(57)【要約】  本発明の薄膜太陽電池２０は、強度保持層２１と、強度保持層２１の上側に設けられ屈折率nLを有する低屈折率層２２と、低屈折率層２２の上面に接して設けられnLよりも高い屈折率nHを有する高屈折率層２３と、透明電極層２４と、光電変換層２５と、を有する。強度保持層２１側から光電変換層２５に入射した光のうち光電変換がなされなかった光は、その一部が低屈折率層２２と高屈折率層２３の境界Ｂで全反射される。全反射された光は光電変換層２５に再入射するため、光電変換効率を高めることができる。また、テクスチャを用いる必要がないため、より望ましくは透明電極層２４を平坦にすることにより、光電変換層２５の結晶性を高め、それにより光電変換効率を高めることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長域の光のエネルギーを電力に変換する薄膜太陽電池であって、
a) 前記所定波長域の光が透過可能な強度保持層と、
b) 前記強度保持層の上部に設けられた、前記所定波長域の光が透過可能であって屈折率nLを有する低屈折率層と、
c) 前記低屈折率層の上面に接して設けられた、前記所定波長域の光が透過可能であってnLよりも高い屈折率nHを有する高屈折率層と、
d) 前記高屈折率層の上部に設けられた、前記所定波長域の光が透過可能であって導電性を有する透明電極と、
e) 前記透明電極の上部に設けられた光電変換部と、
を備えることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記透明電極の上面が平坦であり、前記光電変換部が多数の半導体微結晶から成る層を有す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】
前記透明電極上面の算術平均粗さRaが100nm以下であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記光電変換部の上部に設けられた反射部を備え、前記光電変換部と前記反射部の境界がテクスチャ構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
前記高屈折率層の厚みが(2kH-1)λ0/4nH（kHは自然数、λ0は前記所定波長域内の波長）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
【請求項６】
前記低屈折率層がSiO2から成り、前記高屈折率層がTiO2から成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
【請求項７】
前記強度保持層と前記低屈折率層の間に設けられた、前記所定波長域の光が透過可能な中間層を備え、
前記中間層が、nLよりも高い屈折率nMを有し、厚みが(2kM-1)λ0/4nM（kMは自然数、λ0は前記所定波長域内にある波長）であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
【請求項８】
前記中間層がSnO2から成ることを特徴とする請求項７に記載の薄膜太陽電池。
【請求項９】
前記強度保持層の下部に設けられた、前記所定波長域内の少なくとも一部の波長域の光の反射を防止する反射防止層を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
【請求項１０】
前記反射防止層が、前記強度保持層側から順に設けられた第１層、第２層、第３層を備え、
前記第１層は、SnO2から成り、厚みが(2k1-1)λ1/4n1（k1は自然数、n1はSnO2の屈折率、λ1は前記所定波長域内にある波長）であり、
前記第２層は、TiO2から成り、厚みが(2k2-1)λ1/2n2（k2は自然数、n2はTiO2の屈折率）であり、
前記第３層は、SiO2から成り、厚みが(2k3-1)λ1/4n3（k3は自然数、n3はSiO2の屈折率）であることを特徴とする請求項９に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１１】
