(57)【要約】【課題】集電電極に照射する光を、発電に有効に利用することで発電電流を増加させ、光電変換効率の高い太陽電池素子および太陽電池モジュールを得ること。【解決手段】光電変換部を構成する半導体層と、半導体層を挟む第１および第２の集電電極とを備え、第１および第２の集電電極の少なくとも一方であるバス電極２７ａと半導体層との間にのみ波長変換層２７Ｒ１を有する。波長変換層２７Ｒ１は、バス電極２７ａで遮られ、光電変換に寄与しない波長の光を波長変換層で波長変換して光電変換部に導く。【選択図】図１３
2016225362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部を構成する半導体層と、
前記半導体層を挟む第１および第２の集電電極と、
前記第１および第２の集電電極の少なくとも一方と前記半導体層との間に設けられた波長変換層とを有し、前記波長変換層は、前記第１または第２の集電電極の直下のみにあることを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記第１および第２の集電電極は、前記半導体層の相対向する第１および第２の面に設けられており、前記波長変換層は、前記第１および第２の集電電極の両方の前記集電電極と前記半導体層との間にあることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記第１および第２の集電電極のうち、受光面側に形成された前記第１の集電電極の表面を覆う前記波長変換層が、ダウンシフト型の波長変換層又はダウンコンバージョン型の波長変換層であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記第１および第２の集電電極のうち、裏面側に形成された前記第２の集電電極の表面を覆う前記波長変換層がアップコンバージョン型の波長変換層であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池素子。
【請求項５】
前記波長変換層および前記バス電極は、厚膜印刷層で構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池素子。
【請求項６】
前記波長変換層上に前記バス電極が積層された、２層構造のシート層で構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池素子。
【請求項７】
前記グリッド電極は、前記半導体基板の受光面側の表面を覆うパッシベーション膜を貫通する焼成貫通電極であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の太陽電池素子。
【請求項８】
前記第１および第２の集電電極のうち、受光面側に配された前記第１の集電電極は、複数のグリッド電極と、前記グリッド電極に直交するバス電極とで構成され、
前記波長変換層は、前記バス電極と前記半導体層との間に設けられており、
前記グリッド電極は、前記半導体層表面に当接するとともに、前記バス電極上で前記バス電極と当接して交差していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の太陽電池素子。
【請求項９】
前記第１および第２の集電電極のうち、受光面側に配された前記第１の集電電極は、複数のグリッド電極と、前記グリッド電極に直交するバス電極とで構成され、
前記波長変換層は、前記バス電極と前記半導体層との間に設けられており、
前記グリッド電極は、前記半導体層表面に当接するとともに、前記バス電極の側面で、前記バス電極と当接することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の太陽電池素子。
【請求項１０】
前記第１および第２の集電電極のうち受光面側に形成された前記第１の集電電極は、対向する位置に裏面側の第２の集電電極が配置されていることを特徴とする請求項２から９のいずれか１項に記載の太陽電池素子。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の太陽電池素子と、
前記太陽電池素子の受光面を被う受光面側保護部材と、
前記太陽電池素子の受光面とは反対面を被う裏面側保護部材との間を封止樹脂により固定したことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１２】
第１および第２主面を有する第１導電型の半導体基板の前記第１主面に第２導電型の拡散層を形成し、ｐｎ接合を形成する工程と、
前記半導体基板上にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜上に第１の集電電極および第２の集電電極を形成する工程とを含み、
