特表 2022-510311 ３端子タンデム太陽光発電ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-26

(54)【発明の名称】３端子タンデム太陽光発電ユニット

(51)【国際特許分類】

   H01L 51/44 20060101AFI20220119BHJP

   H01L 31/078 20120101ALI20220119BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 122

H01L31/04 112Z

H01L31/06 600

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021531092

(86)(22)【出願日】2019-12-16

(85)【翻訳文提出日】2021-06-18

(86)【国際出願番号】 EP2019085326

(87)【国際公開番号】W WO2020127030

(87)【国際公開日】2020-06-25

(31)【優先権主張番号】18306778.4

(32)【優先日】2018-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520478437

【氏名又は名称】トタル エスイー

(71)【出願人】

【識別番号】507030070

【氏名又は名称】エレクトリシテ ド フランス

(71)【出願人】

【識別番号】592236245

【氏名又は名称】サントル・ナシオナル・ドゥ・ラ・ルシェルシュ・シアンティフィク

【氏名又は名称原語表記】ＣＥＮＴＲＥ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＤＥ ＬＡＲＥＣＨＥＲＣＨＥ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＱＵＥ

(71)【出願人】

【識別番号】521231374

【氏名又は名称】エコール ポリテクニーク

(71)【出願人】

【識別番号】521217080

【氏名又は名称】アンスティテュ フォトボルタイク ディル ド フランス

(71)【出願人】

【識別番号】521231385

【氏名又は名称】レール リキード ソシエテ アノニム

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】ヒルト，フローリアン

(72)【発明者】

【氏名】シュルツ，フィリップ

(72)【発明者】

【氏名】ドライ，エチエンヌ

【テーマコード（参考）】

5F151

【Ｆターム（参考）】

5F151AA02

5F151AA03

5F151AA07

5F151AA08

5F151AA09

5F151AA10

5F151AA11

5F151DA15

5F151FA03

5F151FA04

5F151FA06

5F151FA16

5F151FA30

(57)【要約】

本発明は、３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）に関し、３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）は、－ペロブスカイト型の化合物から作られた第１の吸収層（７）と、－第２の吸収層（１１、１１’）と、－第１の吸収層（７）の表側に配置された第１および第２の櫛歯形表接点（５ａ、５ｂ）であって、第１の表接点（５ａ）は第１の極性を有し、第２の表接点（５ｂ）は第２の極性を有する、第１および第２の櫛歯形表接点（５ａ、５ｂ）と、－第２の吸収層（１１、１１’）の裏側に配置された第１および第２の極性を有する裏接点（１７、１７’）と、－第１（７）および第２の吸収層（１１、１１’）の間に配置された界面層（９、９０、９’、９０’）であって、第１の極性に従ってドープされた第１の半導体副層（９ａ、９０ａ、９ａ’、９０ａ’）と、第２の極性に従ってドープされた第２の副層（９ｂ、９０ｂ、９ｂ’、９０ｂ’）とを含み、かつ、裏接点（１７、１７’）の極性とは異なる極性に関連したキャリアを第２の吸収層（１１、１１’）から第１の吸収層（７）に輸送し、裏接点（１７、１７’）の極性とは異なる極性を有する表接点（５ａ、５ｂ）に収集可能に構成された界面層（９、９０、９’、９０’）と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）であって、
－ペロブスカイト型の結晶構造を有する化合物から作られ、かつ、表側と裏側とを備える第１の吸収層（７）と、
－表側と裏側とを備える第２の吸収層（１１、１１’）と、
－前記第１の吸収層（７）の前記表側に配置された第１および第２の櫛歯型表接点（５ａ、５ｂ）であって、前記第１の表接点（５ａ）は第１の極性を有し、前記第２の表接点（５ｂ）は第２の極性を有する、第１および第２の櫛歯型表接点（５ａ、５ｂ）と、
－前記第２の吸収層（１１、１１’）の前記裏側に配置され、前記第１または第２の極性を有する裏接点（１７、１７’）と、
－前記第１（７）および第２（１１、１１’）の吸収層の間に配置された界面層（９、９０、９’、９０’）であって、前記第１の極性に従ってドープされた第１の半導体副層（９ａ、９０ａ、９ａ’、９０ａ’）と、前記第２の極性に従ってドープされた第２の副層（９ｂ、９０ｂ、９ｂ’、９０ｂ’）とを含み、かつ、前記裏接点（１７、１７’）の前記極性とは異なる極性に関連したキャリアを前記第２の吸収層（１１、１１’）から前記第１の吸収層（７）に輸送し、前記裏接点（１７、１７’）の前記極性とは異なる極性を有する前記表接点（５ａ、５ｂ）で収集可能に構成された界面層（９、９０、９’、９０’）と、を備える３端子タンデム太陽光発電ユニット。

【請求項2】

前記界面層（９、９０、９’、９０’）がトンネル接合層である、請求項１に記載の３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）。

【請求項3】

前記界面層（９、９０、９’、９０’）が、透明導電性酸化物の２つの副層から作られた再結合層である、請求項１に記載の３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）。

【請求項4】

前記第２の吸収層（７）が結晶シリコンから作られている、請求項１～３のいずれか１項に記載の３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）。

【請求項5】

前記第２の吸収層（７）は、
－ＩＩＩ－Ｖ族半導体合金、
－ペロブスカイト型の結晶構造を有する化合物、
－銅インジウムガリウムセレン化物「ＣＩＧＳ」、
－テルル化カドミウム「ＣｄＴｅ」、の合金のうちの１つの合金から作られる、請求項１～３に記載の３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）。

