(57)【要約】【課題】光の利用効率を高めることのできる薄膜太陽電池、及び薄膜太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】薄膜太陽電池１０は、透明基板１１と、透明基板１１上に形成された光透過層１２と、該光透過層１２上に形成された透明電極１３とを備えている。光透過層１２を形成する材料の透過率は、透明電極１３を形成する材料の透過率よりも高く、且つ光透過層１２の透明電極１３側の面には凸部から構成されるテクスチャ１２ａが形成されている。透明電極１３における光透過層１２とは反対側の面には、光透過層１２のテクスチャ１２ａよりも凸部の形成周期の短いテクスチャ１３ａが形成されている。【選択図】図１
2012182161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板上に形成された第１光透過層と、
前記第１光透過層上に形成された透明電極と、
前記透明電極上に形成された光電変換層とを備え、
前記第１光透過層は、前記透明電極の形成材料よりも透過率の高い材料からなり、且つ前記第１光透過層にて前記透明電極側の面には複数の第１凸部が形成され、
前記透明電極には前記第１凸部よりも小さい間隔で複数の第２凸部が形成されている
薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記第１光透過層と前記透明電極との間に形成された第２光透過層を備え、
前記第２光透過層は、前記透明電極の形成材料よりも透過率の高い材料からなり、
前記第２光透過層は、互いに隣り合う前記第１凸部の間を埋めている
請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記第２光透過層の屈折率と前記透明電極の屈折率とが互いに等しい
請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
透明基板上に第１光透過層を形成する工程と、
前記第１光透過層上に透明電極を形成する工程と、
前記透明電極上に光電変換層を形成する工程とを備え、
前記第１光透過層を形成する工程では、
前記透明電極の形成材料よりも透過率の高い材料によって前記第１光透過層を形成するとともに、前記第１光透過層にて前記透明電極側の面に複数の第１凸部を形成し、
前記透明電極を形成する工程では、
前記透明電極に前記第１凸部よりも小さい間隔で複数の第２凸部を形成する
薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第１光透過層と前記透明電極との間に第２光透過層を形成する工程を備え、
前記第２光透過層を形成する工程では、
前記透明電極の形成材料よりも透過率の高い材料からなる前記第２光透過層によって互いに隣り合う前記第１凸部の間を埋める
請求項４に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記第１光透過層を形成する工程では、
前記第１光透過層の前記第１凸部をナノインプリント法によって形成する
請求項４又は５に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜太陽電池、特に、太陽光を散乱させることによって、発電層に入射する太陽光の量を増加させるテクスチャ構造を有した薄膜太陽電池、及び薄膜太陽電池を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特許文献１に記載のように、プラズマＣＶＤ法等の蒸着法によって形成したシリコンの薄膜を発電層として有する薄膜太陽電池が知られている。こうした薄膜太陽電池の断面構造を図８に示す。
【０００３】
図８に示されるように、薄膜太陽電池の透明基板１０１には、透明電極１０２、第１発電層１０３、中間層１０４、第２発電層１０５、バッファ層１０６、及び裏面電極１０７が、光の入射側から順に積層されている。このうち、透明電極１０２の裏面電極１０７側の面には、複数の凸部から構成されるいわゆるテクスチャ１０２ａが形成されている。テクスチャ１０２ａは、薄膜太陽電池に入射した光を多重散乱させることによって、上記発電層１０３，１０５内での光路長を長くする。そのため、発電層１０３，１０５に吸収される光量が増加することから、発電層１０３，１０５の単位容積あたりの発電量が増加することになる。テクスチャ１０２ａは、上記凸部の周期に応じた波長の光を多重散乱させやすいことが知られていることから、該テクスチャ１０２ａの形状は、上記発電層１０３，１０５にて吸収される波長に応じたものとされる。
【０００４】
