薄膜太陽電池およびその製造方法
【課題】光の有効利用が可能な、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池およびその製造方法を得ること。
【解決手段】透光性基板１上に、透明導電膜からなる第１電極層２と、光電変換を行う第１光電変換層３と、中間層４と、光電変換を行う第２光電変換層５と、第２電極層７と、をこの順で有する薄膜太陽電池であって、前記第１光電変換層３の光入射側に複数の凹凸からなる第１のテクスチャ構造２ａが形成され、前記第２光電変換層５の光入射側であって前記第１光電変換層３と前記第２光電変換層５との間に複数の凹凸からなる第２のテクスチャ構造４ａが形成され、前記第１のテクスチャ構造２ａにおける前記凹凸の形成間隔Ｐ１が前記第２光電変換層５で光電変換に用いる光の波長よりも短く、前記第２のテクスチャ構造４ａにおける前記凹凸の形成間隔Ｐ２が前記第１のテクスチャ構造２ａにおける前記凹凸の形成間隔Ｐ１よりも長い。
【解決手段】透光性基板１上に、透明導電膜からなる第１電極層２と、光電変換を行う第１光電変換層３と、中間層４と、光電変換を行う第２光電変換層５と、第２電極層７と、をこの順で有する薄膜太陽電池であって、前記第１光電変換層３の光入射側に複数の凹凸からなる第１のテクスチャ構造２ａが形成され、前記第２光電変換層５の光入射側であって前記第１光電変換層３と前記第２光電変換層５との間に複数の凹凸からなる第２のテクスチャ構造４ａが形成され、前記第１のテクスチャ構造２ａにおける前記凹凸の形成間隔Ｐ１が前記第２光電変換層５で光電変換に用いる光の波長よりも短く、前記第２のテクスチャ構造４ａにおける前記凹凸の形成間隔Ｐ２が前記第１のテクスチャ構造２ａにおける前記凹凸の形成間隔Ｐ１よりも長い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光電変換素子層を有する薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の積層型薄膜太陽電池では、透明導電膜の表面に適切な凹凸形状によるテクスチャ構造をつけて基板に製膜し、その上に複数の光電変換層を積層しこれを電気的に直列接続している。そして、半導体バンドギャップが異なる複数の光電変換層を積層することにより、入射した太陽光の短波長から長波長までの広い波長の光を吸収することが可能となる。
【０００３】
通常、光入射側に短波長領域の光を吸収する光電変換層が、裏面電極側に高波長領域の光を吸収する光電変換層が配され、入射した太陽光は、短波長から順に吸収されていく。このとき、入射した太陽光は、透明導電膜と光電変換層との屈折率の差および透明導電膜の表面に形成された凹凸によって屈折する。これにより、光電変換層での光路長を増加させることによって、積層型薄膜太陽電池の発電効率を上げている。
【０００４】
積層型薄膜太陽電池では、透明導電膜の上に第１光電変換層や中間層、第２光電変換層を製膜するため、第１光電変換層、中間層、第２光電変換層の表面に形成される凹凸は、透明導電膜の表面に形成された凹凸と周期は同じであるが高低差が鈍った状態となる。このため、中間膜から第２光電変換層へ太陽光が浸入する際に、太陽光の屈折が不十分である、反射が起こる、などの状態が生じる。
【０００５】
そこで、第２光電変換層側から光が入射する積層型光電変換素子において、第１電極層と光入射側の第２電極層とに挟持された少なくとも２層の光電変換素子層および少なくとも１層の中間層からなる積層型光電変換素子において、光電変換素子層に挟持された中間層および該中間層の第１電極側に隣接する光電変換素子層がそれらの光入射側の各表面に凹凸を有し、かつ前記光電変換素子層が前記中間層より大きい平均高低差の凹凸を有することにより第２光電変換層で利用する光が第１光電変換層と中間層の界面で反射することを抑制して第２光電変換層での光電変換効率を上げる技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−６９０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術によれば第１光電変換層と第２光電変換層との平均高低差を変えることによる反射防止効果は期待できるが、第１光電変換層の凹凸の形成間隔と第２光電変換層の凹凸の形成間隔（周期）とが同じ場合は、凹凸の形成間隔によっては、第１光電変換層で光電変換に用いる波長の太陽光のみならず第２光電変換層で光電変換に用いる波長の太陽光も屈折し、第２光電変換層で光電変換に用いる波長の太陽光の光路長が第１光電変換層において長くなり損失が起こる。
【０００８】
また、第１光電変換層の凹凸の形成間隔を、第２光電変換層で光電変換に用いる波長の太陽光は透過し、且つ第１光電変換層で光電変換に用いる波長の太陽光が屈折するように設定すると、中間層と第２光電変換層との凹凸の形成間隔もこれと同じとなる。このため、第２光電変換層においても、光電変換に用いる波長の太陽光が屈折せずに透過するため光路長が短くなり、光電変換効率が低下する。すなわち、第１光電変換層と第２光電変換層とにおけるテクスチャ構造の凹凸の形成間隔に関しては考慮されていない。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光の有効利用が可能な、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池は、透光性基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、光電変換を行う第２光電変換層と、第２電極層と、をこの順で有する薄膜太陽電池であって、前記第１光電変換層の光入射側に複数の凹凸からなる第１のテクスチャ構造が形成され、前記第２光電変換層の光入射側であって前記第１光電変換層と前記第２光電変換層との間に複数の凹凸からなる第２のテクスチャ構造が形成され、前記第１のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔が前記第２光電変換層で光電変換に用いる光の波長よりも短く、前記第２のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔が前記第１のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔よりも長いこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、各光電変換層が光電変換に用いる光の波長に合わせて各光電変換層の光入射側のテクスチャにおける凹凸形成間隔を変更することにより、各光電変換層で光電変換に寄与する波長の太陽光の光路長が長くなり光電変換効率が向上し、太陽光の有効利用が可能な、光電変換効率に優れた積層型薄膜太陽電池が得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池である積層型薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池における太陽光の透過と散乱の関係を示す模式図である。
【図３−１】図３−１は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図３−２】図３−２は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図３−３】図３−３は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図３−４】図３−４は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図３−５】図３−５は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池である積層型薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池における太陽光の透過と散乱の関係を示す模式図である。
【図６−１】図６−１は、本発明の実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図６−２】図６−２は、本発明の実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図６−３】図６−３は、本発明の実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図６−４】図６−４は、本発明の実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図６−５】図６−５は、本発明の実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池である積層型薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる積層型薄膜太陽電池は、透光性基板１、透光性基板１上に形成され第１電極層となる前面透明電極層２、前面透明電極層２上に形成された第１の薄膜半導体層である第１光電変換層３、第１光電変換層３上に形成された中間層４、中間層４上に形成された第２の薄膜半導体層である第２光電変換層５、第２光電変換層５上に形成された裏面透明導電膜６、裏面透明導電膜６上に形成された第２電極層となる裏面電極層７、が順次積層された構造を有する。この積層型薄膜太陽電池においては、透光性基板１側が太陽光５０の入射する光入射側である。
【００１５】
透光性基板１としては、ガラス、ポリイミドまたはポリビニルなどの耐熱性を有する透光性樹脂、またはこれらが積層されたものなどを適宜用いることができるが、光透過性が高く、太陽電池全体を構造的に支持し得るものであれば特に限定されない。また、これらの表面に、透過性の高い金属膜、透明導電膜、絶縁膜を成膜したものであっても良い。
【００１６】
前面透明電極層２は、透光性導電材料からなり、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＩＴＯ等の透明性導電膜を用いることができる。なお、前面透明電極層２の膜中に微量の不純物が添加されていてもよい。たとえば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が主成分である場合には５×１０２０〜５×１０２１ｃｍ−３程度のガリウム（Ｇａ）やアルミニウム（Ａｌ）やボロン（Ｂ）といった第IIIＢ族元素、または銅（Ｃｕ）のような第IV族元素が含有されることにより抵抗率が低減するため、電極として使用するのに適している。前面透明電極層２の製法は、スパッタリング法、常圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、減圧ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、電子ビーム蒸着法、ゾルゲル法、電析法、スプレー法等の公知の方法によって作製できる。
【００１７】
また、前面透明電極層２における第１光電変換層３側の表面（前面透明電極層２と第１光電変換層３との界面）には、光散乱用のテクスチャ構造２ａ（以下、テクスチャ２ａと呼ぶ）として凹凸が形成されている。光散乱用のテクスチャ２ａの凹凸は、前面透明電極層２の面内方向において所定の凹凸形成間隔Ｐ１で周期的に形成されている。そして、凹凸形成間隔Ｐ１は第２光電変換層５で光電変換に用いられる光の波長よりも短くされている。
【００１８】
ここで、光散乱用のテクスチャ２ａの凹凸の高さとは、凹凸の平均高低差である。また、光散乱用のテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１とは、テクスチャ２ａの凹凸での前面透明電極層２の面内方向における隣接する凸部の頂点位置間の距離（または隣接する凹部の底部位置間の距離）である。このテクスチャにより光の散乱・屈折が生じ、前面導電膜以下の光電変換層内での光閉じ込め効果が得られ、短絡電流密度の向上を図ることができる。また、光散乱用のテクスチャ２ａの凹凸の高さと凹凸形成間隔Ｐ１とのアスペクト比（高さ／凹凸形成間隔Ｐ１）は１〜１／４の範囲が好ましい。
【００１９】
このテクスチャの形成方法については特に限定されないが、透光性基板１または前面透明電極層２の表面にドライエッチング、またはウェットエッチングなどを施すことにより形成することができる。ドライエッチングでは、たとえばプラズマ放電によりエッチングガスをイオン化またはラジカル化して照射し、物理的または化学的にエッチングして凹凸を形成することができる。物理的なエッチングにはエッチングガスとしてアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスが用いられる。また、化学的エッチングでは、たとえばエッチングガスとしてフッ素系ガスである四フッ化メタン（ＣＦ４）、六フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）、塩素系ガスである四塩化炭素（ＣＣｌ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）などが用いられる。
【００２０】
ウェットエッチングとしては、透光性基板１または前面透明電極層２を、酸またはアルカリ溶液中に浸漬する方法などを用いることができる。この際、使用できる酸溶液としては塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸、酢酸、蟻酸、過塩素酸等のうちの１種、または２種以上の混合物が挙げられる。
【００２１】
また、サンドブラストのような機械加工を行うことによってもテクスチャ形成が可能である。さらに、上述のようなエッチング法を用いずに、ＣＶＤ法による透明導電膜堆積時に、透明導電膜材料の結晶成長により形成される表面凹凸をテクスチャとして利用する方法、およびゾルゲル法やスプレー法による透明導電膜形成時の結晶粒径に依存した凹凸をテクスチャとして利用する方法等が使用可能である。
【００２２】
光電変換層としては、受光面側（透光性基板１）から順番に第１光電変換層３、第２光電変換層５が配置される。第１光電変換層３および第２光電変換層５の膜厚は、たとえば５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が好ましい。なお、本実施の形態では、光電変換層として、第１光電変換層３および第２光電変換層５の２つの光電変換層を備える例を示しているが、本発明において光電変換層の積層数は２つに限定されず、２つ以上の複数層を積層した構成とすることができ、少なくとも２つの光電変換層の間に中間層を狭持した構成とすることができる。この場合は、光電変換層は受光面側から順番に第１光電変換層、第２光電変換層、第３光電変換層・・・の順に、複数の光電変換層が積層され、少なくとも２つの光電変換層の間に中間層が狭持される。
