光起電力装置およびその製造方法
【課題】透光性絶縁基板上に短冊状の単位セルが分離溝を介して直列に接続された構造の光起電力装置においても太陽光をより効率的に吸収することができる光起電力装置を得ること。
【解決手段】絶縁透光性基板２上に、透明導電性材料によって形成される表面電極層１１と、光を電気に変換する半導体材料を含む光電変換層１２と、導電性の材料からなる裏面電極層１４と、を含むセル１０が形成され、セル１０の裏面電極層１４を、隣接するセル１０の光電変換層１２との間に形成された分離溝２２内で、隣接するセル１０の表面電極層１１と接続させて、複数のセル１０が直列に接続された光起電力装置において、少なくとも分離溝２２の側面および底面を被覆するように、屈折率の異なる２種類以上の材料を積層した積層光反射膜１５を備える。
【解決手段】絶縁透光性基板２上に、透明導電性材料によって形成される表面電極層１１と、光を電気に変換する半導体材料を含む光電変換層１２と、導電性の材料からなる裏面電極層１４と、を含むセル１０が形成され、セル１０の裏面電極層１４を、隣接するセル１０の光電変換層１２との間に形成された分離溝２２内で、隣接するセル１０の表面電極層１１と接続させて、複数のセル１０が直列に接続された光起電力装置において、少なくとも分離溝２２の側面および底面を被覆するように、屈折率の異なる２種類以上の材料を積層した積層光反射膜１５を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光エネルギを電気エネルギに変換する光起電力装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の薄膜で構成される光起電力装置では、変換効率を向上させるために、光電変換層に吸収される光を多くすることができる構造のものが求められている。たとえば、光電変換を行う主として半導体層で構成される光電変換層の膜厚を厚くすることで光をより多く吸収できるようにする構造や、光の入射する基板上に凹凸を設けて光を拡散させるようにする構造、基板上または太陽電池の光電変換層内および積層型太陽電池の積層界面に光を拡散、反射させる層を設ける構造などが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このような構造の光起電力装置にあっては、光の入射方向と同方向に吸収されずに透過した光に対しては光の閉じ込め効果を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３，２５８，６８０号公報
【特許文献２】特開２００８−３０５９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、透光性絶縁支持体上に、短冊状に形成した透明電極層を形成し、その上に光電変換層と裏面電極層を積層した後、レーザスクライブ法によって分離溝を形成して複数の短冊状セル領域に分割し、複数の短冊状セル領域を電気的に直列接続した構造の光起電力装置が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。しかし、この特許文献２に記載の光起電力装置の裏面電極層の分離溝に面した側面から洩れる光に対する対策は、従来なされていなかった。その結果、この裏面電極の分離溝に面した側面から漏れた光の分、損失が生じてしまうという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、透光性絶縁基板上に短冊状の単位セルが分離溝を介して直列に接続された構造の光起電力装置においても太陽光をより効率的に吸収することができる光起電力装置およびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明にかかる光起電力装置は、透光性の基板上に、透明導電性材料によって形成される第１の電極層と、光を電気に変換する半導体材料を含む光電変換層と、導電性の材料からなる第２の電極層と、を含むセルが形成され、前記セルの前記第２の電極層を、隣接するセルの前記光電変換層との間に形成された分離溝内で、前記隣接するセルの第１の電極層と接続させて、複数の前記セルが直列に接続された光起電力装置において、少なくとも前記分離溝の側面および底面を被覆するように、屈折率の異なる２種類以上の材料を積層した積層光反射膜を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、分離溝を積層光反射膜で覆うようにしたので、レーザスクライブ法やエッチング法などの方法で分離溝を形成することで露出した光電変換層の側面から横方向に洩れる光を再び光電変換層内に戻すことができる。その結果、発電効率を向上させることができるという効果を有する。また、積層光反射膜を多層膜とすることによって、特定の波長の光に対する反射率を単層の膜の場合よりも高くすることができ、より効果的に光の閉じ込めを行い、発電効率を向上させることができるという効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、この発明の実施の形態による光起電力装置の構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、積層光反射膜の一部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、積層光反射膜の反射率を一般的な光の多重反射モデルで計算した結果を示す図である。
【図４】図４は、アモルファスシリコンの吸収係数を示す図である。
【図５】図５は、シミュレーションで求めたアモルファスシリコン太陽電池の量子効率を示す図である。
【図６−１】図６−１は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。
【図６−２】図６−２は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。
【図６−３】図６−３は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その３）。
【図６−４】図６−４は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その４）。
【図６−５】図６−５は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その５）。
【図６−６】図６−６は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その６）。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる光起電力装置およびその製造方法を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる光起電力装置の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。
【００１０】
