JP2011199235A - 太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】発電効率を向上させつつ、発生した光生成キャリアをより多く取り出すことができる太陽電池を提供する。
【解決手段】太陽電池１０が、受光面電極層２と、受光面電極層２上に積層された第１光電変換部３１と、第１光電変換部３１上に積層され、ＳｉＯ層３２ｂとシリコン層３２ａ，３２ｃとを有する反射層３２と、反射層３２上に積層された第２光電変換部３３と、第２光電変換部３３上に積層された裏面電極層４と、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】太陽電池１０が、受光面電極層２と、受光面電極層２上に積層された第１光電変換部３１と、第１光電変換部３１上に積層され、ＳｉＯ層３２ｂとシリコン層３２ａ，３２ｃとを有する反射層３２と、反射層３２上に積層された第２光電変換部３３と、第２光電変換部３３上に積層された裏面電極層４と、を含む。
【選択図】図１
Description
本発明は、入射した光の一部を反射する反射層を備える太陽電池に関する。
太陽電池は、クリーンで無尽蔵のエネルギー源である太陽からの光を直接電気に変換できることから、新しいエネルギー源として期待されている。
一般的に、太陽電池は、光入射側に設けられる透明電極層と、光入射側の反対側に設けられる裏面電極層との間に、太陽電池に入射した光を吸収して光生成キャリアを生成する光電変換部を備えている。
従来から、光電変換に寄与する積層体として複数の光電変換部を設け、入射した光の多くを光電変換に寄与させることが知られている。このような複数の光電変換部は、光入射側に設けられた光電変換部で光電変換に寄与することなく透過した光の一部を、他の光電変換部により光電変換に寄与させることができるため、光電変換部において吸収される光の量が増加する。その結果、光電変換部において生成される光生成キャリアが増加するため、太陽電池の発電効率が向上する。
発電効率をさらに向上させるためには、光電変換部において生成される光生成キャリアを増加させることが有効である。そこで特許文献１には、太陽電池に酸化シリコン（ＳｉＯ）からなる低屈折率層を設けることが開示されている。これにより、入射した光の一部を反射して光入射側の光電変換部に入射させるとともに、裏面電極層側の他の光電変換部においては、入射した光のうち裏面電極層などにより反射された光を再度反射して閉じ込めることができる。
特開２００３−２５８２７９
しかしながら、近年、太陽電池の発電効率のさらなる向上が求められている。酸化シリコン（ＳｉＯ）からなる低屈折率層を用いた場合、隣接する光電変換部とのコンタクト抵抗が大きくなり、生成された光生成キャリアをロスする問題が生じていた。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、発電効率を向上させた太陽電池を提供することを目的とする。
本発明に係る太陽電池は、受光面電極層と、受光面電極層上に積層された第１光電変換部と、第１光電変換部上に積層され、ＳｉＯ層とシリコン層とを有する反射層と、反射層上に積層された第２光電変換部と、第２光電変換部上に積層された裏面電極層と、を含むことを要旨とする。
本発明によれば、発生した光生成キャリアのロスを抑制し、発電効率を向上させた太陽電池を提供することができる。
図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
［第１実施形態］
〈太陽電池の構成〉
以下において、本発明の第１実施形態に係る太陽電池の構成について、図１を参照しながら説明する。
〈太陽電池の構成〉
以下において、本発明の第１実施形態に係る太陽電池の構成について、図１を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池１０の断面図である。
太陽電池１０は、基板１と、受光面電極層２と、積層体３と、裏面電極層４とを備え、順次受光面から裏面に向かい積層された構造を有する。
基板１は、透光性を有し、ガラス、プラスチック等の透光性材料により構成される。
受光面電極層２は、基板１上に積層されており、導電性および透光性を有する。受光面電極層２としては、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、又は酸化チタン（ＴｉＯ２）などの金属酸化物を用いることができる。尚、これらの金属酸化物に、フッ素（Ｆ）、錫（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇａ）、ニオブ（Ｎｂ）などがドープされていてもよい。
積層体３は、受光面電極層２と裏面電極層４との間に設けられる。積層体３は、第１光電変換部３１と、反射層３２と、第２光電変換部３３とを含む。
第１光電変換部３１、反射層３２、および第２光電変換部３３は、受光面電極層２側から順に積層される。
