特許 7500383 太陽電池、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-07

(45)【発行日】2024-06-17

(54)【発明の名称】太陽電池、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/072 20120101AFI20240610BHJP

【ＦＩ】

H01L31/06 400

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2020171579

(22)【出願日】2020-10-09

(65)【公開番号】P2022063168

(43)【公開日】2022-04-21

【審査請求日】2023-02-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上 徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 章

(74)【代理人】

【識別番号】100178984

【弁理士】

【氏名又は名称】高下 雅弘

(72)【発明者】

【氏名】山本 和重

(72)【発明者】

【氏名】中川 直之

(72)【発明者】

【氏名】水野 幸民

(72)【発明者】

【氏名】芝崎 聡一郎

(72)【発明者】

【氏名】保西 祐弥

(72)【発明者】

【氏名】山崎 六月

(72)【発明者】

【氏名】西田 靖孝

【審査官】吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１４６１２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０９３０９１３６（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９８４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０１３０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３４１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１９０８２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－３３２３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５３５７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０６－３１／０７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｐ電極と、
ｎ電極と、
前記ｐ電極と前記ｎ電極の間に位置する亜酸化銅を主体とするｐ型光吸収層と、
前記ｐ型光吸収層と前記ｎ電極の間に位置し、Ｇａ_ｖ１Ｚｎ_ｖ２Ｓｎ_ｖ３Ｍ１_ｖ４Ｏ_ｖ５で表される化合物を主体とし、前記Ｍ１はＨｆ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｍｇ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上であり、前記ｖ１、ｖ２及びｖ４は０．００以上の数値であり、前記ｖ３及びｖ５は０より大きい数値であり、前記ｖ１とｖ２の少なくともどちらか一方は０より大きい数値であり、前記ｖ１、ｖ２、ｖ３及びｖ４の和を１とする場合の前記ｖ５は１．００以上２．００以下である前記ｎ電極側に位置する第１ｎ型層と、
Ｇａ_ｗ１Ｍ２_ｗ２Ｍ３_ｗ３Ｍ４_ｗ４Ｏ_ｗ５で表される化合物を主体とする層であって、前記Ｍ２はＡｌ又は／及びＢであり、前記Ｍ３はＩｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｆ及びＺｒからなる群より選ばれる１種以上であり、前記Ｍ４はＳｎ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上であり、前記ｗ１及びｗ５は０より大きい数値であり、前記ｗ２、ｗ３及びｗ４は０．００以上の数値であり、前記ｗ１、ｗ２、ｗ３及びｗ４の和を２とする場合の前記ｗ５は３．００以上３．８０以下である前記ｐ型光吸収層側に位置する第２ｎ型層を有するｎ型層と、を有し、
前記第１ｎ型層の伝導帯下端から前記ｎ電極の仕事関数を引いた値は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であり、
ｖ１／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．１０以下である太陽電池。

【請求項2】

（ｖ１＋ｖ２）／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．３０以上０．９０以下であり、
ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．１０以上０．７０以下であり、
ｖ４／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は０．００以上０．０５以下であり、
（ｗ１＋ｗ２）／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．８０以上１．００以下であり、
ｗ２／（ｗ１＋ｗ２）は、０．００以上０．４０以下であり、
ｗ３／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．００以上０．８０以下であり、
ｗ４／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．００以上０．１５以下である請求項１に記載の太陽電池。

【請求項3】

（ｖ１＋ｖ２）／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．４０以上０．９０以下であり、
ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．１０以上０．６０以下であり、
ｖ４／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は０．００以上０．０５以下であり、
（ｗ１＋ｗ２）／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．９０以上１．００以下であり、
ｗ２／（ｗ１＋ｗ２）は、０．００以上０．２０以下であり、
ｗ３／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．００以上０．１０以下であり、
ｗ４／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．００以上０．１０以下である請求項１または２に記載の太陽電池。

【請求項4】

前記第１ｎ型層は、前記ｎ電極と直接的に接している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項5】

ｖ２／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．７０以上０．９０以下であり、
ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．１０以上０．３０以下である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項6】

ｖ２／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．７５以上０．８５以下であり、
ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．１５以上０．２５以下である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項7】

ｖ２／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．１０以下であり、
ｖ１／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．３０以上０．８０以下であり、
ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．２０以上０．７０以下である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項8】

ｖ２／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．１０以下であり、
ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．３０以上０．６０以下である請求項１ないし４及び７のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項9】

前記ｎ型層は、第３ｎ型層をさらに有し、
前記第３ｎ型層は、ｐ型光吸収層と第２ｎ型層の間に位置し、
前記第３ｎ型層は、Ｇａ_ｘ１Ｍ２_ｘ２Ｍ３_ｘ３Ｍ４_ｘ４Ｏ_ｘ５で表される化合物を主体とし、
前記ｘ１及びｘ５は０より大きい数値であり、
前記ｘ２、ｘ３及びｘ４は０．００以上の数値であり、
前記ｘ２とｘ３の少なくともいずれか一方は０より大きい数値であり、
前記ｘ１、ｘ２、ｘ３及びｘ４の和を２とする場合の前記ｘ５は３．００以上３．８０以下である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項10】

（ｘ１＋ｘ２）／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は、０．６０以上１．００以下であり、
前記ｘ１は、前記ｗ１より小さく、
前記ｘ２は、前記ｗ２より大きく、
ｘ２／（ｘ１＋ｘ２）は、０．１０以上０．３０以下であり、
前記ｗ２は前記ｘ２の１０％以上９０％以下であり、
（ｗ１＋ｗ２）／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は０．９０以上１．００以下であり
ｗ２／（ｗ１＋ｗ２）は０．００以上０．２０以下であり、
ｘ３／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は０．００以上０．５０以下であり、
前記ｗ３は前記ｘ３の０％以上９０％以下であり、
ｘ４／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は０．０１以上０．１５以下であり、
前記ｘ４は前記ｗ４の０％以上９０％以下である請求項９に記載の太陽電池。

【請求項11】

（ｘ１＋ｘ２）／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は、０．８０以上１．００以下であり、
ｘ２／（ｘ１＋ｘ２）は、０．１０以上０．３０以下であり、
前記ｗ２は前記ｘ２の１５％以上８０％以下であり、
ｗ２／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．００以上０．２０以下であり、
ｘ３／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は、０．００以上０．１０以下であり、
前記ｗ３はｘ３の０％以上８０％以下であり、
ｘ４／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は、０．０５以上０．１５以下であり、
前記ｘ４は、ｗ４の０％以上５０％以下である請求項９又は１０に記載の太陽電池。

【請求項12】

前記ｎ型層は、第４ｎ型層をさらに有し、
前記第４ｎ型層は、前記第３ｎ型層と前記ｐ型光吸収層の間に位置し、
前記第４ｎ型層は、Ｇａ_ｙ１Ｍ２_ｙ２Ｍ３_ｙ３Ｍ４_ｙ４Ｏ_ｙ５で表される化合物を主体とし、
前記ｙ１及びｙ５は０より大きい数値であり、
前記ｙ２、ｙ３及びｙ４は０．００以上の数値であり、
前記ｙ２とｙ３の少なくともいずれか一方は０より大きい数値であり、
前記ｙ１、ｙ２、ｙ３及びｙ４の和を２とする場合のｙ５は３．０以上３．８以下であり、
前記ｙ１は、前記ｘ１より小さく、
前記ｙ２は、前記ｘ２より大きい請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項13】

（ｙ１＋ｙ２）／（ｙ１＋ｙ２＋ｙ３＋ｙ４）は、０．９０以上１．００以下であり、
ｙ２／（ｙ１＋ｙ２）は、０．２０以上０．４０以下であり、
前記ｘ２は前記ｙ２の１０％以上９０％以下であり、
前記ｗ２は前記ｙ２の０％以上５０％以下であり、
ｘ３／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は、０．００以上０．５０以下であり、
前記ｘ３は前記ｙ３の０％以上９０％以下であり、
前記ｗ３は前記ｙ３の０％以上５０％以下であり、
ｙ４／（ｙ１＋ｙ２＋ｙ３＋ｙ４）は、０．００以上０．０５以下であり、
前記ｙ４は前記ｘ４の０％以上９０％以下であり、
前記ｙ４は前記ｗ４の０％以上３０％以下である請求項１２に記載の太陽電池。

【請求項14】

ｙ２／（ｙ１＋ｙ２）は、０．２０以上０．４０以下であり、
前記ｘ２は、前記ｙ２の１５％以上８０％以下であり、
前記ｗ２は、前記ｙ２の０％以上３０％以下であり、
ｘ３／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は、０．００以上０．０５以下であり、
前記ｘ３は前記ｙ３の０％以上８０％以下であり、
前記ｗ３は前記ｙ３の０％以上３０％以下であり、
ｙ４／（ｙ１＋ｙ２＋ｙ３＋ｙ４）は、０．００以上０．０３以下であり、
前記ｙ４は、前記ｘ４の０％以上５０％以下であり、
前記ｙ４は、ｗ４の０％以上１０％以下である請求項１２又は１３に記載の太陽電池。

【請求項15】

前記ｎ型層は、第５ｎ型層をさらに有し、
前記第１ｎ型層と前記第２ｎ型層の間に位置し、
前記第５ｎ型層は、Ｇａ_ｚ１Ｚｎ_ｚ２Ｓｎ_ｚ３Ｍ１_ｚ４Ｏ_ｚ５で表される化合物を主体とし、
前記ｚ１、ｚ２及びｚ４は０．００以上の数値であり、
前記ｚ３及びｚ５は０より大きい数値であり、
前記ｚ１とｚ２の少なくともどちらか一方は０より大きい数値であり、
前記ｚ１、ｚ２、ｚ３及びｚ４の和を１とする場合の前記ｚ５は１．００以上２．００以下である請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の太陽電池。

【請求項16】

前記ｚ３は、前記ｖ３の５０％以上８０％以下又は１２０％以上１５０％以下である請求項１５に記載の太陽電池。

【請求項17】

ｐ電極と、
ｎ電極と、
前記ｐ電極と前記ｎ電極の間に位置する亜酸化銅を主体とするｐ型光吸収層と、
前記ｐ型光吸収層と前記ｎ電極の間に位置し、前記ｎ電極側に位置し、第１領域及び第５領域を有する第１ｎ型層と、前記ｐ型光吸収層側に位置し、第２領域、第３領域及び第４領域を有する第２ｎ型層を有するｎ型層と、を有し、
前記第１領域は、Ｇａ_ｖ１Ｚｎ_ｖ２Ｓｎ_ｖ３Ｍ１_ｖ４Ｏ_ｖ５で表される化合物を主体とし、前記Ｍ１はＨｆ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｍｇ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上であり、前記ｖ１、ｖ２及びｖ４及は、０．００以上の数値であり、前記ｖ３及びｖ５は０より大きい数値であり、前記ｖ１とｖ２の少なくともどちらか一方は０より大きい数値であり、前記ｖ１、ｖ２、ｖ３及びｖ４の和を１とする場合の前記ｖ５は１．００以上２．００以下であり、
前記第２領域は、Ｇａ_ｗ１Ｍ２_ｗ２Ｍ３_ｗ３Ｍ４_ｗ４Ｏ_ｗ５で表される化合物を主体とする層であって、前記Ｍ２はＡｌ又は／及びＢであり、前記Ｍ３はＩｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｆ及びＺｒからなる群より選ばれる１種以上であり、前記Ｍ４はＳｎ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上であり、前記ｗ１及びｗ５は、０より大きい数値であり、前記ｗ２、ｗ３及びｗ４は、０．００以上の数値であり、前記ｗ２とｗ３の少なくともどちらか一方は０より大きい数値であり、前記ｗ１、ｗ２、ｗ３及びｗ４の和を２とする場合の前記ｗ５は３．００以上３．８０以下であり、
前記第３領域は、Ｇａ_ｘ１Ｍ２_ｘ２Ｍ３_ｘ３Ｍ４_ｘ４Ｏ_ｘ５で表される化合物を主体とし、前記ｘ１及びｘ５は、０より大きい数値であり、前記ｘ２、ｘ３及びｘ４は、０．００以上の数値であり、前記ｘ２とｘ３の少なくともいずれか一方は０より大きい数値であり、前記ｘ１、ｘ２、ｘ３及びｘ４の和を２とする場合の前記ｘ５は、３．００以上３．８０以下であり、
前記第４領域は、Ｇａ_ｙ１Ｍ２_ｙ２Ｍ３_ｙ３Ｍ４_ｙ４Ｏ_ｙ５で表される化合物を主体とし、前記ｙ１及びｙ５は、０より大きい数値であり、前記ｙ２、ｙ３及びｙ４は、０．００以上の数値であり、前記ｙ２とｙ３の少なくともいずれか一方は０より大きい数値であり、前記ｙ１、ｙ２、ｙ３及びｙ４の和を２とする場合のｙ５は３．０以上３．８以下であり、前記ｙ１は、前記ｘ１より小さく、前記ｙ２は、前記ｘ２より大きく、
前記第５領域は、Ｇａ_ｚ１Ｚｎ_ｚ２Ｓｎ_ｚ３Ｍ１_ｚ４Ｏ_ｚ５で表される化合物を主体とし、前記ｚ１、ｚ２及びｚ４は、０．００以上の数値であり、前記ｚ３及びｚ５は０より大きい数値であり、前記ｚ１とｚ２の少なくともどちらか一方は０より大きい数値であり、前記ｚ１、ｚ２、ｚ３及びｚ４の和を１とする場合の前記ｚ５は１．００以上２．００以下であり、
前記第１ｎ型層の伝導帯下端から前記ｎ電極の仕事関数を引いた値は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であり、
ｖ１／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．１０以下である太陽電池。

