(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、高効率で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。【解決手段】  安定化効率が最大になるように、太陽光が入射する第１透明電極に形成された凹凸部の凹凸のピッチおよび高低差の値を最適化する。これにより、太陽電池に入射する太陽光の入射経路を延長させて太陽電池の発電効率を向上させる。また、タンデム構造を有した太陽電池において、各層構成における非晶質シリコン太陽電池および結晶質太陽電池の膜厚値の最適化を行う。【選択図】  図６
2006120745.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第１太陽電池層と、
前記第１太陽電池層上に積層される第２太陽電池層を具備し、
前記第１導電層はピッチが０．２〜２．５μｍで、高低差が前記ピッチの１／２〜１／４である凹凸を有す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、
前記第１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、
前記第２太陽電池層は、
前記第１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、
前記第１太陽電池層の厚さは２００〜４００ｎｍであり、
前記第２太陽電池層の厚さは１．５〜３μｍである
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、
さらに、前記第１太陽電池層と前記第２太陽電池層との間に中間導電層が積層される
薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項５】
請求項４に記載の薄膜シリコン積層型太陽電池において、
前記第１太陽電池層の厚さは１００〜４００ｎｍであり、
前記第２太陽電池層の厚さは１〜３μｍである
薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項６】
請求項４または５に記載の薄膜シリコン積層型太陽電池において、
前記中間導電層はＺｎＯ，ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）またはＳｎＯ２のうちの少なくとも１つを主成分とする材料により形成され、
前記中間導電層による波長６００〜１２００ｎｍの光吸収率は１％以下である薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項７】
請求項１から６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、前記第２太陽電池層上に形成される第２導電層を具備し、
前記第２導電層は、Ａｇにより形成される薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項８】
請求項１から７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、前記第２太陽電池層と前記第２導電層との間に第３導電層が積層される薄膜シリコン積層型太陽電池。
【請求項９】
請求項８に記載の薄膜シリコン積層型太陽電池において、
前記第３導電層は、厚さ２０ｎｍ〜１００ｎｍのＺｎＯを主成分とする材料で形成される薄膜シリコン積層型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜シリコン積層型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の技術分野では、
（１）太陽からの光を半導体材料により形成されるｐｉｎ接合層などのエネルギー変換部にいかに効率良く取り込むか。
【０００３】
（２）また、上記ｐｉｎ接合層等などのエネルギー変換部において、太陽エネルギーから電気エネルギーに変換する効率をいかに高めるか。
【０００４】
という技術開発項目がある。そして、これらの効率を向上させることにより、太陽電池全体の発電効率の向上が図られている。
【０００５】
図１には、これらの効率を向上させることを目的とした従来のタンデム構造を有する太陽電池の概略積層構造が示されている。図１に示される太陽電池は、順次積層された、透明絶縁基板１、第１透明電極（第１導電層）２、ｐ型シリコン層（非晶質シリコン層）３、ｉ型シリコン層（非晶質シリコン層）４、ｎ型シリコン層（非晶質シリコン層）５、ｐ型シリコン層（多結晶シリコン層）６、ｉ型シリコン層（多結晶シリコン層）７、ｎ型シリコン層（多結晶シリコン層）８、第２透明電極９、裏面電極１０を備えている。
【０００６】
ｐ型シリコン層（非晶質シリコン層）３と、ｉ型シリコン層（非晶質シリコン層）４と、ｎ型シリコン層（非晶質シリコン層）５とにより非晶質シリコン太陽電池が形成される。前記非晶質シリコン層は、シリコンを主成分とする層、例えば炭素を５０％未満添加したシリコンカーバイド、ゲルマニウムを２０％未満添加した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、実質的な主成分がシリコンであればよい。前記非晶質シリコン層の結晶性は、主たる光電変換層であるｉ型シリコン層の大部分が非晶質であれば良く、ｐ型シリコン層およびｎ型シリコン層の結晶性にはこだわらない。
【０００７】