【００２３】
積層型薄膜太陽電池における光電変換層はシリコン系、化合物系を問わず半導体光電変換層であり、たとえばｐ型半導体層、ｉ型（真性）半導体層、ｎ型半導体層の各半導体層を有するｐｉｎ接合構造またはｐ型半導体層とｎ型半導体層とのＰＮ接合により構成される。第１光電変換層３は、たとえば図示しないｐ型半導体層、ｉ型（真性）半導体層、およびｎ型半導体層が受光面側から順次積層形成されている。また、第２光電変換層５は、たとえば図示しないｐ型半導体層、ｉ型（真性）半導体層、およびｎ型半導体層が受光面側から順次積層形成されている。なお、真性半導体層は、光電変機能を損なわない限り、弱いｐ型、ｎ型の導電性を示すものであってもよい。
【００２４】
ここで、半導体光電変換層とは、アモルファス酸化シリコン（ａ−ＳｉＯ）、アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、シリコン（Ｓｉ）ナノドット、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、ナノ結晶シリコン（ｎｃ−Ｓｉ）などのシリコン系、およびＣＩＧＳ（Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２）等の化合物系、ゲルマニウム（Ｇｅ）のいずれかを主成分とする母材からなり、それぞれの半導体に適したアクセプタまたはドナーが添加されてｐ型またはｎ型を形成し、ｐｉｎ構造を構成する３つの半導体層からなる光電変換層を意味する。これらの製法としては、ＣＶＤ法が一般的である。ＣＶＤ法としては、常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、ホットワイヤーＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ法等が挙げられる。
【００２５】
第１光電変換層３は、主に短波長領域の光を吸収して光電変換を行う光電変換層であり、たとえば太陽光の吸収波長領域が短いアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系の材料からなることが好ましい。このような半導体光電変換層としては、アモルファス酸化シリコン（ａ−ＳｉＯ）、アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等が挙げられる。本実施の形態においては、第１光電変換層３にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を使用する場合について説明する。
【００２６】
第２光電変換層５は、主に第１光電変換層３よりも高波長領域の光を吸収して光電変換を行う光電変換層であり、たとえば吸収する太陽光の吸収波長領域が長いアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）等が挙げられる。本実施の形態においては、第２光電変換層５にシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を使用する場合について説明する。
【００２７】
なお、３つ以上の複数の光電変換層を積層する場合は、光電変換層は受光面側から順番に第１光電変換層、第２光電変換層、第３光電変換層・・・の順に、複数の光電変換層が積層され、少なくとも２つの光電変換層の間に中間層が狭持される。そして、第１光電変換層、第２光電変換層、第３光電変換層・・・の順に、吸収する光の波長域が長くなる。
【００２８】
中間層４は、隣接する第１光電変換層３と第２光電変換層５との間に狭持され、第１光電変換層３と屈折率が異なり、導電性が高く、光吸収が少ない材料、たとえば導電性酸化物やドープト酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、ドープト（ＳｉＮｘ）などからなることが好ましい。また、中間層４の膜厚は、たとえば８０ｎｍ〜２００ｎｍ程度が好ましい。本実施の形態では、中間層４にドープト酸化シリコン（ＳｉＯｘ）を使用する。
【００２９】
隣接する第１光電変換層３と屈折率の異なる中間層４を設けることにより、その界面における光反射を大きくさせて、第１光電変換層３へ反射される光量を増加させることにより第１光電変換層３で発生する光電流を増大させることができる。このとき中間層４の酸化シリコンの屈折率は、第１光電変換層３の屈折率に対してより小さい方が、第１光電変換層３への光反射を大きくすることができる。
【００３０】
また、中間層４の光吸収係数は、小さいほど好ましく、光吸収がないことがより好ましい。中間層４で吸収されなかった光は、第２光電変換層５へ到達し、第２光電変換層５において光電流を発生させるために有効に利用されるからである。
【００３１】
また、中間層４における第２光電変換層５側の表面（中間層４と第２光電変換層５との界面）には光散乱用のテクスチャ構造４ａ（以下、テクスチャ４ａと呼ぶ）として凹凸が形成されている。光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸は、中間層４の面内方向において所定の凹凸形成間隔Ｐ２で形成されている。そして、凹凸形成間隔Ｐ２は、テクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くされている。
【００３２】
ここで、光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸の高さとは、凹凸の平均高低差である。また、光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸形成間隔Ｐ２とは、光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸での前面透明電極層２の面内方向における隣接する凸部の頂点位置間の距離（または隣接する凹部の底部位置間の距離）である。このテクスチャにより光の散乱・屈折が生じ、前面導電膜以下の光電変換層内での光閉じ込め効果が得られ、短絡電流密度の向上を図ることができる。また、光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸の高さと凹凸形成間隔Ｐ２とのアスペクト比（高さ／凹凸形成間隔Ｐ２）は１〜１／４の範囲が好ましい。
【００３３】
このテクスチャの形成方法については特に限定されないが、中間層４の表面にドライエッチング、またはウェットエッチングなどを施すことにより形成することができる。たとえば、中間層４を製膜した後に、任意の間隔（Ｐ２）のパターンでレジストを塗布し、これをマスクとして中間層４の表面をウェットエッチングすることで、中間層４の表面に凹凸を形成して光散乱用のテクスチャを形成することができる。また、中間層４を製膜した後に、任意の間隔（Ｐ２）のパターンを有するドライエッチング用マスクを用いて中間層４の表面をドライエッチングすることで、中間層４の表面に凹凸を形成して、光散乱用のテクスチャ４ａを形成することができる。
【００３４】
裏面透明導電膜６は、透光性導電材料からなり、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＩＴＯ等の透明性導電膜を用いることができる。なお、裏面透明導電膜６の膜中に微量の不純物が添加されていてもよい。たとえば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が主成分である場合には所定量のガリウム（Ｇａ）やアルミニウム（Ａｌ）やボロン（Ｂ）といった第IIIＢ族元素、または銅（Ｃｕ）のような第IV族元素が含有されることにより抵抗率が低減するため、電極として使用するのに適している。裏面透明導電膜６の製法は、スパッタリング法、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法、ゾルゲル法、電析法、スプレー法等の公知の方法によって作製できる。
【００３５】
裏面電極層７は、裏面電極として機能するとともに、光電変換層で吸収されなかった光を反射して再度光電変換層に戻す反射層として機能するため、光電変換効率の向上に寄与する。したがって、裏面電極層７は、光反射率が大きく導電率が高い程好ましい。裏面電極層７は、たとえば可視光反射率の高い銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）もしくはパラジウムなどの金属材料、またはこれらの金属材料の合金、これらの金属材料の窒化物、これらの金属材料の酸化物などにより形成することができる。なお、これらの裏面電極層７の具体的材料は特に限定されるものではなく、周知の材料から適宜に選択して用いることができる。
【００３６】
図２は、上記のように構成された実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池における太陽光の透過と散乱の関係を示す模式図である。アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる第１光電変換層３では、およそ３５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長の太陽光５１が光電変換に利用され、特に約５００ｎｍ付近の波長の太陽光５１の光電変換効率が高い。そこで、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池では、第１光電変換層３で光電変換に用いられる太陽光５１をテクスチャ２ａで屈折させるために、前面透明電極層２における第１光電変換層３側の界面に形成する光散乱用のテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１を、第１光電変換層３で光電変換に利用する太陽光５１の波長と同レベル〜１／２の範囲、すなわち２５０ｎｍ〜５００ｎｍに設定している。
【００３７】
このような周期構造を有するテクスチャ２ａを備えることにより、第１光電変換層３において光電変換に用いられる太陽光５１（およそ３５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長の太陽光）はテクスチャ２ａの界面、すなわち、第１光電変換層３における光入射側界面において屈折して第１光電変換層３に入射する。これにより、第１光電変換層３における太陽光５１の光路長が長くなり、光電変換効率を向上させることができる。なお、第１光電変換層３で光電変換に利用される太陽光５１のテクスチャ２ａにおける反射を防止するためには、テクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１は２５０ｎｍ〜３５０ｎｍ程度が好ましい。
【００３８】
また、第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２（およそ５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の太陽光）は、第１光電変換層３で用いる光よりも波長が長いため、テクスチャ２ａの界面で屈せずせずに第１光電変換層３に入射する。これにより、第１光電変換層３における太陽光５２の光路長を短くでき、第１光電変換層における太陽光５２の吸収損失を低減でき、光電変換効率を向上させることができる。
【００３９】
一方、シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）からなる第２光電変換層５では、およそ５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の太陽光が光電変換に利用され、特に約７００ｎｍ付近の波長の太陽光５１の光電変換効率が高い。そこで、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池では、第２光電変換層５で光電変換に用いられる太陽光５２をテクスチャ４ａで屈折させるために、中間層４における第２光電変換層５側の界面に形成する光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸形成間隔Ｐ２を、第２光電変換層５で光電変換に利用する太陽光５２の波長と同レベル〜１／２の範囲、すなわち３５０ｎｍ〜７００ｎｍに設定している。
【００４０】
このような周期構造を有するテクスチャ４ａを備えることにより、第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２（およそ５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の太陽光）はテクスチャ４ａの界面、すなわち、第２光電変換層５における光入射側である中間層４と第２光電変換層５との界面において屈折して第２光電変換層５に入射する。これにより、第２光電変換層５における太陽光５２の光路長が長くなり、光電変換効率を向上させることができる。なお、第２光電変換層５で光電変換に利用される太陽光５２のテクスチャ４ａにおける反射を防止するためには、テクスチャ４ａの凹凸形成間隔Ｐ２は３５０ｎｍ〜６００ｎｍ程度が好ましい。
【００４１】
上述したように、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池においては、第１光電変換層３の光入射側であって前面透明電極層２における第１光電変換層３側の表面（前面透明電極層２と第１光電変換層３との界面）に形成された光散乱用のテクスチャ２ａと、第２光電変換層５の光入射側であって中間層４における第２光電変換層５側の表面（中間層４と第２光電変換層５との界面）に形成された光散乱用のテクスチャ４ａと、を備える。そして、テクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１が第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２の波長よりも短く、且つテクスチャ４ａの凹凸形成間隔Ｐ２がテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長く設定されている。
【００４２】
