太阳能电池的制作方法
专利名称：太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备将射入的光的一部分反射的反射层的太阳能电池。
背景技术：
太阳能电池因为能够将作为清洁且无尽的能源的来自太阳的光直接转换为电，所以作为新的能源被期待。—般而言，太阳能电池在设置在光入射一侧的透明电极层与设置在与光入射一侧相反的一侧的背面电极层之间具备吸收射入太阳能电池的光而生成光生成载流子的光电转换部。
历来已知作为有助于光电转换的叠层体设置有多个光电转换部，使射入的光的多数有助于光电转换。这样的多个光电转换部能够通过其它光电转换部使在设置在光入射一侧的光电转换部无助于光电转换而透过的光的一部分有助于光电转换，因此，在光电转换部吸收的光的量增加。其结果是，在光电转换部生成的光生成载流子增加，因此太阳能电池的发电效率变高。为了进一步提高发电效率，使在光电转换部生成的光生成载流子增加是有效的。因此，在专利文献I公开有在太阳能电池设置由氧化硅(SiO)构成的低折射率层的方案。由此，能够使射入的光的一部分反射而向光入射一侧的光电转换部射入，并且，在背面电极层一侧的其它光电转换部，能够将射入的光中的被背面电极层等反射的光再次反射而将其封入。专利文献I :日本特开2003-258279
发明内容
发明所要解决的问题但是，近年来，要求太阳能电池的发电效率进一步提高。在使用由氧化硅(SiO)构成的低折射率层的情况下，与相邻的光电转换部的接触电阻变大，产生损耗所生成的光生成载流子的问题。本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供提高了发电效率的太阳能电池。用于解决问题的方式本发明的太阳能电池的特征在于，包括受光面电极层；在上述受光面电极层上叠层的第一光电转换部；反射层，其叠层在上述第一光电转换部上，具有SiO层和娃层；在上述反射层上叠层的第二光电转换部；和在上述第二光电转换部上叠层的背面电极层。发明的效果根据本发明，能够抑制所产生的光生成载流子的损耗，提供提高了发电效率的太阳能电池。
具体实施例方式使用附图
对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图的记载中，在相同或相似的部分标注相同或相似的附图标记。不过，应该留意的是，附图是示意性的图，各尺寸的比率等与现实的部件不同。因此，具体的尺寸等应该是参考以下的说明进行判断的尺寸等。此夕卜，当然在附图相互间也包括相互的尺寸的关系和/或比率不同的部分。[第一实施方式](太阳能电池的结构)以下，参照图I对本发明的第一实施方式的太阳能电池的结构进行说明。图I是本发明的第一实施方式的太阳能电池10的截面图。太阳能电池10具有如下结构包括基板I、受光面电极层2、叠层体3和背面电极层4，从受光面向背面依次叠层。基板I具有透光性，由玻璃、塑料等透光性材料构成。受光面电极层2叠层在基板I上，具有导电性和透光性。作为受光面电极层2，能够使用氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)或氧化钛(TiO2)等金属氧化物。另外，也可以在这些金属氧化物中掺杂氟(F)、锡(Sn)、铝(Al)、铁(Fe)、镓(Ga)、铌(Nb)等。叠层体3设置在受光面电极层2与背面电极层4之间。叠层体3包括第一光电转换部31、反射层32和第二光电转换部33。第一光电转换部31、反射层32和第二光电转换部33从受光面电极层2 —侧依次置层。第一光电转换部31利用从受光面电极层2 —侧射入的光或从反射层32反射的光来生成光生成载流子。第一光电转换部31具有p型非晶娃层31a、i型非晶娃层31b、n型非晶娃层31c从基板I 一侧起叠层而形成的pin结。反射层32将透过第一光电转换部31的光的一部分向第一光电转换部31 —侧反射。反射层32包括弟一层32a、中间层32b和弟_■层32c。第一层32a、中间层32b和第二层32c从第一光电转换部31 —侧起依次以接触的方式叠层。因此，第一层32a以与第一光电转换部31接触的方式形成。中间层32b，作为成为主体的透光性导电材料使用n型非晶氧化硅(SiO)。此处使用的SiO为了利用第一光电转换部31和后述的第二光电转换部33反射大量的光而使用低折射率的SiO。另外，相接的面的折射率差越大就能够使反射率越大，因此，就550nm波长的光而言，以硅为主体的材料的折射率为4. 3左右，因此优选SiO的折射率不足2. 4，此处，使用折射率为2. 2的中间层32b。另外，SiO的折射率能够通过调整膜中的0的量来控制，能够通过使SiO膜中的0的量变多来使折射率降低。此外，在本实施方式中，中间层32b的膜厚为50nm,但是优选为30 150nm。第二层32c以与中间层32b上接触的方式形成。作为第一层32a,使用与第一光电转换部31的接触电阻(contact resistance)值比作为中间层32b使用的SiO与第一光电转换部31之间的接触电阻值小的材料为主体。即，构成第一层32a的材料，以使得第一光电转换部31与第一层32a的接触电阻值小于使第一光电转换部31与中间层32b直接接触时的接触电阻值的方式选择。同样，第二层32c也以与第二光电转换部33之间的接触电阻值比作为中间层32b、使用的SiO与第二光电转换部33之间的接触电阻值小的材料作为主体使用。S卩，构成第二层32c的材料，以使得第二光电转换部33与第二层32c的接触电阻值小于使第二光电转换部33与中间层32b直接接触时的接触电阻值的方式选择。在本实施方式中，作为第一层32a和第二层32c使用本征结晶硅。在这种情况下，令第一层32a和第二层32c的膜厚为30nm,但是优选为10 50nm。另外，在本发明的第一实施方式，第一层32a和第二层32c是本发明的“Si层”的一个例子。