JP4940309B2 - 太陽電池 - Google Patents
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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、光電変換部と裏面電極層との間に、入射した光の一部を反射する反射層を設けることが知られている。このような反射層は、光電変換部を透過した光の一部を光電変換部側に反射するため、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、太陽電池の光電変換効率が向上する。
上記のような反射層の主体となる透光性導電材料としては、一般的に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられる（Michio Kondo et al., “Four terminal cell analysis of amorphous / microcrystalline Si tandem cell”参照）。
しかしながら、近年、太陽電池の光電変換効率のさらなる向上が求められている。
ここで、光電変換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。従って、反射層における光の反射率を高めることで、光電変換効率の向上を図ることができる。
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、光電変換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。
本発明の一の特徴に係る太陽電池は、導電性及び透光性を有する受光面電極層と、導電性を有する裏面電極層と、受光面電極層と裏面電極層との間に設けられた積層体とを備え、積層体は、光の入射により光生成キャリアを生成する第１光電変換部と、第１光電変換部を透過した光の一部を第１光電変換部側に反射する反射層とを含み、反射層は、低屈折率層と、低屈折率層と第１光電変換部との間に介挿されたコンタクト層とを有することを要旨とする。
本発明の一の特徴に係る太陽電池によれば、反射層に、屈折率が低い低屈折率層が含まれる。そのため、反射層の反射率を高めることができる。また、反射層は、低屈折率層と第１光電変換部との間に介挿されたコンタクト層を有する。そのため、低屈折率層が、第１光電変換部に直接接触することを回避している。このような構成によれば、太陽電池全体におけるシリーズ抵抗値の増大により太陽電池の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が低下することを抑制しつつ、反射層の反射率を高めることができる。従って、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。
本発明の一の特徴において、積層体は、第１光電変換部と、反射層と、光の入射により光生成キャリアを生成する第２光電変換部とが受光面電極層側から順に積層された構成を有し、反射層は、低屈折率層と第２光電変換部との間に介挿された他のコンタクト層をさらに有していてもよい。
また、他のコンタクト層は、第２光電変換部との間のコンタクト抵抗値が、低屈折率層と第２光電変換部との間のコンタクト抵抗値よりも小さい材料によって構成されていてもよい。
本発明の一の特徴において、、コンタクト層は、第１光電変換部との間のコンタクト抵抗値が、低屈折率層と第１光電変換部との間のコンタクト抵抗値よりも小さい材料によって構成されていてもよい。
本発明の一の特徴において、低屈折率層は、屈折率が１．７以上１．９以下の透光性導電酸化物によって構成されていてもよい。特に、低屈折率層は、屈折率が１．７以上１．８５以下の透光性導電酸化物によって構成されることが好ましい。
本発明の一の特徴において、低屈折率層は、ＭｇＺｎＯによって構成されていてもよい。
本発明の一の特徴において、コンタクト層は、酸化亜鉛又は酸化インジウムを含んでいてもよい。
本発明の一の特徴において、他のコンタクト層は、酸化亜鉛又は酸化インジウムを含んでいてもよい。
本発明の一の特徴に係る太陽電池は、絶縁性及び透光性を有する基板上に、第１太陽電池素子及び第２太陽電池素子を有する太陽電池であって、第１太陽電池素子及び第２太陽電池素子のそれぞれは、導電性及び透光性を有する受光面電極層と、導電性を有する裏面電極層と、受光面電極層と裏面電極層との間に設けられた積層体とを備え、積層体は、光の入射により光生成キャリアを生成する第１光電変換部と、第１光電変換部を透過した光の一部を第１光電変換部側に反射する反射層と、光の入射により光生成キャリアを生成する第２光電変換部とを含み、第１太陽電池素子の裏面電極層は、第２太陽電池素子の受光面電極層に向かって延在する延在部を有し、延在部は、第１太陽電池素子に含まれる積層体の側面に沿って形成され、延在部は、第１太陽電池素子に含まれる積層体の側面に露出した反射層に接しており、反射層は、低屈折率層と、低屈折率層と第１光電変換部との間に介挿されたコンタクト層と、低屈折率層と第２光電変換部との間に介挿された他のコンタクト層とを有することを要旨とする。
本発明の一の特徴において、コンタクト層は、低屈折率層よりも小さい厚みを有していてもよい。
本発明の一の特徴において、低屈折率層は、ＭｇＺｎＯによって構成されていてもよい。
本発明の一の特徴において、ＭｇＺｎＯ層におけるＭｇの含有率が、０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下であってもよい。
次に、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。
図１に示すように、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、導電性及び透光性を有する。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とを含む。
第１光電変換部３１及び反射層３２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側から入射する光により光生成キャリアを生成する。また、第１光電変換部３１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型非晶質シリコン系半導体と、ｉ型非晶質シリコン系半導体と、ｎ型非晶質シリコン系半導体とが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有する（不図示）。
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と、第２層３２ｂとを含む。
第１層３２ａと第２層３２ｂとは、第１光電変換部３１側から順に積層される。従って、第１層３２ａは、第１光電変換部３１に接触しており、第２層３２ｂは、第１光電変換部３１に接触していない。
第１層３２ａとしては、第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値が、第２層３２ｂと第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値よりも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（接触抵抗）値が、第１光電変換部３１と第２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ことが好ましい。
