WO2009131212A1 - 太陽電池 - Google Patents

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layer
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美和 渡井
一也 斎藤
小松　孝
由夫 井出
伸 浅利
水野　雄介
美穂 清水
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株式会社アルバック
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Definitions

  • the present invention relates to a solar cell.
  • Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2008-115981, filed Apr. 25, 2008, the content of which is incorporated herein by reference.
  • silicon solar cells such as a silicon solar cell using single crystal silicon, a polysilicon solar cell using a polysilicon layer, and an amorphous silicon solar cell using amorphous silicon are known.
  • a silicon-based solar cell includes a transparent electrode made of TCO (transparent conducting oxide) or the like formed as a surface electrode on the light receiving surface side of a glass substrate, and a semiconductor layer made of silicon formed on the surface electrode (photoelectric conversion Layer) and an Ag thin film formed as a back surface electrode are constituted by a photoelectric conversion body.
  • the semiconductor layer has a layer structure called a pin junction in which a silicon film (i-type) generating electrons and holes when receiving light is sandwiched by p-type and n-type silicon films. And the sunlight which injected into the glass substrate passes a surface electrode first, and is supplied to a semiconductor layer.
  • the constituent material (for example, Ag) of the back surface electrode may be diffused into the semiconductor layer.
  • a transparent electrode such as GZO (Ga-doped ZnO) is interposed between the back surface electrode and the semiconductor layer. May form.
  • GZO Ga-doped ZnO
  • the ratio of total reflection at the interface between the semiconductor layer and the transparent electrode is low.
  • sunlight incident on the transparent electrode at a small incident angle is only refracted without satisfying the total reflection condition at the interface between the semiconductor layer and the transparent electrode. Therefore, the refracted sunlight passes through the transparent electrode and is incident on the back electrode. That is, there is a problem that the reflectance of the transparent electrode is low.
  • refraction between the back surface electrode and the transparent electrode made of GZO or the like is made of SiO 2 having a refractive index lower than that of the transparent electrode and has a thickness of 5 nm or more and 25 nm or less
  • a configuration in which a rate adjustment layer is inserted is known.
  • the film thickness of the refractive index adjusting layer is relatively thin, the film thickness of the refractive index adjusting layer is taken into consideration in the manufacture, the optical distance from the semiconductor layer to the back electrode, etc. It is difficult to adjust to the film thickness.
  • the refractive index adjustment layer can prevent the diffusion of the constituent material of the back electrode to the semiconductor layer, an optical effect such that the reflectance is improved by the film thickness of the refractive index adjustment layer described above can not be obtained. .
  • the transparent electrode which consists of GZO etc. between a photoelectric converting layer and a back surface electrode layer by inserting a refractive index adjustment layer, the manufacturing process of a solar cell increases and it is said that manufacturing efficiency falls. There's a problem.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to improve the reflectance at the interface between the low refractive index conductive layer and the photoelectric conversion layer, and to suppress the increase of the manufacturing process. Aims to provide a solar cell that can
  • a solar cell of the present invention includes a light-transmitting substrate, a light-transmitting surface electrode, a photoelectric conversion layer, and a light-reflecting back electrode, 1.
  • a photoelectric conversion body provided on a substrate, and a surface of the photoelectric conversion layer adjacent to the photoelectric conversion layer and opposite to the substrate and made of a conductive material having light transmittance, and having a refractive index of 2.
  • the refractive index of the low refractive index conductive layer can be increased.
  • the ratio of the total reflection at the interface between the photoelectric conversion layer and the low refractive index conductive layer can be improved. Therefore, light with a small incident angle with respect to the low refractive conductive layer also satisfies the total reflection condition, and the reflectance at the interface between the photoelectric conversion layer and the low refractive conductive layer can be improved. Therefore, since the light reflectance can be improved, the power generation efficiency can be improved.
  • the low refractive conductive layer is provided between the photoelectric conversion layer and the back surface electrode, and the low refractive conductive layer is provided between the photoelectric conversion layer and the back surface electrode.
  • the layer is provided. According to this configuration, the light transmitted through the photoelectric conversion layer is reflected at the front stage of the back surface electrode in the path of the light incident on the solar cell, and the incident amount of light transmitted through the low refraction conductive layer and incident on the back surface electrode is suppressed. be able to. For this reason, the absorption loss of the light in a back surface electrode can be reduced.
  • the low refractive conductive layer preferably has a configuration in which a dopant is mixed in SiO 2 .
  • SiO 2 is employed as the material of the low refractive conductive layer, the refractive index of the low refractive conductive layer can be lowered to about 1.5. Then, by mixing the dopant into SiO 2 , it is possible to make the SiO 2 itself conductive.
  • the low refractive conductive layer is thinly formed in order to ensure conduction between the layer (for example, the back surface electrode) adjacent to the photoelectric conversion layer through the low refractive conductive layer and the photoelectric conversion layer, or both layers
  • the layer for example, the back surface electrode
  • the low refractive conductive layer can be easily formed in the state in which the optical distance and the like are taken into consideration, while maintaining the improvement of the reflectance at the interface between the low refractive conductive layer and the photoelectric conversion layer.
  • the difference between the refractive index of the photoelectric conversion layer and the refractive index of the low refractive conductive layer can be increased.
  • the ratio of the total reflection at the interface between the photoelectric conversion layer and the low refractive index conductive layer can be improved. Therefore, light incident at a small incident angle with respect to the low refractive conductive layer can also satisfy the total reflection condition, and the reflectance at the interface between the photoelectric conversion layer and the low refractive conductive layer can be improved. Therefore, since the light reflectance can be improved, the power generation efficiency can be improved.