このような構成を有することにより、入射した太陽光のうち、第１光電変換層３で光電変換に用いられる波長の光（太陽光５１）は、第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａにより屈折して第１光電変換層３に斜めから入射するため光路長が長くなり発電効率が上がる。また、第２光電変換層５で光電変換に用いられる波長の光（太陽光５２）は第１光電変換層３で光電変換に用いられる光よりも波長が長いため、第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａでは屈折せずに透過し、第１光電変換層３を通過する際の光路が最短となるため、第１光電変換層３内での吸収損失を防ぐことができる。さらに、第２光電変換層５の光入射側のテクスチャ４ａの凹凸形成間隔Ｐ２を第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くして第２光電変換層５で光電変換に用いる光を屈折させて第２光電変換層に斜めに入射させるため、第２光電変換層５での光路長が長くなり、光電変換効率が向上する。
【００４３】
したがって、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池によれば、各光電変換層が光電変換に用いる光の波長に合わせて各光電変換層の光入射側のテクスチャにおける凹凸形成間隔を変更することにより、各光電変換層で光電変換に寄与する波長の太陽光の光路長が長くなり光電変換効率が向上し、太陽光の有効利用が可能な、光電変換効率に優れた積層型薄膜太陽電池が実現されている。
【００４４】
次に、上記のように構成された本実施の形態にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法について図３−１〜図３−５を参照して説明する。図３−１〜図３−５は、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【００４５】
まず、透光性基板１を用意する。ここでは、透光性基板１としてたとえば平板状の白板ガラスを用いる。この透光性基板１上に前面透明電極層２を公知の方法で形成する。たとえば、透光性基板１上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜からなる前面透明電極層２をスパッタリング法により形成する。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。そして、たとえばウェットエッチングにより前面透明電極層２の表面に光散乱用のテクスチャ２ａとして凹凸を所定の凹凸形成間隔Ｐ１で形成する（図３−１）。
【００４６】
次に、前面透明電極層２上に第１光電変換層３を公知の方法で形成する（図３−２）。たとえば、第１光電変換層３としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる図示しないｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層をプラズマＣＶＤ法により前面透明電極層２上に順次積層形成する。なお、第１光電変換層３の表面は、前面透明電極層２の表面と同等の凹凸形状とされている。
【００４７】
次に、第１光電変換層３上の全面に中間層４を公知の方法で形成する。たとえば、中間層４としてドープト酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜をプラズマＣＶＤ法により第１光電変換層３上に形成する。この時点では、中間層４の表面は、第１光電変換層３の表面と同等の凹凸形状、すなわち前面透明電極層２の表面と同等の凹凸形状とされており、中間層４の表面凹凸は、前面透明電極層２の表面と同等の凹凸形成間隔を有する。
【００４８】
続いて、たとえばウェットエッチングにより中間層４の表面に光散乱用のテクスチャ４ａとして凹凸を所定の凹凸形成間隔Ｐ２で周期的に形成する。これにより、テクスチャ２ａと異なる所定の凹凸形成間隔Ｐ２で形成されたテクスチャ４ａを表面に有する中間層４が得られる（図３−３）。
【００４９】
次に、中間層４上に第２光電変換層５を公知の方法で形成する（図３−４）。たとえば、第２光電変換層５としてシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）からなる図示しないｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層をプラズマＣＶＤ法により中間層４上に順次積層形成する。
【００５０】
次に、第２光電変換層５上に裏面透明導電膜６を公知の方法で形成する。たとえば、第２光電変換層５上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜からなる裏面透明導電膜６をスパッタリング法により形成する。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。
【００５１】
続いて、裏面透明導電膜６上に裏面電極層７を公知の方法で形成する。たとえば、裏面透明導電膜６上に高反射率を有する銀（Ａｇ）膜からなる裏面電極層７をスパッタリング法により形成する（図３−５）。以上の処理により、図１に示す本実施の形態にかかる積層型薄膜太陽電池が得られる。
【００５２】
上述したように、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法においては、第１光電変換層３の光入射側であって前面透明電極層２における第１光電変換層３側の表面（前面透明電極層２と第１光電変換層３との界面）に、凹凸形成間隔Ｐ１が第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２の波長よりも短くなるように、光散乱用のテクスチャ２ａを形成する。そして、第２光電変換層５の光入射側であって中間層４における第２光電変換層５側の表面（中間層４と第２光電変換層５との界面）に、凹凸形成間隔Ｐ２がテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くなるように、光散乱用のテクスチャ４ａを形成する。
【００５３】
このような光散乱用のテクスチャ２ａおよびテクスチャ４ａを形成することにより、入射した太陽光のうち、第１光電変換層３で光電変換に用いられる波長の光（太陽光５１）は、第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａにより屈折して第１光電変換層３に斜めから入射するため光路長が長くなり発電効率が上がる。また、第２光電変換層５で光電変換に用いられる波長の光（太陽光５２）は第１光電変換層３で光電変換に用いられる光よりも波長が長いため、第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａでは屈折せずに透過し、第１光電変換層３を通過する際の光路が最短となるため、第１光電変換層３内での吸収損失を防ぐことができる。さらに、第２光電変換層５の光入射側のテクスチャ４ａの凹凸形成間隔Ｐ２を第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くして第２光電変換層５で光電変換に用いる光を屈折させて第２光電変換層に斜めに入射させるため、第２光電変換層５での光路長が長くなり、光電変換効率が向上する。
【００５４】
したがって、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法によれば、各光電変換層が光電変換に用いる光の波長に合わせて各光電変換層の光入射側のテクスチャにおける凹凸形成間隔を変更することにより、各光電変換層で光電変換に寄与する波長の太陽光の光路長が長くなり光電変換効率が向上し、太陽光の有効利用が可能な、光電変換効率に優れた積層型薄膜太陽電池を作製することができる。
【００５５】
なお、上述した実施の形態においては光電変換層が２層である場合について説明したが、本発明を３層以上の光電変換層が積層された積層型薄膜太陽電池に適用した場合においても、上記と同様に本発明の効果が得られる。
【００５６】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、中間層４の表面の光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸形成間隔をテクスチャ２ａの凹凸形成間隔と異ならせることにより、第２光電変換層５の光入射側のテクスチャの凹凸形成間隔Ｐ２が第１光電変換層３の光入射側のテクスチャの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くなるように構成したが、第１光電変換層３と中間層４との界面の光散乱用のテクスチャの凹凸形成間隔をテクスチャ２ａの凹凸形成間隔と異ならせてもよい。
【００５７】
図４は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池である積層型薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図４に示すように、本実施の形態にかかる積層型薄膜太陽電池は、透光性基板１、透光性基板１上に形成され第１電極層となる前面透明電極層２、前面透明電極層２上に形成された第１の薄膜半導体層である第１光電変換層３、第１光電変換層３上に形成された中間層４、中間層４上に形成された第２の薄膜半導体層である第２光電変換層５、第２光電変換層５上に形成された裏面透明導電膜６、裏面透明導電膜６上に形成された第２電極層となる裏面電極層７、が順次積層された構造を有する。この積層型薄膜太陽電池においては、透光性基板１側が太陽光５０の入射する光入射側である。
【００５８】
なお、図４においては、実施の形態１と同様の部材については図１と同じ符号を付すことにより、詳細な説明は省略する。以下では、実施の形態１と異なる部分について説明する。
【００５９】
第１光電変換層３は、中間層４側の表面（第１光電変換層３と中間層４との界面）には光散乱用のテクスチャ３ａ（以下、テクスチャ３ａと呼ぶ）として凹凸が形成されている。光散乱用のテクスチャ３ａの凹凸は、第１光電変換層３の面内方向において所定の凹凸形成間隔Ｐ３で形成されている。そして、凹凸形成間隔Ｐ３は、テクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くされている。
【００６０】
ここで、光散乱用のテクスチャ３ａの凹凸の高さとは、凹凸の平均高低差である。また、光散乱用のテクスチャ３ａの凹凸形成間隔Ｐ３とは、光散乱用のテクスチャ３ａ凹凸での第１光電変換層３の面内方向における隣接する凸部の頂点位置間の距離（または隣接する凹部の底部位置間の距離）である。このテクスチャにより光の散乱・屈折が生じ、前面導電膜以下の光電変換層内での光閉じ込め効果が得られ、短絡電流密度の向上を図ることができる。また、光散乱用のテクスチャ３ａの凹凸の高さと凹凸形成間隔Ｐ３とのアスペクト比（高さ／凹凸形成間隔Ｐ３）は１〜１／４の範囲が好ましい。
【００６１】
図５は、上記のように構成された実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池における太陽光の透過と散乱の関係を示す模式図である。アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる第１光電変換層３では、およそ３５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長の太陽光５１が光電変換に利用され、特に約５００ｎｍ付近の波長の太陽光５１の光電変換効率が高い。そこで、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池では、第１光電変換層３で光電変換に用いられる太陽光５１をテクスチャ２ａで屈折させるために、前面透明電極層２における第１光電変換層３側の界面に形成する光散乱用のテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１を、第１光電変換層３で光電変換に利用する太陽光５１の波長と同レベル〜１／２の範囲、すなわち２５０ｎｍ〜５００ｎｍに設定している。
【００６２】
このような周期構造を有するテクスチャ２ａを備えることにより、第１光電変換層３において光電変換に用いられる太陽光５１（およそ３５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長の太陽光）はテクスチャ２ａの界面、すなわち、第１光電変換層３における光入射側界面において屈折して第１光電変換層３に入射する。これにより、第１光電変換層３における太陽光５１の光路長が長くなり、光電変換効率を向上させることができる。なお、第１光電変換層３で光電変換に利用される太陽光５１のテクスチャ２ａにおける反射を防止するためには、テクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１は２５０ｎｍ〜３５０ｎｍ程度が好ましい。
【００６３】
また、第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２（およそ５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の太陽光）は、第１光電変換層３で用いる光よりも波長が長いため、テクスチャ２ａの界面で屈せずせずに第１光電変換層３に入射する。これにより、第１光電変換層３における太陽光５２の光路長を短くでき、第１光電変換層における太陽光５２の吸収損失を低減でき、光電変換効率を向上させることができる。
【００６４】
一方、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）からなる第２光電変換層５では、およそ５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の太陽光が光電変換に利用され、特に約７００ｎｍ付近の波長の太陽光５１の光電変換効率が高い。そこで、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池では、第２光電変換層５で光電変換に用いられる太陽光５２をテクスチャ３ａで屈折させるために、第１光電変換層３における中間層４の界面に形成する光散乱用のテクスチャ３ａの凹凸形成間隔Ｐ３を、第２光電変換層５で光電変換に利用する太陽光５２の波長と同レベル〜１／２の範囲、すなわち３５０ｎｍ〜７００ｎｍに設定している。
【００６５】
