JP2014011229A - Solar cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve power generation efficiency of a solar cell by suppressing the reflection of incident light.SOLUTION: A solar cell comprises a substrate 10 provided with an uneven section 11 formed on an incident light side and having an average pitch equal to or smaller than a power generation wavelength. On the incident light side of the uneven section 11, a plurality of layers are provided whose refractive index increases as they are positioned closer to the substrate 10 side. The plurality of layers include: a covering layer for covering the uneven section 11 while maintaining an uneven shape of the uneven section 11; and a filling layer 22 for flattening the uneven shape of the uneven section 11.

Description

本発明は、太陽光を入射して発電を行う太陽電池に関する。   The present invention relates to a solar cell that generates power by entering sunlight.

近年、自然エネルギーを利用したエネルギー供給の需要が高まりつつある。中でも太陽光を受光して発電を行う太陽光発電は、クリーンな自然エネルギー利用として脚光を浴びている。このような太陽光発電では、太陽電池にて太陽光を受光して発電が行われる。しかしながら、太陽電池に使用されるシリコン（Ｓｉ）などの太陽電池材料は、元々、屈折率、反射率が高い上、斜めから入射した場合にはさらに反射率が高くなり、発電効率が極端に低下する。また、集光型または導光型太陽電池においては、集光又は導光した太陽光の一部又は全部が太陽電池に斜めに入射することが考えられる。   In recent years, the demand for energy supply using natural energy is increasing. In particular, solar power generation, which receives sunlight and generates power, is attracting attention as a clean natural energy utilization. In such solar power generation, power is generated by receiving sunlight with a solar cell. However, solar cell materials such as silicon (Si) used for solar cells originally have a high refractive index and a high reflectance, and when they are incident obliquely, the reflectance is further increased and the power generation efficiency is extremely reduced. To do. Moreover, in the concentrating type or light guiding type solar cell, it is conceivable that a part or all of the condensed or guided sunlight is incident on the solar cell obliquely.

このように、太陽光を受光して発電を行う太陽電池においては、斜めからの入射に対しても有効に発電を行うことが望まれている。特許文献１や特許文献２に開示されるように、光学分野では、凹凸部を使用して入射光を屈折させることで反射を抑制する各種構造が提案されている。このような光学的構造を設けることで、反射光を抑制し、透過光を増加させることが可能である。   Thus, in a solar cell that receives sunlight and generates electric power, it is desired to generate electric power effectively even when incident from an oblique direction. As disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2, in the optical field, various structures that suppress reflection by refracting incident light using an uneven portion have been proposed. By providing such an optical structure, reflected light can be suppressed and transmitted light can be increased.

特開２００２−１８２００３号公報JP 2002-182003 A 特開２００８−２０３４７３号公報JP 2008-203473 A

本発明は、特許文献１や特許文献２に開示されるような凹凸部を有する光学的構造に改善を図ることで、反射光を抑制するとともに透過光の増加を図り、発電効率の向上を図ることとしている。また、凹凸部のアスペクト比を抑えることで、太陽電池の作製の容易化を図ることとしている。   The present invention aims to improve the power generation efficiency by suppressing the reflected light and increasing the transmitted light by improving the optical structure having the uneven portion as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2. I am going to do that. In addition, the fabrication of solar cells is facilitated by suppressing the aspect ratio of the uneven portions.

本発明の実施形態に係る太陽電池は、
入射光側に形成された、平均ピッチが発電波長以下の凹凸部を有する基材を備え、
前記凹凸部の入射光側には、前記基材側に位置するにしたがって、屈折率が高くなる複数の層が設けられ、
複数の前記層は、
前記凹凸部による凹凸形状を残して被覆する被覆層と、
前記凹凸部による凹凸形状を平坦化する充填層と、を備えることを特徴とする。
太陽電池。 The solar cell according to the embodiment of the present invention,
Provided with a base material formed on the incident light side and having an uneven portion with an average pitch of the power generation wavelength or less,
On the incident light side of the concavo-convex portion, a plurality of layers having a refractive index that increases as it is located on the substrate side are provided.
The plurality of layers are
A coating layer covering the concave and convex shape by the concave and convex portions; and
And a filling layer for flattening the uneven shape formed by the uneven portion.
Solar cell.

さらに本発明の実施形態に係る太陽電池において、
前記複数の層の入射光側には、第２反射防止構造が設けられていることを特徴とする。 Furthermore, in the solar cell according to the embodiment of the present invention,
A second antireflection structure is provided on the incident light side of the plurality of layers.

さらに本発明の実施形態に係る太陽電池において、
前記第２反射防止構造は、前記複数の層側から順に、第２の複数の層と、第２の凹凸部を有することを特徴とする。 Furthermore, in the solar cell according to the embodiment of the present invention,
The second antireflection structure includes a second plurality of layers and a second uneven portion in order from the plurality of layers.

