(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体のＭＳｉ２（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａから選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属）を含むｎ型半導体層と、
電子親和力が前記ＭＳｉ２の０．８倍〜１．２倍の範囲内であり、かつ、バンドギャップが前記ＭＳｉ２の０．７倍〜１．３倍の範囲内であるｐ型半導体を含み、前記ｎ型半導体層とｐｎ接合するｐ型半導体層と、
を具備することを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記ｐ型半導体がＡＢ（ＡはＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｆｌから選択される少なくとも１種の元素、ＢはＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ、Ｌｖから選択される少なくとも１種の元素）、又は、Ｃ３Ｄ２（ＣはＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃｎから選択される少なくとも１種の元素、ＤはＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｕｕｐから選択される少なくとも１種の元素）である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記ｎ型半導体層におけるｐｎ接合面の対面に、前記ｎ型半導体層よりも単位体積あたりのキャリアが多いｎ＋型半導体層を具備する請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記ｐ型半導体層におけるｐｎ接合面の対面に、前記ｐ型半導体層よりも単位体積あたりのキャリアが多いｐ＋型半導体層を具備する請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記ｎ型半導体層の厚みが前記ｐ型半導体層の厚みよりも厚い請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記ｐ型半導体の電子親和力が前記ＭＳｉ２の電子親和力の０．９倍〜１．１倍の範囲内である請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項７】
ｎ型半導体のＭＳｉ２（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａから選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属）を含むｎ型半導体層と、
電子親和力が前記ＭＳｉ２の０．８倍〜１．２倍の範囲内であり、かつ、バンドギャップが前記ＭＳｉ２の０．７倍〜１．３倍の範囲内であるｐ型半導体を含み、前記ｎ型半導体層とｐｎ接合するｐ型半導体層と、
を具備することを特徴とする太陽電池の製造方法であって、
ＭＳｉ２を加熱して、蒸着させて、前記ｎ型半導体層を形成する工程、
前記ｎ型半導体層上に、前記ｐ型半導体層を形成する工程、
を有する製造方法。
【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】
現在、太陽電池として、様々な種類のものが製造されている。現在、太陽電池のシェアの大部分を占めているのが、シリコン系太陽電池と化合物系太陽電池である。
【０００３】
シリコン系太陽電池としては、高純度の単結晶シリコンのウエハを半導体として用いた単結晶シリコン型や、多結晶シリコンを半導体として用いた多結晶シリコン型などの結晶シリコン太陽電池がある。ここで、結晶シリコン太陽電池にはコストが高いという課題がある。
【０００４】
化合物系太陽電池としては、シリコンの代わりにＣｄＴｅ薄膜を用いたＣｄＴｅ系太陽電池、シリコンの代わりにカルコパイライト系化合物を用いたＣＩＳ系及びＣＩＧＳ系太陽電池などが知られている。これらの化合物系太陽電池には、希少元素や有毒元素の使用量が多いという課題がある。
【０００５】
また、上記以外の太陽電池として、種々のものが報告されている。
【０００６】
例えば、特許文献１や特許文献２には、シリコンとＢａＳｉ２を組み合わせた太陽電池が報告されている。しかしながら、これらの太陽電池においては、ｐｎ接合を形成する際の高温ドーピングによりクラックが発生しやすいなどの課題がある。
【０００７】
特許文献３には、光吸収層にＳｎＳを用いた太陽電池が報告されている。しかし、この太陽電池の変換効率は数％であって著しく低いとの課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−６６７１９号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／１３１６３９号
