CN102947947A

CN102947947A - 光电变换装置

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Publication number: CN102947947A
Application number: CN2011800305818A
Authority: CN
Inventors: 小西博文; 时冈秀忠
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2031-04-27
Also published as: US20130118579A1; WO2012001857A1; CN102947947B; US9184320B2; JP5554409B2; JPWO2012001857A1

Abstract

本发明的目的在于将半导体层与背面电极之间的电阻也保持得低、并且提高通过了半导体层的光的反射率来实现光电变换效率高的光电变换装置。为此，提供一种光电变换装置，在透光绝缘基板（1）上将表面电极（2）、由半导体材料构成的光电变换层（4）、由透明导电氧化物构成的透明导电层（7）、以及由金属材料构成的背面电极（6）按照该顺序层叠，在该光电变换装置中，由以硅为主成分的半导体材料构成、且折射率比所述透明导电层高的导电层（8）与所述透明导电层（7）和所述背面电极（6）相接而被夹住。

Description

光电变换装置

技术领域

本发明涉及一种将太阳光等变换为电的光电变换装置。

背景技术

在将太阳光等变换为电的太阳能电池等光电变换装置中，在具有结的半导体层的两侧形成正电极和负电极，将在半导体层内所产生的正负的载流子集中到各电极而向外部取出。在半导体层的光吸收低的情况下，没有光电变换的光通过半导体层而导致效率下降。因此，将通过了半导体层的光再次向半导体层侧反射来提高光电变换效率。为此，一般将与半导体层的太阳光的入射相反侧的背面电极设为反射率高的金属电极。另外，还进行在半导体层与背面电极之间插入透明导电层的方案。

在专利文献1中，作为提高薄膜Si太阳能电池的效率的结构而公开了如下结构：在背面电极、与设置在背面电极的表面侧的透明导电膜之间插入由折射率比透明导电膜小的材质构成的折射率调整层。当例如透明导电膜为GZO（掺杂镓的氧化锌）时，在透明导电膜与由Ag（银）构成的背面电极之间插入SiO₂。其结果，减少浸透背面电极而被吸收的光，改善背面电极中的光的反射率。

在专利文献2中示出如下太阳能电池：具备受光面电极层、背面电极层、以及设置在受光面电极层与背面电极层之间的层叠体，层叠体包含第1光电变换部、以及将透过了第1光电变换部的光的一部分反射到第1光电变换部侧的反射层。反射层具有包含折射率调整材料的低折射率层、以及插入在低折射率层与第1光电变换部之间的接触层。构成折射率调整材料的材料的折射率比构成接触层的材料的折射率低，低折射率层的折射率比接触层的折射率低。由此，与以ZnO等为主体的以往的反射层相比提高了反射率。

专利文献1：日本特开2006-120737号公报

专利文献2：日本特开2009-231505号公报

发明内容

专利文献1、专利文献2都是在半导体层的背面侧的透明导电膜与背面电极之间插入了折射率比透明导电膜低的SiO₂等的膜的结构。然而，在在透明导电膜与背面电极之间插入导电性差的低折射率膜这样的结构中，半导体层与背面电极之间的电阻容易变高。

因此，本发明的目的在于将半导体层与背面电极之间的电阻也保持得低、并且提高通过了半导体层的光的反射率来实现光电变换效率高的光电变换装置。

本发明的光电变换装置，在透光绝缘基板上将表面电极、由半导体材料构成的光电变换层、由透明导电氧化物构成的透明导电层、以及由金属材料构成的背面电极按照该顺序层叠，由以硅为主成分的半导体材料构成且折射率比所述透明导电层高的导电层与所述透明导电层和所述背面电极相接而被夹住。

由以硅为主成分的半导体材料构成的导电层与所述透明导电层和所述背面电极相接而被夹住，因此能够在将半导体层与背面电极之间的电阻也保持得低的基础上，提高通过了半导体层的特别是长波长的光的反射率，能够实现光电变换效率高的光电变换装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的光电变换装置的概要结构的截面图。

