JP5533878B2 - 太陽電池、太陽電池モジュールおよび太陽電池システム - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池、太陽電池モジュールおよび太陽電池システムに関する。
太陽電池は、太陽光を電気に変換できることから環境への負荷が少ない新しい電源として期待されており、近年においては一般家庭用発電システム、大規模発電プラント等の太陽電池システムや各種応用商品での利用が盛んに進められている。このような状況の中、現在、太陽電池のより一層の普及のために、高性能化等の研究開発が盛んに行われている。
太陽電池システムは、例えば、一又は複数の太陽電池モジュールを含んで構成されており、太陽電池モジュールは、太陽電池システム、応用商品等その用途に応じて１つの太陽電池からなるものや複数の太陽電池を電気的に直列接続してなるもの等がある。
太陽電池には、電極として、透明導電膜と該透明導電膜上の集電極からなる構成が用いられる場合がある。斯かる透明導電膜は、電気抵抗が小さく、太陽電池の出力が大きくできることが望ましい。従来、透明導電膜を備えた太陽電池としては、錫（Ｓｎ）を含有する酸化インジウム（ＩＴＯ)からなる透明導電膜を備えた太陽電池が知られている。斯かる太陽電池の高性能化のためには、透明導電膜の電気抵抗をより小さく、太陽電池セルの出力をより大きくすることが望まれる。
透明導電膜は、液晶ディスプレイ等にも利用されており、例えば、セリウム（Ｃｅ）を添加した酸化インジウムからなる透明導電膜が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、セリウムが添加された酸化インジウムからなる透明導電膜を太陽電池に適用する場合、太陽電池の良好な出力を得ることが困難であるという問題がある。
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、良好な出力が可能な透明導電膜を備えた太陽電池、該太陽電池を備えた太陽電池モジュールおよび太陽電池システムを提供するものである。
本発明の一の局面に係る太陽電池は、ｐ型又はｎ型の結晶系半導体基板と、該基板の主面上に形成されたｐ型半導体層と、前記基板の他の主面上に形成されたｎ型半導体層とを備える太陽電池セルであって、前記ｐ型半導体層上に水素及びセリウムを含有する酸化インジウムを含む第１の透明導電膜を備え、前記ｎ型半導体層上にセリウムを含有しない酸化インジウムを含む第２の透明導電膜を備えることを特徴とする。
本発明の一局面に係る太陽電池モジュールは、上記いずれかの太陽電池を備えたことを特徴とする。
本発明の一局面に係る太陽電池システムは、上記太陽電池モジュールを備えたことを特徴とする。
太陽電池の良好な出力が可能な透明導電膜を備えた太陽電池、この太陽電池
を備えた太陽電池モジュールおよび太陽電池システムを提供できる。
を備えた太陽電池モジュールおよび太陽電池システムを提供できる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１及び図２を参照して本発明の一実施形態に係る太陽電池を説明する。図１(a)は本実施形態に係る太陽電池の上面図、図１（ｂ）は下面図、図２（a）は図１（a）中のＡ−Ａ’線に沿った当該太陽電池の概略断面図、図２（ｂ）は表面近傍の断面図である。
太陽電池１は、例えば、両面受光型の太陽電池であり、約1Ω・cmの抵抗と約２００μｍの厚みを有するn型単結晶シリコンからなる基板２を有する。基板２の上面はテクスチャー構造を有し、上面の略全域上に約５nmの厚みを有する実質的に真性なi型非晶質シリコン層３、約５nmの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層４及び約１００nmの厚みを有する透明導電膜５をこの順に備え、更にこの透明導電膜５上に表面側集電極６を有する。
また、前記基板２の裏面もテクスチャー構造を有し、裏面の略全域上に約５nmの厚みを有する実質的に真性なi型非晶質シリコン層７、約５nmの厚みを有するn型非晶質シリコン層８及び約１００nmの厚みを有する透明導電膜９をこの順に備え、更にこの透明導電膜９上に裏面側集電極１０を有する。本実施形態に係る太陽電池１は、上記構成による光電変換部を備える所謂ＨＩＴ構造の太陽電池である。
図２（ｂ）に示すように、上記テクスチャー構造は、単結晶シリコン基板の（１００）面を異方性エッチングすることにより形成された、数μｍ〜数十μｍの高さのピラミッド形状を有する凹凸構造であり、各ピラミッド形状はこのピラミッド形状を構成する互いに向き合う面間のなす角度θが約７２度を有する。
本実施形態では、上記テクスチャー構造を有する面の略全面を覆うように多数のピラミッド形状が不規則に配置しており、ピラミッド形状は、その高さ（大きさ）が不揃いであり、隣り合うピラミッドが一部重なりあってもよい。なお、各ピラミッド形状の頂点および谷部は、丸みを帯びていてもよい。
表面側集電極６は、主に銀（Ａｇ）からなり、２０μｍ〜６０μｍの厚みを有する。表面側集電極６は、透明導電膜５の略表面全域上を覆うように所定の間隔を隔てて互いに平行に形成された多数本の幅狭の直線状のフィンガー電極６a、６a、・・・と、これに接続される所定の間隔を隔てて互いに平行に形成された帯状の２本のバスバー電極６ｂ、６ｂからなる。本実施形態では、フィンガー電極６a、６a、・・・は約２ｍｍ間隔で配置されている。