【特許文献３】特開２０１３−１９７５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような太陽電池の現状から、産業界などからは、新たな太陽電池の開発が熱望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、ＭＳｉ２（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａから選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属）で表されるアルカリ土類金属シリサイドに着目した。アルカリ土類金属シリサイドの成分であるＳｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａは、いずれも地球上に豊富に存在するため、枯渇するリスクが少ないとの利点があるといわれている。アルカリ土類金属シリサイドの膜は好適な半導体であり、その結晶は太陽光スペクトルに合致するバンドギャップを有し、かつ高い光吸収係数を示すことも知られている。
【００１１】
本発明者は、アルカリ土類金属シリサイドを用いた新たな太陽電池について熟慮し、その結果、アルカリ土類金属シリサイドと同等の電子親和力及びバンドギャップを示す材料と、アルカリ土類金属シリサイドとを、ドーピング無しでｐｎ接合させて、太陽電池を構成することを想起し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の太陽電池は、ｎ型半導体のＭＳｉ２（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａから選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属）を含むｎ型半導体層と、電子親和力が前記ＭＳｉ２の０．８倍〜１．２倍の範囲内であり、かつ、バンドギャップが前記ＭＳｉ２の０．７倍〜１．３倍の範囲内であるｐ型半導体を含み、前記ｎ型半導体層とｐｎ接合するｐ型半導体層とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、ｐｎ接合にドーピングを要しない新たな太陽電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ｎ型半導体のＢａＳｉ２とｐ型半導体のＳｎＳとで形成されるヘテロｐｎ接合のバンドアラインメントの模式図である。
【図２】ｎ型半導体のＢａＳｉ２と本発明の太陽電池に適さないｐ型半導体とで形成されるヘテロｐｎ接合のバンドアラインメントの模式図である。
【図３】本発明の実施形態１の太陽電池の模式図である。
【図４】本発明の実施形態２の太陽電池の模式図である。
【図５】本発明の実施形態１の太陽電池のシミュレーション結果である。
【図６】本発明の実施形態２の太陽電池のシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「ａ〜ｂ」は、下限ａおよび上限ｂをその範囲に含む。そして、これらの上限値および下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに数値範囲内から任意に選択した数値を上限、下限の数値とすることができる。
【００１６】
本発明の太陽電池は、ｎ型半導体のＭＳｉ２（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａから選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属）を含むｎ型半導体層と、電子親和力が前記ＭＳｉ２の０．８倍〜１．２倍の範囲内であり、かつ、バンドギャップが前記ＭＳｉ２の０．７倍〜１．３倍の範囲内であるｐ型半導体を含み、前記ｎ型半導体層とｐｎ接合するｐ型半導体層とを具備することを特徴とする。
【００１７】
ＭＳｉ２のＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａから選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属である。ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ若しくはＲａ単独でもよいし、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＲａのうちの２〜５種であってもよい。ＭＳｉ２は組成式でＭｇａＣａｂＳｒｃＢａｄＲａｅＳｉ２（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１）と表すことができる。特に好ましいＭＳｉ２として、ＢａＳｉ２、ＳｒｃＢａｄＳｉ２（０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１、ｃ＋ｄ＝１）を例示することができる。なお、ＢａＳｉ２の電子親和力は３．３ｅＶであり、バンドギャップは１．３ｅＶである。
