(57)【要約】      （修正有）【課題】高い変換効率を有する光電変換デバイスを提供する。【解決手段】光電変換層４０と、誘電体により形成された複数の構造体５０と、前記光電変換層と前記構造体との間又は各構造体間の少なくともいずれか一方に光を伝達する媒質層とを備え、ｎdie＞ｎmed、Ｄ×ｎmed／λmax＜０．３である光電変換デバイスが提供される。【選択図】図１
2012256691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換層と、
誘電体により形成された複数の構造体と、
前記光電変換層と前記構造体との間又は各構造体間の少なくともいずれか一方に、光を伝達する媒質層とを備え、
前記光電変換層の光エネルギーに対する感度が最大となる最大感度波長をλmax、
波長λmaxにおける前記媒質層の屈折率をｎmed、
波長λmaxにおける前記構造体の屈折率をｎdie、
前記光電変換層の照射面と前記構造体との間の最短距離の平均値をＤave
としたとき、
ｎdie＞ｎmedであり、かつ
Ｄave×ｎmed／λmax＜０．３
である光電変換デバイス。
【請求項２】
前記構造体の、前記照射面に垂直方向の平均サイズをｈaveとしたとき、前記構造体が
ｈave×ｎdie／λmax＜２．５
である請求項１に記載の光電変換デバイス。
【請求項３】
前記構造体の、前記照射面に水平方向の平均サイズをｗaveとしたとき、前記構造体が
０．２＜ｗave×ｎdie／λmax＜１．５
である請求項１又は２に記載の光電変換デバイス。
【請求項４】
前記構造体の形状が円柱状である請求項１〜３のいずれか１つに記載の光電変換デバイス。
【請求項５】
前記構造体の材料がＧａＰ、またはＴｉＯ2である請求項１〜４のいずれか１つに記載の光電変換デバイス。
【請求項６】
前記媒質層が空気層である請求項１〜５のいずれか１つに記載の光電変換デバイス。
【請求項７】
前記媒質層は、前記光電変換層と前記構造体との間に設けられ、透明電極材料で構成される請求項１〜６のいずれか１つに記載の光電変換デバイス。
【請求項８】
前記光電変換層を挟んで配置される、一対の電極をさらに備える請求項１〜７のいずれか１つに記載の光電変換デバイス。
【請求項９】
前記光電変換層、前記媒質層、前記構造体の順で積層された光電変換部が複数直列接続され、前記光電変換部が互いに異なる最大感度波長λmaxを有する請求項１〜７のいずれか１つに記載の光電変換デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換デバイスに関し、特に太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換デバイスは、近年、製造コストの低コスト化が進められ、その結果、光電変換層の薄型化、薄膜化が行われている。しかし、光電変換層が薄くなると、照射された光の一部が透過し、光の吸収が不十分となる。このため、光電変換層の薄型化等が行われた光電変換デバイスは、光のエネルギー変換効率が低下する。このような背景から、光電変換デバイスの表面に構造体を形成し、光電変換層における光の吸収を増加させる技術が開発されている。
【０００３】
例えば、太陽電池本体の表面側に、誘電体で形成された無数のロッドアンテナを設ける太陽電池が知られている（特許文献１参照）。この太陽電池は、ロッドアンテナで、太陽から照射される電磁波、すなわち太陽光をより効率よく受信し、太陽電池本体にそのエネルギーを供給すると報告されている。
また、光電変換層（例えば、量子井戸構造）の上面に微粒子が分散され、この微粒子が誘電体コアとその外周面を覆う金属シェル部との複合構造であり、光が照射されると２波長の光で局在表面プラズモン共鳴する光電デバイスが知られている（例えば、特許文献２参照）。局在表面プラズモン共鳴する波長の光が、この光電デバイスに照射されると、局在表面プラズモン共鳴により、前記微粒子の周囲に増強された強い電界（近接場光）が発生し、このため、前記光電変換層に光が吸収される確率が増大し、光電デバイスの変換効率が向上すると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７６４１４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のロッドアンテナを設ける太陽電池は、太陽光を太陽電池内に再放射して供給するので、ロッドアンテナに太陽光を局在（又は集中）させることができない。このため、光電変換層が薄くなると、太陽光が光電変換層に十分吸収されず透過してしまうことがある。また、ロッドアンテナを設けるので、その製造にコストがかかり低コスト化の障害となる場合がある（例えば、ロッドアンテナが大きい場合、その製造に多くの材料を必要となる）。
また、従来の、光電変換層の上面に微粒子が分散された光電デバイスは、局在表面プラズモン共鳴の共鳴波長以外の波長では電界の増強が進まず、また、前記微粒子が光を遮光して影を作ってしまうことがある。すなわち、局在表面プラズモン共鳴は、共鳴波長の幅が狭く、太陽光スペクトル全体からすると、電界の増強がその一部に限られてしまう場合がある。例えば、複数の共鳴波長を発生させる場合でも、個々の微粒子は１つの共鳴波長しか持たないので、他の波長では影を作ってしまうことになる。このため、局在表面プラズモン共鳴が光電デバイスの効率向上に十分に寄与できない場合がある。さらに、前記微粒子の金属シェル部の材料は主として貴金属であり、その製造にコストがかかる場合がある。
以上のような背景から、薄型化された光電変換層であっても、高い変換効率を有する光電変換デバイスが望まれている。また、低コストで製造できる光電変換デバイスが望まれている。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、薄型化された光電変換層にも適用可能な、高い変換効率を有する光電変換デバイスを提供するものである。また、より低いコストで製造できる光電変換デバイスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、光電変換層と、誘電体により形成された複数の構造体と、前記光電変換層と前記構造体との間又は各構造体間の少なくともいずれか一方に、光を伝達する媒質層とを備え、ｎdie＞ｎmedであり、かつＤave×ｎmed／λmax＜０．３である光電変換デバイスが提供される。ここで、
λmax：前記光電変換層の光エネルギーに対する感度が最大となる最大感度波長、
ｎmed：波長λmaxにおける前記媒質層の屈折率、
ｎdie：波長λmaxにおける前記構造体の屈折率、
Ｄave：前記光電変換層の照射面と前記構造体との間の最短距離の平均値
である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の構成によれば、ｎdie＞ｎmedを満たすので、光電変換デバイスに照射された光は、構造体が微小である場合、この構造体の周囲に局在した近接場光を生じさせる。このとき、前記光電変換デバイスは、Ｄave×ｎmed／λmax＜０．３も満たすので、構造体の周囲の近接場光を光電変換層に集中させて吸収させることができる。このため、光電変換デバイスの変換効率が高まる。