上記裏面側集電極９は、主に銀（Ａｇ）からなり、２０μｍ〜６０μｍの厚みを有する。裏面側集電極１０は、透明導電膜９の略表面全域上を覆うように所定の間隔を隔てて互いに平行に形成された多数本の幅狭の直線状のフィンガー電極１０a、１０a、・・・と、これに接続される所定の間隔を隔てて互いに平行に形成された帯状の２本のバスバー電極１０ｂ、１０ｂからなる。本実施形態では、フィンガー電極１０a、１０a、・・・は約１ｍｍ間隔で配置されている。
本実施形態では、透明導電膜５は、水素（Ｈ）を含有すると共に、セリウム（Ｃｅ）を含有する主成分が酸化インジウムからなる膜である。即ち、上記透明導電膜５は、水素（Ｈ）、セリウム（Ｃｅ）、Ｉｎ（インジウム）及び酸素（Ｏ）を含有し、不純物として水素（Ｈ）及びセリウム（Ｃｅ）がドープされた酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）からなる。
透明導電膜５は、実質的に多結晶構造からなり、且つｐ型非晶質シリコン層４面上を覆いつくすように立ってなる多数の柱状構造を有し、極めて少ないが、非晶質部分を有する。
透明導電膜５の水素（Ｈ）の含有量は、１．０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上、１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダー以上が好ましく、１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーがより好ましい。この水素の含有量は、透明導電膜５の膜厚方向における中間位置の含有量の値であり、透明導電膜５の両表面近傍を除いての平均含有量に略相当する。透明導電膜５の水素の含有濃度は、両表面近傍を除いて基板２側の方が表面側集電極６側より含有濃度が大きくなるのが好ましく、基板２側に向かって徐々に大きくなる構成がより好ましい。
透明導電膜５は、（４００）配向及び（４４０）配向のＸ線回折ピークを有する。ここで、Ｘ線回折（ＸＲＤ）の測定は、太陽電池１におけるテクスチャー構造上の透明導電膜５のＸ線回折測定であり、本明細書中、透明導電膜のＸ線回折測定は、太陽電池セルにおけるテクスチャー構造上の透明導電膜のＸ線回折測定を意味する（但し、Ｘ線回折測定は、表面側集電極６、裏面側集電極１０の形成前等のテクスチャー構造上のＸ線回折測定の場合を含む）。
透明導電膜５の（４００）配向のＸ線回折ピークは、２θ（θ：Ｘ線回折角）が３５．３１°〜３５．４１°であり、好ましくは、３５．３３°〜３５．４０°であり、更に好ましくは３５．３６°〜３５．３８°である。
透明導電膜５の（４００）配向のＸ線回折ピークの半値幅は、０．１０°〜０．３０°であり、好ましくは、０．１５°〜０．２５°であり、更に好ましくは０．１８°〜０．２０°である。
また、透明導電膜５の（４４０）配向のＸ線回折ピークは、２θ（θ：Ｘ線回折角）が５０．８０°〜５０．９６°であり、好ましくは、５０．８５°〜５０．９５°であり、更に好ましくは５０．９０°〜５０．９１°である。
透明導電膜５の（４４０）配向のＸ線回折ピークの半値幅は、０．１０〜０．３５°であり、好ましくは、０．１５°〜０．３０°であり、更に好ましくは０．１７°〜０．２２°である。
透明導電膜５のセリウム（Ｃｅ）の含有量は、１.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下が望ましく、好ましくは２.５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上８.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下、より好ましくは４.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上６.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下、更に好ましくは４.５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上５．２×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下である。
本実施形態では、透明導電膜９は、水素（Ｈ）を含有すると共に、タングステン（Ｗ）を含有する主成分が酸化インジウムからなる膜である。即ち、上記透明導電膜９は、水素（Ｈ）、タングステン（Ｗ）、Ｉｎ（インジウム）及び酸素（Ｏ）を含有し、不純物として水素（Ｈ）及びタングステン（Ｗ）がドープされた酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）からなる。
透明導電膜９は実質的に多結晶構造からなり、且ｎ型非晶質シリコン層８面上を覆いつくすように立ってなる多数の柱状構造を有し、極めて少ないが、非晶質部分を有する。
