JP2001077388A

JP2001077388A - 太陽電池およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001077388A
Application number: JP25365199A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kinoshita; 暢木下
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】光電変換効率に優れ、長期安定性を有する太
陽電池およびその簡便な製造方法を提供する。【解決手段】粒子径０．１μｍ以下の結晶性微粒子を
含む透明反射防止膜１を受光面２に形成してなり、この
結晶性微粒子が、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｙｂ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、およびＳｂからなる群から選ば
れた少なくとも１種の元素がドープされたものであるこ
とを特徴とする太陽電池を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池およびその
製造方法に関し、さらに詳しくは、光電変換効率を向上
せしめた太陽電池およびその簡便な製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽電池はクリーンエネルギー源
として注目されつつある。しかし、その発電コストは従
来の発電方法と比べて依然として高く、普及を妨げる一
因となっている。そのため、太陽電池のエネルギー変換
効率の向上を図り、発電コストの低下を図る種々の試み
がなされている。

【０００３】従来、太陽電池のエネルギー変換効率の向
上を図る方法としては、太陽電池の受光面に反射防止膜を形成して太陽光の集
光効率を増加させることにより、光電変換効率を向上さ
せる方法、太陽電池の受光面に、蛍光物質として有機色素や希土
類錯体を含む薄膜を形成して太陽電池の光電変換に寄与
していない紫外光を光電変換に有効な波長の光に変換す
ることにより、光電変換効率を向上させる方法、などが知られている。

【０００４】しかしながら、前記の方法にあっては、
太陽電池の光電変換効率が未だ不十分で、さらなる光電
変換効率の向上が求められている。また、前記の方法
にあっては、蛍光物質として有機色素や希土類錯体が使
用されているため、長期的には性能劣化が生じて太陽電
池の光電変換効率が低下するという問題点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記事情に
艦みてなされたものであり、光電変換効率に優れた太陽
電池とその簡便な製造方法を提供することを課題とす
る。さらには、長期にわたって光電変換効率が低下しに
くい太陽電池およびその簡便な製造方法を提供すること
課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
の結果、耐候性に優れた特定の蛍光物質を含む透明薄膜
を太陽電池の受光面に形成することにより、前記課題を
解決し得ることを見い出し、本発明を完成するに至っ
た。すなわち、第１の発明は、１層以上の透明層からな
る透明反射防止膜が受光面に形成されてなる太陽電池で
あって、この透明層のうちの少なくとも１層は、粒子径
０．１μｍ以下の結晶性微粒子を含み、かつこの結晶性
微粒子は、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｙｂ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、およびＳｂからなる群から選ばれた少
なくとも１種の元素がドープされたものであることを特
徴とする太陽電池である。第２の発明は、１層以上の透
明層からなる透明反射防止膜が受光面に形成されてなる
太陽電池の製造方法であって、透明層のうちの少なくと
も１層を、粒子径０．１μｍ以下の結晶性微粒子を含有
する塗布液から透明膜を形成した後、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｔ
ｂ、Ｓｍ、Ｙｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、およびＳｂ
からなる群から選ばれた少なくとも１種の元素を、イオ
ン注入法により前記結晶性微粒子にドープして形成する
ことを特徴とする太陽電池の製造方法である。第３の発
明は、１層以上の透明層からなる透明反射防止膜が受光
面に形成されてなる太陽電池の製造方法であって、透明
層のうちの少なくとも１層を、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｓ
ｍ、Ｙｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、およびＳｂからな
る群から選ばれた少なくとも１種の元素をイオン注入法
によりドープした粒子径０．１μｍ以下の結晶性微粒子
を含有する塗布液から形成することを特徴とする太陽電
池の製造方法である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、アモルファスシリコン
太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、単結晶シリコン電
池、化合物半導体太陽電池などのいずれにも適用可能で
ある。また、太陽電池の受光面とは、シリコンや化合物
半導体で形成された光電変換部表面、あるいは太陽電池
の受光部の最外表面などのいずれであってもよい。以
下、２つの例を示して本発明について詳細に説明する。

