(57)【要約】      （修正有）【課題】変換効率の高い光電変換素子および太陽電池を提供することを目的とする。【解決手段】光電変換素子は、基板１と、基板上に透明な第１電極２と、第２電極４と、第１電極と第２電極に挟まれたホモ接合型のカルコパライト構造の化合物半導体層による光吸収層３とを備え、光吸収層は、第２電極側にｐ型領域と、第１電極側にｎ型領域を含み、ｎ領域にｎ型ドーパントが含まれ、ｎ領域側の光吸収層と第１電極との界面を有する。【選択図】図１
2017059828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に透明な第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極に挟まれたホモ接合型の光吸収層とを備え、
前記光吸収層は、前記第２電極側にｐ型領域と、前記第１電極側にｎ型領域を含み、
前記ｎ領域にｎ型ドーパントが含まれ、
前記ｎ領域側の光吸収層と前記第１電極との界面を有すること特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
前記ｎ領域側の光吸収層の前記第１電極と対向する面の全面と前記第１電極の前記光吸収層と対向する面の全面との界面を有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記光吸収層の厚さをｄとするとき、
前記光吸収層中の前記界面から前記第２電極方向に０．０１ｄの深さにおけるｎ型ドーパントの濃度をＸ（ａｔｏｍ／ｃｍ３）とし、
前記光吸収層中の前記界面から前記第２電極方向に０．５ｄの深さにおけるｎ型ドーパントの濃度をＹ（ａｔｏｍ／ｃｍ３）とする時、
前記ＸとＹは、Ｘ／Ｙ＞１の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記ＸとＹは、Ｘ／Ｙ＞１０の関係を満たすことを特徴とする請求項３に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記光吸収層の厚さをｄとするとき、
前記光吸収層中の前記界面から前記第２電極方向に０．０１ｄの深さにおけるｎ型ドーパントの濃度は、１０１９−１０２１（ａｔｏｍ／ｃｍ３）であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記光吸収層の厚さをｄとするとき、
前記光吸収層中の前記界面から前記第２電極方向に０．０１ｄの深さにおけるｎ型ドーパントの濃度をＸ（ａｔｏｍ／ｃｍ３）とし、
前記光吸収層中の前記界面から前記第２電極方向に０．１ｄの深さにおけるｎ型ドーパントの濃度をＺ（ａｔｏｍ／ｃｍ３）とする時、
前記ＸとＺは、Ｘ／Ｚ＞２の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記光吸収層と前記第２電極との間に酸化物層又は金属膜をさらに有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換素子を用いてなる太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、光電変換素子および太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体薄膜を光吸収層として用いる化合物光電変換素子の開発が進んでおり、中でもカルコパイライト構造を有するｐ型の半導体層を光吸収層とする薄膜光電変換素子は高い変換効率を示すため、すでに実用化されている。具体的にはＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−ＳｅからなるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２を光吸収層とする薄膜光電変換素子において、変換効率２１．７％が報告されている。一般的に、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅから構成されるｐ型半導体層を光吸収層とする薄膜光電変換素子は、基板となるソーダライムガラス上にモリブデン下部電極、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、絶縁層、透明電極、上部電極、反射防止膜が積層した構造を有する。ここで変換効率ηは開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ、出力因子ＦＦ、入射パワー密度Ｐを用い、
η＝Ｖｏｃ・Ｊｓｃ／ＦＦ／Ｐ・１００
で表される。
【０００３】
ここから明らかなように、開放電圧、短絡電流、出力因子がそれぞれ大きくなれば変換効率は増大する。理論的には光吸収層とｎ型半導体層のバンドギャップが大きいほど開放電圧は増大するが、短絡電流密度は減少する。Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２のバンドギャップはＧａ濃度とともに増大し、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）がおよそ０．３であると、バンドギャップ１．０５ｅＶ程度であるとわかっている。このあたりの組成比で変換効率の良い光電変換素子を得ることが知られている。
【０００４】
また、Ｇａ濃度が上昇すると、バンドギャップは最大で１．６８ｅＶ（Ｇａ＝１）となる。またＳｅの代わりにＳ、Ｃｕの代わりにＡｇ、ＩＩＩ族元素の代わりにＡｌなどを置換しても、バンドギャップは上昇させることができる。これらのワイドギャップ化した光電変換素子材料は、電極など構成部材を透明化することで、太陽光の短波長領域を吸収して発電し、透過した長波長領域の光をバンドギャップの小さな光電変換素子でさらに発電に用いることができる。ワイドギャップ、ナローギャップの光電変換素子を重ねることで、いわゆるタンデム化が可能になる。
【０００５】
