JPWO2007040065A1 - 太陽電池及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

太陽電池は、光電変換部１０１と、光入射面に凹凸面を有する光電変換部１０１と、凹凸面を覆って設けられた、内部に微粒子を有する保護層１０とを有し、保護層１０の、光の入射方向に平行な断面において、凹凸面の凹部を中心とした単位長さ当たりの第１領域に含まれる微粒子１１の数よりも、凹凸面の凸部を中心とした単位長さ当たりの第２領域に含まれる微粒子１１の数の方が少ない。

Description

本発明は、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。

最近、ＣＯ₂の増加による温室効果で地球の温暖化が生じることが予測され、クリーンなエネルギーの要求がますます高まっている。また、ＣＯ₂を排出しない原子力発電も、依然として放射性廃棄物の処理方法が確立しておらず、より安全性の高いクリーンなエネルギーが望まれている。将来期待されているクリーンなエネルギーの中でも、特に太陽電池はそのクリーンさと安全性と取扱い易さから期待が大きい。

太陽電池は、一般に単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶系半導体材料、非晶質シリコンに代表される非晶質半導体材料、或いはＧａＡｓやＣｕＩｎＳｅ等の化合物半導体材料を用いて構成されたｐｎ接合或いはｐｉｎ接合を含む多層構造からなる光電変換部を有しており、光の入射によりこの光電変換部中で生成された電子・正孔対を一対の電極を介して外部に取り出すように構成されている。

太陽電池は、通常光電変換部の受光面にテクスチャと呼ばれる凹凸面を有しており、この凹凸面で入射光を散乱させることで、光電変換部内に入射した光の光路長を増大させ、光電変換効率の向上を図っている。

又、光電変換効率と耐候性を向上させることを目的として、特開平５−３３５６１０号公報には、受光面に、微粒子を含有する保護膜を形成することが記載されている。特開平５−３３５６１０号公報では、太陽電池に入射した光を保護膜中の微粒子で散乱させ、光電変換部中での光の光路長を増大させることで光電変換効率の増大を図っている。

しかしながら、受光面にテクスチャ面を有する太陽電池に、特開平５−３３５６１０号公報に記載の保護膜を用いても、未だ十分な光電変換効率を得ることができなかった。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、十分な光電変換効率を得ることができる太陽電池及び太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、光入射面に凹凸面を有する光電変換部と、凹凸面を覆って設けられた、内部に微粒子を有する保護層とを備え、保護層の、光の入射方向に平行な断面において、凹凸面の凹部を中心とした単位長さ当たりの第１領域に含まれる微粒子の数よりも、凹凸面の凸部を中心とした単位長さ当たりの第２領域に含まれる微粒子の数の方が少ない太陽電池であることを要旨とする。

第１の特徴に係る太陽電池によると、凸部に対応する領域に存在している微粒子によって散乱され外部に放出される光の量を減少することができ、光電変換部中に取り込まれる光の量を多くすることができるので、光電変換効率を向上させることが可能となる。

又、第１の特徴に係る太陽電池において、保護層の膜厚は、第１領域よりも第２領域の方が薄く形成されていることが好ましい。

この太陽電池によると、確実に凹凸面の凹部上に対応する領域よりも凸部上に対応する領域において微粒子の数が少ない保護層を容易に得ることができる。

又、第１の特徴に係る太陽電池において、第１領域に形成された保護層の膜厚は、凹凸面の凸部と凹部間の高さの差より小さく形成されていることが好ましい。

この太陽電池によると、凸部に対応する領域に存在している微粒子によって散乱され外部に放出される光の量を、より一層減少することができ、光電変換部中に取り込まれる光の量を多くすることができるので、更に光電変換効率を向上させることが可能となる。

