特許 7559250 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】2024-09-20

(45)【発行日】2024-10-01

(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 20120101AFI20240924BHJP

   H01L 31/077 20120101ALI20240924BHJP

【ＦＩ】

H01L31/06 400

H01L31/06 520

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2023542578

(86)(22)【出願日】2022-03-23

(86)【国際出願番号】 JP2022013553

(87)【国際公開番号】W WO2023181187

(87)【国際公開日】2023-09-28

【審査請求日】2023-07-12

(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】杉本 寛太

(72)【発明者】

【氏名】水野 幸民

(72)【発明者】

【氏名】山本 和重

(72)【発明者】

【氏名】山崎 六月

(72)【発明者】

【氏名】中川 直之

(72)【発明者】

【氏名】芝崎 聡一郎

(72)【発明者】

【氏名】西田 靖孝

(72)【発明者】

【氏名】保西 祐弥

【審査官】桂城 厚

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１５０６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０５９０５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０２２６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－００９９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７０８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０１１２２２５（ＣＮ，Ａ）

【文献】NAKAGAWA, Naoyuki et al.，Development of a Zn-based n-layer in Cuprous Oxide Top Cells for High-efficiency Tandem Photovoltaics，2020 47th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC)，IEEE，2021年07月05日，pp.0983-0985，DOI: 10.1109/PVSC45281.2020.9300600

【文献】WANG, Ying et al.，Improving the p-type conductivity of Cu2O thin films by Ni doping and their heterojunction with n-ZnO，Applied Surface Science，2022年03月18日，590 (2022), 153047，pp.1-12，doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153047

【文献】MINAMI, Tadatsugu et al.，Relationship between the electrical properties of the n-oxide and p-Cu2O layers and the photovoltaic properties of Cu2O-based heterojunction solar cells，Solar Energy Materials & Solar Cells，2015年12月18日，147(2016)，pp.85-93，http://dx.doi.org/10.1016/j.solmat.2015.11.033

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／００－３１／０７８

Ｈ０１Ｌ ３１／１８－３１／２０

Ｈ０２Ｓ １０／００－１０／４０

Ｈ０２Ｓ ３０／００－９９／００

Ｈ１０Ｋ ３０／００－９９／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｉｒｅｃｔ

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項6】

前記第１領域の前記正孔濃度は、４．０×１０^－１２［ｃｍ^－３］以上９．０×１０^{１ ３}［ｃｍ^－３］以下［ｃｍ^－３］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17】

請求項１６に記載の太陽電池モジュールを用いて発電する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電極上に設けられたｐ型光吸収層と、ｐ型光吸収層とｎ電極の間に設けられたｎ型層と、を含む。ｐ型光吸収層のｎ型層側の表面からｐ電極側に向かって第１領域を含み、第１領域は、ｎ型ドーパントを含み、第１領域の厚さは、１５００［ｎｍ］以上ｐ型光吸収層の厚さ［ｎｍ］以下であり、第１領域のｎ型ドーパントの濃度は、１．０×１０^１４［ｃｍ^－３］以上１．０×１０^１９［ｃｍ^{－ ３}］以下であり、第１領域において、ｎ型ドーパントの濃度及び正孔濃度は、１０≦｛ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］｝／｛正孔濃度［ｃｍ^－３］｝≦５．０×１０^２６を満たす。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、実施形態の太陽電池の模式断面図。

【図2】図２は、実施形態の太陽電池の模式断面図。

【図3】図３は、実施形態の太陽電池の分析スポットを説明する図。

【図4】図４は、実施形態の多接合型太陽電池の断面図。

【図5】図５は、実施形態の太陽電池モジュールの斜視図。

【図6】図６は、実施形態の太陽電池モジュールの断面図。

【図7】図７は、実施形態の太陽光発電システムの構成図。

【図8】図８は、実施形態の車両の模式図。

【図9】図９は、実施形態の飛翔体の模式図。

【図10】図１０は、実施例に関する表。

【図11】図１１は、実施例に関する表。

【図12】図１２は、実施例に関する表。

【図13】図１３は、実施例に関する表。

【図14】図１４は、実施例に関する表。

【図15】図１５は、実施例に関する表。

【図16】図１６は、実施例に関する表。

【図17】図１７は、実施例に関する表。

【図18】図１８は、実施例に関する表。

【図19】図１９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）における物性値を示している。また、平均は、算術平均値を表している。各濃度は、対象の領域又は層の平均濃度である。各層において、特定の元素が含まれるとは、例えば、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）で存在が確認される元素であり、特定の元素が含まれないとは、例えば、ＳＩＭＳ
で存在が確認できない元素である。

【0008】

明細書中、「／」は、割り算記号を表している。ただし、「又は／及び」の「／」は、「又は」を意味している。明細書中「・」はかけ算記号を表している。明細書の数値の「．」は、小数点を表している。

【0009】

（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の模式断面図を示す。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。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側（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。

【0010】

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。

【0011】

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とオーミック接合することが好ましい。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２０００ｎｍ以下である。図１では、ｐ電極２は、ｐ型光吸収層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）などの半導体導電膜を用いることがで
き、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１［ｎｍ］以上２［μｍ］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、酸化物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。ｐ電極２に金属膜を用いる場合、透過性の観点から５［ｎｍ］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。

【0012】

酸化物透明導電膜のｐ型光吸収層３側の最表面にはｐ型光吸収層３とオーミック接合するドープされた酸化スズ膜が設けられていることが好ましい。酸化物透明導電膜のｐ型光吸収層３側の最表面に設けられているドープされた酸化スズ膜の少なくとも一部がｐ型光吸収層３と直接的に接していることが好ましい。

【0013】

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上に設けられている。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との電気的な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ｎ型層４との間に配置される。ｐ型光吸収層３はｎ型層４と直接的に接している。ｐ型光吸収層３は、第１領域３ａを含む。ｐ型光吸収層３は、化合物半導体であることが好ましい。ｐ型光吸収層３は、ノンドープであるときにｐ型の化合物半導体であることが好ましい。ノンドープであるときにｐ型の化合物半導体層としては、亜酸化銅（亜酸化銅化合物）、カルコパイライト構造を有する化合物、ケステライト構造を有する化合物、スタンナイト構造を有する化合物及びペロブスカイト構造を有する化合物のいずれか１種を含む半導体層であって、いずれか１種のみを含む半導体層が好ましい。

