(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に位置する第１光電変換部と、
前記第１光電変換部と前記基板の間に位置し、第２真性層を含む第２光電変換部と、
前記第１光電変換部を透過した光を前記第１光電変換部に反射する後面反射層と、
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部の間に位置する第１中間反射層と、
前記後面反射層の上に位置する後面電極と
を含み、
前記第１光電変換部は光吸収用第１真性層と、ｎ型不純物またはｐ型不純物の内の１つの不純物を含む１つのドーピング層で形成され、
前記後面反射層は前記後面電極と接触し、ｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた第１後面反射膜及び７００ｎｍ以上の波長を有する太陽光成分に対して４００ｃｍ−１以上の光吸収係数を有し、前記第１後面反射膜に比べて電気伝導度が高い物質からなる第２後面反射膜を備え、前記第１後面反射膜は前記第１光電変換部の第１真性層と直接接触し、
前記第１後面反射膜はｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化物（μｃ−ＳｉＯｘ：Ｈ）、ｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン窒化物（μｃ−ＳｉＮｘ：Ｈ）及びｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化窒化物（μｃ−ＳｉＯｘＮｙ：Ｈ）の中の一つからなり、
前記第２後面反射膜はＡＺＯまたはＢＺＯからなり、
前記第１中間反射層は、前記ドーピング層と直接接触する第１中間反射膜及び、前記第１中間反射膜と前記第２真性層に各々接触する第２中間反射膜を含み、前記第１中間反射膜はｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化物（μｃ−ＳｉＯｘ：Ｈ）、ｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン窒化物（μｃ−ＳｉＮｘ： Ｈ）及びｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化窒化物（μｃ−ＳｉＯｘＮｙ： Ｈ）の中の一つからなり、前記第２中間反射膜は前記第１中間反射膜と反対導電型の不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化物（μｃ−ＳｉＯｘ：Ｈ）と微結晶シリコン窒化物（μｃ−ＳｉＮｘ： Ｈ）及び微結晶シリコン酸化窒化物（μｃ−ＳｉＯｘＮｙ： Ｈ）の中の一つからなる薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記第１後面反射膜は７００ｎｍ以上の波長を有する太陽光成分に対して４００ｃｍ−１以下の光吸収係数を有する物質からなる請求項１記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記第１後面反射膜は８００ｎｍの波長で１．５乃至２．５の屈折率を有する物質からなる請求項１記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記第１真性層は８００ｎｍの波長で３乃至５の屈折率を有する物質からなる請求項３記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
前記第１真性層は水素化された非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）または水素化された微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）を含む請求項４記載の薄膜太陽電池。
【請求項６】
前記第２後面反射膜は前記第１後面反射膜の後面に位置する請求項１記載の薄膜太陽電池。
【請求項７】
前記光電変換部は前記第２光電変換部と前記基板の間に位置する第３光電変換部をさらに含む請求項１記載の薄膜太陽電池。
【請求項８】
前記第１光電変換部乃至前記第３光電変換部の間には第２中間反射層が位置する請求項７記載の薄膜太陽電池。
【請求項９】
前記第２中間反射層はｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化物（μｃ−ＳｉＯｘ： Ｈ）、ｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン窒化物（μｃ−ＳｉＮｘ： Ｈ）及びｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化窒化物（μｃ−ＳｉＯｘＮｙ： Ｈ）の中の一つからなるか、ＡＺＯまたはＢＺＯからなる第１中間反射膜を含む請求項８記載の薄膜太陽電池。
【請求項１０】
