(57)【要約】【課題】  基板上に少なくとも金属電極、導電性透明膜、半導体層、導電性透明電極がこの順で積層されてなる薄膜太陽電池において、金属電極表面のテクスチャー構造の影響を受けて、半導体層の膜質が低下し、変換効率が低下することを抑止する手段を提供する。【解決手段】金属電極の上に形成する導電性透明膜の膜厚を０．５μｍ以上に形成することにより、金属電極表面のテクスチャー構造の影響を減少し、半導体層の膜質の低下を抑止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも金属電極、導電性透明膜、半導体層、導電性透明電極がこの順で積層されてなる薄膜太陽電池において、前記導電性透明膜の膜厚が０．５μｍ以上であることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記半導体層が、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、多結晶シリコンからなる群から選ばれてなることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換効率の高効率化を可能とする薄膜太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体薄膜を利用した薄膜太陽電池として、基板上に、金属電極、導電性透明膜、半導体層、導電性透明電極を順次積層した構造を有するものがある（特許文献１、２、３）。
ここで、金属電極は、裏面電極として使用されるが、薄膜太陽電池に入射した光のうち、半導体層で吸収されなかった光を反射して半導体層に戻し、入射した光を有効に光電変換する裏面反射効果を奏する働きもする。このため、銀（Aｇ）、アルミニウム（Aｌ）などの光反射率の高い金属の薄膜が、金属電極として用いられる。
【０００３】
半導体層は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコンまたは微結晶シリコンなどの半導体材料を用いて形成される。
金属電極と半導体層の間に形成された導電性透明膜について、特許文献２には、導電性透明膜は、金属電極と半導体層の熱膨張係数の相違による熱歪みを緩和して付着性を高め、かつ金属原子が半導体層へ拡散するのを防止すると述べられている。また、特許文献１には、導電性透明膜は金属電極の表面で反射した光に多重干渉効果を生じさせるため、反射する光の反射率が向上すると述べられている。
【０００４】
裏面反射効果を奏する金属電極について、特許文献１には、金属電極の表面に微細な凹凸を形成して、テクスチャー構造を形成することが述べられている。テクスチャー構造を形成することにより、金属電極の表面で反射する入射光が拡散反射されて、半導体層内部に閉じこめられるため、入射光を有効に光電変換することができる利点がある。
このように、金属電極の表面をテクスチャー構造とした場合、入射光を有効に光電変換することができるが、他方、つぎのような問題点を生じる。基板上に積層した金属電極と導電性透明膜の上に形成した半導体層の膜質が低下することがある。半導体層として、微結晶シリコンの薄膜を用いる場合、金属電極表面のテクスチャー構造の影響を受けて、微結晶シリコンの成長方向がランダムとなるときは、欠陥を生じて、その膜質が低下するため、変換効率が低下する。
【０００５】
そこで、本発明は、金属電極表面のテクスチャー構造の影響を受けて、半導体層の膜質が低下し、変換効率が低下することを抑止する手段を提供することを課題とする。
【特許文献１】特開平６−２０４５３５号公報
【特許文献２】特開２０００−２５２４９７号公報
【特許文献３】特開２００３−１０１０５２号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、基板上に少なくとも金属電極、導電性透明膜、半導体層、導電性透明電極がこの順で積層されてなる薄膜太陽電池において、前記導電性透明膜の膜厚を０．５μｍ以上に形成することにより解決される。
請求項１に記載の発明は、基板上に、少なくとも金属電極、導電性透明膜、半導体層、導電性透明電極がこの順で積層されてなる薄膜太陽電池において、前記導電性透明膜の膜厚が０．５μｍ以上であることを特徴とする薄膜太陽電池に係るものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記半導体層が、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、多結晶シリコンからなる群から選ばれてなることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池に係るものである。
請求項１に記載の発明によれば、金属電極の上に形成する導電性透明膜の膜厚を０．５μｍ以上とすることにより、金属電極表面のテクスチャー構造の影響が減少するため、導電性透明膜の上に形成する半導体層の膜質の低下を抑止することができる。請求項２に記載の発明では、半導体層が微結晶シリコンからなる薄膜太陽電池において、導電性透明膜の膜厚を０．５μｍ以上とすることにより、金属電極表面のテクスチャー構造の影響が減少するため、導電性透明膜の上に形成する半導体層の膜質の低下を抑止することができる。また、導電性透明膜の膜厚を増すことにより、拡散反射率が向上する。
【発明の効果】
【０００８】
