(57)【要約】【課題】薄膜太陽電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る薄膜太陽電池は、基板と、基板の上面に設置されたＰ型層と、Ｐ型層の上面に設置された界面層と、界面層の上面に設置されたＩ型アモルファスシリコン層と、Ｉ型アモルファスシリコン層の上面に設置されたＩ型吸収層と、Ｉ型吸収層の上面に設置されたＮ型層と、Ｎ型層の上面に設置された電極層と、を備える。そのうち、Ｉ型吸収層のエネルギーギャップがＩ型アモルファスシリコン層より小さいことにより、光吸収度を増加させて薄膜太陽電池の電流を向上させる。また、界面層を介してＩ型アモルファスシリコン層の界面薄膜品質を改善することにより、薄膜太陽電池の曲線因子を向上させる。そのうち、Ｉ型吸収層の厚さがＩ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より大きい値であり、かつ界面層の厚さがＩ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の上面に設置されたＰ型層と、前記Ｐ型層の上面に設置されたＩ型アモルファスシリコン層と、前記Ｉ型アモルファスシリコン層の上面に設置されたＩ型吸収層と、前記Ｉ型吸収層の上面に設置されたＮ型層と、前記Ｎ型層の上面に設置された電極層と、を備える薄膜太陽電池であって、
前記Ｉ型吸収層のエネルギーギャップが１.８ｅＶより小さい値であり、前記Ｉ型吸収層のエネルギーギャップが前記Ｉ型アモルファスシリコン層より小さいことにより、吸収層全体の光吸収度を増加させて前記薄膜太陽電池の電流を向上させるとともに、前記Ｉ型吸収層の厚さが前記Ｉ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より大きい値であることを特徴とする、薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記Ｉ型吸収層の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウムを含むことを特徴とする、請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記Ｐ型層と前記Ｉ型アモルファスシリコン層との間に設置された界面層をさらに備え、かつ前記界面層の厚さが前記Ｉ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値であ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４】
前記界面層の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さいことを特徴とする、請求項３に記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
前記Ｎ型層の上面に、微結晶シリコン光起電力構造が設置されてい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】
前記Ｎ型層の上面に、アモルファスシリコン光起電力構造及び微結晶シリコン光起電力構造が順次に設置されてい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７】
基板と、前記基板の上面に設置されたＰ型層と、前記Ｐ型層の上面に設置された第１の界面層と、前記第１の界面層の上面に設置されたＩ型アモルファスシリコン層と、前記Ｉ型アモルファスシリコン層の上面に設置されたＮ型層と、前記Ｎ型層の上面に設置された電極層と、を備える薄膜太陽電池であって、
前記第１の界面層は、前記Ｉ型アモルファスシリコン層の界面薄膜品質を改善することにより、前記薄膜太陽電池の曲線因子を向上させ、前記第１の界面層の厚さが前記Ｉ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値であり、かつ前記第１の界面層の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さいことを特徴とする、薄膜太陽電池。
【請求項８】
前記Ｉ型アモルファスシリコン層の上面に設置された第２の界面層をさらに備え、かつ前記第２の界面層の厚さが前記Ｉ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値であることを特徴とする、請求項７に記載の薄膜太陽電池。
【請求項９】
前記第１の界面層及び前記第２の界面層の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウムを含むことを特徴とする、請求項８に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１０】
前記第２の界面層の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さいことを特徴とする、請求項８に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１１】
前記Ｎ型層の上面に、微結晶シリコン光起電力構造が設置されていることを特徴とする、請求項７に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１２】
