(57)【要約】  光電変換を行う発電層４の光入射側にガラス基板１を備える太陽電池であって、前記ガラス基板１は、レーザー光を集光照射することにより形成されて前記ガラス基板１に入射した光を散乱する内部光散乱構造２を内部に有し、前記内部光散乱構造２で散乱した光を前記発電層４側に透過させる。これにより、光を散乱させる構造に起因した発電特性の低下が防止され、ガラス面から見た際の色合いを制御可能であり、簡略な工程で安価に製造可能な太陽電池が得られる。
2012160862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う発電層の光入射側にガラス基板を備える太陽電池であって、
前記ガラス基板は、レーザー光を集光照射することにより形成されて前記ガラス基板に入射した光を散乱する光散乱構造を内部に有し、前記光散乱構造で散乱した光を前記発電層側に透過させること、
を特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記光散乱構造を有するガラス基板の波長３５０ｎｍから１５００ｎｍの光に対する透過率が８５％以上９１％以下であり、
前記光散乱構造で散乱した光の前記発電層における光路長が、前記発電層の膜厚より長いこと、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記光散乱構造は、レーザー照射により前記ガラス基板の内部に生じたクラックが前記ガラス基板の面方向において多数散在して構成されること、
を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記光散乱構造は、前記ガラス基板の面方向において前記ガラス基板の周辺部を除いて全面に形成されていること、
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項５】
前記ガラス基板の面方向において、前記クラックが形成された面積は前記光散乱構造が形成された面積の１／１０以上、８／１０以下であること、
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項６】
前記光散乱構造は、レーザー光を集光照射することにより発生するクラックからなる層が、前記ガラス基板内に少なくとも１層以上形成されていること、
を特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項７】
前記発電層として、前記ガラス基板の平坦な表面上に形成された薄膜光電変換層を含むこと、
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項８】
前記発電層として、半導体結晶基板からなる光電変換層を含むこと、
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項９】
ガラス基板にレーザー光を集光照射して前記ガラス基板の内部にクラックを多数散在させることにより、前記ガラス基板に入射した光を散乱する光散乱構造を前記ガラス基板の内部に形成する工程と、
前記ガラス基板上に、第１電極と光電変換を行う発電層と第２電極とをこの順で配置する工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記レーザー光の照射は、前記レーザー光の焦点位置におけるビーム径に対して４倍〜１０倍の長さの照射ピッチで周期的に行われること、
を特徴とする請求項９に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記光散乱構造を、前記ガラス基板の面方向において前記ガラス基板の周辺部を除いて全面に形成すること、
を特徴とする請求項９または１０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記ガラス基板の面方向において、前記クラックが形成された面積は前記光散乱構造が形成された面積の１／１０以上、８／１０以下であること、
を特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記ガラス基板に照射される集光したレーザー光の前記ガラス基板内での焦点位置を前記ガラス基板の厚さ方向において変化させることにより、前記クラックからなる層が前記ガラス基板の厚さ方向において複数形成された前記光散乱構造が形成されること、
を特徴とする請求項９〜１２のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記光散乱構造を形成するガラス基板が応力層を含む場合において、前記ガラス基板に照射される集光したレーザー光の前記ガラス基板内での焦点位置が、前記ガラス基板の応力層以外の位置とされること、
を特徴とする請求項９〜１３のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置として、基板上に、第１導電層、光電変換層、第２導電層が順に積層された薄膜太陽電池が知られている。光電変換層は半導体からなり、ｐ型層、反対側にｎ型層、その間を高抵抗のｉ層を有するｐｉｎダイオード構造のものが用いられる。光電変換層の半導体材料としては、シリコンを主成分とするアモルファスシリコンや微結晶シリコン、シリコン−ゲルマニウムの混合材料などがある。これらの膜の光電変換層は、たとえばシランガスなどシリコンを含む原料ガスを用いるプラズマＣＶＤ法などで形成することができる。また、シリコン半導体材料だけでなく化合物半導体材料も用いられる。【０００３】
光電変換層と基板との配置によって、光が入射する側を基板とするスーパーストレート構造と、光が入射する側を第２導電層とするサブストレート構造とがある。スーパーストレート構造の場合は、透明な絶縁材料としてガラスを用いた基板が一般に使用される。【０００４】
