JP2010283160A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率を向上させた太陽電池を提供する。
【解決手段】ｐ型層３０と、ｉ型層３２と、ｎ型層３４とを備え、ｐ型層３０は高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａと、高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａよりｐ型ドーパントのドーパント濃度が低い低濃度アモルファス炭化シリコン層３０ｂと、低濃度アモルファス炭化シリコン層３０ｂとｉ型層３２との間に形成されたバッファ層３０ｃとを設ける。ここで、バッファ層３０ｃの膜厚は、高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａ及び低濃度アモルファス炭化シリコン層３０ｂの膜厚よりも厚くする。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池及びその製造方法に関する。

多結晶、微結晶またはアモルファスシリコンを用いた太陽電池が知られている。特に、微結晶またはアモルファスシリコンの薄膜を積層した構造を有する太陽電池は、資源消費の観点、コストの低下の観点および効率化の観点から注目されている。

一般的に、薄膜太陽電池は、表面が絶縁性の基板上に第１電極、１以上の半導体薄膜光電変換セル及び第２電極を順に積層して形成される。それぞれの太陽電池ユニットは、光入射側からｐ型層、ｉ型層及びｎ型層を積層して構成される。

また、薄膜太陽電池の変換効率を向上させる方法として、２種以上の光電変換セルを光入射方向に積層することが知られている。薄膜太陽電池の光入射側にはバンドギャップが広い光電変換層を含む第１の太陽電池ユニットを配置し、その後に第１の太陽電池ユニットよりもバンドギャップの狭い光電変換層を含む第２の太陽電池ユニットを配置する。これにより、入射光の広い波長範囲に亘って光電変換を可能にし、装置全体として変換効率の向上を図ることができる。

例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）太陽電池ユニットをトップセルとし、微結晶（μｃ−Ｓｉ）太陽電池ユニットをボトムセルとした構造が知られている（特許文献１，２等）。

特開２００３−１９７９３０号公報 特開２００５−２７７１１３号公報 特開昭６３−２４４８８８号公報 特開平１１−２９８０１５号公報

ところで、薄膜太陽電池の変換効率を向上させるためには、太陽電池を構成する各薄膜の特性を最適化して、開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ及びフィルファクタＦＦを向上させることが必要である。

本発明は、発電効率を向上させた太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の１つの態様は、ｐ型炭化シリコン層と、前記ｐ型炭化シリコン層に積層されたｉ型アモルファスシリコン層と、前記ｉ型アモルファスシリコン層に積層されたｎ型シリコン層と、を備え、前記ｐ型炭化シリコン層は、ｐ型ドーパントが第１ドーパント濃度で添加された高濃度アモルファス炭化シリコン層と、前記高濃度アモルファス炭化シリコン層より前記ｉ型アモルファスシリコン層側に形成されｐ型ドーパントが前記第１ドーパント濃度よりも低い第２ドーパント濃度で添加された低濃度アモルファス炭化シリコン層と、前記低濃度アモルファス炭化シリコン層と前記ｉ型アモルファスシリコン層との間に形成されたバッファ層と、を有し、前記バッファ層の膜厚は、前記高濃度アモルファス炭化シリコン層及び前記低濃度アモルファス炭化シリコン層の膜厚よりも厚いことを特徴とする太陽電池である。

ここで、前記低濃度アモルファス炭化シリコン層の膜厚は、前記高濃度アモルファス炭化シリコン層及び前記バッファ層の膜厚よりも薄いことが好適である。

本発明によれば、発電効率を向上させた太陽電池及びその製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池の構成を示す図である。 本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池のａ−Ｓｉユニットの構成を示す図である。

＜基本構成＞
図１は、本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００の構造を示す断面図である。本実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００は、透明絶縁基板１０を光入射側として、光入射側から、透明導電膜１２、トップセルとして広いバンドギャップを有するアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）（光電変換）ユニット１０２、中間層１４、ボトムセルとしてａ−Ｓｉユニット１０２よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）（光電変換）ユニット１０４、第１裏面電極層１６、第２裏面電極層１８、充填材２０及び保護膜２２を積層した構造を有している。