本発明の第２の特徴は、光入射面に凹凸面を有する光電変換部と、凹凸面を覆って設けられた、内部に微粒子を有する保護層とを備え、保護層の、光の入射方向に平行な断面において、凹凸面の凹部を中心とした単位長さ当たりの第１領域に含まれる微粒子の数よりも、凹凸面の凸部を中心とした単位長さ当たりの第２領域に含まれる微粒子の数の方が少ない太陽電池と、太陽電池の光入射側に配置された受光面側透光性部材と、太陽電池の光入射側と反対側に配置された背面側部材と受光面側透光性部材と背面側部材との間に配置され、太陽電池を封止する樹脂層とを備え、保護層の屈折率が、樹脂層の屈折率と光電変換部を構成する材料の屈折率との間の値を有する太陽電池モジュールであることを要旨とする。

第２の特徴に係る太陽電池モジュールによると、入射した光のうち樹脂層と保護層との界面で反射される光の量、及び保護層と光電変換部との界面で反射される光の量を低減することができるので、光の有効利用を図ることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る太陽電池の模式的断面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る太陽電池における受光面側保護層の模式的断面図である。 図３は、図２における受光面側保護層の構造を詳細に説明するための模式的断面図である。 図４は、本発明の効果を説明するための模式的断面図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールの模式的断面図である。 図６は、実験１に係る太陽電池における受光面側保護層の模式的断面図である。 図７は、実験２に係る太陽電池における受光面側保護層の模式的断面図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（太陽電池）
本発明の実施の形態に係る太陽電池について、図１、図２及び図３を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る太陽電池１００の構造を説明するための模式的断面図である。基板１は、ｎ型の単結晶シリコン基板であり、受光面１Ａにテクスチャ面を有している。基板１の受光面１Ａ上には、厚み１０ｎｍ程度のｉ型非晶質シリコン層２、厚み１０ｎｍ程度のｐ型非晶質シリコン層３、厚み１００ｎｍ程度のＩＴＯからなる受光面側透明電極層４が順次積層されており、入射光は、受光面側透明電極層４側から入射する。基板１が受光面１Ａにテクスチャ面を有しているため、受光面１Ａ上に積層されるｉ型非晶質シリコン層２、ｐ型非晶質シリコン層３及び受光面側透明電極層４の受光面にも、基板１の受光面１Ａに形成されたテクスチャ面の形状を反映した凹凸面が形成されている。又、受光面側透明電極層４の受光面には、部分的にＡｇペースト等の導電性ペーストからなる集電用の受光面側電極５が形成されている。

単結晶シリコン基板１の背面１Ｂは、テクスチャ面を有しており、背面１Ｂ上には厚み１０ｎｍ程度のｉ型非晶質シリコン層６、厚み１０ｎｍ程度のｎ型非晶質シリコン層７、厚み１００ｎｍ程度のＩＴＯからなる背面側透明電極層８が順次積層されている。又、背面側透明電極層８の表面には、部分的にＡｇペースト等の導電性ペーストからなる集電用の背面側電極９が形成されている。

そして、本実施形態に係る太陽電池１００は、受光面側透明電極層４、ｐ型非晶質シリコン層３、ｉ型非晶質シリコン層２、ｎ型単結晶シリコン基板１、ｉ型非晶質シリコン層６、ｎ型非晶質シリコン層７、背面側透明電極層８の積層体から光電変換部１０１が構成されている。そして、この光電変換部１０１の受光面に相当する受光面側透明電極層４の受光面４Ａは凹凸面を有している。

光電変換部１０１の受光面４Ａには、受光面側電極５の表面を含んで受光面４Ａを覆うように受光面側保護層１０が設けられている。この受光面側保護層１０は内部にＺｎＯ、ＳｉＯ₂、ＩＴＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等からなる粒径２０〜１００ｎｍ程度の微粒子を多数含んでいる。

尚、本発明太陽電池における光電変換部１０１の構成は図１に示すものに限らず、単結晶シリコン或いは多結晶シリコン太陽電池等の結晶系半導体からなる内部にｐｎ接合を有するもの、非晶質シリコンや微結晶シリコン等の薄膜半導体からなる内部にｐｉｎ接合を有するもの等、周知の構成を用いることができる。