第１層３２ａとしては、例えば、ＺｎＯ、ＩＴＯなどを用いることができる。
第２層３２ｂは、第１光電変換部３１及び第１層３２ａよりも屈折率が低い材料によって構成される透光性導電酸化物である。また、第２層３２ｂは、従来から反射層の主体として用いられていたＺｎＯよりも屈折率が低い材料によって構成される。第２層３２ｂの屈折率は、１．７以上１．９以下であることが好ましく、さらには１．７以上１．８５以下であることが好ましい。
第１実施形態では、第２層３２ｂは、酸化マグネシウム亜鉛（ＭｇＺｎＯ）を含む。第２層３２ｂには、Ａｌなどがドープされていてもよい。第２層３２ｂにおけるＭｇの含有率は、０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下であることが好ましい。
尚、本発明の第１実施形態にあっては、第１層３２ａが本発明の「コンタクト層」に相当する。また、第２層３２ｂが、本発明の「低屈折率層」に相当する。
また、第１層３２ａを構成する材料は、第１層３２ａを含む積層体３の両端の抵抗値が、第１層３２ａ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。
裏面電極層４は、導電性を有している。裏面電極層４としては、ＺｎＯ、銀（Ａｇ）などを用いることができるが、これに限るものではない。裏面電極層は、ＺｎＯを含む層と、Ａｇを含む層とが、積層体３側から積層した構成を有していてもよい。また、裏面電極層４は、Ａｇを含む層のみを有していてもよい。
〈作用及び効果〉
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、屈折率の低いＭｇＺｎＯからなる第２層３２ｂと、第２層３２ｂと第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値よりも第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値が小さい材料からなる第１層３２ａとを含む。第１層３２ａ及び第２層３２ｂは、第１光電変換部３１側から順に積層される。従って、屈折率の低い第２層３２ｂは、第１光電変換部３１に直接接触していない。そのため、太陽電池１０の光電変換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、屈折率の低いＭｇＺｎＯからなる第２層３２ｂと、第２層３２ｂと第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値よりも第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値が小さい材料からなる第１層３２ａとを含む。第１層３２ａ及び第２層３２ｂは、第１光電変換部３１側から順に積層される。従って、屈折率の低い第２層３２ｂは、第１光電変換部３１に直接接触していない。そのため、太陽電池１０の光電変換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では、反射層３２に、従来から反射層の主体として用いられていたＺｎＯよりも屈折率が低いＭｇＺｎＯからなる第２層３２ｂが含まれる。そのため、ＺｎＯを主体とする従来の反射層よりも、第１光電変換部３１との屈折率差を大きくすることができるので、反射層３２での反射率を高めることができる。
ここで、反射層３２が、第１層３２ａを有しない場合や、第１層３２ａ及び第２層３２ｂが裏面電極層４側から順に積層されている場合、第２層３２ｂが、第１光電変換部３１に直接接触することとなる。通常、反射層３２の屈折率を小さくするためには、反射層３２のバンドギャップを大きくする必要がある。しかしながら、一般的に、バンドギャップを大きくすると、抵抗が大きくなる傾向がある。このため、屈折率の低い第２層３２ｂと、シリコンを主体とする第１光電変換部３１とのコンタクト抵抗値が非常に高い値となるので、第２層３２ｂが第１光電変換部３１に直接接触する場合、太陽電池１０全体におけるシリーズ抵抗（直列抵抗）値が増大する。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反射層３２での反射率が高められることによって増加する一方、太陽電池１０の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）についてはシリーズ抵抗値の増大によって減少するため、太陽電池１０の光電変換効率の充分な向上を図ることができない。
そこで、本発明の第１実施形態に係る太陽電池１０では、第１層３２ａ及び第２層３２ｂを第１光電変換部３１側から順に積層することで、屈折率の低い第２層３２ｂが、第１光電変換部３１に直接接触することを回避している。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（Ｆ．Ｆ．）が低下することを抑制しつつ、反射層３２での反射率を高めることができる。従って、太陽電池１０の光電変換効率を向上させることができる。
また、第２層３２ｂにおけるＭｇの含有率が０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下であることにより、例えば７００〜８００ｎｍなどの波長領域における第２層３２ｂの光吸収係数を、ＺｎＯを主体とする従来の反射層よりも低くすることができる。これにより、第１光電変換部３３側に反射される光の量を増加することができるため、太陽電池１０における短絡電流を増大することができる。従って、太陽電池１０の光電変換効率をさらに向上することができる。
また、第２層３２ｂの屈折率が１．７以上１．９以下である場合、さらには１．７以上１．８５以下である場合には、反射層３２の十分な反射特性を得ることができる。
また、第１層３２ａの厚みは、約１０Å以上、約８０Å以下であることが好ましい。第１層３２ａの厚みが約１０Åよりも小さい場合、第２層３２ｂと第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗を十分に低減することができない。また、第１層３２ａの厚みが約８０Åよりも大きい場合、第２層３２ｂを備える効果、すなわち、反射層３２での反射率を高めるという効果が小さくなる。
［第２実施形態］
以下において、本発明の第２実施形態について説明する。尚、以下においては、上述した第１実施形態と第２実施形態との差異について主として説明する。
以下において、本発明の第２実施形態について説明する。尚、以下においては、上述した第１実施形態と第２実施形態との差異について主として説明する。
具体的には、上述した第１実施形態では、積層体３は、第１光電変換部３１と、反射層３２とを含む。
これに対して、第２実施形態では、積層体３は、第１光電変換部３１及び反射層３２に加えて、第２光電変換部３３を含む。つまり、第２実施形態に係る太陽電池は、タンデム構造を有している。
〈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。
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。
図２は、本発明の第２実施形態に係る太陽電池１０の断面図である。