【請求項18】

（ｖ１＋ｖ２）／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．３０以上０．９０以下であり、
ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．１０以上０．７０以下であり、
ｖ４／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は０．００以上０．０５以下であり、
（ｗ１＋ｗ２）／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．８０以上１．００以下であり、
ｗ２／（ｗ１＋ｗ２）は、０．００以上０．４０以下であり、
ｗ３／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．００以上０．８０以下であり、
ｗ４／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．００以上０．１５以下で
（ｘ１＋ｘ２）／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は、０．６０以上１．００以下であり、
前記ｘ１は、前記ｗ１より小さく、
前記ｘ２は、前記ｗ２より大きく、
ｘ２／（ｘ１＋ｘ２）は、０．１０以上０．３０以下であり、
前記ｗ２は前記ｘ２の１０％以上９０％以下であり、
ｘ３／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は０．００以上０．５０以下であり、
前記ｗ３は前記ｘ３の０％以上９０％以下であり、
ｘ４／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は０．０１以上０．１５以下であり、
前記ｘ４は前記ｗ４の０％以上９０％以下で
（ｙ１＋ｙ２）／（ｙ１＋ｙ２＋ｙ３＋ｙ４）は、０．９０以上１．００以下であり、
ｙ２／（ｙ１＋ｙ２）は、０．２０以上０．４０以下であり、
前記ｘ２は前記ｙ２の１０％以上９０％以下であり、
前記ｗ２は前記ｙ２の０％以上５０％以下であり、
前記ｘ３は前記ｙ３の０％以上９０％以下であり、
前記ｗ３は前記ｙ３の０％以上５０％以下であり、
ｙ４／（ｙ１＋ｙ２＋ｙ３＋ｙ４）は、０．００以上０．０５以下であり、
前記ｙ４は前記ｘ４の０％以上９０％以下であり、
前記ｙ４は前記ｗ４の０％以上３０％以下である請求項１７に記載の太陽電池。

【請求項19】

請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の太陽電池と、
請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の太陽電池のｐ型光吸収層よりもバンドギャップの小さい光吸収層を有する太陽電池とを有する多接合型太陽電池。

【請求項20】

請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の太陽電池を用いた太陽電池モジュール。

【請求項21】

請求項２０に記載の太陽電池モジュールを用いて太陽光発電を行う太陽光発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

新しい太陽電池の１つに、亜酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）を光吸収層に用いた太陽電池がある。Ｃｕ_２Ｏはワイドギャップ半導体である。Ｃｕ_２Ｏは地球上に豊富に存在する銅と酸素からなる安全かつ安価な材料であるため、高効率かつ低コストな太陽電池が実現できると期待されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－４６１９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、変換効率に優れた太陽電池、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の太陽電池は、ｐ電極と、ｎ電極と、ｐ電極とｎ電極の間に位置する亜酸化銅を主体とするｐ型光吸収層と、ｐ型光吸収層とｎ電極の間に位置し、Ｇａ_ｖ１Ｚｎ_ｖ２Ｓｎ_ｖ３Ｍ１_ｖ４Ｏ_ｖ５で表される化合物を主体とし、Ｍ１はＨｆ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｍｇ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上であり、ｖ１、ｖ２及びｖ４は０．００以上の数値であり、ｖ３及びｖ５は０より大きい数値であり、ｖ１とｖ２の少なくともどちらか一方は０より大きい数値であり、ｖ１、ｖ２、ｖ３及びｖ４の和を１とする場合のｖ５は１．００以上２．００以下であるｎ電極側に位置する第１ｎ型層と、Ｇａ_ｗ１Ｍ２_ｗ２Ｍ３_ｗ３Ｍ４_ｗ４Ｏ_ｗ５で表される化合物を主体とする層であって、Ｍ２はＡｌ又は／及びＢであり、Ｍ３はＩｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｆ及びＺｒからなる群より選ばれる１種以上であり、Ｍ４はＳｎ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上であり、ｗ１及びｗ５は０より大きい数値であり、ｗ２、ｗ３及びｗ４は０．００以上の数値であり、ｗ１、ｗ２、ｗ３及びｗ４の和を２とする場合のｗ５は３．００以上３．８０以下であるｐ型光吸収層側に位置する第２ｎ型層を有するｎ型層と、を有する。第１ｎ型層の伝導帯下端からｎ電極の仕事関数を引いた値は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下である。ｖ１／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．１０以下である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、実施形態の太陽電池の断面図。

【図2】図２は、実施形態の太陽電池の分析スポットを説明する図。

【図3】図３は、実施形態の太陽電池の断面図。

【図4】図４は、実施形態の太陽電池の断面図。

【図5】図５は、実施形態の太陽電池の断面図。

【図6】図６は、実施形態の太陽電池の断面図。

【図7】図７は、実施形態の太陽電池の断面図。

【図8】図８は、実施形態の太陽電池の断面図。

【図9】図９は、実施形態の多接合型太陽電池の断面図。

【図10】図１０は、実施形態の太陽電池モジュールの斜視図。

【図11】図１１は、実施形態の太陽電池モジュールの断面図。

【図12】図１２は、実施形態の太陽光発電システムの構成図。

【図13】図１３は、実施形態の車両の概念図。

【図14】図１４は、実施例のｎ型層とｎ電極に関する表。

【図15】図１５は、実施例に関する表。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。なお、特に記載が無い限り、２５℃、１気圧（大気）における値を示している。
（第１実施形態）
第１実施形態は、太陽電池に関する。図１に、第１実施形態の太陽電池１００の断面図を示す。図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池１００は、基板１、第１電極であるｐ電極２と、ｐ型光吸収層３と、ｎ型層４と、第２電極であるｎ電極５を有する。第１実施形態において、ｎ型層４は、第１ｎ型層４Ａと第２ｎ型層４Ｂを含む。ｎ型層４のｎ電極５との間等には、図示しない中間層が含まれていてもよい。太陽光はｎ電極５側、ｐ電極２側いずれから入射しても良いが、ｎ電極５側から入射するのがより好ましい。実施形態の太陽電池１００は、透過型の太陽電池であるため、多接合型太陽電池のトップセル（光入射側）に用いることが好ましい。図１では基板１をｐ電極２のｐ型光吸収層３側とは反対側に設けているが、基板１をｎ電極５のｎ型層４側とは反対側に設けてもよい。以下は、図１に示す形態について説明するが、基板１の位置が異なること以外はｎ電極５側に基板１が設けられた形態も同様である。実施形態の太陽電池１００は、ｎ電極５側からｐ電極２側に向かって光が入射する。

【0008】

基板１は、透明な基板である。基板１には、光を透過するアクリル、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）ポリプロピレン（ＰＰ）、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）など）、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォンやポリエーテルイミドなどの有機系の基板やソーダライムガラス、白板ガラス、化学強化ガラスや石英などの無機系の基板を用いることができる。基板１は、上記に挙げた基板を積層してもよい。

【0009】

ｐ電極２は、基板１上に設けられており、基板１とｐ型光吸収層３との間に配置されている。ｐ電極２は、ｐ型光吸収層３側に設けられた光透過性を有する導電層である。ｐ電極２の厚さは、典型的には、１００ｎｍ以上２，０００ｎｍ以下である。図１では、ｐ電極２は、光吸収層３と直接接している。ｐ電極２は、１層以上の酸化物透明導電膜を含むことが好ましい。酸化物透明導電膜としては、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（Al-doped Zinc Oxide；ＡＺＯ）、ボロンドープ酸化亜鉛（Boron-doped Zinc Oxide；ＢＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（Gallium-doped Zinc Oxide；ＧＺＯ）、ドープされた酸化スズ、チタンドープ酸化インジウム（Titanium-doped Indium Oxide；ＩＴｉＯ）、酸化インジウム酸化亜鉛（Indium Zinc Oxide；ＩＺＯ）や酸化インジウムガリウム亜鉛（Indium Gallium Zinc Oxide；ＩＧＺＯ）、水素ドープ酸化インジウム（Hydrogen-doped Indium Oxide；ＩＯＨ）など特に限定されない。酸化物透明導電膜は、複数の膜を持つ積層膜であってもよい。酸化スズなどの膜へのドーパントとしては、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆ及びＣｌなどからなる群から選ばれる1種以上であれば特に限定されない。ｐ電極２は、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆ及びＣｌなどからなる群から選ばれる1種以上の元素がドープされた酸化スズ膜が含まれることが好ましい。ドープされた酸化スズ膜において、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆ及びＣｌなどからなる群から選ばれる1種以上の元素は、酸化スズ膜に含まれるスズに対して１０原子％以下含まれることが好ましい。ｐ電極２として、酸化物透明導電膜と金属膜を積層した積層膜を用いることができる。金属膜は、厚さが１０ｎｍ以下であることが好ましく、金属膜に含まれる金属（合金を含む）は、Ｍｏ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、ＴａやＷなど特に限定されない。またｐ電極２は、酸化物透明導電膜と基板１の間、又は、酸化物透明導電膜とｐ型光吸収層３の間にドット状、ライン状もしくはメッシュ状の電極（金属、合金、グラフェン、導電性窒化物及び導電性酸化物からなる群より選ばれる１種以上）を含むことが好ましい。ドット状、ライン状もしくはメッシュ状の金属は、透明導電膜に対して開口率が５０％以上であることが好ましい。ドット状、ライン状もしくはメッシュ状の金属は、Ｍｏ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、ＴａやＷなど特に限定されない。第１電極１に金属膜を用いる場合、透過性の観点から５ｎｍ以下程度の膜厚とすることが好ましい。ライン状やメッシュ状の金属膜を用いる場合、透過性は開口部で確保されるため、金属膜の膜厚に関してはこの限りではない。

【0010】

ｐ型光吸収層３は、ｐ型の半導体層である。ｐ型光吸収層３は、ｐ電極２と直接的に接していても良いし、ｐ電極２とのコンタクトを確保できる限り、他の層が存在していても良い。ｐ型光吸収層３は、電極２と第１ｎ型層４Ａとの間に配置される。ｐ型光吸収層３は第１ｎ型層４Ａとｐｎ接合を形成する。ｐ型光吸収層３としては、Ｃｕを主成分とする金属の酸化物の半導体層である。Ｃｕを主成分とする金属の酸化物は、亜酸化銅又は／及び亜酸化銅の複合酸化物である。ｐ型光吸収層３の９０ｗｔ％以上は亜酸化銅又は／及び亜酸化銅の複合酸化物であることが好ましい。ｐ型光吸収層３の９５ｗｔ％以上は亜酸化銅又は／及び亜酸化銅の複合酸化物であることがより好ましい。ｐ型光吸収層３の９８ｗｔ％以上は亜酸化銅又は／及び亜酸化銅の複合酸化物であることがさらにより好ましい。ｐ型光吸収層３は、異相であるＣｕ又は／及びＣｕＯをほとんど含まないことが好ましい。ｐ型光吸収層３に含まれる異相が少なく結晶性が良いとｐ型光吸収層３の透光性が高くなるため好ましい。Ｃｕを主成分とする金属の酸化物は、Ｃｕが６０．０ａｔｏｍ％以上６７．０ａｔｏｍ％以下であり、Ｏ（酸素）が３２．５ａｔｏｍ％以上３４．０ａｔｏｍ％以下である。亜酸化銅の複合酸化物には、Ｃｕ以外の金属が含まれる。亜酸化銅の複合酸化物に含まれる金属は、Ｃｕに加えて、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ及びＣａからなる群より選ばれる１種以上の金属である。Ｃｕ以外にＡｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ及びＣａからなる群より選ばれる１種以上の金属が含まれると、ｐ型光吸収層３のバンドギャップを調整することができる。ｐ型光吸収層３のバンドギャップは、２．０ｅＶ以上２．２ｅＶ以下であることが好ましい。かかる範囲のバンドギャップであると、Ｓｉを光吸収層に用いた太陽電池をボトムセルに用い、実施形態の太陽電池をトップセルに用いた多接合型太陽電池において、トップセル及びボトムセルの両方で太陽光を効率よく利用できる。ｐ型光吸収層３には、ＳｎやＳｂをさらに含んでもよい。ｐ型光吸収層３のＳｎやＳｂは、光吸収層３に添加されたものでもよいし、ｐ電極２に由来するものでもよい。ｐ型光吸収層３は、Ｃｕ_ａＭ_ｂＯ_ｃで表される酸化物の層である。Ｍは、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ及びＣａからなる群より選ばれる１種以上の金属である。ａ、ｂ及びｃは、１．８０≦ａ≦２．０１、０．００≦ｂ≦０．２０及び０．９８≦ｃ≦１．０２を満たすことが好ましい。上記ｐ型光吸収層３の組成比は、ｐ型光吸収層３の全体の組成比である。また、上記のｐ型光吸収層３の化合物組成比は、ｐ型光吸収層３において全体的に満たすことが好ましい。なお、Ｓｎ及びＳｂのｐ型光吸収層３中の濃度が高いと、欠陥が増加して、キャリア再結合が増えてしまう。そこで、ｐ型光吸収層３中のＳｂ及びＳｎの合計体積濃度は、１．５ｘ１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下が好ましい。ｐ型光吸収層３と第１ｎ型層４Ａの組成は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）で求められる。分析位置は、ｐ電極２と同じで求められた値の平均値を各層組成とすることができる。