【0014】

ｐ型光吸収層３が亜酸化銅を含む場合、亜酸化銅を主体とする亜酸化銅化合物であることが好ましい。つまり、ｐ型光吸収層３は、亜酸化銅化合物を含む半導体層であることが好ましい。ｐ型光吸収層３は、亜酸化銅化合物の多結晶であることが好ましい。亜酸化銅化合物には、一部不純物として、銅（Ｃｕ）、酸化銅（ＣｕＯ）及び水酸化銅（Ｃｕ（ＯＨ）_２）からなる群より選ばれる１種以上の亜酸化銅の不純物が微量に含まれていてもよい。シミュレーションでは、不純物は考慮していないが、不純物が微量（ｐ型光吸収層３に占める質量比率が０．１％以下）に含まれる場合でも不純物が存在しない場合と同様に第１領域３ａの効果が得られる。

【0015】

亜酸化銅化合物に含まれる酸素の原子数は、銅の原子数を１とすると０．４８以上０．５６以下が好ましい。銅に対して酸素が多いと亜酸化銅化合物に含まれる酸化銅の比率が高くなることで、バンドギャップが狭くなり、ｐ型光吸収層３の透光性が低下するため好ましくない。銅の比率に対して酸素が少ないと亜酸化銅化合物に含まれる銅が多くなることで、透光性が低下するため好ましくない。

【0016】

亜酸化銅化合物は、亜酸化銅を主体とする酸化物である。ｐ型光吸収層３に含まれる全ての金属元素を１００［％］とするとき、ｐ型光吸収層３に含まれる銅元素は９５［％］以上１００［％］以下が好ましく９８［％］以下以上１００［％］以下がより好ましく、９９［％］以上１００［％］以下がさらにより好ましい。

【0017】

亜酸化銅化合物は、銅、酸素及びＭ１で表される元素を含み、任意にＭ３で表される元素を含む、又は、銅、酸素、Ｍ１で表される元素又は／及びＭ２で表される元素を含み、任意にＭ３で表される元素を含む。Ｍ１で表される元素は、Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ及びＩからなる群より選ばれる１種以上のハロゲン元素であることが好ましい。Ｍ２で表される元素は、Ｍｎ、Ｔｃ及びＲｅからなる群より選ばれる１種以上の金属元素が好ましい。Ｍ３は、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｐ、Ｂ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＣａからなる群より選ばれる１種以上の元素であることが好ましい。ｐ型光吸収層３は、亜酸化銅又はＭ３で表される元素を含む亜酸化銅の複合酸化物にｎ型ドーパントであるＭ１で表される元素又は／及びＭ２で表される元素がドープされている。Ｍ３で表される元素を含まない条件のシミュレーションから第１領域３ａなどの条件が求められているが、Ｍ３で表される元素がｐ型光吸収層３に含まれる場合、具体的には亜酸化銅の複合酸化物にｎ型ドーパントがドープされた第１領域３ａが含まれるｐ型光吸収層３において第１領域３ａの効果が得られる。

【0018】

ｐ型光吸収層３の９５［ｗｔ％］以上１００［ｗｔ％］以下は亜酸化銅化合物であることが好ましく、ｐ型光吸収層３の９８［ｗｔ％］以上１００［ｗｔ％］以下は亜酸化銅化合物であることがより好ましく、９９［ｗｔ％］以上１００［ｗｔ％］以下は亜酸化銅化合物であることがさらにより好ましい。ｐ型光吸収層３の１００［ｗｔ％］を亜酸化銅化合物で構成することができる。

【0019】

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。ｐ型光吸収層３にＭ３の元素が含まれると、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、２．０［ｅＶ］以上２．２［ｅＶ］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は、Ｓｎ又は／及びＳｂを含むことが好ましい。ｐ型光吸収層３のＳｎやＳｂは、ｐ型光吸収層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に含まれるＧａは、ｐ型光吸収層３を成膜する原料には含まれず、ｎ型層４に含まれるＧａがｐ型光吸収層３に拡散したものである。ｎ型層４の成膜時に他の元素も用いる場合はこれらの元素もｐ型光吸収層３に拡散する場合がある。

【0020】

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。

【0021】

ｐ型光吸収層３とｎ型層４が異種の化合物であってｐｎがヘテロ接合している場合、ｎ型層４の元素がｐ型光吸収層３に拡散し、又は／及び、ｐ型光吸収層３の元素がｎ型層４に拡散すると、ｐ型光吸収層３とｎ型層４の間にお互いの元素が拡散した厚さが２０［ｎｍ］以下の混合領域が存在する場合がある。混合領域に占める金属元素の９０［ａｔｏｍ％］以下がｐ型光吸収層３に含まれる金属であって、さらに、混合領域に占める金属元素の１０［ａｔｏｍ％］以上がｎ型層４に含まれる金属元素である。混合領域が存在する場合、ｐ型光吸収層３のｎ型層４側の表面は、混合領域を除いたｐ型光吸収層３のｎ型層４側の表面であり、ｎ型層４のｐ型光吸収層３側の表面は、混合領域を除いたｎ型層４のｐ型光吸収層３側の表面である。

【0022】

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、２０００［ｎｍ］以上１５０００［ｎｍ］以下（１［μｍ］以上１５［μｍ］以下）が好ましく、２５００［ｎｍ］以上１００００［ｎｍ］以下がより好ましく、４０００［ｎｍ］以上１００００［ｎｍ］以下がさらにより好ましく、４０００［ｎｍ］以上８０００［ｎｍ］以下が好ましい。ｐ型光吸収層３は、表面に凹凸の高低差が少なくてｐ型光吸収層３の最小厚さと最大厚さの差は、０［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下が好ましく、０［ｎｍ］以上５０［ｎｍ］以下がより好ましい。ｐ型光吸収層３は、直方体形状を有する。

【0023】

シミュレーションソフトウェアとしてSCAPS（SCAPS-1D for thin film solar cells developed at ELIS, University of Gent）を用い、ポアソン方程式と電流連続の式を解く
計算を行なうシミュレーションによってｐ－型、ｉ型又はｎ－型のいずれかである第１領域３ａがｐ型光吸収層３のｎ型層４側に存在し、第１領域３ａとｎ型層４が接合することで、第１領域３ａが存在しない場合と比べて短絡電流密度が増加し、変換効率が向上することを発見した。

【0024】

第１領域３ａは、ｐ型光吸収層３中のｎ型ドーパント含まれた領域である。第１領域３ａは、ｎ型層４側の表面からｐ電極２側向かって存在する。Ｍ１で表される元素及びＭ２で表される元素が亜酸化銅のｎ型ドーパントであり、第１領域３ａにはＭ１で表される元素が含まれる、又は、Ｍ１又は／及びＭ２で表される元素が含まれる。第１領域３ａは、ｐ－型、ｉ型又はｎ型ドーパントを含むが電子濃度［ｃｍ^－３］が１０^１５［ｃｍ^－３］以上のように完全にはｎ型化していないｎ－型の領域である。第１領域３ａに含まれるｎ型ドーパントとして、Ｃｌを含むことが好ましい。第１領域３ａに含まれるｎ型ドーパントは、Ｃｌであることが好ましい。

