JP2009290115A - シリコン系薄膜太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換層に比べて低い屈折率を有する層を光電変換層の形成と別種の設備を用いることなく、光入射側から見て光電変換層の後方にごく薄く配置することにより、十分な光閉じ込め効果を発揮でき、光電変換層に比べバンドギャップの広いｎ型界面層をさらに配置することで、光電変換層と界面層の界面で強い電界を発生させ、高効率かつ低コストでシリコン系薄膜太陽電池を提供すること。
【解決手段】本発明によれば、光電変換層よりも低い屈折率を有するｎ型導電性酸化シリコンを光電変換層の後方に薄く形成することで光閉じ込め効果を発揮しつつ、良質のｎ型アモルファスシリコン界面層を成長させることができる。ｎ型アモルファスシリコン界面層により、光電変換層と界面層の界面で強い電界を発生させ開放電圧を大幅に改善させることができる。この結果、高効率かつ低コストでシリコン系薄膜太陽電池を提供することができる。
【選択図】 なし

Description

本発明はシリコン系薄膜太陽電池に関し、特に、光入射側から見た光電変換層の後方に光電変換層よりも屈折率の小さい層を薄く配置することによって、光閉じ込め効果と太陽電池内でのキャリア再結合低減効果を同時に発揮する薄膜太陽電池に関するものである。

近年、光電変換装置の低コスト化、高効率化を両立するために使用原材料が少なくてすむ薄膜太陽電池が注目され、開発が精力的に行われている。現在、従来の非晶質薄膜太陽電池に加えて結晶質薄膜太陽電池も開発され、これらを積層したハイブリッド太陽電池と称される積層型薄膜太陽電池も実用化されている。

薄膜太陽電池は、一般に、基板上に順に積層された第１電極、１以上の半導体薄膜光電変換ユニット、および第２電極を含んでいる。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。

ｉ型層は実質的に真性の半導体層であって光電変換ユニットの厚さの大部分を占め、光電変換作用は主としてこのｉ型層内で生じる。このため、このｉ型層は通常ｉ型光電変換層または単に光電変換層と呼ばれる。光電変換層は真性半導体層に限らず、ドープされた不純物によって吸収される光の損失が問題にならない範囲で微量にｐ型またはｎ型にドープされた層であってもよい。光電変換層は光吸収のためには厚い方が好ましいが、必要以上に厚くすればその製膜のためのコストと時間が増大することになる。

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つである開放電圧（Ｖｏｃ）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直接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しない損失となる。したがって、ｐ型とｎ型の導電型層は、十分な拡散電位を生じさせ得る範囲内であれば、できるだけ小さな厚さにとどめておくことが好ましい。

ｐ型やｎ型の導電型層としては、光電変換層と同一の材料を用いる場合もあるが、例えば、シリコンに対するシリコンカーバイドのように、光電変換層よりもバンドギャップの広い材料を用いることにより、導電型層と光電変換層の界面に新たな電界を形成し、光吸収に伴って発生したキャリアが界面で再結合するのを抑制する技術も広く用いられている。

ここで、上述のようなｐｉｎ（ｎｉｐ）型の光電変換ユニットまたは薄膜太陽電池は、それに含まれるｐ型とｎ型の導電型層が非晶質か結晶質かにかかわらず、その主要部を占める光電変換層が非晶質のものは非晶質ユニットまたは非晶質薄膜太陽電池と称され、光電変換層が結晶質のものは結晶質ユニットまたは結晶質薄膜太陽電池と称される。

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広いバンドギャップを有する光電変換層を含む前方ユニットを配置し、その後方に順に狭いバンドギャップを有する光電変換層を含む後方ユニットを配置することにより、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太陽電池の中でも、特に非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットを積層したものはハイブリッド薄膜太陽電池と称される。例えば、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程度の波長までの光を光電変換することができる。

ただし、光吸収係数の大きな非晶質シリコン光電変換層が十分に光吸収するためには０．３μｍ程度以下の厚さでも十分であるが、光吸収係数の小さな結晶質シリコン光電変換層は長波長の光をも十分に吸収するためには１．５〜３μｍ程度の厚さを有することが好ましい。すなわち、結晶質光電変換層は、通常は非晶質光電変換層に比べて５〜１０倍程度の厚さを有することが望まれる。

