JP2003086823A

JP2003086823A - 薄膜太陽電池

Info

Publication number: JP2003086823A
Application number: JP2001279800A
Authority: JP
Inventors: Junji Hirokane; 順司広兼
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2003-03-20

Abstract

(57)【要約】【課題】蛍光がランダムに放射されても、このランダ
ムに放射された蛍光を有効に利用して、発電効率を高く
することができる薄膜太陽電池を提供すること。【解決手段】入射光１５は、集光反射素子１００の半
球状集光レンズ群１４によって、反射層１２の円形状ピ
ンホール群１３に集光される。円形状ピンホール群１３
から入射した光は、透明基板１１を通り、さらに、蛍光
層１０を通って、光電変換に利用できる波長域の光に変
換される。この光は、薄膜太陽電池素子１００の反射層
２と集光反射素子２００の反射層１１との間で多重反射
される。従って、光電変換層６に照射される光量が増大
して、発電効率が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜太陽電池に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜太陽電池としては、ｐｎ接合
による光電変換を行う薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池や、ｐｉ
ｎ接合による光電変換を行う非晶質Ｓｉ太陽電池があ
る。

【０００３】上記薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池は、図１５に
示すように、支持体を兼ねた基板１５１上に、光反射効
果を有する電極金属層１５２、一つの伝導型の不純物を
高濃度にドーピングした多結晶Ｓｉ薄膜半導体層１５
３、この多結晶Ｓｉ薄膜半導体層１５３と同じ伝導型の
不純物をわずかにドーピングした多結晶Ｓｉ薄膜半導体
層１５４、上記多結晶Ｓｉ薄膜半導体層１５３，１５４
と反対の伝導型の不純物を高濃度にドーピングした多結
晶Ｓｉ薄膜半導体層１５５、電流を取り出すための集電
電極１５６、及び、効率的に光を取り込むための反射防
止層１５７を積層して構成されている。上記不純物を高
濃度にドーピングした多結晶Ｓｉ薄膜半導体層１５３
は、電極金属層１５２と、不純物をわずかにドーピング
した多結晶Ｓｉ薄膜半導体層１５４との電気的接続を良
好にする役目をする。

【０００４】また、上記非晶質Ｓｉ太陽電池は、図１６
に示すように、支持体を兼ねた基板１６１上に、光反射
効果を有する電極金属層１６２、ｎ型不純物がドーピン
グされた非晶質半導体からなるｎ層１６３、非晶質半導
体からなり真性半導体であるｉ層１６４、ｐ型不純物が
ドーピングされた非晶質半導体からなるｐ層１６５、電
流を取り出すための集電電極１６６、及び、効率的に光
を取り込むための反射防止層１６７を積層して構成され
ている。

【０００５】また、発電効率を上げるため、図１５に示
す多結晶半導体で構成したｐｎ接合と、図１６に示す非
晶質半導体で構成したｐｉｎ接合とを積層したタンデム
構造薄膜太陽電池が提案されている。

【０００６】さらに、このような薄膜太陽電池の発電効
率をさらに高めることを目的として、図１７に示すよう
に、蛍光特性を有する透明材料１７１を、図１６に示す
太陽電池の光入射側に配置し、ｐｉｎ接合において、光
電変換に寄与しない波長の光を、光電変換に寄与する波
長の光１７５に変換する検討が行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１５及び図１６に示
す薄膜太陽電池においては、表面反射を極力抑えること
を目的として、光入射面に反射防止層１５７，１６７を
設けているが、表面反射を完全に零とすることは困難で
ある。また、上記反射防止層１５７，１６７は、一般
に、波長依存性を有しており、設計波長中心から光波長
がずれることにより、表面反射が増大してしまうという
問題がある。比較的広い波長の光を光電変換に利用する
タンデム構造薄膜太陽電池においては、その悪影響は、
さらに大きなものとなる。例えば、多結晶半導体で構成
したｐｎ接合においては、波長４５０〜１０００ｎｍの
光が光電変換に利用され、非晶質半導体で構成したｐｉ
ｎ接合においては、波長４５０〜７００ｎｍの光が光電
変換に利用される。また、電流を取り出すため、光入射
側に設けられた集電電極１５６，１６６は、確実に発電
効率の低下をもたらすこととなる。

【０００８】また、光を吸収して電荷を発生させ、発電
を行う多結晶Ｓｉ半導体層１５４及び非晶質真性半導体
ｉ層１６４は、入射した光を吸収するために十分な膜厚
が必要であるが、あまり厚くなると、電荷の走行距離が
増大し、外部に取り出すことのできる電流が減少する。
また、多結晶Ｓｉ半導体層１５４及び非晶質真性半導体
ｉ層１６４の膜厚増加は、製造時間の増加、及び、材料
使用量の増加につながり、コスト低減が困難となる。

