JP5340209B2

JP5340209B2 - 光起電力素子およびその製造方法

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Publication number: JP5340209B2
Application number: JP2010064601A
Authority: JP
Inventors: 達也白水; 宗本谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: JP2011199028A

Description

本発明は、光起電力素子およびその製造方法に関するものである。

石油等の化石燃料は、将来の枯渇懸念による供給不安や、地球温暖化現象の原因となる二酸化炭素排出の問題を抱えている。近年の環境意識の高まりやシステムの低価格化などにより太陽光発電システムの普及が拡大してきており、太陽光発電は化石燃料の代替エネルギーとして期待されている。

一般的な太陽電池は、バルク太陽電池と薄膜太陽電池とに分類される。バルク太陽電池とは、単結晶または多結晶シリコンや、ガリウム砒素化合物等のバルク結晶の半導体を用いて作られるものであり、現在既に量産技術が確立されているものが多い。しかし、最近ではバルク太陽電池においても、バルク太陽電池の急激な生産量の増加による原料不足や、低コスト化の困難性という問題がある。

それに対して薄膜系太陽電池は、半導体の使用量を大幅に減らすことで原料不足の解消と大幅な低コスト化を実現する可能性を有しており、次世代型の太陽電池として注目されている。具体的には、バルク太陽電池は数百μｍの厚さの半導体基板を有するのに対して、薄膜系太陽電池は半導体層の厚さが数μｍ〜１０μｍ以下である。

このような薄膜系太陽電池の構造は、一般に下記の２つのタイプに分類することができる。すなわち、透過性基板上に透明導電層、光電変換層（半導体層）、裏面電極層が順次積層され、透光性基板側から光を入射するスーパーストレートタイプと、非透光性基板上に裏面電極層、光電変換層（半導体層）、透明導電膜、金属グリッド電極が順次積層され、金属グリッドの電極側から光を入射するサブストレートタイプである。

前者は、住宅の屋根などに太陽電池パネルを設置した場合に、ガラス面が表になって積層膜を保護する役割を有し、施工・保修業者がパネル上を歩行できるなどのメリットがある。また、後者は、基板の材料・厚みを問わず、折り曲げ可能な太陽電池パネルを提供することができ、搬送が容易となるメリットある。

薄膜太陽電池は、前述のとおり半導体の使用量がバルク太陽電池に比べて圧倒的に少ない。このため、光電変換効率向上のためには、同一体積中で高い変換効率を得なければならない。同一体積中で高い光電変換効率を得るためには、半導体層に入射する光を有効に利用する技術が非常に重要である。

このための技術の１つとして、光閉じ込め技術が挙げられる。光閉じ込め技術とは、光電変換層と、屈折率が該光電変換層と異なる材料との界面に光を屈折・散乱させるような構造を形成することによって、光電変換層内での実質的な光路長を伸ばすことにより光吸収量を増加させ、光電変換効率を向上させる技術である。具体的にはテクスチャーと呼ばれる物理的な凹凸を設ける技術が広く用いられている。この技術は、入射光を太陽電池素子内で乱反射させることによって、起電力を発生するための半導体層中を通る総光量を増加させる光閉じ込め技術である。

しかし、物理的な凹凸を有するテクスチャー構造の場合は、特に凸部では半導体層の欠陥が生じる、半導体層の膜厚にばらつきが生じるなどにより、生産性の低下や太陽電池素子間の特性のばらつきを招く、という問題点があった。また、半導体層と電極間における接合破壊や電流のリーク、オーミックロスなどが生じ、電気出力の低下を引き起こすことがあった。

このような問題を克服するために、物理的な凹凸を設けない平坦形状による光閉じ込め技術が提案されている。例えば特許文献１においては、電極と半導体層との間に、パターニングとイオン注入を用いて屈折率の異なる領域が分布する薄膜からなる乱反射層を設けることで光閉じ込めを実現している。

