JP5866492B2 - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、高い変換効率を有する太陽電池およびその製造方法に関する。
図５は、特許文献１に開示された太陽電池を示す。この太陽電池は、裏面電極層４、ｎ型ＧａＡｓ層１、ｐ型ＧａＡｓ層２、および表側電極３を具備する。表側電極３の材料の例は、金、銀、または白金である。表面電極３の周囲には、窓層５および反射防止膜６が設けられている。
表面電極３への太陽光の照射は、太陽電池の効率を低下させる。なぜなら、表面電極３へ到達した光は、表面電極３上で反射され、ｐ型ＧａＡｓ層２に導かれないからである。
この問題を解決するため、この太陽電池は、凸部７ａを有するカバーガラス７を具備する。断面視において、表面電極３は凸部７ａの下に位置する。凸部７ａは、表面電極３へ向かう太陽光を屈折させ、反射防止膜６および窓層５を介して太陽光をｐ型ＧａＡｓ層２に導く。
本発明の目的は、高い変換効率を有する新規な太陽電池およびその製造方法を提供することにある。
太陽電池であって、以下を具備する：
ｎ型半導体層
ｐ型半導体層
ｐ側電極層
ｎ側電極層、および
ＺｎＯ透明電極層、ここで
前記ｎ型半導体層は前記ｐ型半導体層に接しており、
前記ｐ型半導体層は、前記ｐ側電極層および前記ｎ型半導体層の間に挟まれており、
前記ｎ型半導体層は、前記ｎ側電極層および前記ｐ型半導体層の間に挟まれており、
前記ｎ側電極層は、前記ｎ型半導体層の上面の一部を被覆しており、
前記ｎ側電極層は、ＡｇｘＡｕ１−ｘからなり、
ｘは０．１以上０．５以下の値を表し、
前記ＺｎＯ透明電極層は、前記ｎ側電極層の上面に形成されており、
前記ＺｎＯ透明電極層は、複数のＺｎＯ柱状粒子から構成されており、
前記各ＺｎＯ柱状粒子は、前記ＺｎＯ透明電極層の法線方向に実質的に平行な長手方向を有しており、そして
前記長手方向に垂直に前記ＺｎＯ柱状粒子を切断することにより現れる各前記ＺｎＯ柱状粒子の断面積は、前記ｎ側電極層の上面から前記ＺｎＯ透明電極層の上面に向けて増加している。
ｎ型半導体層
ｐ型半導体層
ｐ側電極層
ｎ側電極層、および
ＺｎＯ透明電極層、ここで
前記ｎ型半導体層は前記ｐ型半導体層に接しており、
前記ｐ型半導体層は、前記ｐ側電極層および前記ｎ型半導体層の間に挟まれており、
前記ｎ型半導体層は、前記ｎ側電極層および前記ｐ型半導体層の間に挟まれており、
前記ｎ側電極層は、前記ｎ型半導体層の上面の一部を被覆しており、
前記ｎ側電極層は、ＡｇｘＡｕ１−ｘからなり、
ｘは０．１以上０．５以下の値を表し、
前記ＺｎＯ透明電極層は、前記ｎ側電極層の上面に形成されており、
前記ＺｎＯ透明電極層は、複数のＺｎＯ柱状粒子から構成されており、
前記各ＺｎＯ柱状粒子は、前記ＺｎＯ透明電極層の法線方向に実質的に平行な長手方向を有しており、そして
前記長手方向に垂直に前記ＺｎＯ柱状粒子を切断することにより現れる各前記ＺｎＯ柱状粒子の断面積は、前記ｎ側電極層の上面から前記ＺｎＯ透明電極層の上面に向けて増加している。
本発明は、高い変換効率を有する新規な太陽電池およびその製造方法を提供する。
以下、本発明の実施形態が、図面を参照しながら説明される。
（実施形態）
図１Ａは、本実施形態による太陽電池装置の断面図を示す。
図１Ａは、本実施形態による太陽電池装置の断面図を示す。
太陽電池装置は、集光レンズ１０１、太陽電池１０２、放熱板１０３、絶縁層１０４、スペーサ１０５、および配線部１０６を具備する。絶縁層１０４、配線部１０６、および太陽電池１０２が、放熱板１０３の表面上に、この順で積層されている。スペーサ１０５が、集光レンズ１０１および放熱板１０３の間に挟まれている。
放熱板１０３は、アルミ板または銅板であることが好ましい。絶縁層１０４の好適な材料は、エポキシ樹脂である。
スペーサ１０５は、太陽電池１０２および集光レンズ１０１の間に形成される間隔が一定の距離に保持されるような機械的強度を有する。さらにスペーサ１０５は、集光レンズ１０１および放熱板１０３の間の接着層として機能することが好ましい。スペーサ１０５の好適な材料の例は、ガラスまたはエポキシ樹脂である。
配線部１０６の好適な材料は、銅またはニッケルである。
