JP5618465B2 - Thin film solar cell module - Google Patents

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Description

本発明は、薄膜太陽電池モジュールに関するものである。   The present invention relates to a thin film solar cell module.

近年、薄膜太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールの生産が増大しつつある。この太陽電池モジュールは、入射した太陽光が、薄膜太陽電池素子により光電変換され、電力をつくり出すものである。薄膜太陽電池素子は、電極と、半導体接合を有する光電変換層とを備える。このような太陽電池素子を有する太陽電池モジュールは、高効率化が期待されている。
特開平2−106077号公報 特開2002−299661号公報
In recent years, production of solar cell modules using thin film solar cell elements is increasing. In this solar cell module, incident sunlight is photoelectrically converted by a thin film solar cell element to produce electric power. The thin film solar cell element includes an electrode and a photoelectric conversion layer having a semiconductor junction. A solar cell module having such a solar cell element is expected to be highly efficient.
Japanese Patent Laid-Open No. 2-106077 JP 2002-299661 A

上述の薄膜太陽電池モジュールは、さらなる普及が期待されている中において、変換効率を向上させることが重要となっている。薄膜太陽電池においては、モジュール表面に入射した光を厚みが薄い光電変換層に効率よく吸収させるための光閉じ込め構造が変換効率向上にとり非常に重要な要素である。   In the thin film solar cell module described above, it is important to improve the conversion efficiency while further spread is expected. In thin-film solar cells, a light confinement structure for efficiently absorbing light incident on the module surface into a thin photoelectric conversion layer is a very important factor for improving conversion efficiency.

本発明は、このような課題に鑑みて案出されたものであり、太陽電池モジュールの変換効率を向上させることを目的とするものである。   The present invention has been devised in view of such problems, and an object thereof is to improve the conversion efficiency of a solar cell module.

本発明の太陽電池モジュールは、太陽光を受光する第1の面及び該第1の面の裏側の第2の面を含む基板と、該基板の前記第2の面上に順次形成された透光性の第一電極と、アモルファスシリコン及び微結晶シリコンのタンデム構造からなる光電変換層と、透光性の第二電極とを有する薄膜太陽電池素子と、該薄膜太陽電池素子の前記第二電極上に設けられた透光性絶縁材料と、該透光性絶縁材料の表面に設けられた反射材と、を有し、前記透光性絶縁材料と前記反射材の界面は全面にわたり凹凸形状であり、該界面は前記光電変換層を通過した光のうち700〜1200nmの光を前記光電変換層へ反射させるものであり、前記界面を形成する前記凹凸形状の面同士のなす角が125゜〜140°であるとともに、凹凸の水平方向における間隔の平均値が1400nmよりも大きい。
The solar cell module of the present invention includes a substrate including a first surface that receives sunlight and a second surface on the back side of the first surface, and a transparent formed on the second surface of the substrate sequentially. A thin-film solar cell element having a photoconductive first electrode, a photoelectric conversion layer having a tandem structure of amorphous silicon and microcrystalline silicon, and a translucent second electrode, and the second electrode of the thin-film solar cell element A translucent insulating material provided on the surface, and a reflective material provided on a surface of the translucent insulating material, and the interface between the translucent insulating material and the reflective material has an uneven shape over the entire surface. There, the interface serves to reflect the light of 700~1200nm of the light that has passed through the photoelectric conversion layer into the photoelectric conversion layer, the irregularities angle is 125 ° and surface between the forming the interface 140 degrees and the horizontal direction of the unevenness The average value of the interval is greater than 1400nm.

本発明は、上述のような構成を有することにより、太陽電池モジュールに入射された光のうち薄膜太陽電池素子の裏側に透過した光を、薄膜太陽電池素子よりも裏側で反射させて光電変換層に再入射させることにより光閉じ込め効果が増進されて、太陽電池モジュールの発電効率を高めることが可能となる。   In the present invention, the photoelectric conversion layer is configured such that light transmitted to the back side of the thin film solar cell element among the light incident on the solar cell module is reflected on the back side of the thin film solar cell element by having the above-described configuration. By making the light incident again, the light confinement effect is enhanced, and the power generation efficiency of the solar cell module can be increased.

本発明の薄膜太陽電池モジュールの実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態
Embodiments of the thin-film solar cell module of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1 )

以下の説明においては、代表的構造として光電変換層3としてプラズマCVD法成膜の水素化アモルファスシリコン(以下a−Si:Hあるいはa−Siと表記する)のp−i−n接合(以下ユニットセルと呼称する)、及びプラズマCVD法成膜の水素化微結晶シリコン(以下μc−Si:Hあるいはμc−Siと表記する)のユニットセルからなるa−Si/μc−Si薄膜タンデム型太陽電池構造であるとする。   In the following description, as a typical structure, a p-i-n junction (hereinafter referred to as a unit) of hydrogenated amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si: H or a-Si) formed by plasma CVD as the photoelectric conversion layer 3 is used. A-Si / .mu.c-Si thin film tandem solar cell comprising unit cells of hydrogenated microcrystalline silicon (hereinafter referred to as .mu.c-Si: H or .mu.c-Si) formed by plasma CVD. Suppose it is a structure.

本実施の形態について図1〜2を用いて説明する。図1は、本実施の形態の太陽電池モジュールを部分的に示す断面図である。図2は、本実施形態における薄膜太陽電池内部の光路を模式的に示す。   This embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view partially showing the solar cell module of the present embodiment. FIG. 2 schematically shows an optical path inside the thin-film solar cell in the present embodiment.

図1に示す薄膜太陽電池モジュールは、透光性基板1の上に、透光性の第一電極2、光電変換層3、透光性の第二電極4が順次形成されてなる薄膜太陽電池素子M1と、薄膜太陽電池素子M1の第二電極4上に設けられた透光性絶縁材料5と、透光性絶縁材料5の表面に設けられた反射材6とからなり、薄膜太陽電池素子M1を透過した光を反射する光反射構造部M2と、を有する。このような薄膜太陽電池モジュールはスーパーストレート型と一般的に呼ばれる。   The thin film solar cell module shown in FIG. 1 is a thin film solar cell in which a translucent first electrode 2, a photoelectric conversion layer 3, and a translucent second electrode 4 are sequentially formed on a translucent substrate 1. A thin film solar cell element comprising an element M1, a translucent insulating material 5 provided on the second electrode 4 of the thin film solar cell element M1, and a reflector 6 provided on the surface of the translucent insulating material 5. And a light reflection structure M2 that reflects the light transmitted through M1. Such a thin film solar cell module is generally called a super straight type.

本実施の形態の光反射構造部M2において、透光性絶縁材料5と反射材6の界面5aは全面にわたり複数の面から構成される凹凸形状である。 In the light reflecting structure portion M2 of the present embodiment, the interface 5a between the translucent insulating material 5 and the reflecting material 6 has an uneven shape composed of a plurality of surfaces over the entire surface.

以下、各部についてより詳細に説明する。第一電極2である透光性電極は、例えばガラス基板1上に熱CVD法により酸化物透明導電膜(例えばSnO)が形成されてなる。第一電極2と光電変換層3の界面2aは、熱CVD法による成膜時に発生した凹凸形状となっており、当該凹凸の水平方向における間隔の平均値(頂点と頂点の間隔の平均値、または谷と谷の間隔の平均値)は、凡そ200〜400nmである。 Hereinafter, each part will be described in more detail. The translucent electrode as the first electrode 2 is formed by forming an oxide transparent conductive film (for example, SnO 2 ) on the glass substrate 1 by a thermal CVD method, for example. The interface 2a between the first electrode 2 and the photoelectric conversion layer 3 has a concavo-convex shape generated at the time of film formation by a thermal CVD method. Or the average value of the interval between the valleys is about 200 to 400 nm.

次に、第一電極2の上にプラズマCVD法により、a−Si:Hユニットセル、及びμc−Si:Hユニットセルからなるa−Si/μc−Si薄膜タンデム型太陽電池素子構造を形成する。ここで、光電変換層3の厚みは、a−Si:Hユニットセルで0.2〜0.3μm、μc−Si:Hユニットセルで1.5〜2.5μm程度である。   Next, an a-Si / μc-Si thin film tandem solar cell element structure comprising an a-Si: H unit cell and a μc-Si: H unit cell is formed on the first electrode 2 by plasma CVD. . Here, the thickness of the photoelectric conversion layer 3 is about 0.2 to 0.3 μm for the a-Si: H unit cell and about 1.5 to 2.5 μm for the μc-Si: H unit cell.

次に、光電変換層3の上に、第二電極4としてスパッタ法によりZnO膜、SnO膜、ITO膜等の酸化物導電膜を形成することにより、薄膜太陽電池素子M1が形成される。特に、ZnO膜を使用することにより、長波長光の光吸収ロスを少なくすることができる。 Next, a thin film solar cell element M1 is formed on the photoelectric conversion layer 3 by forming an oxide conductive film such as a ZnO film, a SnO 2 film, or an ITO film as the second electrode 4 by sputtering. In particular, the use of a ZnO film can reduce the light absorption loss of long wavelength light.

更に、薄膜太陽電池素子M1の第二電極4上に透光性絶縁材料5を設け、透光性絶縁材料5上に反射材6を設けて、透光性絶縁材料5と反射材6との界面は凹凸であるようにする。また、反射材6は光の反射率を高めるため白色のものを用いることが望ましい。   Furthermore, a translucent insulating material 5 is provided on the second electrode 4 of the thin-film solar cell element M1, a reflective material 6 is provided on the translucent insulating material 5, and the translucent insulating material 5 and the reflective material 6 are provided. The interface should be uneven. Further, it is desirable to use a white material for the reflector 6 in order to increase the reflectance of light.

太陽電池素子の発電原理は、光電変換層3へ進入した光によって、光電変換層3内部においてキャリアと呼ばれる電子、及びホールの対が発生し、これを分離して光電流として取出すことによる。   The power generation principle of the solar cell element is based on the fact that a pair of electrons and holes called carriers are generated inside the photoelectric conversion layer 3 by light entering the photoelectric conversion layer 3, and these are separated and taken out as a photocurrent.

図1において太陽光は、透光性基板1側(図1の上方側)から入射する。   In FIG. 1, sunlight enters from the translucent substrate 1 side (upper side in FIG. 1).

図2において、太陽電池モジュールに垂直に入射した光7の内、第一電極2と光電変換層3の界面2aの凹凸の平均サイズ(高さ、ピッチ)よりも十分大きい波長、例えば700nm以上の光は、ほとんど散乱されずほぼ直進して透過する。すなわち、光電変換層3に垂直に入射することになる。   In FIG. 2, among the light 7 incident perpendicularly to the solar cell module, a wavelength sufficiently larger than the average size (height, pitch) of the unevenness of the interface 2a between the first electrode 2 and the photoelectric conversion layer 3, for example, 700 nm or more The light travels almost straight without being scattered. That is, it enters the photoelectric conversion layer 3 perpendicularly.

光電変換層3がa−Si/μc−Si薄膜タンデム構造からなる場合、太陽電池モジュールに入射した光7のうち約700nm以上の光は、太陽電池素子部M1を透過して太陽電池素子部M1の裏側(光反射構造部M2)に出てくる(理由の詳細については後述する)。   When the photoelectric conversion layer 3 has an a-Si / μc-Si thin film tandem structure, light of about 700 nm or more out of the light 7 incident on the solar cell module is transmitted through the solar cell element portion M1 and the solar cell element portion M1. On the back side (light reflecting structure M2) (details of the reason will be described later).

