(57)【要約】【課題】光反射性金属を含む裏面電極における光吸収現象を抑制して光電変換効率の向上を図る。【解決手段】基板１１ａと、基板１１ａ上に位置する第１導電層１１ｂと、第１導電層１１ｂ上に位置する光電変換層１０と、光電変換層１０上に位置する第２導電層１５と、第２導電層１５上に位置する凹凸緩和層１６ｂと、凹凸緩和層１６ｂの上面上に位置して、第２導電層１５の一部と接触して電気的に接続された裏面電極１６とを備え、裏面電極１６の第２導電層１５側の表面の表面粗さが、第２導電層１５の裏面電極１６側の表面の表面粗さより小さい。【選択図】図１
2013165110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に位置する第１導電層と、
前記第１導電層上に位置する光電変換層と、
前記光電変換層上に位置する第２導電層と、
前記第２導電層上に位置する凹凸緩和層と、
前記凹凸緩和層の上面上に位置して、前記第２導電層の一部と接触して電気的に接続された裏面電極と
を備え、
前記裏面電極の前記第２導電層側の表面の表面粗さが、前記第２導電層の前記裏面電極側の表面の表面粗さより小さい、光電変換装置。
【請求項２】
前記凹凸緩和層の前記上面の表面粗さ(ＲＭＳ)が５ｎｍ以下である、請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記凹凸緩和層がＥＶＡ樹脂で構成されている、請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
平面視において、前記第２導電層と前記裏面電極との接触部分の形状がグリッド状である、請求項１から３のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項５】
基板上に第１導電層を形成する工程と、
前記第１導電層上に光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層上に第２導電層を形成する工程と、
前記第２導電層上に凹凸緩和層を形成する工程と、
前記凹凸緩和層の上面上に、前記第２導電層の一部と接触して電気的に接続されるように裏面電極を形成する工程と
を備え、
前記凹凸緩和層を形成する工程において、前記凹凸緩和層の前記上面の表面粗さを前記第２導電層の前記裏面電極側の表面の表面粗さより小さくする、光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
前記凹凸緩和層を形成する工程において、前記凹凸緩和層の前記上面の表面粗さ(ＲＭＳ)を５ｎｍ以下にする、請求項５に記載の光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換装置の構成を開示した先行文献として、特開２０００−２５２５００号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載されたシリコン系薄膜光電変換装置においては、基板上に順次形成された、透明電極と、シリコン系薄膜光電変換ユニットと、光反射性金属電極を含む裏面電極とを具備している。
【０００３】
このシリコン系薄膜光電変換装置において、透明電極は基板側から第１および第２透明導電膜を積層した２層構造をなし、第１透明導電膜は表面の凹凸の平均高低差が１００〜１０００ｎｍであり、第２透明導電膜は平均膜厚が５０〜５００ｎｍであり表面の凹凸の平均高低差が第１透明導電膜のそれよりも小さい。
【０００４】
この構成により、第１透明導電膜の表面凹凸が激しい場合でも、第２透明導電膜の表面凹凸をなだらかにすればスパイク状の突起部をなくすことができ、光電変換ユニットにおける接合間の短絡を低減でき、光電変換装置の性能ばらつきを低減できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２５２５００号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＮＥＤＯ成果報告書(管理番号：20100000000638)
【非特許文献２】JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Vol.95,No.3,1 February 2004 pp.1427-1429
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の図１および２に記載されているように、第２透明導電膜の表面凹凸をなだらかにしたとしても、光反射性金属電極は、第１および第２透明導電膜の凹凸に起因した凹凸を有している。
【０００８】
凹凸を有した光反射性金属においては、光反射性金属の材料および光反射性金属が接している媒質に応じた、表面プラズモン吸収と呼ばれる光吸収現象が生じる。
【０００９】
表面プラズモン吸収が生じる程度の凹凸を有する光反射性金属表面に光が入射した場合、表面プラズモン吸収によって光が吸収され、光反射性金属表面において反射する光の量が減少する。この場合、光反射性金属表面において反射して光電変換層に再入射する光が少なくなるため、光電変換装置の光電変換効率が低下する要因となっていた。
【００１０】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、光反射性金属を含む裏面電極における光吸収現象を抑制して光電変換効率の向上を図った、光電変換装置およびその製造方法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】
【００１１】
本発明に基づく光電変換装置は、基板と、基板上に位置する第１導電層と、第１導電層上に位置する光電変換層と、光電変換層上に位置する第２導電層と、第２導電層上に位置する凹凸緩和層と、凹凸緩和層の上面上に位置して、第２導電層の一部と接触して電気的に接続された裏面電極とを備える。裏面電極の第２導電層側の表面の表面粗さが、第２導電層の裏面電極側の表面の表面粗さより小さい。
【００１２】
本発明の一形態においては、凹凸緩和層の上面の表面粗さ(ＲＭＳ)が５ｎｍ以下である。
【００１３】
本発明の一形態においては、凹凸緩和層がＥＶＡ樹脂で構成されている。
好ましくは、平面視において、第２導電層と裏面電極との接触部分の形状がグリッド状である。
【００１４】
本発明に基づく光電変換装置の製造方法は、基板上に第１導電層を形成する工程と、第１導電層上に光電変換層を形成する工程と、光電変換層上に第２導電層を形成する工程と、第２導電層上に凹凸緩和層を形成する工程と、凹凸緩和層の上面上に、第２導電層の一部と接触して電気的に接続されるように裏面電極を形成する工程とを備える。凹凸緩和層を形成する工程において、凹凸緩和層の上面の表面粗さを第２導電層の裏面電極側の表面の表面粗さより小さくする。
【００１５】
本発明の一形態においては、凹凸緩和層を形成する工程において、凹凸緩和層の上面の表面粗さ(ＲＭＳ)を５ｎｍ以下にする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光反射性金属を含む裏面電極における光吸収現象を抑制して光電変換効率の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１に係る光電変換装置の構成を示す断面図である。
【図２】同実施形態に係る第２導電層と裏面電極との接触部分の形状を図１の矢印ＩＩ方向から見た平面図である。
