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JP7799650B2 - Solar cells, multi-junction solar cells, solar cell modules and solar power generation systems - Google Patents
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JP7799650B2 - Solar cells, multi-junction solar cells, solar cell modules and solar power generation systems - Google Patents

Solar cells, multi-junction solar cells, solar cell modules and solar power generation systems

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JP7799650B2 JP2023046061A JP2023046061A JP7799650B2 JP 7799650 B2 JP7799650 B2 JP 7799650B2 JP 2023046061 A JP2023046061 A JP 2023046061A JP 2023046061 A JP2023046061 A JP 2023046061A JP 7799650 B2 JP7799650 B2 JP 7799650B2
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Description

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。 The present invention relates to solar cells, multi-junction solar cells, solar cell modules, and solar power generation systems.

新しい太陽電池の1つに、亜酸化銅(CuO)を光吸収層に用いた太陽電池がある。CuOはワイドギャップ半導体である。CuO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。 One of the new solar cells is one that uses cuprous oxide (Cu 2 O) as the light absorption layer. Cu 2 O is a wide-gap semiconductor. Cu 2 O is a safe and inexpensive material made from copper and oxygen, which are abundant on Earth, and is therefore expected to enable the realization of highly efficient, low-cost solar cells.

特開2016-154171号公報JP 2016-154171 A

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。 The problem that this invention aims to solve is to provide solar cells, multi-junction solar cells, solar cell modules, and solar power generation systems with excellent conversion efficiency.

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、第1領域と第2領域を含んだ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。第1領域は、p型光吸収層のn型層側に存在する。第2領域は、p型光吸収層のp電極側に存在する。第1領域の平均結晶粒径である第1平均結晶粒径は、第2領域の平均結晶粒径である第2平均結晶粒径よりも大きい。p型光吸収層は、亜酸化銅又は亜酸化銅の複合酸化物を主体とする。p型光吸収層の厚さは2000[nm]以上15000[nm]以下である。第2領域の厚さは70[nm]以上1000[nm]以下である。
The solar cell of the embodiment includes a p-electrode, an n-electrode, a p-type light absorbing layer provided on the p-electrode and including a first region and a second region, and an n-type layer provided between the p-type light absorbing layer and the n-electrode. The first region is present on the n-type layer side of the p-type light absorbing layer. The second region is present on the p-electrode side of the p-type light absorbing layer. The first average crystal grain size, which is the average crystal grain size of the first region, is larger than the second average crystal grain size, which is the average crystal grain size of the second region. The p-type light absorbing layer is mainly composed of cuprous oxide or a composite oxide of cuprous oxide. The thickness of the p-type light absorbing layer is 2000 nm or more and 15000 nm or less. The thickness of the second region is 70 nm or more and 1000 nm or less.

図1は、実施形態の太陽電池の模式断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment. 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。FIG. 2 is a diagram illustrating an analysis spot of a solar cell according to an embodiment. 図3は、実施形態の第2領域3bの模式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a second region 3b according to the embodiment. 図4は、実施形態のp型光吸収層の製造方法のフローチャート。FIG. 4 is a flowchart of a method for manufacturing a p-type absorber layer according to an embodiment. 図5は、実施形態の多接合型太陽電池の断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a multi-junction solar cell according to an embodiment. 図6は、実施形態の太陽電池モジュールの斜視図。FIG. 6 is a perspective view of a solar cell module according to an embodiment. 図7は、実施形態の太陽電池モジュールの断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of a solar cell module according to an embodiment. 図8は、実施形態の太陽光発電システムの構成図。FIG. 8 is a configuration diagram of a solar power generation system according to an embodiment. 図9は、実施形態の車両の模式図。FIG. 9 is a schematic diagram of a vehicle according to an embodiment. 図10は、実施形態の飛翔体の模式図。FIG. 10 is a schematic diagram of a flying object according to an embodiment.

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。断面画像に写される粒子の断面積をSとした場合、各粒子の粒径(直径)は、(4S/π)1/2である。 A preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Unless otherwise specified, the physical property values are those at 25°C and 1 atmosphere (atmosphere). Furthermore, the average indicates an arithmetic mean value. Each concentration is the average concentration of the target region or layer. In each layer, the presence of a specific element refers to an element whose presence is confirmed by, for example, SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry), and the absence of a specific element refers to an element whose presence cannot be confirmed by SIMS. When the cross-sectional area of a particle captured in a cross-sectional image is S, the particle size (diameter) of each particle is (4S/π) 1/2 .

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。 In the specification, "/" represents a division symbol. However, the "/" in "or/and" means "or." In the specification, "・" represents a multiplication symbol. In numerical values in the specification, "." represents a decimal point.

(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。
(First embodiment)
The first embodiment relates to a solar cell. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a solar cell 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the solar cell 100 according to this embodiment includes a substrate 1, a p-electrode 2 (first electrode), a p-type light absorbing layer 3, an n-type layer 4, and an n-electrode 5 (second electrode). An intermediate layer (not shown) may be included between the n-type layer 4 and the n-electrode 5. Sunlight may be incident on either the n-electrode 5 side or the p-electrode 2 side, but it is more preferable for it to be incident on the n-electrode 5 side. Because the solar cell 100 according to this embodiment is a transparent solar cell, it is preferably used on the top cell side (light incident side) of a multi-junction solar cell. In FIG. 1, the substrate 1 is provided on the side opposite the p-electrode 2 from the p-type light absorbing layer 3. However, the substrate 1 may also be provided on the side opposite the n-electrode 5 from the n-type layer 4. The following describes the configuration shown in FIG. 1. However, a configuration in which the substrate 1 is provided on the n-electrode 5 side is similar, except for the position of the substrate 1. In the solar cell 100 of the embodiment, light is incident from the n-electrode 5 side toward the p-electrode 2 side.

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。 Substrate 1 is a transparent substrate. Substrate 1 can be made of organic materials such as light-transmitting acrylic, polyimide, polycarbonate, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), fluorine-based resins (polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroethylene propene copolymer (FEP), ethylene tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), perfluoroalkoxyalkane (PFA)), polyarylate, polysulfone, polyethersulfone, or polyetherimide; or inorganic materials such as soda-lime glass, white glass, chemically strengthened glass, or quartz. Substrate 1 may also be made by laminating the above-listed substrates.

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。 The p-electrode 2 is provided on the substrate 1 and is disposed between the substrate 1 and the p-type light absorbing layer 3. The p-electrode 2 preferably forms an ohmic contact with the p-type light absorbing layer 3. The p-electrode 2 is a light-transmitting conductive layer provided on the p-type light absorbing layer 3 side. The thickness of the p-electrode 2 is typically 100 nm or more and 2000 nm or less. In Figure 1, the p-electrode 2 is in direct contact with the p-type light absorbing layer 3. The p-electrode 2 preferably includes one or more transparent conductive oxide films. Examples of the oxide transparent conductive film include semiconductor conductive films such as indium tin oxide (ITO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), boron-doped zinc oxide (BZO), gallium-doped zinc oxide (GZO), doped tin oxide, titanium-doped indium oxide (ITiO), indium zinc oxide (IZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), and hydrogen-doped indium oxide (IOH), but are not particularly limited thereto. The oxide transparent conductive film may also be a laminated film having a plurality of films. The dopant for the tin oxide film or the like is not particularly limited as long as it is one or more elements selected from the group consisting of In, Si, Ge, Ti, Cu, Sb, Nb, Ta, W, Mo, F, Cl, etc. The p-electrode 2 preferably includes a tin oxide film doped with one or more elements selected from the group consisting of In, Si, Ge, Ti, Cu, Sb, Nb, Ta, W, Mo, F, Cl, etc. In the doped tin oxide film, the one or more elements selected from the group consisting of In, Si, Ge, Ti, Cu, Sb, Nb, Ta, W, Mo, F, Cl, etc. are preferably contained in an amount of 10 atomic % or less relative to the tin contained in the tin oxide film. The p-electrode 2 can be a laminated film formed by stacking a transparent conductive oxide film and a metal film. The metal film preferably has a thickness of 1 nm to 2 μm, and the metal (including alloy) contained in the metal film is not particularly limited, and may be Mo, Au, Cu, Ag, Al, Ta, or W. Furthermore, the p-electrode 2 preferably includes a dot-, line-, or mesh-shaped electrode (one or more selected from the group consisting of metals, alloys, graphene, conductive nitrides, and conductive oxides) between the oxide transparent conductive film and the substrate 1, or between the oxide transparent conductive film and the p-type light absorbing layer 3. The dot-, line-, or mesh-shaped metal preferably has an aperture ratio of 50% or more relative to the oxide transparent conductive film. The dot-, line-, or mesh-shaped metal may be Mo, Au, Cu, Ag, Al, Ta, or W, and is not particularly limited. When a metal film is used for the p-electrode 2, its thickness is preferably approximately 5 nm or less from the perspective of transparency. When a line- or mesh-shaped metal film is used, transparency is ensured by the apertures, so the thickness of the metal film is not limited to this.

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。 It is preferable that a doped tin oxide film that forms an ohmic junction with the p-type light absorbing layer 3 is provided on the outermost surface of the oxide transparent conductive film on the p-type light absorbing layer 3 side. It is preferable that at least a portion of the doped tin oxide film that is provided on the outermost surface of the oxide transparent conductive film on the p-type light absorbing layer 3 side is in direct contact with the p-type light absorbing layer 3.

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、p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及びスタンナイト構造を有する化合物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。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及びスタンナイト構造を有する化合物を有する化合物のいずれか1種を含む半導体層をp型光吸収層3に用いた場合及び亜酸化銅をp型光吸収層3に用いた場合にも、光路長が長くなり、500nm以上の波長の光の量子効率が向上する The p-type light absorbing layer 3 is a p-type semiconductor layer. The p-type light absorbing layer 3 is disposed on the p-electrode 2. The p-type light absorbing layer 3 may be in direct contact with the p-electrode 2, or other layers may be present as long as electrical contact with the p-electrode 2 is ensured. The p-type light absorbing layer 3 is disposed between the p-electrode 2 and the n-type layer 4. The p-type light absorbing layer 3 is in direct contact with the n-type layer 4. The p-type light absorbing layer 3 includes a first region 3a. The p-type light absorbing layer 3 is preferably a compound semiconductor. When the p-type light absorbing layer 3 is undoped, it is preferably a p-type compound semiconductor. When undoped, the p-type compound semiconductor layer is preferably a semiconductor layer containing only one of cuprous oxide (cuprous oxide compound), a compound having a chalcopyrite structure, a compound having a kesterite structure, and a compound having a stannite structure. When a semiconductor layer containing one of a compound having a chalcopyrite structure, a compound having a kesterite structure, and a compound having a stannite structure is used as the p-type light absorbing layer 3, or when cuprous oxide is used as the p-type light absorbing layer 3, the optical path length is increased and the quantum efficiency of light with wavelengths of 500 nm or longer is improved.

p型光吸収層3が亜酸化銅を含む場合、亜酸化銅又は亜酸化銅の複合酸化物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))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。 When the p-type light absorbing layer 3 contains cuprous oxide, it is preferably a cuprous oxide compound mainly composed of cuprous oxide or a composite oxide of cuprous oxide. In other words, the p-type light absorbing layer 3 is preferably a semiconductor layer containing a cuprous oxide compound. The p-type light absorbing layer 3 is preferably a polycrystalline cuprous oxide compound. The cuprous oxide compound may contain a trace amount of one or more cuprous oxide impurities selected from the group consisting of copper (Cu), copper oxide (CuO), and copper hydroxide (Cu(OH) 2 ) as a partial impurity.

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。 The number of oxygen atoms contained in the cuprous oxide compound is preferably 0.48 or more and 0.56 or less, assuming the number of copper atoms is 1. If the oxygen content is too high relative to the copper, the ratio of copper oxide contained in the cuprous oxide compound will be high, narrowing the band gap and reducing the translucency of the p-type light absorbing layer 3, which is undesirable. If the oxygen content is too low relative to the copper content, the copper content in the cuprous oxide compound will be too high, reducing the translucency, which is undesirable.

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。 Cuprous oxide compounds are oxides primarily composed of cuprous oxide. When the total amount of all metal elements contained in the p-type light absorbing layer 3 is taken as 100%, the amount of copper contained in the p-type light absorbing layer 3 is preferably 95% to 100%, more preferably 98% to 100%, and even more preferably 99% to 100%.

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。 Preferably, 95 wt% to 100 wt% of the p-type light absorbing layer 3 is a cuprous oxide compound, more preferably 98 wt% to 100 wt% of the p-type light absorbing layer 3 is a cuprous oxide compound, and even more preferably 99 wt% to 100 wt% of the p-type light absorbing layer 3 is a cuprous oxide compound. 100 wt% of the p-type light absorbing layer 3 can be composed of a cuprous oxide compound.

p型光吸収層3は、亜酸化銅又は/及び亜酸化銅の複合酸化物の多結晶であることが好ましい。亜酸化銅の複合酸化物は、CuM1で表される酸化物である。M1は、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Ni、Pd、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、N、P、Sb、Ge、Bi、Cl、F、Br、I、Mn、Tc及びReからなる群より選ばれる1種以上の元素であることが好ましい。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。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。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。 The p-type light absorbing layer 3 is preferably a polycrystal of cuprous oxide or/and a composite oxide of cuprous oxide. The composite oxide of cuprous oxide is an oxide represented by Cu a M1 b O c . M1 is preferably one or more elements selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Ni, Pd, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, N, P, Sb, Ge, Bi, Cl, F, Br, I, Mn, Tc, and Re. It is preferable that a, b, and c satisfy the following relationships: 1.80≦a≦2.01, 0.00≦b≦0.20, and 0.98≦c≦1.02. It is preferable that the p-type light absorbing layer 3 contains almost no Cu and/or CuO, which are heterophases. The p-type light absorbing layer 3 preferably contains few heterophases and has good crystallinity, which increases the light transmittance of the p-type light absorbing layer 3. The band gap of the p-type light absorbing layer 3 is preferably 2.0 eV or more and 2.2 eV or less. With a band gap in this range, in a multi-junction solar cell using a solar cell using Si as a light absorbing layer as the bottom cell and the solar cell of the embodiment as the top cell, sunlight can be efficiently utilized in both the top cell and the bottom cell.

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。 The above composition ratio of the p-type light absorbing layer 3 is the overall composition ratio of the p-type light absorbing layer 3.

