(57)【要約】【課題】製造コストを増大させることなく、光の吸収率を向上させることができ、しかも光吸収層の最深部で生成したキャリアを取り出すことが可能な光電素子を提供すること。【解決手段】光電素子は、基板と、前記基板の表面に形成された下部電極と、前記下部電極の上に形成された、ｐ型半導体からなる光吸収層及びｎ型半導体からなる第２層と、前記光吸収層又は前記第２層の表面に形成された上部電極とを備えている。また、前記光電素子は、前記光吸収層の傾き角（θ）が０°＜θ＜９０°となる条件下で用いられる。但し、「傾き角（θ）」とは、前記光吸収層の受光面の法線と、前記光の入射方向とのなす角をいう。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えた光電素子。
（１）前記光電素子は、
基板と、
前記基板の表面に形成された下部電極と、
前記下部電極の上に形成された、ｐ型半導体からなる光吸収層及びｎ型半導体からなる第２層と、
前記光吸収層又は前記第２層の表面に形成された上部電極と
を備えている。
（２）前記光電素子は、前記光吸収層の傾き角（θ）が０°＜θ＜９０°となる条件下で用いられる。
但し、「傾き角（θ）」とは、前記光吸収層の受光面の法線と、前記光の入射方向とのなす角をいう。
【請求項２】
前記光電素子は、複数個の前記基板を備え、
複数個の前記基板は、０°＜θ＜９０°となるように、光の入射方向に対して略垂直な面上に鋸歯状に配列している
請求項１に記載の光電素子。
【請求項３】
次の（１）式の関係が成り立つ請求項１又は２に記載の光電素子。
ｔ／cosθ≧Ｔ    ・・・（１）
但し、
ｔは、前記光吸収層の厚さ、
Ｔは、前記光吸収層を構成する材料に光が入射した時に、光をすべて吸収できる長さ。
【請求項４】
３０°≦θ≦８５°である請求項１から３までのいずれか１項に記載の光電素子。
【請求項５】
前記光吸収層は、キャリアの拡散長（Ｄ）が８００ｎｍ以下の材料からなる請求項１から４までのいずれか１項に記載の光電素子。
【請求項６】
前記光吸収層は、ＣＺＴＳ系化合物半導体からなり、
前記光吸収層の厚さ（ｔ）は、２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である
請求項１から５までのいずれか１項に記載の光電素子。
【請求項７】
前記傾き角（θ）が一定となる条件下で用いられる請求項１から６までのいずれか１項に記載の光電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電素子に関し、さらに詳しくは、光吸収層の受光面を光の入射方向に対して傾けた光電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電素子とは、光量子のエネルギーを何らかの物理現象を介して電気的信号に変換（光電変換）することが可能な素子をいう。太陽電池は、光電素子の一種であり、太陽光線の光エネルギーを電気エネルギーに効率よく変換することができる。
【０００３】
太陽電池に用いられる半導体としては、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ、ＣｕＩｎ1-xＧａxＳｅ2（ＣＩＧＳ）、Ｃｕ2ＺｎＳｎＳ4（ＣＺＴＳ）などが知られている。
これらの中でも、ＣＩＧＳやＣＺＴＳに代表されるカルコゲナイト系の化合物は、光吸収係数が大きいので、低コスト化に有利な薄膜化が可能である。特に、ＣＩＧＳを光吸収層に用いた太陽電池は、薄膜太陽電池中では変換効率が高く、多結晶Ｓｉを用いた太陽電池を超える変換効率も得られている。しかしながら、ＣＩＧＳは、環境負荷元素及び希少元素を含んでいるという問題がある。
一方、ＣＺＴＳは、太陽電池に適したバンドギャップエネルギー（１．４〜１．５ｅＶ）を持ち、しかも、環境負荷元素や希少元素を含まないという特徴がある。
【０００４】
光電素子の変換効率は、光電素子を構成する材料だけでなく、光電素子の構造にも影響することが知られている。特に、入射した光が光吸収層に吸収されることなく、そのまま透過すると、高い変換効率は得られない。そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、
