JP2003101059A - 薄膜太陽電池 - Google Patents

薄膜太陽電池

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JP2003101059A
JP2003101059A JP2001296409A JP2001296409A JP2003101059A JP 2003101059 A JP2003101059 A JP 2003101059A JP 2001296409 A JP2001296409 A JP 2001296409A JP 2001296409 A JP2001296409 A JP 2001296409A JP 2003101059 A JP2003101059 A JP 2003101059A
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film solar
thin
thin film
light
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Junji Hirokane
順司 広兼
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 集光反射素子２００のシリンドリカル状
集光レンズ群１０により集光されて、反射層１２の直線
状スリット群１１から薄膜太陽電池素子１００に入射す
る。この入射した光が、集光反射素子２００の反射層１
２と薄膜太陽電池素子１００との間で多重反射される。
従って、薄膜太陽電池素子１００の光電変換層に照射さ
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、薄膜太陽電池は、図１８に示すよ
うに、ｐｎ接合による光電変換を行う薄膜多結晶Ｓｉ太
陽電池や、図１９に示すように、ｐｉｎ接合による光電
変換を行う非晶質Ｓｉ太陽電池がある。
【０００３】図１８に示す薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池は、
支持体を兼ねた基板１８１上に、光反射効果を有する電
極金属層１８２、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１８３、この多結晶
Ｓｉ薄膜半導体層１８３と同じ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１８４、上記多結
晶Ｓｉ薄膜半導体層１８３，１８４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
１８５、電流を取り出すための集電電極１８６、及び、
効率的に光を取り込むための反射防止層１８７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１８３は、電極金属層１８２
と多結晶Ｓｉ薄膜半導体層１８４との電気的接続を良好
にする役目をする。
【０００４】また、図１９に示す非晶質Ｓｉ太陽電池
は、支持体を兼ねた基板１９１上に、光反射効果を有す
る電極金属層１９２、非晶質半導体からなりｎ型不純物
がドーピングされたｎ層１９３、非晶質半導体からなり
真性半導体であるｉ層１９４、非晶質半導体からなりｐ
型不純物がドーピングされたｐ層１９５、電流を取り出
すための集電電極１９６、及び、効率的に光を取り込む
ための反射防止層１９７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１８に示
す多結晶半導体で構成したｐｎ接合と、図１９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】これらの薄膜太陽電池以外に、図２０に示
すように、基板側から光を入射させる薄膜太陽電池が提
案されている。この薄膜太陽電池は、透明基板２０１上
に、効率的に光を取り込むための反射防止層２０２、電
流を取り出すための集電電極２０３、非晶質半導体から
なりｐ型不純物がドーピングされたｐ層２０４、非晶質
半導体からなり真性半導体であるｉ層２０５、非晶質半
導体からなりｎ型不純物がドーピングされたｎ層２０
６、及び、光反射効果を有する電極金属層２０７を積層
して構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図１８、図１９及び図
２０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、光入射面側に反射防止層１８
７，１９７，２０２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１８
７，１９７，２０２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。
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１８６，１９６，２０３は、確実に発電効率の低下
をもたらすこととなる。
【０００８】さらに、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１８４、非晶質半導体ｉ層
１９４，２０５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
離が増大して、外部に取り出すことのできる電流が減少
する。また、これらの半導体層１８４，１９４，２０５
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】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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
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、透明基板の一方の面に、光透過孔群を
有する反射層を設ける一方、上記透明基板の他方の面
に、上記光透過孔群に入射光を集光する曲面群を形成し
てなる集光反射素子とを備え、上記薄膜太陽電池素子の
光入射面に、上記集光反射素子の反射層側が対向させら
れて、上記薄膜太陽電池素子に集光反射素子が取り付け
られていることを特徴としている。
【００１１】上記構成によれば、入射光は、上記集光反
射素子の透明基板の上記他方の面である曲面群によっ
て、上記透明基板の上記一方の面に設けた反射層の光透
過孔群に集光される。そして、上記光透過孔からの光
は、上記薄膜太陽電池素子に入射して、上記薄膜太陽電
池素子の光電変換層と上記集光反射素子の反射層との間
で多重反射される。従って、上記透明基板の他方の面で
ある曲面群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、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の相
乗効果によって、上記光電変換層に照射される光の光量
が著しく増大して、発電効率が極めて高くなる。
【００１２】１実施の形態では、上記集光反射素子の上
記曲面群が、上記透明基板に一体に成形されている。
【００１３】上記実施の形態では、上記集光反射素子の
上記曲面群が、上記透明基板に一体に成形されているの
で、射出成形やモールド成形といった簡便な方法で、光
を集光するための曲面群を有する透明基板を形成するこ
とができ、薄膜太陽電池の低コスト化を実現することが
できる。
【００１４】１実施の形態では、上記集光反射素子の上
記曲面群が、シリンドリカル状集光レンズ群の表面であ
り、上記光透過孔群が直線状スリットである。
【００１５】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。
【００１６】１実施の形態では、上記集光反射素子と上
記薄膜太陽電池素子との間に、蛍光特性を有する透明基
板が設置されている。
【００１７】上記実施の形態によれば、上記集光反射素
子の曲面群によって集光されて反射層の光透過孔を通っ
