[发明专利]薄膜太阳能电池组件

说明书

技术领域

本发明涉及在单位电池内薄膜硅系光电转换单元和化合物半导体系光电转换单元电连接、单位电池串联连接而集成化的薄膜太阳能电池组件。

背景技术

近年，为了兼顾光电转换装置的低成本化、高效率化，可使用很少原材料的薄膜太阳能电池受到关注，正在进行大力开发。现在，除了以往的非晶硅薄膜太阳能电池以外，还开发了晶体硅薄膜太阳能电池，将这些薄膜太阳能电池层叠而成的被称为混合太阳能电池的层叠型薄膜太阳能电池也已实用化。另外，还进行了使用化合物半导体的化合物半导体系太阳能电池的研究，比薄膜硅系效率高的制品已实用化。

薄膜硅系太阳能电池可以利用CVD等容易大面积化的方法制成，并且原料丰富，因此其特征是量产成本非常优异。另外，化合物半导体系太阳能电池虽然在量产成本方面不如薄膜硅，但由于可以通过电子的直接跃迁来吸收光，所以容易更高效率化。

关于薄膜硅系的材料，非晶硅的带隙为1.85～1.7eV。另一方面，作为非晶硅与晶体硅的混合相的晶体硅的带隙虽然也取决于结晶分数，但通常为1.4～1.2eV。这些薄膜硅可以通过与氢、碳、氧、氮、锗之类的元素进行合金化来调整带隙。另外，通过将硼、磷之类的价电子数不同于硅的材料作为杂质进行掺杂，可以得到P型硅、N型硅。

应予说明，在本说明书中，用语“晶体”意味着包括多晶和微晶，还部分地包括非晶的情形。另外，用语“硅系”除了硅单质以外，还包括与氢、碳、氧、氮、锗之类的元素合金化的硅。

在薄膜硅系太阳能电池中，通常，利用在P层和N层之间夹持实质上真正的I层的PIN结构来形成光电转换单元。由于I层是光吸收层，所以由构成I层的材料的带隙决定能够进行光电转换的光的波长和光电动势。吸收了带隙以上的能量时，剩余的能量变为热、光，因此不能作为电力进行回收。

另外，吸收带隙以下的能量的可能性极低，即使吸收了带隙以下的能量的情况下，由于电子未被激发到导带中，所以此时能量也变为热、光，不能作为电力进行回收。因此，将带隙不同的多个光电转换单元重叠、将带隙相当的光能由各光电转换单元有效率地转换为电力的、所谓多接合化在今后的薄膜太阳能电池的高效率化中是必需的。

作为期待与薄膜硅系光电转换单元多接合化的光电转换单元，可以举出化合物半导体系光电转换单元。化合物半导体种类繁多，但分类成如下3种，即，由Ⅲ族元素和Ⅴ族元素构成的化合物、由Ⅱ族元素和Ⅳ族元素构成的化合物、进而作为Ⅱ-Ⅵ族的变形的I-Ⅲ-Ⅵ₂族等黄铜矿系化合物。其中，作为使用了黄铜矿系化合物的太阳能电池的CuInSe₂(以后简写为CIS)、CuInTe(以后简写为CIT)具有大的吸收系数，即使为1μm以下的膜厚也显示充分的光吸收。

黄铜矿系化合物的带隙比1.0eV窄，激发的电子向低的导带的底部跃迁，所以不能将太阳光的可见光成分的能量效率良好地转换为电力，单体不适用于太阳能电池。因此，适用于太阳能电池时，将组成变为Cu(In，Ga)Se₂、CuIn(S，Se)₂来拓宽化合物半导体的带隙。但是，宽带隙化是有极限的，即使变更了组成，化合物半导体系光电转换单元单体也不能说适合太阳能电池。因此，为了利用化合物半导体来制作实用性高的太阳能电池，可以说重要的是化合物半导体系光电转换单元与其它单元的多接合化。

在专利文献1中提供了在单晶Si基板上进行Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的外延生长的高效率太阳能电池的制作方法，但由于GaAs系光电转换单元大量消耗As，所以担心给环境带来不良影响。另外，由于必需在Si单晶平面上使化合物半导体层外延生长，因此作为大面积组件的制作方法并不现实。

作为通常的黄铜矿系化合物半导体太阳能电池的结构，在N侧使用氧化锌/CdS作为窗层。因此，在黄铜矿系化合物半导体太阳能电池中，可以说光从N侧入射是实现高效率化的条件之一。另一方面，作为具备非晶硅系光电转换单元的太阳能电池的高效率化条件，可以举出光从非晶硅系光电转换单元的P侧入射，并且非晶硅系光电转换单元的电流也没有因多接合化而进行速率控制，非晶硅系光电转换单元因光劣化导致的性能恶化小。