(57)【要約】【課題】上層に形成される光電変換層の欠陥発生を抑制するとともに薄膜光電変換装置の光電変換効率を向上可能な薄膜光電変換装置用基板、薄膜光電変換装置、薄膜光電変換モジュールを得ること。【解決手段】表面が平坦な透明電極２が一面側に形成された第１透光性基板３の他面側と第２透光性基板４との間に、透光性を有する充填剤８中に前記充填剤８と異なる屈折率を有する透光性材料からなり粒径が異なる複数の微粒子７が分散配置された光散乱層９を備える。【選択図】図１
2013012601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が平坦な透明電極が一面側に形成された第１透光性基板の他面側と第２透光性基板との間に、透光性を有する透明層中に前記透明層と異なる屈折率を有する透光性材料からなり粒径が異なる複数の粒子が分散配置された光散乱層を備えること、
を特徴とする薄膜光電変換装置用基板。
【請求項２】
前記粒子の粒径分布が、０．１μｍ〜２．０μｍの範囲であること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜光電変換装置用基板。
【請求項３】
前記光散乱層は、前記透明層中に分散配置される前記粒子の粒径分布の範囲がそれぞれ異なる複数の層が積層されてなること、
を特徴とする請求項１または２に記載の薄膜光電変換装置用基板。
【請求項４】
前記光散乱層は、
前記粒子の粒径分布が０．１μｍ〜０．５μｍの範囲である第１光散乱層と、
前記粒子の粒径分布が０．５μｍ〜０．８μｍの範囲である第２光散乱層と、
前記粒子の粒径分布が０．８μｍ〜２．０μｍの範囲である第３光散乱層と、
が前記第１透光性基板側から順に積層されてなること、
を特徴とする請求項３に記載の薄膜光電変換装置用基板。
【請求項５】
前記粒子が高分子樹脂からなること、
を特徴する請求項１乃至４のいずれか１つに記載の薄膜光電変換装置用基板。
【請求項６】
前記粒子が酸化珪素からなること、
を特徴する請求項１乃至４のいずれか１つに記載の薄膜光電変換装置用基板。
【請求項７】
前記透明電極が、酸化亜鉛、酸化インジウム錫および酸化スズのうちのいずれか１つ以上からなること、
を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の薄膜光電変換装置用基板。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の薄膜光電変換装置用基板の前記透明電極上に、光電変換を行う光電変換層と裏面電極とをこの順で含むこと、
を特徴とする薄膜光電変換装置。
【請求項９】
第１透光性基板の一面上に表面が平坦な透明電極を形成する第１工程と、
前記第１透光性基板の他面側と第２透光性基板との間に、透光性を有する透明層中に前記透明層と異なる屈折率を有する透光性材料からなり粒径が異なる複数の粒子が分散配置された光散乱層を形成する第２工程と、
を含むことを特徴とする薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
【請求項１０】
前記第２工程は、
前記第１透光性基板の他面側の外周縁部または前記第２透光性基板の一面側の外周縁部にシール剤を形成する工程と、
前記第１透光性基板の他面上における前記シール剤で囲まれた領域または前記第２透光性基板の一面上における前記シール剤で囲まれた領域に、透光性材料からなり粒径が異なる複数の粒子を含有するとともに前記粒子と異なる屈折率を有する透光性の充填剤を塗布する工程と、
前記第１透光性基板の他面側と前記第２透光性基板の一面側とを対向させた状態で前記第１透光性基板と前記第２透光性基板とを重ねて、前記第１透光性基板と前記第２透光性基板との間の前記シール剤で囲まれた領域に前記充填剤を封入する工程と、
前記充填剤を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
【請求項１１】
前記充填剤を塗布する工程では、前記充填剤に含有される前記粒子の粒径分布の範囲がそれぞれ異なる複数の充填剤を順次積層して塗布すること、
を特徴とする請求項１０に記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
【請求項１２】
前記充填剤は、
前記粒子の粒径分布が０．１μｍ〜０．５μｍの範囲である第１充填剤と、
前記粒子の粒径分布が０．５μｍ〜０．８μｍの範囲である第２充填剤と、
前記粒子の粒径分布が０．８μｍ〜２．０μｍの範囲である第３充填剤と、
が前記第１透光性基板側から順に積層されること、
を特徴とする請求項１１に記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか１つに記載の薄膜光電変換装置用基板の製造方法により透光性基板の一面側に透光性を有して表面が平坦な透明電極を形成するとともに前記透光性基板の他面側に前記光散乱層を形成する工程と、
前記透明電極上に光電変換を行う光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層上に裏面電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の薄膜光電変換装置の少なくとも２つ以上が電気的に接続されてなること、