【請求項6】

前記第１の極性は、関連するキャリアとして正孔を有するｐ型極性に対応し、前記第２の極性は、関連するキャリアとして電子を有するｎ型極性に対応する、請求項１～５のいずれか１項に記載の３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）。

【請求項7】

前記裏接点（１７、１７’）が前記第１の極性を有し、かつ、裏面電界（１３）を含み、前記第２の吸収層（１１、１１’）が前記第１の極性に従ってドープされている、請求項６に記載の３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）。

【請求項8】

前記トンネル接合は、前記第１の極性に従って高濃度にドープされ、かつ、前記第２の吸収層（１１、１１’）の前記表側と接触して配置された副層と、前記第２の極性に従ってドープされ、かつ、前記第１の吸収層（７）の前記裏側に接触して配置された副層と、を含む、請求項７に記載の３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）。

【請求項9】

前記裏接点（１７、１７’）が前記第２の極性を有し、前記第２の吸収層（１１、１１’）が前記第２の極性に従ってドープされている、請求項６に記載の３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）。

【請求項10】

前記トンネル接合は、前記第２の極性に従って高濃度にドープされ、かつ、前記第２の吸収層（１１、１１’）の前記表側と接触して配置された副層と、前記第１の極性に従ってドープされ、前記第１の吸収層（７）の前記裏側に接触して配置された副層と、を含む、請求項９に記載の３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）。

【請求項11】

前記表および裏接点（５ａ、５ｂ、１７、１７’）は、パッシベーション接点である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）。

【請求項12】

前記第１および第２の表接点（５ａ、５ｂ）は、それぞれ正孔輸送層「ＨＴＬ」および電子輸送層「ＥＴＬ」を含む、請求項６に記載の３端子タンデム太陽光発電ユニット。

【請求項13】

前記正孔輸送層は、
－酸化ニッケル「ＮｉＯ_Ｘ」_、
－酸化モリブデン「ＭｏＯ_Ｘ」、
－酸化タングステン「ＷＯ_Ｘ」、
－２，２’，７，７’－テトラキス－（Ｎ，Ｎ－ジ－４－メトキシフェニルアミノ）－９，９’－スピロビフルオレン「スピロ－ＯＭｅＴＡＤ」、
－ポリ（トリアリールアミン）「ＰＴＡＡ」、
－ポリ（３－ヘキシルチオフェン）「Ｐ３ＨＴ」、
－ポリ（スチレンスルホン酸）でドープしたポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」、
－チオシアン酸銅（Ｉ）「ＣｕＳＣＮ」、
－酸化コバルト「ＣｏＯ_Ｘ」、
－酸化クロム「ＣｒＯ_Ｘ」、
－ヨウ化銅（Ｉ）「ＣｕＩ」、
－硫化銅「ＣｕＳ」、
－酸化銅「ＣｕＯ_Ｘ」、
－酸化バナジウム「Ｖｏ_Ｘ」、のうちの１つから作られ、
前記電子輸送層は、
－酸化スズ「ＳｎＯ_Ｘ」、
－酸化チタン「ＴｉＯ_Ｘ」、
－酸化亜鉛「ＺｎＯ_Ｘ」、
－炭素、Ｃ_６０および誘導体、
－ジルコニア「ＺｒＯ_Ｘ」、
－黒鉛、
－グラフェン、
－酸化グラフェン「ｒＧＯ」、のうちの１つから作られる、請求項１２に記載の３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）。

【請求項14】

前記表および裏接点（５ａ、５ｂ、１７、１７’）は、金属グリッドまたは透明導電性酸化物グリッドを含む、請求項１～１３のいずれか１項に記載の３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）。

【請求項15】

３端子タンデム太陽光発電ユニット（１）の製造プロセスであって、
－裏面および表面を有する光透過性基板を設けるステップ（１０１）と、
－前記基板の前記表面に第１または第２の極性を有する裏接点を堆積するステップ（１０２）と、
－前記裏接点に第２の吸収層を堆積するステップ（１０３）と、
－前記第２の吸収層上に、トンネル接合の第１の高濃度ドープ半導体副層を堆積するステップ（１０４）と、
－前記第１の副層上に、前記トンネル接合の第２のドープ半導体副層を堆積するステップ（１０５）と、
－前記第２の副層上に、ペロブスカイト型の結晶構造を有する化合物から作られた第１の吸収層を堆積するステップ（１０６）と、
－前記第１の吸収層上に、第１および第２の櫛歯型表接点を堆積するステップであって、前記第１の表接点が第１の極性を有し、前記第２の表接点が第２の極性を有する、ステップ（１０７）と、を含む製造プロセス。

【請求項16】

３端子タンデム太陽光発電ユニットの製造プロセスであって、
－結晶シリコン系光電池を設けるステップであって、前記結晶シリコン系光電池は、光が結晶シリコン層に当たる側になるように構成された表側、および前記表側と反対側の裏側を備える前記結晶シリコン層と、前記結晶シリコン層の前記裏側に配置された第１の組の層と、前記結晶シリコン層の前記表側に配置された第２の組の層と、を備える、ステップ（２０１）と、
－前記結晶シリコン光電池の前記第２の組の層を除去するステップ（２０２）と、
－前記結晶シリコン層の前記表側に、トンネル接合の第１の高濃度ドープ半導体副層を堆積するステップ（２０３）と、
－前記第１の副層上に、前記トンネル接合の第２のドープ半導体副層を堆積するステップ（２０４）と、
－前記第２の副層上に、ペロブスカイト型結晶構造から作られた第１の吸収層（７）を堆積するステップ（２０５）と、
－前記第１の吸収層上に、第１および第２の櫛歯形表接点（５ａ、５ｂ）を堆積するステップであって、前記第１の表接点は第１の極性を有し、前記第２の表接点は第２の極性を有する、ステップ（２０６）と、を含む製造プロセス。

