(57)【要約】【課題】中間層と裏面電極との間の接触による特性の低下を抑制する。【解決手段】表面電極２０と裏面電極３０との間に第１太陽電池ユニット２４と第２太陽電池ユニット２８とを導電性を有する中間層２６を挟み込んで積層した光起電力装置において、中間層２６と、表面電極２０と裏面電極３０とを接続する電極接続層３２との間にショットキー障壁を形成する。【選択図】図１
2010140936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、第２電極との間に、第１太陽電池ユニットと第２太陽電池ユニットとを導電性を有する中間層を挟み込んで積層した光起電力装置であって、
前記中間層と、前記第１電極と前記第２電極とを接続する材料と、の間にショットキー障壁が形成されていることを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光起電力装置であって、
前記ショットキー障壁は０．６２ｅＶ以上であることを特徴とする光起電力装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光起電力装置であって、
前記材料は、Ｎｉ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｂｅ，Ｃ，Ｃｏ，Ｇｅ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｕの少なくとも１つを含むことを特徴とする光起電力装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の光起電力装置であって、
前記中間層は、ＺｎＯ，ＳｎＯ2，ＴｉＯ2，Ｉｎ2Ｏ3，ＳｉＯ2の少なくとも１つを含むことを特徴とする光起電力装置。
【請求項５】
第１電極と、第２電極との間に、第１太陽電池ユニットと第２太陽電池ユニットとを導電性を有する中間層を挟み込んで積層した光起電力装置の製造方法であって、
前記第１電極の表面まで前記第１太陽電池ユニット、前記第２太陽電池ユニット及び前記中間層を貫く溝を形成する第１工程と、
前記溝を介して前記第１電極と前記第２電極とを接続し、前記中間層とショットキー障壁を形成する材料を埋め込む第２工程と、
を含むことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の光起電力装置の製造方法であって、
前記ショットキー障壁は０．６２ｅＶ以上であることを特徴とする光起電力装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に示すように、中間層１４を挟んで上部及び下部の２つの太陽電池ユニット１０，１２を積層したタンデム型の光起電力装置が知られている。上部及び下部の太陽電池ユニット１０，１２に挟まれる中間層１４には１種以上の透明導電膜が用いられる。また、裏面電極の一部には裏面反射層を兼ねる銀（Ａｇ）の裏面電極１８が形成され、表面電極１６まで貫いて形成された溝Ｄを介して裏面電極１８が表面電極１６に接続される。
【０００３】
このような構造において、上部及び下部の太陽電池ユニット１０，１２に挟まれた中間層１４は、溝Ｄにおいて裏面電極１８と部分的に接している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、中間層１４と裏面電極１８とが電気的に接触していると、その接触点を介して電流のリークが生じ、光起電力装置の発電特性が低下する。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑み、中間層と裏面電極との間の接触による特性の低下を抑制した光起電力装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様は、第１電極と、第２電極との間に、第１太陽電池ユニットと第２太陽電池ユニットとを導電性を有する中間層を挟み込んで積層した光起電力装置であって、前記中間層と、前記第１電極と前記第２電極とを接続する材料と、の間にショットキー障壁が形成されていることを特徴とする光起電力装置である。
【０００７】
また、本発明の別の態様は、第１電極と、第２電極との間に、第１太陽電池ユニットと第２太陽電池ユニットとを導電性を有する中間層を挟み込んで積層した光起電力装置の製造方法であって、前記第１電極の表面まで前記第１太陽電池ユニット、前記第２太陽電池ユニット及び前記中間層を貫く溝を形成する第１工程と、前記溝を介して前記第１電極と前記第２電極とを接続し、前記中間層とショットキー障壁を形成する材料を埋め込む第２工程と、を含むことを特徴とする光起電力装置の製造方法である。
【０００８】
