JP7042337B2 - 太陽電池素子 - Google Patents
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Description
<1-1.太陽電池素子>
第1実施形態に係る太陽電池素子100について、図1および図2を参照しつつ説明する。
第1実施形態に係る太陽電池素子100では、例えば、透明な無機半導体層である高抵抗層3が、透明電極層2側に位置している第1領域A1と、光吸収層4側に位置している第2領域A2と、を有する。そして、第1領域A1のキャリア密度が、第2領域A2のキャリア密度よりも高い状態にある。これにより、例えば、高抵抗層3では、透明電極層2との結晶構造および格子定数などの相違によって透明電極層2側の領域で結晶性が低下したとしても、第1領域A1におけるキャリア密度が高いため、透明電極層2との接触抵抗の過度な上昇が生じにくい。また、例えば、キャリア密度が第1領域A1よりも低い第2領域A2の存在によって、光吸収層4における光電変換で生じたキャリアの再結合が生じにくく、透明電極層2と光吸収層4との間におけるリーク電流が生じにくい。その結果、例えば、太陽電池素子100における光電変換効率が向上し得る。
本開示は上述の第1実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更および改良などが可能である。
上記第1実施形態において、例えば、図4で示されるように、無機半導体層としての高抵抗層3の厚さ方向において、第1領域A1から第2領域A2にかけてキャリア密度が連続的に変化している状態にあってもよい。このような構成が採用されれば、例えば、高抵抗層3内では、厚さ方向において界面が生じにくい。このため、例えば、高抵抗層3において界面の存在によるキャリアの再結合および電気抵抗の上昇などが生じにくい。その結果、例えば、太陽電池素子100における光電変換効率が向上し得る。ここでは、例えば、高抵抗層3のうちの厚さ方向において、図5(a)で示されるような一部の領域または図5(b)で示されるような全ての領域で、第1領域A1から第2領域A2にかけてキャリア密度が減少している状態にある構成が考えられる。
上記第1実施形態および上記第2実施形態のそれぞれにおいて、例えば、図7(a)および図7(b)で示されるように、n型半導体の高抵抗層3を、p型半導体の高抵抗層3Bに変更し、p型半導体の正孔輸送層であるキャリア輸送層5を、n型半導体の電子輸送層であるキャリア輸送層5Bに変更してもよい。この場合には、高抵抗層3Bには、例えば、透明電極層2よりも高い電気抵抗を有する透明なp型の無機半導体層が適用される。
上記1実施形態および上記第2実施形態において、例えば、図8(a)および図8(b)で示されるように、i型半導体が適用された光吸収層4が、p型半導体が適用された光吸収層4Cに変更され、p型半導体が適用されたキャリア輸送層5が、省略されてもよい。この場合には、光吸収層4Cに適用されるp型半導体には、例えば、シリコン系または化合物系の半導体が適用され得る。シリコン系の半導体には、例えば、アモルファスシリコンを用いた半導体などが適用される。化合物系の半導体には、例えば、CIS半導体、CIGS半導体などのカルコパライト構造を有する化合物半導体、カドニウムテルル(CdTe)などのII-VI族半導体、またはガリウムヒ素(GaAs)などのIII-V族半導体が適用される。CIS半導体は、Cu、インジウム(In)およびセレン(Se)を含む化合物半導体である。CIGS半導体は、Cu、In、ガリウム(Ga)およびSeを含む化合物半導体である。ここで、アモルファスシリコンを用いた半導体の層、II-VI族半導体の層およびIII-V族半導体の層は、例えば、化学気相成長(CVD)法などで形成され得る。CIS半導体およびCIGS半導体の層は、例えば、蒸着、スパッタリングならびに原料溶液の塗布および焼成などで形成され得る。
上記第3実施形態において、例えば、図9(a)および図9(b)で示されるように、i型半導体が適用された光吸収層4が、n型半導体が適用された光吸収層4Dに変更され、n型半導体が適用されたキャリア輸送層5Bが、省略されてもよい。この場合には、光吸収層4Dに適用されるn型半導体には、例えば、シリコン系または化合物系の半導体が採用され得る。シリコン系の半導体には、例えば、アモルファスシリコンを用いた半導体などが適用される。化合物系の半導体には、例えば、GaAsなどのIII-V族半導体が適用される。ここで、アモルファスシリコンを用いた半導体の層およびIII-V族半導体の層は、例えば、CVD法などで形成され得る。
上記第1実施形態、上記第2実施形態および上記第4実施形態において、例えば、n型半導体としての高抵抗層3に適用される透明な無機半導体の材料として、酸素の欠損量でキャリア密度が調整された、ZnO以外の酸化物半導体が適用されてもよい。このZnO以外の酸化物半導体には、例えば、酸化インジウム(In2O3)、SnO2またはTiO2などが適用され得る。また、例えば、n型半導体としての高抵抗層3に適用される透明な無機半導体の材料として、AZO以外のITOおよびFTOなどのTCOが採用されてもよい。この場合には、例えば、TCOにおける不純物元素の含有量および元素の欠損量の少なくとも1つの量に応じて、キャリア密度が増減し得る。
2 透明電極層
3,3B 高抵抗層(無機半導体層)
4,4C,4D 光吸収層
5,5B キャリア輸送層
6 裏面電極層
10 光電変換素子
31,31B 第1半導体層
32,32B 第2半導体層
100 太陽電池素子
A1,A1B 第1領域
A2,A2B 第2領域
Claims (1)
- 透明電極と、
該透明電極上に位置しており且つ該透明電極よりも高い電気抵抗を有する透明な無機半導体層と、
該無機半導体層上に位置している光吸収層と、を備え、
前記無機半導体層は、前記透明電極側に位置している第1領域と、前記光吸収層側に位置している第2領域と、を有し、
前記第1領域におけるキャリア密度が、前記第2領域におけるキャリア密度よりも高い状態にあり、
前記無機半導体層の厚さ方向において、前記第1領域から前記第2領域にかけてキャリア密度が連続的に変化している状態にあり、
前記第1領域の第1半導体材料と前記第2領域の第2半導体材料とが、同一の半導体材料でなく、同一の結晶構造を有しており、
前記第1領域と前記第2領域との間において、前記同一の結晶構造の半導体材料における不純物元素の含有量および元素の欠損量の少なくとも1つの量が相違していることで、前記第1領域におけるキャリア密度が、前記第2領域におけるキャリア密度よりも高い状態にある、太陽電池素子。
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