ところで、上記第１発電層１０３と第２発電層１０５とは、吸光感度の特性が互いに異なる材料によって形成されている。具体的には、第１発電層１０３は、比較的短波長側の光を吸収するアモルファスシリコンによって形成されている一方、第２発電層１０５は、より長波長側の光を吸収する微結晶シリコンによって形成されている。これにより、単一の薄膜太陽電池において発電に寄与する光の波長の範囲を拡大させることができ、薄膜太陽電池における光の利用効率を高めることができる。
【０００５】
しかしながら、上記テクスチャ１０２ａによって散乱されやすい光の波長は、上記凸部の周期によって決まる。そのため、先の図８に示されるようなテクスチャ１０２ａの形状では、第１発電層１０３と第２発電層１０５とで吸収されやすい波長の光の両方を多重散乱させることは困難である。そこで、図９に示されるように、透明基板１１１上の透明電極１１２に対して凸部の頂部ｔ１の周期が相対的に長い第１周期１１２ｃである第１テクスチャ１１２ａを形成した上で、その表面に凸部の頂部ｔ２の周期が相対的に短い第２周期１１２ｄである第２テクスチャ１１２ｂを形成するようにしている。これにより、上記第１発電層１０３と第２発電層１０５とで吸収されやすい波長の光の両方を多重散乱させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０３２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、上記二つのテクスチャ１１２ａ，１１２ｂを有する透明電極１１２は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の各種導電性の酸化膜によって形成されている。導電性酸化膜は、透光性であるとはいえ、薄膜太陽電池を構成する他の透明部材、例えば透明基板等と比較して透過率が低い。そして、先の第１テクスチャ１１２ａのように相対的に長い周期の凸部を有するテクスチャを導電性の酸化物で形成するとなれば、自ずとその分だけ導電性酸化膜が厚くならざるを得ず、透明電極１１２を介して発電層側に透過する光量が減少することになる。その結果、多重散乱させることのできる波長の範囲が拡大されたとしても、発電層側に透過する光の量が低下するために、薄膜太陽電池における光の利用効率が高められにくくなってしまう。
【０００８】
なお、こうした問題は、吸収する波長の異なる二つの発電層を有する薄膜太陽電池に限らず、単一の発電層を有する薄膜太陽電池であっても、上述のような透明電極が採用されるような場合には共通して生じるものである。
【０００９】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光の利用効率を高めることのできる薄膜太陽電池、及び薄膜太陽電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、透明基板と、前記透明基板上に形成された第１光透過層と、前記第１光透過層上に形成された透明電極と、前記透明電極上に形成された光電変換層とを備え、前記第１光透過層は、前記透明電極の形成材料よりも透過率の高い材料からなり、且つ前記第１光透過層にて前記透明電極側の面には複数の第１凸部が形成され、前記透明電極には前記第１凸部よりも小さい間隔で複数の第２凸部が形成されている薄膜太陽電池を要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、透明電極の形成材料よりも透過率の高い材料で形成された第１光透過層には、相対的に間隔の大きい第１凸部が形成されるとともに、透明電極には、相対的に間隔の小さい第２凸部のみが形成される。これにより、第１光透過層と透明電極との境界では、第１凸部の間隔に応じた波長の光が散乱するとともに、透明電極と光電変換層との境界では、第２凸部の間隔に応じた波長の光が散乱することになる。このような構造であれば、第１凸部の形成に必要な層の厚さが、透明電極とは異なる第１光透過層によって補われるため、間隔の互いに異なる２種類の凸部が光電変換層と透明基板との間に形成されるとはいえ、こうした凸部が形成されることによって透明電極の膜厚が厚くなることを抑制できるようになる。したがって、互いに異なる２つの周期を有した凸部により、１つの周期の凸部を有する場合よりもより広範囲の波長の光を多重拡散させつつ、透明電極を薄膜化することで透過率の低下を抑制でき、ひいては透明基板に入射する光の利用効率を高めることができるようになる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の薄膜太陽電池において、前記第１光透過層と前記透明電極との間に形成された第２光透過層を備え、前記第２光透過層は、前記透明電極の形成材料よりも透過率の高い材料からなり、前記第２光透過層は、互いに隣り合う前記第１凸部の間を埋めていることを要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、第１光透過層と透明電極との間に透明電極の形成材料よりも透過率の高い形成材料からなる第２光透過層を有していることから、透過率の低下を抑えつつ、透明電極に対する透明基板側の膜構造、すなわち透明電極の下地構造が平坦化されやすくなる。