(57)【要約】 【課題】量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】光を吸収して発電する受光層２が基板と透光性電極３との間に挟持された太陽電池１１であって、受光層２は、ｐ型半導体層４とｎ型半導体層５の少なくとも２層を有しており、ｐ型半導体層４は、窒化インジウムガリウム粒子４４からなる薄膜層にｐ型ドーパントが添加されてなり、ｎ型半導体層５は、ｐ型半導体層４の透光性電極側の面４ａにｎ型ドーパントが添加されてなる太陽電池１１を用いることにより、上記課題を解決できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を吸収して発電する受光層が基板と透光性電極との間に挟持された太陽電池であって、
前記受光層はｐ型半導体層とｎ型半導体層の少なくとも２層を有しており、前記ｐ型半導体層は窒化インジウムガリウム粒子からなる薄膜層にｐ型ドーパントが添加されてなり、前記ｎ型半導体層は前記ｐ型半導体層の透光性電極側の面にｎ型ドーパントが添加されてなることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間に、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとが混在して電荷的に中和されてなるｉ型半導体層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記ｐ型ドーパントがＭｇまたはＺｎのいずれかであり、前記ｎ型ドーパントがＳｉまたはＳｉを含む化合物のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記窒化インジウムガリウム粒子がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．２＜ｘ＜１）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項５】
前記窒化インジウムガリウム粒子がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．４＜ｘ＜１）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項６】
前記窒化インジウムガリウム粒子がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．６＜ｘ＜１）であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項７】
前記窒化インジウムガリウム粒子の平均粒径が０．０１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項８】
前記受光層の透光性電極側の面が無秩序な凹凸面とされていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項９】
前記基板が導電性基板または一面に導電性層が形成された絶縁性基板であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記導電性基板がアルミニウム、鉄、ニッケル、錫、銅、銀、白金、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、インジウム、モリブデン、クロム、タングステンから選ばれる１種以上からなることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記絶縁性基板が樹脂、プラスチック、ガラス、セラミックスから選ばれる１種以上からなり、前記導電性層が、アルミニウム、鉄、ニッケル、錫、銅、銀、白金、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、インジウム、モリブデン、クロム、タングステンから選ばれる１種以上からなることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記透光性電極が酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛、酸化アルミ亜鉛、酸化ガリウム亜鉛から選ばれる１種以上からなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１３】
請求項１〜１２に記載された太陽電池と、前記太陽電池を覆う樹脂と、を有する太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記樹脂がエチレン−テトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、パーフルオロエチレン−プロペンコポリマーから選ばれる１種以上からなることを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１５】
基板上にｐ型ドーパントが添加された窒化インジウムガリウム粒子からなるｐ型半導体層を形成するｐ型半導体層形成工程と、
前記ｐ型半導体層の透光性電極側の面にｎ型ドーパントを添加してｎ型半導体層を形成するｎ型半導体層形成工程と、
前記ｎ型半導体層上に透光性電極を形成する透光性電極形成工程と、を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記ｎ型半導体層形成工程で、前記ｐ型半導体層の透光性電極側の面にｎ型ドーパントを添加してｎ型半導体層を形成すると同時に、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間にｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとが混在して電荷的に中和されてなるｉ型半導体層を形成することを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
前記ｐ型半導体層形成工程が、ｐ型ドーパントが添加されたインジウムガリウム複合塩粒子を分散させた塗布液を基板上に塗布してｐ型インジウムガリウム複合塩粒子からなる粒子層を形成する粒子層形成工程と、
前記ｐ型インジウムガリウム複合塩粒子からなる粒子層を窒化してｐ型窒化インジウムガリウム粒子層とする窒化工程と、からなることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
前記ｐ型半導体層形成工程が、ｐ型ドーパントが添加されたインジウムガリウム複合塩粒子を窒化してｐ型窒化インジウムガリウム粒子とする窒化工程と、
前記ｐ型窒化インジウムガリウム粒子を分散させた塗布液を導電性基板上に塗布してｐ型窒化インジウムガリウム粒子からなる粒子層を形成する粒子層形成工程と、からなることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１９】
前記窒化工程が、アンモニア通気下で５００℃〜１１００℃の熱処理を行う工程であることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記インジウムガリウム複合塩粒子が、水酸化物、酸化物、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、リン酸塩、クエン酸塩、硫化物から選ばれる１種以上の複合塩からなることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２１】
前記ｐ型ドーパントがＭｇまたはＺｎのいずれかであり、前記ｎ型ドーパントがＳｉまたはＳｉを含む化合物のいずれかであることを特徴とする請求項１５〜２０のいずれかに記載の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、太陽電池及びその製造方法、太陽電池モジュールに関するものである。特に、窒化インジウムガリウム粒子を用いた、量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池及びその製造方法、太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化現象が問題となっている。太陽光発電は、その原因のひとつであるＣＯ２ガスの削減に効果的な手段として注目されている。
また、世界各国でフィードインタリフ制度（高価買取制度）に代表される補助金制度がスタートし、住宅用途だけでなく商業的な大規模発電プラントに至るまで太陽光発電の普及が促進されている。
【０００３】
太陽光発電の技術の心臓部となる太陽電池に関しては世界レベルで精力的に研究開発が進められている。
太陽電池としては、シリコン系太陽電池、化合物半導体系太陽電池、有機系太陽電池など様々な種類のものがある。このうち、シリコン系太陽電池に関しての研究が最も長く継続されており、単結晶、多結晶およびアモルファスなど様々なタイプに関して数多くの研究がなされているため、シリコン系太陽電池が現在の太陽電池の主流となっている。
【０００４】
従来、シリコン系太陽電池に用いられるシリコン原料は、半導体産業でのスペックアウト品やスクラップ品となるシリコン等で賄って来た。しかし、太陽電池需要の急拡大とともにシリコン原料が不足し、将来、シリコン系太陽電池のためのシリコン原料を確保できるかどうか不安が高まっている。そこで、既存のシリコン原料メーカーは増産計画を発表し、新規に参入するシリコン原料メーカーも徐々に増加している。しかし、近年の市況を概観すると、太陽電池は予想以上に市場拡大すると想定され、シリコン原料の供給不安は当面続くと思われる。
【０００５】
シリコンウェハーを薄くしてシリコン原料の使用量を大幅に削減することにより、上記のシリコン原料の供給不安に対応しようとする薄膜シリコン系太陽電池が開発され、注目されている。たとえば、薄膜シリコン系太陽電池としては、プラズマＣＶＤ法などで造られるアモルファスシリコン薄膜系太陽電池や微結晶シリコン薄膜系太陽電池などがある。
【０００６】
また、シリコン原料を用いない有機系太陽電池や化合物半導体系太陽電池も注目されている。
有機系太陽電池としては、色素増感型太陽電池や有機薄膜太陽電池などがある。色素増感型太陽電池や有機薄膜太陽電池は、印刷法等で容易に成膜することができるので、化合物半導体型太陽電池の場合のように複雑な真空製造プロセスを必要としない。そのため、製造コストを低くすることができる。さらに、比較的低温な熱処理条件で製造することができるとともに、安価な基板を選定することができるので、製造コストをより低くすることができる。
しかし、一部は実証試験の段階まで性能を上げているが、いまだ開発段階ではあり、光電変換効率がいまだ実用的なレベルに達していない。また、有機化合物を用いているため、耐候性および信頼性が十分でないなどの課題が残っている。
