特表 2023-527064 ソーラーセル及びソーラーセル・モジュール

(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】2023-06-26

(54)【発明の名称】ソーラーセル及びソーラーセル・モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/0224 20060101AFI20230619BHJP

   H01L 31/0747 20120101ALI20230619BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 260

H01L31/06 455

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022573239

(86)(22)【出願日】2021-05-27

(85)【翻訳文提出日】2023-01-24

(86)【国際出願番号】 IT2021050167

(87)【国際公開番号】W WO2021240569

(87)【国際公開日】2021-12-02

(31)【優先権主張番号】102020000012613

(32)【優先日】2020-05-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522461516

【氏名又は名称】３サン ソチエタ レスポンサビリタ リミタータ

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(74)【代理人】

【識別番号】100126848

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 昭雄

(72)【発明者】

【氏名】マルチェッロ シュト

(72)【発明者】

【氏名】アンドレーア カニーノ

(72)【発明者】

【氏名】ジュゼッペ コンドレッリ

(72)【発明者】

【氏名】コジモ ジェラルディ

(72)【発明者】

【氏名】アントーニオ テッラシ

(72)【発明者】

【氏名】ジャコモ トッリシ

(72)【発明者】

【氏名】アンナ バッターリャ

【テーマコード（参考）】

5F251

【Ｆターム（参考）】

5F251AA02

5F251AA05

5F251DA07

5F251EA19

5F251FA02

5F251FA04

5F251FA06

5F251FA16

5F251FA18

5F251GA04

5F251HA03

(57)【要約】

本発明は、ソーラーセル（１）であって、光放射からの光子を吸収し電荷キャリアを放出するための半導体材料から形成された第１層（３，４’，４”，５，６）と、前記光放射が前記ソーラーセル（１）内へ前記第１層（３，４’，４”，５，６）に向かって入射するのを可能にするように、そして前記第１層（３，４’，４”，５，６）によって放出された電荷キャリアを収集するように構成された、前記第１層（３，４’，４”，５，６）とに重なる少なくとも１つの導電層（２）と、を少なくとも含み、前記ソーラーセル（１）は、前記導電層（２）が少なくとも３つのオーバーラップ層（２１，２２，２３）、具体的には－金属から形成された透明中間金属層（２３）、及び－導電性酸化物から形成された２つの透明酸化物層（２１，２２）を含み、前記２つの酸化物層（２１，２２）がそれぞれ、電荷のための低抵抗経路を提供するように、そして前記ソーラーセル（１）へ入射する光放射量を最大化するように、前記透明中間金属層（２３）を取り囲む内側酸化物層（２１）及び外側酸化物層（２２）である、ことを特徴とする、ソーラーセル（１）に関する。本発明はまた、前記ソーラーセル（１）を含むソーラーセル・モジュールに関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ソーラーセル（１）であって、
光放射から光子を吸収し電荷キャリアを放出するための半導体材料から形成された第１層（３，４’，４”，５，６）と、前記光放射が前記ソーラーセル（１）内へ前記第１層（３，４’，４”，５，６）に向かって入射するのを可能にするように、且つ、前記第１層（３，４’，４”，５，６）によって放出された電荷キャリアを収集するように構成された、前記第１層（３，４’，４”，５，６）に重なる少なくとも１つの導電層（２）と、を少なくとも含み、前記導電層（２）が少なくとも３つのオーバーラップ層（２１，２２，２３）を含み、前記オーバーラップ層が、
－ 金属から形成された透明中間金属層（２３）、及び
－ 透明導電性酸化物から形成された２つの酸化物層（２１，２２）
であり、
前記２つの酸化物層（２１，２２）がそれぞれ、電荷のための低抵抗経路を提供するように、そして前記ソーラーセル（１）へ入射する光放射量を最大化するように、且つ、前記透明中間金属層（２３）を取り囲む内側酸化物層（２１）及び外側酸化物層（２２）であるものにおいて、
前記透明中間金属層（２３）の厚さが５ｎｍ～１０ｎｍであり、
前記内側酸化物層（２１）の厚さがほぼ５０ｎｍであり、そして
前記外側酸化物層（２２）の厚さが５０ｎｍ～６０ｎｍである、
ことを特徴とする、ソーラーセル（１）。

【請求項2】

前記透明中間金属層（２３）の厚さが５ｎｍ～７ｎｍであり、前記内側酸化物層（２１）の厚さがほぼ５０ｎｍであり、そして前記外側酸化物層（２２）の厚さが５０ｎｍ～６０ｎｍである、請求項１に記載のソーラーセル（１）。

【請求項3】

前記透明中間金属層（２３）の厚さが５ｎｍであり、前記内側酸化物層（２１）の厚さがほぼ５０ｎｍであり、そして前記外側酸化物層（２２）の厚さがほぼ５０ｎｍである、請求項１に記載のソーラーセル（１）。