以上の請求項１ないし請求項２に記載の発明によれば、基板上に少なくとも金属電極、導電性透明膜、半導体層、導電性透明電極がこの順で積層されてなる薄膜太陽電池において、導電性透明膜の膜厚を０．５μｍ以上に形成することにより、金属電極表面のテクスチャー構造の影響が減少し、導電性透明膜の上に形成する半導体層の膜質の低下が抑止されるとともに、拡散反射率も向上するため、薄膜太陽電池の変換効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施例について、以下の実施例１にて説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、実施例１に係る薄膜太陽電池の構造を示す断面図である。基板１として、ガラス板（コーニング＃１７３７）を使用し、基板１上に、金属電極２として、０．３原子％（ａｔ％）のＡｌを含むＡｇ合金膜（膜厚２００ｎｍ）を形成した。基板１としては、ガラス基板の他に、ポリイミドのような高分子フィルムからなる可撓性基板が使用するのに適切である。さらに、導電性透明膜３として、酸化亜鉛膜（ＺｎＯ膜）を形成した。Ａｇ合金膜、ＺｎＯ膜は、いずれもマグネトロン・スパッタリング法により同一真空槽内で、製膜温度３５０℃にて連続的に形成した。Ａｇ合金膜はアルゴン雰囲気０．６７Ｐａにて、０．５６ｎｍ／秒の製膜速度で、ＺｎＯ膜はアルゴン−酸素混合ガス（ガス流量比でアルゴン９８に対し酸素２）雰囲気０．６７Ｐａにて、０．１１ｎｍ／秒の製膜速度で製膜した。
【００１１】
ＺｎＯ膜については、膜厚の異なる５種類（膜厚５０ｎｍ、０．５μｍ、１μｍ、１．５μｍ、２μｍ）を作製した。膜厚５０ｎｍのＺｎＯ膜を試料ａ１とし、以下、膜厚の増す順に、試料ａ２、ａ３、ａ４、ａ５とする。また、比較試料として、製膜温度２５０℃にて作製したＺｎＯ膜（膜厚５０ｎｍ）を試料ｂとする。
ＺｎＯ膜の上に、半導体層４として、微結晶シリコン層（ｉ層の膜厚２μｍ）を形成し、さらに微結晶シリコン層の上に、導電性透明電極５としてＩＴＯ膜を形成したのち、金属櫛型電極６を形成した。
【００１２】
以上のように作製したＺｎＯ膜の膜厚が異なる薄膜太陽電池について、その変換効率を測定した。その結果は後述する。以上の薄膜太陽電池の試料のほかに、基板１上にＡｇ合金膜（膜厚２００ｎｍ）、ＺｎＯ膜を積層した試料を作製し、拡散反射率の測定、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面観察を行った。ＺｎＯ膜の製膜温度２５０℃、膜厚５０ｎｍの試料を試料ｂ、製膜温度３５０℃、膜厚５０ｎｍを試料ａ１、製膜温度３５０℃、膜厚２μｍを試料ａ５とする。
【００１３】
図２は、試料ｂ、ａ１、ａ５について、波長の変化に対する拡散反射率の変化を測定した結果である。拡散反射率は正反射光だけを選択的に除去する光学測定系を用いて測定した。試料ａ５の拡散反射率は、試料ｂと比べ、４３７ｎｍ以上の波長範囲で約１５〜４０％向上している。また、試料ａ５は、試料ａ１と比べ、４２４ｎｍ未満の波長範囲では低下している。
【００１４】
ＳＥＭによる表面構造を図３（試料ｂ）、図４（試料ａ１）、図５（試料ａ５）に示す。ＺｎＯ膜の膜厚が厚い図５の試料ａ５は、図３の試料ｂおよび図４の試料ａ１と比べ、Ａｇ合金膜に由来する凹凸構造から表面形態が変化している。
薄膜太陽電池の試料について、その量子効率を測定した結果を図６に示す。図６において、試料ａ５は、試料ｂと比べ、波長５００ｎｍ以上の長波長範囲で量子効率が向上している。また、４２４ｎｍ以下の短波長範囲では両者に違いがない。
【００１５】
薄膜太陽電池の試料について、その変換効率を測定した結果を図７に示す。ＺｎＯ膜の製膜温度３５０℃、膜厚が５０ｎｍである試料ａ１の変換効率を１として、ＺｎＯ膜の膜厚の変化に対する変換効率の変化を表している。変換効率は、ＺｎＯ膜の膜厚が０．５μｍ以上では増大し、向上している。これは、ＺｎＯ膜の膜厚が増すことによって、ＺｎＯ膜の下に形成した金属電極２のＡｇ合金膜表面のテクスチャー構造の影響が減少し、半導体層４の微結晶シリコンの膜質の低下が抑止されたことを示している。また、この変換効率の向上には、図２の拡散反射率の結果が示すように、拡散反射率の向上も寄与している。
【００１６】
以上の実施例１において、半導体層４として微結晶シリコン層を用いたが、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、または多結晶シリコンを使用した薄膜太陽電池においても、導電性透明膜３の膜厚を０．５μｍ以上に形成することにより、金属電極２表面のテクスチャー構造の影響が減少し、導電性透明膜３の上に形成する半導体層４の膜質の低下が抑止される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１に係る薄膜太陽電池の構造を表す断面図。
【図２】Ａｇ合金膜、ＺｎＯ膜の積層試料の拡散反射率を示す図。
【図３】Ａｇ合金膜、ＺｎＯ膜の積層試料（試料ｂ）の表面構造を示す図。
【図４】Ａｇ合金膜、ＺｎＯ膜の積層試料（試料ａ１）の表面構造を示す図。
【図５】Ａｇ合金膜、ＺｎＯ膜の積層試料（試料ａ５）の表面構造を示す図。
【図６】薄膜太陽電池の量子効率を示す図
【図７】薄膜太陽電池の変換効率向上率を示す図。
【符号の説明】
【００１８】
１      基板
２      金属電極
３      導電性透明膜
４      半導体層
５      導電性透明電極
６      金属櫛型電極  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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