前記第２中間反射層はｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化物（μｃ−ＳｉＯｘ：Ｈ）、ｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン窒化物（μｃ−ＳｉＮｘ：Ｈ）及びｎ型不純物または ｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化窒化物（μｃ−ＳｉＯｘＮｙ：Ｈ）の中の一つからなる第２中間反射膜をさらに含む請求項９記載の薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は後面反射層が隣接ドーピング層の役目を兼ねる薄膜太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池はほとんど無限のエネルギ源である太陽をエネルギ源にして、発電過程で公害物質をほとんど生成せず、寿命が２０年以上で非常に長いという長所と共に、関連産業分野への波及効果が大きいという長所によって非常に注目されており、それによって多くの国家で太陽電池を次世代の主要産業で育成している。
【０００３】
現在太陽電池の９０％以上は単結晶または多結晶シリコンウェハ(Si wafer)を基板として製造販売されており、また、薄膜型シリコン基板の太陽電池が小規模で製造販売されている。
【０００４】
太陽電池の最大の問題点は発電単価が他のエネルギ源に比べて非常に高いというのである。したがって今後クリーンエネルギーの需要を満たすためには発電単価を大幅で低下しなければならない。
【０００５】
しかし、現在単結晶あるいは多結晶シリコンウェハを基板としたいわゆるバルク(bulk)型シリコン太陽電池は必要な原材料量が少なくとも１５０μｍ厚さ以上であるので、原価の多くの部分を材料費、すなわちシリコン原材料が占めている。しかし、原材料の供給が急激に増える需要に付いて行くことができなくて原価を低下することができる可能性が容易でない実情である。
【０００６】
これに比べて、薄膜型太陽電池はその厚さが２μｍ以内なのでバルク型太陽電池に比べて原材料の使用量が非常に少なくて材料費を飛躍的に低下することができる。したがって発電単価面でバルク型太陽電池に比べて大きい長所を有している。しかし薄膜型太陽電池はバルク型太陽電池に比べて同じ面積当りの発電性能が半分位で非常に低い。
【０００７】
一般的に、太陽電池の効率を表現する時は１００ｍＷ/ｃｍ2の光量で得ることができる電力の大きさをパーセント（％）で示すと、バルク型太陽電池の効率は１２％乃至２０％であるが、薄膜型太陽電池の効率は８％乃至９％程度である。したがって薄膜型太陽電池の効率はバルク型太陽電池に比べて低い。
【０００８】
薄膜型太陽電池の一番基本的なモデルは単一接合(single junction)型の構造を有する。ここで、単一接合型薄膜太陽電池は、光吸収用真性半導体層(intrinsic semiconductor layer)と、光生成された電荷分離のための内部電界を形成するために真性半導体層の上部及び下部にそれぞれ配置されるｐ型ドーピング層及びｎ型ドーピング層を含む光電変換部が基板の上に形成された太陽電池を言う。
【０００９】
ところで、単一接合型薄膜太陽電池は効率が低い方である。したがって効率を高めるために光電変換部を２個積層した２重接合(tandem または double junction)型及び光電変換部を３つ積層した３重接合(triple junction)型薄膜太陽電池が開発されている。
【００１０】
２重接合型及び３重接合型は、太陽光が先に吸収される方には光学バンドギャップ(Eg: bandgap)が大きい半導体物質(例えば、非晶質シリコン)で第１光電変換部を形成し主に短波長の太陽光を吸収し、後で吸収される方には光学バンドギャップが小さい半導体物質(例えば、微細結晶シリコン)で第２光電変換部を形成し主に長波長の太陽光を吸収するように構成したことで、単一接合型の薄膜太陽電池に比べて効率を高めることができる長所がある。
【００１１】
一方、シリコン薄膜太陽電池の効率を改善するためには太陽電池に流れる電流密度を増加させることが要求される。したがってシリコン薄膜太陽電池では真性半導体層を透過した太陽光を真性半導体層に反射し、反射した太陽光が真性半導体層で吸収されるようにすることで真性半導体層の光吸収率を高めるための後面反射層を備え電流密度を増加させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的とするところは、後面反射層が隣接ドーピング層の役目を兼ねるようにしドーピング層による電流損失減少を抑制して製造工程が減少した薄膜太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために本発明の一側面による薄膜太陽電池は基板と、前記基板の上に位置し、光吸収用第１真性層を含む第１光電変換部と、前記第１光電変換部を透過した光を前記第１光電変換部に反射する後面反射層を含み、後面反射層はｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた第１後面反射膜を備え、第１後面反射膜は第１光電変換部の第１真性層と直接接触する。
