(57)【要約】【課題】より明るい色彩を呈する光起電力装置を提供する。【解決手段】光起電力装置において、光起電力素子７０は、受光面７０ａを有する。保護基板４０は、受光面７０ａの上に設けられ、受光面７０ａに対向する主面４０ａを有する。基板側カラー制御層４２は、受光面７０ａと主面４０ａの間であって当該主面４０ａ上に設けられ、保護基板４０を透過する光に含まれる一部の波長の光を相対的に強く反射する。素子側カラー制御層２２は、受光面７０ａと主面４０ａの間であって当該受光面７０ａ上に設けられ、基板側カラー制御層４２を透過する光に含まれる一部の波長の光を相対的に強く反射する。保護層４４は、基板側カラー制御層４２と素子側カラー制御層２２の間を充填する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面を有する光起電力素子と、
前記受光面の上に設けられ、前記受光面に対向する主面を有する保護基板と、
前記受光面と前記主面の間であって当該主面上に設けられ、前記保護基板を透過する光に含まれる一部の波長の光を、他の波長の光と比較して相対的に強く反射する基板側カラー制御層と、
前記受光面と前記主面の間であって当該受光面上に設けられ、前記基板側カラー制御層を透過する光に含まれる一部の波長の光を、他の波長の光と比較して相対的に強く反射する素子側カラー制御層と、
前記基板側カラー制御層と前記素子側カラー制御層の間を充填する保護層と、
を備えることを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
前記受光面と前記主面の少なくとも一方に凹凸構造が設けられることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記受光面には第１の凹凸構造が設けられており、前記主面には前記第１の凹凸構造とは周期の異なる第２の凹凸構造が設けられることを特徴とする請求項２に記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記基板側カラー制御層と前記素子側カラー制御層の少なくとも一方は、屈折率の異なる複数の制御膜により構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光起電力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無尽蔵の太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池とも称される光起電力素子の開発が各方面で精力的に行われている。例えば、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶質系シリコンを用いた光起電力素子または光起電力装置の研究および実用化が盛んに行われている。
【０００３】
近年、太陽電池をビルや住宅用の電源として用いるため、屋根や壁面に光起電力装置を設置するようになっているが、この場合、単に発電設備としての機能が求められるだけでなく、建物の美的外観の見地からデザイン面での機能を求められることがある。例えば、その色彩については、シリコンを用いる光起電力素子のほとんどが濃紺色や黒色であることから、光起電力素子に色調整層を設けることで色彩のバリエーションを増やす試みがなされている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４５３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
屋根や壁面に設置される光起電力装置は、一般に光起電力素子を保護するための透明な保護基板を備えるが、色調整層を設けた光起電力素子の上を透明な保護基板で覆ってしまうと、光起電力素子の表面が暗く見えてしまう。そうすると、保護基板なしの状態では色調整層により鮮やかな色彩が実現されていたとしても、保護基板を設けた状態では色がくすんで見えてしまうこととなり、せっかくの色彩が活かされなくなってしまう。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、より明るい色彩を呈する光起電力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の光起電力装置は、受光面を有する光起電力素子と、受光面の上に設けられ、受光面に対向する主面を有する保護基板と、受光面と主面の間であって当該主面上に設けられ、保護基板を透過する光に含まれる一部の波長の光を、他の波長の光と比較して相対的に強く反射する基板側カラー制御層と、受光面と主面の間であって当該受光面上に設けられ、基板側カラー制御層を透過する光に含まれる一部の波長の光を、他の波長の光と比較して相対的に強く反射する素子側カラー制御層と、基板側カラー制御層と前記素子側カラー制御層の間を充填する保護層と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光起電力装置が呈する色彩の明るさを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る光起電力装置の構造を示す断面図である。
