(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、年間を通して高効率で、且つ生産性の高い薄膜シリコン積層型太陽電池およびその設計方法を提供することである。【解決手段】  タンデム構造を有した太陽電池において、トップセルである非晶質シリコン太陽電池における発電電流よりもボトムセルである結晶質太陽電池の発電電流を小さく設定し、ボトムセルにおける発電電流で太陽電池全体の発電電流を律則する。【選択図】  図１
2006120747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に形成される第１導電層と、
前記第１導電層上に形成されるトップ太陽電池層と、
前記トップ太陽電池層上に積層されるボトム太陽電池層とを少なくとも具備し、
トップ太陽電池層とボトム太陽電池層が電気回路として直列回路をなし、前記ボトム太陽電池層の発電電流により前記トップ太陽電池層の発電電流が律則される
薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜シリコン積層型太陽電池において、
前記トップ太陽電池層は、
前記第１導電層上に順番に積層されるｐ型とｎ型の一方の導電型のシリコン層、ｉ型非晶質シリコン層、及び他方の導電型のシリコン層と
を具備する非晶質シリコンを主成分とする非晶質シリコン太陽電池であり、
前記ボトム太陽電池層は、
前記トップ太陽電池層の前記他方の導電型のシリコン層の直接的あるいは間接的に上に順番に積層されるｐ型とｎ型の一方の導電型のシリコン層、ｉ型結晶質シリコン層、及び他方の導電型のシリコン層と
を具備する結晶質シリコンを主成分とする結晶シリコン太陽電池であることを特長とする薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の薄膜シリコン積層型太陽電池において、
特にＡＭ（Ａｉｒ  Ｍａｓｓ）１．５の太陽光スペクトル条件下で、前記ボトム太陽電池層の発電電流が、前記トップ太陽電池層の発電電流よりも小さくなるように前記ボトム太陽電池層と前記トップ太陽電池層との前記発電電流バランスが設定される
薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項４】
請求項１または２に記載の薄膜シリコン積層型太陽電池において、
前記薄膜シリコン積層型太陽電池が設置される場所の３月または９月の正午時太陽光スペクトル条件下で、前記ボトム太陽電池層の発電電流が、前記トップ太陽電池層の発電電流よりも小さくなるように前記ボトム太陽電池層と前記トップ太陽電池層との前記発電電流バランスが設定される
薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項５】
請求項１から４までに記載の薄膜シリコン積層型太陽電池において、
前記ボトム太陽電池層の発電電流が、前記トップ太陽電池層の発電電流よりも０〜１ｍＡ／ｃｍ２小さくなるように前記ボトム太陽電池層と前記トップ太陽電池層との前記発電電流バランスが調整される
薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項６】
請求項１から５までに記載の薄膜シリコン積層型太陽電池において、
さらに、前記ボトム太陽電池層と前記トップ太陽電池層との間に中間層を備えた
薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項７】
請求項６に記載の薄膜シリコン積層型太陽電池において、
前記中間層はＺｎＯ、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｈｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）あるいはＳｎＯ２が主成分である
薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項８】
請求項６または７に記載の薄膜シリコン積層型太陽電池において、
前記中間層の厚さは５０ｎｍ程度である
薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項９】
請求項６から８までに記載の薄膜シリコン積層型太陽電池において、
前記中間層の波長６００〜１２００ｎｍの光に対する吸収率が１％以下である
薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項１０】
請求項１から９までに記載の薄膜シリコン積層型太陽電池において、
前記ボトム太陽電池層の層厚は１．０μｍ以上、２．５μｍ未満であり、
前記トップ太陽電池の層厚は２００ｎｍ以上、４００ｎｍ以下である
薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか一項に記載の薄膜シリコン積層型太陽電池
を備えた太陽光発電システム。
【請求項１２】
ＡＭ（Ａｉｒ  Ｍａｓｓ）１．５の太陽光スペクトルに基づき、前記ボトム太陽電池層の発電電流が、前記トップ太陽電池層の発電電流よりも小さくなるように前記ボトム太陽電池層と前記トップ太陽電池層との前記発電電流バランスを設計するステップを具備する
薄膜シリコン積層型太陽電池の設計方法。
【請求項１３】
任意の場所に設置され、透明基板および第１導電層上に順次積層されるトップ太陽電池層とボトム太陽電池層とを備える薄膜シリコン積層型太陽電池の設計方法であって、
前記薄膜シリコン積層型太陽電池が設置される場所の太陽光スペクトルに基づき、
前記ボトム太陽電池層の発電電流を、前記トップ太陽電池層の発電電流よりも小さくなるように前記ボトム太陽電池層と前記トップ太陽電池層との前記発電電流バランスを設計するステップを具備する
薄膜シリコン積層型太陽電池の設計方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の薄膜シリコン積層型太陽電池の設計方法において、
前記薄膜シリコン積層型太陽電池が設置される場所の３月または９月の正午時太陽光スペクトルに基づき、前記ボトム太陽電池層の発電電流が、前記トップ太陽電池層の発電電流よりも小さくなるように前記ボトム太陽電池層と前記トップ太陽電池層との前記発電電流バランスを設計するステップを具備する
薄膜シリコン積層型太陽電池の設計方法。
【請求項１５】
請求項１２から１４までに記載の薄膜シリコン積層型太陽電池の設計方法において、
前記ボトム太陽電池層の発電電流が、前記トップ太陽電池層の発電電流よりも０〜１ｍＡ／ｃｍ２小さくなるように前記ボトム太陽電池層と前記トップ太陽電池層との前記発電電流バランスを設計するステップを具備する
薄膜シリコン積層型太陽電池の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電電流が結晶質シリコン太陽電池層（ボトムセル）により律則されるように設定されたタンデム積層の薄膜シリコン積層型太陽電池およびその設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の技術分野では、高発電効率を有する太陽電池の開発が続けられている。高発電効率を実現するためには、太陽電池に入射する太陽光スペクトルが考慮される。特に、従来の太陽電池においては、太陽の南中時に太陽光スペクトルのうちの紫外領域が相対的に増加するので、そのときの太陽光スペクトルで発電量がピークになるようにトップセルの発電電流が電池全体の発電電流を律則するように設計されている。
【０００３】
ここで従来の、タンデム構造を有する太陽電池の積層構成について説明する。タンデム構造を有する太陽電池は、順次積層された、透明絶縁基板、第１透明電極、ｐ型シリコン層（非晶質シリコン層）、ｉ型シリコン層（非晶質シリコン層）、ｎ型シリコン層（非晶質シリコン層）、ｐ型シリコン層（結晶質シリコン層）、ｉ型シリコン層（結晶質シリコン層）、ｎ型シリコン層（結晶質シリコン層）、第２電極、裏面電極を備えている。ｐ型シリコン層（非晶質シリコン層）と、ｉ型シリコン層（非晶質シリコン層）と、ｎ型シリコン層（非晶質シリコン層）とにより非晶質シリコン太陽電池（トップセル）が形成される。また、ｐ型シリコン層（結晶質シリコン層）と、ｉ型シリコン層（結晶質シリコン層）と、ｎ型シリコン層（結晶質シリコン層）とにより結晶質シリコン太陽電池（ボトムセル）が形成される。
【０００４】
ここでトップセル、ボトムセルをシリコン層と称したが、その成分は純シリコンに限らず、シリコンを主成分とする層、例えば炭素を５０％未満含有するシリコンカーバイド、ゲルマニウムを２０％未満含有するシリコンゲルマニウムでも良いし、その他の元素を数％以下程度含んでも、実質的にシリコンが主成分であれば同様の特性を示す。
【０００５】