非晶質シリコン単層の薄膜太陽電池においても、前述のハイブリッド薄膜太陽電池においても、光電変換層の厚さをできるだけ小さく保つことが生産性の向上すなわち低コスト化の点からは望ましい。このため、光入射側から見て光電変換層の後方に光電変換層よりも屈折率の小さな層を配置して特定波長の光を有効に反射させる、いわゆる光閉じ込め効果を利用した構造が一般的に用いられている。

光入射側から見て光電変換層の後方に配置する、というのは、光電変換層に接してその裏面側に配置されていること、もしくは光電変換層の裏面に別の層を配置し、その層を挟んで裏面側に配置されていることを指す。従来技術として、特許文献１には、光入射側から、透光性第１電極、非晶質シリコン半導体薄膜（以下単に半導体薄膜と呼ぶ）、厚さ１２００Å未満の酸化亜鉛膜、不透光性第２電極（金属電極）が順に積層された太陽電池の構造を開示している。

当該酸化亜鉛膜は、半導体薄膜と金属電極との界面に珪化物が生じて吸収ロスが増えるのを防止する作用を有し、また、酸化亜鉛膜と半導体薄膜との間に屈折率差があるため、酸化亜鉛膜の厚さを１２００Å未満、好ましくは３００〜９００Åに限定すれば半導体薄膜／酸化亜鉛膜界面での反射率を向上させる効果を有するので、太陽電池の短絡電流密度が向上し、変換効率が向上すると記載されている。

しかしながら、当該酸化亜鉛膜はスパッタ、スプレーなどの手法で形成されるため、プラズマＣＶＤ法等で一般的に形成される半導体薄膜とは別設備を用いる必要があり、設備コストがかかり、生産タクトも長くなるという問題が発生する。さらに、特に酸化亜鉛膜の形成にスパッタ法を用いる場合、下地半導体薄膜へのスパッタダメージによる性能低下を引き起こす可能性がある、という問題も発生する。
特開平２−７３６７２号公報

本発明は、光電変換層に比べて低い屈折率を有するシリコン系の層を、光入射側から見て結晶質光電変換層の後方にごく薄く配置することにより高効率かつ低コストでシリコン系薄膜太陽電池を提供することを目的としている。

本願は以下の構成を有するものである。

１）． 光入射側から見て結晶質光電変換層の後方にｎ型導電性酸化シリコン層／ｎ型アモルファスシリコン界面層／ｎ型微結晶シリコン界面層が順に配置されていることを特徴とするシリコン系薄膜太陽電池。

２）． 前記ｎ型導電性酸化シリコン層の波長６００ｎｍにおける屈折率が２.７以下であることを特徴とする、１）に記載のシリコン系薄膜太陽電池。

３）． 前記ｎ型導電性酸化シリコン層中に占める、シリコンを除く最多構成元素は酸素であることを特徴とする、１）または２）に記載のシリコン系薄膜太陽電池。

４）． 前記ｎ型導電性酸化シリコン層は、その層中に結晶質シリコン成分を含むことを特徴とする、１）〜３）のいずれか１項に記載のシリコン系薄膜太陽電池。

５）． 前記ｎ型導電性酸化シリコン層の厚さは１０ｎｍ以下であることを特徴とする、１）〜４）のいずれか１項に記載のシリコン系薄膜太陽電池。

６）． 前記導ｎ型アモルファスシリコン界面層の厚さは２ｎｍ以上であることを特徴とする、１）〜５）のいずれか１項に記載のシリコン系薄膜太陽電池。

７）． 少なくとも非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットを各々１ユニット以上積層したことを特徴とする１）〜６）のいずれか１項に記載のシリコン系薄膜太陽電池。

本発明により、Ｖｏｃを向上させる効果を有し、これにより変換効率の上昇が可能となる。

ｎ型導電性酸化シリコン層は結晶質光電変換層内に拡散電位を生じさせる役割とn型アモルファスシリコン層を成長させる役割を果たす、不純物によりｎ型にドープされた層である。n型アモルファス層を配置することで、結晶質光電変換層とn型層の間に新たな電界を発生させ界面におけるキャリアの再結合を低減させることができる。また、n型結晶シリコン界面層を配置することでn型界面層と接して配置される透明酸化物層との接触抵抗を低減させることができ、ｎ型導電性酸化シリコン層／n型アモルファスシリコン界面層だけでは不十分な可能性のある結晶質光電変換層内の拡散電位を維持することができる。

