(57)【要約】【課題】従来と比較して半導体基板の内部への太陽光の電力（エネルギー）の透過率を増加させることの可能な太陽電池素子及びその設計方法を提供する．【解決手段】受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備える太陽電池素子において，太陽光の波長帯域（主として295〜2066nm）内の任意の一つの波長を基準波長として定め，周期構造の周期長D及びピークボトム長（溝の深さ）2hを各々，前記基準波長の15.0〜18.0％および4.0〜8.0％とする．基準波長を適切に選べば，半導体基板の吸収効率が高い波長帯域の透過率を高めることができる．以上の過程より，表面が均一（平坦）である場合と比較して，電力透過量を1日当たり（入射角0〜90度）で11.0〜19.0％程度増加させることが可能となる．【選択図】図１
2015216331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備え，
前記周期構造の周期長が太陽光の波長範囲内の任意の基準波長の13.0〜18.0％であり，
前記周期構造のピークボトム長が前記基準波長の4.0〜8.0％である，太陽電池素子．
【請求項２】
前記基準波長が５２５ｎｍ〜２１００ｎｍの範囲内である請求項１に記載の太陽電池素子．
【請求項３】
前記基準波長が１０５０ｎｍ〜２１００ｎｍの範囲内である請求項１に記載の太陽電池素子．
【請求項４】
前記周期構造が矩形波状である請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池素子．
【請求項５】
前記周期構造が正弦波状である請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池素子．
【請求項６】
受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備える太陽電池素子の設計方法であって，太陽光の波長範囲内の任意の基準波長を選択し，前記周期構造の周期長を前記基準波長の13.0〜18.0％とし，前記周期構造のピークボトム長を前記基準波長の4.0〜8.0％とする，太陽電池素子の設計方法．
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備えることにより波長帯域選択性を有する太陽電池素子及びその設計方法に関する．
【背景技術】
【０００２】
半導体をｐｎ接合した構造の太陽電池が従来から知られている．こうした太陽電池に用いられる半導体は，ガリウムヒ素(GaAs)，アモルファスシリコン(a-Si)，インジュウムガリウムヒ素(InGaAs)，シリコン(Si)などである．太陽電池においては，入射した光エネルギーをどれだけ電気エネルギーに変換できるかを示す変換効率を高めることが重要な課題となっている．変換効率を低下させる要因の一つとして，太陽電池を構成する半導体基板表面（受光面）での反射による損失が挙げられる．すなわち，反射は，半導体基板の内部への光の透過率を低下させ，太陽電池の変換効率を低下させる．
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２２２９６２号公報
【特許文献２】特開２００３−１１０１２５号公報
【特許文献３】特開２００３−３４７５７２号公報
【特許文献４】特開２００５−６４１３４号公報
【特許文献５】特開２０１０−２０５８０４号公報
【特許文献６】特開２０１０−２１９４９５号公報
【特許文献７】特開２０１１−３６３９号公報
【特許文献８】特開２０１３−１１５４１８号公報
【特許文献９】特開２０１３−１５７５６０号公報
【特許文献１０】特許第５１３５２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽電池を構成する半導体基板の表面反射率を低くするために，半導体基板の表面に凹凸を設ける技術が知られている（例えば特許文献１）．しかし，凹凸の周期長や溝の深さ（ピークボトム長）の寸法は定量的な数値解析に基づいて定められておらず，半導体基板の内部への光（エネルギー）の透過率を高める効果が低かった．また，半導体基板の吸収効率の高い波長帯域に関する考慮も十分されていなかった．
【０００５】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり，その目的は，従来と比較して半導体基板の内部へのエネルギーの透過率を増加させることの可能な波長帯域選択性を有する太陽電池素子及びその設計方法を提供することにある．
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は，太陽電池素子である．この太陽電池素子は，
受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備え，
前記周期構造の周期長が太陽光の波長範囲内の任意の基準波長の13.0〜18.0％であり，前記周期構造のピークボトム長が前記基準波長の4.0〜8.0％である．
【０００７】
前記基準波長が５２５ｎｍ〜２１００ｎｍの範囲内であってもよい．
【０００８】
前記基準波長が１０５０ｎｍ〜２１００ｎｍの範囲内であってもよい．
【０００９】
前記周期構造が矩形波状であってもよい．
【００１０】
前記周期構造が正弦波状であってもよい．
【００１１】
本発明のもう１つの態様は，太陽電池素子の設計方法である．この方法は，受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備える太陽電池素子の設計方法であって，太陽光の波長範囲内の任意の基準波長を選択し，前記周期構造の周期長を前記基準波長の13.0〜18.0％とし，前記周期構造のピークボトム長を前記基準波長の4.0〜8.0％とするものである．
【００１２】
なお，以上の構成要素の任意の組合せ，本発明の表現をシステムなどの間で変換したものもまた，本発明の態様として有効である．
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば，従来と比較して半導体基板の内部へのエネルギーの透過率を増加させることの可能な太陽電池素子及びその設計方法を提供することができる．
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の第１構成例の説明図．
【図２】同第２構成例の説明図．
【図３】図３(a)は，解析対象となる矩形波状の周期構造の１周期における座標系の説明図．図３(b)は，前記矩形波状の周期構造の寸法説明図．
【図４】太陽光のスペクトルの説明図．尚，この太陽光スペクトルはAmerican Society for Testing and Materials(ASTM)(http://www.astm.org/)の資料に基づく.
