WO2015016264A1 - Photoelectric conversion element and photoelectric conversion system - Google Patents

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博昭 重田
野田　進
田中　良典
賢司 石▲崎▼
ゾイサ メーナカ デ
洋輔 川本
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Abstract

　In order to provide a photoelectric conversion element having higher photoelectric conversion efficiency than realized in the past, the present invention is provided with tapered protruding parts so that different-refractive-index regions (4) are formed in a photonic crystal (S) in correspondence with a plurality of lattice points of a square lattice parallel to the in-plane direction of a photoelectric conversion layer (5), and that the different-refractive-index regions (4) are formed in a tapering shape from the light-receiving-surface side of the photoelectric conversion layer to a tip positioned inside the photoelectric conversion layer.

Description

光電変換素子および光電変換システムPhotoelectric conversion element and photoelectric conversion system
　本発明はフォトニック結晶構造を備えた光電変換素子に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element having a photonic crystal structure.
　太陽電池は、入射した光のエネルギーを電流に変換するための、半導体から成る光電変換層を有している。入射光は、光電変換層に吸収され、そのエネルギーによって光電変換層の半導体内の電子が価電子帯から伝導帯に励起されることにより、電流に変換される。ここで、入射光が光電変換層に吸収されることなく通過すると、光電変換の効率が低下する。そのため、太陽電池では、光電変換層における入射光の吸収効率と電子への変換効率を高めることが重要となる。 The solar cell has a photoelectric conversion layer made of a semiconductor for converting the energy of incident light into an electric current. Incident light is absorbed by the photoelectric conversion layer, and electrons in the semiconductor of the photoelectric conversion layer are excited by the energy from the valence band to the conduction band, thereby being converted into an electric current. Here, if incident light passes through without being absorbed by the photoelectric conversion layer, the efficiency of photoelectric conversion decreases. Therefore, in the solar cell, it is important to increase the absorption efficiency of incident light and the conversion efficiency into electrons in the photoelectric conversion layer.
　太陽電池などの光電変換素子において、非結晶質シリコン（ａ-Ｓｉ）、微結晶シリコン（μｃ-Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などから形成されている光電変換層よりも屈折率の低い透明材質により形成されているフォトニック結晶構造を用いて、光電変換層における入射光の吸収効率を高める試みがなされている。 In photoelectric conversion elements such as solar cells, a transparent material having a lower refractive index than a photoelectric conversion layer formed of amorphous silicon (a-Si), microcrystalline silicon (μc-Si), silicon carbide (SiC), or the like Attempts have been made to increase the absorption efficiency of incident light in the photoelectric conversion layer using the photonic crystal structure formed by the above.
　その一例として、複数の柱形状の構造物（ナノロッド）を光電変換層内に、二次元的かつ周期的に配置したフォトニック結晶構造が知られている。 As an example, a photonic crystal structure in which a plurality of columnar structures (nanorods) are two-dimensionally and periodically arranged in a photoelectric conversion layer is known.
　下掲の特許文献１においては、例えば円柱状のナノロッド、および断面が台形である円錐台状のナノロッドが開示されている。後者のナノロッドは、半導体層の光入射面側の表面に形成されている上面の面積の方が、半導体層の内部に形成されている下面の面積より大きくなるように形成されている。 In the following Patent Document 1, for example, a cylindrical nanorod and a truncated cone-shaped nanorod having a trapezoidal cross section are disclosed. The latter nanorod is formed such that the area of the upper surface formed on the light incident surface side surface of the semiconductor layer is larger than the area of the lower surface formed inside the semiconductor layer.
国際公開第２０１１／０８３６９３号（2011年7月14日公開）International Publication No. 2011/083693 (released on July 14, 2011) 国際公開第２０１２－１４１１４１号（2012年10月18日公開）International Publication No. 2012-141141 (Released on October 18, 2012)
　しかしながら、上述のような従来技術は、フォトニック結晶構造を構成するナノロッドの形状に起因する以下のような問題点が存在する。 However, the conventional techniques as described above have the following problems due to the shape of the nanorods constituting the photonic crystal structure.
　図１９は、従来のフォトニック結晶構造を備えた光電変換素子の一例を示す図である。図１９の（ａ）は、従来のフォトニック結晶構造を備えた光電変換素子の断面図である。図１９の（ｂ）は、図１９の（ａ）におけるＡＢの断面図である。図１９の（ｃ）は、図１９の（ａ）における領域Ｃ１００の拡大図である。 FIG. 19 is a diagram showing an example of a photoelectric conversion element having a conventional photonic crystal structure. FIG. 19A is a cross-sectional view of a photoelectric conversion element having a conventional photonic crystal structure. FIG. 19B is a cross-sectional view taken along AB in FIG. FIG. 19C is an enlarged view of a region C100 in FIG.
　図１９の（ａ）に示すように、光電変換素子１０１は、光入射側から順に積層された、透明基板１０２、透明導電膜１０３（第１透明導電膜）、ナノロッド１０４、光電変換層１０５、透明導電膜１０６（第２透明導電膜）および金属電極１０７を備えている。 As shown in FIG. 19A, the photoelectric conversion element 101 includes a transparent substrate 102, a transparent conductive film 103 (first transparent conductive film), a nanorod 104, a photoelectric conversion layer 105, which are sequentially stacked from the light incident side. A transparent conductive film 106 (second transparent conductive film) and a metal electrode 107 are provided.
　なお、透明基板１０２から金属電極１０７に向かう方向を下から上へ向かう方向と定義し、以下の説明における上下の位置関係を定めることにする。 Note that the direction from the transparent substrate 102 toward the metal electrode 107 is defined as the direction from bottom to top, and the vertical positional relationship in the following description is determined.
　ナノロッド１０４は、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどの透明誘電体によって形成されており、フォトニック結晶構造Ｓ１００を形成している。 The nanorod 104 is formed of a transparent dielectric such as SiO 2 or SiN, and forms a photonic crystal structure S100.
　また、図１９の（ａ）および（ｂ）に示すように、光電変換層１０５内においては、主に、ナノロッド１０４間において空隙１００が存在している。 Further, as shown in FIGS. 19A and 19B, in the photoelectric conversion layer 105, there are mainly voids 100 between the nanorods 104.
　上記の空隙１００が発生するメカニズムを説明する。ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）による結晶成長のためには、結晶核が最初に形成される必要がある。上記の結晶核は、ナノロッド１０４の側壁のような垂直壁には形成されない。 The mechanism by which the gap 100 is generated will be described. In order to grow a crystal by chemical vapor deposition (CVD), it is necessary to form a crystal nucleus first. The crystal nucleus is not formed on a vertical wall such as the side wall of the nanorod 104.
　図１９の（ｃ）に示すように、光電変換層１０５の成膜時において、光電変換層１０５は、隣り合うナノロッド１０４の各上部から成長し、互いに近づく方向である矢印Ｙ１０１およびＹ１０３の方向に成長する。一方、光電変換層１０５は、ナノロッド１０４が形成されている透明導電膜１０３の界面において、ナノロッド１０４が形成されていない領域からも矢印Ｙ１０２の方向に成長する。 As shown in FIG. 19C, when the photoelectric conversion layer 105 is formed, the photoelectric conversion layer 105 grows from each upper portion of the adjacent nanorods 104 and moves in the directions of arrows Y101 and Y103, which are directions close to each other. grow up. On the other hand, the photoelectric conversion layer 105 grows in the direction of the arrow Y102 from the region where the nanorods 104 are not formed at the interface of the transparent conductive film 103 where the nanorods 104 are formed.
　矢印Ｙ１０１～Ｙ１０３に沿って、各々の領域の光電変換層１０５は同じ成長速度で成長する。隣り合うナノロッド１０４間の距離が短い場合、矢印Ｙ１０２の方向に成長する光電変換層１０５の成長が不十分な状態で、矢印Ｙ１０１およびＹ１０３の方向に成長する光電変換層１０５同士が衝突する。したがって、矢印Ｙ１０２の方向に成長する光電変換層１０５の成長は阻害される。その結果、空隙１００が発生し、そのまま残存する。 The photoelectric conversion layers 105 in the respective regions grow at the same growth rate along the arrows Y101 to Y103. When the distance between the adjacent nanorods 104 is short, the photoelectric conversion layers 105 growing in the directions of the arrows Y101 and Y103 collide with each other while the growth of the photoelectric conversion layer 105 growing in the direction of the arrow Y102 is insufficient. Therefore, the growth of the photoelectric conversion layer 105 growing in the direction of the arrow Y102 is inhibited. As a result, voids 100 are generated and remain as they are.
　なお、特許文献１における断面が台形であるナノロッドにおいても、上記説明と同様の理由で光電変換層に空隙が生じる。 Note that even in the nanorod having a trapezoidal cross section in Patent Document 1, voids are generated in the photoelectric conversion layer for the same reason as described above.
　また、ナノロッド１０４がＳｉＯ２に代表される誘電体であり、特に、光電変換層１０５をプラズマＣＶＤにより成膜する場合、ナノロッド１０４がチャージアップを起こして水素ラジカルを集中させる。集中した水素ラジカルはμｃ-Ｓｉをナノロッド１０４に集中させる。このμｃ-Ｓｉのナノロッド１０４への集中も空隙１００の発生を促している。 The nanorod 104 is a dielectric represented by SiO 2 , and particularly when the photoelectric conversion layer 105 is formed by plasma CVD, the nanorod 104 is charged up to concentrate hydrogen radicals. Concentrated hydrogen radicals concentrate μc-Si on the nanorods 104. The concentration of μc-Si on the nanorods 104 also promotes the generation of voids 100.
　この空隙１００は、光電変換素子１０１の短絡電流（Ｊｓｃ）の減少、開放電圧（Ｖｏｃ）の低下およびフィルファクター（ＦＦ）の低下の原因となる。特に光電変換素子が開放状態（電流０）の場合、光電変換層１０５に溜まるはずのキャリアが空隙１００に次々にトラップされる。つまり、空隙１００がキャリアの移動および外への取出しを阻害し、開放電圧を低下させる再結合中心となる。よって、光電変換素子の光電変換効率の低下をまねくという第１の問題が生じる。 This gap 100 causes a decrease in short circuit current (Jsc), a decrease in open circuit voltage (Voc), and a decrease in fill factor (FF) of the photoelectric conversion element 101. In particular, when the photoelectric conversion element is in an open state (current 0), carriers that should accumulate in the photoelectric conversion layer 105 are trapped in the gap 100 one after another. That is, the air gap 100 becomes a recombination center that hinders the movement and takeout of the carrier and reduces the open circuit voltage. Therefore, the first problem of reducing the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element occurs.
　また、図２０の（ａ）は、上掲の特許文献２に開示されている太陽電池が備えているフォトニック結晶構造の平面図を示している。図２０の（ａ）に示すように、隣接するナノロッド２００の配置間隔（ピッチ）が等間隔になるようにナノロッド２００が配置されている。隣接するナノロッド２００の配置間隔の値を、ピッチｐと呼び、また格子定数ｐ（ｎｍ）とも呼ぶ。このように、複数のナノロッド２００が、単一の周期で２次元的に配列された、単一周期構造であることも、ピッチｐが小さい場合（１００ｎｍ≦ｐ＜４５０ｎｍ）に、問題点を有する。つまり、ピッチｐが小さい場合には、図２０の（ｂ）に示すように、光の吸収波長帯域のうち、特に、光吸収率が小さくなる傾向のある波長６００ｎｍから分光感度の末端に近い１２００ｎｍまでの長波長域において、連続的な光吸収増強効果を得ることができないという第２の問題がある。言い換えれば、上記の長波長域では、離散的な光吸収増強効果しか得ることができない。 20A shows a plan view of the photonic crystal structure provided in the solar cell disclosed in the above-mentioned Patent Document 2. FIG. As shown in FIG. 20A, the nanorods 200 are arranged such that the arrangement intervals (pitch) of adjacent nanorods 200 are equal. The value of the arrangement interval between the adjacent nanorods 200 is called a pitch p and is also called a lattice constant p (nm). As described above, a plurality of nanorods 200 having a single periodic structure arranged two-dimensionally with a single period has a problem when the pitch p is small (100 nm ≦ p <450 nm). . That is, when the pitch p is small, as shown in FIG. 20B, among the light absorption wavelength band, in particular, from the wavelength 600 nm where the light absorptivity tends to be small to 1200 nm close to the end of the spectral sensitivity. There is a second problem that a continuous light absorption enhancement effect cannot be obtained in the long wavelength range up to. In other words, only a discrete light absorption enhancement effect can be obtained in the long wavelength region.
　一方で、ピッチｐが大きくなる（ｐ≧４５０ｎｍ）と単一格子状であっても、同一平面内に周期構造が複数存在する状態と同等になるため、離散的な光吸収という問題が起こらない。これは、ピッチｐが一般的な光のモードの考え方における共振器長であることから、光の共振器における、一般的なモードの考え方で説明できる。すなわち、共振器長が長くなる（ピッチが大きくなる）と、モードが増え、増えたモードに対応する光が共振できるようになるために、複数の波長の光に対して、光吸収量の増大の効果を得られることになる。 On the other hand, if the pitch p is large (p ≧ 450 nm), even if it is a single lattice, it is equivalent to a state in which a plurality of periodic structures are present in the same plane, so that the problem of discrete light absorption does not occur. . This can be explained by the general mode concept in the optical resonator since the pitch p is the resonator length in the general optical mode concept. That is, when the resonator length is increased (the pitch is increased), the number of modes increases, and light corresponding to the increased modes can resonate. The effect of will be obtained.
　以上の考察に基づき、フォトニック結晶のある場合とない場合とを比較するために、フォトニック結晶がある場合の波長５００～１２００ｎｍまでの光吸収量の平均をフォトニック結晶のない場合の波長５００～１２００ｎｍまでの光吸収量の平均で割った比率を用いる。前記比率を本発明では、平均光吸収量の比率と呼ぶ。グラフの縦軸に平均光吸収量の比率をとり、横軸にピッチｐの値をとってプロットすると図２０の（ｃ）のようになる。なお、フォトニック結晶のない場合の光吸収率を１．０とする。 Based on the above considerations, in order to compare the case where the photonic crystal is present and the case where the photonic crystal is present, the average of the amount of light absorption from the wavelength 500 to 1200 nm when the photonic crystal is present is calculated as the wavelength 500 when the photonic crystal is absent. Use the ratio divided by the average of the amount of light absorption up to 1200 nm. In the present invention, the ratio is referred to as an average light absorption ratio. When the ratio of the average light absorption is plotted on the vertical axis of the graph and the value of the pitch p is plotted on the horizontal axis, the plot is as shown in FIG. Note that the light absorption rate in the absence of the photonic crystal is 1.0.
　グラフＧ１は、単一周期の格子状配列の場合を示している。グラフＧ２は、２種類の異なるピッチの周期構造を持つ格子が同一平面に配列している場合を示している。グラフＧ３は、３種類の異なるピッチの周期構造を持つ格子が同一平面に配列している場合を示している。グラフＧ４は、４種類の異なるピッチの周期構造を持つ格子が同一平面に配列している場合を示している。 Graph G1 shows the case of a lattice arrangement with a single period. Graph G2 shows a case where two types of gratings having periodic structures with different pitches are arranged in the same plane. Graph G3 shows a case where three types of gratings having periodic structures with different pitches are arranged on the same plane. Graph G4 shows a case where four types of gratings having periodic structures with different pitches are arranged on the same plane.
　このグラフから、ピッチｐが小さい場合（１００ｎｍ≦ｐ＜４５０ｎｍ）には、複数種類のピッチを持つ周期構造を同一平面内に配列させると、平均光吸収量を増大させる効果があることがわかる。また、ピッチｐが大きくなる（ｐ≧４５０ｎｍ）とその効果がなく、平均光吸収量は単一周期の格子状配列の場合と同様になることもわかる。 From this graph, it can be seen that when the pitch p is small (100 nm ≦ p <450 nm), arranging the periodic structures having plural kinds of pitches in the same plane has an effect of increasing the average light absorption. It can also be seen that when the pitch p is increased (p ≧ 450 nm), the effect is not obtained, and the average light absorption amount is the same as that in the case of a single-period lattice arrangement.
　ピッチＰが小さい場合（１００ｎｍ≦ｐ＜４５０ｎｍ）には、離散的な光吸収しか得られないという問題点は、屈折率差を持った構造体が２次元平面中で等間隔に形成されていると、共振効果を得られる入射光の波長に限界があることに起因している。 When the pitch P is small (100 nm ≦ p <450 nm), the problem that only discrete light absorption can be obtained is that structures having a refractive index difference are formed at equal intervals in a two-dimensional plane. This is because there is a limit to the wavelength of incident light that can obtain the resonance effect.
　このような小さいピッチ（１００ｎｍ≦ｐ＜４５０ｎｍ）における、単一周期構造のフォトニック結晶が持つ上記第２の問題点の解決策の１つとして、２重周期構造を持つフォトニック結晶が提案されている。図２１の（ａ）は２重周期構造を持つフォトニック結晶Ｓ９の平面図を示している。また、図２１の（ｂ）は上記フォトニック結晶Ｓ９が形成された光電変換層（２重構造）の光吸収率、およびフォトニック結晶が形成されていない光電変換層（フラット構造）の光吸収率を示す図である。 A photonic crystal having a double periodic structure has been proposed as one of the solutions to the second problem of the photonic crystal having a single periodic structure at such a small pitch (100 nm ≦ p <450 nm). ing. FIG. 21A shows a plan view of a photonic crystal S9 having a double periodic structure. FIG. 21B shows the light absorption rate of the photoelectric conversion layer (double structure) in which the photonic crystal S9 is formed, and the light absorption of the photoelectric conversion layer (flat structure) in which the photonic crystal is not formed. It is a figure which shows a rate.
　図２１の（ａ）に示すように、フォトニック結晶Ｓ９は、半径の小さなナノロッド２５０と半径の大きなナノロッド２５１とによって構成されている。上記ナノロッド２５０は、基本的に、格子定数ｐとなる正方格子構造を形成しているが、正方格子の最小単位を構成する４つの格子点のうちの１つが、上記ナノロッド２５１によって置き換わっている。一方、ナノロッド２５１は、格子定数２ｐとなる正方格子構造を形成している。したがって、フォトニック結晶Ｓ９は、径および格子定数の異なる２種類のナノロッドによって形成された２重周期構造を持っている。 As shown in FIG. 21 (a), the photonic crystal S9 is composed of nanorods 250 having a small radius and nanorods 251 having a large radius. The nanorod 250 basically forms a square lattice structure having a lattice constant p, but one of the four lattice points constituting the minimum unit of the square lattice is replaced by the nanorod 251. On the other hand, the nanorod 251 forms a square lattice structure having a lattice constant of 2p. Therefore, the photonic crystal S9 has a double periodic structure formed by two types of nanorods having different diameters and lattice constants.
　これにより、図２１の（ｂ）に示すように、１つのフォトニック結晶において、２種類の波長の光を共振させることができるので、吸収することのできる光の波長帯域が増え、光の吸収率を向上させることができる。 As a result, as shown in FIG. 21B, light of two kinds of wavelengths can be resonated in one photonic crystal, so that the wavelength band of light that can be absorbed is increased, and light is absorbed. The rate can be improved.
　しかしながら、２重周期構造のフォトニック結晶Ｓ９にも解決すべき課題が残されている。すなわち、フォトニック結晶Ｓ９では、単位構造を形成する断面の小さいナノロッド２５０の一部が、断面の大きいナノロッド２５１に置き換わっているので、ナノロッドの置き換わりが、それぞれのナノロッドが形成している単位構造に影響を与えて光の漏れを生じさせる。よって、光閉じ込めの効果が弱められ、図２１の（ｂ）に示す共振のピーク波長におけるそれぞれの光吸収率を減じるという第３の問題が生じる。 However, problems to be solved still remain in the photonic crystal S9 having a double periodic structure. That is, in the photonic crystal S9, a part of the nanorods 250 having a small cross section forming the unit structure is replaced with the nanorods 251 having a large cross section. Therefore, the replacement of the nanorods becomes a unit structure formed by each nanorod. It affects and causes light leakage. Therefore, the effect of light confinement is weakened, and the third problem of reducing the respective light absorption rates at the resonance peak wavelengths shown in FIG.
　本発明は、上記の各問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、従来よりも高い光電変換効率を示す光電変換素子を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element that exhibits higher photoelectric conversion efficiency than conventional ones.
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光電変換素子は、
（１）光電変換層を形成する材質の屈折率とは屈折率の異なる異屈折率領域を形成したフォトニック結晶が、上記光電変換層に形成された光電変換素子であって、
（２）上記異屈折率領域が、上記光電変換層の面内方向に平行な正方格子の複数の格子点に対応して形成されており、
（３）上記異屈折率領域が、上記光電変換層の受光面側から上記光電変換層の内部に位置する先端までテーパー状に形成されているテーパー状突起部を備えている。 In order to solve the above-described problem, a photoelectric conversion element according to one embodiment of the present invention includes:
(1) A photonic crystal in which a different refractive index region having a refractive index different from a refractive index of a material forming the photoelectric conversion layer is a photoelectric conversion element formed in the photoelectric conversion layer,
(2) The different refractive index region is formed corresponding to a plurality of lattice points of a square lattice parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer,
(3) The different refractive index region includes a tapered protrusion formed in a tapered shape from the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer to a tip located inside the photoelectric conversion layer.
　本発明の一態様によれば、異屈折率領域が、光電変換層の受光面側から上記光電変換層の内部に向かってテーパー状に形成されているテーパー状突起部を備えているため、フォトニック結晶間の光電変換層の成膜阻害、すなわち欠陥の形成を抑制できる。よって、光電変換層で発生したキャリアが欠陥によって消失する不具合が抑制されるので、光電変換効率を向上させる効果を奏する。 According to one embodiment of the present invention, the different refractive index region includes a tapered protrusion formed in a tapered shape from the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer toward the inside of the photoelectric conversion layer. Inhibition of film formation of the photoelectric conversion layer between nick crystals, that is, formation of defects can be suppressed. Therefore, since the problem that the carriers generated in the photoelectric conversion layer disappear due to defects is suppressed, the effect of improving the photoelectric conversion efficiency is achieved.
　また、本発明の一態様によれば、フォトニック結晶構造の共振効果の大きさ（Ｑ値）を従来のフォトニック結晶構造よりも小さくすることができる。 Further, according to one aspect of the present invention, the magnitude (Q value) of the resonance effect of the photonic crystal structure can be made smaller than that of the conventional photonic crystal structure.
　よって、光電変換層の材料において吸収の大きな（共振効果の大きさを表すＱ値が小さい）波長域に対して、従来のフォトニック結晶の構造に比べて光（もしくは光子）の取り込み量を増大させ、光電変換層の光吸収量を向上させる効果を奏する。 Therefore, the amount of light (or photons) taken in is increased compared to the conventional photonic crystal structure in the wavelength region where the absorption of the material of the photoelectric conversion layer is large (the Q value representing the magnitude of the resonance effect is small). And the effect of improving the light absorption amount of the photoelectric conversion layer is achieved.
