(57)【要約】      （修正有）【課題】変換効率を向上させた太陽電池、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システムを提供する。【解決手段】太陽電池１００は、基板１と、基板１上に第１電極２と、を備え、第１電極２と第２電極６の間に、光吸収層３とｎ型層５を備え、第１電極２とｎ型層５の間に、光吸収層３を備える。さらに、第１電極２と光吸収層３の間に、ドット領域４を有する。ドットは、金属、合金と導電性酸化物のうちのいずれか１種以上で構成する。第１電極２は、半導体膜を含む透明電極である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２の電極の間に光吸収層を有し、
前記第１電極と前記光吸収層の間にドットを含むドット領域を有する太陽電池。
【請求項２】
前記ドット領域の開口率が５０％以上９９．９５％以下である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記ドット領域のドットは、金属、合金、導電性酸化物と導電性窒化物のうちのいずれか１種以上を含む請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記ドット領域のドットの間には、第１絶縁膜が存在する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記ドット領域と前記第１電極の間には、第２絶縁膜が存在する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記ドットの面内方向の平均直径は、前記光吸収層の前記第１電極側の界面の面内方向の平均結晶粒径よりも小さい請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の太陽電池を用いた多接合型太陽電池。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の太陽電池または請求項７に記載の多接合型太陽電池を用いた太陽電池モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、太陽電池、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高効率な太陽電池として多接合型（タンデム）太陽電池がある。波長帯毎に効率の良いセルを用いることができるため、単接合よりも高効率が期待される。ＣＩＧＳを始めとしたカルコパイライト太陽電池は効率が高いことが知られており、ワイドギャップ化をすることによりトップセル候補となりうる。しかしながら、トップセルとして用いる場合バンドギャップ以下の光を透過させるために透明電極を用いる必要がある。透明電極上に直接光吸収層を成膜すると界面が酸化してしまい良いコンタクトが形成できずに効率が高くなりにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５８７５１２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態は、変換効率を向上させた太陽電池、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の太陽電池は、第１電極と、第２電極と、第１電極と第２の電極の間に光吸収層３を有し、第１電極と光吸収層３の間に開口率が５０％以上９９．９５％以下のドット領域を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態にかかわる太陽電池の断面概念図。
【図２】実施形態にかかわるイメージ図。
【図３】実施形態にかかわるイメージ図。
【図４】実施形態にかかわる太陽電池の断面概念図。
【図５】実施形態にかかわる太陽電池の断面概念図。
【図６】実施形態にかかわる太陽電池の断面概念図。
【図７】実施形態にかかわる太陽電池の一部の断面概念図。
【図８】実施形態にかかわる太陽電池の一部の断面概念図。
【図９】実施形態にかかわる光学顕微鏡像。
【図１０】実施形態にかかわる光学顕微鏡像。
【図１１】実施形態にかかわる光学顕微鏡像。
【図１２】実施形態にかかわる光学顕微鏡像。
【図１３】実施形態にかかわる太陽電池の断面概念図。
【図１４】実施形態にかかわる多接合太陽電池の断面概念図。
【図１５】実施形態にかかわる太陽電池モジュールの概念図。
【図１６】実施形態にかかわる太陽光発電システムの概念図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池１００は、基板１と、基板１上に第１電極２と、を備える。第１電極２と第２電極６の間に、光吸収層３とｎ型層５が存在する。また、第１電極２とｎ型層５の間に、光吸収層３が存在する。そして、第１電極２と光吸収層３の間に、ドット領域４を有する。
【０００８】
（基板）
実施形態の基板１としては、ソーダライムガラスを用いることが望ましく、石英、白板ガラス、化学強化ガラスなどガラス全般、ステンレス、Ｔｉ（チタン）又はＣｒ（クロム）等の金属板あるいはポリイミド、アクリル等の樹脂を用いることもできる。
【０００９】
（第１電極）
実施形態の第１電極２は、太陽電池１００の電極である。第１電極２は、例えば、基板１上に形成された半導体膜を含む透明電極である。第１電極２は、基板１と光吸収層３の間に存在する。第１電極２としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Indium-Tin Oxide）を少なくとも含む半導体膜を用いることができる。光吸収層３側のＩＴＯ上には、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、キャリアドープされたＺｎＯ：Ｇａ、ＺｎＯ：Ａｌなどの酸化物を含む層を積層してもよい。基板１側から光吸収層３側にＩＴＯとＳｎＯ２を積層したものでもよいし、基板１側から光吸収層３側にＩＴＯ、ＳｎＯ２とＴｉＯ２を積層したものなどでもよい。第１電極２の光吸収層と接する層は、ＩＴＯ、ＳｎＯ２とＴｉＯ２のうちのいずれかの酸化物層であることが好ましい。また、基板１とＩＴＯの間にＳｉＯ２等の酸化物を含む層をさらに設けても良い。第１電極２は基板１にスパッタするなどして製膜することができる。第１電極２の膜厚は、例えば、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。実施形態の太陽電池を多接合型の太陽電池に用いる場合は、実施形態の太陽電池はトップセル側やミドルセル側に存在して、第１電極２は透光性のある半導体膜であることが好ましい。
【００１０】
（光吸収層）