【０００７】
化合物半導体系太陽電池として、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ（Ｓ）などのカルコパイライト系と呼ばれるＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物を原料としたＣＩＧＳ化合物半導体系太陽電池およびＣｄＴｅ化合物半導体系太陽電池などがある。これらは、近年量産レベルの段階に入ってきている。
しかし、これらの太陽電池の発電コストは未だ高く、普及の障害となっている。更なる普及のためには、製造コストの削減および光電変換効率をより向上させる必要がある。
【０００８】
また、化合物半導体系太陽電池として、ＧａＡｓ系原料を使用した多層の化合物半導体系太陽電池もある。これは光電変換効率が高い太陽電池として知られている。しかし、この化合物半導体系太陽電池を製造するためには、精密に制御された真空製造プロセスが必須となるので製造工程が複雑となり、製造コストが格段に高くなる。また、真空製造装置の大型化が困難であるので、基板面積をシリコン系太陽電池のように広くすることができない。そのため、民生用途の太陽電池ではなく、高発電量や耐放射線性などの特殊な特性が要求される宇宙衛星用途などに使用されている。
【０００９】
さらにまた、化合物半導体系太陽電池として、ＩｎＧａＮ系原料を使用した多接合型太陽電池がある。多接合型太陽電池は、スタック型、積層型、タンデム型太陽電池などとも呼ばれ、利用波長の異なる受光層を複数積層した太陽電池である。しかし、これもＭＯＣＶＤやＭＢＥ等の複雑な真空製造装置を用いており、製造コストが高くなるとともに大面積化も困難となる。そのため、用途が限定されてしまい汎用的な普及にはつながらない。
特許文献１は、０．７ｅＶ〜３．４ｅＶの広い光吸収帯を有する太陽電池に関するものであり、ｎ型とｐ型のＩｎ１−ｘＧａｘＮが複数積層されてなるマルチジャンクション型太陽電池が開示されている。しかし、実施例はなく、実施形態においても、その太陽電池の性能は開示されていない。
【００１０】
理論的には、Ｉｎ１−ｘＧａｘＮを用いて、０．７ｅＶ〜３．４ｅＶの広い光吸収帯を有する太陽電池を形成することは可能だが、たとえば、ＭＯＣＶＤ法では、高Ｉｎ組成のＩｎ１−ｘＧａｘＮは結晶性が低くなり、良質な結晶性を維持するにはＩｎ濃度は１５ｍｏｌ％が限界であった。
また、高Ｉｎ組成のＩｎ１−ｘＧａｘＮは熱分解しやすいという問題もあった。
【００１１】
特許文献２は、窒化ガリウム系化合物半導体受光素子に関するものであり、ｎ型窒化ガリウム系半導体層とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層との間に、受光層としてＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）層が挟まれたダブルへテロ構造を有する太陽電池が開示されている。この構造の太陽電池では、ＩｎｘＧａ１−ｘＮにおいてインジウムの組成を変えることにより、感度をもつ波長域を３６５〜６３５ｎｍの範囲で変更可能という特徴を有するが、受光層であるＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）層の吸収スペクトルの半値幅が狭いので、太陽電池として利用できる波長感度域が極めて狭くなり、高い光電変換効率を有する太陽電池とすることができない。
【００１２】
ところで、近年、特許文献３〜５に開示されているように、ＩｎＧａＮ系の金属窒化物からなるナノ粒子に関する研究も活発に行われるようになっている。
特許文献３は、金属窒化物ナノ粒子及びその製造方法に関するものであり、インジウムやガリウムを含む金属塩溶液に還元剤を反応させ金属ナノ粒子分散液を得た後、該金属ナノ粒子分散液に窒素源を添加することにより、窒化インジウムガリウム粒子を製造する方法が開示されている。
【００１３】
また、特許文献４は、窒化ガリウム蛍光体の製造方法、酸化ガリウムの製造方法及び酸化ガリウムに関するものであり、硝酸ガリウム水和物にアンモニアを滴下して形成した水酸化ガリウムを８００℃で加熱して酸化ガリウムとした後に、さらにアンモニア雰囲気中１０００℃で反応させて窒化ガリウム粉末を製造する方法が開示されている。
【００１４】
さらにまた、特許文献５は、光による水分解触媒及びその製造方法に関するものであり、硝酸マグネシウムと硝酸ガリウムの水溶液にアンモニア水を滴下して得られた生成物を大気下で熱処理した後、アンモニア雰囲気でさらに熱処理することでｐ型窒化ガリウム粒子を製造する方法が開示されている。また、このｐ型窒化ガリウム粒子に硫化インジウムを混合してアンモニア雰囲気下で熱処理することにより、ｐ型インジウムガリウム粒子を生成する方法も開示されている。
【００１５】
しかし、特許文献３〜５に開示された金属窒化物からなるナノ粒子は、いずれも発光素子、蛍光体または水分解光触媒用途のいずれかに用いられるものであり、太陽電池の素材として検討されてはいない。
また、特許文献３〜５ではｐ型ナノ粒子に関する記載はあるものの、ｎ型ナノ粒子に関する記載はなく、太陽電池の構造として重要なｐｎ接合に関する有用な知見は開示されていない。
【特許文献１】米国特許第ＵＳ７２１７８８２Ｂ２号明細書
【特許文献２】特許第３０１９１３２号公報
【特許文献３】特開２００７−１５３６６２号公報
【特許文献４】特開２０００−１９８９７８号公報
【特許文献５】特開２００７−１２５４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池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】
【００１７】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、インジウムやガリウムを含む金属窒化物からなるナノ粒子を用いることにより、広い波長範囲で光を吸収する光電変換効率が高い太陽電池を製造することができるとともに、製造コストが高い真空製造プロセスではなく製造コストが安い印刷法などを用いて前記太陽電池を製造できることができることを見出し、以下の発明に至った。
つまり、上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
【００１８】
（１）  光を吸収して発電する受光層が基板と透光性電極との間に挟持された太陽電池であって、前記受光層はｐ型半導体層とｎ型半導体層の少なくとも２層を有しており、前記ｐ型半導体層は窒化インジウムガリウム粒子からなる薄膜層にｐ型ドーパントが添加されてなり、前記ｎ型半導体層は前記ｐ型半導体層の透光性電極側の面にｎ型ドーパントが添加されてなることを特徴とする太陽電池。
【００１９】
（２）  前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間に、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとが混在して電荷的に中和されてなるｉ型半導体層が設けられていることを特徴とする（１）に記載の太陽電池。
（３）  前記ｐ型ドーパントがＭｇまたはＺｎのいずれかであり、前記ｎ型ドーパントがＳｉまたはＳｉを含む化合物のいずれかであることを特徴とする（１）または（２）に記載の太陽電池。
（４）  前記窒化インジウムガリウム粒子がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．２＜ｘ＜１）であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の太陽電池。
【００２０】
（５）  前記窒化インジウムガリウム粒子がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．４＜ｘ＜１）であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の太陽電池。
（６）  前記窒化インジウムガリウム粒子がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．６＜ｘ＜１）であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の太陽電池。
（７）  前記窒化インジウムガリウム粒子の平均粒径が０．０１〜１０μｍであることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の太陽電池。
【００２１】
（８）  前記受光層の透光性電極側の面が無秩序な凹凸面とされていることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の太陽電池。
（９）  前記基板が導電性基板または一面に導電性層が形成された絶縁性基板であることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の太陽電池。
（１０）  前記導電性基板がアルミニウム、鉄、ニッケル、錫、銅、銀、白金、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、インジウム、モリブデン、クロム、タングステンから選ばれる１種以上からなることを特徴とする（９）に記載の太陽電池。
【００２２】
（１１）  前記絶縁性基板が樹脂、プラスチック、ガラス、セラミックスから選ばれる１種以上からなり、前記導電性層が、アルミニウム、鉄、ニッケル、錫、銅、銀、白金、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、インジウム、モリブデン、クロム、タングステンから選ばれる１種以上からなることを特徴とする（９）に記載の太陽電池。
（１２）  前記透光性電極が酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛、酸化アルミ亜鉛、酸化ガリウム亜鉛から選ばれる１種以上からなることを特徴とする（１）〜（１１）のいずれかに記載の太陽電池。
【００２３】
（１３）  （１）〜（１２）に記載された太陽電池と、前記太陽電池を覆う樹脂と、を有する太陽電池モジュール。
（１４）  前記樹脂がエチレン−テトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、パーフルオロエチレン−プロペンコポリマーから選ばれる１種以上からなることを特徴とする（１３）に記載の太陽電池モジュール。