従来、薄型化された光電変換層を備える光電変換デバイスにおいて、光を十分に吸収できず、透過してしまうことがあったが、本発明によれば、薄型化された光電変換層であっても、光電変換デバイスの変換効率を高めることができる。また、誘電体は金属と比較して光吸収が弱いか又は光吸収が無いので、構造体による影が光電変換層にかかることがあまりない。このため、光電変換デバイスの変換効率が低下しにくく、変換効率が高い光電変換デバイスが提供される。
また、本発明は、誘電体により形成された構造体を用いるので、従来の貴金属の微粒子を用いる光電デバイスよりも、より低いコストで製造できる。
このように、本発明によれば、薄型化された光電変換層にも適用可能な、高い変換効率を有する光電変換デバイスが提供される。また、より低いコストで製造できる光電変換デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１に係る太陽電池の構成を示す模式的な断面図である。
【図２】シミュレーションにおいて、微小誘電体周辺の光の電界強度分布を示す図である。
【図３】シミュレーションにおいて、微小誘電体の屈折率と光の電界強度（すなわち、近接場光強度）との関係を示す図である。
【図４】シミュレーションにおいて、微小誘電体から光電変換層までの距離と光の電界強度（すなわち、近接場光強度）との関係を示す図である。
【図５】シミュレーションにおいて、微小誘電体の高さと光の電界強度（すなわち、近接場光強度）との関係を示す図である。
【図６】シミュレーションにおいて、微小誘電体が円柱状である場合の、微小誘電体の直径と光の電界強度（すなわち、近接場光強度）との関係を示す図である。
【図７】シミュレーションにおいて、微小誘電体内部に発生する電界強度の節の影響を示す図である。
【図８】シミュレーションにおいて、微小誘電体の形状（円柱、円錐、球）と光の電界強度（すなわち、近接場光強度）との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施形態１に係る太陽電池の製造方法を説明するための製造工程図である。
【図１０】本発明の実施形態２に係る太陽電池の構成を示す模式的な断面図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係る太陽電池の構成を示す模式的な断面図である。
【図１２】本発明の実施形態３に係る太陽電池の製造方法を説明するための製造工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の光電変換デバイスは、光電変換層と、誘電体により形成された複数の構造体と、前記光電変換層と前記構造体との間又は各構造体間の少なくともいずれか一方に、光を伝達する媒質層とを備え、前記構造体及び前記媒質層が以下の式（１）及び（２）を満たす光電変換デバイスが提供される。
ここで、式（１）及び（２）は、
λmax：前記光電変換層の光エネルギーに対する感度が最大となる最大感度波長、
ｎmed：波長λmaxにおける前記媒質層の屈折率、
ｎdie：波長λmaxにおける前記構造体の屈折率、
Ｄave：前記光電変換層の照射面と前記構造体との間の最短距離の平均値
としたとき
ｎdie＞ｎmed・・・式（１）
Ｄave×ｎmed／λmax＜０．３・・・式（２）
である。
【００１１】
ここで、１つの観点によれば、上記光電変換デバイスには、前記構造体が、前記光電変換層の、光の照射面側に誘電体により形成される形態が含まれる。
また、別の観点から上記光電変換デバイスに含まれる実施形態を例示すると、例えば、前記光電変換層と、前記光電変換層上に形成され、前記光エネルギーを伝達する媒質層と、前記媒質層上に誘電体により形成された複数の構造体とを備える実施形態である。また、前記光電変換層と、前記光電変換層上に誘電体により形成された複数の構造体を備える実施形態である。前者の実施形態の場合、光電変換層、媒質層、構造体の順が積層される構造であり、後者の実施形態の場合、光電変換層、構造体の順が積層され、構造体と構造体との間に媒質層が存在する。このように、媒質層は、前記光電変換層と前記構造体との間又は各構造体間の少なくともいずれか一方に配置される。
また、後述する近接場光が光電変換層の照射面全体に生じるとよいので、上記光電変換デバイスは、好ましくは、前記構造体を複数備える。複数の構造体は、例えば、前記媒質層上に分散して形成される。
【００１２】
また、本発明の実施形態において、前記発明の構成に加え（上記式（１）及び（２）を満たすほか）、前記構造体が式（３）を満たす光電変換デバイスであってもよい。
ここで、式（３）は、ｈaveが前記構造体の、前記照射面に垂直方向の平均サイズであるとき、
ｈave×ｎdie／λmax＜２．５・・・式（３）
である。
【００１３】
この実施形態によれば、構造体の周囲に生じる近接場光を強くすることができる。構造体の高さが高すぎると、近接場光が発生しないことがあるが、この実施形態によれば、近接場光を発生させ、光電変換デバイスの変換効率を高めることができる。
また、式（３）を満たさない光電変換デバイスの構造体よりも、材料が少なくなり製造時間が短くなるので、この実施形態によれば、光電変換デバイスをより低いコストで製造できる。
【００１４】
また、本発明の実施形態において、前記発明の構成に加え（上記式（１）及び（２）を満たすほか）、前記構造体が式（４）を満たす光電変換デバイスであってもよい。
ここで、式（４）は、ｗaveが前記構造体の、前記照射面に水平方向の平均サイズであるとき、
０．２＜ｗave×ｎdie／λmax＜１．５・・・式（４）
である。
また、前記構造体が式（４）を満たす光電変換デバイスは、さらに上記で説明した式（３）を満してもよい。
【００１５】
この実施形態によれば、構造体の周囲に生じる近接場光を強くすることができるとともに、近接場光の電界に「節」が発生することを防止できる。このため、構造体全体にわたって近接場光を強くすることができ、光電変換デバイスの変換効率を高めることができる。
【００１６】
また、本発明の実施形態において、前記発明の構成に加え、前記構造体の形状が円柱状であってもよい。このような形状であれば簡易な方法で作製できる（例えば、ナノインプリント、各種リソグラフィで簡易に作製できる）。
また、前記構造体の形状が不定形であってもよい（例えば、ガス中蒸着法やクラスタ堆積法により簡易に作製できる）。
【００１７】
また、本発明の実施形態において、前記発明の構成に加え、前記構造体の材料がＧａＰ、又はＴｉＯ2であってもよい。
【００１８】
このような実施形態であれば、ＧａＰ、又はＴｉＯ2は、太陽光スペクトル域において屈折率が高く、かつ吸収係数が低いので、前記構造体に生じる近接場光を強くすることができ、また、前記光電変換層に吸収させる光の強度を強くすることができる。これらの材料は、半導体材料でもあるので、前記構造体が光電変換層と接触する構造であっても、接触界面でのキャリアの再結合が起こらない。金属材料で形成された構造体が光電変換層と接触すると、接触界面でのキャリアの再結合が起こるが、この実施形態によれば、このような悪影響が生じない。