た光は、蛍光特性を有する透明基板に入射して、この蛍
光特性を有する透明基板によって、光電変換に利用でき
る波長域の光に変換されて、ランダムに放射、散乱され
る。この蛍光特性を有する透明基板により放射、散乱さ
れて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
集光反射素子の曲面群により集光されて光透過孔を一度
通った光を反射層で逃がさないで有効に利用する点と、
蛍光特性を有する透明基板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、光が光電変換層と反射層との間で多重反
射されて光電変換層に照射される点と、多重反射及び蛍
光特性を有する透明基板により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なって
光電変換層に照射され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。
【００１８】１実施の形態では、上記薄膜太陽電池素子
と上記集光反射素子とが、スペーサーを介して機械的に
固定されている。
【００１９】上記実施の形態によれば、上記薄膜太陽電
池素子に上記集光反射素子をスペーサーを介して機械的
に固定しているので、上記薄膜太陽電池素子に上記集光
反射素子を簡単に取り付けることができる。また、上記
薄膜太陽電池素子と上記集光反射素子とを簡単に分離し
て、それらの交換等をすることができる。また、上記薄
膜太陽電池素子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】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、スペーサーを介して機械的に固定されている。
【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
素子とをスペーサを介して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。
【００２２】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、接着剤により固定されている。
【００２３】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
素子とが接着剤により固定されているので、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、上記接着剤
が、透明接着剤であると、はみ出しても、見映えが悪く
なることがない。
【００２４】１実施の形態では、上記薄膜太陽電池素子
と上記集光反射素子とが、接着剤により固定されてい
る。
【００２５】上記実施の形態では、上記薄膜太陽電池素
子と上記集光反射素子とが接着剤により固定されている
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、上記接着剤が、透明接着剤であると、はみ出して
も、見映えが悪くなることがない。
【００２６】１実施の形態では、上記接着剤が蛍光特性
を有する透明接着剤である。
【００２７】上記実施の形態では、上記接着剤が蛍光特
性を有する透明接着剤であるので、上記透明接着剤が、
集光反射素子と薄膜太陽素子との連結機能を有する上
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して光電変換効率を高める蛍
光層としての機能を有する。
【００２８】１実施の形態では、上記薄膜太陽電池素子
の基板が蛍光特性を有する透明基板である。
【００２９】上記実施の形態では、上記薄膜太陽電池素
子の基板が蛍光層として機能するので、光透過孔群から
入射した光と、蛍光特性を有する透明基板から放射され
る光とが薄膜太陽電池素子と集光反射素子との間で多重
反射される。従って、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増大し、発電効率を高く
することができる。
【００３０】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。
【００３１】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、上記薄膜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及び蛍光層を挟んで、
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。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の薄膜太陽電池を図
面を参照しながら詳細に説明する。
【００３３】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１の薄膜太陽電池の断面斜視図を示している。
【００３４】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とからなる。
【００３５】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、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３と、この多結晶Ｓ
ｉ薄膜半導体層３と同じ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４と、上記多結晶Ｓｉ薄
膜半導体層３，４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５と、電流を取り
出すための集電電極６と、効率的に光を取り込むための
反射防止層７とを順次積層してなる。上記多結晶Ｓｉ薄
膜半導体層３，４，５は光電変換層の一例を構成する。
なお、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３は、電極金属層２と多結晶Ｓｉ薄膜半導
体層４との電気的接続を良好にする役目をする。
【００３６】一方、上記集光反射素子２００は、透明基
板９の一方の面に、光透過孔群の一例としての直線状ス
リット群１１を有する反射層１２を設ける一方、上記透
明基板９の他方の面を、シリンドリカル状集光レンズ群
１０を形成する曲面群に形成してなる。この曲面群は、
透明基板９と一体に成形されていて、シリンドリカル状
集光レンズ群１０の表面をなす。上記シリンドリカル状
集光レンズ群１０は、光１４を直線状スリット群１１に
集光するようになっている。
【００３７】上記薄膜太陽電池素子１００の光入射面、
すなわち、反射防止層７の表面と、上記集光反射素子２
００の反射層１２を対向させて、上記薄膜太陽電池素子
１００に集光反射素子２００を取り付けている。
【００３８】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１４は集光反
射素子２００のシリンドリカル状集光レンズ群１０によ
り、反射層１２上に形成された直線状スリット群１１へ
と集光されて、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、反射防止
層７、多結晶Ｓｉ薄膜半導体層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、多
結晶Ｓｉ薄膜半導体層５，４，３を通過する。これによ
り、多結晶Ｓｉ薄膜半導体層５，４，３における光吸収
効率が高められている。
【００３９】上記薄膜太陽電池は、反射防止層７、集電
電極６、及び、多結晶Ｓｉ薄膜半導体層５の表面で反射
された光が、反射層１２により反射され、再度、薄膜太
陽電池素子１００に入射し、多結晶Ｓｉ薄膜半導体層
５，４，３を通過する。このように、上記直線状スリッ
ト群１１から入射した光が、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。
