JP2000294818A - 薄膜半導体素子およびその製造方法 - Google Patents
薄膜半導体素子およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単結晶シリコン薄膜太陽電池などにおいて、
光の吸収効率を高め、光電変換効率を向上させることが
できる薄膜半導体素子を提供する。 【解決手段】 太陽電池素子１０のプラスチックフィル
ム基板１２と反対側の面には透明の薄いプラスチックフ
ィルム基板１４が配設されている。プラスチックフィル
ム基板１４と太陽電池素子１０との間には回折格子１５
が配設されている。回折格子１５はアルミニウム（Ａ
ｌ）等の導電材料で作成された反射型のブレーズド・グ
レーティング構造を有している。入射光は回折格子１５
において回折されて再び太陽電池素子１０へ戻る。この
回折角度がある値以上に大きいときには、太陽電池の法
線に対する角度が増大し、シリコン薄膜層（太陽電池素
子１０）の上面あるいは透明プラスチックフィルム基板
１２の表面において全反射されて太陽電池素子１０に戻
る。このような太陽電池素子１０に戻る過程を繰り返す
ことにより、光が太陽電池素子１０の内部に閉じ込めら
れる。
光の吸収効率を高め、光電変換効率を向上させることが
できる薄膜半導体素子を提供する。 【解決手段】 太陽電池素子１０のプラスチックフィル
ム基板１２と反対側の面には透明の薄いプラスチックフ
ィルム基板１４が配設されている。プラスチックフィル
ム基板１４と太陽電池素子１０との間には回折格子１５
が配設されている。回折格子１５はアルミニウム（Ａ
ｌ）等の導電材料で作成された反射型のブレーズド・グ
レーティング構造を有している。入射光は回折格子１５
において回折されて再び太陽電池素子１０へ戻る。この
回折角度がある値以上に大きいときには、太陽電池の法
線に対する角度が増大し、シリコン薄膜層（太陽電池素
子１０）の上面あるいは透明プラスチックフィルム基板
１２の表面において全反射されて太陽電池素子１０に戻
る。このような太陽電池素子１０に戻る過程を繰り返す
ことにより、光が太陽電池素子１０の内部に閉じ込めら
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン薄膜、Ｃ
ＩＳなどの半導体や導電性ポリマーなどの有機材料から
なる薄膜太陽電池などの薄膜半導体素子およびその製造
方法に関する。
ＩＳなどの半導体や導電性ポリマーなどの有機材料から
なる薄膜太陽電池などの薄膜半導体素子およびその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、太陽電池が一部実用化されてい
る。この太陽電池が本格的に使用されるためには、省資
源化、低コスト化を図ることが重要であり、また、エネ
ルギー変換（光−電気変換）効率、エネルギー回収年数
の短縮化などを考えた場合、厚膜の太陽電池よりも薄膜
の太陽電池が望ましい。更に、薄膜の太陽電池である
と、ある程度折り曲げることが可能であり、例えば自動
車のボディの曲面部やポータブル電気製品の外部の曲面
部に搭載して発電を行うことができるので、その利用範
囲が広がるという利点を有する。
る。この太陽電池が本格的に使用されるためには、省資
源化、低コスト化を図ることが重要であり、また、エネ
ルギー変換（光−電気変換）効率、エネルギー回収年数
の短縮化などを考えた場合、厚膜の太陽電池よりも薄膜
の太陽電池が望ましい。更に、薄膜の太陽電池である
と、ある程度折り曲げることが可能であり、例えば自動
車のボディの曲面部やポータブル電気製品の外部の曲面
部に搭載して発電を行うことができるので、その利用範
囲が広がるという利点を有する。
【０００３】そこで、本出願人と同一出願人は、先に、
薄膜の太陽電池を製造するための好適な方法として、単
結晶シリコン基板上に分離層として多孔質層を形成し、
この多孔質層上に太陽電池となる薄膜単結晶シリコンよ
りなる半導体層を成長させたのち、その半導体層上に接
着剤を用いて薄いプラスチック板を接着し、続いて単結
晶シリコン基板からプラスチック板と共に半導体層を剥
離する方法を提案した（特開平８−２１３６４５号公
報，特開平１０−１３５５００号公報）。
薄膜の太陽電池を製造するための好適な方法として、単
結晶シリコン基板上に分離層として多孔質層を形成し、
この多孔質層上に太陽電池となる薄膜単結晶シリコンよ
りなる半導体層を成長させたのち、その半導体層上に接
着剤を用いて薄いプラスチック板を接着し、続いて単結
晶シリコン基板からプラスチック板と共に半導体層を剥
離する方法を提案した（特開平８−２１３６４５号公
報，特開平１０−１３５５００号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
薄膜の太陽電池では、シリコン基板上に、微細な突起を
有するテクスチャー構造を作成し、その上に太陽電池を
作成することによって光を太陽電池の内部に閉じ込めて
変換効率を向上させる技術がある。しかし、表面に微細
な突起を形成して太陽電池を形成した場合、基板表面で
の反射率が大きく低減するにもかかわらず、短絡電流値
がそれほど向上しないという問題があり、更なる改善が
望まれていた。
薄膜の太陽電池では、シリコン基板上に、微細な突起を
有するテクスチャー構造を作成し、その上に太陽電池を
作成することによって光を太陽電池の内部に閉じ込めて
変換効率を向上させる技術がある。しかし、表面に微細
な突起を形成して太陽電池を形成した場合、基板表面で
の反射率が大きく低減するにもかかわらず、短絡電流値
がそれほど向上しないという問題があり、更なる改善が
望まれていた。
【０００５】また、薄膜太陽電池の裏面にテクスチャー
構造を作成して太陽光を散乱させ、一部の光が再び太陽
電池の外側に放出され、一部の光が太陽電池の表面で全
反射されて下面のテクスチャー構造によって再び散乱さ
れることで太陽電池中での光の透過距離を増大させ、結
果的に太陽電池の効率を向上させる方法がある。しかし
ながら、この方法においては、テクスチャー構造がラン
ダムであるため光の散乱方向に規則性がなく、太陽電池
の外部に放射される光を無くすことが本質的にできない
という問題があった。
構造を作成して太陽光を散乱させ、一部の光が再び太陽
電池の外側に放出され、一部の光が太陽電池の表面で全
反射されて下面のテクスチャー構造によって再び散乱さ
れることで太陽電池中での光の透過距離を増大させ、結
果的に太陽電池の効率を向上させる方法がある。しかし
ながら、この方法においては、テクスチャー構造がラン
ダムであるため光の散乱方向に規則性がなく、太陽電池
の外部に放射される光を無くすことが本質的にできない
という問題があった。
【０００６】更には、太陽電池の下面にアルミニウム
（Ａｌ）等の反射材料をコーティングして反射鏡を作成
し、太陽電池を透過した光を太陽電池に戻す構造のもの
も製作されている。しかしながら、この構造では、反射
されて太陽電池に戻った光は太陽電池表面で反射される
光を除いて殆どが太陽電池から再び空気中に放射され、
変換効率を十分に高くすることはできないという問題が
ある。
（Ａｌ）等の反射材料をコーティングして反射鏡を作成
し、太陽電池を透過した光を太陽電池に戻す構造のもの
も製作されている。しかしながら、この構造では、反射
されて太陽電池に戻った光は太陽電池表面で反射される
光を除いて殆どが太陽電池から再び空気中に放射され、
変換効率を十分に高くすることはできないという問題が
ある。
【０００７】ところで、基板としてシリコン基板を使用
しない単結晶シリコン薄膜太陽電池は、シリコン材料を
節約できるため、製造コストや省資源化の観点から重要
である。しかし、シリコン膜が薄いために、入射した光
は相当量が吸収されることなく透過してしまうので、高
い発電効率が得られないという問題があった。例えば光
の波長が８００ｎｍ、シリコン薄膜の厚さが１０μｍの
とき、シリコンによる光吸収効率は６７％である。シリ
コンの光吸収は約２００ｎｍの波長で最大であり、これ
より長い波長では単調に減少する。従って、８００ｎｍ
より長波長の光はシリコン薄膜を殆ど透過してしまうた
め光電変換効率が低下してしまう。
しない単結晶シリコン薄膜太陽電池は、シリコン材料を
節約できるため、製造コストや省資源化の観点から重要
である。しかし、シリコン膜が薄いために、入射した光
は相当量が吸収されることなく透過してしまうので、高
い発電効率が得られないという問題があった。例えば光
の波長が８００ｎｍ、シリコン薄膜の厚さが１０μｍの
とき、シリコンによる光吸収効率は６７％である。シリ
コンの光吸収は約２００ｎｍの波長で最大であり、これ
より長い波長では単調に減少する。従って、８００ｎｍ
より長波長の光はシリコン薄膜を殆ど透過してしまうた
め光電変換効率が低下してしまう。
【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、単結晶シリコン薄膜などにおいて、
光の吸収効率を向上させ、光電変換効率を向上させるこ
とができる薄膜半導体素子およびその製造方法を提供す
ることにある。
ので、その目的は、単結晶シリコン薄膜などにおいて、
光の吸収効率を向上させ、光電変換効率を向上させるこ
とができる薄膜半導体素子およびその製造方法を提供す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による薄膜半導体
素子は、入射光を電気信号に変換するための光電変換層
と、この光電変換層の光の入射側と反対側に配設され、
光電変換層を透過した光を光電変換層側へ反射させる回
折機能層とを備えている。
素子は、入射光を電気信号に変換するための光電変換層
と、この光電変換層の光の入射側と反対側に配設され、
光電変換層を透過した光を光電変換層側へ反射させる回
折機能層とを備えている。
【００１０】本発明による薄膜半導体素子の製造方法
は、回折機能層の原版を透明な熱可塑性樹脂層あるいは
熱硬化性樹脂層に押圧させることにより格子形状を転写
した後、樹脂層の転写面に光反射材料を充填して反射型
の回折機能層を形成する工程と、回折機能層を光電変換
層の光の入射側と反対側の面に接着させる工程とを含む
ものである。
は、回折機能層の原版を透明な熱可塑性樹脂層あるいは
熱硬化性樹脂層に押圧させることにより格子形状を転写
した後、樹脂層の転写面に光反射材料を充填して反射型
の回折機能層を形成する工程と、回折機能層を光電変換
層の光の入射側と反対側の面に接着させる工程とを含む
ものである。