【００１９】
また、本発明の実施形態において、前記発明の構成に加え、前記光電変換層を挟んで配置される、一対の電極をさらに備えてもよい。例えば、前記光電変換層の前記照射面と、その反対の面にそれぞれ電極が接続され、前記光電変換層で変換された電気エネルギーをこれら電極から取り出してもよい。
【００２０】
また、本発明の実施形態において、前記発明の構成に加え、前記光電変換層、前記媒質層、前記構造体の順で積層された光電変換部が複数直列接続され、前記光電変換部が互いに異なる最大感度波長λmaxを有してもよい。いわゆるタンデム型太陽電池の場合、各光電変換部がそれぞれの波長でその光を電気エネルギーに変換することにより高い変換効率を実現するが、本実施形態は、各光電変換部の最大感度波長λmaxに適した構造体を各光電変換部にさらに採用しているので、光電変換デバイスの変換効率をより高めることができる。
【００２１】
また、本発明の実施形態において、前記発明の構成に加え、前記構造体の周囲が空気であってもよい。例えば、前記媒質層が空気層であってもよい。また、前記構造体が前記照射面に平行な面に複数形成され、構造体と構造体との間に空気を有してもよい。より具体的には、例えば、本実施形態に係る光電変換デバイスが上記で説明した前記光電変換層、前記媒質層、前記構造体（構造体が複数存在し、全体として構造体層を形成する）が積層される構造であり、この構造において構造体と構造体との間に空気が存在する形態であってもよい。
【００２２】
この実施形態によれば、前記構造体の周囲（例えば、前記媒質層）が空気であり、空気は、屈折率ｎの値が最小であるので（屈折率ｎ＝１）、前構造体を形成する材料の選択範囲が広がる。また、構造体の近接場光（すなわち、光電変換層に吸収させる光）を強くすることができるので、光電変換デバイスの変換効率を高めることができる。
【００２３】
また、本発明の実施形態において、前記発明の構成に加え、前記媒質層は、前記光電変換層と前記構造体との間に設けられ、透明電極材料で構成されてもよい。
【００２４】
このような実施形態であれば、構造体の近接場光により大量に生成される光電変換層中のキャリアを、光が集中する領域から最短距離にある光電変換層と構造体との間の透明電極で効率よく取り出すことができる。
【００２５】
次に、図面を用いて実施形態について説明する。なお、以下の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。
【００２６】
〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１に係る太陽電池の構成を示す模式的な断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池１０（光電変換デバイス）は、基板２０、裏面電極３０、光電変換層４０、微小誘電体５０（構造体）、透明電極６０から構成されている。ここで、光電変換層４０、微小誘電体５０（構造体）は、光電変換部を構成する。
【００２７】
基板２０は、裏面電極３０や光電変換層４０等の構成要素を支持するための薄板であり、例えば、ガラスや樹脂製のフィルムなどで形成されている。一般的には、厚さ３〜５ｍｍのガラス基板が用いられるが、フレキシブル性を持たせるために、フィルムが用いられてもよい。また、光が照射される面と反対側で光電変換層４０を支持する板であるので、基板２０は不透明であってもよい。
【００２８】
裏面電極３０は、光電変換層４０で変換された電気エネルギーを取り出すための電極であり、透明電極６０とともに、光電変換層４０を挟む一対の電極を構成する。裏面電極３０は、光電変換層４０の基板側の面、すなわち、光が照射される照射面の反対側の面で、光電変換層４０と接続されているので、裏面電極３０は透明電極である必要はない。例えば、Ａｌ、Ａｇなどの不透明電極（金属電極）であってもよく、当然ながら透明電極であってもよい。例えば、Ｇａ添加のＺｎＯなどの透明電極材料などで形成されてもよい。また、光電変換層４０から電気エネルギーを取り出すというその機能から、裏面電極３０は、好ましくは、光電変換層４０（具体的には、後述するｎ型半導体層４１）とオーミック接触する材料を選択する。
【００２９】
光電変換層４０は、照射された光のエネルギーを電気エネルギーに変換する層であり、例えば、照射された太陽光を電気エネルギーに変換して発電する機能をもつ。図１に例示するように、本実施形態では、光電変換層４０は、ｎ型半導体層４１、ｉ型半導体層４２、ｐ型半導体層４３の３層で構成されている。本実施形態では、ｐ−ｉ−ｎ接合を形成させることにより、電位勾配を生じさせ、光を吸収させてキャリアを分離し、電気エネルギーを生じさせている。
【００３０】
光電変換層４０の厚さは、例えば、全体で１００ｎｍ以上、５μｍ以下であるが、後述する微小誘電体５０で生じる近接場光を吸収できる厚みであればよい。例えば、製造コストの観点からすると、低コスト化には薄い方が好ましい。
【００３１】
光電変換層４０の材料は、具体例を挙げると、アモルファスＳｉ、微結晶Ｓｉ、微結晶ＳｉＧｅ、各種III−Ｖ族半導体、各種II−VI族半導体、ＣＩＧＳ系半導体、各種有機半導体などである。また、光電変換層４０の構造は、本実施形態で用いたｐ−ｉ−ｎ接合だけでなく、ｐ−ｎ接合やバルクへテロ構造、量子ドットを採用してもよい。
【００３２】
微小誘電体５０は、太陽電池１０に照射された光から近接場光を発生させる構造物（構造体）であり、光電変換層４０の、照射光が照射される面側に、例えば、ＧａＰやＴｉＯ2などの誘電体により形成される。本実施形態では、後述するシミュレーション結果から、光電変換層４０と微小誘電体５０との間の照射光を伝達する層（媒質層）との関係、（本実施形態では透明電極６０との関係）を考慮して微小誘電体５０の材料を決定している。具体的には、光電変換効率が最も高くなる、光電変換層４０の光の波長（分光波長）をλmax（最大感度波長ともいう）としたとき、次の式（１）を満たすように、微小誘電体５０の材料は、λmaxにおいて透明電極６０の材料よりも高い屈折率を持つ材料としている。
【００３３】
［数１］
ｎdie＞ｎmed・・・式（１）
ここで、
λmax：前記光電変換層の光エネルギーに対する感度が最大となる最大感度波長、
ｎmed：波長λmaxにおける前記媒質層の屈折率、
ｎdie：波長λmaxにおける前記構造体の屈折率、
である。
【００３４】
例えば、後述するシミュレーションの一例では、透明電極６０がＩＴＯであるとき、微小誘電体５０の材料は、ＧａＰである。このような透明電極６０の材料よりも高い屈折率を持つ材料であれば、微小誘電体５０周辺に近接場光が発生する。例えば、光の波長が６００ｎｍの場合、ＩＴＯは、屈折率が１．８であり、ＧａＰは、３．３である。（周知なように、薄膜の屈折率はその成膜条件や光の波長によるので、ここに示した数値は例示にすぎない。以下の薄膜の屈折率も同じである）
