特表 2024-531993 積層型太陽電池

(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】2024-09-03

(54)【発明の名称】積層型太陽電池

(51)【国際特許分類】

   H10K 30/57 20230101AFI20240827BHJP

   H10K 30/82 20230101ALI20240827BHJP

   H10K 30/40 20230101ALN20240827BHJP

【ＦＩ】

H10K30/57

H10K30/82

H10K30/40

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024515602

(86)(22)【出願日】2021-10-12

(85)【翻訳文提出日】2024-03-08

(86)【国際出願番号】 CN2021123383

(87)【国際公開番号】W WO2023039967

(87)【国際公開日】2023-03-23

(31)【優先権主張番号】202111096360.2

(32)【優先日】2021-09-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524091294

【氏名又は名称】北京載誠科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＢＥＩＪＩＮＧ ＺＥＮＩＴＨＮＡＮＯ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｒｏｏｍ ５０１， ５ Ｆｌｏｏｒ Ｎｏ． １ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｎｏ． １３， Ｃｕｉｈｕ Ｎａｎｈｕａｎ Ｒｏａｄ， Ｈａｉｄｉａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９４， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】張 玉春

(72)【発明者】

【氏名】仲 樹棟

【テーマコード（参考）】

5F251

【Ｆターム（参考）】

5F251AA02

5F251AA05

5F251AA11

5F251DA07

5F251DA15

5F251FA02

5F251FA06

5F251XA32

5F251XA54

5F251XA55

5F251XA56

(57)【要約】

本出願は積層型太陽電池を開示する。この積層型太陽電池は、光吸収層群とヘテロ接合層群とを含む。光吸収層群は、励起層、前記励起層の第１側面に配置された第１電子輸送層群、及び前記励起層の第２側面に配置された第１正孔輸送層群を含む。前記ヘテロ接合層群の第１側面は第２電子輸送層であり、前記第１正孔輸送層群に接する。前記ヘテロ接合層群の第２側面は第２正孔輸送層であり、前記第２正孔輸送層の一側には反射層が設けられ、前記反射層は、前記光吸収層群及び前記ヘテロ接合層群を透過してそれに照射された太陽光を反射光として前記積層型太陽電池の内部に照射する。太陽光及び反射光の照射により、ヘテロ接合層群は、光吸収層群の励起によって発生する正孔・電子対の数を増幅する作用を有し、それによって積層型太陽電池の効率が大幅に向上する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層型太陽電池であって、光吸収層群と、ヘテロ接合層群とを含み、
前記光吸収層群は、励起層、前記励起層の第１側面に配置された第１電子輸送層群、前記励起層の第２側面に配置された第１正孔輸送層群を含み、
前記ヘテロ接合層群の第１側面は第２電子輸送層であり、前記第１正孔輸送層群に接し、前記ヘテロ接合層群の第２側面は第２正孔輸送層であり、
前記ヘテロ接合層群の前記第２正孔輸送層に近い側に反射層が設けられ、前記反射層は、前記光吸収層群及び前記ヘテロ接合層群を透過してそれに照射された太陽光を反射光として前記積層型太陽電池の内部に照射し、
ここで、太陽光及び前記反射光の照射により、前記励起層及びヘテロ接合層群の両方が励起され、前記励起層で発生した電子は、前記第１電子輸送層を通って前記積層型太陽電池の外に輸送され、前記励起層で発生した正孔は、前記第１正孔輸送層群を通って前記ヘテロ接合層群に流れ、前記ヘテロ接合層群で発生した電子と再結合し、前記ヘテロ接合層群で発生した正孔は、前記第２正孔輸送層から前記積層型太陽電池の外に輸送される、ことを特徴とする積層型太陽電池。

【請求項2】

前記第１正孔輸送層群は、前記励起層に接する正孔輸送層と、前記正孔輸送層に接するＰＮ接合とを含み、前記ＰＮ接合は、前記第２電子輸送層に接する、ことを特徴とする請求項１に記載の積層型太陽電池。

【請求項3】

前記第２正孔輸送層と前記反射層との間に光輸送層が設けられ、前記光輸送層の屈折率は、前記第２正孔輸送層の屈折率より小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の積層型太陽電池。

【請求項4】

前記光輸送層の屈折率は１．１５～１．３５の間であり、厚さは５０ｎｍ～２００ｎｍの間であり、
前記第２正孔輸送層の屈折率は３．５～４．２の間であり、厚さは０～３０ｎｍの間である、ことを特徴とする請求項３に記載の積層型太陽電池。

【請求項5】

前記光輸送層は、
前記第２正孔輸送層に接する第１導電層と、
前記第１導電層に接する第１保護層と、
前記第１保護層に接する第２導電層と、
前記第２導電層に接する第２保護層と、
前記第２保護層に接する光出射層と、を含み、
前記第１導電層は第１屈折率ｎ１及び第１厚さｄ１を有し、前記第１保護層は第２屈折率ｎ２及び第２厚さｄ２を有し、前記第２導電層は第３屈折率ｎ３及び第３厚さｄ３を有し、前記第２保護層は第４屈折率ｎ４及び第４厚さｄ４を有し、前記光出射層は第５屈折率ｎ５及び第５厚さｄ５を有し、
ここで、ｎ１は１．８～２．１の間、ｄ１は２０ｎｍ～８０ｎｍであり、ｎ２は０．１～５の間、ｄ２は０．５ｎｍ～１０ｎｍの間であり、ｎ３は０．１～１．５の間、ｄ３は５ｎｍ～５０ｎｍの間であり、ｎ４は１．３～２．１の間、ｄ４は０．５ｎｍ～２５ｎｍの間であり、ｎ５は１．４～２．４の間、ｄ５は２０ｎｍ～８０ｎｍの間である、ことを特徴とする請求項４に記載の積層型太陽電池。

