(57)【要約】【課題】発電効率を向上させつつ、発生したキャリアをより多く取り出すことができる太陽電池を提供する。【解決手段】太陽電池１００は、受光面電極層２と、受光面電極層２上に積層された光電変換部と、光電変換部上に積層された裏面電極層５と、を備え、受光面電極層２側から一導電型半導体層４１と、真性半導体層４２と、逆導電型半導体層４３とを順次積層して形成した光電変換セル４を有し、逆導電型半導体層４３は、逆導電型の非晶質シリコン層４３ａ、酸化シリコン層４３ｂ、逆導電型のシリコン層４３ｃが順次積層されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面電極層と、
前記受光面電極層上に積層された光電変換部と、
前記光電変換部上に積層された裏面電極層と、
を備え、
前記光電変換部は、前記受光面電極層側から一導電型半導体層と、真性半導体層と、逆導電型半導体層とを順次積層して形成した光電変換セルを有し、
前記逆導電型半導体層は、逆導電型の非晶質シリコン層、酸化シリコン層、逆導電型のシリコン層が順次積層されていることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
受光面電極層と、
前記受光面電極層上に積層された光電変換部と、
前記光電変換部上に積層された裏面電極層と、
を備え、
前記光電変換部は、前記受光面電極層側から一導電型半導体層と、真性半導体層と、逆導電型半導体層とを順次積層して形成した光電変換セルを有し、
前記逆導電型半導体層は、逆導電型の非晶質シリコン層と逆導電型の酸化シリコン層が順次積層されていることを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
前記真性半導体層は、非晶質シリコン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】
前記光電変換部は、複数の光電変換セルを備え、
前記複数の光電変換セルのうち、前記裏面電極層に隣接する光電変換セルは、前記受光面電極層側から一導電型半導体層と、真性半導体層と、逆導電型半導体層とを順次積層したものであって、
前記逆導電型半導体層は、逆導電型の非晶質シリコン層、酸化シリコン層、逆導電型のシリコン層が順次積層さ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５】
前記光電変換部は、複数の光電変換セルを備え、
前記複数の光電変換セルのうち、前記裏面電極層に隣接する光電変換セルは、前記受光面電極層側から一導電型半導体層と、真性半導体層と、逆導電型半導体層とを順次積層したものであって、
前記逆導電型半導体層は、逆導電型の非晶質シリコン層と逆導電型の酸化シリコン層が順次積層されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記真性半導体層は、微結晶シリコンであることを特徴とする請求項４または５に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記酸化シリコン層は、結晶化率が２以上であることを特徴とする請求項２または５に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記酸化シリコン層は、膜厚が５〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記酸化シリコン層は、５５０ｎｍの波長の光に対する屈折率が２．４未満であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電型層に酸化シリコン層を備える太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、クリーンで無尽蔵のエネルギー源である太陽からの光を直接電気に変換できることから、新しいエネルギー源として期待されている。
【０００３】
一般的に、太陽電池は、光入射側に設けられる透明電極層と、光入射側の反対の裏面側に設けられる裏面電極層との間に、一導電型層と、ｉ層と、他導電型層とを順次積層して形成した光電変換部を備える。この光電変換部において、太陽電池に入射した光を吸収してキャリアを生成する。
【０００４】
従来から、光電変換に寄与する光電変換セル４６の裏面側に透明電極４５ａと金属電極４５ｂからなる裏面電極層４５を設け、透明電極４５ａに光散乱機能を有するテクスチャ構造を設け、入射した光の多くを光電変換に寄与させた太陽電池６００が知られている。このようなテクスチャ構造を裏面側の透明電極４５ａに設けることにより、光入射側に設けられた光電変換セル４６で光電変換に寄与することなく透過した光の一部を反射し、再び光電変換セル４６へ入射させるため、光電変換セル４６において吸収される光の量が増加する。その結果、光電変換セル４６において生成されるキャリアが増加するため、太陽電池の発電効率が向上する。
【特許文献１】特開２００３−８０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発電効率をさらに向上させるためには、光電変換部において生成されるキャリアを増加させることとともに、光電変換セル４６の一導電型層と他導電型層との間に配置された光電変換に寄与するｉ層に生じる電界を強めることが有効である。そこで、ｉ層に生じる電界を強めるために、膜厚を厚くした一導電型層と他導電型層を設けることが行われてきた。しかしながら、光電変換セル４６のi層と裏面電極層４５の間に介在する他導電型層の膜厚を厚くすると、裏面側の透明電極４５ａにテクスチャ構造を設けても他導電型層に光の一部が吸収され、入射した光を有効に光電変換に寄与させることができないという問題が生じていた。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、発電効率を向上させた太陽電池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】