【請求項17】

前記第２の組の層を除去するステップ（２０２）は、フッ化水素酸またはフッ化水素酸と硝酸との混合物を使用するエッチングステップおよび／または研磨ステップを含む、請求項１６に記載の製造プロセス。

【請求項18】

請求項１～１４のいずれか１項に記載された３端子タンデム太陽光発電ユニットを機能させる方法であって、前記第１の吸収層（７）で生成された電流と、前記第２の吸収層（１１，１１’）で生成された電流とが釣り合うように、前記第１および第２の櫛歯形表接点（５ａ、５ｂ）の間で生成される電流が調整される、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽光発電エネルギーの生成に関し、特に太陽エネルギーを電気に変換することが可能な太陽光発電ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

気候変動、地球温暖化、および、化石燃料の枯渇に伴い、代替資源、特に再生可能エネルギー資源を使用するための多くの技術が過去数年に渡って開発されてきた。

【0003】

主な技術の１つは、光電池を使用して太陽エネルギーを電気に変換することである。

【0004】

太陽電池は、光が吸収されて電子と正孔のペアを作成するＰＮ接合と、一方側で電子を収集し、他方側で正孔を収集する対向電極と、を備える。

【0005】

太陽電池の効率を改善するための１つの方法は、複数の太陽電池を積み重ねて、多重接合、すなわちタンデム太陽電池を形成することである。

【0006】

種々の形式のタンデム太陽電池が開発されているが、構成ごとにいくつかの欠点があり得る。例えば、２端子（２Ｔ）構成では、直列に接続されたサブセルのために電流マッチングが必要となる。また、４端子（４Ｔ）構成ではより多くの層を要し、それゆえ、コストが高くなり、かつ、余分な寄生損失が発生してしまうおそれがある。

【0007】

３端子（３Ｔ）構成は、２Ｔおよび４Ｔ端子によって与えられる欠点を低減する可能性がある。ただし、３Ｔ構成では通常、櫛歯形裏接点（ＩＢＣ）が必要であり、それによって長い拡散長のｎ型材料などの高品質の材料が必要なため、大量生産品である低コストのパシベーションエミッタおよびリアセル（ＰＥＲＣ）の使用が妨げられてしまう。

【0008】

したがって、本発明の目的は、高い効率を備えた太陽光発電ユニットを提供し、同時にそのような太陽光発電ユニットの製造コストを抑えることである。

【発明の概要】

【0009】

本発明は３端子タンデム太陽光発電ユニットに関し、この３端子タンデム太陽光発電ユニットは、
－ペロブスカイト型の結晶構造を有する化合物から作られ、かつ、表側と裏側とを備える第１の吸収層と、
－表側と裏側とを備える第２の吸収層と、
－第１の吸収層の表側に配置された第１および第２の櫛歯形表接点であって、第１の表接点は第１の極性を有し、第２の表接点は第２の極性を有する、第１および第２の櫛歯形表接点と、
－第２の吸収層の裏側に配置され、第１または第２の極性を有する裏接点と、
－第１および第２の吸収層の間に配置された界面層であって、第１の極性に従ってドープされた第１の半導体副層と、第２の極性に従ってドープされた第２の副層とを含み、かつ、裏接点の極性とは異なる極性に関連したキャリアを第２の吸収層から第１の吸収層に輸送し、裏接点の極性とは異なる極性を有する表接点で収集可能に構成された界面層と、を備える。

【0010】

本発明の別の態様によれば、界面層はトンネル接合層である。

【0011】

本発明のさらなる態様によれば、界面層は、透明導電性酸化物の２つの副層から作られた再結合層である。

【0012】

本発明の追加の態様によれば、第２の吸収層は結晶シリコンから作られている。

【0013】

本発明の別の態様によれば、第２の吸収層は、
－ＩＩＩ－Ｖ族半導体合金、
－ペロブスカイト型の結晶構造を有する化合物、
－銅インジウムガリウムセレン化物「ＣＩＧＳ」、
－テルル化カドミウム「ＣｄＴｅ」の合金のうちの１つの合金から作られる。

【0014】

本発明のさらなる態様によれば、第１の極性は、関連するキャリアとして正孔を有するｐ型極性に対応し、第２の極性は、関連するキャリアとして電子を有するｎ型極性に対応する。

【0015】

本発明の追加の態様によれば、裏接点が第１の極性を有し、かつ、裏面電界を含み、第２の吸収層が第１の極性に従ってドープされている。

【0016】

本発明の別の態様によれば、トンネル接合は、第１の極性に従って高濃度にドープされ、かつ、第２の吸収層の表側と接触して配置された副層と、第２の極性に従ってドープされ、かつ、第１の吸収層の裏側に接触して配置された副層と、を含む。

【0017】

本発明のさらなる態様によれば、裏接点が第２の極性を有し、第２の吸収層が第２の極性に従ってドープされている。

【0018】

本発明の追加の態様によれば、トンネル接合は、第２の極性に従って高濃度にドープされ、かつ、第２の吸収層の表側と接触して配置された副層と、第１の極性に従ってドープされ、第１の吸収層の裏側に接触して配置された副層と、を含む。