本発明の実施形態１に係る光電変換素子を示す図である。（ａ）は、実施形態１における光電変換層内のフォトニック結晶構造を示す平面図である。（ｂ）は、実施形態１に係る光電変換素子の全体構成を概略的に示す断面図である。It is a figure which shows the photoelectric conversion element which concerns on Embodiment 1 of this invention. (A) is a top view which shows the photonic crystal structure in the photoelectric converting layer in Embodiment 1. FIG. (B) is sectional drawing which shows roughly the whole structure of the photoelectric conversion element which concerns on Embodiment 1. FIG. 本発明の実施形態１に係る異屈折率領域の形状に依存した光電変換層の成膜の方向を示す図である。（ａ）は、図１の（ｂ）のＣの領域を示す拡大図である。（ｂ）は実施形態１に係る理想的な光電変換層の膜厚を示す図である。（ｃ）は実施形態１に係る理想的な異屈折率領域の形状を示す図である。It is a figure which shows the direction of the film-forming of the photoelectric converting layer depending on the shape of the different refractive index area | region which concerns on Embodiment 1 of this invention. (A) is an enlarged view which shows the area | region of C of (b) of FIG. (B) is a figure which shows the film thickness of the ideal photoelectric converting layer which concerns on Embodiment 1. FIG. (C) is a figure which shows the shape of the ideal different refractive index area | region which concerns on Embodiment 1. FIG. （ａ）から（ｄ）は、本発明の実施形態１に係る異屈折率領域の光電変換層の面内方向に垂直な面における断面形状を示す断面図である。(A) to (d) is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer of the different refractive index region according to Embodiment 1 of the present invention. （ａ）から（ｄ）は、本発明の実施形態１に係る光電変換素子の形成フローを示す図である。(A) to (d) is a diagram showing a flow of forming a photoelectric conversion element according to Embodiment 1 of the present invention. Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ）によって撮影したフォトニック結晶構造を有する光電変換素子の光電変換層の断面形状を示す断面図である。（ａ）は、本発明の実施例１に係る光電変換層の断面形状を示す断面図である。（ｂ）は、本発明の実施例１の比較例に用いた従来の光電変換層の断面形状を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross-sectional shape of the photoelectric converting layer of the photoelectric conversion element which has a photonic crystal structure image | photographed by Scanning Electron Microscope (SEM). (A) is sectional drawing which shows the cross-sectional shape of the photoelectric converting layer which concerns on Example 1 of this invention. (B) is sectional drawing which shows the cross-sectional shape of the conventional photoelectric converting layer used for the comparative example of Example 1 of this invention. 本発明の実施形態２に係る光電変換素子を示す図である。（ａ）は、本発明の実施形態３に係る光電変換素子の全体構成を概略的に示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）の領域Ｚの拡大図である。（ｃ）は、（ａ）の領域Ｚの他の例を示す拡大図である。It is a figure which shows the photoelectric conversion element which concerns on Embodiment 2 of this invention. (A) is sectional drawing which shows roughly the whole structure of the photoelectric conversion element which concerns on Embodiment 3 of this invention. (B) is an enlarged view of region Z in (a). (C) is an enlarged view which shows the other example of the area | region Z of (a). 本発明の実施形態３に係る光電変換素子の全体構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the whole structure of the photoelectric conversion element which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態４に係る光電変換素子の全体構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the whole structure of the photoelectric conversion element which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態５に係る光電変換素子の全体構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the whole structure of the photoelectric conversion element which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施形態６に係る光電変換層内のフォトニック結晶構造を示す平面図である。It is a top view which shows the photonic crystal structure in the photoelectric converting layer concerning Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施形態６の変形例１に係るフォトニック結晶構造の単位構造を示す平面図である。It is a top view which shows the unit structure of the photonic crystal structure which concerns on the modification 1 of Embodiment 6 of this invention. （ａ）は、本発明の実施形態７の比較例に用いた従来のフォトニック結晶構造を示す平面図である。（ｂ）は、本発明の実施形態７に用いたフォトニック結晶構造の単位構造を示す平面図である。（ｃ）は、本発明に係る光電変換素子および従来の光電変換素子の光吸収率の波長特性を示した図である。(A) is a top view which shows the conventional photonic crystal structure used for the comparative example of Embodiment 7 of this invention. (B) is a top view which shows the unit structure of the photonic crystal structure used for Embodiment 7 of this invention. (C) is the figure which showed the wavelength characteristic of the light absorption rate of the photoelectric conversion element which concerns on this invention, and the conventional photoelectric conversion element. （ａ）は、本発明の実施形態８に係る太陽電池の構成を示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）で示すＣＤ線に沿った断面図である。(A) is sectional drawing which shows the structure of the solar cell which concerns on Embodiment 8 of this invention. (B) is sectional drawing along CD line shown to (a). （ａ）～（ｅ）は、本発明の実施形態８に係る太陽電池の形成フローを示す図である。(A)-(e) is a figure which shows the formation flow of the solar cell which concerns on Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施形態９に係る太陽電池の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solar cell which concerns on Embodiment 9 of this invention. 本発明の実施形態９に係る太陽電池の形成フローを示す図である。It is a figure which shows the formation flow of the solar cell which concerns on Embodiment 9 of this invention. 本発明の実施形態１０に係る太陽電池の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solar cell which concerns on Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施形態１０に係る太陽電池の形成フローを示す図である。It is a figure which shows the formation flow of the solar cell which concerns on Embodiment 10 of this invention. 従来技術に係るフォトニック結晶構造を備えた光電変換素子を示す図である。（ａ）は、従来のフォトニック結晶構造を備えた光電変換素子を示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＡＢの断面図である。（ｃ）は、（ａ）における領域Ｃ１００の拡大図である。It is a figure which shows the photoelectric conversion element provided with the photonic crystal structure which concerns on a prior art. (A) is sectional drawing which shows the photoelectric conversion element provided with the conventional photonic crystal structure. (B) is sectional drawing of AB in (a). (C) is an enlarged view of a region C100 in (a). （ａ）は従来技術に係る太陽電池を示す図である。（ｂ）は、従来技術に係る光電変換層の光吸収率の波長特性を示す図である。（ｃ）は、（ｂ）の波長特性とは異なる方法で求めた他の波長特性を示す図である。(A) is a figure which shows the solar cell which concerns on a prior art. (B) is a figure which shows the wavelength characteristic of the light absorption rate of the photoelectric converting layer which concerns on a prior art. (C) is a figure which shows the other wavelength characteristic calculated | required by the method different from the wavelength characteristic of (b). （ａ）は他の従来技術に係るフォトニック結晶を示す平面図である。（ｂ）は、他の従来技術に係る光電変換層の光吸収率の波長特性を示す図である。(A) is a top view which shows the photonic crystal based on another prior art. (B) is a figure which shows the wavelength characteristic of the light absorption rate of the photoelectric converting layer which concerns on another prior art. 本発明の実施形態１１に係る光電変換モジュールの構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the photoelectric conversion module which concerns on Embodiment 11 of this invention. 本発明の実施形態１２に係る太陽光発電システムの構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the solar energy power generation system which concerns on Embodiment 12 of this invention. 本発明の実施形態１２に係る光電変換モジュールアレイの構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the photoelectric conversion module array which concerns on Embodiment 12 of this invention. 実施形態１２に係る上記太陽光発電システムの変形例の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the modification of the said photovoltaic power generation system which concerns on Embodiment 12. FIG. 実施形態１３に係る大規模太陽光発電システムの構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the large-scale photovoltaic power generation system which concerns on Embodiment 13. FIG. 実施形態１３に係る大規模太陽光発電システムの構成の変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the modification of a structure of the large-scale photovoltaic power generation system which concerns on Embodiment 13. FIG.
　〔実施形態１〕
　以下、本発明の一実施形態について、図１～図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ただし、本実施形態およびその他の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Embodiment 1
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5 as follows. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment and other embodiments are intended to limit the scope of the present invention only to that unless otherwise specified. Rather, it is just an illustrative example.
　（光電変換素子の構成）
　図１は、本実施形態の光電変換素子１を示す図である。 (Configuration of photoelectric conversion element)
FIG. 1 is a diagram illustrating a photoelectric conversion element 1 according to the present embodiment.
　図１の（ｂ）は、本実施形態の光電変換素子１の全体構成を概略的に示す断面図である。 FIG. 1B is a cross-sectional view schematically showing the overall configuration of the photoelectric conversion element 1 of the present embodiment.
　図１の（ｂ）に示すように、光電変換素子１は、光入射側から順に積層された、ガラス基板２、透明導電膜３（第１透明導電膜）、異屈折率領域４、光電変換層５、透明導電膜（第２透明導電膜）６及び電極用金属層７を備えている。 As shown in FIG. 1B, the photoelectric conversion element 1 includes a glass substrate 2, a transparent conductive film 3 (first transparent conductive film), a different refractive index region 4, and photoelectric conversion, which are sequentially stacked from the light incident side. A layer 5, a transparent conductive film (second transparent conductive film) 6, and an electrode metal layer 7 are provided.
　なお、ガラス基板２から電極用金属層７に向かう方向を下から上へ向かう方向と定義し、以下の説明における上下の位置関係を定めることにする。 The direction from the glass substrate 2 toward the electrode metal layer 7 is defined as the direction from the bottom to the top, and the vertical positional relationship in the following description is determined.
　光電変換層５は、透明導電膜３および透明導電膜６によって挟まれている。光電変換層５内には、後述のようにフォトニック結晶構造Ｓが形成されている。 The photoelectric conversion layer 5 is sandwiched between the transparent conductive film 3 and the transparent conductive film 6. A photonic crystal structure S is formed in the photoelectric conversion layer 5 as described later.
　ガラス基板２は、ガラスを素材としている。 The glass substrate 2 is made of glass.
　透明導電膜３および６は透明な導電膜であり、材料としてはＳｎＯ２、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）であってもよく、導電性を付与された透明な有機材料（例えば、ポリカーボネートやアクリルなど）であってもよい。 The transparent conductive films 3 and 6 are transparent conductive films, and may be made of SnO 2 , indium / zinc oxide (IZO), or ITO (Indium-Tin-Oxide). Organic materials (for example, polycarbonate and acrylic) may be used.
　なお、透明導電膜３および６の屈折率は、光電変換層５の屈折率より小さい。これにより、高屈折率のコアを、低屈折率のクラッドで被覆した光ファイバと同じ原理で、光電変換層５の表面に垂直な方向に伝播し、漏れ出ようとする光を閉じ込めることができ、光電変換層５による光の吸収率をさらに向上させることができる。 The refractive index of the transparent conductive films 3 and 6 is smaller than the refractive index of the photoelectric conversion layer 5. As a result, on the same principle as an optical fiber in which a high refractive index core is covered with a low refractive index clad, it can propagate in a direction perpendicular to the surface of the photoelectric conversion layer 5 and confine light that is about to leak out. The light absorption rate by the photoelectric conversion layer 5 can be further improved.
　異屈折率領域４は、光電変換層５の形成材料の屈折率と異なる屈折率（例えば小さい屈折率）を持つＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ－ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）材料、有機樹脂（アクリル、ポリカーボネートなど）などの透明誘電体により構成されている。 The different refractive index region 4 includes SiO 2 , SiN, SOG (Spin-on Glass) material, organic resin (acrylic, polycarbonate, etc.) having a refractive index (for example, a small refractive index) different from the refractive index of the material forming the photoelectric conversion layer 5. ) And other transparent dielectrics.
　光電変換層５の構造は、特に限定されないが、ｃｏｐｐｅｒ、ｉｎｄｉｕｍ、ｇａｌｌｉｕｍ、（ｄｉ）ｓｅｌｅｎｉｄｅ（ＣＩＧＳ）材料、シリコン材料(結晶シリコン（ｃ-Ｓｉ）、非結晶質シリコン（ａ-Ｓｉ）、微結晶シリコン（μｃ-Ｓｉ）、ＳｉＳｎ、ＳｉＣなど）、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎの酸化物半導体、化合物半導体(ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ)などが成膜されている。また、ｉ型半導体層（いわゆる、真性半導体層）をｐ型半導体層とｎ型半導体層とで挟んだｐｉｎ縦型構造を採用してもよい。本実施形態においては、光入射側から順に積層されたｐｉｎ（ａ-Ｓｉ、μｃ-Ｓｉ、ＳiＣなどから形成されている）縦型構造からなる光電変換層５について例示する。 The structure of the photoelectric conversion layer 5 is not particularly limited, but is copper, indium, gallium, (di) selenide (CIGS) material, silicon material (crystalline silicon (c-Si), amorphous silicon (a-Si), fine Crystalline silicon (μc-Si), SiSn, SiC, etc.), In, Ga, and Zn oxide semiconductors, compound semiconductors (InGaP, InGaAs), and the like are formed. Further, a pin vertical structure in which an i-type semiconductor layer (so-called intrinsic semiconductor layer) is sandwiched between a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer may be employed. In the present embodiment, a photoelectric conversion layer 5 having a vertical structure (formed from a-Si, μc-Si, SiC, or the like) stacked in order from the light incident side will be described.
　電極用金属層７の材料としては、光反射率が高く、電気伝導度が大きな材料、例えば、Ａｇ、Ａｌなどを選択できる。 As the material of the electrode metal layer 7, a material having high light reflectivity and high electrical conductivity, for example, Ag, Al, or the like can be selected.
　（フォトニック結晶構造の構成）
　図１の（ａ）は、本実施形態における光電変換層内のフォトニック結晶構造を示す平面図である。 (Configuration of photonic crystal structure)
FIG. 1A is a plan view showing a photonic crystal structure in the photoelectric conversion layer in the present embodiment.
　本実施形態に係る異屈折率領域４の形状は、光電変換層５の面内方向に平行な断面において円形（真円形状）であるが、楕円形状、多角形状（三角形、四角形、六角形、八角形など）であってもよい。 The shape of the different refractive index region 4 according to the present embodiment is circular (perfect circle shape) in a cross section parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5, but is elliptical, polygonal (triangle, quadrangle, hexagon, An octagon, etc.).
　フォトニック結晶構造Ｓは、複数の異屈折率領域４を備えている。複数の異屈折率領域４は、光電変換層５の面内方向に平行な正方格子の格子点に対応して、周期的に形成されている。 The photonic crystal structure S includes a plurality of different refractive index regions 4. The plurality of different refractive index regions 4 are periodically formed corresponding to lattice points of a square lattice parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5.
　また、各異屈折率領域４の中心位置は、隣りあう異屈折率領域４が重ならないことを条件として、上記格子点を起点としてランダムにずれていてもよい。 Further, the center positions of the different refractive index regions 4 may be shifted at random from the lattice points on condition that adjacent different refractive index regions 4 do not overlap.
　上記の構成によれば、２次元フォトニック結晶には、周期性がある程度保持されつつ乱れ（ランダムネス）が導入された屈折率分布が形成される。そのため、２次元フォトニック結晶内における波長毎の光の共振強度分布は、格子点の基本的な周期性に対応した複数の波長においてピークを有する形状を呈するものの、そのランダムネスによって、それらのピークトップの高さが低くなる一方、幅が広くなるため、ピークトップからある程度離れた波長では共振強度が大きくなる。すなわち、ランダムネスが無い場合よりも、波長による結晶内での光の共振強度分布の変化が小さくなる。よって、光電変換効率を高めることができる。 According to the above configuration, the two-dimensional photonic crystal has a refractive index distribution in which disturbance (randomness) is introduced while maintaining a certain degree of periodicity. Therefore, although the resonance intensity distribution of light for each wavelength in the two-dimensional photonic crystal has a shape having peaks at a plurality of wavelengths corresponding to the basic periodicity of the lattice points, the peaks due to the randomness thereof. While the height of the top is reduced, the width is increased, so that the resonance intensity is increased at a wavelength somewhat away from the peak top. That is, the change in the resonant intensity distribution of light in the crystal due to the wavelength is smaller than in the case where there is no randomness. Therefore, the photoelectric conversion efficiency can be increased.
　（異屈折率領域の詳細な形状）
　図１の（ｂ）に示すように、異屈折率領域４は、光電変換層５の受光面側から光電変換層５の内部に位置する先端までテーパー状に形成されている。したがって、異屈折率領域４をテーパー状突起（テーパー状突起部）と呼ぶことができる。 (Detailed shape of different refractive index region)
As shown in FIG. 1B, the different refractive index region 4 is formed in a tapered shape from the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer 5 to the tip located inside the photoelectric conversion layer 5. Therefore, the different refractive index region 4 can be referred to as a tapered protrusion (tapered protrusion).
　より詳細に説明すると、異屈折率領域４は、光電変換層５の受光面側に位置する基部と、光電変換層５の内部に位置する先端とを備えている。後で、図３および図６を参照してテーパー状突起部の各種具体例について説明するが、図３および図６に示すテーパー状突起部の形状から、次のことが言える。すなわち、異屈折率領域４は、上記基部から先端に至る範囲の少なくとも途中位置から先端まで、テーパー状に形成されており、当該基部から先端に至る範囲の全体が、テーパー状に形成されていてもよい。 Describing in more detail, the different refractive index region 4 includes a base portion located on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer 5 and a tip located inside the photoelectric conversion layer 5. Later, various specific examples of the tapered protrusion will be described with reference to FIGS. 3 and 6. From the shape of the tapered protrusion shown in FIGS. 3 and 6, the following can be said. That is, the different refractive index region 4 is formed in a taper shape from at least halfway position to the tip in the range from the base to the tip, and the entire range from the base to the tip is formed in a taper shape. Also good.
　ここで、テーパー状とは、構造物の径、幅、厚みなどが、先細りになっている形状を意味している。 Here, the tapered shape means a shape in which the diameter, width, thickness, etc. of the structure are tapered.
　光電変換層５の面内方向に垂直な断面におけるテーパーの二次元形状は、一次関数、二次関数、指数関数、双曲線関数など、各種関数のいずれか、あるいは各種関数の任意の組み合わせによって表すことができる。また、テーパーの二次元形状は、楕円および真円の一部であってもよく、突起の内側へ窪む形状、または突起の外側へ膨らむ形状のいずれであってもよい。ただし、結晶の欠陥を少なくするには、突起の内側へ窪む形状が好ましい。その理由は後述する。 The two-dimensional shape of the taper in the cross section perpendicular to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5 is expressed by any one of various functions such as a linear function, a quadratic function, an exponential function, a hyperbolic function, or any combination of various functions. Can do. Further, the two-dimensional shape of the taper may be a part of an ellipse or a perfect circle, and may be either a shape that is recessed toward the inside of the protrusion or a shape that is expanded toward the outside of the protrusion. However, in order to reduce the number of crystal defects, a shape that is recessed toward the inside of the protrusion is preferable. The reason will be described later.
　テーパー状突起の頂部は、鋭く尖っていてもよいし、丸みがあってもよい。 The apex of the tapered protrusion may be sharply pointed or rounded.
　次に、本実施形態に係る異屈折率領域４の詳細な形状の一例について図１の（ｂ）を用いて説明する。光電変換層５の受光面側の界面、すなわち光電変換層５と透明導電膜３との界面において、当該界面の面内方向に平行に切った異屈折率領域４の断面を、異屈折率領域４の底面とした場合、隣り合う異屈折率領域４の底面の中心間の距離（ピッチ）Ｐが６００ｎｍである。また、光電変換層５の上記界面を基準とした上記異屈折率領域４の高さＴが１５０ｎｍである。また、異屈折率領域４の底面の直径２ｒが３５０ｎｍである。 Next, an example of a detailed shape of the different refractive index region 4 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The cross section of the different refractive index region 4 cut in parallel to the in-plane direction of the interface at the interface on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer 5, that is, the interface between the photoelectric conversion layer 5 and the transparent conductive film 3, is shown in FIG. 4, the distance (pitch) P between the centers of the bottom surfaces of adjacent different refractive index regions 4 is 600 nm. The height T of the different refractive index region 4 with respect to the interface of the photoelectric conversion layer 5 is 150 nm. The diameter 2r of the bottom surface of the different refractive index region 4 is 350 nm.
　なお、本実施形態においては、光電変換層５の膜厚は１μｍより薄く形成されている。 In the present embodiment, the film thickness of the photoelectric conversion layer 5 is thinner than 1 μm.
　異屈折率領域４の上記ピッチＰ、高さＴ、底面の直径２ｒは、特に上記の数値に限定されない。例えば、ピッチＰは、Ｆｉｎｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ（ＦＤＴＤ）法を用いた計算機シミュレーションにおいて、フォトニック結晶による共振効果を得ることができる１００ｎｍ以上、かつ、光電変換素子に適する可視光の波長（３００～１２００ｎｍ）において、フォトニック結晶の共振効果を得られるおおよその限界値である２０００ｎｍ以下が好ましい。なお、ピッチＰの１００ｎｍおよび２０００ｎｍは、それぞれ、フォトニック結晶のない場合よりも光吸収量が増大する下限の条件および上限の条件を示している。 The pitch P, height T, and bottom diameter 2r of the different refractive index region 4 are not particularly limited to the above numerical values. For example, the pitch P is a wavelength of visible light (300 to 1200 nm) that can obtain a resonance effect by a photonic crystal and is suitable for a photoelectric conversion element in a computer simulation using the Fine Difference Time Domain (FDTD) method. ) Is preferably 2000 nm or less, which is an approximate limit value for obtaining the resonance effect of the photonic crystal. In addition, 100 nm and 2000 nm of the pitch P indicate the lower limit condition and the upper limit condition in which the amount of light absorption increases as compared with the case where there is no photonic crystal.
　また、高さＴは、ＦＤＴＤを用いた計算機シミュレーションにおいてフォトニック結晶による光閉じ込め効果が実用に足るレベルで得られる１００ｎｍ以上、かつ、異屈折率領域４を光電変換層５内に形成するための構造的な限界である光電変換層の厚みＬ以下が好ましい。 Further, the height T is 100 nm or more at which a light confinement effect by a photonic crystal is obtained at a practical level in a computer simulation using FDTD, and for forming the different refractive index region 4 in the photoelectric conversion layer 5. The thickness L or less of the photoelectric conversion layer which is a structural limit is preferable.
　また、底面の直径２ｒは、ＦＤＴＤを用いた計算機シミュレーションにおいてフォトニック結晶による光閉じ込め効果が、５０ｎｍ以上、かつ、隣り合う異屈折率領域４と重なり合わない距離であるピッチＰよりも短いことが好ましい。なお、直径２ｒの５０ｎｍは、フォトニック結晶のない場合に比べて光吸収量が増大する最低条件である。 Further, the diameter 2r of the bottom surface is shorter than the pitch P, which is a distance where the optical confinement effect by the photonic crystal is 50 nm or more and does not overlap with the adjacent different refractive index regions 4 in the computer simulation using FDTD. preferable. In addition, 50 nm of diameter 2r is the minimum condition in which the amount of light absorption increases compared with the case where there is no photonic crystal.
　なお、上記底面の形状が多角形または楕円形の場合、上記２Ｒを上記多角形の外接円の直径、または上記楕円形の長径または短径としてもよい。 When the shape of the bottom surface is a polygon or an ellipse, 2R may be the diameter of the circumscribed circle of the polygon, or the major axis or minor axis of the ellipse.
　また、異屈折率領域４の傾斜面と底面との角度θは、異屈折率領域４の高さＴおよびピッチＰの上記条件を満たすことができる５．７°以上かつ（ａｒｃｔａｎ（Ｌ/５０ｎｍ）/π）×１８０°以下であることが好ましい。ここでπは円周率のことである。 Further, the angle θ between the inclined surface and the bottom surface of the different refractive index region 4 is 5.7 ° or more that can satisfy the above conditions of the height T and the pitch P of the different refractive index region 4 and (arctan (L / 50 nm ) / Π) × 180 ° or less. Here, π is the circumference ratio.
　ここで、異屈折率領域４の傾斜面と底面との角度θの最小値最大値について詳しく説明する。 Here, the minimum value and maximum value of the angle θ between the inclined surface and the bottom surface of the different refractive index region 4 will be described in detail.
　異屈折率領域４のピッチが最大値（２０００ｎｍ）であり、異屈折率領域４の底面の直径２ｒが最大値（１０００ｎｍ）、かつ、フォトニック結晶の高さが最小値（１００ｎｍ）の場合において、異屈折率領域４の傾斜面と底面との角度θは最小値となる。上記条件を満たす異屈折率領域４の傾斜面と底面との角度θの値は、ａｒｃｔａｎ（１００ｎｍ/１０００ｎｍ/π）×１８０°＝５．７°となる。 In the case where the pitch of the different refractive index region 4 is the maximum value (2000 nm), the diameter 2r of the bottom surface of the different refractive index region 4 is the maximum value (1000 nm), and the height of the photonic crystal is the minimum value (100 nm). The angle θ between the inclined surface and the bottom surface of the different refractive index region 4 is a minimum value. The value of the angle θ between the inclined surface and the bottom surface of the different refractive index region 4 satisfying the above condition is arctan (100 nm / 1000 nm / π) × 180 ° = 5.7 °.
　また、異屈折率領域４のピッチが最小値（１００ｎｍ）であり、異屈折率領域４の底面の直径２ｒが最小値（５０ｎｍ）、かつ、フォトニック結晶の高さが最大値（光電変換層の厚みＬ）の場合において、異屈折率領域４の傾斜面と底面との角度θは最大値となる。上記条件を満たす異屈折率領域４の傾斜面と底面との角度θの値は、円周率をπとして、（ａｒｃｔａｎ（Ｌ/５０）/π）×１８０°となる。なお、厚みＬは、従来薄膜シリコン太陽電池に用いられている厚みとして使用されている１０００ｎｍ以下が好ましい。 Further, the pitch of the different refractive index region 4 is the minimum value (100 nm), the diameter 2r of the bottom surface of the different refractive index region 4 is the minimum value (50 nm), and the height of the photonic crystal is the maximum value (photoelectric conversion layer). In the case of the thickness L), the angle θ between the inclined surface and the bottom surface of the different refractive index region 4 is a maximum value. The value of the angle θ between the inclined surface and the bottom surface of the different refractive index region 4 that satisfies the above condition is (arctan (L / 50) / π) × 180 °, where π is the circumference. The thickness L is preferably 1000 nm or less, which is used as a thickness conventionally used for thin film silicon solar cells.
　（異屈折率領域の形状による光電変換層の成長）
　次に、図２を用いて本実施形態に係る異屈折率領域４の形状による光電変換層５の成長について説明する。なお、以下の説明では、光電変換層５と透明導電膜３との界面のことを透明導電膜３の界面と略称することがある。 (Growth of photoelectric conversion layer by the shape of different refractive index region)
Next, the growth of the photoelectric conversion layer 5 according to the shape of the different refractive index region 4 according to this embodiment will be described with reference to FIG. In the following description, the interface between the photoelectric conversion layer 5 and the transparent conductive film 3 may be abbreviated as the interface of the transparent conductive film 3.
　図２は、異屈折率領域４の形状による光電変換層５の成長を示す図であり、（ａ）は、図１の（ｂ）のＣで示す領域の拡大図であり、（ｂ）は本実施形態に係る理想的な光電変換層５の膜厚を示す図であり、（ｃ）は本実施形態に係る理想的な異屈折率領域４の形状を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the growth of the photoelectric conversion layer 5 due to the shape of the different refractive index region 4, wherein (a) is an enlarged view of the region indicated by C in FIG. It is a figure which shows the film thickness of the ideal photoelectric converting layer 5 which concerns on this embodiment, (c) is a figure which shows the shape of the ideal different refractive index area | region 4 which concerns on this embodiment.