  • FIG. 1 shows the measurement result of conditions 1 of a simulation test, and shows the reflectance (%) with respect to a wavelength (nm). It is a figure which shows the measurement result of conditions 2 of a simulation test, and shows the reflectance (%) with respect to a wavelength (nm). It is a figure which shows the measurement result of conditions 3 of a simulation test, and shows the reflectance (%) with respect to a wavelength (nm).
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an amorphous silicon type solar cell.
  • the solar cell 10 is a so-called single-type solar cell, and has a photoelectric conversion body 12 formed on one surface 11a (hereinafter referred to as the back surface 11a) of a transparent insulating substrate 11.
  • the substrate 11 is made of, for example, an insulating material such as glass or a transparent resin, which is excellent in solar light transmission and durability, and the length of one side is, for example, about 3500 mm.
  • sunlight is incident on the opposite side of the substrate surface opposite to the photoelectric conversion body 12, that is, the other surface 11b of the substrate 11 (hereinafter referred to as the surface 11b).
  • the photoelectric conversion body 12 is configured such that the semiconductor layer (photoelectric conversion layer) 14 is sandwiched between the front surface electrode 13 and the back surface electrode 15, and is formed in the entire area except the outer periphery of the back surface 11 a of the substrate 11. .
  • the front surface electrode 13 is formed of a light transmitting metal oxide, for example, so-called TCO (transparent conductive oxide) such as GZO, ITO (Indium Tin Oxide), etc., and is formed on the back surface 11 a of the substrate 11. .
  • TCO transparent conductive oxide
  • ITO Indium Tin Oxide
  • the semiconductor layer 14 is formed on the surface electrode 13.
  • the semiconductor layer 14 has, for example, a pin junction structure in which an i-type amorphous silicon film (not shown) is sandwiched between a p-type amorphous silicon film (not shown) and an n-type amorphous silicon film (not shown).
  • a pin junction structure in which an i-type amorphous silicon film (not shown) is sandwiched between a p-type amorphous silicon film (not shown) and an n-type amorphous silicon film (not shown).
  • a p-type amorphous silicon film, an i-type amorphous silicon film, and an n-type amorphous silicon film are sequentially stacked from the surface electrode 13 side.
  • the light energy can be converted into electrical energy by taking out these electrons and holes by the surface electrode 13 and the back electrode 15, respectively (photoelectric conversion).
  • the back electrode 15 is laminated on the opposite side of the surface electrode 13 to the semiconductor layer 14.
  • the back surface electrode 15 is made of a conductive metal film such as Ag, Cu or the like, and is preferably formed using, for example, a low temperature baking type nano ink metal (Ag).
  • the back surface electrode 15 also has a function as a reflection layer for reflecting the sunlight transmitted through the semiconductor layer 14 and supplying it again to the semiconductor layer 14.
  • the photoelectric conversion body 12 mentioned above has a texture structure in which micro unevenness
  • a low refractive conductive layer 16 is provided between the semiconductor layer 14 and the back electrode 15.
  • the low refractive index conductive layer 16 is disposed adjacent to the photoelectric conversion layer 12 and on the surface of the photoelectric conversion layer 12 opposite to the substrate 11.
  • the low refractive conductive layer 16 is formed on the entire surface of the n-type amorphous silicon film of the semiconductor layer 14. Only the low refractive conductive layer 16 is formed between the semiconductor film 14 and the back electrode 15.
  • the refractive index n of the low refractive conductive layer 16 is preferably set to 2.0 or less in order to increase the ratio of total reflection at the interface between the semiconductor layer 14 and the low refractive conductive layer 16. Specifically, it is preferable to set the refractive index n to 1.4 to 1.9 and the film thickness d (see FIG. 1) to 40 nm to 80 nm. Furthermore, it is more preferable to set the refractive index n to 1.44 or more and 1.50 or less and the film thickness d to 50 nm or more and 75 nm or less.
  • the film thickness d of the low refractive conductive layer 16 can be taken into consideration at the time of manufacture, the optical distance from the semiconductor layer 14 to the back electrode 15, etc.
  • the film thickness can be easily adjusted. Further, the diffusion from the back electrode 15 to the semiconductor layer 14 can be prevented, and the reflectance by the low refractive conductive layer 16 can be improved.
  • the film thickness of the low refractive conductive layer to 80 nm or less, the transmittance of sunlight in the low refractive conductive layer 16 can be maintained. For this reason, it is possible to prevent sunlight from being absorbed in the low refractive index conductive layer 16.
  • SiO 2 is suitably used as a constituent material of the low refractive conductive layer 16 of the present embodiment, and conductivity is obtained by mixing the dopant into SiO 2 . Since the low refractive conductive layer 16 is formed on the n-type amorphous silicon film of the semiconductor layer 14, an n-type dopant is preferable as the dopant mixed into SiO 2 of the low refractive conductive layer 16, whereby the semiconductor layer 14 can be prevented from spreading. Examples of the n-type dopant include phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi), lithium (Li), magnesium (Mg) and the like.
  • a p-type dopant In the case where baking is not performed at high temperature when forming the low refractive conductive layer 16 or the back electrode 15, there is little possibility that the dopant diffuses into the semiconductor layer 14, so instead of the n-type dopant, a p-type dopant is mixed.