図１は、この発明の実施の形態による光起電力装置の構造の一例を模式的に示す断面図である。この光起電力装置１は、ガラス基板や樹脂基板などの絶縁透光性基板２上に複数の単位太陽電池セル（以下、単にセルという）１０が所定の方向（図中では、左右方向）に直列に接続されている。それぞれのセル１０は、表面電極層１１、光電変換層１２、裏面反射層１３および裏面電極層１４が順に積層された光電変換素子によって形成されている。あるセル１０の表面電極層１１は、隣接する一方の（この図１では左隣の）セル１０の裏面電極層１４と接続され、裏面電極層１４は、隣接する他方（この図１では右隣の）セル１０の表面電極層１１と接続される。そして、直列に接続されたセル１０の上面および側面を被覆するように積層光反射膜１５が形成される。
【００１１】
また、たとえば直列方向の両端のセル１０の裏面電極層１４上の一部には積層光反射膜１５を除去して外部電極接続部が設けられ、この外部電極接続部に外部電極１６が形成され、さらに外部電極１６には取出配線１７が取り付けられている。そして、このように形成された絶縁透光性基板２上の光電変換素子は、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）などの封止樹脂１８で封止される。ここで、光電変換層１２が形成される絶縁透光性基板２上の領域をセル形成領域Ｒというものとする。また、この光起電力装置１において、光入射側の面を表面といい、表面とは反対側の面を裏面という。以下に、光電変換素子を構成する各層の詳細について説明する。
【００１２】
表面電極層１１は、酸化亜鉛や酸化錫、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電性材料で構成される。表面電極層１１は、セル１０ごとに分離溝２１によって分離して形成されるが、その形成位置はセル形成領域Ｒとは一致しておらず、自身が属するセル形成領域Ｒの一部と、隣接する（この図の例では、左側に隣接する）セル形成領域Ｒの一部にまたがって形成される。つまり、セル形成領域Ｒには、そのセル形成領域Ｒで機能する表面電極層１１と、隣接するセル形成領域Ｒで機能する表面電極層１１とが、距離をおいて配置されている。たとえばこの図１において、あるセル形成領域Ｒのほぼ左半分の領域にはこのセル１０の光電変換素子の一部を構成する表面電極層１１が形成され、このセル形成領域Ｒの右側端部の領域には右に隣接するセル１０の光電変換素子の一部を構成する表面電極層１１が形成されている。
【００１３】
光電変換層１２は、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合を有し、入射する光によって発電を行う１層のまたは複数層積層された薄膜半導体層を含む層によって構成される。薄膜半導体層として、水素化アモルファスシリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコンゲルマニウム、微結晶シリコンゲルマニウム、アモルファス炭化シリコン、微結晶炭化シリコンなどを用いることができる。さらに、光電変換層１２が、複数の薄膜半導体層の積層膜からなる場合には、異なる薄膜半導体層間に、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電性膜や、不純物をドーピングして導電性を向上させたＳｉＯ2やＳｉＮなどの珪素化合物膜を中間層として挿入してもよい。
【００１４】
裏面反射層１３は、光電変換層１２と裏面電極層１４との間に形成されるので導電膜が好ましく、また、反射率が高いものほど好ましい。たとえば、波長６５０ｎｍにおける垂直入射時の反射率が９０％以上のＡｌやＡｇなどが望ましい。また、可視光領域から近赤外領域にかけてはＡｌよりもＡｇの反射率の方が高いことから、裏面反射層１３としてＡｇを用いることが望ましい。
【００１５】
これらの光電変換層１２と裏面反射層１３は、セル１０ごとに分離溝２２によって分離して形成され、その形成位置はセル形成領域Ｒと一致している。
【００１６】
裏面電極層１４は、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｃｒなどから選ばれる少なくとも１つの導電性材料、または酸化亜鉛、ＩＴＯ、二酸化錫などの透明導電性材料とＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｃｒなどから選ばれる少なくとも１つの導電性材料との積層体によって形成され、光電変換層１２で発電された光電流を収集する機能を有する。
【００１７】
この裏面電極層１４は、セル１０の配列方向の一方の側面（この図１では、右側の側面）の全面にも形成され、分離溝２２の底部で隣接する（この図１では、右側に隣接する）セル１０の表面電極層１１と接続されている。つまり、裏面電極層１４は、セル１０の配列方向の一方の側面をコンフォーマルに被覆している。
【００１８】
積層光反射膜１５は、裏面電極層１４上と、光電変換層１２と裏面反射層１３に形成される分離溝２２の側面を覆うように、複数の材料が積層してなる多層膜によって形成される。たとえば、積層光反射膜１５は、光電変換層１２よりも屈折率の低い第１の材料からなる薄膜、第１の材料よりも屈折率の高い第２の材料からなる薄膜、第１の材料からなる薄膜、・・・というように屈折率の異なる薄膜を交互に複数積層することによって構成される。このように、屈折率の高い材料と低い材料とを交互に積層させることで、高い光閉じ込め効果が得られる。
【００１９】
図２は、積層光反射膜の一部を拡大して模式的に示す断面図である。この図では、裏面電極層１４上と分離溝２２の側面に形成される積層光反射膜１５が、酸化シリコン（ＳｉＯx（ｘ＝１〜２））膜１５１、シリコン（Ｓｉ）膜１５２、窒化シリコン（ＳｉＮx（ｘ＝１〜２））膜１５３からなる場合を示している。なお、窒化シリコン膜１５３に代えて酸窒化シリコン（ＳｉＯＮx（ｘ＝１〜２））膜を用いてもよい。これらの各膜１５１〜１５３の典型的な膜厚は数〜１００ｎｍの範囲である。このような構造の積層光反射膜１５は、光の閉じ込め機能に加えて、裏面電極層１４と封止樹脂１８との間の密着性を向上することができるとともに、酸素や水などによる裏面電極の腐食を防ぐことができる。なお、積層光反射膜１５として使用される材料は、酸化シリコンや窒化シリコン、酸窒化シリコンに限られず、上記の屈折率の条件を満たすものであればよい。
【００２０】
図３は、積層光反射膜の反射率を一般的な光の多重反射モデルで計算した結果を示す図である。ここでは、積層光反射膜１５として、（ａ）７５ｎｍの酸化シリコン膜のみを用いた場合、（ｂ）７５ｎｍの酸化シリコン膜、２５ｎｍのシリコン膜、７５ｎｍの酸化シリコン膜を三層積層した場合、および（ｃ）７５ｎｍの酸化シリコン膜、５０ｎｍのシリコン膜、７５ｎｍの酸化シリコン膜を三層積層した場合のそれぞれの反射率について示している。
【００２１】
この図に示されるように、（ａ）の酸化シリコン膜の場合には、４５０ｎｍ付近で最大の反射率５５％近くを有し、波長が長くなるにつれて反射率が低減し、７００ｎｍで反射率は約１０％となる。一方、（ｂ）の積層膜の場合には、４００ｎｍでは反射率が３０％程度であり、４７０ｎｍ付近で反射率が０になり、５６０ｎｍ付近で最大の反射率６２％近くを有し、波長が長くなるにつれて反射率が低減するが、６３０ｎｍ付近では反射率が５５％程度であり、７００ｎｍでの反射率は３８％程度であり、８００ｎｍでの反射率は１８％程度となっている。また、（ｃ）の積層膜の場合には、４００ｎｍでは反射率が１０％程度であり、５００ｎｍ付近で最大の反射率６５％を有し、波長が長くなるにつれて反射率が低減するが、６５０ｎｍ以上では、（ａ）の酸化シリコン膜とほぼ同様の反射率を示す。