また、ｐ型シリコン層（多結晶シリコン層）６と、ｉ型シリコン層（多結晶シリコン層）７と、ｎ型シリコン層（多結晶シリコン層）８とにより結晶質シリコン太陽電池が形成される。前記多結晶シリコン層は、シリコンを主成分とする層、例えば炭素を５０％未満添加したシリコンカーバイド、ゲルマニウムを２０％未満添加した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、実質的な主成分がシリコンであればよい。前記多結晶シリコン層の結晶性は主たる光電変換層であるｉ型シリコン層の過半数が結晶質であれば良く、ｐ型シリコン層及びｎ型シリコン層の結晶性にはこだわらない。透明絶縁基板１側から入射した太陽光は、非晶質シリコン太陽電池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。図１に示される太陽電池においては、入射する太陽光の反射を減少させ、なるべく多くの太陽光が太陽電池中に取り込まれるように、第１透明電極２の厚さが調整される。また、非晶質シリコン太陽電池では、光照射により劣化して発電量が低下する現象があるが、膜質向上、膜中の欠陥低減により光劣化率の低減（安定化効率の向上）が図られている。
【０００８】
しかし、太陽電池の積層構成とそれらを構成する各層厚の最適化条件の決定など残された課題も多い。特に、太陽電池の光劣化率を低減して安定化効率を向上させるためには非晶質シリコン太陽電池の膜厚を薄くする必要がある。また、発電効率の向上を目指しつつ、生産性を向上させるためには、結晶質シリコン太陽電池の膜厚を薄くする必要がある。非晶質シリコンからなる第１太陽電池層と、結晶質シリコンからなる第２太陽電池層は、タンデム太陽電池の電気回路として直列接続であるために、該電池の発電電流は、各々の層の少ない発電電流により律則される。よって、その発電電流のバランスが良いことが望まれる。これらを総合的に考慮して各層厚の最適化条件を決定することの重要性が増している。
【０００９】
上記した技術に関連して、以下に示すような提案がなされている。
【００１０】
特開平１０−１１７００６号公報に開示されている「薄膜光電変換装置」では、  第１と第２の主面を有しかつ実質的に多結晶の光電変換層と、第２の主面を覆う金属薄膜とを含み、多結晶光電変換層は実質的に多結晶シリコン薄膜からなりかつ０．５〜２０μｍの範囲内の平均厚さを有し、少なくとも第１の主面は表面テクスチャ構造を有し、そのテクスチャ構造は平均厚さの１／２より小さくかつ実質的に０．０５〜３μｍの範囲内の高低差を有する微細な凹凸を含む薄膜光電変換装置が提案されている。
【００１１】
また、特開２００１−１７７１３４号公報に開示されている「集積型ハイブリッド薄膜光電変換装置」では、透明絶縁基板上に順に積層された透明電極層、非晶質半導体光電変換ユニット層、結晶質半導体光電変換ユニット層、および裏面電極層が複数のハイブリッド光電変換セルを形成するようにレーザスクライブで形成された複数の平行な直線状の分離溝によって分離されていて、かつそれらの複数のセルは分離溝に平行な複数の接続用溝を介して互いに電気的に直列接続されており、非晶質光電変換ユニット層に含まれる非晶質光電変換層の厚さは２５０ｎｍ以上であり、結晶質光電変換ユニット層に含まれる結晶質光電変換層の厚さは３μｍ未満であり、かつ非晶質光電変換層の厚さの４〜８倍の範囲内にある集積型ハイブリッド薄膜光電変換装置が提案されている。
【００１２】
また、特開２００１−１７７１３４号公報に開示されている「集積型ハイブリッド薄膜光電変換装置」では、透明絶縁基板上に順次積層された透明電極層、非晶質半導体光電変換ユニット層、部分的に光を反射しかつ透過する導電性の光学的中間層、結晶質半導体光電変換ユニット層、および裏面電極層が複数のハイブリッド光電変換セルを形成するように複数の分離溝によって分離されていて、かつそれらの複数のセルは複数の接続用溝を介して互いに電気的に直列接続されており、非晶質光電変換ユニット層は０．０１〜０．５μｍの範囲内の厚さを有し、結晶質光電変換ユニット層は０．１〜１０μｍの範囲内の厚さを有し、光学的中間層は１０〜１００ｎｍの範囲内の厚さを有するとともに１×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍの範囲内の抵抗率を有することを特徴とする集積型ハイブリッド薄膜光電変換装置が提案されている。
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−１１７００６号公報
【特許文献２】特開２００１−１７７１３４号公報
【特許文献３】特開２００２−１１８２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、高効率で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】
【００１５】
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。
【００１６】
本発明における薄膜シリコン積層型太陽電池は、透明基板上（１０）に形成される第１導電層（２０）と、第１導電層上に形成される第１太陽電池層（１５０）と、第１太陽電池層上に積層される第２太陽電池層（２００）を備え、第１導電層はピッチが０．２〜２．５μｍで、高低差が前記ピッチの１／２〜１／４である凹凸を有する。