前記Ｎ型層の上面に、アモルファスシリコン光起電力構造及び微結晶シリコン光起電力構造が順次に設置されていることを特徴とする、請求項７に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１３】
基板と、前記基板の上面に設置されたＰ型層と、前記Ｐ型層の上面に設置されたＩ型アモルファスシリコン層と、前記Ｉ型アモルファスシリコン層の上面に設置された第１の界面層と、前記第１の界面層の上面に設置されたＮ型層と、前記Ｎ型層の上面に設置された電極層と、を備える薄膜太陽電池であって、
前記第１の界面層は、前記Ｉ型アモルファスシリコン層の界面薄膜品質を改善することにより、前記薄膜太陽電池の曲線因子を向上させ、前記第１の界面層の厚さが前記Ｉ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値であり、かつ前記第１の界面層の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さいことを特徴とする、薄膜太陽電池。
【請求項１４】
前記Ｐ型層の上面に設置された第２の界面層をさらに備え、かつ前記第２の界面層の厚さが前記Ｉ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値であることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１５】
前記第１の界面層及び前記第２の界面層の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウムを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１６】
前記第２の界面層の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さいことを特徴とする、請求項１４に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１７】
前記Ｎ型層の上面に、微結晶シリコン光起電力構造が設置されていることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１８】
前記Ｎ型層の上面に、アモルファスシリコン光起電力構造及び微結晶シリコン光起電力構造が順次に設置されていることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１９】
基板を提供するステップと、Ｐ型層を前記基板の上面に設置するステップと、Ｉ型アモルファスシリコン層を前記Ｐ型層の上面に設置するステップと、Ｎ型層を前記Ｉ型アモルファスシリコン層の上面に設置するステップと、電極層を前記Ｎ型層の上面に設置するステップと、を含む薄膜太陽電池の製造方法であって、
Ｉ型吸収層または界面層を前記Ｉ型アモルファスシリコン層と前記Ｎ型層との間にさらに設置し、または、別の前記界面層を前記Ｐ型層と前記Ｉ型アモルファスシリコン層との間に設置し、前記Ｉ型吸収層のエネルギーギャップが１.８ｅＶより小さい値であり、かつ前記界面層の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さいことを特徴とする、薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記Ｉ型吸収層及び前記界面層の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウムを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２１】
前記Ｉ型吸収層の厚さが前記Ｉ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より大きい値であり、かつ前記界面層の厚さが前記Ｉ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値であることを特徴とする、請求項１９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２２】
微結晶シリコン光起電力構造を前記Ｎ型層の上面に設置するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２３】
アモルファスシリコン光起電力構造及び微結晶シリコン光起電力構造を前記Ｎ型層の上面に順次に設置するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１９に記載の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、薄膜太陽電池に関し、特に、薄膜太陽電池全体の電流を向上でき、及び界面薄膜品質を改善することにより、薄膜太陽電池の曲線因子を向上させる、薄膜太陽電池及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護課題と資源枯渇問題の深刻さに対する理解が深まるにつれて、再生可能エネルギーとグリーンエネルギーの開発を促進することは、全世界で共通に追求されてきた趨勢である。注目すべきことは、太陽エネルギーとは、いくら使用しても無尽蔵な天然資源であり、エネルギー枯渇問題がない上、資源が均一に配給される利点を有する。また、太陽電池は、環境汚染のない、高安全性、使用寿命が長い等の特性を有することから、太陽エネルギー光電産業に対する市場の関心が益々高まっている。