【００２２】
このように、積層させることで高い反射率と波長の選択性が得られることがわかる。また、（ｂ）の積層膜と（ｃ）の積層膜のように膜厚を変化させることで、この波長の選択性を変化させることができるため、適用する光電変換層１２で吸収されにくい波長に適した反射率を有する積層光反射膜１５を設計することで、高い変換効率を有する光起電力装置１を製造することができる。
【００２３】
図４は、アモルファスシリコンの吸収係数を示す図であり、図５は、シミュレーションで求めたアモルファスシリコン太陽電池の量子効率を示す図である。図４で、横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は吸収係数（ｃｍ-1）を示している。また、図５で、横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は量子効率を示している。なお、図４は、"Optical and Electrical Properties of Undoped Microcrystalline Silicon Deposited by the VHF-GD with Different Dilutions of Silane in Hydrogen"（Beck N., Torres P., Fric J., Remes Z., Poruba A., Stuchlikova H. A., Fejfar A., Wyrsch N., Vanecek M., Kocka J., Shah A., MRS Symp., vol. 452, 1997, p.761-766）を参考にしている。
【００２４】
図４に示されるようにアモルファスシリコンでは、吸収係数が１０，０００ｃｍ-1となる波長（約６３０ｎｍ）より長波長の光に対して、光起電力装置の量子効率が０．３をきってしまい、有効に利用できていないことがわかる。そこで、吸収係数が１０，０００ｃｍ-1以下となる波長の光に対して高い反射率を有する積層光反射膜１５を設置することで、従来構造では有効に利用できていなかった光を再び光起電力装置内に戻し、利用することができるようになる。これは、ほかの材料に対しても同様で、光電変換層１２の材料に合わせて積層光反射膜１５の膜厚および構成材料を設計することで反射する光の波長領域を変えることができる。
【００２５】
また、図５から、波長が７２０ｎｍ以下であれば量子効率がある程度大きくなるので、光を電気に変換することができる。この７２０ｎｍでのアモルファスシリコンの吸収係数は、図４より１００ｃｍ-1である。
【００２６】
以上より、光電変換層１２としてアモルファスシリコンを用いる場合には、波長が６３０〜７２０ｎｍ（すなわち、吸収係数が１０，０００〜１００ｃｍ-1）の範囲で反射率がある程度あればよい。たとえば、図３に示される積層光反射膜１５の場合には、波長６３０ｎｍで約５５％の反射率を有し、波長８００ｎｍでも約１８％の反射率を有する（ｂ）の積層膜が、積層光反射膜１５としてより望ましい。
【００２７】
なお、以上の説明は、光電変換層１２としてアモルファスシリコンを用いる場合であり、光電変換層１２に用いる材料によってその値は変化するので、光電変換層１２に用いる材料によって、反射率を高める波長範囲を予め実験によって求めておく必要がある。たとえば、光電変換層１２として微結晶シリコンを用いる場合には、さらに長波長域の光、おおよそ１μｍまでの光を変換することができる。この微結晶シリコンの波長１μｍの場合の吸収係数は、１００ｃｍ-1程度である。そのため、微結晶シリコンの場合には、吸収係数が１０，０００〜１００ｃｍ-1（すなわち、波長が６３０ｎｍ〜１μｍ）の範囲である程度の反射率を有する積層光反射膜１５を用いればよい。
【００２８】
なお、上記の説明における反射率は高ければ高いほどよい。図３の（ｂ）と（ｃ）の積層膜のスペクトルは必ずしも最適なものではないが、たとえば（ｂ）と（ｃ）の積層膜のように、少なくとも６３０ｎｍ（吸収係数で１０，０００ｃｍ-1）で反射率が２０％以上あることが望ましい。また、（ｂ）の積層膜のように６３０〜７２０ｎｍの波長範囲の全域で反射率が３０％以上あることが望ましく、その範囲内に５０％以上の反射率を有することがさらに望ましい。
【００２９】
以上のように、積層光反射膜１５は、光電変換層１２を構成する材料の吸収係数が１０，０００ｃｍ-1以下で、量子効率が０よりも大きくなる波長範囲において、少なくとも２０％以上の反射率を有するものが望ましい。
【００３０】
以上のような構成によって、あるセル１０の裏面電極層１４が、たとえば右に隣接するセル１０の表面電極層１１と分離溝２２内で接続され、あるセル１０の表面電極層１１が左に隣接する他のセル１０の裏面電極層１４と分離溝２２内で接続され、これが繰り返されることによって、複数のセル１０が直列に接続された光起電力装置１が形成される。
【００３１】
ここで、このような構造の光起電力装置１における動作の概略について説明する。絶縁透光性基板２の裏面（セル１０が形成されていない方の面）から太陽光が入射すると、各セル１０の光電変換層１２で自由キャリアが生成され、電流が発生する。各セル１０で発生した電流は表面電極層１１と裏面電極層１４を介して隣接するセル１０に流れ込み、光起電力装置１（モジュール）全体の発電電流を生成する。そして、外部電極１６と取出配線１７を介して光起電力装置１の外部に発電電流（光起電力）が取出される。
【００３２】
また、光電変換層１２で吸収されずに透過した光の一部は、裏面反射層１３で光電変換層１２側に反射される。また、この裏面反射層１３を透過した光は、積層光反射膜１５で光電変換層１２側に反射される。さらに、光電変換層１２に入射して分離溝２２の側面に到達した光も積層光反射膜１５で光電変換層１２側に反射される。これらの裏面反射層１３や積層光反射膜１５で反射された光は、再び光電変換層１２に入射して自由キャリアの生成に寄与する光となる。
【００３３】
つぎに、このような構造の光起電力装置１の製造方法について説明する。図６−１〜図６−６は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
【００３４】
まず、絶縁透光性基板２上に酸化亜鉛、酸化錫、またはＩＴＯなどを含む透明導電性材料からなる表面電極層１１をスパッタ法などの成膜方法によって形成し、フォトリソグラフィ技術やレーザスクライビングなどの方法で、所定の位置に分離溝２１を形成して分離し、パターニングを行う（図６−１）。
【００３５】
ついで、パターニングした表面電極層１１上に、光電変換層１２と裏面反射層１３とを順に形成する（図６−２）。ここで、光電変換層１２は、たとえばｐｉｎ型の三層構造からなるアモルファスシリコン膜などの半導体薄膜からなり、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの成膜法によって形成される。また、裏面反射層１３は、たとえばＡｇやＡｌなどの可視光域から近赤外線領域の反射率が高い膜からなり、スパッタ法や蒸着法などの成膜法によって、形成される。
【００３６】