本発明によれば、凹凸部の入射光側に設けられた、基材側に位置するにしたがって屈折率が高くなる複数の層を設けるとともに、当該複数の層が凹凸部による凹凸形状を残して被覆する被覆層と、凹凸部による凹凸形状を平坦化する充填層としたことで、太陽電池における入射光（太陽光）の反射を抑え、透過率を向上させることで発電効率の向上を図ることが可能となる。また、本構成により凹凸形状のアスペクト比を抑えることが可能となり、太陽電池の作製の容易化を図ることが可能となる。   According to the present invention, a plurality of layers provided on the incident light side of the concavo-convex portion and having a refractive index that increases as it is positioned on the substrate side, and the plurality of layers leave the concavo-convex shape due to the concavo-convex portion. Improve power generation efficiency by suppressing the reflection of incident light (sunlight) in the solar cell and improving the transmittance by using the covering layer to cover and the filling layer to flatten the uneven shape by the uneven portion Is possible. In addition, this configuration makes it possible to suppress the aspect ratio of the concavo-convex shape, and to facilitate the production of the solar cell.

本発明の実施形態に係る太陽電池の構成を示す模式図The schematic diagram which shows the structure of the solar cell which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る太陽電池の詳細（側断面）を示す模式図（実施例１）Schematic (Example 1) which shows the detail (side cross section) of the solar cell which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る基材部分の詳細（上面）を示す模式図The schematic diagram which shows the detail (upper surface) of the base-material part which concerns on embodiment of this invention Ｓｉ平板で形成された太陽電池の構成を示す図（比較例１−１）The figure which shows the structure of the solar cell formed with Si flat plate (Comparative Example 1-1). Ｓｉ平板＋薄膜層２層で形成された太陽電池の構成を示す図（比較例１−２）The figure which shows the structure of the solar cell formed by Si flat plate + two thin film layers (comparative example 1-2). 実施例１の反射回折効率の総和（反射０次回折効率）を示す図The figure which shows the sum total of reflection diffraction efficiency of Example 1 (reflection 0th-order diffraction efficiency) 比較例１−１の反射回折効率の総和（反射０次回折効率）を示す図The figure which shows the sum total (reflection 0th order diffraction efficiency) of the reflective diffraction efficiency of the comparative example 1-1 比較例１−２の反射回折効率の総和（反射０次回折効率）を示す図The figure which shows the sum total (reflection 0th order diffraction efficiency) of the reflective diffraction efficiency of the comparative example 1-2 Ｓｉのモスアイ構造で形成された太陽電池の構成を示す図（比較例１−３）The figure which shows the structure of the solar cell formed with the moth-eye structure of Si (comparative example 1-3). 比較例１−３の反射回折効率の総和（反射０次回折効率）を示す図The figure which shows the sum total (the reflection 0th-order diffraction efficiency) of the reflection diffraction efficiency of Comparative Example 1-3 本発明の実施形態に係る太陽電池の詳細（側断面）を示す模式図（実施例２）Schematic diagram showing details (side cross section) of a solar cell according to an embodiment of the present invention (Example 2) Ｓｉのモスアイ構造で形成された太陽電池の構成を示す図（比較例２−１）The figure which shows the structure of the solar cell formed with the moth-eye structure of Si (comparative example 2-1). 実施例２の反射回折効率の総和（反射０次回折効率）を示す図The figure which shows the sum total of reflection diffraction efficiency of Example 2 (reflection 0th-order diffraction efficiency) 比較例２−１の反射回折効率の総和（反射０次回折効率）を示す図The figure which shows the sum total (reflection 0th-order diffraction efficiency) of the reflection diffraction efficiency of the comparative example 2-1. 本発明の他の実施形態に係る太陽電池の構成を示す模式図（実施例３）Schematic diagram showing the configuration of a solar cell according to another embodiment of the present invention (Example 3) 本発明の実施形態に係る第２反射防止構造（側断面）を示す模式図The schematic diagram which shows the 2nd antireflection structure (side cross section) which concerns on embodiment of this invention 第２反射防止構造の反射回折効率の総和（反射０次回折効率）を示す図The figure which shows the sum total (reflection 0th order diffraction efficiency) of the reflection diffraction efficiency of a 2nd antireflection structure 第２反射防止構造との組み合わせの反射回折効率の総和（反射０次回折効率）を示す図The figure which shows the sum total (reflection 0th-order diffraction efficiency) of the reflection diffraction efficiency of a combination with a 2nd antireflection structure

では、本発明の実施形態に係る太陽電池について図を用いて説明を行う。図１は、本発明の実施形態に係る太陽電池の構成を示す模式図である。図１には、太陽電池１の断面の様子が示されている。本実施形態の太陽電池１は、シリコン（Ｓｉ）など太陽電池材料となる基材１０の表面、すなわち、入射光側に反射防止構造２０を有して構成される。ここで、太陽電池１に対する入射角度αは、太陽電池１の表面に対する垂線となす角度にて定義される。   Now, the solar cell according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a solar cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a cross-sectional state of the solar cell 1. The solar cell 1 of the present embodiment is configured to have the antireflection structure 20 on the surface of the base material 10 that is a solar cell material such as silicon (Si), that is, on the incident light side. Here, the incident angle α with respect to the solar cell 1 is defined as an angle formed with a perpendicular to the surface of the solar cell 1.