【００４０】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
反射層としての電極金属層２との間で多重反射が実現す
ることにより、多結晶Ｓｉ薄膜半導体層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。
【００４１】（実施の形態２）図１においては、薄膜太
陽電池素子１００として、図１８に示すような多結晶Ｓ
ｉ半導体層を用いた場合について説明を行っているが、
図１９に示すような非晶質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を実現して、光吸収効
率を高めることができる。
【００４２】図２は、実施の形態２の薄膜太陽電池の断
面斜視図である。この実施の形態２の薄膜太陽電池は、
図１に示す実施の形態１の集光反射素子２００と同じ集
光反射素子２００を備え、薄膜太陽電池素子３００の構
成のみが、図１に示す薄膜太陽電池素子１００と異な
る。従って、図２において、図１の実施の形態１の構成
要素と同一構成要素については、図１の構成要素と同じ
参照番号を付して詳しい説明は省略する。
【００４３】上記薄膜太陽電池素子３００は、透明基板
１５上に、効率的に光を取り込むための反射防止層１
６、電流を取り出すための集電電極１７、非晶質半導体
からなりｐ型不純物がドーピングされたｐ層１８、非晶
質半導体からなり真性半導体であるｉ層１９、非晶質半
導体からなりｎ型不純物がドーピングされたｎ層２０、
及び、光反射効果を有する反射層としての電極金属層２
１を順次積層して構成している。上記ｐ層１８、ｉ層１
９、ｎ層２０は、光電変換層の一例を構成する。
【００４４】図２に示すように、上記集光反射素子２０
０と薄膜太陽電池素子３００とを配置することにより、
図１の場合と同様に、反射防止層１６、集電電極１７、
非晶質Ｓｉ薄膜半導体層１８、及び、電極金属層２１の
表面で反射された光が、集光反射素子２００の反射層１
２により反射されて、再度、薄膜太陽電池素子３００に
入射し、非晶質Ｓｉ薄膜半導体層１８，１９，２０に入
射する。このように、直線状スリット群１１から入射し
た光が、集光反射素子２００の反射層１２と薄膜太陽電
池素子３００の反射層としての電極金属層２１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。
【００４５】
【実施例１】図３から図５に示すプロセスに従って、図
１に示す本発明の実施の形態１の薄膜太陽電池の反射集
光素子２００を作成した。
【００４６】まず、図３に示すように、光を集光するた
めの曲面群を形成するシリンドリカル状集光レンズ群１
０に対応した表面形状２３を有する第１金型２４と、平
面状に鏡面研磨された第２金型２５とを平行に配置し、
ポリカーボネート樹脂の射出成形を行い、図４に示すよ
うに、透明基板９の一方の面を、シリンドリカル状集光
レンズ群１０によって形成される光を集光するための曲
面群とし、上記透明基板９の他方の面を平面２６とする
ことができる。次に、図５に示すように、上記透明基板
９の平面２６に対して、光透過孔群の一例としての直線
状スリット群１１に対応する位置に金属マスクを配置し
た状態で膜厚１００ｎｍのＡｌ０.９５Ｔｉ０.０５から
なる反射層１２をスパッタリングにより形成する。これ
により、上記透明基板９の一方の面に、光を集光するた
めの曲面群（シリンドリカル状集光レンズ群１０の表
面）を有し、かつ、上記透明基板９の他方の面に、光透
過孔群である直線状スリット群１１を有する反射層１２
を有する集光反射素子２００が製作される。
【００４７】本実施例１においては、透明基板９の材料
として射出成形したポリカーボネート樹脂を用いたが、
光が透過可能であれば良く、これに限られるものではな
い。例えば、透明基板として，モールド成形したガラス
基板等を用いることにより、耐候性に優れた薄膜太陽電
池を得ることができる。
【００４８】また、上記反射層１２としてＡｌＴｉスパ
ッタ膜を用いたが、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、上記反射膜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、上記反射膜１２の膜厚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。
【００４９】また、上記金属マスクを用いたスパッタリ
ングにより、直線状スリット１１を形成したが、反射膜
を形成した後、フォトプロセスやスクリーン印刷技術を
用いて樹脂パターンを形成し、エッチング等の剥離プロ
セスとにより、直線状スリット１１を形成しても良い。
【００５０】一方、図１に示す薄膜太陽電池素子１００
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
０.９５Ｔｉ０.０５電極金属層２をスパッタリングによ
り形成した後、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３、多結晶Ｓｉ薄膜半
導体層３と同じ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４、多結晶Ｓｉ薄膜半導体層３，
４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５をプラズマＣＶＤ（化学的気相
成長）装置により順次形成した。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３は、電極金属
層２と多結晶Ｓｉ薄膜半導体層４との電気的接続を良好
にするために設けられたものである。
【００５１】より詳しくは、上記多結晶Ｓｉ薄膜半導体
層３は、基板温度２５０℃の条件で、ＳｉＨ４ガス、Ｈ
２ガス、ＰＨ３ガスの混合比を最適化した混合ガスをＣ
ＶＤ装置に導入し、ガス圧２０Ｐａとして、１００Ｗの
高周波電力を投入することにより形成した。こうして、
上記電極金属層２上に、Ｐが高濃度にドープされた膜厚
３０ｎｍの多結晶Ｓｉ薄膜半導体膜３を堆積した。
【００５２】次に、上記多結晶Ｓｉ薄膜半導体層４は、
基板温度５５０℃の条件で、ＳｉＨ ４ガス、Ｈ２ガス、
ＰＨ３ガスの混合比を最適化した混合ガスをＣＶＤ装置
に導入し、ガス圧５０Ｐａとして、３５０Ｗの高周波電
力を投入することにより形成した。こうして、上記多結
晶Ｓｉ薄膜半導体層３上に、Ｐがわずかにドーピングさ
れた膜厚１５０ｎｍのｎ型の多結晶Ｓｉ薄膜半導体層４
を堆積した。
【００５３】上記多結晶Ｓｉ薄膜半導体層４は、光を吸
収し、電荷を発生させ、発電を行う層であり、十分に光
を吸収させるため、通常その厚さを１０００ｎｍ以上５
００００ｎｍ以下に設定されるが、本実施例１において
は、直線状スリット１１から入射光が多重反射するた
め、多結晶Ｓｉ薄膜半導体層４を薄くすることが可能で
あり、その膜厚を１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下にす
るのが望ましい。
【００５４】次に、上記多結晶Ｓｉ薄膜半導体層５は、
基板温度３５０℃の条件で、ＳｉＨ ４ガス、Ｈ２ガス、
ＢＦ３ガスの混合比を最適化した混合ガスをＣＶＤ装置
に導入し、ガス圧５０Ｐａとして、１００Ｗの高周波電
力を投入することにより形成した。こうして、上記多結
晶Ｓｉ薄膜半導体層４上に、Ｂがドーピングされた膜厚
１５ｎｍのｐ型の多結晶Ｓｉ薄膜半導体膜５を堆積し
た。上記多結晶Ｓｉ薄膜半導体層４，５は、ｐｎ接合を
形成する。
【００５５】次に、このように多結晶Ｓｉのｐｎ接合を
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上の多結晶Ｓｉ薄膜半導体層５表面に装
着した状態で、ＡｌＴｉ合金ターゲットを用いて膜厚１
００ｎｍのＡｌ０.９５Ｔｉ ０.０５からなる幅０.１ｍ
ｍ、間隔５ｍｍのくし型集電電極６を形成した。
【００５６】次に、Ｉｎ２Ｏ３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、上
記多結晶Ｓｉ薄膜半導体層５及びくし型集電電極６上
