JP3490909B2 - 光電変換装置とその製造方法 - Google Patents
光電変換装置とその製造方法Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池などに利用
される光電変換装置に関し、特に薄膜型の半導体光電変
換装置の改善に関するものである。
される光電変換装置に関し、特に薄膜型の半導体光電変
換装置の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、薄膜型の半導体光電変換装置
は、その基本的構造として、基板上に積層された第１電
極層、半導体膜からなる光電変換層、および第２電極層
を含んでいる。したがって、薄膜型光電変換装置におい
て高い光電変換効率を得るためには、薄い半導体膜から
なる光電変換層内で効率よく光を吸収させて電気エネル
ギに変換しなければならない。
は、その基本的構造として、基板上に積層された第１電
極層、半導体膜からなる光電変換層、および第２電極層
を含んでいる。したがって、薄膜型光電変換装置におい
て高い光電変換効率を得るためには、薄い半導体膜から
なる光電変換層内で効率よく光を吸収させて電気エネル
ギに変換しなければならない。
【０００３】近年、太陽電池として利用される薄膜型光
電変換装置においては、光電変換層内に入射した光を拡
散させてその中に閉じ込めること（光閉じ込め効果）に
よって光電変換効率が高められている。このような光閉
じ込め効果を生じさせるためには、たとえば、微細な凹
凸を含む表面テクスチャを有しかつ透明導電性の酸化ス
ズ（ＳｎＯ2 ）などからなる電極層が、ガラス基板上に
形成される（たとえば、特開平８−１８０８４または特
開平７−１１５２１６参照）。光電変換装置に入射した
光は、電極層の表面テクスチャによって散乱させられ
て、半導体光電変換層内に閉じ込められる。すなわち、
光電変換装置に入射した光のほとんどが半導体層内で効
率的に吸収されて電気エネルギに変換され、高い短絡電
流密度を得ることができる。
電変換装置においては、光電変換層内に入射した光を拡
散させてその中に閉じ込めること（光閉じ込め効果）に
よって光電変換効率が高められている。このような光閉
じ込め効果を生じさせるためには、たとえば、微細な凹
凸を含む表面テクスチャを有しかつ透明導電性の酸化ス
ズ（ＳｎＯ2 ）などからなる電極層が、ガラス基板上に
形成される（たとえば、特開平８−１８０８４または特
開平７−１１５２１６参照）。光電変換装置に入射した
光は、電極層の表面テクスチャによって散乱させられ
て、半導体光電変換層内に閉じ込められる。すなわち、
光電変換装置に入射した光のほとんどが半導体層内で効
率的に吸収されて電気エネルギに変換され、高い短絡電
流密度を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、表面テクス
チャを有する透明導電性酸化物の電極層は、一般にスパ
ッタリング法やＣＶＤ法などにおいて堆積条件を制御す
ることによって形成される。しかし、十分な光閉じ込め
効果を生じさせる高低差の凹凸を含む表面テクスチャを
有する透明電極層をスパッタリング法やＣＶＤ法で形成
することは容易ではない。
チャを有する透明導電性酸化物の電極層は、一般にスパ
ッタリング法やＣＶＤ法などにおいて堆積条件を制御す
ることによって形成される。しかし、十分な光閉じ込め
効果を生じさせる高低差の凹凸を含む表面テクスチャを
有する透明電極層をスパッタリング法やＣＶＤ法で形成
することは容易ではない。
【０００５】上述のような先行技術に鑑み、本発明は、
十分な光閉じ込め効果によって高い変換効率を有する薄
膜型光電変換装置を容易にかつ低コストで提供すること
を目的としている。
十分な光閉じ込め効果によって高い変換効率を有する薄
膜型光電変換装置を容易にかつ低コストで提供すること
を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による光電変換装
置は、基板上に形成された第１電極層と半導体光電変換
層と第２電極層とをこの順序で含み、基板と第１電極層
との間において、基板上には複数の溝を含む表面を有す
る電気絶縁体層が設けられ、かつその溝を含む表面上に
光拡散を生じさせるための光拡散層が設けられ、光拡散
層は光拡散を生じさせるに適した微細な凹凸を含む表面
テクスチャを有し、その表面テクスチャを生じさせるの
に適した微粒子を含む樹脂を利用して形成されている。
置は、基板上に形成された第１電極層と半導体光電変換
層と第２電極層とをこの順序で含み、基板と第１電極層
との間において、基板上には複数の溝を含む表面を有す
る電気絶縁体層が設けられ、かつその溝を含む表面上に
光拡散を生じさせるための光拡散層が設けられ、光拡散
層は光拡散を生じさせるに適した微細な凹凸を含む表面
テクスチャを有し、その表面テクスチャを生じさせるの
に適した微粒子を含む樹脂を利用して形成されている。
【０００７】このような微粒子は、酸化珪素、酸化チタ
ンおよび酸化アルミニウムから選択された１つからな
り、０．０１〜１０μｍの範囲内の粒径を有しているこ
とが好ましい。
ンおよび酸化アルミニウムから選択された１つからな
り、０．０１〜１０μｍの範囲内の粒径を有しているこ
とが好ましい。
【０００８】また、光拡散層に含まれる樹脂は、アクリ
ル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコー
ン樹脂、およびポリエーテルスルホン樹脂から選択され
た１つであることが好ましい。
ル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコー
ン樹脂、およびポリエーテルスルホン樹脂から選択され
た１つであることが好ましい。
【０００９】さらに、基板は、ポリイミド、ポリエステ
ル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン樹脂およ
びフッ素樹脂から選択された１つからなる樹脂フィル
ム、またはステンレス、アルミニウム、およびめっき鋼
