(57)【要約】【課題】フィルファクターが高く良好な光電変換特性を有する薄膜太陽電池を得ること。【解決手段】透光性絶縁基板上に、第１の電極層と、光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、光電変換を行う第２光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２の電極層と、をこの順で有する薄膜太陽電池であって、前記中間層は、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜からなる第１中間層と、導電率が前記第１中間層の導電率の１／１０以下の膜からなり前記第１中間層の光入射側または光出射側の少なくともいずれか一方において前記第１中間層に当接して設けられた第２中間層と、により構成される。【選択図】図１−３
2010245192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１の電極層と、第１のｐ型半導体層と第１のｉ型半導体層と第１のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、第２のｐ型半導体層と第２のｉ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第２光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２の電極層と、をこの順で有する薄膜太陽電池であって、
前記中間層は、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜からなる第１中間層と、導電率が前記第１中間層の導電率の１／１０以下の膜からなり前記第１中間層の光入射側または光出射側の少なくともいずれか一方において前記第１中間層に当接して設けられた第２中間層と、により構成されて前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とを電気的に接続すること、
を特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記第２中間層が、連続膜、不連続膜または連続膜と不連続膜との組み合わせにより構成されること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記第２中間層の膜厚が、前記第１中間層の１／１０以下であること、
を特徴とする請求項１または２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記第１中間層および前記第２中間層が、リンまたはボロンがドーピングされてなり、
前記第２中間層におけるリンまたはボロンのドーピング濃度が前記第１中間層におけるリンまたはボロンのドーピング濃度より低いこと、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
第２中間層が、前記第１中間層の光入射側および光出射側の両方において前記第１中間層に当接して設けられること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項６】
透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１の電極層と、第１のｐ型半導体層と第１のｉ型半導体層と第１のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、第２のｐ型半導体層と第２のｉ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第２光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２の電極層と、をこの順で有する薄膜太陽電池であって、
前記中間層は、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜からなり前記第１光電変換層上に形成された第１中間層と、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜からなり前記第１中間層上に形成された第２中間層と、により構成されて前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とを電気的に接続し、
前記第１中間層および第２中間層のいずれか一方がｎ型半導体膜からなり、他方がｐ型半導体膜からなり、前記第１中間層と第２中間層とが互いに逆極性の電子状態とされていること、
を特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項７】
前記第１中間層は、リンおよびボロンのいずれか一方がドープされてなり、
前記第２中間層は、リンおよびボロンのいずれか他方がドープされてなること、
を特徴とする請求項６に記載の薄膜太陽電池。
【請求項８】
透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１の電極層と、第１のｐ型半導体層と第１のｉ型半導体層と第１のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、第２のｐ型半導体層と第２のｉ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第２光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２の電極層と、をこの順で有する薄膜太陽電池であって、
前記中間層は、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜からなる第１中間層と、導電率が１０−５Ｓｃｍ−１以上であるｐ型またはｎ型の第２中間層と、により構成されて前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とを電気的に接続し、
前記第１中間層の光入射側において前記第１中間層と接するドープ層と、前記第１中間層の光出射側において前記第１中間層と接するドープ層とが同極性となるように、ｐ型またはｎ型の前記第２中間層が前記第１中間層の光入射側または光出射側に配置されていること、
を特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項９】
前記第２中間層が、前記第１中間層の光出射側に配置されたｎ型層または前記第１中間層の光入射側に配置されたｐ型層であること、
を特徴とする請求項８に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１０】
透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１の電極層と、第１のｐ型半導体層と第１のｉ型半導体層と第１のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、第２のｐ型半導体層と第２のｉ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第２光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２の電極層と、がこの順で積層された薄膜光電変換装置の製造方法であって、
前記透光性絶縁基板上に、前記第１の電極層を形成する第１工程と、
前記第１の電極層上に、前記第１光電変換層を形成する第２工程と、
前記第１光電変換層上に、前記中間層を形成する第３工程と、
前記中間層上に、前記第２光電変換層を形成する第４工程と、
前記第２光電変換層上に、前記第２の電極層を形成する第５工程と、
を含み、
前記第３工程では、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜からなる第１中間層と、導電率が前記第１中間層の導電率の１／１０以下の膜からなり前記第１中間層の光入射側または光出射側の少なくともいずれか一方において前記第１中間層に当接する第２中間層と、を形成すること、