また、非晶質太陽電池（トップセル）は、ｐ型、ｉ型、ｎ型とも非晶質としたが、ｉ型シリコン層の大部分が非晶質であれば、実質的に非晶質シリコン太陽電池の特性を示すので、ｐ層、ｎ層の結晶性にはこだわらない。
【０００６】
結晶質太陽電池（ボトムセル）は、ｐ型、ｉ型、ｎ型とも結晶質としたが、ｉ型シリコン層の過半数の成分が結晶質であれば、実質的に結晶質シリコン太陽電池の特性を示すので、ｐ層、ｎ層の結晶性にはこだわらない。
【０００７】
透明絶縁基板側から入射した太陽光は、非晶質シリコン太陽電池（トップセル）において最初の電気エネルギーへの変換が行われる。次に、非晶質シリコン太陽電池（トップセル）で吸収されなかった太陽光が、その下層に形成された結晶質シリコン太陽電池（ボトムセル）に到達し、そこで再び電気エネルギーへの変換が行われる。
【０００８】
トップセルおよびボトムセル共に、その膜厚を厚くする程、各セルにおける発電電流は増加する。従って、トップセルとボトムセルとの発電電流のバランスを任意に設定するためには、例えばトップセルの膜厚を一定にしてトップセルにおける発電電流を固定する。そして、ボトムセルの膜厚を調整することにより、トップセルとボトムセルとの発電電流のバランスが任意に設定される。つまり、トップセルの膜厚が固定され、ボトムセルの膜厚が調整されて当該太陽電池のトップセル発電電流律則が実現される。
【０００９】
しかし、年間を通した発電効率を考えた場合、トップセル律則に設定された太陽電池では、太陽の南中時の発電量は若干高くなるものの、朝夕や冬季等の太陽照射角度が低いとき、曇天で紫外線が吸収されるときには発電量が低下するといった問題がある。また、トップセルである非晶質シリコン太陽電池は光劣化率が高く、トップセルの光劣化と共に発電効率が低下して発電効率が不安定になる。つまり、安定化効率として所望の値を得るためには、トップセルに対して、この劣化量を考慮した規定の膜厚を再現性よく成膜するための高い製造性が必要となる。
【００１０】
上記した技術に関連して、以下に示すような報告がなされている。
【００１１】
新エネルギー・産業技術総合開発機構：平成１５年度成果報告書「太陽光発電技術研究開発  先進太陽電池技術研究開発  先進太陽  電池技術研究開発  シリコン結晶系薄膜太陽電池モジュール製造技術開発（２）」では、トップセル（非晶質Ｓｉ）とボトムセル（薄膜多結晶Ｓｉ）の間に透明中間層を導入した「非晶質Ｓｉ／透明中間層／薄膜多結晶Ｓｉ」ハイブリッド構造による内部光閉じ込め（Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｔｒａｐｐｉｎｇ）技術の開発が報告されている。上記構造を大面積モジュールに適用することで、モジュール性能向上を目指した検討が実施された結果、アパーチャ面積３８２５ｃｍ２（基板サイズ９１０ｍｍ×４５５ｍｍ）のハイブリッドモジュールの初期変換効率として１３．５％を達成し、上記構造がハイブリッド太陽電池の高効率化に優位であることを大面積モジュールにおいても実証している。屋外で高出力が得られる太陽電池構造についても検討が行われた。電流がトップ律則傾向、ボトム律則傾向となる２種類のハイブリッドモジュールについて、１日の単位日射量当りの出力変化が比較された。日射量が１ｋＷ／ｍ２に近付く南中時にはエアマス値が１．０に漸近するため、トップ律則で設計されたハイブリッドモジュールは、ボトム律則モジュール設計と比べ約１０％高い出力が得られることが分った。さらに屋外曝露後に光安定したトップ律則及びボトム律則となる２種のハイブリッドモジュールについてＳＭＡＰ（Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｍａｔｃｈ  Ａｎａｌｙｚｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）を用いて温度依存性が調べられた。解析結果は、１日の太陽光スペクトルとモジュール温度の変化に対する最大出力の挙動と一致し、トップ律則設計により高日射、低エアマス下でより高い発電能が得られることが確認された。光照射加速試験により、中間層を導入したハイブリッドサブモジュールの安定下特性について検討された結果、従来のハイブリッドセルに比べて安定化後のトップセルのＦ．Ｆ．が高くなることが確認された。また、５ＳＵＮ、２０時間、５０℃の光照射条件で、９０％以上の保持率が得られた。また、薄膜多結晶シリコンセルのｐ／ｉ／ｎ各層を同一チャンバーにて製膜することで、セル製膜のスループット向上を図った結果、ｐ／ｉ／ｎ各層を別のチャンバーで製膜した従来のセルと比較して遜色のない性能が得られた。