【０００３】
現在、一般によく使われている太陽電池は、シリコン太陽電池と薄膜太陽電池を含み、そのうち、薄膜太陽電池は、コストが低い、厚さが薄い、及び電気エネルギーの電力損失が少ない等の種々の利点を有しているものの、現在の薄膜太陽電池は、変換効率が低いという問題が常にあった。それ故に、半導体の素材構造を変更したり、逐次堆積したりすることによって、薄膜太陽電池の変換効率を向上させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の薄膜太陽電池は、主に、基板と、Ｐ−Ｉ−Ｎ半導体層とから構成される。半導体層は、Ｐ型層、Ｉ型層及びＮ型層から構成され、しかもＰ型層、Ｉ型層、Ｎ型層の順序に従い、スパッタ法または化学蒸着法で基板に形成するものである。しかしながら、薄膜太陽電池の発展は、今に至るまで、技術面では成熟化されつつあるが、曲線因子と電流との向上については、依然として多くの改良すべきところがあった。よって、上記問題を改善するために、薄膜太陽電池に対してさらなる改良を行い、光電変換効率を高める必要がある。
【０００５】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、従来技術における曲線因子と電流とが低いという問題を解決できる、薄膜太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つ目的は、基板と、Ｐ型層と、Ｉ型アモルファスシリコン層と、Ｉ型吸収層と、Ｎ型層と、電極層と、を備える薄膜太陽電池を提供することにある。Ｐ型層は、基板の上面に設置されてもよい。Ｉ型アモルファスシリコン層は、Ｐ型層の上面に設置されてもよい。Ｉ型吸収層は、Ｉ型アモルファスシリコン層の上面に設置されてもよい。Ｎ型層は、Ｉ型吸収層の上面に設置されてもよい。電極層は、Ｎ型層の上面に設置されてもよい。そのうち、Ｉ型吸収層のエネルギーギャップが１.８ｅＶより小さい値であり、Ｉ型吸収層のエネルギーギャップがＩ型アモルファスシリコン層より小さいことにより、吸収層全体の光吸収度を増加させて薄膜太陽電池の電流を向上させるとともに、Ｉ型吸収層の厚さがＩ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より大きい値であってもよい。
【０００７】
より好ましいのは、Ｉ型吸収層の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウムを含んでもよい。
【０００８】
より好ましいのは、本発明は、Ｐ型層とＩ型アモルファスシリコン層との間に設置された界面層をさらに備えてもよく、かつ界面層の厚さがＩ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値である。
【０００９】
より好ましいのは、界面層の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さい。
【００１０】
より好ましいのは、Ｎ型層の上面に、微結晶シリコン光起電力構造が設置されている。
【００１１】
より好ましいのは、Ｎ型層の上面に、アモルファスシリコン光起電力構造及び微結晶シリコン光起電力構造が順次に設置されている。
【００１２】
本発明のもう一つの目的は、基板と、Ｐ型層と、第１の界面層と、Ｉ型アモルファスシリコン層と、Ｎ型層と、電極層と、を備える薄膜太陽電池を提供することにある。Ｐ型層は、前記基板の上面に設置されてもよい。第１の界面層は、Ｐ型層の上面に設置されてもよい。Ｉ型アモルファスシリコン層は、第１の界面層の上面に設置されてもよい。Ｎ型層は、Ｉ型アモルファスシリコン層の上面に設置されてもよい。電極層は、Ｎ型層の上面に設置されてもよい。そのうち、第１の界面層は、Ｉ型アモルファスシリコン層の界面薄膜品質を改善することにより、薄膜太陽電池の曲線因子を向上させ、第１の界面層の厚さがＩ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値であり、かつ第１の界面層の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さい。
【００１３】
より好ましいのは、本発明は、Ｉ型アモルファスシリコン層の上面に設置された第２の界面層をさらに備えてもよく、かつ第２の界面層の厚さがＩ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値である。
【００１４】
より好ましいのは、第１の界面層及び第２の界面層の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウムを含んでもよい。
【００１５】
より好ましいのは、第２の界面層の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さい。
【００１６】
より好ましいのは、Ｎ型層の上面に、微結晶シリコン光起電力構造が設置されている。
【００１７】
より好ましいのは、Ｎ型層の上面に、アモルファスシリコン光起電力構造及び微結晶シリコン光起電力構造が順次に設置されている。
【００１８】
