WO2009116578A1

WO2009116578A1 - 太陽電池

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Publication number: WO2009116578A1
Application number: PCT/JP2009/055310
Authority: WO
Inventors: 茂郎矢田
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2009-09-24
Also published as: US20120138126A1; CN101978512B; CN101978512A; JP2009231505A; TW200941748A

Abstract

　太陽電池１０は、受光面電極層２と、裏面電極層４と、受光面電極層２と裏面電極層４との間に設けられた積層体３とを備える。積層体３は、第１光電変換部３１と、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とを含む。反射層３２は、屈折率調整材を含む低屈折率層３２ｂと、低屈折率層３２ｂと第１光電変換部３１との間に介挿されたコンタクト層３２ａとを有する。屈折率調整材を構成する材料の屈折率は、コンタクト層３２ａを構成する材料の屈折率よりも低い。低屈折率層３２ｂの屈折率は、コンタクト層３２ａの屈折率よりも低い。

Description

太陽電池

　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手法が知られている。この手法によれば、光電変換部を透過した光の一部が反射層によって光電変換部側に反射されるので、光電変換部において吸収される光の量を増加することができる。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を向上することができる。

　このような反射層には、一般的に、透光性導電材料である酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられる（Michio Kondo et al., “Four terminal cell analysis of amorphous / microcrystalline Si tandem cell”参照）。

　一方で、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には、反射層における光の反射率を高めることで、光電変換部において生成される光生成キャリアを増加することが有効である。

　そこで、本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、光電変換効率を向上可能な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１０は、導電性及び透光性を有する受光面電極層２と、導電性を有する裏面電極層４と、前記受光面電極層２と前記裏面電極層４との間に設けられた積層体３とを備え、前記積層体３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３１と、前記第１光電変換部３１を透過した光の一部を前記第１光電変換部３１側に反射する反射層３２とを含み、前記反射層３２は、屈折率調整材を含む低屈折率層３２ｂと、前記低屈折率層３２ｂと前記第１光電変換部３１との間に介挿されたコンタクト層３２ａとを有し、前記屈折率調整材を構成する材料の屈折率は、前記コンタクト層３２ａを構成する材料の屈折率よりも低く、前記低屈折率層３２ｂの屈折率は、前記コンタクト層３２ａの屈折率よりも低いことを要旨とする。

　本発明の第１の特徴に係る太陽電池１０によれば、反射層３２が、屈折率調整材を含む低屈折率層３２ｂを含むため、ＺｎＯなどを主体とする従来の反射層よりも反射層３２の反射率を高めることができる。また、コンタクト層３２ａが、低屈折率層３２ｂと第１光電変換部３１との間に介挿されているため、低屈折率層３２ｂと第１光電変換部３１とが直接接触することに起因する太陽電池１０全体におけるシリーズ抵抗（直列抵抗）値の増大を抑制することができる。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。

　本発明の一の特徴は、本発明の上述した特徴に係り、前記積層体３は、前記第１光電変換部３１と、前記反射層３２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３３とが前記受光面電極層２側から順に積層された構成を有し、前記反射層３２は、前記低屈折率層３２ｂと前記第２光電変換部３３との間に介挿された他のコンタクト層３２ｃをさらに有し、前記屈折率調整材を構成する材料の屈折率は、前記他のコンタクト層３２ｃを構成する材料の屈折率よりも低く、前記低屈折率層３２ｂの屈折率は、前記他のコンタクト層３２ｃの屈折率よりも低いことを要旨とする。

　本発明の一の特徴は、本発明の上述した特徴に係り、前記コンタクト層３２ａは、前記第１光電変換部３１との間のコンタクト抵抗値が、前記低屈折率層３２ｂと前記第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により構成されることを要旨とする。

　本発明の一の特徴は、本発明の上述した特徴に係り、前記他のコンタクト層３２ｃは、前記第２光電変換部３３との間のコンタクト抵抗値が、前記低屈折率層３２ｂと前記第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により構成されることを要旨とする。