図１Ｂは、本実施形態による太陽電池１０２の断面図を示す。
太陽電池１０２は、表面電極１１７、発電層１１２、絶縁層１１３、および裏面電極１１８を具備する。
表面電極１１７は、グリッド電極１１６、ｎ側バス電極層１１０、およびｎ側接続部１１１により構成される。グリッド電極１１６は、ＺｎＯ透明導電層１０８およびｎ側電極層１０９の積層体から形成される。裏面電極１１８は、ｐ側バス電極層１１４およびｐ側接続部１１５により構成される。
表面電極１１７および裏面電極１１８は、独立して配線部１０６（図１Ｂでは図示せず）に電気的に接続されている。より詳細には、ｎ側接続部１１１の下端およびｐ側接続部１１５の下面が、独立して配線部１０６（図１Ｂでは図示せず）に電気的に接続される。
太陽電池１１２は、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層を具備する。
ｎ側電極層１０９は、ｎ型半導体層の上面の一部を被覆している。ｎ型半導体層の上面の他の部分は、反射防止膜１０７により被覆されている。反射防止膜１０７の好適な材料は、酸化チタンまたはフッ化マグネシウムである。
ｎ側電極層１０９は、ＡｇｘＡｕ１−ｘからなる。文字「ｘ」は０．１以上０．５以下の値を表す。
図１Ｃは、発電層１１２の断面図を示す。
発電層１１２は、ｎ側コンタクト層１１９、ｎ側窓層１２０、ｎ型エミッタ層１２１、ｐ型ベース層１２２、ｐ側窓層１２３、およびｐ側コンタクト層１２４を具備している。これらの層はこの順に積層されている。ｎ型半導体層は、ｎ側コンタクト層１１９、ｎ側窓層１２０、およびｎ型エミッタ層１２１を具備している。ｐ型半導体層は、ｐ型ベース層１２２、ｐ側窓層１２３、およびｐ側コンタクト層１２４を具備している。
ｐｎ接合が、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の間の界面に形成されている。
集光レンズ１０１に到達した太陽光は、ＺｎＯ透明導電層１０８、反射防止膜１０７、ｎ側電極層１０９、ｎ側コンタクト層１１９、およびｎ側窓層１２０をこの順で透過する。その後、太陽光は、ｎ型エミッタ層１２１およびｐ型ベース層１２２において光電変換される。この光電変換により、表面電極１１７および裏面電極１１８の間に電圧が生じる。
ＺｎＯ透明導電層１０８は、複数のＺｎＯ柱状粒子により形成されている。
ＺｎＯ柱状粒子は、ｎ側電極層１０９に含有される銀原子を核として用いる化学浴成長法により成長することによって形成される。
各ＺｎＯ柱状粒子は、ＺｎＯ透明電極層１０８の法線方向に実質的に平行な長手方向を有している。
長手方向に垂直にＺｎＯ柱状粒子を切断することにより現れるＺｎＯ柱状粒子の断面積は、ｎ側電極層１０９の上面からＺｎＯ透明電極層１０８の上面に向けて増加している。
ＺｎＯ透明電極層１０８により得られる散乱光／入射光の比は２０％以上８５％以下であることが好ましい。なぜなら、ＺｎＯ透明導電層１０８のｎ側電極層１０９への密着性が向上し、かつグリッド電極１１６の直流抵抗を増加させることなく高い変換効率を得ることができるからである。
ＺｎＯ透明導電層１０８において、Ｒ１は、ＺｎＯ透明電極層１０８の底面に位置するＺｎＯ柱状粒子の下端での直径として定義される。ＺｎＯ柱状粒子の下端は、ｎ側電極層１０９と接している。Ｒ２は、ＺｎＯ透明電極層１０８の最外部に位置するＺｎＯ柱状粒子の上端での直径として定義される。電子顕微鏡を用いてＺｎＯ透明電極層１０８の断面が観察され、ＺｎＯ柱状粒子の直径が測定される。このようにして、これらのＲ１およびＲ２が算出される。
得られたＲ１およびＲ２から、断面積Ｓ１および断面積Ｓ２が算出される。断面積Ｓ１は、ＺｎＯ透明電極層１０８の底面に位置するＺｎＯ柱状粒子の下端の断面積である。断面積Ｓ２は、ＺｎＯ透明電極層１０８の最外部に位置するＺｎＯ柱状粒子の上端の断面積である。
好ましいＲ２／Ｒ１は１．１以上１．５以下であるので、Ｓ２／Ｓ１は１．２１以上２．２５以下であることが好ましい。
