(57)【要約】【課題】開放電圧の向上と形状因子の向上を図ることを課題とする。【解決手段】基板１１と、この基板１１上に形成された第１の電極膜１２と、この第１の電極膜１２上に形成された、少なくとも１つのｐ層／ｉ層／ｎ層若しくはｎ層／ｉ層／ｐ層型発電膜１３と、この発電膜１３上に形成された第２の電極膜１５とを具備し、前記発電膜１３のｐ層１３ａとｉ層１３ｂ間にアモルファス層１４が配置されていることを特徴とする太陽電池。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に形成された第１の電極膜と、この第１の電極膜上に形成された、少なくとも１つのｐ層／ｉ層／ｎ層若しくはｎ層／ｉ層／ｐ層型発電膜と、この発電膜上に形成された第２の電極膜とを具備し、前記発電膜のｐ層とｉ層間にアモルファス層が配置されていることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前述したｐ層／ｉ層／ｎ層若しくはｎ層／ｉ層／ｐ層型発電膜のうち同じタイプの発電膜が２つ直列に接続され、前記アモルファス層は光入射側のｐ層とｉ層間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記アモルファス層の厚みは２〜７ｎｍであることを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の太陽電池。
【請求項４】
前記アモルファス層は、不純物が４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ以下の弱ｐ型アモルファス層であることを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１つのｐ層／ｉ層／ｎ層若しくはｎ層／ｉ層／ｐ層型発電膜のｐ層／ｉ層にアモルファス層を配置した太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば図７に示すように微結晶シリコンを用いた太陽電池が知られている。図中の符番１はガラス基板を示す。このガラス基板１上には、酸化錫若しくはインジウム・錫複合酸化物（ＩＴＯ）からなる透明電極膜２が形成されている。この透明電極膜２上には、ｐ型の微結晶シリコン層（ｐ層）３ａ，ｉ型の微結晶シリコン層（ｉ層）３ｂ及びｎ型の微結晶シリコン層（ｎ層）３ｃからなる発電膜３が形成されている。前記発電膜３のｎ層３ｃ上には、図示しない透明導電膜を介して例えばＡｇからなる電極膜４が形成されている。
【０００３】
こうした構成の太陽電池において、太陽光はガラス基板１側から入射して透明電極膜２を透過して各発電膜に入射する。太陽光はｉ層３ｂに吸収されて、ｐ層３ａとｎ層３ｃとの間に起電力が発生し、電力を外部に取り出すことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７の従来の太陽電池においては、開放電圧及び形状因子を充分に向上することができないという問題があった。即ち、従来の微結晶シリコンを用いた太陽電池では、微結晶シリコン層（ｐ層）３ａと微結晶シリコン層（ｉ層）３ｂとの間に、界面欠陥を生じ、そのため、キャリアの消滅や漏れ電流を生じ、太陽電池としての開放電圧あるいは形状因子が小さいという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、ｐ層／ｉ層／ｎ層若しくはｎ層／ｉ層／ｐ層型発電膜を構成するｐ層とｉ層間にアモルファス層を配置することにより、拡散電位が拡がることにより開放電圧が向上するとともに、界面欠陥が低減されることにより形状因子が向上する太陽電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板と、この基板上に形成された第１の電極膜と、この第１の電極膜上に形成された、少なくとも１つのｐ層／ｉ層／ｎ層若しくはｎ層／ｉ層／ｐ層型発電膜と、この発電膜上に形成された第２の電極膜とを具備し、前記発電膜のｐ層とｉ層間にアモルファス層が配置されていることを特徴とする太陽電池である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明において、前記アモルファス層の厚みは２〜７ｎｍであることが好ましい。ここで、アモルファス層の厚みが２ｎｍ未満の場合、アモルファス層が製膜されない部分、いわゆる島状成長となり、アモルファス層挿入の効果が小さい。また、アモルファス層の厚みが７ｎｍを超える場合、アモルファス層での光吸収のため、光電変換層であるｉ層に到達する光量が低下するため、太陽電池としての短絡電流が減少し、変換効率は却って低下する。