前記透明電極と前記光電変換部の間に設けられた、耐プラズマ材料から成り上面が平坦な耐プラズマ層を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
【請求項１２】
所定の波長域の光のエネルギーを電力に変換する光電変換層を支持する基板であって、
a) 前記所定波長域の光が透過可能な強度保持層と、
b) 前記強度保持層の上部に設けられた、前記所定波長域の光が透過可能であって屈折率nLを有する低屈折率層と、
c) 前記低屈折率層の上面に接して設けられた、前記所定波長域の光が透過可能であってnLよりも高い屈折率nHを有する高屈折率層と、
d) 前記高屈折率層の上部に設けられた、前記所定波長域の光が透過可能であって導電性を有する透明電極と、
を備えることを特徴とする薄膜太陽電池用基板。
【請求項１３】
前記透明電極の上面が平坦であることを特徴とする請求項１２に記載の薄膜太陽電池用基板。
【請求項１４】
前記透明電極上面の算術平均粗さRaが100nm以下であることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜太陽電池用基板。
【請求項１５】
前記高屈折率層の厚みが(2kH-1)λ0/4nH（kHは自然数、λ0は前記所定波長域内の波長）であることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の薄膜太陽電池用基板。
【請求項１６】
前記低屈折率層がSiO2から成り、前記高屈折率層がTiO2から成ることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載の薄膜太陽電池用基板。
【請求項１７】
前記強度保持層と前記低屈折率層の間に設けられた、前記所定波長域の光が透過可能な中間層を備え、
前記中間層は、nLよりも高い屈折率nMを有し、厚みが(2kM-1)λ0/4nM（kMは自然数、λ0は前記所定波長域内にある波長）である中間層を備えることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれかに記載の薄膜太陽電池用基板。
【請求項１８】
前記中間層がSnO2から成ることを特徴とする請求項１７に記載の薄膜太陽電池用基板。
【請求項１９】
前記強度保持層の下部に設けられた、前記所定波長域内の少なくとも一部の波長域の光の反射を防止する反射防止層を備えることを特徴とする請求項１２〜１８のいずれかに記載の薄膜太陽電池用基板。
【請求項２０】
前記反射防止層が、前記強度保持層側から順に設けられた第１層、第２層、第３層を備え、
前記第１層は、SnO2から成り、厚みが(2k1-1)λ1/4n1（k1は自然数、n1はSnO2の屈折率、λ1は前記所定波長域内にある波長）であり、
前記第２層は、TiO2から成り、厚みが(2k2-1)λ1/2n2（k2は自然数、n2はTiO2の屈折率）であり、
前記第３層は、SiO2から成り、厚みが(2k3-1)λ1/4n3（k3は自然数、n3はSiO2の屈折率）であることを特徴とする請求項１９に記載の薄膜太陽電池用基板。
【請求項２１】
所定の波長域の光のエネルギーを電力に変換する薄膜太陽電池を製造する方法において、
a) ガラス製の基板の上に、スパッタリング法により100℃〜240℃の温度条件で、SiO2から成る低屈折率層を作製する工程と、
b) 前記低屈折率層の上に、スパッタリング法により100℃〜240℃の温度条件で、TiO2から成る高屈折率層を作製する工程と、
c) 前記高屈折率層の上に、スパッタリング法により100℃〜240℃の温度条件で、SnO2から成る透明電極を作製する工程と、
を有することを特徴とする薄膜太陽電池製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜太陽電池及びその製造方法、並びに薄膜太陽電池の光電変換層を支持するための薄膜太陽電池用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の一種に薄膜太陽電池がある。近年、太陽電池の需要の増加に伴いバルクのシリコン結晶が入手困難となってきたため、バルクシリコン結晶を使用する必要のない薄膜太陽電池の注目度が増している。【０００３】
