(57)【要約】カルコパイライト結晶構造を有する化合物半導体を光吸収層に用いた太陽電池において、変換効率などの特性が高い太陽電池を提供する。  第１の電極層と、第２の電極層と、第１の電極層と第２の電極層との間に配置されたｐ形半導体層と、ｐ形半導体層と第２の電極層との間に配置されたｎ形半導体層とを含み、ｐ形半導体層は、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とを含み、かつ、カルコパイライト構造を有する化合物半導体からなり、ｐ形半導体層のバンドギャップは、ｎ形半導体層側から第１の電極層側に向かって減少することなく増加しており、ｎ形半導体層側の主面におけるｐ形半導体層のバンドギャップが１．０８ｅＶ以上であり、第１の電極層側の主面におけるｐ形半導体層のバンドギャップが１．１７ｅＶ以上であり、ｐ形半導体層において、ｎ形半導体層側の第１の領域と第１の電極層側の第２の領域との間で、ｐ形半導体層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極層と、第２の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に配置されたｐ形半導体層と、前記ｐ形半導体層と前記第２の電極層との間に配置されたｎ形半導体層とを含み、
前記ｐ形半導体層は、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とを含み、かつ、カルコパイライト構造を有する化合物半導体からなり、
前記ｐ形半導体層のバンドギャップは、前記ｎ形半導体層側から前記第１の電極層側に向かって減少することなく増加しており、
前記ｎ形半導体層側の主面における前記ｐ形半導体層のバンドギャップが１．０８ｅＶ以上であり、
前記第１の電極層側の主面における前記ｐ形半導体層のバンドギャップが１．１７ｅＶ以上であり、
前記ｐ形半導体層において、前記ｎ形半導体層側の第１の領域と、前記第１の電極層側の第２の領域との間で、前記ｐ形半導体層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池。
【請求項２】
前記ｎ形半導体層側の主面における前記ｐ形半導体層のバンドギャップが１．２ｅＶ以上である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第１の電極層側の主面における前記ｐ形半導体層のバンドギャップが１．３ｅＶ以上である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１の領域におけるバンドギャップ増加率よりも、前記第２の領域におけるバンドギャップ増加率の方が小さい請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記Ｉｂ族元素がＣｕであり、前記ＩＩＩｂ族元素がＩｎ、ＧａおよびＡｌから選ばれる少なくとも１つの元素であり、前記ＶＩｂ族元素がＳｅおよびＳから選ばれる少なくとも１つの元素である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記ＩＩＩｂ族元素がＩｎ、ＧａおよびＡｌから選ばれる少なくとも１つの元素であり、
前記ｐ形半導体層における前記少なくとも１つの元素の含有比率が、前記ｐ形半導体層の膜厚方向に変化している請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記ＩＩＩｂ族元素がＧａを含み、
前記ｐ形半導体層における前記ＩＩＩｂ族元素に対するＧａの原子数比が、前記ｎ形半導体層側から前記第１の電極層側に向かって減少することなく増加しており、
前記ｐ形半導体層において、前記ｎ形半導体層側の第１の領域と、前記第１の電極層側の第２の領域との間で、前記ｐ形半導体層の膜厚方向の前記原子数比の増加率が異なる請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記第１の領域における前記原子数比の増加率よりも、前記第２の領域における前記原子数比の増加率の方が小さい請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記ＩＩＩｂ族元素がＡｌを含み、
前記ｐ形半導体層における前記ＩＩＩｂ族元素に対するＡｌの原子数比が、前記ｎ形半導体層側から前記第１の電極層側に向かって減少することなく増加しており、
前記ｐ形半導体層において、前記ｎ形半導体層側の第１の領域と、前記第１の電極層側の第２の領域との間で、前記ｐ形半導体層の膜厚方向の前記原子数比の増加率が異なる請求項１に記載の太陽電池。
前記半導体層は、前記窓層側の第１の領域と前記第１の電極層側の第２の領域とで前記原子数比の増加率が異なる請求項６に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記第１の領域における前記原子数比の増加率よりも、前記第２の領域における前記原子数比の増加率の方が小さい請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記ｎ形半導体層側の主面における前記ｐ形半導体層の前記原子数比が０．１以上であり、
前記第１の電極層側の主面における前記ｐ形半導体層の前記原子数比が０．２５以上である請求項７に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記ｎ形半導体層側の主面における前記ｐ形半導体層の前記原子数比が０．３以上である請求項１１に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記第１の電極層側の主面における前記ｐ形半導体層の前記原子数比が０．４５以上である請求項１１に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、太陽電池に関する。より具体的には、光吸収層に化合物半導体を用いた化合物半導体太陽電池に関する。
【背景技術】  Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（以下、単に「ＣＩＧＳ」ともいう）などのカルコパイライト構造を有する化合物半導体を光吸収層に用いた薄膜太陽電池が高い特性を示すことが知られている。なかでも、バンドギャップが自身の膜厚方向に傾斜しており、かつ、上記膜厚方向のバンドギャッププロファイルが減少領域と増加領域との２段階の構成を有するＣＩＧＳを光吸収層に用いた場合に、高い変換効率が得られることが知られている。より具体的には、窓層側から裏面電極側に向かって、はじめはバンドギャップが減少し、その後増加する構造（いわゆる、ダブルグレーデッド（ｄｏｕｂｌｅ  ｇｒａｄｅｄ）構造）を有する光吸収層を用いた太陽電池である。このような太陽電池は、例えば、Ｔ．Ｄｕｌｌｗｅｂｅｒ，Ａ  ｎｅｗ  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ｂｙ  ｂａｎｄ  ｇａｐ  ｇｒａｄｉｎｇ  ｉｎ  Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２  ｃｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ＆  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ，Ｖｏｌ．６７，ｐ．１４５−１５０（２００１）などに開示されている。上記ダブルグレーデッド構造を有する光吸収層のバンドプロファイルを、図２Ｂに模式的に示す。図２Ｂに示すように、ダブルグレーデッド構造では、光吸収層のバンドギャップＥｇが、窓層側から裏面電極側に向かって、減少した（減少領域１０１）後に、増加している（増加領域１０２）。
一方、ＣＩＧＳのバンドギャップは、固溶しているＧａなどの濃度を増減させることによって制御が可能であり、例えば、太陽光のスペクトルにマッチしたバンドギャップを有するＣＩＧＳ膜を作製することが可能である。
現在、カルコパイライト構造を有する化合物半導体を用いた太陽電池は、信頼性や特性（例えば、変換効率）のさらなる向上が求められている。本発明は、上記化合物半導体を光吸収層に用いた太陽電池であり、変換効率などの特性が高い太陽電池を提供することを目的とする。
【発明の開示】
本発明の太陽電池は、第１の電極層と、第２の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に配置されたｐ形半導体層と、前記ｐ形半導体層と前記第２の電極層との間に配置されたｎ形半導体層とを含み、前記ｐ形半導体層は、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とを含み、かつ、カルコパイライト構造を有する化合物半導体からなり、前記ｐ形半導体層のバンドギャップは、前記ｎ形半導体層側から前記第１の電極層側に向かって減少することなく増加しており、前記ｎ形半導体層側の主面における前記ｐ形半導体層のバンドギャップが１．０８ｅＶ以上であり、前記第１の電極層側の主面における前記ｐ形半導体層のバンドギャップが１．１７ｅＶ以上であり、前記ｐ形半導体層において、前記ｎ形半導体層側の第１の領域と、前記第１の電極層側の第２の領域との間で、前記ｐ形半導体層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の太陽電池の一例を示す模式断面図である。
図２Ａは、本発明の太陽電池における光吸収層のバンドプロファイルの一例を示す模式図である。
図２Ｂは、従来の太陽電池における、ダブルグレーデッド構造を有する光吸収層のバンドプロファイルの一例を示す模式図である。
図３は、実施例において設定したｐ形半導体層におけるＧａの原子数比の変化の一例を説明するための模式図である。
図４は、実施例において設定したｐ形半導体層のバンドプロファイルの一例を説明するための模式図である。
図５は、実施例１の結果を示す図である。
図６は、実施例２の結果を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、実施の形態の説明において、同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
本発明の太陽電池の一例を図１に示す。図１に示す太陽電池１は、第１の電極層１２と、第２の電極層１６と、第１の電極層１２と第２の電極層１６との間に配置されたｐ形半導体層１３と、第２の電極層１６とｐ形半導体層１３との間に配置されたｎ形半導体層１４および１５とを含んでいる。各層は基板１１の上に形成されている。図１に示す太陽電池１は、基板１１側から、第１の電極層１２、ｐ形半導体層１３、ｎ形半導体層１４および１５、および、第２の電極層１６が順に積層された太陽電池であるということもできる。
ここで、ｐ形半導体層１３は光吸収層であり、本発明の太陽電池１は、第２の電極層１６側から入射する光によって光起電力を発生する太陽電池である。発生した光起電力は、第１の電極層１２と電気的に接続された取り出し電極１７と、第２の電極層１６と電気的に接続された取り出し電極１８とを介して外部に伝達することができる。
なお、図１に示す太陽電池１ではｎ形半導体層が２層含まれているが、本発明の太陽電池では、ｎ形半導体層が複数層含まれている必要は必ずしもない。光吸収層であるｐ形半導体層１３とｐ−ｎ接合を形成できるｎ形半導体層が少なくとも１層含まれていればよい。図１に示す太陽電池１において、ｎ形半導体層１４および１５は、例えば、窓層として機能する半導体層である。
ｐ形半導体層１３は、第１の電極層１２の上方（光入射側）に配置されている。ｐ形半導体層１３は、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とを含み、かつ、カルコパイライト（ｃｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅ）と同様の結晶構造（カルコパイライト構造）を有する化合物半導体からなる。なお、本明細書における元素の族表示は、ＩＵＰＡＣ（１９７０）の規定に基づいている。ＩＵＰＡＣ（１９８９）の規定に基づけば、上記Ｉｂ族元素は１１族に、上記ＩＩＩｂ族元素は１３族に、上記ＶＩｂ族元素は１６族に該当する。