【０００７】
本発明に係る太陽電池は、受光面電極層と、受光面電極層上に積層された光電変換部と、光電変換部上に積層された裏面電極層と、を備え、光電変換部は、受光面電極層側から一導電型半導体層と、真性半導体層と、逆導電型半導体層とを順次積層して形成した光電変換セルを有し、逆導電型半導体層は、逆導電型の非晶質シリコン層、酸化シリコン層、逆導電型のシリコン層が順次積層される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、入射した光のロスを抑制しつつ、発電層に生じる電界を強めて発電効率を向上させた太陽電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
［第１実施形態］
〈太陽電池の構成〉
図面を用いて、第１実施形態に係る太陽電池１００の構成について、図１を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、第１実施形態に係る太陽電池１００の断面図である。太陽電池１００は、基板１と、受光面電極層２と、光電変換セル３および４と、裏面電極層５とを備える。
【００１２】
基板１は、透光性を有し、ガラス、プラスチック等の透光性材料により構成される。
【００１３】
受光面電極層２は、導電性および透光性を有し、基板１上に積層される。受光面電極層２としては、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、又は酸化チタン（ＴｉＯ２）などの金属酸化物を用いることができる。なお、これらの金属酸化物に、フッ素（Ｆ）、錫（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇａ）、ニオブ（Ｎｂ）などがドープされていてもよい。
【００１４】
光電変換セル３および４は、受光面電極層２と裏面電極層５との間に設けられる。
【００１５】
光電変換セル３として、受光面側電極層２上に、ｐ型層３１と、ｉ型層３２と、ｎ型層３３と、が基板１側から順に積層されたｐｉｎ接合が形成される。ｐ型層３１は、ボロン（Ｂ）等のｐ型ドーパントがドープされたｐ型の非晶質シリコンが用いられる。ｉ型層３２は、真性非晶質シリコンが用いられ、光電変換に寄与する発電層とする。ｎ型層３３は、リン（Ｐ）等のｎ型ドーパントがドープされたｎ型の非晶質シリコンが用いられる。
【００１６】
そして、光電変換セル４として、ｎ型層３３上に、ｐ型層４１と、ｉ型層４２と、ｎ型層４３と、が基板１側から順に積層されたｐｉｎ接合が構成される。
【００１７】
ｐ型層４１は、ボロン（Ｂ）等のｐ型ドーパントがドープされたｐ型微結晶シリコンが用いられる。ｐ型層４１として、微結晶シリコンを用いることにより、非晶質シリコンを用いた場合に比べ、ドーパントの活性化率を高めることができ、強い電界を生じさせることができる。ｉ型層４２は、真性微結晶シリコンが用いられ、光電変換に寄与する発電層とする。ｎ型層４３は、基板１側から非晶質シリコン層４３ａと、酸化シリコン層４３ｂと、シリコン層４３ｃと、が基板１側から順に積層された構造を有する。
【００１８】
非晶質シリコン層４３ａは、リン（Ｐ）等のｎ型ドーパントがドープされたｎ型の非晶質シリコンが用いられ、膜厚が５〜３０ｎｍ程度、好ましくは５〜１５ｎｍとなるようにして、ｉ型層４２上に設けられる。
【００１９】
酸化シリコン層４３ｂは、リン（Ｐ）等のｎ型ドーパントがドープされた酸化シリコンが用いられ、膜厚が５〜１５０ｎｍ程度、好ましくは５〜３０ｎｍとなるようにして、非晶質シリコン層４３ａ上に設けられる。酸化シリコン層４３ｂは、５５０ｎｍの波長に対して２．４以下の屈折率を有するものが用いられる。
【００２０】
シリコン層４３ｃは、リン（Ｐ）等のｎ型ドーパントがドープされたｎ型のシリコンが用いられ、酸化シリコン層４３ｂ上に設けられる。本実施形態では、シリコン層４３ｃとして微結晶シリコンが用いる。シリコン層４３ｃ上に、裏面電極層５として酸化亜鉛からなる層を形成する場合にあっては、特にシリコン層４３ｃを微結晶シリコンとすることが好ましい。シリコン層４３ｃの膜厚は、非晶質シリコン層４３ａと、シリコン層４３ｃとの膜厚の合計が２０ｎｍ以上となるようにすることが好ましい。
【００２１】
裏面電極層５は、導電性を有する一または複数の層からなる。裏面電極層５としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、銀（Ａｇ）などを用いることができ、本実施形態では、裏面電極層５が、酸化亜鉛を含む層と、銀を含む層と、を光電変換セル４側から順に積層した構成とした。しかし、これに限るものではなく、裏面電極層５は、銀を含む層のみを有していてもよい。
【００２２】
〈作用および効果〉
第１実施形態に係る太陽電池１００によれば、ｎ型層４３が、非晶質シリコン層４３ａと、酸化シリコン層４３ｂと、シリコン層４３ｃと、を順次積層して構成される。以下に、本願発明の構成による効果を詳説する。
【００２３】