実施形態の光吸収層３は、ｐ型の化合物半導体層である。光吸収層３は、第１電極２とｎ型層５との間に存在する。光吸収層３は、Ｉ族、ＩＩＩ族とＶＩ族元素を含む化合物を含む層である。Ｉ族元素は、Ｃｕを少なくとも含むことが好ましい。ＩＩＩ族元素は、Ｇａを少なくとも含むことが好ましい。ＶＩ族元素は、Ｓｅを少なくとも含むことが好ましい。Ｉ族（Ｉｂ族）元素、ＩＩＩ族（ＩＩＩｂ）族元素とＶＩ族（ＶＩｂ族）元素を含む、例えばＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２やＣｕＩｎＴｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ２，Ｃｕ（Ａｌ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２、ＣｕＧａ（Ｓ，Ｓｅ）２，Ａｇ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２といったカルコパイライト構造を有する化合物半導体層を光吸収層として用いることができる。Ｉｂ族元素がＣｕ又はＣｕ及びＡｇからなり、ＩＩＩｂ族元素がＧａ、ＡｌとＩｎのうちの１種以上の元素であり、ＶＩｂ族元素は、Ｓｅ、ＳとＴｅのうちの１種以上の元素であることが好ましい。その中でも、Ｉｂ族元素がＣｕからなり、ＩＩＩｂ族元素がＧａ、Ａｌ、又は、Ｇａ及びＡｌからなり、ＶＩｂ族元素は、Ｓｅ、Ｓ、又は、Ｓｅ及びＳからなることがより好ましい。ＩＩＩｂ族元素にＩｎが少ないと、多接合型の太陽電池のトップセルとして、光吸収層３のバンドギャップを好適な値に調整しやすいことが好ましい。光吸収層３の膜厚は、例えば、８００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である。
【００１１】
元素の組み合わせにより、バンドギャップの大きさを目的とする値に調節しやすくすることができる。目的とするバンドギャップの値とは、例えば１．０ｅＶ以上２．７ｅＶ以下である。
【００１２】
光吸収層３の製膜方法は、３段階法などの蒸着プロセス等が挙げられ、ドット領域４を有する第１電極２上に製膜可能な方法であれば限定されない。第１電極２上に中間層を有し、中間層上にドット領域４を有する太陽電池であっても、光吸収層３の製膜方法は同様である。
【００１３】
（ドット領域）
実施形態のドット領域４は、第１電極２と光吸収層３との間に存在するドットを有する領域である。ドット領域４は、ドットが存在しその開口率が５０％以上の領域である。非開口部分にドットが存在する。非開口部分では、ドットは、光吸収層３の第１電極２方向を向いている面と接している。また、ドットが光吸収層３と接した面とは反対側の面は、第１電極２の光吸収層３を向いている面と接している。また、開口部分、つまり、ドットが存在しない領域には、光吸収層３が存在する。ドット領域４は、第１電極２への高い透光性を備え、かつ、光吸収層３を構成する化合物半導体の酸化を抑える効果を有する。化合物半導体と第１電極２との界面での酸化領域形成を抑える働きも有し、コンタクト部分がドットになることで、ドット部分に電界を集中し、界面再結合を抑え開放電圧を向上できる。光吸収層３の酸化が抑えられると開放電圧が向上し、変換効率も向上する。第１電極２上に絶縁層を導入すると、電極と化合物半導体のコンタクト部分が物理的に少なくなり（絶縁領域がパッシベーション膜に相当する）、更に界面再結合を抑制し、高い開放電圧を保つことができる。高い透光性は、多接合型太陽電池のトップセルとして用いる際に好適な特性である。また、多接合型太陽電池に用いるだけでなく、透明性が求められる太陽電池の用途としても、実施形態の太陽電池は好適である。
【００１４】
ドット領域４の開口率（［ドットが存在する領域の面積］／［第１電極２の面積］）は、高いと透明性に優れる。光吸収層３の酸化防止としての機能は、極めて高い開口率でも生じる。具体的なドット領域４の開口率は、５０％以上９９．９５％以下であることが好ましい。開口率が５０％未満であると、透光性が低下してしまい好ましくない。開口率は、９９％未満は有効数字２桁（四捨五入）で表し、９９％以上では有効数字３桁又は４桁（四捨五入）で表す。また、開口率が９９．９５％を超えるとドット領域４の存在による光吸収層３の酸化防止の効果がほとんど見られず、変換効率向上に寄与しにくくなる。より好ましい開口率は、６１％以上９９．９５％以下、８０％以上９９．９５％以下である。このような高い開口率でも酸化防止機能を有するのは、ドットが分散して光吸収層３と第１電極２の間に存在することで、酸化膜の形成を阻害しているからであると考えられる。化合物半導体と電極間にはコンタクト抵抗が生じるが、その部分で低抵抗のドットを介した伝導が支配的になり、かつ、ドットの存在する部分では酸化膜が形成されにくくなるために、良好なコンタクトが形成される。そのため、ドット部分に集電され、高い開口率を保ちつつ、効果的に機能する。
【００１５】
ドットは、光吸収層３と反応しない材料又はほとんど反応しない材料で構成されることが好ましい。そこで、ドットは、金属、合金と導電性酸化物のうちのいずれか１種以上を含むことが好ましい。光吸収層３がＳｅやＳを含む場合、ドットを構成する材料はＳｅやＳによる腐食に耐えられる材料が望ましい。金属であれば、貴金属系元素やＭｏが好ましい。そこで、ドットの金属又は合金に含まれる金属は、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、ＩｒとＰｔなどのうちのいずれか１種以上が望ましい。導電性酸化物としては、Ｓｅ及びＳ耐食性の観点から、ＲｕＯ２、ＰｄＯ、Ｒｈ２Ｏ３、ＰｔＯ２、ＩｒＯ２などが好ましい。また、光吸収層３とオーミック接続できる金属が好ましい。仕事関数が深い金属や化合物（酸化物）が好ましい。仕事関数は、５．４ｅＶ以上の金属や化合物（酸化物）が好ましい。これらのことから、ドットは、Ｍｏ、Ｐｔ、ＩｒとＰｄのうちのいずれか１種以上を含むことがより好ましい。これらドットは、一種でも二種以上の材料の組合わせで構成されていても良い。
【００１６】
ドットの形状は、特に限定されない。ドットの形状の具体例としては、円形、楕円型、多角形などが挙げられる。これらの円形、楕円型、多角形は中空（Ｏ型など）や開口（Ｃ型や括弧形状など）を有するものでもよく、特に限定はない。ドットの大きさは、２ｎｍ以上２０μｍ以下が好ましい。ドットの大きさは、６ｎｍ以上１０μｍ以下がより好ましい。ドットが小さすぎると第１電極２面上で分散させるのが困難である。また、ドットが大きすぎると、透光性のばらつきが生じたり、光吸収層３が酸化されやすくなったりするため好ましくない。ドット領域４のドット高さは、特に限定されないが、作製のしやすさなどの観点から、２ｎｍ以上５０μｍ以下が好ましい。光吸収層３の移動度があまり高くない場合は、穴あきの中空形状のドットを用いることで金属同士の間隔を縮めつつ、開口率を高くできるという点で好ましい。金属粒子を含んだ溶液を塗布・乾燥させることによって第１電極２上に形成させたドットである場合、金属粒子は一部凝集している場合がある。
【００１７】