（１）基体表面に、可視光に対する反射性及び導電性を有する材料からなり、その表面に凹凸を有し、かつ、凸部の距離が０．２μｍから２．０μｍである層（反射性導電層）を形成し、
（２）反射性導電層の上に、透光性及び導電性を有する緩衝層を形成した
太陽電池用基板が開示されている。
同文献には、
（ａ）基板表面に反射性導電層を設けることによって、光活性層で吸収しきれずに基板まで達した光が反射され、これによって電流値が向上する点、
（ｂ）基板と半導体層の間に緩衝層を形成することによって、開放端電圧及び形状因子が向上する点、及び、
（ｃ）凸部の平均距離が０．２μｍから２．０μｍの間にある場合、太陽電池の出力特性が大きく向上する点
が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２〜４には、シリコン基板の表面の反射率をより低減するために、シリコン基板の受光面側をエッチングし、表面に微細な凹凸（テクスチャー構造）を形成する点が記載されている。
【０００７】
特許文献６には、太陽電池モジュールの裏面側に、入射光を反射させて光の利用効率を向上させるための裏面保護シートを配置する方法が記載されている。
同文献には、凹凸形状を制御することによってにより、セルに入射する反射光が増加し、発電効率が向上する点が記載されている。
【０００８】
さらに、特許文献７には、表面に微細な凹凸構造を有する太陽電池用裏面電極が開示されている。
同文献には、このような凹凸構造を有する裏面電極の面が導電性反射面として活用されるため、発電に寄与する光が拡散反射され、光閉じ込め効果が発揮される点が記載されている。
【０００９】
一般に、光の波長が長くなるほど、光は光吸収層を透過しやすくなる。これに対し、特許文献１〜７に記載されているように、基板や電極の表面に微細な凹凸構造（テクスチャー構造）を形成すると、光閉じこめ効果により変換効率が向上する。しかしながら、凹凸構造の形成は、光電素子の高コスト化を招く。
また、長波長光の吸収率を高めるために、光吸収層の厚さを厚くすることも考えられる。しかしながら、ある種の光電変換材料は、キャリアの拡散長が短く、キャリアが再結合により消滅しやすい。そのため、光吸収層の厚さが厚くなるほど、光吸収層の最深部で生成したキャリアを取り出しにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０４−０９４１７３号公報
【特許文献２】特開２００４−２６６０２３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５８４５６号公報
【特許文献４】特開２０１１−１３９０４８号公報
【００１１】
【特許文献５】特開平０８−０１８０８４号公報
【特許文献６】特開２０１２−０２３１２２号公報
【特許文献７】特開２０１１−１９８７８５号公報
【特許文献８】特開２０１２−１８６４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、製造コストを増大させることなく、光の吸収率を向上させることが可能な光電素子を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、光吸収層がキャリアの拡散長の短い材料からなる場合であっても、光吸収層の最深部で生成したキャリアを取り出すことが可能な光電素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明に係る光電素子は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記光電素子は、
基板と、
前記基板の表面に形成された下部電極と、
前記下部電極の上に形成された、ｐ型半導体からなる光吸収層及びｎ型半導体からなる第２層と、
前記光吸収層又は前記第２層の表面に形成された上部電極と
を備えている。
（２）前記光電素子は、前記光吸収層の傾き角（θ）が０°＜θ＜９０°となる条件下で用いられる。
但し、「傾き角（θ）」とは、前記光吸収層の受光面の法線と、前記光の入射方向とのなす角をいう。
【発明の効果】
【００１４】