ここで、Ｉｂ族元素には、例えば、Ｃｕ（銅）を用いればよい。ＩＩＩｂ族元素には、例えば、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）およびＡｌ（アルミニウム）から選ばれる少なくとも１つの元素を用いればよい。ＶＩｂ族元素には、例えば、Ｓｅ（セレン）およびＳ（硫黄）から選ばれる少なくとも１つの元素を用いればよい。具体的には、例えば、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳと略される場合がある）、ＣｕＩｎ（Ｓｅ，Ｓ）２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳと略される場合がある）、Ｃｕ（Ａｌ，Ｇａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２などを用いてｐ形半導体層１３を形成することができる。ｐ形半導体層１３の厚さは、例えば、０．４μｍ〜３．５μｍ程度の範囲である。
本発明の太陽電池１では、ｐ形半導体層１３のバンドギャップは、ｎ形半導体層１４側から第１の電極層１２側に向かって減少することなく増加している。また、ｐ形半導体層１３において、ｎ形半導体層１４側の第１の領域と、第１の電極層１２側の第２の領域との間で、ｐ形半導体層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なっている。このようなｐ形半導体層１３のバンドプロファイルを図２Ａに示す。図２Ａに示すように、ｐ形半導体層１３は、ｎ形半導体層側の第１の領域２１と、第１の電極層１２側の第２の領域２２とからなる構造を有している。また、第１の領域２１におけるバンドギャップ増加率と、第２の領域２２におけるバンドギャップ増加率とが異なっている。
また、ｐ形半導体層１３において、ｎ形半導体層１４側の主面（図２Ａに示す面Ａに相当する主面）におけるバンドギャップが１．０８ｅＶ以上であり、第１の電極層１２側の主面（図２Ａに示す面Ｂに相当する主面）におけるバンドギャップが１．１７ｅＶ以上である。
このような太陽電池１とすることによって、カルコパイライト構造を有する化合物半導体を光吸収層に用いた太陽電池であり、かつ、変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。
なお、図１に示す太陽電池１のように、第１の電極層１２、ｐ形半導体層１３およびｎ形半導体層１４が隣接して配置されている太陽電池では、ｐ形半導体層１３のうちｎ形半導体層１４に隣接している部分のバンドギャップが１．０８ｅＶ以上であり、ｐ形半導体層１３のうち第１の電極層１２に隣接している部分のバンドギャップが１．１７ｅＶ以上であるということもできる。
本発明の太陽電池１では、上記各々のバンドギャップの上限は特に限定されない。ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップ（図２Ａに示す面Ａにおけるｐ形半導体層１３のバンドギャップ）の上限は、例えば、１．４ｅＶ以下であり（好ましくは、１．２６ｅＶ以下）、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップ（図２Ａに示す面Ｂにおけるｐ形半導体層１３のバンドギャップ）の上限は、例えば、１．６ｅＶ以下である（好ましくは、１．５４ｅＶ以下）。
本発明の太陽電池１では、ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップが、１．２ｅＶ以上であってもよい。また、本発明の太陽電池１では、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップが、１．３ｅＶ以上であってもよい。なかでも、ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップが１．２ｅＶ以上であり、かつ、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップが１．３ｅＶ以上であることが好ましい。より変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。
第１の領域２１におけるバンドギャップ増加率と、第２の領域２２におけるバンドギャップ増加率とは異なっていればよい。なかでも、ｎ形半導体層１４側の第１の領域２１におけるバンドギャップ増加率よりも、第１の電極層１２側の第２の領域２２におけるバンドギャップ増加率の方が小さい方が好ましい。より変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。例えば、図２Ａに示すバンドプロファイルは、第１の領域２１におけるバンドギャップ増加率よりも、第２の領域２２におけるバンドギャップ増加率の方が小さい。
ｐ形半導体層１３の厚さ（図２Ａに示すｄ）に対する第１の領域２１の厚さ（図２Ａに示すｄ１）は、特に限定されない。第１の領域２１の厚さは、例えば、ｐ形半導体層１３の厚さの５％〜４０％の範囲であればよい。
また、ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップと、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップとの差は０．０９ｅＶ以上であるが、なかでも、上記差が、０．１５ｅＶ以上であることが好ましく、０．１９ｅＶ以上であることが好ましい。
図２Ａに示すようなバンドプロファイルは、例えば、ｐ形半導体層１３の組成を、自身の膜厚方向に変化させることによって実現することができる。
より具体的には、例えば、ｐ形半導体層１３がＩＩＩｂ族元素としてＩｎ、ＧａおよびＡｌから選ばれる少なくとも１つの元素を含む場合、ｐ形半導体層１３における上記少なくとも１つの元素の含有比率を、ｐ形半導体層１３の膜厚方向に変化させればよい。
即ち、本発明の太陽電池１では、ｐ形半導体層１３がＩＩＩｂ族元素としてＧａを含み、ｐ形半導体層１３におけるＩＩＩｂ族元素に対するＧａの原子数比、即ち、（Ｇａの原子数）／（ＩＩＩｂ族元素の原子数）の値（以下、原子数比Ｘ１という場合がある）が、ｎ形半導体層１４側から第１の電極層１２側に向かって減少することなく増加していてもよい。例えば、ｐ形半導体層１３がＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２からなる場合、原子数比Ｘ１は、（Ｇａの原子数）／（Ｇａの原子数＋Ｉｎの原子数）である。このとき、ｐ形半導体層１３において、ｎ形半導体層１４側の第１の領域２１における原子数比Ｘ１の増加率と、第１の電極層１２側の第２の領域２２における原子数比Ｘ１の増加率とが異なっていればよい。このように、ＩＩＩｂ族元素に対するＧａの原子数比Ｘ１を変化させることによって、図２Ａに示すようなｐ形半導体層１３のバンドプロファイルを実現することができる。即ち、このような太陽電池１とすることによって、カルコパイライト構造を有する化合物半導体を光吸収層に用いた太陽電池であり、かつ、変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。
第１の領域２１における原子数比Ｘ１の増加率と、第２の領域２２における原子数比Ｘ１の増加率とは異なっていればよい。なかでも、第１の領域２１における原子数比Ｘ１の増加率よりも、第２の領域２２における原子数比Ｘ１の増加率の方が小さい方が好ましい。このとき、第１の領域２１におけるバンドギャップ増加率よりも、第２の領域２２におけるバンドギャップ増加率の方が小さい太陽電池とすることができる。このため、より変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。
また、本発明の太陽電池１では、ｐ形半導体層１３がＩＩＩｂ族元素としてＡｌを含み、ｐ形半導体層１３におけるＩＩＩｂ族元素に対するＡｌの原子数比、即ち、（Ａｌの原子数）／（ＩＩＩｂ族元素の原子数）の値（以下、原子数比Ｘ２という場合がある）が、ｎ形半導体層１４側から第１の電極層１２側に向かって減少することなく増加していてもよい。このとき、ｐ形半導体層１３において、第１の領域２１における原子数比Ｘ２の増加率と、第２の領域２２における原子数比Ｘ２の増加率とが異なっていればよい。このように、ＩＩＩｂ族元素に対するＡｌの原子数比Ｘ２を変化させることによっても、図２Ａに示すようなｐ形半導体層１３のバンドプロファイルを実現することができる。
第１の領域２１における原子数比Ｘ２の増加率と、第２の領域２２における原子数比Ｘ２の増加率とは異なっていればよい。なかでも、第１の領域２１における原子数比Ｘ２の増加率よりも、第２の領域２２における原子数比Ｘ２の増加率の方が小さい方が好ましい。このとき、第１の領域２１におけるバンドギャップ増加率よりも、第２の領域２２におけるバンドギャップ増加率の方が小さい太陽電池とすることができる。このため、より変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。
その他、例えば、ｐ形半導体層１３がＩｂ族元素としてＡｇとＣｕとを含み、Ｉｂ族元素の原子数に対するＡｇの原子数比をｐ形半導体層１３の膜厚方向に変化させたり、また、例えば、ｐ形半導体層１３がＶＩｂ族元素としてＳｅとＳとを含み、ＶＩｂ族元素の原子数に対するＳの原子数比をｐ形半導体層１３の膜厚方向に変化させたりすることによっても、ｐ形半導体層１３の膜厚方向のバンドギャップを制御することが可能である。なお、上述した、原子数比の制御を、任意の組み合わせで複数複合させてもよい。
ｐ形半導体層１３がＩＩＩｂ族元素としてＧａを含む場合、ｎ形半導体層１４側の主面における原子数比Ｘ１は、例えば、０．１以上であり、第１の電極層１２側の主面における原子数比Ｘ１は、例えば、０．２５以上である。このとき、ｎ形半導体層１４側の主面におけるバンドギャップが１．０８ｅＶ以上であり、第１の電極層１２側の主面におけるバンドギャップが１．１７ｅＶ以上である太陽電池とすることができる。
なお、図１に示す太陽電池１のように、第１の電極層１２、ｐ形半導体層１３およびｎ形半導体層１４が隣接して配置されている太陽電池では、ｐ形半導体層１３のうちｎ形半導体層１４に隣接している部分の原子数比Ｘ１が０．１以上であり、ｐ形半導体層１３のうち第１の電極層１２に隣接している部分の原子数比Ｘ１が０．２５以上であるということもできる。
本発明の太陽電池１では、上記各々の原子数比Ｘ１の上限は特に限定されない。ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３の原子数比Ｘ１の上限は、例えば、０．６以下であり（好ましくは、０．４以下）、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３の原子数比Ｘ１の上限は、例えば、０．９以下である（好ましくは、０．８以下）。
本発明の太陽電池１では、ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３の原子数比Ｘ１が、０．３以上であってもよい。また、本発明の太陽電池１では、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３の原子数比Ｘ１が、０．４５以上であってもよい。なかでも、ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３の原子数比Ｘ１が０．３以上であり、かつ、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３の原子数比Ｘ１が０．４５以上であることが好ましい。より変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。
また、ｐ形半導体層１３がＩＩＩｂ族元素としてＧａを含む場合、ｎ形半導体層１４側の主面における原子数比Ｘ１と、第１の電極層１２側の主面における原子数比Ｘ１との差は、例えば、０．１以上であるが、なかでも、上記差が、０．１５以上であることが好ましく、０．３以上であることが特に好ましい。
本発明の太陽電池におけるその他の層について説明する。
基板１１に用いる材料は特に限定されず、太陽電池に一般的に用いられる材料であればよい。例えば、ガラス基板、ポリイミド基板などの非金属材料からなる基板の他、デュラルミンなどのアルミニウム合金基板、ステンレス基板などの金属材料からなる基板などを用いればよい。なお、本発明の太陽電池が、直列接続された複数のユニットセルを基板１１上に形成する集積形太陽電池である場合には、少なくとも基板１１の表面が絶縁性である必要がある。このため、導電性の基板（例えば、ステンレス基板）を用いる場合には、基板の表面に絶縁層を形成するか、基板の表面を絶縁化する処理を行う必要がある。