【図５】補間された太陽光のスペクトルの説明図．
【図６】図６(a)〜(d)は，補間されたGaAs基板，a-Si基板，InGaAs基板，及びSi基板の各分散特性．尚,これらの分散特性は，FILMETRICS(http://www.filmetricsinc.jp//refractive-index-database/),Refractiveindex.INFO-Refractive index database(http://refractiveindex.info/)の資料に基づく．
【図７】図７(a)〜(c)は，図１に示す矩形波状の周期構造を有する太陽電池素子において，半導体基板をGaAs基板とし，前記周期構造の周期長を基準波長の18.0%（凸部8.0%，凹部10.0%），ピークボトム長（溝の深さ）を基準波長の4.0%とした場合のエネルギー（電力）透過係数の解析例であり，基準波長を図７(a)では2100nm，図７(b)では1050nm，図７(c)では525nmとした解析例（破線は比較用で表面が均一な場合のエネルギー透過係数）．
【図８】図８(a),(b)は，図２に示す正弦波状の周期構造を有する太陽電池素子において，半導体基板をGaAs基板とし，前記周期構造の周期長を基準波長の15.0%，ピークボトム長（溝の深さ）を基準波長の8.0%とした場合のエネルギー透過係数の解析例であり，基準波長を図８(a)では2100nm，図８(b)では1050nmとした解析例（破線は比較用で表面が均一な場合のエネルギー透過係数）．
【図９】図９(a),(b)は，図２に示す正弦波状の周期構造を有する太陽電池素子において，半導体基板をa-Si基板とし，前記周期構造の周期長を基準波長の16.0%，ピークボトム長（溝の深さ）を基準波長の8.0%とした場合のエネルギー透過係数の解析例であり，基準波長を図９(a)では2100nm，図９(b)では1050nmとした解析例（破線は比較用で表面が均一な場合のエネルギー透過係数）．
【図１０】図１０(a),(b)は，図２に示す正弦波状の周期構造を有する太陽電池素子において，半導体基板をInGaAs基板とし，前記周期構造の周期長を基準波長の16.0%，ピークボトム長（溝の深さ）を基準波長の8.0%とした場合のエネルギー透過係数の解析例であり，基準波長を図１０(a)では2100nm，図１０(b)では1050nmとした解析例（破線は比較用で表面が均一な場合のエネルギー透過係数）．
【図１１】図１１(a)〜(c)は，図２に示す正弦波状の周期構造を有する太陽電池素子において，半導体基板をSi基板とし，前記周期構造の周期長を基準波長の16.0%，ピークボトム長（溝の深さ）を基準波長の6.2%とした場合のエネルギー透過係数の解析例であり，基準波長を図１１(a)では2100nm，図１１(b)では1050nm，図１１(c)では525nmとした解析例（破線は比較用で表面が均一な場合のエネルギー透過係数）．
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下，図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する．なお，各図面に示される同一または同等の構成要素，部材等には同一の符号を付し，適宜重複した説明は省略する．また，実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり，実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない．
【００１６】
図１は，本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の第１構成例の説明図である．この太陽電池素子は，ｎ型半導体１と，ｐ型半導体２と，ｐ＋型半導体３とを接合（積層）した半導体基板に電極４,５を設けて負荷抵抗を接続したものである．受光面側の電極４は，凹部の１つに設けられており，好ましくは透明電極（ITO：Indium Tin Oxide）とする．半導体基板は，ガリウムヒ素(GaAs)，アモルファスシリコン(a-Si)，インジュウムガリウムヒ素(InGaAs)，シリコン(Si)などである．ｎ型半導体１の表面（太陽電池素子の受光面）には，矩形波状の周期構造（凹凸状の周期構造の例示）が設けられている．図２は，本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の第２構成例の説明図である．第２構成例は，図１に示す第１構成例と比較して，ｎ型半導体１の表面（太陽電池素子の受光面）の凹凸状の周期構造が正弦波状である点で相違し，その他の点で一致する．本実施の形態では，太陽光の波長範囲（概ね200〜4000nm）内の任意の基準波長を定め，図１及び図２に示す周期構造の周期長Ｄを前記基準波長の13.0〜18.0％，ピークボトム長２ｈ（振幅長ｈの２倍）を前記基準波長の4.0〜8.0％とする．こうして設計された太陽電池素子は，表面が均一（平坦面）な場合と比較して，半導体基板の内部へのエネルギー（光）の透過量を１日当たり（入射角0〜90度）で11.0〜19.0％程度増加させることができる．以下，周期長Ｄ及びピークボトム長２ｈの数値限定の根拠となる解析手法（最小２乗法的モード整合法）について概説する．なお，本実施の形態における最小２乗法的モード整合法に基づく解析法に関しては，電子通信学会論文誌（論文題目：誘電体格子による平面波回折の数値解析，Vol.61-B,No.7,pp.662-669）および電子情報通信学会和文誌-C（論文題目：表面に周期構造が形成されたGaAs基板における太陽光の電力透過係数の解析，掲載号：Vol.J97-C,No.5,pp.239-242,May. 2014.）に記載されている．
【００１７】
図３(a)は，解析対象となる矩形波状の周期構造の１周期における座標系の説明図である．なお，正弦波状の周期構造の場合も同様に座標系を定義できる．ここでは，多数の凹凸の中の１周期長当たりに入射する太陽光について解析するので，周期構造を無限周期構造としても一般性は失われない．ここでは，電界がy軸成分のみを持つＴＥ（Transverse Electric）平面（電磁）波が入射する場合の散乱界及び最小２乗法的モード整合法について述べる．尚，磁界がy軸成分のみを持つTM（Transverse Magnetic）平面波が入射する場合においても前記モード整合法が同様に適用される．無限周期構造の場合は散乱界も周期性を持つので，図３のh,h',g,g'の帯状領域だけを考察の対象とすればよい．図３で，h,gはｚ軸の＋∞に，h',g'はｚ軸の−∞に相当する．以下，経路c1(abcdefgha)で囲まれた閉領域S1，及び経路c2(abcdefg'h'a)で囲まれた閉領域S2の電磁界について解析する．
【００１８】
閉領域S1内に点P1,Q1が含まれ，閉領域S2内に点P2,Q2が含まれるとき，次のようにグリーン関数G11(P1,Q1),G22(P2,Q2)を定義する．すなわち，それらはヘルムホルツ方程式
