JP2003110131A - 薄膜太陽電池 - Google Patents

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。 【解決手段】 入射光は、集光反射素子２００の３角柱
１４の側面の第２の反射面群１２により集光されて、光
透過孔群９から薄膜太陽電池素子１００に入射する。こ
の入射した光が、３角柱１４の底面の第１の反射面群１
１と、薄膜太陽電池素子１００との間で多重反射され
て、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。傾き調整手段２５０によって、３角柱１４
の傾き、つまり、第２の反射面群１２の傾きを入射光の
入射方向に応じて変えて、入射光を光透過孔群９に効果
的に集光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜太陽電池に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜太陽電池としては、図１６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１７に示すように、ｐｉｎ接合によ
る光電変換を行う薄膜非晶質Ｓｉ太陽電池がある。

【０００３】図１６に示す薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池は、
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、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１６３、この多結晶
Ｓｉ薄膜半導体層１６３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１６４、上記多結
晶Ｓｉ薄膜半導体層１６３，１６４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
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。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１６３は、上記電極金属層１
６２と多結晶Ｓｉ薄膜半導体層１６４との電気的接続を
良好にする役目をする。

【０００４】また、図１７に示す薄膜非晶質Ｓｉ太陽電
池は、支持体を兼ねた基板１７１上に、光反射効果を有
する電極金属層１７２、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１７３、非晶質半導体からな
り真性半導体であるｉ層１７４、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１７５、電流を取り
出すための集電電極１７６、及び、効率的に光を取り込
むための反射防止層１７７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１６に示
す多結晶半導体で構成したｐｎ接合と、図１７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
構造の薄膜太陽電池が提案されている。

【０００６】これらの太陽電池以外に、図１８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１８１上に、
効率的に光を取り込むための反射防止層１８２、電流を
取り出すための集電電極１８３、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１８４、非晶質半導
体からなり真性半導体であるｉ層１８５、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１８６、及
び、光反射効果を有する電極金属層１８７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１６、図１７及び図
１８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１６７，
１７７，１８２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１６７，
１７７，１８２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の薄膜太陽電池に
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１６６，１７６，１８３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１６４、非晶質半導体ｉ層
１７４，１８５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１６４，１７４，１８５
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、この薄膜太陽電池素子の光入射面に対
向する第１の反射面群、上記複数の第１の反射面の間に
存する光透過孔群、この光透過孔群に入射光を集光する
第２の反射面群、及び、この第２の反射面群の傾きを調
整する傾き調整手段を有する集光反射素子とを備えるこ
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
射素子の第２の反射面群によって、上記光透過孔群に集
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と上記
集光反射素子の第１の反射面群との間で多重反射され
る。従って、上記第２の反射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第１の反
射面群で逃がさないで有効に利用する点と、光が集光反
射素子の第１の反射面群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、発電効率が高くなる。

【００１２】また、太陽が真上になくて、入射光が集光
反射素子に斜めから入射する場合、上記傾き調整手段に
よって第２の反射面群の傾きを入射光の入射方向に応じ
て変えて、入射光を光透過孔群に効果的に集光できる。
従って、入射光の方向に拘わらず、高い発電効率を維持
することができる。

【００１３】１実施の形態では、上記集光反射素子の第
２の反射面群が、上記第１の反射面群に対して傾斜した
平面状の斜面群であると共に、上記光透過孔の両側に位
置している。

【００１４】上記実施の形態では、上記集光反射素子の
第２の反射面群が、上記第１の反射面群に対して傾斜し
た平面状の斜面群であるので、曲面群である場合に比し
て構造が簡単である。また、上記第２の反射面群が上記
光透過孔の両側に位置しているので、効果的に光を集光
できる。

【００１５】また、１実施の形態では、上記集光反射素
子の上記第１の反射面群は、複数の３角柱の底面に設け
られた反射膜であり、上記集光反射素子の上記第２の反
射面群は、上記複数の３角柱の両側面に設けられた反射
膜である。

【００１６】上記実施の形態によれば、上記底面と両側
面に反射膜が形成された複数の３角柱を並べるといった
簡便な方法で、光を集光するための第２の反射面群と、
多重反射のための第１の反射面群と、光透過孔群を有す
る集光反射素子を作製することが可能となる。従って、
高効率な薄膜太陽電池の低コスト化を実現することがで
きる。

【００１７】また、１実施の形態では、上記３角柱の断
面である３角形は、２等辺３角形であり、その２等辺３
角形の頂角が３０度以下である。

【００１８】上記実施の形態によれば、上記２等辺３角
形の頂角が３０度以下であるから、太陽が真上になくて
も、第２の反射面によってより効果的に集光することが
できる。従って、上記薄膜太陽電池の光電変換層に照射
される光量がより増大して、発電効率をより高くするこ
とができる。