を特徴とする薄膜光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜光電変換装置用基板とその製造方法、薄膜光電変換装置とその製造方法、薄膜光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の薄膜光電変換装置は、基板の他面側からの光入射により薄膜半導体層で光起電力を発生する薄膜太陽電池セルを備える。薄膜太陽電池セルは、例えば基板の一面側に、透明電極と、光電変換層としての薄膜半導体層と、裏面電極としての反射導電膜と、が順次形成される。そして、このような複数の薄膜太陽電池セルが隣り合うセル同士で所定の距離を隔てて配置され、電気的に直列に接続されて薄膜光電変換装置（薄膜太陽電池モジュール）を形成している。
【０００３】
このような薄膜光電変換装置では、基板および透明電極を透過した太陽光を光電変換層内で散乱させることにより、太陽光の利用効率を向上させる。そして、太陽光を散乱させるために、透明電極を構成している透明導電膜の表面にテクスチャと呼ばれる凹凸が形成されている。
【０００４】
近年盛んに開発が進められている非晶質シリコン太陽電池セルと微結晶シリコン太陽電池セルとを積層して構成されるタンデム型太陽電池は、広い波長範囲の太陽光を吸収するため、透明導電膜の表面のテクスチャで短波長から長波長までの広範な光を散乱する必要がある。光はテクスチャの凹凸ピッチが波長と同等であるときに散乱する。したがって、テクスチャにおいては、短い凹凸ピッチの凹凸で短波長領域の光を、長い凹凸ピッチの凹凸で長波長領域の光を散乱させる。
【０００５】
例えば特許文献１には、凹凸を形成するエッチング工程を二回施すことにより、凹凸ピッチが異なるダブルテクスチャ構造を有する透明導電膜を形成する方法が示されている。これにより凹凸ピッチが異なる凹凸で広い波長範囲の光を散乱させている。
【０００６】
また、特許文献２には、最初に長い凹凸ピッチの凹凸となる島化した小山部を常圧ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法で形成し、その後短い凹凸ピッチの凹凸を有する連続膜を同様な方法で形成することにより、ダブルテクスチャ構造を有する透明導電膜を形成する方法が示されている。これにより、従来の透明導電膜と同等な製造方法を有し、広範な波長範囲の光を散乱する透明導電膜を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１１９４９１号公報
【特許文献２】特開２００５−３４７４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１のように二回のエッチング工程でダブルテクスチャを形成する方法では、凹凸ピッチの短い凹凸を形成するときにエッチング速度がばらつくため長い凹凸ピッチの凹凸が消失する、という問題があった。また、凹凸ピッチの短い凹凸が不規則な位置に発生するため、所望の凹凸ピッチを有する凹凸を形成することが困難であった。
【０００９】
一方、上記の特許文献２のようにＣＶＤ法による二回製膜で透明導電膜およびダブルテクスチャ構造を形成することで、凹凸ピッチの短い凹凸形状のばらつきを抑制することができる。しかしながら、小山部で構成される長い凹凸ピッチの凹凸の凸間が急峻な谷になるため、透明導電膜上に形成される光電変換層、特に結晶性が重要となる微結晶シリコン膜にはそこを基点とした欠陥が生じ、発電特性が低下する、という問題があった。また、製膜工程が複数になるため製造方法が複雑となる、という問題があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、上層に形成される光電変換層の欠陥発生を抑制するとともに薄膜光電変換装置の光電変換効率を向上可能な薄膜光電変換装置用基板とその製造方法、薄膜光電変換装置とその製造方法、薄膜光電変換モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜光電変換装置用基板は、表面が平坦な透明電極が一面側に形成された第１透光性基板の他面側と第２透光性基板との間に、透光性を有する透明層中に前記透明層と異なる屈折率を有する透光性材料からなり粒径が異なる複数の粒子が分散配置された光散乱層を備えること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上層に形成される光電変換層の欠陥発生を抑制するとともに薄膜光電変換装置の光電変換効率を向上可能な薄膜光電変換装置用基板、薄膜光電変換装置および薄膜光電変換モジュールが得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置の概略構成を示す断面図である。