【００３５】
より具体的には、微小誘電体５０の材料は、例えば、ＧａＰ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2などの誘電体材料である（屈折率等、詳細はシミュレーション結果とともに説明する）。太陽光スペクトル域における屈折率の高さや透明性を考慮すると、この中でも、ＧａＰ、ＴｉＯ2が微小誘電体５０の材料に好ましい。ＧａＰ及びＴｉＯ2は半導体材料でもあり、仮に微小誘電体５０が光電変換層４０と直接接触する構成となった場合でも、金属材料で微小誘電体５０を形成した場合と異なり、接触界面におけるキャリアの再結合が生じない。このため、太陽電池の発電効率に悪影響を与えることがない。なお、ＧａＰ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2の薄膜の屈折率は、例えば、光の波長が６００ｎｍの場合、それぞれ、３．３，２．９，２．２である。
【００３６】
微小誘電体５０の形状は、特に限定されず、具体例を挙げると、例えば、円柱状、円錐状、球状である。これらの形状であれば、後述するシミュレーション結果から理解できるように、ほぼ同様の近接場光が得られる。微小誘電体５０の形状は任意であるので、例えば、様々な形状が入り混じったランダムな形状（不定形）であってもよく、好ましくは、シミュレーション結果から明らかとなった大きさ（高さ、幅（例：直径））を満たす形状である。
【００３７】
微小誘電体５０の数量は、特に限定されないが、近接場光による効果を光電変換層４０全体に届けるために、複数個設けるとよい。例えば、図１に示すように、光電変換層４０の照射面上に分散して配置する。すべての微小誘電体５０を、照射面に対して最適な距離の平面上（詳細な距離・位置は、後述のシミュレーション結果とともに後述する）に配置することが好ましいが、効果が現れれば、必ずしも同一平面上に配置する必要はない。
【００３８】
透明電極６０は、上記の裏面電極３０と同様に、光電変換層４０で変換された電気エネルギーを取り出すための電極である。また、透明電極６０は、裏面電極３０とともに、光電変換層４０を挟む一対の電極を構成するものである。透明電極６０は、光電変換層４０の、光が照射される照射面で、光電変換層４０と接続されているので、裏面電極３０と異なり、光を透過させる電極（例えば、透明電極）である必要がある。例えば、ＩＴＯやＦＴＯなどの透明導電性材料で形成し、抵抗値が高くなりすぎず、かつ十分な透過率を持つように、その厚みを数１００ｎｍ〜数ｕｍとする。また、透明電極６０は、光電変換層４０から電気エネルギーを取り出すという、その機能から、裏面電極３０と同様に、好ましくは光電変換層４０とオーミック接触する材料を選択する（透明電極６０は、光電変換層４０を構成するｐ型半導体層４３と接続されるので、ｐ型半導体層４３とオーミック接触する材料が好ましい）。
【００３９】
透明電極６０は、本実施形態の場合、光電変換層４０で変換された電気エネルギーを効率よく取り出せるように、微小誘電体５０の周囲を取り囲むように構成されるとともに、光電変換層４０と接するように配置されている。すなわち、透明電極６０が光電変換層４０上に形成され、微小誘電体５０が透明電極６０内部に埋め込まれている。より詳細に説明すると、光電変換層４０と微小誘電体５０との間で照射光を伝達する層（媒質層）が透明電極６０層であり、微小誘電体５０上に形成された層も透明電極６０層である。また、微小誘電体５０が並ぶ層（微小誘電体５０層（構造体層）ともいう）で、微小誘電体５０と微小誘電体５０との間を埋める材料も透明電極６０である。
【００４０】
ここで、透明電極６０及び微小誘電体５０の位置関係は、例えば、微小誘電体５０の一部が透明電極６０に埋め込まれるように配置されてもよいが、微小誘電体５０の一部（例えば下半分）が透明電極６０に埋め込まれ、残りの部分（例えば上半分）が空気中に露出している場合、すなわち、微小誘電体５０を取り囲む媒質（物質）が不均一である場合、近接場光強度が約１０％〜約５０％低下してしまう。この現象は、微小誘電体５０を取り囲む物質の影響を受けて、微小誘電体５０中の電界強度分布が不均一になることに起因するので、微小誘電体５０を取り囲む媒質（物質）が均一となるように形成する。例えば、上記で説明したような、透明電極６０に微小誘電体５０全体が埋め込まれる形態であれば、光電変換層４０の電気エネルギーを効率よく取り出せるほか、近接場光の強度を強くすることができる。
【００４１】
なお、微小誘電体５０が透明電極６０に覆われず、太陽電池１０の表面に露出する形態であってもよい。この形態であれば、微小誘電体５０の周囲の媒質が空気となるので、微小誘電体５０の材料選択の幅が広がる。また、上記で説明した微小誘電体５０周囲の媒質の均一性の問題から、この形態の場合、微小誘電体５０全体が太陽電池１０の表面に露出する形態が好ましい（例えば、微小誘電体５０が円柱状の場合、光電変換層４０に接する下面以外の面が空気中に露出する）。
【００４２】
また、本実施形態に係る太陽電池では、透明電極６０及び微小誘電体５０は、次の式（２）を満たすように構成されている。この関係式は、シミュレーション結果から導かれたものであるため、次にシミュレーションについて説明する。
【００４３】
［数２］
Ｄave×ｎmed／λmax＜０．３・・・式（２）
ここで、
λmax：前記光電変換層の光エネルギーに対する感度が最大となる最大感度波長、
ｎmed：波長λmaxにおける前記媒質層の屈折率、
Ｄave：前記光電変換層の照射面と前記構造体との間の最短距離の平均値
である。
【００４４】
〔シミュレーション〕
実施形態１の構成について、シミュレーション結果を示しながら、具体的に説明する。図２〜図８は、実施形態１に係る太陽電池１０について、ＦＤＴＤ法（finite-difference time-domain method）を用いたシミュレーション結果を示す図である。各図毎にシミュレーションの条件を変更してシミュレーションを行った。光電変換層４０における最大感度波長λmaxは、使用する半導体材料や構造により変化するところ、一般的には５００ｎｍから８００ｎｍの範囲であるので、この範囲の最大感度波長を想定してシミュレーションを行った。
【００４５】
図２は、シミュレーションにおいて、微小誘電体周辺の光の電界強度分布を示す図である。
図２に示すシミュレーションでは、光電変換層４０の最大感度波長λmaxが５００ｎｍ、６００ｎｍ及び８００ｎｍである場合を想定し、これらの波長の光が実施形態１の太陽電池１０に照射されたときに、微小誘電体５０周辺で、どのような光の電界強度となるかをシミュレーションした。
また、光電変換層４０の材料はアモルファスＳｉとし、微小誘電体５０はＧａＰとした。このため、微小誘電体５０の屈折率ｎdieは、ＧａＰの各波長λmaxでの屈折率とした。
また、微小誘電体５０の形状は円柱形とし、サイズは、照射波長λ＝５００ｎｍ、６００ｎｍで、直径Ｒ＝２００ｎｍ、高さｈ＝２００ｎｍとし、照射波長λ＝８００ｎｍで、直径Ｒ＝３００ｎｍ、高さｈ＝３００ｎｍとした。
