(57)【要約】  本発明の一態様に係る太陽電池（１）は、主に短波長の光を吸収して光電変換する第１光電変換層（１１）と、主に長波長の光を吸収して光電変換する第２光電変換層（１２）と、複数のナノロッド（２０）と、を備え、第２光電変換層（１２）は、複数のナノロッド（２０）を、光の入射側と反対側から覆うように形成され、複数のナノロッド（２０）と共に第１のフォトニック結晶を構成していることを特徴としている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主に短波長の光を吸収して光電変換する第１光電変換層と、
主に長波長の光を吸収して光電変換する第２光電変換層と、
複数の柱状の媒質と、を備え、
上記第２光電変換層は、上記複数の柱状の媒質を、光の入射側と反対側から覆うように形成され、上記複数の柱状の媒質と共に第１のフォトニック結晶を構成している
ことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
上記第２光電変換層の光の入射側と反対側に、第１透明導電膜を挟んで上記第１光電変換層が配置され、
上記第２光電変換層の光の入射側に、第２透明導電膜が配置され、
上記第２光電変換層は、上記第２透明導電膜及び上記複数の柱状の媒質を、光の入射側と反対側から覆うように形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
上記複数の柱状の媒質は、上記第２光電変換層の媒質より屈折率が小さく、かつ、正方格子状に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項４】
上記複数の柱状の媒質は、円柱状、四角柱状、又は、三角柱状に形成されている
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の太陽電池。
【請求項５】
上記第１光電変換層と上記第２光電変換層との間に第１透明導電膜をさらに備え、
上記複数の柱状の媒質は、上記第１透明導電膜の表面形状に沿って形成されており、
上記第２光電変換層は、上記第１透明導電膜及び上記複数の柱状の媒質を、光の入射側と反対側から覆うように形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
上記複数の柱状の媒質は、上記第２光電変換層の媒質より屈折率が小さく、かつ、三角格子状に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池。
【請求項７】
上記複数の柱状の媒質は、円柱状、又は、四角柱状に形成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
上記第１のフォトニック結晶は、フォトニックバンドギャップを持ち、上記フォトニックバンドギャップに欠陥準位を生成するように、上記三角格子状の一部分に上記複数の柱状の媒質が配置されていない領域である欠陥が形成された第１のフォトニック結晶であることを特徴とする請求項６又は７に記載の太陽電池。
【請求項９】
上記第１光電変換層と上記第２光電変換層との間に第１透明導電膜をさらに備え、
上記複数の柱状の媒質は、上記第１透明導電膜の表面形状に沿って形成されており、
上記第２光電変換層は、上記第１透明導電膜及び上記複数の柱状の媒質を、光の入射側と反対側から覆うように形成されている
ことを特徴とする請求項６から８の何れか１項に記載の太陽電池。
【請求項１０】
上記第２光電変換層の光の入射側と反対側の面の凹凸形状に沿って形成された第３透明導電膜をさらに備え、
上記第２光電変換層及び上記第３透明導電膜の表面の凹凸形状によって、第２のフォトニック結晶を構成している
ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１１】
上記複数の柱状の媒質は、複数種類の格子構造を構成するように配置されている
ことを特徴とする、請求項１から１０の何れか１項に記載の太陽電池。
【請求項１２】
上記複数の柱状の媒質は、２種類の大きさの柱状の媒質を含んでおり、複数の小さな柱状の媒質と、１つの大きな柱状の媒質とによって第１の格子構造を形成すると共に、複数の上記第１の格子構造に含まれる大きな柱状の媒質によって第２の格子構造を形成する
ことを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の太陽電池。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の太陽電池を１ユニットとして、一次元的または二次元的に配列された複数の上記ユニットを備えたことを特徴とする太陽電池パネル。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の太陽電池を電源として備えたことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の太陽電池パネルを電源として備えたことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンデム方式の太陽電池、複数の上記太陽電池を配列した太陽電池パネルおよび上記太陽電池を電源として搭載した装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池は、一般的に、光を電気に変換する光電変換層の媒質における光吸収が、波長によって異なり、特に、長波長側の光の吸収率が低いことが課題となっている。この課題を改善するために、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を媒質に用いた光電変換層に、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を媒質に用いた光電変換層を重ねて２層製膜するタンデム方式の太陽電池が実用化されてきている。なお、タンデム方式の太陽電池は、コストの面からも、薄膜太陽電池として、有望視されている。【０００３】
ここで、従来用いられているタンデム方式の太陽電池における、各波長における太陽光のエネルギーと光電変換層の感度特性との関係を図２２に示す。図２２は、太陽光の各波長におけるエネルギーと光電変換層の感度特性との関係を示すグラフである。【０００４】
図２２に示す破線は、太陽光の各波長におけるエネルギー（以降、単に光エネルギーとも呼称する）の強度を示している。また、細線は、光電変換層の媒質にアモルファスシリコンを用いたａ−Ｓｉ光電変換層の感度特性、すなわち、光吸収の強度を示し、太線は、光電変換層の媒質に微結晶シリコンを用いたμｃ−Ｓｉ光電変換層の感度特性、すなわち、光吸収の強度を示している。【０００５】
図２２に示すように、ａ−Ｓｉ光電変換層は、波長が７００ｎｍ程度以下の範囲に光吸収があり、特に波長が５００ｎｍ程度付近において光吸収の強度が大きくなる。また、μｃ−Ｓｉ光電変換層は、波長が４５０ｎｍ程度から９５０ｎｍ程度までの範囲に光吸収があり、特に、波長が６００ｎｍ程度から７００ｎｍ程度までの範囲において光吸収の強度が大きくなる。図２２に示すように、ａ−Ｓｉ光電変換層及びμｃ−Ｓｉ光電変換層を有する従来のタンデム方式の太陽電池は、波長が７５０ｎｍ程度以下の範囲において、光の吸収効率を２層が補完し合うので、効率よく光を吸収することができている。【０００６】
また、特許文献１には、太陽光をより効率よく受信して太陽電池に供給する技術が開示されている。図２３に、特許文献１に係る太陽電池の概要を表す断面図を示す。【０００７】
図２３に示すように、特許文献１に係る太陽電池は、太陽電池表面に設けられた、誘電体アンテナと呼ばれる透明な材料（有機又は無機を問わず、例えば、ポリエチレン及びＳｉＯ２など）をロッド状にし、光との相互作用を起こすことによって、外部からの光の取り込み量を増やしている。これにより、本来なら表面反射を起こして取り込むことのできない光を取り込み、起電力を増加させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２００２‐３６８２４４号（２００２年１２月２０日公開）」
【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、特許文献１に開示された太陽電池には、以下のような問題点が存在する。特許文献１に記載の太陽電池は、取り込む光の量を増やしているものの、光吸収の小さい長波長側において光の吸収率を向上させるものではないため、依然として長波長側の光の吸収率が低いという問題がある。【００１０】
また、特許文献１に記載の太陽電池は、誘電体アンテナを用いることにより、さまざまな角度からの入射光を通常よりも多く取り込むことができ、これによって、太陽電池全体での光の吸収量を向上させている。しかし、特許文献１に記載の太陽電池では、取り込んだ光を太陽電池内に閉じ込めておくことはできないため、効率よく光を取り込むことはできても、取り込んだ光を効率よく吸収することはできない。したがって、取り込まれた光のうち、吸収されない光が太陽電池内に多く存在してしまい、光の吸収率を効率よく向上させることができないという問題がある。【００１１】
また、タンデム方式の太陽電池においても、図２２の一点鎖線で囲む領域に示されるように、波長が７５０ｎｍ程度から９５０ｎｍ程度までの範囲、すなわち、長波長における光の吸収率が低いという問題がある。【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、特に長波長における光の吸収率を高めた太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、主に短波長の光を吸収して光電変換する第１光電変換層と、主に長波長の光を吸収して光電変換する第２光電変換層と、複数の柱状の媒質と、を備え、上記第２光電変換層は、上記複数の柱状の媒質を、光の入射側と反対側から覆うように形成され、上記複数の柱状の媒質と共に第１のフォトニック結晶を構成していることを特徴としている。【００１４】
上記の構成によれば、上記太陽電池は、上記第１光電変換層において短波長側の光を吸収し、上記第２光電変換層において長波長の光を吸収する。このため、広範囲の波長の光を吸収することができる。【００１５】
