(57)【要約】【課題】出力特性を向上させることが可能な光起電力装置を提供する。【解決手段】この光起電力装置は、ｎ型のａ−Ｓｉからなるｎ型層３ａ、ノンドープのａ−ＳｉＧｅからなる光電変換層３ｂ、ｐ型のａ−ＳｉＣからなるｐ型層３ｃを含む下部発電ユニット３と、下部発電ユニット３上に積層され、ｎ型のａ−Ｓｉからなるｎ型層５ａ、ノンドープのａ−Ｓｉからなる光電変換層５ｂ、ｐ型のａ−ＳｉＣからなるｐ型層５ｃを含む上部発電ユニット５と、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部に、下部発電ユニット３の表面が部分的に露出するように形成され、接合部の抵抗を低減するための金属層４とを備えている。【選択図】図１
2005093631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１非単結晶半導体層と、前記第１非単結晶半導体層上に形成され、光電変換層として機能する実質的に真性な第２非単結晶半導体層と、前記第２非単結晶半導体層上に形成された第２導電型の第３非単結晶半導体層とをそれぞれ含む積層された第１発電ユニットおよび第２発電ユニットと、
前記第１発電ユニットと前記第２発電ユニットとの接合部に、下部側の前記第１発電ユニットの表面が部分的に露出するように形成され、前記接合部の抵抗を低減するための導電層とを備えた、光起電力装置。
【請求項２】
前記導電層は、金属層および金属酸化物層の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記金属層は、銀を含む、請求項２に記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記金属酸化物層は、ＩＴＯ、ＺｎＯおよびＳｎＯ２からなるグループより選択されるいずれか１つを主成分とする透明電極材料を含む、請求項２に記載の光起電力装置。
【請求項５】
前記導電層は、前記第１発電ユニットと前記第２発電ユニットとの接合部に、下部側の前記第１発電ユニットの表面が部分的に露出するように島状に形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光起電力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光起電力装置に関し、特に、積層された複数の発電ユニットを備えた光起電力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の発電ユニットが積層された積層型の光起電力装置が知られている。この従来の積層型の光起電力装置を構成する各々の発電ユニットは、ｐ型半導体層、光電変換層およびｎ型半導体層が順次形成された構成を有する。そして、上記した従来の積層型の光起電力装置は、１つの発電ユニットのみで構成された単層型の光起電力装置に比べて、広い波長領域の光を吸収することができるので、変換効率の向上を図ることが可能となる。しかしながら、従来の積層型の光起電力装置では、各発電ユニットが互いに接合される部分がｎ型半導体層とｐ型半導体層との逆接合となるので、各発電ユニット間の接合部において、キャリアの走行が妨げられる。このため、各発電ユニット間の接合部に直列抵抗成分が生じることにより電流の損失が増大するという不都合があった。
【０００３】
そこで、従来、各発電ユニット間の接合部の抵抗を低減するために、各発電ユニット間の接合部の全領域に渡って、金属酸化物層からなる透明導電層が形成された積層型の光起電力装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１に開示された積層型の光起電力装置では、透明導電層により各発電ユニット間の接合部の抵抗が低減されるので、各発電ユニット間の接合部における電流の損失を低減することが可能となる。
【特許文献１】特開昭６１−９１９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された積層型の光起電力装置では、発電ユニットを構成する半導体層と、接合部の全領域に渡って形成された金属酸化物層からなる透明導電層とは屈折率が異なるので、透明導電層に入射した光の一部が反射されるという不都合がある。また、透明導電層において、不所望の光吸収が生じるという不都合がある。このため、下部側の発電ユニットの光電変換層に吸収される光が減少するので、光起電力装置の出力特性を向上させるのが困難になるという問題点がある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、出力特性を向上させることが可能な光起電力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による光起電力装置は、第１導電型の第１非単結晶半導体層と、第１非単結晶半導体層上に形成され、光電変換層として機能する実質的に真性な第２非単結晶半導体層と、第２非単結晶半導体層上に形成された第２導電型の第３非単結晶半導体層とをそれぞれ含む積層された第１発電ユニットおよび第２発電ユニットと、第１発電ユニットと第２発電ユニットとの接合部に、下部側の第１発電ユニットの表面が部分的に露出するように形成され、接合部の抵抗を低減するための導電層とを備えている。なお、本発明における非単結晶半導体は、非晶質半導体、微結晶半導体および多結晶半導体を含む。