以下に、本発明の実施の形態としてのシリコン系薄膜太陽電池を、図１を参照しつつ説明する。

図１では透光性基板１の上に透明電極層２が形成されている。透光性基板１としては、ガラス、透明樹脂等から成る板状部材やシート状部材が用いられる。透明電極層２は導電性金属酸化物であることが好ましく、具体的にはＳｎＯ_２、ＺｎＯ等を好ましい例としてあげることができる。透明電極層２はＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法を用いて形成されることが好ましい。透明電極層２はその表面に入射光の散乱を増大させる効果を有することが望ましい。具体的には、微細な凹凸を有することにより、入射光の散乱を増大させる効果を有することが望ましい。

透明電極層２の上には非晶質光電変換ユニット３が形成される。非晶質光電変換ユニット３は非晶質ｐ型シリコンカーバイド層３ｐａ、ノンドープ非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉａ、ｎ型シリコン系界面層３ｎａから成り立っている。非晶質光電変換ユニット３の上に結晶質光電変換ユニット４が形成されている。非晶質光電変換ユニット３、および結晶質光電変換ユニット４（以下、この両方のユニットをまとめて単に光電変換ユニットと称する）の形成には高周波プラズマＣＶＤ法が適している。

光電変換ユニットの形成条件としては、基板温度１００〜３００℃、圧力３０〜１５００Ｐａ、高周波パワー密度０．０１〜０．５Ｗ／ｃｍ^２が好ましく用いられる。光電変換ユニット形成に使用する原料ガスとしては、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６等のシリコン含有ガスまたは、それらのガスとＨ_２を混合したものが用いられる。光電変換ユニットにおけるｐ型またはｎ型層を形成するためのドーパントガスとしては、Ｂ_２Ｈ_６またはＰＨ_３等が好ましく用いられる。

結晶質光電変換ユニット４は結晶質ｐ型シリコン層４ｐｃ、結晶質ｉ型シリコン光電変換層４ｉｃ、ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎ、およびｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎa、n型結晶質シリコン層４ｎｃから成り立っている。ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎの製膜に使用する原料ガスとしては、ＳｉＨ_４、Ｈ_２、ＣＯ_２、ＰＨ_３の混合ガスが適している。本発明の構成においてｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎの厚さは１５ｎｍ以下に設定することが好ましい。ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎには結晶質シリコン成分が含まれていなくてもよいが、含まれているほうがより好ましい。

ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎの波長６００ｎｍにおける屈折率として２．７以下が好ましく用いられ、さらには２．５以下、特には２．１以下とすることが好ましい。ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎの導電率は１×１０^−３Ｓ／ｃｍ〜１×１０^−６Ｓ／ｃｍの範囲となる膜が用いることができる。ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎは膜厚方向に屈折率が一定でもよく、途中で屈折率が変化していてもよい。さらに、屈折率が周期的に増減するようになっていてもよい。

なお、図１では光入射側から見て結晶質ｉ型シリコン光電変換層４ｉｃの後方に接してｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎが配置される構造を示しているが、結晶質ｉ型シリコン光電変換層４ｉｃとｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎの間にｎ型シリコン層等の別の層が挟まれて配置されていてもよい。

図１ではｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎ上にｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎaが形成している。ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎは、良質のｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎａを結晶質ｉ型シリコン光電変換層４ｉｃの結晶性に引きずられること無く形成させる下地層としての効果を有し、また、プロセス中で生じるＺｎＯ層のスパッタ時の下地結晶質シリコン層へのダメージを防止できる。

実施例1〜３と比較例２の比較からも分かるように、結晶質ｉ型シリコン光電変換層４ｉとｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎaの間に、ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎが無い場合、結晶質ｉ型シリコン光電変換層の結晶性の影響を受け、ｎ型アモルファスシリコン界面層の結晶性が増加し、開放電圧が減少する。さらに短絡電流の改善効果を有する。これは、屈折率の低いｎ型導電性酸化シリコン層によって、結晶質ｉ型シリコン光電変換層とｎ型導電性酸化シリコン層の界面での反射が増大し、光閉じ込め効果が生じているためと考えられる。

ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎは、シリコンと酸素等の元素から成る合金層であり、薄くても光電変換層内に十分な拡散電位を生じさせるため、その層の導電率が１×１０^−３Ｓ／ｃｍ以下であり、かつ１×１０^−６Ｓ／ｃｍ以上の範囲にあることが好ましく、また、光電変換層と同種の製法、すなわち高周波プラズマＣＶＤ等の方法で形成されることが好ましい。ｎ型導電性酸化シリコン層は、上記の導電率を得ると共に、それに接して形成される導電型シリコン系界面層との界面抵抗を小さくするため、その層中に結晶質シリコン成分を含むことが好ましい。

ｎ型導電性酸化シリコン層は光電変換層よりもバンドギャップの広い層であり、かつ光電変換層との界面において格子不整合等による欠陥が少ないので、界面でのキャリア再結合を低減するいわゆるパッシべーション層の役割を果たす。しかしながら、ｎ型導電性酸化シリコン層自体にはシリコン以外の元素が大量に含まれている。このため、ｎ型導電性酸化シリコン層が僅かでも厚すぎれば、例えばシリコンのみの導電型層と比較して、その層内でのキャリア再結合が大幅に促進され、せっかく得られた界面でのキャリア再結合低減の効果を打ち消してしまい、開放電圧と曲線因子が向上しない。

これは実施例１と２の比較から、ｎ型導電性酸化シリコン層ｏｎの膜厚が厚い実施例２において、開放電圧と曲線因子が共に減少していることからも分かる。本発明の形態においてｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎの厚みは1ｎｍ〜１５ｎｍであることが好ましく、２ｎｍ〜５ｎｍであることが更に好ましい。

一方で、ｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎaは結晶質ｉ型シリコン光電変換層４ｉｃとｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎaの間に新たな電界を発生させ、界面におけるキャリアの再結合を低減させるために、２．５ｎｍ以上の厚さであることが好ましく、４ｎｍ以上であることがより好ましい。実施例１〜３と比較例３を比較した場合、開放電圧が減少しており、短絡電流についても僅かに減少していることが分かる。開放電圧の差は、ｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎａによる電界効果が得られていないことに起因している。

また、短絡電流の僅かな差については、実施例においてｎ型アモルファスシリコン界面層により電界が改善されたことで、キャリアを効率よく回収でき、再結合による電流ロスを低減できたためである。また実施例１、２と３の比較から、ｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎａの膜厚が薄い実施例３において、開放電圧が減少していることからもｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎａの膜厚は４ｎｍ以上であることがより好ましい。ｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎａの膜厚が薄いと電界が減少して、開放電圧が小さくなる。

ｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎa上にｎ型結晶質シリコン界面層４ｎｃが形成される。ｎ型結晶質シリコン界面層４ｎｃには酸素、炭素、窒素のいずれか一つ以上の元素が、透明酸化物層５との接触抵抗を増大させない程度に含まれていてもよい。

図１ではｎ型結晶質シリコン界面層４ｎｃの上には透明酸化物層５と裏面反射電極層６が形成している。透明酸化物５にはＺｎＯ、ＩＴＯ等が用いられ、裏面反射電極層６にはＡｇ、Ａｌまたはそれらの合金が好ましく用いられる。透明酸化物層５および裏面反射電極層６の形成においては、スパッタ、蒸着等の方法が好ましく用いられる。なお、図１にはハイブリッド薄膜太陽電池の構造を記載しているが、光電変換ユニット４は必ずしも２つである必要はなく、結晶質のシングル構造、３層以上の積層型太陽電池構造であってもよい。