【００１９】また、１実施の形態では、上記傾き調整手
段は、上記複数の３角柱を回転させて上記第２の反射面
群の傾きを調整する。

【００２０】上記実施の形態によれば、上記傾き調整手
段は、上記複数の３角柱を回転させて上記第２の反射面
群の傾きを調整するから、上記第２の反射面群の傾きを
簡単に調整できる。

【００２１】また、１実施の形態では、上記傾き調整手
段は、上記複数の３角柱を回転可能に支持する固定支持
体と、上記複数の３角柱を回転可能に支持すると共に上
記固定支持体に対して平行移動する可動支持体を備え
る。

【００２２】上記実施の形態によれば、上記複数の３角
柱を回転可能に支持する固定支持体に対して、上記複数
の３角柱を回転可能に支持する可動支持体を平行移動さ
せると、上記複数の３角柱の傾きが調整されて、第２の
反射面群の傾きが調整される。また、上記傾き調整手段
は、上記固定支持体と可動支持体とで構成しているの
で、簡略な機構で、かつ、安価に製作できる。従って、
高効率で、かつ、低コストな薄膜太陽電池を実現するこ
とができる。

【００２３】また、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。

【００２４】上記実施の形態によれば、上記集光反射素
子の第２の反射面群によって集光されて光透過孔を通っ
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
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、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
子の上記第１の反射面群と、上記薄膜太陽電池素子との
間で多重反射される。従って、上記集光反射素子の第２
の反射面群によって集光されて光透過孔を一度通った光
を第１の反射面群で逃がさないようにして有効に利用す
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、光が薄膜太陽電池素子と第１の
反射面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。

【００２５】また、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。

【００２６】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透明基板であるので、
光透過孔群から入射した光と、上記蛍光特性を有する透
明基板によって光電変換に利用できない波長域の光から
光電変換に利用できる波長域の光に変換された光とが、
薄膜太陽電池素子と集光反射素子の第１の反射面群との
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て、発電
効率を高くすることができる。

【００２７】また、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。

【００２８】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、従来
の薄膜太陽電池に対して、簡単に上記集光反射素子を取
り付けて、上記実施の形態の薄膜太陽電池を構成するこ
とができて、従来の薄膜太陽電池の発電効率を容易に改
善することが可能となる。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。

【００２９】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、スペーサーを介して機械的に固定されてい
る。

【００３０】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、それらを簡単に分解し
て、交換等をすることができる。また、従来の薄膜太陽
電池に対して、簡単に上記蛍光特性を有する透明基板及
び上記集光反射素子を取り付けて、上記実施の形態の薄
膜太陽電池を簡単に構成することができて、従来の薄膜
太陽電池の発電効率を容易に改善することが可能とな
る。

【００３１】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。

【００３２】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
素子の第１の反射面との間に光電変換層及び蛍光層を挟
んで、薄膜太陽電池素子の反射層と集光反射素子の第１
の反射面との間で、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。

【００３３】

【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。

【００３４】（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図を示しており、図２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。

【００３５】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。

【００３６】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。
また、上記反射防止層７の表面は、薄膜太陽電池素子１
００の光入射面となる。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、上記電極金
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。

【００３７】一方、上記集光反射素子２００は、図１，
２に示すように、上記薄膜太陽電池素子１００の光入射
面に対向する第１の反射面群１０と、上記複数の第１の
反射面１０の間に存する平行な直線状の光透過孔群９
と、この光透過孔群９に入射光１１を集光するための第
２の反射面群１２と、この第２反射面群２の傾きを調整
するための傾き調整手段２５０を備える。

【００３８】上記第１の反射面群１０は、３角柱群１４
の底面に形成した反射膜からなり、上記第２の反射面群
１２は、上記３角柱群１４の両側面に形成した反射膜か
らなる。上記３角柱１４は、断面が２等辺３角形をな
し、この２等辺３角形の頂角２０は３０度以下にして、
より多くの入射光１１を光透過孔群９へと集光するよう
にしている。すなわち、より多くの入射光１１を光透過
孔群９へと集光するためには、上記第２の反射面群１２
である平面状の斜面群は薄膜太陽電池素子１００の光入
射面に対してできるだけ急傾斜面であることが望まし
く、上記第２の反射面群１２である平面状の斜面群の傾
き角度は７５度以上であることが望ましいため、上記３
角柱１４の断面の２等辺３角形の頂角２０を３０度以下
にしているのである。もっとも、上記断面が２等辺３角
形の３角柱１４に代えて、断面が不等辺３角形の３角柱
を用いてもよく、あるいは、底角の１つが鈍角となる３
角柱を用いてもよい。

【００３９】一方、上記傾き調整手段２５０は、上記３
角柱群１４を回転可能に支持する固定支持体１５及び可
動支持体１６と、この固定支持体１５及び可動支持体１
６に両端が回転自在に連結された連結棒１９とからなっ
ている。上記３角柱群１４の端面に、それぞれ、第１の
受け孔１７と第２の受け孔１８とを設け、この第１の受
け孔１７に対して、固定支持体１５に設けられた突起
（図示せず）を回転可能に嵌め込むと共に、上記第２の
受け孔１８に対して、上記可動支持体１６に設けられた
突起（図示せず）を回転可能に嵌め込んでいる。上記固
定支持体１５と可動支持体１６と連結棒１９とは平行リ
ンクを構成していて、上記可動支持体１６を固定支持体
１５に対して図１において左右に移動すると、３角柱群
１４は第１の受け孔１７を中心として回転して傾きを変
えることになる。