【0011】

ｐ型光吸収層３の厚さは、電子顕微鏡による断面観察や、段差計によって求められ、１，０００ｎｍ以上１０，０００ｎｍ以下が好ましい。

【0012】

ｐ型光吸収層３は、例えばスパッタなどによって成膜されることが好ましい。

【0013】

ｎ型層４は、第１ｎ型層４Ａ及び第２ｎ型層４Ｂを含む。第１ｎ型層４Ａは、ｎ電極５側に位置する。第２ｎ型層４Ｂは、ｐ型光吸収層３側に位置する。

【0014】

第１ｎ型層４Ａは、Ｇａ_ｖ１Ｚｎ_ｖ２Ｓｎ_ｖ３Ｍ１_ｖ４Ｏ_ｖ５で表される化合物を主体（５０ｗｔ％以上）とする層であって、Ｍ１はＨｆ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｍｇ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上が好ましい。ｖ１、ｖ２及びｖ４及は、０．００以上の数値である。ｖ３及びｖ５は０より大きい数値である。ｖ１とｖ２の少なくともどちらか一方は０より大きい数値である。ｖ１、ｖ２、ｖ３及びｖ４の和を１とする場合、ｖ５は１．００以上２．００以下であることが好ましい。Ｇａ又は／及びＺｎをベースとする酸化物に他の酸化物が混合した形態、Ｇａ又は／及びＺｎをベースとする酸化物に他の元素がドープしている形態及び他の元素がドープしたＧａ又は／及びＺｎをベースの酸化物と他の酸化物が混合した形態のいずれもＧａ_ｖ１Ｚｎ_ｖ２Ｓｎ_ｖ３Ｍ１_ｖ４Ｏ_ｖ５で表している。

【0015】

第１ｎ型層４Ａの９０ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｖ１Ｚｎ_ｖ２Ｓｎ_ｖ３Ｍ１_ｖ４Ｏ_ｖ５表される化合物であることが好ましい。第１ｎ型層４Ａの９５ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｖ１Ｚｎ_ｖ２Ｓｎ_ｖ３Ｍ１_ｖ４Ｏ_ｖ５で表される化合物であることがより好ましい。第１ｎ型層４Ａの９８ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｖ１Ｚｎ_ｖ２Ｓｎ_ｖ３Ｍ１_ｖ４Ｏ_ｖ５で表される化合物であることがさらにより好ましい。第１ｎ型層４Ａは、Ｇａ_ｖ１Ｚｎ_ｖ２Ｓｎ_ｖ３Ｍ１_ｖ４Ｏ_ｖ５で表される化合物で構成（１００ｗｔ％ Ｇａ_ｖ１Ｚｎ_ｖ２Ｓｎ_ｖ３Ｍ１_ｖ４Ｏ_ｖ５で）されていることがより好ましい。

【0016】

なお、第１ｎ型層４Ａの化合物の組成は、特に条件を付けなければ第１ｎ型層４Ａ全体の平均組成である。第１ｎ型層４Ａの組成は、第１ｎ型層４Ａの厚さをｄとする場合、ｎ電極５側の第１ｎ型層４Ａの表面から０．２ｄ、０．５ｄ、０．８ｄの深さにおける組成の平均値である。第１ｎ型層４Ａの化合物の元素組成比が傾斜しているといった条件がある場合を除き各深さにおいて、第１ｎ型層４Ａは、上記及び下記の好適な組成を満たすことが好ましい。なお、第１ｎ型層４Ａが非常に薄い場合（例えば５ｎｍ以下）は、ｎ電極５側の第１ｎ型層４Ａの表面から０．５ｄの深さにおける組成を第１ｎ型層４Ａの全体の組成とみなすことができる。なお、分析はｎ型層４の表面からの各距離において図２の分析スポットに示すような等間隔に可能な限り隔たり無く分布した分析スポットを例えば二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry；ＳＩＭＳ）で分析することで求められる。図２は太陽電池１００を光の入射側から見た模式図である。Ｄ１は第１ｎ型層４Ａの幅方向の長さであり、Ｄ２は第１ｎ型層４Ａの奥行き方向の長さである。

【0017】

第１ｎ型層４Ａは、主にＧａ、ＺｎとＳｎによって第２ｎ型層４Ｂとの伝導帯下端の差が少なくなるように調整されている。ｐ型光吸収層３が良質でｐ型光吸収層３とこれと接するｎ型層との伝導帯下端の接続の連続性も重要である。そして、ｎ電極５側に位置し、好ましくは、ｎ電極５と直接的に接している第１ｎ型層４Ａとｎ電極５との接続が変換効率の向上に大きく寄与する。例えば、Ｇａ_２Ｏ_３がｎ電極５と直接的に接続すると、ｎ電極５の仕事関数とＧａ_２Ｏ_３の伝導帯下端の差が大きいため、ｐ型光吸収層３とｎ型層４の伝導帯下端の接続の連続性が良好であっても、変換効率の向上が難しい。ＺｎＯやＧａ_２Ｏ_３をベースの酸化物とし、比較的多くのＳｎを含むことで、第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端とｎ電極５の仕事関数の差を小さくなる。そして、第１ｎ型層４Ａからｎ電極５の間の電子移動の障壁が小さくなり変換効率の向上に寄与する。

【0018】

第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端とｎ電極５の仕事関数の差が小さくなる第１ｎ型層４Ａが好ましい。第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端とｎ電極５との仕事関数の差を小さくするために、Ｇａ、Ｚｎ及びＳｎが第１ｎ型層４Ａの化合物に含まれる。第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端とｎ電極５の仕事関数の差（［第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端］－［ｎ電極５の仕事関数］）は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることがより好ましい。

【0019】

第１ｎ型層４Ａにおいて、（ｖ１＋ｖ２）／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．３０以上０．９０以下が好ましい。同観点から、第１ｎ型層４Ａにおいて、（ｖ１＋ｖ２）／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．４０以上０．９０以下が好ましい。

【0020】

第１ｎ型層４Ａは、ｎ型層において最もｎ電極５側に位置し、好ましくは第１ｎ型層４Ａはｎ電極５と直接的に接している。ｎ型層５中の第２ｎ型層４ＢなどにＺｎやＳｎが含まれる場合、それらの組成比率は、第１ｎ型層４Ａ中のＺｎとＳｎのそれぞれの濃度よりも低いことが好ましい。

【0021】

また、第１ｎ型層４Ａには、Ｓｎが含まれていることが好ましい。Ｓｎが第１ｎ型層４Ａに含まれていると伝導帯下端の接続の連続性が向上しキャリア濃度が増えることが好ましい。そこで、ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．１０以上０．７０以下が好ましく、０．１５以上０．６０以下がより好ましい。

【0022】

第１ｎ型層４ＡがＺｎを含む場合、ｖ１／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．００以上０．１０以下であり、ｖ２／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．７０以上０．９０以下が好ましく、０．７５以上０．８５以下がより好ましい。また、上記範囲を満たす場合、ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．１０以上０．３０以下が好ましく、０．１５以上０．２５以下がより好ましい。

【0023】

第１ｎ型層４ＡがＧａを含む場合、ｖ２／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．１０以下であり、ｖ１／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．３０以上０．８０以下が好ましく、０．４０以上０．７０以下がより好ましい。また、上記範囲を満たす場合、ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は、０．２０以上０．７０以下が好ましく、０．２０以上０．６０以下がより好ましい。

【0024】

Ｍ１の元素は第１ｎ型層４Ａに含まれていてもよいし含まれていなくてもよい。Ｍ１の元素が含まれる場合は、その組成比率は低いことが好ましい。そこで、ｖ４／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）は０．００以上０．０５以下であることが好ましい。Ｍ１の元素は、第２ｎ型層４Ｂ又はｎ電極５に含まれる元素と共通していることが好ましい。

【0025】

第１ｎ型層４Ａにおいて、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎ及びＭ１の元素は、ｐ型光吸収層３側からｎ電極５に向かって傾斜的、階段状、又は、傾斜的な変化と階段状が組み合わさったように変化してもよい。例えば、Ｓｎはｎ電極５側に多く、Ｇａ及びＺｎは第２ｎ型層４Ｂ側に多くすることが好ましい。

【0026】

第１ｎ型層４Ａは、例えばスパッタやＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）などによって成膜されることが好ましい。
第２ｎ型層４Ｂは、ｎ型の半導体層である。第２ｎ型層４Ｂは、第１ｎ型層４Ａとｐ型光吸収層３との間に配置される。第２ｎ型層４Ｂは、ｐ型光吸収層３のｐ電極２と接した面とは反対側の面と直接接していることが好ましい。第２ｎ型層４ＢはＧａを含む酸化物半導体層であって、Ｇａをベースとする化合物を含むことが好ましい。第２ｎ型層４ＢはＧａをベースとする酸化物に他の酸化物が混合していてもよいし、Ｇａをベースとする酸化物に他の元素がドープしていてもよいし、他の元素がドープしたＧａベースの酸化物と他の酸化物が混合していてもよい。

【0027】

第２ｎ型層４Ｂは、Ｇａ_ｗ１Ｍ２_ｗ２Ｍ３_ｗ３Ｍ４_ｗ４Ｏ_ｗ５で表される化合物を主体（５０ｗｔ％以上）とする層であって、Ｍ２はＡｌ又は／及びＢであり、Ｍ３はＩｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｆ及びＺｒからなる群より選ばれる１種以上であり、Ｍ４はＳｎ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上が好ましい。ｗ１及びｗ５は、０より大きい数値である。ｗ２、ｗ３及びｗ４は、０．００以上の数値である。ｗ１、ｗ２、ｗ３及びｘ４の和を２とする場合、ｗ５は３．００以上３．８０以下であることが好ましい。Ｇａをベースとする酸化物に他の酸化物が混合した形態、Ｇａをベースとする酸化物に他の元素がドープしている形態及び他の元素がドープしたＧａベースの酸化物と他の酸化物が混合した形態のいずれもＧａ_ｗ１Ｍ２_ｗ２Ｍ３_ｗ３Ｍ４_ｗ４Ｏ_ｗ５で表している。

【0028】

第２ｎ型層４Ｂの９０ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｗ１Ｍ２_ｗ２Ｍ３_ｗ３Ｍ４_ｗ４Ｏ_ｗ５で表される化合物であることが好ましい。第２ｎ型層４Ｂの９５ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｗ１Ｍ２_ｗ２Ｍ３_ｗ３Ｍ４_ｗ４Ｏ_ｗ５で表される化合物であることがより好ましい。第２ｎ型層４Ｂの９８ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｗ１Ｍ２_ｗ２Ｍ３_ｗ３Ｍ４_ｗ４Ｏ_ｗ５で表される化合物であることがさらにより好ましい。第２ｎ型層４Ｂは、Ｇａ_ｗ１Ｍ２_ｗ２Ｍ３_ｗ３Ｍ４_ｗ４Ｏ_ｗ５で表される化合物で構成（１００ｗｔ％ Ｇａ_ｗ１Ｍ２_ｗ２Ｍ３_ｗ３Ｍ４_ｗ４Ｏ_ｗ５）されていることがより好ましい。

