JP2003197937A - 太陽電池および太陽電池モジュールおよび太陽電池色彩制御方法 - Google Patents

太陽電池および太陽電池モジュールおよび太陽電池色彩制御方法

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Koji Funakoshi
康志 舩越
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    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池の見た目の色彩を調整可能にすると
ともに、その際に問題となる変換効率の低下を抑えるよ
うにした太陽電池および太陽電池モジュールを提供す
る。 【解決手段】 結晶系シリコン基板を母体とする太陽電
池本体と、前記太陽電池本体の受光面側に形成される第
１の屈折率（ｎ１）で第１の膜厚（ｄ１）を有する第１
反射防止膜と、前記第１層目の反射防止膜上に積層さ
れ、第１反射防止膜よりも小さい第２の屈折率（ｎ２）
で第２の膜厚（ｄ２）を有する第２反射防止膜とを備
え、第１反射防止膜と第２反射防止膜とのいずれか一方
の反射防止膜の屈折率と膜厚とを定めた上で他方の反射
防止膜を、反射防止膜全体として所望の色彩を呈するた
めの光学的膜厚となるように相補的に屈折率と膜厚とを
定めた太陽電池とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池およびこ
れを用いた太陽電池ジュールに関し、さらに詳細には太
陽電池の受光面側に設けられる反射防止膜の膜厚および
屈折率を制御することにより、太陽電池の呈する色彩を
制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽光エネルギーを電気エネルギーに変
換する太陽電池は、従来から人口衛星や灯台用の電源、
腕時計、補助バッテリー等の電源として商品化されてお
り、近年においてはビルや住宅用電源としてめざましい
普及を遂げている。太陽電池をビルや住宅に設置するに
あたっては、通常屋根や壁面に取り付けることが多いの
で、太陽電池が住宅用建材の一種と考えられることも多
く、屋根や壁面に設置される場合には単に発電設備とし
ての機能のみが求められるのではなく、デザイン的見地
から他の建材と同様、様々な色彩を呈した太陽電池が提
供されることによって屋根や壁面等周囲の色彩とマッチ
させることが要求されている。
【０００３】しかしながら、現在商品化されている結晶
系シリコン太陽電池は、ほとんどのものが濃紺色、黒色
となっている。その理由は、反射を減らすことによって
太陽電池受光面に照射される光の吸収率を高め、太陽電
池の光電変換効率を向上させるためであり、この目的の
ために受光面に反射防止膜を形成しているのであるが結
晶系シリコン太陽電池では、８００〜１０００ｎｍの波
長領域、即ち赤色〜赤外領域の波長域での吸収感度が高
く、この波長域での光の反射を極力減らす目的で反射防
止膜の膜厚および屈折率を制御しているためである。
【０００４】この太陽電池の色彩に関する問題を解決す
るために、反射防止膜の屈折率と膜厚を調整することに
より太陽電池の色彩を調整することが提案されている。
例えば特開平８−８３２９０号では反射防止膜の成膜処
理工程後に行われる表面電極の焼成に際し、反射防止膜
の膜厚に基づいて焼成温度を上昇又は下降することによ
り光電変換効率を従来製品と遜色ない程度に維持しつ
つ、太陽電池の色彩を調整することができるようにした
技術が開示されている。
【０００５】また、特開平１０−１０７３６０号では、
特定範囲の屈折率を有する反射防止膜を形成することに
よって可視光領域での光の反射率の最小値がその最大値
に対して特定範囲内となるようにし、これによって中間
色を呈する太陽電池を提供する技術が開示されている。
