專利名稱：硅類薄膜太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅類薄膜太陽能電池，特別地，涉及通過在從光入射側(cè)觀察時位于光電轉(zhuǎn)換層后方的部位設(shè)置比光電轉(zhuǎn)換層的折射率小的層，從而發(fā)揮吸光效果的薄膜太陽能電池。
背景技術(shù)：
近年來，薄膜太陽能電池也開始多樣化，除以往的非晶體薄膜太陽能電池以外，還開發(fā)出晶體薄膜太陽能電池，將它們疊層的混合薄膜太陽能電池也被實(shí)用化。
薄膜太陽能電池一般含有在基板上依次疊層的第1電極、1個或1個以上的半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元、以及第2電極。并且，一個光電轉(zhuǎn)換單元含有用p型層和n型層夾層的i型層。
i型層實(shí)質(zhì)上是本征半導(dǎo)體層，占光電轉(zhuǎn)換單元厚度的大部分，光電轉(zhuǎn)換作用主要在該i型層內(nèi)發(fā)生。因此，該i型層通常被稱為i型光電轉(zhuǎn)換層或簡單地稱為光電轉(zhuǎn)換層。光電轉(zhuǎn)換層并不限于本征半導(dǎo)體層，在被摻雜的雜質(zhì)吸收的光的損失不成為問題的范圍，也可以是微量地?fù)诫s到p型或n型中的層。為進(jìn)行光吸收，光電轉(zhuǎn)換層優(yōu)選厚者，但如果制成必要以上的厚度，其用于制膜的成本和時間會增大。
另一方面，p型或n型的導(dǎo)電型層在光電轉(zhuǎn)換單元內(nèi)發(fā)揮產(chǎn)生擴(kuò)散電位的作用，作為薄膜太陽能電池的重要特性之一的開放電壓的值被該擴(kuò)散電位的大小左右。但是，這些導(dǎo)電型層是不會直接有助于光電轉(zhuǎn)換的非活性層，被摻雜在導(dǎo)電型層中的雜質(zhì)吸收的光成為無助于發(fā)電的損失。因此，p型和n型的導(dǎo)電型層如果在可以產(chǎn)生充分的擴(kuò)散電位的范圍內(nèi)，優(yōu)選控制在盡量小的厚度。
這里，如上所述的pin(nip)型的光電轉(zhuǎn)換單元或薄膜太陽能電池，其中所含的p型和n型的導(dǎo)電型層不論是非晶體還是晶體，占據(jù)其主要部的光電轉(zhuǎn)換層是非晶體的則稱為非晶體單元或非晶體薄膜太陽能電池，光電轉(zhuǎn)換層是晶體的則稱為晶體單元或晶體薄膜太陽能電池。
作為提高薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的方法，有疊層2個或2個以上的光電轉(zhuǎn)換單元制成串聯(lián)型的方法。在該方法中，在薄膜太陽能電池的光入射側(cè)設(shè)置包含具有大的帶隙的光電轉(zhuǎn)換層的前方單元，在其后方依次設(shè)置包含具有小的帶隙的光電轉(zhuǎn)換層的后方單元，由此，可以在入射光的廣泛的波長范圍進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，由此，可以謀求作為太陽能電池全體的轉(zhuǎn)換效率的提高。在這樣的串聯(lián)型太陽能電池中，特別地，將疊層了非晶體光電轉(zhuǎn)換單元和晶體光電轉(zhuǎn)換單元的電池稱為混合薄膜太陽能電池。