【００１４】
第１後面反射膜は７００ｎｍ以上の波長を有する太陽光成分に対して４００ｃｍ−１以下の光吸収係数を有する物質から成り得る。
【００１５】
第１後面反射膜は８００ｎｍの波長で１．５乃至２．５の屈折率を有する物質からなることができ、第１真性層は８００ｎｍの波長で３乃至５の屈折率を有する物質から成り得る。
【００１６】
第１真性層は水素化された非晶質シリコーン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）または水素化された微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）を含む。
【００１７】
第１後面反射膜はｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた、微結晶シリコン酸化物（μｃ−ＳｉＯｘ：Ｈ）と微結晶シリコン窒化物（μｃ−ＳｉＮｘ：Ｈ）及び微結晶シリコン酸化窒化物（μｃ−ＳｉＯｘＮｙ：Ｈ）の中の一つから成り得る。
【００１８】
後面反射層は７００ｎｍ以上の波長を有する太陽光成分に対して４００ｃｍ−１以上の光吸収係数を有する物質からなる第２後面反射膜をさらに含むことができる。
【００１９】
第２後面反射膜は第１後面反射膜に比べて電気伝導度が高い物質、例えばＡＺＯ(Aluｍinuｍ zinc-oxide)またはＢＺＯ(Boron zinc-oxide)から成り得、また、第１後面反射膜の後面に位置し第２電極と直接接触する。
【００２０】
光電変換部は第１光電変換部と基板の間に位置する第２光電変換部をさらに含むことができ、第２光電変換部は第２真性層を含む。
【００２１】
この時、第１光電変換部と第２光電変換部の間に中間反射層が位置することができ、中間反射層は第１真性層と直接接触する第１中間反射膜を含むことができる。
【００２２】
この時、第１中間反射膜はｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた、微結晶シリコン酸化物（μｃ−ＳｉＯｘ：Ｈ）と微結晶シリコン窒化物（μｃ−ＳｉＮｘ：Ｈ）及び微結晶シリコン酸化窒化物（μｃ−ＳｉＯｘＮｙ：Ｈ）の中の一つから成り得る。
【００２３】
この場合、中間反射層は第１中間反射膜及び第２真性層とそれぞれ接触する第２中間反射膜をさらに含むことができる。
【００２４】
この時、第２中間反射膜はｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた、微結晶シリコン酸化物（μｃ−ＳｉＯｘ：Ｈ）と微結晶シリコン窒化物（μｃ−ＳｉＮｘ：Ｈ）及び微結晶シリコン酸化窒化物（μｃ−ＳｉＯｘＮｙ：Ｈ）の中の一つから成り得る。
【００２５】
他の例で、第１中間反射膜は第１光電変換部のｐ型ドーピング層と直接接触する ＡＺＯ(Aluｍinuｍ zinc-oxide)またはＢＺＯ(Boron zinc-oxide)から成り得る。
【００２６】
この時、中間反射層は第１中間反射膜及び第２真性層とそれぞれ接触する第２中間反射膜をさらに含むことができる。
【００２７】
この時、第２中間反射膜はｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた、微結晶シリコン酸化物（μｃ−ＳｉＯｘ：Ｈ）と微結晶シリコン窒化物（μｃ−ＳｉＮｘ：Ｈ）及び微結晶シリコン酸化窒化物（μｃ−ＳｉＯｘＮｙ：Ｈ）の中の一つから成り得る。
【００２８】
光電変換部は第２光電変換部と基板の間に位置する第３光電変換部をさらに含むことができる。この時、第１光電変換部内だ第３光電変換部の間には少なくとも一つの中間反射層が位置することができる。
【００２９】
少なくとも一つの中間反射層はｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた、微結晶シリコン酸化物（μｃ−ＳｉＯｘ：Ｈ）と微結晶シリコン窒化物（μｃ−ＳｉＮｘ：Ｈ）及び微結晶シリコン酸化窒化物（μｃ−ＳｉＯｘＮｙ：Ｈ）の中の一つからなる第１中間反射膜を含むことができる。
【００３０】
第１中間反射膜はＡＺＯ(Aluｍinuｍ zinc-oxide)またはＢＺＯ(Boron zinc-oxide)からなることもある。
【００３１】
少なくとも一つの中間反射層はｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた、微結晶シリコン酸化物（μｃ−ＳｉＯｘ：Ｈ）、微結晶シリコン窒化物（μｃ−ＳｉＮｘ：Ｈ）及び微結晶シリコン酸化窒化物（μｃ−ＳｉＯｘＮｙ：Ｈ）の中の一つからなる第２中間反射膜をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００３２】