【０００７】
この一の局面による光起電力装置では、上記のように、第１発電ユニットと第２発電ユニットとの接合部に、接合部の抵抗を低減するための導電層を、下部側の第１発電ユニットの表面が部分的に露出するように形成することによって、第１発電ユニットと第２発電ユニットとの接合部が逆接合であったとしても、第１発電ユニットの光電変換層および第２発電ユニットの光電変換層として機能するそれぞれの第２非単結晶半導体層で生成されたキャリアは、導電層を介して接合部を通過するので、接合部を通過するキャリアの走行が妨げられるのを抑制することができる。これにより、第１発電ユニットと第２発電ユニットとの接合部を流れる電流の損失が増大するのを抑制することができる。また、導電層は、下部側の第１発電ユニットの表面が部分的に露出するように形成されているので、下部側の第１発電ユニットの表面上の全面に導電層を形成する場合に比べて、導電層により反射される光および導電層における光の吸収を低減することができる。これにより、下部側の第１発電ユニットの光電変換層として機能する第２非単結晶半導体層に吸収される光が減少するのを抑制することができる。その結果、この一の局面では、第１発電ユニットと第２発電ユニットとの接合部を流れる電流の損失が増大するのを抑制し、かつ、第１発電ユニットの光電変換層として機能する第２非単結晶半導体層に吸収される光が減少するのを抑制することにより、出力特性を向上させることができる。また、接合部に部分的に形成された導電層は、導電層上に形成される上部側の第２発電ユニットの光散乱層としても機能するので、上部側の第２発電ユニットにおいて、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。これにより、上部側の第２発電ユニットの光電変換層として機能する第２非単結晶半導体層に吸収される光を増大させることができるので、これによっても、出力特性を向上させることができる。
【０００８】
上記一の局面による光起電力装置において、好ましくは、導電層は、金属層および金属酸化物層の少なくとも一方を含む。このように構成すれば、金属層および金属酸化物層は、良好な導電性を有するので、容易に、接合部の抵抗を低減することができる。
【０００９】
この場合、好ましくは、金属層は、銀を含む。このように構成すれば、銀は、スパッタリング法を用いることにより銀の粒子を凝集させることができるので、容易に、銀からなる金属層（導電層）を、下部側の第１発電ユニットの表面が部分的に露出するように形成することができる。
【００１０】
この場合、好ましくは、金属酸化物層は、ＩＴＯ、ＺｎＯおよびＳｎＯ２からなるグループより選択されるいずれか１つを主成分とする透明電極材料を含む。このように構成すれば、透明電極材料は、金属層と異なり、光を透過するので、金属層からなる導電層を用いる場合に比べて、部分的に形成された導電層により反射される光を低減することができる。これにより、下部側の第１発電ユニットの光電変換層として機能する第２非単結晶半導体層に吸収される光が減少するのをより抑制することができる。
【００１１】
上記一の局面による光起電力装置において、好ましくは、導電層は、第１発電ユニットと第２発電ユニットとの接合部に、下部側の第１発電ユニットの表面が部分的に露出するように島状に形成されている。このような島状の導電層は、スパッタリング法を用いて導電層を構成する粒子を凝集させることにより容易に形成することができるので、容易に、導電層を形成することができる。
【００１２】
なお、スパッタリング法を用いて銀からなる金属層を形成する場合、基板温度としては、１５０℃以上３００℃以下が好ましく、特に、１７０℃以上２５０℃以下がより好ましい。このような範囲に設定すれば、容易に、変換効率を向上させることができる。
【実施例】
【００１３】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００１４】
（実施例）
図１は、本発明に従って作製した実施例による積層型の光起電力装置の構造を示した断面図であり、図２は、図１に示した実施例による積層型の光起電力装置の下部発電ユニットと上部発電ユニットとの接合部を示した斜視図である。図１および図２を参照して、まず、本発明に従って作製した実施例による光起電力装置の構造について説明する。
【００１５】
本実施例による光起電力装置では、図１に示すように、１５０μｍの厚みを有する平坦なステンレス板（ＳＵＳ４３０）１ａ上に、２０μｍの厚みを有するポリイミド樹脂１ｂが形成されている。このステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって、基板１が構成されている。基板１（ポリイミド樹脂１ｂ）上には、２００ｎｍの厚みを有するＡｇ（銀）からなるとともに、平坦な表面を有する裏面電極２が形成されている。
【００１６】
