(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のｐ層と、
第１のｎ層と、
前記第１のｐ層と前記第１のｎ層の間に設けられる第１のｉ層と、
第２のｐ層と、
第２のｎ層と、
前記第２のｐ層と前記第２のｎ層の間に設けられる第２のｉ層と、
前記第１のｎ層と前記第２のｐ層の間に設けられる第１の絶縁層と、
前記第１のｐ層とは異なるｐ層を介して前記第１のｐ層と接続され、前記第２のｐ層とは異なるｐ層を介して前記第２のｐ層と接続される第１の貫通電極と、
前記第１のｎ層とは異なるｎ層を介して前記第１のｎ層と接続され、前記第２のｎ層とは異なるｎ層を介して前記第２のｎ層と接続される第２の貫通電極と、
前記第１のｐ層と前記第１のｉ層の間に設けられる第２の絶縁層と、
前記第１のｉ層と前記第１のｎ層の間に設けられる第３の絶縁層と、
前記第２のｐ層と前記第２のｉ層の間に設けられる第４の絶縁層と、
前記第２のｉ層と前記第２のｎ層の間に設けられる第５の絶縁層と、を有し、
前記第１のｉ層の膜厚は、前記第１のｐ層の膜厚及び前記第１のｎ層の膜厚よりも厚く、
前記第２のｉ層の膜厚は、前記第２のｐ層の膜厚及び前記第２のｎ層の膜厚よりも厚いことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
請求項１記載の太陽電池において、
前記第１のｐ層とは異なるｐ層は、第３のｐ層であり、
前記第２のｐ層とは異なるｐ層は、第４のｐ層であり、
前記第１のｎ層とは異なるｎ層は、第３のｎ層であり、
前記第２のｎ層とは異なるｎ層は、第４のｎ層であり、
前記第３のｐ層と前記第４のｐ層の間、及び、前記第３のｎ層と前記第４のｎ層の間に、前記第１の絶縁層が設けられることを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
請求項１記載の太陽電池において、
前記第１のｐ層とは異なるｐ層と、前記第２のｐ層とは異なるｐ層は、同一のｐ層であり、
前記第１のｎ層とは異なるｎ層と、前記第２のｎ層とは異なるｎ層は、同一のｎ層であることを特徴とする太陽電池。
【請求項４】
請求項１記載の太陽電池において、
前記第１の貫通電極と前記第２の貫通電極は、フェルミ準位が互いに異なることを特徴する太陽電池。
【請求項５】
請求項１記載の太陽電池において、
前記第１のｐ層と前記第２のｐ層は、バンドギャップが互いに異なり、
前記第１のｉ層と前記第２のｉ層は、バンドギャップが互いに異なり、
前記第１のｎ層と前記第２のｎ層は、バンドギャップが互いに異なることを特徴とする太陽電池。
【請求項６】
請求項１記載の太陽電池において、
前記第１の絶縁層と前記第２のｐ層の間に設けられる第１の導電膜をさらに有し、
前記第１の導電膜は、前記第２のｐ層、前記第２のｉ層及び前記第２のｎ層が吸収する波長の光に対する吸収率が、前記第２のｐ層、前記第２のｉ層、及び前記第２のｎ層よりも低いことを特徴とする太陽電池。
【請求項７】
請求項１記載の太陽電池において、
前記第１の貫通電極又は前記第２の貫通電極と接続される太陽電池セルをさらに有し、
前記太陽電池セルは、単一のｐｎ接合又は単一のｐｉｎ接合を有することを特徴とする太陽電池。
【請求項８】
第１のｐ層と、
第１のｎ層と、
前記第１のｐ層と前記第１のｎ層の間に設けられる第１のｉ層と、
第２のｐ層と、
第２のｎ層と、
前記第２のｐ層と前記第２のｎ層の間に設けられる第２のｉ層と、
前記第１のｎ層と前記第２のｐ層の間に設けられる第１の絶縁層と、
前記第１のｐ層、前記第１のｎ層、前記第１のｉ層、前記第２のｐ層、前記第２のｎ層、前記第２のｉ層、及び前記第１の絶縁層を貫通する第１の貫通電極と、
前記第１のｐ層、前記第１のｎ層、前記第１のｉ層、前記第２のｐ層、前記第２のｎ層、前記第２のｉ層、及び前記第１の絶縁層を貫通し、前記第１の貫通電極とはフェルミ準位が異なる第２の貫通電極と、
前記第１のｐ層と前記第１のｉ層の間に設けられる第２の絶縁層と、
前記第１のｉ層と前記第１のｎ層の間に設けられる第３の絶縁層と、
前記第２のｐ層と前記第２のｉ層の間に設けられる第４の絶縁層と、
前記第２のｉ層と前記第２のｎ層の間に設けられる第５の絶縁層と、を有し、
前記第１のｉ層の膜厚は、前記第１のｐ層の膜厚及び前記第１のｎ層の膜厚よりも厚く、
前記第２のｉ層の膜厚は、前記第２のｐ層の膜厚及び前記第２のｎ層の膜厚よりも厚いことを特徴とする太陽電池。
【請求項９】
請求項８記載の太陽電池において、
前記第１の貫通電極は、第３のｐ層を介して前記第１のｐ層と接続され、第４のｐ層を介して前記第２のｐ層と接続され、
前記第２の貫通電極は、第３のｎ層を介して前記第１のｎ層と接続され、第４のｎ層を介して前記第２のｎ層と接続され、
前記第３のｐ層と前記第４のｐ層の間、及び、前記第３のｎ層と前記第４のｎ層の間に、前記第１の絶縁層が設けられることを特徴とする太陽電池。
【請求項１０】
請求項８記載の太陽電池において、
前記第１の貫通電極は、第３のｐ層を介して前記第１のｐ層及び前記第２のｐ層と接続され、
前記第２の貫通電極は、第３のｎ層を介して前記第１のｎ層及び前記第２のｎ層と接続されることを特徴とする太陽電池。
【請求項１１】
請求項８記載の太陽電池において、
前記第１のｐ層と前記第２のｐ層は、バンドギャップが互いに異なり、
前記第１のｉ層と前記第２のｉ層は、バンドギャップが互いに異なり、
前記第１のｎ層と前記第２のｎ層は、バンドギャップが互いに異なることを特徴とする太陽電池。
【請求項１２】
請求項８記載の太陽電池において、
前記第１の絶縁層と前記第２のｐ層の間に設けられる第１の導電膜をさらに有し、
前記第１の導電膜は、前記第２のｐ層、前記第２のｉ層及び前記第２のｎ層が吸収する波長の光に対する吸収率が、前記第２のｐ層、前記第２のｉ層、及び前記第２のｎ層よりも低いことを特徴とする太陽電池。
【請求項１３】
請求項８記載の太陽電池において、
前記第１の貫通電極又は前記第２の貫通電極と接続される太陽電池セルをさらに有し、