本実施の形態において、このような透過光7は、光反射構造部M2の透光性絶縁材料5と反射材6の界面5a(以降、裏面反射界面と呼称する)で反射され、太陽電池素子部M1側に向かって進む(図2における反射光8)。上記したように裏面反射界面5aは凹凸形状をなす。   In the present embodiment, such transmitted light 7 is reflected at an interface 5a (hereinafter referred to as a back-surface reflective interface) between the translucent insulating material 5 and the reflecting material 6 of the light reflecting structure portion M2, and the solar cell element. It proceeds toward the portion M1 (reflected light 8 in FIG. 2). As described above, the back surface reflecting interface 5a has an uneven shape.

凹凸構造を構成する各面の傾斜に応じて、反射光8は、光電変換層3の膜面(平面)に対して入射角9をなす。   The reflected light 8 makes an incident angle 9 with respect to the film surface (plane) of the photoelectric conversion layer 3 according to the inclination of each surface constituting the concavo-convex structure.

ここで、裏面反射界面5aは、凹凸の水平方向における間隔の平均値、凹凸の傾斜角が制御された凹凸構造とする。   Here, the back surface reflecting interface 5a has a concavo-convex structure in which the average value of the interval in the horizontal direction of the concavo-convex and the inclination angle of the concavo-convex are controlled.

一方、凹凸構造を構成する各面の傾斜が規則性なくばらついている場合、このような凹凸構造を構成する各面によって、反射された反射光8は、光電変換層3の膜面(平面)に対して規則性がなくいろいろな入射角9をなす。   On the other hand, when the slopes of the surfaces constituting the concavo-convex structure vary irregularly, the reflected light 8 reflected by the surfaces constituting the concavo-convex structure is the film surface (plane) of the photoelectric conversion layer 3. There is no regularity, and various incident angles 9 are formed.

上記どちらの場合においても、反射光8は、光電変換層3を斜めに進行する。このことにより、光電変換層3中の光路長が増大し、光電変換層3への光吸収量を増大させることが可能となり、太陽電池素子の光電流密度Jphを向上できる。   In either case, the reflected light 8 travels obliquely through the photoelectric conversion layer 3. As a result, the optical path length in the photoelectric conversion layer 3 increases, the amount of light absorption into the photoelectric conversion layer 3 can be increased, and the photocurrent density Jph of the solar cell element can be improved.

このような薄膜太陽電池モジュールにおける光閉じ込め効果について更に詳細に述べる。図3には、このような薄膜太陽電池モジュールの各特性の光波長に対する依存性を示す。横軸は光波長[nm]を示し、縦軸は以下に述べる各特性を、薄膜太陽電池モジュールへ照射された光の全強度を1とした時の相対値でもって示されている。   The light confinement effect in such a thin film solar cell module will be described in more detail. In FIG. 3, the dependence with respect to the optical wavelength of each characteristic of such a thin film solar cell module is shown. The horizontal axis represents the light wavelength [nm], and the vertical axis represents each characteristic described below as a relative value when the total intensity of light irradiated to the thin film solar cell module is 1.

曲線47〜49は、光電変換層3がa−Si/μc−Si薄膜タンデム構造である薄膜太陽電池モジュールの外部量子効率の波長依存性を示す。曲線47はa−Si:Hユニットセルに対するもの、曲線48はμc−Si:Hユニットセルに対するもので、曲線49は両者の和、すなわち薄膜太陽電池全体としての外部量子効率である。ここで、「外部量子効率」とは各波長の光について、薄膜太陽電池モジュールに照射された光の総量(フォトン数)Nの内、光電変換層3内で吸収されてキャリア生成し有効な電流として取出された光の量(フォトン数)Nの比率N/Nを示す。 Curves 47 to 49 indicate the wavelength dependence of the external quantum efficiency of the thin film solar cell module in which the photoelectric conversion layer 3 has an a-Si / μc-Si thin film tandem structure. Curve 47 is for the a-Si: H unit cell, curve 48 is for the μc-Si: H unit cell, and curve 49 is the sum of both, that is, the external quantum efficiency of the entire thin film solar cell. Here, “external quantum efficiency” is effective for generating light carriers of each wavelength by absorbing them in the photoelectric conversion layer 3 out of the total amount of light (number of photons) N 0 irradiated to the thin film solar cell module. The ratio N 1 / N 0 of the amount of light extracted as current (number of photons) N 1 is shown.

この図から、光電変換層3がa−Si/μc−Si薄膜タンデム構造からなる場合、発電に寄与する光の波長は約300〜1200nmであることがわかる。   From this figure, it can be seen that when the photoelectric conversion layer 3 has an a-Si / μc-Si thin film tandem structure, the wavelength of light contributing to power generation is approximately 300 to 1200 nm.

曲線46は、モジュール内部に取り込まれた光の割合1−R(Rは反射率)を示したものである。波長700nm以下では、1−Rはほぼ一定の値0.9であるが、これは表面のガラスの反射率Rが0.1であることを示している。また、700nmより大きい波長では、1−Rの値が低下、すなわち太陽電池モジュール表面からの反射Rが増加する。このことは、約700nmよりも短い波長の光は光電変換層3内でほぼ吸収されるが、約700nmよりも長い波長の光は波長に応じて光電変換層3を透過し、太陽電池素子から出射していることを意味している。つまり、太陽電池モジュールの裏面で反射した光の一部が表面から再放出していることを示している。   A curve 46 indicates the ratio 1-R (R is reflectance) of light taken into the module. At a wavelength of 700 nm or less, 1-R has a substantially constant value of 0.9, which indicates that the reflectance R of the surface glass is 0.1. Further, at a wavelength greater than 700 nm, the value of 1-R decreases, that is, the reflection R from the surface of the solar cell module increases. This is because light having a wavelength shorter than about 700 nm is almost absorbed in the photoelectric conversion layer 3, but light having a wavelength longer than about 700 nm is transmitted through the photoelectric conversion layer 3 according to the wavelength, and from the solar cell element. It means that it is emitted. That is, it shows that a part of the light reflected by the back surface of the solar cell module is re-emitted from the surface.

従って、光電変換層3を透過した光のうち、特に700〜1200nmの波長の光を素子内部に有効に閉じ込めて光発電に寄与させる必要があることがわかる。   Therefore, it can be seen that among the light transmitted through the photoelectric conversion layer 3, it is necessary to effectively confine light having a wavelength of 700 to 1200 nm inside the element to contribute to photovoltaic power generation.

本実施の形態において、裏面反射界面5aが凹凸であることにより、裏面反射界面5aでの反射光8の光電変換層3への入射角9は、裏面反射界面5aが光学的フラットである場合(入射角9はゼロである)に比べて大きい。尚、「光学的フラット」とは、凹凸の水平方向における間隔の平均値16(頂点と頂点の間隔の平均値、または谷と谷の間隔の平均値)が入射光10の波長λに比して同程度以下である状態をいう。このような場合、ホイヘンスの原理に立ち戻って反射光の挙動を調べると凹凸がない面での反射の場合とほぼ同じ事になることがわかる。   In the present embodiment, since the back surface reflection interface 5a is uneven, the incident angle 9 of the reflected light 8 at the back surface reflection interface 5a to the photoelectric conversion layer 3 is when the back surface reflection interface 5a is optically flat ( (Incident angle 9 is zero). The “optical flat” means that the average value 16 of the unevenness in the horizontal direction (the average value of the distance between the apexes or the average value of the interval between the valleys) is compared with the wavelength λ of the incident light 10. That is less than the same level. In such a case, returning to Huygens's principle and examining the behavior of the reflected light, it can be seen that this is almost the same as the case of reflection on a surface having no irregularities.

以下、光学的フラットな場合とそうでない場合についてさらに詳細に述べる。図4(a)において、光を反射する面13は、図2の裏面反射界面5aに相当する。また、図4(a)における界面13の上側の部分は図2の透光性絶縁材料5に相当する。よって以下の説明において入射光10の真空中の波長をλ、透光性絶縁材料5の屈折率をnとすると、透光性絶縁材料5内部での入射光10の波長は、真空中の波長より小さな値であるλ12=λ/nとなっている。 Hereinafter, the case of optical flatness and the case of non-optical flatness will be described in more detail. In FIG. 4A, the light reflecting surface 13 corresponds to the back surface reflecting interface 5a in FIG. Further, the upper part of the interface 13 in FIG. 4A corresponds to the translucent insulating material 5 in FIG. Therefore, in the following description, if the wavelength of the incident light 10 in vacuum is λ 0 and the refractive index of the translucent insulating material 5 is n 5 , the wavelength of the incident light 10 inside the translucent insulating material 5 is in vacuum. Λ 12 = λ 0 / n 5 which is a value smaller than the wavelength of.

図4(b)及び図4(c)は、図4(a)の凹凸の拡大図で、真上から鉛直方向に光を照射したとき、ホイヘンスの原理に従って斜面の各点で光が散乱している様子を図示したものである。   4 (b) and 4 (c) are enlarged views of the unevenness of FIG. 4 (a). When light is irradiated vertically from above, light is scattered at each point on the slope according to Huygens' principle. This is an illustration of the situation.

図4(b)は、界面13の凹凸の水平方向における間隔の平均値16が光の波長よりも大きい場合、つまり光学的フラットではない場合について示している。ここで、凹凸の斜面上の各点に入射した光10は、それぞれの点から球面波として散乱し、点線44に示す斜面の各点における同位相の散乱光波面を形成する。また、これら散乱光波面44の包絡面が点線45として示されており、当該包絡面45が反射光の波面を形成する。この時、反射光11はこの反射光の波面45に垂直な方向となる。   FIG. 4B shows a case where the average value 16 in the horizontal direction of the unevenness of the interface 13 is larger than the wavelength of the light, that is, not an optical flat. Here, the light 10 incident on each point on the uneven slope is scattered as a spherical wave from each point, and forms a scattered light wavefront having the same phase at each point on the slope indicated by the dotted line 44. Further, the envelope surface of the scattered light wavefront 44 is shown as a dotted line 45, and the envelope surface 45 forms a wavefront of reflected light. At this time, the reflected light 11 is in a direction perpendicular to the wavefront 45 of the reflected light.

図4(c)は、界面13の凹凸の水平方向における間隔の平均値16が光の波長より小さい場合、つまり光学的フラットな場合についてのものが示している。ここでは、凹凸の斜面上の各点に入射した光10による散乱光波面44の包絡面は、図から明らかなように多少の凹凸を有するものの概略平坦である。すなわち、反射光の波面は概略界面13の凹凸を平均化した面に平行な平面となる。   FIG. 4C shows the case where the average value 16 in the horizontal direction of the unevenness of the interface 13 is smaller than the wavelength of light, that is, in the case of optical flatness. Here, the envelope surface of the scattered light wavefront 44 due to the light 10 incident on each point on the uneven slope has an approximately flat surface with some unevenness, as is apparent from the figure. In other words, the wavefront of the reflected light is a plane parallel to a surface that is obtained by averaging the unevenness of the interface 13.

図4(d)〜(f)には、図4(b)、図4(c)に示されるような凹凸を有する界面13からの反射光の光のエネルギーがどの方向にどれくらい向かうかという指向性についてシミュレーション計算した結果を示したものである。すなわち、反射光の向きを示す角度φと、その方向の強度Iとした点(φ、I)による極座標表示において曲線43で示したものである。ここでは、界面13の凹凸の各頂点の角度(第一の角度)θを全て120゜としており、図4(d)、図4(e)、図4(f)は凹凸の水平方向における間隔の平均値16が媒質中の光波長λ12のそれぞれ0.1倍、1倍、3倍の場合を示したものである。 In FIGS. 4D to 4F, the direction in which the direction of the energy of the light reflected from the interface 13 having unevenness as shown in FIGS. 4B and 4C is directed. It shows the result of simulation calculation for the property. That is, it is shown by a curve 43 in polar coordinate display by an angle φ indicating the direction of reflected light and a point (φ, I) having an intensity I in that direction. Here, the angles (first angles) θ of the concavo-convex portions of the interface 13 are all 120 °, and FIGS. 4D, 4E, and 4F show the horizontal intervals of the concavo-convex portions. The average value 16 is 0.1 times, 1 time, and 3 times the optical wavelength λ 12 in the medium, respectively.