次に、本実施形態に係る太陽電池における受光面側保護層１０の構成について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、図１に示した太陽電池１００における光電変換部１０１の受光面４Ａ付近の断面構造を拡大して示す模式的断面図である。

図２に示すように、光電変換部１０１の受光面４Ａは凹凸面を有しており、この凹凸面の表面の全面を覆うように受光面側保護層１０が形成されている。又、受光面側保護層１０は、内部に複数の微粒子１１を含有している。又、図３に示すように、受光面側保護層１０の、光の入射方向に平行な断面において、凹凸面の凹部を中心とした単位長さ当たり（Ｌ＋Ｌ＝２Ｌ）の第１領域に含まれる微粒子の数Ａ１よりも、凹凸面の凸部を中心とした単位長さ当たり（Ｌ＋Ｌ＝２Ｌ）の第２領域に含まれる微粒子の数Ａ２の方が少ない。又、受光面側保護層１０の膜厚は、凹部を中心とした第１領域（Ｂ１）よりも凸部を中心とした第２領域（Ｂ２）の方が薄く形成されていることが好ましい（図６（ａ）参照）。更に、凹部を中心とした第１領域に形成された受光面側保護層１０の膜厚Ｂ１は、凹凸面の凸部と凹部間の高さの差Ｂ３より小さく形成されていることが好ましい。

又、受光面側保護層１０は、１層構造に限らず、図７に示すように、粘度の異なる２種類の微粒子を含有させたコーティング材を用いて、第１の保護層１０ａと第２の保護層１０ｂとからなる２層構造としてもよい。同様に、受光面側保護層１０の膜厚は、３層以上の構造としても構わない。

受光面側保護層１０の材料としては、アクリル樹脂等の透光性を有する有機系の材料やＳｉＯ₂等の無機系の透光性材料を用いることができる。

又、微粒子としては、ＺｎＯ、ＳｉＯ₂、ＩＴＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等の透光性材料からなる、粒径２０〜１００ｎｍ程度のものを用いることができる。微粒子は、受光面側保護層１０の材質に合わせた適当な材料を選ぶことができる。尚、ＺｎＯ、ＴｉＯ₂など紫外線カット効果のある微粒子を採用した場合には、受光面側保護層１０による紫外線カット効果が得られるために、光起電力素子に対する紫外線照射量が抑制され、耐候性の向上につながる。

（本実施形態に係る太陽電池の作用及び効果）
次に、本実施形態に係る太陽電池の作用及び効果について、図４を参照して説明する。

図４は、光電変換部１０１の受光面に設けられた凹凸面を覆うように設けられた微粒子１１を含む受光面側保護層１０中において、入射光が微粒子によって散乱される様子を説明するための模式的断面図である。

光電変換部１０１の受光面に入射した光のうち凹凸面の凸部１０１ｂに対応する領域に入射した光Ｌ１は、受光面側保護層１０中の微粒子１１によって矢印Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７及びＳ１８で示す方向に散乱される。又、凹凸面の凸部１０１ａに対応する領域に入射した光Ｌ２は、受光面側保護層１０中の微粒子１１によって矢印Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２７及びＳ２８で示す方向に散乱される。

これらの散乱光のうち、凹凸面の凸部１０１ｂに対応する領域では、微粒子１１により散乱された光のうち矢印Ｓ１４及びＳ１５に示す方向に散乱された光は凸部１０１ｂに対応する領域の光電変換部１０１に入射し、この領域で発電に寄与する。又、矢印Ｓ１３及びＳ１６で示す方向に散乱された光は隣接する凹部１０１ａに対応する領域の光電変換部１０１に入射し、この領域で発電に寄与する。

一方、矢印Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１７及びＳ１８で示す方向に散乱された光は光電変換部１０１に入射することなく光入射方向に反射されてしまい、発電に寄与することがない。

これに対して、凹凸面の凹部１０１ａに対応する領域では、微粒子１１により矢印Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６及びＳ２７で示す方向に散乱された光は凹部１０１ａ近傍の光電変換部１０１に入射し、この領域で発電に寄与する。一方、矢印Ｓ２１及びＳ２８で示す方向に散乱された光は光電変換部１０１に入射することなく光入射方向に反射されてしまい、発電に寄与することがない。