【請求項6】

前記第１導電層は導電性金属酸化物を含み、
前記第１保護層は、金属、導電性金属酸化物、及び導電性金属窒化物のうちの１つを含み、
前記第２導電層は、導電材料、ならびに金属酸化物及び／又は金属窒化物を含み、
前記第２保護層は、非金属酸化物、金属窒化物及び金属酸化物のうちの１つを含み、
前記光出射層は、非金属の酸化物、窒化物、硫化物、フッ化物及び炭化物のうちの１つを含む、ことを特徴とする請求項５に記載の積層型太陽電池。

【請求項7】

前記第１導電層の材料は、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＩＴｉＯ、ＩＺＴＯ及びＦＴＯの中から選択される１つであり、
前記第１保護層の材料は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、ＴｉＮ、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５及びＳｉ_３Ｎ_４の中から選択される１つであり、
前記第２導電層の導電材料は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｇ合金、Ｃｕ合金、Ａｌ合金及びＭｏ合金の中から選択される１つであり、さらに前記第２導電層の導電材料の酸化物及び／又は窒化物で形成された介在物を含み、
前記第２保護層の材料は、ＴｉＮ、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡＺＯ、ＩＺＯ及びＹＺＯの中から選択される１つであり、
前記光出射層の材料は、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＺｎＳ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ、ＭｇＳ、ＳｉＣ、ＡＺＯ、ＧＺＯ及びＹＺＯの中から選択される１つである、ことを特徴とする請求項６に記載の積層型太陽電池。

【請求項8】

前記ヘテロ接合層群は、
Ｎ型Ｓｉウエハーと、
前記Ｎ型Ｓｉウエハーの第１表面上に位置し、酸素がドープされた第１真性非晶質シリコン層と、
前記第１真性非晶質シリコン層上に位置し、前記第２電子輸送層を形成するＮ型非晶質シリコン層と、
前記Ｎ型Ｓｉウエハーの第２表面上に位置し、前記第１真性非晶質シリコン層と同じである第２真性非晶質シリコン層と、
前記第２真性非晶質シリコン層上に位置し、前記第２正孔輸送層を形成するＰ型非晶質シリコン層と、を含む、ことを特徴とする２～７のいずれか一項記載の積層型太陽電池。

【請求項9】

前記第１真性非晶質シリコン層において、酸素の含有量は０～３０ｗｔ％である、ことを特徴とする請求項８に記載の積層型太陽電池。

【請求項10】

前記ＰＮ接合は、前記第２電子輸送層に接するＮ型ナノシリコン層と、前記Ｎ型ナノシリコン層上に位置するＰ型ナノシリコン層とを含み、前記Ｐ型ナノシリコン層は前記正孔輸送層に接する、ことを特徴とする請求項２～６のいずれか一項に記載の表示モジュール。

【請求項11】

前記第１電子輸送層群は、前記励起層に接する電子輸送層と、前記電子輸送層に接する導電層とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の表示モジュール。

【請求項12】

前記導電層の材料はＩｎ_２Ｏ_３であり、ドーパントはＧａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ_２、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｍｏ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２及びＷＯ_２のうちの１つ又は複数であり、Ｉｎ_２Ｏ_３の重量含有量は８０ｗｔ％～１００ｗｔ％であり、残りの部分はドーパント及び不可避的不純物であり、あるいは、
前記導電層の材料はＺｎＯであり、ドーパントはＳｎＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３のうちの１つ又は複数であり、ＺｎＯの重量含有量は８０ｗｔ％～１００ｗｔ％であり、残りの部分はドーパント及び不可避的不純物である、ことを特徴とする請求項１１に記載の積層型太陽電池。

【請求項13】

前記反射層の材料は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ及びＭｏのうちの１つである、ことを特徴とする請求項１に記載の積層型太陽電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、太陽光発電の分野に関し、特に積層型太陽電池に関する。

【背景技術】

【0002】

太陽電池は、太陽光を利用して直接発電する光電子半導体シートである。太陽電池の基本原理は、太陽光が半導体ｐ－ｎ接合に照射されて、正孔・電子対が形成され、ｐ－ｎ接合内に構築された電場の作用により、光で発生した正孔がｐ領域に流れ、光で発生した電子がｎ領域に流れ、回路が接続されると電流が発生するというものである。現在、太陽電池の変換効率は低く、改善が必要である。