前記太陽電池セルは、単一のｐｎ接合又は単一のｐｉｎ接合を有することを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池セルは、入射する太陽光を吸収するのに十分な厚さを有している必要がある。しかしながら、太陽電池セルを構成する材料によっては、光吸収で発生する電子および正孔が、セルの厚さに相当する距離を移動する間に再結合が発生し、太陽電池の出力電流の損失が発生するという課題がある。特に、近年注目されている薄膜型太陽電池材料においては、電子や正孔の寿命が短く、上述の課題が深刻である。この解決のために、光吸収と電流損失低減とを両立させる技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平９−５１１１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽電池セルにおける光吸収と電流損失低減とを両立させる技術の候補として、交互積層されたｐｎ接合の並列接続により太陽電池セルを構成する手法が、特許文献１で提案されている。この手法の利点は、各々のｐ層およびｎ層の膜厚を薄くしても、積層数を増やすことで十分な光吸収を確保できるという点にある。しかしながら、特許文献１に記載された手法では、光吸収を担う層がｐ層およびｎ層に設定されており、発生する少数キャリアの寿命が必然的に短くなるという問題があった。ｐ層とｎ層との間にｉ層を挿入する方式の記載もあるが、その目的は界面の質の向上であり、光吸収を担うのに十分な膜厚は確保されていない。【０００５】
本発明の目的は、上述のような、光吸収層における少数キャリア寿命が短いという問題を解決することで、電流損失の低減を実現することである。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願において開示される発明のうち代表的なものを簡単に説明すれば、次のとおりである。【０００７】
第１に、太陽電池であって、第１のｐ層と、第１のｎ層と、第１のｐ層と第１のｎ層の間に設けられる第１のｉ層と、第２のｐ層と、第２のｎ層と、第２のｐ層と第２のｎ層の間に設けられる第２のｉ層と、第１のｎ層と第２のｐ層の間に設けられる第１の絶縁層と、第１のｐ層とは異なるｐ層を介して第１のｐ層と接続され、第２のｐ層とは異なるｐ層を介して第２のｐ層と接続される第１の貫通電極と、第１のｎ層とは異なるｎ層を介して第１のｎ層と接続され、第２のｎ層とは異なるｎ層を介して第２のｎ層と接続される第２の貫通電極と、を有し、第１のｉ層の膜厚は、第１のｐ層の膜厚及び第１のｎ層の膜厚よりも厚く、第２のｉ層の膜厚は、第２のｐ層の膜厚及び第２のｎ層の膜厚よりも厚いことを特徴とする。【０００８】
第２に、太陽電池であって、第１のｐ層と、第１のｎ層と、第１のｐ層と第１のｎ層の間に設けられる第１のｉ層と、第２のｐ層と、第２のｎ層と、第２のｐ層と第２のｎ層の間に設けられる第２のｉ層と、第１のｎ層と第２のｐ層の間に設けられる第１の絶縁層と、第１のｐ層、第１のｎ層、第１のｉ層、第２のｐ層、第２のｎ層、第２のｉ層、及び第１の絶縁層を貫通する第１の貫通電極と、第１のｐ層、第１のｎ層、第１のｉ層、第２のｐ層、第２のｎ層、第２のｉ層、及び第１の絶縁層を貫通し、第１の貫通電極とはフェルミ準位が異なる第２の貫通電極と、を有し、第１のｉ層の膜厚は、第１のｐ層の膜厚及び第１のｎ層の膜厚よりも厚く、第２のｉ層の膜厚は、第２のｐ層の膜厚及び第２のｎ層の膜厚よりも厚いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、太陽電池セルにおける光吸収と電流損失低減とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る太陽電池の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る太陽電池の構成を示す裏面図である。
【図３（ａ）】本発明の実施例１に係る太陽電池の製造方法を示す第１の断面図である。
【図３（ｂ）】本発明の実施例１に係る太陽電池の製造方法を示す第２の断面図である。
【図３（ｃ）】本発明の実施例１に係る太陽電池の製造方法を示す第３の断面図である。
【図３（ｄ）】本発明の実施例１に係る太陽電池の製造方法を示す第４の断面図である。
【図３（ｅ）】本発明の実施例１に係る太陽電池の製造方法を示す第５の断面図である。
【図３（ｆ）】本発明の実施例１に係る太陽電池の製造方法を示す第６の断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る太陽電池の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例３に係る太陽電池の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例４に係る太陽電池の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例５に係る太陽電池の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例６に係る太陽電池の構成を示す断面図である。
【図９】本発明の実施例７に係る太陽電池の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る太陽電池セル構造の断面図の概略である。通常の太陽電池セルは、単一のｐｎ接合あるいは単一のｐｉｎ接合のみを有するが、一方、本発明の太陽電池セルは、複数のｐｉｎ接合３１が積層された構造を有する。ここで、本発明の太陽電池セルの特徴として、ｐｉｎ接合３１のうちｉ層１の膜厚は、後述する効果を得るために、ｐ層１１やｎ層２１の膜厚よりも厚くするという点を挙げておく。隣接するｐｉｎ接合３１の間には絶縁膜４１が挿入されている。また、これらの積層されたｐｉｎ接合を貫通する貫通電極が存在し、ｐｉｎ接合３１同士は、この貫通電極によって電気的に並列接続される。貫通孔側面部には、図１に示すように、それぞれｐ層１１、ｉ層１、ｎ層２１を貫通して設けられる貫通孔側面部ｐ層１４および貫通孔側面部ｎ層２４が形成され、従って、ｉ層１の周囲に鍵型のｐ層およびｎ層が形成される。この結果、ｉ層１での光吸収により発生する電子と正孔とが、鍵型のｐ層およびｎ層の生成する内蔵電界により、互いに逆向きに移動する。すなわち、電子はｉ層１からｎ層２１、さらに貫通孔側面部ｎ層２４へと移動し、一方、正孔はｉ層１からｐ層１１、さらに貫通孔側面部ｐ層１４へと移動する。貫通孔側面部ｐ層１４および貫通孔側面部ｎ層２４は、それぞれ貫通電極と電気的に接続される。貫通電極は、貫通孔側面部ｐ層１４と接するか、貫通孔側面部ｎ層２４と接するかによって二種類に分けられ、ここではそれぞれｐ層側貫通電極５１、ｎ層側貫通電極５２と呼ぶ。太陽電池セルの表面または裏面には電極が設けられ、それらが貫通電極と電気的に接続される。ここでは、ｐ層側貫通電極５１と接する電極をｐ層側電極５３、ｎ層側貫通電極５２と接する電極をｎ層側電極５４と、それぞれ呼ぶ。図１には、ｐ層側電極５３、ｎ層側電極５４が、ともに太陽電池セルの裏面に配置された例を示しているが、ともにセルの表面に配置してもよいし、また、一方を表面、もう一方を裏面にそれぞれ配置してもよい。セルの表面および裏面において、電極の存在しない領域は、表面絶縁膜４２または裏面絶縁膜４３で覆われる。なお、図１では、すべての層が平坦な膜として描かれているが、反射低減や光閉じ込めの目的のためのテクスチャ化の処理を施してもよい。また、表面絶縁膜４２上に反射防止膜を追加してもよい。
