(57)【要約】【課題】長波長における光の吸収率を高めると共に、厚さを抑えた太陽電池を提供する。【解決手段】太陽電池１は、光の入射側の面に複数の凹部が規則的に形成された光電変換層１２と、上記凹部を少なくとも満たすことによって、複数の凸部１６が形成された第１透明導電膜１１との間での屈折率差に周期性を持たせたことによって、フォトニック結晶を構成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換ユニットと、
上記光電変換ユニットを支持する支持基板とを備え、
上記光電変換ユニットは、
光を吸収して光電変換する光電変換層であって、光の入射側の第１表面に第１凹部または第１凸部が規則的に形成された光電変換層と、
上記第１表面の上記第１凹部を少なくとも満たす第１透明体、または上記第１凸部を設けたことにより形成された第２凹部を少なくとも満たす第１透明体とを含み、
上記第１表面に形成された凹凸形状は、上記光電変換層と上記第１透明体との間での屈折率差に周期性を持たせたことによって、フォトニック結晶を構成している、
ことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
上記第１凹部または第１凸部は、上記第１表面に正方格子状に、１５０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下のピッチで配列され、
上記第１凹部または第１凸部の形状は、直径６０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下を有する円柱状であり、
上記第１凹部の深さ、または第１凸部の高さは、１００ｎｍ以上、上記光電変換層の厚み以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
上記第１透明体は、上記第１表面の凹凸形状を被覆する第１透明導電膜であり、当該第１透明導電膜が、上記太陽電池における光の入射側の最外層になっている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
上記光電変換層と上記支持基板との間に、金属電極層が設けられている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項５】
上記第１透明体は、上記第１表面の凹凸形状を被覆する第１透明導電膜であり、当該第１透明導電膜が、上記支持基板に透明絶縁層を介して接合され、
上記光電変換層の上記第１表面とは反対側の第２表面に、金属電極層が設けられている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項６】
上記光電変換層を、上記第１透明導電膜とともに挟むように設けられた第２透明導電膜を備え、
上記第１透明導電膜および第２透明導電膜の各屈折率は、上記光電変換層の屈折率より小さい、
ことを特徴とする請求項３または５に記載の太陽電池。
【請求項７】
光電変換ユニットと、
上記光電変換ユニットを支持する支持基板とを備え、
上記光電変換ユニットは、
光を吸収して光電変換する光電変換層であって、光の入射側の第１表面に第１凹部が規則的に形成された光電変換層と、
上記第１凹部を少なくとも満たす第１透明体とを含み、
上記第１表面に形成された凹凸形状は、上記光電変換層と上記第１透明体との間での屈折率差に周期性を持たせたことによって、フォトニック結晶を構成しており、
上記第１表面に上記第１凹部を複数設けたことにより、各第１凹部の周囲に残った第２凸部が、上記支持基板に接合され、
上記光電変換層の上記第１表面とは反対側の第２表面に、陽電極および陰電極が形成されている、
ことを特徴とする太陽電池。
【請求項８】
光電変換ユニットと、
上記光電変換ユニットを支持する支持基板とを備え、
上記光電変換ユニットは、
光を吸収して光電変換する光電変換層であって、光の入射側の第１表面に第１凹部が規則的に形成された光電変換層と、
上記第１凹部を少なくとも満たす第１透明体とを含み、
上記第１表面に形成された凹凸形状は、上記光電変換層と上記第１透明体との間での屈折率差に周期性を持たせたことによって、フォトニック結晶を構成しており、
上記光電変換層の上記第１表面とは反対側の第２表面に、陽電極および陰電極が形成され、
上記陽電極および上記陰電極が形成された上記第２表面が、透明絶縁層を介して上記支持基板に接合されている、
ことを特徴とする太陽電池。
【請求項９】
上記第１凹部は、上記第１表面に正方格子状に、１５０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下のピッチで配列され、
上記第１凹部の形状は、直径６０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下を有する円柱状であり、
上記第１凹部の深さは、１００ｎｍ以上、上記光電変換層の厚み以下である、
ことを特徴とする、請求項７又は８に記載の太陽電池。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の太陽電池を１ユニットとして、複数の上記ユニットが一次元的または二次元的に配列されたことを特徴とする太陽電池パネル。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１項に記載の太陽電池を電源として備えたことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の太陽電池パネルを電源として備えたことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池、複数の太陽電池を配列した太陽電池パネル、及び、太陽電池又は太陽電池パネルを電源として搭載した装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、結晶シリコンを媒質に用いた太陽電池では、入射した太陽光を十分に吸収するためには、原理的には３０μｍ程度の厚みを有していればよいとされている。しかし、実際には、３００μｍ〜４００μｍ程度の厚みを有する太陽電池についての実用化が進んできているものの、現在、３０μｍ程度の厚みを有する太陽電池の実用化には、ほとんど至っていない。
【０００３】
なお、太陽電池が原理的に３０μｍ程度の厚みを有していればよいとされているのは、光吸収率の低い長波長側の太陽光を十分に吸収し、太陽電池として十分な光吸収率を得るために必要な厚さが３０μｍ程度であるとされているためである。
【０００４】
これに対し、太陽電池が実用的に３００μｍ〜４００μｍ程度の厚さを必要としているのは、厚さが薄いと太陽電池の形状を維持できなくなり、破損の虞が生じ、また、十分な特性が得られなくなるという問題が生じるためである。
【０００５】
ここで、図２５を参照して、太陽電池の厚さが３０μｍ、及び、４００μｍである場合における太陽電池の光吸収率について説明する。図２５は、太陽光の波長に対する太陽電池の光吸収率及び太陽光の放射照度の特性を示すグラフである。図２５において、一点鎖線は太陽電池の厚さが４００μｍである場合の特性を示し、二点鎖線は太陽電池の厚さが３０μｍである場合の特性を示し、破線は太陽電池の厚さが５００ｎｍである場合の特性を示している。
【０００６】
図２５に示すように、太陽電池の厚さが３０μｍである場合には、太陽光の波長が約８５０ｎｍまでの範囲において光吸収率が１．０である。また、太陽電池の厚さが４００μｍである場合には、太陽光の波長が約１０５０ｎｍまでの範囲において光吸収率が１．０である。図２５に示すように、太陽電池の厚さが３０μｍである場合には、短波長側の光の吸収率は良好であるものの、長波長側の光の吸収率は低い。これに対し、太陽電池の厚さが４００μｍである場合には、短波長側から長波長側まで、光の吸収率は良好なものとなる。また、太陽電池の厚さをさらに薄くした場合の一例として、厚さが５００ｎｍとした場合には、図２５に示すように、４５０ｎｍ以上の太陽光の波長に対する光の吸収率が著しく低下してしまう。
【０００７】
ところで、厚みが３００μｍ〜４００μｍ程度である太陽電池では、結晶シリコンの使用量が多いことから、結晶シリコンが有効活用されないばかりか、コストが大きくなり、太陽電池の収益を悪化させることが問題となっている。
【０００８】
このような問題に対し、特許文献１には、図２６に示すような、光の吸収量を増やす光電変換装置の製造方法が開示されている。図２６は、特許文献１に係る太陽電池の概要を表す断面図である。
【０００９】
特許文献１では、図２６に示すように、単結晶半導体層（単結晶シリコン）の表面を凹凸化することで光の反射を押さえ、入射した光を閉じ込めることによって、単結晶半導体層の厚さが０．１μｍ〜１０μｍ以下であっても６００ｎｍ以下の波長の光の吸収量を増やす光電変換装置の製造方法が開示されている。なお、特許文献１では、８００ｎｍ以上の波長については、光電変換装置をタンデム型とすることにより、光の吸収量を増している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１５２５６９号（２００９年７月９日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載されているような、単結晶半導体層に凹凸構造を設けることによる入射光の表面反射率の低減効果、及び、光路長の増大効果は、さほど大きくなく、特に長波長側の光の吸収率は改善されないという問題があった。また、特許文献１に記載の技術では、長波長側の光の吸収率を高めるためには光電変換装置にタンデム型を採用するしかなく、光電変換装置の厚さを抑えるという目的とは相反することになるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、特に長波長における光の吸収率を高めると共に、厚さを抑えた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】
【００１３】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、
(1)光電変換ユニットと、
(2)上記光電変換ユニットを支持する支持基板とを備え、
(3)上記光電変換ユニットは、
(3-1)光を吸収して光電変換する光電変換層であって、光の入射側の第１表面に第１凹部または第１凸部が規則的に形成された光電変換層と、
(3-2)上記第１表面の上記第１凹部を少なくとも満たす第１透明体、または上記第１凸部を設けたことにより形成された第２凹部を少なくとも満たす第１透明体とを含み、
(4)上記第１表面に形成された凹凸形状は、上記光電変換層と上記第１透明体との間での屈折率差に周期性を持たせたことによって、フォトニック結晶を構成している、ことを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、上記第１表面の凹凸形状が、フォトニック結晶を構成する形態には２通りある。
【００１５】
第１の形態は、光電変換層の第１表面に規則的に形成された第１凹部を第１透明体が満たすことによって、第１透明体が、例えば正方格子の各格子点に配された形態である。これにより、第１表面の凹凸形状において、フォトニック結晶を構成するように屈折率が周期的に変化することになる。
【００１６】
第２の形態は、光電変換層の第１表面に、光電変換層の形成材料によって第１凸部を規則的に形成した結果として、第２凹部が形成され、その第２凹部を第１透明体が満たすことによって、光電変換層の第１凸部が、例えば正方格子の各格子点に配された形態である。これにより、第１の形態と同様に、第１表面の凹凸形状において、フォトニック結晶を構成するように屈折率が周期的に変化することになる。
【００１７】
上記２つの形態のいずれであっても、上記太陽電池は、取り込んだ光を上記フォトニック結晶の面内方向で共振させることができるので、光を閉じ込める高い効果が得られる。また、入射光が上記フォトニック結晶を通過する際に、回折又は散乱するため、上記太陽電池は、上記光電変換層を通過する光の経路を増加させることができる。
【００１８】
これによって、上記太陽電池は、上記光電変換層における光の吸収率を向上させることができ、当該太陽電池における起電力量を増大させることができる。また、上記光電変換層における光の吸収率の向上により、当該光電変換層の薄型化も可能となる。さらに、上記太陽電池は、上記支持基板を備えているため、上記光電変換層の薄型化を行うことで当該太陽電池の形状が維持できなくなることを防ぐことができる。
【００１９】
なお、上記第１透明体は、空気のような透明の気体であっても、フォトニック結晶を構成することができるが、上記第１表面における反射率を低く抑え、入射光量をできるだけ稼ぐためには、固体の透明体が好ましい。これは、固体の透明体と光電変換層との間の屈折率差は、例えば空気と光電変換層との間の屈折率差より小さいため、上記第１表面における反射率を小さく抑えることができるからである。
【００２０】
また、上記太陽電池を電池として機能させるためには、太陽電池から電子の取り出しを行うことが必要である。また、電子の取り出しには、導電性を有する透明固体を、光電変換層の光の入射面及び入射面と反対の面の少なくとも何れかの面に形成することが好ましい。
【００２１】
前記特許文献１の構成では、光電変換層に透明導電層を成膜することなく、光電変換層に直接的に局所的な補助電極を取り付けているので、電子の収集効率が低いという問題が生ずることを付言しておく。
【００２２】
なお、上記第１透明体が固体の導電性透明体である場合には、当該第１透明体から電子の取り出しを行うことができるため、電子の取り出しに用いられる、当該第１透明体と異なる層を別途形成する必要がなく、上記太陽電池の構成をよりシンプルなものとすることができる。
