(57)【要約】【課題】サブストレート型の構造を適用して、光吸収層の蒸着温度を変化させて内部水素濃度及びバンドギャップエネルギーを調節することにより、光吸収効率及び信頼性を向上させることのできる光起電力装置を提供する。【解決手段】基板上に順次、第１導電層、第１光吸収層、及び第２導電層を有し、前記第２導電層の水素濃度が少なくとも前記第１光吸収層及び前記第２導電層の水素濃度より高いことを特徴とする。【選択図】      図５
2010074155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に順次、第１導電層、第１光吸収層、及び第２導電層を有し、
前記第２導電層の水素濃度が少なくとも前記第１光吸収層及び前記第２導電層の水素濃度より高いことを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
前記第１導電層の水素濃度が一番高く、前記第２導電層の水素濃度が一番低く、前記第１光吸収層の水素濃度が前記第１導電層の水素濃度と前記第２導電層の水素濃度の範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記第１導電層はＮ型半導体であり、前記第２導電層はＰ型半導体であることを特徴とする請求項２記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記第２導電層のバンドギャップエネルギーが前記第１導電層のバンドギャップエネルギーより大きいことを特徴とする請求項１記載の光起電力装置。
【請求項５】
前記第２導電層のバンドギャップエネルギーが一番大きく、前記第１導電層のバンドギャップエネルギーが一番小さく、前記第１光吸収層のバンドギャップエネルギーが前記第２導電層のバンドギャップエネルギーと前記第１導電層のバンドギャップエネルギーの範囲内にあることを特徴とする請求項４記載の光起電力装置。
【請求項６】
基板上に順次、第１導電層、第１光吸収層、及び第２導電層を含む第１セルと、
前記第１セル上に順次、第３導電層、前記第１光吸収層より薄い厚みを有する第２光吸収層、及び第４導電層を含む第２セルとを有し、
前記第１光吸収層の水素濃度が前記第２光吸収層の水素濃度より低いことを特徴とする光起電力装置。
【請求項７】
前記第１導電層及び前記第３導電層はＮ型半導体であり、前記第２導電層及び前記第４導電層はＰ型半導体であることを特徴とする請求項６記載の光起電力装置。
【請求項８】
前記第１光吸収層の水素濃度は、０．１〜１０原子％であることを特徴とする請求項７記載の光起電力装置。
【請求項９】
前記第２光吸収層の水素濃度は、１５〜２０原子％であることを特徴とする請求項８記載の光起電力装置。
【請求項１０】
前記第１光吸収層のバンドギャップエネルギーは、１．１〜１．７５ｅＶであることを特徴とする請求項７記載の光起電力装置。
【請求項１１】
前記第２光吸収層のバンドギャップエネルギーは、１．８〜２．０ｅＶであることを特徴とする請求項１０記載の光起電力装置。
【請求項１２】
前記第１光吸収層と前記第２光吸収層のバンドギャップエネルギーの差は、０．０５〜０．９ｅＶであることを特徴とする請求項７記載の光起電力装置。
【請求項１３】
前記第２光吸収層が第１光吸収層より入射光面に近いことを特徴とする請求項１２記載の光起電力装置。
【請求項１４】
前記第１セルと前記第２セルとの間に、非晶質のシリコン−ゲルマニウムを含む第３セルを更に有することを特徴とする請求項７記載の光起電力装置。
【請求項１５】
前記第１セルと前記第２セルとの間に、バンドギャップエネルギーが１．４〜１．６ｅＶである第３光吸収層を含む第３セルを更に有することを特徴とする請求項７記載の光起電力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力装置に関し、特に、内部水素含有量及びバンドギャップエネルギーを調節することにより、光吸収効率及び信頼性を向上させることのできる光起電力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽エネルギーを用いて電気を発生させる光起電力装置の一種であって、太陽光発電の核心的装置である。
太陽電池の最も基本的な構造は、ＰＮ接合で構成されたダイオード形態を含み、光吸収層の材料によって区分される。
【０００３】
光吸収層としてシリコンを用いる太陽電池は、結晶質（但し、多結晶）基板（ｗａｆｅｒ）型太陽電池と薄膜型（非晶質、多結晶）太陽電池に区分することができる。ＣＩＧＳ（ＣｕＩｎＧａＳｅ２）やＣｄＴｅを用いる化合物薄膜太陽電池、ＩＩＩ−Ｖ族化合物薄膜太陽電池、色素増感太陽電池、及び有機太陽電池が代表的な太陽電池であると言える。
【０００４】
