(57)【要約】【課題】  セル間の光電流バランスの整合を実現し、セル間の電気的接続性を改善し、集積時の太陽電池特性の低下、すなわちリーク電流の低下を抑制し、電流−電圧特性が改善された多接合型太陽電池を提供することを課題とする。【解決手段】  複数のｐｉｎ接合セルを積層して構成され、複数のｐｉｎ接合セルの内、少なくとも１つのｐｉｎ接合セル間にドット状またはストライプ状の中間部材が設けられてなることを特徴とする多接合型太陽電池により、上記の課題を解決する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のｐｉｎ接合セルを積層して構成され、複数のｐｉｎ接合セルの内、少なくとも１つのｐｉｎ接合セル間にドット状またはストライプ状の中間部材が設けられてなることを特徴とする多接合型太陽電池。
【請求項２】
中間部材が、低抵抗半導体材料、ｐｉｎ接合セルに比べてバンドギャップの狭い半導体材料または金属材料からなる請求項１に記載の多接合型太陽電池。
【請求項３】
ドットの形状が、四角錘形状、四角錘台形状または半円球形状である請求項１または２に記載の多接合型太陽電池。
【請求項４】
四角錘形状または四角錘台形状が、底面の対角の長さ０．１〜１０μｍ、高さ０．０１〜１０μｍである請求項３に記載の多接合型太陽電池。
【請求項５】
半円球形状が、直径０．１〜１０μｍ、高さ０．０１〜１０μｍである請求項３に記載の多接合型太陽電池。
【請求項６】
中間部材のドット間またはストライプ間に絶縁層が設けられてなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の多接合型太陽電池。
【請求項７】
少なくとも１つのｐｉｎ接合セルが、ｐｎ接合セルまたはショットキー接合セルで置換されてなる請求項１〜６のいずれか１つに記載の多接合型太陽電池。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の多接合型太陽電池を集積した多接合型太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のｐｉｎ接合セルを積層して構成した多接合型太陽電池において、ｐｉｎ接合セル間に、ドット状もしくはストライプ状の中間部材を設けることにより、電流−電圧特性を改善した多接合型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
将来の需給が懸念され、かつ地球温暖化現象の原因となる二酸化炭素排出の問題がある石油などの化石燃料の代替エネルギー源として太陽電池が注目され、様々な素子の開発、実用化が進められている。
【０００３】
素子の開発においては、光電変換効率を高めることが１つの課題であり、その解決手段として、複数の素子（セル）を積層した多接合型太陽電池が提案されている。図４は、ガラス基板１、透明電極２、アモルファスシリコンセル３、微結晶シリコンセル４および裏面電極５からなる二端子構造の多接合型太陽電池の一例を示す概略断面図である。このような二端子構造の多接合型太陽電池において、より高い光電変換効率を得ようとする場合には、セル間の光電流バランスが非常に重要になる。
【０００４】
例えば、光入射側のセルの光電流がそれ以外のセルの光電流に比べて小さい場合には、セル間に、酸化シリコンなどの屈折率の小さい物質からなる中間層を挿入してこれを反射層とし、光入射側のセルを透過してきた光の一部を再度光入射側のセルに戻し、これを吸収させて光電流を確保する方法が提案されている（特開昭６１−１８３９７６号公報：特許文献１および特開平４−１２７５８０号公報：特許文献２参照）。図５は、このような光反射用中間層を有する多接合型太陽電池の一例を示す概略断面図である。図中、６は屈折率の小さい物質からなる中間層を示す。
しかしながら、この中間層は、光入射側のセルを透過してきた光の一部を反射させるだけであり、中間層で反射する光や中間層を透過する光を散乱させる効果はほとんどなく、セル間の光電流バランスの整合を実現するには不十分であった。
【０００５】
また、図４に示すような二端子構造の多接合型太陽電池の開発においては、セル間の電気的接続性を改善することが１つの課題であり、その解決手段として、セル間に、酸化亜鉛などの低抵抗もしくは狭バンドギャップの中間層を挿入する方法が提案されている（特開平６−１５１０１６号公報：特許文献３参照）。図６は、このような接続性改善用中間層を有する多接合型太陽電池の一例を示す概略断面図である。図中、７は低抵抗または狭バンドギャップの中間層を示す。