近年、ＮａやＫといったアルカリ金属が、カルコパイライト太陽電池の効率を向上させるうえで重要な役割を示すことが明らかになってきた。光吸収層蒸着時に表面近傍のｐ−ｎ界面にアルカリ金属を添加することで効率向上ができるが、この方法では蒸着の工程コストや材料コスト、設備が増大してしまう。従来はアルカリ金属がガラス基板から拡散してくるものであり、光吸収層表面に到達するまでに光吸収層にも大量に蓄積し、表面まで十分に届かなかった。ここで層構成を逆にすることで、ｐ−ｎ界面にガラス基板から拡散してくるアルカリ金属を添加することができるとか考えられる。実際に層構成を逆にした光電変換素子は、いずれも変換効率が１０％程度と低い。これはいずれもヘテロ接合型であり、ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｉｎ２Ｓ３といったｎ型半導体層にアルカリ金属が添加されることで性能が低下するからである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  １１４  １９４５０８−１，  ２０１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
実施形態は、変換効率の高い光電変換素子および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】
【０００８】
実施形態の光電変換素子は、基板と、基板上に透明な第１電極と、第２電極と、第１電極と第２電極に挟まれたホモ接合型の光吸収層とを備え、光吸収層は、第２電極側にｐ型領域と、第１電極側にｎ型領域を含み、ｎ領域にｎ型ドーパントが含まれ、ｎ領域側の光吸収層と第１電極との界面を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に関わる光電変換素子の断面概念図である。
【図２】実施形態に関わる多接合の光電変換素子の断面概念図である。
【図３】実施形態に関わる光電変換素子の断面概念図である。
【図４】実施形態に関わる太陽電池モジュールの構成概念図である。
【図５】実施形態に関わる太陽光発電システムの構成概念図である。
【図６】実施例６の光電変換素子の断面の走査型顕微鏡写真である。
【図７】実施例６のＳＩＭＳ測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態の光電変換素子及び光電変換素子を用いてなる太陽電池について詳細に説明する。
（光電変換素子）
図１の断面概念図に示す本実施形態に係る光電変換素子は、基板１と、基板１上に透明な第１電極２と、第２電極４と、第１電極と第２電極に挟まれたホモ接合型の光吸収層３とを備える。実施形態の太陽電池は、実施形態の光電変換素子を用いてなるものである。実施形態の光電変換素子は、スーパーストレート型と呼ばれる光電変換素子である。
【００１１】
なお、図示していない、第１電極２および第２電極４は、導電性の取り出し電極と接続する。実施形態の光電変換素子１００は、図２の様に、別の光電変換素子１０１と接合することで多接合型の光電変換素子２００とすることができる。図２では、光入射側のトップセルに光電変換素子１００を用いているが、光電変換素子１００は、ボトムセルとして用いられてもよい。入射光側に位置する光電変換素子の光吸収層は、入射光側でない光電変換素子の光吸収層よりもワイドギャップであることが好ましい。ワイドギャップな光吸収層のバンドギャップは、例えば、１．２ｅＶ−１．５ｅＶである。入射光側でない光電変換素子は、例えば、Ｓｉ、カルコパイライトなどを用いたバンドギャップ０．９ｅＶ−１．２ｅＶのものである。多接合型の光電変換素子２００は、図２のように、２接合型でもよいし３以上の光電変換素子を接合したものでもよい。
【００１２】
（基板１）
基板１は、光電変換素子１００を支持するものである。実施形態の基板１としては、ガラスを用いることが望ましく、ソーダライムガラス、低アルカリガラス、ホウけい酸ガラス、石英ガラスなど透明で高温耐性があればどのようなものでもよい。なお、基板１としては、アルカリ金属を多く含むものが好ましく、具体的には、ソーダライムガラスが好ましい。実施形態の光電変換素子１００では、基板１の第１電極２が形成された主面とは反対側の基板１の主面側が光入射面側となる。基板１には、図示しない反射防止膜などを第１電極２と基板１の間や第１電極２が形成された面とは反対側の基板１の主面に設けてもよい。
【００１３】
（第１電極２）
実施形態の第１電極２は、光電変換素子１００の透明な電極であって、基板１上に形成された透明導電膜である。第１電極２は、光が入射される側の電極である。第１電極２としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）、酸化ケイ素や酸化錫、酸化亜鉛や酸化チタンなどの透明の導電性酸化物膜を用いることができる。第１電極２は、導電性酸化物膜を単層、例えばＩＴＯなどを用いてもよいし、これらを積層させた積層膜を用いてもよい。積層膜の具体例としては、光吸収層３側から基板１側に向かってＳｎＯ−ＩＴＯ−ＳｉＯ２、  ＳｎＯ−ＡＺＯ−ＳｉＯ２、などように積層したものが挙げられる。第１電極２は基板１に金属膜材料をスパッタするなど公知の方法を採用して成膜することができる。第１電極２の膜厚は、例えば、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。
【００１４】
また、変換効率を上げる観点から、第１電極２には導電性と透過性以外に次の要件を備えることがより好ましい。例えば、第１電極２の具体例のＳｉＯ２は基板１であるガラスからのアルカリ金属拡散量を調整するために厚さや成分を調整して製膜される。ＳｉＯ２は、ＩＴＯと光吸収層３の間に設けることが好ましい。ＳｉＯ２は、具体的には膜厚１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。
【００１５】
（光吸収層３）
実施形態の光吸収層３は、ｎ領域３ａとｐ領域３ｂを有する化合物半導体層である。ｎ領域３ａ側の光吸収層３は第１電極２と対向する。光電変換素子１００は、ｎ領域３ａ側の光吸収層３は第１電極２との界面を有する。光電変換素子１００は、ｎ領域３ａ側の光吸収層３の第１電極２と対向する面と、第１電極２の光吸収層３と対向する面との界面を有する。光電変換素子１００は、ｎ領域３ａ側の光吸収層３の第１電極２と対向する面の全面と、第１電極２の光吸収層３と対向する面の全面との界面を有することが好ましい。光吸収層３は、ｎ領域３ａとｐ領域３ｂからなる化合物半導体層であることが好ましい。ｎ領域３ａは、光吸収層３がｎ型化した領域である。ｐ領域３ｂは、ｎ型化していない領域である。ｎ領域３ａとｐ領域３ｂは、導電型が異なる以外は、同じ化合物構造を有する。光吸収層３は、ｎ領域３ａとｐ領域３ｂがホモ接合したホモ接合型の光吸収層である。光吸収層３の第１電極２側の主面には、ｎ領域３ａが存在する。光吸収層３の第２電極４側の主面には、ｐ領域３ｂが存在する。