その後、表面電極層１１間に形成した分離溝２１とほぼ平行となるように、またこの分離溝２１の位置と重ならない裏面反射層１３と光電変換層１２の所定の位置に分離溝２２を、レーザスクライビング法やメカニカルスクライビング法、エッチング法などの方法によってライン状に加工する（図６−３）。
【００３７】
ついで、裏面電極層１４を裏面反射層１３上と分離溝２２を覆うように形成する（図６−４）。裏面電極層１４として反射率が高くかつ電気伝導率の高いＡｇやＡｌなどの導電性材料や、酸化スズやＩＴＯなどの透明導電性材料とＡｇやＡｌの積層膜をスパッタ法などの成膜法によって形成することができる。このとき、裏面電極層１４は、分離溝２２をコンフォーマルに被覆するように形成される。
【００３８】
その後、たとえば絶縁透光性基板２の裏面側からレーザ光を分離溝２２に沿って照射し、分離溝２２の底部と側面部に形成されている裏面電極層１４のうち、一部のみが表面電極層１１と接続されるように、他の部分を除去する（図６−５）。ここでは、分離溝２２の底面部と右側の側面部に形成される裏面電極層１４を除去する。これによって、隣接するセル１０間の裏面電極層１４は電気的に絶縁される。
【００３９】
ついで、直列に接続された両端のセル１０の外部電極接続部の形成領域上に、フィルムなどのカバー３１を設置する。その後、分離溝２２で一部が分離された裏面電極層１４上とカバー３１上に、積層光反射膜１５を、分離溝２２の側面と底面をコンフォーマルに被覆するように形成する（図６−６）。たとえば、積層光反射膜１５が、酸化シリコンとシリコンの積層膜で構成される場合には、プラズマＣＶＤ法で、モノシラン、ジシランといったシラン系ガスに、水素、二酸化炭素を加えたものを原料ガスとして成膜を行うことによって、積層光反射膜を形成することができる。このとき、二酸化炭素の供給のオン／オフを切り替えるといった簡易な操作で、酸化シリコンとシリコンの積層膜を形成することができる。
【００４０】
ついで、カバー３１を除去し、積層光反射膜１５上にたとえばレジストを塗布し、カバー３１を除去した外部電極接続部が開口するようにフォトリソグラフィ法によって開口を設ける。その後、外部電極接続部にＡｇやＡｌなどの金属材料で外部電極１６を形成し、レジストを除去する。最後に、外部電極１６に取出配線１７を設け、封止樹脂１８によって、セル１０を封止することで、図１に示される光起電力装置１が得られる。
【００４１】
なお、外部電極接続部の形成に当たって、積層光反射膜１５の形成前にカバー３１を被せる方法を例示したが、これに限定されるものではない。たとえば、積層光反射膜１５を形成した後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によって、外部電極形成位置に開口を設けたレジストマスクを形成する。そして、レジストマスクを用いて裏面電極層１４が露出するまで積層光反射膜１５のエッチングを行った後、外部電極１６を形成してもよい。
【００４２】
また、上記した積層光反射膜１５の多層構造は一例であり、層構成、積層数、膜厚は適切な反射特性となるように適宜変更可能である。
【００４３】
ところで、従来の光起電力装置の構造においては、光電変換層１２に入射した光がその側面から分離溝２２へと洩れる光を有効利用できていなかった。しかし、この実施の形態のように分離溝２２の側面と底面を覆う積層光反射膜１５を形成したことで、光電変換層１２の側面から分離溝２２へと洩れていた光を、再び光電変換層１２へと戻すことで有効に利用できるとともに、裏面電極層１４の保護を同時に実現することができる。
【００４４】
この実施の形態によれば、セル１０間の光電変換層１２を分離する分離溝２２に積層光反射膜１５を形成したので、光電変換層１２で吸収されずに分離溝２２が形成される側面に到達した光は、再びセル１０内へと戻される。その結果、分離溝２２に反射構造を有さない、従来構造の場合に比して、漏れていた光を有効利用することができるので、セル１０での光電流が増大し、変換効率が向上するという効果を有する。また、積層光反射膜１５によって、裏面電極層１４を保護することができるという効果も有する。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかる光起電力装置は、薄膜で構成される太陽電池に有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 光起電力装置
２ 絶縁透光性基板
１０ セル
１１ 表面電極層
１２ 光電変換層
１３ 裏面反射層
１４ 裏面電極層
１５ 積層光反射膜
１６ 外部電極
１７ 取出配線
１８ 封止樹脂
２１ 分離溝
２２ 分離溝
３１ カバー
１５１ 酸化シリコン膜
１５２ シリコン膜
１５３ 窒化シリコン膜
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光エネルギを電気エネルギに変換する光起電力装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の薄膜で構成される光起電力装置では、変換効率を向上させるために、光電変換層に吸収される光を多くすることができる構造のものが求められている。たとえば、光電変換を行う主として半導体層で構成される光電変換層の膜厚を厚くすることで光をより多く吸収できるようにする構造や、光の入射する基板上に凹凸を設けて光を拡散させるようにする構造、基板上または太陽電池の光電変換層内および積層型太陽電池の積層界面に光を拡散、反射させる層を設ける構造などが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このような構造の光起電力装置にあっては、光の入射方向と同方向に吸収されずに透過した光に対しては光の閉じ込め効果を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３，２５８，６８０号公報
【特許文献２】特開２００８−３０５９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、透光性絶縁支持体上に、短冊状に形成した透明電極層を形成し、その上に光電変換層と裏面電極層を積層した後、レーザスクライブ法によって分離溝を形成して複数の短冊状セル領域に分割し、複数の短冊状セル領域を電気的に直列接続した構造の光起電力装置が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。しかし、この特許文献２に記載の光起電力装置の裏面電極層の分離溝に面した側面から洩れる光に対する対策は、従来なされていなかった。その結果、この裏面電極の分離溝に面した側面から漏れた光の分、損失が生じてしまうという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、透光性絶縁基板上に短冊状の単位セルが分離溝を介して直列に接続された構造の光起電力装置においても太陽光をより効率的に吸収することができる光起電力装置およびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明にかかる光起電力装置は、透光性の基板上に、透明導電性材料によって形成される第１の電極層と、光を電気に変換する半導体材料を含む光電変換層と、導電性の材料からなる第２の電極層と、を含むセルが形成され、前記セルの前記第２の電極層を、隣接するセルの前記光電変換層との間に形成された分離溝内で、前記隣接するセルの第１の電極層と接続させて、複数の前記セルが直列に接続された光起電力装置において、少なくとも前記分離溝の側面および底面を被覆するように、屈折率の異なる２種類以上の材料を積層した積層光反射膜を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、分離溝を積層光反射膜で覆うようにしたので、レーザスクライブ法やエッチング法などの方法で分離溝を形成することで露出した光電変換層の側面から横方向に洩れる光を再び光電変換層内に戻すことができる。