【０００９】さらに、図１７に示すように、蛍光特性を
有する透明材料１７１として、図１７に示すように、蛍
光粒子または蓄光性蛍光粒子１７２を分散した透明ガラ
ス基板１７１を用いることが可能である。蛍光粒子また
は蓄光性蛍光粒子１７２が、入射光１７３に含まれる光
電変換に寄与する波長の光に対する透過性を有していな
い場合、入射光１７３に含まれる光電変換に寄与する波
長の光が散乱されて散乱光１７４となる。この散乱光１
７４は、ｐｉｎ接合に到達せず、光電変換に寄与する波
長の光１７６の光量が減少し、期待される発電効率の向
上が実現しないことになる。また、含有される蛍光粒子
または蓄光性蛍光粒子１７２から放射される光電変換に
寄与する波長の光１７５が放射される方向はランダムで
あり、光電変換に寄与する波長の光のおおよそ半分は、
ｐｉｎ接合と反対方向に放射され、発電効率の改善に繋
がらないことになる。粒子状の蛍光材料を用いない蛍光
ガラスを用いた場合においても、蛍光が放射される方向
はランダムとなり、同様に、光電変換に寄与する波長の
光のおおよそ半分は、ｐｉｎ接合と反対方向に放射され
て、発電効率の改善に繋がらないことになる。

【００１０】このような状況は、図１５に示す多結晶半
導体で構成したｐｎ接合の場合においても、また、図１
５に示す多結晶半導体で構成したｐｎ接合と、図１６に
示す非晶質半導体で構成したｐｉｎ接合とを積層したタ
ンデム構造薄膜太陽電池においても同様である。

【００１１】そこで、本発明の課題は、表面反射光があ
っても、光電変換層に入射される光量を減少させないよ
うにでき、かつ、蛍光がランダムに放射されても、この
ランダムに放射された蛍光を有効に利用して、発電効率
を高くすることができる薄膜太陽電池を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の薄膜太陽電池は、光電変換層を有する薄膜
太陽電池素子と、透明基板上に、光透過孔群を有する反
射層と、その光透過孔群に入射光を集光する集光レンズ
群が形成された集光反射素子と、上記薄膜太陽電池素子
の光入射面と上記集光反射素子の透明基板との間に設け
られた蛍光層とを備えたことを特徴としている。

【００１３】上記構成によれば、入射光は、上記集光反
射素子の集光レンズ群によって反射層の光透過孔に集光
される。そして、上記光透過孔からの光は、透明基板に
入射し、さらに、蛍光層に入射する。この蛍光層によっ
て、光電変換に利用できない波長域の光が、光電変換に
利用できる波長域の光に変換されて、その光がランダム
に放射される。この蛍光層により光電変換に利用できる
波長域の光に変換された光は、上記集光反射素子の反射
層と、上記薄膜太陽電池素子の光電変換層との間で多重
反射される。従って、上記集光レンズにより入射光を集
光して光透過孔を通過させて光透過孔を通った光を逃が
さないで有効に利用する点と、蛍光層によって光電変換
に利用できない波長域の光が光電変換に利用できる波長
域の光に変換される点と、光が集光反射素子の反射層と
薄膜太陽電池素子との間で多重反射されて、光電変換層
に照射される点と、この多重反射及び蛍光層により光電
変換層に照射される光量が増大する点との相乗効果によ
って、上記光電変換層に照射される光電変換に寄与する
波長域の光の光量が著しく増大して、発電効率が極めて
高くなる。

【００１４】１実施の形態では、上記蛍光層が、蛍光特
性を有する透明基板である。

【００１５】上記実施の形態では、蛍光層を、蛍光特性
を有する透明基板から構成しているので、蛍光層を簡単
に作製でき、かつ、蛍光層の取り扱いが容易である。

【００１６】また、１実施の形態では、上記蛍光特性を
有する透明基板が、蛍光粒子または蓄光性蛍光粒子が分
散された透明基板である。

【００１７】上記実施の形態では、透明基板に蛍光粒子
または蓄光性蛍光粒子を分散させているので、簡単に、
透明基板に蛍光特性を持たせることができる。特に、蓄
光性蛍光粒子を用いた場合、光のエネルギーを蓄えて、
後に、蛍光を放出するので、光が薄膜太陽電池に照射さ
れていない夜でも、発電を行うことができる。

【００１８】また、１実施の形態では、上記薄膜太陽電
池素子と、上記蛍光特性を有する透明基板と、上記集光
反射素子とが、機械的に固定されている。

【００１９】上記実施の形態では、上記薄膜太陽電池素
子と、上記蛍光特性を有する透明基板と、上記集光反射
素子とを機械的に固定しているので、それらを簡単に固
定でき、また、それらの簡単に分解して、交換等をする
ことができる。また、上記薄膜太陽電池素子及び上記蛍
光特性を有する透明基板を上記集光反射素子で保護し
て、薄膜太陽電池の信頼性を向上することができる。

【００２０】また、１実施の形態では、上記薄膜太陽電
池素子と、上記蛍光特性を有する透明基板と、上記集光
反射素子とが、透明接着剤により固定されている。

【００２１】上記実施の形態では、上記薄膜太陽電池素
子と、上記蛍光特性を有する透明基板と、上記集光反射
素子とを透明接着剤により固定しているので、それらを
簡単かつ強固に固定できて、耐環境性に優れた信頼性の
高い薄膜太陽電池を得ることができる。また、透明接着
剤を用いているので、光のロスを生じることがなく、ま
た、透明接着剤がはみ出しても、見映えが悪くなること
がない。

【００２２】また、１実施の形態では、上記蛍光層が、
蛍光特性を有する透明接着剤であり、かつ、その透明接
着剤によって、上記集光反射素子の透明基板と上記薄膜
太陽電池素子とが固定されている。

【００２３】上記実施の形態では、蛍光層が、蛍光特性
を有する透明接着剤からなるので、蛍光層に、上記集光
反射素子と薄膜太陽電池素子との連結機能を持たせるこ
とができて、構造が簡単になる。

