JP5340487B2 - 太陽電池および太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池および太陽電池モジュールに関する。
太陽光のエネルギーを直接電気エネルギーに変換する光電変換装置である太陽電池では、入射した光を太陽電池セルの内部で繰り返し反射などさせることで光路長を伸ばして入射光の利用効率を高めるという光閉じ込め技術が用いられている。そして、このような光閉じこめ技術として、裏面反射層に光を散乱させる凹凸構造や光を散乱する物質の層を適用することが知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
特許文献１には、塗料成分を主体とした反射性能を有する裏面保護シートを貼り付けた薄膜太陽電池が示されている。この薄膜太陽電池では、白色の塗料成分（白色顔料）を含む裏面保護シートによって裏面の光閉じ込めの反射を得ている。白色顔料は可視光線領域から近赤外線領域の光の反射率が高く、且つ、拡散反射率が高いことが特徴である。この白色顔料を薄膜太陽電池の裏面反射層として用いることで、高い反射率と光散乱性とによって薄膜太陽電池の光電変換効率の向上に有効なことが知られている。
また、特許文献２には、再帰性の反射を利用した反射シートを貼り付けることを特徴とした薄膜太陽電池が示されている。この薄膜太陽電池では、この反射シートにより、裏面反射層に高い反射率を得ることが期待される。
特開２００６−２１０５５７号公報 特開２０１０−７４０５７号公報
しかしながら、特許文献１に示されるように裏面反射層として白色の塗料を用いた薄膜太陽電池において十分な光の反射率を得るためには、塗膜厚さを十分に厚く形成する必要がある。そして、塗膜を厚くした場合は、塗膜の表面や全体に裂け目が入るひび割れ（クラッキング）が起きやすくなるという問題がある。
また、特許文献２に示される薄膜太陽電池では、反射シートにより再帰反射を得るだけでは、光電変換層内部での光路長を伸ばす点で裏面反射構造として有効な光散乱効果を満たさず、光電変換効率の向上が期待できない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光電変換効率に優れた太陽電池および太陽電池モジュール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、本発明にかかる太陽電池は、光電変換により発電を行う太陽電池素子における光入射側とは反対側に裏面側反射構造体が配置され、前記裏面側反射構造体は、絶縁性を有する白色の塗料成分を含む塗膜からなり前記光入射側から入射した光の一部を散乱反射するとともに他の一部を透過させる光散乱層と、前記光散乱層を透過した光を反射する金属膜からなる反射層と、が前記太陽電池素子側からこの順で積層されてなり、前記反射層と前記光散乱層との間に、透光性球体を有すること、を特徴とする。
本発明によれば、光散乱層による高光散乱性と反射層による高反射性とにより太陽電池に入射した光の利用効率を向上させて光の有効活用が可能であり、光電変換効率に優れた太陽電池が得られる、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薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかる裏面反射構造体の構成を示す断面図である。 図３−１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断面図である。 図３−２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断面図である。 図３−３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断面図である。 図３−４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断面図である。 図３−５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断面図である。 図３−６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断面図である。 図３−７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断面図である。 図４は、本発明の実施の形態１にかかる裏面反射構造体からなる反射層（実施例１）および従来の反射層（従来例）の反射率と拡散反射率とを示す特性図である。 図５は、実施例の反射層（裏面反射構造体５）に用いられている光散乱層および従来例の反射層（裏面反射構造体）の透過率を示す特性図である。 図６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模式的に示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態２にかかる裏面反射構造体の構成を示す断面図である。 図８−１は、本発明の実施の形態２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８−２は、本発明の実施の形態２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８−３は、本発明の実施の形態２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９は、本発明の実施の形態２にかかる裏面反射構造体からなる反射層（実施例２）および従来の反射層（従来例）の反射率と拡散反射率とを示す特性図である。 図１０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模式的に示す断面図である。 図１１−１は、実施の形態３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１１−２は、実施の形態３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１１−３は、実施の形態３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１１−４は、実施の形態３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１１−５は、実施の形態３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１１−６は、実施の形態３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１２は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池モジュールの構成を模式的に示す上面図である。 図１３は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池モジュールの構成を模式的に示す断面図であり、図１２の線分Ｘ−Ｘにおける要部断面図である。 図１４は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池モジュールの構成を模式的に示す断面図であり、図１２の線分Ｙ−Ｙにおける断面図である。
以下に、本発明にかかる太陽電池および太陽電池モジュール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。
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薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる裏面反射構造体５の構成を示す断面図である。本実施の形態にかかる薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板１上に、表面に凹凸構造を有する受光面側透明電極層２、薄膜半導体層からなる光電変換層３、裏面側透明電極層４、裏面反射構造体５がこの順で積層されている。また、透光性絶縁基板１、受光面側透明電極層２、光電変換層３および裏面側透明電極層４により薄膜太陽電池素子が構成される。この薄膜太陽電池においては、透光性絶縁基板１側から光６が入射される。
透光性絶縁基板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。透光性絶縁基板１は、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これらに限定されない。また、これらの表面に、透過性の高い金属膜、透明導電膜、絶縁膜を製膜したものであってもよい。