（１）第１実施形態に係る太陽電池１００では、ｉ型層４２上に、非晶質シリコン層４３ａと、屈折率が２．４以下の酸化シリコンからなる酸化シリコン層４３ｂとが順次積層され、構成される。これにより、シリコンからなる非晶質シリコン層４３ａは、酸化シリコン層４３ｂに比べて屈折率が高いため、受光面側から非晶質シリコン層４３と酸化シリコン層４３ｂの界面に光が入射したとき、非晶質シリコン層４３ａ側に光を反射させることができる。特に、５５０ｎｍの波長の光に対する酸化シリコン層４３ｂの屈折率を２．４未満とすることにより、４．３程度の屈折率を有するシリコンとの界面における反射率を８％以上とすることができる。このように、ｎ型層４３での光の吸収を少なくし、且つ非晶質シリコン層４３ａと酸化シリコン層４３ｂの界面で光を反射して再度i型層４２に光を入射させ、より多くの光を光電変換に寄与させることにより、短絡電流（Ｉｓｃ）が向上して発電効率を高くすることができる。
【００２４】
また、i型層４２に入射する光を多くすることによって、実質的にi型層４２の厚さを厚くしたときと同様の効果を得ることができる。
【００２５】
（２）第１実施形態に係る太陽電池１００では、ｎ型層４３としてｉ型層４２上に積層された非晶質シリコン層４３ａと別体のシリコン層４３ｃを設ける。これにより、非晶質シリコン層４３ａでの光の吸収を少なくしつつ、非晶質シリコン層４３ａに加えてシリコン層４３ｃがｐ型層４１と作用することによってｉ型層４２に生じる電界を強めることができるため、開放電圧（Ｖｏｃ）と曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の向上を図ることができる。
【００２６】
（３）第１実施形態に係る太陽電池１００では、シリコン層４３ｃとして、微結晶シリコンが用いられる。これにより、以下の効果が得られる。
【００２７】
（ａ）非晶質シリコンを用いた場合に比べ、微結晶シリコンを用いた方がドーパントの活性化率を高めることができ、強い電界を生じさせることができる。この結果、ｐ型層４１との間に十分な電界を生じさせ、ｉ型層４２においてより光起電力が生じ易くすることができる。なお、ｉ型層４２として微結晶シリコンを用いた本実施形態では、ｉ型層４２の膜厚が非晶質シリコンを用いた場合に比べて厚く、ｉ型層４２に強い電界を生じさせる必要があるため、シリコン層４３ｃとして微結晶シリコンを用いることが好適である。
【００２８】
（ｂ）シリコン層４３ｃ上に、裏面電極層５として酸化亜鉛からなる層を形成する場合にあっては、非晶質シリコンとした場合に比べ、シリコン層４３ｃを微結晶シリコンとした場合の方がコンタクト抵抗を低下させることができる。したがって、コンタクト抵抗値に起因するシリーズ抵抗値の増大による太陽電池１００の曲線因子の減少を抑制し、太陽電池１００の発電効率の向上を図ることができる。
【００２９】
（４）第１実施形態に係る太陽電池１００では、非晶質シリコン層４３ａを、ｉ型層４２と酸化シリコン層４３ｂとの間に配置し、非晶質シリコン層４３ａにより、i型層４２と酸化シリコン層４３ｂとが直接接触することを防止する。これにより、以下の効果が得られる。
【００３０】
（ａ）非晶質シリコン層４３ａが、酸化シリコンからなる酸化シリコン層４３ｂから光電変換に寄与するｉ型層４２に酸素（Ｏ）が拡散することを抑制する。この結果、ｉ型層４２に酸素が拡散して膜質が低下することに起因する発電効率の低下を抑制することができる。
【００３１】
（ｂ）真性シリコンからなるi型層４２と酸化シリコンからなる酸化シリコン層４３ｂの接触界面における高いコンタクト抵抗値に起因する太陽電池２００のシリーズ抵抗（直列抵抗）値の増大を抑制することができ、このシリーズ抵抗値の増大による太陽電池２００の曲線因子の減少を抑制し、太陽電池２００の発電効率の向上を図ることができる。
【００３２】
［第２実施形態］
〈太陽電池の構成〉
以下において、第２実施形態に係る太陽電池の構成について、図２を参照しながら説明する。
【００３３】
図２は、第２実施形態に係る太陽電池２００の断面図である。太陽電池２００は、基板１と、受光面電極層２と、光電変換セル６と、裏面電極層５とを備える。本実施形態では、単一の光電変換セル６を用いる点で第１の実施形態と異なる。以下に、第１の実施形態との差異点である単一の光電変換セル６を中心に説明する。
【００３４】
第１の実施形態同様、透光性材料により構成された基板１上に、導電性および透光性を有する受光面電極層２が積層される。
【００３５】
光電変換セル６は、ｐ型層６１と、ｉ型層６２と、ｎ型層６３と、が基板１側から順に積層されたｐｉｎ接合となるように構成され、受光面電極層２と裏面電極層５との間に設けられる。
【００３６】
ｐ型層６１は、ボロン（Ｂ）等のｐ型ドーパントがドープされたｐ型の非晶質シリコンが用いられる。ｉ型層６２は、真性の非晶質シリコンが用いられ、光電変換に寄与する発電層とする。ｎ型層６３は、非晶質シリコン層６３ａと、酸化シリコン層６３ｂと、シリコン層６３ｃと、が基板１側から順に積層され構造を有する。
【００３７】
非晶質シリコン層６３ａは、リン（Ｐ）等のｎ型ドーパントがドープされたｎ型の非晶質シリコンが用いられ、膜厚が５〜３０ｎｍ程度、好ましくは５〜１５ｎｍとなるようにして、ｉ型層６２上に設けられる。
【００３８】
酸化シリコン層６３ｂは、リン（Ｐ）等のｎ型ドーパントがドープされた酸化シリコンが用いられ、膜厚が５〜１５０ｎｍ程度、好ましくは５〜３０ｎｍとなるようにして、非晶質シリコン層６３ａ上に設けられる。酸化シリコン層６３ｂは、５５０ｎｍの波長に対して２．４以下の屈折率を有するものが用いられる。
【００３９】