特開平７−２０２２３１号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術によれば、製造工程としてレジスト塗布工程、写真製版によるパターニング工程、イオン注入工程、レジスト除去工程、熱処理工程を実施する。これらの各工程で用いる処理装置としては、微細な半導体素子とは異なり太陽電池のような大型製品の製造プロセスにおいては何れも大型なものが必要となり、設備コストが増大する、という問題があった。また、パターニング工程やレジスト除去工程においては、大量の産業廃液が発生し、環境負荷が大きい、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造における環境負荷が少なく生産性および光電変換効率に優れた安価な光起電力素子およびその製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光起電力素子は、基板上に第１電極層と光電変換を行う光電変換層と第２電極層とをこの順で有し、前記第１電極層または前記第２電極層のうち光の入射側の電極層が、前記基板と反対側の表面が平坦であり且つ前記光の入射側の電極層内において局所的に屈折率が他の領域と異なり光を乱反射させる乱反射領域を膜内部に有する透明電極層であり、前記乱反射領域は、前記光の入射側の電極層中に不純物が拡散されて形成されて主成分組成が前記光の入射側の電極層における前記乱反射領域以外の領域と同一とされ、前記基板と反対側の面が、前記光の入射側の電極層の前記基板と反対側の面と同一平面上にある平坦面であり、前記基板の面方向における面積が前記基板と反対側の面から前記基板側に向かって縮小する形状を有すること、を特徴とする。

本発明によれば、製造における環境負荷が少なく生産性および光電変換効率に優れた安価な光起電力素子が得られる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるスーパーストレート型の光起電力素子である薄膜太陽電池の構成を示す断面図である。図２−１は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程の一例を説明するための断面図である。図２−２は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程の一例を説明するための断面図である。図２−３は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程の一例を説明するための断面図である。図２−４は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程の一例を説明するための断面図である。図２−５は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程の一例を説明するための断面図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。図４は、本発明の実施の形態１にかかる拡散源層の面内におけるレーザ照射位置の一例を示す平面図である。図５は、本発明の実施の形態２にかかるスーパーストレート型の薄膜太陽電池の構成を示す断面図である。図６は、本発明の実施の形態３にかかるサブストレート型の薄膜太陽電池の構成を示す断面図である。図７は、本発明の実施の形態４にかかるサブストレート型の薄膜太陽電池の構成を示す断面図である。図８は、本発明の実施の形態５にかかるスーパーストレート型の薄膜太陽電池の構成を示す断面図である。図９は、実施の形態５にかかる拡散源層の面内におけるレーザ照射位置の配置を示す平面図である。図１０は、本発明の実施の形態５にかかる拡散源層の面内における１つ目の周期配置のレーザ照射位置の一例を示す平面図である。図１１は、本発明の実施の形態５にかかる拡散源層の面内における２つ目の周期配置のレーザ照射位置の一例を示す平面図である。図１２は、本発明の実施の形態５にかかる拡散源層の面内における３つ目の周期配置のレーザ照射位置の一例を示す平面図である。

以下に、本発明にかかる光起電力素子およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるスーパーストレート型の光起電力素子である薄膜太陽電池の構成を示す断面図である。実施の形態１にかかる薄膜太陽電池は、透光性基板１の上に、乱反射領域３が内部に分布した下部透明電極層（第１電極層）２、半導体光電変換層４、上部透明電極層（第２電極層）５、金属反射層６が順次積層された構成を有する。この薄膜太陽電池においては、基板１側から光を入射させる。

透光性基板１としては、ガラス基板、ポリイミド若しくはポリビニルなどの耐熱性を有する光透過性樹脂、又はそれらが積層されたものなどを適宜用いることができるが、光透過性が高く、薄膜太陽電池全体を構造的に支持しえるものであれば特に限定されない。また、これらの表面に、透過性の高い金属膜、透明導電膜、絶縁膜を成膜したものであってもよい。