　図２の（ａ）に示すように、光電変換層５の成膜時において、光電変換層５は異屈折率領域４上から、異屈折率領域４の表面の接線に対し垂直な方向に成長する。このため、隣り合う異屈折率領域４同士では、互いの中間位置へ近寄る方向である矢印Ｙ１およびＹ３の方向などに成長する。一方、光電変換層５は、異屈折率領域４が形成されている透明導電膜３の界面において、異屈折率領域４が形成されていない領域からも、上記界面に垂直な方向である矢印Ｙ２の方向に成長する。 As shown in FIG. 2A, when the photoelectric conversion layer 5 is formed, the photoelectric conversion layer 5 is grown from above the different refractive index region 4 in a direction perpendicular to the tangent to the surface of the different refractive index region 4. To do. For this reason, adjacent different refractive index regions 4 grow in the directions of arrows Y1 and Y3, which are directions close to each other's intermediate positions. On the other hand, the photoelectric conversion layer 5 has an arrow Y2 that is in a direction perpendicular to the interface from the region where the different refractive index region 4 is not formed at the interface of the transparent conductive film 3 where the different refractive index region 4 is formed. Grow in the direction of
　本実施形態に係る光電変換素子１の光電変換層５の成膜時において、隣り合う異屈折率領域４上から矢印Ｙ１およびＹ３の方向に近づくように成長する光電変換層５と、透明導電膜３の上記界面から矢印Ｙ２の方向に成長する光電変換層５とが、異屈折率領域４がテーパー状に形成されているために同じタイミングで衝突することができる。 When forming the photoelectric conversion layer 5 of the photoelectric conversion element 1 according to this embodiment, the photoelectric conversion layer 5 that grows from the adjacent different refractive index regions 4 so as to approach the directions of the arrows Y1 and Y3, and a transparent conductive film 3 and the photoelectric conversion layer 5 growing in the direction of the arrow Y2 can collide at the same timing because the different refractive index region 4 is formed in a tapered shape.
　また、異屈折率領域４がテーパー状突起部を備えた構成では、光電変換層５をプラズマＣＶＤにより成膜する場合、チャージアップを起こしにくくなり、水素ラジカルの集中が起きにくくなる。 Further, in the configuration in which the different refractive index region 4 is provided with a tapered protrusion, when the photoelectric conversion layer 5 is formed by plasma CVD, charge-up is unlikely to occur and concentration of hydrogen radicals is difficult to occur.
　したがって、従来のフォトニック結晶構造を有する光電変換素子にみられるような、光電変換層５の空隙の発生すなわち欠陥の形成を抑制できる。 Therefore, generation of voids in the photoelectric conversion layer 5, that is, formation of defects, as seen in a photoelectric conversion element having a conventional photonic crystal structure, can be suppressed.
　矢印Ｙ１～Ｙ３に沿って成長する光電変換層５の衝突位置は、図２の（ｂ）に示すように模式化することができる。すなわち、異屈折率領域４の形状を例えば円錐とし、隣り合う２つの異屈折率領域４の頂点を通り、隣り合う２つの異屈折率領域４の間の透明導電膜３の界面に接点を有する円弧を考える。上記接点は、２つの円錐の中心線の中間に位置する。矢印Ｙ１～Ｙ３に沿って成長する光電変換層５の成長速度が等しい場合、この円弧の中心点Ｏにおいて、異屈折率領域４上から矢印Ｙ１およびＹ３の方向に成長する光電変換層５と、透明導電膜３の界面から矢印Ｙ２の方向に成長する光電変換層５とが衝突する。 The collision position of the photoelectric conversion layer 5 growing along the arrows Y1 to Y3 can be schematically shown as shown in FIG. That is, the shape of the different refractive index region 4 is, for example, a cone, passes through the apex of two adjacent different refractive index regions 4, and has a contact at the interface of the transparent conductive film 3 between the two adjacent different refractive index regions 4. Think of an arc. The contact is located midway between the two cone centerlines. When the growth rate of the photoelectric conversion layer 5 growing along the arrows Y1 to Y3 is equal, the photoelectric conversion layer 5 growing in the directions of the arrows Y1 and Y3 from above the different refractive index region 4 at the center point O of the arc; The photoelectric conversion layer 5 growing in the direction of the arrow Y2 collides from the interface of the transparent conductive film 3.
　各領域から成長する光電変換層５同士の衝突後において、上記中心点Ｏの上に引き続き形成される光電変換層５には、欠陥ができやすい。したがって、光電変換層５の膜厚Ｌ２は、隣り合う２つの異屈折率領域４の頂点を通り、その間の透明導電膜３の界面に接点を有する円弧の半径に相当する高さの位置まで、光電変換層５を形成するのがよい。 After the collision between the photoelectric conversion layers 5 growing from each region, the photoelectric conversion layer 5 that is continuously formed on the center point O is likely to be defective. Therefore, the film thickness L2 of the photoelectric conversion layer 5 passes through the apex of two adjacent different refractive index regions 4 and reaches a height corresponding to the radius of an arc having a contact at the interface of the transparent conductive film 3 between them. The photoelectric conversion layer 5 is preferably formed.
　したがって、光電変換層５の欠陥を最小限に防止する異屈折率領域４の形状としては、図２の（ｃ）に示すように、光電変換層５の面内方向に垂直な断面において、透明導電膜３の界面に接する同一の半径をもつ複数の円弧と透明導電膜３の界面とによって形成される形状を有する異屈折率領域４の形状が挙げられる。 Therefore, as the shape of the different refractive index region 4 that prevents defects of the photoelectric conversion layer 5 to the minimum, as shown in FIG. 2C, the cross section perpendicular to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5 is transparent. Examples include the shape of the different refractive index region 4 having a shape formed by a plurality of arcs having the same radius in contact with the interface of the conductive film 3 and the interface of the transparent conductive film 3.
　上記の構成によると、異屈折率領域４が、光電変換層５の受光面側から光電変換層５の内部に位置する先端までテーパー状に形成されているテーパー状突起部を備えているため、フォトニック結晶構造Ｓにおいて生じるフォトニック結晶間の光電変換層５の成膜阻害、すなわち欠陥の形成を抑制できる。よって、光電変換層５で発生したキャリアが欠陥によって消失する不具合が抑制されるので、光電変換素子１の光電変換効率を向上させることができる。 According to the above configuration, since the different refractive index region 4 includes the tapered protrusion formed in a tapered shape from the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer 5 to the tip located inside the photoelectric conversion layer 5, Inhibition of film formation of the photoelectric conversion layer 5 between the photonic crystals generated in the photonic crystal structure S, that is, formation of defects can be suppressed. Therefore, since the malfunction which the carrier generate | occur | produced in the photoelectric converting layer 5 lose | disappears by a defect is suppressed, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element 1 can be improved.
　また、上記の構成によると、フォトニック結晶構造Ｓの共振効果の大きさ（Ｑ値）を従来のフォトニック結晶構造よりも小さくすることができる。よって、フォトニック結晶構造Ｓによる共振効果の大きさを光電変換層５の媒質の光吸収（もしくは光子の取り込み）による共振効果の大きさに近似させることができ、特に光電変換層５の材料において吸収の大きな（共振効果の大きさを表すＱ値が小さい）波長域に対して、従来のフォトニック結晶の構造に比べて光電変換層５の光吸収量を向上させることができる。 Further, according to the above configuration, the magnitude (Q value) of the resonance effect of the photonic crystal structure S can be made smaller than that of the conventional photonic crystal structure. Therefore, the magnitude of the resonance effect due to the photonic crystal structure S can be approximated to the magnitude of the resonance effect due to light absorption (or photon capture) of the medium of the photoelectric conversion layer 5, especially in the material of the photoelectric conversion layer 5. Compared with the structure of the conventional photonic crystal, the light absorption amount of the photoelectric conversion layer 5 can be improved in the wavelength region where the absorption is large (the Q value representing the magnitude of the resonance effect is small).
　詳細に説明すると、光が物質に入射した場合、光が吸収される状態は、光子が一定の時間でエネルギーを失うことに相当する。これは、共振器において、共振器内に光が入射し、一定時間で出ていくことと同じである。屈折率をｎ、光の波長をλ、光の吸収係数をαとして、光が吸収されるときの共振効果の大きさを表すＱ値は、Ｑ＝２πｎ／（λα）と表される。 More specifically, when light is incident on a substance, the state in which the light is absorbed corresponds to the photon losing energy in a certain time. This is the same as light entering the resonator and exiting in a certain time in the resonator. The Q value representing the magnitude of the resonance effect when light is absorbed, where n is the refractive index, λ is the wavelength of light, and α is the light absorption coefficient, is expressed as Q = 2πn / (λα).
　例えば、波長λが８００ｎｍにおける微結晶シリコン（μｃ-Ｓｉ）の吸収係数αはおおよそ１２００であり、屈折率ｎをおおよそ３．６とすると、μｃ-Ｓｉの共振効果の大きさＱαは、Ｑα=２３５．６である。 For example, when the absorption coefficient α of microcrystalline silicon (μc-Si) at a wavelength λ of 800 nm is approximately 1200 and the refractive index n is approximately 3.6, the resonance effect magnitude Qα of μc-Si is Qα = 235.6.
　一方、従来のフォトニック結晶構造のＱ値は、数百万程度である。従来のフォトニック結晶構造のＱ値よりも小さいＱ値を有するフォトニック結晶構造が実現できれば、フォトニック結晶のＱ値を上記のＱαにより近似させることができ、光電変換層の光吸収量を吸収係数と厚みにより決定されていた量よりも向上させることができる。 On the other hand, the Q value of the conventional photonic crystal structure is about several millions. If a photonic crystal structure having a Q value smaller than that of the conventional photonic crystal structure can be realized, the Q value of the photonic crystal can be approximated by the above Qα, and the light absorption amount of the photoelectric conversion layer can be absorbed. It can be improved from the amount determined by the coefficient and the thickness.
　正方格子状に配置された異屈折率領域から構成されているフォトニック結晶構造のＱ値は、例えば、三角格子状に配置された異屈折率領域から構成されているフォトニック結晶構造のＱ値よりも小さい値を有する。また、異屈折率領域が、光電変換層の受光面側から上記光電変換層の内部に向かってテーパー状に形成されているテーパー状突起部を備えていることによって、フォトニック結晶構造のＱ値をさらに小さくすることができる。 The Q value of the photonic crystal structure composed of the different refractive index regions arranged in a square lattice shape is, for example, the Q value of the photonic crystal structure composed of the different refractive index regions arranged in a triangular lattice shape. Have a smaller value. In addition, since the different refractive index region has a tapered protrusion formed in a tapered shape from the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer toward the inside of the photoelectric conversion layer, the Q value of the photonic crystal structure is provided. Can be further reduced.
　よって、上記の本実施形態の構成によって、従来のフォトニック結晶の構造に比べて光電変換層５の光吸収量を向上させることができるので、光電変換素子１の光電変換効率を向上させることができる。 Therefore, since the light absorption amount of the photoelectric conversion layer 5 can be improved as compared with the structure of the conventional photonic crystal, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element 1 can be improved. it can.
　（異屈折率領域の種々の形状）
　次に図３を用いて、本実施形態に係る異屈折率領域４の種々の形状を例示する。図３の（ａ）から（ｄ）は、光電変換層５の面内方向に垂直な面における異屈折率領域４の断面を示している。 (Various shapes of different refractive index regions)
Next, various shapes of the different refractive index region 4 according to the present embodiment will be illustrated using FIG. 3A to 3D show a cross section of the different refractive index region 4 in a plane perpendicular to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5.
　図３の（ａ）から（ｄ）に示すように、異屈折率領域４、４ａ、４ｂおよび４ｃは、透明導電膜３上に形成されている。 3 (a) to (d), the different refractive index regions 4, 4a, 4b and 4c are formed on the transparent conductive film 3.
　図３の（ａ）に示すように、異屈折率領域４は、テーパー形状の一例として、頂部が鋭角な頂点となった円錐形状に形成されている。一方で、図３の（ｂ）に示す異屈折率領域４ａは、異屈折率領域４ａの頂部が一定の曲率を持った略円錐形状に形成されている。この場合、異屈折率領域４ａの頂部が一定の曲率をもっているため、異屈折率領域４ａの上に積層されている層（例えば、光入射側から順に積層されたｐｉｎ縦型構造からなる光電変換層５の場合においては、ｐ型半導体層）の段切れを防止することができる。 As shown in FIG. 3A, the different refractive index region 4 is formed in a conical shape having an apex with an acute apex as an example of a tapered shape. On the other hand, the different refractive index region 4a shown in FIG. 3B is formed in a substantially conical shape in which the top of the different refractive index region 4a has a certain curvature. In this case, since the top of the different refractive index region 4a has a constant curvature, a layer stacked on the different refractive index region 4a (for example, photoelectric conversion having a pin vertical structure stacked in order from the light incident side) In the case of the layer 5, the disconnection of the p-type semiconductor layer) can be prevented.
　なお、段切れとは、異屈折率領域４ａの頂部が、光電変換層５に覆われず、光電変換層５内に食い込んだ状態をいう。この状態では、異屈折率領域４ａの頂部がｉ型半導体層に直接触れやすくなる。このように、ｉ型半導体層が直接フォトニック結晶構造に接すると、特にフィルファクター（ＦＦ）が低下するので、光電変換素子１の光電変換効率の低下をまねく。 Note that the step breakage refers to a state in which the top portion of the different refractive index region 4 a is not covered with the photoelectric conversion layer 5 and bites into the photoelectric conversion layer 5. In this state, the top of the different refractive index region 4a can easily touch the i-type semiconductor layer. As described above, when the i-type semiconductor layer is in direct contact with the photonic crystal structure, the fill factor (FF) is particularly reduced, which leads to a decrease in photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element 1.
　また、図３の（ｃ）に示すように、異屈折率領域４ｂは、図３の（ａ）に示す異屈折率領域４の傾斜面が外側へ膨らむドーム形状に形成されている。一方で、図３の（ｄ）に示すように、異屈折率領域４ｃは図３の（ｂ）に示す異屈折率領域４ａの傾斜面が異屈折率領域４ｃの内側へ窪む略円錐形状に形成されている。 Further, as shown in FIG. 3C, the different refractive index region 4b is formed in a dome shape in which the inclined surface of the different refractive index region 4 shown in FIG. On the other hand, as shown in FIG. 3 (d), the different refractive index region 4c has a substantially conical shape in which the inclined surface of the different refractive index region 4a shown in FIG. 3 (b) is recessed to the inside of the different refractive index region 4c. Is formed.
　なお、上述したように、光電変換層５の欠陥を最小限に防止する異屈折率領域４の形状としては、図２の（ｃ）に示すように、光電変換層５の面内方向に垂直な断面において、透明導電膜３の界面に接する同一の半径をもつ複数の円弧と透明導電膜３の界面とによって形成される形状が好ましい。したがって、異屈折率領域４ｃのように傾斜面が外側へ膨らむ形状よりも異屈折率領域４ｄのように傾斜面が内側へ窪む形状が好ましい。 As described above, the shape of the different refractive index region 4 that minimizes defects in the photoelectric conversion layer 5 is perpendicular to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5 as shown in FIG. In a simple cross section, a shape formed by a plurality of arcs having the same radius in contact with the interface of the transparent conductive film 3 and the interface of the transparent conductive film 3 is preferable. Accordingly, a shape in which the inclined surface is recessed inward as in the different refractive index region 4d is preferable to a shape in which the inclined surface is expanded outward as in the different refractive index region 4c.
　（光電変換素子の形成方法）
　図４の（ａ）から（ｄ）は、本実施形態に係る光電変換素子１の形成フローを示している。図４の（ａ）に示すようにガラス基板２上に透明導電膜３を成膜し、その上にＳｉＯ２等の透明誘電体層４０を成膜する。 (Method for forming photoelectric conversion element)
4A to 4D show a flow of forming the photoelectric conversion element 1 according to this embodiment. As shown in FIG. 4A, a transparent conductive film 3 is formed on a glass substrate 2, and a transparent dielectric layer 40 such as SiO 2 is formed thereon.
　次に、図４の（ｂ）に示すように、透明誘電体層４０上にレジスト８を塗布し、ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｂｅａｍ（ＥＢ）またはステッパーなどにてレジスト８の表面にパターンを形成する。その後、ＣＦ４などのガスを用いたＲｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ（ＲＩＥ)、Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ（ＩＣＰ）などによって、透明誘電体層４０を上記のパターン通りに切り出す。 Next, as shown in FIG. 4B, a resist 8 is applied on the transparent dielectric layer 40, and a pattern is formed on the surface of the resist 8 using an electron beam (EB) or a stepper. Thereafter, the transparent dielectric layer 40 is cut out in accordance with the above pattern by reactive ion etching (RIE), inductively coupled plasma (ICP), or the like using a gas such as CF 4 .
　次に、図４の（ｃ）に示すように、レジスト８を剥離した後、Ｏ２プラズマなどのエッチング速度の緩やかなガスを用いたＲＩＥ、ＩＣＰなどによって、透明誘電体層４０に対してエッチングを行う。このようにして、下から上へ向かう方向にテーパー状の異屈折率領域４を透明誘電体層４０から形成することによって、フォトニック結晶構造Ｓを形成する。 Next, as shown in FIG. 4C, after the resist 8 is removed, the transparent dielectric layer 40 is etched by RIE, ICP, or the like using a gas having a slow etching rate such as O 2 plasma. I do. Thus, the photonic crystal structure S is formed by forming the tapered refractive index region 4 from the transparent dielectric layer 40 in the direction from the bottom to the top.
　次に、図４の（ｄ）に示すように、異屈折率領域４または透明導電膜３の上に、光電変換層５、透明導電膜６、電極用金属層７を、上記記載の順番によって成膜する。 Next, as shown in FIG. 4D, the photoelectric conversion layer 5, the transparent conductive film 6, and the electrode metal layer 7 are placed on the different refractive index region 4 or the transparent conductive film 3 in the order described above. Form a film.
　以上の工程によって、フォトニック結晶構造Ｓを備えた光電変換素子１を作製することができる。 Through the above steps, the photoelectric conversion element 1 having the photonic crystal structure S can be produced.
　〔実施例１〕
　（光電変換層における空隙）
　次に、本実施例に係る光電変換素子の光電変換層における、空隙について図５を用いて説明する。 [Example 1]
(Voids in the photoelectric conversion layer)
Next, voids in the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion element according to this example will be described with reference to FIG.
　図５の（ａ）は、本実施例のフォトニック結晶構造を有する光電変換素子の光電変換層をＳｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ）によって撮影した断面図である。図５の（ｂ）は、本実施例の比較例に用いた従来のフォトニック結晶構造を有する光電変換素子の光電変換層の断面図である。 (A) of FIG. 5 is a cross-sectional view of the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion element having the photonic crystal structure of the present example taken by Scanning Electron Microscope (SEM). FIG. 5B is a cross-sectional view of a photoelectric conversion layer of a photoelectric conversion element having a conventional photonic crystal structure used in a comparative example of this example.
　図５の（ａ）に示すように、本実施例に係る光電変換素子は、ＳｉＯ２によって形成されているテーパー状の異屈折率領域（ＳｉＯ２　ｃｏｎｅ）上に、光電変換層として微結晶シリコン膜（μｃ－Ｓi）が積層されている。図５の（ａ）によると本実施例に係る光電変換素子の光電変換層において、空隙は確認されなかった。 As shown in (a) of FIG. 5, the photoelectric conversion element according to the present embodiment, on tapered modified refractive index region which is formed by SiO 2 (SiO 2 cone), microcrystalline silicon as a photoelectric conversion layer A film (μc-Si) is laminated. According to (a) of FIG. 5, no void was confirmed in the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion element according to this example.
　一方、図５の（ｂ）に示すように、従来の光電変換素子は、ＳｉＯ２によって形成されているロッド状（円柱状）の異屈折率領域（ＳｉＯ２　ｒｏｄ）上に、光電変換層として微結晶シリコン膜（μｃ－Ｓi）が積層されている。上記のロッド状（円柱状）の異屈折率領域は、光電変換層の面内方向に対して垂直な側壁を有している。図５の（ｂ）によると、従来の光電変換素子の光電変換層においては、隣り合う異屈折率領域間に空隙が確認された。この空隙が発生するメカニズムについては、図１９を参照して既に説明した。 On the other hand, as shown in FIG. 5 (b), the conventional photoelectric conversion element, on the modified refractive index areas of the shaped rod which is formed by SiO 2 (cylindrical) (SiO 2 rod), as a photoelectric conversion layer A microcrystalline silicon film (μc-Si) is stacked. The rod-like (columnar) different refractive index region has a side wall perpendicular to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer. According to (b) of FIG. 5, in the photoelectric conversion layer of the conventional photoelectric conversion element, a void was confirmed between adjacent different refractive index regions. The mechanism by which this void is generated has already been described with reference to FIG.
　上記の結果より、異屈折率領域４をテーパー状に形成することによって、光電変換層５の空隙をなくし、光電変換層５の不整合面を低減することが可能となることが分かった。すなわち、異屈折率領域４をテーパー状に形成することによって、光電変換効率を従来より向上させることができるフォトニック結晶構造Ｓを有する光電変換素子１を形成することができる。 From the above results, it was found that by forming the different refractive index region 4 in a tapered shape, it is possible to eliminate voids in the photoelectric conversion layer 5 and reduce the mismatching surface of the photoelectric conversion layer 5. That is, by forming the different refractive index region 4 in a tapered shape, it is possible to form the photoelectric conversion element 1 having the photonic crystal structure S that can improve the photoelectric conversion efficiency as compared with the related art.
　〔実施形態２〕
　（異屈折率領域がテーパー状突起部であり柱部から形成されている（五角形の断面））
　本発明のさらに他の実施形態について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 2]
(Non-refractive index region is a tapered protrusion and is formed from a pillar (pentagonal cross section))
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
　（光電変換素子の構成）
　図６は、本実施形態に係る光電変換素子１ａを示す図である。 (Configuration of photoelectric conversion element)
FIG. 6 is a diagram illustrating the photoelectric conversion element 1a according to the present embodiment.
　図６の（ａ）は、本実施形態の光電変換素子１ａの全体構成を概略的に示す断面図である。 FIG. 6A is a cross-sectional view schematically showing the overall configuration of the photoelectric conversion element 1a of this embodiment.
　図６の（ａ）に示すように、光電変換素子１ａは、光入射側から順に積層された、ガラス基板２、透明導電膜３（第１透明導電膜）、異屈折率領域４ｆ、光電変換層５、透明導電膜（第２透明導電膜）６及び電極用金属層７を備えている。 As shown to (a) of FIG. 6, the photoelectric conversion element 1a is laminated | stacked in order from the light-incidence side, the glass substrate 2, the transparent conductive film 3 (1st transparent conductive film), the different refractive index area | region 4f, photoelectric conversion. A layer 5, a transparent conductive film (second transparent conductive film) 6, and an electrode metal layer 7 are provided.
　なお、ガラス基板２から電極用金属層７に向かう方向を下から上へ向かう方向と定義し、以下の説明における上下の位置関係を定めることにする。 The direction from the glass substrate 2 toward the electrode metal layer 7 is defined as the direction from the bottom to the top, and the vertical positional relationship in the following description is determined.
　光電変換層５は、透明導電膜３および透明導電膜６によって挟まれている。光電変換層５内には、フォトニック結晶構造Ｓ２が形成されている。 The photoelectric conversion layer 5 is sandwiched between the transparent conductive film 3 and the transparent conductive film 6. A photonic crystal structure S2 is formed in the photoelectric conversion layer 5.
　異屈折率領域４ｆは、前記異屈折率領域４と同様に、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ－ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）材料、有機樹脂（アクリル、ポリカーボネートなど）などの透明誘電体により構成されている。 Similar to the different refractive index region 4, the different refractive index region 4f is made of a transparent dielectric such as SiO 2 , SiN, SOG (Spin-on Glass) material, organic resin (acrylic, polycarbonate, etc.).
　（フォトニック結晶構造の構成）
　本実施形態に係る異屈折率領域４ｆの形状は、図１の（ａ）で示す異屈折率領域４と同様に、光電変換層５の面内方向に平行な断面において円形（真円形状）であるが、楕円形状、多角形状（三角形、四角形、六角形、八角形など）であってもよい。 (Configuration of photonic crystal structure)
The shape of the different refractive index region 4f according to the present embodiment is circular (perfect circle shape) in a cross section parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5 similarly to the different refractive index region 4 shown in FIG. However, it may be oval or polygonal (triangle, quadrangle, hexagon, octagon, etc.).
　フォトニック結晶構造Ｓ２は、複数の異屈折率領域４ｆを備えている。複数の異屈折率領域４ｆは、光電変換層５の面内方向に平行な正方格子の格子点に対応して、透明導電膜３の上面に周期的に形成されている。また、実施形態１で説明したように、各異屈折率領域４ｆの中心位置は、隣りあう異屈折率領域４ｆが重ならないことを条件として、上記格子点を起点としてランダムにずれていてもよい。 The photonic crystal structure S2 includes a plurality of different refractive index regions 4f. The plurality of different refractive index regions 4 f are periodically formed on the upper surface of the transparent conductive film 3 corresponding to lattice points of a square lattice parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5. Further, as described in the first embodiment, the center positions of the different refractive index regions 4f may be shifted at random from the lattice point on condition that the adjacent different refractive index regions 4f do not overlap. .