（１５）  基板上にｐ型ドーパントが添加された窒化インジウムガリウム粒子からなるｐ型半導体層を形成するｐ型半導体層形成工程と、前記ｐ型半導体層の透光性電極側の面にｎ型ドーパントを添加してｎ型半導体層を形成するｎ型半導体層形成工程と、前記ｎ型半導体層上に透光性電極を形成する透光性電極形成工程と、を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【００２４】
（１６）  前記ｎ型半導体層形成工程で、前記ｐ型半導体層の透光性電極側の面にｎ型ドーパントを添加してｎ型半導体層を形成すると同時に、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間にｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとが混在して電荷的に中和されてなるｉ型半導体層を形成することを特徴とする（１５）に記載の太陽電池の製造方法。
（１７）  前記ｐ型半導体層形成工程が、ｐ型ドーパントが添加されたインジウムガリウム複合塩粒子を分散させた塗布液を基板上に塗布してｐ型インジウムガリウム複合塩粒子からなる粒子層を形成する粒子層形成工程と、前記ｐ型インジウムガリウム複合塩粒子からなる粒子層を窒化してｐ型窒化インジウムガリウム粒子層とする窒化工程と、からなることを特徴とする（１５）または（１６）に記載の太陽電池の製造方法。
（１８）  前記ｐ型半導体層形成工程が、ｐ型ドーパントが添加されたインジウムガリウム複合塩粒子を窒化してｐ型窒化インジウムガリウム粒子とする窒化工程と、前記ｐ型窒化インジウムガリウム粒子を分散させた塗布液を導電性基板上に塗布してｐ型窒化インジウムガリウム粒子からなる粒子層を形成する粒子層形成工程と、からなることを特徴とする（１５）または（１６）に記載の太陽電池の製造方法。
【００２５】
（１９）  前記窒化工程が、アンモニア通気下で５００℃〜１１００℃の熱処理を行う工程であることを特徴とする（１７）または（１８）に記載の太陽電池の製造方法。
（２０）  前記インジウムガリウム複合塩粒子が、水酸化物、酸化物、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、リン酸塩、クエン酸塩、硫化物から選ばれる１種以上の複合塩からなることを特徴とする（１７）〜（１９）のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
（２１）  前記ｐ型ドーパントがＭｇまたはＺｎのいずれかであり、前記ｎ型ドーパントがＳｉまたはＳｉを含む化合物のいずれかであることを特徴とする（１５）〜（２０）のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【発明の効果】
【００２６】
上記の構成によれば、量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池及びその製造方法を提供することができる。
【００２７】
本発明の太陽電池は、受光層の窒化インジウムガリウムはインジウムとガリウムの組成比を変えることにより、０．７ｅＶ〜３．４ｅＶの広い範囲のバンドギャップを持つことが可能になり、太陽光スペクトルとしては３６５〜１７７１ｎｍの範囲の光に感度を持たせることが出来る構成なので、広い範囲の太陽光スペクトルを発電に利用することが出来、光電変換効率が高い太陽電池が得ることができる。
【００２８】
本発明の太陽電池は、水酸化物、酸化物、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、リン酸塩、クエン酸塩、硫化物から選ばれるいずれか１種類以上からなるインジウムガリウム複合塩粒子をアンモニア雰囲気で窒化することにより容易に得ることができる窒化インジウムガリウム粒子を受光層として用いる構成なので、真空系プロセスでかつ精密な制御を必要とするＭＯＣＶＤやＭＢＥのような半導体装置を用いず、低い製造コストで受光層を形成することができ、太陽電池の製造コストも下げることができる。
【００２９】
本発明の太陽電池は、インジウムガリウム複合塩粒子を、一般に知られている気相、液相および固相で作製する方法であって、例えば、気相噴霧法、ゾルゲル法、アルコキシド法、共沈法、固相法から選ばれるいずれか１種以上からなる方法で作製する構成なので、
大掛かりな装置は必要とせず、低い製造コストでインジウムガリウム複合塩粒子を作製することができ、太陽電池の製造コストも下げることができる。
【００３０】
本発明の太陽電池は、窒化インジウムガリウム粒子を用いて受光層を形成する構成なので、その透光性電極側の面に粒子に由来する無秩序な凹凸が形成して、実質的な受光面積を格段に増加させ、より効率的に太陽光を吸収することができる。また、その凹凸面で光が様々な方向に屈折して入射されることにより受光層内部の光路長を長くして、膜厚を薄くしても効率的に太陽光を吸収させることができる。さらに、粒子を用いて凹凸を形成することは、光閉じ込め効果を促進し、光電変換効率が高い太陽電池が得ることができる。さらにまた、この凹凸は、シリコン太陽電池で行われているように表面を複雑な方法でエッチングして形成する必要がなく、塗布法で容易に形成できる構成なので、太陽電池の製造コストを大幅に下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、図面は模式的なものであり、各層の厚み、寸法、形状の関係等は現実のものとは異なる。また、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、これらの実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせても良い。
【００３２】
（実施形態１） 
図１は、本発明の実施形態である太陽電池の一例を説明する断面図である。
図１に示すように、本発明の実施形態である太陽電池１１は、光を吸収して発電する受光層２が基板１と透光性電極３との間に挟持されて概略構成されている。また、受光層２は、ｐ型半導体層４とｎ型半導体層５とから構成されており、基板１は導電性基板８から構成されている。太陽光は、矢印で示されるように透光性電極３側から受光層２へ入射する。なお、太陽電池１１では、導電性基板８（基板１）を正極として、透光性電極３を負極とする。
【００３３】
＜基板＞
基板１は、太陽電池１１の一方の電極および太陽電池１１の製造時のベース材として用いられる部材である。
基板１は、少なくとも太陽電池１１の電極として機能できる程度の導電性を有する材料からなる導電性基板８であることが好ましい。また、基板１は、少なくとも太陽電池１１の製造時のベース材として必要とされる程度の硬度を備えた材料からなることが好ましい。上記条件を満たすものであれば、基板１の膜厚（板厚）は特に制限は無く、板状または箔状などのものを用いることができる。たとえば、板厚を０．５ｍｍとする。
板状の基板１は、パネルタイプの太陽電池を製造することができ、搬送が容易で、製造上の取扱性に優れている。また、箔状の基板１は、ロールタイプの太陽電池を製造することができ、連続して製造することができるなど生産性に優れる。
【００３４】
導電性基板８の材料としては、アルミニウム、鉄、ニッケル、錫、銅、銀、白金、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、インジウム、モリブデン、クロム、タングステンの群から選ばれる１種以上から構成される材料であることが好ましい。これらの材料は太陽電池１１の電極として機能させることができる程度の導電性を有し、また、太陽電池１１の製造時のベース材として必要とされる程度の硬度を備えているためである。
さらに、導電性基板８の材料としては、鉄、タンタル、モリブデン、クロムの群から選ばれる１種類以上から構成される材料がより好ましい。これらの材料はアンモニアに対して高い耐性を有するので、導電性基板８の材料としてこれらの材料を用いた場合には、太陽電池１１の製造時に導電性基板８をアンモニウム雰囲気に曝しても、導電性基板８が窒化されないためである。
【００３５】
なお、導電性基板８としてアンモニアに対して耐性の低いアルミニウムなどを用いた場合には、導電性基板８の受光層と反対側の面１ｂを覆うようにモリブデン、クロム、タングステンの群から選ばれる１種類以上からなるコーティング層を形成することが好ましい。これにより、太陽電池１１の製造時に導電性基板８をアンモニウム雰囲気に曝しても、導電性基板８が窒化されないようにすることができる。
さらに、導電性基板８の材料は、太陽電池１１の製造時の熱処理温度で耐熱性を具備する材料を選択することがよい。
【００３６】
＜透光性電極＞
透光性電極３は、太陽電池の他方の電極として用いられる部材であって、受光層２へ太陽光を入射させる部材である。
そのため、透光性電極３は、少なくとも太陽電池の電極として機能できる程度の導電性を有する材料からなる。また、受光層２へ太陽光を十分入射させるだけの透過性を有する材料からなる。上記条件を満たすものであれば、透光性電極３の膜厚（板厚）は特に制限は無い。
【００３７】
透光性電極３は、上記の導電性と透過性を持っていればいずれの材料も使用可能であるが、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＡＺＯ（酸化アルミ亜鉛）、ＧＺＯ（酸化ガリウム亜鉛）から選ばれる１種以上からなることが好ましい。これにより、太陽電池の電極として必要な導電性および透過性を有する透光性電極とすることができる。
【００３８】
＜受光層＞
図１に示すように、受光層２は、ｐ型半導体層４とｎ型半導体層５の２層からなる。ｎ型半導体層５は、ｐ型半導体層４の透光性電極側の面４ａに形成された層である。
図３は、受光層２と透光性電極３との界面の拡大断面図である。図３に示すように、ｐ型半導体層４は、複数の窒化インジウムガリウム粒子４４からなる。そのため、ｐ型半導体層４の透光性電極側の面４ａは、粒子が無秩序に凝集されて無秩序な凹凸面とされており、受光層２の透光性電極側の面５ａも無秩序な凹凸面とされている。また、窒化インジウムガリウム粒子４４の透光性電極側の面４ａには、薄いｎ型半導体層５が形成されている。なお、受光層２の厚みは、０．５〜１０μｍとする。
【００３９】
＜ｐ型半導体層＞
ｐ型半導体層４は、ｐ型ドーパントが添加された複数の窒化インジウムガリウム粒子（ｐ型窒化インジウムガリウム粒子）４４が凝集されてなる層である。
窒化インジウムガリウム粒子４４のインジウムとガリウムの組成比を変えることにより０．７〜３．４ｅＶの広い範囲のバンドギャップを持つことができ、太陽電池２の光吸収ピーク（光感度）を３６５〜１７７１ｎｍの範囲に変えることができ、広い範囲の太陽光スペクトルを吸収して発電に利用することが出来る太陽電池１１を形成することができる。
【００４０】