受光面側透明電極層２は、透光性および導電性を有する透明導電膜からなり、テクスチャと呼ばれる凹凸構造を有する。受光面側透明電極層２は、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）のうちの少なくとも１種を含む透明導電性酸化膜（ＴＣＯ：Transparent Conducting Oxide）、またはこれらを積層した透明導電膜で構成される。また、受光面側透明電極層２は、上述したＴＣＯ膜にドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、フッ素（Ｆ）から選択した少なくとも１種類以上の元素を用いた透光性の膜によって構成されてもよい。
光電変換層３は、ＰＮ接合（ｐ型−ｎ型）またはＰＩＮ接合（ｐ型−ｉ型−ｎ型）の構造を有し、薄膜太陽電池の光の入射側の面に入射する入射光によって発電を行う薄膜半導体層が１層または複数層積層されて構成される。実施の形態１にかかる薄膜太陽電池では、例えば受光面側（透光性絶縁基板１側）から順番にｐ型半導体層３ａ、ｉ型半導体層（真性半導体層）３ｂ、ｎ型半導体層３ｃの各薄膜半導体層を有する。薄膜半導体層としては、例えば、水素化アモルファスシリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコンゲルマニウム、微結晶シリコンゲルマニウム、アモルファス炭化シリコン、微結晶炭化シリコンなどを用いることができる。また、複数の薄膜半導体層を積層して光電変換層３を構成する場合には、薄膜半導体層間に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）などの透明導電性膜、あるいは不純物をドーピングして導電性を向上させたシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）などの珪素化合物膜を中間層として挿入してもよい。
裏面側透明電極層４は、透光性を有する導電材料からなり、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）などを用いることができる。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）にアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）などの金属材料を添加した膜なども用いることができる。
裏面反射構造体５は、図１および図２に示されるように絶縁性基板５ａ上に反射層５ｂと光散乱層５ｃとがこの順で積層された構造を有する。絶縁性基板５ａには、例えば白板ガラス、青板ガラス、または、アラミドやポリイミド等のプラスチックフィルム基材を用いることができる。実施の形態１においては白板ガラスを用いる。
反射層５ｂは、入射した光を反射して、前方（透光性絶縁基板１側）に戻す層である。すなわち、反射層５ｂは、光電変換層３で吸収されなかった光を反射して再度光電変換層３に戻す反射層として機能するため、光電変換効率の向上に寄与する。したがって、反射層５ｂは、光反射率が高い程好ましい。反射層５ｂには、例えばアルミニウム、銀、金、クロム、チタン、ニッケルなどの金属またはこれらを含む金属からなる群より選択される少なくとも一種の材料であって、高い反射率を有する材料を用いることができる。反射層５ｂは、より高い反射率を得られるように鏡面を呈することが好ましい。
光散乱層５ｃは、入射した光を部分的に散乱反射して一部を前方（裏面側透明電極層４側）に戻し、一部を後方（絶縁性基板５ａ側）に透過させる層である。すなわち、光散乱層５ｃは、光電変換層３で吸収されることなく通過した光を部分的に散乱反射して、一部を後方に透過させる層である。光散乱層５ｃは、電気的な絶縁性を持ち、可視光線領域から近赤外線領域において高い反射率および拡散反射率を有する白色系を呈する顔料成分を含む材料の塗膜によって構成される。
このような顔料成分としては、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、アルミナ粉末からなる群より選択される少なくとも一種の材料を用いることができる。このような材料を用いることにより、光散乱層５ｃの厚みを薄くした場合でも、裏面反射層としての高い反射率を得ることが可能になる。また、従来の白色の塗料層のみからなる反射層では光が透過することは不都合であったが、裏面反射構造体５においてはあえて光散乱層５ｃにおいて光を透過させてその先の反射層５ｂで反射させることで、従来の反射層よりも高い裏面反射を利用することが可能になる。
また、光散乱層５ｃは、光を部分的に透過させる程度に厚みが薄く、光の半透過性（部分透過性）を持った層とされる。なお、光の半透過性（部分透過性）とは、ちょうど半分の量の光を透過させるわけでなく、部分的に光を透過させて、残りの一部を反射することを意味する。光散乱層５ｃは、厚みが薄いため、形成時における塗膜の表面や全体におけるひび割れ（クラッキング）の発生が抑制されている。これにより、信頼性の高い光散乱層が実現されている。光散乱層５ｃの塗膜厚さは、３００μｍ以下とされることが好ましく、１００μｍ以下程度の厚さで薄く塗布されることがより好ましい。但し、光散乱層５ｃの塗膜厚さについて、下限は１０μｍ以上程度で、裏面側透明電極層４と反射層５ｂとは絶縁性を保つものとする。光散乱層５ｃの塗膜厚さを薄くすることで、クラッキング等の不具合を抑制することが可能になり、例えば光散乱層５ｃの塗料塗膜の厚さを３００μｍ以下とすることにより、その効果を得ることができる。そして、光散乱層５ｃの塗料塗膜の厚さを１００μｍ以下とすることにより、クラッキング等の不具合をより確実に抑制することが可能になる。また、光散乱層５ｃの塗膜の厚みを薄くすることによって、上述した光の半透過性（部分透過性）を実現することができる。
このような構成を有する実施の形態１にかかる薄膜太陽電池においては、透光性絶縁基板１に入射した光６は受光面側透明電極層２を通過して光電変換層３に入射し、その一部が光電変換層３において吸収されて光電変換に利用される。また、光電変換層３で吸収されることなく光電変換層３を通過した光は、裏面側透明電極層４を通過して一部が裏面反射構造体５へ入射する。裏面反射構造体５に入射した光は、その一部が光散乱層５ｃにより再び光電変換層３に戻され、光電変換に利用される。また、光散乱層５ｃを通過した光の一部は、反射層５ｂで反射され、光散乱層５ｃにより散乱されて再び光電変換層３に戻され、光電変換に利用される。
以上のように構成される実施の形態１にかかる薄膜太陽電池においては、裏面側透明電極層４の裏面側に反射層５ｂと光の半透過性（部分透過性）を有する光散乱層５ｃとを組み合わせた裏面反射構造体５を備える。これにより、光散乱層５ｃによる高光散乱性と反射層５ｂによる高反射性とにより薄膜太陽電池に入射した光の利用効率を向上させて光の有効活用が可能であり、特に可視光線領域から近赤外線領域における光の有効活用効果が大きい。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薄膜太陽電池を実現できる。
また、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池においては、光散乱層５ｃの塗膜厚さが薄いため、光散乱層５ｃの塗膜の表面や全体におけるひび割れ（クラッキング）の発生が抑制されている。これにより、信頼性の高い光散乱層が実現されている。
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３−１〜図３−７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。
まず、透光性絶縁基板１として例えば白板ガラスを用意する（図３−１）。そして、透光性絶縁基板１の一面側に、受光面側透明電極層２を公知の方法で形成する（図３−２）。例えば、透光性絶縁基板１上にアルミニウム（Ａｌ）を添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜からなる受光面側透明電極層２をスパッタリング法により形成する。また、成膜方法として、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）などの他の成膜方法を用いてもよい。また、ウェットエッチングにより、受光面側透明電極層２の表面にテクスチャ構造を形成する。