第１の電極層１２に用いる材料は、導電性を有する限り特に限定されない。例えば、体積抵抗率が６×１０６Ω・ｃｍ以下の金属、半導体などであればよい。具体的には、例えば、Ｍｏ（モリブデン）を用いればよい。第１の電極層１２の形状は特に限定されず、太陽電池１として必要な形状に応じて任意に設定すればよい。その他の層の形状についても同様である。第１の電極層１２の厚さは、例えば、０．１μｍ〜１μｍ程度の範囲である。
ｎ形半導体層１４に用いる材料は、ｐ形半導体層１３とｐ−ｎ接合を形成できる材料である限り特に限定されない。例えば、ＣｄＳ、あるいは、Ｚｎを含む化合物を用いればよい。Ｚｎを含む化合物としては、例えば、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）やＺｎＭｇＯなどが挙げられる。ｎ形半導体層１５には、ｎ形半導体層１４とは異なる材料を用いればよく、例えば、ＺｎＯ、あるいは、ＺｎＯを含む材料を用いて形成すればよい。ｎ形半導体層１４およびｎ形半導体層１５の厚さは、それぞれ、例えば、５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲、および、５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲である。なお、上述したように、ｎ形半導体層１５は省略が可能である。
光入射側である第２の電極層１６は、例えば、透光性を有する導電材料で形成すればよい。ここでいう「透光性」とは、太陽電池１に入射する帯域の光に対する透光性であればよい。具体的には、例えば、インジウム・スズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）やＺｎＯ、ＡｌなどのＩＩＩｂ族元素をドープしたＺｎＯ、あるいは、これらの材料の積層膜を用いればよい。第２の電極層１６の厚さは、例えば、０．１μｍ〜０．６μｍ程度の範囲である。
取り出し電極１７および１８に用いる材料は特に限定されず、太陽電池に一般的に用いる材料であればよい。例えば、ＮｉＣｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌなどを用いればよい。
なお、図１に示す太陽電池１では、第１の電極層１２、ｐ形半導体層１３、ｎ形半導体層１４、ｎ形半導体層１５および第２の電極層１６が基板１１の上に配置されている。本発明の太陽電池では基板１１は必ずしも必要ではなく、必要に応じて省略することができる。取り出し電極１７および１８についても基板１１と同様に、必要に応じて省略できる。また、本発明の太陽電池１では、上述した各層の間に、必要に応じて任意の層を配置してもよい。
本発明の太陽電池におけるｐ形半導体層１３以外の層は、太陽電池の製造に一般的に用いる手法によって製造できる。基板１１上へ第１の電極層１２を形成するためには、例えば、スパッタリング法や蒸着法などを用いればよい。ｐ形半導体層１３上へｎ形半導体層１４および１５を形成するためには、例えば、スパッタリング法を用いればよい。第２の電極層１６の形成には、例えば、スパッタリング法を用いればよい。取り出し電極１７および１８を形成する方法は、各取り出し電極が各電極層と電気的に接続できる限り特に限定されず、一般的な方法を用いればよい。
第１の電極層１２上へのｐ形半導体層１３の形成には、例えば、蒸着法、より具体的には多元蒸着法などを用いればよい。多元蒸着法とは、複数の蒸着源を用いた蒸着法である。例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２からなるｐ形半導体層１３を形成するためには、一例として、Ｃｕ蒸着源と、Ｉｎ蒸着源と、Ｇａ蒸着源と、Ｓｅ蒸着源との４種類の蒸着源を用いればよい。このとき、例えば、Ｇａ蒸着源へ印加するエネルギーを制御し、他の原子に対するＧａ原子の熱拡散のスピードを制御することによって、自身の膜厚方向へＧａの原子数比Ｘ１が変化したｐ形半導体層１３を形成することができる。また、例えば、第１の電極層１２上へスパッタリング法や蒸着法などにより予めＧａ層を形成し、形成したＧａ層上にさらにＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層を形成した後に、熱処理してＧａ原子を拡散させることによっても、自身の膜厚方向へＧａの原子数比Ｘ１が変化したｐ形半導体層１３を形成することができる。ＡｌやＩｎの原子数比が自身の膜厚方向へ変化したｐ形半導体層１３を形成する場合にも同様の方法（上記方法におけるＧａをＡｌやＩｎに置き換えた方法）を用いればよい。なお、ｐ形半導体層１３の形成方法は、上記例に限定されず、上述したｐ形半導体層１３の構成を実現できる方法であれば特に限定されず用いることができる。
【実施例】  以下、シミュレーションを用いて本発明の太陽電池の有効性を検討した結果について説明する。
本実施例では、光吸収層であるｐ形半導体層１３のバンドプロファイルを変化させて、特性のシミュレーションを行った。
最初に、シミュレーションに用いた太陽電池のモデルを示す。太陽電池のモデルには、図１に示すような太陽電池を想定した。具体的には、表１に示す条件でシミュレーションを行った。
2004090995.tif 000003
ｐ形半導体層１３のバンドプロファイルは、ｐ形半導体層１３を形成する材料であるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２におけるＧａの原子数比Ｘ１（Ｘ１＝（Ｇａの原子数）／（Ｇａの原子数＋Ｉｎの原子数））を図３に示すように変化させることによって制御した。具体的には、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層（ｐ形半導体層）において、ＣｄＳ層（ｎ形半導体層）側の主面における原子数比Ｘ１をＧ１、Ｍｏ層（第１の電極層）側の主面における原子数比Ｘ１をＧ３とした。また、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層におけるＣｄＳ層側の主面から厚さ０．２μｍの点の原子数比Ｘ１をＧ２とし、Ｇ１とＧ２との間の原子数比Ｘ１、および、Ｇ２とＧ３との間の原子数比Ｘ１は直線的に変化させた。即ち、第１の領域２１におけるＧａの原子数比Ｘ１と、第２の領域２２におけるＧａの原子数比Ｘ１とは直線的に変化する値である。ここで、Ｇ３＞Ｇ２＞Ｇ１とした場合は、第１の領域および第２の領域の双方の領域における原子数比Ｘ１は、ＣｄＳ側からＭｏ側に向けて減少することなく増加している。このとき、Ｇ３、Ｇ２およびＧ１の値を適切に設定することによって、第１の領域における原子数比Ｘ１の増加率と第２の領域における原子数比Ｘ１の増加率とを同一にすることも、異なるようにすることも可能である。また、Ｇ１＞Ｇ２、Ｇ３＞Ｇ２およびＧ３＞Ｇ１とした場合は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層が上述したダブルグレーデッド構造を有する太陽電池とすることができる。なお、図３の横軸は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向を示しており、ＣｄＳ層側を０、Ｍｏ層側を２．０としている。また、図３の縦軸は原子数比Ｘ１である。
原子数比Ｘ１とバンドギャップＥｇとの間には、一般に、以下の式（１）で示される関係が成立している。
Ｅｇ＝０．１１・Ｘ１２＋０．５６・Ｘ１＋１．０２・・・（１）
このため、図３に示すようにＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向に原子数比Ｘ１を制御することによって、図４に示すようなバンドプロファイルが得られると考えられる。原子数比Ｘ１＝Ｇ１の時のバンドギャップはＥｇ１、Ｘ１＝Ｇ２の時のバンドギャップはＥｇ２、Ｘ１＝Ｇ３の時のバンドギャップはＥｇ３である。
【実施例１】  実施例１では、以下の表２〜表５に示すように、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３の値を変化させて、太陽電池の特性のシミュレーションを行った。表２〜表５に示すように、実施例１では、Ｇ１とＧ３との値の差を０．１５に保持し、Ｇ２を変化させて得られる特性を評価した。具体的には、表２にはＧ１＝０．１（Ｇ３＝０．２５）の場合を、表３にはＧ１＝０．２（Ｇ３＝０．３５）の場合を、表４にはＧ１＝０．３（Ｇ３＝０．４５）の場合を、表５にはＧ１＝０．４（Ｇ３＝０．５５）の場合を示す。また、表２〜表５には、バンドギャップＥｇ１〜Ｅｇ３の値も同時に示す。バンドギャップＥｇ１〜Ｅｇ３は、上記式（１）より求めた値である。
2004090995.tif 000004
ここで、サンプル１−１〜１−３は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル１−４〜サンプル１−６が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル１−４〜サンプル１−６では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル１−７以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれない。
2004090995.tif 000005
ここで、サンプル２−１〜２−５は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル２−６〜サンプル２−８が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル２−６〜サンプル２−８では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル２−９以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
2004090995.tif 000006
ここで、サンプル３−１〜３−７は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル３−８〜サンプル３−１０が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル３−８〜サンプル３−１０では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル３−１１以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
2004090995.tif 000007
ここで、サンプル４−１〜４−９は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル４−１０〜サンプル４−１２が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル４−１０〜サンプル４−１２では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル４−１３以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
上記表２〜表５に示す各サンプルについてシミュレーションを行い、短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）、開放端電圧Ｖｏｃ（Ｖ）、曲線因子（ＦＦ）および変換効率（％）の値を求めた。シミュレーションは、マクスウェル方程式から導かれるポアソン方程式と電流連続方程式とを定常状態で有限差分法を用いて離散化し、数値計算を行った。結果を、表６〜表９に示す。
2004090995.tif 000008
2004090995.tif 000009
2004090995.tif 000010
2004090995.tif 000011
