JP2010141192A - 薄膜太陽電池セルおよび薄膜太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換効率に優れた薄膜太陽電池セルおよび薄膜太陽電池を得ること。
【解決手段】透光性絶縁基板２上に、透明導電膜からなる第１電極層３と、半導体膜からなり光電変換を行う光電変換層４ａ、４ｂ、４ｃと、透明導電膜からなる第２電極層５と、光を反射する裏面反射層６と、光学的に透明な微粒子７と、前記微粒子７を覆う光学的に透明な絶縁層８と、がこの順で積層され、前記透光性絶縁基板２側から入射して前記裏面反射層６を透過した入射光が、前記微粒子７内に入射し、該微粒子７内で反射することにより前記裏面反射層６および前記第２電極層５を通過して前記光電変換層４に再入射する。
【選択図】 図１−３

Description

本発明は、薄膜太陽電池セルおよび薄膜太陽電池に関するものである。

太陽光をエネルギー源とする太陽電池は、石油等の化石燃料や原子力に比べて地球環境に対する影響が少なく、代替エネルギー源として注目されている。太陽電池は、太陽光エネルギーを電力に変換する光電変換層に、ＰＮ接合を有する半導体を備えている。このｐｎ接合を構成する半導体として、一般にシリコンが良く用いられている。ＰＮ接合を構成する半導体は、光電変換効率の観点では結晶シリコンの使用が好ましいが、近年、使用原料が少なく大面積化が有利なアモルファスシリコンや微結晶シリコンを光電変換層として用いた薄膜太陽電池が注目されている。しかし、薄膜太陽電池の光電変換効率は、結晶シリコン太陽電池に比べ低いことから、光電変換効率の改善のために様々な手法が提案されている。

薄膜太陽電池は、一般に、ガラス基板、透明導電膜、薄膜光電変換層、裏面側透明導電膜および裏面反射膜が積層されている。そして、これらの各層および層間において光電変換効率の改善を図るために、様々な手法が考えられ、実行されている。その中の一つの手法として、薄膜光電変換層における入射光の光路長を長くすることが検討されている。

例えば、薄膜光電変換層における入射光の光路長を長くする手段として透明導電膜の表面に凹凸形状（テクスチャー構造）を形成し、この透明導電膜の凹凸形状で入射光を散乱させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、他の方法として、裏面反射膜を設置し、薄膜光電変換層で吸収されなかった光を再び薄膜光電変換層に戻して入射光を有効に利用する方法があり、裏面側透明導電膜、裏面反射膜の界面に凹凸形状（テクスチャー構造）を形成し、薄膜光電変換層で吸収されなかった光をこの凹凸形状により散乱させることで薄膜光電変換層に戻す方法がある（例えば、特許文献２参照）。

特許第３２２２９４５号公報 特開２００３−２９８０８３号公報

しかしながら、上記従来の技術の凹凸形状（テクスチャー構造）の使用に関しては、凹凸形状、すなわち凹凸の角度や凹凸の大きさにより、散乱および反射しやすい波長領域がある。例えば短波長領域の光の散乱には大きな凹凸形状（テクスチャー構造）の使用が有効であり、長波長領域の光の散乱には小さな凹凸形状（テクスチャー構造）の使用が有効である。この結果、凹凸形状（テクスチャー構造）を用いた方法では、一様なテクスチャー構造では、ある特定の波長領域の光の散乱しか行うことができず、広い波長領域で光を散乱・反射させることは困難である、という問題があった。また、同様に、裏面反射膜においても反射率の低い波長領域があり、広い波長領域で光を反射させることができない、といった問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池セルおよび薄膜太陽電池を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池セルは、透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、半導体膜からなり光電変換を行う光電変換層と、透明導電膜からなる第２電極層と、光を反射する裏面反射層と、光学的に透明な微粒子と、前記微粒子を覆う光学的に透明な絶縁層と、がこの順で積層され、前記透光性絶縁基板側から入射して前記裏面反射層を透過した入射光が、前記微粒子内に入射し、該微粒子内で反射することにより前記裏面反射層および前記第２電極層を通過して前記光電変換層に再入射すること、を特徴とする。

この発明によれば、透光性絶縁基板側から入射して裏面反射層を透過した入射光が微粒子内に入射し、該微粒子内で反射することにより裏面反射層および第２電極層を通過して光電変換層に再入射するため、薄膜太陽電池セルに入射する太陽光を有効に活用することができ、光電変換効率を高めることができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池セルおよび薄膜太陽電池の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。