また、上記太陽電池は、上記第２光電変換層及び上記複数の柱状の媒質によって、屈折率差が存在する上記第１のフォトニック結晶を構成することにより、上記太陽電池内に取り込んだ光を共振させることができる（共振効果）。また、上記第１のフォトニック結晶から漏れた光と、上記第２変換層を通過した後上記第２変換層の光の入射側と反対側の面から再び入射される光とにより、上記太陽電池内に取り込んだ光を互いに干渉させることができる（干渉効果）。【００１６】
上記太陽電池は、この上記第１のフォトニック結晶の共振効果と、干渉効果とにより、取り込んだ光を閉じ込めることを可能としている。加えて、共振効果や干渉効果を得られない光が上記第１のフォトニック結晶を通過する際に、回折または散乱するため、第２光電変換層を通過する光の経路を増加させることができるので（回折散乱効果）、光の吸収率を増加させることができる。【００１７】
さらに、上記太陽電池は、上記第２光電変換層が、上記複数の柱状の媒質を覆うように形成されている。これによって、上記太陽電池を製造する際に、上記第２光電変換層に上記複数の柱状の媒質を埋め込むなど、上記第２光電変換層に対してダメージを与えるような加工を行わないように上記第１のフォトニック結晶を形成することができる。【００１８】
したがって、上記太陽電池は、上記第２光電変換層における光の吸収率、特に長波長における光の吸収率を効率的に高め、光電変換率を向上させることができ、上記太陽電池における起電力量を増大させることができる。【００１９】
本発明の一態様に係る太陽電池パネルは、上記の課題を解決するために、太陽電池を１ユニットとして、一次元的または二次元的に配列された複数の上記ユニットを備えたことを特徴としている。【００２０】
これにより、光の吸収率が高い太陽電池が配列されているので、光電変換率の高い太陽電池パネルを得ることができる。【００２１】
特に、第１のフォトニック結晶中に欠陥を設けていない太陽電池は、第１のフォトニック結晶中に欠陥を設けた太陽電池より製造しやすい。したがって、上述した第１のフォトニック結晶中に欠陥を設けていない太陽電池が配列された太陽電池パネルは、量産に適しているというメリットを持っている。【００２２】
上記太陽電池のいずれかを電源として備えた装置もまた、本発明の１つのカテゴリーである。そのような装置には、上記太陽電池を電源として動作する携帯型または据え置き型の電子機器、家電製品または広告塔などが含まれる。【００２３】
また、上記太陽電池パネルを電源として備えた装置もまた、本発明の１つのカテゴリーである。そのような装置には、上記太陽電池パネルを電源として動作する携帯型または据え置き型の電子機器または家電製品のほかに、車両または広告塔なども含まれる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一態様に係る太陽電池は、以上のように、主に短波長の光を吸収して光電変換する第１光電変換層と、主に長波長の光を吸収して光電変換する第２光電変換層と、第１のフォトニック結晶と、を備え、上記第２光電変換層は、上記第１のフォトニック結晶を覆うように形成されていることを特徴としている。【００２５】
したがって、上記太陽電池は、上記第２光電変換層における光の吸収率、特に長波長における光の吸収率を効率的に高め、光電変換率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽電池の全体構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る太陽電池において、第１のフォトニック結晶を構成するナノロッドが円柱である場合の、第１のフォトニック結晶構造の上面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る太陽電池における、第１のフォトニック結晶構造の上面図であり、（ａ）は第１のフォトニック結晶を構成するナノロッドが四角柱である場合の第１のフォトニック結晶構造を示し、（ｂ）は第１のフォトニック結晶を構成するナノロッドが三角柱である場合の第１のフォトニック結晶構造を示している。
【図４】本発明の一実施形態に係る太陽電池の第１のフォトニック結晶による光の共振効果を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る太陽電池の光の閉じ込め効果を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る太陽電池の光吸収量を予測する、理論検討モデルを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る太陽電池の第１のフォトニック結晶構造に対して、有限要素法を用いた電磁界解析を行ったときの、規格化周波数に対する光の共振の強度を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態に係る太陽電池において、光吸収率を向上させるように第１のフォトニック結晶を設計した場合の、太陽光の各波長におけるエネルギーと光電変換層の感度特性との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造工程を示す工程図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る太陽電池における、第１のフォトニック結晶の構造を模式的に示す上面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る太陽電池において、第１のフォトニック結晶に欠陥を形成した場合の第１のフォトニック結晶の構造を模式的に示す上面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る太陽電池において、欠陥を形成しない場合の、第１のフォトニック結晶における共振の強さの分布を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る太陽電池において、欠陥を形成した場合の、第１のフォトニック結晶における共振の強さの分布を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る太陽電池において、ナノロッドを三角格子状に配置することによって第１のフォトニック結晶を構成した場合の、太陽光の各波長におけるエネルギーと光電変換層の感度特性との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の全体構成を概略的に示す断面図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池における、中間透明導電膜１３ａの形状の詳細を示す断面図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の全体構成を概略的に示す断面図である。
【図１８】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の透明導電膜及び第２光電変換層の詳細を示す図である。
【図１９】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池への太陽光の取り込みを模式的に示した図である。
【図２０】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池において、ナノロッドが正方格子状及び三角格子状の２種類の格子構造を形成するように配置されているフォトニック結晶の構造を模式的に示す上面図である。
【図２１】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池において、半径の異なる２種類のナノロッドが、大きさの異なる２種類の正方格子構造を形成するように配置されているフォトニック結晶の構造を模式的に示す上面図である。
【図２２】各波長における太陽光のエネルギーと光電変換層の感度特性との関係を示すグラフである。
【図２３】特許文献１に係る太陽電池の概要を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
＜実施形態１＞
本発明に係る太陽電池の一実施形態について、図１から図９を参照して以下に説明する。但し、本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。
【００２８】
（太陽電池の構成）
まず、本実施形態に係る太陽電池の構成例について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の太陽電池１の全体構成を概略的に示す断面図である。
【００２９】
太陽電池１は、入射された光を、光電変換することで電流に変換して用いることができる。図１に示すように、太陽電池１は、第１光電変換層１１、第２光電変換層１２、中間透明導電膜（第１透明導電膜）１３、透明導電膜（第２透明導電膜）１４、透明導電膜１５（第３透明導電膜）、透明基板１６、及び、金属電極１７を備えている。
【００３０】
また、第２光電変換層１２には、図１に示すように、ナノロッド（柱状の媒質）２０が周期的に配置された第１のフォトニック結晶構造が形成されている。より具体的には、第２光電変換層１２が、複数のナノロッド２０を光の入射側と反対側から覆うように形成されることで、複数のナノロッド２０と共に第１のフォトニック結晶を構成している。
【００３１】
第１光電変換層１１は、主に短波長の光を吸収して光電変換する半導体層である。また、第１光電変換層１１は、極性の異なる半導体層が隣接した構造を有しており、その構造は特に限定されないが、例えば、ｉ型半導体層（いわゆる、真性半導体層）１１２をｐ型半導体層１１１とｎ型半導体層１１３とで挟んだｐｉｎ縦型構造を採用してもよい。また、第１光電変換層１１の媒質としては、屈折率が３．０〜４．０程度のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を挙げることができるが、これに限定されるものではなく、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＮＩＮＧａＰ、（Ｉｎ）ＧｅＡｓ、ＧａＡｓなどであってもよい。
【００３２】