裏面電極２上には、２０ｎｍの厚みを有するｎ型のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなるｎ型層３ａが形成されている。ｎ型層３ａ上には、１５０ｎｍの厚みを有するノンドープのアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）からなる光電変換層３ｂが形成されている。光電変換層３ｂ上には、１５ｎｍの厚みを有するｐ型のアモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）からなるｐ型層３ｃが形成されている。このｎ型層３ａ、光電変換層３ｂおよびｐ型層３ｃは、それぞれ、平坦な表面を有している。そして、ｎ型層３ａ、光電変換層３ｂおよびｐ型層３ｃによって、下部発電ユニット３が構成されている。なお、下部発電ユニット３、ｎ型層３ａ、光電変換層３ｂおよびｐ型層３ｃは、それぞれ、本発明の「第１発電ユニット」、「第１非単結晶半導体層」、「第２非単結晶半導体層」および「第３非単結晶半導体層」の一例である。
【００１７】
ここで、本実施例では、下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）上に、５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚みを有するＡｇからなる金属層４が形成されている。この金属層４は、下部発電ユニット３と後述する上部発電ユニット５との接合部の抵抗を低減する機能を有する。また、図２に示すように、金属層４は、下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）の表面が部分的に露出するように島状に形成されている。また、島状に形成された各々の金属層４は、平面的に見て実質的に円形状に、かつ、５ｎｍ〜１００ｎｍの直径を有するように形成されている。なお、金属層４は、本発明の「導電層」の一例である。
【００１８】
そして、図１に示すように、金属層４が形成された下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）の表面上には、２０ｎｍの厚みを有するｎ型のａ−Ｓｉからなるｎ型層５ａが形成されている。ｎ型層５ａ上には、１３０ｎｍの厚みを有するノンドープのａ−Ｓｉからなる光電変換層５ｂが形成されている。光電変換層５ｂ上には、１５ｎｍの厚みを有するｐ型のａ−ＳｉＣからなるｐ型層５ｃが形成されている。このｎ型層５ａ、光電変換層５ｂおよびｐ型層５ｃは、それぞれ、平坦な表面を有している。そして、ｎ型層５ａ、光電変換層５ｂおよびｐ型層５ｃによって、上部発電ユニット５が構成されている。なお、上部発電ユニット５、ｎ型層５ａ、光電変換層５ｂおよびｐ型層５ｃは、それぞれ、本発明の「第２発電ユニット」、「第１非単結晶半導体層」、「第２非単結晶半導体層」および「第３非単結晶半導体層」の一例である。
【００１９】
上部発電ユニット５（ｐ型層５ｃ）上には、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる表面透明電極６が形成されている。表面透明電極６上の所定領域には、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極７が形成されている。
【００２０】
次に、上記した本実施例による積層型の光起電力装置を実際に作製した際の作製プロセスについて説明する。
［光起電力装置の作製］
まず、図１に示すように、１５０μｍの厚みを有する平坦なステンレス板１ａ上に、２０μｍの厚みを有するポリイミド樹脂１ｂを蒸着重合することによって、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１を作製した。そして、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、基板１（ポリイミド樹脂１ｂ）上に、２００ｎｍの厚みを有するＡｇからなる平坦な表面を有する裏面電極２を形成した。
【００２１】
次に、ＣＶＤ法を用いて、裏面電極２上に、下部発電ユニット３を構成する半導体各層を順次形成した。具体的には、裏面電極２上に、ｎ型のａ−Ｓｉからなるｎ型層３ａ、ノンドープのａ−ＳｉＧｅからなる光電変換層３ｂおよびｐ型のａ−ＳｉＣからなるｐ型層３ｃを順次形成した。なお、ｎ型層３ａ、光電変換層３ｂおよびｐ型層３ｃは、それぞれ、２０ｎｍ、１５０ｎｍおよび１５ｎｍの厚みを有するように、以下の表１に示す条件下で形成した。
【００２２】
【表１】
2005093631.tif 000003
【００２３】
上記表１を参照して、ｎ型層３ａを形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、２７Ｐａおよび１０Ｗに設定した。また、ｎ型層３ａを形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：１０ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２０ｓｃｃｍおよびＰＨ３ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【００２４】