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(2[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。 The thickness of the p-type light absorbing layer 3 is determined by cross-sectional observation using an electron microscope or a step gauge, and is preferably 2000 nm to 15000 nm (2 μm to 15 μm), more preferably 2500 nm to 10000 nm, even more preferably 4000 nm to 10000 nm, and preferably 4000 nm to 8000 nm. The p-type light absorbing layer 3 has minimal unevenness on its surface, and the difference between the minimum and maximum thicknesses of the p-type light absorbing layer 3 is preferably 0 nm to 100 nm, more preferably 0 nm to 50 nm. The p-type light absorbing layer 3 has a rectangular parallelepiped shape.

p型光吸収層3は、大粒径の第1領域3a及び小粒径の第2領域3bを含む。第1領域3aはn型層4側に存在する。第2領域3bはp電極2側に存在する。第1領域3aと第2領域3bは直接的に接続していることが好ましい。 The p-type light absorbing layer 3 includes a first region 3a with a large grain size and a second region 3b with a small grain size. The first region 3a is located on the n-type layer 4 side. The second region 3b is located on the p-electrode 2 side. It is preferable that the first region 3a and the second region 3b are directly connected.

第1領域3aの平均結晶粒径である第1平均結晶粒径d1は、第2領域3bの平均結晶粒径である第2平均結晶粒径d2よりも大きいことが好ましい。 The first average crystal grain size d1, which is the average crystal grain size of the first region 3a, is preferably larger than the second average crystal grain size d2, which is the average crystal grain size of the second region 3b.

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。 When the p-type light absorbing layer 3 and the n-type layer 4 are made of different compounds and form a pn heterojunction, elements from the n-type layer 4 may diffuse into the p-type light absorbing layer 3 and/or elements from the p-type light absorbing layer 3 may diffuse into the n-type layer 4, resulting in a mixed region with a thickness of 20 nm or less between the p-type light absorbing layer 3 and the n-type layer 4 where the elements have diffused. Less than 90 atom % of the metal elements in the mixed region are metals contained in the p-type light absorbing layer 3, and 10 atom % or more of the metal elements in the mixed region are metal elements contained in the n-type layer 4. When a mixed region exists, the surface of the p-type light absorbing layer 3 facing the n-type layer 4 is the surface of the p-type light absorbing layer 3 facing the n-type layer 4 excluding the mixed region, and the surface of the n-type layer 4 facing the p-type light absorbing layer 3 is the surface of the n-type layer 4 facing the p-type light absorbing layer 3 excluding the mixed region.

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。 The thickness of the p-type light absorbing layer 3 is determined by cross-sectional observation using an electron microscope or a step gauge, and is preferably 2000 nm to 15000 nm (1 μm to 15 μm), more preferably 2500 nm to 10000 nm, even more preferably 4000 nm to 10000 nm, and preferably 4000 nm to 8000 nm. The p-type light absorbing layer 3 has minimal unevenness on its surface, and the difference between the minimum and maximum thicknesses of the p-type light absorbing layer 3 is preferably 0 nm to 100 nm, more preferably 0 nm to 50 nm. The p-type light absorbing layer 3 has a rectangular parallelepiped shape.

第2領域3bの厚さは、70[nm]以上1000[nm]以下が好ましい。第2領域3bが存在すると、波長が500nm以上の光の量子効率が向上し、変換効率の向上に寄与する。第2領域3bの厚さが薄いと波長が500nm以上の光の量子効率の向上効果が少ない。第2領域3bの厚さが厚いと光吸収層の欠陥が多くなり、電子の再結合が起きやすいという理由により好ましくない。上記観点から、第2領域3bの厚さは、70[nm]より厚く1000[nm]以下が好ましく、100[nm]以上1000[nm]以下がより好ましい。 The thickness of the second region 3b is preferably 70 nm or more and 1000 nm or less. The presence of the second region 3b improves the quantum efficiency of light with a wavelength of 500 nm or more, contributing to improved conversion efficiency. If the thickness of the second region 3b is thin, the effect of improving the quantum efficiency of light with a wavelength of 500 nm or more is small. If the thickness of the second region 3b is thick, it is undesirable because it increases the number of defects in the light absorption layer and makes electron recombination more likely. From the above perspective, the thickness of the second region 3b is preferably more than 70 nm and 1000 nm or less, and more preferably 100 nm or more and 1000 nm or less.

第2領域3bの厚さは、150[nm]以上600[nm]以下が好ましい。第2領域3bが存在すると、波長が500nm以上の光の量子効率が向上し、変換効率の向上に寄与する。第2領域3bの厚さが薄いと波長が500nm以上の光の量子効率の向上効果が少ない。第2領域3bの厚さが厚いと光吸収層の欠陥が多くなり、電子の再結合が起きやすいという理由により好ましくない。上記観点から、第2領域3bの厚さは、150[nm]以上500[nm]以下がより好ましい。 The thickness of the second region 3b is preferably 150 nm or more and 600 nm or less. The presence of the second region 3b improves the quantum efficiency of light with a wavelength of 500 nm or more, contributing to improved conversion efficiency. If the thickness of the second region 3b is thin, the effect of improving the quantum efficiency of light with a wavelength of 500 nm or more is small. If the thickness of the second region 3b is thick, it is not preferable because it increases the number of defects in the light absorption layer and makes electron recombination more likely. From the above perspective, the thickness of the second region 3b is more preferably 150 nm or more and 500 nm or less.

第1領域3aの厚さと第2領域3bの厚さの測定方法について説明する。図2の分析スポットA1~A9の断面を観察して、大粒径でn型層4側の領域を第1領域3aとする。また、図2の分析スポットA1~A9の断面を観察して、小粒径でp電極2側の領域を第2領域3bとする。 The method for measuring the thickness of the first region 3a and the second region 3b will be explained below. Observe the cross sections of analysis spots A1 to A9 in Figure 2, and identify the large grain size region on the n-type layer 4 side as the first region 3a. Also, observe the cross sections of analysis spots A1 to A9 in Figure 2, and identify the small grain size region on the p-electrode 2 side as the second region 3b.

第2領域3bの厚さは、70[nm]以上1000[nm]以下であり、p型光吸収層3の厚さの1[%]以上20[%]未満であることが好ましい。p型光吸収層3の厚さに対する第2領域3bの厚さが相対的に薄いと光路長が長くなる効果が得られなくなるという理由により好ましくない。p型光吸収層3の厚さに対する第2領域3bの厚さが相対的に厚いと光吸収層の欠陥が多くなり、電子の再結合が起きやすいという理由により好ましくない。そこで、第2領域3bの厚さは、70[nm]以上1000[nm]以下であり、p型光吸収層3の厚さの3[%]以上15[%]未満であることが好ましい。上記観点から、第2領域3bの厚さは、70[nm]より厚く1000[nm]以下でp型光吸収層3の厚さの3[%]以上15[%]未満であることが好ましく、100[nm]以上1000[nm]以下でありp型光吸収層3の厚さの3[%]以上15[%]未満であることがより好ましい。 The thickness of the second region 3b is preferably 70 nm or more and 1000 nm or less, and 1% or more but less than 20% of the thickness of the p-type light absorbing layer 3. A relatively thin second region 3b compared to the thickness of the p-type light absorbing layer 3 is undesirable because the effect of increasing the optical path length is not obtained. A relatively thick second region 3b compared to the thickness of the p-type light absorbing layer 3 is undesirable because it increases the number of defects in the light absorbing layer and makes electron recombination more likely. Therefore, the thickness of the second region 3b is preferably 70 nm or more and 1000 nm or less, and 3% or more but less than 15% of the thickness of the p-type light absorbing layer 3. From the above perspective, the thickness of the second region 3b is preferably greater than 70 nm and less than 1000 nm, and is 3% to less than 15% of the thickness of the p-type light absorbing layer 3, and more preferably is 100 nm to 1000 nm, and is 3% to less than 15% of the thickness of the p-type light absorbing layer 3.

第2領域3bの厚さは、150[nm]以上600[nm]以下であり、p型光吸収層3の厚さの1[%]以上20[%]未満であることが好ましい。p型光吸収層3の厚さに対する第2領域3bの厚さが相対的に薄いと光路長が長くなる効果が得られなくなるという理由により好ましくない。p型光吸収層3の厚さに対する第2領域3bの厚さが相対的に厚いと光吸収層の欠陥が多くなり、電子の再結合が起きやすいという理由により好ましくない。そこで、第2領域3bの厚さは、150[nm]以上600[nm]以下であり、p型光吸収層3の厚さの3[%]以上15[%]未満であることが好ましい。上記観点から、第2領域3bの厚さは、150[nm]以上500[nm]以下であり、p型光吸収層3の厚さの3[%]以上15[%]未満であることが好ましい。 The thickness of the second region 3b is preferably 150 nm to 600 nm, and is preferably 1% to less than 20% of the thickness of the p-type light absorbing layer 3. A relatively thin second region 3b relative to the thickness of the p-type light absorbing layer 3 is undesirable because it prevents the optical path length from increasing. A relatively thick second region 3b relative to the thickness of the p-type light absorbing layer 3 is undesirable because it increases defects in the light absorbing layer and makes electron recombination more likely. Therefore, the thickness of the second region 3b is preferably 150 nm to 600 nm, and is preferably 3% to less than 15% of the thickness of the p-type light absorbing layer 3. From the above perspective, the thickness of the second region 3b is preferably 150 nm to 500 nm, and is preferably 3% to less than 15% of the thickness of the p-type light absorbing layer 3.

第2領域3bの厚さがp型光吸収層3の厚さの1[%]以上20[%]未満である場合、第1領域3aの厚さは、p型光吸収層3の厚さの80[%]以上99[%]以下であることが好ましい。第1領域3aがp型光吸収層3の大部分を占めることで、変換効率の高い太陽電池100が得られる。 When the thickness of the second region 3b is 1% or more and less than 20% of the thickness of the p-type light absorbing layer 3, the thickness of the first region 3a is preferably 80% or more and 99% or less of the thickness of the p-type light absorbing layer 3. Having the first region 3a occupy most of the p-type light absorbing layer 3 results in a solar cell 100 with high conversion efficiency.

第2領域3bの厚さがp型光吸収層3の厚さの3[%]以上15[%]未満である場合、第1領域3aの厚さは、p型光吸収層3の厚さの85[%]以上97[%]以下であることが好ましい。第1領域3aがp型光吸収層3の大部分を占めることで、変換効率の高い太陽電池100が得られる。 When the thickness of the second region 3b is 3% or more and less than 15% of the thickness of the p-type light absorbing layer 3, the thickness of the first region 3a is preferably 85% or more and 97% or less of the thickness of the p-type light absorbing layer 3. By having the first region 3a occupy the majority of the p-type light absorbing layer 3, a solar cell 100 with high conversion efficiency can be obtained.

第1領域3aの平均結晶粒径である第1平均結晶粒径d1は、1.5[μm]以上が好ましい。第1平均結晶粒径d1は、p型光吸収層3の厚さ80[%]以上100[%]未満が好ましい。第1領域3aは、p型光吸収層3において、光を吸収して発電する主たる領域である。第1領域3aの第1平均結晶粒径d1が大粒径であると第1領域において、350[nm]以上650[nm]未満の光を吸収して高効率に発電することができる。第1平均結晶粒径d1は、p型光吸収層3の厚さから第2領域3bの厚さを除いた厚さ、つまり、第1領域3aの厚さの90[%]以上100[%]以下が好ましく、95[%]以上100[%]以下がより好ましい。また、p型光吸収層3に含まれる粒子のうち粒径がp型光吸収層3の厚さの50[%]以上100[%]未満である粒子は、p電極2に直接的に接していないことが好ましい。 The first average crystal grain size d1 of the first region 3a is preferably 1.5 μm or greater. The first average crystal grain size d1 is preferably 80% or greater but less than 100% of the thickness of the p-type photoabsorption layer 3. The first region 3a is the primary region in the p-type photoabsorption layer 3 that absorbs light and generates electricity. When the first average crystal grain size d1 of the first region 3a is large, the first region can absorb light of 350 nm or greater but less than 650 nm, generating electricity with high efficiency. The first average crystal grain size d1 is preferably 90% or greater but 100% of the thickness of the p-type photoabsorption layer 3 minus the thickness of the second region 3b, i.e., the thickness of the first region 3a, and more preferably 95% or greater but 100%. Furthermore, it is preferable that particles contained in the p-type light absorbing layer 3 whose particle size is 50% or more and less than 100% of the thickness of the p-type light absorbing layer 3 are not in direct contact with the p-electrode 2.

第1平均結晶粒径d1は、図2の分析スポットA1~A9の各断面画像に写るp型光吸収層3を観察して求められる。例えば、走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いて、断面画像を得る。倍率は、10000倍以上200000倍程度とし、撮影範囲は、p型光吸収層3の厚さ以上である。断面画像には、p型光吸収層3、n型層4及びp電極2が含まれる。断面画像のn型層4側のp型光吸収層3において、結晶の積層方向の直径が長い方から5つ選択する。選択した5つの結晶の積層方向の直径の平均値を求める。9つの分析スポットA1~A9から求めた平均値をさらに平均して得られた値の平均値を平均結晶粒径d1とする。 The first average crystal grain size d1 is determined by observing the p-type light absorbing layer 3 in each cross-sectional image of analysis spots A1 to A9 in Figure 2. For example, a scanning electron microscope (SEM) is used to obtain the cross-sectional image. The magnification is approximately 10,000x to 200,000x, and the image capture range is equal to or greater than the thickness of the p-type light absorbing layer 3. The cross-sectional image includes the p-type light absorbing layer 3, the n-type layer 4, and the p-electrode 2. In the p-type light absorbing layer 3 on the n-type layer 4 side of the cross-sectional image, five crystals with the longest diameters in the crystal stacking direction are selected. The average diameters in the stacking direction of the five selected crystals are then calculated. The average values calculated from the nine analysis spots A1 to A9 are further averaged, and this average value is defined as the average crystal grain size d1.

