特開2022-183700太陽電池セル、多接合型太陽電池セル、及び太陽電池セルの製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022183700
(43)【公開日】2022-12-13
(54)【発明の名称】太陽電池セル、多接合型太陽電池セル、及び太陽電池セルの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 31/0747 20120101AFI20221206BHJP
【ＦＩ】
H01L31/06 455
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021091142
(22)【出願日】2021-05-31
(71)【出願人】
【識別番号】000005821
【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】渡部 大樹
(72)【発明者】
【氏名】片山 博貴
【テーマコード（参考）】
5F151
【Ｆターム（参考）】
5F151AA02
5F151AA04
5F151AA05
5F151AA20
5F151CA02
5F151CA03
5F151CA04
5F151CA14
5F151CA15
5F151DA07
5F151DA15
5F151FA02
5F151FA04
5F151GA04
5F151GA14
(57)【要約】
【課題】受光面に微結晶シリコン層を有して、光電変換層に到達する光を大きくでき、曲線因子も大きくし易い太陽電池セルを提供する。
【解決手段】太陽電池セル１０が、結晶性シリコン基板１１の第１主面上に設けられるｎ型の第１非晶質シリコン層１３、第１非晶質シリコン層１３の第１主面上に設けられる非晶質酸化物シリコン層１４、及び非晶質酸化物シリコン層１４の第１主面上に設けられるｎ型の微結晶シリコン層１５を備えるようにする。第１非晶質シリコン層１３、非晶質酸化物シリコン層１４、及び微結晶シリコン層１５における酸素原子濃度が、厚さ方向に関して非晶質酸化物シリコン層１４内で極大値を有するようにする。
【選択図】図１
【解決手段】太陽電池セル１０が、結晶性シリコン基板１１の第１主面上に設けられるｎ型の第１非晶質シリコン層１３、第１非晶質シリコン層１３の第１主面上に設けられる非晶質酸化物シリコン層１４、及び非晶質酸化物シリコン層１４の第１主面上に設けられるｎ型の微結晶シリコン層１５を備えるようにする。第１非晶質シリコン層１３、非晶質酸化物シリコン層１４、及び微結晶シリコン層１５における酸素原子濃度が、厚さ方向に関して非晶質酸化物シリコン層１４内で極大値を有するようにする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
結晶性シリコン基板の第１主面上に設けられる第１導電型の第１非晶質シリコン層と、
前記第１非晶質シリコン層の第１主面上に設けられる非晶質酸化物シリコン層と、
前記非晶質酸化物シリコン層の第１主面上に設けられる前記第１導電型の微結晶シリコン層と、を備え、
前記第１非晶質シリコン層、前記非晶質酸化物シリコン層、及び前記微結晶シリコン層における酸素原子濃度が、厚さ方向に関して前記非晶質酸化物シリコン層内で極大値を有する、太陽電池セル。
前記第１非晶質シリコン層の第１主面上に設けられる非晶質酸化物シリコン層と、
前記非晶質酸化物シリコン層の第１主面上に設けられる前記第１導電型の微結晶シリコン層と、を備え、
前記第１非晶質シリコン層、前記非晶質酸化物シリコン層、及び前記微結晶シリコン層における酸素原子濃度が、厚さ方向に関して前記非晶質酸化物シリコン層内で極大値を有する、太陽電池セル。
【請求項2】
前記結晶性シリコン基板の前記第１主面と前記第１非晶質シリコン層の第２主面との間に非晶質シリコン系材料で構成される第１パッシベーション層を備える、請求項１に記載の太陽電池セル。
【請求項3】
前記微結晶シリコン層の層厚は、前記第１パッシベーション層の層厚よりも厚いと共に、前記第１非晶質シリコン層の層厚よりも厚い、請求項２に記載の太陽電池セル。
【請求項4】
前記結晶性シリコン基板の第２主面上に設けられ、非晶質シリコン系材料で構成される第２パッシベーション層と、
前記第２パッシベーション層の第２主面上に設けられた第２導電型の第２非晶質シリコン層と、を備え、
前記微結晶シリコン層の結晶化率は、前記第２非晶質シリコン層の結晶化率よりも大きい、請求項１から３のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
前記第２パッシベーション層の第２主面上に設けられた第２導電型の第２非晶質シリコン層と、を備え、
前記微結晶シリコン層の結晶化率は、前記第２非晶質シリコン層の結晶化率よりも大きい、請求項１から３のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
【請求項5】
前記結晶性シリコン基板の第２主面上に設けられ、非晶質シリコン系材料で構成される第２パッシベーション層と、
前記第２パッシベーション層の第２主面上に設けられた第２導電型の第２非晶質シリコン層と、を備え、
前記第１パッシベーション層の前記第１導電型の原子の濃度が、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であって、前記第１非晶質シリコン層の前記第１導電型の原子の濃度よりも小さく、
前記第２パッシベーション層の前記第２導電型の原子の濃度が、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であって、前記第２非晶質シリコン層の前記第２導電型の原子の原子濃度よりも小さい、請求項２に記載の太陽電池セル。
前記第２パッシベーション層の第２主面上に設けられた第２導電型の第２非晶質シリコン層と、を備え、
前記第１パッシベーション層の前記第１導電型の原子の濃度が、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であって、前記第１非晶質シリコン層の前記第１導電型の原子の濃度よりも小さく、
前記第２パッシベーション層の前記第２導電型の原子の濃度が、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であって、前記第２非晶質シリコン層の前記第２導電型の原子の原子濃度よりも小さい、請求項２に記載の太陽電池セル。
【請求項6】
前記第１非晶質シリコン層に含有される前記第１導電型の原子の原子濃度が、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であり、
前記微結晶シリコン層に含有される前記第１導電型の原子の原子濃度が、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である、請求項１から５のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
前記微結晶シリコン層に含有される前記第１導電型の原子の原子濃度が、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である、請求項１から５のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
【請求項7】
前記結晶性シリコン基板の第２主面上に設けられ、非晶質シリコン系材料で構成される第２パッシベーション層と、
前記第２パッシベーション層の第２主面上に設けられた第２導電型の第２非晶質シリコン層と、を備え、
前記微結晶シリコン層の第１主面上、及び前記第２非晶質シリコン層の第２主面上のうちの少なくとも一方に設けられる透明導電層を備える、請求項１から６のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
前記第２パッシベーション層の第２主面上に設けられた第２導電型の第２非晶質シリコン層と、を備え、
前記微結晶シリコン層の第１主面上、及び前記第２非晶質シリコン層の第２主面上のうちの少なくとも一方に設けられる透明導電層を備える、請求項１から６のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
【請求項8】
前記結晶性シリコン基板の第２主面上に設けられ、非晶質シリコン系材料で構成される第２パッシベーション層と、
前記第２パッシベーション層の第２主面上に設けられた第２導電型の第２非晶質シリコン層と、を備え、
前記微結晶シリコン層の平均算術粗さが、前記第２非晶質シリコン層の平均算術粗さ以上である、請求項１から７のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
前記第２パッシベーション層の第２主面上に設けられた第２導電型の第２非晶質シリコン層と、を備え、
前記微結晶シリコン層の平均算術粗さが、前記第２非晶質シリコン層の平均算術粗さ以上である、請求項１から７のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
【請求項9】
請求項１から８のいずれか１つに記載の太陽電池セルと、
前記太陽電池セル上に設けられ、シリコンよりも大きなバンドギャップを持つ光電変換層を有する第２太陽電池セルと、
を備える、多接合型太陽電池セル。
前記太陽電池セル上に設けられ、シリコンよりも大きなバンドギャップを持つ光電変換層を有する第２太陽電池セルと、
を備える、多接合型太陽電池セル。
【請求項10】
請求項１から８のいずれか１つに記載の太陽電池セルを製造する太陽電池セルの製造方法であって、
前記第１非晶質シリコン層と前記微結晶シリコン層が、同一の化学気相成長成膜室で大気開放されずに形成される、太陽電池セルの製造方法。
前記第１非晶質シリコン層と前記微結晶シリコン層が、同一の化学気相成長成膜室で大気開放されずに形成される、太陽電池セルの製造方法。
【請求項11】
請求項２又は３に記載の太陽電池セルを製造する太陽電池セルの製造方法であって、
前記第１パッシベーション層と前記第１非晶質シリコン層が、同一の化学気相成長成膜室で大気開放されずに形成される、太陽電池セルの製造方法。
