(57)【要約】【課題】非晶質光電変換ユニットを含む薄膜光電変換装置に関して、その製造コストを抑制しつつ性能の優れた薄膜光電変換装置を提供する。【解決手段】薄膜光電変換装置は、透光性基板（１）上に順に積層された主に酸化錫を含む透明導電層（２）、１以上の光電変換ユニット（３）、および裏面電極層（５）を含み、その透明導電層（２）の表面面積比が２０％以上で４０％以下の範囲内にあり、透明導電層（２）に接している光電変換ユニット（３）に含まれる非晶質光電変換層（３ｉ）の厚さが０．３μｍ未満であることを特徴としている。【選択図】図１
2007250865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板上に順に積層された主に酸化錫を含む透明導電層、１以上の光電変換ユニット、および裏面電極層を含む薄膜光電変換装置であって、
前記透明導電層の表面面積比が２０％以上で４０％以下の範囲内にあり、
前記透明導電層に接している前記光電変換ユニットに含まれる非晶質光電変換層の厚さが０．３μｍ未満であることを特徴とする薄膜光電変換装置。
【請求項２】
前記透明導電層のヘイズ率がＣ光源に関して１８％以上であることを特徴とする請求項１の薄膜光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明導電層上に形成された非晶質半導体光電変換ユニットを含む薄膜光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換装置の低コスト化のために使用原材料が少なくてすむ薄膜太陽電池が注目され、その開発が精力的に行われている。さらに、従来の非晶質薄膜太陽電池に加えて結晶質薄膜太陽電池も開発され、これらを積層したハイブリッド太陽電池と称される積層型薄膜太陽電池も実用化されている。
【０００３】
薄膜太陽電池は、一般に、透光性基板上に順に積層された透明導電層、１以上の半導体薄膜光電変換ユニット、および裏面電極を含む。そして、１つの光電変換ユニットはｐ型層とｎ型層でサンドイッチされたｉ型層を含む。
【０００４】
透明導電層は、透光性基板側から入射した光を散乱させて有効に光電変換ユニット内に閉じ込めるために、その表面に通常は多数の微細な表面凹凸を有し、その高低差は一般的には０．０５μｍ〜０．３μｍの範囲内にある（特許文献１の特開２０００−２３２２３４号公報および特許文献２の特開２００２−２５２３６１号公報など参照）。ここで、光の散乱の程度を定量的に示す指標として、一般には例えばヘイズ率が利用されている。
【０００５】
ヘイズ率は、（拡散透過率／全光線透過率）×１００［％］で表される（ＪＩＳ  Ｋ７１３６）。このヘイズ率は市販されているヘイズメータによって容易に自動測定することができ、その測定用の光源にはＣ光源が一般的に用いられる。通常では、表面凹凸の高低差が大きくなるほどヘイズ率が高くなり、光電変換ユニット内に入射した光が有効に閉じ込められ得る。
【０００６】
しかしながら、表面凹凸が急峻になればその上の薄膜光電変換ユニットが均一に形成されにくく、部分的にｐ型層、ｉ型層、またはｎ型層が欠損することも起こり得る。仮に部分的にｐ型層とｎ型層が接触すれば、その部分が短絡して光電変換ユニット全体の光電変換特性を低下させる。したがって、透明導電層の表面凹凸はある程度なだらかであることも望まれる。具体的には、「凹凸の高低差／凸部間隔（ピッチ）」の値を一定の範囲内に制御することなどが望まれる。
【０００７】
ｉ型層は実質的に真性の半導体層であって光電変換ユニットの厚さの大部分を占め、光電変換作用は主としてこのｉ型層内で生じる。したがって、通常は、このｉ型層がｉ型光電変換層または単に光電変換層と呼ばれる。光電変換層は真性半導体層に限られず、ドープされた不純物（ドーパント）によって吸収される光の損失が問題にならない範囲で微量にｐ型またはｎ型にドープされた層であってもよい。光電変換層は光吸収のためには厚い方が好ましいが、必要以上に厚くすればその成膜のためのコストと時間が増大する。
【０００８】
