JPWO2012157405A1 - 光電変換装置 - Google Patents
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Abstract
基板２０と、基板２０上に形成された表面電極層２２と、表面電極層２２上に形成された光電変換ユニットであるａ−Ｓｉユニット２０２及びμ−Ｓｉユニット２０４と、を備え、表面電極層２２は、ドーパントを含む透明導電膜で構成され、第１のドーパント濃度であり、表面電極層２２の全膜厚の半分以上の膜厚を有する光散乱領域２２ａと、光散乱領域２２ａの光電変換ユニット側に位置し、光散乱領域２２ａからドーパント濃度が連続して増加する遷移領域Ｘを含むコンタクト領域２２ｂと、を有する光電変換装置とする。
Description
本発明は、光電変換装置に関する。
太陽光を利用した発電システムとして、アモルファスや微結晶等の半導体薄膜を積層した光電変換装置が用いられている。
図１９に、光電変換装置１００の基本構成の断面模式図を示す。光電変換装置１００は、ガラス等の基板１０上に表面電極層１２、光電変換ユニット１４及び裏面電極層１６を積層して形成される。基板１０を透明基板として基板１０側から光を入射させる場合、表面電極層１２は透明導電膜（ＴＣＯ）で構成される。また、裏面電極層１６は、透明導電膜と金属膜との積層構造とされることが多いが、透明導電膜上に反射性の封止部材を配置することによって金属膜を積層しない構造もみられる。表面電極層１２及び裏面電極層１６となる透明導電膜は、一般的に、ＭＯＣＶＤ法やスパッタリング法を用いて形成される。
ここで、表面電極層１２として、基板１０側から順に、酸化亜鉛に不純物をドープした表面凹凸を有する第１透明電極層と、第１透明電極層よりも高濃度で不純物をドープした酸化亜鉛を含む低抵抗第２透明電極層とを備える構成が開示されている。このとき、第２透明電極層を第１透明電極層の堆積速度よりも半分以下の堆積速度で形成することが好ましいとされている（特許文献１参照）。
ここで、表面電極層１２を下地層の上に形成した光起電力装置であって、表面電極層１２が各々ＳＩＭＳで測定した原子濃度の最大値として２×１０１９個／ｃｍ３以上のボロン（Ｂ）、及び２×１０２０個／ｃｍ３以上の水素（Ｈ）を含む酸化亜鉛からなり、ボロン原子濃度／水素原子濃度の比が厚さ方向の所定位置において極小値を有するように変動させることが好ましいことが開示されている（特許文献２参照）。
また、表面電極層１２は下地層側界面から所定位置の水素（Ｈ）濃度より下地層から遠い側の界面から所定位置の水素（Ｈ）濃度が低く、かつ下地層側界面から所定位置のボロン（Ｂ）濃度より下地層から遠い側の界面から所定位置のボロン（Ｂ）濃度を低くすることが好ましいことが開示されている（特許文献３参照）。
しかしながら、表面電極層の特性は光電変換装置における光電変換効率に大きく影響を及ぼすものであり、特に光電変換ユニットとのコンタクト抵抗が小さく、電気伝導率が高く、光の吸収率が低く、光散乱効果が高い表面電極層とすることが必要とされている。
本発明の１つの態様は、基板と、基板上に形成された表面電極層と、表面電極層上に形成された光電変換ユニットと、を備え、表面電極層は、ドーパントを含む透明導電膜で構成され、第１のドーパント濃度であり、表面電極層の全膜厚の半分以上の膜厚を有する第１透明導電体領域と、第１透明導電体領域の光電変換ユニット側に位置し、第１透明導電体領域からドーパント濃度が連続して増加する遷移領域を含む第２透明導電体領域と、を有する、光電変換装置である。
本発明は、低コンタクト抵抗、高電気伝導率、低光吸収率、高光散乱効果を有する透明電極層を提案し、これを備えた光電変換装置の性能の向上を可能とする。
＜第１の実施の形態＞
本実施の形態における光電変換装置２００は、図１に示すように、基板２０を光入射側として、光入射側から、表面電極層２２、トップセルとして広いバンドギャップを有するアモルファスシリコン光電変換ユニット（ａ−Ｓｉユニット）２０２、中間層２４、ボトムセルとしてａ−Ｓｉユニット２０２よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン光電変換ユニット（μｃ−Ｓｉユニット）２０４、裏面電極層２６、充填材２８及びバックシート３０を積層した構造を有している。
本実施の形態における光電変換装置２００は、図１に示すように、基板２０を光入射側として、光入射側から、表面電極層２２、トップセルとして広いバンドギャップを有するアモルファスシリコン光電変換ユニット（ａ−Ｓｉユニット）２０２、中間層２４、ボトムセルとしてａ−Ｓｉユニット２０２よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン光電変換ユニット（μｃ−Ｓｉユニット）２０４、裏面電極層２６、充填材２８及びバックシート３０を積層した構造を有している。
本実施の形態では、発電層である光電変換ユニットとして、ａ−Ｓｉユニット２０２及びμｃ−Ｓｉユニット２０４を積層したタンデム型光電変換装置を例に説明を行うが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、シングル型光電変換装置やさらに多層の光電変換装置であってもよい。
基板２０は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料を適用することができる。
基板２０上に表面電極層２２が形成される。表面電極層２２は、単層の透明導電膜で構成される。透明導電膜は、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を単体（単一層）で用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低く、耐プラズマ特性にも優れているので好適である。
本実施の形態では、図２に示すように、表面電極層２２は、基板２０側から順に光散乱領域２２ａ及びコンタクト領域２２ｂを積層した構成を含む。光散乱領域２２ａは、入射される光を散乱させて光電変換装置２００に対して光閉じ込め効果を奏すると共に、表面電極層２２全体として光の効果率を高めるために設けられる領域である。コンタクト領域２２ｂは、光散乱領域２２ａの光電変換ユニット側に位置し、光電変換ユニットであるａ−Ｓｉユニット２０２との電気的な接触を良好にすると共に、表面電極層２２全体として高い電気伝導率を得るために設けられる領域である。