【０００８】
図４は、本発明の太陽電池におけるアモルファス層膜厚と変換効率（相対値）との関係を示す特性図である。図４より、アモルファス層の厚みが２〜７ｎｍの範囲から外れた場合、十分な変換効率が得られないことが明らかである。
【０００９】
本発明において、前記アモルファス層は、わずかにボロンがドープされたｐ型のアモルファス層（弱ｐ型アモルファス層）であることが好ましい。ここで、アモルファス層のボロンドープ量は、４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ以下であることが好ましい。これは、ボロンドープ量が４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃを越えると、弱ｐ型アモルファス層での光吸収が大きくなり、光電変換層であるｉ層へ到達する光量が減少するため、太陽電池としての短絡電流が減少し、変換効率が低下するからである。
【００１０】
図５は、本発明の太陽電池の一構成であるアモルファス層にボロンを導入した場合の、ボロンドープ量と変換効率（相対値）との関係を示す特性図である。図５より、アモルファス層中のボロンドープ量が４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃを越えると、変換効率が１未満と低下することが明らかである。
【００１１】
本発明において、前記発電膜としては、ｐ層／ｉ層／ｎ層型の発電膜、あるいはこれとは逆タイプであるｎ層／ｉ層／ｐ層型発電膜、あるいは同タイプの発電膜（例えば、ｐ層／ｉ層／ｎ層型の発電膜）が例えば順次２段に直列に接続された２段積層型の発電膜等が挙げられる。２段積層型の発電膜の場合、後述する実施例でのように２つ目である第２の発電膜のｐ層とｉ層との界面にアモルファス層を形成することが好ましい。
【００１２】
上記のような２段積層型の発電膜を有したタンデムセルは、トップセル（１段目）はａ−Ｓｉを発電層とし、ボトムセル（２段目）は微結晶シリコンを発電層とする構成としている。従って、本発明は、微結晶ｐ層と微結晶ｉ層との界面特性を改善するために、アモルファス層を挿入するものであるため、２段目のｐ／ｉ界面に挿入することに意味がある。
【００１３】
（作用）
本発明のように、発電膜の一構成であるｐ層とｉ層との界面にアモルファス層が存在する場合のバンド図は、図６に示すとおりである。図６において、μｃ−ｐ層とはｐ型の微結晶シリコン層、μｃ−ｉ層とはｉ型の微結晶シリコン層、μｃ−ｎ層とはｎ型の微結晶シリコン層を意味する。ｉ層内で励起された電子は、バンドギャップの大きいアモルファス層のポテンシャル障壁により、ｐ層内で再結合することなく、ｉ層内へ追い返される。
【００１４】
本発明によれば、ｐ／ｉ界面に開放電圧の大きいアモルファス層を挿入することにより、拡散電位が拡がり、内部電界が大きくなるため、開放電圧が向上する。また、ｐ／ｉ界面にアモルファス層を挿入することにより、界面欠陥が低減され、キャリアの再結合が抑制されるため、漏れ電流が減少し、形状因子が向上する。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係る太陽電池について説明する。
（実施例１）
図１を参照する。図中の符番１１は、ガラス基板である。このガラス基板１１上には、酸化錫（ＳｎＯ２）若しくはインジウム・錫複合酸化物（ＩＴＯ）からなる透明電極膜（第１の電極膜）１２、発電膜１３、ｐ型のアモルファス層１４及び金属（例えばＡｇ）製の第２の電極膜１５が形成されている。ここで、前記発電膜１３は、透明電極膜１２上に形成されたｐ型の微結晶シリコン層（ｐ層）１３ａと、ｉ型の微結晶シリコン層（ｉ層）１３ｂと、ｎ型の微結晶シリコン層（ｎ層）１３ｃとから構成されている。また、前記アモルファス層１４は、ｐ層１３ａとｉ層１３ｂとの間に形成されている。ここで、アモルファス層１４の厚みは例えば５ｎｍであり、導電型不純物原子としてのボロンを３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ含んでいる。
【００１６】
こうした構成の太陽電池において、太陽光はガラス基板１１側から入射して透明電極膜１２を透過して各発電膜に入射する。太陽光はｉ層１３ｂに吸収されて、ｐ層１３ａとｎ層１３ｃとの間に起電力が発生し、電力を外部に取り出すことができる。
【００１７】
実施例１によれば、ｐ層１３ａ／ｉ層１３ｂ／ｎ層１３ｃからなる発電膜１３において、ｐ層１３ａとｉ層１３ｂとの間に所定の厚み、ボロン濃度を有するアモルファス層１４を形成した構成であるので、拡散電位が拡がり、内部電界が大きくなるため、開放電圧が向上する。また、同様な理由により、界面欠陥が低減され、キャリアの再結合が抑制されるため、漏れ電流が減少し、形状因子が向上する。
