〜３の太陽電池の作製方法について、図１を参照して説明する。

（実施例１〜３の太陽電池の作製方法）
基板１１としては、ガラス基板（厚み：３ｍｍ）を用いた。その上に、スパッタ法により、透明電極１２としてＺｎＯ：Ａｌ膜（厚み：１μｍ）を形成した。スパッタは、Ａｌ₂Ｏ₃を２質量％含むＺｎＯ焼結体をターゲットに用い、基板１１の温度を４００℃に加熱した状態で、酸素を２容量％含有するＡｒ雰囲気中、直流電源を用いて１ｋＷの電力を印加して行った。作製したＺｎＯ：Ａｌ膜のシート抵抗は約１５Ω／□であり、そのキャリア濃度は１０²⁰／ｃｍ³以上であった。

次に透明電極１２上にｎ型高抵抗層１３として、実施例１についてはＳｎＯ₂膜、実施例２については(Ｚｎ_0.7Ｍｇ_0.3)Ｏ膜、実施例３についてはＺｎＳ膜を形成した。ＳｎＯ₂膜及び(Ｚｎ_0.7Ｍｇ_0.3)Ｏ膜については、それぞれの材料からなる焼結体をターゲットとし、基板１１の温度を約２００℃に加熱した状態で、高周波スパッタ法により厚み０．１μｍ堆積させて形成した。また、ＺｎＳ膜については、ＺｎＳの焼結体を蒸発物に用い、基板１１の温度を約３００℃に加熱した状態で、熱蒸着法により厚み０．１μｍ堆積させて形成した。なお、上記３種類のｎ型高抵抗層１３は、いずれもキャリア濃度が１０¹⁵／ｃｍ³以下であった。

次にｎ型高抵抗層１３上に、ｐ型酸化物半導体層１４としてＣｕ₂Ｏ膜を高周波スパッタ法で形成した。高周波スパッタは、Ｃｕ₂Ｏの焼結体をターゲットとし、酸素を１容量％含有するＡｒ雰囲気中、基板１１の温度を４００℃に加熱した状態で行った。作製したＣｕ₂Ｏ膜の厚みは、約１．５μｍであった。

次にｐ型酸化物半導体層１４上に、裏面電極１５としてＣｕ膜（厚み：約０．３μｍ）を形成した。Ｃｕ膜は、Ｃｕをターゲットに用い、基板１１の温度を約２５℃に保った状態で、直流スパッタ法により形成した。以上の方法により、実施例１〜３の太陽電池を得た。

（比較例１）
また、実施例１〜３に対する比較のため、比較例１として、ｎ型高抵抗層１３のない構造の太陽電池を作製した。使用した基板１１、透明電極１２、ｐ型酸化物半導体層１４及び裏面電極１５は上述した実施例１〜３の太陽電池と同様である。

（実施例４〜６の太陽電池の作製方法）
次に、実施例４〜６の太陽電池の作製方法について、図３を参照して説明する。基板１１としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（厚み：２００μｍ）を用いた。このＰＥＴフィルムを、硝酸亜鉛（０．０５モル／リットル）とボランジメチルアミン（(CH₃)₂NHBH₃、０．０５モル／リットル）とを含有する水溶液中に１００分間浸漬することにより、透明電極１２として、厚み約１μｍのＺｎＯ膜を形成した。

次に透明電極１２上に、ｎ型高抵抗層１３として、実施例４についてはＺｎ（Ｏ，Ｓ）膜（厚み：約８０ｎｍ）、実施例５についてはＩｎ（Ｏ，Ｓ）膜（厚み：約２０ｎｍ）、実施例６についてはＺｎＩｎＳ膜（厚み：約１０ｎｍ）を形成した。Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）膜は、硫酸亜鉛（０．１６モル／リットル）とチオ尿素（０．６モル／リットル）とアンモニア（７．５モル／リットル）との混合溶液に、透明電極１２が形成された基板１１を５分間浸漬することにより形成した。Ｉｎ（Ｏ，Ｓ）膜は、塩化インジウム（０．０３モル／リットル）とチオアセトアミド（０．１モル／リットル）と塩酸（塩化水素換算で０．８質量％）との混合溶液に、透明電極１２が形成された基板１１を０．２分間浸漬することにより形成した。ＺｎＩｎＳ膜は、塩化亜鉛（０．０１モル／リットル）と塩化インジウム（０．０１モル／リットル）とチオ尿素（０．１５モル／リットル）との混合溶液に、透明電極１２が形成された基板１１を５分間浸漬することにより形成した。