これにより、第２光透過層上に形成される透明電極は、その形成時において、透明基板の面内で均一に形成されやすくなる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の薄膜太陽電池において、前記第２光透過層の屈折率と前記透明電極の屈折率とが互いに等しいことを要旨とする。
上記構成によれば、第２光透過層の屈折率と透明電極の屈折率とが互いに等しいため、第２光透過層と透明電極との界面において光の反射が起こらない。それゆえに、発電層における光の利用効率をより高めることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、透明基板上に第１光透過層を形成する工程と、前記第１光透過層上に透明電極を形成する工程と、前記透明電極上に光電変換層を形成する工程とを備え、前記第１光透過層を形成する工程では、前記透明電極の形成材料よりも透過率の高い材料によって前記第１光透過層を形成するとともに、前記第１光透過層にて前記透明電極側の面に複数の第１凸部を形成し、前記透明電極を形成する工程では、前記透明電極に前記第１凸部よりも小さい間隔で複数の第２凸部を形成する薄膜太陽電池の製造方法を要旨とする。
【００１６】
上記方法によれば、透明電極の形成材料よりも透過率の高い材料によって第１光透過層を形成するとともに、該第１光透過層に対して相対的に間隔の大きい第１凸部を形成するようにしている。また、同方法では、透明電極に対して相対的に間隔の小さい第２凸部を形成するようにしている。それゆえに、形成された薄膜太陽電池においては、互いに異なる２つの周期を有した凸部により、１つの周期の凸部を有する場合よりもより広範囲の波長の光を多重拡散させつつ、透明電極を薄膜化することで透過率の低下を抑制でき、ひいては透明電極に入射する光の利用効率を高めることができるようになる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の薄膜太陽電池の製造方法において、前記第１光透過層と前記透明電極との間に第２光透過層を形成する工程を備え、前記第２光透過層を形成する工程では、前記透明電極の形成材料よりも透過率の高い材料からなる前記第２光透過層によって互いに隣り合う前記第１凸部の間を埋めることを要旨とする。
【００１８】
上記方法によれば、第１光透過層と透明電極との間に、透明電極の形成材料よりも透過率の高い材料からなる第２光透過層を形成するようにしている。しかも、互いに隣り合う前記第１凸部の間を第２光透過層によって埋めるようにしている。これにより、透過率の低下が抑えられつつ、透明電極に対する透明基板側の膜構造、すなわち透明電極の下地構造が平坦化されることから、透明基板の面内において透明電極を均一に形成できるようになる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の発明において、前記第１光透過層を形成する工程では、前記第１光透過層の前記第１凸部をナノインプリント法によって形成することを要旨とする。
【００２０】
上記方法によれば、上記第１凸部をナノインプリント法によって形成するようにしているため、金型の転写のみによって該第１凸部を形成できる。それゆえに、リソグラフィ工程やエッチング工程等を経て上記凸部を形成する方法と比較して簡易且つ安価に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の薄膜太陽電池における第１実施形態の斜視構造を示す図。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の薄膜太陽電池の製法方法における第１実施形態の製造工程を順に示す図。
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）同実施形態の製造工程を順に示す図。
【図４】本発明の薄膜太陽電池における第２実施形態の斜視構造を示す図。
【図５】（ａ）（ｂ）本発明の薄膜太陽電池の製造方法における第２実施形態の製造工程を順に示す図。
【図６】（ａ）（ｂ）同実施形態における製造工程を順に示す図。
【図７】変形例における透明基板及び透明電極の断面構造を示す図。
【図８】従来の薄膜太陽電池の断面構造を示す図。
【図９】従来の透明電極の断面構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１実施形態］