【００４０】なお、図示しないが、上記可動支持体１６
は、例えば、ステッピングモータで駆動されるラックピ
ニオン機構、電磁比例ソレノイド等の駆動手段によって
駆動するようにしている。

【００４１】上記構成の太陽電池に、図１に示すよう
に、太陽光等の入射光１１が垂直に照射されると、入射
光１１は第２の反射面群１２により反射されて、光透過
孔群９へと入射する。ここで、上記３角柱１４の断面で
ある２等辺３角形に頂角２０は３０度以下で、つまり、
第２の反射面群１２である平面状の斜面群が薄膜太陽電
池素子１００の光入射面に対して７５度以上傾いている
ため、より多くの入射光１１を光透過孔群９へと集光す
ることができる。

【００４２】このようにして光透過孔群９へと集光され
た入射光１１は、薄膜太陽電池素子１００へと入射す
る。上記薄膜太陽電池素子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、再
度、多結晶Ｓｉ薄膜半導体層５，４，３を通過すること
により、多結晶Ｓｉ薄膜半導体層４，５における光吸収
効率が高められる。

【００４３】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、第１の反射面群１０により反射されて、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、上記光透
過孔群９から入射した光が、集光反射素子２００の第１
の反射面群１０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の第１の反射面群１０と薄膜太陽電池素子
１００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、電荷の走行距離を短くして外
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、本薄膜太陽電池は、集光反射素子２
００の第２の反射面群１２の傾き角度、すなわち、第１
の反射面群１０と第２の反射面群１２が形成された３角
柱群１４の傾き角度を、傾き調整手段２５０によって，
入射光１１の入射角度に対応して変えることにより、よ
り効率的な集光特性を実現することができる。従って、
入射光の入射角度に拘わらず、発電効率を高くすること
ができる。

【００４６】例えば、上記３角柱群１４が図３及び図４
に示すような角度で固定されていると、図３に示すよう
に、入射光が薄膜太陽電池素子１００に対して垂直に入
射している場合、光透過孔群９の左右に位置する第２の
反射面群１２で反射された入射光１１は、光透過孔群９
へと集光されるが、図４に示すように、入射光１１が右
斜め上または左斜め上から入射した場合、第２の反射面
群１２で反射された入射光１１は、光透過孔９を挟んで
対向する位置の第２の反射面群１２において再度反射さ
れ、薄膜太陽電池素子１００と反対の方向へと放射され
て、入射光１１が光透過孔群９へと集光されなくなって
しまう。

【００４７】図５は、入射光１１が右斜め上４５度から
入射する場合に、第１の受け孔１７を中心として、３角
柱群１４を右に４５度傾けたときの入射光１１の反射状
態を示している。また、図６は、入射光１１が左斜め上
４５度から入射した際に、第１の受け孔１７を中心とし
て、３角柱群１４を左に４５度傾けたときの入射光１１
の反射状態を示している。図５および図６から、入射光
１１の入射角度に対応して、３角柱群１４の角度を変え
ることによって、傾いて入射してくる入射光も効率良く
光透過孔群９へと集光できて、薄膜太陽電池素子１００
と集光反射素子２００との間での光の多重反射による発
電効率の向上を実現できることが分る。

【００４８】図１においては、薄膜太陽電池素子１００
として、図１６に示すような多結晶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１７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。

【００４９】（実施の形態２）図７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、透明基板側
から光を入射するタイプの薄膜太陽電池素子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３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。

【００５０】上記薄膜太陽電池素子３００は、ガラス基
板からなる透明基板２２上に、透明導電層２３、電流を
取り出すための集電電極２４、非晶質Ｓｉ薄膜半導体層
からなりｐ型不純物がドーピングされたｐ層２５、非晶
質Ｓｉ薄膜半導体層からなり真性半導体であるｉ層２
６、非晶質Ｓｉ薄膜半導体層からなりｎ型不純物がドー
ピングされたｎ層２７、光反射効果を有する反射層とし
ての電極金属層２８を順次積層してなる。上記ｐ層２
５、ｉ層２６及びｎ層２７は、光電変換層の一例を構成
する。

【００５１】図７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、透明導電層２３、集電電極２４、
非晶質Ｓｉ薄膜半導体層２５、及び、電極金属層２８の
表面で反射された光が、集光反射素子２００の第１の反
射面群１０により反射されて、再度、薄膜太陽電池素子
３００に入射して、非晶質Ｓｉ薄膜半導体層２５に入射
する。このように、光透過孔群９から入射した光が、集
光反射素子２００と薄膜太陽電池素子３００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。