此外，中间层32b是本发明的“SiO层”的一个例子。此外，优选构成第一层32a和第二层32c的材料以使得包括第一层32a和第二层32c的叠层体3的两端的电阻值比不包括第一层32a和第二层32c的叠层体3的两端的电阻值小的方式选择。第二光电转换部33利用透过第一光电转换部31从受光面电极层2 —侧射入的光或从背面电极层4反射的光来生成光生成载流子。第二光电转换部33具有p型结晶娃层 33a、i型结晶娃层33b、n型结晶娃层33c从基板I 一侧起叠层而形成的pin结。背面电极层4包括具有导电性的一个或多个层。作为背面电极层4，能够使用ZnO、银(Ag)等，在本实施方式中，背面电极层为从叠层体3 —侧起叠层有含ZnO的层和含Ag的层的结构。但是，并不仅限于此，背面电极层4也可以仅具有含Ag的层。(作用和效果)根据本发明的第一实施方式的太阳能电池10，反射层32包括第一层32a、中间层32b和第二层32c。而且，在含有SiO的中间层32b与第一光电转换部31或第二光电转换部33之间分别形成有第一层32a或第二层32c。因此，能够提高太阳能电池10的发电效率。以下对这样的效果进行详细说明。(I)在反射层32，将主体由SiO构成的中间层32b配置在含有硅的第一层32a与第二层32c之间。由此得到以下的效果。(a)主体由硅构成的第一层32a和第二层32c抑制0从主体由SiO构成的中间层32b向第一光电转换部31和/或第二光电转换部33扩散。其结果是,能够抑制由0向第一光电转换部31和/或第二光电转换部33扩散而膜质下降引起的发电效率的下降。(b)主体由硅构成的第一层32a，由于与主体由SiO构成的中间层32b相比折射率高，在光从第一层32a —侧射入第一层32a与中间层32b的界面时,能够使光向第一层32a一侧反射。即，能够使光再次射入第一光电转换部31，能够使更多的光有助于光电转换。此外，主体由硅构成的第二层32c也一样，由于与主体由SiO构成的中间层32b相比折射率高，在光从第二层32c —侧射入第二层32c与中间层32b的界面时，能够使光向第二层32c —侧反射。即，能够使光再次封入第二光电转换部33，能够使更多的光有助于光电转换。(c)防止中间层32b与第一光电转换部31、以及中间层32b与第二光电转换部33直接接触。由此，能够抑制SiO与光电转换部的接触界面的高接触电阻值所引起的太阳能电池10的串联电阻(series resistance)值的增大。从而，关于在太阳能电池10产生的短路电流，能够通过提高中间层32b与第一光电转换部31或中间层32b与第二光电转换部33的界面的反射率来增加，并且能够抑制由于串联电阻值的增大而引起的太阳能电池10的填充因子(曲线因子)(F. F.)的减少，实现太阳能电池10的发电效率的提高。根据这样的结构，能够抑制由于整个太阳能电池10整体的串联电阻值的增大而太阳能电池10的填充因子下降，并且能够提高反射层32的反射率。(2)使中间层32b对于550nm波长的光的折射率小于2. 4。由此，能够使中间层32b与具有4. 3左右的折射率的娃的界面的反射率为8%以上。从而，能够使射入含有非晶硅的第一光电转换部31的光增多，能够得到实质上与将第一光电转换部31的厚度变厚时相同的效果。其结果是，能够抑制厚度越厚越成为问题的第一光电转换部31的光劣化，并且能够抑制在第一光电转换部31生成的光生成载流子的减少。(3)令中间层32b为非晶(非晶态，无定形态)。由此，与令其为结晶态(晶态)的情况相比能够使折射率变小。由此，能够使与主体由硅构成的n型非晶硅层31c和/或第二层32c的折射率差变大，能够加大反射效果。
(4)令用作第一层32a和第二层32c的硅为本征。由此，能够得到以下效果。(a)不发生具有导电性的杂质从第一层32a和第二层32c向第一光电转换部31和/或第二光电转换部33扩散的情况。其结果是，能够抑制由杂质向第一光电转换部31和/或第二光电转换部33扩散而膜质下降所引起的发电效率的下降。进一步，关于从主体由SiO构成的中间层32b扩散的0，通过使得第一层32a和第二层32c为本征，能够更好地防止0向第一光电转换部31和/或第二光电转换部33扩散。(b)能够使第一层32a和第二层32c的光吸收比一导电型硅小。从而，能够使第一层32a和第二层32c的光吸收小，能够使更多的光透过，使其有助于发电。从而,通过使第一层32a和第二层32c为本征娃,能够抑制由杂质向第一光电转换部31和/或第二光电转换部33扩散而膜质下降所产生的发电效率的下降，能够抑制在第一层32a和第二层32c被吸收而产生的损耗。(5)令第一层32a为结晶态(晶态)。由此，能够使得第一层32a发挥基底层的作用，使主体由SiO构成的中间层32b的结晶成分变多。其结果是，通过使SiO中的结晶成分变多，能够提高导电性。(6)使用本征结晶硅作为第二层32c。由此，在使第二光电转换部33为结晶硅的情况下，能够将第二层32c作为基底层，使第二光电转换部33结晶生长，能够使其更好地结晶化。其结果是，能够提高第二光电转换部33的膜质，提高太阳能电池10的发电效率。(7)使用硅作为n型非晶硅层31c。由此，与氧化硅相比，能够提高作为n型掺杂剂使用的磷(P)、砷(As)等的活性化率，能够增强i型非晶硅层31b的内部电场。由此，能够更多地从所射入的光取出产生的光生成载流子，能够提高短路电流(IJ。(8)使用非晶硅作为n型非晶硅层31c。由此，与结晶硅相比，能够减小与i型非晶硅层31b的能隙(band gap)差。其结果是，通过使起因于能隙差的整个太阳能电池10的串联电阻值减少，能够抑制太阳能电池10的填充因子(F. F.)的减少，提高太阳能电池10的发电效率。[第二实施方式](太阳能电池的结构)以下，参照图2说明本发明的第二实施方式的太阳能电池的结构。另外，对与第一实施方式相同的结构，使用相同的附图标记，省略其说明。