実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池である薄膜太陽電池モジュール（以下、モジュールと呼ぶ）１０の概略構成を示す平面図である。図１−２は、モジュール１０を構成する薄膜太陽電池セル（以下、セルと呼ぶ場合がある）１の短手向における断面構造を説明するための図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ’における要部断面図である。図１−３は、薄膜太陽電池セル１の構造の特徴を模式的に説明するための断面図である。

図１−１および図１−２に示すように、実施の形態１にかかるモジュール１０は、透光性絶縁基板２上に形成された短冊状（矩形状）のセル１を複数備え、これらのセル１が電気的に直列に接続された構造を有する。セル１は、図１−２に示すように透光性絶縁基板２、透光性絶縁基板２上に形成され第１電極層となる透明電極層３、透明電極層３上に形成される薄膜半導体層である光電変換層４、光電変換層４上に形成され第２電極層となる裏面電極層５、裏面電極層上に形成された裏面反射層６、裏面反射層６上に配置された光学的に透明な微粒子７、裏面反射層６上において微粒子７を覆う光学的に透明な絶縁層８、が順次積層された構造を有する。また、図１−２に示すように透光性絶縁基板２上には不純物の阻止層として、必要に応じて酸化珪素（以下単にＳｉＯ_２と記す）のアンダーコート層９が設けられる。

透光性絶縁基板２上に形成された透明電極層３には、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在するとともに透光性絶縁基板２に達するストライプ状の第１の溝Ｄ１が形成されている。この第１の溝Ｄ１の部分に光電変換層４が埋め込まれることで、透明電極層３が隣接するセル１に跨るようにセル毎に分離されて形成されている。

また、第１の溝Ｄ１と隣接する箇所において、裏面電極層５が光電変換層４の断面側壁部に沿って透明電極層３まで形成されている。このように光電変換層４の断面側壁部に裏面電極層５が形成されることで、裏面電極層５が透明電極層３に接続される。そして、該透明電極層３が隣接するセル１に跨っているため、隣り合う２つのセル１の一方の裏面電極層５と他方の透明電極層３とが電気的に接続されている。

また、光電変換層４には、透明電極層３に達するストライプ状の第２の溝Ｄ２が形成されている。さらに、裏面反射層６、裏面電極層５および光電変換層４は第１の溝Ｄ１および第２の溝Ｄ２とは異なる箇所で、透明電極層３に達するストライプ状の第３の溝（分離溝）Ｄ３が形成されて、各セル１が分離されている。このように、セル１の透明電極層３が、隣接するセル１の裏面電極層５と接続することによって、隣接するセル１が電気的に直列接続している。

透光性絶縁基板２は、例えば透光性を有する絶縁基板が用いられる。このような透光性絶縁基板２には、通常は透過率の高い材質が用いられ、可視から近赤外領域までの吸収が小さいガラス基板などが使用される。

透明電極層３は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）などの結晶性金属酸化物を主成分とする透明導電性酸化膜や、これらの透明導電性酸化膜にアルミニウム（Ａｌ）を添加した膜などの透光性の膜によって構成される。また、透明電極層３は、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）から選択した少なくとも１種類以上の元素を用いたＺｎＯ膜、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ_２膜、またはこれらを積層して形成した透明導電膜であってもよく、光透過性を有している透明導電膜であればよい。また、透明電極層３は、結晶金属酸化物の結晶成長の条件により表面に凹凸３ａが形成された表面テクスチャー構造を有する。このテクスチャー構造は、入射した太陽光を散乱させ、光電変換層４での光利用効率を高める機能を有する。透明電極層３は、例えばスパッタ法、ＣＶＤ法やスプレー法など公知の手段によって形成される。

光電変換層４は、ＰＮ接合またはＰＩＮ接合を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される。光電変換層４は、図１−３に示すように透明電極層３側から第１導電型半導体層であるｐ型非晶質半導体層４ａ、第２導電型半導体層であるｉ型非晶質半導体層４ｂ、第３導電型半導体層であるｎ型非晶質半導体層４ｃを備えている。このような光電変換層４としては、例えば透明電極層３側から第１導電型半導体層であるｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層が積層された積層膜が形成される。なお、他の光電変換層４としては、例えば透明電極層３側から第１導電型半導体層であるｐ型の水素化アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層が積層された積層膜が挙げられる。