【図２−１】図２−１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図２−２】図２−２は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図２−３】図２−３は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図２−４】図２−４は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図２−５】図２−５は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図２−６】図２−６は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図２−７】図２−７は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置の概略構成を示す断面図である。
【図４−１】図４−１は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図４−２】図４−２は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図４−３】図４−３は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図４−４】図４−４は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図４−５】図４−５は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図４−６】図４−６は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図４−７】図４−７は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる薄膜光電変換装置用基板とその製造方法、薄膜光電変換装置とその製造方法、薄膜光電変換モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置の概略構成を示す断面図である。実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置は、透明電極２が形成された第１透光性基板３と第２透光性基板４との間に、シール剤５で囲まれた領域６を有する。この領域６内には、粒径の異なる多数の微粒子７により構成される微粒子群を含む透明層である充填剤８からなる光散乱層９が形成されている。また、第１透光性基板３における光散乱層９と反対側の面上には、光電変換層１１と裏面電極１２とがこの順で積層されている。この薄膜光電変換装置においては、第２透光性基板４側から太陽光Ｌが入射する。
【００１６】
また、実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置用基板１は、実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置のうち透明電極２、第１透光性基板３、第２透光性基板４、シール剤５、光散乱層９により構成される。
【００１７】
第１透光性基板３としては、たとえば透光性を有する絶縁基板が用いられる。このような第１透光性基板３および第２透光性基板４には、通常は透過率の高い材質が用いられ、例えば可視から近赤外領域までの吸収が小さいガラス基板が使用される。ガラス基板としては無アルカリガラス基板を用いてもよく、また、安価な青板ガラス基板を用いてもよい。ただし、第１透光性基板３および第２透光性基板４は必ずしもガラスである必要はなく、光を透過する基板であれば、樹脂等の基板を用いることも可能である。また、これらの材料の上に不純物の阻止層として、スパッタリング法などで酸化珪素などのアンダーコート層を設けたものが使用できる。
【００１８】
第２透光性基板４は、光散乱層９の保護および機械強度向上に必要となり、たとえば透光性を有する絶縁基板が用いられる。第２透光性基板４としては、第１透光性基板３と同等の光学特性を有する材料を用いることが好ましく、同一の材質であることが好ましいが、これに限定されない。
【００１９】
また、実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置では後述するように光散乱層９で光を散乱させるためテクスチャ等の凹凸は不要である。このため、第１透光性基板３および第２透光性基板４の表面は平坦な面とされていてよい。
【００２０】
透明電極２は、光透過性を有する透明導電膜からなる。透明電極の材料としてはたとえば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium  Tin  Oxide）、酸化スズ（ＳｎＯ２）などの透明導電膜や、これらにアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）から選択した少なくとも１種類以上の元素を添加した透明導電膜を使用することができる。また、透明電極２は、上述したＴＣＯ膜にドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、フッ素（Ｆ）から選択した少なくとも１種類以上の元素を用いた透光性の膜によって構成されてもよい。透明電極２の膜厚は、導電性を維持するため、０．５μｍ〜１μｍ程度が好ましい。
