(57)【要約】【課題】集光により十分高い変換効率が得られる太陽電池を提供すること。【解決手段】半導体基板１２上に平面方向に複数形成された光電変換層１３を有すると共に、光電変換層１３の受光面側および裏面側に形成された受光面電極１８および裏面電極１９を有する太陽電池セル１１と、太陽電池セル１１の受光面側にかつ複数の光電変換層１３に対応する位置に形成されたレンズ群Ｌとを備えたことを特徴とする太陽電池。【選択図】図１
2008124381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に平面方向に複数形成された光電変換層を有すると共に、前記光電変換層の受光面側および裏面側に形成された受光面電極および裏面電極を有する太陽電池セルと、前記太陽電池セルの受光面側にかつ前記複数の光電変換層に対応する位置に形成されたレンズ群とを備えたことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
基板上に平面方向に複数形成された光電変換層を有すると共に、前記光電変換層の受光面側および裏面側に形成された受光面電極および裏面電極を有する太陽電池セルと、前記太陽電池セルの受光面側にかつ前記複数の光電変換層に対応する位置に形成されたレンズ群とを備え、
前記受光面電極が、各光電変換層の受光面の周囲部に接触しかつ受光面の中央部を開口するように形成されたことを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
前記複数の光電変換層は微小突起状に分散して形成され、各光電変換層の間に分離溝が形成されている請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記光電変換層の平面方向の幅が１００〜２０００μｍであり、隣接する２つの光電変換層の間における前記分離溝の平面方向の幅が１０〜５０ｍｍである請求項３に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記分離溝の内面に再結合防止層が形成された請求項３または４に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記複数の光電変換層は微小突起状に分散して形成され、各光電変換層の間に分離溝が形成され、前記分離溝の内面に再結合防止層が形成され、光電変換層はIII−Ｖ族化合物半導体層であり、前記再結合防止層は前記半導体層よりバンドギャップの広いIII−Ｖ族化合物半導体層である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記複数の光電変換層は微小突起状に分散して形成され、各光電変換層の間に分離溝が形成され、前記分離溝の内面に再結合防止層が形成され、光電変換層は結晶シリコン層であり、前記再結合防止層は絶縁物層である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記複数の光電変換層は微小突起状に分散して形成され、各光電変換層の間に分離溝が形成され、前記分離溝の内面に再結合防止層が形成され、光電変換層は非晶質シリコンゲルマン層を含み、前記再結合防止層は絶縁物層である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記複数の光電変換層は微小突起状に分散して形成され、各光電変換層の間に分離溝が形成され、前記分離溝の内面に再結合防止層が形成され、前記光電変換層は非晶質シリコン層または微結晶シリコン層であり、前記再結合防止層は絶縁物層である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記絶縁物層は、酸化シリコンまたは窒化シリコンである請求項７〜９のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記レンズ群が紫外線硬化樹脂からなる請求項１〜１０のいずれか１つに記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池に関し、詳しくはレンズ群を有する集光型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より太陽電池の高効率化のためにさまざまな形態の太陽電池が考案されている。
その中で、一般に太陽電池セルは集光することにより変換効率が向上することが知られており、これを利用して集光型の太陽電池システムが考案されている（非特許文献１参照）。
集光型太陽電池として、レンズシートの裏面に小面積の光電変換層を多数配置した太陽電池が知られている(特許文献１参照)。
また、太陽電池アレイに利用可能な集光用のマイクロレンズアレイが提案されている(特許文献２参照)。
また、レンズ群によって集光した光を利用する薄膜太陽電池モジュールが提案されている(特許文献３参照)。
【非特許文献１】シャープ技報  第９３号  ２００５年１２月
【特許文献１】ＵＳＰ４６３８１１０
【特許文献２】ＵＳＰ６８０４０６２
【特許文献３】特開２００３−４６１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来の集光型太陽電池では、集光しても期待する程の高い変換効率は得られなかった。