【００１８】
本発明の太陽電池において、ＭＳｉ２はｎ型半導体として機能する。ＭＳｉ２を含むｎ型半導体層の厚みは、ＭＳｉ２のキャリア拡散長よりも小さければ制限は無い。具体的なｎ型半導体層の厚み（Ｔｎ）として、０＜Ｔｎ＜３μｍ、０＜Ｔｎ＜０．５μｍ、０＜Ｔｎ＜１００ｎｍを例示できる。ＢａＳｉ２が光を吸収するために必要な厚みは３μｍ未満と言われているため、ｎ型半導体層を光吸収層とする場合には、Ｔｎは１μｍ＜Ｔｎ＜３μｍの範囲内が好ましく、１．５μｍ＜Ｔｎ＜２．５μｍの範囲内がより好ましい。
【００１９】
本発明の太陽電池において、ｐ型半導体は、電子親和力が前記ＭＳｉ２の０．８倍〜１．２倍の範囲内であり、かつ、バンドギャップが前記ＭＳｉ２の０．７倍〜１．３倍の範囲内のものである。
【００２０】
上記ｐ型半導体の具体的なものとして、ＡＢ（ＡはＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｆｌから選択される少なくとも１種の元素、ＢはＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ、Ｌｖから選択される少なくとも１種の元素）、又は、Ｃ３Ｄ２（ＣはＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃｎから選択される少なくとも１種の元素、ＤはＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｕｕｐから選択される少なくとも１種の元素）を例示することができる。
【００２１】
すなわち、本発明の太陽電池は、ｎ型半導体のＭＳｉ２（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａから選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属）を含むｎ型半導体層と、
ＡＢ（ＡはＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｆｌから選択される少なくとも１種の元素、ＢはＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ、Ｌｖから選択される少なくとも１種の元素、）、又は、Ｃ３Ｄ２（ＣはＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃｎから選択される少なくとも１種の元素、ＤはＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｕｕｐから選択される少なくとも１種の元素）で表されるｐ型半導体を含み、前記ｎ型半導体層とｐｎ接合するｐ型半導体層と、
を具備する太陽電池であるともいえる。
【００２２】
ＡＢ（ＡはＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｆｌから選択される少なくとも１種の元素、ＢはＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ、Ｌｖから選択される少なくとも１種の元素）について説明する。
【００２３】
ＡはＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂ若しくはＦｌ単独でもよいし、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ及びＦｌのうちの２〜４種であってもよい。ＢはＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ若しくはＬｖ単独でもよいし、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ及びＬｖのうちの２〜６種であってもよい。
【００２４】
ＡＢは組成式でＧｅａ１Ｓｎａ２Ｐｂａ３Ｆｌａ４Ｏｂ１Ｓｂ２Ｓｅｂ３Ｔｅｂ４Ｐｏｂ５Ｌｖｂ６（ａ１〜ｂ６はそれぞれ０以上１以下であって、ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４＝１、ｂ１＋ｂ２＋ｂ３＋ｂ４＋ｂ５＋ｂ６＝１を満たす。）と表すことができる。特に好ましいＡＢとして、Ｓｎａ２Ｐｂａ３Ｓｂ２Ｓｅｂ３（０．８≦ａ２≦１、０≦ａ３≦０．２、ａ２＋ａ３＝１、０．８≦ｂ２≦１、０≦ｂ３≦０．２、ｂ２＋ｂ３＝１）を例示することができる。この好適な組成式を構成する主元素は、地殻中などに豊富に存在するため、枯渇する恐れがない。なお、ＡＢの一態様であるＳｎＳの電子親和力は３．１〜３．６ｅＶであり、バンドギャップは１．３ｅＶである。