図２に示すように、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とを備える。
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、第２光電変換部３３、及び反射層３２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型非晶質シリコン系半導体と、ｉ型非晶質シリコン系半導体と、ｎ型非晶質シリコン系半導体とが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有する（不図示）。
反射層３２は、第１光電変換部３１側から入射した光の一部を第１光電変換部３１側に反射する。反射層３２は、第１層３２ａと、第２層３２ｂとを含む。第１層３２ａと第２層３２ｂとは、第１光電変換部３１側から順に積層される。従って、第１層３２ａは、第２光電変換部３３に接触しており、第２層３２ｂは、第２光電変換部３３に接触していない。
第２層３２ｂは、第１光電変換部３１よりも屈折率が低い材料によって構成される透光性導電酸化物である。また、第２実施形態においても、第２層３２ｂの屈折率は、１．７以上１．９以下であることが好ましく、さらには１．７以上１．８５以下であることが好ましい。ＭｇＺｎＯからなる第２層３２ｂにおけるＭｇの含有率は、０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下であることが好ましい。
第２光電変換部３３は、入射す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型結晶質シリコン系半導体と、ｉ型結晶質シリコン系半導体と、ｎ型結晶質シリコン系半導体とが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有する（不図示）。
〈作用及び効果〉
本発明の第２実施形態に係る太陽電池１０によれば、反射層３２に含まれる第１層３２ａ及び第２層３２ｂが、第１光電変換部３１側から順に積層される。
本発明の第２実施形態に係る太陽電池１０によれば、反射層３２に含まれる第１層３２ａ及び第２層３２ｂが、第１光電変換部３１側から順に積層される。
このような構成によれば、太陽電池１０がタンデム構造を有していても、太陽電池１０全体におけるシリーズ抵抗値の増大を抑制しつつ、反射層３２での反射率を高めることができる。従って、太陽電池１０の光電変換効率を向上させることができる。
また、第２層３２ｂにおけるＭｇの含有率が０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下であることにより、例えば９００〜１０００ｎｍなどの波長領域における第２層３２ｂの光吸収係数を、ＺｎＯを主体とする従来の反射層よりも低くすることができる。これにより、第２光電変換部３３に入射する光の量を増加することができるため、太陽電池１０における短絡電流を増大することができる。従って、太陽電池１０の光電変換効率をさらに向上することができる。
また、第２層３２ｂの屈折率が１．７以上１．９以下である場合、さらには１．７以上１．８５以下である場合には、反射層３２の十分な反射特性を得ることができる。
また、第１層３２ａの厚みは、約１０Å以上、約８０Å以下であることが好ましい。第１層３２ａの厚みが約１０Åよりも小さい場合、第２層３２ｂと第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗を十分に低減することができない。また、第１層３２ａの厚みが約８０Åよりも大きい場合、第２層３２ｂを備える効果、すなわち、反射層３２での反射率を高めるという効果が小さくなる。
［第３実施形態］
以下において、本発明の第３実施形態について説明する。尚、以下においては、上述した第１実施形態と第３実施形態との差異について主として説明する。
以下において、本発明の第３実施形態について説明する。尚、以下においては、上述した第１実施形態と第３実施形態との差異について主として説明する。
具体的には、上述した第１実施形態では、積層体３は、第１光電変換部３１と、反射層３２とを含む。
これに対して、第３実施形態では、積層体３は、第１光電変換部３１及び反射層３２に加えて、第２光電変換部３３を含む。つまり、第３実施形態に係る太陽電池は、タンデム構造を有している。さらに、第３実施形態では、反射層３２は、第１層３２ａ及び第２層３２ｂに加え、第３層３２ｃを含む。
〈太陽電池の構成〉
以下において、本発明の第３実施形態に係る太陽電池の構成について、図３を参照しながら説明する。
以下において、本発明の第３実施形態に係る太陽電池の構成について、図３を参照しながら説明する。
図３は、本発明の第３実施形態に係る太陽電池１０の断面図である。
図３に示すように、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とを備える。
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、及び第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側から入射する光により光生成キャリアを生成する。また、第１光電変換部３１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型非晶質シリコン系半導体と、ｉ型非晶質シリコン系半導体と、ｎ型非晶質シリコン系半導体とが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有する（不図示）。
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と、第２層３２ｂと、第３層３２ｃとを含む。
第１層３２ａ、第２層３２ｂ及び第３層３２ｃは、第１光電変換部３１側から順に積層されている。従って、第１層３２ａは、第１光電変換部３１に接触しており、第３層３２ｃは、第２光電変換部３３に接触している。第２層３２ｂは、第１光電変換部３１及び第２光電変換部３３のいずれにも接触していない。
第２層３２ｂは、第１光電変換部３１、第２光電変換部３３、第１層３２ａ及び第３層３２ｃよりも屈折率が低い材料によって構成される透光性導電酸化物である。また、第２層３２ｂは、従来から反射層の主体として用いられていたＺｎＯよりも屈折率が低い材料によって構成される。第２層３２ｂの屈折率は、１．７以上１．９以下であることが好ましく、さらには１．７以上１．８５以下であることが好ましい。
第３実施形態では、第２層３２ｂは、酸化マグネシウム亜鉛（ＭｇＺｎＯ）を含む。第２層３２ｂには、Ａｌなどがドープされていてもよい。第２層３２ｂにおけるＭｇの含有率は、０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下であることが好ましい。