【0025】

第１領域３ａのｎ型ドーパントはｎ型層４側が高濃度でｐ電極２側が低濃度になるように濃度が傾斜している場合がある。このとき、第１領域３ａには、ｎ－型、ｉ型とｐ－型のうちの２つ又は３つの導電型が存在する。

【0026】

第１領域３ａの厚さが１０［ｎｍ］程度や１００［ｎｍ］程度である第１領域３ａを設けても変換効率の向上は確認されないが、上記の厚さよりも非常に厚い第１領域３ａを設けることで短絡電流密度が顕著に増加し、変換効率が向上する。厚い第１領域３ａを設けてもＦＦ（曲線因子）が同程度か増加するため、厚い第１領域３ａは、変換効率の向上に寄与する。第１領域３ａの厚さは、１５００［ｎｍ］以上ｐ型光吸収層３の厚さ［ｎｍ］以下であることが好ましく、２０００［ｎｍ］以上ｐ型光吸収層３の厚さ［ｎｍ］以下であることがより好ましい。ｐ型光吸収層３が全体的に第１領域３ａである形態も、一部が第１領域３ａである形態も第１領域３ａが存在しない形態と比べて短絡電流密度及び変換効率が向上することがシミュレーションより明らかになった。

【0027】

第１領域３ａは、連続した１つの領域であることが好ましい。第１領域３ａがｐ型光吸収層３中において、分割した２つ以上の領域として存在しているとp型光吸収層内の空乏
層幅が狭くなるという理由によって短絡電流密度が低下してしまう。第１領域３ａとｎ型層４の間に第１領域３ａではないｐ型光吸収層３が存在するとp型光吸収層内の空乏層幅
が狭くなるという理由により短絡電流密度が低下してしまう。そこで、ｐ型光吸収層３のｎ型層４側の表面からｐ電極２側にむかって連続した１つの第１領域３ａが存在することが好ましい。

【0028】

ｐ型光吸収層３のｎ型層４側の表面に第１領域３と第１領域３ａではないｐ型光吸収層３の両方が存在すると、ｎ型層４は、第１領域３ａと接合している部分と第１領域３ａではないｐ型光吸収層３と接合している部分の両方が含まれることによって、部分的に空乏層幅が狭くなるという理由により短絡電流密度が低下してしまう。そこで、ｐ型光吸収層３のｎ型層４側の表面の全面に第１領域３ａ存在していることが好ましい。

【0029】

第１領域３ａが薄い領域であると第１領域３ａを設けることによる短絡電流密度増加の効果がほとんどない。第１領域３ａの厚さが十分にあることで、短絡電流密度が増加する。

【0030】

ｐ型光吸収層３の厚さが２０００［ｎｍ］以上４０００ｎｍ未満である場合、短絡電流密度を増大させる観点から第１領域３ａの厚さは、１５００［ｎｍ］以上ｐ型光吸収層３の厚さ［ｎｍ］以下であることがより好ましい。変換効率を向上させる観点からｐ型光吸収層３の厚さは、４０００［ｎｍ］ｍ以上１００００［ｎｍ］以下が好ましい。ｐ型光吸収層３の厚さが４０００［ｎｍ］以上である場合、ｐ型光吸収層３の厚さをｔ［ｎｍ］とするとき、第１領域３ａの厚さは、（（ｔ－４０００）／２）＋１５００［ｎｍ］以上ｔ［ｎｍ］以下であることが好ましく、（（ｔ－２０００）／２）＋１０００［ｎｍ］以上ｔ［ｎｍ］以下であることがより好ましく、（（ｔ－２０００）／２）＋２０００［ｎｍ］以上ｔ［ｎｍ］以下であることがさらにより好ましい。

【0031】

ｐ型光吸収層３の厚さが２０００［ｎｍ］以上４０００［ｎｍ］未満である場合、短絡電流密度を増大させる観点から第１領域３ａの厚さは、１５００［ｎｍ］以上ｔ［ｎｍ］未満が好ましく、１５００［ｎｍ］以上０．９ｔ［ｎｍ］以下がより好ましい。また、ｐ型光吸収層３の厚さが４０００［ｎｍ］以上である場合、第１領域３ａの厚さは、（（ｔ－４０００）／２）＋１５００［ｎｍ］以上ｔ［ｎｍ］未満であることが好ましく、（（ｔ－２０００）／２）＋１０００［ｎｍ］以上ｔ［ｎｍ］未満であることがより好ましく、（（ｔ－２０００）／２）＋２０００［ｎｍ］以上ｔ［ｎｍ］未満であることがさらにより好ましい。また、ｐ型光吸収層３の厚さが４０００［ｎｍ］以上である場合、第１領域３ａの厚さは、（（ｔ－４０００）／２）＋１５００［ｎｍ］以上０．９ｔ［ｎｍ］以下であることが好ましく、（（ｔ－２０００）／２）＋１０００［ｎｍ］以上０．９ｔ［ｎｍ］以下であることがより好ましく、（（ｔ－２０００）／２）＋２０００［ｎｍ］以上０．９ｔ［ｎｍ］以下であることがさらにより好ましい。

【0032】

短絡電流密度の増加効果は、第１領域３ａの厚さが２０００［ｎｍ］以上で顕著になる。そこで、ｐ型光吸収層３の厚さが２０００［ｎｍ］以上１５０００［ｎｍ］以下で、第１領域３ａの厚さが２０００［ｎｍ］以上ｔ［ｎｍ］以下であることが好ましい。ｐ型光吸収層３の一部は第１領域３ａではない場合、第１領域３ａの厚さが２０００［ｎｍ］以上ｔ［ｎｍ］未満であることが好ましく、２０００［ｎｍ］以上０．９ｔ［ｎｍ］以下であることが好ましい。第１領域３ａの厚さを２０００ｎｍ以上とする場合、ｐ型光吸収層３の厚さは、４０００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下が好ましく、４０００ｎｍ以上８０００ｎｍ以下がより好ましく、４０００ｎｍ以上６０００ｎｍ以下がさらにより好ましい。

【0033】

短絡電流密度を増加させる観点から、ｐ型光吸収層３の厚さが２０００［ｎｍ］以上１５０００［ｎｍ］以下、好ましくは４０００［ｎｍ］以上１００００［ｎｍ］以下、より好ましくは４０００［ｎｍ］以上８０００［ｎｍ］以下、さらにより好ましくは４０００［ｎｍ］以上６０００［ｎｍ］以下で、第１領域３ａの厚さは、２０００［ｎｍ］以上（（ｐ型光吸収層３の厚さ［ｎｍ］）－（ｐ型光吸収層３の厚さ［ｎｍ］－２０００［ｎｍ］）／４）［ｎｍ］以下であることがより好ましい。