つぎに、受光面側透明電極層２上に光電変換層３としてｐ型半導体層３ａ、ｉ型半導体層３ｂおよびｎ型半導体層３ｃを順次、公知の方法で形成する（図３−３）。例えば、受光面側透明電極層２上に水素化アモルファスシリコン薄膜からなる薄膜半導体層、不純物ドーピングを行ったシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなる中間層、微結晶シリコン薄膜からなる薄膜半導体層を順次ＣＶＤ法によって堆積し、光電変換層３を形成する。なお、ここで堆積形成する光電変換層３としては、例えば微結晶シリコン薄膜、アモルファスシリコンゲルマニウム薄膜、微結晶シリコンゲルマニウム薄膜、アモルファス炭化シリコン薄膜、微結晶炭化シリコン薄膜およびこれらの積層膜を用いてもよい。
つぎに、光電変換層３上に裏面側透明電極層４を公知の方法で形成する（図３−４）。裏面側透明電極層４の材料には、例えばアルミニウム（Ａｌ）が添加された酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いる。成膜方法としては、例えばスパッタリング法を用いることができる。また、成膜方法に関しては、スパッタリング法に限らず、ＣＶＤ法や塗布法などの他の薄膜形成方法を用いてもよい。
以上の工程により、透光性絶縁基板上１に受光面側透明電極層２と光電変換層３と裏面側透明電極層４とが積層されたスーパーストレート型の薄膜太陽電池素子が得られる。
つぎに、裏面反射構造体５を作製する。裏面反射構造体５は上記の薄膜太陽電池素子の製造工程とは別工程で製造することが可能である。まず、絶縁性基板５ａとして、例えば上記の薄膜太陽電池素子の透光性絶縁基板１と同じく、白板ガラスを用意する。
絶縁性基板５ａ上に反射層５ｂを公知の方法で形成する（図３−５）。反射層５ｂとしては、光の反射率が高い金属薄膜を形成し、例えば銀（Ａｇ）を含んだ金属薄膜をスパッタリング法により成膜する。反射層５ｂの膜厚は、光を透過しないほどの膜厚とされ、銀（Ａｇ）をスパッタリング法で成膜する場合は１００ｎｍ以上の膜厚が適当である。また成膜方法としては、例えば上記スパッタリング法を用いることができるが、これに限らず、電子ビームタイプ蒸着法や塗布法、めっき法などの他の方法を用いてもよい。
つぎに、反射層５ｂ上に光散乱層５ｃを公知の方法で形成する（図３−５）。光散乱層５ｃの材料には、絶縁性の白色の顔料である酸化チタンを主成分とする材料をバインダーに分散させたアクリル樹脂塗料、例えば白色塗料を用いる。そして、このような白色塗料を例えばスプレー塗装方法を用いて反射層５ｂ上に塗布することにより、光散乱層５ｃが形成される。これにより、裏面反射構造体５が得られる。
白色塗料の塗膜の厚さは、光を部分的に透過させる程度に薄く、例えば３００μｍ以下とされることが好ましく、１００μｍ以下程度の厚さで薄く塗布されることがより好ましい。塗膜の厚さを薄くすることで、厚い塗膜を形成した場合に生じるクラッキング等の不具合を抑制することが可能になる。そして、白色塗料の塗膜の厚さを１００μｍ以下とすることにより、クラッキング等の不具合をより確実に抑制することが可能になる。
白色顔料粒子とアクリル樹脂などを混合した白色塗料は、塗膜の厚みを薄くすることで、光を散乱反射する白色顔料粒子間を光が後方に透過しやすくなる。また、塗膜に含まれる白色顔料の含有重量比率を例えば５重量％以下などと低くしてもよい。塗膜の厚みが厚い場合や白色顔料の含有比率が高い場合は、塗膜の乾燥時や経時変化によりひび割れが発生しやすい。しかしながら、上記のように塗膜の厚みを薄くしたり白色顔料の含有比率を低下させることで、ひび割れの発生を防止することができる。
また、光散乱層５ｃの形成方法についてはスプレー塗布法に限らず、各種塗布およびスクリーン印刷法、ロールコーティングなどの印刷方法を利用することが可能である。また、光散乱層５ｃの材料には、白色顔料である酸化チタンを主成分とする材料をバインダーに分散させたアクリル樹脂塗料以外にも、白色顔料である酸化チタンを主成分とする材料をバインダーに分散させたフッ素系樹脂塗料等も原理的に同じであるので用いることができる。また、各種顔料を主成分とし、可視光線領域から赤外線領域において高反射率を有する塗料を用いることもできる。
図４は、実施の形態１にかかる裏面反射構造体からなる反射層（実施例１）および従来の反射層（従来例）の反射率と拡散反射率とを示す特性図である。実施例１の反射層は、絶縁性基板５ａ上に厚みが３００ｎｍの反射層５ｂと、白色塗膜の厚さが６０μｍの光散乱層５ｃとがこの順で積層された構造を有する。白色塗膜は、白色の顔料である酸化チタンを主成分とする材料をバインダーに分散させたアクリル樹脂塗料を塗布して形成されたものである。従来例の反射層は、実施例１の場合と同じ白色塗膜のみからなる裏面反射構造体である。従来例の白色塗膜の厚さは約６００μｍである。
図４から、本発明によって得られる実施例１の反射層（裏面反射構造体５）の方が、白色塗料のみで構成された従来例の反射層（裏面反射構造体）よりも、波長５５０ｎｍ以上の長波長領域で、全反射率および拡散反射率の値が大きくなっていることが分かる。
図５は、実施例１の反射層（裏面反射構造体５）に用いられている光散乱層５ｃおよび従来例の反射層（裏面反射構造体）の透過率を示す特性図である。図５から、従来例の反射層（裏面反射構造体）は、光を透過させないことがわかる。これは、白色塗膜の厚みが厚いことによると考えられる。これに対して、実施例１の反射層（裏面反射構造体５）に用いられる光散乱層５ｃは、光を透過させることがわかる。このような光散乱層５ｃは、白色塗膜が薄く、光の半透過性（部分透過性）を持った層であることを特徴としている。
つぎに、裏面反射構造体５の光散乱層５ｃと薄膜太陽電池素子の裏面側透明電極層４とを対向させて（図３−６）、薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体５とを接合する（図３−７）。これにより、薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体５とが一体化され、薄膜太陽電池が得られる。ここでの接合は、裏面反射構造体５の光散乱層５ｃの表面を、薄膜太陽電池素子の裏面側透明電極層４に貼り付けることにより行う。
薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体５との接合には、例えば透光性を有する接着剤等を用いることができる。接着剤としては、例えば２液硬化型の接着剤などを用いることができる。そして、該接着剤を少なくとも光散乱層５ｃの表面（接着面）および裏面側透明電極層４の表面（接着面）のいずれか一方に塗布して貼り合わせることで接合できる。
また、上記の接着法以外にも、加熱によって硬化する接着剤を接着面に塗布し、加熱圧着するラミネート法等の形成法を利用して接合し、一体化させることも可能である。また、白色顔料を含有した熱硬化型の接着剤を熱で溶けるマイクロカプセル中に封止しておき、これらを光散乱層５ｃの上面にばら撒く、あるいは通常の白色塗料に含ませておいて、加熱圧着させることも可能である。
ここで、薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体５とは、上記のような透光性を有する接着剤等によって接合可能であるが、この場合は接着剤等の層が薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体５との間に挟まれる。このため、反射した光が再び、光電変換層３へ入射するまでの光路が長くなり、接着層においての光の損失が発生して光の減衰が大きくなって裏面反射構造としてはロスを生じる場合がある。したがって、光散乱層５ｃが接着層としての役割を兼ねるように薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体５とを接合させることが好ましい。
実施の形態１にかかる薄膜太陽電池では、図１に示されるように、主に受光面側透明電極層２の凹凸形状を反映して裏面側透明電極層４の表面に現れる凹凸形状にも、白色の光散乱層５ｃを隙間なく形成して、薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体５とが接合されている。これにより、裏面反射構造体５としての反射特性を低減させることなく利用することができる。
このために、実施の形態１では裏面反射構造体５の製造に用いる白色塗料そのものを接合に用いる。すなわち、光散乱層５ｃの形成に用いる白色塗料として、接着剤を含ませた塗料を用いる。そして、白色塗料に含まれる接着剤で、薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体５とを接着して、接合させる。
この場合、接着剤を含ませた白色塗料としては、例えば白色顔料を二液硬化型ポリウレタン樹脂性の接着剤に混ぜたもので実現できる。そして、このような接着剤を含ませた白色塗料を用いることで、薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体５との接合における接着層を兼ねた白色の光散乱層５ｃを形成することが可能になる。