【図２】テクスチャ構造が形成されたベース基板を示す図である。
【図３】ｉ型層および導電型層が形成された発電層を示す図である。
【図４】電極が形成された光起電力素子を示す図である。
【図５】素子側カラー制御層を形成した光起電力素子を示す図である。
【図６】第２の凹凸構造が形成された保護基板を示す図である。
【図７】基板側カラー制御層を形成した保護基板を示す図である。
【図８】光起電力素子と保護基板およびバックシートを接着する様子を示す図である。
【図９】二つのカラー制御層による明るさ向上の効果を模式的に示す図である。
【図１０】二つのカラー制御層による明るさ向上の効果を模式的に示す図である。
【図１１】波動光学シミュレーションに用いた比較例１に係るモデルを示す図である。
【図１２】波動光学シミュレーションに用いた比較例２に係るモデルを示す図である。
【図１３】波動光学シミュレーションに用いた実施例１に係るモデルを示す図である。
【図１４】第２の実施形態に係る光起電力装置の構造を示す断面図である。
【図１５】第２の実施形態に係る保護基板を示す図である。
【図１６】基板側カラー制御層を形成した保護基板を示す図である。
【図１７】光起電力素子と保護基板およびバックシートを接着する様子を示す図である。
【図１８】波動光学シミュレーションに用いた実施例２に係るモデルを示す図である。
【図１９】第３の実施形態に係る光起電力装置の構造を示す断面図である。
【図２０】第３の実施形態に係るベース基板を示す図である。
【図２１】ｉ型層、導電型層及び電極が形成された光起電力素子を示す図である。
【図２２】素子側カラー制御層を形成した光起電力素子を示す図である。
【図２３】光起電力素子と保護基板およびバックシートを接着する様子を示す図である。
【図２４】波動光学シミュレーションに用いた比較例３に係るモデルを示す図である。
【図２５】波動光学シミュレーションに用いた実施例３に係るモデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００１１】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る光起電力装置１００の構造を示す断面図である。本実施形態に係る光起電力装置１００は、光起電力素子７０の受光面７０ａ上に形成される素子側カラー制御層２２と、保護基板４０の主面（光起電力素子７０の受光面７０ａに対向する面）４０ａ上に形成される基板側カラー制御層４２を備え、これら二つのカラー制御層が所定の間隔をあけるよう保護層４４が設けられる。二つのカラー制御層は、屈折率の異なる複数の制御膜が積層された多層膜により構成され、カラー制御層に入射する光のうち一部の波長の光を相対的に強く反射する。光起電力装置１００は、所定の間隔をあけて設けられる二つのカラー制御層により、保護基板４０の側から見える光起電力装置１００の色彩がより明るくなるようにする。
【００１２】
光起電力装置１００は、特に図示していないが、複数の光起電力素子７０を備える。光起電力素子７０は、発電層１０と、第１透明電極層１８と、第１金属電極２０と、第２透明電極層２８と、第２金属電極３０を備える。発電層１０は、ベース基板１２と、第１のｉ型層１４と、第１導電型層１６と、第２のｉ型層２４と、第２導電型層２６を備える。
【００１３】
ベース基板１２は、結晶質の半導体層であり、例えば、単結晶の半導体層や、多数の結晶粒が集合した多結晶の半導体層である。ここでは、ベース基板１２として、ｎ型のドーパントが添加されたｎ型結晶質シリコン基板を用い、ドーピング濃度は１０１６／ｃｍ３程度とする。また、ベース基板１２は、光起電力素子７０に入射する光吸収効率を向上させるためのテクスチャ構造６２が設けられる。テクスチャ構造６２を設けることで、光起電力素子７０に入射する光の進行方向を変化させ、ベース基板１２に入射した光の光路長を長くすることができる。なお、テクスチャ構造６２は、後述する素子側カラー制御層２２に反映される第１の凹凸構造６４を形成するためにも用いる。
【００１４】
第１のｉ型層１４及び第１導電型層１６は、非晶質系の半導体層であり、アモルファス相又はアモルファス相内に微少な結晶粒が析出している微結晶相を含む半導体層である。ここでは、水素を含有するアモルファスシリコンとする。第１のｉ型層１４は、実質的に真性のアモルファスシリコンであり、第１導電型層１６は、ｐ型のドーパントが添加されたアモルファスシリコンである。第１導電型層１６は、第１のｉ型層１４よりもドーパント濃度が高いシリコンとされる。例えば、第１のｉ型層１４には意図的にドーピングを行わず、第１導電型層１６のドーパント濃度は１０１８／ｃｍ３程度とすればよい。
【００１５】