第2領域3bの平均結晶粒径である第2平均結晶粒径d2は、0.005[μm]以上0.60[μm]以下が好ましく、0.15[μm]以上0.45[μm]以下がより好ましい。p電極2側に粒径の小さい第2領域3bが存在することで、第1領域3aで吸収されなかった光のうち、長波長の光が第2領域3bで吸収される。このことによって、太陽電池100の500nm以上の波長の光の量子効率が向上する。 The second average crystal grain size d2, which is the average crystal grain size of the second region 3b, is preferably 0.005 μm or more and 0.60 μm or less, and more preferably 0.15 μm or more and 0.45 μm or less. The presence of the second region 3b with a smaller grain size on the p-electrode 2 side allows the second region 3b to absorb light with longer wavelengths that is not absorbed by the first region 3a. This improves the quantum efficiency of the solar cell 100 for light with wavelengths of 500 nm or more.

第2領域3bの結晶粒径の最大値は、0.05[μm]以上2.00[μm]以下が好ましく、0.30[μm]以上1.0[μm]以下がより好ましい。 The maximum crystal grain size of the second region 3b is preferably 0.05 μm or more and 2.00 μm or less, and more preferably 0.30 μm or more and 1.0 μm or less.

第2平均結晶粒径d2は、図2の分析スポットA1~A9をSEM-EBSD(走査電子顕微鏡-後方散乱電子回折)を用いて測定して求められる。具体的には、p電極2とp型光吸収層3の境界部分を観察する。観察において、第2領域2bの厚さが確認できる領域を選択する。加速電圧は1[kV]で、試料傾斜は70[°]、測定領域は0.8[μm]×11[μm]で、STEPは0.01[μm]とした。70[°]傾斜した試料に電子線を照射することによって、各結晶面で回折電子線が作られ、この後方散乱電子回折を解析し、画像中の結晶面方位を求めた。結晶面方位が5[°]以上の方位差がある境界を結晶粒界として扱い、粒子毎に結晶面方位に基づいて色分けする。色分けによって、粒界が視覚的に容易に認識できる。測定領域に含まれる全ての粒子の直径をピクセル数×(ステップサイズ(0.01 μm)の2乗)により粒面積を求め、粒面積×4/π)^(1/2)によって求める。粒子の直径を求める際に粒界部分を含めた領域を粒子とみなして粒子の直径を求める。分析スポットA1~A9の測定領域に含まれる全ての粒子の直径の平均値を第2平均結晶粒径d2とする。 The second average crystal grain size d2 was determined by measuring analysis spots A1 to A9 in Figure 2 using SEM-EBSD (scanning electron microscope-backscattered electron diffraction). Specifically, the boundary between the p-electrode 2 and the p-type light-absorbing layer 3 was observed. A region where the thickness of the second region 2b could be confirmed was selected during the observation. The accelerating voltage was 1 kV, the sample tilt was 70°, the measurement area was 0.8 μm × 11 μm, and the step was 0.01 μm. By irradiating the sample tilted by 70° with an electron beam, diffracted electron beams were generated from each crystal plane. This backscattered electron diffraction was analyzed to determine the crystal plane orientation in the image. Boundaries with a crystal plane orientation difference of 5° or more were treated as crystal grain boundaries, and each particle was color-coded based on its crystal plane orientation. This color coding allows for easy visual identification of grain boundaries. The diameter of all particles included in the measurement area is calculated by multiplying the number of pixels by the square of the step size (0.01 μm), and then calculating the particle area by multiplying the particle area by 4/π)^(1/2). When calculating the particle diameter, the area including the grain boundary is considered to be a particle, and the particle diameter is calculated. The average value of the diameters of all particles included in the measurement areas of analysis spots A1 to A9 is taken as the second average crystal grain size d2.

第1領域3aの第1平均結晶粒径d1に対する第2領域3bの第2平均結晶粒径d2(d2/d1)は、0.005以上0.300以下が好ましく、0.010以上0.300以下よりが好ましく、0.020以上0.100以下がさらにより好ましい。d2/d1が好ましい範囲内であると、電子の再結合が少なく、裏面側の光路長が長くなるという理由で好ましい。 The ratio of the second average crystal grain size d2 of the second region 3b to the first average crystal grain size d1 of the first region 3a (d2/d1) is preferably 0.005 or more and 0.300 or less, more preferably 0.010 or more and 0.300 or less, and even more preferably 0.020 or more and 0.100 or less. Having d2/d1 within the preferred range is preferable because it reduces electron recombination and increases the optical path length on the back side.

第2領域3bには、空隙Gが含まれることが好ましい。空隙Gの断面平均直径は、0.10[μm]以上0.60[μm]以下が好ましく、0.15[μm]以上0.45[μm]以下がより好ましい。空隙が上記範囲内であることで、電子の再結合の増加を防ぐことができる可能性がある。 The second region 3b preferably includes voids G. The average cross-sectional diameter of the voids G is preferably 0.10 μm or more and 0.60 μm or less, and more preferably 0.15 μm or more and 0.45 μm or less. Keeping the voids within this range may prevent an increase in electron recombination.

第1領域3aには、空隙Gがほとんど含まれないことが好ましい。第1領域3aの断面に占める空隙Gの面積比率R1([第1領域3aの空隙Gの断面積の合計]/[第1領域3aの断面積])は、0以上0.1以下が好ましく、0以上0.01以下がより好ましい。 It is preferable that the first region 3a contains almost no voids G. The area ratio R1 of voids G to the cross section of the first region 3a ([total cross-sectional area of voids G in first region 3a] / [cross-sectional area of first region 3a]) is preferably 0 or more and 0.1 or less, and more preferably 0 or more and 0.01 or less.

第2領域3bの断面に占める空隙Gの面積比率R2([第2領域3bの空隙Gの断面積の合計]/[第2領域3bの断面積])は、0.01以上0.3以下が好ましく、0.05以上0.1以下がより好ましい。 The area ratio R2 of voids G in the cross section of the second region 3b ([total cross-sectional area of voids G in second region 3b] / [cross-sectional area of second region 3b]) is preferably 0.01 or more and 0.3 or less, and more preferably 0.05 or more and 0.1 or less.

第1領域3aに空隙Gが含まれる場合、第2領域3bの断面に占める空隙Gの面積比率R2に対する第1領域3aの断面に占める空隙Gの面積比率R1(R1/R2)は、0.001以上0.1以下が好ましい。 When the first region 3a includes voids G, the area ratio R1 (R1/R2) of the voids G in the cross section of the first region 3a to the area ratio R2 of the voids G in the cross section of the second region 3b is preferably 0.001 or more and 0.1 or less.

図2の分析スポットA1~A9をSEM-EBSDで粒界を調べる際に、結晶以外と判断された領域を空隙Gとみなす。空隙Gの直径を第2平均結晶粒径d2と同様に求める。分析スポットA1~A9の測定領域に含まれる全ての空隙の直径の平均値を空隙Gの断面平均直径とする。また、第1領域3a又は第2領域3bの各空隙Gを合計して第1領域3a又は第2領域3bの第1領域3a又は第2領域3bの空隙Gの断面積の合計を求める。 When examining the grain boundaries of analysis spots A1 to A9 in Figure 2 using SEM-EBSD, areas determined to be other than crystals are considered to be voids G. The diameter of the voids G is calculated in the same way as the second average crystal grain size d2. The average value of the diameters of all voids included in the measurement areas of analysis spots A1 to A9 is taken as the average cross-sectional diameter of the voids G. In addition, the total cross-sectional area of the voids G in the first region 3a or second region 3b is calculated by adding up the diameters of each void G in the first region 3a or second region 3b.

第2領域3bの粒度分布は、0.005[μm]以上0.70[μm]以下の範囲に2個以上3個以下のピークを含むことが好ましく、0.005[μm]以上0.70[μm]以下の範囲に2個のピーク(2個のみのピーク)が含まれることがより好ましい。第2領域3bの粒度分布の0.005[μm]以上0.30[μm]未満の範囲(第1範囲)に第1ピークP1と、0.30[μm]以上0.70[μm]以下の範囲(第2範囲)に第2ピークP2を含むことが好ましい。実施形態の製造方法で作製したp型光吸収層3は、粒度分布に第1範囲と第2範囲の両方にピークを含む第2領域3bを有する。 The particle size distribution of the second region 3b preferably includes two to three peaks in the range of 0.005 μm to 0.70 μm, and more preferably includes two peaks (only two peaks) in the range of 0.005 μm to 0.70 μm. The particle size distribution of the second region 3b preferably includes a first peak P1 in the range of 0.005 μm to less than 0.30 μm (first range) and a second peak P2 in the range of 0.30 μm to 0.70 μm (second range). The p-type light absorbing layer 3 produced by the manufacturing method of the embodiment has a second region 3b whose particle size distribution includes peaks in both the first and second ranges.

図3の模式断面図に示すように、実施形態の第2領域3bには、粒径の大きな粒子A、粒径の小さな粒子B、小さな空隙G及び大きな空隙Gが含まれることが好適である。 As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 3, the second region 3b of the embodiment preferably contains large particles A, small particles B, small voids G 1 S , and large voids G 1 L.

第2領域3bの0.10[μm]以上0.70[μm]以下の範囲の粒度分布について説明する。階級の幅は0.05[μm]である。例えば、0.10[μm]の階級は、粒径が0.075[μm]以上0.125[μm]の粒子を含む。 The particle size distribution in the second region 3b, in the range of 0.10 μm to 0.70 μm, is described below. The class width is 0.05 μm. For example, the 0.10 μm class includes particles with particle sizes of 0.075 μm to 0.125 μm.

第2領域3bに含まれる粒子のうち、結晶粒径が0.075[μm]以上2.00[μm]である粒子の比率を100[%]とした場合、第1ピークの存在比率(第1ピークP1に含まれる粒子の比率([第1ピークに含まれる粒子の数]/[結晶粒径が0.075[μm]以上2.00[μm]以下である粒子の数]))及び第2ピークの存在比率(第2ピークP2に含まれる粒子の比率([第2ピークに含まれる粒子の数]/[結晶粒径が0.075[μm]以上2.00[μm]以下である粒子の数]))は、それぞれ、10[%]以上80[%]以下であることが好ましい。 When the proportion of particles in the second region 3b with a crystal grain size of 0.075 μm or more and 2.00 μm or less is taken as 100%, the abundance ratio of the first peak (the proportion of particles in the first peak P1 ([number of particles in the first peak] / [number of particles with a crystal grain size of 0.075 μm or more and 2.00 μm or less])) and the abundance ratio of the second peak (the proportion of particles in the second peak P2 ([number of particles in the second peak] / [number of particles with a crystal grain size of 0.075 μm or more and 2.00 μm or less]))) are each preferably 10% or more and 80% or less.

第2領域3bに含まれる粒子のうち、結晶粒径が0.075[μm]以上2.00[μm]である粒子の比率を100[%]とした場合、第1ピークP1に含まれる粒子の比率又は第2ピークP2に含まれる粒子の比率は、結晶粒径が0.075[μm]以上2.00[μm]の範囲で最も高いことが好ましい。 If the proportion of particles in the second region 3b with a crystal grain size of 0.075 μm or more and 2.00 μm is taken as 100%, it is preferable that the proportion of particles in the first peak P1 or the proportion of particles in the second peak P2 be highest in the range of crystal grain size of 0.075 μm or more and 2.00 μm.

第1ピークP1に含まれる粒子の比率又は第2ピークP2に含まれる粒子の比率が20[%]以上70[%]以下であることが好ましい。第1ピークP1及び第2ピークP2は、非常にシャープなピークでもなく、平坦に近いピークでもないことが好ましい。 It is preferable that the ratio of particles contained in the first peak P1 or the ratio of particles contained in the second peak P2 is 20% or more and 70% or less. It is preferable that the first peak P1 and the second peak P2 are neither very sharp peaks nor nearly flat peaks.

第2領域3bの粒度分布において、第1ピークP1と第2ピークP2の間には谷が存在することが好ましい。より具体的には、第2領域3bの粒度分布において、第1ピークP1のピークトップと第2ピークP2のピークトップの間に比率が0[%]以上4[%]未満の階級が含まれることが好ましい。 In the particle size distribution of the second region 3b, it is preferable that a valley exists between the first peak P1 and the second peak P2. More specifically, it is preferable that the particle size distribution of the second region 3b includes a class with a ratio of 0% or more and less than 4% between the peak top of the first peak P1 and the peak top of the second peak P2.

SEM-EBSDで第2平均結晶粒径d2を求める方法と同様に、分析スポットA1~A9の各結晶粒径を求める。求められた粒径を、50[nm]の階級幅で粒度分布を作成する。粒度分布の縦軸には、存在比率(第2領域3bに含まれる粒子数に対する階級に属する粒子数の比率)を示す。作成した粒度分布から第1ピークP1及び第2ピークP2を特定することができる。 The grain size of each analysis spot A1 to A9 is determined in the same way as the method for determining the second average grain size d2 using SEM-EBSD. A grain size distribution is created using the determined grain sizes with a class width of 50 nm. The vertical axis of the grain size distribution shows the abundance ratio (the ratio of the number of particles belonging to a class to the number of particles contained in the second region 3b). The first peak P1 and second peak P2 can be identified from the created grain size distribution.

第2領域3bの粒子の結晶配向性は、ランダムであることが好ましい。実施形態の製造方法で作製したp型光吸収層3は、結晶配向性がランダムな第2領域3bを有する。実施形態の第2領域3bの結晶配向性がランダムか否かについては、以下の様に定める。各分析スポットで観察してIPF(Inverse Pole Figure)マップを得る。IPFマップの中心に最も高い粒子(選択した中心の粒子)を選択する。選択した中心の粒子に最も近い粒子との距離が近い20個の粒子(選択した外周の粒子)を選択する。選択した外周の粒子である20粒子についてそれぞれ中心の粒子との方位差を求める。方位差が15[°]以上である粒子が10粒子以上である場合、第2領域3bの粒子の結晶配向性がランダムであるとする。 The crystal orientation of the particles in the second region 3b is preferably random. The p-type light absorbing layer 3 produced by the manufacturing method of the embodiment has a second region 3b with random crystal orientation. Whether the crystal orientation of the second region 3b in the embodiment is random or not is determined as follows: Observe each analysis spot to obtain an IPF (Inverse Pole Figure) map. Select the highest particle (selected central particle) at the center of the IPF map. Select 20 particles (selected peripheral particles) that are closest to the particle closest to the selected central particle. Calculate the misorientation between each of the selected 20 peripheral particles and the central particle. If there are 10 or more particles with a misorientation of 15° or more, the crystal orientation of the particles in the second region 3b is considered to be random.