【発明の概要】

【0003】

上記課題を解決するために、本発明は、積層型太陽電池を提案する。この積層型太陽電池は、光吸収層群と、ヘテロ接合層群とを含む。光吸収層群は、励起層、前記励起層の第１側面に配置された第１電子輸送層群、及び前記励起層の第２側面に配置された第１正孔輸送層群を含む。前記ヘテロ接合層群の第１側面は、第２電子輸送層であり、前記第１正孔輸送層群に接する。前記ヘテロ接合層群の第２側面は第２正孔輸送層である。前記ヘテロ接合層群の第２正孔輸送層に近い側には反射層が設けられ、前記反射層は、前記光吸収層群及び前記ヘテロ接合層群を透過してそれに照射された太陽光を反射光として前記積層型太陽電池の内部に照射する。ここで、太陽光及び前記反射光の照射により、前記励起層及びヘテロ接合層群の両方が励起され、前記励起層で発生した電子は、前記第１電子輸送層を通って前記積層型太陽電池の外に輸送される。前記励起層で発生した正孔は、前記第１正孔輸送層群を通って前記ヘテロ接合層群に流れ、前記ヘテロ接合層群で発生した電子と再結合し、前記ヘテロ接合層群で発生した正孔は、前記第２正孔輸送層から前記積層型太陽電池の外に輸送される。

【0004】

一実施例では、前記第１正孔輸送層群は、前記励起層に接する正孔輸送層と、前記正孔輸送層に接するＰＮ接合とを含み、前記ＰＮ接合は、前記第２電子輸送層に接する。

【0005】

一実施例では、前記第２正孔輸送層と前記反射層との間に光輸送層が設けられ、前記光輸送層の屈折率は、前記第２正孔輸送層の屈折率より小さい。

【0006】

一実施例では、前記光輸送層の屈折率は１．１５～１．３５の間であり、厚さは５０ｎｍ～２００ｎｍの間である。前記第２正孔輸送層の屈折率は３．５～４．２の間であり、厚さは０～３０ｎｍである。

【0007】

一実施例では、前記光輸送層は、前記第２正孔輸送層に接する第１導電層と、前記第１導電層に接する第１保護層と、前記第１保護層に接する第２導電層と、前記第２導電層に接する第２保護層と、前記第２保護層に接する光出射層とを含む。前記第１導電層は第１屈折率ｎ１及び第１厚さｄ１を有し、前記第１保護層は第２屈折率ｎ２及び第２厚さｄ２を有し、前記第２導電層は第３屈折率ｎ３及び第３厚さｄ３を有し、前記第２保護層は第４屈折率ｎ４及び第４厚さｄ４を有し、前記光出射層は第５屈折率ｎ５及び第５厚さｄ５を有する。ｎ１は１．８～２．１の間、ｄ１は２０ｎｍ～８０ｎｍであり、ｎ２は０．１～５の間、ｄ２は０．５ｎｍ～１０ｎｍの間であり、ｎ３は０．１～１．５の間、ｄ３は５ｎｍ～５０ｎｍの間であり、ｎ４は１．３～２．１の間、ｄ４は０．５ｎｍ～２５ｎｍの間であり、ｎ５は１．４～２．４の間、ｄ５は２０ｎｍ～８０ｎｍの間である。

【0008】

一実施例では、前記第１導電層は、導電性金属酸化物を含み、前記第１保護層は、金属、導電性金属酸化物、及び導電性金属窒化物のうちの１つを含み、前記第２導電層は、導電材料、ならびに金属酸化物及び／又は金属窒化物を含み、前記第２保護層は、非金属酸化物、金属窒化物及び金属酸化物のうちの１つを含み、前記光出射層は、非金属の酸化物、窒化物、硫化物、フッ化物及び炭化物のうちの１つを含む。

【0009】

一実施例では、前記第１導電層の材料は、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＩＴｉＯ、ＩＺＴＯ及びＦＴＯの中から選択される１つである。前記第１保護層の材料は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、ＴｉＮ、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５及びＳｉ_３Ｎ_４の中から選択される１つである。前記第２導電層の導電材料は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｇ合金、Ｃｕ合金、Ａｌ合金及びＭｏ合金の中から選択される１つであり、さらに前記第２導電層の導電材料の酸化物及び／又は窒化物で形成された介在物を含む。前記第２保護層の材料は、ＴｉＮ、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡＺＯ、ＩＺＯ及びＹＺＯの中から選択される１つである。前記光出射層の材料は、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＺｎＳ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ、ＭｇＳ、ＳｉＣ、ＡＺＯ、ＧＺＯ及びＹＺＯの中から選択される１つである。

【0010】

一実施例では、前記ヘテロ接合層群は、Ｎ型Ｓｉウエハーと、前記Ｎ型Ｓｉウエハーの第１表面上に位置し、酸素がドープされた第１真性非晶質シリコン層と、前記第１真性非晶質シリコン層上に位置し、前記第２電子輸送層を形成するＮ型非晶質シリコン層と、前記Ｎ型Ｓｉウエハーの第２表面上に位置し、前記第１真性非晶質シリコン層と同じである第２真性非晶質シリコン層と、前記第２真性非晶質シリコン層上に位置し、前記第２正孔輸送層を形成するＰ型非晶質シリコン層と、を含む。

【0011】

一実施例では、前記第１真性非晶質シリコン層において、酸素の含有量は０～３０ｗｔ％である。

【0012】

一実施例では、前記ＰＮ接合は、前記第２電子輸送層に接するＮ型ナノシリコン層と、前記Ｎ型ナノシリコン層上に位置するＰ型ナノシリコン層とを含み、前記Ｐ型ナノシリコン層は前記正孔輸送層に接する。

