JP2016009846A - 光電変換素子および光電変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】テクスチャ構造により光の反射が抑制された光電変換素子を提供する。【解決手段】光電変換素子（１）における結晶シリコン（１１）の受光面側に設けられたテクスチャ構造（２１）を構成する突起部（４１）の底面１辺の長さＬは７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍであり、突起部（４１）を構成する結晶シリコン（１１）の突起部（１２）の高さｈは｛１．４１?（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３?（Ｌ／２）｝である。【選択図】図１

Description

本発明は光電変換素子および光電変換システムに関する。

従来から、太陽電池に用いられる、結晶シリコンからなる光電変換素子の受光面に、光の反射を低減するため、凹凸構造であるテクスチャ構造を形成することが知られている。一例として、このテクスチャ構造は、（１００）面を有する結晶シリコン基板に異方性エッチングを行い、（１１１）面を出すことで形成することができる。

図２０は、従来のテクスチャ構造を有する結晶シリコンの構造を表す断面図である。図２０に示すように、結晶シリコン２１１の光の受光面には、断面が三角形状の突起部２１２が複数、ランダムに形成されたテクスチャ構造が設けられている。結晶シリコン２１１の厚さｔは２００μｍ程度である。突起部２１２の底角は５４．７°、ピッチｐｔは５μｍ〜１０μｍ程度である。

また、特許文献１にはテクスチャ構造を微小とする構成が開示されている。図２１は、特許文献１に開示された結晶シリコンの受光面近傍の構成を表す断面図である。

図２１に示すように、結晶シリコン２２１は、受光面に、複数の微小な突起部２２２からなるテクスチャ構造が設けられている。ピッチｐｔが６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度であり、高さｈがピッチｐｔの３倍以上程度である突起部２２２からなるテクスチャ構造を受光面に設ける。

特許文献１では、このように、微小な突起部２２２からなるテクスチャ構造を結晶シリコン２２１の受光面に設けることで、受光面での反射が抑えられ、光が結晶シリコン２２１内に入りやすくなり、光の変換効率が高くなるとされている。

特開２０１２‐１４２５６８号公報（２０１２年７月２６日公開）

しかし、図２０に示す結晶シリコン２１１によると、受光面にテクスチャ構造が設けられているものの、突起部２１２のピッチｐｔが５μｍ〜１０μｍと比較的大きく、また、ある程度ピッチ間のバラつきを有する。このため、受光面における結晶シリコン２１１内と外との屈折率差を低減することができず、図２１に示すように、受光面における分光反射率が高くなる。図２２は、図２０に示す結晶シリコンの受光面側の反射率と波長との関係を表す図である。

図２２に示すように、結晶シリコン２１１によると、特に、短波長側における反射率が高い。このように、図２０に示す結晶シリコン２１１では、受光面での光の反射を十分に抑えることができない。

図２３は、図２１に示す結晶シリコンにおける受光面側の反射率と波長との関係を表す図である。

図２３に示すように、結晶シリコン基板２２１は、特に短波長側の反射率を低減することはできる。

しかし、特に、太陽電池などに結晶シリコンが用いられる場合、厚さが２００μｍ以下程度であることが要求される。このように結晶シリコンの厚みが薄いことを要求される場合、吸収係数に起因して、結晶シリコンは、長波長側の光を十分吸収しきれない。

結晶シリコン２２１のように、テクスチャ構造が微小となり、その微小なテクスチャ構造が設けられている結晶シリコンが十分に光を吸収できない場合、図２３に示すように、特に長波長側の光は、図２０に示した結晶シリコン２１１よりも多く外部に逃がしてしまう。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、受光面側に設けたテクスチャ構造により、長波長帯から短波長帯に至る波長帯の反射が抑制された光電変換素子および光電変換システムを提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光電変換素子は、半導体層と、当該半導体層に積層された複数の層からなる積層体とを有し、受光面に、上記半導体層及び上記積層体からなる第１突起部が複数配された凹凸構造が形成されており、上記第１突起部は正角錐形状であり、底面の１辺の長さをＬとすると７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍであり、 上記半導体層の受光面には上記複数の第１突起部を構成する第２突起部からなる凹凸構造が形成されており、上記第２突起部の底面から頂点までの距離を高さｈとすると、｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝であることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、受光面側に設けたテクスチャ構造により、長波長体から短波長帯に至る波長帯の反射が抑制された光電変換素子が得られるという効果を奏する。

実施形態１に係る光電変換素子の構成を表す断面図である。 （ａ）は実施形態１に係る光電変換素子のテクスチャ構造を表す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すテクスチャ構造を構成する突起部の平面図であり（ｃ）は（ｂ）に示す突起部を構成する結晶シリコンの突起部の斜視図である。 （ａ）は第１の比較例にかかるテクスチャ構造の構成を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すテクスチャ構造の平面図である。 （ａ）は第２の比較例にかかるテクスチャ構造の構成を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すテクスチャ構造の平面図である。 （ａ）は本実施形態にかかるテクスチャ構造の構成を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すテクスチャ構造の平面図である。 実施形態１に係るテクスチャ構造、第１及び第２の比較例にかかるテクスチャ構造それぞれの受光面側における反射率と波長との関係を表す図である。 Ｌの値を一定にし、ｈの値を変換させたときの光反射率と波長との関係を表す図である。 ｈの値を一定にし、Ｌの値を変換させたときの光反射率と波長との関係を表す図である。 結晶シリコンにレジストを塗布するまでの工程を表す図である。 マスクとして用いるレジストを表す図である。 結晶シリコンをエッチングする工程から、突起部が形成された結晶シリコンを得る工程までを表す図である。 （ａ）は実施形態２に係るテクスチャ構造を表す平面図であり（ｂ）は（ａ）に示すテクスチャ構造を構成する突起部の構成を表す斜視図である。 実施形態３に係るテクスチャ構造を表す平面図である。 実施形態４に係るテクスチャ構造を表す平面図である。 実施形態５に係る光電変換素子の構成を表す断面図である。 実施形態６に係る光電変換素子の構成を表す断面図である。 実施形態７に係る光電変換素子の構成を表す断面図である。 実施形態８に係る光電変換素子の構成を表す断面図である。 実施形態９に係る光電変換素子の構成を表す断面図である。 従来のテクスチャ構造を有する結晶シリコンの構造を表す断面図である。 従来の結晶シリコンの受光面近傍の構成を表す断面図である。 図２０に示す結晶シリコンの受光面側の反射率と波長との関係を表す図である。 図２１に示す結晶シリコンにおける受光面側の反射率と波長との関係を表す図である。 実施形態１０に係る光電変換モジュールの構成の一例を示す概略図である。 実施形態１１に係る太陽光発電システムの構成の一例を示す概略図である。 図２５に示す光電変換モジュールアレイの構成の一例を表す概略図である。 実施形態１２に係る太陽光発電システムの構成の一例を示す概略図である 実施形態１１に係る太陽光発電システムの変形例の構成の一例を示す概略図である。 実施形態１２に係る太陽光発電システムの変形例の構成の一例を示す概略図である。 従来の、受光面にランダムなテクスチャ構造が配されている光電変換素子の反射率と波長との関係を表す図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（光電変換素子１の全体構成）
まず、図１および図２を用いて、実施形態１に係る光電変換素子１の全体構成について説明する。図１は実施形態１に係る光電変換素子１の構成を表す断面図である。図２の（ａ）は実施形態１に係る光電変換素子１のテクスチャ構造を表す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すテクスチャ構造を構成する突起部の平面図であり（ｃ）は（ｂ）に示す突起部を構成する結晶シリコンの突起部１２の斜視図である。光電変換素子１はヘテロ接合型の光電変換素子である。光電変換素子１は、本実施形態では太陽電池に用いられるものとして説明する。

光電変換素子１は、受光面（表面）側から、反対である裏面側にかけて、順に配された、積層体３１および表面電極３２と、結晶シリコン（半導体層）１１（ｃ‐Ｓｉ）と、非晶質シリコン（ａ‐Ｓｉ）５１と、透明導電膜６１、および裏面電極３３とを備えている。

結晶シリコン１１の表面である受光面は、複数の突起部１２が設けられることで凹凸構造である、いわゆるテクスチャ構造となっている。結晶シリコン１１の受光面に配された積層体３１も、結晶シリコン１１の凹凸の形状に沿って凹凸形状となっている。

光電変換素子１の受光面は、結晶シリコン１１の突起部（第２突起部）１２と積層体３１とからなる突起部（第１突起部）４１が複数配されたテクスチャ構造（凹凸構造）２１となっている。

図２の（ａ）〜（ｃ）に示すように、突起部４１は正四角錐形状をした突起部である。突起部４１の底面の１辺の長さをＬとすると、結晶シリコン１１の突起部１２の底面の１辺の長さもＬである。当該Ｌの値は７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍである。また、当該Ｌの値は７００ｎｍ＜Ｌ＜２μｍがより好ましい。さらに、結晶シリコン１１における突起部１２の底面から、当該底面と離間する頂点Ｃ’までの距離を高さｈとすると、（Ｌ／２）ｔａｎθ＜ｈ＜３（Ｌ／２）ｔａｎθである。θは突起部１２の底面と側面とがなす角（底角）である。具体的には、高さｈは、｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝の範囲である。なお、θ＝５４．７°であり、ｔａｎ（５４．７°）≒１．４１である。

この突起部４１が複数個、規則的に等間隔に配されることでテクスチャ構造２１が構成されている。図２の（ａ）に示すように、行列それぞれの方向に間隔（ピッチ）Ｍで並ぶ格子を格子ＸＹとする。テクスチャ構造２１を平面視すると、テクスチャ構造２１に含まれる各突起部４１の頂点Ｃの位置は、格子ＸＹの各格子点Ｐの位置と一致している。なお、平面視したときの、突起部１２の頂点Ｃ’の位置は突起部４１の頂点Ｃの位置と同じである。また、間隔Ｍは突起部４１の底面の１辺の長さＬと等しい。