【０００６】図３はこのような太陽電池の従来例を示し
た素子構造断面図である。図中１４は単結晶又は多結晶
シリコン基板であり、基板１４の受光面側にはｎ型拡散
層１５が形成され、さらにその上に屈折率１．８のＳｉ
Ｎｘからなる反射防止膜１６が積層され、かつ、ｎ型拡
散層１５の上には焼成により形成された受光面電極１７
が設けられている。一方、ｐ型シリコン基板１４の裏面
側には高ドープｐ型層１８、さらに裏面電極１９が積層
されている。
【０００７】この素子にある反射防止膜１６の膜厚を変
化させたときの反射率の変化を図４に示す。即ち、屈折
率（ｎ）を１．８として、屈折率（ｎ）と膜厚（ｄ）と
の積ｎｄ（ｎｄを光学的膜厚という）を１５０〜６００
ｎｍの範囲で変化させたものである。図３に見られるよ
うに反射防止膜１６の光学的膜厚ｎｄを制御することに
より反射率が最大となる波長を選択することができる。
太陽電池の色彩には、反射率最大となる波長が反映され
るので反射率が最大となる波長を制御することにより太
陽電池の呈する色彩を制御することができることにな
る。つまり図７に示した光の波長と色との関係図からｎ
ｄ＝１５０ｎｍのときは青色、３００ｎｍのときは黄
色、４５０ｎｍのときは赤紫色、６００ｎｍのときは緑
色というように太陽電池の呈する色彩を制御できること
になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】太陽電池の呈する色彩
は上述したように可視光領域の波長の光（約４００ｎｍ
〜８００ｎｍ）で反射率が最大となる波長領域の色を反
映するために、反射防止膜の屈折率や膜厚を調整して太
陽電池の見かけ上の色彩を調整するということは、赤色
ならば６２０ｎｍ〜７７０ｎｍ、緑色ならば５００ｎｍ
〜５３０ｎｍと、従来感度が高く反射率を押さえていた
長波長側の反射率を高めてしまうこととなり、太陽電池
の変換効率を大きく低減させてしまうこととなった。
【０００９】そこで本発明は反射防止膜の構造を工夫
し、高い変換効率を維持しつつ、所望の色彩を呈する太
陽電池およびこのような太陽電池を用いた太陽電池モジ
ュールを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
になされた本発明の太陽電池は、結晶系シリコン基板を
母体とする太陽電池本体と、前記太陽電池本体の受光面
側に形成される第１の屈折率（ｎ１）で第１の膜厚（ｄ
１）を有する第１反射防止膜と、前記第１層目の反射防
止膜上に積層され、第１反射防止膜よりも小さい第２の
屈折率（ｎ２）で第２の膜厚（ｄ２）を有する第２反射
防止膜とを備え、第１反射防止膜と第２反射防止膜との
いずれか一方の反射防止膜の屈折率と膜厚とを定めた上
で他方の反射防止膜を、反射防止膜全体として所望の色
彩を呈するための光学的膜厚となるように相補的に屈折
率と膜厚とが定められるようにしている。
【００１１】本発明によれば、結晶系シリコン基板を母
体とする太陽電池本体の上に第１の屈折率（ｎ１）で第
１の膜厚（ｄ１）を有する第１反射防止膜と、第１反射
防止膜よりも小さい第２の屈折率（ｎ２）で第２の膜厚
（ｄ２）を有する第２反射防止膜とが積層される。この
とき第１反射防止膜と第２反射防止膜とのいずれか一方
は自由に屈折率と膜厚とを定め、他方は反射防止膜全体
として所望の色彩を呈するための光学的膜厚となるよう
に相補的に屈折率と膜厚とが定められる。このようにし
て反射防止膜全体としての光学的膜厚が特定の値となる
ようにする。この特定の値を適当に定めることにより反
射防止膜が呈する色彩を所望の色彩に調整することがで
きる。そして、２層反射防止膜としたことにより反射率
は小さい値に抑えることができ、カラフルでかつ十分な
光電変換効率を有する太陽電池とすることができる。
【００１２】第１反射防止膜の光学的膜厚（ｎ１ｄ１）
と第２反射防止膜の光学的膜厚（ｎ２ｄ２）との和（ｎ