その原因としては、特許文献１の太陽電池では、絶縁物中に光電変換層が埋め込まれた構造であるため、表面再結合防止効果（パッシベーション効果）が得られず、さらに受光面電極が光電変換層の外周面に狭い接触面積で接触する構造であるため、接触抵抗により直列抵抗が大きく抵抗による効率の低下が考えられる。また、特許文献３では、入射光の利用効率を高めて変換効率を上げているが、数十倍以上に集光して得られるような大幅に向上した変換効率は得られない。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、集光により高い変換効率が得られる太陽電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、半導体基板上に平面方向に複数形成された光電変換層を有すると共に、前記光電変換層の受光面側および裏面側に形成された受光面電極および裏面電極を有する太陽電池セルと、前記太陽電池セルの受光面側にかつ前記複数の光電変換層に対応する位置に形成されたレンズ群とを備えた太陽電池（Ａタイプ）が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、基板上に平面方向に複数形成された光電変換層を有すると共に、前記光電変換層の受光面側および裏面側に形成された受光面電極および裏面電極を有する太陽電池セルと、前記太陽電池セルの受光面側にかつ前記複数の光電変換層に対応する位置に形成されたレンズ群とを備え、前記受光面電極が、各光電変換層の受光面の周囲部に接触しかつ受光面の中央部を開口するように形成された太陽電池（Ｂタイプ）が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の前記Ａタイプの太陽電池は、レンズ群にて集光される受光部としての各光電変換層を半導体基板上に直接形成した構造とすることが可能である。つまり、半導体基板または光電変換層の材料（元素半導体、化合物半導体等）、状態（単結晶、多結晶、微結晶、アモルファス等）などに応じて各種構造（例えばｐｎ接合構造、ｐｉｎ接合構造、ヘテロ接合構造、多重接合構造等）の光電変換層を、特殊な方法を用いずに太陽電池製造の通常の技術範囲で再現性よく形成することができ、変換効率に有利な光電変換層を自由に採用することができる。この結果、光電変換層自体による良好かつ安定した光電変換特性と、集光による変換効率の向上との相乗効果によって、優れた変換効率を得ることができる。
【０００７】
また、本発明の前記Ｂタイプの太陽電池は、半導体基板に限らず、セラミック基板、ガラス基板、樹脂フィルム基板等上に各種構造の光電変換層を形成することができ、特に薄膜の光電変換層に好適である。この太陽電池Ｂにおいても、光電変換を特殊な方法を用いずに太陽電池製造の通常の技術範囲で再現性よく形成することができ、変換効率に有利な光電変換層を自由に採用することができる。この結果、光電変換層自体による良好かつ安定した光電変換特性と、集光による変換効率の向上との相乗効果によって、優れた変換効率を得ることができる。さらに、受光面電極が、各光電変換層の受光面の周囲部に接触しかつ受光面の中央部を開口するように形成されているため、受光面電極の直列抵抗を小さくすることができ、集光により大電流が生じても、抵抗による効率の低下を最小限に抑えることができ、変換効率の向上に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の太陽電池Ａおよび太陽電池Ｂは、半導体基板上に平面方向に複数形成された光電変換層を有すると共に、前記光電変換層の受光面側および裏面側に形成された受光面電極および裏面電極を有する太陽電池セルと、前記太陽電池セルの受光面側にかつ前記複数の光電変換層に対応する位置に形成されたレンズ群とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
太陽電池Ａにおいて、半導体基板としては特に限定されるものではなく、元素半導体基板と化合物半導体基板のいずれも使用可能であり、また単結晶、多結晶のいずれでもよい。この場合、半導体基板の受光面とは反対側の裏面に裏面電極を形成することができる。
太陽電池Ｂにおいて、基板としては特に限定されず、例えば上記半導体基板、セラミック基板、ガラス基板、樹脂フィルム基板等を使用することができる。半導体基板以外を使用する場合は、基板上に絶縁膜および裏面電極を形成し、裏面電極上に光電変換層を形成した構成が製造の容易性の観点から好ましい。
【００１０】
以下、太陽電池ＡおよびＢに共通の事項を説明する。
光電変換層としては、特に限定されるものではなく、例えばｐｎ接合構造、ｐｉｎ接合構造、ヘテロ接合構造、多重接合構造等の各種構造を採用することができる。なお、太陽電池Ａの場合、製造容易性および変換効率向上の観点から、半導体基板の種類に適した構造に光電変換層を形成することが好ましい。
【００１１】
太陽電池ＡおよびＢは、各光電変換層の間に分離溝が形成されたものとすることにより、簡便に複数の光電変換層を基板上に配置することができる。つまり、光電変換層の形成に際しては、従来公知の成膜技術にて基板上に面状の光電変換層を形成し、レンズ群による複数の集束光受光領域を除く領域に分離溝を形成することにより、一括して複数の受光部である光電変換層を形成することができる。これにより、複数の光電変換層は微小突起状（微小な円柱形または角柱形）に分散して形成され、各光電変換層の間に分離溝が形成される。
この場合、光電変換層の平面方向の幅としては１００〜２０００μｍ程度、隣接する２つの光電変換層の間における分離溝の平面方向の幅としては１０〜５０ｍｍ程度が好ましく、隣接する光電変換層同士のピッチ（受光部中心間距離）としては１０〜５０ｍｍが好ましい。なお、上記範囲よりも小さい場合、レンズ群の各レンズが微小化するため、レンズ群の作製および太陽電池セルとの位置合わせ精度をさらに上げる必要があり、上記範囲よりも大きいとレンズが大型化しコンパクトな形状にならない。
【００１２】
また、分離溝の内面に再結合防止層が形成されていることが、光電変換層内で入射光により生成されたキャリアを効率よく光電変換に利用することができる上で好ましい。