【００１２】
図２は、本発明の実施例１に係る太陽電池セル構造を裏面から見た図の概略である。ｐ層側電極５３およびｎ層側電極５４が、それぞれ櫛形に形成され、外部の電極端子との接続部となる。図２のＡ−Ｂ線断面図が、図１に対応する。
【００１３】
次に、本発明の太陽電池セルの動作機構を説明する。セルに入射した太陽光は、ｉ層１、ｐ層１１、ｎ層２１のいずれかの層において吸収され、電子正孔対を発生させる。このとき、上述のように、ｉ層１の膜厚が、ｐ層１１やｎ層２１の膜厚よりも厚いという特徴の結果として、ｉ層１で吸収される光量が、ｐ層１１やｎ層２１で吸収される光量よりも多くなり、従って、ｉ層１が電子正孔対の主な発生箇所となる。発生した電子と正孔は、ｐｉｎ接合３１の内蔵電界によるドリフト運動、および拡散運動によって、それぞれｎ層２１、ｐ層１１へと移動する。ｎ層２１に到達した電子、およびｐ層１１に到達した正孔は、貫通孔側面部ｐ層１４と貫通孔側面部ｎ層２４が生成する内蔵電界によるドリフト運動、および拡散運動によって、それぞれｎ層側貫通電極５２、ｐ層側貫通電極５１へと移動する。貫通電極に到達した電子と正孔は、それぞれｎ層側電極５４およびｐ層側電極５３へと移動し、外部に出力電流を発生させる。なお、隣接するｐｉｎ接合３１同士の間に挿入される絶縁膜４１は、一方のｐｉｎ接合３１中のｐ層１１と、隣接するｐｉｎ接合３１のｎ層２１との電気的絶縁の役割を果たすのに加えて、界面パッシベーションの効果ももたらす。表面絶縁膜４２および裏面絶縁膜４３も、同様にパッシベーション膜として機能する。
【００１４】
特許文献１に係る発明と本発明との最大の差異は、光吸収を主に担う層が、特許文献１に記載の太陽電池ではｐ層１１およびｎ層２１であるのに対し、本発明の太陽電池ではｉ層１であるという点にある。特許文献１にも、ｐｎ接合ではなくｐｉｎ接合を用いる技術の記載があるが、その目的はｐｉｎ接合界面の質の向上とされており、従って、ｉ層は、光吸収を主に担うのに十分な膜厚を有していない。それに対して、本発明の太陽電池は、上記のように、ｉ層１の膜厚が、ｐ層１１やｎ層２１の膜厚よりも厚いことを特徴としており、従って、ｉ層１が光吸収を主に担うことになる。
【００１５】
光吸収がｉ層で起こるか、それともｐ層あるいはｎ層で起こるか、という違いが太陽電池特性に与える影響を説明する。ｐ層あるいはｎ層が光吸収を担う場合、ｐ層で発生する電子、およびｎ層で発生する正孔は、ともに少数キャリアであるため寿命が短く、その結果、それぞれがｎ層あるいはｐ層へ到達する以前に再結合する確率が高い。これに対して、ｉ層が光吸収を担う場合は、発生する電子および正孔の寿命は、少数キャリアの寿命と比べて非常に長いため、再結合することなく、それぞれｎ層あるいはｐ層へ到達する確率が高くなる。従って、これら二方式の違いは、太陽電池セルの出力電流に影響し、ｉ層が光吸収を担う場合のほうが、ｐ層あるいはｎ層が光吸収を担う場合に比べて、大きな出力電流を得ることができる。
【００１６】
以上で詳述した通り、本実施例に係る太陽電池は、第１のｐ層１１と、第１のｎ層２１と、第１のｐ層と第１のｎ層の間に設けられる第１のｉ層１と、第２のｐ層１１と、第２のｎ層２１と、第２のｐ層と第２のｎ層の間に設けられる第２のｉ層１と、第１のｎ層と第２のｐ層の間に設けられる第１の絶縁層４１と、第１のｐ層とは異なるｐ層を介して第１のｐ層と接続され、第２のｐ層とは異なるｐ層を介して第２のｐ層と接続される第１の貫通電極５１と、第１のｎ層とは異なるｎ層を介して第１のｎ層と接続され、第２のｎ層とは異なるｎ層を介して第２のｎ層と接続される第２の貫通電極５２と、を有し、第１のｉ層の膜厚は、第１のｐ層の膜厚及び第１のｎ層の膜厚よりも厚く、第２のｉ層の膜厚は、第２のｐ層の膜厚及び第２のｎ層の膜厚よりも厚いことを特徴とする。係る特徴を有することにより、以下の効果を奏することができる。
【００１７】
まず、第１の貫通電極が、「第１のｐ層とは異なるｐ層」を介して第１のｐ層と接続され、「第２のｐ層とは異なるｐ層」を介して第２のｐ層と接続されることにより、ｉ層１の周囲に、上述した鍵型のｐ層を形成することが可能となる。ｎ層についても同様に、第２の貫通電極が、「第１のｎ層とは異なるｎ層」を介して第１のｎ層と接続され、「第２のｎ層とは異なるｎ層」を介して第２のｎ層を接続されることにより、ｉ層１の周囲に、鍵型のｎ層を形成することが可能となる。
【００１８】
この結果、ｉ層１での光吸収により発生する電子と正孔とが、鍵型のｐ層およびｎ層の生成する内蔵電界により、互いに逆向きに移動させることが可能となる。
【００１９】
さらに、第１のｉ層の膜厚が第１のｐ層の膜厚及び第１のｎ層の膜厚よりも厚く、第２のｉ層の膜厚が第２のｐ層の膜厚及び第２のｎ層の膜厚よりも厚いことにより、ｐ層あるいはｎ層が光吸収を担う場合に比べて大きな出力電流を得ることが可能となる。
【００２０】
ここで、「第１のｐ層とは異なるｐ層」「第２のｐ層とは異なるｐ層」としては、２つの構造を想定している。具体的には、図１のように「第１のｐ層とは異なるｐ層」及び「第２のｐ層とは異なるｐ層」が、それぞれ絶縁層４１を介して独立したｐ層１４になる構造と、後述する図４のように、絶縁層４１を介さないｐ層１４として一体に形成される構造である。図１の構造と、後述する図４の構造とを比較すると、図１の構造は、「第１のｐ層とは異なるｐ層」と「第２のｐ層とは異なるｐ層」とが電気的に絶縁されているため、一方のｐ層に欠陥が存在する場合でも、もう一方のｐ層に影響が及ばないという利点がある。本願発明の技術的思想は、これら２つの構造の両方を包含するものである。
【００２１】
図３は、本実施例１における太陽電池セルの製造方法を示す図である。以下、図３に基づいて、本発明の太陽電池セルの構成材料および製造方法を説明する。
【００２２】