第１層３２ａとしては、第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値が、ＭｇＺｎＯと第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値よりも小さい材料が主体として用いられる。第３層３２ｃとしては、第２光電変換部３３との間のコンタクト抵抗値が、ＭｇＺｎＯと第２光電変換部３３との間のコンタクト抵抗値よりも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と第２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ことが好ましい。また、第３層３２ｃを構成する材料は、第３層３２ｃと第２光電変換部３３とのコンタクト抵抗値が、第２層３２ｂと第２光電変換部３３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ことが好ましい。
また、第１層３２ａを構成する材料及び第３層３２ｃを構成する材料は、第１層３２ａ及び第３層３２ｃを含む積層体３の両端の抵抗値が、第１層３２ａ及び第３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１層３２ａ又は第３層３２ｃとしては、例えば、ＺｎＯ、ＩＴＯなどを用いることができる。尚、第１層３２ａを構成する材料と、第３層３２ｃを構成する材料とは、同一であってもよく、異なっていてもよい。
尚、本発明の第１実施形態にあっては、第３層３２ｃが本発明の「他のコンタクト層」に相当する。
第２光電変換部３３は、入射す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型結晶質シリコン系半導体と、ｉ型結晶質シリコン系半導体と、ｎ型結晶質シリコン系半導体とが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有する（不図示）。
〈作用及び効果〉
本発明の第３実施形態に係る太陽電池１０によれば、反射層３２が、第２層３２ｂよりも屈折率が高い材料により構成される第１層３２ａと、屈折率の低いＭｇＺｎＯからなる第２層３２ｂと、第２層３２ｂと第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値よりも第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値が小さい材料からなる第１層３２ａと、第２層３２ｂと第２光電変換部３３との間のコンタクト抵抗値よりも第２光電変換部との間のコンタクト抵抗値が小さい材料からなる第３層３２ａとを含む。第１層３２ａ、第２層３２ｂ及び第３層３２ｃは、第１光電変換部３１側から順に積層される。従って、ＭｇＺｎＯを含む第２層３２ｂは、第１光電変換部３１及び第２光電変換部３３のいずれにも接触していない。
本発明の第３実施形態に係る太陽電池１０によれば、反射層３２が、第２層３２ｂよりも屈折率が高い材料により構成される第１層３２ａと、屈折率の低いＭｇＺｎＯからなる第２層３２ｂと、第２層３２ｂと第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値よりも第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値が小さい材料からなる第１層３２ａと、第２層３２ｂと第２光電変換部３３との間のコンタクト抵抗値よりも第２光電変換部との間のコンタクト抵抗値が小さい材料からなる第３層３２ａとを含む。第１層３２ａ、第２層３２ｂ及び第３層３２ｃは、第１光電変換部３１側から順に積層される。従って、ＭｇＺｎＯを含む第２層３２ｂは、第１光電変換部３１及び第２光電変換部３３のいずれにも接触していない。
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を抑制しつつ、反射層３２での反射率を高めることができる。そのため、第１光電変換部３１において吸収される光の量を増加させることができる。
また、第２層３２ｂにおけるＭｇの含有率が０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下であることにより、例えば９００〜１０００ｎｍなどの波長領域における第２層３２ｂの光吸収係数を、ＺｎＯを主体とする従来の反射層よりも低くすることができる。これにより、第２光電変換部３３に入射する光の量を増加することができるため、太陽電池１０における短絡電流を増大することができる。従って、太陽電池１０の光電変換効率をさらに向上することができる。その結果、太陽電池１０の光電変換効率を向上させることができる。
また、第２層３２ｂの屈折率が１．７以上１．９以下である場合、さらには１．７以上１．８５以下である場合には、反射層３２の十分な反射特性を得ることができる。
また、第１層３２ａ及び第３層３２ｃそれぞれの厚みは、約１０Å以上、約８０Å以下であることが好ましい。第１層３２ａ及び第３層３２ｃそれぞれの厚みが約１０Åよりも小さい場合、第２層３２ｂと第１光電変換部３１との間、及び第２層３２ｂと第２光電変換部３３との間のコンタクト抵抗を十分に低減することができない。また、第１層３２ａ及び第３層３２ｃそれぞれの厚みが約８０Åよりも大きい場合、第２層３２ｂを備える効果、すなわち、反射層３２での反射率を高めるという効果が小さくなる。
［第４実施形態］
以下において、本発明の第４実施形態について説明する。尚、以下においては、上述した第３実施形態と第４実施形態との差異について主として説明する。
以下において、本発明の第４実施形態について説明する。尚、以下においては、上述した第３実施形態と第４実施形態との差異について主として説明する。
具体的には、上述した第３実施形態では、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とを備えている。
これに対して、第４実施形態では、太陽電池１０は、受光面電極層２、積層体３及び裏面電極層４をそれぞれ備える複数の太陽電池素子１０ａを、基板１上に備えている。
〈太陽電池の構成〉
以下において、本発明の第４実施形態に係る太陽電池の構成について、図４を参照しながら説明する。
以下において、本発明の第４実施形態に係る太陽電池の構成について、図４を参照しながら説明する。
図４は、本発明の第４実施形態に係る太陽電池１０の断面図である。
図４に示すように、太陽電池１０は、基板１と、複数の太陽電池素子１０ａとを備える。
複数の太陽電池素子１０ａのそれぞれは、基板１上に形成される。複数の太陽電池素子１０ａは、受光面電極層２と、積層体３と、裏面電極層４とをそれぞれ備える。
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。反射層３２は、第１層３２ａと、第２層３２ｂと、第３層３２ｃとを含む。
第１層３２ａ、第２層３２ｂ及び第３層３２ｃは、第１光電変換部３１側から順に積層されている。従って、第１層３２ａは、第１光電変換部３１に接触しており、第３層３２ｃは、第２光電変換部３３に接触している。第２層３２ｂは、第１光電変換部３１及び第２光電変換部３３のいずれにも接触していない。第１層３２ａ及び第３層３２ｃの厚さは、極力小さいことが好ましい。
裏面電極層４は、複数の太陽電池素子１０ａに含まれる一の太陽電池素子１０ａに隣接する他の太陽電池素子１０ａの受光面電極層２に向かって延在する延在部４ａを有する。
延在部４ａは、一の太陽電池素子１０ａに含まれる積層体３の側面に沿って形成される。延在部４ａは、一の太陽電池素子１０ａに含まれる積層体３の側面に露出した反射層３２に接している。
〈作用及び効果〉
