(57)【要約】【課題】光吸収量が増加し、光電変換効率を大幅に向上させることができる太陽電池素子の提供。【解決手段】第１透明電極と、光電変換層と、第２透明電極と、光拡散反射層とを少なくとも有する太陽電池素子であって、前記第１透明電極と前記第２透明電極の間に前記光電変換層を有し、前記第１透明電極側から光が入射し、前記第２透明電極の光が入射しない側の面に、前記光拡散反射層を有する太陽電池素子である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１透明電極と、光電変換層と、第２透明電極と、光拡散反射層とを少なくとも有する太陽電池素子であって、
前記第１透明電極と前記第２透明電極の間に前記光電変換層を有し、
前記第１透明電極側から光が入射し、前記第２透明電極の光が入射しない側の面に、前記光拡散反射層を有することを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
光電変換層の平均厚みが、２，５００ｎｍ以下である請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
光電変換層が、有機材料のバルクへテロ接合からなる請求項１から２のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項４】
光拡散反射層の拡散反射率が、８７％以上である請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項５】
光拡散反射層が、合成接着剤を含有する請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項６】
光拡散反射層が、無機粒子及びバインダーを含有する請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項７】
第１透明電極及び第２透明電極の太陽光の光透過率が、いずれも５０％以上である請求項１から６のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項８】
第１透明電極及び第２透明電極の少なくともいずれかが、金属層と、非金属層との積層構造からなる請求項１から７のいずれかに記載の太陽電池素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜の太陽電池素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量で、フレキシブル化が可能であり、作製コストが小さい薄膜太陽電池が注目されている。このような薄膜太陽電池としては、例えばアモルファスシリコン太陽電池、化合物太陽電池、有機薄膜太陽電池、色素増感太陽電池などがある。
前記薄膜太陽電池の課題として、光電変換層の厚みが薄いため、太陽光の光電変換効率が低いことが挙げられる。
前記課題を解決するため、例えば特許文献１で太陽電池の電極、基材又は太陽電池層に構造を付与することが提案されている。この構造を導入することで、光が散乱されて光路長が伸びるため、光電変換層の吸収性が高まり、太陽電池の光電変換効率が向上する。この効果は、いわゆる「光トラッピング」とも呼ばれる。
しかし、太陽電池層（有機半導体層）に構造が付与されると、電荷の流れを阻害し、光電変換効率の低下の原因となることがある。
更に、前記特許文献１において、基材に構造を付与し、付加的な層によって平坦化した上で、標準的なセルを作製する構成が提案されている。しかし、この提案は十分な光吸収をもたらすものではない。なぜなら、光電変換層に対して光が入射する側に構造が付与されており、一部の光が太陽電池素子の外部へと拡散反射されてしまうためである。
前記問題を解決するためには、構造を光電変換層に対して光が入射する側と反対側に配置する必要がある。例えば、特許文献２には、電極に微細な凹凸構造を付与し、更に光電変換層との間にバッファー層を形成した有機太陽電池素子が提案されている。しかし、この提案では、電極と電荷輸送層に構造を有するため、電荷の再結合確率が増えて光電変換効率の低下の原因となることがある。
【０００３】
以上のように、電気特性を悪化させることなく光電変換層に対して光の入射側と反対側に構造を付与することなく、光拡散反射により薄膜太陽電池素子の光電変換効率を向上させることが求められているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５３８５５６号公報
【特許文献２】特開２００７−５６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、光吸収量が増加し、光電変換効率を大幅に向上させることができる薄膜の太陽電池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】
【０００６】