光電変換層がIII−Ｖ族化合物半導体層であり、再結合防止層が光電変換層よりバンド
ギャップの広いIII−Ｖ族化合物半導体層である場合、比較的高い変換効率の太陽電池が
得られる。
また、光電変換層が結晶シリコン層であり、再結合防止層が絶縁物層である場合、低コストの太陽電池が得られる。
また、光電変換層が非晶質シリコンゲルマニウム層を含み、再結合防止層が絶縁物層である場合、長波長光の利用効率が高くなり、電流値の高い太陽電池が得られる。
また、光電変換層が非晶質シリコン層または微結晶シリコン層であり、再結合防止層が絶縁物層である場合、薄膜シリコン太陽電池を作製することができるので、さらに低コストの太陽電池が得られる。
前記絶縁物層が酸化シリコンまたは窒化シリコンである場合、シリコンにたいしてパッシベーション効果が大きいので、入射光により生成されたキャリアを効率よく光電変換に利用することができる。
【００１３】
受光面電極は、各光電変換層の受光面側を並列接続するものである。この場合、光電変換層による受光を妨げないよう、集束光が十分に通過できる大きさの開口を受光面電極に形成し、受光面電極が各光電変換層の受光面の周囲部に接触しかつ受光面の中央部を開口するように形成することができる。このように、受光面電極が光電変換層の受光面の周囲部に十分な面積で接触することにより、接触抵抗が小さく、また、電極自身の抵抗も小さくなることから、直列抵抗が小さくなり、集光により大電流が生じても、抵抗による効率の低下を最小限にすることができる。
【００１４】
レンズ群は、基板上の複数の光電変換層に入射する光を集光するものであれば特に限定されないが、透光性のよい材料からなるものが好ましい。特に、太陽電池セルと容易に一体化できる上で、レンズ群は紫外線硬化樹脂からなるものが好ましい。紫外線硬化樹脂によれば、転写マスクを利用して２Ｐ法（Ｐｈｏｔｏ  Ｐｏｌｙｍａｒｉｚａｔｉｏｎ法）を用いることができるので、太陽電池セルと転写マスクの位置合わせを精度よく行なうことができ、複数のレンズの中心を複数の光電変換層の受光面中心に容易かつ高精度に配置することができる。また、レンズ群は複数のレンズを並べたものであってもよいし、複数の凸状レンズ部を備えたレンズシートであってもよい。
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の太陽電池を示す概略断面図である。この太陽電池は、四角形板状の太陽電池セル１１と、太陽電池セル１１の受光面に一体状に取り付けられたレンズ群Ｌとを備える。図２（ａ）は実施形態１の太陽電池の受光面を示す平面図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は側面図であり、図３はレンズ群を省略した実施形態１の太陽電池セルの受光面を示す平面図であり、図４は実施形態１の太陽電池の裏面を示す底面図である。
【００１６】
太陽電池セル１１は、化合物半導体基板であるｐ型ＧａＡｓ基板１２上に複数の光電変換層１３がマトリックス状に分散して形成された化合物半導体太陽電池セルである。
光電変換層１３は、ｐ型ＧａＡｓ基板１２上にｐ型ＧａＡｓバッファ層１３ａ、ｐ型ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層１３ｂ、ｐ型ＧａＡｓベース層１３ｃ、ｎ型ＧａＡｓエミッタ層１３ｄ、ｎ型ＩｎＧａＰ窓層１３ｅとがこの順に円柱状に積層されてなる。
各層の厚みとしては、ｐ型ＧａＡｓ基板１２は１００〜５００μｍ、ｐ型ＧａＡｓバッファ層１３ａは２〜３μｍ、ｐ型ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層１３ｂは０．０５〜０．１μｍ、ｐ型ＧａＡｓベース層１３ｃは２．５〜３．５μｍ、ｎ型ＧａＡｓエミッタ層１３ｄは０．０５〜０．２μｍが適当である。また、ｎ型ＩｎＧａＰ窓層１３ｅは、膜厚が薄ければ薄いほど直接遷移型の材料になり、光吸収量が小さくなる。よって、ｎ型ＩｎＧａＰ窓層１３ｅの膜厚は０．０１〜０．０５μｍが好ましく、０．０１〜０．０３μｍがさらに好ましい。光電変換層１３の直径は１００〜２０００μｍ程度であり、隣接する光電変換層１３とのピッチは１０〜５０ｍｍ程度である。
さらに、各光電変換層１３の受光面の周囲部、すなわちｎ型ＩｎＧａＰ窓層１３ｅの表面の周囲部にはｎ型ＧａＡｓコンタクト層１４（膜厚０．２〜０．５μｍ程度）が形成されると共に、コンタクト層１４が形成されていない各光電変換層１３の受光面の中央部には反射防止膜１５が形成されている。
【００１７】
また、この太陽電池セル１１は、各光電変換層１３の間に分離溝１６が形成されており、この分離溝１６によって１枚の基板１２上に複数の光電変換層１３が相互に分離して配置されている。そして、分離溝１６の内面、すなわち基板１２の底面、各光電変換層１３およびコンタクト層１４の外周面に、ｉ型ＩｎＧａＰ再結合防止層１７（膜厚０．０３〜０．１μｍ程度）が形成されると共に、再結合防止層１７およびコンタクト層１４の上に受光面電極１８（膜厚２〜１０μｍ程度）が形成されている。このとき、受光面電極１８の開口の直径は１００〜２０００μｍ程度である。また、基板１２の裏面には裏面電極１９が形成されている。
【００１８】
このように構成された太陽電池セル１１において、各光電変換層１３の受光面側は受光面電極１８によって互いに接続され、各光電変換層１３の裏面側はｐ型ＧａＡｓ基板１２を介して裏面電極１９によって互いに接続され、複数の光電変換層１３は互いに電気的に並列に接続されている。
【００１９】
レンズ群Ｌは、太陽電池セル１１の複数の光電変換層１３に対応する位置に配置するよう複数のレンズＬ１が一体的に集合したものであり、全体として太陽電池セル１１と概ね同じ形状およびサイズである。レンズＬ１は、受光面電極１８の開口部を通して光電変換層１３に入射光が集束するよう、厚みや屈折率等が設定されている。実施形態１に場合、レンズＬの直径は１０〜５０ｍｍ程度である。なお、図１において、点線は集束光の範囲を表している。