また、光電変換層３ｂを形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、２００℃、１３Ｐａおよび５Ｗに設定した。また、光電変換層３ｂを形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：３０ｓｃｃｍ、ＧｅＨ４ガス：２．５ｓｃｃｍおよびＨ２ガス：７５ｓｃｃｍに設定した。
【００２５】
また、ｐ型層３ｃを形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、３５Ｐａおよび１０Ｗに設定した。また、ｐ型層３ｃを形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：１０ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２００ｓｃｃｍ、ＣＨ４ガス：１０ｓｃｃｍおよびＢ２Ｈ６ガス：０．１ｓｃｃｍに設定した。
【００２６】
次に、下部発電ユニット３をＣＶＤ装置から取り外した後、スパッタリング装置に設置した。
【００２７】
この後、本実施例では、スパッタリング法を用いて、以下の表２に示す条件下で、下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）上に、５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚みを有するＡｇからなる金属層４を形成した。
【００２８】
【表２】
2005093631.tif 000004
【００２９】
上記表２を参照して、Ａｒ（アルゴン）ガス流量、ガス圧力、高周波電力および形成時間を、ぞれぞれ、１０ｓｃｃｍ、０．４Ｐａ、３００Ｗおよび５秒に設定した。また、本実施例では、基板温度を、１７０℃に設定した。
【００３０】
ここで、本実施例では、上記表２に示した条件下で形成した金属層４の形成領域を確認したところ、図２に示すように、金属層４は、下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）の表面が部分的に露出するように島状に形成されていることが判明した。また、島状に形成された各金属層４は、平面的に見て実質的に円形状に、かつ、５ｎｍ〜１００ｎｍの直径を有するように形成されていることが判明した。この結果から、基板温度を１７０℃に設定することによって、金属層４を構成するＡｇの粒子が平面的に見て実質的に円形状に凝集されると考えられる。
【００３１】
この後、下部発電ユニット３をスパッタリング装置から取り外した後、ＣＶＤ装置に設置した。
【００３２】
次に、図１に示したように、ＣＶＤ法を用いて、金属層４が形成された下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）の表面上に、上部発電ユニット５を構成する半導体各層を順次形成した。具体的には、金属層４が形成された下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）の表面上に、ｎ型のａ−Ｓｉからなるｎ型層５ａ、ノンドープのａ−Ｓｉからなる光電変換層５ｂおよびｐ型のａ−ＳｉＣからなるｐ型層５ｃを順次形成した。なお、ｎ型層５ａ、光電変換層５ｂおよびｐ型層５ｃは、それぞれ、２０ｎｍ、１３０ｎｍおよび１５ｎｍの厚みを有するように、以下の表３に示す条件下で形成した。
【００３３】
【表３】
2005093631.tif 000005
【００３４】
上記表３を参照して、ｎ型層５ａを形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、２７Ｐａおよび１０Ｗに設定した。また、ｎ型層５ａを形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：１０ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２０ｓｃｃｍおよびＰＨ３ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【００３５】
また、光電変換層５ｂを形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、２００℃、１３Ｐａおよび５Ｗに設定した。また、光電変換層５ｂを形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：３０ｓｃｃｍに設定した。
【００３６】
また、ｐ型層５ｃを形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、３５Ｐａおよび１０Ｗに設定した。また、ｐ型層５ｃを形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：１０ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２００ｓｃｃｍ、ＣＨ４ガス：１０ｓｃｃｍおよびＢ２Ｈ６ガス：０．１ｓｃｃｍに設定した。
【００３７】
