(57)【要約】【課題】変換効率の高い光電変換素子を提供する。【解決手段】受光面の側に微細周期構造を有する光電変換素子の、他方の面が反射する光の進行方向に着眼した。そして、他方の面に光を反射する凹凸構造を設けて、受光面の側から他方の面の側に向かって進行してきた光を、光電変換層に沿って進行する成分が増えるように反射する構成とすればよい。反射光が光電変換層の内部を進行する距離が長くなることで、光電変換素子に入射した光が光電変換層に吸収され易くなり、また受光面の側から放出され難くなり、依って変換効率の高い光電変換素子を提供することができる。【選択図】図１
2012142568.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の側に微細周期構造と、
前記光電変換層の他方の面の側にマイクロテクスチャ構造と、
前記マイクロテクスチャ構造に接する反射電極と、を有し、
前記微細周期構造は、アスペクト比が３以上１５以下の微細構造物を、６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の周期で備え、
前記マイクロテクスチャ構造は、アスペクト比が０．５以上３以下の構造物を、２μｍ以上１００μｍ以下の周期で備え、
前記反射電極は反射率が１０％以上１００％未満である光電変換素子。
【請求項２】
前記光電変換層に侵入する光のうち、光電変換に寄与する光の波長を有する光の１０％以上９９％以下が、反射電極に到達する請求項１記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記マイクロテクスチャ構造が光電変換層の受光面に対し８°以上４５°未満又は４９°以上９０°未満の角をなす面を備える請求項１又は請求項２記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記微細周期構造が一導電型を有する半導体からなり、
前記マイクロテクスチャ構造が一導電型とは逆の導電型を有する半導体からなる
請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記光電変換層が単結晶シリコン基板を含み、
前記マイクロテクスチャ構造が前記単結晶シリコンの結晶方位に沿った面を備える、請求項１乃至請求項４のいずれか一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に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換素子の変換効率は種々の原因により低下するため、様々な工夫がされている。例えば、受光面に収集電極を形成せず、シャドウロスの全く無いバックコンタクト構造が提案されている（例えば非特許文献１参照）。しかしながら、大気を通過してくる光を受光する光電変換素子の場合、光電変換素子の屈折率は大気に比べて高いため、入射する光の一部が光電変換素子の受光面で反射されてしまう。その結果、素子に進入する光が減り、光電変換素子の見かけ上の変換効率が低下する現象がある。
【０００３】
そこで、入射する光の波長より長い周期を有する凹凸構造（所謂テクスチャー構造）を光電変換素子の受光面に設けて、一の構造が反射した光を他の構造が受光する構成とし、変換効率の低下を防ぐ技術が知られている。
【０００４】
また、光電変換素子の内部に進入した光の一部が光電変換層に吸収されずに素子の外部に再び出て行ってしまう現象も、光電変換素子の変換効率を低下する原因の一つである。具体的には、光電変換素子の受光面から進入した光の一部が、光電変換層に吸収されることなく他方の面に反射され、受光面から放出されてしまう場合がある。この現象は、光電変換素子の光電変換層が薄いほど顕著に現れる。
【０００５】
そこで、入射する光の波長と同程度の周期を有する凹凸構造を光電変換素子の受光面に設けて、受光面から他方の面に最短距離で向かう光の成分を減らして、光電変換素子の内部を進行する成分を増やすことにより、光を吸収し易い構成とする方法が知られている。
【０００６】
一方、入射する光より充分短い周期を有する微細な構造が設けられた物体の表面は光を反射し難くなる現象が知られている。このような微細な周期構造の一例としてはモスアイ構造と呼ばれる微細構造が知られており、反射防止膜に利用されている。そして、光電変換素子の受光面にこのような微細周期構造を設けて、変換効率を向上する試みも行われている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｒ．Ａ．Ｓｉｎｔｏｎ，Ｙｏｕｎｇ  Ｋｗａｒｋ，Ｊ．Ｙ．Ｇａｎ，ａｎｄ  Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｍ．Ｓｗａｎｓｏｎ，”２７．５−Ｐｅｒｃｅｎｔ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ”，ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．ＥＤＬ−７，ｎｏ．１０，ｐｐ．５６７−５６９，Ｏｃｔ．  １９８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
受光面に微細周期構造が設けられた光電変換素子は、受光面において反射が抑制され、光は光電変換素子に進入し易くなる。依って、光電変換素子の受光面に微細周期構造を備える構成は、光電変換効率を向上する効果を奏する。
【０００９】
しかし、受光面に設けられた該微細周期構造の周期が、光の波長と同程度から１／１０程度であるため光を散乱せず、光の一部は他方の面に達してそこで反射され、再度微細周期構造に戻ることになる。このとき、該反射光が、微細周期構造が設けられた面に鉛直な方向に対し０°以上１３°未満の範囲で該微細周期構造に再び入射すると、該反射光は微細周期構造を透過して光電変換素子の外部に出て行ってしまうという問題があった。
【００１０】
本発明の一態様は、このような技術的背景のもとでなされたものである。したがって、本発明の一態様は、変換効率の高い光電変換素子を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、受光面に微細周期構造を有する光電変換素子の、他方の面が反射する光の進行方向に着眼した。
【００１２】
そして、受光面から他方の面に向かって進行してきた光を、光電変換層の内部を進行する成分が多くなる方向に反射する凹凸構造を、他方の面に設ける構成に想到し、上記課題の解決に至った。
【００１３】