【００５２】また、図１の場合と同様に、上記集光反射
素子２００の第２の反射面群１２の傾き角度、すなわ
ち、第１に反射面１０及び第２の反射面１２となる反射
膜が表面に形成された３角柱群１４の傾き角度を、傾き
調整手段２５０よって、入射光１１の入射角度に対応し
て変えることにより、入射光１１が斜めから入射して
も、より効率的な集光特性を維持することができる。。

【００５３】

【実施例１】図８から図１０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の薄膜太陽電池の集光
反射素子２００を作成した。

【００５４】まず、図８に示すように、断面において頂
角２０が３０度の２等辺３角形であるポリカーボネート
樹脂製の３角柱１４を押し出し成形法により作製し、こ
の３角柱１４の両端面に第１の受け孔１７と第２の受け
孔１８とを形成した。次に、図９に示すように、上記３
角柱１４に、膜厚１００ｎｍのＡｌ_０.９５Ｔｉ_{０.０ ５}
からなる反射膜をスパッタリングにより形成して、第１
の反射面１０と第２の反射面１２を形成した。次に、図
１０に示すように、上記複数の第１の受け孔１７に、固
定支持体１５に設けた突起群（図示せず）を回転可能に
嵌め込むと共に、第２の受け孔１８に、可動支持体１６
に設けた突起群（図示せず）を回転可能に嵌め込んだ。
上記固定支持体１５と可動支持体１６とは平行に配置す
る。そして、上記固定支持体１５と可動支持体１６の端
部分に、連結棒１９の両端を図示しないピンにより回動
自在に連結した。上記固定支持体１５に対して可動支持
体１６を図１０において左右に駆動すると、それぞれの
３角柱群１４は、第１の受け孔１７を中心として傾きを
変えることになる。

【００５５】ここで、上記３角柱１４の断面形状は、２
等辺３角形であり、第１の反射面群１０となる側面の長
さが１０．０ｍｍであり、第２の反射面群となる側面の
長さが１９．３ｍｍである。また、上記３角柱１４を、
光透過孔群９の幅が２．０ｍｍの帯状になるように、固
定支持体１５及び可動支持体１６に取り付けている。ま
た、第１の受け孔１７と第２の受け孔１８とを、それぞ
れ、直径２ｍｍ、深さ２ｍｍの円柱状の孔とし、固定支
持体１５と可動支持体１６とに設けた突起群は、第１の
受け孔１７と第２の受け孔１８とに対して、回転可能と
するため、直径１．９５ｍｍ、高さ１．９５ｍｍの円柱
状の突起群とした。

【００５６】本実施例１においては、ＡｌＴｉスパッタ
膜を第１の反射面群１０及び第２の反射面群１２を構成
する反射膜として用いたが、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、反射膜の膜厚は、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、反射膜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。また、本実施例１においては、スパッタリン
グにより反射膜を形成したが、真空蒸着等の成膜方法を
用いることも可能である。さらに、無電界メッキ法等の
電鋳技術を用いて金属反射膜を形成することにより、集
光反射素子形成のための真空プロセスが不要となり、薄
膜太陽電池の低価格化を実現することが可能となる。

【００５７】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、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、電極金属層２と半
導体層４との電気的接触を良好にするために設けた一つ
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、この多結晶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。

【００５８】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、ＳｉＨ_４ガス、Ｈ
_２ガス、ＰＨ_３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上には、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。

【００５９】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、Ｈ_２ガス、
ＰＨ_３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上には、Ｐがわずかにドーピング
された膜厚１５０ｎｍの多結晶Ｓｉ薄膜半導体膜４を堆
積した。

【００６０】上記多結晶Ｓｉ薄膜半導体膜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、直線状の光透過孔群１０から入射光が多重反射する
ため、多結晶Ｓｉ薄膜半導体膜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
することが望ましい。

【００６１】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、Ｈ_２ガス、
ＢＦ_３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上には、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。

【００６２】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の半導体膜表面に装着した状態で、Ａｌ
Ｔｉ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６を形成した。

【００６３】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、上
記多結晶Ｓｉ薄膜半導体膜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。

【００６４】以上のようにして作製した集光反射素子２
００の固定支持体１５と薄膜太陽電池素子１００とを、
図１１に示すように、弾性を有する樹脂製スペーサー２
９を介して、固定金具３０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。

【００６５】このように、上記薄膜太陽電池素子１００
に集光反射素子２００を樹脂製スペーサー２９を介して
固定金具３０により機械的に固定しているので、上記薄
膜太陽電池素子１００に集光反射素子２００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１
００と集光反射素子２００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。

【００６６】次に、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のみからなって集光反射素子を有さ
ない薄膜太陽電池を比較例１の薄膜太陽電池とした。

【００６７】上記実施例１の薄膜太陽電池の集光反射素
子２００の３角柱群１４を図３に示すような角度で固定
し、実施例１と比較例１の薄膜太陽電池に対して、ＡＭ
１.５シミュレーターで１００ｍＷ／ｃｍ^２の光を真上
から照射し、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４３％程度高くなっていることが分った。