i型非晶體硅能夠進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光的波長在長波長側(cè)，例如直到800nm左右，而i型晶體硅可以將比i型非晶體硅轉(zhuǎn)換的光的波長更長的光，例如直到約1100nm左右的波長的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。但是，由于光吸收系數(shù)大的非晶體硅光電轉(zhuǎn)換層會進(jìn)行光吸收，因此即使是約0.3μm或0.3μm以下的厚度也是充分的，由于光吸收系數(shù)小的晶體硅光電轉(zhuǎn)換層也會充分吸收長波長的光，因此優(yōu)選具有1.5～3μm左右的厚度的。即，晶體光電轉(zhuǎn)換層通常與非晶體光電轉(zhuǎn)換層相比，優(yōu)選具有5～10倍左右的厚度。
在非晶體硅單層的薄膜太陽能電池中，在前述的混合薄膜太陽能電池中，從提高生產(chǎn)性即低成本化的觀點(diǎn)來看，均優(yōu)選保持盡量小的光電轉(zhuǎn)換層厚度。因此，通常采用利用在從光入射側(cè)觀察時位于光電轉(zhuǎn)換層后方的部位設(shè)置比光電轉(zhuǎn)換層折射率小的層而有效地反射特定波長的光的、所謂的吸光效果的結(jié)構(gòu)。所謂設(shè)置在從光入射側(cè)觀察時位于光電轉(zhuǎn)換層后方的部位是指，連接在光電轉(zhuǎn)換層并設(shè)置其背面?zhèn)龋蛟诠怆娹D(zhuǎn)換層的背面設(shè)置其他層，是指夾持該層并設(shè)置在背面?zhèn)取?br> 在特開平2-73672號公報中，公開了從光入射側(cè)依次疊層透光性第1電極、非晶體硅半導(dǎo)體薄膜(以下簡單地稱為半導(dǎo)體薄膜)、厚度不足1200的氧化鋅膜、不透光性第2電極(金屬電極)的太陽能電池的結(jié)構(gòu)。氧化鋅膜具有防止在半導(dǎo)體薄膜和金屬電極的界面上產(chǎn)生硅化物而增加吸收損耗的作用。另外，由于氧化鋅膜和半導(dǎo)體薄膜之間有折射率差，因此，如果氧化鋅膜的厚度限定為不足1200，優(yōu)選限定為300～900，則具有提高在半導(dǎo)體薄膜/氧化鋅膜界面上的反射率的效果。因此，太陽能電池的短路電流密度提高，并且轉(zhuǎn)換效率提高。但是，由于氧化鋅膜是由濺射、噴涂等方法形成的，因此，通常用等離子體CVD法等形成的所謂半導(dǎo)體薄膜必須使用其他設(shè)備，會產(chǎn)生花費(fèi)設(shè)備成本，生產(chǎn)節(jié)拍變長的問題。另外，特別是在氧化鋅膜的形成中使用濺射法時，還會產(chǎn)生可能引起由于對基底半導(dǎo)體薄膜的濺射損傷導(dǎo)致的性能降低的問題。另外，上述的半導(dǎo)體薄膜根據(jù)實(shí)施例不同，包括p型a-SiC:H膜、無摻雜a-Si:H膜、n型a-Si:H膜。此時，為了在無摻雜a-Si:H膜內(nèi)產(chǎn)生充分的擴(kuò)散電位，作為n型a-Si:H膜的厚度，通常需要150～300，通過n型a-Si:H膜時的光的吸收損耗不能忽略。
在特開平4-167473號公報中，公開了從光入射側(cè)依次為透明電極/一導(dǎo)電型非晶體半導(dǎo)體層/本征非晶體半導(dǎo)體層/非晶體硅氧氮化物或非晶體氧化硅(下面，記作a-SiON或a-SiO)/金屬氧化物層/高反射金屬層/基板的結(jié)構(gòu)。但是，沒有記載該a-SiON(a-SiO)層是以防止可以在金屬氧化物層上形成非晶體半導(dǎo)體層時產(chǎn)生的、由于金屬氧化物層的還原引起的吸收損耗的增加為目的而形成的，并利用a-SiON(a-SiO)層和本征非晶體半導(dǎo)體層的折射率差可以進(jìn)行吸光。具體地，在實(shí)施例中，由于將a-SiON(a-SiO)層的厚度設(shè)定為薄至200，因此不能期待充分的吸光效果在特開平6-267868號公報中，公開了含有硅的微結(jié)晶相的a-SiO的成膜方法，該成膜方法的特征是，通過CO2/(SiH4+CO2)的值為0.6或0.6以下的原料氣體的分解來進(jìn)行。