から選択された金属からなることが好ましい。
ル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン樹脂およ
びフッ素樹脂から選択された１つからなる樹脂フィル
ム、またはステンレス、アルミニウム、およびめっき鋼
から選択された金属からなることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】本願の図面において、本発明の実
施の形態による光電変換装置が参考例とともに模式的な
断面図に示されている。なお、本願の各図においては、
図面の明瞭化のために寸法関係が適宜に変更されてお
り、実際の寸法関係を反映してはいない。
施の形態による光電変換装置が参考例とともに模式的な
断面図に示されている。なお、本願の各図においては、
図面の明瞭化のために寸法関係が適宜に変更されてお
り、実際の寸法関係を反映してはいない。
【００１１】図１に示されているような参考例による光
電変換装置においては、光拡散を生じさせるために凹凸
表面を有する光拡散層２が透光性の基板１上に形成され
ている。光拡散層２上には、ＩＴＯ（インジウムスズ酸
化物）からなる透明電極層３が形成されており、好まし
くはさらに導電性のＺｎＯからなる透明層４が積層され
ている。このＺｎＯの透明層４は多重光干渉を生じさせ
て光拡散効果を高めるように作用するとともに、透明電
極の一部としても作用し得る。
電変換装置においては、光拡散を生じさせるために凹凸
表面を有する光拡散層２が透光性の基板１上に形成され
ている。光拡散層２上には、ＩＴＯ（インジウムスズ酸
化物）からなる透明電極層３が形成されており、好まし
くはさらに導電性のＺｎＯからなる透明層４が積層され
ている。このＺｎＯの透明層４は多重光干渉を生じさせ
て光拡散効果を高めるように作用するとともに、透明電
極の一部としても作用し得る。
【００１２】ＺｎＯ層４上には、半導体光電変換層５と
して、たとえば非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層が堆積さ
れている。ａ−Ｓｉ層５は、たとえば順次に積層された
ｐ型サブ層、ｉ型サブ層、およびｎ型サブ層（図示せ
ず）を含み得る。
して、たとえば非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層が堆積さ
れている。ａ−Ｓｉ層５は、たとえば順次に積層された
ｐ型サブ層、ｉ型サブ層、およびｎ型サブ層（図示せ
ず）を含み得る。
【００１３】ａ−Ｓｉ層５上には、好ましくはＺｎＯの
透明層６を介在させて、裏面反射金属電極層７が積層さ
れている。ＺｎＯ層６は、金属電極層７からａ−Ｓｉ層
５内に金属原子が拡散することを防止するように作用す
る。また、ＺｎＯ層４に類似して、ＺｎＯ層６は多重光
干渉を生じさせて、裏面金属電極層７の表面凹凸を含む
下面における光の散乱反射効果を高めるとともに、裏面
電極の一部としても作用し得る。
透明層６を介在させて、裏面反射金属電極層７が積層さ
れている。ＺｎＯ層６は、金属電極層７からａ−Ｓｉ層
５内に金属原子が拡散することを防止するように作用す
る。また、ＺｎＯ層４に類似して、ＺｎＯ層６は多重光
干渉を生じさせて、裏面金属電極層７の表面凹凸を含む
下面における光の散乱反射効果を高めるとともに、裏面
電極の一部としても作用し得る。
【００１４】なお、図１に示されているような光電変換
装置においては、光は透光性の基板１側から入射させら
れることは言うまでもない。透光性基板１としては、ポ
リエステルフィルムのような電気絶縁性樹脂フィルムを
用いることができる。樹脂フィルムの基板１が用いられ
る場合、光電変換装置は軽量化されてその取扱いも簡便
になり、さらにその製造コストも低減され得る。なお、
樹脂フィルム基板１の材料としては、ポリエステルに限
られず、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエーテル
スルホン（ＰＥＳ）樹脂、またはフッ素樹脂なども好ま
しく用いられ得る。また、基板１として、樹脂フィルム
の代わりにガラス板を用いてもよい。
装置においては、光は透光性の基板１側から入射させら
れることは言うまでもない。透光性基板１としては、ポ
リエステルフィルムのような電気絶縁性樹脂フィルムを
用いることができる。樹脂フィルムの基板１が用いられ
る場合、光電変換装置は軽量化されてその取扱いも簡便
になり、さらにその製造コストも低減され得る。なお、
樹脂フィルム基板１の材料としては、ポリエステルに限
られず、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエーテル
スルホン（ＰＥＳ）樹脂、またはフッ素樹脂なども好ま
しく用いられ得る。また、基板１として、樹脂フィルム
の代わりにガラス板を用いてもよい。
【００１５】図１の一部を拡大した断面図２に示されて
いるように、光拡散層２は、たとえばシリカ（酸化珪
素）の微粒子８を含む光硬化性樹脂を用いて形成され得
る。光硬化性樹脂としては、たとえば紫外線硬化型のア
クリル樹脂を用いることができる。また、光硬化性樹脂
の代わりに、耐熱性に優れたポリイミド系樹脂が用いら
れてもよい。さらに、光拡散層２に含まれる樹脂とし
て、これらの他に、ポリエステル樹脂、シリコーン樹
脂、またはポリエーテルスルホン樹脂なども好ましく用
いられ得る。なお、図２においては、図面の明瞭化のた
めに限られた数の微細シリカ粒子８が示されているが、
実際にはもっと多くの微粒子８が含まれている。
いるように、光拡散層２は、たとえばシリカ（酸化珪
素）の微粒子８を含む光硬化性樹脂を用いて形成され得
る。光硬化性樹脂としては、たとえば紫外線硬化型のア
クリル樹脂を用いることができる。また、光硬化性樹脂
の代わりに、耐熱性に優れたポリイミド系樹脂が用いら
れてもよい。さらに、光拡散層２に含まれる樹脂とし
て、これらの他に、ポリエステル樹脂、シリコーン樹
脂、またはポリエーテルスルホン樹脂なども好ましく用
いられ得る。なお、図２においては、図面の明瞭化のた
めに限られた数の微細シリカ粒子８が示されているが、