シリコン層６３ｃは、リン（Ｐ）等のｎ型ドーパントがドープされたｎ型のシリコンが用いられ、酸化シリコン層６３ｂ上に設けられる。本実施形態では、シリコン層６３ｃとして非晶質シリコンが用いる。なお、シリコン層６３ｃを非晶質シリコンとする場合にあっては、膜厚を１５ｎｍ以上とすることが好ましい。また、シリコン層６３ｃの膜厚は、非晶質シリコン層６３ａと、シリコン層６３ｃとの膜厚の合計は２０ｎｍ以上となるようにすることが好ましい。
【００４０】
裏面電極層５は、第１の実施形態同様、酸化亜鉛を含む層と、銀を含む層と、を光電変換セル６側から順に積層した構成とした。
【００４１】
〈作用および効果〉
第２実施形態に係る太陽電池２００によれば、ｎ型層６３が、ｉ型層６２上に非晶質シリコン層６３ａと、酸化シリコン層６３ｂと、シリコン層６３ｃとを順次積層して構成される。以下に、本願発明の構成による効果を詳説する。
【００４２】
（１）第２実施形態に係る太陽電池２００では、ｉ型層６２上に、非晶質シリコン層６３ａと、屈折率が２．４以下の酸化シリコンからなる酸化シリコン層６３ｂとが順次積層され、構成される。これにより、シリコンからなる非晶質シリコン層６３ａは、酸化シリコン層６３ｂに比べて屈折率が高いため、受光面側から非晶質シリコン層６３ａと酸化シリコン層６３ｂの界面に光が入射したとき、非晶質シリコン層６３ａ側に光を反射させることができる。特に、５５０ｎｍの波長の光に対する酸化シリコン層６３ｂの屈折率を２．４未満とすることにより、４．３程度の屈折率を有するシリコンとの界面における反射率を８％以上とすることができる。このように、ｎ型層６３での光の吸収を少なくし、且つ非晶質シリコン層６３ａと酸化シリコン層６３ｂの界面で光を反射して再度i型層６２に光を入射させ、より多くの光を光電変換に寄与させることにより、短絡電流が向上して発電効率を高くすることができる。
【００４３】
また、i型層６２に入射する光を多くすることによって、実質的にi型層６２の厚さを厚くしたときと同様の効果を得ることができる。この結果、i型層６２が非晶質シリコンからなる場合、厚さが厚いほど問題となるi型層６２の光劣化を抑制しつつ、i型層６２において生成されるキャリアの減少を抑制することができる。
【００４４】
（２）第２実施形態に係る太陽電池２００では、ｎ型層６３としてｉ型層６２上に積層された非晶質シリコン層６３ａと別体のシリコン層６３ｃを設ける。これにより、非晶質シリコン層６３ａでの光の吸収を少なくしつつ、非晶質シリコン層６３ａに加えてシリコン層６３ｃがｐ型層６１と作用することによってｉ型層６２に生じる電界を強めることができるため、開放電圧と曲線因子の向上を図ることができる。
【００４５】
（３）第２実施形態に係る太陽電池２００では、非晶質シリコン層６３ａを、ｉ型層６２と酸化シリコン層６３ｂとの間に配置し、非晶質シリコン６３ａにより、i型層６２と酸化シリコン層６３ｂとが直接接触することを防止する。これにより、以下の効果が得られる。
【００４６】
（ａ）非晶質シリコン層６３ａが、酸化シリコンからなる酸化シリコン層６３ｂから光電変換に寄与するｉ型層６２に酸素（Ｏ）が拡散することを抑制する。この結果、ｉ型層６２に酸素が拡散して膜質が低下することに起因する発電効率の低下を抑制することができる。
【００４７】
（ｂ）真性シリコンからなるi型層６２と酸化シリコンからなる酸化シリコン層６３ｂの接触界面における高いコンタクト抵抗値に起因する太陽電池２００のシリーズ抵抗値の増大を抑制することができ、このシリーズ抵抗値の増大による太陽電池２００の曲線因子の減少を抑制し、太陽電池２００の発電効率の向上を図ることができる。
【００４８】
（４）第２実施形態に係る太陽電池２００では、シリコン層６３ｃとして、非晶質シリコンが用いられる。これにより、微結晶シリコンを用いた場合に比べて非晶質シリコンは、光の透過率が高いため、入射した光をシリコン層６３ｃで吸収することなく、裏面電極層５で反射し、再度i型層６２に光を入射させることができ、より多くの光を光電変換に寄与させることができる。
【００４９】
（５）本発明の第２実施形態に係る太陽電池２００では、シリコン層６３ｃとして、１５ｎｍ以上の膜厚を有するものが用いられる。これにより、裏面電極層５側からｉ型層６２への水分の侵入を防止しすることができるため、ｉ型層６２に不純物が拡散することに起因した光電変換効率の低下を抑制する効果を得ることができる。
【００５０】
［第３実施形態］
〈太陽電池の構成〉
図面を用いて、第３実施形態に係る太陽電池３００の構成について、図３を参照しながら説明する。
【００５１】
図３は、第３実施形態に係る太陽電池３００の断面図である。太陽電池３００は、基板１と、受光面電極層２と、光電変換セル３および７と、裏面電極層５とを備える。本実施形態では、光電変換セル４の代わりに光電変換セル７を用いる点で第１の実施形態と異なる。以下に、第１の実施形態との差異点である光電変換セル７を中心に説明する。
【００５２】
第１の実施形態同様、透光性材料により構成された基板１上に、導電性および透光性を有する受光面電極層２が積層される。
【００５３】
光電変換セル３および７は、受光面電極層２と裏面電極層５との間に設けられる。
【００５４】
光電変換セル３として、受光面側電極層２上に、ｐ型層３１と、ｉ型層３２と、ｎ型層３３と、が基板１側から順に積層されたｐｉｎ接合が形成される。ｐ型層３１は、ボロン（Ｂ）等のｐ型ドーパントがドープされたｐ型の非晶質シリコンが用いられる。ｉ型層３２は、真性非晶質シリコンが用いられ、光電変換に寄与する発電層とする。ｎ型層３３は、リン（Ｐ）等のｎ型ドーパントがドープされたｎ型の非晶質シリコンが用いられる。