第１光電変換部３１は、受光面電極層２側から入射する光、又は反射層３２から反射される光により光生成キャリアを生成する。第１光電変換部３１は、ｐ型非晶質シリコン層３１ａと、ｉ型非晶質シリコン層３１ｂと、ｎ型非晶質シリコン層３１ｃとが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有する。
反射層３２は、第１光電変換部３１を透過した光の一部を第１光電変換部３１側に反射する。反射層３２は、第１層３２ａ、中間層３２ｂおよび第２層３２ｃを含む。
第１層３２ａ、中間層３２ｂ、および第２層３２ｃは、第１光電変換部３１側から順次、接触するように積層される。従って、第１層３２ａは、第１光電変換部３１に接触するように形成される。
中間層３２ｂは、主体となる透光性導電材料としてｎ型非晶質酸化シリコン（ＳｉＯ）が用いられる。ここで用いられるＳｉＯは、第１光電変換部３１および後述する第２光電変換部３３により多くの光を反射するために低屈折率のものが用いられる。なお、接する面の屈折率差が大きいほど反射率を大きくすることができるため、５５０ｎｍの波長の光において、シリコンを主体とする材料の屈折率は４．３程度であることから、ＳｉＯの屈折率は２．４未満とすることが好適であり、ここでは屈折率が２．２の中間層３２ｂを用いた。なお、ＳｉＯの屈折率は、膜中のＯの量を調整することによりコントロールすることができ、ＳｉＯ膜中のＯの量を多くすることにより屈折率を低くすることができる。また、本実施形態においては、中間層３２ｂは、膜厚を５０ｎｍとしたが、３０〜１５０ｎｍとすることが好適である。
第２層３２ｃは、中間層３２ｂ上に接触するように形成される。
第１層３２ａとしては、第１光電変換部３１とのコンタクト抵抗（接触抵抗）値が、中間層３２ｂとして用いられるＳｉＯと第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値に比べ、小さい材料が主体として用いられる。即ち、第１層３２ａを構成する材料は、第１光電変換部３１と第１層３２ａとのコンタクト抵抗値が、第１光電変換部３１と中間層３２ｂとを直接接触させた場合のコンタクト抵抗値未満となるように選択される。
同様に第２層３２ｃも、第２光電変換部３３との間のコンタクト抵抗値が、中間層３２ｂとして用いられるＳｉＯと第２光電変換部３３との間のコンタクト抵抗値に比べ、小さい材料が主体として用いられる。即ち、第２層３２ｃを構成する材料は第２光電変換部３３と第２層３２ｃとのコンタクト抵抗値が、第２光電変換部３３と中間層３２ｂとを直接接触させた場合のコンタクト抵抗値未満となるように選択される。
本実施形態では、第１層３２ａおよび第２層３２ｃとして真性結晶質シリコンを用いた。この場合、第１層３２ａおよび第２層３２ｃの膜厚を３０ｎｍとしたが、１０〜５０ｎｍとすることが好適である。
尚、本発明の第１実施形態にあっては、第１層３２ａおよび第２層３２ｃが本発明の「Ｓｉ層」の一例である。また、中間層３２ｂが、本発明の「ＳｉＯ層」の一例である。
また、第１層３２ａおよび第２層３２ｃを構成する材料は、第１層３２ａおよび第２層３２ｃを含む積層体３の両端の抵抗値が、第１層３２ａおよび第２層３２ｃを含まない積層体３の両端の抵抗値よりも小さくなるように選択されることが好ましい。
第２光電変換部３３は、第１光電変換部３１を透過して受光面電極層２側から入射する光、又は裏面電極層４から反射される光により光生成キャリアを生成する。第２光電変換部３３は、ｐ型結晶質シリコン層３３ａと、ｉ型結晶質シリコン層３３ｂと、ｎ型結晶質シリコン層３３ｃとが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有する。
裏面電極層４は、導電性を有する１または複数の層からなる。裏面電極層４としては、ＺｎＯ、銀（Ａｇ）などを用いることができ、本実施形態では、裏面電極層が、ＺｎＯを含む層と、Ａｇを含む層とを積層体３側から積層した構成とした。しかし、これに限るものではなく、裏面電極層４は、Ａｇを含む層のみを有していてもよい。
〈作用および効果〉
本発明の第１実施形態に係る太陽電池１０によれば、反射層３２が、第１層３２ａ、中間層３２ｂ、および第２層３２ｃから構成される。そして、ＳｉＯからなる中間層３２ｂと第１光電変換部３１、もしくは第２光電変換部３３との間には、それぞれ第１層３２ａもしくは第２層３２ｃが形成される。そのため、太陽電池１０の発電効率を向上させることができる。このような効果について、以下に詳説する。
本発明の第１実施形態に係る太陽電池１０によれば、反射層３２が、第１層３２ａ、中間層３２ｂ、および第２層３２ｃから構成される。そして、ＳｉＯからなる中間層３２ｂと第１光電変換部３１、もしくは第２光電変換部３３との間には、それぞれ第１層３２ａもしくは第２層３２ｃが形成される。そのため、太陽電池１０の発電効率を向上させることができる。このような効果について、以下に詳説する。
（１）反射層３２において、主体がＳｉＯからなる中間層３２ｂを、シリコンからなる第１層３２ａと第２層３２ｃとの間に配置する。これにより、以下の効果が得られる。