【００１１】本発明による薄膜半導体素子では、光電変
換層を透過した光は、回折機能層によって光電変換層側
へ反射され、再び光電変換層に入射する。反射した光が
光電変換層側において全反射する条件を設定することに
より、光が光電変換層内に閉じ込められ、光電変換効率
が向上する。
換層を透過した光は、回折機能層によって光電変換層側
へ反射され、再び光電変換層に入射する。反射した光が
光電変換層側において全反射する条件を設定することに
より、光が光電変換層内に閉じ込められ、光電変換効率
が向上する。
【００１２】本発明による薄膜半導体素子の製造方法で
は、回折機能層の原版が透明な熱可塑性樹脂あるいは熱
硬化性樹脂に押圧される。その格子形状が樹脂層に転写
され、その転写面に対してアルミニウム（Ａｌ）等の光
反射材料が充填されることにより反射型の回折機能層が
形成される。この反射型の回折機能層は樹脂層を間にし
て光電変換層の光の入射側と反対側の面に配設される。
は、回折機能層の原版が透明な熱可塑性樹脂あるいは熱
硬化性樹脂に押圧される。その格子形状が樹脂層に転写
され、その転写面に対してアルミニウム（Ａｌ）等の光
反射材料が充填されることにより反射型の回折機能層が
形成される。この反射型の回折機能層は樹脂層を間にし
て光電変換層の光の入射側と反対側の面に配設される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】〔第１の実施の形態〕図１は本発明の第１
の実施の形態に係る集積型太陽電池１の構成を表すもの
である。図２は、図１に示した集積型太陽電池１のＡ−
Ａ線に沿った断面構造の一部を簡略化して拡大したもの
である。
の実施の形態に係る集積型太陽電池１の構成を表すもの
である。図２は、図１に示した集積型太陽電池１のＡ−
Ａ線に沿った断面構造の一部を簡略化して拡大したもの
である。
【００１５】この集積型太陽電池１は、互いに電気的に
接続された複数の太陽電池素子１０を一方向（図１にお
いて水平方向）に配列して構成したものである。太陽電
池素子１０は、例えば厚さ１〜１０μｍ程度の単結晶シ
リコン層に、ｎ型層およびｐ型層を形成して構成された
ものである。これら太陽電池素子１０の光入射側の一面
（以下、表面という）は、例えば透明で柔軟性を有する
薄いプラスチックフィルム基板１２に接着されている。
プラスチックフィルム基板１２は、太陽電池素子１０へ
の傷の発生を防止するための保護層であり、例えばエチ
レンビニルアセテート（ＥＶＡ）により形成されてい
る。その屈折率は例えば１．５である。
接続された複数の太陽電池素子１０を一方向（図１にお
いて水平方向）に配列して構成したものである。太陽電
池素子１０は、例えば厚さ１〜１０μｍ程度の単結晶シ
リコン層に、ｎ型層およびｐ型層を形成して構成された
ものである。これら太陽電池素子１０の光入射側の一面
（以下、表面という）は、例えば透明で柔軟性を有する
薄いプラスチックフィルム基板１２に接着されている。
プラスチックフィルム基板１２は、太陽電池素子１０へ
の傷の発生を防止するための保護層であり、例えばエチ
レンビニルアセテート（ＥＶＡ）により形成されてい
る。その屈折率は例えば１．５である。
【００１６】太陽電池素子１０は、素子の配列方向に対
して直交する方向に沿って形成された素子分離層１１に
よって隣接する素子と電気的に分離されている。素子分
離層１１は柔軟性を有する絶縁材料、例えばエチレンビ
ニルアセテートにより形成されている。隣接する太陽電
池素子１０同士は、プラスチックフィルム基板１２の表
面に設けられたコンタクト電極１３により電気的に接続
されている。
して直交する方向に沿って形成された素子分離層１１に
よって隣接する素子と電気的に分離されている。素子分
離層１１は柔軟性を有する絶縁材料、例えばエチレンビ
ニルアセテートにより形成されている。隣接する太陽電
池素子１０同士は、プラスチックフィルム基板１２の表
面に設けられたコンタクト電極１３により電気的に接続
されている。
【００１７】太陽電池素子１０のプラスチックフィルム
基板１２と反対側の面（以下、裏面という。）には透明
の薄いプラスチックフィルム基板１４が配設されてい
る。プラスチックフィルム基板１４は、例えばフッ素樹
脂、ポリカーボネートあるいはポリエチレンテレフタレ
ートにより構成されている。プラスチックフィルム基板
１４と太陽電池素子１０との間には回折格子１５が配設
されている。
基板１２と反対側の面（以下、裏面という。）には透明
の薄いプラスチックフィルム基板１４が配設されてい
る。プラスチックフィルム基板１４は、例えばフッ素樹
脂、ポリカーボネートあるいはポリエチレンテレフタレ
ートにより構成されている。プラスチックフィルム基板
１４と太陽電池素子１０との間には回折格子１５が配設
されている。
【００１８】回折格子１５はアルミニウム（Ａｌ）や銀
（Ａｇ）等の導電材料で作成された反射型のブレーズド
・グレーティング（blazed grating) （格子構造）を有
している。この回折格子１５の溝１５ａの形状は、図３
に示したように略鋸歯状であり、この溝１５ａの表面は
格子全体の表面に対して傾斜している。溝１５ａのピッ
チｄは例えば２．６μｍ、深さは例えば０．８０μｍで
ある。
（Ａｇ）等の導電材料で作成された反射型のブレーズド
・グレーティング（blazed grating) （格子構造）を有
している。この回折格子１５の溝１５ａの形状は、図３
に示したように略鋸歯状であり、この溝１５ａの表面は
格子全体の表面に対して傾斜している。溝１５ａのピッ
チｄは例えば２．６μｍ、深さは例えば０．８０μｍで
ある。
【００１９】回折格子１５は、屈折率が例えば１．５の
熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂からなる中間層１６
に原版の形状を転写し、その後、転写された格子溝に、
例えばアルミニウムや銀を蒸着あるいはスクリーン印刷
等によって充填させることにより形成されたものであ
る。回折格子１５は中間層１６を介して透明の接着剤１
７によって太陽電池素子１０の裏面に接着されている。
接着剤１７は例えば中間層１６と同様の熱硬化性樹脂あ
るいは熱可塑性樹脂により形成されている。回折格子１
５の裏面側にはプラスチックフィルム基板１４が接着さ
れている。回折格子１５と太陽電池素子１０との間の中
間層１６および接着剤１７には、それぞれ屈折率を高め
るために、例えば酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の超微粒子が
混入されており、その屈折率は例えば２．２となってい
る。
熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂からなる中間層１６
に原版の形状を転写し、その後、転写された格子溝に、
例えばアルミニウムや銀を蒸着あるいはスクリーン印刷
等によって充填させることにより形成されたものであ
る。回折格子１５は中間層１６を介して透明の接着剤１
７によって太陽電池素子１０の裏面に接着されている。
接着剤１７は例えば中間層１６と同様の熱硬化性樹脂あ
るいは熱可塑性樹脂により形成されている。回折格子１
５の裏面側にはプラスチックフィルム基板１４が接着さ
れている。回折格子１５と太陽電池素子１０との間の中
間層１６および接着剤１７には、それぞれ屈折率を高め
るために、例えば酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の超微粒子が
混入されており、その屈折率は例えば２．２となってい
る。
【００２０】次に、図５ないし図８および図９を参照し
て、本実施の形態の太陽電池の製造方法について具体的
に説明する。
て、本実施の形態の太陽電池の製造方法について具体的
に説明する。
【００２１】まず、図５（Ａ）に示したように、複数の
太陽電池素子１０を形成するためのシリコン基板２１を
用意する。シリコン基板２１としては、例えば、ホウ素
などのｐ型不純物を添加した０．０１〜０．０２Ω・ｃ
ｍ程度の比抵抗を有する単結晶シリコンを用いる。次い
で、図５（Ｂ）に示したように、シリコン基板２１の表
面に、例えば陽極化成法により多孔質シリコン層２２を
形成する。
太陽電池素子１０を形成するためのシリコン基板２１を
用意する。シリコン基板２１としては、例えば、ホウ素
などのｐ型不純物を添加した０．０１〜０．０２Ω・ｃ
ｍ程度の比抵抗を有する単結晶シリコンを用いる。次い
で、図５（Ｂ）に示したように、シリコン基板２１の表
面に、例えば陽極化成法により多孔質シリコン層２２を
形成する。
【００２２】なお、この陽極化成法は、シリコン基板２
１を陽極としてフッ化水素酸溶液中で通電を行う方法で
あり、例えば伊東等による「表面技術Vol.46.No.5.p8〜
13,1995 [多孔質シリコンの陽極化成] 」に示された２
重セル法により行うことができる。ここでは、例えば、
電解溶液（陽極化成溶液）として例えばＨＦ（フッ化水
素） :Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ（エタノール）＝１：１の電解溶液
を用い、例えば０．５〜３ｍＡ／ｃｍ2 程度の電流密度
で８分間、第１段階の陽極化成を行うことにより多孔率
が小さな第１の多孔質層を形成する。続いて、例えば３
〜２０ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で８分間、第２段階の陽
極化成を行うことにより多孔率が中程度の第２の多孔質
層を形成する。更に、例えば４０〜３００ｍＡ／ｃｍ2
の電流密度で数秒間、第３段階の陽極化成を行うことに
より多孔率が大きな第３の多孔質層を形成する。ちなみ
に、この第３の多孔質層は、後述する分離層２２ａ（図
５（Ｃ））の元となるものである。これにより、合わせ
て約８μｍの厚さを有する多孔質シリコン層２２が形成
される。シリコン基板２１としては、陽極化成法により
その上に多孔質シリコン層２２を形成する観点からは、
ｐ型の単結晶シリコン基板を用いることが望ましいが、
条件設定によってはｎ型の単結晶シリコン基板を用いる
ようにしてもよい。
１を陽極としてフッ化水素酸溶液中で通電を行う方法で
あり、例えば伊東等による「表面技術Vol.46.No.5.p8〜
13,1995 [多孔質シリコンの陽極化成] 」に示された２
重セル法により行うことができる。ここでは、例えば、
電解溶液（陽極化成溶液）として例えばＨＦ（フッ化水