【請求項4】

前記酸化物層（２１，２２）の少なくとも一方が、酸化第二スズＳｎＯ_２ドープ型三酸化インジウムＩｎ_２Ｏ_３から形成されており、又はアルミニウムドープ型酸化亜鉛から形成されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載のソーラーセル（１）。

【請求項5】

前記透明中間金属層（２３）が連続層の形状を有していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載のソーラーセル（１）。

【請求項6】

前記透明中間金属層（２３）が網状ネットワークとして配置されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載のソーラーセル（１）。

【請求項7】

前記ソーラーセル（１）が、前側（１１）と後側（１０）とを含むヘテロ接合両面受光型ソーラーセル（１）であり、前記少なくとも１つの第１層（３，４’，４”，５，６）が、結晶シリコン、好ましくはｎ型結晶シリコンから形成された第１層（３）と、第２層（４’）と、第３層（４’’）とを含み、前記第２及び第３層（４’，４’’）が水素化非晶質シリコンから形成され、前記第１層（３）に重なり且つ前記第１層を取り囲んでおり、前記第２層（４’）が前記前側（１１）に対応して配置され、前記第３層（４’’）が前記後側（１０）に対応して配置されており、前記ソーラーセル（１）が、更に、ｎ型ドープ型水素化非晶質シリコンから形成され且つ前記第２層（４’）に重なる第４層（５）と、ｐ型ドープ型水素化非晶質シリコンから形成され且つ前記第３層（４’’）に重なる第５層（６）と、前記第４層（５）及び前記第５層（６）のそれぞれに重なる前記少なくとも１つの導電層（２）の２つの導電層（２）と、を含む、
ことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載のソーラーセル（１）。

【請求項8】

前記ソーラーセルが金属グリッドを含まないこと、又は前記ソーラーセルが、並列又はほぼ並列の導体によってのみ形成された金属グリッドを含むことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載のソーラーセル（１）。

【請求項9】

ソーラーセル・モジュールであって、前記ソーラーセル・モジュールは、請求項１から８までのいずれか１項に記載の第１ソーラーセル（１）及び第２ソーラーセル（１）と、前記第１ソーラーセル（１）の導電層（２）を前記第２ソーラーセル（１）の導電層（２）に電気的に接続するためのコネクタ（１００）と、を含み、前記コネクタ（１００）は、前記第１ソーラーセル（１）の前記導電層（２）の前記外側酸化物層（２２）、及び前記第２ソーラーセル（１）の前記導電層（２）の前記外側酸化物層（２２）に直接的に取り付けられ、あるいは、
前記第１ソーラーセル（１）の前記導電層（２）上、及び／又は前記第２ソーラーセル（１）の前記導電層（２）上において、並列又はほぼ並列の導体に直接に取り付けられていることを特徴とする、ソーラーセル・モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はソーラーセル及びソーラーセル・モジュールに関する。

【0002】

具体的には、本発明は、新規の導電層を有するソーラーセル、特にヘテロ接合型（ＨＪＴ）ソーラーセルに関する。このようなＨＪＴ型ソーラーセルの一例は、結晶シリコン（ｃ－Ｓｉ）ウエハー表面上に堆積された不動態化層として水素化イントリンシックアモルファスシリコン層（ａ－Ｓｉ：Ｈ）を有するＨＪＴ型ソーラーセルである。しかしながら、前記新規の導電層は他のソーラーセルに適用されてもよい。

【背景技術】

【0003】

高効率ａ－Ｓｉ：Ｈ／ｃ－Ｓｉ ＨＪＴの製造は、化学的プロセス及び物理的プロセスの最適化を必要とすることがよく知られており、これには、その後、いくつかの消耗エレメント、例えば銀ペースト及び薄い透明導電性酸化物（ＴＣＯ）の使用に関連する高いコストが多くの場合に伴う。

【0004】

ＨＪＴソーラーセルは実際には、極めて薄い（１０ｎｍ～２０ｎｍ）水素化非晶質シリコン層（ａ－Ｓｉ：Ｈ層）を、Ｓｉウエハーとも呼ばれる単結晶シリコン（Ｓｉ）バルク基板上に不動態化層として堆積することにより実現されるのが典型的である。典型的に採用されるＳｉバルク基板は０．１Ωｃｍ～１０Ωｃｍの抵抗率と、１００μｍ～２５０μｍの厚さとを有している。ＨＪＴ両面受光型ソーラーセルの場合、不動態化層は、単結晶Ｓｉウエハーの両側に堆積される。また、単結晶Ｓｉウエハーは、参照記号ｃ－Ｓｉウエハーで示される。

【0005】

ａ－Ｓｉ：Ｈの堆積前に、Ｓｉバルク基板には、いくつかの種々異なる化学エッチング工程から成るテクスチャ加工が施されてよい。

【0006】

ａ－Ｓｉ：Ｈ層、又は最終的には任意の他の不動態化層、例えば亜酸化ケイ素又は炭化ケイ素、又は最終的にはこの範囲に適した任意の他の材料を、ｃ－Ｓｉウエハーの両側に通常堆積することにより、ｃ－Ｓｉ表面をそのシリコンダングリングボンドの低減によって不動態化する。