ドットは分散して光吸収層３と第１電極２の間に存在することが好ましい。そこで、ドット領域は、全体的に上記開口率を満たすことが好ましい。
【００１８】
光吸収層３の第１電極２を向く面を図２のイメージ図のように格子状に１２領域（横２、縦６）に等分割し、各領域の中央部を含む断面をたとえば４０ｋ倍でＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）観察する。領域は、長辺方向に６分割、短辺側に２分割する。形状が正方形である場合は、どちらを６分割してもよい。観察する断面は、光吸収層３の第１電極２を向く面に対して垂直方向の光吸収層３、ドット領域４と第１電極２を含む面である。さらに、観察する１２の断面は、すべて図２中の仮想線Ｘ１からＸ６までの線上の断面のように、同一方向の断面である。格子領域の中心を通る各線の角度は、ドット領域４が観察できるように任意に選択される。ドット領域４がＳＥＭ像で７個確認できる面を観察する。観察面中の６ｘ１０−６ｍｍ２の領域を観察し、図３のイメージ図のようなＳＥＭ像を得る。そして、図３のイメージ図に示すようにドット領域４の各ドット（図３では、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇ）を第１電極２側へ射影する。各ドットの射影したときの長さをＬ１、Ｌ２…Ｌｎ（図３では、Ｌ１からＬ７）とする。この、Ｌ１からＬｎをドットの大きさとする。観察面の第１電極２の幅をＬ０とする。Ｌ１からＬｎの和をＬＳとする。そして、（ＬＳ／Ｌ０）２で求められる開口率が上記開口率を満たすことが、ドット領域４は、上記開口率を満たすことを意味する。つまり、５０％≦（ＬＳ／Ｌ０）２≦９９．５％が好ましい。６１％≦（ＬＳ／Ｌ０）２≦９９．５％がより好ましい。８０％≦（ＬＳ／Ｌ０）２≦９９．５％がより好ましい。そして、１２の断面のすべてで上記開口率を満たした状態がより好ましい。この状態を、ドット領域４は全体的に上記開口率を満たすものとする。ＳＥＭ観察像中にドット領域が７個確認できない場合は、適宜倍率を変化させ、場合によってはＴＥＭ（Transmission Electron Microscope：透過型電子顕微鏡）観察を行う。
【００１９】
また、各ドット大きさの差は小さいことが好ましい。ここで、Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎの平均値をＬＡＶＥとする。Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎのうちの最大値をＬＭＡＸとする。Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎのうちの最小値をＬＭＩＮとする。このとき、０．８ＬＡＶＥ≦ＬＭＩＮ≦ＬＭＡＸ≦１．２ＬＡＶＥを満たすとき、ドット領域４中のドットの大きさの最小値及び最大値は、ドットの平均値の０．８倍以上１．２倍以下であることを意味し、好ましい。同様に、０．９ＬＡＶＥ≦ＬＭＩＮ≦ＬＭＡＸ≦１．１ＬＡＶＥを満たすとき、ドット領域４中のドットの大きさの最小値及び最大値は、ドットの大きさの平均値の０．９倍以上１．１倍以下であることを意味し、より好ましい。また、１２つの断面のすべてで、各ドットの大きさの差が小さいことが好ましい。この状態を、ドット領域４は全体的に上記ドットの大きさの差が小さい条件を満たすものとする。
【００２０】
また、ドットが偏在していると、ドットが多い領域では透光性が低く、ドットが少ない領域では光吸収層３の第１電極２を向いた面が酸化しやすいため好ましくない。そこで、ドット領域４中のドット間隔の差は小さいことが好ましい。ドット領域４中のドット間隔の最小値及び最大値は、ドット間隔の平均値の０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましい。ドット領域４中のドット間隔の最小値及び最大値は、ドット間隔の平均値の０．９倍以上１．１倍以下であることがより好ましい。ドット間隔のばらつきについて、図３のイメージ図を用いて説明する。ドット間隔を求める際に用いるＳＥＭ像は、開口率を求めるＳＥＭ像と同じである。ドット領域４の各ドット（図３では、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇ）を第１電極２側へ射影する。射影された部分Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎ（図３では、Ｌ１からＬ７）の間の距離をＤ１、Ｄ２…Ｄｎ（図３では、Ｄ１からＤ６）とする。Ｄ１、Ｄ２…Ｄｎの平均値をＤＡＶＥとする。Ｄ１、Ｄ２…Ｄｎのうちの最大値をＤＭＡＸとする。Ｄ１、Ｄ２…Ｄｎのうちの最小値をＤＭＩＮとする。このとき、０．８ＤＡＶＥ≦ＤＭＩＮ≦ＤＭＡＸ≦１．２ＤＡＶＥを満たすとき、ドット領域４中のドット間隔の最小値及び最大値は、ドット間隔の平均値の０．９倍以上１．１倍以下であることを意味する。同様に、０．９ＤＡＶＥ≦ＤＭＩＮ≦ＤＭＡＸ≦１．１ＤＡＶＥを満たすとき、ドット領域４中のドット間隔の最小値及び最大値は、ドット間隔の平均値の０．８倍以上１．２倍以下であることを意味する。同観点から、ドット間隔は、０．８ｎｍ以上２４μｍ以下が好ましい。このようにドットが均一に分散していると、光透過性にばらつきが少なく、太陽電池１００の光学特性が向上し、また、同じ開口率で同じ大きさのドットである場合、均一に分散している程、光吸収層３の酸化防止の機能が向上して好ましい。これは、ドットが非常に少ない又は無い領域において酸化が進行しやすく、ドットが少しでもあることで酸化膜の形成を阻害し、結果として変換効率が向上すると考えられる。従って、１２の断面のすべてで上記ドット間隔を満たした状態も好ましい。この状態を、ドット領域４は全体的に上記ドット間隔を満たすものとする。
【００２１】
ドット領域４は、ドットとなる金属粒子を含んだ液体を塗布・乾燥させる方法や、金属膜、酸化膜や窒化膜を製膜してマスクを用いて任意のドットパターンになるように加工する方法や、ドットパターン形状を有する鋳型を用いてインプリントすることによって形成することができる。
【００２２】
ドット領域４のドットの面内方向の平均直径は、光吸収層３の前記第１電極側の界面の面内方向の平均結晶粒径よりも小さいことが好ましい。光吸収層３を構成する化合物半導体の結晶サイズよりも小さいことが望ましい。これにより、発生した電荷のドット領域への輸送と捕集が、発生した結晶内で完結することになり、結晶粒界での電荷の再結合失活による電流低下、及び粒界通過による電圧降下を回避することができる。
【００２３】