次に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、発電ユニット５（ｐ型層５ｃ）上に、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極６を形成した。この後、真空蒸着法を用いて、表面透明電極６上の所定領域に、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極７を形成することによって、図１に示した本実施例による積層型の光起電力装置を作製した。
【００３８】
（比較例）
図３は、比較例による光起電力装置の構造を示した断面図である。図３を参照して、比較例による積層型の光起電力装置の作製プロセスについて説明する。
【００３９】
［光起電力装置の作製］
まず、図３に示すように、上記実施例と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２を形成した。次に、ＣＶＤ法を用いて、裏面電極２上に、上記実施例と同様の構成を有する下部発電ユニット３（ｎ型層３ａ、光電変換層３ｂおよびｐ型層３ｃ）を、上記表１に示した条件下で形成した。この後、下部発電ユニット３をＣＶＤ装置から一旦取り外した後、再びＣＶＤ装置に設置した。
【００４０】
次に、ＣＶＤ法を用いて、下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）上に、上記実施例と同様の構成を有する上部発電ユニット５（ｎ型層５ａ、光電変換層５ｂおよびｐ型層５ｃ）を、上記表３に示した条件下で形成した。すなわち、比較例では、上記実施例と異なり、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部に、金属層４を形成しなかった。
【００４１】
次に、上記実施例と同様、発電ユニット５（ｐ型層５ｃ）上に表面透明電極６を形成した後、表面透明電極６上の所定領域に集電極７を形成した。このようにして、図３に示した比較例による積層型の光起電力装置を作製した。
【００４２】
（実施例および比較例共通）
［出力特性実験］
上記のようにして作製した本実施例および比較例による積層型の光起電力装置について、出力特性実験を行った。具体的には、開放電圧、短絡電流、曲線因子、直列抵抗および変換効率を測定した。なお、開放電圧は、光起電力装置に光を当てた際に発生する電圧を、表面電極と裏面電極との間に電圧計を接続して測定した電圧であり、電流を流さない状態での出力電圧値である。また、短絡電流は、光起電力装置に光を当てた際に流れる電流を、光起電力装置の表面電極と裏面電極との間に電流計を接続して測定した電流であり、負荷がない場合の出力電流値である。また、曲線因子は、セル出力を開放電圧と短絡電流との積で除した値であり、この曲線因子の値が１に近づくほど、光起電力装置の電流電圧特性が優れているといえる。ここで、セル出力とは、光起電力装置に負荷抵抗を接続したときに、負荷抵抗を変化させて最大の電力が得られる場合の電圧および電流の積である。
【００４３】
また、この出力特性実験は、光スペクトル：ＡＭ１．５、光強度：１００ｍＷ／ｃｍ２および測定温度２５℃の擬似太陽光照射条件下で行った。ここで、ＡＭ（Ａｉｒ  Ｍａｓｓ）とは、地球大気に入射する直達太陽光が通過する路程の標準状態の大気（標準気圧１０１３ｈＰａ）に垂直に入射した場合の路程に対する比である。この測定結果を以下の表４に示す。
【００４４】
【表４】
2005093631.tif 000006
【００４５】
上記表４を参照して、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部に金属層４が部分的に形成された本実施例の変換効率（１１．３％）は、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部に金属層４が形成されていない比較例の変換効率（１１．０％）よりも高くなることが判明した。そして、本実施例の直列抵抗（９．８Ω／ｃｍ）は、比較例の直列抵抗（１１．４Ω／ｃｍ）よりも低減されることが確認できた。
【００４６】
また、本実施例の開放電圧（１．５４Ｖ）は、比較例の開放電圧（１．５３Ｖ）よりも高くなることが判明した。さらに、本実施例の曲線因子（０．６９）は、比較例の曲線因子（０．６７）よりも１に近づくことが判明した。これは、上記したように、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部に金属層４を部分的に形成することにより、本実施例の直列抵抗が低減されたためであると考えられる。
【００４７】
また、本実施例の短絡電流（１０．６ｍＡ／ｃｍ２）は、比較例の短絡電流（１０．７ｍＡ／ｃｍ２）よりも低くなることが判明した。これは、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部に部分的に形成された金属層４により光が反射されることにより、下部発電ユニット３を構成する光電変換層３ｂに吸収される光が減少したためであると考えられる。ただし、金属層４は、下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）の表面が部分的に露出するように島状に形成されているので、下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）の表面上の全面に金属層４を形成する場合に比べて、金属層４により反射される光を低減することができる。このため、本実施例では、短絡電流の低下は、最小限に抑えることができたと考えられる。