本発明の第４実施形態に係る太陽電池１０によれば、反射層３２での反射率を高めることに加え、太陽電池１０の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の低下を抑制することができるため、太陽電池１０の光電変換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４実施形態に係る太陽電池１０によれば、反射層３２での反射率を高めることに加え、太陽電池１０の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の低下を抑制することができるため、太陽電池１０の光電変換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。
従来から反射層の主体として用いられていたＺｎＯは、そのシート抵抗値が１．０×１０２〜１．０×１０３Ω／□程度である。そのため、ＺｎＯを主体とする従来の反射層を用いた場合、太陽電池素子１０ａにおいて発生した電流の一部が、当該反射層に沿って延在部４ａへと流れてリーク電流が発生する。このようなリーク電流が複数の太陽電池素子１０ａそれぞれにおいて大きくなると、太陽電池１０の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が低下する。
そこで、本発明の第４実施形態に係る太陽電池１０では、シート抵抗値が１．０×１０６Ω／□以上であるＭｇＺｎＯからなる第２層３２ｂを、反射層３２に含めている。このような構成により、反射層３２におけるシート抵抗値は、ＺｎＯを主体とする従来の反射層におけるシート抵抗値よりも大幅に高くなるため、太陽電池素子１０ａにおいて発生した電流が、反射層３２から延在部４ａに直接流れることを抑制することができる。従って、第２層３２ｂを含む反射層３２を用いることにより、ＺｎＯを主体とする従来の反射層を用いた場合よりも、太陽電池１０の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の低下を抑制することができる。以上より、太陽電池１０の光電変換効率を向上させることができる。
また、第１層３２ａ（コンタクト層）は、第２層３２ｂ（ＭｇＺｎＯ層）と第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値を低減し、第３層３２ｃ（他のコンタクト層）は、第２層３２ｂ（低屈折率層）と第２光電変換部３３との間のコンタクト抵抗値を低減するものであるから、第１層３２ａ及び第３層３２ｃの厚さを小さくすることができる。
第１層３２ａの厚さを小さくした場合、第１層３２ａのシート抵抗値を増大することができる。また、第３層３２ｃの厚さを小さくした場合、第３層３２ｃのシート抵抗値を増大することができる。ここで、第１層３２ａの厚さを小さくした場合であっても、第２層３２ｂ（ＭｇＺｎＯ層）と第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値については充分に低減できる。また、第１層３２ａの厚さを小さくした場合であっても、第２層３２ｂ（ＭｇＺｎＯ層）と第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値については充分に低減できる。そのため、第１層３２ａ及び第３層３２ｃの厚さを極力小さくすることにより、第１層３２ａ及び第３層３２ｃに沿って延在部４ａへと流れるリーク電流を低減することができる。
また、第１層３２ａ及び第３層３２ｃそれぞれの厚みは、約１０Å以上、約８０Å以下であることが好ましい。第１層３２ａ及び第３層３２ｃそれぞれの厚みが約１０Åよりも小さい場合、第２層３２ｂと第１光電変換部３１との間、及び第２層３２ｂと第２光電変換部３３との間のコンタクト抵抗を十分に低減することができない。また、第１層３２ａ及び第３層３２ｃそれぞれの厚みが約８０Åよりも大きい場合、第２層３２ｂを備える効果、すなわち、反射層３２での反射率を高めるという効果が小さくなる。
また、第２層３２ｂの屈折率が１．７以上１．９以下である場合、さらには１．７以上１．８５以下である場合には、反射層３２の十分な反射特性を得ることができる。
〈その他の実施形態〉
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及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、実施例及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記載したが、この開示の一部をなす論述及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、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、上述した第１実施形態では、積層体３に含まれる光電変換部が１つ（第１光電変換部３１）であり、第２実施形態及び第３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及び第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、第１光電変換部３１は、ｐ型非晶質シリコン系半導体と、ｉ型非晶質シリコン系半導体と、ｎ型非晶質シリコン系半導体とが基板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型結晶質シリコン系半導体と、ｉ型結晶質シリコン系半導体と、ｎ型結晶質シリコン系半導体とが基板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。
また、上述した第１実施形態〜第４実施形態では、第１光電変換部３１及び第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及び第２光電変換部３３の少なくとも一方が、ｐ型シリコン系半導体と、ｎ型シリコン系半導体とが基板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〜第４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。
［屈折率評価］
まず、ＭｇＺｎＯの屈折率と、従来から反射層の主体として用いられているＺｎＯの屈折率との比較を行った。
まず、ＭｇＺｎＯの屈折率と、従来から反射層の主体として用いられているＺｎＯの屈折率との比較を行った。
具体的には、ＭｇＺｎＯ層と、ＺｎＯ層とを、スパッタ法によりそれぞれ作製した。その後、作製された各層の屈折率を測定した。ＭｇＺｎＯ層及びＺｎＯ層の形成条件を表１に示す。また、各層の屈折率の測定結果を表２に示す。
表２に示すように、ＭｇＺｎＯ層の屈折率は、ＺｎＯ層の屈折率よりも低いことが確認された。従って、ＭｇＺｎＯを主体とする層を反射層に含めることによって、反射層の反射率を高めることができる。
［コンタクト抵抗値評価］
次に、ＭｇＺｎＯ層と微結晶シリコン系半導体層（以下、μｃ−Ｓｉ層とする。）とのコンタクト抵抗値と、ＺｎＯ層とμｃ−Ｓｉ層とのコンタクト抵抗値との比較を行った。
次に、ＭｇＺｎＯ層と微結晶シリコン系半導体層（以下、μｃ−Ｓｉ層とする。）とのコンタクト抵抗値と、ＺｎＯ層とμｃ−Ｓｉ層とのコンタクト抵抗値との比較を行った。