太陽光を入射光として発電を行う太陽電池１では、シリコン（Ｓｉ）などの太陽電池材料自体の反射率が元々高いこと、また、朝夕などに太陽光が斜めから入射した場合（入射角度αが大になった場合）、反射率はさらに高くなることなどを理由に、有効な発電効率を得ることが困難な状況にある。   In the solar cell 1 that generates power using sunlight as incident light, the reflectance of the solar cell material itself such as silicon (Si) is originally high, and when sunlight is incident obliquely in the morning and evening (the incident angle α is When it becomes large), it is difficult to obtain effective power generation efficiency because the reflectivity becomes higher.

本実施形態では、このような状況を鑑み、太陽電池１に対する太陽光の入射角度が大きくなった場合においても太陽光を有効に入射させ、効率的に発電を行うことを可能としている。   In the present embodiment, in view of such a situation, even when the incident angle of sunlight with respect to the solar cell 1 is increased, sunlight can be effectively incident and power generation can be performed efficiently.

（実施例１）
図２には、本発明の実施形態に係る太陽電池の詳細（側断面）を示す模式図が示されている。太陽電池１は、シリコン（Ｓｉ）などの太陽電池材料からなる基材１０と、基材１０の表面、すなわち、入射光側に設けられた反射防止構造２０を有して構成されている。基材１０の表面には、凹凸部１１が形成されている。本実施形態の凹凸部１１は、２次元周期構造を有しており、１つの凹凸部１１は四角錐形状を有している（モスアイ構造）。本実施形態では、凹凸部１１のピッチＰを０．１８μｍ、凹凸部１１の高さＨを０．１３４μｍとしている。したがって、凹凸部１１のアスペクト比（＝高さＨ／ピッチＰ）は、０．７４となっている。 Example 1
The schematic diagram which shows the detail (side cross section) of the solar cell concerning embodiment of this invention is shown by FIG. The solar cell 1 includes a base material 10 made of a solar cell material such as silicon (Si) and an antireflection structure 20 provided on the surface of the base material 10, that is, on the incident light side. Concave and convex portions 11 are formed on the surface of the substrate 10. The uneven part 11 of this embodiment has a two-dimensional periodic structure, and one uneven part 11 has a quadrangular pyramid shape (moth eye structure). In the present embodiment, the pitch P of the uneven portions 11 is 0.18 μm, and the height H of the uneven portions 11 is 0.134 μm. Therefore, the aspect ratio (= height H / pitch P) of the concavo-convex portion 11 is 0.74.

凹凸部１１の隣り合う頂部１１ａの間隔は、ピッチＰの周期構造を有している。ピッチＰは、入射する太陽光の発電波長以下となるように設定されている。本実施形態では、一定のピッチＰとしているが、このピッチＰはランダムであってもよい。その場合、ピッチＰの平均値が入射する太陽光の発電波長以下となるように設定される。図３には、図２において基材１０の上面図が示されている。図２に示される側断面は、ちょうど図３の頂部１１ａを含むＡ−Ａ間において切断したときの様子となっている。図３のＢ−Ｂ間において切断したときにおいても、図２と同様の側断面が現れることとなる。   The interval between adjacent top portions 11 a of the concavo-convex portion 11 has a periodic structure with a pitch P. The pitch P is set to be equal to or less than the power generation wavelength of incident sunlight. In the present embodiment, the pitch P is constant, but the pitch P may be random. In this case, the average value of the pitch P is set to be equal to or less than the power generation wavelength of incident sunlight. FIG. 3 shows a top view of the substrate 10 in FIG. The side cross section shown in FIG. 2 is exactly the state when cut along AA including the top 11a of FIG. Even when cut between BB in FIG. 3, the same side cross section as in FIG. 2 appears.

