(57)【要約】  本発明は、レリーフテクスチャード加工の透明カバープレート（７）、７００ｎｍ未満の層厚さを有する透明導電性酸化物の層（６）、光吸収活性層（２）及び反射性背面電極（３）を含む薄膜光起電力素子であって、前記透明導電性酸化物の層が非テクスチャード加工の層である、前記薄膜光起電力素子に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レリーフテクスチャード加工の透明カバープレート（７）、７００ｎｍ未満の層厚さを有する透明導電性酸化物の層、光吸収活性層（２）及び反射性背面電極（３）を含む薄膜光起電力素子であって、前記透明導電性酸化物の層が非テクスチャード加工の層（６）である、前記薄膜光起電力素子。
【請求項２】
反射性背面電極（３）がテクスチャード加工されていない、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
透明カバープレート（７）のみがテクスチャード加工されている、請求項１又は２に記載の素子。
【請求項４】
透明カバープレート（７）の受光面がレリーフテクスチャード加工されている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項５】
透明カバープレート（７）が、底面、頂部、並びに底面と頂部とを接続する表面一式を含有する、幾何光学的レリーフ構造の配列を含むことによってレリーフ構造化されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項６】
幾何光学的レリーフ構造の配列が、少なくとも３つのｎ−多角形表面（ｎは４以上である）によって接続された底面と頂部を有する単一の光学的レリーフ構造を含む、請求項５に記載の素子。
【請求項７】
レリーフテクスチャード加工の透明カバープレート（７）がポリマー材料で作られている、請求項１から６までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項８】
レリーフテクスチャード加工のカバープレート（７）がガラスプレートに適用される、請求項１から７までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項９】
透明導電性酸化物の層がアルミニウムドープ酸化亜鉛で作られている、請求項１から８までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項１０】
反射性背面電極（３）が銀で作られている、請求項１から９までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項１１】
光吸収活性層（２）が複数の異なる吸収材料の層を含む、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項１２】
光吸収活性層（２）が非晶質シリコンの層と微結晶シリコンの層を含む、請求項１１に記載の素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レリーフテクスチャード加工の透明カバープレート、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、光吸収活性層及び反射性背面電極を含む薄膜型の光起電力素子に関する。
【０００２】
光起電力素子は、通常、光エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用される。これらの素子は、光への曝露時に電荷キャリアを生じる光吸収材である活性層を含有する。かかる材料の典型例は、単結晶シリコン（ｍ-Ｓｉ）と多結晶シリコン（ｐ-Ｓｉ）である。シリコンは高価であるため、層厚さを最小に維持することが重要である。ｍ-Ｓｉ及びｐ-Ｓｉの場合、材料は光起電力素子を作り出すための基材としても使用されるため、層厚さは比較的厚い。従って、シリコンの全層厚さは約１８０μｍである。この問題や他の問題を克服するために薄膜光起電力素子が開発された。前記素子は、別の材料（例えば、ガラス、プラスチック又は金属箔）を基材として使用し、この基材に薄い（±０．１〜４μｍ）活性材料の層が適用される。薄い光起電力用途に使用される光吸収材料の例は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）及び色素増感太陽電池（ＤＳＣ）である。
【０００３】