薄膜太陽電池は、pin接合体（p型半導体層-真性半導体層-n型半導体層をこの順で接合したもの）やpn接合体（p型半導体層とn型半導体層を接合したもの）等から成る光電変換層を透明電極と反射電極層で挟んだ本体を有する。本体は通常、その形状の保持のため及び光の入射面の保護のために、透明電極側が透明基板によって支持されている。このような薄膜太陽電池では、入射光は透明基板側から透明電極を通過して光電変換層に入射する。しかし、透明電極と光電変換層の屈折率の違いにより、入射光の一部は両者の境界で反射される。このように反射された入射光のエネルギーは電力に変換されないため、光電変換の効率が低下する。【０００４】
そこで、従来の薄膜太陽電池では、透明電極と光電変換層の境界にいわゆる「テクスチャ構造」が採用されている。テクスチャ構造とは、例えば特許文献１に記載のように、透明電極と光電変換層の境界面に凹凸を設けて前記境界面を非平坦面状にした構造をいう。【０００５】
非特許文献１によれば、テクスチャ構造は透明電極と光電変換層の境界における反射率を低下させると共に、光電変換層内の光路長（光拡散長）を実効的に増加させる、という２つの効果を得るために設けられている。図１を用いて、そのような効果が得られる理由を説明する。図１は、従来の薄膜太陽電池の一部を示しており、透明電極９１と光電変換層９２の境界面９４にテクスチャ構造が形成されている。透明電極９１を通って境界面９４に入射した入射光９５１は、その一部が境界面９４において反射され（第１反射光９５２）、残りが境界面９４を透過して光電変換層９２に入射する（第１透過光９５３１）。また、第１反射光９５２の一部は境界面９４の別の部位に入射し、その一部は再度反射され、残りは境界面９４を透過し、光電変換層９２に入射する（第２透過光９５３２）。このとき、光電変換層９２内における第２透過光９５３２の光路長は第１透過光９５３１の光路長よりも長くなることから、光電変換効率を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭61-288473号公報（第2頁左下欄1〜14行目、第4頁右上欄1〜10行目、第1図）
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】野元克彦 他３名、「薄膜太陽電池のデバイス設計」、シャープ技報、シャープ株式会社、1998年4月、第70号、40-43頁
【非特許文献２】早川尚志 他３名、「シリコン結晶薄膜太陽電池」、シャープ技報、シャープ株式会社、2002年8月、第83号、45-48頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、透明電極と光電変換層の境界にテクスチャ構造を設けると以下のような問題が生じる。薄膜太陽電池を作製するときは、透明電極の上に光電変換層を形成する。このとき、透明電極の表面にテクスチャ構造が存在すると、光電変換層内で結晶成長の方向性に乱れが生じる。特に、テクスチャ構造の凹凸よりも小さい多数の微結晶から光電変換層が成る場合、結晶の成長方向が境界の向きにより定まるため、各微結晶の成長方向が不揃いとなり、微結晶同士が衝突して不規則な方向に粒界が形成される。これにより微結晶内に欠陥が生じ、光励起キャリアが欠陥に捕獲される結果、内部電界が低下して光電変換の効率が低下する（非特許文献２参照）。また、本願発明者は、上述のように微結晶の成長方向が不揃いになることにより、太陽電池の使用時に、隣接する微結晶間で短絡が生じ、それにより光電変換の効率が低下することを見出した。【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、光電変換の効率を高めることができる薄膜太陽電池、その製造方法及び薄膜太陽電池用基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために成された本発明に係る薄膜太陽電池は、所定の波長域の光のエネルギーを電力に変換する薄膜太陽電池であって、