【００４８】
これらの結果から、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部に金属層４が部分的に形成された本実施例の変換効率（１１．３％）の方が、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部に金属層４が形成されていない比較例の変換効率（１１．０％）よりも高くなったと考えられる。
【００４９】
本実施例では、上記のように、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部に、接合部の抵抗を低減するための金属層４を、下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）の表面が部分的に露出するように形成することによって、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部が逆接合であったとしても、下部発電ユニット３を構成する光電変換層３ｂおよび上部発電ユニット５を構成する光電変換層５ｂで生成されたキャリアは、金属層４を介して接合部を通過するので、接合部を通過するキャリアの走行が妨げられるのを抑制することができる。これにより、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部を流れる電流の損失が増大するのを抑制することができる。また、金属層４は、下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）の表面が部分的に露出するように形成されているので、下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）の表面上の全面に金属層４を形成する場合に比べて、金属層４により反射される光および金属層４における光の吸収を低減することができる。これにより、下部発電ユニット３を構成する光電変換層３ｂに吸収される光が減少するのを抑制することができる。その結果、本実施例では、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部を流れる電流の損失が増大するのを抑制し、かつ、下部発電ユニット３を構成する光電変換層３ｂに吸収される光が減少するのを抑制することにより、出力特性を向上させることができる。また、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部に部分的に形成された金属層４は、金属層４上に形成される上部発電ユニット５の光散乱層としても機能するので、上部発電ユニット５において、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。これにより、上部発電ユニット５を構成する光電変換層５ｂに吸収される光を増大させることができるので、これによっても、出力特性を向上させることができる。
【００５０】
また、本実施例では、スパッタリング法を用いて、下部発電ユニット３と上部発電ユニット５との接合部に金属層４を形成することによって、金属層４を構成するＡｇの粒子を島状に凝集させることができるので、容易に、金属層４を、下部発電ユニット３（ｐ型層３ｃ）の表面が部分的に露出するように形成することができる。
【００５１】
次に、下部発電ユニットと上部発電ユニットとの接合部にＡｇからなる金属層を形成する場合において、スパッタリング条件（基板温度）の違いによる変換効率の変化を調べた結果について説明する。
【００５２】
図４は、スパッタリング条件（基板温度）と変換効率との関係を示したグラフである。図４を参照して、基板温度が１５０℃以上３００℃以下の範囲内であれば、変換効率が、上記した下部発電ユニットと上部発電ユニットとの接合部に金属層が形成されていない比較例の変換効率である１１％よりも大きい変換効率になることが判明した。特に、基板温度が１７０℃以上２５０℃以下の範囲内の場合には、変換効率が１１．２％以上となり、より高くなることが判明した。具体的には、基板温度が１５０℃、１７０℃、２００℃、２５０℃および３００℃の場合の変換効率は、それぞれ、１１．１％、１１．３％、１１．２％、１１．２％および１１．０５％であった。その一方、基板温度が１５０℃よりも低い場合や３００℃よりも高い場合には、変換効率が１１％以下となり、基板温度が１５０℃以上３００℃以下の範囲内の場合よりも低くなることが判明した。具体的には、基板温度が２５℃、１００℃および３５０℃の場合の変換効率は、それぞれ、１０．６％、１０．８％および１０．４％であった。
【００５３】