　本発明の一の特徴は、本発明の上述した特徴に係り、前記コンタクト層３２ａ又は前記他のコンタクト層３２ｃの少なくとも一方は、酸化亜鉛又は酸化インジウムを含むことを要旨とする。

　本発明の一の特徴に係る太陽電池１０は、絶縁性及び透光性を有する基板１上に、第１太陽電池素子１０ａ及び第２太陽電池素子１０ａを有する太陽電池１０であって、前記第１太陽電池素子１０ａ及び前記第２太陽電池素子１０ａのそれぞれは、導電性及び透光性を有する受光面電極層２と、導電性を有する裏面電極層４と、前記受光面電極２層と前記裏面電極層４との間に設けられた積層体３とを備え、前記積層体３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３１と、前記第１光電変換部３１を透過した光の一部を前記第１光電変換部３１側に反射する反射層３２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３３とを含み、前記第１太陽電池素子１０ａの前記裏面電極層４は、前記第２太陽電池素子１０ａの前記受光面電極層２に向かって延在する延在部４ａを有し、前記延在部４ａは、前記第１太陽電池素子１０ａに含まれる前記積層体３の側面に沿って形成され、前記延在部４ａは、前記第１太陽電池素子１０ａに含まれる前記積層体３の前記側面に露出した前記反射層３２に接しており、前記反射層３２は、屈折率調整材を含む低屈折率層３２ｂと、前記低屈折率層３２ｂと前記第１光電変換部３１との間に介挿されたコンタクト層３２ａと、前記低屈折率層３２ｂと前記第２光電変換部３３との間に介挿された他のコンタクト層３２ｃとを有し、前記屈折率調整材を構成する材料の屈折率は、前記コンタクト層３２ａを構成する材料の屈折率及び前記他のコンタクト層３２ｃを構成する材料の屈折率よりも低く、前記低屈折率層３２ｂの屈折率は、前記コンタクト層３２ａの屈折率及び前記他のコンタクト層３２ｃの屈折率よりも低いことを要旨とする。

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５は、本発明の比較例１及び比較例２に係る太陽電池２０の断面図である。図６は、本発明の比較例３に係る太陽電池３０の断面図である。

　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。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（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、又は酸化チタン（ＴｉＯ_２）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型非晶質シリコン半導体と、ｉ型非晶質シリコン半導体と、ｎ型非晶質シリコン半導体とが基板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２層３２ｂは、樹脂などにより構成されるバインダーと、透光性導電材料と、屈折率調整材とを含む。バインダーとしては、シリカなどを用いることができる。また、透光性導電材料としては、ＺｎＯ、ＩＴＯなどを用いることができる。また、屈折率調整材としては、第１層３２ａよりも低い屈折率を有する材料が用いられる。例えば、屈折率調整材としては、気泡、あるいはＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，ＣａＦ_２，ＮａＦ，ＣａＯ，ＬｉＦ，ＭｇＦ_２，ＳｒＯ，Ｂ_２Ｏ_３などにより構成される微粒子を用いることができる。従って、第２層３２ｂとしては、例えば、シリカ系バインダー中に、ＩＴＯ粒子と気泡とを含む層を用いることができる。第２層３２ｂに上記のような屈折率調整材が含まれることにより、第２層３２ｂ全体としての屈折率は、第１層３２ａの屈折率よりも低くなる。

　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を構成する材料と第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。

　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において、反射層３２は、屈折率調整材を含む第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、第２層３２ｂは、第１光電変換部３１に直接接触していないので、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に含まれる第２層３２ｂが、従来から反射層の主体として用いられていたＺｎＯよりも低い屈折率を有する材料により構成される屈折率調整材を含む。このような第２層３２ｂ全体としての屈折率は、ＺｎＯにより構成される層の屈折率よりも低くなる。そのため、このような第２層３２ｂが反射層３２に含まれることにより、ＺｎＯを主体とする従来の反射層よりも、反射層３２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、屈折率調整材を含む第２層３２ｂが、第１光電変換部３１に直接接触することとなる。屈折率調整材を含む第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は非常に高い値であるため、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は、反射層３２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．）は、シリーズ抵抗値の増大によって減少する。そのため、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、屈折率調整材を含む第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の反射率を高めることができる。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。

