JP2002057359A

JP2002057359A - 積層型太陽電池

Info

Publication number: JP2002057359A
Application number: JP2001088248A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Muramoto; 昌彦村本; Hisashi Hayakawa; 尚志早川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2002-02-22
Also published as: US20020011263A1; US6459034B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】光電変換素子の膜質と積層型太陽電池の表面
の凹凸形状とを最適化することにより、光電変換効率の
高い積層型太陽電池を提供すること。【解決手段】積層型太陽電池は、支持基板２上に、第
１電極層３、複数の光電変換素子４，６、第２電極層７
を積層し、少なくとも１以上の光電変換素子間に、表面
が凹凸状の中間層５が介在している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、積層型太陽電池
に関し、詳しくは、複数の光電変換素子を有することに
より、より広い波長範囲の光を利用できる積層型太陽電
池に関するものである。

【０００２】なお、この明細書で言及する積層型太陽電
池とは、複数の接合が膜厚方向に並べられ、電気的に直
列に接続された構造を有する太陽電池を指す。また、中
間層とは、膜厚方向に並べられた光電変換素子間に挿入
される透明導電膜のことであり、一般的に太陽電池や液
晶ディスプレイで透明電極として用いられる材料からな
るものを指している。

【０００３】

【従来の技術】従来、結晶シリコン基板を用いた単接合
型太陽電池が商品化され、市場を大きく占めているが、
結晶シリコン基板の高コスト化とシリコン原料の供給不
足とが問題となっている。このため、安価なガラス基板
や金属基板上に、非晶質シリコン系薄膜材料からなる光
電変換素子を形成した非晶質系シリコン太陽電池の開発
が新たに進められている。

【０００４】しかし、非晶質系シリコン太陽電池は、そ
の光電変換効率が結晶系太陽電池に対して低いだけでな
く、長時間の光照射によって光電変換素子中にダングリ
ングボンドが形成されて光電変換特性が劣化する現象
（いわゆるステブラーロンスキー効果）が発生するとい
う問題点を有しており、未だ克服する目途は立っていな
い。

【０００５】一方で、禁止帯幅の異なる材料からなる複
数の光電変換素子を同一基板上に積層して直列に接続し
た積層型太陽電池が従来より知られている。例えば、非
晶質系シリコンからなる光電変換素子と、結晶性シリコ
ンからなる光電変換素子とを組み合わせた積層型太陽電
池が一般的である（例えば、特開平１−２８９１７３号
公報参照）。この積層型太陽電池では、光入射側へ近づ
くに従い、光電変換素子の禁止帯幅が大きくなるように
光電変換素子が積層されるので、広い波長範囲の光エネ
ルギーを効率的に取り出せるようになっている。

【０００６】つまり、光電変換素子は、禁止帯幅（Ｅ
ｇ）以上のエネルギーを持つ光子だけを吸収し、Ｅｇよ
り低いエネルギーを有する光子は光電変換素子を透過し
て損失となる。このため、光入射側へ近づくに従い、Ｅ
ｇが大きくなるような順で光電変換素子を積層すればエ
ネルギー損失を少なくすることができ、単位面積当たり
の光の利用効率が向上する。加えて、積層型太陽電池
は、単接合型太陽電池よりも高い開放電圧を得られるこ
とや太陽電池特性の劣化を抑えることができることな
ど、数多くの利点を備えているので、高効率化、低コス
ト化の有効な手段として、盛んに研究開発されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】太陽光発電は、火力発
電や原子力発電をはじめとする他の発電手段と競合する
という背景があり、今後、より一層の普及を図っていく
ためには更なる高効率化と低コスト化が不可欠となって
いる。このような要求に対処するためには、以下の課題
点を解決することが必要とされている。（１）積層型太陽電池全体の短絡電流密度を律速して
いる光電変換素子に対する短絡電流密度の向上。（２）積層型太陽電池への入射光量の増大。（３）開放電圧の向上。

【０００８】これら課題点を考慮した積層型太陽電池と
して、例えば、光電変換素子の光入射側から順に禁止帯
幅が小さくなるように積層した２つの光電変換素子の間
に、透明導電膜を介在させた積層型太陽電池が一般に知
られている（例えば、特許第２７３８５５７号公報参
照）。この積層型太陽電池では、透明導電膜の膜厚を適
切な値とすることにより、透明導電膜表面の反射率は、
光入射側に位置する光電変換素子に吸収され易い波長域
の光に対して極大値をとり、一方、反入射側に位置する
光電変換素子に吸収され易い波長域の光に対して低い値
となるように設定している。

【０００９】しかし、この積層型太陽電池は上記課題点
（１）に対しては効果的であると考えられるものの、上
記課題点（２）に対処することができない。というの
は、照射光をより効率的に積層型太陽電池内部に入射さ
せるための有効な手段として、積層型太陽電池の光入射
側に位置する光電変換素子の上部面（以下、この明細書
において積層型太陽電池の表面と称する）を凹凸状とす
ることが知られている。しかし、この積層型太陽電池の
表面は凹凸状となっていないのである。

【００１０】積層型太陽電池の表面の凹凸は、照射光の
反射を抑えて照射光に太陽電池内部へ入射する機会を多
く与える効果があるので、より効率的に照射光を利用す
ることを可能とする。加えて、そのような凹凸が形成さ
れた積層型太陽電池では、光入射側表面に形成された透
明電極（一般的に屈折率約１．５〜２程度）と、光電変
換素子（一般的に屈折率約４程度）との間の大きな屈折
率の差によって、入射光の進行方向が大きく曲げられ、
光電変換素子内部における光路長が長くなって光電変換
素子の入射光の吸収量が改善される効果が得られる。よ
って光電変換素子の膜厚を薄くできる（以下、この明細
書においてこれらの効果を光閉じ込め効果と称す）。

【００１１】光電変換素子の膜厚を薄くできれば、製造
ラインにおける光電変換素子の成膜時間が短縮される。
また、光照射によって生じたキャリアが光電変換素子中
を移動する距離も短くなるため、特に非晶質系シリコン
材料からなる光電変換素子においては、前記キャリアが
光電変換素子中に存在するダングリングボンドに捕捉さ
れる確率が減少し、また、光電変換素子中の内部電界が
強まることとも相まって前項で述べたような光照射によ
る特性劣化を抑制できるという利点も生じる。

【００１２】このように、積層型太陽電池の表面を凹凸
状とすることは、積層型太陽電池の高効率化、低コスト
化を図るうえで非常に有用である。光入射側の表面を凹
凸状とした積層型太陽電池としては、下部光電変換素子
として結晶性シリコンを成膜する際に生じる表面の凹
凸、それに加えて裏面電極の表面を凹凸化することで、
積層型太陽電池の表面を凹凸化した積層型太陽電池が一
般に知られている（例えば、特開平１１−２１４７２８
号公報参照）。

【００１３】ところが、この手法では、積層型太陽電池
の表面の凹凸は、下部光電変換素子の表面の凹凸や、裏
面電極の表面の凹凸に依存している。従って、下部光電
変換素子や裏面電極の成膜条件が限定され、これらの膜
質と積層型太陽電池の表面の凹凸形状とを同時に最適化
することが極めて困難となる。特に、結晶性シリコン
の膜質は、その光電変換効率に大きな影響を与えるの
で、成膜条件が限定されてしまうことは、積層型太陽電
池の光電変換効率の向上を図るうえで望ましくない。