すなわち、本発明の一態様は、光電変換層と、光電変換層の受光面の側に微細周期構造と、光電変換層の他方の面にマイクロテクスチャ構造と、マイクロテクスチャ構造に接する反射電極と、を有し、微細周期構造は、アスペクト比が３以上１５以下の微細構造物を、６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の周期で備え、マイクロテクスチャ構造は、アスペクト比が０．５以上３以下の構造物を２μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下の周期で備え、反射電極は反射率が１０％以上１００％未満である光電変換素子である。
【００１４】
上記本発明の一態様によれば、光電変換層を備える光電変換素子において、光電変換層の受光面の側には微細周期構造が設けられ、光電変換層の受光面とは反対側の面（すなわち光電変換層の他方の面）の側にはマイクロテクスチャ構造が設けられている。そして、該マイクロテクスチャ構造に接して反射率が１０％以上１００％未満の反射電極が設けられている。これにより、受光面に対しおよそ鉛直な方向から入射する光は、その一部が光電変換層に吸収されながら、光電変換層の厚み程度の距離を進行して反射電極に達する。反射電極に到達した光は、マイクロテクスチャ構造に接して設けられた反射電極により、入射してきた方向（具体的には受光面に対しおよそ鉛直の方向）とは異なる方向（具体的には光電変換層に沿って進行する方向）に反射される。その結果、当該反射光が光電変換層の内部を進行する距離が増える効果を奏する。反射光が光電変換層の内部を進行する距離が長くなることで、光電変換素子に入射した光が光電変換素子に吸収され易くなり、変換効率の高い光電変換素子を提供することができる。
【００１５】
なお、受光面に対し斜めに入射した光は、光電変換層の内部を光電変換層の厚みよりも長い距離を進行することになり、反射電極に到達するまでに光電変換層に効率よく吸収されることになる。
【００１６】
また、本発明の一態様は、光電変換層に侵入する光のうち、光電変換に寄与する光の波長を有する光の１０％以上９９％以下が、反射電極に到達する光電変換素子である。
【００１７】
上記本発明の一態様によれば、光電変換層は光電変換層を進行する光を効率良く吸収する。これにより、光電変換素子に入射した光が光電変換層に吸収され易くなり、また受光面の側から放出され難くなり、変換効率の高い光電変換素子を提供することができる。
【００１８】
また、本発明の一態様は、マイクロテクスチャ構造が光電変換層の受光面に対し８°以上４５°未満又は４９°以上９０°未満の角をなす面を備える光電変換素子である。
【００１９】
上記本発明の一態様によれば、光電変換層の受光面に対しおよそ鉛直に入射した光の一部が、光電変換層を透過して、当該マイクロテクスチャ構造に接して設けられた反射電極に反射され、該受光面の側に設けられた微細周期構造に、該微細周期構造に全反射する条件を満たす角度で入射する。これにより、光電変換層の受光面に対しおよそ鉛直に入射する光を光電変換層に閉じ込めることができ、変換効率の高い光電変換素子を提供することができる。
【００２０】
また、本発明の一態様は、微細周期構造が一導電型を有する半導体からなり、マイクロテクスチャ構造が一導電型とは逆の導電型を有する半導体からなる光電変換素子である。
【００２１】
上記本発明の一態様によれば、半導体の微細加工技術を用いて微細周期構造とマイクロテクスチャ構造を形成することができる。これにより、容易に変換効率の高い光電変換素子を提供することができる。
【００２２】
また、本発明の一態様は、光電変換層が単結晶シリコン基板を含み、マイクロテクスチャ構造が結晶方位に沿った面を備える光電変換素子である。
【００２３】
上記本発明の一態様によれば、単結晶シリコンを用いて高効率の光電変換層を形成することができ、且つ単結晶シリコンの結晶面に沿ったマイクロテクスチャ構造を形成することができる。これにより、容易に変換効率の高い光電変換素子を提供することができる。
【００２４】
なお、本明細書において、微細周期構造とは、アスペクト比が３以上１５以下の微細構造物を６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の周期で備える構造を意味し、マイクロテクスチャ構造とは、アスペクト比が０．５以上３以下の構造物を２μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下の周期で備える構造を意味するものとする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、変換効率の高い光電変換素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態に係る光電変換素子の構成を説明する図。
【図２】実施の形態に係る光電変換素子の構成を説明する図。
【図３】実施の形態に係る光電変換素子の作製方法を説明する図。
【図４】実施の形態に係る光電変換素子の作製方法を説明する図。
【図５】実施の形態に係る光電変換素子の作製方法を説明する図。
【図６】実施の形態に係る光電変換素子の作製方法を説明する図。
【図７】実施例に係る計算モデルを説明する図。
【図８】実施例に係る計算結果を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００２８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、光電変換層と、光電変換層の受光面の側に微細周期構造と、光電変換層の他方の面の側にマイクロテクスチャ構造と、マイクロテクスチャ構造に接する反射電極と、を有する光電変換素子について図１を参照して説明する。具体的には、微細周期構造はアスペクト比が３以上１５以下の微細構造物を、６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の周期で備え、マイクロテクスチャ構造はアスペクト比が０．５以上３以下の構造物を、２μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下の周期で備え、反射電極は反射率が１０％以上１００％未満である光電変換素子について説明する。
＜光電変換素子の構成＞
【００２９】
図１（Ａ）に示す光電変換素子１００は、光電変換層１０３と、光電変換層１０３の受光面の側に一導電型を有する第１の半導体層１０１と、第１の半導体層１０１に電気的に接続する第１の電極１１１と、配線１１２と、を備える。そして、光電変換層１０３の他方の面の側に一導電型とは逆の導電型を有する第２の半導体層１０２と、反射電極１２１と、を備える。さらに、光電変換層１０３の受光面の側には微細周期構造１１０が設けられ、第２の半導体層１０２に接して、且つ電気的に接続するように反射電極１２１が設けられている。
【００３０】
図１（Ｂ）に示す光電変換素子２００は、光電変換層２０３と、光電変換層２０３の受光面の側に一導電型を有する第１の半導体層２０１と、第１の半導体層２０１に電気的に接続する第１の電極２１１と、配線２１２と、を備える。そして、光電変換層２０３の他方の面の側に一導電型とは逆の導電型を有する第２の半導体層２０２と、反射電極２２１と、を備える。さらに、光電変換層２０３の受光面の側には微細周期構造２１０が設けられ、光電変換層２０３の他方の面の側にはマイクロテクスチャ構造２２０が設けられている。また、反射電極２２１は、マイクロテクスチャ構造２２０に接して第２の半導体層２０２と電気的に接続するように設けられている。