　［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。

　具体的には、上述した第１実施形態において、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実施形態において、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を含む構造、いわゆる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。

　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型非晶質シリコン半導体と、ｉ型非晶質シリコン半導体と、ｎ型非晶質シリコン半導体とが基板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型結晶質シリコン半導体と、ｉ型結晶質シリコン半導体と、ｎ型結晶質シリコン半導体とが基板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。

　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。

　［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。

　具体的には、上述した第１実施形態において、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実施形態において、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を含む構造、いわゆる、タンデム構造を有している。さらに、第３実施形態において、反射層３２は、第１層３２ａ及び第２層３２ｂに加えて第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。

　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。

　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。

　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、樹脂などにより構成されるバインダーと、透光性導電材料と、屈折率調整材とを含む。バインダーとしては、シリカなどを用いることができる。また、透光性導電材料としては、ＺｎＯ、ＩＴＯなどを用いることができる。また、屈折率調整材としては、第１層３２ａの屈折率及び第３層３２ｃの屈折率よりも低い屈折率を有する材料が用いられる。例えば、屈折率調整材としては、気泡、あるいはＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，ＣａＦ_２，ＮａＦ，ＣａＯ，ＬｉＦ，ＭｇＦ_２，ＳｒＯ，Ｂ_２Ｏ_３などにより構成される微粒子を用いることができる。従って、第２層３２ｂとしては、例えば、シリカ系バインダー中に、ＩＴＯ粒子と気泡とを含む層を用いることができる。第２層３２ｂに上記のような屈折率調整材が含まれることにより、第２層３２ｂ全体としての屈折率は、第１層３２ａの屈折率及び第３層３２ｃの屈折率よりも低くなる。

　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を構成する材料と第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。また、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、第２層３２ｂを構成する材料と第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。

　〈作用及び効果〉
　本発明の第３実施形態に係る太陽電池１０において、反射層３２は、屈折率調整材を含む第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、屈折率調整材を含む第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。

　さらに、屈折率調整材を含む第２層３２ｂを含む反射層３２は、ＺｎＯを主体とする従来の反射層よりも、長波長領域（１０００ｎｍ付近）の光を吸収しにくい。そのため、第２光電変換部３３において吸収される光の量を増加させることができる。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。

　［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。

　具体的には、上述した第３実施形態において、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実施形態において、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。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の反射率を高めることに加え、太陽電池１０の曲線因子（ＦＦ）の低下を抑制することができるので、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１．０×１０^２～５．０×１０^２Ω／□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。

　これに対し、屈折率調整材を含む第２層３２ｂのシート抵抗値は、１．０×１０^６Ω／□以上である。従って、本発明の第４実施形態に係る太陽電池１０では、屈折率調整材を含む第２層３２ｂを反射層３２に含めることにより、反射層３２におけるシート抵抗値を、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することができる。そのため、本発明の第４実施形態に係る太陽電池１０では、太陽電池素子１０ａにおいて発生した電流が反射層３２に沿って延在部４ａに到達す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（ＦＦ）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（低屈折率層）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（低屈折率層）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（低屈折率層）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。

　〈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。

　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型非晶質シリコン半導体と、ｉ型非晶質シリコン半導体と、ｎ型非晶質シリコン半導体とが基板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型結晶質シリコン半導体と、ｉ型結晶質シリコン半導体と、ｎ型結晶質シリコン半導体とが基板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型シリコン半導体と、ｎ型シリコン半導体とが基板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、シリカ系バインダー中にＩＴＯ粒子（透光性導電材料）と気泡（屈折率調整材）とを含む層（以下、気泡含有ＩＴＯ層）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層，ＩＴＯ層の屈折率との比較を行った。