窒化インジウムガリウム粒子４４は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．２＜ｘ＜１）であることが好ましく、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．４＜ｘ＜１）であることがより好ましく、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．６＜ｘ＜１）であることが更に好ましい。
ＧａＮのバンドギャップエネルギー値は３．４ｅＶ（吸収波長ピーク３６５ｎｍ）であり、ＩｎＮのバンドギャップエネルギー値は０．７ｅＶ（吸収波長ピーク１７７０ｎｍ）である。ＩｎｘＧａ１−ｘＮのＩｎの添加量ｘに対応して、バンドギャップエネルギー値は３．４ｅＶから０．７ｅＶの間より変化する。つまり、ＧａＮにＩｎを添加していくとバンドギャップエネルギーはＧａＮのバンドギャップエネルギー値（３．４ｅＶ）からＩｎＮのバンドギャップエネルギー値（０．７ｅＶ）まで小さくなるとともに、吸収波長ピークは長波長シフトする。これにより、吸収帯を可視光全域まで広げることができる。
【００４１】
ＩｎｘＧａ１−ｘＮのＩｎの添加量ｘが０．２以上の場合には、短波長領域の光を吸収してしまう透光性電極の影響が無いので効率的な発電に有効である。
また、ＩｎｘＧａ１−ｘＮのＩｎの添加量ｘが０．４以上の場合には、より広い範囲の波長が利用できるので効果的である。
さらにまた、ＩｎｘＧａ１−ｘＮのＩｎの添加量ｘが０．６以上の場合には、太陽電池の受光層２のバンドギャップを、理論的な最大光電変換効率が得られるバンドギャップ１．３〜１．５ｅＶに近い値とすることができるのでより効果的である。
なお、Ｉｎの添加量ｘがおおよそ０．７〜０．８のときにバンドギャップが１．３〜１．５ｅＶとなる。このバンドギャップエネルギー値は、吸収波長ピークが赤色近傍となり、可視光全域を吸収帯として利用できるので、太陽電池として最適となる。
逆に、ＩｎｘＧａ１−ｘＮのＩｎの添加量ｘは１未満であることが好ましい。ｘ＝１の場合、すなわち、ＩｎＮの場合には、熱分解性が高くなり、５５０〜６００℃で容易に分解してしまうので好ましくない。
【００４２】
窒化インジウムガリウム粒子４４のインジウムとガリウムの組成比を調整するには、インジウムガリウム複合塩粒子を合成する際にインジウムとガリウムの原料の比率を調整すればよい。
また、ｐ型ドーパントは、ＭｇまたはＺｎのいずれかであることが好ましい。これにより、容易に所望の濃度のｐ型半導体層を形成することができる。
【００４３】
窒化インジウムガリウム粒子４４の平均粒径は０．０１〜１０μｍであることが好ましい。これにより、必要な膜厚に調整することが可能である。
窒化インジウムガリウム粒子４４の平均粒径が０．０１μｍより小さい場合には、受光層２の厚みを０．５〜１０μｍとした場合、薄膜化工程に時間が掛かり生産性の低下を招く。逆に、窒化インジウムガリウム粒子４４の平均粒径が１０μｍ以上である場合には、数個の窒化インジウムガリウム粒子４４が重なった部分の受光層２の厚みが極端に厚くなって、突出する部分を形成し、前記突出する部分が透光性電極３を貫通して、電気的短絡を生じさせて太陽電池１１での発電を不能とするおそれを発生させる場合が生じる。
なお、ここで言う粒径とは球形近似した径を意味する。例えば楕円状であればその長径が粒径であり、多角形状であれば角から角へ引いた線の一番長いものを粒径とする。粒径は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察される画像または写真を用いて測定することが好ましい。
【００４４】
＜ｎ型半導体層＞
ｎ型半導体層５は、ｐ型半導体層４の透光性電極側の面４ａにｎ型ドーパントが添加されてなる。図３に示すように、ｎ型半導体層５は、窒化インジウムガリウム粒子４４の透光性電極側の面４ａ全面に形成されているが、その厚さはかなり薄く、平均粒径は０．０１〜１０μｍ窒化インジウムガリウム粒子４４の１／３から１／１０程度の厚さ、つまり、０．００１〜４μｍ程度とされている。
ｎ型ドーパントとしては、ＳｉまたはＳｉを含む化合物のいずれかであることが好ましい。これにより、容易に所望の濃度のｎ型半導体層を形成することができる。
ｎ型半導体層５を形成することにより、ｐ型半導体層４とｎ型半導体層５とからなるｐｎ接合（ｐｎ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を具備した太陽電池１１を形成することができる。
【００４５】
受光層２の透光性電極側の面５ａは、無秩序な凹凸面とされていることが好ましい。
無秩序な凹凸面で太陽光を様々な角度で屈折させて受光層２へ入射させるので、受光層２中での光路長を長くすることができる。その結果、太陽光をより効率的に受光層２で吸収させることができるので、結果的に太陽電池１１の発電量を大きくすることができる。また、ｐ型半導体層４とｎ型半導体層５とからなるｐｎ接合面の面積を大きくして、光電変換効果を高めることができる。
なお、ｐ型半導体層４とｎ型半導体層５との間に、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとが混在して電荷的に中和されてなるｉ型半導体（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）層が設けられていてもよい。ｉ型半導体層が設けられることにより形成されるｐｉｎ接合は、ｐｎ接合と発電機能の点で大きな差はないためである。
【００４６】
＜太陽電池の製造方法＞
次に、本発明の実施形態である太陽電池の製造方法について説明する。
本発明の実施形態である太陽電池の製造方法は、基板上にｐ型ドーパントが添加された窒化インジウムガリウム粒子からなるｐ型半導体層を形成するｐ型半導体層形成工程と、前記ｐ型半導体層の透光性電極側の面にｎ型ドーパントを添加してｎ型半導体層を形成するｎ型半導体層形成工程と、前記ｎ型半導体層上に透光性電極を形成する透光性電極形成工程と、を有する。
【００４７】
[ｐ型半導体層形成工程]
ｐ型半導体層形成工程は、ｐ型ドーパントが添加されたインジウムガリウム複合塩粒子を分散させた塗布液を基板上に塗布してｐ型インジウムガリウム複合塩粒子からなる粒子層を形成する粒子層形成工程と、ｐ型インジウムガリウム複合塩粒子からなる粒子層を窒化してｐ型窒化インジウムガリウム粒子層とする窒化工程と、からなる。
【００４８】
＜インジウムガリウム複合塩粒子の合成＞
まず、インジウムガリウム複合塩粒子を生成する。
インジウムガリウム複合塩粒子は、水酸化物、酸化物、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、リン酸塩、クエン酸塩、硫化物の郡から選ばれる１種以上の複合塩からなることが好ましい。これにより、平均粒径が０．０１〜１０μｍのインジウムガリウム複合塩粒子を容易に形成できる。
【００４９】
インジウムガリウム複合塩粒子の平均粒径は、０．０１〜１０μｍが好ましく、０．１〜５μｍがより好ましい。
インジウムガリウム複合塩粒子の平均粒径が０．０１μｍより小さい場合には、受光層２の厚みを０．５〜１０μｍとした場合、薄膜化工程に時間が掛かり生産性の低下を招く。逆に、インジウムガリウム複合塩粒子の平均粒径が１０μｍ以上である場合には、数個のインジウムガリウム複合塩粒子が重なった部分の受光層２の厚みが極端に厚くなって、突出する部分を形成し、前記突出する部分が透光性電極３を貫通して、電気的短絡を生じさせて太陽電池１１での発電を不能とするおそれを発生させる場合が生じる。
【００５０】
インジウムガリウム複合塩粒子の合成方法としては、一般に知られている気相、液相および固相で作製する方法であって、例えば、気相噴霧法、ゾルゲル法、アルコキシド法、共沈法、固相法から選ばれるいずれか１種以上からなる方法を用いることができる。これらの作製方法では、一般に、単一の分散したインジウムガリウム複合塩粒子を合成することは難しく、数個のインジウムガリウム複合塩粒子が凝集された状態で合成される。したがって、本実施形態のインジウムガリウム複合塩粒子の凝集状態は特に限定されない。
【００５１】
インジウムガリウム複合塩粒子の合成は、たとえば、次にようにして行う。
まず、硝酸インジウム三水和物、硝酸ガリウム九水和物などと、ｐ型ドーパントとなる硝酸マグネシウムを、尿素とともに、純水に混合し、反応原料溶液を調整する。
次に、この反応原料溶液を入れたビーカーをウォーターバスに入れて８０℃に昇温して、反応原料溶液を約３時間反応させる。反応開始時より徐々に上昇した反応原料溶液のｐＨに変化がなく、ほぼ一定になった後、ｐＨが１０を超える程度まで２８％アンモニア水を添加して全ての金属元素を沈殿させ、白色の懸濁液を得る。
前記反応後の白色懸濁液を遠心分離機で処理した後、上澄み液をデカンテーションして含水固形分を回収する。この含水固形分を乾燥機にて３００℃で５時間乾燥することにより、マグネシウムがドープされた酸化インジウムガリウム粒子などのようなｐ型インジウムガリウム複合塩粒子を得る。
【００５２】
このように、インジウムガリウム複合塩粒子の合成の際、ｐ型ドーパントをあらかじめ混入することによって、ｐ型インジウムガリウム複合塩粒子を合成することができる。また、合成条件によってはｐ型ドーパントをインジウムガリウム複合塩粒子の表面近傍に偏析させることも可能である。これにより、ｐ型半導体層４の抵抗を下げる可能性もある。
ｐ型ドーパントとしては、窒化インジウムガリウム半導体で用いられているマグネシウムまたは亜鉛を用いる。
【００５３】
ｐ型ドーパントの濃度は、ｐ型キャリアとして活性化するのに必要な量であればよく、０．０１〜１０ｍｏｌ％が好ましく、０．１〜５ｍｏｌ％がより好ましい。
ｐ型ドーパントの濃度が０．０１ｍｏｌ％以下の場合には、ｐ型半導体層４とｎ型半導体層５との界面で生じる電荷的な中和にｐ型ドーパントの大半が消費され、ｐ型半導体層４中の正孔キャリアの量が著しく低下するので、太陽電池１１からの電流の取り出し効率が悪くなる。逆に、ｐ型ドーパントの濃度が１０ｍｏｌ％以上である場合には、ｐ型キャリアとして活性しない状態のものが多くなり、ｐ型半導体層４中に不純物として残留することにより、活性キャリアの移動に障害を与えて、太陽電池１１からの電流の取り出し効率を悪化させる。
【００５４】
また、ｐ型インジウムガリウム複合塩粒子の合成方法としては、表面にｐ型ドーパントを成膜または塗布した後、アニール処理することでインジウムガリウム複合塩粒子内に拡散させることも可能である。
【００５５】
＜粒子層形成工程＞
次に、インジウムガリウム粒子層を形成する。
粒子層形成工程は、ｐ型ドーパントが添加されたインジウムガリウム複合塩粒子を分散させた塗布液を基板上に塗布してｐ型インジウムガリウム複合塩粒子からなる粒子層を形成する工程である。
【００５６】