【図３】樹脂からなる凹凸緩和層が形成された状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る光電変換装置の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る光電変換装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書において、「アモルファス」は、当該分野で一般的に使われる「アモルファス」と同義語である。また、「微結晶」は、当該分野で一般的に使われるとおり、実質的に結晶相のみからなる状態だけでなく、結晶相とアモルファス相とが混在した状態のものも含む。
【００１９】
たとえば、ラマン散乱スペクトルにおいて、結晶シリコン中のシリコン−シリコン結合に帰属されている５２０ｃｍ-1付近の鋭いピークがわずかでも検出されたものは「微結晶シリコン」であると考えられており、本明細書においても同様の意味で「微結晶シリコン」を使用する。
【００２０】
なお、本明細書中において、「微結晶シリコンゲルマニウム」とは、上記の微結晶状態となっているシリコンゲルマニウムのことである。すなわち、微結晶シリコンゲルマニウムは、実質的に結晶相のみからなる状態だけでなく、アモルファスシリコンゲルマニウム相および結晶シリコンゲルマニウム相を含む。
【００２１】
微結晶シリコンゲルマニウムにおいては、ＮＥＤＯ成果報告書(管理番号：20100000000638)(非特許文献１)に記載されているように、ゲルマニウム濃度の増加に比例して、結晶の単位格子サイズが、結晶シリコンの単位格子サイズから、結晶ゲルマニウムの単位格子サイズまでの範囲で変化することが知られている。
【００２２】
これは、微結晶シリコンゲルマニウム層中に存在する単位格子のシリコン−ゲルマニウム結合の割合が、ゲルマニウム濃度の増加に伴って増加することを意味している。そこで、たとえばＸ線回折法を用いて、単位格子のサイズを測ることによって、結晶シリコンゲルマニウム相の存在を知ることができる。また、後述するラマン散乱スペクトルの分析において、結晶シリコンゲルマニウムに帰属されるピークが観測されること、または、結晶シリコンのシリコン−シリコンに帰属されるピークの位置が変化することによっても、微結晶シリコンゲルマニウム相の存在を知ることができる。
【００２３】
そこで、下記のように判断する。第１．二次イオン質量分析によって、シリコンおよびゲルマニウムの存在が確認できること、第２．Ｘ線回折法における(２２０)回折ピーク角度から求まる単位格子のサイズが、結晶シリコンの単位格子サイズである５．４３Åより大きく、結晶ゲルマニウムの単位格子サイズである５．６７Åよりも小さいこと、第３．ラマン散乱スペクトルにおいて、結晶シリコンのシリコン−シリコン結合に帰属されるピークが観測されること、第４．そのピークのラマンシフト値が、ゲルマニウムを含まない結晶シリコンのラマンシフト値よりも低波数側にシフトしていること、第５．結晶シリコンゲルマニウムに帰属される４００ｃｍ-1付近のピークが観測されること、これらの５条件のうち、第１、第２および第３条件を同時に満たす場合、第１、第３および第４条件を同時に満たす場合、または、第１、第３および第５条件を同時に満たす場合に、結晶シリコンゲルマニウム相が存在しているとみなし、すなわち、微結晶シリコンゲルマニウムであると判断する。
【００２４】
なお、ゲルマニウム濃度が比較的低い場合、第５条件に関係する結晶シリコンゲルマニウムに帰属されるピークを観測することが難しい。そのため、上記の第１〜第４の条件を結晶シリコンゲルマニウムの有無を判別する条件として主に用いる。
【００２５】
また、一般的な薄膜シリコン太陽電池の構造として、スーパーストレート型が挙げられる。スーパーストレート型構造においては、透光性基板上に透明導電層、光電変換層および電極層がこの順に積層されて構成され、透光性基板側から光が入射するように配置される。
【００２６】
光電変換層は、ｐ導電型を示す半導体層（以下、ｐ型半導体層と称する）、真性半導体層（以下、ｉ型半導体層と称する）、およびｎ導電型を示す半導体層（以下、ｎ型半導体層と称する）から構成されるｐｉｎ接合を備える場合が多い。下記の実施形態１，２においては、スーパーストレート型ｐｉｎ構造を有する光電変換装置を例に説明する。
【００２７】
以下、本発明の実施形態１に係る光電変換装置およびその製造方法について説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００２８】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る光電変換装置の構成を示す断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態１に係る光電変換装置１００においては、基材１１上に、光電変換層１０と反射層１７とがこの順番で積層されて構成されている。
【００２９】
＜基材＞
基材１１は、透光性基板１１ａと、透光性基板１１ａ上に形成された第１導電層１１ｂとを含む。透光性基板１１ａとしては、ガラス板、または、ポリイミドもしくはポリビニルなどの耐熱性を有する透光性樹脂板、さらにそれらが積層されたものなどが好適に用いられる。
【００３０】
ただし、透光性基板１１ａの材料は、光透過性が高く、かつ、光電変換装置１００の全体を構造的に支持し得るものであれば特に限定されない。また、透光性基板１１ａの表面に、金属膜、透光性導電膜および絶縁膜などが被覆されていてもよい。
【００３１】
第１導電層１１ｂは、透明導電性の材料からなる。第１導電層１１ｂとしては、たとえば、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)、酸化錫および酸化亜鉛などの透明導電性の膜を単層または複数層積層させたものを用いることができる。第１導電層１１ｂは、電極として機能するため、高い電気伝導性を有することが好ましい。そのため、第１導電層１１ｂとして、微量の不純物を添加することで電気伝導性を向上させたものを用いることもできる。
【００３２】
第１導電層１１ｂの形成方法としては、スパッタリング法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法、電子ビーム蒸着法、ゾルゲル法、スプレー法および電析法などの公知の方法を用いることができる。
【００３３】
また、第１導電層１１ｂの表面に凹凸形状が形成されていることが好ましい。この凹凸形状により、透光性基板１１ａ側から入射した入射光を散乱および屈折させて光路長を伸ばすことができ、光電変換層１０内での光閉じ込め効果を高めて短絡電流密度の増加を図れる。
【００３４】
第１導電層１１ｂの表面に凹凸形状を形成する方法としては、透光性基板１１ａ上に第１導電層１１ｂを形成した後、エッチング法もしくはサンドブラストなどの機械加工により凹凸形状を形成する方法、第１導電層１１ｂの製膜時に膜材料の結晶成長により形成される凹凸状の表面形状を利用する方法、または、結晶成長面が配向しているために規則的な凹凸状の表面形状が形成されることを利用する方法などを用いてもよい。
【００３５】
なお、第１導電層１１ｂ上に酸化亜鉛層をスパッタリング法などで形成すると、後に光電変換層１０を形成する際に第１導電層１１ｂがプラズマによって損傷を受けることを防止できるため、より好ましい。
【００３６】