并記載了該膜顯示出10-6S/cm或10-6S/cm以上的高光導(dǎo)電率和低吸收系數(shù)，適于非晶體硅類太陽能電池的窗層。但是，關(guān)于得到的膜的折射率沒有記載，另外，也沒有記載可以將該膜設(shè)置在從光入射側(cè)觀察時位于太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換層后方的部位。本發(fā)明者們以上述文獻(xiàn)中得到的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)，研究了在pin型硅類薄膜太陽能電池的n型層上，使用通過將SiH4、CO2、H2以及PH3用于反應(yīng)氣體的高頻率等離子體CVD法制成的硅氧化物層。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過將硅氧化物層設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換層的后方，通過增大CO2/SiH4比等方法，只要增加層中氧量，增大與光電轉(zhuǎn)換層的折射率的差，則可以發(fā)揮出吸光效果并增大太陽能電池的短路電流。但是，如果只使用硅氧化物作為n型層，則存在太陽能電池的串聯(lián)電阻增大，轉(zhuǎn)換效率降低的問題。認(rèn)為這起因于硅氧化物和作為背面電極的一部分的ZnO等金屬氧化物層的接觸電阻。
如上所述，在以往的技術(shù)中，以硅氧化物為代表的硅類低折射層和背面電極之間產(chǎn)生的接觸電阻一起考慮的太陽能電池的串聯(lián)電阻問題未能解決。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的情況，本發(fā)明的目的在于，提供不使用與光電轉(zhuǎn)換層的形成不同種類的設(shè)備將具有比光電轉(zhuǎn)換層的折射率低的層設(shè)置在從光入射側(cè)觀察時位于光電轉(zhuǎn)換層后方的部位，由此，可以發(fā)揮充分的吸光效果，且即使設(shè)置了具有這樣低的折射率的層也可以保持太陽能電池的串聯(lián)電阻為小的電阻的、高效率且低成本的硅類薄膜太陽能電池。
本發(fā)明涉及硅類薄膜太陽能電池，該硅類薄膜太陽能電池的特征在于，在從光入射側(cè)觀察時位于光電轉(zhuǎn)換層后方的部位依次設(shè)置硅類低折射率層、硅類界面層。
硅類低折射率層是在光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)發(fā)揮產(chǎn)生擴(kuò)散電位的作用、并由雜質(zhì)摻雜到p型或n型中的層。由于硅類低折射率層在其表面上將光有效地反射至光電轉(zhuǎn)換層側(cè)，并保持在該層中的光的吸收損耗盡可能地小，因此，優(yōu)選在波長600nm下的折射率為2.5或2.5以下、且其厚度為300?；?00以上。硅類低折射率層是以硅氧化物為代表的含有硅和氧等元素的合金層，除硅以外該層中含量最多的構(gòu)成元素所占的比例優(yōu)選25原子％或25原子％以上，另外，優(yōu)選用與光電轉(zhuǎn)換層相同種類的制法，即高頻率等離子體CVD等方法形成。為減少該層本身的厚度方向的電阻，硅類低折射率層優(yōu)選在該層中含有晶體硅成分。
硅類界面層是以硅為主要成分的導(dǎo)電型層。由于硅類界面層不必有助于光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的擴(kuò)散電位的產(chǎn)生，因此，為保持在該層的光吸收損耗盡量小，厚度優(yōu)選150?；?50以下，更為優(yōu)選將其厚度設(shè)置為100?；?00以下。另外，為保持與背面電極的接觸電阻小，優(yōu)選在該層中含有晶體硅成分。