図４と図５に実施形態の太陽電池１００の断面概念図を示す。図４の概念図は、ドット領域４のドットの面内方向の平均直径は、光吸収層３の第１電極２側の界面の面内方向の平均結晶粒径よりも小さい太陽電池１００を表している。図５の概念図は、ドット領域４のドットの面内方向の平均直径は、光吸収層３の第１電極２側の界面の面内方向の平均結晶粒径よりも小さい太陽電池１００を表している。ドット領域４のドットの面内方向の平均直径及び光吸収層３の第１電極２側の界面の面内方向の平均結晶粒径は、開口率を求めるＳＥＭ像と同じＳＥＭ像から求められる。ドット領域４のドットの面内方向の平均直径は、ＳＥＭ像の各ドットの幅方向の長さの平均値である。光吸収層３の第１電極２側の界面の面内方向の平均結晶粒径は、ＳＥＭ像の光吸収層３の第１電極２側の界面の幅方向の長さ（概念図のｄ１−ｄ６、ｄ７−ｄ１１）の平均値である。図４及び図５において、光吸収層３の粒界を破線で表している。図４及び図５において、ドットと直接的に接していない光吸収層３の結晶に星マークを印している。
【００２４】
図４と図５を比較すると図４の概念図に示す太陽電池１００は、ドットの面内方向の平均直径に対して光吸収層３の第１電極２側の界面の面内方向の平均結晶粒径が小さいためドットと直接的に接していない光吸収層３の結晶が図５の概念図に示す太陽電池１００に比べ多い。ドットと直接的に接していない光吸収層３の結晶は、発電で生じた正孔が光吸収層３の粒界を経てドットに到達する。粒界を正孔が経ると再結合失活や電圧降下が生じるなど好ましくない。ドット領域４のドットの面内方向の平均直径は、光吸収層３の第１電極２側の界面の面内方向の平均結晶粒径よりも小さいという関係を満たすことで、光吸収層３での発電した電力を効率良く伝送できるという利点を有する。
【００２５】
ドット領域４のドットの面内方向の平均直径は、数１００ｎｍ程度の大きさであることが望ましい。多接合で形成した太陽電池の場合、光はトップセルと呼ばれる第一の光電変換部位を有する太陽電池において吸収できない波長の光を、ボトムセルと呼ばれる第二の光電変換部位を有する太陽電池へと通過させることが必要である。このトップセルの光透過率を上げるためには、ドット領域を小さくし、開口率を大きくすれば良いが、その場合、電荷の捕集領域が少なくなり、結果として太陽電池の出力は低下する。しかし、数１００ｎｍ程度の入射波長と同程度か、それよりも小さいサイズのドットになると、開口率が大きくなくても、光透過率は大きく低下しない。従って、開口率は大きく変えずに、ドットのサイズを透過させたい波長と同等かそれ以下にしておくことが望ましい。
【００２６】
図６と図７に実施形態の太陽電池１００の断面拡大部分概念図を示す。ドット領域４を構成する材料によっては下地基板から拡散してくる元素をブロックする可能性がある。これにより、光吸収層の性能低下、及び形成の阻害がある。これに対し、ドットサイズを数１００ｎｍ程度とすることで、ドットの無い領域からの元素が、ドット領域上へも拡散するため、光吸収層形成への障害が無くなる。
【００２７】
図６には、ドット領域のドットの面内方向の平均直径が大きい、例えば２００ｎｍ以上のときの概念図を示している。図６に示す概念図では、ドット上の光吸収層３の結晶が小さく、第１電極２（透明電極）上の光吸収層３の結晶が大きい傾向がある。また、光吸収層３の結晶は、ドットに沿って成長する傾向があることが確認され、第１電極２上の結晶は、大粒径であり、かつ、ドットと直接的に接しやすい傾向がある。一方、ドット上の光吸収層３の結晶は、第１電極２上の結晶と比較すると小粒径である。小粒径の結晶が多いと、粒界が増え、上述の理由により、発電効率が低下してしまう。
【００２８】
図７には、ドット領域のドットの面内方向の平均直径が小さい、例えば１００ｎｍ以下のときの概念図を示している。図７に示す概念図では、図６の概念図に示すものと同様にドット上の光吸収層３の結晶が小さく、第１電極２（透明電極）上の光吸収層３の結晶が大きい傾向がある。また、光吸収層３の結晶は、ドットに沿って成長する傾向があることが確認され、第１電極２上の結晶は、大粒径であり、かつ、ドットと直接的に接しやすい傾向がある。一方、ドット上の光吸収層３の結晶は、第１電極２上の結晶と比較すると小粒径である。小粒径の結晶が多いと、粒界が増え、上述の理由により、発電効率が低下してしまう。図７の概念図に示す形態では、ドットの大きさが小さいため、大粒径な結晶の比率が高い点で好ましい。また、同じ開口率であれば、ドットの大きさが小さい方が各結晶と直接的に接する比率が高まり、粒界を介して正孔が移動する比率を下げることができる。図７のようにドットサイズが小さいと、光吸収層３の結晶が大粒径化し、再結合活性の抑制や電圧低下防止に効果がある。図６及び図７において、光吸収層３の粒界を破線で表している。図６及び図７において、ドットと直接的に接していない光吸収層３の結晶に星マークを印している。
【００２９】
従って、ドットの面内方向の平均直径が１００ｎｍ以下であると、光吸収層３の結晶品質を高め、かつ、発電効率の観点から、光吸収層３の結晶品質、すなわち、光吸収層３の結晶が大粒径であることが好ましい。例えば、ドット領域４を構成する材料がモリブデンであった場合、このドット領域上に成長する結晶は、ドット領域外から拡散してくる元素によって大きな粒径の結晶ができると考えられる。これらのことからドットの面内方向の平均直径は、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、６ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００３０】
（ｎ型層）
実施形態のｎ型層５は、ｎ型の半導体層である。ｎ型層５は、光吸収層３と第２電極６との間に存在する。ｎ型層５は、光吸収層３の第１電極２側を向いた面とは反対側の面と物理的に接した層である。そして、ｎ型層５は、光吸収層３とヘテロ接合する層である。ｎ型層５は、高い開放電圧の光電変換素子を得ることのできるようにフェルミ準位が制御されたｎ型半導体が好ましい。ｎ型層５は、例えば、Ｚｎ１−ｙＭｙＯ１−ｘＳｘ、Ｚｎ１−ｙ−ｚＭｇｚＭｙＯ、ＺｎＯ１−ｘＳｘ、Ｚｎ１−ｚＭｇｚＯ（ＭはＢ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素）や、ＣｄＳなどを用いることができる。ｎ型層５の厚さは、２ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることが好ましい。ｎ型層５は、例えば、スパッタやＣＢＤ（化学溶液析出法）によって製膜される。ｎ型層５をＣＢＤで製膜する場合、例えば、水溶液中で金属塩（例えばＣｄＳＯ４）、硫化物（チオウレア）と錯化剤（アンモニア）を化学反応により、光吸収層３上に形成できる。光吸収層３にＣｕＧａＳｅ２層、ＡｇＧａＳｅ２層、ＣｕＧａＡｌＳｅ２層、ＣｕＧａ（Ｓｅ，Ｓ）２層などＩＩＩｂ族元素にＩｎを含まないカルコパイライト型化合物を用いた場合、ｎ型層５としては、ＣｄＳが好ましい。
【００３１】
（酸化物層）