【０００８】［第１の太陽電池］図１は本発明の太陽電
池の第１の例を示したものである（「第１の太陽電池」
とよぶ）。この第１の太陽電池においては、太陽電池の
受光面２の上に単層構造の透明反射防止膜１が形成され
ている。この透明反射防止膜１は、透明マトリックスか
らなる透明層中に結晶性微粒子が分散してなるものであ
る。この結晶性微粒子の粒径は０．１μｍ以下であり、
さらにこの結晶性微粒子にはＣｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｓｍ、
Ｙｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、およびＳｂからなる群
から選ばれた元素（ドーパント）が、イオン注入により
ドープされている。結晶性微粒子の粒子径が０．１μｍ
をこえると、レイリー散乱により透明性が低下して透過
光が減少し、受光面２に到達する光量が減少するため不
都合である。また、ドーパントは１種、あるいは２種以
上用いることができる。これらのドーパントは蛍光物質
であり、その作用により、透明反射防止膜１において、
太陽電池の光電変換に寄与しない紫外光を光電変換に有
効な波長に変換することができる。また、これらのドー
パントは有機色素や希土類錯体と異なり、耐光性に優
れ、かつ長期的に性能劣化が生じにくいため、その作用
が長期間安定に維持される。

【０００９】透明マトリックスは、耐侯性に優れ、透明
性に優れた被膜を形成できれば特に限定されないが、シ
リコンアルコキシドなどの金属アルコキシドおよび／ま
たはその加水分解生成物を用いると、低屈折率の被膜を
形成できるため好ましい。

【００１０】単層構造の透明反射防止膜１を形成する場
合、結晶性微粒子としては、低屈折率の透明反射防止膜
１を形成し得るため、フッ化マグネシウム、フッ化カル
シウム、フッ化アルミニウム、フッ化セリウムなどが好
適である。なお、非晶質微粒子を用いると、イオン注入
されたドーパントが拡散し、蛍光消光が発生するため不
都合であるが、本発明においては結晶性微粒子を用いる
ことにより、ドーパントの拡散を防止し、良好な蛍光特
性を得ることができる。透明反射防止膜１の膜厚は特に
限定しないが、通常０．０５〜１０μｍ程度で充分な効
果を得ることができる。

【００１１】また、透明反射防止膜１の屈折率は、結晶
性微粒子の種類、透明マトリックスの種類などによっ
て、太陽電池の受光面２の屈析率より小さくなるよう調
整され、その結果、透明反射防止膜１に反射防止能が付
与される。そして、透明反射防止膜１によって反射を防
止することにより、受光面２に到達する光量を向上させ
ることができる。この場合の透明反射防止膜１の屈折率
と受光面２の屈折率の差は０．０５程度以上とされる。
屈折率差が０．０５未満では反射防止効果が小さい。

【００１２】第１の太陽電池は、例えば以下のようにし
て製造することができる。溶媒中に、結晶性微粒子と、
透明マトリックスを形成するバインダー成分が分散、あ
るいは溶解した塗布液を調整する。用いるバインダー成
分の形状は粒子状などであり、特に限定されない。溶媒
としては、水、あるいはアルコール系、グリコール系、
酢酸エステル系、ケトン系などの有機溶媒などから適宜
選択したものを用いることができる。溶媒は、１種類の
みを用いることもできるし、２種以上の混合物を用いる
こともできるまた、この塗布液には、必要に応じて分散
剤などを添加することもできる。

【００１３】ついで、この塗布液を、透明反射防止膜１
の形成面である太陽電池の受光面に塗布した後、乾燥
し、必要に応じて焼き付け処理して透明膜を形成する。
あるいは、塗布液を受光面に印刷して透明膜を形成する
こともできる。このときの塗布法としてはスピンコータ
ー法、バーコーター法、ロールコーター法、スプレー法
などを例示することができる。また、印刷法としてはス
クリーン印刷法、グラビア印刷法などを例示することが
できる。

【００１４】その後、イオン注入装置を用いて、透明膜
中の結晶性微粒子にドーパントをイオン注入して透明反
射防止膜１を得る。イオン注入量は特に制限するもので
はないが、結晶性微粒子に対して概ね０．０１〜０．１
モル％が望ましい範囲である。０．０１モル％未満であ
ると、ドーパントのイオン注入効果が不十分であり、
０．１モル％をこえると、結晶性微粒子やイオン注入す
るドーパントの種類によっては、イオン注入が困難とな
る場合がある。また、イオン注入されたドーパントのイ
オン間距離が短くなり、隣接するドーパント間での蛍光
消光が生じ、注入量に応じた光電変換効率の増加が得ら
れない場合がある。