　具体的には、まず、アルコール系溶剤中にＩＴＯ微粒子とシリカ系バインダーとを混合した分散液を用いて、スピンコート法により気泡含有ＩＴＯ層を作製した。このとき、スピンコート法に用いる直前に分散液を機械攪拌することにより、分散液中に気泡を含ませた。尚、ＩＴＯ微粒子としては、平均粒径２０～４０ｎｍの住友金属鉱山製ＩＴＯ微粒子（ＳＵＦＰ）を用いた。また、シリカ系バインダーの混合割合は、ＩＴＯ微粒子に対して１０～１５体積％とした。

　次に、スピンコート後には、乾燥及び焼成のために、大気中１５０℃で１時間のアニールを行った。

　その後、作製された気泡含有ＩＴＯ層の屈折率を測定した。気泡含有ＩＴＯ層屈折率の測定結果を表１に示す。

　一般的に、ＺｎＯ層及びＩＴＯ層の屈折率は、約２．０である。従って、表１に示すように、気泡含有ＩＴＯ層の屈折率は、ＺｎＯ層及びＩＴＯ層の屈折率よりも低いことが確認された。従って、気泡含有ＩＴＯ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。

　［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。

　〈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。まず、厚さ４ｍｍのガラス基板（基板１）上に、ＳｎＯ_２層（受光面電極層２）を形成した。

　次に、ＳｎＯ_２層（受光面電極層２）上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型非晶質シリコン半導体と、ｉ型非晶質シリコン半導体と、ｎ型非晶質シリコン半導体とを積層し、第１セル（第１光電変換部３１）を形成した。ｐ型非晶質シリコン半導体、ｉ型非晶質シリコン半導体、及びｎ型非晶質シリコン半導体の厚さは、それぞれ１５ｎｍ、２００ｎｍ、３０ｎｍとした。

　次に、第１セル（第１光電変換部３１）上に、スパッタ法及びスピンコート法を用いて、中間反射層（反射層３２）を形成した。具体的には、スパッタ法により形成されるＺｎＯ層（第１層３２ａ）、スピンコート法により形成される気泡含有ＩＴＯ層（第２層３２ｂ）及びスパッタ法により形成されるＺｎＯ層（第３層３２ｃ）を第１セル（第１光電変換部３１）上に順次積層した。これによって、３層構造を有する中間反射層（反射層３２）を形成した。ＺｎＯ層（第１層３２ａ）、気泡含有ＩＴＯ層（第２層３２ｂ）、及びＺｎＯ層（第３層３２ｃ）の厚さは、それぞれ５ｎｍ、２０ｎｍ、５ｎｍとした。

　次に、中間反射層（反射層３２）上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型微結晶シリコン半導体と、ｉ型微結晶シリコン半導体と、ｎ型微結晶シリコン半導体とを積層し、第２セル（第２光電変換部３３）を形成した。ｐ型微結晶シリコン半導体、ｉ型微結晶シリコン半導体、及びｎ型微結晶シリコン半導体の厚さは、それぞれ３０ｎｍ、２０００ｎｍ、２０ｎｍとした。

　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。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、気泡含有ＩＴＯ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、気泡含有ＩＴＯ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、気泡含有ＩＴＯ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。まず、上記実施例１と同様に、厚さ４ｍｍのガラス基板（基板２１）上に、ＳｎＯ_２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。ＺｎＯ層（反射層２３２）の厚さは、３０ｎｍとした。

　次に、上記実施例１と同様に、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。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）、及び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。まず、上記実施例１と同様に、厚さ４ｍｍのガラス基板（基板２１）上に、ＳｎＯ_２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）上に気泡含有ＩＴＯ層のみを形成し、当該気泡含有ＩＴＯ層を中間反射層（反射層２３２）とした。気泡含有ＩＴＯ層（反射層２３２）の厚さは、３０ｎｍ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、気泡含有ＩＴＯ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２に示す。尚、表２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２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よりも若干増加しているが、曲線因子ついては比較例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気泡含有ＩＴＯ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）を構成する気泡含有ＩＴＯ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、曲線因子については比較例１と比較して若干減少するものの、短絡電流については比較例１よりも増加す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。まず、厚さ４ｍｍのガラス基板（基板１）上に、ＳｎＯ_２層（受光面電極層２）を形成した。