この図において、点線39は図4(b)の凹凸の斜面の傾きを示し、一点鎖線40は上記凹凸の斜面に垂直な方向を示し、矢印41は、斜面に向かう入射光の方向を表し、真上から光が入射していることを示している。矢印42は、入射角=反射角に従って反射する斜面からの反射光の方向を表す。   In this figure, a dotted line 39 indicates the inclination of the uneven slope in FIG. 4B, a dashed line 40 indicates a direction perpendicular to the uneven slope, an arrow 41 indicates the direction of incident light toward the slope, It shows that light is incident from directly above. An arrow 42 represents the direction of the reflected light from the inclined surface that reflects according to the incident angle = reflection angle.

図4(f)では中央の点から斜面への入射角=反射角である反射方向に強い指向性をもってエネルギーが反射されていることが見て取れる。これは、凹凸の水平方向における間隔の平均値16が媒質中の光波長λ12の3倍である事に起因している。 In FIG. 4F, it can be seen that energy is reflected with a strong directivity in the reflection direction where the incident angle from the central point to the inclined surface = the reflection angle. This is due to the fact that the average interval 16 in the horizontal direction of the irregularities is three times the optical wavelength λ 12 in the medium.

一方、図4(d)は特に指向性がない。これは、凹凸の水平方向における間隔の平均値16が媒質中の光波長λ12の0.1倍である事に起因している。 On the other hand, FIG. 4D has no particular directivity. This is due to the fact the mean value 16 of the spacing in the horizontal direction of the irregularities is 0.1 times the optical wavelength lambda 12 in the medium.

又、図4(e)においても図4(f)よりも指向性に劣ることがわかる。すなわち、凹凸の水平方向における間隔の平均値16が媒質中の光波長λ12の1倍であるような場合では、反射光の指向性を制御するという効果に関して不充分であることがわかる。 Also, FIG. 4E shows that the directivity is inferior to that of FIG. That is, it can be seen that the effect of controlling the directivity of the reflected light is insufficient when the average value 16 of the uneven spacing in the horizontal direction is one time the light wavelength λ 12 in the medium.

本実施の形態の裏面反射界面5aは、図6にその断面を示すように規則的な凹凸構造を有する。ここで「規則的な凹凸構造」とは、薄膜太陽電池モジュールの水平面、すなわち光電変換層3が広がる面に対して凹凸を構成する各斜面の全てが実質的に同じ傾きを有することをいう。このような構造を有することにより、どの反射面からの反射光11の薄膜太陽電池モジュール平面に対する傾きもほぼ同じとなり、光電変換層3への進入角度もほぼ同じになる。ここで、凹凸の各頂点の角度(第一の角度)θを調整することで光路長を最大にすることが出来る。   The back surface reflecting interface 5a of the present embodiment has a regular uneven structure as shown in cross section in FIG. Here, the “regular concavo-convex structure” means that all the slopes constituting the concavo-convex have substantially the same inclination with respect to the horizontal plane of the thin film solar cell module, that is, the plane on which the photoelectric conversion layer 3 spreads. By having such a structure, the inclination of the reflected light 11 from any reflection surface with respect to the thin film solar cell module plane is substantially the same, and the approach angle to the photoelectric conversion layer 3 is also substantially the same. Here, the optical path length can be maximized by adjusting the angle (first angle) θ of each vertex of the unevenness.

このような裏面反射界面5aの凹凸形状は、例えばV溝形状、四面で囲まれたピラミッド型構造などが挙げられる。   Examples of the uneven shape of the back surface reflecting interface 5a include a V-groove shape and a pyramid structure surrounded by four surfaces.

次に裏面反射界面5aが、図5に示されるような反射光が光電変換層3に対しランダムな入射角をとるような凹凸を持った面14である場合について説明する。上記したように、入射光10の透光性絶縁材料5内部での波長λ12より充分大きい凹凸の水平方向における間隔の平均値15であれば、凹凸の各斜面において、それぞれの斜面に対して、図5に示すように斜面に対する入射角と反射角が等しくなるような関係で光の反射が起こる。ここで、凹凸の各斜面の傾きは、ランダムに分布しており、反射光11の角度もランダムに分布している。この場合も、反射光は光電変換層3に対して垂直に入射しないこととなり、前記、規則的凹凸構造の場合と同様に光路長が増大するが、反射角の制御が出来ないため、第一の角度が制御された規則的凹凸構造の場合よりも、光路長が短くなる場合が少なからず発生する。すなわち、光電変換効率がやや劣る。 Next, the case where the back surface reflecting interface 5a is a surface 14 having irregularities such that the reflected light as shown in FIG. 5 takes a random incident angle with respect to the photoelectric conversion layer 3 will be described. As described above, if the average value 15 in the horizontal direction of the unevenness sufficiently larger than the wavelength λ 12 within the translucent insulating material 5 of the incident light 10 is given to each inclined surface, As shown in FIG. 5, light reflection occurs in such a relationship that the incident angle and the reflection angle with respect to the inclined surface are equal. Here, the slopes of the uneven slopes are randomly distributed, and the angle of the reflected light 11 is also randomly distributed. Also in this case, the reflected light does not enter the photoelectric conversion layer 3 perpendicularly, and the optical path length increases as in the case of the regular uneven structure, but the reflection angle cannot be controlled. In many cases, the optical path length becomes shorter than in the case of the regular uneven structure in which the angle is controlled. That is, the photoelectric conversion efficiency is slightly inferior.

ここで、「規則的な凹凸構造」における裏面反射界面5aからの、反射光の光電変換層3への入射角度と反射光の光電変換層3内部での光吸収量の関係について説明を行う。   Here, the relationship between the incident angle of the reflected light to the photoelectric conversion layer 3 from the back surface reflection interface 5a in the “regular uneven structure” and the light absorption amount of the reflected light inside the photoelectric conversion layer 3 will be described.

まず、反射光の光電変換層3への入射角度について図7〜12を基にして補足説明する第一の角度θに対応して光反射構造部M2からの反射光の光電変換層3に対する入射角が定まることは既に前述した。   First, the incident angle of the reflected light from the light reflecting structure portion M2 to the photoelectric conversion layer 3 corresponding to the first angle θ which will be supplementarily described with reference to FIGS. It has already been mentioned above that the angle is determined.

しかしながら前記、光反射構造部M2からの反射光は、第一の角度θによって、裏面反射界面5aへの反射回数が一通りしかない場合と、裏面反射界面5aへの反射回数が二通り存在する場合が在る。   However, the reflected light from the light reflecting structure part M2 has two ways of reflection to the back surface reflection interface 5a and two cases of reflection to the back surface reflection interface 5a depending on the first angle θ. There are cases.

例えば、図8に示されるように第一の角度θがθ≧120゜の場合には、図から明らかなように凹凸を形成する斜面上のどの点に光が入射しても、裏面反射界面5aに一回だけ反射してから第二電極4に向かう。   For example, as shown in FIG. 8, when the first angle θ is θ ≧ 120 °, the back surface reflecting interface can be applied to any point on the slope forming the irregularities as is apparent from the figure. After being reflected only once at 5a, it goes to the second electrode 4.

又図9、及び図10に示されるように第一の角度θが120゜>θ>90゜の場合(両図は共に第一の角度θが110゜である)は、凹凸を形成する斜面上の点の位置に応じて、裏面反射界面5aに一回だけ反射してから第二電極4に向かう図9のような場合と、裏面反射界面5aに二回反射して第二電極4に向かう図10のような場合とがある。   Also, as shown in FIGS. 9 and 10, when the first angle θ is 120 °> θ> 90 ° (both in both figures, the first angle θ is 110 °), the slopes forming the irregularities Depending on the position of the upper point, the light is reflected once at the back surface reflecting interface 5a and then directed to the second electrode 4 as shown in FIG. There is a case as shown in FIG.

更に、第一の角度θが90゜≧θ≧72゜の場合は、常に裏面反射界面5aに二回反射してから第二電極4に向かい(図非表示)、第一の角度θが72゜>θ>60゜の場合は、凹凸を形成する斜面上の点の位置に応じて、裏面反射界面5aに二回反射してから第二電極4に向かう場合と、裏面反射界面5aに三回反射して第二電極4に向かう場合とがある。   Further, when the first angle θ is 90 ° ≧ θ ≧ 72 °, the light is always reflected twice on the back surface reflecting interface 5a and then directed to the second electrode 4 (not shown), and the first angle θ is 72. In the case of °> θ> 60 °, depending on the position of the point on the slope forming the unevenness, the light is reflected twice on the back surface reflecting interface 5a and then directed to the second electrode 4; In some cases, the light is reflected back toward the second electrode 4.

このような反射回数が異なる光は、光電変換層3への入射角が異なる。すなわち、光電変換層3内の光路長が異なり、結果的に光吸収量が異なる。   Such light having different numbers of reflections has different incident angles to the photoelectric conversion layer 3. That is, the optical path length in the photoelectric conversion layer 3 is different, and as a result, the light absorption amount is different.

以下の議論では反射回数が異なる二通りの光が混在する場合の裏面反射界面5aの凹凸斜面全体に対応する反射光の光電変換層3での光吸収量△Ptを、図9〜図11をもとにして説明する。   In the following discussion, the light absorption amount ΔPt of the reflected light in the photoelectric conversion layer 3 corresponding to the entire uneven slope of the back surface reflecting interface 5a when two types of light having different numbers of reflections are mixed is shown in FIGS. Based on the explanation.

第一の角度θに対して反射光の光電変換層3での屈折角が二通り(γ、及びγ1)ある場合、光電変換層3での屈折角がγである場合に対応する斜面の領域の面積をSa、光電変換層3での屈折角がγ1である場合に対応する斜面の領域の面積をSbとして、面積Saと面積Sbとの比率s1:s2に応じて、光吸収量を比例配分した値でもって、その第一の角度θに対する裏面反射界面5aの凹凸斜面全体に対応する反射光の光電変換層3での光吸収量△Ptであるとする。   When there are two refraction angles (γ and γ1) of the reflected light in the photoelectric conversion layer 3 with respect to the first angle θ, the slope region corresponding to the case where the refraction angle in the photoelectric conversion layer 3 is γ. And Sa is the area of the slope region corresponding to the case where the refraction angle at the photoelectric conversion layer 3 is γ1, and the amount of light absorption is proportional to the ratio Sa1: s2 of the area Sa to the area Sb. It is assumed that the light absorption amount ΔPt of the reflected light in the photoelectric conversion layer 3 corresponding to the entire uneven slope of the back surface reflection interface 5a with respect to the first angle θ with the distributed value.