前記課題を解決するため本発明者が鋭意検討を重ねた結果、第１透明電極と、光電変換層と、第２透明電極と、光拡散反射層とを少なくとも有する太陽電池素子において、従来の太陽電池素子では、光電変換層が薄いため吸収されていなかった光が、光拡散反射層による光拡散反射によって光路長が伸びるので、光吸収量が増加し、光電変換効率が向上することを知見した。また、光電変換層及び電荷輸送層に構造が無いため、電気特性を悪化させることがなく、更に、第２の透明電極の光が入射しない側の面に光拡散反射層が配置されることで、光の利用効率をより高められることを知見した。
【０００７】
本発明は、本発明者による前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞  第１透明電極と、光電変換層と、第２透明電極と、光拡散反射層とを少なくとも有する太陽電池素子であって、
前記第１透明電極と前記第２透明電極の間に前記光電変換層を有し、
前記第１透明電極側から光が入射し、前記第２透明電極の光が入射しない側の面に、前記光拡散反射層を有することを特徴とする太陽電池素子である。
＜２＞  光電変換層の平均厚みが、２，５００ｎｍ以下である前記＜１＞に記載の太陽電池素子である。
＜３＞  光電変換層が、有機材料のバルクへテロ接合からなる前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の太陽電池素子である。
＜４＞  光拡散反射層の拡散反射率が、８７％以上である前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の太陽電池素子である。
＜５＞  光拡散反射層が、合成接着剤を含有する前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の太陽電池素子である。
＜６＞  光拡散反射層が、無機粒子及びバインダーを含有する前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の太陽電池素子である。
＜７＞  第１透明電極及び第２透明電極の太陽光の光透過率が、いずれも５０％以上である前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の太陽電池素子である。
＜８＞  第１透明電極及び第２透明電極の少なくともいずれかが、金属層と、非金属層との積層構造からなる前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の太陽電池素子である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、光吸収量が増加し、光電変換効率を大幅に向上させることができる薄膜の太陽電池素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の太陽電池素子の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、実施例１の太陽電池素子の層構成を示す概略図である。
【図３】図３は、比較例１の太陽電池素子の層構成を示す概略図である。
【図４】図４は、実施例１及び比較例１において、光電変換層の平均厚みと発生する電流量との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例２の太陽電池素子の層構成を示す概略図である。
【図６】図６は、比較例２の太陽電池素子の層構成を示す概略図である。
【図７】図７は、実施例２及び比較例２において、光拡散反射層の拡散反射率と発生する電流量との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例３及び４の太陽電池素子の層構成を示す概略図である。
【図９】図９は、比較例３の太陽電池素子の層構成を示す概略図である。
【図１０】図１０は、実施例５の太陽電池素子の層構成を示す概略図である。
【図１１】図１１は、比較例４の太陽電池素子の層構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の太陽電池素子は、第１透明電極と、光電変換層と、第２透明電極と、光拡散反射層とを少なくとも有してなり、基板、更に必要に応じてその他の層を有してなる。
【００１１】
本発明において、前記第１透明電極及び前記第２透明電極における「透明」とは、太陽光の光透過率が５０％以上であることを意味する。
ここで、前記光透過率は、例えばウシオ電気株式会社製キセノンランプを照射し、オーシャンオプティクス社製マルチチャンネル分光器を用いて、各波長の正面透過率を測定し、これに、ＡＭ１．５の太陽光スペクトルの重み付けを行い、３００ｎｍ〜８００ｎｍにおける光透過率を求めることができる。
以下では光電変換層に有機物を用いた有機薄膜太陽電池について主に説明するが、本発明はこれに限定されず、アモルファスシリコン太陽電池、色素増感太陽電池、化合物太陽電池等においても適用することができる。
【００１２】
＜第１透明電極＞
前記第１透明電極の形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記形状としては、膜状、シート状などが挙げられる。前記構造としては、単層構造、積層構造などが挙げられる。前記大きさとしては、用途等に応じて適宜選択することができる。