以下に、本発明によるシリコン系薄膜太陽電池として実施例１、２および３を、図１を参照しつつ、比較例１および２と比較しながら説明する。

（実施例１）
図１は、各実施例及び各比較例にて作製したハイブリッド薄膜太陽電池を模式的に示す断面図である。

まず、１．１ｍｍ厚の白板ガラスから成る透光性基板１の一主面上に、ＳｎＯ_２からなる表面に微細な凹凸構造を有する透明電極層２を熱ＣＶＤ法により形成した。

次に、非晶質光電変換ユニット３を形成するために、透明電極層２が形成された透光性基板１を高周波プラズマＣＶＤ装置内に導入し、所定の温度に加熱した後、厚さ１５ｎｍの非晶質ｐ型シリコンカーバイド層３ｐａ、厚さ３００ｎｍのノンドープ非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉａ、及び厚さ３０ｎｍのｎ型シリコン層３ｎｃを順次積層した。

さらに、結晶質光電変換ユニット４を形成するために、プラズマＣＶＤ装置を用いて、厚さ１５ｎｍのｐ型結晶質シリコン層４ｐｃ、厚さ１．５μｍの結晶質ｉ型シリコン光電変換層４ｉｃ、ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎを３ｎｍ、厚さ５ｎｍのｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎａ、及び厚さ７．５ｎｍのｎ型微結晶シリコン界面層４ｎｃを順次積層した。その際のｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎの製膜条件は、基板製膜面−電極間距離８〜１５ｍｍ、圧力５〜１０Ｔｏｒｒ、高周波パワー密度０．２Ｗ／ｃｍ^２、ＳｉＨ_４／ＣＯ_２／ＰＨ_３／Ｈ_２流量比を各々１／３／５／２６０とした。

また、本構造で用いたｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎと同一の製膜条件でガラス上に３００ｎｍ堆積したｎ型導電性酸化シリコン層の分光エリプソメトリにより測定した屈折率は、波長６００ｎｍにおいて２．３であり、導電率は４．３×１０^−４Ｓ／ｃｍであった。さらにガラス上のｎ型導電性酸化シリコン層をラマン散乱分光法で測定した際の５２０ｃｍ^−１付近の結晶Ｓｉのピーク強度と４８０ｃｍ^−１付近のアモルファスシリコンのピーク強度との比率を計算すると４．８であった。

一方、ｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎａの製膜条件は、基板製膜面−電極間距離１０〜１９ｍｍ、圧力３０〜１００Ｐａ、高周波パワー密度０．０１１Ｗ／ｃｍ^２、ＳｉＨ_４／ＰＨ_３流量比を１／２とした。また、ｎ型微結晶シリコン界面層４ｎｃの製膜条件は、基板製膜面−電極間距離１０〜１３ｍｍ、圧力５００〜１０００Ｐａ、高周波パワー密度０．０１１Ｗ／ｃｍ^２、ＳｉＨ_４／ＰＨ_３／Ｈ_２流量比を１／４／２００とした。これと同一の製膜条件でガラス上に３００ｎｍ堆積したｎ型シリコン系界面層の導電率は１００Ｓ／ｃｍであった。

その後、厚さ８０ｎｍのＺｎＯから成る透明酸化物層５と厚さ２５０ｎｍのＡｇから成る裏面反射電極層６をＥＢ蒸着法によって形成した。

さらに、透明電極層２を残して非晶質光電変換ユニット３、結晶質光電変換ユニット４、透明酸化物層５、及び裏面反射電極層６を島状に分離するために、ＲＩＥエッチングを行い、島状の分離領域を形成した。さらに、島状の分離領域から２ｍｍ外側に半田を浸透させて透明電極層２とのコンタクト領域を形成することにより、ハイブリッド薄膜太陽電池を作製した。このハイブリッド薄膜太陽電池は有効面積が１ｃｍ^２であり、実施例１では１枚の基板上に上記の太陽電池を合計３６個作製した。

実施例１で作製したハイブリッド薄膜太陽電池に、スペクトル分布ＡＭ１．５、エネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ^２の擬似太陽光を、測定雰囲気及び太陽電池の温度が２５±１℃の下で照射し、電圧及び電流を測定することで、薄膜太陽電池の出力特性を測定した。表１に実施例１で作製した３６個のハイブリッド薄膜太陽電池の平均性能を示す。

（実施例２）
実施例２においては、実施例１とほぼ同様の工程を実施したが、ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎの膜厚のみを１０ｎｍに変化させた点が、実施例１とは異なっていた。表１に実施例２で作製した３６個のハイブリッド薄膜太陽電池の平均性能を示す。