前記第１パッシベーション層と前記第１非晶質シリコン層が、同一の化学気相成長成膜室で大気開放されずに形成される、太陽電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、太陽電池セル、多接合型太陽電池セル、及び太陽電池セルの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、太陽電池セルとしては、特許文献１に記載されているものがある。図１２に示すように、この太陽電池セル７１０は、受光面の非晶質シリコン層を微結晶化して微結晶シリコン層７１５としている。非晶質シリコン層を用いるヘテロジャンクション型の太陽電池では、受光面の非晶質シリコン層の寄生吸収によって、光電変換層である結晶性シリコン基板に到達する光を減らしてしまうという課題がある。この太陽電池セル７１０は、受光面の非晶質シリコン層を微結晶化することでシリコン層の透過性を高くして、光電変換層に到達する光の光量を大きくし、太陽電池セル７１０の出力を高くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第５７２６３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
図１２に示すように、上記従来の太陽電池セル７１０は、パッシベーションを実現する真性非晶質シリコン層７１３に加えて、微結晶化しにくい導電性シリコン層の微結晶化促進のためのシード層としての真性微結晶シリコン層７１４を有する。よって、導電層と比較して導電性が悪い真正層７１３,７１４のトータルの層厚が大きくなるので、内部抵抗が大きくなって、太陽電池セル７１０の曲線因子ＦＦ（Fill Factor）が低下し易い。
【0005】
そこで、本開示の太陽電池セルは、受光面に微結晶シリコン層を有して、光電変換層に到達する光の光量を大きくでき、曲線因子も大きくし易い太陽電池セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、本開示に係る太陽電池セルは、結晶性シリコン基板の第１主面上に設けられる第１導電型の第１非晶質シリコン層と、第１非晶質シリコン層の第１主面上に設けられる非晶質酸化物シリコン層と、非晶質酸化物シリコン層の第１主面上に設けられる第１導電型の微結晶シリコン層と、を備え、第１非晶質シリコン層、非晶質酸化物シリコン層、及び微結晶シリコン層における厚さ方向に関する酸素原子濃度が、非晶質酸化物シリコン層内で極大値を有する。
【0007】
なお、上記第１主面上に層を設けるという文言は、第１主面上に当該層を接触するように設ける場合を含むのは当然のこと、第１主面上に当該層をその層とは別の１以上の層を介して設ける場合も含む。また、上記第１非晶質シリコン層、及び微結晶シリコン層の夫々は、酸素原子を含んでもよく、炭素原子を含んでもよい。
【発明の効果】
【0008】
本開示に係る太陽電池セルによれば、受光面に微結晶シリコン層を有して、光電変換層に到達する光を大きくでき、曲線因子も大きくし易い。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態の太陽電池セルの厚さ方向の模式断面図である
【図2】ガラス基板上に非晶質シリコン層と微結晶シリコン層をこの順で形成し、ラマン分光スペクトルを測定した結果であり、非晶質シリコン層形成後に酸化処理の有無、すなわち、非晶質酸化物シリコン層１４の有無によるラマン分光スペクトルを比較した図である。
【図3】実施例１の太陽電池セルの作用効果に主に関連する積層部分を説明するための模式断面図である。
【図6】第１導電型の微結晶シリコン層の第１主面の形状を説明するための模式断面図である。
【図7】第２導電型の非晶質シリコン層の第２主面の形状を説明するための模式断面図である。
【図8】本開示の第２実施形態の多接合型太陽電池セルの厚さ方向の模式断面図である。
【図12】従来例の太陽電池セルの主要積層部の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の実施例では、図面において同一構成に同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明で、受光面とは、光が主に入射する面を意味し、５０％を超える光、例えば、８０％以上又は９０％以上の光が入射する面である。以下で説明する太陽電池セル１０,２１０,３１０,４１０,５１０は、その受光面を光が主に入射する側に向くように配置する。また、以下の説明で、層における、原子、ドーパント、又は不純物等の濃度と単に言及した場合、それは、層における、原子、ドーパント、又は不純物等の平均の濃度を意味するものとする。また、以下で説明する第１,第２実施形態とそれらの変形例の説明で、第１主面上に層を設けると言及した場合は、その層を第１主面に直接設けることを意味している。しかし、第１,第２実施形態とそれらの変形例の説明で、第１主面上に層を設けると言及した場合において、第１主面上に、その層以外の１以上の層を介してその層を第１主面上に設けてもよく、例えば、上記１以上の層として、第１主面上に設けると言及した層との比較において、膜密度やドープ濃度を少し変えた１以上の層を採用してもよい。また、同様に、第１,第２実施形態とそれらの変形例の説明で、第２主面上に層を設けると言及した場合は、その層を第２主面に直接設けることを意味している。しかし、第１,第２実施形態とそれらの変形例の説明で、第２主面上に層を設けると言及した場合において、第２主面上に、その層以外の１以上の層を介してその層を第２主面上に設けてもよく、例えば、上記１以上の層として、第２主面上に設けると言及した層との比較において、膜密度やドープ濃度を少し変えた１以上の層を採用してもよい。又は、以下の第１,第２実施形態とそれらの変形例の説明で、第１主面や第２主面という文言を使用せずに、単に、層上に層を設けると言及した場合も、同様である。つまり、本明細書及び特許請求の範囲において、第１層上に第２層を設けると言及した場合、第２層を第１層上に直接設ける場合が含まれるのは勿論のこと、第２層を第１層上に他の１以上の層を介して間接的に設ける場合が含まれ、第２層と第１層との間に１以上の層が存在する場合が含まれる。また、以下で説明される構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素であり、必須の構成要素ではない。
【0011】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の太陽電池セル１０の厚さ方向（積層方向）の模式断面図である。図１に示すように、太陽電池セル１０は、第１導電型の一例としてのｎ型の結晶性シリコン基板１１と、結晶性シリコン基板１１の受光面側の第１主面上に設けられ、非晶質シリコン系材料で構成される第１パッシベーション層１２と、第１パッシベーション層１２の第１主面上に設けられたｎ型の第１非晶質シリコン層１３と、第１非晶質シリコン層１３の第１主面上に設けられたｎ型の非晶質酸化物シリコン層１４と、非晶質酸化物シリコン層１４の第１主面上に設けられたｎ型の微結晶シリコン層１５と、微結晶シリコン層１５の第１主面上に設けられた受光面側の第１透明電極１６を備える。
図１は、第１実施形態の太陽電池セル１０の厚さ方向（積層方向）の模式断面図である。図１に示すように、太陽電池セル１０は、第１導電型の一例としてのｎ型の結晶性シリコン基板１１と、結晶性シリコン基板１１の受光面側の第１主面上に設けられ、非晶質シリコン系材料で構成される第１パッシベーション層１２と、第１パッシベーション層１２の第１主面上に設けられたｎ型の第１非晶質シリコン層１３と、第１非晶質シリコン層１３の第１主面上に設けられたｎ型の非晶質酸化物シリコン層１４と、非晶質酸化物シリコン層１４の第１主面上に設けられたｎ型の微結晶シリコン層１５と、微結晶シリコン層１５の第１主面上に設けられた受光面側の第１透明電極１６を備える。
【0012】
第１非晶質シリコン層１３、非晶質酸化物シリコン層１４、及び微結晶シリコン層１５における酸素原子濃度が、厚さ方向に関して非晶質酸化物シリコン層１４内で極大値を有している。また、太陽電池セル１０は、更に、結晶性シリコン基板１１の裏面側の第２主面上に設けられ、非晶質シリコン系材料で構成される第２パッシベーション層２２と、第２パッシベーション層２２の第２主面上に設けられた第２導電型の一例としてのｐ型の第２非晶質シリコン層２３と、第２非晶質シリコン層２３の第２主面上に設けられた裏面側の第２透明電極２４を備える。
【0013】
［結晶性シリコン基板］
結晶性シリコン基板１１は、多結晶性シリコン基板であってもよいが、好ましくは単結晶性シリコン基板である。結晶性シリコン基板１１に含有されるｎ型ドーパントは特に限定されないが、一般的にはリン（Ｐ）が用いられる。ｎ型ドーパントは、ｎ型の結晶性シリコン基板１１の全体に均一に分布していてもよいが、結晶性シリコン基板１１の第１主面及び第２主面の少なくとも一方の面の近傍には、ドーパント濃度が高くなった高ドープ領域が存在することが好ましい。
結晶性シリコン基板１１は、多結晶性シリコン基板であってもよいが、好ましくは単結晶性シリコン基板である。結晶性シリコン基板１１に含有されるｎ型ドーパントは特に限定されないが、一般的にはリン（Ｐ）が用いられる。ｎ型ドーパントは、ｎ型の結晶性シリコン基板１１の全体に均一に分布していてもよいが、結晶性シリコン基板１１の第１主面及び第２主面の少なくとも一方の面の近傍には、ドーパント濃度が高くなった高ドープ領域が存在することが好ましい。
【0014】
結晶性シリコン基板１１の厚みは、例えば５０～５００μｍである。結晶性シリコン基板１１には、一般的にチョクラルスキー法（Ｃｚ法）により製造される基板が用いられるが、エピタキシャル成長法により製造される基板を用いることも可能である。結晶性シリコン基板１１におけるｎ型ドーパントの濃度は、例えば１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である。
【0015】
結晶性シリコン基板１１は、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスの前に、フッ化水素酸水溶液やＲＣＡ洗浄液等で洗浄される。第１実施形態では、結晶性シリコン基板１１の裏面側の第２主面には、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリエッチング液などを用いてピラミッド状の凹凸で構成されるテクスチャ構造が形成されている。テクスチャ構造を形成することで、光の多重反射により表面の反射損失を低減させることができ、更には、光電変換層に光を閉じ込め易くなる。
【0016】
なお、テクスチャ構造は、フォトリソグラフィによる表面処理で構成されてもよい。また、後で説明する変形例の太陽電池セルのように、テクスチャ構造を、結晶性シリコン基板の第２主面に加えて、結晶性シリコン基板の受光面側の第１主面に形成してもよい。又は、テクスチャ構造を、結晶性シリコン基板の受光面側の第１主面のみに形成してもよく、テクスチャ構造を、結晶性シリコン基板の第１主面と第２主面の両方に形成しなくてもよい。
【0017】
［第１パッシベーション層］