第２光電変換層１２は、主に長波長の光を吸収して光電変換する半導体層である。第２光電変換層１２もまた、第１光電変換層１１と同様に、極性の異なる半導体層が隣接した構造を有しており、例えば、ｉ型半導体層１２２をｐ型半導体層１２１とｎ型半導体層１２３とで挟んだｐｉｎ縦型構造を採用してもよい。また、第２光電変換層１２の媒質としては、例えば、屈折率が３．０〜４．０の程度の微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を挙げることができるが、これに限定されるものではない。例えば、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ：高純度多結晶シリコン）であってもよい。さらに、第２光電変換層１２のｐ型半導体層１２１は、ナノロッド２０が周期的に配置された第１のフォトニック結晶を覆うように形成されている。なお、ナノロッド２０、及び、第１のフォトニック結晶については後述する。
【００３３】
中間透明導電膜１３は、透明な導電膜であり、第１光電変換層１１及び第２光電変換層１２に挟まれるように配されている。また、透明導電膜（ＴＣＯ；Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｉｎｇ  Ｏｘｉｄｅ）１４、１５は、透明な導電膜であり、第１光電変換層１１及び第２光電変換層１２を挟んで配されている。
【００３４】
また、図１に示すように、中間透明導電膜１３における、第１光電変換層１１側、又は、第２光電変換層１２側の何れか１方の面が平坦になるよう、平坦化する。なお、中間透明導電膜１３の厚さを、例えば、３００ｎｍから４００ｎｍ程度に厚くすることによって、中間透明導電膜１３の第１光電変換層１１側、又は、第２光電変換層１２側の何れかの面を平坦にすることができる。すなわち、中間透明導電膜１３の厚さを厚くすることによって、平坦化する処理を省くことができる。
【００３５】
なお、中間透明導電膜１３、透明導電膜１４及び１５は、第１光電変換層１１及び第２光電変換層１２の媒質よりも屈折率が小さい媒質からなり、媒質としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＳｎＯ２などを挙げることができる。また、透明導電膜１４は、透明導電膜１５との間に第１光電変換層１１及び第２光電変換層１２を挟んで透明基板１６側に配され、透明導電膜１５は、透明導電膜１４との間に第１光電変換層１１及び第２光電変換層１２を挟んで金属電極１７側に配されている。
【００３６】
透明基板１６の材料としては、例えば、屈折率が１．５２程度のガラスを選択できる。また、金属電極１７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またはＡｌなどを選択できる。
【００３７】
透明基板１６を介して第１光電変換層１１及び第２光電変換層１２に入射した光は、主にｉ型半導体層１１２、１２２において、電子と正孔とを発生させるとともに、電子を価電子帯から導電帯へと励起することによって、吸収される。
【００３８】
なお、金属電極１７を、反射板としても機能させることができ、第１光電変換層１１及び第２光電変換層１２で光電変換されず、透過してきた光を、再び第１光電変換層１１及び第２光電変換層１２へと反射させることもできる。金属電極１７を、太陽電池１の裏面の全面を覆って配することで、第１光電変換層１１及び第２光電変換層１２を透過した光を確実に反射することができるので、より、光の吸収効率が高い太陽電池１を構成することができる。
【００３９】
（第１のフォトニック結晶の構造）
次に、ナノロッド２０、及び、第１のフォトニック結晶について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、第１のフォトニック結晶を構成するナノロッド２０が円柱である場合の、第１のフォトニック結晶構造の上面図である。また、図３は、第１のフォトニック結晶構造の上面図である。図３の（ａ）は、第１のフォトニック結晶を構成するナノロッド２０が四角柱である場合の、第１のフォトニック結晶構造を示し、図３の（ｂ）は、第１のフォトニック結晶を構成するナノロッド２０が三角柱である場合の、第１のフォトニック結晶構造を示している。
【００４０】
図２及び図３に示すように、本実施形態において、第１のフォトニック結晶は、複数のナノロッド２０が、透明導電膜１４の表面に周期的に配置されて形成されている（いわゆる、二次元第１のフォトニック結晶）。また、ナノロッド２０及び透明導電膜１４を、光の入射側と反対側から覆うように第２光電変換層１２のｐ型半導体層１２１が形成されている。
【００４１】
ナノロッド２０は、第２光電変換層１２の媒質より屈折率が小さい媒質で、例えば、図２に示すように円柱状に形成され、図３の（ａ）に示すように四角柱状に形成され、又は、図３の（ｂ）に示すように三角柱状に形成されている。ナノロッド２０の媒質としては、例えば、空気であってもよいし、屈折率が１．４５のＳｉＯ２であってもよい。このほかに、ナノロッド２０の材料として、屈折率１．６程度のＪＡＳ（有機絶縁性の透明樹脂材料）、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）材料として用いられるＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｉｌｓｅｑｕｉｏｘａｎｅ：水素シルセスオキサン）として、例えばＦＯＸ（東レ・ダウコーニング社の登録商標）などを用いることもできる。
【００４２】
なお、図２に示すように、円柱状に形成された各ナノロッド２０１は、隣接するナノロッド２０１との配置間隔（ピッチ）が等間隔になるよう、正方格子状に配置されている。なお、隣接するナノロッド２０１同士の配置間隔の値を、格子定数ｐ（ｎｍ）とも呼称する。
【００４３】
図３の（ａ）に示すように、四角柱状に形成された各ナノロッド２０２もまた、隣接するナノロッド２０２同士の配置間隔、すなわち、格子定数ｐ（ｎｍ）が等間隔になるよう、正方格子状に配置されている。
【００４４】
さらに、図３の（ｂ）に示すように、三角柱状に形成された各ナノロッド２０７もまた、隣接するナノロッド２０７同士の配置間隔、すなわち、格子定数ｐ（ｎｍ）が等間隔になるよう、正方格子状に配置されている。
【００４５】
さらに、ナノロッド２０の半径は、格子定数ｐを基準として、０．２ｐ（直径０．４ｐ）以上、０．４ｐ（直径０．８ｐ）以下の範囲を取ることが好ましい。
【００４６】
このように第１のフォトニック結晶を形成することにより、第１のフォトニック結晶構造には、第２光電変換層１２の屈折率と、ナノロッド２０の屈折率との屈折率差が存在することになる。
【００４７】
また、第２光電変換層１２のｐ型半導体層１２１を、ナノロッド２０を光の入射側と反対側から覆うように形成することによって、図１に示すように、ｐ型半導体層１２１のｉ型半導体層１２２側は、凹凸形状となる。この凹凸形状は、ｐ型半導体層１２１のｉ型半導体層１２２側と比較すれば緩やかではあるが、ｎ型半導体層１２３にも形成される。このｎ型半導体層１２３の凹凸形状における凸形状部分と、ｎ型半導体層１２３の凹形状部分の透明導電膜１５とによって、第２のフォトニック結晶構造が形成されることになる。
【００４８】
なお、本実施形態においては、ナノロッド２０が円柱状に形成されている場合を例に挙げて説明する。
【００４９】
（フォトニックバンド構造）
上記のような構成を備えた第１のフォトニック結晶には、フォトニックバンド構造が生成される。フォトニックバンド構造は、第１のフォトニック結晶に対する光の入射方向と、規格化周波数との関係によって表される。
【００５０】
より具体的には、ナノロッド２０の媒質による低誘電バンドと、第２光電変換層１２の媒質による高誘電バンドとが生成される。なお、フォトニックバンド構造には、第１のフォトニック結晶内で存在できない光の波長帯域として、低誘電バンドと高誘電バンドとに挟まれたフォトニックバンドギャップｇが含まれている。
【００５１】
規格化周波数は、第１のフォトニック結晶の格子定数ｐと光の周波数とが相関関係にあるために用いられるパラメータであり、ｐ／λとして表される。
【００５２】
（光吸収の最適条件）
次に、本実施形態に係る太陽電池１における光吸収の最適条件について、図４から図６を参照して説明する。図４は、第１のフォトニック結晶による光の共振効果を示す図である。図５は、本実施形態における太陽電池１の光の閉じ込め効果を示す図である。図６は、光吸収量を予測する、太陽電池１の理論検討モデルを示す図である。
【００５３】
まず、太陽電池１に取り込まれた光のうち、波長が短波長の範囲の光は、主に第１光電変換層１１において吸収され、第１光電変換層１１において吸収されなかった光が第２光電変換層に入射される。以降では、第２光電変換層１２に入射される光を入射光とも呼称する。本実施形態においては、特に、第２光電変換層１２における光の吸収について説明する。なお、図６における理論検討モデルの第２光電変換層１２は、入射光を共振させることによって閉じ込める共振器２２を備えている。
【００５４】
ここで、ナノロッド２０を含んで構成される第１のフォトニック結晶を、図６に示す共振器２２とみなすことができる。また、図４に示す矢印Ｂは、第１のフォトニック結晶において、入射光が面内方向にのみ共振することを示している。
【００５５】
つまり、第１のフォトニック結晶全体が、面内方向にて共振する１つの大きな共振器として機能する。これによって、第１フォトニック結晶は、光を、第１のフォトニック結晶の限定した範囲に閉じ込めるのではなく、第１のフォトニック結晶全体に閉じ込めることができる。
【００５６】
図４の矢印Ｂに示す、第１のフォトニック結晶において形成される共振器２２の共振効果と、裏面側の金属電極１７による反射効果（すなわち、第２光電変換層１２への入射光と金属電極１７による反射光との干渉効果）との相互作用による光閉じ込めの効果と、第１のフォトニック結晶と、裏面側の第２のフォトニック結晶とで作られる縦方向の構造による光閉じ込めの効果とによって、図５の矢印Ａに示すように、第２光電変換層１２に入射された光は、第１のフォトニック結晶と金属電極１７との間で閉じ込められることになる。
【００５７】
第２光電変換層１２の光吸収係数をα、屈折率をｎとし、光吸収係数αから導くことのできる、第２光電変換層１２の媒質による共鳴効果の大きさを表すＱ値をＱαとすると、光の波長λｃに対して、次式のようになる。なお、Ｑ値は、電気工学の共振のＱ値と同様、電磁波としての光の共鳴効果の大きさを表す。