第2領域3bの断面は、(001)面((200)面)、(101)面及び(111)面を含むことが好ましい。結晶配向性が上記の基準でランダムであっても特定の面方位に偏っているよりも、第2領域3bの断面には面方位が異なる複数の粒子を含むことが好ましい。 The cross section of the second region 3b preferably includes the (001) plane ((200) plane), (101) plane, and (111) plane. Even if the crystal orientation is random according to the above criteria, it is preferable for the cross section of the second region 3b to include multiple grains with different plane orientations, rather than being biased toward a specific plane orientation.

第2領域3bの断面の結晶の面方位は次のように求める。SEM-EBSDで第2平均結晶粒径d2を求める方法と同様に、分析スポットA1~A9のIPFマップから各結晶の面方位と中心の粒子との方位差を求める。 The crystal plane orientation in the cross section of the second region 3b is determined as follows. Similar to the method for determining the second average crystal grain size d2 using SEM-EBSD, the misorientation between the plane orientation of each crystal and the central grain is determined from the IPF maps of analysis spots A1 to A9.

第2領域3bには、断面直径が0.01[μm]以上0.1[μm]未満の小さな空隙と断面直径が0.1[μm]以上0.6[μm]以下の大きな空隙が含まれることが好ましい。 The second region 3b preferably contains small voids with a cross-sectional diameter of 0.01 μm or more but less than 0.1 μm, and large voids with a cross-sectional diameter of 0.1 μm or more but less than 0.6 μm.

第2領域3bのキャリア濃度は、第1領域3aよりもキャリア濃度が高いことが好ましい。第2領域3bのキャリア濃度が第1領域3aのキャリア濃度よりも高いと裏面障壁(BSF;Back Surface Field)によって、再結合が抑制され、短絡電流密度が向上し、変換効率の向上に寄与することが好ましい。第2領域3bのキャリア濃度の平均値は、第1領域3aのキャリア濃度の平均値の100倍以上106以下が好ましい。 The carrier concentration of the second region 3b is preferably higher than that of the first region 3a. When the carrier concentration of the second region 3b is higher than that of the first region 3a, a back surface field (BSF) suppresses recombination, improving the short-circuit current density and contributing to improved conversion efficiency. The average carrier concentration of the second region 3b is preferably 100 to 106 times the average carrier concentration of the first region 3a.

第2領域3bのキャリア濃度が第1領域3aよりもキャリア濃度が高い場合、第2領域3bは、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Ni、Pd、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、N、P、Sb及びBiからなる群より選ばれる1種以上が好ましい。第2領域3bに、Cl、F、Br、I、Mn、Tc及びReからなる群より選ばれる1種以上を含む場合、第2領域3b中のCl、F、Br、I、Mn、Tc及びReからなる群より選ばれる1種以上の総濃度は、第2領域3bのLi、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Ni、Pd、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、N、P、Sb及びBiからなる群より選ばれる1種以上の総濃度の100[%]未満が好ましく、10[%]以下がより好ましい。 When the carrier concentration of the second region 3b is higher than that of the first region 3a, the second region 3b is preferably one or more selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Ni, Pd, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, N, P, Sb and Bi. When the second region 3b contains one or more elements selected from the group consisting of Cl, F, Br, I, Mn, Tc, and Re, the total concentration of the one or more elements selected from the group consisting of Cl, F, Br, I, Mn, Tc, and Re in the second region 3b is preferably less than 100% of the total concentration of the one or more elements selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Ni, Pd, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, N, P, Sb, and Bi in the second region 3b, and more preferably 10% or less.

再結合を防ぐ観点から、第2領域3bのキャリア濃度は、第1領域3a側が低く、p電極2側が高いことが好ましい。再結合を防ぐ観点から、第2領域3bのキャリア濃度は、第1領域3a側が低く、p電極2側が高く、キャリア濃度が第1領域3a側からp電極2側に向かって傾斜的に変化することが好ましい。 From the viewpoint of preventing recombination, it is preferable that the carrier concentration in the second region 3b is low on the first region 3a side and high on the p-electrode 2 side. From the viewpoint of preventing recombination, it is preferable that the carrier concentration in the second region 3b is low on the first region 3a side and high on the p-electrode 2 side, with the carrier concentration changing gradually from the first region 3a side toward the p-electrode 2 side.

第2領域3bのキャリア濃度の平均値が第1領域3aのキャリア濃度の平均値の100倍以上105以下である場合、第2領域3bの厚さは、0.07[μm]以上0.1[μm]以下が好ましい。第2領域3bのキャリア濃度の平均値が第1領域3aのキャリア濃度の平均値の100倍以上105以下である場合、第2領域3bの厚さは、第1領域3aの厚さの0.01倍以上0.05倍以下であることが好ましい。第2領域3bのキャリア濃度の平均値が第1領域3aのキャリア濃度の平均値の10倍以上106以下である場合、第2領域3bの厚さは、0.1[μm]以上0.6[μm]以下であり、第2領域3bの厚さは、第1領域3aの厚さの0.05倍以上0.3倍以下であることが好ましい。 When the average carrier concentration of the second region 3b is 100 to 105 times the average carrier concentration of the first region 3a, the thickness of the second region 3b is preferably 0.07 μm to 0.1 μm. When the average carrier concentration of the second region 3b is 100 to 105 times the average carrier concentration of the first region 3a, the thickness of the second region 3b is preferably 0.01 to 0.05 times the thickness of the first region 3a. When the average carrier concentration of the second region 3b is 101 to 106 times the average carrier concentration of the first region 3a, the thickness of the second region 3b is preferably 0.1 to 0.6 μm, and the thickness of the second region 3b is preferably 0.05 to 0.3 times the thickness of the first region 3a.

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8[μm」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p電極2側に向かって7[μm]までの深さに存在し、p型光吸収層3から第1領域3aを除いたp電極2側の厚さが1[μm]の領域を第2領域3bとする場合、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、p電極2側から基板1及びp電極2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が存在していた側からp型光吸収層3を除去しながら正孔濃度を測定する。例えば、除去する厚さ200[nm]毎に正孔濃度を測定する。正孔濃度を求める際の除去厚さの間隔である200[nm]を10[nm]以上100[nm]以下の一定間隔にすることで、測定精度を高めることができる。 The hole concentration of the p-type light absorbing layer 3 is measured. For example, suppose the p-type light absorbing layer 3 is 8 μm thick, the first region 3a extends from the surface of the p-type light absorbing layer 3 facing the n-type layer 4 toward the p-electrode 2 to a depth of 7 μm, and the second region 3b is the region of the p-type light absorbing layer 3 excluding the first region 3a and extending 1 μm toward the p-electrode 2. For example, first, remove material from the n-type layer 4 toward the p-type light absorbing layer 3 by polishing or etching, then remove the substrate 1 and p-electrode 2 from the p-electrode 2 side, and measure the overall hole concentration of the p-type light absorbing layer 3 alone. Next, measure the hole concentration while removing the p-type light absorbing layer 3 from the side where the p-electrode 2 was located. For example, measure the hole concentration every 200 nm of thickness removed. Setting the 200 nm interval, which is the interval for measuring the hole concentration, to a constant interval of 10 nm or more and 100 nm or less, can improve measurement accuracy.

第1領域3aは、第2領域3bに直接的に接していることが好ましい。第1領域3aの第2領域3bを向く面は、第2領域3bの第1領域3aを向く面と直接的に接していることが好ましい。第1領域3aのn型層4を向く面は、n型層4のp型光吸収層3を向く面と直接的に接していることが好ましい。第2領域3bのp電極2を向く面は、p電極2のp型光吸収層3を向く面と直接的に接していることが好ましい。 The first region 3a is preferably in direct contact with the second region 3b. The surface of the first region 3a facing the second region 3b is preferably in direct contact with the surface of the second region 3b facing the first region 3a. The surface of the first region 3a facing the n-type layer 4 is preferably in direct contact with the surface of the n-type layer 4 facing the p-type light absorbing layer 3. The surface of the second region 3b facing the p-electrode 2 is preferably in direct contact with the surface of the p-electrode 2 facing the p-type light absorbing layer 3.

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。図4にp型光吸収層3の製造方法のフローチャートを示す。図4のフローチャートに示すp型光吸収層3の製造方法は、低温成膜工程(S01)及び高温成膜工程(S02)を含む。温度の異なる2段階のスパッタリングを行うことで、第1領域3a及び第2領域3bの両方を含むp型光吸収層3を成膜することができる。酸化工程(S03)を実施してもよい。 The p-type light absorbing layer 3 is preferably formed by, for example, sputtering. Figure 4 shows a flowchart of a method for manufacturing the p-type light absorbing layer 3. The method for manufacturing the p-type light absorbing layer 3 shown in the flowchart of Figure 4 includes a low-temperature film formation step (S01) and a high-temperature film formation step (S02). By performing two sputtering steps at different temperatures, it is possible to form a p-type light absorbing layer 3 including both the first region 3a and the second region 3b. An oxidation step (S03) may also be performed.

基板1がp電極2側に設けられている場合は、低温成膜工程(S01)、高温成膜工程(S02)、酸化工程(S03)の順に処理を行うことが好ましい。 When the substrate 1 is provided on the p-electrode 2 side, it is preferable to perform the processes in the order of the low-temperature film formation process (S01), the high-temperature film formation process (S02), and the oxidation process (S03).

基板1がn電極5側に設けられている場合は、図4のフローチャートとは一部順番を入れ替えて、高温成膜工程(S02)、低温成膜工程(S01)、酸化工程(S03)の順に処理を行うことが好ましい。 When the substrate 1 is provided on the n-electrode 5 side, it is preferable to reverse the order of the steps in the flowchart of Figure 4 and perform the high-temperature film formation step (S02), the low-temperature film formation step (S01), and the oxidation step (S03) in that order.

スパッタリングにおいて、Cu以外の原子をチャンバー内に導入して、ドープされたCuO膜や亜酸化銅の複合酸化物膜を形成することができる。 During sputtering, atoms other than Cu can be introduced into the chamber to form a doped Cu 2 O film or a composite oxide film of cuprous oxide.

スパッタリングは、チャンバー内のステージにp型光吸収層3を形成させる部材(例えば、基板1上にp電極2が形成された部材又は基板1上にn電極5及びn型層4が形成された部材)を載置し、ステージを加熱することで部材を加熱し、銅を主成分とするターゲットを用いて酸化性雰囲気で銅を酸化させて部材上に付着させて成膜する。 In sputtering, the component on which the p-type light absorbing layer 3 is to be formed (for example, a component with a p-electrode 2 formed on a substrate 1, or a component with an n-electrode 5 and n-type layer 4 formed on a substrate 1) is placed on a stage inside a chamber, the component is heated by heating the stage, and a target primarily composed of copper is used to oxidize the copper in an oxidizing atmosphere, causing it to adhere to the component and form a film.

スパッタリングの温度は、p型光吸収層3を形成する下地の部材の温度である。p電極2側に基板1を設けている場合は、スパッタリングの温度は、基板1の温度又は/及びp電極2の温度である。n電極5側に基板1を設けている場合は、スパッタリングの温度は、基板1の温度又は/及びn電極5の温度である。なお、ステージ温度を下地の部材の温度とみなすことができる。 The sputtering temperature is the temperature of the underlying material on which the p-type light absorbing layer 3 is formed. If the substrate 1 is provided on the p-electrode 2 side, the sputtering temperature is the temperature of the substrate 1 and/or the temperature of the p-electrode 2. If the substrate 1 is provided on the n-electrode 5 side, the sputtering temperature is the temperature of the substrate 1 and/or the temperature of the n-electrode 5. The stage temperature can be considered to be the temperature of the underlying material.

低温成膜工程(S01)のスパッタリングの温度は、200[℃]以上350[℃]未満であることが好ましく、250[℃]以上350[℃]以下であることが好ましい。下地の層の温度が低いことで、p型光吸収層3の結晶が成長し難く、小粒径の第2領域3bが形成される。 The sputtering temperature in the low-temperature film formation step (S01) is preferably 200°C or higher and lower than 350°C, and more preferably 250°C or higher and 350°C or lower. The low temperature of the underlying layer makes it difficult for crystals in the p-type light absorbing layer 3 to grow, resulting in the formation of small-grain second regions 3b.

低温成膜工程(S01)のチャンバー内の酸素分圧は、0.01[Pa]以上4.8[Pa]以下が好ましい。 The oxygen partial pressure in the chamber during the low-temperature film formation process (S01) is preferably 0.01 Pa or higher and 4.8 Pa or lower.

低温成膜工程(S01)のp型光吸収層3の堆積速度をd[μm/min]とする場合、酸素分圧は、dの0.5倍以上1.5倍以下が好ましい(この計算において、堆積速度の次元は無視する)。 When the deposition rate of the p-type light absorbing layer 3 in the low-temperature film formation step (S01) is d [μm/min], the oxygen partial pressure is preferably 0.5 to 1.5 times d (the dimension of the deposition rate is ignored in this calculation).

低温成膜工程(S01)において、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Ni、Pd、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、N、P、Sb、Ge及びBiからなる群より選ばれる1種以上の原子をCu原子と共にチャンバー内に導入することで、キャリア濃度を高めることができる。 In the low-temperature film formation process (S01), the carrier concentration can be increased by introducing one or more atoms selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Ni, Pd, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, N, P, Sb, Ge, and Bi into the chamber together with Cu atoms.

高温成膜工程(S02)のスパッタリングの温度は、350[℃]以上600[℃]以下であることが好ましく、400[℃]以上550[℃]以下であることが好ましい。下地の層の温度が高いことで、p型光吸収層3の結晶が成長し、大粒径の第1領域3aが形成される。 The sputtering temperature in the high-temperature film formation step (S02) is preferably 350°C or higher and 600°C or lower, and more preferably 400°C or higher and 550°C or lower. The high temperature of the underlying layer allows crystals in the p-type light absorbing layer 3 to grow, forming large-grain first regions 3a.

高温成膜工程(S02)のチャンバー内の酸素分圧は、0.01[Pa]以上4.8[Pa]以下が好ましい。 The oxygen partial pressure in the chamber during the high-temperature film formation process (S02) is preferably 0.01 Pa or higher and 4.8 Pa or lower.