【００１５】また、予めドーパントをイオン注入法によ
って結晶性微粒子にドープし、この結晶性微粒子とバイ
ンダー成分を含む塗布液を調整し、この塗布液を受光面
に塗布、あるいは印刷して透明反射防止膜１を形成する
ことによっても簡便に太陽電池を製造できる。ただし、
結晶性微粒子に直接ドーパントをイオン注入する操作は
再現性よく行うことが困難な場合があるため、量産性に
劣ることがある。よって、特に量産性が要求される用途
においては、透明膜を形成した後にドーパントをドープ
する方法が好適である。

【００１６】［第２の太陽電池］図２は本発明の太陽電
池の第２の例を示したものである（「第２の太陽電池」
とよぶ）。この第２の太陽電池は、受光面２側から順次
設けられた透明高屈折率層３（以下、高屈折率層３と略
記する）と透明低屈折率層４（以下、低屈折率層４と略
記する）とからなる多層構造の透明反射防止膜１を備え
ている。

【００１７】高屈折率層３は、透明マトリックスからな
る透明層中に粒子径０．１μｍ以下の結晶性微粒子を含
むものである。この結晶性微粒子には、第１の太陽電池
の透明薄膜と同様の蛍光物質である特定のドーパントが
ドープされ、紫外光の波長の変換が行われるようになっ
ている。低屈折率層４は透明マトリックスからなる透明
層であって、結晶性微粒子を含まないものである。ま
た、この高屈折率層３の屈折率は、前記受光面２と前記
低屈折率層４の屈折率よりも高くなっており、この高屈
折率層３における「高屈折率」とは、低屈折率層４と受
光面２の両者の屈折率よりも相対的に高い屈折率を有す
ることを意味する。一方、低屈折率層４における低屈折
率とは、この高屈折率層３よりも相対的に低い屈折率を
有することを意味する。そして、低屈折率層４の屈折率
が高屈折率層３よりも小さいため、透明反射防止膜１に
反射防止能が付与される。そして、透明反射防止膜１に
よって反射を防止することにより、受光面２に到達する
光量を向上させることができる。

【００１８】受光面２および低屈折率層４の屈折率と高
屈折率層３の屈折率との差、および低屈折率層４の屈折
率と高屈折率層３の屈折率との差は、０．０５程度以上
が好ましい。０．０５未満では反射防止効果が小さい。
また、これら高屈折率層３と低屈折率層４の屈折率は、
結晶性微粒子の種類、透明マトリックスの材料の種類な
どによって調整されている。

【００１９】なお、透明反射防止膜１を３層以上の透明
層から構成することもできる。この場合、少なくとも１
層以上の透明層を、上述の高屈折率層３のように、蛍光
物質であるドーパントがドープされた結晶性微粒子を含
むものとする。また、後述するように、好ましくは受光
面２の上に高屈折率層３と低屈折率層４を順次形成し、
この上に高屈折率層３と低屈折率層４と同様の構成のも
のを交互に形成するようにすると好ましい。

【００２０】このように多層構造の透明反射防止膜１を
形成する場合、結晶性微粒子としては、例えば酸化錫、
酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化マグネシ
ウム、酸化カルシウム、酸化パリウム、酸化ストロンチ
ウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イッ
トリウム、酸化ガドリニウム、チタン酸バリウム、チタ
ン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、ケイ酸亜
鉛、ケイ酸バリウム、アルミン酸イットリウム、アルミ
ン酸バリウム・マグネシウムなどの酸化物、硫化亜鉛、
硫化カルシウム、硫化ストロンチウム、硫化パリウムな
どの硫化物、りん酸亜鉛などのりん酸塩化含物が好適で
ある。これらの結晶性微粒子は、可視光波長域の光の吸
収が少なく、多層構造の透明反射防止膜１を形成するの
に屈析率が適当であり、かつ透明層を形成し得るためで
ある。透明マトリックス、結晶性微粒子の粒子径、ドー
パントの種類は第１の太陽電池の場合と同様である。

【００２１】また、透明反射防止膜１を構成する各層
（高屈折率層３と低屈折率層４）の膜厚は特に限定しな
いが、反射防止対象である光の波長をλとしたとき、受
光面２の上の高屈折率層３の膜厚が（４／λ）μｍ、低
屈折率層４の膜厚が（２／λ）μｍであると好ましい。
さらにその上に透明層を設ける場合は、受光面２側から
（４／λ）μｍの膜厚を有する高屈折率層３と同様の構
造の層と、（２／λ）μｍの膜厚を有する低屈折率層４
と同様の構造の層とが交互に繰り返されるように配置す
ると、反射防止性能を高め、光電変換率をさらに向上さ
せることができるため、好ましい。

