JP2013004535A - 光電変換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑えながら、光電変換素子の光吸収率を高め、光電変換効率を向上させる。
【解決手段】光電変換素子１０は、反射防止層２０、光電変換層３０、透明薄膜層４０、光反射層５０、および誘電体層６０を含む。反射防止層２０は、光電変換層３０の受光面側に設けられている。透明薄膜層４０は、光電変換層３０の裏面側に設けられている。光反射層５０は、透明薄膜層４０に積層されており、一方の主表面から他方の主表面に貫通する貫通部５４が設けられた金属膜５２を含む。誘電体層６０は、光反射層５０を被覆するように積層されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換により光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子に関する。

太陽電池などの光電変換素子は、省資源化や低コスト化を図るために光電変換層のさらなる薄膜化が望まれている。しかしながら、単純に光電変換層を薄膜化しただけでは光電変換層における光吸収量が減少し、光電変換効率が低下してしまう。そのため、光電変換層における吸収量を増加させる技術の開発が不可欠である。

このような技術として、光電変換層の表面および／または裏面にテクスチャ構造を作製し、光電変換層の表面、裏面において、それぞれ入射光、反射光を散乱させて、光電変換層での光路長を増大させる方法がある。また、光電変換素子に周期的な微細構造を加工する技術が知られている。この場合には、光電変換層を透過しようとする光が周期的な微細パターンによって回折し、反射した光が光電変換層において全反射する条件を設定することで光が光電変換層内に閉じ込められ、光電変換効率の向上が図られる。

特開昭６１−２８８４７３号公報 特開平４−１３３３６０号公報 特開２０００−２９４８１８号公報 特表２００９−５３３８７５号公報

しかしながら、従来のように光電変換層の表面および／または裏面にテクスチャ構造を作製する構成では、比較的多くの光が光電変換層に向けて反射されずに光電変換素子の外部に漏れていた。この外部に漏れる光を低減する方法としては、テクスチャ構造を周期的に配列することが考えられるが、周期配列されたテクスチャ構造の作製はコスト高であり、光電変換素子の低コスト化を図ることが難しくなる。また、光電変換素子に周期的な微細構造を加工する場合も、同様にコスト高であり、光電変換素子の低コスト化を図ることが難しくなる。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストを抑えながら、光電変換素子の光吸収率を高め、光電変換効率を向上させることのできる技術の提供にある。

本発明のある態様は、光電変換素子である。当該光電変換素子は、光電変換層と、光電変換層の一方の主表面側に設けられた金属膜を含む光反射層と、を備え、金属膜の複数箇所に当該膜の一方の主表面から他方の主表面に貫通する貫通部が設けられていることを特徴とする。

上記態様の光電変換素子によれば、光電変換層で吸収しきれなかった入射光が、光反射層によって散乱反射されるため、光電変換層内での入射光の光路長が増大し、入射光を効率的に光吸収することができる。

上記態様の光電変換素子において、任意の貫通部の光電変換層側の開口における重心と任意の貫通部に隣接する他の貫通部の光電変換層側の開口における重心との距離が２００〜４００ｎｍであってもよい。貫通部の光電変換層側の開口において、貫通部の内壁の２点間の最大距離が１０〜２５０ｎｍであってもよい。光電変換層側の金属膜の主表面において、隣接する貫通部間の最短距離が２００〜４００ｎｍであってもよい。光反射層は、４００ｎｍから光電変換層が発電に利用可能な最大波長の範囲における平均反射率が、４０％以上であってもよい。

また、光反射層が、光電変換層に対して光受光面とは反対側に備えられていてもよい。金属膜が、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕまたはこれらの金属を含む合金からなっていてもよい。光反射層が、金属膜の形成用のマスクを含有してもよい。光反射層が、集電のための裏面電極を兼ねてもよい。

なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。

本発明の光電変換素子によれば、製造コストを抑えながら、光吸収率を高め、光電変換効率を向上させることができる。

実施の形態に係る光電変換素子の構成を示す概略断面図である。 実施の形態に係る光電変換素子を受光面側から平面視したときの金属膜の形態を示す平面図である。 図３（Ａ）〜（Ｄ）は、実施の形態に係る光電変換素子の作製工程を示す工程断面図である。 図４（Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態に係る光電変換素子の作製工程を示す工程断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、実施の形態に係る光電変換素子１０の構成を示す概略断面図である。図２は、光電変換素子１０を受光面側から平面視したときの、金属膜５２の形態を示す平面図である。図１は、図２のＥ−Ｅ線上の断面図に相当する。また、図２では、金属膜５２以外の光電変換層３０等の構成が省略されている。図１に示すように、光電変換素子は、反射防止層２０、光電変換層３０、透明薄膜層４０、光反射層５０、誘電体層６０、反射防止層２０の受光面側に形成されている集電のための表面電極（図示せず）および、場合によっては誘電体層６０の受光面側とは反対側に形成されている集電のため裏面電極（図示せず）を備える。本実施の形態では、光電変換素子は太陽電池である。

反射防止層２０は、光電変換層３０の受光面側に設けられている。反射防止層２０は、光電変換層３０が受光する光の波長領域での透明性と、光電変換層３０が受光する光の反射を防止する機能を兼ね備えていればよく、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＴｉＯ_２、ＩＴＯなどが好ましいがこの限りではない。

反射防止層２０の厚みは、好ましくは０〜５００ｎｍ、より好ましくは０〜３００ｎｍ、さらに好ましく５０〜２００ｎｍであるが、この限りではない。

また、反射防止層２０の受光面側に形成されている表面電極としては、Ａｕ、Ａｇ、ＡｌＣｕまたはこれらの金属を含む合金を用いることが好ましいが、この限りではない。また集電性向上のため、前記表面電極は反射防止層２０を貫通して、光電変換層３０と直接接触していてもよい。

光電変換層３０は、ｐ型半導体とｎ型半導体が接合したｐｎ接合を有していることが好ましく、ｐｎ接合の光起電力効果により太陽からの光エネルギーを電気エネルギーに変することができる。光電変換層３０としては、単結晶シリコンもしくは多結晶シリコン、ＩＶ族半導体などを用いることが好ましいが、この限りではない。

また、光電変換層３０の表面および／または裏面は、入射光、反射光を散乱させて、光変換層での光路長を増大させるためのテクスチャ構造を有していてもよい。

透明薄膜層４０は、光電変換層３０の受光面側と反対側に設けられており、光電変換層３０が受光する光の波長領域で透明性を有している、すなわち透明薄膜層４０のバンドギャップが光電変換層３０のバンドギャップよりも大きいことが望まれる。また、集電性向上の観点から、透明薄膜層４０は導電性を有することが好ましい。透明薄膜層４０の材料として、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、サファイア、アルミナ、水晶、フッ素樹脂、ＳｎＯ_２、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｍｎ_３Ｏ_４、Ｙ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、Ａｇ_２Ｏ、ＣｕＯ、ａ−Ｓｉ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ：Ｈ、ＳｉＯ_ｘ：Ｈ、ＳｉＣ、ＳｉＮ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ：Ｈ、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、トリアセチルセルロース、ポリウレタン、シクロオレフィンポリマーなどが挙げられるが、この限りではない。透明薄膜層４０の厚さは２００ｎｍ以下が好ましい。なお、透明薄膜層４０は任意の構成であり、透明薄膜層４０を設けない構成も採用されうる。

光反射層５０は、透明薄膜層４０に積層された金属膜５２を含む。金属膜５２の複数箇所に当該膜の一方の主表面から他方の主表面に貫通する貫通部５４が設けられている。金属膜５２を平面視した際の貫通部５４の開口形状は円形であるが、貫通部５４の開口形状はこれに限られず、楕円形、三角形、四角形などであってもよい。

また、光反射層５０は、光電変換層３０によって吸収されなかった光を散乱反射させ、光電変換層３０に再度吸収させる機能を有する。そのため、光反射層５０の平均反射率は、可視光領域に含まれる、４００ｎｍから光電変換層３０が発電に利用可能な最大の波長において、好ましくは４０％以上、より好ましくは４５％以上、さらに好ましくは５０％以上である。