薄膜型太陽電池は、薄いガラスやプラスティックのような透明基板、又はステンレスホイルのような金属基板に膜を塗布する方式で、一般的に薄膜特性上、薄膜中でのキャリアの拡散距離が結晶質層中でのキャリアの拡散距離より非常に短く、ＰＮ接合構造でのみ製造される場合、太陽光によって生成される電子−正孔対（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｈｏｌｅ  Ｐａｉｒｓ）の収集効率が非常に低く、光吸収率を上げるために真性半導体材質の光吸収層をＰ型半導体とＮ型半導体との間に挿入したＰＩＮ構造を形成する。
【０００５】
ＰＩＮ構造において、Ｉ（真性半導体）層である光吸収層は、上下の高いドーピング濃度を有するＰ層とＮ層によって空乏（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）され、内部に電場が発生することになる。入射光によってＩ層で生成された電子−正孔対は、内部電場によるドリフト（ｄｒｉｆｔ）によってＮ層とＰ層にそれぞれ収集され電流を発生することになる。
【０００６】
薄膜型太陽電池の構造は、透明基板を使用した透明導電酸化層（ＴＣＯ）／ＰＩＮ／電極構造のスーパーストレート（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）型と、主に金属基板を用いた金属／ＮＩＰ／透明導電酸化層／グリッド（ｇｒｉｄ）構造のサブストレート（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）型に区分することができる。２つの構造は、太陽光は透明導電酸化層／Ｐ層を通じてＩ層である光吸収層に入射される共通点を有しているが、しかしながら、入射光によって生成された電子−正孔対のドリフト移動度には違いがある。
【０００７】
太陽電池の効率は、セル構造及びセルを構成する各膜質と厚みなどの設計が影響を与え、特に、セル構造の選択は非常に慎重を要する要素である。
非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）と微結晶シリコン（ｍｃ−Ｓｉ：Ｈ）、又は非晶質シリコン−ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）を用いた薄膜太陽電池は、光吸収層として数ミクロン以下の厚みを有する薄膜を用い、シリコン自体の光吸収係数が低く、単一ＰＩＮ接合では高効率を達成するのに限界がある。
【０００８】
従って、ＰＩＮ構造の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）と微結晶シリコン（ｍｃ−Ｓｉ：Ｈ）太陽電池を２層又は３層で積層して製造する積層型太陽電池が実際に使用されてきている。これは、太陽電池を直列連結することにより、発生電圧レベルを向上させることができ、入射光に対する発電効率を向上させることができる。
【０００９】
しかし、積層型太陽電池は、高濃度でドーピングされたＰ層内部に存在するドーパントの拡散速度が速くて、Ｐ層とＩ層界面で光吸収効率を減少させる再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）が発生するので、これを抑制するために２００℃以下の低温で蒸着しなければならないが、この場合、低温蒸着によって光吸収層の膜質低下で光学的特性及び信頼性低下をまねくという問題点がある。
【００１０】
即ち、低温蒸着された非晶質シリコン薄膜を含む太陽電池が光に曝される場合、水素濃度が１５〜２０原子％に増加し、内部に多数の不飽和結合（ｄａｎｇｌｉｎｇ  ｂｏｎｄ）密度が増加して、非晶質シリコン薄膜の内部電場が減少する、いわゆるステブラー・ロンスキー（Ｓｔａｅｂｌｅｒ−Ｗｒｏｎｓｋｉ）効果と呼ばれる劣化現象が発生して光吸収効率が減少するという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は上記従来の光起電力装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、サブストレート型の構造を適用して、光吸収層の蒸着温度を変化させて内部水素濃度及びバンドギャップエネルギーを調節することにより、光吸収効率及び信頼性を向上させることのできる光起電力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するためになされた本発明による光起電力装置は、基板上に順次、第１導電層、第１光吸収層、及び第２導電層を有し、前記第２導電層の水素濃度が少なくとも前記第１光吸収層及び前記第２導電層の水素濃度より高いことを特徴とする。
【００１３】