この基材１０の凹凸部１１表面には、反射防止構造２０が設けられている。本実施形態の反射防止構造２０は２つの層で形成されている。基材１０側から順に被覆層２１、充填層２２となっている。被覆層２１は、凹凸部１１の直上に設けられた層であって、凹凸部１１が形成する凹凸形状を残しつつ、凹凸部１１を被覆する薄膜層である。なお、被覆層２１を均一な厚さの層とすることで凹凸部１１の凹凸形状を再現することとしてもよいが、被覆層２１の厚さが頂部２１ａあるいは谷部２１ｂなどで部分的に異なった場合には、凹凸形状は多少の変化を伴うこととなる。充填層２２は、被覆層２１の直上に設けられた層であって、凹凸部１１によって形成された凹凸形状を埋める形態で平坦化する層である。   An antireflection structure 20 is provided on the surface of the uneven portion 11 of the base material 10. The antireflection structure 20 of this embodiment is formed of two layers. A coating layer 21 and a filling layer 22 are formed in this order from the substrate 10 side. The covering layer 21 is a layer provided immediately above the uneven portion 11 and is a thin film layer that covers the uneven portion 11 while leaving the uneven shape formed by the uneven portion 11. The uneven shape of the uneven portion 11 may be reproduced by forming the cover layer 21 with a uniform thickness, but the thickness of the cover layer 21 is partially different between the top portion 21a or the valley portion 21b. In such a case, the uneven shape is accompanied by some change. The filling layer 22 is a layer provided immediately above the coating layer 21 and is a layer that is flattened in a form that fills the uneven shape formed by the uneven portion 11.

基材１０には太陽電池材料となるシリコン（Ｓｉ）が使用されている。シリコン（Ｓｉ）の屈折率は、使用する光の波長によって異なるが、ある発電波長において約３．６である。被覆層２１の材料には、酸化チタン（ＴｉＯ2）を使用しており、高さＨ方向の厚さ
は、０．０６３μｍである。。被覆層２１は、基材１０に対して蒸着、薄膜スパッタリングなどの製造方法にて設けられる。本実施形態の被覆層２１の発電波長における屈折率は代表波長において約２．０となっている。一方、充填層２２には、発電波長内の広い波長域において屈折率が約１．５となる透明材料を使用している。このように本実施形態では、反射防止構造２０を形成する複数の層２１、２２の屈折率が、入射する太陽光の側から基材１０側に向かって順に高くなるように設定されている。このような構成により、広域の入射角度において反射を抑制することが可能となっている。さらに、反射防止構造２０中、最も凹凸部１１側に位置する層（この場合、被覆層２１）の屈折率を、基材１０よりも低く設定しておくことで、反射の抑制はより効果的となる。 Silicon (Si), which is a solar cell material, is used for the base material 10. The refractive index of silicon (Si) varies depending on the wavelength of light used, but is about 3.6 at a certain power generation wavelength. Titanium oxide (TiO 2 ) is used as the material of the covering layer 21, and the thickness in the height H direction is 0.063 μm. . The covering layer 21 is provided on the base material 10 by a manufacturing method such as vapor deposition or thin film sputtering. The refractive index at the power generation wavelength of the coating layer 21 of this embodiment is about 2.0 at the representative wavelength. On the other hand, the filling layer 22 is made of a transparent material having a refractive index of about 1.5 in a wide wavelength range within the power generation wavelength. As described above, in the present embodiment, the refractive indexes of the plurality of layers 21 and 22 forming the antireflection structure 20 are set so as to increase in order from the incident sunlight side toward the base material 10 side. With such a configuration, reflection can be suppressed at a wide range of incident angles. Furthermore, the suppression of reflection is more effective by setting the refractive index of the layer (in this case, the coating layer 21) located closest to the uneven portion 11 side in the antireflection structure 20 to be lower than that of the substrate 10. It becomes.

本実施形態の反射防止構造２０は、被覆層２１、充填層２２の２層構造としているが、被覆層２１を複数層とすることも可能である。充填層２２にて平坦化された上に、さらに平坦な層を設けることとしてもよい。何れの場合においても、反射防止構造２０を形成する複数の層の屈折率は、基材１０側に位置するにしたがって、高くなるように設定されることとなる。   Although the antireflection structure 20 of the present embodiment has a two-layer structure of the covering layer 21 and the filling layer 22, the covering layer 21 may be a plurality of layers. A flat layer may be provided on the filling layer 22 after being flattened. In any case, the refractive index of the plurality of layers forming the antireflection structure 20 is set to be higher as it is located on the substrate 10 side.