【００５８】
Ｑα＝２πｎ／（λｃα）    ・・・式１
さらに、式１を、光速ｃ０、及び、共振角周波数ω０（ω０＝２πｃ０／λｃ）を用いて表すと、次式のように表される。ここでは、金属電極１７における光の反射は、完全反射（すなわち、反射率１．０）であるとする。以降では、金属電極１７において反射する光を、反射光とも呼称する。
【００５９】
ω０／Ｑα＝αｃ０／ｎ    ・・・式２
ここで、モデル化した条件で第１のフォトニック結晶において形成される共振器２２の電界振幅ａの時間変化を定式化した、モード結合理論による理論式を、次式に示す。なお、本実施形態においては、光の入射側の面及び入射側と反対側の面を中間透明導電膜１３及び透明導電膜１５でそれぞれ覆われた第２光電変換層１２が、ナノロッド２０と共に形成するフォトニック結晶を光共振器とみなし、第２光電変換層の光の入射側と反対側に金属電極１７（反射率１．０）が配置されている構成を、モデル化した条件としている。また、中間透明導電膜１３、１５は屈折率及び光吸収率が０であるとする。
【００６０】
なお、図６に示すように、第１光電変換層１１を抜けて第２光電変換層１２に入射する光の電界振幅をＳ＋１、第２光電変換層１２から金属電極１７に抜けていく光の電界振幅をＳ−２、金属電極１７で反射して第２光電変換層１２に入射する光の電界振幅をＳ＋２、第２光電変換層１２から第１光電変換層１１に抜けていく光の電界振幅をＳ−１とする。また、それぞれの電界振幅の絶対値の２乗は、光のエネルギーを表す。
【００６１】
また、第１のフォトニック結晶において形成される共振器２２の電界振幅をａとする。また、図５に示すように、共振器２２から金属電極１７までの厚みをｈ、第２光電変換層１２の厚みをｄ、第１のフォトニック結晶の構造によるＱ値をＱｃとする。
【００６２】
【数１】
2012141141.tif 000003
【００６３】
ここで、φは、光の位相状態を示し、入射光や、共振器２２の状態により異なる。なお、式３において、
【００６４】
【数２】
2012141141.tif 000004
【００６５】
は、電界振幅ａの時間変化（時間発展）を示している。
【００６６】
また、式３において、
【００６７】
【数３】
2012141141.tif 000005
【００６８】
は、共振器２２中の電界変化を示している。
【００６９】
さらに、式３において、
【００７０】
【数４】
2012141141.tif 000006
【００７１】
は、入射光及び反射光と共振器２２との結合を示している。
【００７２】
また、電界振幅Ｓ−１、電界振幅Ｓ−２、電界振幅Ｓ＋１及び電界振幅をＳ＋２は、下記に示す式４から式６によって表される。
【００７３】
【数５】
2012141141.tif 000007
【００７４】
【数６】
2012141141.tif 000008
【００７５】
【数７】
2012141141.tif 000009
【００７６】
ここで、β及びΔは、光の位相状態を示し、入射光や、共振器２２の状態により異なる。式４から式６の数式を、電界振幅Ｓ−２を用いないようにまとめると、次式が導かれる。
【００７７】
【数８】
2012141141.tif 000010
【００７８】
なお、式７において、
【００７９】
【数９】
2012141141.tif 000011
【００８０】
は、光の吸収の大きさを示している。
【００８１】
また、式７において、
【００８２】
【数１０】
2012141141.tif 000012
【００８３】
は、光が共振器２２で共振することによる、第２光電変換層１２での光の吸収を示している。
【００８４】
さらに、式７において、
【００８５】
【数１１】
2012141141.tif 000013
【００８６】
は、光が第２光電変換層１２を通過する際の、第２光電変換層１２における光の吸収を示している。
【００８７】
すなわち、共振器２２を備えた第２光電変換層１２における光の吸収の大きさは、第２光電変換層１２における、共振器２２での共振による光の吸収と、第２光電変換層１２を通過する際の光の吸収との和によって表すことができる。
【００８８】
また、式３及び式７から、光の吸収の大きさは、次式の条件において最大になることが導かれる。
【００８９】
ω０／Ｑｃ＝αｃ０／ｎ    ・・・式８
したがって、式２及び式８から、光の吸収の大きさを最大にする場合には、Ｑα＝Ｑｃが最適条件となる。このようにして、光の吸収の最適条件は、光の反射と吸収とを考慮したモード結合理論から得られる。
【００９０】
また、Ｑｃは、換言すれば、第１のフォトニック結晶の、共振モードにおける外部との結合の強さを表すＱ値であると言え、有限時間領域差分法（ＦＤＴＤ法：Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ法）による電磁界シミュレーションにより、求めることができる。このシミュレーション時には、第２光電変換層の屈折率のみを考慮し、吸収については考慮しない。なお、共振モードについては後述する。
【００９１】
ここで、光の吸収は、光の波長λｃ、共振器２２の構造によるＱ値（Ｑｃ）、光吸収係数α、及び、第１のフォトニック結晶構造の設計により決定される。したがって、光吸収係数αに対して第１のフォトニック結晶構造を最適に設計することによって、光の吸収を向上させることができる。なお、最終的な光の吸収の大きさは、ナノロッド２０から金属電極１７までの厚みｈ、及び、ナノロッド２０の高さｓ（図５参照）によって決まる。
【００９２】
（第１のフォトニック結晶構造の設計）
次に、光吸収率を向上させるための、第１のフォトニック結晶の構造の設計値について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、第１のフォトニック結晶構造に対して有限要素法を用いた電磁界解析を行ったときの、規格化周波数に対する光の共振の強度を示すグラフである。図７の（ａ）は、０．００から０．３０までの範囲の規格化周波数に対する光の共振の強度を示す図であり、図７の（ｂ）は、０．２５から０．３０までの範囲の規格化周波数に対する光の共振の強度を示す図である。
【００９３】
第１のフォトニック結晶構造に対して、有限要素法を用いた電磁界解析を行うと、図７の（ａ）に示すように、０．３０付近の範囲の規格化周波数に対する光の共振の強度が大きくなっている。このように、規格化周波数に対して光の共振の強度が大きくなるモードを、共振モードとも呼称する。なお、有限要素法を用いた電磁界解析により得られた共振モードのうち、最も低い規格化周波数における共振モードを用いて、図５に示す格子定数ｐ、及び、ナノロッド２０の半径ｒを得ることで、第１のフォトニック結晶の構造を設計することがよい。
【００９４】
このとき、図７の（ｂ）に示すように、規格化周波数が０．２５から０．３０までの範囲を拡大してみると、０．２７５の規格化周波数に対する共振モードが最も低い規格化周波数における共振モードであることがわかる。
【００９５】
ここで、格子定数ｐは、最小の共振モードが存在する規格化周波数と、光の波長との積によって求めることができる。したがって、光の波長が８００ｎｍである場合に共振による光吸収の増大効果を得ることができる格子定数ｐは、ｐ＝２２０ｎｍ（０．２７５×８００＝２２０）である。
【００９６】
また、ナノロッド２０の半径ｒは、上述したように、格子定数ｐの０．２倍から０．４倍までの範囲の値であることが好ましい。したがって、例えば、ナノロッド２０の半径ｒが格子定数ｐの０．４倍である場合を例に挙げると、ナノロッド２０の半径ｒは、ｒ＝９０ｎｍ（２２０×０．４＝８８であり、約９０）となる。
【００９７】
上述のようにして得た格子定数ｐ＝２００ｎｍ、及び、ナノロッドの半径ｒ＝９０ｎｍを用いて第１のフォトニック結晶の構造を設計した場合の、太陽光の各波長におけるエネルギーと第１及び第２光電変換層の感度特性との関係を、図８を参照して説明する。図８は、光吸収率を向上させるように第１のフォトニック結晶を設計した場合の、太陽光の各波長におけるエネルギーと光電変換層の感度特性との関係を示すグラフである。
【００９８】
図８に示すように、格子定数ｐ＝２００ｎｍ、及び、ナノロッドの半径ｒ＝９０ｎｍを用いて第１のフォトニック結晶の構造を設計すると、一点鎖線で示す範囲、特に８００ｎｍの光の波長に対する光の吸収の強度を、太陽光のエネルギーに近づけるように増大させることができる。
【００９９】
したがって、上述したようにして導出した格子定数ｐ、及び、ナノロッドの半径ｒの値を用いて第１のフォトニック結晶の構造を設計することにより、第２光電変換層１２において、共振による光吸収の増大効果を得ることができる。
【０１００】
（太陽電池の製造工程）
最後に、太陽電池１の製造工程を詳しく説明する。図９は、太陽電池１の製造工程を示す工程図である。なお、第１光電変換層の媒質がａ−Ｓｉ、第２光電変換層の媒質がμｃ−Ｓｉ、中間透明導電膜１３、透明導電膜１４及び１５の媒質がＳｎＯ２、ナノロッド２０の媒質がＳｉＯ２、である場合を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではない。
【０１０１】
まず、図９の（ａ）に示すように、透明基板１６を形成し、その上にＳｎＯ２を蒸着して透明導電膜１４を形成する。次に、透明導電膜１４の表面全体にａ‐Ｓｉを蒸着し、ｐ型不純物をドープすることによりｐ型半導体層１１１を形成し、その上にａ‐Ｓｉを蒸着してｉ型半導体層１１２を形成し、その上にさらにａ‐Ｓｉを蒸着し、ｎ型不純物をドープすることによりｎ型半導体層１１３を形成する。
【０１０２】
ｎ型半導体層１１３の上にＳｎＯ２を蒸着して中間透明導電膜１３を形成する。なお、形成した中間透明導電膜１３の表面に凹凸形状がある場合には、表面を平坦化する。さらに、ナノロッド２０の形成材料であるＳｉＯ２を中間透明導電膜１３の上に蒸着し、ＳｉＯ２層３０を形成する。
【０１０３】
次に、図９の（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２層３０上にフォトレジスト３１を塗布した後、電子ビーム露光によって、ナノロッド２０の配置パターンに対応するパターンを描画する。フォトレジスト３１がポジ型の感光材料であれば、露光された部分を現像によって除去することによって、ナノロッド２０の配置パターンを形成する。