このレンズ群Ｌは、図２に示すように平面視円形のレンズＬ１が複数並べられたものの他に、図５に示すように平面視正方形のレンズＬ２が複数並べられたものであってもよい。なお、図５のレンズ群を備えた太陽電池の正面図および側面図は図２（ｂ）と図２（ｃ）と同様であるため省略する。
【００２０】
この太陽電池は、レンズ群Ｌ側から光が照射されると、入射光は各レンズＬ１により集光されて各光電変換層１３に入射し、光強度が高められた集束光を光電変換する。複数の光電変換層１３は並列接続されているので、受光面電極１８および裏面電極１９より電流が取り出される。
この際、光電変換層１３は受光面にｎ型ＩｎＧａＰ窓層１３ｅを有しているため、生成された少数キャリアの拡散および表面再結合による消滅を抑制することができ、効果的に光電変換が行なわれる。また、光電変換層１３の外周面がｉ型ＩｎＧａＰ再結合防止層１７にて覆われているため、生成されたキャリアを効率よく光電変換に利用することができる。さらに、受光面電極１８がｎ型ＧａＡｓコンタクト層１４を介して光電変換層１３の受光面の周囲部と接触しているため、直列抵抗が小さくなり、直列抵抗による効率の低下が抑えられ、太陽電池の変換効率がさらに高められる。
なお、図１および後述の図７と図８では、説明を容易とするために、太陽電池セル１１の光電変換層１３が突出しているように描いているが、実際の突出寸法は数ミクロンであり、太陽電池全体から見るとほぼ平坦である。
【００２１】
（実施形態２）
図６は本発明の実施形態２の太陽電池を示す概略断面図である。実施形態２の太陽電池は、太陽電池セル２１と、太陽電池セル２１の受光面側に配置されたレンズ群Ｌとを備え、太陽電池セル２１の構成が実施形態１とは異なり、レンズ群Ｌの構成は同じである。以下、実施形態２の実施形態１とは異なる構成を主に説明する。
【００２２】
この太陽電池セル２１は、半導体基板である単結晶または多結晶のｐ型Ｓｉ基板２２上に複数の円柱形光電変換層２３がマトリックス状に分散して形成された結晶系シリコン太陽電池セルである。
光電変換層２３は、ｐ型Ｓｉ基板２２の受光面側に円柱状に形成されたｐ層２３ａと、ｐ層２３ａの受光面に形成されたｎ+層２３ｂとからなる。ＢＳＦ層２３ｃからｐｎ接合までの厚みは２００〜５００μｍ程度、ｎ+層の厚みは０．１〜０．３μｍ程度である。光電変換層２３の直径および隣接する光電変換層２３とのピッチは実施形態１と同程度である。この場合も、ｐ型Ｓｉ基板２２は光電変換層２３の一部を構成している。
【００２３】
各光電変換層２３はｐ型Ｓｉ基板２２の光電変換層形成領域以外の領域に分離溝（深さ１５０〜４５０μｍ程度）を形成することによって円筒状に形成されており、この分離溝の底面および側面に相当する基板２２の表面および光電変換層２３の外周面に膜厚０．０５〜０．３μｍ程度のＳｉＯ2再結合防止層（パシベーション膜）２７が形成されている。なお、この再結合防止層２７は光電変換層２３の受光面（ｎ+層２３ｂ）の周囲部も被覆している。
各光電変換層２３の周囲を再結合防止層２７にて覆った凹所には、樹脂（例えばシリコーン樹脂）などの充填剤が埋め込まれた充填層２６が形成されており、太陽電池セル２１の表面が平坦化されている。
【００２４】
また、充填層２６および再結合防止層２７の表面を覆うと共に、光電変換層２３の受光面の周囲部と接触しかつ中央部を開口するように、受光面電極２８が形成されている。なお、受光面電極２８の膜厚および開口の直径は、実施形態１と同程度である。
また、受光面電極２８の開口部から露出する光電変換層２３の受光面（ｎ+層２３ｂ）の上には、反射防止膜が形成されている。
また、基板２２の裏面にはＢＳＦ層２３ｃが形成されると共に、ＢＳＦ層２３ｃ上には裏面電極２９が形成されている。
【００２５】
このように構成された実施形態２の太陽電池において、各光電変換層２３の受光面側は受光面電極２８にて互いに接続されると共に、各光電変換層２３の裏面側は裏面電極２９にて互いに接続され、複数の光電変換層２３は電気的に並列に接続されている。
【００２６】
この太陽電池の発電の仕組みは、実施形態１と同様である。
発電の際、光電変換層２３の外周面がＳｉＯ2再結合防止層２７にて覆われているため、生成されたキャリアを効率よく光電変換に利用することができる。さらに、受光面電極２８が光電変換層２３の受光面の周囲部と直接接触しているため、直列抵抗が小さくなり、直列抵抗による効率の低下が抑えられ、太陽電池の変換効率がさらに高められる。
【００２７】
（実施形態３）
図７は本発明の実施形態３の太陽電池を示す概略断面図である。実施形態３の太陽電池は、太陽電池セル３１と、太陽電池セル３１の受光面側に配置されたレンズ群Ｌとを備え、太陽電池セル３１の構成が実施形態１および２とは異なり、レンズ群Ｌの構成は同じである。以下、実施形態３の実施形態１および２とは異なる構成を主に説明する。
【００２８】
この太陽電池セル３１は、半導体基板であるＳｉ基板３２上に複数の円柱形光電変換層３３がマトリックス状に分散して形成された非晶質ＳｉＧｅ層含有太陽電池セルである。
光電変換層３３は、Ｓｉ基板３２上にｎ型ＳｉＣ層３３ａ、非晶質ｉ型ＳｉＧｅ層３３ｂおよびｐ型ＳｉＣ層３３ｃがこの順に形成されてなる。
各層の厚みは、Ｓｉ基板３２は１００〜５００μｍ程度、ｎ型ＳｉＣ層３３ａは０．０２〜０．１μｍ程度、非晶質ｉ型ＳｉＧｅ層３３ｂは０．２〜１μｍ程度、ｐ型ＳｉＣ層３３ｃは０．０５〜０．１μｍ程度である。光電変換層３３の直径および隣接する光電変換層３３とのピッチは実施形態１と同程度である。