集光レンズ１０１の表側の面には太陽光が照射される。太陽光はｎ側窓層１２０に集束される。集光レンズ１０１は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の直径、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚み、および１．１以上２．０以下の屈折率を有することが好ましい。集光レンズ１０１の材料は、高い透過率を有するガラスまたは樹脂が好ましい。
ｎ側コンタクト層１１９は、ｎ側窓層１２０とｎ側電極層１０９との間にオーミック接合を形成する。ｎ側コンタクト層１１９の材料はｎ型ＧａＡｓであることが好ましい。
ｎ側窓層１２０は、ＧａＡｓの格子定数と近い格子定数を持ち、かつＧａＡｓよりも大きなバンドギャップを有するｎ型半導体からなる。ｎ側窓層１２０の材料の例は、ｎ型ＩｎＧａＰ、ｎ型ＩｎＡｌＰ、またはｎ型ＩｎＡｌＧａＰである。
ｎ型エミッタ層１２１は、ｐ型ベース層１２２とｐｎ接合を形成するＩＩＩ族−Ｖ族の化合物からなる。ｎ型エミッタ層１２１の材料の例は、ｎ型ＩｎＧａＡｓ、ｎ型ＧａＡｓ、またはｎ型ＩｎＧａＰである。
ｐ型ベース層１２２は、ｎ型エミッタ層１２１とｐｎ接合を形成するＩＩＩ族−Ｖ族の化合物からなる。ｐ型ベース層１２２の材料の例は、ｐ型ＩｎＧａＡｓ、ｐ型ＧａＡｓ、またはｐ型ＩｎＧａＰである。
ｐ側窓層１２３は、ＧａＡｓの格子定数と近い格子定数を持ち、かつＧａＡｓよりも大きなバンドギャップを有するｐ型半導体からなる。ｐ側窓層１２３の材料の例は、ｐ型ＩｎＧａＰ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＰ、またはｐ型ＩｎＡｌＰである。
ｐ側コンタクト層１２４は、ｐ側窓層１２３とｐ側バス電極層１１４と間にオーミック接続を形成する。ｐ側コンタクト層１２４の材料の例は、ｐ型ＧａＡｓである。
絶縁膜１１３が発電層１１２の周面に形成される。絶縁膜１１３の好適な材料の例は、ノンドープのＩｎＧａＰ、二酸化シリコン、または窒化シリコンである。
図２Ａ〜図２Ｈを参照しながら、実施形態による太陽電池を製造する方法が以下、説明される。
まず、図２Ａに示されるように、ノンドープＧａＡｓ基板２０１が用意される。このＧａＡｓ基板２０１の表面に、犠性層２０２、ｎ側コンタクト層１１９、ｎ側窓層１２０、ｎ側エミッタ層１２１、ｐ型ベース層１２２、ｐ側窓層１２３、およびｐ側コンタクト層１２４が、この順に分子線エピタキシー法または有機金属化学気相成長法（以下、「ＭＯＣＶＤ」という）のような一般的な半導体成長法により成長される。
犠性層２０２は、ＧａＡｓの格子定数に近い格子定数を有する。犠性層２０２の好適な材料の例は、アルミニウムヒ素（ＡｌＡｓ）またはＩｎＧａＰである。
次に、図２Ｂに示されるように、第１のマスク２０３がｐ側コンタクト層１２４上に形成される。第１のマスク２０３を用いて、ｐ側コンタクト層１２４、ｐ側窓層１２３、ｐ型ベース層１２２、ｎ型エミッタ層１２１、ｎ側窓層１２０、およびｎ側コンタクト層１１９がこの順にエッチングされる。
第１のマスク２０３は、フォトリソグラフィにより形成され得る。ｐ側コンタクト層１２４、ｐ側窓層１２３、ｐ型ベース層１２２、ｎ型エミッタ層１２１、ｎ側窓層１２０、およびｎ側コンタクト層１１９をエッチングするために、ドライエッチングおよびウェットエッチッグが用いられ得る。ｐ型ベース層１２２がｐ型ＧａＡｓからなり、かつｎ型エミッタ層１２１がｎ型ＧａＡｓからなる場合、ドライエッチングの例はＢＣｌ３およびＳＦ６の混合ガスを用いたプラズマエッチングである。ウェットエッチッグのためには、燐酸および過酸化水素水の混合液が用いられ得る。
図２Ｃに示されるように、第１のマスク２０３が除去され、かつｎ側バス電極層１１０、ｐ側バス電極層１１４、および絶縁膜１１３が形成される。
第１のマスク２０３は、剥離液にＧａＡｓ基板２０１を含浸させることにより除去され得る。
絶縁膜１１３は、発電層１１２の側面、発電層１１２の上面、および犠性層２０２の上面に均一に形成される。絶縁膜１１３は化学気相成長法により形成されることが好ましい。