実際にはもっと多くの微粒子８が含まれている。
【００１６】光硬化性樹脂またはポリイミド系樹脂など
に含まれる微細シリカ粒子８に起因して、光拡散層２の
上表面には微細な凹凸を含む表面テクスチャが形成され
る。光拡散層２の表面凹凸は、その上に順次積層される
他の層３，４，５および６の上表面に伝達される。した
がって、層２〜７の間の相互の界面における入射光の光
拡散による光閉じ込め効果が生じ、それによってａ−Ｓ
ｉ光電変換層５内における光路長が長くなって、光吸収
効率が高められる。すなわち、光電変換装置の出力電流
密度が増大させられ、光電変換効率が向上させられ得
る。なお、微粒子８のための材料としては、シリカの他
に、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化アルミニウム（Ａｌ
2 Ｏ3 ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）、酸化インジ
ウムスズ（Ｉｎ2 Ｏ3 ・ＳｎＯ2 ）、酸化スズ（ＳｎＯ
2 ）またはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）などが用い
られてもよい。
に含まれる微細シリカ粒子８に起因して、光拡散層２の
上表面には微細な凹凸を含む表面テクスチャが形成され
る。光拡散層２の表面凹凸は、その上に順次積層される
他の層３，４，５および６の上表面に伝達される。した
がって、層２〜７の間の相互の界面における入射光の光
拡散による光閉じ込め効果が生じ、それによってａ−Ｓ
ｉ光電変換層５内における光路長が長くなって、光吸収
効率が高められる。すなわち、光電変換装置の出力電流
密度が増大させられ、光電変換効率が向上させられ得
る。なお、微粒子８のための材料としては、シリカの他
に、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化アルミニウム（Ａｌ
2 Ｏ3 ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）、酸化インジ
ウムスズ（Ｉｎ2 Ｏ3 ・ＳｎＯ2 ）、酸化スズ（ＳｎＯ
2 ）またはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）などが用い
られてもよい。
【００１７】微粒子８は０．０１〜１０μｍの範囲内の
粒径を有することが好ましく、その場合に、光拡散層２
において０．００５〜５μｍの範囲内の高低差を有する
凹凸を含む表面テクスチャが形成され得る。すなわち、
表面テクスチャは、０．００５〜５μｍの範囲内の高低
差を有する凹凸を含む場合に、入射光の波長との関係に
おいて最も光散乱に適していることが実験的に確かめら
れている。他方、微粒子８の粒径が０．０１μｍより小
さいかまたは１０μｍより大きければ、入射光の散乱が
不十分になるかまたは透過が阻害され、さらには、微粒
子８の凝集が生じて表面凹凸の高低差が不均一になった
りする。
粒径を有することが好ましく、その場合に、光拡散層２
において０．００５〜５μｍの範囲内の高低差を有する
凹凸を含む表面テクスチャが形成され得る。すなわち、
表面テクスチャは、０．００５〜５μｍの範囲内の高低
差を有する凹凸を含む場合に、入射光の波長との関係に
おいて最も光散乱に適していることが実験的に確かめら
れている。他方、微粒子８の粒径が０．０１μｍより小
さいかまたは１０μｍより大きければ、入射光の散乱が
不十分になるかまたは透過が阻害され、さらには、微粒
子８の凝集が生じて表面凹凸の高低差が不均一になった
りする。
【００１８】光拡散層２は、より具体的には、微粒子８
を含む光硬化性アクリル樹脂を基板１上に塗布して紫外
線照射で硬化させることによって形成され得る。樹脂を
基板１上に塗布する方法としては、スピンコート法、デ
ィップコート法、スプレーコート法、バーコート法、ま
たはカーテンコート法などが用いられ得る。なお、アク
リル樹脂としては、より具体的には、アクリル酸、アク
リル酸エステル、アクリルアミド、アクリロニトリル、
メタクリル酸、メタクリル酸エステルなどの単量体を重
合させた重合体が用いられ得る。また、光硬化性樹脂と
して、アクリル樹脂に代えて前述のポリエステル樹脂な
ども用いられ得る。さらに、光硬化性樹脂に代えてポリ
イミド系樹脂が用いられる場合には、昇温されて溶融状
態にあって微粒子８を含む樹脂を基板１上に塗布し、こ
れを冷却固化することによって光拡散層２が形成され
る。光拡散層２が形成された後は、従来の光電変換装置
におけると同様の周知の方法によって、他の層３〜７が
順次に積層され得る。
を含む光硬化性アクリル樹脂を基板１上に塗布して紫外
線照射で硬化させることによって形成され得る。樹脂を
基板１上に塗布する方法としては、スピンコート法、デ
ィップコート法、スプレーコート法、バーコート法、ま
たはカーテンコート法などが用いられ得る。なお、アク
リル樹脂としては、より具体的には、アクリル酸、アク
リル酸エステル、アクリルアミド、アクリロニトリル、
メタクリル酸、メタクリル酸エステルなどの単量体を重
合させた重合体が用いられ得る。また、光硬化性樹脂と
して、アクリル樹脂に代えて前述のポリエステル樹脂な
ども用いられ得る。さらに、光硬化性樹脂に代えてポリ
イミド系樹脂が用いられる場合には、昇温されて溶融状
態にあって微粒子８を含む樹脂を基板１上に塗布し、こ
れを冷却固化することによって光拡散層２が形成され
る。光拡散層２が形成された後は、従来の光電変換装置
におけると同様の周知の方法によって、他の層３〜７が
順次に積層され得る。
【００１９】以上のように、図１および図２に示されて
いるような光電変換装置においては、シリカのような安
価な材料からなる微粒子を含む樹脂を基板１上に塗布し
て硬化させるだけで光拡散層２を形成することができ
る。すなわち、図１および図２の参考例によれば、従来
技術におけるようにスパッタリング法またはＣＶＤ法な
どを用いて表面凹凸を含むＳｎＯ2 層を形成する場合に
比べて、十分な光閉じ込め効果を有する光電変換装置を
安価かつ簡便に提供することができる。