【００３１】
なお、光電変換素子の反射電極は導電膜を積層して構成してもよい。本実施の形態で例示する光電変換素子１００の反射電極１２１は、光電変換層１０３が吸収する光に対して透光性を有し、且つ導電膜１２１ｂとの屈折率の差が大きい導電膜１２１ａと、光電変換層１０３が吸収する光を反射する導電膜１２１ｂと、電気抵抗が低い導電膜１２１ｃが積層されており、また、光電変換素子２００の反射電極２２１は、光電変換層２０３が吸収する光に対して透光性を有し、且つ導電膜１２１ｂとの屈折率の差が大きい導電膜２２１ａと、光電変換層２０３が吸収する光を反射する導電膜２２１ｂと、電気抵抗が低い導電膜２２１ｃが積層されている。
【００３２】
光電変換素子２００を例に、光を反射する導電膜２２１ｂと光電変換層２０３の間に透光性を有する導電膜２２１ａを設ける構成とする理由について説明する。光電変換層２０３の材料によっては、光電変換層２０３に反射性を有する導電膜２２１ｂを直接接触させたとしても、光電変換層２０３が吸収する光に対して両者の屈折率差が得られず界面で良好な反射性が得られない場合がある。このような場合、光電変換層２０３が吸収する光に対して透光性を有し、かつ導電膜２２１ｂとの屈折率差の大きい２２１ａを間に設けることにより、導電膜２２１ａと導電膜２２１ｂの界面で良好な反射率を得ることができる。その結果、光電変換層に進入する光の量を増やす効果を奏する。
【００３３】
なお、光電変換素子１００は光電変換層１０３で生じた電力を第１の電極１１１と反射電極１２１に出力し、光電変換素子２００は光電変換層２０３で生じた電力を第１の電極２１１と反射電極２２１に出力する。
＜微細周期構造とマイクロテクスチャ構造の相乗作用＞
【００３４】
光電変換素子１００及び光電変換素子２００は、いずれもアスペクト比が３以上１５以下の微細構造物を、６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の周期で受光面の側に備えている。また、微細周期構造は大気より大きな屈折率を有する材料で形成される。このような微細周期構造を受光面の側に備える構成とすることで、受光面の側において光電変換素子の外部から受光面に入射する光が全反射の条件を満たすことができなくなる。その結果、光電変換層に進入する光の量を増やす効果を奏する。
【００３５】
例えば図１（Ａ）に示すように、光電変換素子１００において受光面にφ１の角度をもって進入する光は、受光面の側に微細周期構造１１０が設けられているため、受光面の側で全反射されることなく、光電変換層１０３に進入する。また、φ１の角度をもって進入する光は、光電変換層１０３に沿って進行する成分を含むため光電変換層の厚みよりも長い距離を進行することになり、光電変換層に吸収される。
【００３６】
同様に図１（Ｂ）に示すように、光電変換素子２００において受光面にφ１の角度をもって進入する光は、受光面の側に微細周期構造２１０が設けられているため、受光面の側で全反射されることなく、光電変換層２０３に進入する。また、φ１の角度をもって進入する光は、光電変換層２０３に沿う成分を含むため光電変換層の厚みよりも長い距離を進行することになり、光電変換層に吸収される。
【００３７】
また、受光面におよそ鉛直な角度（φ＝０°）をもって進入する光について説明する。受光面から進入する光は、光電変換素子１００においては光電変換層１０３の厚み程度の距離を進行するだけで反射電極１２１に達し、また光電変換素子２００においても光電変換層２０３の厚み程度の距離を進行するだけで、反射電極２２１に達してしまう。
【００３８】
光電変換素子１００の場合、反射電極１２１は受光面とおよそ平行である。その結果、反射電極１２１で反射された光は再び光電変換層の厚み程度の距離を進行するだけで受光面に達してしまうことになる。依って、光電変換層１０３は受光面におよそ鉛直な角度をもって進入する光については、その一部を吸収しきれずに受光面から光電変換素子１００の外部に放出してしまう。
【００３９】
一方、光電変換素子２００の場合、マイクロテクスチャ構造２２０に接して反射電極２２１が設けられており、反射電極２２１は受光面に対して平行でない。そのため、反射電極２２１で反射される光は、入射してきた方向（具体的には受光面におよそ鉛直な角度をもって進入してきた方向）とは異なる方向（光電変換層２０３に沿った成分を含む方向）に進行する。その結果、反射光が光電変換層２０３の内部を進行する距離が長くなり、光電変換素子２００に入射した光が光電変換層に吸収され易くなり、また受光面の側から放出され難くなり、変換効率を高める効果を奏する。
【００４０】
特に、マイクロテクスチャ構造２２０は光電変換層２０３の受光面に対し８°以上４５°未満又は４９°以上９０°未満の角をなす面を備える構成が好ましい。なぜなら、光電変換層２０３の受光面に対し８°以上４５°未満又は４９°以上９０°未満の角をなす面に接して設けられた反射電極は、光電変換層２０３の受光面に対しおよそ鉛直に入射してきた光を、微細周期構造が全反射する条件を満たす角度で入射するように、該微細周期構造に向けて反射するためである。マイクロテクスチャ構造が備える面（マイクロストラクチャを構成する面とも言える）が、光電変換層２０３の受光面に対してなす角θと、微細周期構造に入射する光の角度の関係を図２に示す。矢印で示された光は光電変換層２０３の受光面に対して鉛直な方向から入射し、マイクロテクスチャ構造２２０が備える面で反射される。光電変換層２０３から微細周期構造２１０に入射する光は、受光面の鉛直方向に対し２θの角をなすことになる。なお、２θが１５°以上であれば全反射の条件を満たすことから、マイクロテクスチャ構造が備える面が光電変換層２０３の受光面に対してなす角θを８°以上４５°未満又は４９°以上９０°未満とすればよい。これにより、光電変換層の受光面におよそ鉛直に入射する光を光電変換層に閉じ込めることができ、変換効率の高い光電変換素子を提供することができる。
【００４１】
なお、光電変換層２０３の受光面に対し８°以上４５°未満の角をなす面に接して設けられた反射電極は、光電変換層２０３の受光面に対しおよそ鉛直に入射してきた光を、一回の反射により図２（Ａ）に示すように微細周期構造に向けて反射し、微細周期構造が全反射する条件を満たす。反射電極における反射の回数が少ないほど、反射電極における光の損失が抑制されるため特に好ましい。
【００４２】