まず、基板６１上に、表面絶縁膜４２から裏面絶縁膜４３までの膜を形成する。基板６１の材料は特に限定されず、例えばＳｉ基板、石英基板、ガラス基板などを用いることができる。図３は、基板６１が透明で、ｐ層側電極５３およびｎ層側電極５４がともにセル裏面側に配置される場合の製造方法の一例である。この場合、図３（ａ）に示すように、基板６１上には、まず表面絶縁膜４２が形成される。製造方法は、基板６１の種類、および、電極が表面側と裏面側のどちらに配置されるかによって異なる。例えば、基板６１が透明でない場合、太陽電池セルの最終的な構造において、基板６１が表面側にないのが望ましい。そのためには、基板６１上に裏面絶縁膜４３から順に形成するか、あるいは、基板６１上に表面絶縁４２から順に形成し、最後に基板６１を切り離すか、のいずれかの方法をとる必要がある。なお、図３（ｂ）から図３（ｆ）までの図には基板６１を示していない。
【００２３】
その後、図３（ｂ）に示すように、絶縁膜４１を介してｐｉｎ接合３１が複数層積層する形で形成される。太陽電池セルのｐｉｎ接合３１を形成する半導体材料は、特に限定されず、例えばＳｉ、ＣｄＴｅ、ＣｕＩｎＧａＳｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、Ｇｅなどがあり、これらは単結晶、多結晶、微結晶、アモルファスなど種々の構造をとりうる。これら半導体層の形成は、ＣＶＤ法、スパッタ法、エピタキシー法、蒸着法などの成膜法により行う。絶縁膜４１の材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ（窒化シリコン）などのように、上記半導体材料の化合物を用いてもよいし、その他の絶縁体を用いてもよい。絶縁層４１の形成は、ＣＶＤ法、スパッタ法、エピタキシー法、蒸着法などの成膜法により行うことができ、さらに、上記絶縁体が半導体材料の化合物である場合には、上記半導体層の酸化、窒化などにより行うこともできる。
【００２４】
その後、図３（ｃ）に示すように、貫通孔６２を形成する。貫通孔６２の形成は、レーザー、フォトリソグラフィー、エッチングなどの手法により行う。ｐ層側電極５３とｎ層側電極５４がいずれもセル裏面側に配置される場合、貫通孔は、少なくとも裏面絶縁膜４３から、表面絶縁膜４２直下のｐｉｎ接合３１までを貫通する必要があるが、さらに表面絶縁膜４２および基板６１を貫通してもよい。貫通孔６２の形成をレーザーにより行う場合に、基板６１を貫通しないためには、表面絶縁膜４２として、貫通防止のバリア性をもつ膜を用いる方法がある。例えば、表面絶縁膜４２を二層構造とし、そのうち基板６１と接する膜としてＳｉＮ（窒化シリコン）、ｐｉｎ接合３１と接する膜としてＳｉＯ２をそれぞれ用いる方法がある。この方法では、ＳｉＯ２が熱伝導度の低い膜であるため、下部の積層されたｐｉｎ接合３１がレーザーにより加熱されても、基板６１への熱伝導が抑制される。また、ｐｉｎ接合３１を形成する半導体材料がＳｉである場合、ＳｉＯ２をパッシベーション膜とすることで、ＳｉＮをパッシベーション膜とする場合よりも低い界面準位密度を実現することができる。ＳｉＮは、基板６１に含まれる不純物がｐｉｎ接合３１に拡散するのを抑制する役割を果たす。この積層構造を用いることで、基板６１への貫通孔形成の防止と、良好な界面パッシベーションと、基板６１中不純物の拡散防止との三点を同時に実現することができる。なお、貫通孔形成時に、ばりが発生しないように、貫通孔形成は真空引きされた空間で行うのが望ましい。
【００２５】
その後、図３（ｄ）に示すように、ｐ層側貫通電極５１、およびｎ層側貫通電極５２を形成する。貫通電極の形成は、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などの成膜法、あるいは印刷法により行う。貫通電極材料としては、金属、あるいは、電気抵抗を低くするために高濃度に不純物添加された半導体を用いる。後述のように、貫通孔側面部ｐ層１４および貫通孔側面部ｎ層２４の形成を不純物拡散により行うために、ｐ層側貫通電極５１とｎ層側貫通電極５２とは、それぞれアクセプター、ドナーとなる元素を含む必要がある。また、貫通電極が金属の場合、ｐ層側貫通電極５１の材料の仕事関数が、ｎ層側貫通電極５２の材料の仕事関数よりも小さな値を有することが望ましく、貫通電極が半導体の場合、ｐ層側貫通電極５１としてｐ型半導体を、ｎ層側貫通電極５２としてｎ型半導体を、それぞれ用いるのが望ましい。これにより、ｉ層１での光吸収で発生し、その後、ｎ層２１に到達した電子、およびｐ層１１に到達した正孔を、それぞれｎ層側貫通電極５２、およびｐ層側貫通電極５１へとドリフト運動させる内蔵電界を増大させることができる。
【００２６】
その後、電極焼成の熱処理を行い、それにより同時に、あるいは続けて熱処理を加えることで、貫通電極に含まれるアクセプターおよびドナーを、ｐｉｎ接合３１へと拡散させることにより、図３（ｅ）に示すように、貫通孔側面部ｐ層１４および貫通孔側面部ｎ層２４を形成する。
【００２７】
なお、本実施例１では、貫通電極を、貫通孔側面部ｐ層および貫通孔側面部ｎ層よりも先に形成しているが、貫通電極の形成前に、イオン注入、気相拡散法、固相拡散層などの不純物拡散法により、貫通孔側面部ｐ層および貫通孔側面部ｎ層を形成し、その後、貫通電極を形成してもよい。この場合は、貫通電極の材料にアクセプターあるいはドナーが含まれている必要はない。
【００２８】
電極は、貫通電極の形成時に同時に形成するか、あるいは、図３（ｆ）に示すように、貫通電極形成後に別途形成する。電極材料としては、電気抵抗の低い金属が望ましい。ｐ層側電極５３の材料とｎ層側電極５４の材料とは、同種でも異種でもよい。電極の形成は、印刷法で行うのが一般的であるが、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などの成膜法により行ってもよい。電極の幅は任意であるが、太陽電池セルの表面に電極が形成される場合には、電極による遮蔽損失と、電極の電気抵抗とを考慮し、最適な電極幅を決定する必要がある。太陽電池セルの裏面に電極が形成される場合には、ｐ層側電極５３とｎ層側電極５４とが接触して短絡する恐れのない範囲内で、可能な限り電極幅を太くすることで、電極の電気抵抗減少と、入射光のセル裏面での反射率向上とを同時に実現することができる。図２の縦方向に伸びる電極と、図２の横方向に伸びる電極とは、電極材料および電極幅が互いに異なってもよい。
【００２９】