【0007】

したがって、最初のエッチングが表面欠陥を減らし得るので、この工程は、界面におけるバンドギャップ内部の局在準位欠陥の低減を可能にする。これらの欠陥は少数キャリアのための再結合中心であり、そして開回路電圧（Ｖ_ＯＣ）の低下を招き得る。

【0008】

不動態化後、不動態化された表面上にコンタクト層を堆積することができる。このようなコンタクト層は、ソーラーセルの一方の側にＰＮ接合を形成するために使用されるｐドープ型水素化非晶質シリコン層（ｐ－ａ－Ｓｉ：Ｈ）、又はｐ^＋層と、セルの反対側ではｎドープ型水素化非晶質シリコン層（ｎ－ａ－Ｓｉ：Ｈ）、又はｎ^＋層によって形成される。

【0009】

結晶シリコンウエハーがｎ型結晶シリコンウエハー（ｎ型ｃ－Ｓｉ）である場合には、セルのｐ側、すなわちセルの、ｐ^＋層を有する側はエミッタである。

【0010】

さらに、ｎ型結晶シリコンウエハーが採用される場合には、前記ｎ型ｃ－Ｓｉの少数キャリアはホールであり、そして高い効率を達成することができる。

【0011】

セルは最後にＴＣＯから成る層でカバーされる。この層はウエハーの両側に堆積される。これは電荷を収集するための導電性酸化物である。

【0012】

ＨＪＴセルを製造するためのＴＣＯは典型的には、酸化第二スズＳｎＯ_２ドープ型三酸化インジウムＩｎ_２Ｏ_３（ＩＴＯとしても知られる）であり、Ｉｎ_２Ｏ_３とＳｎＯ_２との重量比は９０％のＩｎ_２Ｏ_３、１０％のＳｎＯ_２乃至９７％のＩｎ_２Ｏ_３、３％のＳｎＯ_２である。このことはＴＣＯを高度にドープし得ることを意味する。ＩＴＯの代わりに、ＡＺＯとしても知られるアルミニウムドープ型酸化亜鉛ＡｌＺｎＯから成るＴＣＯがある。ＡＺＯの主要な欠点は、ＩＴＯに対して導電率が著しく低いことであるが、しかしＡＺＯは、高価且つ毒性の元素、例えばインジウムの使用を回避するという重要な利点を有する。