【0029】

なお、第２ｎ型層４Ｂの化合物の組成は、特に条件を付けなければ第２ｎ型層４Ａ全体の平均組成である。第２ｎ型層４Ｂの組成は、第１ｎ型層４Ａの厚さをｄとする場合、ｐ型光吸収層３側の第２ｎ型層４Ｂの表面から０．２ｄ、０．５ｄ、０．８ｄの深さにおける組成の平均値である。第２ｎ型層４Ｂの化合物の元素組成比が傾斜しているといった条件がある場合を除き各深さにおいて、第２ｎ型層４Ｂは、上記及び下記の好適な組成を満たすことが好ましい。なお、第２ｎ型層４Ｂが非常に薄い場合（例えば５ｎｍ以下）は、ｐ型光吸収層３側の第２ｎ型層４Ｂの表面から０．５ｄの深さにおける組成を第２ｎ型層４Ｂの全体の組成とみなすことができる。なお、分析はｎ型層４の表面からの各距離において図２の分析スポットに示すような等間隔に可能な限り隔たり無く分布した分析スポットを例えば二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry；ＳＩＭＳ）で分析することで求められる。図２は太陽電池１００を光の入射側から見た模式図である。Ｄ１は第２ｎ型層４Ｂの幅方向の長さであり、Ｄ２は第２ｎ型層４Ｂの奥行き方向の長さである。

【0030】

ｐ型光吸収層３の伝導帯下端（Conduction Band Minimum：ＣＢＭ）と第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端の差が小さくなる第２ｎ型層４Ｂが好ましい。ｐ型光吸収層３と第２ｎ型層４Ｂとの伝導帯下端の差を小さくするために、Ｍ２の元素が第２ｎ型層４Ｂの化合物に含まれる。ｐ型光吸収層３の伝導帯下端と第２ｎ型層４Ｂのｐ型光吸収層３側の伝導帯下端の差（［ｐ型光吸収層３の伝導帯下端］－［第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端］）は、０．６ｅＶ以上１．０ｅＶ以下であることが好ましく、０．６ｅＶ以上０．８ｅＶ以下がより好ましい。

【0031】

第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端と第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端との差が小さくなる第２ｎ型層４Ａが好ましい。第１ｎ型層４Ａと第２ｎ型層４Ｂとの伝導帯下端の差を小さくするために、Ｍ２の元素が第２ｎ型層４Ｂの化合物に含まれる。第２ｎ型層４Ｂの第１ｎ型層４Ａ側の伝導帯下端と第１ｎ型層４Ａの第２ｎ型層４Ｂ側の伝導帯下端との差（［第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端］－［第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端］）は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることがより好ましい。第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端を調整する観点から、ｗ２とｗ３の少なくともどちらか一方は０より大きい数値であることが好ましい。

【0032】

実施形態の第２ｎ型層４Ｂは、主にＧａとＭ２の元素によって伝導帯下端が調整されている。Ｍ２の元素比率を高めることで第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端が上がり、ｐ型光吸収層３の伝導帯下端の差を少なくすることができる。同観点から、第２ｎ型層４Ｂにおいて、（ｗ１＋ｗ２）／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．８０以上１．００以下が好ましく、０．９０以上１．００以下がより好ましい。Ｍ２の元素としては、Ａｌ又はＡｌ及びＢが好ましく、Ａｌがより好ましい。ＧａとＭ２の元素をベースとする酸化物を第１ｎ型層４Ａに用いることで変換効率が向上することから、ｗ２は、ｗ３より大きく、ｗ２は、ｗ４より大きいことが好ましい。同観点からｗ２は、ｗ３の２倍より大きく、ｗ４の２倍より大きいことが好ましい。

【0033】

ｗ２／（ｗ１＋ｗ２）は、０．００以上０．５０以下が好ましい。ｗ２／（ｗ１＋ｗ２）が０．５０より大きい場合は、ｐｎ接合界面の伝導帯が不連続となるスパイクが生じてＦＦが低くなるため、変換効率の高い太陽電池を得ることは難しい。上記観点から、ｗ２／（ｗ１＋ｗ２）は、０．００以上０．４０以下がより好ましく、０．００以上０．２０以下がより好ましい。

【0034】

実施形態の第２ｎ型層４Ｂは、ＧａとＭ３（又はＭ２及びＭ３）の元素によって伝導帯下端を調整することができる。第２ｎ型層４Ｂの化合物にはＭ３で表されるＩｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｇ及びＺｒからなる群から選ばれる１種以上を含むことができる。ｗ３／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．００以上０．８０以下が好ましい。また、Ｍ３の元素は、第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端を調整することができる。Ｍ３の元素が多すぎると第１ｎ型層４Ａ又はｐ型光吸収層３の伝導帯下端と第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端の差が大きくなる場合がある。そこで、ｗ３／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．００以上０．１０以下がより好ましく、０．００以上０．０５以下がより好ましい。

【0035】

第２ｎ型層４Ｂの化合物にはＭ４で表されるＳｎ、Ｓｉ及びＧｅからなる群から選ばれる１種以上を含むことができる。Ｍ４の元素が第２ｎ型層４Ｂに含まれると、第２ｎ型層４Ｂのキャリア濃度を高くすることができる。ｗ４／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．００以上０．１５以下であることが好ましく、０．００以上０．１０以下であることがより好ましい。

【0036】

Ｇａ、Ｍ２の元素、Ｍ３の元素及びＭ４の元素からなる群より選ばれる１以上は、第２ｎ型層４Ｂ中で第２ｎ型層４Ｂの膜厚方向に組成比率が変化していてもよい。Ｍ４の元素は、ｐ型光吸収層３側で少なく、第１ｎ型層４Ａ側で多いことが好ましい。Ｍ２の元素は、ｐ型光吸収層３側で多く、第１ｎ型層４Ａ側で少ないことが好ましい。組成の変化は、傾斜的、階段状又は傾斜的な変化と階段状の変化が組み合わさっていることが好ましい。また、組成の変化は太陽電池１００の各層の積層方向に全体的又は部分的である。これらの元素の組成分布を変えることで、ｐ型光吸収層３側からｎ電極５側に向かって、キャリア濃度、伝導帯下端及び屈折率を調整することができ、変換効率の向上に寄与することができる。

【0037】

ｎ型層４は、例えばスパッタやＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）などによって成膜されることが好ましい。

【0038】

第１ｎ型層４Ａの膜厚と第２ｎ型層４Ｂの膜厚の和は、典型的には、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第１ｎ型層４Ａの膜厚と第２ｎ型層４Ｂの膜厚の和が３ｎｍ未満であると第１ｎ型層４Ａと第２ｎ型層４Ｂのカバレッジが悪い場合にリーク電流が発生し、特性を低下させてしまう場合がある。カバレッジが良い場合は上記膜厚に限定されない。第１ｎ型層４Ａの膜厚と第２ｎ型層４Ｂの膜厚の和が５０ｎｍを超えると第１ｎ型層４Ａ及び第２ｎ型層４Ｂを合わせたｎ型層４の過度の高抵抗化による特性低下や、透過率低下による短絡電流低下が起こる場合がある。従って、第１ｎ型層４Ａの膜厚と第２ｎ型層４Ｂの膜厚の和は３ｎｍ以上３０ｎｍ以下がより好ましく、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下がさらにより好ましい。

【0039】

ｎ電極５は、可視光に対して、光透過性を有する第１ｎ型層４Ａ側の電極である。ｎ電極５とｐ型光吸収層３によって第１ｎ型層４Ａを挟んでいる。第１ｎ型層４Ａとｎ電極５の間には、図示しない中間層を設けることができる。この中間層にはメッシュやライン形状の電極を含むことができる。中間層を設けた場合も、第１ｎ型層４Ａとｎ電極５は直接的に接していることが好ましい。ｎ電極５には、酸化物透明導電膜又は／及びグラフェンを用いることが好ましい。ｎ電極５で用いられる酸化物透明導電膜としては、酸化インジウムスズ、アルミニウムドープ酸化亜鉛、ボロンドープ酸化亜鉛、ガリウムドープ酸化亜鉛、インジウムドープ酸化亜鉛、チタンドープ酸化インジウム、酸化インジウムガリウム亜鉛及び水素ドープ酸化インジウムからなる群より選ばれる１種以上の透明導電膜であることが好ましい。グラフェンの仕事関数も第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端との差が小さい。グラフェンをｎ電極５に用いても酸化物透明導電膜と同様に電子障壁を少なくすることができる。グラフェンはドープドグラフェンでもよい。グラフェンは、Ａｇワイヤなどの中間層と併用することで、導電性及び透過性の観点から好ましい。これらの酸化物透明導電膜やグラフェンは、仕事関数が高いが、第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端も高い。従って、実施形態では、ｎ電極５と接するｎ型層４の伝導帯下端とｎ電極５の仕事関数の差を小さくすることができる。

【0040】

ｎ電極５の厚さは、電子顕微鏡による断面観察や、段差計によって求められ、特に限定はないが、典型的には、１ｎｍ以上２μｍ以下である。

【0041】

ｎ電極５は、例えばスパッタなどによって成膜されることが好ましい。

【0042】

（第２実施形態）
第２実施形態は太陽電池に関する。図３に第２実施形態の太陽電池１０１の断面概念図を示す。第２実施形態の太陽電池１０１は、第１ｎ型層４Ａ、第２ｎ型層４Ｂと第３ｎ型層４Ｃの３積層したｎ型層４を有することなどが第１実施形態の太陽電池１００と異なることである。第１実施形態と第２実施形態で共通する説明は省略する。

【0043】

第３ｎ型層４Ｃは、ｐ型光吸収層３と第２ｎ型層４Ｂとの間に位置する。図３において、第３ｎ型層４Ｃの第２ｎ型層４Ｂ側の面は、第２ｎ型層４Ｂと直接的に接している。図３において、第３ｎ型層４Ｃのｐ型光吸収層３側の面は、ｐ型光吸収層３と直接的に接している。第３ｎ型層４ＣはＧａを含む酸化物半導体層であって、Ｇａをベースとする化合物を含むことが好ましい。第２ｎ型層４Ｂと第３ｎ型層４Ｃの界面は明瞭な場合と不明瞭な場合がある。第３ｎ型層４ＣはＧａをベースとする酸化物に他の酸化物が混合していてもよいし、Ｇａをベースとする酸化物に他の元素がドープしていてもよいし、他の元素がドープしたＧａベースの酸化物と他の酸化物が混合していてもよい。

【0044】

第３ｎ型層４Ｃは、Ｇａ_ｘ１Ｍ２_ｘ２Ｍ３_ｘ３Ｍ４_ｘ４Ｏ_ｘ５で表される化合物を主体（５０ｗｔ％以上）とする層であって、Ｍ２はＡｌ又は／及びＢであり、Ｍ３はＩｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｆ及びＺｒからなる群より選ばれる１種以上であり、Ｍ４はＳｎ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上が好ましい。ｘ１及びｘ５は、０より大きい数値である。ｘ２、ｘ３及びｘ４は、０．００以上の数値である。ｘ２とｘ３の少なくともいずれか一方は０より大きい数値である。ｘ１、ｘ２、ｘ３及びｘ４の和を２とする場合、ｘ５は、３．００以上３．８０以下であることが好ましい。Ｇａをベースとする酸化物に他の酸化物が混合した形態、Ｇａをベースとする酸化物に他の元素がドープしている形態及び他の元素がドープしたＧａベースの酸化物と他の酸化物が混合した形態のいずれもＧａ_ｘ１Ｍ２_ｘ２Ｍ３_ｘ３Ｍ４_ｘ４Ｏ_ｘ５で表している。

【0045】

第３ｎ型層４Ｃの９０ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｘ１Ｍ２_ｘ２Ｍ３_ｘ３Ｍ４_ｘ４Ｏ_ｘ５で表される化合物であることが好ましい。第３ｎ型層４Ｃの９５ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｘ１Ｍ２_ｘ２Ｍ３_ｘ３Ｍ４_ｘ４Ｏ_ｘ５で表される化合物であることがより好ましい。第３ｎ型層４Ｃの９８ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｘ１Ｍ２_ｘ２Ｍ３_ｘ３Ｍ４_ｘ４Ｏ_ｘ５で表される化合物であることがさらにより好ましい。第３ｎ型層４ＣはＧａ_ｘ１Ｍ２_ｘ２Ｍ３_ｘ３Ｍ４_ｘ４Ｏ_ｘ５で表される化合物で構成（１００ｗｔ％ Ｇａ_ｘ１Ｍ２_ｘ２Ｍ３_ｘ３Ｍ４_ｘ４Ｏ_ｘ５）されていることがより好ましい。