ここで、前記ショットキー障壁は０．６２ｅＶ以上であることが好適である。
【０００９】
例えば、前記材料は、Ｎｉ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｂｅ，Ｃ，Ｃｏ，Ｇｅ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｕの少なくとも１つを含むことが好適である。
【００１０】
また、例えば、前記中間層は、ＺｎＯ，ＳｎＯ2，ＴｉＯ2，Ｉｎ2Ｏ3，ＳｉＯ2の少なくとも１つを含むことが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光起電力装置における中間層と裏面電極との間の接触による特性の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態における光起電力装置１００は、図１の断面図に示すように、基板２０、表面電極２２、第１太陽電池ユニット２４、中間層２６、第２太陽電池ユニット２８、裏面電極３０及び電極接続層３２を含んで構成される。
【００１３】
以下、図２の製造工程図を参照して、光起電力装置１００の製造方法及びその構造について説明する。なお、図１及び図２では光起電力装置１００の構造を明確に示すために、光起電力装置１００の一部を拡大して示し、各部の比率を変えて示している。
【００１４】
ステップＳ１０では、基板２０上に表面電極２２を形成する。基板２０は、透光性を有する材料で構成する。基板２０は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等とすることができる。表面電極２２は、透光性を有する透明導電膜とする。表面電極２２は、例えば、ＺｎＯ，ＳｉＯ2，ＳｎＯ2，ＴｉＯ2，Ｉｎ2Ｏ3等とすることができる。これらの金属酸化物にＦ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｇａ，Ｎｂ等がドープされていてもよい。表面電極２２は、例えば、スパッタリング法により形成する。
【００１５】
ステップＳ１２では、表面電極２２に第１の分離溝Ａを形成する。分離溝Ａは、例えば、レーザ加工により形成する。波長約５３２ｎｍ（ＹＡＧレーザの第２高調波）、エネルギー密度１×１０5Ｗ／ｃｍ2のＮｄ：ＹＡＧレーザを使用して分離溝Ａを形成することができる。分離溝Ａの線幅は１０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好適である。
【００１６】
ステップＳ１４では、表面電極２２上に第１太陽電池ユニット２４を形成する。本実施の形態では、第１太陽電池ユニット２４は非晶質（アモルファス）シリコン太陽電池とする。第１太陽電池ユニット２４は、基板２０側からｐ型、ｉ型、ｎ型の順に非晶質シリコン膜を積層して形成する。第１太陽電池ユニット２４のｉ層の膜厚は１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが好適である。第１太陽電池ユニット２４は、例えば、プラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ）により形成する。第１太陽電池ユニット２４の成膜条件を表１に示す。
【００１７】
ステップＳ１６では、第１太陽電池ユニット２４上に中間層２６を形成する。中間層２６は、透光性を有する材料で構成する。中間層２６は、例えば、ＺｎＯ，ＳｉＯ2，ＳｎＯ2，ＴｉＯ2，Ｉｎ2Ｏ3等とすることができる。これらの金属酸化物にＦ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｇａ，Ｎｂ等がドープされていてもよい。中間層２６の膜厚は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることが好適である。表面電極２２は、例えば、ＲＦスパッタリング法により形成する。中間層２６の成膜条件を表１に示す。
【００１８】
ステップＳ１８では、中間層２６上に第２太陽電池ユニット２８を形成する。本実施の形態では、第２太陽電池ユニット２８は微結晶シリコン太陽電池とする。第２太陽電池ユニット２８は、基板２０側からｐ型、ｉ型、ｎ型の順に微結晶シリコン膜を積層して形成する。第２太陽電池ユニット２８のｉ層の膜厚は１０００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下とすることが好適である。第２太陽電池ユニット２８は、例えば、プラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ）により形成する。第２太陽電池ユニット２８の成膜条件を表１に示す。
【００１９】
【表１】