他方、ｐ型やｎ型の導電型半導体層は光電変換ユニット内に内部電界を生じさせる役目を果たし、この内部電界の大きさによって薄膜太陽電池の重要な特性の１つである開放電圧（Ｖｏｃ）の値が左右される。しかし、これらの導電型半導体層は光電変換に直接寄与しない不活性な層であり、導電型半導体層にドープされた不純物によって吸収される光は発電に寄与しない損失となる。したがって、ｐ型とｎ型の導電型半導体層は、十分な内部電界を生じさせ得る範囲内であれば、できるだけ小さな厚さにとどめておくことが好ましい。係る観点から、導電型半導体層の厚さは一般的には２０ｎｍ程度以下に設定される。他方、前述の透明導電層の表面凹凸が急峻な場合、導電型半導体層（特にｐ型層）はその厚さが不均一となりやすく、Ｖｏｃの低下を招くことがある。
【０００９】
ここで、光電変換ユニットまたは薄膜太陽電池は、それに含まれるｐ型とｎ型の導電型半導体層が非晶質か結晶質かにかかわらず、その主要部を占める光電変換層が非晶質のものは非晶質光電変換ユニットまたは非晶質薄膜太陽電池と称され、光電変換層が結晶質のものは結晶質光電変換ユニットまたは結晶質薄膜太陽電池と称される。
【００１０】
薄膜太陽電池の変換効率を向上させる方法として、２以上の光電変換ユニットを積層する方法がある。この場合、薄膜太陽電池の光入射側に大きなバンドギャップを有する光電変換層を含む前方ユニットを配置し、その後方に順に小さなバンドギャップを有する光電変換層を含む後方ユニットを配置する。これによって、入射光の広い波長範囲にわたって光電変換を可能にし、太陽電池全体としての変換効率の向上が図られる。このような積層型太陽電池の中でも、特に非晶質シリコン光電変換ユニットと結晶質シリコン光電変換ユニットを各々１つずつ積層して電気的に直列接続したものはシリコンハイブリッド太陽電池と称される。例えば、ｉ型非晶質シリコンが光電変換し得る光の波長は長波長側において８００ｎｍ程度までであるが、ｉ型結晶質シリコンはそれより長い約１１５０ｎｍ程度の波長までの光を光電変換することができる。
【００１１】
ところで、光吸収係数の大きな非晶質シリコン光電変換層はそれが０．３μｍ程度の厚さでも十分な短絡電流密度（Jｓｃ）を生じ得るが、光吸収係数の小さな結晶質シリコン光電変換層は長波長の光をも十分に吸収するためには１〜３μｍ程度の厚さを有することが好ましい。すなわち、結晶質シリコン光電変換層は、通常は非晶質シリコン光電変換層に比べて３〜１０倍程度の厚さを有することが望まれる。同様に、シリコンハイブリッド太陽電池においても、両者の厚さの比を概ね３〜１０倍とすることが望まれる。
【００１２】
しかしながら、光電変換層を厚くすれば、それに伴って製造コストが増大する。また、非晶質シリコン光電変換ユニットは、長期間の光照射に伴って製造初期に比べて性能が低下する。この現象はステブラー・ロンスキー効果として知られており、そのような光照射による性能低下は光劣化と呼ばれている。この光劣化を抑制するためには、非晶質シリコン光電変換層を薄くすることが有効であることも知られている。したがって、光電変換層の厚さは、光吸収効率、製造コスト、光劣化後の変換特性などを考慮して設定される。
【特許文献１】特開２０００−２３２２３４号公報
【特許文献２】特開２００２−２５２３６１号公報
【非特許文献１】"The development of methods for characterization of roughness on three dimensions", Publication no.EUR 15178 EN of the Commission of the European Communities, Luxembourg, pp.230-231,1994
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、光電変換層が薄くかつ透明導電層の表面凹凸形状が急峻であれば、部分的な光電変換層の欠損に伴う短絡箇所の多発や導電型半導体層（特にｐ型層）の不均一性によるＶｏｃの低下を招き、太陽電池全体の性能が低下する。