高温成膜工程(S02)のp型光吸収層3の堆積速度をd[μm/min]とする場合、酸素分圧は、dの0.5倍以上1.5倍以下が好ましい(この計算において、堆積速度の次元は無視する)。 When the deposition rate of the p-type light absorbing layer 3 in the high-temperature film formation step (S02) is d [μm/min], the oxygen partial pressure is preferably 0.5 to 1.5 times d (the dimension of the deposition rate is ignored in this calculation).

高温成膜工程(S02)のスパッタリング温度は、低温成膜工程(S01)のスパッタリング温度よりも100[℃]以上400[℃]以下高いことが好ましい。 The sputtering temperature in the high-temperature film formation process (S02) is preferably 100°C or more and 400°C or less higher than the sputtering temperature in the low-temperature film formation process (S01).

低温成膜工程(S01)から高温成膜工程(S02)へ移行する際に、スパッタリングを停止してから部材の温度を変更してもよいし、スパッタリングを行いながら温度を変化させてもよい。スパッタリングを行いながら部材の温度を変化させる場合は、10[℃/min]以上100[℃/min]の早さで部材温度を変化させることが好ましい。 When transitioning from the low-temperature film-forming process (S01) to the high-temperature film-forming process (S02), the temperature of the component may be changed after sputtering is stopped, or the temperature may be changed while sputtering is continuing. If the temperature of the component is changed while sputtering is continuing, it is preferable to change the component temperature at a rate of 10°C/min or more and 100°C/min or more.

高温成膜工程(S02)か低高温成膜工程(S01)へ移行する際に、スパッタリングを停止してから部材の温度を変更してもよいし、スパッタリングを行いながら温度を変化させてもよい。スパッタリングを行いながら部材の温度を変化させる場合は、-100[℃/min]以上-10[℃/min]の早さで部材温度を変化させることが好ましい。 When transitioning between the high-temperature film formation process (S02) and the low-to-high-temperature film formation process (S01), the temperature of the component may be changed after sputtering has stopped, or the temperature may be changed while sputtering is continuing. If the temperature of the component is changed while sputtering is continuing, it is preferable to change the component temperature at a rate of -100°C/min or higher and -10°C/min or lower.

高温成膜工程(S01)において、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Ni、Pd、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、N、P、Sb、Ge、Bi、Cl、F、Br、I、Mn、Tc及びReからなる群より選ばれる1種以上の原子をCu原子と共にチャンバー内に導入することができる。 In the high-temperature film formation process (S01), one or more atoms selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Ni, Pd, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, N, P, Sb, Ge, Bi, Cl, F, Br, I, Mn, Tc, and Re can be introduced into the chamber together with Cu atoms.

酸化工程(S03)は、低酸素濃度(酸素分圧100[Pa])から高酸素濃度(酸素分圧200000[Pa])以下の雰囲気、又は、オゾンを含む雰囲気にp型光吸収層3を成膜させた部材を置くことで酸化させる。酸化処理(S03)は、省略してもよい。酸化処理(S03)は、低温成膜工程(S01)及び高温成膜工程(S02)を実施した後であって、n型層4の形成前(基板1をp電極2側に設けた場合)に行うことが好ましい。 The oxidation step (S03) involves placing the p-type light absorbing layer 3 on a substrate in an atmosphere with a low oxygen concentration (oxygen partial pressure of 100 [Pa]) to a high oxygen concentration (oxygen partial pressure of 200,000 [Pa]) or less, or in an atmosphere containing ozone. The oxidation treatment (S03) may be omitted. The oxidation treatment (S03) is preferably performed after the low-temperature film formation step (S01) and the high-temperature film formation step (S02) and before the formation of the n-type layer 4 (when the substrate 1 is provided on the p-electrode 2 side).

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。 When the p-type light absorbing layer 3 contains a compound having a chalcopyrite structure, examples of the compound having a chalcopyrite structure include compounds containing Group 11 elements (Cu, Ag), Group 13 elements (Al, Ga, In), and Group 16 elements (S, Se, Te). Zn and/or Cd are preferred as n-type dopants for compounds having a chalcopyrite structure.

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、CuZnSn(S,Se)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。 When the p-type light absorbing layer 3 contains a compound having a kesterite structure, an example of the compound having a kesterite structure is Cu 2 ZnSn(S,Se) 4. As an n-type dopant for the compound having a kesterite structure, Cd is preferred.

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(Fe、Zn)Sn(S,Se)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。 When the p-type light absorbing layer 3 contains a compound having a stannite structure, for example, Cu2 (Fe,Zn)Sn(S,Se) 4 can be given as the compound having a stannite structure. Cd is preferred as the n-type dopant for the compound having a stannite structure.

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。 The n-type layer 4 is an n-type semiconductor layer. The n-type layer 4 is disposed between the p-type light absorbing layer 3 and the n-electrode 5. The n-type layer 4 is preferably disposed on the p-type light absorbing layer 3. The n-type layer 4 is in direct contact with the surface of the p-type light absorbing layer 3 opposite the surface in contact with the p-electrode 2. The n-type layer 4 preferably includes a semiconductor layer containing a Ga-containing oxide or a semiconductor layer containing an n-type cuprous oxide compound. The semiconductor layer containing a Ga-containing oxide or the semiconductor layer containing an n-type cuprous oxide compound forms a pn junction (a pn junction if the mixed region is i-type) with the p-type light absorbing layer 3. When a semiconductor layer containing a Ga-containing oxide is used for the n-type layer 4, the solar cell 100 is a heterojunction solar cell. When a semiconductor layer containing a cuprous oxide is used for the n-type layer 4, the solar cell 100 is a homojunction solar cell. The n-type layer 4 may be a single layer or multiple layers of a semiconductor layer containing an oxide containing Ga or a semiconductor layer containing an n-type cuprous oxide compound. A multilayer n-type layer 4 may include multiple semiconductor layers containing oxides containing Ga with different compositions, or multiple semiconductor layers containing an n-type cuprous oxide compound and multiple semiconductor layers containing oxides containing Ga with different compositions. In both heterojunction solar cells and homojunction solar cells, the short-circuit current density is theoretically improved by increasing the depletion layer width. Therefore, the short-circuit current density and conversion efficiency are improved by providing the first region 3a in heterojunction solar cells and homojunction solar cells.

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。 It preferably contains a compound (oxide) primarily composed of Ga. The n-type layer 4 may be a mixture of an oxide primarily composed of Ga with other oxides, an oxide primarily composed of Ga doped with other elements, or a mixture of an oxide primarily composed of Ga doped with other elements and other oxides. The n-type layer 4 may be a single layer or multiple layers. Of the metal elements contained in the n-type layer 4, Ga preferably accounts for 40 atomic % or more, and more preferably 50 atomic % or more. The metal elements contained in the n-type layer 4 may be distributed in a gradient from the p-type light absorbing layer 3 side to the n-electrode 5 side.

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GaM3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。 The n-type layer 4 preferably contains an oxide containing Ga and an element represented by M3. The oxide mainly composed of Ga is, for example, an oxide containing Ga and an element represented by M3. The n-type layer 4 preferably contains an oxide containing Ga and one or more elements selected from the group consisting of H, Sn, Sb, Cu, Ag, Li, Na, K, Cs, Rb, Al, In, Zn, Mg, Si, Ge, N, B, Ti, Hf, Zr, and Ca. The n-type layer 4 preferably contains 90 wt % to 100 wt % of an oxide containing Ga and one or more elements selected from the group consisting of H, Sn, Sb, Cu, Ag, Li, Na, K, Cs, Rb, Al, In, Zn, Mg, Si, Ge, N, B, Ti, Hf, Zr, and Ca. The compound containing Ga as a main component in the n-type layer 4 is preferably an oxide containing M3 and Ga, whose average composition is represented by GahM3iOj , where h, i , and j preferably satisfy the following conditions: 1.8≦h≦2.1, 0≦i≦0.2, and 2.9≦j≦3.1.

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。 Preferably, 90 wt% to 100 wt% of the n-type layer 4 is an oxide containing M3 and Ga. More preferably, 95 wt% to 100 wt% of the n-type layer 4 is an oxide containing M3 and Ga. Even more preferably, 98 wt% to 100 wt% of the n-type layer 4 is a compound represented by an oxide containing M3 and Ga. The Cu contained in the n-type layer 4 is not contained in the raw materials used to form the n-type layer 4, but is Cu contained in the p-type light absorbing layer 3 that has diffused into the n-type layer 4. If other elements are used when forming the p-type light absorbing layer 3, these elements may also diffuse into the n-type layer 4.

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。 The thickness of the n-type layer 4 is typically 3 nm or more and 100 nm or less. If the thickness of the n-type layer 4 is less than 3 nm, poor coverage of the n-type layer 4 may result in leakage current, degrading characteristics. If coverage is good, the above thickness is not required. If the thickness of the n-type layer 4 exceeds 50 nm, excessively high resistance of the n-type layer 4 may result in degraded characteristics, or a decrease in short-circuit current due to reduced transmittance. Therefore, the thickness of the n-type layer 4 is more preferably 3 nm or more and 20 nm or less, and even more preferably 5 nm or more and 20 nm or less.

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、0.5d、0.8d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5[nm]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、n型層4の組成分析は、p型光吸収層3と同様である。 Unless otherwise specified, the composition of the compound in the n-type layer 4 is the average composition of the entire n-type layer 4. When the thickness of the n-type layer 4 is d4 , the composition of the n-type layer 4 is the average value of the composition at depths of 0.2d4 , 0.5d4 , and 0.8d4 from the surface of the n-type layer 4 on the p-type light absorbing layer 3 side. Except when there is a condition that the elemental composition ratio of the compound in the n-type layer 4 is graded, it is preferable that the n-type layer 4 satisfy the above and following preferred compositions at each depth. When the n-type layer 4 is very thin (for example, 5 nm or less), the composition at a depth of 0.5d from the surface of the n-type layer 4 on the p-type light absorbing layer 3 side can be considered to be the overall composition of the n-type layer 4. The composition analysis of the n-type layer 4 is the same as that of the p-type light absorbing layer 3.

p型光吸収層3が亜酸化銅を含まない形態において、好適なn型半導体層をn型層4として用いることができる。p型光吸収層3が亜酸化銅を含まない形態において、n型の酸化物をn型層4として用いることができる。 When the p-type light absorbing layer 3 does not contain cuprous oxide, a suitable n-type semiconductor layer can be used as the n-type layer 4. When the p-type light absorbing layer 3 does not contain cuprous oxide, an n-type oxide can be used as the n-type layer 4.

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。 The n-electrode 5 is an electrode on the n-type layer 4 side that is optically transparent to visible light. The n-electrode 5 is preferably disposed on the n-type layer 4. The n-type layer 4 is sandwiched between the n-electrode 5 and the p-type light absorbing layer 3. An intermediate layer (not shown) can be disposed between the n-type layer 4 and the n-electrode 5. A transparent conductive oxide film is preferably used for the n-electrode 5. The transparent conductive oxide film used for the n-electrode 5 is preferably one or more semiconductor conductive films selected from the group consisting of indium tin oxide, aluminum-doped zinc oxide, boron-doped zinc oxide, gallium-doped zinc oxide, indium-doped zinc oxide, titanium-doped indium oxide, indium gallium zinc oxide, and hydrogen-doped indium oxide. Dopants for films such as tin oxide are not particularly limited, as long as they are one or more selected from the group consisting of In, Si, Ge, Ti, Cu, Sb, Nb, Ta, W, Mo, F, and Cl. The n-electrode 5 may include a mesh or line-shaped electrode to reduce the resistance of the transparent conductive oxide film. Materials for the mesh or line-shaped electrode include, but are not limited to, Mo, Au, Cu, Ag, Al, Ta, and W. Graphene can also be used for the n-electrode 5. Graphene is preferably laminated with silver nanowires.

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。 The thickness of the n-electrode 5 is determined by cross-sectional observation using an electron microscope or a step gauge, and is not particularly limited, but is typically between 50 nm and 2 μm.

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。 The n-electrode 5 is preferably formed by, for example, sputtering.

(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5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5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。
Second Embodiment
The second embodiment relates to a multi-junction solar cell. Fig. 5 shows a cross-sectional conceptual diagram of a multi-junction solar cell of the second embodiment. The multi-junction solar cell 200 of Fig. 5 has a solar cell (first solar cell) 100 of the first embodiment and a second solar cell 201 on the light incident side. The light absorption layer of the second solar cell 201 has a band gap smaller than that of the p-type light absorption layer 3 of the solar cell 100 of the first embodiment. Note that the multi-junction solar cell 200 of this embodiment also includes a solar cell in which three or more solar cells are joined together.

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。 Since the band gap of the p-type light absorbing layer (cuprous oxide) 3 of the first solar cell 100 of the first embodiment is approximately 2.0 eV or more and 2.2 eV or less, the band gap of the light absorbing layer of the second solar cell 201 is preferably 1.0 eV or more and 1.6 eV or less. The light absorbing layer of the second solar cell 201 is preferably one or more compound semiconductor layers selected from the group consisting of CIGS and CdTe systems with a high In content, or one type selected from the group consisting of crystalline silicon and perovskite-type compounds.

(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6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6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。
(Third embodiment)
The third embodiment relates to a solar cell module. Fig. 6 shows a perspective view of a solar cell module 300 of the third embodiment. The solar cell module 300 of Fig. 6 is a solar cell module in which a first solar cell module 301 and a second solar cell module 302 are stacked. The first solar cell module 301 is on the light incident side and uses the solar cell 100 of the first embodiment. It is preferable to use the second solar cell 201 for the second solar cell module 302.

図7に太陽電池モジュール300の断面図を示す。図7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。 Figure 7 shows a cross-sectional view of the solar cell module 300. Figure 7 shows the structure of the first solar cell module 301 in detail, but does not show the structure of the second solar cell module 302. For the second solar cell module 302, the structure of the solar cell module is selected appropriately depending on the light absorption layer of the solar cell used, etc. The solar cell module 300 in Figure 6 includes multiple sub-modules 303 surrounded by dashed lines, in which multiple solar cells 100 (solar cells) are arranged horizontally and electrically connected in series by wiring 304, and the multiple sub-modules 303 are electrically connected in parallel or in series. Adjacent sub-modules 303 are electrically connected by bus bars 305.