【００１６】
光吸収層３は、Ｉｂ族元素、ＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素を含む、例えばＣＩＧＳ、ＣＧＳやＣＩＴ、ＣＺＴＳといったカルコパイライト構造、スタナイト構造やケステライト構造を有する化合物半導体層を用いることができる。光吸収層３の膜厚は、例えば、５００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である。Ｉｂ族元素としては、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）又はＣｕ及びＡｇが好ましい。ＩＩＩｂ族元素としては、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の元素が好ましい。ＶＩｂ族元素としては、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ及びＴｅからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の元素が好ましく、Ｓｅを少なくとも含むことがより好ましい。
【００１７】
具体的には、光吸収層３として、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｔｅ）２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）３（Ｓｅ，Ｔｅ）５、又はＣｕ（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｓｅ２、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４等、より具体的には、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＴｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎ３Ｔｅ５等の化合物半導体を任意の組成比率で使用することができる。光吸収層３の組成比率を変えることで、バンドギャップを変えることができる。
【００１８】
（ｎ領域３ａ）
実施形態のｎ領域３ａは、ｎ型の半導体領域である。ｎ領域３ａは、ｐ領域３ｂと第１電極２との間に形成された層状の領域である。ｎ領域３ａは、高い開放電圧の光電変換素子を得ることのできるようにフェルミ準位が制御されたｎ型半導体が好ましい。ｎ領域３ｂの厚さは、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。ｎ領域３ａでは、１０２０−１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３の濃度のｎ型ドーパントが含まれていることが好ましい。
【００１９】
（ｐ型領域３ｂ）
実施形態のｐ領域３ｂは、ｐ型の半導体領域である。ｐ領域３ｂは、第２電極４とｎ領域３ａとの間に形成された層状の領域である。ｐ領域３ｂの厚さは、光吸収層３の厚さからｎ領域３ａの厚さを引いた厚さである。ｎ領域３ａとｐ領域３ｂはｐｎ接合を有するが界面を有しないことが好ましい。
【００２０】
光吸収層３のｎ型ドーパント（Ｃｄ，ＺｎとＭｇのうちのいずれか１種以上）は次の方法で確認することができる。第１電極２の基板１側の主面（図１における基板１と第１電極２との界面）を格子状に４つの等面積の領域に分割し、４分割した領域の中央の４点と主面の中央１点の合計５点をエッチングしながらＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：二次イオン質量分析法）で分析する。５点の測定値の平均値を分析値とする。分析は、第１電極２側から行う。第１電極２と光吸収層３の界面は、光吸収層３中のＩＩＩｂ族元素の濃度が分析中の最大値の１／１０以上となった最初の深さの位置とする。光吸収層３の厚さは、さらにエッチングをしながらＳＩＭＳ分析を行い、光吸収層３中のＩＩＩｂ族元素の濃度が分析中の最大値の１／１０未満となった深さから第１電極２と光吸収層３の界面までの距離である。ここで、光吸収層３の厚さをｄとする。そして、第１電極２と光吸収層３の界面から０．０１ｄの深さにおけるｎ型ドーパントの濃度をＸ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とする。また、第１電極２と光吸収層３の界面から０．５ｄの深さにおけるｎ型ドーパントの濃度をＹ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とする。また、第１電極２と光吸収層３の界面から０．１ｄの深さにおけるｎ型ドーパントの濃度をＺ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とする。そして、良好なｐｎ接合をつくるためには第一の電極表面近傍にドーパントが多いほうが良いという観点から、ＸとＹは、Ｘ／Ｙ＞１０の関係を満たすことが好ましく、Ｘ／Ｙ＞１００を満たすことがより好ましい。また、ＸとＺはＸ／Ｚ＞２の関係を満たすことがより好ましい。またＣｄＳなどのｎ型半導体の構成成分が完全に拡散せずに層として残っている場合、ｐｎヘテロ接合となり、効率があまり高くない。なおＣｄＳが層として残っていることを確認する場合はＴＥＭ−ＥＤＸなどの手段で同定するとよい。Ｃｄ，Ｓが同一領域に存在していることなどから確認できる
【００２１】
また、光吸収層３中には、ＮａやＫなどのアルカリ金属を含むことが、変換効率を向上させる観点から好ましい。そして、光吸収層３中には、最高濃度が１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以上１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ３以下であると、高い変換効率の光電変換素子１００が得られるため好ましい。光吸収層３に含まれるアルカリ金属の濃度は、ｎ型ドーパントと同様の方法によって測定される。