また光電変換層４は、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層からなる二段のＰＩＮ接合の構成としてもよい。また、タンデム構造の場合は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、第３導電型半導体層が積層された単位光電変換層が２層以上積層されたタンデム構造としても良い。また、上記の二段のＰＩＮ接合のように複数の薄膜半導体層が積層されて光電変換層４が構成される場合には、それぞれのＰＩＮ接合間に酸化微結晶シリコン（μｃ−ＳｉＯ_Ｘ）やアルミニウム添加酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）などの中間層を挿入して、ＰＩＮ接合間の電気的、光学的接続を改善してもよい。以上のような光電変換層４は、プラズマＣＶＤなどの公知の手段により薄膜形成される。

裏面電極層５は、透明電極層３と同様に酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）などの結晶性金属酸化物を主成分とする透明導電性酸化膜や、これらの透明導電性酸化膜にアルミニウム（Ａｌ）を添加した膜などの透光性の膜によって構成される。裏面電極層５は、例えばスパッタ法、ＣＶＤ法やスプレー法など公知の手段によって形成される。また裏面電極層５の表面は、ブラスト法やウェットエッチング法などによる粗面化処理によって凹凸５ａが形成された表面テクスチャー構造を有する。

裏面反射層６は、太陽電池の電極の取り出しの容易さから導電膜が好ましく、例えば銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属薄膜がスパッタリング法により形成される。またこれらを積層して形成してもよい。波長６５０ｎｍにおける垂直入射時のアルミニウム（Ａｌ）の反射率は９０％であるのに対して、銀（Ａｇ）の反射率は９８％である。可視光領域から近赤外領域にかけてアルミニウム（Ａｌ）より銀（Ａｇ）の反射率の方が高いことから、裏面反射層６として銀が用いられることが多い。また、裏面反射層６は、裏面電極層５の凹凸形状に対応した凹凸形状に形成されている。

微粒子７は、光学的に透明な材料からなり、電気的に絶縁性を有する材料であることが好ましい。このような微粒子７としては、例えばシリカなどの微粒子を用いることができる。また、微粒子７は、セラミックなどの絶縁性の微粒子を用いても良い。微粒子７は、略均一な平均粒径を有し、その平均粒径は、裏面電極層５の表面のテクスチャー構造（凹凸５ａ）により生じる裏面反射層６の凹凸形状の平均的な大きさ、すなわち、裏面反射層６の表面ラフネス（表面粗さ）以下とされる。これにより、凹凸形状の凹部に微粒子７が配置される。

絶縁層８は、微粒子７を裏面反射層６上に固定するものであり、裏面反射層６上において微粒子７を覆う。また、絶縁層８は裏面反射層６と微粒子７との間にも入り込むため、光を微粒子７に透過させるために光学的に透明な材料からなる。また、絶縁層８は、電気的に絶縁性を有する材料であることが好ましい。このような絶縁層８としては、酸化膜や窒化膜など絶縁膜や、絶縁性の樹脂を用いることができる。

ここで、このような実施の形態１にかかるモジュール１０の動作の概略について説明する。透光性絶縁基板２の裏面（セル１が形成されていない方の面）から太陽光が入射すると、光電変換層４で自由キャリアが生成され、電流が発生する。各セル１で発生した電流は透明電極層３と裏面電極層５とを介して隣接するセル１に流れ込み、モジュール１０全体の発電電流を生成する。

以上のように構成された実施の形態１にかかるモジュール１０においては、図２に示すように裏面反射層６を透過した入射光Ｌ１が微粒子７内に入射し、該入射光Ｌ１が微粒子７内で反射されることにより、反射光Ｌ２が裏面反射層６および裏面電極層５を通過して光電変換層４へ再入射する。図２は、微粒子７内における入射光Ｌ１の反射を説明するための模式図である。裏面反射層６としては、銀（Ａｇ）が良く用いられる。銀（Ａｇ）は、可視光領域から近赤外領域にかけて非常に高い光反射率を有するが、波長４００ｎｍ以下の波長領域では光反射率が急激に減少する。しかしながら、実施の形態１にかかるモジュール１０のセル１においては、裏面反射層６がこのような反射率の特性を有する場合であっても微粒子７による光反射が幾何学的に決まるため、全波長領域にわたって光反射することができる。この結果、セル１に入射する太陽光を有効に活用することができ、光電変換効率を高めることができる。