光散乱領域２２ａ及びコンタクト領域２２ｂは、化学気相成長法（ＣＶＤ）で形成することができる。例えば、光散乱領域２２ａ及びコンタクト領域２２ｂを酸化亜鉛（ＺｎＯ）とする場合、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ：（Ｃ２Ｈ５）２Ｚｎ）、水及びドーピングガスを混合した原料ガスを用いた低圧有機金属気相成長法（ＬＰ−ＭＯＣＶＤ）で形成することができる。亜鉛の原料ガスは、ジメチル亜鉛を用いてもよい。ドーピングガスとしてはジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用いることができる。基板温度は１５０℃以上、圧力は０．１ｍｂａｒ以上１０ｍｂａｒ以下の条件下において、ＤＥＺ及び水を加熱蒸発、バブリング、噴霧等により気化させてから供給しつつ、ドーピングガスを導入する。表面電極層２２の全膜厚は、１μｍ以上５μｍ以下とすることが好適である。
光散乱領域２２ａは、コンタクト領域２２ｂよりも膜中のドーパント濃度が低くなるように形成される。すなわち、光散乱領域２２ａは、コンタクト領域２２ｂよりもドーピングガスを減らした状態で成膜される。例えば、光散乱領域２２ａ及びコンタクト領域２２ｂは、表１に示す成膜条件で成膜することができる。光散乱領域２２ａとコンタクト領域２２ｂとを単層の透明導電膜として連続成膜することが好適である。特に、成膜時に下地となる光散乱領域２２ａの結晶性を引き継いでコンタクト領域２２ｂの粒経が大きくなるように、光散乱領域２２ａとコンタクト領域２２ｂとの境界近傍において、ドーピングガスの流量を切り替えることによって連続的な成膜条件として、コンタクト領域２２ｂ内のドーパント濃度が膜厚方向に緩やかに増加するように成膜することが好適である。具体的には、コンタクト領域２２ｂは、光散乱領域２２ａ側から、ドーパント濃度が膜厚方向に向けて連続的に増加する遷移領域Ｘを含むように構成される。遷移領域Ｘについては後述する。
光電変換装置２００を複数のセルを直列に接続した構成とする場合、表面電極層２２を短冊状にパターニングする。例えば、波長１０６４ｎｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ２、パルス周波数３ｋＨｚのＹＡＧレーザを用いて表面電極層２２を短冊状にパターニングすることができる。
表面電極層２２上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層のシリコン系薄膜を順に積層してａ−Ｓｉユニット２０２を形成する。ａ−Ｓｉユニット２０２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、メタン（ＣＨ４）等の炭素含有ガス、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ３）等のｎ型ドーパント含有ガス及び水素（Ｈ２）等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ法）により形成することができる。
プラズマＣＶＤ法は、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤ法を適用することが好適である。ＲＦプラズマＣＶＤ法は平行平板型とすることができる。平行平板型の電極のうち基板２０を配しない側には原料の混合ガスを供給するためのガスシャワー孔を設けた構成としてもよい。プラズマの投入電力密度は、５ｍＷ／ｃｍ２以上３００ｍＷ／ｃｍ２以下とすることが好ましい。
ｐ型層は、ｐ型ドーパント（ボロン等）を添加した膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のアモルファスシリコン層、微結晶シリコン薄膜、微結晶炭化シリコン薄膜等の単層又は積層構造とする。ｐ型層の膜質は、シリコン含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。ｉ型層は、ｐ型層上に形成されたドーパントが添加されていない膜厚５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下のアモルファスシリコン膜とする。ｉ型層の膜質は、シリコン含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。ｉ型層は、ａ−Ｓｉユニット２０２の発電層となる。ｎ型層は、ｉ型層上に形成されたｎ型ドーパント（リン等）を添加した膜厚１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のｎ型微結晶シリコン層（ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）とする。ｎ型層の膜質は、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｎ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。これに限定されるものではないが、例えば、表２に示す成膜条件でａ−Ｓｉユニット２０２を成膜することができる。
ａ−Ｓｉユニット２０２上に、中間層２４を形成する。中間層２４は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を用いることが好適である。特に、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化シリコン（ＳｉＯｘ）を用いることが好適である。中間層２４は、例えば、スパッタリング等により形成することができる。中間層２４の膜厚は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲とすることが好適である。なお、中間層２４は、設けなくてもよい。
中間層２４上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層を順に積層したμｃ−Ｓｉユニット２０４を形成する。μｃ−Ｓｉユニット２０４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、メタン（ＣＨ４）等の炭素含有ガス、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ３）等のｎ型ドーパント含有ガス及び水素（Ｈ２）等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
プラズマＣＶＤ法は、ａ−Ｓｉユニット２０２と同様に、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤ法を適用することが好適である。ＲＦプラズマＣＶＤ法は平行平板型とすることができる。平行平板型の電極のうち基板２０を配しない側には原料の混合ガスを供給するためのガスシャワー孔を設けた構成としてもよい。プラズマの投入電力密度は、５ｍＷ／ｃｍ２以上３００ｍＷ／ｃｍ２以下とすることが好ましい。
