(57)【要約】  改善された光電変換効率を有する太陽電池を提供する。  半導体材料からなる基板（１０ｎ）の一領域の上において、第１の結晶半導体層（１３ｎｃ）は、一の導電型を有する第１のアモルファス半導体層（１１ｎａ）とｉ型アモルファス半導体層（１２ｉａ）との間に配されている。第１の結晶半導体層（１３ｎｃ）は、一の導電型を有する。第２の結晶半導体層（１３ｐｃ）は、第１の結晶半導体層（１３ｎｃ）とｉ型アモルファス半導体層（１２ｉａ）との間に配されている。第２の結晶半導体層（１３ｐｃ）は、他の導電型を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料からなる基板と、  前記基板の一領域の上に配されており、一の導電型を有する第１のアモルファス半導体層と、  前記基板の他の領域の上に配されており、他の導電型を有する第２のアモルファス半導体層と、  前記第１のアモルファス半導体層の上に設けられた実質的に真性なｉ型アモルファス半導体層と、  前記ｉ型アモルファス半導体層の上に設けられており、他の導電型を有する第３のアモルファス半導体層と、  前記第１のアモルファス半導体層と前記ｉ型アモルファス半導体層との間に配されており、前記一の導電型を有する第１の結晶半導体層と、  前記第１の結晶半導体層と前記ｉ型アモルファス半導体層との間に配されており、前記他の導電型を有する第２の結晶半導体層と、を備える、太陽電池。
【請求項２】
前記第１の結晶質半導体及び前記第２の結晶質半導体は、微結晶半導体からなる、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記一の導電型がｎ型であり、前記他の導電型がｐ型である、請求項１または２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、太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】  特許文献１には、光電変換効率を向上し得る太陽電池として、ｐ側電極とｎ側電極との両方が裏面側に設けられた裏面接合型の太陽電池が記載されている。特許文献１に記載の太陽電池は、半導体材料からなる基板の一主面の第１の領域の上に設けられた第１の半導体層と、一主面の第２の領域の上に設けられた第２の半導体層とを有する。第１及び第２の半導体層の一方がｐ型であり、他方がｎ型である。第２の半導体層は、第２の領域上から、第１の半導体層の上に跨がって設けられている。第１の領域において、第１の半導体層と第２の半導体層との間には、再結合層が設けられている。この再結合層は、正孔と電子とが再結合する再結合界面を構成するための層である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／０９８４４５  Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  太陽電池の光電変換効率をさらに改善したいという要望がある。  本発明は、改善された光電変換効率を有する太陽電池を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明に係る太陽電池は、半導体材料からなる基板と、第１のアモルファス半導体層と、第２のアモルファス半導体層と、実質的に真性なｉ型アモルファス半導体層と、第３のアモルファス半導体層と、第１の結晶半導体層と、第２の結晶半導体層とを備える。第１のアモルファス半導体層は、基板の一領域の上に配されている。第１のアモルファス半導体層は、一の導電型を有する。第２のアモルファス半導体層は、基板の他の領域の上に配されている。第２のアモルファス半導体層は、他の導電型を有する。ｉ型アモルファス半導体層は、第１のアモルファス半導体層の上に設けられている。第３のアモルファス半導体層は、ｉ型アモルファス半導体層の上に設けられている。第３のアモルファス半導体層は、他の導電型を有する。第１の結晶半導体層は、第１のアモルファス半導体層とｉ型アモルファス半導体層との間に配されている。第１の結晶半導体層は、一の導電型を有する。第２の結晶半導体層は、第１の結晶半導体層とｉ型アモルファス半導体層との間に配されている。第２の結晶半導体層は、他の導電型を有する。
【発明の効果】