また、透明電極６０はＩＴＯとし、ＩＴＯに微小誘電体５０が埋め込まれている形態とした。このため、微小誘電体５０を取り囲む物質の屈折率ｎmedは、ＩＴＯの各波長λmaxでの屈折率とした。また、微小誘電体５０から光電変換層４０までの距離は１０ｎｍとし、その間にはＩＴＯが存在するものとした。
【００４６】
図２を参照すると、微小誘電体５０の内部及び微小誘電体５０の光電変換層４０側に、電界強度の高い領域が発生し、光電変換層４０に向かって光が集中していることがわかる。図２の結果から、光電変換層４０が前記の集中した光（微小誘電体５０周囲に染み出した近接場光）を吸収できる構成であれば、微小誘電体５０がない場合と比較して太陽電池１０の光電変換効率を高めることが可能であることが理解できる。特に、光を十分に吸収できず、透過してしまう薄型の光電変換層５０においてその変換効率を高めることができることが理解できる。
【００４７】
次に、微小誘電体５０の具体的な材料について、屈折率の観点からシミュレーションした。図３は、シミュレーションにおいて、微小誘電体の屈折率と光の電界強度（すなわち、近接場光強度）との関係を示す図である。図３に示すシミュレーションでは、微小誘電体５０として屈折率の異なる種々の誘電体材料（ＧａＰ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2）を想定し、微小誘電体５０周囲の近接場光の強度を比較した。シミュレーション結果を一般化して論じるために、近接場光の強度を、微小誘電体５０がある場合とない場合を比較した電界強度比とした。（詳細には、微小誘電体５０がある場合における光電変換層４０表面の電界強度を微小誘電体５０がない場合におけるそれで割ったときの電界強度比である。以下の「微小誘電体５０がある場合とない場合とを比較した電界強度比」でも同様の定義である）  図３では、屈折率はｎdie／ｎmedと規格化した。
なお、ここで説明した屈折率のほか、シミュレーション条件は、図２のシミュレーションと同じ条件とした。
【００４８】
図３を参照すると、λ＝５００ｎｍ、６００ｎｍ及び８００ｎｍのうち、いずれの最大感度波長λmaxであっても、微小誘電体５０の屈折率が低下するに従い、電界強度比が低下する傾向が見られる。また、ｎdie／ｎmed＜１の場合、電界強度比が１未満になっていることがわかる。これは、ｎdie＜ｎmedとなると、微小誘電体５０に局在した近接場光が発生しなくなるためであると考えられる。また、図３を参照すると、ｎdieがｎmedより大きいほど、微小誘電体に近接場光が集中することがわかる。このため、ｎdie＞ｎmedとすることで、照射光により、微小誘電体５０に局在した近接場光が発生する。すなわち、ｎdie＞ｎmedとすることで、微小誘電体５０に光を集中させることができる。
【００４９】
次に、微小誘電体５０の底面から光電変換層４０の光照射側の表面までの距離Ｄと近接場光の強度との関係をシミュレーションした。図４は、シミュレーションにおいて、微小誘電体から光電変換層までの距離と光の電界強度（すなわち、近接場光強度）との関係を示す図である。図４に示すシミュレーションでは、微小誘電体５０の底面と光電変換層４０の間に透明電極６０を配置し、その材料としてＩＴＯを設定した。図３の場合と同様に、近接場光の強度を、微小誘電体５０がある場合とない場合を比較した電界強度比とした。また、図４では、距離Ｄは光路長を波長で規格化したＤ×ｎmed／λmaxで示した。
なお、ここで説明した距離Ｄのほか、シミュレーション条件は、図２のシミュレーションと同じ条件とした。
【００５０】
図４を参照すると、λ＝５００ｎｍ、６００ｎｍ及び８００ｎｍのうち、いずれの最大感度波長λmaxであっても、微小誘電体５０と光電変換層４０との距離が広がるに従って、電界強度比が急速に低下していることがわかる。特に、最大感度波長λmax＝５００ｎｍの場合、Ｄ×ｎmed／λmax＞０．３で、電界強度比がほぼ１になっており、微小誘電体５０の効果が著しく低下している。これは、微小誘電体５０と光電変換層４０との距離が広すぎると、微小誘電体５０周囲に染み出した近接場光が、光電変換層４０に届かなくなるためであると考えられる。図４の結果から、微小誘電体５０と光電変換層４０との距離Ｄを、Ｄ×ｎmed／λmax＜０．３とすることで、微小誘電体５０周囲に染み出した近接場光により、光電変換層４０に集中した光を吸収させることが可能であることが理解できる。たとえば、最大感度波長λmaxを５００ｎｍ、透明電極６０をＩＴＯとした場合、距離Ｄを約８３ｎｍ未満にすると、近接場光を光電変換層４０に吸収させることができる（図４参照）。なお、距離Ｄの異なる複数の微小誘電体５０を有する場合、距離Ｄの平均値Ｄaveが、Ｄave×ｎmed／λmax＜０．３の範囲になっていればよい。
【００５１】
次に、円柱形の微小誘電体５０の高さｈと近接場光の強度との関係をシミュレーションした。図５は、シミュレーションにおいて、微小誘電体の高さと光の電界強度（すなわち、近接場光強度）との関係を示す図である。図５に示すシミュレーションでも、図３及び図４と同様に、近接場光の強度を微小誘電体５０がある場合とない場合を比較した電界強度比とした。また、図５では、高さは光路長を波長で規格化したｈ×ｎdie／λmaxで示した。
【００５２】
図５を参照すると、λ＝５００ｎｍ、６００ｎｍ及び８００ｎｍのうち、いずれの最大感度波長λmaxであっても、光路長が約１．１の場合で電界強度比が最大になっていることがわかる。また、規格化した光路長が２．５を超える範囲で電界強度比がほぼ１になっており、微小誘電体５０の効果が著しく低下している。これは、微小誘電体５０の高さｈが大きすぎると、微小誘電体５０に局在した近接場光が発生しないためであると考えられる。図５の結果から、微小誘電体５０の高さｈを、ｈ×ｎdie／λmax＜２．５の範囲とすることで、微小誘電体５０周囲に発生する近接場光を強めることが可能であることが理解できる。また、このような微小誘電体５０の高さであれば、微小誘電体５０の製膜に必要な材料が少なくなり、製造コストを抑えることができる。図５の結果から、たとえば、最大感度波長λmaxを５００ｎｍ、微小誘電体５０をＧａＰとした場合、高さｈを約３４８ｎｍ未満とすることが好ましいことがわかる。また、微小誘電体５０をＴｉＯ2とした場合、高さｈを約４１３ｎｍ未満とすることが好ましいことがわかる。
【００５３】
次に、円柱形の微小誘電体５０の直径Ｒと近接場光の強度との関係をシミュレーションした。図６は、シミュレーションにおいて、微小誘電体が円柱状である場合の、微小誘電体の直径と光の電界強度（すなわち、近接場光強度）との関係を示す図である。図６に示すシミュレーションでも、図３〜図５と同様に、近接場光の強度を微小誘電体５０がある場合とない場合とを比較した電界強度比とした。また、図６では、直径Ｒは光路長を波長で規格化したＲ×ｎdie／λmaxで示した。
【００５４】