【００１２】
【非特許文献１】新エネルギー・産業技術総合開発機構：平成１５年度成果報告書「太陽光発電技術研究開発  先進太陽電池技術研究開発  先進太陽電池技術研究開発  シリコン結晶系薄膜太陽電池モジュール製造技術開発（２）」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、年間を通して高効率で、且つ生産性の高い薄膜シリコン積層型太陽電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１５】
本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池は、透明基板（１）上に形成される第１導電層（２）と、第１導電層上に形成されるトップ太陽電池層（２５）と、トップ太陽電池層上に積層されるボトム太陽電池層（３５）とを備え、ボトム太陽電池層の発電電流によりトップ太陽電池層の発電電流が律則される。
【００１６】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池に係わるトップ太陽電池層（２５）は、第１導電層（２）上に順番に積層されるｐ型（３）とｎ型（５）の一方の導電型のシリコン層、ｉ型シリコン層（４）、及び他方の導電型のシリコン層とを備え、ボトム太陽電池層（３５）は、トップ太陽電池層の他方の導電型のシリコン層の直接的あるいは間接的に上に順番に積層されるｐ型（６）とｎ型（８）の一方の導電型のシリコン層、ｉ型シリコン層（７）、及び他方の導電型のシリコン層とを備える。ここでトップセル、ボトムセルをシリコン層と称したが、その成分は純シリコンに限らず、シリコンを主成分とする層、例えば炭素を５０％未満含有するシリコンカーバイド、ゲルマニウムを２０％未満含有するシリコンゲルマニウムでも良いし、その他の元素を数％以下程度含んでも、実質的にシリコンが主成分であれば同様の特性を示す。また、非晶質太陽電池（トップセル）は、ｐ型、ｉ型、ｎ型とも非晶質としたが、ｉ型シリコン層の大部分が非晶質であれば、実質的に非晶質シリコン太陽電池の特性を示すので、ｐ層、ｎ層の結晶性にはこだわらない。結晶質太陽電池（ボトムセル）は、ｐ型、ｉ型、ｎ型とも結晶質としたが、ｉ型シリコン層の過半数の成分が結晶質であれば、実質的に結晶質シリコン太陽電池の特性を示すので、ｐ層、ｎ層の結晶性にはこだわらない。
【００１７】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池は、ＡＭ（Ａｉｒ  Ｍａｓｓ）１．５の太陽光スペクトル条件下で、ボトム太陽電池層（３５）の発電電流が、トップ太陽電池層（２５）の発電電流よりも小さくなるようにボトム太陽電池層とトップ太陽電池層との発電電流バランスが設定される。
【００１８】
或いは、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池は、当該薄膜シリコン積層型太陽電池が設置される場所の３月または９月の正午時太陽光スペクトル条件下で、ボトム太陽電池層（３５）の発電電流が、トップ太陽電池層（２５）の発電電流よりも小さくなるようにボトム太陽電池層とトップ太陽電池層との発電電流バランスが設定される。
【００１９】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池は、ボトム太陽電池層（３５）の発電電流が、トップ太陽電池層（２５）の発電電流よりも０〜１ｍＡ／ｃｍ２小さくなるようにボトム太陽電池層とトップ太陽電池層との発電電流バランスが調整される。
【００２０】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池は、さらに、ボトム太陽電池層（３５）とトップ太陽電池層（２５）との間に中間層（２０）を備える。
【００２１】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池に係わる中間層（２０）はＺｎＯ、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｈｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）あるいはＳｎＯ２を主成分とする材料により形成される。