このように、テクスチャ構造２１は、平面視したとき、正四角錐形状の突起部４１が離間せず隙間なく配されることで構成されている。

突起部４１は正角錐形状である。特に、突起部４１は、正四角錐形状であることが好ましい。突起部４１を構成する結晶シリコン１１の突起部１２を正四角錐形状に加工しやすいためである。加えて、突起部４１を正四角錐形状とすることで、複数の突起部４１を隙間なく平面上に配することができ、隣接する突起部４１間に入射光に平行な平面（凹凸が無い面）が形成されることを防止することができ、反射率が上昇することを防止することができる。また、同様の理由から、突起部４１は正六角錐形状（図１２を参考して後述する）であってもよい。

表面電極３２および裏面電極３３は、結晶シリコン１１で変換された電流を外部へ取り出すための一対の電極である。表面電極３２は積層体３１に積層されている。裏面電極３３は透明導電膜６１の裏面に配されている。表面電極３２および裏面電極３３は、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｔｉ、の何れかを主成分とする材質、またはそれらの加工物、または、それらの積層構造物からなる。

積層体３１は、受光面側から、反対の裏面（結晶シリコン１１との接触面）側にかけて順に、反射防止層、透明導電膜、および非晶質シリコンが積層された積層体である。反射防止層は、例えば、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜を主成分とする層、または、それらを有する２層以上の複合層からなる。この反射防止層は省略してもよい。透明導電膜はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）またはＺｎＯ（Zinc Oxide）などからなる。この積層体３１に含まれている非晶質シリコンは、ｎ型層にｉ型層が積層されていてもよいし、ｐ型層にｉ型層が積層されていてもよい。

結晶シリコン１１は、突起部１２の頭頂部から裏面までの距離を厚みｔとすると、厚みｔは５０μｍ＜ｔ＜２５０μｍの範囲内が好ましい。これにより、薄膜化された光電変換素子１を得ることができる。

結晶シリコン１１のうち、突起部１２が設けられている受光面とは逆側面である裏面（非晶質シリコン５１との接触面）は平面であり、突起部１２のような凹凸構造は設けられていない。さらに、結晶シリコン１１の上記裏面は、研磨されるなどにより鏡面となっていてもよい。

結晶シリコン１１はｎ型またはｐ型の何れであってもよい。非晶質シリコン５１は、ｎ型層にｉ型層が積層されていてもよいし、ｐ型層にｉ型層が積層されていてもよい。透明導電膜６１は、一例として、ＩＴＯまたはＺｎＯなどからなる。

（テクスチャ構造２１の主な利点について）
次に、図３〜図８を用いて、テクスチャ構造２１による主な利点について説明する。

図３の（ａ）は第１の比較例にかかるテクスチャ構造１２１の構成を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すテクスチャ構造１２１の平面図である。図４の（ａ）は第２の比較例にかかるテクスチャ構造１２２の構成を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すテクスチャ構造１２２の平面図である。図５の（ａ）は本実施形態にかかるテクスチャ構造２１の構成を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すテクスチャ構造２１の平面図である。

図３に示すように、テクスチャ構造１２１は、複数の突起部１４１からなる。複数の突起部１４１は、それぞれ、結晶シリコン１１１の受光面に形成された突起部１１２と、結晶シリコン１１１の受光面に積層された積層体１３１とからなる。

積層体１３１は、受光面側から、反対の裏面（結晶シリコン１１１との接触面）側にかけて順に、シリコン酸化膜を主成分とする層である反射防止層、ＩＴＯなどからなる透明導電膜、および非晶質シリコンが積層された積層体である。

突起部１４１は正四角錐形状であり、規則的ではなくランダムに配されている。突起部１４１の１辺の長さを１０μｍとし、結晶シリコン１１１の突起部１１２の高さを１４μｍとする。突起部１４１の底角は５４．７°である。

図４に示すように、テクスチャ構造１２２は、複数の突起部１４２からなる。複数の突起部１４２は、それぞれ、結晶シリコン１１３の受光面に形成された突起部１１４と、結晶シリコン１１３の受光面に積層された積層体１３１とからなる。

突起部１４２は微小な正四角錐形状である。突起部１４２の１辺の長さを２００ｎｍとし、結晶シリコン１１３の突起部１１４の高さを１μｍとする。

図５に示す突起部１２の高さｈは一例として２．７μｍとし、突起部４１の１辺の長さＬを１μｍとする。また、突起部４１の底角θは７０．０°であるものとする。また、結晶シリコン１１１・１１３・１１いずれも膜厚は１５０ｎｍであるものとする。

図３に示すテクスチャ構造１２１においては、複数の突起部１４１はランダムに配されている。このため、テクスチャ構造１２１によると、受光面内における反射光の光量にバラつきが生じる。このため、結晶シリコン１１１内で光電変換される光量が面内でばらつき、変換効率が悪い。

一方、図５に示すテクスチャ構造２１は突起部４１が２次元面内に等間隔で配されている。このため、テクスチャ構造２１によると、結晶シリコン１１内で光電変換される光量が面内でばらつくことを防止することができるため、変換効率がよい。

さらに、テクスチャ構造２１は突起部４１が離間せず互いに底面同士が接触して配されている。このため、突起部４１間に、光の入射方向と垂直に交わる平面（凹凸が無い平面）が存在しない。これにより、光の反射率の上昇を防止することができる。

図６は、本実施形態に係るテクスチャ構造２１、第１及び第２の比較例にかかるテクスチャ構造１２１・１２２それぞれの受光面側における反射率と波長との関係を表す図である。図６において横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は受光面における反射率（％）を表している。

図６において、グラフＲＥＦ０は、本実施形態にかかるテクスチャ構造２１における受光面の反射率を表している。グラフＲＥＦ１は第１の比較例にかかるテクスチャ構造１２１における受光面の反射率を表している。グラフＲＥＦ２は第２の比較例にかかるテクスチャ構造１２２における受光面の反射率を表している。

図３に示すテクスチャ構造１２１を構成する突起部１４１の底面の１辺は１０μｍと大きい。このため、図６のグラフＲＥＦ１に示すように、波長３００ｎｍ〜１２００ｎｍのうち、３５０ｎｍ近傍（矢印Ａ参照）である短波長帯の光の反射を抑えることができなかった。このため、テクスチャ構造１２１を有する光電変換素子では、上記反射に起因する短絡電流密度（Ｊｓｃ）の低下を改善する必要がある。

図４に示すテクスチャ構造１２２は微小であり、突起部１４２の底面の１辺が２００ｎｍ、突起部１１４の高さが１μｍと、テクスチャ構造１２１を構成する突起部１１２より小さい。このテクスチャ構造１２２によると、グラフＲＥＦ２に示すように、３５０ｎｍ近傍の短波長帯の光の反射を抑えることができる。これは、テクスチャ構造１２２は、テクスチャ構造１２１より微小な突起部１４２からなることで、結晶シリコン１１３の外部から内部へ光を透過させ易くすることができるためである。

しかし、結晶シリコン１１３の厚みが薄く、また、結晶シリコン１１３のうち受光面とは逆側である裏面が反射構造となっていると、受光面から結晶シリコン１１３に入射した光は結晶シリコン１１３内で十分吸収されず、裏面で反射した光は再びテクスチャ構造１２２を通り、受光面から結晶シリコン１１３の外部へ出射してしまう。

図６のグラフＲＥＦ２に示すように、特に、約８５０ｎｎｍ以上である長波長帯（矢印Ｂ参照）の光が多く反射されており、この長波長側の光を十分に吸収できない。

図５に示すテクスチャ構造２１は、突起部４１の１辺の長さＬが１μｍであり、突起部１２の高さｈが２．７μｍである。つまりテクスチャ構造２１は、Ｌの長さが７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍであり、かつ、突起部１２の高さｈは、｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝となっている。

図６のグラフＲＥＦ０に示すように、テクスチャ構造２１によると、ＲＥＦ１と比べて短波長帯である３５０ｎｍ近傍（矢印Ａ近傍）の光の反射を大きく抑えることができると共に、さらに、グラフＲＥＦ２と比べて、８５０ｎｍ近傍（矢印Ｂ近傍）の長波長帯の光の反射も抑えることができる。

このように、テクスチャ構造２１を構成する突起部１２は、ピッチ（Ｌ）が１μｍと、長波長側の光のピッチと近く、かつ、高さｈは２．７μｍと、微小なテクスチャ構造１２２における高さ１μｍより高い。これにより、グラフＲＥＦ０に示すように、短波長側から長波長側までの全ての波長帯において反射光の光量を低減することで、結晶シリコン１１内での光の吸収効率が高い。このため、光電変換素子１を、例えば太陽電池に用いた場合、短絡電流密度を向上し、光から電気への変換効率が高い太陽電池を得ることができる。

このように、テクスチャ構造２１を備える光電変換素子１によると、短波長側の光を結晶シリコン１１内に入射しやすくし、長波長側の光に対しては、結晶シリコン１１外に出にくくことができる。また、受光面にテクスチャ構造２１を設けているため、テクスチャ構造２１が設けられている結晶シリコン１１の厚みが薄い場合であっても、結晶シリコン１１の内部において、結晶シリコン１１の裏面に配された電極などの金属膜で反射された光が、再度、受光面のテクスチャ構造２１に当たることで、外部への光が逃げることを防止することができる。

なお、突起部１２の１辺の長さ、高さｈは、それぞれ、上述した、１μｍ、２、７μｍに限定されず、突起部１２は、Ｌの長さが７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍであり、かつ、突起部１２の高さｈは、｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝であればよい。

特に、突起部４１の底面の１辺の長さＬは、結晶シリコンにおけるバンド端付近（結晶シリコンのバンドギャップは約１．２ｅＶ）に合せることが好ましい。具体的には、突起部４１の底面の１辺の長さＬは約１０００ｎｍ程度が特に好ましい。これは、例えば、図６のＲＥＦ１に示すように、結晶シリコンにおけるバンド端近傍である波長１０００ｎｍよりも長波長となると、結晶シリコンにおける光吸収が急激に落ちるためである。