また、光電変換層１０への入射光量を増加させ、より短絡電流密度を増加させるために、第１導電層１１ｂと光電変換層１０との間に反射防止層が形成されていてもよい。反射防止層の屈折率は、第１導電層１１ｂの屈折率と光電変換層１０の屈折率との間の値であることが好ましい。具体的には、反射防止層の屈折率は、２．０以上３．０以下であることが好ましい。
【００３７】
また、反射防止層の厚さは、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。反射防止層の適切な厚さは、反射防止層の屈折率との兼ね合い、および、反射防止を実現したい光の波長範囲によって異なる。
【００３８】
反射防止層は、比較的薄く形成される場合には絶縁性であってもよいが、光電変換層１０と基材１１との電気的接触を良好にする観点から、導電性を有することが望ましい。
【００３９】
反射防止層の材料としては、たとえば、第１導電層１１ｂの材料と同じく、ＩＴＯ、酸化錫および酸化亜鉛など、その他にも二酸化チタンおよびニオブ酸化物などを用いることができる。反射防止層は、単一の屈折率を有する単層または複数層からなる積層膜でもよいし、組成傾斜法などの方法によって形成された、膜厚方向において異なる屈折率を有する単層または複数層からなる積層膜で構成されていてもよい。
【００４０】
反射防止層の形成方法としては、スパッタリング法、ＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法、ゾルゲル法、スプレー法および電析法などの公知の方法を用いることができる。また、第１導電層１１ｂと同様に、反射防止層の表面に凹凸形状が形成されていることが好ましい。
【００４１】
反射防止層に凹凸形状を形成する手段としては、第１導電層１１ｂと同様の手段を用いることができるが、第１導電層１１ｂの凹凸形状上に反射防止層が形成されることにより、反射防止層の表面が第１導電層１１ｂの凹凸形状に倣って凹凸形状となっていてもよい。
【００４２】
また、反射防止層上に酸化亜鉛層をスパッタリング法などで形成すると、後に光電変換層１０を形成する際に反射防止層がプラズマによって損傷を受けることを防止できるため、より好ましい。
【００４３】
本実施形態においては、膜材料の結晶成長時に形成される凹凸形状を利用した基材１１として、青板ガラス上にＣＶＤ法により酸化錫を堆積させたもの（旭硝子株式会社製、商品名：Ａｓａｈｉ−Ｕ）に、スパッタリング法によって二酸化チタンを堆積させ、さらにスパッタリング法によって酸化亜鉛を堆積させたものを用いている。
【００４４】
＜光電変換層＞
本実施形態の光電変換層１０においては、基材１１側から順にｐ型半導体層１２、ｉ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４が積層されて、ｐｉｎ接合が構成されている。
【００４５】
各半導体層の膜厚は特に限定されるものではないが、ｐ型半導体層１２の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、ｉ型半導体層１３の膜厚が１００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下、ｎ型半導体層１４の膜厚が５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、ｐ型半導体層１２の膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下、ｉ型半導体層１３の膜厚が２００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下、ｎ型半導体層１４の膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【００４６】
光電変換層１０の構成材料の主材料はシリコンであり、特に、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンなどが好適である。ここで、「アモルファスシリコン」および「微結晶シリコン」は、それぞれ当該分野で一般的に使われる、「水素化アモルファスシリコン」および「水素化微結晶シリコン」を含むものとする。
【００４７】
ｐ型半導体層１２は、ｐ型導電性決定元素がドープされたシリコン層である。ｐ型導電性決定元素としては、ホウ素、アルミニウムおよびガリウムなどの不純物原子を用いることができる。なお、ｐ型半導体層１２の主材料は、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンであってもよい。
【００４８】
ｐ型半導体層１２が結晶シリコン相を含むと、高い導電性が得られて光電変換層１０の直列抵抗を小さくでき、光電変換装置１００の曲線因子を増加させて高い変換効率を得られるため好ましい。
【００４９】
また、結晶シリコン相を含むｐ型半導体層１２は、ｉ型半導体層１３の結晶化のための下地層として優れる。具体的には、結晶シリコン相を含むｐ型半導体層１２は、ｉ型半導体層１３の形成時の初期に結晶成分を成長しやすくして、結晶化率の高い高品質のｉ型半導体層１３の成膜を可能にする。そのため、結晶シリコン相を含むｐ型半導体層１２は、光電変換装置１００の短絡電流密度を増加させて変換効率の向上に寄与する。
【００５０】
さらに、ｐ型半導体層１２は、炭素原子または窒素原子を不純物として含むことが好ましい。ｐ型半導体層１２が上記の不純物を含むことにより、上記の不純物を含有していないｐ型半導体層を有する光電変換装置に比べて、光電変換装置１００の開放電圧を増加させて変換効率を向上できる。
【００５１】
その理由は明らかではないが、(１)ｐ型半導体層１２のバンドギャップが広がって拡散電位が増加すること、(２)不純物添加による結晶粒界の界面パッシベーションおよびｐ型半導体層とｉ型半導体層との界面パッシベーションの効果により界面での再結合が低減すること、などが考えられる。
【００５２】
ただし、不純物の濃度は低い方が好ましい。不純物の濃度が低い場合、ｐ型半導体層１２とｉ型半導体層１３との間におけるバンドギャップの不連続またはミスマッチの発生が低減するため、両層の間に界面層などを設ける必要がなくなり、簡易かつ安価に変換効率の高い光電変換装置を得ることができる。このため、本実施形態においては、ｐ型半導体層１２は、微量の炭素を含有する微結晶シリコン層からなる。なお、ｐ型半導体層１２は、炭素原子および窒素原子の両方の不純物を含んでいてもよい。
【００５３】
ｉ型半導体層１３は、不純物が添加されていない微結晶シリコン層である。ただし、ｉ型半導体層１３は、実質的に真性な半導体であれば、少量の不純物元素を含んでいてもよい。この場合、ｉ型半導体層１３の材料として、微結晶シリコンの代わりにアモルファスシリコンを用いてもよい。
【００５４】
ただし、微結晶シリコンは、光劣化を生じないため高い光電変換効率を得られる点で、ｉ型半導体層１３の材料としてアモルファスシリコンより好ましい。また、後述するように、微結晶シリコンからなるｎ型半導体層１４を有する光電変換装置においては、ｎ型半導体層１４とｉ型半導体層１３との界面での再結合の低減のために、ｉ型半導体層１３が微結晶シリコンであることが好ましい。
【００５５】