ｐ型層は、膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のｐ型ドーパント（ボロン等）が添加された微結晶シリコン層（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）とする。ｐ型層の膜質は、シリコン含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。
ｉ型層は、ｐ型層上に形成された膜厚０．５μｍ以上５μｍ以下のドーパントが添加されていない微結晶シリコン層（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）である。ｉ型層の膜質は、シリコン含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。
ｎ型層は、膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のｎ型ドーパント（リン等）が添加された微結晶シリコン層（ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）を積層して構成される。ｎ型層の膜質は、シリコン含有ガス、ｎ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。これに限定されるものではないが、例えば、表３に示す成膜条件でμｃ−Ｓｉユニット２０４を成膜することができる。
複数のセルを直列接続する場合、ａ−Ｓｉユニット２０２、中間層２４及びμｃ−Ｓｉユニット２０４を短冊状にパターニングする。表面電極層２２のパターニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射してスリットを形成し、ａ−Ｓｉユニット２０２及びμｃ−Ｓｉユニット２０４を短冊状にパターニングする。ＹＡＧレーザは、例えば、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ２、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いることが好適である。
μｃ−Ｓｉユニット２０４上に、裏面電極層２６を形成する。裏面電極層２６は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）と反射性金属との積層構造とすることが好適である。透明導電性酸化物（ＴＣＯ）としては、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）が用いられる。また、反射性金属としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が用いられる。透明導電性酸化物（ＴＣＯ）及び反射性金属は、例えば、スパッタリング等により形成することができる。裏面電極層２６は、合わせて１μｍ程度の膜厚とすることが好適である。また、裏面電極層２６には、光閉じ込め効果を高めるための凹凸を設けることが好適である。
光電変換装置２００を複数のセルを直列に接続した構成とする場合、裏面電極層２６を短冊状にパターニングする。ａ−Ｓｉユニット２０２及びμｃ−Ｓｉユニット２０４のパターニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射してスリットを形成し、裏面電極層２６を短冊状にパターニングする。ＹＡＧレーザは、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ２、パルス周波数４ｋＨｚのものを用いることが好適である。
さらに、充填材２８によって裏面電極層２６の表面をバックシート３０で被う。充填材２８及びバックシート３０は、ＥＶＡ、ポリイミド等の樹脂材料とすることができる。これによって、光電変換装置２００の発電層への水分の浸入等を防ぐことができる。
次に、表面電極層２２を光散乱領域２２ａ及びコンタクト領域２２ｂを含む単層の透明導電膜とする効果について説明する。
図３〜図５は、ガラス基板上に形成したボロン（Ｂ）をドープした酸化亜鉛（ＺｎＯ）の単膜のドーパントガスの導入量と抵抗率、光透過率及びヘイズ率との関係を示す。ただし、ドーパントガスの導入量以外は表１と同じ成膜条件とした。
なお、透明電極膜の凹凸の評価指標としてヘイズ率を用いた。ヘイズ率とは、（拡散透過率／全光線透過率）×１００［％］で表されるものである（ＪＩＳ Ｋ７１３６）。ヘイズ率の簡易評価方法としては、Ｄ６５光源もしくはＣ光源を用いたヘイズメータによる測定が一般的に用いられる。
図３から、ドーパントガスの導入量が増加するほど膜の抵抗率は低下する。一方、図４から、ドーパントガスの導入量が増加するほど光透過率は低下し、特に、５００ｎｍ以上の波長領域にて低下の程度が大きくなる。また、図５から、ドーパントガスの導入量が増加するほどヘイズ率は僅かに低下する。
図３〜図５に示すように、透明導電膜はドーパント濃度が高いほど膜の抵抗率は低下するが、光透過率及び光散乱効果が低下する。そこで、本実施の形態では、表面電極層２２全体として、高電気抵抗率、光電変換ユニットとの低コンタクト抵抗、低光吸収率及び高光散乱効果を得るために、表面電極層２２を光散乱領域２２ａ及びコンタクト領域２２ｂを含む単層の透明導電膜としている。
ここで、光散乱領域２２ａの膜厚は、図６に示すように、光散乱領域２２ａとコンタクト領域２２ｂとの合計の膜厚の半分以上とすることが好ましい。これにより、コンタクト領域２２ｂにおける光の吸収を抑制して表面電極層２２を透過して光電変換ユニットへ導入される光量を増加させることができ、光電変換装置２００の光電変換効率を向上させることができる。
また、ドーパント濃度が低いほど透明導電膜のヘイズ率は高くなるが、これは成膜時における結晶粒の成長が促進されて粒経が大きくなるためと推察される。すなわち、基板２０上への表面電極層２２の成膜初期においてコンタクト領域２２ｂよりも膜中のドーパント濃度が低い光散乱領域２２ａを成膜することによって、コンタクト領域２２ｂの成膜条件で成膜する場合に比べて透明導電膜の粒経を大きくすることができる。このように成膜された光散乱領域２２ａを設けることによって、光電変換装置２００へ入射する光が散乱されて光電変換ユニットへ導入されることになり、光閉じ込め効果が高められ、光電変換装置２００の光電変換効率を向上させることができる。
ここで、コンタクト領域２２ｂは、光散乱領域２２ａ上にコンタクト領域２２ｂを形成する際に下地となる光散乱領域２２ａの結晶性を引き継いで粒経が大きくなるように形成する。互いにドーパント濃度が異なる膜を積層する従来の透明導電膜のように、光散乱領域２２ａとコンタクト領域２２ｂとの境界のドーパント濃度の変化を急峻にすると、コンタクト領域２２ｂの成膜時において光散乱領域２２ａの結晶性が引き継がれ難くなり、コンタクト領域２２ｂの結晶粒の粒経が小さくなる。そこで、本実施の形態のように、光散乱領域２２ａとコンタクト領域２２ｂとの境界近傍においてドーパント濃度が膜厚方向に向けて緩やかに変移する遷移領域Ｘを設けることが好適である。