第１のｉ型層１４の厚さは、光の吸収をできるだけ抑えるためにはできるだけ薄くすることが望ましく、ベース基板１２の表面が十分にパッシベーションされる程度にすることが好ましい。具体的には、第１のｉ型層１４の厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすればよく、例えば１０ｎｍとする。
【００１６】
また、第１導電型層１６は、光の吸収をできるだけ抑えられるためにはできるだけ薄くすることが望ましく、光起電力素子７０の開放電圧が十分に高くなるような程度に厚くすることが好ましい。具体的には、第１導電型層１６の厚さは、例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすればよく、例えば１０ｎｍとする。
【００１７】
第２のｉ型層２４及び第２導電型層２６は、非晶質系の半導体層であり、アモルファス相又はアモルファス相内に微少な結晶粒が析出している微結晶相を含む半導体層であり、ここでは、水素を含有するアモルファスシリコンとする。第２のｉ型層２４は、実質的に真性のアモルファスシリコンであり、第２導電型層２６は、ｎ型のドーパントが添加されたアモルファスシリコンである。第２導電型層２６は、第２のｉ型層２４よりもドーパント濃度が高いシリコン層とされる。例えば、第１導電型層１６には意図的にドーピングを行わず、第２導電型層２６のドーパント濃度は１０１８／ｃｍ３程度とすればよい。
【００１８】
第２のｉ型層２４の厚さは、ベース基板１２の表面が十分にパッシベーションされる程度に厚くするとよい。具体的には、第２のｉ型層２４の厚さは１ｎｍ以上とすればよく、例えば１０ｎｍとする。また、第２導電型層２６の厚さは、光起電力素子７０の開放電圧が十分に高くなるような程度にするとよい。第２導電型層２６の厚さは１ｎｍ以上とすればよく、例えば２００ｎｍとする。
【００１９】
第１透明電極層１８及び第２透明電極層２８は、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低い等の利点を有している。第１透明電極層１８及び第２透明電極層２８の膜厚は、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすればよく、例えば１００ｎｍとする。
【００２０】
第１金属電極２０及び第２金属電極３０は、光起電力素子７０の受光面７０ａと、受光面７０ａに対向する裏面にそれぞれ設けられ、発電層１０が発電した電力を外部に取り出すための電極である。第１金属電極２０及び第２金属電極３０は、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）を含む導電性の材料である。なお、銅（Ｃｕ）や錫（Ｓｎ）等の電解メッキ層を含んでもよい。ただし、これに限定されるものでなく、金、銀等の他の金属、他の導電性材料、又はそれらの組み合わせとしてもよい。
【００２１】
本実施形態では、光起電力素子７０の第１透明電極層１８側が受光面７０ａとなる。ここで、受光面とは、光起電力素子７０において主に光（太陽光）Ａが入射される主面を意味し、具体的には、光起電力素子７０に入射される光Ａの大部分が入射される面である。
【００２２】
また、光起電力装置１００は、素子側カラー制御層２２と、基板側カラー制御層４２と、保護基板４０と、バックシート５０と、保護層４４を備える。
【００２３】
素子側カラー制御層２２は、光起電力素子７０の受光面７０ａ上に形成され、保護基板４０側から受光面７０ａに入射される光のうち一部の波長の光を相対的に強く反射することにより、所定の色彩を呈示するカラー制御層である。素子側カラー制御層２２は、屈折率の異なる複数の制御膜が積層された多層膜により構成され、例えば、複数種類の誘電体が幾重にも積層される誘電体多層膜である。具体的には、屈折率が４．０程度である酸化シリコン（ＳｉＯ）層や、屈折率が２．０程度である窒化シリコン（ＳｉＮ）層などを用いる。多層膜を構成するそれぞれの制御膜の屈折率や膜厚は、必要とする色に応じて適宜選択することが望ましい。なお、素子側カラー制御層２２は、ベース基板１２のテクスチャ構造６２を反映した第１の凹凸構造６４を有する。
【００２４】
保護基板４０は、光起電力素子７０を光起電力素子７０を外部環境から保護するとともに、光起電力素子７０が発電のために吸収する波長帯域の光を透過する。保護基板４０は、例えば、ガラス基板である。
【００２５】
保護基板４０は、光起電力素子７０の受光面７０ａと対向し、基板側カラー制御層４２が接合される主面４０ａを有し、主面４０ａに第２の凹凸構造６６が設けられる。
【００２６】
基板側カラー制御層４２は、保護基板４０の主面４０ａ上に形成され、保護基板４０側から主面４０ａに入射される光のうち一部の波長の光を相対的に強く反射することにより、所定の色彩を呈示するカラー制御層である。基板側カラー制御層４２は、素子側カラー制御層２２と同様、屈折率の異なる複数の制御膜が積層された多層膜により構成され、多層膜を構成するそれぞれの制御膜の屈折率や膜厚は、必要とする色に応じて適宜選択することが望ましい。なお、基板側カラー制御層４２は、保護基板４０に形成される第２の凹凸構造６６の形状を反映した凹凸構造を有する。