【0046】

第３ｎ型層４Ｃが接する層との伝導帯下端の接続の連続性を向上させる為に、第２n型層４Ｂの伝導帯下端を調整する場合は、ｘ２とｘ３の少なくともいずれか一方は０より大きい数値であることが好ましい。

【0047】

第３ｎ型層４Ｃは、主にＧａとＭ２の元素によって伝導帯下端が調整されている。第３ｎ型層２ＣのＭ２の元素比率を第２ｎ型層４Ｂよりも多くしてＧａの比率を低くする（ｘ１はｗ１より小さく、ｘ２はｗ２より大きい）ことで第３ｎ型層４Ｃの伝導帯下端が第２ｎ型層４Ｂよりも高くなる。そして、ｐ型光吸収層３から第１ｎ型層４Ａの間の伝導帯下端の接続の連続性が向上する。第３ｎ型層４Ｃにおいて、（ｘ１＋ｘ２）／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は、０．６０以上１．００以下が好ましい。同観点から、第３ｎ型層４Ｃにおいて、（ｘ１＋ｘ２）／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は、０．８０以上１．００以下が好ましく、０．９０以上１．００以下がより好ましい。

【0048】

第３ｎ型層４Ｃは、第２ｎ型層４Ｂよりも伝導帯下端が高い層であり、第３ｎ型層４Ｃの伝導帯下端は、ｐ型光吸収層３と第２ｎ型層４Ｂの間にある。第３ｎ型層４Ｃを用いることで、ｐ型光吸収層３から第１ｎ型層４Ａまで伝導帯下端が連続的につながりＦＦ及びＶｏｃが向上して変換効率の向上に寄与する。ｘ２が０より大きな数値である場合は、第２ｎ型層４Ｂと共通するＭ２の元素を第３ｎ型層４Ｃも有すことが好ましい。つまり、第２ｎ型層４ＢにＡｌが含まれれば第３ｎ型層４ＣにＡｌが含まれないことよりもＡｌが含まれることが好ましい。そして、ｘ１はｗ１より小さく、ｘ２はｗ２より大きいことに起因して第３ｎ型層４Ｃの伝導体下端が第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端よりも高く、伝導帯下端の接続の連続性が向上する。同観点からｘ２／（ｘ１＋ｘ２）は、０．１０以上０．３０以下が好ましく、０．１５以上０．２５以下がより好ましい。また、ｘ２とｗ２が近い値であると第３ｎ型層４Ｃを設けることによる伝導帯下端の接続の連続性の向上が少ない。そこでｗ２は、ｘ２の１０％以上９０％以下が好ましく、ｗ２はｘ２の１５％以上８０％以下がより好ましく、ｗ２は、ｘ２の２０％以上７０％以下がより好ましい。

【0049】

第３ｎ型層４Ｃがｎ型層４に含まれる場合、第３ｎ型層４Ｃと第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端の連続性を考慮すると、第２ｎ型層４Ｂにおいて、（ｗ１＋ｗ２）／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．９０以上１．００以下が好ましい。ｗ２／（ｗ１＋ｗ２）は、０．００以上０．２０以下が好ましい。また、ｗ２／（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）は、０．００以上０．１０以下が好ましい。

【0050】

ｐ型光吸収層３の伝導帯下端と第３ｎ型層４Ｃのｐ型光吸収層３側の伝導帯下端の差（［ｐ型光吸収層３の伝導帯下端］－［第３ｎ型層４Ｃの伝導帯下端］）は、０．３ｅＶ以上０．９ｅＶ以下であることが好ましく、０．３ｅＶ以上０．６ｅＶ以下がより好ましい。

【0051】

第３ｎ型層４Ｃの伝導帯下端と第２ｎ型層４Ｂの第３ｎ型層４Ｃ側の伝導帯下端の差（［第３ｎ型層４Ｃの伝導帯下端］－［第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端］）は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．３ｅＶ以下がより好ましい。

【0052】

第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端と第１ｎ型層４Ａの第２ｎ型層４Ｂ側の伝導帯下端の差（［第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端］－［第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端］）は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．３ｅＶ以下がより好ましい。

【0053】

ｎ型層４を３層構造とすることで各層の伝導帯下端の差をより小さくすることができる。

【0054】

実施形態の第３ｎ型層４Ｃは、ＧａとＭ３（又はＭ２及びＭ３）の元素によって伝導帯下端を調整することができる。第３ｎ型層４Ｃの化合物にはＭ３で表されるＩｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｇ及びＺｒからなる群から選ばれる１種以上を含むことができる。ｘ３／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は、０．００以上０．５０以下が好ましく、０．００以上０．１０以下がより好ましく、０．００以上０．０５以下がより好ましい。伝導帯下端の接続の連続性を考慮すると、ｗ３はｘ３の０％以上９０％以下が好ましく、０％以上８０％以下がより好ましく０％以上７０％以下がより好ましい。

【0055】

Ｍ４の元素が第３ｎ型層４Ｃに含まれていてもよい。第３ｎ型層４Ｃよりも第２ｎ型層４Ｂのキャリア濃度が高いことが好ましい（ｗ４は、ｘ４よりも大きい）好ましい。ｘ４／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は０．０１以上０．１５以下であることがより好ましく、０．０５以上０．１５以下であることがさらにより好ましい。伝導帯下端の接続の連続性を考慮すると、ｘ４はｗ４の０％以上９０％以下が好ましく、ｗ４の０％以上５０％以下がより好ましく、ｗ４の０％以上１０％以下がより好ましい。

【0056】

Ｇａ、Ｍ２の元素、Ｍ３の元素及びＭ４の元素からなる群より選ばれる１以上は、第３ｎ型層４Ｃ中で第３ｎ型層４Ｃの膜厚方向に、第２ｎ型層４Ｂ中で第２ｎ型層４Ｂの膜厚方向に組成比率が変化していてもよい。Ｇａ及びＭ４の元素は、ｐ型光吸収層３側で少なく、第１ｎ型層４Ａ側で多いことが好ましい。Ｍ２の元素及びＭ３の元素は、ｐ型光吸収層３側で多く、第１ｎ型層４Ａ側で少ないことが好ましい。組成の変化は、傾斜的、階段状又は傾斜的な変化と階段状の変化が組み合わさっていることが好ましい。また、組成の変化は太陽電池１０１の各層の積層方向に全体的又は部分的である。これらの元素の組成分布を変えることで、ｐ型光吸収層３側からｎ電極５側に向かって、キャリア濃度、伝導帯下端及び屈折率を調整することができ、変換効率の向上に寄与することができる。

【0057】

第１ｎ型層４Ａの膜厚、第２ｎ型層４Ｂの膜厚と第３ｎ型層４Ｃの和は、典型的には、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第１ｎ型層４Ａの膜厚、第２ｎ型層４Ｂの膜厚と第３ｎ型層４Ｃの和が３ｎｍ未満であると第１ｎ型層４Ａ、第２ｎ型層４Ｂと第３ｎ型層４Ｃのカバレッジが悪い場合にリーク電流が発生し、特性を低下させてしまう場合がある。カバレッジが良い場合は上記膜厚に限定されない。第１ｎ型層４Ａの膜厚、第２ｎ型層４Ｂの膜厚と第３ｎ型層４Ｃの和が５０ｎｍを超えると第１ｎ型層４Ａから第３ｎ型層４Ｃまでのｎ型層４の過度の高抵抗化による特性低下や、透過率低下による短絡電流低下が起こる場合がある。従って、第１ｎ型層４Ａの膜厚、第２ｎ型層４Ｂの膜厚と第３ｎ型層４Ｃの和は３ｎｍ以上３０ｎｍ以下がより好ましく、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下がさらにより好ましい。

【0058】

第２実施形態の太陽電池１０１も第１実施形態の太陽電池１００と同様に伝導帯下端の接続の連続性が優れ、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ及びＦＦが向上して変換効率の向上に寄与する。

【0059】

（第３実施形態）
第３実施形態は太陽電池に関する。図４に第３実施形態の太陽電池１０２の断面概念図を示す。第３実施形態の太陽電池１０２は、第２ｎ型層４Ｂが第１領域４ａと第２領域４ｂを有することが第２実施形態の太陽電池１０１と異なることである。第１実施形態から第２実施形態と第３実施形態で共通する説明は省略する。

【0060】

第１領域４ａは、第２ｎ型層４Ｂの第１ｎ型層４Ａ側に位置する。また、第２領域４ｂは、第１ｎ型層４Ａのｐ型光吸収層３側に位置する。第１領域４ａと第２領域４ｂの界面は確認されない。第２ｎ型層４Ｂのｐ型光吸収層３側の表面から第１ｎ型層４Ａ側に向かって第２ｎ型層４Ｂの厚さの半分までを第２領域４ｂとする。また、第２ｎ型層４Ｂの第１ｎ型層４Ａ側の表面からｐ型光吸収層３側に向かって第２ｎ型層４Ｂの厚さの半分までを第１領域４ａとする。なお、分析は第１実施形態と同様にｎ型層４の表面からの各距離において図２の分析スポットに示すような等間隔に可能な限り隔たり無く分布した分析スポットを例えばＳＩＭＳで分析することで求められる。

【0061】

第３実施形態の第１領域４ａが第２実施形態の第２ｎ型層４Ｂに対応する。第３実施形態の第２領域４ｂが第２実施形態の第３ｎ型層４Ｃに対応する。従って、第２実施形態において説明した傾斜的な組成変化等については第３実施形態の太陽電池１０２等においても同様である。

【0062】

第３実施形態の太陽電池１０２も第２実施形態の太陽電池１０１と同様に伝導帯下端の接続の連続性が優れ、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ及びＦＦが向上して変換効率の向上に寄与する。

【0063】

（第４実施形態）
第４実施形態は太陽電池に関する。図５に第４実施形態の太陽電池１０３の断面概念図を示す。第４実施形態の太陽電池１０３は、第１ｎ型層４Ａ、第２ｎ型層４Ｂと第３ｎ型層４Ｃ、第４ｎ型層４Ｄの４積層したｎ型層４を有することなどが第２実施形態の太陽電池１０１と異なることである。第１実施形態から第３実施形態と第４実施形態で共通する説明は省略する。

【0064】

第４ｎ型層４Ｄは、ｐ型光吸収層３と第３ｎ型層４Ｃとの間に位置する。図５において、第４ｎ型層４Ｄの第３ｎ型層４Ｃ側の面は、第３ｎ型層４Ｃと直接的に接している。図５において、第４ｎ型層４Ｄのｐ型光吸収層３側の面は、ｐ型光吸収層３と直接的に接している。第４ｎ型層４ＤはＧａを含む酸化物半導体層であって、Ｇａをベースとする化合物を含むことが好ましい。第３ｎ型層４Ｃと第４ｎ型層４Ｄの界面は明瞭な場合と不明瞭な場合がある。第４ｎ型層４ＤはＧａをベースとする酸化物に他の酸化物が混合していてもよいし、Ｇａをベースとする酸化物に他の元素がドープしていてもよいし、他の元素がドープしたＧａベースの酸化物と他の酸化物が混合していてもよい。

【0065】

第４ｎ型層４Ｄは、Ｇａ_ｙ１Ｍ２_ｙ２Ｍ３_ｙ３Ｍ４_ｙ４Ｏ_ｙ５で表される化合物を主体（５０ｗｔ％以上）とする層であって、Ｍ２はＡｌ又は／及びＢであり、Ｍ３はＩｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｆ及びＺｒからなる群より選ばれる１種以上であり、Ｍ４はＳｎ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上が好ましい。ｙ１及びｙ５は、０より大きい数値である。ｙ２、ｙ３及びｙ４は、０．００以上の数値である。ｙ２とｙ３の少なくともいずれか一方は０より大きい数値である。ｙ１、ｙ２、ｙ３及びｙ４の和を２とする場合、ｙ５は３．０以上３．８以下であることが好ましい。Ｇａをベースとする酸化物に他の酸化物が混合した形態、Ｇａをベースとする酸化物に他の元素がドープしている形態及び他の元素がドープしたＧａベースの酸化物と他の酸化物が混合した形態のいずれもＧａ_ｙ１Ｍ２_ｙ２Ｍ３_ｙ３Ｍ４_ｙ４Ｏ_ｙ５で表している。