透明導電膜９は、タングステン（Ｗ）の含有量が、例えば２．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３であり、水素（Ｈ）の含有量が１．０×１０２0ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上、１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーであり、例えば、９．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３である。尚、この水素の含有量は、透明導電膜５の膜厚方向における中間位置の含有量の値であり、透明導電膜９の両表面近傍を除いての平均含有量に略相当する。
上記透明導電膜９の水素の含有濃度は、両表面近傍を除いて基板２側の方が裏面側集電極１０側より含有濃度が大きくなるのが好ましく、更には基板２側に向かって徐々に大きくなる構成がより好ましい。
図３及び図５を参照して本発明の一実施形態に係る太陽電池を備えた太陽電池モジュールを説明する。図３は本実施形態に係る太陽電池モジュールの上面図、図４は太陽電池モジュールの斜視図、図５は図３のＡ−Ａ’線に沿った太陽電池モジュールの断面図である。
２０は本発明の一実施形態に係る太陽電池１を備えた太陽電池モジュールである。太陽電池モジュール２０は、白板強化ガラス等の透明な表面側カバー２２、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルムからなる耐候性の裏面側カバー２３を有する。表面側カバー２２と裏面側カバー２３の間に、直線状の太陽電池群２６，２６が、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等の充填材２７を介して配置されている。太陽電池群２６は、複数の太陽電池１、１、・・・を含み、隣り合って配列される太陽電池１，１は、導電性表面材としてのＳｎ-Ａｇ-ＣｕやＳｎ-Ｐｂ等の半田層(柔軟層)で表面が被覆されてなる平板銅線等からなるストリップ状（帯状）の導電性の接続部材２５により電気的に直列接続されている。表面側カバー２２と裏面側カバー２３の間に構成される板状の構成体の周囲には、この構成体を支持するアルミニウム等からなる金属製の枠体２８が取り付けられる。また、裏面側カバー２３の表面には、太陽電池の出力を外部に取り出すための端子ボックスが取り付けられる。
各太陽電池群２６、２６、・・・は互いに平行に配置され、全ての太陽電池群２６、２６、・・・が電気的に直列接続されるように、所定の隣り合う太陽電池群２６、２６の一方端側の接続部材２５、２５、２５、２５が、半田層で表面が被着された平板銅線等からなるストリップ状で導電性を有する第２の接続部材２９によって半田接続される。また、他の所定の隣り合う太陽電池群２６、２６の他方端側の接続部材２５、２５、２５、２５・・・が、半田層で表面が被覆された平板銅線等からなるＬ字状で導電性を有する第３の接続部材３０、３１と半田接続されている。この構成により、太陽電池モジュール１の複数の太陽電池１、１、・・・はマトリックス状に配置される。
最外側の太陽電池群２６、２６中の電力取り出し側の両最端の太陽電池１、１の接続部材２５、２５、・・には、太陽電池モジュール１から電気出力を取り出すための、半田層で表面が被着された平板銅線等からなるＬ字状の接続部材（出力取り出し用接続部材）３２、３３がそれぞれ半田接続されている。
なお、Ｌ字状の接続部材３０、３１とＬ字状の接続部材３２、３３との間、Ｌ字状の接続部材３１とＬ字状の接続部材３３の間で交差する部分は、図示しないポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の絶縁シートなどの絶縁部材を介在させている。
また、図示しないが、Ｌ字状の接続部材３０、Ｌ字状の接続部材３１、Ｌ字状の接続部材３２およびＬ字状の接続部材３３の各先端側部分は、裏面側カバー２３の切り欠き〈図示しない〉を介して太陽電池モジュール２０の裏面側上部側中央に位置する端子ボックス３４内に導かれている。端子ボックス内３４において、Ｌ字状の接続部材３２とＬ字状の接続部材３０の間、Ｌ字状の接続部材３０とＬ字状の接続部材３１の間、およびＬ字状の接続部材３１とＬ字状の接続部材３３の間は、それぞれバイパスダイオード（図示しない）で接続されている。
本実施形態に係る太陽電池システムは、例えば、上記太陽電池モジュール２０の複数を、例えば個人住宅の屋根の上に、固定用ビスを用いて夫々屋根面に留め付け、また隣り合う太陽電池モジュールを互いに係合させて、水下側（軒側）から水上側（棟側）に向けて段葺きに（階段状に）設置すると共に、これらを制御等するための制御システムで構成されてなる太陽電池システムである。
以下に本実施形態に係る太陽電池の製造方法を説明する。
まず、上面が（１００）面であるｎ型単結晶シリコン基板を洗浄することにより不純物を除去し、ＮａＯＨ水溶液からなるエッチング液を用いて異方性エッチングを行ってｎ型単結晶シリコン基板の上面及び下面にそれぞれテクスチャー構造を形成した基板１を準備する。
次に、例えば、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、周波数：約１３．５６ＭＨｚ、形成温度：約１００℃〜約３００℃、反応圧力：約５Ｐａ〜約１００Ｐａ、ＲＦパワー：約１ｍＷ／ｃｍ２〜約５００ｍＷ／ｃｍ２の条件下で、基板２の上記テクスチャー構造を有する上面上に、ｉ型非晶質シリコン層３およびｐ型非晶質シリコン層４をこの順で形成する。また、基板２のテクスチャー構造を有する下面上にｉ型非晶質シリコン層７およびｎ型非晶質シリコン層８をこの順で形成する。