【００１７】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池に係わる第１太陽電池層（１５０）は、第１導電層（２０）上に順番に積層されるｐ型（３０）とｎ型（５０）の一方の導電型のシリコン層、ｉ型シリコン層（４０）、及び他方の導電型のシリコン層とを備え、第２太陽電池層（２００）は、第１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（６０）とｎ型（８０）の一方の導電型のシリコン層、ｉ型シリコン層（７０）、及び他方の導電型のシリコン層とを備える。
【００１８】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池に係わる第１太陽電池層（１５０）は、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、その厚さは２００〜４００ｎｍである。第２太陽電池層（２００）は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、その厚さは１．５〜３μｍである。
【００１９】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池は、さらに、第１太陽電池層（１５０）と第２太陽電池層（２００）との間に中間導電層（３００）が積層される。
【００２０】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池に係わる第１太陽電池層（１５０）の厚さは１００〜４００ｎｍであり、第２太陽電池層（２００）の厚さは１〜３μｍである。
【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導電層（３００）は、ＺｎＯ，ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）またはＳｎＯ２のうちの少なくとも１つを主成分とする材料により形成され、中間導電層による波長６００〜１２００ｎｍの光吸収率は１％以下である。
【００２２】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池において、さらに、第２太陽電池層（２００）上に形成される第２導電層（１００）を備え、第２導電層は、Ａｇにより形成される。
【００２３】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池は、さらに、第２太陽電池層（２００）と第２導電層（１００）との間に第３導電層（９０）が積層される。
【００２４】
また、本発明の薄膜シリコン積層型太陽電池に係わる第３導電層（９０）は、厚さ２０ｎｍ〜１００ｎｍのＺｎＯを主成分とする材料で形成される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、高効率で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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
本発明は、太陽電池の高効率化、および生産性の向上を目的としている。このために、太陽光が入射する第１透明電極に形成された凹凸部の凹凸のピッチおよび高低差の値を最適化した。これにより、太陽電池内における太陽光の入射経路を長くして安定化効率を向上させた。また、タンデム構造を有した太陽電池において、非晶質シリコン太陽電池および結晶質太陽電池の膜厚値の最適化を行った。
【００２８】
ここで、安定化効率を向上させるためには、非晶質シリコン太陽電池の膜厚はなるべく薄い方が良い。また、安定化効率の向上を目指しつつ、生産性を向上させるためには、結晶質シリコン太陽電池の膜厚は出来る限り薄くする必要がある。
【００２９】
本発明においては、上記したように各層の膜厚バランスも考慮に入れた上で、高効率で生産性の高い薄膜シリコン積層型太陽電池が実現される。
【００３０】
（実施の形態１）
図２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造を示す。
【００３１】
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１０と、ピッチが０．６μｍで、高低差が０．２μｍである凹凸を有する第１透明電極２０と、ｐ型シリコン層（非晶質シリコン層）３０、ｎ型シリコン層（非晶質シリコン層）５０およびｉ型シリコン層（非晶質シリコン層）４０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１５０と、ｐ型シリコン層（結晶質シリコン層）６０、ｎ型シリコン層（結晶質シリコン層）８０およびｉ型シリコン層（結晶質シリコン層）７０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２００と、第２透明電極９０と、裏面電極１００とを備えている。
【００３２】
本実施の形態においては、第１透明電極２０の太陽光進行方向面に、ピッチが０．６μｍで、高低差が前記ピッチの０．２μｍである凹凸部が形成されている。これにより、当該第１透明電極２０の下層部（太陽光進行方向）に形成される層は全てこの凹凸部形状にあわせた形態で順次積層されていく。
【００３３】
本実施の形態において、非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚が３００ｎｍ、結晶質シリコン太陽電池２００の膜厚が２μｍであるとき、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時間の光照射により光劣化させた後の効率、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により光劣化させた後の効率）は１１．５％であった。