（ａ）主体がシリコンからなる第１層３２ａと第２層３２ｃが、主体がＳｉＯからなる中間層３２ｂから第１光電変換部３１や第２光電変換部３３にＯが拡散することを抑制する。この結果、第１光電変換部３１や第２光電変換部３３にＯが拡散して膜質が低下することに起因する発電効率の低下を抑制することができる。
（ｂ）主体がシリコンからなる第１層３２ａは、主体がＳｉＯからなる中間層３２ｂに比べて屈折率が高いため、第１層３２ａ側から第１層３２ａと中間層３２ｂの界面に光が入射したとき、第１層３２ａ側に光を反射させることができる。つまり、再度第１光電変換部３１に光を入射させることができ、より多くの光を光電変換に寄与させることができる。
また、主体がシリコンからなる第２層３２ｃも同様に、主体がＳｉＯからなる中間層３２ｂに比べて屈折率が高いため、第２層３２ｃ側から第２層３２ｃと中間層３２ｂの界面に光が入射したとき、第２層３２ｃ側に光を反射させることができる。つまり、再度第２光電変換部３３に光を閉じ込めることができ、より多くの光を光電変換に寄与させることができる。
（ｃ）中間層３２ｂと第１光電変換部３１、および中間層３２ｂと第２光電変換部３３とが直接接触することを防止する。これにより、ＳｉＯと光電変換部の接触界面における高いコンタクト抵抗値に起因する太陽電池１０のシリーズ抵抗（直列抵抗）値の増大を抑制することができる。
従って、太陽電池１０において発生する短絡電流については、中間層３２ｂと第１光電変換部３１、もしくは中間層３２ｂと第２光電変換部３３との界面での反射率が高められることによって増加するとともに、シリーズ抵抗値の増大による太陽電池１０の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の減少を抑制し、太陽電池１０の発電効率の向上を図ることができる。このような構成によれば、太陽電池１０全体におけるシリーズ抵抗値の増大により太陽電池１０の曲線因子が低下することを抑制しつつ、反射層３２の反射率を高めることができる。
（２）５５０ｎｍの波長の光に対する中間層３２ｂの屈折率を２．４未満とする。これにより、中間層３２ｂと４．３程度の屈折率を有するシリコンとの界面における反射率を８％以上とすることができる。従って、非晶質シリコンからなる第１光電変換部３１に入射する光を多くすることができ、実質的に第1光電変換部３１の厚さを厚くしたときと同様の効果を得ることができる。この結果、厚さが厚いほど問題となる第１光電変換部３１の光劣化を抑制しつつ、第１光電変換部３１において生成される光生成キャリアの減少を抑制することができる。
（３）中間層３２ｂを非結晶とする。これにより、結晶質とした場合に比べて屈折率を小さくすることができる。これにより、主体がシリコンからなるｎ型非晶質シリコン層３１ｃや第２層３２ｃとの屈折率差を大きくすることができ、反射効果を大きくすることができる。
（４）第１層３２ａおよび第２層３２ｃとして用いたシリコンを真性とする。これにより、以下の効果が得られる。
（ａ）第１層３２ａと第２層３２ｃから第１光電変換部３１や第２光電変換部３３に導電性を有する不純物が拡散することがない。この結果、第１光電変換部３１や第２光電変換部３３に不純物が拡散して膜質が低下することに起因する発電効率の低下を抑制することができる。さらには、主体がＳｉＯからなる中間層３２ｂから拡散するＯについては、第１層３２ａと第２層３２ｃが真性であることにより、第１光電変換部３１や第２光電変換部３３にＯが拡散することをより良く防止することができる。
（ｂ）第１層３２ａと第２層３２ｃにおける光吸収を一導電型シリコンに比べて小さくできる。従って、第１層３２ａおよび第２層３２ｃでの光吸収を小さくすることができ、より多くの光を透過させて発電に寄与させることができる。
従って、第１層３２ａと第２層３２ｃを真性シリコンとすることにより、第１光電変換部３１や第２光電変換部３３に不純物が拡散して膜質が低下することに起因して生じる発電効率の低下を抑制しつつ、第１層３２ａおよび第２層３２ｃで吸収されて生じるロスを抑制することができる。
（５）第１層３２ａを結晶質とする。これにより、第１層３２ａが下地層の役割を果たし、主体がＳｉＯからなる中間層３２ｂにおける結晶成分を多くすることができる。この結果、ＳｉＯ中の結晶成分を多くすることにより、導電性を高めることができる。
（６）第２層３２ｃとして真性結晶質シリコンを用いる。これにより、第２光電変換部３３を結晶質シリコンとした場合においては、第２層３２ｃを下地層として第２光電変換部３３を結晶成長させることができ、より良く結晶化させることができる。この結果、第２光電変換部３３の膜質が向上し、太陽電池１０の発電効率を向上させることができる。
（７）ｎ型非晶質シリコン層３１ｃとしてシリコンを用いる。これにより、酸化シリコンに比べ、ｎ型ドーパントとして用いられるリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）などの活性化率を高くすることができ、ｉ型非晶質シリコン層３１ｂにおける内部電界を強くすることができる。これにより、入射した光から発生した光生成キャリアをより多く取り出すことが可能となり、短絡電流（Ｉｓc）を向上させることができる。