次に、イオンプレーティング法を用いて、ＡｒとＯ２の混合ガス及び水蒸気の雰囲気中および室温下で、ｐ型非晶質シリコン層４上に、不純物として水素（Ｈ）及びセリウム（Ｃｅ）を含有する酸化インジウムからなる透明導電膜５を形成する。ここで、膜材料源として、不純物ドーピング用として酸化セリウム（ＣｅＯ２）粉末を所定量含むＩｎ２Ｏ３粉末の焼結体を用いた。この場合、酸化セリウム（ＣｅＯ２）粉末の含有量を変えた焼結体を用いることにより、透明導電膜５中のセリウム（Ｃｅ）量を変化させることができる。
また、イオンプレーティング法を用いて、ＡｒとＯ２の混合ガス及び水蒸気の雰囲気中および室温下で、n型非晶質シリコン層８上に、不純物としての水素（Ｈ）及びタングステン（Ｗ）を含有する酸化インジウムからなる透明導電膜９を形成する。ここで、膜材料源として、不純物ドーピング用として酸化タングステン（ＷＯ３）粉末を所定量含むＩｎ２Ｏ３粉末の焼結体を用いた。
なお、上記本実施形態の製造方法で成膜された透明導電膜５、９は、例えば、約２００℃で1時間程度アニールして該透明導電膜５、９の結晶化を進める必要がある。本実施形態の場合、以下に述べる電極形成工程の加熱工程が上記所定のアニール処理を兼ねるが、この場合やその他の工程でアニール処理を兼ねる場合は、当該アニール工程を別に設けなくともよい。
次に、スクリーン印刷法を用いて、透明導電膜５上の所定領域に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に銀（Ａｇ）微粉末を練り込んだＡｇペーストを所定の形状に形成する。また、スクリーン印刷法を用いて、透明導電膜９上の所定領域に、エポキシ樹脂に銀（Ａｇ）微粉末を練り込んだＡｇペーストを所定の形状に形成する。この後、約２００℃で約1時間加熱することによりＡｇペーストを硬化して、表側集電極６、裏側集電極１０を形成する。以上のようにして、本実施形態の太陽電池１が形成される。
次に、隣り合う太陽電池１、１の一方の太陽電池１の表面側集電極６のバスバー電極６ｂ、６ｂ上と他方の太陽電池１の裏面側集電極１０のバスバー電極１０ｂ、１０ｂ上とに半田または熱硬化性樹脂からなる接着剤を介して対向するように接続部材２５、２５、・・・を配置する。この状態で、加圧しながら加熱・降温して該接続部材２５、２５、・・・を固定、接続し、太陽電池群２６を作製する。当該熱硬化性樹脂からなる接着剤を使用する場合は、金属フィラーを含む熱硬化性樹脂からなる接着剤を用いてもよい。
次に、太陽電池群２６を複数準備し、接続部材２９、２９、２９、接続部材３０、３１、３２、３３を取り付けた構造体を作製した後、表面側カバー２２、充填材となる封止シート、該構造体、充填材となる封止シート、裏面側カバー２３の順に積層し、真空状態で、１５０℃で１０分間加熱圧着する。その後、１５０℃で１時間加熱することで、前記充填材を完全に硬化させる。最後に、端子ボックス３４、枠体２８をとりつけ、太陽電池モジュール２０を完成する。
本実施形態では、透明導電膜５が所定範囲内の量の水素（Ｈ）を含有すると共に、所定範囲内の量のセリウム（Ｃｅ）を含有する酸化インジウムからなる膜であるので、透明導電膜５は低抵抗であり、且つ太陽電池１の出力が高くできる。
特に、上記透明導電膜５の（４００）配向のＸ線回折ピークの２θ（θ：Ｘ線回折角）が好ましい範囲内であると共に、半値幅が好ましい範囲内である構成であるので、透明導電膜５はより低抵抗であり、且つ太陽電池１の出力をより高くできる。
また、上記透明導電膜５の（４４０）配向のＸ線回折ピークの２θ（θ：Ｘ線回折角）が好ましい範囲内であると共に、半値幅が好ましい範囲内である構成であるので、透明導電膜５はより低抵抗であり、且つ太陽電池１の出力をより高くできる。
また、上述のように透明導電膜５は低抵抗であるので、表面側集電極６の面積を小さくしつつ太陽電池１の出力を良好にすることが可能である。この結果、表面側集電極６の材料の量を低減が可能であるので、低コスト化が可能である。
本実施形態の太陽電池１の透明導電膜５、９は、後方散乱電子回折（ＥＢＳＤ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）及びＸ線回折（ＸＲＤ）の測定結果から、実質的に多結晶構造を有する柱状構造からなり、極めて少ないが、非晶質部分を有することが判った。また、この透明導電膜５、９のＸ線回折測定において、酸化セリウム、酸化タングステンのＸ線回折ピークは観測できなかった。
図６は、本実施形態の太陽電池１の透明導電膜５のシート抵抗と該透明導電膜５中のセリウム（Ｃｅ）の量との関係を示す図である。ここで、図中、実線は透明導電膜５中の水素（Ｈ）量が２.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のものであり、破線は透明導電膜５中の水素（Ｈ）量が１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーより小さいオーダーであり、９．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のものである。尚、シート抵抗は４端子法を用いて測定した。また、Ｃｅの量はラザフォード後方散乱分析法（ＲＢＳ）を用いて測定した。また、水素の量は水素前方散乱分析法（ＨＦＳ）を用いて測定した。