突起部４１の底面の１辺の長さＬを、結晶シリコンにおけるバンド端付近である約１０００ｎｍ程度とすることで、グラフＲＥＦ０に示すように、短波長域から波長１０００ｎｍまでの長波長域の光の反射を低く抑え、効率よく結晶シリコン１１で光を吸収することができる。

θは突起部４１の底面と側面とがなす底角の角度である。この突起部４１の底面と側面とがなす底角の角度は、突起部４１を形成する際、結晶シリコン１１となる結晶シリコン基板を、ウェットプロセスを用いて等方性エッチングしたときに、（１００）面がエッチングされて形成される（１１１）面と、（１００）面に平行な面（突起部４１の底面）とが成す角である。このときのθはθ＝５４．７°となる。

また、光電変換素子１によると、受光面にテクスチャ構造２１を有するため、裏面は凹凸構造を設けず平坦な面であっても、十分に反射率を低減する効果を得ることができる。つまり、裏面において、長波長側の光を散乱させることによって、長波長側の光が、受光面から外界へ逃げるのを防止し、全波長域での光閉じ込め効果を高めるために、裏面に凹凸構造を設けることが不要になる。このため、光電変換素子の裏面を凹凸構造とすることによる、配線の接触不良などの問題を防止することができる。

また、光電変換素子１によると、受光面にテクスチャ構造２１を有するため、裏面は凹凸構造を設けず平坦な面であっても、十分に反射率を低減する効果を得ることができる。このため、光電変換素子の裏面を凹凸構造とすることによる、配線の接触不良などの問題を防止することができる。

なお、裏面に凹凸構造があってもよく（図１５を用いて後述する）、凹凸構造が無い光電変換素子１と同様に光反射率を低減する効果を得ることができる。

（シミュレーション結果）
次に、上述したＬとｈとの関係について、ＦＤＴＤ法を用いてシミュレーションをした結果を図７、図８、および図３０を用いて説明する。

図７に突起部１２の高さｈに関する計算結果を示す。図７はＬの値を一定にし、ｈの値を変換させたときの光反射率と波長との関係を表す図である。

図７のグラフＲＥＦ１１・１２・１３は、それぞれ以下の（式１）〜（式３）で表す式の計算結果を表すグラフである。

ＲＥＦ１１：ｈ＝（Ｌ／２）×tanθ・・・（式１）
ＲＥＦ１２：ｈ＝２×（Ｌ／２）×tanθ・・・（式２）
ＲＥＦ１３：ｈ＝３×（Ｌ／２）×tanθ・・・（式３）
グラフＲＥＦ１１・１２・１３の何れもＬ＝１．０μｍ、θ＝５４．７°とした。グラフＲＥＦ１１はｈ＝７００ｎｍ、グラフＲＥＦ１２はｈ＝１．４μｍ、グラフＲＥＦ１３はｈ＝２．１μｍのときの光反射率と波長との関係を表している。

図７に示すように、グラフＲＥＦ１１と、グラフＲＥＦ１３とを比較すると、グラフＲＥＦ１３の方が短波長帯域の反射率が低いものの、長波長帯域ではグラフＲＥＦ１３の方が反射率が高くなっている。このため、高さｈについて効果が得られる上限はｈ＝３×（Ｌ／２）×tanθであると考えることができる。

また、図７に示すように、短波長帯の反射率の大きさは、小さい方から大きい方にかけて順に、グラフＲＥＦ１３＜グラフＲＥＦ１２＜グラフＲＥＦ１１となっている。そして、グラフＲＥＦ１１は短波長帯の反射率１０％を越えており許容できる限界を超えているといえる。このため、高さｈの下限はｈ＝（Ｌ／２）×tanθであると考えることができる。

したがって、一例として、Ｌ＝１．０μｍ、θ＝５４．７°としたとき、ｈについて下記式を得ることができる。

（Ｌ／２）×tan（５４．７°）＜ｈ＜３×（Ｌ／２）×tan（５４．７°）
そして、tan（５４．７°）≒１．４１であるため、下記式を得ることができる。

｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝
図８に突起部１２の底面の一辺の長さＬに関する計算結果を示す。図８はｈの値を一定にし、Ｌの値を変換させたときの光反射率と波長との関係を表す図である。

図８のグラフＲＥＦ２１〜２４において、ｈの値は、図７を用いて説明したｈの値の範囲のうち、中間であるｈ＝２×（１／２）×tan（５４．７°）＝１．４μｍで一定とした。θもθ＝５４．７°で一定とした。Ｌの値は、それぞれ、グラフＲＥＦ２１はＬ＝１μｍ、グラフＲＥＦ２２はＬ＝７００ｎｍ、グラフＲＥＦ２３はＬ＝９００ｎｍ、グラフＲＥＦ２４はＬ＝２．０μｍとした。

図８に示すように、Ｌ＝７００ｎｍのとき（グラフＲＥＦ２２）およびＬ＝２．０μｍのとき（グラフＲＥＦ２４）に、Ｌ＝１．０μｍ（グラフＲＥＦ２１）のときよりも、短波長帯域および長波長帯域とも反射率が増加している。

すなわち、グラフＲＥＦ２２は長波長の反射率の限界を示し、Ｌ＝７００ｎｍはＬの値の下限値を示している。また、グラフＲＥＦ２４は短波長の反射率の限界を示し、Ｌ＝２．０μｍはＬの値の上限値を示している。

Ｌ＞２．０μｍの場合、Ｌの値の増加に伴い、短波長側（波長３００ｎｍ〜４００ｎｍ辺り）の反射率が大きくなっていく。このように、短波長側の反射率が大きくなると、光電変換素子の光の吸収効率が低下し、光電変換効率が低下することになる。

Ｌの値がグラフＲＥＦ２４のときのＬ＝２．０μｍより大きくなると短波長側の反射率が大きくなりすぎるため、グラフＲＥＦ２４（図８）のときのＬ＝２．０μｍが、Ｌの値の上限値となる。

また、Ｌ＜７００ｎｍの場合、Ｌの値の減少に伴い長波長側の反射率が大きくなっていく。

特にグラフＲＥＦ２２はグラフＲＥＦ２３と比べても短波長側の反射率がほとんど変わらないにもかかわらず、長波長側の反射率が大きくなっている。このように、長波長側の反射率が大きくなると、光電変換素子の光の吸収効率が低下し、光電変換効率が低下することになる。

Ｌの値がグラフＲＥＦ２２のときのＬ＝７００ｎｍより小さくなると長波長側の反射率が大きくなりすぎるため、グラフＲＥＦ２２のときのＬ＝７００ｎｍが、Ｌの値の下限値となる。

次に、従来のランダムテクスチャ構造を有する光電変換素子と、テクスチャ構造２１を備える光電変換素子１との反射率を比較する。

図３０は、従来の、受光面にランダムなテクスチャ構造が配されている光電変換素子の反射率と波長との関係を表す図である。図３０は、ＦＤＴＤ法を用いたシミュレーション結果である。図３０に示す光電変換素子においては、結晶シリコンの厚みを１５０μｍとし、当該結晶シリコンの受光面には、１辺の長さ（Ｌ）が１μｍより大きく２μｍ未満の四角錐の突起部がランダムに隙間なく配されている。当該突起部の高さ（ｈ）は約１．４１×(Ｌ／２)である。また、当該結晶シリコンの表面に反射防止層（ＡＲＣ：antireflection coating）が配されている。

図８に示したグラフＲＥＦ２４と図３０に示すグラフとを比較すると、グラフＲＥＦ２４の方が、短波長側（波長３００ｎｍ〜４００ｎｍ辺り）の反射率が多少大きくなっていることが分かる。

図８に示したグラフＲＥＦ２２と図３０に示すグラフとを比較すると、グラフＲＥＦ２２の方が、長波長側の反射率が大きくなっていることが分かる。グラフＲＥＦ２２を実現するテクスチャ構造によると、いわゆるモスアイの技術と同様、短波長側の反射率を抑えることができるものの、長波長側の反射率は大きくなる。

図８に示したグラフＲＥＦ２１と図３０に示すグラフとを比較すると、グラフＲＥＦ２１の方が、波長１０００ｎｍ辺りの長波長帯でも反射率が低いことが分かる。このように、グラフＲＥＦ２１を実現するテクスチャ構造は、図３０に示すグラフを実現する従来のテクスチャ構造と比べて反射率を低減することができることが分かる。

図８に示したグラフＲＥＦ２３と図３０に示すグラフとを比較すると、グラフＲＥＦ２３の方が、長波長から短波長に至る全波長帯において反射率が低いことが分かる。このように、グラフＲＥＦ２３を実現するテクスチャ構造は、図３０に示すグラフを実現する従来のテクスチャ構造と比べて反射率を低減することができることが分かる。

図７に示したグラフＲＥＦ１１と図３０に示すグラフとを比較すると、グラフＲＥＦ１１の方が、短波長側の反射率が多少大きくなっていることが分かる。ｈの値がグラフＲＥＦ１１のときのｈ＝７００ｎｍより低くなると短波長側の反射率が大きくなりすぎるため、グラフＲＥＦ１１（図７）のときのｈ＝７００ｎｍが、ｈの値の下限値を示していることが分かる。

図７に示したグラフＲＥＦ１３と図３０に示すグラフとを比較すると、グラフＲＥＦ１３の方が、長波長側の反射率が大きくなっていることが分かる。グラフＲＥＦ１３を実現するテクスチャ構造によると、いわゆるモスアイの技術と同様、短波長側の反射率を抑えることができるものの、長波長側の反射率は大きくなる。ｈの値がグラフＲＥＦ１３のときのｈ＝１．４μｍより大きくなると長波長側の反射率が大きくなりすぎるため、グラフＲＥＦ１３（図７）のときのｈ＝１．４μｍが、ｈの値の上限値を示していることが分かる。