光吸収材料は、光と同様に有効な波長を全て吸収しない。電荷キャリアを生じる所定の波長におけるフォトンのパーセンテージは、量子効率（ＱＥ）と呼ばれる。それぞれの光吸収材料は異なるＱＥを有する。従って、場合により、異なる光吸収材料の複数の層は、出来るだけ多くの光を吸収するように重なり合って適用される。例えば、一方が光スペクトルの青／緑領域で、他方が光スペクトルの緑／赤領域で高いＱＥを有する、２種の光吸収材料の組み合わせを使用してよい。そうすることによって、より広い範囲の波長が効率的に吸収され且つ電荷キャリアに変換される。典型例はａ−Ｓｉとμｃ-Ｓｉの組み合わせを使用する。
【０００４】
薄膜光起電力素子は、活性層の他に複数の別の要素を含有する。例えば、光が活性層に吸収される時に作り出される電荷キャリアを集めることが必要である。これに関しては、電極を前記活性層の前面（受光側）と後面（非受光面）に配置する。特にＴＣＯの前側は、高い透過率を示しつつも、高い導電率（通常、８〜１４Ω／ｓｑ．のシート抵抗率）を有することが要求される。そうでなければ、活性層は受光しないので、電荷キャリアを生成することができない。通常は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）をこの目的に使用する。ＴＣＯ材料の例は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）又は（アルミニウム）ドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）である。背面電極は、銀などの高い反射性の材料をベースとしたものが多い。この理由は、活性層に吸収されない光が、反射性電極によって反射して活性層に戻ってくるためである。従って、入射光の光路長が増大し、吸収の機会も増加する。光路長を増大させるために、その後ろに別々の反射性層（例えば、白色箔）を有する透明な背面電極を使用することも可能である。いずれの場合でも、薄膜の積層体は、非常に薄く且つ容易に損傷され得る。それらを保護するために、ガラス又はポリマー製の透明なカバーを前面（即ち、受光面）に使用する。後面は、透明材料又は不透明材料、例えば、ガラス、ｔｅｄｌａｒエポキシ樹脂等によって保護できる。フロントカバーとバックカバーは、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、アイオノマー、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）又はポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を用いて一緒にラミネート加工されることが多い。
【０００５】
薄膜モジュールは、化学的又は物理的蒸着などの技術によって基材上に薄い層（即ち、電極及び活性層）を堆積させることによって製造される。原則的に、種々の材料が基材として働き得るが、通常、このために保護カバープレートを使用する。例えば、ガラスのカバープレートで始める場合、最初にＴＣＯを適用し、次にａ−Ｓｉ層と銀電極を堆積させて、最後に後面を保護ポリマーコーティングで封止する。
【０００６】
薄膜用途の場合、層厚さを、装置効率を低下させずに出来るだけ薄く維持することは非常に重要である。薄い層によって、より少ない材料費用とより速い加工がもたらされる。他方では、層が入射光の大部分を吸収するのに十分な厚さであることが重要である。吸収されない光は、電気エネルギーに変換することができず、これは不良な効率の光起電力素子をもたらす。先行技術では、この問題を克服するための複数の方法が公知である。
【０００７】
活性材料の層厚さを低下させるための一般的な方法は、電極又はＴＣＯの前面に、光を反射する、テクスチャーを作り出すことである。光の反射の結果、活性材料中への光の光路長が増大する。レリーフテクスチャーはランダムテクスチャーであってよい（J. Muellerら、TCO and light trapping in silicon thin film solar cells, Solar Energy, 第77巻, 第6号、2004年12月 (917-930)）。しかしながら、光の反射に対する制御は制限されるので、光路長の増大は少ない。周期的なテクスチャー（C. Haaseら、Efficient light trapping scheme by periodic and quasi-random light trapping structures, Photovoltaics Specialists Conference, 2008）をＴＣＯに作り出すことも可能である。周期的なテクスチャーは、光の反射をより良好に制御するが、多段階の複雑な処理工程が要求されるので製造コストが高い。