  • the p-type dopant include boron (B), gallium (Ga), aluminum (Al), indium (In), thallium (Tl), beryllium (Be) and the like.
  • SiO 2 as the constituent material of the low refractive conductive layer 16 it has diffusion barrier properties and conductivity to prevent diffusion, and the refractive index n of the low refractive conductive layer 16 is set to about 1.46. can do.
  • a film-forming method of the low refractive conductive layer 16 mentioned above sputtering method, CVD method (Chemical Vapor Deposition), a vapor deposition method etc. are mentioned to the board
  • a method of baking after applying a paste-like material is also applicable.
  • the CVD method it is preferable to form a film while introducing a material gas of a dopant into the chamber.
  • the solar cell of this test has a configuration in which a transparent electrode made of ZnO is provided between the semiconductor layer and the back electrode, or a low refractive conductive layer in which an n-type dopant is mixed in SiO 2 instead of the transparent electrode. It was set as provided.
  • the reflectance refers to light reflected at the interface between the semiconductor layer and the transparent electrode or the low refractive conductive layer with respect to light transmitted through the semiconductor layer, and reflected at the interface between the transparent electrode or the low refractive conductive layer and the back electrode Indicates the percentage of light that has
  • the test conditions of this test are as follows.
  • the solar cell of condition 1 has shown the structure of the conventional solar cell
  • the solar cell of condition 3 has shown the structure of the solar cell of this embodiment.
  • the solar cell of condition 2 shows the structure which changed the film thickness with respect to the solar cell of condition 3.
  • FIGS. 2 (a) to 4 (b) show the reflectance (%) with respect to the wavelength (nm).
  • 2 (a), 3 (a) and 4 (a) show the reflectance at an incident angle of 0 °
  • FIGS. 2 (b), 3 (b) and 4 (b) show the reflectance.
  • the reflectance at an incident angle of 45 ° is shown.
  • 2 (a) and 2 (b) show the reflectance in the case of condition 1
  • FIGS. 3 (a) and 3 (b) show the reflectance in the case of condition 2
  • FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the reflectance.
  • the reflectance in the case of condition 3 is shown.
  • the reflectance is as low as 95% or less in the low wavelength region (for example, wavelength 300 to 500 nm), and the high wavelength region (for example, wavelength 600 nm or more) As you move towards), the reflectivity becomes higher.
  • the reason why the reflectance is low in the low wavelength region is that the phase difference between the light reflected at the interface between the transparent electrode and the semiconductor layer and the light reflected at the interface between the back electrode and the transparent electrode causes both to interfere and cancel out. It is considered that this is because the semiconductor layer was not supplied.
  • the reflectance at an incident angle of 45 ° sharply decreases at a wavelength of around 500 nm.
  • the reason for this is, as described above, interference due to the phase difference between light reflected at the interface between the transparent electrode and the semiconductor layer and light reflected at the interface between the transparent electrode and the back electrode, or absorption loss in the back electrode It is considered to be the cause.
  • the reflectance at an incident angle of 45 ° has a low reflectance as a whole from the low wavelength region to the high wavelength region, and also has variations. This is not only absorption loss in the back electrode but also light reflected at the interface between the transparent electrode and the semiconductor layer as described above when the film thickness is relatively thin, and reflection at the interface between the transparent electrode and the back electrode It is considered that this is because interference due to the phase difference with light is likely to occur.
  • the film thickness is about 8 nm, as described above, it is difficult to adjust the film thickness of the low refractive conductive layer to a film thickness taking into consideration the optical distance from the semiconductor layer to the back electrode, etc. There is no optical effect to improve the rate.
  • the solar cell 10 of the present embodiment has a configuration in which the low refractive conductive layer 16 having a refractive index n of 2.0 or less is provided between the semiconductor layer 14 and the back electrode 15.
  • the low refractive index conductive layer 16 by providing the low refractive index conductive layer 16 between the semiconductor layer 14 and the back surface electrode 15, it is possible to prevent the constituent material of the back surface electrode 15 from diffusing into the semiconductor layer 14.
  • the ratio of the total reflection at the interface between the semiconductor layer 14 and the low refractive conductive layer 16 can be improved. Therefore, light with a small incident angle with respect to the low refractive conductive layer 16 also satisfies the total reflection condition, and thereby the reflectance at the interface between the semiconductor layer 14 and the low refractive conductive layer 16 can be improved.
  • the incident amount of light transmitted through the low refractive conductive layer 16 and incident on the back surface electrode 15 It can be suppressed. Therefore, the absorption loss of light in the back surface electrode 15 can be reduced. Therefore, since the reflectance of the solar cell 10 can be improved, power generation efficiency can be improved.
  • the refractive index Compared to the case where the adjustment layer is provided, the increase in the manufacturing process can be suppressed and the manufacturing efficiency can be maintained. Furthermore, by mixing the dopant into SiO 2 as in the low refractive conductive layer 16 of the present embodiment, it is possible to make the SiO 2 itself conductive. Thereby, a low refractive index conductive layer is thinly formed in order to secure conduction between the back surface electrode 15 and the semiconductor layer 14, or a contact hole or the like is formed in the low refractive index conductive layer to contact the semiconductor layer 14 and the rear surface electrode 15.
  • the low refractive conductive layer 16 can be easily formed in a state in which the optical distance and the like are taken into consideration.
  • the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes the above-described embodiment with various changes added thereto, without departing from the spirit of the present invention. That is, the configurations and the like described in the above-described embodiment are merely examples, and can be changed as appropriate.