图2是表示本发明的实施方式的光电变换装置的整体结构的立体图。

图3是表示本发明的实施方式的光电变换装置的反射率的波长依赖性的特性图。

图4是表示本发明的实施方式的光电变换装置的反射率的特性图。

图5是表示本发明的实施方式的光电变换装置的反射率的特性图。

图6是表示本发明的实施方式的光电变换装置的反射率的特性图。

图7是表示本发明的实施方式的光电变换装置的反射率的特性图。

图8是表示本发明的实施方式的光电变换装置的反射率的特性图。

图9是表示本发明的实施方式的光电变换装置的反射率的特性图。

图10是表示本发明的实施方式的光电变换装置的反射率的特性图。

图11是表示本发明的实施方式的光电变换装置的反射率的特性图。

图12是说明本发明的实施方式的光电变换装置的制造工序的部分截面图。

图13是说明本发明的实施方式的光电变换装置的制造工序的部分截面图。

图14是说明本发明的实施方式的光电变换装置的制造工序的部分截面图。

图15是说明本发明的实施方式的光电变换装置的制造工序的部分截面图。

图16是说明本发明的实施方式的光电变换装置的制造工序的部分截面图。

图17是说明本发明的实施方式的光电变换装置的制造工序的部分截面图。

图18是说明本发明的实施方式的光电变换装置的制造工序的部分截面图。

图19是说明本发明的实施方式的光电变换装置的制造工序的部分截面图。

图20是表示本发明的实施方式2的光电变换装置的结构的立体图。

图21是表示本发明的实施方式2的光电变换装置的结构的立体图。

图22是表示本发明的实施方式2的光电变换装置的结构的截面图。

图23是表示本发明的实施方式2的光电变换装置的结构的一个例子的立体图。

附图标记

1：透光绝缘基板；2、22：表面电极；4、24：光电变换层；6、26：背面电极；7、27：背面透明导电层；8、28：导电层；10、30：光电变换元件；23：集电电极；25、29：总线电极；71：接头线；72、73、74：连接线；91：第1槽；92：第2槽；93：第3槽；100、200：光电变换装置

具体实施方式

下面，使用附图说明与本发明有关的光电变换装置的实施方式。此外，本发明不限于下面的记述，能够在不超出本发明的精神的范围内适当进行变更。另外，在下面所示的附图中为了容易理解，有时各构件的缩小比例等与实际不同。在各附图之间也是同样的。

<实施方式1．>

图1是表示本发明的实施方式的光电变换装置的概要结构的截面图。如图1那样，该光电变换装置在透光绝缘基板1上方具有：由透明电极层构成的表面电极2、作为形成在表面电极2上的薄膜半导体层的光电变换层4、形成在光电变换层4上的由氧化物透明导电材料构成的背面透明导电层7、形成在背面透明导电层7上的导电层8、以及形成在导电层8上的由金属材料构成的背面电极6。导电层8与背面透明导电层7和背面电极6相接而被夹住。在透光绝缘基板1中使用玻璃、透明树脂、塑料、石英等各种具有透光性的绝缘基板。

表面电极2由包含氧化锌（ZnO）、氧化铟锡（ITO）、氧化锡（SnO₂）、氧化铟（In₂O₃）中的至少一种的透明导电氧化物（TCO：Transparent Conducting Oxide）构成。另外，也可以由在这些透明导电氧化物中掺杂了从铝（Al）、镓（Ga）、硼（B）等选择的至少一种以上的元素的膜等的透光膜构成。另外，表面电极2也可以具有如图那样在表面形成了凹凸的表面纹理结构。该表面纹理结构具有使入射的太阳光进行散射来提高光电变换层4中的光利用效率的功能。这种表面电极2能够通过溅射法、电子束堆积法、原子层堆积法、常压化学气相沉积（CVD：Chemical Vapor Deposition）法、低压CVD法、有机金属化学气相蒸镀（MOCVD：Metal Organic Chemical VaporDeposition）法、溶胶－凝胶法、印刷法、喷镀法等各种方法来制作。

光电变换层4由硅系薄膜半导体层构成，包含有依次层叠了与透光绝缘基板1的主面大致平行的p型半导体层4a、i型半导体层4b以及n型半导体层4c的pin半导体结。这里，硅系薄膜半导体层能够由硅半导体、或者掺杂了碳、锗、氧或者其它的元素中的至少一种薄膜构成。该光电变换层4使用等离子体CVD法或者热CVD法等来堆积形成。