以下、本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００の構成及び製造方法について説明する。本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００は、ａ−Ｓｉユニット１０２に含まれるｐ型層に特徴を有しているので、ａ−Ｓｉユニット１０２に含まれるｐ型層について特に詳細に説明する。

透明絶縁基板１０は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料を適用することができる。透明絶縁基板１０上に透明導電膜１２が形成される。透明導電膜１２は、酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低く、耐プラズマ特性にも優れているので好適である。透明導電膜１２は、例えば、スパッタリング等により形成することができる。透明導電膜１２の膜厚は０．５μｍ以上５μｍ以下の範囲とすることが好適である。また、透明導電膜１２の表面には光閉じ込め効果を有する凹凸を設けることが好適である。

透明導電膜１２上に、ｐ型層３０、ｉ型層３２、ｎ型層３４のシリコン系薄膜を順に積層してａ−Ｓｉユニット１０２を形成する。図２に、ａ−Ｓｉユニット１０２部分の拡大断面図を示す。

ａ−Ｓｉユニット１０２は、シラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、ジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）等のシリコン含有ガス、メタン（ＣＨ_４）等の炭素含有ガス、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ_３）等のｎ型ドーパント含有ガス及び水素（Ｈ_２）等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマＣＶＤにより形成することができる。

プラズマＣＶＤは、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤを適用することが好適である。ＲＦプラズマＣＶＤは平行平板型とすることができる。平行平板型の電極のうち透明絶縁基板１０を配しない側には原料の混合ガスを供給するためのガスシャワー孔を設けた構成としてもよい。プラズマの投入電力密度は、５ｍＷ／ｃｍ^２以上１００ｍＷ／ｃｍ^２以下とすることが好ましい。

一般的に、ｐ型層３０、ｉ型層３２、ｎ型層３４はそれぞれ別の成膜チャンバにおいて成膜される。成膜チャンバは、真空ポンプによって真空排気可能であり、ＲＦプラズマＣＶＤのための電極が内蔵される。また、透明絶縁基板１０の搬送装置、ＲＦプラズマＣＶＤのための電源及びマッチング装置、ガス供給用の配管等が付設される。

ｐ型層３０については、各実施の形態として後述する。ｉ型層３２は、ｐ型層３０上に形成されたドープされていない膜厚５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下のアモルファスシリコン膜とする。ｉ型層３２の膜質は、シリコン含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。また、ｉ型層３２は、ａ−Ｓｉユニット１０２の発電層となる。ｎ型層３４は、ｉ型層３２上に形成されたｎ型ドーパント（リン等）をドープした膜厚１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のｎ型アモルファスシリコン層（ｎ型α−Ｓｉ：Ｈ）又はｎ型微結晶シリコン層（ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）とする。ｎ型層３４の膜質は、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｎ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。

ａ−Ｓｉユニット１０２上に、中間層１４を形成する。中間層１４は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を用いることが好適である。特に、マグネシウムＭｇがドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化シリコン（ＳｉＯｘ）を用いることが好適である。中間層１４は、例えば、スパッタリング等により形成することができる。中間層１４の膜厚は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲とすることが好適である。なお、中間層１４は、設けなくてもよい。

中間層１４上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層を順に積層したμｃ−Ｓｉユニット１０４を形成する。μｃ−Ｓｉユニット１０４は、シラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、ジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）等のシリコン含有ガス、メタン（ＣＨ_４）等の炭素含有ガス、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ_３）等のｎ型ドーパント含有ガス及び水素（Ｈ_２）等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマＣＶＤにより形成することができる。

プラズマＣＶＤは、ａ−Ｓｉユニット１０２と同様に、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤを適用することが好適である。ＲＦプラズマＣＶＤは平行平板型とすることができる。平行平板型の電極のうち透明絶縁基板１０を配しない側には原料の混合ガスを供給するためのガスシャワー孔を設けた構成としてもよい。プラズマの投入電力密度は、５ｍＷ／ｃｍ^２以上１００ｍＷ／ｃｍ^２以下とすることが好ましい。

例えば、膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のボロンがドープされたｐ型微結晶シリコン層（ｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）、膜厚０．５μｍ以上５μｍ以下のドープされていないｉ型微結晶シリコン層（ｉ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）及び膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のリンがドープされたｎ型微結晶シリコン層（ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）を積層して構成される。