いるような光電変換装置においては、シリカのような安
価な材料からなる微粒子を含む樹脂を基板１上に塗布し
て硬化させるだけで光拡散層２を形成することができ
る。すなわち、図１および図２の参考例によれば、従来
技術におけるようにスパッタリング法またはＣＶＤ法な
どを用いて表面凹凸を含むＳｎＯ2 層を形成する場合に
比べて、十分な光閉じ込め効果を有する光電変換装置を
安価かつ簡便に提供することができる。
【００２０】図３において、本発明の実施の形態による
光電変換装置が示されている。この光電変換装置におい
ては、複数の溝を含む表面を有する電気絶縁体層１１
が、金属基板１上に形成されている。絶縁体層１１上に
は、表面凹凸を含む光拡散層２、Ａｇからなる裏面反射
金属電極層７、およびＺｎＯからなる透明層６が順次積
層されている。ＺｎＯ層６上には、順次に積層されたｎ
型サブ層、ｉ型サブ層、およびｐ型サブ層（図示せず）
を含むａ−Ｓｉ光電変換層５が形成されている。Ａａ−
Ｓｉ光電変換層５上には、ＩＴＯからなる透明電極層３
と、Ａｇからなる櫛形の集電金属電極層１２とが積層さ
れている。なお、図３に示されているような光電変換装
置においては、光は櫛形金属電極層１２と透明電極層３
を介して光電変換層５内に入射されることは言うまでも
ない。
光電変換装置が示されている。この光電変換装置におい
ては、複数の溝を含む表面を有する電気絶縁体層１１
が、金属基板１上に形成されている。絶縁体層１１上に
は、表面凹凸を含む光拡散層２、Ａｇからなる裏面反射
金属電極層７、およびＺｎＯからなる透明層６が順次積
層されている。ＺｎＯ層６上には、順次に積層されたｎ
型サブ層、ｉ型サブ層、およびｐ型サブ層（図示せず）
を含むａ−Ｓｉ光電変換層５が形成されている。Ａａ−
Ｓｉ光電変換層５上には、ＩＴＯからなる透明電極層３
と、Ａｇからなる櫛形の集電金属電極層１２とが積層さ
れている。なお、図３に示されているような光電変換装
置においては、光は櫛形金属電極層１２と透明電極層３
を介して光電変換層５内に入射されることは言うまでも
ない。
【００２１】絶縁体層１１を含む光電変換装置において
は、基板１として、樹脂フィルムのみならず、ステンレ
ス（ＳＵＳ４３０など）、アルミニウム、またはめっき
鋼などの金属箔を用いることができる。基板１として薄
い金属箔を用いることによっても、光電変換装置が軽量
化されるとともに取扱いが簡便になり、さらに、その製
造コストが低減され得る。絶縁体層１１は、たとえばポ
リイミド樹脂で形成され得る。また、絶縁体層１１はア
ルミナ（酸化アルミニウム）のように電気絶縁性を有す
る金属酸化物で形成することもでき、アルミナの絶縁体
層１１が形成される場合には、基板１としてアルミニウ
ム箔が好ましく用いられ得る。
は、基板１として、樹脂フィルムのみならず、ステンレ
ス（ＳＵＳ４３０など）、アルミニウム、またはめっき
鋼などの金属箔を用いることができる。基板１として薄
い金属箔を用いることによっても、光電変換装置が軽量
化されるとともに取扱いが簡便になり、さらに、その製
造コストが低減され得る。絶縁体層１１は、たとえばポ
リイミド樹脂で形成され得る。また、絶縁体層１１はア
ルミナ（酸化アルミニウム）のように電気絶縁性を有す
る金属酸化物で形成することもでき、アルミナの絶縁体
層１１が形成される場合には、基板１としてアルミニウ
ム箔が好ましく用いられ得る。
【００２２】図３に示された絶縁体層１１の上表面は複
数の溝を含んでおり、それらの溝の各々はその長手方向
に直交する断面において実質的にＶ字の形状を有してい
る。図３の一部を拡大した断面図４に示されているよう
に、Ｖ字状溝を含む絶縁体層１１上には、微粒子８を含
む樹脂層からなる光拡散層２が形成されている。したが
って、この光拡散層２は、絶縁体層１１から伝達された
Ｖ字状の凹凸に重畳して微粒子８に起因する微細な凹凸
をも含む表面テクスチャを有している。
数の溝を含んでおり、それらの溝の各々はその長手方向
に直交する断面において実質的にＶ字の形状を有してい
る。図３の一部を拡大した断面図４に示されているよう
に、Ｖ字状溝を含む絶縁体層１１上には、微粒子８を含
む樹脂層からなる光拡散層２が形成されている。したが
って、この光拡散層２は、絶縁体層１１から伝達された
Ｖ字状の凹凸に重畳して微粒子８に起因する微細な凹凸
をも含む表面テクスチャを有している。
【００２３】光拡散層２上に形成されている裏面金属電
極層７は光反射層としても作用し、その上表面は光拡散
層２の上表面から伝達された凹凸を含むテクスチャを有
している。すなわち、光拡散層２の上面は、金属電極層
７の上面にテクスチャを形成するための型としての役割
を果たしている。
極層７は光反射層としても作用し、その上表面は光拡散
層２の上表面から伝達された凹凸を含むテクスチャを有
している。すなわち、光拡散層２の上面は、金属電極層
７の上面にテクスチャを形成するための型としての役割
を果たしている。
【００２４】図３と図４に示されているような光電変換
装置においては、上方から入射する光は透明電極層３を
透過してａ−Ｓｉ光電変換層５において吸収される。ａ
−Ｓｉ層５によって吸収されなくてＺｎＯ透明層６を透
過した光は金属電極層７の凹凸表面によってほぼ１００
％散乱反射される。この散乱反射された光は再びａ−Ｓ
ｉ光電変換層５内に戻されて、効率的に電気エネルギに
変換される。ここで、金属電極層７の上表面は、絶縁体
層１１のＶ字状溝と光拡散層２に含まれる微粒子８とに
起因する２種類の凹凸を重畳して含んでいるので、高い
光拡散効果を発揮することができ、それによってａ−Ｓ
ｉ光電変換層５内への光閉じ込め効果が高められる。
装置においては、上方から入射する光は透明電極層３を
透過してａ−Ｓｉ光電変換層５において吸収される。ａ
−Ｓｉ層５によって吸収されなくてＺｎＯ透明層６を透
過した光は金属電極層７の凹凸表面によってほぼ１００
％散乱反射される。この散乱反射された光は再びａ−Ｓ
ｉ光電変換層５内に戻されて、効率的に電気エネルギに
変換される。ここで、金属電極層７の上表面は、絶縁体
層１１のＶ字状溝と光拡散層２に含まれる微粒子８とに