この図６から、透明導電膜５は水素（Ｈ）の含有が１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーのものより、１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの方が低抵抗であることが判る。
加えて、水素（Ｈ）の含有が１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの場合、上記透明導電膜５のセリウム（Ｃｅ）の含有量は、１.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下が望ましく、好ましくは２.５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上８.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下、より好ましくは４.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上６.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下、更に好ましくは４.５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上５．２×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下であることが判る。
図７は、本実施形態の太陽電池の出力と該太陽電池の透明導電膜５中のセリウム（Ｃｅ）量との関係を示す図である。ここで、各太陽電池は、図６で用いたものと同一であり、実線は透明導電膜５中の水素（Ｈ）量が２．０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３であり、破線は透明導電膜５中の水素（Ｈ）量が、１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーより小さいオーダーであり、９．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３である。尚、太陽電池セルの出力測定は、ソーラーシュミレーターを使用し、測定条件はエアマス（ＡＭ）１．５、光強度１００ｍＷ/ｃｍ２であり、出力値は透明導電膜５に対応する透明導電膜として水素（Ｈ）の含有が１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーのセリウム（Ｃｅ）を含有しない酸化インジウム膜を用いた太陽電池の出力値で規格化している。
この図７は、透明導電膜５のセリウム（Ｃｅ）の含有量が１.０×１０２0〜１.２×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３、水素（Ｈ）の含有が１０２０から１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの場合、透明導電膜５に対応する透明導電膜としてセリウムを含有しない酸化インジウムからなる膜を用いた太陽電池より出力が高いことを示している。
また、この図７からも、水素（Ｈ）の含有が１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの場合、上記透明導電膜５のセリウム（Ｃｅ）の含有量は、１.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下が望ましく、好ましくは２.５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上８.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下、より好ましくは４.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上６.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下、更に好ましくは４.５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上５．２×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下であることが判る。
また、図６および図７中には示していないが、例えば、透明導電膜５中の水素（Ｈ）量が約３.１×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３、透明導電膜５のセリウム（Ｃｅ）の含有量が７.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３の場合も、シート抵抗は５０Ω/□より低い抵抗値であり、上記規格化した出力は１０８．１％であり、高い出力が得られている。