この結果から、基板温度が１５０℃よりも低い場合には、金属層を構成するＡｇの粒子が凝集せずに、下部発電ユニットの表面上の全面に金属層が形成されたと考えられる。これにより、接合部の抵抗は低減されたとしても、下部発電ユニットを構成する光電変換層に吸収される光が減少することにより短絡電流が低下するので、変換効率が低下したと考えられる。また、基板温度が３００℃よりも高い場合には、下地層となる下部発電ユニットを構成するｐ型層と光電変換層との界面に、熱に起因する不純物拡散などのダメージが生じたと考えられる。これにより、曲線因子が低下するので、変換効率が低下したと考えられる。したがって、下部発電ユニットと上部発電ユニットとの接合部にＡｇからなる金属層を形成する場合には、基板温度を１５０℃以上３００℃以下に設定するのが好ましい。特に、基板温度を１７０℃以上２５０℃以下に設定するのがより好ましい。
【００５４】
なお、今回開示された実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５５】
たとえば、上記実施例では、本発明の導電層の一例として銀からなる金属層４を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、アルミニウム、モリブデン、金および銅などの導電性の高い材料からなる金属層を本発明の導電層として用いてもよい。また、上記した導電性の高い材料を複数組み合わせた混合物からなる金属層を本発明の導電層として用いてもよい。また、ＩＴＯ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）および酸化錫（ＳｎＯ２）からなるグループより選択されるいずれか１つを主成分とする透明電極材料からなる金属酸化物層を本発明の導電層として用いてもよい。このように透明電極材料からなる金属酸化物層を導電層として用いた場合には、銀などからなる金属層を導電層として用いる場合に比べて、導電層により反射される光を低減することができる。これにより、下部発電ユニットを構成する光電変換層に吸収される光が減少するのをより抑制することができる。また、金属層と金属酸化物層とを含む導電層を用いてもよい。
【００５６】
また、上記実施例では、本発明の導電層としての金属層４を、下部発電ユニット３の表面が部分的に露出するように島状に形成したが、本発明はこれに限らず、下部発電ユニットの表面が部分的に露出していれば、島状以外の形状になるように導電層を形成してもよい。たとえば、図５および図６に示す第１変形例のように、下部発電ユニット３の表面が部分的に露出するように金属層または金属酸化物層（透明電極材料）からなる導電層１４をメッシュ状（網状）に形成するとともに、導電層１４がメッシュ状に形成された下部発電ユニット３の表面上に上部発電ユニット５を形成してもよい。また、図７および図８に示す第２変形例のように、下部発電ユニット３の表面が部分的に露出するように金属層または金属酸化物層（透明電極材料）からなる導電層２４を櫛状に形成するとともに、導電層２４が櫛状に形成された下部発電ユニット３の表面上に上部発電ユニット５を形成してもよい。この場合の導電層１４および２４の形成方法としては、下部発電ユニット３の表面上の全面に導電層を構成する材料からなる層を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングすることによって、図６または図８に示した形状を有する第１変形例の導電層１４または第２変形例の導電層２４を形成してもよい。また、下部発電ユニット３の表面上の全面に導電層を構成する材料からなる層を形成した後、レーザを用いてパターニングすることによって、図６または図８に示した形状を有する第１変形例の導電層１４または第２変形例の導電層２４を形成してもよい。この場合、使用するレーザとしては、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）やＮｄ：ＹＡＧ−ＳＨＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）などの下地層に熱的損傷を与えないような弱いパワーを有するレーザを用いるのが好ましい。上記のような形成方法を用いることによって、導電層の大きさ（光が入射する領域）を容易に制御することができる。
【００５７】
また、上記実施例では、下部発電ユニット３を構成する各層（ｎ型層３ａ、光電変換層３ｂおよびｐ型層３ｃ）および上部発電ユニット５を構成する各層（ｎ型層５ａ、光電変換層５ｂおよびｐ型層５ｃ）の表面が平坦になるように形成したが、本発明はこれに限らず、下部発電ユニットおよび上部発電ユニットを構成する各層の少なくとも１層の表面を凹凸形状にすることによって、その凹凸形状の表面により光を散乱させるようにしてもよい。たとえば、図９に示す第３変形例のように、凹凸形状の表面を有する下部発電ユニット３３上に、上部発電ユニット３５を形成してもよい。この場合には、上部発電ユニット３５において、良好な光閉じ込め効果を得ることができるので、上部発電ユニット３５を構成する光電変換層（図示せず）に吸収される光を増大させることができる。なお、図９に示した第３変形例による積層型の光起電力装置において、下部発電ユニット３３の表面が部分的に露出するように金属層または金属酸化物層（透明電極材料）からなる導電層３４を形成する方法としては、以下に述べる方法が考えられる。
【００５８】