【００５５】
そして、光電変換セル７として、ｎ型層３３上に、ｐ型層７１と、ｉ型層７２と、ｎ型層７３と、が基板１側から順に積層されたｐｉｎ接合が構成される。
【００５６】
ｐ型層７１は、ボロン（Ｂ）等のｐ型ドーパントがドープされたｐ型微結晶シリコンが用いられる。ｐ型層７１として、微結晶シリコンを用いることにより、非晶質シリコンを用いた場合に比べ、ドーパントの活性化率を高めることができ、強い電界を生じさせることができる。ｉ型層７２は、真性微結晶シリコンが用いられ、光電変換に寄与する発電層とする。
【００５７】
ｎ型層７３は、非晶質シリコン層７３ａと、酸化シリコン層７３ｂと、が基板１側から順に積層され構造を有する。  非晶質シリコン層７３ａは、リン（Ｐ）等のｎ型ドーパントがドープされたｎ型の非晶質シリコンが用いられ、膜厚が５〜３０ｎｍ程度、好ましくは５〜１５ｎｍとなるようにして、ｉ型層６２上に設けられる。
【００５８】
酸化シリコン層７３ｂは、リン（Ｐ）等のｎ型ドーパントがドープされた酸化シリコンが用いられ、膜厚が５〜１５０ｎｍ程度、好ましくは５〜３０ｎｍとなるようにして、非晶質シリコン層６３ａ上に設けられる。また、数式（２）のように酸化シリコン層７３ｂは、シリコンの原子数［Ｓｉ］と酸素の原子数［Ｏ］の合計に対する水素の原子数［Ｈ］とリンの原子数［Ｐ］の合計の比で求められる原子数比Ａを０．１９以上とした膜とする。
（数１）
原子数比Ａ＝［Ｈ］＋［Ｐ］／［Ｓｉ］＋［Ｏ］・・・（１）
さらに酸化シリコン層７３ｂは、５５０ｎｍの波長に対して２．４以下の屈折率を有するものが用いられる。裏面電極層５として酸化亜鉛からなる層を形成する場合にあっては、特に酸化シリコン層７３ｂを結晶質とすることが好ましい。具体的には、ガラス基板上に１００〜３００ｎｍの結晶質の酸化シリコン膜を形成し、結晶質の酸化シリコン膜の面内の各領域に波長５１４ｎｍの光を照射し、ラマン散乱のスペクトルを検出する。次に得られたデータの４００ｃｍ−１での強度から６００ｃｍ−１での強度を結ぶ直線を引き、これをノイズの影響を除去するためのベースラインとする。そして、測定スペクトルからベースラインの値を引いた後の５２０ｃｍ−１付近に現れる最大強度Ｉｃと、４８０ｃｍ−１付近に現れる最大強度Ｉａから数式（２）を適用して算出した結晶化率Ｘが、２以上、好ましくは５以上である結晶質の酸化シリコンとすることが好ましい。なお、５２０ｃｍ−１付近に現れる最大強度Ｉｃは結晶質のシリコンに、４８０ｃｍ−１付近に現れる最大強度Ｉａはアモルファスのシリコンに起因するしてスペクトル強度が強くなるため、最大強度Ｉｃと最大強度Ｉａを検出することにより、結晶化率Ｘを求めることができる。
（数２）
結晶化率Ｘ＝Ｉｃ／Ｉａ・・・（２）
裏面電極層５は、第１の実施形態同様、酸化亜鉛を含む層と、銀を含む層と、を光電変換セル７側から順に積層した構成とした。
【００５９】
〈作用および効果〉
第３実施形態に係る太陽電池３００によれば、ｎ型層７３が、非晶質シリコン層７３ａと酸化シリコン層７３ｂとを積層して構成される。以下に、本願発明の構成による効果を詳説する。
【００６０】
（１）第３実施形態に係る太陽電池３００では、非晶質シリコン層７３ａ上に、屈折率が２．４以下の酸化シリコン層７３ｂが順次積層され、構成される。これにより、非晶質シリコン層７３ａは、酸化シリコン層７３ｂに比べて屈折率が高いため、受光面側から非晶質シリコン層７３ａと酸化シリコン層７３ｂの界面に光が入射したとき、ｉ型層７２側に光を反射させることができる。特に、５５０ｎｍの波長の光に対する酸化シリコン層７３ｂの屈折率を２．４未満とすることにより、４．３程度の屈折率を有するシリコンとの界面における反射率を８％以上とすることができる。このように、酸化シリコン層７３ｂに入射させることなく、非晶質シリコン層７３ａと酸化シリコン層７３ｂの界面で光を反射して再度i型層７２に光を入射させ、より多くの光を光電変換に寄与させることにより、短絡電流が向上して発電効率を高くすることができる。
【００６１】
また、i型層７２に入射する光を多くすることによって、実質的にi型層７２の厚さを厚くしたときと同様の効果を得ることができる。
【００６２】
（２）第３実施形態に係る太陽電池３００では、酸化シリコン層７３ｂとして結晶質からなる酸化シリコンが用いられる。これにより、酸化シリコン層７３ｂとして非晶質の酸化シリコン層を用いた場合に比べ、積層方向への導電率を高めることができる。この結果、太陽電池３００としてはシリーズ抵抗（直列接続抵抗）を低減することができ、このシリーズ抵抗値の増大による太陽電池３００の曲線因子の減少を抑制し、太陽電池３００の発電効率の向上を図ることができる。
【００６３】
（３）第３実施形態に係る太陽電池３００では、酸化シリコン層７３ｂは、シリコンの原子数［Ｓｉ］と酸素の原子数［Ｏ］の合計に対する水素の原子数［Ｈ］とリンの原子数［Ｐ］の合計の比で求められる原子数比Ａが０．１９以上である膜とする。これにより屈折率と吸収係数の増加を抑制するとともに、導電率の低下を抑制することができる。この結果、酸化シリコン層７３ｂと裏面電極層５の接触抵抗を低減し、直接接触させた構成とすることができる。
【００６４】
［第４実施形態］
〈太陽電池の構成〉
以下において、第４実施形態に係る太陽電池の構成について、図４を参照しながら説明する。
【００６５】
図４は、第４実施形態に係る太陽電池４００の断面図である。太陽電池４００は、基板１と、受光面電極層２と、光電変換セル８と、裏面電極層５とを備える。本実施形態では、単一の光電変換セル８を用いる点で第１の実施形態と異なる。以下に、第１の実施形態との差異点である単一の光電変換セル８を中心に説明する。