このような周期構造を有するテクスチャ３ａを備えることにより、第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２（およそ５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の太陽光）はテクスチャ３ａの界面、すなわち、第２光電変換層５における光入射側であって第１光電変換層３と中間層４との界面において屈折して第２光電変換層５に入射する。これにより、第２光電変換層５における太陽光５２の光路長が長くなり、光電変換効率を向上させることができる。なお、第２光電変換層５で光電変換に利用される太陽光５２のテクスチャ３ａにおける反射を防止するためには、テクスチャ３ａの凹凸形成間隔Ｐ３は３５０ｎｍ〜６００ｎｍ程度が好ましい。
【００６６】
上述したように、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池においては、第１光電変換層３の光入射側であって前面透明電極層２における第１光電変換層３側の表面（前面透明電極層２と第１光電変換層３との界面）に形成された光散乱用のテクスチャ２ａと、第２光電変換層５の光入射側であって第１光電変換層３における中間層４側の表面（第１光電変換層３と中間層４との界面）に形成された光散乱用のテクスチャ３ａと、を備える。そして、テクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１が第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２の波長よりも短く、且つテクスチャ３ａの凹凸形成間隔Ｐ３がテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長く設定されている。
【００６７】
このような構成を有することにより、入射した太陽光のうち、第１光電変換層３で光電変換に用いられる波長の光（太陽光５１）は、第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａにより屈折して第１光電変換層３に斜めから入射するため光路長が長くなり発電効率が上がる。また、第２光電変換層５で光電変換に用いられる波長の光（太陽光５２）は第１光電変換層３で光電変換に用いられる光よりも波長が長いため、第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａでは屈折せずに透過し、第１光電変換層３を通過する際の光路が最短となるため、第１光電変換層３内での吸収損失を防ぐことができる。さらに、第２光電変換層５の光入射側のテクスチャ３ａの凹凸形成間隔Ｐ３を第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くして第２光電変換層５で光電変換に用いる光を屈折させて第２光電変換層に斜めに入射させるため、第２光電変換層５での光路長が長くなり、光電変換効率が向上する。
【００６８】
したがって、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池によれば、各光電変換層が光電変換に用いる光の波長に合わせて各光電変換層の光入射側のテクスチャにおける凹凸形成間隔を変更することにより、各光電変換層で光電変換に寄与する波長の太陽光の光路長が長くなり光電変換効率が向上し、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池と同様に、太陽光の有効利用が可能な、光電変換効率に優れた積層型薄膜太陽電池が実現されている。
【００６９】
次に、上記のように構成された本実施の形態にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法について図６−１〜図６−５を参照して説明する。図６−１〜図６−５は、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【００７０】
まず、透光性基板１を用意する。ここでは、透光性基板１としてたとえば平板状の白板ガラスを用いる。この透光性基板１上に前面透明電極層２を公知の方法で形成する。たとえば、透光性基板１上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜からなる前面透明電極層２をスパッタリング法により形成する。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。そして、たとえばウェットエッチングにより前面透明電極層２の表面に光散乱用のテクスチャ２ａとして凹凸を所定の凹凸形成間隔Ｐ１で形成する（図６−１）。
【００７１】
次に、前面透明電極層２上に、表面に光散乱用のテクスチャ３ａを有する第１光電変換層３を形成する（図６−２）。たとえば、第１光電変換層３としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる図示しないｐ型半導体層およびｉ型半導体層をプラズマＣＶＤ法により前面透明電極層２上に順次積層形成する。次に、任意の間隔（Ｐ３）のパターンでレジストを塗布し、これをマスクとしてｉ型半導体層の表面をウェットエッチングすることで、ｉ型半導体層の表面に光散乱用のテクスチャ３ａとして凹凸を所定の凹凸形成間隔Ｐ３で形成する。続いて、ｉ型半導体層にイオン注入を行ってｉ型半導体層の表面をｎ型半導体層に改質する。これにより、テクスチャ２ａと異なる所定の凹凸形成間隔Ｐ３で形成された光散乱用のテクスチャ３ａを表面に有する第１光電変換層３を形成することができる。
【００７２】
次に、第１光電変換層３上の全面に中間層４を公知の方法で形成する。たとえば、中間層４としてドープト酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜をプラズマＣＶＤ法により第１光電変換層３上に形成する（図６−３）。
【００７３】
次に、中間層４上に第２光電変換層５を公知の方法で形成する（図６−４）。たとえば、第２光電変換層５としてアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）からなる図示しないｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層をプラズマＣＶＤ法により中間層４上に順次積層形成する。
【００７４】
次に、第２光電変換層５上に裏面透明導電膜６を公知の方法で形成する。たとえば、第２光電変換層５上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜からなる裏面透明導電膜６をスパッタリング法により形成する。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。
【００７５】
続いて、裏面透明導電膜６上に裏面電極層７を公知の方法で形成する。たとえば、裏面透明導電膜６上に高反射率を有する銀（Ａｇ）膜からなる裏面電極層７をスパッタリング法により形成する（図６−５）。以上の処理により、図４に示す本実施の形態にかかる積層型薄膜太陽電池が得られる。
【００７６】
上述したように、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法においては、第１光電変換層３の光入射側であって前面透明電極層２における第１光電変換層３側の表面（前面透明電極層２と第１光電変換層３との界面）に、凹凸形成間隔Ｐ１が第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２の波長よりも短くなるように、光散乱用のテクスチャ２ａを形成する。そして、第２光電変換層５の光入射側であって第１光電変換層３における中間層４側の表面（第１光電変換層３と中間層４との界面）に、凹凸形成間隔Ｐ３がテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くなるように、光散乱用のテクスチャ３ａを形成する。
【００７７】
このような光散乱用のテクスチャ２ａおよびテクスチャ３ａを形成することにより、第１光電変換層３には該第１光電変換層３で光電変換に用いられる太陽光５１のみが屈折して入射し、第２光電変換層５には該第２光電変換層５で光電変換に用いられる太陽光５２が屈折して入射する。これにより、それぞれの光電変換層においては、各光電変換層で光電変換に寄与する波長の太陽光の光路長が長くなり光電変換効率が向上する。一方、第１光電変換層３においては、該第１光電変換層３で光電変換に寄与しない波長の太陽光５２は屈折せずに透過するため第１光電変換層３における光路長が短くなる。これにより、第１光電変換層３での吸収損失を低減することができ、より多くの太陽光５２が第２光電変換層５に入射されるため、光電効率が向上する。
【００７８】
したがって、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法によれば、各光電変換層が光電変換に用いる光の波長に合わせて各光電変換層の光入射側のテクスチャにおける凹凸形成間隔を変更することにより、各光電変換層で光電変換に寄与する波長の太陽光の光路長が長くなり光電変換効率が向上し、実施の形態１と同様に、太陽光の有効利用が可能な、光電変換効率に優れた積層型薄膜太陽電池を作製することができる。
【００７９】
なお、上述した実施の形態では光電変換層として第１光電変換層３と第２光電変換層５とを備える場合について説明しているが、３層以上の光電変換層が積層された構造を有する積層型薄膜太陽電池の場合は、上記の第１光電変換層３を「第Ｘ光電変換層」と、上記の第２光電変換層５を「第（Ｘ＋１）光電変換層」と読み替えて一般化することができる。ここで、Ｘは積層された複数の光電変換層のうちの受光面からの順番を表す。そして、このような積層型薄膜太陽電池において、「第Ｘ光電変換層」と「第（Ｘ＋１）光電変換層」とに関して上記と同様の構造を採用することにより、上述した本発明の効果を得ることが可能である。
【００８０】
また、上述した実施の形態では第１光電変換層３において光電変換に用いられる太陽光５１が光散乱用のテクスチャ２ａにより屈折する場合について説明したが、第１光電変換層３の光入射側であって透光性基板１の表面（透光性基板１と前面透明電極層２との界面）に形成された光散乱用のテクスチャにより太陽光５１が屈折する構成とすることも可能である。この場合においても上述した本発明の効果を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池は、光を有効利用した光電変換効率に優れた薄膜太陽電池の実現に有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 透光性基板
２ 前面透明電極層
２ａ テクスチャ構造
３ 光電変換層
３ａ テクスチャ構造
４ 中間層
４ａ テクスチャ構造
５ 光電変換層
６ 裏面透明導電膜
７ 裏面電極層
５０ 太陽光
５１ 太陽光
５２ 太陽光
Ｐ１ 凹凸形成間隔
Ｐ２ 凹凸形成間隔
Ｐ３ 凹凸形成間隔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光電変換素子層を有する薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の積層型薄膜太陽電池では、透明導電膜の表面に適切な凹凸形状によるテクスチャ構造をつけて基板に製膜し、その上に複数の光電変換層を積層しこれを電気的に直列接続している。そして、半導体バンドギャップが異なる複数の光電変換層を積層することにより、入射した太陽光の短波長から長波長までの広い波長の光を吸収することが可能となる。
【０００３】
通常、光入射側に短波長領域の光を吸収する光電変換層が、裏面電極側に高波長領域の光を吸収する光電変換層が配され、入射した太陽光は、短波長から順に吸収されていく。このとき、入射した太陽光は、透明導電膜と光電変換層との屈折率の差および透明導電膜の表面に形成された凹凸によって屈折する。これにより、光電変換層での光路長を増加させることによって、積層型薄膜太陽電池の発電効率を上げている。
【０００４】
積層型薄膜太陽電池では、透明導電膜の上に第１光電変換層や中間層、第２光電変換層を製膜するため、第１光電変換層、中間層、第２光電変換層の表面に形成される凹凸は、透明導電膜の表面に形成された凹凸と周期は同じであるが高低差が鈍った状態となる。このため、中間膜から第２光電変換層へ太陽光が浸入する際に、太陽光の屈折が不十分である、反射が起こる、などの状態が生じる。
【０００５】
そこで、第２光電変換層側から光が入射する積層型光電変換素子において、第１電極層と光入射側の第２電極層とに挟持された少なくとも２層の光電変換素子層および少なくとも１層の中間層からなる積層型光電変換素子において、光電変換素子層に挟持された中間層および該中間層の第１電極側に隣接する光電変換素子層がそれらの光入射側の各表面に凹凸を有し、かつ前記光電変換素子層が前記中間層より大きい平均高低差の凹凸を有することにより第２光電変換層で利用する光が第１光電変換層と中間層の界面で反射することを抑制して第２光電変換層での光電変換効率を上げる技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−６９０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術によれば第１光電変換層と第２光電変換層との平均高低差を変えることによる反射防止効果は期待できるが、第１光電変換層の凹凸の形成間隔と第２光電変換層の凹凸の形成間隔（周期）とが同じ場合は、凹凸の形成間隔によっては、第１光電変換層で光電変換に用いる波長の太陽光のみならず第２光電変換層で光電変換に用いる波長の太陽光も屈折し、第２光電変換層で光電変換に用いる波長の太陽光の光路長が第１光電変換層において長くなり損失が起こる。
【０００８】