前記第１透明電極の材料としては、十分な光透過性を持つ導電材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばアンチモン、フッ素等をドープした酸化錫（ＡＴＯ、ＦＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の導電性酸化物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性材料、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＡｌＦ３、ＣａＦ２等の金属フッ化物、が挙げられる。なお、金、銀、クロム、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム等の金属を、光透過性を持つ程度に薄く製膜して用いてもよい。
前記第１透明電極が陰極となる場合、界面調整のために、前記ＬｉＦ、前記導電性酸化物もしくは前記有機導電性材料からなる非金属層と、仕事関数の小さな（４．５ｅＶ以下）の金属材料からなる金属層とを積層して、第１透明電極として用いることが好ましい。前記金属材料としては、アルミニウム、銀、マグネシウム、又はその合金が挙げられる。前記金属層の厚みは、十分な透過性を確保するために、２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
前記第１透明電極の形成方法については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、印刷法、真空蒸着法、スパッタ法、スピンコート法などが挙げられる。これらの中から、第１透明電極に用いられる材料との適正を考慮して適時選択した方法を取ることができる。
前記第１透明電極の平均厚みは、１０ｎｍ〜１，０００ｎｍであることが好ましい。
ここで、前記第１透明電極の平均厚みは、例えばＶｅｅｃｏ社製表面段差計Ｄｅｋｔａｋ  ６Ｍなどを用いて、測定することができる。
【００１４】
＜光電変換層＞
前記光電変換層とは、光を吸収して励起子を生成し、生じた励起子を電子と正孔に分離させ、生じた電子及び正孔を各々反対方向の電極に向かって輸送する機能を有する層を意味する。
【００１５】
前記薄膜太陽素子において、前記光電変換層の種類としてバイレイヤー型とバルクヘテロ接合型とに分けることができる。これらの中でも、光電変換効率が高い点からバルクへテロ接合型が特に好ましい。
前記バイレイヤー型は、光電変換層として電子輸送層及び正孔輸送層を別個に形成し、それらの界面において形成されるｐｎ接合を利用して光電流を得る有機薄膜太陽電池である。
前記バルクヘテロ接合型は、正孔輸送材料と電子輸送材料が混在する光電変換層を形成し、光電変換層内で形成されるｐｎ接合を利用して光電流を得る有機薄膜太陽電池である。
前記バイレイヤー型と前記バルクヘテロ接合型で、正孔輸送材料と電子輸送材料は共通して用いることができる。
前記正孔輸送材料は、電子供与体としての機能を有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ＨＯＭＯ準位が４．５ｅＶ〜６．０ｅＶのπ電子共役化合物が好ましく、具体的には、各種アレーンをカップリングさせた共役ポリマー、フェニレンビニレン系ポリマー、フタロシアニン類、ポルフィリン類などが挙げられる。
前記電子輸送材料は、電子供与体としての機能を有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ＬＵＭＯ準位が３．５ｅＶ〜４．５ｅＶのπ電子共役化合物が好ましく、具体的には、フラーレン又はその誘導体、フェニレンビニレン系ポリマー、ナフタレンテトラカルボン酸イミド誘導体、ペリレンテトラカルボン酸イミド誘導体などが挙げられる。これらの中でも、フラーレン誘導体が特に好ましい。
【００１６】
前記光電変換層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、印刷法、真空蒸着法、スパッタ法、スピンコート法などが挙げられる。
前記光電変換層の平均厚みは、２，５００ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ〜２，５００ｎｍがより好ましく、１０ｎｍ〜２，０００ｎｍが更に好ましい。前記平均厚みが、５ｎｍ未満であると、太陽電池素子の短絡等が生じて光電変換効率が低下することがあり、２，５００を超えると、光拡散反射層を用いても光電変換効率を向上できないことがある。
ここで、前記光電変換層の平均厚みは、例えばＶｅｅｃｏ社製表面段差計Ｄｅｋｔａｋ  ６Ｍなどを用いて、測定することができる。
【００１７】
＜第２透明電極＞
前記第２透明電極の形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記形状としては、膜状、シート状などが挙げられる。前記構造としては、単層構造、積層構造などが挙げられる。前記大きさとしては、用途等に応じて適宜選択することができる。