１ｄ１＋ｎ２ｄ２）が３０００Å以下であるようにして
もよい。これにより、反射防止膜による光の吸収の影響
を抑えることができる。
【００１３】また、第１反射防止膜の屈折率（ｎ１）が
２．０〜２．４の範囲、あるいは第２反射防止膜の屈折
率（ｎ２）が１．５〜２．０の範囲、にしてもよい。
【００１４】また、第１反射防止膜又は／及び第２反射
防止膜がプラズマＣＶＤ法により形成されるＳｉＮｘ膜
であってもよい。プラズマＣＶＤ法によれば成膜温度を
調整することにより簡単に屈折率を大きく変化させるこ
とができ、しかも、成膜時間により膜厚を制御すること
ができるので所望の屈折率および膜厚の反射防止膜を容
易に形成できる。
【００１５】また、上述した太陽電池を複数個配線接続
するとともに、この複数個の太陽電池の受光面側を透光
性封止剤により封止し、かつ、封止剤の外側に透光性部
材を取り付けて太陽電池モジュールとしてもよい。
【００１６】また、本発明の太陽電池の色彩制御方法
は、反射防止膜が所望の色彩を呈するために必要な全光
学的膜厚を定め、第１反射防止膜と第２反射防止膜との
いずれか一方が、反射防止膜全体として所望の色彩を呈
するための光学的膜厚となるように屈折率と膜厚とが定
められるようにしている。全光学的膜厚にするために必
要な第２反射防止膜の光学的膜厚（ｎ２ｄ２）を第１反
射防止膜の光学的膜厚（ｎ１ｄ１）に基づいて算出し、
算出した第２の反射防止膜の光学的膜厚となるように第
２反射防止膜の屈折率（ｎ２）と膜厚（ｄ１）とを定
め、第２反射防止膜が定めた屈折率（ｎ２）と膜厚（ｄ
２）となるように第２反射防止膜を形成するようにす
る。
【００１７】本発明によれば、まず、太陽電池が呈する
色彩を定め、その色彩にするため必要な反射防止膜とし
ての全光学的膜厚を定める。これは光の波長と色との関
係を示す特性図（図７参照）により定められる。続いて
第１の屈折率（ｎ１）で第１の膜厚（ｄ１）を有する第
1反射防止膜を形成し、さらに、全光学的膜厚にするた
めに必要な第２反射防止膜の光学的膜厚（ｎ２ｄ２）を
第１反射防止膜の光学的膜厚（ｎ１ｄ１）に基づいて算
出し、算出した第２の反射防止膜の光学的膜厚となるよ
うに第２反射防止膜の屈折率（ｎ２）と膜厚（ｄ２）と
を定める。ここでは全光学的膜厚は第１反射防止膜の光
学的膜厚（ｎ１ｄ１）と第２反射防止膜の光学的膜厚
（ｎ２ｄ２）との和になる関係があるので、この関係か
ら第２反射防止膜の光学的膜厚（ｎ２ｄ２）を算出す
る。そして第２反射防止膜の光学的膜厚（ｎ２ｄ２）が
算出されるとこの値となるように屈折率（ｎ２）と膜厚
（ｄ２）を定める。そして定めた値となるように第２反
射防止膜を形成する。
【００１８】また、本発明の太陽電池の反射防止膜の色
彩制御方法は、異なる屈折率を有する２層の反射防止膜
が所望の色彩を呈するために必要な全光学的膜厚を定
め、第１反射防止膜の上に積層する第２反射防止膜の屈
折率（ｎ２）と膜厚（ｄ２）とを定め、全光学的膜厚に
するために必要な第１反射防止膜の光学的膜厚（ｎ１ｄ
１）を第２反射防止膜の光学的膜厚（ｎ２ｄ２）に基づ
いて算出し、算出した第１反射防止膜の光学的膜厚（ｎ
１ｄ１）となるように第１反射防止膜の屈折率（ｎ１）
と膜厚（ｄ１）とを定め、第１反射防止膜を定めた屈折
率（ｎ１）と膜厚（ｄ１）となるように形成し、第２反
射防止膜を定めた屈折率（ｎ２）と膜厚（ｄ２）となる
ように形成する。
【００１９】本発明によれば、まず、太陽電池が呈する
色彩を定め、その色彩にするため必要な反射防止膜とし
ての全光学的膜厚を定める。これは光の波長と色との関
係を示す特性図（図７参照）により定められる。続いて
第１反射防止膜の上に積層する第２反射防止膜の屈折率
（ｎ２）と膜厚（ｄ２）とを定め、全光学的膜厚にする
ために必要な第１反射防止膜の光学的膜厚（ｎ１ｄ１）
を第２反射防止膜の光学的膜厚（ｎ２ｄ２）に基づいて
算出し、算出した第１反射防止膜の光学的膜厚（ｎ１ｄ
