JP2009135537A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単位面積当たりの発電効率の向上。
【解決手段】裏面側反射層２又は８と表面側反射層４との間に介設される中間反射層６と、裏面側反射層８と中間反射層６との間に介設されるボトム発電層７と、表面側反射層４と中間反射層６との間に介設されるトップ発電層５とから構成されている。中間反射層６の反射面は凹凸面に形成されている。その両面が凹凸面に形成されることが好ましく、且つ、一方の凹凸面は表面側反射層４とは異なる形状であることが好ましい。中間反射層６の表面側と裏面側の発電層に光閉じ込め層が形成される。両側層の光閉じ込めにより、一方側の光閉じ込め層で吸収されない波長帯域の光は他方側の光閉じ込め層で吸収され、広い波長帯域の自然太陽光を効率的に吸収することができ、膜厚方向に吸収率を高めることにより、単位面積当たりの光吸収率を高めることができる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、太陽光発電装置、及び、太陽光発電方法に関し、特に、中間層が存在する太陽光発電装置、及び、太陽光発電方法に関する。

地球環境保全のために、自然エネルギーの利用が進められている。多様に存在する自然エネルギーとして、太陽光発電が重要視されている。太陽光発電の問題点は、その低コスト化にある。発電電力は、受光面積に比例する。屋根に発電パネルを配置する場合には、受光面積は屋根の面積で規定される。発電効率の向上のためには、単位面積当たりの素子の結晶・非結晶構造の光・電気変換効率の向上とともに、光学的な光吸収率の向上が重要である。

発電層としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が用いられる太陽電池は、製造原価が低く、今後の本命とされている。太陽電池構造は、光入射側のガラス基板上のＳｎＯ２透明電極層と、ａ−Ｓｉ（又は、ａ−ＳｉＧｅ）発電層と、裏面側の不透明電極層との３層で形成されている。不透明電極層は、反射率が高いＡｇ、Ａｌのような金属が用いられている。このような発電層の中で発電に寄与する光の主な波長帯域は、空気中又は真空中で４００〜９００ｎｍの程度である。その発電層の屈折率は３〜５の程度であり、発電層の中で発電に寄与する光の波長は、発電層の中で１００〜２００ｎｍの程度である。発電層の中の光の光路長が長いことは、光の有効吸収率を高くする。光の光路長を長くするために、透明電極層と発電層の境界面は凹凸面に形成されている。その凹凸面は、光学的な表現では、１００〜２００ｎｍの程度の波形状に形成されている。このような波形状面でレーリー散乱により四方八方に繰り返し的に散乱される光は、その光路長が長く延長され、発電層内に時間的に長く存在し（光閉込め効果）、その光吸収性が格段に向上している。その境界面が既述の凹凸面に形成されている場合の光収集率は、その境界面が平面である場合の光の収集効率の２〜５倍であることは、後掲特許文献１で述べられているようによく知られている。

その光学シミュレーションは、高効率なアモルファス太陽電池として現在よく知られているａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅタンデム型太陽電池構造に対して、その精度が確認されている。シミュレーションは、境界面の光散乱のような二次的現象に頼らずに、３層の物理的構造と境界面の幾何学構造のみに基づいて、マクスウエルの電磁波方程式をそのままに解くことにより高精度解析を実行し、実測値との比較でその光閉じ込め効果の存在を確認している。その解析には、有限要素法解析（ＦＥＭ解析）と時間領域有限差分解析（ＦＤＴＤ：Finite Difference Time Domain）とが試みられている。２つの解析のうち時間領域有限差分解析は、十分によい精度を持ち、且つ、計算速度が格段に速い点でより有効であることが後掲特許文献２で述べられている。本発明者は、複雑な凹凸面を与えられる場合について、十分に実用的である計算速度を得ることができることを確認している。

公知のシミュレーションは、凹凸面が四角錐面（ピラミッド面）である場合について実行し、その四角錐面のサイズ（高さと底辺）をランダムな値に設定している。タンデム型の太陽電池は、透明電極層、第１セル（トップセル）、第２セル（ボトムセル）、裏面不透明金属電極層の４層から形成されることが知られ、更には、第１セル（トップセル）と第２セルとの間に中間層が介在する５層構造が知られ、更には、裏面電極の前面側に裏面側透明導電薄膜が形成される６層構造が知られている。

テクスチャ（凹凸構造）が形成される発電層の光吸収率（量子効率）がより高いことが求められる。単位面積当たりの発電量が多いことが重要である。多層化発電層の光吸収率を向上させることが望まれる。

菱川善博，応用物理，第６９巻 第７号（２０００），「アモルファスＳｉ太陽電池の三次元光学シミュレーション」 Todd Marshall, and Melinda Picket-May, "Finite-Difference Time-Domain Modeling of Light-Trapping in Solar Cells", Applied Computational Electromagnetics Society Journal, Vol. 12, No. 3, 1977 特開２００１−３０８３５４号公報 特開２００２−０５７３５９号公報 特開２００２−２２２９６９号公報 特開２００２−２２２９７２号公報 特開２００２−２６１３０８号公報 特開２００２−２６１３１３号公報 特開２００２−１５８３６６号公報

本発明の課題は、広い波長帯域を持つ自然太陽光の単位面積当たりの発電層の光吸収率（量子効率）をより高くする太陽光発電装置、及び、太陽光発電方法を提供することにある。
本発明の課題は、単位面積当たりの発電量を多くするために多層化される発電層の光吸収効率が向上する太陽光発電装置、及び、太陽光発電方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、太陽電池の積層構造の製造を簡素化する太陽光発電装置、及び、太陽光発電方法を提供することにある。

本発明による太陽光発電装置は、裏面側反射層（２又は８、以下８で代表）と、表面側反射層（４）と、裏面側反射層（８）と表面側反射層（４）との間に介設される中間反射層（６）と、裏面側反射層（８）と中間反射層（６）との間に介設されるボトム発電層（７）と、表面側反射層（４）と中間反射層（６）との間に介設されるトップ発電層（５）とから構成されている。中間反射層（６）の反射面は凹凸面に形成されている。反射面は、積層構造の屈折率が急変する層間境界面に概ね一致する。発電層内と中間反射層内の反射が存在する。中間反射層が光波長に比べて薄い場合には、反射面には厚みが存在する。このように厚みが存在する場合に、反射面は反射層に同義である。ここで、「表面」又は「裏面」は、初期入射光の入射方向に前方に向く方向が表面側から裏面側に向く方向であることとして定義され、表面側入射部位又は裏面側反射部位が発電に有効である波長（発電層内の波長）に対応する透明性を有している場合には、入射光の方向は両方向、逆方向、又は、双方向であることができる。中間層では、繰り返し反射が行われる。

中間反射層（６）の反射面（１１，１２）は凹凸面に形成され、中間反射層（６）の表面側と裏面側に光閉じ込め層がトップ発電層（５）とボトム発電層（７）に形成される。両側層の光閉じ込めにより、一方側の光閉じ込め層で吸収されない波長帯域の光は他方側の光閉じ込め層で吸収され、広い波長帯域の自然太陽光を効率的に吸収することができ、膜厚方向（光軸方向）に吸収率を高めることにより、単位面積当たりの光吸収率を高めることができる。中間反射層の両側面が凹凸面に形成されることが好ましい。膜厚方向に光閉じ込め層が多層化され、単位面積当たりの光吸収効率が向上する。パネル面積を多くすることが敷地面積的に又は経済的に困難であり、パネル面積を多くすることが経済的に不利である環境で、単位面積当たりの発電量を多くすることの意義が大きい。発電量の増減は、多層化される発電層の全体で記述される。

中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）と裏面側反射層（８）の表面側反射面（１３）はともに平面でなく、且つ、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）と裏面側反射層（８）の表面側反射面（１３）の間の膜厚方向の光路長は一定である。光路長一定の積層構造は、製造が容易である。ここで、一定は、発電に寄与する光波長に対応する膜面内方向範囲で、前記距離の標準偏差が前記光波長の１／１０以下であることを意味する。

中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）と裏面側反射層（８）の表面側反射面（１３）はともに平面でなく、且つ、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）と裏面側反射層（８）の表面側反射面（１３）の間の膜厚方向の光路長は周期的に変化する。周期的変化を与えることは、吸収率を改善することができる。ここで、周期的は、本明細書で、発電に寄与する光波長に対応する光進入（侵入）長に等しい膜面内方向範囲で、膜面内高低差分布の２次元フーリエ変換パワースペクトル密度のピーク値に対応する膜面内の凸部頂点間隔の標準偏差が光波長の１／１０以下であることを意味する。一定周期は、本明細書で、そのピーク値に対応する膜面内の凸部頂点間隔の１０倍の長さの辺を持つ正方形の面積が基準とされ、ピークに対応する膜面内の凸部頂点間隔の標準偏差が光波長の１／１０以下であることを意味する。

中間反射層（６）の裏面反射面（１２）と路面側反射層（８）の表面側反射面（１３）はともに平面でなく、且つ、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）と裏面側反射層（８）の表面側反射面（１３）の間の膜厚方向の光路長は一定周期で周期的に変化する。計算が速く、且つ、製造過程が簡素化する。

中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）と裏面側反射層（８）の表面側反射面（１３）はともに平面でなく、且つ、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）と裏面側反射層（８）の表面側反射面（１３）の間の光路長は中間反射層（６）の厚みの変化に対応して変化する。中間反射層（６）の厚みの変化は、レンズ効果を示し、散乱方向の分布を拡大し、統計的に吸収率を高くすることができる（と定性的に理解される）。

厚みの変化の周期は表面側反射層（４）の裏面側反射面（９）の変化の周期より長い。レンズ効果を更に強く示し、散乱方向の分布を更に拡大し、統計的に吸収率を更に高くすることができる。厚みの変化の周期の長さは、発電に寄与する光波長に対応する光進入長に等しい膜面内方向範囲で、膜面内高低差分布の２次元フーリエ変換パワースペクトル密度のピーク値に対応する膜面内の凸部頂点間隔で定められる。具体的には、厚みの変化は正弦波又は平滑処理される三角波であり、厚みの変化のピッチは、表面側反射層の裏面側反射面の変化のピッチの１倍以上であり、且つ、光波長の０．３〜１．５μｍの数倍以下であり、厚みの変化の振幅は、表面側反射層の裏面側反射面のピッチの０．１〜２．０倍である。中間反射層の周期が小さいことは、本明細書で、中間反射層の変化が正弦波又は平滑処理される三角波であり、中間反射層の変化のピッチが表面側反射層の裏面側反射面の変化のピッチの１／４〜１倍未満であり、厚みの変化の振幅が表面側反射層の裏面側反射面のピッチの０．１〜２．０倍であることを意味する。

中間反射層（６）の表面側反射面（１１）と中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）は凹凸面に形成され、凹凸面は滑らかに形成されている。散乱角度範囲を局所化しないでその範囲を拡大することができる。

中間反射層（６）の表面側反射面（１１）は第１凹凸面に形成され、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）は第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面は同一位相で変化する。このことは、製造過程を簡素にする。中間反射層（６）の表面側反射面（１１）は第１凹凸面に形成され、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）は第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面は異なる位相で変化する。散乱角度範囲を拡大する。ここで、同一位相とは、発電に寄与する光波長に対応する光進入長に等しい膜面内方向範囲で、膜内高低差分布の２次元フーリエ変換パワースペクトル密度のピーク値に対応する膜面内の凸部頂点間隔の１０倍の長さの辺を持つ正方形以上の面積が基準とされ、その第１凹凸面の凸部ピークの位置分布の２次元フーリエ変換の最大値の波数座標と第２凹凸部の凸部ピークの位置分布の２次元フーリエ変換の最大値の波数座標（特には、極座標）表示により計算される位相角度である位相差は、その光波長の１／１０以下であることを意味する。