另外，为了改善光电变换层4中的各层的接合特性，也可以在p型半导体层4a与i型半导体层4b之间、i型半导体层4b与n型半导体层4c之间插入具有各接合层的带隙的中间、或者同等的大小的带隙的非单晶硅（Si）层、非单晶碳化硅（Si_xC_1-x）层、非单晶氧化硅（Si_xO_1-x）层等的半导体层。即，也可以在p型半导体层4a与i型半导体层4b之间插入具有p型半导体层4a和i型半导体层4b的带隙的中间的大小的带隙的非单晶硅（Si）层、非单晶碳化硅（Si_xC_1-x）层、非单晶氧化硅（Si_xO_1-x）层等的半导体层。同样地，也可以在i型半导体层4b与n型半导体层4c之间插入具有i型半导体层4b和n型半导体层4c的带隙的中间、或者同等的大小的带隙的非单晶硅（Si）层、非单晶碳化硅（Si_xC_1-x）层、非单晶氧化硅（Si_xO_1-x）层等的半导体层。

背面透明导电层7由包含ZnO、ITO、SnO₂、In₂O₃中的至少一种的TCO构成。另外，也可以由在这些透明导电氧化膜中掺杂了从Al、Ga、B等选择的至少一种以上的元素的膜等的透光膜构成。背面透明导电层7通过电子束蒸镀法、溅射法、原子层堆积法、CVD法、低压CVD法、MOCVD法、溶胶－凝胶法、印刷法、涂敷法等形成。

导电层8是与背面透明导电层7和背面电极6相接而被夹住的层，具有将背面透明导电层7和背面电极6进行电连接、并且利用光的干涉效果与直接接合了背面透明导电层7和背面电极6的情况相比使向光电变换层4更多地反射特定的波长区的光的功能。导电层8的折射率比背面透明导电层7高。导电层8能够由p、i、或者n型的硅半导体、或者掺杂了碳、锗、氧或者其它的元素中的至少一个的以硅为主成分的硅系半导体薄膜构成。该硅系半导体薄膜不限于非晶质、微晶这样的特定的结晶性。导电层8与光电变换层4不同，在内部不包含pn、pin等半导体结。

该导电层8的膜厚可以在30nm~300nm的范围内进行调整。在膜厚比30nm还薄的情况下反射率有可能下降，在膜厚比300nm还厚的情况下从可见光至近红外光的波长区域的反射率有可能下降。另外，当膜厚比300nm还厚时背面透明导电层7与背面电极6之间的电阻有可能增加。当将导电层8的膜厚设为50nm~150nm左右的范围时，在能够对容易透过光电变换层4的波长800~1000nm的较长的波长的光提高反射率的基础上，降低背面透明导电层7与背面电极6之间的连接电阻的效果特别优良。

背面电极6通过具有高反射率以及导电性的、由从银（Ag）、Al、金（Au）、铜（Cu）、镍（Ni）、铑（Rh）、铂（Pt）、钯（Pr）、钛（Ti）、铬（Cr）、钼（Mo）等选择的至少一种以上的元素或者合金构成的层构成。为了提高反射率，最优选是由以Ag为主成分的金属构成。此外，作为这些背面电极6的高反射率以及导电性材料的具体材料没有特别限定，也可以从众所周知的材料适当选择而使用。

图2是表示本发明的实施方式的光电变换装置的整体结构的典型结构的立体图。图1所示的光电变换装置100的结构如下：被分割为多个光电变换元件10，这些光电变换元件10在透光绝缘基板1的上面被串联连接。图的光电变换元件10是如大概长方形那样的细长的矩形状。在其短边方向排列多个光电变换元件10。在图中表示在沿着透光绝缘基板1的边的方向排列的情况。表面电极2在通过形成第1槽91进行分割而相邻接的光电变换元件10之间分离。第1槽91是从表面电极2的表面到透光绝缘基板1的槽。在这样分离的表面电极2的上面层叠光电变换层4。在光电变换层4在从第1槽91稍微离开的位置形成有从光电变换层4的上面到表面电极2的第2槽92。在光电变换层4的上面形成背面电极6，背面电极6在第2槽92的内部与表面电极2相接。由此，相邻接的一个光电变换元件10的背面电极6串联连接在另一个表面电极2。另外，在对于第2槽92而第1槽91的相反侧形成将背面电极6在相邻接的光电变换元件10之间进行分离的第3槽93。在光电变换层4与背面电极6之间以相接的方式形成背面透明导电层7、导电层8。