【００１４】一般に積層型太陽電池は、複数の光電変換
素子が積層されており、多数のパラメータが複雑に絡み
合って構成されている。このため、ある構成要素の改善
を行うと、別の構成要素の特性を低下させることが多
く、それぞれに最適値を有した構造が創出できていない
状況にある。このため、相互に影響を与えている構成要
素に対し、それぞれ最適な設計を行える構造を創出する
ことが、積層型太陽電池の更なる高効率化を図るうえで
非常に重要である。

【００１５】この発明は以上のような事情を考慮してな
されたものであり、光電変換素子の膜質と積層型太陽電
池の表面の凹凸形状とを同時に最適化することにより、
光電変換効率の高い積層型太陽電池を提供するものであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明は、支持基板上
に、第１電極層、複数の光電変換素子、第２電極層を積
層し、少なくとも１以上の光電変換素子間に、表面が凹
凸状の中間層が介在していることを特徴とする積層型太
陽電池を提供するものである。またこの発明は、第１電
極層、複数の光電変換素子、第２電極層から構成され、
少なくとも１つの光電変換素子が支持基板となり、光電
変換素子間に、表面が凹凸状の中間層が介在しているこ
とを特徴とする積層型太陽電池を提供するものでもあ
る。つまり、この発明においては、光電変換素子のいず
れか１つを支持基板として使用することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明の積層型太陽電池の中間
層の表面の凹凸は、中間層の成膜後に、中間層の表面に
エッチング加工などの処理を施すことにより形成するこ
とができる。そして、中間層の表面凹凸の大きさは、中
間層の下地となる光電変換素子の表面凹凸の大きさより
も大きく構成する。なお、この明細書において表面凹凸
の大きさとは、膜表面の微小領域（数μｍ〜数ｍｍ角程
度）における凹凸の最頂部と最底部との最大高低差のこ
とであり、以下、この明細書中において表面凹凸量又は
Ｒｍａｘと称する。

【００１８】中間層の表面凹凸量としては、太陽電池特
性を考慮すると、好ましくは約５０〜８００ｎｍ程度の
範囲であり、特に望ましくは約８０ｎｍ〜４００ｎｍ程
度の範囲である。

【００１９】中間層は透光性導電材料で形成されている
ことが必要で、その材料としては、ＩＴＯ（酸化インジ
ウムに数重量％の錫を含有した材料）、二酸化すず（Ｓ
ｎＯ ₂）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを挙げることがで
きる。中でも、中間層形成後、プラズマＣＶＤ法で半導
体層を積層する際に、中間層が水素プラズマに晒される
ことを考慮すると耐還元性に優れた酸化亜鉛を主成分と
した材料が特に望ましい。

【００２０】また、第１電極層および第２電極層は、少
なくとも光が入射する側に設けられる方の電極層が透光
性を有していればよい。従って、第１電極層および第２
電極層は、透光性のものや非透光性のものを用いること
ができ、透光性とする場合にはＩＴＯ、ＳｎＯ₂、Ｚｎ
Ｏなどの透光性導電材料で形成することができ、一方、
非透光性とする場合にはアルミ、銀などの金属材料で形
成することができる。なお、非透光性とする場合には透
光性導電材料からなる層と金属材料からなる層との積層
構造であってもよい。また、第１電極層の表面凹凸量と
しては、好ましくは約５ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の範囲で
あり、特に望ましくは、約１５ｎｍ〜１２０ｎｍ程度の
範囲である。

【００２１】この発明の積層型太陽電池は、複数の光電
変換素子が結晶性シリコンを含有する第１光電変換素子
と、非晶質系シリコンからなる第２光電変換素子とで構
成され、第１光電変換素子は第１電極層側に設けられ、
第２光電変換素子は第２電極層側に設けられいていても
よい。

【００２２】第１光電変換素子を構成する結晶シリコン
粒は基板面の垂直方向に対して、結晶方位が特定方向に
配向していることが好ましく、プラズマＣＶＤ法では、
＜１１０＞に配向したものが形成し易い。その場合、Ｘ
線回折法によるシリコンの（１１１）回折ピークの積分
強度に対して、（２２０）回折ピークの積分強度が約５
倍以上であることがさらに好ましい。

【００２３】この発明による積層型太陽電池は、中間層
の表面に凹凸形成を行うことにより、積層型太陽電池の
表面を凹凸化することができる。このような中間層の作
用によって積層型太陽電池の表面における入射光の反射
を抑えつつ、光電変換素子の内部における入射光の光路
長を長くすることができる。そして、積層型太陽電池の
表面の凹凸形状は、中間層の表面の凹凸形状に大いに依
存するので、第１電極層と第１光電変換素子の成膜条件
を自由に、かつ、適切に設定できるようになる。

【００２４】次に、積層型太陽電池の光電変換効率と中
間層の表面凹凸量との相関関係について図６に示す実験
データに基づいて説明する。図６に示されるように、中
間層の表面凹凸のＲｍａｘ値が、約５０ｎｍ〜８００ｎ
ｍ程度の範囲では、比較的良好な光電変換効率が得られ
ている。そして、約８０ｎｍ〜４００ｎｍ程度の範囲で
特に望ましい光電変換効率が得られている。ところが、
Ｒｍａｘ値を小さくすると、光閉じ込め効果が少なくな
り、短絡電流密度の減少によって光電変換効率が低下す
る。特に、約５０ｎｍ未満では、顕著に表れている。

【００２５】一方、Ｒｍａｘ値を大きくした場合にも、
光電変換効率は低下する。特に約８００ｎｍを超える
と、中間層の上部に位置する光電変換素子に対して、凹
凸量が大きくなりすぎ、多数のリークを誘発するため特
性が低下している。このため、中間層の表面凹凸のＲｍ
ａｘ値としては、約５０ｎｍ〜８００ｎｍ程度の範囲内
が好ましく、更に望ましくは約８０ｎｍ〜４００ｎｍ程
度の範囲内である。

【００２６】さらに加えて、様々な表面凹凸量を有する
下地層の上に形成された結晶性シリコンからなる光電変
換素子（以下、この明細書において結晶シリコン光電変
換素子と称する）の太陽電池特性を検討した結果、以下
の定性的な知見が得られた。本知見では、下地層の凹凸
量が小さくなるにつれて、結晶シリコン光電変換素子の
開放電圧および曲線因子は改善されるものの、結晶シリ
コン光電変換素子表面での光閉じ込め効果および裏面側
界面での光の散乱による効果が低減されるため、短絡電
流密度は低下することが明らかになった。

【００２７】積層型太陽電池の場合、各光電変換素子は
電気的に直列に接続されており、その短絡電流密度は、
各光電変換素子の最小値に律速され、決定されている。
対照的に、開放電圧は各光電変換素子の積算値となる。
これらのことを踏まえると、積層型太陽電池を構成して
いる複数の光電変換素子のうち、短絡電流密度の高い光
電変換素子については、その短絡電流密度を低下させた
としても、積層型太陽電池の特性を低下させることにな
らず、むしろ光電変換素子の開放電圧を大きくすること
によって積層型太陽電池の特性向上に貢献すると考えら
れる。