第１導電層と第２導電層とは、光電変換層が変換した電力を取り出す電極となる。第１導電層と第２導電層とのうち、光が入射する側にある表面電極は透明導電材料などからなる透明電極とするのが一般的である。また、第１導電層と第２導電層とのうち、光が入射する側と反対側にある裏面電極は光を光電変換層側に反射させる高反射率の金属材料などが用いられる。【０００５】
また、薄膜太陽電池では、基板上の光電変換層は溝などで複数の単位セルごとに分割された集積型構造が用いられる。光電変換層や電極を分割する溝はレーザビームを照射して、その熱で照射部の光電変換層や電極を除去させるレーザースクライブ法などを用いて形成される。集積型構造では、溝によって分割された薄膜太陽電池の素子の第１導電層と、その隣の素子の第２導電層とが光電変換層に形成された溝内で直列に接続される構造が一般的である。【０００６】
このような集積型薄膜太陽電池の発電層は、その発電効率を高めるために、散乱された光が発電層に入射するように、微細な凹凸からなるテクスチャー構造を有する例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）系や酸化スズ（ＳｎＯ２）系の透明導電性膜上に形成される。これらの凹凸を有する透明導電性膜は、一般的には平坦な透明ガラス基板上に、ＣＶＤ法による製膜や、スパッタリング法で成膜した後にエッチングを行なうことで形成することができる。【０００７】
また、表面が凹凸を有する透明導電性膜は、例えば特許文献１や特許文献２に示されるようにガラス基板の表面をサンドブラストで粗面化し、その上に透明導電性膜をスパッタリング法等で成膜することにより、ガラス基板の凹凸形状を反映した表面の凹凸構造を有する透明導電性膜を形成することができる。これらの特許文献１や特許文献２に示されている薄膜太陽電池はサブストレート型であるが、スーパーストレート型の薄膜太陽電池にも応用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−６９０５９号公報
【特許文献２】特開２００４−８２２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、表面に凹凸構造を有する透明導電膜上に薄膜太陽電池を形成した場合には、その凹凸形状に起因して発電層に欠陥が発生し、発電特性が低下する場合がある。また、凹凸形状を有するガラス基板上に透明導電性膜を形成した場合にも、基板の凹凸に起因した欠陥が透明導電性膜に発生して透明導電性膜の電気抵抗が増大するため、発電特性の低下が引き起こされる。【００１０】
また、結晶系シリコン太陽電池セルを直列接続することで形成される結晶系の太陽電池モジュールにおいては、散乱した光をシリコン太陽電池セルに取り入れるために、結晶系太陽電池セルの表面にエッチング等により凹凸を設けていた。このため、このエッチング工程に起因して工程の複雑化とコストアップが発生していた。さらに、従来の結晶系の太陽電池モジュールでは光入射側がガラス基板で覆われるが、発電層で吸収されない波長領域の光がガラス基板側に戻ってくるため、ガラス基板面から発電層を見た際の色合いを制御することができなかった。【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光を散乱させる構造に起因した発電特性の低下が防止され、ガラス面から見た際の色合いを制御可能であり、簡略な工程で安価に製造可能な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】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池は、光電変換を行う発電層の光入射側にガラス基板を備える太陽電池であって、前記ガラス基板は、レーザー光を集光照射することにより形成されて前記ガラス基板に入射した光を散乱する光散乱構造を内部に有し、前記光散乱構造で散乱した光を前記発電層側に透過させること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光を散乱させる構造に起因した発電特性の低下が防止され、ガラス面から見た際の色合いを制御可能な太陽電池を簡略な工程で安価に得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる集積型薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本実施の形態にかかる薄膜太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【図３】図３は、光散乱構造として表面に凹凸形状を有する表面透明電極がガラス基板上に形成された従来の薄膜太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は、光散乱構造として凹凸形状を有するガラス基板上に形成された従来の薄膜太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【図５】図５は、レーザー照射によりガラス基板内に光散乱構造を形成する方法の概念を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、ガラス基板に光散乱構造を形成するためのレーザー照射パターンの一例を示す概念図である。
【図７】図７は、ガラス基板の内部に三次元的な光散乱構造のパターンを形成する方法の概念を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、ガラス基板に照射するレーザー光のパワーを変化させた場合における、ガラス基板の散乱特性を示すヘイズ率の入射光の波長に対する依存性を示す特性図である。
【図９】図９は、レーザー照射パターンの縦ピッチを変化させた場合における、ガラス基板のヘイズ率の入射光の波長に対する依存性を示す特性図である。
【図１０】図１０は、レーザー照射パターンの横ピッチを変化させた場合における、ガラス基板のヘイズ率の入射光の波長に対する依存性を示す特性図である。