【0034】

第１領域３ａの最小厚さと最大厚さの差は、０［ｎｍ］以上５００［ｎｍ］以下であることが好ましく、０［ｎｍ］以上３００［ｎｍ］以下であることがより好ましい。第１領域３ａの厚さのばらつきが少ないとｐ型光吸収層３内の空乏層幅のばらつきが少ないという理由により好ましい。

【0035】

第１領域３ａにおいて、Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ及びＩからなる群より選ばれる１種以上のハロゲン元素の総濃度（ｎ型ドーパントの濃度）［ｃｍ^－３］が１．０×１０^１４［ｃｍ^－３］以上１．０×１０^１９［ｃｍ^－３］以下であって、かつ、１．０×１０^１≦｛ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］｝／｛正孔濃度［ｃｍ^－３］｝≦５．０×１０^２６を満たすことが好ましい。第１領域３ａにＭ２で表される元素が含まれる場合、ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］は、Ｍｎ、Ｔｃ及びＲｅからなる群より選ばれる１種以上の元素の総濃度、又は、Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、Ｉ、Ｍｎ、Ｔｃ及びＲｅからなる群より選ばれる１種以上の元素の総濃度［ｃｍ^－３］である。上記｛ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］｝／｛正孔濃度［ｃｍ^－３］｝範囲を満たすとき、短絡電流密度が向上し、開放電圧及び曲率因子が中程度以上であるため、変換効率の高い太陽電池１００を得ることができる。

【0036】

ｎ型ドーパントによって短絡電流密度の増加を確認できたｐ型光吸収層３のバルクの正孔濃度（ｎ型ドーパントが含まれていない状態の正孔濃度）は、１．０×１０^１４［ｃｍ^－３］以上１．０×１０^１９［ｃｍ^－３］以下である。上記のｎ型ドーパントの濃度を満たす場合において、第１領域３ａの正孔濃度が高い場合や正孔濃度が低い場合には、第１領域３ａを設けることで、短絡電流密度が増加しない、又は、低下してしまう。バルクの正孔濃度によって、第１領域３ａの好ましい正孔濃度の範囲が異なる。そこで、発明者らのシミュレーションから、第１領域３ａのｎ型ドーパントの濃度と第１領域３ａの正孔濃度の関係から短絡電流密度が増加する条件を発見した。第１領域３ａにおいて、１．０×１０^１≦｛ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］｝／｛正孔濃度［ｃｍ^－３］｝≦５．０×１０^２６を満たすことが好ましい。

【0037】

なお、第１領域３ａの厚さが１５００ｎｍ未満である場合においても、短絡電流密度が顕著に増加する場合もあるが、第１領域３ａの厚さが１５００ｎｍ未満の場合、ｎ型ドーパントの濃度やバルクの正孔濃度（ｎ型ドーパントが含まれていない状態の正孔濃度）によって短絡電流密度が増加し難い形態も含まれる。第１領域３ａが１５００ｎｍ以上で、１．０×１０^１≦｛ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］｝／｛正孔濃度［ｃｍ^－３］｝≦５．０×１０^２６を満たすときは、いずれのシミュレーション結果でも短絡電流密度が増加している。

【0038】

第１領域３ａにおいて、ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］が１．０×１０^１４［ｃｍ^－３］以上１．０×１０^１９［ｃｍ^－３］以下であって、かつ、正孔濃度が４．０×１０^－１２［ｃｍ^－３］以上９．０×１０^１３［ｃｍ^－３］以下であることがより好ましい。第１領域３ａにおいて、ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］が９．０×１０^１４ｃ［ｍ^{－ ３}］以上１．０×１０^１７［ｃｍ^－３］以下であって、かつ、正孔濃度が５．０×１０^{－ １１}［ｃｍ^－３］以上２．０×１０^６［ｃｍ^－３］以下であることがさらにより好ましい。

【0039】

第１領域３ａのｎ型ドーパントの濃度の最小値と最大値の差は、１倍以上１０００倍以下であることが好ましく、１倍以上１００倍以下であることがより好ましく、１倍以上５０倍以下であることがさらにより好ましい。ただし、第１領域３ａのｎ型ドーパント濃度がｎ型層４側で高く、ｐ電極２側に向かって低くなるように傾斜している場合は、上記のｎ型ドーパント濃度の最小値と最大値の差よりも大きい場合がある。

【0040】

ｐ型光吸収層３の全体が第１領域３ａであってもよいが、ｐ型光吸収層３のｐ電極２側は、第１領域３ａではないことが好ましい。第１領域３ａではない領域のｐ型光吸収層３の正孔濃度は、第１領域３ａの正孔濃度の１倍以上１００，０００倍以下が好ましく、第１領域３ａの正孔濃度の５倍以上１０００００倍以下であることがより好ましく、第１領域３ａの正孔濃度の１０倍以上１０００００倍以下であることがさらにより好ましい。第１領域３ａではない領域のｐ型光吸収層３の正孔濃度は、１．０×１０^１４［ｃｍ^－３］以上１．０×１０^１９［ｃｍ^－３］以下であることが好ましく、１．０×１０^１５［ｃｍ^－３］以上１．０×１０^１８［ｃｍ^－３］以下であることがより好ましい。第１領域３ａではない領域のｐ型光吸収層３においてｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］が１．０×１０^１４［ｃｍ^－３］以上１．０×１０^１９［ｃｍ^－３］以下であること又は／及び１．０×１０^１≦｛ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］｝／｛正孔濃度［ｃｍ^－３］｝≦５．０×１０^２６を満たさない。

【0041】

亜酸化銅化合物のＭ３のうちＳｉ、Ｇｅ、Ｎ及びＰは亜酸化銅のｐ型ドーパントである。ｐ型光吸収層３にＳｉ、Ｇｅ、Ｎ及びＰからなる群より選ばれる１種以上が含まれる場合、第１領域３ａには、亜酸化銅のｐ型ドーパントが含まれている場合がある。第１領域３ａ中のＳｉ、Ｇｅ、Ｎ及びＰの総濃度［ｃｍ^－３］は、ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^{－ ３}］の３０％以下が好ましく、ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］の１０％以下であることがより好ましく、ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］の１％以下であることが好ましい。第１領域３ａにｐ型ドーパントが含まれる場合において、ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］は、Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ及びＩからなる群より選ばれる１種以上のハロゲン元素の総濃度、Ｍｎ、Ｔｃ及びＲｅからなる群より選ばれる１種以上の元素の総濃度、又は、Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、Ｉ、Ｍｎ、Ｔｃ及びＲｅからなる群より選ばれる１種以上の元素の総濃度［ｃｍ^－３］からＳｉ、Ｇｅ、Ｎ及びＰの総濃度［ｃｍ^－３］を差し引いた濃度［ｃｍ^－３］である。