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。 Adjacent solar cells 100 are connected by wiring 304, with the upper n-electrode 5 and the lower p-electrode 2. Like the solar cell 100 of the first embodiment, the solar cell 100 of the third embodiment has a substrate 1, p-electrode 2, p-type light absorbing layer 3, n-type layer 4, and n-electrode 5. Both ends of the solar cells 100 in the submodule 303 are connected to a bus bar 305, and the bus bar 305 preferably electrically connects multiple submodules 303 in parallel or series, adjusting the output voltage with the second solar cell module 302. Note that the connection configuration of the solar cells 100 shown in the third embodiment is one example, and solar cell modules can be configured using other connection configurations.

(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8に実施形態の太陽光発電システム400の構成図を示す。図8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。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment relates to a solar power generation system. The solar cell module of the fourth embodiment can be used as a generator that generates power in the solar power generation system of the fourth embodiment. The solar power generation system of the embodiment generates power using a solar cell module. Specifically, the solar cell module generates power, a means for converting the generated electricity, and a storage means for storing the generated electricity or a load for consuming the generated electricity. FIG. 8 shows a configuration diagram of a solar power generation system 400 of the embodiment. The solar power generation system of FIG. 8 includes a solar cell module 401 (300), a converter 402, a storage battery 403, and a load 404. Either the storage battery 403 or the load 404 may be omitted. The load 404 may be configured to utilize the electrical energy stored in the storage battery 403. The converter 402 is a device including a circuit or element that performs power conversion such as voltage transformation or DC-AC conversion, such as a DC-DC converter, a DC-AC converter, or an AC-AC converter. The converter 402 may have a suitable configuration depending on the power generation voltage and the configurations of the storage battery 403 and the load 404 .

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。 The solar cell cells included in the submodule 303 of the solar cell module 300 receive light and generate electricity. This electrical energy is converted by the converter 402 and stored in the storage battery 403 or consumed by the load 404. It is preferable to add a solar tracking drive device to the solar cell module 401 to always point the solar cell module 401 toward the sun, a concentrator to concentrate sunlight, or a device to improve power generation efficiency.

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。 The solar power generation system 400 is preferably used in real estate such as residences, commercial facilities, and factories, or in movable property such as vehicles, aircraft, and electronic devices. By using the solar cells with excellent conversion efficiency of the embodiment in solar cell modules, an increase in power generation is expected.

太陽光発電システム400の利用例として車両を示す。図9に車両500の構成概念図を示す。図9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。 A vehicle is shown as an example of a use of the solar power generation system 400. Figure 9 shows a conceptual diagram of the vehicle 500. The vehicle 500 in Figure 9 includes a vehicle body 501, a solar cell module 502, a power converter 503, a storage battery 504, a motor 505, and tires (wheels) 506. The power generated by the solar cell module 502 mounted on the top of the vehicle body 501 is converted by the power converter 503 and charged in the storage battery 504, or consumed by a load such as the motor 505. The vehicle 500 can be moved by rotating the tires (wheels) 506 using power supplied from the solar cell module 502 or the storage battery 504 via the motor 505. The solar cell module 502 need not be a multi-junction type, but may instead be composed solely of a first solar cell module equipped with the solar cell 100 of the first embodiment. When a transparent solar cell module 502 is used, it is also preferable to use the solar cell module 502 as a power generation window on the side of the vehicle body 501 in addition to the top of the vehicle body 501.

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10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。 An air vehicle (drone) is shown as an example of the use of the solar power generation system 400. The air vehicle uses a solar cell module 401. The configuration of the air vehicle according to this embodiment will be briefly explained using the schematic diagram of the air vehicle 600 in Figure 10. The air vehicle 600 has a solar cell module 401, a frame 601, a motor 602, rotors 603, and a control unit 604. The solar cell module 401, motor 602, rotors 603, and control unit 604 are arranged on the frame 601. The control unit 604 converts the power output from the solar cell module 401 and adjusts the output. The motor 602 uses the power output from the solar cell module 401 to rotate the rotors 603. By using the air vehicle 600 with this configuration and the solar cell module 401 of this embodiment, an air vehicle that can fly using more power is provided.

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。 The present invention will be explained in more detail below based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例A:実施例A-1~A-12、比較例A-1~A-6)
ガラス基板1上に、裏面側のp電極2として、ガラスと接する側に上面にITO(In:Sn=80:20、膜厚20[nm])とATO(Sn:Sb=98:2 150[nm])を堆積する。ATO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p型光吸収層3としてCuO層を成膜する。CuO層は2段階の成膜で形成する。まず、基板1の温度が250[℃]で0.5[μm]厚のCuO膜(第2領域3b)を成膜し、次に、基板1の温度が450[℃]で5.0[μm]厚のCuO膜(第1領域3a)を成膜する。p型光吸収層3の成膜後に、n型層4として10[nm]のGaO膜を順に成膜する。そして、n電極5として0.1[μm]のAZO(ZnO:Al)を成膜して太陽電池100を得る。
(Example A: Examples A-1 to A-12, Comparative Examples A-1 to A-6)
On a glass substrate 1, ITO (In:Sn=80:20, film thickness 20 nm) and ATO (Sn:Sb=98:2, film thickness 150 nm) are deposited on the top surface, which contacts the glass, as a p-electrode 2 on the rear side. A Cu 2 O layer is formed on the ATO as a p-type light absorbing layer 3 by sputtering in an oxygen and argon gas atmosphere. The Cu 2 O layer is formed in two stages. First, a 0.5 μm thick Cu 2 O film (second region 3 b) is formed on the substrate 1 at a temperature of 250° C., and then a 5.0 μm thick Cu 2 O film (first region 3 a) is formed on the substrate 1 at a temperature of 450° C. After the formation of the p-type light absorbing layer 3, a 10 nm thick GaO film is formed as an n-type layer 4. Then, a 0.1 μm thick AZO (ZnO:Al) film is formed as the n-electrode 5 to obtain the solar cell 100 .

実施例A-2~A-12及び比較例A-1~A-6は、第1領域3a及び第2領域3bの厚さが異なること以外は、実施例A-1と同様である。表1に実施例A-1~A-12及び比較例A-1~A-6の第1領域3a及び第2領域3bの厚さ、粒径及びd1>d2を示す。実施例Aにおいて、n型層4側の領域を第1領域3aとし、第2領域3bとする。表1には、各実施例及び比較例の比較対象例を示す。ここで、表1に記載の粒径とは、第1領域3aの平均結晶粒径であり、第2領域3bの平均結晶粒径である。d1>d2を満たしている場合は、Aと評価する。d1>d2を満たしていない場合は、Bと評価する。d1>d2の評価は、実施例A~Cで共通する。 Examples A-2 to A-12 and Comparative Examples A-1 to A-6 are similar to Example A-1, except for the thicknesses of the first region 3a and second region 3b. Table 1 shows the thicknesses, grain sizes, and d1>d2 of the first region 3a and second region 3b for Examples A-1 to A-12 and Comparative Examples A-1 to A-6. In Example A, the regions on the n-type layer 4 side are referred to as the first region 3a and the second region 3b. Table 1 shows comparative examples for each Example and Comparative Example. The grain sizes listed in Table 1 refer to the average crystal grain size of the first region 3a and the average crystal grain size of the second region 3b. If d1>d2 is satisfied, the evaluation is A. If d1>d2 is not satisfied, the evaluation is B. The evaluation of d1>d2 is common to Examples A to C.

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)からフィルファクターが求まる。またEff.=Voc*Jsc*FFから、変換効率が求まる。 A solar simulator simulating an AM1.5G light source is used, and a reference Si cell is used under that light source, with the light intensity adjusted to achieve 1 sun. Measurements are taken at atmospheric pressure with the temperature in the measurement room at 25°C. The voltage is swept and the current density (current divided by cell area) is measured. With voltage on the horizontal axis and current density on the vertical axis, the point where they intersect is the open-circuit voltage (Voc). By multiplying the voltage and current density on the measurement curve and taking the maximum points as Vmpp and Jmpp (maximum power point), respectively, the fill factor can be calculated as FF = (Vmpp * Jmpp) / (Voc * Jsc). Conversion efficiency can be calculated as Eff. = Voc * Jsc * FF.

表2に実施例Aの結果を示す。表2に実施例の開放電圧(Voc)、電流密度(Jsc)、フィルファクター(FF)、変換効率(Eff.)及び波長が700[nm]以上1000[nm]以下の光の透光率を示す。 The results of Example A are shown in Table 2. Table 2 shows the open circuit voltage (Voc), current density (Jsc), fill factor (FF), conversion efficiency (Eff.), and transmittance for light with a wavelength of 700 nm or more and 1000 nm or less for the example.

透光率が60%以上100%以下の場合をAと評価し、透光率が50%以上60%未満の場合をBと評価し、透光率が50%未満の場合をCと評価する。評価基準は、実施例A~Cで共通する。 When the light transmittance is between 60% and 100%, it is rated as A, when the light transmittance is between 50% and less than 60%, it is rated as B, and when the light transmittance is less than 50%, it is rated as C. The evaluation criteria are the same for Examples A to C.

Vocは、比較対象例のVoc未満である場合をBと評価し、比較対象例のVoc以上の場合をAと評価する。評価基準は、実施例A~Cで共通する。 If the Voc is less than the Voc of the comparative example, it is rated as B, and if it is equal to or greater than the Voc of the comparative example, it is rated as A. The evaluation criteria are the same for Examples A to C.

Jscは、比較対象例のJsc以下の場合をBと評価し、比較対象例のJscより大きい場合をAと評価する。評価基準は、実施例A~Cで共通する。 If the Jsc is equal to or less than the Jsc of the comparative example, it is rated as B, and if it is greater than the Jsc of the comparative example, it is rated as A. The evaluation criteria are the same for Examples A to C.

FFは、比較対象例のFF未満である場合をBと評価し、比較対象例のFF以上である場合をAと評価する。評価基準は、実施例A~Cで共通する。 If the FF is less than the FF of the comparative example, it is rated as B, and if it is equal to or greater than the FF of the comparative example, it is rated as A. The evaluation criteria are the same for Examples A to C.

Effは、比較対象例のEff以下である場合をBと評価し、比較対象例のEffより大きい場合をAと評価する。評価基準は、実施例A~Cで共通する。 If the Eff is equal to or less than the Eff of the comparative example, it is rated as B, and if it is greater than the Eff of the comparative example, it is rated as A. The evaluation criteria are the same for Examples A to C.

実施例A-1から実施例A-12において、第1平均結晶粒径d1は、第2平均結晶粒径d2より大きい。実施例Aにおいては、第2領域3bのCuO層で結晶粒径が小さい膜を作製すると、光路長が長くなり、第2領域3bを含む全体のCuO層での光吸収量が増え、電流密度(Jsc)が上がり、変換効率(Eff.)が上がる。 In Examples A-1 to A-12, the first average crystal grain size d1 is larger than the second average crystal grain size d2. In Example A, when a film with a small crystal grain size is formed in the Cu 2 O layer of the second region 3 b, the optical path length is increased, the amount of light absorption in the entire Cu 2 O layer including the second region 3 b is increased, the current density (Jsc) is increased, and the conversion efficiency (Eff.) is increased.

(実施例B:実施例B-1~B-12、比較例B-1~B-10)
ガラス基板1上に、裏面側のp電極2として、ガラスと接する側に上面にITO(In:Sn=80:20、膜厚20[nm])とATO(Sn:Sb=98:2 150[nm])を堆積する。ATO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p型光吸収層3としてCuO層を成膜する。CuO層は2段階の成膜で形成する。まず、基板1の温度が250[℃]で0.5[μm]厚のCuO膜(第2領域3b)を成膜し、次に、基板1の温度が500[℃]で5.0[μm]厚のCuO膜(第1領域3a)を成膜する。p型光吸収層3の成膜後に、n型層4として10[nm]のGaO、15[nm]のZTOを順に成膜する。そして、n電極5として0.1[μm]のAZOを成膜して太陽電池100を得る。
(Example B: Examples B-1 to B-12, Comparative Examples B-1 to B-10)
On a glass substrate 1, ITO (In:Sn=80:20, film thickness 20 nm) and ATO (Sn:Sb=98:2, film thickness 150 nm) are deposited on the top surface, which contacts the glass, as a p-electrode 2 on the rear side. A Cu 2 O layer is formed on the ATO as a p-type light absorbing layer 3 by sputtering in an oxygen and argon gas atmosphere. The Cu 2 O layer is formed in two stages. First, a 0.5 μm thick Cu 2 O film (second region 3 b) is formed on the substrate 1 at a temperature of 250° C. Next, a 5.0 μm thick Cu 2 O film (first region 3 a) is formed on the substrate 1 at a temperature of 500° C. After the formation of the p-type light absorbing layer 3, a 10 nm thick GaO film and a 15 nm thick ZTO film are sequentially formed as an n-type layer 4. Then, a 0.1 μm thick AZO film is formed as the n-electrode 5 to obtain the solar cell 100 .

第2領域3bの厚さとp型光吸収層3の厚さを変えて実施例B-2~B-12及び比較例B-1~B-10の太陽電池100を作製する。表3に、各実施例及び比較例の比較対象例を示す。 The solar cells 100 of Examples B-2 to B-12 and Comparative Examples B-1 to B-10 were fabricated by varying the thickness of the second region 3b and the thickness of the p-type light absorbing layer 3. Table 3 shows examples for comparison with each Example and Comparative Example.

表3に実施例及び比較例の第2領域3bの厚さ、p型光吸収層3の厚さ、[第2領域3bの厚さ]/[p型光吸収層3の厚さ]及びd1>d2をまとめて示す。表3の厚さの数値は、比較例B-4を除き有効数値1桁(四捨五入)で示している。表3には、各実施例及び比較例の比較対象例を示している。比較例B-1及び比較例B-5からB-10では第2領域3bが存在しないため、d1>d2はハイフンで示している。 Table 3 summarizes the thickness of the second region 3b, the thickness of the p-type light absorbing layer 3, [thickness of the second region 3b]/[thickness of the p-type light absorbing layer 3], and d1>d2 for the examples and comparative examples. The thickness values in Table 3 are shown to one significant digit (rounded off) except for comparative example B-4. Table 3 also shows comparative examples for each example and comparative example. Because comparative example B-1 and comparative examples B-5 to B-10 do not have the second region 3b, d1>d2 is indicated with a hyphen.