光电变换装置90的大小能够是各种各样，但是在设置于屋外的太阳能电池中一般使用1边为1~2m等的大型的透光绝缘基板1。薄膜光电变换单元10是例如短边为5~10mm的细长的矩形。设为在大型的基板上5~10mm左右的长方形状的多个单元以5~10mm间隔隔着第3槽93而平行排列的结构等。虽然图中未示出，但是在薄膜光电变换单元10的上面粘接透湿性小的树脂层等而成为薄膜太阳能电池模块。

当光入射到光电变换元件10的光电变换层4时生成自由载流子，产生电动势而在表面电极2与背面电极6之间产生电流。在串联连接的光电变换元件10的两端连接未图示的引线并经由该引线来将电力取出到外部。

图3是表示本发明的实施方式的光电变换装置的反射率的波长依赖性的特性图。该图是如下的结果：将导电层8设为n型非晶质Si，从光电变换层4侧向背面透明导电层7侧入射光时，计算出通过背面透明导电层7、导电层8以及背面电极6反射到光电变换层4侧的反射率。图的纵轴是反射率，在全反射的情况下设为1，横轴是波长（nm）。在计算中，背面电极6设为Ag，背面透明导电层7的光入射侧设为微晶硅。另外，背面透明导电层7设为以ZnO为主成分的层，将其厚度设为90nm。在图中L1~L5的各线表示在改变与背面透明导电层7和背面电极6相接而被夹住的导电层8的膜厚的情况下的反射特性。导电层8的膜厚在L1中为0nm、在L2中为25nm、在L3中为80nm、在L4中为100nm、在L5中为120nm。此外，该图的L1示出膜厚为0nm、即不存在导电层8的以往结构的光电变换层的反射率的特性。如L2那样导电层8的膜厚为25nm时与以往的L1相比反射率下降。但是可以知道，当如L3那样将导电层8的膜厚设为80nm时波长范围700nm~900nm的反射率与以往相比提高。另外可以知道，当如L4那样将导电层8的膜厚设为100nm时波长范围750nm~1150nm的反射率与以往结构相比提高，当如L5那样将膜厚设为120nm时波长范围850~1200nm的反射率与以往结构相比提高。在如以硅为光电变换层4的主成分那样的光电变换装置中，在光电变换层4的背面侧中容易透过长的波长区域的光。当通过恰当地选择导电层8的膜厚来提高波长800~1000nm等波长区域的反射率时，能够提高光电变换效率。

图4~9是表示本发明的实施方式的光电变换装置的反射率的特性图。这些图是在波长850nm中改变了导电层8的光学折射率的情况下计算在该膜厚Tb和背面透明导电层7的膜厚Ta中反射率如何变化并进行二维显示的图。图4表示导电层8的折射率n为2.2的情况，图5表示导电层8的折射率n为2.6的情况，图6表示导电层8的折射率n为3.0的情况，图7表示导电层8的折射率n为3.4的情况，图8表示导电层8的折射率n为3.8的情况，图9表示导电层8的折射率n为4.2的情况。上述任一个情况下导电层8都设为在波长850nm中没有吸收的透明的膜。另外，背面透明导电层7作为Al掺杂的ZnO膜而使其膜厚Ta变化为20~220nm、导电层8的膜厚Tb变化为0~200nm来计算了反射率。在图中，纵轴是背面透明导电层7的膜厚Ta，上端设为20nm、下端设为220nm。另外，横轴是导电层8的膜厚Tb，左端设为0nm、右端设为200nm。在这些图中左端与导电层8的膜厚Tb为0nm而没有导电层8的以往结构的情况相当。另外，在图中反射率从该值分阶段而以阴影来表示。浓的斜线A表示反射率成为0.97以上的膜厚区域、斜线B表示反射率成为0.96以上且小于0.97的膜厚区域、点C表示反射率成为0.95以上且小于0.96的膜厚区域、素色D表示反射率成为0.80以上且小于0.95的膜厚区域、水平线E表示反射率成为0.60以上且小于0.80的膜厚区域、浓的水平线F表示成为小于0.60的膜厚区域。此外，非晶质Si在波长850nm中折射率约为3.8、且光吸收小，因此图8与将导电层8设为非晶质Si的情况下的结果相近。