【図１１】図１１は、光散乱構造の三次元的な構造の相違による、ガラス基板のヘイズ率の入射光の波長に対する依存性を示す特性図である。
【図１２】図１２は、光散乱構造を有するガラス基板上に形成した薄膜太陽電池と、凹凸を有する表面透明電極上に形成した薄膜太陽電池と、の開放電圧のヘイズ率依存性を示す特性図である。
【図１３】図１３は、レーザー照射により本発明の実施の形態１にかかる内部散乱構造を形成したガラス基板の光透過率の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、光散乱構造を形成する際のレーザー照射条件による薄膜太陽電池の反射スペクトルの相違を示す特性図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態２にかかる結晶系太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。
【図１６】図１６は、凹凸表面形状を有する従来の結晶系太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態２にかかる結晶系太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる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。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる集積型薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。図１に示されるように、実施の形態１にかかる集積型薄膜太陽電池モジュールは、透光性絶縁基板であって入射した光を散乱させるための内部光散乱構造２を有するガラス基板１上に複数の集積型薄膜太陽電池６が形成されている。集積型薄膜太陽電池６は、内部光散乱構造２を有するガラス基板１上に表面透明電極３、発電層４、裏面電極５が順次積層された複数の薄膜太陽電池セル７が電気的に直列に接続されて構成される。
【００１７】
集積型薄膜太陽電池６は、従来公知の方法により作製できる。以下においては、シリコン系の集積型薄膜太陽電池を例に集積型薄膜太陽電池６の作製方法について簡単に説明するが、これに限定されない。また、本実施の形態にかかる集積型薄膜太陽電池モジュールにおいては、シリコン系の集積型薄膜太陽電池以外にも、他の化合物系（例えばＣｄＴｅ、ＣＩＧＳ）の集積型薄膜太陽電池を使用することができる。
【００１８】
まず、内部光散乱構造２を有するガラス基板１を形成する。内部光散乱構造２を有するガラス基板１の形成方法は後述する。次に、内部光散乱構造２を有するガラス基板１の平坦な面上に例えばＣＶＤ法やスパッタリング法によりＳｎＯ２膜やＺｎＯ系膜などの透明導電性膜からなる表面透明電極３を成膜する。次に、この表面透明電極３をレーザースクライブ等により、隣接する薄膜太陽電池セル７の領域に跨るように分離してパターニングする。
【００１９】
次に、表面透明電極３をパターニングしたガラス基板１上に例えばＣＶＤ法により発電層４を形成する。この発電層４は、第１導電層、光電変換層、第２導電層が順次積層されて構成される単位構成要素を少なくとも１つ以上含んでいる。また、各単位構成要素間には、光閉じ込めの効果を有するＳｉＯｘ等の中間膜が形成されていてもよい。次に、各薄膜太陽電池セル７の領域において表面透明電極３の一部が露出するように、レーザースクライブ等により発電層４にスクライブ溝を形成して発電層４を分離する。
【００２０】
この分離が完了した後に、例えばＺｎＯ系膜などの透明導電性膜と例えばＡｇ膜などの金属電極膜との積層膜からなる裏面電極５をガラス基板１上に製膜する。この裏面電極５は、発電層４に形成されたスクライブ溝内にも埋め込まれることで、スクライブ溝を介して表面透明電極３と電気的に接続される。
【００２１】
次に、発電層４と裏面電極５とをレーザースクライブ等により薄膜太陽電池セル７毎に分離する。そして、ガラス基板１の外周部での電気的な絶縁を確保するために、ガラス基板１の端部の表面透明電極３と発電層４と裏面電極５とをレーザー加工やサンドブラスト処理により除去することで、隣接する薄膜太陽電池セル７同士が電気的に直列接続した集積型薄膜太陽電池６が形成される。
【００２２】
次に、集積型薄膜太陽電池６で発生した電流・電圧を取り出すための取り出し配線２３を集積型薄膜太陽電池６の両端に位置する薄膜太陽電池セル７の裏面電極５に接続する。次に、集積型薄膜太陽電池６を形成したガラス基板１とバックガラス２２を封止材２１を介して接合することにより集積型薄膜太陽電池モジュールが得られる。なお、封止材２１の代わりにエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）ラミネート材等の充填材と耐候性を有するバックフィルムとを用いて集積型薄膜太陽電池モジュールを構成することもできる。
【００２３】
図２は、本実施の形態にかかる薄膜太陽電池の概略構成を示す断面図であり、図１に示した薄膜太陽電池セル７の一部を拡大して示す要部拡大図である。この薄膜太陽電池は、上述したように内部光散乱構造２を有するガラス基板１上に表面透明電極３、発電層４、裏面電極５が順次積層されて構成されている。表面透明電極３は平坦なガラス基板１上に形成されているため、膜の成長異常や粒界欠陥が発生しない。このため、この薄膜太陽電池の表面透明電極３は、後述する図４に示されるようにガラステクスチャ基板９上に形成された表面透明電極３ａと比較して良好な電気伝導特性を有している。
【００２４】