【００２３】
また、本発明に係る太陽電池では、
(1)上記第１凹部または第１凸部は、上記第１表面に正方格子状に、１５０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下のピッチで配列され、
(2)上記第１凹部または第１凸部の形状は、直径６０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下を有する円柱状であり、
(3)上記第１凹部の深さ、または第１凸部の高さは、１００ｎｍ以上、上記光電変換層の厚み以下である、ことが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、フォトニック結晶を設けていない太陽電池と比較して、光の吸収率が、有意な効果といえる１．２倍以上に増大する。
【００２５】
これにより、従来の太陽電池より光の吸収率が高く、かつ、従来の太陽電池では達成しえない光電変換層の薄膜化（数１００ｎｍ程度）を実現することができる。
【００２６】
また、本発明の太陽電池の上記第１透明体は、上記第１表面の凹凸形状を被覆する第１透明導電膜であり、当該第１透明導電膜が、上記太陽電池における光の入射側の最外層になっている、ことが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、第１透明導電膜は、光電変換層の保護膜としての役割と、太陽電池に必要な２つの電極の一方としての役割とを兼ねることができる。また、第１透明導電膜が最外層なので、光が上記第１表面に到達するまでには、第１透明導電膜を通過するだけでよい。これにより、光の損失を小さくすることができ、光電変換層に対する入射光量を増やすために有利となる。
【００２８】
さらに、第１透明導電膜は固体なので、既に説明したように、上記第１表面における反射率を低く抑えるので、入射光量を増やすためにさらに有利である。
【００２９】
また、本発明の太陽電池では、上記光電変換層と上記支持基板との間に、金属電極層が設けられている、ことが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、上記フォトニック結晶を通過した光と、上記金属電極において反射した光との干渉効果により、フォトニック結晶と金属電極との間に光を閉じ込める効果を、増大させることができる。この結果、光電変換層による光の吸収率をさらに向上させることができ、当該太陽電池における起電力量を一層増大させることができる。
【００３１】
また、本発明の太陽電池では、
(1)上記第１透明体は、上記第１表面の凹凸形状を被覆する第１透明導電膜であり、
(2)当該第１透明導電膜が、上記支持基板に透明絶縁層を介して接合され、
(3)上記光電変換層の上記第１表面とは反対側の第２表面に、金属電極層が設けられている、ことが好ましい。
【００３２】
上記の構成によれば、支持基板から透明絶縁層および第１透明導電膜を経て、光電変換層に光が入射するように、太陽電池を構成することができる。支持基板を光の入射面とすることで、媒質として例えばシリコンなどが用いられる光電変換層を、支持基板、透明絶縁層、及び、第１透明導電膜によって保護することができるため、環境耐性に優れた太陽電池を形成することができる。
【００３３】
また、上記の構成によれば、光電変換層の片側の面に支持基板、透明絶縁層、及び、第１透明導電膜が製膜されるため、光電変換層のもう片側の面に支持基板、透明絶縁層、及び、第１透明導電膜の何れも形成する必要がない。これによって、光電変換層の取り扱いを容易にすることができる。
【００３４】
さらに、支持基板などが設けられた面と反対側の光電変換層の面に、金属電極層を製膜することができるので、金属電極層のパターニングに自由度を与えることができる。これによって、太陽電池セルを複数配置して配線した太陽電池モジュールの構成の自由度を高めることができる。これは、太陽電池セルの金属電極層のパターニングに自由度を与えることにより、太陽電池モジュールにおけるセルの配置に自由度を与えることができるためである。
【００３５】
太陽電池モジュールは、さらに、保護基板などが取り付けられていてもよい。なお、以降では、太陽電池セルを太陽電池パネルの１ユニットとも呼称し、太陽電池モジュールを太陽電池パネルとも呼称する。
【００３６】
また、本発明の太陽電池では、
(1)上記光電変換層を、上記第１透明導電膜とともに挟むように設けられた第２透明導電膜を備え、
(2)上記第１透明導電膜および第２透明導電膜の各屈折率は、上記光電変換層の屈折率より小さい、ことが好ましい。
【００３７】
上記の構成によれば、第１透明導電膜および第２透明導電膜の各屈折率は、光電変換層の屈折率よりも小さいので、高屈折率のコアを低屈折率のクラッドで被覆することで光を伝播させる光ファイバと同じ原理により、光電変換層を抜けて外部へと漏れ出ようとする光を閉じ込めることができる。したがって、光電変換層に光を閉じ込める効果がさらに増強される。
【００３８】
この結果、光電変換層による光の吸収率をさらに向上させることができ、当該太陽電池における起電力量を一層増大させることができる。
【００３９】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、
(1)光電変換ユニットと、
(2)上記光電変換ユニットを支持する支持基板とを備え、
(3)上記光電変換ユニットは、
(3-1)光を吸収して光電変換する光電変換層であって、光の入射側の第１表面に第１凹部が規則的に形成された光電変換層と、
(3-2)上記第１凹部を少なくとも満たす第１透明体とを含み、
(4)上記第１表面に形成された凹凸形状は、上記光電変換層と上記第１透明体との間での屈折率差に周期性を持たせたことによって、フォトニック結晶を構成しており、
(5)上記第１表面に上記第１凹部を複数設けたことにより、各第１凹部の周囲に残った第２凸部が、上記支持基板に接合され、
(6)上記光電変換層の上記第１表面とは反対側の第２表面に、陽電極および陰電極が形成されている、ことを特徴としている。
【００４０】
上記の構成によれば、凹凸形状が形成されフォトニック結晶を構成している第１表面が、第２凸部によって支持基板に接合されている。したがって、支持基板に入射した光は、支持基板を通過するだけで、フォトニック結晶に到達する。このため、光の損失を小さくすることができ、光電変換層に対する入射光量を増やすために有利である。
【００４１】
また、陽電極および陰電極が形成された光電変換層の第２表面と、支持基板との間に第１透明導電膜を設けなくても、第２表面側から電力を取り出すことができる。したがって、シンプルな構成で、しかも、前述したフォトニック結晶による光吸収率の向上の効果を得ることができる。
【００４２】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、
(1)光電変換ユニットと、
(2)上記光電変換ユニットを支持する支持基板とを備え、
(3)上記光電変換ユニットは、
(3-1)光を吸収して光電変換する光電変換層であって、光の入射側の第１表面に第１凹部が規則的に形成された光電変換層と、
(3-2)上記第１凹部を少なくとも満たす第１透明体とを含み、
(4)上記第１表面に形成された凹凸形状は、上記光電変換層と上記第１透明体との間での屈折率差に周期性を持たせたことによって、フォトニック結晶を構成しており、
(5)上記光電変換層の上記第１表面とは反対側の第２表面に、陽電極および陰電極が形成され、
(6)上記陽電極および上記陰電極が形成された上記第２表面が、透明絶縁層を介して上記支持基板に接合されている、ことを特徴としている。
【００４３】
上記の構成によれば、第２表面に陽電極および陰電極が形成されているため、第２表面側から電力を取り出すことができる。したがって、シンプルな構成で、しかも、前述したフォトニック結晶による光吸収率の向上の効果を得ることができる。
【００４４】
また、本発明に係る太陽電池では、
(1)上記第１凹部は、上記第１表面に正方格子状に、１５０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下のピッチで配列され、
(2)上記第１凹部の形状は、直径６０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下を有する円柱状であり、
(3)上記第１凹部の深さは、１００ｎｍ以上、上記光電変換層の厚み以下である、ことが好ましい。
【００４５】
上記の構成によれば、フォトニック結晶を設けていない太陽電池と比較して、光の吸収率が、有意な効果といえる１．２倍以上に増大する。
【００４６】
これにより、従来の太陽電池より光の吸収率が高く、かつ、従来の太陽電池では達成しえない光電変換層の薄膜化（数１００ｎｍ程度）を実現することができる。
【００４７】
上記いずれかの太陽電池を１ユニットとして、複数の上記ユニットが一次元的または二次元的に配列された太陽電池パネル、上記いずれかの太陽電池を電源として備えた装置、および上記太陽電池パネルを電源として備えた装置も、本発明の範疇に含まれる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明に係る太陽電池は、以上のように、光電変換ユニットと、上記光電変換ユニットを支持する支持基板とを備え、上記光電変換ユニットは、光を吸収して光電変換する光電変換層であって、光の入射側の第１表面に第１凹部または第１凸部が規則的に形成された光電変換層と、上記第１表面の上記第１凹部を少なくとも満たす第１透明体、または上記第１凸部を設けたことにより形成された第２凹部を少なくとも満たす第１透明体とを含み、上記第１表面に形成された凹凸形状は、上記光電変換層と上記第１透明体との間での屈折率差に周期性を持たせたことによって、フォトニック結晶を構成している、ことを特徴としている。
【００４９】
したがって、上記太陽電池は、上記光電変換層における光の吸収率を向上させることができ、当該太陽電池における起電力量を増大させることができる。また、上記光電変換層における光の吸収率の向上により、当該光電変換層の薄型化も可能となる。さらに、上記太陽電池は、上記支持基板を備えているため、上記光電変換層の薄型化を行うことで当該太陽電池の形状が維持できなくなることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽電池の全体構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る太陽電池におけるフォトニック結晶の構造の概略を示す上面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る太陽電池のフォトニック結晶による光の共振効果を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る太陽電池における、規格化周波数に対する電磁界の強度の特性を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る太陽電池における、光の波長に対する光吸収率の特性を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る太陽電池における、フォトニック結晶の高さに対する光吸収率の平均値の特性を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に係る太陽電池における、第１透明導電膜に形成された凸形状の半径に対する光吸収率の平均値の特性を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態に係る太陽電池における、光の波長に対する光吸収率の特性を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造工程を示す工程図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る太陽電池の全体構成を概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る太陽電池におけるフォトニック結晶の構造の概略を示す上面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の全体構成を概略的に示す断面図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の製造工程を示す工程図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の全体構成を概略的に示す断面図である。
【図１５】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の全体構成を概略的に示す断面図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池のフォトニック結晶による光の共振効果を示す図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の製造工程を示す工程図である。
【図１８】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の全体構成を概略的に示す断面図である。
【図１９】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池のフォトニック結晶による光の共振効果を示す図である。
【図２０】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の製造工程を示す工程図である。