その結果、発電効率を向上させることができるという効果を有する。また、積層光反射膜を多層膜とすることによって、特定の波長の光に対する反射率を単層の膜の場合よりも高くすることができ、より効果的に光の閉じ込めを行い、発電効率を向上させることができるという効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、この発明の実施の形態による光起電力装置の構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、積層光反射膜の一部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、積層光反射膜の反射率を一般的な光の多重反射モデルで計算した結果を示す図である。
【図４】図４は、アモルファスシリコンの吸収係数を示す図である。
【図５】図５は、シミュレーションで求めたアモルファスシリコン太陽電池の量子効率を示す図である。
【図６−１】図６−１は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。
【図６−２】図６−２は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。
【図６−３】図６−３は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その３）。
【図６−４】図６−４は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その４）。
【図６−５】図６−５は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その５）。
【図６−６】図６−６は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その６）。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる光起電力装置およびその製造方法を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる光起電力装置の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。
【００１０】
図１は、この発明の実施の形態による光起電力装置の構造の一例を模式的に示す断面図である。この光起電力装置１は、ガラス基板や樹脂基板などの絶縁透光性基板２上に複数の単位太陽電池セル（以下、単にセルという）１０が所定の方向（図中では、左右方向）に直列に接続されている。それぞれのセル１０は、表面電極層１１、光電変換層１２、裏面反射層１３および裏面電極層１４が順に積層された光電変換素子によって形成されている。あるセル１０の表面電極層１１は、隣接する一方の（この図１では左隣の）セル１０の裏面電極層１４と接続され、裏面電極層１４は、隣接する他方（この図１では右隣の）セル１０の表面電極層１１と接続される。そして、直列に接続されたセル１０の上面および側面を被覆するように積層光反射膜１５が形成される。
【００１１】
また、たとえば直列方向の両端のセル１０の裏面電極層１４上の一部には積層光反射膜１５を除去して外部電極接続部が設けられ、この外部電極接続部に外部電極１６が形成され、さらに外部電極１６には取出配線１７が取り付けられている。そして、このように形成された絶縁透光性基板２上の光電変換素子は、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）などの封止樹脂１８で封止される。ここで、光電変換層１２が形成される絶縁透光性基板２上の領域をセル形成領域Ｒというものとする。また、この光起電力装置１において、光入射側の面を表面といい、表面とは反対側の面を裏面という。以下に、光電変換素子を構成する各層の詳細について説明する。
【００１２】
表面電極層１１は、酸化亜鉛や酸化錫、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電性材料で構成される。表面電極層１１は、セル１０ごとに分離溝２１によって分離して形成されるが、その形成位置はセル形成領域Ｒとは一致しておらず、自身が属するセル形成領域Ｒの一部と、隣接する（この図の例では、左側に隣接する）セル形成領域Ｒの一部にまたがって形成される。つまり、セル形成領域Ｒには、そのセル形成領域Ｒで機能する表面電極層１１と、隣接するセル形成領域Ｒで機能する表面電極層１１とが、距離をおいて配置されている。たとえばこの図１において、あるセル形成領域Ｒのほぼ左半分の領域にはこのセル１０の光電変換素子の一部を構成する表面電極層１１が形成され、このセル形成領域Ｒの右側端部の領域には右に隣接するセル１０の光電変換素子の一部を構成する表面電極層１１が形成されている。
【００１３】
光電変換層１２は、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合を有し、入射する光によって発電を行う１層のまたは複数層積層された薄膜半導体層を含む層によって構成される。薄膜半導体層として、水素化アモルファスシリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコンゲルマニウム、微結晶シリコンゲルマニウム、アモルファス炭化シリコン、微結晶炭化シリコンなどを用いることができる。さらに、光電変換層１２が、複数の薄膜半導体層の積層膜からなる場合には、異なる薄膜半導体層間に、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電性膜や、不純物をドーピングして導電性を向上させたＳｉＯ2やＳｉＮなどの珪素化合物膜を中間層として挿入してもよい。
【００１４】
裏面反射層１３は、光電変換層１２と裏面電極層１４との間に形成されるので導電膜が好ましく、また、反射率が高いものほど好ましい。たとえば、波長６５０ｎｍにおける垂直入射時の反射率が９０％以上のＡｌやＡｇなどが望ましい。また、可視光領域から近赤外領域にかけてはＡｌよりもＡｇの反射率の方が高いことから、裏面反射層１３としてＡｇを用いることが望ましい。
【００１５】
これらの光電変換層１２と裏面反射層１３は、セル１０ごとに分離溝２２によって分離して形成され、その形成位置はセル形成領域Ｒと一致している。
【００１６】
裏面電極層１４は、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｃｒなどから選ばれる少なくとも１つの導電性材料、または酸化亜鉛、ＩＴＯ、二酸化錫などの透明導電性材料とＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｃｒなどから選ばれる少なくとも１つの導電性材料との積層体によって形成され、光電変換層１２で発電された光電流を収集する機能を有する。