以下、本発明の薄膜太陽電池及び該薄膜太陽電池の製造方法を具現化した第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
［薄膜太陽電池の構造］
まず、本実施形態における薄膜太陽電池の構造について図１を参照して説明する。図１に示されるように、薄膜太陽電池１０は、透明基板１１、光透過層１２、透明電極１３、第１発電層１４、中間層１５、第２発電層１６、バッファ層１７、及び裏面電極１８を光の入射側から順に積層した構造である。
【００２３】
このうち、透明基板１１は、各種ガラスや透明樹脂等の絶縁性の材料から形成されている。光透過層１２は、下層の透明電極よりも高い透過率を有する透明材料によって形成されるとともに、光透過層１２における裏面電極１８側の面は、凹凸構造、いわゆるテクスチャ１２ａを有している。透明電極１３、中間層１５、及びバッファ層１７はいずれも透明導電性酸化物の薄膜から形成される。導電性酸化物としては、例えばアルミニウム含有酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウム含有酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素含有酸化スズ（ＦＴＯ）等の透光性導電酸化膜（ＴＣＯ）を用いることができる。透明電極１３における裏面電極１８側の面は、上記光透過層１２のテクスチャ１２ａよりも小さい間隔でテクスチャ１３ａを有している。
【００２４】
第１発電層１４は、アモルファスシリコンの薄膜で形成されるとともに、光の入射側から順にｐ型不純物の添加された第１ｐ型半導体層１４ｐ、不純物の添加されていない第１ｉ型半導体層１４ｉ、及びｎ型不純物の添加された第１ｎ型半導体層１４ｎの積層された構造である。第２発電層１６は、微結晶シリコンの薄膜で形成されるとともに、第１発電層１４と同様、光の入射側から順にｐ型不純物の添加された第２ｐ型半導体層１６ｐ、不純物の添加されていない第２ｉ型半導体層１６ｉ、及びｎ型不純物の添加された第２ｎ型半導体層１６ｎの積層された構造である。裏面電極１８は、銀やアルミニウム等の導電性を有した光反射膜から形成されている。
【００２５】
こうした薄膜太陽電池１０では、第１発電層１４と第２発電層１６とが、入射した光を電力に変換する。しかも、第１発電層１４と第２発電層１６とは、光電変換する光の波長域が互いに異なることから、第１発電層１４あるいは第２発電層１６のみを有する薄膜太陽電池と比較して、光を電力に変換する効率が高くなる。
［薄膜太陽電池の製造方法］
次に、本実施形態における薄膜太陽電池の製造方法、特に光透過層１２及び透明電極１３の製造方法について図２及び図３を参照して説明する。なお、図２及び図３に示される断面構造は、図１のＡ−Ａ線に沿った各製造工程における断面構造を示す図であって、該断面構造を上記薄膜太陽電池１０の製造工程順に示したものである。また、同図２及び図３では、透明基板の光入射側の面が該透明基板の下面として示されている。
【００２６】
図２（ａ）に示されるように、透明基板２１の一面に、バーコータやスプレー等によってゾルゲル液状の透明材料２２が塗布される。透明基板２１は、例えばソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボレートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、石英ガラス等の各種ガラス基板によって形成することができる。また、同透明基板２１は、ポリエチレンテレフタラート、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル等の各種樹脂によって形成することもできる。
【００２７】
上記透明材料２２は、透明基板２１上にシリコン酸化膜を形成する場合であれば、例えばメトキシトリエチルシラン、フェニルトリエトキシシラン、トリエトキシシラン等のオルガノアルコキシシランと、エタノールと、水と、塩酸との混合物、あるいは、シルセスキオキサンである。なお、透明材料２２が上記混合物であるとき、オルガノシロキサンに対するエタノール、水、塩酸のモル比は、例えば「１：４：２×１０−３」とする。こうした混合物の透明材料２２の透過率は、上記透明電極１３の形成材料の透過率よりも高い。また例えば、上記透明基板２１上に樹脂材料の膜を形成する場合であれば、透明材料２２は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びアクリル樹脂等の熱可塑性樹脂等である。これら樹脂の透過率は、上記透明電極１３の形成材料の透過率よりも高い。
【００２８】
