(57)【要約】【課題】光電変換効率を向上させることができ、良好な外観を有する太陽電池を提供する。【解決手段】太陽電池は、光を電力に変換する機能を有するｐ型半導体基板１と、ｐ型半導体基板１の表面に形成された反射防止膜４とを備える。反射防止膜４は複数の反射防止膜構成層から成る。複数の反射防止膜構成層の夫々の屈折率は、ｐ型半導体基板１から離れる程小さい。複数の反射防止膜構成層の夫々の層厚は、可視光の最短波長の１／４波長よりも小さく、かつ、反射防止膜４の膜厚は可視光の最長波長の１／２波長よりも大きい。【選択図】図１Ｃ
2006287027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、光を電力に変換する機能を有する基板と、上記基板の表面に形成された反射防止膜とを備え、
上記反射防止膜は複数の反射防止膜構成層から成り、
上記複数の反射防止膜構成層の夫々の屈折率は、上記基板から離れる程小さく、
上記複数の反射防止膜構成層の夫々の層厚は、可視光の最短波長の１／４波長よりも小さく、かつ、上記反射防止膜の膜厚は可視光の最長波長の１／２波長よりも大きいことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池において、
上記複数の反射防止膜構成層の夫々の層厚は１００ｎｍ未満であり、かつ、上記反射防止膜の膜厚は３００ｎｍよりも厚いことを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
請求項１に記載の太陽電池において、
上記基板はシリコンから成り、
上記複数の反射防止膜構成層は、夫々、酸化チタンと酸化シリコンとを所定の混合比で含む複合膜であり、複数の上記複合膜の混合比は互いに異なることを特徴とする太陽電池。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽電池において、
上記複数の反射防止膜構成層は、チタンアルコキシドの溶液およびシリコンアルコキシドの溶液のうちの少なくとも一方と、上記両溶液の混合溶液とを塗布して形成されていることを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、結晶シリコン太陽電池としては、図３に示すようなものがある。この太陽電池の製造方法では、まず、ｐ型半導体基板３１の表面全面にＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）などの熱拡散を行って、ｐ型半導体基板３１の表面側の部分にｎ型半導体層３２を形成し、ｐｎ接合を形成する。次に、上記ｐ型半導体基板３１の裏面全面にＡｌペーストを印刷、焼成することにより、ｐ型半導体基板３１の裏面に、Ａｌからなる裏面電極３５を形成すると共に、ｐ型半導体基板３１の裏面側の部分にｐ＋のＢＳＦ（バックサーフェイスフィールド）層３４を形成する。次に、上記ｐ型半導体基板３１において受光面となる表面には、全面にわたり反射低減のためにＴｉＯ２膜３３を形成する。最後に、上記ＴｉＯ２膜３３の表面からｎ型半導体層３２の表面に達する電極３６を所望のパターンで形成する。
【０００３】
上記太陽電池において高い性能を得るには、表面からの入射光を効率よく内部に取り込むことが必須で、ＴｉＯ２膜３３のような反射防止膜を形成すると共に、図示していないが、基板表面に微細な凹凸構造すなわちテクスチャを形成する。
【０００４】
この様なテクスチャの形成方法としては、例えば単結晶シリコン基板においては、アルカリ水溶液による結晶面でのエッチング速度の差を用いて、ピラミッド状の凹凸構造を形成している。しかしながら、多結晶シリコン基板のように様々な結晶面を持つグレインから構成されている場合には、単結晶シリコン基板ほど十分な光閉じ込め効果が得られない。
【０００５】
多結晶シリコン基板にテクスチャを形成して十分な光閉じ込め効果を得る方法としては、例えば特公平７−１０５５１８号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この特公平７−１０５５１８号公報では、多結晶シリコン基板の表面に機械的にＶ溝を形成して凹凸構造を形成する。また、例えば特開平１１−１７２０２号公報（特許文献２）では、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング：Reactive Ion Etching）法で微細な凹凸構造を形成する。さらにまた、例えば特開平１０−３０３４４３号公報（特許文献３）では、エッチング液の組成等を調整することにより、結晶面に依存せずに微細な凹凸構造を形成する。
【０００６】
一方、上記反射防止膜は、下記の式１で求まる屈折率ｎ１を持つことが望ましい。
2006287027.tif 000003
【０００７】
ｎ０：大気または保護ガラスまたは耐候性シートの屈折率、
ｎ１：反射防止膜の屈折率