を特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１の電極層と、第１のｐ型半導体層と第１のｉ型半導体層と第１のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、第２のｐ型半導体層と第２のｉ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第２光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２の電極層と、がこの順で積層された薄膜光電変換装置の製造方法であって、
前記透光性絶縁基板上に、前記第１の電極層を形成する第１工程と、
前記第１の電極層上に、前記第１光電変換層を形成する第２工程と、
前記第１光電変換層上に、前記中間層を形成する第３工程と、
前記中間層上に、前記第２光電変換層を形成する第４工程と、
前記第２光電変換層上に、前記第２の電極層を形成する第５工程と、
を含み、
前記第３工程では、
波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜からなる第１中間層を前記第１光電変換層上に形成し、
波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜からなる第２中間層を前記第１中間層上に形成し、
前記第１中間層と第２中間層とが互いに逆極性の電子状態となるように前記第１中間層および前記第２中間層のいずれか一方をｎ型半導体膜により形成し、他方をｐ型半導体膜により形成すること、
を特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１の電極層と、第１のｐ型半導体層と第１のｉ型半導体層と第１のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、第２のｐ型半導体層と第２のｉ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第２光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２の電極層と、がこの順で積層された薄膜光電変換装置の製造方法であって、
前記透光性絶縁基板上に、前記第１の電極層を形成する第１工程と、
前記第１の電極層上に、前記第１光電変換層を形成する第２工程と、
前記第１光電変換層上に、前記中間層を形成する第３工程と、
前記中間層上に、前記第２光電変換層を形成する第４工程と、
前記第２光電変換層上に、前記第２の電極層を形成する第５工程と、
を含み、
前記第３工程では、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜からなる第１中間層と、導電率が１０−５Ｓｃｍ−１以上であるｐ型またはｎ型の第２中間層とを、前記第１中間層の光入射側において前記第１中間層と接する層と、前記第１中間層の光出射側において前記第１中間層と接する層とが同極性となるように、ｐ型またはｎ型の前記第２中間層を前記第１中間層の光入射側または光出射側に配置して形成すること、
を特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜半導体の光起電力により発電する薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板上の透明電極膜と反射電極膜との間にｐ型層、ｉ型層、ｎ型層からなる半導体層である光電変換層を挟持し、さらに光電変換効率を向上させる目的で、例えばそれぞれアモルファスシリコン光電変換層と微結晶シリコン光電変換層とからなる複数の光電変換層を積層し、直列に接続した多接合構造とされている。この構造では、それぞれの半導体層のバンドギャップの違いから、光の吸収波長領域が異なることを利用して、光入射側のアモルファスシリコン光電変換層で太陽光のうち短波長成分を、微結晶シリコン光電変換層で太陽光のうち長波長成分をそれぞれ吸収させて光の有効波長域を広げ、さらには直列接合による開放電圧の加算により変換効率を向上させている。
【０００３】
また、アモルファスシリコン光電変換層と微結晶シリコン光電変換層との間には中間層が挟持されている。中間層は、光入射側のアモルファスシリコン光電変換層を通過した光を反射して、アモルファスシリコンに光を戻す役割を果たす。このため、アモルファスシリコン光電変換層の光電変換層は薄い膜厚で所定の吸収および発電電流を生じる。そして、光電変換層の膜厚を薄くできる分だけ光劣化を抑制することができ、劣化後の安定化効率を高くすることが可能となる。中間層において光を有効に反射させるためには、アモルファスシリコン光電変換層と中間層との屈折率差を大きくする必要がある。そこで、例えば中間層を、酸素成分を含有したシリコンとすることにより波長６００ｎｍの光に対して低い屈折率１．７以上２．１以下とする技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、上述したような多接合構造の太陽電池セルでは、アモルファスシリコン光電変換層と微結晶シリコン光電変換層とでそれぞれ発生した電流を、中間層を介して低い抵抗で流さなければならない。抵抗成分が高い場合は、発生した電流による電圧降下がセル特性に影響を及ぼし、動作電流および動作電圧が低下し、いわゆるフィルファクターの低下を招く。したがって、光入射側から順にｐ型層、ｉ型層、ｎ型層が形成される場合、アモルファスシリコン光電変換層の電子と微結晶シリコン光電変換層の正孔とを中間層を介して再結合させ、見かけの電流を流さなければならない。このため、中間層は上記屈折率に加えて、導電性が求められる。
【０００５】
しかしながら、屈折率が低い酸化シリコンの場合は絶縁体となり、導電率が低下し、中間層としての役割を果たさなくなる。そこで、特許文献１では、中間層の非晶質シリコン相の中に微結晶シリコン相を含有し、暗導電率として１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下を与えることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０６３７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１で開示されている屈折率１．７以上２．１以下では、導電率は例え微結晶シリコン相を含んでいても暗導電率は低くなる。また、リンおよびボロンといったドーパントを含有させても、ドーピングによって微結晶シリコン層が崩れてしまうことから、一定量以上含有させても効果がなかった。このように、特許文献１では、中間層として低屈折率および高い暗導電率を兼ね備えるために、非晶質シリコン相の中に微結晶シリコン相を含有させ、屈折率および暗導電率の範囲を規定しているが、かかる低い屈折率では相当量の酸素が必要とされ、結果として高い導電率を容易に得ることが困難である、という問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、フィルファクターが高く良好な光電変換特性を有する薄膜太陽電池およびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１の電極層と、第１のｐ型半導体層と第１のｉ型半導体層と第１のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、第２のｐ型半導体層と第２のｉ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが前記第１の電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第２光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２の電極層と、をこの順で有する薄膜太陽電池であって、前記中間層は、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜からなる第１中間層と、導電率が前記第１中間層の導電率の１／１０以下の膜からなり前記第１中間層の光入射側または光出射側の少なくともいずれか一方において前記第１中間層に当接して設けられた第２中間層と、により構成されて前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とを電気的に接続すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜からなる第１中間層と、導電率が前記第１中間層の導電率の１／１０以下の膜からなり前記第１中間層の光入射側または光出射側の少なくともいずれか一方において前記第１中間層に当接して設けられた第２中間層と、により構成される中間層を備えることにより、第１光電変換層および第２光電変換層の中間層側に配置しているｐ型層およびｎ型層によって中間層に形成される逆電界が第２中間層に集中するため、第１中間層での電荷の流れがスムーズになり、フィルファクターが高く、光電変換特性に優れたタンデム型薄膜太陽電池を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１−１】図１−１は、本発明の実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池の概略構成を示す平面図である。