起因する２種類の凹凸を重畳して含んでいるので、高い
光拡散効果を発揮することができ、それによってａ−Ｓ
ｉ光電変換層５内への光閉じ込め効果が高められる。
【００２５】なお、絶縁体層１１のＶ字状溝は１０〜３
０μｍの範囲内のピッチで配列されることが好ましく、
各溝は１０〜３０μｍの範囲内の深さと４５〜１２０°
の開口角度を有することが好ましい。そのピッチまたは
深さが１０μｍより小さいかまたは３０μｍより大きけ
れば、均一な表面凹凸を得ることができず、十分に光拡
散効果に寄与し得ない。また、開口角度が４５°より小
さい場合には絶縁体層１１の加工が困難になり、１２０
°より大きい場合には十分に光拡散効果に寄与し得な
い。
０μｍの範囲内のピッチで配列されることが好ましく、
各溝は１０〜３０μｍの範囲内の深さと４５〜１２０°
の開口角度を有することが好ましい。そのピッチまたは
深さが１０μｍより小さいかまたは３０μｍより大きけ
れば、均一な表面凹凸を得ることができず、十分に光拡
散効果に寄与し得ない。また、開口角度が４５°より小
さい場合には絶縁体層１１の加工が困難になり、１２０
°より大きい場合には十分に光拡散効果に寄与し得な
い。
【００２６】しかし、図３に示されているような光電変
換装置が大型の太陽電池に利用される場合には、溝の開
口角度は４５°〜１２０°の範囲内にあることが望まれ
るが、溝のピッチは０．５〜２ｍｍの範囲内にあっても
よく、各溝の深さは０．３〜２ｍｍの範囲内であっても
よい。また、絶縁体層１１上に形成される溝は必ずしも
Ｖ字形状断面を有するものに限られず、Ｕ字形状や半円
形状などの断面を有していてもよい。
換装置が大型の太陽電池に利用される場合には、溝の開
口角度は４５°〜１２０°の範囲内にあることが望まれ
るが、溝のピッチは０．５〜２ｍｍの範囲内にあっても
よく、各溝の深さは０．３〜２ｍｍの範囲内であっても
よい。また、絶縁体層１１上に形成される溝は必ずしも
Ｖ字形状断面を有するものに限られず、Ｕ字形状や半円
形状などの断面を有していてもよい。
【００２７】なお、樹脂からなる絶縁体層１１の溝は、
たとえば樹脂層に金型をスタンプすることによって形成
され得る。絶縁体層１１がアルミナのような金属酸化物
で形成される場合には、ゾルゲル法が利用され、ゲル状
態の絶縁体層１１に金型がスタンプされ得る。
たとえば樹脂層に金型をスタンプすることによって形成
され得る。絶縁体層１１がアルミナのような金属酸化物
で形成される場合には、ゾルゲル法が利用され、ゲル状
態の絶縁体層１１に金型がスタンプされ得る。
【００２８】図５において、他の参考例による光電変換
装置が示されている。この図５の光電変換装置は、図３
のものに比べて、絶縁体層１１が省略されていることの
みにおいて異なっている。すなわち、図５の光電変換装
置においては、基板１の平らな表面上に直接に光拡散層
２が形成されている。他方、図５の光電変換装置の一部
を変更して、光拡散層２はＶ字状の溝が形成された表面
を有する基板１上に形成されてもよい。また、図１の光
電変換装置は、本発明を利用するために、基板１と光拡
散層との間に図３に示された絶縁体層１１が挿入される
ように一部変更することも可能である。ただし、この場
合には、絶縁体層１１は透光性を有していることが必要
である。さらに、以上で説明されたような光電変換装置
は、太陽電池のみならず、光スイッチや光センサなどの
他の種々の用途にも用いられ得ることは言うまでもな
い。
装置が示されている。この図５の光電変換装置は、図３
のものに比べて、絶縁体層１１が省略されていることの
みにおいて異なっている。すなわち、図５の光電変換装
置においては、基板１の平らな表面上に直接に光拡散層
２が形成されている。他方、図５の光電変換装置の一部
を変更して、光拡散層２はＶ字状の溝が形成された表面
を有する基板１上に形成されてもよい。また、図１の光
電変換装置は、本発明を利用するために、基板１と光拡
散層との間に図３に示された絶縁体層１１が挿入される
ように一部変更することも可能である。ただし、この場
合には、絶縁体層１１は透光性を有していることが必要
である。さらに、以上で説明されたような光電変換装置
は、太陽電池のみならず、光スイッチや光センサなどの
他の種々の用途にも用いられ得ることは言うまでもな
い。
【００２９】以下において、実際に作製された光電変換
装置のいくつかの例が、比較例とともに説明される。
装置のいくつかの例が、比較例とともに説明される。
【００３０】（参考例１）
図１と図２に対応して、参考例１の光電変換装置が作製
された。この参考例１において、基板１として、ポリエ
チレンテレフタレートフィルムが用いられた。基板１上
には、平均粒径０．５μｍのシリカ微粒子を含む紫外線
硬化型のアクリル樹脂がロールコーターを用いて塗布さ
れた。このアクリル樹脂塗膜は８０℃で５分間熱処理さ
れた後に２分間の紫外線照射によって硬化させられ、こ
れによって、微細な凹凸を含む表面テクスチャを有する
光拡散層２が形成された。光拡散層２上には、透明電極
として、厚さ１４０ｎｍのＩＴＯ層３と厚さ５０ｎｍの
ＺｎＯ層４がスパッタリング法によって順次に堆積され
た。
された。この参考例１において、基板１として、ポリエ
チレンテレフタレートフィルムが用いられた。基板１上
には、平均粒径０．５μｍのシリカ微粒子を含む紫外線
硬化型のアクリル樹脂がロールコーターを用いて塗布さ
れた。このアクリル樹脂塗膜は８０℃で５分間熱処理さ
れた後に２分間の紫外線照射によって硬化させられ、こ
れによって、微細な凹凸を含む表面テクスチャを有する
光拡散層２が形成された。光拡散層２上には、透明電極
として、厚さ１４０ｎｍのＩＴＯ層３と厚さ５０ｎｍの
ＺｎＯ層４がスパッタリング法によって順次に堆積され
た。
【００３１】ＺｎＯ層４上には、表１に示された条件の
もとで、プラズマＣＶＤ法によって順次に堆積されたｐ
サブ層、ｉサブ層、およびｎサブ層を含むａ−Ｓｉ光電
変換層５が形成された。これらのｐサブ層、ｉサブ層、
およびｎサブ層の厚さは、それぞれ１０ｎｍ、５００ｎ
ｍ、および３０ｎｍに設定された。ａ−Ｓｉ光電変換層
５上には、裏面電極として、厚さ６０ｎｍのＺｎＯ層６