【００２５】
次に、Ｃ３Ｄ２（ＣはＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃｎから選択される少なくとも１種の元素、ＤはＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｕｕｐから選択される少なくとも１種の元素）について説明する。
【００２６】
ＣはＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ若しくはＣｎ単独でもよいし、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ及びＣｎのうちの２〜４種であってもよい。ＤはＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ若しくはＵｕｐ単独でもよいし、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ及びＵｕｐのうちの２〜６種であってもよい。
【００２７】
Ｃ３Ｄ２は組成式でＺｎｃ１Ｃｄｃ２Ｈｇｃ３Ｃｎｃ４Ｎｄ１Ｐｄ２Ａｓｄ３Ｓｂｄ４Ｂｉｄ５Ｕｕｐｄ６（ｃ１〜ｃ４はそれぞれ０以上３以下、ｄ１〜ｄ６はそれぞれ０以上２以下であって、ｃ１＋ｃ２＋ｃ３＋ｃ４＝３、ｄ１＋ｄ２＋ｄ３＋ｄ４＋ｄ５＋ｄ６＝２を満たす。）と表すことができる。特に好ましいＣ３Ｄ２として、Ｚｎｃ１Ｃｄｃ２Ｐｄ２Ａｓｄ３（２．４≦ｃ１≦３、０≦ｃ２≦０．６、ｃ１＋ｃ２＝３、１．６≦ｄ２≦２、０≦ｄ３≦０．４、ｄ２＋ｄ３＝２）を例示することができる。この好適な組成式を構成する主元素は、地殻中などに比較的豊富に存在するため、枯渇する恐れがない。なお、Ｃ３Ｄ２の一態様であるＺｎ３Ｐ２の電子親和力は３．６ｅＶであり、バンドギャップは１．５ｅＶである。また、Ｚｎ３Ａｓ２の電子親和力は３．６９ｅＶであり、バンドギャップは０．９９ｅＶである。
【００２８】
本発明の太陽電池において、ＡＢ又はＣ３Ｄ２はｐ型半導体として機能する。ＡＢ又はＣ３Ｄ２を含むｐ型半導体層の厚みは、それぞれのキャリア拡散長よりも小さければ制限は無い。具体的なｐ型半導体層の厚み（Ｔｐ）として、０＜Ｔｐ＜２μｍ、０＜Ｔｐ＜０．３μｍ、０＜Ｔｐ＜１００ｎｍを例示できる。ｐ型半導体層の厚み（Ｔｐ）とｎ型半導体層の厚み（Ｔｎ）との関係は、Ｔｎ＞Ｔｐが好ましく、Ｔｎ≧５×Ｔｐであるのがより好ましい。
【００２９】
本発明の太陽電池において、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とは、接合部付近にドーピングを要することなくｐｎ接合を形成する。本発明の太陽電池が太陽電池としての機能を好適に示すのは、両半導体の物性が類似しているからである。具体的には、上述したように、ｐ型半導体は、電子親和力がｎ型半導体であるＭＳｉ２の０．８倍〜１．２倍の範囲内であり、かつ、バンドギャップがＭＳｉ２の０．７倍〜１．３倍の範囲内であるため、両半導体の電子親和力とバンドギャップが同等である。
【００３０】
ここで、ｎ型半導体のＢａＳｉ２とｐ型半導体のＳｎＳとで形成されるヘテロｐｎ接合のバンドアラインメントについて説明する。
【００３１】
図１は、ｎ型半導体のＢａＳｉ２とｐ型半導体のＳｎＳとで形成されるヘテロｐｎ接合のバンドアラインメントの模式図である。図２は、ｎ型半導体のＢａＳｉ２と本発明の太陽電池に適さないｐ型半導体とで形成されるヘテロｐｎ接合のバンドアラインメントの模式図である。図１及び図２において、ＥＶは価電子帯の上端のエネルギー準位、ＥＦはフェルミ準位、ＥＣは伝導帯の下端のエネルギー準位を意味する。
【００３２】
ｐｎ接合部では、光エネルギーにより、キャリアである電子ｅ−と正孔ｈ＋が励起される。内部電界により、電子はｎ型半導体層側へ、正孔はｐ型半導体層側へと移動する。
【００３３】
ここで、図１で示すように、ｐ型半導体とｎ型半導体との電子親和力及びバンドギャップが同等であれば、キャリア移動の際のエネルギー障壁が比較的小さくなり、あたかも単一物質のｐｎ接合のようなバンドアラインメントとなる。
【００３４】
しかし、ｐ型半導体とｎ型半導体との電子親和力又はバンドギャップが大きく異なれば、キャリア移動の際のエネルギー障壁が比較的大きくなり、キャリアの移動が妨げられる。図２で示すのは、ｐ型半導体とｎ型半導体とのバンドギャップが同等であるが、電子親和力が大きく異なる場合の、バンドアラインメントの模式図である。
【００３５】