图2是本发明的第二实施方式的太阳能电池20的截面图。太阳能电池20与第一实施方式相同,包括基板I、受光面电极层2、第一光电转换部31、中间层32、第二光电转换部33和背面电极层4，具有从受光面向背面依次叠层的结构。在第二实施方式中，中间层32由包含n型氧化硅的中间层32b和含有n型结晶硅的第二层32d构成,在这一点与第一实施方式不同。中间层32b和第二层32d在第一光电转换部31上依次叠层。即，中间层32b为n型非晶硅层31c和第二层32d夹着。中间层33b使用与第一实施方式相同的层。第二层32d使用掺杂有P(磷)等n型掺杂剂的硅(Si)。在本实施方式中，令第二层32d的膜厚为20nm,但是优选为10 50nm。 (作用和效果)根据本发明的第二实施方式的太阳能电池20，除了得到与第一实施方式的(2)、
(3)、(6)、(7)和⑶相同的效果以外，还得到下述的效果，因此能够提高太阳能电池20的发电效率。(9)将主体由SiO构成的中间层32b配置在n型非晶硅层31c与含有n型结晶硅的第二层32d之间。主体由非晶氧化硅构成的中间层32b与主体由硅构成的n型非晶硅层31c和/或含有n型结晶硅的第二层32d相比折射率低。因此，通过采用使中间层32b与n型非晶硅层31c接触的结构，在光从受光面一侧射入n型非晶硅层31c与中间层32b的界面时，能够使光向受光面一侧反射。其结果是，能够使更多的光再次射入i型非晶硅层31b，能够使其有助于光电转换。此外，通过采用使中间层32b与第二层32d接触的结构，在光从背面侧射入中间层32b与第二层32d的界面时，能够使光向背面侧反射。其结果是，能够将光封入i型结晶硅层33b,能够使更多的光有助于光电转换。(10)采用在中间层32b与第二光电转换层33之间配置有含有n型结晶硅的第二层32d的结构。由此，主体由硅构成的第二层32d抑制0从含有氧化硅的中间层32b向i型结晶硅层33b扩散。其结果是，能够抑制由0向i型结晶硅层33b扩散而膜质下降所引起的发电效率的下降。(11)采用含有n型氧化硅的中间层32b、含有n型结晶硅的第二层32d、第二光电转换层33的p型结晶硅层33a在n型非晶硅层31c依次叠层、接触的结构。由此，能够通过采用使得具有同种极性的n型非晶硅层31c和中间层32b接触的结构，防止在n型非晶硅层31c与中间层32b的界面接触电阻变高。进一步，能够通过采用使得含有由同种材料构成的n型结晶硅的第二层32d与p型结晶硅层33a接触的结构，防止在第二层32d与p型结晶硅层33a的界面接触电阻变高。其结果是，能够通过使起因于接触电阻的整个太阳能电池10的串联电阻值减少，抑制太阳能电池10的填充因子(F.F.)的减少，提高太阳能电池10的发电效率。(其它实施方式)通过上述实施方式对本发明进行了说明，但是成为本说明书所公开的内容的一部分的论述和附图不应该理解为是限定本发明的论述和附图。对本领域的技术人员而言，应该能够从本说明书所公开的内容了解到各种代替实施方式、实施例和应用技术。
例如，在上述第一实施方式和第二实施方式，叠层体3所包括的光电转换部为两个(第一光电转换部31和第二光电转换部33)，但是并不仅限于此。具体而言，在叠层体3，也可以包括二个以上的光电转换部。在这样的情况下，反射层32能够设置在任意相邻的两个光电转换部之间。此外,在上述第一实施方式，反射层32包括第一层32a、中间层32b和第二层32c,但是并不仅限于此。具体而言，反射层32也可以包括第一层32a和中间层32b，还可以包括中间层32b和第二层32c。此外，在上述第一实施方式和第二实施方式中，第一光电转换部31具有p型非晶娃层31a、i型非晶娃层31b、n型非晶娃层31c 从基板I 一侧起叠层而形成的pin结,但是并不仅限于此。具体而言，第一光电转换部31也可以具有p型结晶硅层、i型结晶硅层、n型结晶硅层从基板I 一侧起叠层而形成的Pin结。另外，在结晶硅中含有微晶硅和/或多晶娃。进一步，在上述第一实施方式和第二实施方式中，第二光电转换部33具有p型结晶娃层33a、i型结晶娃层33b、n型结晶娃层33c从基板I 一侧起叠层而形成的pin结,但是并不仅限于此。具体而言，第二光电转换部33也可以具有p型非晶硅层、i型非晶硅层、n型非晶娃层从基板I 一侧起叠层而形成的pin结。此外，在上述第一实施方式和第二实施方式中，第一光电转换部31和第二光电转换部33具有pin结，但是并不仅限于此。具体而言，也可以第一光电转换部31和第二光电转换部33中的至少一个光电转换部具有p型娃层、n型娃层从基板I 一侧起叠层而形成的pn结。此外,在上述第一实施方式中，太阳能电池10具有在基板I上依次叠层受光面电极层2、叠层体3、背面电极层4的结构，但是并不仅限于此。具体而言，太阳能电池10也可以具有在基板I上依次叠层背面电极层4、叠层体3、受光面电极层2的结构。这样，本发明当然包括此处未记载的各种实施方式。因此，本发明的技术范围仅根据妥当的权利要求的范围的发明特定事项从上述说明确定。实施例以下，列举实施例对本发明的太阳能电池进行具体说明。不过，本发明并不限定于下述各实施例，而能够不改变其主旨的范围内进行各种变更而实施。(实施例I)如以下说明的那样制作了图I所示的实施例I的太阳能电池10。首先，在厚度4_的玻璃基板(基板I)上，使用溅射法或等离子体CVD法等，形成SnO2层(受光面电极层2)。接着，在51102层(受光面电极层2)上，使用等离子体CVD法，依次叠层p型非晶娃层31a、i型非晶娃层31b、n型非晶娃层31c,形成第一单兀(第一光电转换部31)。p型非晶硅层31a通过以将硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)等含硅气体、乙硼烷(B2H6)等含p型掺杂剂气体和氢气(氢)(H2)等稀释气体混合而得到的混合气体为原料气体而成膜。在本实施例中，为了提高光透过率而进一步加入甲烷(CH4)等含碳气体，使用包括娃烧(SiLH4)、甲烧(CH4)、乙硼烧(B2H6)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。