【００２４】また、１実施の形態では、上記蛍光特性を
有する透明接着剤が、蛍光粒子または蓄光性蛍光粒子が
分散された透明接着剤である。

【００２５】上記実施の形態では、蛍光特性を有する透
明接着剤が、蛍光粒子または蓄光性蛍光粒子が分散され
た透明接着剤であるから、透明接着剤に簡単に充分な蛍
光性を持たせることができる。

【００２６】また、１実施の形態では、上記集光反射素
子の光透過孔が円形状ピンホールであり、かつ、上記集
光レンズが半球状集光レンズである。

【００２７】上記実施の形態では、上記半球状集光レン
ズによって、入射光が、効率良く、上記円形状ピンホー
ルに集光される。従って、発電効率を高くすることがで
きる。

【００２８】また、１実施の形態では、上記集光反射素
子の光透過孔が直線状スリットであり、かつ、上記集光
レンズがシリンドリカル状集光レンズである。

【００２９】上記実施の形態では、上記シリンドリカル
状集光レンズによって、入射光が、効率良く、上記直線
状スリットに集光される。従って、発電効率を高くする
ことができる。

【００３０】また、１実施の形態では、上記集光レンズ
が紫外線硬化樹脂により形成されている。

【００３１】上記実施の形態では、上記集光レンズが紫
外線硬化樹脂からなるので、２Ｐ法（光重合法：Photo
Polymerization）等の簡略な方法で集光レンズ群を一括
形成することが可能となり、薄膜太陽電池の低コスト化
を実現することができる。

【００３２】また、１実施の形態では、上記薄膜太陽電
池素子は、上記光電変換層に関して、上記光入射面と反
対側に位置する反射層を備える。

【００３３】上記実施の形態では、上記薄膜太陽電池素
子の反射層と入射面との間に光電変換層が位置すること
になるので、太陽電池素子の反射層と集光反射素子の反
射層との間に光電変換層と蛍光層を挟んで、太陽電池素
子の反射層と集光反射素子の反射層との間で、光が多重
反射される。従って、上記光電変換層に照射される光電
変換に寄与する波長域の光の光量が著しく増大して、発
電効率を極めて高くすることができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の薄膜
太陽電池を図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３５】図１は、本実施の形態の薄膜太陽電池の断
面概略図を示しており、図２は、上記薄膜太陽電池を光
入射側から見た平面図を示している。

【００３６】上記薄膜太陽電池は、薄膜太陽電池素子１
００と集光反射素子２００と蛍光層１０とからなる。

【００３７】上記薄膜太陽電池素子１００は、支持体を
兼ねた基板１上に、光反射効果を有する反射層としての
電極金属層２と、ａ−Ｓｉ：Ｈ、または、ａ−ＳｉＧ
ｅ：Ｈ、または、ａ−ＳｉＣ：Ｈ等の非晶質半導体から
なり、ｎ型不純物ドープ非晶質半導体層であるｎ層３
と、非晶質真性半導体層であるｉ層４と、ｐ型不純物ド
ープ非晶質半導体層であるｐ層５と、電流を取り出すた
めのくし型集電電極７と、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ＺｎＯ等
の透明導電層８とをこの順に積層してなる。上記ｎ層３
とｉ層４とｐ層５は、一例としての光電変換層６を構成
する。

【００３８】一方、上記集光反射素子２００は、透明基
板１１上に、光透過孔群の一例としての円形状ピンホー
ル群１３を有する反射層１２と、上記円形状ピンホール
群１３に入射光１５を集光する集光レンズ群の一例とし
ての半球状集光レンズ群１４とを順次形成してなる。

【００３９】上記薄膜太陽電池素子１００の光入射面、
すなわち、透明導電層８の表面と、上記集光反射素子２
００のの透明基板１１との間に、上記蛍光層１０を配置
している。

【００４０】上記蛍光層１０としては、市販されている
蛍光ガラス、例えば、住田光学ガラス社製の『ルミラス
Ｇ９』等の蛍光ガラスを用いることが可能である。ま
た、図３に示すように、蛍光粒子１７を分散させたガラ
ス基板またはプラスチック基板からなる蛍光層１０を用
いることも可能である。

【００４１】また、上記各半球状集光レンズ１４の中心
は、上記反射層１２の円形状ピンホール１３の中心と略
重なるようにして、この半球状集光レンズ１４によっ
て、入射光１５が、反射層１２の円形状ピンホール１３
に効率良く集光されるようにしている。

【００４２】上記半球状集光レンズ群１４は、図２に示
すように、集光反射素子２００への入射光１５をできる
だけ多く取り込むことが可能となるように、透明基板１
１上に最密状態で配列している。すなわち、横方向に並
んだ複数の半球状集光レンズ１４からなる行は、隣り合
う上下の行で、半球状集光レンズ１４の配列ピッチを半
ピッチずらせて、各１つの半球状集光レンズ１４の周り
に６個の半球状集光レンズ１４が接するようにしてい
る。