【００３４】
第１透明電極２０の表面上に形成された凹凸部は、入射してきた太陽光を散乱させて発電層（非晶質シリコン太陽電池、結晶質シリコン太陽電池）内の光路長を延長する機能を有する。ここで、表面凹凸部のピッチおよび高低差は、散乱させたい光の波長と同程度のピッチ、および１／３程度の高低差であるとき（シリコンの屈折率が約３であることによる）に散乱率が最大になることが知られている。
【００３５】
本実施の形態の凹凸部のピッチおよび高低差の値の他に、比較例として凹凸部のピッチおよび高低差が（ａ）ピッチ０．２μｍ、高低差０．１μｍ、（ｂ）ピッチ２．５μｍ、高低差０．８μｍ、（ｃ）ピッチ４μｍ、高低差１μｍ（非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚が３００ｎｍ、結晶質シリコン太陽電池２００の膜厚が２μｍ）それぞれにおける、同等条件下での安定化効率を測定した。この結果によると、それぞれの安定化効率は、（ａ）１０．７％、（ｂ）１０．７％、（ｃ）１０．２％であった。
【００３６】
本実施の形態において１１．５％の安定化効率が実現されたのは、結晶質シリコン太陽電池２００における発電電流に大きく寄与する波長７００〜９００ｎｍの太陽光を効率的に散乱し、結晶質シリコン太陽電池２００での発電効率が向上した結果である。
【００３７】
本実施の形態においては、１０．５％以上の安定化効率を得るために、第１透明電極２０面上に凹凸部を形成する。そして、凹凸部のピッチとして０．２〜２．５μｍ、高低差としてピッチの１／２〜１／４を選択することにより、最大で１１．５％の安定化効率を有する薄膜シリコン積層型太陽電池を実現することができる。
【００３８】
（実施の形態２）
実施の形態２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は、実施の形態１の薄膜シリコン積層型太陽電池と同じである。但し、本実施の形態においては、安定化効率が最大になるように、非晶質シリコン太陽電池１５０および結晶質シリコン太陽電池２００の膜厚の値が最適化される。
【００３９】
本実施の形態におけるタンデム構造を有した太陽電池の発電電流は、トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０の発電電流と、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００の発電電流の低い側で律則される。ここで、トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０の発電電流はこの膜厚に応じて増大する。また、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００の発電電流は、トップセルで吸収されなかった光量に依存し（すなわちトップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚が薄いほど到達光量が大きい）、同じ到達光量ならばボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００の膜厚に応じて増大する。従って、トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０とボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００との膜厚の間には適正なバランスが存在する。
【００４０】
一方、トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚を厚くすることは、生産効率の低下を意味する。また、非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚を厚くするほど光劣化率が増加する。従って、非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚自身にも適正値が存在する。
【００４１】
ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００の厚膜化は、生産効率の低下と共に、結晶質シリコン太陽電池２００の層中の欠陥量増大および電位勾配低下による発生電圧の低下を生じさせる。従って、結晶質シリコン太陽電池２００の膜厚にも適正値が存在する。
【００４２】
図３に、測定（◆）およびシミュレーションにより求められた、本実施の形態に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池の非晶質シリコン太陽電池１５０および結晶質シリコン太陽電池２００それぞれの膜厚と、その膜厚構成における安定化効率との関係を示す。太陽電池の評価（測定）は、ＪＩＳ  Ｃ８９３４に基づき、ＡＭ１．５の条件で実施された。非晶質シリコン太陽電池を備える太陽電池は、使用中に光劣化することが知られている。光劣化後の安定化効率は、実施の形態１で実施されたのと同様に、１ＳＵＮ、５０℃、１０００時間の光照射後、或いはそれと同等であることを確認済みの加速光劣化条件での光照射後の計測値とした。
【００４３】