上述したｎ型半導体及びｐ型半導体の物性とバンドアラインメントとの関係から、ｐ型半導体は、その電子親和力がＭＳｉ２の電子親和力の０．９倍〜１．１倍の範囲内であるものが好ましく、０．９４倍〜１．１倍の範囲内であるものがより好ましい。同様に、ｐ型半導体は、そのバンドギャップがＭＳｉ２のバンドギャップの０．８倍〜１．２倍の範囲内であるものが好ましく、０．９倍〜１．１倍の範囲内であるものがより好ましい。
【００３６】
本発明の太陽電池の変換効率をより優れたものとするために、ｎ型半導体層におけるｐｎ接合面の対面に、ｎ型半導体層よりも単位体積あたりのキャリアが多いｎ＋型半導体層を形成させてもよい。ｎ＋型半導体層を形成させるには、ｎ型半導体層にＳｂなどの周期表の１５族の元素をドープすればよい。
【００３７】
同様に、本発明の太陽電池の変換効率をより優れたものとするために、ｐ型半導体層におけるｐｎ接合面の対面に、ｐ型半導体層よりも単位体積あたりのキャリアが多いｐ＋型半導体層を形成させてもよい。ｐ＋型半導体層を形成させるには、ｐ型半導体層にＣｕ、Ａｇ、Ａｌなどの周期表の１１〜１３族の元素をドープすればよい。
【００３８】
本発明の太陽電池には、公知の太陽電池に設けられる機能性を有する層を配設してもよい。
【００３９】
本発明の太陽電池の製造方法を例示する。なお、以下、ｎ型半導体層を光吸収層とした場合の太陽電池の製造方法を記載するが、ｐ型半導体層を光吸収層とする太陽電池を製造する場合には、以下の製造方法の各層の形成順序を逆にすればよい。
【００４０】
まず、アルミニウム、チタン、銅、鉄、ニッケル、亜鉛、モリブデン、ステンレス鋼などの導電性基板を準備する。
【００４１】
次に、導電性基板上に、スパッタリング法、真空蒸着法などの方法で、ＭＳｉ２膜からなるｎ型半導体層を形成させる。スパッタリング法でＭＳｉ２膜を形成させるには、例えば、Thin Solid Films, Volume 534, 2013, p.116-p.119に記載の方法を適用すればよい。真空蒸着法でＭＳｉ２膜を形成させるには、本発明者が特願２０１４−１２８３１６号で報告した方法を適用すればよい。なお、この方法によれば、ＭＳｉ２を所定の形状に成形せずに用いることができ、１０−５Ｐａ未満の超高真空状態を必要としないとの利点がある。
【００４２】
以下、本発明者が特願２０１４−１２８３１６号で報告した蒸着方法について簡単に説明する。上記蒸着方法は、ＭＳｉ２を加熱して基板に蒸着させる工程（以下、単に「蒸着工程」という。）を含むことを特徴とする。
【００４３】
原料として用いるＭＳｉ２の形状は限定されない。よって、市販のＭＳｉ２を用いてもよいし、適宜合成して得られるＭＳｉ２を用いてもよい。
【００４４】
蒸着工程は、蒸着を促進させるために、減圧下で行うのが好ましい。具体的な減圧条件としては、１Ｐａ以下が好ましく、１０−１Ｐａ以下がより好ましく、１０−２Ｐａ以下がさらに好ましい。具体的な減圧条件の下限値には原理上制限がないが、過度な減圧はエネルギーの無駄になるので、例えば下限値として１０−５Ｐａ、１０−４Ｐａを挙げることができる。よって、好ましい減圧条件の範囲として、１０−５Ｐａ〜１Ｐａ、１０−４Ｐａ〜１Ｐａを例示できる。
【００４５】
なお、好ましい減圧条件の範囲は、原料のＭＳｉ２の配置位置と基板との距離にも左右される。一般に、蒸発した原料の分子が大気中の分子に妨害されずに基板に到着できる距離は、圧力１０−２Ｐａで約１ｍといわれている。この関係に従えば、理論上、基板に十分に蒸着できる距離は、圧力１０−１Ｐａで約１０ｃｍ、圧力１Ｐａで約１ｃｍ、圧力１０Ｐａで約１ｍｍとなる。したがって、原料のＭＳｉ２の配置位置と基板との距離が例えば１ｍ以内の場合、圧力は１０−２Ｐａ以下が好ましく、当該距離が１０ｃｍ以内の場合、圧力は１０−１Ｐａ以下が好ましいといえる。
【００４６】
ＭＳｉ２の加熱温度としては、ＭＳｉ２の融点以上であればよい。例えば、ＢａＳｉ２の常圧での融点は１１８０℃であるため、ＭＳｉ２がＢａＳｉ２であって本工程を常圧で行う場合には、ＢａＳｉ２の加熱温度を１１８０℃以上とすればよい。減圧下ではＭＳｉ２の融点は変化するので、加熱温度は減圧条件に応じて適宜設定すればよい。加熱温度が過度に高すぎると蒸着膜の結晶品質が悪化する恐れがある。そのため、加熱温度は融点＋６００℃以下が好ましく、融点＋５００℃以下がより好ましく、融点＋４００℃以下がさらに好ましい。なお、本明細書で、蒸着工程について説明する場合の融点とは、減圧条件を包含する蒸着工程下でＭＳｉ２が融解を開始する温度を意味する。
【００４７】
好ましい加熱方法としては、抵抗加熱を挙げることができる。具体的な加熱装置としては、抵抗加熱タイプの真空蒸着装置を挙げることができる。
【００４８】
蒸着工程においては、基板を加熱状態としてもよい。基板温度を４００℃〜６００℃程度とすると、ＭＳｉ２膜のＭＳｉ２が種々の結晶状態となり得る。また、基板温度が４００℃〜６００℃の範囲内では、基板温度が高いほど膜の表面形状が滑らかになる。よって、基板温度は４００℃以上が好ましく、４５０℃以上がより好ましく、５００℃以上がさらに好ましい。基板温度の上限を示すと、ＭＳｉ２の融点以下であればよく、６００℃、６５０℃、７００℃、８００℃を例示できる。
