(57)【要約】【課題】光電変換素子の発電効率を向上させる。【解決手段】光電変換素子１０は、光電変換層５０の受光面側に設けられた第２の封止層７０のヘイズ値が２０〜５５％の範囲内になるように設計される。第２の封止層７０の重厚面側に設けられた第２の保護層８０の表面に反射防止層９０が形成される。光電変換層５０の重厚面側において、光電変換層５０と第２の封止層７０との間に設けられた第２の電極６０は、所定の方向に延在しており、当該延在方向と直交する断面における第２の電極６０の形状は半円状または半楕円状である。【選択図】図１
2015198129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換層と、
前記光電変換層の受光面側に設けられ、光透過性を有する封止層と、
前記封止層の受光面側に設けられた反射防止層と、
前記光電変換層と前記封止層との間に設けられ、所定の方向に延在する金属部と、
を備え
前記封止層のヘイズ値が２０〜５５％であり、
前記延在方向と直交する断面における前記金属部の形状が半円状または半楕円状であることを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
前記金属部が電極である請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記封止層がポリオレフィンを含む請求項１または２に記載の光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換により光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換素子の一種として知られる太陽電池の一般的な構造として、受光面側から順に、保護部材、封止層、光電変換層、封止層、保護部材を積層した構造が採用されている。保護部材（たとえば、ガラス）と光電変換層との間に設置される封止層として、透明度の高く、かつヘイズ値が小さい樹脂、たとえば、ＥＶＡ（エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂）が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公表２０１３−５０７７５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽電池に入射し、光電変換層に到達した太陽光の一部は、光電変換層の表面で反射し、封止層および保護層を通過してしまい、発電に寄与しない。この結果、太陽電池の出力が低下してしまうという課題が生じている。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光電変換素子の発電効率を向上させることのできる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、光電変換素子である。当該光電変換素子は、光電変換層と、前記光電変換層の受光面側に設けられ、光透過性を有する封止層と、前記封止層の受光面側に設けられた反射防止層と、前記光電変換層と前記封止層との間に設けられ、所定の方向に延在する金属部と、を備え、前記封止層のヘイズ値が２０〜５５％であり、前記延在方向と直交する断面における前記金属部の形状が半円状または半楕円状であることを特徴とする。
【０００７】
上記態様の光電変換素子において、前記金属部が電極であってもよい。また、前記封止層がポリオレフィンを含んでもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光電変換素子の発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る光電変換素子の構成を示す概略断面図である。
【図２】光電変換層の受光面側に形成された第２の電極の斜視図である。
【図３】ヘイズ値とＩｓｃ（短絡電流）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
図１は、実施の形態に係る光電変換素子１０の構成を示す概略断面図である。本実施の形態の光電変換素子１０は光電変換層を有する太陽電池である。
【００１２】
実施の形態に係る光電変換素子１０は、第１の保護層２０、第１の封止層３０、第１の電極４０、光電変換層５０、第２の電極６０、第２の封止層７０、第２の保護層８０および反射防止膜９０を備える。光電変換層５０は、裏面側（受光面とは反対側）に設けられた第１の封止層３０と受光面側に設けられた第２の封止層７０との間に狭持されており、光電変換層５０の裏面側、受光面側にそれぞれ、第１の電極４０、第２の電極６０が配置されている。以下、光電変換素子１０の各構成について詳細に説明する。