表4に実施例Bの結果を示す。表4に実施例の開放電圧(Voc)、電流密度(Jsc)、フィルファクター(FF)、変換効率(Eff.)、波長が700[nm]以上1000[nm]以下の光の透光率を示す。 The results of Example B are shown in Table 4. Table 4 shows the open circuit voltage (Voc), current density (Jsc), fill factor (FF), conversion efficiency (Eff.), and transmittance for light with a wavelength of 700 nm or more and 1000 nm or less for the example.

また、第2領域3bの粒子の結晶配向性がランダムであるかを確認する。第2領域3bの粒子の結晶配向性がランダムである場合をAと評価し、ランダムではない場合をBと評価する。評価基準は、実施例B~Cで共通する。 We also checked whether the crystalline orientation of the particles in the second region 3b was random. If the crystalline orientation of the particles in the second region 3b was random, we evaluated it as A, and if it was not random, we evaluated it as B. The evaluation criteria were the same for Examples B and C.

また、第2領域3bの空隙の有無を評価する。第2領域3bに空隙が存在する場合をAと評価し、空隙が存在しない場合をBと評価する。評価基準は、実施例B~Cで共通する。第2領域3bが存在しない比較例B-1及び比較例B-5からB-10では、p型光吸収層3とp電極2との界面からn型層4方向に200nmの位置までの領域の結晶配向性と空隙を評価する。 The presence or absence of voids in the second region 3b is also evaluated. Cases where voids are present in the second region 3b are evaluated as A, and cases where voids are not present are evaluated as B. The evaluation criteria are common to Examples B to C. In Comparative Example B-1 and Comparative Examples B-5 to B-10, which do not have the second region 3b, the crystal orientation and voids in the region extending 200 nm from the interface between the p-type light absorbing layer 3 and the p-electrode 2 toward the n-type layer 4 are evaluated.

低い基板温度で作製し、第2領域3bのCuO層内に空隙を意図的に作製すると、光の反射や屈折が起こりやすくなり、光の光路長が長くなり、第2領域3b全体のCuO層での光吸収量が増え、電流密度(Jsc)が上がり、変換効率(Eff.)が上がる。 When fabricated at a low substrate temperature and voids are intentionally created in the Cu 2 O layer of the second region 3 b, reflection and refraction of light become more likely, the optical path length of light becomes longer, the amount of light absorption in the Cu 2 O layer of the entire second region 3 b increases, the current density (Jsc) increases, and the conversion efficiency (Eff.) increases.

表5に実施例B-2~B-6、比較例B-1~B-4の第1平均結晶粒径d1、第2平均結晶粒径d2、第2領域3bの結晶粒径の最大値を示す。 Table 5 shows the first average crystal grain size d1, second average crystal grain size d2, and maximum crystal grain size of the second region 3b for Examples B-2 to B-6 and Comparative Examples B-1 to B-4.

スパッタ成膜温度だけでなく、第2領域3bのCuO層の膜厚を調節することにより、平均結晶粒径サイズを変更する事ができる。第2領域3bの平均粒径サイズを調節する事により、長い光路長を確保し、第2領域3bを含む全体のCuO層での光吸収量が増やし、電流密度(Jsc)が改善させ、変換効率(Eff.)が向上する事が可能となる。なお、比較例B-1には、第2領域3bが確認されていないため、表5の比較例B-1の第2平均結晶粒径d2及び第2領域3bの結晶粒径の最大値とd1/d2はいずれもハイフンで示している。 The average crystal grain size can be changed by adjusting not only the sputtering deposition temperature but also the film thickness of the Cu 2 O layer in the second region 3b. By adjusting the average grain size of the second region 3b, a long optical path length can be ensured, the amount of light absorption in the entire Cu 2 O layer including the second region 3b can be increased, the current density (Jsc) can be improved, and the conversion efficiency (Eff.) can be improved. Note that, since the second region 3b is not confirmed in Comparative Example B-1, the second average crystal grain size d2 of Comparative Example B-1 in Table 5, the maximum value of the crystal grain size in the second region 3b, and d1/d2 are all indicated with a hyphen.

また、実施例の第1領域3aの断面に占める空隙Gの面積比率R1は、上記の好適な範囲を満たしている。また、実施例の第2領域3bの断面に占める空隙Gの面積比率R2は、上記の好適な範囲を満たしている。また、実施例のR1/R2は、上記の好適な範囲を満たしている。 Furthermore, the area ratio R1 of the voids G in the cross section of the first region 3a in the example satisfies the above-mentioned preferred range. Furthermore, the area ratio R2 of the voids G in the cross section of the second region 3b in the example satisfies the above-mentioned preferred range. Furthermore, R1/R2 in the example satisfies the above-mentioned preferred range.

次に、実施例B-2~B-6、比較例B-1~B-4の第2領域3bの粒度分布を調べた結果を示す。表6に0.005[μm]以上0.70[μm]以下の粒度分布に含まれるピークの数(ピークの数 0.10-0.70)、0.005[μm]以上0.30[μm]未満の粒度分布に含まれるピークの数(ピークの数 0.10-0.30)、0.30[μm]以上0.70[μm]以下の粒度分布に含まれるピークの数(ピークの数 0.30-0.70)、第1ピークP1の存在比率及び第2ピークP2の存在比率を示す。 Next, the particle size distribution of the second region 3b of Examples B-2 to B-6 and Comparative Examples B-1 to B-4 was examined, and the results are shown below. Table 6 shows the number of peaks in the particle size distribution of 0.005 μm or more and 0.70 μm or less (number of peaks: 0.10-0.70), the number of peaks in the particle size distribution of 0.005 μm or more and less than 0.30 μm (number of peaks: 0.10-0.30), the number of peaks in the particle size distribution of 0.30 μm or more and 0.70 μm or less (number of peaks: 0.30-0.70), the abundance ratio of the first peak P1, and the abundance ratio of the second peak P2.

第2領域3bのCuO層の膜厚を変えることにより、平均結晶粒径サイズの分布も調節する事ができる。平均粒径サイズを調節する事により、長い光路長を確保し、第2領域3b全体のCuO層での光吸収量が増やし、電流密度(Jsc)が改善させ、変換効率(Eff.)が向上する事が可能となる。比較例のCuO層には、第2領域3bのピークが確認されない。そのため、比較例はピークとピークの谷が確認されないが、実施例ではピークも確認される。また、実施例の第2領域3bには、小さな空隙と大きな空隙の両方が確認される。また、実施例Cの実施例はd1>d2を満たしている。 By changing the film thickness of the Cu 2 O layer in the second region 3b, the distribution of the average crystal grain size can also be adjusted. Adjusting the average grain size ensures a long optical path length, increases the amount of light absorption in the Cu 2 O layer throughout the second region 3b, improves the current density (Jsc), and increases the conversion efficiency (Eff.). No peaks are observed in the Cu 2 O layer of the comparative example. Therefore, peaks and valleys are not observed in the comparative example, but peaks are observed in the examples. Furthermore, both small and large voids are observed in the second region 3b of the examples. Furthermore, example C satisfies d1>d2.

(実施例C:実施例C-1~25)
ガラス基板1上に、裏面側のp電極2として、ガラスと接する側に上面にITO(In:Sn=80:20、膜厚20[nm])とATO(Sn:Sb=98:2 150[nm])を堆積する。ATO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p型光吸収層3としてCuO層を成膜する。CuO層は2段階の成膜で形成する。まず、基板1の温度が250[℃]で0.5[μm]厚でNをドープしたCuO膜(第2領域3b)を成膜し、次に、基板1の温度が480[℃]で5.0[μm]厚のノンドープのCuO膜(第1領域3a)を成膜する。p型光吸収層3の成膜後に、n型層4として10[nm]のGaO膜、15[nm]のZTO膜を順に成膜した。そして、n電極5として0.1[μm]のAZOを成膜して太陽電池100を得る。
(Example C: Examples C-1 to C-25)
On the glass substrate 1, ITO (In:Sn=80:20, film thickness 20 nm) and ATO (Sn:Sb=98:2, film thickness 150 nm) are deposited on the top surface, which contacts the glass, as the rear side p-electrode 2. A Cu 2 O layer is formed as the p-type light absorbing layer 3 on the ATO by sputtering in an oxygen and argon gas atmosphere. The Cu 2 O layer is formed in two stages. First, a 0.5 μm thick N-doped Cu 2 O film (second region 3 b) is formed on the substrate 1 at a temperature of 250° C. Next, a 5.0 μm thick non-doped Cu 2 O film (first region 3 a) is formed on the substrate 1 at a temperature of 480° C. After the formation of the p-type light absorbing layer 3, a 10 nm GaO film and a 15 nm ZTO film were formed in this order as the n-type layer 4. Then, a 0.1 μm AZO film was formed as the n-electrode 5, thereby completing the solar cell 100.

第2領域3bの厚さやドーパントの元素を変えて実施例C-2~C-25の太陽電池100を作製する。表7に、各実施例及び比較例の第1領域3aの厚さ[nm]、第2領域3bの厚さ[nm]、ドーパント、d1>d2及び比較対象例を示す。 The solar cells 100 of Examples C-2 to C-25 were fabricated by varying the thickness of the second region 3b and the dopant element. Table 7 shows the thickness [nm] of the first region 3a, the thickness [nm] of the second region 3b, the dopant, d1>d2, and the comparative example for each example and comparative example.

表8に実施例C-1~C-25の開放電圧(Voc)、電流密度(Jsc)、フィルファクター(FF)、変換効率(Eff.)、波長が700[nm]以上1000[nm]以下の光の透光率、第2領域3bの結晶性がランダムであるか否か、及び、第2領域3b中の空隙の有無を示す。 Table 8 shows the open circuit voltage (Voc), current density (Jsc), fill factor (FF), conversion efficiency (Eff.), light transmittance for light with a wavelength of 700 nm or more and 1000 nm or less, whether the crystallinity of the second region 3b is random, and whether or not there are voids in the second region 3b for Examples C-1 to C-25.

低い基板温度で、不純物を添加しながらスパッタ成膜すると、第2領域3bのCuO層でより結晶粒径が小さくなり、また空隙が出来やすくなる。それにより光路長が長くなり、第2領域3b全体のCuO層での光吸収量が増え、電流密度(Jsc)が上がり、変換効率(Eff.)が上がる。 Sputtering deposition at a low substrate temperature while adding impurities reduces the crystal grain size in the Cu 2 O layer of the second region 3 b and makes voids more likely to form, thereby lengthening the optical path length, increasing the amount of light absorption in the Cu 2 O layer of the entire second region 3 b, and increasing the current density (Jsc) and conversion efficiency (Eff.).

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。
明細書中一部の元素は、元素記号のみで示している。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and the components can be modified and embodied in practice without departing from the spirit of the invention. Furthermore, various inventions can be formed by appropriately combining multiple components disclosed in the above-described embodiments. For example, components from different embodiments may be appropriately combined, as in modified examples.
In the specification, some elements are shown only by their element symbols.