すなわち、図１０に示すように、まず、凹凸形状の表面を有する下部発電ユニット３３を、導電層３４（図９参照）を構成する材料からなる蒸着源４１に対して傾けた状態で真空蒸着装置に設置する。この状態で蒸着源４１を加熱することによって、凹凸形状の表面を有する下部発電ユニット３３の表面上に、蒸着材料を堆積する。この際、下部発電ユニット３３の表面が蒸着源４１に対して傾いているので、図１１に示すように、金属層または金属酸化物層（透明電極材料）からなる導電層３４は、下部発電ユニット３３の表面の凹凸形状の片側面のみに形成される。これにより、導電層３４を、下部発電ユニット３３の表面が露出するように部分的に形成することができる。なお、下部発電ユニット３３および上部発電ユニット３５は、それぞれ、本発明の「第１発電ユニット」および「第２発電ユニット」の一例である。
【００５９】
また、上記実施例では、下部発電ユニット３および上部発電ユニット５の２つの発電ユニットが積層された光起電力装置について説明したが、本発明はこれに限らず、発電ユニット間の接合部が逆接合である３つ以上の発電ユニットが積層された光起電力装置にも適用可能である。
【００６０】
また、上記実施例では、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとからなる基板１を用いて基板１とは反対側から光が入射するタイプの光起電力装置について説明したが、本発明はこれに限らず、ガラスや透光性プラスチックなどからなる透光性基板を用いて基板側から光を入射させるようにしてもよい。
【００６１】
また、上記実施例では、下部発電ユニット３を構成する光電変換層３ｂとしてノンドープのａ−ＳｉＧｅからなる層を用いるとともに、上部発電ユニット５を構成する光電変換層５ｂとしてノンドープのａ−Ｓｉからなる層を用いたが、本発明はこれに限らず、ａ−ＳｉＣやアモルファスシリコン錫（ａ−ＳｉＳｎ）からなる層を光電変換層として用いてもよい。また、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）や微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）などに代表される微結晶系半導体材料からなる層を光電変換層として用いてもよい。また、多結晶系半導体材料からなる層を光電変換層として用いてもよい。なお、多結晶系半導体材料からなる層を光電変換層として用いる場合には、その光電変換層を含む発電ユニットを、光入射側から見て後段の基板側に配置するのが好ましい。また、ｎ型層およびｐ型層においても、アモルファス系半導体材料からなる層、微結晶系半導体材料からなる層および多結晶系半導体材料からなる層からなるグループより選択されるいずれか１つの層であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に従って作製した実施例による積層型の光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図２】図１に示した実施例による積層型の光起電力装置の下部発電ユニットと上部発電ユニットとの接合部を示した斜視図である。
【図３】比較例による積層型の光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図４】スパッタリング条件（基板温度）と変換効率との関係を示したグラフである。
【図５】実施例の第１変形例による積層型の光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図６】図５に示した実施例の第１変形例による積層型の光起電力装置の下部発電ユニットと上部発電ユニットとの接合部を示した斜視図である。
【図７】実施例の第２変形例による積層型の光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図８】図７に示した実施例の第２変形例による積層型の光起電力装置の下部発電ユニットと上部発電ユニットとの接合部を示した斜視図である。
【図９】実施例の第３変形例による積層型の光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図１０】図９に示した実施例の第３変形例による積層型の光起電力装置の作製プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】図９に示した実施例の第３変形例による積層型の光起電力装置の作製プロセスを説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
３、３３  下部発電ユニット（第１発電ユニット）
３ａ、５ａ  ｎ型層（第１非単結晶半導体層）
３ｂ、５ｂ  光電変換層（第２非単結晶半導体層）
３ｃ、５ｃ  ｐ型層（第３非単結晶半導体層）
４  金属層（導電層）
５、３５  上部発電ユニット（第２発電ユニット）
１４、２４、３４  導電層
【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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