また、この薄膜太陽電池では、後述する図３に示されるように表面透明電極８自体の表面に凹凸形状を形成する場合と比較すると、製膜に必要な膜厚が１／２以下で済むため、スループットやコストの面からも有利となる。更に、製膜された表面透明電極３の表面が平坦な形状を有しているため、その上に形成される発電層４には、表面透明電極の凹凸やガラス基板の凹凸に起因した欠陥が発生しない。このため、この欠陥起因の発電特性の低下が抑制される。そして、この薄膜太陽電池では、内部光散乱構造２を有するガラス基板１に入射した光は、内部光散乱構造２によって散乱された後にガラス基板１を透過し、表面透明電極３を介して発電層４に入射する。この散乱された光は発電層４に対して斜めに入射し、発電層４における光路長が発電層４の膜厚よりも長くなる。このため、発電層４における発電効率が向上する。
【００２５】
次に、比較のため、従来の薄膜太陽電池について説明する。図３は、光散乱構造として表面に凹凸形状を有する表面透明電極８がガラス基板１上に形成された従来の薄膜太陽電池の概略構成を示す断面図である。この従来の薄膜太陽電池においては、ガラス基板１上に、該ガラス基板１と反対側の表面に凹凸形状を有する表面透明電極８が形成されている。この凹凸形状を有する表面透明電極８は、ＣＶＤ法によるＳｎＯ２膜またはＺｎＯ系膜の成膜や、ＺｎＯ系の平坦膜を希塩酸等でエッチングすることで形成される。この表面透明電極８上には、発電層４と裏面電極５とが順次積層されている。
【００２６】
この様に凹凸形状を有する表面透明電極８上に発電層４を形成した場合には、表面透明電極８の凸頂部や凹底部を起点に発電層４に欠陥が発生し、この欠陥に起因した発電特性の低下が発生する。また、表面透明電極８に凹凸形状を形成するためにＳｎＯ２やＺｎＯ系膜をＣＶＤ法で製膜した場合は、所定の凹凸形状を得るためには、これらの膜を１μｍ程度の膜厚で製膜する必要がある。また、ＺｎＯ系膜をエッチングすることにより表面透明電極８に凹凸形状を形成する場合においても、エッチング前のＺｎＯ系膜の膜厚は１μｍ程度必要である。したがって、これらの場合は、スループットが悪化し、コストが増加する。
【００２７】
次に、比較のため、従来の他の薄膜太陽電池について説明する。図４は、光散乱構造として凹凸形状を有するガラス基板（以下、ガラステクスチャ基板９と呼ぶ）上に形成された従来の薄膜太陽電池の概略構成を示す断面図である。この従来の薄膜太陽電池においては、ガラステクスチャ基板９自体に凹凸形状を持たせることで、入射する光を散乱させる。この薄膜太陽電池においては、ガラステクスチャ基板９の凹凸形状の上に表面透明電極３ａが形成されている。表面透明電極３ａとしては、ＳｎＯ２膜またはＺｎＯ系膜がＣＶＤ法やスパッタリング法により製膜される。この表面透明電極３ａ上には、発電層４と裏面電極５とが順次積層されている。
【００２８】
この様にガラステクスチャ基板９上に形成された表面透明電極３ａは、ガラステクスチャ基板９の凹凸形状に起因した膜成長異常や粒界欠陥が発生するため、膜の電気抵抗が増大する。また、上述した凹凸形状を有する表面透明電極８上に形成された発電層４の場合と同様に、ガラステクスチャ基板９の凹凸形状の凸頂部や凹底部に対応する表面透明電極３ａの凸頂部や凹底部を起点に発電層４に欠陥が発生する。そして、これらの表面透明電極３ａの電気抵抗の増大と発電層４に発生する欠陥とにより、発電特性が低下する。
【００２９】
次に、内部光散乱構造２を有するガラス基板１の作製方法の一例について説明する。図５は、レーザー照射によりガラス基板１内に内部光散乱構造２を形成する方法の概念を模式的に示す断面図である。例えばレーザー光１０としてＹＡＧ３倍波を使用し、レンズ１１により焦点位置１２で直径が３μｍの円状になるまでレーザー光１０を収束させる。この焦点位置１２がガラス基板１の内部に位置するようにガラス基板１とレンズ１１との位置関係を調整し、レーザー光１０をパルス発振させるとともに、ガラス基板１を該ガラス基板１の面方向（図５中の矢印Ａの方向）に走査させる。
【００３０】
このようにしてガラス基板１に特定のパワーのレーザー光１０を照射すると、レーザー光１０による熱で焦点位置１２のガラスに微細なクラックが局所的に発生する。このクラックがガラス基板１内に多数散在することにより、ガラス基板１に入射した光が散乱するようになり、簡略な工程で容易にガラス基板１の内部に散乱構造を形成することができる。このようなレーザー照射を開始する位置および終了する位置に関しては、ガラス基板１の端部より内側であり、かつ集積型薄膜太陽電池６を形成する領域より外側にする必要がある。
【００３１】
レーザー照射を開始する位置および終了する位置、すなわちガラス基板１の面方向における内部光散乱構造２の形成位置をガラス基板１の端部より内側とすることで、内部光散乱構造２を形成した後においても十分なガラス基板１の強度を確保することができる。このようにガラス基板１の周辺領域には、内部光散乱構造２が形成されない幅１ｍｍ以上の領域を全周に設けること望ましく、幅２ｍｍ以上とするとさらによい。
【００３２】
また、ガラス基板１の面方向における内部光散乱構造２の形成位置を集積型薄膜太陽電池６を形成する領域よりも外側にすることで、ガラス基板１に斜めに入射した太陽光も内部光散乱構造２で散乱させた後に集積型薄膜太陽電池６に入射させることができる。このように、ガラス基板１に入射した光を内部光散乱構造２で散乱させた後に集積型薄膜太陽電池６の全面に入射させることが望ましく、内部光散乱構造２はガラス基板１の面方向においてガラス基板１の周辺領域を除いてほぼ全面に均一に形成されることが望ましい。
【００３３】
後に述べる実施の形態２の様に、内部光散乱構造２を有するガラス基板１を結晶系太陽電池モジュールのフロントガラスとして用いる場合には、レーザー照射の開始位置と終了位置とをガラス基板１の端部より内側でかつ結晶系太陽電池セルを配置する領域より外側にする必要がある。なお、結晶系太陽電池モジュールの場合は、基板間の隙間が大きい箇所については、その前面となる部分に散乱構造を形成しなくてもよい。
【００３４】