本發(fā)明者們?yōu)榻鉀Q將硅類低折射率層設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換層的后方時產(chǎn)生的、太陽能電池的串聯(lián)電阻增大的問題，深入地研究了最合適的太陽能電池的結(jié)構(gòu)。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過在硅類低折射率層的后方設(shè)置薄的硅類界面層，改善與設(shè)置在其后方的含有金屬氧化物層的背面電極層的接觸電阻，可以減少太陽能電池的串聯(lián)電阻，改善轉(zhuǎn)換效率。
在本發(fā)明中可以認(rèn)為，設(shè)置在硅類低折射率層和背面電極層之間的硅類界面層，硅類低折射率層、背面電極層的任何一個都具有小的接觸電阻，其結(jié)果，減小了太陽能電池的串聯(lián)電阻。特別地，如圖1所示，使用硅氧化物作為硅類低折射率層，增加該層中氧量并使折射率降低到2.5或2.5以下時，降低硅類低折射率層和背面電極層的接觸電阻是困難的，但這樣的問題也可以通過插入硅類界面層來解決。因此，可以將硅類低折射率層設(shè)計為最適合吸光的厚度和折射率。而且，由于硅類低折射率層的折射率僅通過改變制膜條件就可以容易地調(diào)整，因此可以期待通過將折射率在膜厚方向上周期性地變化等更為精細(xì)的光學(xué)設(shè)計引起的吸光效果的增大。
下面，參照圖2，說明作為本發(fā)明的實(shí)施方案的硅類薄膜太陽能電池。
在透光性基板1上形成透明電極層2。作為透光性基板1可以使用含有玻璃、透明樹脂等的板狀材料或片狀材料。透明電極層2優(yōu)選含有SnO2、ZnO等導(dǎo)電性金屬氧化物，并且優(yōu)選使用CVD、濺射、蒸鍍等方法形成。透明電極層2優(yōu)選通過在其表面具有微細(xì)的凹凸，而具有增大入射光的散射的效果。在透明電極層2上形成非晶體光電轉(zhuǎn)換單元3。非晶體光電轉(zhuǎn)換單元3包括非晶體p型硅碳化物層3p、無摻雜非晶體i型硅光電轉(zhuǎn)換層3i、n型硅類界面層3n。在非晶體光電轉(zhuǎn)換單元3上形成晶體光電轉(zhuǎn)換單元4。在非晶體光電轉(zhuǎn)換單元3、以及晶體光電轉(zhuǎn)換單元4(以下、將這兩種單元簡單地統(tǒng)稱為光電轉(zhuǎn)換單元)的形成中，高頻率等離子體CVD法是合適的。作為光電轉(zhuǎn)換單元的形成條件，優(yōu)選使用基板溫度100～300℃、壓力30～1500Pa、高頻功率密度0.01～0.5W/cm2。作為在光電轉(zhuǎn)換單元形成中使用的原料氣體，可以使用SiH4、Si2H6等含有硅的氣體、或這些氣體和H2混合的氣體。作為用于形成光電轉(zhuǎn)換單元中的p型或n型層的摻雜劑氣體優(yōu)選使用B2H6或PH3等。
晶體光電轉(zhuǎn)換單元4包括晶體p型硅層4p、晶體i型硅光電轉(zhuǎn)換層4i、n型硅類低折射率層4on、以及n型硅類界面層4n。作為n型硅類低折射率層4on可以代表性地使用硅氧化物，作為此時使用的原料氣體，SiH4、H2、CO2、PH3的混合氣體是合適的。在硅類低折射率層4on中可以含有晶體硅成分，也可以不含有晶體硅成分。作為硅類低折射率層4on在波長600nm下的折射率優(yōu)選使用2.5或2.5以下。作為硅類低折射率層4on中的除硅以外層中含量最多的構(gòu)成元素所占的比例，優(yōu)選使用25原子％或25原子％以上。硅類低折射率層4on的厚度優(yōu)選使用300?