本発明のさらにもう一つの目的は、基板と、Ｐ型層と、Ｉ型アモルファスシリコン層と、第１の界面層と、Ｎ型層と、電極層と、を備える薄膜太陽電池を提供することにある。Ｐ型層は、基板の上面に設置されてもよい。Ｉ型アモルファスシリコン層は、Ｐ型層の上面に設置されてもよい。第１の界面層は、Ｉ型アモルファスシリコン層の上面に設置されてもよい。Ｎ型層は、第１の界面層の上面に設置されてもよい。電極層は、Ｎ型層の上面に設置されてもよい。そのうち、第１の界面層は、Ｉ型アモルファスシリコン層の界面薄膜品質を改善することにより、薄膜太陽電池の曲線因子を向上させ、第１の界面層の厚さがＩ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値であり、かつ第１の界面層の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さい。
【００１９】
より好ましいのは、本発明は、Ｐ型層の上面に設置された第２の界面層をさらに備えてもよく、かつ第２の界面層の厚さがＩ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値である。
【００２０】
より好ましいのは、第１の界面層及び第２の界面層の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウムを含んでもよい。
【００２１】
より好ましいのは、第２の界面層の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さい。
【００２２】
より好ましいのは、Ｎ型層の上面に、微結晶シリコン光起電力構造が設置されている。
【００２３】
より好ましいのは、Ｎ型層の上面に、アモルファスシリコン光起電力構造及び微結晶シリコン光起電力構造が順次に設置されている。
【００２４】
また、本発明は、薄膜太陽電池の製造方法をさらに提供し、その方法は、下記のステップを含む。基板を提供するステップ、Ｐ型層を基板の上面に設置するステップ、Ｉ型アモルファスシリコン層をＰ型層の上面に設置するステップ、Ｎ型層をＩ型アモルファスシリコン層の上面に設置するステップ、電極層をＮ型層の上面に設置するステップ。そのうち、Ｉ型吸収層または界面層をＩ型アモルファスシリコン層とＮ型層との間にさらに設置し、または、別の界面層をＰ型層とＩ型アモルファスシリコン層との間に設置し、Ｉ型吸収層のエネルギーギャップが１.８ｅＶより小さい値であり、かつ界面層の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さい。
【００２５】
より好ましいのは、Ｉ型吸収層及び界面層の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウムを含んでもよい。
【００２６】
より好ましいのは、Ｉ型吸収層の厚さがＩ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より大きい値であり、かつ界面層の厚さがＩ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値である。
【００２７】
より好ましいのは、本方法は、微結晶シリコン光起電力構造をＮ型層の上面に設置するステップをさらに含む。
【００２８】
より好ましいのは、本方法は、アモルファスシリコン光起電力構造及び微結晶シリコン光起電力構造をＮ型層の上面に順次に設置するステップをさらに含む。
【発明の効果】
【００２９】
上記説明したとおり、本発明に係る薄膜太陽電池及びその製造方法は、以下に示す１つまたは複数の長所を有する。
【００３０】
（１）この薄膜太陽電池は、Ｉ型吸収層をＩ型アモルファスシリコン層の上面に増設することにより、Ｉ型吸収層のエネルギーギャップがより小さいため、より大きい波長範囲の光を吸収することができ、またＩ型吸収層のエネルギーギャップがＩ型アモルファスシリコン層のエネルギーギャップより小さい値であるという特性を利用して吸収層全体の光吸収度を向上させ、薄膜太陽電池の電流を向上させることができる。
【００３１】
（２）この薄膜太陽電池は、第１の界面層をＩ型アモルファスシリコン層の上面または下面に増設することができるとともに、第２の界面層をＩ型アモルファスシリコン層の上面または下面に増設することができる。なお、第１の界面層及び第２の界面層を利用してＩ型アモルファスシリコン層の界面薄膜品質を改善することにより、薄膜太陽電池の曲線因子を向上させ、薄膜太陽電池の効率を増加させることができる。
【００３２】
本発明をより完全に理解するために、その技術特徴及び達成できる作用効果については、好適な実施例の詳細な説明と併せて後述する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の薄膜太陽電池の第１の実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の薄膜太陽電池の製造方法の第１の実施例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の薄膜太陽電池の第１の実施例の第１の態様を示す概略図である。
【図４】本発明の薄膜太陽電池の第１の実施例の第２の態様を示す概略図である。
【図５】本発明の薄膜太陽電池の第１の実施例の電流比較図である。
【図６】本発明の薄膜太陽電池の第２の実施例を示す概略図である。
【図７】本発明の薄膜太陽電池の製造方法の第２の実施例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の薄膜太陽電池の第２の実施例の第１の態様を示す概略図である。
【図９】本発明の薄膜太陽電池の第２の実施例の第２の態様を示す概略図である。