代替法は、光を回折させるテクスチャー、例えば、回折格子を、ＴＣＯに作ることである（C. Haase, H. Stiebig, Light trapping in thin-film silicon solar cells with periodic structures, Proc. 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition、ドレスデン、独国、２００６年、第１７１２頁）。かかる要素は、光を極めて効率的に向け直すことが可能であるが、特定の（範囲の）波長に対してだけである。テクスチャーのタイプに関わらず、テクスチャード加工されたＴＣＯを使用するというコンセプトには幾つかの欠点がある。テクスチャード加工はＴＣＯに欠陥を生じさせ、これは自由キャリアの吸収と、それによる光起電力素子の効率の低下をもたらす。更に、ＴＣＯは完全に透明ではないので入射光を幾らか吸収する。ＴＣＯをテクスチャード加工するためには、光をより多く吸収する、より厚いＴＣＯ材料の層を使用することが必要である。結果的に、より少ない光が光吸収活性層に到達して、電荷キャリアに変換され得る。また、これは薄膜光起電力素子の効率をも低下させる。
【０００８】
ＴＣＯを直接テクスチャード加工することが常に可能なわけではないので、ＴＣＯを適用する基材をテクスチャード加工することによってＴＣＯを間接的にテクスチャード加工することも可能である。例えば、ＴＣＯを適用する前に、ガラスのフロントカバーをテクスチャード加工することができる（ＵＳ６５３８１９５Ｂ１号）。その後、ＴＣＯをテクスチャード加工のガラスに堆積させると、ＴＣＯにはガラスのテクスチャーも存在する。テクスチャード加工の方法及び手法に関わらず、原理的な欠点は、前の段落に記載されたものと同様である。更にテクスチャード加工のガラスは、ガラスを通したレーザーパターン形成プロセスと適合しない。
【０００９】
場合により、薄膜光起電力素子は、反射性背面電極、光吸収活性層及びＴＣＯを、（ガラス）フロントカバーではなくバックカバーで使用される基材に堆積させることによって製造される。これらの素子の場合、上記の可能性と同様に、反射性背面電極又は反射性背面電極が堆積される基材をテクスチャード加工することが可能である（ＵＳ２００９／１９４１５０Ａ１）。このテクスチャード加工方法にも既に述べられた欠点がある。
【００１０】
ＥＰ０９９１１２９Ａ１号は、テクスチャード加工のガラスカバープレートを含む光起電力モジュールを記載している。このテクスチャーは、カバープレートに防眩性を付与する。更に、該文献は、前面テクスチャーの作用を光学的に補うことによって、入射光側からガラスへの薄膜のレーザーパターン形成を可能にするための屈折率整合剤の使用を提案している。ＥＰ０９９１１２９Ａ１号は、膜厚７００ｎｍ及びピークピーク粗さ（peak-to-peak roughness）２００ｎｍを有する、ＳｎＯ２としての実施例１のＴＣＯ特性を記載している。
【００１１】
ＵＳ２００２／１２９８５０Ａ１号は、好ましくは光散乱粒子を含有する有機バインダー材料で作られた、防眩性層の使用を提案している。層の組成と表面粗さの両方が、層の防眩性に関係がある。かかる層は完成した光起電力モジュールに適用できるので、かかる層はレーザーパターン形成後に適用でき、従って光散乱カバーを有することとフロントカバーを通したレーザースクライビングの要件との両立性の問題を解決する。
【００１２】
ＵＳ２００８／１１５８２８号は、組み立てられたモジュールの技術水準のカプセル化プロセスと適合させるために、非テクスチャード加工のエッジを含むテクスチャード加工のカバーガラスの使用を提案する。ＵＳ２００８／１１５８２８号は、光起電力モジュールに適した透明導電性材料としてＺｎＯ又はＳｎＯ２を記載している。このテクスチャード加工層は、プレートに反射防止特性を付与する。
【００１３】
上記から、薄膜光起電力素子の活性材料中への光路長の増大方法が、非効率的であることか又は高い製造コストを伴うことのいずれかに結論付けることができる。本質的に、ここでの問題は、非光学的要素（即ち、電極）が、光吸収層中への光路長を高める光学的要素として使用されていることであると言ってよい。従って、本発明の課題は、これらの問題を克服することである。
【００１４】
この課題は、レリーフテクスチャード加工の透明カバープレート、７００ｎｍ未満の層厚さを有する透明導電性酸化物（ＴＣＯ）の層、光吸収活性層及び反射性背面電極を含む薄膜光起電力素子であって、該透明導電性酸化物の層が非テクスチャード加工の層である、前記光起電力素子によって達成される。
【００１５】