；?00以上，更為優(yōu)選使用500～900。使用硅氧化物作為硅類低折射率層4on時，為實(shí)現(xiàn)層中的氧占據(jù)的比例、或該折射率，作為CO2/SiH4氣體比可以使用2～10左右。硅類低折射率層4on可以是在膜厚方向上折射率為一定的，也可以是在中途折射率變化的。另外，還可以是折射率周期性增減的。另外，在圖2中，示出了在從光入射側(cè)觀察的晶體i型硅光電轉(zhuǎn)換層4i的后方，連接晶體i型硅光電轉(zhuǎn)換層4i并設(shè)置n型硅類低折射率層4on的結(jié)構(gòu)，但在晶體i型硅光電轉(zhuǎn)換層4i和n型硅類低折射率層4on之間還可以夾持設(shè)置n型硅層等其他層。另外，作為硅類低折射率層4on也可以是以在硅上含有氮、碳、氧中的任意1種或1種以上的元素的硅氮化物、硅碳化物、硅氧氮化物、硅氧碳化物等取代硅氧化物的層。
在n型硅類低折射率層4on上形成n型硅類界面層4n。在n型硅類界面層4n中主要使用晶體硅。n型硅類界面層4n是以改善n型硅類低折射率層4on和背面電極5的接觸電阻為目的而使用的，為將在該層中的光吸收損耗控制為最小限度，優(yōu)選具有盡量小的厚度。具體地，可以使用150或150以下，更為優(yōu)選100或100以下的厚度。另外，可以在n型硅類界面層4n中使用具有1～102S/cm左右的導(dǎo)電率的物質(zhì)。在n型硅類界面層4n中，也可以在不使與背面電極5的接觸電阻增大的程度上含有氧、碳、氮中的任意一種或一種以上的元素。
在n型硅類界面層4n上形成背面電極5。背面電極5包括透明反射層5t和背面反射層5m。在透明反射層5t中可以使用ZnO、ITO等金屬氧化物，在背面反射層5m中優(yōu)選使用Ag、Al或它們的合金。在背面電極5的形成中，優(yōu)選使用濺射、蒸鍍等方法。另外，圖2中記載了混合薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)，但光電轉(zhuǎn)換單元4不必一定是2個，也可以是非晶體或晶體的單個結(jié)構(gòu)、3層或3層以上的疊層型太陽能電池結(jié)構(gòu)。另外，圖2示出了在透光性基板上依次設(shè)置光電轉(zhuǎn)換層、硅類低折射率層、n型硅類界面層的結(jié)構(gòu)，但也可以是在金屬等的導(dǎo)電性基板上或絕緣基板上依次疊層n型硅類界面層、硅類低折射率層、光電轉(zhuǎn)換層的所謂的逆型結(jié)構(gòu)。
另外，本發(fā)明符合政府委托研究的成果涉及的專利申請(接受日本國、平成15年度新能源·產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)「太陽光發(fā)電技術(shù)研究開發(fā)委托事業(yè)」、產(chǎn)業(yè)活力再生特別措施法第30條的應(yīng)用)。


圖1是表示硅類低折射率層的層中氧量和折射率的關(guān)系的圖。
圖2是本發(fā)明涉及的含有硅類低折射率層的薄膜太陽能電池的模式斷面圖。
圖3是各實(shí)施例以及比較例中制作的混合薄膜太陽能電池的模式斷面圖。
圖4是表示從將實(shí)施例1以及比較例1中制作的太陽能電池的背面電極蝕刻除去而露出的表面入射光測定的反射光譜的圖。
圖5是表示硅類低折射率層的折射率和混合薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系的圖。
圖6是表示硅類低折射率層的厚度和混合薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系的圖。