第１パッシベーション層１２は、結晶性シリコン基板１１の第１主面上に形成される。第１パッシベーション層１２は、例えば、プラズマＣＶＤ又は触媒型ＣＶＤで形成される。第１パッシベーション層１２は、結晶性シリコン基板１１の第１主面側におけるキャリアの再結合を抑制する。結晶性シリコン基板１１には、例えば、第１主面のうち、第１主面の端縁から２ｍｍ以下の外周領域を除く領域に第１パッシベーション層１２が形成されている。
第１パッシベーション層１２は、結晶性シリコン基板１１の第１主面上に形成される。第１パッシベーション層１２は、例えば、プラズマＣＶＤ又は触媒型ＣＶＤで形成される。第１パッシベーション層１２は、結晶性シリコン基板１１の第１主面側におけるキャリアの再結合を抑制する。結晶性シリコン基板１１には、例えば、第１主面のうち、第１主面の端縁から２ｍｍ以下の外周領域を除く領域に第１パッシベーション層１２が形成されている。
【0018】
第１パッシベーション層１２は、ｉ型非晶質シリコン層であることが好ましい。ｉ型非晶質シリコン層は、不純物が意図的にドープされていない非晶質シリコン層である。第１パッシベーション層１２には、太陽電池セル１０の製造過程において不純物が混入する場合があり、一般的には所定濃度のｎ型ドーパントが含まれている。第１パッシベーション層１２におけるｎ型ドーパント（原子）の濃度の平均値は、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であると好ましい。第１パッシベーション層１２におけるｎ型ドーパント（原子）の濃度の平均値は、ｎ型の第１非晶質シリコン層１３におけるｎ型ドーパント（原子）の濃度の平均値よりも小さくなっており、ｎ型の微結晶シリコン層１５におけるｎ型ドーパント（原子）の濃度の平均値よりも小さくなっている。
【0019】
第１パッシベーション層１２は、光の吸収をできるだけ抑えられる程度に薄く形成される一方、結晶性シリコン基板１１の表面が十分にパッシベーションされる程度に厚く形成される。第１パッシベーション層１２の層厚は、３ｎｍ～１０ｎｍが好ましい。第１パッシベーション層１２の厚みは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた太陽電池セル１０の断面観察により測定される（他の層についても同様）。第１パッシベーション層１２は、ＳｉＨ４等のケイ素含有ガスと、必要に応じて希釈ガスとしてのＨ２とを供給しながら、プラズマＣＶＤの場合は原料ガスをプラズマ化するか、又は触媒型ＣＶＤの場合は原料ガスを流しながら例えば触媒体として金属線ヒーターを加熱させることで成膜できる。第１パッシベーション層１２の形成時、結晶性シリコン基板１１の基板温度は、１５０℃以上３００℃以下が好ましい。第１パッシベーション層１２は、例えば、０.１ｎｍ／ｓｅｃから０.５ｎｍ／ｓｅｃの成膜速度で成膜される。
【0020】
第１パッシベーション層１２は、例えば、ＳｉＨ４に対するＨ２ガスの割合が、０～５０倍の範囲で成膜される。第１パッシベーション層１２には、水素、酸素、及び炭素のうちの１以上の原子が含まれていてもよく、例えば、３つの原子が全て含まれていてもよい。なお、第１パッシベーション層１２におけるｎ型ドーパントの濃度は、結晶性シリコン基板１１との界面である第１主面に近づくほど高くなる濃度匂配を有してもよい。
【0021】
［第１非晶質シリコン層］
ｎ型の第１非晶質シリコン層１３は、第１パッシベーション層１２の第１主面上に形成される。第１非晶質シリコン層１３は、例えば、プラズマＣＶＤ又は触媒型ＣＶＤで形成される。第１非晶質シリコン層１３は、例えば、非晶質半導体層にｎ型の導電性を有すＰ等をドープして構成される。第１非晶質シリコン層１３は、第１パッシベーション層１２よりも高濃度のｎ型ドーパントを含む。第１非晶質シリコン層１３におけるｎ型ドーパントの濃度の平均値は、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であることが好ましく、例えば、１×１０２０～１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３が好ましい。
ｎ型の第１非晶質シリコン層１３は、第１パッシベーション層１２の第１主面上に形成される。第１非晶質シリコン層１３は、例えば、プラズマＣＶＤ又は触媒型ＣＶＤで形成される。第１非晶質シリコン層１３は、例えば、非晶質半導体層にｎ型の導電性を有すＰ等をドープして構成される。第１非晶質シリコン層１３は、第１パッシベーション層１２よりも高濃度のｎ型ドーパントを含む。第１非晶質シリコン層１３におけるｎ型ドーパントの濃度の平均値は、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であることが好ましく、例えば、１×１０２０～１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３が好ましい。
【0022】
第１非晶質シリコン層１３には、水素、酸素、及び炭素のうちの１以上の原子が含まれていてもよく、例えば、３つの原子が全て含まれていてもよい。
【0023】
第１非晶質シリコン層１３は、光の吸収をできるだけ抑えられる程度に薄くする、また透明電極との接触抵抗の低減を考慮する必要のあるp型の第２非晶質シリコン層２３とは異なり、第１非晶質シリコン層１３は透明電極と直接接する面積は無いか、又は限りなく小さいため、透明電極との接触は考慮する必要性が低い。よって、第１非晶質シリコン層１３は、第１パッシベーション層１２と接触させたときに、第１非晶質シリコン層１３から第１パッシベーション層１２へのキャリアの拡散によって、第１パッシベーション層１２の導電性を担保できる程度の厚みや暗導電率があれば十分である。第１非晶質シリコン層１３の層厚は、第２非晶質シリコン層２３の層厚よりも薄くてもよく、第１非晶質シリコン層１３の導電率は、第２非晶質シリコン層２３の導電率よりも小さくてもよい。
【0024】
第１非晶質シリコン層１３の層厚は、１ｎｍ～１０ｎｍであると好ましい。また、第１非晶質シリコン層１３をガラス基板上に形成したときの暗導電率は、１×１０－8Ｓ／ｃｍ以上であると好ましい。また、第１非晶質シリコン層１３を形成している最中の結晶性シリコン基板１１の基板温度は、１５０℃以上３００℃以下が好ましい。第１非晶質シリコン層１３は、例えば、ＳｉＨ４を流して成膜ことで形成でき、又は下層の第１パッシベーション層１２にｎ型のドーパント（原子）を打ち込むことでも形成できる。
【0025】
［非晶質酸化シリコン層］
ｎ型の非晶質酸化物シリコン層１４は、下層の第１非晶質シリコン層１３、または上層の微結晶シリコン層１５と同じＣＶＤ成膜室（チャンバー）で施される酸化処理によって形成されると成膜室数削減や大気開放のプロセス時間削減の観点から好ましい。非晶質酸化物シリコン層は、層の厚さ方向（積層方向）に対する抵抗増加の要因となるため、非晶質酸化物シリコン層の層厚は、５ｎｍ以下であると好ましい。非晶質酸化物シリコン層１４の形成時、結晶性シリコン基板１１の基板温度は、１５０℃以上３００℃以下が好ましい。酸化処理は、例えば、プラズマＣＶＤの場合はＣＯ２ガスをプラズマ化するか、又は触媒型ＣＶＤの場合はＣＯ２ガスを流しながら例えば触媒体として金属線ヒーターを加熱させることで実行できる。酸化処理の時間は、１～２０ｓｅｃが好ましい。
ｎ型の非晶質酸化物シリコン層１４は、下層の第１非晶質シリコン層１３、または上層の微結晶シリコン層１５と同じＣＶＤ成膜室（チャンバー）で施される酸化処理によって形成されると成膜室数削減や大気開放のプロセス時間削減の観点から好ましい。非晶質酸化物シリコン層は、層の厚さ方向（積層方向）に対する抵抗増加の要因となるため、非晶質酸化物シリコン層の層厚は、５ｎｍ以下であると好ましい。非晶質酸化物シリコン層１４の形成時、結晶性シリコン基板１１の基板温度は、１５０℃以上３００℃以下が好ましい。酸化処理は、例えば、プラズマＣＶＤの場合はＣＯ２ガスをプラズマ化するか、又は触媒型ＣＶＤの場合はＣＯ２ガスを流しながら例えば触媒体として金属線ヒーターを加熱させることで実行できる。酸化処理の時間は、１～２０ｓｅｃが好ましい。
【0026】
［微結晶シリコン層］
ｎ型の微結晶シリコン層１５は、プラズマＣＶＤまたは触媒型ＣＶＤなどを使用して成膜される。微結晶シリコン層１５には、ｎ型の元素であるＰ等が含まれる。微結晶シリコン層１５は、酸素や炭素を含有してもよい。層中のn型ドーパントが多くなると微結晶成長の阻害要因となるため、微結晶シリコン層１５のｎ型のドーパントの平均ドーパント密度は、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満となるように設計するのが好ましく、例えば、１×１０２０～１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３が好ましい。
ｎ型の微結晶シリコン層１５は、プラズマＣＶＤまたは触媒型ＣＶＤなどを使用して成膜される。微結晶シリコン層１５には、ｎ型の元素であるＰ等が含まれる。微結晶シリコン層１５は、酸素や炭素を含有してもよい。層中のn型ドーパントが多くなると微結晶成長の阻害要因となるため、微結晶シリコン層１５のｎ型のドーパントの平均ドーパント密度は、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満となるように設計するのが好ましく、例えば、１×１０２０～１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３が好ましい。
【0027】
微結晶シリコン層１５の透過性は、第１非晶質シリコン層１３と比較すると高くなるため、微結晶シリコン層１５の層厚は、第１パッシベーション層１２の層厚や、第１非晶質シリコン層１３の層厚よりも厚くてもよく、５ｎｍ～１００ｎｍが好ましい。より詳しくは、本実施形態のように、太陽電池セル１０を単接合で使用する場合、微結晶シリコン層１５の層厚は、１０～３０ｎｍが好ましい。また、後で説明する第２実施形態のように、複数の太陽電池セルを接合して多接合型太陽電池セルとして使用する場合、微結晶シリコン層１５の層厚は、５０～１００ｎｍとするのが好ましい。また、微結晶シリコン層１５をガラス基板上に形成したときの暗導電率は１×１０－５Ｓ／ｃｍ以上が好ましい。ガラス基板上に、微結晶シリコン層１５を、第１非晶質シリコン層１３、非晶質酸化物シリコン層１４の次の層として形成した試料をラマン分光法で測定した結果、波数５２０ｃｍ－１付近に、結晶シリコン起因のピークが確認できる状態が好ましい。
【0028】