このように透明基板２１上に透明材料２２が塗布されると、該透明材料２２を所定時間乾燥させる乾燥処理が実施された後、図２（ｂ）に示されるように、透明材料２２に例えばポリメチルペンテンフィルム等で形成された金型３１が押し当てられる。
【００２９】
金型３１は、例えば１ＭＰａ以下、好ましくは０．１ＭＰ以上０．４ＭＰａ以下程度の圧力で透明材料２２に押し付けられる。なお、先の工程における透明材料２２の乾燥の度合いは、こうした圧力の範囲で金型３１の押し付けられた透明材料２２が該金型３１の形状に倣うように変形してその形状を保持するように調整される。
【００３０】
次いで、図２（ｃ）に示されるように、金型３１が押し付けられた状態で、透明材料２２が加熱され、これによって該透明材料２２が乾燥する。例えば、金型３１が上記ポリメチルペンテンフィルムによって形成されている場合には、４０℃以上５０℃以下程度の温度で加熱することが好ましい。こうした温度にて透明材料２２の乾燥を行うことにより、熱による金型３１の変形を抑制できるため、透明材料２２に対して金型３１の形状を精度よく転写することができる。
【００３１】
続いて、透明材料２２を乾燥させた後、図３（ａ）に示すように、該透明材料２２から金型３１を外す。その後、図３（ｂ）に示されるように、透明材料２２を４００℃で６０分焼成することにより、例えばシリコン酸化物から形成される光透過層２３が形成される。光透過層２３は、透明基板２１から離れる方向に凸状をなした複数の凸部２３ａからなるテクスチャを有している。複数の凸部２３ａ（第１凸部）は、互いに隣り合う頂部２３ｔの間隔である周期が相対的に長い第１周期２３ｐ、例えば０．７μｍ以上２．６μｍ以下となるように形成されている。
【００３２】
なお、本実施形態においては、上記図２（ａ）〜図２（ｃ）、及び図３（ａ）〜図３（ｂ）を参照して説明した工程が、いわゆるナノインプリント法を用いたテクスチャの形成工程である。
【００３３】
そして、図３（ｃ）に示されるように、導電性酸化物のターゲットをアルゴン等の不活性ガスから生成されたプラズマ３２によってスパッタすることで、図３（ｄ）に示されるように、光透過層２３上に透明電極２４を形成する。ターゲットの形成材料は、例えば、アルミニウム若しくはガリウムを０．１〜１０重量％の割合で添加された酸化亜鉛である。透明電極２４は、相対的に低圧の条件でのスパッタ処理である第１工程と、相対的に高圧の条件でのスパッタ処理である第２工程とによって形成される。第１工程時の圧力は、２ｍＴｏｒｒ以上１０ｍＴｏｒｒ未満に設定される。他方、第２工程時の圧力は、１０ｍＴｏｒｒ以上、好ましくは３０ｍＴｏｒｒ以上５０ｍＴｏｒｒ未満に設定される。なお、第１工程及び第２工程においては、透明基板２１の温度は、１００℃以上６００℃以下に設定される。なお、透明電極２４の形成材料として例えばＡＺＯが選択される。
【００３４】
透明電極２４が形成されると、図３（ｄ）に示されるように、エッチング溶液３３を用いて透明電極２４の表面をウェットエッチングする。ウェットエッチングでは、エッチング溶液３３である０．０１％の塩酸に、透明電極２４を９０秒浸す。これにより、図３（ｅ）に示されるように、透明電極２４の光透過層２３とは反対側の面に複数の凸部２４ａからなるテクスチャが形成される。複数の凸部２４ａ（第２凸部）は、互いに隣り合う頂部２４ｔの間隔である周期が、相対的に短い周期である第２周期２４ｐ、例えば０．２μｍ以上０．６μｍ以下となるように形成されている。つまり、透明電極２４における第２周期２４ｐは、上記光透過層２３における第１周期２３ｐとは異なる長さとされている。
［発電層］
なお、先の図１に示される各種電極や発電層は、例えば以下の方法で形成される。まず、アモルファスシリコンによって形成される第１発電層１４が透明電極１３上に形成される。第１発電層１４は、例えばプラズマＣＶＤ法によって形成される。第１発電層１４の形成に際しては、まず、ｐ型不純物であるホウ素の添加されたアモルファスシリコン層である第１ｐ型半導体層１４ｐが、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガス、水素（Ｈ２）ガス、及びジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスによって形成される。次いで、不純物の添加されていないアモルファスシリコン層である第１ｉ型半導体層１４ｉが、例えばモノシランガスによって第１ｐ型半導体層１４ｐ上に形成される。そして、ｎ型不純物であるリンの添加されたアモルファスシリコン層である第１ｎ型半導体層１４ｎが、例えばモノシランガス、水素ガス、及びホスフィン（ＰＨ３）ガスによって形成される。
【００３５】