圖7是由在實(shí)施例1中得到的本發(fā)明的硅類薄膜太陽能電池的透過型電子顯微鏡(TEM)照片得到的放大斷面圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方案下面，作為本發(fā)明涉及的硅類薄膜太陽能電池，參照圖3，與比較例1和2比較來說明實(shí)施例1、2和3。
(實(shí)施例1)圖3是模式地示出各實(shí)施例以及比較例中制作的混合薄膜太陽能電池的斷面圖。
首先，在含有0.7mm厚的藍(lán)色板玻璃的透光性基板1的一主面上通過熱CVD法形成在含有SnO2的表面上具有微細(xì)的凹凸結(jié)構(gòu)的透明電極層2。
然后，為形成非晶體光電轉(zhuǎn)換單元3，將形成了透明電極層2的透光性基板1導(dǎo)入高頻率等離子體CVD裝置內(nèi)，加熱到規(guī)定溫度后，依次疊層厚度為160的非晶體p型硅碳化物層3p、厚度為3000的無摻雜非晶體i型硅光電轉(zhuǎn)換層3i以及厚度為300的n型硅層3n。
另外，為形成晶體光電轉(zhuǎn)換單元4，使用等離子體CVD裝置，依次疊層厚度為150的p型晶體硅層4p、厚度為1.4μm的晶體i型硅光電轉(zhuǎn)換層4i、厚度為600的n型硅類低折射率層4on以及厚度為50～70的n型晶體硅類界面層4n。此時的n型硅類低折射率層4on的制膜條件為基板制膜面-電極之間距離為10～15mm、壓力為350～1300Pa、高頻率功率密度0.1～0.13W/cm2、SiH4/CO2/PH3/H2流量分別設(shè)置為15/120/0.5/9000sccm。另外，通過分光橢圓偏振計(分光エリプソメトリ)測定與此相同的制膜條件下淀積在玻璃上的2500的n型硅低折射率層的折射率，在波長600nm下為1.9。另一方面，n型硅類界面層4n的制膜條件為基板制膜面-電極之間距離為10～15mm、壓力為350～1300Pa、高頻率功率密度0.11W/cm2、將SiH4/PH3/H2流量分別設(shè)置為20/0.5/2500sccm。另外，在與此相同的制膜條件下淀積在玻璃上的2500的n型硅類界面層的導(dǎo)電率為12S/cm。
然后，作為背面電極5，通過DC濺射法形成厚度為300的含有ZnO的透明反射層(未圖示)和厚度為2000的含有Ag的背面反射層(未圖示)。
另外，為殘留透明電極層2并將非晶體光電轉(zhuǎn)換單元3、晶體光電轉(zhuǎn)換單元4、以及背面電極5分離為島狀，通過將YAG第2高諧波脈沖激光照射到透光性基板1上，形成多個背面電極層分離槽5a。雖然未圖示，但還形成了與背面電極層分離槽5a垂直交差的多個背面電極分離槽，由此，形成島狀的分離區(qū)域。另外，與1根背面電極層分離槽5a鄰接并在島狀的分離區(qū)域的外側(cè)再形成背面電極層分離槽，在其內(nèi)部浸透焊錫，形成與透明電極層2的接觸區(qū)域6，由此制作混合薄膜太陽能電池。該混合薄膜太陽能電池的有效面積為1cm2，在實(shí)施例1中，在1片基板上總共制作25個上述太陽能電池。
在測定氛圍氣體以及太陽能電池的溫度為25±1℃下，向由實(shí)施例1制作的混合薄膜太陽能電池照射光譜分布為AM1.5、能量密度為100mW/cm2的模擬太陽光，通過測定通過接觸區(qū)域6而接觸在透明電極層2上的正極探測器7和接觸在背面電極5上的負(fù)極探測器8之間的電壓以及電流，測定薄膜太陽能電池的輸出特性。表1示出了實(shí)施例1中制作的25個混合薄膜太陽能電池的平均性能。
將太陽能電池的一部分浸漬在硝酸水溶液中，蝕刻除去背面電極5露出n型硅類界面層4n。在該狀態(tài)下，從n型硅類界面層4n側(cè)照射光而測定的反射光譜示于圖4。接著，通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)法除去n型硅類界面層4n，露出n型硅類低折射率層4on。通過分光橢圓偏振光計測定該硅類低折射率層時的折射率在波長600nm下為1.93。另外，用X射線光電子分光光譜法(XPS)測定的硅類低折射率層中的氧量為48原子％。