また、ｉ型半導体層１３の長波長に対する感度を高めるために、ｉ型半導体層１３がアモルファスシリコンゲルマニウムおよび微結晶シリコンゲルマニウムの少なくとも一方を含んでいてもよい。この場合、ｉ型半導体層１３中のゲルマニウムの原子組成百分率は、５原子％以上３０原子％以下であることが好ましい。
【００５６】
ゲルマニウムの原子組成百分率が５原子％未満であると、バンドギャップがほとんど減少しないため、光電変換装置の短絡電流密度の増加を図れず好ましくない。ゲルマニウムの原子組成百分率が３０原子％を超えると、バンドギャップが減少して光電変換装置の開放電圧が低下し、または、ｉ型半導体層１３の結晶粒径が小径化して光電変換装置の変換効率が低下するため好ましくない。
【００５７】
ｎ型半導体層１４は、ｎ型導電性決定元素がドープされたシリコン層である。ｎ型導電性決定元素としては、リン、窒素および酸素などの不純物原子を用いることができる。なお、ｎ型半導体層１４の主材料は、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンであってもよい。ｎ型半導体層１４が結晶シリコンを含むと、高い導電性が得られて光電変換層１０の直列抵抗を小さくでき、光電変換装置１００の曲線因子を増加させて高い変換効率を得られるため好ましい。
【００５８】
また、ｎ型半導体層１４は、炭素原子または窒素原子を不純物として含むことが好ましい。ｎ型半導体層１４が上記の不純物を含むことにより、上記の不純物を含有していないｎ型半導体層を有する光電変換装置に比べて、光電変換装置１００の開放電圧を増加させて変換効率を向上できる。
【００５９】
その理由は明らかではないが、(１)ｎ型半導体層１４のバンドギャップが広がって拡散電位が増加すること、(２)不純物添加による結晶粒界の界面パッシベーションおよびｉ型半導体層とｎ型半導体層との界面パッシベーションの効果により界面での再結合が低減すること、などが考えられる。本実施形態においては、ｎ型半導体層１４は，微結晶シリコンからなる。なお、ｎ型半導体層１４は、炭素原子および窒素原子の両方の不純物を含んでいてもよい。
【００６０】
ｐ型半導体層１２およびｎ型半導体層１４の少なくとも一方が不純物として炭素原子を含有する場合、シリコンカーバイドの結晶相を実質的に含まないようにする。この状態は、たとえば、炭素原子を含有する微結晶シリコンのラマン散乱スペクトルを観測したとき、シリコンカーバイド結晶を構成するシリコン−カーボン結合に帰属されるピークが実質的に検出されないことによって確認することができる。また、この状態は、Ｘ線回折法においてシリコンカーバイド結晶構造に帰属される回折ピークが実質的に検出されないことによっても確認することができる。
【００６１】
光電変換層１０の形成方法としては、ＣＶＤ法を用いることができる。ＣＶＤ法としては、常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、ホットワイヤーＣＶＤおよびＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などがあるが、本実施形態においてはプラズマＣＶＤ法を用いる。
【００６２】
プラズマＣＶＤ法により光電変換層１０を形成する際に使用するシリコン含有ガスとしては、ＳｉＨ4およびＳｉ2Ｈ6などのシリコン原子を含むものであれば特に限定されないが、一般的にＳｉＨ4を用いる。
【００６３】
シリコン含有ガスとともに使用される希釈ガスとしては、Ｈ2ガス、ＡｒガスおよびＨｅガスなどを用いることができるが、アモルファスシリコンおよび微結晶シリコンの形成時には一般的にＨ2ガスを用いる。
【００６４】
また、ｐ型半導体層１２およびｎ型半導体層１４の形成時には、シリコン含有ガスおよび希釈ガスとともにドーピングガスを使用する。ドーピングガスとしては、目的とする型の導電性決定元素を含むガスであれば特に限定されないが、一般的に、ｐ型導電性決定元素がホウ素である場合はＢ2Ｈ6を、ｎ型導電性決定元素がリンである場合はＰＨ3を用いる。
【００６５】
プラズマＣＶＤ法により光電変換層１０を形成する際に、基板温度、圧力、ガス流量、プラズマへの投入電力などの製膜パラメータを適切に制御することで、アモルファス相と結晶相との存在比率を制御することが可能である。
【００６６】
＜反射層＞
本実施形態の反射層１７においては、基材１１側から順に第２導電層１５、凹凸緩和層１６ｂおよび裏面電極１６が積層されている。具体的には、上面が表面プラズモン吸収を抑制可能に平坦な凹凸緩和層１６ｂが第２導電層１５上に位置している。第２導電層１５の一部と接触して電気的に接続された裏面電極１６が凹凸緩和層１６ｂ上に位置している。
【００６７】
＜裏面電極＞
裏面電極１６は、少なくとも１層以上の導電層で構成されていればよく、導電層の光反射率および導電率が高い程好ましい。裏面電極１６の材料として、可視光の反射率が高い、銀、アルミニウム、チタンおよびパラジウムなどの金属材料、または、それらの合金を用いることができる。裏面電極１６は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スプレー法およびスクリーン印刷法などにより、光電変換層１０上に形成される。
【００６８】
裏面電極１６は、光電変換層１０において吸収されなかった光を反射して光電変換層１０に戻すため、光電変換装置１００の変換効率の向上に寄与する。裏面電極１６の厚さは、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６９】
＜第２導電層＞
光電変換層１０と裏面電極１６との間に第２導電層１５を形成することにより、入射光に対する光閉じ込め効果の向上および光反射率の向上を図ることができる。さらに、第２導電層１５を形成することにより、裏面電極１６に含まれる元素が光電変換層１０へ拡散することを抑制できる。
【００７０】
第２導電層１５は、第１導電層１１ｂと同様の材料および製法により形成される。なお、第２導電層１５の厚さは、２０ｎｍ以上あればよい。ただし、第２導電層１５が厚すぎると、第２導電層１５で生ずる光吸収のために、光電変換層１０に再入射する光の量が減少する。そのため、第２導電層１５の厚さは、２０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００７１】
＜凹凸緩和層＞
表面プラズモン吸収について考察した先行文献として、JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Vol.95,No.3,1 February 2004 pp1427-1429(非特許文献２)がある。
【００７２】
本発明の特徴は、第２導電層１５と裏面電極１６との間に、上面が平坦な凹凸緩和層１６ｂを設けることにより、凹凸緩和層１６ｂを設けない場合に比較して、裏面電極１６と凹凸緩和層１６ｂとの間の界面で発生する表面プラズモン吸収を抑制することである。
【００７３】
上面に凹凸を有する第２導電層１５上に、第２導電層１５の上面の表面粗さより小さい表面粗さを上面に有する凹凸緩和層１６ｂを積層することによって、裏面電極１６の下面を平坦化することができる。ここで、第２導電層１５が上面に有する凹凸は、基材１１の上面の凹凸形状を引き継いだ凹凸、光電変換層１０の堆積時の膜成長に伴う自然発生的な凹凸、または、第２導電層１６ｂの堆積時の膜成長に伴う自然発生的な凹凸に起因するものである。
【００７４】