【００４３】上記構成の薄膜太陽電池に太陽光等の光が
照射されると、図１に示すように、入射光１５は集光反
射素子２００の半球状集光レンズ群１４により、反射層
１２上に形成された円形状ピンホール群１３へと集光さ
れ、透明基板１１を通過した後、蛍光層１０、及び、薄
膜太陽電池素子１００へと入射する。この薄膜太陽電池
素子１００に入射した光は、透明導電層８、非晶質半導
体層５，４，３を透過し、反射層としての電極金属層２
により反射されて、再度、非晶質半導体層３，４，５を
通過する。これにより、非晶質半導体層３，４，５から
なる光電変換層６における光利用効率が高められてい
る。また、上記蛍光層１０、透明導電層８、集電電極
７、及び、非晶質半導体層５の表面で反射された光も、
集光反射素子２００の反射層１２により反射されて、再
度、非晶質半導体層５，４，３を通過する。このよう
に、円形状ピンホール群１３から入射した光が、反射層
１２と薄膜太陽電池素子１００との間で多重反射するこ
とにより、さらに高い光吸収効率が実現される。

【００４４】また、本薄膜太陽電池においては、集光反
射素子２００の反射層１２と薄膜太陽電池素子１００の
反射層２との間に光電変換層６を挟んで、集光反射素子
２００の反射層１２と薄膜太陽電池素子１００の反射層
２との間で多重反射が実現しているので、非晶質半導体
層３，４，５を薄くした場合においても、入射した光が
十分に吸収されて、かつ、電荷の走行距離が短くて、外
部に取り出すことが可能な電流を大きくすることができ
る。

【００４５】また、本実施の形態の薄膜太陽電池におい
ては、薄膜太陽電池素子１００と集光反射素子２００と
の間に設けられた蛍光層１０によって、非晶質半導体層
３，４，５からなる光電変換層６において光電変換に利
用されない波長域の光が、光電変換に利用される波長域
の光に変換されるから、さらに発電効率を高めることが
できる。

【００４６】上記蛍光層１０が、図３に示すように、蛍
光粒子または蓄光性蛍光粒子１７が分散された透明基板
１０であるとして、より詳しく説明する。上記集光反射
素子２００の円形状ピンホール群１３から入射した光
が、反射層１２と薄膜太陽電池素子１００との間、及
び、反射層１２と反射層２との間で多重反射されて、外
部に無駄に放出されることがなくて、光電変換層６に照
射する光量が増大する上に、蛍光層１０に分散した蛍光
粒子または蓄光性蛍光粒子１７が、光電変換に利用され
ない波長域の光を、光電変換に利用できる波長域の光に
変換するから、この薄膜太陽電池の発電効率が極めて高
くなる。

【００４７】上記光電変換層６を、上述のように、非晶
質Ｓｉ半導体からなるｐｉｎ接合により構成した場合、
光電変換に利用される光の波長域（以下、感光波長域と
いう。）は、４５０〜６５０ｎｍであり、この感光波長
域以外の光は光電変換に利用されることなく熱として消
費される。

【００４８】ここで、図３に示すように、上記蛍光層１
０に蛍光粒子または蓄光性蛍光粒子１７を分散させてお
くと、上記感光波長域以外の波長の光が、蛍光粒子また
は蓄光性蛍光粒子１７に吸収されて、蛍光粒子または蓄
光性蛍光粒子１７から感光波長域の光が放射されること
により、上記感光波長域以外の波長の光が、感光波長域
の光に変換され、発電効率を高めることができる。

【００４９】例えば、蛍光粒子１７として、粒径５〜２
０μｍのＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄光性蛍光粒
子を使用することにより、２００〜４５０ｎｍの波長の
光を吸収して、６２５ｎｍの波長の光を放射させること
が可能である。また、Ｅｒ^３ ^＋イオンを含有した酸化フ
ッ化物系結晶化ガラスを用いることにより、８００ｎｍ
近傍の波長の光を吸収して、５５０〜６６０ｎｍの波長
の光を放射させることが可能である。

【００５０】また、これら以外の蛍光材料として、酸化
ストロンチウムと酸化アルミニウムからなる化合物に希
土類元素のユウロピウム（Ｅｕ）とジスプロシウム（Ｄ
ｙ）を添加したＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ，Ｄｙや、Ｓｒ_４
Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ，Ｄｙや、ＣａＡｌ_２Ｏ_４：Ｅ
ｕ，Ｄｙや、ＺｎＳ：Ｃｕ等の蛍光材料を用いることが
可能である。

【００５１】従来の薄膜太陽電池においては、図１７に
示したように、蛍光粒子または蓄光性蛍光粒子１７２に
より散乱された散乱光１７４、及び、蛍光粒子または蓄
光性蛍光粒子１７２から放射された放射光１７５の一部
は、光電変換層（ｐｉｎ接合）１６３，１６４，１６５
に入射することなく、発電効率低下の原因となっていた
が、図１，３に示す実施の形態によれば、蛍光粒子また
は蓄光性蛍光粒子１７により散乱された散乱光１８、及
び、蛍光粒子または蓄光性蛍光粒子１７から放射された
放射光１９は、反射層１２により反射されて、光電変換
層６に入射する。このようにして、散乱光１８及び放射
光１９が、集光反射素子２００の反射層１２と薄膜太陽
電池素子１００との間、及び、集光反射素子２００の反
射層１２と薄膜太陽電池素子１００の反射層２との間
で、多重反射されることにより、高い発電効率を実現す
ることができる。