遷移領域Ｘは、光散乱領域２２ａとコンタクト領域２２ｂとの境界近傍において、ドーピングガスの流量を切り替えることによって、コンタクト領域２２ｂ内のドーパント濃度が膜厚方向に緩やかに増加するように連続的に形成される。ただし、ドーピングガスの切り替えを段階的に行い、徐々にドーピングガスの濃度が増加するように制御してもよい。具体的には、図６に示すように、遷移領域Ｘの膜厚は、光散乱領域２２ａとコンタクト領域２２ｂとの合計の膜厚の１／２０以上とすることが好ましい。また、遷移領域Ｘの膜厚が厚くなり過ぎると光の透光性が低下するので、遷移領域Ｘの膜厚は、光散乱領域２２ａとコンタクト領域２２ｂとの合計の膜厚の１／１０以下とすることが好ましい。ただし、コンタクト領域２２ｂは、上記条件を満たす限りにおいて、図６に示すように遷移領域Ｘよりドーパント濃度より安定している安定領域Ｙを含んでもよいし、図７に示すように全領域が遷移領域Ｘであってもよい。
このとき、光散乱領域２２ａにおけるドーパント濃度は、コンタクト領域２２ｂの遷移領域Ｘにおけるドーパント濃度より変移が少なく安定している。すなわち、光散乱領域２２ａにおけるドーパント濃度の傾きは、遷移領域Ｘの傾きよりも小さく、その境界においてドーパント濃度の変曲点を有する。また、コンタクト領域２２ｂの安定領域Ｙにおけるドーパント濃度は、コンタクト領域２２ｂの遷移領域Ｘにおけるドーパント濃度より変移が少なく安定している。すなわち、光散乱領域２２ａにおけるドーパント濃度の傾きは、遷移領域Ｘの変移の傾きよりも小さく、その境界においてドーパント濃度の変曲点を有する。
なお、表面電極層２２内のドーパント濃度は二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定することができる。このとき、膜の結晶粒の凹凸の影響を避けるため、イオンミリング等を用いて基板２０側から測定を行うことが好適である。
次に、表１に示した成膜条件において、ガラス基板上に光散乱領域２２ａ及びコンタクト領域２２ｂを形成し、その全膜厚を２．０μｍとし、それぞれの膜厚の比を１：１及び１：３とした場合についてヘイズ率と全透過率の測定を行った。また、光散乱領域２２ａは形成せず、コンタクト領域２２ｂのみを２．０μｍの膜厚で形成して比較例とした。
測定の結果、いずれの膜厚比においてもヘイズ率はほぼ一定であり、比較例とも差がなかった。全透過率は、図８に示すように、光散乱領域２２ａの膜厚を増加させるにつれて大きくなった。
表４は、上記実施の形態の成膜条件で形成した光電変換装置２００の特性を示す。ここで、実施例１〜実施例３は、表１に示した成膜条件において表面電極層２２を形成し、光散乱領域２２ａとコンタクト領域２２ｂの膜厚の比をそれぞれ１：１、２：１及び３：１とした。比較例１及び比較例２は、それぞれコンタクト領域２２ｂのみ及び光散乱領域２２ａのみとした。また、表面電極層２２の全膜厚はすべて２μｍとし、遷移領域Ｘは全膜厚の１／２０以上１／１０以下の範囲とした。なお、表４では、比較例２の測定値を１として規格化した値を示す。
比較例２に対して、開放電圧は実施例１〜３のいずれでも高くなり、短絡電流は実施例１では低くなったが実施例２及び３では変わらず、曲線因子（ＦＦ）は実施例１〜３のいずれでも高くなり、効率は実施例１〜３のいずれでも高くなった。実施例２において最も効率が良くなった理由は、光散乱領域２２ａを薄くすると光散乱効果の低下及び光吸収の増加に伴って短絡電流が低下し、コンタクト領域２２ｂを薄くすると表面電極層２２の抵抗及び光電変換ユニットとのコンタクト抵抗の増加に伴って曲線因子が低下するためと推察される。
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態における光起電力装置２０６は、図９に示すように、基板２０を光入射側として、光入射側から、表面電極層４０、トップセルとして広いバンドギャップを有するアモルファスシリコン光電変換ユニット（ａ−Ｓｉユニット）２０２、中間層２４、ボトムセルとしてａ−Ｓｉユニット２０２よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン光電変換ユニット（μｃ−Ｓｉユニット）２０４、裏面電極層２６、充填材２８及びバックシート３０を積層した構造を有している。
第２の実施の形態における光起電力装置２０６は、図９に示すように、基板２０を光入射側として、光入射側から、表面電極層４０、トップセルとして広いバンドギャップを有するアモルファスシリコン光電変換ユニット（ａ−Ｓｉユニット）２０２、中間層２４、ボトムセルとしてａ−Ｓｉユニット２０２よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン光電変換ユニット（μｃ−Ｓｉユニット）２０４、裏面電極層２６、充填材２８及びバックシート３０を積層した構造を有している。
基板２０上に表面電極層４０が形成される。表面電極層４０は、単層の透明導電膜で構成される。透明導電膜は、上記表面電極層２２と同様の材質、製膜方法で形成することができる。
本実施の形態では、図１０に示すように、表面電極層４０は、基板２０側から順に第１透明導電領域４０ａ、第２透明導電領域４０ｂ及び第３透明導電領域４０ｃを積層した構成を含む。第１透明導電領域４０ａは、表面電極層４０において全体的な導電性を高めるために設けられる。第２透明導電領域４０ｂは、表面電極層４０において結晶粒を拡大させ、テクスチャ構造の凹凸を増大による光散乱効果を向上させるために設けられる。第３透明導電領域４０ｃは、表面電極層４０上に形成される層（ａ−Ｓｉユニット２０２）との電気的な接触抵抗を低減させるために設けられる。
図１１は、表面電極層４０における膜厚方向のドーパント濃度の変化を示す。第２透明導電領域４０ｂの膜中のｎ型ドーパント濃度は、第１透明導電領域４０ａのｎ型ドーパント濃度の１／２以下とすることが好適である。なお、第２透明導電領域４０ｂは、ｎ型ドーパントを導入しない領域としてもよい。また、第３透明導電領域４０ｃのｎ型ドーパント濃度は、第１透明導電領域４０ａの２倍以上とすることが好適である。第１透明導電領域４０ａのドーパント濃度は、１×１０２０／ｃｍ３以上５×１０２０／ｃｍ３以下とすることが好適である。
第２透明導電領域４０ｂの膜中のｎ型ドーパント濃度を第１透明導電領域４０ａのｎ型ドーパント濃度の１／２以下とすることによって、第２透明導電領域４０ｂの結晶粒の成長が促進され、テクスチャ構造の凹凸の増大による光散乱効果を向上させることができる。また、第３透明導電領域４０ｃのｎ型ドーパント濃度は、第１透明導電領域４０ａの２倍以上とすることによって、表面電極層４０と表面電極層４０上に形成される層（ａ−Ｓｉユニット２０２）との電気的なコンタクト性を向上させることができる。