裏面反射層６の凹凸の角度の急な箇所での裏面反射層６の厚さは、平坦な箇所より薄くなることがある。すなわち、裏面反射層６は常に同じ厚さで薄膜形成されておらず、局所的に薄い部分が生じる。裏面反射層６として用いられるアルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）は、垂直入射において、膜厚が厚い場合の可視光領域での反射率は９０％程度あるが、アルミニウム（Ａｌ）箔では２０％〜３０％程度の光反射率しか無く、裏面反射層６での損失が無ければ、７０％〜８０％の可視光が裏面へ抜ける。このように裏面反射層６の薄い部分では、厚い部分に比べ、裏面反射層６を透過する光が多くなる。したがって、裏面反射層６を備えた裏面反射構造においても、微粒子７を裏面反射層６上に配置することにより、裏面反射層６を透過した透過光を光電変換層４へ戻すことが可能になる。

また、微粒子およびその固定材料として絶縁体を用いることで、モジュール１０の全体が絶縁層により覆われることになる。光電変換層４としてアモルファスシリコンなどを用いるモジュール１０の場合は、隣接するセル１間を分離する第３の溝（分離溝）Ｄ３内の空間または表面を絶縁層で被覆するため、隣接セル間での短絡の発生を低減させることができ、また、隣接するセル１間の耐圧性を高めることができる。

つぎに、上記のように構成された実施の形態１にかかるモジュール１０の製造方法について説明する。図３−１〜図３−９は、実施の形態１にかかるモジュール１０の製造工程の一例を説明するための断面図である。

まず、透光性絶縁基板２を用意する。ここでは、透光性絶縁基板２として平板状の白板ガラスを用いる。この透光性絶縁基板２の一面側にスパッタリング法などによりアンダーコート層９としてＳｉＯ_２膜を成膜する。ついで、該アンダーコート層９上に透明電極層３になる透明導電膜１１としてＺｎＯ膜をスパッタリング法により形成する（図３−１）。また、透明導電膜１１を構成する材料として、ＺｎＯ膜の他にＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＺｒＯ_２などの結晶性金属酸化物を主成分とする透明導電性酸化膜や、導電率向上のためにこれらの透明導電性酸化膜にＡｌなどの金属を添加した膜を用いることができる。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。

その後、希塩酸で透明導電膜１１の表面をエッチングして粗面化し、透明導電膜１１の表面に小さな凹凸３ａを形成する（図３−２）。ただし、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の透明導電膜１１をＣＶＤ法により形成した場合には自己組織的に透明導電膜１１の表面に凹凸が形成されるため、希塩酸を用いたエッチングによる凹凸の形成は必要ない。

次に、透明電極層３の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、透明電極層３を短冊状にパターニングし、複数の透明電極層３に分離する（図３−３）。透明電極層３のパターニングは、レーザスクライブ法により、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板２に達するストライプ状の第１の溝Ｄ１を形成することで行う。なお、このように透光性絶縁基板２上に基板面内で互いに分離された複数の透明電極層３を得るには、写真製版などで形成したレジストマスクを用いてエッチングする方法や、メタルマスクを用いた蒸着法などの方法でも可能である。

次に、第１の溝Ｄ１を含む透明電極層３上に光電変換層４をプラズマＣＶＤ法により形成する。本実施の形態では、光電変換層４として、透明電極層３側からｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、ｉ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、ｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層を順次積層形成する（図３−４）。

次に、このようにして積層形成された光電変換層４に、透明電極層３と同様にレーザスクライブによってパターニングを施す（図３−５）。すなわち、光電変換層４の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、光電変換層４を短冊状にパターニングし、分離する。光電変換層４のパターニングは、レーザスクライブ法により、第１の溝Ｄ１と異なる箇所に、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層３に達するストライプ状の溝Ｄ２を形成することで行う。溝Ｄ２の形成後、Ｄ２内に付着している飛散物を高圧水洗浄、メガソニック洗浄、あるいはブラシ洗浄により除去する。