素） :Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ（エタノール）＝１：１の電解溶液
を用い、例えば０．５〜３ｍＡ／ｃｍ2 程度の電流密度
で８分間、第１段階の陽極化成を行うことにより多孔率
が小さな第１の多孔質層を形成する。続いて、例えば３
〜２０ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で８分間、第２段階の陽
極化成を行うことにより多孔率が中程度の第２の多孔質
層を形成する。更に、例えば４０〜３００ｍＡ／ｃｍ2
の電流密度で数秒間、第３段階の陽極化成を行うことに
より多孔率が大きな第３の多孔質層を形成する。ちなみ
に、この第３の多孔質層は、後述する分離層２２ａ（図
５（Ｃ））の元となるものである。これにより、合わせ
て約８μｍの厚さを有する多孔質シリコン層２２が形成
される。シリコン基板２１としては、陽極化成法により
その上に多孔質シリコン層２２を形成する観点からは、
ｐ型の単結晶シリコン基板を用いることが望ましいが、
条件設定によってはｎ型の単結晶シリコン基板を用いる
ようにしてもよい。
【００２３】続いて、多孔質シリコン層２２の上に太陽
電池素子１０を形成する。すなわち、まず、例えば１１
００℃の温度で３０分間水素アニールを行い、多孔質シ
リコン層２２の表面に存在する穴を塞ぐ。そののち、図
５（Ｃ）に示したように、例えば、多孔質シリコン層２
２上に、ＳｉＨ4 またはＳｉＣｌ4 等のガスを用いてｐ
+ 型層３１ｄとｐ型層３１ａとからなる半導体層３１を
エピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる
際の成長温度は、ＳｉＨ4 を用いた場合には例えば１０
７０℃とし、ＳｉＣｌ4 を用いた場合には例えば１１４
０℃とする。
電池素子１０を形成する。すなわち、まず、例えば１１
００℃の温度で３０分間水素アニールを行い、多孔質シ
リコン層２２の表面に存在する穴を塞ぐ。そののち、図
５（Ｃ）に示したように、例えば、多孔質シリコン層２
２上に、ＳｉＨ4 またはＳｉＣｌ4 等のガスを用いてｐ
+ 型層３１ｄとｐ型層３１ａとからなる半導体層３１を
エピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる
際の成長温度は、ＳｉＨ4 を用いた場合には例えば１０
７０℃とし、ＳｉＣｌ4 を用いた場合には例えば１１４
０℃とする。
【００２４】このように水素アニールとエピタキシャル
成長とを行っている間に、多孔質シリコン層２２中のシ
リコン原子が移動し再配列される結果、多孔質シリコン
層２２中の多孔率が大きかった部分が更に大きく変化
し、引っ張り強度が最も弱い層すなわち分離層２２ａが
形成される。但し、この分離層２２ａは、多孔質シリコ
ン層２２の上に太陽電池素子１０を形成している間にお
いて、ｐ+ 型層３１ｄおよびｐ型層３１ａが部分的にあ
るいは全面的に渡ってシリコン基板２１から剥がれない
程度の引っ張り強度は十分有している。
成長とを行っている間に、多孔質シリコン層２２中のシ
リコン原子が移動し再配列される結果、多孔質シリコン
層２２中の多孔率が大きかった部分が更に大きく変化
し、引っ張り強度が最も弱い層すなわち分離層２２ａが
形成される。但し、この分離層２２ａは、多孔質シリコ
ン層２２の上に太陽電池素子１０を形成している間にお
いて、ｐ+ 型層３１ｄおよびｐ型層３１ａが部分的にあ
るいは全面的に渡ってシリコン基板２１から剥がれない
程度の引っ張り強度は十分有している。
【００２５】次いで、図５（Ｄ）に示したように、太陽
電池素子１０の形成領域に対応させて、例えばイオン注
入によりｐ型層３１ａにリンなどのｎ型不純物を高濃度
に導入し、厚さ０．０２〜１μｍ程度のｎ+ 型層３１ｂ
を形成する。また、例えばイオン注入により、ｐ型層３
１ａにホウ素などのｐ型不純物を高濃度に導入し、厚さ
０．０２〜１μｍ程度のｐ+ 型層３１ｃを形成する。ｎ
+ 型層３１ｂおよびｐ+ 型層３１ｃをそれぞれ形成した
のち、半導体層３１上に例えばスパッタ法により酸化チ
タンよりなる反射防止膜３２を形成する。
電池素子１０の形成領域に対応させて、例えばイオン注
入によりｐ型層３１ａにリンなどのｎ型不純物を高濃度
に導入し、厚さ０．０２〜１μｍ程度のｎ+ 型層３１ｂ
を形成する。また、例えばイオン注入により、ｐ型層３
１ａにホウ素などのｐ型不純物を高濃度に導入し、厚さ
０．０２〜１μｍ程度のｐ+ 型層３１ｃを形成する。ｎ
+ 型層３１ｂおよびｐ+ 型層３１ｃをそれぞれ形成した
のち、半導体層３１上に例えばスパッタ法により酸化チ
タンよりなる反射防止膜３２を形成する。
【００２６】続いて、反射防止膜３２のｎ+ 型層３１ｂ
およびｐ+ 型層３１ｃそれぞれに対応する領域を選択的
に除去して開口を形成する。そののち、反射防止膜３２
に形成された開口に、例えばスパッタ法によりアルミニ
ウムよりなる陰極３３および陽極３４をそれぞれ形成す
る。
およびｐ+ 型層３１ｃそれぞれに対応する領域を選択的
に除去して開口を形成する。そののち、反射防止膜３２
に形成された開口に、例えばスパッタ法によりアルミニ
ウムよりなる陰極３３および陽極３４をそれぞれ形成す
る。
【００２７】このようにして太陽電池素子１０を形成し
たのち、図６（Ａ）に示したように、シリコン基板２１
よりも面積の広い、例えばフッ素樹脂、ポリカーボネー
トあるいはポリエチレンテレフタレートよりなるプラス
チックフィルム基板１２を用意し、このプラスチックフ
ィルム基板１２を太陽電池素子１０の表面側に接着剤３
５を介して接着させる。
たのち、図６（Ａ）に示したように、シリコン基板２１
よりも面積の広い、例えばフッ素樹脂、ポリカーボネー
トあるいはポリエチレンテレフタレートよりなるプラス
チックフィルム基板１２を用意し、このプラスチックフ
ィルム基板１２を太陽電池素子１０の表面側に接着剤３
５を介して接着させる。
【００２８】太陽電池素子１０にプラスチックフィルム
基板１２を接着したのち、図６（Ｂ）に示したように、
太陽電池素子１０をプラスチックフィルム基板１２と共
に分離層２２ａにおいてシリコン基板２１から剥離し、
太陽電池素子１０をプラスチックフィルム基板１２に転
写する。剥離の際には、例えば、プラスチックフィルム
基板１２とシリコン基板２１との間に引っ張り応力を加
える方法、水あるいはエタノールなどの溶液中にシリコ
ン基板２１を浸し、超音波を照射して分離層２２ａの強
度を弱めて剥離する方法、遠心分離を加えて分離層２２
ａの強度を弱めて剥離する方法、または上記３つの方法
のうちの複数を併用する。
基板１２を接着したのち、図６（Ｂ）に示したように、
太陽電池素子１０をプラスチックフィルム基板１２と共
に分離層２２ａにおいてシリコン基板２１から剥離し、
太陽電池素子１０をプラスチックフィルム基板１２に転
写する。剥離の際には、例えば、プラスチックフィルム
基板１２とシリコン基板２１との間に引っ張り応力を加
える方法、水あるいはエタノールなどの溶液中にシリコ
ン基板２１を浸し、超音波を照射して分離層２２ａの強
度を弱めて剥離する方法、遠心分離を加えて分離層２２
ａの強度を弱めて剥離する方法、または上記３つの方法
のうちの複数を併用する。
【００２９】太陽電池素子１０をプラスチックフィルム
基板１２に転写させた後、図７（Ａ）に示したように、
例えばエキシマレーザなどのレーザビームＬＢをプラス
チックフィルム基板１２側から照射することによって分
離溝１１ａを形成し、これにより太陽電池素子１０を個
々に分離する。なお、このときプラスチックフィルム基
板１２の端面近傍領域を切断しなければ、個々の太陽電
池素子１０はそれぞれプラスチックフィルム基板１２に
接着されているので、太陽電池素子１０がプラスチック
フィルム基板１２から剥離することはない。
基板１２に転写させた後、図７（Ａ）に示したように、
例えばエキシマレーザなどのレーザビームＬＢをプラス
チックフィルム基板１２側から照射することによって分
離溝１１ａを形成し、これにより太陽電池素子１０を個
々に分離する。なお、このときプラスチックフィルム基
板１２の端面近傍領域を切断しなければ、個々の太陽電
池素子１０はそれぞれプラスチックフィルム基板１２に
接着されているので、太陽電池素子１０がプラスチック
フィルム基板１２から剥離することはない。
【００３０】一方、図９（Ａ）に示したように、回折格
子の原版４０を用意し、この原版４０の回折格子の形状
を屈折率例えば１．５の熱硬化性樹脂からなる中間層１
６に転写し、その後、図９（Ｂ）に示したように転写さ
れた溝にアルミニウム等の金属材料を蒸着あるいはスク
リーン印刷等によって充填させることにより回折格子１
５を形成する。
子の原版４０を用意し、この原版４０の回折格子の形状
を屈折率例えば１．５の熱硬化性樹脂からなる中間層１
６に転写し、その後、図９（Ｂ）に示したように転写さ
れた溝にアルミニウム等の金属材料を蒸着あるいはスク
リーン印刷等によって充填させることにより回折格子１
５を形成する。
【００３１】次に、この回折格子１５を、図７（Ｂ）に
示したように、太陽電池素子１０の裏面に中間層１６と
共に接着剤１７によって接着させる。続いて、太陽電池
素子１０間の分離溝１１ａに対して、柔軟性を有する透
明の絶縁材料、例えばＥＶＡを充填して素子分離層１１
を形成する。素子分離層１１を形成したのち、プラスチ
ックフィルム基板１２側からレーザビームＬＢ、例えば
炭酸ガスレーザビームを照射して、陰極３３および陽極
３４に達するスルーホール１３ａを形成する。スルーホ
ール１３ａを形成した後は、図８に示したように、隣接
する素子間が接着されるように、例えば印刷法により銀
ペーストからなるコンタクト電極１３を形成する。
示したように、太陽電池素子１０の裏面に中間層１６と
共に接着剤１７によって接着させる。続いて、太陽電池
素子１０間の分離溝１１ａに対して、柔軟性を有する透
明の絶縁材料、例えばＥＶＡを充填して素子分離層１１
を形成する。素子分離層１１を形成したのち、プラスチ
ックフィルム基板１２側からレーザビームＬＢ、例えば
炭酸ガスレーザビームを照射して、陰極３３および陽極
３４に達するスルーホール１３ａを形成する。スルーホ
ール１３ａを形成した後は、図８に示したように、隣接
する素子間が接着されるように、例えば印刷法により銀
ペーストからなるコンタクト電極１３を形成する。
【００３２】このようにして得られた本実施の形態の太
陽電池では、入射光Ｌinは透明プラスチックフィルム基
板１２を透過して太陽電池素子１０に入り、一部が吸収
される。太陽電池素子１０に吸収されず、透過した光は