また、第１光電変換層の凹凸の形成間隔を、第２光電変換層で光電変換に用いる波長の太陽光は透過し、且つ第１光電変換層で光電変換に用いる波長の太陽光が屈折するように設定すると、中間層と第２光電変換層との凹凸の形成間隔もこれと同じとなる。このため、第２光電変換層においても、光電変換に用いる波長の太陽光が屈折せずに透過するため光路長が短くなり、光電変換効率が低下する。すなわち、第１光電変換層と第２光電変換層とにおけるテクスチャ構造の凹凸の形成間隔に関しては考慮されていない。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光の有効利用が可能な、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池は、透光性基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、光電変換を行う第２光電変換層と、第２電極層と、をこの順で有する薄膜太陽電池であって、前記第１光電変換層の光入射側に複数の凹凸からなる第１のテクスチャ構造が形成され、前記第２光電変換層の光入射側であって前記第１光電変換層と前記第２光電変換層との間に複数の凹凸からなる第２のテクスチャ構造が形成され、前記第１のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔が前記第２光電変換層で光電変換に用いる光の波長よりも短く、前記第２のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔が前記第１のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔よりも長いこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、各光電変換層が光電変換に用いる光の波長に合わせて各光電変換層の光入射側のテクスチャにおける凹凸形成間隔を変更することにより、各光電変換層で光電変換に寄与する波長の太陽光の光路長が長くなり光電変換効率が向上し、太陽光の有効利用が可能な、光電変換効率に優れた積層型薄膜太陽電池が得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池である積層型薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池における太陽光の透過と散乱の関係を示す模式図である。
【図３−１】図３−１は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図３−２】図３−２は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図３−３】図３−３は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図３−４】図３−４は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図３−５】図３−５は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池である積層型薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池における太陽光の透過と散乱の関係を示す模式図である。
【図６−１】図６−１は、本発明の実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図６−２】図６−２は、本発明の実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図６−３】図６−３は、本発明の実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図６−４】図６−４は、本発明の実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図６−５】図６−５は、本発明の実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池である積層型薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる積層型薄膜太陽電池は、透光性基板１、透光性基板１上に形成され第１電極層となる前面透明電極層２、前面透明電極層２上に形成された第１の薄膜半導体層である第１光電変換層３、第１光電変換層３上に形成された中間層４、中間層４上に形成された第２の薄膜半導体層である第２光電変換層５、第２光電変換層５上に形成された裏面透明導電膜６、裏面透明導電膜６上に形成された第２電極層となる裏面電極層７、が順次積層された構造を有する。この積層型薄膜太陽電池においては、透光性基板１側が太陽光５０の入射する光入射側である。
【００１５】
透光性基板１としては、ガラス、ポリイミドまたはポリビニルなどの耐熱性を有する透光性樹脂、またはこれらが積層されたものなどを適宜用いることができるが、光透過性が高く、太陽電池全体を構造的に支持し得るものであれば特に限定されない。また、これらの表面に、透過性の高い金属膜、透明導電膜、絶縁膜を成膜したものであっても良い。
【００１６】
前面透明電極層２は、透光性導電材料からなり、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＩＴＯ等の透明性導電膜を用いることができる。なお、前面透明電極層２の膜中に微量の不純物が添加されていてもよい。たとえば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が主成分である場合には５×１０２０〜５×１０２１ｃｍ−３程度のガリウム（Ｇａ）やアルミニウム（Ａｌ）やボロン（Ｂ）といった第IIIＢ族元素、または銅（Ｃｕ）のような第IV族元素が含有されることにより抵抗率が低減するため、電極として使用するのに適している。前面透明電極層２の製法は、スパッタリング法、常圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、減圧ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、電子ビーム蒸着法、ゾルゲル法、電析法、スプレー法等の公知の方法によって作製できる。
【００１７】
また、前面透明電極層２における第１光電変換層３側の表面（前面透明電極層２と第１光電変換層３との界面）には、光散乱用のテクスチャ構造２ａ（以下、テクスチャ２ａと呼ぶ）として凹凸が形成されている。光散乱用のテクスチャ２ａの凹凸は、前面透明電極層２の面内方向において所定の凹凸形成間隔Ｐ１で周期的に形成されている。そして、凹凸形成間隔Ｐ１は第２光電変換層５で光電変換に用いられる光の波長よりも短くされている。
【００１８】
ここで、光散乱用のテクスチャ２ａの凹凸の高さとは、凹凸の平均高低差である。また、光散乱用のテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１とは、テクスチャ２ａの凹凸での前面透明電極層２の面内方向における隣接する凸部の頂点位置間の距離（または隣接する凹部の底部位置間の距離）である。このテクスチャにより光の散乱・屈折が生じ、前面導電膜以下の光電変換層内での光閉じ込め効果が得られ、短絡電流密度の向上を図ることができる。また、光散乱用のテクスチャ２ａの凹凸の高さと凹凸形成間隔Ｐ１とのアスペクト比（高さ／凹凸形成間隔Ｐ１）は１〜１／４の範囲が好ましい。
【００１９】
このテクスチャの形成方法については特に限定されないが、透光性基板１または前面透明電極層２の表面にドライエッチング、またはウェットエッチングなどを施すことにより形成することができる。ドライエッチングでは、たとえばプラズマ放電によりエッチングガスをイオン化またはラジカル化して照射し、物理的または化学的にエッチングして凹凸を形成することができる。物理的なエッチングにはエッチングガスとしてアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスが用いられる。また、化学的エッチングでは、たとえばエッチングガスとしてフッ素系ガスである四フッ化メタン（ＣＦ４）、六フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）、塩素系ガスである四塩化炭素（ＣＣｌ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）などが用いられる。
【００２０】
ウェットエッチングとしては、透光性基板１または前面透明電極層２を、酸またはアルカリ溶液中に浸漬する方法などを用いることができる。この際、使用できる酸溶液としては塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸、酢酸、蟻酸、過塩素酸等のうちの１種、または２種以上の混合物が挙げられる。
【００２１】
また、サンドブラストのような機械加工を行うことによってもテクスチャ形成が可能である。さらに、上述のようなエッチング法を用いずに、ＣＶＤ法による透明導電膜堆積時に、透明導電膜材料の結晶成長により形成される表面凹凸をテクスチャとして利用する方法、およびゾルゲル法やスプレー法による透明導電膜形成時の結晶粒径に依存した凹凸をテクスチャとして利用する方法等が使用可能である。
【００２２】
光電変換層としては、受光面側（透光性基板１）から順番に第１光電変換層３、第２光電変換層５が配置される。第１光電変換層３および第２光電変換層５の膜厚は、たとえば５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が好ましい。なお、本実施の形態では、光電変換層として、第１光電変換層３および第２光電変換層５の２つの光電変換層を備える例を示しているが、本発明において光電変換層の積層数は２つに限定されず、２つ以上の複数層を積層した構成とすることができ、少なくとも２つの光電変換層の間に中間層を狭持した構成とすることができる。この場合は、光電変換層は受光面側から順番に第１光電変換層、第２光電変換層、第３光電変換層・・・の順に、複数の光電変換層が積層され、少なくとも２つの光電変換層の間に中間層が狭持される。
【００２３】
積層型薄膜太陽電池における光電変換層はシリコン系、化合物系を問わず半導体光電変換層であり、たとえばｐ型半導体層、ｉ型（真性）半導体層、ｎ型半導体層の各半導体層を有するｐｉｎ接合構造またはｐ型半導体層とｎ型半導体層とのＰＮ接合により構成される。第１光電変換層３は、たとえば図示しないｐ型半導体層、ｉ型（真性）半導体層、およびｎ型半導体層が受光面側から順次積層形成されている。また、第２光電変換層５は、たとえば図示しないｐ型半導体層、ｉ型（真性）半導体層、およびｎ型半導体層が受光面側から順次積層形成されている。なお、真性半導体層は、光電変機能を損なわない限り、弱いｐ型、ｎ型の導電性を示すものであってもよい。
【００２４】
ここで、半導体光電変換層とは、アモルファス酸化シリコン（ａ−ＳｉＯ）、アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、シリコン（Ｓｉ）ナノドット、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、ナノ結晶シリコン（ｎｃ−Ｓｉ）などのシリコン系、およびＣＩＧＳ（Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２）等の化合物系、ゲルマニウム（Ｇｅ）のいずれかを主成分とする母材からなり、それぞれの半導体に適したアクセプタまたはドナーが添加されてｐ型またはｎ型を形成し、ｐｉｎ構造を構成する３つの半導体層からなる光電変換層を意味する。これらの製法としては、ＣＶＤ法が一般的である。ＣＶＤ法としては、常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、ホットワイヤーＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ法等が挙げられる。
【００２５】
第１光電変換層３は、主に短波長領域の光を吸収して光電変換を行う光電変換層であり、たとえば太陽光の吸収波長領域が短いアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系の材料からなることが好ましい。このような半導体光電変換層としては、アモルファス酸化シリコン（ａ−ＳｉＯ）、アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等が挙げられる。本実施の形態においては、第１光電変換層３にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を使用する場合について説明する。
【００２６】
第２光電変換層５は、主に第１光電変換層３よりも高波長領域の光を吸収して光電変換を行う光電変換層であり、たとえば吸収する太陽光の吸収波長領域が長いアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）等が挙げられる。本実施の形態においては、第２光電変換層５にシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を使用する場合について説明する。
【００２７】
なお、３つ以上の複数の光電変換層を積層する場合は、光電変換層は受光面側から順番に第１光電変換層、第２光電変換層、第３光電変換層・・・の順に、複数の光電変換層が積層され、少なくとも２つの光電変換層の間に中間層が狭持される。そして、第１光電変換層、第２光電変換層、第３光電変換層・・・の順に、吸収する光の波長域が長くなる。
【００２８】
中間層４は、隣接する第１光電変換層３と第２光電変換層５との間に狭持され、第１光電変換層３と屈折率が異なり、導電性が高く、光吸収が少ない材料、たとえば導電性酸化物やドープト酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、ドープト（ＳｉＮｘ）などからなることが好ましい。また、中間層４の膜厚は、たとえば８０ｎｍ〜２００ｎｍ程度が好ましい。本実施の形態では、中間層４にドープト酸化シリコン（ＳｉＯｘ）を使用する。
【００２９】
隣接する第１光電変換層３と屈折率の異なる中間層４を設けることにより、その界面における光反射を大きくさせて、第１光電変換層３へ反射される光量を増加させることにより第１光電変換層３で発生する光電流を増大させることができる。このとき中間層４の酸化シリコンの屈折率は、第１光電変換層３の屈折率に対してより小さい方が、第１光電変換層３への光反射を大きくすることができる。
【００３０】
また、中間層４の光吸収係数は、小さいほど好ましく、光吸収がないことがより好ましい。中間層４で吸収されなかった光は、第２光電変換層５へ到達し、第２光電変換層５において光電流を発生させるために有効に利用されるからである。
【００３１】