【0019】

本発明の別の態様によれば、表および裏接点はパッシベーション接点である。

【0020】

本発明のさらなる態様によれば、第１および第２の表接点は、それぞれ正孔輸送層「ＨＴＬ」および電子輸送層「ＥＴＬ」を含む。

【0021】

本発明の別の態様によれば、正孔輸送層は、
－酸化ニッケル「ＮｉＯ_Ｘ」_、
－酸化モリブデン「ＭｏＯ_Ｘ」、
－タングステン酸化物「ＷＯ_Ｘ」、
－２，２’，７，７’－テトラキス－（Ｎ，Ｎ－ジ－４－メトキシフェニルアミノ）－９，９’－スピロビフルオレン「スピロ－ＯＭｅＴＡＤ」、
－ポリ（トリアリールアミン）「ＰＴＡＡ」、
－ポリ（３－ヘキシルチオフェン）「Ｐ３ＨＴ」、
－ポリ（スチレンスルホン酸）でドープしたポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」、
－チオシアン酸銅（Ｉ）「ＣｕＳＣＮ」、
－酸化コバルト「ＣｏＯ_Ｘ」、
－酸化クロム「ＣｒＯ_Ｘ」、
－ヨウ化銅（Ｉ）「ＣｕＩ」、
－硫化銅「ＣｕＳ」、
－酸化銅「ＣｕＯ_Ｘ」、
－酸化バナジウム「Ｖｏ_Ｘ」のうちの１つから作られ、
電子輸送層は、
－酸化スズ「ＳｎＯ_Ｘ」、
－酸化チタン「ＴｉＯ_Ｘ」、
－酸化亜鉛「ＺｎＯ_Ｘ」、
－炭素、Ｃ_６０および誘導体、
－ジルコニア「ＺｒＯ_Ｘ」、
－黒鉛、
－グラフェン、
－酸化グラフェン「ｒＧＯ」のうちの１つから作られる。

【0022】

本発明の追加の態様によれば、表および裏接点は、金属グリッドまたは透明導電性酸化物グリッドを含む。

【0023】

また、本発明は３端子タンデム太陽光発電ユニットの製造プロセスにも関し、
－裏面および表面を有する光透過性基板を設けるステップと、
－基板の表面に、第１または第２の極性を有する裏接点を堆積するステップと、
－裏接点に第２の吸収層を堆積するステップと、
－第２の吸収層上に、トンネル接合の第１の高濃度ドープ半導体副層を堆積するステップと、
－第１の副層上に、トンネル接合の第２のドープ半導体副層を堆積するステップと、
－第２の副層上に、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物から作られた第１の吸収層を堆積するステップと、
－第１の吸収層上に、第１および第２の櫛歯形表接点を堆積するステップであって、第１の表接点が第１の極性を有し、第２の表接点が第２の極性を有する、ステップと、を含む。

【0024】

本発明はまた、３端子タンデム太陽光発電ユニットの製造プロセスにも関し、
－結晶シリコン系光電池を設けるステップであって、結晶シリコン系光電池は、光が結晶シリコン層に当たる側になるように構成された表側、およびこの表側と反対側の裏側を備える結晶シリコン層と、結晶シリコン層の裏側に配置された第１の組の層と、結晶シリコン層の表側に配置された第２の組の層と、を備える、ステップと、
－結晶シリコン光電池の第２の組の層を除去するステップと、
－結晶シリコン層の表側に、トンネル接合の第１の高濃度ドープ半導体副層を堆積するステップと、
－第１の副層上に、トンネル接合の第２のドープ半導体副層を堆積するステップと、
－第２の副層上に、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物から作られた第１の吸収層を堆積するステップと、
－第１の吸収層上に、第１および第２の櫛歯形表接点を堆積するステップであって、第１の表接点が第１の極性を有し、第２の表接点が第２の極性を有する、ステップと、を含む。

【0025】

本発明の別の態様によれば、第２の組の層を除去するステップは、フッ化水素酸またはフッ化水素酸と硝酸との混合物を使用するエッチングステップおよび／または研磨ステップを含む。

【0026】

本発明はまた、３端子タンデム太陽光発電ユニットを機能させる方法にも関し、第１の吸収層で生成された電流と、第２の吸収層で生成された電流とが釣り合うように、第１および第２の櫛歯形表接点の間に生成される電流が調整される。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の第１の実施形態による３端子タンデム太陽光発電ユニットの図である。

【図2】本発明の第２の実施形態による３端子タンデム太陽光発電ユニットの図である。

【図3】本発明の第３の実施形態による３端子タンデム太陽光発電ユニットの図である。

【図4】本発明の第４の実施形態による３端子タンデム太陽光発電ユニットの図である。

【図5】電流測定による３端子タンデム太陽光発電ユニットの図である。

【図6】本発明の第１の実施形態による３端子タンデム太陽光発電ユニットを得るための別の製造プロセスのフローチャートである。

【図7】本発明の第２実施形態による３端子タンデム太陽光発電ユニットを得るための製造プロセスの別のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下の成果は一例である。本明細書は１つまたは複数の実施形態を参照しているが、それぞれの参照が同一の実施形態を言及するわけではなく、さらに、特徴が１つの実施形態にのみ適用されるわけでもない。異なる実施形態の単純な特徴を組み合わせて、他の実施形態を提供することも可能である。