しかしながら、この接続性改善用中間層を有する多接合型太陽電池は、図７に示すように多接合型太陽電池を集積した場合に、低抵抗中間層を介した電流リークパス（図中の矢印）ができ、集積後の太陽電池特性を大幅に低下させてしまうという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−１８３９７６号公報
【特許文献２】特開平４−１２７５８０号公報
【特許文献３】特開平６−１５１０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、セル間の光電流バランスの整合を実現し、セル間の電気的接続性を改善し、集積時の太陽電池特性の低下、すなわちリーク電流の低下を抑制し、電流−電圧特性が改善された多接合型太陽電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、従来の平坦な中間層の代わりに、セル間に光学的に光散乱効果を有する中間部材を設けることにより、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００９】
かくして、本発明によれば、複数のｐｉｎ接合セルを積層して構成され、複数のｐｉｎ接合セルの内、少なくとも１つのｐｉｎ接合セル間にドット状またはストライプ状の中間部材が設けられてなることを特徴とする多接合型太陽電池が提供される。
また、本発明によれば、上記の多接合型太陽電池を集積した多接合型太陽電池モジュールが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、セル間の光電流バランスの整合を実現し、セル間の電気的接続性を改善し、集積時の太陽電池特性の低下、すなわちリーク電流の低下を抑制し、電流−電圧特性が改善された多接合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】
【００１１】
本発明の多接合型太陽電池の基本構造は、例えば、図１に示すように、ガラス基板１、透明電極２、アモルファスシリコンセル３、四角錘形状（ピラミッド形状）のドット状の中間部材８、微結晶シリコンセル４および裏面電極５からなる。アモルファスシリコンセル３と微結晶シリコンセル４は、それぞれｐｉｎ接合セルであり、ドット状の中間部材８は、ストライプ状であってもよい。このように、本発明の多接合型太陽電池は、複数のｐｉｎ接合セルを積層して構成され、複数のｐｉｎ接合セルの内、少なくとも１つのｐｉｎ接合セル間にドット状またはストライプ状の中間部材が設けられてなることを特徴とする。
ドット状またはストライプ状の中間部材以外は、公知の材料および方法により形成することができる。
【００１２】
中間部材の材質は、本発明の効果を発揮し得る材料であれば、半導体材料、金属材料を問わず、特に限定されない。十分な光学的効果を得るためには、ｐｉｎ接合セル材料に比べて低屈折率の材料を用いるか、金属のような全反射をする材料を使用することが望ましい。例えばＡｌもしくはＧａなどがドープされた酸化亜鉛のような低屈折率を有する低抵抗の光透過性材料を用いてもよく、金や銀のような高反射率を有し、かつｐｉｎ接合セル材料との良好なオーミック接合が得られる低抵抗の金属材料でもよい。
また、ｐｉｎ接合セル間の光電流バランスの整合を実現し、セル間の電気的接続性を改善するためには、ｐｉｎ接合セルに比べてバンドギャップの狭い半導体材料が好ましい。
したがって、中間部材は、低抵抗半導体、ｐｉｎ接合セルに比べてバンドギャップの狭い半導体材料または金属材料からなるのが好ましい。
【００１３】
中間部材の形状は、ドット状、ストライプ状のいずれであってもよい。
ドットの形状は、十分な光学的、すなわち光散乱効果を得ることができる形状であれば特に限定されない。例えば、四角錘形状などの角錐形状、四角錘台形状などの角錘台形状、半円球形状などが挙げられ、光散乱効果の点では平板状ではない角錐形状、半円球形状が好ましい。ここで、「角錘台」とは、頭を切った角錐を意味する。
したがって、ドットの形状は、四角錘形状、四角錘台形状または半円球形状であるのが好ましい。
【００１４】
本発明のドット状またはストライプ状の中間部材は、透過光に対しても反射光に対しても、従来の平坦な中間層に比べて、高い光散乱効果が得られ、光電流の増加による光電変換効率の向上が期待できる。薄膜太陽電池では、一般に、光散乱により光閉じ込め効果を高めること、セル内の有効光路長さを長くすることが行われているが、本発明の中間部材は、従来の中間層に比べて、より高い光散乱効果を付与する。