図３に示されるように、安定化効率が１１％以上の良好な効率と、良好な生産性（非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚が４００ｎｍ以下、および結晶質シリコン太陽電池２００の膜厚が３μｍ以下）が確保される範囲は、非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚が２００〜４００ｎｍ、結晶質シリコン太陽電池２００の膜厚が１．５〜３μｍの範囲（図３中におけるハッチ部）であった。この範囲においては、最大１２％程度の安定化効率が実現される。
【００４４】
本実施の形態においては、安定化効率が最大になるように非晶質シリコン太陽電池１５０および結晶質シリコン太陽電池２００それぞれの膜厚が最適化される。これにより、実施の形態１と比較して、さらに高効率で生産性の高い薄膜シリコン積層型太陽電池が実現される。
【００４５】
（実施の形態３）
実施の形態３に係わる、薄膜シリコン積層型太陽電池の概略積層構成を図４に示す。本実施の形態の基本的な積層構成は、実施の形態１に係わる薄膜シリコン系積層型太陽電池と同じである。しかし本実施の形態においては、非晶質シリコン太陽電池１５０と結晶質シリコン太陽電池２００との間に、さらに透明中間層３００が積層されている。
【００４６】
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１０と、ピッチが０．６μｍで、高低差が０．２μｍである凹凸部を太陽光進行方向面上に有する第１透明電極２０と、ｐ型シリコン層（非晶質シリコン層）３０、ｎ型シリコン層（非晶質シリコン層）５０およびｉ型シリコン層（非晶質シリコン層）４０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）１５０と、透明中間層３００と、ｐ型シリコン層（結晶質シリコン層）６０、ｎ型シリコン層（結晶質シリコン層）８０およびｉ型シリコン層（結晶質シリコン層）７０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）２００と、第２透明電極９０と、裏面電極１００とを備えている。
【００４７】
本実施の形態においては、透明中間層３００がさらに積層されることにより、この透明中間層３００で入射太陽光の一部が反射されて、非晶質シリコン太陽電池１５０に再度入射される。
【００４８】
これにより、トップセルにおける発電電流が増加する。そして、トップセルの膜厚を薄くしても、透明中間層３００が積層されない場合と同等の発電電流を得ることができる。トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚を薄くすることにより当該層における光劣化を抑制でき、電池全体としての安定化効率を向上させることができる。
【００４９】
本実施の形態に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池（非晶質シリコン太陽電池１５０；２５０ｎｍ、結晶質シリコン太陽電池２００；２μｍ）は、ＺｎＯにより形成された厚さ６０ｎｍの透明中間層３００を備えている。透明中間層３００として用いたＺｎＯには１．５％のＧａがドープされている。また、透明中間層３００は酸素含有雰囲気下でスパッタリングにより積層されたものである。そして、このときの安定化効率として１２．４％が実現される。尚、透明中間層３００は、ＺｎＯを主成分とし、透明であれば良く、ドーパントとしてＧａ，Ａｌ等が入っていても、入っていなくても良い。
【００５０】
本実施の形態における薄膜シリコン積層型太陽電池においては、透明中間層３００が、トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０とボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００との間に積層される。これにより、非晶質シリコン太陽電池１５０における発電電流を増加させることができる。また、非晶質シリコン太陽電池１５０の薄膜化が実現される。そして、実施の形態１および２に比較して、さらに安定化効率の向上が実現される。
【００５１】
（実施の形態４）
実施の形態４に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池においては、実施の形態３に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池の透明中間層３００の膜厚の値が、安定化効率の向上のために最適化される。
【００５２】
実施の形態３にも記載されているように、透明中間層３００の膜厚を厚くすることにより、トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０の発電電流を増加させることができる。このとき、透明中間層３００により反射される太陽光の波長におけるボトムセルでの発電電流は減少する。実際には、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００においては、トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０よりも長波長領域の太陽光による電気エネルギーへの変換が行われている。
【００５３】
従って、透明中間層３００の膜厚を最適化することにより、透明中間層３００による、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００が吸収すべき長波長領域の太陽光の吸収率を抑制することが必要になる。
【００５４】