基材１１が上面に凹凸を有さない場合、光電変換層１０の堆積に伴って光電変換層１０の上面に凹凸が発生し、これを引き継いだ凹凸と第２導電層１６ｂの堆積時の膜成長に伴って自然発生的に発生した凹凸とが合成された凹凸を、第２導電層１５が上面に有する。
【００７５】
基材１１が上面に凹凸を有する場合、光電変換層１０の堆積に伴って発生した凹凸と、第２導電層１６ｂの堆積に伴って発生した凹凸と、基材１１が上面に有する凹凸とが合成された凹凸を、第２導電層１５が上面に有する。
【００７６】
いずれにしても、凹凸緩和層１６ｂを設けずに裏面電極１６を第２導電層１５上に形成した場合、裏面電極１６の光入射側に位置する第２導電層１５との間の界面に凹凸が存在するため、その凹凸により表面プラズモン吸収と呼ばれる光吸収現象が起きる。
【００７７】
本実施形態に係る光電変換装置１００においては、凹凸緩和層１６ｂを設けて裏面電極１６の光入射側の界面を平坦化して光吸収現象を抑制することにより、裏面電極１６によって反射されて光電変換層１０に再入射する光の量を増加させて光電変換装置１００の変換効率を増加させることができる。
【００７８】
凹凸緩和層１６ｂの形成プロセスとしては、まず、凹凸緩和層１６ｂを構成する材料に応じた方法で成膜した後、研磨などの処理を施すことによって、その上面を平坦化する。
【００７９】
凹凸緩和層１６ｂは、第１導電層１１ｂおよび第２導電層１５と同様の材料および製法にて形成してもよいし、その他の材料を用いてもよい。ただし、凹凸緩和層１６ｂでの光吸収率を低減するために、凹凸緩和層１６ｂの材料として透光性を有する材料を用いることが好ましい。
【００８０】
凹凸緩和層１６ｂの材料として、第１導電層１１ｂおよび第２導電層１５で挙げた以外の材料としては、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3またはＭｇＯなどの無機系酸化物、ＣａＣＯ3、Ｋ2ＣＯ3、ＢａＣＯ3またはＳｒＣＯ3などの無機系炭酸塩、ＫＢｒ、ＮａＢｒ、ＮａＦ、ＣａＦ2、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、ＢａＦ2またはＳｒＦ2などの無機系ハロゲン化塩、ＢａＳＯ4などの無機系硫酸塩を、単独または複数種類混合して用いることができる。中でもＳｉＯ2は、それ自体の化学的安定性が高いことに加えて、接触する第２導電層１５および裏面電極１６に影響を与えにくい不活性な物質であるため特に好ましい。
【００８１】
上記の材料においては、スパッタリング法または電子ビーム蒸着法によって、第２導電層１５上に成膜することができる。その他の方法として、ゾルゲル法を用いて、テトラエチルオルトシリケートからＳｉＯ2を成膜、または、チタンイソプロポキシドからＴｉＯ2を成膜してもよい。
【００８２】
上記の材料を成膜した後で、後述するＣＭＰ法などを用いて研磨処理することによって、上面の表面粗さが第２導電層１５の上面の表面粗さより小さい凹凸緩和層１６ｂを形成することができる。
【００８３】
ここで、第２導電層１５の上面が有する表面粗さの指標としては、たとえば、原子間力顕微鏡を用いた観察結果から得られるＲＭＳ(Root Mean Square：二乗平均平方根粗さ)の値として、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。それに対し、凹凸緩和層１６ｂの上面の表面粗さ(ＲＭＳ)はこれより小さい。
【００８４】
より好ましくは、凹凸緩和層１６ｂの上面が平坦となっていることである。平坦であることの指標としては、表面粗さ(ＲＭＳ)が５ｎｍ以下である。
【００８５】
凹凸緩和層１６ｂの上面の表面粗さ(ＲＭＳ)が、第２導電層１５の上面の表面粗さ(ＲＭＳ)より小さい場合、裏面電極１６の下面が平滑になることによって表面プラズモン吸収が減少する。このため、裏面電極１６で生ずる光吸収現象が減少して光電変換層１０に再入射する光の量が増加し、光電変換装置１００の光電変換効率が増加する。
【００８６】
特に、凹凸緩和層１６ｂの上面の表面粗さ(ＲＭＳ)が５ｎｍ以下であれば、光電変換装置１００の光電変換効率に影響を与える程度には、表面プラズモン吸収は発生しない。このように高度な平滑度を実現できる研磨方法としては、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)が適している。
【００８７】
ＣＭＰとは、回転するステージに保持された被研磨対象物上に、被研磨対象物の表面を改質する酸、アルカリまたは界面活性剤などからなる溶液とダイヤモンド砥粒などの研磨剤とが混合されたスラリーと呼ばれる液体を滴下しつつ、回転する研磨パッドを押し当てて研磨する方法である。ＣＭＰによれば、研磨剤による機械的な粗い研磨と、溶液による化学的な緻密な研磨とを両立させて、非常に平坦な面を得ることができる。
【００８８】
また、凹凸緩和層１６ｂの材料として、上記のような無機系材料の他に、有機系材料を使用することができる。有機系材料として、ＥＶＡ(Ethylence-Vinyl Acetate)または塩化ビニルなどの樹脂を用いてもよい。
【００８９】
凹凸緩和層１６ｂの材料として樹脂を用いる場合は、その樹脂の軟化点以上の温度まで加熱処理を施すことによって、第２導電層１５上に凹凸緩和層１６ｂを接着することができる。この加熱処理時に、平坦なガラスなどを凹凸緩和層１６ｂの上面に押し当てて成形することにより、凹凸緩和層１６ｂの上面を上記の平坦面に容易にすることができる。また、この方法を採用した場合、裏面支持ガラスなどの強度補強材を同時に設けることができるため好ましい。
【００９０】
本実施形態においては、凹凸緩和層１６ｂとして、厚さが０．３ｍｍのＥＶＡ樹脂を用いている。ＥＶＡ樹脂に離形用テフロン(登録商標)シートを介して平坦なガラスを押し当てつつ、真空ヒートプレス機によって真空排気しながら加熱成形することにより、第２導電層１５上に平坦な上面を有する凹凸緩和層１６ｂを形成している。
【００９１】
＜第２導電層と裏面電極との接触部分の形状＞
裏面電極１６は、第２導電層１５の一部と接触している。これにより、凹凸緩和層１６ｂが電気絶縁性を有する材料で形成されている場合でも、凹凸緩和層１６ｂを介さずに光電変換層１０から電流を取り出すことができる。
【００９２】
凹凸緩和層１６ｂが無機系の材料からなる場合、上記の構造を形成するためには、第２導電層１５の全面を覆わないように凹凸緩和層１６ｂを形成すればよい。たとえば、メタルマスクまたはフォトリソグラフィーなどの公知の方法と、スパッタリング法または電子ビーム蒸着法とを組み合わせて用いることにより、凹凸緩和層１６ｂおよび裏面電極１６を形成することができる。
【００９３】
これらの方法によって、第２導電層１５の一部分をマスクして凹凸緩和層１６ｂの材料を成膜することによって、第２導電層１５のマスクされた部分には凹凸緩和層１６ｂの材料が成膜されない。その後、マスクを取り除いて裏面電極１６を形成することにより、第２導電層１５の一部と裏面電極１６とが接触した構造を形成することができる。
【００９４】
なお、裏面電極１６と凹凸緩和層１６ｂとが接触する面積を多くするほど、光吸収現象を抑制できるため、光電変換装置１００の短絡電流密度を増やすことができる。ただし、第２導電層１５と裏面電極１６とが接触する面積が減少するため、電流の取り出し効率が悪化して曲線因子が低下する。
【００９５】
よって、第２導電層１５と裏面電極１６との接触面積には、高い光電変換効率を得るために好適な範囲が存在する。その範囲は、裏面電極全体の面積の５．５％以上５５％以下である。
