(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ接合を有する光学的禁制帯幅の異なる複数の光起電力単位層が、光の入射側に位置する光起電力単位層の光学的禁制帯幅が最も広く、かつそれぞれの光起電力単位層の出力電圧がほぼ等しくなるように、基板上に積層形成されるとともに、この積層された光起電力単位層が電気的に並列に接続されて、一つの単位素子が形成され、さらに該単位素子が基板面方向に複数並設してそれぞれ電気的に直列接続された並列型集積化太陽電池。
【請求項２】
複数の光起電力単位層が、非晶質系の光活性層を有する第１の光起電力単位層と、結晶系の光活性層を有する第２の光起電力単位層であり、第１の光起電力単位層が光の入射側に設けられた、請求項１記載の並列型集積化太陽電池。
【請求項３】
前記基板がガラス基板であり、複数の光起電力単位層が、非晶質シリコン系の光活性層を有する第１の光起電力単位層と、結晶シリコン系の光活性層を有する第２の光起電力単位層であり、前記ガラス基板の上に第２の光起電力単位層を形成し、その上に光の入射側となる第１の光起電力単位層を形成した、請求項１記載の並列型集積化太陽電池。
【請求項４】
複数の光起電力単位層が、非晶質シリコン系の光活性層を有する第１の光起電力単位層と、結晶シリコン系の光活性層を有する第２の光起電力単位層であり、さらに第２の光起電力単位層が２つのｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ接合が直列に重畳接続されたタンデム構造であって、第１の光起電力単位層が光の入射側最上部に設けられ、基板上でその面方向に配列設置された複数の第２の光起電力単位層上のそれぞれに第１の光起電力単位層が設けられて、第１および第２の光起電力単位層よりなる複数の単位素子が構成され、第１および第２の光起電力単位層の一導電型側となる第１電極同士を接続した接続用電極が、隣設される単位素子の第１および第２の光起電力単位層の逆導電型側となる第２電極に接続されることで複数の単位素子が電気的に直列接続された、請求項２又は３記載の並列型集積化太陽電池。
【請求項５】
第1の光起電力単位層の光入射側をｐ層としてなる請求項３又は４記載の並列型集積化太陽電池。
【請求項６】
前記基板がガラス基板であり、該ガラス基板の光入射側と反対の面に反射率の高い金属薄膜を形成してなる請求項３〜５何れかに記載の並列型集積化太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成される集積化太陽電池において、電流利得および電圧利得をともに大きくすることのできる構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低コストの太陽電池として非晶質シリコン太陽電池が注目されて久しいが、そのエネルギー変換効率の低さと光劣化現象により、実用化においては結晶系シリコンに遅れを取っているのが現状である。中でも光劣化現象が重要視されているが、この光劣化現象は、発電に寄与する光活性層の膜厚が薄いほど少なくなることが知られている。しかしながら、エネルギー変換効率は光活性層が薄くなるほど低下する傾向にあり、両者がトレードオフの関係となることから、２つの非晶質シリコン太陽電池素子を重畳形成し、光入射側となる上側素子の光活性層を薄くして短波長光を吸収し、これを透過する長波長光を膜厚を厚くした下側素子で吸収する、いわゆるタンデム構造が提案されている。
【０００３】
このタンデム構造は、膜厚の厚い下側素子への短波長光の入射量が減少し、かつ上側素子の膜厚も薄いことから、光劣化の改善効果が確認されている。しかしこのタンデム構造は、２つの太陽電池素子が重畳された構造であって、上下側素子同士が直列接続となる為、全体としての出力電流が、低い方に規制されるという問題がある。
【０００４】
そこでこの問題を解決する為、基板上で２種類の太陽電池素子を重畳形成しながら、両者を並列接続する構造が種々提案されている。
【０００５】
先ず特開昭６１−７５５６７号公報に記載のもの（以下従来例１と称す）は、図９に示すように、複数個の第１単位発電膜４０…を直列接続した第１の光起電力素子４２と、複数個の第２単位発電膜４４…を直列接続した第２の光起電力素子４６とをその両端で並列接続させるとともに、第１および第２の光起電力素子４２，４６の出力電圧がほぼ等しくなるよう、それぞれの単位発電膜４０，４４の直列数を設定したものである。
【０００６】
次に、特開平２−３７８号公報に記載のもの（以下従来例２と称す）は、図１０に示すように、ｐ−ｉ−ｎ接合を有する少なくとも２個の非晶質シリコン太陽電池素子４８，５０を重ね合わせ、それぞれの太陽電池素子の出力端を並列に接続したものである。
【０００７】
さらに特開平４−２２１７６号公報に記載のもの（以下従来例３と称す）は、従来例２において出力と光劣化率を最適化する為に、重畳形成されるそれぞれの光活性層の膜厚範囲を限定するものである。具体的には、最下部の光活性層４８ｉを３０００Å以上、最下部とは異なる光活性層５０ｉを１５００Å以下とし、なおかつ両者の膜厚比を２〜２．５：１としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、上記従来例１〜３のそれぞれには、以下のような問題点があった。先ず従来例１については、２つの光起電力素子４２，４６の最終的な出力電圧を、それを構成する第１および第２単位発電膜４０，４４の直列接続段数の増減によって整合させている。従って、常に上記第１および第２単位発電膜４０，４４の直列接続数の比を、当該単位発電膜４０，４４の出力電圧の比に基づいて設定しなければならないため、設計の自由度が低くなる。これは、各光起電力素子４２，４６を構成する第１および第２単位発電膜４０，４４の直列接続数の比を、各単位発電膜４０，４４の出力電圧の比に基づく適当な整数比に設定しなければならないからである。
【０００９】
次いで従来例２については、ｐ−ｉ−ｎ構造を有する非晶質シリコン太陽電池素子４８，５０を、基板５２上において重ね合わせたものであって、それぞれの非晶質シリコン太陽電池素子４８，５０の光学的禁制帯幅は等しい。従って、重ね合わされたそれぞれの非晶質シリコン太陽電池素子４８，５０の分光感度特性も同じであるので、入射光のうち、光学的禁制帯幅によって決まる限界波長までの光のみが発電に寄与するにとどまり、確かにそれまでのタンデム構造のものに比べて発電出力は向上するものの、発電に利用できる光の波長範囲は変わらない為、十分な発電出力の向上は望めない。