一般的に、第１真性層を透過した後、後面反射層で反射する光は後面反射層と接しているドーピング層、例えば基板を通じて光が入射される上板型構造でのｎ型ドーピング層を２回透過するようになり、この時光の一部はｎ型ドーピング層で吸収され光損失が発生する。
【００３３】
ところで、後面反射層の第１反射膜が隣接ドーピング層の役目を兼ねる本願発明の場合には第１反射膜が第１真性層と直接接触するので、前述の光損失が抑制される。したがって、太陽電池の電流減少を抑制することができる。
【００３４】
そして、第１反射膜が微細結晶シリコン酸化物、微細結晶シリコン窒化物及び微細結晶シリコン酸化窒化物の内の一つからなるので、下部セル(第２光電変換部または第３光電変換部)に到逹した長波長の太陽光成分を効果的に反射させ下部セルの電流を増加させることができる。
【００３５】
そして、後面反射層を第１反射膜(ドーピングされた微細結晶シリコン酸化物)及び第２反射膜(ドーピングされた酸化亜鉛)の２重層で構成する場合には後面反射層が第１反射膜だけからなる場合に比べて第１反射膜の厚さを減少させることができる。
【００３６】
したがって、第１反射膜の蒸着に必要な工程時間を縮めることができ、工程に必要な費用を減らすことができる長所がある。
【００３７】
また中間反射層及び後面反射層の厚さを最適化し各光電変換部に流れる電流の均衡を合わせることで高効率太陽電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る薄膜太陽電池の概路図として、単一接合型薄膜太陽電池の部分断面図を示す。
【図２】第１反射膜の物質による光吸収係数を示すグラフである。
【図３】図１の実施の形態に係る薄膜太陽電池と従来の薄膜太陽電池の効率を示すグラフである。
【図４】図３のグラフを数値で示す表である。
【図５】図１の変形実施の形態に係る薄膜太陽電池の部分断面図である。
【図６】本発明の第２実施の形態に係る薄膜太陽電池の概路図として、２重接合型薄膜太陽電池の部分断面図を示す。
【図７】図６の変形実施の形態に係る薄膜太陽電池の部分断面図である。
【図８】図６の他の変形実施の形態に係る薄膜太陽電池の部分断面図である。
【図９】本発明の第３実施の形態に係る薄膜太陽電池の概路図として、３重接合型薄膜太陽電池の部分断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について 本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
【００４０】
しかし、本発明はいろいろな形態に実現することができ、ここで説明する実施の形態に限定されない。そして、図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通じて類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。
【００４１】
図で多くの層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体を通じて類似の部分に対しては同一である図面符号を付けた。層、膜、領域などの部分が他の部分「上に」あると言う時、これは他の部分「真上に」ある場合だけではなくその中間に他の部分がある場合も含む。反対に何れの部分が他の部分「真上に」あると言う時には中間に他の部分がないことを意味する。
【００４２】
それでは添付した図面を参照にして本発明の一つの実施の形態を説明する。
【００４３】
図１は、本発明の第１実施の形態に係る薄膜太陽電池の概路図の、単一接合型太陽電池の部分断面図である。
【００４４】
図１を参照にすれば、本実施の形態に係る単一接合型薄膜太陽電池は基板１１０を通じて光が入射される上板(superstrate)型構造を有する。しかし、本発明は下板型構造にも適用が可能である。ここで、下板型構造は光が基板の反対側から入射される構造を言う。
【００４５】
上板型構造の単一接合型薄膜太陽電池はガラスまたは透明プラスチックなどからなる基板１１０、基板１１０上に位置する導電性透明電極(transparent conductive oxide、ＴＣＯ)１２０、透明電極１２０上に位置する第１光電変換部１３０、第１光電変換部１３０上に位置する後面反射層１６０、そして後面反射層１６０上に位置する後面電極１７０を備える。ここで、透明電極１２０は第１電極であり、後面電極１７０は第２電極である。
【００４６】
透明電極１２０は、基板１１０の全体面に形成され、また、第１光電変換部１３０と電気的に接続されている。したがって、透明電極１２０は光によって生成されたキャリア(carrier)内の一つ、例えば正孔を収集し出力する。透明電極１２０は反射防止膜の機能も遂行することができる。
【００４７】
透明電極１２０の上部表面はランダム(random)のピラミッド構造を有する複数個の凹凸(図示せず)を備えたテクスチャリング表面(texturing surface)に形成することができる。
【００４８】