【００１３】
第１の保護層２０として、たとえば、アルミシートの両面を絶縁性の優れたポリフッ化ビニルフィルム（フッ素フィルム）で被覆した厚さ約０．１ｍｍの樹脂被覆メタルシートが好適に用いられる。この他、第１の保護層２０として、たとえば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂等のポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、ポリシクロヘキサンジメタノール−テレフタレート樹脂、シリコン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂、ＰＥＴとＰＥＮの共重合体であるＰＥＴ−Ｇ等のポリエステルからなるポリエステル樹脂、その他等の各種の樹脂のフィルムないしシート、さらにセラミック、ガラス、ステンレス等を使用することができる。
【００１４】
これらフィルムないしシートは、透明であってもよいし、白顔料又は黒顔料が練り込まれた基材であってもよい。これらの樹脂で構成されるフィルムは、その充填接着剤との接着強度を確保するために、コロナ放電処理、オゾン処理、酸素ガスもしくは窒素ガスを用いたプラズマ処理、グロー放電処理、化学薬品等を用いて処理する酸化処理等を施すこともできる。また、予め、フィルム表面に下地層を設けて充填接着剤との接着強度を確保することもできる。たとえば、プライマーコート剤層、アンダーコート剤層、アンカーコート剤層、接着剤層、あるいは、蒸着アンカーコート剤層等を任意に形成して、下地層とすることもできる。
【００１５】
第１の封止層３０は、第１の保護層２０と光電変換層５０との間に設けられている。第１の封止層３０は、第１の封止層３０との接着性を有することが好ましい。さらに、太陽電池の保護という観点から、第１の封止層３０は、耐光性、耐熱性、耐水性、耐スクラッチ性、衝撃吸収性等に優れていることが好ましい。第１の封止層３０の材料として、たとえば、エチレン−酢酸ビニル系樹脂、アイオノマー樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、シリコン樹脂、エポキシ系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、エチレン−アクリル酸、又は、メタクリル酸共重合体、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンあるいはポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂をアクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸等の不飽和カルボン酸で変性した酸変性ポリオレフィン系樹脂、その他等の樹脂の１種ないし２種以上の混合物を使用することができる。なお、耐光性、耐熱性、耐水性等の観点から、第１の封止層３０の材料として、エチレン−酢酸ビニル系樹脂が好適である。第１の封止層３０の厚さは、５０〜５００μｍが好ましく、１５０〜２５０μｍがより好ましい。
【００１６】
第１の電極４０、言い換えると裏面電極は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの導電性が良好な金属を用いて光電変換層５０の裏面側の全面に設けられている。
【００１７】
光電変換層５０は、光電変換機能を有していれば特に限定されず、たとえば、単結晶シリコン層、薄膜シリコン層、多結晶シリコン層、アモルファスシリコン層、化合物半導体層、有機半導体層が挙げられる。光電変換層５０の一例として、ｐ型単結晶シリコン層は、ｐ型結晶系シリコン基板の受光面（発電する際に光が入射する側の表面）にｎ型拡散層（ｎ型シリコン層）を形成することで得られる。より詳しくは、ｐ型単結晶シリコン層は、下記のテクスチャ工程、ｐｎ接合工程、反射膜形成工程を経て製造される。
【００１８】
テクスチャ形成工程では、基板にｐｎ接合を形成する前に、酸やアルカリの溶液や反応性プラズマを用いて基板の表面をエッチングすることにより、表面に凹凸構造（テクスチャ構造）が形成される。
【００１９】
ｐｎ接合形成工程では、ｐｎ接合の形成方法は特に限定されないが、たとえば、ｐ型シリコン基板の受光面側にｎ型不純物を拡散させることによってｐｎ接合を形成することができる。ｎ型不純物の拡散は、たとえば、ｎ型不純物を含む材料（たとえばＰＯＣ１３）を含む高温気体中に基板を置くことによって実施される。
【００２０】
反射防止膜形成工程では、基板の受光面側に反射防止膜が形成される。たとえば、プラズマＣＶＤ法によってＳｉＮ膜を形成することができる。