前記第２透明電極の材料としては、十分な光透過性を持つ導電材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばアンチモン、フッ素等をドープした酸化錫（ＡＴＯ、ＦＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の導電性酸化物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性材料、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＡｌＦ３、ＣａＦ２等の金属フッ化物、などが挙げられる。また、金、銀、クロム、ニッケル、アルミニウム等の金属を、光透過性を持つ程度に薄く製膜して用いてもよい。
前記第２透明電極が陰極となる場合、界面調整のために、前記ＬｉＦ、前記導電性酸化物もしくは前記有機導電性材料からなる非金属層と、仕事関数の小さな（４．５ｅＶ以下）の金属材料からなる金属層とを積層して、第２透明電極として用いることが好ましい。前記金属材料としては、アルミニウム、銀、マグネシウム、又はその合金が挙げられる。前記金属層の厚みは、十分な透過性を確保するために、２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
前記第２透明電極の形成方法については、特に制限はなく、公知の方法を用いて行うことができ、例えば、印刷法、真空蒸着法、スパッタ法、スピンコート等の中から、第２透明電極に用いられる材料との適正を考慮して適時選択した方法を取ることができる。
前記第２透明電極の平均厚みは、１０ｎｍ〜１，０００ｎｍであることが好ましい。
ここで、前記第２透明電極の平均厚みは、例えばＶｅｅｃｏ社製表面段差計Ｄｅｋｔａｋ  ６Ｍなどを用いて、測定することができる。
【００１９】
＜光拡散反射層＞
前記光拡散反射層は、８７％以上の拡散反射率を持つことが好ましく、拡散反射率は９０％以上であることがより好ましい。前記拡散反射率が８７％未満であると、光電変換層で吸収される光の量が減り、太陽電池素子の光電変換効率を向上させることができないためである。
前記拡散反射率は、例えばウシオ電気株式会社製キセノンランプを照射し、スフィアオプティクス社製積分球とオーシャンオプティクス社製マルチチャンネル分光器を用いて、各波長の拡散反射率を測定することができる。
【００２０】
前記光拡散反射層としては、合成接着剤を用いるのが好ましい。これは、光拡散反射により太陽電池の光電変換効率を向上させることができるのに加えて、保護フィルム等と容易に接着できるため、太陽電池素子の製造が容易になるためである。
前記合成接着剤としては、８７％以上の拡散反射率を有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばシリコーン系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、ポリイミド系接着剤などの各種合成接着剤を用いることができる。
【００２１】
前記光拡散反射層としては、バインダー中に無機微粒子を分散させた光拡散反射層組成物を塗布し、乾燥させて形成することもできる。
前記バインダーとしては、熱硬化性又は光硬化性の性質を持つ樹脂であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記無機微粒子としては、例えば酸化チタン、シリカ、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、ジルコニア、ゼオライトなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記無機微粒子の平均粒径は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。
前記無機微粒子の含有量は、光拡散反射層組成物に対し５質量％〜５０質量％であることが好ましい。
【００２２】
前記光拡散反射層の平均厚みは、拡散反射の効果を得るために十分に厚くする必要があり、１μｍ以上が好ましく、２μｍ〜１００μｍがより好ましい。
ここで、前記光拡散反射層の平均厚みは、例えばＶｅｅｃｏ社製表面段差計Ｄｅｋｔａｋ  ６Ｍなどを用いて、測定することができる。
【００２３】
−基板−
本発明の太陽電池素子は、基板上に設けられていることが好ましく、電極と基板とが直接接する形で設けられていてもよいし、中間層を介在する形で設けられていてもよい。
【００２４】
前記基板の形状、構造、大きさ、材料等については、特に制限はなく、発光素子の用途、目的等に応じて適宜選択することができる。一般的には、基板の形状としては、板状であることが好ましい。基板の構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、また、単一部材で形成されていてもよいし、２以上の部材で形成されていてもよい。基板は透明でも不透明でもよく、透明な場合は無色透明でも有色透明でもよい。