まず、ｐ型ドーパントが添加されたインジウムガリウム複合塩粒子を溶媒に分散させた塗布液（インク）を調整する。インジウムガリウム複合塩粒子の濃度は、溶媒に完全に分散させることができるように適宜設定する。これにより、均一な膜厚の薄膜を形成することができる。
なお、インジウムガリウム複合塩粒子を含んだ塗布液（インク）の組成に特に制限は無い。また、分散剤、焼結助剤、チクソ剤等の添加物などの成分に関しては、太陽電池として電気特性に悪影響を及ぼさなければなんら制限がなく、添加することができる。焼結助剤を添加して焼結することにより、インジウムガリウム複合塩粒子を均一に焼結させて、その平均粒径を均一化することができる。
【００５７】
溶媒としては、インジウムガリウム複合塩粒子と分散剤、焼結助剤、チクソ剤等の添加物を分散させることが可能であり、熱処理で分解する揮発性の液体であればなんら制限はなく使用でき、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコールから選ばれるいずれか１種以上からなる混合物を用いることが好ましい。これにより、溶媒に完全に分散させることができ、均一な膜厚の薄膜を形成することができる。
【００５８】
次に、基板１の一面を洗浄・乾燥した後、基板１上に塗布液（インク）を塗付し、これを乾燥してｐ型インジウムガリウム複合塩粒子層とする。
塗布液の塗布方法は、薄膜形成のための既知の塗布方法を用いることができ、例えば、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法、スプレー噴霧法、スピンコート法から選ばれるいずれか１種以上からなる方法を使用することができる。さらに、必要な膜厚を得るために複数回の薄膜形成工程を繰り返しても良い。
塗布後、たとえば、オーブンで３００℃、２時間保持して乾燥することにより、溶媒等を揮発除去する。これにより、たとえば、基板１上に、所望の膜厚のｐ型インジウムガリウム複合塩粒子からなる薄膜（ｐ型インジウムガリウム複合塩粒子層）を形成できる。
【００５９】
＜窒化工程＞
次に、窒化工程を行う。これは、ｐ型インジウムガリウム複合塩粒子層を窒化してｐ型窒化インジウムガリウム粒子層とする工程である。ここでの窒化は、アンモニアガスを流した状態（アンモニア通気下）で熱処理を行う処理である。
アンモニアガスの純度は、高い方が好ましく、９９．９９％以上が好ましく、９９．９９９％以上がより好ましい。これにより、効率よく複合塩を窒化物に変換できる。なお、アンモニアのガスとして、ｐ型インジウムガリウム複合塩粒子を還元し、窒化を補助するために、アンモニアに水素を混在させた混合気体を用いることも可能である。この際、水素の混合割合は１〜２０体積％が好ましく、さらに好ましくは５〜１０体積％である。
【００６０】
アンモニア通気下の熱処理の温度は、５００〜１１００℃が好ましい。アンモニア通気下の熱処理の温度を５００〜１１００℃とすることにより、窒化は十分可能である。
アンモニア通気下の熱処理の温度が５００℃以下の場合には、アンモニアがほとんど活性化せず、完全な窒化ができないことがあるとともに、完全窒化に要する時間が膨大に長くなり品質および生産性に支障を来たすことがある。
逆に、アンモニア通気下の熱処理の温度が１１００℃以上の高温で処理する場合には、エネルギーコストをむやみに増やすこととなり、製造コストを上げることになるので好ましくない。
【００６１】
このアンモニア通気下での熱処理により、隣り合うｐ型窒化インジウムガリウム粒子同士の接触面が互いに結着する。接触面が結着した粒子界面（粒界）が多く形成されることにより、粒子同士の連結状態が良好にされ、粒子内で発生したキャリアの移動が円滑となる。
なお、小粒径から大粒径まで粒径分布があることで、粒子の充填密度を高くすることができ、上記の接触面が結着した粒界を数多く形成することができるので、粒子の粒径分布を調整することが好ましい。
【００６２】
ｐ型窒化インジウムガリウム粒子層の厚みは０．５〜１０μｍとすることが好ましく、１〜５μｍとすることがより好ましい。
ｐ型窒化インジウムガリウム粒子層の膜厚が０．５μｍ以下の場合には、窒化ガリウムインジウムの吸収係数を考慮すると、受光層２が十分光が吸収できないこととなり、光電変換効率が低くなる。逆に、ｐ型窒化インジウムガリウム粒子層の膜厚が１０μｍ以上の場合には、太陽電池１１の電極間の直列抵抗成分が大きくなり、光電変換効率が低くなるので好ましくない。
【００６３】
なお、窒化インジウムガリウム粒子層の形成方法としては、本実施形態で示した方法ではなく、インジウムガリウム複合塩粒子をアンモニア通気化で熱処理し、あらかじめ窒化インジウムガリウム粒子を得た後に、インク化して薄膜塗布し、さらに熱処理することで薄膜を得る方法を用いても良い。
【００６４】
すなわち、ｐ型ドーパントが添加されたインジウムガリウム複合塩粒子を窒化してｐ型窒化インジウムガリウム粒子とする窒化工程と、ｐ型窒化インジウムガリウム粒子を分散させた塗布液を導電性基板上に塗布してｐ型窒化インジウムガリウム粒子からなる粒子層を形成する粒子層形成工程と、からなるｐ型半導体層形成工程を採用しても良い。以下、この工程について説明する。
【００６５】
＜窒化工程＞
まず、インジウムガリウム複合塩粒子を窒化して窒化インジウムガリウム粒子とする。
先に記載した窒化工程と同様に、ここでの窒化は、アンモニアガスを流した状態（アンモニア通気下）で熱処理を行う処理である。
アンモニアガスの純度は、高い方が好ましく、９９．９９％以上が好ましく、９９．９９９％以上がより好ましい。これにより、効率よく複合塩を窒化物に変換できる。なお、アンモニアのガスとして、インジウムガリウム複合塩粒子を還元し、窒化を補助するために、アンモニアに水素を混在させた混合気体を用いることも可能である。この際、水素の混合割合は１〜２０体積％が好ましく、さらに好ましくは５〜１０体積％である。
【００６６】
アンモニア通気下の熱処理の温度は、５００〜１１００℃が好ましい。アンモニア通気下の熱処理の温度を５００〜１１００℃とすることにより、窒化は十分可能である。
アンモニア通気下の熱処理の温度が５００℃以下の場合には、アンモニアがほとんど活性化せず、完全な窒化ができないことがあるとともに、完全窒化に要する時間が膨大に長くなり品質および生産性に支障を来たすことがある。
逆に、アンモニア通気下の熱処理の温度が１１００℃以上の高温で処理する場合には、エネルギーコストをむやみに増やすこととなり、製造コストを上げることになるので好ましくない。
【００６７】
＜粒子層形成工程＞
次に、窒化インジウムガリウム粒子層を形成する。
粒子層形成工程は、ｐ型ドーパントが添加された窒化インジウムガリウム粒子を分散させた塗布液を基板上に塗布してｐ型窒化インジウムガリウム粒子からなる粒子層を形成する工程である。
【００６８】
まず、ｐ型ドーパントが添加された窒化インジウムガリウム粒子を溶媒に分散させた塗布液（インク）を調整する。窒化インジウムガリウム粒子の濃度は、溶媒に完全に分散させることができるように適宜設定する。これにより、均一な膜厚の薄膜を形成することができる。
なお、窒化インジウムガリウム粒子を含んだ塗布液（インク）の組成に特に制限は無い。また、分散剤、焼結助剤（ホウ素−亜鉛系酸化物）、チクソ剤等の添加物などの成分に関しては、太陽電池として電気特性に悪影響を及ぼさなければなんら制限がなく、添加することができる。焼結助剤（ホウ素−亜鉛系酸化物）を添加して焼結することにより、窒化インジウムガリウム粒子を均一に焼結させて、その平均粒径を均一化することができる。
【００６９】
溶媒としては、窒化インジウムガリウム粒子と分散剤、焼結助剤、チクソ剤等の添加物を分散させることが可能であり、熱処理で分解する揮発性の液体であればなんら制限はなく使用でき、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコールから選ばれるいずれか１種以上からなる混合物を用いることが好ましい。これにより、溶媒に完全に分散させることができ、均一な膜厚の薄膜を形成することができる。
【００７０】
次に、基板１の一面を洗浄・乾燥した後、基板１上に塗布液（インク）を塗付し、これを乾燥してｐ型窒化インジウムガリウム粒子層とする。
塗布液の塗布方法は、薄膜形成のための既知の塗布方法を用いることができ、例えば、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法、スプレー噴霧法、スピンコート法から選ばれるいずれか１種以上からなる方法を使用することができる。さらに、必要な膜厚を得るために複数回の薄膜形成工程を繰り返しても良い。
塗布後、たとえば、オーブンで３００℃、２時間保持して乾燥することにより、溶媒等を揮発除去する。これにより、たとえば、基板１上に、所望の膜厚のｐ型窒化インジウムガリウム粒子からなる薄膜（ｐ型窒化インジウムガリウム粒子層）を形成できる。
【００７１】
[ｎ型半導体層形成工程]
ｎ型半導体層形成工程は、ｐ型半導体層の透光性電極側の面にｎ型ドーパントを添加してｎ型半導体層を形成する工程である。
ｎ型ドーパントとしては、半導体製造において従来公知のｎ型ドーパントをいずれも用いることが可能であるが、Ｓｉ（シリコン）またはシリコンを含む化合物が好ましい。
【００７２】
ｐ型半導体層の透光性電極側の面にｎ型ドーパントをドーピングする方法としては、従来公知の化学的または物理的方法を用いることができ、たとえば、スパッタ法、蒸着法、スプレー噴霧法、塗布法などを用いることができる。
たとえば、スパッタ法または蒸着法では、まず、シリコンターゲットまたは蒸着源を用いて、ｐ型半導体層の透光性電極側の面にｎ型ドーパントシリコンを成膜する。その後、アニール処理（熱処理）を行って、シリコン以外の元素を除去し、シリコンをｐ型窒化インジウムガリウム粒子表面に拡散させてｎ型半導体層を形成する。
【００７３】
スプレー噴霧法または塗布法では、シリコンを含み、熱処理で揮発分解する化合物を溶解させた溶液をスプレー噴霧または塗布して、ｐ型半導体層の透光性電極側の面にｎ型ドーパントシリコンを成膜する。その後、アニール処理（熱処理）を行って、シリコン以外の元素を除去し、シリコンをｐ型窒化インジウムガリウム粒子表面に拡散させてｎ型半導体層を形成する。
シリコンを含み、熱処理で揮発分解する化合物としては、一般的なアルコキシシラン類やシラザン類より選ぶことが可能であり、例えば、ＴＭＯＳ（テトラメトキシシラン）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ヘキサメチルジシラザンなどを用いることができる。
なお、シリコンをｐ型窒化インジウムガリウム粒子の表面近傍にドーピングする方法に特に制限はなく、また複数の工程を用いてシリコンをドーピングしてもよい。
【００７４】
以下、アニール処理（熱処理）の一例であって、三段階の熱処理について説明する。