下部透明電極層２および上部透明電極層５は透光性導電材料からなり、例えば酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化鉛（ＰｂＯ_２）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）などを用いることができる。ただし、酸化鉛（ＰｂＯ_２）および酸化カドミウム（ＣｄＯ）は毒性を持つため、酸化錫（ＳｎＯ_２）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）などを用いることが好ましい。なお、下部透明電極層２および上部透明電極層５の膜中に微量の不純物が添加されていてもよい。また、下部透明電極層２および上部透明電極層５は、これらの材料の積層膜であってもよい。

乱反射領域３は、下部透明電極層２と異なる屈折率を有する材料により下部透明電極層２内において局所的に分布して設けられ、入射した光を乱反射させる。乱反射領域３の構成材料は、例えば下部透明電極層２の構成材料が酸化亜鉛（ＺｎＯ）である場合はアルミニウム（Ａｌ）ドープ酸化亜鉛（ＺｎＡｌＯ）が用いられる。また、乱反射領域３の構成材料は、例えば下部透明電極層２の構成材料が酸化錫（ＳｎＯ_２）である場合はアンチモンドープ酸化錫（ＳｎＳｂＯ）やＳｎＦＯやＳｎＢＯを用いることができる。また、乱反射領域３の構成材料は、例えば下部透明電極層２の構成材料が酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）である場合はＩＴＯ（ＩｎＳｎＯ）を用いることができる。また、乱反射領域３の構成材料は、例えば下部透明電極層２の構成材料が酸化鉛（ＰｂＯ_２）である場合はＰｂＢｉＯを用いることができる。また、乱反射領域３の構成材料は、下部透明電極層２の構成材料が酸化カドミウム（ＣｄＯ）である場合はＣｄＩｎＯを用いることができる。

半導体光電変換層４は、少なくとも１組のｐｎ接合またはｐｉｎ接合を有し、入射する光により発電を行って光起電力を発生させる薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される半導体層である。半導体光電変換層４は、例えば受光面側（透光性基板１側）から順番に第１導電型半導体層であるｐ型半導体層、真性半導体層であるｉ型半導体層、第２導電型半導体層であるｎ型半導体層の各半導体層を有する。

金属反射層６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）など、光を反射することができる材料からなる反射層である。

上述した下部透明電極層２、半導体光電変換層４、上部透明電極層５、金属反射層６の各層は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法、蒸着法などの公知の方法によって作製できる。

以上のような実施の形態１にかかる薄膜太陽電池は、下部透明電極層２と異なる屈折率を有する材料により下部透明電極層２内において局所的に分布して設けられた乱反射領域３を有する。このような乱反射領域３を有することにより、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池では、基板１側から入射した光を乱反射させて半導体光電変換層４内での実質的な光路長を伸ばすことにより光吸収量を増加させ、光電変換効率を向上させることができる。

また、乱反射領域３および該乱反射領域３が形成された下部透明電極層２の表面は平坦であるため、物理的な凹凸に起因した半導体光電変換層４の欠陥の発生、半導体光電変換層４の膜厚のばらつきの発生が無く、生産性の低下や太陽電池素子間の特性のばらつきや太陽電池素子特性の低下が生じない。

また、乱反射領域３が下部透明電極層２の内部に形成されているため、特許文献１の技術よりも光閉じこめに関与する層の数を１つ減らすことができ、製造工程の短縮と製造コストに優れる。

したがって、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池によれば、光電変換効率に優れたスーパーストレート型の薄膜太陽電池が実現されている。

つぎに、上記のように構成された実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法について説明する。図２−１〜図２−５は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程の一例を説明するための断面図である。図３は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。以下では、下部透明電極層２および上部透明電極層５を酸化亜鉛（ＺｎＯ）により形成し、乱反射領域３をアルミニウム（Ａｌ）ドープ酸化亜鉛（ＺｎＡｌＯ）により形成する場合を例として説明する。