【数１】
2015216331.tif 000003
を満足し，周期構造表面における境界条件を満足するグリーン関数である．これらのグリーン関数を用いて，閉領域S1,S2内の点P1,P2における散乱電界Ψ1(P1),Ψ2(P2)は以下の様に表現される．
【数２】
2015216331.tif 000004
【００１９】
式(3),(4)において，F(s)は入射平面波の境界（図３のabcdef）上の境界値，Lはabcdefの長さである．２次元の散乱問題であるから，これらの式とグリーンの定理より，境界面上の境界値が散乱界Ψ1(P1),Ψ2(P2)を与えることが分かる．従って，表面に周期構造を形成すれば，表面が均一な面より，平面波が入射した場合において，多重反射現象が発生する表面積が大きくなり，式(3),(4)に対する境界値の寄与が多くなる．よって，周期構造を形成すれば，表面が均一な場合より，透過エネルギー量（透過電力量）が増加することになる．しかし，エネルギー透過量（電力透過量）を増加させる為には，周期構造部の形状及び溝の深さを適切に設計する必要がある．
【００２０】
最小２乗法的モード整合法では，散乱界Ψ1(P1),Ψ2(P2)に対する近似波動関数Ψ1N(P1),Ψ2N(P2)を，各領域の完備波動関数系で展開して表現する．閉領域S1における完備波動関数系は，
【数３】
2015216331.tif 000005
であり，ここでβmは，
【数４】
2015216331.tif 000006
とする．βiは入射波のｘ軸方向の波数であり，Dはx軸方向の周期長である．z軸向の波数κ1mは領域S１の屈折率をn1として，
【数５】
2015216331.tif 000007
で与えられる．閉領域S2においても同様に
【数６】
2015216331.tif 000008
であり，屈折率n2の実数部をnr，虚数部をniとして，半導体媒質の複素屈折率をn2 = nr + j niとすると，z軸方向の波数κ2mは，
【数７】
2015216331.tif 000009
と与えられる．各領域の近似波導関数Ψ1N(P1),Ψ2N(P2)は，
【数８】
2015216331.tif 000010
と表現される．式(3),(4)で表現される真の散乱界と，式(10),(11)で表現される近似波動関数との差は，若干の計算の後，
【数９】
2015216331.tif 000011
と表現される．式(12),(13)の両辺の絶対値を取り，ヘルダーの不等式を適用すれば，
【数１０】
2015216331.tif 000012
が成立する．式(14),(15)で，K1,J1はP1に，K2,J2はP2に無関係な定数である．また，これらの式でノルム記号は，周期構造の表面の１周期長Lにわたる積分であり，
【数１１】
2015216331.tif 000013
を意味する．式(14),(15)より，それらの左辺のノルムが０に収束するとき，右辺の絶対値も０に収束する．すなわち，近似波動関数Ψ1N(P1),Ψ2N(P2)が境界上で平均収束すれば，図３の閉領域S1,S2の任意の閉領域で近似波動関数Ψ1N(P1),Ψ2N(P2)は広義一様に収束する．そこで，最小２乗法的モード整合法では，境界条件に関する相対的平均２乗誤差，
【数１２】
2015216331.tif 000014
を定義し，式(10),(11)の展開項数Ｎを定めたとき，このＮの下で，式(17)を最小にするように展開係数を決定する．従って，本算法では，
【数１３】
2015216331.tif 000015
とする．ここで，b*1m,b*2mはそれぞれb1m,b2mの共役複素数である．よって式(18)より展開係数{b1m},{b2m}に関する４Ｎ＋２元の連立１次方程式が導かれ，この方程式から{b1m},{b2m}が決定される．このとき，式(5)-(9)の完備波動関数系の性質から，
【数１４】
2015216331.tif 000016
が成立する．式(14)-(17)および(19)より，近似波動関数列{Ψ1N(P1),P1∈S1},{Ψ2N(P2),P2∈S2}は真の波動場に，境界上では平均収束し，領域では広義一様収束することが分かる．解の精度は式(17)の境界条件に関する相対的平均２乗誤差及びエネルギー保存則に関する誤差によって評価する．本実施の形態で示した解析結果は，両方の誤差共に1.0％以下である．
【００２１】
次に，太陽電池素子を構成する半導体基板がGaAsである場合を例として，本実施の形態の解析方法について説明する．なお，太陽光のスペクトルは図4に示されているが，ここでは太陽光が有する295〜2066nmの波長帯域を50等分し，分割された各波長区間では，入射光の波長及び屈折率は一定であるとして太陽光のスペクトル及びGaAs基板の分散特性を図５，図６(a)の如く補間して解析する．図６(b)〜(d)はそれぞれ，補間されたa-Si,InGaAs，及びSi基板の分散特性である．周期構造の表面に入射する太陽光は，それぞれ，等量のエネルギー（電力）を有するTE,TM平面電磁波から構成されていると仮定する．従って，50等分されたi(i=1〜50)番目の区間に属する平面波の電界は，自由空間（真空中）において次の波動方程式を満たす．
【数１５】
2015216331.tif 000017
１例として，上記の太陽光の波長帯域の中の1050nmを基準とする波長として選び，その波長を基準波長λmとして，図３(b)に示す周期構造の周期長Ｄ，ピークボトム長２ｈ（溝の深さ）を以下のように定める．
【数１６】
2015216331.tif 000018
溝の形状が矩形であるので，周期長Ｄは，
【数１７】
2015216331.tif 000019
と表現される．波長λi(i=1,2,…,50)を有する入射平面波の各区間の散乱問題を最小２乗法的モード整合法を適用して解析するが，完備動函数系は入射角をθiとして，図３の領域Sp(p=1,2)において以下のように与えられる．
【数１８】
2015216331.tif 000020
ここで，βm,κpmは式（６）〜（９）より，
【数１９】
2015216331.tif 000021
であり，式(26)より溝の各部の長さは，実質的には，λm/λi倍となる．従って，太陽光スペクトルを分割して解析する際は，各区間の入射波長λiに対して溝の形状が相似的に変化することになる．λm=1050nmの区間以下の波長区間では，周期長，溝の深さ共，その区間のものより大きくなり，その区間の波長より入射波長λiが長い区間では，逆に周期長，溝の深さは小さくなる．λi=1050nmの区間においても，当然，周期構造が形成されているのでエネルギー（電力）透過係数は，表面が均一な基板よりエネルギー透過係数は増大する．従って，入射波長がλm=1050nm以下の波長区間では，エネルギー透過係数はλm=1050nmの区間に比較して大きくなり，入射波長がλm=1050nm以上の区間では逆に小さくなる．従って，周期構造を形成すれば，表面が均一な基板よりエネルギー透過係数は全帯域に亘って大きくなるが，基準となる波長区間以下の帯域ではより大きくなり，基準波長区間以上の区間では小さく増加する．基準とする波長を2100nmに選べば，エネルギー透過係数は，基板表面が均一な場合に比較して全帯域(295〜2066nm)に亘って大きく増加する．基準とする波長に対して，周期長，溝の深さを変化させて数値解析した結果，太陽光の帯域中の任意の波長を基準とする波長として選び，周期長をその波長の13.0〜18.0%，溝の深さを4.0〜8.0%とすると，表面が均一な基板である場合に比較して，エネルギー透過係数が大きく増加する帯域を任意に選択して周期構造を形成することが可能であることが判明した．