【０１０４】
続いて、図９の（ｃ）に示すように、上記配置パターンの全体にわたって、Ａｌを蒸着し、Ａｌ膜３２を形成する。
【０１０５】
その後、図９の（ｄ）に示すように、フォトレジスト３１を除去することにより、ナノロッド２０の形成部位にのみ、Ａｌ膜３２を残す。
【０１０６】
さらに、図９の（ｅ）に示すように、四フッ化炭素（ＣＦ４）をエッチングガスとする誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ‐Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用い、残ったＡｌ膜３２をマスクとして、マスクされていないＳｉＯ２を精度よく除去する。これにより、ナノロッド２０が中間透明導電膜１３上に二次元的に配置された中間体が作製される。
【０１０７】
続いて、塩酸（ＨＣｌ）を用いたウェットエッチングにより、残っていたＡｌ膜８３を除去する。
【０１０８】
次に、図９の（ｆ）に示すように、中間体の表面全体に、ナノロッド２０を覆うようにμｃ−Ｓｉを蒸着し、ｐ型不純物をドープすることにより、ｐ型半導体層１２１を形成する。ｐ型半導体層１２１の上にμｃ−Ｓｉを蒸着してｉ型半導体層１２２を形成し、その上にさらにμｃ−Ｓｉを蒸着し、ｎ型不純物をドープすることによりｎ型半導体層１２３を形成する。
【０１０９】
最後に、図９の（ｇ）に示すように、ＳｎＯ２を蒸着して透明導電膜１５を形成し、さらに、金属電極１７を積層することにより、太陽電池１が完成する。
【０１１０】
上記のことから、太陽電池１は、第１光電変換層１１において短波長側の光を吸収し、第２光電変換層１２において長波長の光を吸収するため、広範囲の波長の光を吸収することができる。
【０１１１】
また、第２光電変換層１２及びナノロッド２０によって屈折率差が存在する第１のフォトニック結晶を構成することにより、太陽電池１内に取り込んだ光を共振させることができる（共振効果）。また、第１のフォトニック結晶の屈折率差により、取り込んだ光は第１のフォトニック結晶を通過する際に回折又は散乱するため、取り込んだ光を互いに干渉させることができる（干渉効果）。太陽電池１は、この第１のフォトニック結晶の共振効果と、干渉効果とにより、取り込んだ光を閉じ込めることを可能としている。
【０１１２】
さらに、第２光電変換層１２は、ナノロッド２０を覆うように形成されている。これによって、太陽電池１を製造する際に、第２光電変換層１２にナノロッド２０を埋め込むなど、第２光電変換層１２に対してダメージを与えるような加工を行わないように第１のフォトニック結晶を形成することができる。
【０１１３】
したがって、太陽電池１は、第２光電変換層１２における光の吸収率、特に長波長における光の吸収率を効率的に高め、光電変換率を向上させることができ、太陽電池１における起電力量を増大させることができる。
【０１１４】
＜実施形態２＞
本発明の他の実施形態について図１０から図１４に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施形態１に係る構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、主に、実施形態１との相違点について説明するものとする。
【０１１５】
（第１のフォトニック結晶の構造）
図１０は、本実施形態に係る第１のフォトニック結晶の構造を模式的に示す上面図である。図１０に示すように、本実施形態に係る第１のフォトニック結晶は、円柱状のナノロッド２０１が三角格子状に配置されて形成されていること以外は、実施形態１の第１のフォトニック結晶と同じ構成である。
【０１１６】
図１０に示すように、本実施形態において、第１のフォトニック結晶は、複数の円柱状のナノロッド２０１が、透明導電膜１４の表面に、隣接するナノロッド２０１との配置間隔が等間隔になるよう、三角格子状に配置されている。
【０１１７】
また、図１０に示すように、ナノロッド２０１は、平面視した場合に、三角格子により構成される六角形の各頂点と中心とにより構成される配置を１六角格子（図１０に細線で示す）とすると、ナノロッド２０１の格子定数はｐ（ｎｍ）であるから、二次元的に配置された１六角格子は、ｘ方向に√３ｐ、ｘ方向に直交するｙ方向に２ｐの配置間隔で配置される。
【０１１８】
さらに、ナノロッド２０１の半径は、格子定数ｐを基準として、０．２ｐ（直径０．４ｐ）以上、０．４ｐ（直径０．８ｐ）以下の範囲を取ることが好ましい。
【０１１９】
このように第１のフォトニック結晶を形成することにより、第１のフォトニック結晶構造には、第２光電変換層１２の屈折率と、ナノロッド２０１の屈折率との屈折率差が存在することになる。
【０１２０】
なお、本実施形態では、ナノロッド２０が円柱状に形成されている場合を例に挙げて説明するが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、四角柱状、又は、三角柱状に形成されていてもよい。
【０１２１】
（欠陥）
また、第１のフォトニック結晶に欠陥２１を形成する場合について、図１１を参照して説明する。図１１は、第１のフォトニック結晶に欠陥を形成した場合の第１のフォトニック結晶の構造を模式的に示す上面図である。
【０１２２】
図１１に示すように、ナノロッド２０１が周期的に配置された構造の中に、ナノロッド２０１を設けない領域、すなわち、欠陥（キャビティまたはナノキャビティと呼ぶこともある）２１を形成する。欠陥２１を形成することにより、第１のフォトニック結晶のフォトニックバンドギャップｇの中に、欠陥準位ｃが生成される。この欠陥準位ｃに対応する波長帯域（許容バンド）の光は、欠陥２１内で存在することが許される一方で、欠陥２１の周囲の第１のフォトニック結晶では存在することが許されない。この結果、欠陥２１は、欠陥準位ｃに対応する波長帯域の光を閉じ込める微小な共振器（共鳴器）となる。
【０１２３】
欠陥２１の設け方として、例えば、図１１に示すように、ナノロッド２０１を１つ設けない領域を作る１格子点欠陥、又は、３つのナノロッド２０１を線状に設けない領域を作る３格子点線状欠陥などを採用することができる。
【０１２４】
このように、ナノロッド２０１と欠陥２１とによって構成された第１のフォトニック結晶は、特定の方向に偏光特性等を持たない。また、そうなるために、第１のフォトニック結晶の構造は、左右対称な構造としている。その構造によって得られる電磁場は、同心円状に得られることが望ましい。
【０１２５】
（共振強さの分布）
次に、第１のフォトニック結晶に欠陥を形成する場合と、形成しない場合との、第１のフォトニック結晶における共振の強さの分布の違いについて、図１２、１３を参照して説明する。図１２は、欠陥を形成しない場合の、第１のフォトニック結晶における共振の強さの分布を示す図である。また、図１３は、欠陥を形成した場合の、第１のフォトニック結晶における共振の強さの分布を示す図である。
【０１２６】
図１２に示すように、第１のフォトニック結晶に欠陥２１を形成しない場合には、第１のフォトニック結晶全体で共振し、かつ、共振の強い部分Ｃと、共振の弱い部分Ｄとが、ナノロッド２０１毎に分布する。すなわち、第１フォトニック結晶に欠陥２１を形成しない場合には、フォトニック結晶構造全体が１つの共振器として機能するため、フォトニック結晶全体を１つの共振器とみなすことができる。
【０１２７】
これに対し、第１のフォトニック結晶に欠陥２１を形成した場合には、図１３に示すように、共振の弱い部分Ｄは第１のフォトニック結晶全体に広がり、共振の強い部分Ｃが欠陥２１に集中する。すなわち、第１のフォトニック結晶に欠陥２１を形成した場合には、欠陥２１を中心に共振する。
【０１２８】
具体的には、共振の強い部分Ｃは、欠陥２１に集中するように分布している。したがって、第１のフォトニック結晶に欠陥２１を形成することにより、共振の強い部分Ｃが欠陥２１に集中するような共振効果を得ることができる。このようにして、三角格子状の構造に形成された第１のフォトニック結晶により、バンドギャップが得られる条件において、欠陥に光を閉じ込めることができる。
【０１２９】
上述の構成によって、第２光電変換層１２に進入した光のうち、欠陥準位に対応する特定波長の光は、第１のフォトニック結晶の欠陥２１内およびその付近に閉じ込められ、共鳴を起こす。これにより、第１のフォトニック結晶の欠陥２１に共振効果を集中させることができるため、光の吸収率を増大させることができる。
【０１３０】
次に、光吸収率を向上させるように、ナノロッド２０を三角格子状に配置することによって第１のフォトニック結晶を形成した場合の、太陽光の各波長におけるエネルギーと、第１及び第２光電変換層の感度特性との関係を、図１４を参照して説明する。図１４は、ナノロッド２０を三角格子状に配置することによって第１のフォトニック結晶を形成した場合の、太陽光の各波長におけるエネルギーと光電変換層の感度特性との関係を示すグラフである。
【０１３１】
図１４に示すように、ナノロッド２０を三角格子状に配置することによって第１のフォトニック結晶を形成すると、一点鎖線で示す範囲、特に９００ｎｍの光の波長に対する光の吸収の強度を、太陽光のエネルギーに近づけることができる。
【０１３２】
つまり、ナノロッド２０が正方格子状に配置された第１のフォトニック結晶を構成する場合に対して、共振の方法を変化させることができ、また、異なる規格化周波数で共振させることができる。また、第１のフォトニック結晶を形成するナノロッド２０を三角格子状に配置することにより、正方格子状に配置する場合と異なる波長帯域に適する第１のフォトニック結晶の構造を設計することができる。
【０１３３】
したがって、ナノロッド２０を三角格子状に配置して第１のフォトニック結晶を形成することによって、ナノロッド２０を正方格子状に配置して第１のフォトニック結晶を形成する場合と異なる帯域の波長帯域における光吸収率を高めることができる。
【０１３４】
＜実施形態３＞
本発明のさらに他の実施形態について図１５及び図１６に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施形態１に係る構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、主に、実施形態１との相違点について説明するものとする。
【０１３５】