【００５２】図１及び図３においては、薄膜太陽電池素
子１００として、図１６に示すような非晶質Ｓｉ半導体
層を用いた場合について説明を行っているが、図１５に
示すような多結晶Ｓｉ半導体層を用いた薄膜太陽電池素
子、及び、多結晶Ｓｉ半導体層と非晶質Ｓｉ半導体層の
両方を用いたタンデム構造の薄膜太陽電池素子の場合に
おいても同様な多重反射が実現して、光電変換層におけ
る光吸収効率を高めることができる。

【００５３】また、本実施の形態の薄膜太陽電池は、図
２に示すように、半球状レンズ群１４を反射層１２上に
最密状態となるように配列しているので、入射光１５が
反射層１２により反射される領域１６が最小になって、
発電効率が高くなる。

【００５４】もっとも、発電効率は低くなるが、図示し
ない半球状レンズを縦横に規則正しく同じ位相で配列し
て、１つの半球状レンズに４方から４個の半球状レンズ
が接する半球状レンズの平面的配置構造にしても良い。

【００５５】上記実施の形態の薄膜太陽電池では、半球
状集光レンズ群１４を透明基板１１上に最密状態となる
ように配列して、入射光１５が反射層１２により反射さ
れる領域１６を最小にして、多くの光を円形状ピンホー
ル群１３に集光して通過させる点と、上記半球状集光レ
ンズ１４により集光されて円形状ピンホール１３を通過
した光を反射層１２で逃がさないで有効に利用する点
と、集光反射素子２００と薄膜太陽電池素子１００との
間の蛍光層１０によって光電変換に利用できない波長域
の光を光電変換に利用できる波長域の光に変換する点
と、光を、集光反射素子２００の反射層１２と薄膜太陽
電池素子１００との間、及び、集光反射素子２００の反
射層１２と薄膜太陽電池素子１００の反射層２との間で
多重反射して光電変換層６に照射する点との相乗効果に
よって、上記光電変換層６に照射される光電変換に寄与
する波長域の光の光量が著しく増大するから、発電効率
が極めて高い。

【００５６】

【実施例１】図４から図１０に示すプロセスに従って、
本実施例１の薄膜太陽電池の反射集光素子２００を作成
した。

【００５７】まず、図４に示すように、透明基板として
の透明ガラス基板１１上に、膜厚１００ｎｍのＡｌ
_０.９５Ｔｉ_０.０５からなる反射層１２をスパッタリン
グにより形成した。本実施例１においては、基板材料と
してガラスを採用したが、ポリカーボネート樹脂等の透
明樹脂基板を用いることにより、低コスト化を実現する
ことも可能である。また、ＡｌＴｉスパッタ膜を反射層
１２として用いたが、反射率の高い金属膜であれば良
く、ＡｌＴｉ以外に、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ等の金属
膜、及び、それらの金属で構成される合金膜を用いるこ
とができる。また、反射層１２の膜厚は、光がほぼ完全
に反射される４０ｎｍ以上であることが望ましい。しか
し、反射層１２が厚くなり過ぎると、成膜時間の増加や
材料コストの増加を招くため、１５０ｎｍ以下であるこ
とが望ましい。

【００５８】次に、図５に示すように、フォトプロセス
により、円形状ピンホール群１３に対応する領域２０の
フォトレジストが除去されたフォトレジストパターン２
１を反射層１２に形成した。このフォトレジストパター
ン２１における円形状ピンホール群１３に対応する領域
２０の直径は０.５ｍｍであった。ここでは、フォトプ
ロセスによりフォトレジストパターン２１を形成した
が、スクリーン印刷技術を用いて、フォトレジストパタ
ーン２１に対応する樹脂パターンを形成することによ
り、低コスト化を実現することが可能である。

【００５９】次に、図６に示すように、上記フォトレジ
ストパターン２１をマスクとして、希硝酸を用いて反射
層１２のウエットエッチングを行って、円形状ピンホー
ル群１３を形成した。

【００６０】次に、図７に示すように、透明ガラス基板
１１及びＡｌＴｉ反射層１２を侵食しないアセトン溶剤
を用いて、フォトレジストパターン２１を除去し、円形
状ピンホール群１３を有する反射層１２が形成された透
明ガラス基板１１を作成した。

【００６１】次に、図８に示すように、半球状集光レン
ズ群１４に対応した窪み２２が形成された透明ガラスス
タンパ２３に未硬化状態の紫外線硬化樹脂２４を満た
し、それぞれの半球状集光レンズ群１４の中心位置と円
形状ピンホール１３の中心位置が一致するように位置合
わせした後、図９に示すように、透明ガラススタンパ２
３と透明ガラス基板１１とを密着させ、透明ガラススタ
ンパ２３越しに紫外線光２５を照射して、紫外線硬化樹
脂２４を硬化した後、透明ガラススタンパ２３を剥離す
る。こうすることにより、図１０に示すように、半球状
集光レンズ群１４と、円形状ピンホール群１３を有する
反射層１２とを備える集光反射素子２００が完成する。

【００６２】上記半球状集光レンズ群１４は外線硬化樹
脂からなり、かつ、２Ｐ法（光重合法：Photo Polymeri
zation）で一括形成しているので、上記半球状集光レン
ズ群１４を簡単安価に形成でき、ひいては、薄膜太陽電
池の低コスト化を実現することができる。