上記工程に加えて、各々の膜の結晶性や膜質の改善のため、あるいは隣接膜との界面の質を向上させるための熱処理、プラズマ処理などを適宜追加してもよい。
【００３０】
（実施例２）
図４は、本発明の実施例２に係る太陽電池セル構造の断面図の概略である。この構造の特徴は、実施例１の太陽電池セルにおいて、異なるｐｉｎ接合３１と接続される貫通孔側面部ｐ層１４および貫通孔側面部ｎ層２４とが、絶縁膜４１で互いに電気的に絶縁されないということである。
【００３１】
本実施例２によれば、貫通孔側面部ｐ層１４と、ｐ層側貫通電極５１およびｐ層側電極５３との接触面積、および貫通孔側面部ｎ層２４と、ｎ層側貫通電極５２およびｎ層側電極５４との接触面積とを、実施例１の場合に比べて、ともに増大させることができ、その結果、上記接触部の接触抵抗を低減させることができる。また、本実施例２の太陽電池セルの動作原理は実施例１と同じであり、ｉ層１での光吸収で発生した電子と正孔とが互いに逆方向に移動することによって、出力電流が発生する。
【００３２】
本実施例２の構造を形成するには、実施例１の構造の製造過程のうち、貫通電極形成の前に、貫通孔側面部ｐ層１４および貫通孔側面部ｎ層２４を、ＣＶＤ法、スパッタ法、エピタキシー法、蒸着法などの成膜法により形成すればよい。
【００３３】
本実施例２の構造は、実施例１の構造と比較すると、実施例１の製造過程において、ｐ層１１およびｎ層２１の一部分を、不純物拡散により、それぞれ貫通孔側面部ｎ層２４および貫通孔側面部ｐ層１４の一部分とする工程を省くことができるという利点がある。一般に、ｐ型とｎ型との極性を反転させる不純物拡散を行うには、もともとの不純物濃度を上回る濃度の逆極性の不純物を拡散させる必要がある。従って、本実施例２においては、ｐ層１１と貫通孔側面部ｎ層２４との不純物濃度の大小関係、および、ｎ層２１と貫通孔側面部ｐ層１４との不純物濃度の大小関係に関する制約条件が発生しない。さらに、本実施例２では、貫通孔側面部ｎ層２４および貫通孔側面部ｐ層１４を成膜法により形成するため、実施例１と比較して、これらの膜厚を厚くすることが容易である。この結果、本実施例２の構造は、貫通孔側面部のｎ層２４およびｐ層１４と、ｐｉｎ接合中のｎ層２１およびｐ層１１とが形成するｐｎ接合の高い整流性を実現することができるという利点がある。
【００３４】
（実施例３）
図５は、本発明の実施例３に係る太陽電池セル構造の断面図の概略である。この構造の特徴は、実施例１の太陽電池セルと比較して、貫通孔側面部ｐ層１４および貫通孔側面部ｎ層２４がなく、また、貫通電極として、フェルミ準位の異なる金属または半導体を用いている点にある。具体的には、フェルミ準位のより低い材料で貫通孔ｐ型電極１５を、フェルミ準位のより高い材料で貫通孔ｎ型電極２５を、それぞれ形成するということである。
【００３５】
本実施例３によれば、実施例１の製造過程のうち、貫通孔側面部ｐ層１４および貫通孔側面部ｎ層２４の形成に必要な不純物拡散のための熱処理を省略することができる。これにより、ｐｉｎ接合３１など、上記熱処理よりも先に形成される層の材料として、熱処理により電気的あるいは光学的性質が劣化する材料も用いることが可能になる。また、本実施例３の太陽電池セルの動作原理は実施例１と同じであり、貫通孔ｐ型電極１５と貫通孔ｎ型電極２５のフェルミ準位が異なるので、ｉ層１での光吸収で発生した電子と正孔とが互いに逆方向に移動することによって、出力電流が発生する。
【００３６】
本実施例３の構造を形成するには、実施例１の構造の製造過程のうち、貫通電極形成において、電極材料としてフェルミ準位の異なる金属または半導体を用いて、貫通孔ｐ型電極１５および貫通孔ｎ型電極２５を形成すればよい。本実施例３に係る発明は、前述の通り、貫通孔側面部ｐ層１４および貫通孔側面部ｎ層２４を形成するための熱処理は不要になるという利点がある。
【００３７】
（実施例４）
図６は、本発明の実施例４に係る太陽電池セルの構造の概略である。この構造の特徴は、実施例１の太陽電池セルにおいて、積層されるｐｉｎ接合３１を構成する半導体材料を、単一物質にするのではなく、複数の異なるバンドギャップを有する物質にするということである。積層の順番は、バンドギャップが大きい物質ほど太陽光の入射面に近くなるように設定する。積層の数と物質種の数とが一致する必要はない。すなわち、一種類の物質からなる層が複数存在してもよい。また、実施例１でなく、実施例２および実施例３の太陽電池セルに上記変更を適用してもよい。
【００３８】
上記のバンドギャップの条件により、本実施例４の太陽電池セルは、以下のような光吸収特性を示す。ｐｉｎ接合３１の積層数をＴ、各層の構成物質のバンドギャップ（Ｅｇ）をＥｇ１、Ｅｇ２、・・・、ＥｇＴと表記する。上記の、積層の順番によれば、Ｅｇ１≧Ｅｇ２≧・・・≧ＥｇＴである。光のエネルギーをＥＬと表記すると、セル表面から１番目のｐｉｎ接合３２で、ＥＬ≧Ｅｇ１の条件を満たす光が吸収され、セル表面から２番目のｐｉｎ接合３３で、１番目のｐｉｎ接合３２で吸収されなかった光のうち、ＥＬ≧Ｅｇ２の条件を満たす光が吸収される。３番目以降も同様である。
【００３９】
本実施例４によれば、太陽電池セルにおける幅広い波長域での吸収と、ホットキャリア発生の抑制と、出力電流のばらつきの低減とを、すべて同時に実現することが可能である。これを示す前に、これら三つの点を簡単に説明する。まず、太陽光は幅広い波長域の光を含んでおり、太陽電池の効率向上のためには、そうした幅広い波長域の光をできる限り吸収する技術が必要である。次にホットキャリア発生抑制であるが、上述の光吸収条件を満たす光のエネルギーのうち、ＥＬからＥｇを差し引いた分は、過剰なエネルギーとして電子と正孔に付与される。こうしたキャリアは、伝導帯端あるいは価電子帯端よりも高エネルギー状態にあり、ホットキャリアと呼ばれる。太陽電池セルにおいては、ホットキャリアのもつ過剰なエネルギーは、通常、キャリアが電極に到達する以前に熱として散逸される。この熱は、電力として取り出せない無駄であるだけでなく、セルを構成する半導体材料を加熱し、その特性を悪化させる。具体的には、不純物半導体中のフェルミ準位が温度上昇で真性準位に近づく結果として、太陽電池の出力電圧は温度上昇とともに低下する。それ以外にも、温度上昇によるキャリア散乱確率の上昇など、太陽電池特性に与える温度の影響は多い。従って、太陽電池の特性向上のためには、いかにホットキャリアの発生を抑制するかということが重要である。最後に、出力電流のばらつきであるが、これは太陽電池セル単体の特性というよりも、むしろセルを直列接続したモジュールの特性において重要である。各セルの出力電流ばらつきがあると、モジュールとしての出力電流は、その最小値に揃うため、ばらつきの分だけ低減する。従って、太陽電池セルの出力電流のばらつき低減の技術は、モジュール効率の向上に必要となる。