【００２２】
実施形態の光吸収層３の形成方法としては、例えば、スパッタリング、蒸着法、セレン化硫化法等の薄膜形成方法が挙げられる。そして、ｎ領域３ａを形成する方法を次に説明する。１つの方法としては、光吸収層３の製膜前に、第１電極２上にｎ型ドーパントを含む薄膜を製膜し、ｎ型ドーパントを含む薄膜上に光吸収層３を製膜し、熱拡散法によって元来ｐ型である光吸収層３の第１電極２側の領域にｎ型ドーパントを拡散させてｎ型領域３ａを形成する方法である。また、別の方法としては、蒸着法、スパッタ法、セレン化／硫化法、焼結法などによって、第１電極２上にｎ型ドーパントを添加しながら化合物半導体層を形成して、所望の時機にｎ型ドーパントの添加を停止して化合物半導体層を形成して、光吸収層３を製膜する方法である。ｎ型ドーパントはＣｄ，ＺｎとＭｇなどからなる元素を含む金属や前記元素を含む化合物である。
【００２３】
ｎ型ドーパントを含む薄膜は、ＣＶＤ法、スピンコート法、液相成長法、ディップ法、蒸着法、塗布法、スパッタ法などによって製膜される。ｎ型ドーパントを含む薄膜は、具体的にはＣｄ、Ｚｎ、Ｍｇなど金属膜や、ＺｎＳ、Ｚｎ（ＯαＳ１−α）、（ＺｎβＭｇ１−β）（ＯαＳ１−α）、（ＺｎβＣｄγＭｇ１−β−γ）（ＯαＳ１−α）、ＣｄＳ、Ｃｄ（ＯαＳ１−α）、（ＣｄβＭｇ１−β）Ｓ、（ＣｄβＭｇ１−β）（ＯαＳ１−α）、Ｉｎ２Ｓ３、Ｉｎ２（ＯαＳ１−α）、ＣａＳ、Ｃａ（ＯαＳ１−α）、ＳｒＳ、Ｓｒ（ＯαＳ１−α）、ＺｎＳｅ、ＺｎＩｎ２−δＳｅ４−ε（α、β、γ、δとεは、それぞれ、０＜α＜１、０＜β＜１、０＜γ＜１、０＜δ＜２、０＜ε＜４とβ＋γ＜１を満たすことが好ましい。）といった、ドーパントとなる金属元素と、光吸収層母体に拡散されても効率低下を招かないＶＩ族元素からなる化合物があげられる。
【００２４】
第１電極２上にｎ型ドーパントを添加しながら化合物半導体層を形成する場合は、スパッタリング、蒸着法、セレン化／硫化法、焼結法、化学気相蒸着法、液相成長法、塗布法等によって、ｎ型ドーパントを含む光吸収層３を製膜する方法が挙げられる。例として、スパッタリングのターゲットにＣｄをさらに用いて、膜厚１０ｎｍ−５００ｎｍ程度の１０１９−１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３のＣｄがドープされたｎ領域３ａを含むＣｕｘ（Ｉｎ１−ｙＧａｙ）（Ｓｅ１−ｚＳｚ）２（０．５≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ≦１）などを製膜することができる。
【００２５】
（中間層５）
実施形態では、図３の断面概念図に示す光電変換素子１０２のように光吸収層３と第２電極４との間に中間層５をさらに設けてもよい。中間層５は、例えば、第２電極４に正孔を受け渡す役割をする層である。また、中間層５は、第２電極４を形成する際のスパッタなどによって生じる光吸収層３への製膜ダメージを抑制、低減する役割も期待される。中間層５は、酸化物膜や金属膜などを含む。具体的な、中間層５は、１００ｎｍ以下のＺｎＴｅ、モリブデン、バナジウム、ニッケル、銅、チタン、タングステン、クロム、タンタル、コバルトなどのなかから選ばれる元素を含む酸化物、前記元素を含む金属膜などを含む。中間層５が酸化物の層である場合は、中間層５の厚さは、典型的には、１００ｎｍ以下であるが好ましい。また、中間層５が金属膜である場合は、中間層５の厚さは、典型的には、１０ｎｍ以下であることが好ましい。ｐコンタクト層の形成方法としては、ＣＶＤ法、スピンコート法、ディップ法、蒸着法、スパッタ法、スプレー法、塗布法などが挙げられる。
【００２６】
中間層５は、設けてもよいし、省略してもよい。第２電極４に用いられる層の種類や第２電極４の製膜法により十分な光電変換素子特性が得られるなどの場合は、中間層５が好適に省略される。例えば、光吸収層３上に第２電極４として、Ａｕを製膜する場合や低電圧、室温でスパッタ製膜できるＺｎドープ酸化インジウムなどを製膜する場合に好適に省略される。
【００２７】
（第２電極４）
実施形態の第２電極４は、第１電極２とともに光吸収層３を挟む電極である。第２電極４は、光吸収層３の第１電極２が形成する側とは反対側に存在する電極である。第２電極４は、金属膜や透明性導電膜を含む膜である。光電変換素子１００を多接合型光電変換素子のボトムセル以外に用いる場合は、第２電極４は、透明な電極であることが好ましい。具体的な第２電極４としては、金、ニッケル、銀、銅、モリブデン、タングステンなどのなかから選ばれる１種以上金属を含む金属膜、カーボンや銀、ナノ粒子からなる導電性のペーストなどの透明性導電膜、又は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を２ｗｔ％以上２０％以下含有したＺｎＯ：Ａｌ（アルミナ含有酸化亜鉛）あるいはジボランからのＢをドーパントとしてＢを２ｗｔ％以上２０％以下含有したＺｎＯ：Ｂ（Ｂドープ酸化亜鉛）や、酸化錫（ＳｎＯ）を２ｗｔ％以上２５％以下含有したＩｎ２Ｏ３：Ｓｎ（酸化錫含有酸化インジウム）などに代表される複合酸化物が挙げられる。第２電極４は、蒸着、スパッタなどによって成膜され、透過率と伝導性の高い層が好ましい。
【００２８】
実施形態の光電変換素子ではホモ接合型カルコパイライト光電変換素子のｐ−ｎ層構成を逆にするので、簡便に光電変換素子構成ができる点で産業上、非常に有用である。また、あらかじめ第１電極２上にｎ型ドーパントを形成する元素を含む化合物を製膜しておくことで、光吸収層３作製時にドーパントを熱拡散し、ｐ−ｎホモ接合を形成することが可能となるため、層構成が逆である光電変換素子を得ることができる。また、ガラス基板から拡散してくるアルカリ金属を利用することで、より高い変換効率の光電変換素子を得ることができる。
【００２９】
（太陽電池モジュール）
実施形態の太陽電池は、太陽電池モジュールにおける発電素子として用いることができる。実施形態の太陽電池は、実施形態の光電変換素子が受光して発電するものをいい、発電した電力は、太陽電池と電気的に接続した負荷で消費されたり、太陽電池と電気的に接続した蓄電池にて貯められたりする。
【００３０】
実施形態の太陽電池モジュールは、太陽電池のセルが複数、直列、並列、又は、直列及び並列に接続した部材又は単一のセルがガラス等の支持部材に固定された構造が挙げられる。太陽電池モジュールには、集光体を設け、太陽電池セルの面積よりも多くの面積で受光する光を電力に変換する構成にしてもよい。