まず、透光性基板１の上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる下部透明電極層２を形成する（図２−１、ステップＳ１）。透光性基板１としては例えばガラス基板を使用する。また、下部透明電極層２として、例えばＣＶＤ法により１μｍ厚の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を製膜する。

次に、下部透明電極層２の上に例えば１００ｎｍ厚のアルミニウム（Ａｌ）からなる拡散源層７を例えばスパッタリング法などの公知の方法により成膜する（図２−２、ステップＳ２）。次に、拡散源層７上に局所的にレーザＬを照射することにより、下部透明電極層２の内部に、ＺｎＯと屈折率の異なるＺｎＡｌＯからなる乱反射領域３を局所的に形成する（図２−３、ステップＳ３）。レーザＬを拡散源層７に照射することにより、該拡散源層７においてレーザ照射位置１０のみが局所的に加熱され、該拡散源層７よりアルミニウム（Ａｌ）が下部透明電極層２に拡散する。これにより、図２−３に示すように下部透明電極層２の膜内部にアルミニウム（Ａｌ）ドープ酸化亜鉛（ＺｎＡｌＯ）からなる乱反射領域３が局所的に形成される。ここで、乱反射領域３が形成された後も、下部透明電極層２の表面は平坦な状態が保持される。

図４は、拡散源層７の面内におけるレーザ照射位置１０の一例を示す平面図である。なお、図４は平面図であるが、理解の容易のためレーザ照射位置１０にハッチングを付してある。本実施の形態においてはレーザ照射位置１０を１．５μｍ周期の配置としたが、他の寸法の配置としてもよい。レーザＬの波長は、下部透明電極層２の材料または拡散源層７の材料の吸収波長を選択することが好ましい。これにより、レーザ照射位置１０を効率良く局所的に加熱することができる。本実施の形態においては、レーザＬの波長として、拡散源層７の吸収波長である９００ｎｍを選択する。

次に、拡散源層７をエッチングにより除去する（図２−４、ステップＳ４）。本実施の形態においては、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液を用いたウェットエッチングにより、アルミニウム（Ａｌ）からなる拡散源層７のみをエッチング除去する。また、エッチングはウェットエッチングに限らず、ドライエッチングを用いてもよい。

つぎに、例えばアモルファスシリコンからなる半導体光電変換層４をプラズマＣＶＤ法により形成する（図２−５、ステップＳ５）。半導体光電変換層４としては、下部透明電極層２側からからｐ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）、ｉ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）、ｎ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）を順次積層形成する。

つぎに、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる上部透明電極層５を例えばＣＶＤ法により形成する（図２−５、ステップＳ６）。つぎに、例えば銀（Ａｇ）からなる金属反射層６をスパッタリング法により形成する（図２−５、ステップＳ７）。以上の工程を実施することにより、図１に示す実施の形態１にかかるスーパーストレート型の薄膜太陽電池が得られる。

以上のような実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法においては、下部透明電極層２と異なる屈折率を有する材料からなる乱反射領域３を下部透明電極層２内において局所的に分布して形成する。このような乱反射領域３を形成することにより、基板１側から入射した光を乱反射させて半導体光電変換層４内での実質的な光路長を伸ばすことにより光吸収量を増加させ、光電変換効率を向上させることができる。

また、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法においては、下部透明電極層２上に拡散源層７を形成した後、レーザ照射を行うことにより乱反射領域３を形成する。このため、大型設備が不要であり設備コストが抑えられるため、安価に薄膜太陽電池を製造できる。また、産業廃液などの発生も無いため、環境負荷が小さい。

また、乱反射領域３を下部透明電極層２の内部に形成するため、特許文献１の技術よりも光閉じこめに関与する層の数を１つ減らすことができ、製造工程の短縮と製造コストに優れる。