在图4~9中，在膜厚Tb成为0nm的以往结构中左端共通。在这种情况下，背面透明导电层7的膜厚Ta为40~100nm、反射率成为0.95以上。当与它相比膜厚Ta还增加时观察到反射率下降的倾向。对此考虑为除了膜厚Ta成为高反射率的干涉条件发生偏移之外，还由于背面透明导电层7的吸收的影响。在如图4那样将导电层8设为折射率2.2的材料的情况下，可知能够在Ta约为20nm、Tb为70~80nm的区域形成成为与以往结构相比更高的反射率的区域（浓的斜线A的区域）。在如图5那样将导电层8设为折射率2.6的材料的情况下，另外如图6那样将导电层8设为折射率3.0的材料的情况下，在计算出的范围内只能获得与以往结构相同程度的反射率。但是，在进一步提高导电层8的折射率来如图7那样设为折射率3.4的材料的情况下、如图8那样设为折射率3.8的材料的情况下、如图9那样设为折射率4.2的材料的情况下，可知出现了成为与以往结构相比更高的反射率的区域（浓的斜线A的区域）。虽然图中未示出，但是在设为折射率4.6的材料的情况下也同样地出现成为与以往结构相比更高的反射率的区域。因而，当将导电层8设为波长850nm中的折射率设为3.4以上时，与以往结构相比还能够提高反射率。随着提高折射率，具有高的反射率区域变宽的倾向。此外，上述以波长850nm的情况进行了说明，但是在波长800~1100nm下也成为相同的倾向。另外，背面透明导电层7不限于Al掺杂的ZnO膜，对于如在相同程度的折射率和光学吸收、例如折射率1.9~2.1左右、800~1100nm的近红外区域中具有吸收那样的膜，成为相同的倾向。

根据以上的结果，作为提高反射率的方法而还考虑将导电层8设为折射率2.2的材料、使用更低的折射率的材料。但是，在这种材料中只有导电性显著变差的高电阻材料、或在近红外区域中具有吸收的透明导电材料。作为导电层8而使用折射率比背面透明导电层7低的材料，不大幅地增加电阻则难以实现与以往结构相比高的反射率。另一方面，在作为导电层8而使用了折射率比背面透明导电层7高的材料的情况下，在该折射率为2.6~3.0中几乎没有得到高的反射率的效果，但是当设为3.4以上时能够获得高的反射率。作为这种高折射材料而适用半导体材料，特别是以硅为主成分的半导体材料在容易制造的点上是最优的。导电层8的结晶结构也可以是非晶质、微晶、结晶、纳米晶、以及它们同时存在的结构。为了提高导电性，与非晶质相比导电层8的结晶结构优选为微晶、或者准晶质。另一方面，当设为非晶质时与微晶、准晶质的情况相比折射率高，提高反射率的膜厚范围宽，在形成膜、膜厚的控制性的点上有利。另外，在以硅为主成分情况下也可以含有碳、锗等。能够通过在半导体材料中掺杂杂质来调节导电性，因此容易将光电变换层4与背面电极6之间的电传导保持得良好。半导体材料可以向Si掺杂P（磷）、B（硼）等杂质来具有1×10^-8S/cm以上、更希望为1×10^-6S/cm以上的暗导电率。从电连接性的观点考虑希望背面透明导电层7和导电层8设为相同电传导型。一般作为透明导电材料而使用的ZnO、ITO、SnO₂、In₂O₃等是n型的导电性材料，因此希望导电层8也设为相同的n型半导体，作为杂质而可以使用P（磷）等。

图10以及图11是表示本发明的实施方式的光电变换装置的反射率的特性图。将导电层8设为非晶硅，图10是对波长800nm、图11是对波长1000nm进行了与图4~9相同的计算的结果。如这些图那样，在任意的波长中都看到比以往结构相比更高的反射区域（区域A）。在该结构的情况下可以知道，当将导电层8的膜厚设为50nm~150nm左右的范围时能够对于容易透过光电变换层4的波长800~1000nm的较长的波长的光提高反射率。但是，成为高反射的膜厚区域由于波长而稍微不同，因此结合光电变换层4的结构来调整为恰当的膜厚即可。

在本发明的光电变换装置中，在考虑了导电层8的折射率、以及想要提高反射率的波长范围的基础上，通过对导电层8的膜厚进行优化来提高光电变换效率。另外，导电层8的膜厚不需要面内均匀。在有膜厚分布的情况下，反射率的放大率和波长区变化，但是在光电变换层4的吸收波长区中，只要向光电变换层4进行反射的光的总量、即反射的光子的总量与不存在导电层8的情况相比增加即可。根据该理由，导电层8也不需要存在于面整体中，也可以局部地存在于面内。但是，从反射率提高的观点考虑希望导电层8存在于大致面整体中。