【００３１】
図４に複数の太陽電池セル３０１を横方向に５セル、縦方向に５セル並べた太陽電池モジュール３００の構成概念図を示す。図４の太陽電池モジュール３００は、接続配線を省略しているが、前述のとおり、複数の太陽電池セル３０１を、直列、並列、又は、直列及び並列に接続することが好ましい。太陽電池セル３０１には、実施形態の光電変換素子１００、つまり、太陽電池が用いられることが好ましい。また、太陽電池セル３０１には、実施形態の光電変換素子１００と、他の光電変換素子２００を接合させた多接合型の光電変換素子である太陽電池を太陽電池セル３０１として用いても好ましい。また、実施形態の太陽電池モジュール３００は、実施形態の光電変換素子１００を用いたモジュールと他の光電変換素子１０１を用いたモジュールを重ねたモジュール構造を採用してもよい。他にも変換効率を高める構造を採用することが好ましい。実施形態の太陽電池モジュール３００において、太陽電池セル３０１は、ワイドバンドギャップの光電変換層を有することから、受光面側に設けられることが好ましい。
【００３２】
（太陽光発電システム）
実施形態の太陽電池モジュール３００は、太陽光発電システムにおいて、発電を行う発電機として用いることができる。実施形態の太陽光発電システムは、太陽電池モジュールを用いて発電を行うものであって、具体的には、発電を行う太陽電池モジュールと、発電した電気を電力変換する手段と、発電した電気をためる蓄電手段又は発電した電気を消費する負荷とを有する。図５に実施形態の太陽光発電システム４００の構成概念図を示す。図５の太陽光発電システムは、太陽電池モジュール４０１（３００）と、コンバーター４０２と、蓄電池４０３と、負荷４０４とを有する。蓄電池４０３と負荷４０４は、どちらか一方を省略しても良い。負荷４０４は、蓄電池４０３に蓄えられた電気エネルギーを利用することもできる構成にしてもよい。コンバーター４０２は、ＤＣ−ＤＣコンバーター、ＤＣ−ＡＣコンバーター、ＡＣ−ＡＣコンバーターなど変圧や直流交流変換などの電力変換を行う回路又は素子を含む装置である。コンバーター４０２の構成は、発電電圧、蓄電池４０３や負荷４０４の構成に応じて好適な構成を採用すればよい。
【００３３】
太陽電池モジュール３００の受光した太陽電池セル３０１が発電し、その電気エネルギーは、コンバーター４０２で変換され、蓄電池４０３で蓄えられるか、負荷４０４で消費される。太陽電池モジュール４０１には、太陽電池モジュール４０１を常に太陽に向けるための太陽光追尾駆動装置を設けたり、太陽光を集光する集光体を設けたり、発電効率を向上させるための装置等を付加することが好ましい。
【００３４】
太陽光発電システム４００は、住居、商業施設や工場などの不動産に用いられたり、車両、航空機や電子機器などの動産に用いられたりすることが好ましい。実施形態の変換効率に優れた光電変換素子を太陽電池４０１に用いることで、発電量の増加が期待される。
【００３５】
以下、実施例により実施形態の光電変換素子を説明する。
（実施例１）
縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は２２００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、上部電極としてＡｕを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．１５ｅＶ、光電変換素子の変換効率は１８％であった。透過率は０％であった。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から２２ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から１１００ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００３６】
（実施例２）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＺｎＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は２２００ｎｍ程度とした。これによりＺｎＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、上部電極としてＡｕを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．１５ｅＶ、光電変換素子の変換効率は１６％であった。透過率は０％であった。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から２２ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から１１００ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００３７】
（実施例３）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、酸化モリブデンを３０ｎｍ蒸着し、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は１２％、透過率は７５％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．２％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００３８】
（実施例４）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は１１％であった。透過率は８０％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は１０．３％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００３９】