【図２１】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の全体構成を概略的に示す断面図である。
【図２２】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池のフォトニック結晶による光の共振効果を示す図である。
【図２３】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽電池の製造工程を示す工程図である。
【図２４】本発明のさらに他の実施形態の変形例に係る太陽電池の全体構成を概略的に示す断面図である。
【図２５】従来技術における、太陽光の波長に対する太陽電池の光吸収率及び太陽光の放射照度の特性を示すグラフである。
【図２６】特許文献１に係る太陽電池の概要を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
＜実施形態１＞
本発明に係る太陽電池の一実施形態について、図１から図９を参照して以下に説明する。但し、本実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００５２】
〔太陽電池の構成〕
まず、本実施形態に係る太陽電池の構成例について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の太陽電池１の全体構成を概略的に示す断面図である。
【００５３】
図１に示すように、太陽電池１は、第１透明導電膜（第１透明体）１１、光電変換層１２、金属電極１３（金属電極層）、透明絶縁体層（透明絶縁層）１４、及び、支持基板１５を備えている。太陽電池１は、これらの構成により、入射した光を光電変換し、電流として利用することができる。
【００５４】
第１透明導電膜（ＴＣＯ；Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｉｎｇ  Ｏｘｉｄｅ）１１は、透明な導電膜であり、太陽光が入射される入射面として設けられている。また、第１透明導電膜１１は、光電変換層１２を覆うように形成され、図１に示すような凸部１６を有することによって、光電変換層１２と共に、後述するフォトニック結晶を構成している。なお、フォトニック結晶構造については、図面を変えて後述する。
【００５５】
また、第１透明導電膜１１は、光電変換層１２の媒質よりも屈折率が小さい媒質からなり、媒質としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ：インジウムスズオキシド）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ：インジウム亜鉛オキシド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどを挙げることができる。
【００５６】
光電変換層１２は、光を吸収して光電変換する半導体層であり、光の入射側の面（入射面）（第１表面）に、図１に示すような凸形状１７を有することによって、第１透明導電膜１１と共に、後述するフォトニック結晶を構成している。
【００５７】
また、光電変換層１２は、極性の異なる半導体層が隣接した構造を有しており、その構造は特に限定されないが、例えば、図１に示すような、ｐ型半導体層１２１とｎ型半導体層１２２とが隣接したｐｎ縦型構造を採用してもよい。また、光電変換層１２構造として、ｉ型半導体層（いわゆる真性半導体層、不図示）をｐ型半導体層１２１とｎ型半導体層１２２とで挟んだｐｉｎ縦型構造を採用することもできる。
【００５８】
なお、光電変換層１２の媒質としては、屈折率が３．０〜６．０程度である結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）を挙げることができるが、これに限定されるものではない。例えば、光電変換層１２の媒質として、屈折率が３．０〜４．０の程度である微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、及び、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ：高純度多結晶シリコン）を採用してもよい。
【００５９】
金属電極１３は、光電変換層１２の光入射面（前記第１表面）と反対側の面（第２表面）に配された層である。金属電極１３の材料としては、光反射率が高く、電気伝導度が大きな材料、例えば、Ａｇ、Ｍｏ、又は、Ａｌなどを選択できる。
【００６０】
第１透明導電膜１１を介して光電変換層１２に入射した光は、光電変換層にて電子と正孔とを発生させると共に、電子を価電子帯から導電帯へと励起することによって、吸収される。励起された電子は、第１透明導電膜１１及び金属電極１３を含む回路（不図示）を流れる電流となる。
【００６１】
なお、金属電極１３を、反射板としても機能させることができ、光電変換層１２で光電変換されず、透過してきた光を、光電変換層１２へと反射させることもできる。金属電極１３を、光電変換層１２の裏面（上記第２表面）の全面を覆って配することで、光電変換層１２を透過した光を確実に反射することができるので、より、光の吸収効率が高い太陽電池１を構成することができる。
【００６２】
透明絶縁体層１４は、平滑面を有し、親水性表面を有した透明な絶縁体からなる層であり、金属電極１３と支持基板１５とを接続すると共に絶縁している。なお、透明絶縁体層１４の媒質としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、及び、水晶基板などを挙げることができる。
【００６３】
支持基板１５は、太陽電池１の形状を維持するための基板である。なお、支持基板１５の材料としては、例えば、屈折率が１．５２程度のガラスを選択できる。
【００６４】
なお、太陽電池１は、第１透明導電膜１１と、金属電極１３とから、光電変換層１２において光電変換された電流を取り出すことによって、電池として機能する。
【００６５】
（太陽電池の各構成要素の配置）
太陽電池１は、図１に示すように、最下層（入射面と反対側の面）として支持基板１５を備え、その上に透明絶縁体層１４、金属電極１３、及び、光電変換層１２がこの順で積層されている。なお、光電変換層１２は、ｎ型半導体層１２２、及び、ｐ型半導体層１２１からなり、入射面と反対側の面からこの順で積層されている。
【００６６】
また、光電変換層１２の有するｐ型半導体層１２１の入射面には凹凸形状が形成されており、その凹凸形状を覆うようにして、第１透明導電膜１１が太陽電池１の入射面（最外層）として積層されている。
【００６７】
〔フォトニック結晶の構造〕
次に、フォトニック結晶について、図１及び図２を参照して説明する。図２は、図１に示すフォトニック結晶のＡ−Ｂ断面図であり、本実施形態に係る太陽電池１のフォトニック結晶の構造の概略を示す上面図である。
【００６８】
ここで、フォトニック結晶（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ）とは、屈折率が周期的に変化するナノ構造体である。
【００６９】
図１及び図２に示すように、本実施形態では、光電変換層１２（より正確には、光電変換層１２のｐ型半導体層１２１）の光入射面には、円柱状に形成された複数の凹部（孔）（第１凹部）が規則的に形成されている。換言すれば、光電変換層１２に、複数の凹部を規則的に形成した結果、隣り合う凹部同士の間が、凸形状１７となっている。
【００７０】
また、図１及び図２に示すように、光電変換層１２の有する上記凹部を少なくとも満たすように第１透明導電膜１１が形成されている。この結果、第１透明導電膜１１には、光電変換層１２の上記凹部を少なくとも満たすように、円柱状に形成された複数の凸部１６が形成されている。
【００７１】
なお、本実施形態では、光電変換層１２、及び、第１透明導電膜１１を含んで、光電変換ユニットが構成されている。
【００７２】
第１透明導電膜１１に形成された複数の凸部１６は、それぞれ、隣接する凸部１６との配置間隔（ピッチ）が等間隔になるよう、正方格子状に配置されている。すなわち、光電変換層１２に形成された複数の凹部が、それぞれ、隣接する凹分との配置間隔が等間隔になるよう、正方格子状に配置されている。なお、隣接する凸部１６同士の配置間隔の値を、格子定数ａ（ｎｍ）とも呼称する。
【００７３】
上述したように、第１透明導電膜１１に形成された複数の凸部１６は、第１透明導電膜１１と屈折率の異なる光電変換層１２の媒質内に周期的に配置されている。凸部１６がこのように配置されることにより、第１透明導電膜１１の屈折率と、光電変換層１２の屈折率との屈折率差が周期的に存在することになる。すなわち、第１透明導電膜１１に形成された複数の凸部１６と、光電変換層１２に形成された凸形状１７とによって、屈折率が周期的に変化するフォトニック結晶が構成される。
【００７４】
このように、本実施形態に係る太陽電池１では、光電変換層１２自体に凹部を形成しているため、光電変換層１２および隣接層としての第１透明導電膜１１の界面では、屈折率の異なる２種の材料のみが隣接してフォトニック結晶を構成している。
【００７５】
なお、本実施形態では、複数の凸部１６が円柱状に形成されている場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、複数の凸部１６は、三角柱状に形成されていてもよく、四角柱状に形成されていてもよい。また、凸部１６として、円錐台、三角錐台、四角錐台の形状を選択することもできる。
【００７６】
（フォトニックバンド構造）
上記のような構成を備えたフォトニック結晶には、フォトニックバンド構造が生成される。フォトニックバンド構造は、フォトニック結晶に対する光の入射方向と、後述する規格化周波数Ｖとの関係によって表される。
【００７７】
より具体的には、第１透明導電膜１１の媒質による低誘電バンドと、光電変換層１２の媒質による高誘電バンドとが生成される。なお、フォトニックバンド構造には、フォトニック結晶内で存在できない光の波長帯域として、低誘電バンドと高誘電バンドとに挟まれたフォトニックバンドギャップが含まれている。
【００７８】
（フォトニック結晶における光の閉じ込め効果）
次に、フォトニック結晶における共振効果について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に係る太陽電池１の有するフォトニック結晶による光の共振効果を示す図である。
【００７９】
第１透明導電膜１１の凸部１６、及び、光電変換層１２の凸形状１７によって形成されたフォトニック結晶は、図３の矢印Ａに示すように、入射光を面内方向に共振させることができる。つまり、フォトニック結晶全体が、面内方向にて共振する１つの大きな共振器として機能する。これによって、フォトニック結晶は、入射光をフォトニック結晶全体に閉じ込めることができる。
【００８０】
また、図３の矢印Ａに示すような、共振器として機能するフォトニック結晶の共振効果と、金属電極１３による光の反射効果との相互作用（すなわち、光電変換層６２への入射光と、金属電極１３による反射光との干渉効果）による光閉じ込めの効果によって、図３の矢印Ｂに示すように、光電変換層１２に入射された光は、フォトニック結晶と金属電極１３との間に閉じ込められることになる。また、入射光がフォトニック結晶を通過する際に、回折又は散乱するため、太陽電池１は、光電変換層１２を通過する光の経路を増加させることができる。
【００８１】
これによって、太陽電池１は、光電変換層１２における光の吸収率を向上させることができ、太陽電池１における起電力量を増大させることができる。
【００８２】
〔光吸収の最適条件〕
次に、本実施形態に係る太陽電池１における光吸収の最適条件について、図３から図８を参照して説明する。
【００８３】
図３に示すように、共振の大きさＱを決めるパラメータとして、フォトニック結晶の格子定数（ピッチ）をａ、第１透明導電膜１１に形成された凸部１６（言い換えると、光電変換層１２に形成された孔）の直径を２ｒ、凸部１６の高さをｄ、光電変換層１２の厚みをｈ、第１透明導電膜１１及び光電変換層１２の厚みをＬとする。なお、Ｌは、第１透明導電膜１１の光入射面から光電変換層１２の前記第２表面までの距離に相当する。
【００８４】
また、光電変換層１２の媒質である結晶シリコンの屈折率をｎｓ、第１透明導電膜１１の媒質の屈折率をｎｔ、結晶シリコンにおける、ある光の波長に対する吸収係数をαとする。
【００８５】
格子定数ａ、凸部１６の直径２ｒ、凸部１６の高さ（すなわち、フォトニック結晶の高さ）ｄ、第１透明導電膜１１及び光電変換層１２の厚みＬ、光電変換層１２の屈折率ｎｓ、及び、第１透明導電膜１１の屈折率ｎｔから、複数の光の波長に対する共振条件が決定され、波長ごとに共振の大きさＱを得ることができる。
【００８６】
また、ある光の波長において、上記のように得られた共振の大きさＱと、他のパラメータとしての結晶シリコンの吸収係数α及び光電変換層１２の高さｈとから、光吸収の大きさ（すなわち、光吸収率）Ｓを得ることができる。
【００８７】
ここで、光の波長をλとし、非線形関数をｆ及びｇで表すと、共振の大きさＱ、及び、光吸収率Ｓは、次式によって示すことができる。
【００８８】
Ｑ（λ）＝ｆ（ａ，ｒ，ｄ，Ｌ，ｎｓ（λ），ｎｔ（λ））
Ｓ（λ）＝ｇ（Ｑ（λ），α（λ），ｈ）
（格子定数の最適条件）
まず、格子定数の最適条件について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態に係る太陽電池１における、規格化周波数Ｖ（ａ／λ）に対する電磁界の相対強度（ａ．ｕ．）の特性を示すグラフである。図４の（ａ）は、０．０以上０．６以下の範囲の規格化周波数に対する電磁界の強度の特性を示すグラフであり、（ｂ）は、０．３以上０．５以下の範囲の規格化周波数に対する電磁界の強度の特性を拡大して示すグラフである。