　次に、ＳｎＯ_２層（受光面電極層２）上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型非晶質シリコン半導体と、ｉ型非晶質シリコン半導体と、ｎ型非晶質シリコン半導体とを積層し、第１セル（第１光電変換部３１）を形成した。ｐ型非晶質シリコン半導体、ｉ型非晶質シリコン半導体、及びｎ型非晶質シリコン半導体の厚さは、それぞれ１５ｎｍ、３６０ｎｍ、３０ｎｍとした。

　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型微結晶シリコン半導体と、ｉ型微結晶シリコン半導体と、ｎ型微結晶シリコン半導体とを積層し、第２セル（第２光電変換部３３）を形成した。ｐ型微結晶シリコン半導体、ｉ型微結晶シリコン半導体、及びｎ型微結晶シリコン半導体の厚さは、それぞれ３０ｎｍ、２０００ｎｍ、２０ｎｍとした。

　次に、第２セル（第２光電変換部３３）上に、スパッタ法及びスピンコート法を用いて、中間反射層（反射層３２）を形成した。具体的には、スパッタ法により形成されるＩＴＯ層（第１層３２ａ）、及びスピンコート法により形成される気泡含有ＩＴＯ層（第２層３２ｂ）を第２セル（第２光電変換部３３）上に順次積層した。これによって、２層構造を有する裏面反射層（反射層３２）を形成した。ＩＴＯ層（第１層３２ａ）及び気泡含有ＩＴＯ層（第２層３２ｂ）の厚さは、それぞれ４５ｎｍとした。

　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。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、気泡含有ＩＴＯ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、気泡含有ＩＴＯ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。まず、上記実施例２と同様に、厚さ４ｍｍのガラス基板（基板３１）上に、ＳｎＯ_２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。ＺｎＯ層（反射層３３２）の厚さは、９０ｎｍとした。

　次に、上記実施例１と同様に、裏面反射層（反射層３３２）上に、Ａｇ層（裏面電極層３４）を形成した。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）及び、Ａｇ層（裏面電極層３４）の厚さは、上記実施例２と同様とした。

　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３に示す。尚、表３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３に示すように、実施例２では、曲線因子については比較例１と比較して若干減少するものの、短絡電流については比較例３よりも増加す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。

　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ので、太陽光発電分野において有用である。

Claims

　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を含んでおり、
　前記反射層は、屈折率調整材を含む低屈折率層と、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、
　前記屈折率調整材を構成する材料の屈折率は、前記コンタクト層を構成する材料の屈折率よりも低く、
　前記低屈折率層の屈折率は、前記コンタクト層の屈折率よりも低い
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、
　前記屈折率調整材を構成する材料の屈折率は、前記他のコンタクト層を構成する材料の屈折率よりも低く、
　前記低屈折率層の屈折率は、前記他のコンタクト層の屈折率よりも低い
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
　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により構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池。
　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により構成されることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
　前記コンタクト層又は前記他のコンタクト層の少なくとも一方は、酸化亜鉛又は酸化インジウムを含むことを特徴とする請求項３又は４に記載の太陽電池。
　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、
　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露出した前記反射層に接しており、
　前記反射層は、屈折率調整材を含む低屈折率層と、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、
　前記屈折率調整材を構成する材料の屈折率は、前記コンタクト層を構成する材料の屈折率及び前記他のコンタクト層を構成する材料の屈折率よりも低く、
　前記低屈折率層の屈折率は、前記コンタクト層の屈折率及び前記他のコンタクト層の屈折率よりも低い
ことを特徴とする太陽電池。