a) 前記所定波長域の光を透過可能な強度保持層と、
b) 前記強度保持層の上部に設けられた、前記所定波長域の光を透過可能であって屈折率nLを有する低屈折率層と、
c) 前記低屈折率層の上面に接して設けられた、前記所定波長域の光を透過可能であってnLよりも高い屈折率nHを有する高屈折率層と、
d) 前記高屈折率層の上部に設けられた、前記所定波長域の光を透過可能であって導電性を有する透明電極と、
e) 前記透明電極の上部に設けられた光電変換部と、
を備えることを特徴とする。【００１１】
本願では、各層の位置関係を説明するために、便宜上、「上」及び「下」という語を用いたに過ぎず、これら「上」及び「下」は、重力の向きについての「上」及び「下」を意味するものではない。【００１２】
本発明に係る上記薄膜太陽電池では、透明電極と光電変換部の境界に低屈折率層と高屈折率層の２重層を設けることにより、より多くの光を透明電極から光電変換部に取り込むことができるとともに、一旦光電変換部に入射した光がより長く光電変換部内に留まるようにすることができる。これにより、光の利用効率が高まり、薄膜太陽電池の光電変換の効率を高めることができる。以下、その理由を、図２の概念図を用いて説明する。本発明に係る薄膜太陽電池１０は、強度保持層１１、低屈折率層１２、高屈折率層１３及び透明電極１４を備える薄膜太陽電池用基板１０Ｓの上に光電変換部１５が形成されたものである。【００１３】
薄膜太陽電池１０に入射する光は、まず強度保持層１１の下面から入射し、強度保持層１１、低屈折率層１２、高屈折率層１３、透明電極１４を通過して光電変換部１５に導入される。光電変換部１５に導入された光の一部は電力に変換されるが、残り（戻り光）は光電変換部１５の上端などにおいて反射され、透明電極１４及び高屈折率層１３を通って高屈折率層１３と低屈折率層１２の境界Ｂに入射する。【００１４】
この戻り光は、境界Ｂにおいて、入射角θCが
sinθC≧(nL/nH)    …(1)、
を満たす時、境界Ｂにおいて全反射する。ここで、本発明ではnH>nLであることから、(1)式の右辺は1未満になり、(1)式は必ず解を持つ。このように、入射角θCが(1)式を満たす戻り光は全て、全反射により再び光電変換部１５に入射する。また、(1)式を満たさず全反射が生じない戻り光も、その一部は境界Ｂにおいて反射され、再び光電変換部１５に入射する。これらの反射光により、光を光電変換部１５内に長く留めることができ、それにより薄膜太陽電池１０の光電変換の効率を高めることができる。
また、強度保持層１１から光電変換部１５に入射してくる光については、逆に、境界Ｂにおいてより全反射が生じにくくなるため、より多くの光を光電変換部１５に取り込むことができるようになる。【００１５】
このように、本発明では透明電極と光電変換部の境界にテクスチャ構造を設けることなく光電変換の効率を高めることができるため、透明電極の上面を平坦にすることができる。これにより、透明電極の上側に形成される光電変換部１５に欠陥等の乱れが生じることを防ぐことができる。この点においても、本発明により光電変換の効率を高めることができる。特に、多数の半導体微結晶から成る層を有する光電変換部を用いた場合に、微結晶の成長方向が揃うため、光励起キャリアが捕獲される原因となる欠陥の形成や、微結晶間の短絡を防ぐことができるため、透明電極の上面を平坦にすることによる効果が顕著である。【００１６】
本発明では、光電変換部の上部に反射部を設け、前記光電変換部と前記反射部の境界にテクスチャ構造を形成することができる。透明電極と光電変換部の境界に設けられるテクスチャ構造とは異なり、光電変換部の上部に設けられたテクスチャ構造は光電変換部に結晶成長の乱れを生じさせることがない。このようなテクスチャ構造を有する反射部により、光電変換部に導入された光（戻り光）は散乱し、それにより高屈折率層と低屈折率層の境界において全反射する確率を高めることができる。【００１７】