【００２２】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池に係わる中間層（２０）の厚さは５０ｎｍ程度である。
【００２３】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池に係わる中間層（２０）の波長６００〜１２００ｎｍの光に対する吸収率が１％以下である。
【００２４】
また、本発明に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池に係わるボトム太陽電池層（３５）の層厚は、１．０μｍ以上、２．５μｍ未満であり、トップ太陽電池層（２５）の層厚は２００ｎｍ以上、４００ｎｍ以下である。
【００２５】
また、本発明の太陽光発電システムは、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の薄膜シリコン積層型太陽電池を備える。
【００２６】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池の設計方法において、ＡＭ（Ａｉｒ  Ｍａｓｓ）１．５の太陽光スペクトルに基づき、ボトム太陽電池層（３５）の発電電流が、トップ太陽電池層（２５）の発電電流よりも小さくなるようにボトム太陽電池層とトップ太陽電池層との発電電流バランスを設計するステップを備える。本設計により、タンデム太陽電池の特性は、結晶太陽電池評価用に規定された現在の太陽電池特性評価において、高出力を得ることができる。
【００２７】
或いは、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池の設計方法において、任意の場所に設置され、透明基板（１）および第１導電層（２）上に順次積層されるトップ太陽電池層（２５）とボトム太陽電池層（３５）とを備える薄膜シリコン積層型太陽電池の設計方法であって、薄膜シリコン積層型太陽電池が設置される場所の太陽光スペクトルに基づき、ボトム太陽電池層の発電電流を、トップ太陽電池層の発電電流よりも小さくなるようにボトム太陽電池層とトップ太陽電池層との発電電流バランスを設計するステップを備える。本設計により、任意の設置場所での高出力の電力を得ることができる。
【００２８】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池の設計方法において、薄膜シリコン積層型太陽電池が設置される場所の３月または９月の正午時太陽光スペクトルに基づき、ボトム太陽電池層の発電電流が、トップ太陽電池層（２５）の発電電流よりも小さくなるようにボトム太陽電池層（３５）とトップ太陽電池層との発電電流バランスを設計するステップを備える。
【００２９】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池の設計方法において、ボトム太陽電池層（３５）の発電電流が、トップ太陽電池層（２５）の発電電流よりも０〜１ｍＡ／ｃｍ２小さくなるようにボトム太陽電池層とトップ太陽電池層との発電電流バランスを設計するステップを備える。
【発明の効果】
【００３０】
本発明により、年間を通して高効率で、且つ生産性の高い薄膜シリコン積層型太陽電池およびその設計方法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】
【００３１】
添付図面を参照して、本発明による薄膜シリコン積層型太陽電池を実施するための最良の形態を以下に説明する。
【００３２】
本発明は、太陽電池の通年での高効率化、および生産性の向上を目的としている。このため、タンデム構造を有した太陽電池において、トップセルである非晶質シリコン太陽電池における発電電流よりもボトムセルである結晶質太陽電池の発電電流を小さく設定し、ボトムセルにおける発電電流で太陽電池全体の発電電流を律則することがなされる。
【００３３】
トップセルである非晶質シリコン太陽電池では、発電に寄与する太陽光の波長領域の中心が、太陽南中時や夏季時に太陽スペクトルにおいて相対的に増加する波長の短い紫外線領域にある。
【００３４】