【図１−２】図１−２は、本発明の実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池の断面構造を説明するため要部断面図である。
【図１−３】図１−３は、本発明の実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池の詳細断面構造（層構成）を説明するため要部断面図である。
【図２】図２は、第２中間層の電圧割合と、第１中間層と第２中間層との導電率比（第１中間層の導電率／第２中間層の導電率）と、の関係を示す特性図である。
【図３−１】図３−１は、本発明の実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−２】図３−２は、本発明の実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−３】図３−３は、本発明の実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−４】図３−４は、本発明の実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−５】図３−５は、本発明の実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−６】図３−６は、本発明の実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−７】図３−７は、本発明の実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図４−１】図４−１は、本発明の実施の形態２にかかるタンデム型薄膜太陽電池の断面構造を説明するため要部断面図である。
【図４−２】図４−２は、本発明の実施の形態２にかかるタンデム型薄膜太陽電池の詳細断面構造（層構成）を説明するため要部断面図である。
【図５−１】図５−１は、本発明の実施の形態３にかかるタンデム型薄膜太陽電池の断面構造を説明するため要部断面図である。
【図５−２】図５−２は、本発明の実施の形態３にかかるタンデム型薄膜太陽電池の詳細断面構造（層構成）を説明するため要部断面図である。
【図６−１】図６−１は、本発明の実施の形態４にかかるタンデム型薄膜太陽電池の断面構造を説明するため要部断面図である。
【図６−２】図６−２は、本発明の実施の形態４にかかるタンデム型薄膜太陽電池の詳細断面構造（層構成）を説明するため要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１３】
実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池である薄膜太陽電池モジュール（以下、モジュールと呼ぶ）１の概略構成を示す平面図である。図１−２は、モジュール１の断面構造を説明するための図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ’方向における要部断断面図である。図１−３は、モジュール１の詳細断面構造（層構成）を説明するための要部断断面図である。
【００１４】
図１−１および図１−２に示すように、実施の形態１にかかるモジュール１は、透光性絶縁基板２上に形成された短冊状（矩形状）の薄膜太陽電池セル（以下、セルと呼ぶ）Ｃを複数備え、これらのセルＣが電気的に直列に接続された構造を有する。セルＣは、図１−２および図１−３に示すように透光性絶縁基板２、透光性絶縁基板２上に形成され第１の電極層となる透明電極層３、透明電極層３上に形成される第１光電変換層７、第１光電変換層７上に形成される中間層８、中間層８上に形成される第２光電変換層１２、第２光電変換層１２上に形成される上部透明導電層１３、上部透明導電層１３上に形成され第２の電極層となる裏面反射電極層１４を備える。
【００１５】
透光性絶縁基板２上に形成された透明電極層３には、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在するとともに透光性絶縁基板２に達するストライプ状の第１の溝Ｄ１が形成されている。この第１の溝Ｄ１の部分に第１光電変換層７が埋め込まれることで、透明電極層３が隣接するセルＣに跨るようにセル毎に分離されて形成されている。また、この第１の溝Ｄ１で、透光性絶縁基板２と第１光電変換層７の下層が接する。
【００１６】
また、透明電極層３上に形成された第１光電変換層７、中間層８および第２光電変換層１２には、第１の溝Ｄ１と異なる箇所において透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在するとともに透明電極層３に達するストライプ状の第２の溝（接続溝）Ｄ２が形成されている。この第２の溝（接続溝）Ｄ２の部分に上部透明導電層１３が埋め込まれることで、裏面反射電極層１４が上部透明導電層１３を介して透明電極層３に接続される。そして、該透明電極層３が隣接するセルＣに跨っているため、隣り合う２つのセルの一方の裏面反射電極層１４と他方の透明電極層３とが電気的に接続されている。
【００１７】
また、裏面反射電極層１４、上部透明導電層１３、第２光電変換層１２、中間層８および第１光電変換層７には、第１の溝Ｄ１および第２の溝（接続溝）Ｄ２とは異なる箇所で、透明電極層３に達するストライプ状の第３の溝（分離溝）Ｄ３が形成されて、各セルＣが分離されている。このように、セルＣの透明電極層３が、隣接するセルＣの裏面反射電極層１４と接続することによって、隣接するセルＣが電気的に直列接続している。大面積の透光性絶縁基板２上では、上記の第３の溝（分離溝）Ｄ３により複数のセルを分離形成し、これらを多段に直列接続し、段数に応じた電圧を得る。
【００１８】
また、上記の各溝の加工には、例えばレーザスクライビング法およびメカニカルスクライビング法等が用いられ、例えば、透明電極層３はＮｄ：ＹＡＧ基本波（１．０６４μｍ）パルスレーザによる走査で加工され、第１、第２光電変換層および上部透明導電層１３および裏面反射電極層１４はＮｄ：ＹＡＧ第２高調波（５３２ｎｍ）パルスレーザによる走査で加工される。
【００１９】
透光性絶縁基板２側から光を入射するタイプのモジュール１では、透光性絶縁基板２は、ガラス、透明樹脂等からなる板状部材やシート状部材が用いられる。
【００２０】
透明電極層３は、光透過性を有している透明導電膜が用いられ、例えば酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、透明導電性薄膜（ＩＴＯ）、酸化インジュウム亜鉛（ＩＺＯ）に添加物を付与した材料等が用いられ、熱ＣＶＤ（Chemical  vapor  deposition）法、スパッタリング法、蒸着法等および各種エッチング処理等の従来の手法を用いて形成される。また、透明電極層３は、光閉じ込めのために第１光電変換層７側の表面に凹凸形状が形成された表面テクスチャ構造（図示せず）を有する。このテクスチャ構造は、入射した太陽光を散乱させ、第１光電変換層７および第２光電変換層１２で入射光をより効率的に吸収させ、光利用効率を高める機能を有する。テクスチャ形成法や耐還元性の向上等を目的に、透明電極層３は複数の材料膜から形成しても構わない。
【００２１】