中間反射層（６）の平均膜厚は２５０ｎｍ以下であり５０ｎｍ以上であること、好ましくは、２４０ｎｍより以下であり６０ｎｍ以上であること、更に好ましくは、２００ｎｍ以下であり６０ｎｍ以上であることは、自然太陽光の帯域別吸収率が調和し、吸収率が向上する点で効果的である。

本発明による太陽光発電装置は、裏面側反射層（８）と、表面側反射層（４）と、裏面側反射層（８）と裏面側反射層（８）との間に介設される中間反射層（６）と、裏面側反射層（８）と中間反射層（６）との間に介設されるボトム発電層（７）と、表面側反射層（４）と中間反射層（６）との間に介設されるトップ発電層（５）とから構成される。中間反射層（６）と表面側反射層（４）の間の膜厚方向光路は、膜厚方向に直交する膜厚直交方向に変化する光路長を有する。このようなタンデム構造は、ボトム発電層（７）とトップ発電層（５）で波長帯域ごとの吸収率を変更し、全体の吸収率の向上に寄与する。その光路長は繰り返し的に変化することが、計算の速度の向上と製造過程の簡素化のために好ましい。光路長は一定周期で変化することはその点で更に好ましい。

光路長は、中間反射層（６）の厚みの変化により変化することは既述の通りに効果的である。厚みの変化の周期は表面側反射層（４）の裏面側反射面（９）の変化の周期より長いことは、散乱角度範囲の拡大の点で効果的である。

中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）と裏面側反射層（８）の表面側反射面（１３）はともに平面でなく、光路長は一定周期で変化する。中間反射層（６）の表面側反射面（１１）が第１凹凸面に形成され、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面が同一位相で変化すること、中間反射層（６）の表面側反射面（１１）が第１凹凸面に形成され、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面が異なる位相で変化すること、中間反射層（６）の表面側反射面（１１）が第１凹凸面に形成され、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）が第２凹凸面に形成され、第２凹凸面の変化の周期が第１凹凸面の変化の周期より長いこと、中間反射層（６）の表面側反射面（１１）が第１凹凸面に形成され、裏面側反射層（８）の裏面側反射面（１２）が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面が異なる位相で変化することは、それぞれに効果的である。

中間反射層（６）の平均膜厚は２５０ｎｍ以下であり５０ｎｍ以上であること、好ましくは、２４０ｎｍより以下であり６０ｎｍ以上であること、更に好ましくは、２００ｎｍ以下であり６０ｎｍ以上であることは、自然太陽光の帯域別吸収率が調和し、吸収率が向上する点で効果的であることは、既述の通りである。

本発明による太陽光発電装置は、裏面側反射層（８）と、表面側反射層（４）と、裏面側反射層（８）と表面側反射層（４）との間に介設される発電層（３）とから構成される。裏面側反射層（８）は、金属層（２）と、金属層（２）の表面側に接合する透明導電層（８）とから形成されている。表面側反射層（４）と裏面側反射層（８）の間の膜厚方向光路は、膜厚方向に直交する膜厚直交方向に変化する光路長を有する。より具体的には、既述の通りであり、光路長が繰り返し的に変化すること、光路長が一定周期で変化すること、光路長が透明導電層（８）の厚みの変化により変化すること、透明導電層（８）の表面側反射面（１３）と表面側反射層（４）の裏面側反射面（９）がともに平面でなく光路長が一定周期で変化すること、透明導電層（８）の表面側反射面（１３）が第１凹凸面に形成され、表面側反射層（４）の裏面側反射面（９）が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面の変化の周期が第２凹凸面の変化の周期より長いこと、透明導電層（８）の表面側反射面（１３）が第１凹凸面に形成され、透明導電層又は裏面側反射層（８）の裏面側反射面（１４）が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面が異なる位相で変化すること、透明導電層（８）の表面側反射面（１３）が第１凹凸面に形成され、透明導電層（８）の裏面側反射面（１４）が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面の間の膜厚方向厚みが全領域で零より大きいことは、それぞれに効果的である。

表面側反射層（４）と裏面側反射層（８）との間に介設される中間反射層（６）が追加される。発電層（３）は、裏面側反射層（８）と中間反射層（６）との間に介設されるボトム発電層（７）と、表面側反射層（４）と中間反射層（６）との間に介設されるトップ発電層（５）とから形成され、中間反射層（６）と裏面側反射層（８）の間の膜厚方向光路は、膜厚方向に直交する膜厚直交方向に変化する中間光路長を有する。中間光路長が繰り返し的に変化すること、中間光路長が一定周期で変化すること、中間光路長が中間反射層（６）の厚みの変化により変化すること、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）と裏面側反射層（８）の裏面側反射面（１３）がともに平面でなく、中間光路長が一定周期で変化することは、それぞれに効果的である。このような場合に、中間反射層（６）の表面側反射面（１１）が第１凹凸面に形成され、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面が同一位相で変化すること、中間反射層（６）の表面側反射面（１１）が第１凹凸面に形成され、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面が異なる位相で変化すること、中間反射層（６）の表面側反射面（１１）が第１凹凸面に形成され、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）が第２凹凸面に形成され、第２凹凸面の変化の周期が第１凹凸面の変化の周期より長く、第１凹凸面の変化の周期が表面側反射層（４）の裏面側反射面（９）の凹凸面の変化の周期に概ね等しいこと、中間反射層（６）の表面側反射面（１１）が第１凹凸面に形成され、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面は異なる位相で変化すること、中間反射層（６）の表面側反射面（１１）が第１凹凸面に形成され、中間反射層（６）の裏面側反射面（１２）が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面の間の膜厚方向厚みが部分的に零であることは、既述の通りにそれぞれに効果的である。このような多様な場合に、中間反射層（６）の平均膜厚が２００ｎｍ以下であることは顕著に効果的であり、中間反射層（６）の平均膜厚が６０ｎｍ以上であることは更に顕著に効果的である。

表面側反射層（４）と裏面側反射層（８）との間に介設される複数の中間反射層（６）を更に構成し、複数の中間反射層（６）のうち裏面側反射層（８）により近い中間反射層は第１中間反射層（６−２）といわれ、複数の中間反射層（６）のうち表面側反射層（４）により近い中間反射層は第２中間反射層（６−１）といわれる。この場合に、発電層（３）は、裏面側反射層（８）と第１中間反射層（６−２）との間に介設されるボトム発電層（７）と、表面側反射層（４）と第２中間反射層（６−１）との間に介設されるトップ発電層（５）と、第１中間反射層（６−２）と第２中間反射層（６−１）の間に介設される単数又は複数のミドル発電層を形成し、第１中間反射層（６−２）と第２中間反射層（６−１）の間の膜厚方向光路は、膜厚方向に直交する膜厚直交方向に変化する分割中間光路長を有する。中間層による発電層の膜厚方向分割数の多数化は、単位面積当たりの発電効率を更に向上させる。同様に、分割中間光路長が繰り返し的に変化すること、分割中間光路長が一定周期で変化すること、分割中間光路長が第１中間反射層（６−２）又は第２中間反射層（６−１）の厚みの変化により変化すること、第１中間反射層（６−２）の表面側反射面と第２中間反射層（６−１）の裏面側反射面がともに平面でなく、分割中間光路長が一定周期で変化すること、第１中間反射層（６−２）の表面側反射面が第１凹凸面に形成され、第１中間反射層（６−２）の裏面側反射面が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面は同一位相で変化すること、第１中間反射層（６−２）の表面側反射面が第１凹凸面に形成され、第１中間反射層（６−２）の裏面側反射面が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面が異なる位相で変化すること、第１中間反射層（６−２）の表面側反射面が第１凹凸面に形成され、第１中間反射層（６−２）の裏面側反射面が第２凹凸面に形成され、第２凹凸面の変化の周期が第１凹凸面の変化の周期より長いこと、第１中間反射層（６−２）の表面側反射面が第１凹凸面に形成され、第２中間反射層（６−１）の裏面側反射面が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面が異なる位相で変化すること、第１中間反射層（６−２）の表面側反射面が第１凹凸面に形成され、第１中間反射層（６−２）の裏面側反射面が第２凹凸面に形成され、第１凹凸面と第２凹凸面の間の膜厚方向厚みが部分的に零であることは、既述の通りにそれぞれに効果的である。このような多様な改善で、第１中間反射層（６−２）の平均膜厚が２００ｎｍ以下であることは顕著に重要であり、第１中間反射層（６−２）の平均膜厚が６０ｎｍ以上であることは更に顕著に効果的である。その他の多様な改善は、後述される多くの実現態とその実施例により明らかにされる。

本発明による太陽光発電方法による効果的発電は、下記のステップ：透明基板面（１９）に対して太陽光を入射させること、太陽光を透明基板（１）に通過させて表面側導電層（４）に入射させること、太陽光を表面側導電層（４）に通過させて第１光閉込め発電層（５）に入射させること、太陽光を第１光閉込め発電層（５）に通過させて中間反射透過層（６）に入射させること、太陽光の第１波長帯域分を中間反射透過層（６）の表面側凹凸面（１１）で反射させること、表面側凹凸面（１１）で反射する第１波長帯域分を第１光閉込め発電層（５）に通過させて表面側導電層（４）の裏面側凹凸面（９）で反射させること、太陽光の第２波長帯域分を中間反射透過層（６）に通過させて第２光閉込め発電層（７）に入射させること、第２波長帯域分を第２光閉込め発電層（７）に通過させて裏面側導電層（８）で反射させること、裏面側導電層（８）で反射する第２波長帯域分を第２光閉込め発電層（７）に通過させて中間反射透過層（６）の裏面側凹凸面（１２）で反射させることにより実現される。第２波長帯域分を裏面側導電層（８）の表面側凹凸面（１３）で反射させることは有効である。中間反射透過層（６）の膜厚が膜厚方向に直交する膜厚直交方向に変化していること、中間反射透過層（６）の膜厚が周期的に変化していること、中間反射透過層（６）が表面側で第１凹凸面（１１）を有し、且つ、中間反射透過層（６）が裏面側で第２凹凸面（１２）を有していること、第２凹凸面（１２）の変化の周期は第１凹凸面（１１）の変化の周期より長いこと、第１凹凸面（１１）の変化の周期は、表面側導電層（４）の裏面側凹凸面（９）の変化の周期に概ね等しいこと、裏面側導電層（８）の表面側反射面（１３）は凹凸面に形成されていること、中間反射透過層（６）の膜厚の変化の周期が表面側導電層（４）の裏面側凹凸面（９）の変化の周期より長いこと、中間反射透過層（６）は表面側で第１凹凸面（１１）を有し、且つ、中間反射透過層（６）が裏面側で第２凹凸面（１２）を有すること、第１凹凸面（１１）の変化が表面側導電層（４）の裏面側凹凸面（９）の変化に対して同一位相を有することは、既述の通りにそれぞれに効果的である。入射側と表面側の関係の定義は、既述の通りである。