一段目の熱処理は、炭素、水素を除去するための熱処理であって、酸素が存在する雰囲気下での熱処理である。この熱処理温度は、２００〜６００℃が好ましく、３００〜５００℃がより好ましい。
酸素が存在する雰囲気は、酸素を含む気体の存在下であれば特に制限はなく、前記気体としては、例えば、大気、酸素、水蒸気などを用いることができる。また、不活性ガスである窒素、アルゴンなどに酸素を含有させた混合気体も用いてもよい。
【００７５】
二段目の熱処理は、残留した酸素を還元除去するための熱処理であって、還元雰囲気での熱処理である。この熱処理は、還元雰囲気で行う限り特に制限は無い。熱処理温度は、酸素が還元され、シリコンが拡散する温度であれば特に制限は無いが、２００〜６００℃が好ましく、４００〜５００℃がより好ましい。
前記還元雰囲気は、窒素と水素の混合気体を用いて形成することが好ましい。このとき、窒素に対する水素の濃度は１〜５０体積％が好ましく、３０〜４０体積％がより好ましい。
【００７６】
三段目の熱処理は、シリコンをｐ型窒化インジウムガリウム粒子の表面近傍に拡散させてｎ型半導体層を形成するための熱処理であって、還元雰囲気での熱処理である。この熱処理は、還元雰囲気で行う限り特に制限は無い。熱処理温度は、酸素が還元され、シリコンが拡散する温度であれば特に制限は無いが、２００〜６００℃が好ましい。前記還元雰囲気は、窒素を用いて形成することが好ましい。
一段目〜三段目の熱処理は別々の熱処理装置で行っても良く、または同じ熱処理装置内で連続して行ってもよい。
これにより、ｐ型窒化インジウムガリウム粒子層の表面をｎ型化することができる。
【００７７】
なお、前記ｎ型半導体層形成工程で、前記ｐ型半導体層の透光性電極側の面にｎ型ドーパントを添加してｎ型半導体層を形成すると同時に、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間にｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとが混在して導電性が中和されてなるｉ型半導体層を形成してもよい。
【００７８】
ｐ型半導体層の透光性電極側の面にシリコンが拡散されると、ｐ型半導体層４の表面近傍にｎ型半導体層５が形成され、両層の界面にｐｎ接合が形成される。このとき、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントが作用して、ｐ型層とｎ型層の間に電荷的に中和したｉ層半導体層が形成される場合がある。これにより、ｐ型半導体層４の表面近傍にｐｉｎ接合が形成されることとなるが、ｐｎ接合およびｐｉｎ接合はいずれも発電機能に大きな差はなく、どちらの形態も好ましく用いることができる。
【００７９】
なお、このようにして形成された受光層２は窒化インジウムガリウム粒子で構成されているため、受光層２の透光性電極側の面（受光層の最表面）が無秩序な凹凸面とされる。無秩序な凹凸面により、太陽光は様々な角度で屈折されて受光層２に入射されて、受光層２中での光路長を長くする。これにより、受光層２が太陽光をより効率的に吸収することができ、結果的に太陽電池１１の発電量を大きくする。
【００８０】
[透光性電極形成工程]
透光性電極形成工程は、ｎ型半導体層上に透光性電極を形成する工程である。透光性電極３の形成方法としては、従来公知のいずれの形成方法を用いることができるが、蒸着法、スパッタ法、スプレー噴霧法、印刷法が好ましく、スプレー噴霧法、印刷法がより好ましい。スプレー噴霧法、印刷法は、高価な真空製造プロセスを用いないので、太陽電池の製造コストを下げることができる。
以上のようにして、太陽電池１１を製造する。
【００８１】
太陽電池１１は必要な大きさにカットできる。任意の大きさにカットした複数の太陽電池１１を、電流を大きくしたいときは並列に接続し、電圧を大きくしたいときは直列に接続することができる。
【００８２】
また、太陽電池１１は屋外に設置する場合が多いので、熱、湿気、乾燥、光、雰囲気ガスなどに対する耐候性が必要とされる。そのため、熱、湿気、乾燥、光、雰囲気ガスを防止または抑制するコーティングを太陽電池１１の表面、たとえば、透光性電極３の受光層と反対側の面３ａおよび導電性基板１の受光層と反対側の面１ｂにしてもよい。
【００８３】
（実施形態２） 
図２は、本発明の実施形態である太陽電池の別の一例を説明する断面図である。
図２に示すように、本発明の実施形態である太陽電池１２は、基板１が一面６ａに導電性層７が形成された絶縁性基板６であるほかは実施形態１と同様の構成とされている。
【００８４】
＜絶縁性基板＞
絶縁性基板６の材料としては、樹脂、プラスチック、ガラス、セラミックスから選ばれる１種以上の絶縁性材料が好ましく、耐候性および耐久性の高いフッ素系樹脂や、耐久性が高く価格の安いガラスがより好ましい。
絶縁性基板６の形態としては特に制限されず、板状またはフィルム状のような形態を用いることができる。たとえば、樹脂やプラスチック材料であれば板状またはフィルム状にして用い、ガラスやセラミックス材料であれば板状にして用いる。
【００８５】
＜導電性層＞
導電性層７は電極としての機能を備えており、絶縁性基板６の一面（受光層側の面）６ａに形成されていれば、形態になんら制限は無く用いられる。
導電性層７の材料としては、アルミニウム、鉄、ニッケル、錫、銅、銀、白金、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、インジウム、モリブデン、クロム、タングステンから選ばれる１種以上の材料であることが好ましく、鉄、タンタル、モリブデン、クロムから選ばれる１種類以上の材料であることがより好ましい。鉄、タンタル、モリブデン、クロムから選ばれる１種類以上の材料は、アンモニアに対して耐性を有するためである。
【００８６】
さらに、導電性層７の材料としてアンモニアに対して耐性の低いアルミニウムなどの材料を用いた場合には、導電性層７の受光層側の面７ａにモリブデン、クロム、タングステンから選ばれる１種類以上の材料からなるコーティング層をその表面を覆うように形成することが好ましい。これにより、導電性層７をアンモニアから保護することができる。
【００８７】
導電性層７を、あらかじめ絶縁性基板６の上に形成してから、受光層２、透光性電極３を形成して、本実施形態の太陽電池１２を作製してもよいが、箔状に形成した導電性層７の上に受光層２、透光性電極３を形成した後に、絶縁性基板６と導電性層７を接着して、本実施形態の太陽電池１２を作製してもよい。この際、周知の接着材料をなんら制限無く用いることができる。
【００８８】
＜太陽電池モジュール＞
本発明の実施形態である太陽電池モジュールは、本発明の実施形態である太陽電池１１、１２と、太陽電池１１、１２を覆う樹脂（図示略）と、を有する。
前記樹脂は、透光性があり耐候性があれば公知のいずれの材料を用いることができるが、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレン−プロペンコポリマー）から選ばれる１種以上からなることが好ましい。
これにより、水分や酸素などの受光層２への浸入を防いで、受光層２の劣化を抑制することができる。その結果、太陽電池１１、１２の耐環境特性、信頼性および寿命を向上させることができる。
【００８９】
本発明の実施形態である太陽電池１１、１２は、受光層はｐ型半導体層４とｎ型半導体層５の少なくとも２層を有しており、ｐ型半導体層４は窒化インジウムガリウム粒子４４からなる薄膜層にｐ型ドーパントが添加されてなり、ｎ型半導体層５はｐ型半導体層４の透光性電極側の面４ａにｎ型ドーパントが添加されてなる構成なので、量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池１１、１２とすることができる。
【００９０】
本発明の実施形態である太陽電池１１、１２は、受光層として窒化インジウムガリウム粒子４４からなるｐ型半導体層４を有する構成なので、窒化インジウムガリウム粒子４４のインジウムとガリウムの組成比を変えることにより、０．７ｅＶ〜３．４ｅＶの広い範囲のバンドギャップとして、太陽光スペクトルとしては３６５〜１７７１ｎｍの範囲の光に感度を持たせることができるので、広い範囲の太陽光スペクトルを発電に利用して、太陽電池１１、１２の光電変換効率を向上させることができる。
【００９１】
本発明の実施形態である太陽電池１１、１２は、窒化インジウムガリウム粒子４４を用いて受光層２を形成する構成なので、その透光性電極側の面５ａに窒化インジウムガリウム粒子４４に由来する無秩序な凹凸を形成して、実質的な受光面積を格段に増加させ、より効率的に太陽光を吸収させることができる。
【００９２】
本発明の実施形態である太陽電池１１、１２は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとが混在して電荷的に中和されてなるｉ型半導体層が設けられている構成なので、広い範囲の太陽光スペクトルを発電に利用して、太陽電池１１、１２の光電変換効率を向上させることができる。
本発明の実施形態である太陽電池１１、１２は、ｐ型ドーパントがＭｇまたはＺｎのいずれかであり、ｎ型ドーパントがＳｉまたはＳｉを含む化合物のいずれかである構成なので、容易に所望の濃度のｐ型半導体層４、ｎ型半導体層５を形成することができる。
【００９３】
本発明の実施形態である太陽電池１１、１２は、窒化インジウムガリウム粒子がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．２＜ｘ＜１）である構成なので、短波長領域の光を吸収させず、効率的な発電をすることができる。
本発明の実施形態である太陽電池１１、１２は、窒化インジウムガリウム粒子がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．４＜ｘ＜１）である構成なので、より広い範囲の波長を利用でき、より効率的な発電をすることができる。
本発明の実施形態である太陽電池１１、１２は、窒化インジウムガリウム粒子がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．６＜ｘ＜１）である構成なので、太陽電池１１、１２の受光層２のバンドギャップを理論的な最大光電変換効率が得られるバンドギャップ１．３〜１．５ｅＶに近い値とすることができ、さらに効率的な発電をすることができる。
本発明の実施形態である太陽電池１１、１２は、窒化インジウムガリウム粒子の平均粒径が０．０１〜１０μｍである構成なので、均一に凝集した膜を形成することができる。
【００９４】