実施形態の酸化物層は、ｎ型層５と第２電極６の間に設けることが好ましい薄膜である。酸化物層は、Ｚｎ１−ｘＭｇｘＯ、ＺｎＯ１−ｙＳｙとＺｎ１−ｘＭｇｘＯ１−ｙＳｙ（０≦ｘ，ｙ＜１）のいずれかの化合物を含む薄膜である。酸化物層は、第２電極６側を向いたｎ型層５の面のすべてを覆っていない形態でもよい。例えば、第２電極６側のｎ型層５の面の５０％を覆っていればよい。ほかの候補として、ウルツ型のＡｌＮやＧａＮ、ＢｅＯなども挙げられる。酸化物層の体積抵抗率は、１Ωｃｍ以上であると光吸収層３内に存在する可能性のある低抵抗成分に由来するリーク電流を抑えることが可能になるという利点がある。なお、実施形態では、酸化物層を省略することができる。これらの酸化物層は、酸化物粒子層であり、酸化物層中には多数の空隙を有することが好ましい。中間層は、上記の化合物や物性に限定されるものではなく、太陽電池の変換効率向上等に寄与する層であればよい。中間層は、物性の異なる複数の層であってもよい。
【００３２】
（第２電極）
実施形態の第２電極６は太陽光のような光を透過し尚且つ導電性を有する電極膜である。第２電極６は、中間層やｎ型層５の光吸収層３側を向いた面とは反対側の面と物理的に接している。第２電極６と第１電極２の間に、接合した光吸収層３とｎ型層５が存在する。第２電極６は、例えば、Ａｒ雰囲気中でスパッタリングを行なって製膜される。第２電極６は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を２ｗｔ％含有したＺｎＯターゲットを用いたＺｎＯ：Ａｌ或いはジボランまたはトリエチルボロンからのＢをドーパントとしたＺｎＯ：Ｂを用いることができる。
【００３３】
（第３電極）
実施形態の第３電極は、光電変換素子１００の電極であって、第２電極上の光吸収層３側とは反対側に形成された金属膜である。第３電極としては、ＮｉやＡｌ等の導電性の金属膜を用いることができる。第３電極の膜厚は、例えば、２００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。また、第２電極６の抵抗値が低く、直列抵抗成分が無視できるほどの場合等には、第３電極を省いても構わない。
【００３４】
（反射防止膜）
実施形態の反射防止膜は、光吸収層３へ光を導入しやすくするための膜であって、第２電極６上又は第３電極上の光吸収層３側とは反対側に形成されている。反射防止膜としては、例えば、ＭｇＦ２やＳｉＯ２を用いることが望ましい。なお、実施形態において、反射防止膜を省くことができる。各層の屈折率に応じて膜厚を調整する必要があるが、７０−１３０ｎｍ（好ましくは、８０−１２０ｎｍ）蒸着することが好ましい。
【００３５】
（第２実施形態）
図８に示すように、本実施形態に係る太陽電池１０１は、基板１と、基板１上に第１電極２と、を備える。第１電極２と第２電極６の間に、光吸収層３とｎ型層５が存在する。また、第１電極２とｎ型層５の間に、光吸収層３が存在する。そして、第１電極２と光吸収層３の間に、ドット領域４を有する。ドット領域４のドット間には、第１絶縁膜７が存在する。ドット領域４のドットが中空である場合には、中空部分にも第１絶縁膜７が存在することが好ましい。第１絶縁膜７に関すること以外は、第１実施形態の太陽電池１００と共通する。第１実施形態と第２実施形態で共通する説明は省略する。
【００３６】
（第１絶縁膜）
第１絶縁膜７は、ドットの間の光吸収層３と第１電極２の間の全面又は一部に存在する。第１絶縁膜７は、光吸収層３の酸化を防止する透光性のある膜である。第１電極２の光吸収層３側を向く面は、第１絶縁膜７の第１電極２側を向く面と物理的に接する。光吸収層３の第１電極２側を向く面は、第１絶縁膜７の光吸収層３側を向く面と物理的に接する。第１絶縁膜７の側面、つまりドット領域４側を向く面は、ドット又は光吸収層３と物理的に接する。ドット領域４によって光吸収層３の酸化を一部の防止できるが、酸化防止の観点からはドット領域４の開口率が低い方が良いが、光の透過率が低下してしまうため好ましくない。また、第１絶縁膜７を光吸収層３と第１電極２の間の全面に設け、ドット領域４を設けない太陽電池では電極と光吸収層のコンタクトが良好でなくなり変換効率が向上しない。単純に絶縁膜を導入すると、太陽電池の直列抵抗成分（Ｒｓ）が大きくなり効率が減少してしまう。
【００３７】
第１絶縁膜７が光吸収層３と第１電極２の間に存在すると、第１電極２と光吸収層３間の電気伝導を抑制することができ、曲率因子ＦＦが向上し、変換効率が向上する。第１絶縁膜としては、酸化膜と窒化膜のいずれかが挙げられる。酸化膜としては、具体的には、ＡｌＯｘ、ＳｉＯｘとＭｇＯと（Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ）Ｏｘのうちのいずれか１種以上の膜が好ましい。また、窒化膜としては、ＳｉＮｘ、ＡｌＮｘとＧａＮｘと（Ｓｉ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎｘのうちのいずれか１種以上の膜が好ましい。第１絶縁膜７の厚さは、ドット領域４のドットの高さより厚くてもよいが、好ましくは、ドットの高さ以下であり、１ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。第１絶縁膜７の厚さは、ドットの高さ以下であり、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。第１絶縁膜７は、ドット間における光吸収層３と第１電極２の間の全面を覆わなくても上記効果がある。酸化防止及びＦＦ向上の観点、並びに、製膜プロセスの観点からは、第１絶縁膜７は、ドット間における光吸収層３と第１電極２の間の全面に存在することが好ましい。
【００３８】
図９から１２に、第１電極２上にドット領域４と第１絶縁膜７が形成された部材の光学顕微鏡像を示す。図９から１２の光学顕微鏡像は、すべて同一スケールである。図９は、モリブデンからなるドットで、中空の円形（Ｏ型）、ドットサイズ５μｍ、ドット間隔８μｍで、開口率が８２％、ドット高さ５０ｎｍのドット領域４を有する。そして、図９には、第１絶縁膜７として、厚さ４０ｎｍのＡｌＯｘが形成されている。図１０は、ドット形状が中空の六角形（六角ナット型）であること以外は図９と同じである。図１１は、ＳｉＮｘを第１絶縁膜７として用いたこと以外は、図９と同じである。図１２は、ＳｉＮｘを第１絶縁膜７として用いたこと以外は、図１０と同じである。いずれの光学顕微鏡像においても均一なドットパターンが形成されている。なお、図９から８の光学顕微鏡像に示す部材では、周辺部にドットを一部形成していない領域が含まれる。ドット形状が中空で、図９から１２のようにドットが均一なパターンで配置されていると、第１絶縁膜７の有無にかかわらず、光吸収層３の移動度があまり高くない場合において、穴あきの中空形状のドットを用いることで金属同士の間隔を縮めつつ、開口率を高くできるという点で好ましい。
【００３９】