【００２８】例えば、結晶シリコン光電変換素子と、非
晶質系シリコンからなる光電変換素子（以下、この明細
書において非晶質シリコン光電変換素子と称する）とを
直列接続した積層型太陽電池の場合、元来、結晶シリコ
ン光電変換素子は短絡電流密度が高く、また特性劣化挙
動が無いため膜厚をかなり厚くでき、非結晶質シリコン
光電変換素子に比べて比較的容易に短絡電流密度を大き
くすることが可能である。

【００２９】つまり、結晶シリコン光電変換素子の下地
層の表面凹凸量を、積層型太陽電池の短絡電流密度を律
速しない範囲で適切に制御することによって、開放電圧
の向上を図り、結果として積層型太陽電池全体の光電変
換効率の向上を図ることが考えられる。この発明による
積層型太陽電池では、中間層の表面に凹凸を形成するこ
とにより、積層型太陽電池の表面を凹凸化して光閉じ込
め効果の向上を図るので、結晶シリコン光電変換素子の
下地層、つまり第１電極層の表面凹凸量を自由、かつ、
最適に設定でき、このような手法を有効に活用すること
ができる。

【００３０】このような考察に基づき、結晶シリコン光
電変換素子の下地層となる第１電極層の表面凹凸量を様
々な値に変更して作成した積層型太陽電池の光電変換効
率を図７に示す。その結果、第１電極層の表面凹凸量に
望ましい範囲が存在することを見出した。第１電極の
表面におけるＲｍａｘ値が、あまりにも小さい場合（約
５ｎｍ未満）、吸収されることなく第１電極層に達した
光がその表面で散乱されず、結晶シリコン光電変換素子
の短絡電流密度が大きく低下し、積層型太陽電池全体の
短絡電流密度を律速するため、積層型太陽電池の変換効
率は大きく低下する。

【００３１】一方、第１電極層の表面凹凸量が大きい場
合でも、結晶シリコン光電変換素子の電気的特性が悪化
する。特に、約１５０ｎｍを超える凹凸においては、急
激に特性低下が認められる。この特性低下は、結晶シリ
コン光電変換素子を形成する際の結晶シリコン粒の結晶
成長に起因すると考えられる。

【００３２】次に図８〜図１０に基づいて、下地層の表
面凹凸量および結晶シリコン粒の配向性と、結晶シリコ
ン光電変換素子中に発生する結晶粒界との相関関係につ
いて説明する。図８に示すように、プラズマＣＶＤ法な
どで形成した結晶シリコン光電変換素子８４の内部で
は、光エネルギーを受け取って発生したキャリアは、発
生する内部電界によって矢印で示す膜厚方向へ移動す
る。

【００３３】このため、結晶シリコン光電変換素子８４
を構成する結晶シリコン粒８４ａは、基板８１に対して
垂直方向に柱状であって、膜厚方向を横切る結晶粒界８
４ｂが少ないことが望まれる。ところが、下地層８３の
表面凹凸量が大きい場合、その影響を受けて、それぞれ
の結晶シリコン粒８４ａの成長方向が異なるため、結晶
成長中にお互いがぶつかり合い、柱状成長が妨げられ
る。そして、このように結晶シリコン粒８４ａの成長方
向がぶつかりあう部分では、膜厚方向を横切る結晶粒界
８４ｂが発生する。結晶粒界８４ｂにおいては、結晶シ
リコンの構造が乱れており、多数のダングリングボンド
が存在するとともにアモルファス成分が多く介在する。

【００３４】このため、結晶シリコン光電変換素子８４
内部でキャリアの再結合が増加すると共に、不均一な内
部電界がキャリアの移動特性に著しい影響を与え、太陽
電池特性を悪化させることとなる。特に、図８のように
下地層８３の表面凹凸量が大きい場合、膜厚方向に結晶
シリコン粒８４ａの成長方向が揃っていないため、電気
的特性は低下する。ところが、図９のように、下地層９
３の表面凹凸量が小さくなると、各結晶シリコン粒９４
ａがぶつかり合うことが少なくなり、結晶粒界９４ｂが
低減される。これに伴い、結晶シリコン光電変換素子９
４の膜質と太陽電池特性が向上するのである。

【００３５】また、図１０は図９と同じ表面凹凸を有し
た下地層１０３上に、結晶シリコン粒１０４ａが特定の
結晶方位に揃って成長するように、例えば製膜条件を変
更した結晶シリコン光電変換素子１０４を示す。この場
合、図９と同様に下地層１０３の表面凹凸に起因する結
晶粒界１０４ｂの発生が抑えられるとともに、異なる結
晶方位を有した結晶シリコン粒１０４ａの間に生じる成
長速度の差異に起因する結晶粒界１０４ｂの発生も抑え
られている。

【００３６】つまり、下地層の平坦性と結晶シリコン粒
の結晶配向性とを制御することが結晶シリコン光電変換
素子の膜質の向上に有用であり、積層型太陽電池の特性
を大いに向上させることになる。

【００３７】このように結晶性シリコンの結晶配向性と
しては、基板に対して垂直方向に配向していることが望
ましく、＜１１０＞配向している場合ならば、Ｘ線回折
法によるシリコンの（２２０）／（１１１）回折積分強
度比が約５以上あれば、より好ましい。

【００３８】この発明では、従来、第１電極層や結晶シ
リコン光電変換素子の表面凹凸に依存して形成されてい
た積層型太陽電池の表面凹凸を、中間層の表面凹凸によ
って制御して形成することができる。従って、第１電極
層の表面凹凸量や結晶シリコン光電変換素子の形成条件
などに制約が無くなる。そして、自由に設定することが
可能となった第１電極層の表面凹凸量および結晶シリコ
ン光電変換素子の形成条件を最適に設定することによ
り、さらなる積層型太陽電池の特性向上を図ることが可
能となる。

【００３９】なお、この発明による積層型太陽電池は、
支持基板が透光性を有していてもよい。つまり、この発
明による積層型太陽電池は、支持基板を透光性として支
持基板側から光が入射するように構成するとスーパース
トレート型として適用でき、支持基板と反対方向から光
が入射するように構成するとサブストレート型として適
用できる。スーパーストレート型とする場合は、少なく
とも支持基板および第１電極層が透光性であることが必
要であるが、第２電極層は透光性でも非透光性でも構わ
ない。一方、サブストレート型とする場合は、第２電極
層が透光性であることが必要であるが、支持基板および
第１電極層は透光性でも非透光性でも構わない。

【００４０】また、この発明による積層型太陽電池は、
複数の光電変換素子のうち、少なくとも１つの光電変換
素子が支持基板の役割を兼ねるように構成する場合に
は、その光電変換素子として多結晶シリコン基板又は単
結晶シリコン基板などを用いることができる。光電変換
素子としてシリコン基板を用いる場合でも、シリコン基
板表面の凹凸形状は自由かつ適切に設定できる。シリコ
ン基板の表面に凹凸を形成する場合、その凹凸の好まし
い最大高低差は約５ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の範囲内であ
る。表面に凹凸が形成されたシリコン基板を用いる場合
でも、積層型太陽電池の入射側表面を前述と同様に凹凸
化でき、同等の効果を奏する。