【0013】

一実施例では、前記第１電子輸送層群は、前記励起層に接する電子輸送層と、前記電子輸送層に接する導電層とを含む。

【0014】

一実施例では、前記導電層の材料はＩｎ_２Ｏ_３であり、ドーパントはＧａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ_２、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｍｏ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２及びＷＯ_２のうちの１つ又は複数であり、Ｉｎ_２Ｏ_３の重量含有量は８０ｗｔ％～１００ｗｔ％であり、残りの部分はドーパント及び不可避的不純物である。あるいは、前記導電層の材料はＺｎＯであり、ドーパントはＳｎＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３のうちの１つ又は複数であり、ＺｎＯの重量含有量は８０ｗｔ％～１００ｗｔ％であり、残りの部分はドーパント及び不可避的不純物である。

【0015】

一実施例では、前記反射層の材料は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ及びＭｏのうちの１つである。
従来技術と比較して、本発明の有益な効果は次のとおりである。本出願の積層型太陽電池において、ヘテロ接合層群は、光吸収層群の励起によって発生する正孔・電子対の数を増幅する作用を有し、それによって積層型太陽電池の効率が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

ここで説明される図面は、本出願のさらなる理解を提供するために使用され、本出願の一部を構成するものであり、本出願の例示的な実施例及びその説明は、本出願を説明するために使用されるものであり、本出願の不適切な制限を構成するものではない。図面では、

【図1】本出願の一実施例による積層型太陽電池を概略的に示す。

【図2】図１の光輸送層の構造を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本出願の目的、技術的解決手段及び利点を更に明らかにするために、以下では、本出願の具体的な実施例及び対応する添付図面を参照しながら、本出願の実施例の技術的解決手段を明確かつ完全に説明する。当然のことながら、ここで説明する実施例は本出願の実施例の全てではなく一部にすぎない。当業者が創造的な作業なしに本願の実施例に基づいて得られる全ての他の実施例は、本願の保護範囲に含まれるべきである。

【0018】

図１は、本出願の一実施例による積層型太陽電池１の構造を概略的に示す。図１に示すように、積層型太陽電池１は、光吸収層群１０と、光吸収層群１０内側（即ち、外部環境から離れる方向）に位置し、それに接するヘテロ接合層群２０とを含む。光吸収層群１０は、励起層１１、励起層１１の第１側面に配置された第１電子輸送層群１２、及び励起層１１の第２側面に配置された第１正孔輸送層群１３を含む。ヘテロ接合層群２０の第１側面は、第２電子輸送層２０３であり、第１正孔輸送層群１３に接する。ヘテロ接合層群２０の第２側面は、第２正孔輸送層２０５である。ヘテロ接合層群２０の第２正孔輸送層２０５に近い側には反射層４１が設けられる。反射層４１は、光吸収層群１０及びヘテロ接合層群２０を透過してそれに照射された太陽光を反射光として前記積層型太陽電池１の内部に照射する。

【0019】

このような積層型太陽電池１では、太陽光及び反射光の照射により、励起層１１及びヘテロ接合層群２０の両方が励起される。励起層１１で発生した電子は、第１電子輸送層１２を通って積層型太陽電池１の外に輸送される。励起層１１で発生した正孔は、第１正孔輸送層群１３を通ってヘテロ接合層群２０に流れ、ヘテロ接合層群２０で発生した電子と再結合する。ヘテロ接合層群２０で発生した正孔は、第２正孔輸送層２０５から積層型太陽電池１の外に輸送される。このように、ヘテロ接合層群２０は、光吸収層群１０の励起によって発生する正孔・電子対の数を増幅する作用を有し、それによって積層型太陽電池１の効率が大幅に向上する。特に、反射層４１は、積層型太陽電池１内入射する太陽光を反射して、ヘテロ接合層群２０、さらには光吸収層群１０をさらに励起して、入射光の利用率を最大化することができ、それによって積層型太陽電池１の効率が大幅に向上する。

【0020】

一実施例では、反射層４１の材料は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ及びＭｏのうちの１つである。これらの材料は、非常に薄く反射率の高いフィルム層にすることができ、積層型太陽電池１の効率の向上に役立つ。

【0021】

一実施例では、第１正孔輸送層群１３は、励起層１１に接する正孔輸送層４０と、正孔輸送層４０に接するＰＮ接合４２とを含む。発明者は、ＰＮ接合４２も太陽光の照射下で励起され、光吸収層群１０の励起によって発生する正孔・電子対の数をさらに増幅し、それによって積層型太陽電池１の効率がさらに向上することを見出した。

【0022】

一実施例では、第２正孔輸送層２０５と反射層４１との間に光輸送層３０が設けられている。光輸送層３０の屈折率は、第２正孔輸送層２０５の屈折率よりも小さい。光輸送層３０の屈折率は第２正孔輸送層２０５の屈折率よりも小さいため、増透層が形成される。これにより、積層型太陽電池１の内部に太陽エネルギーができるだけ多く照射され（即ち、ヘテロ接合層群２０に太陽光がより多く照射され）、ヘテロ接合層群２０が励起されやすくなり、積層型太陽電池１の効率が向上する。

【0023】

一実施例では、光輸送層３０の屈折率は１．１５～１．３５の間であり、厚さは５０ｎｍ～２００ｎｍの間であり、第２正孔輸送層２０５の屈折率は３．５～４．２の間であり、厚さは０～３０ｎｍである。本出願では、第２正孔輸送層２０５の厚さはゼロに等しくなく、ゼロよりも大きいことを理解されたい。本発明者は、光輸送層３０及び第２正孔輸送層２０５をこのパラメータ範囲内に設定することにより、太陽光をより効果的に反射層４１に照射し、且つ反射層４１は光を積層型太陽電池１の内部に反射することができ、積層型太陽電池１の効率の向上に役立つ。