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よれば、裏面側透明電極層４の裏面側に、反射層５ｂと光の半透過性（部分透過性）を有する光散乱層５ｃとを組み合わせた裏面反射構造体５を形成する。これにより、光散乱層５ｃによる高光散乱性と反射層５ｂによる高反射性とにより薄膜太陽電池に入射した光の利用効率を向上させて光の有効活用が可能であり、特に可視光線領域から近赤外線領域における光の有効活用効果が大きい。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薄膜太陽電池を作製することができる。
また、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、光散乱層５ｃを形成する際の白色塗膜の厚さを薄く、例えば３００μｍ以下とする。これにより、白色塗膜の膜厚に起因した光散乱層５ｃのひび割れ（クラッキング）の発生を抑制することができ、信頼性の高い光散乱層を作製することができる。
実施の形態２．
図６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模式的に示す断面図である。図７は、本発明の実施の形態２にかかる裏面反射構造体７の構成を示す断面図である。図６に示すように、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池と同様に、透光性絶縁基板１上に、表面に凹凸構造を有して第１電極層となる受光面側透明電極層２、薄膜半導体層からなる光電変換層３、第２電極層となる裏面側透明電極層４、裏面反射構造体７がこの順で積層されている。また、透光性絶縁基板１、受光面側透明電極層２、光電変換層３および裏面側透明電極層４により薄膜太陽電池素子が構成される。この薄膜太陽電池においては、透光性絶縁基板１側から光６が入射される。なお、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池において、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池と同じ部材については、図１と同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。
裏面反射構造体７は、図６および図７に示されるように絶縁性基板７ａ上に反射層７ｂと、透光性樹脂７ｃにより反射層７ｂに固定された透光性球体７ｄと、光散乱層７ｅとがこの順で積層された構造を有する。この裏面反射構造体７は、内部に透光性球体７ｄを有しており、該透光性球体７ｄによって再帰反射を利用した高い反射率、または光散乱性も利用することが可能になる。
絶縁性基板７ａには、例えば白板ガラス、青板ガラス、または、アラミドやポリイミド等のプラスチックフィルム基材を用いることができる。実施の形態２においては白板ガラスを用いる。
反射層７ｂは、入射した光を反射して、前方（透光性絶縁基板１側）に戻す層である。すなわち、反射層７ｂは、光電変換層３で吸収されなかった光を反射して再度光電変換層３に戻す反射層として機能するため、光電変換効率の向上に寄与する。したがって、反射層７ｂは、光反射率が高い程好ましい。反射層７ｂには、例えばアルミニウム、銀、金、クロム、チタン、ニッケルなどの金属またはこれらを含む金属であって、高い反射率を有する材料を用いることができる。反射層７ｂは、より高い反射率を得られるように鏡面を呈することが好ましい。
透光性球体７ｄは、再帰反射を利用した高い反射率を有するものが用いられる。透光性球体７ｄの再帰反射作用により、透光性球体７ｄに進入した光を光散乱層７ｅにまっすぐ返すことが可能である。また、透光性球体７ｄのうち、まばらに並んだ一部の透光性球体７ｄは、光散乱性を持った反射層として機能する。したがって、反射層７ｂと光散乱層７ｅとの間に透光性球体７ｄを備えることにより、再帰反射性を利用した高い反射率が得られるとともに光散乱効果を増加させることができる。
透光性球体７ｄは、可視光線領域から赤外線領域において透光性を有する透明な材料から成り、直径が１００μｍ〜５００μｍとされることが好ましい。このような透光性球体７ｄとしては、例えばガラスビーズを用いることができる。ここで、透光性球体７ｄの直径が大きすぎる場合には、塗布および薄膜太陽電池素子との接合が困難になる。また、透光性球体７ｄの直径が小さすぎる場合は、再帰反射を十分に利用することができないだけでなく、数μｍ程度以下の大きさになると、球体の存在のために特定の波長で光の回折現象が起き、波長依存性のある特殊な散乱効果を呈するため、可視光から赤外線領域においての光で反射することにおいて好ましくない。
また、透光性球体７ｄは、反射層７ｂの面内の全面に配されていることが好ましい。反射層７ｂと、該反射層７ｂと接触して配置された透光性球体７ｄとを備えることによって、透光性球体７ｄ内を屈折して入射側に対する対面で焦点を結んだ光を反射層７ｂでその他の層を介さずに反射することができる。これにより、再帰性反射が効果的に起き、反射率が向上する。そして透光性球体７ｄは、反射層７ｂの面内の全面に配されることで、反射層７ｂの面内の全面でこのような再帰性反射が効果的に得られる。
透光性樹脂７ｃは、可視光線領域から近赤外線領域において透光性を有する透明な材料から成り、例えばアクリル樹脂塗料を用いることができる。透光性樹脂７ｃは、透光性球体７ｄと反射層７ｂとの接触部の周囲における透光性球体７ｄと反射層７ｂとの隙間領域に、透光性球体７ｄに接触して設けられて透光性球体７ｄを反射層７ｂに固定している。透光性樹脂７ｃの反射層７ｂからの厚さは、透光性球体７ｄの半径より小さいことが好ましい。透光性樹脂７ｃの反射層７ｂからの厚さを透光性球体７ｄの半径より小さくすることで、光の入射側を向く透光性球体７ｄの上面半分を透光性樹脂７ｃに覆われることがなくなり、透光性球体７ｄ内により多くの光をより吸収ロスが少なく取り込むことができる。
光散乱層７ｅは、入射した光を部分的に散乱反射して、一部を後方（絶縁性基板７ａ側）に透過させる層である。すなわち、光散乱層７ｅは、光電変換層３で吸収されることなく通過した光を部分的に散乱反射して、一部を後方に透過させる層である。光散乱層７ｅには、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、アルミナ粉末などの電気的な絶縁性を持ち、可視光領域において高い反射率を持った白色を呈する顔料成分を含む材料の塗膜などによって構成される。また、光散乱層７ｅは、厚みが薄く、光の半透過性（部分透過性）を持った層とされる。また、光散乱層７ｅは、透光性球体７ｄにおける反射層７ｂおよび透光性樹脂７ｃに接触していない表面領域の全てを覆っていることが好ましい。これにより、光電変換層３で吸収されることなく通過した光の一部を効率良く透光性球体７ｄに入射させることができる。
このような実施の形態２にかかる薄膜太陽電池においては、透光性絶縁基板１に入射した光６は受光面側透明電極層２を通過して光電変換層３に入射し、その一部が光電変換層３において吸収されて光電変換に利用される。また、光電変換層３で吸収されることなく光電変換層３を通過した光は、裏面側透明電極層４を通過して一部が裏面反射構造体７へ入射する。裏面反射構造体７に入射した光は、その一部が光散乱層７ｅにより再び光電変換層３に戻され、光電変換に利用される。また、光散乱層７ｅを通過した光の一部は、透光性球体７ｄまたは透光性樹脂７ｃで反射され、光散乱層７ｅにより散乱されて再び光電変換層３に戻され、光電変換に利用される。透光性球体７ｄでは、再帰反射により、光が入射してきた方向にまっすぐ光を返すことが可能である。
以上のように構成される実施の形態２にかかる薄膜太陽電池は、反射層７ｂと透光性樹脂７ｃと透光性球体７ｄと光の半透過性（部分透過性）を有する光散乱層７ｅとを組み合わせた裏面反射構造体７を備える。これにより、透光性球体７ｄと光散乱層７ｅによる高光散乱性と反射層７ｂによる高反射性とにより薄膜太陽電池に入射した光の利用効率を向上させて光の有効活用が可能であり、特に可視光線領域から近赤外線領域における光の有効活用効果が大きい。したがって、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池によれば、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池を実現できる。
また、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池においては、光散乱層７ｅの塗膜厚さが薄いため、光散乱層７ｅの塗膜の表面や全体におけるひび割れ（クラッキング）の発生が抑制されている。これにより、信頼性の高い光散乱層が実現されている。