第１絶縁膜７の形成方法は半導体製造プロセスを採用することができる。例えば、第１電極２上にドット領域４用の金属膜を製膜し、レジストマスクを用いてドットパターンに加工してドット領域４を形成する。続いて、ドット領域４のレジストマスク上と第１電極２の露出面に第１絶縁膜７となる材料をスパッタなどで製膜する。レジストマスクとともにドット領域４上の第１絶縁膜７を除去し、第１実施形態と同様に光吸収層３を製膜するとこができる。図９から１２に示す構造は、上述の方法で作製されたものである。
【００４０】
（第３実施形態）
図１３に示すように、本実施形態に係る太陽電池１０２は、基板１と、基板１上に第１電極２と、を備える。第１電極２と第２電極６の間に、光吸収層３とｎ型層５が存在する。また、第１電極１とｎ型層５の間に、光吸収層３が存在する。そして、第１電極１と光吸収層３の間に、ドット領域４を有する。第１電極２とドット領域４と間には、第２絶縁膜８が存在する。第２絶縁膜８に関すること以外は、第１実施形態の太陽電池１００と共通する。第１実施形態と第３実施形態で共通する説明は省略する。なお、第２実施形態の第１絶縁膜７と本実施形態の第２絶縁膜８を組み合わせてもよい。
【００４１】
（第２絶縁膜）
第２絶縁膜８は、光吸収層３の第１電極２を向く面と第１電極２の光吸収層３を向く面との間と、ドット領域４のドットの第１電極２を向く面と第１電極２のドット領域４のドットを向く面との間の両方に存在する絶縁膜である。第２絶縁膜８によって、第１電極２と光吸収層３間の電気伝導を抑制することができ、曲率因子ＦＦが向上し、変換効率が向上する。第２絶縁膜８が厚いと抵抗が高くなりすぎて好ましくない。第２絶縁膜８が薄く、例えば、１ｎｍ以上２ｎｍ以下の厚さであると第２絶縁膜８がトンネル絶縁膜となり第１電極２と光吸収層３間の直接的な伝導を抑制するため好ましい。第１絶縁膜８は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相蒸着）などで製膜される。
【００４２】
（第４実施形態）（多接合型太陽電池）
第４実施形態は、第１実施形態の太陽電池を用いた多接合型太陽電池である。図１４に第４実施形態の多接合型太陽電池２００の断面概略図を示す。図１４の多接合型太陽電池は、トップセルの太陽電池２０１とボトムセルの太陽電池２０２を有する。第１実施形態の太陽電池１００から第３実施形態の太陽電池１０２は、多接合型太陽電池２００のトップセル２０１に用いられる。ボトムセルの電池２０２には、例えば、Ｓｉの光吸収層を有する太陽電池や、トップセルの太陽電池２０１よりもナローギャップな光吸収層３を有する第１実施形態の太陽電池１００から第３実施形態の太陽電池１０２を用いることもできる。第１実施形態の太陽電池１００をトップセルに用いる場合は、吸収波長と変換効率の観点から、Ｉ族元素はＣｕ、ＩＩＩ族元素はＧａで、ＶＩ族元素はＳｅが好ましい。第１実施形態の太陽電池の光吸収層は、ワイドギャップであるためトップセルに用いることが好ましい。第１実施形態の太陽電池１００をボトムセルに用いる場合は、吸収波長と変換効率の観点から、Ｉ族元素はＣｕ、ＩＩＩ族元素はＩｎとＧａで、ＶＩ族元素はＳｅが好ましい。第４実施形態では２積層の他接合型太陽電池を示したが、太陽電池を３層以上積層させてもよい。
【００４３】
（第５実施形態）（太陽電池モジュール）
第１から第４実施形態の太陽電池は、第５実施形態の太陽電池モジュールにおける発電素子として用いることができる。実施形態の太陽電池が発電した電力は、太陽電池と電気的に接続した負荷で消費されたり、太陽電池と電気的に接続した蓄電池にて貯められたりする。
【００４４】
実施形態の太陽電池モジュールは、太陽電池のセルが複数、直列、並列、又は、直列及び並列に接続した部材又は単一のセルがガラス等の支持部材に固定された構造が挙げられる。太陽電池モジュールには、集光体を設け、太陽電池セルの面積よりも多くの面積で受光する光を電力に変換する構成にしてもよい。太陽電池セル中には、直列、並列、又は、直列及び並列に接続した太陽電池が含まれる。
【００４５】
図１５に複数の太陽電池セル３０１を横方向に６セル並べた太陽電池モジュール３００の構成概念図を示す。図１５の太陽電池モジュール３００は、接続配線を省略しているが、前述のとおり、複数の太陽電池セル３０１を、直列、並列、又は、直列及び並列に接続することが好ましい。太陽電池セル３０１には、第１実施形態の太陽電池１００や第４実施形態の多接合型太陽電池２００が用いられることが好ましい。また、実施形態の太陽電池モジュール３００は、第１実施形態の太陽電池１００から第４実施形態の多接合型太陽電池２００を用いたモジュールと他の太陽電池を用いたモジュールを重ねたモジュール構造を採用してもよい。他にも変換効率を高める構造を採用することが好ましい。実施形態の太陽電池モジュール３００において、太陽電池セル３０１は、ワイドバンドギャップの光電変換層を有することから、受光面側に設けられることが好ましい。
【００４６】
（第６実施形態）
実施形態の太陽電池モジュール３００は、第６実施形態の太陽光発電システムにおいて、発電を行う発電機として用いることができる。実施形態の太陽光発電システムは、太陽電池モジュールを用いて発電を行うものであって、具体的には、発電を行う太陽電池モジュールと、発電した電気を電力変換する手段と、発電した電気をためる蓄電手段又は発電した電気を消費する負荷とを有する。図１６に実施形態の太陽光発電システム４００の構成概念図を示す。図１６の太陽光発電システムは、太陽電池モジュール４０１（３００）と、コンバーター４０２と、蓄電池４０３と、負荷４０４とを有する。蓄電池４０３と負荷４０４は、どちらか一方を省略しても良い。負荷４０４は、蓄電池４０３に蓄えられた電気エネルギーを利用することもできる構成にしてもよい。コンバーター４０２は、ＤＣ−ＤＣコンバーター、ＤＣ−ＡＣコンバーター、ＡＣ−ＡＣコンバーターなど変圧や直流交流変換などの電力変換を行う回路又は素子を含む装置である。コンバーター４０２の構成は、発電電圧、蓄電池４０３や負荷４０４の構成に応じて好適な構成を採用すればよい。
【００４７】
太陽電池モジュール３００に含まれる受光した太陽電池セル３０１が発電し、その電気エネルギーは、コンバーター４０２で変換され、蓄電池４０３で蓄えられるか、負荷４０４で消費される。太陽電池モジュール４０１には、太陽電池モジュール４０１を常に太陽に向けるための太陽光追尾駆動装置を設けたり、太陽光を集光する集光体を設けたり、発電効率を向上させるための装置等を付加することが好ましい。
【００４８】
太陽光発電システム４００は、住居、商業施設や工場などの不動産に用いられたり、車両、航空機や電子機器などの動産に用いられたりすることが好ましい。実施形態の変換効率に優れた光電変換素子を太陽電池モジュール４０１に用いることで、発電量の増加が期待される。
【００４９】
以下、実施例に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