光吸収層の受光面に対して斜め方向から光を入射させると、光吸収層内における光の透過距離が長くなる。そのため、光吸収層の厚さが相対的に薄い場合であっても、長波長光の吸収率が向上する。
また、同一波長の照射光で比較した場合、光吸収層の傾き角θが大きくなるほど、照射光で励起されるキャリアの最深部の位置が浅くなる。そのため、光吸収層がキャリアの拡散長の短い材料からなる場合であっても、最深部からキャリアを取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】光吸収層の傾き角（θ）を説明するための模式図である。
【図２】基板を鋸歯状に配列させた光電素子の模式図である。
【図３】ＣＺＴＳ系化合物半導体を光吸収層に用いた光電素子の模式図である。
【図４】実施例で作製したＣＺＴＳ薄膜太陽電池の模式図である。
【図５】傾き角（θ）の異なるＣＺＴＳ薄膜太陽電池のＩＰＣＥスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  光電素子］
本発明に係る光電素子は、以下の構成を備えている。
基板と、
前記基板の表面に形成された下部電極と、
前記下部電極の上に形成された、ｐ型半導体からなる光吸収層及びｎ型半導体からなる第２層と、
前記光吸収層又は前記第２層の表面に形成された上部電極と
を備えている。
（２）前記光電素子は、前記光吸収層の傾き角（θ）が０°＜θ＜９０°となる条件下で用いられる。
【００１７】
［１．１．  基板］
基板は、光電素子の構成要素（下部電極、光吸収層、第２層、上部電極）を支持するためのものである。基板の材料は、特に限定されるものではなく、種々の材料を用いることができる。基板の材料としては、例えば、
（１）ガラス（例えば、ＳＬＧ、低アルカリガラス、非アルカリガラス、石英ガラス、Ｎａイオンを注入した石英ガラス、サファイアガラスなど）、
（２）セラミックス（例えば、シリカ、アルミナ、イットリア、ジルコニアなどの酸化物、Ｎａを含む各種セラミックスなど）、
（３）金属（例えば、ステンレス、Ｎａを含むステンレス、Ａｕ、Ｍｏ、Ｔｉなど）
などがある。
【００１８】
本発明において、基板は、平板からなる。「平板」とは、表面が単一の平面からなる板をいう。本発明において「平板」というときは、表面が単一の平面からなる１個の板（狭義の平板）だけでなく、複数個の狭義の平板の集合体（例えば、１枚の平板を所定の角度で折り曲げた板、複数枚の平板を所定の角度で接合した板など）も含まれる。
光電素子は、１個の基板（及び、その上に形成される構成要素）を備えているものでも良く、あるいは、２個以上の基板を備えているものでも良い。光電素子が２個以上の基板を備えている場合、個々の基板は、後述する条件を満たすように設置される。複数個の基板の設置方法については、後述する。
【００１９】
また、基板の表面は、平坦面であっても良く、あるいは、微細な凹凸構造（凸部の距離が０．２μｍ〜２．０μｍ程度のテクスチャー構造）を備えた粗面であっても良い。しかしながら、基板表面に微細な凹凸構造がある場合、基板の傾き角によっては光吸収層の一部が影になり、かえって変換効率が低下する場合がある。また、微細凹凸構造の形成は、製造コストを増大を招く。従って、基板の表面は、平坦面が好ましい。
【００２０】
［１．２．  下部電極］
下部電極は、光吸収層からキャリア（正孔又は電子）を取り出すためのものであり、基板の表面に形成される。下部電極の材料は、特に限定されるものではなく、種々の材料を用いることができる。
下部電極の材料としては、例えば、Ｍｏ、ＭｏＳｉ2、ステンレス、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｂ、ＳｎＯ2：Ｆ、ＳｎＯ2：Ｓｂ、ＺｎＯ：Ｇａ、ＴｉＯ2：Ｎｂなどがある。
【００２１】
［１．３．  光吸収層及び第２層］
光吸収層は、光を吸収してキャリア（正孔及び電子）を生成させるためのものであってｐ型半導体からなり、下部電極の上に形成される。第２層は、ｎ型半導体からなり、光吸収層の上又は下に形成される。すなわち、光吸収層と第２層の積層順序は、特に限定されるものではなく、光電変換が可能な限りにおいて、いずれを先に（基板側に）形成しても良い。
【００２２】
［１．３．１．  光吸収層］