図６は、ガラス基板１に内部光散乱構造２を形成するためのレーザー照射パターン１３の一例を示す概念図である。図６では、レーザー照射パターン１３をガラス基板１の上側より見た状態を示している。図６では、ガラス基板１は、図６中の矢印Ａの方向に走査されている。レーザー光１０は、ガラス基板１の内部の焦点位置で直径３μｍの円状になるようにガラス基板１に対して照射される。そして、レーザー光１０はパルス状に照射されているので、パルスの周波数とガラス基板１の走査速度とにより決定される縦ピッチＰｌで矢印Ａの方向に直線状に照射される。
【００３５】
次に、ガラス基板１の位置をガラス基板１の面方向においてガラス基板１の走査方向と直角の方向にＰｗの距離（横ピッチＰｗ）だけ移動させ、再度レーザーを照査することを繰り返す。これにより、図６に示されるようにレーザー光をガラス基板１に対して二次元的に照射することができ、ガラス基板１の面内に二次元的に広がる内部光散乱構造２を形成することができる。
【００３６】
また、図７は、ガラス基板１の内部に三次元的な内部光散乱構造のパターンを形成する方法の概念を模式的に示す断面図である。図７に示す方法では、図５に示した方法と同様にレンズ１１により収束されたレーザー光１０により、ガラス基板１の厚み方向における第１の焦点位置１６に第１の内部光散乱構造１４を形成する。その後、ガラス基板１の位置をガラス基板１の厚み方向（図７中の下方向）に変位させることでレーザー光１０の焦点位置をガラス基板１の内部で移動させる。
【００３７】
そして、第２の焦点位置１７に再度レーザー光１０を照射してガラス基板１を図７中の矢印Ａの方向に走査することで、第２の内部光散乱構造１５をガラス基板１の厚み方向における第１の内部光散乱構造１４の上部位置に形成することが可能である。この様にガラス基板１の内部において複数の焦点位置に内部光散乱構造を形成することにより、三次元的な内部光散乱構造を形成することができる。
【００３８】
次に、以上のようにレーザー光１０を用いて内部光散乱構造２を形成したガラス基板１の散乱特性について説明する。図８は、ガラス基板１に照射するレーザー光１０のパワーを変化させた場合における、ガラス基板１の散乱特性を示すヘイズ率（％）の入射光の波長に対する依存性を示す特性図である。図８においては、ガラス基板１に照射するレーザー光１０のパワーを０．４５Ｗ、０．６Ｗ、０．７Ｗと変化させた場合について示している。内部光散乱構造２の形成におけるガラス基板１の面方向におけるレーザー照射パターンは、縦ピッチＰｌが２６．７μｍ、横ピッチＰｗが２０μｍであり、焦点位置を１箇所に固定した二次元パターンである。
【００３９】
図８に示されるように、レーザー光１０のパワーがいずれのパワーの場合においても、ガラス基板１に入射する光の波長の増大に伴ってヘイズ率が低下する、つまり、長波長の光ほど散乱されにくいことが分かる。また、図８より、強いパワーのレーザー光１０を照射することで、内部光散乱構造２を形成したガラス基板１を高ヘイズ化できることが分かる。
【００４０】
図９は、レーザー照射パターン１３の縦ピッチＰｌを変化させた場合における、ガラス基板１のヘイズ率の入射光の波長に対する依存性を示す特性図である。ここでは、ガラス基板１の走査速度を変化させて、レーザー照射パターン１３の縦ピッチＰｌを１３．３μｍ、２０μｍ、２６．７μｍと変化させた結果を示している。また、この場合のレーザー照射パターン１３は、横ピッチＰｗは２０μｍ、焦点位置は１箇所に固定した二次元パターンであり、レーザー光１０のパワーは、０．４５Ｗである。図９より、レーザー照射パターン１３の縦ピッチＰｌを変化させることにより、異なる散乱特性を有する内部光散乱構造を有するガラス基板１を得ることができることが分かる。
【００４１】
ここで、レーザー光１０を照射するピッチに関しては、ガラス基板１の強度の低下を抑制するために、照射するレーザー光１０の焦点位置でのビーム径の４倍から１０倍が好ましく、より好ましくは５倍から８倍である。
【００４２】
隣接するクラックが形成された領域間にはクラックが形成された領域のサイズの少なくとも１／３以上のクラックの存在しない間隔があることが好ましく、２／３以上あると更に好ましい。このような条件を満たすことにより、隣り合うクラックがつながらないようにすることができる。また、ガラス基板１の面内において、クラックが形成された領域の面積が内部光散乱構造２を形成した領域の面積の１／１０倍以上あることが、ガラス基板１の高ヘイズ率化を図って太陽電池の性能を向上させる光散乱性能の点で好ましく、１／８倍以上であるとより好ましい。例えば３ミクロンのビームで直径９ミクロンのクラック（面積６３平方ミクロン）が、縦３×１０倍の３０ミクロン、横２０ミクロンの領域（面積６００平方ミクロン）にできるとすると、クラックの面積はおおよそ領域の１／１０でありクラックの面積は１／１０以上になる。また、ガラス基板１の面内において、クラックが形成された領域の面積が内部光散乱構造２を形成した領域の面積の８／１０倍以下、更に望ましくは、７／１０倍以下であることが、ガラスの強度の維持の点で好ましい。また、高いヘイズ率を実現するためにはガラス基板１の面内において、クラックが形成された領域の面積は内部光散乱構造２を形成した領域の面積の４／１０倍以上であることが望ましい。
【００４３】
図１０は、レーザー照射パターンの横ピッチＰｗを変化させた場合における、ガラス基板１のヘイズ率の入射光の波長に対する依存性を示す特性図である。ここでは、レーザー照射パターン１３の横ピッチＰｗを１０μｍ、２０μｍと変化させた場合のヘイズ率の波長依存性を示している。レーザー光１０の照射条件は、縦ピッチが２６．７μｍの二次元パターンであり、レーザー光１０のパワーは０．６Ｗである。図１０に示されるように、横ピッチＰｗを変化させることによっても、内部光散乱構造の散乱特性を変化させることが可能である。
【００４４】
図１１は、内部光散乱構造２の三次元的な構造の相違による、ガラス基板１のヘイズ率の入射光の波長に対する依存性を示す特性図である。ここでは、ガラス基板１に照射するレーザー光の焦点位置をガラス基板１の内部で変化させることにより、三次元的な内部光散乱構造２を形成した際のヘイズ率の波長依存性を示している。