（太陽電池の構成）
図１５は、本実施形態に係る太陽電池の全体構成を概略的に示す断面図である。図１５に示すように、本実施形態に係る太陽電池２は、中間透明導電膜１３ａの第１光電変換層１１側、及び、第２光電変換層１２ａ側の何れの面も平坦に形成されておらず、ナノロッド２０ａが、中間透明導電膜１３ａの表面形状に沿って形成されていること以外は、実施形態１の太陽電池１と同じ構成である。
【０１３６】
中間透明導電膜１３ａは、透明な導電膜であり、第１光電変換層１１及び第２光電変換層１２ａに挟まれるように配されている。また、中間透明導電膜１３ａは、第１光電変換層１１側、及び、第２光電変換層１２ａ側の何れの面も、平坦になるように加工が加えられていない。
【０１３７】
なお、中間透明導電膜１３ａは、第１光電変換層１１及び第２光電変換層１２ａの媒質よりも屈折率が小さい媒質からなり、媒質としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＳｎＯ２などを挙げることができる。
【０１３８】
（第１のフォトニック結晶の構造）
また、本実施形態において、第１のフォトニック結晶は、複数のナノロッド２０ａが、凹凸形状（表面形状）のある、透明導電膜１４の表面に周期的に配置されて形成されている。また、ナノロッド２０ａ及び透明導電膜１４を、光の入射側と反対側から覆うように第２光電変換層１２ａのｐ型半導体層１２１ａが形成さ、さらに、ｉ型半導体層１２２ａ及びｎ型半導体層１２３ａが形成されている。
【０１３９】
ナノロッド２０ａは、第２光電変換層１２ａの媒質より屈折率が小さい媒質であり、例えば、四角柱状に形成されていてもよく、円柱状に形成されていてもよい。ナノロッド２０ａの媒質としては、例えば、空気であってもよいし、屈折率が１．４５のＳｉＯ２であってもよい。このほかに、ナノロッド２０ａの材料として、屈折率１．６程度のＪＡＳ（透明樹脂材料）、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）材料として用いられるＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｉｌｓｅｑｕｉｏｘａｎｅ：水素シルセスオキサン）として、例えばＦＯＸ（東レ・ダウコーニング社の登録商標）などを用いることもできる。
【０１４０】
また、四角柱状又は円柱状に形成された各ナノロッド２０ａは、隣接するナノロッド２０ａとの配置間隔が等間隔になるよう、正方格子状、又は、三角格子状に配置されることにより、第１のフォトニック結晶を形成している。なお、隣接するナノロッド２０ａ同士の配置間隔の値を、格子定数ｐ（ｎｍ）とも呼称する。
【０１４１】
さらに、ナノロッド２０ａが三角格子状に配置されている第１のフォトニック結晶において、ナノロッド２０ａが周期的に配置された構造の中に、ナノロッド２０ａを設けない領域、すなわち、欠陥２１を形成してもよい。
【０１４２】
また、ナノロッド２０ａの半径は、格子定数ｐを基準として、０．２ｐ（直径０．４ｐ）以上、０．４ｐ（直径０．８ｐ）以下の範囲を取ることが好ましい。
【０１４３】
このように第１のフォトニック結晶を形成することにより、第１のフォトニック結晶構造には、第２光電変換層１２ａの屈折率と、ナノロッド２０ａの屈折率との屈折率差が存在することになる。
【０１４４】
（中間透明導電膜の形状）
次に、中間透明導電膜１３ａの形状の詳細について、図１６を参照し、太陽電池の製造工程を用いて説明する。図１６は、中間透明導電膜１３ａの形状の詳細を示す断面図である。
【０１４５】
図１６に示すように、第１光電変換層１１側の表面に凹凸のある透明導電膜１４が形成されている。この透明導電膜１４の凹凸形状に沿って、ａ−Ｓｉを蒸着させることにより、ｐ型半導体層１１１、ｉ型半導体層１１２、ｎ型半導体層１１３からなる第１光電変換層１１が形成される。第１光電変換層１１のｐ型半導体層１１１は、透明導電膜１４の凹凸形状に沿って形成されるため、ｐ型半導体層１１１には、透明導電膜１４の凹凸形状と同じ凹凸形状が形成される。また、第１光電変換層１１のｎ型半導体層１１３には、ｐ型半導体層１１１と比較すれば緩やかにはなるが、透明導電膜１４の凹凸形状と同様の凹凸形状が形成される。
【０１４６】
第１光電変換層１１のｎ型半導体層１１３の凹凸形状に沿って、ＳｎＯ２を蒸着して中間透明導電膜１３ａを形成する。このとき、中間透明導電膜１３ａの表面には、ｎ型半導体層１１３の凹凸形状と同じ凹凸形状が形成される。これにより、透明基板１６上の透明導電膜１４に形成された凹凸形状が、緩やかにはなるものの、中間透明導電膜１３ａの表面形状に反映されることになる。
【０１４７】
さらに、中間透明導電膜１３ａの表面の凹凸形状に沿って、ナノロッド２０ａが形成される。このとき、ナノロッド２０ａの配列における凹凸形状は、中間透明導電膜１３ａの凹凸形状と似た形状になる。
【０１４８】
次に、μｃ−Ｓｉを蒸着し、ナノロッド２０ａを光の入射側と反対側から覆うようにｐ型半導体層１２１ａを形成する。さらに、ｐ型半導体層１２１ａの上にμｃ−Ｓｉを蒸着してｉ型半導体層１２２ａ、及び、ｎ型半導体層１２３ａを形成する。このとき、ｐ型半導体層１２１ａのｉ型半導体層１２２ａに形成される凹凸は、ｉ型半導体層１２２ａと比較すれば緩やかではあるが、ｎ型半導体層１２３ａにも形成される。
【０１４９】
本実施形態では、上述したように、中間透明導電膜１３ａの表面の凹凸形状を平坦化する必要がないため、中間透明導電膜１３ａの表面の凹凸形状を平坦化する場合と比較して、加工を容易にすることができる。
【０１５０】
また、第１のフォトニック結晶を形成するナノロッド２０ａを中間透明導電膜１３ａの表面の凹凸形状に沿って配置しているため、第１のフォトニック結晶の光の入射面の高さが、光の入射方向に対して一様ではない。このため、第１のフォトニック結晶において、より強い光の回折又は散乱の効果が得られるため、強い干渉効果が得られる。したがって、第１のフォトニック結晶における共振効果と、強い干渉効果により、さらに光の吸収率をたかめることができる。
【０１５１】
＜実施形態４＞
本発明のさらに他の実施形態について図１７から図１９に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施形態１に係る構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、主に、実施形態１との相違点について説明するものとする。
【０１５２】
（太陽電池の構成）
図１７に示すように、本実施形態に係る太陽電池３は、透明基板１６側にナノロッド２０ｂ及び第２光電変換層１２ｂが形成され、金属電極１７側に第１光電変換層１１ｂが形成されていること以外は、実施形態１の太陽電池１と同じ構成である。
【０１５３】
まず、図１７及び図１８を参照して、太陽電池３の構成について説明する。図１７は、本実施形態に係る太陽電池の全体構成を概略的に示す断面図である。また、図１８は、太陽電池３の透明導電膜１４ｂ及び第２光電変換層１２ｂの詳細を示す図である。
【０１５４】
図１７及び図１８に示すように、透明基板１６上に、表面形状が平坦化された透明導電膜１４ｂが形成されている。また、透明導電膜１４ｂの平坦化された表面には、ナノロッド２０ｂが周期的に配置されている。さらに、ナノロッド２０ｂを光の入射側と反対側から覆うように、ｐ型半導体層１２１ｂ、ｉ型半導体層１２２ｂ及びｎ型半導体層１２３ｂから構成される第２光電変換層１２ｂが形成されている。
【０１５５】
また、第２光電変換層１２ｂの次に、中間透明導電膜１３ｂが形成され、さらに、ｐ型半導体層１１１ｂ、ｉ型半導体層１１２ｂ及びｎ型半導体層１１３ｂから構成される第１光電変換層１１ｂが形成されている。
【０１５６】
さらに、第１光電変換層１１ｂに続いて、透明導電膜１５ｂが形成され、金属電極１７が形成されている。
【０１５７】
（太陽光の取り入れ）
第１のフォトニック結晶を透明導電膜１４ｂの表面に形成することによる、太陽光の太陽電池３への取り込みについて、図１９を参照して説明する。図１９は、太陽電池３への太陽光の取り込みを模式的に示した図である。図１９の（ａ）第１のフォトニック結晶を透明導電膜１４ｂに形成していない場合の太陽光の取り込みを示し、（ｂ）は、第１のフォトニック結晶を透明導電膜１４ｂに形成している場合の太陽光の取り込みを示している。
【０１５８】
例えば、透明導電膜１４ｂの屈折率を２程度、第２光電変換層１２ｂの屈折率を３から４程度とすると、図１９の（ａ）に示すように、第１のフォトニック結晶を透明導電膜１４ｂに形成していない場合、入射された太陽光のうち、透明導電膜１４ｂと第２光電変換層１２ｂとの境界で反射して、第２光電変換層１２ｂに取り込まれない太陽光が多いため、第２光電変換層１２ｂに取り込まれる太陽光が少なくなってしまう。
【０１５９】
これに対し、例えば、ナノロッド２０ｂの屈折率を１．４から１．５程度とすると、第１のフォトニック結晶を透明導電膜１４ｂに形成した場合、透明導電膜１４ｂと、入射された太陽光が最初に通過する光電変換層との屈折率差を小さくすることができる。このため、図１９の（ｂ）に示すように、入射された太陽光のうち、透明導電膜１４ｂと第２光電変換層１２ｂとの境界で反射する太陽光を少なくし、回折又は散乱して第２光電変換層に取り込まれる太陽光を増大させることができる。
【０１６０】
つまり、透明導電膜１４ｂに形成した第１のフォトニック結晶が、従来太陽電池の界面における光の反射を低減するために用いられている、いわゆるストラクチャーの機能を果たす。したがって、透明導電膜１４ｂに第１のフォトニック結晶を形成することにより、太陽電池３の界面にストラクチャーを形成することなく、光の反射を低減することができる。
【０１６１】
＜実施形態５＞
本発明のさらに他の実施形態について図２０及び図２１に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施形態１に係る構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、主に、実施形態１との相違点について説明するものとする。
【０１６２】
（太陽電池の構成）
本実施形態に係る太陽電池１（図１参照）において、図１５に示す太陽電池２と同様に、中間透明導電膜１３は、第１光電変換層１１側、及び、第２光電変換層１２側の何れかの面が平坦に形成されていてもよいし、また、何れの面も平坦に形成されていなくてもよい。