前記第１導電層の水素濃度が一番高く、前記第２導電層の水素濃度が一番低く、前記第１光吸収層の水素濃度が前記第１導電層の水素濃度と前記第２導電層の水素濃度の範囲内にあることが好ましい。
前記第１導電層はＮ型半導体であり、前記第２導電層はＰ型半導体であることが好ましい。
前記第２導電層のバンドギャップエネルギーが前記第１導電層のバンドギャップエネルギーより大きいことが好ましい。
前記第２導電層のバンドギャップエネルギーが一番大きく、前記第１導電層のバンドギャップエネルギーが一番小さく、前記第１光吸収層のバンドギャップエネルギーが前記第２導電層のバンドギャップエネルギーと前記第１導電層のバンドギャップエネルギーの範囲内にあることが好ましい。
【００１４】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による光起電力装置は、基板上に順次、第１導電層、第１光吸収層、及び第２導電層を含む第１セルと、前記第１セル上に順次、第３導電層、前記第１光吸収層より薄い厚みを有する第２光吸収層、及び第４導電層を含む第２セルとを有し、前記第１光吸収層の水素濃度が前記第２光吸収層の水素濃度より低いことを特徴とする。
【００１５】
前記第１導電層及び前記第３導電層はＮ型半導体であり、前記第２導電層及び前記第４導電層はＰ型半導体であることが好ましい。
前記第１光吸収層の水素濃度は、０．１〜１０原子％であることが好ましい。
前記第２光吸収層の水素濃度は、１５〜２０原子％であることが好ましい。
前記第１光吸収層のバンドギャップエネルギーは、１．１〜１．７５ｅＶであることが好ましい。
前記第２光吸収層のバンドギャップエネルギーは、１．８〜２．０ｅＶであることが好ましい。
前記第１光吸収層と前記第２光吸収層のバンドギャップエネルギーの差は、０．０５〜０．９ｅＶであることが好ましい。
前記第２光吸収層が第１光吸収層より入射光面に近いことが好ましい。
前記第１セルと前記第２セルとの間に、非晶質のシリコン−ゲルマニウムを含む第３セルを更に有することが好ましい。
前記第１セルと前記第２セルとの間に、バンドギャップエネルギーが１．４〜１．６ｅＶである第３光吸収層を含む第３セルを更に有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る光起電力装置によれば、光吸収層の形成温度を向上させて水素濃度を減少させることにより長時間太陽光露光による素子信頼性の低下を減少させることができるという効果があり、Ｐ型半導体層の形成温度を低くすることにより、Ｐ型不純物の拡散を抑制して電子−正孔再結合による光特性低下を減少させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態による太陽電池用光起電力装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による太陽電池用光起電力装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による太陽電池用光起電力装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による太陽電池用光起電力装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による太陽電池用光起電力装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による太陽電池用光起電力装置を説明するための断面図である。
【図７】本発明に係る光起電力装置に関して、光吸収層の厚みと短絡電流の相関関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第３の実施形態による太陽電池用光起電力装置を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明に係る光起電力装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００１９】
本発明は多様に変更することができ、多様な形態を有することができること、特定の実施形態を図面に例示して本文に詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の開示形態に限定するのではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物、乃至代替物を含むことを理解すべきである。各図面を説明しながら類似の参照符号を類似の構成要素に対して付与した。