【００４５】
レーザー光１０のパワーは０．６Ｗである。レーザー光１０の照射条件は、縦ピッチＰｌが２６．７μｍ、横ピッチＰｗが２０μｍである。そして、この条件で１段構造の二次元内部光散乱構造のみを形成した場合、焦点位置をガラス基板１内で厚み方向に０．８ｍｍずらして２段構造の内部光散乱構造２を形成した三次元パターンの場合、更に焦点位置を厚み方向に０．８ｍｍずらして３段構造の内部光散乱構造２を形成した三次元パターンの場合の結果を示している。図１１に示されるように、内部光散乱構造２を三次元的に形成することによっても内部光散乱構造２の散乱特性を変化させることが可能である。
【００４６】
図１２は、内部光散乱構造２を有するガラス基板１上に形成した薄膜太陽電池と、凹凸を有する表面透明電極３上に形成した薄膜太陽電池と、の開放電圧のヘイズ率依存性を示す特性図である。ここでは、上述したようにレーザー光１０を用いて平坦なガラス基板１の内部に内部光散乱構造２を形成して該ガラス基板１の平坦面上に薄膜太陽電池を形成した場合と、表面透明電極を凹凸形状にすることで光散乱構造を形成して該表面透明電極３の凹凸上に薄膜太陽電池を形成した場合と、について、薄膜太陽電池の発電特性を示す開放電圧の散乱特性（波長８００ｎｍの光に対するヘイズ率）を示している。表面透明電極３の凹凸に関しては、凹凸を形成するためのエッチング時間を変化させて異なるヘイズ率を有する表面透明電極３を形成し、その上に薄膜太陽電池を形成した。内部光散乱構造２を有するガラス基板に関しては、図８〜図１１に示したようなレーザーの照射条件や散乱構造の段数を変化させることで異なるヘイズ率を有する基板を形成し、その上に薄膜太陽電池を形成した。なお、図１２における縦軸の規格化開放電圧に関しては、内部光散乱構造２を有しない平坦なガラス基板１上に薄膜太陽電池を形成した場合の開放電圧で規格化している。
【００４７】
図１２より、両方の薄膜太陽電池は、ともに波長８００ｎｍの光に対するヘイズ率が増大するにしたがって開放電圧は低下する傾向にあるが、ガラス基板１の内部に内部光散乱構造２を形成したガラス基板上の薄膜太陽電池の開放電圧の方が、低下の傾向が緩やかになっており散乱特性の増大に伴う特性劣化が少ないことが分かる。
【００４８】
図１３は、レーザー照射により実施の形態１にかかる内部光散乱構造２を形成したガラス基板における光透過率の波長依存性の一例を示す特性図である。内部光散乱構造２を有するガラス基板は、図８〜図１１に示したようなレーザーの照射条件や散乱構造の段数を変化させることで異なるヘイズ率を有する基板を形成した。図１３では、内部光散乱構造２を形成していないガラス基板における光透過率を基準（１００％）にしている。図１３に示されるように、内部光散乱構造２を形成した後においても、ガラス基板の光透過率が３５０ｎｍから１５００ｎｍの波長領域において８５％から９１％と高い光透過率を保っていることが分かる。
【００４９】
また、上述した方法でレーザー光によりガラス基板１内に内部光散乱構造２を形成する場合は、レーザー光を周期的に所定のパターンで照射するため、形成される内部光散乱構造２内のクラックは所定の幾何学的配置パターンを有する。その結果、この内部光散乱構造２の部分で、この所定の幾何学的配置パターンを反映した特定の波長の光を反射しやすくなる。この性質を利用することで、従来変化させることが困難であったガラス面から薄膜太陽電池を見た際の色合いに変化を持たせて、薄膜太陽電池の色味を変化させることが可能である。
【００５０】
図１４は、内部光散乱構造２を形成する際のレーザー照射条件による薄膜太陽電池の反射スペクトルの相違を示す特性図である。ここでは、特定の条件で内部光散乱構造２を形成したガラス基板１上に作製した薄膜太陽電池の反射スペクトルを示している。
【００５１】
図１４において、条件１は照射パワーが０．７Ｗ、縦ピッチＰｌが１３μｍ、横ピッチＰｗが１０μｍのレーザー光の照射条件で二次元パターンの内部光散乱構造２を形成した場合、条件２は照射パワーが０．７Ｗ、縦ピッチＰｌが２７μｍ、横ピッチＰｗが２０μｍのレーザー光の照射条件で二次元パターンの内部光散乱構造２を形成した場合、条件３は内部光散乱構造２を形成しない場合である。
【００５２】
条件１〜条件３の３条件とも、薄膜太陽電池自体は平坦なガラス基板１上に形成されているが、ガラス基板１の内部に形成される内部光散乱構造２によって反射光がピークを持つ波長領域が異なっている。具体的には、内部光散乱構造２を持たない平坦なガラス基板上１に薄膜太陽電池を作製した場合の条件３では、ガラス面から見た反射光（反射スペクトル）は赤色の領域にピークを持っており、ガラス面から見た薄膜太陽電池は赤味がかった色合いを示す。これに対して、条件２の場合には、ガラス面から見た反射光（反射スペクトル）は緑色の部分にピークが出てきているため、ガラス面から見た薄膜太陽電池は緑がかった色合いを示す。また、条件１の場合には、他の条件と比較して青色部分の反射光（反射スペクトル）が強くなっているため、ガラス面から見た薄膜太陽電池は青味がかった色合いを示す。このように、レーザー光を照射する周期パターンを変化させて、内部光散乱構造２内のクラックの幾何学的配置のパターンを変化させることにより薄膜太陽電池の色合いを変化させることができる。
【００５３】
上述したように、実施の形態１では、集積型薄膜太陽電池６を形成する平坦なガラス基板１の内部に光を散乱させる内部光散乱構造２を持たせ、この平坦なガラス基板１上に透明導電性膜からなる表面透明電極３、発電層４、裏面電極５を形成することで、透明導電性膜の凹凸に起因する発電層４の欠陥が抑制され発電特性が改善する。また、平坦なガラス基板１上に透明導電性膜が形成されるので、透明導電性膜の欠陥に起因した発電特性の低下が抑制される。
【００５４】