ただし、μｃ−Ｓｉユニット１０４に限定されるものではなく、発電層としてｉ型微結晶シリコン層（ｉ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）が用いられるものであればよい。

μｃ−Ｓｉユニット１０４上に、第１裏面電極層１６、第２裏面電極層１８として反射性金属と透明導電性酸化物（ＴＣＯ）との積層構造を形成する。第１裏面電極層１６としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が使用できる。また、第２裏面電極層１８としては、酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）が用いられる。ＴＣＯは、例えば、スパッタリング等により形成することができる。第１裏面電極層１６及び第２裏面電極層１８は、合わせて１μｍ程度の膜厚とすることが好適である。第１裏面電極層１６及び第２裏面電極層１８の少なくとも一方には、光閉じ込め効果を高めるための凹凸が設けることが好適である。

さらに、充填材２０によって第２裏面電極層１８の表面を保護膜２２で被う。充填材２０及び保護膜２２は、ＥＶＡ、ポリイミド等の樹脂材料とすることができる。これによって、タンデム型太陽電池１００の発電層への水分の侵入等を防ぐことができる。

なお、ＹＡＧレーザ（基本波１０６４ｎｍ、２倍波５３２ｎｍ）を用いて、透明導電膜１２、ａ−Ｓｉユニット１０２、中間層１４、μｃ−Ｓｉユニット１０４、第１裏面電極層１６、第２裏面電極層１８の分離加工を行うことによって、複数のセルを直列に接続した構成にしてもよい。

以上が、本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００の基本構成である。以下、各実施の形態におけるｐ型層３０の構成について説明する。

＜第１の実施の形態＞
ｐ型層３０は、透明導電膜１２上に形成される。ｐ型層３０は、透明導電膜１２からｉ型層３２に向けて膜厚が増加と共に特定の波長の光に対する吸収係数が変化するアモルファス炭化シリコン層を含むものとする。特定の波長は６００ｎｍを基準とすればよい。

具体的には、例えば、ｐ型ドーパントのドーピング濃度に応じてアモルファス炭化シリコン層の吸収係数は変化するので、ｉ型層３２から離れるにしたがってｐ型ドーパントのドーピング濃度を高くするとよい。この場合、ｉ型層３２から離れるにしたがってｐ型ドーパントのドーピング濃度が段階的に高くなるようにしてもよいし、連続的に高くなるようにしてもよい。

段階的にドーピング濃度を高くする場合、まず透明導電膜１２上に、ｐ型ドーパント（ボロン等）が第１ドーピング濃度でドープされた高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａを成膜する。その後、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ上に、ｐ型ドーパント（ボロン等）が第１ドーピング濃度よりも低い第２ドーピング濃度でドープされた低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂを形成すればよい。第２ドーピング濃度は、第１ドーピング濃度の１／５から１／１０の範囲とする。

この場合、プラズマＣＶＤにおいて、プラズマを発生させたままシリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整して、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ及び低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂを連続的に形成することができる。高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａと低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂとの界面に発電に悪影響を及ぼすプラズマ発生初期層が形成されることがなくなり、太陽電池の開放電圧Ｖｏｃ及びフィルファクタＦＦを向上することができる。

もちろん、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａを形成した後、一旦プラズマを止め、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整した後に再度プラズマを発生させて低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂを段階的に形成してもよい。この場合、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ及び低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂのドーピング濃度の制御が容易となり、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａと低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂとの間のドーピング濃度の変化を急峻にすることができる利点がある。特に、混合ガスの混合比の調整を行う前に成膜装置内を真空に排気することによって、成膜チャンバ内に残留するｐ型ドーパント含有ガスの影響を取り除くことができる。

アモルファス炭化シリコン層のドーピング濃度を連続的に変化させる場合には、透明導電膜１２側のアモルファス炭化シリコン層のドーピング濃度に対してｉ型層３２側のドーピング濃度を１／５から１／１０の範囲にする。

この場合、プラズマＣＶＤにおいて、プラズマを発生させたままシリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整するとよい。