  • the amorphous silicon solar cell has been described in the above-described embodiment, it is also possible to adopt it to a microcrystalline silicon solar cell or a crystalline silicon (single crystal silicon, polycrystalline silicon) solar cell. .
  • the present invention can also be applied to a tandem-type solar cell in which amorphous silicon and microcrystalline silicon are held between a pair of electrodes.
  • a tandem-type solar cell short wavelength light is absorbed by a first semiconductor layer (for example, amorphous silicon) and long wavelength light is absorbed by a second semiconductor layer (for example, microcrystalline silicon). Efficiency can be improved.
  • a first semiconductor layer for example, amorphous silicon
  • a second semiconductor layer for example, microcrystalline silicon
  • Efficiency can be improved.
  • by providing an intermediate electrode between the semiconductor layers part of the light passing through the first semiconductor layer and reaching the second semiconductor layer is reflected by the intermediate electrode and is again applied to the first semiconductor layer. Since the light is incident, the sensitivity characteristic of the photoelectric conversion body is improved, which contributes to the improvement of the power generation efficiency.
  • a configuration in which a low refractive index conductive layer is provided between the back surface electrode and the semiconductor layer is applicable.
  • a configuration provided with the low refractive conductive layer of the present invention is also applicable.
  • the present invention is useful for a solar cell that can improve the reflectance at the interface between the low refractive index conductive layer and the photoelectric conversion layer, and can suppress the increase in the number of manufacturing processes.

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Abstract

　この太陽電池（１０）は、光透過性を有する基板（１１）と、光透過性を有する表面電極（１３）と、光電変換層（１４）と、光反射性を有する裏面電極（１５）とを含み、前記基板（１１）上に設けられた光電変換体（１２）と、前記光電変換層（１４）に隣接し、前記基板（１１）とは反対の前記光電変換層（１４）の面に配置され、前記基板（１１）に対向する前記光電変換層（１４）の面とは反対の面に隣接し、光透過性を有する導電材料からなり、屈折率が２．０以下である低屈折導電層（１６）とを含む。

Description

太陽電池
　本発明は、太陽電池に関する。
　本願は、２００８年４月２５日に出願された特願２００８－１１５９８１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、エネルギーの効率的な利用の観点から、太陽電池はますます広く一般に利用されつつある。
　この太陽電池としては、単結晶シリコンを用いたシリコン太陽電池、ポリシリコン層を用いたポリシリコン太陽電池、アモルファスシリコンを用いたアモルファスシリコン太陽電池等のシリコン系の太陽電池が知られている。
　シリコン系の太陽電池は、例えば、ガラス基板の受光面側に表面電極として形成されたＴＣＯ（transparent conducting oxide）等からなる透明電極と、表面電極上に形成されたシリコンからなる半導体層（光電変換層）と、裏面電極として形成されたＡｇ薄膜とが積層された光電変換体によって構成されている。
　半導体層は、光を受けると電子及びホールを発生するシリコン膜（ｉ型）が、ｐ型およびｎ型のシリコン膜によって挟まれたｐｉｎ接合と呼ばれる層構造を有する。
　そして、ガラス基板に入射した太陽光は、まず表面電極を通過して半導体層に供給される。