また、第１透明導電領域４０ａと第２透明導電領域４０ｂとの界面には、ドーパント濃度を連続的又は断続的に低減させた第１遷移領域４０ｄを設けることが好適である。また、第２透明導電領域４０ｂと第３透明導電領域４０ｃとの界面には、ドーパント濃度を連続的又は断続的に増加させた第２遷移領域４０ｅを設けることが好適である。第１遷移領域４０ｄは、下地となる第１透明導電領域４０ａと第２透明導電領域４０ｂとの密着性を向上させ、界面における接触抵抗を低減させることを可能とすると考えられる。また、第２遷移領域４０ｅは、下地となる第２透明導電領域４０ｂの結晶性等を第３透明導電領域４０ｃに引き継がせ、第３透明導電領域４０ｃのテクスチャ構造の光散乱特性を高めることを可能とすると考えられる。
例えば、ドーパント濃度が１×１０２０／ｃｍ３以上５×１０２０／ｃｍ３となるようにドーピングガスを導入しつつ第１透明導電領域４０ａを成膜後、第１透明導電領域４０ａの１／２以下のドーパント濃度となるようにドーピングガスを減らして第２透明導電領域４０ｂを成膜する。さらに、第２透明導電領域４０ｂを成膜後、第１透明導電領域４０ａのドーパント濃度の２倍以上となるようにドーピングガスを増やして第３透明導電領域４０ｃを成膜する。第１遷移領域４０ｄ及び第２遷移領域４０ｅは、成膜中にドーピングガスの導入量を連続的又は断続的に変化させて形成することができる。
なお、表面電極層４０内のドーパント濃度は二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定することができる。このとき、膜の結晶粒の凹凸の影響を避けるため、イオンミリング等を用いて基板２０側から測定を行うことが好適である。
表面電極層４０の全体の膜厚は、１．７μｍ程度とする。第１遷移領域４０ｄ及び第２遷移領域４０ｅの膜厚は、表面電極層４０の全体の膜厚の５％以上１０％以下とすることが好適である。第１遷移領域４０ｄ及び第２遷移領域４０ｅの膜厚が薄いと、密着性の向上効果、結晶性の継承効果が得られにくく、膜厚が厚いと、膜厚増加による透光性の低下に繋がる。また、第２透明導電領域４０ｂの膜厚は、表面電極層４０の全体の膜厚の１０％以上７０％以下が好適である。第２透明導電領域４０ｂの膜厚が薄いと、結晶粒成長（＝光散乱）の効果が得られにくく、膜厚が厚いと、膜の抵抗増加で透明導電膜としての特性の低下に繋がる。
例えば、第１透明導電領域４０ａの膜厚は８００ｎｍ、第２透明導電領域４０ｂの膜厚は６００ｎｍ、第３透明導電領域４０ｃの膜厚は１００ｎｍとすることが好適である。第１遷移領域４０ｄ及び第２遷移領域４０ｅを設ける場合には、それらの膜厚は１００ｎｍとすることが好適である。
表面電極層４０の成膜条件の例を表５に纏めて示す。表５では、第２透明導電領域４０ｂのドーパント濃度を１として規格化したドーパント濃度比を示している。
光起電力装置２０６を複数のセルを直列に接続した構成とする場合、表面電極層４０を短冊状にパターニングする。例えば、波長１０６４ｎｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ２、パルス周波数３ｋＨｚのＹＡＧレーザを用いて表面電極層４０を短冊状にパターニングすることができる。
表面電極層４０上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層のシリコン系薄膜を順に積層してａ−Ｓｉユニット２０２を形成する。また、ａ−Ｓｉユニット２０２上に、中間層２４を形成する。また、中間層２４上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層を順に積層したμｃ−Ｓｉユニット２０４を形成する。これらの形成方法は第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
複数のセルを直列接続する場合、ａ−Ｓｉユニット２０２、中間層２４及びμｃ−Ｓｉユニット２０４を短冊状にパターニングする。表面電極層４０のパターンニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射してスリットを形成し、ａ−Ｓｉユニット２０２及びμｃ−Ｓｉユニット２０４を短冊状にパターニングする。ＹＡＧレーザは、例えば、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ２、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いることが好適である。
複数のセルを直列接続する場合、ａ−Ｓｉユニット２０２、中間層２４及びμｃ−Ｓｉユニット２０４を短冊状にパターニングする。表面電極層４０のパターンニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射してスリットを形成し、ａ−Ｓｉユニット２０２及びμｃ−Ｓｉユニット２０４を短冊状にパターニングする。ＹＡＧレーザは、例えば、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ２、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いることが好適である。
μｃ−Ｓｉユニット２０４上に、裏面電極層２６を形成する。裏面電極層２６の形成方法は第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。さらに、充填材２８によって裏面電極層２６の表面をバックシート３０で被う。充填材２８及びバックシート３０は、ＥＶＡ、ポリイミド等の樹脂材料とすることができる。これによって、光起電力装置２０６の発電層への水分の浸入等を防ぐことができる。
次に、以下では、表６に示す成膜条件で基板２０上に単膜として表面電極層４０を成膜した実施例４、比較例３及び４を参照して、表面電極層４０を第１透明導電領域４０ａ、第２透明導電領域４０ｂ及び第３透明導電領域４０ｃを含む透明導電層とする効果について説明する。なお、実施例４、比較例３及び４では、第１透明導電領域４０ａ、第２透明導電領域４０ｂ及び第３透明導電領域４０ｃのドーパント濃度比は、１：０：２．４とした。また、各領域の成膜順及び膜厚比は表７の通りとした。第１遷移領域４０ｄ及び第２遷移領域４０ｅは、それぞれ表面電極層４０の全体の膜厚の５％以上１０％以下としたが、それらの膜厚は第１透明導電領域４０ａ、第２透明導電領域４０ｂ及び第３透明導電領域４０ｃに含まれるものとして示している。
表８は、実施例４及び比較例３，４についてシート抵抗、抵抗率及びヘイズ率の測定結果を示す。
なお、透明電極膜の凹凸の評価指標としてヘイズ率を用いた。ヘイズ率とは、（拡散透過率／全光線透過率）×１００［％］で表されるものである（ＪＩＳ Ｋ７１３６）。ヘイズ率の簡易評価方法としては、Ｄ６５光源もしくはＣ光源を用いたヘイズメータによる測定が一般的に用いられる。