に、膜厚６５ｎｍの反射防止層７を形成した。
【００５７】以上のようにして作製した集光反射素子２
００と薄膜太陽電池素子１００とを、図６に示すよう
に、弾性を有する樹脂製スペーサー２７を介して、固定
金具２８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。
【００５８】また、上記薄膜太陽電池素子１００の多結
晶Ｓｉ薄膜半導体膜４の膜厚を従来の薄膜太陽電池と同
じ１００００ｎｍとした薄膜太陽電池素子を作製し、こ
の薄膜太陽電池素子に、集光反射素子を取り付けていな
い状態のものを比較例１の太陽電池とした。
【００５９】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／ｃｍ２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５％程度小さく、短絡電流
が７５％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の薄膜太陽電
池に比べて、光電変換効率が６６％程度高くなっている
ことが分った。
【００６０】本実施例１においては、光電変換層として
多結晶Ｓｉ薄膜半導体層３，４，５を用いたが、非晶質
Ｓｉ半導体からなるｐｉｎ接合を光電変換層として用い
ることも可能である。また、多結晶Ｓｉ薄膜半導体層
３，４，５からなる光電変換層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、本実施例１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、
多結晶Ｓｉ薄膜半導体層３，４，５を薄くすることが可
能である。従って、これらの多結晶Ｓｉ薄膜半導体層
３，４，５からなる光電変換層を複数組積み重ねてタン
デム構造とすることにより、また、非晶質Ｓｉ半導体層
によるｐｉｎ接合と多結晶Ｓｉ半導体層によるｐｎ接合
と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。
【００６１】
【実施例２】図７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と、粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：
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２９と、実施例１におい
て作製した薄膜太陽電池素子１００とを、弾性を有する
樹脂製スペーサー２７，２７を介して、固定金具２８に
より機械的に固定し、実施例２の薄膜太陽電池を完成し
た。
【００６２】従来より、薄膜太陽電池素子の光入射面に
蛍光特性を有する基板または膜を配置し、光電変換に利
用されない波長４００ｎｍ近傍の光を、光電変換に利用
される波長６００ｎｍ近傍の光に変換し、発電効率の改
善を実現することが提案されているが、入射光が蛍光特
性を有する基板または膜により散乱されて、薄膜太陽電
池素子への入射光量が低下して、大幅な光電変換効率の
改善が実現しないと言う問題があった。さらに、蛍光特
性を有する基板または膜から放出される波長６００ｎｍ
近傍の光の放射方向がランダムであるため、蛍光特性を
有する基板または膜から放出される波長６００ｎｍ近傍
の光の半分は、薄膜太陽電池素子と反対方向へと放射さ
れ、光電変換に寄与しないといった問題があった。
【００６３】そこで、図７に示すように、上記蛍光ガラ
ス基板２９を、上記集光反射素子２００と薄膜太陽電池
素子１００との間に設けることにより、蛍光ガラス基板
２９内の蛍光性粒子により散乱された光、及び、蛍光性
粒子から放出された光は、集光反射素子２００の反射層
１２と、薄膜太陽電池素子１００との間で多重反射され
て、入射した光と蛍光性粒子から放出された光のほとん
どが薄膜太陽電池素子１００へと入射し、薄膜太陽電池
の光電変換効率を高めることが可能となる。
【００６４】上記実施例２の薄膜太陽電池と上記比較例
１の薄膜太陽電池に対して、ＡＭ１.５シミュレーター
で１００ｍＷ／ｃｍ２の光を照射し、Ｉ−Ｖ特性を測定
したところ、実施例２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５％程度大きく、短絡
電流が８０％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の薄膜太
陽電池に比べて、光電変換効率が８９％程度高くなって
いることが分った。
【００６５】本実施例２においては、光電変換層として
多結晶Ｓｉ薄膜半導体層３，４，５を用いたが、非晶質
Ｓｉ半導体層からなるｐｉｎ接合を光電変換層として用
いることも可能である。また、多結晶Ｓｉ薄膜半導体層
３，４，５からなる光電変換層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、本実施例２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、
多結晶Ｓｉ薄膜半導体層３，４，５を薄くすることが可
能である。従って、これらの多結晶Ｓｉ薄膜半導体層
３，４，５からなる光電変換層を複数組積み重ねてタン
デム構造とすることにより、また、非晶質Ｓｉ半導体層
によるｐｉｎ接合と多結晶Ｓｉ半導体層によるｐｎ接合
と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。
【００６６】また、本実施例２においては、蛍光粒子と
して粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄光
性蛍光粒子を用いたが、これに限られるものではない。
【００６７】例えば、蛍光粒子として、粒径２〜２０μ
ｍのＹ２Ｏ２Ｓ：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、６２５ｎｍの波長の光を放射させることが可能
である。また、Ｅｒ３＋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、５５０〜６６０ｎｍの波長の光を放
射させることが可能である。
【００６８】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ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ，Ｄｙや、Ｓｒ４
Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ，Ｄｙや、ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｅ
ｕ，Ｄｙや、ＺｎＳ：Ｃｕ等の蛍光材料を用いることが
可能である。
【００６９】
【実施例３】図８に実施例３の薄膜太陽電池の断面図を
示す。
【００７０】実施例３においては、実施例１において作
製した薄膜太陽電池素子１００と、反射集光素子２００
とを、アクリル系透明接着剤３０により張り合わせた構
成となっている。ここで、アクリル系透明接着剤３０の
厚さを０．１ｍｍとした。このような構成とすることに
より、耐環境性を改善することができる。
【００７１】実施例１及び実施例３の薄膜太陽電池に対
して、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、樹脂
製スペーサー２７の部分から、高湿度の大気が、集光反
射素子２００と薄膜太陽電池素子１００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２０％低下した。これに対して、アクリル系透明接着
剤３０により張り合わせた実施例３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。
【００７２】
【実施例４】図９に実施例４の薄膜太陽電池の断面図を
示す。
【００７３】実施例４においては、実施例２において使
用した薄膜太陽電池素子１００と、板厚１ｍｍの蛍光ガ
ラス基板２９と、反射集光素子２００とを、アクリル系