次に、フォトリソグラフィによりレジスト膜（図示せず）が形成される。このレジスト膜は、ｎ側バス電極層１１０およびｐ側バス電極層１１４を露出する開口部を有する。次いで、ドライエッチング法により絶縁膜１１３の一部が除去される。レジスト膜に被覆された絶縁膜１１３の残りの部分は除去されない。スパッタ法または電子ビーム蒸着法により、均一な厚みを有する金属層が開口部に形成され、ｎ側バス電極層１１０およびｐ側バス電極層１１４を形成する。最後に、レジスト膜は、剥離液にＧａＡｓ基板２０１を含浸させることより除去される。このようにして、図２Ｃに示される絶縁膜１１３が形成される。
図２Ｄに示されるように、フォトリソグラフィにより第２のマスク２０４が形成される。続いて、スパッタ法または電子ビーム蒸着法により、ｎ側接続部１１１およびｐ側接続部１１５が形成される。
図２Ｅに示されるように、ｐ側接続部１１５の上面が支持基板２０５に接触され、そしてｐ側接続部１１５が支持基板２０５に固定される。続いて、ＧａＡｓ基板２０１および犠性層２０２がドライエッチングまたはウェットエッチングにより除去される。
支持基板２０５は、ＧａＡｓ基板２０１の大きさと同じ大きさを有することが好ましい。支持基板２０５の例は、シリコン基板またはガラス基板である。必要に応じて、支持基板２０５およびｐ側接続部１１５の間にはワックスまたは粘着シートが挟まれ得る。
犠性層２０２が選択的にエッチングされて、ＧａＡｓ基板２０１を除去する。
ＧａＡｓ基板２０１は、クエン酸および過酸化水素水の混合液を用いてエッチングされ得る。ＡｌＡｓまたはＩｎＧａＰからなる犠性層２０２はフッ化水素酸を用いてエッチングされ得る。
図２Ｆに示されるように、ｎ側バス電極層１１０、ｎ側コンタクト層１１９、および絶縁層１１３上に、ｎ側電極層１０９およびＺｎＯ透明導電層１０８がこの順で積層され、グリッド電極１１６を形成する。具体的には、グリッド電極１１６は以下のように形成される。
まず、グリッド電極１１６用のマスクが、フォトリソグラフィによりｎ側バス電極層１１０、ｎ側コンタクト層１１９、および絶縁層１１３上に形成される。次に、ｎ側電極層１０９およびＺｎＯ透明導電層１０８が形成される。その後、グリッド電極１１６用のマスクが除去される。
ｎ側電極層１０９は、ＡｇｘＡｕ１−ｘからなる。「ｘ」は０．１以上０．５以下である。ｎ側電極層１０９は、スパッタ蒸着法により形成され得る。必要に応じて、ｎ側電極層１０９の表面に、ウェットエッチングにより凹凸構造が形成され得る。
ＺｎＯ透明導電層１０８は、化学浴析出法（以下、「ＣＢＤ法」という）により形成され得る。その後、グリッド電極１１６用のマスクは剥離液により除去される。必要に応じて、ウェットエッチング法により、ＺｎＯ透明導電層１０８の表面に凹凸構造が形成され得る。このようにして、ｎ側電極層１０９およびＺｎＯ透明電極層１０８から構成されるグリッド電極１１６が形成される。
次に、グリッド電極１１６上に、フォトリソグラフィによりマスクが形成される。このマスクを介して電子ビーム蒸着法により反射防止膜１０７が形成される。この後、マスクは剥離液により除去される。
図２Ｇに示されるように、支持基板２０５が除去される。このようにして、太陽電池１０２が得られる。支持基板２０５がワックスにより固定されている場合、アセトンおよびイソプロピルアルコールを用いて支持基板２０５が除去される。
図２Ｈに示されるように、エポキシ樹脂からなる絶縁層１０４が放熱板１０３上に形成される。その後、配線部１０６用のマスクがフォトリソグラフィにより形成される。
スパッタ蒸着法または電子ビーム蒸着法により配線部１０６が形成された後、配線部１０６用のマスクが剥離液により除去される。
必要に応じて、配線部１０６および太陽電池１０２の間に銀ペーストが挟まれ得る。この銀ペーストは、配線部１０６を太陽電池１０２に電気的に接続することを可能にするだけでなく、太陽電池１０２を固定し得る。
次に、エポキシ樹脂からなるスペーサ１０５が絶縁層１０４上に形成される。集光レンズ１０１および太陽電池１０２を具備する放熱板１０３が集光レンズ１０１に取り付けられる。このようにして、太陽電池装置が得られる。
（実施例１）
実施例１では、図１Ａに示される太陽電池装置が、図２Ａ〜図２Ｈに示される方法によって作製された。
実施例１では、図１Ａに示される太陽電池装置が、図２Ａ〜図２Ｈに示される方法によって作製された。
集光レンズ１０１は、４ｍｍ四方であり、かつ２ミリメートルの厚みを有していた。集光レンズ１０１は、４００μｍ四方の焦点スポットを有していた。