　この時、太陽光に含まれる光子というエネルギー粒子がｉ型に当たると、光起電力効果により電子及びホールが発生し、電子はｎ型に、ホールはｐ型に向かって移動する。
　これら電子及びホールを表面電極及び裏面電極によりそれぞれ取り出すことで、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
　一方、半導体層を透過した光は、裏面電極の表面で反射されて再び半導体層に供給されることで、半導体層において再び電子及びホールが発生し、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。
　ところで、上述した太陽電池においては、半導体層を透過して裏面電極に入射する光のうち、大部分の光は半導体層と裏面電極との界面で反射し、一部分の光が裏面電極に僅かながら侵入する。
　その結果、裏面電極に侵入する光によって半導体層と裏面電極との界面で吸収損失が発生し、太陽電池の発電効率が低くなるという問題がある。
　また、裏面電極を半導体層上に積層した場合、裏面電極の構成材料（例えば、Ａｇ）が半導体層へ拡散する虞がある。
　そこで、反射率を向上させるため、又は裏面電極の構成材料が半導体層に拡散することを防止する等のために、裏面電極と半導体層との間にＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）等の透明電極を形成する場合がある。
　この場合、半導体層を透過した太陽光は、半導体層と透明電極との界面で全反射して再び半導体層に供給される光と、透明電極を透過して透明電極と裏面電極との界面で反射して再び半導体層に供給される光とに分けられる。
　これにより、太陽電池に入射する光の経路において裏面電極へ入射する前段で太陽光を反射させることができるため、半導体層と裏面電極との界面で吸収損失を低減して太陽電池の発電効率を向上させることができると考えられている。
　しかしながら、透明電極の屈折率（例えば、ＧＺＯの屈折率はｎ＝２．０５以上）と、半導体膜の屈折率（例えば、Ｓｉ膜の屈折率はｎ＝３．８～４．０程度）との差が小さく、半導体層と透明電極との界面における全反射の割合が低い。
　具体的には、透明電極に対して小さい入射角で入射する太陽光は、半導体層と透明電極との界面で全反射条件を満たさずに屈折するだけである。そのため、屈折した太陽光が透明電極を透過して裏面電極に入射される。
　つまり、透明電極における反射率が低いという問題がある。
　例えば、特許文献１に開示されているように、裏面電極と、ＧＺＯ等からなる透明電極との間に、透明電極よりも屈折率が低いＳｉＯ２からなり厚さが５ｎｍ以上２５ｎｍ以下である屈折率調整層が挿入された構成が知られている。
特開２００７－２６６０９５号公報
　しかしながら、上述した従来技術においては、屈折率調整層の膜厚が比較的薄いため、製造時において屈折率調整層の膜厚を、半導体層から裏面電極までの間の光学的距離等を考慮した膜厚に調整することが難しい。
　なお、屈折率調整層により裏面電極の構成材料の半導体層への拡散を防ぐことはできるが、上述した屈折率調整層の膜厚によって反射率が向上するような光学的な効果は得られない。
　また、光電変換層と裏面電極層との間に、ＧＺＯ等からなる透明電極に加えて、屈折率調整層を挿入することで、太陽電池の製造プロセスが増加して、製造効率が低下するという問題がある。
　そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、低屈折導電層と光電変換層との界面における反射率を向上させることができるとともに、製造プロセスの増加を抑えることができる太陽電池を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明の太陽電池は、光透過性を有する基板と、光透過性を有する表面電極と、光電変換層と、光反射性を有する裏面電極とを含み、前記基板上に設けられた光電変換体と、前記光電変換層に隣接し、前記基板とは反対の前記光電変換層の面に配置され、光透過性を有する導電材料からなり、屈折率が２．０以下である低屈折導電層と、を含む。
　この構成によれば、低屈折導電層の屈折率が２．０以下であるので、一般的な透明電極（屈折率がｎ＝２．０５以上）が設けられている場合に比べ、光電変換層の屈折率と低屈折導電層の屈折率との差を大きくすることができる。
　これにより、光電変換層と低屈折導電層との界面における全反射の割合を向上させることができる。
　そのため、低屈折導電層に対して入射角の小さい光も全反射条件を満たし、光電変換層と低屈折導電層との界面における反射率を向上させることができる。
　したがって、光の反射率を向上させることができるため、発電効率を向上させることができる。
　また、本発明の太陽電池においては、前記低屈折導電層は、前記光電変換層と前記裏面電極との間に設けられ、前記光電変換層と前記裏面電極との間には、前記低屈折導電層のみが設けられていることが好ましい。
　この構成によれば、太陽電池に入射する光の経路において光電変換層を透過する光が裏面電極の前段で反射され、低屈折導電層を透過して裏面電極に入射する光の入射量を抑えることができる。このため、裏面電極における光の吸収損失を低減することができる。
　この構成において、光電変換層と裏面電極との間に低屈折導電層を１層のみ設けることにより、光電変換層と裏面電極との間に透明電極に加えて屈折率調整層が設けられた従来の構成と比べて、製造プロセスの増加を抑えることができ、製造効率を維持することができる。
　また、光電変換層に隣接するように低屈折導電層が設けられているので、裏面電極の構成材料が光電変換層に拡散することを防止することができる。
　また、本発明の太陽電池においては、前記低屈折導電層は、ＳｉＯ２にドーパントが混入された構成を有することが好ましい。
　この構成によれば、低屈折導電層の材料としてＳｉＯ２が採用されているので、低屈折導電層の屈折率を１．５程度に低下させることができる。
　そして、ＳｉＯ２にドーパントを混入することで、ＳｉＯ２自体に導電性を持たせることが可能になる。
　これにより、低屈折導電層を介して光電変換層に隣接する層（例えば、裏面電極）と、光電変換層との間の導通を確保するために低屈折導電層を薄く形成したり、両層の間のコンタクトを取るために低屈折導電層にコンタクトホール等を形成したりする必要がない。