図面において、構造物の寸法は本発明の明確性のために実際より拡大して示した。第１、第２等の用語は、多様な構成要素を説明するために使用することができるが、構成要素は用語によって限定されない。用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲から逸脱することなしに、第１構成要素は第２構成要素と称されてもよく、同様に第２構成要素も第１構成要素に称されてもよい。単数の表現は、文脈上、明白に相違が示されない限り、複数の表現を含む。
【００２０】
本出願において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものが存在することを意図するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたもの等の存在または付加の可能性を予め排除しないことを理解しなければならない。
【００２１】
なお、異なるものとして定義しない限り、技術的であるか科学的な用語を含めてここで用いられる全ての用語は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有している。一般的に用いられる辞典に定義されているもののような用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有することと解釈すべきであり、本出願で明白に定義されない限り、異常的であるか過度に形式的な意味に解釈されない。
【００２２】
図１〜図５は、本発明の第１の実施形態による太陽電池用光起電力装置の製造方法を説明するために順次に示す断面図である、図１は、基板１１０上に反射層１２０を形成する段階を示す断面図である。
【００２３】
図１を参照すると、基板１１０上に反射層１２０を形成する。基板１１０は、硬い材質の基板又はフレキシブル材質の基板を使用する。例えば、基板１１０として硬い材質の基板を使用する場合、ガラスプレート、石英プレート、シリコンプレート、合成樹脂プレート、金属プレートなどを含むことができる。他の実施形態において、基板１１０としてフレキシブル材質の基板を使用する場合、金属シート、合成樹脂シートなどを含むことができる。例えば、金属シートは、ステンレスホイル、アルミニウムホイルなどを含むことができる。
反射層１２０を形成する物質としては、銀、又はアルミニウムの使用が一般的である。
【００２４】
図２は、図１に示した反射層１２０上に後面電極１３０を形成する段階を示す断面図である。
図２を参照すると、先に形成された反射層１２０上に後面電極１３０を蒸着する。例えば、後面電極１３０は、物理的気相蒸着（ＰＶＤ）法を用いて形成する。後面電極１３０は、反射層１２０によって反射された光を光吸収層に入射するために透明で導電性を有するＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｂ、ＳｎＯ２、又は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の物質で形成される。
【００２５】
入射光の光吸収効率を増大させるために、後面電極１３０は、表面に所定の高さ及びサイズのテクスチャー（ｔｅｘｔｕｒｅ）を形成することが好ましい。例えば、テクスチャーは、エンボシングパターン、凸凹形状、突出部、リセス、グルーブ、プリズムパターンなどを含むことができる。
【００２６】
図３は、図２に示した後面電極１３０上に第１導電層１４０及び第１光吸収層１４１を形成する段階を示す断面図である。
【００２７】
図３を参照すると、後面電極１３０上に第１導電層１４０及び第１光吸収層１４１を化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法を用いて順次形成する。この際、蒸着温度は、３００℃〜４００℃範囲内で形成する。
【００２８】
図４は、図３に示した第１光吸収層１４１上に第２導電層１４２を形成する段階を示す断面図である。
【００２９】
図４を参照すると、先に形成された第１光吸収層１４１上に第１導電層１４０と異なる不純物を含む第２導電層１４２を１５０℃〜２００℃範囲内で形成する。この際、前記温度で形成された第１光吸収層１４１の水素濃度は非晶質シリコンを含んで形成される場合５〜１０原子％であり、微結晶シリコンを含んで形成される場合、０．１〜２原子％である。第１導電層１４０はＮ型不純物を含み、第２導電層１４２はＰ型不純物を含むことが好ましい。他の実施形態において、第１導電層１４０がＰ型不純物を含み、第２導電層１４２がＮ型不純物を含むこともできる。
【００３０】