本発明による太陽光発電装置、及び、太陽光発電方法は、単位面積当たりの発電効率が向上する。多様な改善は、設計計算を容易にし、且つ、製造プロセスを簡素化する。発電層の多層化による多重層光閉じ込めは、単位面積当たりの発電効率を飛躍的に向上させる可能性を秘めている。光吸収率は、後述される多様な層構造（テクスチャ）の複合により飛躍的に向上する。

図１は、本発明による太陽光発電装置の実現態を示す断面図である。 図２Ａは、実現態に対する基準形を示す断面図である。 図２Ｂは、実現態の第１基準形を示す断面図である。 図２Ｃは、実現態の第２基準形を示す断面図である。 図２Ｄは、実現態の第３基準形を示す断面図である。 図３は、実現態を示す断面図である。 図４は、発電効率の比較を示すグラフである。 図５は、他の実現態を示す断面図である。 図６は、更に他の実現態を示す断面図である。 図７は、更に他の実現態を示す断面図である。 図８は、更に他の実現態を示す断面図である。 図９は、更に他の実現態を示す断面図である。 図１０は、更に他の実現態を示す断面図である。 図１１は、更に他の実現態を示す断面図である。 図１２は、更に他の実現態を示す断面図である。 図１３は、更に他の実現態を示す断面図である。 図１４は、更に他の実現態を示す断面図である。 図１５は、他の発電効率の比較を示すグラフである。 図１６は、更に他の実現態を示す断面図である。 図１７は、更に他の実現態を示す断面図である。 図１８は、更に他の実現態を示す断面図である。 図１９は、更に他の実現態を示す断面図である。 図２０は、更に他の実現態を示す断面図である。 図２１は、発電効率の他の比較を示すグラフである。 図２２は、更に他の実現態を示す断面図である。 図２３は、更に他の実現態を示す断面図である。 図２４は、更に他の実現態を示す断面図である。 図２５は、更に他の実現態を示す断面図である。 図２６は、更に他の実現態を示す断面図である。 図２７は、更に他の実現態を示す断面図である。 図２８は、更に他の実現態を示す断面図である。 図２９は、更に他の実現態を示す断面図である。 図３０は、更に他の実現態を示す断面図である。 図３１は、発電効率の更に他の比較を示すグラフである。 図３２は、更に他の実現態を示す断面図である。 図３３は、更に他の実現態を示す断面図である。 図３４は、更に他の実現態を示す断面図である。 図３５は、更に他の実現態を示す断面図である。 図３６は、更に他の実現態を示す断面図である。 図３７は、発電効率の更に他の比較を示すグラフである。 図３８は、計算条件の基本形態を示す断面図である。

本発明による太陽光発電装置の実現態は、図に対応して、詳細に記述される。その実現態は、図１に示されるように、光入射側のガラス基板１と裏面不透明電極２との間に、多層の発電層３が形成されている。発電層３は、第１透明（光透過性）導電膜４と、トップセル層５と、中間層６と、ボトムセル層７と、第２透明導電膜８との５層の積層構造として形成されている。第１透明導電膜４は、ガラス基板１にそれの裏面側に接合している。トップセル層５は、第１透明導電膜４にそれの裏面側に接合している。中間層６は、トップセル層５にそれの裏面側に接合している。ボトムセル層７は、中間層６にそれの裏面側に接合している。第２透明導電膜８は、ボトムセル層７にそれの裏面側に接合している。裏面不透明電極２は、第２透明導電膜８にそれの裏面側に接合している。

ガラス基板１と第１透明導電膜４とが接合する接合面は、平面又は滑らかな面に形成されている。第１透明導電膜４とトップセル層５とが接合する接合面は、第１テクスチャ構造面９として形成されている。トップセル層５と中間層６とが接合する接合面は、第２テクスチャ構造面１１として形成されている。中間層６とボトムセル層７とが接合する接合面は、第３テクスチャ構造面１２として形成されている。ボトムセル層７と第２透明導電膜８とが接合する接合面は、第４テクスチャ構造面１３として形成されている。第２透明導電膜８と裏面不透明電極２とが接合する接合面は、第５テクスチャ構造面１４として形成されている。

図２Ａ〜図２Ｄは、既述の複数のテクスチャ構造面９〜１４の光学的構造面特性を４通りに抽象して示している。図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）で、図１の第２透明導電膜８は共通に省略されている。図２の第１種第１透明導電膜４（ａ）は図１の第１透明導電膜４に対応し、図２の第１種トップセル層５（ａ）は図１のトップセル層５に対応し、図２の第１種中間層６（ａ）は図１の中間層６に対応し、図２の第１種ボトムセル層７（ａ）は図１のボトムセル層７に対応し、図２の第１種裏面不透明電極２（ａ）は図１の裏面不透明電極２に対応している。図２の第２種第１透明導電膜４（ｂ）は図１の第１透明導電膜４に対応し、図２の第２種トップセル層５（ｂ）は図１のトップセル層５に対応し、図２の第２種中間層６（ｂ）は図１の中間層６に対応し、図２の第２種ボトムセル層７（ｂ）は図１のボトムセル層７に対応し、図２の第２種裏面不透明電極２（ｂ）は図１の裏面不透明電極２に対応している。図２の第３種第１透明導電膜４（ｃ）は図１の第１透明導電膜４に対応し、図２の第３種トップセル層５（ｃ）は図１のトップセル層５に対応し、図２の第３種中間層６（ｃ）は図１の中間層６に対応し、図２の第３種ボトムセル層７（ｃ）は図１のボトムセル層７に対応し、図２の第３種裏面不透明電極２（ｃ）は図１の裏面不透明電極２に対応している。図２の第４種第１透明導電膜４（ｄ）は図１の第１透明導電膜４に対応し、図２の第４種トップセル層５（ｄ）は図１のトップセル層５に対応し、図２の第４種中間層６（ｄ）は図１の中間層６に対応し、図２の第４種ボトムセル層７（ｄ）は図１のボトムセル層７に対応し、図２の第４種裏面不透明電極２（ｄ）は図１の裏面不透明電極２に対応している。図２（Ａ）のテクスチャは、公知構造である。

図２Ａの第１第１種テクスチャ構造面９（ａ）は図１の第１テクスチャ構造面９に対応し、図２Ａの第２第１種テクスチャ構造面１１（ａ）は図１の第２テクスチャ構造面１１に対応し、図２Ａの第３第１種テクスチャ構造面１２（ａ）は図１の第３テクスチャ構造面１２に対応し、図２Ａの第４第１種テクスチャ構造面１３（ａ）は図１の第４テクスチャ構造面１３に対応している。図２Ｂの第１第２種テクスチャ構造面９（ｂ）は図１の第１テクスチャ構造面９に対応し、図２Ｂの第２第２種テクスチャ構造面１１（ｂ）は図１の第２テクスチャ構造面１１に対応し、図２Ｂの第３第２種テクスチャ構造面１２（ｂ）は図１の第３テクスチャ構造面１２に対応し、図２Ｂの第４第２種テクスチャ構造面１３（ｂ）は図１の第４テクスチャ構造面１３に対応している。図２Ｃの第１第３種テクスチャ構造面９（ｃ）は図１の第１テクスチャ構造面９に対応し、図２Ｃの第２第３種テクスチャ構造面１１（ｃ）は図１の第２テクスチャ構造面１１に対応し、図２Ｃの第３第３種テクスチャ構造面１２（ｃ）は図１の第３テクスチャ構造面１２に対応し、図２Ｃの第４第３種テクスチャ構造面１３（ｃ）は図１の第４テクスチャ構造面１３に対応している。図２Ｄの第１第４種テクスチャ構造面９（ｄ）は図１の第１テクスチャ構造面９に対応し、図２Ｄの第２第４種テクスチャ構造面１１（ｄ）は図１の第２テクスチャ構造面１１に対応し、図２Ｄの第３第４種テクスチャ構造面１２（ｄ）は図１の第３テクスチャ構造面１２に対応し、図２Ｄ第４第４種テクスチャ構造面１３（ｄ）は図１の第４テクスチャ構造面１３に対応している。

基準面として、第１透明導電膜４に入射する太陽光の平面波面に平行である平面が採択される。ガラス基板１は、そのような基準面を有している。
第１テクスチャ構造面９（ａ）：基準面に平行
第２テクスチャ構造面１１（ａ）：基準面に平行
第３テクスチャ構造面１２（ａ）：基準面に平行
第４テクスチャ構造面１３（ａ）：基準面に平行

第１テクスチャ構造面９（ｂ）：基準面に対して基準凹凸状斜面
第２テクスチャ構造面１１（ｂ）：基準凹凸状斜面に平行（基準凹凸状斜面に対して膜厚方向に一定光路長、膜厚垂直方向に一定位相差）
第３テクスチャ構造面１２（ｂ）：基準凹凸状斜面に平行（基準凹凸状斜面に対して膜厚方向に一定光路長、膜厚垂直方向に一定位相差）
第４テクスチャ構造面１３（ｂ）：基準面に平行

第１テクスチャ構造面９（ｃ）：基準面に対して基準凹凸状斜面
第２テクスチャ構造面１１（ｃ）：基準凹凸状斜面に平行（基準凹凸状斜面に対して膜厚方向に一定光路長、膜厚垂直方向に基準凹凸状斜面と同一位相差）
第３テクスチャ構造面１２（ｃ）：基準凹凸状斜面に非平行（基準凹凸状斜面に対して膜厚方向の光路長非一定、膜厚垂直方向に基準凹凸状斜面と同一位相差）
第４テクスチャ構造面１３（ｃ）：基準面に平行

第１テクスチャ構造面９（ｄ）：基準面に対して基準凹凸状斜面
第２テクスチャ構造面１１（ｄ）：基準凹凸状斜面に平行（基準凹凸状斜面に対して膜厚垂直方向に可変位相差・膜厚方向の光路長非一定）
第３テクスチャ構造面１２（ｄ）：第２テクスチャ構造面１１（ｄ）に平行
第４テクスチャ構造面１３（ｄ）：基準面に平行

第１透明導電膜４（ａ）の層厚は膜厚方向に一定である。トップセル層５（ａ）の層厚は、膜厚方向に一定である。中間層６（ａ）の薄膜厚は、膜厚方向に一定である。ボトムセル層７（ａ）の層厚は、膜厚方向に一定である。第１透明導電膜４（ｂ）の層厚は膜厚方向に周期的に可変である。トップセル層５（ｂ）の層厚は、膜厚方向に一定である。中間層６（ｂ）の薄膜厚は、膜厚方向に一定である。ボトムセル層７（ｂ）の層厚は、膜厚垂直方向に周期的に可変である。第１透明導電膜４（ｃ）の層厚は膜厚垂直方向に周期的に可変である。トップセル層５（ｃ）の層厚は、膜厚方向に一定である。中間層６（ｃ）の薄膜厚は、膜厚垂直方向に周期的に可変である。ボトムセル層７（ｃ）の層厚は、膜厚垂直方向に周期的に可変である。第１透明導電膜４（ｄ）の層厚は膜厚垂直方向に周期的に可変である。トップセル層５（ｄ）の層厚は、膜厚垂直方向に周期的に可変である。中間層６（ｄ）の薄膜厚は、膜厚垂直方向に一定である。ボトムセル層７（ｄ）の層厚は、膜厚垂直方向に周期的に可変である。ここで、”周期的”は、膜厚方向に直交する直交面方向の膜厚分布が周期的であることを意味する。