光電変換層３３の受光面であるｐ型ＳｉＣ層３３ｃの表面には、例えばＩＴＯ（膜厚０．０５〜０．１μｍ程度）からなる透明導電膜３４が形成されている。
【００２９】
また、この太陽電池セル３１は、各光電変換層３３の間に分離溝３６が形成されており、この分離溝３６によって１枚の基板３２上に複数の光電変換層３３が相互に分離して配置されている。そして、分離溝３６の内面、すなわち基板３２の表面および各光電変換層３３の外周面に、膜厚０．０５〜０．３μｍ程度のＳｉＯ2再結合防止層３７が形成されている。なお、ＳｉＯ2再結合防止層３７は各透明導電膜３４の周囲部を僅かに覆っている。
また、再結合防止層３７の表面は受光面電極３８にて覆われており、この受光面電極３８は透明導電膜３４の周囲部と接触しかつ中央部を開口している。受光面電極３８の膜厚および開口の直径は、実施形態１と同程度である。
【００３０】
このように構成された太陽電池セル３１において、各光電変換層３３の受光面側は受光面電極３８によって互いに接続され、各光電変換層３３の裏面側はＳｉ基板３２を介して裏面電極３９によって互いに接続され、複数の光電変換層３３は互いに電気的に並列に接続されている。
この太陽電池の発電の仕組みは、実施形態１と同様である。
発電の際、光電変換層３３の外周面がＳｉＯ2再結合防止層３７にて覆われているため、生成されたキャリアを効率よく光電変換に利用することができる。さらに、受光面電極３８が光電変換層３３の受光面の周囲部と透明導電膜３４を介して接触しているため、直列抵抗が小さくなり、直列抵抗による効率の低下が抑えられ、太陽電池の変換効率がさらに高められる。
【００３１】
（実施形態４）
図８は本発明の実施形態４の太陽電池を示す概略断面図である。実施形態４の太陽電池は、太陽電池セル４１と、太陽電池セル４１の受光面側に配置されたレンズ群Ｌとを備え、太陽電池セル４１の構成が実施形態１〜３とは異なり、レンズ群Ｌの構成は同じである。以下、実施形態４の実施形態１〜３とは異なる構成を主に説明する。
【００３２】
この太陽電池セル４１は、セラミック基板４２上にＳｉＯ2絶縁層４５および裏面電極４９を介して複数の円柱形光電変換層４３がマトリックス状に分散して形成された太陽電池セルである。
光電変換層４３は、裏面電極４９上にｎ型ａ−Ｓｉ層４３ａ、ｉ型ａ−Ｓｉ層４３ｂおよびｐ型ａ−Ｓｉ：Ｃ層４３ｃがこの順に形成された非晶質シリコン層または微結晶シリコン層である。各層の厚みは、ｎ型ａ−Ｓｉ層４３ａは０．０２〜０．０５μｍ程度、ｉ型ａ−Ｓｉ層４３ｂは０．２〜１μｍ程度、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｃ層４３ｃは０．０５〜０．１μｍ程度である。光電変換層４３の直径および隣接する光電変換層４３とのピッチは実施形態１と同程度である。
光電変換層４３の受光面であるｐ型ａ−Ｓｉ：Ｃ層４３ｃの表面には、例えばＩＴＯ（膜厚０．０５〜０．１μｍ程度）からなる透明導電膜４４が形成されている。
【００３３】
また、この太陽電池セル４１は、各光電変換層４３の間に分離溝４６が形成されており、この分離溝４６によって１枚の基板４２上に複数の光電変換層４３が相互に分離して配置されている。そして、分離溝４６の内面、すなわち裏面電極４９の表面および各光電変換層４３の外周面に、膜厚０．０５〜０．３μｍ程度のＳｉＯ2再結合防止層４７が形成されている。なお、ＳｉＯ2再結合防止層４７は各透明導電膜４４の周囲部を僅かに覆っている。
また、再結合防止層４７の表面は受光面電極４８にて覆われており、この受光面電極４８は透明導電膜４４の周囲部と接触しかつ中央部を開口している。受光面電極３８の膜厚および開口の直径は、実施形態１と同程度である。
【００３４】
このように構成された太陽電池セル４１において、各光電変換層４３の受光面側は受光面電極４８によって互いに接続され、各光電変換層４３の裏面側は裏面電極４９によって互いに接続され、複数の光電変換層４３は互いに電気的に並列に接続されている。
この太陽電池の発電の仕組みは、実施形態１と同様である。
発電の際、光電変換層４３の外周面がＳｉＯ2再結合防止層４７にて覆われているため、生成されたキャリアを効率よく光電変換に利用することができる。さらに、受光面電極４８が光電変換層４３の受光面の周囲部と透明導電膜４４を介して接触しているため、直列抵抗が小さくなり、直列抵抗による効率の低下が抑えられ、太陽電池の変換効率がさらに高められる。
【００３５】
（他の実施形態）
１．実施形態１（図１）、実施形態３（図７）および実施形態４（図８）において、受光面電極上の各光電変換層の周囲の凹所に、実施形態２のような充填層を形成して表面を平坦化してもよい。
２．本発明の太陽電池は、光電変換層の構造が実施形態１〜４のものには限定されず、光電変換機能を有する各種構造に適用することができ、例えばタンデム構造とすることもできる。
【実施例】
【００３６】
（実施例１）
図１に示す実施例１の太陽電池を以下のようにして作製した。
＜ＧａＡｓ太陽電池セルの作製＞
（１）まず、１×１０19atoms/cm3の濃度でＺｎがドーピングされた１０ｃｍ角、厚み    ０．２ｍｍのｐ型ＧａＡｓ基板を準備した。
（２）前記ｐ型ＧａＡｓ基板の表面上に、ｐ型ＧａＡｓバッファ層、ｐ型ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層、ｐ型ＧａＡｓベース層、ｎ型ＧａＡｓエミッタ層、ｎ型ＩｎＧａＰ窓層の各層を順次積層した。これらの各層は有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により約７００℃の成長温度で連続的に成膜され、各層の格子定数はｐ型ＧａＡｓ基板の格子定数に対してほぼ等しくなるように形成された。また、ｐ型ＧａＡｓバッファ層は膜厚０．５μｍ、ｐ型ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層は膜厚０．１μｍ、ｐ型ＧａＡｓベース層は膜厚は３μｍ、ｎ型ＧａＡｓエミッタ層は膜厚０．１μｍ、ｎ型ＩｎＧａＰ窓層は膜厚０．０２μｍでそれぞれ形成された。