提案された発明は複数の利点を有する。これらの態様の１つは、通常、ＴＣＯがテクスチャード加工されて、吸収剤層への光路長（及びそれによる光の吸収）が増大することである。従って、ＴＣＯは特定のテクスチャー、高い導電性及び低い吸収性を意図して作られている。これによりプロセスは高コストであり且つ制御困難になる。例えば、通常、ＴＣＯは、厚さ８００〜１２００ｎｍの非テクスチャード加工のＴＣＯ層を形成することによって作られており、これを湿式化学処理でエッチングして所望の光学的及び電気的特性の６００〜８００ｎｍのテクスチャード加工のＴＣＯを形成する。提案された発明は、良好な導電性と低い吸収性の材料のみを要求する。湿式処理後に得られるテクスチャーは、結晶サイズに依存し、これは膜厚の関数であるため、膜は遥かに厚くなって、堆積時間を削減し、更には場合により、ＺｎＯについて４００℃までの、現在用いられている温度ほど厳しくない基材温度での堆積を可能にし得る。
【００１６】
別の利点は、大きな基材サイズに対して均一なテクスチャーを有する要件（一般に８．５〜ガラス産業基準）並びにテクスチャー及び基材温度の依存性は、プロセス的に実現することが非常に困難なことである。テクスチャーにおいて得られる不均一性は、かかるＴＣＯ基材上に形成された複数のセルの不均一な外部量子効率（ＥＱＥ）を引き起こし、最も低いセルによって大面積の素子を制限する短絡回路電流がもたらされる。
【００１７】
例えば、１００〜４００ｎｍの非テクスチャード加工のＺｎＯに対する６００〜８００ｎｍのテクスチャード加工のＺｎＯのコストを比較した場合、このコストは有意に低い。更に、追加のエッチングプロセスを必要とせず、また「均一且つランダムにテクスチャード加工された」層を生成するためのプロセス制御があまり要求されないので、エネルギーが節約される。
【００１８】
非テクスチャード加工のＴＣＯも、ＴＣＯ粒がｐ−層及びｎ−層に接触するために、短絡回路のａ−Ｓｉセルの問題を削減又は除去する利点を有する。レリーフテクスチャード加工の透明カバープレートを、光（例えば、太陽光）が、レリーフテクスチャーへの入射時に少なくとも部分的に透過され且つ反対側からの入射時に少なくとも部分的に反射される（例えば、光が反射性背面電極によって反射される）ように設計する。その結果、レリーフテクスチャード加工のカバープレートを通して本発明による光起電力素子に透過した光が、反射性背面電極とレリーフテクスチャード加工のカバープレートとの間で少なくとも部分的に捕捉される。この捕捉のために、液体吸収活性層の光路長は増大し、それゆえに層厚さを最小に維持することができる。コスト削減とより速い加工に加えて、より薄い光吸収活性層はあまり分解されない。あるいは増大した光路長は、更に効率的な素子を作り出すために使用される。驚くことに、レリーフテクスチャーカバープレートの捕捉効果は、鏡面反射にとって最も効果的であり且つ拡散反射にとってはあまり効果的ではないことが判明した。テクスチャード加工されたＴＣＯは、反射性背面電極からの反射（又は他の、例えば、ＴＣＯ自体からの反射）を引き起こして、鏡面にならずに散乱する。従って、非テクスチャード加工のＴＣＯの使用は、効率的な捕捉に必要である。更に、平坦なＴＣＯを使用することでＴＣＯを薄くすることができ、その結果、ＴＣＯ中の光の吸収が少なくなる。高い透過率の非テクスチャード加工のＴＣＯ層は、吸収を最小限にするために重要である。なぜなら、このような光閉じ込め構造の創出の背後にある目標が、光活性層中の吸収を増大させることであるからである。また、表面テクスチャーの欠落により、ＴＣＯによる自由電荷キャリアの吸収が低下する。
【００１９】
非テクスチャード加工層は、２０オーム／スクエア未満、好ましくは１０オーム／スクエア未満のシート抵抗を有し得る。
【００２０】
非テクスチャード加工層の表面粗さは、好ましくは下にある（ガラス）基材と同様であり得る。
【００２１】
透明カバー上のレリーフテクスチャーは、たった１つの個別の幾何光学的レリーフ構造を含有し得るが、透明カバーが幾何光学的レリーフ構造の配置を含有することが好ましい。配列は、要素の集まり又は群として、この場合、基材上に互いに隣接して配置されるか又は行及び列に配列された個別の光学レリーフ構造として理解されるべきである。好ましくは、配列は少なくとも４つの幾何光学的レリーフ構造を含有する。
【００２２】
本発明の好ましい実施態様では、カバープレートは、互いに接する隣接構造を有する幾何光学的レリーフ構造の配列を含有する。この構造は、全ての構造の向きが互いに対して同じ、交互又はランダムであるように配置してよい。
【００２３】