したがって、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、光電変換効率に優れたスーパーストレート型の薄膜太陽電池を、環境負荷を抑制しつつ安価に作製することができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかるスーパーストレート型の薄膜太陽電池の構成を示す断面図である。図５において、実施の形態１の図１と同様の部材については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図５に示すように実施の形態２にかかるスーパーストレート型の薄膜太陽電池は、透光性基板１の上に、乱反射領域３が内部に分布した下部透明電極層（第１電極層）２、半導体光電変換層４、乱反射領域８が内部に分布した上部透明電極層（第２電極層）５、金属反射層６が順次積層された構成を有する。この薄膜太陽電池においては、基板１側から光を入射させる。

乱反射領域８は、上部透明電極層５と異なる屈折率を有する材料により上部透明電極層５内において局所的に分布して設けられ、入射した光を乱反射させる。乱反射領域８の構成材料は、例えば上部透明電極層５の構成材料が酸化亜鉛（ＺｎＯ）である場合はアルミニウム（Ａｌ）ドープ酸化亜鉛（ＺｎＡｌＯ）が用いられる。また、乱反射領域８の構成材料は、例えば上部透明電極層５の構成材料が酸化錫（ＳｎＯ_２）である場合はアンチモンドープ酸化錫（ＳｎＳｂＯ）やＳｎＦＯやＳｎＢＯを用いることができる。また、乱反射領域８の構成材料は、例えば上部透明電極層５の構成材料が酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）である場合はＩＴＯ（ＩｎＳｎＯ）を用いることができる。また、乱反射領域８の構成材料は、例えば上部透明電極層５の構成材料が酸化鉛（ＰｂＯ_２）である場合はＰｂＢｉＯを用いることができる。また、乱反射領域８の構成材料は、上部透明電極層５の構成材料が酸化カドミウム（ＣｄＯ）である場合はＣｄＩｎＯを用いることができる。

このように構成された実施の形態２にかかるスーパーストレート型の薄膜太陽電池は、実施の形態１にかかるスーパーストレート型の薄膜太陽電池の製造方法において上部透明電極層５の成膜後に、乱反射領域３の製造方法と同様にして乱反射領域８を上部透明電極層５の内部に分布させて形成することで得られる。

以上のような実施の形態２によれば、実施の形態１にかかるスーパーストレート型の薄膜太陽電池と同様に、下部透明電極層２と異なる屈折率を有する材料により下部透明電極層２内において局所的に分布して設けられた乱反射領域３を有する。このような乱反射領域３を有することにより、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池では、基板１側から入射した光を乱反射させて半導体光電変換層４内での実質的な光路長を伸ばすことにより光吸収量を増加させ、光電変換効率を向上させることができる。

また、実施の形態２によれば、上部透明電極層５と異なる屈折率を有する材料により上部透明電極層５内において局所的に分布して設けられた乱反射領域８を有する。このような乱反射領域８を有することにより、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池では、半導体光電変換層４内を通過した光を乱反射させて再度半導体光電変換層４内に戻す。これにより、半導体光電変換層４内に再入射した光の半導体光電変換層４内での実質的な光路長を伸ばすことにより光吸収量を増加させ、光電変換効率をより向上させることができる。

また、実施の形態１にかかるスーパーストレート型の薄膜太陽電池と同様に、乱反射領域３および該乱反射領域３が形成された下部透明電極層２の表面は平坦であるため、物理的な凹凸に起因した半導体光電変換層４の欠陥の発生、半導体光電変換層４の膜厚のばらつきの発生が無く、生産性の低下や太陽電池素子間の特性のばらつきや太陽電池素子特性の低下が生じない。

また、半導体光電変換層４の形成後に乱反射領域８が形成され、且つ、乱反射領域８および該乱反射領域８が形成された上部透明電極層５の表面は平坦であるため、物理的な凹凸に起因した半導体光電変換層４の欠陥の発生、半導体光電変換層４の膜厚のばらつきの発生が無く、生産性の低下や太陽電池素子間の特性のばらつきや太陽電池素子特性の低下が生じない。