【００４１】

【実施例】以下に図面に示す実施例に基づいてこの発明
を詳述する。なお、この実施例によってこの発明が限定
されるものではない。

【００４２】実施例１この発明の実施例１に係る積層型太陽電池について図１
に基づいて説明する。図１は、実施例１に係る積層型太
陽電池１の構成を示す断面図である。積層型太陽電池１
は、支持基板２上に、第１電極層３、第１光電変換素子
４、第２光電変換素子６、第２電極層７を順に積層され
て構成され、第１光電変換素子４と第２光電変換素子６
の間に、表面が凹凸状の中間層５が介在している。な
お、第２電極層７の上部にはさらに補助電極８が形成さ
れている。また、照射光９は、太陽電池特性測定時に照
射する光を示したものである。

【００４３】以上の構成を備えた積層型太陽電池１の製
造方法について以下に説明する。なお、支持基板２とし
て表面が平坦なガラス基板を用いた場合を例として説明
するが、支持基板２としては、ガラス基板の他、金属セ
ラミック基板、シリコン基板などの他、これらの基板上
に金属膜や絶縁性材料を成膜したものでも構わない。

【００４４】まず、支持基板２となるガラス基板（コー
ニング社製７０５９）を純水で洗浄したのち、第１電極
層３として、銀および酸化亜鉛（ＺｎＯ）を電子ビーム
蒸着法によってそれぞれ成膜した。第１電極層３の形成
に当たっては、その表面に凹凸を形成せずに成膜を行っ
た。銀を成膜する際には、基板温度を約１８０℃とした
後、純銀に電子ビームを照射し、膜厚約１００ｎｍで成
膜した。さらに、ＺｎＯを成膜する際には、基板温度を
約２２０℃とし、酸素を約４２ｓｃｃｍ流し、蒸着源と
して用いたＺｎＯ粒に電子ビームを照射し、膜厚約５０
ｎｍで成膜した。

【００４５】第１電極層３としては、金属膜又は導電性
金属酸化膜でもよく、これらの単層または複合層でもよ
い。さらに、形成方法も上記の真空蒸着法に限らず、ス
パッタリング法など公知の技術を用いることができる。
また、ＺｎＯは、ガリウム（Ｇａ）やアルミニウム（Ａ
ｌ）、ホウ素（Ｂ）等のドーパントを混入しているもの
であっても構わない。

【００４６】次に、第１電極層３上に、電気的な導電型
がｎ、ｉ、ｐ型である各結晶シリコン薄膜をプラズマＣ
ＶＤ装置を用いて連続成膜し、第１光電変換素子４を積
層した。第１光電変換素子４の積層にあたっては、支持
基板２を加熱したのち、支持基板２とカソード間に高周
波電力を印加し、プラズマを発生させることにより目的
とする結晶シリコン薄膜を得ることができる。

【００４７】第１光電変換素子４を構成するｎ、ｉ、ｐ
型の各結晶シリコン薄膜の成膜条件を以下の表１に示
す。

【表１】

【００４８】第１光電変換素子４の積層後、中間層５を
積層する。材料としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のほか、
ＩＴＯ（酸化インジウムに数重量％の錫を含有した材
料）、二酸化錫（ＳｎＯ₂）などでも良いが、耐還元性
に特に優れるＺｎＯが望ましい。さらに、このような
ＺｎＯは、ガリウム（Ｇａ）やアルミニウム（Ａｌ）、
ホウ素（Ｂ）等のドーパントを混入しているものであっ
ても構わない。

【００４９】形成方法については、スパッタリング法、
真空蒸着法などで形成することができる。実施例１で
は、ガリウムを含んだＺｎＯ膜をスパッタリング法によ
って形成した。形成に当たっては、スパッタリング装置
中で、支持基板２を約２００℃に加熱した後、アルゴン
圧を約０．７Ｐａとし、支持基板２とカソード（ターゲ
ットとしてガリウムがドープされた酸化亜鉛を用いた）
間に約５００ＶのＤＣバイアスを印加した。形成した中
間層５の表面凹凸量（Ｒｍａｘ）は約４２ｎｍであっ
た。この後、中間層表面５ａをさらに凹凸化するため、
中間層５を約０．５重量％の酢酸水溶液中で、約５０秒
間ウェットエッチングを施した。その結果、中間層５の
表面凹凸量は約１９８ｎｍとなった。

【００５０】なお、中間層５の表面凹凸の形成方法は、
ウェットエッチングに限らず、ドライエッチングなどの
他の方法で行っても構わない。この後、表面凹凸が形成
された中間層５の上部に第２光電変換素子６を積層す
る。第２光電変換素子６の材料としては、非晶質系シリ
コンを用いた。非晶質シリコンの禁止帯幅は、結晶シリ
コンのそれよりも広く、積層型太陽電池の窓側（光入射
側）の光電変換素子として好適である。

【００５１】なお、ここで、非晶質系シリコンと言及し
ているが、価電子制御型シリコン材料としてのｎ型やｐ
型非晶質シリコンに変わって、ｎ型およびｐ型微結晶シ
リコンを用いても構わない。

【００５２】第２光電変換素子６の形成には、第１光電
変換素子４の形成に用いたのと同じ装置を用いた。第２
光電変換素子６の形成条件を以下の表２に示す。

【表２】

【００５３】第２光電変換素子６の積層後、第２電極層
７を膜厚約６０ｎｍで積層した。第２電極層７の材料と
してはＩＴＯを用い、スパッタリング法で成膜した。支
持基板２の温度は予め約２２０℃とし、約１．４ｓｃｃ
ｍの酸素と約２５０ｓｃｃｍのＡｒを流量制御するとと
もに、ガス圧を約３．８Ｐａとし、支持基板２とカソー
ド間に約４５０ＶのＤＣバイアスを印加して成膜した。
このように形成された第２電極層７の表面凹凸量は約１
８６ｎｍであり、積層型太陽電池１の表面における照射
光９の反射を低減できるものである。

【００５４】その後、補助電極８を膜厚約３００ｎｍで
形成した。補助電極８の材料としては銀を用い、電子ビ
ーム蒸着法で、基板表面にメタルマスクを用いることに
より、形成範囲を限定して形成した。支持基板２の温度
は約１８０℃とし、蒸着源を純銀として電子ビームを照
射し、熔融させて形成した。

【００５５】補助電極８は、第２電極層７の電流収集能
力を補完するものであり、銀以外にも低抵抗の材料を用
いることができる。また、形成方法も真空蒸着法に限定
されることなく、スパッタリング法などを用いることが
できる。

【００５６】比較例この発明の積層型太陽電池に対する比較例として作製し
た積層型太陽電池（図示せず）について説明する。実施
例１の積層型太陽電池の中間層の表面には凹凸を形成し
たが、比較例の積層型太陽電池では、中間層の表面に凹
凸を形成していない。比較例の積層型太陽電池のその他
の形成条件と構造は、実施例１の積層型太陽電池と同じ
である。なお、比較例の積層型太陽電池の表面凹凸量は
約３７ｎｍであった。