一方、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池では、発電に寄与する太陽光の波長領域の中心が、太陽スペクトルにおいて、トップセルである非晶質シリコン太陽電池に対して寄与する波長領域よりも波長の長い領域にある。従って、太陽電池においてボトムセルの発電電流により太陽電池全体の発電電流を律則することは、太陽南中時や夏季時の発電量は若干劣るが、朝夕や冬季等の太陽照射角度が低いとき、あるいは曇天時で紫外線領域の太陽光が吸収されるときには、トップセルにおける発電電流によって太陽電池全体の発電電流を律則するときよりも発電量が大きくなる。そして結果的には、通年の発電量としてもボトムセルにおける発電電流律則により高効率化が実現される。
【００３５】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態１に係わるタンデム構造を有した薄膜シリコン積層型太陽電池の積層構成を示す。
【００３６】
本実施の形態に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池は、順次積層された、透明絶縁基板１と、第１透明電極２と、ｐ型シリコン層（非晶質シリコン層）３、ｎ型シリコン層（非晶質シリコン層）５およびｉ型シリコン層（非晶質シリコン層）４からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の非晶質シリコン太陽電池（トップセル）２５と、ｐ型シリコン層（結晶質シリコン層）６、ｎ型シリコン層（結晶質シリコン層）８およびｉ型シリコン層（結晶質シリコン層）７からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の結晶質シリコン太陽電池（ボトムセル）３５と、第２透明電極９と、裏面電極１０とを備えている。
【００３７】
トップセル２５およびボトムセル３５共に、その膜厚を厚くする程、各セルにおける発電電流は増加する。従って、トップセル２５とボトムセル３５との発電電流のバランスを任意に設定するためには、トップセル２５の膜厚を一定にしてトップセル２５における発電電流を固定する。そして、ボトムセル３５の膜厚を調整することにより、トップセル２５とボトムセル３５との発電電流のバランスを任意に設定する。つまり、トップセル２５の膜厚が固定され、ボトムセル３５の膜厚が調整されて太陽電池のボトムセル発電電流律速が実現される。
【００３８】
本実施の形態においては、トップセルである非晶質シリコン太陽電池２５の膜厚が３５０ｎｍであるとき、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池３５の膜厚をいろいろな値に設定することにより、トップセルとボトムセルとの発電電流バランス値が複数設定された。そして、各々の発電電流バランスにおいて、ＡＭ（Ａｉｒ  Ｍａｓｓ）１．５の太陽光照射条件における安定化効率（１ＳＵＮ；１００ｍＷ／ｃｍ２、５０℃、１０００時間の光照射後、或いはそれと同等条件であることを確認後の加速光劣化条件）が測定された。
【００３９】
図２に、本実施の形態に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池において、トップセル２５の発電電流とボトムセル３５の発電電流との電流バランスを変化させたときの、それぞれの発電電流バランスに対応した安定化効率が示されている。図２によると、安定化効率はボトムセル３５の膜厚が１．５μｍ〜２．０μｍのときに最大値をとる。これは、トップセル２５の発電電流とボトムセル３５の発電電流との電流バランスとしては、ボトムセル３５の発電電流がトップセル２５の発電電流と等しいか、１ｍＡ／ｃｍ２程度小さい範囲（ボトムセルの発電電流により太陽電池全体の発電電流が律速されるボトム律速時）が最適な設定条件であることを示している。生産性を考慮すると、本実施の形態においては、ボトムセル３５の膜厚としては、１．５μｍが最適値である。
【００４０】
太陽電池の規定出力は、ＡＭ（Ａｉｒ  Ｍａｓｓ）１．５の太陽光スペクトルに基づくことになっている。規定出力として高出力を得るためには、ＡＭ１．５の太陽光スペクトルにおいて、ボトム太陽電池層（３５）の発電電流が、トップ太陽電池層（２５）の発電電流よりも小さくなるようにボトム太陽電池層とトップ太陽電池層との発電電流バランスを設計する。本設計により、タンデム太陽電池の特性として、結晶太陽電池評価用に規定された現在の太陽電池特性評価において、高出力を得ることができる。
【００４１】