ｎS：シリコン基板の屈折率
ここで、ｎ０は約１〜１．４、ｎｓは約３．５〜４であるので、ｎ１は２程度が望ましい。
【０００８】
また、上記反射防止膜の厚さをｄ１とすると、下記の式２を満足するとき、反射防止膜の反射率は最小となる。
2006287027.tif 000004
【０００９】
λ：反射防止膜に入射する光の波長
実際には、上記反射防止膜の膜厚は、太陽光スペクトルのピーク波長である６００ｎｍ付近で反射防止膜の反射率が最小となるように上記式２で求められている。これと同様に、上記反射防止膜を２つ以上の膜で構成する場合にも反射防止膜の膜厚は上記式２で求められている。このことは、例えば特公昭６２−１６０３３号公報（特許文献４）に記載されている。
【００１０】
通常、上記反射防止膜は一定の屈折率を有する膜で形成されることが多いが、例えば特開平７−２３５６８４号公報（特許文献５）に記載されているように、屈折率勾配を有する膜で形成されることもある。
【００１１】
ところで、上記テクスチャを基板表面に有する太陽電池は、テクスチャが十分機能している場合には、十分な光閉じ込め効果が得られるため、基板表面が黒く見え、ブラックセルと呼ばれている。しかしながら、上記テクスチャの形成状態が少しでもばらつくと、基板表面に形成している反射防止膜の干渉色が現れることとなり、干渉色以外の波長の光利用効率が低下し、太陽電池の変換効率が低下してしまう。また、上記太陽電池（セル）ごとに外観上の色が異なって見えるため、家屋の屋上等に設置したときに、家屋の外観を著しく損なうという結果となる。
【００１２】
また、上記反射防止膜を複数の膜で構成したり、屈折率勾配を有する単層膜で反射防止膜を構成したりして、反射防止膜の反射率を低減している場合でも、例えばスパッタ法で反射防止膜を形成すると、導入ガスの種類や圧力を変えて屈折率を変えているため、これらのパラメータが少しでも変化すると、反射率が当初の目論見からずれて、不均一な干渉色が出現する結果となる。
【特許文献１】特公平７−１０５５１８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７２０２号公報
【特許文献３】特開平１０−３０３４４３号公報
【特許文献４】特公昭６２−１６０３３号公報
【特許文献５】特開平７−２３５６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明の課題は、光電変換効率を向上させることができ、良好な外観を有する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】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の太陽電池は、
少なくとも、光を電力に変換する機能を有する基板と、上記基板の表面に形成された反射防止膜とを備え、
上記反射防止膜は複数の反射防止膜構成層から成り、
上記複数の反射防止膜構成層の夫々の屈折率は、上記基板から離れる程小さく、
上記複数の反射防止膜構成層の夫々の層厚は、可視光の最短波長の１／４波長よりも小さく、かつ、上記反射防止膜の膜厚は可視光の最長波長の１／２波長よりも大きいことを特徴としている。
【００１５】
上記構成の太陽電池によれば、上記複数の反射防止膜構成層の夫々の屈折率が基板から離れる程小さいので、基板の表面に形成するテクスチャ構造が不十分な場合でも、十分に広い波長範囲の光を基板内に閉じ込める効果が大きくなる。したがって、上記太陽電池の変換効率を向上させることができる。
【００１６】
また、上記複数の反射防止膜構成層の夫々の層厚が可視光の最短波長の１／４波長よりも小さく、かつ、反射防止膜の膜厚は可視光の最長波長の１／２波長よりも大きいので、複数の反射防止膜構成層による干渉が減少し、太陽電池の外観の色を一定にすることができる。したがって、上記太陽電池を容易にブラックセルにすることができるから、太陽電池の外観を良好にすることができる。
【００１７】
また、上記反射防止膜は通常の干渉効果を用いた反射防止膜に比して膜厚の誤差に対する許容度が高いことから、例えば真空装置のような高価な装置で、しかも高度な制御を必要とすることなく、例えばスピン塗布装置のような安価な装置で簡単に形成することができる。
【００１８】
一実施形態の太陽電池では、
上記複数の反射防止膜構成層の夫々の層厚は１００ｎｍ未満であり、かつ、上記反射防止膜の膜厚は３００ｎｍよりも厚い。
【００１９】
一実施形態の太陽電池では、
上記基板はシリコンから成り、
上記複数の反射防止膜構成層は、夫々、酸化チタンと酸化シリコンとを所定の混合比で含む複合膜であり、複数の上記複合膜の混合比は互いに異なる。
【００２０】
ここで、上記所定の混合比とは、重量比で、例えば、酸化チタン：酸化シリコン＝０：１００および酸化チタン：酸化シリコン＝１００：０をも含む概念である。
【００２１】
一実施形態の太陽電池では、