図８は、本実施形態の太陽電池１に係る実施例1〜実施例３並びに透明導電膜５に代えて他の透明導電膜を用いた比較例1〜比較例１１の当該透明導電膜の構成、該透明導電膜のシート抵抗及び太陽電池特性を示す。なお、図中、ドーパントの欄は、膜作製に用いた酸化インジウムからなる焼結体中の不純物及びその含有量を示し、水素含有量の欄の「多」は、透明導電膜中の水素含有量が２.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３であり、「少」は、水素含有量が９．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３である。
ここで、実施例1〜実施例３は、図６及び図７で用いた実施形態に係る太陽電池１と同じであり、実施例1〜実施例３の透明導電膜５中のセリウム（Ｃｅ）濃度は、それぞれ２．４×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３、４．８×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３、８．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３であり、比較例1〜比較例１１は、透明導電膜５以外は、本実施形態と同様である。
この図８から、比較例１〜比較例１１の中には、シート抵抗及び太陽電池の出力のいずれかが良好であるものがあるが、これらが共に良好ではない。一方、セリウム及び含有量が１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの水素を含有する酸化インジウムからなる透明導電膜５を備える実施例1〜実施例３は、シート抵抗及び太陽電池の出力とも良好であることが判る。
図９は、上記実施例２、比較例１、比較例２及び比較例８のＸ線回折パターン図であり、縦軸はＸ線回折強度、横軸は２θ（θ：Ｘ線回折角）である。尚、Ｘ線回折測定は、表面側集電極６及び裏面側集電極１０の形成前の太陽電池１における上記テクスチャー構造上の透明導電膜の測定であり、当該約２００℃、1時間のアニール処理を行った。尚、Ｘ線回折測定は、２θを０．００２°刻みで行った。
この図９から、上記実施例２は、比較例１、比較例２及び比較例８と比べて大きく異なることが判る。
図１０は、上記実施例1〜実施例３の太陽電池の透明導電膜５の（４００）配向のＸ線回折ピークの２θ（θ：Ｘ線回折角）および半値幅並びに上記比較例１〜比較例１１の透明導電膜５に対応する透明導電膜の（４００）配向のＸ線回折ピークの２θ（θ：Ｘ線回折角）および半値幅を示す。また、図１１は、上記実施例1〜実施例３のの太陽電池セルの透明導電膜５の（４４０）配向のＸ線回折ピークの２θ（θ：Ｘ線回折角）および半値幅並びに上記比較例１〜比較例１１の透明導電膜５に対応する透明導電膜の（４００）配向のＸ線回折ピークの２θ（θ：Ｘ線回折角）および半値幅を示す図である。
尚、ここで、Ｘ線回折測定は、表面側集電極６及び裏面側集電極１０の形成前の太陽電池セル１における上記テクスチャー構造上の透明導電膜の測定であり、当該約２００℃、1時間のアニール処理を行った。尚、Ｘ線回折測定は、２θを０．００２°刻みで行った。
図１０から、透明導電膜５の２θは３５．３１°〜３５．４１°であり、好ましくは、３５．３３°〜３５．４０°であり、更に好ましくは３５．３６°〜３５．３８°であり、透明導電膜５の（４００）配向のＸ線回折ピークの半値幅は、０．１０°〜０．３０°であり、好ましくは、０．１５°〜０．２５°であり、更に好ましくは０．１８°〜０．２０°であることが判る。
また、図１１から、上記透明導電膜５の（４４０）配向のＸ線回折ピークは、２θ（θ：Ｘ線回折角）が５０．８０°〜５０．９６°であり、好ましくは、５０．８５°〜５０．９５°であり、更に好ましくは５０．９０°〜５０．９１°であり、上記透明導電膜５の（４４０）配向のＸ線回折ピークの半値幅は、０．１０°〜０．３５°であり、好ましくは、０．１５°〜０．３０°であり、更に好ましくは０．１７°〜０．２２°であることが判る。
図１０および図１１から、抵抗が小さく且つ太陽電池１の出力が好ましい本実施形態に係るセリウム及び１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの水素を含有する酸化インジウムを含む透明導電膜５は、セリウムを含有するが、１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３オーダー以下の水素を含有する酸化インジウムを含む透明導電膜、タングステンを含有する酸化インジウムやタングステン及び水素を含有する酸化インジウムを含む透明導電膜、ＩＴＯ、および水素を含有する酸化インジウムに比べ、（４００）配向、（４４０）配向のＸ線回折ピークの２θ（θ：Ｘ線回折角）及びＸ線回折ピークの半値幅が大きく異なることが判る。