　（異屈折率領域の形状）
　次に図６の（ｂ）を用いて、本実施形態に係る異屈折率領域４ｆの形状を例示する。図６の（ｂ）は、図６の（ａ）の領域Ｚの拡大図であり、光電変換層５の面内方向に対し垂直な異屈折率領域４ｆの断面図を示している。 (Shape of different refractive index region)
Next, the shape of the different refractive index region 4f according to this embodiment is illustrated using FIG. FIG. 6B is an enlarged view of the region Z in FIG. 6A and shows a cross-sectional view of the different refractive index region 4 f perpendicular to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5.
　図６の（ｂ）に示すように異屈折率領域４ｆは、光電変換層５の受光面側の界面、すなわち光電変換層５と透明導電膜３との界面に形成されている。上記異屈折率領域４ｆは、テーパー状突起部４１ｆおよび側面が傾斜を持たない柱部４２ｆから形成されている。テーパー状突起部４１ｆは、頂部が鋭角な頂点となった形状に形成されている。異屈折率領域４ｆは、受光面側から上記柱部４２ｆおよび上記テーパー状突起部４１ｆの順に形成されている。 6B, the different refractive index region 4f is formed at the interface on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer 5, that is, the interface between the photoelectric conversion layer 5 and the transparent conductive film 3. The different refractive index region 4f is formed by a tapered protrusion 41f and a column part 42f having no inclined side surface. The tapered protrusion 41f is formed in a shape whose apex is an acute apex. The different refractive index region 4f is formed in the order of the column portion 42f and the tapered protrusion portion 41f from the light receiving surface side.
　上記の構成によると、異屈折率領域４ｆが、光電変換層５の受光面側から上記光電変換層５の内部に向かってテーパー状に形成されているテーパー状突起部４１ｆを備えているため、フォトニック結晶構造Ｓ２において生じるフォトニック結晶間の光電変換層５の成膜阻害、すなわち欠陥の形成を抑制できる。 According to said structure, since the different refractive index area | region 4f is equipped with the taper-shaped projection part 41f formed in the taper shape toward the inside of the said photoelectric converting layer 5 from the light-receiving surface side of the photoelectric converting layer 5, Inhibition of film formation of the photoelectric conversion layer 5 between photonic crystals, that is, formation of defects, in the photonic crystal structure S2 can be suppressed.
　さらに、異屈折率領域４ｆがテーパー状突起部４１ｆを有していることから従来のフォトニック結晶を備えた光電変換層に比べ、光の取り込み量を増大させるので、光吸収量を増大させることができ、かつ、異屈折率領域が対面する面同士が傾斜をもたない柱部４２ｆ（光電変換層５の面内方向に対して垂直な部分）を備えていることによって、フォトニック結晶の大きな光閉じ込め効果を得ることができる。したがって、光電変換素子１ａの光電変換効率を向上させることができる。 Furthermore, since the different refractive index region 4f has the tapered protrusion 41f, the amount of light taken in is increased as compared with the photoelectric conversion layer provided with the conventional photonic crystal, so that the amount of light absorption can be increased. In addition, by providing the column part 42f (the part perpendicular to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5) where the surfaces where the different refractive index regions face each other are not inclined, A large light confinement effect can be obtained. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element 1a can be improved.
　図６の（ｃ）は、図６の（ａ）の領域Ｚの他の例を示す拡大図であり、光電変換層５の面内方向に対し垂直な異屈折率領域４ｇの断面図を示している。 FIG. 6C is an enlarged view showing another example of the region Z in FIG. 6A, and shows a cross-sectional view of the different refractive index region 4 g perpendicular to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5. ing.
　図６の（ｃ）に示すように異屈折率領域４ｇは、光電変換層５の受光面側の界面に形成されている。上記異屈折率領域４ｇは、テーパー状突起部４１ｇおよび側面が傾斜を持たない柱部４２ｇから形成されている。テーパー状突起部４１ｇは、頂部が一定の曲率をもって形成されている。異屈折率領域４ｇは、受光面側から上記柱部４２ｇおよび上記テーパー状突起部４１ｇの順に形成されている。 As shown in FIG. 6C, the different refractive index region 4g is formed at the light receiving surface side interface of the photoelectric conversion layer 5. The different refractive index region 4g is formed of a tapered protrusion 41g and a column part 42g whose side surface does not have an inclination. The tapered protrusion 41g is formed with a constant curvature at the top. The different refractive index region 4g is formed in the order of the column part 42g and the tapered protrusion 41g from the light receiving surface side.
　上記の構成によると、テーパー状突起部４１ｇの頂点が一定の曲率をもっているため、異屈折率領域４ｆの上に積層されている層（例えば、光入射側から順に積層されたｐｉｎ縦型構造からなる光電変換層５の場合においては、ｐ型半導体層）の段切れを防止することができる。これによる光電変換効率向上の効果が、異屈折率領域４ｆの上記効果にプラスされる。 According to the above configuration, since the apex of the tapered protrusion 41g has a certain curvature, the layer stacked on the different refractive index region 4f (for example, from the pin vertical structure stacked in order from the light incident side) In the case of the photoelectric conversion layer 5, the p-type semiconductor layer) can be prevented from being disconnected. The effect of improving the photoelectric conversion efficiency due to this is added to the effect of the different refractive index region 4f.
　（光電変換素子の詳細な構造）
　次に、本実施形態に係る光電変換素子１ａの詳細な構造の一例について図６の（ａ）を用いて説明する。光電変換層５の受光面側の界面において、当該界面の面内方向に平行に切った異屈折率領域４ｆ（または４ｇ）の断面を、異屈折率領域４ｆ（または４ｇ）の底面とした場合、隣り合う異屈折率領域４ｆ（または４ｇ）の底面の中心間の距離（ピッチ）をＰ１とする。また、光電変換層５の上記界面を基準とした上記異屈折率領域４ｆ（または４ｇ）の高さをＴ１とする。また、異屈折率領域４ｆ（または４ｇ）の底面の直径を２ｒ１とする。なお、異屈折率領域４ｆの高さＴ１は、テーパー状突起部４１ｆの高さＴ11および柱部４２ｇの高さＴ12の合計である。 (Detailed structure of photoelectric conversion element)
Next, an example of a detailed structure of the photoelectric conversion element 1a according to the present embodiment will be described with reference to FIG. When the cross section of the different refractive index region 4f (or 4g) cut parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5 at the light receiving surface side is the bottom surface of the different refractive index region 4f (or 4g) The distance (pitch) between the centers of the bottom surfaces of adjacent different refractive index regions 4f (or 4g) is P1. Further, the height of the different refractive index region 4f (or 4g) with reference to the interface of the photoelectric conversion layer 5 is defined as T1. Further, the diameter of the bottom surface of the different refractive index region 4f (or 4g) is 2r1. The height T1 of the different refractive index region 4f is the sum of the height T11 of the tapered protrusion 41f and the height T12 of the column portion 42g.
　ピッチＰ１は、例えば、Ｆｉｎｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ（ＦＤＴＤ）法を用いた計算機シミュレーションにおいて、フォトニック結晶による共振効果を得ることができる１００ｎｍ以上、かつ、光電変換素子に適する可視光の波長（３００～１２００ｎｍ）において、フォトニック結晶の共振効果を得られるおおよその限界値である２０００ｎｍ以下が好ましい。 The pitch P1 is, for example, a wavelength of visible light (300 to 1200 nm) that is 100 nm or more that can obtain a resonance effect by a photonic crystal and that is suitable for a photoelectric conversion element in a computer simulation using a Fine Difference Time Domain (FDTD) method. ) Is preferably 2000 nm or less, which is an approximate limit value for obtaining the resonance effect of the photonic crystal.
　また、高さＴ１は、ＦＤＴＤを用いた計算機シミュレーションにおいてフォトニック結晶による光閉じ込め効果が実用に足るレベルで得られる１００ｎｍ以上、かつ、異屈折率領域４を光電変換層５内に形成できる光電変換層の厚みＬ１以下が好ましい。 The height T1 is 100 nm or more at which the light confinement effect by the photonic crystal is obtained at a practical level in the computer simulation using FDTD, and the photoelectric conversion that can form the different refractive index region 4 in the photoelectric conversion layer 5 A layer thickness L1 or less is preferred.
　また、底面の直径２ｒ１は、ＦＤＴＤを用いた計算機シミュレーションにおいてフォトニック結晶による光閉じ込め効果が実用に足るレベルで得られる５０ｎｍ以上、かつ、隣り合う異屈折率領域４ｆと重なり合わない距離であるピッチＰ１よりも短いことが好ましい。 Further, the diameter 2r1 of the bottom surface is a pitch that is 50 nm or more at which a light confinement effect by a photonic crystal is obtained at a practical level in a computer simulation using FDTD, and is a distance that does not overlap with the adjacent different refractive index regions 4f. It is preferably shorter than P1.
　また、図６の（ｂ）に示すように、テーパー状突起部４１ｆと柱部４２ｆとの境界における、光電変換層５の面内方向に平行な横断面を考えた場合、テーパー状突起部４１ｆの傾斜面と、当該横断面とが形成する角度θ１が、異屈折率領域４ｆの高さＴ１およびピッチＰ１の上記条件を満たすことができる範囲は、実施形態１で説明した導出方法によって求めることができる。 Further, as shown in FIG. 6B, when considering a cross section parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5 at the boundary between the tapered protrusion 41f and the column 42f, the tapered protrusion 41f is considered. The range in which the angle θ1 formed by the inclined surface and the cross section can satisfy the above conditions of the height T1 and the pitch P1 of the different refractive index region 4f is obtained by the derivation method described in the first embodiment. Can do.
　〔実施形態３〕
　（透明導電膜によって覆われている異屈折率領域）
　本発明のさらに他の実施形態について、図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 3]
(Different refractive index region covered with transparent conductive film)
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
　（光電変換素子の構成）
　図７は、本実施形態に係る光電変換素子１ｂの全体構成を概略的に示す断面図である。 (Configuration of photoelectric conversion element)
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the overall configuration of the photoelectric conversion element 1b according to this embodiment.
　図７に示すように、光電変換素子１ｂは、光入射側から順に積層された、ガラス基板２、透明導電膜３（第１透明導電膜）、異屈折率領域４、透明導電膜９（第３透明導電膜）、光電変換層５、透明導電膜（第２透明導電膜）６及び電極用金属層７を備えている。 As shown in FIG. 7, the photoelectric conversion element 1 b includes a glass substrate 2, a transparent conductive film 3 (first transparent conductive film), a different refractive index region 4, and a transparent conductive film 9 (first conductive film) stacked in order from the light incident side. 3 transparent conductive films), a photoelectric conversion layer 5, a transparent conductive film (second transparent conductive film) 6, and an electrode metal layer 7.
　光電変換層５は、透明導電膜３および透明導電膜６によって挟まれている。光電変換層５内には、後述のようにフォトニック結晶構造Ｓ３が形成されている。 The photoelectric conversion layer 5 is sandwiched between the transparent conductive film 3 and the transparent conductive film 6. A photonic crystal structure S3 is formed in the photoelectric conversion layer 5 as described later.
　異屈折率領域４と光電変換層５との境界において、異屈折率領域４は、透明導電膜９によって覆われている。言い換えると、上記境界において、光電変換層５の受光面側の界面全体にわたる透明導電膜９によって、透明導電膜３上に離散的に配置された複数の異屈折率領域４が覆われている。したがって、透明導電膜９は、隣り合う異屈折率領域４の間に存在する透明導電膜３も覆っている。 The different refractive index region 4 is covered with a transparent conductive film 9 at the boundary between the different refractive index region 4 and the photoelectric conversion layer 5. In other words, a plurality of different refractive index regions 4 discretely arranged on the transparent conductive film 3 are covered with the transparent conductive film 9 over the entire interface on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer 5 at the boundary. Therefore, the transparent conductive film 9 also covers the transparent conductive film 3 existing between the adjacent different refractive index regions 4.
　透明導電膜９は、異屈折率領域４の光入射側の反対側の面において、実施形態１と同様に透明誘電体によって形成されている異屈折率領域４の全体を覆うように成膜されている。透明導電膜９は、ＳｎＯ２、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）であってもよく、導電性を付与された透明な有機材料（例えば、ポリカーボネートやアクリルなど）であってもよい。透明導電膜９の膜厚は、シート抵抗が１０Ω／ｃｍ２以下となるように調整されている。 The transparent conductive film 9 is formed on the surface opposite to the light incident side of the different refractive index region 4 so as to cover the entire different refractive index region 4 formed of the transparent dielectric as in the first embodiment. ing. The transparent conductive film 9 may be SnO 2 , indium / zinc oxide (IZO), ITO (Indium-Tin-Oxide), or a transparent organic material imparted with conductivity (for example, polycarbonate, acrylic, etc.). It may be. The film thickness of the transparent conductive film 9 is adjusted so that the sheet resistance is 10 Ω / cm 2 or less.
　フォトニック結晶構造Ｓ３の構造として、複数の異屈折率領域４が、光電変換層５の面内方向に平行な正方格子の格子点に対応して、周期的に形成されている。また、各異屈折率領域４の中心位置は、隣りあう異屈折率領域４が重ならないことを条件として、上記格子点を起点としてランダムにずれていてもよい。 As the structure of the photonic crystal structure S3, a plurality of different refractive index regions 4 are periodically formed corresponding to lattice points of a square lattice parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5. Further, the center positions of the different refractive index regions 4 may be shifted at random from the lattice points on condition that adjacent different refractive index regions 4 do not overlap.
　また、異屈折率領域４の形状については、実施形態１で説明したテーパー状突起として形成されていてもよいし、実施形態３で説明した柱部およびテーパー状突起部から構成されていてもよい。 Further, the shape of the different refractive index region 4 may be formed as the tapered protrusion described in the first embodiment, or may be configured by the column portion and the tapered protrusion described in the third embodiment. .
　上記の構成によると、透明導電膜９は、光電変換層５から電流を取り出す陽電極および陰電極の一方としての役割を担うことができる。したがって、光電変換層５の受光面側に位置し、誘電体によって形成されている異屈折率領域４が原因として生じる光電変換素子１ｂからの電流の取り出しの低下を、防止することができる。 According to the above configuration, the transparent conductive film 9 can serve as one of a positive electrode and a negative electrode that extract current from the photoelectric conversion layer 5. Therefore, it is possible to prevent a decrease in current extraction from the photoelectric conversion element 1b caused by the different refractive index region 4 that is located on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer 5 and is formed of a dielectric.
　〔実施形態４〕
　（透明導電膜によって形成されている異屈折率領域）
　本発明の他の実施形態について、図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 4]
(Different refractive index region formed by transparent conductive film)
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
　（光電変換素子の構成）
　図８は、本実施形態に係る光電変換素子１ｃの全体構成を概略的に示す断面図である。 (Configuration of photoelectric conversion element)
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the overall configuration of the photoelectric conversion element 1c according to this embodiment.
　図８に示すように、光電変換素子１ｃは、光入射側から順に積層された、ガラス基板２、透明導電膜３（第１透明導電膜）、異屈折率領域４ｈ、光電変換層５、透明導電膜（第２透明導電膜）６及び電極用金属層７を備えている。光電変換層５は、透明導電膜３および透明導電膜６によって挟まれている。光電変換層５内には、フォトニック結晶構造Ｓ４が形成されている。 As shown in FIG. 8, the photoelectric conversion element 1 c includes a glass substrate 2, a transparent conductive film 3 (first transparent conductive film), a different refractive index region 4 h, a photoelectric conversion layer 5, and a transparent layer, which are sequentially stacked from the light incident side. A conductive film (second transparent conductive film) 6 and an electrode metal layer 7 are provided. The photoelectric conversion layer 5 is sandwiched between the transparent conductive film 3 and the transparent conductive film 6. A photonic crystal structure S4 is formed in the photoelectric conversion layer 5.
　異屈折率領域４ｈは透明な導電膜から形成されており、材料としてはＳｎＯ２、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）であってもよく、導電性を付与された透明な有機材料（例えば、ポリカーボネートやアクリルなど）であってもよい。 The different refractive index region 4h is formed of a transparent conductive film, and may be made of SnO 2 , indium / zinc oxide (IZO), or ITO (Indium-Tin-Oxide). It may also be a transparent organic material (for example, polycarbonate or acrylic).
　また、エッチングなどによって透明導電膜３を彫ることにより異屈折率領域４ｈを形成してもよい。本実施形態においては、透明導電膜３をエッチングすることによって異屈折率領域４ｈを形成している例を示している。異屈折率領域４ｈの構成に関する各種数値の一例は以下のとおりである。 Alternatively, the different refractive index region 4h may be formed by carving the transparent conductive film 3 by etching or the like. In the present embodiment, an example in which the different refractive index region 4h is formed by etching the transparent conductive film 3 is shown. An example of various numerical values related to the configuration of the different refractive index region 4h is as follows.
　光電変換層５の受光面側の界面において、当該界面の面内方向に平行に切った異屈折率領域４ｈの断面を、異屈折率領域４ｈの底面とした場合、隣り合う異屈折率領域４ｈの底面の中心間の距離（ピッチ）が４５０ｎｍである。また、光電変換層５の面内方向に垂直な断面において、光電変換層５の受光面側の界面を基準とした上記異屈折率領域４ｈの高さが１００ｎｍである。また、異屈折率領域４ｈの底面の直径が２００ｎｍである。また、本実施形態においては、光電変換層５の膜厚が４００ｎｍに形成されている。 When the cross section of the different refractive index region 4h cut parallel to the in-plane direction of the interface at the light receiving surface side interface of the photoelectric conversion layer 5 is the bottom surface of the different refractive index region 4h, the adjacent different refractive index regions 4h. The distance (pitch) between the centers of the bottom surfaces is 450 nm. In the cross section perpendicular to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5, the height of the different refractive index region 4h with respect to the interface on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer 5 is 100 nm. The diameter of the bottom surface of the different refractive index region 4h is 200 nm. Moreover, in this embodiment, the film thickness of the photoelectric converting layer 5 is formed to 400 nm.
　フォトニック結晶構造Ｓ４の構造は、複数の異屈折率領域４ｈが、光電変換層５の面内方向に平行な正方格子の格子点に対応して、周期的に形成されている。また、各異屈折率領域４ｈの中心位置は、隣りあう異屈折率領域４ｈが重ならないことを条件として、上記格子点を起点としてランダムにずれていてもよい。 In the photonic crystal structure S4, a plurality of different refractive index regions 4h are periodically formed corresponding to lattice points of a square lattice parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5. Further, the center positions of the different refractive index regions 4h may be shifted at random from the lattice point on condition that the adjacent different refractive index regions 4h do not overlap.
　また、異屈折率領域４ｈの形状については、実施形態１で説明したテーパー状突起として形成されていてもよいし、実施形態２で説明した柱部およびテーパー状突起部から構成されていてもよい。 Further, the shape of the different refractive index region 4h may be formed as the tapered protrusion described in the first embodiment, or may be configured by the column portion and the tapered protrusion described in the second embodiment. .
　上記の構成によると、異屈折率領域４ｈが透明導電膜で形成されているため、異屈折率領域４ｈが誘電体によって形成されている場合において存在する光電変換層５と透明導電膜３とが絶縁されている箇所がなくなる。上記の絶縁箇所は、光電変換素子１ｃからの電流取り出しを低下させることがある。上記の構成においては、上記の絶縁箇所が存在しないため電流の取り出しを向上させることができる。 According to said structure, since the different refractive index area | region 4h is formed with the transparent conductive film, when the different refractive index area | region 4h is formed with the dielectric material, the photoelectric converting layer 5 and the transparent conductive film 3 exist. There is no place for insulation. The above-described insulating portion may reduce current extraction from the photoelectric conversion element 1c. In the above-described configuration, since the above-described insulating portion does not exist, current extraction can be improved.
　〔実施形態５〕
　（透明導電膜によって覆われており、透明誘電体をエッチングすることによって形成されている異屈折率領域）
　本発明の他の実施形態について、図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 5]
(Different refractive index region covered with a transparent conductive film and formed by etching a transparent dielectric)
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
　（光電変換素子の構成）
　図９は、本実施形態に係る光電変換素子１ｄの全体構成を概略的に示す断面図である。 (Configuration of photoelectric conversion element)
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the overall configuration of the photoelectric conversion element 1d according to this embodiment.
　図９に示すように、光電変換素子１ｄは、光入射側から順に積層された、ガラス基板２、透明誘電体１０、異屈折率領域４ｉ、透明導電膜９（第３透明導電膜）、光電変換層５、透明導電膜（第２透明導電膜）６及び電極用金属層７を備えている。 As shown in FIG. 9, the photoelectric conversion element 1 d includes a glass substrate 2, a transparent dielectric 10, a different refractive index region 4 i, a transparent conductive film 9 (third transparent conductive film), a photoelectric film, which are sequentially stacked from the light incident side. A conversion layer 5, a transparent conductive film (second transparent conductive film) 6, and an electrode metal layer 7 are provided.
　光電変換層５は、透明誘電体１０および透明導電膜６によって挟まれている。光電変換層５内には、フォトニック結晶構造Ｓ５が形成されている。 The photoelectric conversion layer 5 is sandwiched between the transparent dielectric 10 and the transparent conductive film 6. A photonic crystal structure S5 is formed in the photoelectric conversion layer 5.
　異屈折率領域４ｉは透明誘電体から形成されており、材料としてはＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ－ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）材料、有機樹脂（アクリル、ポリカーボネートなど）などの透明誘電体により構成されている。 The different refractive index region 4i is made of a transparent dielectric, and is made of a transparent dielectric such as SiO 2 , SiN, SOG (Spin-on Glass) material, organic resin (acrylic, polycarbonate, etc.). .
　また、エッチングなどによって透明誘電体１０を彫ることにより異屈折率領域４ｉを形成してもよい。本実施形態においては、透明誘電体１０をエッチングすることによって異屈折率領域４ｉを形成している例を示している。 Alternatively, the different refractive index region 4i may be formed by carving the transparent dielectric 10 by etching or the like. In the present embodiment, an example in which the different refractive index region 4i is formed by etching the transparent dielectric 10 is shown.
　透明導電膜９は、異屈折率領域４ｉの光入射側の反対側の面において異屈折率領域４ｉの全体を覆うように成膜されている。透明導電膜９は、ＳｎＯ２、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）であってもよく、導電性を付与された透明な有機材料（例えば、ポリカーボネートやアクリルなど）であってもよい。透明導電膜９の膜厚は、シート抵抗が１０Ω／ｃｍ２以下となるように調整されている。 The transparent conductive film 9 is formed so as to cover the whole of the different refractive index region 4i on the surface opposite to the light incident side of the different refractive index region 4i. The transparent conductive film 9 may be SnO 2 , indium / zinc oxide (IZO), ITO (Indium-Tin-Oxide), or a transparent organic material imparted with conductivity (for example, polycarbonate, acrylic, etc.). It may be. The film thickness of the transparent conductive film 9 is adjusted so that the sheet resistance is 10 Ω / cm 2 or less.
　フォトニック結晶構造Ｓ５の構造には、前記各実施形態において説明した構造を当てはめることができる。 The structure described in each of the above embodiments can be applied to the structure of the photonic crystal structure S5.
　上記の構成によると、透明導電膜９は、光電変換層５から電流を取り出す陽電極および陰電極の一方としての役割を担うことができる。したがって、光電変換素子１ｄからの電流取り出しを向上させることができる。 According to the above configuration, the transparent conductive film 9 can serve as one of a positive electrode and a negative electrode that extract current from the photoelectric conversion layer 5. Therefore, current extraction from the photoelectric conversion element 1d can be improved.
　〔実施形態６〕
　（複数の二次元構造を含むフォトニック結晶構造）
　本発明の他の実施形態について、図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 6]
(Photonic crystal structure including multiple two-dimensional structures)
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
　図１０は、本実施形態における光電変換層５内のフォトニック結晶構造Ｓ８の構造を示す平面図である。なお、図１０に示すフォトニック結晶構造Ｓ８は、後述の図１３（ｂ）に示すフォトニック結晶構造を１単位として、４単位分を配列したものに等しい。 FIG. 10 is a plan view showing the structure of the photonic crystal structure S8 in the photoelectric conversion layer 5 in the present embodiment. Note that the photonic crystal structure S8 shown in FIG. 10 is equivalent to the arrangement of 4 units, with the photonic crystal structure shown in FIG.
　この時の格子定数ｐは、１００ｎｍ≦ｐ＜４５０ｎｍの範囲である。 The lattice constant p at this time is in the range of 100 nm ≦ p <450 nm.
　本実施形態に係る異屈折率領域４ｊ、４ｋ、４ｌおよび４ｍの形状は、実施形態１で説明したテーパー状突起として形成されていてもよいし、実施形態３で説明した柱部およびテーパー状突起部から構成されていてもよい。 The shapes of the different refractive index regions 4j, 4k, 4l, and 4m according to the present embodiment may be formed as the tapered protrusions described in the first embodiment, or the column portions and the tapered protrusions described in the third embodiment. You may be comprised from the part.
　また、本実施形態に係る異屈折率領域４ｊ、４ｋ、４ｌおよび４ｍの形状は、光電変換層５の面内方向に平行な断面において円形（真円形状）である。しかし、これらの形状は互いに同一である必要はなく、光の吸収向上が可能となる波長を増やすように、楕円形状、多角形状（三角形、四角形、六角形、八角形など）などから各形状を選択することができる。 In addition, the shapes of the different refractive index regions 4j, 4k, 4l, and 4m according to the present embodiment are circular (perfect circle shape) in a cross section parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5. However, these shapes do not have to be the same as each other, and each shape is changed from an elliptical shape, a polygonal shape (triangle, quadrangle, hexagon, octagon, etc.) so as to increase the wavelength at which light absorption can be improved. You can choose.