ここで、図４から明らかに、凹凸面の凸部１０１ｂに対応する領域に入射した光の方が、凹凸面の凹部１０１ａに対応する領域に入射した光よりも微粒子１１により散乱されて光入射方向に放出され、光電変換部に入射しない割合が大きい。

従って、受光面側保護層１０中に分散する微粒子１１の数を、上記凹凸面の凹部１０１ａ上に対応する領域よりも凸部１０１ｂ上に対応する領域で少なくした本実施形態の太陽電池によれば、凸部１０１ｂ上に対応する領域に入射した光のうち光入射方向に放出される光の割合を少なくすることができ、光電変換部１０１に吸収される光の量を増加させることができるので、光電変換効率を向上させることができる。

尚、図４では、凹凸面の凸部１０１ｂ上に対応する領域の受光面側保護層１０中に微粒子１１が含まれている場合について説明したが、これに限らず、凸部１０１ｂ上に対応する領域の受光面側保護層１０中に微粒子１１が含まれない場合には、凸部１０１ｂ上に対応する領域に入射した光が微粒子１１による散乱により光入射方向に放出されることがないため、より高い効果を得られる。

又、凹凸面の凹部１０１ａ上に対応する領域の受光面側保護層１０の厚みが厚くなり、微粒子１１の位置が凹凸面の凸部１０１ｂの頂点の位置よりも高くなると、凸部１０１ｂ上の領域の受光面側保護層１０中の微粒子１１と同様に、光入射方向に反射される光の割合が多くなる。従って、凹凸面の凹部１０１ａ上に対応する領域では、微粒子１１の位置を凹凸面の凸部１０１ｂの頂点よりも低くなる位置に配することが好ましい。このためには、凹凸面の凹部１０１ａ上の領域における微粒子１１を含む受光面側保護層１０の膜厚を、凹凸面の凸部１０１ｂと凹部１０１ａ間の高さの差よりも小さくすることが好ましい。

本実施形態に係る受光面側保護層１０は、例えば、微粒子１１を分散させた粘度の低いコーティング材を、スプレー法や印刷法を用いて凹凸面上に塗布し、適宜の時間をおいて硬化させる。このようにすると、凹凸面上に塗布されたコーティング材が、硬化されるまでの間に流動することにより凹部１０１ａ上に溜まるために、凹部１０１ａ上よりも凸部１０１ｂ上の方が薄くなるように受光面側保護層１０を形成することができる。従って、凹部１０１ａ上の領域よりも凸部１０１ｂ上において微粒子１１の数が少なくなるように受光面側保護層１０を形成することができる。

尚、このように粘度の低いコーティング材を用いた場合、凹凸面の凸部１０１ｂ上の領域において受光面側保護層１０の厚みが薄くなりすぎる、或いは凸部１０１ｂ上の領域に受光面側保護層１０が形成されない可能性があり、耐候性が低下するおそれがある。これを防止するために、微粒子１１を含む粘度の低いコーティング材を用いて第１の保護層を形成し、その上に粘度の高いコーティング材を用いて第２の保護層を形成し、第１の保護層と第２の保護層とからなる受光面側保護層１０を構成しても良い。このように粘度の高いコーティング材を用いて第２の保護層を形成することにより、凹凸面の凸部１０１ｂ上の領域においても十分な厚みを有する受光面側保護層１０を形成することができるので、良好な耐候性を有する太陽電池を提供することができる。

尚、第２の保護層中には微粒子を分散させておいても良いし、微粒子が存在していなくても良いが、微粒子を分散させる場合には、微粒子の濃度を第１の保護層中の微粒子の濃度よりも少なくする、さらに凹凸面の凹部１０１ａ上の領域における受光面側保護層１０の高さが、凹凸面の凸部１０１ｂと凹部１０１ａとの間の高さよりも小さくなるように第１の保護層と第２の保護層の厚みを調整することが好ましい。