図６を参照すると、λ＝５００ｎｍ、６００ｎｍ及び８００ｎｍのうち、いずれの最大感度波長λmaxであっても、規格化した光路長がＲ×ｎdie／λmax＜０．２の範囲で電界強度比がほぼ１となり、微小誘電体５０の効果が著しく低下していることがわかる。これは、微小誘電体５０の直径Ｒが小さすぎると、微小誘電体５０内部に電界が進入できなくなり、近接場光が発生しないためと考えられる。一方、規格化した光路長が１．５を越える範囲では、図６に示されるように、微小誘電体５０内部に電界強度の節が発生した（図６の○印で囲まれる箇所で電界強度の節が発生した）。
【００５５】
次に、図６で観察された節の影響を調査するために、節がない場合（λmax：５００ｎｍ、Ｒ：２００ｎｍ）と節がある場合（λmax：５００ｎｍ、Ｒ：３００ｎｍ）について、微小誘電体５０直下の光電変換層４０表面にどのような電界強度分布が形成されるか、シミュレーションして比較した。図７は、シミュレーションにおいて、微小誘電体内部に発生する電界強度の節の影響を示す図である。図７の各グラフにおいて、中央部に矢印で示した範囲（グレーに着色した範囲）に微小誘電体５０が配置された場合を想定し、横軸はこれに対する位置、縦軸は、図３〜図６と同じ電界強度比である。
【００５６】
図７を参照すると、節がない場合、微小誘電体５０全体にわたって、近接場光が得られていることがわかる（図７の左側のグラフ参照）。一方、節がある場合、微小誘電体５０の中心部分で近接場光が得られているが、縁の部分で近接場光が弱くなっていることがわかる（図７の右側のグラフ参照）。この結果から、節が発生すると、微小誘電体５０における単位断面積あたりの近接場光の発生効率が悪くなってしまうことがわかる。従って、図７の結果から、微小誘電体５０の直径Ｒを０．２＜Ｒ×ｎdie／λmax＜１．５の範囲とすることにより、微小誘電体５０周囲に発生する近接場光を強めるとともに、微小誘電体５０内部に発生する電界の光電変換層４０の層方向の節をなくし、微小誘電体５０周囲に発生する近接場光を効率よく光電変換層４０に送り込むことができることが導き出せる。例えば、最大感度波長λmaxを５００ｎｍ、微小誘電体５０をＧａＰとした場合、直径Ｒを約２８ｎｍから約２０９ｎｍの範囲にすることで、近接場光を効率よく光電変換層４０に送り込むことができる。また、微小誘電体５０をＴｉＯ2とした場合、直径Ｒを約３３ｎｍから２４８ｎｍにすることで、近接場光を効率よく光電変換層４０に送り込むことができる（図７参照）。
【００５７】
次に、微小誘電体５０が種々の形状（円柱、円錐、球）をとる場合に、どのような光の電界強度が微小誘電体５０の周辺に形成されるかをシミュレーションした。図８は、シミュレーションにおいて、微小誘電体の形状（円柱、円錐、球）と光の電界強度（すなわち、近接場光強度）との関係を示す図である。図８において、微小誘電体５０が円柱である場合が（ａ）、微小誘電体５０が円錐である場合が（ｂ），微小誘電体５０が球である場合が（ｃ）である（図中に点線で微小誘電体５０の形状を示している）。
【００５８】
図８を参照すると、いずれの形状であってもほぼ同等の近接場光が得られることがわかる。この結果から、微小誘電体５０の形状が任意であってもよいことが導き出せる。例えば、様々な形状が入り混じったランダムな形状（不定形）であってもよいといえる。また、図８の結果と図５〜図７の結果をあわせて考えると、微小誘電体５０がランダムな形状である場合、微小誘電体５０はあるサイズを平均にそのサイズがばらついているので、例えば、微小誘電体５０のサイズについて平均値を計算して、その平均値のｈaveが、ｈave×ｎdie／λmax＜２.５の範囲となればよく、また、平均値のｗaveが、０．２＜ｗave×ｎdie／λmax＜１．５の範囲となればよい。ここで、光電変換層４０の表面（光の照射面）に対して垂直、水平としたときに、平均値ｈaveは微小誘電体５０の垂直方向のサイズ（例えば、高さ）であり、平均値ｗaveは微小誘電体５０の水平方向のサイズ（例えば、直径）である。
【００５９】
〔製造方法１〕
次に、実施形態１に係る太陽電池について、その製造方法を説明する。図９は、本発明の実施形態１に係る太陽電池の製造方法を説明するための製造工程図である。
まず、基板２０を用意し、周知のスパッタリング法を用いて、基板２０に裏面電極３０を形成し、さらに、周知のＰＥＣＶＤ法を用いて光電変換層４０を形成する。例えば、裏面電極３０としてＡｌ薄膜を形成し、さらに、ｐ型アモルファスＳｉ層、ｉ型アモルファスＳｉ層、ｎ型アモルファスＳｉ層の順で、半導体層を形成する。裏面電極３０及び光電変換層４０の形成は、スパッタリング法やＰＥＣＶＤ法に限らず、金属薄膜や半導体薄膜の分野で周知の方法を適宜用いればよい。例えば、裏面電極３０の形成は、Ａｌ等の金属ペーストを印刷法で印刷してもよい。
以上の工程により、図９（ａ）に示す、裏面電極３０、光電変換層４０の順で各層が形成された基板２０が作製される。
【００６０】
次いで、図９（ｂ）に示すように、光電変換層４０上に透明電極６０を形成し、形成された透明電極６０上にさらにレジストを形成する。例えば、周知のスパッタリング法を用いて１０〜５０ｎｍ厚の透明電極６０（例えば、ＩＴＯ薄膜）を形成し、次いで、ＰＭＭＡ等のレジスト７０を塗布する。レジスト７０膜の形成は、例えば、スピンコート法やスプレーコート法を用いる。
ここで、図９（ｂ）の工程で形成された透明電極６０の厚さが光電変換層４０と微小誘電体５０と間の距離Ｄに相当する。
【００６１】
次いで、図９（ｃ）に示すように、所定のパターンが形成されているモールド８０を用いてレジスト７０に前記パターンを転写する（ナノインプリント法）。すなわち、モールド８０に、微小誘電体５０の形状に対応した、所望のパターンをあらかじめ形成しておき、このモールド８０を上記レジスト７０の表面に押し付ける。モールド８０に形成するパターンは、微小誘電体５０の形状や配列に対応したパターンであるので、規則的（例えば、平面上に複数の円柱が均等に分散している）であっても、不規則（例えば、様々な形状が入り混じったランダムな形状）であってもよい。
なお、レジスト７０にパターンを形成する方法として、ここで説明したナノインプリント法のほか、光リソグラフィ法、電子線リソグラフィ法等があり、これらの方法を用いてもよい。
【００６２】
次いで、図９（ｄ）に示すように、レジスト７０における、転写されたパターンの凹部の底を透明電極６０の表面が露出するまで削りとる。例えば、ＲＩＥなどのエッチング法により、パターンの凹部に残っているレジスト７０の残渣を取り除くことにより、透明電極６０表面を露出させる。
【００６３】
次いで、図９（ｅ）に示すように、表面が露出した透明電極６０上及びレジスト７０上に誘電体膜９０を形成する。例えば、周知のスパッタリング法を用いて、ＧａＰ膜を成膜する。
ここで、図９（ｅ）の工程で成膜された誘電体膜９０の厚さが微小誘電体５０の高さｈに相当する。
【００６４】
次いで、図９（ｆ）に示すように、誘電体膜９０が形成された基板からレジスト７０を取り除き、透明電極６０上に微小誘電体５０を形成する。例えば、リフトオフ法によりレジスト７０を取り除く。これにより、所望の形状の微小誘電体５０が形成された基板を得ることができる。