連続スペクトルを持つ太陽光のうちトップセル層５でより多く吸収される太陽光部分は、第１振動数（領域）太陽光部分といわれ、その太陽光のうちボトムセル層７でより多く吸収される太陽光部分は、第２振動数（領域）太陽光部分といわれる。第１振動数太陽光部分の吸収率は、トップセル層５の物質の量子吸収効率と中間層６のテクスチャとそれの層厚に関係する。第２振動数太陽光部分の吸収率は、ボトムセル層７の物質の量子吸収効率と中間層６のテクスチャとそれの層厚に関係する。

図２Ａのテクスチャ構造は、波長帯域とテクスチャのピッチの関係が規定されれば（波長がピッチに対して十分に大きくない場合には）、図２Ｂのテクスチャに同等ではない。実用化されるトップセル層５（ｂ）のサイズと吸収対象の太陽光の振動数領域によれば、図２Ｂの第１テクスチャ構造面９（ｂ）と第２テクスチャ構造面１１（ｂ）と第３テクスチャ構造面１２（ｂ）のそれぞれの反射率、図２Ａの対応位置の反射面の反射率より大きい。
図２Ａの発電層３（ａ）に進入する太陽光はその平面波形を保持して発電層３（ａ）の中で反射を繰り返して減衰する。その減衰分の一部が電気エネルギーに変換される。図２Ｂの発電層３（ｂ）に進入する太陽光は、図２Ｂの第１テクスチャ構造面９（ｂ）と第２テクスチャ構造面１１（ｂ）と第３テクスチャ構造面１２（ｂ）の影響を受け、その平面波形を変形して発電層３（ｂ）の中で反射を繰り返して減衰する。図２Ａの発電層３（ａ）に進入する太陽光が発電層３（ａ）の中で反射を繰り返す統計的反射回数は、図２Ｂの発電層３（ｂ）に進入する太陽光が発電層３（ｂ）の中で反射を繰り返す統計的反射回数より少ない。発電層３（ｂ）の全吸収効率は、発電層３（ａ）の全吸収効率より大きい。以下、各種のテクスチャ構造は、図２Ｂのテクスチャに対して比較される。

以下で、図２Ｂの中間層６（ｂ）で代表されるテクスチャ構造は、位相差一定テクスチャといわれ、中間層６（ｃ）で代表されるテクスチャ構造は、膜厚方向位相差可変テクスチャ構造といわれ、中間層６（ｄ）で代表されるテクスチャ構造は、膜厚直交方向位相差可変テクスチャといわれる。このような位相差は、対向する２反射面の間の膜厚方向の光路差に対応する。図２Ｃの位相差は関数距離差（Ｄ１（ｘ）−Ｄ２（ｘ））で表され、図２Ｄの位相差は関数距離差（Ｄ１’（ｘ）−Ｄ２’（ｘ））で表される。ここで関数距離は、膜厚（光軸）方向に直交する膜厚直交方向軸座標ｘで表される。関数Ｄ１（ｘ），Ｄ２（ｘ），Ｄ１’（ｘ），Ｄ２’（ｘ）は、座標ｘに関して周期的である。このような周期性は、設計計算と製造プロセスを簡素化する。

第１テクスチャ構造面９（ｃ）と第２テクスチャ構造面１１（ｃ）で形成される２反射面の間の膜厚方向の光路差（Ｄ１１（ｘ）−Ｄ２１（ｘ））は、第１テクスチャ構造面９（ｃ）と第３テクスチャ構造面１２（ｃ）で形成される２反射面の間の膜厚方向の光路差（Ｄ１２（ｘ）−Ｄ２２（ｘ））とｘ軸方向に周期的に異なっていて、発電層３（ｃ）に入射する膜厚方向直交平面波はその平面波形を保持することができない。平面波形を保持できないことは、幾何光学的には、電磁波の散乱現象といわれる。散乱現象は、散乱反射回数に対応して光路長をトップセル層５（ｃ）の中で延長する。同じ原理で、ボトムセル層７（ｃ）の中の光路長が延長される。

第１テクスチャ構造面９（ｄ）と第２テクスチャ構造面１１（ｄ）で形成される２反射面の間の膜厚方向の光路差（Ｄ１１’（ｘ）−Ｄ２１’（ｘ））は、第１テクスチャ構造面９（ｄ）と第３テクスチャ構造面１２（ｄ）で形成される２反射面の間の膜厚方向の光路差（Ｄ１２’（ｘ）−Ｄ２２’（ｘ））とｘ軸方向に周期的に異なっていて、発電層３（ｄ）に入射する膜厚方向直交平面波はその平面波形を保持することができない。平面波形を保持できないことは、光路長をトップセル層５（ｄ）の中とボトムセル層７（ｄ）の中で延長する。

既述の現象説明は、定性的説明である。ファブリ・ペロー共振器の共振長が波長の整数倍又は半整数倍に依存して、全透過又は全反射の現象が生じる。凹凸状のテクスチャ構造の定性的解析は、発電層３の中のメッシュ分割要素に対してマクスウエルの電磁場方程式をそのままに公知の既述の時間領域有限差分解析法により解くことにより、より厳密に確認される。時間領域有限差分解析の解析時間は１０時間〜５０時間であり、全ての実施例テクスチャに関する解析は実行され難いが（幾何学的パラメータと物性的パラメータの複数の変化は解析数を膨大にする）、以下に述べられる確認事項の全てはその時間領域有限差分解析法に依存し、十分によい近似でダイナミックにその全吸収効率（量子効率を含む）が解析される。その解析は、２００〜１５００ｎｍ又は後述されるように３００ｎｍ〜１２００ｎｍに関して実行される。計算条件は、宇野享著「ＦＤＴＤ法による電磁界及びアンテナ解析」（コロナ社）に述べられているように、単位セルサイズを取り扱う波長域のうち最短波長の１０分の１以下とし、単位時間ステップはCourantの安定条件が満たされる。太陽電池を構成する材料の光学媒質のデータは、Springer-Verlag, "Landolt-Bo"rnstein Numerical Data and Functional Relationships in Science and Tchnology", Vol. 15, Metals:Electronic Transport Phenomena, subvolume b が用いられ得る。

以下、実用的に優れるタンデム型太陽電池の既述の実現態の多様な実施例が述べられる。
実施例１：
図３は、既述の実現態の実施例を示している。本実施例は、トップセル層５とボトムセル層７の間に中間層６が介在し、中間層６の表裏面が第２テクスチャ構造面１１と第３テクスチャ構造面１２で形成され、第２透明導電膜８の表裏面のうち第３テクスチャ構造面１２に対向する面が第４テクスチャ構造面１３に形成され、第１透明導電膜４の表裏面のうち第２テクスチャ構造面１１に対向する面が第１テクスチャ構造面９に形成されている点で、図１に示されるタンデム型標準タイプに同じである。第２テクスチャ構造面１１と第３テクスチャ構造面１２と第４テクスチャ構造面１３は、薄膜多層形成技術により自然に滑らかな波面状に形成されている。第１テクスチャ構造面９と第２テクスチャ構造面１１と第３テクスチャ構造面１２と第４テクスチャ構造面１３は、互いにサインカーブ状に平行であり、複数の層で膜厚方向光路差はそれぞれに一定である。

トップセル層５は、中間層６と第１透明導電膜４で挟まれる第１光閉込め層Ｒ１を形成し、ボトムセル層７は、中間層６と第２透明導電膜８で挟まれる第２光閉込め層Ｒ２を形成している。この構造で光閉じ込め効果が増加することは既知であり、その閉じ込めの光学的説明は省略される。

このような効果は、波長帯域が自然太陽光に関して、既述のように、２００ｎｍ〜１５００ｎｍで計算され、且つ、中間層６の平均膜厚（層厚）が２００ｎｍである場合に顕著に示される。その平均膜厚が２００ｎｍ以上であり、且つ、中間層６の内部の光路差が一定でなく周期性を持つ場合には、その周期性に依存してボトムセルの光吸収率が図３の標準タイプに対して低下することが後述されるように見出されている。このように光吸収率が向上する標準型タイプの光吸収率に対応する短絡電流比は、図４に示されるように、基準値１で表現されている。

実施例２：
図５は、既述の実現態の他の実施例を示している。本実施例は、トップセル層５とボトムセル層７の間に中間層６が介在し、中間層６の表裏面が第２テクスチャ構造面１１と第３テクスチャ構造面１２で形成され、第２透明導電膜８の表裏面のうち第３テクスチャ構造面１２に対向する面が第４テクスチャ構造面１３に形成され、第１透明導電膜４の表裏面のうち第２テクスチャ構造面１１に対向する面が第１テクスチャ構造面９に形成されている点で、図１に示されるタンデム型標準タイプと図３の実施例に同じである。第２テクスチャ構造面１１と第３テクスチャ構造面１２と第４テクスチャ構造面１３は、自然に滑らかな波面状に形成されている点で、同様に同じである。第１テクスチャ構造面９と第２テクスチャ構造面１１と第４テクスチャ構造面１３は、互いにサインカーブ状に平行であり、複数の層で膜厚方向光路差はそれぞれに一定であるが、第３テクスチャ構造面１２のサインカーブ状凹凸面の周期は第１テクスチャ構造面９と第２テクスチャ構造面１１と第４テクスチャ構造面１３のそれぞれの周期と異なっている。第３テクスチャ構造面１２の周期は、第１テクスチャ構造面９と第２テクスチャ構造面１１と第４テクスチャ構造面１３のそれぞれの同じ周期の４分の１である。このように、中間層６内の膜厚方向光路差は、短周期に形成されている（参照：後述の条件５）。

図４に示されるように、このような短周期膜厚方向光路差が中間層６に与えられる発電層の第２光閉込め層Ｒ２の光吸収率は、中間層６の層厚が２００ｎｍ以下であれば、標準タイプに対して１２％程度の向上が可能である。このような短周期波面を持つ第３テクスチャ構造面１２は、幾何光学的表現では、短波長側の自然太陽光の反射率を高め、波長５００ｎｍ〜９００ｎｍの帯域の自然太陽光は、トップセル層５（トップセル）とボトムセル層７（ボトムセル）の両方の光閉込め領域で吸収される。

実施例３：
図６は、既述の実現態の更に他の実施例を示している。本実施例は、トップセル層５とボトムセル層７の間に中間層６が介在し、中間層６の表裏面が第２テクスチャ構造面１１と第３テクスチャ構造面１２で形成され、第２透明導電膜８の表裏面のうち第３テクスチャ構造面１２に対向する面が第４テクスチャ構造面１３に形成され、第１透明導電膜４の表裏面のうち第２テクスチャ構造面１１に対向する面が第１テクスチャ構造面９に形成されている点で、図１に示されるタンデム型標準タイプと図３，５の実施例に同じである。第２テクスチャ構造面１１と第３テクスチャ構造面１２と第４テクスチャ構造面１３は、自然に滑らかに同一周期で形成されているが、第２テクスチャ構造面１１と第３テクスチャ構造面１２の間の膜厚方向光路差は膜厚直交方向に一定でなく、周期的に変化している。本実施例の膜厚方向光路差の変化周期は、図５の膜厚方向光路差の変化周期より長く、第２テクスチャ構造面１１の周期に同じである。本実施例の中間層６は、第１テクスチャ構造面９の凹部に対向する部位で存在しておらず、中間層６の厚みは、第２テクスチャ構造面１１の凸部に対向する部位で最大化されている（参照：後述の条件５）。