また、中間層４における第２光電変換層５側の表面（中間層４と第２光電変換層５との界面）には光散乱用のテクスチャ構造４ａ（以下、テクスチャ４ａと呼ぶ）として凹凸が形成されている。光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸は、中間層４の面内方向において所定の凹凸形成間隔Ｐ２で形成されている。そして、凹凸形成間隔Ｐ２は、テクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くされている。
【００３２】
ここで、光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸の高さとは、凹凸の平均高低差である。また、光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸形成間隔Ｐ２とは、光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸での前面透明電極層２の面内方向における隣接する凸部の頂点位置間の距離（または隣接する凹部の底部位置間の距離）である。このテクスチャにより光の散乱・屈折が生じ、前面導電膜以下の光電変換層内での光閉じ込め効果が得られ、短絡電流密度の向上を図ることができる。また、光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸の高さと凹凸形成間隔Ｐ２とのアスペクト比（高さ／凹凸形成間隔Ｐ２）は１〜１／４の範囲が好ましい。
【００３３】
このテクスチャの形成方法については特に限定されないが、中間層４の表面にドライエッチング、またはウェットエッチングなどを施すことにより形成することができる。たとえば、中間層４を製膜した後に、任意の間隔（Ｐ２）のパターンでレジストを塗布し、これをマスクとして中間層４の表面をウェットエッチングすることで、中間層４の表面に凹凸を形成して光散乱用のテクスチャを形成することができる。また、中間層４を製膜した後に、任意の間隔（Ｐ２）のパターンを有するドライエッチング用マスクを用いて中間層４の表面をドライエッチングすることで、中間層４の表面に凹凸を形成して、光散乱用のテクスチャ４ａを形成することができる。
【００３４】
裏面透明導電膜６は、透光性導電材料からなり、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＩＴＯ等の透明性導電膜を用いることができる。なお、裏面透明導電膜６の膜中に微量の不純物が添加されていてもよい。たとえば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が主成分である場合には所定量のガリウム（Ｇａ）やアルミニウム（Ａｌ）やボロン（Ｂ）といった第IIIＢ族元素、または銅（Ｃｕ）のような第IV族元素が含有されることにより抵抗率が低減するため、電極として使用するのに適している。裏面透明導電膜６の製法は、スパッタリング法、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法、ゾルゲル法、電析法、スプレー法等の公知の方法によって作製できる。
【００３５】
裏面電極層７は、裏面電極として機能するとともに、光電変換層で吸収されなかった光を反射して再度光電変換層に戻す反射層として機能するため、光電変換効率の向上に寄与する。したがって、裏面電極層７は、光反射率が大きく導電率が高い程好ましい。裏面電極層７は、たとえば可視光反射率の高い銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）もしくはパラジウムなどの金属材料、またはこれらの金属材料の合金、これらの金属材料の窒化物、これらの金属材料の酸化物などにより形成することができる。なお、これらの裏面電極層７の具体的材料は特に限定されるものではなく、周知の材料から適宜に選択して用いることができる。
【００３６】
図２は、上記のように構成された実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池における太陽光の透過と散乱の関係を示す模式図である。アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる第１光電変換層３では、およそ３５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長の太陽光５１が光電変換に利用され、特に約５００ｎｍ付近の波長の太陽光５１の光電変換効率が高い。そこで、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池では、第１光電変換層３で光電変換に用いられる太陽光５１をテクスチャ２ａで屈折させるために、前面透明電極層２における第１光電変換層３側の界面に形成する光散乱用のテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１を、第１光電変換層３で光電変換に利用する太陽光５１の波長と同レベル〜１／２の範囲、すなわち２５０ｎｍ〜５００ｎｍに設定している。
【００３７】
このような周期構造を有するテクスチャ２ａを備えることにより、第１光電変換層３において光電変換に用いられる太陽光５１（およそ３５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長の太陽光）はテクスチャ２ａの界面、すなわち、第１光電変換層３における光入射側界面において屈折して第１光電変換層３に入射する。これにより、第１光電変換層３における太陽光５１の光路長が長くなり、光電変換効率を向上させることができる。なお、第１光電変換層３で光電変換に利用される太陽光５１のテクスチャ２ａにおける反射を防止するためには、テクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１は２５０ｎｍ〜３５０ｎｍ程度が好ましい。
【００３８】
また、第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２（およそ５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の太陽光）は、第１光電変換層３で用いる光よりも波長が長いため、テクスチャ２ａの界面で屈せずせずに第１光電変換層３に入射する。これにより、第１光電変換層３における太陽光５２の光路長を短くでき、第１光電変換層における太陽光５２の吸収損失を低減でき、光電変換効率を向上させることができる。
【００３９】
一方、シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）からなる第２光電変換層５では、およそ５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の太陽光が光電変換に利用され、特に約７００ｎｍ付近の波長の太陽光５１の光電変換効率が高い。そこで、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池では、第２光電変換層５で光電変換に用いられる太陽光５２をテクスチャ４ａで屈折させるために、中間層４における第２光電変換層５側の界面に形成する光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸形成間隔Ｐ２を、第２光電変換層５で光電変換に利用する太陽光５２の波長と同レベル〜１／２の範囲、すなわち３５０ｎｍ〜７００ｎｍに設定している。
【００４０】
このような周期構造を有するテクスチャ４ａを備えることにより、第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２（およそ５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の太陽光）はテクスチャ４ａの界面、すなわち、第２光電変換層５における光入射側である中間層４と第２光電変換層５との界面において屈折して第２光電変換層５に入射する。これにより、第２光電変換層５における太陽光５２の光路長が長くなり、光電変換効率を向上させることができる。なお、第２光電変換層５で光電変換に利用される太陽光５２のテクスチャ４ａにおける反射を防止するためには、テクスチャ４ａの凹凸形成間隔Ｐ２は３５０ｎｍ〜６００ｎｍ程度が好ましい。
【００４１】
上述したように、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池においては、第１光電変換層３の光入射側であって前面透明電極層２における第１光電変換層３側の表面（前面透明電極層２と第１光電変換層３との界面）に形成された光散乱用のテクスチャ２ａと、第２光電変換層５の光入射側であって中間層４における第２光電変換層５側の表面（中間層４と第２光電変換層５との界面）に形成された光散乱用のテクスチャ４ａと、を備える。そして、テクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１が第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２の波長よりも短く、且つテクスチャ４ａの凹凸形成間隔Ｐ２がテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長く設定されている。
【００４２】
このような構成を有することにより、入射した太陽光のうち、第１光電変換層３で光電変換に用いられる波長の光（太陽光５１）は、第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａにより屈折して第１光電変換層３に斜めから入射するため光路長が長くなり発電効率が上がる。また、第２光電変換層５で光電変換に用いられる波長の光（太陽光５２）は第１光電変換層３で光電変換に用いられる光よりも波長が長いため、第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａでは屈折せずに透過し、第１光電変換層３を通過する際の光路が最短となるため、第１光電変換層３内での吸収損失を防ぐことができる。さらに、第２光電変換層５の光入射側のテクスチャ４ａの凹凸形成間隔Ｐ２を第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くして第２光電変換層５で光電変換に用いる光を屈折させて第２光電変換層に斜めに入射させるため、第２光電変換層５での光路長が長くなり、光電変換効率が向上する。
【００４３】
したがって、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池によれば、各光電変換層が光電変換に用いる光の波長に合わせて各光電変換層の光入射側のテクスチャにおける凹凸形成間隔を変更することにより、各光電変換層で光電変換に寄与する波長の太陽光の光路長が長くなり光電変換効率が向上し、太陽光の有効利用が可能な、光電変換効率に優れた積層型薄膜太陽電池が実現されている。
【００４４】
次に、上記のように構成された本実施の形態にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法について図３−１〜図３−５を参照して説明する。図３−１〜図３−５は、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【００４５】
まず、透光性基板１を用意する。ここでは、透光性基板１としてたとえば平板状の白板ガラスを用いる。この透光性基板１上に前面透明電極層２を公知の方法で形成する。たとえば、透光性基板１上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜からなる前面透明電極層２をスパッタリング法により形成する。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。そして、たとえばウェットエッチングにより前面透明電極層２の表面に光散乱用のテクスチャ２ａとして凹凸を所定の凹凸形成間隔Ｐ１で形成する（図３−１）。
【００４６】
次に、前面透明電極層２上に第１光電変換層３を公知の方法で形成する（図３−２）。たとえば、第１光電変換層３としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる図示しないｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層をプラズマＣＶＤ法により前面透明電極層２上に順次積層形成する。なお、第１光電変換層３の表面は、前面透明電極層２の表面と同等の凹凸形状とされている。
【００４７】
次に、第１光電変換層３上の全面に中間層４を公知の方法で形成する。たとえば、中間層４としてドープト酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜をプラズマＣＶＤ法により第１光電変換層３上に形成する。この時点では、中間層４の表面は、第１光電変換層３の表面と同等の凹凸形状、すなわち前面透明電極層２の表面と同等の凹凸形状とされており、中間層４の表面凹凸は、前面透明電極層２の表面と同等の凹凸形成間隔を有する。
【００４８】
続いて、たとえばウェットエッチングにより中間層４の表面に光散乱用のテクスチャ４ａとして凹凸を所定の凹凸形成間隔Ｐ２で周期的に形成する。これにより、テクスチャ２ａと異なる所定の凹凸形成間隔Ｐ２で形成されたテクスチャ４ａを表面に有する中間層４が得られる（図３−３）。
【００４９】
次に、中間層４上に第２光電変換層５を公知の方法で形成する（図３−４）。たとえば、第２光電変換層５としてシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）からなる図示しないｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層をプラズマＣＶＤ法により中間層４上に順次積層形成する。
【００５０】
次に、第２光電変換層５上に裏面透明導電膜６を公知の方法で形成する。たとえば、第２光電変換層５上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜からなる裏面透明導電膜６をスパッタリング法により形成する。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。
【００５１】
続いて、裏面透明導電膜６上に裏面電極層７を公知の方法で形成する。たとえば、裏面透明導電膜６上に高反射率を有する銀（Ａｇ）膜からなる裏面電極層７をスパッタリング法により形成する（図３−５）。以上の処理により、図１に示す本実施の形態にかかる積層型薄膜太陽電池が得られる。
【００５２】