回折格子１５において反射され、再び太陽電池素子１０
に入り、吸収される。光が吸収された太陽電池素子１０
では、ｎ+ 型層およびｐ型層において電子−正孔対が発
生し、これにより入射光量に比例する電流が発生し、引
き出し電極（図示せず）から取り出される。
陽電池では、入射光Ｌinは透明プラスチックフィルム基
板１２を透過して太陽電池素子１０に入り、一部が吸収
される。太陽電池素子１０に吸収されず、透過した光は
回折格子１５において反射され、再び太陽電池素子１０
に入り、吸収される。光が吸収された太陽電池素子１０
では、ｎ+ 型層およびｐ型層において電子−正孔対が発
生し、これにより入射光量に比例する電流が発生し、引
き出し電極（図示せず）から取り出される。
【００３３】このように本実施の形態の太陽電池では、
入射光Ｌinは、回折格子１５において回折されて再び太
陽電池素子１０へ戻る。この回折角度がある値以上に大
きいときには、回折光の太陽電池の法線に対する角度が
増大し、反射光は空気中に放射されるのではなく、シリ
コン薄膜層（太陽電池素子１０）の上面あるいは透明プ
ラスチックフィルム基板１２の表面において全反射され
て太陽電池素子１０に戻る。この太陽電池素子１０に戻
る過程を繰り返すことにより、光が太陽電池素子１０の
内部に閉じ込められる。このように太陽電池素子１０の
内部に閉じ込められることによって、シリコン薄膜内の
光路長さが長くなるので、光吸収量が増大し、光電変換
効率が向上する。本実施の形態では、回折格子１５が図
２に示したようなブレーズド・グレーティング構造であ
るため、特定の回折次数に光を集中させることができ
る。
入射光Ｌinは、回折格子１５において回折されて再び太
陽電池素子１０へ戻る。この回折角度がある値以上に大
きいときには、回折光の太陽電池の法線に対する角度が
増大し、反射光は空気中に放射されるのではなく、シリ
コン薄膜層（太陽電池素子１０）の上面あるいは透明プ
ラスチックフィルム基板１２の表面において全反射され
て太陽電池素子１０に戻る。この太陽電池素子１０に戻
る過程を繰り返すことにより、光が太陽電池素子１０の
内部に閉じ込められる。このように太陽電池素子１０の
内部に閉じ込められることによって、シリコン薄膜内の
光路長さが長くなるので、光吸収量が増大し、光電変換
効率が向上する。本実施の形態では、回折格子１５が図
２に示したようなブレーズド・グレーティング構造であ
るため、特定の回折次数に光を集中させることができ
る。
【００３４】本実施の形態において、回折格子１５で回
折された光が太陽電池素子１０中で全反射される条件
は、太陽電池への光の入射角をθi 、回折格子のピッチ
をｄ、光の波長をλ、回折格子１５と太陽電池素子１０
との間にある最も屈折率の低い媒体（ここでは、中間層
１６および接着剤１７）の屈折率をｎg 、空気の屈折率
を１．０とすると、次式（１）で表される。
折された光が太陽電池素子１０中で全反射される条件
は、太陽電池への光の入射角をθi 、回折格子のピッチ
をｄ、光の波長をλ、回折格子１５と太陽電池素子１０
との間にある最も屈折率の低い媒体（ここでは、中間層
１６および接着剤１７）の屈折率をｎg 、空気の屈折率
を１．０とすると、次式（１）で表される。
【００３５】
【数１】｜ｋｓｉｎθi ±ｎg Ｋ｜＞ｋ…（１）
【００３６】ここで、ｋ＝２π／λ、Ｋ＝２π／ｄであ
る。但し、ｎg は光電変換層（太陽電池素子１０）すな
わちシリコンの屈折率よりも低いか、または同程度でな
ければならない。そうでない場合には、回折格子１５で
回折された後に太陽電池の法線に対して大きな角度で太
陽電池素子１０へ戻る光が、そこに到達する前に全反射
されて回折格子１５に戻ることがあり得る。このときの
回折光は発電に寄与しなくなる。なお、一般に、熱可塑
性樹脂や接着剤等の材料はシリコンよりも屈折率が小さ
い。
る。但し、ｎg は光電変換層（太陽電池素子１０）すな
わちシリコンの屈折率よりも低いか、または同程度でな
ければならない。そうでない場合には、回折格子１５で
回折された後に太陽電池の法線に対して大きな角度で太
陽電池素子１０へ戻る光が、そこに到達する前に全反射
されて回折格子１５に戻ることがあり得る。このときの
回折光は発電に寄与しなくなる。なお、一般に、熱可塑
性樹脂や接着剤等の材料はシリコンよりも屈折率が小さ
い。
【００３７】また、太陽電池の中の最外層（本実施の形
態ではプラスチックフィルム基板１２）の屈折率をｎ、
その層中を進行する光の進行方向と太陽電池の法線との
なす角をθとすると、その光が空気中との境界面で、全
反射されて太陽電池の中に閉じ込められるためには次式
（２）の条件を満たさなければならない。
態ではプラスチックフィルム基板１２）の屈折率をｎ、
その層中を進行する光の進行方向と太陽電池の法線との
なす角をθとすると、その光が空気中との境界面で、全
反射されて太陽電池の中に閉じ込められるためには次式
（２）の条件を満たさなければならない。
【００３８】
【数２】ｎｓｉｎθ＞１…（２）
【００３９】ところで、ブレーズド・グレーティングは
回折格子への入射角が大きくなると、次第に１次光の回
折効率が小さくなる問題がある。太陽電池を構成するシ
リコン薄膜などの層の中で最も高い屈折率の層の屈折率
をｎm 、その層の中の光の角度をΘm とすると、次式
（３）が成り立つから、回折格子の上の層の屈折率が高
いが回折格子への入射角が小さくなる。
回折格子への入射角が大きくなると、次第に１次光の回
折効率が小さくなる問題がある。太陽電池を構成するシ
リコン薄膜などの層の中で最も高い屈折率の層の屈折率
をｎm 、その層の中の光の角度をΘm とすると、次式
（３）が成り立つから、回折格子の上の層の屈折率が高
いが回折格子への入射角が小さくなる。
【００４０】
【数３】ｎm ｓｉｎΘm ＝ｎg ｓｉｎΘi …（３）
【００４１】すなわち、回折格子の上の層の屈折率が高
いと、より効率的に１次光に光が集中するために、効率
的に光を太陽電池中に閉じ込めることができるようにな
る。ここで、回折格子への入射角Θi と１次回折光の角
度Θo との間に、回折格子の上の媒質の屈折率をｎG と
すると、次式（４），（５）が成立する。
いと、より効率的に１次光に光が集中するために、効率
的に光を太陽電池中に閉じ込めることができるようにな
る。ここで、回折格子への入射角Θi と１次回折光の角
度Θo との間に、回折格子の上の媒質の屈折率をｎG と
すると、次式（４），（５）が成立する。
【００４２】
【数４】ｎG ｓｉｎΘi ＝ｓｉｎθi …（４）
【００４３】
【数５】 ｎG ｋｓｉｎΘo ＝ｎG ｋｓｉｎΘi ＋Ｋ…（５）
【００４４】このような理由からも、本実施の形態のよ
うに回折格子１５としてブレーズド・グレーティングを
使用する場合には、回折格子が転写される熱可塑性樹脂
や熱硬化性樹脂の中に酸化チタン等の高屈折率の物質の
超微粒子を混入して屈折率を高めることが望ましい。但
し、前述のようにシリコンの屈折率よりは低くする必要
がある。また、本実施の形態では、ブレーズド・グレー
ティングの回折効率を最適化する波長領域が太陽電池の
透過波長領域と同じであることが望ましい。例えば、太
陽電池素子１０を透過する光の中心波長をλ0 とする
と、溝１５ａの深さを１／（２λ0 ）とする。これによ
りシリコンなどの太陽電池の材料の吸収が小さく薄膜太
陽電池を透過してしまう波長領域の光に対して、回折格
子の形状が最適化され、より高い光電変換効率が得られ
る。
うに回折格子１５としてブレーズド・グレーティングを
使用する場合には、回折格子が転写される熱可塑性樹脂
や熱硬化性樹脂の中に酸化チタン等の高屈折率の物質の
超微粒子を混入して屈折率を高めることが望ましい。但
し、前述のようにシリコンの屈折率よりは低くする必要
がある。また、本実施の形態では、ブレーズド・グレー
ティングの回折効率を最適化する波長領域が太陽電池の
透過波長領域と同じであることが望ましい。例えば、太
陽電池素子１０を透過する光の中心波長をλ0 とする
と、溝１５ａの深さを１／（２λ0 ）とする。これによ
りシリコンなどの太陽電池の材料の吸収が小さく薄膜太
陽電池を透過してしまう波長領域の光に対して、回折格
子の形状が最適化され、より高い光電変換効率が得られ
る。
【００４５】本実施の形態の回折格子１５による回折効
率をウォータマン・レーレー法（Waterman and Rayleig
h methods)により計算した値を表１に示す。
率をウォータマン・レーレー法（Waterman and Rayleig
h methods)により計算した値を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】ここでは、プラスチックフィルム基板１２
の屈折率は１．５、中間層１６および接着剤１７の屈折
率は２．２とし、また、回折格子１５は完全導体で形成
されているものとし、光の波長は９００ｎｍとした。回
折格子への入射角θ＝０，３４，６７ｄｅｇは各々、太
陽電池への入射角および回折格子１５の溝１５ａを形成
する面の傾斜角から求めた最大の回折効率で入射光が回
折される角度、すなわち、シリコン薄膜あるいは保護フ
ィルム（透明プラスチックフィルム基板１２）で全反射
した後に、再び回折格子１５に入射する角度、および更
にもう一度回折と全反射を繰り返して回折格子１５に入
射する角度である。但し、回折格子のピッチから求まる
各次数の回折光の角度は、これらの角度とは厳密には一
致しない。表１から０ｄｅｇ入射の回折光は３，４次が
最も強く、その和は０．６２５である。熱硬化性樹脂と
接着剤の屈折率が２．２であることを考慮すると、３次
光はその回折角が２７．９ｄｅｇであるため、シリコン
薄膜の上面で反射する。従って、３次光，４次光は太陽
電池の外に出ることはない。また、全反射を起こさない
回折光の次数は、−２〜２次であるが、これらの回折効
率の和は低く、０．１４５である。従って、残りの回折
光の和の０．８５５は太陽電池の外には出ることができ
ない。
の屈折率は１．５、中間層１６および接着剤１７の屈折
率は２．２とし、また、回折格子１５は完全導体で形成
されているものとし、光の波長は９００ｎｍとした。回
折格子への入射角θ＝０，３４，６７ｄｅｇは各々、太
陽電池への入射角および回折格子１５の溝１５ａを形成
する面の傾斜角から求めた最大の回折効率で入射光が回
折される角度、すなわち、シリコン薄膜あるいは保護フ
ィルム（透明プラスチックフィルム基板１２）で全反射
した後に、再び回折格子１５に入射する角度、および更