【００１０】
さらに従来例３については、従来例２の光活性層（ｉ層４８ｉ，５０ｉ）の膜厚を最適化したものであって、構造や光学的禁制帯幅等の基本的構成は従来例２と同一である。従って、従来例２と同様、確かにそれまでのタンデム構造のものに比べて発電出力は向上するものの、発電に利用できる光の波長範囲は変わらないことから、十分な発電出力の向上は望めない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の従来例における種々の問題点を解決する為に発案されたものである。本発明の並列型集積化太陽電池では、光学的禁制帯幅の異なる複数の光起電力単位層を、電気的に並列接続しつつ重畳形成し、光の入射側から見て最上部の光起電力単位層の光学的禁制帯幅を最も広くすることで発電に寄与する太陽光の波長範囲を広げ、なおかつそれぞれの光起電力単位層の出力電圧を等しくしている。そして、横方向、すなわち基板面方向に隣設し合う光起電力単位層のそれぞれを、電気的に直列に接続している。
従って、最上部の光起電力単位層の基板面方向の直列接続数と、最上部以外の光起電力単位層の同直列接続数が等しくなる。そして、最上部以外の光起電力単位層のｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ接合の数を２つ以上とするか、あるいは１つのｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ接合においてフェルミレベルの位置を調製することで、各光起電力単位層の出力電圧をほぼ同一に整合させる。
【００１２】
このような本発明は、具体的には、少なくとも一つのｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ接合を有する光学的禁制帯幅の異なる複数の光起電力単位層が、光の入射側に位置する光起電力単位層の光学的禁制帯幅が最も広く、かつそれぞれの光起電力単位層の出力電圧がほぼ等しくなるように、基板上に積層形成されるとともに、この積層された光起電力単位層が電気的に並列に接続されて、一つの単位素子が形成され、さらに該単位素子が基板面方向に複数並設してそれぞれ電気的に直列接続された構造により実現できる。
【００１３】
そして、複数の光起電力単位層が、非晶質系の光活性層を有する第１の光起電力単位層と、結晶系の光活性層を有する第２の光起電力単位層であり、第１の光起電力単位層が光の入射側最上部に設けられた構成を取ることもできる。また、前記基板がガラス基板であり、複数の光起電力単位層が、非晶質シリコン系の光活性層を有する第１の光起電力単位層と、結晶シリコン系の光活性層を有する第２の光起電力単位層であり、前記ガラス基板の上に第２の光起電力単位層を形成し、その上に光の入射側となる第１の光起電力単位層を形成した構成を取ることもできる。
【００１４】
さらに、複数の光起電力単位層が、非晶質シリコン系の光活性層を有する第１の光起電力単位層と、結晶シリコン系の光活性層を有する第２の光起電力単位層であり、さらに第２の光起電力単位層が２つのｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ接合が直列に重畳接続されたタンデム構造であって、第１の光起電力単位層が光の入射側最上部に設けられ、基板上でその面方向に配列設置された複数の第２の光起電力単位層上のそれぞれに第１の光起電力単位層が設けられて、第１および第２の光起電力単位層よりなる複数の単位素子が構成され、第１および第２の光起電力単位層の一導電型側となる第１電極同士を接続した接続用電極が、隣設される単位素子の第１および第２の光起電力単位層の逆導電型側となる第２電極に接続されることで複数の単位素子が電気的に直列接続された構成でもよい。
また、第1の光起電力単位層の光入射側をｐ層としてなること、前記基板がガラス基板であり、該ガラス基板の光入射側と反対の面に反射率の高い金属薄膜を形成してなることも好ましい。
【００１５】
ここで、それぞれの光活性層がシリコン系である場合、簡便な製造方法によりながら、最上部を非晶質系で、また最上部以外を結晶系で構成できる。従って、容易に光学的禁制帯幅を異ならしめることができ、最上部の光起電力単位層を一つのｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ接合で、最上部以外の光起電力単位層を、少なくとも一つ、好ましくは二つのｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ接合で構成することにより、容易に出力電圧の整合を取ることができる。これは、非晶質シリコンによるｐ−ｉ−ｎ接合では、ＡＭ１．５／１００ｍＷにおける開放電圧が約０．９〜１．０Ｖである一方、結晶シリコンによるｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ接合では、非晶質シリコンの光起電力単位層からの透過光による開放電圧が、約０．４５〜０．５Ｖとなるからである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態として、図面に基づいて構造を説明する。図１は、本発明の並列型集積化太陽電池の積層構造を表している。図例は、ガラス基板１上に形成された２つの光起電力単位層３，５からなる一つの単位素子７の要部断面構造を表し、非晶質シリコン系の光活性層（１５ｉ）を有する第１の光起電力単位層３と、結晶シリコン系の光活性層（１１ｉ，９ｎ）を有する第２の光起電力単位層５からなり、さらに第２の光起電力単位層５が１つのｐ−ｉ−ｎ接合５ａと、１つのｐ−ｎ接合５ｂとが直列に重畳接続されたタンデム構造であって、第１の光起電力単位層３が光の入射側最上部に設けられたものである。