【００２２】第２の太陽電池は、以下のようにして製造
することができる。まず、高屈折率層３を形成する高屈
折率層用塗布液として、溶媒中に結晶性微粒子と、バイ
ンダー成分が溶解または分散したものを、第１の太陽電
池の場合と同様に調整する。一方、低屈折率層４を形成
する低屈折率層用塗布液として、溶媒中にバインダー成
分が溶解または分散したものを調整する。

【００２３】ついで、前記高屈折率層用塗布液を、高屈
折率層３の形成面である太陽電池の受光面２に塗布、ま
たは印刷して透明膜を形成し、さらにドーパントを、こ
の透明膜中の結晶性微粒子にイオン注入して高屈折率層
３とする。さらに、この高屈折率層３上に、前記低屈折
率層用塗布液を塗布、または印刷して低屈折率層４を形
成し、太陽電池を得る。詳細な製造条件は第１の太陽電
池の製造方法例に準ずる。また、第２の太陽電池におい
ても、予めドーパントをイオン注入した結晶性微粒子を
用いて塗布液を調整して高屈折率層３を形成することが
できるが、第１の例の場合と同様、特に量産性が要求さ
れる用途においては、高屈折率層３を形成した後にドー
パントをイオン注入した方が有利である場合が多い。

【００２４】

【実施例】以下、実施例により、本発明をさらに詳細に
説明する。［実施例１］（透明薄膜形成用塗布液の調整）０．４ｇの結晶性フッ
化マグネシウム微粒子（住友大阪セメント（株）製、粒
径０．０１〜０．０２μｍ）、０．６ｇのテトラエトキ
シシラン、０．６ｇの０．１規定塩酸、および９８．４
ｇのエタノールとを混合し、５０℃、３０分間の条件で
加水分解反応を行った後、直ちに５℃まで冷却して加水
分解反応を停止させた。ついで、超音波分散機にて均一
に分散し、塗布液を調整した。

【００２５】（太陽電池の作製）アモルファスシリコン
太陽電池の光電変換部表面上（受光面上）に、スピンコ
ート法（回転数１５０ｒｐｍ）により、上述の塗布液を
塗布した後、乾燥し、１６０℃で１時間焼き付け処理し
て膜厚０．１μｍの透明膜を形成した。そして、この透
明膜に、イオン注入装置を用いて加速エネルギー１５０
ｅＶでＴｂ²⁺を注入して透明反射防止膜とし、太陽電池
を得た。このときイオンドープ量は結晶性フッ化マグネ
シウム微粒子に対して０．０４モル％とした。まお、受
光面の屈折率は１．４６、透明反射防止膜の屈折率は
１．３９であった。

【００２６】（評価）この太陽電池の受光面に、５０ｍ
Ｗ／ｃｍ²の疑似太陽光を照射して発電出力の測定を行
った。結果を表１に示した。

【００２７】［実施例２］（高屈折率層用塗布液の調整）２０ｇの結晶性酸化チタ
ン微粒子（日本エアロジル社製Ｐ−２５、粒子径０．０
２〜０．０４μｍ）と、１ｇの０．１規定硝酸水溶液と
７９ｇの純水とを混合し、サンドミルにて３時間分散処
理を施して分散液を調整した。ついで、この分散液７．
５ｇに、２０ｇのエチルアルコールと、１０ｇの２−ブ
タノールと、６２．５ｇの純水とを加えて高屈折率層用
塗布液を調整した。

【００２８】（低屈折率層用塗布液の調整）０．８ｇの
テトラエトキシシランと、０．８ｇの０．１規定塩酸水
溶液と、９９．７ｇのエチルアルコールとを混合し、５
０℃、３０分間の条件で加水分解反応を行った後、直ち
に５℃まで冷却して加水分解反応を停止させ、低屈折率
層用塗布液を得た。