（８）ｎ型非晶質シリコン層３１ｃとして非晶質シリコンを用いる。これにより、結晶質シリコンに比べ、ｉ型非晶質シリコン層３１ｂとのバンドギャップ差を小さくすることができる。この結果、バンドギャップ差に起因する太陽電池１０全体におけるシリーズ抵抗値を減少させることにより、太陽電池１０の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の減少を抑制して、太陽電池１０の発電効率を高めることができる。
［第２実施形態］
〈太陽電池の構成〉
以下において、本発明の第２実施形態に係る太陽電池の構成について、図２を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を用いて説明を省略する。
〈太陽電池の構成〉
以下において、本発明の第２実施形態に係る太陽電池の構成について、図２を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を用いて説明を省略する。
図２は、本発明の第２実施形態に係る太陽電池２０の断面図である。
太陽電池２０は、第１実施形態と同様、基板１と、受光面電極層２と、第１光電変換部３１と、中間層３２と、第２光電変換部３３と、裏面電極層４と、を備え、順次受光面から裏面に向かい積層された構造を有する。
第２実施形態では、中間層３２をｎ型酸化シリコンからなる中間層３２ｂとｎ型結晶質シリコンからなる第２層３２ｄで構成する点で第１実施形態と異なる。中間層３２ｂと第２層３２ｄは、第１光電変換部３１上に順次、積層される。すなわち、中間層３２ｂは、ｎ型非晶質シリコン層３１ｃと第２層３２ｄに挟まれた構造となる。
中間層３３ｂは、第１実施形態と同様のものが用いられる。
第２層３２ｄは、Ｐ（リン）等のｎ型ドーパントがドープされたシリコン（Ｓｉ）が用いられる。本実施形態においては、第２層３２ｄの膜厚を２０ｎｍとしたが、１０〜５０ｎｍとすることが好適である。
〈作用および効果〉
本発明の第２実施形態に係る太陽電池２０によれば、第１実施形態の（２）、（３）、（６）、（７）および（８）と同様の効果の他、下記の効果が得られるため、太陽電池２０の発電効率を向上させることができる。
本発明の第２実施形態に係る太陽電池２０によれば、第１実施形態の（２）、（３）、（６）、（７）および（８）と同様の効果の他、下記の効果が得られるため、太陽電池２０の発電効率を向上させることができる。
（９）主体がＳｉＯからなる中間層３２ｂを、ｎ型非晶質シリコン層３１ｃとｎ型結晶質シリコンからなる第２層３２ｄの間に配置する。主体が非晶質酸化シリコンからなる中間層３２ｂは、主体がシリコンからなるｎ型非晶質シリコン層３１ｃやｎ型結晶質シリコンからなる第２層３２ｄに比べ、屈折率が低い。このため、中間層３２ｂとｎ型非晶質シリコン層３１ｃを接触させる構成とすることにより、受光面側からｎ型非晶質シリコン層３１ｃと中間層３２ｂの界面に光が入射したとき、受光面側に光を反射させることができる。この結果、再度ｉ型非晶質シリコン層３１ｂにより多くの光を入射させ、光電変換に寄与させることができる。
また、中間層３２ｂと第２層３２ｄを接触させる構成とすることにより、裏面側から中間層３２ｂと第２層３２ｄの界面に光が入射したとき、裏面側に光を反射させることができる。この結果、ｉ型結晶質シリコン層３３ｂに光を閉じ込め、より多くの光を光電変換に寄与させることができる。
（１０）中間層３２ｂと第２光電変換層３３の間に、ｎ型結晶質シリコンからなる第２層３２ｄを配置した構成とする。これにより、主体がシリコンからなる第２層３２ｄが酸化シリコンからなる中間層３２ｂからｉ型結晶質シリコン層３３ｂにＯが拡散することを抑制する。この結果、ｉ型結晶質シリコン層３３ｂにＯが拡散して膜質が低下することに起因する発電効率の低下を抑制することができる。
（１１）ｎ型非晶質シリコン層３１ｃにｎ型酸化シリコンからなる中間層３２ｂ、ｎ型結晶質シリコンからなる第２層３２ｄ、第２光電変換層３３のｐ型結晶質シリコン層３３ａが順次、積層され、接触する構造とする。これにより、同種の極性を有するｎ型非晶質シリコン層３１ｃと中間層３２ｂが接触する構造とすることにより、ｎ型非晶質シリコン層３１ｃと中間層３２ｂの界面においてコンタクト抵抗が高くなることを防止することができる。さらに、同種の材料からなるｎ型結晶質シリコンからなる第２層３２ｄとｐ型結晶質シリコン層３３ａが接触する構造とすることにより、第２層３２ｄとｐ型結晶質シリコン層３３ａの界面においてコンタクト抵抗が高くなることを防止することができる。この結果、コンタクト抵抗に起因する太陽電池１０全体におけるシリーズ抵抗値を減少させることにより、太陽電池１０の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の減少を抑制して、太陽電池１０の発電効率を高めることができる。