具体的には、まず、Ａｌ電極層、μｃ−Ｓｉ層、ＭｇＺｎＯ層及びＡｇ電極層が順に積層された試験積層体Ａと、Ａｌ電極層、μｃ−Ｓｉ層、ＺｎＯ層及びＡｇ電極層が順に積層された試験積層体Ｂとを作製した。試験積層体Ａに含まれるＭｇＺｎＯ層の厚さ、及び試験積層体Ｂに含まれるＺｎＯ層の厚さは、共に約３０ｎｍとした。また、試験積層体Ａ及び試験積層体Ｂにおいて、Ａｌ電極層の厚さは約３００ｎｍ、μｃ−Ｓｉ層の厚さは約３０ｎｍ、Ａｇ電極層の厚さは約３００ｎｍとした。
その後、作製された試験積層体Ａ及び試験積層体Ｂについて、Ａｌ電極層−Ａｇ電極層間の抵抗値を測定した。試験積層体Ａ及び試験積層体ＢにおけるＡｌ電極層−Ａｇ電極層間の抵抗値の測定結果を表３に示す。
表３に示すように、試験積層体ＡにおけるＡｌ電極層−Ａｇ電極層間の抵抗値は、試験積層体ＢにおけるＡｌ電極層−Ａｇ電極層間の抵抗値よりも高い値となった。これは、ＭｇＺｎＯ層とμｃ−Ｓｉ層とのコンタクト抵抗値が、ＺｎＯ層とμｃ−Ｓｉ層とのコンタクト抵抗値よりも高いことを示している。
表３の結果を踏まえ、Ａｌ電極層、μｃ−Ｓｉ層、ＺｎＯ層、ＭｇＺｎＯ層及びＡｇ電極層が順に積層された試験積層体Ｃを作製し、当該試験積層体ＣにおけるＡｌ電極層−Ａｇ電極層間の抵抗値を測定した。試験積層体Ｃにおいては、ＭｇＺｎＯ層の厚さ及びＺｎＯ層の厚さを共に約１５ｎｍとした。試験積層体ＣにおけるＡｌ電極層−Ａｇ電極層間の抵抗値の測定結果を表４に示す。
表４に示すように、試験積層体ＣにおけるＡｌ電極層−Ａｇ電極層間の抵抗値は、試験積層体ＢにおけるＡｌ電極層−Ａｇ電極層間の抵抗値よりも幾分高い値となるが、試験積層体ＡにおけるＡｌ電極層−Ａｇ電極層間の抵抗値よりも大幅に低い値となることが確認された。
従って、ＭｇＺｎＯを主体とする層を反射層に含める場合には、ＺｎＯを主体とする層などの、シリコンを主体とする層とのコンタクト抵抗値が小さい層を、ＭｇＺｎＯを主体とする層とシリコンを主体とする層との間に介挿することにより、太陽電池のシリーズ抵抗値が増大することを抑制することができる。
［光電変換効率評価］
次に、以下のようにして実施例１、実施例２、比較例１、比較例２及び比較例３に係る太陽電池を作製し、光電変換効率の比較を行った。
次に、以下のようにして実施例１、実施例２、比較例１、比較例２及び比較例３に係る太陽電池を作製し、光電変換効率の比較を行った。
〈実施例１〉
以下のようにして、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、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、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型非晶質シリコン系半導体と、ｉ型非晶質シリコン系半導体と、ｎ型非晶質シリコン系半導体とを積層し、第１セル（第１光電変換部３１）を形成した。
次に、第１セル（第１光電変換部３１）上に、スパッタ法を用いて、中間反射層（反射層３２）を形成した。具体的には、ＺｎＯ層（第１層３２ａ）、ＭｇＺｎＯ層（第２層３２ｂ）及びＺｎＯ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層構造を有する中間反射層（反射層３２）を形成した。
次に、中間反射層（反射層３２）上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型微結晶シリコン系半導体と、ｉ型微結晶シリコン系半導体と、ｎ型微結晶シリコン系半導体とを積層し、第２セル（第２光電変換部３３）を形成した。
次に、第２セル（第２光電変換部３３）上に、スパッタ法を用いて、ＺｎＯ層及びＡｇ層（裏面電極層４）を形成した。
上述した第１セル（第１光電変換部３１）、中間反射層（反射層３２）及び第２セル（第２光電変換部３３）の形成条件を表５に示す。尚、ＺｎＯ層及びＡｇ層（裏面電極層４）の厚さは、それぞれ９０ｎｍ、２００ｎｍとした。
以上により、本実施例１では、図３に示すように、第１セル（第１光電変換部３１）と第２セル（第２光電変換部３３）との間に、ＭｇＺｎＯ層（第２層３２ｂ）を含む中間反射層（反射層３２）を有する太陽電池１０を形成した。また、ＭｇＺｎＯ層（第２層３２ｂ）と第１セル（第１光電変換部３１）との間にＺｎＯ層（第１層３２ａ）を介挿し、ＭｇＺｎＯ層（第２層３２ｂ）と第２セル（第２光電変換部３３）との間のＺｎＯ層（第３層３２ｃ）を介挿した。
〈比較例１〉
以下のようにして、比較例１に係る太陽電池２０を作製した。
以下のようにして、比較例１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２１）上に、ＳｎＯ２層（受光面電極層２２）、第１セル（第１光電変換部２３１）を順次形成した。
次に、第１セル（第１光電変換部２３１）上に、スパッタ法を用いて、中間反射層（反射層２３２）を形成した。本比較例１では、第１セル（第１光電変換部２３１）上にＺｎＯ層のみを形成し、当該ＺｎＯ層を中間反射層（反射層２３２）とした。
次に、上記実施例１と同様にして、中間反射層（反射層２３２）上に、第２セル（第２光電変換部２３３）、ＺｎＯ層及びＡｇ層（裏面電極層２４）を順次形成した。
上述した中間反射層（反射層２３２）の形成条件を表６に示す。尚、第１セル（第１光電変換部２３１）、第２セル（第２光電変換部２３３）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層及びＡｇ層（裏面電極層２４）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１では、図５に示すように、第１セル（第１光電変換部２３１）と第２セル（第２光電変換部２３３）との間に、ＺｎＯ層により構成される中間反射層（反射層２３２）を有する太陽電池２０を形成した。
〈比較例２〉
以下のようにして、比較例２に係る太陽電池２０を作製した。
以下のようにして、比較例２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２１）上に、ＳｎＯ２層（受光面電極層２２）、第１セル（第１光電変換部２３１）を順次形成した。
次に、第１セル（第１光電変換部２３１）上に、スパッタ法を用いて、中間反射層（反射層２３２）を形成した。本比較例２では、第１セル（第１光電変換部２３１）上にＭｇＺｎＯ層のみを形成し、当該ＭｇＺｎＯ層を中間反射層（反射層２３２）とした。
次に、上記実施例１と同様にして、中間反射層（反射層２３２）上に、第２セル（第２光電変換部２３３）、ＺｎＯ層及びＡｇ層（裏面電極層２４）を順次形成した。
上述した中間反射層（反射層２３２）の形成条件を表７に示す。尚、第１セル（第１光電変換部２３１）、第２セル（第２光電変換部２３３）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層及びＡｇ層（裏面電極層２４）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２では、図５に示すように、第１セル（第１光電変換部２３１）と第２セル（第２光電変換部２３３）との間に、ＭｇＺｎＯ層により構成される中間反射層（反射層２３２）を有する太陽電池２０を形成した。
〈特性評価（その１）〉