【0024】

図２に示すように、光輸送層３０は、第２正孔輸送層２０５に接する第１導電層４１０と、第１導電層４１０に接する第１保護層４１１と、第１保護層４１１に接する第２導電層４１２と、第２導電層４１２に接する第２保護層４１３と、第２保護層４１３に接する光出射層４１４とを含む。即ち、第１導電層４１０、第１保護層４１１、第２導電層４１２、第２保護層４１３及び光出射層４１４は積層されて配置され、且つ第１導電層４１０はＰＮ接合４２に電気的に接し、光出射層４１４はヘテロ接合層群２０と接している。

【0025】

第１導電層４１０は第１屈折率ｎ１及び第１厚さｄ１を有し、第１保護層４１１は第２屈折率ｎ２及び第２厚さｄ２を有し、第２導電層４１２は第３屈折率ｎ３及び第３厚さｄ３を有し、第２保護層４１３は第４屈折率ｎ４及び第４厚さｄ４を有し、光出射層４１４は第５屈折率ｎ５及び第５厚さｄ５を有する。ここで、ｎ１は１．８～２．１の間、ｄ１は２０ｎｍ～８０ｎｍであり、ｎ２は０．１～５の間、ｄ２は０．５ｎｍ～１０ｎｍの間であり、ｎ３は０．１～１．５の間、ｄ３は５ｎｍ～５０ｎｍの間であり、ｎ４は１．３～２．１の間、ｄ４は０．５ｎｍ～２５ｎｍの間であり、ｎ５は１．４～２．４の間、ｄ５は２０ｎｍ～８０ｎｍの間である。本発明者は、光輸送層３０をこれらの副層として構成することにより、光輸送層３０の厚さを５０ｎｍ～２００ｎｍの間に維持しながら、光輸送層３０の屈折率を１．１５～１．３５の間で容易に調整することができることを見出した。このように、積層型太陽電池１の内部に太陽光及び反射光がより効果的に照射され、積層型太陽電池１の効率が向上する。

【0026】

光輸送層３０の副層の数は、その厚さと屈折率が要件を満たす限り、多くても少なくても（１層であっても）よいことを理解されたいが、ここでは再度説明しない。

【0027】

第１導電層４１０は導電性金属酸化物を含み、例えば、第１導電層４１０の材料は、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＩＴｉＯ、ＩＺＴＯ及びＦＴＯの中から選択される１つである。ＩＴＯでは、Ｓｎ_２Ｏドープ重量パーセントは０より大きく５０％以下である。ＩＺＯでは、ＺｎＯドープ重量パーセントは０より大きく５０％以下である。ＡＺＯでは、Ａｌ_２Ｏ_３ドープ重量パーセントは０より大きく５０％以下である。ＩＴｉＯでは、ＴｉＯ_２ドープ重量パーセントは０より大きく１０％以下である。ＩＺＴＯでは、ＴｉＯ_２ドープ重量パーセントは０より大きく１０％以下であり、ＺｎＯドープ重量パーセントは０より大きく４０％以下である。ＦＴＯでは、Ｆドープ重量パーセントは０より大きく１０％以下である。発明者は、上記の材料を使用すると、必要な屈折率の達成、及び積層型太陽電池１の効率の向上に役立つことを見出した。

【0028】

第１保護層４１１は金属、導電性金属酸化物、及び導電性金属窒化物のうちの１つを含む。例えば、金属は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＮｉＣｒのうちの１つであってもよい。金属酸化物は、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５のうちの１つであってもよい。金属窒化物は、ＴｉＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４のうちの１つであってもよい。本発明者は、第１保護層４１１としてこれらの材料を選択すると、必要な屈折率を達成できるだけでなく、良好な抗酸化特性も備え、これにより、酸素分子が第２導電層４１２に浸透するのを防ぐことができ、第２導電層４１２が良好な導電性を有することが保証されることを見出した。

【0029】

第２導電層４１２は、導電材料、ならびに不可避的金属酸化物及び／又は金属窒化物の介在物を含む。例えば、導電材料は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｇ合金、Ｃｕ合金、Ａｌ合金及びＭｏ合金の中から選択される１つである。具体的な一実施例では、Ａｇ合金層において、Ａｇの重量比は５０％より大きく、残りの５０％は、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｂ、Ｂｉ、Ｎｉなどの金属元素のうちの１つであってもよい。Ｃｕ合金において、Ｃｕの重量比は５０％よりも大きく、残りの５０％は、Ｚｎ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｂ、Ｂｉ、Ｎｉなどの金属元素のうちの１つであってもよい。Ｍｏ合金層において、Ｍｏの重量比は８０％よりも大きく、残りの２０％は、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｂ、Ｂｉ、Ｎｉなどの金属元素のうちの１つであってもよい。Ａｌ合金層において、Ａｌの重量比は８０％よりも大きく、残りの２０％は、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｂ、Ｂｉ、Ｎｉ、などの金属元素のうちの１つであってもよい。金属酸化物及び／又は金属窒化物の介在物は、金属ターゲット材のコーティングプロセス中に、少量の酸素、窒素を導入して金属又は合金を酸化、窒化することによって形成される。これらの金属酸化物、金属窒化物は、第２導電層４１２の光透過性も向上させる。これは、積層型太陽電池１の効率の向上に役立つ。