【００６８】次に、実施例１の薄膜太陽電池の集光反射
素子２００における３角柱群１４の角度を図３の状態と
して、ＡＭ１.５シミュレーターで１００ｍＷ／ｃｍ^２
の光を斜め上４５度から入射した場合、実施例１の薄膜
太陽電池に光を真上から照射した場合に比べて、開放電
圧が６０％程度小さく、短絡電流が７０％程度小さくな
っていることが確認されて、光電変換効率は８８％程度
低下してしまった。しかし、実施例１の薄膜太陽電池に
おける３角柱群１４の角度を図５に示すように、４５度
傾けた場合、図３に示す状態の実施例１の薄膜太陽電池
に光を真上から照射した場合に比べて、開放電圧が５％
程度小さく、短絡電流が１０％程度小さくなっているこ
とが確認され、光電変換効率の低下を１５％程度に抑え
ることができた。

【００６９】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。

【００７０】

【実施例２】図１２に示すように、実施例１における集
光反射素子２００と、粒径５μｍのＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ，
Ｍｇ，Ｔｉの蓄光性蛍光粒子を２０体積％含有した板厚
１ｍｍの蛍光ガラス基板３１と、実施例１における薄膜
太陽電池素子１００とを、弾性を有する樹脂製スペーサ
ー２９を介して、固定金具３０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。

【００７１】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。

【００７２】そこで、図１２に示すように、上記蛍光ガ
ラス基板３１を、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３
１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の第１の反
射面群１０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。

【００７３】上記実施例２の薄膜太陽電池の集光反射素
子２００の３角柱群１４を図３に示すような角度で固定
し、実施例２と比較例１の薄膜太陽電池に対して、ＡＭ
１.５シミュレーターで１００ｍＷ／ｃｍ^２の光を真上
から照射し、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２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７９％程度高くなっていることが分った。

【００７４】次に、実施例２の薄膜太陽電池の集光反射
素子２００における３角柱群１４の角度を図３の状態と
して、ＡＭ１.５シミュレーターで１００ｍＷ／ｃｍ^２
の光を斜め上４５度から入射した場合、実施例２の薄膜
太陽電池に光を真上から照射した場合に比べて、開放電
圧が６５％程度小さく、短絡電流が６５％程度小さくな
っていることが確認され、光電変換効率は８８％程度低
下してしまった。しかし、実施例２の薄膜太陽電池にお
ける３角柱群１４の角度を図５に示すように、４５度傾
けた場合、図３に示す状態の実施例２の薄膜太陽電池に
光を真上から照射した場合に比べて、開放電圧が４％程
度小さく、短絡電流が８％程度小さくなっていることが
確認され、光電変換効率の低下を１２％程度に抑えるこ
とができた。

【００７５】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。

【００７６】また、本実施例２においては、蛍光粒子と
して粒径５μｍのＹ_２Ｏ_２Ｓ：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。

【００７７】例えば、蛍光粒子として、粒径２〜２０μ
ｍ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、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、５５０〜６６０ｎｍの波長の光を放
射させることが可能である。

【００７８】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。

【００７９】

【実施例３】図１３に実施例３の薄膜太陽電池の断面図
を示す。本実施例３は、図７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１３における集光反射
素子２００と薄膜太陽電池素子３００は、図７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３
００と同じ構成を有する。

【００８０】上記薄膜太陽電池素子３００は、図７に示
すように、ガラス基板２２上に、膜厚３０ｎｍのＳｎＯ
_２透明導電層２３を反応性スパッタリングにより形成し
た後、ガラス基板２２をスパッタリング装置に取り付
け、遮蔽マスクを基板２２の透明導電層２３表面に装着
した状態で、ＡｌＴｉ合金ターゲットを用いて膜厚１０
０ｎｍのＡｌ_０.９５Ｔｉ_０.０５からなる幅０.１ｍ
ｍ、間隔５ｍｍのくし型集電電極２４を形成した。

【００８１】次に、ｐ型不純物ドープ半導体層であるｐ
層２５、真性半導体であるｉ層２６、ｎ型不純物ドープ
層であるｎ層２７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２５，２６，２７は、それぞれ、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
２５、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１００ｎｍのａ−Ｓｉ：Ｈのｉ層２６、Ｓ
ｉＨ_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２７と
した。上記光電変換層２５，２６，２７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２８をスパッタリングにより形成
した。

【００８２】上記集光反射素子２００と薄膜太陽電池素
子３００とを、図１３に示すように、弾性を有する樹脂
製スペーサー２９を介して、固定金具３０により機械的
に固定し、実施例３の薄膜太陽電池を完成した。

【００８３】また、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７を援用す
る。）、ＳｎＯ_２透明導電層２３の膜厚を１００ｎｍと
し、ｉ層の膜厚を３００ｎｍとした従来の構成の薄膜太
陽電池を比較例２として同時に作製した。ここで、Ｓｎ
Ｏ_２透明導電層２３の膜厚を１００ｎｍとした理由は、
透明導電層２３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。