にもう一度回折と全反射を繰り返して回折格子１５に入
射する角度である。但し、回折格子のピッチから求まる
各次数の回折光の角度は、これらの角度とは厳密には一
致しない。表１から０ｄｅｇ入射の回折光は３，４次が
最も強く、その和は０．６２５である。熱硬化性樹脂と
接着剤の屈折率が２．２であることを考慮すると、３次
光はその回折角が２７．９ｄｅｇであるため、シリコン
薄膜の上面で反射する。従って、３次光，４次光は太陽
電池の外に出ることはない。また、全反射を起こさない
回折光の次数は、−２〜２次であるが、これらの回折効
率の和は低く、０．１４５である。従って、残りの回折
光の和の０．８５５は太陽電池の外には出ることができ
ない。
【００４８】３，４次光が全反射された後に再び回折さ
れるときの回折効率は、３４ｄｅｇ入射の場合の回折効
率とほぼ一致する。この時の回折効率が最大となるの
は、表１から２次である。この回折光もシリコン薄膜の
上面で全反射されるために太陽電池の外に出ることはで
きない。回折後に全反射されずに太陽電池の外に出る回
折光の次数は−６〜−２次であるが、それらの回折効率
の和が０．２７６と大きくないことは、０ｄｅｇ入射の
場合と同様である。６７ｄｅｇ入射の場合には、回折効
率が明確に最大となる回折次数はないが、全反射されず
に太陽電池の外に出る光の回折の次数は−８〜−４次で
ある。これらの回折光の回折効率の和は０．４８０であ
るため、全反射によって閉じ込められる光の割合は０．
５２０である。従って、入射角が３４ｄｅｇの場合ほど
には光吸収の増大が期待できない。
れるときの回折効率は、３４ｄｅｇ入射の場合の回折効
率とほぼ一致する。この時の回折効率が最大となるの
は、表１から２次である。この回折光もシリコン薄膜の
上面で全反射されるために太陽電池の外に出ることはで
きない。回折後に全反射されずに太陽電池の外に出る回
折光の次数は−６〜−２次であるが、それらの回折効率
の和が０．２７６と大きくないことは、０ｄｅｇ入射の
場合と同様である。６７ｄｅｇ入射の場合には、回折効
率が明確に最大となる回折次数はないが、全反射されず
に太陽電池の外に出る光の回折の次数は−８〜−４次で
ある。これらの回折光の回折効率の和は０．４８０であ
るため、全反射によって閉じ込められる光の割合は０．
５２０である。従って、入射角が３４ｄｅｇの場合ほど
には光吸収の増大が期待できない。
【００４９】以上からブレーズド・グレーティング構造
の回折格子１５を太陽電池の裏面に接着することによっ
て光を太陽電池の内部に閉じ込め、効率的に発電できる
ことが分かる。また、シリコンの複素屈折率の虚数部の
値を０．００２７５とすると、シリコン薄膜の厚さに対
する光吸収率の変化は図４に示したようになる。ここ
で、単結晶シリコン薄膜の厚さを１０μｍ、光の入射角
を０ｄｅｇ、１回目の全反射の後に回折格子に入射する
光の角度を３４ｄｅｇ、２回目の全反射の後に回折格子
に入射する光の角度を６７ｄｅｇとするとき、光が３回
目に回折格子に入射するまでの間のシリコン薄膜内の光
路長は５３．３μｍとなる。このとき、光吸収率は図４
から０．８７となる。参考のために回折格子がない状態
で太陽電池に入射した光が、そのまま透過してしまう場
合を考えると、図４からその光吸収率は０．３２であ
る。従って、シリコン薄膜の上面で２回だけ全反射させ
ることによって、光吸収率が０．８７／０．３２＝２．
７２倍に増大し、光は太陽電池にほぼ吸収されることが
分かる。以上から、本実施の形態の構造によって太陽電
池の光吸収の大きさが２倍以上に増大し、その結果、発
電効率が著しく改善されることが分かる。
の回折格子１５を太陽電池の裏面に接着することによっ
て光を太陽電池の内部に閉じ込め、効率的に発電できる
ことが分かる。また、シリコンの複素屈折率の虚数部の
値を０．００２７５とすると、シリコン薄膜の厚さに対
する光吸収率の変化は図４に示したようになる。ここ
で、単結晶シリコン薄膜の厚さを１０μｍ、光の入射角
を０ｄｅｇ、１回目の全反射の後に回折格子に入射する
光の角度を３４ｄｅｇ、２回目の全反射の後に回折格子
に入射する光の角度を６７ｄｅｇとするとき、光が３回
目に回折格子に入射するまでの間のシリコン薄膜内の光
路長は５３．３μｍとなる。このとき、光吸収率は図４
から０．８７となる。参考のために回折格子がない状態
で太陽電池に入射した光が、そのまま透過してしまう場
合を考えると、図４からその光吸収率は０．３２であ
る。従って、シリコン薄膜の上面で２回だけ全反射させ
ることによって、光吸収率が０．８７／０．３２＝２．
７２倍に増大し、光は太陽電池にほぼ吸収されることが
分かる。以上から、本実施の形態の構造によって太陽電
池の光吸収の大きさが２倍以上に増大し、その結果、発
電効率が著しく改善されることが分かる。
【００５０】〔第２の実施の形態〕図１０は本発明の第
２の実施の形態に係る集積型太陽電池の構造を表すもの
である。この集積型太陽電池は、第１の実施の形態の回
折格子１５に代えて、回折機能層としてホログラム５５
を備えたことを除き、他は第１の実施の形態と同一の構
成を有している。よって、第１の実施の形態と同一の構
成要素については同一符号を付して、ここではその説明
は省略する。
２の実施の形態に係る集積型太陽電池の構造を表すもの
である。この集積型太陽電池は、第１の実施の形態の回
折格子１５に代えて、回折機能層としてホログラム５５
を備えたことを除き、他は第１の実施の形態と同一の構
成を有している。よって、第１の実施の形態と同一の構
成要素については同一符号を付して、ここではその説明
は省略する。
【００５１】ホログラム５５は、溝の断面形状が例えば
波形状ある反射型のものである。このホログラム５５
は、光学技術を用いて作製することができる。具体的に
は、例えば、図１１に示したように、光源であるレーザ
６１から出射された出射光のビーム径をコリメータレン
ズ６２を用いて拡大させ、この出射光をミラー６３によ
りビームスプリッタ６４の方向に反射させたのち、ビー
ムスプリッタ６４により出射光を２分割する。続いて、
２分割された出射光をミラー６５，６６を用いて、レジ
ストが塗布された感光体６７の方向にそれぞれ反射さ
せ、これら出射光を感光体６７上で干渉させる。これに
より、感光体６７に、干渉の強度分布に応じて凹凸分布
が記録される。次に、感光体６７の表面にニッケルをめ
っきし、レジストを溶解除去することにより、ホログラ
ム５５の原版を作製する。更に、この原版の形状を中間
層１６に転写し、中間層１６の表面にアルミニウム等の
金属材料をコーティングして、ホログラム５５を形成す
る。
波形状ある反射型のものである。このホログラム５５
は、光学技術を用いて作製することができる。具体的に
は、例えば、図１１に示したように、光源であるレーザ
６１から出射された出射光のビーム径をコリメータレン
ズ６２を用いて拡大させ、この出射光をミラー６３によ
りビームスプリッタ６４の方向に反射させたのち、ビー
ムスプリッタ６４により出射光を２分割する。続いて、
２分割された出射光をミラー６５，６６を用いて、レジ
ストが塗布された感光体６７の方向にそれぞれ反射さ
せ、これら出射光を感光体６７上で干渉させる。これに
より、感光体６７に、干渉の強度分布に応じて凹凸分布
が記録される。次に、感光体６７の表面にニッケルをめ
っきし、レジストを溶解除去することにより、ホログラ
ム５５の原版を作製する。更に、この原版の形状を中間
層１６に転写し、中間層１６の表面にアルミニウム等の
金属材料をコーティングして、ホログラム５５を形成す
る。
【００５２】本実施の形態においても、太陽電池への光
Ｌinの入射角をθi 、ホログラム５５のピッチをｄ、光
の波長をλ、ホログラム５５と太陽電池素子１０との間
にある最も屈折率の低い媒体（ここでは、中間層１６お
よび接着剤１７）の屈折率をｎg 、空気の屈折率を１．
０とすると、全反射の条件は、第１の実施の形態と同様
に前述の式（１）である。従って、ｎg が大きいほど、
ホログラム５５で回折された光が全反射によって太陽電
池に閉じ込められる条件を満足するθの範囲が大きくな
り、光電変換効率が大きくなる。よって、中間層１６お
よび接着剤１７に対して、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）等の
高屈折率の物質の超微粒子を混入して屈折率を高めるこ
とが有効であることは、第１の実施の形態と同様であ
る。
Ｌinの入射角をθi 、ホログラム５５のピッチをｄ、光
の波長をλ、ホログラム５５と太陽電池素子１０との間
にある最も屈折率の低い媒体（ここでは、中間層１６お
よび接着剤１７）の屈折率をｎg 、空気の屈折率を１．
０とすると、全反射の条件は、第１の実施の形態と同様
に前述の式（１）である。従って、ｎg が大きいほど、
ホログラム５５で回折された光が全反射によって太陽電
池に閉じ込められる条件を満足するθの範囲が大きくな
り、光電変換効率が大きくなる。よって、中間層１６お
よび接着剤１７に対して、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）等の
高屈折率の物質の超微粒子を混入して屈折率を高めるこ
とが有効であることは、第１の実施の形態と同様であ
る。
【００５３】本実施の形態のように、ホログラム５５が
凹凸構造が周期的に変化する位相格子である場合には、
ある特定の範囲の波長に対しては０次光の強度を小さく
することが可能である。しかし、太陽光のように幅広い
スペクトルを持つような光の場合には、全ての波長の光
に対して０次光強度が小さくなるようなホログラムを得
ることは困難である。ところが、シリコンの光吸収は短
波長の光ほど大きいので、シリコン薄膜の厚さが厚くな
ると短波長の光は次第に吸収されてシリコン薄膜を透過
しなくなる。従って、ホログラムとしては、シリコン薄
膜を透過する長波長の光に対してのみ回折できるもので
あればよく、その波長領域に対してのみ０次光が小さく
なるような回折構造とすればよい。
凹凸構造が周期的に変化する位相格子である場合には、
ある特定の範囲の波長に対しては０次光の強度を小さく
することが可能である。しかし、太陽光のように幅広い
スペクトルを持つような光の場合には、全ての波長の光
に対して０次光強度が小さくなるようなホログラムを得
ることは困難である。ところが、シリコンの光吸収は短
波長の光ほど大きいので、シリコン薄膜の厚さが厚くな
ると短波長の光は次第に吸収されてシリコン薄膜を透過
しなくなる。従って、ホログラムとしては、シリコン薄
膜を透過する長波長の光に対してのみ回折できるもので