少なくとも受光面側に位置する第１の集電電極が、前記受光面上に分布するグリッド電極と、前記グリッド電極に電気的に接続され、集電を行うバス電極とで構成され、
前記第１の集電電極および第２の集電電極を形成する工程に先立ち、
前記バス電極の下層にのみ選択的に波長変換層を形成する工程と、
前記第１の集電電極を形成する工程後に、前記グリッド電極を焼成し、前記グリッド電極を、前記パッシベーション膜を貫通させて、前記半導体層表面に当接させる工程を含むことを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項１３】
前記波長変換層を形成する工程は、
前記波長変換層形成材と前記バス電極形成材とをシート状に積層し、積層シートを形成する工程と、
前記積層シートを前記バス電極の形状に切断する工程と、
前記切断された積層シートを前記第１主面に貼着する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項１４】
第１および第２主面を有する第１導電型の半導体基板の前記第１主面に第２導電型の拡散層を形成し、ｐｎ接合を形成する工程と、
前記第１主面および第２主面に透光性導電膜を形成する工程と、
前記半導体基板上に第１の集電電極および第２の集電電極を形成する工程とを含み、
少なくとも受光面側に位置する第１の集電電極が、前記受光面全体に分布するグリッド電極と、前記グリッド電極に電気的に接続され、集電を行うバス電極とで構成され、
前記第１の集電電極および第２の集電電極を形成する工程に先立ち、
前記透光性導電膜の形成された前記半導体基板の前記バス電極の下層にのみ選択的に波長変換層を形成する工程とを含むことを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池素子、太陽電池モジュールおよび太陽電池素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池に代表される光電変換装置としては、例えば基板の一面側に裏面電極、他面の受光面側には光が入射する半導体層からなる光電変換層と光電変換層上の透光性電極と、透光性電極上の集電電極と表面保護層が順次形成されたものがある。この光電変換装置は、光入射により光電変換層内に拡散電位を生じさせ、生成された電子正孔対を収集することで光起電力を発生するものである。
【０００３】
このような光電変換装置においては、その光電変換効率を向上させるために、光起電力装置に入射してきた光を散乱させて半導体層中の光路長を増大させ、半導体層中で吸収される光量を増大させて、短絡電流を増大させる方法がある。例えば、光電変換層の表面に施した、テクスチャと呼ばれる微小な凹凸構造により、入射光が光電変換層内部で散乱されて光路長が伸び、光を閉じ込めることができることが知られている。
【０００４】
例えば特許文献１では、これらの課題を解決するために、表面保護層内に光散乱を引き起こす微粒子を設けることで、光電変換層内の光路長を延ばして光の吸収を高め、短絡電流を増大させて光電変換効率を高めている。
【０００５】
ところで近年、光電変換装置はそのままで、太陽光のスペクトルのなかの特定の波長のフォトンを、使用する光電変換装置に最適な波長のフォトンに波長変換し、光電変換装置に吸収させる方法が提案されている。波長変換は、現在有効利用されていない高エネルギーフォトンに関しては、１フォトンを複数の低エネルギーフォトンに変換するダウンコンバージョンあるいは、１フォトンを１つの低エネルギーフォトンに変換するダウンシフトがあり、現在有効利用されていない低エネルギーフォトンに関しては、複数の低エネルギーフォトンのエネルギーを用いて光電変換に有効なエネルギーフォトンに変換するアップコンバージョンに、分類できる。
【０００６】
例えば、特許文献２には光電変換層よりも光入射側の位置に、光電変換効率の低い高エネルギーフォトンを光電変換においてより適した複数の低エネルギーフォトンに波長変換する波長変換層を配置し、かつ光電変換層よりも光入射の反対側の位置に、光電変換効率の低い、複数の低エネルギーフォトンを光電変換においてより適した高エネルギーフォトンに波長変換する技術が開示されている。
【０００７】
さらに、太陽電池モジュールに関しても、波長変換層を配置する方法が示されている。例えば、特許文献３には、太陽電池素子の受光面とは反対側の面に、太陽電池素子側から順に波長変換層および光反射層を設けた太陽電池モジュールを構成し、太陽電池素子で発電に利用されずに裏面に漏れた短波長の光を、波長変換層で発電に利用される長波長の光に変換し、光反射層で太陽電池素子に向かって反射させることにより、太陽電池モジュールの発電量を増加させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３３５６１０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５１０６８号公報