【００２９】（太陽電池の作製）実施例１と同様のアモ
ルファスシリコン太陽電池の光電変換部表面上（受光面
上）に、スピンコート法（回転数１５０ｒｐｍ）によ
り、上述の高屈折率層用塗布液を塗布後、１００℃、１
時間の条件で乾燥して厚さ０．１μｍの透明膜を形成し
た。ついで、この透明膜に、イオン注入装置を用いて、
加速エネルギー１５０ｅＶでＥｕ²⁺を注入して高屈折率
層を形成した。このとき結晶性微粒子に対してイオンド
ープ量が０．０４モル％となるようにした。そして、こ
の高屈折率層上に、スピンコート法（回転数１５０ｒｐ
ｍ）により上述の低屈折率層用塗布液を塗布し、１６０
℃、１時間の条件で加熱処理して厚さ０．２μｍの低屈
折率層を得た。このようにして２層構造の透明反射防止
膜を有する太陽電池を得た。なお、受光面の屈折率は
１．４６、高屈折率層の屈折率は１．６０、低屈折率層
の屈折率は１．３９であった。

【００３０】（評価）実施例１に準じて、太陽電池の受
光面に５０ｍＷ／ｃｍ²の疑似太陽光を照射して発電出
カの測定を行った。結果を表１にあわせて示した。

【００３１】［実施例３］実施例２の太陽電池の透明反
射防止膜にブラックライトを１００時間照射後、実施例
１に準じて疑似太陽光を照射して発電出力の測定を行っ
た。結果を表１にあわせて示した。

【００３２】［比較例］Ｔｂ²⁺がイオン注入されていな
い他は、実施例１と同一の太陽電池を作製した。そし
て、この太陽電池の出力を実施例１に準して測定した。
結果を、表１にあわせて示した。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１より、本発明に係る実施例において
は、比較例とくらべて発電出力が高く、光電変換効率の
向上が可能であることが明らかとなった。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の第１の発
明の太陽電池においては、蛍光物質である特定のドーパ
ントの作用によって太陽電池の光電交換に寄与しない紫
外光が、光電変換に有効な波長に変換され、かつ、透明
反射防止膜によって受光面に到達する光量が向上せしめ
られるようになっている。また、ドーパントは結晶性微
粒子にドープされているため、ドーパントの拡散が防止
され、良好な蛍光特性が得られる。その結果、光電変換
効率が高められ、また、長期安定性を有するドーパント
を用いているため、光電変換効率が長期間低下しにくい
という顕著な効果が得られる。また、第２の発明におい
て、透明膜を形成した後にドーパントをドープする方法
によって透明反射防止膜を形成するため、光電変換効率
が高められ、かつ光電変換効率が長期間低下しにくい太
陽電池が簡便に得られる、量産性に優れた太陽電池の製
造方法を提供できる。第３の発明においては、予めドー
パントをドープした結晶性微粒子を用いて透明反射防止
膜を形成するため、光電変換効率が高められ、かつ光電
変換効率が長期間低下しにくい太陽電池を簡便に提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池の構成の第１の例（第１の
太陽電池）を示した断面図である。

【図２】本発明の太陽電池の構成の第２の例（第２の
太陽電池）を示した断面図である。

【符号の説明】

１…透明反射防止膜（透明層）、２…受光面（透明反射
防止膜形成面）、３…高屈折率層（透明層）、４…低屈
折率層（透明層）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１層以上の透明層からなる透明反射防止
膜が受光面に形成されてなる太陽電池であって、この透
明層のうちの少なくとも１層は、粒子径０．１μｍ以下
の結晶性微粒子を含み、かつこの結晶性微粒子は、Ｃ
ｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｙｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍ
ｎ、およびＳｂからなる群から選ばれた少なくとも１種
の元素がドープされたものであることを特徴とする太陽
電池。
【請求項２】１層以上の透明層からなる透明反射防止
膜が受光面に形成されてなる太陽電池の製造方法であっ
て、透明層のうちの少なくとも１層を、粒子径０．１μｍ以
下の結晶性微粒子を含有する塗布液から透明膜を形成し
た後、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｙｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ
ｕ、Ｍｎ、およびＳｂからなる群から選ばれた少なくと
も１種の元素を、イオン注入法により前記結晶性微粒子
にドープして形成することを特徴とする太陽電池の製造
方法。
【請求項３】１層以上の透明層からなる透明反射防止
膜が受光面に形成されてなる太陽電池の製造方法であっ
て、透明層のうちの少なくとも１層を、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、
Ｓｍ、Ｙｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、およびＳｂから
なる群から選ばれた少なくとも１種の元素をイオン注入
法によりドープした粒子径０．１μｍ以下の結晶性微粒
子を含有する塗布液から形成することを特徴とする太陽
電池の製造方法。