次に、光電変換層４上および溝Ｄ２内にＺｎＯ膜からなる裏面電極層５を例えばスパッタリング法により形成する。また、裏面電極層５の成膜方法として、ＣＶＤ法やスプレー法などの他の成膜方法を用いてもよい。そして、裏面電極層５の表面に対してブラスト法やウェットエッチング法などによる粗面化処理を行い、凹凸５ａが形成された表面テクスチャー構造を裏面電極層５の表面に形成する。

次に、裏面反射層６として、裏面電極層５上に例えば銀（Ａｇ）膜をスパッタリング法により形成する（図３−６）。裏面反射層の形成時に用いるスパッタリング法は、他の方法に比べて、下地に凹凸形状がある場合にある程度その凹凸形状を反映して薄膜を形成することができる。また、裏面反射層６の成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。

裏面反射層６の形成後、光電変換層４、裏面反射層６および裏面電極層５の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して溝Ｄ１および溝Ｄ２とは異なる箇所に透明電極層３に達するストライプ状の溝Ｄ３を形成し、短冊状にパターニングして複数のセル１に分離する（図３−７）。

次に、透明電極層３および裏面電極層５に図示しない引き出し線を付けた後に、裏面反射層６上に微粒子７をスプレー法やゾルゲル法を用いて配置し、さらに絶縁層８を形成する（図３−８、図３−９）。微粒子７をスプレー法により配置する場合は、微粒子７を配置した後に酸化膜や窒化膜などの光学的に透明な材料からなる絶縁層８を裏面反射層６上に微粒子７を覆って形成し、微粒子７を裏面反射層６上に固定する。絶縁層８は、裏面反射層６と微粒子７との間にも入り込む。なお、微粒子７を含む絶縁性の樹脂を裏面反射層６上に塗布して固めることにより、微粒子７の配置と絶縁層８の形成を同時に行っても良い。また、ゾルゲル法を用いて微粒子７を配置する場合は、微粒子７を含む溶液を塗布し、そのまま絶縁性のバインダーにより固定する。

ここで、微粒子７の平均粒径は、裏面電極層５の表面の凹凸形状により生じる裏面反射層６の凹凸形状の平均的な大きさ、すなわち、裏面反射層の表面ラフネス（表面粗さ）以下とする。これにより、裏面反射層６の凹凸形状の凹部に微粒子７を配置することができる。なお、実施の形態１では裏面電極層５の表面に凹凸形状を有する場合について説明しているが、粗面化処理で裏面電極層５の表面に凹凸形状を形成しなくても、透光性絶縁基板２上に形成した透明電極層３の表面の凹凸形状が裏面電極層５の表面形状に反映されることがある。このような場合であっても、裏面電極層５の表面ラフネス（表面粗さ）に応じて微粒子７の平均粒径を選択すればよい。

以上により、図１−１〜図１−３に示すようなセル１を有する実施の形態１にかかるモジュール１０が完成する。なお、上記においては、第３の溝（分離溝）Ｄ３の形成後に微粒子７の配置および絶縁層８の形成を行う場合について説明したが、微粒子７の配置および絶縁層８の形成後に第３の溝（分離溝）Ｄ３の形成を行っても良い。また、上記においては、第１の溝Ｄ１と隣接する箇所において、裏面電極層５および裏面反射層６が光電変換層４の側壁部に沿って形成された場合について説明したが、裏面電極層５が第３の溝（分離溝）Ｄ３内に埋設されて透明電極層３に接続された構造としても良い。

上述したように、実施の形態１にかかるモジュール１０においては、裏面反射層６を透過した入射光Ｌ１が微粒子７内に入射し、該入射光Ｌ１が微粒子７内で全波長領域にわたって反射されることにより、反射光Ｌ２が裏面反射層６および裏面電極層５を通過して光電変換層４へ再入射する。これにより、セル１に入射する太陽光を有効に活用することができ、光電変換効率を高めることができる。したがって、実施の形態１にかかるモジュール１０によれば、高い光電変換効率が得られる高品質の薄膜太陽電池が実現されている。

なお、上記においては、裏面反射層６に凹凸形状が形成された裏面反射構造のモジュール１０について説明したが、微粒子７を配置することによる効果は裏面反射構造を用いないモジュール１０の場合でも、十分に得ることができる。

また、上記においては、シリコン系の光電変換層を有するモジュール１０を例に説明したが、有機薄膜太陽電池やその他の太陽電池でも上記と同様に微粒子７を配置することによる効果を得ることができる。