例えば、ガラス基板上に微結晶シリコン層１５のみを形成した試料をラマン分光法で測定した際に、５２０ｃｍ－１（カイザー）付近にシグナルが存在している場合、微結晶シリコン層１５の微結晶化を確認できる。ここで、シグナルは、５２０ｃｍ－１付近での局所的なピークでもよく、又は、シグナルは、５２０ｃｍ－１付近でのグラフの略平坦な振る舞いでもよく、５２０ｃｍ－１付近での傾きの変動（例えば、傾きの１.１倍以上の変動）でもよい。または、シグナルは、５２０ｃｍ－１付近での変曲点の存在でもよい。ラマン分光法で測定したときのグラフが５２０ｃｍ－１付近で特殊な振る舞いをしている場合に５２０ｃｍ－１付近にシグナルが存在していることを確認できる。
【0029】
図２は、ガラス基板上に非晶質シリコン層と微結晶シリコン層をこの順で形成し、ラマン分光スペクトルを測定した結果であり、非晶質シリコン層形成後に酸化処理の有無、すなわち、非晶質酸化物シリコン層１４の有無によるラマン分光スペクトルを比較した図である。図２に示すように、酸化処理しなかった試料において５２０ｃｍ－１付近にピークが確認できない一方、酸化処理した試料において５２０ｃｍ－１付近にピークが確認できた。よって、酸化処理、すなわち、非晶質酸化物シリコン層１４を形成すれば、非晶質シリコン層上であっても微結晶シリコン層１５の微結晶化を促進することができる。
【0030】
微結晶シリコン層１５を形成している最中の結晶性シリコン基板１１の基板温度は、１００℃以上３００℃以下が好ましい。また、微結晶シリコン層１５を成膜する際、成膜速度が速すぎると微結晶化が促進されにくくなるので、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃ以下にすると好ましい。また、微結晶シリコン層１５を形成している最中、ＳｉＨ４に対するＨ２ガスの割合を、１０～３００倍の範囲に設定すると好ましい。
【0031】
［受光側の各層を作製するチャンバについて］
非晶質酸化シリコン層１４と微結晶シリコン層１５は、同一チャンバ（成膜室）で成膜されるほうが作り易く、非晶質酸化シリコン層１４と微結晶シリコン層１５は、同一チャンバで作製されると好ましい。第１非晶質シリコン層１３と非晶質酸化シリコン層１４は、同一チャンバで作製しても、異なるチャンバで作製しても、作製のし易さは、略同等であるが、第１非晶質シリコン層１３、非晶質酸化シリコン層１４、及び微結晶シリコン層１５を同一のチャンバで形成すると各層の成膜間の大気開放やチャンバ間のワークのトランスファーの必要がなくなるため、タクトタイムや装置コストが安くなり好ましい。タクトタイムや装置コストを気にしない場合は、微結晶シリコン層１５を高周波電源を要する専用のチャンバなどを用いて作製してもよい。
非晶質酸化シリコン層１４と微結晶シリコン層１５は、同一チャンバ（成膜室）で成膜されるほうが作り易く、非晶質酸化シリコン層１４と微結晶シリコン層１５は、同一チャンバで作製されると好ましい。第１非晶質シリコン層１３と非晶質酸化シリコン層１４は、同一チャンバで作製しても、異なるチャンバで作製しても、作製のし易さは、略同等であるが、第１非晶質シリコン層１３、非晶質酸化シリコン層１４、及び微結晶シリコン層１５を同一のチャンバで形成すると各層の成膜間の大気開放やチャンバ間のワークのトランスファーの必要がなくなるため、タクトタイムや装置コストが安くなり好ましい。タクトタイムや装置コストを気にしない場合は、微結晶シリコン層１５を高周波電源を要する専用のチャンバなどを用いて作製してもよい。
【0032】
［第１透明電極］
第１透明電極１６は、微結晶シリコン層１５の第１主面上の略全域に形成されることが好ましい。例えば、一辺が１２０～２１０ｍｍの略正方形の結晶性シリコン基板１１を用いた場合、第１透明電極１６は、各層１２～１５上からはみ出さない範囲で、結晶性シリコン基板１１の端縁から５ｍｍ以下の外周領域を除く範囲に形成される。第１透明電極１６は、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、タングステン（Ｗ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等がドーピングされた透明導電性酸化物（ＩＷＯ、ＩＴＯ等）で構成される。第１透明電極１６の厚みは、例えば、１０～２００ｎｍが好ましい。
第１透明電極１６は、微結晶シリコン層１５の第１主面上の略全域に形成されることが好ましい。例えば、一辺が１２０～２１０ｍｍの略正方形の結晶性シリコン基板１１を用いた場合、第１透明電極１６は、各層１２～１５上からはみ出さない範囲で、結晶性シリコン基板１１の端縁から５ｍｍ以下の外周領域を除く範囲に形成される。第１透明電極１６は、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、タングステン（Ｗ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等がドーピングされた透明導電性酸化物（ＩＷＯ、ＩＴＯ等）で構成される。第１透明電極１６の厚みは、例えば、１０～２００ｎｍが好ましい。
【0033】
図示しないが、第１透明電極１６の第１主面上には、集電極が設けられてもよい。集電極は、複数のフィンガー電極を含むと好ましい。複数のフィンガー電極は、互いに略平行に形成された細線状の電極であって、結晶性シリコン基板１１の広範囲に形成され、生成したキャリアを収集する。集電極は、フィンガー電極よりも幅が太く、各フィンガー電極と略直交するバスバー電極を含んでいてもよい。なお、第１実施形態のように、太陽電池セル１０を単接合で使用する場合には、集電極が設けられるのが好ましい。しかし、後で説明する第２実施形態のように、複数の太陽電池セルを接合してタンデムで使用する場合には、トップセルを第１透明電極１６上に直接形成することが好ましいため、このとき集電極を必要としない場合もある。
【0034】
［第２パッシベーション層］
第２パッシベーション層２２は、結晶性シリコン基板１１の第２主面上に形成される。第２パッシベーション層２２は、例えば、プラズマＣＶＤ又は触媒型ＣＶＤで形成される。第２パッシベーション層２２は、結晶性シリコン基板１１の第２主面側におけるキャリアの再結合を抑制する。結晶性シリコン基板１１には、例えば、第２主面のうち、第２主面の端縁から２ｍｍ以下の外周領域を除く領域に第２パッシベーション層２２が形成されている。
第２パッシベーション層２２は、結晶性シリコン基板１１の第２主面上に形成される。第２パッシベーション層２２は、例えば、プラズマＣＶＤ又は触媒型ＣＶＤで形成される。第２パッシベーション層２２は、結晶性シリコン基板１１の第２主面側におけるキャリアの再結合を抑制する。結晶性シリコン基板１１には、例えば、第２主面のうち、第２主面の端縁から２ｍｍ以下の外周領域を除く領域に第２パッシベーション層２２が形成されている。
【0035】
第２パッシベーション層２２は、ｉ型非晶質シリコン層であることが好ましい。ｉ型非晶質シリコン層は、不純物が意図的にドープされていない非晶質シリコン層である。第２パッシベーション層２２には、太陽電池セル１０の製造過程において不純物が混入する場合があり、一般的には所定濃度のｐ型ドーパントが含まれている。第２パッシベーション層２２におけるｐ型ドーパント（原子）の濃度の平均値は、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であると好ましい。第２パッシベーション層２２におけるｐ型ドーパント（原子）の濃度の平均値は、ｐ型の第２非晶質シリコン層２３におけるｐ型ドーパント（原子）の濃度の平均値よりも小さくなっている。
【0036】
第２パッシベーション層２２は、光の吸収をできるだけ抑えられる程度に薄く形成される一方、結晶性シリコン基板１１の表面が十分にパッシベーションされる程度に厚く形成される。第２パッシベーション層２２の層厚は、３ｎｍ～１０ｎｍが好ましい。
【0037】
第２パッシベーション層２２は、ＳｉＨ４等のケイ素含有ガスと、必要に応じて希釈ガスとしてのＨ２とを供給しながら、原料ガスをプラズマ化するか、又は原料ガスを流しながらヒーターを動作させることで成膜できる。第２パッシベーション層２２の形成時、結晶性シリコン基板１１の基板温度は、１５０℃以上３００℃以下が好ましい。第２パッシベーション層２２は、例えば、０.１ｎｍ／ｓｅｃから０.５ｎｍ／ｓｅｃの成膜速度で成膜される。第２パッシベーション層２２は、例えば、ＳｉＨ４に対するＨ２ガスの割合が、０～５０倍の範囲で成膜される。第２パッシベーション層２２には、水素、酸素、及び炭素のうちの１以上の原子が含まれていてもよく、例えば、３つの原子が全て含まれていてもよい。
【0038】
［第２非晶質シリコン層］
ｐ型の第２非晶質シリコン層２３は、第２パッシベーション層２２の第２主面上に形成される。第２非晶質シリコン層２３は、例えば、プラズマＣＶＤ又は触媒型ＣＶＤで形成される。第２非晶質シリコン層２３は、例えば、非晶質半導体層にｐ型の導電性を有すＢ等をドープして構成される。第２非晶質シリコン層２３におけるｐ型ドーパントの濃度の平均値は、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満が好ましく、例えば、１×１０２０～１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３が好ましい。第２非晶質シリコン層２３は、第２パッシベーション層２２よりも高濃度のｐ型ドーパントを含む。
ｐ型の第２非晶質シリコン層２３は、第２パッシベーション層２２の第２主面上に形成される。第２非晶質シリコン層２３は、例えば、プラズマＣＶＤ又は触媒型ＣＶＤで形成される。第２非晶質シリコン層２３は、例えば、非晶質半導体層にｐ型の導電性を有すＢ等をドープして構成される。第２非晶質シリコン層２３におけるｐ型ドーパントの濃度の平均値は、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満が好ましく、例えば、１×１０２０～１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３が好ましい。第２非晶質シリコン層２３は、第２パッシベーション層２２よりも高濃度のｐ型ドーパントを含む。
【0039】
第２非晶質シリコン層２３には、さらに、水素、酸素、及び炭素のうちの１以上が含まれてもよく、例えば、３つの原子が全て含まれてもよい。第２透明電極２４との接触抵抗を担保するためには、第２非晶質シリコン層２３の層厚は５ｎｍ～２０ｎｍが好ましく、第２非晶質シリコン層２３をガラス基板上に形成したときの暗導電率は１×１０－５Ｓ／ｃｍ以上が好ましい。第２非晶質シリコン層２３を成膜する際の結晶性シリコン基板１１の基板温度は、１００℃以上３００℃以下が好ましい。また、第２非晶質シリコン層２３の成膜速度は、例えば、０．１ｎｍ／ｓｅｃから０．５ｎｍ／ｓｅｃで成膜され、ＳｉＨ４に対するＨ２ガスの割合が０～５０倍の範囲で成膜される。