【０１６３】
（第１のフォトニック結晶の構造）
図２０及び図２１は、本実施形態に係る第１のフォトニック結晶の構造を模式的に示す上面図である。図２０及び図２１に示すように、本実施形態に係るフォトニック結晶は、円柱状のナノロッド２０３〜２０６が、２種類の格子構造を形成するように配置されていること以外は、実施形態１における第１のフォトニック結晶と同じ構成である。
【０１６４】
図２０は、円柱状のナノロッド２０３、２０４が、正方格子状及び三角格子状の２種類の格子構造を形成するように、同一面に対し二次元的に配置されているフォトニック結晶の構造を模式的に示す上面図である。また、図２１は、半径の異なる２種類の円柱状のナノロッド２０５、２０６が、大きさの異なる２種類の正方格子構造を形成するように、同一面に対し二次元的に配置されているフォトニック結晶の構造を模式的に示す上面図である。
【０１６５】
図２０に示すように、正方格子状に配置されたナノロッド２０３は、１辺の長さがｐ（ｎｍ）、すなわち格子定数ｐとなる正方格子構造を形成している。また、三角格子状に配置されたナノロッド２０４は、六角形を形成する各辺の長さが２ｐ（ｎｍ）、すなわち格子定数２ｐとなる三角格子構造を形成している。
【０１６６】
ここで、ナノロッド２０３とナノロッド２０４とが同一のフォトニック結晶構造内に形成されており、さらに、ナノロッド２０３とナノロッド２０４とは、重なり合ったり、接触したりしていないことが好ましい。また、ナノロッド２０３、２０４の半径は、格子定数ｐの０．２倍以上であることが好ましい。
【０１６７】
また、本実施形態に係るナノロッドは、大きさの異なる２種類のナノロッドを含んでおり、複数の小さなナノロッドと１つの大きなナノロッドとによって第１の格子構造を形成すると共に、複数の第１の格子構造に含まれる大きなナノロッドによって第２の格子構造を形成してもよい。
【０１６８】
例えば、図２１に示すように、半径の小さなナノロッド２０５と半径の大きなナノロッド２０６とが、１辺の長さがｐ（ｎｍ）、すなわち格子定数ｐとなる正方格子構造（第１の格子構造）を形成している。また、半径の大きなナノロッド２０６は、１辺の長さが２ｐ（ｎｍ）、すなわち格子定数２ｐとなる正方格子構造（第２の格子構造）を形成している。
【０１６９】
ここで、ナノロッド２０５とナノロッド２０６とが、同一のフォトニック結晶構造内に形成されており、さらに、ナノロッド２０６の半径は、ナノロッド２０５の半径の２倍であることが好ましい。
【０１７０】
このように第１のフォトニック結晶を形成することにより、第１のフォトニック結晶構造に、第２光電変換層１２の屈折率と、ナノロッド２０３〜２０６の屈折率との屈折率差が存在することになる。なお、ナノロッド２０３〜２０６の屈折率は同一であることが好ましい。
【０１７１】
なお、本実施形態においては、ナノロッド２０３〜２０６が円柱状に形成されている場合を例に挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、四角柱状に形成されていてもよい。
【０１７２】
上述したように、同一のフォトニック結晶構造内に２種類の格子構造を持つようにナノロッドが配置されていることにより、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。これによって、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ため、太陽電池全体における起電力量を増大させることができる。
【０１７３】
本実施形態では、２種類の格子構造を持つようにナノロッドを配置する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３種類以上の格子構造を持つようにナノロッドを配置してもよい。例えば、１辺の短い正方格子構造、１辺の長い正方格子構造、及び、三角格子構造の３種類の格子構造を形成するようにナノロッドを配置してもよい。
【０１７４】
なお、上述した太陽電池を１ユニットとして、複数のユニットが一次元的または二次元的に配列された太陽電池パネルも、本発明の１つのカテゴリーである。
【０１７５】
これにより、光の吸収率が高い太陽電池が配列されているので、光電変換率の高い太陽電池パネルを得ることができる。
【０１７６】
特に、第１のフォトニック結晶中に欠陥を設けていない太陽電池は、第１のフォトニック結晶中に欠陥を設けた太陽電池より製造しやすい。したがって、上述した第１のフォトニック結晶中に欠陥を設けていない太陽電池が配列された太陽電池パネルは、量産に適しているというメリットを持っている。
【０１７７】
また、上述した太陽電池のいずれかを電源として備えた装置もまた、本発明の１つのカテゴリーである。そのような装置には、上記太陽電池を電源として動作する携帯型または据え置き型の電子機器、家電製品または広告塔などが含まれる。
【０１７８】
さらに、太陽電池パネルを電源として備えた装置もまた、本発明の１つのカテゴリーである。そのような装置には、上記太陽電池パネルを電源として動作する携帯型または据え置き型の電子機器または家電製品のほかに、車両または広告塔なども含まれる。
【０１７９】
〔付記事項〕
本発明の一態様に係る太陽電池は、上述のように、主に短波長の光を吸収して光電変換する第１光電変換層と、主に長波長の光を吸収して光電変換する第２光電変換層と、複数の柱状の媒質と、を備え、上記第２光電変換層は、上記複数の柱状の媒質を、光の入射側と反対側から覆うように形成され、上記複数の柱状の媒質と共に第１のフォトニック結晶を構成していることを特徴としている。
【０１８０】
上記の構成によれば、上記太陽電池は、上記第１光電変換層において短波長側の光を吸収し、上記第２光電変換層において長波長の光を吸収する。このため、広範囲の波長の光を吸収することができる。
【０１８１】
また、上記太陽電池は、上記第２光電変換層及び上記複数の柱状の媒質によって、屈折率差が存在する上記第１のフォトニック結晶を構成することにより、上記太陽電池内に取り込んだ光を共振させることができる（共振効果）。また、上記第１のフォトニック結晶から漏れた光と、上記第２変換層を通過した後上記第２変換層の光の入射側と反対側の面から再び入射される光とにより、上記太陽電池内に取り込んだ光を互いに干渉させることができる（干渉効果）。
【０１８２】
上記太陽電池は、この上記第１のフォトニック結晶の共振効果と、干渉効果とにより、取り込んだ光を閉じ込めることを可能としている。加えて、共振効果や干渉効果を得られない光が上記第１のフォトニック結晶を通過する際に、回折または散乱するため、第２光電変換層を通過する光の経路を増加させることができるので（回折散乱効果）、光の吸収率を増加させることができる。
【０１８３】
さらに、上記太陽電池は、上記第２光電変換層が、上記複数の柱状の媒質を覆うように形成されている。これによって、上記太陽電池を製造する際に、上記第２光電変換層に上記複数の柱状の媒質を埋め込むなど、上記第２光電変換層に対してダメージを与えるような加工を行わないように上記第１のフォトニック結晶を形成することができる。
【０１８４】
したがって、上記太陽電池は、上記第２光電変換層における光の吸収率、特に長波長における光の吸収率を効率的に高め、光電変換率を向上させることができ、上記太陽電池における起電力量を増大させることができる。
【０１８５】
本発明の一態様に係る太陽電池は、上記第２光電変換層の光の入射側と反対側に、第１透明導電膜を挟んで上記第１光電変換層が配置され、上記第２光電変換層の光の入射側に、第２透明導電膜が配置され、上記第２光電変換層は、上記第２透明導電膜及び上記複数の柱状の媒質を、光の入射側と反対側から覆うように形成されていることが好ましい。
【０１８６】
上記の構成によれば、入射された光が最初に通過する光電変換層は、２つの光電変換層のうち、上記第２透明導電膜及び上記複数の柱状の媒質を光の入射側と反対側から覆うように形成された第２光電変換層である。また、上記第２透明導電膜と上記第２光電変換層との間に上記第１のフォトニック結晶が形成されていることから、上記第２透明導電膜と上記第２光電変換層との屈折率差を小さくすることができる。
【０１８７】
これによって、上記第２透明導電膜から上記第２光電変換層に光が入射される際に、反射する光の量を低減させると共に、光を回折又は散乱させて上記第２光電変換層に取り込むことができる。
【０１８８】
したがって、従来太陽電池の界面における光の反射を低減するために用いられている、いわゆるストラクチャーを形成することなく、光の反射を低減することができる。
【０１８９】
本発明の一態様に係る太陽電池における上記複数の柱状の媒質は、さらに、上記第２光電変換層の媒質より屈折率が小さく、かつ、正方格子状に配置されていることが好ましい。
【０１９０】
上記の構成によれば、上記第２光電変換層は、上記複数の柱状の媒質と共に、当該複数の柱状の媒質が正方格子状、すなわち、行方向及び列方向に等間隔に配置された第１のフォトニック結晶を構成している。上記第１のフォトニック結晶を構成している面に対して、上記複数の柱状の媒質が配置されている正方格子状の行方向、及び、列方向から入射される光に対して、フォトニック結晶の上記効果（共振効果および干渉効果による光の閉じ込め効果、並びに回折散乱効果）を得ることができる。
【０１９１】
また、行方向に対して角度を有する方向から入射される光のうち、行方向の成分を行方向から入射される光とみなすことができ、列方向の成分を列方向から入射される光とみなすことができる。このため、行方向に対して角度を有する方向から入射される光に対しても、行方向、及び、列方向から入射される光と同様に、フォトニック結晶の上記効果を得ることができる。
【０１９２】
本発明の一態様に係る太陽電池における上記複数の柱状の媒質は、さらに、円柱状、四角柱状、又は、三角柱状に形成されていることが好ましい。
【０１９３】
上記複数の柱状の媒質を円柱状に形成することにより、上記第１のフォトニック結晶を構成している面に対して何れの方向から入射された光であっても、略均等に共振させることができる。
【０１９４】
また、上記複数の柱状の媒質を四角柱状又は三角柱状に形成する場合は、上記複数の柱状の媒質を円柱状に形成する場合と比較して光の入射側の面内の等方性が小さくなるため、光の共振効果は低下するが、製造が容易であるため、製造コストを抑えることができる。