以下、実施形態の技術案を付記する。
技術案1
p電極と、
n電極と、
前記p電極上に設けられ、第1領域と第2領域を含んだp型光吸収層と、
前記p型光吸収層と前記n電極の間に設けられたn型層と、を含み、
前記第1領域は、前記p型光吸収層の前記n型層側に存在し、
前記第2領域は、前記p型光吸収層の前記p電極側に存在すし、
前記第1領域の平均結晶粒径である第1平均結晶粒径は、前記第2領域の平均結晶粒径である第2平均化粧粒径よりも大きい太陽電池。
技術案2
前記p型光吸収層は、亜酸化銅又は亜酸化銅の複合酸化物を主体とする技術案1に記載の太陽電池。
技術案3
前記p型光吸収層の厚さは2000[nm]以上15000[nm]以下であり、
前記第2領域の厚さは70[nm]以上1000[nm]以下である技術案1又は2に記載の太陽電池。
技術案4
前記第2領域の厚さは、70[nm]以上1000[nm]以下であり、
前記第2領域の厚さは、前記p型光吸収層3の厚さの3[%]以上15[%]未満である技術案1ないし3のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案5
前記第2領域の厚さは、150[nm]以上600[nm]以下であり、
前記第2領域の厚さは、前記p型光吸収層3の厚さの3[%]以上15[%]未満である技術案1ないし4のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案6
前記第1平均結晶粒径は、前記p型光吸収層の厚さ80[%]以上100[%]未満である技術案1ないし5のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案7
前記第2平均結晶粒径は、0.005[μm]以上0.60[μm]以下である技術案1ないし6のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案8
前記第2領域の結晶粒径の最大値は、0.05[μm]以上2.00[μm]以下である技術案1ないし7のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案9
前記第1平均結晶粒径に対する前記第2平均結晶粒径([前記第2領域の平均結晶粒径]/[前記第1領域の平均結晶粒径])は、0.005以上0.300以下である技術案1ないし8のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案10
前記第2領域に空隙を含み、
前記空隙の断面平均直径は、0.1[μm]以上0.60[μm]以下である技術案1ないし9のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案11
前記第2領域の断面に占める空隙の面積比率([前記第2領域の空隙の断面積の合計]/[前記第2領域の断面積])は、0.01以上0.3以下である技術案1ないし10のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案12
前記第1領域の断面に占める空隙の面積比率([前記第1領域の空隙の断面積の合計]/[前記第1領域の断面積])は、0以上0.1以下である技術案1ないし11のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案13
前記第1領域に空隙が含まれ、
前記第2領域に空隙が含まれ、
前記第2領域の断面に占める空隙の面積比率に対する前記第1領域の断面に占める空隙の面積比率は、0.001以上0.1以下である技術案1ないし12のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案14
前記第2領域の0.005[μm]以上0.70[μm]以下の範囲の粒度分布に2つのピークが含まれる技術案1ないし13のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案15
前記第2領域の0.005[μm]以上0.70[μm]以下の範囲の粒度分布に2つのピークが含まれ、
前記粒度分布の0.005[μm]以上0.30[μm]未満の範囲に第1ピークを含み、
前記粒度分布の0.30[μm]以上0.70[μm]以下の範囲に第2ピークを含む技術案1ないし14のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案16
前記第1ピークに含まれる粒子の比率又は前記第2ピークに含まれる粒子の比率が10[%]以上80[%]以下である技術案15に記載の太陽電池。
技術案17
前記第2領域の粒子の結晶配向性は、ランダムである技術案1ないし16のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案18
前記2領域には、断面直径が0.01[μm]以上0.1[μm]未満の小さな空隙と断面直径が0.1[μm]以上0.6[μm]以下の大きな空隙が含まれる技術案1ないし17のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案19
前記第2領域は、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Ni、Pd、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、C、Si、Sn、N、P、Sb及びBiからなる群より選ばれる1種以上を含む技術案1ないし18のいずれか1案に記載の太陽電池。
技術案20
技術案1ないし19のいずれか1案に記載の太陽電池を用いた多接合型太陽電池。技術案21
技術案1ないし19のいずれか1案に記載の太陽電池を用いた太陽電池モジュール。
技術案22
技術案21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。
技術案23
p電極と、
n電極と、
前記p電極上に設けられ、大粒径の第1領域と小粒径の第2領域を含んだp型光吸収層と、
前記p型光吸収層と前記n電極の間に設けられたn型層と、を含み、
前記第1領域は、前記p型光吸収層の前記n型層側に存在し、
前記第2領域は、前記p型光吸収層の前記p電極側に存在する太陽電池。
The technical solutions of the embodiments are described below.
Technical proposal 1
a p-electrode;
an n-electrode;
a p-type light absorbing layer provided on the p-electrode and including a first region and a second region;
an n-type layer provided between the p-type light absorbing layer and the n-electrode,
the first region is present on the n-type layer side of the p-type light absorbing layer,
the second region is present on the p-electrode side of the p-type light absorbing layer,
A solar cell, wherein a first average crystal grain size, which is the average crystal grain size of the first region, is larger than a second average cosmetic grain size, which is the average crystal grain size of the second region.
Technical plan 2
The solar cell according to Technical Scheme 1, wherein the p-type light absorbing layer is mainly composed of cuprous oxide or a composite oxide of cuprous oxide.
Technical plan 3
the thickness of the p-type light absorbing layer is 2000 nm or more and 15000 nm or less,
The solar cell according to Technical Scheme 1 or 2, wherein the thickness of the second region is 70 nm or more and 1000 nm or less.
Technical plan 4
The thickness of the second region is 70 nm or more and 1000 nm or less,
The solar cell according to any one of technical proposals 1 to 3, wherein the thickness of the second region is 3% or more and less than 15% of the thickness of the p-type light absorbing layer 3.
Technical plan 5
the thickness of the second region is 150 nm or more and 600 nm or less;
The solar cell according to any one of technical proposals 1 to 4, wherein the thickness of the second region is 3% or more and less than 15% of the thickness of the p-type light absorbing layer 3.
Technical plan 6
The solar cell according to any one of Technical Schemes 1 to 5, wherein the first average crystal grain size is 80% or more and less than 100% of the thickness of the p-type light absorbing layer.
Technical plan 7
The solar cell according to any one of technical proposals 1 to 6, wherein the second average crystal grain size is 0.005 μm or more and 0.60 μm or less.
Technical plan 8
A solar cell according to any one of technical proposals 1 to 7, wherein the maximum value of the crystal grain size in the second region is 0.05 μm or more and 2.00 μm or less.
Technical plan 9
A solar cell described in any one of technical proposals 1 to 8, wherein the second average crystal grain size relative to the first average crystal grain size ([average crystal grain size of the second region]/[average crystal grain size of the first region]) is 0.005 or more and 0.300 or less.
Technical proposal 10
The second region includes a void;
A solar cell according to any one of technical proposals 1 to 9, wherein the average cross-sectional diameter of the voids is 0.1 μm or more and 0.60 μm or less.
Technical proposal 11
A solar cell described in any one of technical proposals 1 to 10, wherein the area ratio of the voids to the cross section of the second region ([total cross-sectional area of the voids in the second region] / [cross-sectional area of the second region]) is 0.01 or more and 0.3 or less.
Technical proposal 12
A solar cell described in any one of technical proposals 1 to 11, wherein the area ratio of the voids to the cross section of the first region ([total cross-sectional area of the voids in the first region] / [cross-sectional area of the first region]) is 0 or more and 0.1 or less.
Technical proposal 13
the first region includes a void;
the second region includes a void;
A solar cell described in any one of technical proposals 1 to 12, wherein the area ratio of the voids in the cross section of the first region to the area ratio of the voids in the cross section of the second region is 0.001 or more and 0.1 or less.
Technical proposal 14
The solar cell according to any one of technical proposals 1 to 13, wherein the particle size distribution in the second region in the range of 0.005 μm or more and 0.70 μm or less includes two peaks.
Technical proposal 15
The particle size distribution in the second region in the range of 0.005 μm or more and 0.70 μm or less includes two peaks,
The particle size distribution includes a first peak in the range of 0.005 [μm] or more and less than 0.30 [μm],
15. A solar cell according to any one of technical proposals 1 to 14, wherein the particle size distribution includes a second peak in the range of 0.30 μm or more and 0.70 μm or less.
Technical proposal 16
A solar cell according to Technical Proposal 15, wherein the ratio of particles contained in the first peak or the ratio of particles contained in the second peak is 10% or more and 80% or less.
Technical proposal 17
A solar cell described in any one of technical proposals 1 to 16, wherein the crystal orientation of the particles in the second region is random.
Technical proposal 18
A solar cell described in any one of technical proposals 1 to 17, wherein the two regions include small voids having a cross-sectional diameter of 0.01 μm or more and less than 0.1 μm and large voids having a cross-sectional diameter of 0.1 μm or more and 0.6 μm or less.
Technical proposal 19
19. The solar cell according to any one of Technical Schemes 1 to 18, wherein the second region contains one or more elements selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Ni, Pd, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, C, Si, Sn, N, P, Sb, and Bi.
Technical proposal 20
A multi-junction solar cell using the solar cell according to any one of Technical Schemes 1 to 19. Technical Scheme 21
A solar cell module using the solar cell according to any one of technical proposals 1 to 19.
Technical proposal 22
A solar power generation system that generates electricity using the solar cell module described in Technical Proposal 21.
Technical proposal 23
a p-electrode;
an n-electrode;
a p-type light absorbing layer provided on the p-electrode and including a first region with a large grain size and a second region with a small grain size;
an n-type layer provided between the p-type light absorbing layer and the n-electrode,
the first region is present on the n-type layer side of the p-type light absorbing layer,
The second region is present on the p-electrode side of the p-type light absorbing layer.

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
100 :太陽電池
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
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 :配線
305 :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
1: Substrate 2: P-electrode 3: P-type light absorption layer 3a: First region 3b: Second region 4: N-type layer 5: N-electrode 100: Solar cell 200: Multi-junction solar cell 201: Second solar cell 300: Solar cell module 301: First solar cell module 302: Second solar cell module 303: Sub-module 304: Wiring 305: Bus bar 400: Solar power generation system 401: Solar cell module 402: Converter 403: Storage battery 404: Load 500: Vehicle 501: Vehicle body 502: Solar cell module 503: Power conversion device 504: Storage battery 505: Motor 506: Tire (wheel)
600: Flying object 601: Airframe frame 602: Motor 603: Rotor 604: Control unit

Claims (20)

p電極と、
n電極と、
前記p電極上に設けられ、第1領域と第2領域を含んだp型光吸収層と、
前記p型光吸収層と前記n電極の間に設けられたn型層と、を含み、
前記第1領域は、前記p型光吸収層の前記n型層側に存在し、
前記第2領域は、前記p型光吸収層の前記p電極側に存在し、
前記第1領域の平均結晶粒径である第1平均結晶粒径は、前記第2領域の平均結晶粒径である第2平均結晶粒径よりも大きく、
前記p型光吸収層は、亜酸化銅又は亜酸化銅の複合酸化物を主体とし、
前記p型光吸収層の厚さは2000[nm]以上15000[nm]以下であり、
前記第2領域の厚さは70[nm]以上1000[nm]以下である太陽電池。
a p-electrode;
an n-electrode;
a p-type light absorbing layer provided on the p-electrode and including a first region and a second region;
an n-type layer provided between the p-type light absorbing layer and the n-electrode,
the first region is present on the n-type layer side of the p-type light absorbing layer,
the second region is present on the p-electrode side of the p-type light absorbing layer,
a first average crystal grain size that is an average crystal grain size of the first region is larger than a second average crystal grain size that is an average crystal grain size of the second region;
the p-type light absorbing layer is mainly composed of cuprous oxide or a composite oxide of cuprous oxide,
the thickness of the p-type light absorbing layer is 2000 nm or more and 15000 nm or less,
The thickness of the second region is 70 nm or more and 1000 nm or less .
記第2領域の厚さは、前記p型光吸収層の厚さの3[%]以上15[%]未満である請求項1に記載の太陽電池。 The solar cell according to claim 1 , wherein the thickness of the second region is equal to or greater than 3% and less than 15% of the thickness of the p-type absorber layer. 前記第2領域の厚さは、150[nm]以上600[nm]以下であり、
前記第2領域の厚さは、前記p型光吸収層の厚さの3[%]以上15[%]未満である請求項1に記載の太陽電池。
the thickness of the second region is 150 nm or more and 600 nm or less;
The solar cell according to claim 1 , wherein the thickness of the second region is equal to or greater than 3% and less than 15% of the thickness of the p-type absorber layer.
前記第1平均結晶粒径は、前記p型光吸収層の厚さ80[%]以上100[%]未満である請求項1に記載の太陽電池。 The solar cell described in claim 1, wherein the first average crystal grain size is equal to or greater than 80% and less than 100% of the thickness of the p-type light absorbing layer. 前記第2平均結晶粒径は、0.005[μm]以上0.60[μm]以下である請求項1に記載の太陽電池。 The solar cell described in claim 1, wherein the second average crystal grain size is 0.005 μm or more and 0.60 μm or less. 前記第2領域の結晶粒径の最大値は、0.05[μm]以上2.00[μm]以下である請求項1に記載の太陽電池。 The solar cell described in claim 1, wherein the maximum crystal grain size of the second region is 0.05 μm or more and 2.00 μm or less. 前記第1平均結晶粒径に対する前記第2平均結晶粒径([前記第2平均結晶粒径]/[前記第1平均結晶粒径])は、0.005以上0.300以下である請求項1に記載の太陽電池。 The solar cell described in claim 1, wherein the ratio of the second average crystal grain size to the first average crystal grain size ([the second average crystal grain size]/[the first average crystal grain size]) is 0.005 or more and 0.300 or less. 前記第2領域に空隙を含み、
前記空隙の断面平均直径は、0.1[μm]以上0.6[μm]以下である請求項1に記載の太陽電池。
The second region includes a void;
2. The solar cell according to claim 1, wherein the average cross-sectional diameter of the voids is 0.1 [mu]m or more and 0.6 [mu]m or less.
前記第2領域の断面に占める空隙の面積比率([前記第2領域の空隙の断面積の合計]/[前記第2領域の断面積])は、0.01以上0.3以下である請求項1に記載の太陽電池。 The solar cell described in claim 1, wherein the area ratio of the voids to the cross section of the second region ([total cross-sectional area of the voids in the second region]/[cross-sectional area of the second region]) is 0.01 or more and 0.3 or less. 前記第1領域の断面に占める空隙の面積比率([前記第1領域の空隙の断面積の合計]/[前記第1領域の断面積])は、0以上0.1以下である請求項1に記載の太陽電池。 The solar cell described in claim 1, wherein the area ratio of the voids to the cross section of the first region ([total cross-sectional area of the voids in the first region]/[cross-sectional area of the first region]) is between 0 and 0.1. 前記第1領域に空隙が含まれ、
前記第2領域に空隙が含まれ、
前記第2領域の断面に占める空隙の面積比率に対する前記第1領域の断面に占める空隙の面積比率は、0.001以上0.1以下である請求項1に記載の太陽電池。
the first region includes a void;
the second region includes a void;
The solar cell according to claim 1 , wherein the area ratio of the voids in the cross section of the first region to the area ratio of the voids in the cross section of the second region is 0.001 or more and 0.1 or less.
前記第2領域の0.005[μm]以上0.70[μm]以下の範囲の粒度分布に2つのピークが含まれる請求項1に記載の太陽電池。 The solar cell described in claim 1, wherein the particle size distribution of the second region in the range of 0.005 μm to 0.70 μm includes two peaks. 前記第2領域の0.005[μm]以上0.70[μm]以下の範囲の粒度分布に2つのピークが含まれ、
前記粒度分布の0.005[μm]以上0.30[μm]未満の範囲に第1ピークを含み、
前記粒度分布の0.30[μm]以上0.70[μm]以下の範囲に第2ピークを含む請求項1に記載の太陽電池。
The particle size distribution in the second region in the range of 0.005 μm or more and 0.70 μm or less includes two peaks,
The particle size distribution includes a first peak in the range of 0.005 [μm] or more and less than 0.30 [μm],
The solar cell according to claim 1 , wherein the particle size distribution includes a second peak in the range of 0.30 μm to 0.70 μm.
前記第1ピークに含まれる粒子の比率又は前記第2ピークに含まれる粒子の比率が10[%]以上80[%]以下である請求項13に記載の太陽電池。 The solar cell described in claim 13, wherein the ratio of particles contained in the first peak or the ratio of particles contained in the second peak is 10% or more and 80% or less. 前記第2領域の粒子の結晶配向性は、ランダムである請求項1に記載の太陽電池。 The solar cell described in claim 1, wherein the crystal orientation of the particles in the second region is random. 前記第2領域には、断面直径が0.01[μm]以上0.1[μm]未満の小さな空隙と断面直径が0.1[μm]以上0.6[μm]以下の大きな空隙が含まれる請求項1に記載の太陽電池。 The solar cell described in claim 1, wherein the second region includes small voids with a cross-sectional diameter of 0.01 μm or more but less than 0.1 μm and large voids with a cross-sectional diameter of 0.1 μm or more but less than 0.6 μm. 前記第2領域は、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Ni、Pd、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、N、P、Sb及びBiからなる群より選ばれる1種以上を含む請求項1に記載の太陽電池。 The solar cell of claim 1, wherein the second region contains one or more elements selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Ni, Pd, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, N, P, Sb, and Bi. 請求項1ないし17のいずれか1項に記載の太陽電池を用いた多接合型太陽電池。 A multi-junction solar cell using the solar cell described in any one of claims 1 to 17. 請求項1ないし17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。 A solar cell module using the solar cell described in any one of claims 1 to 17. 請求項19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。 A solar power generation system that generates power using the solar cell module described in claim 19.
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