ここで、光電変換層3での屈折角がγ、及びγ1である場合の光吸収量をそれぞれ△P、△Pとすると、裏面反射界面5aの凹凸斜面全体に対応する反射光の光電変換層3での光吸収量△Ptは以下の式で表される。
s1=Sa/(Sa+Sb)
s2=Sb/(Sa+Sb)
△Pt=△P・s1+△P・s2 … (1)
Here, assuming that the light absorption amounts when the refraction angles in the photoelectric conversion layer 3 are γ and γ1 are ΔP 1 and ΔP 2 , respectively, the photoelectric of the reflected light corresponding to the entire uneven slope of the back surface reflecting interface 5a. The light absorption amount ΔPt in the conversion layer 3 is expressed by the following equation.
s1 = Sa / (Sa + Sb)
s2 = Sb / (Sa + Sb)
ΔPt = ΔP 1 · s1 + ΔP 2 · s2 (1)

ここで、上記斜面の領域の面積比率について、図11をもとにして説明する。
図11に、裏面反射界面5aで一回反射する場合(図9)と、裏面反射界面5aで二回反射する場合(図10)の境界を示す。図11に示す光19、20は、このような境界の状態において入射、反射される光である。図11において、裏面反射界面5aへ向かう光19は、凹凸斜面の内、頂点26とその隣の谷点28をs1:s2に内分する点27へ入射している。裏面反射界面5aへ向かう光19が、凹凸斜面の内、頂点26と点27の間へ入射した場合は、裏面反射界面5aで一回だけ反射し、点27と谷点28の間へ入射した場合は、裏面反射界面5aで二回反射する。このような比率s1、s2については幾何学的関係から第一の角度θと次の関係がある。
s1=−2cosθ、s2=1−s1
尚、この式が成立する第一の角度θは一回反射と二回反射が混在する120゜>θ>90゜の範囲であるが、一回反射のみの場合(θ≧120゜)には、
s1=1、s2=0
また、二回反射のみの場合(90゜≧θ≧72゜)には、
s1=0、s2=1
とおくことで、θ≧72゜の範囲で(1)式が成立する。
Here, the area ratio of the slope region will be described with reference to FIG.
FIG. 11 shows a boundary between the case where the light is reflected once at the back surface reflecting interface 5a (FIG. 9) and the case where the light is reflected twice at the back surface reflecting interface 5a (FIG. 10). Lights 19 and 20 shown in FIG. 11 are incident and reflected in such a boundary state. In FIG. 11, the light 19 traveling toward the back surface reflecting interface 5a is incident on a point 27 that internally divides the apex 26 and the adjacent valley point 28 into s1: s2 in the uneven slope. When the light 19 traveling toward the back reflecting interface 5a is incident between the apex 26 and the point 27 in the uneven slope, it is reflected only once at the back reflecting interface 5a and enters between the point 27 and the valley point 28. In this case, the light is reflected twice at the back surface reflecting interface 5a. Such ratios s1 and s2 have the following relationship with the first angle θ because of the geometric relationship.
s1 = −2 cos θ, s2 = 1−s1
The first angle θ at which this equation is established is in the range of 120 °>θ> 90 ° where both single reflection and double reflection are mixed, but in the case of only one reflection (θ ≧ 120 °). ,
s1 = 1, s2 = 0
In the case of only two reflections (90 ° ≧ θ ≧ 72 °),
s1 = 0, s2 = 1
Thus, the formula (1) is established in the range of θ ≧ 72 °.

また、第一の角度θが72゜>θ>60゜である場合(図非表示)についても、裏面反射界面5aで二回反射する場合と裏面反射界面5aで三回反射する場合の境界についての幾何学的関係から斜面の領域の面積比率について、第一の角度θと一定の関係があり、上記θ≧72゜の場合と同様に、裏面反射界面5aで二回反射する場合に対応する斜面の面積をSb、その時の光吸収量△P、裏面反射界面5aで三回反射する斜面の面積をSc、その時の光吸収量△Pのとすると、裏面反射界面5aの凹凸斜面全体に対応する反射光の光電変換層3での光吸収量△Ptは以下の式で表される。
s2=Sb/(Sb+Sc)
s3=Sc/(Sb+Sc)
△Pt=△P・s2+△P・s3 … (2)
尚、この場合s2、s3については詳述せず、光吸収量△Ptについてはシミュレーション計算の結果のみを図14(a)、図14(b)に示す。
In addition, when the first angle θ is 72 °>θ> 60 ° (not shown), the boundary between the case where the light is reflected twice by the back surface reflecting interface 5a and the case where the light is reflected three times by the back surface reflecting interface 5a. As for the area ratio of the slope region, there is a fixed relationship with the first angle θ, and this corresponds to the case where the back surface reflection interface 5a reflects twice as in the case of θ ≧ 72 °. If the area of the slope is Sb, the light absorption amount ΔP 2 at that time, the area of the slope that is reflected three times by the back reflection interface 5a is Sc, and the light absorption amount ΔP 3 at that time is the entire uneven slope of the back reflection interface 5a The light absorption amount ΔPt of the reflected light in the photoelectric conversion layer 3 corresponding to is expressed by the following equation.
s2 = Sb / (Sb + Sc)
s3 = Sc / (Sb + Sc)
ΔPt = ΔP 2 · s 2 + ΔP 3 · s 3 (2)
In this case, s2 and s3 are not described in detail, and only the result of simulation calculation is shown in FIG. 14A and FIG. 14B for the light absorption amount ΔPt.

続いて、裏面反射界面5aで反射された光の光電変換層3における光吸収量について説明する。光が光電変換層3に到達した後、内部を進行する光の強度Pは、光電変換層3に進入した直後の光のエネルギー強度をP、光電変換層3中を進んだ距離をX、光電変換層3の光吸収係数をαとするとP=Pexp(−αX)であらわされる。よって、光電変換層3中の光の光路長をLとすると、光吸収量△Pは
△P=P(X=0)−P(X=L)=P(1−exp(−αL)) … (3)
となる。
Subsequently, the light absorption amount in the photoelectric conversion layer 3 of the light reflected by the back surface reflection interface 5a will be described. After the light reaches the photoelectric conversion layer 3, the intensity P of the light traveling inside is P 0 as the energy intensity of the light immediately after entering the photoelectric conversion layer 3, and the distance traveled through the photoelectric conversion layer 3 is X, When the light absorption coefficient of the photoelectric conversion layer 3 is α, P = P 0 exp (−αX). Therefore, if the optical path length of the light in the photoelectric conversion layer 3 is L, the light absorption amount ΔP is ΔP = P (X = 0) −P (X = L) = P 0 (1-exp (−αL) (3)
It becomes.

ここで、光電変換層3中の光の光路長Lは、光電変換層3の厚みをD、光電変換層3における屈折角をγとすると、
L=D/cosγ … (4)
の関係がある。
Here, the optical path length L of the light in the photoelectric conversion layer 3 is set such that the thickness of the photoelectric conversion layer 3 is D, and the refraction angle in the photoelectric conversion layer 3 is γ 0 .
L = D / cosγ 0 (4)
There is a relationship.

次に、光電変換層3に進入した直後の光のエネルギー強度P、及び光電変換層3における屈折角γについて説明する。 まず、裏面反射界面5aへ一回だけ反射する場合について図9にもとづいて説明する。 Next, the light energy intensity P 0 immediately after entering the photoelectric conversion layer 3 and the refraction angle γ 0 in the photoelectric conversion layer 3 will be described. First, a case where light is reflected only once to the back surface reflecting interface 5a will be described with reference to FIG.

裏面反射界面5aへの入射光19は、凹凸斜面上で反射され(光線20)、更に第二電極層内を通過し(光線21)、更に光電変換層3を進む(光線22)。
透光性絶縁材料5を通過する光線20の第二電極4に対する入射角をα、第二電極4を通過する光線21の光電変換層3に対する入射角をβ、光電変換層3を通過する光線22の屈折角をγ、透光性絶縁材料5の屈折率をn、第二電極4の屈折率をn、光電変換層3の屈折率をnとすると、これらはスネルの式に従う。
Incident light 19 on the back reflecting interface 5a is reflected on the uneven slope (light ray 20), further passes through the second electrode layer (light ray 21), and further travels through the photoelectric conversion layer 3 (light ray 22).
The incident angle of the light beam 20 passing through the translucent insulating material 5 to the second electrode 4 is α, the incident angle of the light beam 21 passing through the second electrode 4 to the photoelectric conversion layer 3 is β, and the light beam passes through the photoelectric conversion layer 3. When the refractive angle of 22 is γ, the refractive index of the translucent insulating material 5 is n 5 , the refractive index of the second electrode 4 is n 4 , and the refractive index of the photoelectric conversion layer 3 is n 3 , these follow Snell's equation. .

ここで、それぞれの屈折率については、本実施例においては、消衰係数kについては値が小さいため無視する。   Here, with respect to each refractive index, in the present embodiment, the extinction coefficient k is neglected because it has a small value.

一方、光線20の第二電極4に対する入射角αと第一の角度θの間には、単純に幾何学的関係からα=π−θであるため、
sinγ=n/n・sin(π−θ)
となる。よって、第一の角度θによって光電変換層3を通過する光線22の屈折角γを制御することが可能である。
On the other hand, between the incident angle α of the light ray 20 with respect to the second electrode 4 and the first angle θ, simply α = π−θ from a geometrical relationship,
sinγ = n 5 / n 3 · sin (π−θ)
It becomes. Therefore, the refraction angle γ of the light beam 22 passing through the photoelectric conversion layer 3 can be controlled by the first angle θ.

次に光電変換層3に進入した直後の光のエネルギー強度Pについて説明する。 Next, the light energy intensity P 0 immediately after entering the photoelectric conversion layer 3 will be described.

図9において、裏面反射界面5aでは反射率が非常に高いため、エネルギーの損失は無視して支障ないため、以降の議論では裏面反射界面5aで反射した後の光線20の強度を1として話を進める。まず、第二電極4を通過する光線21についてみると、光線20のエネルギーの一部は透光性絶縁材料5と第二電極4の界面で光線39として反射されるため、界面における反射率をr1とすると、光線21の強度は1−r1となる。   In FIG. 9, since the reflectance at the back surface reflecting interface 5a is very high, energy loss can be ignored. Therefore, in the following discussion, the intensity of the light beam 20 reflected by the back surface reflecting interface 5a is assumed to be 1. Proceed. First, regarding the light beam 21 passing through the second electrode 4, a part of the energy of the light beam 20 is reflected as the light beam 39 at the interface between the translucent insulating material 5 and the second electrode 4, and thus the reflectance at the interface is Assuming r1, the intensity of the light beam 21 is 1-r1.

更に、光線22についても、光線21のエネルギーの一部は第二電極4と光電変換層3の界面で光線40として反射されるため、ここにおける反射率をr2とすると、光線22の光電変換層3への進入直後の強度P0は、前記光線21の強度(1−r1)も考慮して
0=(1−r1)・(1−r2)
となる。
Further, with respect to the light beam 22, a part of the energy of the light beam 21 is reflected as the light beam 40 at the interface between the second electrode 4 and the photoelectric conversion layer 3. The intensity P 0 immediately after entering 3 is determined by considering the intensity (1-r1) of the light beam 21 as follows: P 0 = (1-r1) · (1-r2)
It becomes.

ここで、厳密には第二電極層4内部での光の吸収が存在するが、もともとこの層に用いられる材料である透明導電膜は光損失が小さなものが用いられているため、無視しても支障はない。以上により、一回反射の場合の、光線22の光電変換層3における光吸収量は式(3)、(4)より
△P=(1−r1)・(1−r2)(1−exp(−α・D/cosγ))… (5)
となる。 次に、裏面反射界面5aへ二回反射する場合について図10にもとづいて説明する。
Strictly speaking, there is absorption of light inside the second electrode layer 4, but the transparent conductive film, which is a material originally used for this layer, has a small light loss. There is no problem. As described above, the light absorption amount of the light beam 22 in the photoelectric conversion layer 3 in the case of a single reflection is expressed by ΔP 1 = (1-r1) · (1-r2) (1-exp from Equations (3) and (4). (−α · D / cos γ)) (5)
It becomes. Next, a case where the light is reflected twice to the back surface reflection interface 5a will be described with reference to FIG.

この場合も光電変換層3を通過する光線25の屈折角γ1、は上記したようにそれぞれスネルの式、及び第一の角度θとの幾何学的関係から、第一の角度θと関係付けられる。つまり、
α1=θ/2−χ
χ=π−3θ/2
sinγ1=n/n・sin(2θ−π)
となる。
Also in this case, the refraction angle γ1 of the light beam 25 passing through the photoelectric conversion layer 3 is related to the first angle θ from the Snell equation and the geometric relationship with the first angle θ as described above. . That means
α1 = θ / 2−χ
χ = π−3θ / 2
sin γ1 = n 5 / n 3 · sin (2θ−π)
It becomes.