【００８９】
ここでは、格子定数をａ（ｎｍ）として、光電変換層１２の厚みｈ＝３．３ａ（ｎｍ）、凸部１６の高さｄ＝０．５ａとした。
【００９０】
図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る太陽電池１の各規格化周波数に対する電磁界の強度を、シミュレーションにより得た。なお、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すグラフは、何れも、ＦＤＴＤ法（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  ｍｅｔｈｏｄ：有限差分時間領域法）を用いたシミュレーションにより得られた結果を示すものである。
【００９１】
このシミュレーションから、０．３以上０．５以下の規格化周波数Ｖにおいて、共振の大きさＱが比較的低く、吸収係数αによる最適条件とのマッチングが取りやすい規格化周波数Ｖとして、Ｖ＝０．３３３２５、及び、Ｖ＝０．４４７３９の値を得た。また、規格化周波数Ｖ（ａ／λ）は次式で表される。
【００９２】
規格化周波数Ｖ＝格子定数ａ（ｎｍ）／光の波長λ（ｎｍ）・・・式１
ここで、本実施形態の太陽電池１において、波長λ＝４５０ｎｍ、規格化周波数Ｖ＝０．３３３２５とすると、式１から、格子定数ａの最小値、ａ＝１５０ｎｍ（４５０×０．３３３２５＝１４９．９６２５≒１５０）が得られる。また、波長λ＝１２００ｎｍ、規格化周波数Ｖ＝０．４４７３９とすると、式１から、格子定数ａの最大値、ａ＝５４０ｎｍ（１２００×０．４４７３９＝５３６．８６８≒５４０）が得られる。
【００９３】
したがって、格子定数ａを１５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲に制限してフォトニック結晶を設計することにより、フォトニック結晶を用いない従来の太陽電池と比較して、光吸収率を向上させた太陽電池１を設計することができる。
【００９４】
なお、格子定数ａの値を変えずに、光の波長λの値を変化させることにより、規格化周波数Ｖの値を変えることができるため、規格化周波数Ｖの値の範囲に制限はない。
【００９５】
（フォトニック結晶の高さの最適条件）
次に、フォトニック結晶の高さ、すなわち、第１透明導電膜１１に形成された凸部１６（光電変換層１２に形成された孔）の高さ最適条件について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、本実施形態に係る太陽電池１における、光の波長に対する光吸収率の特性を示すグラフである。また、図６は、本実施形態に係る太陽電池１における、フォトニック結晶の高さに対する光吸収率の平均値の相対比率を示すグラフである。
【００９６】
図５において実線が示すグラフは、本実施形態に係る太陽電池１を、格子定数ａ＝５００ｎｍ、光電変換層１２の厚みｈ＝１．５μｍ、第１透明導電膜１１の厚みを４００ｎｍ、フォトニック結晶の高さ（凸部１６の高さ）ｄ＝１２５ｎｍ、凸部１６の直径２ｒ＝４００（０．８ａ）ｎｍとして設計した場合の光の波長λ（ｎｍ）に対する光吸収率の測定結果を示す。また、図５において破線が示すグラフは、フォトニック結晶を用いない従来の太陽電池における、光の波長に対する光吸収率の測定結果を示している。
【００９７】
図５に示すように、光の波長が５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の範囲において、本実施形態に係る太陽電池１の、各光の波長に対する光吸収率の平均値は、従来の太陽電池の光吸収率と比較して、約１．３６倍に上昇している。したがって、図５に示す結果によれば、太陽電池にフォトニック結晶を形成することによって、太陽電池における光吸収率（特に、長波長域における光吸収率）を向上させることができる。なお、ここでは、光の波長が５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の範囲である場合を例に挙げて説明したが、もちろん、前述の各パラメータを調整することによって、波長が５００ｎｍ未満、及び、１１００ｎｍより大きい範囲においても、同様の効果が得られる。
【００９８】
また、図６に示すグラフは、フォトニック結晶を用いない、すなわちｄ＝０とした従来の太陽電池における光吸収率の平均値を１．０とした場合の、フォトニック結晶の高さｄのそれぞれに対する太陽電池１の光吸収率の平均値の比較値を示している。太陽電池１の光吸収率の平均値の比較値（以降、単に「比較値」とも呼称する）は、次式で表される。なお、比較値は、従来技術の太陽電池における光吸収率に対する、本実施形態に係る太陽電池１における光吸収率の倍率を示している。
【００９９】
比較値＝（太陽電池１の光吸収率の平均値）／（従来の太陽電池の光吸収率の平均値）・・・式２
図６に示すように、フォトニック結晶の高さｄが高くなるにつれ、比較値は、単調増加する。また、図６に示すように、フォトニック結晶の高さｄを７５ｎｍとして太陽電池１を設計した場合に、比較値が１．２（すなわち、光吸収率が従来の太陽電池の１．２倍）となった。
【０１００】
ここで、従来の太陽電池の光吸収率に対し、１．２倍以上の光吸収率が得られれば、光電変換層１２を従来より薄くしても、太陽電池１においても従来の太陽電池と同等か、それ以上の光電効果を得ることができる。したがって、フォトニック結晶の高さｄを７５ｎｍ以上に設計することにより、従来の太陽電池より薄型で、かつ同等以上の光電効果を得ることができる。
【０１０１】
なお、図６に示すように、フォトニック結晶の高さｄが高くなればなるほど、光吸収率は高くなるため、光電変換層１２の厚み以下であれば、フォトニック結晶の高さに上限はない。
【０１０２】
（フォトニック結晶の孔の直径の最適条件）
次に、フォトニック結晶を構成するために第１透明導電膜１１に形成された凸部１６の直径（光電変換層１２に形成された孔の直径）の最適条件について、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態に係る太陽電池１における、第１透明導電膜１１に形成された凸部１６の半径に対する光吸収率の平均値の特性を示すグラフである。
【０１０３】
図７は、フォトニック結晶の高さ（凸部１６の高さ）をｄ＝１２５ｎｍとして太陽電池１を設計した場合の、凸部１６の半径に対する光吸収率の平均値の特性を示している。
【０１０４】
なお、図７の横軸に示す凸分１６の半径は、格子係数ａに対する比率で表されている。すなわち、横軸に示す半径が０．５０である場合、凸部１６の半径はｒ＝０．５０ａである。また、横軸に示す凸分１６の半径が格子係数ａに対する比率であるため、半径の値が０．５０（すなわち、直径が１．００）を超えると、隣接する凸部１６同士が重なりあうことになる（凸部１６の直径２ｒが、格子定数ａを超えてしまうため）。このため、図７には、凸部１６の半径が０．５０ａ以下である範囲についてのみ、示している。
【０１０５】
また、図７に示す凸部１６に対する光吸収率の平均値は、フォトニック結晶の高さｄには依存しない。また、凸部１６の半径の最適な条件は、図６に示すフォトニック結晶の高さに対する光吸収率の平均値の比較値が１．２以上を満たす場合に得られる。ここで、フォトニック結晶の高さがｄ＝２５０ｎｍであるとすると、図７に示す凸部１６の半径に対する光吸収率の平均値が、０．８以上である場合に、図６に示す比較値１．２以上を満たすことができる。このとき、光吸収率の平均値が０．８以上を満たす凸部１６の半径ｒの値は、図７に示すように、０．２０ａ以上０．５０ａ以下（すなわち、凸部１６の直径２ｒが０．４０ａ以上１．００ａ以下）であるため、半径ｒの値がこの範囲にあるとき、凸部１６の半径の最適な条件となる。
【０１０６】
なお、フォトニック結晶の高さがｄ＝２５０ｎｍより低い場合であっても、凸部１６の直径２ｒが０．４０ａ以上１．００ａ以下の範囲に、凸部１６の直径２ｒの最適値が存在する。
【０１０７】
上述したように、格子定数ａの最適条件が１５０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることから、凸部１６の半径の最小値はｒ＝３０ｎｍ（０．２０ａ＝０．２０×１５０ｎｍ＝３０ｎｍ）となり、最大値はｒ＝２７０ｎｍ（０．５０ａ＝０．５０×５４０ｎｍ＝２７０ｎｍ）となる。つまり、凸部１６の直径の最小値は２ｒ＝６０ｎｍとなり、最大値は２ｒ＝５４０ｎｍとなる。
【０１０８】
（光吸収率）
次に、上述のように太陽電池１を設計することによって得られた、太陽電池１における光吸収率について、図８を参照して説明する。図８は、本実施形態に係る太陽電池１における、光の波長に対する光吸収率の特性を示すグラフである。図８において一点鎖線で示す曲線は、厚さが４００μｍの従来の太陽電池における光吸収率を示し、破線で示す曲線は、厚さが５００ｎｍの従来の太陽電池における光吸収率を示している。また、図８において実線で示す曲線は、厚さが５００ｎｍの本実施形態に係る太陽電池１における光吸収率を示している。
【０１０９】
本実施形態に係る太陽電池１は、上述したように、第１透明導電膜１１の屈折率と光電変換層１２の屈折率との屈折率差が周期的に存在することにより、面内方向にブラッグ反射の効果を得ることができる。ここで、ブラッグ反射とは、フォトニック結晶に入射した光が、格子定数ａ及び光の波長λによって決まる特定の方向に反射を起こす現象をいう。
【０１１０】
本実施形態に係る太陽電池１は、第１透明導電膜１１に形成される凸部１６の配置間隔（格子定数ａ）、直径２ｒ、及び、高さｄを最適に設計することにより、光電変換層１２において入射光を共振させることができる。図８において実線で示すように、太陽電池１は、最適に設計することで、３００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の全ての波長領域において、約１．０の光吸収率を保つことができる。
【０１１１】
さらに、上述のように最適条件に基づいてフォトニック結晶を最適に設計し、太陽電池１の厚さを従来の太陽電池では形状を保つことができない程の厚さ（例えば、数百ｎｍ程度の厚さ）に抑えた場合であっても、支持基板１５を備えることによって、太陽電池１は、その形状を保つことができる。
【０１１２】
また、本実施形態に係る太陽電池１は、厚みを数百ｎｍに抑えても、フォトニック結晶による光吸収率の向上効果により、厚みが数百μｍの従来の太陽電池と同等以上の光電変換効率を実現することができる。
【０１１３】
〔太陽電池の製造工程〕
最後に、本実施形態に係る太陽電池１の製造工程について、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態に係る太陽電池１の製造工程を示す工程図である。なお、本実施形態では、第１透明導電膜１１の媒質がＳｎＯ２であり、光電変換層１２の媒質がｃ−Ｓｉ、金属電極１３の媒質がＡｌ、透明絶縁体層１４の媒質がＳｉＯ２である場合を例に挙げて説明するが、本発明はもちろんこれに限定されるものではない。
【０１１４】
まず、図９の（ａ）に示すように、ｃ−Ｓｉ層を形成し、ｐ型不純物をドープすることにより、ｐ型サブ半導体層１２１ａを形成する。なお、光の入射方向は、ｐ型サブ半導体層１２１ａの下面である。
【０１１５】
次に、図９の（ｂ）に示すように、ｐ型サブ半導体層１２１ａの上にｃ−Ｓｉを蒸着し、ｎ型不純物（例えば、リンなど）をドープ（注入）することにより、ｎ型半導体層１２２を形成し、ｐｎ接合された半導体層を形成する。
【０１１６】
続いて、図９の（ｃ）に示すように、水素を含むイオンビームを注入することで、ｐ型サブ半導体層１２１ａに、シリコンの結晶格子が部分的に切断された損傷層１２０を形成する。なお、損傷層１２０を境に、ｎ型半導体層１２２側のｐ型サブ半導体層１２１ａをｐ型サブ半導体層１２１ｂとし、ｎ型半導体層１２２と逆側のｐ型サブ半導体層１２１ａをｐ型サブ半導体層１２１ｃとする。
【０１１７】
その後、図９の（ｄ）に示すように、ｎ型半導体層１２２の上にＡｌを蒸着し、Ａｌ膜を形成することで金属電極１３を形成する。また、形成した金属電極１３の上にＳｉＯ２を蒸着して、透明絶縁体層１４を形成する。なお、形成した透明絶縁体層１４の表面に凹凸形状がある場合には、図９の（ｅ）に示すように、表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）により平坦化する。
【０１１８】
さらに、図９の（ｆ）に示すように、表面を平坦化した透明絶縁体層１４が下面になるように、上記（ａ）〜（ｅ）において形成した積層体を反転し、透明絶縁体層１４と支持基板１５とを接合する。なお、積層体を反転したため、光の入射面は積層体の半導体層側の面になる。
【０１１９】
次に、加熱した後、図９の（ｇ）に示すように、損傷層１２０を境にｐ型サブ半導体層１２１ｃとｐ型サブ半導体層１２１ｂとを劈開することにより、基板の最上層であるｐ型サブ半導体層１２１ｃを除去する（加熱処理によるウェハ除去）。このとき、図９の（ｃ）に示す工程において損傷層１２０が形成されているため、この損傷層１２０に沿ってｐ型サブ半導体層１２１ｃを除去することができる。
【０１２０】
また、図９の（ｈ）に示すように、ｐ型サブ半導体層１２１ｃをウェハ除去した後の表面（ｐ型サブ半導体層１２１ｂの表面）を改質（表面改質）すると共に、凹凸形状を平坦化することで、光電変換層１２のｐ型半導体層１２１を形成する。これにより、ｐ型半導体層１２１及びｎ型半導体層１２２を備えた光電変換層１２が得られる。
【０１２１】