【００６５】
次いで、図９（ｇ）に示すように、微小誘電体５０が形成された基板上に、さらに透明電極６０を形成する。透明電極６０の形成は、例えば、図９（ｂ）の工程と同じ方法で行う。
【００６６】
以上の工程により、実施形態１に係る太陽電池が完成する。ここで説明した製造方法により、サイズのばらつきが小さい微小誘電体５０が形成された太陽電池が製造できる。特に、円柱形の微小誘電体を形成する場合、ナノインプリントや各種リソグラフィにより簡易に製造できるので、低いコストで製造できる。
なお、実施形態１に係る太陽電池において、微小誘電体５０を太陽電池１０表面に露出させた構成を採用する場合、図９（ｆ）までの工程で太陽電池が完成する（このため、図９（ｇ）の工程は任意の工程である）。
【００６７】
〔製造方法１の変形例〕
実施形態１に係る太陽電池が、ランダムな形状の微小誘電体５０を採用する太陽電池である場合、図９（ｂ）の工程後、図９（ｃ）〜図９（ｆ）の工程に替えて、微粒子作製法により微小誘電体５０を形成する工程を採用する。例えば、微粒子作製法としてガス中蒸着法、クラスタ堆積法などを用いる。これにより、透明電極６０表面にランダムな形状の微小誘電体５０を作製できる。微粒子のサイズや密度は、作製中のガス圧などにより制御できる。また、化学合成により作製した微小誘電体５０微粒子を分散させることもできる。このような工程を採用することにより、ランダムな形状の微小誘電体５０を有する太陽電池１０をより少ない工程数で製造できるとともに、さらに低コストで製造できる。
【００６８】
〔実施形態２〕
次に、実施形態２に係る太陽電池について説明する。実施形態１は、光電変換部（光電変換層４０及び微小誘電体５０）が１つであったが、複数の光電変換部を備え、かつ各光電変換部が互いに異なる最大感度波長λmaxを有することにより（いわゆるタンデム型太陽電池、多接合太陽電池の構造を採用することにより）、太陽電池の光電変換について、より高い変換効率を実現することが可能である。実施形態２に係る太陽電池は、上記で説明した微小誘電体５０等の構造を、複数の光電変換部を備える太陽電池に適用したものである。その構造を図１０に示す。図１０は、本発明の実施形態２に係る太陽電池の構成を示す模式的な断面図である。
【００６９】
図１０に示すように、本実施形態に係る太陽電池１１０（光電変換デバイス）は、基板１２０、裏面電極１３０、第１光電変換層１４０、第１微小誘電体１５０（第１構造体）、第２光電変換層１７０、第２微小誘電体１５１（第２構造体）、中間層１８０、透明電極１６０から構成されている。実施形態１の太陽電池では、光電変換部が光電変換層４０、微小誘電体５０（構造体）で構成されていたが、本実施形態（実施形態２）では、第１光電変換層１４０、第１微小誘電体１５０で構成される第１光電変換部と、第２光電変換層１７０、第２微小誘電体１５１で構成される第２光電変換部の２つの光電変換部で構成され、２つの光電変換部が中間層１８０を介して接合されている。以下、実施形態１と同一の構成要素、部材は、その説明を省略し、相違する構成要素、部材について説明する。
【００７０】
第１及び第２光電変換層１４０，１７０は、互いに異なる最大感度波長λmaxを有している。最大感度波長λmaxは、光電変換層を構成する材料を変更することにより、その波長を変化させることができるので、たとえば、第１光電変換層１４０をアモルファスＳｉ（λmax：約５００ｎｍ）、第２光電変換層１７０を微結晶Ｓｉ（λmax：約８００ｎｍ）で構成する。このように各光電変換層を構成する材料を互いに異なる材料とすることにより、第１光電変換層１４０の最大感度波長λmaxと第２光電変換層１７０のそれを互いに異なるようにすることができる。
【００７１】
第１及び第２微小誘電体１５０，１５１は、第１及び第２光電変換層１４０，１７０が互いに異なる最大感度波長λmaxを有しているので、第１及び第２微小誘電体１５０，１５１もその構造が互いに異なっていることが好ましい。すなわち、各最大感度波長λmaxで実施形態１で説明した式（１）を満たすように構成されている。より具体的には、第１微小誘電体１５０は、最大感度波長λmax（第１光電変換層１４０がアモルファスＳｉで形成されている場合、λmax：約５００ｎｍ）、で透明電極１６０よりも高い屈折率の材料で形成され、第２微小誘電体１５１は、最大感度波長λmax（第２光電変換層１７０が微結晶Ｓｉで形成されている場合、λmax：約８００ｎｍ）で透明電極１６０よりも高い屈折率の材料で形成されている。例えば、ＧａＰやＴｉＯ2などの誘電体を用いて形成し、上記の屈折率の関係を満たして近接場光を高めるように構成する。
【００７２】
また、第１及び第２微小誘電体１５０，１５１は、各光電変換層の表面から各微小誘電体までの最短距離Ｄが実施形態１で説明した式（２）を満たすように形成されている。例えば、上記で説明した第１光電変換層１４０は、第１微小誘電体１５０における距離Ｄが約８３ｎｍ未満となる（λmax：約５００ｎｍであり、透明電極１６０はＩＴＯである）。
【００７３】
中間層１８０は、第１光電変換層１４０側から第２光電変換層１７０側に光を透過させるために、透明電極６０と同様に、透明導電性材料で形成されている。透明導電性材料には、例えば、ＩＴＯやＦＴＯ、ＺｎＯなどを用いる。第１光電変換層１４０と第２光電変換層１７０とを電気的に接続する層でもあるので、透明導電性材料は、好ましくは、第１光電変換層１４０と第２光電変換層１７０とをオーミック接触する材料である。その膜厚は、好ましくは一般的に５０ｎｍから２μｍである。
【００７４】
第１及び第２光電変換層１４０、１７０は、それぞれ光電変換部を構成し、各光電変換部は、基板１２０側から見ると、光電変換層、光電変換層と微小誘電体との間で光を伝達する層（媒質層）、微小誘電体（構造体）の順で構成されている。このため、光が透明電極１６０表面側から照射されると、まず第１光電変換部で特定の波長の光が電気エネルギーに変換され、次に中間層１８０を介して、光が第２光電変換部に達し、そして、第１光電変換部で変換された光の波長と異なる波長の光が第２光電変換部で電気エネルギーに変換される。このとき、各光電変換部で、式（１）、式（２）（ｎdie＞ｎmed、及びＤ×ｎmed／λmax＜０．３）の関係を満たしているので、各光電変換部で近接場光が強まり、各光電変換部の変換効率が高まり、ひいては光電変換デバイス全体の変換効率が高めることになる。
【００７５】
〔製造方法２〕
このような形態の太陽電池は、上記で説明した製造方法を繰り返すことで製造できる。より具体的には、図９（ａ）〜（ｇ）の工程を実施し、図９（ｇ）の工程の透明電極を中間層１８０としてさらにその上に光電変換部を形成する（例えば、微結晶Ｓｉ膜の光電変換部を形成する）。次いで図９（ｂ）〜（ｇ）の工程を実施することにより、実施形態２の太陽電池１１０が完成する。
【００７６】
なお、実施形態２では、２つの光電変換部を備える形態を具体的に挙げて説明したが、例えば、３つ以上の光電変換部を備え、かつ各光電変換部が互いに異なる最大感度波長λmaxを有してもよいことは言うまでもない。
【００７７】