【００６６】
第１の実施形態同様、透光性材料により構成された基板１上に、導電性および透光性を有する受光面電極層２が積層される。
【００６７】
光電変換セル８は、ｐ型層８１と、ｉ型層８２と、ｎ型層８３と、が基板１側から順に積層されたｐｉｎ接合となるように構成され、受光面電極層２と裏面電極層５との間に設けられる。
【００６８】
ｐ型層８１は、ボロン（Ｂ）等のｐ型ドーパントがドープされたｐ型の非晶質シリコンが用いられる。ｉ型層８２は、真性の非晶質シリコンが用いられ、光電変換に寄与する発電層とする。
【００６９】
ｎ型層８３は、非晶質シリコン層８３ａと、酸化シリコン層８３ｂと、が基板１側から順に積層され構造を有する。  非晶質シリコン層８３ａは、リン（Ｐ）等のｎ型ドーパントがドープされたｎ型の非晶質シリコンが用いられ、膜厚が５〜３０ｎｍ程度、好ましくは５〜１５ｎｍとなるようにして、ｉ型層８２上に設けられる。
【００７０】
酸化シリコン層８３ｂは、リン（Ｐ）等のｎ型ドーパントがドープされた酸化シリコンが用いられ、膜厚が５〜１５０ｎｍ程度、好ましくは５〜３０ｎｍとなるようにして、非晶質シリコン層８３ａ上に設けられる。また、数式（２）のように酸化シリコン層８３ｂは、シリコンの原子数［Ｓｉ］と酸素の原子数［Ｏ］の合計に対する水素の原子数［Ｈ］とリンの原子数［Ｐ］の合計の比で求められる原子数比Ａを０．１９以上とした膜とする。
（数１）
原子数比Ａ＝［Ｈ］＋［Ｐ］／［Ｓｉ］＋［Ｏ］・・・（１）
さらに酸化シリコン層８３ｂは、５５０ｎｍの波長に対して２．４以下の屈折率を有するものが用いられる。裏面電極層５として酸化亜鉛からなる層を形成する場合にあっては、特に酸化シリコン層８３ｂを結晶質とすることが好ましい。具体的には、ガラス基板上に１００〜３００ｎｍの結晶質の酸化シリコン膜を形成し、結晶質の酸化シリコン膜の面内の各領域に波長５１４ｎｍの光を照射し、ラマン散乱のスペクトルを検出する。次に得られたデータの４００ｃｍ−１での強度から６００ｃｍ−１での強度を結ぶ直線を引き、これをノイズの影響を除去するためのベースラインとする。そして、測定スペクトルからベースラインの値を引いた後の５２０ｃｍ−１付近に現れる最大強度Ｉｃと、４８０ｃｍ−１付近に現れる最大強度Ｉａから数式（２）を適用して算出した結晶化率Ｘが、２以上、好ましくは５以上である結晶質の酸化シリコンとすることが好ましい。なお、５２０ｃｍ−１付近に現れる最大強度Ｉｃは結晶質のシリコンに、４８０ｃｍ−１付近に現れる最大強度Ｉａはアモルファスのシリコンに起因するしてスペクトル強度が強くなるため、最大強度Ｉｃと最大強度Ｉａを検出することにより、結晶化率Ｘを求めることができる。
（数２）
結晶化率Ｘ＝Ｉｃ／Ｉａ・・・（２）
裏面電極層５は、第１の実施形態同様、酸化亜鉛を含む層と、銀を含む層と、を光電変換セル８側から順に積層した構成とした。
【００７１】
〈作用および効果〉
第４実施形態に係る太陽電池４００によれば、ｎ型層８３が、非晶質シリコン層８３ａと酸化シリコン層８３ｂとを積層して構成される。以下に、本願発明の構成による効果を詳説する。
【００７２】
（１）第４実施形態に係る太陽電池４００では、非晶質シリコン層８３ａ上に、屈折率が２．４以下の酸化シリコン層８３ｂが順次積層され、構成される。これにより、非晶質シリコン層８３ａは、酸化シリコン層８３ｂに比べて屈折率が高いため、受光面側から非晶質シリコン層８３ａと酸化シリコン層８３ｂの界面に光が入射したとき、ｉ型層８２側に光を反射させることができる。特に、５５０ｎｍの波長の光に対する酸化シリコン層８３ｂの屈折率を２．４未満とすることにより、４．３程度の屈折率を有するシリコンとの界面における反射率を８％以上とすることができる。このように、酸化シリコン層８３ｂに入射させることなく、非晶質シリコン層８３ａと酸化シリコン層８３ｂの界面で光を反射して再度i型層８２に光を入射させ、より多くの光を光電変換に寄与させることにより、短絡電流が向上して発電効率を高くすることができる。
【００７３】
また、i型層８２に入射する光を多くすることによって、実質的にi型層８２の厚さを厚くしたときと同様の効果を得ることができる。
【００７４】
（２）第４実施形態に係る太陽電池４００では、酸化シリコン層８３ｂとして結晶質からなる酸化シリコンが用いられる。これにより、酸化シリコン層８３ｂとして非晶質の酸化シリコン層を用いた場合に比べ、積層方向への導電率を高めることができる。この結果、太陽電池４００としてはシリーズ抵抗（直列接続抵抗）を低減することができ、このシリーズ抵抗値の増大による太陽電池４００の曲線因子の減少を抑制し、太陽電池４００の発電効率の向上を図ることができる。
【００７５】
（３）第４実施形態に係る太陽電池４００では、酸化シリコン層８３ｂは、シリコンの原子数［Ｓｉ］と酸素の原子数［Ｏ］の合計に対する水素の原子数［Ｈ］とリンの原子数［Ｐ］の合計の比で求められる原子数比Ａが０．１９以上である膜とする。これにより屈折率と吸収係数の増加を抑制するとともに、導電率の低下を抑制することができる。この結果、酸化シリコン層８３ｂと裏面電極層５の接触抵抗を低減し、直接接触させた構成とすることができる。
【００７６】
〈その他の実施形態〉
上記の実施形態は、本発明の一例を開示したに過ぎず、上記の実施形態の論述および図面はこの発明を限定するものではない。
【００７７】