透明電極の上部に、耐プラズマ材料から成り上面が平坦な耐プラズマ層を設けてもよい。これにより、プラズマを用いて透明電極の上に光電変換部を作製する場合に、透明電極がプラズマに侵されて平坦性を失うことを防ぐことができる。上記プラズマが水素プラズマの場合には、耐プラズマ材料にはTiO2又はZnOを用いることができる。【００１８】
高屈折率層の厚みは(2kH-1)λ0/4nHとすることが望ましい。ここで、kHは自然数、λ0は前記所定波長域内にある波長である。これにより、高屈折率層は、低屈折率層から光電変換部に向かう波長λ0の光の反射を抑えることができる。波長λ0は真空内における光の波長で定義される。【００１９】
強度保持層と低屈折率層の間に、波長λ0の光を透過可能であり、nLよりも高い屈折率nMを有し、厚みが(2kM-1)λ0/4nM（kMは自然数）である中間層を設けてもよい。このような中間層は、強度保持層から低屈折率層に向かう波長λ0の光の反射を抑えることができる。【００２０】
前記強度保持層の下部には反射防止層を設けてもよい。前記反射防止層は、例えば、強度保持層側から順に、SnO2から成り、厚みが(2k1-1)λ0/4n1（k1は自然数、n1はSnO2の屈折率）である第１層と、TiO2から成り、厚みが(2k2-1)λ0/2n2（k2は自然数、n2はTiO2の屈折率）である第２層と、SiO2から成り、厚みが(2k3-1)λ0/4n3（k3は自然数、n3はSiO2の屈折率）である第３層とから構成することができる。【００２１】
本発明に係る薄膜太陽電池製造方法は、所定の波長域の光のエネルギーを電力に変換する薄膜太陽電池を製造する方法であって、
a) ガラス製の基板の上に、スパッタリング法により100℃〜240℃の温度条件で、SiO2から成る低屈折率層を作製する工程と、
b) 前記低屈折率層の上に、スパッタリング法により100℃〜240℃の温度条件で、TiO2から成る高屈折率層を作製する工程と、
c) 前記高屈折率層の上に、スパッタリング法により100℃〜240℃の温度条件で、SnO2から成る透明電極を作製する工程と、
を有することを特徴とする。【００２２】
本発明に係る薄膜太陽電池において透明電極を作製する際に、CVD法等のように結晶成長に適した方法を用いたり、透明電極の成膜温度を高くし過ぎたりすると、透明電極を構成する結晶粒が成長して大きくなり過ぎるため、透明電極上面の平坦性が悪化する。また、低屈折率層や高屈折率層の上面の平坦性が悪いと、その上に形成される透明電極上面の平坦性も悪くなる。そこで、本発明に係る薄膜太陽電池製造方法では、低屈折率層にSiO2を、高屈折率層にTiO2を、透明電極にSnO2を用い、これら各層をいずれも100℃〜240℃という比較的低い温度条件下でスパッタリング法により作製する。これにより、結晶成長を抑えつつ高い平坦性を有する低屈折率層、高屈折率層及び透明電極を得ることができる。【００２３】
風冷強化ガラス製の基板（強度保持層）は約250℃以上に加熱した後に急冷すると割れが生じ、約300℃以上に加熱すると、加熱しただけで割れが生じる。本発明に係る薄膜太陽電池製造方法では加熱温度が100℃〜240℃であるため、強化ガラス上に直接透明電極を形成することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る薄膜太陽電池用基板は、薄膜太陽電池の光電変換部に導入された光の一部が高屈折率層と低屈折率層の境界において反射され、特に上記(1)式を満たす場合には全反射されることから、それら反射光が再度光電変換部に導入され、光の利用効率が高まる。これにより、薄膜太陽電池の光電変換の効率を高めることができる。【００２５】
また、本発明に係る薄膜太陽電池用基板はテクスチャ構造を用いる必要がないため、透明電極の上面を平坦にすることができる。このような平坦な透明電極の上面に光電変換部を形成した場合には、光電変換部に欠陥等の乱れが生じることを防ぐことができるため、光電変換の効率をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の薄膜太陽電池におけるテクスチャ構造の役割を示す縦断面図。