【００１４】
このような課題に対して、先行技術では「凹凸の高低差／ピッチ」を所定範囲内にすることで対応している。例えば、特許文献１においては、「凹凸の高低差／ピッチ」を０．０４〜１の範囲内に設定している。また、特許文献２においては、「凹凸の高低差／凹凸の直径」が０．２５〜１．０５の範囲内にある割合を９０％以上に設定している。このように、表面凹凸状態が特許文献１または２に規定する範囲になるように制御すれば、それなりの相当の効果は認められる。
【００１５】
しかしながら、光劣化および製造コストの観点から好ましい０．３μｍ未満の薄い非晶質光電変換層を有する光電変換ユニットを種々の異なる表面凹凸状態の透明導電層上に同一条件で本発明者らが作製し、それらの表面凹凸状態と太陽電池特性との相関を厳密に比較したところ、特許文献１の「凹凸の高低差／ピッチ」の範囲内であっても太陽電池特性に顕著な変動の生じ得ることが見出された。
【００１６】
そこで、本発明は、光劣化および製造コストの観点から好ましい０．３μｍ未満の薄い非晶質光電変換層を用いる場合であっても、太陽電池特性を最大限に引き出せるように透明導電層の表面凹凸状態に関する簡便で最適な設計指針を提供し、ひいては低コストで高性能の薄膜光電変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による薄膜光電変換装置は、透光性基板上に順に積層された主に酸化錫を含む透明導電層、１以上の光電変換ユニット、および裏面電極層を含み、透明導電層の表面面積比が２０％以上で４０％以下の範囲内にあり、透明導電層に接している光電変換ユニットに含まれる非晶質光電変換層の厚さが０．３μｍ未満であることを特徴としている。なお、透明導電層のヘイズ率は、Ｃ光源に関して１８％以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
このような本発明によれば、光劣化および製造コストの観点から好ましい０．３μｍ未満の薄い非晶質光電変換層を利用しても、短絡箇所の少ない高性能な光電変換装置を得ることができる。
【００１９】
先行技術では、非晶質光電変換層が薄い場合でも光電変換装置の性能を高く保つことができる透明導電層の表面凹凸状態に関して、表面凹凸の高さやピッチまたは「凹凸高さ／ピッチ」比などのように漠然とした指針しかなく、その指針の定量性が十分ではなかった。また、先行技術では、表面凹凸状態を平均的に捉えたものしかなく、部分的に大きな凹凸が存在して短絡の原因になるような場合を網羅した表面凹凸状態の表記法が示されていなかった。本発明はこれらの問題を一挙に解決し得るものであり、透光性基板上に形成される薄膜光電変換装置に含まれる透明導電層に関する優れた設計指針を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
前述のように、本発明による薄膜光電変換装置は、透光性基板上に順に積層された主に酸化錫を含む透明導電層、１以上の光電変換ユニット、および裏面電極層を含み、透明導電層の表面面積比が２０％以上で４０％以下の範囲内にあり、透明導電層に接して形成されている光電変換ユニットに含まれる非晶質光電変換層の厚さが０．３μｍ未満であることを特徴としている。
【００２１】
そして、非晶質光電変換層が０．３μｍ未満の薄さであるが故に、光劣化を抑制し得るとともに製造コストを低減できる。また、主に酸化錫を含む透明導電層のＳｄｒが２０％以上で４０％以下の小さい範囲内に設定されているので、非晶質光電変換層が０．３μｍ未満の薄さであっても短絡の発生が抑制され、光電変換装置の性能を高く保持することができる。
【００２２】