光反射層５０を構成する金属膜５２の材料は、金属材料であれば特に限定されないが、Frohlichモード(Bohren and Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles, Wiley, 1983 を参照)の共鳴波長が光電変換を行う光の波長と近い材料が望ましい。この条件に合う材料として、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、やこれらの金属を含む合金が挙げられる。

光反射層５０の厚みＤは特に限定されないが、好ましくは、５〜１０００ｎｍ、より好ましくは５〜５００ｎｍ、さらに好ましくは５〜３００ｎｍである。さらに、光反射層５０の厚みＤは、後述する最大距離Ｂに対して、Ｄ≦Ｂであることが好ましい。

また、実施の形態の一つにおいて、任意の貫通部５４の光電変換層側の開口における重心と当該任意の貫通部５４に隣接する他の貫通部５４の光電変換層側の開口における重心との距離Ｐは、好ましくは２００〜４００ｎｍ、より好ましくは２５０〜４００ｎｍ、さらに好ましくは２５０〜３５０ｎｍである。

上述した距離Ｐに関して、２００〜４００ｎｍの範囲に入っている数の割合は、好ましくは３０％〜１００％、より好ましくは５０％〜１００％、さらに好ましくは７０％〜１００％である。

光電変換層側の金属膜５２の主表面において、隣接する貫通部５４間の最短距離は２００〜４００ｎｍであることが好ましい。

さらに、実施の形態の一つにおいて、貫通部５４の光電変換層側の開口において、貫通部５４の内壁の２点間の最大距離Ｂは、好ましくは１０〜２５０ｎｍ、より好ましくは１０〜２００ｎｍ、さらに好ましくは５０〜２００ｎｍである。最大距離Ｂは、貫通部５４の貫通方向と直交する方向の断面の形状が真円である場合は直径の長さ、楕円の場合は長径の長さ、正方形の場合は対角線の長さとなる。

複数の貫通部５４に関し、最大距離Ｂが１０〜２５０ｎｍの範囲に入っている数の割合は、好ましくは３０％〜１００％、より好ましくは５０％〜１００％、さらに好ましくは７０％〜１００％である。

光反射層５０の全面積をＦ、貫通部５４部分の面積をＧとすると、光反射層５０中の貫通部５４部分の含有率は、以下の式（ア）で定義される。
貫通部５４部分の含有率（％）＝Ｇ／Ｆ×１００…………（ア）
貫通部５４部分の含有率は、好ましくは３０％〜８０％、より好ましくは５０％〜８０％、さらに好ましくは６０％〜８０％である。

貫通部５４が形成された金属膜５２を形成手法する手法としては、ナノスフィアリソグラフィー（Ｎａｎｏｓｐｈｅｒｅ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）法、電子ビームリソグラフィー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）法、ナノインプリントリソグラフィー（Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）法、集積イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）による金属膜の加工などが挙げられる。

さらに、実施の形態の一つにおいて、貫通部５４が形成された金属膜５２を形成するためにマスクを用いた場合、そのマスクを取り除かず、光電変換素子の中に残したままにしておいてもよい。このマスクとは、例えば、ナノスフィアリソグラフィー法においては粒子から形成されている膜、電子ビームリソグラフィー法、ナノインプリントリソグラフィー法においてはレジスト材からなる膜が挙げられる。マスクを取り除かないことで、光電変換素子の製造工程を簡素化することができ、さらなる光電変換素子の製造コストの削減が期待できる。

誘電体層６０は、光反射層５０の受光面側と反対側に設けられており、光電変換層３０が受光する光の波長領域で透明性を有している、すなわち誘電体層６０のバンドギャップが、光電変換層３０のバンドギャップよりも大きいことが望まれる。集電性向上の観点から、誘電体層６０は導電性を有することが好ましい。誘電体層６０の材料としては、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、サファイア、アルミナ、水晶、フッ素樹脂、ＳｎＯ_２、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｍｎ_３Ｏ_４、Ｙ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、Ａｇ_２Ｏ、ＣｕＯ、ａ−Ｓｉ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ：Ｈ、ＳｉＯ_ｘ：Ｈ、ＳｉＣ、ＳｉＮ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ：Ｈ、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、トリアセチルセルロース、ポリウレタン、シクロオレフィンポリマーなどが挙げられるが、この限りではない。誘電体層６０の厚さは特に限定されないが、好ましくは０〜２０００ｎｍ、より好ましくは０〜１０００ｎｍ、さらに好ましくは０〜５００ｎｍである。なお、誘電体層６０は任意の構成であり、誘電体層６０を設けない構成も採用されうる。