【００２２】
解析結果より，１日当たり（入射角0〜90度）の積算された入射エネルギーに対する透過係数，エネルギー透過量及び上記の増幅帯域の選択性について以下のことが明らかとなった．各基板について順次説明する．尚，以下の記述において1日当たりのエネルギー透過量とは，各波長区間において入射角（0〜90度）について積算された透過量を更に，全波長区間亘って積算したエネルギー透過量を示すものとする．
【００２３】
図７(a)〜(c)は，図１に示す矩形波状の周期構造を有する太陽電池素子において，半導体基板をGaAs基板とし，前記周期構造の周期長を基準波長の18.0%（凸部8.0%，凹部10.0%），ピークボトム長（溝の深さ）を基準波長の4.0%とした場合のエネルギー（電力）透過係数の解析例であり，基準波長を図７(a)では2100nm，図７(b)では1050nm，図７(c)では525nmとした解析例である．GaAs基板表面上に矩形状の周期構造を形成した場合において，上記の波長帯域の中の１つの基準波長λmを選定し，基準波長λmに対して周期長，溝の深さ及び凸部，凹部などの形状パラメーターを変化させ，境界条件に関する相対的平均２乗誤差及びエネルギー保存則に関する誤差が1.0％以内で１日当たりエネルギー透過量が最大となるパラメーター値を決定した．その結果が図７(a)〜(c)である．なお，図７(a)〜(c)において破線は比較用で表面が均一な場合の電力透過係数である．図７(a)に示すように，周期長を2100nmの18.0%（凸部8.0%，凹部10.0%），溝の深さを4%とすると，基板表面が平坦な場合に比較して１日当たりの透過エネルギーは11.2%増加し，エネルギー透過係数は全帯域にわたって大きく増加していることがわかる．さらに，上記の基準とする波長λmを1050nm,525nmとし，周期長及び溝の深さを図７(a)と全く同様に18.0%及び4.0%とした解析例が図７(b),図７(c)であり，透過エネルギーの増加量は10.1%,7.5%である．図７(a)〜図７(c)の比較より，基準波長を任意に選択することで，エネルギー透過係数を大きく増加させたい帯域を選択することが可能であることが分かる．
【００２４】
図８(a),(b)は，図２に示す正弦波状の周期構造を有する太陽電池素子において，半導体基板をGaAs基板とし，前記周期構造の周期長を基準波長の15.0%，ピークボトム長（溝の深さ）を基準波長の8.0%とした場合のエネルギー透過係数の解析例であり，基準波長を図８(a)では2100nm，図８(b)では1050nmとした解析例（破線は比較用で表面が均一な場合のエネルギー透過係数）である．GaAs基板表面上に正弦波状の周期構造を形成した場合において，上記の波長帯域の中の１つの基準波長λmを選定し，基準波長λmに対して周期長，溝の深さを変化させ，境界条件に関する相対的平均２乗誤差及びエネルギー保存則に関する誤差が1.0％以内で１日当たりエネルギー透過量が最大となるパラメーター値を決定した．その結果が図８(a),(b)である．なお，図８(a),(b)において破線は比較用で表面が均一な場合のエネルギー透過係数である．図８(a),(b)に示すように，周期長を基準波長λmの15.0%程度，溝の深さをその波長の8.0%とすると，エネルギー透過係数は上記の全帯域に亘って増加するが，特に，選定した基準波長λm以下の帯域では大きく増加する．表面が均一な場合と比較して，λm=2100,1050nmを選択すれば，透過エネルギーは１日当たりそれぞれ19.1%,16.1%増加する．それらの解析例が図８(a),(b)である
【００２５】
図９(a),(b)は，図２に示す正弦波状の周期構造を有する太陽電池素子において，半導体基板をa-Si基板とし，前記周期構造の周期長を基準波長の16.0%，ピークボトム長（溝の深さ）を基準波長の8.0%とした場合のエネルギー透過係数の解析例であり，基準波長を図９(a)では2100nm，図９(b)では1050nmとした解析例（破線は比較用で表面が均一な場合のエネルギー透過係数）である．a-Si基板表面上に正弦波状の周期構造を形成した場合において，上記の波長帯域の中の１つの基準波長λmを選定し，基準波長λmに対して周期長，溝の深さを変化させ，境界条件に関する相対的平均２乗誤差及びエネルギー保存則に関する誤差が1.0％以内で１日当たりエネルギー透過量が最大となるパラメーター値を決定した．その結果が図９(a),(b)である．なお，図９(a),(b)において破線は比較用で表面が均一な場合のエネルギー透過係数である．図９(a),(b)に示すように，周期長を基準波長λmの16.0%，溝の深さを基準波長λmの8.0%とすると，エネルギー透過係数は上記の全帯域に亘って増加するが，特に，選定した基準波長λm以下の帯域では大きく増加する．表面が均一な場合と比較して，λm=2100,1050nmを選択すれば，透過エネルギーは１日当たりそれぞれ17.9%,16.6%程度増加する．その解析例が図９(a),(b)である．
【００２６】
図１０(a),(b)は，図２に示す正弦波状の周期構造を有する太陽電池素子において，半導体基板をInGaAs基板とし，前記周期構造の周期長を基準波長の16.0%，ピークボトム長（溝の深さ）を基準波長の8.0%とした場合のエネルギー透過係数の解析例であり，基準波長を図１０(a)では2100nm，図１０(b)では1050nmとした解析例（破線は比較用で上記エネルギー透過係数）である．InGaAs基板表面上に正弦波状の周期構造を形成した場合において，上記の波長帯域の中の１つの基準波長λmを選定し，基準波長λmに対して周期長，溝の深さを変化させ，境界条件に関する相対的平均２乗誤差及びエネルギー保存則に関する誤差が1.0％以内で１日当たりエネルギー透過量が最大となるパラメーター値を決定した．その結果が図１０(a),(b)である．なお，図１０(a),(b)において破線は比較用で上記エネルギー透過係数である．図１０(a),(b)に示すように，周期長を基準波長λmの16.0%，溝の深さを基準波長λmの8.0%とすると，エネルギー透過係数は上記の全帯域に亘って増加するが，特に，選定した基準波長λm以下の帯域では大きく増加する．表面が均一な場合と比較して，λm=2100,1050nmを選択すれば，透過エネルギー量は１日当たりそれぞれ16.5%,15.0%程度増加する．その解析例が図１０(a),(b)である．