透明接着剤３０，３０により張り合わせた構成となって
いる。ここで、アクリル系透明接着剤３０の厚さを０．
１ｍｍとした。このような構成とすることにより、耐環
境性を改善することができる。
【００７４】実施例２及び実施例４の薄膜太陽電池に対
して、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２の薄膜太陽電池においては、樹脂
製スペーサー２７の部分から、高湿度の大気が、集光反
射素子２００と蛍光ガラス基板２９と薄膜太陽電池素子
１００との間に進入し、薄膜太陽電池素子の腐食が始ま
り、発電効率が２５％低下した。これに対して、アクリ
ル系透明接着剤３０により張り合わせた実施例４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５】図１０に実施例５の薄膜太陽電池の断面図
を示す。
【００７６】実施例５においては、実施例１において作
製した薄膜太陽電池素子１００と、反射集光素子２００
とを、粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄
光性蛍光粒子を２０体積％含有した蛍光性アクリル系透
明接着剤３１により張り合わせた構成となっている。こ
こで、蛍光性アクリル系透明接着剤３１の厚さを０．５
ｍｍとした。実施例５の構成においても、蛍光粒子を含
有した蛍光性アクリル系透明接着剤３１が、実施例２及
び実施例４において示した蛍光ガラス基板２９と同様
に、光電変換に利用されない波長４００ｎｍ近傍の光
を、光電変換に利用される波長６００ｎｍ近傍の光に変
換して、発電効率の改善が実現する。
【００７７】上記実施例５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／ｃｍ２の光を照射し、Ｉ−Ｖ特性を測定した
ところ、実施例５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５％程度小さく、短絡電流
が７５％程度大きくなっていることが確認された。従っ
て、実施例５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６６％程度高くなっている
ことが分った。
【００７８】本実施例５においては、光電変換層として
多結晶Ｓｉ薄膜半導体層３，４，５を用いたが、非晶質
Ｓｉ半導体からなるｐｉｎ接合を光電変換層として用い
ることも可能である。また、多結晶Ｓｉ薄膜半導体層
３，４，５からなる光電変換層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、本実施例５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、
多結晶Ｓｉ薄膜半導体層３，４，５を薄くすることが可
能である。従って、これらの多結晶Ｓｉ薄膜半導体層
３，４，５からなる光電変換層を複数組積み重ねてタン
デム構造とすることにより、また、非晶質Ｓｉ半導体層
によるｐｉｎ接合と多結晶Ｓｉ半導体層によるｐｎ接合
とを複数組積み重ねた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。
【００７９】
【実施例６】図１１に実施例６の薄膜太陽電池の断面図
を示す。
【００８０】本実施例６は、図２に示す実施の形態２の
薄膜太陽電池に係る実施例である。図１１における集光
反射素子２００と薄膜太陽電池素子３００は、図２に示
す実施の形態２の集光反射素子２００と薄膜太陽電池素
子３００と同じ構成を有する。
【００８１】上記薄膜太陽電池素子３００は、図２に示
すように、ガラス基板１５上に、膜厚３０ｎｍのＳｎＯ
２透明導電層１６を反応性スパッタリングにより形成し
た後、基板１５をスパッタリング装置に取り付け、遮蔽
マスクを基板１５の上のＳｎＯ２透明導電層１６の表面
に装着した状態で、ＡｌＴｉ合金ターゲットを用いて膜
厚１００ｎｍのＡｌ０.９５Ｔｉ０.０５からなる幅０.
１ｍｍ、間隔５ｍｍのくし型集電電極１７を形成した。
【００８２】次に、ｐ型不純物ドープ半導体層であるｐ
層１８、真性半導体であるｉ層１９、ｎ型不純物ドープ
層であるｎ層２０がこの順に積層された光電変換層をプ
ラズマＣＶＤ装置による気相成長法で形成した。この各
半導体層１８，１９，２０は、それぞれ、ＳｉＨ４ガス
・Ｈ２ガス・ＣＨ４ガス・Ｂ２Ｈ６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
１８、ＳｉＨ４ガス・Ｈ２ガスの混合ガスを用いて気相
成長した膜厚１００ｎｍのａ−Ｓｉ：Ｈのｉ層１９、及
び、ＳｉＨ４ガス・Ｈ２ガス・ＰＨ３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
２０である。上記光電変換層１８，１９，２０を形成し
た後、膜厚１００ｎｍのＡｌからなる光反射効果を有す
る反射層としての電極金属層２１をスパッタリングによ
り形成した。
【００８３】上記集光反射素子２００と薄膜太陽電池素
子３００とを、図１１に示すように、弾性を有する樹脂
製スペーサー２７を介して、固定金具２８により機械的
に固定し、実施例６の薄膜太陽電池を完成した。
【００８４】また、本実施例６と比較のため、上記薄膜
太陽電池素子３００のみの薄膜太陽電池であり（図２を
援用する。）、ＳｎＯ２透明導電層１６の膜厚を１００
ｎｍとし、ｉ層１９の膜厚を３００ｎｍとした従来の構
成の薄膜太陽電池３００を比較例２として作製した。こ
こで、ＳｎＯ２透明導電層１６の膜厚を１００ｎｍとし
た理由は、透明導電層１６による反射防止効果により、
従来の薄膜太陽電池における光電変換効率を最大とする
ためである。
【００８５】上記実施例６の薄膜太陽電池と比較例２の
薄膜太陽電池に対して、ＡＭ１.５シミュレーターで１
００ｍＷ／ｃｍ２の光を照射し、Ｉ−Ｖ特性を測定した
ところ、実施例６の薄膜太陽電池は、比較例２の薄膜太
陽電池に比べて、開放電圧が１０％程度大きく、短絡電
流が５０％程度大きくなっていることが確認された。従
って、実施例６の薄膜太陽電池は、比較例２の薄膜太陽
電池に比べて、光電変換効率が６５％程度高くなってい
ることが分った。
【００８６】本実施例６においては、光電変換層として
非晶質Ｓｉ薄膜半導体層１８，１９，２０を用いたが、
多結晶Ｓｉ半導体からなるｐｎ接合を光電変換層として
用いることも可能である。また、非晶質Ｓｉ薄膜半導体
層１８，１９，２０からなる光電変換層が一組のみ形成
された薄膜太陽電池について記載しているが、本実施例
６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、非晶質Ｓｉ薄膜半導体層１８、１９、２０を薄
くすることが可能である。従って、これらの非晶質Ｓｉ
薄膜半導体層１８、１９、２０からなる光電変換層を複
数組積み重ねてタンデム構造とすることにより、また、
非晶質Ｓｉ半導体層によるｐｉｎ接合と多結晶Ｓｉ半導
体層によるｐｎ接合と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。
【００８７】
【実施例７】図１２に示すように、実施例６において使
用した集光反射素子２００と、粒径５μｍのＹ２Ｏ
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２９と、薄膜太陽
電池素子３００とを、弾性を有する樹脂製スペーサー２
７，２７を介して、固定金具２８により機械的に固定
し、実施例７の薄膜太陽電池を完成した。
【００８８】実施例７においては、実施例２の場合と同
様に、蛍光ガラス基板２９を、集光反射素子２００と薄
膜太陽電池素子３００との間に設けることにより、蛍光
ガラス基板２９内の蛍光性粒子により散乱された光、及
び、蛍光性粒子から放出された光は、集光反射素子２０
０の反射層１２と、薄膜太陽電池素子３００との間で多
重反射されて、入射した光と蛍光性粒子から放出された
光のほとんどが薄膜太陽電池素子３００へと入射し、薄
膜太陽電池の光電変換効率を高めることができる。
【００８９】上記実施例７の薄膜太陽電池と比較例２の