トップセルとボトムセルの２つの太陽電池を接合し多接合型太陽電池を作成し、多接合型太陽電池の変換効率、トップセルのＶｏｃ（解放電圧）、Ｊｓｃ（短絡電流密度）、ＦＦ（出力因子）、光の透過率（７００ｎｍから１１５０ｎｍの平均）、開口率と変換効率、さらに、ボトムセルの変換効率を評価する。まず、トップセルの作製方法について、説明する。基板としてソーダライムガラスを用いる。第１電極（裏面透明電極）としてＩＴＯ（１５０ｎｍ）、ＳｎＯ２（１００ｎｍ）をスパッタで成膜する。Ｐｄ分散液（原液４ｗｔ％、平均直径１０ｎｍ）をスピンコートで塗り、酸素気流中３００℃、３０分で加熱し有機物を飛ばす。ＵＶ洗浄後、基板を３７０℃に加熱し、Ｇａ、Ｓｅを蒸着する。基板温度を５２０℃まで加熱しながら、Ｃｕ、Ｓｅを蒸着する。吸熱反応が見られたら、Ｃｕ、Ｓｅ蒸着時間の１０％まで蒸着を続け、最後にＧａ、Ｓｅを蒸着する。目的のＣｕ／Ｇａ組成に到達したらＧａ蒸着をやめ、そのまま５分アニールを行い、その後基板温度を下げる。基板温度が３８０℃まで下がったらＳｅの蒸着を停止する。
【００５０】
ＣＢＤ（Chemical Bath Deposition：液相成長法）でｎ型層として、ＣｄＳ層を作製する。硫酸カドミウムをアンモニア水溶液に溶かし、チオウレアを投入、３００秒後に取り出し水洗する。有機Ｚｎ化合物をスピンコートにより基板に塗布する。１２０℃で５分加熱し、３０ｎｍのＺｎＯ保護層を作製する。
【００５１】
第２電極（上部透明電極）としてＺｎＯ：Ａｌをスパッタで作製する。基板温度は６０−１５０℃が望ましい。比較的低温で成膜を行うと、開放電圧が大きくなりやすく好ましい。
【００５２】
第３電極（上部電極）としてＮｉ／Ａｌを蒸着する。Ｎｉを先に蒸着することで透明電極との界面で酸化が起こっても伝導性を保つことができるため望ましい。その上にＡｌを蒸着する。膜厚はそれぞれ６０ｎｍ、５００ｎｍ程度が好ましい。
反射防止膜としてＭｇＦ２を１００ｎｍ厚で蒸着する。
【００５３】
次に、ボトムセルの作製方法について説明する。
０．５μｍ厚のＳｉウエハーを用意し、光照射側にｎ型ドーパントをイオン注入する。Ａｇ配線の直下は良好なコンタクトを形成するために、ｎ＋型にする。その上から反射防止膜を形成する。裏面側にはＳｉＮｘを用いてパッシベーション層（領域）を作る。ＳｉＮｘの存在しない部分を形成し、一部のみ裏面Ａｌ電極と導通させることで結晶界面での再結合を減らし高い効率のボトムセルが得られる。
【００５４】
変換効率の測定方法は、以下の通りである。
ＡＭ１．５Ｇの光源を模擬したソーラーシミュレータを用い、その光源下で基準となるＳｉセルを用いて１ｓｕｎになるように光量を調節する。気温は２５℃。電圧をスイープし、電流密度（電流をセル面積で割ったもの）を測定する。横軸を電圧、縦軸を電流密度とした際に、横軸と交わる点が開放電圧Ｖｏｃとなり、縦軸と交わる点が短絡電流密度Ｊｓｃとなる。測定曲線上において、電圧と電流密度を掛け合わせ、最大になる点をそれぞれＶｍｐｐ、Ｊｍｐｐ（マキシマムパワーポイント）とすると、ＦＦ＝（Ｖｍｐｐ＊Ｊｍｐｐ）／（Ｖｏｃ＊Ｊｓｃ）
効率Ｅｆｆ．＝Ｖｏｃ＊Ｊｓｃ＊ＦＦで求まる。
透過率は分光光度計を用いてサンプル面を光源に対して垂直になるようにして入射光に対する透過光の割合を測定する。反射率は、入射光に対し垂直から５度程傾けたサンプルの反射光を測定することで求められる。透過率・反射率からバンドギャップが求められる。バンドギャップ以下で透過が大きくなる領域（目安５０％以上透過）の波長からボトムセルが吸収できる波長範囲内を目安として、実施例１では波長７００ｎｍ−１１５０ｎｍ透過光の平均値を算出する。
結果を表１にまとめる。他の実施例および比較例の結果についても同様に表１にまとめる。
【００５５】
【表１】
2018056541.tif 000003
【００５６】
（比較例１）
Ｐｄ分散液をスピンコートしないでトップセルの太陽電池を作製すること以外は、実施例１と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、比較例１の多接合型太陽電池を得る。そして、実施例１と同様の方法で太陽電池の評価をする。
【００５７】
（実施例２−８）
Ｐｄ分散液の濃度を変化させてトップセルの太陽電池を作製すること以外は、実施例１と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、実施例２−８の多接合型太陽電池を得る。そして、実施例１と同様の方法で太陽電池の評価をする。なお、実施例２から８のＰｄ分散液の濃度は、３ｗｔ％、２ｗｔ％、１ｗｔ％、０．７５ｗｔ％、０．５ｗｔ％、０．２５ｗｔ％、０．１２５ｗｔ％である。
【００５８】
（実施例９）
Ｐｄ分散液の代わりに同濃度のＰｔ分散液を用いてトップセルの太陽電池を作製すること以外は、実施例１と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、実施例９の多接合型太陽電池を得る。そして、実施例１と同様の方法で太陽電池の評価をする。
【００５９】
（実施例１０）
Ｐｄ分散液を用いてドットを形成する代わりに、厚さ５ｎｍのＭｏ膜及び厚さ２５ｎｍのＰｄを順に第１電極上に製膜し、マスクを用いて、ドット径（直径）８．９μｍ、ピッチ（ドット中心間距離）２０μｍの円状のドットを形成して太陽電池を作製すること以外は、実施例１と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、実施例１０の多接合型太陽電池を得る。そして、実施例１と同様の方法で太陽電池の評価をする。
【００６０】
（実施例１１）
ドット径（直径）３．５μｍ、ピッチ（ドット中心間距離）１０μｍのドットを形成して太陽電池を作製すること以外は、実施例９と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、実施例１１の多接合型太陽電池を得る。そして、実施例１と同様の方法で太陽電池の評価をする。
【００６１】
（実施例１２）
Ｐｄ分散液を用いてドットを形成する代わりに、インプリントでドットを形成する。ドット形状は円状である。ドット直径は、２３０ｎｍである。ピッチ（ドット中心間距離）は４６０ｎｍである。厚さ５ｎｍのＭｏと厚さ２５ｎｍのＰｄの積層ドットである。これらのこと以外は、実施例９と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、実施例１２の多接合型太陽電池を得る。そして、実施例１と同様の方法で太陽電池の評価をする。
【００６２】
（実施例１３）
Ｐｄ分散液塗布前に、１ｎｍ厚のＳｉＮｘ膜を第１電極上にＣＶＤで製膜すること以外は実施例１と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、実施例１３の多接合型太陽電池を得る。そして、実施例１と同様の方法で太陽電池の評価をする。
【００６３】
（実施例１４−２１）