上述したように、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法においては、第１光電変換層３の光入射側であって前面透明電極層２における第１光電変換層３側の表面（前面透明電極層２と第１光電変換層３との界面）に、凹凸形成間隔Ｐ１が第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２の波長よりも短くなるように、光散乱用のテクスチャ２ａを形成する。そして、第２光電変換層５の光入射側であって中間層４における第２光電変換層５側の表面（中間層４と第２光電変換層５との界面）に、凹凸形成間隔Ｐ２がテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くなるように、光散乱用のテクスチャ４ａを形成する。
【００５３】
このような光散乱用のテクスチャ２ａおよびテクスチャ４ａを形成することにより、入射した太陽光のうち、第１光電変換層３で光電変換に用いられる波長の光（太陽光５１）は、第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａにより屈折して第１光電変換層３に斜めから入射するため光路長が長くなり発電効率が上がる。また、第２光電変換層５で光電変換に用いられる波長の光（太陽光５２）は第１光電変換層３で光電変換に用いられる光よりも波長が長いため、第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａでは屈折せずに透過し、第１光電変換層３を通過する際の光路が最短となるため、第１光電変換層３内での吸収損失を防ぐことができる。さらに、第２光電変換層５の光入射側のテクスチャ４ａの凹凸形成間隔Ｐ２を第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くして第２光電変換層５で光電変換に用いる光を屈折させて第２光電変換層に斜めに入射させるため、第２光電変換層５での光路長が長くなり、光電変換効率が向上する。
【００５４】
したがって、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法によれば、各光電変換層が光電変換に用いる光の波長に合わせて各光電変換層の光入射側のテクスチャにおける凹凸形成間隔を変更することにより、各光電変換層で光電変換に寄与する波長の太陽光の光路長が長くなり光電変換効率が向上し、太陽光の有効利用が可能な、光電変換効率に優れた積層型薄膜太陽電池を作製することができる。
【００５５】
なお、上述した実施の形態においては光電変換層が２層である場合について説明したが、本発明を３層以上の光電変換層が積層された積層型薄膜太陽電池に適用した場合においても、上記と同様に本発明の効果が得られる。
【００５６】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、中間層４の表面の光散乱用のテクスチャ４ａの凹凸形成間隔をテクスチャ２ａの凹凸形成間隔と異ならせることにより、第２光電変換層５の光入射側のテクスチャの凹凸形成間隔Ｐ２が第１光電変換層３の光入射側のテクスチャの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くなるように構成したが、第１光電変換層３と中間層４との界面の光散乱用のテクスチャの凹凸形成間隔をテクスチャ２ａの凹凸形成間隔と異ならせてもよい。
【００５７】
図４は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池である積層型薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図４に示すように、本実施の形態にかかる積層型薄膜太陽電池は、透光性基板１、透光性基板１上に形成され第１電極層となる前面透明電極層２、前面透明電極層２上に形成された第１の薄膜半導体層である第１光電変換層３、第１光電変換層３上に形成された中間層４、中間層４上に形成された第２の薄膜半導体層である第２光電変換層５、第２光電変換層５上に形成された裏面透明導電膜６、裏面透明導電膜６上に形成された第２電極層となる裏面電極層７、が順次積層された構造を有する。この積層型薄膜太陽電池においては、透光性基板１側が太陽光５０の入射する光入射側である。
【００５８】
なお、図４においては、実施の形態１と同様の部材については図１と同じ符号を付すことにより、詳細な説明は省略する。以下では、実施の形態１と異なる部分について説明する。
【００５９】
第１光電変換層３は、中間層４側の表面（第１光電変換層３と中間層４との界面）には光散乱用のテクスチャ３ａ（以下、テクスチャ３ａと呼ぶ）として凹凸が形成されている。光散乱用のテクスチャ３ａの凹凸は、第１光電変換層３の面内方向において所定の凹凸形成間隔Ｐ３で形成されている。そして、凹凸形成間隔Ｐ３は、テクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くされている。
【００６０】
ここで、光散乱用のテクスチャ３ａの凹凸の高さとは、凹凸の平均高低差である。また、光散乱用のテクスチャ３ａの凹凸形成間隔Ｐ３とは、光散乱用のテクスチャ３ａ凹凸での第１光電変換層３の面内方向における隣接する凸部の頂点位置間の距離（または隣接する凹部の底部位置間の距離）である。このテクスチャにより光の散乱・屈折が生じ、前面導電膜以下の光電変換層内での光閉じ込め効果が得られ、短絡電流密度の向上を図ることができる。また、光散乱用のテクスチャ３ａの凹凸の高さと凹凸形成間隔Ｐ３とのアスペクト比（高さ／凹凸形成間隔Ｐ３）は１〜１／４の範囲が好ましい。
【００６１】
図５は、上記のように構成された実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池における太陽光の透過と散乱の関係を示す模式図である。アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる第１光電変換層３では、およそ３５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長の太陽光５１が光電変換に利用され、特に約５００ｎｍ付近の波長の太陽光５１の光電変換効率が高い。そこで、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池では、第１光電変換層３で光電変換に用いられる太陽光５１をテクスチャ２ａで屈折させるために、前面透明電極層２における第１光電変換層３側の界面に形成する光散乱用のテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１を、第１光電変換層３で光電変換に利用する太陽光５１の波長と同レベル〜１／２の範囲、すなわち２５０ｎｍ〜５００ｎｍに設定している。
【００６２】
このような周期構造を有するテクスチャ２ａを備えることにより、第１光電変換層３において光電変換に用いられる太陽光５１（およそ３５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長の太陽光）はテクスチャ２ａの界面、すなわち、第１光電変換層３における光入射側界面において屈折して第１光電変換層３に入射する。これにより、第１光電変換層３における太陽光５１の光路長が長くなり、光電変換効率を向上させることができる。なお、第１光電変換層３で光電変換に利用される太陽光５１のテクスチャ２ａにおける反射を防止するためには、テクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１は２５０ｎｍ〜３５０ｎｍ程度が好ましい。
【００６３】
また、第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２（およそ５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の太陽光）は、第１光電変換層３で用いる光よりも波長が長いため、テクスチャ２ａの界面で屈せずせずに第１光電変換層３に入射する。これにより、第１光電変換層３における太陽光５２の光路長を短くでき、第１光電変換層における太陽光５２の吸収損失を低減でき、光電変換効率を向上させることができる。
【００６４】
一方、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）からなる第２光電変換層５では、およそ５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の太陽光が光電変換に利用され、特に約７００ｎｍ付近の波長の太陽光５１の光電変換効率が高い。そこで、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池では、第２光電変換層５で光電変換に用いられる太陽光５２をテクスチャ３ａで屈折させるために、第１光電変換層３における中間層４の界面に形成する光散乱用のテクスチャ３ａの凹凸形成間隔Ｐ３を、第２光電変換層５で光電変換に利用する太陽光５２の波長と同レベル〜１／２の範囲、すなわち３５０ｎｍ〜７００ｎｍに設定している。
【００６５】
このような周期構造を有するテクスチャ３ａを備えることにより、第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２（およそ５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の太陽光）はテクスチャ３ａの界面、すなわち、第２光電変換層５における光入射側であって第１光電変換層３と中間層４との界面において屈折して第２光電変換層５に入射する。これにより、第２光電変換層５における太陽光５２の光路長が長くなり、光電変換効率を向上させることができる。なお、第２光電変換層５で光電変換に利用される太陽光５２のテクスチャ３ａにおける反射を防止するためには、テクスチャ３ａの凹凸形成間隔Ｐ３は３５０ｎｍ〜６００ｎｍ程度が好ましい。
【００６６】
上述したように、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池においては、第１光電変換層３の光入射側であって前面透明電極層２における第１光電変換層３側の表面（前面透明電極層２と第１光電変換層３との界面）に形成された光散乱用のテクスチャ２ａと、第２光電変換層５の光入射側であって第１光電変換層３における中間層４側の表面（第１光電変換層３と中間層４との界面）に形成された光散乱用のテクスチャ３ａと、を備える。そして、テクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１が第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２の波長よりも短く、且つテクスチャ３ａの凹凸形成間隔Ｐ３がテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長く設定されている。
【００６７】
このような構成を有することにより、入射した太陽光のうち、第１光電変換層３で光電変換に用いられる波長の光（太陽光５１）は、第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａにより屈折して第１光電変換層３に斜めから入射するため光路長が長くなり発電効率が上がる。また、第２光電変換層５で光電変換に用いられる波長の光（太陽光５２）は第１光電変換層３で光電変換に用いられる光よりも波長が長いため、第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａでは屈折せずに透過し、第１光電変換層３を通過する際の光路が最短となるため、第１光電変換層３内での吸収損失を防ぐことができる。さらに、第２光電変換層５の光入射側のテクスチャ３ａの凹凸形成間隔Ｐ３を第１光電変換層３の光入射側のテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くして第２光電変換層５で光電変換に用いる光を屈折させて第２光電変換層に斜めに入射させるため、第２光電変換層５での光路長が長くなり、光電変換効率が向上する。
【００６８】
したがって、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池によれば、各光電変換層が光電変換に用いる光の波長に合わせて各光電変換層の光入射側のテクスチャにおける凹凸形成間隔を変更することにより、各光電変換層で光電変換に寄与する波長の太陽光の光路長が長くなり光電変換効率が向上し、実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池と同様に、太陽光の有効利用が可能な、光電変換効率に優れた積層型薄膜太陽電池が実現されている。
【００６９】
次に、上記のように構成された本実施の形態にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法について図６−１〜図６−５を参照して説明する。図６−１〜図６−５は、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【００７０】
まず、透光性基板１を用意する。ここでは、透光性基板１としてたとえば平板状の白板ガラスを用いる。この透光性基板１上に前面透明電極層２を公知の方法で形成する。たとえば、透光性基板１上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜からなる前面透明電極層２をスパッタリング法により形成する。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。そして、たとえばウェットエッチングにより前面透明電極層２の表面に光散乱用のテクスチャ２ａとして凹凸を所定の凹凸形成間隔Ｐ１で形成する（図６−１）。
【００７１】
次に、前面透明電極層２上に、表面に光散乱用のテクスチャ３ａを有する第１光電変換層３を形成する（図６−２）。たとえば、第１光電変換層３としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる図示しないｐ型半導体層およびｉ型半導体層をプラズマＣＶＤ法により前面透明電極層２上に順次積層形成する。次に、任意の間隔（Ｐ３）のパターンでレジストを塗布し、これをマスクとしてｉ型半導体層の表面をウェットエッチングすることで、ｉ型半導体層の表面に光散乱用のテクスチャ３ａとして凹凸を所定の凹凸形成間隔Ｐ３で形成する。続いて、ｉ型半導体層にイオン注入を行ってｉ型半導体層の表面をｎ型半導体層に改質する。これにより、テクスチャ２ａと異なる所定の凹凸形成間隔Ｐ３で形成された光散乱用のテクスチャ３ａを表面に有する第１光電変換層３を形成することができる。