【０１９５】
したがって、柱状の媒質の形状を円柱状とするか、四角柱状又は三角柱状とするかは、共振効果と製造コストとの間のトレードオフの関係を考慮して決めればよい。
【０１９６】
本発明の一態様に係る太陽電池は、上記第１光電変換層と上記第２光電変換層との間に第１透明導電膜をさらに備え、上記複数の柱状の媒質は、上記第１透明導電膜の表面形状に沿って形成されており、上記第２光電変換層は、上記第１透明導電膜及び上記複数の柱状の媒質を、光の入射側と反対側から覆うように形成されていることが好ましい。
【０１９７】
上記の構成によれば、上記第１のフォトニック結晶を、上記第１透明導電膜の表面形状に沿って形成することができる。つまり、上記第１のフォトニック結晶を形成する際に、上記第１透明導電膜の表面に凹凸がある場合には、その凹凸形状に沿って上記第１のフォトニック結晶を形成することができる。
【０１９８】
このため、上記第１のフォトニック結晶を形成するために上記第１透明導電膜の表面を平坦化する必要がなく、上記第１透明導電膜の表面を平坦化する必要がある場合と比較して、容易に加工を行うことができる。
【０１９９】
本発明の一態様に係る太陽電池における上記複数の柱状の媒質は、さらに、上記第２光電変換層の媒質より屈折率が小さく、かつ、三角格子状に配置されていることが好ましい。
【０２００】
上記の構成によれば、上記柱状の媒質が三角格子状に配置された第１のフォトニック結晶を構成している。
【０２０１】
これによって、上記複数の柱状の媒質が正方格子状に配置された第１のフォトニック結晶を構成する場合に対して、共振の方法を変化させることができ、また、異なる規格化周波数で共振させることができる。
【０２０２】
したがって、上記複数の柱状の媒質が正方格子状に配置された第１のフォトニック結晶を構成する場合と異なる光の波長帯域に適する構造の第１のフォトニック結晶を設計することができる。これにより、上記複数の柱状の媒質が正方格子状に配置された第１のフォトニック結晶を構成する場合と異なる波長帯域の光の吸収率を高めることができる。
【０２０３】
本発明の一態様に係る太陽電池における上記複数の柱状の媒質は、さらに、円柱状、又は、四角柱状に形成されていることが好ましい。
【０２０４】
上記複数の柱状の媒質を円柱状に形成することにより、上記第１のフォトニック結晶を構成している面に対して何れの方向から入射された光であっても、略均等に共振させることができる。
【０２０５】
また、上記複数の柱状の媒質を四角柱状に形成する場合は、上記複数の柱状の媒質を円柱状に形成する場合と比較して光の入射側の面内の等方性が小さくなるため、光の共振効果は低下するが、製造が容易であるため、製造コストを抑えることができる。
【０２０６】
したがって、柱状の媒質の形状を円柱状とするか、四角柱状とするかは、共振効果と製造コストとの間のトレードオフの関係を考慮して決めればよい。
【０２０７】
本発明の一態様に係る太陽電池において、上記第１のフォトニック結晶は、フォトニックバンドギャップを持ち、上記フォトニックバンドギャップに欠陥準位を生成するように、上記三角格子状の一部分に上記複数の柱状の媒質が配置されていない領域である欠陥が形成された第１のフォトニック結晶であることが好ましい。
【０２０８】
上記の構成によれば、フォトニックバンドギャップに欠陥準位を生成するように欠陥が形成された第１のフォトニック結晶を覆うように第２光電変換層が形成されているので、第２光電変換層に進入した光のうち、上記欠陥準位に対応する特定波長の光は、第１のフォトニック結晶の欠陥内およびその付近に閉じ込められ、共鳴を起こす。
【０２０９】
これにより、上記第１のフォトニック結晶の欠陥に共振効果を集中させることができるため、光の吸収率を増大させることができる。
【０２１０】
本発明の一態様に係る太陽電池は、上記第１光電変換層と上記第２光電変換層との間に第１透明導電膜をさらに備え、上記複数の柱状の媒質は、上記第１透明導電膜の表面形状に沿って形成されており、上記第２光電変換層は、上記第１透明導電膜及び上記複数の柱状の媒質を、光の入射側と反対側から覆うように形成されていることが好ましい。
【０２１１】
上記の構成によれば、上記第１のフォトニック結晶は、上記第１透明導電膜の表面形状に沿って形成することができる。つまり、上記第１のフォトニック結晶を形成する際に、上記第１透明導電膜の表面に凹凸がある場合には、その凹凸形状に沿って上記第１のフォトニック結晶を形成することができる。
【０２１２】
このため、上記第１のフォトニック結晶を形成するために上記第１透明導電膜の表面を平坦化する必要がなく、上記第１透明導電膜の表面を平坦化する必要がある場合と比較して、容易に加工を行うことができる。
【０２１３】
本発明の一態様に係る太陽電池は、上記第２光電変換層の光の入射側と反対側の面の凹凸形状に沿って形成された第３透明導電膜をさらに備え、上記第２光電変換層及び上記第３透明導電膜の表面の凹凸形状によって、第２のフォトニック結晶を構成していることが好ましい。
【０２１４】
上記の構成によれば、上記第２光電変換層は、光の入射側に上記第１のフォトニック結晶を形成し、さらに、光の入射側と反対側に上記第２のフォトニック結晶を形成することになる。これによって、上記第１のフォトニック結晶、及び、上記第２のフォトニック結晶によって、上記第２光電変換層に、より光を閉じ込めることができる。
【０２１５】
本発明の一態様に係る太陽電池における上記複数の柱状の媒質は、複数種類の格子構造を構成するように配置されていることが好ましい。
【０２１６】
上記複数種類の格子構造を構成する場合とは、例えば、正方格子構造、及び、三角格子構造の２種類の格子構造を持つように上記複数の柱状の媒質が配置される場合などを例に挙げることができる。また、１辺の短い正方格子構造、１辺の長い正方格子構造、及び、三角格子構造など３種類以上の格子構造を持つように上記複数の柱状の媒質が配置されてもよい。
【０２１７】
このように、同一のフォトニック結晶内に複数種類の格子構造を持つように上記複数の柱状の媒質が配置されていることにより、１つのフォトニック結晶において、複数の波長の光を共振させることができる。これによって、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ため、太陽電池全体における起電力量を増大させることができる。
【０２１８】
本発明の一態様に係る太陽電池において、上記複数の柱状の媒質は、２種類の大きさの柱状の媒質を含んでおり、複数の小さな柱状の媒質と、１つの大きな柱状の媒質とによって第１の格子構造を形成すると共に、複数の上記第１の格子構造に含まれる大きな柱状の媒質によって第２の格子構造を形成することが好ましい。
【０２１９】
本発明の一態様に係る太陽電池パネルは、上述の太陽電池を１ユニットとして、一次元的または二次元的に配列された複数の上記ユニットを備えたことを特徴としている。
【０２２０】
これにより、光の吸収率が高い太陽電池が配列されているので、光電変換率の高い太陽電池パネルを得ることができる。
【０２２１】
特に、第１のフォトニック結晶中に欠陥を設けていない太陽電池は、第１のフォトニック結晶中に欠陥を設けた太陽電池より製造しやすい。したがって、上述した第１のフォトニック結晶中に欠陥を設けていない太陽電池が配列された太陽電池パネルは、量産に適しているというメリットを持っている。
【０２２２】
上記太陽電池のいずれかを電源として備えた装置もまた、本発明の１つのカテゴリーである。そのような装置には、上記太陽電池を電源として動作する携帯型または据え置き型の電子機器、家電製品または広告塔などが含まれる。
【０２２３】
また、上記太陽電池パネルを電源として備えた装置もまた、本発明の１つのカテゴリーである。そのような装置には、上記太陽電池パネルを電源として動作する携帯型または据え置き型の電子機器または家電製品のほかに、車両または広告塔なども含まれる。
【０２２４】
なお、ある着目した請求項に記載された構成と、その他の請求項に記載された構成との組み合わせが、その着目した請求項で引用された請求項に記載された構成との組み合わせのみに限られることはなく、本発明の目的を達成できる限り、その着目した請求項で引用されていない請求項に記載された構成との組み合わせが可能である。
【０２２５】
本発明は上述した実施形態および実施例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、上記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他の実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２２６】
本発明は、太陽電池全般に利用することができる。
【符号の説明】
【０２２７】
１、２、３            太陽電池
１１、１１ａ、１１ｂ  第１光電変換層
１２、１２ａ、１２ｂ  第２光電変換層
１３、１３ａ、１３ｂ  中間透明導電膜（第１透明導電膜）
１４、１４ｂ          透明導電膜（第２透明導電膜）
１５、１５ｂ          透明導電膜（第３透明導電膜）
１６                  透明基板
１７                  金属電極
２０、２０ａ、２０ｂ  ナノロッド（柱状の媒質）
２１                  欠陥
２２                  共振器
３０                  ＳｉＯ２層
３１                  フォトレジスト
３２                  Ａｌ膜
１１１、１１１ａ、１１１ｂ  ｐ型半導体層
１１２、１１２ａ、１１２ｂ  ｉ型半導体層
１１３、１１３ａ、１１３ｂ  ｎ型半導体層
１２１、１２１ａ、１２１ｂ  ｐ型半導体層
１２２、１２２ａ、１２２ｂ  ｉ型半導体層
１２３、１２３ａ、１２３ｂ  ｎ型半導体層
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７  ナノロッド
【図１】
2012141141.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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