【図１０】本発明の薄膜太陽電池の第２の実施例の各種の電気特性比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明をより完全に理解するために、本発明の発明特徴、内容と長所及びそれが達成できる作用効果については、添付図面を参照して、実施例の表現形式で以下のように詳細に説明される。なお、図示された図面は、単に例示または明細書内容を補助する目的としたものであって、本発明の実施後の原寸に比例したものや精確に配置したものには何ら拘束されない。よって、図示された図面は、添付図面の比例と配置関係で解釈されてはならず、本発明を実際に実施する権利範囲に制限することを意図したものではないことについて先に説明しておきたい。
【００３５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の薄膜太陽電池及びその製造方法の実施例について説明する。なお、説明理解の容易性を考慮し、下記実施例の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。
【実施例１】
【００３６】
図１は、本発明の薄膜太陽電池の第１の実施例を示す概略図である。図１において、薄膜太陽電池１は、基板１１０と、Ｐ型層１２０と、Ｉ型アモルファスシリコン層１３０と、Ｉ型吸収層１４０と、Ｎ型層１５０と、電極層１６０と、を備える。基板１１０の素材は、ガラス、プラスチックやアクリル等の透明導電板材であってもよい。ただし、その限りではない。Ｐ型層１２０は、基板１１０の上面に設置される。Ｉ型アモルファスシリコン層１３０は、Ｐ型層１２０の上面に設置される。Ｉ型吸収層１４０は、Ｉ型アモルファスシリコン層１３０の上面に設置される。Ｉ型吸収層１４０の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウム等を含んでもよい。ただし、その限りではなく、エネルギーギャップが１.８ｅＶより小さい値を有する素材であれば適宜使用することができる。Ｎ型層１５０は、Ｉ型吸収層１４０の上面に設置される。電極層１６０は、Ｎ型層１５０の上面に設置される。そのうち、Ｉ型吸収層１４０の厚さがＩ型アモルファスシリコン層１３０の厚さの２０％より大きい値であってもよい。
【００３７】
本実施例において、薄膜太陽電池１は、素材のエネルギーギャップが小さくなると、光吸収波長範囲が大きくなる特性を利用して光吸収度を向上させる。Ｉ型アモルファスシリコン層１３０のエネルギーギャップが１.８ｅＶで、その光吸収の遮断波長が約８００ｎｍであるため、エネルギーギャップが１.８ｅＶより小さい値を有する一層のＩ型吸収層を薄膜太陽電池１中に増設すれば、薄膜太陽電池１の光吸収範囲を増加することができ、その光吸収の遮断波長は８００ｎｍより大きくなる。これにより、薄膜太陽電池１全体の電流を向上させることができる。
【００３８】
特に、本実施例は、Ｐ型層１２０とＩ型アモルファスシリコン層１３０との間に一層の界面層（図示しない）をさらに増設してもよく、この界面層の厚さがＩ型アモルファスシリコン層１３０の厚さの２０％より小さい値であってもよく、またその光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さい。界面層の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウム等であってもよい。ただし、その限りではない。界面層を増設することにより、Ｉ型アモルファスシリコン層１３０の薄膜品質を改善できるので、薄膜太陽電池１の曲線因子を向上させることができる。
【００３９】
図２は、本発明の薄膜太陽電池の製造方法の第１の実施例を示すフローチャートである。図２において、本実施例の薄膜太陽電池の製造方法のフローチャートのステップＳ１１は、基板を提供するステップである。基板は、ガラス、プラスチックやアクリル等の透明導電板材であってもよい。ただし、その限りではない。次に、ステップＳ１２は、Ｐ型層を基板の上面に設置するステップである。また、ステップＳ１３は、Ｉ型アモルファスシリコン層をＰ型層の上面に設置するステップである。続いて、ステップＳ１４は、Ｉ型吸収層をＩ型アモルファスシリコン層の上面に設置するステップである。Ｉ型吸収層の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウム等を含んでもよい。ただし、その限りではなく、エネルギーギャップが１.８ｅＶより小さい値を有する素材であれば適宜使用することができる。その後、ステップＳ１５は、Ｎ型層をＩ型吸収層の上面に設置するステップである。最後に、ステップＳ１６は、電極層をＮ型層の上面に設置するステップである。電極層の素材は、透明導電膜または導電性を有する金属から構成される。そのうち、Ｉ型吸収層の厚さがＩ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より大きい値であってもよい。
【００４０】