（太陽電池モジュール）
次に、本発明に係る太陽電池を用いた太陽電池モジュールについて図５に示す断面図を参照して説明する。

太陽電池モジュール２００は、図５に示すように、上述した太陽電池１００と、太陽電池１００の光入射側に配置された受光面側透光性部材２１と、太陽電池１００の光入射側と反対側に配置された背面側部材２３と、受光面側透光性部材２１と背面側部材２３との間に配置され、太陽電池１００を封止する樹脂２２とを備える。太陽電池１００は、受光面に凹凸面を有する光電変換部１０１と、凹凸面を覆って設けられた受光面側保護層１０とを有している。

受光面側透光性部材２１は、例えば、ガラスやプラスチック等の透光性の材料からなる。背面側部材２３は、例えば、金属やプラスチック、樹脂フィルム、ガラス等の部材からなる。そして、複数の太陽電池１００は、図示しない配線部材により電気的に直列或いは並列に接続され、受光面側透光性部材２１と背面側部材２３との間で、透光性を有する封止用の樹脂層２２により封止されている。

従って、光は受光面側透光性部材２１、樹脂層２２を介して太陽電池１００に入射する。太陽電池１００の受光面に設けられる受光面側保護層１０の屈折率は、樹脂層２２の屈折率と光電変換部１０１を構成する材料の屈折率との間の値を有する。

例えば、樹脂層２２として、ガラス・ＥＶＡの屈折率は１．５程度であり、光電変換部１０１として、ＩＴＯの屈折率は２．０程度、ｃ−Ｓｉの屈折率は３．４５程度、ａ−Ｓｉの屈折率は３．８程度である。よって、受光面側保護層１０を構成する材料の屈折率としては、１．５〜２．０あるいは１．５〜３．８程度が好ましい。

又、受光面側保護層１０に微粒子を添加した場合、屈折率は、受光面側保護層１０の材料と微粒子との中間値をとることとなる。例えば、微粒子としてＺｎＯを用いた場合、ＺｎＯの屈折率が２．０程度であることから、微粒子を添加した受光面側保護層１０全体の屈折率は、２．０に近づく値となる。一方、樹脂層２２と受光面側保護層１０との屈折率差が大きい場合、樹脂層２２と受光面側保護層１０との界面での反射が大きくなる。そこで、ＺｎＯ添加によって屈折率が２．０に近づき、少なくとも屈折率差を０．１とすることを考慮すると、受光面側保護層１０を構成する材料の屈折率は、１．５〜１．６であることが更に好ましい。

（本実施形態に係る太陽電池モジュールの作用及び効果）
本実施形態に係る太陽電池モジュールによると、入射した光のうち、樹脂層２２と受光面側保護層１０との界面で反射される光の量、及び受光面側保護層１０と光電変換部１０１との界面で反射される光の量を低減することができるので、より一層光の有効利用を図ることができる。

以下に本発明の実施例について説明する。

（光電変換部の作製）
まず、図１に示す光電変換部１０１を以下のようにして作製した。

基板１として、比抵抗が約１Ω・ｃｍ、厚さが３００μｍのｎ型単結晶シリコン基板を用い、この基板１を通常の方法で洗浄した後、基板１の受光面１Ａ及び背面１Ｂにエッチングによりテクスチャ面を形成した。

次いで、基板１の受光面１Ａ及び背面１Ｂ上に、それぞれ通常のプラズマＣＶＤ法を用いて、厚さ１０ｎｍのｉ型非晶質シリコン層２、厚さ１０ｎｍのｐ型非晶質シリコン層３及び厚さ１０ｎｍのｉ型非晶質シリコン層６、厚さ１０ｎｍのｎ型非晶質シリコン層７を形成した。

以上の非晶質シリコン層の成膜条件を、表１に示す。表１中、「ｉ型」とはｉ型非晶質シリコン層２及びｉ型非晶質シリコン層６を、「ｐ型」とはｐ型非晶質シリコン層３を、「ｎ型」とはｎ型非晶質シリコン層７をそれぞれ示す。また、Ｂ₂Ｈ₆とＰＨ₃は、Ｈ₂ガスにより、それぞれ２％、１％に希釈されている。