例えば、上述した第１実施形態では光電変換セル３および４の２つ、第２実施形態では光電変換セル６のみ、第３実施形態では光電変換セル３および７の２つ、第４実施形態では光電変換セル８のみとしたが、これに限定されるものではない。具体的には、３つ以上の光電変換セルが含まれていてもよい。
【００７８】
また、上述した第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態および第４実施形態では、光電変換セル３、４、６、７および８は、ｐ型層と、ｉ型層と、ｎ型層と、基板１側から順に積層されたｐｉｎ接合を有するが、これに限定されるものではない。具体的には、光電変換セル３、４、６、７および８は、ｎ型層と、ｉ型層と、ｐ型層と、が基板１側から順に積層されたｎｉｐ接合を有していてもよい。
【００７９】
また、上述した第２実施形態および第４実施形態では、太陽電池２００、４００は、基板１上に、受光面電極層２と、光電変換セル６、８と、裏面電極層５とが順に積層された構成を有しているが、これに限定されるものではない。具体的には、太陽電池２００、４００は、基板１上に、裏面電極層５と、光電変換セル６、８と、受光面電極層２とが順に積層された構成を有していてもよい。
【実施例】
【００８０】
〈実施例１〉
以下のようにして、第１実施形態に係る太陽電池１００を実施例１として作製した。
【００８１】
まず、厚さ４ｍｍのガラス基板（基板１）上に、ＳｎＯ２層（受光面電極層２）を形成した。
【００８２】
次に、ＳｎＯ２層（受光面電極層２）上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、非晶質シリコンからなるｐ型層３１と、非晶質シリコンからなるｉ型層３２と、非晶質シリコンからなるｎ型層３３と、を順次積層し、光電変換セル３を形成した。
【００８３】
次に、光電変換セル３上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、微結晶シリコンからなるｐ型層４１と、微結晶シリコンからなるｉ型層４２と、非晶質シリコン層４３ａ、酸化シリコン層４３ｂ、微結晶シリコンからなるシリコン層４３ｃからなるｎ型層４３と、を順次積層し、光電変換セル４を形成した。
【００８４】
次に、光電変換セル４上に、スパッタ法を用いて、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極層５）を順次形成した。
【００８５】
上述した光電変換セル３および光電変換セル４の形成条件を表１に示す。なお、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極層５）の厚さは、それぞれ９０ｎｍ、２００ｎｍとした。
【００８６】
【表１】
2014063769.tif 000003
【００８７】
以上により、本実施例１では、図１に示すように、非晶質シリコン層４３ａ、酸化シリコン層４３ｂ、微結晶シリコンからなるシリコン層４３ｃからなるｎ型層４３を有する太陽電池１００を形成した。
【００８８】
〈実施例２〉
以下のようにして、第３実施形態に係る太陽電池３００を実施例２として作製した。
【００８９】
まず、厚さ４ｍｍのガラス基板（基板１）上に、ＳｎＯ２層（受光面電極層２）を形成した。
【００９０】
次に、ＳｎＯ２層（受光面電極層２）上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、非晶質シリコンからなるｐ型層３１と、非晶質シリコンからなるｉ型層３２と、非晶質シリコンからなるｎ型層３３と、を順次積層し、光電変換セル３を形成した。
【００９１】
次に、光電変換セル３上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、微結晶シリコンからなるｐ型層７１と、微結晶シリコンからなるｉ型層７２と、非晶質シリコン層７３ａと酸化シリコン層７３ｂからなるｎ型層７３と、を順次積層し、光電変換セル７を形成した。
【００９２】
次に、光電変換セル７上に、スパッタ法を用いて、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極層５）を順次形成した。
【００９３】
上述した光電変換セル３および光電変換セル７の形成条件を表２に示す。なお、酸化シリコン層７３ｂの形成条件については、表２に挙げた実施例に限られず、屈折率と吸収係数を低下させるために通常の形状条件に比べ、シラン(ＳｉＨ４)の流量を少なくする方法、二酸化炭素（ＣＯ２）の流量を多くする方法、水素（Ｈ２）の流量を多くする方法のうち、一又は複数の方法とともに、導電率を向上させるためにフォスフィン（ＰＨ３）の流量を多くし、形成すればよい。具体的には、シランの流量を２９ｓｃｃｍ以上、二酸化炭素の流量を５０ｓｃｃｍ以上、水素の流量を１００００ｓｃｃｍ以上、フォスフィンの流量を２ｓｃｃｍ以上とした形成条件とすればよい。また、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極層５）の厚さは、それぞれ９０ｎｍ、２００ｎｍとした。
【００９４】
【表２】
2014063769.tif 000004
【００９５】
以上により、本実施例２では、図３に示すように、非晶質シリコン層７３ａと酸化シリコン層７３ｂからなるｎ型層７３を有する太陽電池３００を形成した。
【００９６】
〈比較例〉
以下のようにして、比較例に係る太陽電池５００を作製した。
【００９７】
まず、上記実施例１と同様にして、厚さ４ｍｍのガラス基板（基板１）上に、ＳｎＯ２層（受光面電極層２）、光電変換セル３を順次形成した。
【００９８】