【0040】
［第２透明電極］
第２透明電極２４は、第２非晶質シリコン層２３の第２主面上の略全域に形成されることが好ましい。例えば、一辺が１２０～１６０ｍｍの略正方形の結晶性シリコン基板１１を用いた場合、第２透明電極２４は、各層２２,２３上からはみ出さない範囲で、結晶性シリコン基板１１の端縁から２ｍｍ以下の外周領域を除く範囲に形成される。第２透明電極２４は、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、タングステン（Ｗ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等がドーピングされた透明導電性酸化物（ＩＷＯ、ＩＴＯ等）で構成される。第１透明電極１６の厚みは、例えば、１０～２００ｎｍが好ましい。
第２透明電極２４は、第２非晶質シリコン層２３の第２主面上の略全域に形成されることが好ましい。例えば、一辺が１２０～１６０ｍｍの略正方形の結晶性シリコン基板１１を用いた場合、第２透明電極２４は、各層２２,２３上からはみ出さない範囲で、結晶性シリコン基板１１の端縁から２ｍｍ以下の外周領域を除く範囲に形成される。第２透明電極２４は、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、タングステン（Ｗ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等がドーピングされた透明導電性酸化物（ＩＷＯ、ＩＴＯ等）で構成される。第１透明電極１６の厚みは、例えば、１０～２００ｎｍが好ましい。
【0041】
図示しないが、第２透明電極２４の第２主面上には、集電極が設けられる。集電極は、複数のフィンガー電極を含むと好ましい。複数のフィンガー電極は、互いに略平行に形成された細線状の電極であって、結晶性シリコン基板１１の広範囲に形成され、生成したキャリアを収集する。集電極は、フィンガー電極よりも幅が太く、各フィンガー電極と略直交するバスバー電極を含んでいてもよい。裏面側に形成される集電極は、受光面側に形成される集電極よりも大面積に形成されることが好ましく、第２透明電極２４上の略全域に形成される金属層であってもよい。
【0042】
［実施例１－４及び比較例１の太陽電池セルにおけるＩＶ測定］
本発明者は、実施例１－４の太陽電池セルと、比較例１の太陽電池セルに関して、ＩＶ測定を行った。
本発明者は、実施例１－４の太陽電池セルと、比較例１の太陽電池セルに関して、ＩＶ測定を行った。
【0043】
＜実施例１の太陽電池セル＞
図３は、実施例１の太陽電池セル１０の作用効果に主に関連する積層部分を説明するための模式断面図である。実施例１の太陽電池セル１０は、図１に示す太陽電池セル１０と同様の構造を有し、結晶性シリコン基板１１の第１主面にテクスチャ構造を有さない一方、結晶性シリコン基板１１の第２主面にテクスチャ構造を有する。また、図３に示すように、実施例１の太陽電池セル１０は、図示しない結晶性シリコン基板の第１主面側に、ｉ型非晶質シリコン層で構成される第１パッシベーション層１２、第１非晶質シリコン層１３、非晶質酸化物シリコン層１４、及び微結晶シリコン層１５を順次備える。実施例１の太陽電池セル１０では、ｎ型の非晶質シリコンにＣＯ２ガスを約１０ｓｅｃ供給して、酸化処理を行って、６ｎｍ未満の層厚を有する非晶質酸化物シリコン層１４を形成した。
図３は、実施例１の太陽電池セル１０の作用効果に主に関連する積層部分を説明するための模式断面図である。実施例１の太陽電池セル１０は、図１に示す太陽電池セル１０と同様の構造を有し、結晶性シリコン基板１１の第１主面にテクスチャ構造を有さない一方、結晶性シリコン基板１１の第２主面にテクスチャ構造を有する。また、図３に示すように、実施例１の太陽電池セル１０は、図示しない結晶性シリコン基板の第１主面側に、ｉ型非晶質シリコン層で構成される第１パッシベーション層１２、第１非晶質シリコン層１３、非晶質酸化物シリコン層１４、及び微結晶シリコン層１５を順次備える。実施例１の太陽電池セル１０では、ｎ型の非晶質シリコンにＣＯ２ガスを約１０ｓｅｃ供給して、酸化処理を行って、６ｎｍ未満の層厚を有する非晶質酸化物シリコン層１４を形成した。
【0044】
＜実施例２の太陽電池セル＞
実施例１の太陽電池セルとの比較において、ｎ型の非晶質シリコンにＣＯ２ガスを約１０ｓｅｃ供給して酸化処理を行って、２ｎｍ未満の層厚を有する非晶質酸化物シリコン層１４を形成した点のみを変えて、実施例２の太陽電池セルを作製した。
実施例１の太陽電池セルとの比較において、ｎ型の非晶質シリコンにＣＯ２ガスを約１０ｓｅｃ供給して酸化処理を行って、２ｎｍ未満の層厚を有する非晶質酸化物シリコン層１４を形成した点のみを変えて、実施例２の太陽電池セルを作製した。
【0045】
＜実施例３の太陽電池セル＞
実施例１の太陽電池セルとの比較において、ｎ型の非晶質シリコンにＣＯ２ガスを約２０ｓｅｃ供給して酸化処理を行って、非晶質酸化物シリコン層１４を形成した点のみを変えて、実施例３の太陽電池セルを作製した。
実施例１の太陽電池セルとの比較において、ｎ型の非晶質シリコンにＣＯ２ガスを約２０ｓｅｃ供給して酸化処理を行って、非晶質酸化物シリコン層１４を形成した点のみを変えて、実施例３の太陽電池セルを作製した。
【0046】
＜実施例４の太陽電池セル＞
ＳｉＨ４を流す成膜方法以外の方法で第１非晶質シリコン層１３を作製した。詳しくは、ｉ型非晶質シリコンの第１主面に、ＰＨ３やＢ２Ｈ６などの原料ガス（ドープガス）を流し、原料ガスをプラズマ化するか、又は原料ガスを流しながらヒーターを動作させた。このようにして、ｉ型非晶質シリコンの第１主面側にｎ型のドーパントを打ち込んで、第１非晶質シリコン層を成膜した。その後、作製した非晶質シリコン層にＣＯ２ガスを約１０ｓｅｃ供給して酸化処理を行って、第１パッシベーション層１２、第１非晶質シリコン層１３、非晶質酸化物シリコン層１４を形成した。それ以外の点は、第１実施例の太陽電池セルと同一にして、実施例４の太陽電池セルを作製した。
ＳｉＨ４を流す成膜方法以外の方法で第１非晶質シリコン層１３を作製した。詳しくは、ｉ型非晶質シリコンの第１主面に、ＰＨ３やＢ２Ｈ６などの原料ガス（ドープガス）を流し、原料ガスをプラズマ化するか、又は原料ガスを流しながらヒーターを動作させた。このようにして、ｉ型非晶質シリコンの第１主面側にｎ型のドーパントを打ち込んで、第１非晶質シリコン層を成膜した。その後、作製した非晶質シリコン層にＣＯ２ガスを約１０ｓｅｃ供給して酸化処理を行って、第１パッシベーション層１２、第１非晶質シリコン層１３、非晶質酸化物シリコン層１４を形成した。それ以外の点は、第１実施例の太陽電池セルと同一にして、実施例４の太陽電池セルを作製した。
【0047】
＜比較例１の太陽電池セル＞
図３に示す積層部分を、図４に示す積層部分に取り換えた点のみが、図１に示す太陽電池セル１０と異なる太陽電池セルを、比較例１の太陽電池セルとした。詳しくは、ｉ型非晶質シリコン層で構成される第１パッシベーション層１２の第１主面上に、第１非晶質シリコン層１３を設けずに、第１パッシベーション層１２の第１主面上に非晶質酸化物シリコン層１４を直接形成した太陽電池セル６１０を、比較例１の太陽電池セルとした。比較例１の太陽電池セルは、ｉ型非晶質シリコンとｎ型の微結晶シリコンとの界面に、ＣＯ２ガスを約１０ｓｅｃ供給して酸化処理を行って、第１パッシベーション層１２、非晶質酸化物シリコン層１４、及び微結晶シリコン層１５を形成した。
図３に示す積層部分を、図４に示す積層部分に取り換えた点のみが、図１に示す太陽電池セル１０と異なる太陽電池セルを、比較例１の太陽電池セルとした。詳しくは、ｉ型非晶質シリコン層で構成される第１パッシベーション層１２の第１主面上に、第１非晶質シリコン層１３を設けずに、第１パッシベーション層１２の第１主面上に非晶質酸化物シリコン層１４を直接形成した太陽電池セル６１０を、比較例１の太陽電池セルとした。比較例１の太陽電池セルは、ｉ型非晶質シリコンとｎ型の微結晶シリコンとの界面に、ＣＯ２ガスを約１０ｓｅｃ供給して酸化処理を行って、第１パッシベーション層１２、非晶質酸化物シリコン層１４、及び微結晶シリコン層１５を形成した。
【0048】
（ＩＶ測定結果）
結晶性シリコン基板の第２主面にのみテクスチャ構造を形成した、片面フラット構造の上記異なる５種類の太陽電池セルの夫々に関して、ＩＶ測定を行い、次の表１の結果を得た。なお、以下の表１における実施例１－４の各物理量の値は、比較例１の値を１００としたときの値である。なお、以下の表１において、Ｊｓｃは、短絡電流［Ａ］であり、Ｖｏｃは、開放電圧［Ｖ］である。また、ＦＦは、曲線因子であり、ηは、太陽電池セルの変換効率［％］である。
結晶性シリコン基板の第２主面にのみテクスチャ構造を形成した、片面フラット構造の上記異なる５種類の太陽電池セルの夫々に関して、ＩＶ測定を行い、次の表１の結果を得た。なお、以下の表１における実施例１－４の各物理量の値は、比較例１の値を１００としたときの値である。なお、以下の表１において、Ｊｓｃは、短絡電流［Ａ］であり、Ｖｏｃは、開放電圧［Ｖ］である。また、ＦＦは、曲線因子であり、ηは、太陽電池セルの変換効率［％］である。
【表1】
【0049】
表１に示すように、第１パッシベーション層１２と非晶質酸化物シリコン層１４の間にｎ型の第１非晶質シリコン層１３を設けた全ての実施例１－４で、比較例１との比較において、曲線因子ＦＦが１０％以上大きくなり、変換効率ηも１０％以上大きくなっている。したがって、本開示の太陽電池セルを作製すれば、第１パッシベーション層１２と非晶質酸化物シリコン層１４の間にｎ型の第１非晶質シリコン層１３が存在しない太陽電池セルとの比較において、曲線因子ＦＦが各段に大きくて、変換効率ηも格段に大きい太陽電池セルを作製することができる。
【0050】
本願発明者は、この理由を次のように推察している。詳しくは、比較例１の太陽電池セルは、導電性不純物の原子濃度が低いパッシベーション層と、導電性の微結晶シリコン層の間に約１０ｓｅｃｓｅｃの酸化処理によって形成された非晶質酸化物シリコン層が介在するために、導電性の微結晶シリコン層からパッシベーション層へのキャリアの拡散が阻害され、パッシベーション層は、導電性が低い状態を保っている。そして、パッシベーション層の導電性の悪化が、太陽電池セルの曲線因子ＦＦの悪化に影響していると推察している。
【0051】
これに対し、実施例１の太陽電池セルは、パッシベーション層の後に約６ｎｍの導電性の非晶質シリコン層を形成し、その後に酸化処理を行うことによって、導電性の非晶質酸化物シリコン系薄膜を形成し、続いて、導電性の微結晶シリコン層を形成することで作製されている。よって、実施例１の太陽電池セルでは、パッシベーション層と導電性の非晶質シリコン層が接触していることから、導電性の非結晶シリコン層からパッシベーション層へのキャリアの拡散が容易であり、その結果、パッシベーション層の導電率を大きくできる。よって、比較例１の太陽電池セルと比較して、曲線因子ＦＦを格段に大きくできるものを推察している。