屋外に実際に設置された太陽電池の有効出力を大きく得るためには、設置される場所の太陽光スペクトル条件を考慮に入れて、その太陽光スペクトルでボトム律則となるよう太陽電池を設計すれば良い。太陽光スペクトルは、季節により変動するので、平均的な値として、春分／秋分である３月または９月の正午時太陽光スペクトルを適用し、その条件下でボトムセル律則となるよう、上記したボトムセルの膜厚の最適化が行われる。
【００４２】
本実施の形態においては、ボトムセル律速に設定されたタンデム積層の薄膜シリコン積層型太陽電池を実現する。これにより、年間を通して高い発電効率を実現することができる。また、ボトムセル律速とすることで、トップセルである非晶質シリコン太陽電池２５の劣化に伴う発電効率の低下に対しても、特定の安定化効率値を安定に維持できる。さらに、ボトムセル律則であることから、トップセルである非晶質シリコン太陽電池２５の膜厚について、それ程の成膜精度は求められない。つまり、本実施の形態においては、トップセルとボトムセルとの膜厚比が多少ズレていても安定化効率の値は安定的であり製造性が良い。
【００４３】
（実施の形態２）
図３に、本実施の形態２に係わるタンデム構造を有した薄膜シリコン積層型太陽電池の積層構成を示す。本実施の形態に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池の基本的な積層構成および作用効果は実施の形態１に記載したものと同じである。しかし、本実施の形態に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池では、非晶質シリコン太陽電池（トップセル）２５と結晶質シリコン太陽電池（ボトムセル）３５との間に、さらに透明中間層２０が形成される。この透明中間層２０は、非晶質シリコン太陽電池（トップセル）２５で発電に使用される太陽光スペクトル領域の太陽光を反射させて非晶質シリコン太陽電池（トップセル）２５に再入射させる。これにより、非晶質シリコン太陽電池（トップセル）２５における発電効率が実施の形態１に比べて向上できる。
【００４４】
本実施の形態に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池は、順次積層された、透明絶縁基板１と、第１透明電極２と、ｐ型シリコン層（非晶質シリコン層）３、ｎ型シリコン層（非晶質シリコン層）５およびｉ型シリコン層（非晶質シリコン層）４からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の非晶質シリコン太陽電池（トップセル）２５と、透明中間層２０と、ｐ型シリコン層（結晶質シリコン層）６、ｎ型シリコン層（結晶質シリコン層）８およびｉ型シリコン層（結晶質シリコン層）７からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の結晶質シリコン太陽電池（ボトムセル）３５と、第２透明電極９と、裏面電極１０とを備えている。
【００４５】
実施の形態１と同様に、トップセル２５とボトムセル３５とは、その膜厚を厚くする程、各セルにおける発電電流は増加する。従って、トップセル２５とボトムセル３５との発電電流のバランスを任意に設定するためには、トップセル２５の膜厚を一定にしてトップセル２５における発電電流を固定する。そして、ボトムセル３５の膜厚を調整することにより、トップセル２５とボトムセル３５との発電電流のバランスが任意に設定される。つまり、トップセル２５の膜厚が固定され、ボトムセル３５の膜厚が調整されて太陽電池のトップセル発電電流律則が実現される。
【００４６】
本実施の形態においては、トップセルである非晶質シリコン太陽電池２５の膜厚が２５０ｎｍ、透明中間層２０の膜厚が５０ｎｍであるとき、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池３５の膜厚をいろいろな値に設定することにより、トップセルとボトムセルとの発電電流バランス値が複数設定された。そして、各々の発電電流バランスにおいて、ＡＭ（Ａｉｒ  Ｍａｓｓ）１．５の太陽光照射条件における安定化効率（１ＳＵＮ；１００ｍＷ／ｃｍ２、５０℃、１０００時間の光照射後、或いはそれと同等条件であることを確認後の加速光劣化条件）が測定された。
【００４７】