さらに、バンドギャップの調整やｉ型層３２の形成時におけるプラズマの影響を避けるために、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂ上にアモルファス炭化シリコン又は微結晶炭化シリコンからなるバッファ層３０ｃを形成する。

バッファ層３０ｃを形成する際、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂを形成した後、一旦プラズマを止め、ｐ型ドーパント含有ガスの供給を停止させて混合ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整した後に再度プラズマを発生させてバッファ層３０ｃを段階的に形成することが好適である。この場合、ガスの供給を止めることなくプラズマのみを止めて低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂからバッファ層３０ｃへの成膜を移行させることによって、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂの表面からの水素の脱離を防ぐことができ、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂとバッファ層３０ｃとの間の界面における欠陥密度を低減することができる。これにより、太陽電池の開放電圧Ｖｏｃを向上させることができる。さらに、ドープされた低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂとドープされていないバッファ層３０ｃとの間のドーピング濃度の変化を急峻にすることができる。

また、バッファ層３０ｃを形成する際、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂを形成した後、ｉ型層３２を成膜するための成膜チャンバに透明絶縁基板１０を移動させてバッファ層３０ｃを形成してもよい。このように、ｐ型ドーパント含有ガスが供給されない成膜チャンバにおいてバッファ層３０ｃを形成することによって、ドープされた低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂとドープされていないバッファ層３０ｃとの間のドーピング濃度の変化を急峻にし、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂとバッファ層３０ｃとの間の界面における欠陥密度を低減することができる。これにより、太陽電池の開放電圧Ｖｏｃを向上させることができる。

なお、第１の実施の形態の場合、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ又はバッファ層３０ｃの膜厚をｐ型層３０内において最も厚くすることが好適である。また、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂをｐ型層３０内において最も薄くすることが好適である。高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂ及びバッファ層３０ｃの膜厚は、各層の成膜時間により調整することができる。

＜第２の実施の形態＞
ｐ型層３０は、透明導電膜１２上に形成され、ｐ型ドーパント（ボロン等）がドープされたアモルファス炭化シリコン層３０ａ、ｐ型ドーパントをドープしないで形成されたシリコン層３０ｂ、及びｐ型ドーパントをドープしないで形成されたバッファ層３０ｃの積層構造とする。

まず透明導電膜１２上に、ｐ型ドーパント（ボロン等）が第１ドーピング濃度でドープされた高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ成膜する。

その後、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ上に、ｐ型ドーパント（ボロン等）がドープされていないシリコン層３０ｂを形成する。ここで、ｐ型ドーパントがドープされていないとは、実質的にｐ型ドーパント含有ガスを供給しないで成膜されたことを意味する。

この場合、プラズマＣＶＤにおいて、プラズマを発生させたままシリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整して、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ及びシリコン層３０ｂを連続的に形成することができる。例えば、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスを供給して高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａの形成後、炭素含有ガス及びｐ型ドーパント含有ガスの供給を遮断することによってシリコン層３０ｂを形成することができる。

なお、シリコン層３０ｂは、アモルファスシリコン層又は微結晶シリコン層となる条件で成膜を行う。すなわち、シリコン含有ガス及び希釈ガス（水素）の混合比を調整することによって微結晶シリコンが成膜される条件で成膜を行うことが好ましいが、シリコン層３０ｂは非常に薄いのでアモルファスシリコンとしての状態となっていてもよい。

これにより、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａとシリコン層３０ｂとの界面近傍における発電に悪影響を及ぼす欠陥密度を低減することができる。また、実質的なｐ層となる高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａの膜厚を薄くすることができる。したがって、太陽電池の開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ及びフィルファクタＦＦを向上することができる。

もちろん、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａを形成した後、一旦プラズマを止め、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整した後に再度プラズマを発生させてシリコン層３０ｂを段階的に形成してもよい。例えば、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスを供給して高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａの形成後、一旦プラズマを停止して、炭素含有ガス及びｐ型ドーパント含有ガスの供給を遮断してガスを調整した後、再度プラズマを発生させてシリコン層３０ｂを形成することができる。

この場合も、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａとシリコン層３０ｂとの界面近傍における発電に悪影響を及ぼす欠陥密度を低減することができる。また、実質的なｐ層となる高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａの膜厚を薄くすることができる。したがって、太陽電池の開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ及びフィルファクタＦＦを向上することができる。