〔実施形態３〕
次に、実施形態３に係る太陽電池について説明する。実施形態１は、基板２０と逆側の、透明電極６０から照射される光を電気エネルギーに変換する実施形態（サブストレート型）であるが、本発明は、基板側から照射される光を電気エネルギーに変換する実施形態（スーパーストレート型）にも適用できる。このような実施形態を図１１に示す。図１１は、本発明の実施形態３に係る太陽電池の構成を示す模式的な断面図である。
【００７８】
図１１に示すように、本実施形態に係る太陽電池２１０（光電変換デバイス）は、基板２２０、透明電極２３０、微小誘電体２５０（構造体）、光電変換層２４０、裏面電極２６０から構成されている。実施形態３においては、基板側から光を照射するため、実施形態１と異なり、基板側の電極が透明電極、光電変換層を挟んだもう一方の電極が裏面電極となっている。
【００７９】
基板２２０は、光電変換層２４０に対して光が照射される側にある部材となるので、本実施形態では透明性の高い材料が用いられる。例えば、ガラスや樹脂性のフィルムである。一般的には、厚さ３〜５ｍｍのガラス基板を用いる。フレキシブル性を持たせるためフィルムを用いてもよい。
【００８０】
透明電極２３０、裏面電極２６０は、それぞれ実施形態１の透明電極６０、裏面電極３０に対応する。従って、これらと同様の機能を果たすように、同様の材料、膜厚で形成すればよい。例えば、透明電極２３０は、ＩＴＯやＦＴＯなどの透明導電性材料で形成され、好ましくは、ｐ型半導体層２４３とオーミック接触する材料で形成される。また、裏面電極２６０は、透明である必要はないので、例えばＡｌやＡｇなどの不透明電極（金属電極）で形成できる。透明であってもよいので、透明電極材料（例：Ｇａ添加のＺｎＯなど）で形成してもよい。裏面電極２６０は、好ましくは、ｎ型半導体層２４１とオーミック接触する材料で形成される。
【００８１】
また、透明電極２３０は、透明電極６０と同様に、その内部に微小誘電体２５０が埋め込まれている。本実施形態において、透明電極２３０と微小誘電体２５０の屈折率の関係並びに透明電極２３０、微小誘電体２５０及び光電変換層２４０の位置関係は実施形態１と同様である。すなわち、上記式（１）及び式（２）（ｎdie＞ｎmed、Ｄ×ｎmed／λmax＜０．３）の関係を満たすように構成されている。
【００８２】
以上のように、基板側から照射される光を電気エネルギーに変換する実施形態であっても、式（１）及び式（２）の関係を満たしているので、各光電変換部で近接場光が強まり、太陽電池の変換効率が高まる。
【００８３】
〔製造方法３〕
次に、実施形態３に係る太陽電池について、その製造方法を説明する。図１２は、本発明の実施形態２に係る太陽電池の製造方法を説明するための製造工程図である。
まず、基板２２０を用意し、透明電極２３０、レジスト７０の順で基板２２０に各膜を形成する。これらは周知の方法で形成すればよく、例えば、ＰＥＣＶＤ法やスパッタリング法を用いて透明電極２３０を形成し、スピンコート法やスプレーコート法を用いてレジスト膜を形成する（実施形態１の太陽電池の製造方法と同様の方法を適用する）。これにより、図１２（ａ）に示す、透明電極２３０、レジスト７０の順で各層が形成された基板２２０が作製される。
【００８４】
次いで、図１２（ｂ）に示すように、所定のパターンが形成されているモールド８０を用いてレジスト７０に前記パターンを転写する（ナノインプリント法）。図１２（ｂ）の工程は、実施形態１の太陽電池の製造方法における図９（ｃ）の工程と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００８５】
次いで、図１２（ｃ）に示すように、レジスト７０における、転写されたパターンの凹部底を透明電極２３０の表面が露出するまで取り除くとともに、さらに所定の深さまで透明電極２３０を掘り込む。すなわち、レジスト７０に転写されたパターンで透明電極２３０の表面を削る（透明電極２３０に前記パターンの凹凸が形成される）。このとき、透明電極２３０に形成される凹部の深さは、微小誘電体２５０の高さｈとなるので、透明電極２３０を掘り込む量（削る量、深さ）は、微小誘電体２５０の高さと同じに設定する。
【００８６】
次いで、図１２（ｄ）に示すように、透明電極２３０に形成された凹部を埋めるように誘電体膜９０を形成する。例えば、周知のスパッタリング法を用いてＧａＰ膜を成膜する。このとき、成膜は、透明電極２３０に形成された凹部の深さと同じ膜厚とする。
【００８７】
次いで、図１２（ｅ）に示すように、誘電体膜９０が形成された基板からレジスト７０を取り除き、透明電極２３０の凹部に微小誘電体２５０を形成する。例えば、リフトオフ法によりレジスト７０を取り除く。
【００８８】
次いで、図１２（ｆ）に示すように、微小誘電体５０が形成された基板上に、さらに透明電極２３０を形成する。透明電極２３０の形成は、周知のＰＥＣＶＤ法やスパッタリング法による。
【００８９】
次いで、図１２（ｇ）に示すように、透明電極２３０上に光電変換層２４０を形成する。光電変換層２４０の形成は、実施形態１に係る太陽電池の光電変換層４０の形成と同様にすればよいので、詳細な説明は省略する。
【００９０】
次いで、図１２（h）に示すように、光電変換層２４０上に裏面電極２６０を形成すると、実施形態３に係る太陽電池２１０が完成する。
以上の製造方法により、サイズのばらつきが小さい微小誘電体５０が形成された太陽電池が製造できることは実施形態１の製造方法と同様である。また、円柱形の微小誘電体を形成する場合、ナノインプリントや各種リソグラフィにより簡易に製造できるので、低いコストで製造できることも実施形態１の製造方法と同様である。
【００９１】
以上の実施形態で示した種々の特徴は、互いに組み合わせることができる。１つの実施形態中に複数の特徴が含まれている場合、そのうちの１又は複数個の特徴を適宜抜き出して、単独で又は組み合わせて、本発明に採用することができる。例えば、実施形態３に係る太陽電池（スーパーストレート型）に、実施形態２に係る太陽電池（タンデム型）を組み合わせてもよい。このように、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
１０、１１０、２１０  太陽電池  （光電変換デバイス）
２０、１２０、２２０  基板
３０、１３０  裏面電極
４０、２４０  光電変換層
４１、２４１  ｎ型半導体層
４２、２４２  ｉ型半導体層
４３、２４３  ｐ型半導体層
５０、２５０  微小誘電体  （構造体）
６０、１６０  透明電極  （媒体層又は透明電極）
７０  レジスト
８０  モールド
９０  誘電体膜
１４０  第１光電変換層
１５０  第１微小誘電体  （構造体）
１５１  第２微小誘電体  （構造体）
１７０  第２光電変換層
１８０  中間層
２３０  透明電極
２６０  裏面電極
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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