　したがって、低屈折導電層と光電変換層との界面における反射率の向上を維持しながら、光学的距離等が考慮された状態で容易に低屈折導電層を形成することができる。
　本発明によれば、低屈折導電層の屈折率が２．０以下に設定されているので、一般的な透明電極（屈折率がｎ＝２．０５以上）が設けられている場合に比べ、光電変換層の屈折率と低屈折導電層との屈折率の差を大きくすることができる。
　これにより、光電変換層と低屈折導電層との界面における全反射の割合を向上させることができる。
　そのため、低屈折導電層に対して小さい入射角で入射する光も全反射条件を満たし、光電変換層と低屈折導電層との界面における反射率を向上させることができる。
　したがって、光の反射率を向上させることができるため、発電効率を向上させることができる。
本発明の実施形態におけるアモルファスシリコン型の太陽電池を示す断面図ある。 シミュレーション試験の条件１の測定結果を示しており、波長（ｎｍ）に対する反射率（％）を示す図である。 シミュレーション試験の条件２の測定結果を示しており、波長（ｎｍ）に対する反射率（％）を示す図である。 シミュレーション試験の条件３の測定結果を示しており、波長（ｎｍ）に対する反射率（％）を示す図である。
　次に、図面を参照して、本発明の実施形態に係る太陽電池について説明する。
　（太陽電池）
　図１は、アモルファスシリコン型の太陽電池を示す断面図である。
　図１に示すように、太陽電池１０は、いわゆるシングル型の太陽電池であり、透明な絶縁性の基板１１の一方の面１１ａ（以下、裏面１１ａという）に形成された光電変換体１２を有する。
　基板１１は、例えば、ガラス又は透明樹脂等、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性を有する絶縁材料で形成されており、一辺の長さは例えば３５００ｍｍ程度である。
　この太陽電池１０においては、光電変換体１２が対向する基板面の反対側、つまり基板１１の他方の面１１ｂ（以下、表面１１ｂという）に太陽光が入射する。
　光電変換体１２は、表面電極１３と裏面電極１５との間に半導体層（光電変換層）１４が挟持するように構成されており、基板１１の裏面１１ａの外周を除く全域に形成されている。
　表面電極１３は、光透過性を有する金属酸化物、例えば、ＧＺＯ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等のいわゆるＴＣＯ（transparent conducting oxide）から構成されており、基板１１の裏面１１ａ上に形成されている。
　表面電極１３上には、半導体層１４が形成されている。
　この半導体層１４は、例えば、ｐ型アモルファスシリコン膜（不図示）とｎ型アモルファスシリコン膜（不図示）との間にｉ型アモルファスシリコン膜（不図示）が挟まれたｐｉｎ接合構造を有する。
　このｐｉｎ接合構造においては、表面電極１３側から、ｐ型アモルファスシリコン膜、ｉ型アモルファスシリコン膜、ｎ型アモルファスシリコン膜が順次積層されている。
　この半導体層１４に太陽光が入射し、太陽光に含まれるエネルギー粒子がｉ型アモルファスシリコン膜に入射すると、光起電力効果により、電子及びホールが発生する。
　すると、電子はｎ型アモルファスシリコン膜、ホールはｐ型アモルファスシリコン膜に向かって移動する。
　これら電子及びホールを表面電極１３及び裏面電極１５によりそれぞれ取り出すことで、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる（光電変換）。
　裏面電極１５は、半導体層１４に対して表面電極１３の反対側に積層されている。
　裏面電極１５は、Ａｇ、Ｃｕ等の導電性の金属膜で構成されており、例えば低温焼成型ナノインクメタル（Ａｇ）が好適に用いて形成されている。
　裏面電極１５は、半導体層１４を透過した太陽光を反射させて再び半導体層１４へと供給するための反射層としての機能も有する。
　また、図示しないが上述した光電変換体１２は、各層の表面及び裏面に微小凹凸が形成されたテクスチャ構造を有することが好ましい。
　この場合、各層に入射した太陽光の光路を伸ばすプリズム効果と、光を閉じ込める効果とを達成することができるため、太陽電池１０の光エネルギーの変換効率を向上させることができる。
　ここで、半導体層１４と裏面電極１５との間には、低屈折導電層１６が設けられている。
　換言すると、低屈折導電層１６は、光電変換層１２に隣接し、基板１１とは反対の光電変換層１２の面に配置されている。
　この低屈折導電層１６は、半導体層１４のｎ型アモルファスシリコン膜上の全面に形成されている。
　半導体膜１４と裏面電極１５との間には、低屈折導電層１６のみが形成されている。
　低屈折導電層１６に採用する材料としては、裏面電極１５の構成材料が半導体層１４に拡散することを防止する拡散バリア性、裏面電極１５と半導体層１４との導通を保つための導電性を有し、低抵抗な材料を用いることが好ましい。
　また、低屈折導電層１６の屈折率ｎは、半導体層１４と低屈折導電層１６との界面における全反射の割合を高めるため、２．０以下に設定することが好ましい。
　具体的には、屈折率ｎを１．４以上１．９以下、かつ膜厚ｄ（図１参照）を４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下に設定することが好ましい。
　さらには、屈折率ｎを１．４４以上１．５０以下、かつ膜厚ｄを５０ｎｍ以上７５ｎｍ以下に設定することがより好ましい。
　このように、低屈折導電層１６の屈折率ｎを２．０以下に形成することで、半導体層１４の屈折率（ｎ＝３．８～４．０）と低屈折導電層１６の屈折率との差を大きくすることができる。
　このため、半導体層１４と低屈折導電層１６との界面における全反射の割合を向上させることができる。
　そのため、低屈折導電層１６に対して入射角の小さい光も全反射条件を満たし、低屈折導電層１６に入射する太陽光を半導体層１４と低屈折導電層１６との界面で効率良く反射させることができる。