また、マイクロテクスチャ構造が備える面が光電変換層２０３の受光面に対してなす角θを４９°以上９０°未満とすると、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示すように反射電極で複数回の反射を繰り返して光電変換層に光が入射することになる。また、入射する光が受光面の鉛直方向に対し傾くと、光がマイクロテクスチャ構造２２０に達するまでに光電変換層２０３の中を通過する距離が長くなり、光電変換層に吸収されやすくなる。
【００４３】
なお、光電変換素子が備える光電変換層は光電効果を有するものであればよく特に限定されない。無機系材料を用いる構成としては、ＩＶ族半導体を用いた光電変換層、化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族など）を用いる光電変換層等をその例に挙げることができ、有機系材料を用いる構成としては、有機半導体を用いた光電変換層、色素増感光電変換層等をその例に挙げることができ、また、無機系材料と有機系材料を組み合わせたハイブリッド型の光電変換層なども適用することができる。
【００４４】
代表的には、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどのシリコン系光電変換層が挙げられ、その他、ヒ化ガリウムや硫化銅インジウムなどを用いた化合物半導体光電変換層、フタロシアニンやフラーレンなどを用いた有機半導体光電変換層、酸化チタンなどを用いた色素増感光電変換層を用いることができる。
【００４５】
また、上述の光電変換層を複数積層したタンデム構造またはスタック構造を適用することもできる。
【００４６】
本実施の形態で例示する光電変換素子としては、単結晶シリコン基板を用いたものが好ましい。単結晶シリコンを用いる構成により高効率の光電変換層を形成することができ、且つ単結晶シリコンの結晶面に沿ったマイクロテクスチャ構造を容易に形成することができるためである。
【００４７】
本実施の形態で例示した光電変換層と、光電変換層の受光面の側に微細周期構造と、光電変換層の他方の面の側にマイクロテクスチャ構造と、マイクロテクスチャ構造に接する反射電極と、を有する構成を適用することにより、変換効率の高い光電変換素子を提供できる。
【００４８】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００４９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、単結晶の半導体基板を用い、光電変換層と、光電変換層の受光面の側に微細周期構造と、光電変換層の他方の面の側にマイクロテクスチャ構造と、マイクロテクスチャ構造に接する反射電極と、を有する光電変換素子の構成と、その作製方法について図３を参照して説明する。また図４を参照してその変形例を説明する。
【００５０】
本実施の形態で例示する光電変換素子の構成を図３（Ｃ）に示す。光電変換素子３００はｎ型の単結晶シリコン基板からなる第３の半導体層３０２ｂを有する。第３の半導体層３０２ｂは、受光面の側にｐ型の非晶質シリコンからなる第１の半導体層３０１と、第１の半導体層３０１に電気的に接続する第１の電極３１１と、配線３１２を備える。また、第３の半導体層３０２ｂの他方の面の側にｎ＋型の非晶質シリコンからなる第２の半導体層３０２ａと、反射電極３２１と、を備える。さらに、第３の半導体層３０２ｂの受光面の側には微細周期構造３１０が設けられ、第３の半導体層３０２ｂの他方の面の側にはマイクロテクスチャ構造３２０が設けられている。また、反射電極３２１がマイクロテクスチャ構造３２０に接して第２の半導体層３０２ａと電気的に接続するように、設けられている。なお、このような構成において、ｎ型の単結晶シリコン基板からなる第３の半導体層３０２ｂと、ｐ型の非晶質シリコンからなる第１の半導体層３０１が接する界面に生じる空乏層が光電変換層になる。
【００５１】
＜単結晶の半導体基板＞
本実施の形態の光電変換素子は単結晶の半導体基板を備える。単結晶の半導体基板としては、光電変換層を形成することができれば特に限定されず、例えばＩＶ族半導体からなる単結晶基板、化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族など）からなる単結晶基板等をその例に挙げることができる。また、単結晶基板の導電型は特に限定されず、ｎ型であってもｐ型であってもよい。
【００５２】
本実施の形態では、ｎ型の単結晶シリコン基板を用いて光電変換素子を形成する場合について説明する。なお、単結晶シリコン基板を用いる場合、基板の表面に（１００）面を備える基板が好ましい。なぜなら、後述する方法によりマイクロテクスチャ構造を容易に形成できためである。基板の表面に（１００）面を備える単結晶シリコン基板は、ＭＣＺ法など公知の方法を用いて作製された単結晶から切り出して作製できる。なお、体積抵抗率としては例えば１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下のものを用いることができる。
【００５３】
＜微細周期構造の形成方法＞
レジストマスクを形成したシリコン基板をエッチングして表面に微細周期構造を形成する。レジストマスクとしては、直径が６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であって且つ単分散の酸化珪素粒子を、単結晶シリコン基板の表面に配列したものを用いる。酸化珪素粒子を配列する方法としては、酸化珪素粒子を純水等に分散したスラリーにシリコン基板を浸漬し、該シリコン基板をスラリーから１０μｍ／ｓｅｃ程度のゆっくりした速度で引き上げる方法がある。
【００５４】
次いで、酸化珪素粒子を配列した単結晶シリコン基板に異方性のエッチングを施す。例えば、酸素を添加した四弗化炭素ガスを用いてドライエッチング法によりエッチングする。具体的には、ドライエッチング装置に四弗化炭素ガス（ＣＦ４）と酸素（Ｏ２）をＣＦ４：Ｏ２＝８５ｓｃｃｍ：１５ｓｃｃｍの流量比で導入し、１００Ｗの電力でエッチングする。
【００５５】
配列した酸化珪素粒子がレジストマスクとなることで、酸化珪素粒子が接する部分のシリコン基板が柱状に残るようにエッチングを進めることができる。この方法によれば、酸化珪素粒子の直径とエッチング条件を適宜調整することにより、アスペクト比が３以上１５以下の微細構造物を６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の周期で、基板の表面に形成することができる。レジストマスクに用いた酸化珪素粒子はエッチングして除去し、微細周期構造が完成する。
【００５６】
また、微細周期構造の作製方法はこれに限定されず、フェムト秒、ピコ秒の極短パルスのレーザを用いて形成してもよい。具体的には、デフォーカスした極短パルスのレーザをシリコン基板に照射することで、基板上に微細周期構造を作製できる。
【００５７】
＜マイクロテクスチャの形成方法＞
次に、微細周期構造を形成したシリコン基板の他方の面にマイクロテクスチャを形成する。なお、マイクロテクスチャの作製工程に投入する前に、作製した微細周期構造にレジストポリマーを塗布して、当該微細周期構造をマイクロテクスチャの作製工程から保護する。