光吸収層の材料は、特に限定されるものではなく、種々の材料を用いることができる。
光吸収層として使用可能なｐ型半導体としては、例えば、ＣＺＴＳ系化合物半導体、Ｃｕ(Ｉｎ,Ｇａ)(Ｓ,Ｓｅ)2、ＣＩＳ、ＳｎＳ、ＣｕxＳ、ＦｅＳ2、Ｃｕ2ＳｎＳ3、ＣｕxＺｎyＳなど、又はこれらに各種元素ドーピングを行った材料などがある。
【００２３】
ここで、「ＣＺＴＳ系化合物半導体」とは、Ｃｕ2ＺｎＳｎＳ4（ＣＺＴＳ）をベースとする半導体をいう。本発明において、「ＣＺＴＳ系化合物半導体」というときは、化学量論組成の化合物だけでなく、すべての不定比化合物、あるいは、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＳを主成分とするすべての化合物が含まれる。
ＣＺＴＳ系化合物半導体は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ及びＳのみからなるものでも良く、あるいは、これらに加えて、他のカルコゲン元素、各種のドーパント、不可避的不純物などがさらに含まれていても良い。
【００２４】
光吸収層の材料は、キャリアの拡散長（Ｄ）が長い材料でも良く、あるいは、短い材料でも良い。化合物半導体のような欠陥が多く存在する材料は、キャリアの拡散長（Ｄ）（キャリアの寿命）が短いために、実際に得られる電流値は、理論値より低い。そのため、このような材料からなる光吸収層に対して本発明を適用すると、高い効果が得られる。
具体的には、キャリアの拡散長（Ｄ）が８００ｎｍ以下の材料からなる光吸収層に対して本発明を適用すると、高い効果が得られる。光吸収層の材料は、キャリアの拡散長（Ｄ）が１００ｎｍ以下のものでも良く、あるいは、５０ｎｍ以下のものでも良い。
ＣＺＴＳ系化合物半導体の場合、キャリアの拡散長（Ｄ）とは、電子の拡散長と読み替えることができる。拡散長（Ｄ）は、拡散係数（Ｄ'）とキャリア寿命（ｔ）からＤ＝（Ｄ'・ｔ）1/2の式で表される。拡散係数とキャリア寿命は半導体内の欠陥密度、キャリア密度によって変化する。現在、ＣＺＴＳでは、拡散長（Ｄ）が約５０ｎｍ程度であることがわかっている。
【００２５】
［１．３．２．  第２層］
第２層の材料は、特に限定されるものではなく、光吸収層の材料に応じて種々の材料を用いることができる。
第２層として使用可能なｎ型半導体としては、例えば、ＣｄＳ、(Ｃｄ,Ｚｎ)Ｓ、(Ｚｎ，Ｍｇ)Ｏ、Ｚｎ(Ｓ,Ｏ,ＯＨ)、Ｉｎ(Ｓ,ＯＨ)などがある。
【００２６】
［１．４．  上部電極］
上部電極は、光吸収層からキャリア（電子又は正孔）を取り出すためのものであり、光吸収層又は第２層の表面に形成される。通常、上部電極側から光が入射するので、上部電極には、透光性のある材料が用いられる。
上部電極の材料としては、例えば、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｇａ（ＧＺＯ）、ＺｎＯ：Ｂ、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、ＳｎＯ2：Ｓｂ、ＴｉＯ2：Ｎｂなどがある。
【００２７】
［１．５．  その他の構成要素］
本発明に係る光電素子は、上述した構成要素に加えて、その他の構成要素をさらに備えていても良い。その他の構成要素としては、例えば、
（１）上部電極の表面に形成される表面電極、
（２）各層の間に形成される付加的な層
などがある。
【００２８】
上部電極の表面に、さらに表面電極を形成する場合、表面電極の材料は、特に限定されるものではなく、種々の材料を用いることができる。
表面電極の材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、又は、これらのいずれか１以上を含む合金などがある。また、このような合金としては、具体的には、Ａｌ−Ｔｉ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ａｕ合金、Ａｇ−Ｔｉ合金、Ａｇ−Ｓｎ合金、Ａｇ−Ｚｎ合金、Ａｇ−Ａｕ合金などがある。
【００２９】
また、付加的な層としては、具体的には、
（１）基板と下部電極の接着性を高めるため接着層、
（２）入射した光を反射させ、光吸収層での光吸収効率を高めるため光散乱層であって、光吸収層より表面電極側に形成するもの、