【0029】

本発明は、３つの端子を備えたタンデム太陽光発電ユニットに関する。そのようなタンデムセルは、直列に配置された２つの異なる吸収層を含み、これらの吸収層は異なるバンドギャップを有し、かつ、光スペクトルの異なる部分を吸収するように構成されている。３つの端子は、タンデム太陽光発電ユニットの片側に異なる偏光を有する２つの櫛歯形接点を使用することによって得られる。この場合、櫛歯形接点は、タンデム太陽光発電ユニットの表側に配置され、これにより、既存の標準セルをタンデム太陽光発電ユニットの裏セルとして使用することが可能となる。さらに、吸収層の１つは、限られたコストで高効率を提供するペロブスカイト型の結晶構造を有する化合物から作られている。

【0030】

図１は、本発明の第１の実施形態によるタンデム太陽光発電ユニット１の異なる層を表す。矢印３は光の入射方向を表す。各層のフォント側は最初に光が当たる側に対応する。したがって、光は裏の層に対して最初に表の層に到達する。

【0031】

タンデム太陽光発電ユニット１は、
－櫛歯形表接点５ａおよび５ｂ、
－第１の吸収層７、
－第１の吸収層７の裏側に配置された界面層９、
－界面層９の裏側に配置された第２の吸収層１１、
－裏面フィールド層１３、
－パッシベーション層１５、
－裏接点層１７、の層を備える。

【0032】

次に、種々の層の想定され得る組成について、より詳細に説明する。

【0033】

櫛歯形表接点５ａ、５ｂは、それぞれ、第１の極性、および、この第１の極性とは異なる第２の極性を有する２つの交互配置されたコーム５０ａ、５０ｂによって作られ得る。第１および第２の極性はｎ型とｐ型の材料を指す。第１および第２の交互配置されたコーム５０ａ、５０ｂは、それぞれ正孔輸送層（ＨＴＬ）および電子輸送層（ＥＴＬ）を指してよい。

【0034】

ｐ型層、すなわち、ＨＴＬは例えば、
－酸化ニッケル「ＮｉＯ_Ｘ」_、
－酸化モリブデン「ＭｏＯ_Ｘ」、
－タングステン酸化物「ＷＯ_Ｘ」、
－２，２’，７，７’－テトラキス－（Ｎ，Ｎ－ジ－４－メトキシフェニルアミノ）－９，９’－スピロビフルオレン「スピロ－ＯＭｅＴＡＤ」、
－ポリ（トリアリールアミン）「ＰＴＡＡ」、
－ポリ（３－ヘキシルチオフェン）「Ｐ３ＨＴ」、
－ポリ（スチレンスルホン酸）でドープしたポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」、
－チオシアン酸銅（Ｉ）「ＣｕＳＣＮ」、
－酸化コバルト「ＣｏＯ_Ｘ」、
－酸化クロム「ＣｒＯ_Ｘ」、
－ヨウ化銅（Ｉ）「ＣｕＩ」、
－硫化銅「ＣｕＳ」、
－酸化銅「ＣｕＯ_Ｘ」、
－酸化バナジウム「Ｖｏ_Ｘ」、の要素のうちの１つから作られる。

【0035】

ｎ型層、すなわち、ＥＴＬは例えば、
－酸化スズ「ＳｎＯ_Ｘ」、
－酸化チタン「ＴｉＯ_Ｘ」、
－酸化亜鉛「ＺｎＯ_Ｘ」、
－炭素、Ｃ_６０および誘導体、
－ジルコニア「ＺｒＯ_Ｘ」、
－黒鉛、
－グラフェン、
－酸化グラフェン「ｒＧＯ」、の要素のうちの１つから作られる。

【0036】

表接点５ａ、５ｂはまた、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）またはフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）などの透明導電性酸化物から、または、銀層などの金属層から作られた薄い導電層５１ａ、５１ｂを含む。薄い導電層５１ａ、５１ｂは、それぞれ相互配置された第１および第２のコーム５０ａ、５０ｂのフォント側に配置されている。

【0037】

第１の吸収層７は、ペロブスカイト結晶構造を有する化合物から作られている。本発明における「ペロブスカイト」という用語は、式「Ａ」「Ｂ」「Ｘ」３で表すことができる材料を意味し、「Ａ」は少なくとも１つの陽イオンであり、「Ｂ」は少なくとも１つの陽イオンであり、「Ｘ」は少なくとも１つの陰イオンである。陽イオン「Ａ」は、有機、無機、または有機無機陽イオンでよい。陽イオン「Ａ」が有機である場合、有機陽イオンは式（Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｎ）ｎ＋、または、（Ｒ５Ｒ６Ｎ＝ＣＨ－ＮＲ７Ｒ８）ｎ＋を有することができる。ここで、Ｒは水素、非置換もしくは置換アルキル、または、非置換もしくは置換アリールであり、ｎは１以上（例えば、「ＣＨ３ＮＨ３」＋はＭＡを指し、「ＨＣ（ＮＨ２）２」＋はＦＡを指し、「Ｃ（ＮＨ２）３」＋はＧＡを指す）。陽イオン「Ａ」が無機の場合、陽イオンは、Ａｇ＋、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋、Ｃｓ＋、Ｂｅ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｐｂ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｆｅ２＋、Ｓｃ３＋、Ｙ３＋、および、Ｌａ３＋からなる群から選択することができる。陽イオンは、１つまたは複数のイオン（例えば、（Ｍｇ、Ｆｅ）ＳｉＯ３）、ＹＢａＣｕＯ３）として使用することができる。