【００１７】
この裏面電極層１４は、セル１０の配列方向の一方の側面（この図１では、右側の側面）の全面にも形成され、分離溝２２の底部で隣接する（この図１では、右側に隣接する）セル１０の表面電極層１１と接続されている。つまり、裏面電極層１４は、セル１０の配列方向の一方の側面をコンフォーマルに被覆している。
【００１８】
積層光反射膜１５は、裏面電極層１４上と、光電変換層１２と裏面反射層１３に形成される分離溝２２の側面を覆うように、複数の材料が積層してなる多層膜によって形成される。たとえば、積層光反射膜１５は、光電変換層１２よりも屈折率の低い第１の材料からなる薄膜、第１の材料よりも屈折率の高い第２の材料からなる薄膜、第１の材料からなる薄膜、・・・というように屈折率の異なる薄膜を交互に複数積層することによって構成される。このように、屈折率の高い材料と低い材料とを交互に積層させることで、高い光閉じ込め効果が得られる。
【００１９】
図２は、積層光反射膜の一部を拡大して模式的に示す断面図である。この図では、裏面電極層１４上と分離溝２２の側面に形成される積層光反射膜１５が、酸化シリコン（ＳｉＯx（ｘ＝１〜２））膜１５１、シリコン（Ｓｉ）膜１５２、窒化シリコン（ＳｉＮx（ｘ＝１〜２））膜１５３からなる場合を示している。なお、窒化シリコン膜１５３に代えて酸窒化シリコン（ＳｉＯＮx（ｘ＝１〜２））膜を用いてもよい。これらの各膜１５１〜１５３の典型的な膜厚は数〜１００ｎｍの範囲である。このような構造の積層光反射膜１５は、光の閉じ込め機能に加えて、裏面電極層１４と封止樹脂１８との間の密着性を向上することができるとともに、酸素や水などによる裏面電極の腐食を防ぐことができる。なお、積層光反射膜１５として使用される材料は、酸化シリコンや窒化シリコン、酸窒化シリコンに限られず、上記の屈折率の条件を満たすものであればよい。
【００２０】
図３は、積層光反射膜の反射率を一般的な光の多重反射モデルで計算した結果を示す図である。ここでは、積層光反射膜１５として、（ａ）７５ｎｍの酸化シリコン膜のみを用いた場合、（ｂ）７５ｎｍの酸化シリコン膜、２５ｎｍのシリコン膜、７５ｎｍの酸化シリコン膜を三層積層した場合、および（ｃ）７５ｎｍの酸化シリコン膜、５０ｎｍのシリコン膜、７５ｎｍの酸化シリコン膜を三層積層した場合のそれぞれの反射率について示している。
【００２１】
この図に示されるように、（ａ）の酸化シリコン膜の場合には、４５０ｎｍ付近で最大の反射率５５％近くを有し、波長が長くなるにつれて反射率が低減し、７００ｎｍで反射率は約１０％となる。一方、（ｂ）の積層膜の場合には、４００ｎｍでは反射率が３０％程度であり、４７０ｎｍ付近で反射率が０になり、５６０ｎｍ付近で最大の反射率６２％近くを有し、波長が長くなるにつれて反射率が低減するが、６３０ｎｍ付近では反射率が５５％程度であり、７００ｎｍでの反射率は３８％程度であり、８００ｎｍでの反射率は１８％程度となっている。また、（ｃ）の積層膜の場合には、４００ｎｍでは反射率が１０％程度であり、５００ｎｍ付近で最大の反射率６５％を有し、波長が長くなるにつれて反射率が低減するが、６５０ｎｍ以上では、（ａ）の酸化シリコン膜とほぼ同様の反射率を示す。
【００２２】
このように、積層させることで高い反射率と波長の選択性が得られることがわかる。また、（ｂ）の積層膜と（ｃ）の積層膜のように膜厚を変化させることで、この波長の選択性を変化させることができるため、適用する光電変換層１２で吸収されにくい波長に適した反射率を有する積層光反射膜１５を設計することで、高い変換効率を有する光起電力装置１を製造することができる。
【００２３】
図４は、アモルファスシリコンの吸収係数を示す図であり、図５は、シミュレーションで求めたアモルファスシリコン太陽電池の量子効率を示す図である。図４で、横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は吸収係数（ｃｍ-1）を示している。また、図５で、横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は量子効率を示している。なお、図４は、"Optical and Electrical Properties of Undoped Microcrystalline Silicon Deposited by the VHF-GD with Different Dilutions of Silane in Hydrogen"（Beck N., Torres P., Fric J., Remes Z., Poruba A., Stuchlikova H. A., Fejfar A., Wyrsch N., Vanecek M., Kocka J., Shah A., MRS Symp., vol. 452, 1997, p.761-766）を参考にしている。
【００２４】
図４に示されるようにアモルファスシリコンでは、吸収係数が１０，０００ｃｍ-1となる波長（約６３０ｎｍ）より長波長の光に対して、光起電力装置の量子効率が０．３をきってしまい、有効に利用できていないことがわかる。そこで、吸収係数が１０，０００ｃｍ-1以下となる波長の光に対して高い反射率を有する積層光反射膜１５を設置することで、従来構造では有効に利用できていなかった光を再び光起電力装置内に戻し、利用することができるようになる。これは、ほかの材料に対しても同様で、光電変換層１２の材料に合わせて積層光反射膜１５の膜厚および構成材料を設計することで反射する光の波長領域を変えることができる。
【００２５】
また、図５から、波長が７２０ｎｍ以下であれば量子効率がある程度大きくなるので、光を電気に変換することができる。この７２０ｎｍでのアモルファスシリコンの吸収係数は、図４より１００ｃｍ-1である。
【００２６】
以上より、光電変換層１２としてアモルファスシリコンを用いる場合には、波長が６３０〜７２０ｎｍ（すなわち、吸収係数が１０，０００〜１００ｃｍ-1）の範囲で反射率がある程度あればよい。たとえば、図３に示される積層光反射膜１５の場合には、波長６３０ｎｍで約５５％の反射率を有し、波長８００ｎｍでも約１８％の反射率を有する（ｂ）の積層膜が、積層光反射膜１５としてより望ましい。
【００２７】
なお、以上の説明は、光電変換層１２としてアモルファスシリコンを用いる場合であり、光電変換層１２に用いる材料によってその値は変化するので、光電変換層１２に用いる材料によって、反射率を高める波長範囲を予め実験によって求めておく必要がある。たとえば、光電変換層１２として微結晶シリコンを用いる場合には、さらに長波長域の光、おおよそ１μｍまでの光を変換することができる。この微結晶シリコンの波長１μｍの場合の吸収係数は、１００ｃｍ-1程度である。そのため、微結晶シリコンの場合には、吸収係数が１０，０００〜１００ｃｍ-1（すなわち、波長が６３０ｎｍ〜１μｍ）の範囲である程度の反射率を有する積層光反射膜１５を用いればよい。
【００２８】