【0013】

すべての事例において、ＴＣＯは通常はｎ型ドープ型半導体である。ｎ型ドープ型半導体は真性半導体と比較すると、輸送特性が制限された金属として電子的に挙動する。

【0014】

したがって、ＴＣＯと水素化非晶質シリコン層との接合のＴＣＯ／ａ－Ｓｉ：Ｈの電荷キャリアの移動度及び電子挙動は、金属－半導体接合と同様であると通常は推定される。

【0015】

さらに、ＴＣＯ作業機能は、セル構造（ＴＣＯ／ａ－Ｓｉ：Ｈ／ｃ－Ｓｉ）内のバンド配列に著しく関与することができ、ヘテロ接合を横切る電荷キャリアの輸送を調整する。

【0016】

要約すると、ＴＣＯの役割は、シリコンコンタクトから来た電荷を収集し、そしてこれらを最小限の損失で金属グリッドへ移動させることである。これについては後述する。

【0017】

理想的には、ＴＣＯは下記特性、すなわち
－ 低い抵抗率
－ 高いキャリア移動度
－ 高いキャリア濃度
－ 高い光透過性
を有することが望ましい。

【0018】

しかしながら、これらすべての特性の達成は平凡になしえることではなく、いくつかの妥協が通常受け入れられる。

【0019】

実際には、キャリア濃度を低下させることにより、キャリア移動度を高めることができる。キャリア濃度の低下はＴＣＯの抵抗率を高める。

【0020】

他方において、キャリア濃度を増大させると、ＴＣＯのキャリア移動度及び光透過率（すなわち透明度）が同時に、そしてセルの結果として低下する。

【0021】

すでに述べたように、金属グリッドがＴＣＯ層上に通常堆積される。

【0022】

具体的には、このような金属グリッドは、ＴＣＯから電荷を効率的に収集する機能を有している。

【0023】

金属グリッドは通常は銀電極から形成されている。銀電極は種々異なる製造プロセスを通して実現することができる。

【0024】

ＨＪＴソーラーセル上に金属グリッドを製造する１つの好ましいプロセスは、銀ペースト、つまり銀粒子を含有するペーストのスクリーン印刷（ＳＰ）を通して行われる。

【0025】

別の周知の金属グリッド製造プロセスは、セル表面上の電気化学金属メッキに基づく。

【0026】

金属グリッドレイアウトは通常、セルに沿って延びる、フィンガと呼ばれる細長い並列接触と、フィンガと交差する、バスバーと呼ばれるより大きいコンタクトとを含む。

【0027】

光起電力ソーラーモジュール内部では、セルが金属リボンを介して直列接続され、金属リボンは通常ははんだ付け又は接着によって、バスバーに取り付けられている。

【0028】

典型的なＨＪＴ両面受光型ソーラーセルの構成が図１に示されている。

【0029】

すでに述べたように、ＨＪＴソーラーセルの金属グリッドを製造するための銀ペーストの使用は高価である。

【0030】

さらに、銀ペーストは、低温で硬化させなければならず、コンタクト間の良好な抵抗、そしてまた良好なフィンガ抵抗率を確保するために注意深く調製されることが必要となる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0031】

したがって、本発明の目的は、別の電荷収集体を有するソーラーセルを提供することである。

【0032】

さらに、本発明の目的は、ソーラーセル上の総入射光放射量を最大化することである。

【0033】

本発明のさらなる目的は、電荷収集体のこのような代替物が、使用される材料に関するコスト、及び製造プロセスに関連するコストの両方に関して、一般に使用されている金属グリッドよりも低廉であることである。

【0034】

結果として、本発明の目的は、ソーラーセルの製造のために用いられるプロセスにおける銀ペースト消費量を最小化又は排除することである。

【0035】

最後に、本発明の別の目的は、ソーラーセル間の単純化された相互接続スキームを有するソーラーセル・モジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0036】

このような目的は、金属化層を、電気特性が改善されたＴＣＯから成る層と置換することによって達成された。

【0037】

具体的には、典型的なセル・レイアウトは、金属グリッドを、電気特性が改善された多層ＴＣＯ－金属－ＴＣＯ（酸化物－金属－酸化物又はＯＭＯとも呼ばれる）と置換することにより、そしてモジュールレベルでは新規の相互接続スキームを用いることにより変更されている。新規の相互接続スキームは、周知のソーラーセル・モジュールと比較した場合にモジュール自体の材料の費用を軽減する。

【0038】

したがって、本発明の具体的な対象は、ソーラーセルであって、光放射からの光子を吸収し電荷キャリアを放出するための半導体材料から形成された第１層と、前記光放射が前記ソーラーセル内へ前記第１層に向かって入射するのを可能にするように、そして前記第１層によって放出された電荷キャリアを収集するように構成された、前記第１層に重なる少なくとも１つの導電層と、を少なくとも含む、ソーラーセルである。具体的には、前記導電層は少なくとも３つのオーバーラップ層を含み、前記オーバーラップ層が、
－ 金属から形成された透明中間金属層、及び
－ 透明導電性酸化物から形成された２つの酸化物層
である。

【0039】

前記２つの酸化物層はそれぞれ、電荷のための低抵抗経路を提供するように、そして前記ソーラーセルへ入射する光放射量を最大化するように、前記透明中間金属層を取り囲む内側酸化物層及び外側酸化物層である。

【0040】

前記透明中間金属層の厚さは５ｎｍ～１０ｎｍである。

【0041】

さらに、前記内側酸化物層の厚さはほぼ５０ｎｍである。具体的には、５０ｎｍ以上の厚さに関する「ほぼ（substantially）」という用語は、±５ｎｍ間で生じ得る変動を示す。換言すれば、内側酸化物層の厚さは４５ｎｍ～５５ｎｍであり、好ましくは５０ｎｍに等しい。

【0042】

最後に、前記外側酸化物層の厚さは５０ｎｍ～６０ｎｍである。

【0043】

具体的には、本発明によれば、前記透明中間金属層の厚さは５ｎｍ～７ｎｍであってよく、前記内側酸化物層の厚さはほぼ５０ｎｍであってよく、そして前記外側酸化物層の厚さは５０ｎｍ～６０ｎｍであってよい。好ましくは、本発明によれば、前記透明中間金属層の厚さは５ｎｍであってよく、前記内側酸化物層の厚さはほぼ５０ｎｍであってよく、そして前記外側酸化物層の厚さはほぼ５０ｎｍであってよい。

【0044】

また、本発明によれば、前記酸化物層の少なくとも一方が、酸化第二スズＳｎＯ_２ドープ型三酸化インジウムＩｎ_２Ｏ_３から形成されていてよく、又はアルミニウムドープ型酸化亜鉛から形成されていてよい。