薄膜太陽電池に対して、ＡＭ１.５シミュレーターで１
００ｍＷ／ｃｍ２の光を照射し、Ｉ−Ｖ特性を測定した
ところ、実施例７の薄膜太陽電池は、比較例２のの薄膜
太陽電池に比べて、開放電圧が２％程度大きく、短絡電
流が７５％程度大きくなっていることが確認された。従
って、実施例７の薄膜太陽電池は、比較例２の薄膜太陽
電池に比べて、光電変換効率が７９％程度高くなってい
ることが分った。
【００９０】本実施例７においては、光電変換層として
非晶質Ｓｉ薄膜半導体層１８，１９，２０を用いたが、
多結晶Ｓｉ半導体からなるｐｎ接合を光電変換層として
用いることも可能である。また、非晶質Ｓｉ薄膜半導体
層１８，１９，２０からなる光電変換層が一組のみ形成
された薄膜太陽電池について記載しているが、本実施例
７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、非晶質Ｓｉ薄膜半導体層１８，１９，２０を薄
くすることが可能である。従って、これらの非晶質Ｓｉ
薄膜半導体層１８，１９，２０からなる光電変換層を複
数組積み重ねてタンデム構造とすることにより、また、
非晶質Ｓｉ半導体層によるｐｉｎ接合と多結晶Ｓｉ半導
体層によるｐｎ接合と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。
【００９１】また、本実施例７においては、蛍光粒子と
して粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄光
性蛍光粒子を用いたが、これに限られるものではない。
【００９２】例えば、蛍光粒子として、粒径２〜２０μ
ｍのＹ２Ｏ２Ｓ：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、６２５ｎｍの波長の光を放射させることが可能
である。また、Ｅｒ３＋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、５５０〜６６０ｎｍの波長の光を放
射させることが可能である。
【００９３】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ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ，Ｄｙや、Ｓｒ４
Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ，Ｄｙや、ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｅ
ｕ，Ｄｙや、ＺｎＳ：Ｃｕ等の蛍光材料を用いることが
可能である。
【００９４】
【実施例８】図１３に実施例８の薄膜太陽電池の断面図
を示す。
【００９５】実施例８においては、実施例６において使
用した薄膜太陽電池素子３００と、反射集光素子２００
とを、アクリル系透明接着剤３０により張り合わせた構
成となっている。ここで、アクリル系透明接着剤３０の
厚さを０．１ｍｍとした。このような構成とすることに
より、耐環境性を改善することができる。
【００９６】実施例６及び実施例８の薄膜太陽電池に対
して、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６の薄膜太陽電池においては、樹脂
製スペーサー２７の部分から、高湿度の大気が、集光反
射素子２００と薄膜太陽電池素子３００との間に進入
し、反射層１２の反射率低下を伴う腐食、及び、透明ガ
ラス基板１５の表面変質が発生し、発電効率が８％低下
した。これに対して、アクリル系透明接着剤３０により
張り合わせた実施例８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。
【００９７】
【実施例９】図１４に実施例９の薄膜太陽電池の断面図
を示す。
【００９８】実施例９においては、実施例７において使
用した薄膜太陽電池素子３００と、板厚１ｍｍの蛍光ガ
ラス基板２９と、反射集光素子２００とを、アクリル系
透明接着剤３０により張り合わせた構成となっている。
ここで、アクリル系透明接着剤３０の厚さを０．１ｍｍ
とした。このような構成とすることにより、耐環境性を
改善することができる。
【００９９】実施例７及び実施例９の薄膜太陽電池に対
して、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７の薄膜太陽電池においては、樹脂
製スペーサー２７の部分から、高湿度の大気が、集光反
射素子２００と蛍光ガラス基板２９と薄膜太陽電池素子
３００との間に進入し、反射層１２の反射率低下を伴う
腐食、及び、透明ガラス基板１５の表面変質が発生し、
発電効率が６％低下した。これに対して、アクリル系透
明接着剤３０により張り合わせた実施例９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。
【０１００】
【実施例１０】図１５に実施例１０の薄膜太陽電池の断
面図を示す。
【０１０１】実施例１０においては、図１１に示した実
施例６において使用した薄膜太陽電池素子３００と、反
射集光素子２００とを、粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅ
ｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄光性蛍光粒子を２０体積％含有した
蛍光性アクリル系透明接着剤３１により張り合わせた構
成となっている。ここで、アクリル系透明接着剤３１の
厚さを０．５ｍｍとした。実施例１０の構成において
も、蛍光粒子を含有した蛍光性アクリル系透明接着剤３
１が、図１２の実施例７及び図１４の実施例９において
示した蛍光ガラス基板２９と同様に、光電変換に利用さ
れない波長４００ｎｍ近傍の光を、光電変換に利用され
る波長６００ｎｍ近傍の光に変換し、発電効率の改善が
実現する。
【０１０２】上記実施例１０の薄膜太陽電池と比較例２
の薄膜太陽電池に対して、ＡＭ１.５シミュレーターで
１００ｍＷ／ｃｍ２の光を照射し、Ｉ−Ｖ特性を測定し
たところ、実施例１０の薄膜太陽電池は、比較例２の薄
膜太陽電池に比べて、開放電圧が５％程度小さく、短絡
電流が７０％程度大きくなっていることが確認された。
従って、実施例１０の薄膜太陽電池は、比較例２の薄膜
太陽電池に比べて、光電変換効率が６２％程度高くなっ
ていることが分った。
【０１０３】本実施例１０においては、光電変換層とし
て図１２に示す非晶質Ｓｉ薄膜半導体層１８，１９，２
０を用いたが、多結晶Ｓｉ半導体からなるｐｎ接合を光
電変換層として用いることも可能である。また、非晶質
Ｓｉ薄膜半導体層１８，１９，２０からなる光電変換層
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、本実施例１０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、非晶質Ｓｉ薄膜半導体層１
８，１９，２０を薄くすることが可能である。従って、
これらの非晶質Ｓｉ薄膜半導体層１８，１９，２０から
なる光電変換層を複数組積み重ねてタンデム構造とする
ことにより、また、非晶質Ｓｉ半導体層１８，１９，２
０によるｐｉｎ接合と多結晶Ｓｉ半導体層によるｐｎ接
合と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。
【０１０４】
【実施例１１】図１６に実施例１１の薄膜太陽電池の断
面図を示す。
【０１０５】実施例１１の薄膜太陽電池は、図１１に示
した実施例６の集光反射素子２００と同じ集光反射素子
２００を使用し、薄膜太陽電池素子４００が図１１の実
施例６の薄膜太陽電池素子３００と異なる。実施例１１
の薄膜太陽電池素子４００は、図１１に示した実施例６
の薄膜太陽電池素子３００のガラス基板１５の替わり
に、蛍光ガラス基板３２を用いた構成となっている。
【０１０６】上記蛍光ガラス基板３２としては、粒径５
μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄光性蛍光粒子