図４に、本実施の形態に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池において、トップセル２５の発電電流とボトムセル３５の発電電流との電流バランスを変化させたときの、それぞれの発電電流バランスに対応した安定化効率が示されている。図４によると、透明中間層２０を積層した場合でも、電流バランスはボトムセル３５の発電電流がトップセルの発電電流と等しいか、１ｍＡ／ｃｍ２程度小さい範囲（ボトムセルの発電電流により太陽電池全体の発電電流が律則されるボトム律速時）が安定化効率を最大にするのに最適な設定条件である。本実施の形態においては、生産性を考慮して、ボトムセル３５の膜厚として１．５μｍが最適値である。
【００４８】
太陽電池の規定出力は、ＡＭ（Ａｉｒ  Ｍａｓｓ）１．５の太陽光スペクトルに基づくことになっている。規定出力として高出力を得るためには、ＡＭ１．５の太陽光スペクトルにおいて、ボトム太陽電池層（３５）の発電電流が、トップ太陽電池層（２５）の発電電流よりも小さくなるようにボトム太陽電池層とトップ太陽電池層との発電電流バランスを設計する。本設計により、タンデム太陽電池の特性として、結晶太陽電池評価用に規定された現在の太陽電池特性評価において、高出力を得ることができる。
【００４９】
屋外に実際に設置された太陽電池の有効出力を大きく得るためには、設置される場所の太陽光スペクトル条件を考慮に入れて、その太陽光スペクトルでボトム律則となるよう太陽電池を設計すれば良い。太陽光スペクトルは、季節により変動するので、平均的な値として、春分／秋分である３月または９月の正午時太陽光スペクトルを適用し、その条件下でボトムセル律則となるよう、上記したボトムセルの膜厚の最適化を行なう。
【００５０】
本実施の形態においては、実施の形態１と同様に、ボトムセル律速に設定されたタンデム積層の薄膜シリコン積層型太陽電池を実現する。これにより、年間を通して実施の形態１の薄膜シリコン積層型太陽電池よりもさらに高い発電効率を実現することができる。また、ボトムセル律則とすることで、トップセルである非晶質シリコン太陽電池２５の光劣化に伴う発電効率の低下に対しても、安定した安定化効率を維持できる。また、ボトムセル律速であることから、トップセルである非晶質シリコン太陽電池２５の膜厚についてのそれ程の製造精度は求められない。つまり、本実施の形態においても、トップセルとボトムセルとの膜厚比が多少ズレていても安定化効率の値は安定的に維持されるので製造性が良い。
【００５１】
さらに、本実施の形態においては非晶質シリコン太陽電池（トップセル）２５と結晶質シリコン太陽電池（ボトムセル）３５との間に透明中間層２０が形成されている。これにより、非晶質シリコン太陽電池（トップセル）２５における発電効率を向上させて電池全体の安定化効率を向上させる。また、非晶質シリコン太陽電池（トップセル）２５の膜厚自体を薄膜化出来ることから、非晶質シリコン太陽電池（トップセル）２５層の生産性向上させると共に、光劣化特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施の形態１に係わる、タンデム構造を有した薄膜シリコン積層型太陽電池の概略積層構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池において、トップセルの発電電流とボトムセルの発電電流との電流バランスを変化させたときの、各電流バランス値とそれに対応した安定化効率とを示す図である。
【図３】実施の形態２に係わる、タンデム構造を有した薄膜シリコン積層型太陽電池の概略積層構成を示す図である。
【図４】実施の形態２に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池において、トップセルの発電電流とボトムセルの発電電流との電流バランスを変化させたときの、各電流バランス値とそれに対応した安定化効率とを示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…透明絶縁基板
２…第１透明電極
３…ｐ型シリコン層（非晶質シリコン層）
４…ｉ型シリコン層（非晶質シリコン層）
５…ｎ型シリコン層（非晶質シリコン層）
６…ｐ型シリコン層（多結晶シリコン層）
７…ｉ型シリコン層（多結晶シリコン層）
８…ｎ型シリコン層（多結晶シリコン層）
９…第２透明電極
１０…裏面電極
２０…透明中間層
２５…非晶質シリコン太陽電池（トップセル）
３５…結晶質シリコン太陽電池（ボトムセル）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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