図７に示したグラフＲＥＦ１２と図３０に示すグラフとを比較すると、グラフＲＥＦ１２の方が、長波長から短波長に至る全波長帯において反射率が低いことが分かる。このように、グラフＲＥＦ１２を実現するテクスチャ構造は、図３０に示すグラフを実現する従来のテクスチャ構造と比べて反射率を低減することができることが分かる。

以上より、Ｌの値の範囲は、７００ｎｍ≦Ｌ≦２．０μｍが望ましい。さらに、Ｌの値の範囲は、上限値および下限値を除く範囲である、７００ｎｍ＜Ｌ＜２．０μｍが、より望ましい。図８を用いて説明した計算結果からは、特にＬ＝９００ｎｍのときに反射率を最も抑えることができるため、Ｌ＝９００ｎｍが最も好ましいことが分かった。

なお、図７、図８においては何れも縦軸を光反射率（％）であるものとして説明した。光電変換素子１の裏面には金属膜が形成されているため、反射されなかった光は全て結晶シリコン１１内で吸収されている状態である。結晶シリコン１１の光吸収率を定義すると以下のように表現することができる。
光吸収率（％）＝１００−光反射率（％）
（製造方法）
次に、図９〜図１１を用い光電変換素子１の製造方法について説明する。図９は、結晶シリコンにレジストを塗布するまでの工程を表す図である。図１０はマスクとして用いるレジストを表す図である。図１１は結晶シリコンをエッチングする工程から、突起部が形成された結晶シリコンを得る工程までを表す図である。

図９の（ａ）に示すように、スライスされた厚さｔの結晶シリコン基板７１（ｃ‐Ｓｉ）の表面にシリコン酸化膜（二酸化ケイ素膜）７２、結晶シリコン基板７１の裏面にシリコン酸化膜７３をそれぞれ成膜する。なお、結晶シリコン基板７１はのちに結晶シリコン１１となるものである。次に、図９の（ｂ）に示すように、レジストを成膜する工程にて、結晶シリコン基板７１の表面に成膜したシリコン酸化膜７２の表面にレジスト７４を塗布し成膜する。

図１０の（ａ）は開口部７４ａが形成されたレジスト７４が成膜指されている結晶シリコン基板７１の断面を表し、（ｂ）は開口部７４ａが形成されたレジスト７４の平面を表す図である。

図１０の（ａ）（ｂ）に示すように、レジスト７４を成膜したあと、レジストマスクを形成する工程にて、例えば、ＥＢ描画、またはインプリントにより、レジスト７４にピッチＲＬ＝１μｍでマトリクス状に開口部７４ａを設ける。なお、インプリントは光を利用する方法であってもよいし、熱を利用する方法であってもよい。この開口部７４ａを設けることでレジスト７４はマスクとして用いることができる。開口部７４ａは円形状であってもよいし、角がとれることで丸みを帯びた四角形状であってもよい。

図１１の（ａ）に示すように、次に、ドライエッチング工程にて、開口部７４ａが形成されたレジスト７４が成膜されているシリコン酸化膜７２および結晶シリコン基板７１をドライエッチングする。レジスト７４に開口部７４ａが形成されているため、レジスト７４をマスクとして、開口部７４ａの下方のシリコン酸化膜７２および結晶シリコン基板７１がエッチングされる。シリコン酸化膜７２のうち開口部７４ａと対応する領域には開口部７２ａが形成され、結晶シリコン基板７１のうち開口部７４ａと対応する領域には開口部７１ａが形成される。

ドライエッチングに用いるガスは、一例として、ＣＦ_４、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、またはＣＣＬ_４など種々の種類のガスを用いることができる。

次に、図１１の（ｂ）に示すように、レジスト剥離工程にてレジスト７４を剥離する。そして、ウェットエッチング工程にて、等方性エッチングを行うために、開口部７２ａが形成されたシリコン酸化膜７２をマスクとして、硝酸または酢酸とフッ酸（ＨＦ）とを用いてウェットエッチングを行う。上記ドライエッチングによりシリコン酸化膜７２の硬さを確保したのち、ウェットエッチング工程にて、シリコン酸化膜７２からなるマスクを用いて、結晶シリコン基板７１の開口部７１ａを等方性エッチングする。

この等方性エッチングにより、テクスチャ構造の高さは、｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝となる。また、テクスチャ構造の斜面は、従来のテクスチャ構造ではエッチストッパとなっていた面方位(１１１)面、以外の面方位となる。

ウェットエッチング工程では、ドライエッチングにて結晶シリコン基板７１に形成された開口部７１ａの深さを考慮し、最終的に突起部１２（図１１の（ｃ）参照）の高さｈが｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝の範囲となるように、ウェットエッチングするプロセスを制御する。

そして、図１１の（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜７２を剥離する。これにより、ピッチがＬの範囲であり、高さｈが｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝の範囲である突起部１２が形成された結晶シリコン１１を得ることができる。この後、一般的に用いられている工程にて、結晶シリコン１１に、積層体３１および表面電極３２と、非晶質シリコン（ａ‐Ｓｉ）５１と、透明導電膜６１および裏面電極３３とを形成することで、テクスチャ構造２１を有する光電変換素子１を得ることができる。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１２の（ａ）は実施形態２に係るテクスチャ構造２１を表す平面図であり（ｂ）は（ａ）に示すテクスチャ構造２１を構成する突起部４１ａの構成を表す斜視図である。

実施形態１で説明した光電変換素子１が有するテクスチャ構造２１は、図１２に示すように正六角錐形状（ハニカム配置形状）である突起部４１ａがマトリクス状に配された構成であってもよい。

突起部４１ａは、６角形である底面の一辺の長さがＬである。突起部４１ａは結晶シリコン１１の受光面に形成された６角錐形状である複数の突起部１２ａと、突起部１２ａに積層された積層体３１とからなる。突起部１２ａの底面から頂点Ｃ’までの距離である高さがｈである。

図１２の（ａ）に示すように、平面視すると、突起部４１ａはマトリクス状に隙間なく配されている。

格子ＸＹを、行方向に間隔ＭＸ、列方向に間隔ＭＹで並ぶ格子とすると、各突起部４１ａの頂点Ｃの位置は、格子ＸＹの各格子点Ｐａの位置と一致している。

このような六角錐形状である突起部４１ａがマトリクス状に隙間なく配されたテクスチャ構造２１ａを有する光電変換素子１によっても、実施形態１で説明した正四角錐形状である突起部４１ａからなるテクスチャ構造２１を有する光電変換素子１と同様に、隙間なく突起部４１ａを配することができ、反射率を低減することができる。また、突起部１２ａを容易に加工して形成することができる。

なお、テクスチャ構造を構成する突起部の形状について、実施形態２で説明した六角錐形状や、実施形態１で説明した正四角錐形状や、正三角錐形状は、それ以外の形状と比べて加工が容易である。このため、テクスチャ構造を構成する正角錘形状は、特に、正三角錐、正四角錐、および正六角錐形状の何れかの形状であることが好ましい。

また、正三角錐、正四角錐、および六角錐以外の形状は、隣接する突起部間に、光の入射方向に対し垂直な面（凹凸が無い面）が形成されてしまい受光面での反射率が向上してしまう問題等が生じるため、テクスチャ構造２１・２１ａよりも反射率を低減する効果は得られないと考えられる。

〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１、２にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１３は実施形態３に係るテクスチャ構造２２を表す平面図である。テクスチャ構造２２は、突起部４１の配置が相違点でテクスチャ構造２１と相違する。

図１３に示すように、テクスチャ構造２２を平面視すると、突起部４１がマトリクス状に隙間なく配されている。

格子ＸＹを、行列方向にそれぞれ間隔Ｍで並ぶ格子とすると、テクスチャ構造２２を構成する突起部４１の頂点Ｃの位置は、格子ＸＹの格子点Ｐから、Ｌの値の５０％以内となるようにずれていてもよいし、一致していてもよい。

図１３に示す例では、１列目の突起部４１のそれぞれの頂点Ｃの位置は、格子点Ｐと一致している。１列目の突起部４１と行方向に隣接する２列目の突起部４１の頂点Ｃの位置は、格子点Ｐから第１の方向にΔＰだけずれている。２列目の突起部４１と行方向に隣接する３列目の突起部４１の頂点Ｃの位置は、格子点Ｐから上記第１の方向とは逆向きである第２の方向にΔＰだけずれている。

この各突起部４１の頂点Ｃの格子点Ｐからのずれ量であるΔＰは、各突起部４１の底面の一辺の長さＬの５０％以内であればよい。

このように、テクスチャ構造２２は、複数の突起部４１のうち少なくとも一部の突起部４１が、複数の突起部４１それぞれを等間隔に配したときの位置（格子点Ｐ）から、平面内において、長さＬの５０％以内のズレ（ΔＰ）を有してランダムに配されている。

このようなテクスチャ構造２２を結晶シリコンの受光面に設けることで、結晶シリコンへ入射する光の波長依存性を分散させることができ、効率よく結晶シリコン内へ光を入射させることができる。これにより、結晶シリコン全体として長波長から短波長に至る全波長帯の吸収効率を向上させることができる。このため、光の変換効率が高い光電変換素子を得ることができる。

〔実施形態４〕
本発明の実施形態４について、図１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１〜３にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１４は実施形態４に係るテクスチャ構造２３を表す平面図である。テクスチャ構造２３は、突起部の配置が相違すると共に突起部の大きさが相違する点でテクスチャ構造２１・２２と相違する。

テクスチャ構造２３は、複数の突起部４１Ａ１１・４１Ａ１２・４１Ａ１３・４１Ａ２１・４１Ａ２２・４１Ａ２３・４１Ａ３１・４１Ａ３２・４１Ａ３３からなる。

図１４に示すように、テクスチャ構造２３を平面視すると、各突起部がマトリクス状に隙間なく配されている。

格子ＸＹを、行列方向にそれぞれ間隔Ｍで並ぶ格子とすると、テクスチャ構造２３を構成する各突起部の頂点Ｃの位置は、格子ＸＹの格子点から、Ｌの値の５０％以内となるようにずれていてもよいし、一致していてもよい。さらに、テクスチャ構造２３を構成する各突起部は、底面の１辺の長さＬが７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍの範囲内であればよい。