【００８４】上記実施例３の薄膜太陽電池の集光反射素
子２００の３角柱群１４を図３に示すような角度で固定
し、実施例３と比較例２の薄膜太陽電池に対して、ＡＭ
１.５シミュレーターで１００ｍＷ／ｃｍ^２の光を真上
から照射し、Ｉ−Ｖ特性を測定したところ、実施例３の
薄膜太陽電池は、比較例２の薄膜太陽電池に比べて、開
放電圧がほぼ等しく、短絡電流が５５％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２の薄膜太陽電池に比べて、光電変換効
率が５５％程度高くなっていることが分った。

【００８５】次に、実施例３の薄膜太陽電池の集光反射
素子２００における３角柱群１４の角度を図３の状態と
して、ＡＭ１.５シミュレーターで１００ｍＷ／ｃｍ^２
の光を斜め上４５度から入射した場合、実施例３の薄膜
太陽電池に光を真上から照射した場合に比べて、開放電
圧が７０％程度小さく、短絡電流が８０％程度小さくな
っていることが確認されて、光電変換効率は９４％程度
低下してしまった。しかし、実施例３の薄膜太陽電池に
おける３角柱群１４の角度を図５に示すように、４５度
傾けた場合、図３に示す状態の実施例３の薄膜太陽電池
に光を真上から照射した場合に比べて、開放電圧が５％
程度小さく、短絡電流が９％程度小さくなっていること
が確認され、光電変換効率の低下を１４％程度に抑える
ことができた。

【００８６】本実施例３においては、光電変換層として
非晶質Ｓｉ薄膜半導体層２５，２６，２７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２５，２６，２７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
３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２５，２６，２７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２５，２６，２７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４】図１４に示すように、実施例３において使
用した集光反射素子２００と、粒径５μｍのＹ_２Ｏ
_２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄光性蛍光粒子を２０体積％
含有した板厚１ｍｍの蛍光ガラス基板３１と、実施例３
において使用した薄膜太陽電池素子３００とを、弾性を
有する樹脂製スペーサー２９，２９を介して、固定金具
３０により機械的に固定し、実施例４の薄膜太陽電池を
完成した。

【００８８】実施例４においては、実施例２の場合と同
様に、蛍光ガラス基板３１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３１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の第１の反射面群１０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４の薄膜太陽電池の集光反射素
子２００の３角柱群１４を図３に示すような角度で固定
し、実施例４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／ｃ
ｍ^２の光を真上から照射し、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２の薄膜太陽電
池に比べて、開放電圧が９％程度大きく、短絡電流が７
２％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２の薄膜太陽電池に
比べて、光電変換効率が８７％程度高くなっていること
が分った。

【００９０】次に、実施例４の薄膜太陽電池の集光反射
素子２００における３角柱群１４の角度を図３の状態と
して、ＡＭ１.５シミュレーターで１００ｍＷ／ｃｍ^２
の光を斜め上４５度から入射した場合、実施例４の薄膜
太陽電池に光を真上から照射した場合に比べて、開放電
圧が７５％程度小さく、短絡電流が６０％程度小さくな
っていることが確認されて、光電変換効率は９０％程度
低下してしまった。しかし、実施例４の薄膜太陽電池に
おける３角柱群１４の角度を図５に示すように、４５度
傾けた場合、図３に示す状態の実施例４の薄膜太陽電池
に光を真上から照射した場合に比べて、開放電圧が５％
程度小さく、短絡電流が６％程度小さくなっていること
が確認されて、光電変換効率の低下を１１％程度に抑え
ることができた。

【００９１】本実施例４においては、光電変換層として
非晶質Ｓｉ薄膜半導体層２５，２６，２７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２５，２６，２７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
４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２５，２６，２７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２５，２６，２７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。

【００９２】また、本実施例４においては、蛍光粒子と
して粒径５μｍのＹ_２Ｏ_２Ｓ：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。

【００９３】例えば、蛍光粒子として、粒径２〜２０μ
ｍ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、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、５５０〜６６０ｎｍの波長の光を放
射させることが可能である。

【００９４】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。

【００９５】

【実施例５】図１５に実施例５の薄膜太陽電池の断面図
を示す。

【００９６】本実施例５は、図１３に示す実施例３に記
載した薄膜太陽電池素子３００のガラス基板２２（図７
参照）の代わりに、蛍光ガラス基板３２を用いた構成と
なっている。他の点については、実施例５の薄膜太陽電
池素子４００と実施例３の薄膜太陽電池素子３００とは
同じ構成を有する。また、実施例５の集光反射素子２０
０は、実施例１の集光反射素子２００と同じ構成を有す
るので、同一参照番号を付して、説明を省略する。

【００９７】上記蛍光ガラス基板３２は、粒径５μｍの
Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄光性蛍光粒子を２０
体積％含有した板厚２ｍｍの蛍光ガラス基板である。