つぎに、上記のように構成された実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造方法について説明する。図８−１〜図８−３は、実施の形態２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。
まず、実施の形態１において図３−１〜図３−４を用いて説明した工程を実施することにより、透光性絶縁基板上１に受光面側透明電極層２と光電変換層３と裏面側透明電極層４とが積層されたスーパーストレート型の薄膜太陽電池素子を作製する。
つぎに、裏面反射構造体７を作製する。裏面反射構造体７は上記の薄膜太陽電池素子の製造工程とは別工程で製造することが可能である。まず、絶縁性基板７ａとして、例えば上記の薄膜太陽電池素子の透光性絶縁基板１と同じく、白板ガラスを用意する。
絶縁性基板７ａ上に反射層７ｂを公知の方法で形成する（図８−１）。反射層７ｂとしては、光の反射率が高い金属薄膜を形成し、例えば銀（Ａｇ）を含んだ金属薄膜をスパッタリング法により成膜する。反射層７ｂの膜厚は、光を透過しないほどの膜厚とされ、銀（Ａｇ）をスパッタリング法で成膜する場合は１００ｎｍ以上の膜厚が適当である。また成膜方法としては、例えば上記スパッタリング法を用いることができるが、これに限らず、電子ビームタイプ蒸着法や塗布法、めっき法などの他の方法を用いてもよい。
つぎに、透光性球体７ｄおよび透光性樹脂７ｃによる再帰反射構造を反射層７ｂ上に形成する（図８−２）。ここでは、透光性球体７ｄとしてガラスビーズを、透光性樹脂７ｃとしてアクリル樹脂塗料を用いる。まず、アクリル樹脂塗料にガラスビーズを分散させる。そして、このアクリル樹脂塗料を反射層７ｂ上にスプレー塗装することで、ガラスビーズを反射層７ｂ上に配置する。ガラスビーズは、アクリル樹脂塗料により反射層７ｂ上に固定される。
つぎに、透光性球体７ｄおよび透光性樹脂７ｃによる再帰反射構造上に光散乱層７ｅを公知の方法で形成する（図８−３）。光散乱層７ｅの材料には、絶縁性の白色の顔料である酸化チタンを主成分とする材料をバインダーに分散させたアクリル樹脂塗料、例えば白色塗料を用いる。そして、このような白色塗料を例えばスプレー塗装方法を用いて再帰反射構造上に塗布することにより、光散乱層７ｅが形成される。これにより、裏面反射構造体７が得られる。
白色塗料の塗膜の厚さは、３００μｍ以下とされることが好ましく、１００μｍ以下程度の厚さで薄く塗布されることがより好ましい。塗膜の厚さを薄くすることで、厚い塗膜を形成した場合に生じるクラッキング等の不具合を抑制することが可能になる。そして、白色塗料の塗膜の厚さを１００μｍ以下とすることにより、クラッキング等の不具合をより確実に抑制することが可能になる。但し、光散乱層７ｅの塗膜厚さについては、下限は１０μｍ以上程度で、裏面側透明電極層４と反射層７ｂとは絶縁性を保つものとする。
白色顔料粒子とアクリル樹脂などを混合した白色塗料は、塗膜の厚みを薄くすることで、光を散乱反射する白色顔料粒子間を光が後方に透過しやすくなる。また、塗膜に含まれる白色顔料の含有重量比率を例えば５重量％以下などと低くしてもよい。塗膜の厚みが厚い場合や白色顔料の含有比率が高い場合は、塗膜の乾燥時や経時変化によりひび割れが発生しやすい。しかしながら、上記のように塗膜の厚みを薄くしたり白色顔料の含有比率を低下させることで、ひび割れの発生を防止することができる。
また、光散乱層７ｅの形成方法についてはスプレー塗布法に限らず、各種塗布およびスクリーン印刷法、ロールコーティングなどの印刷方法を利用することが可能である。また、光散乱層７ｅの材料には、白色顔料である酸化チタンを主成分とする材料をバインダーに分散させたアクリル樹脂塗料以外にも、白色顔料である酸化チタンを主成分とする材料をバインダーに分散させたフッ素系樹脂塗料等も原理的に同じであるので用いることができる。また、各種顔料を主成分とし、可視光線領域から赤外線領域において高反射率を有する塗料を用いることもできる。
図９は、実施の形態２にかかる裏面反射構造体からなる反射層（実施例２）および従来の反射層の反射率と拡散反射率とを示す特性図である。実施例２の反射層は、絶縁性基板７ａ上に、厚みが３００ｎｍの反射層７ｂと、厚みが約１０μｍの透光性樹脂層７ｃ上に透光性球体７ｄとして配置された粒の直径が約１００μｍのガラスビーズと、厚さ約６０μｍの白色塗料による光散乱層７ｅとがこの順で積層された構造を有する。白色塗料は、図４の場合と同じく、白色の顔料である酸化チタンを主成分とする材料をバインダーに分散させたアクリル樹脂塗料を塗布して形成されたものである。従来例の反射層は、図４の場合と同じものであり、実施例２の場合と同じ白色塗料のみからなる裏面反射構造体である。従来例の白色塗料の塗膜の厚さは約６００μｍである。
図９から、本発明によって得られる実施例２の反射層（裏面反射構造体７）の方が、白色の塗料のみで構成された従来例の反射層（裏面反射構造体）よりも、波長４００ｎｍ以上の波長領域で、全反射率および拡散反射率の値が大きくなっていることが分かる。また、図９中に示した実施例２の反射層（裏面反射構造体７）の反射率および拡散反射率は、先の図４に示した実施の形態１にかかる裏面反射構造体５（実施例１）よりも、４００ｎｍ以上の波長領域で、反射率および拡散反射率がともにより大きくなっている。これは、実施例２の裏面反射構造体７中における光散乱層７ｅと、反射層７ｂと、これらの間に反射層７ｂと接するように配置されたガラスビーズとによって、ガラスビーズ内を屈折して入射側に対する対面で焦点を結んだ光を反射層７ｂでその他の層を介さずに反射することが可能にすることにより、再帰性反射が効果的に起き、反射率が向上することにより得られているものである。
つぎに、薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体７とを接合する。接合方法は、実施の形態１の場合と同様の方法を用いることができる。すなわち、裏面反射構造体７の光散乱層７ｅと薄膜太陽電池素子の裏面側透明電極層４とを対向させて、実施の形態１の場合と同様に薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体７とを接合する。これにより、薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体７とが一体化され、薄膜太陽電池が得られる。ここでの接合は、裏面反射構造体７の光散乱層７ｅの表面を、薄膜太陽電池素子の裏面側透明電極層４に貼り付けることにより行う。
薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体７との接合には、例えば透光性を有する接着剤等を用いることができる。接着剤としては、例えば２液硬化型の接着剤などを用いることができ、該接着剤を少なくとも光散乱層７ｅの表面および裏面側透明電極層４の接着面に塗布して貼り合わせることで接合できる。
実施の形態２にかかる薄膜太陽電池では、図６に示されるように、主に受光面側透明電極層２の凹凸形状を反映して裏面側透明電極層４の表面に現れる凹凸形状にも、白色の光散乱層７ｅを隙間なく形成して、薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体７とが接合されている。これにより、裏面反射構造体７としての反射特性を低減させることなく利用することができる。
このために、実施の形態２では裏面反射構造体７の製造に用いる白色塗料そのものを接合に用いる。すなわち、光散乱層７ｅの形成に用いる白色塗料として、接着剤を含ませた塗料を用いる。そして、白色塗料に含まれる接着剤で、薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体７とを接着して、接合させる。
この場合、接着剤を含ませた白色塗料としては、例えば白色顔料を二液硬化型ポリウレタン樹脂性の接着剤に混ぜたもので実現できる。そして、このような接着剤を含ませた白色塗料を用いることで、薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体７との接合における接着層を兼ねた白色の光散乱層７ｅを形成することが可能になる。
なお、上記の接着法以外にも、加熱によって硬化する接着剤を接着面に塗布し、加熱圧着するラミネート法等の形成法を利用して接合し、一体化させることも可能である。また、白色顔料を含有した熱硬化型の接着剤を熱で溶けるマイクロカプセル中に封止しておき、これらを光散乱層７ｅの上面にばら撒く、あるいは通常の白色塗料に含ませておいて、加熱圧着させることも可能である。
以上の工程を実施することにより、図６に示す実施の形態２にかかるスーパーストレート型の薄膜太陽電池が得られる。