【００２７】
図１１(a)〜(c)は，図２に示す正弦波状の周期構造を有する太陽電池素子において，半導体基板をSi基板とし，前記周期構造の周期長を基準波長の16.0%，ピークボトム長（溝の深さ）を基準波長の6.2%とした場合のエネルギー透過係数の解析例であり，基準波長を図１１(a)では2100nm，図１１(b)では1050nm，図１１(c)では525nmとした解析例（破線は比較用で上記エネルギー透過係数）である．Si基板表面上に正弦波状の周期構造を形成した場合において，上記の波長帯域の中の１つの基準波長λmを選定し，基準波長λmに対して周期長，溝の深さ及び凸部，凹部などの形状パラメーターの長さを変化させ，境界条件に関する相対的平均２乗誤差及びエネルギー保存則に関する誤差が1.0％以内で１日当たりエネルギー透過量が最大となるパラメーター値を決定した．その結果が図１１(a)〜(c)である．なお，図１１(a)〜(c)において破線は比較用で上記エネルギー透過係数である．図１１(a)〜(c)に示すように，周期長を基準波長λmの16.0%，溝の深さを基準波長λmの6.2%とすると，エネルギー透過係数は上記の全帯域に亘って増加するが，特に，選定した基準波長λm以下の帯域では大きく増加する．表面が均一な場合と比較して，λm=2100,1050,525nmを選択すれば，透過エネルギー量は１日当たりそれぞれ13.7%,12.2%,6.8%程度増加する．その解析例が図１1(a),(b),(c)である．
【００２８】
本実施の形態によれば，下記の効果を奏することができる．
【００２９】
(1) 太陽光の波長範囲内の任意の基準波長を選択し，ガリウムヒ素(GaAs)，アモルファスシリコン(a-Si)，インジュウムガリウムヒ素(InGaAs)，シリコン(Si)などの半導体基板の表面の周期構造の周期長を前記基準波長の13.0〜18.0％とし，周期構造のピークボトム長を前記基準波長の4.0〜8.0％とすることで，従来と比較して半導体基板の内部への光の透過率を増加させることの可能な太陽電池素子を実現できる．
【００３０】
(2) エネルギー透過係数を増加させたい波長帯域に合わせて基準波長を選択することで，所望の波長帯域を選択してエネルギー透過係数を大きく増加させることができる．
【００３１】
(3) 最小２乗法的モード整合法による上記解析では，境界条件に関する相対的平均２乗誤差及びエネルギー保存則に関する誤差を共に1.0％以下にすることができ，幾何光学やFTDT法に基づく解析と比較して解析結果の信頼性が高い．すなわち，幾何光学は，光の波長を０として光線の軌跡に着目し，その透過，反射現象を主としてスネルの法則を用いて説明するものである．しかし，表面に正弦波状あるいは矩形状の周期構造を形成した場合は，幾何光学で定性的及び定量的に説明することは困難である．また，太陽光の帯域はほぼ200〜4000nmであり，多数の波長を有する光波から構成されている．太陽電池素子を構成する基板の媒質であるGaAs（ガリウムヒ素），a-Si（アモルファスシリコン）及びInGaAs（インジウムガリウムヒ素）などは，光の波長で屈折率が変化する分散性媒質であり，幾何光学で太陽光の透過，反射現象を解析することは非常に困難である．一方，FTDT法は，解析する領域を適当な３角形で区切り，その各頂点における電磁界の値を順々に求めていく近似解法である．大変便利で容易な解法で，その解法に関するソフトウエアは市販されているので，誰でも簡単に電磁界の散乱問題が解ける．電磁界の散乱問題は波動方程式と境界条件が定まれば，理論上では解は一義的に定められる．しかし，FTDT法ではその境界条件に近似を入れなければ解を求めることが不可能である．更に，太陽光は無限の広さを持つ空間から太陽電池素子に入射し，また，無限の空間に反射する．領域を３角形に区切って電磁界を求めるFTDT法では正確に散乱界を求める事は困難である．従って，定性的に散乱現象を推測できるが，定量的に透過量や反射量を精度良く求める事はできない．従って，FTDT法による解析では，解析した結果の正確さ（解の精度）については言及出来ない．つまり，解析結果の保証が存在しない，一方，本実施の形態で用いた最小２乗法的モード整合法は，境界条件やエネルギー保存則に関する誤差が評価できる解法であり，上記の解析結果の２つの誤差は共に1.0％以下である．最小２乗法的モード整合法は，数学的には，完備波動関数系で素子内部の電磁界及び反射電磁界を展開するが，展開された散乱界が真の散乱界に２乗平均的に収束することが保証された解法である．境界の形状が有限個の点を除いて連続な場合は，平均収束する場合は境界を含め広義の意味で一様収束する．
【００３２】
以上，実施の形態を例に本発明を説明したが，実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである．
【符号の説明】
【００３３】
１  ｎ型半導体，２  ｐ型半導体，３  ｐ＋型半導体，４,５  電極
【図１】
2015216331.tif 000022
【図２】
2015216331.tif 000023
【図３】
2015216331.tif 000024
【図４】
2015216331.tif 000025
【図５】
2015216331.tif 000026
【図６】
2015216331.tif 000027
【図７】
2015216331.tif 000028
【図８】
2015216331.tif 000029
【図９】
2015216331.tif 000030
【図１０】
2015216331.tif 000031
【図１１】
2015216331.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月8日(2014.7.8)
【手続補正２】
【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】
この太陽電池素子は受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備える素子である．太陽光の波長帯域の内，主として，295 〜2066nmの帯域内の任意の一つの波長を基準（基準波長）として，周期長及びピークボトム長（溝の深さ）が設計されているが，各々は上記の基準波長の13.0〜18.0％及び4.0〜8.0％である．
【請求項２】
任意の基準波長に基づいて周期構造の周期長及び溝の深さを上述の如く設計することにより，基板表面が平坦である素子の電力透過係数と比較して，増加させたい帯域を任意に選択して設計することが可能な（波長帯域の選択性を有する），請求項１に記載の太陽電池素子．
【請求項３】
前記周期構造が矩形波状である請求項２に記載の太陽電池素子．
【請求項４】
前記周期構造が正弦波状である請求項２に記載の太陽電池素子．
【請求項５】
波長帯域の選択性を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池素子．