【００５８】
本実施の形態では、単結晶シリコンのエッチング速度が結晶面で異なる性質を利用して、マイクロテクスチャを形成する。具体的には、（１００）面を表面に備えるシリコン基板を、アルカリ溶液を用いてエッチングすると、アスペクト比が０．５以上３以下のピラミッド状の構造物が、２μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下の周期で形成できる。周期を２μｍ以上とすることで、光電変換に寄与する光の波長を有する光はマイクロテクスチャを構成する面の角度を十分に認識できるため、  反射の法則に従う角度に反射できる。また、周期を１０μｍ以下とすることで、エッチング量が抑えられ、マイクロテクスチャの作製が容易となるだけでなく、単結晶シリコン基板の強度を保つことができる。なお、上記のピラミッド状の構造物は、光電変換層の受光面に対しおよそ５５°の角度をなす面を備える。
【００５９】
マイクロテクスチャ構造３２０が形成された後に、微細周期構造を保護していたレジストポリマーを除去する。この段階のｎ型の単結晶シリコン基板の構成を図３（Ａ）に示す。ｎ型の単結晶シリコン基板は第３の半導体層３０２ｂに相当し、第３の半導体層３０２ｂの面には微細周期構造３１０が、他方の面にはマイクロテクスチャ構造３２０が形成されている。
【００６０】
＜ｐｎ接合の形成方法＞
次に、第３の半導体層３０２ｂの微細周期構造３１０が形成された面に、第１の半導体層３０１としてｐ型の非晶質のシリコン半導体層を形成する。第１の半導体層３０１としては、例えばＣＶＤ法により形成した厚さ１０ｎｍ程度の膜を用いることができる。
【００６１】
第３の半導体層３０２ｂに接して、ｐ型の非晶質のシリコン半導体からなる第１の半導体層３０１を設けることで、ｐｎ接合が形成される。第３の半導体層３０２ｂと第１の半導体層３０１が接する界面に生じる空乏層が光電変換層３０３となる。
【００６２】
なお、第１の半導体層３０１を形成する前に、第３の半導体層３０２ｂの微細周期構造３１０が形成された面に、ｉ型の非晶質シリコン層からなるパッシベーション層を形成してもよい。単結晶シリコン基板からなる第３の半導体層３０２ｂがその表面に有する未結合手を、ｉ型の非晶質シリコン層が含む水素により終端する事ができる。パッシベーション膜の厚さは５ｎｍから１０ｎｍ程度とすればよい。
【００６３】
＜ＢＳＦ層の形成方法＞
次に、第３の半導体層３０２ｂのマイクロテクスチャ構造３２０が形成された面に、第２の半導体層３０２ａとしてｎ型の非晶質のシリコン半導体層を形成する。第２の半導体層３０２ａとしては、例えばＣＶＤ法により形成した厚さ１０ｎｍ程度の膜を用いることができる。第２の半導体層３０２ａはＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層として機能し、裏面接合における電界分布の制御を行うことができる。この段階の構成を図３（Ｂ）に示す。
【００６４】
なお、第２の半導体層３０２ａを形成する前に、第３の半導体層３０２ｂのマイクロテクスチャ構造３２０が形成された面に、ｉ型の非晶質シリコン層からなるパッシベーション層を形成してもよい。パッシベーション膜の厚さは５ｎｍから１０ｎｍ程度とすればよい。
【００６５】
＜反射電極の形成方法＞
次に、第２の半導体層３０２ａに接して反射電極３２１を形成する。本実施の形態で例示する反射電極３２１は光電変換層３０３が吸収する光に対して透光性を有し、かつ導電膜３２１ｂとの屈折率差の大きい導電膜３２１ａと、光電変換層３０３が吸収する光を反射する導電膜３２１ｂと、電気抵抗が低い導電膜３２１ｃが積層されている。透光性を有する導電膜３２１ａを形成する導電膜としては、例えばインジウム錫酸化物、酸化スズ及び酸化亜鉛のいずれか一を含む導電膜等を用いることができる。また、導電膜３２１ｂを形成する導電膜としては反射率が高いものが好ましく、例えば銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等を含む導電膜が好ましい。また、導電膜３２１ｃを形成する導電膜としては導電性が高く安価なものが好ましく、例えばアルミニウム（Ａｌ）等を含む導電膜を用いることができる。なお、反射電極３２１は光電変換層３０３が吸収する光を反射する導電膜だけであってもよい。
【００６６】
＜第１の電極と配線の形成方法＞
次に、第１の半導体層３０１に接して第１の電極３１１を形成する。第１の電極３１１は、光電変換層３０３が吸収する光に対して透光性を有する導電膜を用いて形成する。例えば、インジウム錫酸化物、酸化スズ及び酸化亜鉛のいずれか一を含む導電膜等を用いることができる。
【００６７】
次に、第１の電極３１１と電気的に接続する配線３１２を形成する。選択的に配線３１２を形成する方法は特に限定されないが、印刷法が安価であるため好適である。印刷法を用いた配線の形成方法としては、銀の微粒子を含むインクをディスペンサやインクジェットを用いて塗布する方法又はスクリーン印刷による方法をその例として挙げることができる。
【００６８】
以上の方法を用いて、図３（Ｃ）に例示する光電変換素子３００を形成することができる。
【００６９】
＜変形例＞
本実施の形態の変形例である光電変換素子の構成と、その作製方法について図４を参照して説明する。本実施の形態の変形例である光電変換素子４００の構成を図４（Ｃ）に示す。図４（Ｃ）に示す光電変換素子４００と、図３（Ｃ）に例示する光電変換素子３００は、微細周期構造の構成および作製方法が異なる。よって、ここでは光電変換素子４００の微細周期構造の構成および作製方法について主に説明し、光電変換素子３００と同様の材料、方法及び条件を用いて形成することができる他の部分については、光電変換素子３００の記載を参酌する。
【００７０】
本実施の形態の変形例である光電変換素子の構成を図４（Ｃ）に示す。光電変換素子４００はｎ型の単結晶シリコン基板からなる第３の半導体層４０２ｂを有する。第３の半導体層４０２ｂは、受光面の側にｐ型の非晶質シリコンからなる第１の半導体層４０１と、第１の半導体層４０１に電気的に接続する第１の電極４１１と、配線４１２を備える。また、第３の半導体層４０２ｂの他方の面の側にｎ＋型の非晶質シリコンからなる第２の半導体層４０２ａと、反射電極４２１と、を備える。さらに、第１の電極４１１に接して微細周期構造４１０が設けられ、第３の半導体層４０２ｂの他方の面の側にはマイクロテクスチャ構造４２０が設けられている。また、反射電極４２１がマイクロテクスチャ構造４２０に接して第２の半導体層４０２ａと電気的に接続するように、設けられている。なお、このような構成において、ｎ型の単結晶シリコン基板からなる第３の半導体層４０２ｂと、ｐ型の非晶質シリコンからなる第１の半導体層４０１が接する界面に生じる空乏層が光電変換層になる。
【００７１】