【００６３】なお、上記実施例１の半球状集光レンズ群
１４の直径は５ｍｍであり、図２に示すように、透明ガ
ラス基板１１上に最密状態で配列している。

【００６４】一方、図１，３に示す薄膜太陽電池素子１
００は、従来と同様な方法により作製した。すなわち、
支持体を兼ねたステンレス基板１上に、反射層としての
役目をする光反射効果を有する膜厚１００ｎｍのＡｌ
_０.９５Ｔｉ_０.０５電極金属層２をスパッタリングによ
り形成した後、ｎ型不純物ドープＳｉ半導体層であるｎ
層３、真性Ｓｉ半導体層であるｉ層４、ｐ型不純物ドー
プＳｉ半導体層であるｐ層５がこの順に積層された光電
変換層６をプラズマＣＶＤ（化学的気相成長）装置によ
る化学的気相成長法で形成した。各半導体層は、それぞ
れ、ＳｉＨ_４ガス・Ｈ_２ガス・ＰＨ_３ガスの混合ガスを
用いて気相成長した膜厚１５ｎｍのａ−Ｓｉ：Ｈのｎ層
３、ＳｉＨ_４ガス・Ｈ_２ガスの混合ガスを用いて気相成
長した膜厚２００ｎｍのａ−Ｓｉ：Ｈのｉ層４、ＳｉＨ
_４ガス・Ｈ_２ガス・ＣＨ_４ガス・Ｂ _２Ｈ_６ガスの混合ガ
スを用いて気相成長した膜厚１５ｎｍのａ−ＳｉＣ：Ｈ
のｐ層５とした。

【００６５】次に、上記光電変換層６を形成した基板１
をスパッタリング装置に取り付け、遮蔽マスクを基板１
の半導体膜表面に装着した状態で、ＡｌＴｉ合金ターゲ
ットを用いて膜厚１００ｎｍのＡｌ_０.９５Ｔｉ_０.０５
からなる幅０.１ｍｍ、間隔５ｍｍのくし型集電電極７
を形成した。

【００６６】次に、Ｉｎ_２Ｏ_３ターゲットを用い、酸素
雰囲気中で反応性スパッタリングを行うことにより、光
電変換層６及びくし型集電電極７上に、膜厚６５ｎｍの
反射防止層８を形成した。

【００６７】以上のようにして作製した集光反射素子２
００及び薄膜太陽電池素子１００と、粒径５μｍのＹ_２
Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄光性蛍光粒子を２０体積
％含有した板厚１ｍｍの蛍光ガラス基板１０とを、図１
１に示すように、弾性を有するウレタン系樹脂製スペー
サー２６を介して、固定金具２７により機械的に固定
し、実施例１の薄膜太陽電池を完成した。

【００６８】この実施例１の薄膜太陽電池では、集光反
射素子２００、蛍光ガラス基板１０及び薄膜太陽電池素
子１００をウレタン系樹脂製スペーサー２６を介して固
定金具２７により機械的に固定しているので、必要に応
じて、それらの簡単に分解して、交換等をすることがで
きる。また、上記薄膜太陽電池素子１００及び蛍光ガラ
ス基板１０を集光反射素子２００で保護して、薄膜太陽
電池の信頼性を向上することができる。

【００６９】上記薄膜太陽電池の効果を確認するため、
上記反射集光素子２００と蛍光ガラス基板１０とを取付
けていない上記薄膜太陽電池素子１００を比較例１の薄
膜太陽電池（従来の薄膜太陽電池と同じ構造である。）
とした。

【００７０】上記実施例１の薄膜太陽電池と比較例１の
薄膜太陽電池に対して、ＡＭ１.５シミュレーターで１
００ｍＷ／ｃｍ^２の光を照射し、Ｉ−Ｖ特性を測定した
ところ、実施例１の薄膜太陽電池は、比較例１の薄膜太
陽電池に比べて、開放電圧が３２％程度大きく、短絡電
流が３０％程度大きくなっていることが確認された。従
って、実施例１の薄膜太陽電池は、比較例１の太陽電池
（従来の薄膜太陽電池）に比べて、光電変換効率が７２
％程度高くなっていることがわかった。

【００７１】本実施例１においては、ｐｉｎ接合からな
る光電変換層６が一組のみ形成された薄膜太陽電池につ
いて記載しているが、本発明においては、多重反射によ
り光の利用効率が改善されており、真性半導体であるｉ
層４を薄くした場合においても、ｐｉｎ接合において十
分に光を吸収させることが可能である。従って、真性半
導体であるｉ層４をさらに薄くしたｐｉｎ接合からなる
光電変換層６を複数組積み重ねてタンデム構造とするこ
とにより、さらに開放電圧を向上させることが可能であ
る。

【００７２】

【実施例２】実施例２の薄膜太陽電池は、図１２に示す
ように、実施例１において作製した集光反射素子２００
及び薄膜太陽電池素子１００と、粒径５μｍのＹ_２Ｏ_２
Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄光性蛍光粒子を２０体積％含
有した板厚１ｍｍの蛍光層としての蛍光ガラス基板１０
とを、アクリル系透明接着剤２８により張り合わせてい
る。

【００７３】このような構成とすることにより、上記集
光反射素子２００と薄膜太陽電池素子１００と蛍光ガラ
ス基板１０とを簡単かつ強固に固定できて、耐環境性を
改善することができる。また、透明接着剤を用いている
ので、それがはみ出しても、美観を損ねることがない。