以下具体的に説明すると、ガラス基板１側から多結晶シリコンのボトムｐ+ 層９ｐ+ 、多結晶シリコンのボトムｎ層９ｎ、微結晶シリコンのボトムｐ層９ｐ、微結晶シリコンのミドルｎ層１１ｎ、多結晶シリコンのミドルｉ層１１ｉ、微結晶シリコンのミドルｐ層１１ｐを重畳形成してタンデム構造の第２の光起電力単位層５が構成され、さらにこの上に、絶縁層１３としてのＳｉＯ2 層を介して、非晶質シリコンのトップｎ層１５ｎ、非晶質シリコンのトップｉ層１５ｉ、非晶質シリコンカーバイドのトップｐ層１５ｐを積層した第１の光起電力単位層３が重畳形成され、これら第１の光起電力単位層３と第２の光起電力単位層５によって単位素子７が構成されている。
【００１７】
次に、本図例の積層構造の製造方法について説明する。先ず、ガラス基板１上にｐ型不純物を高濃度にドーピングした非晶質シリコン膜を、プラズマＣＶＤ法等の方法によって形成する。次に、エキシマレーザーを照射して、このｐ型非晶質シリコン膜を結晶化させることで、ボトムｐ+ 層９ｐ+ を得る。この上に、プラズマＣＶＤ法等により、化学的アニール作用を付与しながらｎ型不純物を僅かにドーピングした、光活性層となるｎ型の多結晶シリコン層を形成し、ボトムｎ層９ｎを得る。続いて、ｐ型不純物をドーピングした微結晶シリコン層をプラズマＣＶＤ法等により形成し、ボトムｐ層９ｐを得る。このボトムｐ層９ｐは、光活性層（ボトムｎ層９ｎ）に対して光の入射側になるので、ｐ／ｎ界面での再結合を低減しうる条件に設定される。
【００１８】
続いて、このボトムｐ層９ｐの上に、ｎ型不純物をドーピングした微結晶シリコン層をプラズマＣＶＤ法等により形成し、ミドルｎ層１１ｎを得る。さらに続いて、プラズマＣＶＤ法等により、化学的アニール作用を付与しながら、光活性層となるｉ型の多結晶シリコン層を形成し、ミドルｉ層１１ｉを得る。そしてこのミドルｉ層１１ｉの上にｐ型不純物をドーピングした微結晶シリコン層をプラズマＣＶＤ法等により形成し、ミドルｐ層１１ｐを得る。このミドルｐ層１１ｐは、光活性層（ミドルｉ層１１ｉ）に対して光の入射側になるので、ｐ／ｉ界面での再結合を低減しうる条件に設定される。この状態で、第１のｐ+ ，ｎ，ｐ層９ｐ+ 〜９ｐよりなる一つのｐ−ｎ接合５ｂと、ミドルｎ，ｉ，ｐ層１１ｎ〜１１ｐよりなる一つのｐ−ｉ−ｎ接合５ａが直列に重畳接続され、第２の光起電力単位層５となる。ここでボトムｐ+ 層９ｐ+ は、高濃度にドーピングされて低抵抗率を有し、ｐ−ｎ接合５ｂの第１電極として機能する。
【００１９】
次に、第２の光起電力単位層５の極性と同順に第１の光起電力単位層３を重畳形成する場合には、この第２の光起電力単位層５の上に、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法によってＳｉＯ2 等の絶縁層１３を形成し、続いてこの絶縁層１３の上に、トップｎ層１５ｎを形成する。このトップｎ層１５ｎは、ｎ型不純物をドーピングした非晶質シリコン層を、プラズマＣＶＤ法等により形成することで得られる。さらに同様にプラズマＣＶＤ法等により、光活性層となるｉ型の非晶質シリコン層と、ｐ型不純物をドーピングした非晶質シリコンカーバイド層を順次形成し、トップｉ層１５ｉとトップｐ層１５ｐを得る。この第２の光起電力単位層５の上に形成されたトップｎ，ｉ，ｐ層１５ｎ〜１５ｐよりなる一つのｐ−ｉ−ｎ接合が、第１の光起電力単位層３となる。
【００２０】
そしてボトムｐ+ 層９ｐ+ とトップｎ層１５ｎ、ミドルｐ層１１ｐとトップｐ層１５ｐとをそれぞれ接続すれば、２つの光起電力単位層３，５が並列接続となる。ここで、絶縁層１３を設けずに、基板１側からボトムｐ+ 層９ｐ+ →ボトムｉ層９ｉ→ボトムｎ層９ｎ→ミドルｐ層１１ｐ→ミドルｉ層１１ｉ→ミドルｎ層１１ｎの順に積層した第２の光起電力単位層５の上に、トップｎ層１５ｎ，トップｉ層１５ｉ，トップｐ層１５ｐを順次積層した第１の光起電力単位層３を重畳しても、２つの光起電力単位層を並列に接続することができる。
【００２１】
このような構造においては、第１の光起電力単位層３を構成する非晶質シリコンの光学的禁制帯幅が約１．８ｅＶ、第２の光起電力単位層５を構成する多結晶シリコンでは約１．１ｅＶであり、第１の光起電力単位層３を透過した入射光によって、第２の光起電力単位層５に光起電力が発生する。
すなわち、第１の光起電力単位層３が吸収しうる限界波長は１２４０（ｎｍ）÷１．８≒６８９ｎｍ、また第２の光起電力単位層５では約１１２７ｎｍとなるので、理論上では、６８９〜１１２７ｎｍまでの波長領域の光が、第２の光起電力単位層５で吸収されることになる。一方、光照射によって一つのｐ−ｉ−ｎ接合に発生する開放電圧は、ｐ層とｎ層のフェルミレベルの差で決まるので、第１の光起電力単位層３において十分な電界強度を得る為の膜質条件においては、ＡＭ１．５，１００ｍＷ／ｃｍ2 の光照条件下で０．９〜１．０Ｖとなる。また同照射条件下で第１の光起電力単位層３からの透過光、すなわち６８９〜１１２７ｎｍの波長領域の入射光によって、第２の光起電力単位層５を構成しているｐ−ｉ−ｎ接合５ａおよびｐ−ｎ接合５ｂに発生する開放電圧は、それぞれ０．４５〜０．５Ｖとなる。
【００２２】
第２の光起電力単位層５は、１つのｐ−ｉ−ｎ接合５ａと、１つのｐ−ｎ接合５ｂが直列に接続されているので、発生する開放電圧は約０．９〜１．０Ｖとなり、第１の光起電力単位層３の開放電圧とほぼ一致する。そして、２つの光起電力単位層３，５が並列に接続されていることから、出力電流は両光起電力単位層３，５からの出力電流の和となる。
【００２３】
図２は、非晶質シリコン（Ａ）、レーザーアニールによる多結晶シリコン（Ｂ）、プラズマＣＶＤによる多結晶シリコン（Ｃ）、単結晶シリコン（Ｄ）のそれぞれの光吸収特性を、横軸に光エネルギーを、縦軸に吸収係数を取って表している。そして図３に、第１の光起電力単位層３と第２の光起電力単位層５を構成しているそれぞれの光活性層の重畳状態における分光感度特性を、横軸に波長、縦軸に相対感度を取って表している。図中のＡはトップｉ層１５ｉ、Ｂはミドルｉ層１１ｉ、Ｃはボトムｉ層９ｉの分光感度特性をそれぞれ示している。これら２つの図から明らかなように、図１の積層構造は、非晶質シリコンと結晶シリコンの波長範囲をカバーする特性を有していることがわかる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図４に、本発明の実施例１の断面構造図を示す。図例は、２つの光起電力単位層３，５が、非晶質シリコン系の光活性層を有する第１の光起電力単位層３と、結晶シリコン系の光活性層を有する第２の光起電力単位層５であり、さらに第２の光起電力単位層５は２つのｐ−ｉ−ｎ接合５ａ，５ｂが直列に重畳接続されたタンデム構造であって、第１の光起電力単位層３が光の入射側の最上部に設けられ、基板１上でその面方向に配列設置された複数の第２の光起電力単位層５…上のそれぞれに第１の光起電力単位層３…が設けられて、第１および第２の光起電力単位層３，５よりなる複数の単位素子７…が構成され、第１および第２の光起電力単位層３，５の一導電型側となる第１電極１７，１７同士を接続した接続用電極１９が、隣設される単位素子７の第１および第２の光起電力単位層３，５の逆導電型側となる第２電極２１に接続されることで複数の単位素子７が電気的に直列接続された、並列型集積化太陽電池２３である。