図５に、本実施の形態に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池の透明中間層３００の膜厚と、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００における波長８００ｎｍ（太陽光の長波長領域に対応）の量子効率（入射のうち発電に寄与する割合）との関係を示す。透明中間層３００の膜厚が厚くなると、透明中間層３００での長波長領域の太陽光の反射率も増大してボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００に入射する光量が減少する。透明中間層３００の波長６００〜１２００ｎｍの光学特性として、光吸収率は１％未満であり、この波長領域に対しては、ほぼ透明である。
【００５５】
一方、透明中間層３００の膜厚が厚くなると、透明中間層３００と裏面電極１００との間で光の閉じ込め効果が増大する。このため、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００に入射した太陽光の吸収率が増大する。図５によると、波長８００ｎｍの太陽光に対して、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００における光の閉じ込め効果が有効に作用する（量子効率を一定の値に維持することができる）透明中間層３００の膜厚は１００ｎｍ以下である。
【００５６】
本実施の形態により、トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０とボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００との発電電流バランスを考慮して、最適な透明中間層３００の膜厚値が決定される。これにより、より高い安定化効率を有する薄膜シリコン積層型太陽電池が実現される。
【００５７】
（実施の形態５）
実施の形態５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造は、実施の形態３の薄膜シリコン積層型太陽電池と同じである。但し、本実施の形態においては、安定化効率が最大になるように非晶質シリコン太陽電池１５０および結晶質シリコン太陽電池２００の膜厚の値が最適化されている。
【００５８】
本実施の形態に係わるタンデム構造を有した太陽電池の発電電流は、一定の透明中間層３００の膜厚下において、トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０の発電電流と、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００の発電電流の低い側で律則される。トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０の発電電流は膜厚に応じて増大する。ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００の発電電流はトップセルで吸収されなかった光を吸収し（すなわちトップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚が薄いほど到達光量が大きい）、同じ到達光量ならばボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００の膜厚に応じて増大する。従って、トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０とボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００との膜厚の間には適正なバランスが存在する。
【００５９】
トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚を厚くすると生産効率は低下する。また、トップセルである非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚を厚くすると光劣化率が増加して安定化効率が低下する。従って、非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚自身にも適正値が存在する。
【００６０】
ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００の厚膜化は、生産効率の低下と共に結晶質シリコン太陽電池２００の層中の欠陥量増大および電位勾配低下による発生電圧の低下を招く。よって、結晶質シリコン太陽電池２００の膜厚にも適正値が存在する。
【００６１】
図６に、測定（◆）およびシミュレーションにより求められた、本実施の形態に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池の非晶質シリコン太陽電池１５０および結晶質シリコン太陽電池２００それぞれの膜厚と、その膜厚構成における安定化効率との関係を示す。太陽電池の評価（測定）は、ＪＩＳ  Ｃ８９３４に基づき、ＡＭ１．５の条件で実施された。非晶質シリコン太陽電池を備える太陽電池は、使用中に光劣化することが知られている。光劣化後の安定化効率は、実施の形態１および２で実施されたのと同様に、１ＳＵＮ、５０℃、１０００時間の光照射後、或いはそれと同等であることを確認済みの加速光劣化条件での光照射後の計測値とした。
【００６２】