（実施例３）
実施例３においては、実施例１とほぼ同様の工程を実施したが、ｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎａの膜厚のみを３ｎｍに変化させた点が、実施例１とは異なっていた。表１に実施例３で作製した３６個のハイブリッド薄膜太陽電池の平均性能を示す。

（比較例１）
比較例１においては、以下の点のみが実施例１と異なっていた。ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎ、ｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎａ、ｎ型微結晶シリコン界面層４ｎｃを順次積層する代わりに、厚さ１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン界面層４ｎｃのみを製膜した。表１に比較例１で作製した３６個のハイブリッド薄膜太陽電池の平均性能を示す。

（比較例２）
比較例１においては、以下の点のみが実施例１と異なっていた。ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎ、ｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎａ、ｎ型微結晶シリコン界面層４ｎｃを順次積層する代わりに、厚さ５ｎｍのｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎａと厚さ７．５ｎｍのｎ型微結晶シリコン界面層４ｎｃを製膜した。表１に比較例２で作製した３６個のハイブリッド薄膜太陽電池の平均性能を示す。

（比較例３）
比較例１においては、以下の点のみが実施例１と異なっていた。ｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎ、ｎ型アモルファスシリコン界面層４ｎａ、ｎ型微結晶シリコン界面層４ｎｃを順次積層する代わりに、厚さ３ｎｍのｎ型導電性酸化シリコン層４ｏｎと厚さ７．５ｎｍのｎ型微結晶シリコン界面層４ｎｃを製膜した。表１に比較例３で作製した３６個のハイブリッド薄膜太陽電池の平均性能を示す。

実施例１と比較例１の比較から、実施例１においては比較例１よりも開放電圧が３．２％以上改善されていることがわかる。

以上のことから、本発明によれば、光電変換層よりも低い屈折率を有するｎ型導電性酸化シリコンを光電変換層の後方に薄く形成することで光閉じ込め効果を発揮しつつ、良質のｎ型アモルファスシリコン界面層を成長させることができる。ｎ型アモルファスシリコン界面層により、光電変換層と界面層の界面で強い電界を発生させ開放電圧を大幅に改善させることができる。この結果、高効率かつ低コストでシリコン系薄膜太陽電池を提供することができる。

本発明によるｎ型導電性酸化シリコン層／ｎ型アモルファスシリコン界面層／ｎ型微結晶シリコン界面層を含む薄膜太陽電池の模式的断面図である。

符号の説明

１ 透光性基板
２ 透明導電膜
３ 非晶質シリコン光電変換ユニット
３ｐa 非晶質ｐ型シリコンカーバイド層
３ｉa 非晶質ｉ型シリコン光電変換層
３ｎc ｎ型結晶質シリコン層
４ 結晶質シリコン光電変換ユニット
４ｐc ｐ型結晶質シリコン層
４ｉc 結晶質ｉ型シリコン光電変換層
４o n ｎ型導電性酸化シリコン層
４ｎa ｎ型アモルファスシリコン界面層
４ｎc ｎ型結晶質シリコン界面層
５ 透明酸化物層
６ 裏面反射電極層

Claims (7)

1. 光入射側から見て結晶質光電変換層の後方にｎ型導電性酸化シリコン層／ｎ型アモルファスシリコン界面層／ｎ型微結晶シリコン界面層が順に配置されていることを特徴とするシリコン系薄膜太陽電池。
2. 前記ｎ型導電性酸化シリコン層の波長６００ｎｍにおける屈折率が２.７以下であることを特徴とする、請求項１に記載のシリコン系薄膜太陽電池。
3. 前記ｎ型導電性酸化シリコン層中に占める、シリコンを除く最多構成元素は酸素であることを特徴とする、請求項１または２に記載のシリコン系薄膜太陽電池。
4. 前記ｎ型導電性酸化シリコン層は、その層中に結晶質シリコン成分を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリコン系薄膜太陽電池。
5. 前記ｎ型導電性酸化シリコン層の厚さは１０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリコン系薄膜太陽電池。
6. 前記導ｎ型アモルファスシリコン界面層の厚さは２ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシリコン系薄膜太陽電池。
7. 少なくとも非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットを各々１ユニット以上積層したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のシリコン系薄膜太陽電池。