（実施例５）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、ｐコンタクト層としてＡｕを５ｎｍ蒸着し、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は１３％、透過率は６５％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は８．２％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００４０】
（実施例６）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、上部電極としてＡｕを５０ｎｍ蒸着した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は１３％、透過率は０％であった。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した（図７）。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。図６に、実施例６の光電変換素子の走査型顕微鏡写真を示す。光吸収層製膜前にあらかじめ作製した５０ｎｍのＣｄＳ層が光吸収層作製時の熱により拡散し、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）で観察することによりでこの層がなくなっていることがわかる。
【００４１】
（実施例７）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍの石英ガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、酸化モリブデンを３０ｎｍ蒸着し、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は５％、透過率は７５％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．２％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。石英基板にはＮａやＫといったアルカリ金属が含まれていないため、この光電変換素子は変換効率が低かった。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが確認されなかった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００４２】
（実施例８）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯから構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、酸化モリブデンを３０ｎｍ蒸着し、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は４％、透過率は７５％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．２％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳｉＯ−ＩＴＯから構成される下部電極はＮａやＫといったアルカリ金属をガラス基板から光電変換素子に透過しやすいため、大量のアルカリ金属が光電変換素子に含まれ、この光電変換素子は変換効率が低かった。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２４ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００４３】
（実施例９）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は１１％であった。透過率は８０％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は１０．３％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。
ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが最大で１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００４４】
（比較例１）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯから構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。成膜温度を３００℃程度とすることにより、ＣｄＳがＣＧＳに拡散することを抑制し、光吸収層と下部電極との間に、ＣｄＳの層が一部残存した。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳとＣＧＳのｐ−ｎヘテロ接合が形成された。その後、酸化モリブデンを３０ｎｍ蒸着し、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は５％、透過率は７０％であった。ヘテロ接合は変換効率が低いことがわかる。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが最大で１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があったまた、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２４（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００４５】
（実施例１０）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＩＴＯ−ＳｎＯ２−ＴｉＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は７％であった。透過率は７７％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．３％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００４６】