【特許文献３】特開２０１２−１２９３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１では、光散乱を引き起こす微粒子を設けることで、光電変換層内の光路長を延ばすことにより光の吸収を高める効果があるとしている。しかしながら、分光感度の低い波長領域の光においては、光路長を延ばすことによる光電変換層での光吸収においては、大きな効果は期待できない。
【００１０】
また特許文献２では、光電変換層に対して光入射側と、光電変換層に対して光入射の反対側とに、それぞれ波長変換ユニットを配置するとあり、光電変換層を構成する層と垂直な面方向全体に、波長変換層を設けることを特徴としている。このような構造においては、光電変換層に対して光入射側または光入射と反対側に配置した波長変換層は、光電変換層に吸収されることで発電に寄与する波長の光の一部を吸収してしまうために、波長変換による発電利得が小さくなるという問題がある。さらに光電変換層を構成する層と垂直な面方向全体に、波長変換層を設けることによる材料コストが大きくなるという問題もあった。同様の問題が特許文献３においても存在する。
【００１１】
一般に光電変換装置においては、発電したキャリアを外部に取り出すための集電電極が受光面と裏面とにそれぞれ存在する。かかる光電変換装置においては、受光側から光電変換装置に入射した光のうち、集電電極に照射した光は、この集電電極により遮られ、発電に寄与しない。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、集電電極に照射する光を、発電に有効に利用することで発電電流を増加させ、光電変換効率の高い太陽電池素子および太陽電池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】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光電変換部を構成する半導体層と、半導体層を挟む第１および第２の集電電極とを備え、第１および第２の集電電極の少なくとも一方の集電電極と半導体層との間に波長変換層を有する。波長変換層は第１または第２の集電電極の直下のみにあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、集電電極に照射する光を、発電に有効に利用することで発電電流を増加させ、光電変換効率の高い太陽電池素子および太陽電池モジュールを得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１の太陽電池モジュールの構造を示す上面図
【図２】実施の形態１の太陽電池素子の構造を示す斜視図
【図３】実施の形態１の太陽電池モジュールの構造を示す断面図
【図４】図１のＣ１−Ｃ１断面図
【図５】図１のＣ２−Ｃ２断面図
【図６】実施の形態１の太陽電池モジュールにおけるダウンシフト波長変換層の構造を示す断面図
【図７】（ａ）から（ｆ）は、実施の形態１の太陽電池素子の製造方法を説明する工程断面図
【図８】実施の形態１の太陽電池モジュールにおける入射光の軌跡を示した図
【図９】典型的なシリコンモジュールの量子効率を示す図
【図１０】実施の形態２の太陽電池モジュールと入射光の軌跡を示した図
【図１１】実施の形態３の太陽電池モジュールと入射光の軌跡を示した図
【図１２】実施の形態４の太陽電池素子の構造を示す斜視図
【図１３】実施の形態４の太陽電池モジュールと入射光の軌跡を示した図
【図１４】実施の形態４の太陽電池モジュールのグリッド電極を含む断面図
【図１５】（ａ）から（ｆ）は、実施の形態４の太陽電池素子の製造方法を説明する工程断面図
【図１６】実施の形態４の太陽電池における波長変換層の厚さと太陽電池性能との定性的関係を示す図
【図１７】実施の形態５の太陽電池モジュールのグリッド電極を含む断面図
【図１８】実施の形態６の太陽電池モジュールのグリッド電極を含む断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかる光電変換装置として、太陽電池素子、太陽電池モジュールおよび太陽電池素子の製造方法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。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１の太陽電池モジュールの構造の例を示す上面図であり、太陽光の受光面側から見た図である。図２は、本発明の実施の形態１の太陽電池モジュール１００で用いられている太陽電池素子２０の構造を示す斜視図である。