図３は、本発明の薄膜太陽電池の第１の実施例の第１の態様を示す概略図である。図３において、薄膜太陽電池２は、基板２１０と、Ｐ型層２２０と、界面層２３０と、Ｉ型アモルファスシリコン層２４０と、Ｉ型吸収層２５０と、Ｎ型層２６０と、微結晶シリコン光起電力構造２７０と、電極層２８０と、を備える。基板２１０は、ガラス、プラスチックやアクリル等からなる透明導電板材であってもよい。ただし、その限りではない。Ｐ型層２２０は、基板２１０の上面に設置される。界面層２３０は、Ｐ型層２２０の上面に設置され、また界面層２３０の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さい。Ｉ型アモルファスシリコン層２４０は、界面層２３０の上面に設置される。Ｉ型吸収層２５０は、Ｉ型アモルファスシリコン層２４０の上面に設置され、かつＩ型吸収層２５０の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウム等を含んでもよい。ただし、その限りではなく、エネルギーギャップが１.８ｅＶより小さい値を有する素材であれば適宜使用することができる。Ｎ型層２６０は、Ｉ型吸収層２５０の上面に設置される。微結晶シリコン光起電力構造２７０は、Ｎ型層２６０の上面に設置される。電極層２８０は、微結晶シリコン光起電力構造２７０の上面に設置される。電極層２８０は、透明導電膜または導電性を有する金属から構成される。そのうち、界面層２３０の厚さがＩ型アモルファスシリコン層２４０の厚さの２０％より小さい値であり、かつＩ型吸収層２５０の厚さがＩ型アモルファスシリコン層２４０の厚さの２０％より大きい値である。
【００４１】
図４は、本発明の薄膜太陽電池の第１の実施例の第２の態様を示す概略図である。図４において、薄膜太陽電池３は、基板３１０と、Ｐ型層３２０と、界面層３３０と、Ｉ型アモルファスシリコン層３４０と、Ｉ型吸収層３５０と、Ｎ型層３６０と、アモルファスシリコン光起電力構造３７０と、微結晶シリコン光起電力構造３８０と、電極層３９０と、を備える。基板３１０は、ガラス、プラスチックやアクリル等からなる透明導電板材であってもよい。ただし、その限りではない。Ｐ型層３２０は、基板３１０の上面に設置される。界面層３３０は、Ｐ型層３２０の上面に設置され、また界面層３３０の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さい。Ｉ型アモルファスシリコン層３４０は、界面層３３０の上面に設置される。Ｉ型吸収層３５０は、Ｉ型アモルファスシリコン層３４０の上面に設置され、かつＩ型吸収層３５０の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウム等を含んでもよい。ただし、その限りではなく、エネルギーギャップが１.８ｅＶより小さい値を有する素材であれば適宜使用することができる。Ｎ型層３６０は、Ｉ型吸収層３５０の上面に設置される。アモルファスシリコン光起電力構造３７０は、Ｎ型層３６０の上面に設置される。微結晶シリコン光起電力構造３８０は、アモルファスシリコン光起電力構造３７０の上面に設置される。電極層３９０は、微結晶シリコン光起電力構造３８０の上面に設置される。電極層３９０は、透明導電膜または導電性を有する金属から構成される。そのうち、界面層３３０の厚さがＩ型アモルファスシリコン層３４０の厚さの２０％より小さい値であり、かつＩ型吸収層３５０の厚さがＩ型アモルファスシリコン層３４０の厚さの２０％より大きい値である。
【００４２】
さらに詳しく説明すると、微結晶シリコン光起電力構造は、Ｐ型層と、Ｉ型微結晶シリコン層と、Ｎ型層と、を含む。アモルファスシリコン光起電力構造は、Ｐ型層と、Ｉ型アモルファスシリコン層と、Ｎ型層と、を含む。本実施例において、第１の態様及び第２の態様は、第１の実施例の薄膜太陽電池において、一個以上の光起電力構造を堆積し、第１の実施例に記載した薄膜太陽電池を基礎構造として形成された堆積式薄膜太陽電池である。これにより、薄膜太陽電池の光電変換効率を増加させることができる。このため、第１の実施例に記載した太陽電池構造を基礎構造とし、その上面に増設された光起電力構造の種類と数量は、第１の態樣と第２の態樣の記載に限定されるものではない。
【００４３】
続いて言及すると、一般的に、光電変換効率（Ｅｆｆ）を測定する時には、曲線因子（ＦＦ）、開路電圧（Ｖｏｃ）及び短絡電流密度（Ｊｓｃ）の３つの数値が参照され、これら３つの数値は、光電変換効率と正の相関を持つ。これにより、本発明の第１の実施例の薄膜太陽電池は、従来技術と比較して、本発明の第１の実施例の薄膜太陽電池は、一般的な従来の薄膜太陽電池の電流より電流が高いことが証明された。
【００４４】
図５は、本発明の薄膜太陽電池の第１の実施例の電流比較図である。図５において、従来技術の薄膜太陽電池と比較して、第１の実施例の上に微結晶シリコン光起電力構造が堆積された薄膜電池は、Ｉ型アモルファスシリコン層の厚さを３０００オングストロームに固定した場合の電流比較図を示している。そのうち、Ｉ型アモルファスシリコン層のみを有する薄膜太陽電池、Ｉ型アモルファスシリコン層の厚さが３０００オングストロームであるものをＩ型吸収層の厚さが１０００オングストロームであるものと重ね合わせてなる薄膜太陽電池、Ｉ型アモルファスシリコン層の厚さが３０００オングストロームであるものをＩ型吸収層の厚さが２０００オングストロームであるものと重ね合わせてなる薄膜太陽電池、及びＩ型アモルファスシリコン層の厚さが３０００オングストロームであるものをＩ型吸収層の厚さが３０００オングストロームであるものと重ね合わせてなる薄膜太陽電池をそれぞれ比較する。図５に示すように、Ｉ型吸収層を薄膜太陽電池中に増設する時に、頂層（ｔｏｐ  ｃｅｌｌ）電流を顕著に向上させることがわかる。これにより、Ｉ型吸収層を薄膜太陽電池中に増設することで、薄膜太陽電池の電流が確実に向上することが確認された。
【実施例２】
【００４５】