　異屈折率領域４ｊ、４ｋ、４ｌおよび４ｍは、光電変換層５の面内方向に平行な格子（例えば正方格子）の格子点に対応して形成されている。また、異屈折率領域４ｊ、４ｋ、４ｌおよび４ｍは、上記面内方向に平行な断面において異なる大きさを備えている。さらに、異屈折率領域４ｊ、４ｋ、４ｌおよび４ｍは、上記面内方向において、断面の大きさの違いに応じた複数種類の固有の二次元構造を形成するように、断面の大きさごとに多点配置されている。例えば、図１０に示すように、異屈折率領域４ｋは、正方形を形成する格子点に対応して配置された二次元構造を形成している。 The different refractive index regions 4j, 4k, 4l and 4m are formed corresponding to lattice points of a lattice (for example, a square lattice) parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5. Further, the different refractive index regions 4j, 4k, 4l, and 4m have different sizes in a cross section parallel to the in-plane direction. Further, the different refractive index regions 4j, 4k, 4l, and 4m are formed for each cross-sectional size so as to form a plurality of types of inherent two-dimensional structures corresponding to the cross-sectional size differences in the in-plane direction. Multi-point arrangement. For example, as shown in FIG. 10, the different refractive index region 4k forms a two-dimensional structure arranged corresponding to the lattice points forming a square.
　また、異屈折率領域４ｍは、異屈折率領域４ｋが形成する正方形の中心に位置する格子点に対応して配置された二次元構造を形成している。 Further, the different refractive index region 4m forms a two-dimensional structure arranged corresponding to the lattice point located at the center of the square formed by the different refractive index region 4k.
　異屈折率領域４ｌは、上記正方形の中心を、異屈折率領域４ｋおよび４ｍの各二次元構造と共有し、４ｋが形成する上記正方形の各辺の中点に配置された十字型の二次元構造を形成している。異屈折率領域４ｊは、上記正方形の中心を、異屈折率領域４ｋ、４ｌおよび４ｍの各二次元構造と共有し、上記正方形の外周を取り巻く八角形を形成する格子点に対応して配置された二次元構造を形成している。 The different refractive index region 4l shares the center of the square with the two-dimensional structures of the different refractive index regions 4k and 4m, and is a cross-shaped two-dimensional arrangement arranged at the midpoint of each side of the square formed by 4k. Forming a structure. The different refractive index region 4j shares the center of the square with the two-dimensional structures of the different refractive index regions 4k, 4l and 4m, and is arranged corresponding to the lattice points forming an octagon surrounding the outer periphery of the square. A two-dimensional structure is formed.
　断面の大きさの違いに応じた複数種類の上記二次元構造が組み合わさって、単位構造を形成している。 The unit structure is formed by combining a plurality of types of the above two-dimensional structures according to the difference in cross-sectional size.
　上記単位構造は、繰り返し形成されることによって周期構造を形成している。本実施形態では、上記単位構造が、二次元的、かつ周期的に繰り返し形成されている。 The unit structure is formed repeatedly to form a periodic structure. In the present embodiment, the unit structure is repeatedly formed two-dimensionally and periodically.
　上記の構成に加えて、上記単位構造内においては、上記３種類以上の二次元構造の二次元形状は、互いに異なっており、任意の基準点に対して互いに拡縮しても相似形にはならない形状を備えている。より詳しく説明すると、任意の基準点に対して、ある二次元構造を形成している各異屈折率領域４ｊ、４ｋ、４ｌおよび４ｍの中心を同一比率で拡縮しても、他の二次元構造の形状に重なることがない（形状が比例変換されない）。なお、任意の基準点に対して、上記中心を同一比率で拡縮する図形変換には、回転による図形変換を含まない。 In addition to the above configuration, in the unit structure, the two-dimensional shapes of the three or more types of two-dimensional structures are different from each other, and do not become similar shapes even if they are expanded or contracted with respect to an arbitrary reference point. It has a shape. More specifically, even if the centers of the different refractive index regions 4j, 4k, 4l and 4m forming a certain two-dimensional structure are enlarged or reduced at the same ratio with respect to an arbitrary reference point, other two-dimensional structures are obtained. (The shape is not proportionally converted). It should be noted that the graphic conversion for scaling the above center at the same ratio with respect to an arbitrary reference point does not include graphic conversion by rotation.
　また、各異屈折率領域４ｊ、４ｋ、４ｌおよび４ｍの中心位置は、隣りあう異屈折率領域４ｊ、４ｋ、４ｌおよび４ｍが重ならないことを条件として、上記格子点を起点としてランダムにずれていてもよい。 Further, the center positions of the different refractive index regions 4j, 4k, 4l and 4m are randomly shifted from the lattice point as a starting point, provided that adjacent different refractive index regions 4j, 4k, 4l and 4m do not overlap. May be.
　上記の構成によれば、光電変換層５の面内方向において、フォトニック結晶構造Ｓ６に互いに異なる形状の複数の二次元構造が配置されることによって、フォトニック結晶構造Ｓ６と入射光とが相互作用（干渉および共振）し、光吸収増大効果が得られる入射光の波長を増やすことが可能となる。よって、連続した波長に対して光吸収を増大させることができる。 According to the above configuration, in the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 5, a plurality of two-dimensional structures having different shapes are arranged in the photonic crystal structure S6, whereby the photonic crystal structure S6 and the incident light are mutually connected. It becomes possible to increase the wavelength of the incident light that acts (interference and resonance) to obtain the effect of increasing light absorption. Therefore, light absorption can be increased with respect to continuous wavelengths.
　（実施形態６の変形例）
　次に、本発明に係るフォトニック結晶構造の変形例について説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 (Modification of Embodiment 6)
Next, modified examples of the photonic crystal structure according to the present invention will be described. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
　図１１は、本変形例に係るフォトニック結晶構造Ｓ７の単位構造を示す平面図である。 FIG. 11 is a plan view showing a unit structure of the photonic crystal structure S7 according to this modification.
　本変形例のフォトニック結晶構造Ｓ７は、光電変換層１１の面内方向に平行な断面において異なる大きさを備えている異屈折率領域６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６e、６ｆおよび６ｇを備えている。図１１に示すように、光電変換層１１の面内方向に平行な断面において異屈折率領域６ａ～６ｇの各形状（平面形状）は３以上の角数の多角形である。また、異屈折率領域６ａ～６ｇの各断面の形状は、互いに異形である。 The photonic crystal structure S7 of the present modification includes different refractive index regions 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f and 6g having different sizes in the cross section parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 11. ing. As shown in FIG. 11, in the cross section parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 11, each shape (planar shape) of the different refractive index regions 6a to 6g is a polygon having 3 or more corners. The cross-sectional shapes of the different refractive index regions 6a to 6g are different from each other.
　異屈折率領域６ａ～６ｇは、上記面内方向において、断面の大きさの違いに応じた複数種類の固有の二次元構造を形成するように、断面の大きさごとに多点配置され、格子点に対応して配置された二次元構造を形成している。 The different refractive index regions 6a to 6g are arranged at multiple points for each cross-sectional size so as to form a plurality of types of inherent two-dimensional structures corresponding to the cross-sectional size differences in the in-plane direction. A two-dimensional structure arranged corresponding to the points is formed.
　断面の大きさの違いに応じた複数種類の上記二次元構造が組み合わさって、図１１に示すように、単位構造を形成している。 The unit structure is formed as shown in FIG. 11 by combining a plurality of types of the two-dimensional structures according to the difference in cross-sectional size.
　〔実施形態７〕
　（光電変換素子における光吸収率）
　次に、本発明に係る光電変換素子における光電変換層の光吸収率について説明する。 [Embodiment 7]
(Light absorption rate in photoelectric conversion element)
Next, the light absorption rate of the photoelectric conversion layer in the photoelectric conversion element according to the present invention will be described.
　本実施形態では、格子定数ｐを格子定数ａに置き換えて説明する。この時の格子定数ａは、１００ｎｍ≦ａ＜４５０ｎｍの範囲である。 In the present embodiment, description will be made by replacing the lattice constant p with the lattice constant a. The lattice constant a at this time is in the range of 100 nm ≦ a <450 nm.
　図１２の（ａ）は、本実施形態の比較例に用いた従来のフォトニック結晶構造を示す平面図である。図１２の（ｂ）は、本実施形態に係るフォトニック結晶構造の単位構造を示す平面図である。 FIG. 12A is a plan view showing a conventional photonic crystal structure used in a comparative example of the present embodiment. FIG. 12B is a plan view showing a unit structure of the photonic crystal structure according to this embodiment.
　従来のフォトニック結晶構造は、図１２の（ａ）に示ように、格子定数ａが２７５ｎｍである正方格子のすべての格子点上に、異屈折率領域６１が光電変換層の面内方向に平行な断面において０．４ａである半径Ｒ５を備えて形成されている。 As shown in FIG. 12 (a), the conventional photonic crystal structure has different refractive index regions 61 in the in-plane direction of the photoelectric conversion layer on all lattice points of a square lattice having a lattice constant a of 275 nm. It is formed with a radius R5 which is 0.4a in the parallel cross section.
　したがって、従来のフォトニック結晶構造は単一周期構造を形成している。 Therefore, the conventional photonic crystal structure forms a single periodic structure.
　一方、本実施形態に係るフォトニック結晶構造は、図１２の（ｂ）に示すように、格子定数ａが２７５ｎｍである正方格子の格子点上に、前記光電変換層１１の面内方向に平行な断面において０．３ａ、０．４ａおよび０．７ａをそれぞれ半径Ｒ６、半径Ｒ７および半径Ｒ８として備えた異屈折率領域６が形成されている。 On the other hand, the photonic crystal structure according to this embodiment is parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 11 on a lattice point of a square lattice having a lattice constant a of 275 nm as shown in FIG. Different refractive index regions 6 having 0.3a, 0.4a, and 0.7a as radius R6, radius R7, and radius R8, respectively, are formed in a simple cross section.
　本実施形態に係るフォトニック結晶構造は、光電変換層１１の面内方向に平行な断面において以下の３種類の二次元構造を含む単位構造を形成している。 The photonic crystal structure according to the present embodiment forms a unit structure including the following three types of two-dimensional structures in a cross section parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 11.
　半径Ｒ６の異屈折率領域６は、同一の半径を備えた異屈折率領域６と、１辺の長さが２ａの正方形の二次元構造を形成している。 The different refractive index region 6 having a radius R6 forms a square two-dimensional structure with a different refractive index region 6 having the same radius and a side length of 2a.
　半径Ｒ７の異屈折率領域６は、同一の半径を備えた異屈折率領域６と、上記正方形の中心および上記正方形の各辺の中点に配置された十字形の二次元構造を形成している。 The different refractive index region 6 having the radius R7 forms a cross-shaped two-dimensional structure arranged at the center of the square and the midpoint of each side of the square with the different refractive index region 6 having the same radius. Yes.
　半径Ｒ８の異屈折率領域６は、同一の半径を備えた異屈折率領域６と、上記正方形の外周を取り巻く八角形を形成する格子点に対応して配置された二次元構造を形成している。 The different refractive index region 6 having the radius R8 forms a two-dimensional structure arranged corresponding to the different refractive index region 6 having the same radius and lattice points forming an octagon surrounding the outer periphery of the square. Yes.
　上記の従来のフォトニック（ＰＣ）結晶構造、本実施形態に係るフォトニック結晶構造（本発明のＰＣ構造）およびフォトニック結晶構造を備えない（フラット構造）光電変換素子の光吸収率を、Ｆｉｎｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ（ＦＤＴＤ）法を用いた計算機シミュレーションによって調べた。 The optical absorptance of the above-described conventional photonic (PC) crystal structure, the photonic crystal structure according to the present embodiment (the PC structure of the present invention), and the photoelectric conversion element without the photonic crystal structure (flat structure) is defined as Fine. It investigated by the computer simulation which used the Difference Time Domain (FDTD) method.
　図１２の（ｃ）は、上記３つの光電変換素子の光吸収率の波長特性を示した図である。 (C) of FIG. 12 is a diagram showing the wavelength characteristics of the light absorption rate of the three photoelectric conversion elements.
　図１２の（ｃ）によると、従来のフォトニック結晶構造はフラット構造に比べて光吸収の増大を示した。しかし、本実施形態に係るフォトニック結晶構造は、特に、６００ｎｍ以上の長波長域側において、従来のフォトニック結晶構造よりも高い効果を示した。 According to FIG. 12C, the conventional photonic crystal structure showed an increase in light absorption compared to the flat structure. However, the photonic crystal structure according to the present embodiment showed a higher effect than the conventional photonic crystal structure, particularly on the long wavelength region side of 600 nm or more.
　例えば、約１０００ｎｍの波長において、本実施形態に係るフォトニック結晶構造は従来のフォトニック結晶構造よりも８倍程度高い光吸収率を示した。 For example, at a wavelength of about 1000 nm, the photonic crystal structure according to this embodiment has a light absorption rate that is about eight times higher than that of the conventional photonic crystal structure.
　〔実施形態８〕
　本発明の他の実施形態について、図１３および１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 8]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
　（太陽電池の構成）
　本実施形態に係る太陽電池１０は、結晶シリコンに非結晶質シリコンを成膜したヘテロ接合結晶シリコン太陽電池であり、光電変換層において、受光面の反対側の裏面近傍に前記フォトニック結晶構造Ｓ８を備えている。 (Configuration of solar cell)
The solar cell 10 according to the present embodiment is a heterojunction crystal silicon solar cell in which amorphous silicon is deposited on crystalline silicon. In the photoelectric conversion layer, the photonic crystal structure S8 is provided near the back surface opposite to the light receiving surface. It has.
　以下に太陽電池１０の詳細を説明する。 The details of the solar cell 10 will be described below.
　図１３の（ａ）は、本実施形態に係る太陽電池１０の構成を示す断面図である。 (A) of FIG. 13 is sectional drawing which shows the structure of the solar cell 10 which concerns on this embodiment.
　図１３の（ａ）に示すように、太陽電池１０は、表面電極２１を備えているとともに、光入射側から順に積層された、反射防止膜（anti reflective coating（ＡＲＣ））９、透明導電膜３、光電変換層１７、透明導電膜４および裏面電極２２を備えている。光電変換層１７は、光入射側から順に、第１非結晶質シリコン半導体層１７１、結晶シリコン基板１７２（ｎ型またはｐ型半導体）、第２非結晶質シリコン半導体層１７３（ｉ型およびｐ型層、または、ｉ型およびｎ型層）の積層によって構成されている。 As shown to (a) of FIG. 13, the solar cell 10 is equipped with the surface electrode 21, and was sequentially laminated | stacked from the light-incidence side, the anti-reflective film | membrane (anti-reflective-coating (ARC)) 9, the transparent conductive film 3, a photoelectric conversion layer 17, a transparent conductive film 4, and a back electrode 22 are provided. The photoelectric conversion layer 17 includes, in order from the light incident side, a first amorphous silicon semiconductor layer 171, a crystalline silicon substrate 172 (n-type or p-type semiconductor), and a second amorphous silicon semiconductor layer 173 (i-type and p-type). Layer or i-type and n-type layers).
　結晶シリコン基板１７２には、受光面側にテクスチャー構造が形成されている。結晶シリコン基板１７２の上記テクスチャー構造上に、反射防止膜９、透明導電膜３および第１非結晶質シリコン半導体層１７１が順に成膜されている。 The crystal silicon substrate 172 has a texture structure on the light receiving surface side. On the texture structure of the crystalline silicon substrate 172, the antireflection film 9, the transparent conductive film 3, and the first amorphous silicon semiconductor layer 171 are sequentially formed.
　さらに、結晶シリコン基板１７２の上記テクスチャー構造側の一部には、表面電極２１が備わっている。表面電極２１が備わっている領域においては、反射防止膜９が存在しておらず、透明導電膜３の上に表面電極２１が透明導電膜３と接触して設けられている。 Furthermore, a part of the crystalline silicon substrate 172 on the texture structure side is provided with a surface electrode 21. In the region where the surface electrode 21 is provided, the antireflection film 9 does not exist, and the surface electrode 21 is provided on the transparent conductive film 3 in contact with the transparent conductive film 3.
　反射防止膜９の材質としては、ＳｉＮ、ＳｉＯ２などを用いることができる。また、太陽電池１０は反射防止膜９を必要に応じて備えていればよく、反射防止膜９を備えていなくてもよい。 As the material of the antireflection film 9, SiN, SiO2 or the like can be used. Moreover, the solar cell 10 should just be equipped with the antireflection film 9 as needed, and does not need to be provided with the antireflection film 9.
　また、結晶シリコン基板１７２の受光面とは反対側の裏面に、実施形態６で詳しく説明したフォトニック結晶構造Ｓ８を形成するための凹凸構造が形成されている。結晶シリコン基板１７２の裏面における上記凹凸構造は、結晶シリコン基板１７２の裏面に成膜された第２非結晶質シリコン半導体層１７３に転写されている。さらに、第２非結晶質シリコン半導体層１７３に対して透明導電膜４が成膜されていることによって、第２非結晶質シリコン半導体層１７３と透明導電膜４との屈折率差を持った凹凸構造、すなわち上記フォトニック結晶構造Ｓが形成されている。これにより、第２非結晶質シリコン半導体層１７３内における光閉じ込め効果が得られる。 In addition, an uneven structure for forming the photonic crystal structure S8 described in detail in the sixth embodiment is formed on the back surface opposite to the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 172. The uneven structure on the back surface of the crystalline silicon substrate 172 is transferred to the second amorphous silicon semiconductor layer 173 formed on the back surface of the crystalline silicon substrate 172. Further, since the transparent conductive film 4 is formed on the second amorphous silicon semiconductor layer 173, unevenness having a difference in refractive index between the second amorphous silicon semiconductor layer 173 and the transparent conductive film 4 is obtained. The structure, that is, the photonic crystal structure S is formed. Thereby, the light confinement effect in the second amorphous silicon semiconductor layer 173 is obtained.
　さらに、結晶シリコン基板１７２と第２非結晶質シリコン半導体層１７３との屈折率差によっても、フォトニック結晶構造が形成され、光電変換層１７内で光閉じ込め効果が得られる。 Furthermore, a photonic crystal structure is also formed by the difference in refractive index between the crystalline silicon substrate 172 and the second amorphous silicon semiconductor layer 173, and a light confinement effect is obtained in the photoelectric conversion layer 17.
　図１３の（ｂ）は、図１３の（ａ）で示すＣＤ線に沿った断面図であり、結晶質シリコン半導体層１７３と透明導電膜４とによって形成されたフォトニック結晶構造Ｓ８を示している。 FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the CD line shown in FIG. 13A, and shows a photonic crystal structure S8 formed by the crystalline silicon semiconductor layer 173 and the transparent conductive film 4. Yes.
　第１非結晶質シリコン半導体層１７１は、ｉ型半導体およびｎ型半導体の積層構造、または、ｉ型半導体およびｐ型半導体の積層構造によって構成されている。 The first amorphous silicon semiconductor layer 171 has a stacked structure of i-type semiconductor and n-type semiconductor, or a stacked structure of i-type semiconductor and p-type semiconductor.
　結晶シリコン基板１７２は、ｎ型半導体またはｐ型半導体によって構成されている。 The crystalline silicon substrate 172 is composed of an n-type semiconductor or a p-type semiconductor.
　第２非結晶質シリコン半導体層１７３は、ｉ型半導体およびｎ型半導体の積層構造、ｉ型半導体およびｐ型半導体の積層構造によって構成されている。 The second amorphous silicon semiconductor layer 173 is configured by a stacked structure of an i-type semiconductor and an n-type semiconductor, and a stacked structure of an i-type semiconductor and a p-type semiconductor.
　第１非結晶質シリコン半導体層１７１がｉ型半導体およびｎ型半導体の積層構造によって構成されている場合、第２非結晶質シリコン半導体層１７３はｉ型半導体およびｐ型半導体の積層構造によって構成される。 When the first amorphous silicon semiconductor layer 171 has a stacked structure of i-type semiconductor and n-type semiconductor, the second amorphous silicon semiconductor layer 173 has a stacked structure of i-type semiconductor and p-type semiconductor. The
　また、第１非結晶質シリコン半導体層１７１がｉ型半導体およびｐ型半導体の積層構造によって構成されている場合、第２非結晶質シリコン半導体層１７３はｉ型半導体およびｎ型半導体の積層構造によって構成される。 In addition, when the first amorphous silicon semiconductor layer 171 has a stacked structure of i-type semiconductor and p-type semiconductor, the second amorphous silicon semiconductor layer 173 has a stacked structure of i-type semiconductor and n-type semiconductor. Composed.
　透明導電膜４の材質としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯなどであってもよい。 The material of the transparent conductive film 4 may be ITO (Indium-Tin-Oxide), ZnO, or the like.
　表面電極２１の材質としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｔｉ及びその加工物、積層構造物を用いることができる。 As the material of the surface electrode 21, Ag, Al, Mo, Cu, Ti, a processed product thereof, and a laminated structure can be used.
　裏面電極２２の材質としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｔｉおよびその加工物、積層構造物などを用いることができる。 As the material of the back electrode 22, Ag, Al, Mo, Cu, Ti, a processed product thereof, a laminated structure, and the like can be used.
　上記の構成によると、結晶シリコンを用いることで、光を電気に変換する量子効率を向上させる効果を奏する。 According to the above configuration, by using crystalline silicon, there is an effect of improving quantum efficiency for converting light into electricity.
　また、ヘテロ接合太陽電池では、光入射面とは反対側の裏面側にμｍオーダーの凹凸構造を形成した場合には、特性劣化が懸念される。しかし、本発明の構造は、光入射面とは反対側の裏面側にｎｍオーダーの凹凸構造を持つフォトニック結晶構造を形成したことによって、凹凸が比較的小さいことから、特性劣化を防ぐ効果を奏する。 Also, in a heterojunction solar cell, there is a concern about deterioration of characteristics when a concavo-convex structure of the order of μm is formed on the back surface side opposite to the light incident surface. However, the structure of the present invention has an effect of preventing characteristic deterioration because the unevenness is relatively small by forming a photonic crystal structure having an uneven structure of nm order on the back side opposite to the light incident surface. Play.
　したがって、上記２つの効果によって、薄膜シリコンを用いた太陽電池よりも多くの電流を取り出せるので、光電変換効率を向上させる効果を奏する。 Therefore, because of the above two effects, more current can be taken out than a solar cell using thin film silicon, and the effect of improving the photoelectric conversion efficiency is achieved.
　（太陽電池の形成方法）
　図１４の（ａ）～（ｅ）は、本実施形態に係る太陽電池１０の形成フローを示している。 (Method for forming solar cell)
14A to 14E show a flow of forming the solar cell 10 according to this embodiment.
　図１４の（ａ）に示すように、結晶シリコン基板１７２にテクスチャー構造を形成し、テクスチャー構造側を受光面とする。 As shown in FIG. 14A, a texture structure is formed on the crystalline silicon substrate 172, and the texture structure side is the light receiving surface.
　次に、図１４の（ｂ）に示すように、結晶シリコン基板１７２の受光面とは反対の面に、レジストを用いてｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｂｅａｍ（ＥＢ）またはステッパーなどにてフォトニック結晶構造を形成するための凹凸構造を形成する。 Next, as shown in FIG. 14B, a photonic crystal structure is formed on the surface opposite to the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 172 using an electron beam (EB) or a stepper using a resist. The concavo-convex structure is formed.
　次に、図１４の（ｃ）に示すように、結晶シリコン基板１７２の受光面とは反対の面に第２非結晶質シリコン半導体層１７３を成膜する。これによって、第２非結晶質シリコン半導体層１７３に、上記凹凸構造が転写される。 Next, as shown in FIG. 14C, a second amorphous silicon semiconductor layer 173 is formed on the surface opposite to the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 172. As a result, the uneven structure is transferred to the second amorphous silicon semiconductor layer 173.
　次に、図１４の（ｄ）に示すように、結晶シリコン基板１７２の受光面に、第１非結晶質シリコン半導体層１７１、透明導電膜３および反射防止膜９を、結晶シリコン基板１７２の受光面から、上記記載の順番によって成膜する。 Next, as shown in FIG. 14 (d), the first amorphous silicon semiconductor layer 171, the transparent conductive film 3 and the antireflection film 9 are placed on the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 172, and the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 172 is received. From the surface, the films are formed in the order described above.
　次に、受光面に表面電極２１を形成し、受光面とは反対の面に透明導電膜４および裏面電極２２を成膜する。 Next, the surface electrode 21 is formed on the light receiving surface, and the transparent conductive film 4 and the back electrode 22 are formed on the surface opposite to the light receiving surface.
　以上の工程によって、フォトニック結晶構造Ｓ８を備えたヘテロ接合結晶シリコン型の太陽電池１０を作製することができる。 Through the above steps, the heterojunction crystalline silicon type solar cell 10 having the photonic crystal structure S8 can be manufactured.
　〔実施形態９〕
　本発明の他の実施形態について、図１５および１６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 9]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
　（太陽電池の構成）
　本実施形態に係る太陽電池１０ａは、電極間のコンタクト（電力の取出し）を受光面の反対側の面でおこなうヘテロ接合バックコンタクト結晶シリコン太陽電池である。さらに本実施形態に係る太陽電池１０ａは、光電変換層において、受光面の反対側の裏面近傍に前記フォトニック結晶構造Ｓ８を備えている。 (Configuration of solar cell)
The solar cell 10a according to the present embodiment is a heterojunction back-contact crystalline silicon solar cell in which contact (extraction of electric power) between electrodes is performed on the surface opposite to the light receiving surface. Furthermore, the solar cell 10a according to the present embodiment includes the photonic crystal structure S8 in the vicinity of the back surface opposite to the light receiving surface in the photoelectric conversion layer.