このように、透明電極１２０の表面をテクスチャリング表面で形成すれば、透明電極の光反射度が減少され光の吸収率が増加するので、太陽電池の効率が向上する。この時形成される凹凸の高さは約１μｍ乃至１０μｍで有り得る。
【００４９】
透明電極１２０は、大部分の光が透過し電気がよく流れるように高い光透過度と高い電気伝導度が要求される。
【００５０】
このような透明電極１２０はインジウムスズ酸化物(indiuｍ tin oxide:ＩＴＯ)、スズ酸化物(ＳｎＯ２など)、ＡｇＯ、ＺｎＯ−(Ｇａ２Ｏ３またはＡｌ２Ｏ３)、フッ素スズ酸化物(fluorine tin oxide:ＦＴＯ)及びこれらの混合物からなる群から選択することにより形成することができる。透明電極１２０の比抵抗の範囲は約１０-2Ωcm乃至１０-11Ωcmで有り得る。
【００５１】
第１光電変換部１３０は、水素化された非晶質シリコン(hydrogenated amorphous silicon、a-Si:Ｈ)、微結晶シリコン(micro-crystalline silicon、μc-Si) または水素化された微結晶シリコン(hydrogenated micro-crystalline silicon、μc-Si:Ｈ)で形成できる。
【００５２】
このような第１光電変換部１３０は、透明電極１２０上に順に積層された第１導電型の半導体層である第１ｐ型ドーピング層１３１及び第１真性層１３２を含む。
【００５３】
第１ｐ型ドーピング層１３１はシリコン(Ｓｉ)を含む原料ガスにホウ素、ガリウム、インジウムなどのような３価元素の不純物を含むガスを混合し形成することができる。
【００５４】
本実施の形態で第１ｐ型ドーピング層１３１は８００ｎｍの波長で３乃至５程度の屈折率を有する物質、例えば水素化された非晶質シリコン、微結晶シリコンまたは水素化された微結晶シリコンで形成することができる。
【００５５】
第１ｐ型ドーピング層１３１のバンドギャップ調節のために、膜の中には炭素（Ｃ） または酸素（Ｏ）などの元素を数％乃至数十％添加することができる。
【００５６】
第１真性層１３２は、キャリアの再結合率を減らし光を吸収するためのものであり、電子と正孔のようなキャリアがここで主に生成される。このような第１真性層１３２は８００ｎｍの波長で３乃至５位の屈折率を有する物質、例えば水素化された非晶質シリコン、微結晶シリコンまたは水素化された微結晶シリコンで形成することができる。
【００５７】
第１真性層１３２のバンドギャップ調節のために、膜の中には炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）などの元素を数％乃至数十％添加することができる。
【００５８】
第１真性層１３２と直接接触する後面反射層(back reflector、１６０)は第１真性層１３２を透過した光を第１真性層１３２の方へ反射させ、第１光電変換部１３０の動作効率を向上するもので、本実施の形態では第１後面反射膜１６１を含む。したがって、第１真性層１３２を透過した光は第１真性層１３２で吸収されない光であり、第１真性層１３２ の方へ反射する光は第１真性層１３２を透過した光の全部または一部で有り得る。
【００５９】
従来は後面反射層にドーピングされた酸化亜鉛、例えばＡＺＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）またはＢＺＯ（ＺｎＯ：Ｂ）を使った。しかし、ドーピングされた酸化亜鉛は ７００ｎｍ以上の波長を有する太陽光成分に対して光吸収係数が高い。さらに具体的にいえば、ドーピングされた酸化亜鉛は７００ｎｍ以上の波長を有する太陽光成分に対して ４００ｃｍ−１以上の光吸収係数を有する。
【００６０】
したがって、後面反射層まで到逹した大部分の長波長光は後面反射層によって吸収され光の損失が大きくなる問題点がある。
【００６１】
このような問題点を解決するために、本願発明の実施の形態は７００ｎｍ以上の波長を有する太陽光成分に対し４００ｃｍ−１以下の光吸収係数を有し、８００ｎｍの波長で １．５乃至２．５の屈折率を有する物質で第１後面反射膜１６１を形成する。
【００６２】
光吸収係数及び屈折率に対する上記の条件を満足する物質では水素化された微結晶シリコン酸化物(hydrogenated micro-crystalline silicon oxide、μc-SiOx:Ｈ)、水素化された微結晶シリコン窒化物(hydrogenated μc-SiNx:Ｈ) 及び水素化された微結晶シリコン酸化窒化物(hydrogenated μc-SiOxNy:Ｈ)を例に挙げることができる。
【００６３】
図２に示すように、水素化された微結晶シリコン酸化物はドーピングされた酸化亜鉛に比べて７００ｎｍ以上の波長を有する太陽光成分に対して吸収係数が非常に低い。
【００６４】
したがって、水素化された微結晶シリコン酸化物からなる第１後面反射膜１６１を含む後面反射層１６０は後面反射層１６０まで到逹した大部分の長波長光を吸収しないで透過あるいは反射させるので、光の損失を最小化することができる。
【００６５】