（３）光吸収層より基板側に設けられる光散乱層、
（４）入射した光の窓層での反射量を低減し、光吸収層での光吸収効率を高めるための反射防止層、
などがある。
本発明において、付加的な層の材料は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の材料を用いることができる。
【００３０】
［１．６．  傾き角（θ）と光吸収層の厚さ（ｔ）］
本発明において、光電素子は、光吸収層の傾き角（θ）が０°＜θ＜９０°となる条件下で用いられる。
ここで、「傾き角（θ）」とは、前記光吸収層の受光面の法線と、前記光の入射方向とのなす角をいう。
【００３１】
一般に、傾き角（θ）が大きくなるほど、長波長光の吸収率が高くなり、かつ、最深部からのキャリアの取り出しも容易になる。傾き角（θ）は、好ましくは、３０°以上、さらに好ましくは、４５°以上である。
一方、傾き角（θ）が大きくなりすぎると、光の入射方向の僅かなズレによって受光面が影になり、かえって変換効率が低下する。従って、傾き角（θ）は、好ましくは、８５°以下、さらに好ましくは、６０°以下である。
【００３２】
図１に、光吸収層の傾き角（θ）を説明するための模式図を示す。本発明に係る光電素子は、次の（１）式の関係が成り立つものが好ましい。
ｔ／cosθ≧Ｔ    ・・・（１）
但し、
ｔは、前記光吸収層の厚さ、
Ｔは、前記光吸収層を構成する材料に光が入射した時に、光をすべて吸収できる長さ（以下、これを「吸収長さ」ともいう）。
【００３３】
（１）式は、入射した光をすべて吸収するための傾き角（θ）及び光吸収層の厚さ（ｔ）の条件を表す。（１）式を満たさない場合、吸収しきれなかった光が光吸収層を透過することを意味する。
【００３４】
例えば、ＣＺＴＳ系化合物半導体の場合、７００ｎｍの長波長光を吸収するための吸収長さ（Ｔ）は、６００ｎｍであることが知られている。従って、光吸収層の厚さ（ｔ）が４００ｎｍである場合、cosθ≦４００／６００＝０．６６７（θ≧約４８°）であれば、７００ｎｍの長波長光をすべて吸収することができる。
【００３５】
また、吸収長さ（Ｔ）とキャリアの拡散長（Ｄ）との間に、Ｄ≧Ｔ・cosθの関係が成り立つ時、最深部で生成したキャリアを取り出せることとなる。
例えば、ＣＺＴＳ系化合物半導体の電子の拡散長（Ｄ）の実験値は、５０ｎｍである。一方、７００ｎｍの長波長光の場合、ＣＺＴＳ系化合物半導体の吸収長さ（Ｔ）は６００ｎｍである。従って、cosθ≦５０／６００＝０．０８３となり、θ＝８５°の時まで効果があるといえる。
【００３６】
光吸収層の厚さ（ｔ）の最適値は、光吸収層の材料や傾き角（θ）により異なる。
例えば、ＣＺＴＳ系化合物半導体の場合、光吸収層の厚さ（ｔ）が薄すぎると、傾き角（θ）を最適化しても光を十分に吸収することができない。従って、光吸収層の厚さ（ｔ）は、２００ｎｍ以上が好ましい。光吸収層の厚さ（ｔ）は、さらに好ましくは、３００ｎｍ以上である。
一方、光吸収層の厚さ（ｔ）を必要以上に厚くしても、光照射によって発生するキャリア分布が変わらないため、効果は等しくなる。従って、光吸収層の厚さ（ｔ）は、１０００ｎｍ以下が好ましい。光吸収層の厚さ（ｔ）は、さらに好ましくは、８００ｎｍ以下である。
ＣＺＴＳ系化合物半導体の場合、厚さ（ｔ）が５００ｎｍ±２００ｎｍの時、最大の効果を発揮する。
【００３７】
［１．７．  光の照射方法］
本発明に係る光電素子は、傾き角（θ）が一定となる条件下で使用しても良く、あるいは、傾き角（θ）が経時変化する条件下で使用しても良い。しかしながら、光吸収層の材料及び厚さ（ｔ）が決まると、最適な傾き角（θ）が存在するので、傾き角（θ）が一定となる条件下で使用するのが好ましい。
例えば、励起光として太陽光を用いる場合、本発明に係る光電素子を太陽光の追尾装置に設置し、傾き角（θ）が一定となる条件下で使用するのが好ましい。
【００３８】
［１．８．  複数個の基板を備えた光電素子の具体例］
上述したように、光電素子は、１個の基板を備えているものでも良く、あるいは、２個以上の基板を備えているものでも良い。光電素子の出力は、受光面の面積に比例するので、１個の基板で大きな出力を得るには、巨大な基板が必要となる。従って、低コストで大きな出力を得るためには、０°＜θ＜９０°となるように、複数個の基板を設置するのが好ましい。