誘電体層６０で光反射層５０を被覆することにより、光反射層５０が大気や水に曝されることが抑制されるため、結果として光反射層５０の安定性を高めることができる。

誘電体層６０の受光面側とは反対側に形成されている裏面電極としては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕまたはこれらの金属を含む合金を用いることが好ましく、またこれら前記金属もしくは合金が多層に重ね合わせられていてもよい。

また、実施の形態の一つにおいて、光反射層５０が集電のための裏面電極を兼ねてもよい。この場合、誘電体層６０および誘電体層６０の受光面側とは反対側に形成される裏面電極が不要となるため、光電変換素子の製造工程を簡素化することができ、さらなる光電変換素子の製造コストの削減が期待できる。

上記説明した光電変換素子１０では、光電変換層３０で吸収しきれなかった入射光が、光電変換層３０の受光側と反対側に設けられた光反射層５０によって散乱反射されるため、光電変換層３０内での入射光の光路長が増大し、入射光を効率的に光吸収することができる。

（光電変換素子の作製方法）
図３および図４は、実施の形態に係る光電変換素子の作製方法を示す工程断面図である。以下、図３および図４を参照にして光電変換素子の作製方法を説明する。

光電変換層３０は、ｐ型単結晶Ｓｉ基板を含み、周知の熱拡散法、イオン注入法、真空成膜法などを用いて予めｐ−ｎ接合が形成されている。まず、図３（Ａ）に示すように、光電変換層３０の受光面側に膜厚５０〜２００ｎｍの反射防止層２０を積層する。反射防止層２０の積層方法は特に限定されないが、例えば、真空成膜法によりＳｉＮ_ｘやＩＴＯなどの透明材料を成膜する方法が挙げられる。

次に、図３（Ｂ）に示すように、光電変換層３０の受光面とは反対側に膜厚２００ｎｍ以下の透明薄膜層４０を積層する。透明薄膜層４０の積層方法は特に限定されないが、例えば、真空成膜法によってＳｉＯ_２、ａ−Ｓｉ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ：Ｈ、ＳｉＯ_ｘ：Ｈ、ＳｉＣなどの透明材料を成膜する方法が挙げられる。

以下、光反射層５０（金属膜５２）の形成工程を示す。具体的には、実施形態の一つとしてナノスフィアリソグラフィー法を用いて金属膜５２を形成する手法を示す。図３（Ｃ）に示すように、透明薄膜層４０の受光面とは反対側に、例えばポリスチレン（以下、ＰＳと表記する）ビーズやシリカビーズ、アクリルビーズなどの粒子９０の単層膜を形成する。

次に、図３（Ｄ）に示すように、図３（Ｃ）において形成した粒子９０の単層膜を、例えば酸素や水素ガスやこれらを含む含有ガスなどによるエッチング処理やＵＶ処理によって、粒子の大きさを所望する大きさに整える。このエッチングされた粒子の単層膜が、上述した金属膜５２を形成する際のマスク１００となる。隣接するマスク１００間に、透明薄膜層４０が露出する開口部１０２が形成される。

次に、図４（Ａ）に示すように、マスク１００を介して透明薄膜層４０の受光面とは反対側に、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕなどの金属またはこれらの金属を含む合金を真空蒸着法により堆積させる。金属が開口部１０２を通過し、透明薄膜層４０の受光面とは反対側に堆積することで、金属膜５２が形成される。その後、図４（Ｂ）に示すように、マスク１００を除去すると、金属膜５２に貫通部５４が形成される。透明薄膜層４０を平面視したときの、貫通部５４の重心と隣接する貫通部５４の重心の距離Ａは、図３（Ｃ）において単層膜を形成する粒子の直径で、貫通部５４の最大距離Ｂは、図３（Ｄ）においてエッチングされた粒子の直径でそれぞれ規定される。