【請求項６】
前記半導体基板の受光面が平坦面である場合と比較して，前記半導体基板の内部への太陽光の電力（エネルギー）の透過量が１日当たり（入射角0〜90度）で11.0〜19.0％程度大きい，請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽電池素子．
【請求項７】
受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備える太陽電池素子の設計方法であって，太陽光の波長範囲内の任意の基準波長を選択し，前記周期構造の周期長を前記基準波長の13.0〜18.0％とし，前記周期構造のピークボトム長を前記基準波長の4.0〜8.0％とする，太陽電池素子の設計方法．
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
半導体をｐｎ接合した構造の太陽電池が従来から知られている．こうした太陽電池に用いられる半導体は，ガリウムヒ素(GaAs)，アモルファスシリコン(a-Si)，インジュウムガリウムヒ素(InGaAs)，シリコン(Si)などである．太陽電池においては，入射した光エネルギーをどれだけ電気エネルギーに変換できるかを示す変換効率を高めることが重要な課題となっている．変換効率を低下させる要因の一つとして，太陽電池を構成する半導体基板表面（受光面）での反射による損失が挙げられる．すなわち，反射は，半導体基板の内部への太陽光の透過率を低下させ，太陽電池の変換効率を低下させる．
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
太陽電池を構成する半導体基板の表面反射率を低くするために，半導体基板の表面に凹凸を設ける技術が知られている（例えば特許文献1）．しかし，凹凸の周期長や溝の深さ（ピークボトム長）の寸法は定量的な数値解析に基づいて定められておらず，半導体基板の内部への太陽光の電力（エネルギー）の透過率を高める効果も低かった．また，半導体によって吸収効率が高い波長帯域は異なるが，周期長や溝の深さを適切に設計して，前述の波長帯域における太陽光の透過係数を高める工夫（波長帯域の選択性）も十分考慮されていなかった．
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり，その目的は，従来と比較して半導体基板の内部へのエネルギーの透過率を増加させることの可能な波長帯域の選択性を有する太陽電池素子及びその設計方法を提供することにある．
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この太陽電池素子は受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備える素子である．太陽光の波長帯域の内，主として，295 〜2066nmの帯域内の任意の一つの波長を基準（基準波長）として，周期長及びピークボトム長（溝の深さ）が設計されているが，各々は上記の基準波長の13.0〜18.0％及び4.0〜8.0％である．
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
任意の基準波長に基づいて周期構造の周期長及び溝の深さを上述の如く設計することにより，基板表面が平坦である素子の電力透過係数と比較して，増加させたい帯域を任意に選択して設計することが可能であってもよい．
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前記周期構造が矩形波状であってもよい．前記周期構造が正弦波状であってもよい．
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記太陽電池素子は波長帯域の選択性を有してもよい．
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記半導体基板の受光面が平坦面である場合と比較して，前記半導体基板の内部への太陽光の電力（エネルギー）の透過量が１日当たり（入射角0〜90度）で11.0〜19.0％程度大きくてもよい．
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
図１は，本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の第１構成例の説明図である．この太陽電池素子は，ｎ型半導体１と，ｐ型半導体２と，ｐ＋型半導体３とを接合（積層）した半導体基板に電極４,５を設けて負荷抵抗を接続したものである．受光面側の電極４は，凹部の１つに設けられており，好ましくは透明電極（ITO：Indium Tin Oxide）とする．半導体基板は，ガリウムヒ素(GaAs)，アモルファスシリコン(a-Si)，インジュウムガリウムヒ素(InGaAs)，シリコン(Si)などである．ｎ型半導体１の表面（太陽電池素子の受光面）には，矩形波状の周期構造（凹凸状の周期構造の例示）が設けられている．図２は，本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の第２構成例の説明図である．第２構成例は，図１に示す第１構成例と比較して，ｎ型半導体１の表面（太陽電池素子の受光面）の凹凸状の周期構造が正弦波状である点で相違し，その他の点で一致する．本実施の形態では，太陽光の波長範囲（主として295〜2066nm）内の任意の基準波長を定め，図１及び図２に示す周期構造の周期長Ｄを前記基準波長の13.0〜18.0％，ピークボトム長２ｈ（振幅長ｈの２倍）を前記基準波長の4.0〜8.0％とする．こうして設計された太陽電池素子は，表面が均一（平坦面）な場合と比較して，半導体基板の内部へのエネルギー（光）の透過量を１日当たり（入射角0〜90度）で11.0〜19.0％程度増加させることができる．以下，周期長Ｄ及びピークボトム長２ｈの数値限定の根拠となる解析手法（最小２乗法的モード整合法）について概説する．なお，本実施の形態における最小２乗法的モード整合法に基づく解析法に関しては，電子通信学会論文誌（論文題目：誘電体格子による平面波回折の数値解析，Vol.61-B,No.7,pp.662-669）および電子情報通信学会和文誌-C（論文題目：表面に周期構造が形成されたGaAs基板における太陽光の電力透過係数の解析，掲載号：Vol.J97-C,No.5,pp.239-242,May. 2014.）に記載されている．
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