次にｎ型高抵抗層１３上に、第１のｐ型酸化物半導体層２１として、Ａｇ₂Ｏ膜を以下に示す方法により形成した。ｎ型高抵抗層１３上に電解めっき法でＡｇ膜を形成し、これらを硝酸銀（０．０２モル／リットル）の水溶液中に浸漬し、この水溶液中に具備した電極と透明電極１２との間に電流を流すことにより、上記Ａｇ膜を酸化してＡｇ₂Ｏ膜を形成した。作製したＡｇ₂Ｏ膜の厚みは約１．５μｍであった。

次に第１のｐ型酸化物半導体層２１上に、第２のｐ型酸化物半導体層２２としてＣｕ₂Ｏ膜を以下に示す方法により形成した。第１のｐ型酸化物半導体層２１まで形成した基板１１を、硝酸銅（０．０２モル／リットル)の水溶液中に浸漬し、この水溶液中に具備した電極と透明電極１２との間に電流を流すことにより、第１のｐ型酸化物半導体層２１上にＣｕ₂Ｏ膜を形成した。作製したＣｕ₂Ｏ膜の厚みは約０．２μｍであった。

次に第２のｐ型酸化物半導体層２２上に、裏面電極１５として、無電解めっき法によりＣｕ膜（厚み：約０．２μｍ）を形成した。以上の方法により、実施例４〜６の太陽電池を得た。

（比較例２）
また、実施例４〜６に対する比較のため、比較例２として、ｎ型高抵抗層１３のない構造の太陽電池を作製した。使用した基板１１、透明電極１２、第１のｐ型酸化物半導体層２１、第２のｐ型酸化物半導体層２２及び裏面電極１５は上述した実施例４〜６の太陽電池と同様である。

（評価）
作製した各々の太陽電池に、疑似太陽光（１００ｍＷ/ｃｍ²、エアマス（ＡＭ）１．５）を照射し、電流−電圧特性を測定した。結果を表１（実施例１〜３及び比較例１）、及び表２（実施例４〜６及び比較例２）に示す。

（実施例１〜３及び比較例１について）
表１に示すように、実施例１〜３は比較例１に比べ開放電圧が向上している。これは、ｎ型高抵抗層１３の存在により、透明電極１２とｐ型酸化物半導体層１４との間において、電子と正孔との再結合が抑制されるためであると考えられる。特に、実施例２及び実施例３については、比較例１に比べ、開放電圧が約２倍に増加している。これは、実施例２及び実施例３の場合、いずれも上述した電子親和力の差（χ₁−χ₂）が０以上であることから、電子と正孔との再結合を効果的に抑制することができるためであると考えられる。

また、実施例２は比較例１に比べ曲線因子（ＦＦ）が１．５倍以上向上している。これは、実施例２の場合、上述した電子親和力の差（χ₁−χ₂）が０以上０．５未満であることから、上述したように電子と正孔との再結合を効果的に抑制することができる上、ｐ型酸化物半導体層で光吸収により生成した電子をｎ型高抵抗層へ効率良く輸送することができるからである。結果として、実施例２の変換効率は、比較例１の変換効率に比べ約３．５倍増加した。

ここで、実施例２の構成においては、光透過特性から測定した、ｎ型高抵抗層である(Ｚｎ_0.7Ｍｇ_0.3)Ｏ膜のバンドギャップＥｇ₁とｐ型酸化物半導体層であるＣｕ₂Ｏ膜のバンドギャップＥｇ₂との差（Ｅｇ₁−Ｅｇ₂）は約１．７ｅＶであった。また、ｎ型高抵抗層である(Ｚｎ_0.7Ｍｇ_0.3)Ｏ膜のバンドギャップＥｇ₁と透明電極であるＺｎＯ：Ａｌ膜のバンドギャップＥｇ₃との差（Ｅｇ₁−Ｅｇ₃）は約０．２ｅＶであった。

なお、実施例２では、ｎ型高抵抗層１３として(Ｚｎ_0.7Ｍｇ_0.3)Ｏ膜を用いたが、Ｍｇと同族の元素（２族元素）を含む（Ｚｎ，Ｃａ）Ｏ膜等や、高抵抗のＺｎＯ膜、高抵抗のＩｎ₂Ｏ₃膜等を用いても同様な結果が得られた。また、例えば蒸着法で形成された、Ｉｎ₂Ｓ₃膜、Ｇａ₂Ｓ₃膜、Ｉｎ₂Ｓｅ₃膜、Ｇａ₂Ｓe₃膜、ＺｎＩｎ_xＳｅ_y膜（１≦ｘ≦３、２．５≦ｙ≦５．５）等をｎ型高抵抗層１３として用いても同様な結果が得られた。