図６は、本発明の薄膜太陽電池の第２の実施例を示す概略図である。図６において、薄膜太陽電池４は、基板４１０と、Ｐ型層４２０と、第１の界面層４３０と、Ｉ型アモルファスシリコン層４４０と、第２の界面層４５０と、Ｎ型層４６０と、電極層４７０と、を備える。基板４１０は、ガラス、プラスチックやアクリル等の透明導電板材であってもよい。ただし、その限りではない。Ｐ型層４２０は、基板４１０の上面に設置される。第１の界面層４３０は、Ｐ型層４２０の上面に設置される。Ｉ型アモルファスシリコン層４４０は、第１の界面層４３０の上面に設置される。第２の界面層４５０は、Ｉ型アモルファスシリコン層４４０の上面に設置される。Ｎ型層４６０は、第２の界面層４５０の上面に設置される。電極層４７０は、Ｎ型層４６０の上面に設置される。電極層４７０は、透明導電膜または導電性を有する金属から構成される。そのうち、第１の界面層４３０及び第２の界面層４５０の厚さがＩ型アモルファスシリコン層４４０の厚さの２０％より小さい値であり、かつ第１の界面層４３０及び第２の界面層４５０の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウム等を含んでもよい。ただし、その限りではない。また、第１の界面層４３０及び第２の界面層４５０の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さい。
【００４６】
本実施例において、薄膜太陽電池４は、第１の界面層４３０及び第２の界面層４５０を薄膜太陽電池４中に増設することにより、Ｉ型アモルファスシリコン層４４０の薄膜品質を改善できるので、薄膜太陽電池４の曲線因子を向上させることができる。
【００４７】
図７は、本発明の薄膜太陽電池の製造方法の第２の実施例を示すフローチャートである。図７において、本実施例の薄膜太陽電池の製造方法のフローチャートのステップＳ２１は、基板を提供するステップである。基板は、ガラス、プラスチックやアクリル等の透明導電板材であってもよい。ただし、その限りではない。次に、ステップＳ２２は、Ｐ型層を基板の上面に設置するステップである。その後、ステップＳ２３は、第１の界面層をＰ型層の上面に設置するステップである。続いて、ステップＳ２４は、Ｉ型アモルファスシリコン層を第１の界面層の上面に設置するステップである。また、ステップＳ２５は、第２の界面層をＩ型アモルファスシリコン層の上面に設置するステップである。そのうち、第１の界面層及び第２の界面層の素材は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウム等を含んでもよい。ただし、その限りではない。なお、第１の界面層及び第２の界面層の厚さがＩ型アモルファスシリコン層の厚さの２０％より小さい値である。また、第１の界面層及び第２の界面層の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さい。続いて、ステップＳ２６は、Ｎ型層を第２の界面層の上面に設置するステップである。最後に、ステップＳ２７は、電極層をＮ型層の上面に設置するステップである。電極層は、透明導電膜または導電性を有する金属から構成される。
【００４８】
図８は、本発明の薄膜太陽電池の第２の実施例の第１の態様を示す概略図である。図８において、薄膜太陽電池５は、基板５１０と、Ｐ型層５２０と、第１の界面層５３０と、Ｉ型アモルファスシリコン層５４０と、第２の界面層５５０と、Ｎ型層５６０と、微結晶シリコン光起電力構造５７０と、電極層５８０と、を備える。基板５１０は、ガラス、プラスチックやアクリル等からなる透明導電板材であってもよい。ただし、その限りではない。Ｐ型層５２０は、基板５１０の上面に設置される。第１の界面層５３０は、Ｐ型層５２０の上面に設置される。Ｉ型アモルファスシリコン層５４０は、第１の界面層５３０の上面に設置される。第２の界面層５５０は、Ｉ型アモルファスシリコン層５４０の上面に設置される。Ｎ型層５６０は、第２の界面層５５０の上面に設置される。微結晶シリコン光起電力構造５７０は、Ｎ型層５６０の上面に設置される。電極層５８０は、微結晶シリコン光起電力構造５７０の上面に設置される。電極層５８０は、透明導電膜または導電性を有する金属から構成される。そのうち、第１の界面層５３０及び第２の界面層５５０は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウム等を含んでもよい。ただし、その限りではない。なお、第１の界面層５３０及び第２の界面層５５０の厚さがＩ型アモルファスシリコン層５４０の厚さの２０％より小さい値である。また、第１の界面層５３０及び第２の界面層５５０の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さい。
【００４９】