　また、低屈折導電層１６の膜厚ｄを４０ｎｍ以上に形成することで、製造時において低屈折導電層１６の膜厚を、半導体層１４から裏面電極１５までの間の光学的距離等を考慮した膜厚に容易に調整することできる。
　また、裏面電極１５から半導体層１４への拡散を防ぎ、低屈折導電層１６による反射率の向上を図ることができる。
　一方、低屈折導電層の膜厚を８０ｎｍ以下に形成することで、低屈折導電層１６における太陽光の透過率を維持することができる。
　このため、低屈折導電層１６において太陽光が吸収されてしまうことを防ぐことができる。
　このような本実施形態の低屈折導電層１６の構成材料として、ＳｉＯ２が好適に用いられており、ＳｉＯ２にドーパントを混入することで、導電性が得られている。
　低屈折導電層１６が半導体層１４のｎ型アモルファスシリコン膜上に形成されているので、低屈折導電層１６のＳｉＯ２に混入されるドーパントとしては、ｎ型のドーパントが好ましく、これによって半導体層１４への拡散を防止できる。
　ｎ型のドーパントとしては、例えばリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）等が挙げられる。
　なお、低屈折導電層１６又は裏面電極１５の形成時に高温で焼成を行わない場合には、ドーパントが半導体層１４に拡散する虞が少ないため、ｎ型のドーパントに代えてｐ型のドーパントを混入してもよい。
　ｐ型のドーパントとしては、例えばホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、ベリリウム（Ｂｅ）等が挙げられる。
　このように、低屈折導電層１６の構成材料としてＳｉＯ２を用いることで、拡散を防止する拡散バリア性と導電性を有し、低屈折導電層１６の屈折率ｎを１．４６程度に設定することができる。
　なお、上述した低屈折導電層１６の成膜方法としては、半導体層１４までが形成された基板１１にスパッタリング法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）、蒸着法等が挙げられる。
　また、この他に、ペースト状の材料を塗布した後に焼成する方法も適用できる。
　スパッタリング法により成膜する場合は、予めドーパントが混入されたターゲットを用いることが好ましい。
　また、ＣＶＤ法の場合には、チャンバー内にドーパントの材料ガスを導入しながら成膜することが好ましい。
　また、ペースト状の材料を用いる場合には、低屈折導電層１６の構成材料と上述した裏面電極１５の構成材料とを塗布した後に、両者を一括して焼成することが可能である。
　また、上述した低屈折導電層１６の条件を満たす材料としては、ＳｉＯ２の他に、ＳｉＯ、ＭｇＦ２（ｎ＝１．３７）、Ａｌ２Ｏ３（ｎ＝１．６５）等に上述したドーパントを混入した材料が挙げられる。
　（シミュレーション試験）
　ここで、発明者は半導体層と裏面電極との間の層を形成する条件を様々に設定し、これら各条件によって形成された太陽電池の反射率を測定するシミュレーション試験を行い、各シミュレーション結果を比較した。
　本試験の太陽電池は、半導体層と裏面電極との間に、ＺｎＯからなる透明電極が設けられた構成、または透明電極に代えてＳｉＯ２にｎ型のドーパントが混入された低屈折導電層が設けられた構成とした。
　なお、反射率とは、半導体層を透過した光に対する、半導体層と透明電極または低屈折導電層との界面で反射した光、及び、透明電極または低屈折導電層と裏面電極との界面で反射した光の割合を示す。
　本試験の試験条件は、以下の通りである。
　なお、条件１の太陽電池は、従来の太陽電池の構成を示し、条件３の太陽電池は本実施形態の太陽電池の構成を示している。
　これに対して、条件２の太陽電池は、条件３の太陽電池に対して膜厚を変化させた構成を示している。
 
　条件１：層構成（基板／表面電極／半導体層／透明電極（ＺｎＯ）／裏面電極）
　　　　　透明電極の屈折率ｎ＝２．０５
　　　　　透明電極の膜厚ｄ＝８０．０ｎｍ
 
　条件２：層構成（基板／表面電極／半導体層／低屈折導電層（ＳｉＯ２にｎ型のドーパントを混入）／裏面電極）
　　　　　低屈折導電層の屈折率ｎ＝１．４６
　　　　　低屈折導電層の膜厚ｄ＝８．０ｎｍ
 
　条件３：層構成（基板／表面電極／半導体層／低屈折導電層（ＳｉＯ２にｎ型のドーパントを混入）／裏面電極）
　　　　　低屈折導電層の屈折率ｎ＝１．４６
　　　　　低屈折導電層の膜厚ｄ＝５４．５ｎｍ
 
　図２（ａ）～図４（ｂ）は、波長（ｎｍ）に対する反射率（％）を示す図である。図２（ａ），図３（ａ），及び図４（ａ）は入射角０°の場合の反射率を示し、図２（ｂ），図３（ｂ），及び図４（ｂ）は入射角４５°の場合の反射率を示す。
　図２（ａ），（ｂ）は条件１の場合の反射率を示し、図３（ａ），（ｂ）は条件２の場合の反射率を示し、図４（ａ），（ｂ）は条件３の場合の反射率を示す。
　まず、条件１のシミュレーション結果においては、図２（ａ）に示すように、低波長域（例えば、波長３００～５００ｎｍ）において反射率が９５％以下と低く、高波長域（例えば、波長６００ｎｍ以上）に向かうにつれ、反射率が高くなる。
　低波長域において反射率が低くなる理由は、透明電極と半導体層との界面で反射する光と、裏面電極と透明電極との界面で反射する光との位相差により、両者が干渉して打ち消し合い、半導体層に供給されなかったからであると考えられる。
　また、反射率が１００％とならない理由は、透明電極を透過して裏面電極に入射する光のうち大部分の光は透明電極と裏面電極との界面で反射するが、一部分の光が裏面電極に僅かながら侵入し、裏面電極に吸収される吸収損失があるからであると考えられる。
　一方、入射角４５°における反射率は、図２（ｂ）に示すように、波長が５００ｎｍ付近で急激に減少している。
　この理由は、上述したように、透明電極と半導体層との界面で反射する光と、透明電極と裏面電極との界面で反射する光との位相差による干渉、又は裏面電極における吸収損失等が原因であると考えられる。
　次に、条件２のシミュレーション結果では、図３（ａ）に示すように、低波長域において、低波長域から高波長域に至るまで、ほぼ一定の反射率が得られるが、条件１に比べて反射率が低い。