【００４９】
なお、蒸着工程のみではＭＳｉ２膜の結晶の程度が不足している場合には、蒸着工程の後に、ＭＳｉ２を蒸着させた基板を例えば５００℃〜１１００℃の範囲内で加熱処理することで結晶状態のＭＳｉ２膜とすることもできる。つまり、仮に、蒸着工程の終了時点では基板上にＭＳｉ２が無秩序なアモルファスとして存在、又は、一部がＭ単体若しくはＳｉ単体のごとく存在していたとしても、後の加熱処理に因り、相転移やＭ−Ｓｉ結合の再生成を生じさせて、結晶状態のＭＳｉ２膜とすることもできる。
【００５０】
ＭＳｉ２膜の膜厚（ｔ）は、加熱時間や原料ＭＳｉ２の量を調整することにより、適宜決定できる。仮に膜厚が薄すぎた場合には、蒸着工程を再度実施して基板上にＭＳｉ２を追加で堆積させて、所望の膜厚となるようにすればよい。
【００５１】
次に、導電性基板上に形成されたｎ型半導体層上に、分子線エピタキシー法、スパッタリング法、真空蒸着法などの方法で、ｐ型半導体層を形成させる。そして、ｐ型半導体層上に、公知の方法で透明導電膜を配設する。
【００５２】
透明導電膜としては、太陽電池に用いられる公知のものを採用すれば良い。透明導電膜の材料として、例えば、ＡｌをドープしたＺｎＯ、ＧａをドープしたＺｎＯ、フッ素をドープしたＳｎＯ２、アンチモンをドープしたＳｎＯ２、酸化インジウム錫、チタン酸ストロンチウムを挙げることができる。
【００５３】
（実施形態１）
本発明の実施形態１の太陽電池の模式図を図３に示す。
図３に示すように、実施形態１の太陽電池１は、導電性基板２と、導電性基板２上に形成されたｎ型半導体層３と、ｎ型半導体層３上に形成されたｐ型半導体層４と、ｐ型半導体層４上に形成された透明導電膜５を具備する。
ｎ型半導体層３は、ＢａＳｉ２からなり、その厚みは２μｍである。ｐ型半導体層４は、ＳｎＳからなり、その厚みは５０ｎｍである。
【００５４】
（実施形態２）
本発明の実施形態２の太陽電池の模式図を図４に示す。
図４に示すように、実施形態２の太陽電池１は、導電性基板２と、導電性基板２上に形成されたｎ＋型半導体層６と、ｎ＋型半導体層６上に形成されたｎ型半導体層３と、ｎ型半導体層３上に形成されたｐ型半導体層４と、ｐ型半導体層４上に形成されたｐ＋型半導体層７と、ｐ＋型半導体層７上に形成された透明導電膜５を具備する。
ｎ型半導体層３は、ＢａＳｉ２からなり、その厚みは２μｍである。ｐ型半導体層４は、ＳｎＳからなり、その厚みは５０ｎｍである。ｎ＋型半導体層６は、ＢａＳｉ２及びドーパントからなり、その厚みは５０ｎｍである。ｐ＋型半導体層７は、ＳｎＳ及びドーパントからなり、その厚みは２ｎｍである。
【００５５】
（デバイスシミュレーション）
実施形態１及び実施形態２の太陽電池につき、以下のシミュレーションで、太陽電池としての性能を評価した。なお、シミュレーションのソフトウェアとして用いたｗｘＡＭＰＳは、太陽電池の性能を評価するソフトウェアとして一般的なものである。
【００５６】
シミュレーションのソフトウェア：ｗｘＡＭＰＳ
ｐ型半導体層の正孔密度：１×１０１７／ｃｍ３
ｎ型半導体層の電子密度：２×１０１６／ｃｍ３
ｐ＋型半導体層の正孔密度：１×１０２０／ｃｍ３
ｎ＋型半導体層の電子密度：１×１０２０／ｃｍ３
ｐ型半導体層表面又はｐ＋型半導体層表面での光反射：無
ｎ型半導体層又はｎ＋型半導体層での光反射：１００％
ｐ型半導体層表面又はｐ＋型半導体層表面でのキャリア再結合：１０７ｃｍ／ｓ
ｎ型半導体層表面又はｎ＋型半導体層表面でのキャリア再結合：１０７ｃｍ／ｓ
【００５７】
それぞれの結果を図５、図６に示す。図５、図６における、Ｖｏｃは開放電圧、Ｊｓｃは短絡電流密度、ＦＦは曲線因子であり（Ｖｏｃ×Ｊｓｃ）に対する太陽電池の最大出力の割合、ηは太陽電池の変換効率を、それぞれ意味する。
【００５８】
実施形態１の太陽電池においては、Ｖｏｃ＝０．６５３Ｖ、Ｊｓｃ＝２８．９ｍＡ／ｃｍ２、ＦＦ＝７５．３％、η＝１４．２％を示した。
【００５９】
実施形態２の太陽電池においては、Ｖｏｃ＝０．８１７Ｖ、Ｊｓｃ＝３２．６ｍＡ／ｃｍ２、ＦＦ＝８６．３％、η＝２３．０％を示した。実施形態２の太陽電池の変換効率は、ＣＩＧＳ系太陽電池で報告されている最高の変換効率を超える値である。
【００６０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【図１】
0006534088.tif 000002
【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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