【0045】

加えて、本発明によれば、前記透明中間金属層は連続層の形状を有することができる。

【0046】

さらに、本発明によれば、前記透明中間金属層は網状ネットワークとして配置されていてよい。

【0047】

本発明によれば、前記ソーラーセルは、前側と後側とを含むヘテロ接合両面受光型ソーラーセルであってよく、前記少なくとも１つの第１層は、結晶シリコン、好ましくはｎ型結晶シリコンから形成された第１層と、第２層と、第３層とを含むことができる。具体的には、前記第２及び第３層は水素化非晶質シリコンから形成されていてよく、そして前記第１層に重なり、前記第１層を取り囲むように配置することができる。実際には、前記第２層は前記前側に対応して配置されていてよく、前記第３層は前記後側に対応して配置されていてよい。さらに、前記ソーラーセルは、前記第２層に重なるｎ型ドープ型水素化非晶質シリコンから形成された第４層を含むことができる。前記ソーラーセルは、前記第３層に重なるｐ型ドープ型水素化非晶質シリコンから形成された第５層を含むこともできる。最後に、前記ソーラーセルは、前記第４層及び前記第５層にそれぞれ重なる前記少なくとも１つの導電層の２つの導電層を含むことができる。

【0048】

本発明によれば、前記ソーラーセルが金属グリッドを含まなくてもよく、又は前記ソーラーセルが、並列又はほぼ並列の導体によってのみ形成された金属グリッドを含んでよい。

【0049】

本発明のさらなる対象は、ソーラーセル・モジュールであって、前記ソーラーセル・モジュールが、本発明による第１ソーラーセル及び第２ソーラーセルと、前記第１ソーラーセルの導電層を前記第２ソーラーセルの導電層に電気的に接続するためのコネクタとを含み、前記コネクタが、前記第１ソーラーセルの前記導電層の前記外側酸化物層と、前記第２ソーラーセルの前記導電層の前記外側酸化物層とに直接に取り付けられ、あるいは、
前記第１ソーラーセルの前記導電層上、及び／又は前記第２ソーラーセルの前記導電層上の前記並列又はほぼ並列の導体に直接に取り付けられている、ソーラーセル・モジュールである。

【0050】

添付の図面を具体的に参照しながら好ましい実施態様に基づいて、例示を目的として、しかし限定を目的とはせずに、本発明を以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0051】

【図1】図１は、バックエミッタの形態を成す周知のＨＪＴセルの多層構造を示す断面図である。

【図2】図２は、本発明に基づくソーラーセルの多層構造を示す断面図である。

【図3A】図３Ａは、金属グリッドを有する周知のソーラーセルを示す正面図である。

【図3B】図３Ｂは、本発明に基づくソーラーセルを示す正面図である。

【図4A】図４Ａは、第１ソーラーセル・モジュール内部の図３Ａのソーラーセルを示す正面図である。

【図4B】図４Ｂは、第２ソーラーセル・モジュール内部の図３Ｂのソーラーセルを示す正面図である。

【図4C】図４Ｃは、第３ソーラーセル・モジュール内部の図３Ｂのソーラーセルを示す正面図である。

【図5】図５は、厚さが２０ｎｍに等しいアルミニウムドープ型酸化亜鉛のモノリシック層の反射率のパーセンテージを、入射放射波長の関数として示す図である。

【図6】図６は、本発明に基づかないソーラーセルの３つの異なる導電層の反射率及び吸光度のパーセンテージを、入射放射波長の関数として示す図である。

【図7】図７は、本発明に基づかないソーラーセルの第１例の反射率のパーセンテージを示す図である。

【図8】図８は、本発明に基づかないソーラーセルの第２例及び第３例の反射率のパーセンテージを示す図である。

【図9】図９は、本発明に基づかないソーラーセルの第４例の反射率のパーセンテージを示す図である。

【図10】図１０は、本発明に基づくソーラーセルの第５例及び第６例の反射率のパーセンテージを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0052】

図２，３Ｂ，４Ｂ及び４Ｃを参照すると、本発明によるソーラーセル１は、前側１１に、そして好ましくは後側１０にも導電層２を有している。

【0053】

具体的には、図２に示されたソーラーセル１は両面型ｎ型ＨＪＴソーラーセル１であるものの、導電層２は他の種類のソーラーセル、例えばｐ型ウエハーベースＨＪＴセル上、又はいかなる他の種類のソーラーセル上にも適用されてもよい。

【0054】

ソーラーセル１は、ｃ－Ｓｉ、好ましくはｃ－Ｓｉ（ｎ）から成る中心層３、又は第１層３と、前記中心層３を取り囲む、ａ－Ｓｉ：Ｈから成る２つの中間層４’，４”とを含む。これらの中間層はそれぞれ、セル１の前側１１に対応して配置された第２層４’、及びセル１の後側１０に対応して配置された第３層４”である。

【0055】

さらに、ソーラーセル１は、前記第２層４’と接触する、ａ－Ｓｉ：Ｈ（ｎ＋）から成る第４層５と、前記第３層４”と接触する、ａ－Ｓｉ：Ｈ（ｐ＋）から成る第５層６とを含む。したがって、前記第４層５はソーラーセル１の前側１１に対応して配置され、前記第５層６はソーラーセル１の後側１０に対応して配置されている。

【0056】

シリコンから成る前述のすべての層は、光放射からの光子を吸収し、電荷キャリアを放出する機能を有している。他の実施態様では、このような層は、異なる構造を有し、そして異なるタイプの半導体によって形成されていてよい。