次に、ｎ型単結晶シリコン基板１の両主面上に形成されたｎ型非晶質シリコン層７及びｐ型非晶質シリコン層３上に、厚さ１００ｎｍのＩＴＯからなる背面側透明電極層８及び受光面側透明電極４をスパッタ法により形成した。

以上のようにして形成された、受光面側透明電極層４、ｐ型非晶質シリコン層３、ｉ型非晶質シリコン層２、ｎ型単結晶シリコン基板１、ｉ型非晶質シリコン層６、ｎ型非晶質シリコン層７、背面側透明電極層８の積層体からなる光電変換部１０１の背面上及び受光面上の所定領域に、スクリーン印刷法を用いてくし型状の背面側電極９および受光面側電極５を形成した。

（保護層の作製）
（実験１）
続いて、ＺｎＯフィラーを微粒子として含み、粘度の異なるコーティング材を、それぞれ上記光電変換部１０１のｎ型単結晶シリコン基板１の受光面上に形成された受光面側透明電極層４上及び受光面側電極５上に印刷法により塗布することによって、受光面側保護層１０を形成した。

受光面側保護層１０を形成するにあたっては、微粒子として粒径２０ｎｍ程度のＺｎＯを用い、コーティング材としてアクリル系樹脂を用い、このコーティング材中にＺｎＯ微粒子と希釈材を混ぜ、撹拌することによってＺｎＯ微粒子がほぼ均一に分散されたコーティング材を得た。

又、コーティング材の粘度の調節は、希釈材の添加量を調整することによって行った。即ち、希釈材の添加量を少なくすることによりコーティング材の粘度を高くすることができ、希釈材の添加量を多くすることによってコーティング材の粘度を低くすることができる。

このようにして作製した粘度の異なる４種類のコーティング材を用いて受光面側保護層１０を形成した４種類の太陽電池（試料１〜４）を作製し、それぞれの光電変換特性を測定した。

表２に、その結果得られた光電変換特性としての短絡電流（Ｉｓｃ）の結果を示す。尚、表２中コーティング材の粘度は、最も小さい値を１として規格化した値で示している。又、コーティング材の塗布量は、各試料においてコーティング材を塗布した量を、試料１の値を１として規格化した値で示している。又、Ｉｓｃの値は、最も粘度が大きいコーティング材を用いて受光面側保護層１０を形成した太陽電池の値を１として規格化した値を示している。

試料１は、最も粘度が低いため、図６（ａ）に示すように、凹部の領域における保護膜の厚さが、凸部の領域における保護膜の厚さより、かなり厚くなっている。一方、試料４は、最も粘度が高いため、図６（ｂ）に示すように、凹部の領域における保護膜の厚さと、凸部の領域における保護膜の厚さとがあまり変わらない。

表２からわかるように、粘度の小さいコーティング材を用いて受光面側保護層１０を形成する方が、高いＩｓｃが得られることがわかる。

試料１〜４のそれぞれについて凹凸面に形成された受光面側保護層１０内の微粒子の分布を、３万倍の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察した。試料１及び試料４の凹部付近に含まれる微粒子数及び微粒子の数密度結果を表３に示す。

尚、微粒子数および数密度の定義について、断面ＴＥＭ観察の結果などから得られる構造を模式化した図３を用いて説明する。

図３に示した凹部及び凸部を中心とした単位長さ２Ｌとして、表３では、具体的には凹部及び凸部の両側に約１．２μｍずつ合計２．４μｍの幅を長さとした。この範囲の保護層内に含まれる微粒子の数をカウントし、微粒子数とした。更に、この範囲に含まれる保護層の面積（図３における斜線部分）で微粒子数を除算したものを数密度と定義している。このようにして得られた数値を、凸部分の値を１として規格化したものが表３である。