　以下に太陽電池１０ａの詳細を説明する。 Details of the solar cell 10a will be described below.
　図１５は、本実施形態に係る太陽電池１０ａの構成を示す断面図である。 FIG. 15 is a cross-sectional view showing the configuration of the solar cell 10a according to this embodiment.
　図１５に示すように、太陽電池１０ａは、光入射側から順に積層された、反射防止膜（anti reflective coating（ＡＲＣ））９、光電変換層１８、透明導電膜４および裏面電極２３を備えている。光電変換層１８は、光入射側から順に、第１非結晶質シリコン半導体層１８１、結晶シリコン基板１８２（ｎ型またはｐ型半導体）、第２非結晶質シリコン半導体層１８３および１８４（ｉ型およびｐ型層、または、ｉ型およびｎ型層）の積層によって構成されている。 As shown in FIG. 15, the solar cell 10 a includes an antireflection film (antireflective coating (ARC)) 9, a photoelectric conversion layer 18, a transparent conductive film 4, and a back electrode 23, which are stacked in order from the light incident side. Yes. The photoelectric conversion layer 18 includes, in order from the light incident side, a first amorphous silicon semiconductor layer 181, a crystalline silicon substrate 182 (n-type or p-type semiconductor), and second amorphous silicon semiconductor layers 183 and 184 (i-type and p-type layer or i-type and n-type layer).
　結晶シリコン基板１８２には、受光面側にテクスチャー構造が形成されている。結晶シリコン基板１８２の上記テクスチャー構造上に、反射防止膜９、透明導電膜３および第１非結晶質シリコン半導体層１８１が順に成膜されている。 The crystal silicon substrate 182 has a texture structure on the light receiving surface side. On the texture structure of the crystalline silicon substrate 182, the antireflection film 9, the transparent conductive film 3 and the first amorphous silicon semiconductor layer 181 are sequentially formed.
　また、結晶シリコン基板１８２の受光面とは反対側の表面に、第２非結晶質シリコン半導体層１８３および第２非結晶質シリコン半導体層１８４が成膜されている。第２非結晶質シリコン半導体層１８３および第２非結晶質シリコン半導体層１８４は積層構造の同一階層に成膜されており、第２非結晶質シリコン半導体層１８３および第２非結晶質シリコン半導体層１８４との間には、間隔が設けられている。第２非結晶質シリコン半導体層１８３および第２非結晶質シリコン半導体層１８４の結晶シリコン基板１８２と接していない側において、透明導電膜４および裏面電極２３がこの順によって成膜されている。 Also, a second amorphous silicon semiconductor layer 183 and a second amorphous silicon semiconductor layer 184 are formed on the surface of the crystalline silicon substrate 182 opposite to the light receiving surface. The second amorphous silicon semiconductor layer 183 and the second amorphous silicon semiconductor layer 184 are formed in the same layer of the stacked structure, and the second amorphous silicon semiconductor layer 183 and the second amorphous silicon semiconductor layer are formed. A space is provided between the 184 and the 184. On the side of the second amorphous silicon semiconductor layer 183 and the second amorphous silicon semiconductor layer 184 that is not in contact with the crystalline silicon substrate 182, the transparent conductive film 4 and the back electrode 23 are formed in this order.
　また、結晶シリコン基板１８２の受光面とは反対側の裏面に、実施形態６で詳しく説明したフォトニック結晶構造Ｓ８を形成するための凹凸構造が形成されている。結晶シリコン基板１８２の裏面における上記凹凸構造は、結晶シリコン基板１８２の裏面に成膜された第２非結晶質シリコン半導体層１８３および１８４に転写されている。さらに、第２非結晶質シリコン半導体層１８３および１８４に対して透明導電膜４が成膜されていることによって、第２非結晶質シリコン半導体層１８３および１８４と透明導電膜４との屈折率差を持った凹凸構造、すなわち上記フォトニック結晶構造Ｓが形成されている。これにより、第２非結晶質シリコン半導体層１８３および１８４内における光閉じ込め効果が得られる。 Further, an uneven structure for forming the photonic crystal structure S8 described in detail in the sixth embodiment is formed on the back surface opposite to the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 182. The uneven structure on the back surface of the crystalline silicon substrate 182 is transferred to the second amorphous silicon semiconductor layers 183 and 184 formed on the back surface of the crystalline silicon substrate 182. Further, since the transparent conductive film 4 is formed on the second amorphous silicon semiconductor layers 183 and 184, the refractive index difference between the second amorphous silicon semiconductor layers 183 and 184 and the transparent conductive film 4. In other words, the photonic crystal structure S is formed. Thereby, the light confinement effect in the second amorphous silicon semiconductor layers 183 and 184 is obtained.
　第１非結晶質シリコン半導体層１８１は、ｉ型半導体およびｎ型半導体の積層構造、または、ｉ型半導体およびｐ型半導体の積層構造によって構成されている。 The first amorphous silicon semiconductor layer 181 has a stacked structure of i-type semiconductor and n-type semiconductor, or a stacked structure of i-type semiconductor and p-type semiconductor.
　結晶シリコン基板１８２は、ｎ型半導体またはｐ型半導体によって構成されている。 The crystalline silicon substrate 182 is composed of an n-type semiconductor or a p-type semiconductor.
　第２非結晶質シリコン半導体層１８３がｉ型およびｐ型半導体の積層で構成される場合、第２非結晶質シリコン半導体層１８４はｉ型およびｎ型半導体の積層となる。また、第２非結晶質シリコン半導体層１８３がｉ型およびｎ型半導体の積層で構成される場合、第２非結晶質シリコン半導体層１８４はｉ型およびｐ型半導体の積層となる。 When the second amorphous silicon semiconductor layer 183 is composed of a stack of i-type and p-type semiconductors, the second amorphous silicon semiconductor layer 184 is a stack of i-type and n-type semiconductors. Further, when the second amorphous silicon semiconductor layer 183 is composed of a stack of i-type and n-type semiconductors, the second amorphous silicon semiconductor layer 184 is a stack of i-type and p-type semiconductors.
　裏面電極２３の材質としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｔｉおよびその加工物、積層構造物などを用いることができる。 As the material of the back electrode 23, Ag, Al, Mo, Cu, Ti, a processed product thereof, a laminated structure, and the like can be used.
　上記の構成によると、表面に電極がないことから、外部からの光の取り込み量を向上させることができ、フォトニック結晶構造の光の吸収効果によって、さらなる光吸収が可能となることから、光電変換効率を増大させる効果を奏する。 According to the above configuration, since there is no electrode on the surface, the amount of light taken from the outside can be improved, and the light absorption effect of the photonic crystal structure enables further light absorption. There is an effect of increasing the conversion efficiency.
　よって、従来の太陽電池より電流を取り出せることで光電変換効率を向上することができる。 Therefore, the photoelectric conversion efficiency can be improved by taking out the current from the conventional solar cell.
　（太陽電池の形成方法）
　図１６は、本実施形態に係る太陽電池１０ａの形成フローを示している。 (Method for forming solar cell)
FIG. 16 shows a flow of forming the solar cell 10a according to this embodiment.
　図１４の（ｃ）に示す構造を形成後、図１６の（ａ）に示すように、レジスト３０を用いて第２非結晶質シリコン半導体層１８４の一部をエッチングした後、レジスト３０を剥離する。 After the structure shown in FIG. 14C is formed, a part of the second amorphous silicon semiconductor layer 184 is etched using the resist 30 as shown in FIG. To do.
　次に、図１６の（ｂ）に示すように、第２非結晶質シリコン半導体層１８３を成膜する。 Next, as shown in FIG. 16B, a second amorphous silicon semiconductor layer 183 is formed.
　これによって、第２非結晶質シリコン半導体積層１８３に、上記凹凸構造が転写される。 Thereby, the concavo-convex structure is transferred to the second amorphous silicon semiconductor laminate 183.
　第２非結晶質シリコン半導体層１８４がｉ型およびｐ型半導体の積層で構成される場合、第２非結晶質シリコン半導体層１８３はｉ型およびｎ型半導体の積層となる。 When the second amorphous silicon semiconductor layer 184 is composed of a stack of i-type and p-type semiconductors, the second amorphous silicon semiconductor layer 183 is a stack of i-type and n-type semiconductors.
　また、第２非結晶質シリコン半導体層１８４がｉ型およびｎ型半導体の積層で構成される場合、第２非結晶質シリコン半導体層１８３はｉ型およびｐ型半導体の積層となる。 In addition, when the second amorphous silicon semiconductor layer 184 is composed of a stack of i-type and n-type semiconductors, the second amorphous silicon semiconductor layer 183 is a stack of i-type and p-type semiconductors.
　次に、図１６の（ｃ）に示すように、第２非結晶質シリコン半導体層１８３の一部にレジスト３０を形成する。レジスト３０は、第２非結晶質シリコン半導体層１８３および１８４が積層されている領域、ならびに、上記領域から所定の距離Ｌまでを避けるように形成する。その後、第２非結晶質シリコン半導体層１８３をエッチングする。この結果、レジスト３０によって被覆された第２非結晶質シリコン半導体層１８３以外の第２非結晶質シリコン半導体層１８３が除去される。 Next, as shown in FIG. 16C, a resist 30 is formed on a part of the second amorphous silicon semiconductor layer 183. The resist 30 is formed so as to avoid a region where the second amorphous silicon semiconductor layers 183 and 184 are stacked and a predetermined distance L from the region. Thereafter, the second amorphous silicon semiconductor layer 183 is etched. As a result, the second amorphous silicon semiconductor layer 183 other than the second amorphous silicon semiconductor layer 183 covered with the resist 30 is removed.
　次に、図１６の（ｄ）に示すように、レジスト３０を剥離する。 Next, as shown in FIG. 16D, the resist 30 is removed.
　次に、図１６の（ｅ）に示すように、結晶シリコン基板１８２の受光面に第１非結晶質シリコン半導体層１８１および反射防止膜９を成膜する。結晶シリコン基板１８２の受光面から、上記記載の順番によって成膜する。 Next, as shown in FIG. 16E, a first amorphous silicon semiconductor layer 181 and an antireflection film 9 are formed on the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 182. The film is formed from the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 182 in the order described above.
　次に、受光面とは反対の面の第２非結晶質シリコン半導体層１８３および１８４の成膜領域に透明導電膜４および裏面電極２３を成膜する。 Next, the transparent conductive film 4 and the back electrode 23 are formed in the film formation region of the second amorphous silicon semiconductor layers 183 and 184 on the surface opposite to the light receiving surface.
　以上の工程によって、フォトニック結晶構造Ｓ８を備えたヘテロ接合結晶シリコン型の太陽電池１０ａを作製することができる。 Through the above steps, the heterojunction crystalline silicon solar cell 10a having the photonic crystal structure S8 can be manufactured.
　〔実施形態１０〕
　本発明の他の実施形態について、図１７および１８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 10]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
　（太陽電池の構成）
　本実施形態に係る太陽電池１０ｂは、電極間のコンタクト（電力の取出し）を受光面の反対側の面でおこなうヘテロ接合バックコンタクト結晶シリコン太陽電池である。さらに、太陽電池１０ｂは、光電変換層において、受光面の反対側にフォトニック結晶構造Ｓを備える。また、受光面の反対側の面に成膜された第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４の一部（数μｍの長さ程度）が重なり合っている。 (Configuration of solar cell)
The solar cell 10b according to the present embodiment is a heterojunction back-contact crystalline silicon solar cell in which contact (extraction of electric power) between electrodes is performed on the surface opposite to the light receiving surface. Furthermore, the solar cell 10b includes a photonic crystal structure S on the opposite side of the light receiving surface in the photoelectric conversion layer. In addition, the second amorphous silicon semiconductor layers 193 and 194 formed on the surface opposite to the light receiving surface are partially overlapped (approximately several μm in length).
　以下に太陽電池１０ｂの詳細を説明する。 Details of the solar cell 10b will be described below.
　図１７は、本実施形態に係る太陽電池１０ｂの構成を示す断面図である。 FIG. 17 is a cross-sectional view showing the configuration of the solar cell 10b according to this embodiment.
　図１７に示すように、太陽電池１０ｂは、光入射側から順に積層された、反射防止膜９、光電変換層１９、透明導電膜４および裏面電極２３を備えている。光電変換層１９は、光入射側から順に、第１非結晶質シリコン半導体層１９１、結晶シリコン基板１９２（ｎ型またはｐ型半導体）、第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４（ｉ型およびｐ型層、または、ｉ型およびｎ型層）の積層によって構成されている。 As shown in FIG. 17, the solar cell 10b includes an antireflection film 9, a photoelectric conversion layer 19, a transparent conductive film 4, and a back electrode 23, which are sequentially stacked from the light incident side. The photoelectric conversion layer 19 includes, in order from the light incident side, a first amorphous silicon semiconductor layer 191, a crystalline silicon substrate 192 (n-type or p-type semiconductor), and second amorphous silicon semiconductor layers 193 and 194 (i-type and p-type layer or i-type and n-type layer).
　結晶シリコン基板１９２には、受光面側にテクスチャー構造が形成されている。結晶シリコン基板１９２の上記テクスチャー構造側上に、反射防止膜９および第１非結晶質シリコン半導体層１９１が順に成膜されている。 The crystal silicon substrate 192 has a texture structure on the light receiving surface side. On the textured structure side of the crystalline silicon substrate 192, an antireflection film 9 and a first amorphous silicon semiconductor layer 191 are sequentially formed.
　また、結晶シリコン基板１９２の受光面とは反対側の表面に、第２非結晶質シリコン半導体層１９３および第２非結晶質シリコン半導体層１９４が成膜されている。 Further, a second amorphous silicon semiconductor layer 193 and a second amorphous silicon semiconductor layer 194 are formed on the surface of the crystalline silicon substrate 192 opposite to the light receiving surface.
　第２非結晶質シリコン半導体層１９３および第２非結晶質シリコン半導体層１９４は積層構造の同一階層に成膜されており、第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４の一部（数μｍの長さ程度)が重なり合っている。第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４の重なりは、どちらが上になってもよい。 The second non-crystalline silicon semiconductor layer 193 and the second non-crystalline silicon semiconductor layer 194 are formed in the same layer of the stacked structure, and part of the second non-crystalline silicon semiconductor layers 193 and 194 (several μm Lengths) are overlapping. Either of the second amorphous silicon semiconductor layers 193 and 194 may be on top.
　第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４の結晶シリコン基板１８２と接していない側において、透明導電膜４が成膜されている。透明導電膜４は、第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４の一部（数μｍの長さ程度）が重なっている領域付近の所定の領域において成膜されていない。透明導電膜４の第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４側には、裏面電極２３が成膜されている。 The transparent conductive film 4 is formed on the side of the second amorphous silicon semiconductor layers 193 and 194 that is not in contact with the crystalline silicon substrate 182. The transparent conductive film 4 is not formed in a predetermined region in the vicinity of a region where a part of the second amorphous silicon semiconductor layers 193 and 194 (a length of about several μm) overlaps. A back electrode 23 is formed on the second amorphous silicon semiconductor layers 193 and 194 side of the transparent conductive film 4.
　また、結晶シリコン基板１９２の受光面とは反対側の裏面に、実施形態１で詳しく説明したフォトニック結晶構造Ｓが、凹凸構造として形成されている。 Further, the photonic crystal structure S described in detail in the first embodiment is formed as an uneven structure on the back surface of the crystalline silicon substrate 192 opposite to the light receiving surface.
　また、第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４内においても、実施形態６で詳しく説明したフォトニック結晶構造Ｓ８を形成するための凹凸構造が形成されている。結晶シリコン基板１９２の裏面における上記凹凸構造は、結晶シリコン基板１９２の裏面に成膜された第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４に転写されている。さらに、第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４に対して透明導電膜４が成膜されていることによって、第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４と透明導電膜４との屈折率差を持った凹凸構造、すなわち上記フォトニック結晶構造Ｓ８が形成されている。これにより、第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４内における光閉じ込め効果が得られる。 Also, in the second amorphous silicon semiconductor layers 193 and 194, an uneven structure for forming the photonic crystal structure S8 described in detail in Embodiment 6 is formed. The uneven structure on the back surface of the crystalline silicon substrate 192 is transferred to the second amorphous silicon semiconductor layers 193 and 194 formed on the back surface of the crystalline silicon substrate 192. Further, since the transparent conductive film 4 is formed on the second amorphous silicon semiconductor layers 193 and 194, a difference in refractive index between the second amorphous silicon semiconductor layers 193 and 194 and the transparent conductive film 4 is achieved. The concavo-convex structure having the shape, that is, the photonic crystal structure S8 is formed. Thereby, the light confinement effect in the second amorphous silicon semiconductor layers 193 and 194 is obtained.
　第１非結晶質シリコン半導体層１９１は、ｉ型半導体およびｎ型半導体の積層構造、または、ｉ型半導体およびｐ型半導体の積層構造によって構成されている。 The first amorphous silicon semiconductor layer 191 is configured by a stacked structure of an i-type semiconductor and an n-type semiconductor, or a stacked structure of an i-type semiconductor and a p-type semiconductor.
　結晶シリコン基板１９２は、ｎ型半導体またはｐ型半導体によって構成されている。 The crystalline silicon substrate 192 is composed of an n-type semiconductor or a p-type semiconductor.
　第２非結晶質シリコン半導体層１９３がｉ型およびｐ型半導体の積層で構成される場合、第２非結晶質シリコン半導体層１９４はｉ型およびｎ型半導体の積層となる。また、第２非結晶質シリコン半導体層１９３がｉ型およびｎ型半導体の積層で構成される場合、第２非結晶質シリコン半導体層１９４はｉ型およびｐ型半導体の積層となる。 When the second amorphous silicon semiconductor layer 193 is composed of a stack of i-type and p-type semiconductors, the second amorphous silicon semiconductor layer 194 is a stack of i-type and n-type semiconductors. In addition, when the second amorphous silicon semiconductor layer 193 is formed of a stack of i-type and n-type semiconductors, the second amorphous silicon semiconductor layer 194 is a stack of i-type and p-type semiconductors.
　上記の構成によると、光電変換層１９における受光面の反対側の面のパッシベーション性を向上させることができ、電流および電圧を向上させる効果を奏する。 According to the above configuration, the passivation property of the surface of the photoelectric conversion layer 19 on the side opposite to the light receiving surface can be improved, and the effect of improving current and voltage is achieved.
　（太陽電池の形成方法）
　図１８は、本実施形態に係る太陽電池１０ｂの形成フローを示している。 (Method for forming solar cell)
FIG. 18 shows a flow of forming the solar cell 10b according to this embodiment.
　図１６の（ｂ）に示す構造を形成後、図１８の（ａ）に示すように、レジスト３０を用いて第２非結晶質シリコン半導体層１９３をエッチングする。第２非結晶質シリコン半導体層１９３上において、レジスト３０は第２非結晶質シリコン半導体層１９４と重なりがない領域および上記重なりのない領域に隣接している第２非結晶質シリコン半導体層１９４と重なりがある領域の一部に形成する。 After the structure shown in FIG. 16B is formed, the second amorphous silicon semiconductor layer 193 is etched using the resist 30 as shown in FIG. On the second amorphous silicon semiconductor layer 193, the resist 30 includes a region that does not overlap with the second amorphous silicon semiconductor layer 194 and a second amorphous silicon semiconductor layer 194 that is adjacent to the region that does not overlap. It is formed in part of the overlapping area.
　次に、図１８の（ｂ）に示すように、レジストを剥離する。 Next, as shown in FIG. 18B, the resist is peeled off.
　次に、図１８の（ｃ）に示すように、結晶シリコン基板１９２の受光面に第１非結晶質シリコン半導体層１９１および反射防止膜９を成膜する。結晶シリコン基板１９２の受光面から上記記載の順番によって成膜する。 Next, as shown in FIG. 18C, a first amorphous silicon semiconductor layer 191 and an antireflection film 9 are formed on the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 192. The films are formed in the order described above from the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 192.
　次に、受光面とは反対の面の第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４領域に透明導電膜４を成膜する。透明導電膜４は、第２非結晶質シリコン半導体層１９３および１９４が重なっている領域付近の所定の領域において成膜されない。 Next, the transparent conductive film 4 is formed in the second amorphous silicon semiconductor layers 193 and 194 on the surface opposite to the light receiving surface. The transparent conductive film 4 is not formed in a predetermined region near the region where the second amorphous silicon semiconductor layers 193 and 194 overlap.
　次に、透明導電膜４上に裏面電極２３を成膜する。 Next, the back electrode 23 is formed on the transparent conductive film 4.
　以上の工程によって、フォトニック結晶構造Ｓ８を備えたヘテロ接合バックコンタクト結晶シリコン型の太陽電池１０ａを作製することができる。 Through the above steps, the heterojunction back-contact crystalline silicon solar cell 10a having the photonic crystal structure S8 can be manufactured.
　〔実施形態１１〕
　本発明の実施形態１１について、図２２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１～１０にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 11]
Embodiment 11 of the present invention will be described below with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the first to tenth embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
　本実施形態において説明する光電変換モジュール１０００は、実施形態１～１０にて説明した光電変換素子１、１ａ～１ｄのうち少なくとも一つを備えている。 The photoelectric conversion module 1000 described in the present embodiment includes at least one of the photoelectric conversion elements 1, 1a to 1d described in the first to tenth embodiments.
　実施形態１～１０に記載の光電変換素子は高い変換効率を有するため、当該光電変換素子を備える光電変換モジュール１０００も高い変換効率を有することができる。 Since the photoelectric conversion elements described in Embodiments 1 to 10 have high conversion efficiency, the photoelectric conversion module 1000 including the photoelectric conversion element can also have high conversion efficiency.
　（光電変換モジュールの構造）
　図２２は、本実施形態に係る光電変換モジュールの構成の一例を示す概略図である。図２２に示すように、光電変換モジュール１０００は、上記光電変換素子１、１ａ～１ｄのうち少なくとも一つを備えた複数の光電変換素子１００１と、カバー１００２と、出力端子１０１３・１０１４とを備えている。 (Structure of photoelectric conversion module)
FIG. 22 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the photoelectric conversion module according to the present embodiment. As shown in FIG. 22, the photoelectric conversion module 1000 includes a plurality of photoelectric conversion elements 1001 including at least one of the photoelectric conversion elements 1, 1a to 1d, a cover 1002, and output terminals 1013 and 1014. ing.
　複数の光電変換素子１００１はアレイ状に配列され直列に接続されている。図２２には光電変換素子１００１を直列に接続する配列を図示しているが、配列および接続方式はこれに限定されず、並列に接続して配列してもよいし、直列と並列とを組み合わせた配列としてもよい。複数の光電変換素子１００１の各々には、実施形態１～１０の光電変換素子のいずれか１つが用いられる。なお、光電変換モジュール１０００は、複数の光電変換素子１００１のうち少なくとも１つが実施形態１～１０の光電変換素子の何れかからなる限り、残りの光電変換素子は、上記の説明に限定されず如何なる構成をも採ることができる。また、光電変換モジュール１０００に含まれる光電変換素子１００１の数は２以上の任意の整数とすることができる。 A plurality of photoelectric conversion elements 1001 are arranged in an array and connected in series. Although FIG. 22 illustrates an arrangement in which the photoelectric conversion elements 1001 are connected in series, the arrangement and connection method are not limited to this, and the photoelectric conversion elements 1001 may be connected in parallel or may be combined in series and parallel. It is good also as an arrangement. For each of the plurality of photoelectric conversion elements 1001, any one of the photoelectric conversion elements of Embodiments 1 to 10 is used. In the photoelectric conversion module 1000, as long as at least one of the plurality of photoelectric conversion elements 1001 includes any one of the photoelectric conversion elements of Embodiments 1 to 10, the remaining photoelectric conversion elements are not limited to the above description, and any A configuration can also be adopted. Further, the number of photoelectric conversion elements 1001 included in the photoelectric conversion module 1000 can be any integer of 2 or more.
　カバー１００２は耐候性のカバーから構成されており、複数の光電変換素子１００１を覆う。カバー１００２は、例えば、光電変換素子１００１の受光面側に設けられた透明基材（例えばガラス等）と、光電変換素子１００１の受光面側とは反対の裏面側に設けられた裏面基材（例えば、ガラス、樹脂シート等）と、上記透明基材と上記裏面基材との間の隙間を埋める封止材（例えばＥＶＡ；Ethylene-Vinyl Acetate等）とを含む。 The cover 1002 is composed of a weatherproof cover and covers the plurality of photoelectric conversion elements 1001. The cover 1002 includes, for example, a transparent base material (for example, glass) provided on the light receiving surface side of the photoelectric conversion element 1001 and a back surface base material (on the reverse side opposite to the light receiving surface side of the photoelectric conversion element 1001). For example, glass, a resin sheet, etc.) and a sealing material (for example, EVA; Ethylene-Vinyl Acetate, etc.) that fills a gap between the transparent substrate and the back substrate.