本実施例では、第１光閉込め層Ｒ１と第２光閉込め層Ｒ２の両領域で吸収される波長帯域５００ｎｍ〜９００ｎｍの自然太陽光に関して、第１光閉込め層Ｒ１で閉じ込められる閉込め率が低減し（中間層６を透過する光の透過率が増大し）、図４に示されるように、第２光閉込め層Ｒ２の光吸収率がより増大している。中間層６の層厚が２００ｎｍ以下であれば、標準タイプに対して２６％の向上が可能である。

図４で、グラフ（１）は中間層６０ｎｍボトムセルの短絡電流比を示し、グラフ（２）は中間層６０ｎｍトップ・ボトムセルの短絡電流和の比を示し、グラフ（３）は中間層１２０ｎｍボトムセルの短絡電流比を示し、グラフ（４）は中間層１２０ｎｍトップ・ボトムセルの短絡電流和の比を示し、グラフ（５）は中間層２４０ｎｍボトムセルの短絡電流比を示し、グラフ（６）は中間層２４０ｎｍトップ・ボトムセルの短絡電流和の比を示している。中間層６の膜厚は、自然太陽光に関して１２０ｎｍが短絡電流比を最大化する分岐点である。中間層は、６０ｎｍ（平均膜厚）より厚く２４０ｎｍより薄いことが重要である。このような厚みは、発電層内の光波長７５ｎｍ〜３００ｎｍ（３００ｎｍ／４〜１２００ｎｍ／４：屈折率４として計算）の概平均波長１９０ｎｍの３分の１の程度〜３分の４倍程度である。

実施例４：
図７は、既述の実現態の更に他の実施例を示している。本実施例は、トップセル層５とボトムセル層７の間に中間層６が介在し、中間層６の表裏面が第２テクスチャ構造面１１と第３テクスチャ構造面１２で形成され、第２透明導電膜８の表裏面のうち第３テクスチャ構造面１２に対向する面が第４テクスチャ構造面１３に形成され、第１透明導電膜４の表裏面のうち第２テクスチャ構造面１１に対向する面が第１テクスチャ構造面９に形成されている点で、図１，３，５，６の実施例に同じである。第２テクスチャ構造面１１と第３テクスチャ構造面１２と第４テクスチャ構造面１３は、自然に滑らかに同一周期で形成されているが、第２テクスチャ構造面１１と第３テクスチャ構造面１２の間の膜厚方向光路差は膜厚直交方向に一定でなく、周期的に変化している。本実施例の膜厚方向光路差の変化周期は、図５の膜厚方向光路差の変化周期より長く、且つ、図６の膜厚方向光路差の変化周期より長い参照：後述の条件５。

本実施例では、第２光閉込め層Ｒ２のみが吸収する波長帯域（９００ｎｍ以上）の自然太陽光に関して、中間層６の散乱効率が向上するが、全波長帯域では第１光閉込め層Ｒ１の吸収率が向上し、中間層６の平均膜厚が２００ｎｍ以上であれば、図４に示されるように、第２光閉込め層Ｒ２の光吸収率は向上する（６％程度の向上）。

このような４通りの光路差変化度と変化周期は、変化度が長周期である場合（図７の実施例）に、第２光閉込め層Ｒ２の光吸収率が最大化される。中間層６の波状面は、全実施例で第２光閉込め層Ｒ２の光吸収率を改善する。

次に述べられる複数の実施例は、発電層数が３以上（３を含む）であるタンデム型として示されている。図３，５，６，７の実施例は、それらのタイプの分類の便宜のために、それぞれに下記のように名称が与えられる。
図３のタイプ：標準型
図５のタイプ：短周期型
図６のタイプ：長周期透過型
図７のタイプ：長周期非透過型

図８〜図１１の多層タンデム発電型太陽電池は、それぞれに、ミドルセル層１５が追加的に介設されている。中間層６は、第１中間層６−２と第２中間層６−１とに分離されている。トップセル層５は第１透明導電膜４と中間層６−１の間の発電層（第１光閉込め層Ｒ１に一致）であり、ボトムセル層７は第２透明導電膜８（又は裏面不透明電極２）と中間層６−２の間の発電層（第２光閉込め層Ｒ２に一致）であり、ミドルセル層１５は中間層６−１と中間層６−２の間の発電層（第３光閉込め層）である。

実施例５：
図８は、第５実施例を示している。
中間層６−１：短周期型
中間層６−２：短周期型

実施例６：
図９は、第６実施例を示している。
中間層６−１：短周期型
中間層６−２：長周期透過型

実施例７：
図１０は、第７実施例を示している。
中間層６−１：長周期透過型
中間層６−２：長周期透過型

実施例８：
図１１は、第８実施例を示している。
中間層６−１：長周期透過型
中間層６−２：長周期非透過型

実施例５〜８で、吸収する光波長は、太陽電池の材料に起因する原因により、第３光閉込め層Ｒ３で第１光閉込め層Ｒ１より長波長側にシフトし、第２光閉込め層Ｒ２で第３光閉込め層Ｒ３より長波長側にシフトする。このようなシフトの傾向は、材料上の制約に起因している。中間領域の中間層６−２に長周期非透過型を与えることは、短波長領域光を第３光閉込め層Ｒ３に閉じ込める光閉込め効果を最大化する。実施例１〜４に関する既述の解析結果は、図１１の実施例の光吸収率が図１０の実施例の光吸収率より高く、図１０の実施例の光吸収率が図９の実施例の光吸収率より高く、図９の実施例の光吸収率が図８の実施例の光吸収率より高いことを推定させる。この推定が正しいことは、ＦＤＴＤ法により確かめられる。膜厚周期が存在し非透過型である中間層が形成されている図１１の実施例は、解析結果では最良である。

下記の実施例は、裏面側の反射効率に関する光閉込め効果の改善を示している。図１２〜図１４は、第９〜第１１実施例を示している。これらの実施例では、発電層３は、２層型、３層型、多層型のタンデム型発電層又は単層のシングル発電層を形成している。そのような発電層３を挟む第１透明導電膜４の第１テクスチャ構造面９と第２透明導電膜８の第４テクスチャ構造面１３との関係は、膜厚方向光路差が膜厚直交方向に変化し膜厚直交方向位相差で表される。

実施例９：
図１２は、第９実施例を示している。本実施例では、膜厚方向光路差は一定であり、膜厚直交方向位相差は与えられていない。
実施例１０：
図１３は、第１０実施例を示している。本実施例では、膜厚方向光路差は一定でなく、膜厚直交方向位相差として９０゜が与えられている。ここで、３６０゜は波面の隣り合う凸部位の間として定義されている。
実施例１１：
図１４は、第１１実施例を示している。本実施例では、膜厚方向光路差は一定でなく、膜厚直交方向位相差として１８０゜が与えられている。

図１５は、膜厚直交方向位相差と光吸収率に対応する短絡電流量の関係を示している。その位相差が６０゜〜１２０゜の位相差範囲で、吸収効率が最大化される。「異なる異相」とは、「同一位相」の対偶を意味し、太陽光発電装置が吸収し発電可能な（発電に寄与する）光波長の１／１０以上に対応する位相差を意味する。

下記の実施例は、裏面側の反射効率に関する光閉込め効果の他の改善を示している。図１６〜図２０は、第１２〜第１６実施例を示している。これらの実施例では、発電層３は、２層型、３層型、多層型のタンデム型発電層又は単層のシングル発電層を形成している。そのような発電層３を挟む第１透明導電膜４の第１テクスチャ構造面９と第２透明導電膜８の第４テクスチャ構造面１３との関係は、膜厚方向光路差が膜厚直交方向に変化する。第１２〜第１６実施例は、膜厚直交方向位相差がない点で、第９実施例〜第１１実施例と異なっている。裏面不透明電極２と第２透明導電膜８の接合面に、第５テクスチャ構造面１４が考慮される。

実施例１２：
図１６は、第１２実施例を示している参照：後述の条件６。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：標準型
第１テクスチャ構造面９：標準型

実施例１３：
図１７は、第１３実施例を示している参照：後述の条件６。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：短周期型
第１テクスチャ構造面９：標準型

実施例１４：
図１８は、第１４実施例を示している参照：後述の条件６。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：標準型周期であり、且つ、第２透明導電膜８が発電層３の凹部で最大膜厚であり、且つ、発電層３の凸部で最小膜厚を形成する形状であり、後述される図１８の位相構造
第１テクスチャ構造面９：標準型

実施例１５：
図１９は、第１５実施例を示している参照：後述の条件６。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：平面型
第１テクスチャ構造面９：標準型

実施例１６：
図２０は、第１６実施例を示している参照：後述の条件６。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：第２透明導電膜８が一方の発電層３の凸部で最大膜厚であり、且つ、もう一方の発電層３の凸部で最小膜厚を形成し、このため標準型より長周期構造をとる形状であり、後述の条件６の長周期非透過型
第１テクスチャ構造面９：標準型

図２１は、図１６〜図２０（第１２実施例〜第１６実施例に対応）のＦＤＴＤ法解析結果を示している。第５テクスチャ構造面１４に関して反射率が高い図２０の第１６実施例の吸収率が高いことは定性的推定の通りである。第１２実施例〜第１６実施例で、第２透明導電膜８の平均膜厚が第２透明導電膜８への」入射光の波長以下であることは自明的に前提条件である。面内膜厚分布を与えられる第２透明導電膜８は、それの裏面で反射する反射光に位相差が生じ、その干渉効果により、反射率が増大する。第２透明導電膜８の膜厚は、任意の箇所で零でないことが必要である。

裏面反射電極の裏面不透明電極２に到達する光の波長は長いので、反射率は、ある程度のピッチより短いピッチの第２透明導電膜８の膜厚分布に対するピッチ長依存性は乏しいが、図２１に示されるように、その膜厚分布は反射率の向上に寄与していることが明らかに示されている。長周期のピッチ長の第１５，１６実施例では、膜厚分布のピッチ長と第２透明導電膜８に入射する長波長光の波長とが近似していて、その散乱効率（反射効率）が向上している。その膜厚分布のピッチ長としては、その長波長光の波長と同程度であることが好ましく、又は、その長波長光の波長の２〜３倍であることが好ましい。

下記の実施例は、裏面側の反射効率と位相差とに関する光閉込め効果の改善を示している。図２２〜図３０は、第１７〜第２５実施例を示している。これらの実施例では、発電層３は、２層型、３層型、多層型のタンデム型発電層又は単層のシングル発電層を形成している。そのような発電層３を挟む第１透明導電膜４の第１テクスチャ構造面９と第２透明導電膜８の第４テクスチャ構造面１３との関係は、膜厚方向光路差が膜厚直交方向に変化し膜厚直交方向位相差で表され、且つ、膜厚方向直交方向位相差の合成で表される。

実施例１７：
図２２は、第１７実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：短周期型（周期４分の１）
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：０

実施例１８：
図２３は、第１８実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：短周期型（周期４分の１）
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：１８０゜

実施例１９：
図２４は、第１９実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：短周期型（周期２分の１）
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：０

実施例２０：
図２５は、第２０実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：短周期型（周期２分の１）
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：１８０゜

実施例２１：
図２６は、第２１実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：標準型（非平行）
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：０

実施例２２：
図２７は、第２２実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：標準型（非平行）
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：９０゜

実施例２３：
図２８は、第２３実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：標準型（非平行）
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：１８０゜

実施例２４：
図２９は、第２４実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：長周期型（周期２倍）
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：０
実施例２５：
図３０は、第２５実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：長周期型（周期２倍）
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：９０゜