と厚さ５００ｎｍのＡｇ層７がスパッタリング法によっ
て順次に積層された。
もとで、プラズマＣＶＤ法によって順次に堆積されたｐ
サブ層、ｉサブ層、およびｎサブ層を含むａ−Ｓｉ光電
変換層５が形成された。これらのｐサブ層、ｉサブ層、
およびｎサブ層の厚さは、それぞれ１０ｎｍ、５００ｎ
ｍ、および３０ｎｍに設定された。ａ−Ｓｉ光電変換層
５上には、裏面電極として、厚さ６０ｎｍのＺｎＯ層６
と厚さ５００ｎｍのＡｇ層７がスパッタリング法によっ
て順次に積層された。
【００３２】
【表１】
こうして得られた参考例１の光電変換装置に対してソー
ラシミュレータを用いてＡＭ１．５（標準太陽光スペク
トル）の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で照射したとこ
ろ、光電変換特性として、表２に示されているような短
絡電流密度ＪSC、開放電圧ＶOC、フィルファクタＦ．
Ｆ．および変換効率ηが得られた。
ラシミュレータを用いてＡＭ１．５（標準太陽光スペク
トル）の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で照射したとこ
ろ、光電変換特性として、表２に示されているような短
絡電流密度ＪSC、開放電圧ＶOC、フィルファクタＦ．
Ｆ．および変換効率ηが得られた。
【００３３】
【表２】
（実施例１）
図３と図４に対応して、実施例１の光電変換装置が作製
された。この実施例１においては、厚さ５０ｎｍのステ
ンレス箔の基板１上に、６０°の開口角度を有するＶ字
状の溝を２０μｍのピッチで複数含むポリイミド樹脂の
絶縁体層１１が形成された。この絶縁体層１１上には、
ロールコーターの代わりにスプレー法を用いたこと以外
は参考例１の場合と同様にして光拡散層２が形成され
た。光拡散層２上には、裏面電極として、厚さ５００ｎ
ｍのＡｇ層７と厚さ１００ｎｍのＺｎＯ層６が、順次に
スパッタリング法にて積層された。
された。この実施例１においては、厚さ５０ｎｍのステ
ンレス箔の基板１上に、６０°の開口角度を有するＶ字
状の溝を２０μｍのピッチで複数含むポリイミド樹脂の
絶縁体層１１が形成された。この絶縁体層１１上には、
ロールコーターの代わりにスプレー法を用いたこと以外
は参考例１の場合と同様にして光拡散層２が形成され
た。光拡散層２上には、裏面電極として、厚さ５００ｎ
ｍのＡｇ層７と厚さ１００ｎｍのＺｎＯ層６が、順次に
スパッタリング法にて積層された。
【００３４】ＺｎＯ層６上には、ｎサブ層、ｉサブ層、
およびｐサブ層がこの順序で堆積されたこと以外は参考
例１の場合と同じ条件のもとでａ−Ｓｉ光電変換層５が
堆積された。ａ−Ｓｉ層５上には、厚さ６０ｎｍのＩＴ
Ｏ透明電極層３と厚さ５００ｎｍのＡｇ櫛形集電電極が
スパッタリング法にて積層された。こうして得られた実
施例１の光電変換装置の特性が参 考例１の場合と同様に
測定され、その結果も表２に示されている。
およびｐサブ層がこの順序で堆積されたこと以外は参考
例１の場合と同じ条件のもとでａ−Ｓｉ光電変換層５が
堆積された。ａ−Ｓｉ層５上には、厚さ６０ｎｍのＩＴ
Ｏ透明電極層３と厚さ５００ｎｍのＡｇ櫛形集電電極が
スパッタリング法にて積層された。こうして得られた実
施例１の光電変換装置の特性が参 考例１の場合と同様に
測定され、その結果も表２に示されている。
【００３５】（実施例２）
図３と図４に対応して、実施例２の光電変換装置が作製
された。この実施例２においては、基板１の材料がアル
ミニウムに変更されかつ絶縁体層１１の材料がアルミナ
に変更されことのみにおいて実施例１と異なっている。
この実施例２による光電変換装置の特性も参考例１の場
合と同様に測定され、その結果も表２に示されている。
された。この実施例２においては、基板１の材料がアル
ミニウムに変更されかつ絶縁体層１１の材料がアルミナ
に変更されことのみにおいて実施例１と異なっている。
この実施例２による光電変換装置の特性も参考例１の場
合と同様に測定され、その結果も表２に示されている。
【００３６】（参考例２）
図５に対応して、参考例２の光電変換装置が作製され
た。この参考例２においては、基板１として、厚さ１５
０μｍのステンレス箔が用いられた。基板１上には、平
均粒径０．３μｍのシリカ粒子を含むポリイミド樹脂を
ロールコーターにより塗布することによって、光拡散層
２が形成された。その後、光拡散層２上には、実施例１
の場合と同じ条件のもとに他の層６，５，３および１２
が順次形成された。こうして得られた参考例２の光電変
換装置の特性も参考例１の場合と同様に測定され、その
結果も表２に示されている。
た。この参考例２においては、基板１として、厚さ１５
０μｍのステンレス箔が用いられた。基板１上には、平
均粒径０．３μｍのシリカ粒子を含むポリイミド樹脂を
ロールコーターにより塗布することによって、光拡散層
２が形成された。その後、光拡散層２上には、実施例１
の場合と同じ条件のもとに他の層６，５，３および１２
が順次形成された。こうして得られた参考例２の光電変
換装置の特性も参考例１の場合と同様に測定され、その
結果も表２に示されている。
【００３７】（参考例３）
図１と図２に対応して、参考例３の光電変換装置が作製
された。この参考例３においては、基板１の材料がコー
ニング社製７０５９のガラス板に変更されたことのみに
おいて参考例１と異なっている。この参考例３の光電変
換装置の特性も参考例１の場合と同様に測定され、その
結果も表２に示されている。
された。この参考例３においては、基板１の材料がコー
ニング社製７０５９のガラス板に変更されたことのみに
おいて参考例１と異なっている。この参考例３の光電変
換装置の特性も参考例１の場合と同様に測定され、その
結果も表２に示されている。
【００３８】（比較例１）
図１に類似して、比較例１の光電変換装置が作製され
た。この比較例１においては、ガラス基板上に表面テク
スチャを有するＳｎＯ2 層が形成され、そのＳｎＯ2 層
上には、他の層３〜７が参考例１の場合と同じ条件のも
とに堆積された。こうして得られた比較例１の光電変換
装置の特性も参考例１の場合と同様に測定され、その結