(3) 最小２乗法的モード整合法による上記解析では，境界条件に関する相対的平均２乗誤差及びエネルギー保存則に関する誤差を共に1.0％以下にすることができ，幾何光学やFTDT法に基づく解析と比較して解析結果の信頼性が高い．すなわち，幾何光学は，光の波長を０として光線の軌跡に着目し，その透過，反射現象を主としてスネルの法則を用いて説明するものである．しかし，表面に正弦波状あるいは矩形状の周期構造を形成した場合は，幾何光学で定性的及び定量的に説明することは困難である．また，太陽光は，主として，295〜2066nmの波長帯域を有し，多数の波長を有する光波から構成されている．太陽電池素子を構成する基板の媒質であるGaAs（ガリウムヒ素），a-Si（アモルファスシリコン）及びInGaAs（インジウムガリウムヒ素）などは，光の波長で屈折率が変化する分散性媒質であり，幾何光学で太陽光の透過，反射現象を解析することは非常に困難である．一方，FTDT法は，解析する領域を適当な３角形で区切り，その各頂点における電磁界の値を順々に求めていく近似解法である．大変便利で容易な解法で，その解法に関するソフトウエアは市販されているので，誰でも簡単に電磁界の散乱問題が解ける．電磁界の散乱問題は波動方程式と境界条件が定まれば，理論上では解は一義的に定められる．しかし，FTDT法ではその境界条件に近似を入れなければ解を求めることが不可能である．更に，太陽光は無限の広さを持つ空間から太陽電池素子に入射し，また，無限の空間に反射する．領域を３角形に区切って電磁界を求めるFTDT法では正確に散乱界を求める事は困難である．従って，定性的に散乱現象を推測できるが，定量的に透過量や反射量を精度良く求める事はできない．従って，FTDT法による解析では，解析した結果の正確さ（解の精度）については言及出来ない．つまり，解析結果の保証が存在しない，一方，本実施の形態で用いた最小２乗法的モード整合法は，境界条件やエネルギー保存則に関する誤差が評価できる解法であり，上記の解析結果の２つの誤差は共に1.0％以下である．最小２乗法的モード整合法は，数学的には，完備波動関数系で素子内部の電磁界及び反射電磁界を展開するが，展開された散乱界は真の境界値に平均収束し，各々の領域の任意の閉領域において広義一様に真の散乱界に収束することが保証された解法である．
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月9日(2014.7.9)
【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】
この太陽電池素子は受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備える素子である．太陽光の波長帯域の内，主として，295 〜2066nmの帯域内の任意の一つの波長を基準（基準波長）として，周期長及びピークボトム長（溝の深さ）が設計されているが，各々は上記の基準波長の15.0〜18.0％及び4.0〜8.0％である．
【請求項２】
任意の基準波長に基づいて周期構造の周期長及び溝の深さを上述の如く設計することにより，基板表面が平坦である素子の電力透過係数と比較して，増加させたい帯域を任意に選択して設計することが可能な（波長帯域の選択性を有する），請求項１に記載の太陽電池素子．
【請求項３】
前記周期構造が矩形波状である請求項２に記載の太陽電池素子．
【請求項４】
前記周期構造が正弦波状である請求項２に記載の太陽電池素子．
【請求項５】
波長帯域の選択性を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池素子．
【請求項６】
前記半導体基板の受光面が平坦面である場合と比較して，前記半導体基板の内部への太陽光の電力（エネルギー）の透過量が１日当たり（入射角0〜90度）で11.0〜19.0％程度大きい，請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽電池素子．
【請求項７】
受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備える太陽電池素子の設計方法であって，太陽光の波長範囲内の任意の基準波長を選択し，前記周期構造の周期長を前記基準波長の15.0〜18.0％とし，前記周期構造のピークボトム長を前記基準波長の4.0〜8.0％とする，太陽電池素子の設計方法．
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この太陽電池素子は受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備える素子である．太陽光の波長帯域の内，主として，295 〜2066nmの帯域内の任意の一つの波長を基準（基準波長）として，周期長及びピークボトム長（溝の深さ）が設計されているが，各々は上記の基準波長の15.0〜18.0％及び4.0〜8.0％である．
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明のもう１つの態様は，太陽電池素子の設計方法である．この方法は，受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備える太陽電池素子の設計方法であって，太陽光の波長範囲内の任意の基準波長を選択し，前記周期構造の周期長を前記基準波長の15.0〜18.0％とし，前記周期構造のピークボトム長を前記基準波長の4.0〜8.0％とするものである．
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
図１は，本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の第１構成例の説明図である．この太陽電池素子は，ｎ型半導体１と，ｐ型半導体２と，ｐ＋型半導体３とを接合（積層）した半導体基板に電極４,５を設けて負荷抵抗を接続したものである．受光面側の電極４は，凹部の１つに設けられており，好ましくは透明電極（ITO：Indium Tin Oxide）とする．半導体基板は，ガリウムヒ素(GaAs)，アモルファスシリコン(a-Si)，インジュウムガリウムヒ素(InGaAs)，シリコン(Si)などである．ｎ型半導体１の表面（太陽電池素子の受光面）には，矩形波状の周期構造（凹凸状の周期構造の例示）が設けられている．図２は，本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の第２構成例の説明図である．第２構成例は，図１に示す第１構成例と比較して，ｎ型半導体１の表面（太陽電池素子の受光面）の凹凸状の周期構造が正弦波状である点で相違し，その他の点で一致する．本実施の形態では，太陽光の波長範囲（主として295〜2066nm）内の任意の基準波長を定め，図１及び図２に示す周期構造の周期長Ｄを前記基準波長の15.0〜18.0％，ピークボトム長２ｈ（振幅長ｈの２倍）を前記基準波長の4.0〜8.0％とする．こうして設計された太陽電池素子は，表面が均一（平坦面）な場合と比較して，半導体基板の内部へのエネルギー（光）の透過量を１日当たり（入射角0〜90度）で11.0〜19.0％程度増加させることができる．以下，周期長Ｄ及びピークボトム長２ｈの数値限定の根拠となる解析手法（最小２乗法的モード整合法）について概説する．なお，本実施の形態における最小２乗法的モード整合法に基づく解析法に関しては，電子通信学会論文誌（論文題目：誘電体格子による平面波回折の数値解析，Vol.61-B,No.7,pp.662-669）および電子情報通信学会和文誌-C（論文題目：表面に周期構造が形成されたGaAs基板における太陽光の電力透過係数の解析，掲載号：Vol.J97-C,No.5,pp.239-242,May. 2014.）に記載されている．