このことは、斯かるセリウム及び１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの水素を含有する酸化インジウムを含む透明導電膜とセリウム及び１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３オーダー以下の水素を含有する酸化インジウムを含む透明導電膜等とは異なる結晶粒や柱状構造の形や大きさ等を有していると考えられる。斯かるセリウム及び１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの水素を含有する酸化インジウムを含む透明導電膜からなる場合、透明導電膜５のより低抵抗化および太陽電池の高出力化が実現される理由は明らかでないが、上述のＸ線回折で特定される異なる結晶粒や柱状構造の形や大きさ等が大きく寄与している可能性が高いと考えられる。
図１２は、本実施形態に係る実施例４の太陽電池１と比較例の太陽電池の耐湿性の加速試験の結果を示す図であり、縦軸はそれぞれの時間において実施例４の太陽電池セル１の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）を１００％として規格化した比較例のＦ．Ｆ．の比較値であり、横軸は耐湿実験時間である。この加速試験の条件は、湿度８５％、温度８５℃であり、加速試験用モジュールの形態で行った。なお、実験開始時において、実施例４の方が比較例よりＦ．Ｆ．の値が約０．５％高かった。
ここでは、本実施形態の太陽電池１として、水素（Ｈ）含有率が３．１×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３、セリウム（Ｃｅ）含有率が７．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３である酸化インジウムを含有する透明導電膜５を備えた太陽電池１（実施例４）を用い、比較例は透明導電膜５を水素（Ｈ）含有率が３．４×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３、タングステン（Ｗ）含有率が２．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３である酸化インジウムからなる透明導電膜に代えた太陽電池を用いた。尚、本実施形態及び比較例共に、n型非晶質シリコン層８上の透明導電膜は、水素（Ｈ）の含有が３．１×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３、タングステン（Ｗ）の含有率が６．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３である酸化インジウムからなる透明導電膜である。
図１２から、n-i-ｐ接合側となるｐ型非晶質シリコン層４上の透明導電膜５には、水素（Ｈ）及びセリウム（Ｃｅ）を含有した酸化インジウムを含有する透明導電膜を備えた本実施形態の太陽電池の方が、水素（Ｈ）及びタングステン（Ｗ）を含有した酸化インジウムを含有する透明導電膜を備えた比較例の太陽電池より、耐湿性に優れることが判る。
図１３は、本実施形態の太陽電池１のn型非晶質シリコン層８上の透明導電膜９が水素（Ｈ）及びタングステン（Ｗ）を含有する酸化インジウム含有の膜である場合（実施例５）と水素（Ｈ）及びセリウム（Ｃｅ）を含有する酸化インジウム含有膜である場合（比較例）の特性を示す図である。尚、実施例５の透明導電膜５は、水素（Ｈ）含有率が３．１×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３、セリウム（Ｃｅ）含有率が７．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３である酸化インジウムを含有する透明導電膜であり、実施例５の透明導電膜９は、水素（Ｈ）含有率が３．１×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３、タングステン（Ｗ）含有率が６．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３である酸化インジウムからなる透明導電膜であり、比較例の透明導電膜５は、水素（Ｈ）含有率が３．１×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３、セリウム（Ｃｅ）含有率が７．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３である酸化インジウムを含有する透明導電膜であり、実施例５の透明導電膜９は、水素（Ｈ）含有率が３．１×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３、セリウム（Ｃｅ）含有率が７．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３である酸化インジウムを含有する透明導電膜である。
図１３から、水素含有量が多い水素（Ｈ）及びセリウム（Ｃｅ）を含有する酸化インジウム含有膜からなる透明導電膜は、n型非晶質シリコン層上の透明導電膜より、ｐ型非晶質シリコン層上の透明導電膜に好適であることが判る。
