(57)【要約】【課題】凹凸形状（テクスチャー構造）を高密度かつ緻密かつ均質にすることにより、光の散乱（光電変換素子内における光の閉じ込め効果）に優れた光電変換効率が高い、可撓性を有するフィルムを基材として用いた光電変換素子を提供すること。【解決手段】少なくとも、フレキシブル透明基材、透明電極、半導体層が光入射側からこの順に積層されてなる光電変換素子において、前記フレキシブル透明基材の透明電極側にモスアイ構造を形成すること。前記フレキシブル透明基材の材料としてシリコン樹脂を用いること。【選択図】図１
2008034687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、フレキシブル透明基材、透明電極、半導体層が光入射側からこの順に積層されてなる光電変換素子において、
前記フレキシブル透明基材の透明電極側にモスアイ構造が形成されていることを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
前記フレキシブル透明基材がシリコン樹脂であることを特徴とする請求項１記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記フレキシブル透明基材と前記透明電極の間にガスバリア層を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記モスアイ構造を有する表面が、凸部が２００〜２０００Åの平均直径（ピッチ）を有した概略円柱状であり、アスペクト比（凸部の高さ／凸部の幅）は０．４〜０．５の関係を満たしていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項５】
少なくとも、フレキシブル透明基材、透明電極、半導体層が光入射側からこの順に積層されてなる光電変換素子において、
前記フレキシブル透明基材上に透明樹脂でモスアイ構造を形成したことを特徴とする光電変換素子。
【請求項６】
前記透明樹脂がシリコン樹脂であることを特徴とする請求項５に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記透明樹脂と前記透明電極の間にガスバリア層を形成したことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記モスアイ構造を有する表面が、凸部が２００〜２０００Åの平均直径（ピッチ）を有した概略円柱状であり、アスペクト比（凸部の高さ／凸部の幅）は０．４〜０．５の関係を満たしていることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換素子の基材フィルムに関し、更に詳しくは、太陽光を有効利用し光電変換効率を向上させる構造を有する基材フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの光電変換素子はガラス上に作製されている。
しかしながらガラス上に作製すると重く設置場所が限られてしまう。
フィルム上で作製できれば軽量化が可能で、さらに曲面上にも設置が可能になり光電変換素子の設置可能範囲が拡大し光電変換素子の普及に貢献できる。
また、フィルムはロールトゥロールの生産工程が可能で量産できコストを抑えられるという利点がある。
【０００３】
光電変換素子の性能向上のためには光反射による光損失、電荷の再結合による光損失、エネルギーの不完全利用による光損失、抵抗による電気損失などの損失を少なくする必要がある。
【０００４】
光電変換素子の光電変換層表面は屈折率が大きいので光反射による光損失が大きくなることが懸念されるため、光電変換層表面に光反射防止構造としてテクスチャーを形成することが行われている。
【０００５】
反射防止構造を形成する方法として、シリコンウエハーから太陽電池セルを作製するタイプでは、シリコンウエハーを水酸化カリウムなどのアルカリ溶液に浸漬し結晶方位によるエッチング速度異方性を利用しテクスチャーを形成する方法が開示されている。（特許文献１）
【０００６】
反射防止構造を形成する方法として、基板上に透明導電膜を形成して行くタイプでは、透明導電膜に酢酸や塩酸などの酸性または水酸化ナトリウムなどのアルカリ性溶液でエッチングすることによりテクスチャーを形成する方法が開示されている。（特許文献２）
【０００７】
反射防止構造を形成する方法として、基板上に透明導電膜を形成して行くタイプでは、スパッタやＣＶＤでの透明導電膜作製時にホウ素を導入することでテクスチャーを形成する方法が開示されている。（特許文献３）
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２８１７５８号公報
【特許文献２】特開２００５−７２３３２号公報
【特許文献３】特開２０００−２５２５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の透明電極及び裏面電極表面上の凹凸形状（テクスチャー構造）は、規則性がなく、形状がランダムに形成されていた。
そのため、電極表面上のテクスチャー構造の密度にばらつきを生じており、光の散乱（光電変換素子内における光の閉じ込め効果）が十分ではなく、光電変換効率が不十分だった。
【００１０】
本発明の課題は、凹凸形状（テクスチャー構造）を高密度かつ緻密かつ均質にすることにより、光の散乱（光電変換素子内における光の閉じ込め効果）に優れた光電変換効率が高い、