また裏面反射界面5aの反射率を1、透光性絶縁材料5と第二電極4の界面での反射率をr3、第二電極4と光電変換層3の界面での反射率をr4とすると、二回反射の場合の、光線25の光電変換層3における光吸収量△Pは一回反射の場合と同様、
△P=(1−r3)・(1−r4)・(1−e−αL1) 、L1=D/cosγ1 … (6)
となる。
Also, the reflectance at the back surface reflecting interface 5a is 1, the reflectance at the interface between the translucent insulating material 5 and the second electrode 4 is r3, and the reflectance at the interface between the second electrode 4 and the photoelectric conversion layer 3 is r4. In the case of twice reflection, the light absorption amount ΔP 2 of the light ray 25 in the photoelectric conversion layer 3 is the same as in the case of single reflection.
ΔP 2 = (1−r3) · (1−r4) · (1−e− αL1 ), L1 = D / cos γ1 (6)
It becomes.

以上により、裏面反射界面5aの凹凸斜面全体に対応する反射光の光電変換層3への光吸収量△Ptは、式(5)および式(6)の△P、△Pを用いて式(1)で表される。 As described above, the light absorption amount ΔPt of the reflected light to the photoelectric conversion layer 3 corresponding to the entire uneven slope of the back surface reflecting interface 5a is obtained using ΔP 1 and ΔP 2 of the equations (5) and (6). It is represented by Formula (1).

シミュレーション条件としては、光電変換層3としてはa−Si/μc−Si薄膜タンデム構造、透光性の第二電極4としてはZnO膜、透光性絶縁材料5としては透明なエチレン酢酸ビニル樹脂を用いた。   As a simulation condition, an a-Si / μc-Si thin film tandem structure is used as the photoelectric conversion layer 3, a ZnO film is used as the translucent second electrode 4, and a transparent ethylene vinyl acetate resin is used as the translucent insulating material 5. Using.

表1に、このシミュレーションで用いたそれぞれの材料の光学定数が示されている。
ここで、各光学定数は真空中の光の波長λ=1000nmの場合の値である。
Table 1 shows the optical constants of the respective materials used in this simulation.
Here, each optical constant is a value when the wavelength λ 0 of light in a vacuum is 1000 nm.

本実施例におけるa−Si/μc−Si薄膜タンデム構造の薄膜太陽電池素子の場合は、上記したように光電変換層3を透過した光のうち、裏面反射界面5aで反射させる必要のある光の波長はλ=700〜1200nmである。よってここでは、代表的波長としてλ=1000nmを選んである。尚、光電変換層3としてシリコン以外の材料を用いる場合は、その材料を透過してくる光の波長帯範囲の中で、代表的な値を選んで同じように考えればよい。 In the case of the thin film solar cell element of the a-Si / μc-Si thin film tandem structure in this example, the light that needs to be reflected by the back surface reflecting interface 5a out of the light transmitted through the photoelectric conversion layer 3 as described above. The wavelength is λ 0 = 700 to 1200 nm. Therefore, here, λ = 1000 nm is selected as the representative wavelength. When a material other than silicon is used for the photoelectric conversion layer 3, a representative value may be selected and considered in the same manner within a wavelength band range of light transmitted through the material.

図12に、裏面反射界面5aの凹凸形状斜面で反射された光が透光性絶縁材料5、第二電極4、光電変換層3の各界面で更に反射されることによる二次反射光、及びそれ以上の高次の反射光について点線で描画されている。これらの高次の反射光についても反射を繰り返しながら、最終的に光電変換層3内部に進入するため、より正確にはこれらの高次の反射光について、それぞれの強度を計算して、光吸収量△Ptに対する寄与分の計算をする必要があるが、これら高次の反射光による寄与分はそれほど大きくはなく光吸収量の第一の角度依存性の議論において、本質的な影響は与えない。   In FIG. 12, the secondary reflected light by the light reflected by the uneven slope of the back surface reflecting interface 5a being further reflected by each interface of the translucent insulating material 5, the second electrode 4, and the photoelectric conversion layer 3, and The higher order reflected light is drawn with a dotted line. Since these high-order reflected light also repeats reflection and finally enters the photoelectric conversion layer 3, more accurately calculating the intensity of each of these high-order reflected light and absorbing the light. Although it is necessary to calculate the contribution to the amount ΔPt, the contribution due to the higher-order reflected light is not so large, and there is no essential influence in the discussion of the first angle dependency of the light absorption amount. .

尚、このシミュレーションにおいては裏面反射界面5aで反射する際に光吸収ロスは発生しないものと仮定している。また、反射率計算では光は偏向角ξ=45゜の円偏光として、P波、S波の反射率を合成している。   In this simulation, it is assumed that no light absorption loss occurs when the light is reflected by the back surface reflecting interface 5a. In the reflectance calculation, the light is circularly polarized with a deflection angle ξ = 45 °, and the reflectances of P wave and S wave are combined.

図14(a)、(b)に光反射構造部M2による裏面反射界面5aの凹凸斜面全体に対応する反射光の光電変換層3での光吸収量△Ptを、第一の角度θに対してシミュレーションした結果の一例を示す。両グラフとも光吸収量△Ptを縦軸に取り、第一の角度θを横軸に取り表示されている。図14(a)においてグラフ中の□の点によるプロットは、裏面反射界面に一度だけ反射する場合の寄与分△Pt・s1を示しており、△の点によるプロットは、裏面反射界面に二度反射する場合の寄与分△Pt・s2を示しており、◇の点によるプロットは、裏面反射界面に三度反射する場合の寄与分△Pt・s3を示しており、小さい黒丸の点によるプロットは、これらの和△Ptを示している。ここで、これら△Pt・s1、△Pt・s2、△Pt・s3、及び△Ptについては、上述の式(1)、(2)の説明のところで出てくるものを示している。 FIGS. 14A and 14B show the light absorption amount ΔPt of the reflected light in the photoelectric conversion layer 3 corresponding to the entire uneven slope of the back surface reflecting interface 5a by the light reflecting structure M2 with respect to the first angle θ. An example of the simulation results is shown. In both graphs, the light absorption amount ΔPt is plotted on the vertical axis and the first angle θ is plotted on the horizontal axis. In FIG. 14 (a), the plot by the point □ in the graph shows the contribution ΔPt 1 · s1 when the light is reflected only once on the back surface reflection interface. △ Pt 2 · s2 is shown for the case of the reflection at the degree of reflection, and the plot by the point ◇ shows the contribution ΔPt 3 · s3 for the case of the reflection at the back reflecting interface three times. The plot by shows the sum ΔPt of these. Here, ΔPt 1 · s1, ΔPt 2 · s2, ΔPt 3 · s3, and ΔPt are the ones that appear in the explanations of the above-described equations (1) and (2). .

図14(b)に、図14(a)における黒丸の点によるプロット、すなわち光反射構造部M2による裏面反射界面5aの凹凸斜面全体に対応する反射光の光電変換層3への光吸収量△Ptを拡大表示したグラフが示されている。
また、グラフ中には第一の角度θが90゜の時の光吸収量△Ptの値において横軸に平行に点線が表示されている。
FIG. 14B is a plot of black dots in FIG. 14A, that is, the amount of light absorption Δ to the photoelectric conversion layer 3 of the reflected light corresponding to the entire uneven slope of the back surface reflecting interface 5a by the light reflecting structure M2. A graph in which Pt is enlarged is shown.
In the graph, a dotted line is displayed in parallel with the horizontal axis at the value of light absorption ΔPt when the first angle θ is 90 °.

ここで、第一の角度θが90゜の場合は、図13に示すように反射光は常に裏面反射界面5aへ二回反射して光電変換層3に垂直な方向に反射していく。
よって、この場合が光反射構造部M2からの光反射について光電変換層3における光路長増加がもっとも小さい場合であり、この時の光吸収量は△Pt=4.86%である。図14(b)の点線はこの光吸収量△Ptに対応するものである。
Here, when the first angle θ is 90 °, the reflected light is always reflected twice to the back surface reflecting interface 5a and reflected in the direction perpendicular to the photoelectric conversion layer 3 as shown in FIG.
Therefore, this case is a case where the optical path length increase in the photoelectric conversion layer 3 is the smallest with respect to the light reflection from the light reflection structure M2, and the light absorption amount at this time is ΔPt = 4.86%. The dotted line in FIG. 14B corresponds to this light absorption amount ΔPt.

よって、望ましい第一の角度範囲θとしては、図14(b)のグラフから、光吸収量が△Pt>4.86%である範囲として60〜90゜、又は115゜以上である。   Therefore, the desirable first angle range θ is 60 to 90 ° or 115 ° or more as a range in which the light absorption amount is ΔPt> 4.86% from the graph of FIG.

特に、第一の角度θが90゜より大きい凹凸部材は、製造しやすいため低コストにすることができる。そこで、上記凹凸部材作成上のメリットから第一の角度θが90゜より大きい方が望ましい。   In particular, a concavo-convex member having a first angle θ greater than 90 ° can be manufactured at low cost because it is easy to manufacture. Therefore, it is desirable that the first angle θ is larger than 90 ° because of the merit in producing the concavo-convex member.

また、第一の角度範囲が90゜より小さい範囲に局所的ピークが存在し、θ=70゜において光吸収量は△Pt=4.99%である。また、第一の角度範囲が90゜より大きい範囲にも局所的ピークが存在し、θ=130゜において最も大きい光吸収量△Pt=5.03%を示している。   Further, a local peak exists in a range where the first angle range is smaller than 90 °, and the light absorption amount is ΔPt = 4.99% at θ = 70 °. In addition, a local peak also exists in the range where the first angle range is larger than 90 °, and the largest light absorption amount ΔPt = 5.03% is shown at θ = 130 °.

つまり、第一の角度範囲θが90゜より大きい範囲でかつ光吸収量△Ptの最大値付近の値をとるという条件を満たす範囲として、125゜〜140゜であることが上記の第一の角度範囲に比較して更に望ましい。   That is, the first angle range θ is 125 ° to 140 ° as a range satisfying the condition that the first angle range θ is larger than 90 ° and takes a value near the maximum value of the light absorption amount ΔPt. More desirable compared to the angular range.

上記の第一の角度θの最適範囲は、光電変換層3としてa−Si/μc−Si薄膜タンデム構造、透光性の第二電極4としてZnO膜、透光性絶縁材料5として透明なエチレン酢酸ビニル樹脂を用いた場合について説明している。   The optimum range of the first angle θ is that the photoelectric conversion layer 3 is an a-Si / μc-Si thin film tandem structure, the translucent second electrode 4 is a ZnO film, and the translucent insulating material 5 is transparent ethylene. The case where a vinyl acetate resin is used is described.

尚、透光性の第二電極4としてZnO膜以外にITO膜、SnO2膜などを用いることが出来、又、透光性絶縁材料5としてエチレン酢酸ビニル樹脂(EVA)以外の、ポリビニルアルコール樹脂(PVA)などの透明度の高い樹脂や、1000nm付近の透過率の高い光学ガラスなどを用いてもよい。この場合も、図14に示したシミュレーションで用いた各材料の光学定数との差異は殆どないため、第一の角度θの最適範囲についてほぼ同じものになる。   In addition to the ZnO film, an ITO film, a SnO2 film, or the like can be used as the translucent second electrode 4, and a polyvinyl alcohol resin (other than ethylene vinyl acetate resin (EVA)) can be used as the translucent insulating material 5. A highly transparent resin such as PVA) or optical glass having a high transmittance around 1000 nm may be used. Also in this case, since there is almost no difference from the optical constants of the materials used in the simulation shown in FIG. 14, the optimum range of the first angle θ is almost the same.

