(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。第３のアモルファス半導体層（１４ｐａ）は、第２の結晶半導体層（１３ｐｃ）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３のアモルファス半導体層（１４ｐａ）は、他の導電型を有する。
2014002266.tif 000002
【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、  前記基板の他領域の上と前記第１のアモルファス半導体層の上とに跨がって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、  前記第２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、他の導電型を有する第３のアモルファス半導体層と、を備える、太陽電池。
【請求項２】
前記第３のアモルファス半導体層の厚みが０．５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内にある、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第１及び第２のアモルファス半導体層が前記基板の一主面上に設けられている、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、実質的に真性なｉ型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、第１の結晶半導体層と、第２の結晶半導体層と、第３のアモルファス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。ｉ型アモルファス半導体層は、基板の他領域の上と第１のアモルファス半導体層の上とに跨がって設けられている。第２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２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。第３のアモルファス半導体層は、第２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３のアモルファス半導体層は、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】図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。
【図２】図２は、参考例に係る太陽電池の略図的断面図である。
【図３】図３は、参考例に係る太陽電池におけるエネルギー準位の一部を説明するためのバンド図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態の第１の例におけるエネルギー準位の一部を説明するためのバンド図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態の第２の例におけるエネルギー準位の一部を説明するためのバンド図である。
【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】  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、第１のアモルファス半導体層１１ｎａが配されている。第１の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、第１の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、第１の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。第１の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、第２のアモルファス半導体層１２ｐａが設けられている。ｉ型アモルファス半導体層１２ｉａと第２のアモルファス半導体層１２ｐａとは、第２の領域１０ｂ２の上と第１の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、第１のアモルファス半導体層１１ｎａと第２の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。第２の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、第２のアモルファス半導体層１２ｐａの導電型は、ｐ型である。第２の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。
【００１７】  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。  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。
【００１８】  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、第１の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、第１の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、第１の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。
【００１９】  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。
【００２０】  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。
【００２１】  第１の領域１０ｂ１において、第２の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、第２の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、Ｗ，Ｔｉ，Ａｌなどの金属を少なくとも一種含む導電材料により構成することができる。
【００２２】  太陽電池１では、第２の結晶半導体層１３ｐｃとｉ型アモルファス半導体層１２ｉａとの間に、第３のアモルファス半導体層１４ｐａが設けられている。第３のアモルファス半導体層１４ｐａは、第２の結晶半導体層１３ｐｃと同じ導電型を有する。具体的には、第３のアモルファス半導体層１４ｐａの導電型は、ｐ型である。第３のアモルファス半導体層１４ｐａ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。第３のアモルファス半導体層１４ｐａの厚みは、例えば、０．５ｎｍ〜３０ｎｍ程度であることが好ましく、２ｎｍ〜１５ｎｍであることがより好ましい。
【００２３】  ところで、半導体層の電気の流れやすさは、半導体層のキャリア濃度と相関する。半導体層のキャリア濃度が低くなるほど、半導体層に電気が流れにくくなる。一般的には、ｐ型半導体層やｎ型半導体層に比べてｉ型半導体層は、キャリア濃度が低い。よって、電気を流れやすくするためには、ｉ型半導体層のキャリア濃度を高くする必要がある。
【００２４】  ここで、図２に示されるように、第３のアモルファス半導体層１４ｐａを設けず、第２の結晶半導体層１３ｐｃとｉ型アモルファス半導体層１２ｉａとを直接接触させた場合は、図３に示されるように、ｉ型アモルファス半導体層１２ｉａと第２の結晶半導体層１３ｐｃ間にバンドオフセットが生じる。このため、第２の結晶半導体層１３ｐｃや第２のアモルファス半導体層１２ｐａからｉ型アモルファス半導体層１２ｉａへとキャリアが移動するためには、このバンドオフセットやバンドオフセットに伴うバンドベンディングをキャリアが乗り越える必要がある。このため、第２の結晶半導体層１３ｐｃや第２のアモルファス半導体層１２ｐａからｉ型アモルファス半導体層１２ｉａにはキャリアが移動しにくい。よって、ｉ型アモルファス半導体層１２ｉａにおけるキャリア濃度は低い。
【００２５】  一方、太陽電池１では、第２の結晶半導体層１３ｐｃとｉ型アモルファス半導体層１２ｉａとの間に、第２の結晶半導体層１３ｐｃと同じ導電型を有する第３のアモルファス半導体層１４ｐａが設けられている。この場合は、図４に示されるように、バンドオフセットが第２の結晶半導体層１３ｐｃとｉ型アモルファス半導体層１２ｉａとの間ではなく、第２の結晶半導体層１３ｐｃと第３のアモルファス半導体層１４ｐａとの間に位置する。したがって、ｉ型アモルファス半導体層１２ｉａには、バレンスバンド端の大きな低下が存在しない。このため、第３のアモルファス半導体層１４ｐａや第２のアモルファス半導体層１２ｐａからｉ型アモルファス半導体層１２ｉａへとキャリアが移動しやすい。よって、ｉ型アモルファス半導体層１２ｉａにおけるキャリア濃度は高い。従って、第１のアモルファス半導体層１１ｎａとｎ側電極１６ｎとの間の電気抵抗値を低くすることができる。その結果、改善された光電変換効率を得ることができる。
【００２６】  実際に、太陽電池１の基板１０ｎとｎ側電極１６ｎの間のコンタクト抵抗は０．０９２Ωｃｍ２であったのに対して、第３のアモルファス半導体層１４ｐａを設けなかったこと以外は太陽電池１と実質的に同様の構成を有する太陽電池の基板１０ｎとｎ側電極１６ｎの間のコンタクト抵抗は、０．７４Ωｃｍ２であった。この結果からも、第３のアモルファス半導体層１４ｐａを設けることにより電気抵抗を低減できることが分かる。
【００２７】  なお、第２のアモルファス半導体層１２ｐａにバレンスバンドのエネルギーギャップがある場合であっても、例えば、トンネリング効果などにより電流が流れるため、第２のアモルファス半導体層１２ｐａの電気抵抗値はそれほど大きく上昇しないものと考えられる。
【００２８】  より改善された光電変換効率を実現する観点からは、第３のアモルファス半導体層１４ｐａにおけるドーパント濃度が高いことが好ましい。この場合、図５に示されるように、第２の結晶半導体層１３ｐｃと第３のアモルファス半導体層１４ｐａとの間にあるバンドオフセットにより生じたバレンスバンド端エネルギーの低下は、より解消される。このため、ｉ型アモルファス半導体層１２ｉａにおけるバレンスバンド端の低下をより小さくすることが可能となり、キャリア濃度を高く保つことができる。この結果、第１のアモルファス半導体層１１ｎａとｎ側電極１６ｎとの間の電気抵抗値をより低くすることができる。従って、より改善された光電変換効率を実現し得る。
【００２９】  なお、本実施形態では、太陽電池１が裏面接合型の太陽電池である例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明に係る太陽電池は、半導体材料からなる基板の一主面側にｐ側電極が設けられており、他主面側にｎ側電極が設けられている太陽電池であってもよい。
【符号の説明】
【００３０】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…第１のアモルファス半導体層１２ｐａ…第２の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１４ｐａ…第３のアモルファス半導体層１５ｐ…ｐ側電極１６ｎ…ｎ側電極
【図１】
2014002266.tif 000003
【図２】
2014002266.tif 000004
【図３】
2014002266.tif 000005
【図４】
2014002266.tif 000006
【図５】
2014002266.tif 000007
【国際調査報告】
2014002266.tif 000008
2014002266.tif 000009
2014002266.tif 000010
2014002266.tif 000011