このような本実施形態の太陽電池の反射効率を比較するための比較例を図４、図５に示しておく。図４に示される比較例１−１は、太陽電池材料として基材１０のみで太陽電池１を構成した例である。基材１０は平板形状であり、その材料にはシリコン（Ｓｉ）が使
用されている。図５に示される比較例１−２は、基材１０上に第１薄膜層４１と第２薄膜層４２からなる２層を設けた形態となっている。この比較例１−２では、基材１０の材料にはシリコン（Ｓｉ）を使用している。また、第１薄膜層４１の材料には、実施例１の充填層２２と同じ透明材料を使用している。そして、第２薄膜層４２の材料には、実施例１の被覆層２１と同じ酸化チタンＴｉＯ2を使用している。 Comparative examples for comparing the reflection efficiencies of the solar cells of this embodiment are shown in FIGS. Comparative Example 1-1 shown in FIG. 4 is an example in which solar cell 1 is configured with only base material 10 as a solar cell material. The substrate 10 has a flat plate shape, and silicon (Si) is used as the material thereof. In Comparative Example 1-2 shown in FIG. 5, two layers including the first thin film layer 41 and the second thin film layer 42 are provided on the base material 10. In Comparative Example 1-2, silicon (Si) is used as the material of the base material 10. Moreover, the same transparent material as the filling layer 22 of Example 1 is used for the material of the 1st thin film layer 41. FIG. The material of the second thin film layer 42 is the same titanium oxide TiO 2 as that of the coating layer 21 of the first embodiment.

図６〜図８には、実施例１、比較例１−１、比較例１−２について、入射角度別の反射回折効率の総和が示されている。この反射回折効率の総和は、複数次の反射光の反射効率の総和であるが、実質０次光の反射効率に相当したものとなっている。ここで、本明細書内の他の図も含めて、（１−反射回折効率の総和）が透過回折効率の総和となっており、これが太陽電池の発電に寄与することとなる。したがって、反射回折効率の総和が小さくなるほど、発電効率は大きくなる。図６の実施例１の結果をみると、比較例１−１、比較例１−２よりも反射回折効率が低減されていることがみてとれる。特に、実施例１中、入射角度が６０゜以下では、反射回折効率の総和は、０．１（１０％）以下に抑えられている。このように、本実施形態の太陽電池では、反射回折効率の改善が図られている。   6 to 8 show the total reflection diffraction efficiency for each incident angle for Example 1, Comparative Example 1-1, and Comparative Example 1-2. The sum of the reflection diffraction efficiencies is the sum of the reflection efficiencies of the plurality of orders of reflected light, and is substantially equivalent to the reflection efficiency of the zeroth order light. Here, including other figures in the present specification, (1−total reflection diffraction efficiency) is the total transmission diffraction efficiency, which contributes to the power generation of the solar cell. Therefore, the power generation efficiency increases as the total reflection diffraction efficiency decreases. When the result of Example 1 of FIG. 6 is seen, it can be seen that the reflection diffraction efficiency is reduced as compared with Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2. In particular, in Example 1, when the incident angle is 60 ° or less, the total reflection diffraction efficiency is suppressed to 0.1 (10%) or less. Thus, in the solar cell of this embodiment, the reflection diffraction efficiency is improved.

図９には、図２に記載する実施例１と同様の反射回折効率性能を、凹凸部１１のみで形成した場合の太陽電池１（比較例１−３）が示されている。この太陽電池１は、シリコン（Ｓｉ）からなる基材１０に、実施例１と同じピッチＰ（０．１８μｍ）で凹凸部１１を形成してる。但し、凹凸部１１の高さ、および、アスペクト比が異なっている。図１０には、図９の比較例１−３の反射回折効率の総和が示されている。図６の実施例１の性能と同様、入射角度６０゜以下において、反射効率の総和が０．１（１０％）以下に抑えられている。   FIG. 9 shows a solar cell 1 (Comparative Example 1-3) in which the reflective diffraction efficiency performance similar to that of Example 1 shown in FIG. In this solar cell 1, uneven portions 11 are formed on a base material 10 made of silicon (Si) at the same pitch P (0.18 μm) as in Example 1. However, the height and the aspect ratio of the uneven portion 11 are different. FIG. 10 shows the total reflection diffraction efficiency of Comparative Example 1-3 in FIG. Similar to the performance of Example 1 in FIG. 6, the total reflection efficiency is suppressed to 0.1 (10%) or less at an incident angle of 60 ° or less.

図１０に示される性能を凹凸部１１のみで実現した場合、図９の構成においてアスペクト比（高さＨ／ピッチＰ）は、２．０となる。これは実施例１がアスペクト比を０．７４としていたのに対し、約２．７倍のアスペクト比となっている。凹凸部１１のアスペクト比が大きくなった場合、凹凸部１１が先鋭化されるため作製が困難になる。また、凹凸部１１が欠損しやすくなるため、取り扱いが困難となる。また、凹凸部１１に欠損が生じた場合には、所望の性能が得られなくなる。本実施形態では、凹凸部１１側に反射防止構造２０を設けたことで、アスペクト比を抑えることが可能となっている。作製を容易にする都合上、アスペクト比は１．０以下とすることが好ましい。さらに、本実施形態では、充填層２２を設けているため、凹凸部１１を表面に露出することなく、凹凸部１１の欠損を軽減することが可能となっている。   When the performance shown in FIG. 10 is realized only by the concavo-convex portion 11, the aspect ratio (height H / pitch P) is 2.0 in the configuration of FIG. 9. This is an aspect ratio of about 2.7 times that in Example 1 was 0.74. When the aspect ratio of the concavo-convex portion 11 is increased, the concavo-convex portion 11 is sharpened, making it difficult to manufacture. Moreover, since the uneven | corrugated | grooved part 11 becomes easy to lose | delete, handling becomes difficult. Moreover, when a defect occurs in the concavo-convex portion 11, desired performance cannot be obtained. In the present embodiment, the aspect ratio can be suppressed by providing the antireflection structure 20 on the uneven portion 11 side. For ease of production, the aspect ratio is preferably 1.0 or less. Furthermore, in this embodiment, since the filling layer 22 is provided, it is possible to reduce the loss of the uneven portion 11 without exposing the uneven portion 11 to the surface.