なお、上記においては、図１−３に示すように透明電極層３および裏面電極層５をテクスチャー構造としているが、これらは必ずしもテクスチャー構造とする必要はない。透明電極層３をテクスチャー構造とするメリットとしては、上述したように入射光を散乱させることが挙げられるが、その一方でデメリットも存在する。

一般にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）に比べて、微結晶シリコン（ｕｃ−Ｓｉ：Ｈ）の膜特性はテクスチャーの凹凸形状の影響を受けやすい特徴がある。微結晶シリコンは結晶性シリコンの周りをアモルファスシリコンが覆っているような構造を有し、その結晶性や配向性が太陽電池用の膜特性にとって重要となる。通常、微結晶シリコン膜の配向性はX線回折（XRD：X-ray diffraction）で測定され、（２２０）が主であることが求められている。

したがって、微結晶シリコンを薄膜形成すると、テクスチャーの凹凸形状の面に沿って膜が形成されていくので、同条件で薄膜形成してもテクスチャーの面の角度によって配向性が変わる。特に微結晶シリコンでは２μｍ程度の膜厚が要求されているので、例えばテクスチャー凹部の左の上面から成長した微結晶シリコンは、図４に示すように凹部の右の上面から成長してきた微結晶シリコンと凹部の中央部で衝突し、結晶性の乱れが生じる。図４は、微結晶シリコンの成長の様子を模式的に示す図であり、微結晶シリコンの成長の向きを模式的に表している。

このため、使用するテクスチャーの凹凸によって微結晶シリコンの成膜条件を調整する必要がある。ここでは、分かりやすいように微結晶シリコンを例にして説明したが、アモルファスシリコンの成膜の場合においても同様なことが言える。アモルファスシリコンの場合は、均一に、さらに、微結晶シリコンに比べて薄い膜が形成されるが、凹部の中央にて成長した膜同士の衝突が起こる。その結果、非晶質であっても、衝突した部分で膜中の欠陥が生じ、それが膜特性の悪化を招く。

このように、透明電極層３のテクスチャー構造の導入はテクスチャーによる光の散乱の効果とテクスチャーの凹凸上で成膜した膜特性の損得を比較した上で決める必要がある。特許文献１の場合、裏面反射層に微粒子を入れ、テクスチャー構造の凹凸形状を形成している。このため、必ず上述の結晶性の問題が生じてしまい、発電層を形成するための条件を調整する必要がある。

しかし、本発明においては、透明電極層３にテクスチャー構造があってもなくても構わない。すなわち、図５に示すように透明電極層３にテクスチャー構造を使わなければ、テクスチャー構造による膜構造の乱れ・欠陥を防止することができる。図５は、実施の形態１にかかる他の薄膜太陽電池セル１の構造の特徴を説明するための模式図である。また、透光性絶縁基板２側の透明電極層３をフラットな膜にしているので、テクスチャー構造の透明電極層３に比べて薄い膜で所望の抵抗値を有する透明電極層３を得ることができる。そして、透明電極層３の厚さが薄いので、透明電極層３を透過する光も増え、光電変換層４に多くの光を導入することが可能になる。

また、図６は、実施の形態１にかかる他の薄膜太陽電池セル１の構造の特徴を説明するための模式図である。図６に示すように透明電極層３をフラットな膜にするとともに裏面反射層６もフラットな膜とした場合は、上述したように所望の抵抗値を有する透明電極層３を薄く形成できるメリットと光電変換層４の膜形成におけるメリットの他に、次のメリットが加わる。すなわち、裏面反射層６をフラットな膜とすることにより、裏面電極層５も所望な抵抗値とするために、テクスチャー構造の裏面電極層６より薄い膜で実現することができる。さらにテクスチャー構造を形成するための工程が不要となる。これらのことより、製造工程における時間短縮を図ることができる。また、裏面反射層６がフラットなため、微粒子７を均一に配置すること（微粒子を含む樹脂等を塗布すること）ができる。微粒子７の配置に局所的なムラが生じると、その部分での特性が他の部分の特性を劣化させる。しかしながら、図６に示すような構成とすることにより、上述した局所的なムラを防ぐことができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池モジュール２０を構成するセル２１の構造の特徴を模式的に説明するための断面図である。なお、モジュール２０の基本構造は実施の形態１におけるモジュール１０と同じである。また、図７において、実施の形態１におけるモジュール１０と同じ部材については、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