【0066】

第４ｎ型層４Ｄはの９０ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｙ１Ｍ２_ｙ２Ｍ３_ｙ３Ｍ４_ｙ４Ｏ_ｙ５で表される化合物であることが好ましい。第４ｎ型層４Ｄはの９５ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｙ１Ｍ２_ｙ２Ｍ３_ｙ３Ｍ４_ｙ４Ｏ_ｙ５で表される化合物であることがより好ましい。第４ｎ型層４Ｄはの９８ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｙ１Ｍ２_ｙ２Ｍ３_ｙ３Ｍ４_ｙ４Ｏ_ｙ５で表される化合物であることがさらにより好ましい。第４ｎ型層４Ｄは、Ｇａ_ｙ１Ｍ２_ｙ２Ｍ３_ｙ３Ｍ４_ｙ４Ｏ_ｙ５で表される化合物で構成（１００ｗｔ％ Ｇａ_ｙ１Ｍ２_ｙ２Ｍ３_ｙ３Ｍ４_ｙ４Ｏ_ｙ５）されていることがより好ましい。

【0067】

第４ｎ型層４Ｄは、主にＧａとＭ２の元素によって伝導帯下端が調整されている。第４ｎ型層４ＤのＭ２の元素比率を第３ｎ型層４Ｃよりも多くしてＧａの比率を小さくする（ｙ１はｘ１より小さく、ｙ２はｘ２より大きい）ことで第４ｎ型層４Ｄの伝導帯下端が第３ｎ型層４Ｂよりも高くなる。そして、ｐ型光吸収層３から第１ｎ型層４Ａの間の伝導帯下端の接続の連続性が向上する。第４ｎ型層４Ｄにおいて、（ｙ１＋ｙ２）／（ｙ１＋ｙ２＋ｙ３＋ｙ４）は、０．９０以上１．００以下が好ましい。また、上記の第４ｎ型層４ＤのＭ２の元素比率を第３ｎ型層４Ｃよりも多くしてＧａの比率を小さくし、第３ｎ型層４ＣのＭ２の比率よりも第２ｎ型層２Ｂを小さくする、つまりｙ１はｘ１より小さく、ｘ１はｗ１より小さくすることで、ｐ型光吸収層３から第１ｎ型層４Ａの間の伝導帯下端の接続の連続性をさらに向上させることができる。

【0068】

第４ｎ型層４Ｄは、第３ｎ型層４Ｃよりも伝導帯下端が高い層であり、第４ｎ型層４Ｄの伝導体下端は、ｐ型光吸収層３と第３ｎ型層４Ｃの間にある。第４ｎ型層４Ｄを用いることで、ｐ型光吸収層３から第１ｎ型層４Ａまで伝導帯下端が連続的につながりＦＦ及びＶｏｃが向上して変換効率の向上に寄与する。そのため、ｙ２はｘ２より大きく、ｘ２はｗ２より大きいのが良い。ｙ２が０より大きな数値である場合は、第３ｎ型層４Ｃと共通するＭ２の元素を第４ｎ型層４Ｄも有することが好ましい。つまり、第３ｎ型層４ＣにＡｌが含まれれば第４ｎ型層４ＤにＡｌが含まれないことよりもＡｌが含まれることが好ましい。また、第４ｎ型層４Ｅの伝導帯下端を調整する観点からｙ２とｙ３の少なくともいずれか一方は０より大きい数値であることが好ましい。

【0069】

上述したように、第４ｎ型層４Ｄの伝導体下端が第３ｎ型層４Ｃの伝導帯下端よりも高く、第３ｎ型層４Ｃの伝導帯下端が第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端より高いことで、伝導帯下端の接続の連続性が向上する。同観点からｙ２／（ｙ１＋ｙ２）は、０．２０以上０．４０以下が好ましく、０．２５以上０．３５以下がより好ましい。また、ｙ２とｘ２が近い値であると第３ｎ型層４Ｃを設けることによる伝導帯下端の接続の連続性の向上が少ない。そこでｘ２はｙ２の１０％以上９０％以下でｗ２はｙ２の０％以上５０％以下が好ましく、ｘ２はｙ２の１５％以上８０％以下でｗ２はｙ２の０％以上３０％以下がより好ましく、ｘ２は、ｙ２の２０％以上７０％以下でｗ２はｙ２の０％以上１０％以下がさらにより好ましい。

【0070】

実施形態の第４ｎ型層４Ｄは、ＧａとＭ３（又はＭ２及びＭ３）の元素によって伝導帯下端を調整することができる。第４ｎ型層４Ｄの化合物にはＭ３で表されるＩｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｇ及びＺｒからなる群から選ばれる１種以上を含むことができる。ｘ３／（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４）は、０．００以上０．５０以下が好ましく、０．００以上０．１０以下がより好ましく、０．００以上０．０５以下がより好ましい。伝導帯下端の接続の連続性を考慮すると、ｘ３はｙ３の０％以上９０％以下でｗ３はｙ３の０％以上５０％以下が好ましく、ｘ３はｙ３の０％以上８０％以下でｗ３はｙ３の０％以上３０％以下がより好ましく、ｘ３はｙ３の０％以上７０％以下でｗ３はｙ３の０％以上１０％以下がさらにより好ましい。

【0071】

Ｍ４の元素が第４ｎ型層４Ｄに含まれていてもよい。第４ｎ型層４Ｄよりも第３ｎ型層４Ｃのキャリア濃度が高く（ｘ４は、ｙ４よりも大きい）、第３ｎ型層４Ｃよりも第２ｎ型層４Ｂのキャリア濃度が高い（ｗ４は、ｘ４よりも大きい）ことが好ましい。ｙ４／（ｙ１＋ｙ２＋ｙ３＋ｙ４）は０．００以上０．０５以下であることがより好ましく、０．００以上０．０３以下であることがさらにより好ましい。伝導帯下端の接続の連続性を考慮すると、ｙ４はｘ４の０％以上９０％以下でｗ４の０％以上３０％以下が好ましく、ｘ４の０％以上５０％以下でｗ４の０％以上１０％以下がより好ましく、ｘ４の０％以上３０％以下でｗ４の０％以上５％以下がさらにより好ましい。

【0072】

ｐ型光吸収層３の伝導帯下端と第４ｎ型層４Ｄのｐ型光吸収層３側の伝導帯下端の差（［ｐ型光吸収層３の伝導帯下端］－［第４ｎ型層４Ｄの伝導帯下端］）は、０．０ｅＶ以上０．８ｅＶ以下であることが好ましく、０．０ｅＶ以上０．４ｅＶ以下がより好ましい。

【0073】

第４ｎ型層４Ｄの伝導帯下端と第３ｎ型層４Ｃのｐ型光吸収層３側の伝導帯下端の差（［第４ｎ型層４Ｄの伝導帯下端］－［第３ｎ型層４Ｃの伝導帯下端］）は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．３ｅＶ以下がより好ましい。

【0074】

第３ｎ型層４Ｃの伝導帯下端と第２ｎ型層４Ｂの第３ｎ型層４Ｃ側の伝導帯下端の差（［第３ｎ型層４Ｃの伝導帯下端］－［第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端］）は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．３ｅＶ以下がより好ましい。

【0075】

第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端と第１ｎ型層４Ａの第２ｎ型層４Ｂ側の伝導帯下端の差（［第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端］－［第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端］）は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．３ｅＶ以下がより好ましい。

【0076】

ｎ型層４を４層構造とすることで各層の伝導帯下端の差をより小さくすることができる。

【0077】

Ｇａ、Ｍ２の元素、Ｍ３の元素及びＭ４の元素からなる群より選ばれる１以上は、第４ｎ型層４Ｄ中で第４ｎ型層４Ｄの膜厚方向に、第３ｎ型層４Ｃ中で第３ｎ型層４Ｃの膜厚方向に、第２ｎ型層４Ｂ中で第２ｎ型層４Ｂの膜厚方向に組成比率が変化していてもよい。Ｇａ及びＭ４の元素は、ｐ型光吸収層３側で少なく、第１ｎ型層４Ａ側で多いことが好ましい。Ｍ２の元素及びＭ３の元素は、ｐ型光吸収層３側で多く、第１ｎ型層４Ａ側で少ないことが好ましい。組成の変化は、傾斜的、階段状又は傾斜的な変化と階段状の変化が組み合わさっていることが好ましい。また、組成の変化は太陽電池１０１の各層の積層方向に全体的又は部分的である。これらの元素の組成分布を変えることで、ｐ型光吸収層３側からｎ電極５側に向かって、キャリア濃度、伝導帯下端及び屈折率を調整することができ、変換効率の向上に寄与することができる。

【0078】

第１ｎ型層４Ａの膜厚、第２ｎ型層４Ｂの膜厚、第３ｎ型層４Ｃの膜厚と第４ｎ型層４Ｄの膜厚の和は、典型的には、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第１ｎ型層４Ａの膜厚、第２ｎ型層４Ｂの膜厚、第３ｎ型層４Ｃの膜厚と第４ｎ型層４Ｄの膜厚の和が３ｎｍ未満であると第１ｎ型層４Ａ、第２ｎ型層４Ｂ、第３ｎ型層４Ｃと第４ｎ型層４Ｄのカバレッジが悪い場合にリーク電流が発生し、特性を低下させてしまう場合がある。カバレッジが良い場合は上記膜厚に限定されない。第１ｎ型層４Ａの膜厚、第２ｎ型層４Ｂの膜厚、第３ｎ型層４Ｃの膜厚と第４ｎ型層４Ｄの膜厚の和が５０ｎｍを超えると第１ｎ型層４Ａから第４ｎ型層４Ｄまでのｎ型層４の過度の高抵抗化による特性低下や、透過率低下による短絡電流低下が起こる場合がある。従って、第１ｎ型層４Ａの膜厚、第２ｎ型層４Ｂの膜厚、第３ｎ型層４Ｃの膜厚と第４ｎ型層４Ｄの和は３ｎｍ以上３０ｎｍ以下がより好ましく、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下がさらにより好ましい。

【0079】

第２実施形態の太陽電池１０１も第１実施形態の太陽電池１００と同様に伝導帯下端の接続の連続性が優れ、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ及びＦＦが向上して変換効率の向上に寄与する。

【0080】

（第５実施形態）
第５実施形態は、太陽電池に関する。図６に第４実施形態の太陽電池１０４の断面概念図を示す。第４実施形態の太陽電池１０３は、第２ｎ型層４Ｂが第１領域４ａ、第２領域４ｂ及び第３領域４ｃを有することが第１実施形態の太陽電池１００と異なることである。第１実施形態から第４実施形態と第５実施形態で共通する説明は省略する。第５実施形態の第３領域４ｃは、第３実施形態の第４ｎ型層４Ｄに相当する。

【0081】

第１領域４ａは、第１ｎ型層４Ａ側に位置する。また、第３領域４ｃは、ｐ型光吸収層３側に位置する。第２領域４ｂは、第１領域４ａと第３領域４ｃの間に位置する。第１領域４ａと第２領域４ｂの界面及び第２領域４ｂと第３領域４ｃは確認されない。第２ｎ型層４Ｂのｐ型光吸収層３側の表面から第１ｎ型層４Ａ側に向かって第２ｎ型層４Ｂの厚さの１／３までを第３領域４ｂとする。また、第２ｎ型層４Ｂの第１ｎ型層４Ａ側の表面からｐ型光吸収層３側に向かって第２ｎ型層４Ｂの厚さの１／３までを第１領域４ａとする。なお、分析は第１実施形態と同様にｎ型層４の表面からの各距離において図２の分析スポットに示すような等間隔に可能な限り隔たり無く分布した分析スポットを例えばＳＩＭＳで分析することで求められる。

【0082】

第５実施形態の第１領域４ａが第４実施形態の第２ｎ型層４Ｂに対応する。第５実施形態の第２領域４ａが第４実施形態の第２ｎ型層４Ｂに対応する。第５実施形態の第３領域４ｂが第４実施形態の第３ｎ型層４Ｃに対応する。第５実施形態の第４領域４ｃが第４実施形態の第４ｎ型層４Ｄに対応する。従って、第４実施形態において説明した傾斜的な組成変化等については第５実施形態の太陽電池１０４等においても同様である。

【0083】

第５実施形態の太陽電池１０４も第３実施形態の太陽電池１０２と同様に伝導帯下端の接続の連続性が優れ、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ及びＦＦが向上して変換効率の向上に寄与する。

【0084】

（第６実施形態）
第６実施形態は太陽電池に関する。図７に第６実施形態の太陽電池１０５の断面概念図を示す。第６実施形態の太陽電池１０５は、第１ｎ型層４Ａ、第５ｎ型層４Ｅ、第２ｎ型層４Ｂと第３ｎ型層４Ｃ、第４ｎ型層４Ｄの５積層したｎ型層４を有することなどが第４実施形態の太陽電池１０３と異なることである。第１実施形態から第５実施形態と第６実施形態で共通する説明は省略する。第１実施形態から第５実施形態のいずれの太陽電池にも第５ｎ型層５Ｅを用いることができる。