【００５７】次に、以上のようにして作製した実施例１
の積層型太陽電池１に、ＡＭ−１．５、１００ｍＷ／ｃ
ｍ²の照射光９を第２電極層７側から照射して測定した
結果を、比較例の測定結果と共に以下の表３に示す。な
お、比較例に対する測定条件も全く同一である。

【表３】

【００５８】以上の比較結果により、実施例１と比較例
の積層型太陽電池では、短絡電流密度の差が大きく、こ
の発明を用いることによって積層型太陽電池の表面での
光閉じ込め効果が有効に作用していると考えられる。

【００５９】なお、実施例１は、２層の光電変換素子を
有した積層型太陽電池について説明したが、３層以上の
光電変換素子を有する積層型太陽電池などでも中間層の
表面に凹凸を形成することは有効であり、実施例１と同
様の効果を奏することは明らかである。

【００６０】実施例２この発明の実施例２に係る積層型太陽電池について図２
に基づいて説明する。図２は、実施例２に係る積層型太
陽電池２１の構成を示す断面図である。積層型太陽電池
２１は、第１電極層２３、第１光電変換素子２４、第２
光電変換素子２６、第２電極層２７によって構成され、
第１光電変換素子２４は支持基板を兼ね、第１光電変換
素子２４と第２光電変換素子２６との間には表面が凹凸
状の中間層２５が介在している。

【００６１】詳しくは、ｐ型半導体層２４ａは、ｎ型半
導体基板２２表面部分に対して、ホウ素を拡散させるこ
とによってｐ型化したものであり、これらｐ型半導体層
２４ａおよびｎ型半導体基板２２によって第１光電変換
素子２４が構成されている。また、第１電極層２３は、
ｎ型シリコン基板２２の裏面に積層され、第２電極層２
７の上部には補助電極２８が形成されている。なお、照
射光２９は、太陽電池特性測定時に照射する光を示した
ものである。

【００６２】以上の構成を備えた積層型太陽電池２１の
製造方法について以下に説明する。まず、ｎ型半導体基
板２２としては、リンを約１０¹⁷ｃｍ^-3含有したｎ型多
結晶シリコン基板を用いた。このような半導体基板とし
ては、多結晶シリコン基板の他、単結晶シリコン基板な
どを用いることができる。

【００６３】次に、ｎ型半導体基板２２の表面に付着し
ているアルカリ成分や有機物を取り去るためにＲＣＡ洗
浄を実施した後、第１電極層２３側のｎ型半導体基板２
２表面および側面を有機材料で塗布した。有機材料は、
ｐ型半導体層２４ａを形成する際、ｎ型半導体基板２２
の第１電極側２３の表面部分にはホウ素が拡散して、ｐ
型化しないための保護材料であり、ｐ型半導体層２４ａ
の形成後、剥離液で除去する。ｐ型半導体層２４ａの形
成方法としては、ガス拡散法を用いた。ｎ型半導体基板
２２を炉の中で加熱し、ＢＢｒ₃を拡散源とし、ｎ型半
導体基板２２の表面領域にホウ素を拡散させて形成し
た。ｐ型半導体層２４ａを形成方法としては、上記のガ
ス拡散法以外にも、イオン注入法のほか、プラズマＣＶ
Ｄ法等によって、ｎ型結晶基板２２の表面に堆積する方
法など、公知の不純物導入法または、堆積・塗布法を用
いることができる。

【００６４】この後、ｎ型半導体基板２２の裏面側に第
１電極層２３を積層した。第１電極層２３は蒸着源に純
銀を用いた電子ビーム装着法で形成した。第１電極層２
３の材料としては、銀のほか、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｄなどの
金属または、合金であってもよい。また、第１電極層２
３の形成方法は、上記の電子ビーム蒸着法に限られず、
その他の公知の方法を用いることができる。第１電極層
２３の積層後、中間層２５を積層するが、これ以降の工
程は実施例１と同じなのでここではその説明を省略す
る。

【００６５】このようにして作製された積層型太陽電池
２１に、ＡＭ−１．５、１００ｍＷ／ｃｍ²の照射光２
９を第２電極層２７側から照射して測定を実施した結
果、以下の表４に示す値が得られた。なお、実施例２に
対する比較のため、中間層の表面に凹凸を形成せず、そ
の他の形成条件と構成を同一として作製した比較例の積
層型太陽電池に対する測定結果も併せて記す。

【表４】

【００６６】以上の比較結果においても実施例１と同様
の傾向が得られており、中間層の表面に凹凸を形成する
ことによって、積層型太陽電池の表面における光閉じ込
め効果が効果的に作用していることが判る。

【００６７】従来、結晶シリコン基板を用いた積層型太
陽電池表面での光閉じ込めを実施するためには、ｐ型半
導体層２４ａの形成前に、ｎ型結晶シリコン基板２２の
ｐ型半導体層２４ａ側表面に化学エッチングもしくは機
械加工を実施し、凹凸を形成する必要があった。この場
合、ｐ型半導体層２４ａとｎ型結晶シリコン基板２２に
よるｐｎ接合部の面積は、このような凹凸を形成しない
場合に対して１．５〜２倍程度に増加する。よって、受
光面積が同じ場合、両者を比較すると、短絡電流値（Ｉ
ｓｃ）はそれほど変化しないものの、太陽電池暗時の逆
飽和電流（Ｉ₀）はｐｎ接合面積にほぼ比例するため、
凹凸を形成した場合、Ｉ₀の増加が発生することにな
る。よって、近似的にＶｏｃ＝ｎｋＴ／ｑｌｎ（Ｉｓｃ／Ｉ₀＋１）・・・（１）ここでｎ：ダイオード係数ｋ：ボルツマン係数Ｔ：温度ｑ：電子の電荷で表現される太陽電池特性の開放電圧は、低下すること
となる。加えて、特に堆積・塗布法によってｐ型半導体
層２４ａを形成する場合、凹凸が大きいと、ｎ型結晶シ
リコン基板２２を充分に被覆できずに、ｎ型結晶シリコ
ン基板２２と中間層２５との間でリークを誘発し易くな
る。即ち、太陽電池特性面だけでなく、良品率にも影響
を与えることとなる。本発明では、積層型太陽電池表面
に必要とされる凹凸形状は、中間層のそれに依存するた
め、結晶シリコン基板表面の凹凸形状としては、積層型
太陽電池表面に必要とされる大きな凹凸である必要はな
く、それよりも小さな凹凸若しくは平坦なものであって
も、良好な光閉じ込め効果を有した積層型太陽電池を形
成することができる。

【００６８】また、実施例２では、２層の光電変換素子
を有する積層型太陽電池について説明したが、例えば、
３層以上の光電変換素子を有するような積層型太陽電池
においても、この発明が好適に適用されることは明らか
である。