2010140936.tif 000003
【００２０】
ステップＳ２０では、第２太陽電池ユニット２８上に裏面電極３０を形成する。裏面電極３０は、透明導電膜と金属膜との積層構造とすることが好ましい。透明導電膜は、例えば、ＺｎＯ，ＳｉＯ2，ＳｎＯ2，ＴｉＯ2，Ｉｎ2Ｏ3等とすることができ、ＺｎＯを用いることがより好ましい。金属膜は、例えば、銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ），金（Ａｕ）等を用いることができ、利用する光の反射率を考慮すると銀（Ａｇ）を用いることがより好ましい。裏面電極３０は、例えば、スパッタリング法を用いることにより形成する。
【００２１】
ステップＳ２２では、第２の分離溝Ｂを形成する。分離溝Ｂは、裏面電極３０，第２太陽電池ユニット２８，中間層２６，第１太陽電池ユニット２４を貫いて表面電極２２に到達するように形成する。分離溝Ｂの線幅は、１０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好適である。分離溝Ｂは、例えば、レーザ加工により形成する。例えば、波長約５３２ｎｍ（ＹＡＧレーザの第２高調波）、エネルギー密度１×１０5Ｗ／ｃｍ2のＮｄ：ＹＡＧレーザを使用して分離溝Ｂを形成することができる。
【００２２】
ステップＳ２４では、裏面電極３０上に電極接続層３２を形成する。電極接続層３２は、分離溝Ｂに埋め込まれるように形成し、電極接続層３２によって表面電極２２と裏面電極３０とが電気的に接続される。電極接続層３２は、例えば、スパッタリング法により形成する。
【００２３】
電極接続層３２は、分離溝Ｂ内において中間層２６の端部２６ａと部分的に接続される。電極接続層３２は、図３に示すように、中間層２６の端部２６ａとの間でショットキー障壁φを形成する材料で構成する。すなわち、電極接続層３２を構成する材料の仕事関数φｍが中間層２６を構成する材料の電子親和力χより大きくなるように電極接続層３２及び中間層２６の材料の組み合わせを選択する。
【００２４】
電極接続層３２と中間層２６との間にショットキー障壁を形成することによって中間層２６を介した電流漏洩を低減することができる。すなわち、電極接続層３２は負極であることから電極接続層３２と中間層２６とは逆バイアス状態となり、中間層２６と電極接続層３２との間に流れる電流は大幅に低減される。このとき、逆バイアスとして第２太陽電池ユニット２８の開放電圧程度の電圧がかかっているものと推察される。
【００２５】
電極接続層３２から中間層２６へ流れる電流Ｉ１はショットキー障壁高さφによって決まり、数式（１）より与えられる。ショットキー障壁高さφ＝（電極接続層３２を構成する材料の仕事関数φｍ）−（中間層２６を構成する材料の電子親和力χ）である。
（数１）
Ｉ１＝ＡＴ2×ｅｘｐ［−φ／ｋＴ］  ・・・（１）
ここで、Ａ：リチャードソン定数、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度である。
【００２６】
同様に中間層２６から電極接続層３２へ流れる電流Ｉ２は数式（２）によって与えられる。
（数２）
Ｉ２＝ＡＴ2×ｅｘｐ［−（φ＋ｅＶ）／ｋＴ］  ・・・（２）
【００２７】
ここで、中間層２６がＺｎＯの場合、中間層２６のキャリア（電子）の有効質量を０．２８ｍ0（ただし、ｍ0は自由電子の有効質量）、温度Ｔを３００Ｋ、電圧Ｖを第２太陽電池ユニット２８の開放電圧０．４Ｖと仮定すると、ショットキー障壁高さφと電流Ｉ１，Ｉ２との関係は図４に示すようになる。
【００２８】
すなわち、電極接続層３２と中間層２６との間のショットキー障壁φを０．７５ｅＶ以上とすることによって電極接続層３２から中間層２６へ流れる電流Ｉ２を１μＡ／ｃｍ2以下に制限することができる。
【００２９】
このような条件を満たす中間層２６及び電極接続層３２の材料として、中間層２６をＺｎＯ，ＳｎＯ2，ＴｉＯ2，Ｉｎ2Ｏ3，ＳｉＯ2とした場合、電極接続層３２はＮｉ（φｍ＝５．１５ｅＶ），Ｉｒ（φｍ＝５．２７ｅＶ），Ｐｔ（φｍ＝５．６５ｅＶ）とすることが好適である。
【００３０】
また、電極接続層３２から中間層２６へ流れる電流Ｉ２を０．１ｍＡ／ｃｍ2程度に抑制できればよいのであれば、電極接続層３２としてショットキー障壁φ≧０．６２ｅＶを満たす、Ｂｅ（φｍ＝４．９８ｅＶ），Ｃ（φｍ＝５．０ｅＶ），Ｃｏ（φｍ＝５．０ｅＶ），Ｇｅ（φｍ＝５．０ｅＶ），Ｒｈ（φｍ＝４．９８ｅＶ），Ｐｄ（φｍ＝５．１２ｅＶ），Ａｕ（φｍ＝５．１ｅＶ）とすることが好適である。
【００３１】
また、これらの材料を積層して電極接続層３２としてもよいし、これらの材料を組み合わせて合金として電極接続層３２としてもよい。
【００３２】