なお、表面面積比は、ディベロップト・サーフェス・エリア・レシオ（Ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｒｅａ  Ｒａｔｉｏ）とも呼ばれ、その略称としてＳｄｒが用いられる。そして、そのＳｄｒは、次の式１と式２で定義される（K. J. Stout, P. J. Sullivan, W. P. Dong, E. Manisah, N. Luo, T. Mathia: "The development of methods for characterization of roughness on three dimensions", Publication no.EUR 15178 EN of the Commission of the European Communities, Luxembourg, pp.230-231,1994）。
【００２３】
【数１】
2007250865.tif 000003
【００２４】
ここで、ＭとＮは、全測定領域をｘ方向の微小長さΔＸとｙ方向の微小長さΔＹに分割した数をそれぞれ表す。Ｚ（ｘ，ｙ）は、微小測定領域ΔＸΔＹ内の所定位置（ｘ，ｙ）における高さを表す。そして、Ｓｄｒは、全測定領域の平坦な面積に対して実際の表面積が増加している割合を表す。すなわち、凹凸が大きくて鋭く尖っているほどＳｄｒは大きくなる。Ｓｄｒの測定は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）またはＳＴＭ（走査透過顕微鏡）などの走査型顕微鏡によって行うことができる。
【００２５】
本発明では透明導電層のＳｄｒの値が４０％以下に設定されるが、Ｓｄｒが小さくなれば一般に表面凹凸がなだらかになるので、Ｃ光源に対する透明導電層のヘイズ率が低くなって、光閉じ込め効果は小さくなる。したがって、本発明では、透明導電層のＳｄｒが２０％以上であることが下限とされる。また、Ｃ光源に対する透明導電層のヘイズ率が１８％以上であることも望ましい。
【００２６】
ただし、Ｓｄｒが表面形状を表す指標であるのに対してヘイズ率は光学的な指標であることから、両者は必ずしも連動して変化する訳ではなく、ヘイズ率が同じであってもＳｄｒが異なる場合が多くある。また、本出願人は、透明導電層が主に酸化亜鉛を含む場合においても、Ｓｄｒと光電変換装置の性能の関係を別途に検討したが、その際には好ましいＳｄｒの範囲は５５％以上であった。この５５％以上のＳｄｒ範囲は、主に酸化錫を含む透明導電層を用いる本発明における４０％以下のＳｄｒ範囲と明らかに異なっている。このことは、透明導電層に用いる材料および形成条件に依存して優先的に成長する結晶配向面が異なり、したがって表面凹凸形状も異なるのでそのような差が生じるものと考えられる。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態による非晶質シリコン太陽電池を模式的な断面図で示している。この太陽電池においては、透光性基板１上に透明導電層２が形成されている。透光性基板１としては、ガラス、透明樹脂などからなる板状部材やシート状部材が用いられ得る。
【００２８】
透明導電層２には主に酸化錫を含む金属酸化物が用いられ、それはＣＶＤ、スパッタ、蒸着などの方法によって形成され得る。ただし、透明導電膜２は、その堆積条件に依存した微細な表面凹凸を有しており、入射光の散乱を増大させる効果を有している。その透明導電膜２において、表面凹凸の高低差は０．０３〜０．３μｍ程度であり、シート抵抗は５〜２０Ω／□程度であり、そしてＳｄｒは２０％以上で４０％以下の範囲内に設定される。Ｓｄｒが大き過ぎれば透明導電膜２の微細な表面凸部が鋭く尖る確率が高くなるので、その上に形成される光電変換ユニットに欠損箇所が発生して短絡が生じやすくなる。しかし、入射光の散乱をより効果的に増大させるためには、Ｓｄｒは少なくとも２０％以上であることが望まれる。
【００２９】
透明導電膜２上には非晶質シリコン光電変換ユニット３が形成され、これは非晶質ｐ型シリコンカーバイド層３ｐ、非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉ、およびｎ型シリコン層３ｎを含んでいる。非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉの厚さは０．３μｍ未満である。非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉの材料はシリコンのみならず、炭素、ゲルマニウムなどのバンドギャップ調整元素を含んでいてもよい。ｎ型シリコン層３ｎは、非晶質でもよく結晶質を含んでいてもよく、酸素、窒素、炭素などの元素を含んでいてもよい。