【００１５】
ドットの大きさは、十分な光学的特性を得るために、光の波長に対して十分な大きさが必要であり、四角錘形状または四角錘台形状の場合、底面の対角の長さ０．１〜１０μｍ程度、高さ０．０１〜１０μｍ程度が好ましく、半円球形状の場合、直径０．１〜１０μｍ程度、高さ０．０１〜１０μｍ程度が好ましい。
【００１６】
また、ドットの間隔は、隣接するｐｉｎ接合セルにおけるドープ層の抵抗率の影響を大きく受け、通常、ドットの大きさと同程度が好ましい。個々のドットの抵抗率は、十分な電気的特性を得るために、１０-1Ωｃｍ2以下が好ましい。
ドットの間隔が隣接するｐｉｎ接合セルにおけるドープ層の抵抗率に対して十分に小さい場合には、ドット周辺の電流はドープ層を介して低抵抗のドットに集約され、ｐｉｎ接合セル間の接合に関して従来の平坦な中間層とほぼ同様の接合改善効果が得られる。その上、ドット同士は電気的に直接繋がっていないために、セル間の電気的接続性の改善を目的として中間部材の抵抗率を小さくしても、図６に示したような、従来の多接合型太陽電池の中間層で生じていた集積時の電流リークが生じ難くなる。その結果、中間部材の低抵抗化による改善効果と、集積時の電流リーク抑制を同時に実現でき、多接合型太陽電池の光電変換特性が改善される。
さらに、本発明の多接合型太陽電池は、中間部材のドット間またはストライプ間には、シリコン酸化膜などの絶縁層が設けられているのが好ましい。
【００１７】
一方、中間部材がストライプ状の場合、その幅は０．１〜１０μｍ程度であり、その間隔は、通常、ドットの幅と同程度であるのが好ましい。
【００１８】
中間部材の形成方法は、特に限定されず、中間部材の形状に応じて、公知の方法により形成することができる。具体的には、マスクを用いたスパッタ法、ＣＶＤ法、塗布法などにより成膜する方法、スパッタ法、ＣＶＤ法、塗布法などにより成膜した膜をエッチングなどで部分的に取り除く方法が挙げられる。例えば、スパッタ法でｐｉｎ接合セル上に酸化亜鉛膜を成膜し、酸化亜鉛の異方性や微少な斑により生じるエッチング速度の差を利用し、得られた酸化亜鉛膜を希塩酸でエッチングすることにより、酸化亜鉛からなるドット状の中間部材を得ることができる。
【００１９】
本発明の多接合型太陽電池は、積層された複数のｐｉｎ接合セルの内、少なくとも１つのｐｉｎ接合セル間にドット状またはストライプ状の中間部材が設けられていればよい。したがって、１つの多接合型太陽電池が、ドット状またはストライプ状の中間部材と従来の平坦な中間層を共に有していてもよい。すなわち、３接合型太陽電池の場合、２つのｐｉｎ接合セル間にドット状またはストライプ状の中間部材が設けられていてもよく、また一方のｐｉｎ接合セル間にドット状またはストライプ状の中間部材が設けられ、かつ他方のｐｉｎ接合セル間に従来の平坦な中間層が設けられていてもよい。
【００２０】
また、本発明の多接合型太陽電池は、少なくとも１つのｐｉｎ接合セルが、ｐｎ接合セルまたはショットキー接合セルで置換されていてもよい。すなわち、本発明の多接合型太陽電池は、ｐｉｎ接合セルと、ｐｎ接合セルおよび／またはショットキー接合セルとの接合型であってもよい。
【００２１】
さらに本発明によれば、上記の多接合型太陽電池を公知の方法により集積した多接合型太陽電池モジュールが提供される。このモジュールは、従来のモジュールに比べて、集積時のリーク電流が低減されるので、集積後の太陽電池特性が大幅に低下することがない。
【００２２】
次に、本発明の多接合型太陽電池の実施形態について具体的に説明するが、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施形態１）
図１は、四角錘形状のドット状の中間部材を有する本発明の多接合型太陽電池の一例を示す概略断面図である。この多接合型太陽電池は、ガラス基板１、透明電極２、アモルファスシリコンセル３、四角錘形状（ピラミッド形状）のドット状の中間部材８、微結晶シリコンセル４および裏面電極５からなる。
【００２４】
この多接合型太陽電池は、次のようにして得られる。