【００９８】上記蛍光ガラス基板３２を基板とした薄膜
太陽電池素子４００と上記集光反射素子２００とを、図
１５に示すように、弾性を有する樹脂製スペーサー２９
を介して、固定金具３０により機械的に固定し、実施例
５の薄膜太陽電池を完成した。

【００９９】上記実施例５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／ｃｍ^２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２の薄膜太
陽電池に比べて、開放電圧が１２％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５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８５％程度高くなってい
ることがわかった。

【０１００】次に、実施例５の薄膜太陽電池の集光反射
素子２００における３角柱群１４の角度を図３の状態と
して、ＡＭ１.５シミュレーターで１００ｍＷ／ｃｍ^２
の光を斜め上４５度から入射した場合、実施例５の薄膜
太陽電池に光を真上から照射した場合に比べて、開放電
圧が７０％程度小さく、短絡電流が６５％程度小さくな
っていることが確認されて、光電変換効率は８９％程度
低下してしまった。しかし、実施例５の薄膜太陽電池に
おける３角柱群１４の角度を図５に示すように、４５度
傾けた場合、図３に示す状態の実施例５の薄膜太陽電池
に光を真上から照射した場合に比べて、開放電圧が３％
程度小さく、短絡電流が４％程度小さくなっていること
が確認されて、光電変換効率の低下を７％程度に抑える
ことができた。

【０１０１】本実施例５においては、光電変換層として
非晶質Ｓｉ薄膜半導体層２５，２６，２７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２５，２６，２７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、非晶質Ｓｉ薄膜半導体層２５，２６，２７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２５，２６，２７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。

【０１０２】また、本実施例５においては、蛍光粒子と
して粒径５μｍのＹ_２Ｏ_２Ｓ：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。

【０１０３】例えば、蛍光粒子として、粒径２〜２０μ
ｍ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、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、５５０〜６６０ｎｍの波長の光を放
射させることが可能である。

【０１０４】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。

【０１０５】

【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、集光反射素子の第２の反
射面群によって、光透過孔群に集光されて、その光透過
孔からの光は、薄膜太陽電池素子に入射して、上記薄膜
太陽電池素子と上記集光反射素子の第１の反射面群との
間で多重反射される。従って、本発明によれば、上記第
２の反射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第１の反射面群で逃がさない
で有効に利用する点と、光が集光反射素子の第１の反射
面群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を著しく増大して、発電効
率を高くすることができる。

【０１０６】さらに、本発明の薄膜太陽電池によれば、
上記第２の反射面群の傾きを調整する傾き調整手段を備
えるので、太陽が真上になくて、入射光が集光反射素子
に斜めから入射する場合であっても、上記傾き調整手段
によって第２の反射面群の傾きを入射光の入射方向に応
じて変えて、入射光を光透過孔群に効果的に集光するこ
とができ、従って、入射光の方向に拘わらず、高い発電
効率を維持することができる。

【０１０７】１実施の形態では、上記集光反射素子の第
２の反射面群が、上記第１の反射面群に対して傾斜した
平面状の斜面群であるので、曲面群である場合に比して
構造が簡単である。また、上記第２の反射面群が上記光
透過孔の両側に位置しているので、効果的に光を集光で
きる。

【０１０８】また、１実施の形態では、上記集光反射素
子の上記第１の反射面群は、複数の３角柱の底面に設け
られた反射膜であり、上記集光反射素子の上記第２の反
射面群は、上記複数の３角柱の両側面に設けられた反射
膜であるので、上記底面と両側面に反射膜が形成された
複数の３角柱を並べるといった簡便な方法で、光を集光
するための第２の反射面群と、多重反射のための第１の
反射面群と、光透過孔群を有する集光反射素子を作製す
ることが可能となる。従って、高効率な薄膜太陽電池の
低コスト化を実現することができる。

【０１０９】また、１実施の形態では、上記３角柱の断
面である３角形は、２等辺３角形であり、その２等辺３
角形の頂角が３０度以下であるので、太陽が真上になく
ても、第２の反射面によってより効果的に集光すること
ができる。従って、上記薄膜太陽電池の光電変換層に照
射される光量がより増大して、発電効率をより高くする
ことができる。

【０１１０】また、１実施の形態によれば、上記傾き調
整手段は、上記複数の３角柱を回転させて上記第２の反
射面群の傾きを調整するから、上記第２の反射面群の傾
きを簡単に調整できる。

【０１１１】また、１実施の形態では、上記傾き調整手
段は、上記複数の３角柱を回転可能に支持する固定支持
体と、上記複数の３角柱を回転可能に支持すると共に上
記固定支持体に対して平行移動する可動支持体を備える
ので、上記複数の３角柱を回転可能に支持する固定支持
体に対して、上記複数の３角柱を回転可能に支持する可
動支持体を平行移動させるだけで、上記複数の３角柱の
傾きを調整して、第２の反射面群の傾きを簡単に調整す
ることができる。また、上記傾き調整手段は、上記固定
支持体と可動支持体とで構成しているので、簡略な機構
で、かつ、安価に製作できる。従って、高効率で、か
つ、低コストな薄膜太陽電池を実現することができる。