(實(shí)施例2)在實(shí)施例2中，實(shí)施與實(shí)施例1幾乎同樣的工序，但在僅改變n型硅類低折射率層4on的制膜條件、將波長600nm下的折射率在1.65～2.65的范圍變化這一點(diǎn)上與實(shí)施例1不同。硅類低折射率層的折射率和混合薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系示于圖5。
(實(shí)施例3)在實(shí)施例3中，實(shí)施與實(shí)施例1幾乎同樣的工序，但在將n型硅類低折射率層4on的厚度在100～1000的范圍變化這一點(diǎn)上與實(shí)施例1不同。硅類低折射率層的厚度和得到的混合薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系示于圖6。
(比較例1)比較例1中，僅以下幾點(diǎn)與實(shí)施例1不同。依次疊層厚度為150的n型晶體硅層和厚度為600的ZnO層，代替依次疊層n型硅類低折射率層4on和n型晶體硅類界面層4n。ZnO層的制膜通過DC濺射法進(jìn)行。另外，通過分光橢圓偏振光計測定與此相同的制膜條件下淀積在玻璃上的2500的ZnO層的折射率，在波長600nm下為1.9。表1示出了比較例1中制作的25個混合薄膜太陽能電池的平均性能。另外，將由比較例1制作的太陽能電池的一部分浸漬在硝酸水溶液中，蝕刻除去背面電極5，露出n型晶體硅層。在該狀態(tài)下從n型晶體硅層側(cè)照射光測定的反射光譜示于圖4。
表1

(比較例2)在比較例2中，僅省略n型硅類低折射率層4on上的n型硅類界面層4n的形成這一點(diǎn)與實(shí)施例1不同。表1示出了在比較例2中制作的25個集成化混合薄膜太陽能電池的平均性能。
從實(shí)施例1和比較例1的比較可知，在實(shí)施例1中，與比較例1相比，短路電流改善4％或4％以上。這是由于，在實(shí)施例1中，到達(dá)晶體i型硅光電轉(zhuǎn)換層4i的后方的光的大半部分在晶體i型硅光電轉(zhuǎn)換層4i和n型硅類低折射率層4on的界面上反射至晶體i型硅光電轉(zhuǎn)換層4i側(cè)，相對于通過光吸收損耗大的n型晶體硅類界面層4n的光的比例小，在比較例1中，在晶體i型硅光電轉(zhuǎn)換層4i的后方依次疊層n型晶體硅層和ZnO層，通過光吸收損耗大的n型晶體硅層的光的比例大。除此以外，還由于，在實(shí)施例1中，可以防止在比較例1的工藝中產(chǎn)生的ZnO層的濺射時對基底晶體硅層的損傷。
接著，通過實(shí)施例1和比較例2的比較可知，在實(shí)施例1中，與比較例2相比，曲線因子改善了5％左右。這是由于，在實(shí)施例1中，通過在n型硅類低折射率層4on和透明反射層5t之間插入n型晶體硅類界面層4n，可以改善太陽能電池的串聯(lián)電阻。
從圖4所示的、從與太陽能電池特性測定時的光入射側(cè)相反的方向照射光測定的反射光譜的測定結(jié)果可知，如果蝕刻除去背面電極5，可以檢測出是否在晶體i型硅光電轉(zhuǎn)換層4i的后方設(shè)置了比其折射率小的硅類低折射率層4on。
從圖5所示的實(shí)施例2的結(jié)果可知，硅類低折射率層的折射率具有最適值，折射率優(yōu)選2.5或2.5以下。可知該條件對應(yīng)于圖1的層中氧量為25原子％或25原子％以上。這是由于，折射率超過2.5時，與鄰接的晶體i型硅光電轉(zhuǎn)換層的折射率差小，吸光效果變小。另外，從圖6所示的實(shí)施例3的結(jié)果可知，硅類低折射率層的厚度具有最適值，厚度優(yōu)選300?；?00以上。