図３１は、図２２〜図３０の第１７実施例〜第２５実施例の解析結果を示している。図２３、図２５、図２７、図２８の位相差が存在する実施例は、反射効率が１％〜２％で増大している。裏面の反射光に位相差の面内分布が生じて干渉が起きて、裏面反射効果に起因する光閉込め効果が生じている。更には、発電層３の第４テクスチャ構造面１３と裏面界面１４の非平行性はレンズ効果を奏し、裏面側への凸部に相当する発電層の領域に入射光が集中するが、近傍の裏面の透明導電膜８が薄い場合には、その薄い部分の吸収率が低くなって、裏面反射電極２の全体としては、その反射効率が増大している。図２９，３０の実施例の長周期型構造面により、既述の位相差によらずに安定で高い値に裏面の反射効率を保持することがわかる。

下記の実施例は、裏面側の反射効率と中間層６の反射効率とに関する光閉込め効果の改善を示している。図３２〜図３６は、第２６〜第３０実施例を示している。これらの実施例では、発電層３は、２層型、３層型、多層型のタンデム型発電層を形成している。そのような発電層３を挟む第１透明導電膜４の第１テクスチャ構造面９と第２透明導電膜８の第４テクスチャ構造面１３との関係は、膜厚方向光路差が膜厚直交方向に変化し膜厚直交方向位相差で表されている。膜厚方向直交方向位相差は、与えられていない。

実施例２６：
図３２は、第２６実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：標準型（平行）
中間層６：標準型（平行）
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：０

実施例２７：
図３３は、第２７実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：標準型（実施例２６の第２透明導電膜８より厚い）
中間層：長周期透過型
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：０

実施例２８：
図３４は、第２８実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：短周期型
中間層：長周期透過型
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：０

実施例２９：
図３５は、第２９実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：平面型
中間層６：長周期透過型
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：０

実施例３０：
図３６は、第３０実施例を示している。
第４テクスチャ構造面１３：標準型
第５テクスチャ構造面１４：透明導電膜８が一方の発電層７の凸部で最大膜厚であり、且つ、もう一方の発電層７の凸部で最小膜厚を形成し、このため標準型より長周期構造をとる形状であり、後述の条件６の長周期非透過型
中間層６：長周期透過型
第１テクスチャ構造面９：標準型
位相差：０

図３７は、図３２の第２６実施例を基準として、図３３〜図３６の第２７実施例〜第３０実施例の吸収率比較（短絡電流比対応）を示している。図３７の上側のグラフ線はボトムセルの短絡電流比を示し、図３７の下側のグラフ線はトップセルとボトムセルの短絡電流和の比を示している。ボトムセルの短絡電流比の増大比はトップセルの短絡電流比の減少比より大きく、トップセルとボトムセルの合計光吸収比率は、１０％程度の増大を示している。図３３〜図３６の実施例では、トップセル５の光を奪うボトムセル７の光閉込め率が増大する。

光閉じ込め領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の層数の増大と各領域で吸収率が高い波長領域との調和と領域間層である中間層の膜厚方向光路差の調整との適正な組合せは、全吸収率又は短絡電流比を最大化する。図１１の組合せは、全実施例中で最大の短絡電流比を与える。更に、膜厚直交方向位相差を与えることは、その最大値を更に増大させる。このような解析結果は、全てについて、ＦＤＴＤ法により得られている。ＦＤＴＤ法による解析と実測値との一致性は、既述の通りである。

ＦＤＴＤ解析の計算条件の実施例：
条件１：
基板面上に設定されるｘ，ｙ方向の境界に対して、周期境界条件が適用される。
条件２：
ｚ方向は、基板面に垂直である膜厚方向に設定される。入射光は、基板面に平行である平面波である（基板は太陽に対して真っ直ぐに向けられる。）。吸収境界のアルゴリズムは、BerengerのPerfect Matching Layer法（J. P. Berenger, J. Computational Physics, 114, 185(1994)）が適用される。

条件３：
反射波の振幅と、各セル内の電磁波の振幅の時間変化を全計算時間で記録され、フーリエ変換により、３００ｎｍ〜１２００ｎｍ（空気中又は真空中）の振幅は５ｎｍ間隔で刻まれる。シリコンの吸収率の計算の収束は、吸収率と反射率の和が１００％になることにより確認される。

条件４：
周期的境界条件が用いられているので、ｘｙ平面のサイズは、基板側透明導電膜のテクスチャピッチに揃えられる。図３８は、解析対象実施例の基本構造を示している。
裏面不透明電極２：金属膜厚５０ｎｍ〜５００ｎｍ
第２透明導電膜８：５０ｎｍ〜５００ｎｍ
ボトムセル層７：２００ｎｍ〜３０００ｎｍ
中間層６：３０〜５００ｎｍ
トップセル層５：１００ｎｍ〜２０００ｎｍ
第１透明導電膜４：１００ｎｍ〜２０００ｎｍ
ガラス基板１：数ｍｍ

本明細書では、太陽電池を構成する膜のテクスチャ形状の構造について特に指定がない場合は、第１透明導電膜４上に多層で積層するいずれの膜の界面形状は、基板側の直近のテクスチャ形状に沿うテクスチャ形状に形成されている。
条件５：
第１透明導電膜４のテクスチャ：
そのピッチは、光波長程度のテクスチャ構造を有している。第１テクスチャ構造面９の凹凸面による第１透明導電膜４のテクスチャ構造は、その形状が三角波であり、ピッチは光波長と同じ０．３〜１．５μｍであり、振幅がそのピッチの０．１〜２．０倍である。
中間層６のテクスチャ：
（表面側反射面１１は、その形状が正弦波又は平滑処理され鋭角が除かれる三角波であり、ピッチは第１テクスチャ構造面９に等しい。中間反射層６の裏面側反射面１２において、標準又は平行、又は、特に断りがない限り、表面側反射層１１に平行である形状を有する。以下、特に記載したテクスチャの形状は、中間層６の裏面側反射面１２に対応する。また、特に断りがない限り、中間反射層６の裏面側反射面１２と表面側反射面１１の位相差は等しいことが前提にされている。
短周期：
形状は正弦波又は平滑処理され鋭角が除かれる三角波であり、ピッチは第１テクスチャ構造面９の４分の１倍〜１倍未満であり、振幅は第１テクスチャ構造面９のピッチの０．１倍〜２．０倍である。
長周期非透過型：
形状は正弦波又は平滑処理され鋭角が除かれる三角波であり、ピッチは第１テクスチャ構造面９の１以上の周期であり、且つ、光波長の０．３〜１．５μｍの数倍以下であり、振幅は第１テクスチャ構造面９のピッチの０．１倍〜２．０倍である。
長周期透過型：
形状は正弦波又は平滑処理され鋭角が除かれる三角波である。波形が中間層６を越えてトップセル層５に入り込む領域は除外される。ピッチは、第１テクスチャ構造面９と同じ周期である。振幅は中間層６の振幅波形の下部がトップセルに接する程度の振幅以上であり、且つ、第１テクスチャ構造面９のピッチの０．１倍〜２．０倍であり、且つ、中間層がない部分の開口率が０〜６０％以内であり、特には、その開口率は２０％〜４０％である。

条件６：
第２透明導電膜８のテクスチャ：
短周期：
形状は正弦波又は平滑処理され鋭角が除かれる三角波であり、ピッチは第１テクスチャ構造面９の４分の１倍〜１倍未満であり、振幅は第２透明導電膜８に入射する光の波長以下である。裏面不透明電極２がボトムセル層７に接触しないことが重要である。その理由は長周期非透過型に関する記載の通りである。
長周期非透過型：
形状は正弦波又は平滑処理され鋭角が除かれる三角波であり、ピッチは第１テクスチャ構造面９の１以上の周期であり、且つ、第２透明導電膜８に入射する光波長の数倍以下であり、振幅はその光波長以下である。裏面不透明電極２がボトムセル層７に接触しないことが重要である。透明導電膜８が一方の発電層７の凸部で最大膜厚であり、更にもう一方の発電層７の凸部で最小膜厚をとり、そのため、標準型よりも長周期構造をとる形状である。その接触しないための条件は、裏面不透明電極２から第２透明導電膜８を通過してボトム発電層７に裏面不透明電極２の構成原子が製造プロセス中に拡散する場合に、ボトム発電層７を構成する導電性又は真性半導体の電子・正孔キャリア密度が、製造プロセス前の１／２倍以下又は２倍以上に変化しないために十分であるバリア性を確保できる第２透明導電膜８の膜厚以上であることが重要である。

異相（図１８）：
形状は正弦波又は平滑処理され鋭角が除かれる三角波であり、ピッチは第１テクスチャ構造面９に同じ周期である。第２透明導電膜８の膜厚最大位置で、ボトムセル層７の谷部に当たることが条件づけられる。振幅はその光波長以下である。裏面不透明電極２はボトムセル層７に接触せず、既述の条件６を満たす。ボトムセル層７の谷部の第２透明導電膜８の膜厚は、ボトムセル層７の山部の第２透明導電膜８の膜厚より厚い。
平坦：
第１透明導電膜４の表面に平行である平面に形成される。

用語の意義：
（１）「周期」とは、本明細書で、太陽光発電装置が吸収し、発電可能である光波長に対応する太陽光発電装置の半導体の光進入長に等しい膜面内方向範囲内を観察する場合に、ＡＦＭ等の観察で得られる膜面内高低差分布の２次元フーリエ変換パワースペクトル密度（ＰＤＳ）のピーク値に対応する膜面内の凸部頂点間隔を意味する。
（２）「一定周期」は、既述の定義の「周期」に基づいて、且つ、少なくともＰＤＳで得るピーク値に対応する膜面内の凸部頂点間隔の１０倍の長さの辺を持つ正方形以上の面積について、ピーク値に対応する膜面内の凸部頂点間隔標準偏差が発電可能な光波長の１／１０以下の場合についていわれる。
（３）「同一位相」は、太陽光発電装置が吸収し、発電可能な光波長に対応する太陽光発電装置内部の半導体の光進入長と等しい膜面内方向範囲を観察する場合に、ＡＦＭ等の観察で得られる膜面内高低差分布の２次元フーリエ変換パワースペクトル密度のピーク値を算出し、同時に少なくとも既述のＰＤＳで得るピーク値に対応する膜面内の凸部頂点間隔の１０倍の長さの辺を持つ正方形以上の面積について、第１凹凸面個々の凸部ピーク値の位置分布の２次元フーリエ変換の最大値の波数座標、更に、第２凹凸面個々の凸部ピーク値の位置分布の２次元フーリエ変換の最大値の波数座標を得て、それらの２波数座標位置の極座標表示から計算される位相角度を位相差として得る、太陽光発電装置が吸収し発電可能である光波長の１／１０未満に対応する位相差を意味する。
（４）「異なる位相」は、既述の「同一位相」の対偶であり、太陽光発電装置が吸収し発電可能である光波長の１／１０以上に対応する位相差を意味する。
（５）「周期が（概ね）等しい」は、太陽光発電装置が吸収し発電可能である光波長の１／１０以下のずれの範囲内であることを意味する。
（６）「正弦波、又は、平滑処理され鋭角が除かれる三角波」は、膜面内高低差分布の２次元フーリエ変換パワースペクトル密度の極座標表示で、動径方向に全測定点を投影させる場合に得られる１次元曲線上で、最大値の１個の点に対して他の極大値の値が１／１０未満である特性を示す曲面を意味する。