あればよく、その波長領域に対してのみ０次光が小さく
なるような回折構造とすればよい。
【００５４】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態で
は、回折格子１５の形状を鋸歯形状とし、ホログラム５
５の形状を波形状としたが、全反射が可能な形状であれ
ば、その他の形状であってもよい。また、本発明は薄膜
太陽電池以外の薄膜半導体素子についても適用可能であ
る。
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態で
は、回折格子１５の形状を鋸歯形状とし、ホログラム５
５の形状を波形状としたが、全反射が可能な形状であれ
ば、その他の形状であってもよい。また、本発明は薄膜
太陽電池以外の薄膜半導体素子についても適用可能であ
る。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の薄膜半導体
素子またはその製造方法によれば、光電変換層の光の入
射面と反対側に回折機能層を配設させるようにしたの
で、光電変換層へ全反射させる条件に設定することによ
り、光電変換層における光吸収率が高まり、光電変換効
率が向上する。従って、シリコン等の光電変換層の厚さ
を薄くしても、光電変換層が厚い場合と同程度な光電気
効率を達成できるので、製造コストを低減できるという
効果を奏する。
素子またはその製造方法によれば、光電変換層の光の入
射面と反対側に回折機能層を配設させるようにしたの
で、光電変換層へ全反射させる条件に設定することによ
り、光電変換層における光吸収率が高まり、光電変換効
率が向上する。従って、シリコン等の光電変換層の厚さ
を薄くしても、光電変換層が厚い場合と同程度な光電気
効率を達成できるので、製造コストを低減できるという
効果を奏する。
【００５６】また、特に、本発明の薄膜半導体素子の製
造方法によれば、回折機能層を、熱可塑性樹脂や熱硬化
性樹脂に対して原版を転写することによって作成するよ
うにしたので、安価に製作できるという効果を奏する。
造方法によれば、回折機能層を、熱可塑性樹脂や熱硬化
性樹脂に対して原版を転写することによって作成するよ
うにしたので、安価に製作できるという効果を奏する。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る集積型太陽電
池の全体構成を説明するための斜視図である。
池の全体構成を説明するための斜視図である。
【図２】図１に示した太陽電池の要部構造を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
【図３】図２に示した太陽電池の回折格子の一部を拡大
して示す断面図である。
して示す断面図である。
【図４】シリコン中の光吸収特性を表す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る集積型太陽電
池の製造工程毎の断面図である。
池の製造工程毎の断面図である。
【図６】図５の工程に続く工程毎の断面図である。
【図７】図６の工程に続く工程毎の断面図である。
【図８】図７の工程に続く工程毎の断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る回折格子の製
造工程を説明するための断面図である。
造工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る集積型太陽
電池の構成を説明するための断面図である。
電池の構成を説明するための断面図である。
【図１１】図１０に示したホログラムの製造方法を説明
するための断面図である。
するための断面図である。
１…集積型太陽電池、１０…太陽電池素子、１１…素子
分離層、１１ａ…分離溝、１２，１４…プラスチックフ
ィルム基板、１３…コンタクト電極、１５…回折格子、
１５ａ…溝、１６…中間層、１７，３５…接着剤、２１
…シリコン基板、２２…多孔質シリコン層、４０…原
版、５５…ホログラム
分離層、１１ａ…分離溝、１２，１４…プラスチックフ
ィルム基板、１３…コンタクト電極、１５…回折格子、
１５ａ…溝、１６…中間層、１７，３５…接着剤、２１
…シリコン基板、２２…多孔質シリコン層、４０…原
版、５５…ホログラム
Claims (11)
- 【請求項１】 入射光を電気信号に変換するための光電
変換層と、 この光電変換層の光の入射側と反対側に配設され、前記
光電変換層を透過した光を前記光電変換層側へ反射させ
る回折機能層とを備えたことを特徴とする薄膜半導体素
子。 - 【請求項２】 前記光電変換層への光の入射角をθi 、
前記回折機能層のピッチをｄ、光の波長をλ、前記回折
機能層と前記光電変換層との間にある最も屈折率の低い
媒体の屈折率をｎg としたとき、 ｜ｋｓｉｎθi ±ｎg Ｋ｜＞ｋ （但し，ｋ＝２π／λ、Ｋ＝２π／ｄ）の関係を満たす
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜半導体素子。 - 【請求項３】 前記回折機能層は光反射材料により形成
され、この回折機能層の前記光電変換層に対向する側に
透明樹脂からなる中間層が一体化され、前記中間層が透
明樹脂からなる接着剤を介して前記光電変換層に接着さ
れていることを特徴とする請求項２記載の薄膜半導体素
子。 - 【請求項４】 前記中間層および前記接着剤を構成する
樹脂は、前記光電変換層よりも低い屈折率を有すること
を特徴とする請求項３記載の薄膜半導体素子。 - 【請求項５】 前記中間層および前記接着剤を構成する
樹脂の中に、屈折率を高めるための超微粒子を含むこと
を特徴とする請求項４記載の薄膜半導体素子。 - 【請求項６】 前記回折機能層を構成する溝が鋸歯状の
断面を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜半導
体素子。 - 【請求項７】 前記光電変換層を透過する光の中心波長
をλ0 としたとき、前記回折機能層を構成する溝の深さ
が１／（２λ0 ）であることを特徴とする請求項６記載
の薄膜半導体素子。 - 【請求項８】 前記回折機能層は回折格子であることを
特徴とする請求項１記載の薄膜半導体素子。 - 【請求項９】 前記回折機能層はホログラムであること
を特徴とする請求項１記載の薄膜半導体素子。 - 【請求項１０】 前記光電変換層が薄膜太陽電池素子で
あることを特徴とする請求項１記載の薄膜半導体素子。 - 【請求項１１】 入射光を電気信号に変換する光電変換
層と、この光電変換層を透過した光を前記光電変換層側
へ反射させるための回折機能層とを備えた薄膜半導体素
子の製造方法であって、 回折機能層の原版を透明な熱可塑性樹脂層あるいは熱硬
化性樹脂層に押圧させることによりその形状を転写した
後、前記樹脂層の転写面に光反射材料を充填して反射型
の回折機能層を形成する工程と、 前記回折機能層を前記光電変換層の光の入射側と反対側
の面に接着させる工程とを含むことを特徴とする薄膜半
導体素子の製造方法。
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010074057A (ja) * | 2008-09-22 | 2010-04-02 | Toppan Printing Co Ltd | 太陽電池裏面シートおよびそれを用いた太陽電池モジュール |
| JP2010123682A (ja) * | 2008-11-18 | 2010-06-03 | Toppan Printing Co Ltd | 太陽電池保護シートおよび太陽電池モジュール |
| JP2010267942A (ja) * | 2009-04-14 | 2010-11-25 | Toppan Printing Co Ltd | 反射保護シート及びこれを用いた半導体発電装置 |
| WO2011065571A1 (ja) * | 2009-11-30 | 2011-06-03 | 京セラ株式会社 | 光電変換モジュールおよびその製造方法ならびに発電装置 |
| WO2011161961A1 (ja) | 2010-06-23 | 2011-12-29 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 光電変換素子 |
| JP2012018924A (ja) * | 2010-07-07 | 2012-01-26 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc | 回折格子を備えた太陽電池組立体 |
| JP2012019128A (ja) * | 2010-07-09 | 2012-01-26 | Kaneka Corp | 薄膜光電変換装置 |
| JP2012507851A (ja) * | 2008-11-06 | 2012-03-29 | エルジー・ハウシス・リミテッド | 機能性シート及びこれを含む太陽電池モジュール |
| WO2012160764A1 (ja) | 2011-05-24 | 2012-11-29 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 光電変換素子 |
| JP2013518407A (ja) * | 2010-01-25 | 2013-05-20 | エルジー・ケム・リミテッド | 光電池用シート |
| JP2013526077A (ja) * | 2010-05-05 | 2013-06-20 | コミサリア ア レネルジィ アトミーク エ オ ゼネ ルジイ アルテアナティーフ | 構造化された裏面を有する太陽電池およびその製造方法 |
Families Citing this family (48)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6774010B2 (en) * | 2001-01-25 | 2004-08-10 | International Business Machines Corporation | Transferable device-containing layer for silicon-on-insulator applications |
| US20030152694A1 (en) * | 2002-01-11 | 2003-08-14 | Leif Bergstedt | Optical element and method for manufacturing the same |