【0085】

第５ｎ型層４Ｅは、第１ｎ型層４Ａと第２ｎ型層４Ｂとの間に位置する。図７において、第５ｎ型層４Ｅの第１ｎ型層４Ａ側の面は、第１ｎ型層４Ａと直接的に接している。図７において、第５ｎ型層４Ｅの第２ｎ型層４Ｂ側の面は、第２ｎ型層４Ｂと直接的に接している。第４ｎ型層４ＤはＧａを含む酸化物半導体層であって、Ｇａをベースとする化合物を含むことが好ましい。第３ｎ型層４Ｃと第４ｎ型層４Ｄの界面は明瞭な場合と不明瞭な場合がある。第４ｎ型層４ＤはＧａをベースとする酸化物に他の酸化物が混合していてもよいし、Ｇａをベースとする酸化物に他の元素がドープしていてもよいし、他の元素がドープしたＧａベースの酸化物と他の酸化物が混合していてもよい。

【0086】

第５ｎ型層４Ｅは、Ｇａ_ｚ１Ｚｎ_ｚ２Ｓｎ_ｚ３Ｍ１_ｚ４Ｏ_ｚ５で表される化合物を主体（５０ｗｔ％以上）とする層であって、Ｍ１はＨｆ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｍｇ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上が好ましい。ｚ１、ｚ２及びｚ４は、０．００以上の数値である。ｚ３及びｚ５は０より大きい数値である。ｚ１とｚ２の少なくともどちらか一方は０より大きい数値である。ｚ１、ｚ２、ｚ３及びｚ４の和を１とする場合、ｚ５は１．００以上２．００以下であることが好ましい。Ｇａ又は／及びＺｎをベースとする酸化物に他の酸化物が混合した形態、Ｇａ又は／及びＺｎをベースとする酸化物に他の元素がドープしている形態及び他の元素がドープしたＧａ又は／及びＺｎをベースの酸化物と他の酸化物が混合した形態のいずれもＧａ_ｚ１Ｚｎ_ｚ２Ｓｎ_ｚ３Ｍ１_ｚ４Ｏ_ｚ５で表している。

【0087】

第５ｎ型層４Ｅの９０ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｚ１Ｚｎ_ｚ２Ｓｎ_ｚ３Ｍ１_ｚ４Ｏ_ｚ５表される化合物であることが好ましい。第５ｎ型層４Ｅの９５ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｚ１Ｚｎ_ｚ２Ｓｎ_ｚ３Ｍ１_ｚ４Ｏ_ｚ５で表される化合物であることがより好ましい。第５ｎ型層４Ｅの９８ｗｔ％以上は、Ｇａ_ｚ１Ｚｎ_ｚ２Ｓｎ_ｚ３Ｍ１_ｚ４Ｏ_ｚ５で表される化合物であることがさらにより好ましい。第５ｎ型層４Ｅは、Ｇａ_ｚ１Ｚｎ_ｚ２Ｓｎ_ｚ３Ｍ１_ｚ４Ｏ_ｚ５で表される化合物で構成されている（１００ｗｔ％ Ｇａ_ｚ１Ｚｎ_ｚ２Ｓｎ_ｚ３Ｍ１_ｚ４Ｏ_ｚ５）ことがより好ましい。

【0088】

第５ｎ型層４Ｅは、主にＧａ、ＺｎとＳｎによって第２ｎ型層４Ｂ及び第１ｎ型層４Ａとの伝導帯下端の差が少なくなるように調整されている。第１ｎ型層４ＡよりもＳｎを多くするか、少なくすることで、第５ｎ型層４Ｅの仕事関数及び伝導帯下端が第１ｎ型層４Ａと第２ｎ型層４Ｂの間になる。ｚ３は、ｖ３の５０％以上８０％以下又は１２０％以上１５０％以下が好ましく、ｖ３の５０％以上７０％以下又は１３０％以上１５０％以下がより好ましい。

【0089】

第５ｎ型層４Ｅの伝導帯下端と第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端の差が小さくなる第５ｎ型層４Ｅが好ましい。第５ｎ型層４Ｅと第１ｎ型層４Ａとの伝導帯下端の差を小さくするために、Ｇａ、Ｚｎ及びＳｎの元素が第５ｎ型層４Ｅの化合物に含まれる。第５ｎ型層４Ｅの伝導帯下端と第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端の差（［第５ｎ型層４Ｅの伝導帯下端］－［第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端］）は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることがより好ましい。第５ｎ型層４Ｅからｎ電極５までの仕事関数の差が小さいことが好ましいため、第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端とｎ電極５の伝導帯下端の差（［第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端］－［ｎ電極５の仕事関数］）は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることがより好ましい。

【0090】

第５ｎ型層４Ｅのｚ１、ｚ２、ｚ３、ｚ４及びｚ５の好適な数値範囲は、第１ｎ型層４Ａのｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４及びｘ５と同様であるが、第５ｎ型層４ＥのＳｎの比率（ｚ３）は、第１ｎ型層４ＡのＳｎの比率（ｖ３）よりも高いか低いため、第１ｎ型層４ＡのＧａ_ｖ１Ｚｎ_ｖ２Ｓｎ_ｖ３Ｍ１_ｖ４Ｏ_ｖ５で表される化合物と第５ｎ型層４ＥのＧａ_ｚ１Ｚｎ_ｚ２Ｓｎ_ｚ３Ｍ１_ｚ４Ｏ_ｚ５で表される化合物は同一組成にならない。

【0091】

第５ｎ型層４Ｅは、ｎ型層において最もｎ電極５側に位置した第１ｎ型層４Ａのｐ型光吸収層側に位置し、好ましくは第５ｎ型層４Ｅは第１ｎ型層４Ａ及び第２ｎ型層４Ｂと直接的に接している。ｎ型層５中の第２ｎ型層４ＢなどにＺｎやＳｎが含まれる場合、それらの組成比率は、第５ｎ型層４Ｅ中のＺｎとＳｎのそれぞれの濃度よりも低いことが好ましい。

【0092】

第５ｎ型層４Ｅにおいて、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎ及びＭ４の元素は、ｐ型光吸収層３側からｎ電極５に向かって傾斜的、階段状、又は、傾斜的な変化と階段状が組み合わさったように変化してもよい。例えば、Ｓｎは第１ｎ型層４Ａ側に多くてＧａ及びＺｎは第２ｎ型層４Ｂ側に多くすること、又は、Ｓｎは第１ｎ型層４Ａ側に少なくてＧａ及びＺｎは第２ｎ型層４Ｂ側に少なくすることが好ましい。

【0093】

ｐ型光吸収層３の伝導帯下端と第４ｎ型層４Ｄのｐ型光吸収層３側の伝導帯下端の差（［ｐ型光吸収層３の伝導帯下端］－［第４ｎ型層４Ｄの伝導帯下端］）は、０．０ｅＶ以上０．８ｅＶ以下であることが好ましく、０．０ｅＶ以上０．４ｅＶ以下がより好ましい。

【0094】

第４ｎ型層４Ｄの伝導帯下端と第３ｎ型層４Ｃのｐ型光吸収層３側の伝導帯下端の差（［第４ｎ型層４Ｄの伝導帯下端］－［第３ｎ型層４Ｃの伝導帯下端］）は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．３ｅＶ以下がより好ましい。

【0095】

第３ｎ型層４Ｃの伝導帯下端と第２ｎ型層４Ｂの第３ｎ型層４Ｃ側の伝導帯下端の差（［第３ｎ型層４Ｃの伝導帯下端］－［第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端］）は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．３ｅＶ以下がより好ましい。

【0096】

第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端と第５ｎ型層４Ｅの第２ｎ型層４Ｂ側の伝導帯下端の差（［第２ｎ型層４Ｂの伝導帯下端］－［第５ｎ型層４Ｅの伝導帯下端］）は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．３ｅＶ以下がより好ましい。

【0097】

第５ｎ型層４Ｅの伝導帯下端と第１ｎ型層４Ａの第５ｎ型層４Ｅ側の伝導帯下端の差（［第５ｎ型層４Ｅの伝導帯下端］－［第１ｎ型層４Ａの伝導帯下端］）は、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以下であることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．３ｅＶ以下がより好ましい。

【0098】

ｎ型層４を５層構造とすることで各層の伝導帯下端の差をより小さくすることができる。

【0099】

第１ｎ型層４Ａの膜厚、第２ｎ型層４Ｂの膜厚、第３ｎ型層４Ｃの膜厚、第４ｎ型層４Ｄの膜厚と第５ｎ型層４Ｅの膜厚の和は、典型的には、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第１ｎ型層４Ａの膜厚、第２ｎ型層４Ｂの膜厚、第３ｎ型層４Ｃ、第４ｎ型層４Ｄの膜厚と第５ｎ型層４Ｅの膜厚和が３ｎｍ未満であると第１ｎ型層４Ａ、第２ｎ型層４Ｂ、第３ｎ型層４Ｃ、第４ｎ型層４Ｄと第５ｎ型層４Ｅのカバレッジが悪い場合にリーク電流が発生し、特性を低下させてしまう場合がある。カバレッジが良い場合は上記膜厚に限定されない。第１ｎ型層４Ａの膜厚、第２ｎ型層４Ｂの膜厚、第３ｎ型層４Ｃの膜厚、第４ｎ型層４Ｄの膜厚と第５ｎ型層４Ｅの膜厚が５０ｎｍを超えると第１ｎ型層４Ａから第５ｎ型層４Ｅまでのｎ型層４の過度の高抵抗化による特性低下や、透過率低下による短絡電流低下が起こる場合がある。従って、第１ｎ型層４Ａの膜厚、第２ｎ型層４Ｂの膜厚、第３ｎ型層４Ｃの膜厚、第４ｎ型層４Ｄの膜厚と第５ｎ型層４Ｅの膜厚の和は３ｎｍ以上３０ｎｍ以下がより好ましく、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下がさらにより好ましい。

【0100】

第５実施形態の太陽電池１０４も第１実施形態の太陽電池１００と同様にｎ電極５とｎ型層４のｎ電極４側において仕事関数の差が小さく、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ及びＦＦが向上して変換効率の向上に寄与する。

【0101】

（第７実施形態）
第７実施形態は太陽電池に関する。図８に第７実施形態の太陽電池１０６の断面概念図を示す。第７実施形態の太陽電池１０６は、第１ｎ型層４Ａが第４領域４ｄと第５領域４ｅを有することが第５実施形態の太陽電池１０４と異なることである。第１実施形態から第６実施形態と第７実施形態で共通する説明は省略する。

【0102】

第４領域４ｄは、第１ｎ型層４Ａのｎ電極５側に位置する。また、第５領域４ｅは、第１ｎ型層４Ａのｐ型光吸収層３側に位置する。第４領域４ｄと第５領域４ｅの界面は確認されない。第１ｎ型層４Ａのｐ型光吸収層３側の表面からｎ電極５側に向かって第１ｎ型層４Ａの厚さの半分までを第５領域４ｅとする。また、第１ｎ型層４Ａのｎ電極５側の表面からｐ型光吸収層３側に向かって第１ｎ型層４Ａの厚さの半分まで第４領域４ｄとする。なお、分析は第１実施形態と同様にｎ型層４の表面からの各距離において図２の分析スポットに示すような等間隔に可能な限り隔たり無く分布した分析スポットを例えばＳＩＭＳで分析することで求められる。

【0103】

第７実施形態の第４領域４ｄが第６実施形態の第１ｎ型層４Ａに対応する。第７実施形態の第５領域４ｅが第６実施形態の第５ｎ型層４Ｅに対応する。従って、第６実施形態において説明した第５ｎ型層４Ｅの配置や傾斜的な組成変化等については第７実施形態の太陽電池１０６等においても同様である。第１ｎ型層４Ａと第２ｎ型層４Ｂの界面がなく、第１領域４ａから第５領域４ｅまでを含む１層のｎ型層４としてもよい。また、いずれの実施形態においても第１ｎ型層４Ａから第５ｎ型層４Ｅの一部を領域とすることができる。例えば第１ｎ型層４Ａと第２ｎ型層４Ｂの間に第５領域４ｅを備えることができる。

【0104】

第７実施形態の太陽電池１０６も第６実施形態の太陽電池１０５と同様にｎ電極５とｎ型層４のｎ電極４側において仕事関数の差が小さく、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ及びＦＦが向上して変換効率の向上に寄与する。