１）となるように第１反射防止膜の屈折率（ｎ１）と膜
厚（ｄ１）とを定める。このときも、全光学的膜厚は第
１反射防止膜の光学的膜厚（ｎ１ｄ１）と第２反射防止
膜の光学的膜厚（ｎ２ｄ２）との和になる関係があるの
で、この関係から第１反射防止膜の屈折率や膜厚を算出
する。そして定めた値となるように第１反射防止膜と第
２反射防止膜を形成する。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例
を示した太陽電池の素子構造断面図である。図において
１は太陽電池本体を形成する基板であり、主としてｐ型
単結晶シリコン基板が用いられる。基板１の受光面側と
なる上面には、太陽電池として起電力を生じさせるのに
必要なｐｎ接合を形成するためのｎ型拡散層２が形成さ
れている。なお、基板としては結晶系シリコン基板であ
れば単結晶シリコン基板に限らず、多結晶シリコン基板
といった結晶系シリコン基板であってもよい。
【００２１】ｎ型拡散層２の上には、第１反射防止膜
３、第２反射防止膜４が順次積層されている。例えば、
第１層反射防止膜３として屈折率が２．１であるＳｉＮ
ｘ膜を形成し、さらにその上に第２層反射防止膜４とし
て屈折率１．８であるＳｉＮｘ膜を積層している。これ
らの屈折率が異なる同種の反射防止膜３、４はプラズマ
ＣＶＤ装置により形成することができる。プラズマＣＶ
Ｄ装置では成膜条件パラメータを変化させることにより
膜の屈折率を変化させることができるが、本実施例では
主なパラメータのうちで原料ガス流量比、圧力、放電電
力を一定にして成膜温度を、第１層は４５０℃、第２層
は１５０℃とすることにより上述のような屈折率となる
ようにしている。
【００２２】このように膜の屈折率は成膜条件により調
整できるので、予め成膜条件と屈折率との対応を実験的
に見出してテーブルとして記憶しておくことにより、任
意の屈折率の膜を形成することができる。
【００２３】また、膜厚についても成膜条件により成膜
速度が変化するので、予め成膜条件と成膜速度との関係
を調べて記憶しておくことにより、成膜時間をモニタす
ることにより膜厚を制御することができる。
【００２４】５はパターン形状の受光面電極であり、ｎ
型拡散層２上に銀ペーストを焼成することにより形成さ
れる。６は隣接する太陽電池と配線接続を行うためのリ
ード線である。リード線６についてはさらに後述する。
７は基板１の裏面（受光面の反対側）側に設けられた高
ドープｐ型層であり、８は高ドープｐ型層７上に積層さ
れる裏面電極８である。
【００２５】なお、上記第１層反射防止膜３にはＳｉＮ
ｘ膜に代えてＴｉＯｘ等で屈折率が２．０〜２．４のも
のが用いられてもよい。一方、第２反射防止膜としては
ＳｉＮｘ膜に代えてＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯｘ、ＩＴＯ膜等で
屈折率が１．５から２．０のものが用いられてもよい。
ＴｉＯｘ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯｘ、ＩＴＯ膜のような膜は
常圧ＣＶＤや蒸着法により形成することができる。
【００２６】次に、太陽電池モジュールについて説明す
る。図２は、太陽用電池を複数個接続した太陽電池モジ
ュールの構造断面図である。図において９は１つ１つが
図1で示した太陽電池である。個々の太陽電池９は隣接
する太陽電池９との間で、一方の裏面電極と他方の受光
面電極とが接続リード線６より電気的に接続される。こ
れにより太陽電池間は互いに直列接続されることにな
る。
【００２７】太陽電池９の受光面側は、ＥＶＡ等の透光
性封止剤１０により封止される。さらに封止剤の外側に
はガラス、プラスチック等からなる透光性部材が取り付
けられカバーされている。同様に、裏面側もＥＶＡ側な
どの透光性封止剤１０により封止されるとともに樹脂製
の裏面部材が取り付けられている。そして受光面側の透