なお、上記の説明における反射率は高ければ高いほどよい。図３の（ｂ）と（ｃ）の積層膜のスペクトルは必ずしも最適なものではないが、たとえば（ｂ）と（ｃ）の積層膜のように、少なくとも６３０ｎｍ（吸収係数で１０，０００ｃｍ-1）で反射率が２０％以上あることが望ましい。また、（ｂ）の積層膜のように６３０〜７２０ｎｍの波長範囲の全域で反射率が３０％以上あることが望ましく、その範囲内に５０％以上の反射率を有することがさらに望ましい。
【００２９】
以上のように、積層光反射膜１５は、光電変換層１２を構成する材料の吸収係数が１０，０００ｃｍ-1以下で、量子効率が０よりも大きくなる波長範囲において、少なくとも２０％以上の反射率を有するものが望ましい。
【００３０】
以上のような構成によって、あるセル１０の裏面電極層１４が、たとえば右に隣接するセル１０の表面電極層１１と分離溝２２内で接続され、あるセル１０の表面電極層１１が左に隣接する他のセル１０の裏面電極層１４と分離溝２２内で接続され、これが繰り返されることによって、複数のセル１０が直列に接続された光起電力装置１が形成される。
【００３１】
ここで、このような構造の光起電力装置１における動作の概略について説明する。絶縁透光性基板２の裏面（セル１０が形成されていない方の面）から太陽光が入射すると、各セル１０の光電変換層１２で自由キャリアが生成され、電流が発生する。各セル１０で発生した電流は表面電極層１１と裏面電極層１４を介して隣接するセル１０に流れ込み、光起電力装置１（モジュール）全体の発電電流を生成する。そして、外部電極１６と取出配線１７を介して光起電力装置１の外部に発電電流（光起電力）が取出される。
【００３２】
また、光電変換層１２で吸収されずに透過した光の一部は、裏面反射層１３で光電変換層１２側に反射される。また、この裏面反射層１３を透過した光は、積層光反射膜１５で光電変換層１２側に反射される。さらに、光電変換層１２に入射して分離溝２２の側面に到達した光も積層光反射膜１５で光電変換層１２側に反射される。これらの裏面反射層１３や積層光反射膜１５で反射された光は、再び光電変換層１２に入射して自由キャリアの生成に寄与する光となる。
【００３３】
つぎに、このような構造の光起電力装置１の製造方法について説明する。図６−１〜図６−６は、この実施の形態による光起電力装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
【００３４】
まず、絶縁透光性基板２上に酸化亜鉛、酸化錫、またはＩＴＯなどを含む透明導電性材料からなる表面電極層１１をスパッタ法などの成膜方法によって形成し、フォトリソグラフィ技術やレーザスクライビングなどの方法で、所定の位置に分離溝２１を形成して分離し、パターニングを行う（図６−１）。
【００３５】
ついで、パターニングした表面電極層１１上に、光電変換層１２と裏面反射層１３とを順に形成する（図６−２）。ここで、光電変換層１２は、たとえばｐｉｎ型の三層構造からなるアモルファスシリコン膜などの半導体薄膜からなり、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの成膜法によって形成される。また、裏面反射層１３は、たとえばＡｇやＡｌなどの可視光域から近赤外線領域の反射率が高い膜からなり、スパッタ法や蒸着法などの成膜法によって、形成される。
【００３６】
その後、表面電極層１１間に形成した分離溝２１とほぼ平行となるように、またこの分離溝２１の位置と重ならない裏面反射層１３と光電変換層１２の所定の位置に分離溝２２を、レーザスクライビング法やメカニカルスクライビング法、エッチング法などの方法によってライン状に加工する（図６−３）。
【００３７】
ついで、裏面電極層１４を裏面反射層１３上と分離溝２２を覆うように形成する（図６−４）。裏面電極層１４として反射率が高くかつ電気伝導率の高いＡｇやＡｌなどの導電性材料や、酸化スズやＩＴＯなどの透明導電性材料とＡｇやＡｌの積層膜をスパッタ法などの成膜法によって形成することができる。このとき、裏面電極層１４は、分離溝２２をコンフォーマルに被覆するように形成される。
【００３８】
その後、たとえば絶縁透光性基板２の裏面側からレーザ光を分離溝２２に沿って照射し、分離溝２２の底部と側面部に形成されている裏面電極層１４のうち、一部のみが表面電極層１１と接続されるように、他の部分を除去する（図６−５）。ここでは、分離溝２２の底面部と右側の側面部に形成される裏面電極層１４を除去する。これによって、隣接するセル１０間の裏面電極層１４は電気的に絶縁される。
【００３９】
ついで、直列に接続された両端のセル１０の外部電極接続部の形成領域上に、フィルムなどのカバー３１を設置する。その後、分離溝２２で一部が分離された裏面電極層１４上とカバー３１上に、積層光反射膜１５を、分離溝２２の側面と底面をコンフォーマルに被覆するように形成する（図６−６）。たとえば、積層光反射膜１５が、酸化シリコンとシリコンの積層膜で構成される場合には、プラズマＣＶＤ法で、モノシラン、ジシランといったシラン系ガスに、水素、二酸化炭素を加えたものを原料ガスとして成膜を行うことによって、積層光反射膜を形成することができる。このとき、二酸化炭素の供給のオン／オフを切り替えるといった簡易な操作で、酸化シリコンとシリコンの積層膜を形成することができる。
【００４０】
ついで、カバー３１を除去し、積層光反射膜１５上にたとえばレジストを塗布し、カバー３１を除去した外部電極接続部が開口するようにフォトリソグラフィ法によって開口を設ける。その後、外部電極接続部にＡｇやＡｌなどの金属材料で外部電極１６を形成し、レジストを除去する。最後に、外部電極１６に取出配線１７を設け、封止樹脂１８によって、セル１０を封止することで、図１に示される光起電力装置１が得られる。
【００４１】
なお、外部電極接続部の形成に当たって、積層光反射膜１５の形成前にカバー３１を被せる方法を例示したが、これに限定されるものではない。たとえば、積層光反射膜１５を形成した後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によって、外部電極形成位置に開口を設けたレジストマスクを形成する。そして、レジストマスクを用いて裏面電極層１４が露出するまで積層光反射膜１５のエッチングを行った後、外部電極１６を形成してもよい。
【００４２】
また、上記した積層光反射膜１５の多層構造は一例であり、層構成、積層数、膜厚は適切な反射特性となるように適宜変更可能である。
【００４３】
ところで、従来の光起電力装置の構造においては、光電変換層１２に入射した光がその側面から分離溝２２へと洩れる光を有効利用できていなかった。しかし、この実施の形態のように分離溝２２の側面と底面を覆う積層光反射膜１５を形成したことで、光電変換層１２の側面から分離溝２２へと洩れていた光を、再び光電変換層１２へと戻すことで有効に利用できるとともに、裏面電極層１４の保護を同時に実現することができる。
【００４４】
この実施の形態によれば、セル１０間の光電変換層１２を分離する分離溝２２に積層光反射膜１５を形成したので、光電変換層１２で吸収されずに分離溝２２が形成される側面に到達した光は、再びセル１０内へと戻される。その結果、分離溝２２に反射構造を有さない、従来構造の場合に比して、漏れていた光を有効利用することができるので、セル１０での光電流が増大し、変換効率が向上するという効果を有する。また、積層光反射膜１５によって、裏面電極層１４を保護することができるという効果も有する。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかる光起電力装置は、薄膜で構成される太陽電池に有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 光起電力装置