＜変形例のマイクロテクスチャの形成方法＞
光電変換素子４００は、光電変換素子３００と同様の半導体基板を用いて作製することができる。ここでは、単結晶のシリコン基板を用いる場合について説明する。なお、光電変換素子３００の作製方法とは異なり、光電変換素子４００に用いる半導体基板の一方の面には微細構造を形成しない。また、シリコン基板の両面にマイクロテクスチャを形成してもよいが、他方の面の側にのみマイクロテクスチャを形成する場合は、一方の面を保護するために一方の面にレジストポリマーを塗布すればよい。
【００７２】
シリコン基板の他方の面にマイクロテクスチャを形成する。光電変換素子３００に用いる半導体基板と同様に、アスペクト比が０．５以上３以下のピラミッド状の構造物を２μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下の周期で形成する。なお、半導体基板の一方の面を保護していたレジストポリマーは、マイクロテクスチャ構造４２０が形成された後に除去する。
【００７３】
この段階のｎ型の単結晶シリコン基板の構成を図４（Ａ）に示す。ｎ型の単結晶シリコン基板は第３の半導体層４０２ｂに相当し、第３の半導体層４０２ｂの他方の面にはマイクロテクスチャ構造４２０が形成されている。
【００７４】
＜変形例のｐｎ接合の形成方法＞
次に、第３の半導体層４０２ｂの一方の面に、第１の半導体層４０１としてｐ型の非晶質のシリコン半導体層を形成する。第１の半導体層４０１は光電変換素子３００の第１の半導体層３０１と同様な方法を用いて形成すればよい。
【００７５】
第３の半導体層４０２ｂに接して、ｐ型の非晶質のシリコン半導体からなる第１の半導体層４０１を設けることで、ｐｎ接合が形成される。第３の半導体層４０２ｂと第１の半導体層４０１が接する界面に生じる空乏層が光電変換層４０３となる。
【００７６】
＜変形例のＢＳＦ層の形成方法＞
次に、第３の半導体層４０２ｂのマイクロテクスチャ構造４２０が形成された面に、第２の半導体層４０２ａとしてｎ型の非晶質のシリコン半導体層を形成する。第２の半導体層４０２ａは光電変換素子３００の第２の半導体層３０２ａと同様な方法を用いて形成すればよい。第２の半導体層４０２ａはＢＳＦ層として機能する。この段階の構成を図４（Ｂ）に示す。
【００７７】
＜変形例の反射電極の形成方法＞
次に、第２の半導体層４０２ａに接して反射電極４２１を形成する。反射電極４２１は光電変換素子３００の反射電極３２１と同様な方法を用いて形成すればよい。
【００７８】
＜変形例の第１の電極と配線の形成方法＞
次に、第１の半導体層４０１に接して第１の電極４１１を形成し、第１の電極４１１と電気的に接続する配線４１２を形成する。第１の電極４１１は光電変換素子３００の第１の電極３１１と、配線４１２は光電変換素子３００の配線３１２と、それぞれ同様な方法を用いて形成すればよい。
＜変形例の微細周期構造の形成方法＞
次に、第１の電極４１１に接して微細周期構造４１０を形成する。微細周期構造４１０はあらかじめ微細周期構造が形成されたフィルムを第１の電極４１１に接着剤を用いて貼付して形成すればよい。なお、フィルムに微細周期構造を形成する方法としては、電子線や紫外線を用いて形成したレジストマスクを用いて原版を作製し、当該原版を用いて熱可塑性の樹脂又は光硬化性の樹脂等を成型する方法、所謂ナノインプリント法を用いて形成することができる。
【００７９】
以上の方法を用いて、図４（Ｃ）に例示する光電変換素子４００を形成することができる。
【００８０】
本実施の形態で例示した方法によれば、光電変換層と、光電変換層の受光面の側に微細周期構造と、光電変換層の他方の面の側にマイクロテクスチャ構造と、マイクロテクスチャ構造に接する反射電極と、を有する構成を備えた変換効率の高い光電変換素子を提供できる。
【００８１】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００８２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、光電変換層と、光電変換層の受光面の側に微細周期構造と、光電変換層の他方の面の側にマイクロテクスチャ構造と、マイクロテクスチャ構造に接する反射電極と、を有する光電変換素子の構成と、その作製方法について図５を参照して説明する、また、図６を参照してその変形例を説明する。
【００８３】
本実施の形態で例示する光電変換素子の構成を図５（Ｄ）に示す。光電変換素子５００は非晶質シリコンからなる光電変換層５０３を有する。光電変換層５０３は、受光面の側に一導電型の非晶質シリコンからなる第１の半導体層５０１と、第１の半導体層５０１に電気的に接続する第１の電極５１１と、配線５１２を備える。また、光電変換層５０３の他方の面の側に一導電型とは逆の導電型の非晶質シリコンからなる第２の半導体層５０２と、反射電極５２１と、を備える。さらに、光電変換層５０３の受光面の側には微細周期構造５１０が設けられ、光電変換層５０３の他方の面の側にはマイクロテクスチャ構造５２０が設けられている。また、反射電極５２１がマイクロテクスチャ構造に接して第２の半導体層５０２と電気的に接続するように、設けられている。
【００８４】
＜基板＞
本実施の形態の光電変換素子は、基板５５０上に形成する。基板５５０は、少なくとも光電変換素子の作製工程中に加わる温度に対する耐熱性、光電変換素子を支持するだけの機械的強度、寸法安定性、及び光電変換素子の信頼性をそこなう不純物の拡散を抑制できるバリア性を備えていれば、特に限定されない。また基板５５０は、光電変換層５０３が吸収する光に対して透光性を有するものであっても、光電変換層５０３が吸収する光に対して透光性を有していなくてもよい。また、表面は絶縁性であっても、導電性であっても良い。
【００８５】
基板５５０の具体例としては、プラスチック、ソーダガラス、無アルカリガラス、又は金属等、並びにこれらの材料から複数を選んで貼り合わせたもの等を挙げることができる。なお、本実施の形態では基板５５０としてソーダガラスを用いる。
【００８６】
＜マイクロテクスチャの母型となる構造の形成方法＞
基板５５０の一方の面にマイクロテクスチャの母型となる構造を形成する。母型となる構造を形成する方法としては、例えばレーザを照射して表面をアブレーションする方法、基板にレジストマスクを形成してエッチングする方法又は基板にサンドブラストを当てる方法等を挙げることができる。本実施の形態では、サンドブラスト法を用いて母型となる構造を基板５５０に形成する。
【００８７】
＜反射電極の形成方法＞
次いで、マイクロテクスチャの母型となる構造に導電膜を成膜し、反射電極５２１を形成する。反射電極５２１としては導電性を備え光電変換層５０３が吸収する光を反射するものを用いる。特に、電気抵抗が低く反射率が高いものが好ましく、例えば銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等を含む導電膜が好ましい。本実施の形態では、アルミニウム（Ａｌ）に珪素（Ｓｉ）を添加した合金からなる３００ｎｍの導電膜を反射電極に用いる。また、レジストマスク等を用いて反射電極５２１は必要に応じて島状等に形成してもよい。なお、この段階の構成を図５（Ａ）に示す。