次に、図４（Ｃ）に示すように、光反射層５０の表面を被覆するように、誘電体層６０を積層する。誘電体層６０の積層方法は特に限定されないが、反射防止層２０の作製方法と同様に、例えば、真空成膜法よりＺｎＯ、ＩＴＯなどの誘電材料を成膜する方法が挙げられる。

以上説明した工程により、本発明を実施するための光電変換素子１０を簡便に形成することができ、さらには光電変換素子の製造コストを低減することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

（実施例１）
（光電変換層の作製）
厚さ１００μｍのｐ型シリコンウェハー（抵抗率０．５〜５Ωｃｍ）の受光面側に、ｉ層として厚さ５ｎｍのａ−Ｓｉ：Ｈを積層し、さらにｉ層の上に厚さ７．５ｎｍのｎ型のａ−Ｓｉ：Ｈを積層し、光電変換層を作製した。

（反射防止層の作製）
光電変換層３０のｎ型のａ−Ｓｉ：Ｈ上に、反射防止層として厚さ７５ｎｍのＩＴＯを成膜した。

（透明薄膜層の作製）
光電変換層３０のｎ型のａ−Ｓｉ：Ｈ層と反対側に、透明薄膜層としてｐ型の微結晶ＳｉＯ_ｘ：Ｈを３０ｎｍ成膜した。

（光反射層の作製）
透明薄膜層４０の受光面とは反対側に、直径３００ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、Ｏ_２ガスによるエッチングによってＰＳビーズの大きさを２５０ｎｍにし、マスク７を作製した。その後、マスク７を介して透明薄膜層の受光面とは反対側に、Ａｇを１００ｎｍ堆積させ、マスク７を除去し、光反射層を作製した。

（誘電体層の作製）
光反射層５０の受光面側とは反対側に誘電体層として、厚さ２００ｎｍのＺｎＯを成膜した。

（電極の作製）
反射防止層の受光面側にＡｇを用いて細線電極を形成した。また、誘電体層６０の受光面側とは反対側にＡｇを用いて全面電極を形成した。

以上の工程により、実施例１の光電変換素子（太陽電池）を作製した。

（実施例２）
実施例２の太陽電池は、光反射層の作製方法を除き、実施例１と同様な手順にて作製された。

（光反射層の作製）
透明薄膜層の受光面とは反対側に、直径３００ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、Ｏ_２ガスによるエッチングによってＰＳビーズの大きさを２００ｎｍにし、マスクを作製した。その後、マスクを介して透明薄膜層４０の受光面とは反対側に、Ａｇを１００ｎｍ堆積させ、マスクを除去し、光反射層５０を作製した。

（実施例３）
実施例３の太陽電池は、光反射層の作製方法を除き、実施例１と同様な手順にて作製された。

（光反射層の作製）
透明薄膜層の受光面とは反対側に、直径３００ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、Ｏ_２ガスによるエッチングによってＰＳビーズの大きさを１００ｎｍにし、マスクを作製した。その後、マスクを介して透明薄膜層の受光面とは反対側に、Ａｇを１００ｎｍ堆積させ、マスクを除去し、光反射層を作製した。

（実施例４）
実施例４の太陽電池は、光反射層の作製方法を除き、実施例１と同様な手順にて作製された。

（光反射層の作製）
透明薄膜層の受光面とは反対側に、直径３００ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、Ｏ_２ガスによるエッチングによってＰＳビーズの大きさを１０ｎｍにし、マスクを作製した。その後、マスクを介して透明薄膜層の受光面とは反対側に、Ａｇを１００ｎｍ堆積させ、マスクを除去し、光反射層を作製した。