尚、表３で用いた１．２μｍは、凸部・凹部間が約１２μｍであることを考慮して、その１０分の１の数字を規定したものであり、必ずしもこの値に縛られるものではない。凹部と凸部付近の領域を示すために適している値を選べばよい。

表３に示すように、粘度の大きいコーティング材を用いて受光面側保護層１０を形成した試料４の太陽電池は、受光面側保護層１０が光電変換部の受光面に設けられた凹凸面上にほぼ均一な膜厚で形成されており、微粒子も受光面側保護層１０中でほぼ均一に分散されていた。即ち、凹凸面の凸部上の領域の受光面側保護層１０中の微粒子の数と、凹部上の領域の受光面側保護層１０中の微粒子の数及び数密度が同程度であった。

一方、粘度の小さいコーティング材を用いて受光面側保護層１０を形成した試料１の太陽電池は、受光面側保護層１０の厚みが凹凸面の凹部上よりも凸部上の方が薄く形成されていた。即ち、凹凸面の凹部上の領域の受光面側保護層１０中の微粒子の数よりも凸部上の領域の受光面側保護層１０中の微粒子の数の方が少なくなっていた。

又、特に凸部付近には微粒子がほとんど含まれていない保護層が形成されていることから、数密度についても凹部の方が大きくなっている。尚、試料２及び試料３では、微粒子数は膜厚差に起因して凹部の方が大きいものになっているが、数密度は凹部と凸部ではほぼ同等の値となっている。

又、試料１〜４のいずれにおいても凹凸面の凹部上に形成された受光面側保護層１０の膜厚は、凹凸面の凸部と凹部間の高さの差よりも小さかった。

以上の結果から、凹部を中心とした単位長さ当たりの領域に含まれる微粒子の数よりも、凸部を中心とした単位長さ当たりの領域に含まれる微粒子の数の方が少なくすることにより、入射光のうち光入射方向に反射され発電に寄与しない光の量を少なくすることができ、入射した光の利用効率を高めることができるため、短絡電流を増加させることができるものと考えられる。

（実験２）
次に、図７に示すように、粘度の異なる２種類のコーティング材を用いて形成した２層構造の受光面側保護層１０を有する太陽電池を作製し、試料５とした。

まず、試料１と同様粒径２０ｎｍのＺｎＯ微粒子を、乾燥後のＺｎＯ濃度が６７〜８３ｗｔ％となるように、アクリル樹脂とＺｎＯ微粒子を混合した。更に、シクロヘキサノンを希釈材として使用することで、粘度を調整し、表２において規格化した粘度が１のコーティング材を光電変換部の受光面上に塗布し、硬化させることにより第１の保護層１０ａを形成した。次いで、ＺｎＯ微粒子を含まない、表２において規格化した粘度が４．６のコーティング材を第１の保護層上に塗布し、硬化させることにより第２の保護層１０ｂを形成した。

このようにして第１の保護層と第２の保護層とからなる２層構造の受光面側保護層１０を有する太陽電池の光電変換特性を測定したところ、規格化値で１．００７と、試料１と同程度のＩｓｃが得られた。又、試料５について凹凸面に形成された受光面側保護層１０内の微粒子分布を、３万倍の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察した結果得られた凹部付近に含まれる微粒子数及び微粒子の数密度を表３に示す。

このように２層構造の受光面側保護層１０ａ及び１０ｂを有する場合であっても、凹部を中心とした単位長さ当たりの領域に含まれる微粒子の数よりも、凸部を中心とした単位長さ当たりの領域に含まれる微粒子の数の方が少なくすることにより、入射光のうち光入射方向に反射され発電に寄与しない光の量を少なくすることができ、入射した光の利用効率を高めることができるため、短絡電流を増加させることができる。

又、試料５の太陽電池では、粘度の高いコーティング材を用いて２層目の保護層を形成するので、凹凸面の凸部における受光面側保護層１０の厚みを試料１よりも厚くすることができ、このため耐候性に優れた太陽電池を提供することができる。