【００３９】
０°＜θ＜９０°となるように複数個の基板を設置する方法としては、例えば、
（１）複数個の基板を、光の入射方向に対して略垂直な面上に鋸歯状に配列させる方法、
（２）三角形又は台形の基板を、光の入射方向に対して略垂直な面上にピラミッド状に配列させる方法、
などがある。
【００４０】
図２に、基板を鋸歯状に配列させた光電素子の模式図を示す。
図２（ａ）に、第１の具体例を示す。図２（ａ）において、光電素子１０ａは、複数個の基板（及び、その上に形成される構成要素）１２、１２…と、基板１２、１２…を固定するための台座１４、１４…とを備えている。台座１４、１４…は、縦断面が三角形になっており、光の入射方向に対して垂直な面に設けられている。また、基板１２、１２…は、それぞれ、台座１４、１４…の片側の斜面に固定されている。
【００４１】
図２（ｂ）に、第２の具体例を示す。図２（ｂ）において、光電素子１０ｂは、複数個の基板（及び、その上に形成される構成要素）１２、１２…と、基板１２、１２…を固定するための台座１４、１４…とを備えている。台座１４、１４…は、縦断面が三角形になっており、光の入射方向に対して垂直な面に設けられている。また、基板１２、１２…は、それぞれ、台座１４、１４…の両側の斜面に固定されている。
【００４２】
図２（ｃ）に、第２の具体例を示す。図２（ｂ）において、光電素子１０ｃは、複数個の基板（及び、その上に形成される構成要素）１２、１２…と、基板１２、１２…を固定するための台座１４、１４…とを備えている。台座１４、１４…は、縦断面が台形になっており、光の入射方向に対して垂直な面に設けられている。また、基板１２、１２…は、それぞれ、台座１４、１４…の両側の斜面に固定されている。
【００４３】
［２．  作用］
図３に、ＣＺＴＳ系化合物半導体を光吸収層に用いた光電素子の模式図を示す。図３に示す例において、下部電極にはＭｏが用いられ、上部電極には、Ｇａ：ＺｎＯが用いられている。また、光吸収層には、ＣＺＴＳが用いられ、第２層（バッファ層）には、ＣｄＳが用いられている。
【００４４】
一般に、光の波長が長くなるほど、光は吸収されにくくなる。そのため、光吸収層の厚さ（ｔ）が薄くなるほど、長波長光は、光吸収層に吸収されることなく光吸収層を透過し、下部電極に達する（図３の左上図）。
一方、化合物半導体は、欠陥などによりキャリアの拡散長（Ｄ）が短いものが多い。例えば、ＣＺＴＳ系化合物半導体の場合、その製造にはプリカーサの硫化法が用いられているが、この方法では、光吸収層を形成する際に欠陥が多く生じる。そのため、このような化合物半導体を光吸収層とする光電素子では、最深部で励起されたキャリア（ＣＺＴＳの場合は電子）は、上部電極に到達する前に再結合により消滅しやすい（図３の右上図）。その結果、本来発揮できる変換効率より低くなってしまう。
【００４５】
これに対し、光吸収層の受光面に対して斜め方向から光を入射させると、光吸収層内における光の透過距離が長くなる（図３の下図）。そのため、光吸収層の厚さが相対的に薄い場合であっても、長波長光の吸収率が向上する。また、これによって電流値の上昇と、それに伴う変換効率の向上が起こる。
さらに、光吸収層を従来よりも薄くすることができる。その結果、少ない設置面積で高効率な光電素子を安価に得ることができる。
【００４６】
また、光吸収層の受光面を照射光に対して傾けると、照射光で励起されるキャリアの位置がcosθ倍浅くなる（図３の下図）。その結果、キャリアが取り出し電極まで移動する距離（キャリア移動距離）が短くなり、本来取り出すことができないキャリアを取り出すことができるようになる。さらに、副次的な効果として、キャリアが励起される位置が全体的に浅くなるので、光吸収層の厚さを薄くすることができる。
【実施例】
【００４７】
（実施例１）
［１．  太陽電池の作製］
スパッタ法及びＥＢ蒸着法で、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎプリカーサ/Ｍｏ（膜厚：１μｍ）／ガラス基板を作製した。Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎプリカーサの膜厚は、硫化後の膜厚が２００ｎｍ、４００ｎｍ、又は、１０００ｎｍとなる厚さとした。