なお、表面改質は、例えば、ＥＬＡ（エキシマレーザーアニーリング：Ｅｘｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）技術を用いてポリシリコン化させることによって行われる。
【０１２２】
続いて、図９の（ｉ）に示すように、ドライエッチングにより、平坦化されたｐ型半導体層１２１をさらに薄膜化すると共に、フォトニック結晶を構成するための孔をｐ型半導体層１２１に周期的に形成する（すなわち、凸形状１７を形成する）。なお、ドライエッチングの一例として、四フッ化炭素（ＣＦ４）をエッチングガスとする誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ‐Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を挙げることができる。もちろん、これに限定されるものではなく、エッチングガスとして、六フッ化硫黄（ＳＦ６）及び、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）などを採用してもよい。
【０１２３】
最後に、図９の（ｊ）に示すように、ドライエッチングによって凸形状１７が形成されたｐ型半導体層１２１の上にＳｎＯ２を蒸着することによって第１透明導電膜１１を形成する。上述のように、図９の（ａ）〜（ｊ）の製造工程を経ることにより、本実施形態に係る太陽電池１が完成する。
【０１２４】
なお、ｐ型半導体層１２１に周期的に形成された孔にＳｎＯ２が蒸着することによって、第１透明導電膜１１に複数の凸部１６が形成される。この第１透明導電膜１１に形成された複数の凸部１６と、ｐ型半導体層１２１に形成された凸形状１７とによって、フォトニック結晶が形成される。
【０１２５】
上述の構成によって、太陽電池１は、特に長波長における光の吸収率を高め、光電変換の効率を向上させることができると共に、薄型化（数百ｎｍ程度の厚さ）を実現することができる。さらに、太陽電池１は、支持基板１５を備えているため、光電変換層１２の薄型化を行うことで太陽電池１の形状が維持できなくなることを防ぐことができる。
【０１２６】
＜実施形態２＞
本発明の他の実施形態について、図１０及び図１１を参照して以下に説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１に係る構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、主に、実施形態１との相違点について説明するものとする。
【０１２７】
〔太陽電池の構成〕
まず、本実施形態に係る太陽電池の構成について、図１０を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係る太陽電池２の構成の概略を示す断面図である。
【０１２８】
本実施形態に係る太陽電池２は、図１０に示すように、第１透明導電膜（第１透明体）２１と、光電変換層２２とを備えており、第１透明導電膜２１及び光電変換層２２によってフォトニック結晶が形成されていること以外は、実施形態１に係る太陽電池１と同じ構成である。
【０１２９】
第１透明導電膜２１及び光電変換層２２の界面に形成された凹凸形状は、実施形態１の第１透明導電膜１１及び光電変換層１２の界面に形成された凹部と凸部とを反転した形状になっている。
【０１３０】
第１透明導電膜２１は、透明な導電膜であり、太陽光が入射される入射面として設けられている。また、第１透明導電膜２１は、光電変換層２２を覆うように形成され、図１０に示すような凸形状２６を有することによって、光電変換層２２と共に、後述するフォトニック結晶を構成している。
【０１３１】
光電変換層２２は、光を吸収して光電変換する半導体層であり、光の入射側の面（第１表面）に図１０に示すような凸部２７（第１凸部）が、二次元的かつ周期的に形成されている。これによって、第１透明導電膜２１と共に、後述するフォトニック結晶を構成している。
【０１３２】
また、光電変換層２２は、極性の異なる半導体層が隣接した構造を有しており、その構造は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、図１０に示すように、ｐ型半導体層２２１とｎ型半導体層２２２とが隣接したｐｎ縦型構造を採用している。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、光電変換層２２構造として、ｉ型半導体層（いわゆる真性半導体層、不図示）をｐ型半導体層２２１とｎ型半導体層２２２とで挟んだｐｉｎ縦型構造を採用することもできる。
【０１３３】
〔フォトニック結晶の構造〕
次に、フォトニック結晶について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１１は、図１０に示すフォトニック結晶のＡ−Ｂ断面図であり、本実施形態に係る太陽電池２のフォトニック結晶の構造の概略を示す上面図である。
【０１３４】
図１０及び図１１に示すように、本実施形態では、光電変換層２２（より正確には、光電変換層２２のｐ型半導体層２２１）の光の入射面には、円柱状に形成された複数の凸部２７が規則的に形成されている。換言すれば、光電変換層には、複数の凸部２７を設けたことにより、隣り合う凸部２７同士の間に、凹形状（第２凹部）が形成されている。
【０１３５】
また、図１０及び図１１に示すように、光電変換層２２の有する凹形状を少なくとも満たすように第１透明導電膜２１が形成されている。この結果として、上記第１透明導電膜２１に、上記凸形状２６が、上記凹形状に対応した相補的な形状を持って形成されている。
【０１３６】
光電変換層２２に形成された複数の凸部２７は、それぞれ、隣接する凸部２７との配置間隔（ピッチ）が等間隔になるよう、正方格子状に配置されている。なお、隣接する凸部２７同士の配置間隔の値を、格子定数ａ（ｎｍ）とも呼称する。
【０１３７】
上述したように、光電変換層２２に形成された複数の凸部２７は、屈折率の異なる第１透明導電膜２１の媒質内に周期的に配置されている。凸部２７がこのように配置されることにより、第１透明導電膜２１の屈折率と、光電変換層２２の屈折率との屈折率差が存在することになる。すなわち、第１透明導電膜２１に形成された凸形状２６と、光電変換層２２に形成された複数の凸部２７とによって、屈折率が周期的に変化するフォトニック結晶が構成される。
【０１３８】
このように、本実施形態に係る太陽電池２では、光電変換層２２自体に凸部２７を形成し、凸部２７の周囲を第１透明導電膜２１で覆っているため、光電変換層２２および隣接層としての第１透明導電膜２１の界面では、屈折率の異なる２種の材料のみが隣接してフォトニック結晶を構成している。
【０１３９】
なお、本実施形態では、複数の凸部２７が円柱状に形成されている場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、複数の凸部２７は、三角柱状に形成されていてもよく、四角柱状に形成されていてもよい。また、凸部２７として、円錐台、三角錐台、四角錐台の形状を選択することもできる。
【０１４０】
〔太陽電池の製造工程〕
最後に、本実施形態に係る太陽電池２の製造工程について説明する。なお、本実施形態に係る太陽電池２の製造工程は、図９（ｉ）及び（ｊ）に示す工程における処理が異なること以外は、実施形態１の太陽電池１の製造工程と同じである。
【０１４１】
太陽電池２の製造工程においては、図９（ｉ）に示すように、ドライエッチングにより、平坦化されたｐ型半導体層２２１をさらに薄膜化した後、孔をｐ型半導体層２２１に周期的に形成する代わりに、フォトニック結晶を構成するための凸部２７を周期的に形成する。
【０１４２】
最後に、ドライエッチングによって複数の凸部２７が形成されたｐ型半導体層２２１の上にＳｎＯ２を蒸着することによって第１透明導電膜２１を形成する。このように、第１透明導電膜２１に形成された凸形状２６と、光電変換層２２に形成された凸部２７とにより、フォトニック結晶が形成される。
【０１４３】
上述の構成によって、太陽電池２は、特に長波長における光の吸収率を高め、光電変換の効率を向上させることができると共に、薄型化（数百ｎｍ程度の厚さ）を実現することができる。さらに、太陽電池２は、支持基板１５を備えているため、光電変換層２２の薄型化を行うことで太陽電池２の形状が維持できなくなることを防ぐことができる。
【０１４４】
＜実施形態３＞
本発明のさらに他の実施形態について、図１２及び図１３を参照して以下に説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１に係る構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、主に、実施形態１との相違点について説明するものとする。
【０１４５】
〔太陽電池の構成〕
まず、本実施形態に係る太陽電池の構成について、図１２を参照して説明する。図１２は、本実施形態に係る太陽電池３の全体構成を概略的に示す断面図である。
【０１４６】
図１２に示すように、本実施形態に係る太陽電池３は、光電変換層１２と金属電極１３との間に第２透明導電膜（第２透明体）３８を備えていること以外は、実施形態１の太陽電池１と同じ構成である。
【０１４７】
第２透明導電膜３８は、透明な導電膜であり、光電変換層１２と、金属電極１３とに挟まれるように形成されている。また、第２透明導電膜３８は、光電変換層１２の媒質よりも屈折率が小さい媒質からなり、媒質としては、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどを挙げることができる。
【０１４８】
なお、本実施形態に係る太陽電池３の有するフォトニック結晶の構造は、図２に示す実施形態１に係る太陽電池１の有するフォトニック結晶の構造と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０１４９】
〔太陽電池の製造工程〕
最後に、本実施形態に係る太陽電池３の製造工程について、図１３を参照して説明する。図１３は、本実施形態に係る太陽電池３の製造工程を示す工程図である。なお、本実施形態では、第１透明導電膜１１、及び、第２透明導電膜３８の媒質がＳｎＯ２であり、光電変換層１２の媒質がｃ−Ｓｉ、金属電極１３の媒質がＡｌ、透明絶縁体層１４の媒質がＳｉＯ２である場合を例に挙げて説明するが、本発明はもちろんこれに限定されるものではない。
【０１５０】
なお、図１３に示す、本実施形態に係る太陽電池３の製造工程は、（ｄ）及び（ｅ）に示す工程が異なること以外は、図９に示す実施形態１に係る太陽電池１の各製造工程と同じである。
【０１５１】
図１３（ｄ）に示すように、ｎ型半導体層１２２の上にＳｎＯ２を蒸着して、第２透明導電膜３８を形成する。続いて、形成した第２透明導電膜３８の上にＡｌを蒸着し、Ａｌ膜を形成することで金属電極１３を形成し、形成した金属電極１３の上にＳｉＯ２を蒸着して、透明絶縁体層１４を形成する。なお、形成した透明絶縁体層１４の表面に凹凸形状がある場合には、図１３（ｅ）に示すように、表面をＣＭＰにより平坦化する。
【０１５２】
このように、図１３（ａ）〜（ｊ）の製造工程を経ることにより、本実施形態に係る太陽電池３が完成する。
【０１５３】
なお、ｐ型半導体層１２１（ｐ型サブ半導体層１２１ｃをウェハ除去し、平坦化されたｐ型サブ半導体層１２１ｂ）に周期的に形成された孔にＳｎＯ２が蒸着することによって、第１透明導電膜１１に複数の凸部１６が形成される。この第１透明導電膜１１に形成された複数の凸部１６と、ｐ型半導体層１２１に形成された凸形状１７とによって、フォトニック結晶が形成される。
【０１５４】
上述の構成によって、太陽電池３は、特に長波長における光の吸収率を高め、光電変換の効率を向上させることができると共に、薄型化（数百ｎｍ程度の厚さ）を実現することができる。さらに、太陽電池３は、支持基板１５を備えているため、光電変換層１２の薄型化を行うことで太陽電池２の形状が維持できなくなることを防ぐことができる。
【０１５５】
また、上述の構成によれば、第１透明導電膜１１および第２透明導電膜３８の各屈折率は、光電変換層１２の屈折率よりも小さいので、高屈折率のコアを低屈折率のクラッドで被覆することで光を伝播させる光ファイバと同じ原理により、光電変換層１２を抜けて外部へと漏れ出ようとする光を閉じ込めることができる。したがって、光電変換層１２に光を閉じ込める効果がさらに増強される。
【０１５６】
この結果、光電変換層１２による光の吸収率をさらに向上させることができ、太陽電池３における起電力量を一層増大させることができる。
【０１５７】
＜実施形態４＞
本発明の他の実施形態について、図１４を参照して以下に説明する。図１４は、本実施形態に係る太陽電池４の構成の概略を示す断面図である。なお、説明の便宜上、実施形態１から３に係る構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、主に、実施形態１から３との相違点について説明するものとする。
【０１５８】
〔太陽電池の構成〕
本実施形態に係る太陽電池４は、図１４に示すように、第１透明導電膜２１と、光電変換層２２とを備え、第１透明導電膜２１及び光電変換層２２によってフォトニック結晶が形成されていること、及び、光電変換層２２と金属電極１３との間に第２透明導電膜（第２透明導電膜）３８を備えていること以外は、実施形態１に係る太陽電池１と同じ構成である。
【０１５９】
第１透明導電膜２１は、複数の凸部２７が二次元的かつ周期的に形成された光電変換層２２を覆うように形成され、第１透明導電膜２１の凸形状２６と光電変換層２２の凸部２７との周期構造によって、フォトニック結晶を構成している。
【０１６０】