以上のような、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、裏面側透明電極層４の裏面側に、反射層７ｂと透光性樹脂７ｃと透光性球体７ｄと光の半透過性（部分透過性）を有する光散乱層７ｅとを組み合わせた裏面反射構造体７を形成する。これにより、光散乱層７ｅによる高光散乱性と、透光性球体７ｄによる高反射性および高光散乱性と、反射層７ｂによる高反射性とにより薄膜太陽電池に入射した光の利用効率を向上させて光の有効活用が可能であり、特に可視光線領域から近赤外線領域における光の有効活用効果が大きい。したがって、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池によれば、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池を作製することができる。
また、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、光散乱層７ｅを形成する際の白色塗膜の厚さを薄く、例えば３００μｍ以下とする。これにより、白色塗膜の膜厚に起因した光散乱層７ｅのひび割れ（クラッキング）の発生を抑制することができ、信頼性の高い光散乱層を作製することができる。
実施の形態３．
図１０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模式的に示す断面図である。図１０に示すように、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板１の一面側に、裏面側透明電極層４、光電変換層３、受光面側透明電極層２がこの順で積層されて薄膜太陽電池素子が構成されている。また、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板１の他面側に、裏面反射構造体５が接合されている。この薄膜太陽電池においては、受光面側透明電極層２側から光６が入射される。なお、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池において、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池と同じ部材については、図１と同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。
実施の形態３にかかる薄膜太陽電池において、透光性絶縁基板１は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池と同様に、例えば白板ガラスなどのガラス基板やプラスチックフィルムを用いることができる。但し、プラスチックフィルムを用いる場合は、通常のアラミド、ポリイミド等の耐熱性プラスチックフィルムは不透光性であるので、薄膜太陽電池プロセスに用いられる３００℃以下の熱に耐え、かつ透光性を備えたアラミド、ポリイミド等のプラスチックフィルムを用いることが好ましい。また、透光性絶縁基板１として可撓性を有するフィルム、例えばプラスチックフィルムを用いた場合は、屋根や外壁への取付けの自由度が高くなり、薄膜太陽電池の可撓性や軽量化を実現するという点で有利である。
光電変換層３は、実施の形態１の場合と同様であり、受光面側（受光面側透明電極層２側）から順番にｐ型半導体層３ａ、ｉ型半導体層（真性半導体層）３ｂ、ｎ型半導体層３ｃの各薄膜半導体層を有する。
このような実施の形態３にかかる薄膜太陽電池においては、受光面側透明電極層２に入射した光６は光電変換層３に入射し、その一部が光電変換層３において吸収されて光電変換に利用される。また、光電変換層３で吸収されることなく光電変換層３を通過した光は、裏面側透明電極層４および透光性絶縁基板１を通過して一部が裏面反射構造体５へ入射する。裏面反射構造体５に入射した光は、その一部が光散乱層５ｃにより再び光電変換層３に戻され、光電変換に利用される。また、光散乱層５ｃを通過した光の一部は、反射層５ｂで反射され、光散乱層５ｃにより散乱されて再び光電変換層３に戻され、光電変換に利用される。
以上のように構成される実施の形態３にかかる薄膜太陽電池においては、裏面側透明電極層４の裏面側に反射層５ｂと光の半透過性（部分透過性）を有する光散乱層５ｃとを組み合わせた裏面反射構造体５を備える。これにより、光散乱層５ｃによる高光散乱性と反射層５ｂによる高反射性とにより薄膜太陽電池に入射した光の利用効率を向上させて光の有効活用が可能であり、特に可視光線領域から近赤外線領域における光の有効活用効果が大きい。したがって、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池によれば、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池を実現できる。
また、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池においては、光散乱層５ｃの塗膜厚さが薄いため、光散乱層５ｃの塗膜の表面や全体におけるひび割れ（クラッキング）の発生が抑制されている。これにより、信頼性の高い光散乱層が実現されている。
なお、上記においては、裏面反射構造体として実施の形態１にかかる裏面反射構造体５を用いているが、実施の形態２にかかる裏面反射構造体７を実施の形態３にかかる薄膜太陽電池の裏面反射構造体として用いることもできる。
つぎに、上記のように構成された実施の形態３にかかる薄膜太陽電池の製造方法について説明する。図１１−１〜図１１−６は、実施の形態３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。
まず、透光性絶縁基板１として例えば白板ガラスを用意する（図１１−１）。そして、透光性絶縁基板１の一面上に裏面側透明電極層４を公知の方法で形成する（図１１−２）。裏面側透明電極層４の材料には、例えばアルミニウム（Ａｌ）が添加された酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いる。成膜方法としては、例えばスパッタリング法を用いることができる。また、成膜方法に関しては、スパッタリング法に限らず、ＣＶＤ法や塗布法などの他の薄膜形成方法を用いてもよい。そして、ウェットエッチングにより、裏面側透明電極層４の表面にテクスチャ構造を形成する。
つぎに、裏面側透明電極層４上に光電変換層３としてｐ型半導体層３ａ、ｉ型半導体層３ｂおよびｎ型半導体層３ｃを順次、公知の方法で形成する（図１１−３）。例えば、裏面側透明電極層４上に水素化アモルファスシリコン薄膜からなる薄膜半導体層、不純物ドーピングを行ったシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなる中間層、微結晶シリコン薄膜からなる薄膜半導体層を順次ＣＶＤ法によって堆積し、光電変換層３を形成する。なお、ここで堆積形成する光電変換層３としては、例えば微結晶シリコン薄膜、アモルファスシリコンゲルマニウム薄膜、微結晶シリコンゲルマニウム薄膜、アモルファス炭化シリコン薄膜、微結晶炭化シリコン薄膜およびこれらの積層膜を用いてもよい。
つぎに、光電変換層３上に受光面側透明電極層２を公知の方法で形成する（図１１−４）。例えば、酸化インジウムに錫が添加されたＩＴＯ膜からなる受光面側透明電極層２を光電変換層３上にスパッタリング法により形成する。また、成膜方法として、ＣＶＤ法や蒸着法、塗布法などの他の薄膜形成方法を用いてもよい。
以上の工程により、透光性絶縁基板１上に裏面側透明電極層４と光電変換層３と受光面側透明電極層２とが積層されたサブストレート型の薄膜太陽電池素子が得られる。
つぎに、実施の形態１の場合と同様にして、裏面反射構造体５を作製する。そして、裏面反射構造体５の光散乱層５ｃと薄膜太陽電池素子の透光性絶縁基板１の他面側とを対向させて（図１１−５）、薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体５とを接合する（図１１−６）。これにより、薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体５とが一体化され、薄膜太陽電池が得られる。ここでの接合は、裏面反射構造体５の光散乱層５ｃの表面を、薄膜太陽電池素子の透光性絶縁基板１の他面側に貼り付けることにより行う。
薄膜太陽電池素子と裏面反射構造体５との接合には、例えば透光性を有する接着剤等を用いることができる。接着剤としては、例えば２液硬化型の接着剤などを用いることができる。そして、該接着剤を少なくとも光散乱層５ｃの表面（接着面）および透光性絶縁基板１の他面（接着面）の一方に塗布して貼り合わせることで接合できる。また、その他、実施の形態１において示した方法で接合することも可能である。
以上の工程を実施することにより、図１０に示す実施の形態３にかかるサブストレート型の薄膜太陽電池が得られる。