i型非晶硅层31b通过以将硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)等含硅气体和氢气(H2)等稀释气体混合而得到的混合气体为原料气体而成膜。在本实施例中，使用包括娃烧(SiH4)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。n型非晶硅层31c通过以将硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)等含硅气体、磷化氢(PH3)等含n型掺杂剂气体和氢气(H2)等稀释气体混合而得到的混合气体为原料气体而成膜。在本实施例中，使用包括娃烧(SiH4)、磷化氢(PH3)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。接着，在第一光电转换部31上，使用等离子体CVD法形成反射层32。具体而言，通过在第一单兀(第一光电转换部31)上依次叠层本征微晶娃层(第一层32a)、SiO层(第二层32b)和本征微晶硅层(第二层32c)，形成具有二层结构的反射层32。本征微晶硅层(第一层32a)和本征微晶硅层(第二层32c)使用将与i型非晶硅层31b相同的气体混合而成的原料气体。在本实施例中，使用包括娃烧(SiH4)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。·SiO层(中间层32b)通过以在形成n型非晶硅层31c时使用的混合气体中加入二氧化碳(CO2)等含氧气体而得到的气体作为原料气体而成膜。在本实施例中，使用包括硅烧(SiH4)、磷化氢(PH3)和氢气(H2)、二氧化碳(CO2)的混合气体作为原料气体。接着，在反射层32上，使用等离子体CVD法，叠层p型微晶硅层33a、i型微晶硅层33b、n型微晶娃层33c,形成第二光电转换部33。p型微晶娃层(p型结晶娃层33a)使用将与p型非晶娃层31a相同的气体混合而得到的原料气体。在本实施例中，使用包括硅烷(SiH4)、甲烷(CH4)、乙硼烷(B2H6)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。i型微晶娃层(i型结晶娃层33b)使用将与i型非晶娃层31b相同的气体混合而得到的原料气体。在本实施例中，使用包括硅烷(SiH4)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。n型微晶娃层(n型结晶娃层33c)使用将与n型非晶娃层31c相同的气体混合而得到的原料气体。在本实施例中，使用包括硅烷(SiH4)、磷化氢(PH3)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。本征微晶娃层(第一层32a)、本征微晶娃层(第二层32c)、p型微晶娃层(p型结晶硅层33a)、i型微晶硅(i型结晶硅层33b)和n型微晶硅层(n型结晶硅层33c)，通过分别与P型非晶硅层31a、i型非晶硅层31b和n型非晶硅层31c相比使氢(氢气)稀释度变高、或使RF功率变大等方法使其结晶化。接着，在第二光电转换部33上，使用溅射法，形成ZnO层和Ag层(背面电极层4)。另外，ZnO层和Ag层(背面电极层4)的厚度分别为90nm、200nm。在表I表不上述的第一光电转换部31、反射层32和第二光电转换部33的形成条件。[表 I]
权利要求
1.一种太阳能电池，其特征在于，包括受光面电极层；在所述受光面电极层上叠层的第一光电转换部；反射层，其叠层在所述第一光电转换部上，具有SiO层和娃层；在所述反射层上叠层的第二光电转换部；和在所述第二光电转换部上叠层的背面电极层。
2.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述SiO层为非晶态。
3.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述硅层为结晶硅。
4.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述SiO层对于550nm波长的光的折射率小于2. 4。
5.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述第二光电转换元件为结晶态。
6.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述第一光电转换元件为非晶态。
7.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述硅层为本征硅。
8.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述娃层为一导电型娃。
全文摘要
本发明提供能够提高发电效率并且将所产生的光生成载流子取出更多的太阳能电池。太阳能电池(10)包括受光面电极层(2)；在受光面电极层(2)上叠层的第一光电转换部(31)；反射层(32)，其叠层在第一光电转换部(31)上，具有SiO层(32b)和硅层(32a、32c)；在反射层(32)上叠层的第二光电转换部(33)；和在第二光电转换部(33)上叠层的背面电极层(4)。
文档编号H01L31/04GK102763224SQ20118001006
公开日2012年10月31日 申请日期2011年1月28日 优先权日2010年2月26日