（実施例４〜６及び比較例２について）
表２に示すように、実施例４〜６は比較例２に比べ、いずれも開放電圧が向上し、ＦＦについても約１．５倍向上した。これは、ｎ型高抵抗層１３の存在により、透明電極１２と第１のｐ型酸化物半導体層２１との間において、電子と正孔との再結合が抑制されるためであると考えられる。結果として、実施例４，６の変換効率は、比較例２の変換効率に比べ３倍以上増加した。

なお、実施例５では、ｎ型高抵抗層１３としてＩｎ（Ｏ，Ｓ）膜を用いたが、Ｉｎと同族の元素（１３族元素）を含むＧａ(Ｏ，Ｓ)膜等を用いても同様な結果が得られた。また、実施例６では、ｎ型高抵抗層１３としてＺｎＩｎＳ膜を用いたが、Ｓと同族の元素（１６族元素）を含むＺｎＩｎＳｅ膜等を用いても同様な結果が得られた。

本発明の酸化物薄膜太陽電池は、軽量な基板やフレキシブルな基板を用いることができるため、例えば携帯可能な電源や携帯機器用電源等として有用である。

本発明の第１実施形態に係る太陽電池の模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池のバンド構造を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る太陽電池の模式断面図である。 従来の太陽電池のバンド構造を示す模式図である。

符号の説明

１０，２０ 酸化物薄膜太陽電池
１１ 基板
１２ 透明電極
１３ ｎ型高抵抗層
１４ ｐ型酸化物半導体層
１５ 裏面電極
２１ 第１のｐ型酸化物半導体層
２２ 第２のｐ型酸化物半導体層
ＣＢ 伝導帯
Ｅ_f フェルミ準位
ＶＢ 価電子帯
ｅ 電子
ｈ 正孔

Claims (15)

1. 透明電極とｐ型酸化物半導体層とを含む酸化物薄膜太陽電池であって、
   前記透明電極と前記ｐ型酸化物半導体層との間に介在するｎ型高抵抗層を含むことを特徴とする酸化物薄膜太陽電池。
2. 前記ｎ型高抵抗層は、キャリア濃度が１０¹⁵／ｃｍ³以下である請求項１に記載の酸化物薄膜太陽電池。
3. 前記ｎ型高抵抗層のバンドギャップから前記ｐ型酸化物半導体層のバンドギャップを差し引いた値が、０以上である請求項１に記載の酸化物薄膜太陽電池。
4. 前記ｎ型高抵抗層のバンドギャップから前記透明電極のバンドギャップを差し引いた値が、−０．５以上０．５以下である請求項１に記載の酸化物薄膜太陽電池。
5. 前記ｐ型酸化物半導体層の電子親和力から前記ｎ型高抵抗層の電子親和力を差し引いた値が、０以上である請求項１に記載の酸化物薄膜太陽電池。
6. 前記ｐ型酸化物半導体層の電子親和力から前記ｎ型高抵抗層の電子親和力を差し引いた値が、０．５未満である請求項５に記載の酸化物薄膜太陽電池。
7. 前記ｎ型高抵抗層は、２族元素、１２族元素、１３族元素及び１６族元素からなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む請求項１に記載の酸化物薄膜太陽電池。
8. 前記ｎ型高抵抗層は、１６族元素から選ばれる少なくとも一つの元素と亜鉛とを含む請求項７に記載の酸化物薄膜太陽電池。
9. 前記ｎ型高抵抗層は、２族元素から選ばれる少なくとも一つの元素と亜鉛とを含む複合酸化物を含む請求項７に記載の酸化物薄膜太陽電池。
10. 前記ｎ型高抵抗層は、１３族元素としてＩｎ及びＧａの少なくとも一方を含み、かつ１６族元素として酸素、硫黄及びセレンから選ばれる少なくとも一つを含む請求項７に記載の酸化物薄膜太陽電池。
11. 前記ｎ型高抵抗層は、１２族元素から選ばれる少なくとも一つの元素と、１３族元素から選ばれる少なくとも一つの元素と、１６族元素から選ばれる少なくとも一つの元素とを含む請求項７に記載の酸化物薄膜太陽電池。
12. 前記透明電極は、キャリア濃度が１０¹⁶／ｃｍ³以上である請求項１に記載の酸化物薄膜太陽電池。
13. 前記透明電極は、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃及びＳｎＯ₂から選ばれる少なくとも一つを含む請求項１又は１２に記載の酸化物薄膜太陽電池。
14. 前記ｐ型酸化物半導体層は、１１族元素から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物を含む請求項１に記載の酸化物薄膜太陽電池。
15. 前記ｐ型酸化物半導体層は、１１族元素から選ばれる少なくとも一つの元素を含む複合酸化物を含む請求項１に記載の酸化物薄膜太陽電池。

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