したがって、実施の形態２によれば、より光電変換効率に優れたスーパーストレート型の薄膜太陽電池を、環境負荷を抑制しつつ安価に得ることができる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３にかかるサブストレート型の薄膜太陽電池の構成を示す断面図である。図６において、実施の形態１の図１と同様の部材については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図６に示すように実施の形態３にかかるサブストレート型の薄膜太陽電池は、基板９の上に、金属反射層６、下部透明電極層（第１電極層）２、半導体光電変換層４、乱反射領域８が内部に分布した上部透明電極層（第２電極層）５が順次積層された構成を有する。この薄膜太陽電池においては、上部透明電極層５側から光を入射させる。

基板９の材料は固体であれば特に限定されないが、例えば金属、半導体、ガラス、セラミクスなどが好ましい。また、実施の形態３にかかるサブストレート型の薄膜太陽電池は、基板９上に金属反射層６、下部透明電極層２、半導体光電変換層４、上部透明電極層５、乱反射領域８を順次形成することにより得られる。各層の製造方法は実施の形態１および実施の形態２と同様であるため、上記の説明を参照することとしてここでは省略する。

以上のような実施の形態３によれば、上部透明電極層５と異なる屈折率を有する材料により上部透明電極層５内において局所的に分布して設けられた乱反射領域８を有する。このような乱反射領域８を有することにより、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池では、上部透明電極層５側から入射した光を乱反射させて半導体光電変換層４内での実質的な光路長を伸ばすことにより光吸収量を増加させ、光電変換効率を向上させることができる。

また、乱反射領域８が上部透明電極層５の内部に形成されているため、特許文献１の技術よりも光閉じこめに関与する層の数を１つ減らすことができ、製造工程の短縮と製造コストに優れる。

したがって、実施の形態３によれば、光電変換効率に優れたサブストレート型の薄膜太陽電池を、環境負荷を抑制しつつ安価に得ることができる。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４にかかるサブストレート型の薄膜太陽電池の構成を示す断面図である。図７において、実施の形態１の図１と同様の部材については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図７に示すように実施の形態４にかかるサブストレート型の薄膜太陽電池は、基板９の上に、金属反射層６、乱反射領域３が内部に分布した下部透明電極層２、半導体光電変換層４、乱反射領域８が内部に分布した上部透明電極層５が順次積層された構成を有する。この薄膜太陽電池においては、上部透明電極層５側から光を入射させる。

基板９の材料は固体であれば特に限定されないが、例えば金属、半導体、ガラス、セラミクスなどが好ましい。また、実施の形態４にかかるサブストレート型の薄膜太陽電池は、基板９上に金属反射層６、下部透明電極層２、乱反射領域３、半導体光電変換層４、上部透明電極層５、乱反射領域８を順次形成することにより得られる。各層の製造方法は実施の形態１および実施の形態２と同様であるため、上記の説明を参照することとしてここでは省略する。

以上のような実施の形態４によれば、実施の形態１にかかるサブストレート型の薄膜太陽電池と同様に、上部透明電極層５と異なる屈折率を有する材料により上部透明電極層５内において局所的に分布して設けられた乱反射領域８を有する。このような乱反射領域８を有することにより、実施の形態４にかかる薄膜太陽電池では、上部透明電極層５側から入射した光を乱反射させて半導体光電変換層４内での実質的な光路長を伸ばすことにより光吸収量を増加させ、光電変換効率を向上させることができる。

以上のような実施の形態４によれば、下部透明電極層２と異なる屈折率を有する材料により下部透明電極層２内において局所的に分布して設けられた乱反射領域３を有する。このような乱反射領域３を有することにより、実施の形態４にかかる薄膜太陽電池では、半導体光電変換層４内を通過した光を乱反射させて再度半導体光電変換層４内に戻す。これにより、半導体光電変換層４内に再入射した光の半導体光電変換層４内での実質的な光路長を伸ばすことにより光吸収量を増加させ、光電変換効率をより向上させることができる。