【0042】

ｐ型光吸収層３において、第１領域３ａは、ｐ型光吸収層３のｎ型層４側を向く表面からｐ型光吸収層３のｐ電極２側に向かって存在している。ｐ型光吸収層３の全体が第１領域３ａである太陽電池１００及びｐ型光吸収層３の一部が第１領域３ａである太陽電池１００の両方が好ましい形態である。

【0043】

第１領域３ａと第１領域３ａではないｐ型光吸収層３との境界は、ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］の条件及び正孔濃度［ｃｍ^－３］と｛ｎ型ドーパントの濃度［ｃｍ^－３］｝／｛正孔濃度［ｃｍ^－３］｝の条件を満たさなくなる境界であって、結晶組織的な界面ではない。ｐ型光吸収層３の全体がｐ型領域３ａである場合は、第１領域３ａと第１領域３ａではないｐ型光吸収層３との境界が存在しない。

【0044】

図２の太陽電池の模式断面図に示すようにｐ型領域３ａを含んだｐ型光吸収層３は、ｐ電極２側にｐ＋型の第２領域３ｂを含むことが好ましい。第２領域３ｂを設けることで、再結合を抑制し、短絡電流密度を増加させることができる。

【0045】

第２領域３ｂは、正孔濃度が５．０×１０^１７［ｃｍ^－３］以上１．０×１０^２０［ｃｍ^－３］以下の領域である。第１領域３ａではないｐ型光吸収層３には、第２領域３ｂが含まれる場合がある。第２領域３ｂの領域厚さが薄すぎると、再結合抑制の効果が少なくなってしまう。また、第２領域３ｂの領域厚さが厚すぎると、第２領域３ｂの光キャリア生成の量子効率は第２領域３ｂ以外の光キャリア層の量子効率と比べて低いため、短絡電流が低下して好ましくない。そこで、第２領域３ｂの厚さは、０［ｎｍ］以上１００ｎｍ以下が好ましく、１［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下がより好ましく、１０［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下がより好ましい。

【0046】

ｐ型光吸収層３中に第１領域３ａ及び第２領域３ｂの両方が含まれる場合、ｐ型光吸収層３の第１領域３ａでも第２領域３ｂでもない領域の正孔濃度は、第１領域３ａの正孔濃度の１倍以上１０００００倍以下であり第２領域３ｂの正孔濃度の０．００００１倍以上０．１倍以下であることが好ましく、第１領域３ａの正孔濃度の５倍以上１０００００倍以下であり第２領域３ｂの正孔濃度の０．００００１倍以上０．０１倍以下であることがより好ましく、第１領域３ａの正孔濃度の１０倍以上１０００００倍以下であり第２領域３ｂの正孔濃度の０．００００１倍以上０．０１倍以下であることがさらにより好ましい。

【0047】

第２領域３ｂには、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ及びＰからなる群より選ばれる１種以上のｐ型ドーパントが含まれていることが好ましい。第２領域３ｂに含まれるｐ型ドーパントの濃度は、５．０×１０^１７［ｃｍ^－３］以上１．０×１０^２１［ｃｍ^－３］以下であることが好ましく、１．０×１０^１８［ｃｍ^－３］以上１．０×１０^２１［ｃｍ^－３］以下であることがより好ましい。

【0048】

ｐ型光吸収層３などの組成分析は、例えば、図３の分析スポットを説明する図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（Ａ１～Ａ９）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。ｐ型光吸収層３の組成を分析する場合、Ｄ１はｐ型光吸収層３の幅方向の長さであり、Ｄ２はｐ型光吸収層３の奥行き方向の長さである。組成分析は、例えば、ｎ型層４の表面からｐ電極２に向かって行なう。

【0049】

ｐ型光吸収層３の組成は、ｐ型光吸収層３の厚さをｄ_１とする場合、ｐ電極２側のｐ型光吸収層３の表面から０．１ｄ_１、０．２ｄ_１、０．３ｄ_１、０．４ｄ_１、０．５ｄ_１、０．６ｄ_１、０．７ｄ_１、０．８ｄ_１、０．９ｄ_１の深さにおける組成の平均値である。ＳＩＭＳの場合、ｐ型光吸収層３の表面を分析するとｎ型層４の元素が検出されやすいため、０．１ｄ_１地点からｐ型光吸収層３の分析することで平均組成を求めることが好ましい。０．１ｄ_１、０．２ｄ_１、０．３ｄ_１、０．４ｄ_１、０．５ｄ_１、０．６ｄ_１、０．７ｄ_１、０．８ｄ_１、０．９ｄ_１の深さにおいてｎ型ドーパントを含めた全体組成をまず求める。再度ＳＩＭＳ測定でｎ型ドーパントの濃度のみを分析することで、詳細なｎ型ドーパントの濃度のプロファイルが求まる。求めたｎ型ドーパントの濃度プロファイルからｐ型光吸収層３中の第１領域３ａの存在推定位置と第２領域３ｂの存在位置とｐ型光吸収層３全体のｎ型ドーパントの濃度を求めることができる。

【0050】

ｎ型ドーパントの濃度から求めた第１領域３ａと第２領域３ｂの存在推定位置の情報を用いて、ｐ型光吸収層３の正孔濃度を求める。例えば、ｐ型光吸収層３の厚さが６μｍで、第１領域３ａがｐ型光吸収層３のｎ型層４側の表面から４μｍまでの深さに存在すると推定されるとき、例えば、まず、ｎ型層４側からｐ型光吸収層３側に向かって研磨又はエッチングによって部材を除去して、ｐ型光吸収層３単体の全体の正孔濃度を測定する。次いで、ｐ型光吸収層３のｐ電極２側からｐ型光吸収層３を除去しながら例えば除去厚さ５００ｎｍ毎に正孔濃度を測定する。ｐ型光吸収層３のｎ型層４側の表面からの厚さが４μｍ前後になるまでｐ型光吸収層３をｐ電極２側から除去して上記第１領域３ａの正孔濃度の条件を満たす位置を求める。正孔濃度を求める際の除去厚さの間隔を５００ｎｍから１００ｎｍにすることで、測定精度を高めることができる。そして、ｎ型ドーパントの濃度と正孔濃度の条件を満たしている領域を第１領域３ａとする。また、求められた正孔濃度から、ｐ型光吸収層３の第１領域３ａを除いた領域の正孔濃度も求めることができる。