【００９６】
また、第２導電層１５と裏面電極１６との接触部分の形状を工夫することによって、さらに電流の取り出し効率を向上することができる。図２は、本実施形態に係る第２導電層と裏面電極との接触部分の形状を図１の矢印ＩＩ方向から見た平面図である。図２においては、裏面電極１６を透明に図示している。
【００９７】
本実施形態においては、図２に示すように、平面視において、第２導電層１５と裏面電極１６との接触部分の形状がグリッド状である。具体的には、互いに間隔を置いて平行に延在するサブグリッド１６ｃと、サブグリッド１６ｃの延在方向に直交する方向に延在して全てのサブグリッド１６ｃと接続されたメイングリッド１６ａとが形成されている。
【００９８】
第２導電層１５と裏面電極１６との接触部分をメイングリッド１６ａとサブグリッド１６ｃとで構成することにより、光電変換層１０の全面から集電できるようになって、電流の取り出し効率が良好になる。
【００９９】
サブグリッド１６ｃの線幅は、マスクの加工精度などを勘案して、０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。また、メイングリッド１６ａは、サブグリッド１６ｃから集められた電流を集約する機能を有しているため、サブグリッド１６ｃより太い方がよく、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１００】
なお、サブグリッド１６ｃの本数およびピッチは、第２導電層１５の導電率によって、適切な設計値が異なる。第２導電層１５の導電率が比較的高い場合、電流が第２導電層１５を通過する距離が長い場合でも電気抵抗があまり高くならないため、サブグリッド１６ｃ同士の間隔を広くすることができる。一方、第２導電層１５の導電率が低い場合、サブグリッド１６ｃ同士の間隔を狭くする必要がある。したがって、サブグリッド１６ｃ同士の間隔は、第２導電層１５の導電率を勘案して、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることが好ましい。また、メイングリッド１６ａの位置は、光電変換装置１００の面内中央部に設けられる必要は必ずしもなく、端部に設けられていてもよい。
【０１０１】
本実施形態においては、サブグリッド１６ｃの線幅を０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下、メイングリッド１６ａの線幅を０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下としている。サブグリッド１６ｃ同士の間隔を０．７５ｍｍ以上１．８７５ｍｍ以下としている。
【０１０２】
また、光電変換装置１００の端部から最も端部側に位置するサブグリッド１６ｃまでの距離を１ｍｍとし、光電変換装置１００の端部からメイングリッド１６ａまでの距離を１ｍｍとしている。
【０１０３】
光電変換装置１００の面積を１００ｍｍ2とし、第２導電層１５と裏面電極１６との接触面積は、裏面電極１６全体の面積の５．５％以上５５％以下としている。
【０１０４】
なお、上記のようにメイングリッド１６ａおよびサブグリッド１６ｃを形成しつつ凹凸緩和層１６ｂを樹脂で構成する場合は、真空加熱成形時にメタルマスクなどが樹脂に埋没することを防止するため、下記の方法で凹凸緩和層１６ｂを形成することが好ましい。
【０１０５】
まず、メタルマスクまたはフォトリソグラフィーなどの公知の方法を用いて、メイングリッド１６ａおよびサブグリッド１６ｃを形成する。次に、少なくともメイングリッド１６ａを覆わないように、離形用テフロン(登録商標)シートなどで覆われた物体であるメイングリッドカバーを、メイングリッド１６ａ上に設置する。この際、次工程で行なわれる凹凸緩和層１６ｂの真空加熱成形時にメイングリッドカバーの位置ずれが発生しないようにするため、メイングリッドカバーを耐熱テープなどで固定することが好ましい。
【０１０６】
メイングリッドカバーが凹凸緩和層１６ｂに埋没しないようにするために、メイングリッドカバーの厚さは凹凸緩和層１６ｂの厚さ以上とする。
【０１０７】
その後、メイングリッドカバーの周囲に、ＥＶＡなどの樹脂を配置する。さらにその上に、離形用テフロン(登録商標)シートなどを介して平坦なガラスを設置する。その状態で、真空加熱成形を行なう。真空加熱成形後に、離形用テフロン(登録商標)シートおよびメイングリッドカバーを取り外す。
【０１０８】
図３は、樹脂からなる凹凸緩和層が形成された状態を示す断面図である。上記の方法により、図３に示すように、メイングリッド１６ａを覆わずに、第２導電層１５上に樹脂からなる凹凸緩和層１６ｂを形成することができる。
【０１０９】
または、メイングリッドカバーおよび離形用テフロン(登録商標)シートを用いずに、あらかじめ裏面電極１６が形成された強度補強板を用いていもよい。この場合、強度補強板上の裏面電極１６の表面を平坦にしておく。裏面電極１６の表面を平坦にするには、上述のように研磨処理を実施、または、自然発生的な凹凸ができにくい条件の下で平坦な強度補強板上に裏面電極１６を形成するようにしてもよい。
【０１１０】
なお、裏面電極１６において、メイングリッド１６ａと接する部分をその周囲よりも厚く形成しておくことにより、その厚い部分とメイングリッド１６ａとが接するように位置合わせを行なって真空加熱成形することができる。これにより、メイングリッド１６ａと強度補強板上の裏面電極１６とを確実に接続して電流の取り出しを良好に行なうことができるとともに、強度補強板を位置精度よく接着した光電変換装置を作製することができる。
【０１１１】
上記の構成により、短絡電流密度および変換効率の高いスーパーストレート型の光電変換装置１００を作製できる。
【０１１２】
以下、本発明の実施形態２に係る光電変換装置およびその製造方法について説明する。本実施形態に係る光電変換装置は、タンデム型であることのみ実施形態１に係る光電変換装置１００と異なるため、他の構成についてはその説明は繰り返さない。
【０１１３】
(実施形態２)
図４は、本発明の実施形態２に係る光電変換装置の構成を示す断面図である。図４に示すように、本発明の実施形態２に係るタンデム型光電変換装置２００は、第１および第２の光電変換層１０，２０を有している。第２の光電変換層２０においては、基材１１側から順にｐ型半導体層２２、ｉ型半導体層２３およびｎ型半導体層２４が積層されて、ｐｉｎ接合が構成されている。
【０１１４】
タンデム型薄膜シリコン系太陽電池においては、光入射側から最も近いｐｉｎ接合をトップセル、光入射側から最も遠いｐｉｎ接合をボトムセルと呼ぶことが多い。また、３つ以上のｐｉｎ接合を有するタンデム型光電変換装置においては、トップセルとボトムセルの間に位置するｐｉｎ接合をミドルセルと呼ぶことが多い。
【０１１５】
本実施形態に係るタンデム型光電変換装置２００は、スーパーストレート型構造を有する光電変換装置である。タンデム型光電変換装置２００においては、基材１１上に、第１の光電変換層１０と第２の光電変換層２０と反射層１７とがこの順番で積層されて構成されている。
【０１１６】
第１の光電変換層１０は光入射側に位置するため、第２の光電変換層２０には第１の光電変換層１０を透過した光のみが入射する。そのため、タンデム型光電変換装置２００においては、第１および第２の光電変換層１０，２０のそれぞれで入射光の異なるスペクトル領域を受光できるため光の利用効率を向上でき、また、第１および第２の光電変換層１０，２０のそれぞれの開放電圧の和と略同等の高い開放電圧を得ることができる。