【図２】本発明に係る薄膜太陽電池用基板において光の利用効率が高まる理由を説明するための概念図。
【図３】本発明の第１実施例に係る薄膜太陽電池２０の縦断面図。
【図４】薄膜太陽電池２０の製造方法を示す縦断面図。
【図５】本発明の第２実施例に係る薄膜太陽電池３０の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図３〜図５を用いて、本発明に係る薄膜太陽電池の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２８】
図３に、本発明の第１の実施例である薄膜太陽電池２０の縦断面図を示す。
本実施例の薄膜太陽電池２０は、強度保持層２１、中間層２７、低屈折率層２２、高屈折率層２３、透明電極層２４が順に積層されて成る薄膜太陽電池用基板２０Ｓと、薄膜太陽電池用基板２０Ｓの上に順に積層された耐プラズマ層２８、光電変換層２５及び反射電極層２６から成る。【００２９】
上記各層は以下の材料が用いられている。強度保持層２１は、従来より太陽電池用の基板として広く用いられている、屈折率が1.50のソーダ石灰製の強化ガラスから成る。中間層２７は屈折率nMが2.00であるSnO2（二酸化スズ）から成る。低屈折率層２２は屈折率nLが1.45であるSiO2（二酸化珪素）から成る。高屈折率層２３は屈折率nHが2.45〜2.92（結晶構造により異なる）であるTiO2（二酸化チタン）から成る。透明電極層２４は、従来から薄膜太陽電池の透明電極として用いられているSnO2から成る。耐プラズマ層２８はTiO2から成る。反射電極層２６は銀の蒸着膜から成る。なお、耐プラズマ層２８の材料にはTiO2の代わりにZnO（酸化亜鉛）を、反射電極層２６には銀の代わりにアルミニウムを、それぞれ用いることもできる。【００３０】
透明電極層２４の表面（上面）はできるだけ平坦にする。これにより、透明電極層２４の上側に形成される光電変換層２５の微結晶（後述）の成長方向が乱れることを防ぐことができ、薄膜太陽電池の光電変換の効率を高めることができる。なお、透明電極層２４の表面の平坦性を高めるためには、透明電極層２４よりも下にある高屈折率層２３、低屈折率層２２及び中間層２７の上面をできるだけ平坦にすることが望ましい。【００３１】
透明電極層２４等の平坦性を示す指標の１つに「算術平均粗さ」（「中心線平均粗さ」とも呼ばれる）Raがある。Raは日本工業規格で定められた表面粗さの定義の１つであり、長さLの範囲内で測定により得られる粗さ曲線と平均線（粗さ曲線を平均化した直線）の差f(x)を用いて以下の式により求められる。
【数１】
2010023867.tif 000003
光電変換層２５の微結晶の成長方向が乱れることを防ぐために、透明電極層２４の上面のRaは100nm以下とすることが望ましい。また、本実施例では光電変換層２５に接するのは耐プラズマ層２８であるため、耐プラズマ層２８の上面のRaも100nm以下とする。透明電極層２４の下にある高屈折率層２３や低屈折率層２２についても、透明電極層２４の上面の平坦性を損ねることを防ぐために、上面のRaを100nm以下とすることが望ましい。【００３２】
耐プラズマ層２８を設けた理由は以下の通りである。仮に、透明電極層２４の上面に直接、水素やシランガスを用いたCVD法により光電変換層２５を作製すると、作製開始時に透明電極層２４の表面が水素プラズマに晒され、還元されるおそれがある。このような還元が生じれば、酸化膜である透明電極層２４は変質し、透明度の低下や抵抗値の上昇が生じるため、透明電極としての機能を果たさなくなる。そこで、本実施例では透明電極層２４の一番上側の層に耐プラズマ層２８を設け、水素プラズマによる還元作用が生じるのを防止した。【００３３】