また、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ及びシリコン層３０ｂのドーピング濃度の制御が容易となり、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａとシリコン層３０ｂとの間のドーピング濃度の変化を急峻にすることができる利点がある。特に、混合ガスの混合比の調整を行う前に成膜装置内を真空に排気することによって、成膜チャンバ内に残留するｐ型ドーパント含有ガスの影響を取り除くことができる。

さらに、バンドギャップの調整やｉ型層３２の形成時におけるプラズマの影響を避けるために、シリコン層３０ｂ上にアモルファス炭化シリコン又は微結晶炭化シリコンからなるバッファ層３０ｃを形成する。

バッファ層３０ｃを形成する際、シリコン層３０ｂを形成した後、一旦プラズマを止め、炭素含有ガスの供給量を調整して混合ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整した後に再度プラズマを発生させてバッファ層３０ｃを形成することが好適である。この場合、ガスの供給を止めることなくプラズマのみを止めてシリコン層３０ｂからバッファ層３０ｃへの成膜を移行させることによって、シリコン層３０ｂの表面からの水素の脱離を防ぐことができ、シリコン層３０ｂとバッファ層３０ｃとの間の界面における欠陥密度を低減することができる。これにより、太陽電池の開放電圧Ｖｏｃを向上させることができる。

また、シリコン層３０ｂ又はバッファ層３０ｃを形成する際、ｉ型層３２を成膜するための成膜チャンバに透明絶縁基板１０を移動させてシリコン層３０ｂ又はバッファ層３０ｃを形成してもよい。このように、ｐ型ドーパント含有ガスが供給されない成膜チャンバにおいてシリコン層３０ｂ又はバッファ層３０ｃを形成することによって、成膜チャンバに残留するｐ型ドーパントがシリコン層３０ｂ又はバッファ層３０ｃに取り込まれることを防ぎ、ｐ型ドーパントのドーピング濃度を確実に低減することができる。これにより、太陽電池の開放電圧Ｖｏｃを向上させることができる。

また、シリコン層３０ｂ上に微結晶炭化シリコンからなるバッファ層３０ｃを積層すると、バッファ層３０ｃに熱を加えることによって新たな結晶核が発生して膜が変質し、ナローバンドギャップ化し、光の吸収係数が大きくなって、光の吸収損失が大きくなる。したがって、バッファ層３０ｃをアモルファス炭化シリコンとすることがより好ましい。これにより、加熱によるバッファ層３０ｃの変質がなくなり、太陽電池の変換効率をより高めることができる。

なお、第２の実施の形態の場合も、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ又はバッファ層３０ｃの膜厚をｐ型層３０内において最も厚くすることが好適である。また、シリコン層３０ｂをｐ型層３０内において最も薄くすることが好適である。高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ、シリコン層３０ｂ及びバッファ層３０ｃの膜厚は、各層の成膜時間により調整することができる。

＜実施例＞
以下、上記実施の形態におけるｐ型層３０を適用したタンデム型太陽電池１００の実施例及び比較例を示す。実施例１〜４及び比較例１は、太陽電池の特性のｐ型層３０の膜厚依存性を示す。実施例５，６及び比較例２は、太陽電池の特性のシリコン層３０ｂの有無及びバッファ層３０ｃとの組み合わせ依存性を示す。

（実施例１〜４及び比較例１）
透明絶縁基板１０として、３３ｃｍ×４３ｃｍ角，４ｍｍ厚のガラス基板を用いた。透明絶縁基板１０上に、熱ＣＶＤにより透明導電膜１２として表面に凹凸形状を有する６００ｎｍ厚のＳｎＯ_２を形成した。この後、透明導電膜１２をＹＡＧレーザにて短冊状にパターニングした。ＹＡＧレーザは、波長１０６４ｎｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ^３、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いた。

次に、上記第１の実施の形態における高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂ及びバッファ層３０ｃを表１に示す成膜条件において形成した。なお、ａ−Ｓｉユニット１０２のｉ型層３２及びｎ型層３４は、表２に示す成膜条件において形成し、μｃ−Ｓｉユニット１０４のｐ型層、ｉ型層及びｎ型層は、表３に示す条件で形成した。