まず、スパッタ法などの公知の方法により、板厚０．１〜１０ｍｍ程度のガラス基板１上に、膜厚０．１〜１０μｍ程度のＩＴＯなどの透明電極２を形成し、さらにプラズマＣＶＤ法などの公知の方法により、膜厚０．１〜０．５μｍ程度のアモルファスシリコンセル（ｐｉｎ接合セル）３を形成する。次に、スパッタ法などの公知の方法により、前記ｐｉｎ接合セル上に、ＡｌもしくはＧａドープの酸化亜鉛膜を成膜し、酸化亜鉛の異方性や微少な斑により生じるエッチング速度の差を利用して、得られた酸化亜鉛膜を希塩酸でエッチングすることにより、直径１μｍ程度の酸化亜鉛からなるドット状の中間部材８を得る。次に、プラズマＣＶＤ法などの公知の方法により、膜厚０．１〜１０μｍ程度の微結晶シリコンセル（ｐｉｎ接合セル）４を形成する。次に、スパッタ法などの公知の方法により、膜厚０．０１〜１０μｍ程度の銀などの裏面電極５を形成し、多接合型太陽電池を完成する。
【００２５】
この多接合型太陽電池は、中間部材が四角錘形状のドット状であるので、セル間の光電流バランスの整合を実現し、セル間の電気的接続性を改善し、集積時の太陽電池特性の低下、すなわちリーク電流の低下を抑制し、電流−電圧特性が改善される。
【００２６】
（実施形態２）
図２は、半円球形状のドット状の中間部材を有する本発明の多接合型太陽電池の一例を示す概略断面図である。この多接合型太陽電池は、ガラス基板１、透明電極２、アモルファスシリコンセル３、半円球形状のドット状の中間部材（金属ドット）９、微結晶シリコンセル４および裏面電極５からなる。
この多接合型太陽電池は、中間部材が半円球形状のドット状であり、その材質が金属（銀）であること以外は、基本的に実施形態１と同じである。中間部材は、例えば、蒸着法により形成することができる。
従来の平坦な中間層では透過光が著しく減少するために、金属材料を使用できなかったが、ドット状にすることによりドットの隙間で透過光を確保できるので、中間部材に金属材料を使用できる。その結果、ｐｉｎ接合セル材料との良好なオーミック接合が得られる。
【００２７】
（実施形態３）
図３は、四角錘台形状のドット状の中間部材を有する本発明の多接合型太陽電池の一例を示す概略断面図である。この多接合型太陽電池は、ガラス基板１、透明電極２、アモルファスシリコンセル３、四角錘台形状のドット状の中間部材（金属ドット）１０、絶縁膜（シリコン酸化膜）１１、微結晶シリコンセル４および裏面電極５からなる。
この多接合型太陽電池は、中間部材が四角錘台形状のドット状であり、ドット間にシリコン酸化膜からなる絶縁層が設けられていること以外は、基本的に実施形態１と同じである。中間部材は、例えば、スパッタ法とエッチング処理により形成することができ、シリコン酸化膜は、例えば、ＰＥＣＶＤ法により形成することができる。
ドット間に設けられたシリコン酸化膜は、隣接するｐｉｎ接合セルのパッシベーション膜を兼ねるので、ｐｉｎ接合セルの表面再結合が抑制され、良好な太陽電池特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の多接合型太陽電池の一例を示す概略断面図である（実施形態１）。
【図２】本発明の多接合型太陽電池の一例を示す概略断面図である（実施形態２）。
【図３】本発明の多接合型太陽電池の一例を示す概略断面図である（実施形態３）。
【図４】中間層を有さない従来の多接合型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【図５】光反射用中間層を有する従来の多接合型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【図６】電気的接続性改善用中間層を有する従来の多接合型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【図７】図６の多接合型太陽電池を集積した場合の問題点を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ガラス基板
２  透明電極
３  アモルファスシリコンセル
４  微結晶シリコンセル
５  裏面電極
６  屈折率の小さい物質からなる中間層
７  低抵抗または狭バンドギャップの中間層
８  四角錘形状のドット状の中間部材
９  半円球形状のドット状の中間部材（金属ドット）
１０  四角錘台形状のドット状の中間部材（金属ドット）
１１  絶縁膜（シリコン酸化膜）
【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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