【００３７】
（３）前記ｎ型ＩｎＧａＰ窓層の表面上にｎ型ＧａＡｓコンタクト層をＭＯＣＶＤ法により膜厚０．３μｍで成膜した。
（４）フォトリソ技術に従い、まず前記ｎ型ＧａＡｓコンタクト層の表面上における複数の光電変換層形成領域に半径０．５ｍｍの円形フォトレジストをピッチ２０ｍｍで形成した。そして、複数のフォトレジストをマスクとして露出したｎ型ＧａＡｓコンタクト層をウエットエッチングにより除去した。エッチングにはＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ：Ｈ2Ｏ2溶液を使用した。
その後、フォトレジスト剥離液によりフォトレジストを除去した。
【００３８】
（５）次に、フォトリソ技術に従い、光電変換層形成領域の残存したｎ型ＧａＡｓコンタクト層上にフォトレジストを形成し、これをマスクとして露出するｎ型ＩｎＧａＰ窓層、ｎ型ＧａＡｓエミッタ層、ｐ型ＧａＡｓベース層、ｐ型ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層およびｐ型ＧａＡｓバッファ層をエッチングにより除去した。ＧａＡｓ層のエッチングにはＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ：Ｈ2Ｏ2溶液、ＩｎＧａＰ層のエッチングにはＨＣｌ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ溶液を使用した。
その後、フォトレジスト剥離液によりフォトレジストを除去した。
（６）ここまでで形成された積層体の表面全面に、有機金属気相成長法により約７００℃の成長温度でｉ型ＩｎＧａＰ層を０．１μｍの膜厚で形成した。
【００３９】
（７）フォトリソ技術に従い、まず前記ｉ型ＩｎＧａＰ窓層の表面上における光電変換層形成領域に開口するフォトレジスト膜を形成し、これをマスクとして露出するｉ型ＩｎＧａＰ層を、ＨＣｌ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ溶液を用いてエッチングにより除去した。
その後、フォトレジスト剥離液によりフォトレジストを除去した。
（８）次に、フォトリソ技術に従い、光電変換層形成領域のｎ型ＧａＡｓコンタクト層上における中央部に開口したフォトレジスト膜を形成し、これをマスクとして露出するｎ型ＧａＡｓコンタクト層をエッチングにより除去した。エッチングにはＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ：Ｈ2Ｏ2溶液を使用した。
その後、フォトレジスト剥離液によりフォトレジストを除去した。
【００４０】
（９）ｐ型ＧａＡｓ基板の裏面以外をレジスト膜で覆い、ｐ型ＧａＡｓ基板の裏面にＡｕメッキにより膜厚５μｍで裏面電極を形成した。
その後、フォトレジスト剥離液によりレジスト膜を除去した。
（１０）リフトオフ技術に従い、まずｎ型ＩｎＧａＰ窓層の表面にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクとしてＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層を膜厚０．１／０．０２／０．０７μｍで蒸着し、フォトレジスト剥離液によりフォトレジストを除去した後、約３５０℃で数秒間の熱処理を行った。
引き続き、Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層の表面上の受光面電極を形成しない領域をレジスト膜で覆い、Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層の表面上に膜厚５μｍでＡｕメッキを施し、ｎ型の受光面電極を形成した。その後、フォトレジスト剥離液によりレジスト膜を除去した。
（１１）その後、露出しているｎ型ＩｎＧａＰ窓層の表面上に反射防止層を形成した。反射防止層は、窓層に開口するマスクを通して、ＺｎＳ／ＭｇＦ2を膜厚０．０５５／０．０９μｍで蒸着して形成した。
これら一連の工程を施すことにより、ＧａＡｓ太陽電池セルを完成させた。
【００４１】
＜レンズ群の作製＞
（１２）レンズ群に対応した窪みを有する透明ガラススタンパに未硬化状態の紫外線硬化樹脂を満たし、それぞれのレンズに対応した窪みの開口の中心位置と、ＧａＡｓ太陽電池セルの光電変換層（受光部）の中心位置が一致するように位置合わせした。このとき、透明ガラススタンパ（転写マスク）と太陽電池セルのそれぞれに予め位置あわせマークが設けられているので、高精度な位置合わせができた。そして、透明ガラススタンパ内の未硬化樹脂にＧａＡｓ太陽電池セルを密着させ、透明ガラススタンパ越しに紫外線光を照射し、紫外線硬化樹脂を硬化した後、透明ガラススタンパを剥離した。
これにより、本実施例１の太陽電池が完成した。
【００４２】
ここで作製した実施例１の太陽電池のレンズ群は、レンズが縦横に２０ｍｍピッチで規則正しく配列したものである（図２参照）。また、レンズの直径は２０ｍｍであり、そのレンズ表面は、受光部の中心位置を中心とした球面状である。
この太陽電池によれば、直径２０ｍｍの太陽光が、受光面電極の開口と同じ直径１ｍｍの受光部に集光されるので、集光倍率は４００倍となる。
【００４３】
実施例１では、集光倍率を４００倍に設定したが、１０００倍以上の高集光倍率も可能である。集光倍率が高いほど太陽電池の変換効率が高くなる。また、レンズを４角形状に構成した場合、集光倍率は５００倍程度となる（図５参照）。また、フレネルレンズとすることも可能である。