したがって、実施の形態４によれば、より光電変換効率に優れたサブストレート型の薄膜太陽電池を、環境負荷を抑制しつつ安価に得ることができる。

実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５にかかるスーパーストレート型の薄膜太陽電池の構成を示す断面図である。実施の形態５にかかる薄膜太陽電池の基本的な構成は実施の形態１にかかるスーパーストレート型の薄膜太陽電池の構成と同じである。実施の形態５にかかる薄膜太陽電池が実施の形態１にかかる薄膜太陽電池と異なる点は、複数の周期を重ね合わせたレーザ照射位置でのレーザ照射により乱反射領域３が形成されていることである。すなわち、実施の形態５にかかる乱反射領域３は、下部透明電極層２の面内において複数の周期を重ね合わせた位置に形成されている。

実施の形態１においては、図４に示したように単一周期のレーザ照射位置１０の配置によりレーザ照射を行って乱反射領域３が形成されている。それに対して実施の形態５では、図９に示すように複数周期を重ね合わせたレーザ照射位置でのレーザ照射により乱反射領域３、２つ目の乱反射領域１１および２つ目の乱反射領域（図示せず）が形成されている。図９は、実施の形態５にかかる薄膜太陽電池における乱反射領域３を形成する際の拡散源層７の面内におけるレーザ照射位置の配置を示す平面図である。

図９に示すレーザ照射位置の配置は、異なる３つの周期のレーザ照射位置の配置を重ね合わせた配置とされている。図１０は、拡散源層７の面内における１つ目の周期配置のレーザ照射位置１２ａの一例を示す平面図である。図１１は、拡散源層７の面内における２つ目の周期配置のレーザ照射位置１２ｂの一例を示す平面図である。図１２は、拡散源層７の面内における３つ目の周期配置のレーザ照射位置１２ｃの一例を示す平面図である。なお、図１０〜図１２は平面図であるが、理解の容易のためレーザ照射位置にハッチングを付してある。

１つ目の周期のレーザ照射位置１２ａは、図１０に示すように０．４μｍ周期で配置されている。２つ目の周期のレーザ照射位置１２ｂは、図１１に示すように０．６μｍ周期で配置されている。３つ目の周期のレーザ照射位置１２ｃは、図１２に示すように１．３μｍ周期で配置されている。実施の形態５にかかる薄膜太陽電池は、実施の形態１において説明した薄膜太陽電池の製造方法においてレーザ照射位置１０の配置を図９に示した配置に変えることで得ることができる。

このようにレーザ照射位置１０の配置は単一周期である必要はなく、複数の周期を重ね合わせた配置でレーザ照射を実施してもよい。レーザ照射位置の配置の実際の最適な配置は、半導体光電変換層４の分光感度領域内の波長帯域の周期である。また、半導体光電変換層４が複数層設けられたタンデム型の薄膜太陽電池の場合に、それぞれの半導体光電変換層層の分光感度領域の波長帯域に合わせた周期を重ね合わせることで、光電変換効率の高い素子を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる光起電力素子は、製造における環境負荷を抑制しつつ光電変換効率に優れた光起電力素子を効率良く且つ安価に製造する場合に有用である。

１透光性基板
２下部透明電極層
３乱反射領域
４半導体光電変換層
５上部透明電極層
６金属反射層
７拡散源層
８乱反射領域
９基板
１０レーザ照射位置
１１２つ目の乱反射領域
１２ａ１つ目の周期配置のレーザ照射位置
１２ｂ２つ目の周期配置のレーザ照射位置
１２ｃ３つ目の周期配置のレーザ照射位置
Ｌレーザ