光電変換層２５には、例えばp型半導体−真性半導体−n型半導体の３層を積層して成るpin型光電変換層、あるいはpin型光電変換層を２組積層したpinタンデム型光電変換層を用いることができる。光電変換層の半導体には、アモルファス半導体や微結晶半導体が用いられる。本実施例では、透明電極層２４の上面に、アモルファス又は微結晶のp型Si半導体から成るp層２５１、微結晶の真性Si半導体から成るi層２５２、アモルファスのn型Si半導体から成るn層２５３の３層を積層した。上述したように、耐プラズマ層２８の上面はRaが100nm以下という平坦性を有するため、耐プラズマ層２８の上に形成されるp層２５１の上面も平坦にすることができる。この結果、p層２５１の上面に形成されるi層２５２の微結晶の成長方向が揃い、不規則な向きに界面が形成されることによる欠陥や、微結晶間の電気的な短絡を防ぐことができる。なお、i層２５２の微結晶の成長方向は透明電極層２４に垂直な方向になる。【００３４】
一方、i層２５２の各微結晶の成長速度が異なることにより、i層２５２の上面には微結晶の上端が不揃いに並ぶ。このような不揃いが生じた面の上に（n層２５３を挟んで）銀あるいはアルミニウムを成膜すると、その膜が凹凸のある鏡となる。これにより、n層２５３と反射電極層２６の境界面が自然に凹凸状となる。【００３５】
また、高屈折率層２３の厚みは、真空中で波長λ0を持つ光の層内での波長λ0/nHの1/4倍に設定し、中間層２７の厚みはλ0/nMの1/4倍に設定した。本実施例では、基準波長λ0を550nmとしたため、中間層２７の厚みは69nm、高屈折率層２３の厚みは55nmである。その他の層の厚みは波長λ0とは関係なく定められており、強度保持層２１は1〜10μm、低屈折率層２２は32μm、透明電極層２４は約0.5〜1μmである。【００３６】
薄膜太陽電池２０は、以下のように作製する。まず、強度保持層２１であるソーダ石灰ガラス板を100℃〜240℃の温度に維持しつつ、その上に、スパッタ法を用いてSnO2を成膜して中間層２７を作製する（図４(a),(b)）。同様に、温度を上記範囲内に維持したままでスパッタ法を用いて、SiO2を成膜することにより低屈折率層２２を作製し（図４(b),(c)）、TiO2を成膜することにより高屈折率層２３を作製し（図４(c),(d)）、SnO2を成膜することにより透明電極層２４を作製する（図４(d),(e)）。更に、温度を上記範囲内に維持したままスパッタ法でTiO2を成膜することにより耐プラズマ層２８を作製する（図４(e)）。その後、プラズマCVD法により光電変換層２５を、スパッタ法により反射電極層２６を、それぞれ作製することにより、薄膜太陽電池２０が得られる（図３）。【００３７】
本実施例の薄膜太陽電池２０の動作を説明する。光は強度保持層２１の下面から当該強度保持層２１に入射し、中間層２７、低屈折率層２２、高屈折率層２３、透明電極層２４及び耐プラズマ層２８を通過して光電変換層２５に到達する。光電変換層２５内では、一部の光のエネルギーが電力（電気エネルギー）に変換され、残りの光は反射電極層２６で反射される。ここで、反射電極層２６の反射面（反射電極層２６と光電変換層２５の境界面）には多数の凹凸が存在するため、反射電極層２６で反射される光は散乱され、光電変換層２５を通過し、戻り光として高屈折率層２３と低屈折率層２２の境界Ｂに入射する（なお、戻り光は光電変換層２５を通過しているので短波長の光が弱く、主成分は長波長の光である。）。
境界Ｂに入射する戻り光のうち、入射角θCが次の式
sinθC≧nL/nH=1.45/2.52、
（なお、nHはアナターゼ構造のTiO2における値を用いた）を満たすもの、即ち、入射角θCが35.1°よりも大きい戻り光は全反射され、35.1°よりも小さい戻り光は一部が反射される。こうして反射された光は再び光電変換層２５に入射する。そのため、本実施例の薄膜太陽電池２０では光の利用効率を高めることができ、それにより光電変換効率を高めることができる。【００３８】