同様の工程でＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／Ｇｅセルについて同様の太陽電池を作製することができ、シャープ技法（非特許文献１）のデータによると、本構造では電極が受光部の周りにあり抵抗ロスを考慮する必要がないため、１０００倍集光で効率４０％強、１００００倍集光で効率４５％が可能となる。
【００４４】
（実施例２）
図６に示す実施例２の太陽電池を以下のようにして作製した。
＜Ｓｉ太陽電池セルの作製＞
（１）まず、厚さ０．６ｍｍ、１０ｃｍ角、２Ω・ｃｍの単結晶ｐ型Ｓｉ基板を準備した。
（２）Ｓｉ基板の受光面となる一方の面に拡散防止のためのＳｉＯ2膜を常圧ＣＶＤ法により０．３μｍの厚さで形成した。その後、裏面となる他方の面に、ＢＢｒ3ガス雰囲気で、１０００℃、６０分のボロン拡散を行って、厚さ１μｍのＢＳＦ層を形成した。
その後、フッ酸によりＳｉＯ2膜を除去した。
次に、裏面側に同様にＳｉＯ2膜を形成した後、受光面側にＰＯＣｌ3ガス雰囲気で、８００℃、２０分のリン拡散を行って、厚さ０．２μｍのｎ+層を形成し、それによってｐ−ｎ接合を形成した。
【００４５】
（３）受光面に酸化膜を形成し、次いで、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により、複数の光電変換層形成領域および基板周辺部以外の酸化膜を選択的に除去して、光電変換層形成領域に半径０．５ｍｍの円形マスクをピッチ２０ｍｍで形成した。円は０．５ｍｍφで、２０ｍｍピッチで形成した。その後、この酸化膜をマスクとして、ＲＩＥ法により深さ３００μｍでエッチングすることにより、マスク部分に光電変換層を形成した。
（４）８００℃、１０分間の熱酸化を行い、続いて、光電変換層の受光面および側面にＳｉＯ2膜を常圧ＣＶＤ法により膜厚０．１μｍで形成した。次に、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により、光電変換層の頂上部の酸化膜を選択的に除去した。
【００４６】
（５）光電変換層周辺の凹部に、シリコーン樹脂を充填し全体を平坦化した。
（６）リフトオフ技術に従い、まず光電変換層の受光面中央部にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクとしてＴｉ／Ｐｄ／Ａｇ層を０．０５／０．０２／５μｍ蒸着し、フォトレジスト剥離液によりフォトレジストとそれに付着した電極層を除去して、膜厚約５  μｍの受光面電極を形成した。その後、裏面にＡｌ／Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ層を０．１５／０．０５／０．０２／５μｍ蒸着して膜厚約５μｍの裏面電極を形成した。
（７）そして、光電変換層の露出している受光面に開口するマスクを通して、該受光面上に反射防止膜としてＴｉＯ2を膜厚０．０５μｍで蒸着した。
これら一連の工程を施すことにより、Ｓｉ太陽電池セルを完成させた。
次に、実施例１と同様にＳｉ太陽電池セルの表面にレンズ群を形成し、実施例２の太陽電池が完成した。
【００４７】
ここで作製した実施例２の太陽電池のレンズ群は、実施例１と同様に、レンズが縦横に２０ｍｍピッチで規則正しく配列したものである（図２参照）。また、レンズの直径は２０ｍｍであり、そのレンズ表面は、受光部の中心位置を中心とした球面状である。
この太陽電池によれば、直径２０ｍｍの太陽光が、受光面電極の開口と同じ直径１ｍｍの受光部に集光されるので、集光倍率は４００倍となる。
【００４８】
（実施例３）
図７に示す実施例３の太陽電池を以下のようにして作製した。
＜ＳｉＧｅ薄膜太陽電池セルの作製＞
（１）まず、厚さ０．６ｍｍ、１０ｃｍ角、２Ω・ｃｍの単結晶ｎ型Ｓｉ基板を準備した。
（２）実施例３と同様のマスクを用いた方法により、グロー放電プラズマ反応室で、ＳｉＨ4 ガス、Ｈ2ガス、ＣＨ4ガスおよびＰＨ3 ガスを導入して非晶質シリコンカーバイトｎ層を４００Å堆積した。ガス供給を停止した後、反応室を真空排気し、ＳｉＨ4 ガス、Ｈ2 ガスおよびＧｅＨ4ガスを導入して非晶質シリコンゲルマニウムｉ層を４０００Å堆積した。ガス供給を停止した後、反応室を真空に排気し、ＳｉＨ4 ガス、Ｂ2Ｈ6ガスおよびＣＨ4ガスを導入して非晶質シリコンカーボンｐ層を０．０７μｍ堆積した。
その後、基板をグロー放電プラズマ反応室から取り出し、スパッタ法により透明導電膜としてＩＴＯを０．０８μｍ堆積し、その後、ステンレスマスクを取り除いた。
【００４９】
（３）次いで、フォトリソグラフィ工程により、透明導電膜上の中央部および周囲部の一部にフォトレジスト膜を形成し、裏面電極上、光電変換層の側面および最外周部にＳｉＯ2膜を常圧ＣＶＤ法により０．１μｍ形成した。その後、レジスト剥離液を用いて、フォトレジスト膜をその上部のＳｉＯ2膜と共に除去した。
（４）次いで、フォトリソグラフィ工程により、透明導電膜上の受光部である中央部に（ＳｉＯ2膜との間に隙間をもって）フォトレジスト膜を形成し、Ａｌ膜をスパッタ法により１μｍ堆積することにより受光面電極を形成した。その後、レジスト剥離液により、フォトレジストをその上部のＡｌ膜と共に除去し、受光部を露出させた。
これら一連の工程を施すことにより、実施例３のＳｉＧｅ薄膜太陽電池セルを完成させた。
次に、実施例１と同様にＳｉＧｅ薄膜太陽電池セルの表面にレンズ群を形成し、本実施例３の太陽電池が完成した。
【００５０】
ここで作製した実施例３の太陽電池のレンズ群は、実施例１と同様に、レンズが縦横に２０ｍｍピッチで規則正しく配列したものである（図２参照）。また、レンズの直径は２０ｍｍであり、そのレンズ表面は、受光部の中心位置を中心とした球面状である。