【0038】

陽イオン「Ａ」が有機無機である場合、陽イオンは「Ａ」＝（Ｍ１ｎ（Ｒ２１－ｘＲ３ｘ）（１００－ｎ））のように１つまたは複数のイオンとして使用することができる。ここで、Ｒは好ましくは上記のような有機陽イオンであり、Ｍは、好ましくは上記のように含まれた無機陽イオン（例えば、ＦＡ１－ｘＧａｘ「Ｂ」「Ｘ」３、Ｃｓｘ（ＭＡｎＦＡＬ－ｎ）（１００－ｘ）「Ｂ」「Ｘ」３）である。

【0039】

陽イオン「Ｂ」は、Ｐｂ２＋、Ｓｎ２＋、Ｇｅ２＋、Ｂｉ２＋、Ｃｕ２＋、Ａｕ２＋、Ａｇ２＋、Ｓｂ２＋、Ｎｂ２＋、Ｔｉ２＋、Ｍｇ２＋、Ｓｉ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｃｄ２＋、Ｎｉ２＋、Ｍｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｚｒ４＋、Ｃｏ２＋、Ｐｄ２＋、Ｙｂ２＋、Ｅｕ２＋、Ｃｅ４＋、および、Ｔｂ４＋からなる群から選択された金属陽イオンであってもよい。

【0040】

陰イオン「Ｘ」は、Ｃ１－、Ｂｒ－、Ｉ－、Ｆ－を含むハロゲン化物陰イオン、またはＯ２－、Ｓ２－、Ｓｅ２－、Ｔｅ２－を含むカルコゲニド陰イオン、または、ＢＦ４－、ＰＦ６－、ＳＣＮ－を含む多価陰イオンからなる群から選択してよい。陰イオンは、「Ｘ」＝（Ｒ１－ｘＲｘ）のような１つまたは複数のイオンとして使用してよい。ここで、Ｒは上記の陰イオンである。本発明ではまた、精緻化することができる他の種類のペロブスカイト（銅酸化物ペロブスカイト（Ｌａ２－ｘＢａｘＣｕＯ４、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７、Ｂａ２Ｍｃｕ３Ｏ７））も含まれる。ここで、Ｍは、Ｐｒ、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏなどの希土類イオン）。金属ペロブスカイトは、ＲＴ３Ｍ構造に基づいて製造してよい。ここで、Ｒは希土類イオン、Ｔは遷移金属イオン（Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ）、Ｍは軽質メタロイド（例えば、Ｂ、Ｃ）である。

【0041】

したがって、材料の範囲に関する上記の定義は、これらに限定はされないが、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＸ３、Ｃｓｘ（ＣＨ３（ＮＨ２）２）１－ｘＰｂＸ３、Ｃｓｘ（（ＣＨ３ＮＨ３）ｙ（ＣＨ３（ＮＨ２）２）１－ｙ）（１－ｘ）ＰｂＸ３、ＡｘＣｓｙ（（ＣＨ３ＮＨ３）ｚ（ＣＨ３（ＮＨ２）２）１－ｚ）１－ｙＰｂＸ３（ここで、Ａはアルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ））、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＫＴａＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｃｏ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｓｂ１／２Ｓｎ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｃｏ１／２Ｗ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／２Ｗ１／２）Ｏ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＢｉＴｉＯ３、ＮａＴｉＯ３、ＮａＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、Ｌａ１－ｘＳｒｘＭｎＯ３、Ｌａ２ＮｉＯ４、Ｌａ２ＣｏＯ４、ＧｄＢａＣｏ２Ｏ５、ＰｒＢａＣｏ２Ｏ５、ＮｄＢａ１－ｘＳｒｘＣｏＯ２Ｏ５、Ｂａ１－ｘＳｒｘＣｏ１－ｙＦｅｙＯ３、ＢｉＣｒ１－ｘＧａｘＯ３、ＮａＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、ＬａＦｅＯ３、ＬａＣｏｘＦｅ１－ｘＯ３、Ｌａｌ－ｘＳｒｘＣｏＯ３、ＬａＳｒＮｉＯ４、ＬａｘＳｒｘ－１ＦｅｙＢｉｙ－１Ｏ３、Ｌａ２ＮｉＯ４、Ｌａ２－ｘＳｒｘＣｕＯ４、ＬａＳｒＮｉ１－ｘＡｌｘＯ４、ＬａＭｎＯ３、ＬａＦｅＯ３、ＬａＣｏＯ３、ＬａＴｉ１－ｘＣｕｘＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＮａＴａＯ３、ＫＴａＯ３、ＣａＴａ２Ｏ６、ＳｒＴａ２Ｏ６、ＢａＴａ２Ｏ６、（Ｌａ１－ｘＳｒｘＣｏＯ３、Ｐｒ１－ｘＳｒｘＣｏＯ３、Ｓｍ１－ｘＳｒｘＣｏＯ３、Ｇｄ１－ｘＳｒｘＣｏＯ３、Ｔｂ１－ｘＳｒｘＣｏＯ３、ＬａＣｏＯ３、Ｌａ１－ｘＳｒｘＭｎＯ３、ＬａＣｏ１－ｘＮｉｘＯ３）の化合物を含む。