〈その他の実施形態〉
本発明は上記の実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
本発明は上記の実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
例えば、上述した第１実施形態および第２実施形態では、積層体３に含まれる光電変換部が２つ（第１光電変換部３１および第２光電変換部３３）であるが、これに限定されるものではない。具体的には、積層体３には、３つ以上の光電変換部が含まれていてもよい。このような場合、反射層３２は、任意の隣接する２つの光電変換部の間に設けることができる。
また、上述した第１実施形態では、反射層３２は、第１層３２ａ、中間層３２ｂおよび第２層３２ｃを含むが、これに限定されるものではない。具体的には、反射層３２は、第１層３２ａおよび中間層３２ｂを含むとしても、また中間層３２ｂおよび第２層３２ｃとを含むとしてもよい。
また、上述した第１実施形態および第２実施形態では、第１光電変換部３１は、ｐ型非晶質シリコン層３１ａと、ｉ型非晶質シリコン層３１ｂと、ｎ型非晶質シリコン層３１ｃとが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有するが、これに限定されるものではない。具体的には、第１光電変換部３１は、ｐ型結晶質シリコン層と、ｉ型結晶質シリコン層と、ｎ型結晶質シリコン層とが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有していてもよい。尚、結晶質シリコンには、微結晶シリコンや多結晶シリコンが含まれるものとする。
さらに、上述した第１実施形態および第２実施形態では、第２光電変換部３３は、ｐ型結晶質シリコン層３３ａと、ｉ型結晶質シリコン層３３ｂと、ｎ型結晶質シリコン層３３ｃとが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有するが、これに限定されるものではない。具体的には、第２光電変換部３３は、ｐ型非晶質シリコン層と、ｉ型非晶質シリコン層と、ｎ型非晶質シリコン層とが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有していてもよい。
また、上述した第１実施形態および第２実施形態では、第１光電変換部３１および第２光電変換部３３は、ｐｉｎ接合を有するが、これに限定されるものではない。具体的には、第１光電変換部３１および第２光電変換部３３の少なくとも一方が、ｐ型シリコン層と、ｎ型シリコン層とが基板１側から積層されたｐｎ接合を有していてもよい。
また、上述した第１実施形態では、太陽電池１０は、基板１上に、受光面電極層２と、積層体３と、裏面電極層４とが順に積層された構成を有しているが、これに限定されるものではない。具体的には、太陽電池１０は、基板１上に、裏面電極層４と、積層体３と、受光面電極層２とが順に積層された構成を有していてもよい。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
以下、本発明に係る太陽電池について、実施例を挙げて具体的に説明する。但し、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。
〈実施例１〉
以下のようにして、図１に示す実施例１に係る太陽電池１０を作製した。
以下のようにして、図１に示す実施例１に係る太陽電池１０を作製した。
まず、厚さ４ｍｍのガラス基板（基板１）上に、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法等を用いて、ＳｎＯ２層（受光面電極層２）を形成した。
次に、ＳｎＯ２層（受光面電極層２）上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型非晶質シリコン層３１ａと、ｉ型非晶質シリコン層３１ｂと、ｎ型非晶質シリコン層３１ｃとを順次積層し、第１セル（第１光電変換部３１）を形成した。
ｐ型非晶質シリコン層３１ａは、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）等のシリコン含有ガス、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）等のｐ型ドーパント含有ガス、および水素（Ｈ２）等の希釈ガスを混合した混合ガスを原料ガスとすることにより成膜される。本実施例では、光透過率を向上させるためにさらにメタン（ＣＨ４）等の炭素含有ガスを加え、シラン（ＳｉＨ４）、メタン（ＣＨ４）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）および水素（Ｈ２）からなる混合ガスを原料ガスとして用いる。