【００７４】上記実施例１及び実施例２の薄膜太陽電池
に対して、雰囲気温度８０℃、相対湿度８０％で２ヶ月
の環境試験を行ったところ、実施例１の薄膜太陽電池に
おいては、ウレタン系樹脂製スペーサー２６の部分か
ら、高湿度の大気が、集光反射素子２００及び薄膜太陽
電池素子１００と、蛍光層１０との間に進入し、薄膜太
陽電池素子１００の腐食が始まり、発電効率が１９％低
下した。これに対して、アクリル系透明接着剤２８によ
り張り合わせた実施例２の薄膜太陽電池は、外観上の変
化も発電効率の低下も起こらず、耐環境性に優れている
ことを確認した。

【００７５】

【実施例３】図１３に実施例３の薄膜太陽電池の斜視断
面図を示す。

【００７６】本実施例３の薄膜太陽電池は、薄膜太陽電
池素子１００と集光反射素子２００と蛍光ガラス基板１
０とからなる。上記薄膜太陽電池素子１００及び蛍光ガ
ラス基板１０は、実施例１の薄膜太陽電池素子１００及
び蛍光ガラス基板１０と全く同じ構造を有し、集光反射
素子３００のみが実施例１の集光反射素子１００と異な
る。

【００７７】上記実施例１においては、集光反射素子２
００が、透明基板１１と、この透明基板１０上に形成さ
れた円形状ピンホール群１３を有する反射層１２と、こ
の円形状ピンホール群１３に入射光１５を集光する半球
状集光レンズ群１４とで構成されていたが、実施例３の
薄膜太陽電池の集光反射素子３００は、透明基板１１
と、この透明基板１１上に形成されると共に光透過孔と
しての直線状スリット群２９を有する反射層３０と、こ
の直線状スリット群２９に入射光１５を集光すべく配列
されたシリンドリカル状集光レンズ群３１とで構成され
ている。

【００７８】この場合も、実施例１と同様に、直線状ス
リット群２９から入射した光が、集光反射素子３００の
反射層３０と薄膜太陽電池素子１００との間で多重反射
されることにより、光電変換層６における光利用効率が
高くなって、発電効率を高くすることができる。

【００７９】上記集光反射素子３００は、図４から図１
０に示す実施例１のプロセスと同様にして、作製され
る。そして、この集光反射素子３００と蛍光ガラス基板
１０と薄膜太陽電池素子１００とをアクリル系透明接着
剤（図示せず）により張り合わせ、実施例３の薄膜太陽
電池を作製した。本実施例３では、上記集光反射素子３
００と蛍光ガラス基板１０と薄膜太陽電池素子１００と
をアクリル系透明接着剤により張り合わせているので、
それらを簡単かつ強固に固定できて、耐環境性に優れた
信頼性の高い薄膜太陽電池を得ることができる。

【００８０】上記実施例３の薄膜太陽電池と比較例１の
薄膜太陽電池に対して、ＡＭ１.５シミュレーターで１
００ｍＷ／ｃｍ^２の光を照射し、Ｉ−Ｖ特性を測定した
ところ、実施例３の薄膜太陽電池は、上記比較例１の薄
膜太陽電池に比べて、開放電圧が２５％程度大きく、短
絡電流が３１％程度大きくなっていることが確認され
た。従って、実施例３の薄膜太陽電池は、比較例１の薄
膜太陽電池に比べて、光電変換効率が６４％程度高くな
っていることがわかった。

【００８１】

【実施例４】図１４に実施例４の薄膜太陽電池の断面図
を示す。

【００８２】本実施例４の薄膜太陽電池は、薄膜太陽電
池素子１００と集光反射素子２００と蛍光層３２とから
なる。上記薄膜太陽電池素子１００及び集光反射素子２
００は、実施例１の薄膜太陽電池素子１００及び集光反
射素子２００と全く同じ構造を有し、蛍光層３２のみが
実施例１の蛍光ガラス基板１０と異なる。

【００８３】本実施例４においては、上記蛍光層３２
を、粒径５μｍのＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄光
性蛍光粒子を２０体積％含有したアクリル系透明接着剤
３２により構成した。このアクリル系透明接着剤３２に
より、上記薄膜太陽電池素子１００と集光反射素子２０
０とを接着した。ここで、アクリル系透明接着剤３２
は、厚さが０．５ｍｍになっている。

【００８４】本実施例４においても、蛍光粒子を含有し
たアクリル系透明接着剤３２が、実施例１の蛍光ガラス
基板１０と同様に、光電変換に利用できない波長域の光
を、光電変換に利用できる波長域の光に変換するから、
発電効率を高くすることができる。

【００８５】しかも、上記蛍光粒子を含有したアクリル
系透明接着剤３２が蛍光層３２を構成するので、構造が
簡単になって、製造コストを低減できる。逆に言えば、
蛍光層３２に接着機能を持たせることができるから、構
造が簡単になって、製造コストを低減できる。また、ア
クリル系透明接着剤３２に蛍光粒子を含有させたので，
簡単に、アクリル系透明接着剤３２に充分な蛍光特性を
持たせることができる。

【００８６】上記実施例４の薄膜太陽電池と比較例１の
薄膜太陽電池に対して、ＡＭ１.５シミュレーターで１
００ｍＷ／ｃｍ^２の光を照射し、Ｉ−Ｖ特性を測定した
ところ、実施例４の薄膜太陽電池は、比較例１の薄膜太
陽電池に比べて、開放電圧が２０％程度大きく、短絡電
流が２３％程度大きくなっていることが確認された。従
って、実施例４の薄膜太陽電池は、比較例１の薄膜太陽
電池に比べて、光電変換効率が４８％程度高くなってい
ることがわかった。