【００２５】
以下さらに具体的に説明する。
先ず、ガラス基板１上に、モノシランガス（ＳｉＨ4 ）とジボランガス（Ｂ2 Ｈ6 ）を原料に、プラズマＣＶＤ法によって高濃度にボロンをドーピングした非晶質シリコンを成膜し、これにエキシマレーザーを照射して結晶化することで、ｐ型多結晶シリコンよりなるボトムｐ+ 層９ｐ+ を形成した。次いでこのボトムｐ+ 層９ｐ+ の上に、モノシランガスを原料に、プラズマＣＶＤ法によってｉ型多結晶シリコンよりなるボトムｉ層９ｉを成膜し、続いてこのボトムｉ層９ｉの上に、モノシランガスとホスフィンガス（ＰＨ3 ）を原料に、プラズマＣＶＤ法によってｎ型微結晶シリコンよりなるボトムｎ層９ｎを形成した。
【００２６】
さらに続いて、このボトムｎ層９ｎの上に、プラズマＣＶＤ法によって、モノシランガスとジボランガスを原料として微結晶シリコンよりなるミドルｐ層１１ｐ、モノシランガスを原料として多結晶シリコンよりなるミドルｉ層１１ｉ、モノシランガスとホスフィンガスを原料として微結晶シリコンよりなるミドルｎ層１１ｎを順次積層し、ボトムｐ+ 層９ｐ+ 〜ミドルｎ層１１ｎまでの６層が積層された第２の光起電力単位層５を得た。ここでボトムｐ+ 層９ｐ+ が、第２の光起電力単位層５の第１電極１７として機能する。また、ボトムｉ層９ｉを、光活性層となりうる範囲で不純物をドーピングしたｐ層とすることもできる。この場合には、５ｂがｐ−ｎ接合となる。
【００２７】
次に、この第２の光起電力単位層５のミドルｎ層１１ｎの上のほぼ全面に亙って、ＣＶＤ法によりＳｎＯ2 よりなる中間電極層２５を形成した。続いてプラズマＣＶＤ法によって、モノシランガスとホスフィンガスを原料として非晶質シリコンよりなるトップｎ層１５ｎ、モノシランガスを原料として非晶質シリコンよりなるトップｉ層１５ｉ、モノシランガスとジボランガスとメタンガス（ＣＨ4 ）を原料として、非晶質シリコンカーバイドよりなるトップｐ層１５ｐを順次積層した。このトップｎ層１５ｎ〜トップｐ層１５ｐまでの３層によるｐ−ｉ−ｎ接合が、第１の光起電力単位層３となる。ここで中間電極層２５が第１および第２の光起電力単位層３，５に共通した第２電極２１となる。
【００２８】
続いて、ボトムｐ+ 層９ｐ+ 〜トップｐ層１５ｐまでの１０層の溶断による素子分離溝２７の形成→ボトムｉ層９ｉ〜トップｐ層１５ｐまでの９層の溶断による第１の接続用段部２９の形成→トップｎ層１５ｎ〜トップｐ層１５ｐまでの３層の溶断による第２の接続用段部３１の形成、の一連の処理を、酸素雰囲気中でエキシマレーザーを照射することによって行った。この状態では、図のようにボトムｐ+ 層９ｐ+ 〜トップｐ層１５ｐまでの１０層の積層体からなる複数の単位素子７…が、基板１の面方向に配列設置された構造となる。また、この溶断時の酸化作用を利用して、端面ガードリング層３３としてのＳｉＯ2 層を形成している。このように特定の層を残して他の層のみを溶断する際には、熱解析に基づいてレーザーの出力を調節した。しかしながら、ドーピングの有無によるエッチングレートの違いを利用したケミカルエッチング処理を用いてもよい。
次いでトップｐ層１５ｐの上面、すなわち第１の光起電力単位層３上に、ＩＴＯの全面電極と金属の櫛型電極との積層構造よりなる第１電極１７を形成した。そして最後に、第１および第２の光起電力単位層３，５の第１電極１７，１７同士を接続した接続用電極１９を、隣設される単位素子７の第１および第２の光起電力単位層３，５の第２電極２１に接続し、さらに両端部に取り出し電極３５，３５を形成して、実施例１の並列型集積化太陽電池２３を得た。
【００２９】
（実施例２）
図５に、本発明の実施例２の断面構造図を示す。実施例１と同様に、２つの光起電力単位層が、非晶質シリコン系の光活性層を有する第１の光起電力単位層３と、結晶シリコン系の光活性層を有する第２の光起電力単位層５であり、さらに第２の光起電力単位層５は、実施例１とは異なり１つのｐ−ｉ−ｎ接合５ａと、１つのｐ−ｎ接合５ｂが直列に重畳接続されたタンデム構造であって、第１の光起電力単位層３が光の入射側の最上部に設けられ、基板１上でその面方向に配列設置された複数の第２の光起電力単位層５…上のそれぞれに第１の光起電力単位層３…が設けられて、第１および第２の光起電力単位層３，５よりなる複数の単位素子７…が構成され、第１および第２の光起電力単位層３，５の一導電型側となる第１電極１７，１７同士を接続した接続用電極１９が、隣設される単位素子７の第１および第２の光起電力単位層３，５の逆導電型側となる第２電極２１，２１のそれぞれに接続されることで複数の単位素子７…が電気的に直列接続された、並列型集積化太陽電池２３である。
【００３０】
以下さらに説明するが、基本的な製造方法は実施例１とほぼ同じなので、ここでの重複説明は省略し、構造のみを詳細に説明する。
ガラス基板１上に、ｐ型非晶質シリコンにエキシマレーザーを照射することによって結晶化した多結晶シリコンよりなるボトムｐ+ 層９ｐ+ 、ｎ型多結晶シリコンよりなる光活性層としてのボトムｎ層９ｎ、ｐ型微結晶シリコンよりなるボトムｐ層９ｐ、ｎ型微結晶シリコンよりなるミドルｎ層１１ｎ、ｉ型多結晶シリコンよりなるミドルｉ層１１ｉ、ｐ型微結晶シリコンよりなるミドルｐ層１１ｐが順次積層され、このボトムｐ+ 層９ｐ+ 〜ミドルｐ層１１ｐまでの６層の積層体によって、第２の光起電力単位層５が構成されている。ここでボトムｐ+ 層９ｐ+ が、第２の光起電力単位層５の第１電極１７になる。
【００３１】
そして、ミドルｐ層１１ｐの上には、第２の光起電力単位層５の感度波長領域に吸収のないＳｎＯ2 による第２電極２１が設けられている。
【００３２】