実施例１による太陽電池装置は、以下のように作製された。
まず、図２Ａに示されるように、ノンドープのＧａＡｓ基板２０１（４インチウエハー、厚み：４５０μｍ）上に、犠性層２０２、ｎ型ＧａＡｓ層１１９、ｎ側窓層１２０、ｎ型エミッタ層１２１、ｐ型ベース層１２２、ｐ側窓層１２３、およびｐ側コンタクト層１２４を、ＭＯＣＶＤ法を用いて順次成長させた。表１は、実施例１による太陽電池における各層の組成および厚みを示す。
次に、図２Ｂに示されるように、フォトリソグラフィにより、５００μｍ四方のレジスト膜がｐ側コンタクト層１２２上に形成された。このレジスト膜を第１マスク２０３として用いるＩＣＰプラズマエッチング法により、ｐ側コンタクト層１２４、ｐ側窓層１２３、ｐ型ベース層１２２、ｎ型エミッタ層１２１、ｎ側窓層１２０、およびｎ側ＧａＡｓ層１１９が除去された。ＩＣＰプラズマエッチング法では、ＢＣｌ３およびＳＦ６の混合ガスが用いられた。このようにして、５００μｍ四方のパターンが形成された。
次に、剥離液を用いて第１のマスク２０３が除去された。その後、犠性層２０２の表面の一部およびｐ側コンタクト層１２４の表面の一部に、フォトリソグラフィによりレジスト膜が形成された。電子ビーム蒸着法により、５０ｎｍの厚みを有するチタン膜および２５０ｎｍの厚みを有する金膜がこの順に順次積層され、５０μｍの幅を有するｎ側バス電極層１１０および２００μｍ四方のｐ側バス電極層１１４を形成した。
次に、３００ｎｍの厚みを有するＳｉＮ膜からなる絶縁層１１３が、プラズマＣＶＤ法により形成された。続いて、ｎ側バス電極層１１０およびｐ側バス電極層１１４上に開口部を有するレジスト膜（図示せず）が、フォトリソグラフィにより絶縁層１１３上に積層された。開口部に露出する絶縁層１１３がドライエッチングにより除去された。最後に、剥離液を用いてレジスト膜が除去された。このようにして、図２Ｃに示される積層体が得られた。
次に、図２Ｄに示されるように、第２のマスク２０４が絶縁層１１３上にフォトリソグラフィにより形成された。その後、５０ｎｍの厚みを有するチタン膜および２５０ｎｍの厚みを有する金膜が、電子ビーム蒸着法を用いてこの順に積層されて、ｎ側接続部１１１およびｐ側接続部１１５を形成した。
剥離液を用いて第２のマスク２０４が除去された。ワックスが、ｐ側接続部１１５の表面にピンコーターにより塗布された。その後、ワックスは乾燥された。次に、図２Ｅに示されるように、ｐ側接続部１１５は、ガラス製の支持基板２０５に固定された。
ＧａＡｓ基板２０１が、クエン酸および過酸化水素水の混合液により除去された。続いて、ＡｌＡｓからなる犠性層２０２が、バファードフッ酸液により除去された。
図３に示すグリッド電極１１６用のマスクが、積層体の表面上にフォトリソグラフィにより形成された。３００ｎｍの厚さを有するＡｇ０．１Ａｕ０．９層からなるｎ側電極層１０９が、９：１のＡｕ：Ａｇのモル比を有するターゲットを用いて、このマスクを介するスパッタ法により積層された。マスクの外辺の長さおよび内辺の長さは、それぞれ７００μｍおよび５００μｍであった。図３に示されるように、マスクは８本の帯を有していた。各帯は１０μｍの幅を有していた。
続いて、１μｍの厚みを有するＺｎＯ透明導電層１０８が、ｎ側電極層１０９上にＣＢＤ法により形成された。具体的には、ＧａＡｓ基板２０１が、０．１ｍＭ Ｚｎ（ＮＯ3）2および０．１ｍＭ ヘキサメチレンテトラミンの混合液に７０℃で３時間の間含浸され、ＺｎＯ透明電極層１０８を形成した。この後、マスクは、剥離液により除去された。このようにして、ｎ側電極層１０９およびＺｎＯ透明電極層１０８から構成されるグリッド電極１１６が形成された。図２Ｆに示されるように、グリッド電極１１６は、ｎ型ＧａＡｓ層１１９の上面の一部に形成された。
次に、マスクが、グリッド電極１１６上にフォトリソグラフィにより形成された。１４０ｎｍの厚みを有するＭｇＦ２層が、電子ビーム蒸着法を用いてｎ側コンタクト層１１７上に形成された。剥離液によりマスクが除去された。このようにして、反射防止膜１０７が形成された。図２Ｆに示されるように、反射防止膜１０７は、ｎ側ＧａＡｓ層１１９の上面の残りの部分に形成された。