次いで、中間層１５を上記透明電極１３と同様の方法で形成した後、微結晶シリコンによって形成される第２発電層１６が形成される。第２発電層１６を構成する第２ｐ型半導体層１６ｐ、第２ｉ型半導体層１６ｉ、及び第２ｎ型半導体層１６ｎは、例えば、上記第１発電層１４を構成する同一の導電型である層と同一のガスを用いるとともに、アモルファスシリコンを形成するときよりも相対的に高い圧力下でのプラズマＣＶＤによって形成する。そして、バッファ層１７を上記透明電極１３と同様の方法で形成した後、裏面電極１８を銀あるいはアルミニウムのターゲットをスパッタする等の各種蒸着法によって形成する。
【００３６】
以上説明したように、上記第１実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）透明電極１３の形成材料よりも透過率の高い材料によって形成された光透過層１２には、相対的に間隔の大きいテクスチャ１２ａが形成されるとともに、透明電極１３には、相対的に間隔の小さいテクスチャ１３ａのみが形成される。これにより、光透過層１２と透明電極１３との境界では、テクスチャ１２ａの間隔に応じた波長の光が散乱するとともに、光電変換層を構成する第１発電層１４と透明電極１３との境界では、テクスチャ１３ａの間隔に応じた波長の光が散乱することになる。このような構造であれば、テクスチャ１２ａの形成に必要な層の厚さが、透明電極１３とは異なる光透過層１２によって補われるため、間隔の互いに異なる２種類の凸部が光電変換層と透明基板１１との間に形成されるとはいえ、こうした凸部が形成されることによって透明電極１３の膜厚が厚くなることを抑制できるようになる。これにより、光電変換層側への光の透過量を増大することができる。
【００３７】
したがって、互いに異なる２つの周期を有した凸部により、１つの周期の凸部を有する場合よりもより広範囲の波長の光を多重拡散させつつ、同一膜厚の層を透明電極のみによって形成するよりも透過率が向上され、ひいては透明電極に入射する光の利用効率を高めることができるようになる。
【００３８】
（２）光透過層１２を形成する工程では、光透過層１２におけるテクスチャ１２ａがナノインプリント法によって形成される。このような方法によれば、金型３１の転写のみによってテクスチャ１２ａを形成できる。それゆえに、リソグラフィ工程やエッチング工程等を経てテクスチャ１２ａを形成する方法と比較して、テクスチャ１２ａとともに光透過層１２そのものを形成することが可能であるため、反射防止体の製造をより簡易且つ安価に行うことができる。
［第２実施形態］
以下、本発明の薄膜太陽電池及び該薄膜太陽電池の製造方法を具現化した第２実施形態について図４〜図６を参照して説明する。なお、本実施形態の薄膜太陽電池は、上記第１実施形態の薄膜太陽電池とは光透過層及び透明電極の構造のみが異なる。そのため、本実施形態においては、これら光透過層及び透明電極の構造及び製造方法を中心に説明する。
［薄膜太陽電池の構造］
まず、本実施形態における薄膜太陽電池の構造について図４を参照して説明する。図４に示されるように、薄膜太陽電池４０は、透明基板４１、第１光透過層４２、第２光透過層４３、透明電極４４、第１発電層４５、中間層４６、第２発電層４７、バッファ層４８、及び裏面電極４９を光の入射側から順に積層した構造である。
【００３９】
このうち、透明基板４１には、裏面電極４９側の面にテクスチャ４２ａを有した第１光透過層４２が形成されている。そして、第１光透過層４２には、テクスチャ４２ａを構成する凹部を埋め込むように第２光透過層４３が形成されている。そのため、第２光透過層４３の裏面電極４９側の面は平坦な面である。第２光透過層４３の平坦面上には、上記第１実施形態で例示したような導電性酸化物からなる透明電極４４が形成されている。透明電極４４における裏面電極４９側の面には、上記第１光透過層４２のテクスチャ４２ａよりも短い周期で凸部の形成を有するテクスチャ４４ａが形成されている。
［薄膜太陽電池の製造方法］
次に、本実施形態における薄膜太陽電池の製造方法、特に上記第１光透過層４２、第２光透過層４３、及び透明電極４４の製造方法について図５及び図６を参照して説明する。なお、図５及び図６に示される断面構造は、図４のＢ−Ｂ線に沿った各製造工程における断面構造を示す図であって、該断面構造を上記薄膜太陽電池４０の製造工程順に示したものである。また、同図５及び図６では、透明基板における光の入射側の面が該透明基板の下面として示されている。
【００４０】
図５（ａ）に示されるように、透明基板５１上の第１光透過層５２における凸部５２ａの全体を覆うように第２光透過層５３が形成される。透明基板５１には、第１実施形態における透明基板２１と同様の材料からなる基板を用いることができる。また、第１光透過層５２は、同第１実施形態の光透過層２３と同様の材料及び方法を用いて形成される。第１光透過層５２にて透明基板５１とは反対側の面は、複数の凸部５２ａによって構成されるテクスチャを有している。なお、複数の凸部５２ａは、互いに隣り合う頂部５２ｔの間隔である周期が、相対的に長い第１周期５２ｐとなるように形成されている。