水素化された微結晶シリコン酸化物からなる第１後面反射膜１６１はドーピングされた酸化亜鉛からなる後面反射層に比べて伝導度が低い。しかし、第１後面反射膜１６１を形成する時酸素投入量を調節し第１後面反射膜１６１が適切な伝導度を有するように形成すれば伝導度が低下することによる問題点を抑制することができる。
【００６６】
この時、第１後面反射膜１６１の厚さは数十ｎｍ乃至μｍの範囲内で適切に形成することができる。
【００６７】
図２では水素化された微結晶シリコン酸化物を例であげて説明したが、第１後面反射膜１６１は水素化された微結晶シリコン窒化物または水素化された微結晶シリコン酸化窒化物で形成することもできる。
【００６８】
一方、本発明で、第１後面反射膜１６１は第１光電変換部１３０のｎ型ドーピング層の役目を一緒に遂行する。
【００６９】
このために、第１後面反射膜１６１は原料ガスにりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含むガスを混合し形成することができる。
【００７０】
第１光電変換部１３０と第１後面反射膜１６１はプラズマ化学気相成長(plasma enhanced chemical vapor deposition、ＰＥＣＶＤ)のような化学気相成長(chemical vapor deposition、ＣＶＤ)によって形成することができる。
【００７１】
第１光電変換部１３０の第１ｐ型ドーピング層１３１と後面反射層１６０の第１後面反射膜１６１は第１真性層１３２を間に置いてｐ−ｎ接合を形成するので、第１真性層１３２で生成された電子と正孔は接触電位差によって分離し互いに異なる方向に移動する。
【００７２】
例えば、正孔は第１ｐ型ドーピング層１３１を通じて透明電極１２０の方へ移動し、電子は第１後面反射膜１６１を通じて後面電極１７０の方へ移動する。
【００７３】
後面電極１７０は後面反射層１６０の全体面上に位置し、電気的に後面反射層１６０と接続されている。このような後面電極１７０はｐ−ｎ接合を通じて生成されたキャリアの内で電子を収集し出力する。
【００７４】
図３及び図４は本実施の形態の薄膜太陽電池と従来の薄膜太陽電池の効率を比べたもので、図３及び図４の実験に使われた本実施の形態の薄膜太陽電池は水素化された微結晶シリコンで形成された第１ｐ型ドーピング層１３１、第１真性層１３２、そしてｎ−ドーピングされた微結晶シリコン酸化物(n-μc-SiOx:Ｈ)で形成された第１後面反射膜１６１を含む。
【００７５】
図３及び図４から分かるように、本実施の形態の薄膜太陽電池（Ｂ）は従来の薄膜太陽電池（Ａ）に比べて７００ｎｍ以上の赤外線帯域で効率（ＥＱＥ）が多少増加(特に波長が増加するほど最大２０％まで)することが分かる。また、太陽電池の電流密度（Ｊｓｃ）も本実施の形態の薄膜太陽電池（Ｂ）が従来の薄膜太陽電池（Ａ）に比べて２％位増加することが分かる。
【００７６】
以下、図５を参照にして、図１の変形実施の形態を説明する。前述の図１の実施の形態で、第１後面反射膜１６１だけで後面反射層１６０を構成する場合には、ドーピングされた酸化亜鉛で後面反射層を構成する場合に比べて後面反射層１６０の蒸着に必要な工程時間が増加し、工程に必要な費用が増加する。
【００７７】
この場合、本実施の形態のように後面反射層１６０を微結晶シリコン酸化物からなる第１後面反射膜１６１の後面に第２後面反射膜１６２をさらに形成することができる。
【００７８】
この時、第２後面反射膜１６２は、第１後面反射膜１６１に比べて電気伝導度が高く７００ｎｍ以上の波長を有する太陽光成分に対して４００ｃｍ−１以上の光吸収係数を有する物質、例えばＡＺＯ(Aluｍinuｍ zinc-oxide)またはＢＺＯ(Boron zinc-oxide)で形成できる。
【００７９】
このように、第１後面反射膜１６１の後面に第２後面反射膜１６２を形成すれば、第１後面反射膜１６１を前術の図１の後面反射膜１６１に比べて薄い厚さで形成することが可能であるので、工程時間及び費用の増加を最小化することができる。
【００８０】
以下では図６乃至図８を参照して、本発明の第２実施の形態を説明する。以下の実施の形態の説明において、前述の第１実施の形態と同一である構成要素に対しては同一である図面符号を付与し、これに対する詳細な説明は省略する。
【００８１】
図６は、本発明の第２実施の形態に係る薄膜太陽電池の概路図として、２重接合型薄膜太陽電池の部分断面図を示す。
【００８２】
本実施の形態の薄膜太陽電池は第１光電変換部１３０と透明電極１２０の間に位置する第２光電変換部１４０をさらに含む。
【００８３】
２重接合型薄膜太陽電池の場合、第２光電変換部１４０は水素化された非晶質シリコンで形成することができ、第１光電変換部１３０は水素化された微結晶シリコンで形成することができる。
【００８４】
水素化された非晶質シリコンで形成された第２光電変換部１４０は約１．７ｅＶの光学バンドギャップを有し、近紫外線、紫、青などのような短波長帯域の光を主に吸収する。
【００８５】
そして水素化された微結晶シリコンで形成された第１光電変換部１３０は約１．１ｅＶの光学バンドギャップを有し、赤色から近赤外線までの長波長帯域の光を主に吸収する。