【０００６】  本発明によれば、改善された光電変換効率を有する太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】  以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【０００９】  また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１０】  （第１の実施形態）  図１に示されるように、太陽電池１は、半導体材料からなる基板１０ｎを有する。基板１０ｎは、ｎ型またはｐ型の導電型を有する。本実施形態では、具体的には、基板１０ｎの導電型は、ｎ型である。基板１０ｎは、例えば、ｎ型の結晶半導体材料などにより構成することができる。具体的には、基板１０ｎは、例えば、ｎ型の結晶シリコンにより構成することができる。なお、結晶半導体材料には、単結晶半導体材料と多結晶半導体材料とが含まれるものとする。結晶シリコンには、単結晶シリコンと多結晶シリコンとが含まれるものとする。
【００１１】  基板１０ｎは、主として受光する第１の主面１０ａと第２の主面１０ｂとを有する。第１の主面１０ａは、受光面側に位置する。ここで、「受光面」とは、２つの主面のうち、主として受光する側の主面をいう。
【００１２】  第１の主面１０ａの上には、半導体層１７ｉ、半導体層１７ｎ及び保護層１８がこの順番で設けられている。半導体層１７ｉは、実質的に真性なｉ型半導体材料からなる。半導体層１７ｉは、例えば、ｉ型アモルファスシリコンにより構成することができる。半導体層１７ｉの厚みは、実質的に発電に寄与しない程度の厚み（例えば、０．数ｎｍ〜２５ｎｍ程度）であることが好ましい。半導体層１７ｎの導電型は、基板１０ｎと同じ導電型であるｎ型である。半導体層１７ｎは、例えばｎ型アモルファスシリコンにより構成することができる。保護層１８は、例えば、窒化珪素などにより構成することができる。保護層１８は、半導体層１７ｎを保護する機能とともに、入射光の表面反射を抑制する機能を有していてもよい。
【００１３】  第２の主面１０ｂの第１の領域１０ｂ１の上には、アモルファス半導体層１１ｎａが配されている。アモルファス半導体層１１ｎａは、基板１０ｎと同じ導電型を有する。具体的には、アモルファス半導体層１１ｎａの導電型は、ｎ型である。もっとも、アモルファス半導体層１１ｎａは、基板１０ｎと異なる導電型を有していてもよい。アモルファス半導体層１１ｎａは、例えばｎ型アモルファスシリコンにより構成することができる。
【００１４】  第１のアモルファス半導体層１１ｎａと第２の主面１０ｂとの間には、実質的に真性なｉ型アモルファス半導体層１１ｉａが設けられている。ｉ型アモルファス半導体層１１ｉａは、発電に実質的に寄与しない程度の厚み（例えば、０．数ｎｍ〜２５ｎｍ程度）を有する。ｉ型アモルファス半導体層１１ｉａは、例えばｉ型アモルファスシリコンにより構成することができる。
【００１５】  第２の主面１０ｂの第１の領域１０ｂ１以外の領域の少なくとも一部である第２の領域１０ｂ２の上には、実質的に真性なｉ型アモルファス半導体層１２ｉａが設けられている。ｉ型アモルファス半導体層１２ｉａの上には、アモルファス半導体層１２ｐａが設けられている。このアモルファス半導体層１２ｐａは、第２のアモルファス半導体層と、第３のアモルファス半導体層とを構成している。ｉ型アモルファス半導体層１２ｉａとアモルファス半導体層１２ｐａとは、第２の領域１０ｂ２の上とアモルファス半導体層１１ｎａの上とに跨がって設けられている。従って、第１の領域１０ｂ１においては、アモルファス半導体層１１ｎａとアモルファス半導体層１２ｐａとが積層されている。
【００１６】  ｉ型アモルファス半導体層１２ｉａは、例えば、ｉ型アモルファスシリコンにより構成することができる。ｉ型アモルファス半導体層１２ｉａの厚みは、実質的に発電に寄与しない程度の厚み（例えば、０．数ｎｍ〜２５ｎｍ程度）であることが好ましい。
【００１７】  アモルファス半導体層１２ｐａは、基板１０ｎとは異なる導電型を有する。具体的には、アモルファス半導体層１２ｐａの導電型は、ｐ型である。アモルファス半導体層１２ｐａは、例えば、ｐ型アモルファスシリコンにより構成することができる。
【００１８】  アモルファス半導体層１１ｎａとｉ型アモルファス半導体層１２ｉａとの間には、結晶半導体層１３が設けられている。この結晶半導体層１３は、正孔と電子とを再結合させる層である。結晶半導体層１３は、再結合中心となり得る欠陥準位を有する。このため、結晶半導体層１３において、電子と正孔との再結合とが生じやすい。よって、結晶半導体層１３を介して電流が流れる。
【００１９】  結晶半導体層１３の厚みは、例えば、２ｎｍ〜６０ｎｍ程度であることが好ましく、２ｎｍ〜３０ｎｍであることがより好ましい。
【００２０】  結晶半導体層１３は、第１の結晶半導体層１３ｎｃと、第２の結晶半導体層１３ｐｃとを有する。第１の結晶半導体層１３ｎｃは、アモルファス半導体層１１ｎａの上に設けられている。第１の結晶半導体層１３ｎｃは、アモルファス半導体層１１ｎａと接している。第１の結晶半導体層１３ｎｃは、アモルファス半導体層１１ｎａと同じ導電型を有する。具体的には、第１の結晶半導体層１３ｎｃの導電型は、ｎ型である。第１の結晶半導体層１３ｎｃは、例えば、ｎ型微結晶シリコンにより構成することができる。第１の結晶半導体層１３ｎｃの厚みは、例えば、１ｎｍ〜３０ｎｍ程度であることが好ましく、１ｎｍ〜１５ｎｍであることがより好ましい。