由以上可知，按照本發(fā)明，不需使用與光電轉(zhuǎn)換層的形成不同種類的設(shè)備，在從光入射側(cè)觀察時位于光電轉(zhuǎn)換層后方的部位形成具有比光電轉(zhuǎn)換層更低的折射率的硅類低折射率層，因此可以低成本地發(fā)揮充分的吸光效果。另外，通過在硅類低折射率層的后方設(shè)置薄的硅類界面層，可以將太陽能電池的串聯(lián)電阻保持為小的水平。其結(jié)果，可以高效率且低成本地提供硅類薄膜太陽能電池。
工業(yè)實(shí)用性由以上可知，按照本發(fā)明，不需使用與光電轉(zhuǎn)換層的形成不同種類的設(shè)備，在從光入射側(cè)觀察時位于光電轉(zhuǎn)換層后方的部位形成具有比光電轉(zhuǎn)換層更低的折射率的硅類低折射率層，因此可以低成本地發(fā)揮充分的吸光效果。另外，通過在硅類低折射率層的后方設(shè)置薄的硅類界面層，可以將太陽能電池的串聯(lián)電阻保持為小的水平。其結(jié)果，可以高效率且低成本地提供硅類薄膜太陽能電池。
權(quán)利要求
1.一種硅類薄膜太陽能電池，其特征在于，在從光入射側(cè)觀察時位于光電轉(zhuǎn)換層后方的部位依次設(shè)置導(dǎo)電型硅類低折射率層、硅類界面層。
2.按照權(quán)利要求1中記載的硅類薄膜太陽能電池，其特征在于，上述硅類低折射率層在波長600nm處的折射率為2.5或2.5以下。
3.按照權(quán)利要求1至2中任意一項(xiàng)記載的硅類薄膜太陽能電池，其特征在于，上述硅類低折射率層中，除硅以外含量最多的構(gòu)成元素所占的比率為25原子％或25原子％以上。
4.按照權(quán)利要求3中記載的硅類薄膜太陽能電池，其特征在于，上述含量最多的構(gòu)成元素為氧。
5.按照權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)記載的硅類薄膜太陽能電池，其特征在于，上述硅類低折射率層的厚度為300或300以上。
6.按照權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)記載的硅類薄膜太陽能電池，其特征在于，上述硅類低折射率層在其層中含有晶體硅成分。
7.按照權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)記載的硅類薄膜太陽能電池，其特征在于，上述硅類界面層的厚度為150?；?50以下。
8.按照權(quán)利要求7中記載的硅類薄膜太陽能電池，其特征在于，上述硅類界面層在其層中含有晶體硅成分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硅類薄膜太陽能電池，該電池是，通過不使用與光電轉(zhuǎn)換層的形成不同種的設(shè)備將具有比光電轉(zhuǎn)換層的折射率低的層設(shè)置在從光入射側(cè)觀察時位于光電轉(zhuǎn)換層后方的部位，可以發(fā)揮充分的吸光效果，且即使設(shè)置了具有這樣低的折射率的層也可以保持太陽能電池的串聯(lián)電阻為小的電阻的、高效率且低成本的硅類薄膜太陽能電池。
文檔編號H01L31/052GK1826699SQ200480021059
公開日2006年8月30日 申請日期2004年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者澤田徹, 小井洋平, 佐佐木敏明, 吉見雅士, 后藤雅博, 山本憲治 申請人:株式會社鐘化