また、中間層２７の厚みをλ0/nMの1/4倍に設定したことにより、λ0付近の波長を有する光の、強度保持層２１と中間層２７の境界における反射及び中間層２７と低屈折率層２２の境界における反射が抑制される。同様に、高屈折率層２３についても、λ0付近の波長を有する光の、高屈折率層２３と低屈折率層２２の境界における反射及び高屈折率層２３と透明電極層２４の境界における反射が抑制される。つまり、強度保持層２１に入射してから光電変換層２５に到達するまでの間に、λ0付近の波長を有する光が、各層の境界で反射されることを抑制できる。このため、光電変換層２５に到達する光の強度を強くすることができ、光電変換の効率を一層高めることができる。【００３９】
本実施例における低屈折率層２２は、その材料がSiO2であることにより、光を全反射させる機能の他に、次の機能を併せ持つ。つまり、強度保持層２１がソーダガラスである場合に、ソーダガラスから溶出するアルカリイオンが光電変換層２５に侵入して光電変換層２５を劣化させることを防ぐ機能を併せ持つ（アルカリイオン浸透防止膜としての機能）。また、本実施例における中間層２７は、その材料がSnO2であることにより、反射防止膜としての機能の他に、ソーダガラス基板から成る強度保持層２１とSiO2から成る低屈折率層２２の間で生じる熱膨張率の差による応力を緩和する機能を併せ持つ。なお、応力緩和機能のみを目的として中間層２７の位置にSnO2から成る層を設ける場合には、その層の厚みをλ0/nMの1/4倍にする必要はない。
【実施例２】
【００４０】
図５に、本発明の第２の実施例である薄膜太陽電池３０の縦断面図を示す。本実施例の薄膜太陽電池３０が、第１実施例の薄膜太陽電池２０と異なる点は、強度保持層２１の下面、即ち強度保持層２１の光が入射する面に反射防止層３９を設けたことである。【００４１】
反射防止層３９は、強度保持層２１側から順に第１層３９１、第２層３９２、第３層３９３の３つの層から成る。第１層３９１はSnO2から成り、厚みがλ0/4n1（n1=2.00）である。第２層３９２はTiO2から成り、厚みがλ0/2n2（n1=2.45〜2.92）である。第３層３９３はSiO2から成り、厚みがλ0/4n3（n3=1.45）である。このように1/4波長分−1/2波長分−1/4波長分の厚みを持つ３つの層を重ねたものは、２つの波長で反射率が極小値を持ち、これら２つの波長間で低い反射率を有する反射防止膜として機能することが知られている（例えば、李正中著、「光学薄膜と成膜技術」、アグネ技術センター発行、97-98頁参照）。【００４２】
本実施例の薄膜太陽電池３０は、上述の薄膜太陽電池２０と同様に、強度保持層２１の上に100℃〜240℃の温度でスパッタ法を用いて中間層２７、低屈折率層２２、高屈折率層２３及び透明電極層２４を作製し、その後に、同じ温度条件でスパッタ法により強度保持層２１の下側に第１層３９１、第２層３９２、第３層３９３を作製する。さらに、その後に光電変換層２５と反射電極層２６を作製することにより製造することができる。【００４３】
本実施例の薄膜太陽電池３０では、反射防止層３９に入射した光は、その後、反射防止層３９を高い透過率で通過し、強度保持層２１に入射する。それ以外の動作は第１実施例の場合と同様である。
【符号の説明】
【００４４】
１０、２０、３０…薄膜太陽電池
１０Ｓ、２０Ｓ、３０Ｓ…薄膜太陽電池用基板
１１、２１…強度保持層
１２、２２…低屈折率層
１３、２３…高屈折率層
１４…透明電極
２４…透明電極層
１５…光電変換部
２５、９２…光電変換層
２５１…p層
２５２…i層
２５３…n層
２６…反射電極層
２７…中間層
２８…耐プラズマ層
３９…反射防止層
３９１…第１層
３９２…第２層
３９３…第３層
９１…透明電極
９４…テクスチャ境界
９５１…入射光
９５２…第１反射光
９５３１…第１透過光
９５３２…第２透過光
【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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【国際調査報告】
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