【００６９】実施例３実施例１および実施例２では、中間層の表面に凹凸を形
成することにより、光閉じ込め効果の増大を図り、入射
光吸収量を増大させることができる構造を示した。上述
のように、この発明では、中間層の表面凹凸によって積
層型太陽電池の表面を凹凸化する。このため従来の積層
型太陽電池のように、第１電極層や結晶性シリコン材料
からなる下部光電変換素子（この発明の第１光電変換素
子に相当）の表面凹凸を調整することによって積層型太
陽電池に入射する光量を制御する必要が無くなる。

【００７０】実施例３の積層型太陽電池は、以上のよう
なこの発明の利点をさらに活かすことにより、従来の積
層型太陽電池における結晶シリコン光電変換素子の問題
点を解決するものである。結晶シリコン光電変換素子の
問題点とは、つまり、図８に示すように、結晶シリコン
光電変換素子の下地層の凹凸量が大きい場合、結晶シリ
コン光電変換素子の内部に多くの結晶粒界を生じ、光照
射によって発生したキャリアの理想的な移動特性を妨げ
てしまうことである。従って、図９に示すように、結晶
シリコン光電変換素子中の結晶粒界を減少させることが
できれば、キャリアの移動特性が良好なものとなり、太
陽電池特性が向上する。実施例３の積層型太陽電池は、
図９に示すような結晶シリコン粒のモデルに基づいて作
製されたものであり、結晶性シリコンからなる第１光電
変換素子が積層型太陽電池の短絡電流密度を律速しない
程度に、第１電極層の表面凹凸量を最適に設定すること
により、積層型太陽電池の光電変換効率をより一層向上
させるものである。

【００７１】実施例３に係る積層型太陽電池について図
３に基づいて説明する。なお、実施例３の積層型太陽電
池３１は、実施例１の積層型太陽電池１（図１）の第１
電極層３の表面に凹凸を形成したものである。図３は、
実施例３に係る積層型太陽電池３１の構成を示す断面図
である。積層型太陽電池３１は、支持基板３２、第１電
極層３３、第１光電変換素子３４、中間層３５、第２光
電変換素子３６、第２電極層３７が順に積層され、第２
電極層３７の上部には補助電極３８が形成されている。
そして、第１電極層表面３３ａおよび中間層表面３５ａ
には、それぞれ最適と考えられる大きさの表面凹凸が形
成されている。なお、照射光３９は、太陽電池特性測定
時に照射する光を示したものである。

【００７２】このような第１電極層表面３３ａの表面凹
凸は、第１電極層３３の膜厚や形成温度を調整すること
により自然発生的に生じさせる以外にも、表面に予め凹
凸が形成された支持基板を用いることにより形成するこ
ともできる。実施例３における第１電極層３３は、表面
が平坦な支持基板３２（ガラス基板）を約２８０℃に加
熱し、加熱されたガラス基板上で、純銀に電子ビームを
照射することによって、銀膜を膜厚約８００ｎｍで形成
し、その上部にＺｎＯ膜を膜厚約５０ｎｍで積層して形
成されたものである。このような形成条件で、第１電極
層３３を形成することにより、第１電極層表面３３ａに
は凹凸が形成される。第１電極層表面３３ａの表面凹凸
量は約５０ｎｍであった。

【００７３】以上のようにして形成した第１電極層３３
上に、実施例１と同じ形成条件で第１光電変換素子３
４、中間層３５、第２光電変換素子３６、第２電極層３
７および補助電極３８を形成して積層型太陽電池３１を
完成させた。積層型太陽電池３１の測定結果を以下の表
５に示す。なお、測定条件は実施例１と同じである。

【表５】

【００７４】以上の測定結果のとおり、第１電極層表面
３３ａに最適な大きさの表面凹凸を形成することによ
り、太陽電池特性がより一層向上することが判った。こ
のような効果は、実施例３の積層型太陽電池３１に特有
のものではなく、例えば、３層以上の光電変換素子を有
するような積層型太陽電池においても同様の効果を奏す
ることが明らかである。

【００７５】実施例４実施例４に係る積層型太陽電池について図４に基づいて
説明する。図４は、実施例４に係る積層型太陽電池４１
の構成を示す断面図である。なお、実施例４の積層型太
陽電池の構成は、実施例３の積層型太陽電池３１（図
３）と同じであり、第１光電変換素子４４の形成条件の
みが異なっている。詳しくは、第１光電変換素子４４を
構成するｎ型、ｉ型、ｐ型の各結晶シリコン薄膜のう
ち、ｉ型結晶シリコン薄膜を形成する際のプラズマＣＶ
Ｄ条件を変更している。これにより、ｉ型結晶シリコン
薄膜を構成する結晶シリコン粒が、基板面に対して垂直
方向の結晶方位を有しつつ成膜されるので、ｉ型結晶シ
リコン薄膜内部の結晶粒界が減少する。つまり、実施例
４の積層型太陽電池４１は、図１０に示すような結晶シ
リコン粒のモデルに従って第１光電変換素子４４を形成
し、太陽電池特性の向上を図るものである。

【００７６】以下に、第１光電変換素子４４構成するｎ
型、ｉ型、ｐ型の各結晶シリコン薄膜のうち、ｉ型結晶
シリコン薄膜の形成条件について記載する。なお、ｎ型
およびｐ型の各結晶シリコン薄膜の形成条件は、実施例
３と同じでありここではその説明を省略する。ｉ型結晶
シリコン薄膜を形成する際のプラズマＣＶＤ条件として
は、シランの流量を約６ｓｃｃｍ、水素の流量を約３０
０ｓｃｃｍとし、ガス圧力を約６５Ｐａ、投入圧力を約
５２Ｗ、支持基板温度を約２２０℃とし、膜厚約２７０
０ｎｍで成膜した。

【００７７】積層型太陽電池４１のその他の構成および
形成条件は、実施例３と同じであるのでここではその説
明を省略する。また、実施例４の積層型太陽電池４１の
中間層４５の表面凹凸の大きさは、実質的に実施例３と
同じ程度である。従って、実施例４を実施例３と比較し
た場合、実施例４の中間層４５の表面凹凸量が、実施例
４の積層型太陽電池４１の太陽電池特性に影響を与えた
ものではないことを付け加えておく。

【００７８】積層型太陽電池４１に対して、実施例３と
同じ条件で照射光４９を照射し、太陽電池特性を測定し
た結果、以下の表６に示すような値を得ることができ、
実施例３に対して開放電圧および曲線因子の向上が認め
られた。

【表６】

【００７９】更に、第１光電変換素子４４を構成する結
晶シリコン粒について、基板面の垂直方向に対する結晶
方位をＸ線回折法で確認した結果、他のシリコンの回折
ピークに対する相対的強度が非常に強い（２２０）の回
折ピークが認められ、（２２０）／（１１１）＝５．０
であることが判った。

【００８０】Ｘ線回折法では、基板面に対して垂直方向
に、実質的にいかなる結晶方位を有する結晶シリコン粒
が成長しているかが判る。実施例４の第１光電変換素子
４４の上記Ｘ線回折結果を、実施例３の第１光電変換素
子３４のＸ線回折結果（（２２０）／（１１１）＝１．
６）と比較すると、実施例４の第１光電変換素子４４
は、基板面に対して垂直方向の結晶方位を有する結晶シ
リコン粒が堆積して形成されていることが判る。