可撓性を有するフィルムを基材として用いた光電変換素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、少なくとも、フレキシブル透明基材、透明電極、半導体層が光入射側からこの順に積層されてなる光電変換素子において、
前記フレキシブル透明基材の透明電極側にモスアイ構造が形成されていることを特徴とする光電変換素子である。
【００１２】
このような構成にすることで、透明電極表面に高密度かつ緻密かつ均質な凹凸形状（テクスチャー構造）を形成することができ、入射光を多方向へ散乱させることが可能となり、光電変換効率を向上することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記フレキシブル透明基材がシリコン樹脂であることを特徴とする請求項１記載の光電変換素子である。
【００１４】
前記フレキシブル透明基材として耐熱性を有するシリコン樹脂を用いることにより、高温プロセス（光電変換層の作製プロセス）に耐久することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記フレキシブル透明基材と前記透明電極の間にガスバリア層を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換素子である。
【００１６】
このようにすることで、透明電極を水蒸気から保護することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記モスアイ構造を有する表面が、凸部が２００〜２０００Åの平均直径（ピッチ）を有した概略円柱状であり、アスペクト比（凸部の高さ／凸部の幅）は０．４〜０．５の関係を満たしていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【００１８】
このようにすることで、効率良く入射光を多方向へ散乱させることが可能となり、光電変換素子の出力を向上することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、少なくとも、フレキシブル透明基材、透明電極、半導体層が光入射側からこの順に積層されてなる光電変換素子において、
前記フレキシブル透明基材上に透明樹脂でモスアイ構造を形成したことを特徴とする光電変換素子である。
【００２０】
このような構成にすることで、透明電極表面に高密度かつ緻密かつ均質な凹凸形状（テクスチャー構造）を形成することができ、入射光を多方向へ散乱させることが可能となり、光電変換効率を向上することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、前記透明樹脂がシリコン樹脂であることを特徴とする請求項５に記載の光電変換素子である。
【００２２】
前記透明樹脂として耐熱性を有するシリコン樹脂を用いることにより、高温プロセス（光電変換層の作製プロセス）に耐久することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、前記透明樹脂と前記透明電極の間にガスバリア層を形成したことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光電変換素子である。
【００２４】
このようにすることで、透明電極を水蒸気から保護することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、前記モスアイ構造を有する表面が、凸部が２００〜２０００Åの平均直径（ピッチ）を有した概略円柱状であり、アスペクト比（凸部の高さ／凸部の幅）は０．４〜０．５の関係を満たしていることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の光電変換素子である。
【００２６】
このようにすることで、効率良く入射光を多方向へ散乱させることが可能となり、光電変換素子の出力を向上することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、光の散乱（光電変換素子内における光の閉じ込め効果）に優れた光電変換効率が高い、可撓性を有するフィルムを基材として用いた光電変換素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１にモスアイ反射防止パターンを形成した光電変換素子構造を示す。
図１は一例であり、基材１の光入射側にも反射防止パターンを形成してもよい。
また、入射光を散乱させるため透明基材内に散乱体を導入しても良い。
【００２９】
フレキシブル透明基材１の材料としては、紫外領域から赤外領域まで幅広く透明性があり、可撓性を有し、透明導電膜及び光電変換層の形成時の熱に対する耐熱性（およそ２５０℃）を有し、屋外で使用するための耐候性有するシリコン樹脂を用いることができる。
【００３０】
シリコン樹脂は、例えば、光電変換層３がアモルファスシリコンの場合、アモルファスシリコンの吸収波長である３００〜７５０ｎｍの波長対して少なくとも９０％以上の透過率を有している。
【００３１】
モスアイ構造の凸部のピッチは光電変換層３の吸収波長の３００ｎｍよりも少なくとも小さい必要があり、更に、入射光の入射角が変化するためそれより更に小さいことが必要である。
【００３２】