なお、本実施の形態と同様、中間層２６が主にｎ型半導体からなるとき、電極接続層３２を構成する材料の仕事関数φｍが中間層２６を構成する材料の電子親和力χより大きい場合、ショットキー障壁が形成される。
【００３３】
ステップＳ２６では、第３の分離溝Ｃを形成する。分離溝Ｃは、電極接続層３２，裏面電極３０，第２太陽電池ユニット２８，中間層２６，第１太陽電池ユニット２４を貫いて表面電極２２に到達するように形成する。分離溝Ｃは、分離溝Ａとの間に分離溝Ｂを挟む位置に形成する。分離溝Ｃは、レーザ加工により形成することができる。例えば、波長約５３２ｎｍ（ＹＡＧレーザの第２高調波）、エネルギー密度１×１０5Ｗ／ｃｍ2のＮｄ：ＹＡＧレーザを使用して分離溝Ｃを形成することができる。
【００３４】
表２に本実施の形態において製造された光起電力装置１００の特性を示す。ここでは、電流漏洩の目安となる低照度（１００００ルクス）での開放電圧Ｖｏｃを従来の光起電力装置の特性と比較して示している。なお、従来の光起電力装置の製造方法では、裏面電極３０を形成する前に第２太陽電池ユニット２８，中間層２６，第１太陽電池ユニット２４を貫いて表面電極２２に到達するように分離溝を形成し、その分離溝に裏面電極を埋め込むように形成し、その後、セルを分離する分離溝を形成した。従来技術では、裏面電極が本実施の形態の裏面電極３０及び電極接続層３２の役割を果たしていた。
【００３５】
本実施の形態における光起電力装置１００では、中間層２６としてＺｎＯ、裏面電極３０としてＺｎＯ膜（厚さ９０ｎｍ）とＡｇ膜（厚さ２００ｎｍ）との積層電極、電極接続層３２としてＮｉ膜（厚さ１００ｎｍ）とした。従来の光起電力装置では、電極接続層３２は設けず、中間層２６及び裏面電極３０の材料は本実施の形態における光起電力装置１００と同じとした。
【００３６】
【表２】
2010140936.tif 000004
【００３７】
本実施の形態における光起電力装置１００では従来に比べて低照度における開放電圧Ｖｏｃが４％程度向上している。これは、中間層２６と電極接続層３２との間の電流漏洩が低減されたことによるものと考えられる。
【００３８】
なお、本実施の形態ではアモルファスシリコン／微結晶シリコンのタンデム構造薄膜太陽電池について説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。すなわち、透明導電膜が中間層として用いられた光起電力装置であれば同様の効果が得られると考えられる。特に、主材料をシリコンとし、シリコンと隣接する領域に透明導電膜からなる中間層が設けられたシリコン太陽電池であれば同様の効果が得られる。
【００３９】
また、中間層が主にｐ型半導体からなる場合にも、中間層と電極接続層とのショットキー障壁を形成することにより同様の効果が得られる。このとき、電極接続層を構成する材料の仕事関数φｍが中間層を構成する材料の仕事関数φｓより小さい場合、ショットキー障壁が形成される。
【００４０】
また、分離溝Ｂを形成した後に、アニール、ドライエッチング、オゾン洗浄等の後処理を行い、電極接続層を形成してもよい。レーザ加工によって分離溝Ｂの側面に飛散物や溶融物等が付着することがあり、このような付着物が存在する状態で電極接続層を形成した場合に中間層と電極接続層との間で良好なショットキー接合が形成されなくなることを防ぐためである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態における光起電力装置の構成を示す断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態における光起電力装置の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における光起電力装置の中間層と電極接続層とのショットキー接続を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態における光起電力装置の中間層と電極接続層とのショットキー障壁高さと電流リークとの関係を説明する図である。
【図５】従来の光起電力装置の構成を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０，１２  太陽電池ユニット、１４  中間層、１６  表面電極、１８  裏面電極、２０  基板、２２  表面電極、２４  第１太陽電池ユニット、２６  中間層、２８  第２太陽電池ユニット、３０  裏面電極、３２  電極接続層、１００  光起電力装置。
【図１】
2010140936.tif 000005
【図２】
2010140936.tif 000006
【図３】
2010140936.tif 000007
【図４】
2010140936.tif 000008
【図５】
2010140936.tif 000009