（実施例１１）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２−ＴｉＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は８％であった。透過率は７７％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．３％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００４７】
（実施例１２）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＩＴＯから構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は４％であった。透過率は７５％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．２％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００４８】
（実施例１３）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、酸化バナジウムを３０ｎｍ蒸着し、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は９％、透過率は７５％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．２％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００４９】
（実施例１４）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、Ａｇを３０ｎｍ蒸着し、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は１２％、透過率は０％であった。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００５０】
（実施例１５）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、上部電極としてＢを５％ドープした酸化亜鉛を１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は１１％であった。透過率は７５％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．２％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００５１】
（実施例１６）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。なお、下部電極に製膜する際に蒸着のターゲットにＣｄをさらに用い、下部電極側の光吸収層にＣｄをドープさせた。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。下部電極側の光吸収層を成膜する際にＣｄを用いることで、下部電極近傍の光吸収層がｎ型化された。その後、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は９％であった。透過率は７５％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．２％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２４（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００５２】
（実施例１７）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＩｎ２Ｓ３を溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＩｎ２Ｓ３が熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は９％であった。透過率は７５％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．２％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＩｎのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＩｎの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＩｎ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００５３】
（実施例１８）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＺｎＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＺｎＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は９％であった。透過率は７５％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．２％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＺｎのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＺｎの濃度は１×１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＺｎ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００５４】