下面，说明本发明的实施方式的光电变换装置的典型的制造方法。图12~19是说明本发明的实施方式的光电变换装置的制造工序的部分截面图。它们是对图2的光电变换装置100的相邻接的光电变换元件10彼此之间的边界附近的位置进行放大而表示的图。首先准备如图12那样形成了由透明导电膜构成的表面电极2的透光绝缘基板1。接着如图13那样通过激光划线法等来在表面电极2形成第1槽91，在光电变换元件10之间分割表面电极2。接着如图14那样，在表面电极2的上面以CVD法等来形成光电变换层4。光电变换层4是层叠了p型、i型、n型的半导体层的层。也可以设为将p型、i型、n型的半导体层的组合层叠了多个的层叠型的结构。接着如图15那样，在光电变换层4的上面通过溅射法、CVD法、蒸镀法等来形成例如以ZnO为主成分那样的薄的背面透明导电层7。接着如图16那样，在背面透明导电层7的上面通过CVD法等来形成导电层8。导电层8是薄的非晶质硅膜等。接着如图17那样，在从第1槽91稍微偏移的位置通过激光划线法等来形成第2槽92。使得在第2槽92的底部残留表面电极2。接着如图18那样，将Ag等的背面电极6形成在导电层8的上面。此时背面电极6在第2槽92的内部与表面电极2相接。由此相邻接的光电变换元件10之间的一个元件的背面电极6和另一个元件的表面电极2被电连接。接着如图19那样，在从第2槽92向第1槽91的相反侧偏移的位置通过激光划线法等来在背面电极6形成第3槽93。由此相邻接的光电变换元件10之间的背面电极6分离。图表示将背面电极6与光电变换层4一起去除而在背面电极6形成槽的情况。此时，使得残留第3槽93的底部的表面电极2。经由如以上那样的工序，图2的光电变换装置100完成。

如在以上的实施方式中叙述那样，在本发明的光电变换装置中在背面透明导电层7与背面电极6的界面插入由p、i、或者n型的硅系半导体薄膜构成的导电层8，能够利用导电层8内部的光的干涉效果来提高所期望的波长区的反射率。因此，提高光电变换层4中的光的利用效率，能够实现发电效率高的光电变换装置。

这里，以具有一个半导体光电变换层的光电变换装置为例说明了本发明的实施方式，但是本发明不限于此，能够在不超出发明的目的的前提下设为任意的方式。例如不限于由一个半导体光电变换层构成的光电变换装置，还能够应用于将半导体光电变换层层叠两个以上的层叠型的光电变换装置。

<实施方式2．>

图20以及图21是表示作为本实施方式2的光电变换装置的光电变换元件30的结构的立体图。光电变换元件30是使用了半导体结晶的结晶系太阳能电池。图20是光入射的表面侧（受光面侧）的立体图，图21是背面侧的立体图。另外，图22是表示本实施方式2的光电变换元件30的结构的截面图，是图20的点线P-Q之间的截面图。实施方式1的光电变换元件10是薄膜，因此需要透光绝缘基板1，但是本实施方式2的光电变换装置是使用了能够自立的半导体结晶的结晶系太阳能电池，因此透光绝缘基板1不是必须的。

光电变换元件30的光电变换层24具有半导体结晶基板、或者该基板和形成在它的上面的半导体膜。光电变换层24在p型或者n型的半导体结晶基板形成掺杂了与基板相反导电型的杂质的半导体掺杂层来形成pn结。对于这些掺杂层，存在通过热扩散而形成在基板内的方法和通过形成膜技术来堆积在基板面的方法。在本实施方式2中通过后者的方法来形成了掺杂层。

具体地说，在n型的单晶硅基板24b的受光面侧作为掺杂层而形成p型非晶质硅膜24a、在它的背面侧作为掺杂层而以CVD法形成n型非晶质硅膜24c。另外，在各导电层与单晶硅基板24b之间在受光面侧形成本征（intrinsic）的i型非晶质硅膜24d、在相反面侧形成本征的i型非晶质硅膜24e。这些i型非晶质硅膜24d、24e降低单晶硅基板24b的表面的缺陷来改善光电变换特性。典型的单晶硅基板24b的厚度为100~300微米，i型非晶质硅膜24d、24e的厚度为1nm~10nm、n型非晶质硅膜24a、p型非晶质硅膜24c的厚度为3nm~10nm等。单晶硅基板24b的形状也可以设为1边为100~160mm的正方形、将角倒圆的正方形、将纵横的长度稍微改变的矩形等、圆形、多角形。在单晶硅基板24b的受光侧的表面通过各向异性蚀刻等来形成微细的凸凹时光吸收提高，故良好为宜。另外，同样的凹凸也可以形成在背面侧。