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
次に，太陽電池素子を構成する半導体基板がGaAsである場合を例として，本実施の形態の解析方法について説明する．なお，太陽光のスペクトルは図4に示されているが，ここでは太陽光が有する295〜2066nmの波長帯域を50等分し，分割された各波長区間では，入射光の波長及び屈折率は一定であるとして太陽光のスペクトル及びGaAs基板の分散特性を図５，図６(a)の如く補間して解析する．図６(b)〜(d)はそれぞれ，補間されたa-Si,InGaAs，及びSi基板の分散特性である．周期構造の表面に入射する太陽光は，それぞれ，等量のエネルギー（電力）を有するTE,TM平面電磁波から構成されていると仮定する．従って，50等分されたi(i=1〜50)番目の区間に属する平面波の電界は，自由空間（真空中）において次の波動方程式を満たす．
【数１５】
2015216331.tif 000033
１例として，上記の太陽光の波長帯域の中の1050nmを基準とする波長として選び，その波長を基準波長λmとして，図３(b)に示す周期構造の周期長Ｄ，ピークボトム長２ｈ（溝の深さ）を以下のように定める．
【数１６】
2015216331.tif 000034
溝の形状が矩形であるので，周期長Ｄは，
【数１７】
2015216331.tif 000035
と表現される．波長λi(i=1,2,…,50)を有する入射平面波の各区間の散乱問題を最小２乗法的モード整合法を適用して解析するが，完備動函数系は入射角をθiとして，図３の領域Sp(p=1,2)において以下のように与えられる．
【数１８】
2015216331.tif 000036
ここで，βm,κpmは式（６）〜（９）より，
【数１９】
2015216331.tif 000037
であり，式(26)より溝の各部の長さは，実質的には，λm/λi倍となる．従って，太陽光スペクトルを分割して解析する際は，各区間の入射波長λiに対して溝の形状が相似的に変化することになる．λm=1050nmの区間以下の波長区間では，周期長，溝の深さ共，その区間のものより大きくなり，その区間の波長より入射波長λiが長い区間では，逆に周期長，溝の深さは小さくなる．λi=1050nmの区間においても，当然，周期構造が形成されているのでエネルギー（電力）透過係数は，表面が均一な基板よりエネルギー透過係数は増大する．従って，入射波長がλm=1050nm以下の波長区間では，エネルギー透過係数はλm=1050nmの区間に比較して大きくなり，入射波長がλm=1050nm以上の区間では逆に小さくなる．従って，周期構造を形成すれば，表面が均一な基板よりエネルギー透過係数は全帯域に亘って大きくなるが，基準となる波長区間以下の帯域ではより大きくなり，基準波長区間以上の区間では小さく増加する．基準とする波長を2100nmに選べば，エネルギー透過係数は，基板表面が均一な場合に比較して全帯域(295〜2066nm)に亘って大きく増加する．基準とする波長に対して，周期長，溝の深さを変化させて数値解析した結果，太陽光の帯域中の任意の波長を基準とする波長として選び，周期長をその波長の15.0〜18.0%，溝の深さを4.0〜8.0%とすると，表面が均一な基板である場合に比較して，エネルギー透過係数が大きく増加する帯域を任意に選択して周期構造を形成することが可能であることが判明した．
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
(1) 太陽光の波長範囲内の任意の基準波長を選択し，ガリウムヒ素(GaAs)，アモルファスシリコン(a-Si)，インジュウムガリウムヒ素(InGaAs)，シリコン(Si)などの半導体基板の表面の周期構造の周期長を前記基準波長の15.0〜18.0％とし，周期構造のピークボトム長を前記基準波長の4.0〜8.0％とすることで，従来と比較して半導体基板の内部への光の透過率を増加させることの可能な太陽電池素子を実現できる．
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月17日(2014.12.17)
【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】
受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備える太陽電池素子の設計方法であって，太陽光の波長帯域内の任意の波長を基準波長として選択し，前記周期構造の周期長を前記基準波長の15.0〜18.0％，及び，前記周期構造のピークボトム長を前記基準波長の4.0〜8.0％と設定することより，太陽光帯域の基準波長以下の帯域における電力透過係数を，受光面が平坦である素子の前記透過係数に比べて増加させることが可能な，波長帯域選択性を有する太陽電池素子の設計方法．
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は，受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備えることにより波長帯域選択性を有する太陽電池素子の設計方法に関する．
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり，その目的は，従来と比較して半導体基板の内部へのエネルギーの透過率を増加させることの可能な波長帯域の選択性を有する太陽電池素子の設計方法を提供することにある．
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明のある態様は，波長帯域選択性を有する太陽電池素子の設計方法である．この方法は，受光面に凹凸状の周期構造を有する半導体基板を備える太陽電池素子の設計方法であって，太陽光の波長帯域内の任意の波長を基準波長として選択し，前記周期構造の周期長を前記基準波長の15.0〜18.0％，及び，前記周期構造のピークボトム長を前記基準波長の4.0〜8.0％と設定することより，太陽光帯域の基準波長以下の帯域における電力透過係数を，受光面が平坦である素子の前記透過係数に比べて増加させることが可能なものである．
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明によれば，従来と比較して半導体基板の内部へのエネルギーの透過率を増加させることの可能な太陽電池素子の設計方法を提供することができる．