　出力端子１０１３は、直列に接続された複数の光電変換素子１００１のうちのいずれか、例えば一方端に配置される光電変換素子１００１に接続される。 The output terminal 1013 is connected to one of a plurality of photoelectric conversion elements 1001 connected in series, for example, the photoelectric conversion element 1001 arranged at one end.
　出力端子１０１４は、直列に接続された複数の光電変換素子１００１のうちのいずれか、例えば他方端に配置される光電変換素子１００１に接続される。 The output terminal 1014 is connected to one of the plurality of photoelectric conversion elements 1001 connected in series, for example, the photoelectric conversion element 1001 disposed at the other end.
　〔実施形態１２〕
　本発明の実施形態１２について、図２３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１～１１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 12]
Embodiment 12 of the present invention will be described below with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the first to eleventh embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
　本実施形態において説明する太陽光発電システム（光電変換システム）２０００は、実施形態１～１０にて説明した光電変換素子１、１ａ～１ｄのうち少なくとも一つを備える。 The photovoltaic power generation system (photoelectric conversion system) 2000 described in this embodiment includes at least one of the photoelectric conversion elements 1, 1a to 1d described in the first to tenth embodiments.
　実施形態１～１０に記載の光電変換素子は高い変換効率を有するため、当該光電変換素子を備える太陽光発電システム２０００も高い変換効率を有することができる。なお、太陽光発電システムとは、光電変換モジュールが出力する電力を適宜変換して、商用電力系統または電気機器等に供給する装置である。 Since the photoelectric conversion elements described in Embodiments 1 to 10 have high conversion efficiency, the photovoltaic power generation system 2000 including the photoelectric conversion elements can also have high conversion efficiency. Note that the solar power generation system is a device that appropriately converts the power output from the photoelectric conversion module and supplies the converted power to a commercial power system or an electric device.
　（太陽光発電システムの構造）
　図２３は、本実施形態に係る太陽光発電システムの構成の一例を示す概略図である。図２３に示すように、太陽光発電システム２０００は、光電変換モジュールアレイ２００１と、接続箱２００２と、パワーコンディショナ２００３と、分電盤２００４と、電力メータ２００５とを備える。後述するように光電変換モジュールアレイ２００１は複数の光電変換モジュール１０００（図２２および実施形態１１参照）から構成される。本発明の光電変換素子は高い変換効率を有するため、これを備える本発明の太陽光発電システムも高い変換効率を有することができる。 (Structure of solar power generation system)
FIG. 23 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the photovoltaic power generation system according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 23, the photovoltaic power generation system 2000 includes a photoelectric conversion module array 2001, a connection box 2002, a power conditioner 2003, a distribution board 2004, and a power meter 2005. As will be described later, the photoelectric conversion module array 2001 includes a plurality of photoelectric conversion modules 1000 (see FIG. 22 and Embodiment 11). Since the photoelectric conversion element of the present invention has high conversion efficiency, the photovoltaic power generation system of the present invention including the photoelectric conversion element can also have high conversion efficiency.
　太陽光発電システム２０００には、一般に「ホーム・エネルギー・マネジメント・システム（ＨＥＭＳ：Home Energy Management System）」、「ビルディング・エネルギー・マネージメント・システム（ＢＥＭＳ：Building　Energy　Management　System）等と呼ばれる機能を付加することができる。これにより太陽光発電システム２０００の発電量の監視、太陽光発電システム２０００に接続される各電気機器類の消費電力量の監視・制御等を行うことで、エネルギー消費量を削減することができる。 The solar power generation system 2000 is generally added with functions called “Home Energy Management System (HEMS)”, “Building Energy Management System (BEMS)”, etc. As a result, energy consumption can be reduced by monitoring the power generation amount of the solar power generation system 2000 and monitoring / controlling the power consumption amount of each electrical device connected to the solar power generation system 2000. be able to.
　接続箱２００２は光電変換モジュールアレイ２００１に接続される。パワーコンディショナ２００３は接続箱２００２に接続される。分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３および電気機器類２０１１に接続される。電力メータ２００５は分電盤２００４および商用電力系統に接続される。 The connection box 2002 is connected to the photoelectric conversion module array 2001. The power conditioner 2003 is connected to the connection box 2002. The distribution board 2004 is connected to the power conditioner 2003 and the electrical equipment 2011. The power meter 2005 is connected to the distribution board 2004 and the commercial power system.
　図２５は、実施形態１２に係る太陽光発電システムの変形例の構成の一例を示す概略図である。図２５に示すように、パワーコンディショナ２００３には蓄電池２１００が接続されていてもよい。この場合、日照量の変動による太陽光発電システム２０００の出力変動を抑制することができると共に、日照のない時間帯であっても蓄電池２１００に蓄電された電力を太陽光発電システム２０００は供給することができる。蓄電池２１００はパワーコンディショナ２００３に内蔵されていてもよい。 FIG. 25 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a modification of the solar power generation system according to the twelfth embodiment. As shown in FIG. 25, a storage battery 2100 may be connected to the power conditioner 2003. In this case, output fluctuation of the solar power generation system 2000 due to fluctuations in the amount of sunlight can be suppressed, and the solar power generation system 2000 supplies the power stored in the storage battery 2100 even in a time zone without sunlight. Can do. The storage battery 2100 may be built in the power conditioner 2003.
　（太陽光発電システムの動作）
　太陽光発電システム２０００の動作を説明する。光電変換モジュールアレイ２００１は太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、直流電力を接続箱２００２へ供給する。 (Operation of solar power generation system)
The operation of the solar power generation system 2000 will be described. The photoelectric conversion module array 2001 converts sunlight into electricity to generate DC power, and supplies the DC power to the connection box 2002.
　接続箱２００２は光電変換モジュールアレイ２００１が発電した直流電力を受け、直流電力をパワーコンディショナ２００３へ供給する。 The connection box 2002 receives DC power generated by the photoelectric conversion module array 2001 and supplies DC power to the power conditioner 2003.
　パワーコンディショナ２００３は接続箱２００２から受けた直流電力を交流電力に変換して分電盤２００４へ供給する。 The power conditioner 2003 converts the DC power received from the connection box 2002 into AC power and supplies it to the distribution board 2004.
　なお、接続箱２００２から受けた直流電力の一部または全部を交流電力に変換せずに、直流電力のままで分電盤２００４へ供給してもよい。また、図２５に示すようにパワーコンディショナ２００３に蓄電池２１００が接続されている場合（または、蓄電池２１００がパワーコンディショナ２００３に内蔵されている場合）、パワーコンディショナ２００３は接続箱２００２から受けた直流電力の一部または全部を適切に電力変換して、蓄電池２１００に蓄電することができる。蓄電池２１００に蓄電された電力は、光電変換モジュールの発電量や電気機器類２０１１の電力消費量の状況に応じて適宜パワーコンディショナ２００３側に供給され、適切に電力変換されて分電盤２００４へ供給される。 Note that part or all of the DC power received from the connection box 2002 may be supplied to the distribution board 2004 as it is without being converted to AC power. Further, as shown in FIG. 25, when the storage battery 2100 is connected to the power conditioner 2003 (or when the storage battery 2100 is built in the power conditioner 2003), the power conditioner 2003 is received from the connection box 2002. A part or all of the DC power can be appropriately converted to be stored in the storage battery 2100. The power stored in the storage battery 2100 is appropriately supplied to the power conditioner 2003 according to the amount of power generated by the photoelectric conversion module and the power consumption of the electrical equipment 2011, and is appropriately converted to the distribution board 2004. Supplied.
　分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３から受けた電力および電力メータ２００５を介して受けた商用電力の少なくともいずれかを電気機器類２０１１へ供給する。また分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３から受けた交流電力が電気機器類２０１１の消費電力よりも多いとき、パワーコンディショナ２００３から受けた交流電力を電気機器類２０１１へ供給する。そして余った交流電力を電力メータ２００５を介して商用電力系統へ供給する。 The distribution board 2004 supplies the electric equipment 2011 with at least one of the electric power received from the power conditioner 2003 and the commercial electric power received via the electric power meter 2005. The distribution board 2004 supplies the AC power received from the power conditioner 2003 to the electrical equipment 2011 when the AC power received from the power conditioner 2003 is larger than the power consumption of the electrical equipment 2011. The surplus AC power is supplied to the commercial power system via the power meter 2005.
　また、分電盤２００４は、パワーコンディショナ２００３から受けた交流電力が電気機器類２０１１の消費電力よりも少ないとき、商用電力系統から受けた交流電力およびパワーコンディショナ２００３から受けた交流電力を電気機器類２０１１へ供給する。 Further, the distribution board 2004 electrically converts the AC power received from the commercial power system and the AC power received from the power conditioner 2003 when the AC power received from the power conditioner 2003 is less than the power consumption of the electrical equipment 2011. Supplied to the equipment 2011.
　電力メータ２００５は、商用電力系統から分電盤２００４へ向かう方向の電力を計測するとともに、分電盤２００４から商用電力系統へ向かう方向の電力を計測する。 The power meter 2005 measures the power in the direction from the commercial power system to the distribution board 2004 and measures the power in the direction from the distribution board 2004 to the commercial power system.
　（光電変換モジュールアレイの構造）
　光電変換モジュールアレイ２００１について説明する。図２４は、図２３または図２５に示す光電変換モジュールアレイ２００１の構成の一例を表す概略図である。図２４に示すように、光電変換モジュールアレイ２００１は、複数の光電変換モジュール１０００と出力端子２０１３，２０１４とを含む。 (Structure of photoelectric conversion module array)
The photoelectric conversion module array 2001 will be described. FIG. 24 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of the photoelectric conversion module array 2001 illustrated in FIG. 23 or FIG. As illustrated in FIG. 24, the photoelectric conversion module array 2001 includes a plurality of photoelectric conversion modules 1000 and output terminals 2013 and 2014.
　複数の光電変換モジュール１０００はアレイ状に配列され直列に接続されている。図２４には光電変換モジュール１０００を直列に接続する配列を図示しているが、配列および接続方式はこれに限定されず、並列に接続して配列してもよいし、直列と並列とを組み合わせた配列としてもよい。なお、光電変換モジュールアレイ２００１に含まれる光電変換モジュール１０００の数は２以上の任意の整数とすることができる。 A plurality of photoelectric conversion modules 1000 are arranged in an array and connected in series. FIG. 24 illustrates an arrangement in which the photoelectric conversion modules 1000 are connected in series. However, the arrangement and connection method are not limited to this, and the photoelectric conversion modules 1000 may be connected in parallel or may be combined in series and parallel. It is good also as an arrangement. Note that the number of photoelectric conversion modules 1000 included in the photoelectric conversion module array 2001 can be any integer of 2 or more.
　出力端子２０１３は、直列に接続された複数の光電変換モジュール１０００の一方端に位置する光電変換モジュール１０００に接続される。 The output terminal 2013 is connected to the photoelectric conversion module 1000 located at one end of the plurality of photoelectric conversion modules 1000 connected in series.
　出力端子２０１４は、直列に接続された複数の光電変換モジュール１０００の他方端に位置する光電変換モジュール１０００に接続される。 The output terminal 2014 is connected to the photoelectric conversion module 1000 located at the other end of the plurality of photoelectric conversion modules 1000 connected in series.
　なお、以上の説明はあくまでも一例であり、本実施形態の太陽光発電システムは、光電変換モジュール１０００を構成する複数の光電変換素子１００１のうち、少なくとも一つが実施形態１～１０に記載の光電変換素子の何れかからなる限り、残りの光電変換素子は上記の説明に限定されず如何なる構成をも採ることができる。 Note that the above description is merely an example, and in the photovoltaic power generation system of this embodiment, at least one of the plurality of photoelectric conversion elements 1001 constituting the photoelectric conversion module 1000 is the photoelectric conversion described in Embodiments 1 to 10. As long as it consists of any of the elements, the remaining photoelectric conversion elements are not limited to the above description, and can take any configuration.
　〔実施形態１３〕
　本発明の実施形態１３について、図２６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１～１２にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。 [Embodiment 13]
The thirteenth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the first to twelfth embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
　本実施形態において説明する太陽光発電システム（光電変換システム）４０００は、実施形態１２にて説明した太陽光発電システム２０００（図２３）より大規模な太陽光発電システムである。実施形態１～１０に記載の光電変換素子は高い変換効率を有するため、当該光電変換素子を備える太陽光発電システム４０００も高い変換効率を有することができる。 The solar power generation system (photoelectric conversion system) 4000 described in the present embodiment is a larger scale solar power generation system than the solar power generation system 2000 (FIG. 23) described in the twelfth embodiment. Since the photoelectric conversion elements described in Embodiments 1 to 10 have high conversion efficiency, the photovoltaic power generation system 4000 including the photoelectric conversion elements can also have high conversion efficiency.
　（大規模太陽光発電システムの構造）
　図２６は、本実施形態に係る太陽光発電システムの構成の一例を示す概略図である。図２６に示すように、太陽光発電システム４０００は、複数のサブシステム４００１と、複数のパワーコンディショナ４００３と、変圧器４００４とを備えている。本発明の光電変換素子は高い変換効率を有するため、これを備える本発明の太陽光発電システム４０００も高い変換効率を有することができる。 (Structure of large-scale photovoltaic power generation system)
FIG. 26 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the photovoltaic power generation system according to the present embodiment. As shown in FIG. 26, the photovoltaic power generation system 4000 includes a plurality of subsystems 4001, a plurality of power conditioners 4003, and a transformer 4004. Since the photoelectric conversion element of the present invention has high conversion efficiency, the photovoltaic power generation system 4000 of the present invention including the photoelectric conversion element can also have high conversion efficiency.
　複数のパワーコンディショナ４００３は、それぞれサブシステム４００１に接続される。太陽光発電システム４０００において、パワーコンディショナ４００３およびそれに接続されるサブシステム４００１の数は２以上の任意の整数とすることができる。 The plurality of power conditioners 4003 are each connected to the subsystem 4001. In the photovoltaic power generation system 4000, the number of the power conditioners 4003 and the subsystems 4001 connected thereto can be any integer of 2 or more.
　図２７は、実施形態１３に係る太陽光発電システムの変形例の構成の一例を示す概略図である。図２７に示すようにパワーコンディショナ４００３には蓄電池４１００が接続されていてもよい。この場合、日照量の変動による太陽光発電システム４０００の出力変動を抑制することができると共に、日照のない時間帯であっても蓄電池４１００に蓄電された電力を太陽光発電システム４０００は供給することができる。また、蓄電池４１００はパワーコンディショナ４００３に内蔵されていてもよい。 FIG. 27 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a modified example of the solar power generation system according to the thirteenth embodiment. As shown in FIG. 27, a storage battery 4100 may be connected to the power conditioner 4003. In this case, the output fluctuation of the solar power generation system 4000 due to the fluctuation of the amount of sunlight can be suppressed, and the solar power generation system 4000 supplies the electric power stored in the storage battery 4100 even in a time zone without sunlight. Can do. Further, the storage battery 4100 may be built in the power conditioner 4003.
　変圧器４００４は、複数のパワーコンディショナ４００３および商用電力系統に接続される。 The transformer 4004 is connected to a plurality of power conditioners 4003 and a commercial power system.
　複数のサブシステム４００１の各々は、複数のモジュールシステム３０００から構成される。サブシステム４００１内のモジュールシステム３０００の数は２以上の任意の整数とすることができる。 Each of the plurality of subsystems 4001 includes a plurality of module systems 3000. The number of module systems 3000 in the subsystem 4001 can be any integer greater than or equal to two.
　複数のモジュールシステム３０００（図２６）の各々は、複数の光電変換モジュールアレイ２００１と、複数の接続箱３００２と、集電箱（接続箱）３００４とを含む。モジュールシステム３０００内の接続箱３００２およびそれに接続される光電変換モジュールアレイ２００１の数は２以上の任意の整数とすることができる。 Each of the plurality of module systems 3000 (FIG. 26) includes a plurality of photoelectric conversion module arrays 2001, a plurality of connection boxes 3002, and a current collection box (connection box) 3004. The number of the junction box 3002 in the module system 3000 and the photoelectric conversion module array 2001 connected to the junction box 3002 can be any integer of 2 or more.
　集電箱３００４は複数の接続箱３００２に接続される。またパワーコンディショナ４００３はサブシステム４００１内の複数の集電箱３００４に接続される。 The current collection box 3004 is connected to a plurality of connection boxes 3002. The power conditioner 4003 is connected to a plurality of current collection boxes 3004 in the subsystem 4001.
　（大規模太陽光発電システムの動作）
　太陽光発電システム４０００の動作を説明する。モジュールシステム３０００の複数の光電変換モジュールアレイ２００１は、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、直流電力を接続箱３００２を介して集電箱３００４へ供給する。サブシステム４００１内の複数の集電箱３００４は、直流電力をパワーコンディショナ４００３へ供給する。さらに複数のパワーコンディショナ４００３は、直流電力を交流電力に変換して、交流電力を変圧器４００４へ供給する。 (Operation of large-scale photovoltaic power generation system)
The operation of the solar power generation system 4000 will be described. The plurality of photoelectric conversion module arrays 2001 of the module system 3000 convert sunlight into electricity to generate DC power, and supply the DC power to the current collection box 3004 via the connection box 3002. A plurality of current collection boxes 3004 in the subsystem 4001 supplies DC power to the power conditioner 4003. Further, the plurality of power conditioners 4003 convert DC power into AC power and supply the AC power to the transformer 4004.
　なお、図２７に示すようにパワーコンディショナ４００３に蓄電池４１００が接続されている場合（または、蓄電池４１００がパワーコンディショナ４００３に内蔵される場合）、パワーコンディショナ４００３は集電箱３００４から受けた直流電力の一部または全部を適切に電力変換して、蓄電池４１００に蓄電することができる。蓄電池４１００に蓄電された電力は、サブシステム４００１の発電量に応じて適宜パワーコンディショナ４００３側に供給され、適切に電力変換されて変圧器４００４へ供給される。 27, when the storage battery 4100 is connected to the power conditioner 4003 (or when the storage battery 4100 is built in the power conditioner 4003), the power conditioner 4003 is received from the current collection box 3004. A part or all of the DC power can be appropriately converted into power and stored in the storage battery 4100. The electric power stored in the storage battery 4100 is appropriately supplied to the power conditioner 4003 side according to the power generation amount of the subsystem 4001, appropriately converted into electric power, and supplied to the transformer 4004.
　変圧器４００４は複数のパワーコンディショナ４００３から受けた交流電力の電圧レベルを変換して商用電力系統へ供給する。 The transformer 4004 converts the voltage level of AC power received from a plurality of power conditioners 4003 and supplies it to the commercial power system.
　なお、太陽光発電システム４０００は、実施形態１～１０に記載の光電変換素子のうち少なくとも一つを備えるものであればよく、太陽光発電システム４０００に含まれる全ての光電変換素子が実施形態１～１０に記載の光電変換素子である必要はない。 Note that the solar power generation system 4000 only needs to include at least one of the photoelectric conversion elements described in the first to tenth embodiments, and all the photoelectric conversion elements included in the solar power generation system 4000 are the first embodiment. It is not necessary to be a photoelectric conversion element as described in.
　たとえば、あるサブシステム４００１に含まれる光電変換素子の全てが実施形態１～１０の光電変換素子の何れかであり、別のサブシステム４００１に含まれる光電変換素子の一部もしくは全部が、実施形態１～１０に記載の光電変換素子でない場合等もあり得る。 For example, all of the photoelectric conversion elements included in one subsystem 4001 are any of the photoelectric conversion elements of Embodiments 1 to 10, and some or all of the photoelectric conversion elements included in another subsystem 4001 are In some cases, the photoelectric conversion element described in 1 to 10 is not used.
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
　〔まとめ〕
　本発明の態様１に係る光電変換素子（１、１ａ～１ｄ）は、光電変換層（５）を形成する材質の屈折率とは屈折率の異なる異屈折率領域（４、４ａ～４ｍ）を形成したフォトニック結晶（Ｓ、Ｓ２～Ｓ４、Ｓ６）が、上記光電変換層に形成された光電変換素子であって、上記異屈折率領域が、上記光電変換層の面内方向に平行な正方格子の複数の格子点に対応して形成されており、上記異屈折率領域が、上記光電変換層の受光面側から上記光電変換層の内部に位置する先端までテーパー状に形成されているテーパー状突起部を備えている。 [Summary]
The photoelectric conversion elements (1, 1a to 1d) according to the first aspect of the present invention have different refractive index regions (4, 4a to 4m) having a refractive index different from that of the material forming the photoelectric conversion layer (5). The formed photonic crystal (S, S2 to S4, S6) is a photoelectric conversion element formed in the photoelectric conversion layer, and the different refractive index region is a square parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer. A taper is formed corresponding to a plurality of lattice points of the lattice, and the different refractive index region is formed in a tapered shape from the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer to the tip located inside the photoelectric conversion layer. The projection is provided.
　上記の構成によると、異屈折率領域が、光電変換層の受光面側から上記光電変換層の内部に位置する先端までテーパー状に形成されているテーパー状突起部を備えているという第一の構成のため、フォトニック結晶構造において生じるフォトニック結晶間の光電変換層の成膜阻害、すなわち欠陥の形成を抑制できる。よって、光電変換層で発生したキャリアが欠陥によって消失する不具合が抑制されるので、光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。 According to said structure, the different refractive index area | region is equipped with the taper-shaped projection part currently formed in the taper shape from the light-receiving surface side of a photoelectric converting layer to the front-end | tip located inside the said photoelectric converting layer. Due to the configuration, it is possible to suppress film formation inhibition of the photoelectric conversion layer between the photonic crystals, that is, formation of defects, which occurs in the photonic crystal structure. Therefore, since the problem that the carriers generated in the photoelectric conversion layer disappear due to defects is suppressed, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element can be improved.
　また、上記の構成によると、上記第一の構成に加えて、上記異屈折率領域が、上記光電変換層の面内方向に平行な正方格子の複数の格子点に対応して形成されているという第二の構成のため、フォトニック結晶構造の共振効果の大きさ（Ｑ値）を従来のフォトニック結晶構造よりも小さくすることができる。 According to the above configuration, in addition to the first configuration, the different refractive index region is formed corresponding to a plurality of lattice points of a square lattice parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer. Because of this second configuration, the magnitude (Q value) of the resonance effect of the photonic crystal structure can be made smaller than that of the conventional photonic crystal structure.
　よって、フォトニック結晶構造による共振効果の大きさを光電変換層の媒質の光吸収による共振効果の大きさに近似させることができ、特に光電変換層の材料において吸収の大きな（共振効果の大きさを表すＱ値が小さい）波長域に対して、従来のフォトニック結晶の構造に比べて光の取り込み量を増大させ、光電変換層の光吸収量を向上させることができる。 Therefore, the magnitude of the resonance effect due to the photonic crystal structure can be approximated to the magnitude of the resonance effect due to the light absorption of the medium of the photoelectric conversion layer. In particular, the material of the photoelectric conversion layer has a large absorption (the magnitude of the resonance effect). In comparison with the conventional photonic crystal structure, the amount of light taken in can be increased and the light absorption amount of the photoelectric conversion layer can be improved.
　本発明の態様２に係る光電変換素子は、上記態様１において、上記異屈折率領域の断面であって、上記光電変換層の受光面側の界面において、当該界面の面内方向に平行な断面を、上記異屈折率領域の底面とした場合、上記底面の形状は円形、多角形または楕円形であり、上記異屈折率領域は、隣り合う上記異屈折率領域の底面の中心間の距離であるピッチ（Ｐ、Ｐ１）が、１００ｎｍ以上かつ２０００ｎｍ以下であり、上記光電変換層の上記界面を基準とした上記異屈折率領域の高さ（Ｔ、Ｔ１）が１００ｎｍ以上かつ上記光電変換層の厚み（Ｌ、Ｌ１）以下であり、上記底面の直径、または上記多角形の外接円の直径、または上記楕円形の長径または短径（２ｒ、２ｒ１）が、５０ｎｍ以上かつ上記ピッチよりも短く、上記光電変換層の厚みがＬの場合、上記テーパー状突起部の傾斜面と上記底面との角度（θ、θ１）が５．７°以上かつ（ａｒｃｔａｎ（Ｌ/５０）/π）×１８０°以下であることが好ましい。 The photoelectric conversion element according to Aspect 2 of the present invention is the cross section of the different refractive index region in Aspect 1, wherein the cross section is parallel to the in-plane direction of the interface at the light receiving surface side interface of the photoelectric conversion layer. Is the bottom surface of the different refractive index region, the shape of the bottom surface is circular, polygonal or elliptical, and the different refractive index region is the distance between the centers of the bottom surfaces of the adjacent different refractive index regions. A certain pitch (P, P1) is 100 nm or more and 2000 nm or less, and the height (T, T1) of the different refractive index region with respect to the interface of the photoelectric conversion layer is 100 nm or more and the photoelectric conversion layer The thickness (L, L1) or less, the diameter of the bottom surface, the diameter of the circumscribed circle of the polygon, or the major or minor diameter (2r, 2r1) of the ellipse is 50 nm or more and shorter than the pitch, The photoelectric conversion layer When the thickness is L, the angle (θ, θ1) between the inclined surface of the tapered protrusion and the bottom surface is 5.7 ° or more and (arctan (L / 50) / π) × 180 ° or less. preferable.
　上記の構成によれば、隣り合う上記異屈折率領域の底面の中心間の距離であるピッチが、１００ｎｍ以上であるため、フォトニック結晶による共振効果を得ることができる。 According to the above configuration, since the pitch, which is the distance between the centers of the bottom surfaces of the adjacent different refractive index regions, is 100 nm or more, the resonance effect by the photonic crystal can be obtained.