表６〜表９に示す結果を分かりやすくするために、表６〜表９の結果の一部を、図５に示す。図５における凡例は、Ｇ１の値を示している。即ち、例えば、図５における記号□で示される各点を結ぶ線は、Ｇ１＝０．１の場合の結果（表６に示す結果）の一部である。図５の横軸は原子数比Ｇ２、縦軸は変換効率（％）である。各線上における黒丸（●）の記号は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層において、原子数比Ｘ１がＣｄＳ層からＭｏ層にかけて一定の増加率を保ったまま増加するＧ２の値を示している。即ち、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層における第１の領域と第２の領域との間で、原子数比Ｘ１の増加率あるいはバンドギャップ増加率が一定である太陽電池のサンプル（このような太陽電池を、光吸収層がシングルグレーデッド構造を有する太陽電池、ともいう）を反映した値である。図５に示すように、例えば、Ｇ１＝０．１のときＧ２＝０．１１５、Ｇ１＝０．２のときＧ２＝０．２１５であれば、このようなシングルグレーデッド構造を有する太陽電池のサンプルとなる。また、各線における破線部は、Ｇ２＞Ｇ３である太陽電池のサンプル群の領域を示している。即ち、各線において、黒丸（●）の右側、破線が始まるまでの領域（例えば、Ｇ１＝０．１のサンプル群の場合、０．１１５＜Ｇ２≦０．２５の範囲の領域）が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池サンプル群を示す領域となる。また、各線において、黒丸（●）の左側の領域（例えば、Ｇ１＝０．１のサンプル群の場合、Ｇ２＜０．１１５の領域）が光吸収層であるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層がダブルグレーデッド構造を有する太陽電池サンプル群を示す領域となる。
表６〜表９および図５に示すように、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池では、それ以外の構成を有する（例えば、光吸収層であるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層がシングルグレーデッド構造を有する、あるいは、ダブルグレーデッド構造を有する）太陽電池よりも、変換効率に優れることがわかった。この効果は、Ｇ１が０．１以上（即ち、バンドギャップＥｇ１が１．０８ｅＶ以上）、Ｇ３が０．２５以上（即ち、バンドギャップＥｇ３が１．１７ｅＶ以上）で得ることができている。また、Ｇ１が０．３以上（即ち、バンドギャップＥｇ１が１．２ｅＶ以上）、Ｇ３が０．４５以上（即ち、バンドギャップＥｇ３が１．３ｅＶ以上）のサンプル群では、変換効率が２０％を超え、より変換効率に優れる太陽電池となることがわかった。
【実施例２】  実施例２では、以下の表１０〜表１４に示すように、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３の値を変化させて、太陽電池の特性のシミュレーションを行った。表１０〜表１４に示すように、実施例２では、Ｇ１とＧ３との値の差を０．３に保持し、Ｇ２を変化させて得られる特性を評価した。具体的には、表１０にはＧ１＝０．１（Ｇ３＝０．４）の場合を、表１１にはＧ１＝０．１５（Ｇ３＝０．４５）の場合を、表１２にはＧ１＝０．２（Ｇ３＝０．５）の場合を、表１３にはＧ１＝０．２５（Ｇ３＝０．５５）の場合を、表１４にはＧ１＝０．３（Ｇ３＝０．６）の場合を示す。また、実施例１と同様に、表１０〜表１４には、バンドギャップＥｇ１〜Ｅｇ３の値も同時に示す。バンドギャップＥｇ１〜Ｅｇ３は、上記式（１）より求めた値である。
2004090995.tif 000012
ここで、サンプル５−１〜５−３は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル５−４〜サンプル５−９が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル５−４〜サンプル５−９では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル５−１０以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
2004090995.tif 000013
ここで、サンプル６−１〜６−４は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル６−５〜サンプル６−１０が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル６−５〜サンプル６−１０では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル６−１１以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
2004090995.tif 000014
ここで、サンプル７−１〜７−５は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル７−６〜サンプル７−１１が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル７−６〜サンプル７−１１では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル７−１２以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
2004090995.tif 000015
ここで、サンプル８−１〜８−６は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル８−７〜サンプル８−１２が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル８−７〜サンプル８−１２では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル８−１３以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
2004090995.tif 000016
ここで、サンプル９−１〜９−７は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル９−８〜サンプル９−１３が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル９−８〜サンプル９−１３では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル９−１４以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
上記表１０〜表１４に示す各サンプルについて実施例１と同様にシミュレーションを行い、短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）、開放端電圧Ｖｏｃ（Ｖ）、曲線因子（ＦＦ）および変換効率（％）の値を求めた。結果を、表１５〜表１９に示す。
2004090995.tif 000017
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表１５〜表１９に示す結果を分かりやすくするために、表１５〜表１９の結果の一部を、図６に示す。なお、図６は、図５と同様の表記を行っている。
表１５〜表１９および図６に示すように、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池では、それ以外の構成を有する（例えば、光吸収層であるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層がシングルグレーデッド構造を有する、あるいは、ダブルグレーデッド構造を有する）太陽電池よりも、変換効率に優れることがわかった。この効果は、Ｇ１が０．１以上（即ち、バンドギャップＥｇ１が１．０８ｅＶ以上）で得ることができている。また、Ｇ３が０．４５以上（即ち、バンドギャップＥｇ３が１．３ｅＶ以上）のサンプル群では、変換効率が２０％を超え、より変換効率に優れる太陽電池となることがわかった。さらに、Ｇ１が０．３以上（即ち、バンドギャップＥｇ１が１．２ｅＶ以上）になると変換効率が２０％を超えるサンプル数が増加し、より変換効率に優れる太陽電池となることがわかった。
なお、実施例１と実施例２とを比較すると、Ｇ１とＧ３との値の差が０．１５の時よりも０．３の時の方が（即ち、Ｅｇ１とＥｇ３との差が約０．０９ｅＶの時よりも約０．１９ｅＶの時の方が）、変換効率に優れる太陽電池が得られることがわかった。
本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しない限り、他の実施形態に適用しうる。この明細書に開示されている実施形態は、あらゆる点で説明的なものであってこれに限定されない。本発明の範囲は、上記説明ではなく添付したクレームによって示されており、クレームと均等な意味および範囲にあるすべての変更はそれに含まれる。
【産業上の利用可能性】  以上説明したように、本発明によれば、カルコパイライト構造を有する化合物半導体を光吸収層に用いた太陽電池であり、かつ、変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。本発明の太陽電池は、従来とは異なる、新規なバンドプロファイルを有する光吸収層を用いている。この新規なバンドプロファイルの光吸収層を用いることによって、信頼性や特性のさらなる向上が期待できる。
【図１】
2004090995.tif 000022
2004090995.tif 000023
【図３】
2004090995.tif 000024
【図４】
2004090995.tif 000025
【図５】
2004090995.tif 000026
【図６】
2004090995.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月2日(2005.2.2)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】特許請求の範囲
【請求項１】第１の電極層と、第２の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に配置されたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層と前記第２の電極層との間に配置されたｎ型半導体層とを含み、
前記ｐ型半導体層は、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とを含み、かつ、カルコパイライト構造を有する化合物半導体からなり、
前記ｎ型半導体層側の主面における前記ｐ型半導体層のバンドギャップが１．０８ｅＶ以上であり、
前記第１の電極層側の主面における前記ｐ型半導体層のバンドギャップが１．１７ｅＶ以上であり、
前記ｐ型半導体層は、前記ｎ型半導体層側の第１の領域と、前記第１の電極層側の第２の領域とからなり、前記ｐ型半導体層のバンドギャップは、前記第１の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって所定の増加率で増加し、前記第２の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって前記第１の領域における増加率より小さい増加率で増加する太陽電池。
【請求項２】前記ｎ形半導体層側の主面における前記ｐ形半導体層のバンドギャップが１．２ｅＶ以上である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】前記第１の電極層側の主面における前記ｐ形半導体層のバンドギャップが１．３ｅＶ以上である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】（削除）
【請求項５】前記Ｉｂ族元素がＣｕであり、前記ＩＩＩｂ族元素がＩｎ、ＧａおよびＡｌから選ばれる少なくとも１つの元素であり、前記ＶＩｂ族元素がＳｅおよびＳから選ばれる少なくとも１つの元素である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】前記ＩＩＩｂ族元素がＩｎ、ＧａおよびＡｌから選ばれる少なくとも１つの元素であり、