ｉ型非晶質シリコン層３１ｂは、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）等のシリコン含有ガスと水素（Ｈ２）等の希釈ガスを混合した混合ガスを原料ガスとすることにより成膜される。本実施例では、シラン（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）からなる混合ガスを原料ガスとして用いる。
ｎ型非晶質シリコン層３１ｃは、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）等のシリコン含有ガス、フォスフィン（ＰＨ３）等のｎ型ドーパント含有ガス、および水素（Ｈ２）等の希釈ガスを混合した混合ガスを原料ガスとすることにより成膜される。本実施例では、シラン（ＳｉＨ４）、フォスフィン（ＰＨ３）および水素（Ｈ２）からなる混合ガスを原料ガスとして用いる。
次に、第１光電変換部３１上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、反射層３２を形成した。具体的には、真性微結晶シリコン層（第１層３２ａ）、ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）および真性微結晶シリコン層（第３層３２ｃ）を第１セル（第１光電変換部３１）上に順次積層することによって、３層構造を有する反射層３２を形成した。
真性微結晶シリコン層（第１層３２ａ）と真性微結晶シリコン層（第３層３２ｃ）は、ｉ型非晶質シリコン層３１ｂと同様のガスを混合してなる原料ガスが用いられる。本実施例では、シラン（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）からなる混合ガスを原料ガスとして用いる。
ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）は、ｎ型非晶質シリコン層３１ｃを成膜する際に用いた混合ガスに、二酸化炭素（ＣＯ２）等の酸素含有ガスを加えたものを原料ガスとすることにより成膜される。本実施例では、シラン（ＳｉＨ４）、フォスフィン（ＰＨ３）および水素（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）からなる混合ガスを原料ガスとして用いる。
次に、反射層３２上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型微結晶シリコン層３３ａと、ｉ型微結晶シリコン層３３ｂと、ｎ型微結晶シリコン層３３ｃとを積層し、第２光電変換部３３を形成した。
ｐ型微結晶シリコン層（ｐ型結晶質シリコン層３３ａ）は、ｐ型非晶質シリコン層３１ａと同様のガスを混合してなる原料ガスが用いられる。本実施例では、シラン（ＳｉＨ４）、メタン（ＣＨ４）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）および水素（Ｈ２）からなる混合ガスを原料ガスとして用いる。
ｉ型微結晶シリコン層（ｉ型結晶質シリコン層３３ｂ）は、ｉ型非晶質シリコン層３１ｂと同様のガスを混合してなる原料ガスが用いられる。本実施例では、シラン（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）からなる混合ガスを原料ガスとして用いる。
ｎ型微結晶シリコン層（ｎ型結晶質シリコン層３３ｃ）は、ｎ型非晶質シリコン層３１ｃと同様のガスを混合してなる原料ガスが用いられる。本実施例では、シラン（ＳｉＨ４）、フォスフィン（ＰＨ３）および水素（Ｈ２）からなる混合ガスを原料ガスとして用いる。
真性微結晶シリコン層（第１層３２ａ）、真性微結晶シリコン層（第３層３２ｃ）、ｐ型微結晶シリコン層（ｐ型結晶質シリコン層３３ａ）、ｉ型微結晶シリコン（ｉ型結晶質シリコン層３３ｂ）およびｎ型微結晶シリコン層（ｎ型結晶質シリコン層３３ｃ）は、それぞれｐ型非晶質シリコン層３１ａ、ｉ型非晶質シリコン層３１ｂおよびｎ型非晶質シリコン層３１ｃに比べて水素希釈度を高める、もしくはＲＦパワーを大きくする等の方法により、結晶化させることができる。
次に、第２光電変換部３３上に、スパッタ法を用いて、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極層４）を形成した。尚、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極層４）の厚さは、それぞれ９０ｎｍ、２００ｎｍとした。
上述した第１光電変換部３１、反射層３２および第２光電変換部３３の形成条件を表１に示す。
以上により、本実施例１では、第１光電変換部３１と第２光電変換部３３との間に、ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）を含む反射層３２を有する太陽電池１０を形成した。また、ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）と第１光電変換部３１との間に真性微結晶シリコン層（第１層３２ａ）を介挿し、ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）と第２光電変換部３３との間の真性微結晶シリコン層（第２層３２ｃ）を介挿した。