この後、透明導電膜１２のパターンニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射し、ａ−Ｓｉユニット１０２及びμｃ−Ｓｉユニット１０４を短冊状にパターニングした。ＹＡＧレーザは、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ^３、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いた。

次に、第１裏面電極層１６としてＡｇ電極をスパッタリングにより形成し、第２裏面電極層１８としてＺｎＯ膜をスパッタリングにより形成した。この後、ａ−Ｓｉユニット１０２及びμｃ−Ｓｉユニット１０４のパターンニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射し、第１裏面電極層１６、第２裏面電極層１８を短冊状にパターニングした。ＹＡＧレーザは、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ^３、パルス周波数４ｋＨｚのものを用いた。

このとき、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂ及びバッファ層３０ｃを表４に示す膜厚に成膜し、それぞれ実施例１〜４とした。また、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂを成膜せず、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ上にバッファ層３０ｃを直接成膜したものを比較例１とした。

表５に、実施例１〜４及び比較例１のタンデム型太陽電池１００の開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ、フィルファクタＦＦ及び効率を示す。

実施例１及び２のように、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａの膜厚をｐ型層３０内において最も厚くすることによって、特に短絡電流密度Ｊｓｃを向上させることができ、比較例１に比べて効率ηも向上した。また、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂをｐ型層３０内において最も薄くすることによって、開放電圧Ｖｏｃ及び短絡電流密度Ｊｓｃ共向上させることができ、そうでない場合に比べて効率ηを高くすることができた。

また、実施例１及び２のように、バッファ層３０ｃの膜厚をｐ型層３０内において最も厚くすることによって、開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ及びフィルファクタＦＦの総てを向上させることができ、比較例１に比べて効率ηも向上した。また、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂをｐ型層３０内において最も薄くすることによって、最も効率ηを高めることができた。

実施例１〜４においては、ｐ型のアモルファス炭化シリコン層は、波長６００ｎｍの光に対する吸収係数がｉ型層に向かって減少するように形成され、具体的には、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａと低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂとで形成される。つまり、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａの吸収係数は、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂに比べ大きく、それぞれの吸収係数の範囲は１．２×１０^４ｃｍ^−１以上３×１０^４ｃｍ^−１以下及び６．０×１０^３ｃｍ^−１以上１．０×１０^４ｃｍ^−１以下となる。

特許文献３に示されているように、従来は光の入射側からｉ型層に向かって吸収係数が大きくなる（バンドギャップが小さくなる）よう形成することが知られている。これに対し本実施の形態は、実施例３に注目すると、光の入射側からｉ型層に向かって吸収係数が小さくなることによって開放電圧Ｖｏｃが向上する。これは、低吸収アモルファス炭化シリコン層３０ｂによる光の吸収が低減して、ｉ型層３２に到達する光量が増加するためであると推考される。一方、透明導電膜１２の上に高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａを設けることで、透明導電膜１２とｐ型アモルファス炭化シリコン層との接続抵抗の増大を防ぐことができると考えられる。

炭化シリコン膜及びシリコン膜のバンドギャップＥ_ｏｐｔは、次の方法で求めることができる。例えば、「Japanese Journal of Applied Physics Vol.30, No.5,May, 1991, pp.1008-1014」に記載されているように、炭化シリコン膜及びシリコン膜の吸収係数スペクトルを求め、その吸収スペクトルから（αhν）^1/3プロットにより光学的バンドギャップＥ_ｏｐｔを求める。吸収スペクトルを求める際の透過率と反射率の測定については、例えば、日立ハイテクノロジーズ製Ｕ４１００で行うことができる。また、吸収係数スペクトルを求める際は、太陽電池素子として形成する条件と同じ条件で、ガラス基板上に１００ｎｍ−３００ｎｍの厚さで形成した膜を評価することが好適であり、この際に用いるガラス基板は、コーニング社♯７０５９ガラス、コーニング社♯１７３７ガラス、または、５ｍｍ厚以下の白板ガラスとすることができる。