図６に示されるように、安定化効率が１１％以上の良好な効率と、良好な生産性（非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚が４００ｎｍ以下、および結晶質シリコン太陽電池２００の膜厚が３μｍ以下）が確保される範囲は、非晶質シリコン太陽電池１５０の膜厚が１００〜４００ｎｍ、結晶質シリコン太陽電池２００の膜厚が１〜３μｍの範囲（図６中におけるハッチ部）である。この範囲においては、最大１３％程度の安定化効率が実現される。
【００６３】
本実施の形態においては、透明中間層３００の形成された薄膜シリコン積層型太陽電池において、非晶質シリコン太陽電池１５０および結晶質シリコン太陽電池２００の膜厚値が最適化される。これにより、実施の形態３と比較して、さらに高安定化効率および高生産性（より薄い膜厚の非晶質シリコン太陽電池１５０および結晶質シリコン太陽電池２００で高安定化効率を得ることができる）の薄膜シリコン積層型太陽電池が実現される。
【００６４】
また、より薄い膜厚の非晶質シリコン太陽電池１５０および結晶質シリコン太陽電池２００で高安定化効率を実現することができることにより、各積層における歪み応力が減少する。これにより、信頼性の高い薄膜シリコン積層型太陽電池が実現される。
【００６５】
（実施の形態６）
実施の形態６に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池においては、実施の形態３に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池のボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００と裏面電極１００との間に積層されている第２透明電極９０（ＺｎＯ）の膜厚が、安定化効率の向上のために最適化される。
【００６６】
第２透明電極９０の膜厚が最適化されることにより、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００に吸収されなかった長波長領域（波長８００ｎｍ）の太陽光を、第２透明電極９０および裏面電極１００で効率良く反射させる。そして、結晶質シリコン太陽電池２００層中に長波長領域の太陽光を効率良く再入射させる。これにより、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００における発電電流が増大し、薄膜シリコン積層型太陽電池全体での安定化効率が向上する。
【００６７】
図７に、本実施の形態に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池の第２透明電極９０の膜厚と、それぞれの膜厚における安定化効率との関係を示す。第２透明電極９０（ＺｎＯ）の波長６００〜１２００ｎｍに対する光学特性として、光吸収率は１％未満であり、この波長領域に対してはほぼ透明である。
【００６８】
図７によると、積層される第２透明電極９０の膜厚を２０〜１００ｎｍとすることで、１２％以上の安定化効率を維持した薄膜シリコン積層型太陽電池を実現することができる。
【００６９】
本実施の形態により、第２透明電極９０の膜厚が最適化される。これにより、第２透明電極９０および裏面電極１００で反射されて、ボトムセルである結晶質シリコン太陽電池２００に再入射される長波長領域の太陽光の反射率が向上する。そして、結晶質シリコン太陽電池２００における発電電流が増大する。これにより、より高い安定化効率を有する薄膜シリコン積層型太陽電池が実現される。
【００７０】
実施の形態１から６までに述べられてきた薄膜シリコン積層型太陽電池はタンデム構造を有するものであった。しかし本願は、非晶質シリコン太陽電池、および結晶質シリコン太陽電池の組み合わせを有する全ての太陽電池について適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】従来の、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の概略積層構成を示す図である。
【図３】実施の形態２において、非晶質シリコン層および結晶質シリコン層の膜厚と、そのときの薄膜シリコン積層型太陽電池の安定化効率との関係を示す図である。
【図４】実施の形態３に係わる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５】実施の形態４において、中間層の膜厚と、中間層の膜厚に対応した結晶質太陽電池による波長８００ｎｍの量子効率との関係を示す図である。
【図６】実施の形態５において、非晶質シリコン層および結晶質シリコン層の膜厚と、そのときの薄膜シリコン積層型太陽電池の安定化効率を示す図である。
【図７】実施の形態６において、第２透明電極の膜厚と、第２透明電極の膜厚に対応した太陽電池の安定化効率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１、１０…透明絶縁基板
２、２０…第１透明電極
３、３０…ｐ型シリコン層（アモルファスシリコン層）
４、４０…ｉ型シリコン層（アモルファスシリコン層）
５、５０…ｎ型シリコン層（アモルファスシリコン層）
６、６０…ｐ型シリコン層（多結晶シリコン層）
７、７０…ｉ型シリコン層（多結晶シリコン層）
８、８０…ｎ型シリコン層（多結晶シリコン層）
９、９０…第２電極
１０、１００…裏面電極
１５０…非晶質シリコン太陽電池
２００…結晶質シリコン太陽電池
３００…透明中間層
【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】
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