【００２１】
このような透明電極２は、スパッタリング法、電子ビーム堆積法、常圧化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical  Vapor  Deposition）法、低圧ＣＶＤ法、有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ：Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）法、ゾルゲル法、印刷法、スプレー法等の種々の方法により作製することができる。
【００２２】
また、透明電極２における光電変換層１１側の表面は平坦な面とされている。このため、透明電極２における表面状態に起因した光電変換層１１の欠陥の発生が防止されており、発電特性の良好な薄膜光電変換装置が実現されている。ここで、本実施の形態における平坦な面とは、算術平均粗さ（Ｒａ）が５ｎｍ以下である面を意味する。
【００２３】
光電変換層１１は、ＰＮ接合またはＰＩＮ接合を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が１層または複数層以上積層されて構成される。このような光電変換層１１としては、たとえばシリコン系の半導体を主成分とする材料を用いることができ、水素化アモルファスシリコン、水素化微結晶シリコン、水素化アモルファスシリコンゲルマニウム、水素化微結晶シリコンゲルマニウム、水素化アモルファス炭化シリコン、水素化微結晶炭化シリコン、水素化アモルファス酸化シリコン、水素化微結晶酸化シリコン、などを用いることができる。また、これらの薄膜半導体層の積層体を用いることができる。これらの製法としては、ＣＶＤ法が一般的である。ＣＶＤ法としては、常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、ホットワイヤーＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ法等が挙げられる。
【００２４】
裏面電極１２は、導電膜からなり、光反射が大きく、導電率が高い程好ましい。裏面電極１２は、可視光の反射率の高い銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）もしくはパラジウム（Ｐｄ）などの金属材料、またはこれらの合金、またはこれらの窒化物、酸化物などにより形成することができる。裏面電極１２は、光電変換層１１で吸収されなかった光を反射して再度光電変換層１１に戻すため、光電変換効率の向上に寄与する。また、反射率を向上させるため、上記金属材料と光電変換層１１との層間に酸化錫、酸化亜鉛、ＩＴＯなどの透明導電性酸化物材料や、これらの透明導電性酸化物材料にアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）といった金属を添加した材料からなる透明導電層を挿入してもよい。
【００２５】
微粒子７は、充填剤８と異なる屈折率を有する透光性材料からなり、充填剤８中において略均一に分散配置されている。このような材料としては、たとえば高分子材料や酸化珪素（ＳｉＯ２）等の無機材料を用いることができる。微粒子７の粒径は、０．１μｍ〜２μｍである。また、微粒子７の吸収係数は、少なくともシリコン系材料からなる薄膜光電変換装置が吸収する波長３００μｍ〜１２００μｍの範囲では小さいことが好ましい。
【００２６】
一般的に、粒径が数μｍ以下の微粒子は光を散乱し、入射光を拡散させる。微粒子による光の散乱は、光の波長と微粒子のサイズとの関係で振る舞いが異なり、その光散乱機構は微粒子の粒径に依存することが知られている。光の波長と微粒子のサイズに関わるパラメータとして、サイズパラメータｘがあり、下記の数式（１）で表される。
【００２７】
【数１】
2013012601.tif 000003
【００２８】
数式（１）において、ｒは微粒子の粒径、λは光の波長である。サイズパラメータｘが１より非常に小さい場合には、微粒子による光散乱はレイリー散乱モデルで説明される。これは、粒径が光の波長に比べて非常に小さい場合に対応する。一般に光散乱強度を示す散乱係数は、光の波長の４乗に反比例する。サイズパラメータｘが１に近い場合には、微粒子による光散乱はミー散乱モデルで説明される。これは、微粒子の粒径が光の波長とほぼ同程度である場合に対応する。一般に、ミー散乱では光の波長に対する粒径比が大きくなると前方散乱が増加する。また、ミー散乱では光散乱強度の光の波長依存性は小さい。
【００２９】
本実施の形態では、第１透光性基板３と第２透光性基板４との間に、粒径０．１μｍ〜２．０μｍの微粒子７が光散乱層９中に分散して存在する。上記の光散乱モデルによると、第２透光性基板４に照射された光のうち、波長が０．３μｍ〜２．０μｍ付近の光がミー散乱により散乱される。したがって、本実施の形態にかかる薄膜光電変換装置（薄膜光電変換装置用基板１）では、シリコン系材料からなる薄膜光電変換装置で吸収する広い波長範囲の光が散乱する。なお、発電公理を向上させるためには波長が３００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の太陽光の全てを散乱させることが必要となる。このため、それぞれの波長の光を散乱させるために、異なる粒径を有する微粒子を光散乱層９中に均一に分布させることが好ましい。一般に粒径分布は、レーザを照射し、その回折および散乱光の強度、パターンから算定することができる（レーザ回折法）。