Claims

基板上に第１電極層と光電変換を行う光電変換層と第２電極層とをこの順で有し、
前記第１電極層または前記第２電極層のうち光の入射側の電極層が、前記基板と反対側の表面が平坦であり且つ前記光の入射側の電極層内において局所的に屈折率が他の領域と異なり光を乱反射させる乱反射領域を膜内部に有する透明電極層であり、
前記乱反射領域は、
前記光の入射側の電極層中に不純物が拡散されて形成されて主成分組成が前記光の入射側の電極層における前記乱反射領域以外の領域と同一とされ、
前記基板と反対側の面が、前記光の入射側の電極層の前記基板と反対側の面と同一平面上にある平坦面であり、
前記基板の面方向における面積が前記基板と反対側の面から前記基板側に向かって縮小する形状を有すること、
を特徴とする光起電力素子。
前記第１電極層が前記透明電極層であり、
前記基板が透光性を有し、
前記基板側から光が入射されるスーパーストレート型構造を有すること、
を特徴とする請求項１に記載の光起電力素子。
前記第２電極層が前記透明電極層であり、
前記基板が透光性を有し、
光を反射する反射層を前記第２電極層上に有し、
前記基板側から光が入射されるスーパーストレート型構造を有すること、
を特徴とする請求項１に記載の光起電力素子。
前記第２電極層が前記透明電極層であり、
前記第２電極層側から光が入射されるサブストレート型構造を有すること、
を特徴とする請求項１に記載の光起電力素子。
前記第１電極層が前記透明電極層であり、
光を反射する反射層を前記第１電極層の前記基板側に有し、
前記第２電極層側から光が入射されるサブストレート型構造を有すること、
を特徴とする請求項１に記載の光起電力素子。
前記乱反射領域が、前記透明電極層の面内において一定周期の間隔で配置されていること、
を特徴とする請求項１に記載の光起電力素子。
前記乱反射領域が、前記透明電極層の面内において複数の異なる一定周期が重ね合わされた間隔で配置されていること、
を特徴とする請求項１に記載の光起電力素子。
前記一定周期の間隔が、光電変換層の分光感度領域の波長帯に含まれる値であること、
を特徴とする請求項６または７に記載の光起電力素子。
前記光電変換層を複数備え、
前記複数の異なる一定周期が、それぞれ異なる前記光電変換層の分光感度領域の波長帯に含まれる値であること、
を特徴とする請求項７に記載の光起電力素子。
基板上に第１電極層と光電変換を行う光電変換層と第２電極層とを形成する工程を有する光起電力素子の製造方法において、
前記第１電極層または前記第２電極層のうち光の入射側の電極層を形成する工程が、
透明導電膜を形成する工程と、
前記透明導電膜上に拡散源層を形成する工程と、
前記拡散源層に対してレーザ照射により局所的に加熱を行って前記拡散源層の元素を前記透明導電膜に拡散させることにより、前記透明導電膜と屈折率が異なり光を乱反射させる乱反射領域を前記透明導電膜内に局所的に形成する工程と、
を含むことを特徴とする光起電力素子の製造方法。
前記乱反射領域を、前記透明電極層の面内において一定周期の間隔で配置すること、
を特徴とする請求項１０に記載の光起電力素子の製造方法。
前記乱反射領域を、前記透明電極層の面内において複数の異なる一定周期が重ね合わされた間隔で配置すること、
を特徴とする請求項１０に記載の光起電力素子の製造方法。
前記一定周期の間隔が、光電変換層の分光感度領域の波長帯に含まれる値であること、
を特徴とする請求項１１または１２に記載の光起電力素子の製造方法。
前記光電変換層を複数形成し、
前記複数の異なる一定周期が、それぞれ異なる前記光電変換層の分光感度領域の波長帯に含まれる値であること、
を特徴とする請求項１２に記載の光起電力素子の製造方法。