【0052】
実施例２の太陽電池セルは、導電性の非晶質シリコン層の厚みが６ｎｍから約２ｎｍへ減少しているが、曲線因子ＦＦの大きな値を維持している。また透過性の低い非晶質シリコン層の厚みを大きく減らすことでＪｓｃの改善も実現している。
【0053】
また、実施例３の太陽電池セルは、酸化処理の時間を約１０ｓｅｃから約２０ｓｅｃへ延長して作製している。酸化処理時間が長いと非晶質酸化物シリコン層の厚みが増加することで導電性が低下して、曲線因子ＦＦが低下する虞があり、製造安定性に好ましくない影響を与える可能性がある。しかし、実施例３の太陽電池セルのように、パッシベーション層と、導電性の非晶質シリコン層との間に酸化処理を設けないことで、酸化処理時間を延長しても曲線因子ＦＦを高位に維持することができる。
【0054】
また、実施例４の太陽電池セルでは、パッシベーション層の一部を導電性の非晶質シリコン層にするため、実施例１－３で実現できた曲線因子ＦＦの向上（改善）に加えて、成膜を行わないために非晶質シリコン層の膜厚を減らすことにでき、その結果、Ｊｓｃの改善も実現できる。
【0055】
［実施例５、６及び比較例２の太陽電池セルにおけるＩＶ測定］
本発明者は、図１に示す太陽電池セル１０と比較して、結晶性シリコン基板の第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を形成した点のみが異なる太陽電池セルに関してもＩＶ測定を実施した。図５は、その太陽電池セル１１０における図１に対応する厚さ方向の模式断面図であり、実施例５、６の太陽電池セル１１０における図１に対応する厚さ方向の模式断面図である。
本発明者は、図１に示す太陽電池セル１０と比較して、結晶性シリコン基板の第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を形成した点のみが異なる太陽電池セルに関してもＩＶ測定を実施した。図５は、その太陽電池セル１１０における図１に対応する厚さ方向の模式断面図であり、実施例５、６の太陽電池セル１１０における図１に対応する厚さ方向の模式断面図である。
【0056】
図５に示すように、実施例５、６の太陽電池セル１１０では、結晶性シリコン基板１１１の受光面側の第１主面にも、テクスチャ構造が形成されるので、結晶性シリコン基板１１１の第１主面側に設けられる各層の第１主面と第２主面にも、結晶性シリコン基板１１１の第１主面のテクスチャ構造に対応するようにピラミッド状の凹凸が形成される。
【0057】
より詳しくは、図５に示すように、実施例５、６の太陽電池セル１１０は、結晶性シリコン基板１１１の受光面側の第１主面上に設けられ、非晶質シリコン系材料で構成される第１パッシベーション層１１２と、第１パッシベーション層１１２の第１主面上に設けられたｎ型の第１非晶質シリコン層１１３と、第１非晶質シリコン層１１３の第１主面上に設けられたｎ型の非晶質酸化物シリコン層１１４と、非晶質酸化物シリコン層１１４の第１主面上に設けられたｎ型の微結晶シリコン層１１５と、微結晶シリコン層１１５の第１主面上に設けられた受光面側の第１透明電極１１６を備える。また、太陽電池セル１１０は、更に、結晶性シリコン基板１１１の裏面側の第２主面上に設けられ、非晶質シリコン系材料で構成される第２パッシベーション層１２２と、第２パッシベーション層１２２の第２主面上に設けられた第２導電型の一例としてのｐ型の第２非晶質シリコン層１２３と、第２非晶質シリコン層１２３の第２主面上に設けられた裏面側の第２透明電極１２４を備える。ここで、各層１１２～１１６,１２２～１２４の第１主面及び第２主面は、ピラミッド状の凹凸を有する。
【0058】
＜実施例５の太陽電池セル＞
結晶性シリコン基板１１１の第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を形成した点のみが実施例１の太陽電池セルと異なり、それ以外の作製条件は、実施例１の太陽電池セルと同一の太陽電池セル１１０を、実施例５の太陽電池セルとした。すなわち、実施例５の太陽電池セルでは、ＣＯ２ガスの供給時間を約１０ｓｅｃとした。
結晶性シリコン基板１１１の第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を形成した点のみが実施例１の太陽電池セルと異なり、それ以外の作製条件は、実施例１の太陽電池セルと同一の太陽電池セル１１０を、実施例５の太陽電池セルとした。すなわち、実施例５の太陽電池セルでは、ＣＯ２ガスの供給時間を約１０ｓｅｃとした。
【0059】
＜実施例６の太陽電池セル＞
結晶性シリコン基板１１１の第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を形成した点のみが実施例３の太陽電池セルと異なり、それ以外の作製条件は、実施例３の太陽電池セルと同一の太陽電池セル１１０を、実施例６の太陽電池セルとした。すなわち、実施例６の太陽電池セルでは、ＣＯ２ガスの供給時間を約２０ｓｅｃとした。
結晶性シリコン基板１１１の第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を形成した点のみが実施例３の太陽電池セルと異なり、それ以外の作製条件は、実施例３の太陽電池セルと同一の太陽電池セル１１０を、実施例６の太陽電池セルとした。すなわち、実施例６の太陽電池セルでは、ＣＯ２ガスの供給時間を約２０ｓｅｃとした。
【0060】
＜比較例２の太陽電池セル＞
結晶性シリコン基板の第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を形成した点のみが比較例１の太陽電池セルと異なり、それ以外の作製条件は、比較例１の太陽電池セルと同一の太陽電池セルを、比較例２の太陽電池セルとした。すなわち、比較例２の太陽電池セルでは、ｉ型非晶質シリコンとｎ型の微結晶シリコンとの界面に、ＣＯ２ガスを１０ｓｅｃ供給して酸化処理を行った。
結晶性シリコン基板の第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を形成した点のみが比較例１の太陽電池セルと異なり、それ以外の作製条件は、比較例１の太陽電池セルと同一の太陽電池セルを、比較例２の太陽電池セルとした。すなわち、比較例２の太陽電池セルでは、ｉ型非晶質シリコンとｎ型の微結晶シリコンとの界面に、ＣＯ２ガスを１０ｓｅｃ供給して酸化処理を行った。
【0061】
（ＩＶ測定結果）
次の表２に、ＩＶ測定を示す。なお、表２においても、実施例５、６の各物理量の値は、比較例２の値を１００としたときの値である。また、表２においても、Ｊｓｃは、短絡電流［Ａ］であり、Ｖｏｃは、開放電圧［Ｖ］であり、ＦＦは、曲線因子であり、ηは、太陽電池セルの変換効率［％］である。
次の表２に、ＩＶ測定を示す。なお、表２においても、実施例５、６の各物理量の値は、比較例２の値を１００としたときの値である。また、表２においても、Ｊｓｃは、短絡電流［Ａ］であり、Ｖｏｃは、開放電圧［Ｖ］であり、ＦＦは、曲線因子であり、ηは、太陽電池セルの変換効率［％］である。
【表2】
【0062】
表２に示すように、結晶性シリコン基板の第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を形成した太陽電池セルにおいても、非晶質酸化物シリコン層とパッシベーション層との間に導電性の非晶質シリコン装置を設ければ、非晶質酸化物シリコン層とパッシベーション層との間に導電性の非晶質シリコン装置が存在しない太陽電池セルとの比較において、曲線因子ＦＦ及び変換効率ηを１０％以上大幅に改善させることができることを確認できた。
【0063】
［実施例５、６及び比較例２の太陽電池セルにおけるＩＶ測定］
本発明者は、図１に示す太陽電池セル１０と比較して、結晶性シリコン基板の第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を形成した点のみが異なる太陽電池セルに関してもＩＶ測定を実施した。図５は、その太陽電池セルにおける図１に対応する厚さ方向の模式断面図であり、実施例５、６の太陽電池セル１１０における図１に対応する厚さ方向の模式断面図である。
本発明者は、図１に示す太陽電池セル１０と比較して、結晶性シリコン基板の第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を形成した点のみが異なる太陽電池セルに関してもＩＶ測定を実施した。図５は、その太陽電池セルにおける図１に対応する厚さ方向の模式断面図であり、実施例５、６の太陽電池セル１１０における図１に対応する厚さ方向の模式断面図である。
【0064】
［微結晶シリコン層と、裏面側のｐ型の非晶質シリコン層の表面粗さの測定］
本発明者は、図５に示す、結晶性シリコン基板１１１の第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を形成した１の太陽電池セル１１０に関して、太陽電池セル１１０の断面のＴＥＭ画像に基づいて、微結晶シリコン層１１５の表面粗さと、裏面側のｐ型の第２非晶質シリコン層１２３の表面粗さを見積り、それら２つの層１１５,１２３の表面粗さを比較した。詳しくは、それら２つの層１１５,１２３に関し、表面粗さとして、算術平均粗さＲａを採用し、２つの層１１５,１２３の夫々において、ＴＥＸ画像における斜面上の長さ８０ｎｍの領域で表面粗さを見積もった。
本発明者は、図５に示す、結晶性シリコン基板１１１の第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を形成した１の太陽電池セル１１０に関して、太陽電池セル１１０の断面のＴＥＭ画像に基づいて、微結晶シリコン層１１５の表面粗さと、裏面側のｐ型の第２非晶質シリコン層１２３の表面粗さを見積り、それら２つの層１１５,１２３の表面粗さを比較した。詳しくは、それら２つの層１１５,１２３に関し、表面粗さとして、算術平均粗さＲａを採用し、２つの層１１５,１２３の夫々において、ＴＥＸ画像における斜面上の長さ８０ｎｍの領域で表面粗さを見積もった。
【0065】
（表面粗さ測定結果）
次の表３に、表面粗さＲａの測定結果を示す。
次の表３に、表面粗さＲａの測定結果を示す。
【表3】
【0066】