发明者矢田茂郎 申请人:三洋电机株式会社
技术领域：
本发明涉及具备将射入的光的一部分反射的反射层的太阳能电池。
背景技术：
太阳能电池因为能够将作为清洁且无尽的能源的来自太阳的光直接转换为电，所以作为新的能源被期待。—般而言，太阳能电池在设置在光入射一侧的透明电极层与设置在与光入射一侧相反的一侧的背面电极层之间具备吸收射入太阳能电池的光而生成光生成载流子的光电转换部。
历来已知作为有助于光电转换的叠层体设置有多个光电转换部，使射入的光的多数有助于光电转换。这样的多个光电转换部能够通过其它光电转换部使在设置在光入射一侧的光电转换部无助于光电转换而透过的光的一部分有助于光电转换，因此，在光电转换部吸收的光的量增加。其结果是，在光电转换部生成的光生成载流子增加，因此太阳能电池的发电效率变高。为了进一步提高发电效率，使在光电转换部生成的光生成载流子增加是有效的。因此，在专利文献I公开有在太阳能电池设置由氧化硅(SiO)构成的低折射率层的方案。由此，能够使射入的光的一部分反射而向光入射一侧的光电转换部射入，并且，在背面电极层一侧的其它光电转换部，能够将射入的光中的被背面电极层等反射的光再次反射而将其封入。专利文献I :日本特开2003-258279
发明内容
发明所要解决的问题但是，近年来，要求太阳能电池的发电效率进一步提高。在使用由氧化硅(SiO)构成的低折射率层的情况下，与相邻的光电转换部的接触电阻变大，产生损耗所生成的光生成载流子的问题。本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供提高了发电效率的太阳能电池。用于解决问题的方式本发明的太阳能电池的特征在于，包括受光面电极层；在上述受光面电极层上叠层的第一光电转换部；反射层，其叠层在上述第一光电转换部上，具有SiO层和娃层；在上述反射层上叠层的第二光电转换部；和在上述第二光电转换部上叠层的背面电极层。发明的效果根据本发明，能够抑制所产生的光生成载流子的损耗，提供提高了发电效率的太阳能电池。
具体实施例方式使用附图
对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图的记载中，在相同或相似的部分标注相同或相似的附图标记。不过，应该留意的是，附图是示意性的图，各尺寸的比率等与现实的部件不同。因此，具体的尺寸等应该是参考以下的说明进行判断的尺寸等。此夕卜，当然在附图相互间也包括相互的尺寸的关系和/或比率不同的部分。[第一实施方式](太阳能电池的结构)以下，参照图I对本发明的第一实施方式的太阳能电池的结构进行说明。图I是本发明的第一实施方式的太阳能电池10的截面图。太阳能电池10具有如下结构包括基板I、受光面电极层2、叠层体3和背面电极层4，从受光面向背面依次叠层。基板I具有透光性，由玻璃、塑料等透光性材料构成。受光面电极层2叠层在基板I上，具有导电性和透光性。作为受光面电极层2，能够使用氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)或氧化钛(TiO2)等金属氧化物。另外，也可以在这些金属氧化物中掺杂氟(F)、锡(Sn)、铝(Al)、铁(Fe)、镓(Ga)、铌(Nb)等。叠层体3设置在受光面电极层2与背面电极层4之间。叠层体3包括第一光电转换部31、反射层32和第二光电转换部33。第一光电转换部31、反射层32和第二光电转换部33从受光面电极层2 —侧依次置层。第一光电转换部31利用从受光面电极层2 —侧射入的光或从反射层32反射的光来生成光生成载流子。第一光电转换部31具有p型非晶娃层31a、i型非晶娃层31b、n型非晶娃层31c从基板I 一侧起叠层而形成的pin结。反射层32将透过第一光电转换部31的光的一部分向第一光电转换部31 —侧反射。反射层32包括弟一层32a、中间层32b和弟_■层32c。第一层32a、中间层32b和第二层32c从第一光电转换部31 —侧起依次以接触的方式叠层。因此，第一层32a以与第一光电转换部31接触的方式形成。中间层32b，作为成为主体的透光性导电材料使用n型非晶氧化硅(SiO)。此处使用的SiO为了利用第一光电转换部31和后述的第二光电转换部33反射大量的光而使用低折射率的SiO。另外，相接的面的折射率差越大就能够使反射率越大，因此，就550nm波长的光而言，以硅为主体的材料的折射率为4. 3左右，因此优选SiO的折射率不足2. 4，此处，使用折射率为2. 2的中间层32b。另外，SiO的折射率能够通过调整膜中的0的量来控制，能够通过使SiO膜中的0的量变多来使折射率降低。此外，在本实施方式中，中间层32b的膜厚为50nm,但是优选为30 150nm。第二层32c以与中间层32b上接触的方式形成。作为第一层32a,使用与第一光电转换部31的接触电阻(contact resistance)值比作为中间层32b使用的SiO与第一光电转换部31之间的接触电阻值小的材料为主体。即，构成第一层32a的材料，以使得第一光电转换部31与第一层32a的接触电阻值小于使第一光电转换部31与中间层32b直接接触时的接触电阻值的方式选择。同样，第二层32c也以与第二光电转换部33之间的接触电阻值比作为中间层32b、使用的SiO与第二光电转换部33之间的接触电阻值小的材料作为主体使用。S卩，构成第二层32c的材料，以使得第二光电转换部33与第二层32c的接触电阻值小于使第二光电转换部33与中间层32b直接接触时的接触电阻值的方式选择。在本实施方式中，作为第一层32a和第二层32c使用本征结晶硅。在这种情况下，令第一层32a和第二层32c的膜厚为30nm,但是优选为10 50nm。另外，在本发明的第一实施方式，第一层32a和第二层32c是本发明的“Si层”的一个例子。此外，中间层32b是本发明的“SiO层”的一个例子。