【００２７】
保護層４４及びバックシート５０は、ＥＶＡ、ポリイミド等の樹脂材料である。これにより、光起電力装置１００の発電層への水分の浸入等を防ぐとともに、光起電力装置１００全体の強度を向上させる。また、保護層４４は、素子側カラー制御層２２と基板側カラー制御層４２の間が所定の間隔となるようにその間を充填する役割を果たす。なお、バックシート５０は、保護基板４０と同じガラスや、プラスチック等の透明基板としてもよい。また、保護基板４０側から入射した光が発電層１０により多く吸収されるよう、保護層４４とバックシート５０との間に反射層を設けることで、光起電力素子７０を透過してバックシート５０に達した光を光起電力素子７０へ反射させてもよい。
【００２８】
次に、光起電力装置１００の製造方法について説明する。
図２は、テクスチャ構造６２が形成されたベース基板１２を示す図である。ベース基板１２は、結晶質の半導体材料であり、例えば、シリコン、多結晶シリコン、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体基板である。なお、本実施の形態では、ベース基板１２として単結晶シリコン基板を用いた例を示す。したがって、後述する第１のｉ型層１４、第１導電型層１６、第２のｉ型層２４、第２導電型層２６もシリコン層とする。ただし、ベース基板１２をシリコン以外の材料としてもよく、これらの層もシリコン層以外の材料としてもよい。
【００２９】
図２において、ベース基板１２の第１面１２ａおよび第２面１２ｂには、テクスチャ構造６２が形成されている。ベース基板１２を、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液中で化学的にエッチングすることにより、ベース基板１２の表面に微細な凹凸形状を有するテクスチャ構造６２が形成される。テクスチャ構造６２の凹凸形状は、エッチングに用いるＮａＯＨ水溶液の濃度や反応時間などを変えることにより制御することが望ましい。
【００３０】
図３は、ｉ型層および導電型層が形成された発電層１０を示す図である。ベース基板１２の第１面１２ａ上に第１のｉ型層１４と第１導電型層１６が順に形成され、第２面１２ｂ上に第２のｉ型層２４と第２導電型層２６が順に形成されることにより発電層１０ができる。
【００３１】
第１のｉ型層１４及び第１導電型層１６は、シラン（ＳｉＨ４）等のケイ素含有ガスを用いたプラズマ化学気相法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。シラン（ＳｉＨ４）等のケイ素含有ガスを供給しつつ、高周波電源から高周波電極へ高周波電力を供給することによって原料ガスのプラズマが生成され、プラズマからベース基板１２上に原料が供給されてシリコン薄膜が形成される。原料ガスには、必要に応じてジボラン（Ｂ２Ｈ６）等のドーパント含有ガスを混合する。
【００３２】
第２のｉ型層２４及び第２導電型層２６も同様に、シラン（ＳｉＨ４）等のケイ素含有ガスを用いたプラズマ化学気相法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。原料ガスには、必要に応じてホスフィン（ＰＨ３）等のドーパント含有ガスを混合する。
【００３３】
図４は、電極が形成された光起電力素子７０を示す図である。第１導電型層１６の上に第１透明電極層１８及び第１金属電極２０が形成され、第２導電型層２６の上に第２透明電極層２８及び第２金属電極３０が形成される。
【００３４】
第１透明電極層１８及び第２透明電極層２８は、スパッタリング法又はプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等の薄膜形成方法で形成することができる。第１金属電極２０及び第２金属電極３０は、スクリーン印刷法により銀（Ａｇ）ペースト等の導電性材料を印刷することにより形成することができる。
【００３５】
図５は、素子側カラー制御層２２を形成した光起電力素子７０を示す図である。素子側カラー制御層２２は、受光面７０ａである第１透明電極層１８及び第１金属電極２０の上に形成される。素子側カラー制御層２２は、シラン（ＳｉＨ４）に酸素（Ｏ２）又は窒素（Ｎ２）を混合した原料ガスをプラズマ化して供給するプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。これにより、素子側カラー制御層２２は、ベース基板１２に形成されるテクスチャ構造６２を反映した第１の凹凸構造６４を有する。
【００３６】
図６は、第２の凹凸構造６６が形成された保護基板４０を示す図である。保護基板４０は、基板側カラー制御層４２が形成される主面４０ａに微細な凹凸形状である第２の凹凸構造６６が形成されている。第２の凹凸構造６６は、微細な粒体を主面４０ａに衝突させるブラスト処理などにより形成することができる。