（実施例２）
次に、本発明の他の実施形態に係る太陽電池（実施例２）について説明する。図１１には、本発明の実施形態に係る太陽電池１の詳細（側断面）を示す模式図が示されている。本実施形態の太陽電池１の構成は、主に、凹凸部１１のアスペクト比、及び、充填層２２の構成において実施例１と異なっている。基材１０の材料にはシリコン（Ｓｉ）を使用している。凹凸部１１の高さＨは、０．４５０μｍ、ピッチＰは、０．１８μｍであって、アスペクト比（＝高さＨ／ピッチＰ）は、２．５である。薄膜層２１の材料には硫化亜鉛（ＺｎＳ）を使用しており、高さＨ方向の厚さは、０．１８３μｍである。充填層２２には、屈折率１．５の透明材料を使用している。なお、この充填層２２の高さは、凹凸部１１にて形成される凹凸形状を埋め、平坦部を形成する高さよりも大きければ任意に設定可能である。 (Example 2)
Next, a solar cell (Example 2) according to another embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a schematic diagram showing details (side cross-section) of the solar cell 1 according to the embodiment of the present invention. The configuration of the solar cell 1 of the present embodiment is different from that of Example 1 mainly in the aspect ratio of the concavo-convex portion 11 and the configuration of the filling layer 22. Silicon (Si) is used as the material of the base material 10. The height H of the concavo-convex portion 11 is 0.450 μm, the pitch P is 0.18 μm, and the aspect ratio (= height H / pitch P) is 2.5. Zinc sulfide (ZnS) is used as the material of the thin film layer 21, and the thickness in the height H direction is 0.183 μm. The filling layer 22 is made of a transparent material having a refractive index of 1.5. The height of the filling layer 22 can be arbitrarily set as long as it is larger than the height for filling the uneven shape formed by the uneven portion 11 and forming the flat portion.

図１２には、実施例２と性能を比較するための太陽電池（比較例２−１）の構成が示されている。比較例２−１は、実施例２の基材と同じ構成であり、基材１０の材料には、シリコン（Ｓｉ）が使用されている。また、凹凸部１１の高さＨは、０．４５０μｍ、ピッ
チＰは、０．１８μｍであって、アスペクト比（＝高さＨ／ピッチＰ）は、２．５である。 FIG. 12 shows the configuration of a solar cell (Comparative Example 2-1) for comparing performance with Example 2. Comparative Example 2-1 has the same configuration as the base material of Example 2, and silicon (Si) is used as the material of the base material 10. The height H of the concavo-convex portion 11 is 0.450 μm, the pitch P is 0.18 μm, and the aspect ratio (= height H / pitch P) is 2.5.

図１３には、実施例２における入射角度別の反射回折効率の総和が示されている。ただし、図１３における入射角度は、他の図とは異なり充填層２２内での入射角度となっている。実施例２では、実施例１と比較してアスペクト比を十分に大きくしたこと、充填層２２の高さＴを凹凸形状よりも高くしたことを主な理由として、全ての入射角度において実施例１よりも性能の改善が図られている。図１４に示される比較例２−１の反射回折効率の総和と比較しても十分な改善が図られている。   FIG. 13 shows the total reflection diffraction efficiency for each incident angle in the second embodiment. However, unlike the other figures, the incident angle in FIG. 13 is the incident angle in the filling layer 22. In Example 2, compared to Example 1, the aspect ratio was sufficiently large, and the height T of the filling layer 22 was made higher than the concavo-convex shape. The performance is improved. Even when compared with the total reflection diffraction efficiency of Comparative Example 2-1 shown in FIG. 14, sufficient improvement is achieved.