〈実施例２〉
反射層３２の構成を除き、実施例１と同様に図３に示す実施例２に係る太陽電池１０を作製した。
反射層３２の構成を除き、実施例１と同様に図３に示す実施例２に係る太陽電池１０を作製した。
実施例１同様、第１光電変換部３１まで作成した後、第１光電変換部３１上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、反射層３２を形成した。具体的には、真性微結晶シリコン層（第１層３２ａ）およびＳｉＯ層（中間層３２ｂ）を第１光電変換部３１上に順次積層することによって、２層構造を有する反射層３２を形成した。
真性微結晶シリコン層（第１層３２ａ）とＳｉＯ層（中間層３２ｂ）は、それぞれ第１実施例と同様にして形成した。
そして、反射層３２上に、第２光電変換部３３、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極層４）を順次形成した。
上述した第１光電変換部３１、反射層３２および第２光電変換部３３の形成条件を表２に示す。
以上により、本実施例２では、第１光電変換部３１と第２光電変換部３３との間に、ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）を含む反射層３２を有する太陽電池１０を形成した。また、ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）と第１光電変換部３１との間に真性微結晶シリコン層（第１層３２ａ）を介挿した。
〈実施例３〉
反射層３２の構成を除き、実施例１と同様に図４に示す実施例３に係る太陽電池１０を作製した。
反射層３２の構成を除き、実施例１と同様に図４に示す実施例３に係る太陽電池１０を作製した。
実施例１同様、第１光電変換部３１まで作成した後、第１光電変換部３１上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、反射層３２を形成した。具体的には、ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）および真性微結晶シリコン層（第２層３２ｃ）を第１光電変換部３１上に順次積層することによって、２層構造を有する反射層３２を形成した。
ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）と真性微結晶シリコン層（第２層３２ｃ）は、それぞれ第１実施例と同様にして形成した。
そして、反射層３２上に、第２光電変換部３３、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極層４）を順次形成した。
上述した第１光電変換部３１、反射層３２および第２光電変換部３３の形成条件を表３に示す。
以上により、本実施例３では、第１光電変換部３１と第２光電変換部３３との間に、中間層３２ｂを含む反射層３２を有する太陽電池１０を形成した。また、ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）と第２光電変換部３３との間の真性微結晶シリコン層（第２層３２ｃ）を介挿した。
〈比較例〉
以下のようにして、図５に示す比較例に係る太陽電池２０を作製した。
以下のようにして、図５に示す比較例に係る太陽電池２０を作製した。
まず、上記実施例１と同様にして、厚さ４ｍｍのガラス基板（基板１１）上に、ＳｎＯ２層（受光面電極層１２）、第１光電変換部１３１を順次形成した。
次に、第１光電変換部１３１上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、反射層１３２を形成した。本比較例１では、第１光電変換部１３１上にＳｉＯ層のみを形成し、当該ＳｉＯ層を反射層１３２とした。
次に、上記実施例１と同様にして、反射層１３２上に、第２光電変換部１３３、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極層１４）を順次形成した。
上述した第１光電変換部１３１、反射層１３２、および第２光電変換部１３３の形成条件を表４に示す。尚、第１光電変換部１３１、第２光電変換部１３３の形成条件は、上記実施例１における形成条件と同様である。また、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極層１４）の厚さは、上記実施例１と同様に、それぞれ９０ｎｍ、２００ｎｍとした。
以上により、本比較例では、第１光電変換部１３１と第２光電変換部１３３との間に、ＳｉＯ層により構成される反射層１３２を有する太陽電池２０を形成した。
〈特性評価〉
実施例１、実施例２、実施例３および比較例に係る太陽電池について、開放電圧、短絡電流、曲線因子および発電効率の各特性値の比較を行った。比較結果を表５に示す。尚、表５においては、比較例における各特性値を１．００として規格化して表している。