【００３７】
図７は、基板側カラー制御層４２を形成した保護基板４０を示す図である。基板側カラー制御層４２は、第２の凹凸構造６６が形成された主面４０ａ上に形成される。基板側カラー制御層４２は、素子側カラー制御層２２と同様、シラン（ＳｉＨ４）に酸素（Ｏ２）又は窒素（Ｎ２）を混合した原料ガスをプラズマ化して供給するプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。これにより、基板側カラー制御層４２は、主面４０ａに形成される第２の凹凸構造６６を反映した凹凸構造を有する。
【００３８】
図８は、光起電力素子７０と保護基板４０およびバックシート５０を接着する様子を示す図である。図５に示す光起電力素子７０の素子側カラー制御層２２と図７に示す基板側カラー制御層４２の間に保護層４４となる第１保護膜４４ａを挟み込むとともに、第２透明電極層２８及び第２金属電極３０とバックシート５０の間に保護層４４となる第２保護膜４４ｂを挟み込む。第１保護膜４４ａ及び第２保護膜４４ｂは、ＥＶＡやポリイミド等の樹脂を材料とするシートである。光起電力素子７０を保護基板４０とバックシート５０で挟み込んだ状態で加熱圧着することにより、第１保護膜４４ａ及び第２保護膜４４ｂが融着して保護層４４となり、図１に示す光起電力装置１００が形成される。
【００３９】
以上の製造方法により、光起電力装置１００は、光起電力素子７０の受光面７０ａ上に素子側カラー制御層２２が設けられ、受光面７０ａに対向する保護基板４０の主面４０ａ上に基板側カラー制御層４２が設けられるとともに、保護層４４によりその間に所定の間隔が設けられることとなる。
【００４０】
図９、１０は、二つのカラー制御層による明るさ向上の効果を模式的に示す図である。図９は、比較例１として基板側カラー制御層４２を設けない場合を示し、図１０は、本実施の形態として二つのカラー制御層を設けた場合を示す。なお、図１０は、光起電力素子７０が備える第１透明電極層１８及び第１金属電極２０を省略し、発電層１０の上に第１の凹凸構造６４を有する素子側カラー制御層２２が形成されている状態を示している。
【００４１】
図９に示すように、保護基板４０の上面４０ｂに入射する入射光Ａは、保護基板４０及び保護層４４を透過して素子側カラー制御層２２に達し、素子側カラー制御層２２により、その一部の波長の光が反射光Ｂとして反射されて保護基板４０側へ向かい、その他の波長の光は発電層１０に吸収されて発電に寄与する。このとき、素子側カラー制御層２２により反射された反射光Ｂは、保護基板４０の上面４０ｂへの入射角θ１が臨界角未満であれば、斜めから観察するときにでも、ユーザの目Ｅに届くこととなるが、上面４０ｂへの入射角θ１が臨界角以上であると、上面４０ｂにおいて全反射してしまう。そうすると全反射光Ｃは、光起電力装置１００の内部に閉じ込められてユーザの目Ｅに届かなくなってしまう。その結果、素子側カラー制御層２２により呈示される色彩は暗く見えてしまい、明るく鮮やかな色彩が呈示されないこととなってしまう。
【００４２】
一方、図１０に示す光起電力装置１００の場合、保護基板４０の上面４０ｂに入射する入射光Ａ１は、第２の凹凸構造６６を有する基板側カラー制御層４２により、一部の波長の光が反射光Ｂ１として反射されるとともに、その他の波長の光は透過光Ａ２として基板側カラー制御層４２を透過して素子側カラー制御層２２に達する。透過光Ａ２は、第１の凹凸構造６４を有する素子側カラー制御層２２により、その一部の波長の光が反射光Ｂ２として反射されて保護基板４０側へ向かい、その他の光は発電層１０に吸収されて発電に寄与する。
【００４３】
このとき、素子側カラー制御層２２により反射された反射光Ｂ２は、基板側カラー制御層４２を透過する際に第２の凹凸構造６６により散乱されることにより、保護基板４０の上面４０ｂへの入射角θ２が基板側カラー制御層４２がない場合と比べて変化する。例えば、基板側カラー制御層４２がない場合には臨界角以上の角度で上面４０ｂに入射することとなる光の一部が基板側カラー制御層４２により散乱され、入射角θ２が臨界角未満となり散乱光Ｂ３としてユーザの目Ｅに届くこととなる。その結果、基板側カラー制御層４２が設けられない場合と比較して、素子側カラー制御層２２により呈示される色彩が明るく見えるようにすることができる。
【００４４】
また、光起電力装置１００は基板側カラー制御層４２を備えることにより、基板側カラー制御層４２により反射される反射光Ｂ１がユーザの目に届くこととなる。したがって、基板側カラー制御層４２により呈示される色彩がユーザの目に見えることとなり、図９に示す基板側カラー制御層４２が設けられない場合と比べて、より明るい色彩を呈示することができる。
【００４５】
以上の二つのカラー制御層による明るさ向上の効果を、波動光学シミュレーションにより求めた。シミュレーションでは、光起電力装置に入射させた入射光Ａに対して、反射光Ｂに含まれる可視光の強度を求めた。また、光起電力装置から反射される反射光の明るさを上げると、光起電力素子に吸収される光の割合が減少して発電効率が低下することが予想されるため、発電層１０に吸収される光の強度から発電量の値を求め、反射光Ｂの明るさに対してどの程度発電量が減少するかを計算した。