（実施例３）
本実施形態の太陽電池では、反射防止構造２０中、充填層２２を設けたことで、凹凸部１１の凹凸形状の平坦化が図られている。したがって、反射防止構造２０にさらに別の反射防止構造（第２反射防止構造）を設けることも容易である。図１５には、本発明の他の実施形態に係る太陽電池１の構成が示されている。本実施形態では、基材１０上に設けられた反射防止構造２０の上に、さらに第２反射防止構造３０が設けられている。この第２反射防止構造３０において、反射防止構造２０に入射する入射角度を抑えることで、さらなる反射回折効率の低減が図られている。 (Example 3)
In the solar cell of the present embodiment, the uneven shape of the uneven portion 11 is flattened by providing the filling layer 22 in the antireflection structure 20. Therefore, it is easy to provide another antireflection structure (second antireflection structure) in the antireflection structure 20. FIG. 15 shows a configuration of a solar cell 1 according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, a second antireflection structure 30 is further provided on the antireflection structure 20 provided on the substrate 10. In the second antireflection structure 30, the reflection diffraction efficiency is further reduced by suppressing the incident angle incident on the antireflection structure 20.

図１６には、第２反射防止構造３０の構成例が示されている。本実施形態では、図１１に示される太陽電池１（実施例２）の上に第２反射防止構造３０を設けた形態となっている。太陽電池１を構成する充填層２２の上には、第１〜第３薄膜層３２〜３４（第２の層）が設けられている。本実施形態では、第１薄膜層３２に膜厚０．０１６μｍのフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）、第２薄膜層３３に膜厚０．００５μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2）、第３薄膜層３４に膜厚０．０１３μｍのＵＶ硬化樹脂（商品名：ＰＡＫ−０１）を使用している。 FIG. 16 shows a configuration example of the second antireflection structure 30. In the present embodiment, the second antireflection structure 30 is provided on the solar cell 1 (Example 2) shown in FIG. On the filling layer 22 constituting the solar cell 1, first to third thin film layers 32 to 34 (second layers) are provided. In the present embodiment, the first thin film layer 32 has a 0.016 μm-thick magnesium fluoride (MgF 2 ), the second thin film layer 33 has a 0.005 μm-thick silicon oxide (SiO 2 ), and the third thin film layer 34 has a A UV curable resin (trade name: PAK-01) having a film thickness of 0.013 μm is used.

本実施形態では３層からなる薄膜層の構成としているが、薄膜層の層数は任意の数とすることが可能である。特に本実施形態では、最も充填層２２に近い箇所に位置する第３薄膜層３４の屈折率を、充填層２２の屈折率よりも高くすることで、性能の向上が図られている。さらに、各第１〜第３薄膜層３２〜３４の屈折率を、充填層２２に近づくにしたがって高くなるように設定することで性能の向上が図られる。   In the present embodiment, the configuration is a thin film layer composed of three layers, but the number of thin film layers can be any number. In particular, in the present embodiment, the performance is improved by making the refractive index of the third thin film layer 34 located closest to the filling layer 22 higher than the refractive index of the filling layer 22. Furthermore, the performance can be improved by setting the refractive indexes of the first to third thin film layers 32 to 34 so as to increase as they approach the filling layer 22.

第１薄膜層３２の上部には凹凸部３１が設けられている。凹凸部３１は、屈折率が１．５の透明材料にて構成されている。この凹凸部３１は、図２などで説明した凹凸部１１と同様、平均ピッチＰ２が発電波長以下の２次元周期構造を有している。本実施形態では、凹凸部３１のピッチＰ２を、０．１８μｍ、高さＨ２を、０．４５μｍとしている。凹凸部３１は、ちょうど頂点を切り取ったような形状の四角錐形状であり、頂部３１ａに平坦な部分を有している。また、凹凸部３１の頂部３１ａの幅Ｔは、ピッチＰ２の０．１倍以下、また、凹凸部３１の底部の幅Ｂは、ピッチＰ２の０．９倍以上とすることが好ましい。なお、底部の幅Ｂを１倍未満とする場合、凹凸部３１を形成する個々の四角錐の間には、第１薄膜層３２が露出する平坦面が形成される。本実施形態では、頂部３１ａの幅をピッチＰ２の０．１倍、凹凸部３１の底の幅ＢをピッチＰ２と同じ長さ（１倍）としている。   An uneven portion 31 is provided on the first thin film layer 32. The uneven portion 31 is made of a transparent material having a refractive index of 1.5. The concavo-convex portion 31 has a two-dimensional periodic structure in which the average pitch P2 is equal to or less than the power generation wavelength, similar to the concavo-convex portion 11 described with reference to FIG. In the present embodiment, the pitch P2 of the concavo-convex portions 31 is 0.18 μm, and the height H2 is 0.45 μm. The concavo-convex portion 31 has a quadrangular pyramid shape that is just cut off from the apex, and has a flat portion at the top portion 31a. Moreover, it is preferable that the width T of the top part 31a of the uneven part 31 is 0.1 times or less of the pitch P2, and the width B of the bottom part of the uneven part 31 is 0.9 times or more of the pitch P2. When the width B of the bottom is less than 1 time, a flat surface from which the first thin film layer 32 is exposed is formed between the individual quadrangular pyramids that form the uneven portion 31. In the present embodiment, the width of the top portion 31a is 0.1 times the pitch P2, and the bottom width B of the uneven portion 31 is the same length (1 time) as the pitch P2.