【0042】

図１に表される第１の実施形態によれば、界面層９はトンネル接合層９を指してよい。

【0043】

トンネル接合層９は、第１の極性に従ってドープされた第１の半導体副層９ａと、第２の極性に従って高密度にドープされた第２の半導体副層９ｂと、を含む。

【0044】

第１の副層９ａは、例えば、酸化ニッケル（ＮｉＯ_Ｘ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ_Ｘ）、または、酸化タングステン（ＷＯ_Ｘ）から作られたｐ型層である。

【0045】

第２の副層９ｂは、例えば、結晶シリコンから作られており、例えば、ホウ素またはリンのドーピングで第２の極性に従って高濃度にドープされたｎ型層である。

【0046】

図２に示される第２の実施形態によれば、界面層９０は再結合層９０を指す。再結合層９０は、第１の極性に従ってドープされた透明導電性酸化物から作られた第１の半導体副層９０ａと、第２の極性に従ってドープされた透明導電性酸化物から作られた第２の半導体副層９０ｂと、を含む。他の層は、第１および第２の実施形態において同一のままである。

【0047】

図１および図２の実施形態では、第２の吸収層１１は第１の極性を有する。第２の吸収層１１は、結晶シリコン、または、
－ＩＩＩ－Ｖ族半導体合金、
－第１の吸収層７について前述したようなペロブスカイト型の結晶構造を有する化合物、
－銅インジウムガリウムセレン化物（ＣＩＧＳ）、
－テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）の合金のうちの１つの合金から作られている。

【0048】

裏面フィールド層１３は、アルミニウムから作られてよい。

【0049】

パッシベーション層１５は、酸化アルミニウム／窒化ケイ素（ＡｌＯ_ｘ／ＳｉＮ_ｘ）、または、酸化ケイ素／窒化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ／ＳｉＮ_ｘ）から作られてよい。

【0050】

裏接点層１７はアルミニウムから作られてよく、スクリーン印刷によって得られてよい。

【0051】

テクスチャリングは、タンデム太陽光発電ユニットのさまざまな層（表面テクスチャ、裏面テクスチャ、または内部テクスチャ）で実現できることに留意されたい。すべての接点をパシベーション化することができ、トンネル接合層９または再結合層９０はさらに他の層を含んでよい。ただし、ペロブスカイトから作られた第１の吸収層を使用すると、表接点をパシベーション化せずに行うことができる。

【0052】

図３は、タンデム太陽光発電ユニットの第３の実施形態を表す。

【0053】

この第３の実施形態では、タンデム太陽光発電ユニット１は、
－櫛歯形表接点５ａおよび５ｂ、
－第１の吸収層７、
－第１の吸収層７の裏側に配置された界面層９’、
－界面層９’の裏側に配置された第２の吸収層１１’、
－エミッタ層１２、
－パッシベーション層１５’、
－裏接点層１７’、の層を備える。

【0054】

この実施形態では、櫛歯形表接点５ａおよび５ｂ、並びに第１の吸収層７は、図１および図２に示される第１および第２の実施形態と同一でよい。

【0055】

界面層はトンネル接合層９’であり、第２の極性（ｎ型）に従ってドープされた第１の半導体副層９ａ’と、第１の極性（ｐ型）に従って高濃度にドープされた第２の半導体副層９ｂ’と、を含む。

【0056】

第１の副層９ａ’は、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ_ｘ）、酸化チタン（ＴｉＯ_ｘ）、または酸化亜鉛（ＺｎＯ_ｘ）から作られている。

【0057】

第２の副層９ｂ’は、例えば、高濃度にドープされた結晶シリコンから作られている。

【0058】

図４に示される第４の実施形態によれば、界面層は、第１の極性に従ってドープされた透明導電性酸化物から作られた第１の半導体副層９０ａ’と、第２の極性に従ってドープされた透明な導電性酸化物９０ｂ’から作られた第２の半導体副層と、を含む再結合層９０’である。他の層は、第３および第４の実施形態と同一のままである。

【0059】

図３および図４の実施形態では、第２の吸収層１１’は第２の極性（ｎ型）を有する。第２の吸収層１１’は、例えば、結晶シリコン、または、ペロブスカイト、または、銅インジウムガリウムセレン化物（ＣＩＧＳ）、または、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）から作られている。

【0060】

第１の極性に従ってドープされたエミッタ層１２。エミッタ層１２は、例えば、ホウ素から作られている。

【0061】

酸化アルミニウム／窒化ケイ素（ＡｌＯ_Ｘ／ＳｉＮ_Ｘ）または酸化ケイ素／窒化ケイ素（ＳｉＯ_Ｘ／ＳｉＮ_Ｘ）から作られたパッシベーション層１５’。

【0062】

例えば、アルミニウム製の裏接点層１７’。また、裏接点層１７’はある割合のシリコンを含み得、そして、相蒸着（ＰＶＤ）によって得ることができる。

【0063】

したがって、タンデム太陽光発電ユニット１によって、裏接点の極性とは異なる極性に関連するキャリアを第２の吸収層から第１の吸収層に移動させ、さらに、裏接点の極性とは異なる極性を有する表接点に該キャリアを収集されることが可能となる。

【0064】

図１および図２に示される第１および第２の実施形態の場合、第２の極性（電子）に関連するキャリアを第２の吸収層から第１の吸収層に輸送させ、さらに、第２極性（ｎ型）に関連する表接点で該キャリアを収集することが可能となるようにタンデム太陽光発電ユニット１が構成される。