| US6660930B1 (en) * | 2002-06-12 | 2003-12-09 | Rwe Schott Solar, Inc. | Solar cell modules with improved backskin |
| WO2004025747A2 (de) * | 2002-09-05 | 2004-03-25 | Konarka Technologies, Inc. | Organisches photovoltaisches bauelement und herstellungsverfahren dazu |
| US20040256628A1 (en) * | 2003-06-23 | 2004-12-23 | Chin Yee Loong | Optical source having integral diffractive element |
| WO2005013378A1 (en) * | 2003-08-01 | 2005-02-10 | Grenzone Pte Ltd | An improved thin-film photovoltaic module |
| JP2005142285A (ja) * | 2003-11-05 | 2005-06-02 | Seiko Epson Corp | 太陽電池装置とその製造方法及び電子機器 |
| KR101381508B1 (ko) * | 2005-07-15 | 2014-04-04 | 메르크 파텐트 게엠베하 | 회절 호일 |
| DE102006013313A1 (de) * | 2006-03-21 | 2007-09-27 | Institut Für Solarenergieforschung Gmbh | Verfahren zur Erzeugung eines gezielt dotierten Bereichs in einer Halbleiterschicht unter Verwendung von Aus-Diffusion und entsprechendes Halbleiterbauelement |
| US8133638B2 (en) * | 2006-05-30 | 2012-03-13 | Brady Worldwide, Inc. | All-polymer grating microstructure |
| DE102007005091B4 (de) * | 2007-02-01 | 2011-07-07 | Leonhard Kurz GmbH & Co. KG, 90763 | Solarzelle |
| WO2008097507A1 (en) * | 2007-02-06 | 2008-08-14 | American Solar Technologies, Inc. | Solar electric module with redirection of incident light |
| TW200847456A (en) * | 2007-02-06 | 2008-12-01 | American Solar Technologies Inc | Solar electric module |
| US20080236655A1 (en) * | 2007-03-29 | 2008-10-02 | Baldwin Daniel F | Solar module manufacturing processes |
| US20090032087A1 (en) * | 2007-02-06 | 2009-02-05 | Kalejs Juris P | Manufacturing processes for light concentrating solar module |
| US20080185033A1 (en) * | 2007-02-06 | 2008-08-07 | Kalejs Juris P | Solar electric module |
| ES2522582T3 (es) * | 2007-08-31 | 2014-11-17 | Aperam Alloys Imphy | Sustrato metálico texturizado cristalográficamente, dispositivo texturizado cristalográficamente, célula y módulo fotovoltaico que comprenden un dispositivo de este tipo, y procedimiento de depósito de capas finas |
| CN101431115B (zh) * | 2007-11-07 | 2011-05-18 | E.I.内穆尔杜邦公司 | 太阳能电池板及其制造方法 |
| US7863078B2 (en) * | 2008-01-07 | 2011-01-04 | Atomic Energy Council-Institute Of Nuclear Energy Research | Method for making an anti-reflection film of a solar cell |
| US20090266398A1 (en) * | 2008-04-28 | 2009-10-29 | Burak Metin | Method and Apparatus to Form Back Contacts to Flexible CIGS Solar Cells |
| US20090266399A1 (en) * | 2008-04-28 | 2009-10-29 | Basol Bulent M | Metallic foil substrate and packaging technique for thin film solar cells and modules |
| US8207012B2 (en) * | 2008-04-28 | 2012-06-26 | Solopower, Inc. | Method and apparatus for achieving low resistance contact to a metal based thin film solar cell |
| DE102008026760A1 (de) * | 2008-06-05 | 2009-12-10 | Nanooptics Gmbh | Solarzelle mit Lichtfalle und Solarmodul |
| CN102144297A (zh) * | 2008-09-03 | 2011-08-03 | 摩斯巴尔光伏有限责任公司 | 在用于光伏器件的透明衬底上制作光俘获层的方法、制作光伏器件的方法以及光伏器件 |
| DE202009018249U1 (de) * | 2009-07-10 | 2011-05-19 | EppsteinFOILS GmbH & Co.KG, 65817 | Verbundsystem für Photovoltaik-Module |
| KR20110014913A (ko) * | 2009-08-06 | 2011-02-14 | 삼성전자주식회사 | 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법 |
| US8466447B2 (en) | 2009-08-06 | 2013-06-18 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Back contact to film silicon on metal for photovoltaic cells |
| US20110030773A1 (en) * | 2009-08-06 | 2011-02-10 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Photovoltaic cell with back-surface reflectivity scattering |
| US8916019B2 (en) | 2009-09-28 | 2014-12-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing solar cell module and precursor structure for solar cell module |
| US20110126890A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-02 | Nicholas Francis Borrelli | Textured superstrates for photovoltaics |
| US8675279B2 (en) | 2009-12-15 | 2014-03-18 | Toyota Motor Engineering And Manufacturing North America, Inc. | Grating structure for dividing light |
| US20110272023A1 (en) * | 2010-05-08 | 2011-11-10 | Dj Solar Co., Ltd. | Solar cell packaging structure |
| JP5445327B2 (ja) * | 2010-05-21 | 2014-03-19 | 大同特殊鋼株式会社 | 集光型太陽光発電装置 |
| CN102376811A (zh) * | 2010-08-23 | 2012-03-14 | 杜邦太阳能有限公司 | 光伏面板 |
| WO2012051613A2 (en) * | 2010-10-15 | 2012-04-19 | University Of Utah Research Foundation | Diffractivie optic |
| US10424678B2 (en) * | 2011-01-10 | 2019-09-24 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Solar cell with double groove diffraction grating |
| EP2477249A1 (en) * | 2011-01-13 | 2012-07-18 | Moser Baer India Ltd. | Method of manufacturing lacquer using inkjet printing |