【0051】

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。

【0052】

ｐ型光吸収層３がカルコパイライト構造を有する化合物を含む場合、カルコパイライト構造を有する化合物として、例えば、１１族元素（Ｃｕ、Ａｇ）、１３族元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）及び１６族（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）を含む化合物が挙げられる。カルコパイライト構造を有する化合物のｎ型ドーパントとしては、Ｚｎ又は／及びＣｄが好ましい。

【0053】

ｐ型光吸収層３がケステライト構造を有する化合物を含む場合、ケステライト構造を有する化合物として、例えば、Ｃｕ_２ＺｎＳｎ（Ｓ，Ｓｅ）_４が挙げられる。ケステライト構造を有する化合物のｎ型ドーパントとしては、Ｃｄが好ましい。

【0054】

ｐ型光吸収層３がスタンナイト構造を有する化合物を含む場合、スタンナイト構造を有する化合物として、例えば、Ｃｕ_２（Ｆｅ、Ｚｎ）Ｓｎ（Ｓ，Ｓｅ）_４が挙げられる。スタンナイト構造を有する化合物のｎ型ドーパントとしては、Ｃｄが好ましい。

【0055】

ｐ型光吸収層３がペロブスカイト構造を有する化合物を含む場合、ペロブスカイト構造を有する化合物として、ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＸ_３（Ｘは少なくとも１種以上のハロゲン）が挙げられる。

【0056】

ｎ型層４は、ｎ型の半導体層である。ｎ型層４は、ｐ型光吸収層３とｎ電極５との間に配置される。ｎ型層４は、ｐ型光吸収層３上に設けられていることが好ましい。ｎ型層４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。ｎ型層４は、Ｇａを含む酸化物を含む半導体層、又は、ｎ型の亜酸化銅化合物を含む半導体層を含むことが好ましい。Ｇａを含む酸化物を含む半導体層、又は、ｎ型の亜酸化銅化合物を含む半導体層がｐ型光吸収層３とｐｎ接合（混合領域がｉ型であればｐｉｎ接合）を形成する。ｎ型層４にＧａを含む酸化物を含む半導体層を用いるとき、太陽電池１００は、ヘテロ接合型の太陽電池である。ｎ型層４に亜酸化銅化合物を含む半導体層を用いるとき、太陽電池１００は、ホモ接合型の太陽電池である。ｎ型層４は、Ｇａを含む酸化物を含む半導体層、又は、ｎ型の亜酸化銅化合物を含む半導体層の単層でもよいし、多層でもよい。多層のｎ型層４は、組成の異なるＧａを含む酸化物を含む半導体層が複数層含まれる形態やｎ型の亜酸化銅化合物を含む半導体層組成の異なるＧａを含む酸化物を含む半導体層が複数層含まれる形態が挙げられる。ヘテロ接合型の太陽電池であってもホモ接合型の太陽電池であっても空乏層幅が拡大することで理論上は短絡電流密度が向上するため、ヘテロ接合型の太陽電池及びホモ接合型の太陽電池において第１領域３ａを設けることによって短絡電流密度及び変換効率が向上する。

【0057】

Ｇａを主成分とする化合物（酸化物）を含むことが好ましい。ｎ型層４はＧａを主成分とする酸化物に他の酸化物が混合していてもよいし、Ｇａを主成分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を主成分とする酸化物と他の酸化物が混合していてもよい。ｎ型層４は、単層又は多層である。ｎ型層４に含まれる金属元素のうち、Ｇａが４０原子％以上であることが好ましく、５０原子％以上であることがより好ましい。ｎ型層４に含まれる金属元素は、ｐ型光吸収層３側からｎ電極５側に傾斜していてもよい。

【0058】

ｎ型層４は、Ｍ３で表される元素とＧａを含む酸化物を含むことが好ましい。Ｇａを主成分とする酸化物は、例えば、Ｍ３で表される元素とＧａを含む酸化物である。ｎ型層４は、Ｈ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｂ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＣａからなる群より選ばれる１種以上の元素であるＭ３とＧａを含む酸化物を含むことが好ましい。ｎ型層４は、Ｈ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｂ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＣａからなる群より選ばれる１種以上の元素であるＭ３とＧａを含む酸化物を９０ｗｔ％以上１００ｗｔ％以下含むことが好ましい。ｎ型層４のＧａを主成分とする化合物は、平均組成がＧａ_ｈＭ３_ｉＯ_ｊで表されるＭ３とＧａを含む酸化物であることが好ましい。ｈ、ｉ及びｊは、１．８≦ｈ≦２．１、０≦ｉ≦０．２及び２．９≦ｊ≦３．１を満たすことが好ましい。

【0059】

ｎ型層４の９０［ｗｔ％］以上１００［ｗｔ％］以下は、Ｍ３とＧａを含む酸化物であることが好ましい。ｎ型層４の９５［ｗｔ％］以上１００［ｗｔ％］以下は、Ｍ３とＧａを含む酸化物であることがより好ましい。ｎ型層４の９８［ｗｔ％］以上１００［ｗｔ％］以下は、Ｍ３とＧａを含む酸化物で表される化合物であることがさらにより好ましい。ｎ型層４に含まれるＣｕは、ｎ型層４を成膜する原料には含まれず、ｐ型光吸収層３に含まれるＣｕがｎ型層４に拡散したものである。ｐ型光吸収層３の成膜時に他の元素も用いる場合はこれらの元素もｎ型層４に拡散する場合がある。

【0060】

ｎ型層４の膜厚は、典型的には、３［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下である。ｎ型層４の厚さが３ｎｍ未満であるとｎ型層４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。ｎ型層４の厚さが５０［ｎｍ］を超えると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、ｎ型層４の厚さは３［ｎｍ］以上２０［ｎｍ］以下がより好ましく、５［ｎｍ］以上２０［ｎｍ］以下がさらにより好ましい。

【0061】

なお、ｎ型層４の化合物の組成は、特に条件を付けなければｎ型層４全体の平均組成である。ｎ型層４の組成は、ｎ型層４の厚さをｄ_４とする場合、ｐ型光吸収層３側のｎ型層４の表面から０．２ｄ_４、０．５ｄ_４、０．８ｄ_４の深さにおける組成の平均値である。ｎ型層４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、ｎ型層４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、ｎ型層４が非常に薄い場合（例えば５ｎｍ以下）は、ｐ型光吸収層３側のｎ型層４の表面から０．５ｄの深さにおける組成をｎ型層４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３の分析スポットを説明する図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（Ａ１～Ａ９）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
３は太陽電池１００を光の入射側から見た模式図である。ｎ型層４の組成を分析する場合、Ｄ１はｎ型層４の幅方向の長さであり、Ｄ２はｎ型層４の奥行き方向の長さである。