測定結果により、第１導電型の微結晶シリコン層（本試験では、ｎ型の微結晶シリコン層１１５に相当）の表面粗さＲａを、第２導電型の非晶質シリコン層（本試験では、ｐ型の第２非晶質シリコン層１２３に相当）の表面粗さＲａよりも粗くできることを確認できた。微結晶シリコン層１１５の層厚を厚くする、または酸化処理や成膜レートを遅くすることなどで微結晶化を促進することで表面粗さＲａを大きくできる。したがって、微結晶シリコン層１１５の層厚を調整すること等で、第１導電型の微結晶シリコン層１１５と第２導電型の第２非晶質シリコン層１２３の表面粗さＲａの差異を調整することができ、例えば、微結晶シリコン層１１５の表面粗さＲａを、第２非晶質シリコン層１２３の表面粗さＲａ以上にできる。
【0067】
太陽電池セルの発電性能や広い波長域における良好な発電性能を実現するために、多接合型太陽電池セルを形成する場合がある。そのような場合において、ボトムセルにおいて、図６及び図７に示すように、第１導電型の微結晶シリコン層の表面を、第２導電型の非晶質シリコン層の表面と比較して粗く形成すると好ましい場合がある。
【0068】
例えば、ボトムセルを、シリコン基板を有するシリコン材料太陽電池セル（例えば、図１に示す太陽電池セル）で構成し、トップセルを、ペロブスカイト基板を有するペロブスカイト太陽電池で構成する場合を考える。この場合、ペロブスカイト太陽電池の各層は、蒸着などのドライプロセス、またはスピンコート、ダイコート、またはインクジェットなどのウェットプロセスで形成されることもあり、特にウェットプロセスにおいてはペロブスカイト太陽電池材料のボトムセルに対する親水性(接触角)は、ボトムセルの表面粗さによって変化することが推測できる。
【0069】
よって、ペロブスカイト太陽電池材料の親水性(接触角)は、ペロブスカイト結晶の粒径や粒密度に影響を与え、それらの変化はペロブスカイト太陽電池の製造プロセス安定性に影響を与えることが期待できる。そのため、第１導電型の微結晶シリコン層を利用したボトムセルの受光面の表面粗さを裏面と独立して制御することで、その上に形成するトップセルの製造プロセス安定性向上に貢献できることが期待できる。多接合型太陽電池セルの一例のより詳しい構造については、次の第２実施形態で説明する。また、ペロブスカイト太陽電池からシリコン太陽電池の光電変換層の間で生じる反射損失を低減するためには、間の非晶質シリコン層、微結晶シリコン層、または透明電極の屈折率の制御が必要である。非晶質シリコンとは異なる屈折率をもちえる微結晶シリコン層を設けることによって、シリコン太陽電池の光電変換層、すなわち結晶性シリコン基板に到達する光量を最大化できることを期待できる。
【0070】
（第２実施形態）
図８は、本開示の第２実施形態の多接合型太陽電池セル２１０の厚さ方向の模式断面図である。図８に示すように、多接合型太陽電池セル（以下、単に、太陽電池セルという）２１０は、ボトムセル２２０の受光面にトップセル２３０を接合してなる構造を有する。ボトムセル２２０は、図１に示す太陽電池セル１０との比較において、第１透明電極１６を削除した点のみが異なる構造を有する。ボトムセル２２０の受光面は、微結晶シリコン層１５に含まれる。ボトムセル２２０では、ｎ型の微結晶シリコン層１５の表面粗さＲａが、ｐ型の第２非晶質シリコン層２３の表面粗さＲａよりも大きくなっている。
図８は、本開示の第２実施形態の多接合型太陽電池セル２１０の厚さ方向の模式断面図である。図８に示すように、多接合型太陽電池セル（以下、単に、太陽電池セルという）２１０は、ボトムセル２２０の受光面にトップセル２３０を接合してなる構造を有する。ボトムセル２２０は、図１に示す太陽電池セル１０との比較において、第１透明電極１６を削除した点のみが異なる構造を有する。ボトムセル２２０の受光面は、微結晶シリコン層１５に含まれる。ボトムセル２２０では、ｎ型の微結晶シリコン層１５の表面粗さＲａが、ｐ型の第２非晶質シリコン層２３の表面粗さＲａよりも大きくなっている。
【0071】
トップセル２３０は、公知の如何なるペロブスカイト太陽電池セルで構成されてもよく、トップセル２３０は、ペロブスカイト結晶で構成される光電変換層２１１と、光電変換層２１１の受光面側である第１主面上に設けられた電子輸送層２１２と、電子輸送層２１２の第１主面上に設けられた第１透明電極２１３と、光電変換層２１１の裏面側である第２主面上に設けられた正孔輸送層２１４と、正孔輸送層２１４の第２主面上に設けられた第２透明電極２１５を備える。
【0072】
光吸収層２１１は、組成式ＡＭＸ３で示されるペロブスカイト構造を有する化合物を光吸収材料として含む。Ａは一価のカチオンである。Ａの例としては、アルカリ金属カチオンまたは有機カチオンのような一価のカチオンが挙げられる。さらに具体的には、Ａの例として、メチルアンモニウムカチオン（ＣＨ３ＮＨ３
＋）、ホルムアミジニウムカチオン（ＮＨ２ＣＨＮＨ２
＋）、セシウムカチオン（Ｃｓ＋）、ルビジウムカチオン（Ｒｂ＋）が挙げられる。Ｍは２価のカチオンである。Ｍは、例えば、遷移金属または第１３族元素～第１５族元素の２価のカチオンである。さらに具体的には、Ｍの例として、Ｐｂ２＋、Ｇｅ２＋、Ｓｎ２＋が挙げられる。Ｘはハロゲンアニオンなどの１価のアニオンである。Ａ、Ｍ、Ｘのそれぞれのサイトは、複数種類のイオンによって占有されていてもよい。ペロブスカイト構造を有する化合物の具体例としては、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３、ＣＨ３ＣＨ２ＮＨ３ＰｂＩ３、ＮＨ２ＣＨＮＨ２ＰｂＩ３、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＢｒ３、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＣｌ３、ＣｓＰｂＩ３、ＣｓＰｂＢｒ３、ＲｂＰｂＩ３、ＲｂＰｂＢｒ３等が挙げられる。光電変換層２１１は、シリコンよりも大きなバンドギャップを有する。光電変換層２１１は、不純物を含有してもよい。光電変換層２１１は、上記のペロブスカイト化合物以外の化合物を更に含有してもよい。光電変換層２１１は、例えば、１００ナノメートル以上１０マイクロメートル以下の厚み、好ましくは、１００ナノメートル以上１０００ナノメートル以下の厚みを有してもよい。
【0073】
電子輸送層２１２は、半導体を含む。半導体の例としては、有機または無機のｎ型半導体が挙げられる。有機のｎ型半導体としては、イミド化合物、キノン化合物、ならびにフラーレンおよびその誘導体などが挙げられる。また無機半導体としては、例えば金属元素の酸化物を用いることができる。金属元素の酸化物としては、例えばＣｄ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｇａ、Ｃｒの酸化物を用いることができる。より具体的な例としては、酸化スズ、酸化チタンが挙げられる。電子輸送層２１２は、材料の異なる複数の層を含む積層構造を有していてもよく、例えば、下から酸化スズとＣ６０(フラーレン)を積層した積層構造を有してもよい。
【0074】
正孔輸送層２１４は、有機物、自己組成化単分子膜、又は無機物、例えば金属酸化物によって構成される。正孔輸送層２１４は、例えばポリ－３－ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）、ポリ［ビス（４－フェニル）（２，４，６－トリメチルフェニル）アミン］（ＰＴＡＡ）、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等のポリチオフェン誘導体、２，２’，７，７’－テトラキス（Ｎ，Ｎ’－ジ－ｐ－メトキシフェニルアミン）－９－９’－スピロビフルオレン（Ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ）、酸化ニッケルや酸化モリブデンなどで構成される。正孔輸送層２１４は、互いに異なる材料から形成される複数の層を含んでいてもよい。正孔輸送層２１４は、支持電解質および溶媒を含有してもよい。支持電解質および溶媒を含有させることで、正孔輸送層２１４中の正孔を安定化させることができる。
【0075】
第１透明電極２１３及び第２透明電極２１５は、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、タングステン（Ｗ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等がドーピングされた透明導電性酸化物（ＩＷＯ、ＩＴＯ等）で構成される。
【0076】
太陽電池セル２１０は、結晶性シリコン基板を有するボトムセル２２０と、ボトムセル２２０上に設けられ、シリコンよりも大きなバンドギャップを持つ光電変換層２１１を有するトップセル２３０と、を備えるので、発電性能を広い波長域の非光に対して良好なものにできると共に、出力を向上させることができる。また、ｎ型の微結晶シリコン層１５の表面粗さＲａを、ｐ型の第２非晶質シリコン層２３の表面粗さＲａよりも大きくしているので、トップセル２３０の製造プロセスの安定性を向上させることができる。
【0077】
なお、ボトムセル２２０の結晶性シリコン基板として、裏面側の第２主面のみがテクスチャ構造を有する結晶性シリコン基板１１を採用した。しかし、図９、すなわち、変形例の多接合型太陽電池セル３１０における図８に対応する厚さ方向の模式断面図に示すように、ボトムセル３２０の結晶性シリコン基板として、裏面側の第２主面に加えて受光面側の第１主面にもテクスチャ構造を形成した結晶性シリコン基板１１１を採用してもよい。
【0078】
そして、トップセル３３０における、ペロブスカイト結晶で構成される光電変換層３１１、電子輸送層３１２、第１透明電極３１３、正孔輸送層３１４、及び第２透明電極３１５の夫々の第１及び第２主面の両方に結晶性シリコン基板１１１の第１主面に形成したテクスチャ構造に倣ったピラミッド状の凹凸を形成してもよい。またトップセルのいずれかの層を厚くすることで下層の凹凸を緩和させるような構造としてもよい。詳しくは、トップセルのいずれかの層を厚くすると、トップセルにおいて、テクスチャ構造の凹凸における谷箇所では、層厚が分厚くなり易く、逆に頂点部では、層厚が薄くなり易くなり、凹凸が緩和され易い。また、特に、ウェットプロセスを選択した場合は、テクスチャ構造の凹凸の緩和が顕著となり易い。
【0079】
また、トップセル２３０,３３０を、ペロブスカイト太陽電池セルとした場合について説明したが、トップセルは、ペロブスカイト太陽電池セル以外の如何なる太陽電池セルでもよい。ここで、トップセルを、シリコンよりも大きなバンドギャップを持つ光電変換層を有する太陽電池セルで構成する。
【0080】
また、この場合においても、図１０、すなわち、他の変形例の多接合型太陽電池セル４１０における図８に対応する厚さ方向の模式断面図に示すように、シリコン材料で構成されるボトムセル４２０の結晶性シリコン基板の裏面側の第２主面のみにテクスチャ構造を形成しもよい。また、多接合型太陽電池セル４１０においてボトムセル４２０の受光面側に構成されるトップセル４３０は、シリコンよりも大きなバンドギャップを持つ光電変換層を有していればよい。