【0105】

（第８実施形態）
第８実施形態は、多接合型太陽電池に関する。図９に第８実施形態の多接合型太陽電池の断面概念図を示す。図９の多接合型太陽電池２００は、光入射側に第１実施形態の太陽電池（第１太陽電池）１００と、第２太陽電池２０１を有する。第２太陽電池２０１の光吸収層のバンドギャップは、第１実施形態の太陽電池１００のｐ型光吸収層３よりも小さいバンドギャップを有する。なお、実施形態の多接合型太陽電池は、３以上の太陽電池を接合させた太陽電池も含まれる。なお、第８実施形態において、第１実施形態の太陽電池１００の代わりに第２実施形態から第７実施形態の太陽電池１０１－１０６を用いてもよい。

【0106】

第１実施形態の第１太陽電池１００のｐ型光吸収層３のバンドギャップが２．０ｅＶ－２．２ｅＶ程度であるため、第２太陽電池２００の光吸収層のバンドギャップは、１．０ｅＶ以上１．６ｅＶ以下であることが好ましい。第２太陽電池の光吸収層としては、Ｉｎの含有比率が高いＣＩＧＳ系、ＣｕＺｎＳｎＳＳｅ系及びＣｄＴｅ系からなる群から選ばれる１種以上の化合物半導体層、結晶シリコン及びペロブスカイト型化合物からなる群より選ばれる１種であることが好ましい。

【0107】

（第９実施形態）
第９実施形態は、太陽電池モジュールに関する。図１０に第９実施形態の太陽電池モジュール３００の斜視図を示す。図１０の太陽電池モジュール３００は、第１太陽電池モジュール３０１と第２太陽電池モジュール３０２を積層した太陽電池モジュールである。第１太陽電池モジュール３０１は、光入射側であり、第１実施形態の太陽電池１００を用いている。第２の太陽電池モジュール３０２には、第２太陽電池２０１を用いることが好ましい。第１太陽電池モジュール３０１には、第２から第７実施形態の太陽電池１０１－１０６も使用することができる。

【0108】

図１１に太陽電池モジュール３００の断面図を示す。図１１では、第１太陽電池モジュール３０１の構造を詳細に示し、第２太陽電池モジュール３０２の構造は示していない。第２太陽電池モジュール３０１では、用いる太陽電池の光吸収層などに応じて適宜、太陽電池モジュールの構造を選択する。図１１の太陽電池モジュールは、複数の太陽電池１００（太陽電池セル）が横方向に並んで配線３０４で電気的に直列に接続した破線で囲われたサブモジュール３０３が複数含まれ、複数のサブモジュール３０３が電気的に並列もしくは直列に接続している。隣り合うサブモジュール３０３は、バスバー３０５で電気的に接続している。

【0109】

隣り合う太陽電池１００は、上部側のｎ電極５と下部側のｐ電極２が配線３０４によって接続している。第６実施形態の太陽電池１００も第１実施形態の太陽電池１００と同様に、基板１、ｐ電極２、ｐ型光吸収層３、ｎ型層４とｎ電極５を有する。サブモジュール３０３中の太陽電池１００の両端は、バスバー３０５と接続し、バスバー３０５が複数のサブモジュール３０３を電気的に並列もしくは直列に接続し、第２太陽電池モジュール３０２との出力電圧を調整するように構成されていることが好ましい。なお、第６実施形態に示す太陽電池１００の接続形態は一例であり、他の接続形態によって太陽電池モジュールを構成することができる。

【0110】

（第１０実施形態）
第１０実施形態は太陽光発電システムに関する。第１０実施形態の太陽電池モジュールは、第１０実施形態の太陽光発電システムにおいて、発電を行う発電機として用いることができる。実施形態の太陽光発電システムは、太陽電池モジュールを用いて発電を行うものであって、具体的には、発電を行う太陽電池モジュールと、発電した電気を電力変換する手段と、発電した電気をためる蓄電手段又は発電した電気を消費する負荷とを有する。図１２に実施形態の太陽光発電システム４００の構成図を示す。図１２の太陽光発電システムは、太陽電池モジュール４０１（３００）と、コンバーター４０２と、蓄電池４０３と、負荷４０４とを有する。蓄電池４０３と負荷４０４は、どちらか一方を省略しても良い。負荷４０４は、蓄電池４０３に蓄えられた電気エネルギーを利用することもできる構成にしてもよい。コンバーター４０２は、ＤＣ－ＤＣコンバーター、ＤＣ－ＡＣコンバーター、ＡＣ－ＡＣコンバーターなど変圧や直流交流変換などの電力変換を行う回路又は素子を含む装置である。コンバーター４０２の構成は、発電電圧、蓄電池４０３や負荷４０４の構成に応じて好適な構成を採用すればよい。

【0111】

太陽電池モジュール３００に含まれる受光したサブモジュール３０１に含まれる太陽電池セルが発電し、その電気エネルギーは、コンバーター４０２で変換され、蓄電池４０３で蓄えられるか、負荷４０４で消費される。太陽電池モジュール４０１には、太陽電池モジュール４０１を常に太陽に向けるための太陽光追尾駆動装置を設けたり、太陽光を集光する集光体を設けたり、発電効率を向上させるための装置等を付加することが好ましい。

【0112】

太陽光発電システム４００は、住居、商業施設や工場などの不動産に用いられたり、車両、航空機や電子機器などの動産に用いられたりすることが好ましい。実施形態の変換効率に優れた太陽電池を太陽電池モジュールに用いることで、発電量の増加が期待される。

【0113】

太陽光発電システム４００の利用例として車両を示す。図１３に車両５００の構成概念図を示す。図１３の車両５００は、車体５０１、太陽電池モジュール５０２、電力変換装置５０３、蓄電池５０４、モーター５０５とタイヤ（ホイール）５０６を有する。車体５０１の上部に設けられた太陽電池モジュール５０１で発電した電力は、電力変換装置５０３変換されて、蓄電池５０４にて充電されるか、モーター５０５等の負荷で電力が消費される。太陽電池モジュール５０１又は蓄電池５０４から供給される電力を用いてモーター５０５によってタイヤ（ホイール）５０６を回転させることにより車両５００を動かすことができる。太陽電池モジュール５０１としては、多接合型ではなく、第１実施形態の太陽電池１００等を備えた第１太陽電池モジュールだけで構成されていてもよい。透過性のある太陽電池モジュール５０２を採用する場合は、車体５０１の上部に加え、車体５０１の側面に発電する窓として太陽電池モジュール５０２を使用することも好ましい。
以下、実施例に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0114】

（実施例１）
ガラス基板上に、裏面側のｐ電極として、ガラスと接する側に上面にＩＴＯ（Ｉｎ：Ｓｎ＝９０：１０、膜厚２０ｎｍ）とＡＴＯ（Ｓｎ：Ｓｂ＝９８：２ 膜厚 １５０μｍ）を堆積する。透明なｐ電極上に酸素、アルゴンガス雰囲気中でスパッタリング法により５００℃で加熱してＣｕ_２Ｏ光吸収層を成膜する。その後、ＡＬＤ法により、第２ｎ型層として組成傾斜の無いＧａ_１．８０Ａｌ_０．２０Ｏ_３．００を１０ｎｍ堆積し、第１ｎ型層として、組成傾斜の無いＺｎ_０．８０Ｓｎ_０．２０Ｏ_１．２０を１０ｎｍ堆積表面側のｎ電極としてＡＺＯ透明導電膜を堆積する。そして、反射防止膜としてＭｇＦ_２膜を成膜することで太陽電池を得る。得られた太陽電池について、短絡電流（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、フィルファクター（ＦＦ）、変換効率及び透光性を評価する。なお、ｎ型層の酸素組成比は金属酸化物の金属の種類と組成比から求めている。

【0115】

太陽電池の透光性を評価する。太陽電池の透過性は、分光光度計で波長７００－１２００ｎｍを測定した際の平均透過率である。

【0116】

（実施例２－２７、比較例）
図１４の実施例に関する表に実施例及び比較例のｎ型層及びｎ電極の条件を示している。ｎ型層（第１ｎ型層、第２ｎ型層ｎ型層の条件以外は、実施例１と同様である。実施例で３層のｎ型層を形成している場合は、各ｎ型層の厚さを６ｎｍとしている。実施例で４層のｎ型層を形成している場合は、各ｎ型層の厚さを５ｎｍとしている。実施例で５層のｎ型層を形成している場合は、各ｎ型層の厚さを４ｎｍとしている。実施例１５は、第１ｎ型層に第４領域と第５領域が含まれ、第２ｎ型層に第１領域から第３領域が含まれる。

【0117】

ＡＭ１．５Ｇの光源を模擬したソーラーシミュレータを用い、その光源下で基準となるＳｉセルを用いて１ｓｕｎになるように光量を調節する。測定は大気圧下で測定室内の気温は２５℃とする。電圧をスイープし、電流密度（電流をセル面積で割ったもの）を測定する。横軸を電圧、縦軸を電流密度とした際に、横軸と交わる点が開放電圧Ｖｏｃとなり、縦軸と交わる点が短絡電流密度Ｊｓｃとなる。測定曲線上において、電圧と電流密度を掛け合わせ、最大になる点をそれぞれＶｍｐｐ、Ｊｍｐｐ（マキシマムパワーポイント）とすると、ＦＦ＝（Ｖｍｐｐ＊Ｊｍｐｐ）／（Ｖｏｃ＊Ｊｓｃ）であり、変換効率Ｅｆｆ．はＥｆｆ．＝Ｖｏｃ＊Ｊｓｃ＊ＦＦで求まる。

【0118】

図１５の実施例に関する表に実施例及び比較例の短絡電流（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、フィルファクター（ＦＦ）、変換効率及び透光性をまとめて示す。

【0119】

透光性は、７００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の波長帯の光の透光率が７５％以上である場合をＡと評価し、７００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の波長帯の光の透光率が７０％以上７５％未満である場合をＢと評価し、７００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の波長帯の光の透光率が７０％未満である場合をＣと評価する。

【0120】

Ｊｓｃは、比較例１の変換効率に対して１．１倍以上である場合をＡと評価し、比較例１のＪｓｃに対して１．０倍以上１．１倍未満である場合をＢと評価して、比較例１のＪｓｃに対して１．０倍未満である場合をＣと評価する。

【0121】

Ｖｏｃは、比較例１の変換効率に対して１．３倍以上である場合をＡと評価し、比較例１のＶｏｃに対して１．１倍以上１．３倍未満である場合をＢと評価して、比較例２１Ｖｏｃに対して１．１倍未満である場合をＣと評価する。

【0122】

ＦＦは、比較例１の変換効率に対して１．１倍以上である場合をＡと評価し、比較例１のＦＦに対して１．０倍以上１．１倍未満である場合をＢと評価して、比較例１のＦＦに対して１．０倍未満である場合をＣと評価する。

【0123】

変換効率は、比較例１の変換効率に対して１．５倍以上である場合をＡと評価し、比較例１の変換効率に対して１．１倍以上１．５倍未満である場合をＢと評価して、比較例１の変換効率に対して１．１倍未満である場合をＣと評価する。

【0124】

表２から分るように、ｐ型光吸収層の伝導帯とｎ電極の間をエネルギー的にスムーズに接続するために、ｎ層に、組成を意図的に制御した多層構造または傾斜構造を適用することで、比較例と比べて、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦは各々改善して、効率は大幅に向上する。以上の結果より、ｎ型層の膜厚方向の伝導帯のエネルギー構造を制御し、適正化することは、Ｃｕ_２Ｏ太陽電池の特性向上に向けて、重要な技術であることが理解される。実施例の太陽電池をトップセルとして用い、Ｓｉを光吸収層とする太陽電池をボトムセルとする多接合型太陽電池において、トップセルの高い透光率と変換効率によって、多接合型太陽電池においても優れた変換効率が得られる。明細書中一部の元素は、元素記号のみで示している

【0125】

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定解釈されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成することができる。例えば、変形例の様に異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

【符号の説明】

【0126】

１００，１０１…太陽電池（第１太陽電池）、１…基板、２…ｐ電極（第１ｐ電極２ａ、第２ｐ電極２ｂ）、３…ｐ型光吸収層、４…ｎ型層、５…ｎ電極
２００…多接合型太陽電池、２０１…第２太陽電池、
３００…太陽電池モジュール、６…基板、３０１第１太陽電池モジュール、３０２…第２太陽電池モジュール、３０３…サブモジュール、３０４…バスバー、
４００…太陽光発電システム、４０１…太陽電池モジュール、４０２…コンバーター、４０３…蓄電池、４０４…負荷
５００…車両、５０１…車体、５０２…太陽電池モジュール、５０３…電力変換装置、５０４…蓄電池、５０５…モーター、５０６…タイヤ（ホイール）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】