その後、２０％硫化水素中で硫化処理し、ＣＺＴＳからなる光吸収層を形成した。さらに、ＲＦスパッタ法でＣｄＳバッファ層（第２層）及びＺｎＯ系透明電極（上部電極）を成膜し、ＥＢ蒸着法でＡｌ表面電極を成膜し、太陽電池を得た。
【００４８】
作製した１枚の太陽電池を治具に設置し、受光面の傾き角（θ）が０°、３０°、４５°、又は、６０°となる状態を作った。この時、反射を考慮して、もう１枚の太陽電池を照射光に対して対称に配置した（図４参照）。
【００４９】
［２．  試験方法］
［２．１．  太陽電池特性］
太陽電池特性を１ｓｕｎ、ＡＭ１．５の条件で測定した。
［２．２．  ＩＰＣＥスペクトル］
太陽電池の分光感度（ＩＰＣＥ）スペクトルを測定した。
【００５０】
［３．  結果］
［３．１．  傾き角（θ）］
表１に、ＣＺＴＳ（膜厚：４００ｎｍ）に対して角度を付けて光を照射したときの変換効率を示す。傾き角（θ）を４５°以上にした場合、電流密度の上昇が大きくなった。また、傾き角（θ）が６０°の場合、電流密度は、θ＝０°の時の約１．４倍に上昇した。これに伴い、変換効率は、１．３倍と大きく上昇した。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
［３．２．  ＩＰＣＥスペクトル］
図５に、傾き角（θ）の異なるＣＺＴＳ薄膜太陽電池のＩＰＣＥスペクトルを示す。
ＣＺＴＳでは、波長７００ｎｍ以上の長波長光に対して光吸収係数が低くなる。そのため、膜厚７００ｎｍ以下のＣＺＴＳでは、光を吸収しきることができない。さらに、波長７００ｎｍ以下の光を吸収できたとしても、ＣＺＴＳ深部で電子が発生することになる。よって、電子は取り出しにくく、ＩＰＣＥは低下し、特に波長７００ｎｍ以上において著しく低下する。
【００５３】
今回、治具を用いて照射光に対してＣＺＴＳ（膜厚：４００ｎｍ）に角度を持たせた結果、外部量子効率（Ｅ．Ｑ．Ｅ．）は全体的に向上し、特に７００ｎｍ以上の長波長側での増加が著しかった（図５）。これは、
（１）ＣＺＴＳ光吸収層の吸収長さ（Ｔ）の増加による十分な光吸収の効果と、
（２）電子移動距離の短縮によるＣＺＴＳ深部の電子取り出し効果
を表している。
これらの効果は、傾き角（θ）が３０°以上の時に観測され、４５°から大きく発揮され、６０°で最高値を示した。
【００５４】
［３．３．  光吸収層の厚さ（ｔ）］
表２に、ＣＺＴＳ膜厚を１０００ｎｍ又は２００ｎｍとし、かつ、角度を付けて光を照射した時の変換効率を示す。膜厚１０００ｎｍのＣＺＴＳを有する薄膜太陽電池の場合、照射光に対して角度を付けずとも、光を十分に吸収した。しかしながら、膜厚４００ｎｍの時と同様に、電流密度及び変換効率の上昇が確認された。これは、光吸収層深部で発生した電子を取り出す効果のみであっても、電流値及び変換効率上昇に有効であることを表している。
【００５５】
膜厚２００ｎｍのＣＺＴＳでも照射光に対して角度を付けることで、僅かな電流密度及び変換効率の向上が観測された。これは、膜厚が２００ｎｍより薄いＣＺＴＳでは、凹凸形状が激しすぎ、光吸収層が薄膜よりも粒子に近い状態になり、上記（１）及び（２）の効果が現れにくくなるためである。
【００５６】
【表２】
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【００５７】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら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で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る光電素子は、薄膜太陽電池、光導電セル、フォトダイオード、フォトトランジスタ、増感型太陽電池などに用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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