【００８８】
＜マイクロテクスチャとｐｉｎ構造の形成方法＞
次に、反射電極５２１上にｎ型の非晶質のシリコン半導体からなる第２の半導体層５０２を形成し、第２の半導体層５０２上にｉ型の非晶質のシリコン半導体からなる光電変換層５０３を形成する。本実施の形態では、第２の半導体層５０２として１０ｎｍのｎ型の非晶質のシリコン半導体層を形成し、光電変換層５０３として例えば２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下のｉ型の非晶質のシリコン半導体層を形成する。
【００８９】
基板５５０にはマイクロテクスチャの母型となる構造が形成されているため、光電変換層５０３の第２の半導体層５０２と接する側には、アスペクト比が０．５以上３以下の構造物を２μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下の周期で備えるマイクロテクスチャが形成される。
【００９０】
光電変換層５０３上にｐ型の非晶質のシリコン半導体からなる第１の半導体層５０１を形成する。後の工程で第１の半導体層５０１の一部を加工して微細周期構造を形成するため、第１の半導体層５０１は０．１μｍ以上５μｍ以下の厚さ、例えば１μｍの厚さで成膜する。この段階の構成を図５（Ｂ）に示す。
【００９１】
なお、ｎ型の第２の半導体層５０２と、ｐ型の第１の半導体層５０１の間にｉ型の光電変換層５０３を挟んで設けることで、ｐｉｎ構造が形成される。
【００９２】
＜微細周期構造の形成方法＞
次に、第１の半導体層５０１の表面に微細周期構造を形成する。微細周期構造は実施の形態２で説明した方法を用いて形成できる。具体的には、単分散の酸化珪素粒子を配列してレジストマスクとし、異方性のドライエッチングによりエッチングして微細周期構造を形成できる。また、極短パルスのレーザを用いて形成してもよい。この段階の構成を図５（Ｃ）に示す。
【００９３】
＜第１の電極と配線の形成方法＞
次に、第１の半導体層５０１に接して第１の電極５１１を形成する。第１の電極５１１は、光電変換層５０３が吸収する光に対して透光性を有する導電膜を用いて形成する。例えば、インジウム錫酸化物、酸化スズ及び酸化亜鉛のいずれか一を含む導電膜等を用いることができる。
【００９４】
次に、第１の電極５１１と電気的に接続する配線５１２を形成する。選択的に配線５１２を形成する方法は特に限定されないが、印刷法が安価であるため好適である。印刷法を用いた配線の形成方法としては、銀の微粒子を含むインクをディスペンサやインクジェットを用いて塗布する方法又はスクリーン印刷による方法をその例として挙げることができる。
【００９５】
以上の方法を用いて、図５（Ｄ）に例示する光電変換素子５００を形成することができる。
【００９６】
＜変形例＞
本実施の形態の変形例である光電変換素子の構成と、その作製方法について図６を参照して説明する。本実施の形態の変形例である光電変換素子６００の構成を図６（Ｄ）に示す。図６（Ｄ）に示す光電変換素子６００と、図５（Ｄ）に例示する光電変換素子５００は、微細周期構造の構成および作製方法が異なる。よって、ここでは光電変換素子６００の微細周期構造の構成および作製方法について主に説明し、光電変換素子５００と同様の材料、方法及び条件を用いて形成することができる他の部分については、光電変換素子５００の記載を参酌する。
【００９７】
本実施の形態の変形例である光電変換素子の構成を図６（Ｄ）に示す。光電変換素子６００は非晶質シリコンからなる光電変換層６０３を有する。光電変換層６０３は、受光面の側に一導電型の非晶質シリコンからなる第１の半導体層６０１と、第１の半導体層６０１に電気的に接続する第１の電極６１１と、配線６１２を備える。また、光電変換層６０３の他方の面の側に一導電型とは逆の導電型の非晶質シリコンからなる第２の半導体層６０２と、反射電極６２１と、を備える。さらに、第１の電極６１１に接して微細周期構造６１０が設けられ、光電変換層６０３の他方の面の側にはマイクロテクスチャ構造６２０が設けられている。また、反射電極６２１がマイクロテクスチャ構造に接して第２の半導体層６０２と電気的に接続するように、設けられている。
【００９８】
＜変形例のマイクロテクスチャの形成方法＞
光電変換素子６００は、光電変換素子５００と同様に基板上に形成する。光電変換素子６００を形成する基板６５０は、光電変換素子５００と同様の基板を用いることができる。また、基板６５０の一方の面には、光電変換素子５００と同様の方法を用いてマイクロテクスチャの母型となる構造を形成する。
【００９９】
本実施の形態の変形例においは、基板６５０にソーダガラスを用い、サンドブラスト法を用いて母型となる構造を形成する。
【０１００】
＜変形例の反射電極の形成方法＞
次に、光電変換素子５００と同様の方法を用いてマイクロテクスチャの母型となる構造に導電膜を成膜し、反射電極６２１を形成する。この段階の構成を図６（Ａ）に示す。
【０１０１】
＜変形例のマイクロテクスチャとｐｉｎ構造の形成方法＞
次に、光電変換素子５００と同様の方法を用いて反射電極６２１上にｎ型の非晶質のシリコン半導体からなる第２の半導体層６０２を形成し、第２の半導体層６０２上にｉ型の非晶質のシリコン半導体からなる光電変換層６０３を形成する。
【０１０２】
基板６５０にはマイクロテクスチャの母型となる構造が形成されているため、光電変換層６０３の第２の半導体層６０２と接する側には、アスペクト比が０．５以上３以下の構造物を２μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下の周期で備えるマイクロテクスチャが形成される。
【０１０３】
光電変換層６０３上にｐ型の非晶質のシリコン半導体からなる第１の半導体層６０１を形成する。本実施の形態の変形例では、第１の半導体層６０１を特別厚く形成する必要はなく、例えば１０ｎｍ程度の厚さで成膜すればよい。この段階の構成を図６（Ｂ）に示す。
【０１０４】
なお、ｎ型の第２の半導体層６０２と、ｐ型の第１の半導体層６０１の間にｉ型の光電変換層６０３を挟んで設けることで、ｐｉｎ構造が形成される。
【０１０５】
＜第１の電極と配線の形成方法＞
次に、第１の半導体層６０１に接して第１の電極６１１を形成する。第１の電極６１１は、光電変換層６０３が吸収する光に対して透光性を有する導電膜を用いて形成する。例えば、インジウム錫酸化物、酸化スズ及び酸化亜鉛のいずれか一を含む導電膜等を用いることができる。この段階の構成を図６（Ｃ）に示す。
【０１０６】
次に、第１の電極６１１と電気的に接続する配線６１２を形成する。選択的に配線６１２を形成する方法は特に限定されないが、印刷法が安価であるため好適である。印刷法を用いた配線の形成方法としては、銀の微粒子を含むインクをディスペンサやインクジェットを用いて塗布する方法又はスクリーン印刷による方法をその例として挙げることができる。