【００４０】
次に、本実施例４の太陽電池セル構造によって、実際に上記の課題が解決できることを説明する。この説明のために、比較対象として、以下の三例を考える。第一例は、本実施例１の太陽電池セル構造において、すべてのｐｉｎ接合が、太陽光スペクトルのうち比較的長波長側に相当するバンドギャップを有する物質で構成されている場合である。第二例は、本実施例１の太陽電池セル構造において、すべてのｐｉｎ接合が、太陽光スペクトルのうち比較的短波長側に相当するバンドギャップを有する物質で構成されている場合である。第三例は、いわゆるタンデム太陽電池と呼ばれる構造であって、複数のｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合が直列接続された太陽電池セル構造である。
【００４１】
まず第一例と、本実施例４との比較を行う。両者の差は、ホットキャリア発生抑制が、本実施例４の場合にしか実現できないという点にある。その理由は、第一例では、すべてのｐｉｎ接合の構成物質のバンドギャップが比較的小さいため、太陽光に含まれる短波長成分によるホットキャリア発生が避けられないためである。
【００４２】
次に、第二例と、本実施例４との比較を行う。両者の差は、幅広い波長域の吸収が、本実施例４の場合にしか実現できないという点にある。その理由は、第二例では、すべてのｐｉｎ接合の構成物質のバンドギャップが比較的大きいため、太陽光に含まれる長波長成分を吸収することができないためである。
【００４３】
最後に、第三例と、本実施例４との比較を行う。両者の差は、出力電流のばらつきの低減が、本実施例４の場合にしか実現できないという点にある。理由を以下に記す。まず、第三例と本実施例４に共通する点として、積層されたｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合のうち、一部の層における光吸収が、膜厚や膜組成のずれに起因して、設計時と異なる場合に、他の層がその光吸収を補償することが可能であるという点がある。しかしながら、第三例では、複数のｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合が直列接続されているため、個々のｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合の出力電流のばらつきが、そのまま太陽電池セルの全出力電流のばらつきとなってしまう。従って、第三例では、光吸収のばらつきを補償したとしても、全出力電流のばらつきを補償することができない。これに対して、本実施例４では、ｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合が並列接続されているため、全出力電流は、各ｐｉｎ接合の出力電流の和となる。このため、光吸収のばらつきに起因して、各ｐｉｎ接合の出力電流のばらつきが存在しても、全出力電流のばらつきは補償される。従って、本実施例４は、上記の比較対象三例とは異なり、幅広い波長域での吸収と、ホットキャリア発生の抑制と、出力電流のばらつきの低減とを、すべて同時に実現することが可能である。
【００４４】
本実施例４の構造を形成するには、実施例１の構造の製造過程のうち、ｐｉｎ接合３１の形成時に、上述のようにバンドギャップの異なる層を適宜形成すればよい。バンドギャップの異なる物質としては、元素組成の異なる物質、組成は同じだが結晶状態が異なる物質、組成も結晶状態も同じだが、実施例５で述べる量子閉じ込め効果によってバンドギャップが変化している物質、などを用いることができる。
【００４５】
（実施例５）
図７は、本実施例５における太陽電池の構造を示す図である。この構造の特徴は、実施例３の太陽電池セルにおける光吸収層を、単一のｉ層１とするかわりに、ｉ層１の上下を絶縁膜４４で挟んだ三層積層構造を含むようにするということである。上記絶縁膜４４の条件は、ｉ層１中の電子と正孔の両方に対するエネルギー障壁を形成するバリア膜となることである。以後、絶縁膜４４をバリア膜４４と記す。例えば、ｉ層１がＳｉからなる場合には、バリア膜４４として、ＳｉＯ２、ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＣ（炭化シリコン）などを用いることができる。このとき、ｉ層１の膜厚を十分に薄くすることにより、その膜のバンドギャップが、バルク物質のバンドギャップと異なる値をもつ、いわゆる量子閉じ込め効果が発生するように設定することが必要である。具体的には、量子閉じ込め効果が発生する膜厚の目安は励起子の有効ボーア半径ａ＝（１／ｍｅ＋１／ｍｈ）×（εｈ２）／（πｅ２）程度とされる。ここでｍｅ、ｍｈはそれぞれ電子および正孔の有効質量、εは誘電率、ｈはプランク定数、ｅは電気素量である。上記の式はＭＫＳＡ単位系で表記されたものである。また、量子閉じ込め効果が発生する条件は、閉じ込められる膜、すなわちここではｉ層１、の膜厚以外にも、バリア膜４４の形成するエネルギー障壁の高さおよびバリア膜４４の膜厚に依存する。定量的な依存性を求めるにはシュレディンガー方程式を解く必要があるが、定性的には、バリア膜４４の形成するエネルギー障壁が低くなるほど、また、バリア膜４４の膜厚が減少するほど、量子閉じ込め効果は抑制され、バンドギャップはバルク物質のバンドギャップに近くなるという傾向がある。従って、所望のバンドギャップを得るためには、バリア膜４４の形成するエネルギー障壁の高さおよびバリア膜４４の膜厚の選択が重要である。一般に、量子閉じ込め効果によるバンドギャップのバルク物質からの変化は連続的であり、膜厚が小さくなるほど大きくなる。これを利用して、積層されるｐｉｎ接合３１におけるｉ層１の膜厚を、層ごとに異なる値とすることにより、実施例４の構造を作製することも可能である。また、本実施例５では、量子閉じ込め効果を発現する構造として、薄膜を絶縁膜で挟んだ構造、いわゆる量子井戸を例にとって説明するが、本実施例５の内容は、量子細線や量子ドットなどの、閉じ込め次元の異なる構造にも適用可能である。また、実施例３でなく、実施例１および実施例２の太陽電池セルに上記変更を適用してもよい。
【００４６】