【００８６】
したがって、２重接合型薄膜太陽電池は第１実施の形態の単一接合型薄膜太陽電池に比べて効率が向上する。
【００８７】
第２光電変換部１４０は透明電極１２０上に順に積層された第２ｐ型ドーピング層１４１、第２真性層１４２及び第２ｎ型ドーピング層１４３を含む。
【００８８】
第２ｐ型ドーピング層１４１は、シリコン（Ｓｉ）を含む原料ガスにホウ素、ガリウム、インジウムなどのような３価元素の不純物を含むガスを混合し形成することができる。また、第２ｎ型ドーピング層１４３はシリコンを含む原料ガスにりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含むガスを混合し形成することができる。
【００８９】
そして、第１光電変換部１４０は第２光電変換部１４０の第２ｎ型ドーピング層１４３上に順に形成された第１ｐ型ドーピング層１３１及び第１真性層１３２を含む。
【００９０】
そして、第１真性層１３２上には前述の第１実施の形態で説明した構造の後面反射層１６０が位置し、後面反射層１６０は第１真性層１４２と直接接触する。
【００９１】
図７は、図６の変形実施の形態を示したのである。本実施の形態において、第２光電変換部１４０は第２ｐ型ドーピング層１４１と第２真性層１４２からなり、第１光電変換部１３０は第１真性層１３２からなる。
【００９２】
そして、第１真性層１３２と第２真性層１４２の間には中間反射層１８０が位置する。
【００９３】
中間反射層１８０は短波長の太陽光成分を第２光電変換部１４０に向けて反射する一方、長波長の太陽光成分は第１光電変換部１３０の方へ透過する。
【００９４】
このような作用をする中間反射層１８０は水素化された非晶質シリコン、微結晶シリコンまたは水素化された微結晶シリコンの内で一つの物質で形成された第１中間反射膜１８１、及び第１中間反射膜１８１と同一である物質、または前述の物質の中から選択された第１中間反射膜１８１とは異なる物質で形成された第２中間反射膜１８２で形成される。
【００９５】
この時、第２真性層１３２及び第１中間反射膜１８１とそれぞれ接触する第２中間反射膜１８２は、第１光電変換部１３０のｎ型ドーピング層の役目を遂行するようにｎ型不純物でドーピングされ、第２中間反射膜１８２及び第１真性層１３２とそれぞれ接触する第１中間反射膜１８１は、第１光電変換部１３０のｐ型ドーピング層の役目を遂行するようにｐ型不純物でドーピングされる。
【００９６】
図７では中間反射層１８０が第１中間反射膜１８１及び第２中間反射膜１８２の２重膜で構成されたことを説明したが、中間反射層１８０は単一膜からなることもできる。
【００９７】
すなわち、中間反射層１８０は第１中間反射膜１８１または第２中間反射膜１８２の中の一つの膜だけからなることもできる。しかし、この場合には中間反射層１８０にドーピングされた不純物の導電性タイプによって第１光電変換部１３０または第２光電変換部１４０の構造が変わることがある。
【００９８】
すなわち、中間反射層１８０がｎ型不純物がドーピングされた第２中間反射膜１８２だけからなる場合には第１中間反射膜１８１の位置に第１光電変換部１３０の第１ｐ型ドーピング層が位置するようになる。
【００９９】
これと同様に、中間反射層１８０がｐ型不純物がドーピングされた第１中間反射膜１８１だけからなる場合には第２中間反射膜１８２の位置に第２光電変換部１４０の第２ｎ型ドーピング層が位置するようになる。
【０１００】
そして、第１光電変換部１３０の第１真性層１３２の上には前述の第１実施の形態で説明した後面電極層１６０が位置する。
【０１０１】
図８は、図６の他の変形実施の形態を示したのである。本実施の形態で、第１光電変換部１３０は第１ｐ型ドーピング層１３１及び第１真性層１３２からなり、第２光電変換部１４０は第２ｐ型ドーピング層１４１及び第２真性層１４２からなる。
【０１０２】
そして、中間反射層１８０は第１光電変換部１３０の第１ｐ型ドーピング層１３１と直接接触する第１中間反射膜１８３と、第２真性層１４２及び第１中間反射膜１８３とそれぞれ接触する第２中間反射膜１８２を含む。
【０１０３】
この時、第１中間反射膜１８３はＡＺＯまたはＢＺＯからなり、第２中間反射膜１８２はｎ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化物(μc-SiOx:Ｈ)と微結晶シリコン窒化物(μc-SiNx:Ｈ) 及び微結晶シリコン酸化窒化物(μc-SiOxNy:Ｈ)の中の一つからなる。
【０１０４】
具体的には示さなかったが、中間反射層１８０は第１中間反射膜１８３または第２中間反射膜１８２の中の一つの膜だけからなることもある。
【０１０５】
一方、具体的には説明しなかったが、前述の２重接合型薄膜太陽電池も後面反射層１６０が前述の第１実施の形態と同一である構造から成り得ることは当業者に自明である。  
【０１０６】
図９は、本発明の第３実施の形態に係る薄膜太陽電池の概路図の、３重接合型薄膜太陽電池の部分断面図である。