光性部材と裏面側の裏面部材とは、アルミ材でできた枠
部材１３により一体化され、太陽電池モジュールが形成
される。なお、一般にＥＶＡ等の透光性部材およびガラ
スなどの透光性部材の屈折率は、約１．５である。した
がって、本発明の太陽電池を上述したモジュールに組み
込む際には、第２反射防止膜４の屈折率は反射防止の観
点から１．５以上である必要がある。
【００２８】
【実施例】図５（ａ）（ｂ）は、異なる屈折率の２層反
射防止膜構造の太陽電池において、第１層目の反射防止
膜に屈折率（ｎ１）が２．１のＳｉＮｘ膜、第２層目の
反射防止膜に屈折率（ｎ２）が１．８のＳｉＮを用い、
２層目の膜厚（ｄ２）を変化させたときの反射率の波長
依存性を示した図である（（ａ）は膜厚が薄いとき、
（ｂ）は膜厚が厚いとき）。
【００２９】２層目膜厚（ｄ２）が３００Åのときは青
緑色、３６０Åのときは緑色、４８０Åのときはオレン
ジ色、７３０Åのときは赤色、１１００Åのときは緑
色、１４００Åのときは赤色となった。ここで３６０Å
と１１００Åのときはともに反射率がピークになる波長
が５２０Å付近であり、また、４８０Åと１４００Åの
ときはともに反射率のピークの波長が６２０ｎｍ付近で
あり、ほぼ同色となった。
【００３０】膜厚が増大すれば、当然に膜による吸収も
大きくなり透過率が低下することになる。これは本発明
の特性を落とさずに所望の色彩を呈する太陽電池を製造
するという目的から外れるため、第１反射防止膜の光学
的膜厚（ｎ１ｄ１）と第２反射防止膜の光学的膜厚（ｎ
２ｄ２）との和（ｎ１ｄ１＋ｎ２ｄ２）を３０００Å以
下として色の周期が二順しないように規定することにし
ている。
【００３１】図６は比較例として屈折率２．１のＳｉＮ
ｘの膜厚を２９００Åとすることにより緑色を呈した１
層反射防止膜の太陽電池と、屈折率２．１で膜厚が８０
０ÅとしてＳｉＮｘ膜上に屈折率１．８のＳｉＮｘ膜を
１１００Å積層したときの太陽電池における反射率の波
長依存性の比較を示したものである。
【００３２】両者はともに緑色を呈しているが、反射防
止膜が１層の太陽電池に比較して２層反射防止膜とした
太陽電池は反射率が低く、特に結晶系シリコン太陽電池
の感度がよいとされている８００〜１０００ｎｍ範囲で
の反射率が低くなっている。したがって、太陽電池の見
た目の色彩を所望の色彩にするとともに、その際に太陽
電池の吸収感度の大きい波長域での反射率をできる限り
抑えることができる。以上から反射防止膜を２層とし、
どちらか一方もしくは両方の膜厚を増減させることによ
り、太陽電池の見た目上の色彩を制御するとともに反射
率を低く抑えた太陽電池の製造が可能となる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、反射防止膜を屈折率の
異なる２層構造とし、従来考えられていた濃紺や黒色と
なるように反射防止膜の膜厚を変換効率が最大となるよ
うにするための最適値に制御するのではなく、２層のう
ちのどちらか一方もしくは両方の膜厚を制御することに
より太陽電池の見た目の色彩を制御するとともに、しか
も、吸収感度の大きな波長領域での反射率を低く抑える
ことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である太陽電池の素子構造を
示す図。
【図２】本発明の一実施例である太陽電池のモジュール
の構造を示す図。
【図３】従来の太陽電池の素子構造を示す図。
【図４】図３の太陽電池における反射防止膜の膜厚と反
射率の波長依存性を示す図。
【図５】本発明の太陽電池における第２層反射防止膜の
膜厚と反射率の波長依存性を示す図。
【図６】本発明の太陽電池と従来の太陽電池との比較例
を示す図。