本発明の実施形態である太陽電池１１、１２は、受光層２の透光性電極側の面５ａが無秩序な凹凸面とされている構成なので、実質的な受光面積を格段に増加させ、より効率的に太陽光を吸収させることができる。また、その凹凸面で光が様々な方向に屈折して入射されることにより受光層２内部の光路長を長くして、膜厚を薄くしても効率的に太陽光を吸収させることができる。さらに、粒子を用いて凹凸を形成することは、光閉じ込め効果を促進し、光電変換効率が高い太陽電池１１、１２とすることができる。さらにまた、この凹凸は、シリコン太陽電池で行われているように表面を複雑な方法でエッチングして形成する必要がなく、塗布法で容易に形成できる構成なので、太陽電池１１、１２の製造コストを大幅に下げることができる。
【００９５】
本発明の実施形態である太陽電池１１、１２は、基板１が導電性基板８または一面に導電性層７が形成された絶縁性基板６である構成なので、電極として機能できる程度の導電性を有し、少なくとも太陽電池１１の製造時のベース材として必要とされる程度の硬度を備えた太陽電池１１とすることができる。
【００９６】
本発明の実施形態である太陽電池１１は、導電性基板８がアルミニウム、鉄、ニッケル、錫、銅、銀、白金、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、インジウム、モリブデン、クロム、タングステンから選ばれる１種以上からなる構成なので、電極として機能できる程度の導電性を有し、少なくとも太陽電池１１の製造時のベース材として必要とされる程度の硬度を備えた太陽電池１１とすることができる。
【００９７】
本発明の実施形態である太陽電池１２は、絶縁性基板６が樹脂、プラスチック、ガラス、セラミックスから選ばれる１種以上からなり、導電性層７が、アルミニウム、鉄、ニッケル、錫、銅、銀、白金、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、インジウム、モリブデン、クロム、タングステンから選ばれる１種以上からなる構成なので、電極として機能できる程度の導電性を有し、少なくとも太陽電池１２の製造時のベース材として必要とされる程度の硬度を備えた太陽電池１２とすることができる。
【００９８】
本発明の実施形態である太陽電池１１、１２は、透光性電極３が酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛、酸化アルミ亜鉛、酸化ガリウム亜鉛から選ばれる１種以上からなる構成なので、導電性および透過性に優れた透光性電極３を備えた太陽電池１１、１２として、光電変換効率が高い太陽電池１１、１２とすることができる。
【００９９】
本発明の実施形態である太陽電池モジュールは、先に記載された太陽電池１１、１２と、太陽電池１１、１２を覆う樹脂と、を有する構成なので、水分や酸素などの受光層２への浸入を防いで、受光層２の劣化を抑制することができ、太陽電池１１、１２の耐環境特性、信頼性および寿命を向上させることができる。
本発明の実施形態である太陽電池モジュールは、前記樹脂がエチレン−テトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、パーフルオロエチレン−プロペンコポリマーから選ばれる１種以上からなる構成なので、量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池モジュールとすることができる。
【０１００】
本発明の実施形態である太陽電池の製造方法は、基板１上にｐ型ドーパントが添加された窒化インジウムガリウム粒子４４からなるｐ型半導体層４を形成するｐ型半導体層形成工程と、ｐ型半導体層４の透光性電極側の面４ａにｎ型ドーパントを添加してｎ型半導体層５を形成するｎ型半導体層形成工程と、ｎ型半導体層５上に透光性電極３を形成する透光性電極形成工程と、を有する構成なので、量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池の製造方法とすることができる。
【０１０１】
本発明の実施形態である太陽電池の製造方法は、ｎ型半導体層形成工程で、ｐ型半導体層４の透光性電極側の面４ａにｎ型ドーパントを添加してｎ型半導体層５を形成すると同時に、ｐ型半導体層４とｎ型半導体層５との間にｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとが混在して電荷的に中和されてなるｉ型半導体層を形成する構成なので、量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池の製造方法とすることができる。
【０１０２】
本発明の実施形態である太陽電池の製造方法は、ｐ型半導体層形成工程が、ｐ型ドーパントが添加されたインジウムガリウム複合塩粒子を分散させた塗布液を基板上に塗布してｐ型インジウムガリウム複合塩粒子からなる粒子層を形成する粒子層形成工程と、
ｐ型インジウムガリウム複合塩粒子からなる粒子層を窒化してｐ型窒化インジウムガリウム粒子層４４とする窒化工程と、からなる構成なので、量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池の製造方法とすることができる。
【０１０３】
本発明の実施形態である太陽電池の製造方法は、ｐ型半導体層形成工程が、ｐ型ドーパントが添加されたインジウムガリウム複合塩粒子を窒化してｐ型窒化インジウムガリウム粒子４４とする窒化工程と、ｐ型窒化インジウムガリウム粒子４４を分散させた塗布液を導電性基板上に塗布してｐ型窒化インジウムガリウム粒子４４からなる粒子層を形成する粒子層形成工程と、からなる構成なので、量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池の製造方法とすることができる。
【０１０４】
本発明の実施形態である太陽電池の製造方法は、窒化工程が、アンモニア通気下で５００℃〜１１００℃の熱処理を行う工程である構成なので、量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池の製造方法とすることができる。
本発明の実施形態である太陽電池の製造方法は、インジウムガリウム複合塩粒子が、水酸化物、酸化物、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、リン酸塩、クエン酸塩、硫化物から選ばれる１種以上の複合塩からなる構成なので、量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池の製造方法とすることができる。
本発明の実施形態である太陽電池の製造方法は、ｐ型ドーパントがＭｇまたはＺｎのいずれかであり、ｎ型ドーパントがＳｉまたはＳｉを含む化合物のいずれかである構成なので、量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池の製造方法とすることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【実施例】
【０１０５】
（実施例１）
＜インジウムガリウム複合塩粒子の作製＞
まず、硝酸インジウム三水和物（和光純薬工業製）０．００４モルと、硝酸ガリウム九水和物（和光純薬工業製）０．００１モルと、硝酸マグネシウム（関東化学製）０．０００２５モルと、純水１００ｍｌと、を混合した水溶液に尿素（和光純薬工業製）０．５モルを添加して反応原料溶液とした。
次に、この反応原料溶液を入れたビーカーをウォーターバスに入れて８０℃に昇温して、反応原料溶液を約３時間反応させた。反応開始時より徐々に上昇した反応原料溶液のｐＨに変化がなく、ほぼ一定になった後、ｐＨが１０を超える程度まで２８％アンモニア水を添加して全ての金属元素を沈殿させ、白色の懸濁液を得た。
【０１０６】
前記反応後の白色懸濁液を遠心分離機で処理した後、上澄み液をデカンテーションして含水固形分を回収した。この含水固形分を乾燥機にて３００℃で５時間乾燥することによりインジウムガリウム複合塩粒子を得た。
【０１０７】
＜インジウムガリウム複合塩粒子の評価＞
回折Ｘ線分析装置（パナリティカル製）での分析の結果、得られたインジウムガリウム複合塩粒子が酸化インジウムガリウム粒子であることが分かった。
また、蛍光Ｘ線分析装置（リガク製）で分析した結果、インジウム８１ｍｏｌ％、ガリウム１９ｍｏｌ％の組成比であることが分かった。
さらにまた、ＳＥＭ−ＷＤＳ分析の結果、マグネシウムが酸化インジウムガリウム粒子内にドーピングされたことを確認した。
【０１０８】
＜太陽電池の作製＞
次に、得られた酸化インジウムガリウム粒子と焼結助剤（ホウ素−亜鉛系：旭硝子製）とをポリエチレングリコール水溶液に分散させて、酸化インジウムガリウム粒子の濃度が５ｗｔ％のインクを作製した。
次に、板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３０４の導電性基板の表面を洗浄・乾燥した後、スピンコーター（ミカサ製）で、前記導電性基板の表面上に酸化インジウムガリウム粒子を含んだインクを塗布した。
その後、インクを塗布した導電性基板をオーブンで３００℃、２時間の条件で乾燥して、酸化インジウムガリウム粒子からなる薄膜が形成された導電性基板を得た。前記薄膜の平均膜厚は６μｍであった。
【０１０９】
次に、薄膜が形成された導電性基板をアンモニア通気式焼成炉（モトヤマ製）に入れて、純度９９．９９９％の高純度アンモニア（昭和電工製）を４００ｍｌ／ｍｉｎで通気させた状態で、焼成温度６３０℃で１０時間の加熱処理を行って、前記薄膜を窒化処理した。その後、室温まで冷却して、窒化処理した薄膜が形成された導電性基板を取り出した。
この窒化処理した薄膜を回折Ｘ線分析装置で分析した結果、原料に由来する化合物やメタル成分の分離した独立ピークがなく、またドーパントとして添加したマグネシウムに由来する独立したピークもなかった。これにより、ｐ型ドープの窒化インジウムガリウム（ｐ型窒化インジウムガリウム粒子）を生成できたことを確認した。
【０１１０】
次に、このｐ型窒化インジウムガリウム粒子からなる薄膜上に、ヘキサメチルジシラザンのエタノール溶液を噴霧した。その後、熱処理装置内で、大気雰囲気下５００℃５時間の条件で熱処理を行って炭素と水素を除去した後、熱処理装置内に水素と窒素を供給することにより６体積％の水素を含んだ窒素雰囲気として、４００℃２時間の熱処理を行ってシリコン以外の元素を還元除去した。
引き続き、同じ熱処理装置で水素の供給を停止して窒素のみの雰囲気として昇温した後、６００℃２時間の熱処理を行って、ｐ型窒化インジウムガリウム粒子からなる薄膜の表面をｎ型化した。これにより、表面がｎ型化されたｐ型窒化インジウムガリウム粒子からなる薄膜を備えた導電性基板を形成した。
【０１１１】
次に、この表面がｎ型化されたｐ型窒化インジウムガリウム粒子からなる薄膜を備えた導電性基板をスパッタ装置（アネルバ製）の内部にセットし、基板温度３５０℃、圧力２．６Ｐａ、成膜レート５００ｎｍ／ｍｉｎのスパッタ条件でＩＴＯターゲットをスパッタすることにより、膜厚０．１２μｍのＩＴＯからなる透光性電極をｎ型化された薄膜表面上に形成した。