また、ガラス基板１の内部の内部光散乱構造２に特定の波長の光を反射する機能を持たせることで、ガラス面から集積型薄膜太陽電池６を見た際の色合いに変化を持たせることができる。
【００５５】
実施の形態２．
図１５は、本発明の実施の形態２にかかる結晶系太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。実施の形態２にかかる結晶系太陽電池モジュールにおいては、内部光散乱構造２が内部に形成されたフロントガラス１８上に、例えば多結晶シリコンや単結晶シリコン等の半導体結晶基板を用いた結晶系太陽電池セル１９が配置されている。
【００５６】
内部光散乱構造２が内部に形成されたフロントガラス１８は、光入射側の保護部材である。結晶系太陽電池セル１９は、例えばＰＮ接合を有するシリコン基板の両面に電極（表面電極、裏面電極）が形成されて構成される。個々の結晶系太陽電池セル１９同士は、電極に接続した導電性の接続配線２０により電気的に直列接続されている。また、結晶系太陽電池セル１９に発生する電流・電圧を取り出すための取り出し配線２３が、両端の接続配線２０に接続されている。
【００５７】
これらの結晶系太陽電池セル１９等をフロントガラス１８上に配置し、このフロントガラス１８と耐候性を有するバックフィルム２５とをＥＶＡフィルム等の充填材２４で接合することにより、実施の形態２にかかる結晶系太陽電池モジュールが形成される。
【００５８】
図１６は、凹凸表面形状を有する従来の結晶系太陽電池の概略構成を示す断面図である。従来の結晶系太陽電池モジュールにおいては、発電特性を改善するために結晶系太陽電池セル１９の光入射側の表面にエッチングやブラスト処理により微細な凹凸構造を形成している。このため、結晶系太陽電池セルの形成プロセスが複雑になっていた。
【００５９】
図１７は、内部光散乱構造２を有するフロントガラス１８を用いた実施の形態２にかかる結晶系太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図であり、図１５の一部を拡大して示す要部拡大図である。実施の形態２にかかる結晶系太陽電池モジュールにおいては、フロントガラス１８の内部に光を散乱させる内部光散乱構造２を形成しているため、結晶系太陽電池セル１９の光入射側の表面に特に光散乱構造を形成する必要がなく、結晶系太陽電池セルの作製プロセスの簡略化が図れる。
【００６０】
この結晶系太陽電池モジュールのフロントガラス１８内の内部光散乱構造２は、実施の形態１に示した方法と同じ方法で作製することができ、内部光散乱構造２を形成する条件により散乱特性を制御することが可能である。また、実施の形態１に示したように内部光散乱構造２を構成するクラックの幾何学的配置パターンを変化させることにより、ガラス面から見た反射光のスペクトルを変化させることが可能であるため、結晶系太陽電池モジュールにおいても、モジュールの色合いを変化させることが可能である。
【００６１】
上述したように、実施の形態２では、結晶系太陽電池モジュールの表面側のフロントガラス１８の内部に光を散乱させる内部光散乱構造２を設けることで、散乱された光を結晶系太陽電池セル１９に入射させることができる。これにより、結晶系太陽電池セルの表面に凹凸形状を形成する必要がなく、結晶系太陽電池セルの作製工程の簡略化と低コスト化が実現できる。
【００６２】
また、フロントガラス１８の内部の内部光散乱構造２に特定の波長の光を反射する機能を持たせることで、ガラス面から結晶系太陽電池セル１９を見た際の色合いに変化を持たせることができる。
【００６３】
さらに、前記内部光散乱構造２を形成するガラス基板が、強化ガラス等の応力層を含む場合においては、内部散乱を生じさせるクラック層を応力層内部に形成すると、このクラックが原因となりガラスが破壊する恐れがある。したがって、このようなガラス基板にクラックを形成するために照射される集光したレーザー光の焦点は、該ガラス基板の応力層以外の位置にする必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明にかかる太陽電池は、光を散乱させる構造に起因した発電特性の低下が防止され、ガラス面から見た際の色合いを制御可能であり、簡略な工程で安価に製造可能な太陽電池の実現に有用である。
【符号の説明】
【００６５】
１  ガラス基板
２  内部光散乱構造
３  表面透明電極
３ａ  表面透明電極
４  発電層
５  裏面電極
６  集積型薄膜太陽電池
７  薄膜太陽電池セル
８  表面透明電極
９  ガラステクスチャ基板
１０  レーザー光
１１  レンズ
１２  焦点位置
１４  第１の内部光散乱構造
１５  第２の内部光散乱構造
１６  第１の焦点位置
１７  第２の焦点位置
１８  フロントガラス
１９  結晶系太陽電池セル
２０  接続配線
２１  封止材
２２  バックガラス
２３  取り出し配線
２４  充填材
２５  バックフィルム
【図１】
2012160862.tif 000003
【図２】
2012160862.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012160862.tif 000008
【図７】
2012160862.tif 000009
【図８】
2012160862.tif 000010
【図９】
2012160862.tif 000011
【図１０】
2012160862.tif 000012
【図１１】