上記複数の反射防止膜構成層は、チタンアルコキシドの溶液およびシリコンアルコキシドの溶液のうちの少なくとも一方と、上記両溶液の混合溶液とを塗布して形成されている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の太陽電池によれば、反射防止膜を構成する複数の反射防止膜構成層の夫々の屈折率が基板から離れる程小さいことによって、基板の表面に形成するテクスチャ構造が不十分な場合でも、十分に広い波長範囲の光を基板内に閉じ込める効果が大きくなるので、変換効率を向上させることができる。
【００２３】
また、上記複数の反射防止膜構成層の夫々の層厚が可視光の最短波長の１／４波長よりも小さく、かつ、反射防止膜の膜厚は可視光の最長波長の１／２波長よりも大きいことによって、複数の反射防止膜構成層による干渉が減少し、太陽電池の外観の色を一定にすることができるから、太陽電池の外観を良好にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の太陽電池を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２５】
図１Ａ〜図１Ｃに、本発明の一実施の形態の太陽電池の製造工程図を示す。上記太陽電池の製造方法では、略正方形状のｐ型多結晶シリコン基板であるｐ型半導体基板１を使用する。
【００２６】
まず、図１Ａに示すように、ｐ型半導体基板１をＮａＯＨのアルカリ溶液中でエッチング処理することにより、ｐ型半導体基板１をスライス加工した際の加工変質層を除去する。このとき、上記ｐ型半導体基板１の表面には多結晶シリコンの各グレインに対応して、光閉じ込めには不十分だが、ある程度のテクスチャ２が形成される。その後、上記ｐ型半導体基板１の表面全面にＰＯＣｌ３の熱拡散を行って、ｐ型半導体基板１の表面側の部分にｎ型半導体層（図示せず）を形成し、ｐｎ接合を形成する。
【００２７】
次に、図１Ｂに示すように、受光面となるｎ型半導体層の表面の略全面に反射防止膜４を形成する。この反射防止膜４は、ＴｉＯ２（酸化チタン）とＳｉＯ２（酸化シリコン）とを所定の混合比で含む複数の反射防止膜構成層から成っている。ここで、上記所定の混合比とは、重量比で、例えば、ＴｉＯ２：ＳｉＯ２＝０：１００およびＴｉＯ２：ＳｉＯ２＝１００：０も含む概念である。
【００２８】
上記反射防止膜４の形成方法としては、例えば、チタンアルコキシドとシリコンアルコキシドとを準備すると共に、チタンアルコキシドとシリコンアルコキシドとの混合溶液を複数種類準備する。この複数種類の混合溶液は、チタンアルコキシドとシリコンアルコキシドとの混合割合が互いに異なり、かつ、チタンアルコキシドとシリコンアルコキシドとの混合割合が略比例する。
【００２９】
そして、上記ｎ型半導体層の表面にスピン塗布法で、チタンアルコキシド、複数種類の混合溶液およびシリコンアルコキシドをこの順で塗布する。このとき、上記複数種類の混合溶液はチタン成分の多い順に塗布する。
【００３０】
そして、上記チタンアルコキシド、複数種類の混合溶液およびシリコンアルコキシドの塗布膜を大気中約５００℃で焼成することにより、複数の反射防止膜構成層から成る反射防止膜４を形成する。
【００３１】
本実施の形態では、反射防止膜４を１０層で構成し、この１０層の各層厚を５０ｎｍに設定している。このため、上記１０層を合わせた厚み、つまり、反射防止膜４の膜厚は、５００ｎｍとなっている。
【００３２】
上記反射防止膜４の形成後、ｐ型半導体基板１の裏面全面にＡｌペーストを印刷、焼成することにより、ｐ型半導体基板１の裏面に、Ａｌからなる裏面電極５を形成すると共に、ｐ型半導体基板１の裏面側の部分にｐ＋のＢＳＦ層６を形成する。
【００３３】
最後に、上記反射防止膜４の表面からｎ型半導体層の表面に達するフィンガー電極７を設けることにより、図１Ｃに示すような太陽電池が得られる。
【００３４】
このようにして作成された本実施の形態の太陽電池の特性と、従来の技術による太陽電池の特性とを比較した結果を下表１に示す。なお、上記従来の技術による太陽電池では、反射防止膜はＴｉＯ２の単層膜で形成されており、太陽光スペクトルのピーク波長である６００ｎｍ付近で反射率が最小となるように、ＴｉＯ２膜の膜厚は７５ｎｍに設定されている。その他の構成は全て本実施の形態の太陽電池と同一である。
【００３５】
【表１】
2006287027.tif 000005
【００３６】
上記表１に示すように、本実施の形態の太陽電池は従来の技術による太陽電池と比較して、受光面での光閉込め効果が改善されて、短絡電流密度が向上した結果、光電変換効率が向上している。
【００３７】
また、本実施の形態の太陽電池と、従来の太陽電池の外観の色を比較した結果を下表２に示す。
【００３８】
【表２】
2006287027.tif 000006
【００３９】