【００３０】
非晶質シリコン光電変換ユニット３の形成には、高周波プラズマＣＶＤ法が適している。その形成条件としては、基板温度１００〜２５０℃、圧力３０〜１５００Ｐａ、および高周波パワー密度０．０１〜０．５Ｗ／ｃｍ2が好ましく用いられる。光電変換ユニット３の形成に使用する原料ガスとしては、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6などのシリコン含有ガス、またはそれらのガスと水素を混合したものが用いられ得る。光電変換ユニット３におけるｐ型またはｎ型の層３ｐ、３ｎを形成するためのドーパントガスとしては、Ｂ2Ｈ6またはＰＨ3などがそれぞれ好ましく用いられ得る。また、ｎ型層３ｎに酸素または窒素を含ませる場合には、上記のガスに加えて二酸化炭素またはアンモニアがそれぞれ好ましく用いられ得る。
【００３１】
ｎ型シリコン層３ｎ上には、裏面電極層５が形成される。裏面電極層５には、Ａｇ、Ａｌ、またはそれらの合金が好ましく用いられ得る。裏面電極層５とｎ型シリコン層３ｎとの間には、裏面電極層５からｎ型シリコン層３ｎへの金属の拡散を防止するため、透明反射層５ｔを挿入してもよい。透明反射層５ｔには、ＺｎＯ、ＩＴＯ（インジュウム錫酸化物）などの高抵抗で透明性の優れた金属酸化物が用いられ得る。透明反射層５ｔおよび裏面電極層５の形成においては、スパッタ、蒸着などの方法が好ましく用いられ得る。
【００３２】
以上の説明は非晶質シリコン光電変換ユニットのみの単層型太陽電池について行ったが、非晶質シリコン光電変換ユニットと結晶質シリコン光電変換ユニットを積層した２段の積層型太陽電池であってもよい。また、非晶質シリコン光電変換ユニットおよび結晶質シリコン光電変換ユニットの上にさらに結晶質シリコン光電変換ユニットを積層した３段の積層型太陽電池としてもよい。
【実施例】
【００３３】
以下において、図１および図２を参照しつつ、本発明の実施例１〜５による非晶質シリコン太陽電池およびシリコンハイブリッド太陽電池が、比較例１〜７との比較をも含んで説明される。
【００３４】
（実施例１）
本発明の実施例１においいては、図１に対応する非晶質シリコン太陽電池が作製された。本実施例１では、透光性基板１として１２５ｍｍ×１２５ｍｍ×０．７ｍｍの白板ガラスを用いた。透光性基板１の一主面上には、微細な表面凹凸構造を有する酸化錫の透明導電層２を熱ＣＶＤ法により形成した。形成された透明導電層２の表面には、アルカリ性洗浄液と純水による超音波洗浄とその後の乾燥が施された。得られた透明導電膜２において、その厚さは約０．８μｍであって、日本電色社製のヘイズメータＮＤＨ５０００Ｗ型にて透明導電膜２側からＣ光源で測定したヘイズ率は２４％であり、そしてシート抵抗は９Ω／□であった。また、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による測定にはＮａｎｏ−Ｒシステム（Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）のノンコンタクトモードが用いられ、一辺が５μｍの正方形領域を各辺２５６分割して観察したＡＦＭ像から得られたＳｄｒは３０％であった。
【００３５】
透明導電層２が形成された透光性基板１は、その上に非晶質シリコン光電変換ユニット３を形成するために、高周波プラズマＣＶＤ装置内に導入された。そして、透明導電層２上には、厚さ１５ｎｍの非晶質ｐ型シリコンカーバイド（ｐ型ａ−ＳｉＣ）層３ｐ、厚さ０．２５μｍの非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉ、および厚さ１５ｎｍの結晶質ｎ型シリコン層３ｎが順次積層された。次に、厚さ９０ｎｍのＺｎＯ透明反射層５ｔと厚さ２００ｎｍのＡｇ裏面電極層５が、ＤＣスパッタ法によって順次堆積された。最後に、非晶質シリコン光電変換ユニット３、透明反射層５ｔ、および裏面電極層５を複数の島状領域に分離するために、ＹＡＧ第２高調波パルスレーザが透光性基板１に複数の矩形状の線を描くように照射され、受光面積１ｃｍ×１ｃｍの非晶質シリコン太陽電池の２５個が作製された。