【０１１７】
また、光入射側に位置する第１の光電変換層１０のバンドギャップを第２の光電変換層２０のバンドギャップより大きくすることにより、入射光のうち短波長の光は主に第１の光電変換層１０で、長波長の光は主に第２の光電変換層２０で吸収されるため、タンデム型光電変換装置２００の変換効率をさらに向上することができる。
【０１１８】
異なるバンドギャップを有するシリコン系材料としては、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファスシリコン、アモルファスシリコンゲルマニウム、アモルファスゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムおよび微結晶ゲルマニウムなどがある。これらを光吸収層として適宜選択して用いることができる。
【０１１９】
たとえば、トップセルにアモルファスシリコン、ボトムセルに微結晶シリコンを用いた典型的な２接合型薄膜シリコン系太陽電池においては、大きなバンドギャップを有するアモルファスシリコンが入射光のうちの短波長領域の光を吸収し、小さなバンドギャップを有する微結晶シリコンが、残りの長波長領域の光を吸収するように設計されている。
【０１２０】
微結晶シリコンおよび微結晶シリコンゲルマニウムは、上記のように光劣化を生じないことが知られており、多接合型薄膜シリコン系太陽電池において長波長の光を吸収する材料として一般的に好んで用いられている。
【０１２１】
第１および第２の光電変換層１０、２０においては、互いのｐｉｎ接合の積層方向が同一で、かつ、光入射側にｐ型半導体層１２，２２が位置するように配置されていればよく、光電変換層が３層以上ある場合も同様である。すなわち、第１の光電変換層１０がｐｉｎ接合を有するときは第２の光電変換層２０もｐｉｎ接合を有し、第１の光電変換層１０がｎｉｐ接合を有するときは第２の光電変換層２０もｎｉｐ接合を有する。
【０１２２】
第１および第２の光電変換層１０，２０における各半導体層の膜厚は特に限定されるものではないが、第１の光電変換層１０においては、ｐ型半導体層１２の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、ｉ型半導体層１３の膜厚が１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下、ｎ型半導体層１４の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、ｐ型半導体層１２の膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下、ｉ型半導体層１３の膜厚が２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下、ｎ型半導体層１４の膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０１２３】
第２の光電変換層２０においては、ｐ型半導体層２２の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、ｉ型半導体層２３の膜厚が１０００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下、ｎ型半導体層２４の膜厚が５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、ｐ型半導体層２２の膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下、ｉ型半導体層２３の膜厚が２０００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下、ｎ型半導体層２４の膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０１２４】
複数のｐｉｎ接合または複数のｎｉｐ接合のうち少なくとも１組の互いに隣接するｐｉｎ接合同士またはｎｉｐ接合同士の間に中間層が形成されていてもよい。すなわち、第１の光電変換層１０と第２の光電変換層２０との間に中間層が形成されていてもよい。光電変換層が３層以上ある場合には、各光電変換層同士の間の少なくとも１箇所に中間層が形成されていてもよい。中間層は、透光性導電膜で構成されていることが好ましい。
【０１２５】
中間層を設けることにより、第１の光電変換層１０を通過して中間層に入射した光の一部は中間層で反射され、残部は中間層を透過して第２の光電変換層２０に入射するため、各光電変換層への入射光量を制御できるようになる。
【０１２６】
これにより、第１および第２の光電変換層１０，２０における光電流の値を均等化できる。第１および第２の光電変換層１０，２０において発生した光生成キャリアを効率よく利用することにより、タンデム型光電変換装置２００の短絡電流値を増加させて変換効率を向上することができる。
【０１２７】
タンデム型光電変換装置２００においては、第２導電層１５と裏面電極１６との間に、上面が表面プラズモン吸収を抑制可能に平坦な凹凸緩和層１６ｂを設けることにより、凹凸緩和層１６ｂを設けない場合に比較して、裏面電極１６と凹凸緩和層１６ｂとの間の界面で発生する表面プラズモン吸収を抑制している。
【０１２８】
凹凸緩和層１６ｂを設けて光吸収現象を抑制することにより、裏面電極１６によって反射されて第１および第２の光電変換層１０、２０に再入射する光の量を増加させてタンデム型光電変換装置２００の変換効率を増加することができる。
【０１２９】
上記の構成により、短絡電流密度および変換効率の高いスーパーストレート型のタンデム型光電変換装置２００を作製できる。
【０１３０】
本発明は、サブストレート型の光電変換装置にも適用できる。サブストレート型の光電変換装置に本発明を適用した実施形態３について図を参照して説明する。本実施形態に係る光電変換装置３００は、サブストレート型であることのみ実施形態１に係る光電変換装置１００と異なるため、他の構成についてはその説明は繰り返さない。
【０１３１】
(実施形態３)
図５は、本発明の実施形態３に係る光電変換装置の構成を示す断面図である。本発明の実施形態３に係るサブストレート型の光電変換装置３００は、裏面電極１６側から光が入射するように配置される。
【０１３２】
図５に示すように、裏面電極１６は、平面視における裏面電極１６の面積が第２導電層１５と裏面電極１６との接触面積より大きくなるように、かつ、第２導電層１５の全面を覆わないように形成されている。
【０１３３】
また、基材１１は、光反射性を有するように、表面に金属膜を有している。したがって、基材１１は、透光性基板１１ａの替わりに非透光性の基板を含んでいてもよい。また、基材１１が光反射性を有するために、金属膜を設けずに基板自体を金属製の板で構成してもよいし、金属製の板からなる基板上にさらに金属膜を形成しもよい。この構成により、裏面電極１６側から入射した光の一部は、基材１１で反射されて凹凸緩和層１６ｂを通過して裏面電極１６の肩部１６ｄに到達する。
【０１３４】
この場合、実施形態１で説明したとおり、凹凸緩和層１６ｂを設けて光吸収現象を抑制することにより、裏面電極１６の肩部１６ｄによって反射されて光電変換層１０に再入射する光の量を増加させて光電変換装置３００の光電変換効率を増加することができる。