【0081】
又は、図１１、すなわち、更なるの変形例の多接合型太陽電池セル５１０における図８に対応する厚さ方向の模式断面図に示すように、シリコン材料で構成されるボトムセル５２０の結晶性シリコン基板の裏面側の第２主面に加えて受光面側の第２主面にもテクスチャ構造を形成してもよい。また、この場合においても、多接合型太陽電池セル５１０においてボトムセル５２０の受光面側に構成されるトップセル５３０は、シリコンよりも大きなバンドギャップを持つ光電変換層を有していればよい。なお、多接合型太陽電池セルに関して、ボトムセルの結晶性シリコン基板は、第１主面と第２主面の両方にテクスチャ構造を有していなくてもよい。
【0082】
［本開示の太陽電池セルの主構成と、その作用効果］
以上、太陽電池セル１０は、結晶性シリコン基板１１の第１主面上に設けられるｎ型（第１導電型）の第１非晶質シリコン層１３と、第１非晶質シリコン層１３の第１主面上に設けられるｎ型の非晶質酸化物シリコン層１４と、非晶質酸化物シリコン層１４の第１主面上に設けられるｎ型の微結晶シリコン層１５と、を備える。そして、第１非晶質シリコン層１３、非晶質酸化物シリコン層１４、及び微結晶シリコン層１５における酸素原子濃度が、厚さ方向に関して非晶質酸化物シリコン層１４内で極大値を有する。
以上、太陽電池セル１０は、結晶性シリコン基板１１の第１主面上に設けられるｎ型（第１導電型）の第１非晶質シリコン層１３と、第１非晶質シリコン層１３の第１主面上に設けられるｎ型の非晶質酸化物シリコン層１４と、非晶質酸化物シリコン層１４の第１主面上に設けられるｎ型の微結晶シリコン層１５と、を備える。そして、第１非晶質シリコン層１３、非晶質酸化物シリコン層１４、及び微結晶シリコン層１５における酸素原子濃度が、厚さ方向に関して非晶質酸化物シリコン層１４内で極大値を有する。
【0083】
本開示によれば、ｎ型の非晶質シリコンを形成し、その後、酸化処理を行っているので、微結晶シリコン層１５の結晶化を容易かつ迅速に行うことができる。
【0084】
また、結晶性シリコン基板１１の第１主面と第１非晶質シリコン層１３の第２主面との間に、非晶質シリコン系材料で構成されて実質的に真性な第１パッシベーション層１２を備えてもよい。この場合、導電性を有する第１非晶質シリコン層１３を、それよりも裏面側の下層に位置して実質的に真性な第１パッシベーション層１２と酸化膜を介すことなく直接接触させることができる。したがって、上述の比較例１、２の太陽電池セルと比較して、第１非晶質シリコン層１３から第１パッシベーション層１２へのドーパントの拡散を促進でき、第１パッシベーション層１２の導電性を高くできる。したがって、曲線因子ＦＦや変換効率ηを大きくできる。
【0085】
また、導電性が低い実質的に真性な第１パッシベーション層１２の厚みを、パッシベーションに必要な厚みのみにできるので、特許文献１に記載の陽電池セルと比較して、曲線因子ＦＦや変換効率ηを大きくできる。
【0086】
［採用すると好ましい太陽電池セルの構成と、その作用効果］
微結晶シリコン層１５の層厚に対して、第１パッシベーション層１２の層厚は薄いと共に、第１非晶質シリコン層１３の層厚は薄くてもよい。
微結晶シリコン層１５の層厚に対して、第１パッシベーション層１２の層厚は薄いと共に、第１非晶質シリコン層１３の層厚は薄くてもよい。
【0087】
本構成によれば、太陽電池セル１０の出力低下を起こさず、太陽電池セル１０の厚さを小さくできる。したがって、太陽電池セル１０の出力低下を起こさずに、太陽電池セル１０をコンパクトに作製し易く、太陽電池セル１０の製造コストも低減し易い。
【0088】
また、結晶性シリコン基板１１の第２主面上に設けられ、非晶質シリコン系材料で構成される第２パッシベーション層２２と、第２パッシベーション層２２の第２主面上に設けられたｐ型（第２導電型）の第２非晶質シリコン層２３と、を備えてもよい。そして、微結晶シリコン層１５の結晶化率を、第２非晶質シリコン層２３の結晶化率よりも大きくしてもよい。なお、結晶化率は、試料をラマン分光法で測定したときの、（５２０［ｃｍ－１］の光の強度）／（４８０［ｃｍ－１］の光の強度）で定義する。
【0089】
層の結晶化を行うのには長い成膜時間を要し、所望の結晶化を行うためには熟練を要する。本構成によれば、太陽電池セル１０の製造時間を短縮でき、製造条件の自由度も大きくできる。したがって、太陽電池セル１０の量産性を向上でき、歩留まり率も高くし易い。なお、本開示の太陽電池セルでは、裏面側に、非晶質酸化物シリコン層を形成すると共に、非晶質酸化物シリコン層の第２主面上に第２導電型の微結晶シリコン層を形成してもよい。
【0090】
また、第１パッシベーション層１２のｎ型の原子の濃度が、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であって、第１非晶質シリコン層１３のｎ型の原子の濃度よりも小さくてもよい。また、第２パッシベーション層２２のｐ型の原子の濃度が、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であって、第２非晶質シリコン層２３のｐ型の原子の原子濃度よりも小さくてもよい。
【0091】
本構成によれば、太陽電池セル１０の出力電力を大きくし易い。
【0092】
また、第１非晶質シリコン層１３に含有されるｎ型の原子の原子濃度が、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満でもよい。また、微結晶シリコン層１５に含有されるｎ導電型の原子の原子濃度が、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満でもよい。
【0093】
本構成によれば、微結晶シリコン層１５に含有されるｎ導電型の原子の原子濃度が、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であるので、微結晶シリコン層１５の結晶化を円滑に行い易い。
【0094】
また、微結晶シリコン層１５の第１主面上、及び第２非晶質シリコン層２３の第２主面上のうちの少なくとも一方に透明電極（透明導電膜層）１０,２４を設けてもよい。
【0095】
本構成によれば、光電変換層に到達する光の光量を大きくできる。
【0096】
また、微結晶シリコン層１５の平均算術粗さが、第２非晶質シリコン層２３の平均算術粗さ以上でもよい。
【0097】
本構成によれば、太陽電池セル１０の受光面上にペロブスカイト太陽電池セルを作製し易い。
【0098】
また、本開示の太陽電池セル（多接合型太陽電池セル）２１０,３１０,４１０,５１０は、シリコン系材料で構成されるボトムセル２２０,３２０,４２０,５２０と、シリコンよりも大きなバンドギャップを持つ光電変換層２１１,３１１を有するトップセル（第２太陽電池セル）２３０,３３０,４３０,５３０と、を備える。
【0099】
本開示によれば、太陽電池セル２１０,３１０,４１０,５１０の発電性能を広い波長域の非光に対して良好なものにできると共に、出力を向上させることができる。
【0100】
また、第１非晶質シリコン層１３と微結晶シリコン層１５を、同一の化学気相成長成膜室で大気開放されずに形成してもよい。また、第１パッシベーション層１２と第１非晶質シリコン層１３を、同一の化学気相成長成膜室で大気開放されずに形成してもよい。
【0101】
より詳しくは、図１等を用いて説明した太陽電池セル１０の作製において、結晶性シリコンの第１主面上のパッシベーション層の成膜と、ｎ型の非晶質シリコン層の成膜と、酸化処理と、ｎ型の微結晶シリコンの成膜を、全て同一のＣＶＤ成膜室で行ってもよく、その一連の処理中に成膜室やトレイのトランスファーや大気暴露を行わなくてもよい。
【0102】
本構成によれば、導電性不純物を含まない真性なシリコン層を形成するための成膜室やトレイなどの追加装置を必要とせず、しかも、雰囲気中の不純物を完全に排気するためのプロセス時間も不要であるため、製造のプロセスタイムを大幅に低減できる。
【0103】
なお、本開示は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。
【0104】
例えば、上述の説明では、第１導電型をｎ型とすると共に第２導電型をｐ型として、受光面側にｎ型のシリコン層を形成する場合について説明した。しかし、本開示の太陽電池セルでは、第１導電型をｐ型とすると共に第２導電型をｎ型として、受光面側にｐ型のシリコン層を形成してもよい。その場合においても、単に導電性を逆にしただけであるので、第１導電型をｎ型としたと場合と全く同様の採用効果を獲得することができる。
【0105】
より詳しくは、例えば、上述の［本開示の太陽電池セルの主構成と、その作用効果］や、採用すると好ましい太陽電池セルの構成と、その作用効果］において、それらの欄で説明した多数の太陽電池セルとの比較において導電性を逆にしただけの太陽電池セルを作製した場合においても、それらの欄で説明した多数の太陽電池セルと同様の優れた作用効果を獲得できる。なお、導電性を逆にするには、ｎ型の導電性を有するＰ等の原子をｐ型の導電性を有すＢ等の原子に入れ替えると共に、ｐ型の導電性を有すＢ等の原子をｎ型の導電性を有するＰ等の原子に入れ替えればよいのは、言うまでもない。
【0106】
また、非晶質酸化物シリコン層が第１導電型である場合について説明したが、本開示の太陽電池セルでは、非晶質酸化物シリコン層は、第１導電型でなくてもよい。本開示の太陽電池セルでは、非晶質酸化物シリコン層を意図的に第１導電性を帯びないように作製してもよい。そのようにしても、第１導電型の微結晶シリコン層の微結晶化を促進できて、発明の効果は変わらないと考えられるからである。
【符号の説明】
【0107】
１０,１１０ 太陽電池セル、 １１,１１１ 結晶性シリコン基板、 １２,１１２ 第１パッシベーション層、 １３,１１３ 第１非晶質シリコン層、 １４,１１４ 非晶質酸化物シリコン層、 １５,１１５ 微結晶シリコン層、 １６,１１６,２１３,３１３ 第１透明電極、 ２２,１２２ 第２パッシベーション層、 ２３,１２３ 第２非晶質シリコン層、 ２４,１２４,２１５,３１５ 第２透明電極、 ２１０,３１０,４１０,５１０ 多接合型太陽電池セル、 第２非晶質シリコン層 ２１１.３１１ 光電変換層、 ２１２,３１２ 電子輸送層、 ２１４,３１４ 正孔輸送層、 ２２０,３２０,４２０,５２０ ボトムセル、 ２３０,３３０,４３０,５３０ トップセル。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】