【図７】光の波長と色との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１：基板（シリコン基板） ２：ｎ型拡散層 ３：第１反射防止膜 ４：第２反射防止膜 ５：受光面電極 ６：接続リード線 ９：太陽電池 １０：透光性封止剤 １１：透光性部材 １２：裏面部材 １３：枠部材

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 結晶系シリコン基板を母体とする太陽電
    池本体と、前記太陽電池本体の受光面側に形成される第
    １の屈折率（ｎ１）で第１の膜厚（ｄ１）を有する第１
    反射防止膜と、前記第１層目の反射防止膜上に積層さ
    れ、第１反射防止膜よりも小さい第２の屈折率（ｎ２）
    で第２の膜厚（ｄ２）を有する第２反射防止膜とを備
    え、第１反射防止膜と第２反射防止膜とのいずれか一方
    の反射防止膜の屈折率と膜厚とを定めた上で他方の反射
    防止膜を、反射防止膜全体として所望の色彩を呈するた
    めの光学的膜厚となるように相補的に屈折率と膜厚とが
    定められることを特徴とする太陽電池。
  2. 【請求項２】 第１反射防止膜の光学的膜厚（ｎ１ｄ
    １）と第２反射防止膜の光学的膜厚（ｎ２ｄ２）との和
    （ｎ１ｄ１＋ｎ２ｄ２）が３０００Å以下であることを
    特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 【請求項３】 第１反射防止膜の屈折率（ｎ１）が２．
    ０〜２．４の範囲である請求項１に記載の太陽電池。
  4. 【請求項４】 第２反射防止膜の屈折率（ｎ２）が１．
    ５〜２．０の範囲である請求項１に記載の太陽電池。
  5. 【請求項５】 第１反射防止膜又は／及び第２反射防止
    膜がプラズマＣＶＤ法により形成されるＳｉＮｘ膜であ
    る請求項１に記載の太陽電池。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の太陽電池を複数個配線
    接続するとともに、この複数個の太陽電池の受光面側を
    透光性封止剤により封止し、かつ、封止剤の外側に透光
    性部材を取り付けたことを特徴とする太陽電池モジュー
    ル。
  7. 【請求項７】 異なる屈折率を有する２層の反射防止膜
    により所望の色彩を呈するために必要な全光学的膜厚を
    定め、第１の屈折率（ｎ１）で第１の膜厚（ｄ１）を有
    する第1反射防止膜を形成し、全光学的膜厚にするため
    に必要な第２反射防止膜の光学的膜厚（ｎ２ｄ２）を第
    １反射防止膜の光学的膜厚（ｎ１ｄ１）に基づいて算出
    し、算出した第２の反射防止膜の光学的膜厚となるよう
    に第２反射防止膜の屈折率（ｎ２）と膜厚（ｄ１）とを
    定め、第２反射防止膜が定めた屈折率（ｎ２）と膜厚
    （ｄ２）となるように第２反射防止膜を形成することを
    特徴とする太陽電池の反射防止膜の色彩制御方法。
  8. 【請求項８】 異なる屈折率を有する２層の反射防止膜
    が所望の色彩を呈するために必要な全光学的膜厚を定
    め、第１反射防止膜の上に積層する第２反射防止膜の屈
    折率（ｎ２）と膜厚（ｄ２）とを定め、全光学的膜厚に
    するために必要な第１反射防止膜の光学的膜厚（ｎ１ｄ
    １）を第２反射防止膜の光学的膜厚（ｎ２ｄ２）に基づ
    いて算出し、算出した第１反射防止膜の光学的膜厚（ｎ
    １ｄ１）となるように第１反射防止膜の屈折率（ｎ１）
    と膜厚（ｄ１）とを定め、第１反射防止膜を定めた屈折
    率（ｎ１）と膜厚（ｄ１）となるように形成し、第２反
    射防止膜を定めた屈折率（ｎ２）と膜厚（ｄ２）となる
    ように形成することを特徴とする太陽電池の反射防止膜
    の色彩制御方法。
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