【0065】

図３および図４に示される第３および第４の実施形態の場合、第１の極性（正孔）に関連するキャリアを第２の吸収層から第１の吸収層に輸送させ、第１極性（ｐ型）に関連する表接点で該キャリアを収集することが可能となるようにタンデム太陽光発電ユニット１が構成される。

【0066】

第１の７および第２の１１、１１’吸収層の特徴、特にそれらの厚さは、第１の吸収層７によって生成される電流と、第２の吸収層１１、１１’によって生成される電流とが略同一になるように選択される。

【0067】

さらに、図５に示すように、第１の吸収層７によって生成された電流が第２の吸収層１１、１１’によって生成された電流と釣り合うかどうかを判断するために、表接点５ａ、５ｂ間で測定された電流Ｉ_ＩＦＣと、表接点５ａ、５ｂと裏接点１７、１７’の間の電流Ｉ_Ｆ－Ｂと、を監視する。相違または不一致の場合には、タンデム太陽光発電ユニットの全体的な効率を最適化するために電流Ｉ_ＩＦＣの一部を抽出または再注入する。また、本発明は三端子タンデムソーラー発電ユニット１を機能させるための使用または方法にも関し、第１の吸収層７によって生成される電流が、第２の吸収層１１、１１’によって生成される電流と釣り合うように、第１および第２の櫛歯形表接点の間で生成される電流が調整される。

【0068】

図６は、第１の実施形態による製造プロセスの異なるステップのフローチャートを表す。

【0069】

第１のステップ１０１は、裏面および前面を有する光透過性基板を設けるステップを指す。

【0070】

第２のステップ１０２は、基板の表面に、第１または第２の極性を有する裏接点層１７、１７’を堆積するステップを指す。裏接点層はアルミニウム層を指す場合があり、相蒸着技術に従って堆積してよい。あるいは、アルミニウム層をスクリーン印刷してもよい。また、第２のステップ１０２は、パッシベーション層１５、１５’またはエミッタ層１２を堆積することを指してもよい。

【0071】

第３のステップ１０３は、裏接点層１７、１７’の表側に（または、おそらくパッシベーション層１５、１５またはエミッタ層１２の表側に）第２の吸収層１１、１１’に対応する吸収層を堆積するステップを指す。

【0072】

第４のステップ１０４は、第２の吸収層１１、１１’の表側に、トンネル接合の第１の高濃度ドープ半導体副層９ｂ、９ｂ’、９０ｂ、９０ｂ’を堆積するステップを指す。

【0073】

第５のステップ１０５は、第１の副層９ｂ、９ｂ’、９０ｂ、９０ｂ’の表側に、トンネル接合の第２のドープ半導体副層９ａ、９ａ’、９０ａ、９０ａ’を堆積するステップを指す。

【0074】

第６のステップ１０６は、第２の副層９ａ、９ａ’、９０ａ、９０ａ’の表側に、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物から作られた第１の吸収層７に対応する吸収層を堆積するステップを指す。

【0075】

第７のステップ１０７は、第１の吸収層７の表側に、第１および第２の櫛歯形表接点５ａ、５ｂを堆積するステップを指し、第１の表接点５ａは、例えば、第１の極性を有し、第２の表接点５ｂは、例えば、第２の極性を有する。

【0076】

図７は、第２の実施形態による製造プロセスの異なるステップのフローチャートを表す。この実施形態の趣旨は、本発明によるタンデム太陽光発電ユニットを得るために、既存の太陽電池を改変することである。特に、既存の太陽電池は、全体的なコストとタンデム太陽光発電ユニットを制限するために、その低コストを理由に選択される。

【0077】

第１のステップ２０１は、結晶シリコン系光電池を設けるステップであって、この結晶シリコン系光電池は、結晶シリコンから作られた吸収層と、結晶シリコン層の裏側、例えば裏接点層に配置された第１の組の層と、結晶シリコン層の表側、例えば表接点層に配置された第２の組の層と、を備える。このような太陽電池は大量生産されており、低価格で入手できる。

【0078】

第２のステップ２０２は、結晶シリコン光電池の第２の組の層を除去するステップを指す。そのような除去は、エッチングおよび／または研磨プロセスによって行われる。エッチング生成物は、フッ化水素酸またはフッ化水素酸と硝酸との混合物であってよい。

【0079】

第３のステップ２０３は、結晶シリコン層の表側に、トンネル接合の第１の高濃度ドープ半導体副層を堆積するステップを指す。

【0080】

第４のステップ２０４は、第１の副層上に、トンネル接合の第２のドープ半導体副層を堆積するステップを指す。

【0081】

第５のステップ２０５は、第２の副層上に、ペロブスカイト型の結晶構造を有する化合物から作られた第１の吸収層を堆積するステップを指す。

【0082】

第６のステップ２０６は、第１の吸収層上に、第１および第２の櫛歯形表接点を堆積するステップを指し、第１の表接点が第１の極性を有し、第２の表接点が第２の極性を有する。

【0083】

他のステップ、特に追加の層の堆積することを、本発明の範囲から逸脱することなく図６および７に基づいて開示された製造プロセスに追加してよいことに留意されたい。

【0084】

したがって、本発明よって、効率のよい３Ｔタンデムソーラー発電ユニットを得ることが可能であり、該３Ｔタンデムソーラー発電ユニットでは、表面の太陽電池セルが裏面の太陽電池セルと直列に結合されている。該タンデム発電ユニットは、全体を制限して効率／コスト比を最適化するために、利用可能な大量生産された裏セルの使用を可能にする櫛歯形表接点を備える。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】