此外，优选构成第一层32a和第二层32c的材料以使得包括第一层32a和第二层32c的叠层体3的两端的电阻值比不包括第一层32a和第二层32c的叠层体3的两端的电阻值小的方式选择。第二光电转换部33利用透过第一光电转换部31从受光面电极层2 —侧射入的光或从背面电极层4反射的光来生成光生成载流子。第二光电转换部33具有p型结晶娃层 33a、i型结晶娃层33b、n型结晶娃层33c从基板I 一侧起叠层而形成的pin结。背面电极层4包括具有导电性的一个或多个层。作为背面电极层4，能够使用ZnO、银(Ag)等，在本实施方式中，背面电极层为从叠层体3 —侧起叠层有含ZnO的层和含Ag的层的结构。但是，并不仅限于此，背面电极层4也可以仅具有含Ag的层。(作用和效果)根据本发明的第一实施方式的太阳能电池10，反射层32包括第一层32a、中间层32b和第二层32c。而且，在含有SiO的中间层32b与第一光电转换部31或第二光电转换部33之间分别形成有第一层32a或第二层32c。因此，能够提高太阳能电池10的发电效率。以下对这样的效果进行详细说明。(I)在反射层32，将主体由SiO构成的中间层32b配置在含有硅的第一层32a与第二层32c之间。由此得到以下的效果。(a)主体由硅构成的第一层32a和第二层32c抑制0从主体由SiO构成的中间层32b向第一光电转换部31和/或第二光电转换部33扩散。其结果是,能够抑制由0向第一光电转换部31和/或第二光电转换部33扩散而膜质下降引起的发电效率的下降。(b)主体由硅构成的第一层32a，由于与主体由SiO构成的中间层32b相比折射率高，在光从第一层32a —侧射入第一层32a与中间层32b的界面时,能够使光向第一层32a一侧反射。即，能够使光再次射入第一光电转换部31，能够使更多的光有助于光电转换。此外，主体由硅构成的第二层32c也一样，由于与主体由SiO构成的中间层32b相比折射率高，在光从第二层32c —侧射入第二层32c与中间层32b的界面时，能够使光向第二层32c —侧反射。即，能够使光再次封入第二光电转换部33，能够使更多的光有助于光电转换。(c)防止中间层32b与第一光电转换部31、以及中间层32b与第二光电转换部33直接接触。由此，能够抑制SiO与光电转换部的接触界面的高接触电阻值所引起的太阳能电池10的串联电阻(series resistance)值的增大。从而，关于在太阳能电池10产生的短路电流，能够通过提高中间层32b与第一光电转换部31或中间层32b与第二光电转换部33的界面的反射率来增加，并且能够抑制由于串联电阻值的增大而引起的太阳能电池10的填充因子(曲线因子)(F. F.)的减少，实现太阳能电池10的发电效率的提高。根据这样的结构，能够抑制由于整个太阳能电池10整体的串联电阻值的增大而太阳能电池10的填充因子下降，并且能够提高反射层32的反射率。(2)使中间层32b对于550nm波长的光的折射率小于2. 4。由此，能够使中间层32b与具有4. 3左右的折射率的娃的界面的反射率为8%以上。从而，能够使射入含有非晶硅的第一光电转换部31的光增多，能够得到实质上与将第一光电转换部31的厚度变厚时相同的效果。其结果是，能够抑制厚度越厚越成为问题的第一光电转换部31的光劣化，并且能够抑制在第一光电转换部31生成的光生成载流子的减少。(3)令中间层32b为非晶(非晶态，无定形态)。由此，与令其为结晶态(晶态)的情况相比能够使折射率变小。由此，能够使与主体由硅构成的n型非晶硅层31c和/或第二层32c的折射率差变大，能够加大反射效果。
(4)令用作第一层32a和第二层32c的硅为本征。由此，能够得到以下效果。(a)不发生具有导电性的杂质从第一层32a和第二层32c向第一光电转换部31和/或第二光电转换部33扩散的情况。其结果是，能够抑制由杂质向第一光电转换部31和/或第二光电转换部33扩散而膜质下降所引起的发电效率的下降。进一步，关于从主体由SiO构成的中间层32b扩散的0，通过使得第一层32a和第二层32c为本征，能够更好地防止0向第一光电转换部31和/或第二光电转换部33扩散。(b)能够使第一层32a和第二层32c的光吸收比一导电型硅小。从而，能够使第一层32a和第二层32c的光吸收小，能够使更多的光透过，使其有助于发电。从而,通过使第一层32a和第二层32c为本征娃,能够抑制由杂质向第一光电转换部31和/或第二光电转换部33扩散而膜质下降所产生的发电效率的下降，能够抑制在第一层32a和第二层32c被吸收而产生的损耗。(5)令第一层32a为结晶态(晶态)。由此，能够使得第一层32a发挥基底层的作用，使主体由SiO构成的中间层32b的结晶成分变多。其结果是，通过使SiO中的结晶成分变多，能够提高导电性。(6)使用本征结晶硅作为第二层32c。由此，在使第二光电转换部33为结晶硅的情况下，能够将第二层32c作为基底层，使第二光电转换部33结晶生长，能够使其更好地结晶化。其结果是，能够提高第二光电转换部33的膜质，提高太阳能电池10的发电效率。(7)使用硅作为n型非晶硅层31c。由此，与氧化硅相比，能够提高作为n型掺杂剂使用的磷(P)、砷(As)等的活性化率，能够增强i型非晶硅层31b的内部电场。由此，能够更多地从所射入的光取出产生的光生成载流子，能够提高短路电流(IJ。(8)使用非晶硅作为n型非晶硅层31c。由此，与结晶硅相比，能够减小与i型非晶硅层31b的能隙(band gap)差。其结果是，通过使起因于能隙差的整个太阳能电池10的串联电阻值减少，能够抑制太阳能电池10的填充因子(F. F.)的减少，提高太阳能电池10的发电效率。[第二实施方式](太阳能电池的结构)以下，参照图2说明本发明的第二实施方式的太阳能电池的结构。另外，对与第一实施方式相同的结构，使用相同的附图标记，省略其说明。