上記表２に示すように、本実施の形態の太陽電池はテクスチャの形成状態にかかわらず、全面ブラックのセルとなるが、従来の太陽電池では、主として干渉色が見える結果となった。
【００４０】
図２Ａ〜図２Ｃに、ＴｉＯ２とＳｉＯ２との混合比が互いに異なる１０層で構成された反射防止膜の反射率のシミュレーション結果のグラフを示す。なお、上記シミュレーションは、シリコン基板の屈折率を３．５０、ＴｉＯ２の屈折率を２．２４、ＳｉＯ２の反射率を１．５０とし、太陽電池表面は通常ガラス基板で覆われることから、反射防止膜４上にある媒質の屈折率を１．５０として行っている。
【００４１】
図２Ａのグラフには、本実施の形態に対応しており、各層の層厚が５０ｎｍの１０層から成る反射防止膜の反射率を示している。
【００４２】
図２Ｂのグラフには、各層の層厚が１００ｎｍの１０層から成る反射防止膜の反射率を示している。この図２Ｂと図２Ａとを比較することから判るように、反射防止膜を構成する複数の反射防止膜構成層の夫々の層厚を厚くすると、短波長側で干渉の影響が顕著になり、短波長での反射率が低下増加する。つまり、図２Ｂの反射率は、図２Ａの反射率に比べて、短波長での変動が大きくなっている。
【００４３】
図２Ｃのグラフは、各層の膜厚が１０ｎｍで１０層から成る多層膜の反射率を示している。この図２Ｃと図２Ａとを比較することから判るように、反射防止膜の膜厚（複数の反射防止膜構成層の合計層厚）が薄くなると、干渉効果が生じて、反射率が低下増加する。つまり、図２Ｃの反射率は、図１Ａの反射率に比べて、変動が多くなっている。
【００４４】
上記干渉効果を回避するためには、反射防止膜を構成する複数の反射防止膜構成層の各層厚は可視光の最短波長の１／４波長より薄く、かつ、反射防止膜を構成する複数の反射防止膜構成層の合計層厚（反射防止膜の膜厚）は可視光の最長波長の１／２より厚いことが望ましい。
【００４５】
また、上記合計層厚は厚くなりすぎると、複数の反射防止膜構成層での光の吸収が増加するため、太陽光の利用波長範囲である１μｍ程度以下に設定するのが望ましい。
【００４６】
また、上記反射防止膜を構成する層の数については、多いほど反射防止膜の反射率の特性は向上するが、反射防止膜の作成の手間が増加することから、少なくとも５層以上が望ましく、多くとも１０層程度が望ましい。
【００４７】
上記実施の形態では、シリコンとＴｉＯ２との屈折率差が１．２６と大きいため、シリコン基板とＴｉＯ２層との間での反射がかなり大きいと予想される。ＴｉＯ２よりも屈折率の大きい層を用いれば、この層とシリコン基板との間での反射を低減できるが、従来提案されているＴｉＯ２膜中の酸素を減少させたり、ＳｉＮ膜中の窒素を減少させたりする方法では、屈折率は高くなるが、同時に吸収率も高くなることから、これらの膜の厚さが十分薄くなるように多層膜を構成する必要がある。
【００４８】
また、上記実施の形態では、略正方形形状の多結晶シリコン半導体基板を基板の一例として用いたが、上記寸法、形状、結晶以外の基板であっても本発明の効果を奏することができる。
【００４９】
また、本発明の太陽電池は特に反射防止膜の構成を特徴とするものであり、上記以外の例えば反射防止膜の種類、電極等の構造やその製造方法、製造装置を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の一実施の形態の太陽電池の製造工程図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは上記太陽電池の製造工程図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは上記太陽電池の製造工程図である。
【図２Ａ】図２Ａは本発明の一実施の形態の反射防止膜の反射率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２Ｂ】図２Ｂは本発明の一実施の形態の反射防止膜の反射率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２Ｃ】図２Ｃは本発明の一実施の形態の反射防止膜の反射率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図３】図３は従来の太陽電池の概略断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  ｐ型半導体基板１
２  テクスチャ
４  反射防止膜
５  裏面電極
６  ＢＳＦ層
７  フィンガー電極
【図１Ａ】
2006287027.tif 000007
【図１Ｂ】
2006287027.tif 000008
【図１Ｃ】
2006287027.tif 000009
【図２Ａ】
2006287027.tif 000010
【図２Ｂ】
2006287027.tif 000011
【図２Ｃ】
2006287027.tif 000012
【図３】
2006287027.tif 000013