格子ＸＹの格子点において、１列目に並ぶ格子点を順に格子点Ｐ１１・Ｐ１２Ｐ１３とし、１列目と行方向に隣接する２列目に並ぶ格子点を順に格子点Ｐ２１・Ｐ２２・Ｐ２３とし、２列目と行方向に隣接する３列目に並ぶ格子点を順に格子点Ｐ３１・Ｐ３２・Ｐ３３とする。

図１４に示す例においては、テクスチャ構造２３を構成する各突起部の配置及び大きさは以下のようになっている。

１列目は、突起部４１Ａ１１・４１Ａ１２・４１Ａ１３からなり、突起部４１Ａ１１の頂点Ｃの位置は格子点Ｐ１１と一致し、突起部４１Ａ１１の底面の１辺の長さＬ１１は１０００ｎｍである。突起部４１Ａ１１と列方向に隣接する突起部４１Ａ１２の頂点Ｃは格子点Ｐ１２からΔＰ１２だけずれており、突起部４１Ａ１２の底面の１辺の長さＬ１２は７００ｎｍである。突起部４１Ａ１２と列方向に隣接する突起部４１Ａ１３の頂点Ｃは格子点Ｐ１３からΔＰ１３だけずれており、突起部４１Ａ１３の底面の１辺の長さＬ１３は９６０ｎｍである。

２列目は１列目と行方向に隣接し、突起部４１Ａ２１・４１Ａ２２・４１Ａ２３からなる。突起部４１Ａ２１の頂点Ｃの位置は格子点Ｐ２１からΔＰ２１だけずれており、突起部４１Ａ２１の底面の１辺の長さＬ２１は７５０ｎｍである。突起部４１Ａ２１と列方向に隣接する突起部４１Ａ２２の頂点Ｃは格子点Ｐ２２からΔＰ２２だけずれており、突起部４１Ａ２２の底面の１辺の長さＬ２２は８００ｎｍである。突起部４１Ａ２２と列方向に隣接する突起部４１Ａ２３の頂点Ｃは格子点Ｐ２３からΔＰ２３だけずれており、突起部４１Ａ２３の底面の１辺の長さＬ２３は１０００ｎｍである。

３列目は２列目と行方向に隣接し、突起部４１Ａ３１・４１Ａ３２・４１Ａ３３からなる。突起部４１Ａ３１の頂点Ｃの位置は格子点Ｐ３１からΔＰ３１だけずれており、突起部４１Ａ３１の底面の１辺の長さＬ３１は１３００ｎｍである。突起部４１Ａ３１と列方向に隣接する突起部４１Ａ３２の頂点Ｃは格子点Ｐ３２からΔＰ３２だけずれており、突起部４１Ａ３２の底面の１辺の長さＬ３２は８００ｎｍである。突起部４１Ａ３２と列方向に隣接する突起部４１Ａ３３の頂点Ｃは格子点Ｐ３３からΔＰ３３だけずれており、突起部４１Ａ３３の底面の１辺の長さＬ３３は１０００ｎｍである。

この各突起部の頂点Ｃの各格子点Ｐ１１〜１３・Ｐ２１〜Ｐ２３・Ｐ３１〜Ｐ３３からのずれ量であるΔＰ１１〜ΔＰ１３・ΔＰ２１〜ΔＰ２３・ΔＰ３１〜ΔＰ３３は、それぞれ対応する突起部の底面の１辺の長さＬ１１〜Ｌ１３・Ｌ２１〜Ｌ２３・Ｌ３１〜Ｌ３３の５０％以内であればよい。

このように、テクスチャ構造２３によると、複数の突起部４１Ａ１１〜４１Ａ１３・４１Ａ２１〜４１Ａ２３・４１Ａ３１〜４１Ａ３３の少なくとも一部である突起部４１Ａ１２・４１Ａ１３・４１Ａ２１〜４１Ａ２３・４１Ａ３１〜４１Ａ３３は、当該突起部４１Ａ１１〜４１Ａ１３・４１Ａ２１〜４１Ａ２３・４１Ａ３１〜４１Ａ３３のそれぞれを等間隔に配したときの位置である格子点Ｐ１２・Ｐ１３・Ｐ２１〜Ｐ２３・Ｐ３１〜Ｐ３３から、平面内において、長さＬ１２・Ｌ１３・Ｌ２１〜Ｌ２３・Ｌ３１〜Ｌ３３のそれぞれの５０％以内のズレΔＰ１２・ΔＰ１３・ΔＰ２１〜ΔＰ２３・ΔＰ３１〜ΔＰ３３を有してランダムに配されている。

さらに、突起部４１Ａ１１〜４１Ａ１３・４１Ａ２１〜４１Ａ２３・４１Ａ３１〜４１Ａ３３の少なくとも一部である突起部４１Ａ１２・４１Ａ１３・４１Ａ２１・４１Ａ２２・４１Ａ３１・４１Ａ３２は、他の突起部４１Ａ１１・４１Ａ２３・４１Ａ３３と比べて底面の１辺の長さＬの値がランダムに異なっている。

このようなテクスチャ構造２３を結晶シリコンの受光面に設けることで、結晶シリコンへ入射する光の波長依存性を分散させることができ、効率よく結晶シリコン内へ光を入射させることができる。これにより、結晶シリコン全体として長波長から短波長に至る全波長帯の吸収効率を向上させることができる。このため、光の変換効率が高い光電変換素子を得ることができる。

〔実施形態５〕
本発明の実施形態５について、図１５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１〜４にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１５は実施形態５に係る光電変換素子２の構成を表す断面図である。光電変換素子２は、裏面にも凹凸構造を有する点で光電変換素子１と相違する。

光電変換素子２は、結晶シリコン１１に換えて結晶シリコン１３を備える点で、光電変換素子１と相違する。光電変換素子２の他の構成は光電変換素子１と同様である。

結晶シリコン１３は、表面に突起部１２が形成されていると共に、裏面にも複数の突起部１４からなる凹凸構造が設けられている。

結晶シリコン１３の表面に設けられた突起部１２は、実施形態１等と同様に、正四角錐形状であって、底面の１辺の長さをＬとすると、７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍである。また、突起部１２の底面から、当該底面と離間する頂点Ｃ’までの距離を高さｈとすると、（Ｌ／２）ｔａｎθ＜ｈ＜３（Ｌ／２）ｔａｎθである。具体的には、高さｈは｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝である。

結晶シリコン１３の裏面には、結晶シリコン１１と同様に、結晶シリコン１３側から順に、非晶質シリコン（ａ‐Ｓｉ）５１と、透明導電膜６１、および裏面電極３３とが積層されている。非晶質シリコン５１と、透明導電膜６１、および裏面電極３３は、突起部１４の形状に沿って凹凸形状となっている。突起部１４の形状は正四角錐形状である。なお、突起部１４は、三角錐形状または六角錐形状であってもよい。突起部１４の１辺は、一例として０．８μｍ以上２０μｍ以下程度である。

このように、光電変換素子２の裏面は、突起部１４、非晶質シリコン５１、透明導電膜６１、および裏面電極３３からなる突起部が複数配された凹凸構造２４を有する。

これにより、受光面から結晶シリコン１３に入射した光を、凹凸構造２４で散乱させることができるため、結晶シリコン１３内での光の吸収効率を向上させることができる。

このように、光電変換素子２によると、受光面側に設けられたテクスチャ構造２１を設けることによる受光面での光の反射率低減効果と、裏面側に設けられた凹凸構造２４による光の散乱効果により、さらに、光の変換効率を向上させることができる。

結晶シリコン１３の厚みｔ（突起部１２の頂点Ｃ’から突起部１４の頂点までの長さ）は５０μｍ＜ｔ＜２５０μｍの範囲内が好ましい。これにより、薄膜化された光電変換素子２を得ることができる。

〔実施形態６〕
本発明の実施形態６について、図１６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１〜５にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１６は実施形態６に係る光電変換素子３の構成を表す断面図である。光電変換素子３は、結晶シリコンがｎ型とｐ型との２層構造であり、下層の結晶シリコンの表面にもテクスチャ構造が設けられている点で光電変換素子１と主に相違する。

光電変換素子３は、受光面（表面）側から、反対である裏面側にかけて、順に配された、積層体３１および表面電極３２と、結晶シリコン（ｃ‐Ｓｉ）１５・８１と、絶縁層６２と、裏面電極３４とを備えている。

結晶シリコン１５はｎ型であり、結晶シリコン１１と同様に、受光面に複数の突起部１２が設けられている。すなわち、光電変換素子３の受光面は、突起部１２、積層体３１からなる突起部４１が複数配されたテクスチャ構造２１となっている。

結晶シリコン１５の突起部１２の底面の１辺の長さＬの値は７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍである。また、結晶シリコン１５における突起部１２の底面から、当該底面と離間する頂点までの距離を高さｈとすると、（Ｌ／２）ｔａｎθ＜ｈ＜３（Ｌ／２）ｔａｎθである。具体的には、高さｈは｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝である。

結晶シリコン１５の受光面近傍の一部は高濃度ｎ型領域９１ｎ（ｎ^＋領域）となっている。積層体３１のうち高濃度ｎ型領域９１ｎの上方の領域は開口しており、当該開口部内で表面電極３２と結晶シリコン１５の高濃度ｎ型領域９１ｎとが接触している。この高濃度ｎ型領域９１ｎは、一例として、結晶シリコン１５にＰ原子を高濃度で拡散させることで形成することができる。

結晶シリコン１５の裏面（結晶シリコン８１との接触面）にも複数の突起部１６が設けられることで凹凸構造となっている。

結晶シリコン８１はｐ型であり、受光面は、結晶シリコン１５の突起部１６と嵌合する形状である複数の突起部８２が設けられることでテクスチャ構造２３となっている。

突起部８２の形状は、突起部１２と同様に、正四角錐形状であることが好ましい。また、突起部８２の底面の１辺の長さＬ’とすると、突起部１２と同様に、７００ｎｍ≦Ｌ’≦２μｍであることが好ましい。さらには、長さＬ’は、７００ｎｍ＜Ｌ’＜２μｍであることが好ましい。