本発明による太陽光発電方法の光閉込めは、
（１）透明基板面に対して太陽光を入射させること
（２）太陽光を透明基板に通過させて表面側導電層に入射させること
（３）太陽光を表面側導電層に通過させて第１光閉込め発電層に入射させること
（４）太陽光を第１光閉込め発電層に通過させて中間反射透過層に入射させること
（５）太陽光の第１波長帯域分を中間反射透過層の表面側凹凸面で反射させること
（６）表面側凹凸面で反射する第１波長帯域分を第１光閉込め発電層に通過させて表面側導電層の裏面側凹凸面で反射させること
（７）太陽光の第２波長帯域分を中間反射透過層に通過させて第２光閉込め発電層に入射させること
（８）第２波長帯域分を第２光閉込め発電層に通過させて裏面側導電層で反射させること
（９）裏面側導電層で反射する第２波長帯域分を第２光閉込め発電層に通過させて中間反射透過層の裏面側凹凸面で反射させること
の９ステップで実行される。

太陽光の波長帯域ごとに２層又は多層の発電層で効率的に吸収させることは、中間層の両面の凹凸により実現される。入射する太陽光は平面波であり、波長程度のピッチと振幅の中間層の凹凸反射面、各発電層で波長の２倍以下であり波長の１０分の１の程度のピッチの中間層の凹凸面は、発電層内の光波を有効に反射させ、光閉込め効果の発現が有効化する。平行平面ミラーの光路長と波長との半整数倍関係は、光の透過と光の全反射に対応する。太陽光は広域の波長帯域を有していて、平行反射面間の距離調整により有効な光閉じ込めが困難である。既述の中間反射透過層は、多様な波長の光を散乱的に反射して、光閉じ込めを統計的に有効化する。

第２波長帯域分を裏面側導電層の表面側凹凸面で反射させることは更に有効である。中間反射透過層の膜厚は膜厚方向に直交する膜厚直交方向に変化していることは、中間反射透過層のレンズ効果により、光閉じ込めを更に有効化する。中間反射透過層の膜厚は周期的に変化していて、閉込め効果の計算を容易にするとともに、多層発電層の製造のプロセスを簡素化する。中間反射透過層は表面側で第１凹凸面を有し、且つ、中間反射透過層は裏面側で第２凹凸面を有し、第２凹凸面の変化の周期は第１凹凸面の変化の周期より長いことは、散乱効果を有効化する。第１凹凸面の変化の周期と表面側導電層の裏面側凹凸面の変化の周期を概ね等しくすることは、閉込め効果の計算を容易にするとともに、多層発電層の製造のプロセスを簡素化する。裏面側導電層の表面側反射面は凹凸面に形成されることは好ましい。

中間反射透過層の膜厚の変化の周期を表面側導電層の裏面側凹凸面の変化の周期より長くすることは、閉込め効果の計算を容易にするとともに、多層発電層の製造のプロセスを簡素化する。中間反射透過層の膜厚の変化の周期を表面側導電層の裏面側凹凸面の変化の周期より長くし、且つ、中間反射透過層の表面側の第１凹凸面と中間反射透過層の裏面側の第２凹凸面の変化を同期化（同一位相化）することは、閉込め効果の計算を容易にするとともに、多層発電層の製造のプロセスを更に簡素化する。

複数の層のそれぞれの既述の凹凸面としては、三角錐面、四角水面（ピラミッド型面）、半球面、半円柱状面、三角柱面、四角柱面、交叉状半円柱状面、交叉状三角柱面、交叉状四角柱面が適用され得る。その凹凸ピッチは、１次元的に又は２次元的に、真空中の太陽光の帯域波長の程度又はそれの１０分の１の程度に調整される。そのような凹凸特に四角錐面は、発電層の結晶界面が利用されてエッチングにより形成され得る。凹凸ピッチは、規則的に（周期的に）又はランダムにレジストパターンにより設定される。非透過性基板を用いる場合に、既述の構造を天地逆に作成すれば、太陽電池の性能を上げることは明確である。

１…ガラス基板
２…裏面側反射層
３…発電層
４…表面側反射層
５…トップ発電層
６…中間反射層
６−１…第２中間反射層
６−２…第１中間反射層
７…ボトム発電層
８…裏面側反射層
９…裏面側反射面
１１…表面側反射面
１２…裏面側反射面（反射面）
１９…透明基板面

Claims (82)