＜変形例の微細周期構造の形成方法＞
次に、第１の電極６１１に接して微細周期構造６１０を形成する。微細周期構造６１０はあらかじめ微細周期構造が形成されたフィルムを第１の電極６１１に接着剤を用いて貼付して形成すればよい。なお、フィルムに微細周期構造を形成する方法としては、電子線や紫外線を用いて形成したレジストマスクを用いて原版を作製し、当該原版を用いて熱可塑性の樹脂又は光硬化性の樹脂等を成型する方法、所謂ナノインプリント法を用いて形成することができる。
【０１０７】
以上の方法を用いて、図６（Ｄ）に例示する光電変換素子６００を形成することができる。
【０１０８】
本実施の形態で例示した方法によれば、光電変換層と、光電変換層の受光面の側に微細周期構造と、光電変換層の他方の面の側にマイクロテクスチャ構造と、マイクロテクスチャ構造に接する反射電極と、を有する構成を備えた変換効率の高い光電変換素子を提供できる。
【０１０９】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【実施例】
【０１１０】
本実施例では、光電変換層の受光面の側に設けた微細周期構造に入射する光が光電変換層に閉じ込められる現象について、計算結果を用いて説明する。具体的には、光が光電変換層に閉じ込められる現象が、その入射角に依存することを図７及び図８を用いて説明する。
【０１１１】
本実施例で用いた計算モデルは、単結晶シリコン基板からなる光電変換層１０３の受光面側に単結晶シリコンからなる微細周期構造１１０が形成されている（図７（Ａ）参照）。微細周期構造１１０はアスペクト比が１０の構造物（具体的には幅が６０ｎｍ、高さが６００ｎｍの構造物）が周期６０ｎｍで並べられている（図７（Ｂ）参照）。
【０１１２】
光が光電変換層に閉じ込められる現象は、光電変換層１０３側から微細周期構造に入射する光が大気側に透過する比率を計算して確認した。具体的には、大気に接する微細周期構造１１０に、光電変換層の受光面に鉛直な方向に対しＰｈｉの角度で入射する光が、大気側に透過する全透過率を計算した。全透過率が大きいほど光電変換層１０３から大気側に光が漏れること意味し、全透過率が０に近いほど光電変換層１０３から大気側に光が通り抜け難いこと、すなわち光が光電変換層に閉じ込められる状態になることを意味する。なお全透過率とは、Ｐｈｉの角度で入射する光の強度と、あらゆる角度で微細周期構造を通り抜けた光を積分したものの強度の比である。
【０１１３】
また、計算用ソフトウエアには日本アールソフトデザイングループ社製「Ｄｉｆｆｒａｃｔ  ＭＯＤ  Ｖｅｒ．３．２．０．１」を用いた。計算モデルは２次元とし、光電変換層の受光面に対し平行な方向にＸ軸、鉛直な方向にＺ軸を設定した。Ｘ軸方向のＨａｒｍｏｎｉｃｓは１１５とし、Ｉｎｄｅｘ  Ｒｅｓ．は周期幅６０ｎｍを２９で除した値とした。また、Ｚ軸方向のＩｎｄｅｘ  Ｒｅｘ．は１０ｎｍとした。
【０１１４】
計算結果を図８に示す。微細周期構造１１０に０°（すなわち、光電変換層の受光面に鉛直な方向）で入射する場合から、８０°で入射する場合まで、１０°毎に全透過率を計算した結果を図８（Ａ）に示す。また、微細周期構造１１０に１１°（すなわち、光電変換層の受光面に鉛直な方向に対し１１°）で入射する場合から、１９°で入射する場合まで、１°毎に全透過率を計算した結果を図８（Ｂ）に示す。
【０１１５】
図８（Ａ）から、入射角Ｐｈｉが１０°から２０°に変化すると急激に全透過率が低下し、光電変換層に光が閉じ込められるようになることが確認できる。また、図８（Ｂ）から、入射角Ｐｈｉが１１°から１３°までは比較的ゆっくりと変化し、１４°以上になると全透過率が急激に低下して、光電変換層に光が閉じ込められる現象が確認できる。このように、光電変換層に閉じ込められる光は、光電変換層１０３側から微細周期構造に入射する角度に強く依存することから、微細周期構造を光電変換層の受光面の側に備え、光電変換層の他方の面の側にマイクロテクスチャ構造備える構成により、微細周期構造を透過して光電変換層に進入した光を光電変換層に閉じ込めることが可能になる。
【０１１６】
本実施例では、計算結果を用いて微細周期構造に入射する光が光電変換層に閉じ込められる現象を示した。この結果から明らかなように、光電変換層と、光電変換層の受光面の側に微細周期構造と、光電変換層の他方の面の側にマイクロテクスチャ構造と、マイクロテクスチャ構造に接する反射電極と、を有する本発明の一態様の構成により、光電変換層に光を閉じ込めることが可能になる。このような構成を適用することにより、変換効率の高い光電変換素子を提供できる。
【符号の説明】
【０１１７】
１００    光電変換素子
１０１    半導体層
１０２    半導体層
１０３    光電変換層
１１０    微細周期構造
１１１    電極
１１２    配線
１２１    反射電極
１２１ａ    導電膜
１２１ｂ    導電膜
１２１ｃ    導電膜
２００    光電変換素子
２０１    半導体層
２０２    半導体層
２０３    光電変換層
２１０    微細周期構造
２１１    電極
２１２    配線
２２０    マイクロテクスチャ構造
２２１    反射電極
２２１ａ    導電膜
２２１ｂ    導電膜
２２１ｃ    導電膜
３００    光電変換素子
３０１    半導体層
３０２ａ    半導体層
３０２ｂ    半導体層
３０３    光電変換層
３１０    微細周期構造
３１１    電極
３１２    配線
３２０    マイクロテクスチャ構造
３２１    反射電極
３２１ａ    導電膜
３２１ｂ    導電膜
３２１ｃ    導電膜
４００    光電変換素子
４０１    半導体層
４０２ａ    半導体層
４０２ｂ    半導体層
４０３    光電変換層
４１０    微細周期構造
４１１    電極
４１２    配線
４２０    マイクロテクスチャ構造
４２１    反射電極
５００    光電変換素子
５０１    半導体層
５０２    半導体層
５０３    光電変換層
５１０    微細周期構造
５１１    電極
５１２    配線
５２０    マイクロテクスチャ構造
５２１    反射電極
５５０    基板
６００    光電変換素子
６０１    半導体層
６０２    半導体層
６０３    光電変換層
６１０    微細周期構造
６１１    電極
６１２    配線
６２０    マイクロテクスチャ構造
６２１    反射電極
６５０    基板
【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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