図１−２に示すように２つの光電変換層が積層された構造の場合は、光の入射側に配置された第１光電変換層７には相対的にバンドギャップの広い材料、例えばアモルファスシリコン系材料を含んで構成される光電変換層が用いられる。その後方に配置された第２光電変換層１２には、第１光電変換層７よりも相対的にバンドギャップの狭い材料、例えば微結晶シリコン系材料を含んで構成される光電変換層や、アモルファスシリコンゲルマニウムを含んで構成される光電変換層などが用いられる。各々の光電変換層は、第１導電型層であるｐ型層、実質的に真性な光電変換層であり第２導電型半導体層であるｉ型層、および第３導電型層であるｎ型層からなるＰ−Ｉ−Ｎ接合を構成する。
【００２２】
第１光電変換層７は、光入射側からみて透明電極層３の後方に配置され、図１−３に示すように、例えばそれぞれアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）からなるｐ型層４、ｉ型層５、ｎ型層６が順次積層されてＰ−Ｉ−Ｎ構造を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される。ｉ型層５にて光が吸収され、上記ｉ型層５の両接合面に配置したｐ型層４とｎ型層６のフェルミ準位の差によりｉ型層５に電界が加わり、この電界によりｉ型層５で光吸収によって生成した電子と正孔をそれぞれ第１光電変換層７の外側に向かって導く。このような第１光電変換層７は、例えばプラズマＣＶＤ等の製膜方法により形成される。
【００２３】
ここで、ｐ型層４は、光透過性および開放電圧をそれぞれ高める目的で、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等のワイドバンドギャップ材料を用いても構わない。また、ｐ型層４とｉ型層５との界面、およびｉ型層５とｎ型層６との界面に、バンド不連続を補う、あるいは界面欠陥準位の影響を抑制する目的で、バッファー層として類似の材料でドーピングレベルを調整したものを使用しても構わない。さらに、ｐ型層４は、所定の導電率を薄い膜厚で達成するために微結晶Ｓｉを含む材料を用いても構わない。
【００２４】
中間層８は、光透過性および光反射性の双方の特性を有し、かつ導電性を有する膜により構成され、図１−３に示すように第１光電変換層７と第２光電変換層１２との間に配置される。中間層８は第１光電変換層７に入射した光を反射させることができるため、Ｉ型非晶質半導体層５の実効膜厚を増大させる効果がある。中間層８は、第１中間層８ａと、該第１中間層より光入射側に近い位置（光入射側）または光入射側から遠い位置（光出射側）の少なくともいずれか一方において該第１中間層に当接する第２中間層８ｂと、により構成される。本実施の形態では、図１−２および図１−３に示すように、第２中間層８ｂが第１中間層に対して光入射側から遠い位置に配置されている場合を示している。
【００２５】
第１中間層８ａは、波長６００ｎｍの光に対する屈折率ｎが第１光電変換層７よりも低い１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜により構成される。第２中間層８ｂは、屈折率に関しては特に制限が無く、導電率が第１中間層８ａの導電率の１／１０以下である導電率の低い膜により構成される。このような第１中間層８ａおよび第２中間層８ｂは、例えばプラズマＣＶＤおよびスパッタ等の製膜方法により形成される。このような第１中間層８ａは、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物のいずれか、または、その混合物であって、第２中間層８ｂより酸素、窒素、炭素含有量が少ない材料で構成される。また、このような第２中間層８ｂは、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物のいずれか、または、その混合物であって、第1中間層８ａより酸素、窒素、炭素含有量が多い材料で構成される。
【００２６】
第２光電変換層１２は、光入射側からみて中間層８の後方に配置され、図１−３に示すように、例えばそれぞれ微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を含むｐ型層９、ｉ型層１０、ｎ型層１１が順次積層されてＰ−Ｉ−Ｎ構造を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される。第１光電変換層７で吸収されずに透過した長波長よりの光がｉ型層１０にて吸収され、上記ｉ型層１０の両接合面に配置したｐ型層９とｎ型層１１のフェルミ準位の差によりｉ型層１０に電界が加わり、この電界によりｉ型層１０で光吸収によって生成した電子と正孔をそれぞれ第１光電変換層１２の外側に向かって導く。このような第２光電変換層１２は、例えばプラズマＣＶＤ等の製膜方法により形成される。
【００２７】
上部透明導電層１３は、光入射側からみて第２光電変換層１２の後方に配置される。上部透明導電層１３は、例えば酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、透明導電性薄膜（ＩＴＯ）、酸化インジュウム亜鉛（ＩＺＯ）に添加物を付与した材料等が用いられる。上部透明導電層１３は、第２光電変換層１２に対するメタル材料等のバリア膜として作用し、さらには反射率を最大にするように光位相を調整する作用がある。このような上部透明導電層１３は、例えば、熱ＣＶＤ（Chemical  vapor  deposition）法、スパッタリング法、蒸着法等の従来の手法を用いて形成される。
【００２８】
裏面反射電極層１４は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）およびこれら元素を含む合金から構成され、第１光電変換層７および第２光電変換層１２と異なる形状・位置でパターニングされている。また、これらを積層して形成してもよい。図示はしないが、裏面反射電極層１４上には各種保護膜を形成しても構わない。このような裏面反射電極層１４は、例えば、熱ＣＶＤ（Chemical  vapor  deposition）法、スパッタリング法、蒸着法等の従来の手法を用いて形成される。
【００２９】
つぎに、上記のような構成を有する本実施の形態にかかるモジュール１において第１光電変換層７と第２光電変換層１２との間に配置された中間層８の役割について説明する。
【００３０】
第１光電変換層７で吸収された光の一部は、低い屈折率の中間層８の存在によって一部が第１光電変換層７に反射されて第１光電変換層７に戻されるため、第１光電変換層７に対する光利用効率が増大する。ここで、中間層８の光入射側には第１光電変換層７のｎ型層６が接して配置されており、その反対側には第２光電変換層のｐ型層９が接して配置されており、第１光電変換層７と第２光電変換層１２とに挟持される中間層８には逆方向の電界が生じている。
【００３１】
第１光電変換層７および第２光電変換層１２の内部では、それぞれｐ型層４、９側からｎ型層６、１１側に進むにしたがってポテンシャルが低くなり、かかる電界勾配により発生電荷の輸送が効率良く行われる。第１光電変換層７のｐ型層４側からｎ型層６側方向に電子が輸送され、第２光電変換層１２のｎ型層１１側からｐ型層９側方向に正孔が輸送される。第１光電変換層７と第２光電変換層１２とに挟持されている中間層８では、上記の電子と正孔とが再結合することによって見かけ上、電流が流れる必要がある。しかしながら、上述のとおり、中間層８内では第１光電変換層７と第２光電変換層１２とは逆方向の電界が生じているため、中間層８の両界面に到達した電子および正孔は互いに中間層８内に引き込まれにくくなる。ここで、中間層８として用いられる光学的に屈折率の低い材料は導電率が低く、たとえ微結晶成分を含有し、ドーピングを施したとしても十分高い導電率は得られない。このため、中間層８内は、低い導電率であって、且つ上記逆方向の電界が生じているため、電子と正孔が再結合して見かけ上の電流を高めることは困難である。
【００３２】