を２０体積％含有した板厚２ｍｍの蛍光ガラス基板３２
を用いた。
【０１０７】上記蛍光ガラス基板３２を使用した薄膜太
陽電池素子４００と上記集光反射素子２００とを、図１
６に示すように、弾性を有する樹脂製スペーサー２７を
介して、固定金具２８により機械的に固定し、実施例１
１の薄膜太陽電池を完成した。
【０１０８】上記実施例１１の薄膜太陽電池と比較例２
の薄膜太陽電池に対して、ＡＭ１.５シミュレーターで
１００ｍＷ／ｃｍ２の光を照射し、Ｉ−Ｖ特性を測定し
たところ、実施例１１の薄膜太陽電池は、比較例２の薄
膜太陽電池に比べて、開放電圧が１５％程度大きく、短
絡電流が６５％程度大きくなっていることが確認され
た。従って、実施例１１の薄膜太陽電池は、比較例２の
薄膜太陽電池に比べて、光電変換効率が９０％程度高く
なっていることが分った。
【０１０９】本実施例１１においては、光電変換層とし
て非晶質Ｓｉ薄膜半導体層１８，１９，２０を用いた
が、多結晶Ｓｉ半導体からなるｐｎ接合を光電変換層と
して用いることも可能である。また、非晶質Ｓｉ薄膜半
導体層１８，１９，２０からなる光電変換層が一組のみ
形成された薄膜太陽電池について記載しているが、本実
施例１１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、非晶質Ｓｉ薄膜半導体層１８，１９，２
０を薄くすることが可能である。従って、これらの非晶
質Ｓｉ薄膜半導体層１８，１９，２０からなる光電変換
層を複数組積み重ねてタンデム構造とすることにより、
また、非晶質Ｓｉ半導体層によるｐｉｎ接合と多結晶Ｓ
ｉ半導体層によるｐｎ接合と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。
【０１１０】また、本実施例１１においては、蛍光粒子
として粒径５μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄
光性蛍光粒子を用いたが、これに限られるものではな
い。
【０１１１】例えば、蛍光粒子として、粒径２〜２０μ
ｍのＹ２Ｏ２Ｓ：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、６２５ｎｍの波長の光を放射させることが可能
である。また、Ｅｒ３＋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、５５０〜６６０ｎｍの波長の光を放
射させることが可能である。
【０１１２】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ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ，Ｄｙや、Ｓｒ４
Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ，Ｄｙや、ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｅ
ｕ，Ｄｙや、ＺｎＳ：Ｃｕ等の蛍光材料を用いることが
可能である。
【０１１３】
【実施例１２】図１７に実施例１２の薄膜太陽電池の断
面図を示す。
【０１１４】実施例１２は、実施例１１に記載した集光
反射素子２００と、蛍光ガラス基板３２を用いた薄膜太
陽電池素子４００とを、アクリル系透明接着剤３０によ
り張り合わせた構成となっている。ここで、アクリル系
透明接着剤３０の厚さを０．１ｍｍとした。このような
構成とすることにより、耐環境性を改善することができ
る。
【０１１５】実施例１１及び実施例１２の薄膜太陽電池
に対して、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１１の薄膜太陽電池において
は、樹脂製スペーサー２７の部分から、高湿度の大気
が、集光反射素子２００と薄膜太陽電池素子３００との
間に進入し、反射層１２の反射率低下を伴う腐食、及
び、蛍光ガラス基板３２の表面変質が発生し、発電効率
が５％低下した。これに対して、アクリル系透明接着剤
３０により張り合わせた実施例１２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。
【０１１６】上記実施例では、集光反射素子２００の入
射光を集光する曲面群を、シリンドリカル状集光レンズ
群の表面により形成したが、半球状集光レンズ群の表面
により上記曲面群を形成し、光透過孔群を円形ピンホー
ル群により形成してもよい。
【０１１７】
【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、入射光は、集光反射素子の透明基板
の曲面群によって、上記透明基板の一方の面に設けた反
射層の光透過孔に集光されて、その光透過孔からの光
は、薄膜太陽電池素子に入射して、その薄膜太陽電池素
子の光電変換層と上記集光反射素子の反射層との間で多
重反射されので、上記曲面群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、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
射される点との相乗効果によって、上記光電変換層に照
射される光の光量が著しく増大して、発電効率が極めて
高くなる。
【０１１８】１実施の形態では、上記集光反射素子の上
記曲面群が、上記透明基板上に一体的に成形されている
ので、射出成形やモールド成形といった簡便な方法で、
光を集光するための曲面群を有する透明基板を形成する
ことができ、薄膜太陽電池の低コスト化を実現すること
ができる。
【０１１９】１実施の形態では、上記集光反射素子の上
記曲面群が、シリンドリカル状集光レンズ群の表面であ
るので、り、上記光透過孔群が直線状スリットであるの
で、上記シリンドリカル状集光レンズによって、入射光
を、効率良く、上記直線状スリットに集光して、発電効
率を高くすることができる。
【０１２０】１実施の形態では、上記集光反射素子と上
記薄膜太陽電池素子との間に、蛍光特性を有する透明基
板が設置しているので、上記集光反射素子の曲面群によ
って集光されて反射層の光透過孔を通った光は、蛍光特
性を有する透明基板に入射して、この蛍光特性を有する
透明基板によって、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、上記集光反射素子の曲面群により入射光を集光
して反射層の光透過孔を通過させ、この光透過孔を一度
通った光を反射層で逃がさないで有効に利用する点と、
蛍光特性を有する透明基板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、光が光電変換層と反射層との間で多重反
射されて光電変換層に照射される点と、多重反射及び蛍
光特性を有する透明基板により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なって
光電変換層に照射され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。
【０１２１】１実施の形態では、上記薄膜太陽電池素子
に上記集光反射素子をスペーサーを介して機械的に固定
しているので、上記薄膜太陽電池素子に上記集光反射素
子を簡単に取り付けることができる。また、上記薄膜太
陽電池素子と上記集光反射素子とを簡単に分離して、そ
れらの交換等をすることができる。また、上記薄膜太陽
電池素子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。
【０１２２】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
子とをスペーサを介して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。
【０１２３】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
子とを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、上記接着剤が、