ここで、裏面反射界面5aの凹凸の水平方向における間隔の平均値は、上記したように入射光10の真空中の波長をλ、透光性絶縁材料5の屈折率をnとすると、透光性絶縁材料5内部での入射光10の波長は、λ12=λ/nとなる。このため、透光性絶縁材料5の材質が例えば透明なエチレン酢酸ビニル樹脂(透明EVA)であるとすると、この物質の波長700〜1200nm付近の屈折率はおよそn=1.5であり、透光性絶縁材料5内部での波長はλ12=470〜800nmとなる。よって、透光性絶縁材料5が透明エチレン酢酸ビニル樹脂、光電変換層3がa−Si/μc−Si薄膜タンデム構造である場合、700〜1200nmの波長の光を入射角=反射角の関係でもって反射させる裏面反射界面5aの凹凸の水平方向における間隔の平均値16は少なくとも470〜800nmより大きくすることで、光学的フラットな面が形成されない。 Here, the average value of the intervals in the horizontal direction of the unevenness of the back surface reflecting interface 5a is, as described above, assuming that the wavelength of the incident light 10 in vacuum is λ 0 and the refractive index of the translucent insulating material 5 is n 5 . The wavelength of the incident light 10 inside the translucent insulating material 5 is λ 12 = λ 0 / n 5 . For this reason, when the material of the translucent insulating material 5 is, for example, a transparent ethylene vinyl acetate resin (transparent EVA), the refractive index of the substance in the vicinity of a wavelength of 700 to 1200 nm is approximately n 5 = 1.5. The wavelength inside the translucent insulating material 5 is λ 12 = 470 to 800 nm. Therefore, when the translucent insulating material 5 is a transparent ethylene vinyl acetate resin and the photoelectric conversion layer 3 has an a-Si / μc-Si thin film tandem structure, light having a wavelength of 700 to 1200 nm is incident angle = reflection angle. The average value 16 in the horizontal direction of the unevenness of the back surface reflecting interface 5a to be reflected is set to be larger than at least 470 to 800 nm, so that an optically flat surface is not formed.

また、より好ましくは凹凸を有する平面における光反射の反射光指向特性の説明において述べたように、裏面反射界面5aの凹凸の水平方向における間隔の平均値16が当該λ12の3倍、すなわち1400〜2400nmより大きくなるようにする。 Also, as more preferred it said in the description of the reflected light directivity characteristics of the light reflection in a plane having irregularity, 3 times the average value 16 of the spacing in the horizontal direction of the unevenness of the back surface reflective interface 5a is the lambda 12, i.e. 1400 It should be larger than ˜2400 nm.

また、本実施形態はスーパーストレート型太陽電池モジュールを用いており、これにより、光入射側から透過する水分が低減されて内部腐食が起こりにくくなり、信頼性が向上する。また、モジュール製造上、素子の集積化プロセス(レーザースクライブ)が行い易い。   In addition, this embodiment uses a super straight type solar cell module, whereby moisture transmitted from the light incident side is reduced and internal corrosion hardly occurs, and reliability is improved. In addition, an element integration process (laser scribing) is easy to perform in module manufacture.

次に、本実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造方法について説明する。以下においても、光電変換層3がa−Si/μc−Si薄膜タンデム構造である場合を例にとり説明する。尚、本発明はa−Si/μc−Si薄膜タンデム構造に限定されるものではなく、a−Si単セル構造、及び3タンデム構造以上のマルチタンデム構造にも適用することが可能である。   Next, the manufacturing method of the thin film solar cell module of this embodiment is demonstrated. Hereinafter, the case where the photoelectric conversion layer 3 has an a-Si / μc-Si thin film tandem structure will be described as an example. The present invention is not limited to the a-Si / μc-Si thin film tandem structure, but can be applied to an a-Si single cell structure and a multi-tandem structure of three or more tandem structures.

先ず、図1に示されるようにガラスなどの透光性基板1上に透明導電材料よりなる第一電極2を形成する。ここで、透光性基板1として使用されるガラスとして波長が600nm以上を高効率に透過するものを用いた場合、発電効率が向上する。すなわち、光電変換層3に含まれるμc−Si:Hの材料は現在シリコンが主流であり、この場合発電に寄与する光の波長上限としては1200nm付近まであるため、このような光の長波長領域まで高い透過率を有するような、鉄分の含有量の少ない原料を溶解して製造された太陽電池用のガラス材(白色ガラス)を用いる。   First, as shown in FIG. 1, a first electrode 2 made of a transparent conductive material is formed on a translucent substrate 1 such as glass. Here, when the glass used as the translucent substrate 1 is one that transmits a wavelength of 600 nm or more with high efficiency, the power generation efficiency is improved. That is, the material of μc-Si: H contained in the photoelectric conversion layer 3 is currently silicon, and in this case, the upper limit of the wavelength of light contributing to power generation is up to around 1200 nm. A glass material (white glass) for a solar cell produced by melting a raw material having a low iron content and having a high transmittance is used.

第一電極2用の透明導電材料としてはSnO、ITO、ZnOなどの酸化物系透明導電膜を用いることが出来る。成膜方法としては、スパッタ、熱CVD、LPCVD等の方法が可能である。この時、形成される膜の表面が凹凸形状を形成するような条件で行う。熱CVD法では自然に表面が凹凸形状になるが、スパッタ、LPCVDでは必要に応じて成膜後のエッチングにより凹凸を形成する。 As the transparent conductive material for the first electrode 2, an oxide-based transparent conductive film such as SnO 2 , ITO, or ZnO can be used. As a film forming method, methods such as sputtering, thermal CVD, and LPCVD are possible. At this time, it is performed under the condition that the surface of the formed film forms an uneven shape. In the thermal CVD method, the surface is naturally uneven, but in the case of sputtering and LPCVD, the unevenness is formed by etching after film formation as necessary.

次に、第一電極15の凹凸表面の上に、光電変換層3をプラズマCVD等の手法で形成する。光電変換層3において、上記したようにシリコン系の材料が主流であり、この場合では表側からa−Siユニットセル、μc−Siユニットセルの順に形成したa−Si/μc−Si薄膜タンデム構造にすると、吸収できる光波長帯の幅を広く取ることが可能となる。   Next, the photoelectric conversion layer 3 is formed on the uneven surface of the first electrode 15 by a technique such as plasma CVD. In the photoelectric conversion layer 3, as described above, silicon-based materials are mainstream. In this case, the a-Si / μc-Si thin film tandem structure is formed in the order of the a-Si unit cell and the μc-Si unit cell from the front side. Then, it is possible to widen the width of the light wavelength band that can be absorbed.

光電変換層3の上に透明導電材料よりなる第二電極4をスパッタ法やLPCVD法等で形成する。第二電極を形成する場合、すでに形成されている光電変換層3の品質にダメージを与えないようにするため、200℃程度という低い基板温度で成膜可能となるスパッタ法やLPCVD法を用いるのが好適である。この場合、下地である光電変換層3上に形成された膜は、下地の表面形状をそのまま反映する形で膜形成がなされ、凹凸が強調されることはほとんどない。また、μc−Si:H膜の表面には自生的凹凸が生じるのが、そのサイズは光閉じ込めには必ずしも充分なものにはならない。そのため、光電変換層3の透過光である波長700nm以上の光に対しては充分に散乱されることなく相当量が真っ直ぐに透過する。   A second electrode 4 made of a transparent conductive material is formed on the photoelectric conversion layer 3 by sputtering or LPCVD. When forming the second electrode, in order not to damage the quality of the already formed photoelectric conversion layer 3, a sputtering method or an LPCVD method that enables film formation at a substrate temperature as low as about 200 ° C. is used. Is preferred. In this case, the film formed on the photoelectric conversion layer 3 as the base is formed in a form that reflects the surface shape of the base as it is, and the unevenness is hardly emphasized. In addition, spontaneous irregularities are generated on the surface of the μc-Si: H film, but the size is not necessarily sufficient for light confinement. Therefore, a considerable amount of light that is transmitted through the photoelectric conversion layer 3 and having a wavelength of 700 nm or longer is transmitted straight without being sufficiently scattered.

このような第二電極4の透明導電材料としては、第一電極同様にSnO、ITO、ZnOなどの酸化物系透明導電膜を使用することが出来る。この中でも特にZnOは長波長光の透過率に優れている。 As such a transparent conductive material for the second electrode 4, an oxide-based transparent conductive film such as SnO 2 , ITO, ZnO or the like can be used as in the first electrode. Among these, ZnO is particularly excellent in the transmittance of long wavelength light.

透光性絶縁材料5の材質としては、樹脂、ガラスなど、半導体層を透過するに光に対して、吸収係数が小さい透明体を用いることが出来る。樹脂の材料としてはエチレン酢酸ビニル(EVA)樹脂やポリビニルアルコール(PVA)樹脂等を用いることができ、エチレン酢酸ビニル(EVA)樹脂はコスト的、また耐水性などの信頼性に関して優れている。   As a material of the translucent insulating material 5, a transparent body having a small absorption coefficient with respect to light, such as resin and glass, can be used. As the resin material, ethylene vinyl acetate (EVA) resin, polyvinyl alcohol (PVA) resin, or the like can be used. Ethylene vinyl acetate (EVA) resin is excellent in terms of cost and reliability such as water resistance.

反射材6としては、下地側の透光性絶縁材料5に接して光を反射するものであればよく、白色染料を添加したエチレン酢酸ビニル樹脂やフッ素系樹脂などの白色の樹脂、TiO2等の無機系白色顔料を固めて固形化したもの、又は樹脂中に分散させたものなどを利用することが可能である。   The reflective material 6 may be any material that reflects light in contact with the transparent insulating material 5 on the base side, such as a white resin added with a white dye, such as an ethylene vinyl acetate resin or a fluorine-based resin, TiO2, or the like. It is possible to use a solidified inorganic white pigment or a material dispersed in a resin.

以下において、本実施の形態における透光性絶縁材料5と反射材6の界面が裏面反射界面5aの凹凸形状をなしている光反射構造部M2の作製方法について説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the light reflecting structure portion M2 in which the interface between the translucent insulating material 5 and the reflecting material 6 in the present embodiment has an uneven shape of the back surface reflecting interface 5a will be described.

先ず、凹凸形状を有する透光性絶縁材料5を単独で形成する方法について述べる。   First, a method for independently forming the translucent insulating material 5 having an uneven shape will be described.

図16において、透光性絶縁材料は、板状部材30と除去部29とから構成されている。板状材料30の表面は、V溝状に加工して凹凸形状を有する透光性絶縁材料形成が可能である。この加工方法としては、板状材料30が熱硬化性樹脂の場合は図17に示すように、加熱した板状部材30に形状転写部材31 を押し付けることで凹凸形状形成が可能である。   In FIG. 16, the translucent insulating material is composed of a plate-like member 30 and a removal portion 29. The surface of the plate-like material 30 can be processed into a V-groove shape to form a translucent insulating material having an uneven shape. As the processing method, when the plate-like material 30 is a thermosetting resin, as shown in FIG. 17, an uneven shape can be formed by pressing the shape transfer member 31 against the heated plate-like member 30.

また、板状部材30がガラスの場合は、図18に示すように、板状部材30表面から加工砥石32によりV溝を研削加工することで凹凸形状形成が可能である。   When the plate-like member 30 is made of glass, as shown in FIG. 18, it is possible to form an uneven shape by grinding the V-groove from the surface of the plate-like member 30 with a processing grindstone 32.