【0030】

第２保護層４１３は、非金属酸化物、金属窒化物及び金属酸化物のうちの１つを含む。例えば、非金属酸化物、金属窒化物、金属酸化物はＴｉＮ、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４であってもよい。これらの化合物により形成された第２保護層４１３は、良好な耐候性、良好な防水性を有し、第２導電層４１２に対する保護作用を向上させる。

【0031】

光出射層４１４は、非金属の酸化物、窒化物、硫化物、フッ化物、炭化物のうちの１つを含む。例えば、光出射層４１４の材料は、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＺｎＳ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ、ＭｇＳ、ＳｉＣ、ＡＺＯ、ＧＺＯ及びＹＺＯの中から選択される１つである。これらの材料の屈折率は比較的高く、光取り出し層２００の屈折率要件を満たすのに役立つ。

【0032】

また、図１に示すように、ＰＮ接合４２は、第２電子輸送層２０３に接するＮ型ナノシリコン層４２０と、Ｎ型ナノシリコン層４２０上に位置するＰ型ナノシリコン層４２１とを含み、Ｐ型ナノシリコン層４２１は、正孔輸送層４０に接する。発明者は、ＰＮ接合４２が励起層１１に対する励起効果を増幅するだけでなく、界面抵抗を効果的に低減し、したがって積層型太陽電池１の効率の向上に役立つことを見出した。

【0033】

さらに図１に示すように、ヘテロ接合層群２０は、Ｎ型Ｓｉウエハー２０１と、Ｎ型Ｓｉウエハー２０１の第１表面上に位置し、酸素がドープされた第１真性非晶質シリコン層２０２と、第１真性非晶質シリコン層２０２上に位置し、前述した第２電子輸送層２０３を形成するＮ型非晶質シリコン層２０３と、Ｎ型Ｓｉウエハー２０１の第２表面上に位置し、第１真性非晶質シリコン層２０１と同じである第２真性非晶質シリコン層２０４と、第２真性非晶質シリコン層２０４上に位置し、第２正孔輸送層２０５を形成するＰ型非晶質シリコン層２０５と、を含む。また、発明者は、このヘテロ接合層群２０では、Ｎ型Ｓｉウエハー２０１の両側に位置する半導体層群をいずれも励起することができるため、ヘテロ接合層群２０の光励起効率が比較的高く、これにより光吸収層群１０の光励起効果の増幅がさらに向上し、積層型太陽電池１の効率がさらに向上することを見出した。さらに、発明者は、第１真性非晶質シリコン層２０２及び第２真性非晶質シリコン層２０４に酸素をドープすると、第１真性非晶質シリコン層２０２及び第２真性非晶質シリコン層２０４の透光度をさらに増加することができ、ヘテロ接合層群２０の励起効果の向上にさらに役立ち、それにより積層型太陽電池１の効率がさらに向上することを見出した。

【0034】

具体的な一実施例では、第１真性非晶質シリコン層２０２において、酸素の含有量は０～３０ｗｔ％である。第１真性非晶質シリコン層２０２では、酸素の含有量がゼロより大きいことに留意されたい。発明者は、この酸素ドープ濃度で、第１真性非晶質シリコン層２０２及び第２真性非晶質シリコン層２０４の透光性が向上するだけでなく、Ｓｉが完全にＳｉＯ_２に合成されず、その結果、第１真性非晶質シリコン層２０２及び第２真性非晶質シリコン層２０４が依然として高い電子／正孔輸送効果を有し、積層型太陽電池１の効率をさらに向上させることを見出した。

【0035】

第１電子輸送層群１２は、励起層１１に接する電子輸送層１２０と、電子輸送層１２０に接する導電層１２１とを含む。具体的な一実施例では、導電層１２１の材料はＩｎ_２Ｏ_３であり、ドーパントは、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ_２、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｍｏ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２及びＷＯ_２のうちの１つ又は複数であり、Ｉｎ_２Ｏ_３の重量含有量は８０ｗｔ％～１００ｗｔ％であり、残りの部分はドーパント及び不可避的不純物である。あるいは、導電層１２１の材料はＺｎＯであり、ドーパントは、ＳｎＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３のうちの１つ又は複数であり、ＺｎＯの重量含有量は８０ｗｔ％～１００ｗｔ％であり、残りの部分はドーパント及び不可避的不純物である。従来技術で使用されているＩＴＯと比較して、本出願の導電層１２１の材料は、透光性がより良好であるだけでなく、導電性もより良好であるため、積層型太陽電池１の効率をさらに向上させることに役立つ。

【0036】

また、導電層１２１の外側に金属電極層５０が設けられることに理解されたい。電極層５０は、外部の導線と連通して導電するために使用されるが、これについてはここでは再度説明しない。

【0037】

〈実施例１〉
光吸収層１０については、励起層１１はペロブスカイト感光層ＭＡＰｂＩ３である。電子輸送層１２０はＺｎＯであり、厚さは２０ｎｍである。導電層１２１はＩＴＺＯであり（即ち、Ｉｎ_２Ｏ_３にＴｉＯ_２及びＺｎＯがドープされ、Ｉｎ_２Ｏ_３の含有量は８９ｗｔ％、ＺｎＯの含有量は１０ｗｔ％、残りの部分はＴｉＯ_２及び不可避的不純物である）、正孔輸送層４０はＮｉＯである。