この太陽電池によれば、直径２０ｍｍの太陽光が、受光面電極の開口と同じ直径１ｍｍの受光部に集光されるので、集光倍率は４００倍となる。
【００５１】
（実施例４）
図８に示す実施例４の太陽電池を以下のようにして作製した。
＜Ｓｉ薄膜太陽電池セルの作製＞
（１）表面を研磨した厚さ１ｍｍ、１５ｃｍ角のセラミック基板に、常圧ＣＶＤ法により、ＳｉＯ2膜を０．３μｍ堆積し、表面を平坦化した。その後、ＳｉＯ2膜上にスパッタ法により銀を１μｍ堆積して裏面電極を形成した。
（２）光電変換層形成領域に円形に開口するステンレスマスクを用いて裏面電極上を覆った。このマスクは、開口の半径が０．５ｍｍであり、開口が２０ｍｍピッチで複数形成されている。次に、マスクをセットした基板をグロー放電プラズマ反応室に入れ、ＳｉＨ4 ガス、Ｈ2ガスおよびＰＨ3 ガスを導入して非晶質シリコンｎ層を４００Å堆積した。ガス供給を停止した後、反応室を真空排気し、ＳｉＨ4 ガスとＨ2 ガスを導入して非晶質シリコンｉ層を０．４μｍ堆積した。ガス供給を停止した後、反応室を真空に排気し、ＳｉＨ4 ガス、Ｂ2Ｈ6ガスおよびＣＨ4ガスを導入して非晶質シリコンカーボンｐ層を０．０７μｍ堆積した。その後、基板をグロー放電プラズマ反応室から取り出し、スパッタ法によりＩＴＯを０．０８μｍ堆積して透明導電膜を形成し、ステンレスマスクを取り除いた。
【００５２】
（３）次いで、フォトリソグラフィ工程により、透明導電膜上の中央部および周囲部の一部にフォトレジスト膜を形成し、裏面電極上、光電変換層の側面および最外周部にＳｉＯ2膜を常圧ＣＶＤ法により０．１μｍ形成した。その後、レジスト剥離液を用いて、フォトレジスト膜をその上部のＳｉＯ2膜と共に除去した。
（４）次いで、フォトリソグラフィ工程により、透明導電膜上の受光部である中央部に（ＳｉＯ2膜との間に隙間をもって）フォトレジスト膜を形成し、Ａｌ膜をスパッタ法により１μｍ堆積することにより受光面電極を形成した。その後、レジスト剥離液により、フォトレジストをその上部のＡｌ膜と共に除去し、受光部を露出させた。
これら一連の工程を施すことにより、実施例４のＳｉ薄膜太陽電池セルを完成させた。
次に、実施例１と同様にＳｉ薄膜太陽電池セルの表面にレンズ群を形成し、本実施例４の太陽電池が完成した。
【００５３】
ここで作製した実施例４の太陽電池のレンズ群は、実施例１と同様に、レンズが縦横に２０ｍｍピッチで規則正しく配列したものである（図２参照）。また、レンズの直径は２０ｍｍであり、そのレンズ表面は、受光部の中心位置を中心とした球面状である。
この太陽電池によれば、直径２０ｍｍの太陽光が、受光面電極の開口と同じ直径１ｍｍの受光部に集光されるので、集光倍率は４００倍となる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態１の太陽電池を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）は実施形態１の太陽電池の受光面を示す平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図３】レンズ群を省略した実施形態１の太陽電池セルの受光面を示す平面図である。
【図４】実施形態１の太陽電池の裏面を示す底面図である。
【図５】本発明における別のレンズ群を示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態２の太陽電池を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施形態３の太陽電池を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施形態４の太陽電池を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１  太陽電池セル（化合物半導体太陽電池セル）
１２  半導体基板（ｐ型ＧａＡｓ基板）
１３、２３、３３、４３  光電変換層
１３ａ  ｐ型ＧａＡｓバッファ層
１３ｂ  ｐ型ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層
１３ｃ  ｐ型ＧａＡｓベース層
１３ｄ  ｎ型ＧａＡｓエミッタ層
１３ｅ  ｎ型ＩｎＧａＰ窓層
１４  ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
１５、２５  反射防止膜
１６  分離溝
１７  再結合防止層（ｉ型ＩｎＧａＰ層）
１８、２８、３８、４８  受光面電極
１９、２９、３９、４９  裏面電極
２１  太陽電池セル（結晶系シリコン太陽電池セル）
２２  半導体基板（ｐ型Ｓｉ基板）
２３ａ  ｐ層
２３ｂ  ｎ+層
２３ｃ  ＢＳＦ層
２６  充填層（シリコーン樹脂）
２７、３７、４７  再結合防止層（ＳｉＯ2層）
３１  太陽電池セル（非晶質ＳｉＧｅ層含有太陽電池セル）
３２  半導体基板（Ｓｉ基板）
３３ａ  ｎ型ＳｉＣ層
３３ｂ  ｉ型ＳｉＧｅ層
３３ｃ  ｐ型ＳｉＣ層
３４、４４  透明導電膜（ＩＴＯ膜）
４１  太陽電池セル
４２  基板（セラミック基板）
４３ａ  ｎ型ａ−Ｓｉ層
４３ｂ  ｉ型ａ−Ｓｉ層
４３ｃ  ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｃ層
４５  ＳｉＯ2層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008124381.tif 000007
【図６】
2008124381.tif 000008
【図７】
2008124381.tif 000009
【図８】
2008124381.tif 000010