凹凸形状を有する透光性絶縁材料5を単独で形成する別の方法として、図19に示すように、板状部材から形成するのでなく、成形型33内に樹脂供給ノズル34で樹脂未硬化物35を注入して、硬化させてのち図20に示すように、成形型33を取り除くインジェクション成形法を採用することも可能である。この場合、樹脂未硬化物35として加熱溶融した熱可塑性樹脂を用い、金属製の成形型33を用いてもよく、また樹脂未硬化物35として光硬化樹脂を用い、ガラス製の成形型33を用い、当該成形型33へ注入後ガラス製成形型33外部から露光し硬化させて取出してもよい。   As another method of forming the translucent insulating material 5 having an uneven shape alone, as shown in FIG. 19, the resin uncured material is not formed from a plate-like member but is formed in the mold 33 by the resin supply nozzle 34. It is also possible to employ an injection molding method in which the molding die 33 is removed as shown in FIG. In this case, a thermoplastic resin heated and melted may be used as the resin uncured product 35, and a metal mold 33 may be used. Alternatively, a photocurable resin may be used as the resin uncured product 35, and a glass mold 33 may be used. It may be used after being poured into the mold 33 and exposed and cured from the outside of the glass mold 33 to be taken out.

以上の方法で形成した凹凸形状を有する透光性絶縁材料5を図21に示されるように、薄膜太陽電池素子部M1の第二電極4上に、樹脂系接着剤36により接着する。第二電極4上に細線電極17が形成されている場合には、樹脂系接着剤36の厚みは当該細線電極17の第二電極4表面からの高さ程度になるように注意して樹脂系接着剤36の塗布を行う。   As shown in FIG. 21, the translucent insulating material 5 having the uneven shape formed by the above method is adhered to the second electrode 4 of the thin film solar cell element portion M1 by the resin adhesive 36. When the fine wire electrode 17 is formed on the second electrode 4, the resin-based adhesive 36 is carefully made so that the thickness of the resin-based adhesive 36 is about the height from the surface of the second electrode 4 of the fine wire electrode 17. Adhesive 36 is applied.

透光性絶縁材料5の凹凸形状の裏面側に反射材6を形成するため、図22に示すように、凹凸形状を有する透光性絶縁材料5が接着された薄膜太陽電池素子部M1をラミネーター装置37内に載置して、樹脂供給口38から白色の塗料を含有させたエチレン酢酸ビニル樹脂などの熱可塑性樹脂の加熱溶融物を注入することで、本実施形態の薄膜太陽電池モジュールを得ることが出来る。   In order to form the reflector 6 on the back side of the concavo-convex shape of the translucent insulating material 5, as shown in FIG. 22, the thin film solar cell element portion M1 to which the translucent insulating material 5 having the concavo-convex shape is bonded is a laminator. The thin film solar cell module of this embodiment is obtained by injecting a heated melt of a thermoplastic resin such as ethylene vinyl acetate resin containing white paint from the resin supply port 38, which is placed in the apparatus 37. I can do it.

次に、凹凸形状を有する透光性絶縁材料5を薄膜太陽電池素子部M1の上へ直接形成する方法について述べる。   Next, a method of directly forming the translucent insulating material 5 having the uneven shape on the thin film solar cell element portion M1 will be described.

この場合は先ず、図23に示すように、薄膜太陽電池素子部M1の第二電極4上に樹脂未硬化物35を塗布する。樹脂未硬化物35は、熱可塑性樹脂の加熱溶融物を用いた場合には、第二電極4上に塗布後、冷却硬化する前に図17のように形状転写部材31 を押し付ける凹凸形状転写法を行うことで図24に示すような薄膜太陽電池素子部M1の第二電極4上への透光性絶縁材料5の凹凸形状形成が可能である。   In this case, first, as shown in FIG. 23, an uncured resin 35 is applied on the second electrode 4 of the thin-film solar cell element portion M1. When the resin uncured product 35 is a hot melt of a thermoplastic resin, it is applied to the second electrode 4 and then cooled and hardened before the shape transfer member 31 is pressed as shown in FIG. As shown in FIG. 24, it is possible to form an uneven shape of the translucent insulating material 5 on the second electrode 4 of the thin film solar cell element portion M1 as shown in FIG.

また、樹脂未硬化物35として、熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂、または主剤と硬化剤を混合して硬化させる二液混合硬化性樹脂を用いた場合には、当該樹脂を硬化させた後、図18に示すように、当該硬化樹脂表面から加工砥石32によりV溝を研削加工することで図24に示すような薄膜太陽電池素子部M1の第二電極4上への透光性絶縁材料5の凹凸形状形成が可能である。   In addition, as the resin uncured product 35, when using a thermoplastic resin, a photocurable resin, or a two-component mixed curable resin in which a main agent and a curing agent are mixed and cured, after curing the resin, As shown in FIG. 18, a light-transmitting insulating material 5 on the second electrode 4 of the thin-film solar cell element portion M1 as shown in FIG. Can be formed.

凹凸形状を有する透光性絶縁材料5を薄膜太陽電池素子部M1の上へ直接形成する別の方法として図25に示すように、薄膜太陽電池素子部M1の第二電極4上方に、成形型33を適切な高さに設置しておき、樹脂供給ノズル34で樹脂未硬化物35を注入して、硬化させたのち成形型33を取り除くことで図24に示すような薄膜太陽電池素子部M1の第二電極4上への透光性絶縁材料5の凹凸形状形成が可能である。   As another method for directly forming the light-transmitting insulating material 5 having an uneven shape directly on the thin film solar cell element M1, as shown in FIG. 25, a molding die is formed above the second electrode 4 of the thin film solar cell element M1. The thin film solar cell element portion M1 as shown in FIG. 24 is obtained by placing the 33 at an appropriate height, injecting the resin uncured material 35 with the resin supply nozzle 34 and curing it, and then removing the molding die 33. It is possible to form a concavo-convex shape of the translucent insulating material 5 on the second electrode 4.

以上のようにして、薄膜太陽電池素子部M1の第二電極4上への透光性絶縁材料5の凹凸形状形成を行った後には、上記凹凸形状を有する透光性絶縁材料5を単独で形成した場合と同様にして、図26に示すようにラミネーター装置内に載置して、樹脂供給口38から白色の塗料を含有させたエチレン酢酸ビニル樹脂などの熱可塑性樹脂の加熱溶融物を注入することで、本実施の形態の薄膜太陽電池モジュールを得ることが出来る。   After the concavo-convex shape of the translucent insulating material 5 is formed on the second electrode 4 of the thin film solar cell element portion M1 as described above, the translucent insulating material 5 having the concavo-convex shape is singly used. In the same manner as in the case of the formation, it is placed in a laminator apparatus as shown in FIG. 26, and a heated melt of a thermoplastic resin such as ethylene vinyl acetate resin containing white paint is injected from the resin supply port 38. By doing so, the thin film solar cell module of this Embodiment can be obtained.

以上、本実施の形態によれば、薄膜太陽電池モジュールの裏面側に透過してきた光が、第一の角度θが60〜90゜、又は115゜以上とされた裏面反射界面5において反射されるため、光電変換層3を垂直に入射する場合に比較して、反射光の光電変換層3への吸収量△Ptを増大ざせることが可能となり、薄膜太陽電池モジュールの光電変換効率を向上させることが可能となる。また、規則的な凹凸形状による裏面反射界面5で反射することにより、反射光が再び光電変換層3に入射する角度を制御することが可能となる。
また、上記第一の角度θを125゜〜140゜とすることにより、反射光の光電変換層3での吸収量△Ptを最大にすることが可能となり薄膜太陽電池モジュールの光電変換効率を更に向上させることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the light transmitted to the back surface side of the thin-film solar cell module is reflected at the back surface reflection interface 5 in which the first angle θ is 60 to 90 °, or 115 ° or more. Therefore, it is possible to increase the amount of absorption ΔPt of the reflected light into the photoelectric conversion layer 3 as compared with the case where the photoelectric conversion layer 3 is incident vertically, thereby improving the photoelectric conversion efficiency of the thin film solar cell module. It becomes possible. In addition, the angle at which the reflected light is incident on the photoelectric conversion layer 3 again can be controlled by reflecting at the back surface reflecting interface 5 having a regular uneven shape.
In addition, by setting the first angle θ to 125 ° to 140 °, it is possible to maximize the amount of absorption ΔPt of reflected light in the photoelectric conversion layer 3 and to further increase the photoelectric conversion efficiency of the thin-film solar cell module. It becomes possible to improve.

(実施の形態2)   (Embodiment 2)

また、別の実施の形態として、上記透明導電膜は、一般に金属薄膜に比較して電気抵抗率(ρb)が高いので、第二電極4の膜厚を薄くすると、シート抵抗(ρs=ρb/膜厚)を増大させてしまい、太陽電池特性としての曲線因子FF(Fill Factor)を低下させ、光電変換効率ηを低下させる。これに対して、図15に示すように、第二電極4と透光性絶縁材料5の間に細線電極17を第二電極4に密着形成すれば第二電極4を含めた裏側の電極全体の抵抗を低下させることが可能であり、光電変換効率ηの低下を防止することが出来る。この時、細線電極17のピッチを、図15に示すように裏面反射界面5aの頂点位置にもってくるようにすれば、細線集電極17による光学ロス(集電極面での光吸収ロス)を最小とすることができる。   As another embodiment, the transparent conductive film generally has a higher electrical resistivity (ρb) than a metal thin film. Therefore, when the thickness of the second electrode 4 is reduced, the sheet resistance (ρs = ρb / Film thickness) is increased, the fill factor (FF) as the solar cell characteristic is decreased, and the photoelectric conversion efficiency η is decreased. On the other hand, as shown in FIG. 15, if the thin wire electrode 17 is formed in close contact with the second electrode 4 between the second electrode 4 and the translucent insulating material 5, the entire back electrode including the second electrode 4 is formed. It is possible to reduce the resistance, and it is possible to prevent the photoelectric conversion efficiency η from being lowered. At this time, if the pitch of the thin wire electrode 17 is brought to the apex position of the back surface reflecting interface 5a as shown in FIG. 15, the optical loss (light absorption loss on the collector surface) by the thin wire collector electrode 17 is minimized. It can be.

(実施の形態3)   (Embodiment 3)

別の実施の形態として、第二電極4に接触している透光性絶縁材料5のエチレン酢酸ビニル樹脂中に受酸材成分として水酸化マグネシウムを含有させる。このような構成により、透光性絶縁材料5に透過進入した水分による酢酸生成を低減できる。特に、第二電極4としてZnO等の酸に侵されやすい材料が用いられた場合、透明導電膜が変質し光透過率や電気抵抗率を劣化させる問題を低減できる。   As another embodiment, magnesium hydroxide is contained as an acid-accepting material component in the ethylene vinyl acetate resin of the translucent insulating material 5 in contact with the second electrode 4. With such a configuration, it is possible to reduce the production of acetic acid due to moisture that permeates and enters the translucent insulating material 5. In particular, when a material that is easily attacked by an acid such as ZnO is used for the second electrode 4, it is possible to reduce the problem that the transparent conductive film is altered and the light transmittance and electrical resistivity are deteriorated.

この結果、第二電極4としてZnOを用いることで、当該ZnO層の高い光透過率による薄膜太陽電池の光電変換効率向上に加えて、信頼性も改善することが可能となる。   As a result, by using ZnO as the second electrode 4, in addition to improving the photoelectric conversion efficiency of the thin-film solar cell due to the high light transmittance of the ZnO layer, it is possible to improve the reliability.