以上のような、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、透光性絶縁基板１の裏面側に、反射層５ｂと光の半透過性（部分透過性）を有する光散乱層５ｃとを組み合わせた裏面反射構造体５を形成する。これにより、光散乱層５ｃによる高光散乱性と反射層５ｂによる高反射性とにより薄膜太陽電池に入射した光の利用効率を向上させて光の有効活用が可能であり、特に可視光線領域から近赤外線領域における光の有効活用効果が大きい。したがって、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池によれば、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池を作製することができる。
また、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、光散乱層５ｃを形成する際の白色塗膜の厚さを薄く、例えば３００μｍ以下とする。これにより、白色塗膜の膜厚に起因した光散乱層５ｃのひび割れ（クラッキング）の発生を抑制することができ、信頼性の高い光散乱層を作製することができる。但し、光散乱層５ｃの塗膜厚さについては、下限は１０μｍ以上程度で、裏面透明電極層４と反射層５ｂとは絶縁性を保つものとする。
また、上記の実施の形態で説明した構成を有する薄膜太陽電池を透光性絶縁基板１上に複数形成し、隣接する薄膜太陽電池同士を電気的に直列または並列に接続することにより、良好な光閉じ込め効果を有し、光電変換効率に優れた太陽電池モジュールが実現できる。例えば隣接する薄膜太陽電池同士を電気的に直列する場合は、隣接する薄膜太陽電池の一方の受光面側透明電極層２と他方の裏面側透明電極層４とを電気的に直列接続すればよい。
実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池モジュールの構成を模式的に示す上面図である。図１３は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池モジュールの構成を模式的に示す断面図であり、図１２の線分Ｘ−Ｘにおける要部断面図である。図１４は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池モジュールの構成を模式的に示す断面図であり、図１２の線分Ｙ−Ｙにおける断面図である。図１２および図１３に示すように、実施の形態４にかかる太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子８を有する。太陽電池素子８は、結晶系半導体基板を用いた結晶系半導体太陽電池素子であり、前面側および裏面側の両側からの光入射により光起電力を発生する両面光入射型の結晶系半導体太陽電池素子である。なお、太陽電池素子８は両面光入射型の太陽電池素子であるが、便宜上、光の入射側を前面側および裏面側と区別する。
太陽電池素子８は、例えば結晶系半導体基板である結晶シリコン（Ｓｉ）基板の表面側および裏面側にそれぞれ逆の導電型の非晶質半導体層が形成されて、結晶系半導体基板と非晶質半導体層との間に半導体接合が構成される。また、表面側および裏面側の非晶質半導体層上にはそれぞれ透光性導電膜と集電極とが形成される。隣接する太陽電池素子８は、所定の距離を隔てて同一平面上に配置され、電気接続部材９によって互いに電気的に直列または並列に配線接続されている。
太陽電池素子８の前面側には、透光性材料からなり太陽電池モジュールの光入射側の支持材とされる前面カバー部材（光入射側透光性保護部材）１０が配置されている。太陽電池素子８の裏面側には、太陽電池モジュールの支持材とされる裏面カバー部材かつ裏面反射構造としての機能を有する裏面反射構造体７が配置されている。そして、前面カバー部材１０と裏面反射構造体７との間に透明な充填材１１が充填されることにより、複数の太陽電池素子８が前面カバー部材１０と裏面反射構造体７との間に封入されている。なお、太陽電池素子８と裏面反射構造体７とにより、結晶系半導体基板を用いた結晶系半導体太陽電池が構成される。
図１４は、太陽電池素子８の一例である両面光入射型の太陽電池セルの構造を示す断面図である。図１４に示す太陽電池セルにおいて、光電変換部１３の前面側にはたとえばＩＴＯからなる受光面側透明電極層１２および銀（Ａｇ）からなる櫛形状の前面側集電極１５が形成されている。また、光電変換部１３の裏面側にはたとえばＩＴＯからなる裏面側透明電極層１４および銀（Ａｇ）からなる櫛形状の裏面側集電極１６が形成されている。なお、太陽電池素子８の構成はこれに限定されるものではない。
光電変換部１３においては、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶系シリコンからなるｎ型の結晶系シリコン基板１３ａの前面側に、ｉ型の非晶質シリコン層１３ｂとｐ型の非晶質シリコン層１３ｃとがこの順に積層されている。また、結晶系シリコン基板１３ａの裏面側には、ｉ型の非晶質シリコン層１３ｄとｎ型の非晶質シリコン層１３ｅとがこの順に積層されている。
前面カバー部材１０としてはガラス板が適しており、特に光透過率や耐衝撃強度に優れている白板強化ガラスが好ましい。充填材１１としては紫外線による光透過率低下の少ないＰＶＢ（Poly Vinyl Butylal）や、耐湿性に優れたＥＶＡ（Ethylene Vinyl Acetate）などが主に使用される。また、裏面カバー部材かつ裏面反射構造として機能する裏面反射構造体７は、上述した実施の形態２に示したものである。裏面反射構造体７は、太陽電池素子８の裏面側に対応する領域だけでなく、隣接する太陽電池素子８間に対応する領域にも配置され、太陽電池モジュールの裏面側の全体に配置されている。なお、実施の形態４にかかる太陽電池モジュールにおいて、実施の形態１または実施の形態２にかかる薄膜太陽電池と同様の部材については、図１または図６と同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。
このような実施の形態４にかかる太陽電池モジュールにおいては、太陽電池モジュールの前面側から受光面側透明電極層１２に入射した光は、光電変換部１３に入射し、その一部が光電変換部１３において吸収されて光電変換に利用される。また、光電変換部１３で吸収されることなく光電変換部１３を通過した光は、裏面側透明電極層１４を通過して一部が裏面反射構造体７へ入射する。裏面反射構造体７に入射した光は、その一部が光散乱層７ｅにより再び光電変換部１３に戻され、光電変換に利用される。また、光散乱層７ｅを通過した光の一部は、透光性球体７ｄまたは透光性樹脂７ｃで反射され、光散乱層７ｅにより散乱されて再び光電変換部１３に戻され、光電変換に利用される。透光性球体７ｄでは、再帰反射により、光が入射してきた方向にまっすぐ光を返すことが可能である。
また、太陽電池モジュールの前面側から入射して隣接する太陽電池素子８間を通過した入射光の一部は、太陽電池モジュールの前面側から入射して光電変換部１３を通過した光と同様に裏面反射構造体７で散乱および反射された後に、太陽電池素子８の裏面側から光電変換部１３へ入射され光電変換に利用される。
以上のように構成される実施の形態４にかかる太陽電池モジュールは、反射層７ｂと透光性樹脂７ｃと透光性球体７ｄと光の半透過性（部分透過性）を有する光散乱層７ｅとを組み合わせた裏面反射構造体７を備える。これにより、透光性球体７ｄと光散乱層７ｅによる高光散乱性と反射層７ｂによる高反射性とにより太陽電池モジュールに入射した光の利用効率を向上させて光の有効活用が可能であり、特に可視光線領域から近赤外線領域における光の有効活用効果が大きい。したがって、実施の形態４にかかる太陽電池モジュールによれば、光電変換効率に優れた太陽電池モジュールを実現できる。
また、実施の形態４にかかる太陽電池モジュールにおいては、光散乱層７ｅの塗膜厚さが薄いため、光散乱層７ｅの塗膜の表面や全体におけるひび割れ（クラッキング）の発生が抑制されている。これにより、信頼性の高い光散乱層が実現されている。
なお、上記においては、裏面反射構造体として実施の形態２にかかる裏面反射構造体７を用いているが、実施の形態１にかかる裏面反射構造体５を太陽電池モジュールの裏面反射構造体として用いることもできる。
つぎに、上記のように構成された実施の形態４にかかる太陽電池モジュールの製造方法について説明する。まず、複数の太陽電池素子８を隣接した状態で同一平面上に並べる。そして、一方の太陽電池素子８の前面側集電極１５と、これに隣接する他方の太陽電池素子８の裏面側集電極１６とを金属箔等からなる電気接続部材９で接続することにより、複数の太陽電池素子８を電気的に直列接続する。これにより、太陽電池素子８が電気的に直列接続された太陽電池アレイが形成される。