【００３０】
充填剤８は、微粒子７と異なる屈折率を有する透光性材料からなり、所望の分散配置で微粒子を保持する。このような材料としては、たとえば高分子樹脂材料を用いることができる。また、充填剤８の材料としては、紫外線等の光により硬化する光硬化性材料や、熱により硬化する熱硬化性材料を用いることが好ましい。このような材料を用いることにより、後述するように薄膜光電変換装置の製造が容易になる。
【００３１】
次に、上記のように構成された実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置の製造方法について図２−１〜図２−７を参照して説明する。図２−１〜図２−７は、実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【００３２】
まず、第１透光性基板３としてガラス基板を用意する。ただし、第１透光性基板３は必ずしもガラス基板である必要はなく、樹脂等の基板を用いることも可能である。
【００３３】
次に、この透光性基板３の一面上に、表面が平坦な透明電極２を公知の方法で形成する（図２−１）。例えば、透光性基板３上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜からなる透明電極２をスパッタリング法により形成する。透明電極２は、プラズマＣＶＤ法等の他の方法により作製してもよい。
【００３４】
次に、第１透光性基板３の他面側（透明電極２が形成されていない側の面）の外周縁部に沿って所定の高さのシール剤５を形成する（図２−２）。次に、第１透光性基板３の他面上におけるシール剤５で囲まれた領域６に、微粒子７と異なる屈折率を有する透光性の光硬化性材料からなる硬化前の充填剤８’を塗布する（図２−３）。硬化前の充填剤８’は、粒径が０．１μｍ〜２μｍの微粒子７を含んでいる。このとき充填剤８内に気泡が混入しないよう、硬化前の充填剤８’の塗布後に減圧下で脱ガス処理を施してもよい。ここで、微粒子７は高分子材料からなり、その屈折率は充填剤８と異なる。微粒子７は、硬化前の充填剤８’中に均一に分散配置される。硬化前の充填剤８’としては、微粒子７と異なる屈折率を有する透光性の光硬化性材料を用いる。
【００３５】
次に、硬化前の充填剤８’を塗布した第１透光性基板３の他面側に第２透光性基板４を重ね合わせて接着する（図２−４）。このときシール剤５上に接着剤１０を塗布して接着強度を高めることが好ましい。
【００３６】
次に、硬化前の充填剤８’を硬化させるために、第２透光性基板４を介して硬化前の充填剤８’に紫外線光ＵＶを照射する（図２−５）。これにより硬化前の充填剤８’が硬化して充填剤８となり、光散乱層９が形成される（図２−６）。また、硬化前の充填剤８’に熱硬化樹脂を用いた場合は、紫外線照射の代わりにアニール処理を施して、硬化前の充填剤８’を硬化させることにより光散乱層９が形成される。以上の処理により、実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置用基板１が得られる。
【００３７】
次に、透明電極２上に、たとえばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる光電変換層１１を公知の方法で形成する（図２−７）。例えばプラズマＣＶＤ法により透明電極２側から順に、ｐ型半導体層、光吸収層、ｎ型半導体層の各層を透明電極２上に第１透光性基板３の主面に略平行に積層形成する。
【００３８】
次に、光電変換層１１上に裏面電極１２を公知の方法で形成する（図２−７）。例えば、光電変換層１１上に銀（Ａｇ）膜からなる裏面電極１２をスパッタリング法により形成する。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。以上の処理により、図１に示す実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置が得られる。
【００３９】
以上のような実施の形態１においては、充填剤８の内部に粒径の異なる複数の種類の微粒子７が分散配置されてなる光散乱層９を第１透光性基板３の光入射側（透明電極２と反対側）に有するため、薄膜光電変換装置で吸収される広範囲な波長の光を散乱できる。すなわち、大きい粒径の微粒子７で長波長領域の入射光を、小さい粒径の微粒子７で短波長領域の入射光を散乱して薄膜光電変換装置内に入射させることができる。そして、粒径０．１μｍ〜２．０μｍの微粒子７を充填剤８の内部に分散配置することにより、０．３μｍ〜２．０μｍの波長の光を散乱して薄膜光電変換装置内に入射させることができる。これにより、薄膜光電変換装置での太陽光の利用効率を向上させることができる。
【００４０】