图2是本发明的第二实施方式的太阳能电池20的截面图。太阳能电池20与第一实施方式相同,包括基板I、受光面电极层2、第一光电转换部31、中间层32、第二光电转换部33和背面电极层4，具有从受光面向背面依次叠层的结构。在第二实施方式中，中间层32由包含n型氧化硅的中间层32b和含有n型结晶硅的第二层32d构成,在这一点与第一实施方式不同。中间层32b和第二层32d在第一光电转换部31上依次叠层。即，中间层32b为n型非晶硅层31c和第二层32d夹着。中间层33b使用与第一实施方式相同的层。第二层32d使用掺杂有P(磷)等n型掺杂剂的硅(Si)。在本实施方式中，令第二层32d的膜厚为20nm,但是优选为10 50nm。 (作用和效果)根据本发明的第二实施方式的太阳能电池20，除了得到与第一实施方式的(2)、
(3)、(6)、(7)和⑶相同的效果以外，还得到下述的效果，因此能够提高太阳能电池20的发电效率。(9)将主体由SiO构成的中间层32b配置在n型非晶硅层31c与含有n型结晶硅的第二层32d之间。主体由非晶氧化硅构成的中间层32b与主体由硅构成的n型非晶硅层31c和/或含有n型结晶硅的第二层32d相比折射率低。因此，通过采用使中间层32b与n型非晶硅层31c接触的结构，在光从受光面一侧射入n型非晶硅层31c与中间层32b的界面时，能够使光向受光面一侧反射。其结果是，能够使更多的光再次射入i型非晶硅层31b，能够使其有助于光电转换。此外，通过采用使中间层32b与第二层32d接触的结构，在光从背面侧射入中间层32b与第二层32d的界面时，能够使光向背面侧反射。其结果是，能够将光封入i型结晶硅层33b,能够使更多的光有助于光电转换。(10)采用在中间层32b与第二光电转换层33之间配置有含有n型结晶硅的第二层32d的结构。由此，主体由硅构成的第二层32d抑制0从含有氧化硅的中间层32b向i型结晶硅层33b扩散。其结果是，能够抑制由0向i型结晶硅层33b扩散而膜质下降所引起的发电效率的下降。(11)采用含有n型氧化硅的中间层32b、含有n型结晶硅的第二层32d、第二光电转换层33的p型结晶硅层33a在n型非晶硅层31c依次叠层、接触的结构。由此，能够通过采用使得具有同种极性的n型非晶硅层31c和中间层32b接触的结构，防止在n型非晶硅层31c与中间层32b的界面接触电阻变高。进一步，能够通过采用使得含有由同种材料构成的n型结晶硅的第二层32d与p型结晶硅层33a接触的结构，防止在第二层32d与p型结晶硅层33a的界面接触电阻变高。其结果是，能够通过使起因于接触电阻的整个太阳能电池10的串联电阻值减少，抑制太阳能电池10的填充因子(F.F.)的减少，提高太阳能电池10的发电效率。(其它实施方式)通过上述实施方式对本发明进行了说明，但是成为本说明书所公开的内容的一部分的论述和附图不应该理解为是限定本发明的论述和附图。对本领域的技术人员而言，应该能够从本说明书所公开的内容了解到各种代替实施方式、实施例和应用技术。
例如，在上述第一实施方式和第二实施方式，叠层体3所包括的光电转换部为两个(第一光电转换部31和第二光电转换部33)，但是并不仅限于此。具体而言，在叠层体3，也可以包括二个以上的光电转换部。在这样的情况下，反射层32能够设置在任意相邻的两个光电转换部之间。此外,在上述第一实施方式，反射层32包括第一层32a、中间层32b和第二层32c,但是并不仅限于此。具体而言，反射层32也可以包括第一层32a和中间层32b，还可以包括中间层32b和第二层32c。此外，在上述第一实施方式和第二实施方式中，第一光电转换部31具有p型非晶娃层31a、i型非晶娃层31b、n型非晶娃层31c 从基板I 一侧起叠层而形成的pin结,但是并不仅限于此。具体而言，第一光电转换部31也可以具有p型结晶硅层、i型结晶硅层、n型结晶硅层从基板I 一侧起叠层而形成的Pin结。另外，在结晶硅中含有微晶硅和/或多晶娃。进一步，在上述第一实施方式和第二实施方式中，第二光电转换部33具有p型结晶娃层33a、i型结晶娃层33b、n型结晶娃层33c从基板I 一侧起叠层而形成的pin结,但是并不仅限于此。具体而言，第二光电转换部33也可以具有p型非晶硅层、i型非晶硅层、n型非晶娃层从基板I 一侧起叠层而形成的pin结。此外，在上述第一实施方式和第二实施方式中，第一光电转换部31和第二光电转换部33具有pin结，但是并不仅限于此。具体而言，也可以第一光电转换部31和第二光电转换部33中的至少一个光电转换部具有p型娃层、n型娃层从基板I 一侧起叠层而形成的pn结。此外,在上述第一实施方式中，太阳能电池10具有在基板I上依次叠层受光面电极层2、叠层体3、背面电极层4的结构，但是并不仅限于此。具体而言，太阳能电池10也可以具有在基板I上依次叠层背面电极层4、叠层体3、受光面电极层2的结构。这样，本发明当然包括此处未记载的各种实施方式。因此，本发明的技术范围仅根据妥当的权利要求的范围的发明特定事项从上述说明确定。实施例以下，列举实施例对本发明的太阳能电池进行具体说明。不过，本发明并不限定于下述各实施例，而能够不改变其主旨的范围内进行各种变更而实施。(实施例I)如以下说明的那样制作了图I所示的实施例I的太阳能电池10。首先，在厚度4_的玻璃基板(基板I)上，使用溅射法或等离子体CVD法等，形成SnO2层(受光面电极层2)。接着，在51102层(受光面电极层2)上，使用等离子体CVD法，依次叠层p型非晶娃层31a、i型非晶娃层31b、n型非晶娃层31c,形成第一单兀(第一光电转换部31)。p型非晶硅层31a通过以将硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)等含硅气体、乙硼烷(B2H6)等含p型掺杂剂气体和氢气(氢)(H2)等稀释气体混合而得到的混合气体为原料气体而成膜。在本实施例中，为了提高光透过率而进一步加入甲烷(CH4)等含碳气体，使用包括娃烧(SiLH4)、甲烧(CH4)、乙硼烧(B2H6)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。