これにより、導電性基板上に、ｐ型窒化インジウムガリウム粒子からなる薄膜、ｎ型化された窒化インジウムガリウム粒子からなる薄膜層およびＩＴＯからなる透光性電極が積層された太陽電池を作製することができた。
【０１１２】
＜太陽電池の特性評価＞
まず、この太陽電池を１０ｍｍ角に切り出し、太陽電池特性評価用の試料ステージに固定した。
次に、導電性基板を正極、透光性電極を負極とするようにプローブを接触させて、電流及び電圧測定用回路を形成した。
その後、ソーラーシミュレーター（山下電装製）を用いて、スペクトル分布ＡＭ１．５、エネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ２の１ＳＵＮ擬似太陽光を照射して、雰囲気温度と太陽電池の温度をそれぞれ２５±１℃とした状態で太陽電池の出力特性を測定した。
太陽電池特性が、開放電圧Ｖｏｃ：０．８７４Ｖ、短絡電流密度Ｉｓｃ：１３．２ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子ＦＦ：０．６５１、光電変換効率η：７．５％となる測定結果が得られた。
【０１１３】
この太陽電池をエポキシ樹脂に包埋して研磨することで、受光層の断面を露出させた。この断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、日本電子製）で写真撮影し、受光層が粒子を基本として形成されていることを観察した。さらにＳＥＭ−ＥＤＸ分析により、粒子が窒化インジウムガリウム粒子であることを確認した。
受光層と透光性電極とが接触する部分は、受光層が粒子を基本として形成されているため、粒子の形状に影響を受けた無秩序な凹凸が観察された。また、受光層を形成する粒子は接する粒子同士の表面が結着した状態であり、粒界が多く見られた。粒界で囲まれた粒子の最長径を粒径とし画像解析により粒径分布を求めた結果、平均粒径が０．６２μｍ、最小径が０．１１μｍ、最大径が１．２３μｍであった。
【０１１４】
（実施例２）
＜インジウムガリウム複合塩粒子の作製＞
硝酸インジウム三水和物（和光純薬工業製）０．００１５モルと、硝酸ガリウム九水和物（和光純薬工業製）０．００１モルと、硝酸マグネシウム（関東化学製）０．０００１２５モルと、クエン酸（和光純薬工業製）０．００５３モルと、エチレングリコール（純正化学製）０．０２モルと、を純水５０ｍｌに混合して、反応原料溶液とした。
反応原料溶液を入れたビーカーをホットプレート上に置き、マグネチックスターラーで撹拌しながら１２０℃で３時間反応させ、ゲル状生成物を得た。
さらに、このゲル状生成物を３５０℃で１時間乾燥して、付着した有機物を除去してインジウムガリウム複合塩粒子を得た。
【０１１５】
＜インジウムガリウム複合塩粒子の評価＞
回折Ｘ線分析装置（パナリティカル製）での分析の結果、得られたインジウムガリウム複合塩粒子が酸化インジウムガリウム粒子であることが分かった。
また、蛍光Ｘ線分析装置（リガク製）で分析した結果、インジウム５９ｍｏｌ％、ガリウム４１ｍｏｌ％の組成比であることが分かった。
さらにまた、ＳＥＭ−ＷＤＳ分析の結果、マグネシウムが酸化インジウムガリウム粒子内にドーピングされたことを確認した。
【０１１６】
＜太陽電池の作製＞
アンモニア通気での焼成温度を７４０℃として窒化処理を行った以外は実施例１と同様にして、太陽電池を作製した。
＜太陽電池の特性評価＞
実施例１と同様にして、得られた太陽電池の特性を測定した結果、太陽電池特性は、開放電圧Ｖｏｃ：１．２４Ｖ、短絡電流密度Ｉｓｃ：９．３ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子ＦＦ：０．６３３、光電変換効率η：７．３％であった。
【０１１７】
（実施例３）
硝酸インジウム三水和物（和光純薬工業製）０．００１モルと、硝酸ガリウム九水和物（和光純薬工業製）０．００４モルと、硝酸亜鉛（関東化学製）０．０００５モルと、純水１００ｍｌと、を混合した水溶液に尿素（和光純薬工業製）０．７５モルを添加して反応原料溶液とした。
次に、この反応原料溶液を入れたビーカーをウォーターバスに入れて８０℃に昇温して、反応原料溶液を３時間反応させた。反応開始時より徐々に上昇した反応原料溶液のｐＨに変化がなく、ほぼ一定になったことを確認して反応を終了した。
【０１１８】
前記反応後の反応原料溶液を遠心分離機で処理した後、上澄み液をデカンテーションして含水固形分を回収した。この含水固形分を乾燥機にて３００℃で５時間乾燥することにより、インジウムガリウム複合塩粒子を得た。
【０１１９】
＜インジウムガリウム複合塩粒子の評価＞
回折Ｘ線分析装置（パナリティカル製）での分析の結果、得られたインジウムガリウム複合塩粒子が水酸化インジウムガリウム粒子であることが分かった。
【０１２０】
得られた水酸化インジウムガリウム粒子をアンモニア通気式焼成炉（モトヤマ製）に入れ、純度９９．９９９％高純度アンモニア（昭和電工製）を５００ｍｌ／ｍｉｎで通気し、焼成温度７８０℃で１０時間加熱処理して窒化処理を行った。
得られた粒子を回折Ｘ線で分析した結果、窒化インジウムガリウム粒子であることが分かった。また、求められた格子定数よりベガード則を用いて計算した結果、インジウム２０ｍｏｌ％、ガリウム８０ｍｏｌ％の組成比であることが分かった。
また、ＳＥＭ−ＷＤＳ分析の結果、亜鉛が粒子内にドーピングされて、ｐ型窒化インジウムガリウム粒子となったことを確認した。
【０１２１】
＜太陽電池の作製＞
次に、得られたｐ型窒化インジウムガリウム粒子と焼結助剤（ホウ素−亜鉛系：旭硝子製）をポリエチレングリコール水溶液に分散させて、ｐ型窒化インジウムガリウム粒子の濃度が５ｗｔ％のインクを作製した。
【０１２２】
次に、板厚１．５ｍｍの石英ガラス上に白金を１００μｍ蒸着した後、その白金表面を洗浄・乾燥した後、スピンコーター（ミカサ製）で、前記白金の表面上にｐ型窒化インジウムガリウム粒子を含んだインクを塗布した。
その後、このインクを塗布した白金／石英ガラス基板をオーブンで７００℃、２時間の条件で乾燥して、ｐ型窒化インジウムガリウム粒子からなる薄膜が形成された白金／石英ガラス基板を得た。前記薄膜の平均膜厚は３μｍであった。
【０１２３】
次に、これをＲＦ高周波スパッタ装置（アネルバ製）の内部にセットし、シリコンターゲットをスパッタして、ｐ型窒化インジウムガリウム粒子薄膜上にシリコンドーパントを堆積して、膜厚０．１４μｍのシリコン層をｐ型窒化インジウムガリウム粒子薄膜上に形成した。スパッタ条件は、基板温度４００℃、アルゴンガスを導入した雰囲気圧は１×１０−２ｔｏｒｒ、２００Ｗの出力とした。
その後、これを窒素雰囲気中、基板温度６００℃でアニールして、ｐ型窒化インジウムガリウム粒子薄膜の表面にシリコンをドーピングして、ｐ型窒化インジウムガリウム粒子薄膜の表面にｎ型層を形成した。
【０１２４】
次に、実施例１と同様にして、ＩＴＯからなる透光性電極をｎ型層の上に形成して、太陽電池を作製した。
【０１２５】
＜太陽電池の特性評価＞
実施例１と同様にして、得られた太陽電池の特性を測定した結果、太陽電池特性は、開放電圧Ｖｏｃ：２．０２Ｖ、短絡電流密度Ｉｓｃ：５．２ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子ＦＦ：０．６０１、光電変換効率η：６．３％であった。
【０１２６】
（比較例１）
＜太陽電池の作製＞
まず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、基板温度５００℃のサファイア基板上に窒化アルミニウムからなるバッファ層を６０ｎｍ成長させた。次に、基板温度１０５０℃として前記バッファ層上にアンドープの窒化ガリウム層を５μｍ成長させた。さらに、基板温度１０５０℃のまま維持して、前記アンドープの窒化ガリウム層上にシリコンドープのｎ型窒化ガリウム層を２μｍ成長させた。
【０１２７】
次に、基板温度７５０℃として前記シリコンドープのｎ型窒化ガリウム層上にアンドープのｉ型窒化インジウムガリウム層（インジウム１５ｍｏｌ％、ガリウム８５ｍｏｌ％）を０．７μｍ成長させた。
次に、基板温度１０００℃として前記アンドープのｉ型窒化インジウムガリウム層上にマグネシウムドープのｐ型窒化ガリウム層を２５０ｎｍ成長させた。
その後、この多層基板を窒素雰囲気下７００℃に保持してアニール処理を行った。
【０１２８】
アニール処理後、この多層基板をスパッタ装置に導入して、マグネシウムドープのｐ型窒化ガリウム層の表面に膜厚３００ｎｍのＩＴＯからなる導電性層をスパッタ成膜した。
次に、ＩＴＯの表面の一部に膜１００ｎｍのアルミ電極をスパッタ成膜した。
次に、ＩＴＯからなる導電性層の一部をシリコンドープのｎ型窒化ガリウム層に達するまでエッチングした。次に、露出された前記ｎ型窒化ガリウム層上にニッケルをスパッタ成膜した後、金をスパッタ成膜して、ニッケルおよび金からなる電極を形成した。
【０１２９】
＜太陽電池特性評価＞
実施例１と同様な条件で太陽電池特性評価を行った。太陽電池特性が、開放電圧Ｖｏｃ：１．９３Ｖ、短絡電流密度Ｉｓｃ：１．６３ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子ＦＦ：０．６１０、光電変換効率η：１．９％となる測定結果が得られた。
以上の太陽電池の特性について、表１にまとめた。
【０１３０】
【表１】
2010010594.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、太陽電池及びその製造方法、太陽電池モジュールに関するものであって、特に、窒化インジウムガリウム粒子を用いた、量産性、製造コストおよび光電変換効率に優れた太陽電池及びその製造方法、太陽電池モジュールに関するものである。そのため、本発明は、太陽光発電などのエネルギー産業において利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の太陽電池の一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の太陽電池の別の一例を示す断面模式図である。
【図３】本発明の太陽電池の一例を示す断面拡大図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１…基板、１ａ…受光層側の面、１ｂ…受光層と反対側の面、２…受光層、３…透光性電極、３ａ…受光層と反対側の面、４…ｐ型半導体層、４ａ…透光性電極側の面、５…ｎ型半導体層、５ａ…透光性電極側の面、６…絶縁性基板、６ａ…受光層側の面、７…導電性層、７ａ…受光層側の面、８…導電性基板、４４…ｐ型窒化インジウムガリウム粒子。
【図１】
2010010594.tif 000004
【図２】
2010010594.tif 000005
【図３】
2010010594.tif 000006