この第２の光起電力単位層５の第２電極２１上には、ＳｉＯ2 の絶縁層１３と第１の光起電力単位層３の第１電極１７となるＳｎＯ2 層が設けられ、さらにこの第１の光起電力単位層３の第１電極１７の上に、ｎ型非晶質シリコンよりなるトップｎ層１５ｎ、ｉ型非晶質シリコンよりなるトップｉ層１５ｉ、ｐ型非晶質シリコンカーバイドよりなるトップｐ層１５ｐが順次積層され、このトップｎ層１５ｎ〜トップｐ層１５ｐまでの３層の積層体によって、第１の光起電力単位層３が構成される。また、トップｐ層１５ｐの上には、ＩＴＯの全面電極と金属の櫛型電極との積層構造よりなる第２電極２１が形成されている。
【００３３】
このように、ボトムｐ+ 層９ｐ+ 〜トップｐ層１５ｐまでの積層体により単位素子７が構成されている。そして、複数の単位素子７…が基板１の面方向に配列設置されるとともに、第１および第２の光起電力単位層３，５の第１電極１７，１７同士を接続した接続用電極１９が、隣設される単位素子７の第１および第２の光起電力単位層３，５の第２電極２１，２１に接続され、さらに両端部に取り出し電極３５，３５が形成されて、実施例２の並列型集積化太陽電池２３となっている。ここで、各光起電力単位層３，５間の短絡を防止する為、実施例１と同様、その側面にはＳｉＯ2 等のガードリング層３３が設けられている。
【００３４】
以上の２つの実施例では、第１および第２の光起電力単位層３，５の光活性層はそれぞれ非晶質シリコンと多結晶シリコンであり、先ず本発明の太陽電池２３の特性に大きく影響を及ぼす第２の光起電力単位層５の単セルの電気特性を、２つのｐ−ｉ−ｎ接合を有する図４の積層構造において膜厚条件を変えて評価し、その結果を表１に掲げた。なお表中で、ミドル層とはミドルｐ層１１ｐ〜ミドルｎ層１１ｎまでの積層部を、ボトム層とはボトムｐ+ 層９ｐ+ 〜ボトムｎ層９ｎまでの積層部をそれぞれ表すものである。測定条件は、ＡＭ１．５，１００ｍＷ／ｃｍ2 、２５℃とした。
【００３５】
【表１】
0003721620.tif 000002
【００３６】
このように、ボトムｉ層９ｉの膜厚が厚いほど、変換効率が高くなっている。これは短絡電流が増加していることから、ボトムｉ層９ｉが厚いほど透過光が減少し、より長波長光の感度が高くなる為と考えられる。
【００３７】
さらに、実施例１および２の太陽電池の各層厚を変化させ、ＡＭ１．５，１００ｍＷ／ｃｍ2 、２５℃での電気特性を測定し、表２にその測定結果を掲げた。なお、実施例１および２の単位素子７は３直列であるが、評価に当たっては便宜上、一つの単位素子７を挟む接続用電極１９と取り出し電極３５の間にプローブを当てて測定した。従って、本表の開放端電圧を３倍すると、実施例１および２の太陽電池特性となる。また、ミドルｉ層とはｉ層１１ｉ、ボトムｉ層とはｉ層９ｉのことであり、ボトムおよびミドルｐ+ ，ｐ，ｎ層の各膜厚は、表１のものと同一とした。
【００３８】
【表２】
0003721620.tif 000003
【００３９】
このように、ボトムｉ層９ｉおよびボトムｎ層９ｎの最も厚いもので、それぞれ１５．１％と１６．０％の変換効率が得られ、従来の非晶質シリコンによるタンデム型に比べて、大幅な変換効率の向上が見られた。これは、図２，図３で示したように、各光起電力単位層における吸収係数と分光感度特性によって、広い波長領域の光が効率的に発電に寄与している為である。また光劣化も殆ど無く、極めて信頼性の高いものが得られていることが確認できた。これは表中にもあるように、第１の光起電力単位層３のｉ層（トップｉ層１５ｉ）の膜厚が最大でも０．２μｍであり、トップｐ層１５ｐとトップｎ層１５ｎによって形成されるトップｉ層１５ｉ内の電界強度が強く、キャリアの収集効率が高くなっている為と考えられる。
また、両者を比較すると実施例２の方が変換効率が高くなっているが、これは表から明らかなように、短絡電流の差によるものである。これは、光活性層となっているボトムｉ層９ｉ、ボトムｎ層９ｎおよびミドルｉ層１１ｉが、その膜中に取り込まれている酸素によるサーマルドナー効果によって若干ｎ型にシフトしており、ｎ側入射の場合には、発電に寄与する光活性領域の電界強度がｐ側入射に比べて弱くなり、キャリアの収集効率に差が生じているためと推察される。
【００４０】
また、第２の光起電力単位層５の形成態様が前の２例と異なるものとして、図６、７の構造も考えられる。これらのものは図示するように、２つのｐ−ｉ−ｎ接合またはｐ−ｎ接合を、基板１の面方向に直列接続して第２の光起電力単位層５が構成されたものである。以下、各例について説明する。なお、図６、７においては、第２の光起電力単位層５を構成する２つのｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ接合に上下関係がないため、以下の説明では、先のボトム、ミドルを第１のボトム、第２のボトムと表している。
先ず図６に示したものは、２つの光起電力単位層３，５が、非晶質シリコン系の光活性層を有する第１の光起電力単位層３と、結晶シリコン系の光活性層を有する第２の光起電力単位層５であり、さらに第２の光起電力単位層５は２つのｐ−ｉ−ｎ接合５ａ，５ｂが基板の面方向に並設して直列に接続された構造であって、第１の光起電力単位層３が光の入射側の最上部に設けられ、基板１上でその面方向に配列設置された複数の第２の光起電力単位層５…上のそれぞれに第１の光起電力単位層３…が設けられて、第１および第２の光起電力単位層３，５よりなる複数の単位素子７…が構成され、第１および第２の光起電力単位層３，５の一導電型側となる第１電極１７，１７同士を接続した接続用電極１９が、隣設される単位素子７の第１および第２の光起電力単位層３，５の逆導電型側となる第２電極２１に接続されることで、複数の単位素子７…が基板１上で電気的に直列接続された、並列型集積化太陽電池２３である。
【００４１】
以下さらに説明するが、基本的な製造方法は前記実施例１と同様の方法が用いられるので、ここでの重複説明は省略して構造のみを詳細に説明する。