1. 裏面側反射層と、
   表面側反射層と、
   前記裏面側反射層と前記表面側反射層との間に介設される中間反射層と、
   前記裏面側反射層と前記中間反射層との間に介設されるボトム発電層と、
   前記表面側反射層と前記中間反射層との間に介設されるトップ発電層とを構成し、
   前記中間反射層は凹凸面に形成されている太陽光発電装置。
2. 前記中間反射層の裏面側反射面と前記裏面側反射層の表面側反射面はともに平面でなく、且つ、前記中間反射層の裏面側反射面と前記裏面側反射層の表面側反射面の間の膜面垂直方向距離は膜面内方向で一定である請求項１の太陽光発電装置。
3. 発電に寄与する光波長に対応する膜面内方向範囲で、前記距離の標準偏差は前記光波長の１／１０以下である請求項１の太陽光発電装置。
4. 前記中間反射層の裏面側反射面と前記裏面側反射層の表面側反射面はともに平面でなく、且つ、前記中間反射層の裏面側反射面と前記裏面側反射層の表面側反射面の間の膜面垂直方向距離は膜面内方向に一定周期で変化する請求項１の太陽光発電装置。
5. 発電に寄与する光波長に対応する光進入長に等しい膜面内方向範囲で、膜面内高低差分布の２次元フーリエ変換パワースペクトル密度のピーク値に対応する膜面内の凸部の頂点間隔の標準偏差は、前記光波長の１／１０以下である請求項１の太陽光発電装置。
6. 前記ピーク値の対応する膜面内の凸部の頂点間隔の１０倍の長さの辺を持つ正方形の面積が基準とされ、前記頂点間隔の標準偏差は、前記光波長の１／１０以下である請求項５の太陽光発電装置。
7. 前記中間反射層の裏面側反射面と前記裏面側反射層の表面側反射面はともに平面でなく、且つ、前記中間反射層の裏面側反射面と前記裏面側反射層の表面側反射面の間の膜面垂直方向距離は前記中間反射層の厚みの変化に対応して変化する請求項１の太陽光発電装置。
8. 前記厚みの変化の周期は前記表面側反射層の裏面側反射面の変化の周期より長い請求項５の太陽光発電装置。
9. 前記厚みの変化の周期は、発電に寄与する光波長に対応する光進入長に等しい膜面内方向範囲で、膜面内高低差分布の２次元フーリエ変換パワースペクトル密度のピーク値に対応する膜面内の前記頂点間隔に対応する請求項８の太陽光発電装置。
10. 前記厚みの変化は正弦波又は平滑処理される三角波であり、前記厚みの変化のピッチは、前記表面側反射層の裏面側反射面の変化のピッチの１倍以上であり、且つ、前記光波長の０．３〜１．５μｍの数倍以下であり、前記厚みの変化の振幅は、前記表面側反射層の裏面側反射面のピッチの０．１〜２．０倍である請求項８の太陽光発電装置。
11. 前記中間反射層の変化は正弦波又は平滑処理される三角波であり、前記中間反射層の変化のピッチは、前記表面側反射層の裏面側反射面の変化のピッチの１／４〜１倍未満であり、前記厚みの変化の振幅は、前記表面側反射層の裏面側反射面のピッチの０．１〜２．０倍である請求項８の太陽光発電装置。
12. 前記中間反射層の表面側反射面と前記中間反射層の裏面側反射面は凹凸面に形成され、前記凹凸面は滑らかに形成されている請求項１〜８から選択される１請求項の太陽光発電装置。
13. 前記凹凸面を形成する凹凸部の断面の曲率半径は、発電に寄与する前記光波長の１／１０以上である請求項１２の太陽光発電装置。
14. 前記中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面と前記第２凹凸面の形状は同一位相で変化する請求項１〜８から選択される１請求項の太陽光発電装置。
15. 発電に寄与する光波長に対応する光進入長に等しい膜面内方向範囲で、膜内高低差分布の２次元フーリエ変換パワースペクトル密度のピーク値に対応する膜面内の前記頂点間隔の１０倍の長さの辺を持つ正方形以上の面積が基準とされ、前記第１凹凸面の凸部ピークの位置分布の２次元フーリエ変換の最大値の波数座標と前記第２凹凸面の凸部ピークの位置分布の２次元フーリエ変換の最大値の波数座標との座標表示により計算される位相角度である位相差は、前記光波長の１／１０以下である請求項１４の太陽光発電装置。
16. 前記中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面と前記第２凹凸面は異なる位相で変化する請求項１〜８から選択される１請求項の太陽光発電装置。
17. 前記位相の位相差は、発電に寄与する光波長に対応する光進入長に等しい膜面内方向範囲で、膜内高低差分布の２次元フーリエ変換パワースペクトル密度のピーク値に対応する膜面内の前記頂点間隔の１０倍の長さの辺を持つ正方形以上の面積が基準とされ、前記第１凹凸面の凸部ピークの位置分布の２次元フーリエ変換の最大値の波数座標と前記第２凹凸面の凸部ピークの位置分布の２次元フーリエ変換の最大値の波数座標との座標表示により計算される位相角度として定義される請求項１６の太陽光発電装置。
18. 前記中間反射層の平均膜厚は５０ｎｍ以上であり２５０ｎｍ以下である請求項１〜１８から選択される１請求項の太陽光発電装置。
19. 裏面側反射層と、
    表面側反射層と、
    前記裏面側反射層と前記表面側反射層との間に介設される中間反射層と、
    前記裏面側反射層と前記中間反射層との間に介設されるボトム発電層と、
    前記表面側反射層と前記中間反射層との間に介設されるトップ発電層とを構成し、
    前記中間反射層と前記裏面側反射層の間の膜厚方向光路は、前記膜厚方向に直交する膜厚直交方向に変化する光路長を有する太陽光発電装置。
20. 前記光路差は一定周期で変化する請求項１９の太陽光発電装置。
21. 前記光路長は、前記中間反射層の厚みの変化により変化する請求項１１の太陽光発電装置。
22. 前記厚みの変化の周期は前記表面側反射層の裏面側反射面の変化の周期より長くない請求項２１の太陽光発電装置。
23. 前記中間反射層の裏面側反射面と前記裏面側反射層の表面側反射面はともに平面でなく、前記光路長は一定周期で変化する請求項１９の太陽光発電装置。
24. 前記中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面と前記第２凹凸面の形状は同一位相で変化する請求項１９の太陽光発電装置。
25. 前記中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面と前記第２凹凸面は異なる位相で変化する請求項１２の太陽光発電装置。
26. 前記中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第２凹凸面の形状の変化の周期は前記第１凹凸面の形状変化の周期より短い請求項１９の太陽光発電装置。
27. 前記中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面と前記第２凹凸面は異なる位相で変化する請求項１９の太陽光発電装置。
28. 前記中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面と前記第２凹凸面の間の膜厚方向厚みは部分的に零である請求項１９の太陽光発電装置。
29. 前記第１凹凸面の形状と前記第２凹凸面の形状は正弦波又は平滑化される三角波の波形であり、前記第２凹凸面の波形はこれが前記中間反射層を越えて前記トップセル層に入り込む領域は除外され、前記波形のピッチは前記表面側反射層の裏面側反射面のピッチに同じであり、前記波形の振幅は前記中間反射層振幅波形の底部が前記トップセル層に接する程度の振幅以上であり、且つ、前記中間反射層がない部分の開口率は０〜６０％の範囲である請求項２８の太陽光発電装置。
30. 前記開口率は２０〜４０％の範囲である請求項２９の太陽光発電装置。
31. 前記中間反射層の平均膜厚は２５０ｎｍ以下である請求項１９〜２８から選択される１請求項の太陽光発電装置。
32. 裏面側反射層と、
    表面側反射層と、
    前記裏面側反射層と前記表面側反射層との間に介設される発電層とを構成し、
    前記裏面側反射層は、
    金属層と、
    前記金属層の表面側に接合する導電層とを形成し、
    前記表面側反射層と前記裏面側反射層の間の膜厚方向光路は、前記膜厚方向に直交する膜厚直交方向に変化する光路長を有する太陽光発電装置。
33. 前記光路長は一定周期で変化する請求項３２の太陽光発電装置。
34. 前記光路長は、前記導電層の厚みの変化に対応して変化する請求項３２の太陽光発電装置。
35. 前記導電層の表面側反射面と前記表面側反射層の裏面側反射面はともに平面でなく、前記光路長は一定周期で変化する請求項３２の太陽光発電装置。
36. 前記導電層の表面側反射面と前記表面側反射層の裏面側反射面はともに平面であり且つ平行である請求項３２の太陽光発電装置。
37. 前記導電層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記表面側反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面の形状と前記第２凹凸面の形状は同一位相で変化する請求項３２の太陽光発電装置。
38. 前記導電層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記表面側反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面の形状と前記第２凹凸面の形状は異なる位相で変化する請求項３２の太陽光発電装置。
39. 前記異なる異相の位相差は６０゜〜１２０゜の範囲である請求項３８の太陽光発電装置。
40. 前記導電層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記導電層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第２凹凸面の変化の周期は前記第１凹凸面の形状の変化の周期より長い請求項３２の太陽光発電装置。
41. 前記導電層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記導電層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面と前記第２凹凸面は異なる位相で変化する請求項３２の太陽光発電装置。
42. 前記導電層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記導電層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面と前記第２凹凸面の間の膜厚方向厚みは全領域で零より大きい請求項３２の太陽光発電装置。
43. 前記表面側反射層と前記裏面側反射層との間に介設される中間反射層を更に構成し、
    前記発電層は、
    前記裏面側反射層と前記中間反射層との間に介設されるボトム発電層と、
    前記表面側反射層と前記中間反射層との間に介設されるトップ発電層とを形成し、
    前記中間反射層と前記裏面側反射層の間の膜厚方向光路は、前記膜厚方向に直交する膜厚直交方向に変化する中間光路長を有する請求項３２の太陽光発電装置。
44. 前記中間光路長は一定周期で変化する請求項４３の太陽光発電装置。
45. 前記中間光路長は、前記中間反射層の厚みの変化により変化する請求項４３の太陽光発電装置。
46. 前記中間反射層の裏面側反射面と前記裏面側反射層の表面側反射面はともに平面でなく、前記中間光路長は一定周期で変化する請求項４３の太陽光発電装置。
47. 前記中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面の形状と前記第２凹凸面の形状は同一位相で変化する請求項４３の太陽光発電装置。
48. 前記中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面の形状と前記第２凹凸面の形状は異なる位相で変化する請求項４３の太陽光発電装置。
49. 前記中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第２凹凸面の変化の周期は前記第１凹凸面の形状の変化の周期より長い請求項４３の太陽光発電装置。
50. 前記第１凹凸面の形状の変化の周期は、前記表面側反射層の裏面側反射面の凹凸面の形状の変化の周期に発電可能な光波長の１／１０のずれの範囲で等しい請求項４９の太陽光発電装置。
51. 前記中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記裏面側反射層の表面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面の形状と前記第２凹凸面の形状は異なる位相で変化する請求項４３の太陽光発電装置。
52. 前記中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面と前記第２凹凸面の間の膜厚方向厚みは部分的に零である請求項４３の太陽光発電装置。
53. 前記中間反射層の平均膜厚は２５０ｎｍ以下である請求項４３〜５２から選択される１請求項の太陽光発電装置。
54. 前記中間反射層の平均膜厚は５０ｎｍ以上である請求項５３の太陽光発電装置。
55. 前記裏面側反射層と前記裏面側反射層との間に介設される複数の中間反射層を更に構成し、前記複数の中間反射層のうち前記裏面側反射層により近い中間反射層は第１中間反射層といわれ、前記複数の中間反射層のうち前記表面側反射層により近い中間反射層は第２中間反射層といわれ、
    前記発電層は、
    前記裏面側反射層と前記第１中間反射層との間に介設されるボトム発電層と、
    前記表面側反射層と前記第２中間反射層との間に介設されるトップ発電層と、
    前記第１中間反射層と前記第２中間反射層の間に介設される単数又は複数のミドル発電層を形成し、
    前記第１中間反射層と前記第２中間反射層の間の膜厚方向光路は、前記膜厚方向に直交する膜厚直交方向に変化する分割中間光路長を有する請求項３２の太陽光発電装置。
56. 前記分割中間光路長は一定周期で変化する請求項５５の太陽光発電装置。
57. 前記分割中間光路長は、前記第１中間反射層又は前記第２中間反射層の厚みの変化により変化する請求項５５の太陽光発電装置。
58. 前記第１中間反射層の表面側反射面と前記第２中間反射層層の裏面側反射面はともに平面でなく、前記分割中間光路長は一定周期で変化する請求項５５の太陽光発電装置。
59. 前記第１中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記第１中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面の形状と前記第２凹凸面の形状は同一位相で変化する請求項５５の太陽光発電装置。
60. 前記第１中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記第１中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面の形状と前記第２凹凸面の形状は異なる位相で変化する請求項５５の太陽光発電装置。
61. 前記第１中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記第１中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第２凹凸面の形状の変化の周期は前記第１凹凸面の形状の変化の周期より長い請求項５５の太陽光発電装置。
62. 前記第１中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記第２中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面の形状と前記第２凹凸面の形状は異なる位相で変化する請求項５５の太陽光発電装置。
63. 前記第１中間反射層の表面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記第１中間反射層の裏面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１凹凸面と前記第２凹凸面の間の膜厚方向厚みは部分的に零である請求項５５の太陽光発電装置。
64. 前記第１中間反射層の平均膜厚は２５０ｎｍ以下である請求項５５〜６３から選択される１請求項の太陽光発電装置。
65. 前記第１中間反射層の平均膜厚は５０ｎｍ以上である請求項６４の太陽光発電装置。
66. 前記第２中間反射層の平均膜厚は２５０ｎｍ以下である請求項６４又は６５の太陽光発電装置。
67. 前記第２中間反射層の平均膜厚は５０ｎｍ以上である請求項６４〜６６から選択される１請求項の太陽光発電装置。
68. 前記第１中間反射層の平均膜厚は前記第２中間反射層の平均膜厚より大きい請求項５５〜６３から選択される１請求項の太陽光発電装置。
69. 前記第１中間反射層の膜厚は全領域で零でなく前記第２中間反射層の膜厚は部分的に零である請求項６８の太陽光発電装置。
70. 前記裏面反射層である裏面側導電膜の裏面側反射面は第１凹凸面に形成され、前記裏面反射層である裏面側導電膜の表面側反射面は第２凹凸面に形成され、前記第１中間反射層の裏面側反射面は第３凹凸面に形成され、前記第１中間反射層の表面側反射面は第４凹凸面に形成され、前記第２中間反射層の裏面側反射面は第５凹凸面に形成され、前記第２中間反射層の表面側反射面は第６凹凸面に形成され、前記表面側反射層の裏面側反射面は第７凹凸面に形成され、前記第１凹凸面と前記第２凹凸面と前記第３凹凸面と前記第４凹凸面と前記第５凹凸面と前記第６凹凸面と前記第７凹凸面は、互いに同一周期で変化する請求項５５の太陽光発電装置。
71. 前記第１中間反射層の平均膜厚と前記第２中間反射層の平均膜厚は、ともに２５０ｎｍ以下であり、且つ、ともに５０ｎｍ以上である請求項７０の太陽光発電装置。
72. 入射面に対して太陽光を入射させる第１ステップと、
    前記太陽光を前記入射面に通過させて表面側導電層に入射させる第２ステップと、
    前記太陽光を前記表面側導電層に通過させて第１光閉込め発電層に入射させる第３ステップと、
    前記太陽光を前記第１光閉込め発電層に通過させて中間反射透過層に入射させる第４ステップと、
    前記太陽光の第１波長帯域分を前記中間反射透過層の表面側凹凸面で反射させる第５ステップと、
    前記表面側凹凸面で反射する前記第１波長帯域分を前記第１光閉込め発電層に通過させて前記表面側導電層の裏面側凹凸面で反射させる第６ステップと、
    前記太陽光の第２波長帯域分を前記中間反射透過層に通過させて第２光閉込め発電層に入射させる第７ステップと、
    前記第２波長帯域分を前記第２光閉込め発電層に通過させて裏面側導電層で反射させる第８ステップと、
    前記裏面側導電層で反射する前記第２波長帯域分を前記第２光閉込め発電層に通過させて前記中間反射透過層の裏面側凹凸面で反射させる第９ステップとを構成する太陽光発電方法。
73. 前記入射面は光透過性基板に形成されている請求項７２の太陽光発電方法。
74. 前記第８ステップは、前記第２波長帯域分を前記裏面側導電層の表面側凹凸面で反射させる請求項７２の太陽光発電方法。
75. 基準平坦面の平均面が平均とされ、前記表面側凹凸面の凹凸面形状の高さの標準偏差は、発電に寄与する光波長の１／１０以上である請求項７４の太陽光発電方法。
76. 前記中間反射透過層の膜厚は膜厚方向に直交する膜厚直交方向に変化している請求項７２の太陽光発電方法。
77. 前記中間反射透過層の膜厚は周期的に変化している請求項７２の太陽光発電方法。
78. 前記中間反射透過層は表面側で第１凹凸面を有し、且つ、前記中間反射透過層は裏面側で第２凹凸面を有し、
    前記第２凹凸面の形状の変化の周期は前記第１凹凸面の形状の変化の周期より長い請求項７７の太陽光発電方法。
79. 前記第１凹凸面の形状の変化の周期は、前記表面側導電層の前記裏面側凹凸面の形状の変化の周期に発電可能な光波長の１／１０のずれの範囲で等しい請求項７８又は７９の太陽光発電方法。
80. 前記裏面側導電層の表面側反射面は凹凸面に形成されている請求項７２〜７９から選択される１請求項の太陽光発電方法。
81. 前記中間反射透過層の膜厚の変化の周期は、前記表面側導電層の前記裏面側凹凸面の形状の変化の周期より長い請求項７２〜８０から選択される１請求項の太陽光発電方法。
82. 前記中間反射透過層の膜厚の変化の周期は、前記表面側導電層の前記裏面側凹凸面の変化の周期より長く、
    前記中間反射透過層は表面側で第１凹凸面を有し、且つ、前記中間反射透過層は裏面側で第２凹凸面を有し、
    前記第１凹凸面の変化は、前記表面側導電層の前記裏面側凹凸面の変化に対して同一位相を有する請求項７２の太陽光発電方法。

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