（実施例１９）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＺｎＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＺｎＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は１０％であった。透過率は７４％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．１％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＺｎとＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＺｎの濃度は１×１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であり、Ｃｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＺｎの濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であり、Ｃｄ濃度は１×１０１８（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００５５】
（実施例２０）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍの石英ガラス基板上にＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。膜厚は１５００ｎｍ程度とした。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、酸化モリブデンを３０ｎｍ蒸着し、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は５％、透過率は７５％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．２％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００５６】
（比較例２）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍの石英ガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯ−ＳｎＯ２から構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。成膜温度を３００℃程度とすることにより、ＣｄＳがＣＧＳに拡散することを抑制し、光吸収層と下部電極との間に、ＣｄＳの層が一部残存した。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、酸化モリブデンを３０ｎｍ蒸着し、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は５％、透過率は７０％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．２％であった。遮光しない場合のこの単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は２０％である。石英基板にはＮａやＫといったアルカリ金属が含まれていないため、この光電変換素子は変換効率が低かった。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが確認されなかった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００５７】
（比較例３）
（縦１６ｍｍ×横１２．５ｍｍ×厚さ１．８ｍｍのソーダライムガラス基板上にＳｉＯ２−ＩＴＯから構成される膜状の下部電極をＡｒ気流中スパッタによりガラス基板上に形成した。下部電極の膜厚は２５０ｎｍ程度とした。下部電極上にＣｄＳを溶液成長法で５０ｎｍ製膜し、その上に任意の割合でＣｕ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着法によりｐ型光吸収層の製膜を行った。成膜温度を３００℃程度とすることにより、ＣｄＳがＣＧＳに拡散することを抑制し、光吸収層と下部電極との間に、ＣｄＳの層が一部残存した。これによりＣｄＳが熱拡散でｐ型光吸収層中に拡散し、下部電極近傍がｎ型化された。その後、酸化モリブデンを３０ｎｍ蒸着し、上部電極として亜鉛を１０％ドープした酸化インジウムを１００ｎｍ形成した。光吸収層のバンドギャップは１．６８ｅＶ、光電変換素子の変換効率は７％、透過率は７０％であった。この光電変換素子で遮光した単結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率は９．２％であった。ＳＩＭＳによりＮａ濃度のプロファイルを調べたところ、光吸収層中にＮａが１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３確認される箇所があった。また、ＳＩＭＳにより、光吸収層中のＣｄのドープ濃度を測定した。第１電極と光吸収層の界面から１５ｎｍの深さにおけるＣｄの濃度は１×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、第１電極と光吸収層の界面から７５０ｎｍの深さにおけるＣｄ濃度は１×１０１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。
【００５８】
明細書中、元素の一部は元素記号のみで表している。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定解釈されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成することができる。例えば、変形例の様に異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００５９】
１…基板、２…第１電極、３…光吸収層、３ａ…ｎ型領域、３ｂ…ｐ型領域、４…第２電極、１００…光電変換素子、１０１…光電変換素子、１０２…光電変換素子、２００…多接合型光電変換素子、３００…太陽電池モジュール、３０１…太陽電池セル、４００…太陽電池システム、４０１…太陽電池モジュール、４０２…コンバーター、４０３…蓄電池、４０４…負荷
【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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