前記基板の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、ガラス（無アルカリガラス、ソーダライムガラス等）等の無機材料；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル；ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の有機材料、などが挙げられる。
前記基板の厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１００μｍ〜１，０００μｍであることが好ましい。
【００２５】
前記基板の表面は親水化処理を施してもよい。また、前記基板表面に親水性ポリマーを塗設したものが好ましい。これらにより水性分散物の基板への塗布性及び密着性が良化する。
【００２６】
前記親水化処理としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば薬品処理、機械的粗面化処理、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理などが挙げられる。これらの親水化処理により表面の表面張力を３０ｄｙｎｅ／ｃｍ以上にすることが好ましい。
【００２７】
前記基板表面に塗設する親水性ポリマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばゼラチン、ゼラチン誘導体、ガゼイン、寒天、でんぷん、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸共重合体、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルピロリドン、デキストラン、などが挙げられる。
前記親水性ポリマー層の層厚（乾燥時）は、０．００１μｍ〜１００μｍが好ましく、０．０１μｍ〜２０μｍがより好ましい。
前記親水性ポリマー層には、硬膜剤を添加して膜強度を高めることが好ましい。前記硬膜剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド等のアルデヒド化合物；ジアセチル、シクロペンタンジオン等のケトン化合物；ジビニルスルホン等のビニルスルホン化合物；２−ヒドロキシ−４,６−ジクロロ−１，３，５−トリアジン等のトリアジン化合物；米国特許第３，１０３,４３７号明細書等に記載のイソシアネート化合物、などが挙げられる。
前記親水性ポリマー層は、上記化合物を水等の溶媒に溶解乃至分散させて塗布液を調製し、得られた塗布液をスピンコート、ディップコート、エクストルージョンコート、バーコート、ダイコート等の塗布法を利用して親水化処理した基板表面に塗布し、乾燥することにより形成することができる。前記乾燥温度は１２０℃以下が好ましく、３０℃〜１００℃がより好ましく、４０℃〜８０℃が更に好ましい。
更に、基板と前記親水性ポリマー層の間に、密着性の改善を目的として必要により下引き層を形成してもよい。
【００２８】
−その他の層−
前記その他の層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばガスバリア層、保護層、バッファー層、などが挙げられる。
前記ガスバリア層の材料としては、例えば窒化珪素、酸化珪素等の無機物などが挙げられる。
【００２９】
ここで、図１は、本発明の太陽電子素子の一例を示す概略図である。この図１の太陽電池素子１０は、第１透明電極４と、光電変換層３と、第２透明電極２と、光拡散反射層１とをこの順に有してなる。なお、太陽光は第１透明電極４側から入射する。
本発明の太陽電池素子は、複数の太陽電池素子がリード線によって接続され、太陽電池を構成する。
【００３０】
本発明の太陽電池素子は、光吸収量が増加し、光電変換効率を大幅に向上させることができるので、アモルファスシリコン太陽電池、化合物太陽電池、有機薄膜太陽電池、色素増感太陽電池などの各種薄膜太陽電池に用いることができ、特に有機薄膜太陽電池に好適に用いられる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、下記実施例に何ら限定されるものではない。
下記実施例及び比較例において、拡散反射率、光透過率、及び各層の平均厚みは、以下のようにして測定した。
【００３２】
＜拡散反射率の測定＞
ウシオ電気株式会社製キセノンランプを照射し、スフィアオプティクス社製積分球とオーシャンオプティクス社製マルチチャンネル分光器を用いて、各波長の拡散反射率を測定した。これに、ＡＭ１．５の太陽光スペクトルの重み付けを行い、３００ｎｍ〜８００ｎｍにおける拡散反射率とした。
【００３３】
＜光透過率の測定＞
ウシオ電気株式会社製キセノンランプを照射し、オーシャンオプティクス社製マルチチャンネル分光器を用いて、各波長の正面透過率を測定した。これに、ＡＭ１．５の太陽光スペクトルの重み付けを行い、３００ｎｍ〜８００ｎｍにおける光透過率とした。
【００３４】