また、第１透光性基板３の光入射側（透明電極２と反対側）において微粒子７により光を散乱させることができるため、従来では入射した光を散乱させるために透明電極２の表面に設けられていた凹凸が不要であり、透明電極２における光電変換層１１側の表面を平坦に維持できる。これにより、実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置においては、透明電極２上に形成される光電変換層１１の透明電極２の表面形状に起因した欠陥の発生が防止されており、良好な発電特性が得られる。
【００４１】
また、光散乱構造である光散乱層９は塗布工程を用いて形成できるため、ＣＶＤなどの製膜工程が増加することが無く、製造工程が簡便である。
【００４２】
したがって、実施の形態１によれば、光散乱層９の高い光散乱効果によって短波長領域から長波長までの広い領域の光に対して良好な透過散乱性能を実現し、広い波長領域の光を有効に利用可能な光電変換効率に優れた薄膜光電変換装置が簡便な製造方法により得られる。
【００４３】
なお、上記においては透明電極２の形成直後に光散乱層９を形成し、その後に光電変換層１１を形成する場合について説明したが、透明電極２の形成に引き続いて光電変換層１１を先に形成し、その後に光散乱層９を形成してもよい。この場合は、光電変換層１１の形成のための２００℃付近の高温プロセスが光散乱層９の形成後にないため、微粒子７、充填剤８等に耐熱性の低い材料を使用することができ、材料選択の自由度が大きくなる。
【００４４】
また、上記においては第１透光性基板３の他面上におけるシール剤５で囲まれた領域に硬化前の充填剤８’を塗布して第２透光性基板４を貼り合わせる場合について説明したが、第２透光性基板４の一面側の外周縁部にシール剤５を形成して該シール剤５で囲まれた領域に硬化前の充填剤８’を塗布して第１透光性基板３を貼り合わせてもよい。
【００４５】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置の概略構成を示す断面図である。実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置は、実施の形態１にかかる薄膜光電変換装置の構成において、光散乱層９の代わりに光散乱層１０９を有する。図３において、図１と同じ構成については図１と同じ符号を付している。
【００４６】
すなわち、実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置は、第１透光性基板３と第２透光性基板４との間に、シール剤５で囲まれた領域６を有する。領域６内には、光散乱層１０９が形成されている。また、第１透光性基板３における光散乱層１０９と反対側の面上には、光電変換層１１と裏面電極１２とがこの順で積層されている。この薄膜光電変換装置においては、第２透光性基板４側から太陽光Ｌが入射する。
【００４７】
光散乱層１０９は、第１光散乱層１０９ａと第２光散乱層１０９ｂと第３光散乱層１０９ｃとの三層が第１透光性基板３側から順に積層形成されている。第１光散乱層１０９ａは、充填剤１０８ａの内部に、粒径分布が０．１μｍ〜０．５μｍの範囲の異なる粒径を有する複数の微粒子１０７ａが分散配置されて構成されている。第２光散乱層１０９ｂは、充填剤１０８ｂの内部に、粒径分布が０．５μｍ〜０．８μｍの範囲の異なる粒径を有する複数の微粒子１０７ｂが分散配置されて構成されている。第３光散乱層１０９ｃは、充填剤１０８ｃの内部に、粒径分布が０．８μｍ〜２．０μｍの範囲の異なる粒径を有する複数の微粒子１０７ｃが分散配置されて構成されている。なお、充填剤１０８ａと充填剤１０８ｂと充填剤１０８ｃとを総称して充填剤１０８と呼ぶ場合がある。
【００４８】
実施の形態１で示したように、粒径が０．１μｍ〜２．０μｍの微粒子７により波長０．３μｍ〜１．２μｍの光は散乱し、これはミー散乱モデルで説明される。ミー散乱モデルによると、光の波長に対する微粒子の粒径比が大きくなると、光の照射方向に対して前方への光散乱強度が増加する。
【００４９】
実施の形態２にかかる光散乱層１０９では、上記のように光の入射側である第２透光性基板４側から光電変換素子が形成される第１透光性基板３側に向かって、微粒子の粒径が減少している。これより、例えば太陽光が実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置に照射された場合は、まず第３光散乱層１０９ｃの領域で、波長が０．８μｍ以上の長波長光が散乱され、それ以下の波長光は透過するか、または前方に散乱される。
【００５０】
次に、光散乱層１０９ｂの領域で、波長が０．５μｍ〜０．８μｍ付近の光が散乱される。光散乱層１０９ｃで散乱された長波長光は光散乱層１０９ｂを透過し、波長が０．５μｍ以下の光は光散乱層１０９ｂを透過するか、または前方に散乱される。その後、光散乱層１０９ａの領域で、波長が０．５μｍ以下の光が散乱される。光散乱層１０９ｃおよび光散乱層１０９ｂで散乱された光は、光散乱層１０９ａを透過するか、または前方に散乱される。したがって、実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置（薄膜光電変換装置用基板１０１）では、シリコン系材料からなる薄膜光電変換装置で吸収する広い波長範囲の光が散乱する。
【００５１】