【００３６】
以上のように作製された本実施例１の太陽電池に対して、ＡＭ（エアマス）１．５に近似されたスペクトルでエネルギ密度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光が雰囲気温度と太陽電池温度が２５±１℃の条件下で照射され、その太陽電池の電流−電圧特性が測定された。本実施例１における測定で得られた開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ、曲線因子ＦＦ、および変換効率Ｅｆｆの測定結果（２５個の平均値）が、表１に示されている。
【００３７】
【表１】
2007250865.tif 000004
【００３８】
（実施例２）
本発明の実施例２において作製された太陽電池は、実施例１に比べて、透明導電膜２におけるヘイズ率が２０％、シート抵抗が１１Ω／□、そしてＳｄｒが３８％にそれぞれ変更されたことのみにおいて異なっていた。この実施例２で作製された太陽電池の出力特性の測定結果も、表１に示されている。
【００３９】
（比較例１）
比較例１として作製された太陽電池は、実施例１に比べて、透明導電膜２におけるヘイズ率が２３％、シート抵抗が１１Ω／□、そしてＳｄｒが４４％にそれぞれ変更されたことのみにおいて異なっていた。この比較例１で作製された太陽電池の出力特性の測定結果も、表１に示されている。
【００４０】
（比較例２）
比較例２として作製された太陽電池は、実施例１に比べて、透明導電膜２におけるヘイズ率が２５％、シート抵抗が１０Ω／□、そしてＳｄｒが５６％にそれぞれ変更されたことのみにおいて異なっていた。この比較例２で作製された太陽電池の出力特性の測定結果も、表１に示されている。
【００４１】
（比較例３）
比較例３として作製された太陽電池は、実施例１に比べて、非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉの厚さが０．３３μｍに変更されたことのみにおいて異なっていた。この比較例３で作製された太陽電池の出力特性の測定結果も、表１に示されている。
【００４２】
（比較例４）
比較例４として作製された太陽電池は、比較例２に比べて、非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉの厚さが０．３３μｍに変更されたことのみにおいて異なっていた。この比較例４で作製された太陽電池の出力特性の測定結果も、表１に示されている。
【００４３】
（実施例３）
実施例３において作製された太陽電池は、実施例１に比べて、透明導電膜２におけるヘイズ率が１５％、シート抵抗が９Ω／□、そしてＳｄｒが２６％にそれぞれ変更されたことのみにおいて異なっていた。この実施例３で作製された太陽電池の出力特性の測定結果も、表１に示されている。
【００４４】
（比較例５）
比較例５として作製された太陽電池は、実施例１に比べて、透明導電膜２におけるヘイズ率が６％、シート抵抗が９Ω／□、そしてＳｄｒが１７％にそれぞれ変更されたことのみにおいて異なっていた。この比較例５で作製された太陽電池の出力特性の測定結果も、表１に示されている。
【００４５】
（実施例４）
実施例４において作製された太陽電池は、実施例１に比べて、非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉの厚さが０．２９μｍに変更されたことのみにおいて異なっていた。この実施例４で作製された太陽電池の出力特性の測定結果も、表１に示されている。
【００４６】
（比較例６）