図１７には、この第２反射防止構造３０単体での性能、すなわち、反射回折効率の総和が示されている。図１８には第２実施例（図１１）と第２反射防止構造３０を組み合わせた実施形態における性能（反射回折効率の総和）が示されている。空気などの太陽電池１の周囲から０〜９０゜の入射角度で第２反射防止構造３０に入射した入射光（太陽光）は、充填層２２中で屈折して０゜〜約４１．８゜（臨界角）に抑えられる。そのため、第２
実施例（図１１）と第２反射防止構造３０を組み合わせた場合、図１７と、図１３の約４１．８゜以下の性能（反射回折効率の総和が略０）の合成となり、図１７とほぼ同様の性能になる。第２反射防止構造３０を使用したことで、入射角度が６０゜以内の場合で０．０４（４％）以下、７０゜の場合で０．１（１０％）以下、８０゜の場合で０．３（３０％）以下となっており、図６に示される実施例１の性能と比較して改善が図られている。 FIG. 17 shows the performance of the second antireflection structure 30 alone, that is, the total reflection diffraction efficiency. FIG. 18 shows performance (total reflection diffraction efficiency) in an embodiment in which the second example (FIG. 11) and the second antireflection structure 30 are combined. Incident light (sunlight) incident on the second antireflection structure 30 at an incident angle of 0 to 90 ° from the periphery of the solar cell 1 such as air is refracted in the filling layer 22 and is 0 ° to about 41.8 °. (Critical angle). Therefore, the second
When the example (FIG. 11) and the second antireflection structure 30 are combined, the result of FIG. 17 and the performance of about 41.8 ° or less (the total sum of reflection diffraction efficiencies is substantially 0) of FIG. The performance is almost the same. By using the second antireflection structure 30, 0.04 (4%) or less when the incident angle is within 60 °, 0.1 (10%) or less when 70 °, and 0 when 80 °. .3 (30%) or less, which is an improvement over the performance of the first embodiment shown in FIG.

なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。   Note that the present invention is not limited to these embodiments, and embodiments configured by appropriately combining the configurations of the respective embodiments also fall within the scope of the present invention.

１…太陽電池、１０…基材、１１…凹凸部、１１ａ…頂部、１１ｂ…谷部、２０…反射防止構造、２１…被覆層、２１ａ…頂部、２１ｂ…谷部、２２…充填層、３０…第２反射防止構造、３１…凹凸部、３２…第１薄膜層、３３…第２薄膜層、３４…第３薄膜層、４１…第１薄膜層、４２…第２薄膜層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solar cell, 10 ... Base material, 11 ... Uneven part, 11a ... Top part, 11b ... Valley part, 20 ... Antireflection structure, 21 ... Covering layer, 21a ... Top part, 21b ... Valley part, 22 ... Packing layer, 30 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2nd antireflection structure, 31 ... Uneven part, 32 ... 1st thin film layer, 33 ... 2nd thin film layer, 34 ... 3rd thin film layer, 41 ... 1st thin film layer, 42 ... 2nd thin film layer

Claims (3)

入射光側に形成された、平均ピッチが発電波長以下の凹凸部を有する基材を備え、
前記凹凸部の入射光側には、前記基材側に位置するにしたがって、屈折率が高くなる複数の層が設けられ、
複数の前記層は、
前記凹凸部による凹凸形状を残して被覆する被覆層と、
前記凹凸部による凹凸形状を平坦化する充填層と、を備えることを特徴とする
太陽電池。 Provided with a base material formed on the incident light side and having an uneven portion with an average pitch of the power generation wavelength or less,
On the incident light side of the concavo-convex portion, a plurality of layers having a refractive index that increases as it is located on the substrate side are provided.
The plurality of layers are
A coating layer covering the concave and convex shape by the concave and convex portions; and
And a filling layer for flattening the uneven shape formed by the uneven portion. 前記複数の層の入射光側には、第２反射防止構造が設けられていることを特徴とする
請求項１に記載の太陽電池。 The solar cell according to claim 1, wherein a second antireflection structure is provided on the incident light side of the plurality of layers. 前記第２反射防止構造は、前記複数の層側から順に、第２の複数の層と、第２の凹凸部を有することを特徴とする
請求項２に記載の太陽電池。 The solar cell according to claim 2, wherein the second antireflection structure includes a second plurality of layers and a second uneven portion in order from the plurality of layers.
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