そこで、本実施の形態では、中間層８が少なくとも第１中間層８ａと第２中間層８ｂとから構成されており、第２中間層８ｂの導電率を第１中間層８ａの導電率の１／１０以下に低くする。また、第２中間層８ｂの膜厚を、第１中間層８ａの膜厚よりも薄くし、１／１０以下とすることが好ましい。中間層８に接するｐ型層９とｎ型層６の電位による逆電界は、中間層８内で分配される。導電率の高い第１中間層８ａでは分配される電界は弱く、一方、導電率の低い第２中間層８ｂでは分配される電界が強くなる。第２中間層８ｂの膜厚を第１中間層８ａの膜厚の１／１０以下とした場合、電界は狭い第２中間層８ｂにより集中することになる。この狭い領域では、逆電界が形成されたとしても電荷の移動が生じる。電荷の移動は、第２中間層８ｂのバンド内の欠陥準位を介したホッピング伝導および欠陥準位間の共鳴トンネル伝導によるものと考えられる。また、導電率の高い第１中間層８ａでは逆電界が弱くなり、特に膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下では十分に電荷の移動が起こり、電子と正孔の再結合が促され、見かけ上の電流が発生する。すなわち、第１中間層８ａでの電荷の流れがスムーズになり、セルＣのフィルファクターが高くなり、良好な光電変換特性を得ることができる。
【００３３】
なお、第１中間層８ａの屈折率および膜厚は、光学的な効果から限定されるものである。第１中間層８ａの導電率、第２中間層８ｂの導電率および第２中間層８ｂの膜厚は、主に電気的な効果から限定されるものである。
【００３４】
また、第２中間層８ｂは、第１中間層８ａの光入射側およびその反対側のいずれの側に配置されてよく、第１中間層８ａの両側に配置されてもよい。第２中間層８ｂに電界が集中し、第１中間層８ａでスムーズな電荷の流れが促進され、かつ第２中間層８ｂでは局所的な伝導機構により電荷移動が果たされる点では、上記のいずれの構成でも同様となる。
【００３５】
このような第１中間層８ａおよび第２中間層８ｂは、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）等の元素を含む酸化物で構成されることが好ましい。また、第１中間層８ａおよび第２中間層８ｂは、導電率を向上させるために、ナノ結晶および微結晶相を膜中に含むことが好ましい。
【００３６】
また、第１中間層８ａおよび第２中間層８ｂには、導電性を制御するためにＢ（ボロン）およびＰ（リン）をドーピングすることが好ましい。第１中間層８ａと第２中間層８ｂの導電率を制御するのは、上記ドーピング量を制御する手法が簡便であり、適している。この場合、第２中間層８ｂにおけるＢ（ボロン）およびＰ（リン）のドーピング濃度は、第１中間層８ａにおけるＢ（ボロン）およびＰ（リン）のドーピング濃度よりも低くされる。これにより、容易に第１中間層８ａと第２中間層８ｂとの導電率に違いを与えることができる。
【００３７】
つぎに、第１中間層８ａおよび第２中間層８ｂの導電率の数値範囲の限定の意味について説明する。図２は、第２中間層８ｂの電圧割合と、第１中間層８ａと第２中間層８ｂとの導電率比（第１中間層８ａの導電率／第２中間層８ｂの導電率）と、の関係を示す特性図である。第１中間層８ａと第２中間層８ｂとの電圧の和を規格値１とすると、上記導電率の比が高くなるに従って、第２中間層８ｂにかかる電圧の割合が増大する。上記導電率の比が０から１０までの範囲では、上記第２中間層８ｂにかかる電圧の割合は急激に増加する。そして、上記導電率の比が１０以上になるとその変化は緩やかとなり、第２中間層８ｂの電圧割合が９割以上となる。
【００３８】
上述したように、上記第２中間層８ｂの電圧割合の増加効果は、第１中間層８ａと第２中間層８ｂとの導電率の比を１０まで上昇させた場合に顕著となるため、本発明では第２中間層８ｂの電圧割合が９割以上確保される観点で、第１中間層８ａの導電率を第２中間層８ｂの導電率に対して１０倍以上高くする。これにより、第１光電変換層７のｎ型層６および第２光電変換層１２のｐ型層９のフェルミ準位の差である１〜２ｅＶ程度から電圧損失を差し引いた２Ｖ以下の電圧が中間層８の逆電界として作用し、この９割程度が第２中間層８ｂに印加される。したがって、第２中間層８ｂにてバンド内の欠陥準位を介したホッピング伝導および欠陥準位間の共鳴トンネル伝導等を引き起こそうとすると、少なくとも１５ｎｍ以下でなければならない。中間層８には第１光電変換層７の伝導帯と第２光電変換層１２の価電子帯とのエネルギー差（材料により異なるが、例えば０．５ｅＶ）から電圧損失を差し引いた緩やかなポテンシャル傾斜が存在し、上記、バンド内の欠陥準位を介したホッピング伝導および欠陥準位間の共鳴トンネル伝導等により、電荷の移動が起こるものと考えられる。
【００３９】
上述したように、実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池によれば、波長６００ｎｍの光に対する屈折率ｎが１．７以上２．５以下であり、且つ導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜により構成される第１中間層８ａに対して、第２中間層８ｂの導電率が第１中間層８ａの導電率の１／１０以下であることから、第１光電変換層７および第２光電変換層１２の中間層８側に配置しているｐ型層６およびｎ型層９によって中間層８に形成される逆電界が第２中間層８ｂに集中するため、第１中間層８ａでの電荷の流れがスムーズになり、セルＣのフィルファクターが高くなり、良好な光電変換特性を得ることができる。
【００４０】
また、実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池によれば、中間層８の一部の屈折率が第１光電変換層７より小さいため光入射側からの光の一部が第１光電変換層７へ反射され、第１光電変換層７での光吸収量が増加し、電荷発生量が増加する。これにより、第１光電変換層７を薄くすることが可能となり、膜形成時間の短縮および第１光電変換層７がアモルファスシリコンを含む場合には、光劣化の低減が可能となる。
【００４１】
したがって、実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池によれば、フィルファクターが高く、光電変換特性に優れたタンデム型薄膜太陽電池が実現されている。
【００４２】
なお、上記においては、第２中間層８ｂが第１中間層に対して光入射側から遠い位置に配置されている場合について説明したが、第２中間層８ｂは第１中間層に対して光入射側から近い位置に配置されてもよく、また第１中間層に対して光入射側から遠い位置および近い位置の両方に配置されてもよい。これらの場合においても、上述した実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池と同様に、第１光電変換層７および第２光電変換層１２の中間層８側に配置しているｐ型層６およびｎ型層９によって中間層８に形成される逆電界が第２中間層８ｂに集中するため、第１中間層８ａでの電荷の流れがスムーズになり、セルＣのフィルファクターが高くなり、良好な光電変換特性を得ることができる。特に、第２中間層８ｂを第１中間層に対して光入射側から遠い位置および近い位置の両方に配置した場合は、逆電界箇所を２つに分割することにより、より容易に逆電界箇所での電荷の流れをスムーズにすることができる。
【００４３】
つぎに、上記のように構成された実施の形態１にかかるモジュール１の製造方法について説明する。図３−１〜図３−７は、実施の形態１にかかるモジュール１の製造工程を説明するための断面図であり、図１−２に対応する断面図である。
【００４４】
はじめに透光性絶縁基板２を準備する。透光性絶縁基板２としては、例えば平板状のガラス基板を用いる（以下ガラス基板２と記載）。本実施の形態では、ガラス基板２として無アルカリガラス基板を用いた場合について説明する。また、ガラス基板２として安価な青板ガラス基板を用いてもよいが、この場合には基板からのアルカリ成分の拡散を防止するためにプラズマ化学気相成長（ＰＣＶＤ）法によりアンダーコート層としてＳｉＯ２膜を１００ｎｍ程度の膜厚で形成するのがよい。
【００４５】
次に、ガラス基板２の一面側に、第１の電極層となる透明電極層３を形成する（図３−１）。透明電極層３としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜をＤＣスパッタリング法で堆積形成する。また、透明電極層３には、表面に凹凸形状を形成し、表面テクスチャ構造を形成する。
【００４６】
なお、本実施の形態では透明電極層３としてＺｎＯ膜を用いるが、透明電極層３はこれに限定されることなく、光透過性を有している透明導電膜であればＺｎＯ膜以外に、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）の何れかを主成分とする材料からなる膜を使用しても良い。