n型非晶質シリコン層上の透明導電膜には、上述したように１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３オーダーである水素含有の少ない水素（Ｈ）及びタングステン（Ｗ）を含有する酸化インジウム含有膜からなる透明導電膜が好ましいが、１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３オーダーである水素含有の少ない水素（Ｈ）及びセリウム（Ｃｅ）を含有する酸化インジウム含有膜からなる透明導電膜でもよい。
また、図１３から判るように、n型非晶質シリコン層上の透明導電膜には、水素含有の多い水素（Ｈ）及びセリウム（Ｃｅ）を含有する酸化インジウム含有膜からなる透明導電膜とは異なる、１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３オーダーである水素含有の多い水素（Ｈ）及びタングステン（Ｗ）を含有する酸化インジウム含有膜からなる透明導電膜でもよいことが判る。
この場合、本実施形態では、ｐ型非晶質シリコン層上の透明導電膜に１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３オーダーである水素含有の多い透明導電膜を用いるので、n型非晶質シリコン層上の透明導電膜にも水素含有の多い透明導電膜である、１.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上、好ましくは１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３オーダーの水素含有の水素（Ｈ）及びタングステン（Ｗ）を含有する酸化インジウム含有膜からなる透明導電膜を用いた方が、製造工程上、煩雑さが低減できるので好ましい。
上記実施形態の太陽電池は、所謂ＨＩＴ太陽電池を用いて説明したが、単結晶太陽電池や多結晶太陽電池などの種々の太陽電池に適宜利用可能であり、また両面受光型のほか、片面受光型へも適用が可能である。
上記実施形態では、表面側集電極および裏面側集電極のバスバー電極はそれぞれ２つであるが、適宜その数を変更してもよく、その他形状等も適宜変更可能である。
また、表面側集電極及び/または裏面側集電極は、バスバー電極を備えないバスバーレス構造でもよい。
また、上記実施形態では、光入射が主となる側に、p型側が位置するようにしたが、n型側が位置するようにしてもよい。この場合、集電極のフィンガー電極のピッチ等を適宜変更することが好ましい。
更に、本発明の太陽電池モジュールは、上記実施形態に限定されず、例えば、枠体を備えない構成であってもよく、また応用
商品用のものでも勿論よい。
商品用のものでも勿論よい。
また、本発明の太陽電池モジュールは、両面受光型太陽電池モジュールであってよく、例えば、表面側カバー及び裏面側カバーともガラス板であってもよい。
上記実施形態に係る太陽電池システムでは、例えば個人住宅用としたが、本発明はこれに限ることなく、また太陽電池モジュールの設置方法も適宜変更可能である。
良好な出力が可能な透明導電膜を備えた太陽電池並びに当該太陽電池を有する太陽電池モジュールおよび太陽電池システムを提供することができるので、太陽光発電分野等において利用できる。
１ 太陽電池
２ ｎ型単結晶シリコン基板
３ ｉ型非晶質シリコン層
４ ｐ型非晶質シリコン層
５ 透明導電膜
７ ｉ型非晶質シリコン層
８ ｎ型非晶質シリコン層
９ 透明導電膜
２０ 太陽電池モジュール
２ ｎ型単結晶シリコン基板
３ ｉ型非晶質シリコン層
４ ｐ型非晶質シリコン層
５ 透明導電膜
７ ｉ型非晶質シリコン層
８ ｎ型非晶質シリコン層
９ 透明導電膜
２０ 太陽電池モジュール
Claims (6)
- ｐ型又はｎ型の結晶系半導体基板と、該基板の主面上に形成されたｐ型半導体層と、前記基板の他の主面上に形成されたｎ型半導体層とを備える太陽電池であって、前記ｐ型半導体層上に水素及びセリウムを含有する酸化インジウムを含む第１の透明導電膜を備え、前記ｎ型半導体層上にセリウムを含有しない酸化インジウムを含む第２の透明導電膜を備えることを特徴とする太陽電池。
- 前記第２の透明導電膜は、水素及びタングステンを含むことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
- 前記第１、第２の透明導電膜の水素含有量は、１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３オーダーであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
- 前記結晶系半導体基板は、単結晶シリコン基板であり、前記主面及び前記他の主面がテクスチャー構造を有する面であり、前記ｐ型半導体層はｐ型非晶質シリコン層であり、前記ｎ型半導体層はｎ型非晶質シリコン層であることを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
- 請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽電池を備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。
- 請求項５に記載の太陽電池モジュールを含むことを特徴とする太陽電池システム。
Priority Applications (1)
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