【００２１】
図２に、光電変換層５０の受光面側に形成された第２の電極６０の斜視図を示す。図１は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図に相当する。図２に示すように、複数の第２の電極６０は、光の入射をできるだけ妨げないように短冊状に形成されている。複数の第２の電極６０は、それぞれ所定の一方向に延在し、延在方向と直交する方向に所定の間隔で並設されている。第２の電極６０は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの導電性が良好な金属を用いて形成される。延在方向と直交する断面における第２の電極６０の形状は半円状または半楕円状である。第２の電極６０が半円状の場合、半円の半径は、３０〜５０μｍが好ましい。第２の電極６０が半楕円状の場合、半楕円の半短径は、２０〜４０μｍが好ましく、半楕円の半長径は、３０〜５０μｍが好ましい。また、隣接する第２の電極の間隔は、１０００〜２０００μｍが好ましい。なお、複数の第２の電極６０の延在方向と直交する方向にバスバー電極（図示せず）などの集電体を設けることにより、複数の第２の電極６０同士が電気的に接続される。
【００２２】
第２の電極６０は、たとえば、以下の手順によって作製される。
（１）まず、スパッタリング等の方法により、ウエハ上にシード金属（たとえばニッケル）を全面に塗布する。
（２）レジストインクを使用して複数の細線とバスバーのパターンに合わせてパターニング（たとえばインクジェット印刷機やスクリーン印刷法）する。
（３）化学液（たとえば、フッ酸等）でパターン部のレジスト部分以外のシード金属を除去する。
（４）その後、レジストをレーザー等で除去し、シード金属を電極パターンとして残す。
（５）その後、ウエハを電解液（銅）の中に浸して電気めっきする。
（６）銅の酸化防止のため銅の表面に（スズや銀等）で電気めっき方法でコーティングする。
上記の方法で、細線状あるいは短冊状であり、かつ延在方向と直交する方向の断面が半円状の第２の電極６０を作製することができる。
【００２３】
第２の封止層７０は、光電変換層５０と第２の保護層８０の間に設けられている。第２の封止層７０は、第２の保護層８０との接着性を有することが好ましい。第２の封止層７０は、ヘイズ値が２０〜５５％の光透過性を有する樹脂で形成される。第２の封止層７０に使用される樹脂としては、たとえば、ポリオレフィン、アイオノマー樹脂が挙げられる。第２の封止層７０の厚さは、５０〜５００μｍが好ましく、１５０〜２５０μｍがより好ましい。
【００２４】
第２の保護層８０は、太陽光の透過性を有する材料で形成される。この他、第２の保護層８０の材料に求められる性質として、絶縁性、耐候性、耐熱性、防湿性、防汚性、耐光性が挙げられ、さらに、化学的強度性、強靱性等に優れ、長期耐久性を確保するために耐スクラッチ性、衝撃吸収性等に優れていることが好ましい。このような観点から、第２の保護層８０として、０．１〜１０ｍｍの透明ガラス基板が好適に用いられる。
【００２５】
この他、第２の保護層８０として、ポリアミド系樹脂（各種のナイロン）、ポリエステル系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエチレン系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂、その他等の各種の樹脂のフィルムないしシートを使用することができる。
【００２６】
反射防止層９０は、第２の保護層８０の受光面側、すなわち、光電変換素子１０の受光面側の最表面に設けられている。反射防止層９０は、波長３００〜１２００ｎｍの範囲内における反射率が１．７％以下の層である。反射防止層９０付きの第２の保護層８０として、たとえば、旭硝子社製のＳｏｌｉｔｅ  Ｐｌｕｓを用いることができる。
【００２７】
以上説明した実施の形態に係る光電変換素子１０によれば、第２の電極６０の断面形状を半円状または半楕円状とし、受光面側の最表面に反射防止層９０を配置した上で、光電変換層５０の受光面側に用いられる第２の封止層７０のヘイズ値を２０〜５５％とすることにより、予期せず、光電変換層５０に入射する太陽光の量を増大させ、ひいては、光電変換素子１０の光電変換効率を向上させることができることが見いだされた。
【００２８】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００２９】