個々の幾何光学的レリーフ構造は、該構造が底面、頂部、並びに底面と頂部とを接続する表面一式を含有することを特徴とする。頂部とは、底面と接続された表面一式が合わさる個々の構造の上部として定義されている。頂部は、点（例えば、ピラミッド又は円すいにみられる）、小さい面積（例えば、平坦な頂上のピラミッド又は円すい）又は線（例えば、溝にみられる）であってよい。幾何光学的構造の例は、ピラミッド、Ｖ型溝又は鋸歯プロファイルである。好ましい実施態様では、レリーフテクスチャーは、少なくとも３つのｎ−多角形表面（ｎは４以上である）によって接続された底面と頂部からなる単一構造を特徴とする。好ましい光学的レリーフ構造は、ＷＯ２００９／０５９９９８号に詳細に記載されている。
【００２４】
ベースラインの端が円の周辺ライン上にある、円によって個々の光学的レリーフ構造の底面を記載するに際し、円の直径Ｄは好ましくは３０ｎｍ未満、更に好ましくは１０ｎｍ未満、最も好ましくは３ｍｍ未満である。
【００２５】
構造の高さは、底面の直径Ｄに依存し、好ましくは０．１＊Ｄと２＊Ｄの間である。
【００２６】
好ましい実施態様では、透明カバープレートの受光面はレリーフテクスチャード加工されている。
【００２７】
レリーフテクスチャード加工の透明カバープレートは、ガラス又はポリマー材料で作られてよい。好ましい実施態様では、レリーフテクスチャード加工のものは、ポリマー材料で出来ている。ポリマー材料の例は、アクリル樹脂、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリウレタン（ＰＵ）及びフルオロポリマー、例えば、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルフルオリド（ＰＶＦ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、又はエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）である。別の好ましい実施態様では、レリーフテクスチャード加工の透明カバープレートは、ポリマー材料製であり、その後、平坦なガラスキャリアプレートに適用される。例えば、レリーフテクスチャード加工のカバープレートはアクリルポリマーで作られてよい。前記カバープレートは、その後、太陽モジュールのガラスフロントカバープレートにラミネート加工されることによって適用される。太陽モジュールのガラスフロントカバープレートは、キャリアプレートの場合のように働く。
【００２８】
ＴＣＯは、少なくとも部分的に透明であり且つ導電性の任意の材料であってよい。材料の例は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、亜鉛ドープ酸化物、例えば、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、グラファイト又はカーボンナノチューブ網目構造又はポリマー材料、例えば、ポリ（３，４エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）及びその誘導体を含有する有機フィルムである。
【００２９】
ＴＣＯの層厚さは、好ましくは６５０ｎｍ未満、更に好ましくは６００ｎｍ未満、更に一層好ましくは５００ｎｍ未満、最も好ましくは１００ｎｍ未満、例えば、５０ｎｍである。
【００３０】
非テクスチャード加工のＴＣＯは、光を制御するために、好ましくはテクスチャーのないＴＣＯである。
【００３１】
光吸収活性層は、吸収されたフォトンを電荷キャリア（電子−正孔対）に変換することが可能な任意の材料であってよい。これらの材料の例は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）及び色素増感太陽電池（ＤＳＣ）である。
【００３２】
反射性背面電極は、少なくとも部分的に反射性であり且つ導電性の任意の材料であってよい。材料の例は銀又はアルミニウムである。反射性背面電極は、好ましくは平坦であるが、複数のテクスチャーを含有してもよい。
【００３３】
本発明の代替的な実施態様では、光起電力素子中の活性材料の層厚さは、レリーフテクスチャード加工の透明カバープレートによる前記活性層中への光の効果的な捕捉のために減少させることができる。層厚さの減少は、テクスチャード加工の透明カバープレートのない同じ光起電力素子に関係する。この減少は少なくとも１０％であるが、好ましくは２０％を上回り、最も好ましくは３０％を上回る。活性材料の層厚さの減少は、ＴＣＯがテクチャード加工される場合でも達成できるが、テクチャード加工されていないＴＣＯは、遥かに良好に捕捉されるので、驚くほど高い性能の光起電力素子が得られる。