【0057】

前記第４層及び第５層５，６の両方の上に導電層２が堆積されている。

【0058】

このような導電層２は、光放射が前記ソーラーセル（１）内へ前記層５，４’，３、又は６，４”，３に向かって入射するのを可能にし、そして前記層５，４’，３、又は６，４”，３によって電流中に放出された電荷キャリアを収集する機能を有している。

【0059】

具体的には、それぞれの導電層２は、ＩＴＯ又はＡＺＯであってよいＴＣＯ、又は他の適宜の酸化物から成る２つの酸化物層２１，２２と、前記２つの酸化物層２１，２２の間に配置された透明中間金属層２３とを含む。

【0060】

中間金属層２３の透明度は、その総厚を最小化することにより達成される。総厚は５ｎｍ～２０ｎｍ（ナノメートル）、より好ましくは５ｎｍ～１０ｎｍであってよい。このような厚さは、最終デバイスの所要の光学特性及び電気特性に適合させることができる。１実施態様では、中間金属層の厚さは５ｎｍ～７ｎｍであってよく、好ましくは５ｎｍに等しくてよい。

【0061】

実際には、透明中間金属層２３は、構造の抵抗率に主に関与し、厚さが５ｎｍ未満であると、連続的な相互接続された金属膜の成長を必ずしも保証しなくなる。

【0062】

さらに、このような厚さによって、透明中間金属層２３は、膜が連続膜である場合に、１０^－６Ωｃｍオーダーの抵抗率値を達成し得るので有利である。例えば、厚さ約１０ｎｍの銀から成る中間金属層２３を用いると、１０^－５Ωｃｍ未満の抵抗率が測定された。

【0063】

加えて、このような透明中間金属層２３を構造化することもでき、例えば格子又は網状ネットワークの形又は相互接続されたナノ粒子の集合体の形で組織化することができる。網状ネットワークを有する中間金属層２３の事例では、同じ厚さの均質な中間金属層を有するソーラーセル１と比較した場合に、メッシュ内のアパーチャの存在それ自体が、セル１のより高い透明度を可能にする。さらに、網状ネットワークの形で組織化された中間金属層２３は、極めて低い抵抗率値を可能にする。

【0064】

最後に、中間金属層２３が金属相互接続ナノ粒子又はナノ構造（例えば寸法２～５ｎｍのナノ粒子）を堆積することによって得られる場合、極めて良好な導電性を得ることができるとともに、多孔質膜のより低い密度、及びナノ構造のプラズモン効果の両方に起因して、光透明性が高められる。

【0065】

透明中間金属層２３は銀Ａｇ、銅Ｃｕ、金Ａｕ、アルミニウムＡｌ、又は他の適宜の金属から形成することができる。

【0066】

すでに述べたように、導電層２は、第４層５上及び／又は第５層６上に内側酸化物層２１を堆積することによって形成することができる。

【0067】

続いて、前記透明中間金属層２３を前記内側酸化物層２１上に堆積した後、前記透明中間金属層２３上に外側酸化物層２２を堆積することができる。

【0068】

各導電層２の２つの酸化物層２１，２２は異なるＴＣＯで形成することができる。

【0069】

具体的には、ソーラーセル・モジュール内部のソーラーセル１の電気特性及び光学特性を最適化するために、ソーラーセル１の後側１０に配置される導電層２のために使用される酸化物及び／又は金属は、同じソーラーセル１の前側１１に使用されるものとは異なっていてよい。

【0070】

導電層２の特性は、ソーラーセル１の最適な電気特性及び光学特性を見出すために、層の厚さを修正することにより調整することもできる。

【0071】

したがって、得られる導電層２は、純粋なＴＣＯ超薄型膜にも純粋な金属超薄型膜にも達しないように電気特性と光学特性との組み合わせを想定するように設計することができる。

【0072】

実際には純粋な金属の超薄型膜及び純粋なＴＣＯの超薄型膜の両方は排除されることが望ましい。それというのも両方の超薄型膜において、ソーラーセル１は所望のようには挙動しないからである。

【0073】

具体的には、内側酸化物層２１及び外側酸化物層２２として堆積されるＴＣＯの厚さは１ｎｍ～２００ｎｍ、好ましくは１ｎｍ～８０ｎｍであってよい。

【0074】

酸化物層２１及び２２の厚さの組み合わせは、ＯＭＯ層の反射率を制御するための重要なパラメータである。実際には、ＯＭＯ構造が多層構造であるので、太陽光のスペクトル領域内のこの材料の反射防止効果がこれらのパラメータによって直接に決定される。いくつかの厚さを１ｎｍ～２００ｎｍの範囲内、具体的には１ｎｍ～８０ｎｍの範囲内で用いることができるものの、好ましい値は内側酸化物層２１に関しては１ｎｍ～３０ｎｍ又は５０ｎｍであり、そして外側酸化物層２２に関しては３０ｎｍ～８０ｎｍであることが判っている。