【００４６】
図１１〜１３は、波動光学シミュレーションに用いたモデルを示す。図１１は、波動光学シミュレーションに用いた比較例１に係るモデルを示す。比較例１では、発電層１０として周期１μｍのテクスチャ構造を設けた厚さ５０μｍのシリコン基板層を設定し、その上に素子側カラー制御層２２を構成する厚さ２８０ｎｍ、屈折率２．０の第１制御膜２２ａと、厚さ５ｎｍ、屈折率４．０の第２制御膜２２ｂを設定した。また、保護基板４０として厚さ５０μｍ、屈折率１．５の媒質を設定した。
【００４７】
図１２は、波動光学シミュレーションに用いた比較例２に係るモデルを示す。比較例２では、図１１に示す比較例１と同様に、発電層１０として周期１μｍのテクスチャ構造を設けた厚さ５０μｍシリコン基板層を設定し、その上に素子側カラー制御層２２を構成する厚さ２８０ｎｍ、屈折率２．０の第１制御膜２２ａと、厚さ５ｎｍ、屈折率４．０の第２制御膜２２ｂを設定した。なお比較例２では、保護層４４を設けず、素子側カラー制御層２２のすぐ上に、基板側カラー制御層４２として、厚さ５ｎｍ、屈折率４．０の第３制御膜４２ｂと、厚さ２８０ｎｍ、屈折率２．０の第４制御膜４２ａ設定した。
【００４８】
図１３は、波動光学シミュレーションに用いた実施例１に係るモデルを示す。なお、実施例１は、第１の実施形態に相当する。実施例１では、図１２に示す素子側カラー制御層２２と基板側カラー制御層４２の間に、さらに保護層４４として厚さ２μｍ、屈折率１．５の媒質を設定した。また、基板側カラー制御層４２の凹凸構造の周期を、素子側カラー制御層２２とは異なる０．２５μｍとした。
【００４９】
上記モデルによるシミュレーションの結果、比較例１に対して実施例１では、反射光Ｂに含まれる可視光の明るさを約７０％向上させることができた。また、反射光Ｂの明るさに対する発電量の減少割合については、比較例１では１３．２％であるのに対し、実施例１では９．５％という結果が得られた。一方、比較例１に対して保護層４４が設けられない比較例２では、反射光Ｂに含まれる可視光の明るさは約５％しか向上せず、反射光Ｂの明るさに対する発電量の減少割合については、１１．７％であった。したがって、所定の間隔をあけて二つのカラー制御層を設けることにより、反射光の明るさを向上させるとともに、反射光の明るさに対する発電効率の減少を抑えることができることがわかった。
【００５０】
＜第２の実施形態＞
図１４は、第２の実施形態に係る光起電力装置２００の構造を示す断面図である。以下、第１の実施形態における光起電力装置１００との相違点を中心に説明する。光起電力装置２００は、光起電力素子７０の受光面７０ａ上に形成される素子側カラー制御層２２と、保護基板４０の主面４０ａ上に形成される基板側カラー制御層４２とが設けられ、これら二つのカラー制御層が所定の間隔となるよう保護層４４が設けられる。光起電力装置２００は、保護基板４０の主面４０ａに凹凸構造が設けられず、主面４０ａ上に形成される基板側カラー制御層４２にも凹凸構造が設けられていない点が第１の実施形態における光起電力装置１００と異なる。
【００５１】
次に、光起電力装置２００の製造方法を示す。
図１５は、第２の実施形態に係る保護基板４０を示す図である。保護基板４０は、第１の実施形態とは異なり、基板側カラー制御層４２が形成される主面４０ａに凹凸形状が形成されておらず、主面４０ａが平坦である。
【００５２】
図１６は、基板側カラー制御層４２を形成した保護基板４０を示す図である。基板側カラー制御層４２は、第２の凹凸構造６６が形成された主面４０ａ上に形成される。基板側カラー制御層４２は、シラン（ＳｉＨ４）に酸素（Ｏ２）又は窒素（Ｎ２）を混合した原料ガスをプラズマ化して供給するプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。
【００５３】
図１７は、光起電力素子７０と保護基板４０およびバックシート５０を接着する様子を示す図である。図５に示す光起電力素子７０の素子側カラー制御層２２と図１６に示す基板側カラー制御層４２の間に保護層４４となる第１保護膜４４ａを挟み込むとともに、第２透明電極層２８及び第２金属電極３０とバックシート５０の間に保護層４４となる第２保護膜４４ｂを挟み込む。第１保護膜４４ａ及び第２保護膜４４ｂは、ＥＶＡやポリイミド等の樹脂を材料とするシートである。光起電力素子７０を保護基板４０とバックシート５０で挟み込んだ状態で加熱圧着することにより、第１保護膜４４ａ及び第２保護膜４４ｂが融着して保護層４４となり、図１４に示す光起電力装置２００が形成される。
【００５４】