実施例１４−２１では、ドットにＭｏを用い、ドット形状を円状とし、ドット高さを４０ｎｍとして、実施例１０と同様にドット領域を作製する。実施例１４−２２のドット直径は、順に、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍで、表１に記載の開口率になるようにドットピッチを調整する。これらのこと以外は、実施例１０と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、実施例１４−２１の多接合型太陽電池を得る。そして、実施例１と同様の方法で太陽電池の評価をする。
【００６４】
（実施例２２−３０）
実施例２２−３０では、ドットにＭｏを用い、ドット形状を円状とし、ドット高さを５０ｎｍとし、ドット直径を６μｍとして、実施例１０と同様にドット領域を作製する。表１に記載の開口率になるようにドットピッチを調整する。これらのこと以外は、実施例と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、実施例２２−３０の多接合型太陽電池を得る。そして、実施例１と同様の方法で太陽電池の評価をする。
【００６５】
（実施例３１−３３）
実施例３１−３３では、ドットにＭｏを用い、ドット形状を六角ナット型とし、ドット高さを５０ｎｍとし、ドット直径を６μｍとして、実施例１０と同様にドット領域を作製する。表１に記載の開口率になるようにドットピッチを調整する。さらに、ドットは、中空であり、円形の空洞を有する。ドットに中空がなければ、実施例３１−３３の開口率は８０％となる。実施例３１−３３のドット中の中空の円形の直径は、順に、２μｍ、３μｍ、４μｍである。これらのこと以外は、実施例１０と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、実施例３１−３３の多接合型太陽電池を得る。そして、実施例１と同様の方法で太陽電池の評価をする。
【００６６】
（実施例３４−３８）
実施例３４−３８では、第１電極上に第１絶縁膜としてＡｌＯｘまたはＳｉＮｘを製膜し、ドット領域を形成する。実施例３４−３８の第１絶縁膜は順に、厚さの５ｎｍＡｌＯｘ、厚さの１５ｎｍＡｌＯｘ、厚さの５ｎｍＳｉＮｘ、厚さの１０ｎｍＳｉＮｘ、厚さの２０ｎｍＳｉＮｘである。ドット形状を円状（中空）とし、ドット高さを８０ｎｍとし、ドット直径を６μｍとして、実施例１０と同様にドット領域を作製する。これらのこと以外は、実施例１０と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、実施例３４−３８の多接合型太陽電池を得る。そして、実施例１と同様の方法で太陽電池の評価をする。
【００６７】
（実施例３９−４１）
実施例３９−４１では、平均直径６μｍの金属粒子（実施例３９：Ｍｏ、実施例４０：Ｒｕ、実施例４１：Ｐｄ）を含む分散液を塗布してドット領域を作製すること以外は実施例１と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、実施例３９−４１の多接合型太陽電池を得る。そして、実施例１と同様の方法で太陽電池の評価をする。
【００６８】
（実施例４２）
実施例４２では、透明導電膜上に、Ｍｏを均一に成膜し、これに自己組織化で相分離するコポリマーを成膜し、平均直径５０ｎｍ、ピッチ（ドット中心間距離）１５０ｎｍの層分離膜を形成する。無い部分のＭｏをドライエッチングやウエットエッチング法により、取り除いたのち、全体に、ＳｉＮｘを成膜する。コポリマーとその上に成膜されたＳｉＮｘも同時に除去する。これらのこと以外は、実施例１０と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、実施例４２の多接合型太陽電池を得る。そして、実施例１と同様の方法で太陽電池の評価をする。
さらに、ドット領域のドットの面内方向の平均直径を、光吸収層の第１電極側の界面の面内方向の平均結晶粒径よりも小さくすることで発電効率の向上を図ることができる。
【００６９】
（比較例２）
Ｐｄ分散液を用いてドットを形成する代わりに、厚さ５ｎｍの金の薄膜を形成し、金の薄膜上に光吸収層３を製膜すること以外は、実施例１と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、比較例２の多接合型太陽電池を得る。光吸収層３の製膜時の加熱処理によって、金の薄膜は微粒化する。
【００７０】
（比較例３）
ドットにＮｉを用いること以外は、実施例１５と同様の方法でトップセルの太陽電池を作製し、比較例３の多接合型太陽電池を得る。
【００７１】
金属ドットを導入することで、光吸収層とのコンタクト界面に酸化物層が形成されにくくなり、良好なコンタクトが形成され、Ｖｏｃが高くなる。熱処理やプロセスを見直すことで透明電極でも良好なコンタクトを形成できるはずではあるが、高温で光吸収層が酸化するためにプロセスが低温にならざるを得なくなり、光吸収層の移動度が高くなりにくいと考えられる。
ドットのみだと透明電極上からの伝導も存在するため、透明電極・光吸収層間の導電パスをなくすためにドット以外の領域は絶縁層を導入することで更に良好になる。また、金属のドット領域の面積比率が高い方がＦＦが高く、金属ドットと絶縁膜ありの場合の方が全体的にＦＦが高くなる。開口率は下にあるボトムセルやミドルセルの発電量を高める上では重要だが、開口率が１００％に近いほど、トップセルのＦＦは悪化している。これは、透明電極と光吸収層の伝導の寄与が大きくなるためである。ドットにＮｉを用いた場合、Ｍｏを用いたとき同様にドットパターンを形成することができるが、光吸収層を製膜した後にＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）によって膜中の元素濃度分析を行うと、膜の表面・裏面にＮｉが偏析している様子が見て取れる。このことにより、光吸収層内にリークパスが形成され、変換効率は極めて悪化する。
明細書中、元素の一部は元素記号のみで表している。
【００７２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定解釈されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成することができる。例えば、変形例の様に異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００７３】
１００、１０１、１０２…太陽電池、１…基板、２…第１電極、３…光吸収層、４…ドット領域、５…ｎ型層、６…第３電極、７…第１絶縁膜、８…第２絶縁膜、２００…多接合型太陽電池、２０１…トップセルの太陽電池、２０２…ボトムセルの太陽電池、３００…太陽電池モジュール、３０１…太陽電池セル、４００…太陽電池システム、４０１…太陽電池モジュール、４０２…コンバーター、４０３…蓄電池、４０４…負荷
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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