第２透明導電膜３８は、透明な導電膜であり、光電変換層１２と、金属電極１３とに挟まれるように形成されている。また、第２透明導電膜３８は、光電変換層１２の媒質よりも屈折率が小さい媒質からなり、媒質としては、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどを挙げることができる。
【０１６１】
なお、本実施形態に係る太陽電池４の有するフォトニック結晶の構造は、図１１に示す実施形態２に係る太陽電池２の有するフォトニック結晶の構造と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０１６２】
〔太陽電池の製造工程〕
本実施形態に係る太陽電池２の製造工程は、図１３（ｉ）及び（ｊ）に示す工程における処理が異なること以外は、実施形態３の太陽電池３の製造工程と同じである。
【０１６３】
太陽電池３の製造工程においては、図１３（ｉ）に示すように、ドライエッチングにより、平坦化されたｐ型半導体層２２１をさらに薄膜化した後、孔をｐ型半導体層２２１に周期的に形成する代わりに、フォトニック結晶を構成するための凸部２７を周期的に形成する。
【０１６４】
最後に、ドライエッチングによって複数の凸部２７が形成されたｐ型半導体層２２１の上にＳｎＯ２を蒸着することによって第１透明導電膜２１を形成する。このように、第１透明導電膜２１に形成された凸形状２６と、光電変換層２２に形成された凸部２７とにより、フォトニック結晶が形成される。
【０１６５】
上述の構成によって、太陽電池４は、特に長波長における光の吸収率を高め、光電変換の効率を向上させることができると共に、薄型化（数百ｎｍ程度の厚さ）を実現することができる。さらに、太陽電池４は、支持基板１５を備えているため、光電変換層２２の薄型化を行うことで太陽電池４の形状が維持できなくなることを防ぐことができる。
【０１６６】
また、上述の構成によれば、第１透明導電膜２１および第２透明導電膜３８の各屈折率は、光電変換層２２の屈折率よりも小さいので、高屈折率のコアを低屈折率のクラッドで被覆することで光を伝播させる光ファイバと同じ原理により、光電変換層２２を抜けて外部へと漏れ出ようとする光を閉じ込めることができる。したがって、光電変換層２２に光を閉じ込める効果がさらに増強される。
【０１６７】
この結果、光電変換層２２による光の吸収率をさらに向上させることができ、太陽電池４における起電力量を一層増大させることができる。
【０１６８】
＜実施形態５＞
本発明のさらに他の実施形態について、図１５から図１７を参照して以下に説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１に係る構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、主に、実施形態１との相違点について説明するものとする。
【０１６９】
〔太陽電池の構成〕
まず、本実施形態に係る太陽電池の構成について、図１５を参照して説明する。図１５は、本実施形態に係る太陽電池５の全体構成を概略的に示す断面図である。
【０１７０】
本実施形態に係る太陽電池５は、図１５に示すように、金属電極（金属電極層）１３、透明絶縁体層１４、支持基板１５、第１透明導電膜（第１透明体）５１、及び、光電変換層５２を備えている。なお、本実施形態に係る太陽電池５は、光の入射方向が支持基板１５側である。
【０１７１】
第１透明導電膜５１は、透明な導電膜であり、光電変換層５２の太陽光が入射される入射面側を覆うように設けられている。また、第１透明導電膜５１は、図１５に示すような複数の凸部５６を周期的に有することによって、光電変換層５２と共に、フォトニック結晶を構成している。また、第１透明導電膜１１は、光電変換層１２の媒質よりも屈折率が小さい媒質であることが好ましい。
【０１７２】
光電変換層５２は、光を吸収して光電変換する半導体層であり、図１５に示すような凸形状５７を有することによって、第１透明導電膜５１と共に、フォトニック結晶を構成している。なお、凸形状５７は、上記凸部５６と相補的な形状の孔が光電変換層５２に複数形成された結果として、形成されている。
【０１７３】
また、光電変換層５２は、極性の異なる半導体層が隣接した構造を有しており、その構造は特に限定されないが、例えば、図１５に示すような、ｐ型半導体層５２１とｎ型半導体層５２２とが隣接したｐｎ縦型構造を採用してもよい。また、光電変換層５２構造として、ｉ型半導体層（いわゆる真性半導体層、不図示）をｐ型半導体層５２１とｎ型半導体層５２２とで挟んだｐｉｎ縦型構造を採用することもできる。
【０１７４】
なお、本実施形態に係る太陽電池５は、凸形状５７を有する光電変換層５２がｎ型半導体層５２２であり、光電変換層５２のｎ型半導体層５２２と、第１透明導電膜５１とにより、フォトニック結晶を構成している。
【０１７５】
このように、本実施形態に係る太陽電池５では、光電変換層５２自体に凹部を形成しているため、光電変換層５２および隣接層としての第１透明導電膜５１の界面では、屈折率の異なる２種の材料のみが隣接してフォトニック結晶を構成している。
【０１７６】
（太陽電池の各構成要素の配置）
太陽電池５は、図１５に示すように、最下層（入射面と反対側の面）として金属電極１３を備え、その上に光電変換層５２が積層されている。なお、光電変換層５２は、ｐ型半導体層５２１、及び、ｎ型半導体層５２２からなり、入射面と反対側の面からこの順で積層されている。
【０１７７】
また、光電変換層５２の有するｎ型半導体層５２２には凹凸形状が形成されており、その凹凸形状を覆うようにして第１透明導電膜５１が形成され、その上に透明絶縁体層１４が積層されている。さらに、透明絶縁体層１４の上に、支持基板１５が太陽電池５の最上層（入射面）として積層されている。
【０１７８】
〔フォトニック結晶における光の閉じ込め効果〕
次に、フォトニック結晶における共振効果について、図１６を参照して説明する。図１６は、本実施形態に係る太陽電池５の有するフォトニック結晶による光の共振効果を示す図である。
【０１７９】
第１透明導電膜５１の凸部５６、及び、光電変換層５２の凸形状５７によって形成されたフォトニック結晶は、図１６の矢印Ａに示すように、入射光を面内方向に共振させることができる。つまり、フォトニック結晶全体が、面内方向にて共振する１つの大きな共振器として機能する。これによって、フォトニック結晶は、入射光をフォトニック結晶全体に閉じ込めることができる。
【０１８０】
また、図１６の矢印Ａに示すような、共振器として機能するフォトニック結晶の共振効果と、金属電極１３による光の反射効果との相互作用（すなわち、光電変換層５２への入射光と、金属電極１３による反射光との干渉効果）による光閉じ込めの効果によって、図１６の矢印Ｂに示すように、光電変換層５２に入射された光は、フォトニック結晶と金属電極５３との間に閉じ込められることになる。また、入射光がフォトニック結晶を通過する際に、回折又は散乱するため、太陽電池５は、光電変換層５２を通過する光の経路を増加させることができる。
【０１８１】
これによって、太陽電池５は、光電変換層５２における光の吸収率を向上させることができ、太陽電池５における起電力量を増大させることができる。また、光電変換層５２における光の吸収率の向上により、光電変換層５２の薄型化も可能となる。さらに、太陽電池５は、支持基板１５を備えているため、光電変換層５２の薄型化を行うことで太陽電池５の形状が維持できなくなることを防ぐことができる。
【０１８２】
〔共振の大きさ及び光吸収率〕
さらに、図１６を参照して、本実施形態に係る太陽電池５における光吸収率について説明する。
【０１８３】
図１６に示すように、フォトニック結晶の格子定数（ピッチ）をａ、第１透明導電膜５１に形成された凸部５６（すなわち、光電変換層５２に形成された孔）の直径を２ｒ、凸形状５６（孔）の高さをｄ、光電変換層５２の高さをｈ、光電変換層５２から支持基板１５までの高さをＬＳとする。また、光電変換層５２の媒質である結晶シリコンの屈折率をｎｓ、第１透明導電膜５１の媒質の屈折率をｎｔ、透明絶縁体層１４の媒質の屈折率をｎＳｉＯ２、支持基板１５の媒質の屈折率をｎＧｌａｓｓ、結晶シリコンにおける、ある光の波長に対する吸収係数をαとする。
【０１８４】
上記のパラメータから、複数の光の波長に対する共振条件が決定され、波長ごとに共振の大きさＱを得ることができる。また、ある光の波長において、上記のように得られた共振の大きさＱ、結晶シリコンの吸収係数α、及び、光電変換層５２の高さｈから、光吸収の大きさ（すなわち、光吸収率）Ｓを得ることができる。
【０１８５】
ここで、光の波長をλとし、非線形関数をｆ及びｇで表すと、共振の大きさＱ、及び、光吸収率Ｓは、次式によって示すことができる。
【０１８６】
Ｑ（λ）＝ｆ（ａ，ｒ，ｄ，ＬＳ，ｎｓ（λ），ｎｔ（λ），ｎＳｉＯ２（λ），ｎＧｌａｓｓ（λ））
Ｓ（λ）＝ｇ（Ｑ（λ），α（λ），ｈ）
〔太陽電池の製造工程〕
最後に、本実施形態に係る太陽電池５の製造工程について、図１７を参照して説明する。図１７は、本実施形態に係る太陽電池５の製造工程を示す工程図である。なお、本実施形態では、第１透明導電膜５１の媒質がＳｎＯ２であり、光電変換層５２の媒質がｃ−Ｓｉ、金属電極１３の媒質がＡｌ、透明絶縁体層１４の媒質がＳｉＯ２である場合を例に挙げて説明するが、本発明はもちろんこれに限定されるものではない。
【０１８７】
まず、図１７の（ａ）に示すように、ｃ−Ｓｉ層を形成し、ｐ型不純物をドープすることにより、ｐ型サブ半導体層５２１ａを形成する。次に、ｐ型サブ半導体層５２１ａの上にｃ−Ｓｉを蒸着し、ｎ型不純物（例えば、リンなど）をドープ（注入）することにより、ｎ型半導体層５２２を形成し、ｐｎ接合された半導体層を形成する。なお、光の入射方向は、ｎ型半導体層５２２側である。
【０１８８】
次に、図１７の（ｂ）に示すように、水素を含むイオンビームを注入することで、ｐ型サブ半導体層５２１ａに、シリコンの結晶格子が部分的に切断された損傷層１２０を形成する。なお、損傷層１２０を境に、ｎ型半導体層１２２側のｐ型サブ半導体層５２１ａをｐ型サブ半導体層１２１ｂとし、ｎ型半導体層と逆側のｐ型サブ半導体層１２１ａをｐ型サブ半導体層１２１ｃとする。
【０１８９】
続いて、図１７の（ｃ）に示すように、ドライエッチングにより、ｎ型半導体層５２２にフォトニック結晶を構成するための孔を周期的に形成する（すなわち、凸形状５７を形成する）。なお、ドライエッチングの一例として、四フッ化炭素（ＣＦ４）をエッチングガスとする誘導結合型反応性イオンエッチングを挙げることができる。もちろん、これに限定されるものではなく、エッチングガスとして、六フッ化硫黄（ＳＦ６）及び、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）などを採用してもよい。
【０１９０】
その後、図１７の（ｄ）に示すように、ドライエッチングによって凸形状５７が形成されたｎ型半導体層５２２の上にＳｎＯ２を蒸着することによって第１透明導電膜５１を形成する。また、形成した第１透明導電膜５１の上にＳｉＯ２を蒸着して、透明絶縁体層１４を形成する。なお、形成した透明絶縁体層１４の表面に凹凸形状がある場合には、図１７の（ｅ）に示すように、表面をＣＭＰにより平坦化する。
【０１９１】
さらに、図１７の（ｆ）に示すように、表面を平坦化した透明絶縁体層１４が下面になるように、上記（ａ）〜（ｅ）において形成した積層体を反転し、透明絶縁体層１４と支持基板１５とを接合する。なお、積層体を反転したため、光の入射面は積層体の支持基板１５側の面になる。
【０１９２】
次に、加熱した後、図１７の（ｇ）に示すように、損傷層１２０を境にｐ型サブ半導体層５２１ｃとｐ型サブ半導体層５２１ｂとを劈開することにより、基板の最上層であるｐ型サブ半導体層５２１ｃを除去する（加熱処理によるウェハ除去）。このとき、図１７の（ｂ）に示す工程において損傷層１２０が形成されているため、この損傷層１２０に沿ってｐ型サブ半導体層５２１ｃを除去することができる。
【０１９３】
また、図１７の（ｈ）に示すように、ｐ型サブ半導体層５２１ｃをウェハ除去した後の表面（ｐ型サブ半導体層５２１ｂの表面）を改質すると共に、凹凸形状を平坦化することで、光電変換層５２のｐ型半導体層５２１を形成する。
【０１９４】
最後に、図１７の（ｉ）に示すように、ｐ型半導体層５２１の上にＡｌを蒸着し、Ａｌ膜を形成することで金属電極１３を形成する。上述のように、図１７の（ａ）〜（ｉ）の製造工程を経ることにより、本実施形態に係る太陽電池５が完成する。
【０１９５】
なお、ｎ型半導体層５２２に周期的に形成された孔にＳｎＯ２が蒸着することによって、第１透明導電膜５１に複数の凸部５６が形成される。この第１透明導電膜５１に形成された複数の凸部５６と、ｎ型半導体層５２２に形成された凸形状５７とによって、フォトニック結晶が形成される。
【０１９６】
上述の構成によって、太陽電池５は、特に長波長における光の吸収率を高め、光電変換の効率を向上させることができると共に、薄型化（数百ｎｍ程度の厚さ）を実現することができる。さらに、太陽電池５は、支持基板１５を備えているため、光電変換層５２の薄型化を行うことで太陽電池５の形状が維持できなくなることを防ぐことができる。
【０１９７】
また、支持基板１５の表面を光の入射面とすることで、光電変換層５２を、支持基板１５、透明絶縁体層１４、及び、第１透明導電膜５１によって保護することができるため、環境耐性に優れた太陽電池を形成することができる。
【０１９８】
また、上述の構成によれば、光電変換層５２の片側の面に支持基板１５、透明絶縁体層１４、及び、第１透明導電膜５１が製膜されるため、光電変換層５２のもう片側の面に支持基板１５、透明絶縁体層１４、及び、第１透明導電膜５１の何れも形成する必要がない。これによって、光電変換層５２の取り扱いを容易にすることができる。
【０１９９】