【０１３５】
以下、本発明に係る光電変換装置の発電特性を確認した実験例について説明する。
(実験例)
(実施例)
実施例においては、図１に示すスーパーストレート型の光電変換装置１００を下記のように作製した。
【０１３６】
基材１１としては、透光性基板１１ａの表面に酸化錫系の透明導電膜からなる第１導電層１１ｂが形成された、縦１１５ｍｍ×横１１５ｍｍ×厚み３．９ｍｍの青板ガラス（旭硝子株式会社製、商品名：Ａｓａｈｉ−ＶＵ）を使用した。
【０１３７】
基材１１上に、スパッタリング法によって７０ｎｍの厚さとなるように二酸化チタンを堆積させ、さらにスパッタリング法によって１０ｎｍの厚さとなるように酸化亜鉛を堆積させた。
【０１３８】
その後、プラズマＣＶＤ法により後述の条件で、ｐ型半導体層１２、ｉ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４を順に積層して光電変換層１０を形成した。続いて、光電変換層１０上に、スパッタリング法により第２導電層１５として８０ｎｍの厚さとなるように酸化亜鉛を堆積させた。第２導電層１５上に、メイングリッド１６ａおよびサブグリッド１６ｃを形成し、メイングリッド１６ａを覆わないように凹凸緩和層１６ｂを形成した。最後に、裏面電極１６として１２０ｎｍの厚さとなるように銀を堆積させて、スーパーストレート型の光電変換装置１００を作製した。
【０１３９】
光電変換層１０の各層は以下の条件で形成した。ｐ型半導体層１２の形成には、原料ガスとしてＳｉＨ4、Ｈ2およびＢ2Ｈ6を含む混合ガスを用いた。ＳｉＨ4に対するＨ2のガス流量比は１５０倍とし、ＳｉＨ4に対するＢ2Ｈ6のガス流量比は０．００３倍とした。
【０１４０】
ｐ型半導体層１２は、光活性層であるｉ型半導体層１３に入射する光量を多くするために、ｐ型半導体層としての機能を損なわない範囲で薄い方が望ましく、本実施例では２０ｎｍの膜厚とした。
【０１４１】
ｉ型半導体層１３の形成には、原料ガスとしてＳｉＨ4およびＨ2を含む混合ガス用いた。ＳｉＨ4に対するＨ2のガス流量比は８０倍とした。本実施例では、ｉ型半導体層１３の膜厚を２５００ｎｍとした。
【０１４２】
ｎ型半導体層１４の形成には、原料ガスとしてＳｉＨ4、Ｈ2、ＰＨ3およびＮ2を含む混合ガスを用いた。ＳｉＨ4に対するＨ2のガス流量比は１００倍とし、ＳｉＨ4に対するＰＨ3のガス流量比は０．０３倍とした。
【０１４３】
ｎ型半導体層１４の膜厚は、裏面電極１６からの反射光の吸収を抑制するため、ｎ型半導体層としての機能を損なわない程度に薄い方が望ましく、本実施例では２０ｎｍの膜厚とした。なお、ｐ型、ｉ型およびｎ型半導体層１２，１３，１４のプラズマＣＶＤによる製膜時における基板温度を１８０℃とした。
【０１４４】
続いて、第２導電層１５として、スパッタリング法によって８０ｎｍの厚さとなるように酸化亜鉛を堆積させた。その後、メタルマスクを装着してスパッタリング法によってメイングリッド１６ａおよびサブグリッド１６ｃを形成した。
【０１４５】
次に、メイングリッドカバー、離形用テフロン(登録商標)シートおよび平坦なガラスを用いて、メイングリッド１６ａが覆われないように、ＥＶＡ樹脂からなる凹凸緩和層１６ｂを形成した。具体的には、真空ヒートプレス機を用いて、温度が１５０℃、圧力が１気圧の条件下において５分間加熱プレス処理を行なうことによって凹凸緩和層１６ｂを形成した。
【０１４６】
その後、メイングリッドカバー、離形用テフロン(登録商標)シートおよび平坦なガラスを外し、裏面電極１６として１２０ｎｍの厚さとなるように銀を堆積させた。
【０１４７】
このようにして得られた実施例の光電変換装置について、ＡＭ１．５、放射照度１００ｍＷ／ｃｍ2の条件下における、セル面積１ｃｍ2の電流−電圧特性を測定した。
【０１４８】
実施例において、短絡電流密度は２３．４ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧は０．５１２Ｖ、曲線因子は０．７１４、直列抵抗は６Ω、変換効率は８．６％であった。
。
【０１４９】
比較例として、下記の条件で光電変換装置を作製した。
(比較例)
比較例では、凹凸緩和層１６ｂ，メイングリッド１６ａおよびサブグリッド１６ｃを形成しないこと以外は全て実施例と同条件にして、スーパーストレート型の光電変換装置を作成した。メイングリッド１６ａおよびサブグリッド１６ｃを形成していないので、メタルマスクは用いていない。
【０１５０】
したがって、第２導電層１５と裏面電極１６とが全面で一様に接触している。すなわち、比較例では、裏面電極１６全体の面積に対して、平面視における第２導電層１５と裏面電極１６との接触面積を１００％とした。また、裏面電極１６の下面は、基材１１の凹凸を引き継いだ凹凸を有している。
【０１５１】
比較例の光電変換装置について、ＡＭ１．５、放射照度１００ｍＷ／ｃｍ2の条件下における、セル面積１ｃｍ2の電流−電圧特性を測定した。
【０１５２】
比較例において、短絡電流密度は２３．１ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧は０．５１１Ｖ、曲線因子は０．７１５、直列抵抗は６Ω、変換効率は８．４％であった。
【０１５３】
以下、実施例および比較例の実験結果について考察する。表１は、実施例および比較例の実験結果をまとめたものである。
【０１５４】
【表１】
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【０１５５】
（実施例と比較例との比較）
第２導電層１５と裏面電極１６との間に凹凸緩和層１６ｂを形成し、第２導電層１５と裏面電極１６とが部分的に接触する構造を有する実施例の光電変換装置では、凹凸緩和層１６ｂを形成しなかった比較例と比較して、高い短絡電流密度が得られた。これは、裏面電極１６での光吸収現象が抑制されたことによるものであると考えられる。
【０１５６】
実施例と比較例とにおいて、光電変換装置の直列抵抗は変わらず、曲線因子も同程度であった。これは、実施例および比較例の両方の光電変換装置において、第２導電層１５と裏面電極１６とが良好に接続されて集電できたことを反映していると考えられる。
【０１５７】
この結果、実施例の光電変換装置は、比較例の光電変換装置より短絡電流密度が増加したことによって光電変換効率が増加した。したがって、本発明は光電変換装置の光電変換効率の向上に有効であることが確認された。
【０１５８】
今回開示された実施形態および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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。
【符号の説明】
【０１５９】
１０，２０  光電変換層、１１  基材、１１ａ  透光性基板、１１ｂ  第１導電層、１２，２２  ｐ型半導体層、１３  ｉ型半導体層、１４，２４  ｎ型半導体層、１５  第２導電層、１６ａ  メイングリッド、１６  裏面電極、１６ｂ  凹凸緩和層、１６ｃ  サブグリッド、１６ｄ  肩部、１７  反射層、１００，３００  光電変換装置、２００  タンデム型光電変換装置。
【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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