【0075】

好ましい実施態様では、前記内側酸化物層２１の厚さはほぼ５０ｎｍであり、そして前記外側酸化物層２２の厚さは３０ｎｍ～６０ｎｍ、より好ましくは５０ｎｍ～６０ｎｍ、さらにより好ましくは５０ｎｍにほぼ等しい。

【0076】

以後、３０ｎｍ以上の厚さに関する「ほぼ（substantially）」という用語は、±５ｎｍの変動を意味する。

【0077】

このような値は、図１０に示し下記に詳述するように、波長５００ｎｍ～７００ｎｍの入射放射線に対して最適な反射率条件を定義する反射率の典型挙動に関して、著しく拡張された幅広い極小の出現を保証する。

【0078】

これらの値はまた、半導体から成る層３，４’，４”，５，６とソーラーセル１の外面との間に介在する層の厚さを最小化するために選択されている。同時に、このような厚さは、ソーラーセル１がソーラーセル・モジュール内部にあるときに、通常は最終ガラス保護部材と接触するその外側領域に対応してソーラーセル１が最大限に保護されることを保証する。

【0079】

さらに、ＯＭＯ層２の選択された厚さは、可視光及び近赤外線のスペクトル領域においてソーラーセル１の透明度を増大させるのを可能にするのに有利である。

【0080】

具体的には、ソーラーセル１は、両面受光型ソーラーセルの後側１０において太陽スペクトルの赤部分の透過率を高めるように設計されている。後側１０は、地面上の反射後の光のアルベド（ａｌｂｅｄｏ）を受ける（青波長に乏しく、赤波長に富む）。

【0081】

さらに、有利には、外側酸化物層２２はソーラーセル・モジュール内部のソーラーセル１の接続を容易にし、図４Ｂ及び４Ｃに示されているように、相互接続リボン１００によって接続することができる。

【0082】

実際には、最外層がＴＣＯから成る外側酸化物層２２であるため、ソーラーセル１とリボン１００との接着が改善されるので有利である。他方において、透明中間金属層２３とリボン１００との直接の接続は、可能であるとしても、前記透明中間金属層上の不連続性が存在する可能性があり、またその厚さが低減されることに起因して、接着状態を悪化させる。

【0083】

加えて、前記導電層２の形態は、ソーラーセル１の表面上に金属グリッドを使用するのを回避可能にする。したがって、このような形態は、ソーラーセル１内へ入射する光の量を有利に最大化する一方、所要の導電率を達成することにより、さらなる外部の金属グリッドなしに、電荷を収集してリボン１００まで輸送するのを可能にする。しかしながら後述するように、少数のバスバーを使用して電荷キャリアの収集を改善してもよい。

【0084】

前記導電層２の特定の形態は、実際には結果として、セル１の外面全体にわたって分散した電荷収集をもたらし、ソーラーセル１自体をより良好に金属化する。

【0085】

これらの態様の組み合わせは、銀ペーストの消費量を低減するのを可能にし、ソーラーセル１の製造に関連するコストを下げるので有利である。

【0086】

さらに、前記ソーラーセル１を製造するために、高価な工具、例えばスクリーン印刷機も必要とされず、ソーラーセルの製造コストをさらに低減する。

【0087】

さらに、上述のように、提案された導電層２は、いかなるさらなる中間コンタクトも用いずに、リボン１００を外側酸化物層２２上に直接に取り付けることを可能にする。

【0088】

具体的には、いかなる電気的損失も生じさせることなしに、前記外側酸化物層２２上に前記相互接続リボン１００を直接に接着し得るので有利である。実際に、リボン１００と外側酸化物層２２との接触の機械強度は、リボン１００と銀ペーストから成るバスバーとの間の機械強度よりも高い。

【0089】

図４Ｂ及び４Ｃを参照すると、ソーラーセル・モジュール内で前記ソーラーセル１を接続するために、２つの異なる金属化アプローチを採用することができる。

【0090】

具体的には、図４Ｂに示されている標準アプローチは、４つのバスバーと、前記バスバーの上部の４つのリボン１００とを備えた古典的なストリンガーを使用する。他方において、マルチワイヤ・アプローチを用いたより高度分散型のスキームが図４Ｃに示されている。マルチワイヤ・アプローチは、本発明によるソーラーセル１上に適用することができる。

【0091】

両事例では、リボンとバスバーとの間の整合は必要ない。それというのも、ソーラーセル１上には金属グリッドがないからである。

【0092】

最後に、導電層２及び相対相互接続スキームはまた、セルの配向からは独立しているので有利であり、セル・モジュールにおけるいかなる種類の金属化スキームをも可能にする。

【0093】

以下の段落では、いくつかの測定及び試験について記載する。これらは、ソーラーセル１のための最適な導電層２を識別するのを可能にした。

【0094】

図５には、モノリシックＡＺＯ層の反射率が入射放射波長の関数として示されている。モノリシックＡＺＯ層の厚さは２０ｎｍに等しい。反射率の極大値が、ほぼ３７５ｎｍの波長に対して得られる一方、より大きい波長に対しては横ばい又は増大する単調な挙動がある。