【００１８】
（実施例２）
図２を参照する。図２は、図１の太陽電池と逆タイプの太陽電池を示す。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番２１は、ステンレス製の基板である。この基板２１上には、アルミニウム（Ａｌ）からなる第１の電極膜２２、発電膜１３、ｐ型のアモルファス層１４及び透明の第２の電極膜２３が形成されている。ここで、前記発電膜１３は、透明電極膜１２上に形成されたｐ型の微結晶シリコン層（ｐ層）１３ａと、ｉ型の微結晶シリコン層（ｉ層）１３ｂと、ｎ型の微結晶シリコン層（ｎ層）１３ｃとから構成されている。また、前記アモルファス層１４は、ｉ層１３ｂとｐ層１３ｃとの間に形成されている。
【００１９】
実施例２によれば、実施例１と同様、開放電圧の向上とともに形状因子の向上を図ることができる。
【００２０】
（実施例３）
図３を参照する。図３は、２つの発電膜を積層した２段積層型のタンデム型太陽電池を示す。
図中の３１はガラス基板を示す。このガラス基板３１の一主面（下面）側には、透明電極３２、第１の発電膜３３、アモルファス層３４、第２の発電膜３５及びＡｌからなる裏面電極３６が形成されている。ここで、第１の発電膜３３は、透明電極３２の下面に形成されたｐ型のアモルファスシリコン層（ｐ層）３３ａと、ｉ型のアモルファスシリコン層（ｉ層）３３ｂと、ｎ型のアモルファスシリコン層（ｎ層）３３ｃとから構成されている。第１の発電膜３３は、例えばプラズマＣＶＤ法によって形成される。
【００２１】
前記第２の発電膜３５は、ｐ型の微結晶シリコン層（ｐ層）３５ａと、ｉ型の微結晶シリコン層（ｉ層）３５ｂと、ｎ型微結晶シリコン層（ｎ層）３５ｃとから構成されている。前記アモルファス層３４は、第２の発電膜３５の構成要素であるｐ層３４ａとｉ層３４ｂ間に形成されている。ここで、前記アモルファス層３４の厚みは例えば５ｎｍであり、導電型不純物原子としてのボロンを３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ含んでいる。
【００２２】
実施例３によれば、ガラス基板３１の下面側に透明電極３２、第１の発電膜３３、アモルファス層３４、第２の発電膜３５及び裏面電極３６が夫々形成され、かつ第２の発電膜３５の構成要素であるｐ層３４ａとｉ層３４ｂ間に所定の厚み、ボロン濃度を有するアモルファス層３４を形成した構成であるので、実施例１と同様、開放電圧の向上とともに形状因子の向上を図ることができる。
【００２３】
なお、上記各実施例では、アモルファス層にボロンが含まれている場合について述べたが、これに限らず、Ａｌ等の導電性型不純物が含まれていてもよい。また、不純物の含有量を上記実施例で述べた数値に限らず、４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ以下であればよい。また、その厚みも２〜７ｎｍであればよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ｐ層／ｉ層／ｎ層若しくはｎ層／ｉ層／ｐ層型発電膜を構成するｐ層とｉ層間にアモルファス層を配置することにより、拡散電位が拡がることにより開放電圧が向上するとともに、界面欠陥が低減されることにより形状因子が向上する太陽電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る太陽電池の断面図。
【図２】本発明の実施例２に係る太陽電池の断面図。
【図３】本発明の実施例３に係る太陽電池の断面図。
【図４】本発明の太陽電池におけるアモルファス層の膜厚と変換効率との関係を示す特性図。
【図５】本発明の太陽電池におけるボロンドープ量と変換効率との関係を示す特性図。
【図６】アモルファス層が存在する場合のバンド図。
【図７】従来の太陽電池の断面図。
【符号の説明】
１１，３１…ガラス基板、
１２，２２，３２…第１の電極膜、
１３…発電膜、
１３ａ，３５ａ…ｐ型の微結晶シリコン層（ｐ層）、
１３ｂ，３５ｂ…ｉ型の微結晶シリコン層（ｉ層）、
１３ｃ，３５ｃ…ｎ型の微結晶シリコン層（ｎ層）、
１４，３４…アモルファス膜、
３３ａ…ｐ型のアモルファスシリコン層（ｐ層）、
３３ｂ…ｉ型のアモルファスシリコン層（ｉ層）、
３３ｃ…ｎ型のアモルファスシリコン層（ｎ層）、
１５，２３，３６…第２の電極膜。
【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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