【０１１２】また、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
透明基板を設置しているので、上記集光反射素子の第２
の反射面群によって集光されて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、ランダムに放射、散乱されて、上記集光反射素子の
上記第１の反射面群と、上記薄膜太陽電池素子との間で
多重反射される。従って、上記集光反射素子の第２の反
射面群により集光されて光透過孔を一度通った光を第１
の反射面群で逃がさないようにして有効に利用する点
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、光が薄膜太陽電池素子と第１の反射
面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を著しく増大して、発電効率
を極めて高くすることができる。

【０１１３】また、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、
光透過孔群から入射した光と、上記蛍光特性を有する透
明基板によって光電変換に利用できない波長域の光から
光電変換に利用できる波長域の光に変換された光とを、
薄膜太陽電池素子と集光反射素子の第１の反射面群との
間で多重反射して、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を増大でき、従って、発電効
率を高くすることができる。

【０１１４】また、１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、
従来の薄膜太陽電池に対して、簡単に上記集光反射素子
を取り付けて、上記実施の形態の薄膜太陽電池を構成す
ることができて、従来の薄膜太陽電池の発電効率を容易
に改善することが可能となる。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。

【０１１５】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、それらを簡単に分
解して、交換等をすることができる。また、従来の薄膜
太陽電池に対して、簡単に上記蛍光特性を有する透明基
板及び上記集光反射素子を取り付けて、上記実施の形態
の薄膜太陽電池を簡単に構成することができて、従来の
薄膜太陽電池の発電効率を容易に改善することが可能と
なる。

【０１１６】また、１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
ので、上記薄膜太陽電池素子の反射層と集光反射素子の
第１の反射面との間に光電変換層及び蛍光層を挟んで、
薄膜太陽電池素子の反射層と集光反射素子の第１の反射
面との間で、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
を著しく増大して、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
図である。

【図２】 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３】 本発明の薄膜太陽電池の集光作用を説明する
断面図である。

【図４】 本発明の薄膜太陽電池の集光作用を説明する
断面図である。

【図５】 本発明の薄膜太陽電池の集光作用を説明する
断面図である。

【図６】 本発明の薄膜太陽電池の集光作用を説明する
断面図である。

【図７】 本発明の実施の形態２の薄膜太陽電池の断面
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
素子の製造方法を説明する図である。

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

【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説明する図である。

【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】 本発明の実施例５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。

【図１８】 従来の薄膜太陽電池の断面図である。

【符号の説明】

１ 支持体を兼ねた基板 ２，２８ 電極金属層 ３，４，５ 多結晶Ｓｉ半導体層 ６，２４ 集電電極 ９ 光透過孔群 １０ 第１の反射面群 １２ 第２の反射面群 １４ ３角柱 １５ 固定支持体 １６ 可動支持体 １７ 第１の受け孔 １８ 第２の受け孔 １９ 連結棒 ２２ 透明基板 ２５，２６，２７ 非晶質Ｓｉ半導体層 ２９ 樹脂製スペーサ ３０ 固定金具 ３１，３２ 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 ２５０ 傾き調整手段

Claims (11)

【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、 この薄膜太陽電池素子の光入射面に対向する第１の反射
   面群、上記複数の第１の反射面の間に存する光透過孔
   群、この光透過孔群に入射光を集光する第２の反射面
   群、及び、この第２の反射面群の傾きを調整する傾き調
   整手段を有する集光反射素子とを備えることを特徴とす
   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第２の反射面群が、上記第１の反射
   面群に対して傾斜した平面状の斜面群であると共に、上
   記光透過孔の両側に位置し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または２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第１の反射面群は、複数の３角
   柱の底面に設けられた反射膜であり、上記集光反射素子
   の上記第２の反射面群は、上記複数の３角柱の両側面に
   設けられた反射膜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３に記載の薄膜太陽電池におい
   て、 上記３角柱の断面である３角形は、２等辺３角形であ
   り、その２等辺３角形の頂角が３０度以下であることを
   特徴とする薄膜太陽電池。
5. 【請求項５】 請求項３または４に記載の薄膜太陽電池
   において、 上記傾き調整手段は、上記複数の３角柱を回転させて上
   記第２の反射面群の傾きを調整することを特徴とする薄
   膜太陽電池。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の薄膜太陽電池におい
   て、 上記傾き調整手段は、上記複数の３角柱を回転可能に支
   持する固定支持体と、上記複数の３角柱を回転可能に支
   持すると共に上記固定支持体に対して平行移動する可動
   支持体を備えることを特徴とする薄膜太陽電池。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６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。
8. 【請求項８】 請求項１乃至６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。
9. 【請求項９】 請求項１乃至６及び８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。
10. 【請求項１０】 請求項７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。
11. 【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。