また、突起部１２の底面から、当該底面と離間する頂点までの距離を高さｈ’とすると、（Ｌ／２）ｔａｎθ＜ｈ＜３（Ｌ／２）ｔａｎθであることが好ましい。具体的には、高さｈ’は｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝であることが好ましい。これにより、結晶シリコン１５から結晶シリコン８１への入射光の反射率を低減することができる。

結晶シリコン８１の裏面は平面であり、突起部８２のような凹凸構造は設けられていない。さらに、結晶シリコン８１の上記裏面は、研磨されるなどにより鏡面となっていてもよい。結晶シリコン８１の裏面近傍には高濃度ｐ型領域（ｐ^＋領域）９２ｐが２ヶ所に設けられている。高濃度ｐ型領域９２ｐは、一例として、結晶シリコン１５にＢ原子を高濃度で拡散させることで形成することができる。

絶縁層６２のうち高濃度ｐ型領域９２ｐの下方の領域は開口しており、当該開口部内で裏面電極３４に設けられた凸部３４ａと結晶シリコン８１の高濃度ｐ型領域９２ｐとが接触している。

結晶シリコン１５・８１は、突起部１２の頭頂部から結晶シリコン８１の裏面までの距離を厚みｔとすると、厚みｔは５０μｍ＜ｔ＜２５０μｍの範囲内が好ましい。これにより、薄膜化された光電変換素子３を得ることができる。

このように、光電変換素子３によると、それぞれ受光面にテクスチャ構造を構成する複数の突起部１２・８２が配された複数の結晶シリコン１５・８１が配されている。これにより、多層の結晶シリコンを有する構成において、結晶シリコン１５に設けた複数の突起部１２による反射率の低減効果に加え、さらに、結晶シリコン８１に設けた複数の突起部８２による反射率の低減効果も得ることができる。このため、多層の結晶シリコンを有する構成において、反射率を低減した光電変換素子３を得ることができる。

〔実施形態７〕
本発明の実施形態７について、図１７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１〜６にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１７は実施形態７に係る光電変換素子４の構成を表す断面図である。光電変換素子４は、結晶シリコンの受光面近傍に高濃度ｎ型領域９１ｎが設けられており、裏面近傍に高濃度ｐ型領域９３ｐが設けられている点で、光電変換素子１と主に相違する。

光電変換素子４は、受光面（表面）側から、反対である裏面側にかけて、順に配された、積層体３１および表面電極３２と、結晶シリコン（ｃ‐Ｓｉ）１７と、裏面電極３３とを備えている。

結晶シリコン１７はｐ型キャリアが拡散されたｐ型の結晶シリコンである。結晶シリコン１７は、結晶シリコン１１と同様に、受光面に複数の突起部１２が設けられている。すなわち、光電変換素子４の受光面は、突起部１２、積層体３１からなる突起部４１が複数配されたテクスチャ構造２１となっている。

結晶シリコン１７の突起部１２の底面の１辺の長さＬの値は７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍである。また、結晶シリコン１７における突起部１２の底面から、当該底面と離間する頂点までの距離を高さｈとすると、（Ｌ／２）ｔａｎθ＜ｈ＜３（Ｌ／２）ｔａｎθである。具体的には、高さｈは｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝である。

結晶シリコン１７の受光面近傍の一部は高濃度ｎ型領域９１ｎ（ｎ^＋領域）となっている。積層体３１のうち高濃度ｎ型領域９１ｎの上方の領域は開口しており、当該開口部内で表面電極３２と結晶シリコン１７の高濃度ｎ型領域９１ｎとが接触している。

結晶シリコン１７の裏面は平面であり、突起部１２のような凹凸構造は設けられていない。さらに、結晶シリコン１７の上記裏面は、研磨されるなどにより鏡面となっていてもよい。結晶シリコン１７の裏面近傍は一面が、層状に設けられた高濃度ｐ型領域（ｐ^＋領域）９３ｐとなっている。この結晶シリコン１７の高濃度ｐ型領域９３ｐと、裏面電極３３とが接触している。

以上のような光電変換素子４によっても、光電変換素子１と同様に、反射率を低減することができる。

また、結晶シリコン１７は、突起部１２の頭頂部から結晶シリコン１７の裏面までの距離を厚みｔとすると、厚みｔは５０μｍ＜ｔ＜２５０μｍの範囲内が好ましい。これにより、薄膜化された光電変換素子４を得ることができる。

〔実施形態８〕
本発明の実施形態８について、図１８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１〜７にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１８は実施形態８に係る光電変換素子５の構成を表す断面図である。光電変換素子５は、結晶シリコンの受光面にｎ型とｐ型との２つの領域が形成されている点で光電変換素子１と主に相違する。

光電変換素子５は、フロントコンタクト型の光電変換素子である。光電変換素子５は、受光面（表面）側から、反対である裏面側にかけて、順に配された、積層体３１および表面電極３２・３２と、結晶シリコン（ｃ‐Ｓｉ）１８と、裏面支持台３５とを備えている。

結晶シリコン１８はｐ型であり、結晶シリコン１１と同様に、受光面に複数の突起部１２が設けられている。すなわち、光電変換素子５の受光面は、突起部１２、積層体３１からなる突起部４１が複数配されたテクスチャ構造２１となっている。

結晶シリコン１８の突起部１２の底面の１辺の長さＬの値は７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍである。また、結晶シリコン１８における突起部１２の底面から、当該底面と離間する頂点までの距離を高さｈとすると、（Ｌ／２）ｔａｎθ＜ｈ＜３（Ｌ／２）ｔａｎθである。具体的には、高さｈは｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝である。

結晶シリコン１８の受光面近傍には高濃度ｐ型領域９４ｐ（ｐ^＋領域）と、高濃度ｎ型領域９５ｎ（ｎ^＋領域）とが分離して設けられている。積層体３１のうち高濃度ｐ型領域９４ｐおよび高濃度ｎ型領域９５ｎのそれぞれの上方の一部領域は開口しており、当該開口部内で表面電極３２と結晶シリコン１８の高濃度ｐ型領域９４ｐとが接触しており、表面電極３２と高濃度ｎ型領域９５ｎとが接触している。

結晶シリコン１８の裏面（裏面支持台３５との接触面）は平面であり、突起部１２のような凹凸構造は設けられていない。さらに、結晶シリコン１８の上記裏面は、研磨されるなどにより鏡面となっていてもよい。

裏面支持台３５は結晶シリコン１８の裏面に設けられ、ガラスやセラミックなどからなる。

このような光電変換素子５によっても、光電変換素子１と同様に、反射率を低減することができる。

また、結晶シリコン１８は、突起部１２の頭頂部から結晶シリコン１８の裏面までの距離を厚みｔとすると、厚みｔは５０μｍ＜ｔ＜２５０μｍの範囲内が好ましい。これにより、薄膜化された光電変換素子５を得ることができる。

〔実施形態９〕
本発明の実施形態９について、図１９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１〜９にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１９は実施形態９に係る光電変換素子６の構成を表す断面図である。光電変換素子６は、結晶シリコンの受光面一面に高濃度ｎ型の領域が形成されており、裏面には高濃度ｐ型の領域と高濃度ｎ型の領域とが形成されている点で光電変換素子１と主に相違する。

光電変換素子６はバックコンタクト型の光電変換素子である。光電変換素子６は、受光面（表面）側から、反対である裏面側にかけて、順に配された、積層体３１と、結晶シリコン（ｃ‐Ｓｉ）１９と、絶縁層６２と、裏面電極３４とを備えている。

結晶シリコン１９は、例えばＰ原子がドープされたｎ型の結晶シリコンである。結晶シリコン１９は、結晶シリコン１１と同様に、受光面に複数の突起部１２が設けられている。すなわち、光電変換素子６の受光面は、突起部１２、積層体３１からなる突起部４１が複数配されたテクスチャ構造２１となっている。

結晶シリコン１９の突起部１２の底面の１辺の長さＬの値は７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍである。また、結晶シリコン１９における突起部１２の底面から、当該底面と離間する頂点までの距離を高さｈとすると、（Ｌ／２）ｔａｎ（５４．７°）Ｌ＜ｈ＜３（Ｌ／２）ｔａｎ（５４．７°）である。具体的には、高さｈは｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝である。

結晶シリコン１９の受光面近傍には高濃度ｎ型領域９６ｎ（ｎ^＋領域）が層状に設けられている。高濃度ｎ型領域９６ｎは突起部１２の形状に沿って凹凸形状となっており、高濃度ｎ型領域９６ｎと積層体３１とが接触している。

絶縁層６２のうち、高濃度ｐ型領域９７ｐの下方の一部領域と、高濃度ｎ型領域９８ｎの下方の一部領域とは開口している。そして、当該それぞれの開口部内で、高濃度ｐ型領域９７ｐと裏面電極３４に設けられた凸部３４ａとが接触しており、高濃度ｎ型領域９８ｎと裏面電極３４に設けられた凸部３４ａとが接触している。

このような光電変換素子６によっても、光電変換素子１と同様に、反射率を低減することができる。

また、結晶シリコン１９は、突起部１２の頭頂部から結晶シリコン１９の裏面までの距離を厚みｔとすると、厚みｔは５０μｍ＜ｔ＜２５０μｍの範囲内が好ましい。これにより、薄膜化された光電変換素子６を得ることができる。

〔実施形態１０〕
本発明の実施形態１０について、図２４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１〜９にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態において説明する光電変換モジュール１０００は、実施形態１〜９にて説明した光電変換素子のうち少なくとも一つを備える。

実施形態１〜９に記載の光電変換素子は高い変換効率を有するため、当該光電変換素子を備える光電変換モジュール１０００も高い変換効率を有することができる。

（光電変換モジュールの構造）
図２４は、本実施形態に係る光電変換モジュールの構成の一例を示す概略図である。図２４を参照して光電変換モジュール１０００は、複数の光電変換素子１００１と、カバー１００２と、出力端子１０１３・１０１４とを備える。