実施例１、比較例１及び比較例２に係る太陽電池について、開放電圧、短絡電流、曲線因子及び光電変換効率の各特性値の比較を行った。比較結果を表８に示す。尚、表８においては、比較例１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、比較例１及び比較例２に係る太陽電池について、開放電圧、短絡電流、曲線因子及び光電変換効率の各特性値の比較を行った。比較結果を表８に示す。尚、表８においては、比較例１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８に示すように、比較例２では、短絡電流については比較例１よりも増加しているが、曲線因子については比較例１よりも低下することが確認された。そして、比較例２では、結果として、光電変換効率が比較例１よりも低下することが確認された。
短絡電流の増加については、比較例２に係る太陽電池２０では、中間反射層（反射層２３２）が、ＺｎＯ層よりも屈折率の低いＭｇＺｎＯ層によって構成されているためであると考えられる。一方で、曲線因子の低下については、比較例２に係る太陽電池２０では、中間反射層（反射層２３２）を構成するＭｇＺｎＯ層が、第１セル（第１光電変換部２３１）及び第２セル（第２光電変換部２３３）に直接接触しているために、比較例２に係る太陽電池２０におけるシリーズ抵抗値が増大したためと考えられる。そして、比較例２では、曲線因子の低下の度合いが大きいために、光電変換効率が比較例１よりも低下したものと考えられる。
これに対し、実施例１では、短絡電流については比較例１よりも増加しており、曲線因子については比較例１と同等の値を維持できることが確認された。その結果、実施例１では、比較例１よりも光電変換効率を向上させることができることが確認された。
〈実施例２〉
以下のようにして、実施例２に係る太陽電池１０を作製した。
以下のようにして、実施例２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、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型非晶質シリコン系半導体と、ｉ型非晶質シリコン系半導体と、ｎ型非晶質シリコン系半導体とを積層し、第１セル（第１光電変換部３１）を形成した。
次に、第１セル（第１光電変換部３１）上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型微結晶シリコン系半導体と、ｉ型微結晶シリコン系半導体と、ｎ型微結晶シリコン系半導体とを積層し、第２セル（第２光電変換部３３）を形成した。
次に、第２セル（第２光電変換部３３）上に、スパッタ法を用いて、中間反射層（反射層３２）を形成した。具体的には、ＩＴＯ層（第１層３２ａ）及びＭｇＺｎＯ層（第２層３２ｂ）を第２セル（第２光電変換部３３）上に順次積層することによって、２層構造を有する裏面反射層（反射層３２）を形成した。
次に、裏面反射層（反射層３２）上に、スパッタ法を用いて、Ａｇ層（裏面電極層４）を形成した。
上述した第１セル（第１光電変換部３１）、第２セル（第２光電変換部３３）及び裏面反射層（反射層３２）の形成条件を表９に示す。尚、Ａｇ層（裏面電極層４）の厚さは２００ｎｍとした。
以上により、本実施例１では、図２に示すように、第２セル（第２光電変換部３３）とＡｇ層（裏面電極層４）との間に、ＭｇＺｎＯ層（第２層３２ｂ）を含む裏面反射層（反射層３２）を有する太陽電池１０を形成した。また、ＭｇＺｎＯ層（第２層３２ｂ）と第２セル（第２光電変換部３３）との間に、ＩＴＯ層（第１層３２ａ）を介挿した。
〈比較例３〉
以下のようにして、比較例３に係る太陽電池３０を作製した。
以下のようにして、比較例３に係る太陽電池３０を作製した。
まず、上記実施例２と同様にして、厚さ４ｍｍのガラス基板（基板３１）上に、ＳｎＯ２層（受光面電極層３２）、第１セル（第１光電変換部３３１）、第２セル（第２光電変換部３３３）を順次形成した。
次に、第２セル（第２光電変換部３３３）上に、スパッタ法を用いて、裏面反射層（反射層３３２）を形成した。本比較例３では、第２セル（第２光電変換部３３３）上にＺｎＯ層のみを形成し、当該ＺｎＯ層を裏面反射層（反射層３３２）とした。
次に、上記実施例１と同様にして、裏面反射層（反射層３３２）上に、Ａｇ層（裏面電極層３４）を形成した。
上述した裏面反射層（反射層３３２）の形成条件を表１０に示す。尚、第１セル（第１光電変換部３３１）、第２セル（第２光電変換部３３３）の形成条件は、上記実施例２における形成条件と同様である。また、Ａｇ層（裏面電極層３４）の厚さは、上記実施例２と同様に、２００ｎｍとした。
以上により、本比較例３では、図６に示すように、第２セル（第２光電変換部３３３）とＡｇ層（裏面電極層３４）の間に、ＺｎＯ層により構成される裏面反射層（反射層３３２）を有する太陽電池１０を形成した。
〈特性評価（その２）〉
実施例２及び比較例３に係る太陽電池について、開放電圧、短絡電流、曲線因子及び光電変換効率の各特性値の比較を行った。比較結果を表１１に示す。尚、表１１においては、比較例３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２及び比較例３に係る太陽電池について、開放電圧、短絡電流、曲線因子及び光電変換効率の各特性値の比較を行った。比較結果を表１１に示す。尚、表１１においては、比較例３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１１に示すように、実施例２では、短絡電流については比較例３よりも増加しており、曲線因子については比較例３と同等の値を維持できることが確認された。その結果、実施例２では、比較例３よりも光電変換効率を向上させることができることが確認された。
［Ｍｇ含有率の最適化］
〈光吸収係数測定〉
次に、ＭｇＺｎＯ層におけるＭｇの含有率（Ｚｎ，Ｍｇ，Ｏに対するＭｇの割合）の最適化を行った。具体的には、Ｍｇ含有率を０ａｔ％乃至４０ａｔ％の範囲で変化させた複数のＭｇＺｎＯ層を作製し、それぞれについてＭｇ含有率をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により測定するとともに、それぞれについて光吸収係数を測定した。尚、各ＭｇＺｎＯ層はスパッタ法により作成し、厚さはそれぞれ約１００ｎｍとした。ＭｇＺｎＯ層におけるＭｇ含有率と光吸収係数との関係を、図７に示す。ＭｇＺｎＯ層の光吸収係数としては、波長域７００〜８００ｎｍにおける光吸収係数の平均値α700-800と、波長域９００〜１０００ｎｍにおける光吸収係数の平均値α900-1000とを測定した。尚、図７において、Ｍｇ含有率ｘが０である点は、ＺｎＯ層の光吸収係数α700-800及び光吸収係数α900-1000を示す。
〈光吸収係数測定〉
次に、ＭｇＺｎＯ層におけるＭｇの含有率（Ｚｎ，Ｍｇ，Ｏに対するＭｇの割合）の最適化を行った。具体的には、Ｍｇ含有率を０ａｔ％乃至４０ａｔ％の範囲で変化させた複数のＭｇＺｎＯ層を作製し、それぞれについてＭｇ含有率をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により測定するとともに、それぞれについて光吸収係数を測定した。尚、各ＭｇＺｎＯ層はスパッタ法により作成し、厚さはそれぞれ約１００ｎｍとした。ＭｇＺｎＯ層におけるＭｇ含有率と光吸収係数との関係を、図７に示す。ＭｇＺｎＯ層の光吸収係数としては、波長域７００〜８００ｎｍにおける光吸収係数の平均値α700-800と、波長域９００〜１０００ｎｍにおける光吸収係数の平均値α900-1000とを測定した。尚、図７において、Ｍｇ含有率ｘが０である点は、ＺｎＯ層の光吸収係数α700-800及び光吸収係数α900-1000を示す。