図２Ｇに示されるように、ワックスがイソプロパノールにより溶解され、ｐ側接続部１１５を支持基板２０５から取り外した。このようにして、太陽電池１０２が得られた。
次に、エポキシ樹脂が、４ｍｍ四方のアルミ板からなる放熱板１０３上に塗布され、１００μｍの厚みを有する絶縁層１０４を形成した。レジスト膜がフォトリソグラフィにより積層され、配線部１０６用のマスクを形成した。４０μｍの厚みを有する銅膜がスパッタ法により形成された。その後、マスクは、剥離液により除去された。このようにして、配線部１０６が形成された。
図２Ｈに示されるように、太陽電池１０２は配線部１０６上に銀ペーストを用いて固定された。ｎ側接続部１１１およびｐ側接続部１１５は、配線部１０６に電気的に接続された。
次に、エポキシ樹脂が放熱板１０３上に塗布され、スペーサ１０５を形成した。集光レンズ１０１の焦点の中心が、太陽電池１０２の中心と一致するように、集光レンズ１０１がスペーサ１０５上に固定された。集光レンズ１０１および太陽電池１０２の間の間隔は１ｍｍであった。このようにして、実施例１による太陽電池装置を得た。
ソーラシュミレータ（ＡＭ１．５Ｇ）を用いて、上記のように作製した太陽電池装置の変換効率を測定した。測定された変換効率は２３．２％であった。
さらに、太陽電池装置は、５００時間、照射試験に供された。照射試験の後でも、グリッド電極１１６は、ｎ型コンタクト層１１９から剥がれなかった。
ｎ側電極層１０９が形成された後に、密着強度測定機（商品名：ロミュラス、QUAD GROUP社製）を用いた剥がれ試験に太陽電池１０２は供された。１０Ｍｐａのプルオフ法において、試験片が剥がれない場合に、「はがれ無」と決定される。その結果、ｎ側電極層１０９はｎ型ＧａＡｓ層１１９から剥がれなかった。
さらに、ＺｎＯ透明導電層１０７が形成された後に、Ｒ１およびＲ２が測定された。その結果、Ｒ２／Ｒ１の値は１．５であった。
これとは別に、グリッド電極１１６がガラス基板上に形成された。グリッド電極１１６の拡散透過光が積分球を用いて測定された。散乱光／入射光の値は８２％であった。
散乱光／入射光の比は、濁度計（ＮＤＨ２０００：日本電色工業製）を用いて測定された。ガラス基板上に形成されたグリッド電極１１６が積分球の中心に固定され、そして拡散透過光の強度が測定された。次に、試料表面にＣ光源の光を照射した際に生じる入射光の強度が測定された。散乱光／入射光の割合が、測定された拡散透過光に基づいて算出された。
表２は、実施例１〜２および比較例１〜５の結果を示す。
（実施例２）
Ａｇ０．５Ａｕ０．５からなるｎ側電極層１０９が、１：１のＡｇ：Ａｕのモル比を有するターゲットを用いて形成されたこと以外は、実施例１と同様に太陽電池１０２が作製された。
Ａｇ０．５Ａｕ０．５からなるｎ側電極層１０９が、１：１のＡｇ：Ａｕのモル比を有するターゲットを用いて形成されたこと以外は、実施例１と同様に太陽電池１０２が作製された。
得られた太陽電池１０２は、実施例１の試験と同様の試験に供された。
変換効率は２２．８％という高い値であった。
（比較例１）
図４に示されるように、ＺｎＯ透明導電層１０８が形成されなかったこと以外は、実施例２と同様に太陽電池１０２が作製された。
図４に示されるように、ＺｎＯ透明導電層１０８が形成されなかったこと以外は、実施例２と同様に太陽電池１０２が作製された。
得られた太陽電池１０２は、実施例１の試験と同様の試験に供された。
変換効率は１８．２％という低い値であった。
（比較例２）
Ａｕからなるｎ側電極層１０９が、Ａｕのみからなるターゲットを用いて形成されたこと以外は、実施例１と同様に太陽電池１０２が作製された。いうまでもないが、このｎ側電極層１０９は銀を含有しなかった。ＣＢＤ法が行われた後、Ａｕからなるｎ側電極層１０９にＺｎＯ粒子は堆積されなかった。
Ａｕからなるｎ側電極層１０９が、Ａｕのみからなるターゲットを用いて形成されたこと以外は、実施例１と同様に太陽電池１０２が作製された。いうまでもないが、このｎ側電極層１０９は銀を含有しなかった。ＣＢＤ法が行われた後、Ａｕからなるｎ側電極層１０９にＺｎＯ粒子は堆積されなかった。
得られた太陽電池１０２は、実施例１の試験と同様の試験に供された。