他の実施形態として、第１導電層１４０、第１光吸収層１４１、及び第２導電層１４２を１５０℃〜２００℃範囲内の同一温度で連続して成膜することもできるが、この場合、低い蒸着温度によって光吸収層の内部に１５〜２０原子％の水素を含むことにより、多数の不飽和結合（ｄａｎｇｌｉｎｇ  ｂｏｎｄ）密度の増加をまねいて、これを用いて太陽電池を製作する場合、光に曝された時間が経過することにより、太陽電池の効率が初期と対比して１５〜２０％程度減少する、いわゆる、ステブラー・ロンスキー（Ｓｔａｅｂｌｅｒ−Ｗｒｏｎｓｋｉ）効果と呼ばれる劣化現象が発生することがある。従って、光吸収層の形成温度を上昇させて内部の水素濃度を低くすることにより、このような問題を解決することができる。
【００３１】
しかし、一般的なスーパーストレート型の太陽電池セル構造では基板裏面から太陽光が入射され、基板全面に形成されたＰ型導電層上に光吸収層及びＮ型導電層が成膜される。
従って、導電層及び光吸収層の蒸着温度を向上させると、高い拡散速度を有するホウ素のようなＰ型不純物は高い蒸着温度で相対的に光吸収層に拡散が容易なので、Ｐ型導電層と光吸収層の界面で再結合を増加させて、太陽電池の効率を減少させるという更に他の問題点を起こす。
半導体で電子−正孔対を生成する過程又は価電子帯から伝導帯に電子が励起される過程を生成（Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）という用語として定義し、電子が伝導帯から価電子帯に移動することにより１つの電子−正孔対が消滅される過程を再結合と定義する。
【００３２】
従って、本発明のようにサブストレート型の太陽電池セル構造を用いて基板全面にＮ型導電層と光吸収層を３００℃〜４００℃範囲の高温で形成して水素濃度を非晶質シリコンの場合、５〜１０原子％、微結晶シリコンの場合、０．１〜２原子％まで減少させ、その上にＰ型導電層を１５０℃〜２００℃範囲の低温で形成すると、リンのようなＮ型不純物は高温で拡散速度が低いので、高温蒸着温度にもかかわらず、Ｎ型導電層及び光吸収層界面での再結合が減少するので、太陽電池の効率の減少を最小化することができる。
【００３３】
図５は、図４に示した第２導電層１４２上に反射防止層１５０及び全面電極１６０を形成する段階を示す断面図である。
【００３４】
図５を参照すると、第２導電層１４２上に反射防止層１５０及び全面電極１６０を形成する。
反射防止層１５０は、入射される光の表面反射による光損失を減少させるために形成するもので、酸化膜や窒化膜と絶縁層と透明導電層で形成された多層膜、或いは単一層に形成して別途のＭｇＦ２のような材質を含むＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングを更に含むこともできる。反射防止層１５０上に金属のような導電性材料を成膜した後、パターニングして全面電極１６０を形成する。
【００３５】
以下、本発明の第１の実施形態の他の例による光起電力装置に関して説明する。本実施形態において、第１導電層、第１光吸収層、及び第２導電層の物理化学的特性を除いた残りの構成要素は、図１〜図５と同じなので、重複説明は省略する。
【００３６】
光起電力装置が基板上に配置された第１導電層、第１光吸収層、及び第２導電層を含み、第１導電層の水素濃度が少なくとも第１光吸収層及び第２導電層の水素濃度より高くする。本実施形態において、第１導電層は、Ｎ＋半導体層、第２導電層はＰ＋半導体層を含む。
【００３７】
本実施例において、第１光吸収層はＩ（真性）半導体層を含む。
Ｎ＋半導体層は、２５０℃〜３５０℃の温度で蒸着され、バンドギャップエネルギーは約１．６ｅＶ〜約１．７ｅＶで、水素濃度は約５原子％〜約１０原子％で、導電性が高い。
【００３８】
Ｉ半導体層は、１５０℃〜２５０℃の温度で蒸着され、バンドギャップエネルギーは約１．７ｅＶ〜約１．９ｅＶで、水素濃度は約１０原子％〜約２０原子％で、高特性光吸収層を構成する。
Ｐ＋半導体層は、１００℃〜１５０℃の温度で蒸着され、バンドギャップエネルギーは約２．０ｅＶ〜約２．２ｅＶで、水素濃度は約２０原子％以上である。
【００３９】
第１導電層の水素濃度が一番高く、第２導電層の水素濃度が一番低く、第１光吸収層の水素濃度が第１導電層の水素濃度と第２導電層の水素濃度の範囲内にある。
【００４０】
第２導電層のバンドギャップエネルギーが、第１導電層のバンドギャップエネルギーより高い。第２導電層のバンドギャップエネルギーが一番高く、第１導電層のバンドギャップエネルギーが一番低く、第１光吸収層のバンドギャップエネルギーが第１導電層のバンドギャップエネルギーと第２導電層のバンドギャップエネルギーの範囲内にある。
【００４１】
図６は、本発明の第２の実施形態による太陽電池用光起電力装置を説明するための断面図である。
図６を参照すると、基板２１０上に、反射層２２０と、後面電極２３０と、第１導電層２４０、第１光吸収層２４１、及び第２導電層２４２を含む第１セル２４と、第１セル２４と反射防止層２５０との間に第３導電層２４３、第２光吸収層２４４、及び第４導電層２４５を含む第２セル２５を更に有する。