比較例３に比べて、実施例４ではシート抵抗及び抵抗率は高くなった。これは、実施例４では、第１透明導電領域４０ａより低ドーパント濃度の第２透明導電領域４０ｂを含むのに対して、比較例３では、低ドーパント濃度の第２透明導電領域４０ｂを含まないからである。
一方、ヘイズ率は、比較例３に比べて実施例４では高くなった。ドーパント濃度が低いほど透明導電膜のヘイズ率は高くなるが、これは成膜時における結晶粒の成長が促進されて粒径が大きくなるためと推察される。すなわち、実施例４では、第２透明導電領域４０ｂを挟み込むことによって、比較例３に比べて表面電極層４０中の結晶粒が大きくなり、その影響により表面電極層４０の表面のテクスチャ構造の凹凸が大きくなったものと考えられる。
また、比較例４と実施例４では、第１透明導電領域４０ａ及び第２透明導電領域４０ｂの膜厚は等しく、その成膜順が異なるだけであるので、シート抵抗及び抵抗率は略等しくなった。
一方、ヘイズ率は、比較例４に比べて実施例４では高くなった。これは、比較例４では、表面電極層４０の成膜初期には低ドーパント濃度の第２透明導電領域４０ｂによって結晶粒が大きく成長するが、その後成膜される第１透明導電領域４０ａによって結晶粒の成長が緩和されてしまうためと推察される。これに対して、実施例４では、第１透明導電領域４０ａによってある程度の結晶成長が進んだ後に第２透明導電領域４０ｂによってさらに結晶粒が拡大されると推察される。
ここで、第１透明導電領域４０ａと第２透明導電領域４０ｂとの境界近傍においてドーパント濃度が膜厚方向に向けて緩やかに変移する第１遷移領域４０ｄを設けることにより、第１透明導電領域４０ａと第２透明導電領域４０ｂとの密着性が高くなる。ただし、第１遷移領域４０ｄの膜厚が厚くなり過ぎると光の透光性が低下するので、第１遷移領域４０ｄの膜厚は、表面電極層４０の全体の膜厚の５％以上１０％以下とすることが好ましい。
また、第２遷移領域４０ｅを設けることによって、第２透明導電領域４０ｂ上に第３透明導電領域４０ｃを形成する際に下地となる第２透明導電領域４０ｂの結晶性を引き継いで結晶粒がより大きくなると考えられる。すなわち、ドーパント濃度が異なる膜を積層する際に第２透明導電領域４０ｂと第３透明導電領域４０ｃとの境界のドーパント濃度の変化を急峻にすると、第３透明導電領域４０ｃの成膜時において第２透明導電領域４０ｂの結晶性が引き継がれ難くなり、第３透明導電領域４０ｃの結晶粒の粒径が小さくなる。そこで、第２透明導電領域４０ｂと第３透明導電領域４０ｃとの境界近傍においてドーパント濃度が膜厚方向に向けて緩やかに変移する第２遷移領域４０ｅを設けることが好適である。これにより、第３透明導電領域４０ｃのテクスチャ構造の凹凸が大きくなり、光散乱特性が高められると考えられる。ただし、第２遷移領域４０ｅの膜厚が厚くなり過ぎると光の透光性が低下するので、第２遷移領域４０ｅの膜厚は、表面電極層４０の全体の膜厚の５％以上１０％以下とすることが好ましい。
このように実施例４ではヘイズ率が高まり、光起電力装置２０６へ入射する光が散乱されて光電変換ユニットへ導入されることになり、光閉じ込め効果が高められ、光起電力装置２０６の光電変換効率を向上させることができる。
図１２は、実施例４及び比較例３、４の波長に対する透過率を示す。図１２に示すように、比較例３に対して実施例４は６５０ｎｍ以上より長波長領域において高い透過率を示した。また、比較例４に対して実施例４は同程度の透過率を示した。
透明導電膜ではドーパント濃度が高くなるにつれて長波長光の透過率は低下する。したがって、比較例３では、低ドーパント濃度の第２透明導電領域４０ｂを含まないので、実施例４及び比較例４に対して透過率は低下したものと推察される。一方、実施例４と比較例４では、第１透明導電領域４０ａ及び第２透明導電領域４０ｂの膜厚は等しく、その成膜順が異なるだけであるので、透過率は略等しくなったものと推察される。
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態における光起電力装置２０８は、図１３に示すように、基板２０を光入射側として、光入射側から、表面電極層４２、トップセルとして広いバンドギャップを有するアモルファスシリコン光電変換ユニット（ａ−Ｓｉユニット）２０２、中間層２４、ボトムセルとしてａ−Ｓｉユニット２０２よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン光電変換ユニット（μｃ−Ｓｉユニット）２０４、裏面電極層２６、充填材２８及びバックシート３０を積層した構造を有している。
第３の実施の形態における光起電力装置２０８は、図１３に示すように、基板２０を光入射側として、光入射側から、表面電極層４２、トップセルとして広いバンドギャップを有するアモルファスシリコン光電変換ユニット（ａ−Ｓｉユニット）２０２、中間層２４、ボトムセルとしてａ−Ｓｉユニット２０２よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン光電変換ユニット（μｃ−Ｓｉユニット）２０４、裏面電極層２６、充填材２８及びバックシート３０を積層した構造を有している。
基板２０上に表面電極層４２が形成される。表面電極層４２は、単層の透明導電膜で構成される。透明導電膜は、上記表面電極層２２，４０と同様の材質、製膜方法で形成することができる。
本実施の形態では、図１４に示すように、表面電極層４２は、基板２０側から順に第１透明導電領域４２ａ、第２透明導電領域４２ｂ及び第３透明導電領域４２ｃを積層した構成を含む。第１透明導電領域４２ａは、表面電極層４２において全体的な導電性を高めるために設けられる。第２透明導電領域４２ｂは、表面電極層４２において結晶粒を拡大させ、テクスチャ構造の凹凸を増大による光散乱効果を向上させるために設けられる。第３透明導電領域４２ｃは、表面電極層４２上に形成される層（ａ−Ｓｉユニット２０２）との電気的な接触抵抗を低減させるために設けられる。
図１５は、表面電極層４２における膜厚方向のドーパント濃度の変化を示す。第２透明導電領域４２ｂの膜中のｎ型ドーパント濃度は、第１透明導電領域４２ａのｎ型ドーパント濃度の１／２以下とすることが好適である。なお、第２透明導電領域４２ｂは、ｎ型ドーパントを導入しないノンドープ領域としてもよい。ここで、ノンドープ領域とは、ドープ濃度が二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で測定し、１×１０１９／ｃｍ３未満の領域を意味する。
また、第３透明導電領域４２ｃのｎ型ドーパント濃度は、第１透明導電領域４２ａの２倍以上とすることが好適である。第１透明導電領域４２ａのドーパント濃度は、１×１０２０／ｃｍ３以下とすることが好適である。
第２透明導電領域４２ｂの膜中のｎ型ドーパント濃度を第１透明導電領域４２ａのｎ型ドーパント濃度の１／２以下とすることによって、第２透明導電領域４２ｂの結晶粒の成長が促進され、テクスチャ構造の凹凸の増大による光散乱効果を向上させることができる。