変換効率は１９．８％という低い値であった。
（比較例３）
Ａｇ０．８Ａｕ０．２からなるｎ側電極層１０９が、４：１のＡｇ：Ａｕのモル比を有するターゲットを用いて形成されたこと以外は、実施例１と同様に太陽電池１０２が作製された。
Ａｇ０．８Ａｕ０．２からなるｎ側電極層１０９が、４：１のＡｇ：Ａｕのモル比を有するターゲットを用いて形成されたこと以外は、実施例１と同様に太陽電池１０２が作製された。
得られた太陽電池１０２は、実施例１の試験と同様の試験に供された。
変換効率は２０．６％という低い値であった。
（比較例４）
ＺｎＯ透明導電層１０８がパルスレーザ堆積法（以下、「ＰＬＤ法」という）により形成されたこと以外は、実施例２と同様に太陽電池１０２が作製された。比較例４では、柱状粒子ではなく、球状ＺｎＯ粒子が形成された。
ＺｎＯ透明導電層１０８がパルスレーザ堆積法（以下、「ＰＬＤ法」という）により形成されたこと以外は、実施例２と同様に太陽電池１０２が作製された。比較例４では、柱状粒子ではなく、球状ＺｎＯ粒子が形成された。
得られた太陽電池１０２は、実施例１の試験と同様の試験に供された。
変換効率は２０．２％という低い値であった。
（比較例５）
ＺｎＯ透明電極層１０８が、１０ｍＭ Ｚｎ（ＮＯ３）２および１０ｍＭ ヘキサメチレンテトラミンの混合液に積層体を７０℃で３時間、含浸させることによって形成したこと以外は、実施例２と同様に太陽電池が作製された。比較例５においては、混合液の濃度は実施例２のそれよりずっと高い（１００倍）ことに留意せよ。
ＺｎＯ透明電極層１０８が、１０ｍＭ Ｚｎ（ＮＯ３）２および１０ｍＭ ヘキサメチレンテトラミンの混合液に積層体を７０℃で３時間、含浸させることによって形成したこと以外は、実施例２と同様に太陽電池が作製された。比較例５においては、混合液の濃度は実施例２のそれよりずっと高い（１００倍）ことに留意せよ。
比較例５による太陽電池１０２のＲ２／Ｒ１の比は１．０であった。
得られた太陽電池１０２は、実施例１の試験と同様の試験に供された。
変換効率は２０．９％という低い値であった。
（比較例６）
ＺｎＯ透明電極層１０８が、７０℃の１ｍＭ Ｚｎ（ＮＯ3）2および１ｍＭ ヘキサメチレンテトラミンの混合液に積層体を３時間、含浸させることによって形成したこと以外は、実施例２と同様の実験を行った。比較例６においては、混合液の濃度は実施例２よりも高い（１０倍）ことに留意せよ。比較例６による太陽電池のＲ２／Ｒ１は１．８であった。
ＺｎＯ透明電極層１０８が、７０℃の１ｍＭ Ｚｎ（ＮＯ3）2および１ｍＭ ヘキサメチレンテトラミンの混合液に積層体を３時間、含浸させることによって形成したこと以外は、実施例２と同様の実験を行った。比較例６においては、混合液の濃度は実施例２よりも高い（１０倍）ことに留意せよ。比較例６による太陽電池のＲ２／Ｒ１は１．８であった。
変換効率は１９．３％という低い値であった。
表２から明らかなように、以下の（１）および（２）の要件の両者が充足される場合に、高い変換効率を有する太陽電池が得られる。
（１）ｎ側電極層１０９がＡｇｘＡｕ１−ｘ層であること（ｘは０．１以上０．５以下の値を表す）、および
（２）Ｒ２／Ｒ１の比が１．１以上１．５以下であること
（１）ｎ側電極層１０９がＡｇｘＡｕ１−ｘ層であること（ｘは０．１以上０．５以下の値を表す）、および
（２）Ｒ２／Ｒ１の比が１．１以上１．５以下であること
本発明は、高い変換効率を有する新規な太陽電池およびその製造方法を提供する。
１０１ 集光レンズ
１０２ 太陽電池
１０３ 放熱板
１０４ 絶縁層
１０５ スペーサ
１０６ 配線部
１０７ 反射防止膜
１０８ ＺｎＯ透明導電層
１０９ ｎ側電極層
１１０ ｎ側バス電極層
１１１ ｎ側接続部
１１２ 発電層
１１３ 絶縁層
１１４ ｐ側バス電極層
１１５ ｐ側接続部
１１６ グリッド電極
１１７ 表面電極
１１８ 裏面電極
１１９ ｎ側コンタクト層
１２０ ｎ側窓層
１２１ ｎ型エミッタ層
１２２ ｐ型ベース層
１２３ ｐ側窓層
１２４ ｐ側コンタクト層
２０１ ＧａＡｓ基板
２０２ 犠性層
２０３ 第１のマスク
２０４ 第２のマスク
２０５ 支持基板
１０２ 太陽電池
１０３ 放熱板
１０４ 絶縁層
１０５ スペーサ