【００３４】
本発明は、以下の図面及び実施例を参照して最大に理解され得る。以下の図面及び実施例は、記載された本発明のある実施態様を意図するものであり、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するものとして、いかなる方法でも解釈されるべきではない。本発明は以下の実施例によって更に明確になる：
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は活性材料の厚さの減少方法を示す。
【図２】図２は光起電力素子を概略的に示す。
【図３】図３は異なる幾何光学的レリーフ構造の選択を示す。
【図４】図４は別の視点での単一構造とこの構造の配列を示す。
【００３６】
実施例１：
図４に記載した構造の配列を含有するポリマーシートを作る。２つの光吸収活性層のタンデム接合セル構造をベースとした薄膜シリコンモジュールを作り、その際、上部セルは非晶質シリコンからなり且つ底部セルは微結晶シリコンからなる。モジュール中のＴＣＯは、アルミニウムドープ酸化亜鉛の非テクスチャード加工の５０ｎｍの厚い層をベースとする。銀は反射性背面電極として使用される。ポリマーシートを、ＥＶＡのシートでラミネート加工することによって薄膜シリコンモジュールのガラスフロントカバーに適用する。
【００３７】
実施例２：
図４に記載した構造の配列を含有するポリマーシートを作る。２つの光吸収活性層のタンデム接合セル構造をベースとした薄膜シリコンモジュールを作り、その際、上部セルは非晶質シリコンからなり且つ底部セルは微結晶シリコンからなる。モジュール中のＴＣＯは、アルミニウムドープ酸化亜鉛の非テクスチャード加工の５０ｎｍの厚い層をベースとする。銀は反射性背面電極として使用される。ポリマーシートを、シリコンベースの接着剤によって薄膜シリコンモジュールのガラスフロントカバーに適用する。
【００３８】
実施例３：
図４に記載した構造の配列を含有するポリマーシートを作る。テクスチャード加工のカバープレート、非テクスチャード加工の１００〜４００ｎｍのＺｎＯ、１５０〜２００ｎｍのａ−Ｓｉｉ−層、５００〜８００ｎｍのμｃ−Ｓｉｉ−層を含む−Ｓｉ／μｃ−Ｓｉベースの光起電力モジュールをベースとした薄膜シリコンモジュールを作る。銀を反射性背面電極として使用する。ポリマーシートを、ポリマー接着剤を使用することによって薄膜シリコンモジュールのガラスフロントカバーに適用する。
【００３９】
図面の簡単な説明：
図１は、活性材料の厚さの減少方法を概略的に示す。
図２は、レリーフテクスチャード加工の透明カバープレート、非テクスチャード加工のＴＣＯ、光吸収活性層及び反射性背面電極を含む光起電力素子を概略的に示す。
図３は、異なる幾何光学的レリーフ構造の選択を概略的に示す。
図４ａ−ｅは、別の視点での単一構造とこの構造の配列を概略的に示す。
【００４０】
図１：
図１は、活性材料又は活性層２の層厚さを減少させるための先行技術による方法を概略的に示す。これは前面電極又はＴＣＯ１中に、光を反射するテクスチャーを作り出すためである。光の反射の結果、活性材料２中への光の光路長が増大する。しかしながら、光の反射に対する制御は制限されるので、光路長の増大は少ない。また、テクスチャーはＴＣＯ１に欠陥を生じさせ、これは自由キャリアの吸収と、それによる光起電力素子の効率の低下をもたらす。更に、ＴＣＯ１は完全に透明ではないので入射光を幾らか吸収する。ＴＣＯ１をテクスチャード加工するために、光をより多く吸収する、より厚いＴＣＯ材料１の層を使用することが必要である。その結果、より少ない光が光吸収活性層２に到達し、これが電荷キャリアに変換され得る。また、これは薄膜光起電力素子の効率を低下させる。ランダムにテクスチャード加工されたＴＣＯ１の頂部に透明なカバー５を提供する。反射性背面電極３には、保護背面層４が積層されている。
【００４１】
図２：
図２は、本発明の実施態様を概略的に示しており、その際、薄膜光起電力素子が、レリーフテクスチャード加工の透明カバープレート７、非テクスチャード加工のＴＣＯ６、光吸収活性層２及び反射性背面電極３を含むことが示される。レリーフテクスチャード加工の透明カバープレート７は、光（例えば、太陽光）を、レリーフテクスチャーへの入射時に少なくとも部分的に透過させ且つ反対側からの入射時に少なくとも部分的に反射させる（例えば、光が反射性背面電極によって反射される）。その結果、本発明による光起電力素子への入射光は、反射性背面電極３と表面テクスチャーとの間で少なくとも部分的に捕捉される。この捕捉のために、光吸収活性層の光路長は増大し、それゆえに層厚さを最小に維持することができる。あるいは増大した光路長は、更に効率的な素子を作り出すために使用される。更に、平坦なＴＣＯ６（即ち、非テクスチャード加工のＴＣＯ）を使用することでＴＣＯ６を薄くすることができ、その結果、ＴＣＯ６中の光の吸収が少なくなる。また、表面テクスチャーの欠落により、ＴＣＯ６による自由電荷キャリアの吸収は低下する。