実施例１、実施例２、実施例３および比較例に係る太陽電池について、開放電圧、短絡電流、曲線因子および発電効率の各特性値の比較を行った。比較結果を表５に示す。尚、表５においては、比較例における各特性値を１．００として規格化して表している。
表５に示すように、実施例１、実施例２および実施例３では、曲線因子については比較例よりも増加し、発電効率が比較例よりも高くなることが確認された。
曲線因子については、実施例１、実施例２および実施例３に係る太陽電池１０では、ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）と第１光電変換部３１との間に第１層（３２ａ）、もしくはＳｉＯ層（中間層３２ｂ）と第２光電変換部３３との間に第２層（３２ｃ）の少なくとも一方を配置することにより増加させることが確認できた。これは、ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）と第１光電変換部３１、もしくはＳｉＯ層（中間層３２ｂ）と第２光電変換部３３の界面におけるコンタクト抵抗を、第１層（３２ａ）や第２層（３２ｃ）を配置することにより小さくして、太陽電池１０におけるシリーズ抵抗値を低下させることができたためと考えられる。
従って、曲線因子の改善により、いずれの実施例でもより多くの電力を取り出すことが可能となり、実施例１および実施例２では比較例に比べて短絡電流が小さくなってしまったものの、比較例よりも発電効率を向上させることができることが確認された。
なお、上記の第１実施形態に係る実施例１、実施例２および実施例３と、比較例を作成し、特性評価を行ったが、第２実施形態においては特性評価を行わなかった。しかしながら、第１実施形態と同じように（２）、（３）、（６）、（７）および（８）の効果を得ることができため、第２実施形態についても同様に、比較例に比べて良好な特性が得られると考えられる。
図２に示す第２実施形態に係る実施例は、反射層３２を除き、実施例１と同様の構成とすればよい。実施例１同様、第１光電変換部３１まで作成した後、第１光電変換部３１上に、プラズマＣＶＤ法を用いることにより、反射層３２を形成することができる。具体的には、ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）およびｎ型微結晶シリコン層（第２層３２ｄ）を第１光電変換部３１上に順次積層することによって、２層構造を有する反射層３２を形成することができる。
ＳｉＯ層（中間層３２ｂ）とｎ型微結晶シリコン層（第２層３２ｄ）は、第１実施例のＳｉＯ層（中間層３２ｂ）、ｎ型微結晶シリコン層（ｎ型結晶質シリコン層３３ｃ）と同様にして形成すればよく、第１光電変換部３１、反射層３２および第２光電変換部３３は表６に示す形成条件を用いることにより形成することができる。
以上により、第１光電変換部３１と第２光電変換部３３との間に、中間層３２ｂとｎ型結晶質シリコン層３２ｄを有する太陽電池１０を形成することができる。
１，１１…基板
２，１２…受光面電極層
３…積層体
３１，１３１…第１光電変換部
３２，１３２…反射層
３３，１３３…第２光電変換部
４，１４…裏面電極層
１０，２０…太陽電池
２，１２…受光面電極層
３…積層体
３１，１３１…第１光電変換部
３２，１３２…反射層
３３，１３３…第２光電変換部
４，１４…裏面電極層
１０，２０…太陽電池
Claims (8)
- 受光面電極層と、
前記受光面電極層上に積層された第１光電変換部と、
前記第１光電変換部上に積層され、ＳｉＯ層とシリコン層とを有する反射層と、
前記反射層上に積層された第２光電変換部と、
前記第２光電変換部上に積層された裏面電極層と、
を含むことを特徴とする太陽電池。 - 前記ＳｉＯ層は、非晶質であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
- 前記シリコン層は、結晶質シリコンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池。
- 前記ＳｉＯ層は、５５０ｎｍの波長の光に対する屈折率が２．４未満であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記第２光電変換素子は、結晶質であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記第１光電変換素子は、非晶質であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記シリコン層は、真性シリコンであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記シリコン層は、一導電型シリコンであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の太陽電池。
Priority Applications (4)
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