実施の形態２にかかるモジュール２０は、実施の形態１にかかるセル１において略均一な平均粒径を有する微粒子７の代わりに、図７に示すように異なる平均粒径（平均粒径Ａ、Ｂ（Ａ＜Ｂ））を有する２種類の微粒子７ａ、７ｂが裏面反射層６上に配置された構造を有する。その場合、小さい平均粒径Ａを有する微粒子７ａを裏面反射層６上に配置した後、微粒子７ａより大きい平均粒径Ｂを有する微粒子７ｂを配置し、絶縁層８により固定する。絶縁層８による固定は、各微粒子７ａ、７ｂの配置ごとに行っても良い。

以上のように構成された実施の形態２にかかるモジュール２０においては、裏面反射層６を透過した入射光Ｌ１が微粒子７ａ、７ｂ内に入射し、該入射光Ｌ１が微粒子７ａ、７ｂ内で全波長領域にわたって反射されることにより、反射光Ｌ２が裏面反射層６および裏面電極層５を通過して光電変換層４へ再入射する。これにより、セル２１に入射する太陽光を有効に活用することができ、光電変換効率を高めることができる。

また、裏面反射層６の表面の小さな凹部内に平均粒径の小さい微粒子７ａを配置し、その上から平均粒径の大きい微粒子７ｂを配置するため、裏面反射層６への微粒子７ａ、７ｂの被覆率を高くすることができる。これにより、裏面反射層６を透過した透過光をより多く光電変換層４へ戻すことができる。

したがって、実施の形態２にかかるモジュール２０によれば、高い光電変換効率が得られる高品質の薄膜太陽電池が実現されている。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３にかかる薄膜太陽電池モジュール３０の概略構成を示す平面図であり、実施の形態１にかかるモジュール１０において、レーザーによるスクライブラインである第３の溝（分離溝）Ｄ３を透光部としたシースルー型の薄膜太陽電池である。

モジュール３０は、セル１を複数有し、第３の溝（分離溝）Ｄ３において透光性絶縁基板２側から絶縁層８側に透過する光量が多くなるように、第３の溝（分離溝）Ｄ３の横幅（セル１の短手向における幅）がモジュール１０よりも広く設けられている。また、隣接するセル１間および微粒子７上には、電気的に絶縁性を有する材料からなる微粒子７が含有された絶縁層８ａが設けられている。モジュール３０では、光が透過する透光部は、光学的に透明な絶縁層、例えば樹脂で埋められ、樹脂の中に誘電体の微粒子７が含有されている。これにより、モジュール３０の裏面側の景色等を透光性絶縁基板２側から視認することが可能となる。例えばモジュール３０を窓等に用いることにより、太陽電池としての機能と窓としての機能を両立可能である。

また、モジュール３０の透光部では、透光性絶縁基板２側から入射した光が絶縁層８ａに含まれる微粒子７により散乱・反射され、光電変換層４の側壁部から光電変換層４へ入射する。また、透光部で微粒子７により散乱・反射された光は、光電変換層４の側壁部に形成された裏面電極層５および裏面反射層６を通過して、光電変換層４の側壁部から光電変換層４へ入射する。これにより、裏面反射層６を透過した透過光をより多く光電変換層４へ戻すことができ、セル１に入射する太陽光をより有効に活用することができる。

また、第３の溝（分離溝）Ｄ３の本数や幅により、透光部の面積を任意に選択することができる。ただし、一つのセル１から生成できる電圧はある一定値であるので、例えば、図８において左から右へ直列にセル１を接続する場合は、レーザーによるスクライブラインである第３の溝（分離溝）Ｄ３の本数を大きく変更することは難しい。このため、光が透過する第３の溝（分離溝）Ｄ３の面積は主にレーザーによるスクラブラインの横幅（セル１の短手向における幅）に依存することになる。しかし、モジュール３０の透光部では、透光性絶縁基板２側から入射した光が絶縁層８ａに含まれる微粒子７により、散乱・反射される。そして、絶縁層８ａに含まれる微粒子７の濃度（量）を変えることにより、光の反射量を変えることができ、透光部における光の透過率を変えることができる。これは、レーザーによるスクライブラインの横幅（セル１の短手向における幅）幅を変えたことと同じ効果がある。