【０１０７】
本実施の形態の薄膜太陽電池は第２光電変換部１４０と透明電極１２０の間に位置する第３光電変換部１５０をさらに含む。
【０１０８】
本実施の形態で、第１光電変換部１３０は第１ｐ型ドーピング層１３１及び第１真性層１３２で形成され、第２光電変換部１４０は第２ｐ型ドーピング層１４１及び第２真性層１４２で形成され、第３光電変換部１５０は第３ｐ型ドーピング層１５１及び第３真性１５２で形成される。
【０１０９】
そして、第１光電変換部１３０と第２光電変換部１４０の間及び第２光電変換部１４０と第３光電変換部１５０の間にはそれぞれ中間反射層１８０が形成される。
【０１１０】
図９に示したように、中間反射層１８０は第１ｐ型ドーピング層１３１または第２ｐ型ドーピング層１４１と接触する第１中間反射膜１８１と、第２真性層１４２または第３真性１５２と接触する第２中間反射膜１８２を含むことができる。
【０１１１】
この時、第１中間反射膜１８１はｎ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化物(μc-SiOx:Ｈ)と微結晶シリコン窒化物(μc-SiNx:Ｈ) 及び微結晶シリコン酸化窒化物(μc-SiOxNy:Ｈ)の中の一つからなることがある。第１中間反射膜１８１は   ＡＺＯ(Aluｍinuｍ zinc-oxide)またはＢＺＯ(Boron zinc-oxide)からなることもある。
【０１１２】
第２中間反射膜１８２はｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化物(μc-SiOx:Ｈ)と微結晶シリコン窒化物(μc-SiNx:Ｈ)及び微結晶シリコン酸化窒化物(μc-SiOxNy:Ｈ)の中の一つから成り得る。
【０１１３】
図９では前記中間反射層１８０の図面符号を同一に適用することで二つの中間反射層１８０が互いに同一であることを例で挙げたが、前記二つの中間反射層１８０は互いに異なる物質または互いに異なる層構造からなることもある。
【０１１４】
例えば、第１光電変換部１３０と第２光電変換部１４０の間に位置する中間反射層は第１中間反射膜及び第２中間反射膜の２重膜構造からなる一方、第２光電変換部１４０と第３光電変換部１５０の間に位置する中間反射層は第１中間反射膜または第２中間反射膜の単一膜構造から成り得る。また、これの反対の場合も可能である。
【０１１５】
また、第１光電変換部１３０と第２光電変換部１４０の間に位置する中間反射層と第２光電変換部１４０と第３光電変換部１５０の間に位置する中間反射層がそれぞれ単一膜構造からなり、各層を構成する物質が互いに同一であるか、互いに異なることもある。
【０１１６】
例えば、第１光電変換部１３０と第２光電変換部１４０の間に位置する中間反射層と第２光電変換部１４０と第３光電変換部１５０の間に位置する中間反射層がｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化物(μc-SiOx:Ｈ)と微結晶シリコン窒化物(μc-SiNx:Ｈ)及び微結晶シリコン酸化窒化物(μc-SiOxNy:Ｈ)の中から選択されたいずれか一つの同一である物質または互いに異なる物質から成り得る。
【０１１７】
これと同様に、第１光電変換部１３０と第２光電変換部１４０の間に位置する中間反射層と第２光電変換部１４０と第３光電変換部１５０の間に位置する中間反射層がすべてＡＺＯまたはＢＺＯの単一膜構造から成り得る。
【０１１８】
また、第１光電変換部１３０と第２光電変換部１４０の間に位置する中間反射層はｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた微結晶シリコン酸化物(μc-SiOx:Ｈ)と微結晶シリコン窒化物(μc-SiNx:Ｈ)及び微結晶シリコン酸化窒化物(μc-SiOxNy:Ｈ)の中から選択されたある一つの物質からなり、第２光電変換部１４０と第３光電変換部１５０の間に位置する中間反射層はＡＺＯまたはＢＺＯから成り得るし、これの反対場合も可能である。
【０１１９】
このように、２つの中間反射層１８０を構成する物質は光電変換部の厚さ、屈折率などの他の要素によって適切なものを選択し使うことができる。
【０１２０】
一方、具体的には示さなかったが、前述の３重接合型の薄膜太陽電池も 前述の第１実施の形態の後面反射層１６０を備えることは当業者に自明である。
【０１２１】
以上で本発明の実施の形態に対して詳細に説明したが本発明の権利範囲はここに限定されるものではなくて請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多くの変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。
【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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