＜各層の平均厚みの測定＞
Ｖｅｅｃｏ社製表面段差計Ｄｅｋｔａｋ  ６Ｍを用い、平均厚みの測定を行った。なお、５箇所測定の平均値で表した。
【００３５】
（実施例１）
ＺＥＭＡＸ  ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ社製の光線追跡ソフトウェア「ＺＥＭＡＸ」と、Ｆｌｕｘｉｍ社製多層膜シミュレーションソフトウェア「Ｓｅｔｆｏｓ」を用いて、光拡散反射層がランバート反射特性を有する場合に発生する電流量について、図２に示す実施例１のシミュレーションモデルによりシミュレーションを行った。光電変換層（Ｐ３ＨＴ−ＰＣＢＭ層）の平均厚みを４０ｎｍ〜３，０００ｎｍの範囲で変化させて計算を行った。シミュレーション結果を図４に示す。
＜実施例１のシミュレーションモデルの層構成（図２参照）＞
ガラス基板（１ｍｍ）１１／ＩＴＯ（１００ｎｍ）１２／ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ層（３０ｎｍ）１３／Ｐ３ＨＴ−ＰＣＢＭ層（Ｘｎｍ）１４／ＩＴＯ（１００ｎｍ）１２／光拡散反射層（１０μｍ）１
ただし、（  ）内は各層の平均厚みを表す。
【００３６】
（比較例１）
ＺＥＭＡＸ  ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ社製の光線追跡ソフトウェア「ＺＥＭＡＸ」と、Ｆｌｕｘｉｍ社製多層膜シミュレーションソフトウェア「Ｓｅｔｆｏｓ」を用いて、鏡面反射層（アルミニウム（Ａｌ）、平均厚み１００ｎｍ）を有する場合に発生する電流量について、図３に示す比較例１のシミュレーションモデルによりシミュレーションを行った。光電変換層（Ｐ３ＨＴ−ＰＣＢＭ層）の平均厚みを４０ｎｍ〜３，０００ｎｍの範囲で変化させて計算を行った。シミュレーション結果を図４に示す。
＜比較例１のシミュレーションモデルの層構成（図３参照）＞
ガラス基板（１ｍｍ）１１／ＩＴＯ（１００ｎｍ）１２／ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ層（３０ｎｍ）１３／Ｐ３ＨＴ−ＰＣＢＭ層（Ｘｎｍ）１４／Ａｌ層（１００ｎｍ）１５
ただし、（  ）内は各層の平均厚みを表す。
【００３７】
図４の結果から、実施例１のように光拡散反射層が有ると、比較例１の従来の鏡面反射層の場合と比較して、光電変換層（Ｐ３ＨＴ−ＰＣＢＭ層）の平均厚みが２，５００ｎｍ以下の場合に、変換効率が向上することが分かった。
【００３８】
（実施例２）
ＺＥＭＡＸ  ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ社製の光線追跡ソフトウェア「ＺＥＭＡＸ」と、Ｆｌｕｘｉｍ社製多層膜シミュレーションソフトウェア「Ｓｅｔｆｏｓ」を用いて、光拡散反射層がランバート反射特性を有する場合に発生する電流量について、図５に示す実施例２のシミュレーションモデルによりシミュレーションを行った。光拡散反射層の拡散反射率を８０％〜１００％まで変化させて計算を行った。シミュレーション結果を図７に示す。
＜実施例２のシミュレーションモデルの層構成（図５参照）＞
ガラス基板（１ｍｍ）１１／ＩＴＯ（１００ｎｍ）１２／ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ層（３０ｎｍ）１３／Ｐ３ＨＴ−ＰＣＢＭ層（８０ｎｍ）１４／ＩＴＯ（１００ｎｍ）１２／光拡散反射層（１０μｍ）１
ただし、（  ）内は各層の平均厚みを表す。
【００３９】
（比較例２）
ＺＥＭＡＸ  ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ社製の光線追跡ソフトウェア「ＺＥＭＡＸ」と、Ｆｌｕｘｉｍ社製多層膜シミュレーションソフトウェア「Ｓｅｔｆｏｓ」を用いて、鏡面反射層（アルミニウム（Ａｌ）、平均厚み１００ｎｍ）を有する場合に発生する電流量について、図６に示す比較例２のシミュレーションモデルによりシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図７に示す。
＜比較例２のシミュレーションモデルの層構成（図６参照）＞
ガラス基板（１ｍｍ）１１／ＩＴＯ（１００ｎｍ）１２／ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ層（３０ｎｍ）１３／Ｐ３ＨＴ−ＰＣＢＭ層（８０ｎｍ）１４／Ａｌ層（１００ｎｍ）１５
ただし、（  ）内は各層の平均厚みを表す。
【００４０】
図７の結果から、実施例２のように光拡散反射層の拡散反射率が、８７％以上の場合に、比較例２の従来の鏡面反射層と比較して光電変換効率が向上することが分かった。
【００４１】
（実施例３）
−太陽電池素子の作製−
厚み１００ｎｍのＩＴＯ（光透過率：８５％）が第１透明電極としてパターンされて製膜されている石英基板を、純水、アセトン、及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の順に超音波洗浄を行った。次に、酸素プラズマ洗浄を行った。