【００４１】
第２光透過層５３は、第１光透過層５２の表面にゾルゲル液状の透明材料を塗布することによって形成される。第２光透過層５３の形成材料には、該第２光透過層５３上に形成される透明電極４４と略等しい屈折率の材料を用いることが好ましい。
【００４２】
例えば、透明電極４４がＡＺＯによって形成されている場合、その屈折率は１．９程度である。このとき、上記透明材料としてチタンアルコキシドを含むゾルゲル液を用いれば、第２光透過層５３の屈折率を１．９程度とすることができる。なお、第２光透過層５３を形成する透明材料は、第１光透過層５２の凸部５２ａの頂部５２ｔが、該透明材料内に埋め込まれる程度の厚さで塗布される。そのため、第２光透過層５３における透明基板５１とは反対側の面は平坦状になる。
【００４３】
第２光透過層５３を乾燥させた後、図５（ｂ）に示されるように、上記第１実施形態と同様、導電性酸化物のターゲットをアルゴン等の不活性ガスから生成されたプラズマ６１によってスパッタすることで、図６（ａ）に示されるように、第２光透過層５３上に透明電極５４を形成する。なお、ターゲットの形成材料、スパッタ時の圧力、及び基板温度等は、上記第１実施形態と同一の条件である。本実施形態では、第１光透過層５２の凸部５２ａの全体を第２光透過層５３によって覆うことにより、第２光透過層５３における透明電極５４の形成される面を平坦化している。そのため、第２光透過層５３の表面全体に対して透明電極５４を均一に形成することができる。
【００４４】
次いで、図６（ａ）に示されるように、透明電極５４の形成された透明基板５１をエッチング溶液６２中に浸水させる。これにより、透明電極５４の表面がウェットエッチングされる。なお、エッチング溶液６２の組成及びウェットエッチングの処理時間は、上記第１実施形態に準ずる。
【００４５】
こうして、図６（ｂ）に示されるように、透明電極５４の透明基板５１とは反対側の面には、複数の凸部５４ａから構成されるテクスチャが形成される。なお、複数の凸部５４ａは、互いに隣り合う頂部５４ｔの間隔である周期が、相対的に短い第２周期５４ｐとなるように形成されている。
【００４６】
以上説明したように、上記第２実施形態によれば、上記第１実施形態によって得られる効果に加えて、以下に列挙する効果を得ることができる。
（３）第１光透過層５２と透明電極５４との間に第２光透過層５３を有していることから、透明電極５４に対する透明基板４１側の膜構造、すなわち透明電極５４の下地構造が平坦化されやすくなる。それゆえに、第２光透過層５３上に形成される透明電極５４は、その形成時において、透明基板の面内で均一に形成されやすくなる。
【００４７】
（４）第２光透過層５３の屈折率と透明電極５４の屈折率とが略等しいため、第２光透過層５３と透明電極５４との界面において光の反射が起こりにくい。それゆえに、各発電層４５，４７における光の利用効率をより高めることができる。
［変形例］
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
【００４８】
・第１実施形態及び第２実施形態では、本発明における薄膜太陽電池が、互いに異なる材料によって形成された第１発電層１４，４５と第２発電層１６，４７とを有する薄膜太陽電池として具現化されている。これに限らず、本発明における薄膜太陽電池は、１つの発電層のみを有する薄膜太陽電池や、同一の材料からなる発電層を複数備える薄膜太陽電池として具現化されてもよい。
【００４９】
・第１実施形態及び第２実施形態では、相対的に長い周期である第１周期を０．７μｍ以上２．６μｍ以下とするとともに、相対的に短い周期である第２周期を０．２μｍ以上０．６μｍ以下とするようにした。これに限らず、第１周期及び第２周期の長さは、第２周期よりも第１周期が長いという条件を満たしていれば、薄膜太陽電池１０，４０の備える発電層において吸収される光の波長等に応じて適宜変更可能である。
【００５０】
・金型３１は、ポリメチルペンテンフィルム以外の材料、例えば金属等によって形成したものであってもよい。要は、透明材料２２に対して凸部の形状を転写可能な材料であればよい。
【００５１】
・第１実施形態における光透過層２３（１２）及び第２実施形態における第１光透過層５２（４２）は、シリコン酸化物を形成可能な材料としてオルガノシロキサンを含む材料によって形成するようにした。これに限らず、シリコン酸化物が形成可能であって、且つ金型３１による形状の転写が可能な材料であれば他の材料を用いるようにしてもよい。
【００５２】