【００２１】  第２の結晶半導体層１３ｐｃは、第１の結晶半導体層１３ｎｃとｉ型アモルファス半導体層１２ｉａとの間に配されている。第２の結晶半導体層１３ｐｃは、第１の結晶半導体層１３ｎｃ及びｉ型アモルファス半導体層１２ｉａのそれぞれと接している。第２の結晶半導体層１３ｐｃは、第１の結晶半導体層１３ｎｃとは異なる導電型を有する。具体的には、第２の結晶半導体層１３ｐｃの導電型は、ｐ型である。第２の結晶半導体層１３ｐｃは、例えば、ｐ型微結晶シリコンにより構成することができる。第２の結晶半導体層１３ｐｃの厚みは、例えば、１ｎｍ〜３０ｎｍ程度であることが好ましく、１ｎｍ〜１５ｎｍであることがより好ましい。
【００２２】  なお、微結晶半導体層とは、半導体結晶粒を複数個含む層をいう。微結晶半導体層には、実質的に半導体結晶粒のみからなる層が含まれる。また、微結晶半導体層は、半導体結晶粒に加え、半導体のアモルファス領域を有していてもよい。
【００２３】  第１の領域１０ｂ１において、アモルファス半導体層１２ｐａの上には、ｎ側電極１６ｎが設けられている。一方、第２の領域１０ｂ２において、アモルファス半導体層１２ｐａの上には、ｐ側電極１５ｐが設けられている。電極１５ｐ、１６ｎは、例えば、Ａｇ、Ｃｕなどの金属の少なくとも一種により構成することができる。
【００２４】  上述のように、太陽電池１では、アモルファス半導体層１１ｎａとｉ型アモルファス半導体層１２ｉａとの間に、アモルファス半導体層１１ｎａと同じ導電型を有する第１の結晶半導体層１３ｎｃが配されている。また、第１の結晶半導体層１３ｎｃとｉ型アモルファス半導体層１２ｉａとの間に。第１の結晶半導体層１３ｎｃとは導電型が異なる第２の結晶半導体層１３ｐｃが配されている。第２の結晶半導体層１３ｐｃは、アモルファス半導体層１２ｐａと同じ導電型を有する。すなわち、アモルファス半導体層１１ｎａとｉ型アモルファス半導体層１２ｉａとの間に、アモルファス半導体層１１ｎａと同じ導電型を有する第１の結晶半導体層１３ｎｃと、アモルファス半導体層１２ｐａと同じ導電型を有する第２の結晶半導体層１３ｐｃとの積層体である結晶半導体層１３が配されている。このため、例えば、第１のアモルファス半導体層とｉ型アモルファス半導体層との間に、第２のアモルファス半導体層と同じ導電型を有するアモルファス半導体層を設けた場合と比較して、太陽電池の光電変換効率を向上することができる。この理由としては、アモルファス半導体層１１ｎａとｎ側電極１６ｎとの間の電気抵抗を低減できる効果が大きいためであると考えられる。
【００２５】  以下、本発明の実施例１に有する基板１０ｎと第２の結晶半導体層１３ｐｃとの間の電気抵抗と、他の形態の電気抵抗の比較、検討を行う。
【００２６】  （比較例１）  第１及び第２の結晶半導体層１３ｎｃ、１３ｐｃに代えて、ｐ型アモルファスシリコン層を設けたこと以外は、実施例１と同様にして太陽電池を作製し、基板１０ｎとｐ型アモルファスシリコン層との間の電気抵抗を測定した。結果を下記の表１に示す。
【００２７】  （比較例２）  第２の結晶半導体層１３ｐｃに代えて、ｐ型アモルファスシリコン層を設けたこと以外は、実施例１と同様にして太陽電池を作製し、基板１０ｎとｐ型アモルファスシリコン層との間の電気抵抗を測定した。結果を下記の表１に示す。
【００２８】  （比較例３）  第１の結晶半導体層１３ｎｃを設けなかったこと以外は、実施例１と同様にして太陽電池を作製し、基板１０ｎと第２の結晶半導体層１３ｐｃとの間の電気抵抗を測定した。結果を下記の表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】  表１に示す結果から、第１及び第２の結晶半導体層１３ｎｃ、１３ｐｃを設けることにより、基板１０ｎと第２の結晶半導体層１３ｐｃとの電気抵抗を低減できることが分かる。したがって、電力の損失が抑制されるため、太陽電池の光電変換効率が改善できる。
【符号の説明】
【００３１】１…太陽電池１０ｂ１…第１の領域１０ｂ…第２の主面１０ｂ２…第２の領域１０ｎ…半導体材料からなる基板１１ｉａ、１２ｉａ…ｉ型アモルファス半導体層１１ｎａ…アモルファス半導体層１２ｐａ…アモルファス半導体層１３…結晶半導体層１３ｎｃ…第１の結晶半導体層１３ｐｃ…第２の結晶半導体層１５ｐ…ｐ側電極１６ｎ…ｎ側電極
【図１】
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【国際調査報告】
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