【００４７】
また、上記においてはＤＣスパッタリング法により透明電極層３を形成する場合について説明したが、透明電極層３の形成方法はこれに限定されるものではなく、真空蒸着法、イオンプレーティング法などの物理的方法や、スプレー法、ディップ法、ＣＶＤ法などの化学的方法を用いても良い。
【００４８】
次に、透明電極層３の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、透明電極層３を短冊状にパターニングし、複数の透明電極層３に分離する（図３−２）。透明電極層３のパターニングは、レーザスクライブ法により、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板２に達するストライプ状の第１の溝Ｄ１を形成することで行う。なお、このようにガラス基板２上に基板面内で互いに分離された複数の透明電極層３を得るには、写真製版などで形成したレジストマスクを用いてエッチングする方法や、メタルマスクを用いた蒸着法などの方法でも可能である。
【００４９】
次に、第１の溝Ｄ１を含む透明電極層３上に第１光電変換層７をプラズマＣＶＤ法により形成する（図３−３）。第１光電変換層７としては、例えば透明電極層３側からｐ型層４としてＰ型のアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）を、ｉ型層５としてＩ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）を、ｎ型層６としてＮ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）を順次形成する。
【００５０】
次に、第１光電変換層７上に、中間層８を形成する（図３−３）。中間層８は、第１光電変換層７上に第１中間層８ａおよび第２中間層８ｂを順次積層して形成する。第１中間層８ａとしては、波長６００ｎｍの光に対する屈折率ｎが低い１．７以上２．５以下であり、且つ導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下の膜をプラズマＣＶＤ法により２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜厚で形成する。第２中間層８ｂとしては、導電率が第１中間層８ａの導電率の１／１０以下である導電率の低い膜をプラズマＣＶＤ法により第１中間層８ａの膜厚の１／１０以下の膜厚で形成する。
【００５１】
続いて、中間層８上に第２光電変換層１２をプラズマＣＶＤ法により形成する（図３−４）。第２光電変換層１２としては、例えば第１光電変換層７側からｐ型層９としてＰ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）を、ｉ型層１０としてＩ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）を、ｎ型層１１としてＮ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）を順次形成する。
【００５２】
そして、このようにして積層形成された第２光電変換層１２、中間層８および第１光電変換層７に、透明電極層３と同様にレーザスクライブによってパターニングを施す（図３−５）。すなわち、第２光電変換層１２、中間層８および第１光電変換層７の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、第２光電変換層１２、中間層８および第１光電変換層７を短冊状にパターニングし、分離する。第２光電変換層１２、中間層８および第１光電変換層７のパターニングは、レーザスクライブ法により、第１の溝Ｄ１と異なる箇所に、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層３に達するストライプ状の第２の溝（接続溝）Ｄ２を形成することで行う。第２の溝（接続溝）Ｄ２の形成後、第２の溝（接続溝）Ｄ２内に付着している飛散物を高圧水洗浄、メガソニック洗浄、あるいはブラシ洗浄により除去する。
【００５３】
次に、第２光電変換層１２上および第２の溝（接続溝）Ｄ２内に上部透明導電層１３として例えば酸化スズ（ＳｎＯ２）膜を真空蒸着により成膜する（図３−６）。このとき、第２の溝Ｄ２内を上部透明導電層１３が満たすような条件で上部透明導電層１３を形成する。また、上部透明導電層１３の成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。
【００５４】
つぎに、上部透明導電層１３上に裏面反射電極層１４として例えばアルミニウム（Ａｌ）膜をスパッタリング法により成膜する（図３−６）。また、裏面反射電極層１４の成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。本実施の形態では裏面反射電極層１４としてアルミニウム（Ａｌ）膜を形成するが、裏面反射電極層１３はこれに限定されるものではなく、金属電極として高反射率を有する銀（Ａｇ）を用いてもよく、またこれらを積層して形成してもよい。
【００５５】
裏面反射電極層１４の形成後、裏面反射電極層１４、上部透明導電層１３、第２光電変換層１２、中間層８および第１光電変換層７の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して短冊状にパターニングして複数のセルＣに分離する（図３−７）。パターニングは、レーザスクライブ法により、第１の溝Ｄ１および第２の溝（接続溝）Ｄ２とは異なる箇所に、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層３に達するストライプ状の第３の溝（分離溝）Ｄ３を形成することで行う。なお、反射率の高い裏面反射電極層１４にレーザを直接吸収させるのは困難なので、半導体層（第１光電変換層７、第２光電変換層１２）にレーザ光エネルギーを吸収させて、半導体層（第１光電変換層７、第２光電変換層１２）とともに裏面反射電極層１４を局所的に吹き飛ばすことによって複数のセルＣに対応させて分離される。以上により、図１−１〜図１−３に示すようなセルＣを有するモジュール１が完成する。
【００５６】
上述したように、実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法によれば、波長６００ｎｍの光に対する屈折率ｎが１．７以上２．５以下であり、且つ導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜により構成される第１中間層８ａと、導電率が第１中間層８ａの導電率の１／１０以下である第２中間層８ｂと、が積層された中間層８を第１光電変換層７と第２光電変換層１２との間に形成するため、第１光電変換層７および第２光電変換層１２の中間層８側に配置しているｐ型層６およびｎ型層９によって中間層８に形成される逆電界が第２中間層８ｂに集中し、第１中間層８ａでの電荷の流れがスムーズになり、セルＣのフィルファクターが高く良好な光電変換特性を得ることができる。
【００５７】
また、実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法によれば、一部の屈折率が第１光電変換層７より小さい中間層８を第１光電変換層７と第２光電変換層１２との間に形成するため、光入射側からの光の一部が第１光電変換層７へ反射され、第１光電変換層７での光吸収量が増加し、電荷発生量が増加する。これにより、第１光電変換層７を薄くすることが可能となり、膜形成時間の短縮および第１光電変換層７がアモルファスシリコンを含む場合には、光劣化の低減が可能となる。
【００５８】
したがって、実施の形態１にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法によれば、フィルファクターが高く、光電変換特性に優れたタンデム型薄膜太陽電池を作製することができる。
【００５９】
実施の形態２．