【0062】

ｐ型光吸収層３が亜酸化銅を含まない形態において、ｎ型の酸化物層などをｎ型層４として用いることができる。

【0063】

ｎ電極５は、可視光に対して、光透過性を有するｎ型層４側の電極である。ｎ電極５は、ｎ型層４上に設けられていることが好ましい。ｎ電極５とｐ型光吸収層３によってｎ型層４を挟んでいる。ｎ型層４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。ｎ電極５には、酸化物透明導電膜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種以上の半導体導電膜であることが好ましい。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。ｎ電極５は、酸化物透
明導電膜を低抵抗化するために、メッシュやライン形状の電極を含むことができる。メッシュやライン形状の電極には、Ｍｏ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、ＴａやＷなど特に限定されない。ｎ電極５には、グラフェンも用いることができる。グラフェンは、銀ナノワイヤと積層させることが好ましい。

【0064】

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、５０［ｎｍ］以上２［μｍ］以下である。

【0065】

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。

【0066】

（第２実施形態）
第２実施形態は、多接合型太陽電池に関する。図４に第２実施形態の多接合型太陽電池の断面概念図を示す。図４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２００は、３以上の太陽電池を接合させた太陽電池も含まれる。

【0067】

第１実施形態の第１太陽電池１００のｐ型光吸収層（亜酸化銅）３のバンドギャップが２．０［ｅＶ］以上２．２［ｅＶ］以下程度であるため、第２太陽電池２０１の光吸収層のバンドギャップは、１．０［ｅＶ］以上１．６［ｅＶ］以下であることが好ましい。第２太陽電池２０１の光吸収層としては、Ｉｎの含有比率が高いＣＩＧＳ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。

【0068】

（第３実施形態）
第３実施形態は、太陽電池モジュールに関する。図５に第３実施形態の太陽電池モジュール３００の斜視図を示す。図５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。

【0069】

図６に太陽電池モジュール３００の断面図を示す。図６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３０２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６の太陽電池モジュール３００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。

【0070】

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３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３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。

【0071】

（第４実施形態）
第４実施形態は太陽光発電システムに関する。第４実施形態の太陽電池モジュールは、第４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７に実施形態の太陽光発電システム４００の構成図を示す。図７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。

【0072】

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３０３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。

【0073】

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。

【0074】

太陽光発電システム４００の利用例として車両を示す。図８に車両５００の構成概念図を示す。図８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５０２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５０２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５０２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。

【0075】

太陽光発電システム４００の利用例として飛翔体（ドローン）を示す。飛翔体は、太陽電池モジュール４０１を用いている。本実施形態にかかる飛翔体の構成を、図９の飛翔体６００の模式図を用いて簡単に説明する。飛翔体６００は、太陽電池モジュール４０１、機体骨格６０１、モーター６０２、回転翼６０３と制御ユニット６０４を有する。太陽電池モジュール４０１、モーター６０２、回転翼６０３と制御ユニット６０４は、機体骨格６０１に配置している。制御ユニット６０４は、太陽電池モジュール４０１から出力した電力を変換したり、出力調整したりする。モーター６０２は太陽電池モジュール４０１から出力された電力を用いて、回転翼６０３を回転させる。実施形態の太陽電池モジュール４０１を有する本構成の飛翔体６００とすることで、より多くの電力を用いて飛行することができる飛翔体が提供される。
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。

【0076】

（実施例Ａ－１～Ａ－９、比較例Ａ－１～Ａ－１５）
以下の条件でシミュレーションを行なった。太陽電池１００は、ｐ型光吸収層３、ｎ型層４、ｎ電極５が順に積層した構成である。シミュレーションによって、開放電圧［Ｖ］、短絡電流密度［ｍＡ／ｃｍ^３］、曲率因子、変換効率を求めた。シミュレーションにおいて、基板１を考慮に入れていないが、基板１の有無はシミュレーションで考慮されないため、基板１が存在する場合においても下記の実施形態と同様の結果が得られる。シミュレーションにおいて、シミュレーションにおいて、ｐ電極２を考慮に入れていない。シミュレーションソフトは、太陽電池の層数に制限がある。ｐ型光吸収層３とｐ電極２がオーミック接合をするのであれば、ｐ電極２の具体的な層組成を考慮しなくても太陽電池１００の直列抵抗Ｒｓの抵抗値として評価をすることができる。そこで、ｐ型光吸収層３とｐ電極２がオーミック接合する前提（直列抵抗Ｒｓにｐ電極２のシート抵抗と界面抵抗が反映されている前提）で、ｐ電極２が含まれない太陽電池１００のシミュレーションを行なった。

【0077】

ｐ型光吸収層３：Ｃｕ_２Ｏ層 厚さ、欠陥準位、ｎ型ドーパントがドープされた状態の第１領域３ａの正孔濃度（正孔濃度）、第１領域３ａの厚さは図１０の表に示す。
ｎ型層４：Ｇａ_２Ｏ_３層 厚さ１１［ｎｍ］。
ｎ電極５：Ｚｎ_０．８０Ｓｎ_０．２０Ｏ_１．２層（厚さ１１ｎｍ）とＡｌ添加ＺｎＯ層（厚さ５７［ｎｍ］）の積層。
ｎ型ドーパント：Ｃｌ。
直列抵抗Ｒｓ＝８［Ω・ｃｍ］
シミュレーション方法：SCAPS ポアソン方程式と電流連続の式を解く。

【0078】

図１０の表において、各実施例と比較対象（コントロール）の比較例番号も示している。ｎ型ドーパントの濃度が０の比較例の正孔濃度は、ｎ型ドーパントがドープされていない状態の正孔濃度である。実施例のｐ型光吸収層３のノンドープ状態の正孔濃度は、比較対象の比較例の正孔濃度である。シミュレーションを行なって得られた開放電圧［Ｖ］、短絡電流密度［ｍＡ／ｃｍ^３］、曲率因子、変換効率を図１１の表に示す。

【0079】

実施例Ａでは、第１領域３ａの厚さに関して評価をしている。ｐ型光吸収層３の厚さが４０００ｎｍ及び６０００ｎｍにおいて、第１領域３ａの膜厚が厚い方が短絡電流密度及び変換効率が向上した。第１領域３ａの厚さが薄い場合には、短絡電流密度及び変換効率の向上が少なく、第１領域３ａの厚さは、１５００ｎｍ以上が好ましい。しかし、ｐ型光吸収層３の膜厚が厚い場合において、第１領域３ａの厚さが厚すぎるとバルク内再結合の影響が大きくなって曲線因子の低下が確認された。ｐ型光吸収層３の厚さが６０００ｎｍの場合、第１領域３ａの厚さが４０００ｎｍのときに最も変換効率が向上した。