（実施例５，６及び比較例２）
上記第２の実施の形態における高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ、シリコン層３０ｂ及びバッファ層３０ｃを表６に示す成膜条件において形成した。但し、表６には、バッファ層３０ｃを微結晶炭化シリコンとした場合と、アモルファス炭化シリコンとした場合について示している。なお、ａ−Ｓｉユニット１０２のｉ型層３２及びｎ型層３４は、表２に示す成膜条件において形成し、μｃ−Ｓｉユニット１０４のｐ型層、ｉ型層及びｎ型層は、表３に示す条件で形成した。その他の形成方法は実施例１〜４と同様とした。

このとき、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ、シリコン層３０ｂ及びバッファ層３０ｃを表７に示す膜厚に成膜し、それぞれ実施例５，６とする。実施例５は、バッファ層３０ｃを微結晶炭化シリコンとしたものであり、実施例６は、バッファ層３０ｃをアモルファス炭化シリコンとしたものである。また、シリコン層３０ｂを成膜せず、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａ上にバッファ層３０ｃを直接成膜したものを比較例２とする。

表８に、実施例５，６及び比較例２のタンデム型太陽電池１００の開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ、フィルファクタＦＦ及び効率の初期特性を示す。表９に、実施例５，６及び比較例２のタンデム型太陽電池１００を１５０℃で３時間アニールした後の開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ、フィルファクタＦＦ及び効率を示す。

実施例５及び６のように、高吸収アモルファス炭化シリコン層３０ａとバッファ層３０ｃの間にｐ型ドーパントがドープされていないシリコン層３０ｂを設けることによって、開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ及びフィルファクタＦＦを向上させることができ、比較例２に比べて効率ηも向上した。

特に、初期特性では、バッファ層３０ｃを微結晶炭化シリコンとした実施例５がバッファ層３０ｃをアモルファス炭化シリコンとした実施例６よりフィルファクタＦＦにおいて上回った。一方、アニール後には、バッファ層３０ｃを微結晶炭化シリコンとした実施例５の短絡電流密度Ｊｓｃが低下し、バッファ層３０ｃをアモルファス炭化シリコンとした実施例６のフィルファクタＦＦが向上することによって、バッファ層３０ｃを微結晶炭化シリコンとした実施例５よりバッファ層３０ｃをアモルファス炭化シリコンとした実施例６において効率ηが上回った。これは、シリコン層３０ｂ上に微結晶炭化シリコンからなるバッファ層３０ｃを積層した場合、バッファ層３０ｃに新たな結晶核が発生して膜が変質して光の吸収損失が大きくなったためと考えられる。

１０ 透明絶縁基板、１２ 透明導電膜、１４ 中間層、１６ 第1裏面電極層、１８ 第２裏面電極層、２０ 充填材、２２ 保護膜、３０ ｐ型層、３０ａ 高吸収アモルファス炭化シリコン層、３０ｂ 低吸収アモルファス炭化シリコン層（シリコン層）、３０ｃ バッファ層、３２ ｉ型層、３４ ｎ型層、１００ タンデム型太陽電池。

Claims (2)

1. ｐ型炭化シリコン層と、前記ｐ型炭化シリコン層に積層されたｉ型アモルファスシリコン層と、前記ｉ型アモルファスシリコン層に積層されたｎ型シリコン層と、を備え、
   前記ｐ型炭化シリコン層は、ｐ型ドーパントが第１ドーパント濃度で添加された高濃度アモルファス炭化シリコン層と、前記高濃度アモルファス炭化シリコン層より前記ｉ型アモルファスシリコン層側に形成されｐ型ドーパントが前記第１ドーパント濃度よりも低い第２ドーパント濃度で添加された低濃度アモルファス炭化シリコン層と、前記低濃度アモルファス炭化シリコン層と前記ｉ型アモルファスシリコン層との間に形成されたバッファ層と、を有し、
   前記バッファ層の膜厚は、前記高濃度アモルファス炭化シリコン層及び前記低濃度アモルファス炭化シリコン層の膜厚よりも厚いことを特徴とする太陽電池。
2. 請求項１に記載の太陽電池であって、
   前記低濃度アモルファス炭化シリコン層の膜厚は、前記高濃度アモルファス炭化シリコン層及び前記バッファ層の膜厚よりも薄いことを特徴とする太陽電池。

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