透明接着剤であると、はみ出しても、見映えが悪くなる
ことがない。
【０１２４】１実施の形態では、上記薄膜太陽電池素子
と上記集光反射素子とを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、上記接着剤が、透明接着剤であると、はみ出して
も、見映えが悪くなることがない。
【０１２５】１実施の形態では、上記接着剤が蛍光特性
を有する透明接着剤であるので、この蛍光特性を有する
透明接着剤によって、上記集光反射素子と薄膜太陽素子
とを連結できる上に、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して光電変
換効率を高めることができる。
【０１２６】１実施の形態では、上記薄膜太陽電池素子
の基板が蛍光特性を有する透明基板であるので、上記薄
膜太陽電池素子の基板が蛍光層として機能して、集光反
射素子の反射層の光透過孔群から入射した光と、上記蛍
光特性を有する透明基板から放射される光とが薄膜太陽
電池素子と集光反射素子との間で多重反射されて、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
量が増大し、発電効率を高くすることができる。
【０１２７】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ので、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
って、上記薄膜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及び蛍光層を挟んで、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１の薄膜太陽電池の断面
斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態２の薄膜太陽電池の断面
斜視図である。
【図３】 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】 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の薄膜太陽電池の断面図で
ある。
【図７】 本発明の実施例２の薄膜太陽電池の断面図で
ある。
【図８】 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９】 本発明の実施例４の薄膜太陽電池の断面斜視
図である。
【図１０】 本発明の実施例５の薄膜太陽電池の断面斜
視図である。
【図１１】 本発明の実施例６の薄膜太陽電池の断面斜
視図である。
【図１２】 本発明の実施例７の薄膜太陽電池の断面斜
視図である。
【図１３】 本発明の実施例８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９の薄膜太陽電池の断面斜
視図である。
【図１５】 本発明の実施例１０の薄膜太陽電池の断面
斜視図である。
【図１６】 本発明の実施例１１の薄膜太陽電池の断面
斜視図である。
【図１７】 本発明の実施例１２の薄膜太陽電池の断面
斜視図である。
【図１８】 従来の薄膜太陽電池の断面図である。
【図１９】 従来の薄膜太陽電池の断面図である。
【図２０】 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 多結晶Ｓｉ半導体層 ６ 集電電極 ７ 反射防止層 ９ 透明基板 １０ シリンドリカル状集光レンズ群 １１ 直線状スリット群 １２ 反射層 １４ 入射光 １５ 透明基板 １６ 反射防止層 １７ 集電電極 １８ 非晶質Ｓｉ半導体ｐ層 １９ 非晶質Ｓｉ半導体ｉ層 ２０ 非晶質Ｓｉ半導体ｎ層 ２１ 電極金属層 ２７ 樹脂製スペーサー ２８ 固定金具 ２９ 蛍光ガラス基板 ３０ アクリル系透明接着剤 ３１ 蛍光性アクリル系透明接着剤 ３２ 蛍光ガラス基板 １００，３００，４００ 薄膜太陽電池素子 ２００ 集光反射素子

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光電変換層を有する薄膜太陽電池素子
    と、 透明基板の一方の面に、光透過孔群を有する反射層を設
    ける一方、上記透明基板の他方の面に、上記光透過孔群
    に入射光を集光する曲面群を形成してなる集光反射素子
    とを備え、 上記薄膜太陽電池素子の光入射面に、上記集光反射素子
    の反射層側が対向させられて、上記薄膜太陽電池素子に
    集光反射素子が取り付けられていることを特徴とする薄
    膜太陽電池。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の薄膜太陽電池におい
    て、 上記集光反射素子の上記曲面群が、上記透明基板に一体
    に成形されていることを特徴とする薄膜太陽電池。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の薄膜太陽電池におい
    て、 上記集光反射素子の上記曲面群が、シリンドリカル状集
    光レンズ群の表面であり、上記光透過孔群が直線状スリ
    ットであることを特徴とする薄膜太陽電池。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の薄膜太陽電池におい
    て、 上記集光反射素子と上記薄膜太陽電池素子との間に、蛍
    光特性を有する透明基板が設置されていることを特徴と
    する薄膜太陽電池。
  5. 【請求項５】 請求項１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集光反射素子とが、スペー
    サーを介して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。
  6. 【請求項６】 請求項４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、スペーサーを介して機械的に
    固定されていることを特徴とする薄膜太陽電池。
  7. 【請求項７】 請求項４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、接着剤により固定されている
    ことを特徴とする薄膜太陽電池。
  8. 【請求項８】 請求項１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集光反射素子とが、接着剤
    により固定されていることを特徴とする薄膜太陽電池。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の薄膜太陽電池におい
    て、 上記接着剤が蛍光特性を有する透明接着剤であることを
    特徴とする薄膜太陽電池。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の薄膜太陽電池におい
    て、 上記薄膜太陽電池素子の基板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。
  11. 【請求項１１】 請求項１０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集光反射素子とが、スペー
    サーを介して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。
  12. 【請求項１２】 請求項１１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集光反射素子とが、接着剤
    により固定されていることを特徴とする薄膜太陽電池。
  13. 【請求項１３】 請求項１乃至１２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。
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