次に、光電変換セル３上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、光電変換セル４´を形成した。比較例では、微結晶シリコンからなるｐ型層４１と、微結晶シリコンからなるｉ型層４２と、を形成した後、微結晶シリコンからなるｎ型層４３´と、を順次積層し、光電変換セル４´を形成した。
【００９９】
次に、光電変換セル４´上に、上記実施例と同様にしてＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極層５）を順次形成した。
【０１００】
上述した光電変換セル４´の形成条件を表２に示す。なお、光電変換セル３の形成条件は、上記実施例１における形成条件と同様である。また、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極層５）の厚さは、上記実施例１と同様に、それぞれ９０ｎｍ、２００ｎｍとした。
【０１０１】
【表３】
2014063769.tif 000005
【０１０２】
以上により、本比較例では、図５に示すように、光電変換セル４´のｎ型層４３´を、３０ｎｍの膜厚を有する微結晶シリコンの単層体とした太陽電池５００を形成した。
【０１０３】
〈特性評価〉
実施例１、実施例２および比較例に係る太陽電池について、開放電圧、短絡電流、曲線因子および発電効率（Ｅｆｆ）の各特性値の比較を行った。比較結果を表４に示す。なお、表４においては、比較例における各特性値を１．００として規格化して表している。
【０１０４】
【表４】
2014063769.tif 000006
【０１０５】
表４に示すように、実施例１および実施例２では、曲線因子については比較例よりも増加し、発電効率が比較例よりも高くなることが確認された。
【０１０６】
短絡電流については、実施例１に係る太陽電池１００では、ｎ型層４３を非晶質シリコン層４３ａと、酸化シリコン層４３ｂと、シリコン層４３ｃと、を順次積層して構成したにも関わらず、低下させることなく、比較例と同等の出力とすることができた。
【０１０７】
実施例１に係る太陽電池１００では、比較例に比べ、開放電圧が１．０１に、また曲線因子についても１．０２に向上した。これは、ｎ型層４３としてｉ型層４２上に積層された非晶質シリコン層４３ａと別体のシリコン層４３ｃを設けたことにより、ｉ型層４２に生じる電界を強めることができたためと考えられる。
【０１０８】
また、ｉ型層４２と酸化シリコン層４３ｂとの間に非晶質シリコン層４３ａを間に配置することにより、ｉ型層４２と酸化シリコン層４３ｂとが接触した場合に大きくなる接触界面におけるコンタクト抵抗値を低くすることができる。この結果、太陽電池１００のシリーズ抵抗値の増大を抑制することができたため、曲線因子を向上させることができたと考えられる。
【０１０９】
実施例２に係る太陽電池３００では、酸化シリコン層７３ｂと裏面電極層５を接触させるようにして構成したにも関わらず、短絡電流と曲線因子を低下させることなく、比較例以上の出力とすることができた。
【０１１０】
また、実施例２に係る太陽電池３００では、比較例に比べ、開放電圧が１．０２に、また曲線因子についても１．０４に向上した。これは、実質的にｎ型層としてｐ型層７１と作用し、ｉ型層７２に電界を生じさせる酸化シリコン層７３ｂが、ｐ型層７１との距離を短くして配置されることにより、ｉ型層７２に生じる電界を強めることができたためと考えられる。
【０１１１】
加えて、ｉ型層７２と酸化シリコン層７３ｂとの間に非晶質シリコン層７３ａを間に配置することにより、ｉ型層７２と酸化シリコン層７３ｂとが接触した場合に大きくなる接触界面におけるコンタクト抵抗値を低くすることができる。この結果、太陽電池３００のシリーズ抵抗値の増大を抑制することができたため、曲線因子を向上させることができたと考えられる。
【０１１２】
以上のように、短絡電流を低下させることなく、開放電圧と曲線因子の改善を図ることができることが確認された。また、発電効率についても曲線因子の改善により多くの電力を取り出すことが可能となり、比較例よりも発電効率を向上させることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の第１実施形態（第１実施例）に係る太陽電池１００の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る太陽電池２００の断面図である。
【図３】本発明の比較例に係る太陽電池３００の断面図である。
【図４】本発明の従来技術に係る太陽電池４００の断面図である。
【図５】本発明の比較例に係る太陽電池５００の断面図である。
【図６】本発明の従来技術に係る太陽電池６００の断面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１，４１…基板
２，４２…受光面電極層
３，４，６，７，８，４´，４６…光電変換セル
３１，４１，６１，７１，８１…ｐ型層
３２，４２，６２，７２，８２…ｉ型層
３３，４３，６３，７３，８３，６３´…ｎ型層
４３ａ，６３ａ，７３ａ，８３ａ…非晶質シリコン層
４３ｂ，６３ｂ，７３ｂ，８３ｂ…酸化シリコン層
４３ｃ，６３ｃ，７３ｃ，８３ｃ…シリコン層
５，４５…裏面電極層
【図１】
2014063769.tif 000007
【図２】
2014063769.tif 000008
【図３】
2014063769.tif 000009
【図４】
2014063769.tif 000010
【図５】
2014063769.tif 000011
【図６】
2014063769.tif 000012