このように複数の太陽電池素子８を電気的に接続した太陽電池アレイに対して、前面カバー部材１０としてのガラス板、太陽電池アレイの前面側を覆う充填材１１となるＥＶＡシート、太陽電池アレイ、太陽電池アレイの裏面側を覆う充填材１１となるＥＶＡシートをこの順に積層する。そして、この積層体に加熱圧着処理を施して一体化させることにより、中間構造体を形成する。
つぎに、実施の形態２の場合と同様にして、裏面反射構造体７を作製する。そして、裏面反射構造体７の光散乱層７ｅと、中間構造体の裏面側の充填材１１の表面とを対向させて、中間構造体と裏面反射構造体７とを接合する。これにより、中間構造体と裏面反射構造体７とが一体化されて、太陽電池モジュールが得られる。ここでの接合は、裏面反射構造体７の光散乱層７ｅの表面を、中間構造体における裏面側の充填材１１の表面に貼り付けることにより行う。
中間構造体と裏面反射構造体７との接合には、例えば透光性を有する接着剤等を用いることができる。接着剤としては、例えば２液硬化型の接着剤などを用いることができる。そして、該接着剤を少なくとも光散乱層７ｅの表面（接着面）および裏面側の充填材１１の表面（接着面）の一方に塗布して貼り合わせることで接合できる。また、その他、実施の形態１および２において示した方法で接合することも可能である。
以上の工程を実施することにより、実施の形態４にかかる太陽電池モジュールが得られる。
以上のような、実施の形態４にかかる太陽電池モジュールの製造方法によれば、中間構造体の裏面側の充填材１１の表面に、反射層７ｂと透光性樹脂７ｃと透光性球体７ｄと光の半透過性（部分透過性）を有する光散乱層７ｅとを組み合わせた裏面反射構造体７を形成する。これにより、光散乱層７ｅによる高光散乱性と、透光性球体７ｄによる高反射性および高光散乱性と、反射層７ｂによる高反射性とにより太陽電池モジュールに入射した光の利用効率を向上させて光の有効活用が可能であり、特に可視光線領域から近赤外線領域における光の有効活用効果が大きい。したがって、実施の形態４にかかる太陽電池モジュールによれば、光電変換効率に優れた太陽電池モジュールを作製することができる。
また、実施の形態４にかかる太陽電池モジュールの製造方法によれば、光散乱層７ｅを形成する際の白色塗膜の厚さを薄く、例えば３００μｍ以下とする。これにより、白色塗膜の膜厚に起因した光散乱層７ｅのひび割れ（クラッキング）の発生を抑制することができ、信頼性の高い光散乱層を作製することができる。
以上のように、本発明にかかる太陽電池は、光電変換効率に優れた太陽電池および太陽電池モジュールの実現に有用である。
１ 透光性絶縁基板
２ 受光面側透明電極層
３ 光電変換層
３ａ ｐ型半導体層
３ｂ ｉ型半導体層
３ｃ ｎ型半導体層
４ 裏面側透明電極層
５ 裏面反射構造体
５ａ 絶縁性基板
５ｂ 反射層
５ｃ 光散乱層
６ 光
７ 裏面反射構造体
７ａ 絶縁性基板
７ｂ 反射層
７ｃ 透光性樹脂
７ｄ 透光性球体
７ｅ 光散乱層
８ 太陽電池素子
９ 電気接続部材
１０ 前面カバー部材
１１ 充填材
１２ 受光面側透明電極層
１３ 光電変換部
１３ａ 結晶系シリコン基板
１３ｂ ｉ型非晶質シリコン層
１３ｃ ｐ型非晶質シリコン層
１３ｄ ｉ型非晶質シリコン層
１３ｅ ｎ型非晶質シリコン層
１４ 裏面側透明電極層
１５ 前面側集電極
１６ 裏面側集電極

Claims (20)

  1. 光電変換により発電を行う太陽電池素子における光入射側とは反対側に裏面側反射構造体が配置され、
    前記裏面側反射構造体は、
    絶縁性を有する白色の塗料成分を含む塗膜からなり前記光入射側から入射した光の一部を散乱反射するとともに他の一部を透過させる光散乱層と、
    前記光散乱層を透過した光を反射する金属膜からなる反射層と、
    が前記太陽電池素子側からこの順で積層されてなり、
    前記反射層と前記光散乱層との間に、透光性球体を有すること、
    を特徴とする太陽電池。
  2. 前記透光性球体が、前記反射層に接触して配されていること、
    を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記透光性球体の直径が１００μｍ以上５００μｍ以下であること、
    を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
  4. 前記透光性球体が、前記反射層の面内の全面に配されていること、
    を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池。
  5. 前記透光性球体と前記反射層との接触部の周囲において前記透光性球体に接触する透光性樹脂層を前記透光性球体と前記反射層との隙間領域に有すること、
    を特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の太陽電池。
  6. 前記透光性樹脂層の前記反射層からの厚さが、前記透光性球体の半径より小さいこと、
    を特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
  7. 前記透光性球体は、前記反射層および前記透光性樹脂層に接触していない表面領域の全てが前記光散乱層により覆われていること、
    を特徴とする請求項５または６に記載の太陽電池。
  8. 前記光散乱層は、膜厚が１０μｍ以上３００μｍ以下であること、
    を特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の太陽電池。
  9. 前記光散乱層が、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、アルミナ粉末からなる群より選択される少なくとも一種を含むこと、
    を特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の太陽電池。
  10. 前記反射層は、アルミニウム、銀、金、クロム、チタン、ニッケル、またはこれらを含む金属からなる群より選択される少なくとも一種の材料からなること、
    を特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の太陽電池。
  11. 前記太陽電池素子は、透光性基板上に透光性導電膜からなる第１透明電極層と、光電変換を行う光電変換層と、透光性導電膜からなる第２透明電極層とをこの順で備える積層構造を有し、
    前記積層構造の前記第２透明電極層側または前記透光性基板側に前記裏面側反射構造体を備えること、
    を特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の太陽電池。
  12. 前記積層構造の前記第２透明電極層側に前記裏面側反射構造体を備え、前記透光性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１１に記載の太陽電池。
  13. 前記光散乱層の塗膜が接着性を有し、該塗膜の接着性により前記光散乱層と前記第２透明電極層とが当接して接着されていること、
    を特徴とする請求項１２に記載の太陽電池。
  14. 前記積層構造の前記透光性基板側に前記裏面側反射構造体を備え、前記第２透明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１１に記載の太陽電池。
  15. 前記光散乱層の塗膜が接着性を有し、該塗膜の接着性により前記光散乱層と前記透光性基板とが当接して接着されていること、
    を特徴とする請求項１４に記載の太陽電池。
  16. 前記太陽電池素子は、結晶系半導体太陽電池素子であること、
    を特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の太陽電池。
  17. 請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の太陽電池の少なくとも２つ以上が電気的に接続されてなること、
    を特徴とする太陽電池モジュール。
  18. 請求項１６に記載の太陽電池の少なくとも２つ以上が電気的に接続されてなること、
    を特徴とする太陽電池モジュール。
  19. 前記結晶系半導体太陽電池素子の光入射側に配置される光入射側透光性保護部材と前記裏面側反射構造体との間に透光性を有する充填材を介して前記結晶系半導体太陽電池素子が狭持されてなること、
    を特徴とする請求項１８に記載の太陽電池モジュール。
  20. 前記光散乱層の塗膜が接着性を有し、該塗膜の接着性により前記結晶系半導体太陽電池の光入射側と反対側に配置された前記充填材と前記光散乱層とが当接して接着されていること、
    を特徴とする請求項１８または１９に記載の太陽電池モジュール。
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