図１８は、波動光学シミュレーションに用いた実施例２に係るモデルを示す。なお、実施例２は、第２の実施形態に相当する。実施例２では、図１３に示す実施例１と同様に、発電層１０として周期１μｍのテクスチャ構造を設けた厚さ５０μｍシリコン基板層を設定し、その上に素子側カラー制御層２２を構成する厚さ２８０ｎｍ、屈折率２．０の第１制御膜２２ａと、厚さ５ｎｍ、屈折率４．０の第２制御膜２２ｂを設定した。また、保護層４４として厚さ２μｍ、屈折率１．５の媒質を設定し、その上に凹凸構造を有さない平坦な基板側カラー制御層４２として、厚さ２８０ｎｍ、屈折率２．０の第３制御膜４２ａと、厚さ５ｎｍ、屈折率４．０の第４制御膜４２ｂを設定した。
【００５５】
上記モデルによるシミュレーションの結果、図１１に示す比較例１に対して実施例２では、反射光Ｂに含まれる可視光の明るさを３倍以上に向上させることができた。また、反射光Ｂの明るさに対する発電量の減少割合については、７．８％という結果が得られた。したがって、所定の間隔をあけて二つのカラー制御層を設け、基板側カラー制御層４２を平坦な構造としても、反射光の明るさを向上させるとともに、反射光の明るさに対する発電効率の減少を抑えることができることがわかった。
【００５６】
＜第３の実施形態＞
図１９は、第３の実施形態に係る光起電力装置３００の構造を示す断面図である。以下、第１の実施形態における光起電力装置１００との相違点を中心に説明する。光起電力装置３００は、光起電力素子７０の受光面７０ａ上に形成される素子側カラー制御層２２と、保護基板４０の主面４０ａ上に形成される基板側カラー制御層４２とが設けられ、これら二つのカラー制御層が所定の間隔となるよう保護層４４が設けられる。光起電力装置３００は、光起電力素子７０の受光面７０ａに凹凸構造が設けられず、受光面７０ａ上に形成される素子側カラー制御層２２にも凹凸構造が設けられていない点が第１の実施形態における光起電力装置１００と異なる。
【００５７】
次に、光起電力装置３００の製造方法を示す。
図２０は、第３の実施形態に係るベース基板１２を示す図である。ベース基板１２は、第１の実施形態と同様に単結晶シリコン基板であるが、第１の実施形態とは異なり、表面にテクスチャ構造が設けられない。
【００５８】
図２１は、ｉ型層、導電型層及び電極が形成された光起電力素子７０を示す図である。  第１のｉ型層１４及び第１導電型層１６は、シラン（ＳｉＨ４）等のケイ素含有ガスを用いたプラズマ化学気相法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。原料ガスには、必要に応じてジボラン（Ｂ２Ｈ６）等のドーパント含有ガスを混合する。第２のｉ型層２４及び第２導電型層２６も同様に、シラン（ＳｉＨ４）等のケイ素含有ガスを用いたプラズマ化学気相法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。原料ガスには、必要に応じてホスフィン（ＰＨ３）等のドーパント含有ガスを混合する。
【００５９】
第１導電型層１６の上に第１透明電極層１８及び第１金属電極２０が形成され、第２導電型層２６の上に第２透明電極層２８及び第２金属電極３０が形成される。第１透明電極層１８及び第２透明電極層２８は、スパッタリング法又はプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等の薄膜形成方法で形成することができる。第１金属電極２０及び第２金属電極３０は、スクリーン印刷法により銀（Ａｇ）ペースト等の導電性材料を印刷することにより形成することができる。
【００６０】
図２２は、素子側カラー制御層２２を形成した光起電力素子７０を示す。素子側カラー制御層２２は、受光面７０ａである第１透明電極層１８及び第１金属電極２０の上に形成される。素子側カラー制御層２２は、シラン（ＳｉＨ４）に酸素（Ｏ２）又は窒素（Ｎ２）を混合した原料ガスをプラズマ化して供給するプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。
【００６１】
図２３は、光起電力素子７０と保護基板４０およびバックシート５０を接着する様子を示す図である。図２２に示す光起電力素子７０の素子側カラー制御層２２と図７に示す基板側カラー制御層４２の間に保護層４４となる第１保護膜４４ａを挟み込むとともに、第２透明電極層２８及び第２金属電極３０とバックシート５０の間に保護層４４となる第２保護膜４４ｂを挟み込む。第１保護膜４４ａ及び第２保護膜４４ｂは、ＥＶＡやポリイミド等の樹脂を材料とするシートである。光起電力素子７０を保護基板４０とバックシート５０で挟み込んだ状態で加熱圧着することにより、第１保護膜４４ａ及び第２保護膜４４ｂが融着して保護層４４となり、図１９に示す光起電力装置３００が形成される。
【００６２】
図２４、２５は、波動光学シミュレーションに用いた比較例３及び実施例３に係るモデルを示す。図２４は、波動光学シミュレーションに用いた比較例３に係るモデルを示す。比較例３では、比較例１とは異なり発電層１０の表面にテクスチャ構造が設けられておらず、その上に形成される素子側カラー制御層２２にも凹凸構造が設けられない。なお、凹凸構造が設けられない点以外については比較例１と同様であり、各層の厚さおよび屈折率は比較例１と同じである。