【００４２】
基板２１０上に第１セル２４を形成する段階は、前述した図１〜図５の段階と同じなので、重複される説明は省略する。
【００４３】
第２セル２５を形成するために、第１セル２４の第２導電層２４２上に第２導電層２４２と逆極性で第１セル２４の第１導電層２４０の不純物と実質的に同じ不純物を含む第３導電層２４３と、第２光吸収層２４４とを第２導電層２４２の形成温度と同じか、又は低い温度で形成する。
続いて、第１セル２４の第２導電層２４２の極性と同じであり、第２セル２５の第３導電層２４３と逆極性になる不純物を含む第４導電層２４５を第２セル２５の第３導電層２４３及び第２光吸収層２４４の形成温度より低い温度で形成する。
【００４４】
第１セル２４の第１光吸収層２４１の形成温度は、３００℃〜４００℃で、第２セル２５の第２光吸収層２４４の形成温度は１５０℃〜２００℃である。
【００４５】
第１導電層２４０及び第３導電層２４３はＮ型不純物を含み、第２導電層２４２及び第４導電層２４５はＰ型不純物を含むことが好ましい。
【００４６】
上述したように、第２セル２５の第２光吸収層２４４は、１５０℃〜２００℃範囲で形成されるので、非晶質シリコンを含む第２光吸収層２４４の水素濃度が１５〜２０原子％であるのに対し、第１セル２４の第１光吸収層２４１の形成温度が３００℃〜４００℃の範囲なので、第１光吸収層２４１を非晶質シリコン材質で形成する場合、水素濃度は５〜１０原子％範囲で、微結晶（ｍｃ−Ｓｉ：Ｈ）シリコンを含む場合には、約２原子％内外に減少させることができる。
【００４７】
又、第１セル２４のＰ型不純物を含む第２導電層２４２と第２セル２５のＮ型不純物を含む第３導電層２４３が互いに接して形成されるが、第２セル２５の第３導電層２４３が第１セル２４の第２導電層２４２の形成温度と同じか、又は低い温度で形成されるので、Ｐ型不純物がＮ型不純物を含む第２セル２５の第３導電層２４３に拡散することを最小化することができる。又、第２セル２５のＰ型不純物を含む第４導電層２４５は、第２セル２５の第３導電層２４３及び第２光吸収層２４４より低い温度で形成することにより、第２光吸収層２４４に向かってＰ型不純物が拡散するのを抑制することが可能である。
【００４８】
第１セル２４に微結晶シリコン（ｍｃ−Ｓｉ：Ｈ）材質の第１光吸収層２４１を含み、第２セル２５に非晶質シリコンで構成される第２光吸収層２４４を含んで形成すると、積層されている２つのセルのバンドギャップエネルギーが互いに異なり、互いに異なる波長の光吸収が容易となるので、太陽電池の効率が増大するのを期待することができる。
【００４９】
本実施形態において、高温蒸着された微結晶シリコン（ｍｃ−Ｓｉ：Ｈ）で構成された第１セル２４の第１光吸収層２４１のバンドギャップエネルギーは、約１．１〜１．２ｅＶで、相対的に低温蒸着された非晶質シリコンで構成された第２セル２５の第２光吸収層２４４のバンドギャップエネルギーは約１．８〜２．０ｅＶである。
【００５０】
第１セル２４と第２セル２５との間に第３セルを更に含むことができる（図８にて後述する）。
第３セルは、非晶質シリコン−ゲルマニウムで形成され、第１セル２４の第１光吸収層２４１の形成温度よりは低く、第２セル２５の第２光吸収層２４４の形成温度よりは高い、２００℃〜３００℃の範囲内で形成することが好ましく、この時、バンドギャップエネルギーは約１．４〜１．６ｅＶの範囲である。
【００５１】
本実施形態による光起電力装置は、それぞれ異なる水素濃度を有する複数の光吸収層を含む複数のセルで構成された積層型光起電力装置である。
【００５２】
図６を参照すると、基板上に反射層２２０を形成し、その上に後面電極２３０を形成する。反射層２２０は、Ａｌ又はＡｇのような反射率が高い物質を用い、反射した光を第１光吸収層２４１及び第２光吸収層２４４に再入射させる機能を果たす。後面電極２３０は、反射層２２０によって反射された光を第１光吸収層２４１及び第２光吸収層２４４に入射させるために透明材質で、導電性を有するＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｂ、ＳｎＯ２、又はＩＴＯなどの物質で形成される。入射光の光吸収効率を増大させるために、後面電極２３０の表面に所定の高さ及びサイズのテクスチャーを形成することが好ましい。
【００５３】
後面電極２３０上には、第１導電層２４０、第１光吸収層２４１、及び第２導電層２４２を含む第１セル２４と、第３導電層２４３、第２光吸収層２４４、及び第４導電層２４５を含む第２セル２５を順次に形成、積層する。この際、第１光吸収層２４１の水素濃度は、第２光吸収層２４４の水素濃度より低い。本実施形態による第１光吸収層２４１の水素濃度は非晶質シリコンを含んで形成される場合、５〜１０原子％であり、微結晶シリコンを含んで形成される場合、０．１〜２原子％であり、第２光吸収層２４４の水素濃度は１５〜２０原子％である。