前記ｐ形半導体層における前記少なくとも１つの元素の含有比率が、前記ｐ形半導体層の膜厚方向に変化している請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】前記ＩＩＩｂ族元素がＧａを含み、
前記ｐ型半導体層における前記ＩＩＩｂ族元素に対するＧａの原子数比は、前記第１の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって所定の増加率で増加し、前記第２の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって前記第１の領域における増加率より小さい増加率で増加する請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】（削除）
【請求項９】前記ＩＩＩｂ族元素がＡｌを含み、
前記ｐ型半導体層における前記ＩＩＩｂ族元素に対するＡｌの原子数比は、前記第１の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって所定の増加率で増加し、前記第２の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって前記第１の領域における増加率より小さい増加率で増加する請求項６に記載の太陽電池。
【請求項１０】（削除）
【請求項１１】前記ｎ形半導体層側の主面における前記ｐ形半導体層の前記原子数比が０．１以上であり、
前記第１の電極層側の主面における前記ｐ形半導体層の前記原子数比が０．２５以上である請求項７に記載の太陽電池。
【請求項１２】前記ｎ形半導体層側の主面における前記ｐ形半導体層の前記原子数比が０．３以上である請求項１１に記載の太陽電池。
【請求項１３】前記第１の電極層側の主面における前記ｐ形半導体層の前記原子数比が０．４５以上である請求項１１に記載の太陽電池。




【手続補正書】
【提出日】平成17年6月27日(2005.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極層と、第２の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に配置されたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層と前記第２の電極層との間に配置されたｎ型半導体層とを含み、
前記ｐ型半導体層は、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含み、かつ、カルコパイライト構造を有する化合物半導体からなり、
前記ｎ型半導体層側の主面における前記ｐ型半導体層のバンドギャップが１．０８ｅＶ以上であり、
前記第１の電極層側の主面における前記ｐ型半導体層のバンドギャップが１．１７ｅＶ以上であり、
前記ｐ型半導体層は、前記ｎ型半導体層側の第１の領域と、前記第１の電極層側の第２の領域とからなり、前記ｐ型半導体層のバンドギャップは、前記第１の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって所定の増加率で増加し、前記第２の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって前記第１の領域における増加率より小さい増加率で増加する太陽電池。
【請求項２】
前記ｎ形半導体層側の主面における前記ｐ形半導体層のバンドギャップが１．２ｅＶ以上である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第１の電極層側の主面における前記ｐ形半導体層のバンドギャップが１．３ｅＶ以上である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記Ｉｂ族元素がＣｕであり、前記IIIｂ族元素がＩｎ、ＧａおよびＡｌから選ばれる少なくとも１つの元素であり、前記VIｂ族元素がＳｅおよびＳから選ばれる少なくとも１つの元素である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記IIIｂ族元素がＩｎ、ＧａおよびＡｌから選ばれる少なくとも１つの元素であり、
前記ｐ形半導体層における前記少なくとも１つの元素の含有比率が、前記ｐ形半導体層の膜厚方向に変化している請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記IIIｂ族元素がＧａを含み、
前記ｐ型半導体層における前記IIIｂ族元素に対するＧａの原子数比は、前記第１の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって所定の増加率で増加し、前記第２の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって前記第１の領域における増加率より小さい増加率で増加する請求項５に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記IIIｂ族元素がＡｌを含み、
前記ｐ型半導体層における前記IIIｂ族元素に対するＡｌの原子数比は、前記第１の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって所定の増加率で増加し、前記第２の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって前記第１の領域における増加率より小さい増加率で増加する請求項５に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記ｎ形半導体層側の主面における前記ｐ形半導体層の前記原子数比が０．１以上であり、
前記第１の電極層側の主面における前記ｐ形半導体層の前記原子数比が０．２５以上である請求項６に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記ｎ形半導体層側の主面における前記ｐ形半導体層の前記原子数比が０．３以上である請求項８に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記第１の電極層側の主面における前記ｐ形半導体層の前記原子数比が０．４５以上である請求項８に記載の太陽電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。より具体的には、光吸収層に化合物半導体を用いた化合物半導体太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2（以下、単に「ＣＩＧＳ」ともいう）などのカルコパイライト構造を有する化合物半導体を光吸収層に用いた薄膜太陽電池が高い特性を示すことが知られている。なかでも、バンドギャップが自身の膜厚方向に傾斜しており、かつ、上記膜厚方向のバンドギャッププロファイルが減少領域と増加領域との２段階の構成を有するＣＩＧＳを光吸収層に用いた場合に、高い変換効率が得られることが知られている。より具体的には、窓層側から裏面電極側に向かって、はじめはバンドギャップが減少し、その後増加する構造（いわゆる、ダブルグレーデッド（double graded）構造）を有する光吸収層を用いた太陽電池である。このような太陽電池は、例えば、非特許文献１などに開示されている。上記ダブルグレーデッド構造を有する光吸収層のバンドプロファイルを、図２Ｂに模式的に示す。図２Ｂに示すように、ダブルグレーデッド構造では、光吸収層のバンドギャップＥｇが、窓層側から裏面電極側に向かって、減少した（減少領域１０１）後に、増加している（増加領域１０２）。
【０００３】
一方、ＣＩＧＳのバンドギャップは、固溶しているＧａなどの濃度を増減させることによって制御が可能であり、例えば、太陽光のスペクトルにマッチしたバンドギャップを有するＣＩＧＳ膜を作製することが可能である。
【非特許文献１】T. Dullweber, A new approach to high-efficiency solar cells by band gap grading in Cu(In, Ga)Se2 chalcopyrite semiconductors, Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol. 67, p.145 - 150（2001）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、カルコパイライト構造を有する化合物半導体を用いた太陽電池は、信頼性や特性（例えば、変換効率）のさらなる向上が求められている。本発明は、上記化合物半導体を光吸収層に用いた太陽電池であり、変換効率などの特性が高い太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の太陽電池は、第１の電極層と、第２の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に配置されたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層と前記第２の電極層との間に配置されたｎ型半導体層とを含み、前記ｐ型半導体層は、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含み、かつ、カルコパイライト構造を有する化合物半導体からなり、前記ｎ型半導体層側の主面における前記ｐ型半導体層のバンドギャップが１．０８ｅＶ以上であり、前記第１の電極層側の主面における前記ｐ型半導体層のバンドギャップが１．１７ｅＶ以上であり、前記ｐ型半導体層は、前記ｎ型半導体層側の第１の領域と、前記第１の電極層側の第２の領域とからなり、前記ｐ型半導体層のバンドギャップは、前記第１の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって所定の増加率で増加し、前記第２の領域では、前記ｎ型半導体層側から前記第１の電極層に向かって前記第１の領域における増加率より小さい増加率で増加する太陽電池である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、カルコパイライト構造を有する化合物半導体を光吸収層に用いた太陽電池であり、かつ、変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。本発明の太陽電池は、従来とは異なる、新規なバンドプロファイルを有する光吸収層を用いている。この新規なバンドプロファイルの光吸収層を用いることによって、信頼性や特性のさらなる向上が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、実施の形態の説明において、同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【０００８】
本発明の太陽電池の一例を図１に示す。図１に示す太陽電池１は、第１の電極層１２と、第２の電極層１６と、第１の電極層１２と第２の電極層１６との間に配置されたｐ形半導体層１３と、第２の電極層１６とｐ形半導体層１３との間に配置されたｎ形半導体層１４および１５とを含んでいる。各層は基板１１の上に形成されている。図１に示す太陽電池１は、基板１１側から、第１の電極層１２、ｐ形半導体層１３、ｎ形半導体層１４および１５、および、第２の電極層１６が順に積層された太陽電池であるということもできる。
【０００９】
ここで、ｐ形半導体層１３は光吸収層であり、本発明の太陽電池１は、第２の電極層１６側から入射する光によって光起電力を発生する太陽電池である。発生した光起電力は、第１の電極層１２と電気的に接続された取り出し電極１７と、第２の電極層１６と電気的に接続された取り出し電極１８とを介して外部に伝達することができる。
【００１０】
なお、図１に示す太陽電池１ではｎ形半導体層が２層含まれているが、本発明の太陽電池では、ｎ形半導体層が複数層含まれている必要は必ずしもない。光吸収層であるｐ形半導体層１３とｐ−ｎ接合を形成できるｎ形半導体層が少なくとも１層含まれていればよい。図１に示す太陽電池１において、ｎ形半導体層１４および１５は、例えば、窓層として機能する半導体層である。
【００１１】