(実施の形態4)   (Embodiment 4)

また、別の実施の形態として、第二電極4にZnO膜、透光性絶縁材料5に樹脂材料を用いる場合、図15(b)に示すように第二電極4と透光性絶縁材料5の間にTiOやSiOなどの絶縁性酸化物層やSiN系の絶縁性窒化物層の絶縁層50を挿入することによっても耐湿性を向上させることが可能となる。これは樹脂材料である透光性絶縁材料5を透過してきた水分を上記絶縁層50でブロックすることによる。特に、透光性絶縁材料5として上記の受酸材成分を含有するエチレン酢酸ビニル樹脂を採用する構成と当該第二電極4と透光性絶縁材料5の間に絶縁層を設ける構成を組み合わせることで第二電極4の耐湿性能を格段に向上することが可能となる。 As another embodiment, when a ZnO film is used for the second electrode 4 and a resin material is used for the translucent insulating material 5, the second electrode 4 and the translucent insulating material 5 are used as shown in FIG. It is also possible to improve moisture resistance by inserting an insulating layer 50 of an insulating oxide layer such as TiO 2 or SiO 2 or an SiN-based insulating nitride layer between them. This is because moisture that has passed through the translucent insulating material 5, which is a resin material, is blocked by the insulating layer 50. In particular, combining the configuration employing the ethylene vinyl acetate resin containing the above acid-accepting material component as the translucent insulating material 5 and the configuration providing an insulating layer between the second electrode 4 and the translucent insulating material 5. Thus, the moisture resistance performance of the second electrode 4 can be remarkably improved.

また、第二電極4と透光性絶縁材料5の間に細線集電極17を形成する場合は、図15(c)に示すように第二電極4上に細線集電極17を形成し、その上から絶縁層50を形成するようにすることが出来る。   Further, when the thin wire collecting electrode 17 is formed between the second electrode 4 and the translucent insulating material 5, the thin wire collecting electrode 17 is formed on the second electrode 4 as shown in FIG. The insulating layer 50 can be formed from above.

この結果、実施の形態3の場合と同様に、第二電極4としてZnOを用いることで、当該ZnO層の高い光透過率による薄膜太陽電池の光電変換効率向上に加えて、信頼性も改善することが可能となる。   As a result, as in the case of the third embodiment, by using ZnO as the second electrode 4, in addition to improving the photoelectric conversion efficiency of the thin film solar cell due to the high light transmittance of the ZnO layer, the reliability is also improved. It becomes possible.

符号の説明Explanation of symbols

M1.薄膜太陽電池素子部
M2.光反射構造部
2.第一電極
3.光電変換層
4.第二電極(透光性電極)
5a.反射材と透光性絶縁材料の界面
5.透光性絶縁材料
6.反射材
M1. Thin film solar cell element M2. 1. Light reflecting structure First electrode 3. 3. Photoelectric conversion layer Second electrode (translucent electrode)
5a. 4. Interface between reflector and translucent insulating material Translucent insulating material6. Reflective material

実施の形態1の薄膜太陽電池モジュール構造を部分的に示す断面模式図Sectional schematic diagram which partially shows the thin film solar cell module structure of Embodiment 1 実施の形態1の一実施形態の薄膜太陽電池内部における光路を模式的に示す模式図The schematic diagram which shows typically the optical path in the thin film solar cell of one Embodiment of Embodiment 1 薄膜太陽電池モジュールの諸特性の光波長依存性を示すグラフGraph showing light wavelength dependence of various characteristics of thin film solar cell module (a)凹凸を有する平面に対する光の入射・反射を示す模式図、(b)光学的フラットでない場合に凹凸を有する平面に対してホイヘンスの原理に従って光が散乱している様子を示す模式図、(c)光学的フラットである場合に凹凸を有する平面に対してホイヘンスの原理に従って光が散乱している様子を示す模式図、(d)〜(f)それぞれ異なる凹凸の水平方向における間隔の平均値に対して画かれた反射光強度指向特性のグラフ(A) Schematic diagram showing the incidence / reflection of light with respect to a flat surface having irregularities, (b) Schematic diagram showing how light is scattered according to Huygens's principle with respect to a planar surface having irregularities when not optically flat, (C) Schematic diagram showing how light is scattered according to Huygens's principle with respect to a flat surface having irregularities when it is an optical flat, and (d) to (f) average of horizontal intervals of different irregularities Graph of reflected light intensity directivity drawn against value ランダムな斜面の傾きの凹凸構造を持った平面に対する光反射を示す模式図Schematic diagram showing light reflection for a plane with a concavo-convex structure with random slope inclination 規則的な凹凸構造を持った平面に対する光反射を示す模式図Schematic diagram showing light reflection on a plane with a regular uneven structure 第一の角度θが120゜の場合の反射光の光路を示す模式図Schematic diagram showing the optical path of the reflected light when the first angle θ is 120 ° 第一の角度θが120゜より大きい場合の反射光の光路を示す模式図Schematic diagram showing the optical path of the reflected light when the first angle θ is larger than 120 ° 第一の角度θが120゜より大きい場合の反射光について裏面反射界面5aで一回反射する場合の光路を示す模式図Schematic diagram showing the optical path when the reflected light when the first angle θ is larger than 120 ° is reflected once by the back surface reflecting interface 5a. 第一の角度θが120゜より大きい場合の反射光について裏面反射界面5aで二回反射する場合の光路を示す模式図Schematic diagram showing the optical path when the reflected light when the first angle θ is larger than 120 ° is reflected twice by the back surface reflecting interface 5a 第一の角度θが120゜より大きい場合の反射光について裏面反射界面5aで一回反射する場合と二回反射する場合の境界を示す模式図Schematic diagram showing the boundary between the case where the reflected light when the first angle θ is larger than 120 ° is reflected once at the back surface reflecting interface 5a and the case where it is reflected twice. 第一の角度θが120゜より大きい場合の反射光について裏面反射界面5aで反射された光の二次以上の反射光についての光路を示す模式図。The schematic diagram which shows the optical path about the secondary or more reflected light of the light reflected in the back surface reflective interface 5a about the reflected light in case the 1st angle (theta) is larger than 120 degrees. 第一の角度θが90゜の場合の反射光についての光路を示す模式図。The schematic diagram which shows the optical path about reflected light in case the 1st angle (theta) is 90 degrees. (a)、(b)光吸収量Ptと第一の角度θとの関係を示すグラフ(A), (b) The graph which shows the relationship between the light absorption amount Pt and 1st angle (theta). (a)実施の形態2の薄膜太陽電池モジュール構造を示す断面模式図、(b)実施の形態4の薄膜太陽電池モジュール構造を示す断面模式図、(c)実施の形態2、及び実施の形態4を組み合わせた薄膜太陽電池モジュール構造を示す断面模式図(A) Schematic cross-sectional view showing the thin-film solar cell module structure of Embodiment 2, (b) Schematic cross-sectional view showing the thin-film solar cell module structure of Embodiment 4, (c) Embodiment 2 and Embodiment 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a thin-film solar cell module combining 4 板状材料の表面をV溝状に加工し凹凸を形成することを示す図The figure which shows processing the surface of a plate-like material into V-groove shape, and forming unevenness 板状部材の表面をV溝状に加工する一実施例を示す図The figure which shows one Example which processes the surface of a plate-shaped member in V groove shape 板状部材の表面をV溝状に加工する別の実施例を示す図The figure which shows another Example which processes the surface of a plate-shaped member into V groove shape 透光性絶縁材料を樹脂射出成形で行う一実施例を示す図The figure which shows one Example which performs translucent insulation material by resin injection molding 透光性絶縁材料を樹脂射出成形で行う他の実施例を示す図The figure which shows the other Example which performs translucent insulation material by resin injection molding 光反射構造部M2を薄膜太陽電池素子部M1上に形成する一実施例を示す図The figure which shows one Example which forms the light reflection structure part M2 on the thin film solar cell element part M1 光反射構造部M2を薄膜太陽電池素子部M1上に形成する他の実施例を示す図The figure which shows the other Example which forms the light reflection structure part M2 on the thin film solar cell element part M1. 透光性絶縁材料5を薄膜太陽電池素子部M1上へ直接形成する一実施例を示す図The figure which shows one Example which forms the translucent insulating material 5 directly on the thin film solar cell element part M1 透光性絶縁材料5を薄膜太陽電池素子部M1上へ直接形成する他の実施例を示す図The figure which shows the other Example which directly forms the translucent insulating material 5 on the thin film solar cell element part M1. 透光性絶縁材料5を薄膜太陽電池素子部M1上へ直接形成する別の実施例を示す図The figure which shows another Example which directly forms the translucent insulating material 5 on the thin film solar cell element part M1. 反射材6を透光性絶縁材料5上に形成する実施例を示す図The figure which shows the Example which forms the reflecting material 6 on the translucent insulating material 5

Claims (8)

太陽光を受光する第1の面及び該第1の面の裏側の第2の面を含む基板と、該基板の前記第2の面上に順次形成された透光性の第一電極と、アモルファスシリコン及び微結晶シリコンのタンデム構造からなる光電変換層と、透光性の第二電極とを有する薄膜太陽電池素子と、
該薄膜太陽電池素子の前記第二電極上に設けられた透光性絶縁材料と、
該透光性絶縁材料の表面に設けられた反射材と、を有し、
前記透光性絶縁材料と前記反射材の界面は全面にわたり凹凸形状であり、該界面は前記光電変換層を通過した光のうち700〜1200nmの光を前記光電変換層へ反射させるものであり、前記界面を形成する前記凹凸形状の面同士のなす角が125゜〜140°であるとともに、凹凸の水平方向における間隔の平均値が1400nmよりも大きい薄膜太陽電池モジュール。
A substrate including a first surface for receiving sunlight and a second surface on the back side of the first surface; a translucent first electrode sequentially formed on the second surface of the substrate; A thin film solar cell element having a photoelectric conversion layer having a tandem structure of amorphous silicon and microcrystalline silicon, and a translucent second electrode;
A translucent insulating material provided on the second electrode of the thin film solar cell element;
A reflector provided on the surface of the translucent insulating material,
The interface between the translucent insulating material and the reflective material is an uneven shape over the entire surface, and the interface reflects 700 to 1200 nm of light that has passed through the photoelectric conversion layer to the photoelectric conversion layer, the uneven with angle face each other shape is 125 ° to 140 °, the thin-film solar cell module is greater than the average value of the interval in the horizontal direction 1400nm of irregularities forming the interface.
前記第二電極と前記透光性絶縁材料の間に絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の薄膜太陽電池モジュール。   The thin film solar cell module according to claim 1, wherein an insulating layer is provided between the second electrode and the translucent insulating material. 前記界面は、前記第1の面に対して同じ傾斜をもった複数の平面から構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の薄膜太陽電池モジュール。   The thin film solar cell module according to claim 1, wherein the interface includes a plurality of planes having the same inclination with respect to the first surface. 前記透光性絶縁材料が、ポリビニルアルコール樹脂であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜太陽電池モジュール。   The thin film solar cell module according to any one of claims 1 to 3, wherein the translucent insulating material is a polyvinyl alcohol resin. 前記透光性絶縁材料が、エチレン酢酸ビニル樹脂であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜太陽電池モジュール。   The thin-film solar cell module according to any one of claims 1 to 3, wherein the translucent insulating material is an ethylene vinyl acetate resin. 前記第二電極が酸化亜鉛からなり、前記透光性絶縁材料が受酸剤を含むエチレン酢酸ビニル樹脂であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜太陽電池モジュール。   The thin film solar cell module according to claim 1, wherein the second electrode is made of zinc oxide, and the translucent insulating material is an ethylene vinyl acetate resin containing an acid acceptor. 前記反射材が白色であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の薄膜太陽電池モジュール。   The thin film solar cell module according to claim 1, wherein the reflective material is white. 前記第二電極上に設けられた細線集電極を有する事を特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の薄膜太陽電池モジュール。   The thin film solar cell module according to claim 1, further comprising a thin wire collecting electrode provided on the second electrode.
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