比較例６として作製された太陽電池は、比較例２に比べて、非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉの厚さが０．２９μｍに変更されたことのみにおいて異なっていた。この比較例６で作製された太陽電池の出力特性の測定結果も、表１に示されている。
【００４７】
（実施例５）
図２の模式的断面図に対応して、本発明の実施例５によるシリコンハイブリッド太陽電池が作製された。まず、本実施例５においても、実施例１の場合と同じ方法と条件によっての透光性基板１上に透明導電層２が形成された。
【００４８】
透明導電層２が形成された透光性基板１は、その上に非晶質シリコン光電変換ユニット３を形成するために、高周波プラズマＣＶＤ装置内に導入された。そして、透明導電層２上には、厚さ１５ｎｍの非晶質ｐ型ａ−ＳｉＣ層３ｐ、厚さ０．１１μｍの非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉ、厚さ１５ｎｍの結晶化前ｉ型シリコン層３ｂｉ、および厚さ１０ｎｍのｎ型シリコン酸化物層３ｎｏが順次積層された。ここで、結晶化前層とは、所定の条件で例えば５０ｎｍ以上の厚さまで堆積すれば結晶化が始まるが、それと同一条件で例えば１５ｎｍ程度の厚さに堆積した場合に結晶化に至っていない層を意味する。
【００４９】
次に、結晶質シリコン光電変換ユニット４を形成するために、引き続きプラズマＣＶＤ装置を用いて厚さ１５ｎｍのｐ型結晶質シリコン層４ｐ、厚さ０．４μｍの結晶質ｉ型シリコン光電変換層４ｉ、厚さ６０ｎｍのｎ型シリコン酸化物層４ｎ、および厚さ８ｎｍのｎ型結晶質シリコン層４ｎｃが順次積層された。その後、厚さ３０ｎｍのＺｎＯ透明反射層５ｔと厚さ２００ｎｍのＡｇ裏面電極層５がＤＣスパッタ法によって順次堆積された。最後に、本実施例５においても、実施例１の場合と同様の方法によって、受光面積１ｃｍ×１ｃｍのシリコンハイブリッド太陽電池の２５個が作製された。
【００５０】
この実施例５で作製されたハイブリッド太陽電池の出力特性の測定結果も、表１に示されている。
【００５１】
（比較例７）
比較例７として作製されたハイブリッド太陽電池は、実施例５に比べて、透明導電膜２におけるヘイズ率が１６％、シート抵抗が１２Ω／□、そしてＳｄｒが４４％にそれぞれ変更されたことのみにおいて異なっていた。この比較例７で作製されたハイブリッド太陽電池の出力特性の測定結果も、表１に示されている。
【００５２】
（比較例８）
比較例８として作製されたハイブリッド太陽電池は、実施例５に比べて、非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉの厚さが０．３３μｍに変更され、結晶化前ｉ型シリコン層３ｂｉとｎ型シリコン酸化物層３ｎｏを積層する代わりに厚さ３０ｎｍのｎ型結晶質シリコン層が堆積され、さらに結晶質ｉ型シリコン光電変換層４ｉの厚さが１．６μｍに変更されたことのみにおいて異なっていた。この比較例８で作製されたハイブリッド太陽電池の出力測定結果も、表１に示されている。
【００５３】
（比較例９）
比較例９として作製されたハイブリッド太陽電池は、比較例８に比べて、明導電膜２におけるヘイズ率が１６％、シート抵抗が１２Ω／□、そしてＳｄｒが４４％にそれぞれ変更されことのみにおいて異なっていた。この比較例９で作製されたハイブリッド太陽電池の出力特性の測定結果も、表１に示されている。
【００５４】
以上のように表１にまとめられた実施例１と２および比較例１と２に関する比較から、透明導電層２のＳｄｒが３０％から５６％に増大するにしたがって、非晶質シリコン太陽電池のＶｏｃとＦＦが単調に減少していくことがわかる。この傾向は、非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉの厚さが０．２５μｍであって薄いので、Ｓｄｒが大きくなるほど透明導電層２またはｐ型ａ−ＳｉＣ層３ｐと裏面電極層５またはｎ型シリコン層３ｎとが局所的に接触して、部分的な短絡が生じやすくなるからであると考えられる。したがって、Ｓｄｒには好ましい上限値が存在し、前述のように本発明では４０％以下のＳｄｒが望まれる。
【００５５】