このように、本発明によれば、入射光を有効に利用でき、優れた光電変換効率を有する太陽電池を提供できる。

（実験３）
次に、粘度の異なる２種類のコーティング材を用いて形成した２層構造の受光面側保護層１０を有する太陽電池を作製し、試料６とした。試料６の構造は、試料５と同様であるが、試料６では、第１の保護層を塗布した後に、硬化させることなく第２の保護層を形成した。そして、第２の保護層まで塗布した後に、熱硬化を行った。その他の条件は、試料５と同様である。

試料６では、熱硬化の際にコーティング材料内で微粒子の対流が生じ、凹部と凸部それぞれの領域における深さ方向の濃度分布はほとんど見られていない。即ち、試料５は、高濃度微粒子層上に微粒子を含まない層が形成された２層構造であったが、２種の材料を連続で塗布後乾燥させることで、試料６は、深さ方向には微粒子分布が見られずに、凹部で高濃度微粒子層が、凸部で低濃度微粒子層が形成されることが分かった。

試料２〜４では、粘度の制御により数密度はほぼ同等にもかかわらず凹凸構造の凹部領域と凸部領域に膜厚差を生じさせることで、両領域上の微粒指数を制御したが、試料６では膜厚をほぼ同等とし、凹部と凸部における保護膜内の微粒子密度を制御することで、凹部上では微粒指数が多く、凸部上で微粒指数が少ない構造を実現した。

又、試料６では、試料５に比べ、第１の保護膜を硬化させる工程が減るという利点がある。更に、試料６では、第１の保護膜と第２の保護膜に明確な界面が存在せず、界面における光の反射や応力の集中が発生しにくいという利点もある。

又、試料６に係る太陽電池の光電変換特性を測定したところ、規格化値で１．００８と、試料１と同程度のＩｓｃが得られた。即ち、凹部の微粒子濃度を高くし、凸部の微粒子濃度を低くすることで、Ｉｓｃが向上することが分かった。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせに様々な変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

産業上の利用の可能性

以上のように、本発明に係る太陽電池及び太陽電池モジュールは、入射光を散乱させ、光電変換部で吸収される光を有効に利用することによって、出力特性を向上させる太陽電池及び太陽電池モジュールとして好適に使用できる。

Claims (4)

1. 光入射面に凹凸面を有する光電変換部（１０１）と、
   前記凹凸面を覆って設けられた、内部に微粒子を有する保護層（１０）とを備え、
   前記保護層（１０）の、光の入射方向に平行な断面において、前記凹凸面の凹部を中心とした単位長さ当たりの第１領域に含まれる微粒子（１１）の数よりも、前記凹凸面の凸部を中心とした単位長さ当たりの第２領域に含まれる微粒子（１１）の数の方が少ないことを特徴とする太陽電池。
2. 前記保護層（１０）の膜厚は、前記第１領域よりも前記第２領域の方が薄く形成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. 前記第１領域に形成された前記保護層（１０）の膜厚は、前記凹凸面の凸部と凹部間の高さの差より小さく形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池。
4. 光入射面に凹凸面を有する光電変換部（１０１）と、前記凹凸面を覆って設けられた、内部に微粒子を有する保護層（１０）とを備え、前記保護層（１０）の、光の入射方向に平行な断面において、前記凹凸面の凹部を中心とした単位長さ当たりの第１領域に含まれる微粒子（１１）の数よりも、前記凹凸面の凸部を中心とした単位長さ当たりの第２領域に含まれる微粒子（１１）の数の方が少ない太陽電池（１００）と、
   前記太陽電池の光入射側に配置された受光面側透光性部材（２１）と、
   前記太陽電池の光入射側と反対側に配置された背面側部材（２３）と
   前記受光面側透光性部材と前記背面側部材との間に配置され、前記太陽電池を封止する樹脂層（２２）とを備え、
   前記保護層（１０）の屈折率が、前記樹脂層（２２）の屈折率と前記光電変換部（１０１）を構成する材料の屈折率との間の値を有することを特徴とする太陽電池モジュール。

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