・第１実施形態における光透過層２３（１２）及び第２実施形態における第１光透過層５２（４２）は、上述のような透過率及び屈折率を有する材料であるとともに、上記テクスチャを形成可能な材料であればシリコン酸化物を形成可能な材料及び樹脂材料以外の材料で形成するようにしてもよい。
【００５３】
・第２実施形態における第２光透過層５３（４３）の形成材料は、透明電極５４（４４）の形成材料と略同一の屈折率の材料であって、且つ該透明電極５４（４４）の形成材料よりも透過率の高い材料であれば、上記チタンアルコキシド以外の材料を用いて形成するようにしてもよい。
【００５４】
・第２光透過層５３（４３）の形成材料は、透明電極５４（４４）の形成材料よりも透過率の高い材料であればよく、これら形成材料の屈折率は、互いに異なっていてもよい。
・上記各光透過層２３，４２，４３及び透明電極１３，４４を形成するときの焼成温度は、これらの形成が可能な範囲であれば適宜変更することができる。
【００５５】
・エッチング溶液３３，６２の組成、及びウェットエッチングの処理時間は、透明電極１３，４４へのテクスチャの形成が可能な範囲で適宜変更可能である。
・第１実施形態及び第２実施形態では、透明電極２４，４４へのテクスチャの形成をウェットエッチングによって行うようにした。これに限らず、ドライエッチングによってテクスチャを形成するようにしてもよい。
【００５６】
・テクスチャを有する透明電極２４，４４は、スパッタと、ウェットエッチングとによって形成するようにした。これに限らず、ＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相成長法）によって裏面電極１８，４９側にテクスチャを有した透明電極として形成するようにしてもよい。
【００５７】
・上記光透過層２３及び第１光透過層５２には、ナノインプリント法を用いてテクスチャを形成するようにした。これに限らず、例えばマスクを用いたエッチング、あるいはマスクを用いないエッチング等の他の方法によって形成するようにしてもよい。
【００５８】
・第２実施形態においては、第１光透過層５２（４２）の全体を第２光透過層５３（４３）によって埋め込むようにした。これに限らず、図７に示されるように、透明基板７１上に形成した第１光透過層７２における凸部７２ａの途中まで第２光透過層７３を形成するようにしてもよい。そして、第１光透過層７２における凸部７２ａの頂部７２ｔを覆うように透明電極７４を形成するようにしてもよい。
【００５９】
・第２実施形態では、第２光透過層５３（４３）上に透明電極５４（４４）を形成し、この透明電極５４にて第２光透過層５３とは反対側の面にテクスチャを形成するようにした。これに限らず、透明電極５４（４４）を形成する前に、この透明電極５４の下地である第２光透過層５３（４３）の表面にテクスチャを形成し、該テクスチャを表面に有した第２光透過層５３（４３）上に透明電極５４（４４）を形成する。そして、下地である第２光透過層５３（４３）の表面に形成されたテクスチャによって、この透明電極５４（４４）にて第２光透過層５３（４４）側の面にテクスチャが形成されるようにしてもよい。
【００６０】
このような構成、及び方法によれば、透明電極５４にテクスチャを形成しつつも、その透明電極５４にて発電層側の面を平坦面とすることも可能である。それゆえに、発電層の構造が複雑なものとなることを抑えることが可能でもある。
【符号の説明】
【００６１】
１０，４０…薄膜太陽電池、１１，２１，４１，５１，７１，１０１，１１１…透明基板、１２，２３…光透過層、１２ａ，１３ａ，４２ａ，４４ａ，１０２ａ…テクスチャ、１３，２４，４４，５４，７４，１０２，１１２…透明電極、１４，４５，１０３…第１発電層、１４ｐ，４５ｐ…第１ｐ型半導体層、１４ｉ，４５ｉ…第１ｉ型半導体層、１４ｎ，４５ｎ…第１ｎ型半導体層、１５，４６，１０４…中間層、１６，４７，１０５…第２発電層、１６ｐ，４７ｐ…第２ｐ型半導体層、１６ｉ，４７ｉ…第２ｉ型半導体層、１６ｎ，４７ｎ…第２ｎ型半導体層、１７，４８，１０６…バッファ層、１８，４９，１０７…裏面電極、２２…透明材料、２３ａ，２４ａ，５２ａ，５４ａ，７２ａ，７４ａ…凸部、２３ｐ，５２ｐ，７２ｐ，１１２ｃ…第１周期、２３ｔ，２４ｔ，５２ｔ，５４ｔ，７２ｔ，７４ｔ，ｔ１，ｔ２…頂部、２４ｐ，５４ｐ，７４ｐ，１１２ｄ…第２周期、３１…金型、３２，６１…プラズマ、３３，６２…エッチング溶液、４２，５２，７２…第１光透過層、４３，５３，７３…第２光透過層、１１２ａ…第１テクスチャ、１１２ｂ…第２テクスチャ。
【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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