【００６３】
図２５は、波動光学シミュレーションに用いた実施例３に係るモデルを示す。なお、実施例３は、第３の実施形態に相当する。実施例３では、図２４に示す平坦な素子側カラー制御層２２の上に、保護層４４として厚さ２μｍ、屈折率１．５の媒質を設定し、その上に凹凸構造を有する基板側カラー制御層４２として、厚さ２８０ｎｍ、屈折率２．０の第３制御膜４２ａと、厚さ５ｎｍ、屈折率４．０の第４制御膜４２ｂを設定した。なお、基板側カラー制御層４２の凹凸の周期は０．２５μｍとした。
【００６４】
上記モデルによるシミュレーションの結果、比較例３に対して実施例３では、反射光Ｂに含まれる可視光の明るさを約１５％向上させることができた。また、反射光Ｂの明るさに対する発電量の減少割合については、比較例３では４．７％であるのに対し、実施例３では４．６％となった。したがって、所定の間隔をあけて二つのカラー制御層を設け、素子側カラー制御層２２を平坦な構造としても、反射光の明るさを向上させるとともに、反射光の明るさに対する発電効率の減少を抑えることができることがわかった。
【００６５】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【００６６】
各実施の形態において、第１金属電極２０は、素子側カラー制御層２２に埋没する構造について示したが、第１金属電極２０を素子側カラー制御層２２の厚さよりも高くすることにより、素子側カラー制御層２２から突出するようにしてもよい。第１金属電極２０を突出させることで、素子側カラー制御層２２が導電性を有さない場合に、第１金属電極２０から電力を取り出しやすくすることができる。また、素子側カラー制御層２２は、導電性の制御膜により構成されることで、第１透明電極層１８の機能を兼ね備えてもよい。
【００６７】
なお、以下の組合せによる光起電力装置についても本発明の範囲に含まれうる。
【００６８】
（１）光起電力装置は、受光面を有する光起電力素子と、受光面の上に設けられ、受光面に対向する主面を有する保護基板と、受光面と主面の間であって当該主面上に設けられ、保護基板を透過する光に含まれる一部の波長の光を、他の波長の光と比較して相対的に強く反射する基板側カラー制御層と、受光面と主面の間であって当該受光面上に設けられ、基板側カラー制御層を透過する光に含まれる一部の波長の光を、他の波長の光と比較して相対的に強く反射する素子側カラー制御層と、基板側カラー制御層と素子側カラー制御層の間を充填する保護層と、を備える。
【００６９】
この態様によれば、保護層によって所定の間隔があけられた素子側カラー制御層と基板側カラー制御層が相対的に強く反射する光によって、光起電力装置に所定の色彩を呈示させることができる。また、二つのカラー制御層を設けることにより、各カラー制御層により反射され保護基板から出射される光の強度を増やし、より明るい色彩を呈示させることができる。
【００７０】
（２）受光面と主面の少なくとも一方に凹凸構造が設けられる（１）に記載の光起電力装置であってもよい。凹凸構造を設けることにより、保護基板４０に対してユーザが見る角度が変わっても、より均一な色彩を呈示させることができる。
【００７１】
（３）受光面には第１の凹凸構造が設けられており、主面には第１の凹凸構造とは周期の異なる第２の凹凸構造が設けられる（２）に記載の光起電力装置であってもよい。
【００７２】
（４）基板側カラー制御層と素子側カラー制御層の少なくとも一方は、屈折率の異なる複数の制御膜により構成される（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の光起電力装置であってもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０…発電層、１８…第１透明電極層、２０…第１金属電極、２２…素子側カラー制御層、２８…第２透明電極層、３０…第２金属電極、４０…保護基板、４０ａ…主面、４２…基板側カラー制御層、４４…保護層、５０…バックシート、６２…テクスチャ構造、６４…第１の凹凸構造、６６…第２の凹凸構造、７０…光起電力素子、７０ａ…受光面、１００、２００、３００…光起電力装置。
【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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【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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【図２４】
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【図２５】
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