他方、実施例１と３および比較例５に関する比較においては、Ｓｄｒを３０％から１７％までに小さくするにしたがって、Ｖｏｃの増加は見られるもののヘイズ率が低くなっており、それに伴って光閉じ込め効果が小さくなってＪｓｃが大幅に減少することがわかる。したがって、Ｓｄｒとヘイズ率には望ましい下限値が存在することがわかる。本発明においては、前述のようにＳｄｒが２０％以上であることが望まれ、ヘイズ率が１８％以上であることも望まれる。
【００５６】
また、実施例１と比較例２（共に非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉの厚さが０．２５μｍ）、実施例４と比較例６（同０．２９μｍ）、および比較例３と比較例４（同０．３３μｍ）に関する比較から、互いに異なる２種のＳｄｒを有する透明導電層２上に非晶質シリコン太陽電池３を形成した場合、非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉが薄い場合ほど両太陽電池のＶｏｃとＦＦの差が顕著になることもわかる。すなわち、本発明は、非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉの厚さが前述のように０．３μｍ未満の場合に顕著な効果を発揮することができる。
【００５７】
同様に、実施例５、比較例７、比較例８、および比較例９に関する比較から、シリコンハイブリッド太陽電池においても、非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉの厚さが薄い場合に、透明導電層２のＳｄｒの違いが太陽電池性能に大きな影響を与えていることがわかる。さらに、非晶質シリコン太陽電池とシリコンハイブリッド太陽電池とのいずれであるかにによらず、非晶質ｉ型シリコン光電変換層の厚さ、Ｓｄｒ、およびＶｏｃの関係のみに着目して種々の実施例および比較例を比べれば、非晶質ｉ型シリコン光電変換層３ｉの厚さが薄くなるほど、Ｓｄｒの差がＶｏｃに与える影響が大きくなることがわかる。
【００５８】
なお、上述の種々の実施例および比較例では、非晶質シリコン太陽電池および非晶質シリコン光電変換ユニットと結晶質シリコン光電変換ユニットとを１つずつ積層したシリコンハイブリッド太陽電池のみが例示されたが、本発明による薄膜太陽電池は非晶質シリコン光電変換ユニットを２つ以上含んでもよく、また１以上の非晶質シリコン光電変換ユニット上に２以上の結晶質シリコン光電変換ユニットを含んでもよく、さらに必要に応じてシリコンに炭素やゲルマニウムなどのバンドギャップ調整元素が加えられていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明によれば、光劣化および製造コストの観点から好ましい０．３μｍ未満の薄い非晶質光電変換層を用いる場合においても、太陽電池特性を最大限に引き出せるように透明導電層の表面凹凸状態に関する簡便で最適な設計指針を提供でき、ひいては低コストで高性能の薄膜光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による非晶質シリコン太陽電池を表す模式的断面図である。
【図２】本発明によるシリコンハイブリッド太陽電池を表す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  透光性基板、２  透明導電膜、３  非晶質シリコン光電変換ユニット、３ｐ  非晶質ｐ型シリコンカーバイド層、３ｉ  非晶質ｉ型シリコン光電変換層、３ｂｉ  結晶化前ｉ型シリコン層、３ｎ  ｎ型シリコン層、３ｎｏ  ｎ型シリコン酸化物層、４  結晶質シリコン光電変換ユニット、４ｐ  ｐ型結晶質シリコン層、４ｉ  結晶質ｉ型シリコン光電変換層、４ｎ  ｎ型シリコン酸化物層、４ｎｃ  ｎ型結晶質シリコン層、５  裏面電極層、５ｔ  透明反射層。
【図１】
2007250865.tif 000005
【図２】
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