２ 絶縁透光性基板
１０ セル
１１ 表面電極層
１２ 光電変換層
１３ 裏面反射層
１４ 裏面電極層
１５ 積層光反射膜
１６ 外部電極
１７ 取出配線
１８ 封止樹脂
２１ 分離溝
２２ 分離溝
３１ カバー
１５１ 酸化シリコン膜
１５２ シリコン膜
１５３ 窒化シリコン膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の基板上に、透明導電性材料によって形成される第１の電極層と、光を電気に変換する半導体材料を含む光電変換層と、導電性の材料からなる第２の電極層と、を含むセルが形成され、前記セルの前記第２の電極層を、隣接するセルの前記光電変換層との間に形成された分離溝内で、前記隣接するセルの第１の電極層と接続させて、複数の前記セルが直列に接続された光起電力装置において、
少なくとも前記分離溝の側面および底面を被覆するように、屈折率の異なる２種類以上の材料を積層した積層光反射膜を備えることを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
前記積層光反射膜は、前記セルの前記第２の電極層上にも形成されることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記積層光反射膜は、前記光電変換層で吸収されにくい波長の光を選択的に反射する材料、膜厚、および積層数を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記光電変換層は、それぞれｐｉｎ構造を有する１つ以上の半導体薄膜からなり、
前記積層光反射膜は、前記光電変換層の吸収係数が１０，０００〜１００ｃｍ-1に対応する波長領域で２０％以上の反射率を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光起電力装置。
【請求項５】
前記積層光反射膜は、前記半導体材料よりも屈折率の低い低屈折率材料と、前記低屈折率材料よりも屈折率の高い高屈折率材料と、が複数積層した多層膜によって構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光起電力装置。
【請求項６】
前記低屈折率材料は、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンを主成分とする誘電体膜であり、
前記高屈折率材料は、前記誘電体膜よりも屈折率の高いＳｉを主成分とする半導体膜であることを特徴とする請求項５に記載の光起電力装置。
【請求項７】
透光性の基板上に、透明導電性材料からなる膜を形成し、各セル間を分離するようにパターニングして前記各セルの第１の電極層を形成する第１の工程と、
前記第１の電極層を形成した前記基板上に、半導体材料を含む光電変換層を形成する第２の工程と、
前記セルごとに光電変換層を分離する分離溝を形成する第３の工程と、
前記光電変換層の上面と、前記分離溝の側面および底面に導電性材料層を形成し、隣接するセル間の前記導電性材料層を分離して第２の電極層を形成する第４の工程と、
前記半導体材料で吸収されにくい光を反射するように構成された複数の材料を積層した積層光反射膜を、少なくとも前記分離溝の底面と側面を被複するように形成する第５の工程と、
を含むことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
【請求項１】
透光性の基板上に、透明導電性材料によって形成される第１の電極層と、光を電気に変換する半導体材料を含む光電変換層と、導電性の材料からなる第２の電極層と、を含むセルが形成され、前記セルの前記第２の電極層を、隣接するセルの前記光電変換層との間に形成された分離溝内で、前記隣接するセルの第１の電極層と接続させて、複数の前記セルが直列に接続された光起電力装置において、
少なくとも前記分離溝の側面および底面を被覆するように、屈折率の異なる２種類以上の材料を積層した積層光反射膜を備えることを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
前記積層光反射膜は、前記セルの前記第２の電極層上にも形成されることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記積層光反射膜は、前記光電変換層で吸収されにくい波長の光を選択的に反射する材料、膜厚、および積層数を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記光電変換層は、それぞれｐｉｎ構造を有する１つ以上の半導体薄膜からなり、
前記積層光反射膜は、前記光電変換層の吸収係数が１０，０００〜１００ｃｍ-1に対応する波長領域で２０％以上の反射率を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光起電力装置。
【請求項５】
前記積層光反射膜は、前記半導体材料よりも屈折率の低い低屈折率材料と、前記低屈折率材料よりも屈折率の高い高屈折率材料と、が複数積層した多層膜によって構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光起電力装置。
【請求項６】
前記低屈折率材料は、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンを主成分とする誘電体膜であり、
前記高屈折率材料は、前記誘電体膜よりも屈折率の高いＳｉを主成分とする半導体膜であることを特徴とする請求項５に記載の光起電力装置。
【請求項７】
透光性の基板上に、透明導電性材料からなる膜を形成し、各セル間を分離するようにパターニングして前記各セルの第１の電極層を形成する第１の工程と、
前記第１の電極層を形成した前記基板上に、半導体材料を含む光電変換層を形成する第２の工程と、
前記セルごとに光電変換層を分離する分離溝を形成する第３の工程と、
前記光電変換層の上面と、前記分離溝の側面および底面に導電性材料層を形成し、隣接するセル間の前記導電性材料層を分離して第２の電極層を形成する第４の工程と、
前記半導体材料で吸収されにくい光を反射するように構成された複数の材料を積層した積層光反射膜を、少なくとも前記分離溝の底面と側面を被複するように形成する第５の工程と、
を含むことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【図６−５】
【図６−６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【図６−５】
【図６−６】
【公開番号】特開２０１０−２７８１４８（Ｐ２０１０−２７８１４８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２８０３３（Ｐ２００９−１２８０３３）
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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