【００８１】以上の比較結果によれば、結晶シリコン光
電変換素子を構成する結晶シリコン粒の結晶方位を、基
板面の垂直方向に優先的に配向する、つまりキャリアの
移動方向に優先的に配向することによって太陽電池特性
を大いに向上させ得ることが判る。なお、以上の効果
は、ｐ型やｎ型の各結晶シリコン薄膜を構成する結晶シ
リコン粒についても、ｉ型結晶シリコン薄膜の結晶シリ
コン粒と同じ結晶方位に配向していることがより望まし
く、ｉ型結晶シリコン薄膜と同様に適切な製膜条件を用
いることで堆積可能である。

【００８２】また、実施例４以外の構成であっても、少
なくとも結晶シリコン光電変換素子を有する積層型太陽
電池であれば、実施例４と同様の効果を奏することは明
らかである。

【００８３】実施例５この発明の実施例５に係る積層型太陽電池について図５
に基づいて説明する。図５は、実施例５に係る積層型太
陽電池５１の構成を示す断面図である。積層型太陽電池
５１は、支持基板５２上に、第１電極層５３、第１光電
変換素子５４、第２光電変換素子５６、第２電極層５７
を順に積層して構成され、第１光電変換素子５４と第２
光電変換素子５６の間に、表面が凹凸状の中間層５５が
介在している。また、照射光５９は、太陽電池特性測定
時に照射する光を示したものである。

【００８４】以上の構成を備えた積層型太陽電池５１の
製造方法について以下に説明する。なお、支持基板５２
としては表面が平坦なガラス基板を用いた場合を例とし
て説明するが、支持基板としては、ガラス基板の他、透
光性を有する材料で形成された基板であってもよい。

【００８５】まず、支持基板５２となるガラス基板（コ
ーニング社製７０５９）を純水で洗浄したのち、第１電
極層５３として、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を電子ビーム蒸着
法によってそれぞれ成膜した。第１電極層５３の形成に
あたっては、その表面に凹凸を形成せずに成膜を行っ
た。

【００８６】ＺｎＯを成膜する際には、基板温度を約２
２０℃とし、酸素を約４２ｓｃｃｍ流し、蒸着源として
用いたＺｎＯ粒に電子ビームを照射し、膜厚約５０ｎｍ
で成膜した。第１電極層５３としては、ＺｎＯのほか、
二酸化すず、ＩＴＯなどの透光性を有した導電膜が好ま
しい。また、これらの単層または複合層でもよい。さら
に、形成方法も上記の真空蒸着法に限らず、スパッタリ
ング法などの公知の技術を用いることができる。また、
ガリウム（Ｇａ）やアルミニウム（Ａｌ）、ホウ素
（Ｂ）等のドーパントを混入しているものであっても構
わない。

【００８７】次に、第１電極層５３上に、電気的な導電
型がｐ、ｉ、ｎ型である各非晶質シリコン薄膜をプラズ
マＣＶＤ装置を用いて連続成膜し、第１光電変換素子５
４を積層した。この形成にあたっては、ｐ、ｉ、ｎと積
層する順序を変えたこと以外は、表２に記載した形成条
件を用いた。なお、ここで、非晶質シリコンと言及して
いるが、価電子制御型シリコン材料としてのｎ型やｐ型
非晶質シリコンに代わって、ｎ型およびｐ型微結晶シリ
コンを用いても構わない。この堆積後、得られた非晶質
シリコンの表面の凹凸量は３６ｎｍであった。

【００８８】第１光電変換素子５４の積層後、中間層５
５を積層する。中間層は、その材料としては、ＺｎＯの
ほか、ＩＴＯ、二酸化すずなど透明導電膜の単層もしく
はそれらの組み合わせでも良いが、後工程で水素を含ん
だプラズマに晒されることを考慮すると、耐還元性に特
に優れるＺｎＯが特に望ましい。さらに、これら材料は
ドーパントを混入しているものであっても構わない。

【００８９】形成方法については、スパッタリング法、
真空蒸着法などで形成することができる。本実施例で
は、ガリウムを含んだＺｎＯ膜をスパッタリング法によ
って形成した。形成にあたっては、スパッタリング装置
中で、支持基板５２を約２００℃に加熱した後、アルゴ
ン圧を約０．７Ｐａとし、支持基板５２とカソード（タ
ーゲットとしてガリウムがドープされた酸化亜鉛を用い
た）間に約５００ＶのＤＣバイアスを印加した。形成し
た中間層５５の表面凹凸量（Ｒｍａｘ）は約３５ｎｍで
あった。この後、中間層の表面をさらに凹凸化するた
め、中間層５５を約０．５重量％の酢酸水溶液中で、約
５０秒間ウェットエッチングを施した。その結果、中間
層表面５５ａの凹凸量は約１８８ｎｍとなった。

【００９０】なお、中間層表面５５ａの凹凸の形成方法
は、ウェットエッチングに限らず、ドライエッチングな
どの他の方法で行っても構わない。この後、表面凹凸が
形成された中間層５５の上部に第２光電変換素子５６を
積層する。第２光電変換素子５６の材料としては、微結
晶シリコンを用いた。第２光電変換素子５６の形成に
は、第１光電変換素子５４の形成時に用いたのと同じ装
置を用いて、ｐ、ｉ、ｎと積層する順序を変えたこと
と、ｉ層の膜厚を２．０μｍとした以外は、表１に記載
した形成条件を用いた。

【００９１】第２光電変換素子５６の積層後、第２電極
層５７として、膜厚約６０ｎｍのＩＴＯと約５００ｎｍ
の銀を積層して形成した。ＩＴＯの形成にあたっては、
支持基板５２の温度を約２２０℃とし、約１．４ｓｃｃ
ｍの酸素と約２５０ｓｃｃｍのＡｒを流量制御するとと
もに、ガス圧を約３．８Ｐａとし、支持基板５２とカソ
ード間に約４５０ＶのＤＣバイアスを印加してスパッタ
リング法で成膜した。このように形成されたＩＴＯ表面
の表面凹凸量は約１８６ｎｍであった。

【００９２】そしてまた、銀は、支持基板５２の温度を
約１８０℃とし、蒸着源を純銀として電子ビームを照射
し、溶融させて形成し、積層型太陽電池を作成した。こ
のように第２電極層５７は、透明導電膜と金属膜の積層
構造とすることが望ましいが、金属膜のみで構成された
ものであってもよい。

【００９３】この発明の積層型太陽電池に対する比較例
として作製した積層型太陽電池（図示せず）について説
明する。実施例５の積層型太陽電池の中間層表面５５ａ
には凹凸を形成したが、比較例の積層型太陽電池では、
中間層表面に凹凸を形成していない。比較例の積層型太
陽電池のその他の形成条件と構造は、実施例５の積層型
太陽電池と同じである。なお、比較例の積層型太陽電池
のＩＴＯ表面の凹凸量は約３３ｎｍであった。

【００９４】次に、以上のようにして作製した実施例５
の積層型太陽電池５１に、ＡＭ−１．５、１００ｍＷ／
ｃｍ^２の照射光５９を支持基板側から照射して測定した
結果を、比較例の測定結果と共に以下の表７に示す。な
お、比較例に対する測定条件も全く同一である。