また、第３透明導電領域４２ｃのｎ型ドーパント濃度は、第１透明導電領域４２ａの２倍以上とすることによって、表面電極層４２と表面電極層４２上に形成される層（ａ−Ｓｉユニット２０２）との電気的なコンタクト性を向上させることができる。なお、表面電極層４２上に形成される層（ａ−Ｓｉユニット２０２）との電気的な接触抵抗を十分に低減できる場合には、第３透明導電領域４２ｃは必ずしも設けなくてもよい。
また、第１透明導電領域４２ａと第２透明導電領域４２ｂとの界面には、ドーパント濃度を連続的又は断続的に低減させた第１遷移領域４２ｄを設けることが好適である。また、第２透明導電領域４２ｂと第３透明導電領域４２ｃとの界面には、ドーパント濃度を連続的又は断続的に増加させた第２遷移領域４２ｅを設けることが好適である。第１遷移領域４２ｄは、下地となる第１透明導電領域４２ａと第２透明導電領域４２ｂとの密着性を向上させ、界面における接触抵抗を低減させることを可能とすると考えられる。また、第２遷移領域４２ｅは、下地となる第２透明導電領域４２ｂの結晶性等を第３透明導電領域４２ｃに引き継がせ、第３透明導電領域４２ｃのテクスチャ構造の光散乱特性を高めることを可能とすると考えられる。
例えば、ドーパント濃度が１×１０２０／ｃｍ３以下となるようにドーピングガスを導入しつつ第１透明導電領域４２ａを成膜後、第１透明導電領域４２ａの１／２以下のドーパント濃度となるようにドーピングガスを減らして第２透明導電領域４２ｂを成膜する。さらに、第２透明導電領域４２ｂを成膜後、第１透明導電領域４２ａのドーパント濃度の２倍以上となるようにドーピングガスを増やして第３透明導電領域４２ｃを成膜する。第１遷移領域４２ｄ及び第２遷移領域４２ｅは、成膜中にドーピングガスの導入量を連続的又は断続的に変化させて形成することができる。
なお、第３透明導電領域４２ｃを設けない場合には、第２遷移領域４２ｅは設ける必要はない。
表面電極層４２内のドーパント濃度は二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定することができる。このとき、膜の結晶粒の凹凸の影響を避けるために、基板２０側から測定を行うことが好適である。
図１６は、基板１０上に単膜として表面電極層４２を形成したときの膜厚に対する膜のヘイズ率の変化を示す。図１６には、膜厚に対する膜のヘイズ率の実測をシンボル（◆）で示し、その近似曲線を実線で示した。図１６に示されるように、表面電極層４２のドーパント濃度に依らず、膜厚が５００ｎｍ程度となるまでヘイズ率は増加せず、５００ｎｍを越えると徐々にヘイズ率が増加する。また、表面電極層４２のドーパント濃度が低い程、ヘイズ率の増加率はラインＡに近づき、表面電極層４２のドーパント濃度が高い程、ヘイズ率の増加率はラインＢに近づく傾向を示す。すなわち、表面電極層４２のドーパント濃度が低い程、５００ｎｍを越えてからのヘイズ率の増加速度は大きくなる。
そこで、膜厚が５００ｎｍ以上となるまで第１透明導電領域４２ａを成膜した後、第２透明導電領域４２ｂを形成することが好適である。第２透明導電領域４２ｂよりドーパント濃度が高い第１透明導電領域４２ａを少なくとも５００ｎｍまで成膜することにより、表面電極層４２全体としての導電性を高めることができる。一方、膜厚が５００ｎｍ以上となった後に第１透明導電領域４２ａに対してドーパント濃度が低い第２透明導電領域４２ｂを形成することで、膜厚に対するヘイズ率の増加率を高めることができる。例えば、図１７に示すように、膜厚が５００ｎｍ以上となる点Ｃまで第１透明導電領域４２ａの成膜を行い、その後、第２透明導電領域４２ｂの成膜に切り替えてヘイズ率の増加速度の向上を図る。これにより、ドーパント濃度に依らずヘイズ率が変化しない５００ｎｍまでの第１透明導電領域４２ａにおいて表面電極層４２全体としての導電性を確保しつつ、第２透明導電領域４２ｂを積層することにより表面電極層４２全体として薄い膜厚にて高いヘイズ率を得ることができる。
なお、第１透明導電領域４２ａの膜厚は２０００ｎｍ以下とすることが好適である。第１透明導電領域４２ａの膜厚を不必要に大きくすると、第１透明導電領域４２ａにおける光の吸収量が増加し、光起電力装置１００での効率の低下を招く。また、第２透明導電領域４２ｂの膜厚は、表面電極層４２の全体の膜厚の５％以上７０％以下が好適である。第２透明導電領域４２ｂの膜厚が薄いと、結晶粒成長（＝光散乱）の効果が得られにくく、膜厚が厚いと、膜の抵抗増加で透明導電膜としての特性の低下に繋がる。また、表面電極層４２の全体の膜厚は２．１μｍ程度とすることが好適である。
第１遷移領域４２ｄ及び第２遷移領域４２ｅの膜厚は、表面電極層４２の全体の膜厚の５％以上１０％以下とすることが好適である。第１遷移領域４２ｄ及び第２遷移領域４２ｅの膜厚が薄いと、密着性の向上効果、結晶性の継承効果が得られにくく、膜厚が厚いと、膜厚増加による透光性の低下に繋がる。
例えば、表６に示す成膜条件において、第１透明導電領域４２ａの膜厚は１３００ｎｍ、第２透明導電領域４２ｂの膜厚は３５０ｎｍ、第３透明導電領域４２ｃの膜厚は３０ｎｍとすることが好適である。第１遷移領域４２ｄ及び第２遷移領域４２ｅを設ける場合には、それらの膜厚は２００ｎｍとすることが好適である。この場合、図１８の試料２として示すように、ヘイズ率は４４を越えた。一方、先に第２透明導電領域４２ｂを３５０ｎｍの膜厚で成膜し、その後、第１透明導電領域４２ａを１３００ｎｍの膜厚で成膜し、第３透明導電領域４２ｃの膜厚を３０ｎｍとした場合、図１８の試料１として示すように、ヘイズ率は３９程度に留まった。
光起電力装置２０８を複数のセルを直列に接続した構成とする場合、表面電極層４２を短冊状にパターニングする。例えば、波長１０６４ｎｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ２、パルス周波数３ｋＨｚのＹＡＧレーザを用いて表面電極層４２を短冊状にパターニングすることができる。
表面電極層４２上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層のシリコン系薄膜を順に積層してａ−Ｓｉユニット２０２を形成する。また、ａ−Ｓｉユニット２０２上に、中間層２４を形成する。また、中間層２４上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層を順に積層したμｃ−Ｓｉユニット２０４を形成する。これらの形成方法は第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