ガラス基板１上に、ｐ型非晶質シリコンにエキシマレーザーを照射することによって結晶化した、多結晶シリコンよりなるｐ+ 層３６ｐ+ 、プラズマＣＶＤ法によるｉ型多結晶シリコンよりなるｉ層３６ｉ、プラズマＣＶＤ法によるｎ型微結晶シリコンよりなるｎ層３６ｎ、が順次積層される。そして、素子分離溝２７および分割溝３７によって分割することにより、第１のボトムｐ+ 層９ｐ+ 、第１のボトムｉ層９ｉ、第１のボトムｎ層９ｎよりなる一方のｐ−ｉ−ｎ接合５ｂと、第２のボトムｐ+ 層１１ｐ+ 、第２のボトムｉ層１１ｉ、第２のボトムｎ層１１ｎよりなる他方のｐ−ｉ−ｎ接合５ａに分割され、これらより第２の光起電力単位層５が構成される。ここで、ｐ+ 層３６ｐ+ の形成前に、基板１上には予め高融点金属よりなる金属電極３８が設けられ、これが他方のｐ−ｉ−ｎ接合５ａの第２のボトムｐ+ 層１１ｐ+ の接続取り出し用電極となっている。
一方のｐ−ｉ−ｎ接合５ｂの第１のボトムｎ層９ｎと、金属電極３８との間には、直列接続用電極３９が設けられ、これによって２つのｐ−ｉ−ｎ接合５ａ，５ｂが直列に接続されて、第２の光起電力単位層５が構成されている。ここで、一方のｐ−ｉ−ｎ接合５ｂの第１のボトムｐ+ 層９ｐ+ が、第２の光起電力単位層５の第１電極１７となる。この第２の光起電力単位層５は、言わば基板１上に形成された集積化薄膜多結晶シリコン太陽電池と見なせ、その具体的製造方法については後述するが、素子分離溝２７および分割溝３７をレーザー溶断によって形成する際の熱作用により、単位素子７およびｐ−ｉ−ｎ接合５ａ，５ｂの端面には、接続用電極１９および直列接続用電極３９によるｐ−ｎ間ショートを防止する為のＳｉＯ2 のガードリング層３３が形成されている。また直列接続用電極３９は、一方のｐ−ｉ−ｎ接合５ｂの感度波長領域に吸収のないＳｎＯ2 等の透明導電材料や、金属による櫛形電極が用いられる。
さらに、第１および第２のボトムｉ層９ｉ，１１ｉを、光活性層となりうる範囲でｐ型不純物をドーピングしたｐ層とすることもできる。この場合には、ｐ−ｎ接合となる。
【００４２】
一方のｐ−ｉ−ｎ接合５ｂ上にのみ絶縁層１３が設けられ、この上に中間電極層２５を介して第１の光起電力単位層３が形成され、第２の光起電力単位層５と並列に接続される。すなわち、中間電極層２５における他方のｐ−ｉ−ｎ接合５ａの第２のボトムｎ層１１ｎの部分と、トップｎ層１５ｎの部分とが、第２および第１の光起電力単位層５，３の第２電極２１にそれぞれ相当しており、図から明らかなように、中間電極層２５がこれら２つの第２電極２１，２１の機能を併せ持っている。なお中間電極層２５にも、ｐ−ｉ−ｎ接合５ａ，５ｂの感度波長領域に吸収のないＳｎＯ2 等の透明導電材料や、金属による櫛形電極が用いられる。
第１の光起電力単位層３は、前記実施例と同様、ｎ型非晶質シリコンよりなるトップｎ層１５ｎ、ｉ型非晶質シリコンよりなるトップｉ層１５ｉ、ｐ型非晶質シリコンカーバイドよりなるトップｐ層１５ｐが順次積層された積層体によって構成され、各層はプラズマＣＶＤ法によって形成することができる。トップｐ層１５ｐの上には、ＩＴＯの全面電極と金属の櫛型電極との積層構造よりなる第１電極１７が形成されている。
【００４３】
そして図示するように、一方のｐ−ｉ−ｎ接合５ｂと他方のｐ−ｉ−ｎ接合５ａが基板１上にその面方向に直列接続された第２の光起電力単位層５と、第１の光起電力単位層３とが重畳された構造の単位素子７…が、基板１の面方向に複数個配列設置され、第１および第２の光起電力単位層３，５の第１電極１７，１７同士を接続した接続用電極１９が、隣設される単位素子７の第１および第２の光起電力単位層３，５の第２電極２１，２１、すなわち、中間電極層２５に接続され、さらに両端部に取り出し電極３５，３５が形成されて、並列型集積化太陽電池２３となっている。
【００４４】
次に、図７に示すものは、第２の光起電力単位層５のｐ−ｎ接合方向が、図６の例とは逆のタイプのものである。図示するように、２つの光起電力単位層３，５が、非晶質シリコン系の光活性層を有する第１の光起電力単位層３と、結晶シリコン系の光活性層を有する第２の光起電力単位層５であり、さらに第２の光起電力単位層５は２つのｐ−ｎ接合５ａ，５ｂが基板の面方向に並設して直列に接続された構造であって、第１の光起電力単位層３が光の入射側の最上部に設けられ、基板１上でその面方向に配列設置された複数の第２の光起電力単位層５…上のそれぞれに第１の光起電力単位層３…が設けられて、第１および第２の光起電力単位層３，５よりなる複数の単位素子７…が構成され、第１および第２の光起電力単位層３，５の一導電型側となる第１電極１７，１７同士を接続した接続用電極１９が、隣設される単位素子７の第１および第２の光起電力単位層３，５の逆導電型側となる第２電極２１，２１のそれぞれに接続されることで、複数の単位素子７…が基板１上で電気的に直列接続された、並列型集積化太陽電池２３である。
【００４５】
以下さらに説明するが、基本的な製造方法は前記実施例１と同様の方法が用いられるので、ここでの重複説明は省略して構造のみを詳細に説明する。
ガラス基板１上に、ｐ型非晶質シリコンにエキシマレーザーを照射することによって結晶化した多結晶シリコンよりなるｐ+ 層３６ｐ+ 、プラズマＣＶＤ法によるｎ型多結晶シリコンよりなるｎ層３６ｎ、プラズマＣＶＤ法によるｐ型微結晶シリコンよりなるｐ層３６ｐ、が順次積層される。そして、素子分離溝２７および分割溝３７によって分割することにより、第１のボトムｐ+ 層９ｐ+ 、第１のボトムｎ層９ｎ、第１のボトムｐ層９ｐよりなる一方のｐ−ｎ接合５ｂと、第２のボトムｐ+ 層１１ｐ+ 、第２のボトムｎ層１１ｎ、第２のボトムｐ層１１ｐよりなる他方のｐ−ｎ接合５ａに分割され、これらより第２の光起電力単位層５が構成される。
ここで、ｐ+ 層３６ｐ+ の形成前に、基板１上には予め高融点金属よりなる金属電極３８が設けられ、これが他方のｐ−ｎ接合５ａの第２のボトムｐ+ 層１１ｐ+ の接続取り出し用電極となっている。
一方のｐ−ｎ接合５ｂの第１のボトムｐ層９ｐと金属電極３８との間には、直列接続用電極３９が設けられ、これによって２つのｐ−ｎ接合５ａ，５ｂが直列に接続され、また他方のｐ−ｎ接合５ａの第２のボトムｐ層１１ｐ上には第２電極２１が設けられ、第２の光起電力単位層５が構成されている。ここで、一方のｐ−ｎ接合５ｂの第１のボトムｐ+ 層９ｐ+ が、第２の光起電力単位層５の第１電極１７となっている。
この第２の光起電力単位層５も、言わば基板１上に形成された集積化薄膜多結晶シリコン太陽電池と見なせ、素子分離溝２７および分割溝３７をレーザー溶断によって形成する際の熱作用により、単位素子７およびｐ−ｎ接合５ａ，５ｂの端面に、接続用電極１９および直列接続用電極３９によるｐ−ｎ間ショートを防止する為のＳｉＯ2 のガードリング層３３が形成されている。また第２電極２１および直列接続用電極３９は、第２の光起電力単位層５の感度波長領域に吸収のないＳｎＯ2 等の透明導電材料や、金属による櫛形電極が用いられる。