ｐ形半導体層１３は、第１の電極層１２の上方（光入射側）に配置されている。ｐ形半導体層１３は、Ｉｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含み、かつ、カルコパイライト（chalcopyrite）と同様の結晶構造（カルコパイライト構造）を有する化合物半導体からなる。なお、本明細書における元素の族表示は、ＩＵＰＡＣ（１９７０）の規定に基づいている。ＩＵＰＡＣ（１９８９）の規定に基づけば、上記Ｉｂ族元素は１１族に、上記IIIｂ族元素は１３族に、上記VIｂ族元素は１６族に該当する。
【００１２】
ここで、Ｉｂ族元素には、例えば、Ｃｕ（銅）を用いればよい。IIIｂ族元素には、例えば、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）およびＡｌ（アルミニウム）から選ばれる少なくとも１つの元素を用いればよい。VIｂ族元素には、例えば、Ｓｅ（セレン）およびＳ（硫黄）から選ばれる少なくとも１つの元素を用いればよい。具体的には、例えば、ＣｕＩｎＳｅ2（ＣＩＳと略される場合がある）、ＣｕＩｎ（Ｓｅ，Ｓ）2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2（ＣＩＧＳと略される場合がある）、Ｃｕ（Ａｌ，Ｇａ）Ｓｅ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2などを用いてｐ形半導体層１３を形成することができる。ｐ形半導体層１３の厚さは、例えば、０．４μｍ〜３．５μｍ程度の範囲である。
【００１３】
本発明の太陽電池１では、ｐ形半導体層１３のバンドギャップは、ｎ形半導体層１４側から第１の電極層１２側に向かって減少することなく増加している。また、ｐ形半導体層１３において、ｎ形半導体層１４側の第１の領域と、第１の電極層１２側の第２の領域との間で、ｐ形半導体層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なっている。このようなｐ形半導体層１３のバンドプロファイルを図２Ａに示す。図２Ａに示すように、ｐ形半導体層１３は、ｎ形半導体層側の第１の領域２１と、第１の電極層１２側の第２の領域２２とからなる構造を有している。また、第１の領域２１におけるバンドギャップ増加率と、第２の領域２２におけるバンドギャップ増加率とが異なっている。
【００１４】
また、ｐ形半導体層１３において、ｎ形半導体層１４側の主面（図２Ａに示す面Ａに相当する主面）におけるバンドギャップが１．０８ｅＶ以上であり、第１の電極層１２側の主面（図２Ａに示す面Ｂに相当する主面）におけるバンドギャップが１．１７ｅＶ以上である。
【００１５】
このような太陽電池１とすることによって、カルコパイライト構造を有する化合物半導体を光吸収層に用いた太陽電池であり、かつ、変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。
【００１６】
なお、図１に示す太陽電池１のように、第１の電極層１２、ｐ形半導体層１３およびｎ形半導体層１４が隣接して配置されている太陽電池では、ｐ形半導体層１３のうちｎ形半導体層１４に隣接している部分のバンドギャップが１．０８ｅＶ以上であり、ｐ形半導体層１３のうち第１の電極層１２に隣接している部分のバンドギャップが１．１７ｅＶ以上であるということもできる。
【００１７】
本発明の太陽電池１では、上記各々のバンドギャップの上限は特に限定されない。ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップ（図２Ａに示す面Ａにおけるｐ形半導体層１３のバンドギャップ）の上限は、例えば、１．４ｅＶ以下であり（好ましくは、１．２６ｅＶ以下）、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップ（図２Ａに示す面Ｂにおけるｐ形半導体層１３のバンドギャップ）の上限は、例えば、１．６ｅＶ以下である（好ましくは、１．５４ｅＶ以下）。
【００１８】
本発明の太陽電池１では、ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップが、１．２ｅＶ以上であってもよい。また、本発明の太陽電池１では、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップが、１．３ｅＶ以上であってもよい。なかでも、ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップが１．２ｅＶ以上であり、かつ、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップが１．３ｅＶ以上であることが好ましい。より変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。
【００１９】
第１の領域２１におけるバンドギャップ増加率と、第２の領域２２におけるバンドギャップ増加率とは異なっていればよい。なかでも、ｎ形半導体層１４側の第１の領域２１におけるバンドギャップ増加率よりも、第１の電極層１２側の第２の領域２２におけるバンドギャップ増加率の方が小さい方が好ましい。より変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。例えば、図２Ａに示すバンドプロファイルは、第１の領域２１におけるバンドギャップ増加率よりも、第２の領域２２におけるバンドギャップ増加率の方が小さい。
【００２０】
ｐ形半導体層１３の厚さ（図２Ａに示すｄ）に対する第１の領域２１の厚さ（図２Ａに示すｄ１）は、特に限定されない。第１の領域２１の厚さは、例えば、ｐ形半導体層１３の厚さの５％〜４０％の範囲であればよい。
【００２１】
また、ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップと、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３のバンドギャップとの差は０．０９ｅＶ以上であるが、なかでも、上記差が、０．１５ｅＶ以上であることが好ましく、０．１９ｅＶ以上であることが好ましい。
【００２２】
図２Ａに示すようなバンドプロファイルは、例えば、ｐ形半導体層１３の組成を、自身の膜厚方向に変化させることによって実現することができる。
【００２３】
より具体的には、例えば、ｐ形半導体層１３がIIIｂ族元素としてＩｎ、ＧａおよびＡｌから選ばれる少なくとも１つの元素を含む場合、ｐ形半導体層１３における上記少なくとも１つの元素の含有比率を、ｐ形半導体層１３の膜厚方向に変化させればよい。
【００２４】
即ち、本発明の太陽電池１では、ｐ形半導体層１３がIIIｂ族元素としてＧａを含み、ｐ形半導体層１３におけるIIIｂ族元素に対するＧａの原子数比、即ち、（Ｇａの原子数）／（IIIｂ族元素の原子数）の値（以下、原子数比Ｘ1という場合がある）が、ｎ形半導体層１４側から第１の電極層１２側に向かって減少することなく増加していてもよい。例えば、ｐ形半導体層１３がＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2からなる場合、原子数比Ｘ1は、（Ｇａの原子数）／（Ｇａの原子数＋Ｉｎの原子数）である。このとき、ｐ形半導体層１３において、ｎ形半導体層１４側の第１の領域２１における原子数比Ｘ1の増加率と、第１の電極層１２側の第２の領域２２における原子数比Ｘ1の増加率とが異なっていればよい。このように、IIIｂ族元素に対するＧａの原子数比Ｘ1を変化させることによって、図２Ａに示すようなｐ形半導体層１３のバンドプロファイルを実現することができる。即ち、このような太陽電池１とすることによって、カルコパイライト構造を有する化合物半導体を光吸収層に用いた太陽電池であり、かつ、変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。
【００２５】
第１の領域２１における原子数比Ｘ1の増加率と、第２の領域２２における原子数比Ｘ1の増加率とは異なっていればよい。なかでも、第１の領域２１における原子数比Ｘ1の増加率よりも、第２の領域２２における原子数比Ｘ1の増加率の方が小さい方が好ましい。このとき、第１の領域２１におけるバンドギャップ増加率よりも、第２の領域２２におけるバンドギャップ増加率の方が小さい太陽電池とすることができる。このため、より変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。
【００２６】
また、本発明の太陽電池１では、ｐ形半導体層１３がIIIｂ族元素としてＡｌを含み、ｐ形半導体層１３におけるIIIｂ族元素に対するＡｌの原子数比、即ち、（Ａｌの原子数）／（IIIｂ族元素の原子数）の値（以下、原子数比Ｘ2という場合がある）が、ｎ形半導体層１４側から第１の電極層１２側に向かって減少することなく増加していてもよい。このとき、ｐ形半導体層１３において、第１の領域２１における原子数比Ｘ2の増加率と、第２の領域２２における原子数比Ｘ2の増加率とが異なっていればよい。このように、IIIｂ族元素に対するＡｌの原子数比Ｘ2を変化させることによっても、図２Ａに示すようなｐ形半導体層１３のバンドプロファイルを実現することができる。
【００２７】
第１の領域２１における原子数比Ｘ2の増加率と、第２の領域２２における原子数比Ｘ2の増加率とは異なっていればよい。なかでも、第１の領域２１における原子数比Ｘ2の増加率よりも、第２の領域２２における原子数比Ｘ2の増加率の方が小さい方が好ましい。このとき、第１の領域２１におけるバンドギャップ増加率よりも、第２の領域２２におけるバンドギャップ増加率の方が小さい太陽電池とすることができる。このため、より変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。
【００２８】
その他、例えば、ｐ形半導体層１３がＩｂ族元素としてＡｇとＣｕとを含み、Ｉｂ族元素の原子数に対するＡｇの原子数比をｐ形半導体層１３の膜厚方向に変化させたり、また、例えば、ｐ形半導体層１３がVIｂ族元素としてＳｅとＳとを含み、VIｂ族元素の原子数に対するＳの原子数比をｐ形半導体層１３の膜厚方向に変化させたりすることによっても、ｐ形半導体層１３の膜厚方向のバンドギャップを制御することが可能である。なお、上述した、原子数比の制御を、任意の組み合わせで複数複合させてもよい。
【００２９】
ｐ形半導体層１３がIIIｂ族元素としてＧａを含む場合、ｎ形半導体層１４側の主面における原子数比Ｘ1は、例えば、０．１以上であり、第１の電極層１２側の主面における原子数比Ｘ1は、例えば、０．２５以上である。このとき、ｎ形半導体層１４側の主面におけるバンドギャップが１．０８ｅＶ以上であり、第１の電極層１２側の主面におけるバンドギャップが１．１７ｅＶ以上である太陽電池とすることができる。
【００３０】
なお、図１に示す太陽電池１のように、第１の電極層１２、ｐ形半導体層１３およびｎ形半導体層１４が隣接して配置されている太陽電池では、ｐ形半導体層１３のうちｎ形半導体層１４に隣接している部分の原子数比Ｘ1が０．１以上であり、ｐ形半導体層１３のうち第１の電極層１２に隣接している部分の原子数比Ｘ1が０．２５以上であるということもできる。
【００３１】
本発明の太陽電池１では、上記各々の原子数比Ｘ1の上限は特に限定されない。ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３の原子数比Ｘ1の上限は、例えば、０．６以下であり（好ましくは、０．４以下）、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３の原子数比Ｘ1の上限は、例えば、０．９以下である（好ましくは、０．８以下）。
【００３２】
本発明の太陽電池１では、ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３の原子数比Ｘ1が、０．３以上であってもよい。また、本発明の太陽電池１では、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３の原子数比Ｘ1が、０．４５以上であってもよい。なかでも、ｎ形半導体層１４側の主面におけるｐ形半導体層１３の原子数比Ｘ1が０．３以上であり、かつ、第１の電極層１２側の主面におけるｐ形半導体層１３の原子数比Ｘ1が０．４５以上であることが好ましい。より変換効率などの特性が高い太陽電池とすることができる。
【００３３】