果も表２に示されている。
た。この比較例１においては、ガラス基板上に表面テク
スチャを有するＳｎＯ2 層が形成され、そのＳｎＯ2 層
上には、他の層３〜７が参考例１の場合と同じ条件のも
とに堆積された。こうして得られた比較例１の光電変換
装置の特性も参考例１の場合と同様に測定され、その結
果も表２に示されている。
【００３９】（比較例２）
図１に類似して、比較例２の光電変換装置が作製され
た。この比較例２においては、コーニング社製７０５９
のガラス板が基板として用いられた。そして、そのガラ
ス基板の平坦な上表面上に直接に他の層３〜７が参考例
１の場合と同じ条件のもとに堆積された。こうして得ら
れた比較例２の光電変換装置の特性も参考例１の場合と
同様に測定され、その結果も表２に示されている。
た。この比較例２においては、コーニング社製７０５９
のガラス板が基板として用いられた。そして、そのガラ
ス基板の平坦な上表面上に直接に他の層３〜７が参考例
１の場合と同じ条件のもとに堆積された。こうして得ら
れた比較例２の光電変換装置の特性も参考例１の場合と
同様に測定され、その結果も表２に示されている。
【００４０】以上のように、本発明によれば、十分な光
閉じ込め効果によって高い変換効率を有する薄膜型光電
変換装置を容易にかつ低コストで提供することができ
る。
閉じ込め効果によって高い変換効率を有する薄膜型光電
変換装置を容易にかつ低コストで提供することができ
る。
【図１】 本発明に関連する参考例による光電変換装置
を模式的に示す断面図である。
を模式的に示す断面図である。
【図２】 図１の光電変換装置の部分拡大図である。
【図３】 本発明の実施の形態による光電変換装置を模
式的に示す断面図である。
式的に示す断面図である。
【図４】 図３の光電変換装置の部分拡大図である。
【図５】 本発明に関連する他の参考例による光電変換
装置を模式的に示す断面図である。
装置を模式的に示す断面図である。
１ 基板、２ 光拡散層、３ 透明電極層、４ 透明導
電層、５ 半導体光電変換層、６ 透明導電層、７ 金
属電極層、８ 微粒子、１１ 電気絶縁体層、１２ 櫛
形金属電極。
電層、５ 半導体光電変換層、６ 透明導電層、７ 金
属電極層、８ 微粒子、１１ 電気絶縁体層、１２ 櫛
形金属電極。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−196364（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−97475（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−62973（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−122179（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−135817（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 31/04 - 31/078
Claims (11)
- 【請求項１】 基板上に形成された第１電極層と半導体
光電変換層と第２電極層とをこの順序で含み、 前記基板と前記第１電極層との間において、前記基板上
には複数の溝を含む表面を有する電気絶縁体層が設けら
れ、かつ光拡散を生じさせるための光拡散層が前記溝を
含む表面上に設けられており、 前記光拡散層は前記光拡散を生じさせるに適した微細な
凹凸を含む表面テクスチャを有し、その表面テクスチャ
を生じさせるのに適した微粒子を含む樹脂を利用して形
成されていることを特徴とする光電変換装置。 - 【請求項２】 前記微粒子は酸化珪素、酸化チタン、酸
化アルミニウム、および酸化ジルコニウムから選択され
た１つからなり、０．０１〜１０μｍの範囲内の粒径を
有していることを特徴とする請求項１に記載の光電変換
装置。 - 【請求項３】 前記光拡散層に含まれる樹脂は、アクリ
ル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコー
ン樹脂、およびポリエーテルスルホン樹脂から選択され
た１つであることを特徴とする請求項１または２に記載
の光電変換装置。 - 【請求項４】 前記基板は電気絶縁性樹脂フィルムまた
はガラスからなる請求項１から３のいずれかの項に記載
の光電変換装置。 - 【請求項５】 前記基板の樹脂フィルムはポリイミド樹
脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエ
ーテルスルホン樹脂、およびフッ素樹脂から選択された
１つからなることを特徴とする請求項４に記載の光電変
換装置。 - 【請求項６】 前記基板は金属からなることを特徴とす
る請求項１から３のいずれかの項に記載の光電変換装
置。 - 【請求項７】 前記基板はステンレス、アルミニウム、
およびめっき鋼から選択された１つで形成されているこ
とを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。 - 【請求項８】 前記電気絶縁体層はポリイミド樹脂また
は酸化アルミニウムからなる請求項１から７のいずれか
に記載の光電変換装置。 - 【請求項９】 前記複数の溝は１０〜３０μｍの範囲内
のピッチで配置され、各溝はその長手方向に直交する断
面においてＶ字形状を有し、１０〜３０μｍの範囲内の
深さと４５〜１２０°の範囲内の開口角を有している請
求項１から８のいずれかに記載の光電変換装置。 - 【請求項１０】 請求項１から９のいずれかに記載の光
電変換装置の製造方法であって、 前記複数の溝を含む表面を有する前記絶縁体層を前記基
板上に形成し、 前記微粒子を含む光硬化性樹脂を前記絶縁体層上に塗布
し、 前記光硬化性樹脂に光を照射して硬化させることによっ
て前記微細な凹凸を含む表面テクスチャを有する前記光
拡散層を形成し、 前記光拡散層上に、前記第１電極層、前記半導体光電変
換層および前記第２電極層を順次積層するステップを含