2012160862.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2012160862.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年11月20日(2013.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池は、光電変換を行う発電層の光入射側にガラス基板を備える太陽電池であって、前記ガラス基板は、レーザー光を集光照射することにより前記レーザー光の熱で前記レーザー光の焦点位置に局所的なクラックが多数形成されて前記ガラス基板に入射した光を散乱する光散乱構造を内部に有し、前記光散乱構造は、一定の照射パワーのレーザー光を一定の縦ピッチおよび横ピッチで前記ガラス基板に照射することにより前記一定の縦ピッチおよび横ピッチの前記多数のクラックが散在して形成され、前記ガラス基板に入射した光の反射率は、前記光散乱構造を有しないガラス基板と比較して青色または緑色の光において高くなっていること、を特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う発電層の光入射側にガラス基板を備える太陽電池であって、
前記ガラス基板は、レーザー光を集光照射することにより前記レーザー光の熱で前記レーザー光の焦点位置に局所的なクラックが形成されて前記ガラス基板に入射した光を散乱する光散乱構造を内部に有し、
前記光散乱構造は、一定の照射パワーのレーザー光を一定の縦ピッチおよび横ピッチで前記ガラス基板に照射することにより前記一定の縦ピッチおよび横ピッチの前記多数のクラックが散在して形成され、
前記ガラス基板に入射した光の反射率は、前記光散乱構造を有しないガラス基板と比較して青色または緑色の光において高くなっていること、
を特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記光散乱構造を有するガラス基板の波長３５０ｎｍから１５００ｎｍの光に対する透過率が８５％以上９１％以下であり、
前記光散乱構造で散乱した光の前記発電層における光路長が、前記発電層の膜厚より長いこと、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記光散乱構造は、レーザー照射により前記ガラス基板の内部に生じたクラックが前記ガラス基板の面方向において多数散在して構成されること、
を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記光散乱構造は、前記ガラス基板の面方向において前記ガラス基板の周辺部を除いて全面に形成されていること、
を特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項５】
前記ガラス基板の面方向において、前記クラックが形成された面積は前記光散乱構造が形成された面積の１／１０以上、８／１０以下であること、
を特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項６】
前記光散乱構造は、レーザー光を集光照射することにより発生するクラックからなる層が、前記ガラス基板内に少なくとも１層以上形成されていること、
を特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項７】
前記発電層として、前記ガラス基板の平坦な表面上に形成された薄膜光電変換層を含むこと、
を特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項８】
前記発電層として、半導体結晶基板からなる光電変換層を含むこと、
を特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項９】
ガラス基板に一定の照射パワーのレーザー光を一定の縦ピッチおよび横ピッチで集光照射して前記ガラス基板の内部に前記レーザー光の熱で前記レーザー光の焦点位置に局所的なクラックを前記一定の縦ピッチおよび横ピッチで多数散在させることにより、前記ガラス基板に入射した光を散乱する光散乱構造を前記ガラス基板の内部に形成する工程と、
前記ガラス基板上に、第１電極と光電変換を行う発電層と第２電極とをこの順で配置する工程と、
を含み、
前記ガラス基板に入射した光の反射率を、前記光散乱構造を有しないガラス基板と比較して青色または緑色の光において高くすること、
を特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記レーザー光の照射は、前記レーザー光の焦点位置におけるビーム径に対して４倍から１０倍の長さの照射ピッチで周期的に行われること、
を特徴とする請求項９に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記光散乱構造を、前記ガラス基板の面方向において前記ガラス基板の周辺部を除いて全面に形成すること、
を特徴とする請求項９または１０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記ガラス基板の面方向において、前記クラックが形成された面積は前記光散乱構造が形成された面積の１／１０以上、８／１０以下であること、
を特徴とする請求項９から１１のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記ガラス基板に照射される集光したレーザー光の前記ガラス基板内での焦点位置を前記ガラス基板の厚さ方向において変化させることにより、前記クラックからなる層が前記ガラス基板の厚さ方向において複数形成された前記光散乱構造が形成されること、
を特徴とする請求項９から１２のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記光散乱構造を形成するガラス基板が応力層を含む場合において、前記ガラス基板に照射される集光したレーザー光の前記ガラス基板内での焦点位置が、前記ガラス基板の応力層以外の位置とされること、
を特徴とする請求項９から１３のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
【国際調査報告】
2012160862.tif 000020
2012160862.tif 000021
2012160862.tif 000022
2012160862.tif 000023