また、ｐ形半導体層１３がIIIｂ族元素としてＧａを含む場合、ｎ形半導体層１４側の主面における原子数比Ｘ1と、第１の電極層１２側の主面における原子数比Ｘ1との差は、例えば、０．１以上であるが、なかでも、上記差が、０．１５以上であることが好ましく、０．３以上であることが特に好ましい。
【００３４】
本発明の太陽電池におけるその他の層について説明する。
【００３５】
基板１１に用いる材料は特に限定されず、太陽電池に一般的に用いられる材料であればよい。例えば、ガラス基板、ポリイミド基板などの非金属材料からなる基板の他、デュラルミンなどのアルミニウム合金基板、ステンレス基板などの金属材料からなる基板などを用いればよい。なお、本発明の太陽電池が、直列接続された複数のユニットセルを基板１１上に形成する集積形太陽電池である場合には、少なくとも基板１１の表面が絶縁性である必要がある。このため、導電性の基板（例えば、ステンレス基板）を用いる場合には、基板の表面に絶縁層を形成するか、基板の表面を絶縁化する処理を行う必要がある。
【００３６】
第１の電極層１２に用いる材料は、導電性を有する限り特に限定されない。例えば、体積抵抗率が６×１０6Ω・ｃｍ以下の金属、半導体などであればよい。具体的には、例えば、Ｍｏ（モリブデン）を用いればよい。第１の電極層１２の形状は特に限定されず、太陽電池１として必要な形状に応じて任意に設定すればよい。その他の層の形状についても同様である。第１の電極層１２の厚さは、例えば、０．１μｍ〜１μｍ程度の範囲である。
【００３７】
ｎ形半導体層１４に用いる材料は、ｐ形半導体層１３とｐ−ｎ接合を形成できる材料である限り特に限定されない。例えば、ＣｄＳ、あるいは、Ｚｎを含む化合物を用いればよい。Ｚｎを含む化合物としては、例えば、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）やＺｎＭｇＯなどが挙げられる。ｎ形半導体層１５には、ｎ形半導体層１４とは異なる材料を用いればよく、例えば、ＺｎＯ、あるいは、ＺｎＯを含む材料を用いて形成すればよい。ｎ形半導体層１４およびｎ形半導体層１５の厚さは、それぞれ、例えば、５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲、および、５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲である。なお、上述したように、ｎ形半導体層１５は省略が可能である。
【００３８】
光入射側である第２の電極層１６は、例えば、透光性を有する導電材料で形成すればよい。ここでいう「透光性」とは、太陽電池１に入射する帯域の光に対する透光性であればよい。具体的には、例えば、インジウム・スズ酸化物（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）やＺｎＯ、ＡｌなどのIIIｂ族元素をドープしたＺｎＯ、あるいは、これらの材料の積層膜を用いればよい。第２の電極層１６の厚さは、例えば、０．１μｍ〜０．６μｍ程度の範囲である。
【００３９】
取り出し電極１７および１８に用いる材料は特に限定されず、太陽電池に一般的に用いる材料であればよい。例えば、ＮｉＣｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌなどを用いればよい。
【００４０】
なお、図１に示す太陽電池１では、第１の電極層１２、ｐ形半導体層１３、ｎ形半導体層１４、ｎ形半導体層１５および第２の電極層１６が基板１１の上に配置されている。本発明の太陽電池では基板１１は必ずしも必要ではなく、必要に応じて省略することができる。取り出し電極１７および１８についても基板１１と同様に、必要に応じて省略できる。また、本発明の太陽電池１では、上述した各層の間に、必要に応じて任意の層を配置してもよい。
【００４１】
本発明の太陽電池におけるｐ形半導体層１３以外の層は、太陽電池の製造に一般的に用いる手法によって製造できる。基板１１上へ第１の電極層１２を形成するためには、例えば、スパッタリング法や蒸着法などを用いればよい。ｐ形半導体層１３上へｎ形半導体層１４および１５を形成するためには、例えば、スパッタリング法を用いればよい。第２の電極層１６の形成には、例えば、スパッタリング法を用いればよい。取り出し電極１７および１８を形成する方法は、各取り出し電極が各電極層と電気的に接続できる限り特に限定されず、一般的な方法を用いればよい。
【００４２】
第１の電極層１２上へのｐ形半導体層１３の形成には、例えば、蒸着法、より具体的には多元蒸着法などを用いればよい。多元蒸着法とは、複数の蒸着源を用いた蒸着法である。例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2からなるｐ形半導体層１３を形成するためには、一例として、Ｃｕ蒸着源と、Ｉｎ蒸着源と、Ｇａ蒸着源と、Ｓｅ蒸着源との４種類の蒸着源を用いればよい。このとき、例えば、Ｇａ蒸着源へ印加するエネルギーを制御し、他の原子に対するＧａ原子の熱拡散のスピードを制御することによって、自身の膜厚方向へＧａの原子数比Ｘ1が変化したｐ形半導体層１３を形成することができる。また、例えば、第１の電極層１２上へスパッタリング法や蒸着法などにより予めＧａ層を形成し、形成したＧａ層上にさらにＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層を形成した後に、熱処理してＧａ原子を拡散させることによっても、自身の膜厚方向へＧａの原子数比Ｘ1が変化したｐ形半導体層１３を形成することができる。ＡｌやＩｎの原子数比が自身の膜厚方向へ変化したｐ形半導体層１３を形成する場合にも同様の方法（上記方法におけるＧａをＡｌやＩｎに置き換えた方法）を用いればよい。なお、ｐ形半導体層１３の形成方法は、上記例に限定されず、上述したｐ形半導体層１３の構成を実現できる方法であれば特に限定されず用いることができる。
【実施例】
【００４３】
以下、シミュレーションを用いて本発明の太陽電池の有効性を検討した結果について説明する。
【００４４】
本実施例では、光吸収層であるｐ形半導体層１３のバンドプロファイルを変化させて、特性のシミュレーションを行った。
【００４５】
最初に、シミュレーションに用いた太陽電池のモデルを示す。太陽電池のモデルには、図１に示すような太陽電池を想定した。具体的には、表１に示す条件でシミュレーションを行った。
【００４６】
【表１】
2004090995.tif 000028
【００４７】
ｐ形半導体層１３のバンドプロファイルは、ｐ形半導体層１３を形成する材料であるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2におけるＧａの原子数比Ｘ1（Ｘ1＝（Ｇａの原子数）／（Ｇａの原子数＋Ｉｎの原子数））を図３に示すように変化させることによって制御した。具体的には、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層（ｐ形半導体層）において、ＣｄＳ層（ｎ形半導体層）側の主面における原子数比Ｘ1をＧ１、Ｍｏ層（第１の電極層）側の主面における原子数比Ｘ1をＧ３とした。また、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層におけるＣｄＳ層側の主面から厚さ０．２μｍの点の原子数比Ｘ1をＧ２とし、Ｇ１とＧ２との間の原子数比Ｘ1、および、Ｇ２とＧ３との間の原子数比Ｘ1は直線的に変化させた。即ち、第１の領域２１におけるＧａの原子数比Ｘ1と、第２の領域２２におけるＧａの原子数比Ｘ1とは直線的に変化する値である。ここで、Ｇ３＞Ｇ２＞Ｇ１とした場合は、第１の領域および第２の領域の双方の領域における原子数比Ｘ1は、ＣｄＳ側からＭｏ側に向けて減少することなく増加している。このとき、Ｇ３、Ｇ２およびＧ１の値を適切に設定することによって、第１の領域における原子数比Ｘ1の増加率と第２の領域における原子数比Ｘ1の増加率とを同一にすることも、異なるようにすることも可能である。また、Ｇ１＞Ｇ２、Ｇ３＞Ｇ２およびＧ３＞Ｇ１とした場合は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層が上述したダブルグレーデッド構造を有する太陽電池とすることができる。なお、図３の横軸は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向を示しており、ＣｄＳ層側を０、Ｍｏ層側を２．０としている。また、図３の縦軸は原子数比Ｘ1である。
【００４８】
原子数比Ｘ1とバンドギャップＥｇとの間には、一般に、以下の式（１）で示される関係が成立している。
【００４９】
Ｅｇ＝０．１１・Ｘ12＋０．５６・Ｘ1＋１．０２・・・（１）
このため、図３に示すようにＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向に原子数比Ｘ1を制御することによって、図４に示すようなバンドプロファイルが得られると考えられる。原子数比Ｘ1＝Ｇ１の時のバンドギャップはＥｇ１、Ｘ1＝Ｇ２の時のバンドギャップはＥｇ２、Ｘ1＝Ｇ３の時のバンドギャップはＥｇ３である。
【００５０】
（実施例１）
実施例１では、以下の表２〜表５に示すように、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３の値を変化させて、太陽電池の特性のシミュレーションを行った。表２〜表５に示すように、実施例１では、Ｇ１とＧ３との値の差を０．１５に保持し、Ｇ２を変化させて得られる特性を評価した。具体的には、表２にはＧ１＝０．１（Ｇ３＝０．２５）の場合を、表３にはＧ１＝０．２（Ｇ３＝０．３５）の場合を、表４にはＧ１＝０．３（Ｇ３＝０．４５）の場合を、表５にはＧ１＝０．４（Ｇ３＝０．５５）の場合を示す。また、表２〜表５には、バンドギャップＥｇ１〜Ｅｇ３の値も同時に示す。バンドギャップＥｇ１〜Ｅｇ３は、上記式（１）より求めた値である。
【００５１】
【表２】
2004090995.tif 000029
【００５２】
ここで、サンプル１−１〜１−３は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル１−４〜サンプル１−６が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル１−４〜サンプル１−６では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル１−７以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれない。
【００５３】
【表３】
2004090995.tif 000030
【００５４】
ここで、サンプル２−１〜２−５は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル２−６〜サンプル２−８が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル２−６〜サンプル２−８では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル２−９以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
【００５５】
【表４】
2004090995.tif 000031
【００５６】
ここで、サンプル３−１〜３−７は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル３−８〜サンプル３−１０が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル３−８〜サンプル３−１０では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル３−１１以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
【００５７】
【表５】
2004090995.tif 000032
【００５８】
ここで、サンプル４−１〜４−９は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル４−１０〜サンプル４−１２が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル４−１０〜サンプル４−１２では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル４−１３以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