本実施例５の太陽電池セルの効果を明確にするために、まず従来技術の課題を述べる。上述の量子閉じ込め効果によりバンドギャップを変調した物質からなる太陽電池と、バルク物質の太陽電池とを組み合わせることによって、幅広い波長域の光を吸収可能な太陽電池が実現できると期待されている。しかしながら、量子閉じ込め効果を発現させるには、上述のように絶縁体のバリア膜４４を挿入する必要があり、それが電気抵抗の増大をもたらし、結果として太陽電池の出力電流が大きく低減するという課題がある。この課題の解決には、電子や正孔が通過するバリア膜厚を薄くすることが必要だが、以下の理由により、従来はバリア膜厚低減が困難だった。まず、バリア膜４４で閉じ込められるｉ層１の膜厚は、量子閉じ込め効果が起こる程度に薄い必要がある。そのため、これを太陽電池に応用する場合、十分な光吸収を確保するために、バリア膜４４とｉ層１を交互に多数積層し、ｉ層１の膜厚の合計を大きくするのが一般的である。しかしながら、バリア膜４４とｉ層１を多数積層する結果として、電子や正孔が通過するバリア膜４４の膜厚の合計も大きくなってしまい、電気抵抗は大幅に増大してしまう。従って、量子閉じ込め効果の太陽電池応用において、十分な光吸収の確保と、電気抵抗低減とを両立することは、従来は不可能であった。
【００４７】
本実施例５によれば、上述の、十分な光吸収の確保と、電気抵抗低減とを両立することが可能である。まず、十分な光吸収の確保のために、ｐ層１１―光吸収層―ｎ層２１の単位構造を多数積層し、ｉ層１の膜厚の合計を大きくする。ここで、実施例１ではｐｉｎ接合３１であった箇所が、本実施例５では、バリア膜４４を含む構造になったため、より一般的に、ｐ層１１―光吸収層―ｎ層２１と表記している。重要なことは、上述の従来技術においては、バリア膜４４とｉ層１とを交互に積層、すなわち光吸収層のみを多数積層していたのに対して、本実施例では、光吸収層をｐ層１１およびｎ層２１で挟んだ構造を単位構造とし、この単位構造を多数積層するという点である。この結果として、光吸収層で発生する電子と正孔は、従来技術の場合には、多数積層された光吸収層をすべて通過してはじめてｐ層１１およびｎ層２１に到達することができるが、本実施例５によれば、電子と正孔は、単位構造中の光吸収層のみを通過すれば、ｐ層１１およびｎ層２１に到達することができる。従って、本実施例５によれば、電子と正孔が通過するバリア膜４４の膜厚の合計は、単位構造中に含まれるバリア膜４４の膜厚に等しく、その結果、太陽電池の出力電流を、従来方式に比べて大幅に増大させることができる。なお、本実施例５では、ｐ層１１―光吸収層―ｎ層２１の単位構造に含まれるｉ層１が一層である場合を説明したが、単位構造中のｉ層１の層数は任意である。積層数が少ないほど、電子と正孔が通過するバリア膜４４の膜厚を低減することができるので、電流損失低減効果は大きくなる。
【００４８】
本実施例５の構造を形成するには、実施例３の構造の製造過程のうち、吸収層の形成を、上記の三層積層膜の形成に置き換えればよい。ｉ層１の上のバリア膜４４の形成は、ＣＶＤ法、スパッタ法、エピタキシー法、蒸着法などの成膜法で行ってもよいし、ｉ層１の酸化または窒化などにより行ってもよい。また、上記ｉ層１の結晶性や膜質の改善のため、あるいは隣接膜との界面の質を向上させるための熱処理、プラズマ処理などを適宜追加してもよい。
【００４９】
（実施例６）
図８は、本実施例６における太陽電池の構造を示す図である。この構造の特徴は、実施例１の太陽電池セルにおいて、各ｐｉｎ接合３１のｐ層１１およびｎ層２１と、隣接する絶縁膜との間に、透明導電膜５５を挿入するということである。この透明導電膜５５としては、上記ｐ層１１およびｎ層２１のいずれと比べてもシート抵抗が低いことが必要であり、太陽光の波長域における透過率が高いことが望ましく、これらの条件を満たすように、透明導電膜５５の膜種と膜厚を選択する必要がある。また、実施例１でなく、実施例２および実施例３の太陽電池セルに上記変更を適用してもよい。
【００５０】
本実施例６の構造を形成するには、実施例１の構造の製造過程に、透明導電膜５５の形成過程を追加すればよい。上記透明導電膜５５の具体例は、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａなどの元素を含む酸化物およびそれらの複合酸化物であり、これにフッ素などの添加物を加えてもよい。成膜は、スパッタ法、ＣＶＤ法、塗布法、印刷法などにより行う。なお、上記透明導電膜５５とｐ層１１およびｎ層２１との界面の質を向上させるために、それらの間にさらに別の膜を挿入してもよい。また、上記透明導電膜５５の結晶性や膜質の改善のため、あるいは隣接膜との界面の質を向上させるための熱処理、プラズマ処理などを適宜追加してもよい。
【００５１】
上記透明導電膜５５の材料は、多くの場合、ｐｉｎ接合３１を構成する半導体材料と異なる元素からなり、その場合には、貫通孔側面部ｐ層１４および貫通孔側面部ｎ層２１の形成方法として、実施例１のように不純物拡散法を用いることができない。従って、透明導電膜５５中の電子と正孔とを互いに逆方向に移動させるための内蔵電界を生成するには、実施例２のように、貫通孔側面部ｐ層１４と貫通孔側面部ｎ層２４とを成膜法で形成するか、または、実施例３のように、貫通孔ｐ型電極１５と貫通孔ｎ型電極２５とを形成するか、または、実施例１において、貫通電極の金属材料の仕事関数の差のみによって内蔵電界を生成するか、のいずれかの方法をとる必要がある。
【００５２】
本実施例６によれば、実施例１の太陽電池セルの直列抵抗成分を低減することができる。その理由は、光吸収で発生した電子および正孔が、実施例１においては、ｐｉｎ接合３１のｐ層１１およびｎ層２１を面内方向に移動する必要があるのに対して、本実施例６においては、ｐ層１１およびｎ層２１よりもシート抵抗の低い透明導電膜５５中を面内に移動することができるためである。
【００５３】
（実施例７）
図９は、本実施例７における太陽電池の構造を示す図である。この構造は、本発明の実施例１の太陽電池セルと、従来型太陽電池セル６３、すなわち、単一のｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合のみからなるセル、とを直列接続したタンデム構造である。図９では、従来型太陽電池セル６３の裏面側にｐ側電極が形成され、表面側にｎ層が形成され、そのｎ層と、本発明の太陽電池セルのｐ層側貫通電極５１とが接続され、本発明の太陽電池セルのｎ層側貫通電極５２はセル表面のｎ層側電極５４と接続されている。これらのｐ層とｎ層とを反転した構造でもよい。また、実施例１でなく、実施例２から実施例６までのいずれの太陽電池セルを用いてもよい。従来型太陽電池６３と本発明の太陽電池との接続部にトンネル接合ダイオードを形成してもよい。以下では、従来型太陽電池６３の表面絶縁膜と、本発明の太陽電池の裏面絶縁膜４３を同一の膜として説明するが、これらは互いに異なってもよい。