図４−１は、実施の形態２にかかるタンデム型薄膜太陽電池（モジュール）の概略構成（層構成）を示す要部断面図である。図４−２は、実施の形態２にかかるタンデム型薄膜太陽電池（モジュール）の詳細断面構造（層構成）を説明するための要部断断面図である。図４−１および図４−２において、図１−２および図１−３と同じ部材には同じ符号を付してある。なお、実施の形態２にかかるモジュールにおける他の構成は実施の形態１の場合と同様であるため、図１−１〜図１−３を参照することとして、詳細な説明は省略する。
【００６０】
実施の形態２にかかるモジュールが実施の形態１にかかるモジュール１と異なる点は、中間層として第１中間層８ａと第２中間層８ｂとにより構成された中間層８の代わりに、中間層１８を備えることである。中間層１８は、第１光電変換層７上に形成された第１中間層１８ａと、該第１中間層１８ａ上に島状に形成された不連続膜からなる第２中間層１８ｂと、により構成されている。また、第２光電変換層１２は、第１中間層１８ａ上および第２中間層１８ｂ上に形成されている。
【００６１】
ここで、第１中間層１８ａは、実施の形態１にかかるモジュール１の第１中間層８ａと同様に、波長６００ｎｍの光に対する屈折率ｎが第１光電変換層７よりも低い１．７以上２．５以下であり、且つ導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下の膜により構成される。また、第２中間層８ｂは、実施の形態１にかかるモジュール１の第２中間層８ｂと同様に、屈折率に関しては特に制限が無く、導電率が第１中間層８ａの導電率の１／１０以下である導電率の低い膜により構成される。また、実施の形態１にかかるモジュール１の第１中間層８ａと同様に、第１中間層１８ａの膜厚は２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。このような第１中間層１８ａは、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物のいずれか、または、その混合物であって、第２中間層１８ｂより酸素、窒素、炭素含有量が少ない材料で構成される。また、このような第２中間層１８ｂは、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物のいずれか、または、その混合物であって、第1中間層１８ａより酸素、窒素、炭素含有量が多い材料で構成される。
【００６２】
このように構成された実施の形態２にかかるモジュールは、実施の形態１で説明した製造方法において、第１中間層１８ａ上に第２中間層８ｂを島状に不連続膜として形成することにより作製することができる。
【００６３】
以上のような実施の形態２にかかるタンデム型薄膜太陽電池によれば、中間層１８の両界面の第１光電変換層７のｎ型層６および第２光電変換層１２のｐ型層９によって形成される逆電界が、導電率の低い第２中間層１８ｂにより強くかかる。このため、第２中間層１８ｂを不連続膜とすることで、膜厚方向のみならず、膜面方向においても第２中間層１８ｂに逆電界が集中し、第２中間層１８ｂが形成されていない第２中間層１８ｂの開口部分においては、逆電界が弱くなる。これにより、高い伝導性を示す第１中間層１８ａの逆電界が全体に弱くなり、電子と正孔の再結合がより促され、電荷の流れが第１中間層１８ａの膜中および第２中間層１８ｂの開口部分付近においてよりスムーズに行われる。すなわち、第１中間層１８ａでの電荷の流れがよりスムーズになり、セルＣのフィルファクターが高くなり、良好な光電変換特性を得ることができる。
【００６４】
また、実施の形態２にかかるタンデム型薄膜太陽電池によれば、中間層１８の一部の屈折率が第１光電変換層７より小さいため光入射側からの光の一部が第１光電変換層７へ反射され、第１光電変換層７での光吸収量が増加し、電荷発生量が増加する。これにより、第１光電変換層７を薄くすることが可能となり、膜形成時間の短縮および第１光電変換層７がアモルファスシリコンを含む場合には、光劣化の低減が可能となる。
【００６５】
したがって、実施の形態２にかかるタンデム型薄膜太陽電池によれば、フィルファクターが高く、光電変換特性に優れたタンデム型薄膜太陽電池が実現されている。
【００６６】
なお、上記においては、不連続膜からなる第２中間層１８ｂについて説明したが、第２中間層１８ｂは実施の形態１のように連続膜とされてもよく、実施の形態２のように不連続膜とされてもよく、また連続膜と不連続膜との組み合わせにより構成されてもよい。
【００６７】
実施の形態３．
図５−１は、実施の形態３にかかるタンデム型薄膜太陽電池（モジュール）の概略構成（層構成）を示す要部断面図である。図５−２は、実施の形態３にかかるタンデム型薄膜太陽電池（モジュール）の詳細断面構造（層構成）を説明するための要部断断面図である。図５−１および図５−２において、図１−２および図１−３と同じ部材には同じ符号を付してある。なお、実施の形態３にかかるモジュールにおける他の構成は実施の形態１の場合と同様であるため、図１−１〜図１−３を参照することとして、詳細な説明は省略する。
【００６８】
実施の形態３にかかるモジュールが実施の形態１にかかるモジュール１と異なる点は、中間層として第１中間層８ａと第２中間層８ｂとにより構成された中間層８の代わりに、中間層２８を備えることである。中間層２８は、第１光電変換層７上に形成された第１中間層２８ａと、該第１中間層１８ａ上に形成された第２中間層２８ｂと、により構成されている。また、第１中間層２８ａおよび第２中間層２８ｂは、それぞれ実施の形態１にかかるモジュール１の第１中間層８ａと同様に、波長６００ｎｍの光に対する屈折率ｎが第１光電変換層７よりも低い１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜により構成される。そして、第１中間層２８ａおよび第２中間層２８ｂのいずれか一方はリンがドーピングされたｎ型半導体膜からなり、他方はボロンがドーピングされたｐ型半導体膜からなり、第１中間層２８ａと第２中間層２８ｂとが互いに逆極性の電子状態とされている。
【００６９】
例えば中間層２８は、リンがドーピングされたｎ型半導体膜からなり第１光電変換層７上に形成された第１中間層２８ａと、ボロンがドーピングされたｐ型半導体膜からなり該第１中間層２８ａ上に形成された第２中間層２８ｂと、により構成される。また、第１中間層２８ａおよび第２中間層２８ｂは、それぞれ実施の形態１にかかるモジュール１の第１中間層８ａと同様に、波長６００ｎｍの光に対する屈折率ｎが第１光電変換層７よりも低い１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜により構成される。
【００７０】
この場合、第１中間層２８ａと第２中間層２８ｂとの接合界面に逆電界が局所的に集中する。接合界面では逆電界が局所的であるため、電荷の移動が不純物準位を介したホッピング伝導およびトンネル伝導等により行われる。そして、第１光電変換層７の中間層２８側はｎ型層６であるため、第１中間層２８ａにはポテンシャル差による電界は発生しない、もしくは弱い。また、第２光電変換層１２の中間層２８側はｐ型層９であるため、第２中間層２８ｂにはポテンシャル差による電界は発生しない、もしくは弱い。したがって、第１中間層２８ａおよび第２中間層２８ｂ中の電荷移動に対して逆電界による妨げは抑制される。
【００７１】
このように構成された実施の形態３にかかるモジュールは、実施の形態１で説明した製造方法において、リンがドーピングされたｎ型半導体膜からなる第１中間層２８ａを第１光電変換層７上に形成し、ボロンがドーピングされたｐ型半導体膜からなる第２中間層２８ｂを第１中間層２８ａ上に形成することにより作製することができる。
【００７２】
以上のような実施の形態３にかかるタンデム型薄膜太陽電池によれば、逆電界が第１中間層２８ａと第２中間層２８ｂの界面に集中するため、接合界面での欠陥準位を介してのホッピング伝導および準位間の共鳴トンネル伝導等により膜厚方向に良好な導電性を得ることができる。また、第１中間層２８ａ中および第２中間層２８ｂ中では逆電界が生じず、良好な膜中導電性を得ることができる。すなわち、中間層２８全体で電荷の流れがスムーズになり、セルＣのフィルファクターが高くなり、良好な光電変換特性を得ることができる。
【００７３】
また、実施の形態３にかかるタンデム型薄膜太陽電池によれば、中間層２８の屈折率が第１光電変換層７より小さいため光入射側からの光の一部が第１光電変換層７へ反射され、第１光電変換層７での光吸収量が増加し、電荷発生量が増加する。これにより、第１光電変換層７を薄くすることが可能となり、膜形成時間の短縮および第１光電変換層７がアモルファスシリコンを含む場合には、光劣化の低減が可能となる。