次に、上記のように構成された実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置の製造方法について図４−１〜図４−７を参照して説明する。図４−１〜図４−７は、実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【００５２】
まず、第１透光性基板３としてガラス基板を用意する。ただし、第１透光性基板３は必ずしもガラス基板である必要はなく、樹脂等の基板を用いることも可能である。
【００５３】
次に、この透光性基板３の一面上に、表面が平坦な透明電極２を公知の方法で形成する（図４−１）。例えば、透光性基板３上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜からなる透明電極２をスパッタリング法により形成する。透明電極２は、プラズマＣＶＤ法等の他の方法により作製してもよい。
【００５４】
次に、第１透光性基板３の他面側（透明電極２が形成されていない側の面）の外周縁部に沿って所定の高さのシール剤５を形成する（図４−２）。次に、第１透光性基板３の他面上におけるシール剤５で囲まれた領域６に、微粒子を含んだ硬化前の充填剤を塗布する（図４−３）。ここでは、微粒子を含んだ硬化前の充填剤として、硬化前の充填剤１０８ａ’と硬化前の充填剤１０８ｂ’と硬化前の充填剤１０８ｃ’とを用意する。硬化前の充填剤１０８ａ’は、粒径分布が０．１μｍ〜０．５μｍの範囲の異なる粒径を有する複数の微粒子１０７ａを含有する。硬化前の充填剤１０８ｂ’は、粒径分布が０．５μｍ〜０．８μｍの範囲の異なる粒径を有する複数の微粒子１０７ｂを含有する。硬化前の充填剤１０８ｃ’は、粒径分布が０．８μｍ〜２．０μｍの範囲の異なる粒径を有する複数の微粒子１０７ｃを含有する。なお、微粒子１０７ａと微粒子１０７ｂと微粒子１０７ｃとを総称して微粒子１０７と呼ぶ場合がある。
【００５５】
ここで、微粒子１０７ａと微粒子１０７ｂと微粒子１０７ｃとには、微粒子７と同様の材料が用いられる。また、硬化前の充填剤１０８ａ’と硬化前の充填剤１０８ｂ’と硬化前の充填剤１０８ｃ’とには、硬化前の充填剤８と同様の材料が用いられる。ここでは、硬化前の充填剤１０８ａ’と硬化前の充填剤１０８ｂ’と硬化前の充填剤１０８ｃ’とに、光硬化性材料を用いる。
【００５６】
そして、第１透光性基板３の他面上におけるシール剤５で囲まれた領域６に、硬化前の充填剤１０８ａ’を塗布する。このとき充填剤８内に気泡が混入しないよう、硬化前の充填剤１０８ａ’の塗布後に減圧下で脱ガス処理を施してもよい。その後、領域６の硬化前の充填剤１０８ａ’上に、硬化前の充填剤１０８ｂ’と硬化前の充填剤１０８ｃ’とを同様にして順次塗布する。
【００５７】
次に、硬化前の充填剤１０８ａ’と硬化前の充填剤１０８ｂ’と硬化前の充填剤１０８ｃ’とを塗布した第１透光性基板３の他面側に第２透光性基板４を重ね合わせて接着する（図４−４）。このときシール剤５上に接着剤１０を塗布して接着強度を高めることが好ましい。
【００５８】
次に、硬化前の充填剤１０８ａ’と硬化前の充填剤１０８ｂ’と硬化前の充填剤１０８ｃ’とを硬化させるために、第２透光性基板４を介して硬化前の充填剤１０８ａ’と硬化前の充填剤１０８ｂ’と硬化前の充填剤１０８ｃ’とに紫外線光ＵＶを照射する（図４−５）。これにより硬化前の充填剤１０８ａ’と硬化前の充填剤１０８ｂ’と硬化前の充填剤１０８ｃ’とが硬化して、それぞれ充填剤１０８ａと充填剤１０８ｂと充填剤１０８ｃとなり、第１光散乱層１０９ａと第２光散乱層１０９ｂと第３光散乱層１０９ｃとが形成される（図４−６）。
【００５９】
また、硬化前の充填剤１０８ａ’と硬化前の充填剤１０８ｂ’と硬化前の充填剤１０８ｃ’に熱硬化樹脂を用いた場合は、紫外線照射の代わりにアニール処理を施して、硬化前の充填剤１０８ａ’と硬化前の充填剤１０８ｂ’と硬化前の充填剤１０８ｃ’を硬化させることにより第１光散乱層１０９ａと第２光散乱層１０９ｂと第３光散乱層１０９ｃとが形成される。以上の処理により、実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置用基板１０１が得られる。
【００６０】
次に、透明電極２上に、たとえばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる光電変換層１１を公知の方法で形成する（図４−７）。例えばプラズマＣＶＤ法により透明電極２側から順に、ｐ型半導体層、光吸収層、ｎ型半導体層の各層を透明電極２上に第１透光性基板３の主面に略平行に積層形成する。
【００６１】
次に、光電変換層１１上に裏面電極１２を公知の方法で形成する（図４−７）。例えば、光電変換層１１上に銀（Ａｇ）膜からなる裏面電極１２をスパッタリング法により形成する。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。以上の処理により、図３に示す実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置が得られる。
【００６２】