【0080】

（実施例Ｂ－１～Ｂ－１５、比較例Ｂ－１～Ｂ－１３）
以下の条件でシミュレーションを行なった。太陽電池１００は、実施例Ａと同じく、ｐ型光吸収層３、ｎ型層４、ｎ電極５が順に積層した構成である。シミュレーションによって、開放電圧［Ｖ］、短絡電流密度［ｍＡ／ｃｍ^３］、曲率因子、変換効率を求めた。実施例Ａと同様にｐ型光吸収層３にはＣｕ_２Ｏ層を用い、ｐ型光吸収層３の厚さ、欠陥準位、ｎ型ドーパントがドープされた状態の第１領域３ａの正孔濃度（正孔濃度）、第１領域３ａの厚さは図１２の表に示す。シミュレーションを行なって得られた開放電圧［Ｖ］、短絡電流密度［ｍＡ／ｃｍ^３］、曲率因子、変換効率を図１３の表に示す。

【0081】

実施例Ｂでは、ｎ型ドーパントの濃度に関して評価をしている。空乏層幅の拡大が目的であるため、第１領域３ａがi型に近づくほど高い変換効率が得られる。しかし、第１領
域３ａが明らかなｎ型になると短絡電流密度が低下した。第１領域３ａが明らかなｎ型である場合（比較例Ｂ－６、Ｂ－１２、Ｂ－１３）、第１領域３ａの厚さが厚いほど短絡電流密度が大きく低下した。ｎ型ドーパントの濃度／正孔濃度は、１０未満である（例えば、比較例Ｂ－１から比較例Ｂ－５）において、曲率因子は低下傾向である。ｎ型ドーパントの濃度／正孔濃度は、１０以上である（例えば、実施例Ｂ－１から実施例Ｂ－４）において、曲率因子は増加傾向であり、かつ、短絡電流密度の増加も認められた。ｎ型ドーパントの濃度／正孔濃度が５．０×１０^２６より大きくなると、短絡電流密度及び曲率因子は低下傾向になった。

【0082】

（実施例Ｃ－１～Ｃ－５、比較例Ｃ－１～Ｃ－２７）
以下の条件でシミュレーションを行なった。太陽電池１００は、実施例Ａと同じく、ｐ型光吸収層３、ｎ型層４、ｎ電極５が順に積層した構成である。シミュレーションによって、開放電圧［Ｖ］、短絡電流密度［ｍＡ／ｃｍ^３］、曲率因子、変換効率を求めた。実施例Ａと同様にｐ型光吸収層３にはＣｕ_２Ｏ層を用い、ｐ型光吸収層３の厚さ、欠陥準位、ｎ型ドーパントがドープされた状態の第１領域３ａの正孔濃度（正孔濃度）、第１領域３ａの厚さは図１４、１６の表に示す。シミュレーションを行なって得られた開放電圧［Ｖ］、短絡電流密度［ｍＡ／ｃｍ^３］、曲率因子、変換効率を図１５、１７の表に示す。

【0083】

図１４、図１５、図１６及び図１７に示すように、実施例Ｃでは、ｎ型ドーパントのドープ前の状態における正孔濃度とｎ型ドーパントの濃度を変えて評価をしている。ドープ前の状態におけるｐ型光吸収層３の正孔濃度が低い場合は既に空乏層幅が広いため、ｎ型ドーパントによる短絡電流密度の向上効果が低い。ｐ型光吸収層３の正孔濃度が１０^１７［ｃｍ^－３］以上の場合において、ｎ型ドーパント濃度/正孔濃度が１０^２１以下のとき
に空乏層幅が広がらずバルク内再結合が増加するだけとなり短絡電流密度と曲線因子が低下する。また、ドープ前の状態におけるｐ型光吸収層３の正孔濃度が高い場合、中間の場合、低い場合において、正孔濃度の数値と短絡電流密度及び変換効率が向上する関係性がなかったが、ｎ型ドーパント濃度に加え、ｎ型ドーパント濃度/正孔濃度も考慮すること
で、短絡電流密度及び変換効率が向上するドーピング条件が判明した。ｎ型ドーパント濃度/正孔濃度も考慮することで判明したドーピングの条件では、ドープ前のｐ型光吸収層
３の正孔濃度が１０^１４から１０^１９の範囲で短絡電流密度と変換効率が向上した。ドープ前の状態で短絡電流密度と変換効率が高い太陽電池において、第１領域３ａによる短絡電流密度と変換効率が大きく向上しており、第１領域３ａを設けることが高効率な太陽電池をさらに高効率にすることができることがわかった。ｎ型ドーパント濃度/正孔濃度が
１０未満の場合と５．０×１０^２６より大きい場合では、短絡電流密度が低いなどの理由で変換効率が低いか十分に高く無い。ｎ型ドーパント濃度/正孔濃度が１０以上５．０×
１０^２６で型ドーパントの濃度は、１．０×１０^１４［ｃｍ^－３］以上１．０×１０^１９［ｃｍ^－３］以下の場合には、短絡電流密度と変換効率の向上が確認された。

【0084】

（実施例Ｄ－１～Ｄ－４、比較例Ｄ－１）
以下の条件でシミュレーションを行なった。太陽電池１００は、実施例Ａと同じく、ｐ型光吸収層３、ｎ型層４、ｎ電極５が順に積層した構成である。シミュレーションによって、開放電圧［Ｖ］、短絡電流密度［ｍＡ／ｃｍ^３］、曲率因子、変換効率を求めた。実施例Ａと同様にｐ型光吸収層３にはＣｕ_２Ｏ層を用い、ｐ型光吸収層３の厚さ、欠陥準位、第２領域３ｂの正孔濃度（正孔濃度）、第２領域３ｂの厚さは図１８の表に示す。シミュレーションを行なって得られた開放電圧［Ｖ］、短絡電流密度［ｍＡ／ｃｍ^３］、曲率因子、変換効率を図１９の表に示す。

【0085】

実施例Ｄでは、第２領域３ｂに関して評価をしている。第２領域３ｂ、つまり、ｐ＋型領域がｐ型光吸収層３の裏面側に存在すると、裏面側の正孔濃度が増加する。裏面側の局所的な正孔濃度の増加によって裏面再結合が減少して短絡電流密度が増加する。
明細書中一部の元素は、元素記号のみで示している。

【符号の説明】

【0086】

１００…太陽電池（第１太陽電池）、１…基板、２…ｐ電極、３…ｐ型光吸収層、３ａ…第１領域、３ｂ…第２領域、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）
６００…飛翔体、６０１…機体骨格、６０２…モーター、６０３…回転翼、６０４…制御ユニット

【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】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】