| JP5323114B2 (ja) * | 2011-03-17 | 2013-10-23 | 株式会社東芝 | 太陽電池モジュール |
| US8883612B2 (en) | 2011-09-12 | 2014-11-11 | Infineon Technologies Austria Ag | Method for manufacturing a semiconductor device |
| FR2983346B1 (fr) * | 2011-11-25 | 2016-12-09 | Soitec Silicon On Insulator | Procede de prevention d'une panne electrique dans un empilement de couches semi-conductrices, cellule photovoltaïque a concentration a substrat mince, et assemblage de cellule solaire |
| TWI506801B (zh) | 2011-12-09 | 2015-11-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 太陽能電池組 |
| CN103165719B (zh) | 2011-12-16 | 2016-04-13 | 清华大学 | 太阳能电池 |
| CN103187456B (zh) | 2011-12-29 | 2015-08-26 | 清华大学 | 太阳能电池 |
| CN103187453B (zh) * | 2011-12-29 | 2016-04-13 | 清华大学 | 太阳能电池 |
| EP2915195A4 (en) * | 2012-11-05 | 2016-07-27 | Solexel Inc | SYSTEMS AND METHODS FOR SOLAR PHOTOVOLTAIC CELLS AND MODULES FORMED IN MONOLITHIC ISLANDS |
| CN103280476A (zh) * | 2013-05-07 | 2013-09-04 | 友达光电股份有限公司 | 太阳能模块 |
| US20150020863A1 (en) * | 2013-07-22 | 2015-01-22 | International Business Machines Corporation | Segmented thin film solar cells |
| SE539005C2 (en) * | 2015-05-05 | 2017-03-14 | Methods and arrangements for a solar cell device |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3973994A (en) * | 1974-03-11 | 1976-08-10 | Rca Corporation | Solar cell with grooved surface |
| US4328390A (en) * | 1979-09-17 | 1982-05-04 | The University Of Delaware | Thin film photovoltaic cell |
| US4398056A (en) * | 1981-07-23 | 1983-08-09 | Exxon Research And Engineering Co. | Solar cell with reflecting grating substrate |
| US4419533A (en) * | 1982-03-03 | 1983-12-06 | Energy Conversion Devices, Inc. | Photovoltaic device having incident radiation directing means for total internal reflection |
| GB8420182D0 (en) * | 1984-08-08 | 1984-09-12 | Pa Consulting Services | Diffraction gratings |
| DE3883638T2 (de) * | 1987-06-27 | 1994-04-21 | Shimadzu Corp | Flexibles Replika-Gitter und optischer Multiplexer/Demultiplexer mit Anwendung eines solchen Gitters. |
| DE4033545A1 (de) * | 1990-10-22 | 1992-04-23 | Flachglas Ag | Verbundsicherheitsglasscheibe und verfahren zu deren herstellung |
| JPH05505911A (ja) * | 1991-02-04 | 1993-08-26 | パウル・シエーレル・インステイトウト | 太陽電池 |
| US5306646A (en) * | 1992-12-23 | 1994-04-26 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Method for producing textured substrates for thin-film photovoltaic cells |
| JP2771414B2 (ja) * | 1992-12-28 | 1998-07-02 | キヤノン株式会社 | 太陽電池の製造方法 |
| JP3792281B2 (ja) * | 1995-01-09 | 2006-07-05 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 太陽電池 |
| US6008449A (en) * | 1997-08-19 | 1999-12-28 | Cole; Eric D. | Reflective concentrating solar cell assembly |
-
1999
- 1999-04-05 JP JP11097696A patent/JP2000294818A/ja active Pending
-
2000
- 2000-03-31 EP EP00106933A patent/EP1043779A3/en not_active Withdrawn
- 2000-04-04 US US09/542,697 patent/US6350945B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-04-04 KR KR1020000017552A patent/KR20010014686A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010074057A (ja) * | 2008-09-22 | 2010-04-02 | Toppan Printing Co Ltd | 太陽電池裏面シートおよびそれを用いた太陽電池モジュール |
| JP2012507851A (ja) * | 2008-11-06 | 2012-03-29 | エルジー・ハウシス・リミテッド | 機能性シート及びこれを含む太陽電池モジュール |
| JP2010123682A (ja) * | 2008-11-18 | 2010-06-03 | Toppan Printing Co Ltd | 太陽電池保護シートおよび太陽電池モジュール |
| JP2010267942A (ja) * | 2009-04-14 | 2010-11-25 | Toppan Printing Co Ltd | 反射保護シート及びこれを用いた半導体発電装置 |
| JPWO2011065571A1 (ja) * | 2009-11-30 | 2013-04-18 | 京セラ株式会社 | 光電変換モジュールおよびその製造方法ならびに発電装置 |
| WO2011065571A1 (ja) * | 2009-11-30 | 2011-06-03 | 京セラ株式会社 | 光電変換モジュールおよびその製造方法ならびに発電装置 |
| JP2013518407A (ja) * | 2010-01-25 | 2013-05-20 | エルジー・ケム・リミテッド | 光電池用シート |
| US9276150B2 (en) | 2010-01-25 | 2016-03-01 | Lg Chem, Ltd. | Sheet for a photovoltaic cell |
| JP2013526077A (ja) * | 2010-05-05 | 2013-06-20 | コミサリア ア レネルジィ アトミーク エ オ ゼネ ルジイ アルテアナティーフ | 構造化された裏面を有する太陽電池およびその製造方法 |
| WO2011161961A1 (ja) | 2010-06-23 | 2011-12-29 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 光電変換素子 |
| US8802971B2 (en) | 2010-06-23 | 2014-08-12 | Jx Nippon Oil & Energy Corporation | Photoelectric conversion element |
| JP2012018924A (ja) * | 2010-07-07 | 2012-01-26 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc | 回折格子を備えた太陽電池組立体 |
| JP2012019128A (ja) * | 2010-07-09 | 2012-01-26 | Kaneka Corp | 薄膜光電変換装置 |
| WO2012160764A1 (ja) | 2011-05-24 | 2012-11-29 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 光電変換素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| EP1043779A3 (en) | 2001-05-02 |
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