【００５４】
第１導電層２４０及び第３導電層２４３と、第２導電層２４２及び第４導電層２４５はそれぞれ実質的に同じ不純物を含み、本実施形態では第１導電層２４０及び第３導電層２４３はリンを含むＮ型導電層であり、第２導電層２４２及び第４導電層２４５はフッ素を含むＰ型導電層であることが好ましい。
【００５５】
他の例として、第１導電層２４０及び第３導電層２４３がフッ素を含むＰ型導電層であり、第２導電層２４２及び第４導電層２４５がリンを含むＮ型導電層であることも可能である。又、第１光吸収層２４１のバンドギャップエネルギーは、１．１〜１．７５ｅＶであり、第２光吸収層２４４のバンドギャップエネルギーは１．８〜２．０ｅＶである。第１光吸収層２４１及び第２光吸収層２４４は、非晶質シリコン又は微結晶シリコンのうちいずれか１つである。
【００５６】
第１光吸収層２４１と第２光吸収層２４４のバンドギャップエネルギーの差は、０．０５〜０．４ｅＶである。この時、第１光吸収層２４１のバンドギャップエネルギーが第２光吸収層２４４のバンドギャップエネルギーより小さく、第２光吸収層２４４は、第１光吸収層２４１より本光起電力装置の太陽光の入射光面に近い。
【００５７】
図７は、本発明に係る光起電力装置に関して、光吸収層の厚みと有効受光面積当たりの短絡電流Ｊｓｃの相関関係を示すグラフである。
図７を参照すると、一定電圧条件下において、光吸収層の厚みが増加するほど短絡電流が増加することがわかり、太陽電池の効率は、短絡電流、開放電圧Ｖｏｃ、及びＦＦ（Ｆｉｌｌ  Ｆｃｔｏｒ）の総合の関数なので、短絡電流を増加させることにより太陽電池の効率を増大させることができる。本実施形態のように、高温で光吸収層を蒸着する場合、蒸着速度が増加するので短い時間で厚い光吸収層を容易に形成できる。
【００５８】
図８は、本発明の第３の実施形態による太陽電池用光起電力装置を説明するための断面図である。
図８において、本実施形態による光起電力装置は、第１光吸収層３４１を含む第１セル３４と第２光吸収層３４７を含む第２セル３６間に第３光吸収層３４４を有する第３セル３５を更に有する。
【００５９】
図８を参照すると、第３セル３５は、第５導電層３４３、第３光吸収層３４４、及び第６導電層３４５を含み、第５導電層３４３は第１セル３４の第１導電層３４０及び第２セル３６の第３導電層３４６と同じ極性となる不純物を含み、第６導電層３４５は第１セル３４の第２導電層３４２及び第２セル３６の第４導電層３４８と同じ極性となる不純物を含む。
第５導電層３４３と第６導電層３４５は、それぞれＮ型不純物及びＰ型不純物を含むことが好ましい。本実施形態において、第３光吸収層３４４は非晶質シリコン−ゲルマニウムを含み、バンドギャップエネルギーの範囲は、１．４〜１．６ｅＶである。
【００６０】
このように光吸収層の形成温度を上げて水素濃度を減少させることにより、長期間太陽光に露光することによる素子信頼性低下を減少させることができ、Ｐ型半導体層の形成温度を低くすることにより、Ｐ型不純物の拡散を抑制して、電子−正孔再結合による光学特性低下を減少させることができる。又、光吸収層の形成温度を高温度にすることにより、蒸着速度が増大し一定の蒸着時間での蒸着厚みが増加することにより、短絡電流が増加して、これによって光起電力装置の効率を向上させることができる。
【００６１】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、サブストレート積層型太陽電池に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
２４、３４    第１セル
２５、３６    第２セル
３５      第３セル
１１０、２１０、３１０    基板
１２０、２２０、３２０    反射層
１３０、２３０、３３０    後面電極
１４０、２４０、３４０    第１導電層
１４１、２４１、３４１    第１光吸収層
１４２、２４２、３４２    第２導電層
１５０、２５０、３５０    反射防止層
１６０、２６０、３６０    全面電極
２４３、３４６    第３導電層
２４４、３４７    第２光吸収層
２４５、３４８    第４導電層
３４３      第５導電層
３４４      第３光吸収層
３４５      第６導電層
【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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【図８】
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