（実施例５）
実施例５の太陽電池は、光反射層の作製方法を除き、実施例１と同様な手順にて作製された。

（光反射層の作製）
透明薄膜層の受光面とは反対側に、直径３００ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、Ｏ_２ガスによるエッチングによってＰＳビーズの大きさを３０ｎｍにし、マスクを作製した。その後、マスクを介して透明薄膜層の受光面とは反対側に、Ａｇを１００ｎｍ堆積させ、マスクを除去し、光反射層を作製した。

（実施例６）
実施例６の太陽電池は、光反射層の作製方法を除き、実施例１と同様な手順にて作製された。

（光反射層の作製）
透明薄膜層の受光面とは反対側に、直径３００ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、Ｏ_２ガスによるエッチングによってＰＳビーズの大きさを５０ｎｍにし、マスクを作製した。その後、マスクを介して透明薄膜層の受光面とは反対側に、Ａｇを１００ｎｍ堆積させ、マスクを除去し、光反射層を作製した。

（実施例７）
実施例７の太陽電池は、光反射層の作製方法を除き、実施例１と同様な手順にて作製された。

（光反射層の作製）
透明薄膜層の受光面とは反対側に、直径２００ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、Ｏ_２ガスによるエッチングによってＰＳビーズの大きさを１００ｎｍにし、マスクを作製した。その後、マスクを介して透明薄膜層の受光面とは反対側に、Ａｇを１００ｎｍ堆積させ、マスクを除去し、光反射層を作製した。

（実施例８）
実施例８の太陽電池は、光反射層の作製方法を除き、実施例１と同様な手順にて作製された。

（光反射層の作製）
透明薄膜層の受光面とは反対側に、直径４００ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、Ｏ_２ガスによるエッチングによってＰＳビーズの大きさを２００ｎｍにし、マスクを作製した。その後、マスクを介して透明薄膜層の受光面とは反対側に、Ａｇを１００ｎｍ堆積させ、マスクを除去し、光反射層を作製した。

（実施例９）
実施例９の太陽電池は、光反射層の作製方法を除き、実施例１と同様な手順にて作製された。

（光反射層の作製）
透明薄膜層の受光面とは反対側に、直径３００ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、Ｏ_２ガスによるエッチングによってＰＳビーズの大きさを２００ｎｍにし、マスクを作製した。その後、マスクを介して透明薄膜層の受光面とは反対側に、Ａｕを１００ｎｍ堆積させ、マスクを除去し、光反射層を作製した。

（実施例１０）
実施例１０の太陽電池は、光反射層の作製方法を除き、実施例１と同様な手順にて作製された。

（光反射層の作製）
透明薄膜層の受光面とは反対側に、直径３００ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、Ｏ_２ガスによるエッチングによってＰＳビーズの大きさを２００ｎｍにし、マスクを作製した。その後、マスクを介して透明薄膜層の受光面とは反対側に、Ａｌを１００ｎｍ堆積させ、マスクを除去し、光反射層を作製した。

（実施例１１）
実施例１１の太陽電池は、光反射層の作製方法を除き、実施例１と同様な手順にて作製された。

（光反射層の作製）
透明薄膜層の受光面とは反対側に、直径３００ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、Ｏ_２ガスによるエッチングによってＰＳビーズの大きさを２００ｎｍにし、マスクを作製した。その後、マスクを介して透明薄膜層の受光面とは反対側に、Ｃｕを１００ｎｍ堆積させ、マスクを除去し、光反射層を作製した。

（実施例１２）
実施例１２の太陽電池は、光反射層が裏面電極を兼ねる素子構造であり、実施例１の素子構造から誘電体層を削除した構造を有する。素子作製手順は、誘電体層を形成しない以外は、実施例１と同様である。

（比較例１）
比較例１の太陽電池は、光反射層としてＡｇ膜を用い、かつ光反射層が裏面電極を兼ねる素子構造である。透明薄膜層までの作製手順は、実施例１と同様である。

（光反射層の作製）
透明薄膜層の受光面とは反対側に、マスクを作製することなくＡｇを１００ｎｍ堆積させ、光反射層を作製した。

（比較例２）
比較例２の太陽電池は、光反射層の作製方法を除き、実施例１と同様な手順にて作製された。

（光反射層の作製）
透明薄膜層の受光面とは反対側に、直径３００ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、マスクを作製した。その後、マスクを介して透明薄膜層の受光面とは反対側に、Ａｇを１００ｎｍ堆積させ、マスクを除去し、光反射層を作製した。