さらに、支持基板１５などが設けられた面と反対側の光電変換層５２の面に、金属電極１３を製膜することができるので、金属電極１３のパターニングに自由度を与えることができる。これによって、セルの構成をより効率よく構成することができる。
【０２００】
＜実施形態６＞
本発明のさらに他の実施形態について、図１８から図２０を参照して以下に説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１又は５に係る構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、主に、実施形態１又は５との相違点について説明するものとする。
【０２０１】
〔太陽電池の構成〕
まず、本実施形態に係る太陽電池の構成について、図１８を参照して説明する。図１８は、本実施形態に係る太陽電池６の全体構成を概略的に示す断面図である。
【０２０２】
図１８に示すように、本実施形態に係る太陽電池６は、光電変換層５２と金属電極１３との間に第２透明導電膜（第２透明導電膜）６８を備えていること以外は、実施形態５に係る太陽電池５と同じ構成である。
【０２０３】
第２透明導電膜６８は、透明な導電膜であり、光電変換層５２と、金属電極１３とに挟まれるように形成されている。また、第２透明導電膜６８は、光電変換層５２の媒質よりも屈折率が小さい媒質からなり、媒質としては、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどを挙げることができる。
【０２０４】
なお、本実施形態に係る太陽電池６の有するフォトニック結晶の構造は、図２に示す実施形態１に係る太陽電池１の有するフォトニック結晶の構造と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０２０５】
〔フォトニック結晶における光の閉じ込め効果〕
次に、フォトニック結晶における共振効果について、図１９を参照して説明する。図１９は、本実施形態に係る太陽電池６の有するフォトニック結晶による光の共振効果を示す図である。
【０２０６】
第１透明導電膜５１の凸形状５６、及び、光電変換層５２の凸形状５７によって形成されたフォトニック結晶は、図１９の矢印Ａに示すように、入射光を面内方向に共振させることができる。つまり、フォトニック結晶全体が、面内方向にて共振する１つの大きな共振器として機能する。これによって、フォトニック結晶は、入射光をフォトニック結晶全体に閉じ込めることができる。
【０２０７】
また、図１９の矢印Ａに示すような、共振器として機能するフォトニック結晶の共振効果と、金属電極１３による光の反射効果との相互作用（すなわち、光電変換層５２への入射光と、金属電極１３による反射光との干渉効果）による光閉じ込めの効果によって、図１９の矢印Ｂに示すように、光電変換層５２に入射された光は、フォトニック結晶と金属電極５３との間に閉じ込められることになる。また、入射光がフォトニック結晶を通過する際に、回折又は散乱するため、太陽電池５は、光電変換層５２を通過する光の経路を増加させることができる。
【０２０８】
これによって、太陽電池６は、光電変換層５２における光の吸収率を向上させることができ、太陽電池６における起電力量を増大させることができる。また、光電変換層５２における光の吸収率の向上により、光電変換層６２の薄型化も可能となる。さらに、太陽電池６は、支持基板１５を備えているため、光電変換層５２の薄型化を行うことで太陽電池６の形状が維持できなくなることを防ぐことができる。
【０２０９】
〔共振の大きさ及び光吸収率〕
さらに、図１９を参照して、本実施形態に係る太陽電池６における光吸収率について説明する。
【０２１０】
図１９に示すように、フォトニック結晶の格子定数（ピッチ）をａ、第１透明導電膜５１に形成された凸部５６（すなわち、光電変換層５２に形成された孔）の直径を２ｒ、凸部５６（孔）の高さをｄ、光電変換層５２の高さをｈ、光電変換層５２から支持基板１５までの高さをＬＳ２とする。また、光電変換層５２の媒質である結晶シリコンの屈折率をｎｓ、第１透明導電膜５１の媒質の屈折率をｎｔ、透明絶縁体層１４の媒質の屈折率をｎＳｉＯ２、支持基板１５の媒質の屈折率をｎＧｌａｓｓ、結晶シリコンにおける、ある光の波長に対する吸収係数をαとする。
【０２１１】
上記のパラメータから、複数の光の波長に対する共振条件が決定され、波長ごとに共振の大きさＱを得ることができる。また、ある光の波長において、上記のように得られた共振の大きさＱ、結晶シリコンの吸収係数α、及び、光電変換層５２の高さｈから、光吸収の大きさ（すなわち、光吸収率）Ｓを得ることができる。
【０２１２】
ここで、光の波長をλとし、非線形関数をｆ及びｇで表すと、共振の大きさＱ、及び、光吸収率Ｓは、次式によって示すことができる。
【０２１３】
Ｑ（λ）＝ｆ（ａ，ｒ，ｄ，ＬＳ２，ｎｓ（λ），ｎｔ（λ），ｎＳｉＯ２（λ），ｎＧｌａｓｓ（λ））
Ｓ（λ）＝ｇ（Ｑ（λ），α（λ），ｈ）
〔太陽電池の製造工程〕
最後に、本実施形態に係る太陽電池６の製造工程について、図２０を参照して説明する。図２０は、本実施形態に係る太陽電池６の製造工程を示す工程図である。なお、本実施形態では、第１透明導電膜５１、及び、第２透明導電膜６８の媒質がＳｎＯ２であり、光電変換層５２の媒質がｃ−Ｓｉ、金属電極１３の媒質がＡｌ、透明絶縁体層１４の媒質がＳｉＯ２である場合を例に挙げて説明するが、本発明はもちろんこれに限定されるものではない。
【０２１４】
なお、図２０に示す、本実施形態に係る太陽電池６の製造工程は、（ｉ）に示す工程が異なること以外は、図１７に示す実施形態５に係る太陽電池５の各製造工程と同じであるため、（ｉ）に示す工程以外の工程については、ここでは説明を省略する。
【０２１５】
図２０の（ｉ）に示すように、平坦化されたｐ型半導体層５２１の上にＳｎＯ２を蒸着して、第２透明導電膜６８を形成する。続いて、形成した第２透明導電膜６８の上にＡｌを蒸着し、Ａｌ膜を形成することで金属電極１３を形成する。
【０２１６】
このように、図２０の（ａ）〜（ｉ）の製造工程を経ることにより、本実施形態に係る太陽電池６が完成する。
【０２１７】
上述の構成によって、太陽電池６は、特に長波長における光の吸収率を高め、光電変換の効率を向上させることができると共に、薄型化（数百ｎｍ程度の厚さ）を実現することができる。さらに、太陽電池６は、支持基板１５を備えているため、光電変換層５２の薄型化を行うことで太陽電池６の形状が維持できなくなることを防ぐことができる。
【０２１８】
また、上述の構成によれば、第１透明導電膜５１および第２透明導電膜６８の各屈折率は、光電変換層５２の屈折率よりも小さいので、高屈折率のコアを低屈折率のクラッドで被覆することで光を伝播させる光ファイバと同じ原理により、光電変換層５２を抜けて外部へと漏れ出ようとする光を閉じ込めることができる。したがって、光電変換層５２に光を閉じ込める効果がさらに増強される。
【０２１９】
この結果、光電変換層５２による光の吸収率をさらに向上させることができ、太陽電池６における起電力量を一層増大させることができる。
【０２２０】
また、支持基板１５の表面を光の入射面とすることで、光電変換層５２を、支持基板１５、透明絶縁体層１４、及び、第１透明導電膜５１によって保護することができるため、環境耐性に優れた太陽電池を形成することができる。
【０２２１】
また、上述の構成によれば、光電変換層５２の片側の面に支持基板１５、透明絶縁体層１４、第１透明導電膜５１、及び、第２透明導電膜６８が製膜されるため、光電変換層５２のもう片側の面に支持基板１５、透明絶縁体層１４、第１透明導電膜５１、及び、第２透明導電膜６８の何れも形成する必要がない。これによって、光電変換層５２の取り扱いを容易にすることができる。
【０２２２】
さらに、支持基板１５などが設けられた面と反対側の光電変換層５２の面に、金属電極１３を製膜することができるので、金属電極１３のパターニングに自由度を与えることができる。これによって、セルの構成をより効率よく構成することができる。
【０２２３】
＜実施形態７＞
本発明のさらに他の実施形態について、図２１から図２３を参照して以下に説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１に係る構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、主に、実施形態１との相違点について説明するものとする。
【０２２４】
〔太陽電池の構成〕
まず、本実施形態に係る太陽電池の構成について、図２１を参照して説明する。図２１は、本実施形態に係る太陽電池７の全体構成を概略的に示す断面図である。
【０２２５】
本実施形態に係る太陽電池７は、図２１に示すように、支持基板１５、光電変換層７２、金属電極７３ａ、金属電極７３ｂ、第１透明絶縁体層（第１透明体）７１、第２透明絶縁体層（透明絶縁層）７４、ｎ＋層（陰電極）７８、及び、ｐ＋層（陽電極）７９を備えている。なお、本実施形態に係る太陽電池７の光の入射面は、支持基板１５側である。
【０２２６】
光電変換層７２は、光を吸収して光電変換する半導体層であり、図２１に示すような複数の孔部と、その孔部周囲の凸形状とを有することによって、上記孔部を埋める第１透明絶縁体層７１と共に、フォトニック結晶を構成している。また、本実施形態では、光電変換層７２がｎ型半導体層である場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ｐ型半導体層である構成を採用してもよい。
【０２２７】
なお、光電変換層７２の媒質としては、結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）を挙げることができるが、これに限定されるものではない。例えば、光電変換層７２の媒質として、シリコン（μｃ−Ｓｉ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、及び、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ：高純度多結晶シリコン）を採用してもよい。
【０２２８】
金属電極７３ａ及び７３ｂは、光が太陽電池１に入射する側とは反対側の面（第２表面）に形成された層である。金属電極７３ａ及び７３ｂの材料としては、光反射率が高く、電気伝導度が大きな材料、例えば、Ａｇ、Ｍｏ、又は、Ａｌなどを選択できる。なお、金属電極７３ａ及び７３ｂを反射板としても機能させることができるので、これにより、光の吸収効率が高い太陽電池７を構成することができる。
【０２２９】
第２透明絶縁体層７４は、平滑面を有し、親水性表面を有した透明な絶縁体からなる層であり、光電変換層７２と支持基板１５とを接続すると共に絶縁している。また、第１透明絶縁体層７１は、透明な絶縁体である。
【０２３０】
ｎ＋層７８及びｐ＋層７９層はそれぞれ、対応する極性を持つ不純物が高い濃度でドーピングされたｎ型半導体層及びｐ型半導体層であり、金属電極７３ａ及び７３ｂと光電変換層７２との境界に設けられている。ｎ＋層７８及びｐ＋層７９層は、光電変換層７２に生じる空乏層幅を小さくし、トンネル効果によって電流を流れやすくしている。
【０２３１】
なお、太陽電池７は、金属電極７３ａと、金属電極７３ｂとから、光電変換層７２において光電変換された電流を取り出すことによって、電池として機能する。
【０２３２】
（太陽電池の各構成要素の配置）
太陽電池７は、図２１に示すように、最下層（入射面と反対側の面）として金属電極７３ａ、及び、金属電極７３ｂを備え、金属電極７３ａの上にはｎ＋層７８が、金属電極７３ｂの上にはｐ＋層７９がそれぞれ積層されている。金属電極７３ａ、７３ｂ、ｎ＋層７８、及び、ｐ＋層７９の上には、光電変換層７２、及び、第２透明絶縁体層７４がこの順で積層されている。
【０２３３】
また、光電変換層７２、及び、第２透明絶縁体層７４には凹凸形状が形成されており、その凹凸形状の凹形状部分に第１透明絶縁体層７１が設けられている。さらに、第２透明絶縁体層７４、及び、第１透明絶縁体層７１の上に、支持基板１５が太陽電池７の最上層（入射面）として積層されている。
【０２３４】
〔フォトニック結晶の構造〕
次に、フォトニック結晶の構造について、図２１を参照して説明する。
【０２３５】
図２１に示すように、本実施形態では、光電変換層７２の光の入射面（第１表面）には、円柱状に形成された複数の凹部（孔）（第１凹部）が規則的に形成されている。換言すれば、光電変換層７２には、規則的に形成された各凹部の周囲に残った凸形状（第２凸部）が形成されている。また、光電変換層７２の凸形状部分のみを覆うように、第２透明絶縁体層７４が形成され、光電変換層７２と支持基板１５とを接合している。
【０２３６】
また、図２１に示すように、光電変換層７２及び第２透明絶縁体層７４に形成された凹形状部分を満たすように第１透明絶縁体層７１が形成されている。すなわち、第１透明絶縁体層７１は、光電変換層７２及び第２透明絶縁体層７４に形成された凹部を満たすように、複数の円柱として形成される。
【０２３７】
光電変換層７２の光の入射面に形成された凹凸形状は、当該光電変換層７２と第１透明絶縁体層７１との間での屈折率差に周期性をもたせることによって、フォトニック結晶を構成している。
【０２３８】
なお、本実施形態では、光電変換層７２、及び、第１透明絶縁体層７１を含んで、光電変換ユニットが構成されている。
【０２３９】
なお、本実施形態に係る太陽電池７の有するフォトニック結晶の構造の断面は、図２に示す実施形態１に係る太陽電池１の有するフォトニック結晶の構造と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０２４０】
（フォトニック結晶における光の閉じ込め効果）
次に、フォトニック結晶における共振効果について、図２２を参照して説明する。図２２は、本実施形態に係る太陽電池７の有するフォトニック結晶による光の共振効果を示す図である。