【００４２】
図３：
図３は、底面、頂部、並びに底面と頂部とを接続する表面一式を含有する、幾つかの好ましい個々の幾何光学的レリーフ構造を概略的に示す。頂部とは、底面に接続された表面一式が合わさる個々の構造の上部として定義されている。頂部は、点（例えば、ピラミッド又は円すいにみられる）、小さい面積（例えば、平坦な上部のピラミッド又は円すい）又は線（例えば、溝にみられる）であってよい。本発明によるレリーフ構造の例は複数ある。
【００４３】
図４：
図４は、レリーフ構造の更なる実施態様を概略的に示す。ここで、単一構造は、少なくとも３つのｎ−多角形表面（ｎは４以上である）によって接続された底面と頂部を含む。図４ａは、底面と頂部とをつなげる３つの４−多角形表面を有する構造の三次元表示を示す。図４ｂは、図４ａの構造の上面図を示す。図４ｃは、この構造の０°軸方向の側面図を示し、図４ｄは６０°軸方向の側面図を示す。図４ｅは図４ａの構造の配列を示す。
【図１】
2013524499.tif 000003
【図２】
2013524499.tif 000004
【図３】
2013524499.tif 000005
【図４ａ）】
2013524499.tif 000006
【図４ｂ）】
2013524499.tif 000007
【図４ｃ）】
2013524499.tif 000008
【図４ｄ）】
2013524499.tif 000009
【図４ｅ）】
2013524499.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月10日(2012.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レリーフテクスチャード加工の透明カバープレート（７）、７００ｎｍ未満の層厚さを有する透明導電性酸化物の層、光吸収活性層（２）及び反射性背面電極（３）を含む薄膜光起電力素子であって、前記透明導電性酸化物の層が非テクスチャード加工の層（６）であり、前記透明カバープレート（７）が、底面、頂部、並びに底面と頂部とを接続する表面一式を含有する幾何光学的レリーフ構造の配列を含むことによってレリーフ構造化され、前記底面と頂部が少なくとも３つのｎ−多角形表面（ｎは４以上である）によって接続されていることを特徴とする、前記薄膜光起電力素子。
【請求項２】
反射性背面電極（３）がテクスチャード加工されていない、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
透明カバープレート（７）のみがテクスチャード加工されている、請求項１又は２に記載の素子。
【請求項４】
透明カバープレート（７）の受光面がレリーフテクスチャード加工されている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項５】
レリーフテクスチャード加工の透明カバープレート（７）がポリマー材料で作られている、請求項１から４までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項６】
レリーフテクスチャード加工のカバープレート（７）がガラスプレートに適用される、請求項１から５までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項７】
透明導電性酸化物の層がアルミニウムドープ酸化亜鉛で作られている、請求項１から６までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項８】
反射性背面電極（３）が銀で作られている、請求項１から７までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項９】
光吸収活性層（２）が複数の異なる吸収材料の層を含む、請求項１から８までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項１０】
光吸収活性層（２）が非晶質シリコンの層と微結晶シリコンの層を含む、請求項９に記載の素子。
【国際調査報告】
2013524499.tif 000011
2013524499.tif 000012
2013524499.tif 000013