【００７２】
次に、第１光電変換層３上の全面に中間層４を公知の方法で形成する。たとえば、中間層４としてドープト酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜をプラズマＣＶＤ法により第１光電変換層３上に形成する（図６−３）。
【００７３】
次に、中間層４上に第２光電変換層５を公知の方法で形成する（図６−４）。たとえば、第２光電変換層５としてアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）からなる図示しないｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層をプラズマＣＶＤ法により中間層４上に順次積層形成する。
【００７４】
次に、第２光電変換層５上に裏面透明導電膜６を公知の方法で形成する。たとえば、第２光電変換層５上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜からなる裏面透明導電膜６をスパッタリング法により形成する。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。
【００７５】
続いて、裏面透明導電膜６上に裏面電極層７を公知の方法で形成する。たとえば、裏面透明導電膜６上に高反射率を有する銀（Ａｇ）膜からなる裏面電極層７をスパッタリング法により形成する（図６−５）。以上の処理により、図４に示す本実施の形態にかかる積層型薄膜太陽電池が得られる。
【００７６】
上述したように、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法においては、第１光電変換層３の光入射側であって前面透明電極層２における第１光電変換層３側の表面（前面透明電極層２と第１光電変換層３との界面）に、凹凸形成間隔Ｐ１が第２光電変換層５において光電変換に用いられる太陽光５２の波長よりも短くなるように、光散乱用のテクスチャ２ａを形成する。そして、第２光電変換層５の光入射側であって第１光電変換層３における中間層４側の表面（第１光電変換層３と中間層４との界面）に、凹凸形成間隔Ｐ３がテクスチャ２ａの凹凸形成間隔Ｐ１よりも長くなるように、光散乱用のテクスチャ３ａを形成する。
【００７７】
このような光散乱用のテクスチャ２ａおよびテクスチャ３ａを形成することにより、第１光電変換層３には該第１光電変換層３で光電変換に用いられる太陽光５１のみが屈折して入射し、第２光電変換層５には該第２光電変換層５で光電変換に用いられる太陽光５２が屈折して入射する。これにより、それぞれの光電変換層においては、各光電変換層で光電変換に寄与する波長の太陽光の光路長が長くなり光電変換効率が向上する。一方、第１光電変換層３においては、該第１光電変換層３で光電変換に寄与しない波長の太陽光５２は屈折せずに透過するため第１光電変換層３における光路長が短くなる。これにより、第１光電変換層３での吸収損失を低減することができ、より多くの太陽光５２が第２光電変換層５に入射されるため、光電効率が向上する。
【００７８】
したがって、実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池の製造方法によれば、各光電変換層が光電変換に用いる光の波長に合わせて各光電変換層の光入射側のテクスチャにおける凹凸形成間隔を変更することにより、各光電変換層で光電変換に寄与する波長の太陽光の光路長が長くなり光電変換効率が向上し、実施の形態１と同様に、太陽光の有効利用が可能な、光電変換効率に優れた積層型薄膜太陽電池を作製することができる。
【００７９】
なお、上述した実施の形態では光電変換層として第１光電変換層３と第２光電変換層５とを備える場合について説明しているが、３層以上の光電変換層が積層された構造を有する積層型薄膜太陽電池の場合は、上記の第１光電変換層３を「第Ｘ光電変換層」と、上記の第２光電変換層５を「第（Ｘ＋１）光電変換層」と読み替えて一般化することができる。ここで、Ｘは積層された複数の光電変換層のうちの受光面からの順番を表す。そして、このような積層型薄膜太陽電池において、「第Ｘ光電変換層」と「第（Ｘ＋１）光電変換層」とに関して上記と同様の構造を採用することにより、上述した本発明の効果を得ることが可能である。
【００８０】
また、上述した実施の形態では第１光電変換層３において光電変換に用いられる太陽光５１が光散乱用のテクスチャ２ａにより屈折する場合について説明したが、第１光電変換層３の光入射側であって透光性基板１の表面（透光性基板１と前面透明電極層２との界面）に形成された光散乱用のテクスチャにより太陽光５１が屈折する構成とすることも可能である。この場合においても上述した本発明の効果を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池は、光を有効利用した光電変換効率に優れた薄膜太陽電池の実現に有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 透光性基板
２ 前面透明電極層
２ａ テクスチャ構造
３ 光電変換層
３ａ テクスチャ構造
４ 中間層
４ａ テクスチャ構造
５ 光電変換層
６ 裏面透明導電膜
７ 裏面電極層
５０ 太陽光
５１ 太陽光
５２ 太陽光
Ｐ１ 凹凸形成間隔
Ｐ２ 凹凸形成間隔
Ｐ３ 凹凸形成間隔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、光電変換を行う第２光電変換層と、第２電極層と、をこの順で有する薄膜太陽電池であって、
前記第１光電変換層の光入射側に複数の凹凸からなる第１のテクスチャ構造が形成され、
前記第２光電変換層の光入射側であって前記第１光電変換層と前記第２光電変換層との間に複数の凹凸からなる第２のテクスチャ構造が形成され、
前記第１のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔が前記第２光電変換層で光電変換に用いる光の波長よりも短く、
前記第２のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔が前記第１のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔よりも長いこと、
を特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記第２のテクスチャ構造は、前記中間層における前記第２光電変換層側に形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記第２のテクスチャ構造は、前記第１光電変換層における前記中間層側に形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
透光性基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、光電変換を行う第２光電変換層と、第２電極層と、をこの順で有する薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記第１光電変換層の光入射側に複数の凹凸からなる第１のテクスチャ構造を形成する工程と、
前記第２光電変換層の光入射側であって前記第１光電変換層と前記第２光電変換層との間に複数の凹凸からなる第２のテクスチャ構造を形成する工程と、
を含み、
前記第１のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔が前記第２光電変換層で光電変換に用いる光の波長よりも短く、
前記第２のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔が前記第１のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔よりも長いこと、
を特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記透光性基板上に、前記第１のテクスチャ構造を表面に有する前記第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層上に、前記第１光電変換層を形成する工程と、
前記第１光電変換層上に、前記第２のテクスチャ構造を表面に有する前記中間層を形成する工程と、
前記中間層上に、前記第２光電変換層を形成する工程と、
前記第２光電変換層上に、前記第２電極層を形成する工程と、
を含むこと、
を特徴とする請求項４に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記透光性基板上に、前記第１のテクスチャ構造を表面に有する前記第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層上に、前記第２のテクスチャ構造を表面に有する前記第１光電変換層を形成する工程と、
前記第１光電変換層上に、前記中間層を形成する工程と、
前記中間層上に、前記第２光電変換層を形成する工程と、
前記第２光電変換層上に、前記第２電極層を形成する工程と、
を含むこと、
を特徴とする請求項４に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１】
透光性基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、光電変換を行う第２光電変換層と、第２電極層と、をこの順で有する薄膜太陽電池であって、
前記第１光電変換層の光入射側に複数の凹凸からなる第１のテクスチャ構造が形成され、
前記第２光電変換層の光入射側であって前記第１光電変換層と前記第２光電変換層との間に複数の凹凸からなる第２のテクスチャ構造が形成され、
前記第１のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔が前記第２光電変換層で光電変換に用いる光の波長よりも短く、
前記第２のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔が前記第１のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔よりも長いこと、
を特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記第２のテクスチャ構造は、前記中間層における前記第２光電変換層側に形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記第２のテクスチャ構造は、前記第１光電変換層における前記中間層側に形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
透光性基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、光電変換を行う第２光電変換層と、第２電極層と、をこの順で有する薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記第１光電変換層の光入射側に複数の凹凸からなる第１のテクスチャ構造を形成する工程と、
前記第２光電変換層の光入射側であって前記第１光電変換層と前記第２光電変換層との間に複数の凹凸からなる第２のテクスチャ構造を形成する工程と、
を含み、
前記第１のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔が前記第２光電変換層で光電変換に用いる光の波長よりも短く、
前記第２のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔が前記第１のテクスチャ構造における前記凹凸の形成間隔よりも長いこと、
を特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記透光性基板上に、前記第１のテクスチャ構造を表面に有する前記第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層上に、前記第１光電変換層を形成する工程と、
前記第１光電変換層上に、前記第２のテクスチャ構造を表面に有する前記中間層を形成する工程と、
前記中間層上に、前記第２光電変換層を形成する工程と、
前記第２光電変換層上に、前記第２電極層を形成する工程と、
を含むこと、
を特徴とする請求項４に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記透光性基板上に、前記第１のテクスチャ構造を表面に有する前記第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層上に、前記第２のテクスチャ構造を表面に有する前記第１光電変換層を形成する工程と、
前記第１光電変換層上に、前記中間層を形成する工程と、
前記中間層上に、前記第２光電変換層を形成する工程と、
前記第２光電変換層上に、前記第２電極層を形成する工程と、
を含むこと、
を特徴とする請求項４に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図３−４】
【図３−５】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【図６−５】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図３−４】
【図３−５】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【図６−５】
【公開番号】特開２０１１−１３５０２１（Ｐ２０１１−１３５０２１Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９５６１５（Ｐ２００９−２９５６１５）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【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２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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