【００５９】
上記表２〜表５に示す各サンプルについてシミュレーションを行い、短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ2）、開放端電圧Ｖｏｃ（Ｖ）、曲線因子（ＦＦ）および変換効率（％）の値を求めた。シミュレーションは、マクスウェル方程式から導かれるポアソン方程式と電流連続方程式とを定常状態で有限差分法を用いて離散化し、数値計算を行った。結果を、表６〜表９に示す。
【００６０】
【表６】
2004090995.tif 000033
【００６１】
【表７】
2004090995.tif 000034
【００６２】
【表８】
2004090995.tif 000035
【００６３】
【表９】
2004090995.tif 000036
【００６４】
表６〜表９に示す結果を分かりやすくするために、表６〜表９の結果の一部を、図５に示す。図５における凡例は、Ｇ１の値を示している。即ち、例えば、図５における記号□で示される各点を結ぶ線は、Ｇ１＝０．１の場合の結果（表６に示す結果）の一部である。図５の横軸は原子数比Ｇ２、縦軸は変換効率（％）である。各線上における黒丸（●）の記号は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層において、原子数比Ｘ1がＣｄＳ層からＭｏ層にかけて一定の増加率を保ったまま増加するＧ２の値を示している。即ち、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層における第１の領域と第２の領域との間で、原子数比Ｘ1の増加率あるいはバンドギャップ増加率が一定である太陽電池のサンプル（このような太陽電池を、光吸収層がシングルグレーデッド構造を有する太陽電池、ともいう）を反映した値である。図５に示すように、例えば、Ｇ１＝０．１のときＧ２＝０．１１５、Ｇ１＝０．２のときＧ２＝０．２１５であれば、このようなシングルグレーデッド構造を有する太陽電池のサンプルとなる。また、各線における破線部は、Ｇ２＞Ｇ３である太陽電池のサンプル群の領域を示している。即ち、各線において、黒丸（●）の右側、破線が始まるまでの領域（例えば、Ｇ１＝０．１のサンプル群の場合、０．１１５＜Ｇ２≦０．２５の範囲の領域）が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池サンプル群を示す領域となる。また、各線において、黒丸（●）の左側の領域（例えば、Ｇ１＝０．１のサンプル群の場合、Ｇ２＜０．１１５の領域）が光吸収層であるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層がダブルグレーデッド構造を有する太陽電池サンプル群を示す領域となる。
【００６５】
表６〜表９および図５に示すように、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池では、それ以外の構成を有する（例えば、光吸収層であるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層がシングルグレーデッド構造を有する、あるいは、ダブルグレーデッド構造を有する）太陽電池よりも、変換効率に優れることがわかった。この効果は、Ｇ１が０．１以上（即ち、バンドギャップＥｇ１が１．０８ｅＶ以上）、Ｇ３が０．２５以上（即ち、バンドギャップＥｇ３が１．１７ｅＶ以上）で得ることができている。また、Ｇ１が０．３以上（即ち、バンドギャップＥｇ１が１．２ｅＶ以上）、Ｇ３が０．４５以上（即ち、バンドギャップＥｇ３が１．３ｅＶ以上）のサンプル群では、変換効率が２０％を超え、より変換効率に優れる太陽電池となることがわかった。
【００６６】
（実施例２）
実施例２では、以下の表１０〜表１４に示すように、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３の値を変化させて、太陽電池の特性のシミュレーションを行った。表１０〜表１４に示すように、実施例２では、Ｇ１とＧ３との値の差を０．３に保持し、Ｇ２を変化させて得られる特性を評価した。具体的には、表１０にはＧ１＝０．１（Ｇ３＝０．４）の場合を、表１１にはＧ１＝０．１５（Ｇ３＝０．４５）の場合を、表１２にはＧ１＝０．２（Ｇ３＝０．５）の場合を、表１３にはＧ１＝０．２５（Ｇ３＝０．５５）の場合を、表１４にはＧ１＝０．３（Ｇ３＝０．６）の場合を示す。また、実施例１と同様に、表１０〜表１４には、バンドギャップＥｇ１〜Ｅｇ３の値も同時に示す。バンドギャップＥｇ１〜Ｅｇ３は、上記式（１）より求めた値である。
【００６７】
【表１０】
2004090995.tif 000037
【００６８】
ここで、サンプル５−１〜５−３は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル５−４〜サンプル５−９が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル５−４〜サンプル５−９では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル５−１０以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
【００６９】
【表１１】
2004090995.tif 000038
【００７０】
ここで、サンプル６−１〜６−４は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル６−５〜サンプル６−１０が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル６−５〜サンプル６−１０では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル６−１１以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
【００７１】
【表１２】
2004090995.tif 000039
【００７２】
ここで、サンプル７−１〜７−５は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル７−６〜サンプル７−１１が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル７−６〜サンプル７−１１では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル７−１２以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
【００７３】
【表１３】
2004090995.tif 000040
【００７４】
ここで、サンプル８−１〜８−６は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル８−７〜サンプル８−１２が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル８−７〜サンプル８−１２では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル８−１３以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
【００７５】
【表１４】
2004090995.tif 000041
【００７６】
ここで、サンプル９−１〜９−７は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層が上述したダブルグレーデット構造を有する太陽電池である。サンプル９−８〜サンプル９−１３が、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池である。なお、サンプル９−８〜サンプル９−１３では、第１の領域におけるバンドギャップ増加率の方が、第２の領域におけるバンドギャップ増加率よりも大きい。サンプル９−１４以降は、Ｇ２＞Ｇ３であるため、上述した本発明の太陽電池には含まれないサンプルである。
【００７７】
上記表１０〜表１４に示す各サンプルについて実施例１と同様にシミュレーションを行い、短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ2）、開放端電圧Ｖｏｃ（Ｖ）、曲線因子（ＦＦ）および変換効率（％）の値を求めた。結果を、表１５〜表１９に示す。
【００７８】
【表１５】
2004090995.tif 000042
【００７９】
【表１６】
2004090995.tif 000043
【００８０】
【表１７】
2004090995.tif 000044
【００８１】
【表１８】
2004090995.tif 000045
【００８２】
【表１９】
2004090995.tif 000046
【００８３】
表１５〜表１９に示す結果を分かりやすくするために、表１５〜表１９の結果の一部を、図６に示す。なお、図６は、図５と同様の表記を行っている。
【００８４】
表１５〜表１９および図６に示すように、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層のバンドギャップが、ＣｄＳ層側からＭｏ層側に向かって減少することなく増加しており、第１の領域と第２の領域との間で、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層の膜厚方向のバンドギャップ増加率が異なる太陽電池では、それ以外の構成を有する（例えば、光吸収層であるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層がシングルグレーデッド構造を有する、あるいは、ダブルグレーデッド構造を有する）太陽電池よりも、変換効率に優れることがわかった。この効果は、Ｇ１が０．１以上（即ち、バンドギャップＥｇ１が１．０８ｅＶ以上）で得ることができている。また、Ｇ３が０．４５以上（即ち、バンドギャップＥｇ３が１．３ｅＶ以上）のサンプル群では、変換効率が２０％を超え、より変換効率に優れる太陽電池となることがわかった。さらに、Ｇ１が０．３以上（即ち、バンドギャップＥｇ１が１．２ｅＶ以上）になると変換効率が２０％を超えるサンプル数が増加し、より変換効率に優れる太陽電池となることがわかった。
【００８５】
なお、実施例１と実施例２とを比較すると、Ｇ１とＧ３との値の差が０．１５の時よりも０．３の時の方が（即ち、Ｅｇ１とＥｇ３との差が約０．０９ｅＶの時よりも約０．１９ｅＶの時の方が）、変換効率に優れる太陽電池が得られることがわかった。
【００８６】
本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しない限り、他の実施形態に適用しうる。この明細書に開示されている実施形態は、あらゆる点で説明的なものであってこれに限定されない。本発明の範囲は、上記説明ではなく添付したクレームによって示されており、クレームと均等な意味および範囲にあるすべての変更はそれに含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】図１は、本発明の太陽電池の一例を示す模式断面図である。
【図２】図２Ａは、本発明の太陽電池における光吸収層のバンドプロファイルの一例を示す模式図である。図２Ｂは、従来の太陽電池における、ダブルグレーデッド構造を有する光吸収層のバンドプロファイルの一例を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施例において設定したｐ形半導体層におけるＧａの原子数比の変化の一例を説明するための模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施例において設定したｐ形半導体層のバンドプロファイルの一例を説明するための模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施例１の結果を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施例２の結果を示す図である。
【国際調査報告】
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