複数の光電変換素子１００１はアレイ状に配列され直列に接続されている。図２４には光電変換素子１００１を直列に接続する配列を図示しているが、配列および接続方式はこれに限定されず、並列に接続して配列してもよいし、直列と並列とを組み合わせた配列としてもよい。複数の光電変換素子１００１の各々には、実施形態１〜９の光電変換素子のいずれか１つが用いられる。なお、光電変換モジュール１０００は、複数の光電変換素子１００１のうち少なくとも１つが実施形態１〜９の光電変換素子の何れかからなる限り、上記の説明に限定されず如何なる構成もとり得るものとする。また、光電変換モジュール１０００に含まれる光電変換素子１００１の数は２以上の任意の整数とすることができる。

カバー１００２は耐候性のカバーから構成されており、複数の光電変換素子１００１を覆う。カバー１００２は、例えば、光電変換素子１００１の受光面側に設けられた透明基材（例えばガラス等）と、光電変換素子１００１の受光面側とは反対の裏面側に設けられた裏面基材（例えば、ガラス、樹脂シート等）と、上記透明基材と上記樹脂基材との間の隙間を埋める封止材（例えばＥＶＡ等）とを含む。

出力端子１０１３は、直列に接続された複数の光電変換素子１００１の一方端に配置される光電変換素子１００１に接続される。

出力端子１０１４は、直列に接続された複数の光電変換素子１００１の他方端に配置される光電変換素子１００１に接続される。

〔実施形態１１〕
本発明の実施形態１１について、図２５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１〜１０にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態において説明する太陽光発電システム（光電変換システム）２０００は、実施形態１〜９にて説明した光電変換素子のうち少なくとも一つを備える。

実施形態１〜９に記載の光電変換素子は高い変換効率を有するため、当該光電変換素子を備える太陽光発電システム２０００も高い変換効率を有することができる。なお、太陽光発電システムとは、光電変換モジュールが出力する電力を適宜変換して、商用電力系統または電気機器等に供給する装置である。

（太陽光発電システムの構造）
図２５は、本実施形態に係る太陽光発電システムの構成の一例を示す概略図である。図２５を参照して、太陽光発電システム２０００は、光電変換モジュールアレイ２００１と、接続箱２００２と、パワーコンディショナ２００３と、分電盤２００４と、電力メータ２００５とを備える。後述するように光電変換モジュールアレイ２００１は複数の光電変換モジュール１０００（図２４および実施形態１０参照）から構成される。本発明の光電変換素子は高い変換効率を有するため、これを備える本発明の太陽光発電システムも高い変換効率を有することができる。

太陽光発電システム２０００には、一般に「ホーム・エネルギー・マネジメント・システム（ＨＥＭＳ：Home Energy Management System）」、「ビルディング・エネルギー・マネージメント・システム（ＢＥＭＳ：Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ」等と呼ばれる機能を付加することができる。これにより太陽光発電システム２０００の発電量の監視、太陽光発電システム２０００に接続される各電気機器類の消費電力量の監視・制御等を行うことで、エネルギー消費量を削減することができる。

接続箱２００２は光電変換モジュールアレイ２００１に接続される。パワーコンディショナ２００３は接続箱２００２に接続される。分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３および電気機器類２０１１に接続される。電力メータ２００５は分電盤２００４および商用電力系統に接続される。

図２８は、実施形態１１に係る太陽光発電システムの変形例の構成の一例を示す概略図である。図２８に示すように、パワーコンディショナ２００３には蓄電池２１００が接続されていてもよい。この場合、日照量の変動による出力変動を抑制することができると共に、日照のない時間帯であっても蓄電池２１００に蓄電された電力を供給することができる。蓄電池２１００はパワーコンディショナ２００３に内蔵されていてもよい。

（太陽光発電システムの動作）
太陽光発電システム２０００の動作を説明する。光電変換モジュールアレイ２００１は太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、直流電力を接続箱２００２へ供給する。

接続箱２００２は光電変換モジュールアレイ２００１が発電した直流電力を受け、直流電力をパワーコンディショナ２００３へ供給する。

パワーコンディショナ２００３は接続箱２００２から受けた直流電力を交流電力に変換して分電盤２００４へ供給する。

なお、接続箱２００２から受けた直流電力の一部または全部を交流電力に変換せずに、直流電力のままで分電盤２００４へ供給してもよい。また、図２８に示すようにパワーコンディショナ２００３に蓄電池２１００が接続されている場合（または、蓄電池２１００がパワーコンディショナ２００３に内蔵される場合）、パワーコンディショナ２００３は接続箱２００２から受けた直流電力の一部または全部を適切に電力変換して、蓄電池２１００に蓄電することができる。蓄電池２１００に蓄電された電力は、光電変換モジュールの発電量や電気機器類２０１１の電力消費量の状況に応じて適宜パワーコンディショナ２００３側に供給され、適切に電力変換されて分電盤２００４へ供給される。

分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３から受けた電力および電力メータ２００５を介して受けた商用電力の少なくともいずれかを電気機器類２０１１へ供給する。また分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３から受けた交流電力が電気機器類２０１１の消費電力よりも多いとき、パワーコンディショナ２００３から受けた交流電力を電気機器類２０１１へ供給する。そして余った交流電力を電力メータ２００５を介して商用電力系統へ供給する。

また、分電盤２００４は、パワーコンディショナ２００３から受けた交流電力が電気機器類２０１１の消費電力よりも少ないとき、商用電力系統から受けた交流電力およびパワーコンディショナ２００３から受けた交流電力を電気機器類２０１１へ供給する。

電力メータ２００５は、商用電力系統から分電盤２００４へ向かう方向の電力を計測するとともに、分電盤２００４から商用電力系統へ向かう方向の電力を計測する。

（光電変換モジュールアレイの構造）
光電変換モジュールアレイ２００１について説明する。図２６は、図２５に示す光電変換モジュールアレイ２００１の構成の一例を表す概略図である。図２６に示すように、光電変換モジュールアレイ２００１は、複数の光電変換モジュール１０００と出力端子２０１３，２０１４とを含む。

複数の光電変換モジュール１０００はアレイ状に配列され直列に接続されている。図２６には光電変換モジュール１０００を直列に接続する配列を図示しているが、配列および接続方式はこれに限定されず、並列に接続して配列してもよいし、直列と並列とを組み合わせた配列としてもよい。なお、光電変換モジュールアレイ２００１に含まれる光電変換モジュール１０００の数は２以上の任意の整数とすることができる。

出力端子２０１３は、直列に接続された複数の光電変換モジュール１０００の一方端に位置する光電変換モジュール１０００に接続される。

出力端子２０１４は、直列に接続された複数の光電変換モジュール１０００の他方端に位置する光電変換モジュール１０００に接続される。

なお、以上の説明はあくまでも一例であり、本実施形態の太陽光発電システムは、複数の光電変換素子１００１のうち、少なくとも一つが実施形態１〜９に記載の光電変換素子の何れかからなる限り、上記の説明に限定されず如何なる構成もとり得るものとする。

〔実施形態１２〕
本発明の実施形態１２について、図２７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１〜１１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態において説明する太陽光発電システム（光電変換システム）４０００は、実施形態１１にて説明した太陽光発電システム２０００より大規模な太陽光発電システムである。実施形態１〜９に記載の光電変換素子は高い変換効率を有するため、当該光電変換素子を備える太陽光発電システム４０００も高い変換効率を有することができる。

（大規模太陽光発電システムの構造）
図２７は、本実施形態に係る太陽光発電システムの構成の一例を示す概略図である。図７２に示すように、太陽光発電システム４０００は、複数のサブシステム４００１と、複数のパワーコンディショナ４００３と、変圧器４００４とを備える。太陽光発電システム４０００は、図２５に示す太陽光発電システム２０００よりも大規模な太陽光発電システムである。本発明の光電変換素子は高い変換効率を有するため、これを備える本発明の太陽光発電システムも高い変換効率を有することができる。

複数のパワーコンディショナ４００３は、それぞれサブシステム４００１に接続される。太陽光発電システム４０００において、パワーコンディショナ４００３およびそれに接続されるサブシステム４００１の数は２以上の任意の整数とすることができる。

図２９は、実施形態１２に係る太陽光発電システムの変形例の構成の一例を示す概略図である。図２９に示すようにパワーコンディショナ４００３には蓄電池４１００が接続されていてもよい。この場合、日照量の変動による出力変動を抑制することができると共に、日照のない時間帯であっても蓄電池４１００に蓄電された電力を供給することができる。また、蓄電池４１００はパワーコンディショナ４００３に内蔵されていてもよい。

変圧器４００４は、複数のパワーコンディショナ４００３および商用電力系統に接続される。

複数のサブシステム４００１の各々は、複数のモジュールシステム３０００から構成される。サブシステム４００１内のモジュールシステム３０００の数は２以上の任意の整数とすることができる。

複数のモジュールシステム３０００の各々は、複数の光電変換モジュールアレイ２００１と、複数の接続箱３００２と、集電箱（接続箱）３００４とを含む。モジュールシステム３０００内の接続箱３００２およびそれに接続される光電変換モジュールアレイ２００１の数は２以上の任意の整数とすることができる。

集電箱３００４は複数の接続箱３００２に接続される。またパワーコンディショナ４００３はサブシステム４００１内の複数の集電箱３００４に接続される。

（大規模太陽光発電システムの動作）
太陽光発電システム４０００の動作を説明する。モジュールシステム３０００の複数の光電変換モジュールアレイ２００１は、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、直流電力を接続箱３００２を介して集電箱３００４へ供給する。サブシステム４００１内の複数の集電箱３００４は、直流電力をパワーコンディショナ４００３へ供給する。さらに複数のパワーコンディショナ４００３は、直流電力を交流電力に変換して、交流電力を変圧器４００４へ供給する。