【表７】

【００９５】以上の比較結果により、明らかに、中間層
表面５５ａに凹凸をなす本発明が効果を有していること
が判る。さらに、本発明では、第１電極層５３表面に凹
凸を形成していないが、好適な範囲で凹凸を形成しても
構わない。

【００９６】非晶質シリコンと、結晶性シリコン表面で
は、その屈折率の差などによってそれぞれの入射側表面
に好適とされる表面凹凸量に差異が生じることが考えら
れる。従来であれば、第１電極５３の表面凹凸によっ
て、それぞれの凹凸量が決定されてしまっていたため、
それぞれに最適な凹凸量を得られなかった。ところが、
本発明では、結晶性シリコンの入射側の凹凸量制御（中
間層表面５５ａの凹凸形成）と非晶質シリコンの光入射
側の凹凸量制御（第１電極層５３の表面の凹凸形成）に
よって、それぞれの凹凸量を独立して設定できるため、
従来よりもより高い変換効率が得られる。

【００９７】そしてまた、本実施例では２つの光電変換
素子からなる太陽電池の作製例を記載したが、３つ以上
の光電変換素子を有した積層型太陽電池においても、同
じような効果を得られることは明らかである。

【００９８】

【発明の効果】この発明によれば、積層型太陽電池の少
なくとも１以上の光電変換素子間に、表面に凹凸を形成
した中間層を介在させ、中間層の表面凹凸によって積層
型太陽電池の表面を凹凸化するので、光電変換素子の膜
質と積層型太陽電池の表面の凹凸形状とを最適化するこ
とでき、積層型太陽電池の光電変換効率を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る積層型太陽電池の構成を示す断
面図である。

【図２】実施例２に係る積層型太陽電池の構成を示す断
面図である。

【図３】実施例３に係る積層型太陽電池の構成を示す断
面図である。

【図４】実施例４に係る積層型太陽電池の構成を示す断
面図である。

【図５】実施例５に係る積層型太陽電池の構成を示す断
面図である。

【図６】積層型太陽電池の中間層の表面凹凸量（Ｒｍａ
ｘ）と、光電変換効率との相関関係を示すグラフ図であ
る。

【図７】積層型太陽電池の第１電極層の表面凹凸量（Ｒ
ｍａｘ）と、光電変換効率との相関関係を示すグラフ図
である。

【図８】下地層の表面凹凸量と結晶シリコン薄膜中に発
生する結晶粒界との相関関係を説明する説明図である。

【図９】下地層の表面凹凸量と結晶シリコン薄膜中に発
生する結晶粒界との相関関係を説明する説明図である。

【図１０】膜厚方向に配向した結晶シリコン薄膜とその
膜中に発生する結晶粒界との相関関係を説明する説明図
である。

【符号の説明】

１，２１，３１，４１，５１・・・積層型太陽電池２，３２，５２・・・支持基板３，２３，３３，５３・・・第１電極層４，２４，３４，５４・・・第１光電変換素子５，２５，３５，４５，５５・・・中間層５ａ，５５ａ・・・中間層表面６，２６，３６，５６・・・第２光電変換素子７，２７，３７，５７・・・第２電極層８，２８，３８・・・補助電極９，２９，３９，４９，５９・・・照射光２２・・・ｎ型シリコン基板２４ａ・・・ｐ型半導体層８１，９１，１０１・・・基板８３，９３，１０３・・・下地層８４，９４，１０４・・・結晶シリコン光電変換素子８４ａ，９４ａ，１０４ａ・・・結晶シリコン粒８４ｂ，９４ｂ，１０４ｂ・・・結晶粒界

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持基板上に、第１電極層、複数の光電
変換素子、第２電極層を積層し、少なくとも１以上の光
電変換素子間に、表面が凹凸状の中間層が介在している
ことを特徴とする積層型太陽電池。
【請求項２】第１電極層、複数の光電変換素子、第２
電極層から構成され、少なくとも１つの光電変換素子が
支持基板となり、光電変換素子間に、表面が凹凸状の中
間層が介在していることを特徴とする積層型太陽電池。
【請求項３】中間層の表面の凹凸は、その中間層の製
膜後に、中間層の表面に加工を施すことにより形成され
たものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の
積層型太陽電池。
【請求項４】中間層の表面に施される加工が、エッチ
ング加工であることを特徴とする請求項３に記載の積層
型太陽電池。
【請求項５】中間層の表面の凹凸の最大高低差は、中
間層の下地層となる光電変換素子の表面凹凸の最大高低
差よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か１つに記載の積層型太陽電池。
【請求項６】中間層の表面の凹凸の最大高低差が、５
０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求
項１〜５のいずれか１つに記載の積層型太陽電池。
【請求項７】中間層が酸化亜鉛からなることを特徴と
する請求項１〜６のいずれか１つに記載の積層型太陽電
池。
【請求項８】第１電極層がその表面に凹凸をさらに備
え、第１電極層の表面の凹凸の最大高低差は、５ｎｍ〜
１５０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記
載の積層型太陽電池。
【請求項９】複数の光電変換素子は、結晶性シリコン
を含有する第１光電変換素子と、非晶質系シリコンから
なる第２光電変換素子とで少なくとも構成され、第１光
電変換素子は第１電極層側に設けられ、第２光電変換素
子は第２電極層側に設けられていることを特徴とする請
求項１又は８に記載の積層型太陽電池。
【請求項１０】第１光電変換素子は結晶シリコン粒を
含有しており、結晶シリコン粒は基板面の垂直方向に対
して、結晶方位が特定方向に配向していることを特徴と
する請求項９に記載の積層型太陽電池。
【請求項１１】第１光電変換素子は結晶シリコン粒を
含有しており、結晶シリコン粒は、結晶方位が＜１１０
＞に配向していることを特徴とする請求項１０に記載の
積層型太陽電池。
【請求項１２】第１光電変換素子は、Ｘ線回折法によ
るシリコンの（２２０）回折ピークの積分強度が、（１
１１）回折ピークの積分強度に対して５倍以上であるこ
とを特徴とする請求項１１に記載の積層型太陽電池。
【請求項１３】複数の光電変換素子は、結晶性シリコ
ンからなる第１光電変換素子と、非晶質系シリコンから
なる第２光電変換素子とで少なくとも構成され、第１光
電変換素子は第１電極層側に設けられ、第２光電変換素
子は第２電極層側に設けられていることを特徴とする請
求項２に記載の積層型太陽電池。
【請求項１４】第１光電変換素子が多結晶シリコン基
板又は単結晶シリコン基板からなることを特徴とする請
求項１３に記載の積層型太陽電池。
【請求項１５】第１光電変換素子がその表面に凹凸を
さらに備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記
載の積層型太陽電池。
【請求項１６】第１光電変換素子の表面の凹凸の最大
高低差は、５ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内にあることを特
徴とする請求項１５に記載の積層型太陽電池。
【請求項１７】支持基板が透光性を有していることを
特徴とする請求項１及び３〜７のいずれか１つに記載の
積層型太陽電池。