【００７４】
したがって、実施の形態３にかかるタンデム型薄膜太陽電池によれば、フィルファクターが高く、光電変換特性に優れたタンデム型薄膜太陽電池が実現されている。
【００７５】
なお、上記では、第１中間層２８ａがリンをドーピングしたｎ型半導体膜からなり、第２中間層２８ｂがボロンをドーピングしたｐ型半導体膜からなる場合について説明したが、リンをドーピングしたｎ型半導体膜を第１中間層２８ａとして、ボロンをドーピングしたｐ型半導体膜を第２中間層２８ｂとしてもよい。
【００７６】
この場合、第１中間層２８ａと第２中間層２８ｂとの接合界面に逆電界が局所的に集中する。接合界面では逆電界が局所的であるため、電荷の移動が不純物準位を介したホッピング伝導およびトンネル伝導等により行われる。また、逆電界箇所を３つに分割することにより、より容易に逆電界箇所での電荷の流れをスムーズにすることができる。
【００７７】
実施の形態４．
図６−１は、実施の形態４にかかるタンデム型薄膜太陽電池（モジュール）の概略構成（層構成）を示す要部断面図である。図６−２は、実施の形態４にかかるタンデム型薄膜太陽電池（モジュール）の詳細断面構造（層構成）を説明するための要部断断面図である。図６−１および図６−２において、図１−２および図１−３と同じ部材には同じ符号を付してある。なお、実施の形態４にかかるモジュールにおける他の構成は実施の形態１の場合と同様であるため、図１−１〜図１−３を参照することとして、詳細な説明は省略する。
【００７８】
実施の形態４にかかるモジュールが実施の形態１にかかるモジュール１と異なる点は、中間層として第１中間層８ａと第２中間層８ｂとにより構成された中間層８の代わりに、中間層３８を備えることである。中間層３８は、第１光電変換層７上に形成された第１中間層３８ａと、該第１中間層３８ａ上に形成された第２中間層３８ｂと、により構成されている。
【００７９】
第１中間層３８ａは、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜により構成される。第２中間層３８ｂは、導電率が１０−５Ｓｃｍ−１以上であるｐ型またはｎ型の膜により構成される。また、第２中間層３８ｂは、６００ｎｍでの屈折率は、特に制限は無いが、例えば、通常のシリコン半導体の屈折率３．５以上５．０以下とする。そして、第１中間層３８ａの光入射側において第１中間層３８ａと接するドープ層と、第１中間層３８ａの光出射側において第１中間層３８ａと接するドープ層と、が同極性となるように、ｐ型またはｎ型の第２中間層３８ｂが第１中間層３８ａの光入射側または光出射側に配置されている。
【００８０】
例えば中間層３８は、波長６００ｎｍの光に対する屈折率が１．７以上２．５以下であり、導電率が１０−８Ｓｃｍ−１以上１０−１Ｓｃｍ−１以下であり、且つ膜厚が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜からなり第１光電変換層７上に形成された第１中間層３８ａと、シリコンを主成分としてＰ（リン）をドーピングされた導電率が１０−５Ｓｃｍ−１以上であるｎ型層の膜からなり第１中間層２８ａ上に形成された第２中間層３８ｂと、により構成される。
【００８１】
この場合、第１中間層３８ａと第２光電変換層１２の間には、ｎ型層である第２中間層３８ｂが挿入されているため、第１中間層３８ａの光入射側または光出射側の両接合面にはｎ型層が配置されることとなる。このような構造では、第１中間層３８ａの両接合面のポテンシャル差は同極性のため小さくなる。そして、第１中間層３８ａの両接合面のドープ層が同極性のため、ポテンシャル差は少なくともバンドギャップの１／２以下となり、例えばアモルファスシリコンベースの場合、バンドギャップ１．８ｅＶの１／２以下の０．９ｅＶ以下のポテンシャル差となる。例えば微結晶シリコンベースの場合、バンドギャップ１．１ｅＶの１／２以下の０．５５ｅＶ以下のポテンシャル差となる。いずれの場合であっても、ポテンシャル差に相当する逆電界が中間層に発生するため、０ｅＶ以上０．５ｅＶ以下のポテンシャル差が好ましい。この条件では、中間層３８ａに逆電界は発生しない、ないし弱い逆電界が発生するのみであり、第１中間層３８ａ中の電荷移動の大きな妨げにはならない。
【００８２】
一方で、第１中間層３８ａ上のｎ型層である第２中間層３８ｂ上には第２光電変換層１２のｐ型層９が配置されるため、このｎ型層である第２中間層３８ｂとｐ型層９との界面には局所的に逆電界が発生する。この場合、逆電界が発生する空間が接合界面に局在するため、電荷の移動が可能となる。
【００８３】
このように構成された実施の形態４にかかるモジュールは、実施の形態１で説明した製造方法において、上述した第１中間層３８ａを第１光電変換層７上に形成し、ｎ型層である第２中間層３８ｂを第１中間層３８ａ上に形成することにより作製することができる。
【００８４】
以上のような実施の形態４にかかるタンデム型薄膜太陽電池によれば、中間層３８ａに接する両接合面のドープ層が同極性となることから、第２中間層３８ｂとｐ型層９との界面には局所的に逆電界が発生し、第１中間層３８ａに逆電界がかかることが無いため、第１中間層３８ａの導電率が低い場合であっても電荷の流れがスムーズとなり、セルＣのフィルファクターが高くなり、良好な光電変換特性を得ることができる。
【００８５】
また、実施の形態４にかかるタンデム型薄膜太陽電池によれば、中間層３８の屈折率が第１光電変換層７より小さいため光入射側からの光の一部が第１光電変換層７へ反射され、第１光電変換層７での光吸収量が増加し、電荷発生量が増加する。これにより、第１光電変換層７を薄くすることが可能となり、膜形成時間の短縮および第１光電変換層７がアモルファスシリコンを含む場合には、光劣化の低減が可能となる。
【００８６】
したがって、実施の形態４にかかるタンデム型薄膜太陽電池によれば、フィルファクターが高く、光電変換特性に優れたタンデム型薄膜太陽電池が実現されている。
【００８７】
なお、上記では、第１中間層３８ａを第１光電変換層７上に形成し、ｎ型層である第２中間層３８ｂを第１中間層３８ａ上に形成した場合について説明したが、ｐ型層である第２中間層３８ｂを第１光電変換層７上に形成し、第１中間層３８ａを第２中間層３８ｂ上に形成した構成としてもよい。
【００８８】
また、上記の実施の形態においては、光電変換層が第１光電変換層７と第２光電変換層１２との２つで構成された二接合型薄膜太陽電池について説明したが、本発明は光電変換層を３段以上積層した多接合型シリコン系薄膜太陽電池にも適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池は、中間層を備えた多接合構造の薄膜太陽電池において、フィルファクターが高く良好な光電変換特性を有する薄膜太陽電池の実現に有用である。
【符号の説明】
【００９０】
１  薄膜太陽電池モジュール（モジュール）
２  透光性絶縁基板（ガラス基板）
３  透明電極層
４  ｐ型層
５  ｉ型層
６  ｎ型層
７  第１光電変換層
８  中間層
８ａ  第１中間層
８ｂ  第２中間層
９  ｐ型層
１０  ｉ型層
１１  ｎ型層
１２  第２光電変換層
１３  上部透明導電層
１４  裏面反射電極層
１８  中間層
１８ａ  第１中間層
１８ｂ  第２中間層
２８  中間層
２８ａ  第１中間層
２８ｂ  第２中間層
３８  中間層
３８ａ  第１中間層
３８ｂ  第２中間層
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図３−５】
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【図３−６】
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【図３−７】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６−１】
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【図６−２】
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