なお、図２９に示すようにパワーコンディショナ４００３に蓄電池４１００が接続されている場合（または、蓄電池４１００がパワーコンディショナ４００３に内蔵される場合）、パワーコンディショナ４００３は集電箱３００４から受けた直流電力の一部または全部を適切に電力変換して、蓄電池４１００に蓄電することができる。蓄電池４１００に蓄電された電力は、サブシステム４００１の発電量に応じて適宜パワーコンディショナ４００３側に供給され、適切に電力変換されて変圧器４００４へ供給される。

変圧器４００４は複数のパワーコンディショナ４００３から受けた交流電力の電圧レベルを変換して商用電力系統へ供給する。

なお、太陽光発電システム４０００は、実施形態１〜９に記載の光電変換素子のうち少なくとも一つを備えるものであればよく、太陽光発電システム４０００に含まれる全ての光電変換素子が実施形態１〜９に記載の光電変換素子である必要はない。

たとえば、あるサブシステム４００１に含まれる光電変換素子の全てが実施形態１〜９の光電変換素子の何れかであり、別のサブシステム４００１に含まれる光電変換素子の一部もしくは全部が、実施形態１〜９に記載の光電変換素子でない場合等もあり得るものとする。

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述した各実施形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光電変換素子１は、半導体層（結晶シリコン１１）と、当該半導体層（結晶シリコン１１）に積層された複数の層からなる積層体３１とを有し、受光面に、上記半導体層（結晶シリコン１１）及び上記積層体３１からなる第１突起部（突起部４１）が複数配された凹凸構造（テクスチャ構造２１）が形成されており、上記第１突起部（突起部４１）は正角錐形状であり、底面の１辺の長さをＬとすると７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍであり、上記半導体層（結晶シリコン１１）の受光面には上記複数の第１突起部（突起部４１）を構成する第２突起部（突起部１２）からなる凹凸構造が形成されており、上記第２突起部（突起部１２）の底面から頂点までの距離を高さｈとすると、｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝であることを特徴とする。

上記構成によると、短波長側の光を半導体層内に入射しやすくし、長波長側の光に対しては、半導体層外に出にくくすることができる。また、受光面に凹凸構造を設けているため、当該凹凸構造が設けられている半導体層の厚みが薄い場合であっても、半導体層の内部において、半導体層の裏面に配された電極などの金属膜で反射された光が、再度、受光面の凹凸構造に当たることで、外部への光が逃げることを防止することができる。

このように、上記構成によると、上記受光面に設けた上記凹凸構造によって、上記受光面に入射する光のうち、長波長から短波長に至る波長帯の反射を抑えることができる。これにより、光の変換効率が高い光電変換素子を得ることができる。また、受光面における長波長帯の反射を抑えるためには、上記凹凸構造を受光面に設けるだけでよく、裏面側に別途、凹凸構造を設ける必要がない。

本発明の態様２に係る光電変換素子は、上記複数の第１突起部（突起部４１）のうち隣接する第１突起部（突起部４１）の底面同士は接触しており、上記複数の第１突起部（突起部４１）の少なくとも一部の第１突起部（突起部４１）は、当該複数の第１突起部（突起部４１）のそれぞれを等間隔に配したときの位置（格子点Ｐ）から、平面内において、長さＬの５０％以内のズレを有して配されていることが好ましい。

上記構成によると、さらに、結晶シリコンへ入射する光の波長依存性を分散させることができ、上記半導体層への光の入射効率を高めることができる。これにより、さらに、光の変換効率が高い光電変換素子を得ることができる。

本発明の態様３に係る光電変換素子は、上記態様２において、上記複数の第１突起部（突起部４１Ａ１１〜４１Ａ１３・４１Ａ２１〜４１Ａ２３・４１Ａ３１〜４１Ａ３３）の少なくとも一部の第１突起部（突起部４１Ａ１２・４１Ａ１３・４１Ａ２１・４１Ａ２２・４１Ａ３１・４１Ａ３２）は、他の第１突起部（突起部４１Ａ１１・４１Ａ２３・４１Ａ３３）と比べて底面の１辺の長さＬの値が異なっていることが好ましい。

上記構成によると、さらに、結晶シリコンへ入射する光の波長依存性を分散させることができ、上記半導体層への光の入射効率を高めることができる。これにより、さらに、光の変換効率が高い光電変換素子を得ることができる。

本発明の態様４に係る光電変換素子は、上記態様１〜３において、上記第１突起部（突起部４１・４１ａ）は、正四角錐形状または正六角錐形状であることが好ましい。上記構成によると、上記第１突起部を容易に形成することができる。加えて、隣接する第１突起部間に、光の入射方向に対し垂直な平面が形成されることを防止することができるため、受光面における反射率上昇を防止することができる。

本発明の態様５に係る光電変換システム（太陽光発電システム２０００・４０００）は、請求項１〜４の何れか１項に記載の光電変換素子１００１がアレイ状に複数配されており、当該複数の光電変換素子１００１を覆うカバー１００２と、上記複数の光電変換素子１００１の何れかに接続されている出力端子１０１３・１０１４とを備える光電変換モジュール１０００と、上記光電変換素子１００１から供給される電力を受ける接続箱２００２・３００２（集電箱３００４）と、上記接続箱２００２・３００２（集電箱３００４）から供給される電力を受けるパワーコンディショナ２００３・４００３とを備えることが好ましい。これにより、光電変換の効率が高い光電変換システムを得ることができる。

本発明の態様６に係る光電変換素子は、上記態様１〜４において、上記半導体層（結晶シリコン１１）のうち、上記受光面とは逆側面である裏面は平面であることが好ましい。上記構成によると、上記裏面に反射防止の微細構造を設けた構成が抱える問題、すなわち、上記裏面に設ける配線や電極等が接触不良を生じることを防止することができる。

本発明の態様７に係る光電変換素子の製造方法は、結晶シリコン基板７１の表面に成膜された二酸化ケイ素膜（シリコン酸化膜７２）に、７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍとなるＬの間隔で開口部７２ａを形成する工程と、上記結晶シリコン基板７１をウェットエッチングすることで、上記結晶シリコン基板７１のうち、上記二酸化ケイ素膜（シリコン酸化膜７２）が成膜されている面に、ピッチが上記Ｌの範囲であり、底面から頂点までの距離を高さｈとすると、｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝となる角錐形状である複数の突起部を形成する工程とを有することが好ましい。

上記構成によると、受光面に入射する光のうち、長波長から短波長に至る波長帯の反射を抑えることができる結晶シリコンを得ることができる。これにより、光の変換効率が高い光電変換素子を得ることができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に利用することができる。

１〜６ 光電変換素子
１１・１３・１５・１７〜１９ 結晶シリコン
１２・１２ａ 突起部（第２突起部）
１４ 突起部
２１・２１ａ・２２・２３ テクスチャ構造
２４ 凹凸構造
３１ 積層体
３２ 表面電極
３３・３４ 裏面電極
３５ 裏面支持台
４１・４１ａ 突起部（第１突起部）
４１Ａ１１〜４１Ａ１３ 突起部（第１突起部）
４１Ａ２１〜４１Ａ２３ 突起部（第１突起部）
４１Ａ３１〜４１Ａ３３ 突起部（第１突起部）
５１ 非晶質シリコン
６１ 透明導電膜
６２ 絶縁層
７１ 結晶シリコン基板
７１ａ・７１ａ 開口部
７４ レジスト
７４ａ 開口部
８１ 結晶シリコン
８２ 突起部
９１ｎ・９５ｎ・９６ｎ・９８ｎ 高濃度ｎ型領域
９２ｐ〜９４ｐ・９７ｐ 高濃度ｐ型領域
Ｃ 頂点
Ｃ’ 頂点
Ｍ・ＭＸ・ＭＹ 間隔
Ｐ・Ｐ１１〜１３・Ｐ２１〜Ｐ２３・Ｐ３１〜Ｐ３３ 格子点
２０００ 太陽光発電システム（光電変換システム）
２００１ 光電変換モジュールアレイ
２００２ 接続箱
２００３ パワーコンディショナ
２００４ 分電盤
２００５ 電力メータ
２０１１ 電気機器類
２０１３ 出力端子
２０１３，２０１４ 出力端子
２０１４ 出力端子
２１００ 蓄電池
３０００ モジュールシステム
３００２ 接続箱
３００４ 集電箱
４０００ 太陽光発電システム
４００１ サブシステム
４００３ パワーコンディショナ
４００４ 変圧器
４１００ 蓄電池

Claims (5)

1. 半導体層と、当該半導体層に積層された複数の層からなる積層体とを有し、
   受光面に、上記半導体層及び上記積層体からなる第１突起部が複数配された凹凸構造が形成されており、
   上記第１突起部は正角錐形状であり、底面の１辺の長さをＬとすると７００ｎｍ≦Ｌ≦２μｍであり、
   上記半導体層の受光面には上記複数の第１突起部を構成する第２突起部からなる凹凸構造が形成されており、上記第２突起部の底面から頂点までの距離を高さｈとすると、｛１．４１×（Ｌ／２）｝＜ｈ＜｛４．２３×（Ｌ／２）｝であることを特徴とする光電変換素子。
2. 上記複数の第１突起部のうち隣接する第１突起部の底面同士は接触しており、
   上記複数の第１突起部の少なくとも一部の第１突起部は、当該複数の第１突起部のそれぞれを等間隔に配したときの位置から、平面内において、長さＬの５０％以内のズレを有して配されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
3. 上記複数の第１突起部の少なくとも一部の第１突起部は、他の第１突起部と比べて底面の１辺の長さＬの値が異なっていることを特徴とする請求項２に記載の光電変換素子。
4. 上記第１突起部は、正四角錐形状または正六角錐形状であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光電変換素子。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の光電変換素子がアレイ状に複数配されており、当該複数の光電変換素子を覆うカバーと、上記複数の光電変換素子の何れかに接続されている出力端子とを備える光電変換モジュールと、
   上記光電変換素子から供給される電力を受ける接続箱と、
   上記接続箱から供給される電力を受けるパワーコンディショナとを備えることを特徴とする光電変換システム。

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