むことを特徴とする製造方法。 - 【請求項１１】 請求項１から９のいずれかに記載のの
光電変換装置の製造方法であって、 前記複数の溝を含む表面を有する前記絶縁体層を前記基
板上に形成し、 前記微粒子を含みかつ溶融状態の前記ポリイミド系樹脂
を前記絶縁体層上に塗布し、 前記溶融状態のポリイミド系樹脂を冷却凝固させること
によって前記光拡散層を形成し、 前記光拡散層上に、第１電極層、前記半導体光電変換
層、および前記第２電極層を順次積層するステップを含
むことを特徴とする製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28913498A JP3490909B2 (ja) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | 光電変換装置とその製造方法 |
| EP98308737A EP0911884B1 (en) | 1997-10-27 | 1998-10-26 | Photoelectric converter and method of manufacturing the same |
| DE69828936T DE69828936T2 (de) | 1997-10-27 | 1998-10-26 | Photoelektrischer Wandler und sein Herstellungsverfahren |
| US09/179,193 US6107563A (en) | 1997-10-27 | 1998-10-27 | Photoelectric converter having light diffusion layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28913498A JP3490909B2 (ja) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | 光電変換装置とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000124485A JP2000124485A (ja) | 2000-04-28 |
| JP3490909B2 true JP3490909B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=17739207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28913498A Expired - Fee Related JP3490909B2 (ja) | 1997-10-27 | 1998-10-12 | 光電変換装置とその製造方法 |
Country Status (1)
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| JP4526198B2 (ja) * | 2000-08-23 | 2010-08-18 | 日新製鋼株式会社 | 耐熱性に優れた薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板の製造方法 |
| JP4998058B2 (ja) * | 2007-04-09 | 2012-08-15 | 凸版印刷株式会社 | 太陽電池および太陽電池モジュールの製造方法 |
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| CN101681940B (zh) * | 2007-05-23 | 2011-05-04 | 帝人杜邦薄膜日本有限公司 | 太阳能电池基材用多层膜 |
| JP2009231500A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Mitsubishi Electric Corp | 太陽電池用基板とその製造方法および太陽電池の製造方法 |
| JP2009260270A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-11-05 | Nippon Synthetic Chem Ind Co Ltd:The | 太陽電池用基板及び太陽電池 |
| JP5219882B2 (ja) * | 2009-02-20 | 2013-06-26 | リンテック株式会社 | 電極構造体および電極構造体の製造方法 |
| US20120031489A1 (en) * | 2009-04-08 | 2012-02-09 | Solar Excel B.V. | Method for producing a textured plate for a photovoltaic device |
| JP2011029289A (ja) * | 2009-07-22 | 2011-02-10 | Toray Eng Co Ltd | 薄膜付基板及びそれを用いた太陽電池 |
| JP2011029288A (ja) * | 2009-07-22 | 2011-02-10 | Toray Eng Co Ltd | 薄膜付基板及びそれを用いた太陽電池 |
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| JP2012038915A (ja) * | 2010-08-06 | 2012-02-23 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 太陽電池およびその製造方法 |
| JP5312427B2 (ja) * | 2010-10-18 | 2013-10-09 | 三菱電機株式会社 | 太陽電池用基板の製造方法および太陽電池の製造方法 |
| JP6425945B2 (ja) * | 2014-08-21 | 2018-11-21 | 東洋アルミニウム株式会社 | インターコネクタ用光拡散部材及びこれを備える太陽電池用インターコネクタ、並びに太陽電池モジュール |
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