以上のように構成された実施の形態３にかかるモジュール３０においては、裏面反射層６を透過した入射光Ｌ１が微粒子７内に入射し、該入射光Ｌ１が微粒子７内で全波長領域にわたって反射されることにより、反射光Ｌ２が裏面反射層６および裏面電極層５を通過して光電変換層４へ再入射する。これにより、裏面反射層６を透過した透過光をより多く光電変換層４へ戻すことができ、セル１に入射する太陽光を有効に活用することができ、光電変換効率を高めることができる。したがって、実施の形態３にかかるモジュール３０によれば、高い光電変換効率が得られる高品質の薄膜太陽電池が実現されている。

また、実施の形態３にかかるモジュール３０においては、絶縁層８ａに含まれる微粒子７の濃度（量）を変えることにより、光の反射量を変えることができ、透光部における光の透過率を変えることができる。これにより、モジュール３０を介した視認性を容易に調整することができる。

なお、上記においてはレーザーによるスクライブラインである第３の溝（分離溝）Ｄ３を透光部としたシースルー型の薄膜太陽電池の例を示したが、レーザーまたはプラズマエッチングなどによりセルの光電変換層４の一部を除去したシースルー型の薄膜太陽電池においても、上記と同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池セルは、入射光の効率的な利用に有用である。

本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池セルの短手向における断面構造を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池セルの特徴を模式的に説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池セルの微粒子内における入射光の反射を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 微結晶シリコンの成長の様子を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる他の薄膜太陽電池セルの構造の特徴を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１にかかる他の薄膜太陽電池セルの構造の特徴を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池セルの特徴を模式的に説明するための断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる薄膜太陽電池セルの短手向における断面構造を説明するための図である。

符号の説明

１ 薄膜太陽電池セル（セル）
２ 透光性絶縁基板
３ 透明電極層
３ａ 凹凸
４ 光電変換層
４ａ ｐ型非晶質半導体層
４ｂ ｉ型非晶質半導体層
４ｃ ｎ型非晶質半導体層
５ 裏面電極層
５ａ 凹凸
６ 裏面反射層
７ 微粒子
７ａ 微粒子
７ｂ 微粒子
８ 絶縁層
８ａ 微粒子を含む絶縁層
９ アンダーコート層
１０ 薄膜太陽電池モジュール（モジュール）
１１ 透明導電膜
２０ 薄膜太陽電池モジュール（モジュール）
２１ 薄膜太陽電池セル（セル）
３０ 薄膜太陽電池モジュール（モジュール）
Ｄ１ 第１の溝
Ｄ２ 第２の溝
Ｄ３ 第３の溝（分離溝）
Ｌ１ 入射光
Ｌ２ 反射光

Claims (6)

1. 透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、半導体膜からなり光電変換を行う光電変換層と、透明導電膜からなる第２電極層と、光を反射する裏面反射層と、光学的に透明な微粒子と、前記微粒子を覆う光学的に透明な絶縁層と、がこの順で積層され、
   前記透光性絶縁基板側から入射して前記裏面反射層を透過した入射光が、前記微粒子内に入射し、該微粒子内で反射することにより前記裏面反射層および前記第２電極層を通過して前記光電変換層に再入射すること、
   を特徴とする薄膜太陽電池セル。
2. 前記裏面反射層の表面に凹凸形状を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池セル。
3. 前記微粒子の平均粒径が前記裏面反射層の表面の表面粗さの平均値以下であり、前記微粒が前記裏面反射層の凹凸形状の凹部に配置されていること、
   を特徴とする請求項２に記載の薄膜太陽電池セル。
4. 前記微粒子として平均粒径の異なる複数の種類の微粒子を有し、前記裏面反射層側から前記絶縁層側に向かって平均粒径の小さい順に配置されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池セル。
5. 請求項１から請求項４にかかる太陽電池セルが複数配設されるとともに、隣接する前記太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、
   前記微粒子が、絶縁体からなり、
   前記隣接する太陽電池セル間が、前記裏面反射層の表面から前記第１電極層の表面に至って設けられた溝部に前記微粒子を含んだ絶縁層が充填されることにより電気的に絶縁されていること、
   を特徴とする薄膜太陽電池。
6. 前記溝部の側壁に前記裏面反射層および裏面反射層が形成されていること、
   を特徴とする請求項５に記載の薄膜太陽電池。

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