洗浄した石英基板のＩＴＯ上に、ポリエチレンジオキシチオフェン・ポリスチレンスルホン酸(略称：ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ)の水分散物（Ｈ．Ｃ．シュタルク社製、クレビオスＰ−ＶＰ−ＡＩ４０８３）を回転塗布した。回転数は３，０００ｒｐｍであった。ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳの水分散物を塗布後、１３０℃で１０分間加熱乾燥させて、平均厚み３０ｎｍのＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ層を形成した。
次に、窒素置換したグローブボックス内にて、Ｐ３ＨＴ(ポリ−３−ヘキシルチオフェン、Ｌｉｓｉｃｏｎ  ＳＯ−００１、メルク社製)２０ｍｇ、及びＰＣＢＭ（［６，６］−ｐｈｅｎｙｌ  Ｃ６１−ｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  ｍｅｔｈｙｌ  ｅｓｔｅｒ、ナノムスペクトラＥ−１００Ｈ（商品名）、フロンティアカーボン社製）１４ｍｇをクロロベンゼン１ｍｌに溶解させ、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ層上に塗布を行い、塗布後、ホットプレートを用いて１３０℃にて１５分間加熱を行い、平均厚み８０ｎｍの光電変換層を形成した。
次に、作製した試料を真空チャンバー内に移動し、光電変換層上に、ＬｉＦを厚み１．５ｎｍ、アルミニウム（Ａｌ）を厚み１ｎｍに蒸着した。
次に、アルミニウム上に、ＩＴＯをスパッタ法により平均厚みが１００ｎｍになるように成膜し、第２透明電極とした。この第２透明電極の光透過率は７８％であった。
次に、第２透明電極上に、シリコーン系の接着剤(東芝シリコーン株式会社製、ＴＳＥ３９４６)を塗布し、室温にて硬化させて、平均厚み１００μｍの光拡散反射層を形成した。この光拡散反射層の拡散反射率の測定を行ったところ、９７％であった。
最後に、別のガラス基板を用い、ＵＶ硬化樹脂（ＸＮＲ５５１６ＨＶ、ナガセケムテック社製）にて封止を行った。以上により、図８に示すような層構成の実施例３の太陽電池素子を作製した。
＜実施例３の層構成（図８参照）＞
石英基板（１ｍｍ）１６／ＩＴＯ（１００ｎｍ）１２／ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ層（３０ｎｍ）１３／Ｐ３ＨＴ−ＰＣＢＭ層（８０ｎｍ）１４／ＬｉＦ  １７／Ａｌ  １８／ＩＴＯ（１００ｎｍ）１２／光拡散反射層（１００μｍ）１
ただし、（  ）内は各層の平均厚みを表す。
【００４２】
（実施例４）
−太陽電池素子の作製−
実施例３において、第２透明電極の作製までは同様に行い、その後、第２透明電極上に、下記処方の光拡散反射層塗布液を窒素置換したグローブボックス内で脱気脱水後に直接塗布し、厚み３００μｍの光拡散反射層を形成した以外は、実施例３と同様にして、図８に示すような層構成の実施例４の太陽電池素子を作製した。
この実施例４の光拡散反射層の拡散反射率の測定を行ったところ、９４％であった。
〔光拡散反射層塗布液の処方〕
・酸化亜鉛粒子（平均粒子径０．１μｍ〜０．３μｍ、堺化学社製）・・・５質量部
・ポリビニルブチラール（積水化学社製）・・・１５質量部
・溶媒（エチルアルコール）・・・８０質量部
【００４３】
（比較例３）
−太陽電池素子の作製−
実施例３において、光電変換層の加熱を行うところまでは同様に行い、その後、試料を真空チャンバー内に移動し、ＬｉＦを平均厚みが１．５ｎｍ、アルミニウム（Ａｌ）を平均厚みが１００ｎｍになるように蒸着した以外は、実施例３と同様にして、図９に示すような層構成の比較例３の太陽電池素子を作製した。
＜比較例３の層構成（図９参照）＞
ガラス基板（１ｍｍ）１１／ＩＴＯ（１００ｎｍ）１２／ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ層（３０ｎｍ）１３／Ｐ３ＨＴ−ＰＣＢＭ層（８０ｎｍ）１４／ＬｉＦ  １７／Ａｌ層（１００ｎｍ）１８
ただし、（  ）内は各層の平均厚みを表す。
【００４４】
（実施例５）
−太陽電池素子の作製−
厚み１ｍｍのシリコン基板上に、シリコーン系接着剤(東芝シリコーン株式会社製、ＴＳＥ３９４６)を塗布し、室温にて硬化し、平均厚みが１００μｍの光拡散反射層を形成した。この光拡散反射層の拡散反射率の測定を行ったところ、９７％であった。
次に、光拡散反射層上に、スパッタ法にてＩＴＯを平均厚みが１００ｎｍとなるように製膜した。試料を真空チャンバー内に移動し、第２透明電極上に、アルミニウムを平均厚み１ｎｍ、ＬｉＦを平均厚み１．５ｎｍに蒸着し、第２透明電極とした。この第２透明電極の透過率は８１％であった。