【００４６】
２つのｐ−ｎ接合５ａ，５ｂ上には絶縁層１３が設けられ、第１電極１７を介して第１の光起電力単位層３が形成され、接続用電極１９によって第２の光起電力単位層５と並列に接続されている。ここで、第１電極１７は、第２の光起電力単位層５の感度波長領域に吸収のないＳｎＯ2 等の透明導電材料や、金属による櫛形電極が用いられる。そして第１の光起電力単位層３は、ｎ型非晶質シリコンよりなるトップｎ層１５ｎ、ｉ型非晶質シリコンよりなるトップｉ層１５ｉ、ｐ型非晶質シリコンカーバイドよりなるトップｐ層１５ｐが順次積層された積層体によって構成され、各層はプラズマＣＶＤ法によって形成することができる。トップｐ層１５ｐの上には、ＩＴＯの全面電極と金属の櫛型電極との積層構造よりなる第２電極２１が形成されている。
【００４７】
そして図示するように、一方のｐ−ｎ接合５ｂと他方のｐ−ｎ接合５ａが、基板１上にその面方向に直列接続された第２の光起電力単位層５と、第１の光起電力単位層３とが重畳された構造の複数の単位素子７…が、基板１の面方向に配列設置され、第１および第２の光起電力単位層３，５の第１電極１７，１７同士を接続した接続用電極１９が、隣設される単位素子７の第１および第２の光起電力単位層３，５の第２電極２１，２１に接続され、さらに両端部に取り出し電極３５，３５が形成されて、並列型集積化太陽電池２３となっている。
【００４８】
この図６、７に示した構造は、第２の光起電力単位層５を構成する２つのｐ−ｉ−ｎ接合やｐ−ｎ接合が、基板１の面方向に直列に接続されたものである。従って、第１および第２のボトムｉ層９ｉ，１１ｉ、および同ｎ層９ｎ，１１ｎの膜厚を、その光透過特性の制約の下で決定する必要がなく、第２の光起電力層５として最大の変換効率が得られる膜厚に、自由に設定することができる。
【００４９】
また図６、７に示す構造における第２の光起電力単位層５は、前述のように言わば基板１上に形成された集積化薄膜多結晶シリコン太陽電池と見なせるが、以下にその製造方法について、図８を参照しつつ説明する。
図８は、集積化薄膜多結晶シリコン太陽電池の製造工程を、順を追って模式的に表した部分断面図である。以下、ｐ−ｉ−ｎ接合の場合を例にとり、順に説明する。
先ずガラス基板１上に、接続取り出し用の金属電極３８をパターンニング形成し、その上にｐ型非晶質シリコンにエキシマレーザーを照射することによって結晶化した多結晶シリコンよりなるｐ+ 層３６ｐ+ を形成し、レーザー溶断によって分割して第１および第２のｐ+ 層９ｐ´，１１ｐ´を形成する（工程Ａ）。この金属電極３８はクロムやモリブデン、あるいはタングステン等の高融点金属が望ましく、ｐ+ 層領域の一部に形成してもよいし、ｐ+ 層全域をカバーしうる櫛型のものでもよい。
次に、この第１および第２のｐ+ 層９ｐ´，１１ｐ´の上に跨がって、プラズマＣＶＤ法によるｉ型多結晶シリコンよりなるｉ層３６ｉ、プラズマＣＶＤ法によるｎ型微結晶シリコンよりなるｎ層３６ｎ、第２電極２１となるＩＴＯやＳｎＯ2 等の透明導電材料の全面電極３６ｅが順次積層される（工程Ｂ）。
続いて、酸素雰囲気下で、集光したエキシマレーザービームやＹＡＧレーザービームを照射することで、積層体のうちの金属電極３８以外を部分的に溶断して分割溝３７を形成し、２つのｐ−ｉ−ｎ接合５ａ，５ｂを形成する。なおこの時のレーザー溶断による熱作用と雰囲気下の過剰な酸素の存在によって、ｐ−ｉ−ｎ接合５ａ，５ｂの端面には、ｐ−ｎショートの防止層として機能するＳｉＯ2 のガードリング層３３が形成される（工程Ｃ）。
そして、金属電極３８の分割溝３７への露出部と、隣設するｐ−ｉ−ｎ接合５ｂの第２電極２１との間に直列接続用電極３９を形成して、直列接続が完成する（工程Ｄ）。この直列接続用電極３９は第２電極２１と接触しておれば事足りるが、より電流の収集効率を高くする為に、第２電極２１上の全面にわたって櫛型に形成した金属電極や、ＩＴＯやＳｎＯ2 等の透明導電材料による全面電極でもよい。
以上のように、本発明に適用しうる集積化薄膜多結晶シリコン太陽電池の製造工程は、そのパターンニングにレーザーを用いるというだけのものではなく、パターンニングとｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ接合端面のカードリングの形成を、分割溝３７のレーザー溶断時に同時に行うという特徴的なものである。
【００５０】
以上の実施例では、第１および第２の光起電力単位層３，５にシリコン系の半導体材料を用いた例を示したが、例えば、シリコンゲルマニウムやその他の化合物半導体材料等、光学的禁制帯幅の異なる複数の材料の組み合わせであってもよいし、絶縁層１３としては、例示したＳｉＯ2 以外にもＹ2 Ｏ3 やＳｉ3 Ｎ4 等でもよく、また透明導電材料としても、例示したＳｎＯ2 以外にＩＴＯやＺｎＯであってもよく、特に本実施例に限定されるものではない。
加えて、第１の光起電力単位層に非晶質シリコンを用いる場合には、光入射側をｐ層にすることで、より高い出力特性が得られる。これは、通常の成膜条件下で得られるｉ型非晶質シリコンが、若干ｎ型にシフトしていることに起因する。すなわち、膜質の変動によっては、ｎ層がｉ層に対するオーミック接触層として機能する場合があるので、非晶質シリコンが短波長光の吸収特性が優れていることから、より浅い部分に接合特性に優れるｐ／ｉ界面が存在する方が望ましいからである。
【００５１】
また図１、図４〜図７において、ガラス基板１の背面、すなわち光入射側と反対の面１Ｂに、アルミニウムや銀等の反射率の高い金属薄膜を形成してもよい。これにより、裏面反射による光の閉じ込め効果を得ることができ、一層の変換効率向上を図ることができる。
【００５２】