１０６ 配線部
１０７ 反射防止膜
１０８ ＺｎＯ透明導電層
１０９ ｎ側電極層
１１０ ｎ側バス電極層
１１１ ｎ側接続部
１１２ 発電層
１１３ 絶縁層
１１４ ｐ側バス電極層
１１５ ｐ側接続部
１１６ グリッド電極
１１７ 表面電極
１１８ 裏面電極
１１９ ｎ側コンタクト層
１２０ ｎ側窓層
１２１ ｎ型エミッタ層
１２２ ｐ型ベース層
１２３ ｐ側窓層
１２４ ｐ側コンタクト層
２０１ ＧａＡｓ基板
２０２ 犠性層
２０３ 第１のマスク
２０４ 第２のマスク
２０５ 支持基板
Claims (6)
- 太陽電池であって、以下を具備する：
ｎ型半導体層
ｐ型半導体層
ｐ側電極層
ｎ側電極層、および
ＺｎＯ透明電極層、ここで
前記ｎ型半導体層は前記ｐ型半導体層に接しており、
前記ｐ型半導体層は、前記ｐ側電極層および前記ｎ型半導体層の間に挟まれており、
前記ｎ型半導体層は、前記ｎ側電極層および前記ｐ型半導体層の間に挟まれており、
前記ｎ側電極層は、前記ｎ型半導体層の上面の一部を被覆しており、
前記ｎ側電極層は、ＡｇxＡｕ1-xからなり、
ｘは０．１以上０．５以下の値を表し、
前記ＺｎＯ透明電極層は、前記ｎ側電極層の上面に形成されており、
前記ＺｎＯ透明電極層は、複数のＺｎＯ柱状粒子から構成されており、
前記各ＺｎＯ柱状粒子は、前記ＺｎＯ透明電極層の法線方向に実質的に平行な長手方向を有しており、そして
前記長手方向に垂直に前記ＺｎＯ柱状粒子を切断することにより現れる各前記ＺｎＯ柱状粒子の断面積は、前記ｎ側電極層の上面から前記ＺｎＯ透明電極層の上面に向けて増加しており、
Ｓ２／Ｓ１の比は１．２１以上２．２５以下である。
ここで、
Ｓ１は、前記ｎ側電極層の上面に接する前記ＺｎＯ柱状粒子の下端での断面積であり、そして
Ｓ２は、前記ＺｎＯ透明電極層の上面に位置する前記ＺｎＯ柱状粒子の上端の断面積である。 - 請求項１に記載の太陽電池であって、
さらに反射防止膜を具備し、
前記反射防止膜は、前記ｎ型半導体層の上面の残りの部分を被覆している。 - 太陽電池を用いて電気を発生させる方法であって、以下の工程を具備する：
請求項１に記載されている太陽電池を用意する工程（ａ）、および
前記ＺｎＯ透明電極層を介して太陽光を前記ｎ型半導体層および前記ｐ型半導体層に照射し、前記ｐ側電極層および前記ｎ側電極層の間に電圧差を生じさせる工程（ｂ）。 - 太陽電池を製造する方法であって、以下の工程を具備する：
ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、およびｐ側電極層を具備する発電素子を用意する工程（ａ）、ここで
前記ｎ型半導体層は前記ｐ型半導体層に接しており、そして
前記ｐ型半導体層は、前記ｐ側電極層および前記ｎ型半導体層の間に挟まれており、
ＡｇxＡｕ1-xからなるｎ側電極層を前記ｎ型半導体層の上面に形成する工程（ｂ）、ここで
ｘは０．１以上０．５以下の値を表し、
前記ｎ側電極層は、前記ｎ型半導体層の上面の一部を被覆しており、そして
前記ｎ側電極層の上面に、化学浴析出法によりＺｎＯ透明電極層を形成する工程（ｃ）、ここで、
ＺｎＯ透明電極層は、複数のＺｎＯ柱状粒子から構成されており、
前記各ＺｎＯ柱状粒子は、前記ＺｎＯ透明電極層の法線方向に実質的に平行な長手方向を有しており、そして
前記長手方向に垂直に切断することにより現れる各前記ＺｎＯ柱状粒子の断面積は、前記ｎ側電極層の上面から前記ＺｎＯ透明電極層の上面に向けて増加しており、
Ｓ２／Ｓ１は１．２１以上２．２５以下である。
ここで、
Ｓ１は、前記ｎ側電極層の上面に接する前記ＺｎＯ柱状粒子の下端部分の断面積であり、
Ｓ２は、前記ＺｎＯ透明電極層の上面における前記ＺｎＯ柱状粒子の上端部分の断面積である。 - 請求項４に記載の方法であって、
工程（ｃ）において、０．１ｍＭ Ｚｎ（ＮＯ3）2および０．１ｍＭ ヘキサメチレンテトラミンの混合液に前記ｎ側電極層の上面が接触される。 - 請求項４に記載の方法であって、さらに以下の工程を具備する：
工程（ｃ）の後に、前記ｎ型半導体層の上面の残りの部分に反射防止膜を形成する工程（ｄ）。
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