次に、窒素置換したグローブボックス内にて、Ｐ３ＨＴ(ポリ−３−ヘキシルチオフェン、Ｌｉｓｉｃｏｎ  ＳＯ−００１、メルク社製）２０ｍｇ、及びＰＣＢＭ（［６，６］−ｐｈｅｎｙｌ  Ｃ６１−ｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  ｍｅｔｈｙｌ  ｅｓｔｅｒ、ナノムスペクトラＥ−１００Ｈ（商品名）、フロンティアカーボン社製）１４ｍｇをクロロベンゼン１ｍｌに溶解させ、ＬｉＦ上に塗布し、塗布後、ホットプレートを用いて１３０℃にて１５分間加熱して、平均厚み８０ｎｍの光電変換層を形成した。
次に、光電変換層上に、ポリエチレンジオキシチオフェン・ポリスチレンスルホン酸(略称、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ)の水分散物（Ｈ．Ｃ．シュタルク社製、クレビオスＰ−ＶＰ−ＡＩ４０８３）を回転数は３，０００ｒｐｍで回転塗布し、１３０℃で１０分間加熱乾燥させて、平均厚み３０ｎｍのＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ層を形成した。
次に、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ層上に、ＩＴＯをスパッタ法により平均厚み１００ｎｍに成膜し、第１透明電極とした。この第１透明電極の光透過率は、７９％であった。
最後に別のガラス板を用い、ＵＶ硬化樹脂（ＸＮＲ５５１６ＨＶ、ナガセケムテック社製）にて封止を行った。以上により、図１０に示すような層構成の実施例５の太陽電池素子を作製した。
＜実施例５の層構成（図１０参照）＞
ＩＴＯ（１００ｎｍ）１２／ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ層（３０ｎｍ）１３／Ｐ３ＨＴ−ＰＣＢＭ層（８０ｎｍ）１４／ＬｉＦ  １７／Ａｌ  １８／ＩＴＯ（１００ｎｍ）１２／光拡散反射層（１００μｍ）１／Ｓｉ基板（１ｍｍ）１９
ただし、（  ）内は各層の平均厚みを表す。
【００４５】
（比較例４）
実施例５において、平均厚み１ｍｍのシリコン基板上に、光拡散反射層を設けず、真空チャンバー内で、ＬｉＦを平均厚み１．５ｎｍ、アルミニウムを平均厚み１００ｎｍに蒸着した以外は、実施例５と同様にして、図１１に示すような層構成の比較例４の太陽電池素子を作製した。
＜比較例４の層構成（図１１参照）＞
ＩＴＯ（１００ｎｍ）１２／ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ層（３０ｎｍ）１３／Ｐ３ＨＴ−ＰＣＢＭ層（８０ｎｍ）１４／ＬｉＦ  １７／Ａｌ層（１００ｎｍ）１８／Ｓｉ基板（１ｍｍ）１９
ただし、（  ）内は各層の平均厚みを表す。
【００４６】
次に、作製した実施例３〜５及び比較例３〜４の太陽電池素子について、以下のようにして、光電変換効率を測定した。結果を表１に示す。
【００４７】
＜光電変換効率の測定＞
作製した各太陽電池素子について、ペクセルテクノロジー社Ｌ１２型ソーラーシミュレータを用いて、ＡＭ１．５Ｇ、１００ｍＷ／ｃｍ２の模擬光源光を照射しながら、ソースメジャーユニット（ＳＭＵ２４００型、ＫＥＩＴＨＬＥＹ社製）を用いて、電圧電流特性の測定を行った。得られた電流電圧特性を、ペクセルテクノロジーズ社Ｉ−Ｖカーブアナライザを用いて評価し、光電変換効率を算出した。
【００４８】
【表１】
2012119525.tif 000002
表１の結果から、光拡散反射層を有する実施例３、４、及び５は、鏡面反射層を有する比較例３及び４と比較して、光電変換効率が向上することが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の太陽電池素子は、光吸収量が増加し、光電変換効率を大幅に向上させることができるので、例えばアモルファスシリコン太陽電池、化合物太陽電池、有機薄膜太陽電池、色素増感太陽電池などに幅広く使用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１      光拡散反射層
２      第２の透明電極
３      光電変換層
４      第１の透明電極
１０      太陽電池素子
１１      ガラス基板
１２      ＩＴＯ
１３      ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ
１４      Ｐ３ＨＴ−ＰＣＢＭ
１５      Ａｌ鏡面反射層
１６      石英基板
１７      ＬｉＦ
１８      Ａｌ
１９      Ｓｉ基板
【図１】
2012119525.tif 000003
【図２】
2012119525.tif 000004
【図３】
2012119525.tif 000005
【図４】
2012119525.tif 000006
【図５】
2012119525.tif 000007
【図６】
2012119525.tif 000008
【図７】
2012119525.tif 000009
【図８】
2012119525.tif 000010
【図９】
2012119525.tif 000011
【図１０】
2012119525.tif 000012
【図１１】
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