【００８７】

【発明の効果】以上より明らかなように、本発明の薄膜
太陽電池によれば、集光反射素子の集光レンズにより入
射光を集光して反射層の光透過孔を通過させて光透過孔
を通った光を反射層で逃がさないで有効に利用でき、か
つ、蛍光層によって光電変換に利用できない波長域の光
を光電変換に利用できる波長域の光に変換でき、かつ、
その光を光電変換層と反射層との間で多重反射させて光
電変換層に照射される光量を増大でき、かつ、蛍光層及
び多重反射により光電変換に利用できない波長域の光を
光電変換に利用できる波長域の光にして光電変換層に照
射できるので、上記光電変換層に照射される光電変換に
寄与する波長域の光の光量を著しく増大させて、発電効
率を極めて高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の薄膜太陽電池の断面図
である。

【図２】上記薄膜太陽電池の平面図である。

【図３】上記薄膜太陽電池の蛍光粒子の機能を説明す
る断面図である。

【図４】本発明の実施例１の薄膜太陽電池の集光反射
素子の製造方法を示す図である。

【図５】本発明の実施例１の薄膜太陽電池の集光反射
素子の製造方法を示す図である。

【図６】本発明の実施例１の薄膜太陽電池の集光反射
素子の製造方法を示す図である。

【図７】本発明の実施例１の薄膜太陽電池の集光反射
素子の製造方法を示す図である。

【図８】本発明の実施例１の薄膜太陽電池の集光反射
素子の製造方法を示す図である。

【図９】本発明の実施例１の薄膜太陽電池の集光反射
素子の製造方法を示す図である。

【図１０】本発明の実施例１の薄膜太陽電池の集光反
射素子の製造方法を示す図である。

【図１１】本発明の実施例１の薄膜太陽電池の断面図
である。

【図１２】本発明の実施例２の薄膜太陽電池の断面図
である。

【図１３】本発明の実施例３の薄膜太陽電池の断面斜
視図である。

【図１４】本発明の実施例４の薄膜太陽電池の断面図
である。

【図１５】従来の薄膜太陽電池の断面図である。

【図１６】従来の薄膜太陽電池の断面図である。

【図１７】従来の薄膜太陽電池の断面図である。

【符号の説明】

１基板２電極金属層３，４，５非晶質Ｓｉ半導体層６光電変換層１０，３２蛍光層１１透明基板１２，３０反射層１３円形状ピンホール１４半球状集光レンズ１５入射光１００薄膜太陽電池素子２００，３００集光反射素子１７蛍光粒子または蓄光性蛍光粒子１９放射光２４紫外線硬化樹脂２６スペーサー２７固定金具２８透明接着剤２９直線状スリット３１集光シリンドリカルレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光電変換層を有する薄膜太陽電池素子
と、透明基板上に、光透過孔群を有する反射層と、その光透
過孔群に入射光を集光する集光レンズ群が形成された集
光反射素子と、上記薄膜太陽電池素子の光入射面と上記集光反射素子の
透明基板との間に設けられた蛍光層とを備えたことを特
徴とする薄膜太陽電池。
【請求項２】請求項１に記載の薄膜太陽電池におい
て、上記蛍光層が、蛍光特性を有する透明基板であることを
特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項３】請求項２に記載の薄膜太陽電池におい
て、上記蛍光特性を有する透明基板が、蛍光粒子または蓄光
性蛍光粒子が分散された透明基板であることを特徴とす
る薄膜太陽電池。
【請求項４】請求項２または３に記載の薄膜太陽電池
において、上記薄膜太陽電池素子と、上記蛍光特性を有する透明基
板と、上記集光反射素子とが、機械的に固定されている
ことを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項５】請求項２または３に記載の薄膜太陽電池
において、上記薄膜太陽電池素子と、上記蛍光特性を有する透明基
板と、上記集光反射素子とが、透明接着剤により固定さ
れていることを特長とする薄膜太陽電池。
【請求項６】請求項１に記載の薄膜太陽電池におい
て、上記蛍光層が、蛍光特性を有する透明接着剤であり、か
つ、その透明接着剤によって、上記集光反射素子の透明
基板と上記薄膜太陽電池素子とが固定されていることを
特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項７】請求項６に記載の薄膜太陽電池におい
て、上記蛍光特性を有する透明接着剤が、蛍光粒子または蓄
光性蛍光粒子が分散された透明接着剤であることを特徴
とする薄膜太陽電池。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか１つに記載の
薄膜太陽電池において、上記集光反射素子の光透過孔が円形状ピンホールであ
り、かつ、上記集光レンズが半球状集光レンズであるこ
とを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項９】請求項１乃至７のいずれか１つに記載の
薄膜太陽電池において、上記集光反射素子の光透過孔が直線状スリットであり、
かつ、上記集光レンズがシリンドリカル状集光レンズで
あることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれか１つに記載
の薄膜太陽電池において、上記集光レンズが紫外線硬化樹脂により形成されている
ことを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれか１つに記
載の薄膜太陽電池において、上記薄膜太陽電池素子は、上記光電変換層に関して、上
記光入射面と反対側に位置する反射層を備えることを特
徴とする薄膜太陽電池。