以上のような実施の形態２においては、充填剤の内部にそれぞれ異なる粒径分布を有する複数の種類の微粒子が分散配置された第１光散乱層１０９ａと第２光散乱層１０９ｂと第３光散乱層１０９ｃとを第１透光性基板３の光入射側（透明電極２と反対側）に有するため、薄膜光電変換装置で吸収される広範囲な波長の光を散乱できる。すなわち、大きい粒径の微粒子群が含まれる第３光散乱層１０９ｃで０．８μｍ以上の長波長領域の光を、中間の粒径の微粒子群ｂが含まれる第２光散乱層１０９ｂで０．５μｍ〜０．８μｍ付近の光を、小さい粒径の微粒子群が含まれる第１光散乱層１０９ａで波長が０．５μｍ以下の光をそれぞれ散乱して薄膜光電変換装置内に入射させることができる。そして、粒径分布を異ならせて粒径０．１μｍ〜２．０μｍの微粒子１０７を複数層の充填剤１０８の内部に分散配置することにより、０．３μｍ〜２．０μｍの波長の光を散乱して薄膜光電変換装置内に入射させることができる。これにより、薄膜光電変換装置での太陽光の利用効率を向上させることができる。
【００６３】
また、第１透光性基板３の光入射側（透明電極２と反対側）において微粒子１０７により光を散乱させることができるため、従来では入射した光を散乱させるために透明電極２の表面に設けられていた凹凸が不要であり、透明電極２における光電変換層１１側の表面を平坦に維持できる。これにより、実施の形態２にかかる薄膜光電変換装置においては、透明電極２上に形成される光電変換層１１の透明電極２の表面形状に起因した欠陥の発生が防止されており、良好な発電特性が得られる。
【００６４】
また、光散乱構造である光散乱層９は塗布工程を用いて形成できるため、ＣＶＤなどの製膜工程が増加することが無く、製造工程が簡便である。
【００６５】
したがって、実施の形態２によれば、実施の形態１の場合と同様に、光散乱層９の高い光散乱効果によって短波長領域から長波長までの広い領域の光に対して良好な透過散乱性能を実現し、広い波長領域の光を有効に利用可能な光電変換効率に優れた薄膜光電変換装置が簡便な製造方法により得られる。
【００６６】
なお、上記においては透明電極２の形成直後に光散乱層１０９を形成し、その後に光電変換層１１を形成する場合について説明したが、透明電極２の形成に引き続いて光電変換層１１を先に形成し、その後に光散乱層１０９を形成してもよい。この場合は、光電変換層１１の形成のための２００℃付近の高温プロセスが光散乱層１０９の形成後にないため、微粒子１０７、充填剤１０８等に耐熱性の低い材料を使用することができ、材料選択の自由度が大きくなる。
【００６７】
また、上記においては第１透光性基板３の他面上におけるシール剤５で囲まれた領域に硬化前の充填剤１０８’を塗布して第２透光性基板４を貼り合わせる場合について説明したが、第２透光性基板４の一面側の外周縁部にシール剤５を形成して該シール剤５で囲まれた領域に硬化前の充填剤１０８’を塗布して第１透光性基板３を貼り合わせてもよい。
【００６８】
また、上記の実施の形態で説明した構成を有する薄膜光電変換セルを透光性基板上に複数形成し、隣接する薄膜光電変換セル同士を電気的に直列または並列に接続することにより、良好な光閉じ込め効果を有し、光電変換効率に優れた薄膜光電変換モジュールが実現できる。この場合は、例えば隣接する薄膜光電変換セルの一方の透明電極と他方の裏面電極とを電気的に接続すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明にかかる薄膜光電変換装置用基板は、良好な光閉じ込め効果を有し、光電変換効率に優れた薄膜光電変換装置の実現に有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１  薄膜光電変換装置用基板
２  透明電極
３  第１透光性基板
４  第２透光性基板
５  シール剤
６  領域
７  微粒子
８  充填剤
９  光散乱層
１０  接着剤
１１  光電変換層
１２  裏面電極
１０１  薄膜光電変換装置用基板
１０７  微粒子
１０７ａ  微粒子
１０７ｂ  微粒子
１０７ｃ  微粒子
１０８  充填剤
１０８ａ  充填剤
１０８ｂ  充填剤
１０８ｃ  充填剤
１０９  光散乱層
１０９ａ  第１光散乱層
１０９ｂ  第２光散乱層
１０９ｃ  第３光散乱層
Ｌ  太陽光
ＵＶ  紫外線光
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図２−５】
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【図２−６】
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【図２−７】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図４−４】
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【図４−５】
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【図４−６】
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【図４−７】
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