【０２４１】
フォトニック結晶は、図２２の矢印Ａに示すように、入射光を面内方向に共振させることができる。つまり、フォトニック結晶全体が、面内方向にて共振する１つの大きな共振器として機能する。これによって、フォトニック結晶は、入射光をフォトニック結晶全体に閉じ込めることができる。
【０２４２】
また、図２２の矢印Ａに示すような、共振器として機能するフォトニック結晶の共振効果と、金属電極７３ａ及び７３ｂによる光の反射効果との相互作用（すなわち、光電変換層７２への入射光と、金属電極７３ａ及び７３ｂによる反射光との干渉効果）による光閉じ込めの効果によって、図２２の矢印Ｂに示すように、光電変換層７２に入射された光は、フォトニック結晶と金属電極７３ａ及び７３ｂとの間に閉じ込められることになる。また、入射光がフォトニック結晶を通過する際に、回折又は散乱するため、太陽電池７は、光電変換層５２を通過する光の経路を増加させることができる。
【０２４３】
これによって、太陽電池７は、光電変換層７２における光の吸収率を向上させることができ、太陽電池７における起電力量を増大させることができる。また、光電変換層７２における光の吸収率の向上により、光電変換層７２の薄型化も可能となる。さらに、太陽電池７は、支持基板１５を備えているため、光電変換層７２の薄型化を行うことで太陽電池７の形状が維持できなくなることを防ぐことができる。
【０２４４】
〔共振の大きさ及び光吸収率〕
さらに、図２２を参照して、本実施形態に係る太陽電池７における光吸収率について説明する。
【０２４５】
図２２に示すように、フォトニック結晶の格子定数（ピッチ）をａ、第１透明絶縁体層７１（すなわち、光電変換層７２及び第２透明絶縁体層７４に形成された孔）の直径を２ｒ、光電変換層７２に形成された孔の高さをｄ、光電変換層７２の高さをｈ、光電変換層７２から支持基板１５までの高さをＬＳ３とする。また、光電変換層７２の媒質である結晶シリコンの屈折率をｎｓ、第１透明絶縁体層７１の媒質の屈折率をｎＳｉＯ２、支持基板１５の媒質の屈折率をｎＧｌａｓｓ、結晶シリコンにおける、ある光の波長に対する吸収係数をαとする。
【０２４６】
上記のパラメータから、複数の光の波長に対する共振条件が決定され、波長ごとに共振の大きさＱを得ることができる。また、ある光の波長において、上記のように得られた共振の大きさＱ、結晶シリコンの吸収係数α、及び、光電変換層７２の高さｈから、光吸収の大きさ（すなわち、光吸収率）Ｓを得ることができる。
【０２４７】
ここで、光の波長をλとし、非線形関数をｆ及びｇで表すと、共振の大きさＱ、及び、光吸収率Ｓは、次式によって示すことができる。
【０２４８】
Ｑ（λ）＝ｆ（ａ，ｒ，ｄ，ＬＳ３，ｎｓ（λ），ｎＳｉＯ２（λ），ｎＧｌａｓｓ（λ））
Ｓ（λ）＝ｇ（Ｑ（λ），α（λ），ｈ）
〔太陽電池の製造工程〕
最後に、本実施形態に係る太陽電池７の製造工程について、図２３を参照して説明する。図２３は、本実施形態に係る太陽電池７の製造工程を示す工程図である。なお、本実施形態では、第２透明絶縁体層７４、及び、第１透明絶縁体層７１の媒質がＳｉＯ２であり、光電変換層７２の媒質がｃ−Ｓｉ、金属電極１３の媒質がＡｌである場合を例に挙げて説明するが、本発明はもちろんこれに限定されるものではない。
【０２４９】
まず、図２３の（ａ）に示すように、ｃ−Ｓｉ層を形成し、ｎ型不純物（例えば、リンなど）をドープ（注入）することにより、ｎ型半導体層であるサブ光電変換層７２ａを形成する。また、サブ光電変換層７２ａの上にＳｉＯ２を蒸着して、第２透明絶縁体層７４を形成する。なお、形成した第２透明絶縁体層７４の表面に凹凸形状がある場合には、図２３の（ｂ）に示すように、表面をＣＭＰにより平坦化する。なお、光の入射方向は、第２透明絶縁体層７４側である。
【０２５０】
次に、図２３の（ｃ）に示すように、水素を含むイオンビームを注入することで、サブ光電変換層７２ａに、シリコンの結晶格子が部分的に切断された損傷層１２０を形成する。なお、損傷層１２０を境に、第２透明絶縁体層７４側のサブ光電変換層７２ａをサブ光電変換層７２ｂとし、第２透明絶縁体層７４と逆側のサブ光電変換層７２ａをサブ光電変換層７２ｃとする。
【０２５１】
続いて、図２３の（ｄ）に示すように、フォトニック結晶を構成するための孔（凹形状）を、ドライエッチングにより、平坦化された第２透明絶縁体層７４、及び、サブ光電変換層７２ｂに周期的に形成する。
【０２５２】
その後、図２３の（ｅ）に示すように、（ｄ）の工程により形成された孔にＳｉＯ２を蒸着して、第１透明絶縁体層７１を形成する。また、第１透明絶縁体層７１の形成された基板を反転し、第２透明絶縁体層７４と支持基板１５とを接合する。なお、基板を反転したため、光の入射面は基板の支持基板１５側の面になる。
【０２５３】
さらに、加熱した後、図２３の（ｆ）に示すように、損傷層１２０を境にサブ光電変換層７２ｃとサブ光電変換層７２ｂとを劈開することにより、基板の最上層であるサブ光電変換層７２ｃを除去する（加熱処理によるウェハ除去）。このとき、図２３の（ｃ）に示す工程において損傷層１２０が形成されているため、この損傷層１２０に沿ってサブ光電変換層７２ｃを除去することができる。また、図２３の（ｇ）に示すように、サブ光電変換層７２ｃをウェハ除去した後の表面（サブ光電変換層７２ｂの表面）を改質すると共に、凹凸形状を平坦化することで、光電変換層７２を形成する。
【０２５４】
次に、図２３（ｈ）に示すように、光電変換層７２の金属電極７３ａ及び金属電極７３ｂを形成する位置に合わせて、対応する極性を持つ不純物を高濃度でドープすることにより、ｎ＋層７８、及び、ｐ＋層７９を形成する（バックコンタクト用製膜）。また、光電変換層７２に形成されたｎ＋層７８、及び、ｐ＋層７９をそれぞれ覆うようにＡｌを蒸着し、Ａｌ膜を形成することで金属電極７３ａ、及び、金属電極７３ｂを形成する。
【０２５５】
上述のように、図２３の（ａ）〜（ｈ）の製造工程を経ることにより、本実施形態に係る太陽電池７が完成する。
【０２５６】
なお、本実施形態では、第１透明絶縁体層７１が固体である場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１透明絶縁体層７１が空気である構成を採用してもよい。
【０２５７】
この場合には、図２３の（ｅ）に示す工程において、（ｄ）の工程により形成された基板をそのまま反転し、第２透明絶縁体層７４と支持基板１５とを接合すればよい。このように形成することにより、（ｄ）の工程により形成された孔に、空気を媒質とした第１透明絶縁体層７１が形成される。
【０２５８】
上述の構成によって、太陽電池７は、特に長波長における光の吸収率を高め、光電変換の効率を向上させることができると共に、薄型化（数百ｎｍ程度の厚さ）を実現することができる。さらに、太陽電池７は、支持基板１５を備えているため、光電変換層７２の薄型化を行うことで太陽電池７の形状が維持できなくなることを防ぐことができる。
【０２５９】
＜変形例＞
本実施形態の変形例について、図２４を参照して説明する。なお、説明の便宜上、本実施形態に係る構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、主に、実施形態７との相違点について説明するものとする。
【０２６０】
〔太陽電池の構成〕
まず、本変形例に係る太陽電池の構成について、図２４を参照して説明する。図２４は、本変形例に係る太陽電池７’の全体構成を概略的に示す断面図である。
【０２６１】
本変形例に係る太陽電池７’は、図２４に示すように、支持基板１５、光電変換層７２、金属電極７３ａ、７３ｂ、第１透明絶縁体層（第１透明体）７１’、第２透明絶縁体層（透明絶縁層）７４’、ｎ＋層７８、及び、ｐ＋層７９を備えている。
【０２６２】
第２透明絶縁体層７４’は、平滑面を有し、親水性表面を有した絶縁体からなる層であり、金属電極７３ａ、７３ｂ及び光電変換層７２と支持基板１５とを接続すると共に絶縁している。また、第１透明絶縁体層７１’は、透明な絶縁体であり、太陽光が入射される入射面として設けられている。
【０２６３】
（太陽電池の各構成要素の配置）
太陽電池７’は、図２４に示すように、最下層（入射面と反対側の最外面）として支持基板１５を備え、その上に第２透明絶縁体層７４’が積層されている。また、第２透明絶縁体層７４’の上には、金属電極７３ａ、及び、金属電極７３ｂがそれぞれ形成されており、金属電極７３ａの上にはｎ＋層７８が、金属電極７３ｂの上にはｐ＋層７９がそれぞれ積層されている。
【０２６４】
金属電極７３ａ、７３ｂ、ｎ＋層７８、及び、ｐ＋層７９の上には、光電変換層７２がで積層されている。また、光電変換層７２の入射面には凹凸形状が形成されており、その凹凸形状を覆うようにして、第１透明絶縁体層７１’が太陽電池７’の最上層（入射面側の最外層）として積層されている。すなわち、光電変換層７２の光の入射面と反対側の面（第２表面）にｎ＋層７８、及び、ｐ＋層７９が形成されている。
【０２６５】
このように、本実施形態に係る太陽電池７’では、光電変換層７２自体に凹凸構造を形成し、その凹凸構造を覆うように第１透明絶縁体層７１’を製膜している。この結果、光電変換層７２および隣接層としての第１透明絶縁体層７１’の界面では、屈折率の異なる２種の材料のみが隣接してフォトニック結晶を構成している。
【０２６６】
上述の構成によれば、第２表面にｎ＋層７８およびｐ＋層７９が形成されているため、第２表面側から電力を取り出すことができる。したがって、シンプルな構成で、しかも、前述したフォトニック結晶による光吸収率の向上の効果を得ることができる。
【０２６７】
（付記事項）
なお、上述した太陽電池を１ユニットとして、複数のユニットが一次元的または二次元的に配列された太陽電池パネルも、本発明の１つのカテゴリーである。これにより、光の吸収率が高い太陽電池が配列されているので、光電変換率の高い太陽電池パネルを得ることができる。
【０２６８】
また、上述した太陽電池のいずれかを電源として備えた装置もまた、本発明の１つのカテゴリーである。そのような装置には、上記太陽電池を電源として動作する携帯型または据え置き型の電子機器、家電製品または広告塔などが含まれる。
【０２６９】
さらに、太陽電池パネルを電源として備えた装置もまた、本発明の１つのカテゴリーである。そのような装置には、上記太陽電池パネルを電源として動作する携帯型または据え置き型の電子機器または家電製品のほかに、車両または広告塔なども含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２７０】
本発明は、太陽電池全般に利用することができる。
【符号の説明】
【０２７１】
１、２、３、４、５、６、７、７’  太陽電池
１１、２１、５１                  第１透明導電膜（第１透明体）
１２、２２、５２、６２、７２      光電変換層
１３、５３                        金属電極（金属電極層）
１４                              透明絶縁体層（透明絶縁層）
１５                              支持基板
１６、２６、５６                  凸部
１７、５７                        凸形状
２７                              凸部（第１凸部）
３８、６８                        第２透明導電膜
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ            サブ光電変換層
７３ａ、７３ｂ                    金属電極
７１、７１’                      第１透明絶縁体層（第１透明体）
７４、７４’                      第２透明絶縁体層（透明絶縁層）
７８                              ｎ＋層（陰電極）
７９                              ｐ＋層（陽電極）
１２０                            損傷層
１２１、２２１                    ｐ型半導体層
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ      ｐ型サブ半導体層
１２２、２２２、５２２            ｎ型半導体層
５２１ａ、５２１ｂ、５２１ｃ      ｐ型サブ半導体層
【図１】
2015028959.tif 000003
【図２】
2015028959.tif 000004
【図３】
2015028959.tif 000005
【図４】
2015028959.tif 000006
【図５】
2015028959.tif 000007
【図６】
2015028959.tif 000008
【図７】
2015028959.tif 000009
【図８】
2015028959.tif 000010
【図９】
2015028959.tif 000011
【図１０】
2015028959.tif 000012
【図１１】
2015028959.tif 000013
【図１２】
2015028959.tif 000014
【図１３】
2015028959.tif 000015
【図１４】
2015028959.tif 000016
【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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【図２６】
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