（比較例３）
比較例３の太陽電池は、光反射層の作製方法を除き、実施例１と同様な手順にて作製された。

（光反射層の作製）
透明薄膜層４０の受光面とは反対側に、直径１５０ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、Ｏ_２ガスによるエッチングによってＰＳビーズの大きさを１００ｎｍにし、マスクを作製した。その後、マスクを介して透明薄膜層の受光面とは反対側に、Ａｇを１００ｎｍ堆積させ、マスクを除去し、光反射層を作製した。

（比較例４）
比較例４の太陽電池は、光反射層の作製方法を除き、実施例１と同様な手順にて作製された。

（光反射層の作製）
透明薄膜層の受光面とは反対側に、直径４５０ｎｍのＰＳビーズからなる単層膜を形成し、Ｏ_２ガスによるエッチングによってＰＳビーズの大きさを２００ｎｍにし、マスクを作製した。その後、マスクを介して透明薄膜層の受光面とは反対側に、Ａｇを１００ｎｍ堆積させ、マスクを除去し、光反射層を作製した。

（反射率の測定）
光反射層の反射率を測定するために、単結晶シリコンウエハー上に実施例１〜１２および比較例１〜４に用いた光反射層を形成した。光反射層の反射率は、４００ｎｍから単結晶シリコンの吸収末端である１２００ｎｍの波長を有する光をシリコンウエハーの光反射層側から照射することで測定した。表１に、４００〜１２００ｎｍの波長における平均反射率を示した。

（太陽電池性能の評価）
実施例１〜１２および比較例１〜４の太陽電池について、擬似太陽光（１００ｍＷ／ｃｍ^２）を照射しながら、電流−電位特性を評価した。比較例１を基準となる試料とし、実施例１〜１２および比較例１〜４の太陽電池について、基準となる試料に対する相対的な短絡電流密度を算出した結果を表１に示す。表１に示すように、実施例１〜１２の太陽電池では、比較例１〜４の太陽電池に対して短絡電流密度が顕著に増大しており、実施例１〜１２の太陽電池では、光吸収が増大する効果が確認された。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

たとえば、上述した実施の形態では、光電変換層３０にｐ−ｎ接合が形成されているが、光電変換層３０は、光電変換が可能な構造であればよく、光電変換層３０にｐ−ｉ−ｎ接合が形成されていてもよい。

１０ 光電変換素子、２０ 反射防止層、３０ 光電変換層、４０ 透明薄膜層、５０ 光反射層、５２ 金属膜、５４ 貫通部、６０ 誘電体層、１００ マスク、１０２ 開口部

Claims (9)

1. 光電変換層と、
   前記光電変換層の一方の主表面側に設けられた金属膜を含む光反射層と、
   を備え、
   前記金属膜の複数箇所に当該膜の一方の主表面から他方の主表面に貫通する貫通部が設けられていることを特徴とする光電変換素子。
2. 任意の前記貫通部の前記光電変換層側の開口における重心と前記任意の前記貫通部に隣接する他の前記貫通部の前記光電変換層側の開口における重心との距離が２００〜４００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
3. 前記貫通部の前記光電変換層側の開口において、前記貫通部の内壁の２点間の最大距離が１０〜２５０ｎｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換素子。
4. 前記光電変換層側の前記金属膜の主表面において、隣接する貫通部間の最短距離が２００〜４００ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
5. 前記光反射層は、４００ｎｍから前記光電変換層が発電に利用可能な最大波長の範囲における平均反射率が、４０％以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換素子。
6. 前記光反射層が、前記光電変換層に対して光受光面とは反対側に備えられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換素子。
7. 前記金属膜が、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕまたはこれらの金属を含む合金からなる請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光電変換素子。
8. 前記光反射層が、前記金属膜の形成用のマスクを含有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換素子。
9. 前記光反射層が、集電のための裏面電極を兼ねることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光電変換素子。

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