在受光面侧的p型非晶质硅膜24a的上面通过蒸镀法、溅射法来形成由ZnO、ITO、SnO₂等的透明导电膜构成的表面电极22。优选为调整表面电极22的膜厚，使得对在太阳光中包含得多的波长的光基于干涉效果而产生防反射效果。另外，在表面电极22的上面以金属膏等来形成集电电极23。集电电极23是例如宽度100微米的细线以2~3mm间隔平行的形状、也可以设为网眼、树枝状。与该集电电极23相交叉地形成总线电极25。总线电极25是宽度1~2mm左右的宽幅的电极，在该电极中连接将光电变换装置的电力取出到外部的接头线。集电电极23、总线电极25的根数、间隔只要考虑发电量和损耗来适当调整即可。

在背面侧的n型非晶质硅膜24c的上面形成背面透明导电层27、以硅为主成分的导电层28、由银等构成的背面电极26。它们的厚度、形成方法与实施方式1相同。背面透明导电层27可以使用ZnO来形成，背面电极26可以使用以银为主成分的材料来形成，导电层28可以以掺杂了杂质的非晶硅或者微晶硅等来形成。在背面电极26的上面与表面相同地形成总线电极29。也可以在背面与表面相同地设置集电电极。

图23是表示将本实施方式2的光电变换元件30进行集成的光电变换装置200的结构的一个例子的立体图。如将从透光绝缘基板1入射的光进行光电变换那样，使受光面朝向透光绝缘基板1侧排列多个光电变换元件30。接头线71的一端连接在光电变换元件30的受光面侧的总线电极25，另一端连接在相邻接的光电变换元件30的背面侧的总线电极29而相互串联连接。在各光电变换元件30中隔着间隔而连接多个接头线71。串联连接的端的接头线71连接在连接线72、73。透光绝缘基板1的周边部的光电变换元件30彼此之间的连接经由设置在侧部的连接线74来连接。

透光绝缘基板1和光电变换元件30以透明的粘接剂来固定，虽然图中未示出，但是光电变换元件30的背面侧也通过粘接剂用密封片等密封材料进行覆盖。在串联连接的两端的连接线72、73连接引线，该引线的另一端侧取出到密封材料的外部。

在本实施方式2的光电变换元件30、光电变换装置200中，在背面透明导电层27与背面电极27之间也具有由以硅为主成分的半导体材料构成且折射率比背面透明导电层27高的导电层28，因此特别是提高对于太阳光的长的波长的反射率来提高变换效率，并且还能够将光电变换层24与背面电极27之间的电阻保持得低。

产业上的可利用性

本发明能够利用于太阳能电池等将光变换为电的光电变换装置的高性能化。

Claims

1.一种光电变换装置，在该光电变换装置中，将表面电极、由半导体材料构成的光电变换层、由透明导电氧化物构成的透明导电层、以及由金属材料构成的背面电极按照该顺序层叠，其中，

由以硅为主成分的半导体材料构成且折射率比所述透明导电层高的导电层与所述透明导电层和所述背面电极相接而被夹住。

2.根据权利要求1所述的光电变换装置，其特征在于，

透明导电层以ZnO为主成分，背面电极以银为主成分。

3.根据权利要求1或者2所述的光电变换装置，其特征在于，

导电层针对波长850nm的折射率为3.4以上。

4.根据权利要求1~3中的任一项所述的光电变换装置，其特征在于，

导电层是掺杂了杂质的导电性的非晶质硅。

5.根据权利要求1~3中的任一项所述的光电变换装置，其特征在于，

导电层是掺杂了杂质的导电性的微晶硅。

6.根据权利要求1~5中的任一项所述的光电变换装置，其特征在于，

导电层的膜厚落入30nm~300nm的范围内。

7.根据权利要求1~6中的任一项所述的光电变换装置，其特征在于，

导电层是n型半导体。