　一方、入射角４５°における反射率は、図３（ｂ）に示すように、低波長域から高波長域に至るまで、全体的に反射率が低く、バラツキもある。
　これは、裏面電極における吸収損失の他に、膜厚が比較的薄い場合には上述したような透明電極と半導体層との界面で反射する光と、透明電極と裏面電極との界面で反射する光との位相差による干渉が起こり易くなるためであると考えられる。
　つまり、膜厚が８ｎｍ程度の場合には、上述したように低屈折導電層の膜厚を半導体層から裏面電極までの間の光学的距離等を考慮した膜厚に調整することが難しく、反射率が向上するような光学的な効果は得られない。
　次に、条件３のシミュレーション結果では、図４（ａ）に示すように、入射角０°の場合では、低波長域から高波長域に至るまで全体的に均一な反射率を得ることができ、具体的には反射率が約９９％程度となった。
　一方、入射角４５°における反射率は、図４（ｂ）に示すように、低波長域から高波長域に至るまで全体的にほぼ１００％の反射率を得ることができた。
　なお、低屈折導電層を条件１の膜厚（８０ｎｍ）と同等に設定した場合（不図示）についてのシミュレーション結果は、条件１に比べて反射率が向上して良好な結果が得られた。
　このように、本実施形態の太陽電池１０は、半導体層１４と裏面電極１５との間に、屈折率ｎが２．０以下の低屈折導電層１６が設けられた構成を有する。
　この構成によれば、半導体層１４と裏面電極１５との間に低屈折導電層１６を設けることで、裏面電極１５の構成材料が半導体層１４へ拡散することを防止することができる。
　特に、低屈折導電層１６の屈折率を２．０以下に設定することで、一般的な透明電極（屈折率がｎ＝２．０５以上）が設けられている場合に比べ、半導体層１４の屈折率と低屈折導電層１６との屈折率の差を大きくすることができる。
　これにより、半導体層１４と低屈折導電層１６との界面における全反射の割合を向上させることができる。
　そのため、低屈折導電層１６に対して入射角の小さい光も全反射条件を満たし、これによって半導体層１４と低屈折導電層１６との界面における反射率を向上させることができる。
　また、太陽電池に入射する光の経路において半導体層１４を透過する光を裏面電極１５より前段で反射させることで、低屈折導電層１６を透過して裏面電極１５に入射する光の入射量を抑えることができる。
　そのため、裏面電極１５における光の吸収損失を低減することができる。
　したがって、太陽電池１０の反射率を向上させることができるため、発電効率を向上させることができる。
　また、半導体層１４と裏面電極１５との間に、低屈折導電層１６を１層のみ設けることで、従来のように半導体層１４と裏面電極１５との間に、透明電極に加えて屈折率調整層を設ける場合と比べて、製造プロセスの増加を抑えることができ、製造効率を維持することができる。
　さらに、本実施形態の低屈折導電層１６のようにＳｉＯ２にドーパントを混入することで、ＳｉＯ２自体に導電性を持たせることが可能になる。
　これにより、裏面電極１５と半導体層１４との導通を確保するために低屈折導電層を薄く形成したり、半導体層１４と裏面電極１５とのコンタクトを取るために低屈折導電層にコンタクトホール等を形成したりする必要がない。
　したがって、低屈折導電層１６と半導体層１４との界面における反射率の向上を維持した上で、光学的距離等を考慮した状態に容易に低屈折導電層１６を形成することができる。
　なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
　すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等は一例であり、適宜変更が可能である。
　例えば、上述した実施形態では、アモルファスシリコン型の太陽電池について説明したが、微結晶シリコン型の太陽電池又は結晶シリコン（単結晶シリコン、多結晶シリコン）型の太陽電池に採用することも可能である。
　また、上述した実施形態では、シングル型の太陽電池について説明したが、一対の電極間にアモルファスシリコンと微結晶シリコンとが挟持されたタンデム型の太陽電池に採用することも可能である。
　タンデム型の太陽電池においては、短波長光を第１の半導体層（例えば、アモルファスシリコン）が吸収し、長波長光を第２の半導体層（例えば、微結晶シリコン）が吸収することで、発電効率の向上を図ることができる。
　また、各半導体層の間に中間電極を設けることにより、第１の半導体層を通過して第２の半導体層に到達する光の一部が中間電極で反射して再び第１の半導体層に入射するため、光電変換体の感度特性が向上し、発電効率の向上に寄与する。
　この場合、裏面電極と半導体層との間に低屈折導電層が設けられた構成が適用可能である。
　また、アモルファスシリコンと微結晶シリコンとの間に設けられた中間電極に代えて、本発明の低屈折導電層が設けられた構成も適用可能である。
　以上詳述したように、本発明は、低屈折導電層と光電変換層との界面における反射率を向上させることができるとともに、製造プロセスの増加を抑えることができる太陽電池に有用である。
　１０…太陽電池　１１…基板　１２…光電変換体　１３…表面電極　１４…半導体層（光電変換層）　１５…裏面電極　１６…低屈折導電層

Claims (3)

  1. 　太陽電池であって、
    　光透過性を有する基板と、
    　光透過性を有する表面電極と、光電変換層と、光反射性を有する裏面電極とを含み、前記基板上に設けられた光電変換体と、
    　前記光電変換層に隣接し、前記基板とは反対の前記光電変換層の面に配置され、光透過性を有する導電材料からなり、屈折率が２．０以下である低屈折導電層と、
    　を含むことを特徴とする太陽電池。
  2. 　請求項１に記載の太陽電池であって、
    　前記低屈折導電層は、前記光電変換層と前記裏面電極との間に設けられ、
    　前記光電変換層と前記裏面電極との間には、前記低屈折導電層のみが設けられていることを特徴とする太陽電池。
  3. 　請求項１または請求項２記載の太陽電池であって、
    　前記低屈折導電層は、ＳｉＯ２にドーパントが混入された構成を有することを特徴とする太陽電池。
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