複数のセルを直列接続する場合、ａ−Ｓｉユニット２０２、中間層２４及びμｃ−Ｓｉユニット２０４を短冊状にパターニングする。表面電極層４２のパターンニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射してスリットを形成し、ａ−Ｓｉユニット２０２及びμｃ−Ｓｉユニット２０４を短冊状にパターニングする。ＹＡＧレーザは、例えば、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ２、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いることが好適である。
μｃ−Ｓｉユニット２０４上に、裏面電極層２６を形成する。裏面電極層２６の形成方法は第１及び第２の実施の形態と同様であるので説明を省略する。さらに、充填材２８によって裏面電極層２６の表面をバックシート３０で被う。充填材２８及びバックシート３０は、ＥＶＡ、ポリイミド等の樹脂材料とすることができる。これによって、光起電力装置２０８の発電層への水分の浸入等を防ぐことができる。
以上のように、上記の各実施の形態によれば、低コンタクト抵抗、高電気伝導率、低光吸収率、高光散乱効果を有する透明電極膜を実現し、これを表面電極層に適用することによって光電変換装置の性能を向上させることができる。
（附記）
本願発明の１つの態様は、基板と、前記基板上に形成された透明導電層と、前記透明導電層上に形成された光電変換ユニットと、を備え、前記透明導電層は、前記基板上に形成され、第１ボロン濃度を有する第１透明導電領域と、前記第１透明導電領域より前記光電変換ユニット側に位置し、前記第１ボロン濃度の１／２以下の第２ボロン濃度を有する第２透明導電領域と、前記第２透明導電領域より前記光電変換ユニット側に位置し、前記第１ボロン濃度以上である第３ボロン濃度を有する第３透明導電領域と、を含む、光電変換装置である。
本願発明の１つの態様は、基板と、前記基板上に形成された透明導電層と、前記透明導電層上に形成された光電変換ユニットと、を備え、前記透明導電層は、前記基板上に形成され、第１ボロン濃度を有する第１透明導電領域と、前記第１透明導電領域より前記光電変換ユニット側に位置し、前記第１ボロン濃度の１／２以下の第２ボロン濃度を有する第２透明導電領域と、前記第２透明導電領域より前記光電変換ユニット側に位置し、前記第１ボロン濃度以上である第３ボロン濃度を有する第３透明導電領域と、を含む、光電変換装置である。
また、別の態様は、基板と、前記基板上に形成された透明導電層と、前記透明導電層上に形成された光電変換ユニットと、を備え、前記透明導電層は、前記基板上に形成され、第１ボロン濃度を有する第１透明導電領域と、前記基板から前記光電変換ユニット側に５００ｎｍ以上離れた位置に、前記第１ボロン濃度の１／２以下の第２ボロン濃度を有する第２透明導電領域と、を含む、光電変換装置である。
１０ 基板、１２ 表面電極層、１４ 光電変換ユニット、１６ 裏面電極層、２０ 基板、２２ 表面電極層、２２ａ 光散乱領域、２２ｂ コンタクト領域、２４ 中間層、２６ 裏面電極層、２８ 充填材、３０ バックシート、４０ 表面電極層、４０ａ 第１透明導電領域、４０ｂ 第２透明導電領域、４０ｃ 第３透明導電領域、４０ｄ 第１遷移領域、４０ｅ 第２遷移領域、４２ 表面電極層、４２ａ 第１透明導電領域、４２ｂ 第２透明導電領域、４２ｃ 第３透明導電領域、４２ｄ 第１遷移領域、４２ｅ 第２遷移領域、１００，２００，２０６，２０８ 光電変換装置。
Claims (12)
- 基板と、
前記基板上に形成された表面電極層と、
前記表面電極層上に形成された光電変換ユニットと、
を備え、
前記表面電極層は、
ドーパントを含む透明導電膜で構成され、
第１のドーパント濃度であり、前記表面電極層の全膜厚の半分以上の膜厚を有する第１透明導電体領域と、
前記第１透明導電体領域の前記光電変換ユニット側に位置し、前記第１透明導電体領域からドーパント濃度が連続して増加する遷移領域を含む第２透明導電体領域と、
を有することを特徴とする光電変換装置。 - 請求項１に記載の光電変換装置であって、
前記第２透明導電体領域は、前記第１のドーパント濃度よりも高い第２のドーパント濃度であり、前記遷移領域よりドーパント濃度の変移が小さい安定領域を含むことを特徴とする光電変換装置。 - 請求項１又は２に記載の光電変換装置であって、
前記遷移領域の膜厚は、前記表面電極層の全膜厚の１／２０以上１／１０以下であることを特徴とする光電変換装置。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換装置であって、
前記第１透明導電体領域は、前記基板と接し、
前記第２透明導電体領域は、前記光電変換ユニットと接していることを特徴とする光電変換装置。 - 基板と、
前記基板上に形成された透明導電層と、
前記透明導電層上に形成された光電変換ユニットと、
を備え、
前記透明導電層は、
前記基板上に形成され、第１ボロン濃度を有する第１透明導電領域と、
前記第１透明導電領域より前記光電変換ユニット側に位置し、前記第１ボロン濃度の１／２以下の第２ボロン濃度を有する第２透明導電領域と、
前記第２透明導電領域より前記光電変換ユニット側に位置し、前記第１ボロン濃度以上である第３ボロン濃度を有する第３透明導電領域と、
を含むことを特徴とする光起電力装置。 - 基板と、
前記基板上に形成された透明導電層と、
前記透明導電層上に形成された光電変換ユニットと、
を備え、
前記透明導電層は、
前記基板上に形成され、第１ボロン濃度を有する第１透明導電領域と、
前記基板から前記光電変換ユニット側に５００ｎｍ以上離れた位置に、前記第１ボロン濃度の１／２以下の第２ボロン濃度を有する第２透明導電領域と、
を含むことを特徴とする光起電力装置。 - 請求項６に記載の光起電力装置であって、
前記第２透明導電領域は、ドーパントを含まないノンドープ層であることを特徴とする光起電力装置。 - 請求項６又は７に記載の光起電力装置であって、
前記第２透明導電領域より前記光電変換ユニット側に位置し、前記第１ボロン濃度以上である第３ボロン濃度を有する第３透明導電領域を含むことを特徴とする光起電力装置。 - 請求項５〜８のいずれか１項に記載の光起電力装置であって、
前記第２透明導電領域の膜厚は、前記透明導電層の全膜厚の１０％以上７０％以下であることを特徴とする光起電力装置。 - 請求項５〜９のいずれか１項に記載の光起電力装置であって、
前記第１透明導電領域と前記第２透明導電領域との間に、前記第１ボロン濃度から前記第２ボロン濃度に遷移する前記透明導電層の全膜厚の５％以上１０％以下の膜厚を有する第１遷移領域を有することを特徴とする光起電力装置。 - 請求項５又は８に記載の光起電力装置であって、
前記第３ボロン濃度は、前記第１ボロン濃度の２倍以上であることを特徴とする光起電力装置。 - 請求項５及び８〜１１のいずれか１項に記載の光起電力装置であって、
前記第１透明導電領域は、前記基板と接し、
前記第３透明導電領域は、前記光電変換ユニットと接していることを特徴とする光起電力装置。
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