さらに、光入射側の最上部にパシベーション層を形成することが、信頼性確保の点では望ましい。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、光学的禁制帯幅の異なる複数の光起電力単位層を、光の入射側に位置する光起電力単位層の光学的禁制帯幅が最も広くなるよう基板上に電気的に並列に接続して一つの単位素子として重畳形成し、かつそれぞれの光起電力単位層の出力電圧をほぼ等しく、さらに該単位素子を基板面方向においてそれぞれ電気的に直列接続している。従って、各層毎に直列に接続され、端部で並列に接続された従来のタンデム構造と異なり、取り出せる電流が上下層からの出力電流の和となるので、従来のように電流制限を受けることがなく、電流利得と電圧利得の両方に優れたものとなる。しかも上述のように、一つの単位素子を構成する複数の光起電力単位層の出力電圧がほぼ等しく、この単位素子が基板上に直列に接続される構造であることから、上下層の直列接続数の比を従来のように出力電圧の比に基づいて設定する必要が無い為、設計の自由度が大きくなる。
さらに、複数の光起電力単位層を、非晶質系の光活性層を有する第１の光起電力単位層と、結晶系の光活性層を有する第２の光起電力単位層によって構成し、しかも第１の光起電力単位層を光の入射側に設けているので、広い波長範囲に対して高い感度を有することができ、変換効率の大幅な向上が実現する。特に、一つの接合を持つ非晶質シリコンの第１の光起電力単位層と、２つの接合が直列に接続された多結晶シリコンの第２の光起電力単位層とを、第１の光起電力単位層が光の入射側となるように重畳すれば、２つの光起電力単位層の出力電圧がほぼ同じとなる。従って、ロスの無い高い変換効率を得ることができるとともに、前述のように基板上に直列接続するとき、２つの光起電力単位層の直列数を設計する必要も無くなって設計自由度が向上する。
【００５４】
また、単位素子や光起電力単位層の単位でショートやオープンによる欠陥が発生した場合、欠陥を有する単位素子の両側の接続用電極間を導電ペースト等で短絡させることにより、集積化太陽電池として所望の出力電流が得られるよう、簡便にリペアを行うことができる。このリペアは、図４〜図７の構造では、例えば第１の光起電力単位層の光入射側の電極と接続用電極との間に導電ペースト等を少量塗布したり、欠陥を有する単位素子をレーザーショットによって溶融ショートさせると言った、極めて簡便な方法で行うことができる。この時には、出力電圧は欠陥の存在する単位素子の分だけ低下するが、スペック上満足するレベルであれば使用できるので、製造歩留りの向上に大きく寄与し、ひいては太陽電池のコストダウン効果となって現れる。これは、本発明の太陽電池構造が、図４〜図７に示したように、その製造工程内でパシベーション層を形成する前に、各単位素子の両側に位置する２つの接続用電極に測定用プローブを当てることで、個々の単位素子の電気特性を個別に測定できる構造となっているからである。これが前述の従来例１であると、第１および第２の光起電力素子のどの部分で欠陥が発生しているかを容易に判別することができない為、特に一か所でもオープン欠陥があると、その太陽電池は不良となってしまう。従って本発明の太陽電池は、従来例に対して優れたコストメリットを有していると言える。
さらに前述のように、本発明の太陽電池はパターン形成やガードリング層の形成にレーザーを用いることができるので、レーザー装置を製造工程とリペア工程で兼用できることから、高歩留りでかつ設備コストの低い製造ラインを構築することができる。
【００５５】
基板側に位置する光起電力単位層が２つ以上のｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ接合を有する場合に、これらを重畳形成すると、製造工程が簡略化されて低コスト化が実現できる。また、単位素子の直列方向における長さ当たりの出力電圧が大きくなることから、コンパクトで高電圧の太陽電池素子が得られる。
一方、これら接合を基板の面方向に並設して直列に接続すると、出力が最も大きくなるよう、それぞれの膜厚を単独に設定することができるので、より高い出力が得られやすい。加えて、少々膜厚がばらついても出力電流はそれほど変動しないことから、出力ばらつきの少ない太陽電池を得ることができる。
【００５６】
そして、第１の光起電力単位層に非晶質シリコンを用いても、光劣化が殆ど無い極めて信頼性の高いものになるとともに、従来では到底得ることのできなかったレベルの高い変換効率が達成できた。これより、本発明は、非晶質シリコン太陽電池の実用化に対して、大きなブレークスルーとなるものであると言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の並列型集積化太陽電池の積層構造を表す要部断面説明図
【図２】各種シリコン材料の吸収係数の波長依存性を表す説明図
【図３】本発明の具体例における各光活性層の分光感度特性を表す説明図
【図４】本発明の実施例１の断面説明図
【図５】本発明の実施例２の断面説明図
【図６】本発明の他の実施例の断面説明図
【図７】本発明の他の実施例の断面説明図
【図８】集積化薄膜多結晶シリコン太陽電池の形成工程例を表す説明図
【図９】従来の並列型集積化太陽電池の断面説明図
【図１０】従来の並列型太陽電池の断面説明図
【符号の説明】
１  ガラス基板
３  第１の光起電力単位層
５  第２の光起電力単位層
７  単位素子
９ｐ+ ボトムｐ+ 層，第１のボトムｐ+ 層
９ｐ  ボトムｐ層
９ｐ´第１のｐ+ 層
９ｉ  ボトムｉ層，第１のボトムｉ層
９ｉ´第１のｉ層
９ｎ  ボトムｎ層，第１のボトムｎ層
９ｎ´第１のｎ層
１１ｐ  ミドルｐ層，第２のボトムｐ層
１１ｐ´第２のｐ+ 層
１１ｉ  ミドルｉ層，第２のボトムｉ層
１１ｉ´第２のｉ層
１１ｎ  ミドルｎ層，第２のボトムｎ層
１１ｎ´第２のｉ層
１３  絶縁層
１５ｐ  トップｐ層
１５ｉ  トップｉ層
１５ｎ  トップｎ層
１７  第１電極
１９  接続用電極
２１  第２電極
２３  並列型集積化太陽電池
２５  中間電極層
２７  素子分離溝
２９  第１の接続用段部
３１  第２の接続用段部
３３  ガードリング層
３５  取り出し電極
３６ｐ  ｐ層
３６ｉ  ｉ層
３６ｎ  ｎ層
３７  分割溝
３８  金属電極
３９  直列接続用電極
４０  第１単位発電膜
４２  第１の光起電力素子
４４  第２単位発電膜
４６  第２の光起電力素子
４８，５０  非晶質太陽電池素子
５２  基板
【図１】
0003721620.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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