図７に示すように、Ｍｇ含有率ｘが、０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下である（即ち、０＜ｘ≦２５（ａｔ％）である）場合に、ＭｇＺｎＯ層の光吸収係数α700-800がＺｎＯ層の光吸収係数α700-800よりも小さくなり、かつ、ＭｇＺｎＯ層の光吸収係数α900-1000がＺｎＯ層の光吸収係数α900-1000よりも小さくなることが確認された。ＭｇＺｎＯ層の光吸収係数α700-800がＺｎＯ層の光吸収係数α700-800よりも小さくなることは、ＭｇＺｎＯ層が、ＺｎＯ層よりも波長域７００〜８００ｎｍにおける光を透過し易いことを示す。また、ＭｇＺｎＯ層の光吸収係数α900-1000がＺｎＯ層の光吸収係数α900-1000よりも小さくなることは、ＭｇＺｎＯ層が、ＺｎＯ層よりも波長域９００〜１０００ｎｍにおける光を透過し易いことを示す。
従って、中間反射層に含まれるＭｇＺｎＯ層におけるＭｇ含有率を、０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下（即ち、０＜ｘ≦２５（ａｔ％））とすることにより、ＭｇＺｎＯを含まない中間反射層（例えば、比較例１に係る中間反射層）を用いる場合と比較して、中間反射層を透過して第２セルに入射する光の量を増加することができるため、太陽電池における短絡電流を増大することができる。従って、太陽電池の光電変換効率をさらに向上することができる。
〈屈折率測定〉
ＭｇＺｎＯ層におけるＭｇ含有率が、０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下である（即ち、０＜ｘ≦２５（ａｔ％）である）場合について、ＭｇＺｎＯ層の屈折率の測定を確認実験として行った。ＭｇＺｎＯ層におけるＭｇ含有率と屈折率との関係を、図８に示す。ここで、屈折率の値としては、波長６００ｎｍの値ｎ600を用いた。尚、図８において、Ｍｇ含有率ｘが０である点は、ＺｎＯ層の屈折率を示す。
ＭｇＺｎＯ層におけるＭｇ含有率が、０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下である（即ち、０＜ｘ≦２５（ａｔ％）である）場合について、ＭｇＺｎＯ層の屈折率の測定を確認実験として行った。ＭｇＺｎＯ層におけるＭｇ含有率と屈折率との関係を、図８に示す。ここで、屈折率の値としては、波長６００ｎｍの値ｎ600を用いた。尚、図８において、Ｍｇ含有率ｘが０である点は、ＺｎＯ層の屈折率を示す。
図８に示すように、ＭｇＺｎＯ層におけるＭｇ含有率が、０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下である（即ち、０＜ｘ≦２５（ａｔ％）である）場合には、ＭｇＺｎＯ層の屈折率がＺｎＯ層の屈折率よりも低くなることが確認された。従って、中間反射層に含まれるＭｇＺｎＯ層におけるＭｇ含有率を、０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下（即ち、０＜ｘ≦２５（ａｔ％））とすることにより、ＭｇＺｎＯを含まない中間反射層（例えば、比較例１に係る中間反射層）を用いる場合と比較して、第１セル側に反射される光の量を増加するとともに、第２セル側に透過される光の量を増加することができることが確認された。
以上のように、本発明によれば、光電変換効率を向上させた太陽電池を提供することができるため、太陽光発電分野において有用である。
Claims (7)
- 導電性及び透光性を有する受光面電極層と、
導電性を有する裏面電極層と、
前記受光面電極層と前記裏面電極層との間に設けられた積層体とを備え、
前記積層体は、光の入射により光生成キャリアを生成するシリコン系半導体を用いた第１光電変換部と、前記第１光電変換部を透過した光の一部を前記第１光電変換部側に反射する反射層とを含み、
前記反射層は、ＭｇＺｎＯからなる低屈折率層と、前記低屈折率層と前記第１光電変換部との間に介挿されたコンタクト層とを有し、
前記コンタクト層は、前記第１光電変換部との間のコンタクト抵抗値が、前記低屈折率層と前記第１光電変換部との間のコンタクト抵抗値よりも小さい材料からなり、その厚みが１ｎｍ以上８ｎｍ以下で設けられるとともに、
前記ＭｇＺｎＯ層におけるＭｇの含有率が、０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下である
ことを特徴とする太陽電池。 - 前記積層体は、前記第１光電変換部と、前記反射層と、光の入射により光生成キャリアを生成するシリコン系半導体を用いた第２光電変換部とが前記受光面電極層側から順に積層された構成を有し、
前記反射層は、前記低屈折率層と前記第２光電変換部との間に介挿された他のコンタクト層をさらに有し、
前記他のコンタクト層は、前記第２光電変換部との間のコンタクト抵抗値が、前記低屈折率層と前記第２光電変換部との間のコンタクト抵抗値よりも小さい材料からなり、その厚みが１ｎｍ以上８ｎｍ以下で設けられる請求項１に記載の太陽電池。 - 前記低屈折率層は、屈折率が１．７以上１．９以下の透光性導電酸化物からなる請求項１に記載の太陽電池。
- 前記低屈折率層は、屈折率が１．７以上１．８５以下の透光性導電酸化物からなる請求項３に記載の太陽電池。
- 前記コンタクト層は、酸化亜鉛又は酸化インジウムを含む請求項１に記載の太陽電池。
- 前記他のコンタクト層は、酸化亜鉛又は酸化インジウムを含む請求項２に記載の太陽電池。
- 絶縁性及び透光性を有する基板上に、シリコン系半導体を用いた第１太陽電池素子及び第２太陽電池素子を有する太陽電池であって、
前記第１太陽電池素子及び前記第２太陽電池素子のそれぞれは、
導電性及び透光性を有する受光面電極層と、
導電性を有する裏面電極層と、
前記受光面電極層と前記裏面電極層との間に設けられた積層体とを備え、
前記積層体は、光の入射により光生成キャリアを生成する第１光電変換部と、前記第１光電変換部を透過した光の一部を前記第１光電変換部側に反射する反射層と、光の入射により光生成キャリアを生成する第２光電変換部とを含み、
前記第１太陽電池素子の前記裏面電極層は、前記第２太陽電池素子の前記受光面電極層に向かって延在する延在部を有し、
前記延在部は、前記第１太陽電池素子に含まれる前記積層体の側面に沿って形成され、
前記延在部は、前記第１太陽電池素子に含まれる前記積層体の前記側面に露出した前記反射層に接しており、
前記反射層は、ＭｇＺｎＯからなる低屈折率層と、前記低屈折率層と前記第１光電変換部との間に介挿されたコンタクト層と、前記低屈折率層と前記第２光電変換部との間に介挿された他のコンタクト層とを有し、
前記コンタクト層は、前記第１光電変換部との間のコンタクト抵抗値が、前記低屈折率層と前記第１光電変換部との間のコンタクト抵抗値よりも小さい材料からなり、その厚みが１ｎｍ以上８ｎｍ以下で設けられ、
前記他のコンタクト層は、前記第２光電変換部との間のコンタクト抵抗値が、前記低屈折率層と前記第２光電変換部との間のコンタクト抵抗値よりも小さい材料からなり、その厚みが１ｎｍ以上８ｎｍ以下で設けられるとともに、
前記ＭｇＺｎＯ層におけるＭｇの含有率が、０ａｔ％より大きく、かつ２５ａｔ％以下である
ことを特徴とする太陽電池。
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