【0095】

図６には、３つの異なる導電層２の挙動が、反射率及び吸光度に関して、入射放射波長の関数として示されており、３つの導電層２のそれぞれは、Ａｇから成る透明中間金属層２３と、ＡＺＯから成る２つの酸化物層２１，２２とを含む。具体的には、第１ＡＺＯ／Ａｇ／ＡＺＯ導電層２の層２１，２３，２２の厚さはそれぞれ１０ｎｍ／５ｎｍ／１０ｎｍに等しく、第２ＡＺＯ／Ａｇ／ＡＺＯ導電層２の層２１，２３，２２の厚さはそれぞれ１０ｎｍ／１０ｍ／１０ｎｍに等しく、そして第３ＡＺＯ／Ａｇ／ＡＺＯ導電層２の層２１，２３，２２の厚さはそれぞれ１０ｎｍ／１５ｎｍ／１０ｎｍに等しい。

【0096】

それぞれの導電層２に関して、図６に示されたモノリシックＡＺＯの挙動と同様に、３７５ｎｍにおいて反射率の極大値（ひいては吸光度の極小値）があり、そしてより大きい波長では、増大する単調な挙動があることが明らかである。

【0097】

ソーラーセルにおけるこのような挙動は概ね性能の貧弱さと関連する。実際に、反射率がより高いことは、導電層２を通りシリコン層３に達する放射線がより少ないことを意味し、このことは光電気効果による電荷キャリアの放出を低下させる。

【0098】

したがって、５００ｎｍ～７００ｎｍの波長に対して低い反射率を有することが望ましい。さらに、８００ｎｍを上回る波長に関連する反射率パーセンテージは３０％～４０％であること、そしてこれが比較的小さな勾配で増大することが望ましい。

【0099】

図７～１０は、シリコンから成る第１層３と、前記第１層３に重なる導電層２とを含むいくつかのソーラーセル１に対する入射放射波長の関数としての反射率パーセンテージを示している。それぞれの導電層２は、種々異なる厚さを有する、Ａｇから成る透明中間金属層２３と、ＡＺＯから成る２つの酸化物層２１，２２とを含む。

【0100】

具体的には、
第１ソーラーセル１において、その反射率が図７に示されており、ＡＺＯ／Ａｇ／ＡＺＯ導電層２の層２１，２３，２２の厚さはそれぞれ３０ｎｍ、２０ｎｍ、及び３０ｎｍであり、
第２ソーラーセル１において、その反射率が図８に示されており、ＡＺＯ／Ａｇ／ＡＺＯ導電層２の層２１，２３，２２の厚さはそれぞれ５０ｎｍ、１５ｎｍ、及び７０ｎｍであり、
第３ソーラーセル１において、その反射率も図８に示されており、ＡＺＯ／Ａｇ／ＡＺＯ導電層２の層２１，２３，２２の厚さはそれぞれ５０ｎｍ、２０ｎｍ、及び７０ｎｍであり、
第４ソーラーセル１において、その反射率が図９に示されており、ＡＺＯ／Ａｇ／ＡＺＯ導電層２の層２１，２３，２２の厚さはそれぞれ３０ｎｍ、２０ｎｍ、及び５０ｎｍであり、
第５ソーラーセル１において、その反射率が図１０に示されており、ＡＺＯ／Ａｇ／ＡＺＯ導電層２の層２１，２３，２２の厚さはそれぞれ５０ｎｍ、５ｎｍ、及び５０ｎｍであり、そして
第６ソーラーセル１において、その反射率も図１０に示されており、ＡＺＯ／Ａｇ／ＡＺＯ導電層２の層２１，２３，２２の厚さはそれぞれ５０ｎｍ、１０ｎｍ、及び５０ｎｍである。

【0101】

ＡＺＯ／Ａｇ／ＡＺＯ導電層２のそれぞれの厚さに依存する図７～９に示されたソーラーセル１の反射率が、望ましくない、そして特に効率的な挙動を有することは明らかである。

【0102】

驚くべきことに、図１０に示されたソーラーセル１の反射率は、波長５００ｎｍ～７００ｎｍの入射放射線に対して極小値を有する。すなわち、これらのソーラーセル１において、反射性に関して望ましい挙動が、ひいてはより高い効率が得られた。このようにすると、シリコン第１層３における入射放射線を著しく増大させることができる。

【0103】

本発明をその好ましい実施態様に基づいて、限定のためではなく例示を目的として説明してきたが、言うまでもなく添付の請求項によって定義される特許請求の範囲を逸脱することなしに、変更及び／又は改変を当業者によって加えることができる。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】