　例えば、Ｆｉｎｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ（ＦＤＴＤ）法を用いた計算機シミュレーションにおいては、上記ピッチが１００ｎｍよりも小さい場合、フォトニック結晶による共振効果を得ることができない。 For example, in a computer simulation using the Fine Difference Time Domain (FDTD) method, when the pitch is smaller than 100 nm, a resonance effect by a photonic crystal cannot be obtained.
　また、上記ピッチが、２０００ｎｍ以下であるため、太陽電池に適する可視光の波長において、フォトニック結晶による共振効果を得ることができる。 Further, since the pitch is 2000 nm or less, a resonance effect by the photonic crystal can be obtained at a wavelength of visible light suitable for the solar cell.
　さらに、上記異屈折率領域の高さが１００ｎｍ以上であるため、フォトニック結晶による光閉じ込め効果が得られ、フォトニック結晶がない場合に比べて光吸収量が増大することになる。例えば、ＦＤＴＤを用いた計算機シミュレーションにおいては、上記屈折率領域の高さが１００ｎｍよりも低い場合、フォトニック結晶がない場合と同等程度の光吸収量となる。また、上記異屈折率領域の高さが上記光電変換層の厚み以下であるので、異屈折率領域を光電変換層内に形成できる。すなわち、光電変換層の厚みは、異屈折率領域を光電変換層内に形成するための構造的な限界である。 Furthermore, since the height of the different refractive index region is 100 nm or more, the light confinement effect by the photonic crystal is obtained, and the amount of light absorption is increased as compared with the case without the photonic crystal. For example, in a computer simulation using FDTD, when the height of the refractive index region is lower than 100 nm, the light absorption amount is about the same as when there is no photonic crystal. Moreover, since the height of the said different refractive index area | region is below the thickness of the said photoelectric converting layer, a different refractive index area | region can be formed in a photoelectric converting layer. That is, the thickness of the photoelectric conversion layer is a structural limit for forming the different refractive index region in the photoelectric conversion layer.
　さらに、上記異屈折率領域の底面の直径が、５０ｎｍ以上であるために、フォトニック結晶による光閉じ込め効果が得られる。 Furthermore, since the diameter of the bottom surface of the different refractive index region is 50 nm or more, the light confinement effect by the photonic crystal can be obtained.
　例えば、ＦＤＴＤを用いた計算機シミュレーションにおいては、上記屈折率領域の底面の直径が５０ｎｍよりも短い場合、フォトニック結晶がない場合と同等程度の光吸収量となる。また、上記異屈折率領域の底面の直径が上記隣り合う上記ピッチよりも短いため、隣り合う異屈折率領と重なり合わない。よって、隣り合う異屈折率領域が重なり合うことによって共振効果が減衰し、上記光電変換層における光吸収の効果が弱まることを防止することができる。 For example, in a computer simulation using FDTD, when the diameter of the bottom surface of the refractive index region is shorter than 50 nm, the amount of light absorption is the same as when there is no photonic crystal. Further, since the diameter of the bottom surface of the different refractive index region is shorter than the adjacent pitch, the adjacent different refractive index regions do not overlap. Therefore, it is possible to prevent the resonance effect from being attenuated by overlapping adjacent different refractive index regions, and the light absorption effect in the photoelectric conversion layer from being weakened.
　さらに、上記光電変換層の厚みがＬの場合、上記テーパー状突起部の傾斜面と上記底部との角度が５．７°以上かつ（ａｒｃｔａｎ（Ｌ/５０）/π）×１８０°以下であるため、上記異屈折率領域の高さおよびピッチの上記条件を満たすことができる。 Further, when the thickness of the photoelectric conversion layer is L, the angle between the inclined surface of the tapered protrusion and the bottom is 5.7 ° or more and (arctan (L / 50) / π) × 180 ° or less. Therefore, the above-described conditions for the height and pitch of the different refractive index region can be satisfied.
　本発明の態様３に係る光電変換素子では、上記態様１または２において、上記異屈折率領域は上記光電変換層の受光面側の界面に形成されており、上記異屈折率領域は上記テーパー状突起部のみから形成されてもよい。 In the photoelectric conversion element according to Aspect 3 of the present invention, in Aspect 1 or 2, the different refractive index region is formed at the interface on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer, and the different refractive index region is tapered. You may form only from a projection part.
　本発明の態様４に係る光電変換素子では、上記態様１または２において、上記異屈折率領域は上記光電変換層の受光面側の界面に形成されており、上記異屈折率領域は上記テーパー状突起部（４１ｆ、４１ｇ）および側面が傾斜を持たない柱部（４２ｆ、４２ｇ）から形成されており、上記異屈折率領域は、受光面側から上記柱部および上記テーパー状突起部の順に備えていることが好ましい。 In the photoelectric conversion element according to Aspect 4 of the present invention, in Aspect 1 or 2, the different refractive index region is formed at the interface on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer, and the different refractive index region is tapered. The protrusions (41f, 41g) and the pillar portions (42f, 42g) whose side surfaces are not inclined are formed, and the different refractive index regions are provided in the order of the pillar portions and the tapered protrusion portions from the light receiving surface side. It is preferable.
　上記の構成によると、異屈折率領域がテーパー状突起部を有していることから従来のフォトニック結晶を備えた光電変換層に比べ、光の取り込み量を増大させるので、光吸収量を増大させることができ、かつ、異屈折率領域が、対面する面同士が傾斜をもたない柱部を備えたことによって、フォトニック結晶の大きな光閉じ込め効果を得ることができ、欠陥が少なくなるため、電子の取り出しの向上にもつながる。したがって、光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。 According to the above configuration, since the different refractive index region has a tapered protrusion, the amount of light taken in is increased compared to a photoelectric conversion layer having a conventional photonic crystal, so that the amount of light absorption is increased. In addition, since the different refractive index region is provided with a column portion in which the facing surfaces are not inclined, a large light confinement effect of the photonic crystal can be obtained and defects are reduced. , Leading to improved extraction of electrons. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element can be improved.
　本発明の態様５に係る光電変換素子は、上記態様１から４において、上記異屈折率領域が誘電体（４０）によって形成されており、さらに、上記異屈折率領域と上記光電変換層との境界において、上記異屈折率領域が透明導電膜（９）によって覆われていることが好ましい。 The photoelectric conversion element according to Aspect 5 of the present invention is the photoelectric conversion element according to Aspects 1 to 4, wherein the different refractive index region is formed of a dielectric (40), and further, the different refractive index region and the photoelectric conversion layer In the boundary, it is preferable that the different refractive index region is covered with the transparent conductive film (9).
　上記の構成によると、透明導電膜は、光電変換層から電流を取り出す陽電極および陰電極の一方としての役割を担うことができる。したがって、光電変換層の受光面側に位置し、誘電体によって形成されている異屈折率領域が原因として生じる光電変換素子からの電流の取り出しの低下を、防止することができる。 According to the above configuration, the transparent conductive film can serve as one of a positive electrode and a negative electrode that extract current from the photoelectric conversion layer. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in extraction of current from the photoelectric conversion element that is caused by the different refractive index region that is located on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer and is formed by the dielectric.
　本発明の態様６に係る光電変換素子は、上記態様１または２において、上記正方格子の格子定数ｐは、１００ｎｍ≦ｐ＜４５０ｎｍであり、上記異屈折率領域は、上記光電変換層の面内方向に平行な断面において少なくとも３種類以上の大きさを備えており、上記複数の異屈折率領域は、上記面内方向において、断面の大きさの違いに応じた複数種類の固有の二次元構造を形成するように、断面の大きさごとに多点配置され、さらに、上記複数種類の固有の二次元構造の組み合わせによって単位構造が形成されており、上記単位構造内において、上記複数種類の固有の二次元構造は、任意の基準点に対して互いに拡縮しても相似形にはならない形状を備え、上記単位構造が繰り返し形成された周期構造を備えている。 The photoelectric conversion element according to Aspect 6 of the present invention is the photoelectric conversion element according to Aspect 1 or 2, wherein the lattice constant p of the square lattice is 100 nm ≦ p <450 nm, and the different refractive index region is in the plane of the photoelectric conversion layer. The cross-section parallel to the direction has at least three kinds of sizes, and the plurality of different refractive index regions have a plurality of kinds of inherent two-dimensional structures corresponding to the difference in cross-section size in the in-plane direction. In addition, a plurality of types of unique two-dimensional structures are combined to form a unit structure for each cross-sectional size. The two-dimensional structure has a shape that does not become a similar shape even when scaled relative to an arbitrary reference point, and has a periodic structure in which the unit structure is repeatedly formed.
　上記の構成によれば、光電変換層の面内方向において、フォトニック結晶に互いに異なる形状の複数の二次元構造が配置されることによって、フォトニック結晶と入射光とが相互作用（干渉および共振）し、光吸収増大効果が得られる入射光の波長を増やすことが可能となる。よって、連続した波長に対して光吸収を増大させる効果を奏する。 According to the above configuration, in the in-plane direction of the photoelectric conversion layer, a plurality of two-dimensional structures having different shapes are arranged on the photonic crystal, so that the photonic crystal interacts with incident light (interference and resonance). Thus, it is possible to increase the wavelength of incident light from which an effect of increasing light absorption is obtained. Therefore, there is an effect of increasing light absorption with respect to continuous wavelengths.
　なお、上記異屈折率領域が、複数の格子点に対応して形成されているとは、異屈折率領域の中心が、格子点と一致していても、一致していなくてもよいことを意味している。 Note that the different refractive index region is formed corresponding to a plurality of lattice points that the center of the different refractive index region may or may not coincide with the lattice point. I mean.
　上記異屈折率領域の断面（光電変換層の面内方向に平行な断面）の大きさは、３種類以上に分けられる。同じ大きさを持つ複数の異屈折率領域の断面は、上記面内方向において、複数の格子点に対応して配置（多点配置）され、断面の大きさごとに固有の二次元構造を形成している。 The size of the cross section of the different refractive index region (the cross section parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer) can be classified into three or more types. Cross sections of multiple different refractive index regions having the same size are arranged corresponding to a plurality of lattice points in the in-plane direction (multi-point arrangement), and a unique two-dimensional structure is formed for each cross-sectional size. is doing.
　したがって、断面の大きさに応じた３種類以上の二次元構造が形成され、上記フォトニック結晶には、これらの二次元構造の組み合わせによる単位構造が形成されているとともに、上記単位構造が周期的に形成されている。 Accordingly, three or more types of two-dimensional structures corresponding to the size of the cross section are formed, and the unit structure is formed in the photonic crystal by a combination of these two-dimensional structures, and the unit structure is periodic. Is formed.
　また、上記３種類以上の二次元構造の二次元形状は、互いに異なっている。互いに異なっているとは、任意の基準点に対して、ある二次元構造を形成している各異屈折率領域の中心を同一比率で拡縮しても、他の二次元構造の形状に重なることがない（形状が比例変換されない）との意味である。なお、任意の基準点に対して、上記中心を同一比率で拡縮する図形変換には、回転による図形変換を含まない。 Also, the two-dimensional shapes of the three or more types of two-dimensional structures are different from each other. Being different from each other means that even if the centers of the different refractive index regions forming a certain two-dimensional structure are enlarged or reduced at the same ratio with respect to an arbitrary reference point, they overlap with the shapes of other two-dimensional structures. This means that there is no (the shape is not proportionally converted). It should be noted that the graphic conversion for scaling the above center at the same ratio with respect to an arbitrary reference point does not include graphic conversion by rotation.
　本発明の態様７に係る光電変換素子は、上記態様６において、１つの大きさの断面を備えた上記異屈折率領域が形成している上記固有の二次元構造に含まれた上記多点配置の一部が、他の大きさの断面を備えた上記異屈折率領域によって置き換わっていないことが好ましい。 The photoelectric conversion element according to Aspect 7 of the present invention is the photoelectric conversion element according to Aspect 6, wherein the multi-point arrangement included in the inherent two-dimensional structure formed by the different refractive index region having a cross section of one size is formed. Is preferably not replaced by the different refractive index region having a cross-section of another size.
　上記の構成によれば、異なる大きさの例えば２つの異屈折率領域が同一の格子点へ配置されることを回避できる。したがって、ある二次元構造を形成する異屈折領域が、異なる断面の大きさを備える異屈折率領域によって置き換わることはない。よって、種類の異なる二次元構造同士が光閉じ込めの効果を減少させる影響を小さくすることできるので、光閉じ込めの効果の減少を防止する効果を奏する。 According to the above configuration, for example, two different refractive index regions having different sizes can be prevented from being arranged at the same lattice point. Therefore, a different refractive index region forming a certain two-dimensional structure is not replaced by a different refractive index region having a different cross-sectional size. Therefore, since the influence which the two-dimensional structure from which a kind differs reduces the effect of optical confinement can be made small, there exists an effect which prevents the reduction of the effect of optical confinement.
　本発明の態様８に係る光電変換システム（２０００）は、上記態様１～６のいずれかに記載の光電変換素子（１、１ａ～１ｄ）を少なくとも１つ含む複数の光電変換素子（１００１）がアレイ状に配されており、当該複数の光電変換素子を覆うカバー（１００２）と、上記複数の光電変換素子の何れかに接続されている出力端子（１０１３、１０１４）とを備えた光電変換モジュール（１０００）と、上記光電変換モジュールから供給される電力を受けるパワーコンディショナ（２００３）とを備えることが好ましい。これにより、光電変換の効率が高い光電変換システムを得ることができる。 A photoelectric conversion system (2000) according to Aspect 8 of the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements (1001) including at least one of the photoelectric conversion elements (1, 1a to 1d) according to any one of Aspects 1 to 6. A photoelectric conversion module that is arranged in an array and includes a cover (1002) that covers the plurality of photoelectric conversion elements and an output terminal (1013, 1014) connected to any of the plurality of photoelectric conversion elements. (1000) and a power conditioner (2003) that receives power supplied from the photoelectric conversion module. Thereby, a photoelectric conversion system with high photoelectric conversion efficiency can be obtained.
　本発明の態様９に係る光電変換システム（４０００）は、上記態様１～６のいずれかに記載の光電変換素子（１、１ａ～１ｄ）を少なくとも１つ含む複数の光電変換素子（１００１）がアレイ状に配されており、当該複数の光電変換素子を覆うカバー（１００２）と、上記複数の光電変換素子の何れかに接続されている出力端子（１０１３、１０１４）とを備えた光電変換モジュール（１０００）と、上記光電変換モジュールがアレイ状に複数枚配された光電変換モジュールアレイ（２００１）と、上記光電変換モジュールアレイから供給される電力を受けるパワーコンディショナ（４００３）とを備えることが好ましい。これにより、光電変換の効率が高い光電変換システムを得ることができる。 The photoelectric conversion system (4000) according to the ninth aspect of the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements (1001) including at least one of the photoelectric conversion elements (1, 1a to 1d) according to any one of the first to sixth aspects. A photoelectric conversion module that is arranged in an array and includes a cover (1002) that covers the plurality of photoelectric conversion elements and an output terminal (1013, 1014) connected to any of the plurality of photoelectric conversion elements. (1000), a photoelectric conversion module array (2001) in which a plurality of the photoelectric conversion modules are arranged in an array, and a power conditioner (4003) that receives power supplied from the photoelectric conversion module array. preferable. Thereby, a photoelectric conversion system with high photoelectric conversion efficiency can be obtained.
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
　本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に利用することができる。 The present invention can be used in a photoelectric conversion element and a method for manufacturing a photoelectric conversion element.
　１、１ａ～１ｄ　　　光電変換素子
　４、４ａ～４ｍ　　　異屈折率領域
　５　　　　　　　　　光電変換層
　３、６、９　　　　　透明導電膜
　１０、４０　　　　　誘電体
　４１ｆ、４１ｇ　　　テーパー状突起部
　４２ｆ、４２ｇ　　　柱部
　２ｒ、２ｒ１　　　　直径
　Ｌ、Ｌ１　　　　　　光電変換層の厚み
　Ｐ、Ｐ１　　　　　　異屈折率領域の底面の中心間の距離（ピッチ）
　Ｓ、Ｓ１～Ｓ６　　　フォトニック結晶構造（フォトニック結晶）
　Ｔ、Ｔ１　　　　　　異屈折率領域の高さ
　θ、θ１　　　　　　角度
　１０００　光電変換モジュール
　１００１　光電変換素子
　１００２　カバー
　１０１３，１０１４　出力端子
　２０００　光電変換システム
　２００３，４００３　パワーコンディショナ
　４０００　光電変換システム 1, 1a to 1d Photoelectric conversion element 4, 4a to 4m Different refractive index region 5 Photoelectric conversion layer 3, 6, 9 Transparent conductive film 10, 40 Dielectric 41f, 41g Tapered protrusion 42f, 42g Column 2r, 2r1 Diameter L, L1 Thickness of photoelectric conversion layer P, P1 Distance (pitch) between centers of bottom surfaces of different refractive index regions
S, S1 ~ S6 Photonic crystal structure (photonic crystal)
T, T1 Height of different refractive index regions θ, θ1 Angle 1000 Photoelectric conversion module 1001 Photoelectric conversion element 1002 Cover 1013, 1014 Output terminal 2000 Photoelectric conversion system 2003, 4003 Power conditioner 4000 Photoelectric conversion system

Claims (5)

  1. 　光電変換層を形成する材質の屈折率とは屈折率の異なる異屈折率領域を形成したフォトニック結晶が、上記光電変換層に形成された光電変換素子であって、
    　上記異屈折率領域が、上記光電変換層の面内方向に平行な正方格子の複数の格子点に対応して形成されており、
    　上記異屈折率領域が、上記光電変換層の受光面側から上記光電変換層の内部に位置する先端までテーパー状に形成されているテーパー状突起部を備えたことを特徴とする光電変換素子。     A photonic crystal in which a different refractive index region having a refractive index different from the refractive index of the material forming the photoelectric conversion layer is a photoelectric conversion element formed in the photoelectric conversion layer,
    The different refractive index region is formed corresponding to a plurality of lattice points of a square lattice parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer,
    The photoelectric conversion element, wherein the different refractive index region includes a tapered protrusion formed in a tapered shape from a light receiving surface side of the photoelectric conversion layer to a tip located inside the photoelectric conversion layer.
  2. 　上記異屈折率領域の断面であって、上記光電変換層の受光面側の界面において、当該界面の面内方向に平行な断面を、上記異屈折率領域の底面とした場合、
    　上記底面の形状は円形、多角形または楕円形であり、
    　　上記異屈折率領域は、隣り合う上記異屈折率領域の底面の中心間の距離であるピッチが、１００ｎｍ以上かつ２０００ｎｍ以下であり、
    　　上記光電変換層の上記界面を基準とした上記異屈折率領域の高さが１００ｎｍ以上かつ上記光電変換層の厚み以下であり、
    　　上記底面の直径、または上記多角形の外接円の直径、または上記楕円形の長径または短径が、５０ｎｍ以上かつ上記ピッチよりも短く、
    　　上記光電変換層の厚みがＬの場合、上記テーパー状突起部の傾斜面と上記底面との角度が５．７°以上かつ（ａｒｃｔａｎ（Ｌ/５０）/π）×１８０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。     In the cross section of the different refractive index region, at the interface on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer, a cross section parallel to the in-plane direction of the interface is the bottom surface of the different refractive index region,
    The shape of the bottom surface is circular, polygonal or elliptical,
    In the different refractive index region, a pitch that is a distance between the centers of the bottom surfaces of the adjacent different refractive index regions is 100 nm or more and 2000 nm or less,
    The height of the different refractive index region based on the interface of the photoelectric conversion layer is 100 nm or more and not more than the thickness of the photoelectric conversion layer,
    The diameter of the bottom surface, the diameter of the circumscribed circle of the polygon, or the major axis or minor axis of the ellipse is 50 nm or more and shorter than the pitch,
    When the thickness of the photoelectric conversion layer is L, the angle between the inclined surface of the tapered protrusion and the bottom surface is 5.7 ° or more and (arctan (L / 50) / π) × 180 ° or less. The photoelectric conversion element according to claim 1.
  3. 　上記正方格子の格子定数ｐは、１００ｎｍ≦ｐ＜４５０ｎｍであり、
    　上記異屈折率領域は、上記光電変換層の面内方向に平行な断面において少なくとも３種類以上の大きさを備えており、
    　上記複数の異屈折率領域は、上記面内方向において、断面の大きさの違いに応じた複数種類の固有の二次元構造を形成するように、断面の大きさごとに多点配置され、
    　さらに、上記複数種類の固有の二次元構造の組み合わせによって単位構造が形成されており、
    　上記単位構造内において、上記複数種類の固有の二次元構造は、任意の基準点に対して互いに拡縮しても相似形にはならない形状を備え、
    　上記単位構造が繰り返し形成された周期構造を備えていることを特徴とする請求項１および２に記載の光電変換素子。     The lattice constant p of the square lattice is 100 nm ≦ p <450 nm,
    The different refractive index region has at least three kinds of sizes in a cross section parallel to the in-plane direction of the photoelectric conversion layer,
    The plurality of different refractive index regions are arranged at multiple points for each cross-sectional size so as to form a plurality of types of inherent two-dimensional structures according to the difference in cross-sectional size in the in-plane direction,
    Furthermore, a unit structure is formed by a combination of the above-described two or more types of unique two-dimensional structures,
    In the unit structure, the two or more kinds of unique two-dimensional structures have shapes that do not become similar shapes even if they are expanded or contracted with respect to an arbitrary reference point,
    The photoelectric conversion element according to claim 1, further comprising a periodic structure in which the unit structure is repeatedly formed.
  4. 　１つの大きさの断面を備えた上記異屈折率領域が形成している上記固有の二次元構造に含まれた上記多点配置の一部が、他の大きさの断面を備えた上記異屈折率領域によって置き換わっていないことを特徴とする請求項３に記載の光電変換素子。 A part of the multi-point arrangement included in the inherent two-dimensional structure formed by the different refractive index region having a cross section of one size is the cross refraction having a cross section of another size. The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the photoelectric conversion element is not replaced by a rate region.
  5. 　請求項１～４の何れか１項に記載の光電変換素子を少なくとも１つ含む複数の光電変換素子がアレイ状に配されており、当該複数の光電変換素子を覆うカバーと、上記複数の光電変換素子の何れかに接続されている出力端子とを備えた光電変換モジュールと、
    　上記光電変換モジュールがアレイ状に複数枚配された光電変換モジュールアレイと、
    　上記光電変換モジュールアレイから供給される電力を受けるパワーコンディショナとを備えたことを特徴とする光電変換システム。     A plurality of photoelectric conversion elements including at least one photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4 are arranged in an array, a cover that covers the plurality of photoelectric conversion elements, and the plurality of photoelectric conversion elements A photoelectric conversion module including an output terminal connected to any of the conversion elements;
    A photoelectric conversion module array in which a plurality of the photoelectric conversion modules are arranged in an array;
    A photoelectric conversion system comprising: a power conditioner that receives electric power supplied from the photoelectric conversion module array.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11450706B2 (en) * 2017-10-31 2022-09-20 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Structural body, imaging device and method for manufacturing the structural body

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011163522A2 (en) * 2010-06-23 2011-12-29 Solarity, Inc. Light and carrier collection management photovoltaic structures
JP2013157567A (en) * 2012-01-31 2013-08-15 Kyoto Univ Solar cell
JP2013156585A (en) * 2012-01-31 2013-08-15 Kyoto Univ Two-dimensional photonic crystal

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011163522A2 (en) * 2010-06-23 2011-12-29 Solarity, Inc. Light and carrier collection management photovoltaic structures
JP2013157567A (en) * 2012-01-31 2013-08-15 Kyoto Univ Solar cell
JP2013156585A (en) * 2012-01-31 2013-08-15 Kyoto Univ Two-dimensional photonic crystal

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE ZOYSA MENAKA ET AL.: "18a-A3-7 Formation of Microcrystalline Silicon on Photonic Crystals", 2013 NEN DAI 74 KAI THE JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS SHUKI GAKUJUTSU KOENKAI 'KOEN YOKOSHU [DVD-ROM], 31 August 2013 (2013-08-31) *
J. ZHU ET AL.: "Nanodome Solar Cells with Efficient Light Management and Self-Cleaning", NANO LETTERS, vol. 10, 2010, pages 1979 - 1984, XP002632310, DOI: doi:10.1021/nl9034237 *
Y.TANAKA ET AL.: "Enhancement of broadband optical absorption in photovoltaic devices by band-edge effect of photonic crystals", OPTICS EXPRESS, vol. 21, no. 17, 26 August 2013 (2013-08-26), pages 20111 - 20118 *
YOSHINORI TANAKA ET AL.: "13p-B1-15 Optimization of Photonic Crystal Effect for Enhancement of Optical Absorption in Photovoltaic Devices (VI) ~ Cho Koshi Kozo no Donyu ~", 2012 NEN SHUKI DAI 73 KAI EXTENDED ABSTRACTS; THE JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS [DVD-ROM], 27 August 2012 (2012-08-27) *
YOSUKE KAWAMOTO ET AL.: "29a-C1-2 Enhancing Light-Trapping by Photonic Superlattice and Sensitivity Analysis for Topology Optimization", 2013 NEN DAI 60 KAI JSAP SPRING MEETING 'KOEN YOKOSHU [DVD-ROM], 11 March 2013 (2013-03-11) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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