【0038】

ＰＮ接合４２については、Ｐ型ナノシリコン層４２１の厚さは２８ｎｍであり、Ｎ型ナノシリコン層４２０の厚さは２９ｎｍである。

【0039】

光輸送層３０において、第１導電層４１０はＩＴＯであり、厚さは４７ｎｍ、屈折率は２．０であり、第１保護層４１１はＴｉであり、厚さは０．５ｎｍ、屈折率は１．９であり、第２導電層４１２はＡｇＰｄとＡｇＰｄＯ_ｘの混合物であり、厚さは８ｎｍ、屈折率は０．３であり、第２保護層４１３はＺｎＯであり、厚さは５ｎｍ、屈折率は２．０であり、光出射層４１４はＴｉＯ_２であり、厚さは４０ｎｍ、屈折率は１．９である。

【0040】

ヘテロ接合層群２０については、Ｎ型Ｓｉウエハー２０１の厚さは０．２ｍｍであり、第１真性非晶質シリコン層２０２及び第２真性非晶質シリコン層２０４では、酸素含有量は２５ｗｔ％、厚さは１０ｎｍであり、Ｎ型非晶質シリコン層２０３の厚さは２０ｎｍであり、Ｐ型非晶質シリコン層２０５の厚さは２０ｎｍである。

【0041】

反射層４１はＡｌであり、厚さは１５０ｎｍである。

【0042】

金属電極層５０はＡｇペーストである。

【0043】

実施例１の積層型太陽電池の効率を表１に示す。

【0044】

〈実施例２〉
光吸収層１０については、励起層１１はペロブスカイト感光層ＭＡＰｂＩ３である。電子輸送層１２０はＳｎＯであり、厚さは１５ｎｍである。導電層１２１はＩＣＯであり、（即ち、Ｉｎ_２Ｏ_３にＣｅＯ_２がドープされ、Ｉｎ_２Ｏ_３の含有量は９７．５ｗｔ％である）、正孔輸送層４０はＭｏＯ_３である。

【0045】

ＰＮ接合４２については、Ｐ型ナノシリコン層４２１の厚さは２０ｎｍであり、Ｎ型ナノシリコン層４２０の厚さは３０ｎｍである。

【0046】

光輸送層３０において、第１導電層４１０はＡＺＯであり、厚さは５０ｎｍ、屈折率は２．０であり、第１保護層４１１はＳｉであり、厚さは１ｎｍ、屈折率は３．８であり、第２導電層４１２はＡｌＴｉとＡｌＴｉＯ_ｘの混合物であり、厚さは１５ｎｍ、屈折率は１．０であり、第２保護層４１３はＳｎＯ_２であり、厚さは１０、屈折率は２．０であり、光出射層４１４はＺｎＯであり、厚さは３５ｎｍ、屈折率は２．０である。

【0047】

ヘテロ接合層群２０については、Ｎ型Ｓｉウエハー２０１の厚さは０．２ｍｍであり、第１真性非晶質シリコン層２０２及び第２真性非晶質シリコン層２０４では、酸素含有量は２０ｗｔ％、厚さは７ｎｍであり、Ｎ型非晶質シリコン層２０３の厚さは２０ｎｍであり、Ｐ型非晶質シリコン層２０５の厚さは２０ｎｍである。

【0048】

反射層４１はＣｕであり、厚さは２０ｎｍｎである。

【0049】

金属電極層５０はＡｇペーストである。

【0050】

実施例２の積層型太陽電池の効率を表１に示す。

【0051】

〈実施例３〉
光吸収層１０については、励起層１１はペロブスカイト感光層ＭＡＰｂＩ３である。電子輸送層１２０はＳｎＯ２であり、厚さは１５ｎｍである。導電層１２１はＩＷＯであり（即ち、Ｉｎ_２Ｏ_３にＣｅＯ_２がドープされ、Ｉｎ_２Ｏ_３の含有量は９７．５ｗｔ％である）、正孔輸送層４０はＷＯ_３である。

【0052】

ＰＮ接合４２については、Ｐ型ナノシリコン層４２１の厚さは２５ｎｍであり、Ｎ型ナノシリコン層４２０の厚さは１５ｎｍである。

【0053】

光輸送層３０において、第１導電層４１０はＦＴＯであり、厚さは６０ｎｍ、屈折率は１．９であり、第１保護層４１１はＮｉＣｒであり、厚さは１ｎｍ、屈折率は１．８であり、第２導電層４１２はＡｇＺｎとＡｇＺｎＯ_ｘの混合物であり、厚さは９ｎｍ、屈折率は０．３であり、第２保護層４１３はＴｉＯ_２であり、厚さは１５ｎｍ、屈折率は２．０であり、光出射層４１４はＺｎＯであり、厚さは３５ｎｍ、屈折率は２．０である。

【0054】

ヘテロ接合層群２０については、Ｎ型Ｓｉウエハー２０１の厚さは０．２ｍｍであり、第１真性非晶質シリコン層２０２及び第２真性非晶質シリコン層２０４では、酸素含有量は３０ｗｔ％、厚さは５ｎｍであり、Ｎ型非晶質シリコン層２０３の厚さは２０ｎｍであり、Ｐ型非晶質シリコン層２０５の厚さは２０ｎｍである。