i型非晶硅层31b通过以将硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)等含硅气体和氢气(H2)等稀释气体混合而得到的混合气体为原料气体而成膜。在本实施例中，使用包括娃烧(SiH4)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。n型非晶硅层31c通过以将硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)等含硅气体、磷化氢(PH3)等含n型掺杂剂气体和氢气(H2)等稀释气体混合而得到的混合气体为原料气体而成膜。在本实施例中，使用包括娃烧(SiH4)、磷化氢(PH3)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。接着，在第一光电转换部31上，使用等离子体CVD法形成反射层32。具体而言，通过在第一单兀(第一光电转换部31)上依次叠层本征微晶娃层(第一层32a)、SiO层(第二层32b)和本征微晶硅层(第二层32c)，形成具有二层结构的反射层32。本征微晶硅层(第一层32a)和本征微晶硅层(第二层32c)使用将与i型非晶硅层31b相同的气体混合而成的原料气体。在本实施例中，使用包括娃烧(SiH4)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。·SiO层(中间层32b)通过以在形成n型非晶硅层31c时使用的混合气体中加入二氧化碳(CO2)等含氧气体而得到的气体作为原料气体而成膜。在本实施例中，使用包括硅烧(SiH4)、磷化氢(PH3)和氢气(H2)、二氧化碳(CO2)的混合气体作为原料气体。接着，在反射层32上，使用等离子体CVD法，叠层p型微晶硅层33a、i型微晶硅层33b、n型微晶娃层33c,形成第二光电转换部33。p型微晶娃层(p型结晶娃层33a)使用将与p型非晶娃层31a相同的气体混合而得到的原料气体。在本实施例中，使用包括硅烷(SiH4)、甲烷(CH4)、乙硼烷(B2H6)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。i型微晶娃层(i型结晶娃层33b)使用将与i型非晶娃层31b相同的气体混合而得到的原料气体。在本实施例中，使用包括硅烷(SiH4)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。n型微晶娃层(n型结晶娃层33c)使用将与n型非晶娃层31c相同的气体混合而得到的原料气体。在本实施例中，使用包括硅烷(SiH4)、磷化氢(PH3)和氢气(H2)的混合气体作为原料气体。本征微晶娃层(第一层32a)、本征微晶娃层(第二层32c)、p型微晶娃层(p型结晶硅层33a)、i型微晶硅(i型结晶硅层33b)和n型微晶硅层(n型结晶硅层33c)，通过分别与P型非晶硅层31a、i型非晶硅层31b和n型非晶硅层31c相比使氢(氢气)稀释度变高、或使RF功率变大等方法使其结晶化。接着，在第二光电转换部33上，使用溅射法，形成ZnO层和Ag层(背面电极层4)。另外，ZnO层和Ag层(背面电极层4)的厚度分别为90nm、200nm。在表I表不上述的第一光电转换部31、反射层32和第二光电转换部33的形成条件。[表 I]
权利要求
1.一种太阳能电池，其特征在于，包括受光面电极层；在所述受光面电极层上叠层的第一光电转换部；反射层，其叠层在所述第一光电转换部上，具有SiO层和娃层；在所述反射层上叠层的第二光电转换部；和在所述第二光电转换部上叠层的背面电极层。
2.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述SiO层为非晶态。
3.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述硅层为结晶硅。
4.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述SiO层对于550nm波长的光的折射率小于2. 4。
5.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述第二光电转换元件为结晶态。
6.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述第一光电转换元件为非晶态。
7.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述硅层为本征硅。
8.如权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于所述娃层为一导电型娃。
全文摘要
本发明提供能够提高发电效率并且将所产生的光生成载流子取出更多的太阳能电池。太阳能电池(10)包括受光面电极层(2)；在受光面电极层(2)上叠层的第一光电转换部(31)；反射层(32)，其叠层在第一光电转换部(31)上，具有SiO层(32b)和硅层(32a、32c)；在反射层(32)上叠层的第二光电转换部(33)；和在第二光电转换部(33)上叠层的背面电极层(4)。
文档编号H01L31/04GK102763224SQ20118001006
公开日2012年10月31日 申请日期2011年1月28日 优先权日2010年2月26日
发明者矢田茂郎 申请人:三洋电机株式会社
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