膜質の良い透明電極形成や光電変換層形成のため、モスアイ構造のアスペクト比は小さい方が適しているがモスアイ構造を付加する効果を得るためにはある程度のアスペクト比が必要である。
モスアイ構造のアスペクト比（凸部の高さ／凸部の幅）は０．４〜０．５が好ましい。
【００３３】
モスアイ構造形成方法としては、基板上にレジストを塗布し電子線やＵＶにより凹凸パターンを形成し、該凹凸パターン上に電鋳によりＮｉを積層し、原版を作製し、該原版の凹凸形成面上に、ＵＶ硬化性の樹脂を流し込みＵＶを照射し剥がすことでモスアイ構造を形成する方法を用いることができる。
【００３４】
透明電極２の材料としてはＺｎＯ、ＳｎＯ２およびＩＴＯを用いる事ができる。
光電変換層としてアモルファスシリコンを、水素プラズマ法を用いて成膜する場合、透明電極２の材料としては耐水素プラズマ性を有するＺｎＯやＳｎＯ２を用いる事が望ましい。
【００３５】
光電変換層３の材料としては、シリコン系材料（アモルファス、微結晶、多結晶）やＣＩＧＳ系材料、２−６族系材料を用いることができ、フレキシブル透明基材１の耐熱性を考えるとシリコン系が好ましい。
【００３６】
光電変換層３の構造としては、ｐｉｎ構造が好ましく、アモルファスと微結晶等のタンデム構造でもよい。
【００３７】
裏面電極４の材料としては、Ａｇ、Ａｌなどの金属やＺｎＯを用いることができる。
【００３８】
裏面電極４の構造としては、ＺｎＯをテクスチャー化して形成し、その上に金属を積層することにより、光散乱（光閉じ込め）効果を加えてもよい。
【実施例】
【００３９】
まず、電子線描画により形成したレジスト版（凹凸ピッチ２００ｎｍ、高さ１００ｎｍ）を作製し、その後、レジスト上に電鋳法を用いてＮｉを積層したＮｉ原版を作製し、その原版にＵＶ硬化性シリコン樹脂を流し込み、該ＵＶ硬化性シリコン樹脂にＵＶを照射し硬化させることにより、凸部が１０００Åの平均直径（ピッチ）を有した概略円柱状であり、アスペクト比（凸部の高さ／凸部の幅）が０．４５であるモスアイ構造を持つ１５０μｍ厚のシリコン樹脂シートを形成した。
【００４０】
次に、モスアイ構造上にガスバリア層（酸化珪素層（膜厚３０ｎｍ））を、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて形成した。
【００４１】
スパッタ条件を以下に示す。
ターゲット；Ｓｉ
スパッタガス：Ｏ２；Ａｒ＝１：９
スパッタガス流量；５０ｓｃｃｍ
圧力；０．５Ｐａ
投入電力；３００Ｗ／ｃｍ２
基板温度；１００℃
【００４２】
次に、ガスバリア層上に透明電極としてＺｎＯ層（膜厚２００ｎｍ）を、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて形成した。
【００４３】
スパッタ条件を以下に示す。
ターゲット；ＺｎＯ・Ｇａ２Ｏ３（Ｇａ２Ｏ３  ５．６ｗｔ％）
スパッタガス：アルゴン
ガス圧力；０．３Ｐａ
投入電力；３００Ｗ／ｃｍ２
基板温度；１００℃
【００４４】
次に、透明電極上に、光電変換層（ａ−Ｓｉ）を、ＰＥＣＶＤ法を用いて形成した。
【００４５】
ＰＥＣＶＤ条件を以下に示す。
（ｐ層（２０ｎｍ））
原料ガスおよび原料ガス流量；ＳｉＨ４：７ｓｃｃｍ、Ｈ２：５０ｓｃｃｍ、Ｂ２Ｈ６：５０ｓｃｃｍ
圧力；５０Ｐａ
電力；８Ｗ
基板温度；２００℃
（ｉ層（５００ｎｍ））
原料ガスおよび原料ガス流量；ＳｉＨ４：５ｓｃｃｍ、Ｈ２：５０ｓｃｃｍ
圧力；５０Ｐａ
電力；２０Ｗ
基板温度；１８０℃
（ｎ層（４０ｎｍ））
原料ガスおよび原料ガス流量；ＳｉＨ４：３ｓｃｃｍ、Ｈ２：４８ｓｃｃｍ、ＰＨ３：２ｓｃｃｍ
圧力；５０Ｐａ
電力；５Ｗ
基板温度；２００℃
【００４６】
最後に、光電変換層上に裏面電極（Ａｇ）を、ＥＢ蒸着法を用いて形成することにより光電変換素子を得た。
【００４７】
ＥＢ蒸着条件を以下に示す。
ガス圧力；５０Ｐａ
投入電力；３００Ｗ／ｃｍ２
基板温度；１００℃
【００４８】
次に、ソーラーシュミレーターを用い、太陽電池規格ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ２）照射条件下における電流−電圧特性を評価した。
【００４９】
開放電圧は０．５Ｖ、短絡電流は２４ｍＡ／ｃｍ２、形状因子は０．７５、変換効率は９．０％であった。
【００５０】
＜比較例１＞
微細凹凸パターンを設けなかったこと以外は実施例と同様にして光電変換素子を作製し、実施例と同様に電池特性を測定した。
【００５１】
開放電圧は０．５２Ｖ、短絡電流は１８ｍＡ／ｃｍ２、形状因子は０．７５、変換効率は７．２％であった。
【００５２】
比較例の光電変換素子よりも実施例の光電変換素子の方が、光電電流が大きく、変換効率が高い事が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の、太陽電池およびその製造方法は、電気自動車、携帯電話、自動販売機、宇宙船用電源等に用いる太陽電池に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の太陽電池の断面の一部を示す説明図である。
【図２】本発明の太陽電池の断面の一部を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１      フレキシブル透明基材
２      透明電極
３      光電変換層
４      裏面電極
５      透明樹脂
【図１】
2008034687.tif 000003
【図２】
2008034687.tif 000004