【0055】

反射層４１はＡｇであり、厚さは１２０ｎｍである。

【0056】

金属電極層５０はＡｇペーストである。

【0057】

実施例３の積層型太陽電池の効率を表１に示す。

【0058】

〈実施例４〉
光吸収層１０については、励起層１１はペロブスカイト感光層ＭＡＰｂＩ３である。電子輸送層１２０はＴｉＯ２であり、厚さは７ｎｍである。導電層１２１はＡＧＺＯであり（即ち、ＺｎＯにＡｌ_２Ｏ_３及びＧａ_２Ｏ_３がドープされ、ＺｎＯの含有量は９８ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は１ｗｔ％、残りの部分はＧａ_２Ｏ_３と不可避的不純物である）、正孔輸送層４０はＣｕ_２Ｏである。

【0059】

ＰＮ接合４２については、Ｐ型ナノシリコン層４２１の厚さは２０ｎｍであり、Ｎ型ナノシリコン層４２０の厚さは１６ｎｍである。

【0060】

光輸送層３０において、第１導電層４１０はＩｎ_２Ｏ_３であり、厚さは４０ｎｍ、屈折率は１．９であり、第１保護層４１１はＳｎＯ_２であり、厚さは５ｎｍ、屈折率は２．０であり、第２導電層４１２はＣｕＮｉとＣｕＮｉＮ_ｘの混合物であり、厚さは２０ｎｍ、屈折率は０．９であり、第２保護層４１３はＳｉ_３Ｎ_４であり、厚さは１０ｎｍ、屈折率は２．０であり、光出射層４１４はＮｂ_２Ｏ_５であり、厚さは３０ｎｍ、屈折率は２．０である。

【0061】

ヘテロ接合層群２０については、Ｎ型Ｓｉウエハー２０１の厚さは０．２ｍｍであり、第１真性非晶質シリコン層２０２及び第２真性非晶質シリコン層２０４では、酸素含有量は１５ｗｔ％、厚さは５ｎｍであり、Ｎ型非晶質シリコン層２０３の厚さは２０ｎｍであり、Ｐ型非晶質シリコン層２０５の厚さは２０ｎｍである。

【0062】

反射層４１はＡｇであり、厚さは１２０ｎｍである。

【0063】

金属電極層５０はＡｇペーストである。

【0064】

実施例４の積層型太陽電池の効率を表１に示す。

【0065】

〈実施例５〉
光吸収層１０については、励起層１１はペロブスカイト感光層ＭＡＰｂＩ３である。電子輸送層１２０はＡＩ２Ｏ３であり、厚さは５ｎｍである。導電層１２１はＢＧＺＯであり（即ち、ＺｎＯにＢ_２Ｏ_３及びＧａ_２Ｏ_３がドープされ、ＺｎＯの含有量は９４ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は２．５％であり、残りの部分はＧａ_２Ｏ_３及び不可避的不純物である）、正孔輸送層４０はＣｕＯである。

【0066】

ＰＮ接合４２については、Ｐ型ナノシリコン層４２１の厚さは３０ｎｍであり、Ｎ型ナノシリコン層４２０の厚さは１２ｎｍである。

【0067】

光輸送層３０において、第１導電層４１０はＩＴｉＯであり、厚さは３８ｎｍ、屈折率は２．０であり、第１保護層４１１はＡｌであり、厚さは２ｎｍ、屈折率は０．９であり、第２導電層４１２はＡｇＡｌとＡｇＡｌＯ_ｘの混合物であり、厚さは７ｎｍ、屈折率は０．３であり、第２保護層４１３はＴｉＮであり、厚さは７ｎｍであり、屈折率は２．０であり、光出射層４１４はＳｎＯ_２であり、厚さは４０ｎｍ、屈折率は２．０である。

【0068】

ヘテロ接合層群２０については、Ｎ型Ｓｉウエハー２０１の厚さは０．２ｍｍであり、第１真性非晶質シリコン層２０２及び第２真性非晶質シリコン層２０４では、酸素含有量は２０ｗｔ％、厚さは６ｎｍである。Ｎ型非晶質シリコン層２０３の厚さは２０ｎｍであり、Ｐ型非晶質シリコン層２０５の厚さは２０ｎｍである。

【0069】

反射層４１はＡｇＭｇ合金であり、厚さは１３０ｎｍである。

【0070】

金属電極層５０はＡｇペーストである。

【0071】

実施例５の積層型太陽電池の効率を表１に示す。

【0072】

〈比較例１〉
比較例は、従来技術における一般的なペロブスカイト太陽電池である。

【0073】

励起層はペロブスカイト感光層ＭＡＰｂＩ３である。電子輸送層はＺｎＯである。正孔輸送層はＮｉＯである。

【0074】

比較例の積層型太陽電池の効率を表１に示す。

【0075】

【0076】

表１に示すように、本出願の実施例１～５による積層型太陽電池の効率は比較的高く、いずれも３０％以上であり、一方、従来技術における太陽電池の効率は約２０％である。これは、本出願による積層型太陽電池の効率がより高いことを示している。

【0077】

以上の説明は、本出願の実施例にすぎず、本出願を限定するためのものではない。当業者であれば、本出願に対して、様々な修正や変更を行うことができる。本出願の趣旨と原理内で行われるすべての補正、同等置換、改善などは、いずれも本出願の特許請求の範囲に含まれるべきである。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】