例えば、上述の実施の形態では、第２の電極６０が断面形状が半円状または半楕円状の金属部と電極とを兼ねているが、光電変換素子５０の受光面側に上述した第２の電極６０と同様な形状を有し、集電に寄与しない金属部を設けてもよい。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実施例を説明するが、これら実施例は、本発明を好適に説明するための例示に過ぎず、なんら本発明を限定するものではない。
【００３１】
（光電変換素子Ａ）
真空ラミネーター（株式会社エヌ・ピ・シー製  商品名：１２２２Ｓ）を用いて所定の加熱条件で（表２参照）で受光面側から順に反射防止層（多孔性ＳｉＯ２膜）、３．２ｍｍ厚白板ガラス（旭硝子社製、商品名ソライトプラス：第２の保護層）、ポリオレフィン封止層（第２の封止層）、対向電極（第２の電極）、Ｎ型単結晶層（光電変換層）、裏面電極（第１の電極）、ＥＶＡ封止層（第１の封止層）、フッ素系バックシート（富士フィルム社製：ＦＩＨＦ３１  ２７０μｍ：第１の保護層））からなる積層体を真空プレスした後、真空ラミネーターから取出し、ポリオレフィン封止層が所定のヘイズ値になるように所定冷却速度条件（表２参照）で処理し、光電変換素子Ａを作製した。各層の詳細について表１に示す。光電変換素子Ａについて、使用するポリオレフィン封止層のヘイズ値を、８．７２％、１７．３６％、２０．９６％、５１．６０％、６１．６６％、６３．３０％に変えたものを用意した。
【表１】
2015198129.tif 000003
【００３２】
（光電変換素子Ｂ）
反射防止層を設けないことを除いて、光電変換素子Ａと同様な構成にて、光電変換素子Ｂを作製した。光電変換素子Ｂについて、使用するポリオレフィン封止層のヘイズ値を、８．７２％、１７．３６％、２０．９６％、５１．６０％、６１．６６％に変えたものを用意した。
【００３３】
（光電変換素子Ｃ）
対向電極（第２の電極）の断面形状を矩形状としたことを除いて、光電変換素子Ａと同様な構成にて、光電変換素子Ｃを作製した。光電変換素子Ｃについて、使用するポリオレフィン封止層のヘイズ値を、８．７２％、１７．３６％、２０．９６％、５１．６０％、６１．６６％に変えたものを用意した。
【００３４】
なお、ポリオレフィン封止層については、加熱および冷却条件により、ヘイズ値を制御できる。表２に示す条件にて、実際にポリオレフィン封止層のヘイズ値が変化することを確認した。各ポリオレフィン封止層のヘイズ値に関しては、ＢＹＫガードナー社製ヘイズガードプラスを用いて計測した。
【表２】
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【００３５】
（性能評価）
各光電変換素子について、太陽光を模した人工太陽光を照射し、Ｉｓｃ（短絡電流）を計測した。具体的には、人工太陽光（約３００ｎｍ〜約２０００ｎｍの波長）を用いてＳＴＣ条件（照射照度：１ＳＵＮ（１，０００Ｗ／ｍ２、２５℃、ＡＭ１．５）にてＪＩＳ、ＩＥＣ規格準拠  ＣＬＡＳＳ  ＡＡＡの性能を持つソーラーシミュレーターと呼ばれる装置で測定した。ＣＬＡＳＳ  ＡＡＡの性能を持つソーラーシミュレーターは、キセノンランプなどの光源から発生する光学フィルターで照射する波長を太陽光に近似し、光学レンズや反射ミラーなどで、照射場所のムラを小さくした装置である。ワコム電創社製ロングパルスシミュレーター型式ＷＰ−１．８×１．４Ｈ−５０×６  ＡＭ１．５にて測定した。各光電変換素子について、５回の測定値の平均を算出した。光源の１ＳＵＮ校正は国際認証機関  ＴＵＶ（独）で値つけした二次基準モジュールを使用した。
ＣＬＡＳＳ  ＡＡＡ：放射照度均一性  ２．０％以下、照射照度変動率０．５％ＳＴＩ、スぺクトルマッチ  ０．７５−１．２５  （理想百分率）
ＡＭ１．５：垂直入射に比べて大気を通過する距離が１．５倍であることを意味する。
【００３６】
図３にヘイズ値とＩｓｃ（短絡電流）との関係を示す。図３に示すように、反射防止膜および断面形状が半円状の対向電極（第１の電極）の両方を具備する光電変換素子Ａにおいて、ヘイズ値を２０〜５５％にしたときに、Ｉｓｃ（短絡電流）が特異的に増加することが確認された。なお、図３の縦軸は、裸セルのＩｓｃに対する増加率である。裸セルとは、表１に記載の第２の封止層、第２の保護層および反射防止層を積層せず、第１の保護層から第２の電極までを積層した構造のセルである。
【符号の説明】
【００３７】
１０  光電変換素子、２０  第１の保護層、３０  第１の封止層、４０  第１の電極、５０  光電変換層、６０  第２の電極、７０  第２の封止層、８０  第２の保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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