図９は、本発明の薄膜太陽電池の第２の実施例の第２の態様を示す概略図である。図９において、薄膜太陽電池６は、基板６１０と、Ｐ型層６２０と、第１の界面層６３０と、Ｉ型アモルファスシリコン層６４０と、第２の界面層６５０と、Ｎ型層６６０と、アモルファスシリコン光起電力構造６７０と、微結晶シリコン光起電力構造６８０と、電極層６９０と、を備える。基板６１０は、ガラス、プラスチックやアクリル等からなる透明導電板材であってもよい。ただし、その限りではない。Ｐ型層６２０は、基板６１０の上面に設置される。第１の界面層６３０は、Ｐ型層６２０の上面に設置される。Ｉ型アモルファスシリコン層６４０は、第１の界面層６３０の上面に設置される。第２の界面層６５０は、Ｉ型アモルファスシリコン層６４０の上面に設置される。Ｎ型層６６０は、第２の界面層６５０の上面に設置される。アモルファスシリコン光起電力構造６７０は、Ｎ型層６６０の上面に設置される。微結晶シリコン光起電力構造６８０は、アモルファスシリコン光起電力構造６７０の上面に設置される。電極層６９０は、微結晶シリコン光起電力構造６８０の上面に設置される。電極層６９０は、透明導電膜または導電性を有する金属から構成される。そのうち、第１の界面層６３０及び第２の界面層６５０は、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウム等を含んでもよい。ただし、その限りではない。なお、第１の界面層６３０及び第２の界面層６５０の厚さがＩ型アモルファスシリコン層６４０の厚さの２０％より小さい値である。また、第１の界面層６３０及び第２の界面層６５０の光電導度が１０−４（Ωｃｍ）−１より大きく、かつ暗電導度が１０−１１（Ωｃｍ）−１より小さい。
【００５０】
さらに詳しく説明すると、微結晶シリコン光起電力構造は、Ｐ型層と、Ｉ型微結晶シリコン層と、Ｎ型層と、を含む。アモルファスシリコン光起電力構造は、Ｐ型層と、Ｉ型アモルファスシリコン層と、Ｎ型層と、を含む。本実施例において、第１の態様及び第２の態様は、第２の実施例の薄膜太陽電池において、一個以上の光起電力構造を堆積し、第２の実施例に記載した薄膜太陽電池を基礎構造として形成された堆積式薄膜太陽電池である。これにより、薄膜太陽電池の光電変換効率を増加させることができる。このため、第２の実施例に記載した太陽電池構造を基礎構造とし、その上面に増設された光起電力構造の種類と数量は、第１の態樣と第２の態樣の記載に限定されるものではない。
【００５１】
続いて言及すると、一般的に、光電変換効率（Ｅｆｆ）を測定する時には、曲線因子（ＦＦ）、開路電圧（Ｖｏｃ）及び短絡電流密度（Ｊｓｃ）の３つの数値が参照され、これら３つの数値は、光電変換効率と正の相関を持つ。これにより、図１０を参照して、本発明の第２の実施例の薄膜太陽電池は、従来技術と比較して、本発明の第２の実施例の薄膜太陽電池は、一般的な従来の薄膜太陽電池の曲線因子より曲線因子が高いことが証明された。
【００５２】
図１０は、本発明の薄膜太陽電池の第２の実施例の各種の電気特性比較図である。図１０において、本発明の二層の界面層が増設された薄膜太陽電池と従来技術の薄膜太陽電池とを比較した光電変換効率、電流、開路電圧及び曲線因子を示している。そのうち、電流比較図中の数値は、頂層（ｔｏｐ  ｃｅｌｌ）電流と底層（ｂｏｔｔｏｍ  ｃｅｌｌ）電流の絶対値の差である。図１０に示すように、従来の薄膜太陽電池の電流の絶対値の差が０.２４ｍＡ／ｃｍ２であり、これに対して、本発明の第２の実施例の薄膜太陽電池の電流の絶対値の差が０.２８ｍＡ／ｃｍ２である。また、従来の薄膜太陽電池の曲線因子の数値が０.７２７であり、これに対して、本発明の第２の実施例の薄膜太陽電池の曲線因子の数値が０.７５０である。一般的に言うと、頂層電流と底層電流の差が大きくない場合であれば、曲線因子はこのような大きい差が生じないはずである。このことから、曲線因子の向上は、電流整合の影響によって引き起こされるのではなく、むしろ界面層の改善から生じると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
上記を総合すると、本発明の薄膜太陽電池及びその製造方法は、従来の薄膜太陽電池において、エネルギーギャップが１.８ｅＶより小さい値を有する一層のＩ型吸収層をＩ型アモルファスシリコン層の上面に増設し、Ｉ型吸収層のエネルギーギャップがＩ型アモルファスシリコン層より低いという特徴を有することにより、薄膜太陽電池の光吸収度を向上させ、薄膜太陽電池全体の電流を増加させることができる。また、界面層をＩ型アモルファスシリコン層の上面と下面にさらに増設し、界面層を利用してＩ型アモルファスシリコン層の界面薄膜品質を改善することにより、薄膜太陽電池の曲線因子を向上させることができる。
【００５４】
以上は実施態様の列挙であり、本発明になんらの制限を加えるものではない。本発明の精神と範囲を逸脱しない限り、その等効果修正又は変更は、なお、本明細書特許請求の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５５】
１、２、３、４、５、６：薄膜太陽電池
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０：基板
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０：Ｐ型層
１３０、２４０、３４０、４４０、５４０、６４０：Ｉ型アモルファスシリコン層
１４０、２５０、３５０：Ｉ型吸収層
１５０、２６０、３６０、４６０、５６０、６６０：Ｎ型層
１６０、２８０、３９０、４７０、５８０、６９０：電極層
２３０、３３０：界面層
２７０、３８０、５７０、６８０：微結晶シリコン光起電力構造
３７０、６７０：アモルファスシリコン光起電力構造
４３０、５３０、６３０：第１の界面層
４５０、５５０、６５０：第２の界面層
Ｓ１１〜Ｓ１６、Ｓ２１〜Ｓ２７：工程ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014003275.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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