【００５４】
本実施例７の太陽電池における、従来型太陽電池６３と、本発明の太陽電池との積層の順番は、一般的なタンデム太陽電池と同様に、バンドギャップのより大きい半導体材料で構成される太陽電池を、太陽光の入射面側にするのが望ましい。また、本発明の太陽電池は、キャリア寿命が短いことが問題となる半導体材料への適用に対して特に効果があることから、本実施例７のタンデム太陽電池においても、キャリア寿命のより短い半導体材料からなる太陽電池に対して、本発明の太陽電池セル構造を適用するのが望ましい。
【００５５】
本実施例７によれば、タンデム太陽電池の高効率化が可能となる。特に、キャリア寿命が大きく異なる半導体材料からなる太陽電池同士を組み合わせたタンデム太陽電池の場合に、高効率化の効果が大きい。この点に関し、従来技術の課題を述べる。タンデム太陽電池においては、複数の太陽電池セルが直列接続されているため、それらのセルを流れる電流値は揃わなければならない。そのため、出力電流の異なる複数のセルをタンデム化すると、それらの出力電流の最小値が全体の出力電流となる。従って、従来は、出力電流の異なるセル同士のタンデム太陽電池が、そのうち出力電流のより大きいセル単体に比べて、効率が低い場合が多かった。一方、本実施例７のタンデム太陽電池では、出力電流が小さい太陽電池セルに対して本発明の太陽電池セル構造を適用することで、出力電流を向上させることができる。その結果、タンデム太陽電池全体の出力電流を、従来のタンデム太陽電池に比べて向上させることができるため、高効率なタンデム太陽電池を実現することができる。
【００５６】
本実施例７の構造を形成するには、従来型太陽電池６３を先に形成する方法と、本発明の太陽電池を先に形成する方法とがある。
【００５７】
まず、従来型太陽電池６３を先に形成し、その後、実施例１に示した方法に従って、本発明の太陽電池を形成する方法について述べる。このとき、図９に示すように、ｐ層側貫通電極５１は、本発明の太陽電池の表面絶縁膜４２の下端から、裏面絶縁膜４３の下端までを貫通し、ｎ層側貫通電極５２は、本発明の太陽電池の表面絶縁膜４２の上端から、裏面絶縁膜４３の上端までを貫通するように設定する。ｐ層側貫通電極５１の形成方法としては、例えば、貫通孔を裏面絶縁膜４３の上端まで形成し、ｐ層側貫通電極５１の材料を貫通孔内に埋め込んだ後に、ｐ層側貫通電極５１の材料の融点を超える温度での短時間焼成により、電極材料が裏面絶縁膜４３を貫通する過程、いわゆるファイヤースループロセスを用いる方法がある。ｎ層側貫通電極５２の形成方法としては、例えば、実施例１で述べた、耐レーザー貫通性をもつバリア膜を、裏面絶縁膜４３として用いる方法がある。
【００５８】
本発明の太陽電池を先に形成する方法は、本発明の太陽電池を形成する基板６１を透明材料にするか否かで、さらに二つの方法に分けられる。透明基板を用いる場合は、それが、最終的な太陽電池セル構造において、最表面に配置されるように、膜の形成の順番を設定する。そのとき、電極が表面に露出するように、貫通孔は基板６１を完全に貫通する必要がある。一方、上記基板６１として非透明材料を用いる場合には、基板６１と、その上に形成される太陽電池とを切り離す工程を追加する必要がある。切り離す方法としては、例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハの形成法の一つである、スマートカット法などが適用できる。また、本発明の太陽電池上に、従来型太陽電池６３を形成する方法としては、ＣＶＤ法、スパッタ法、エピタキシー法、蒸着法などの成膜法により、上記従来型太陽電池６３の層を形成する方法と、従来型太陽電池６３を別個に作製し、それを貼り合わせる方法とがある。貼り合わせにも、上述のＳＯＩウエハ形成法が適用可能である。
【００５９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１…ｉ層、２…バンドギャップＥｇ１を有する半導体物質のｉ層、３…バンドギャップＥｇ２を有する半導体物質のｉ層、１１…ｐ層、１２…バンドギャップＥｇ１を有する半導体物質のｐ層、１３…バンドギャップＥｇ２を有する半導体物質のｐ層、１４…貫通孔側面部ｐ層、１５…貫通孔ｐ型電極、１６…バンドギャップＥｇ１を有する半導体物質からなる太陽電池セルの貫通孔側面部ｐ層、１７…バンドギャップＥｇ２を有する半導体物質からなる太陽電池セルの貫通孔側面部ｐ層、２１…ｎ層、２２…バンドギャップＥｇ１を有する半導体物質のｎ層、２３…バンドギャップＥｇ２を有する半導体物質のｎ層、２４…貫通孔側面部ｎ層、２５…貫通孔ｎ型電極、２６…バンドギャップＥｇ１を有する半導体物質からなる太陽電池セルの貫通孔側面部ｎ層、２７…バンドギャップＥｇ２を有する半導体物質からなる太陽電池セルの貫通孔側面部ｎ層、３１…ｐｉｎ接合、３２…バンドギャップＥｇ１を有する半導体物質のｐｉｎ接合、３３…バンドギャップＥｇ２を有する半導体物質のｐｉｎ接合、４１…絶縁膜、４２…表面絶縁膜、４３…裏面絶縁膜、４４…バリア膜、５１…ｐ層側貫通電極、５２…ｎ層側貫通電極、５３…ｐ層側電極、５４…ｎ層側電極、５５…透明導電膜、６１…基板、６２…貫通孔、６３…従来型太陽電池セル。
【図１】
0005487295.tif 000002
【図３（ａ）】
0005487295.tif 000003
【図３（ｂ）】
0005487295.tif 000004
【図３（ｃ）】
0005487295.tif 000005
【図３（ｄ）】
0005487295.tif 000006
【図３（ｅ）】
0005487295.tif 000007
【図３（ｆ）】
0005487295.tif 000008
【図４】
0005487295.tif 000009
【図５】
0005487295.tif 000010
【図６】
0005487295.tif 000011
【図７】
0005487295.tif 000012
【図８】
0005487295.tif 000013
【図９】
0005487295.tif 000014
【図２】
0005487295.tif 000015