太陽電池素子２０の受光面２０Ａ側の表面には、幅広の波長変換層７Ｒおよびバス電極７ａと、このバス電極７ａに直交してこれに乗り上げるようにフィンガー電極とも呼ばれる細い形状のグリッド電極８が形成されている。図３は、本実施の形態１の太陽電池モジュール１００の構造を示す断面図であり、図１の点線Ａ−Ｂ間の断面である。この太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池素子２０が、インターコネクタ４０によって相互接続され、受光面側保護部材としてのガラス板１０と裏面側保護部材としてのバックフィルム１１との間に、封止樹脂９により封止されている。太陽電池素子２０は第１の面としての受光面２０Ａ側の表面と第２の面としての裏面２０Ｂ側の表面とに第１および第２の集電電極を備え、配列されて隣り合う太陽電池素子２０の電極間はインターコネクタ４０で直列接続されている。受光面２０Ａ側の第１の集電電極は、バス電極７ａとグリッド電極８とで構成され、太陽電池素子２０の裏面２０Ｂ全体に第２の集電電極として裏面集電電極６が形成されている。そして、インターコネクタ４０はバス電極７ａと電気的に接続している。また、３０は外部取出し用のリードである。この波長変換層７Ｒは、バス電極７ａで遮られ、光電変換に寄与しない波長の光を波長変換して光電変換部に導く。
【００１８】
図４および図５は、本発明の実施の形態１の太陽電池モジュール１００で用いられている太陽電池素子２０の概略構成を示す断面図であり、図４は、図１のＣ１−Ｃ１断面図、図５は、図１のＣ２−Ｃ２断面図である。この太陽電池素子２０の受光面２０Ａ側に波長変換層７Ｒを設け、波長変換層７Ｒの表面にバス電極７ａを設けることで、太陽電池素子２０の分光感度の低い波長の光を、太陽電池素子２０の分光感度の高い波長の光に変換するようにしたことを特徴とするものである。なお、図４に示すＣ１−Ｃ１断面図では、バス電極７ａ上にグリッド電極８が形成されていない断面を示しており、波長変換層７Ｒとバス電極７ａとが形成されている。図５に示すＣ２−Ｃ２断面図では、バス電極７ａ上にグリッド電極８が形成されており、グリッド電極８とバス電極７ａとの電気的接続がなされている。なお、波長変換層７Ｒは受光面側の集電電極を構成するバス電極７ａの直下のみにある。
【００１９】
次に、図６は、バス電極７ａおよび波長変換層７Ｒについて模式的に示したものである。図６に示すように、ダウンシフト型の波長変換層７Ｒは、バス電極７ａの下に形成され、熱可塑性樹脂からなるベース樹脂７Ｂと波長変換材料の粒子Ｒとの混合物で構成されている。波長変換材料の粒子Ｒは波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下程度の光を、波長４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度の光に変換するダウンシフト材料である。
【００２０】
これらのダウンシフト材料は、アクリル樹脂あるいはシリコーン樹脂などの透光性ポリマー材料中に分散してもよい。適当な溶媒を用いて溶液とし、印刷法、スプレー塗布法等によって形成することができる。波長変換層７Ｒは波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下程度の光を、波長４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度の光に変換するもので、例えば、励起波長が紫外光に近い３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度にあり、発光波長が可視光の５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下程度にあるユーロピウム付活カルシウムアルミニウムシリコンナイトライド（ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+）を用いる。また、これ以外の無機蛍光剤として酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）；エルビウム（Ｅｒ3+）、イットリウム（Ｙｂ3+）、ホルミウム（Ｈｏ3+）、プラセオジム（Ｐｒ3+）、ユーロピウム（Ｅｕ3+）などの希土類元素を含む希土類含有ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）などの無機蛍光剤を用いる。また、有機蛍光体などを用いても良い。
【００２１】
なお、図１は１２個の太陽電池素子２０を直列接続した太陽電池モジュール１００を示す図であるが、個数および配置は任意に変更可能であり、並列接続を組み合わせてもよい。また、図には示さないが、太陽電池モジュール１００の裏面側に電力を取り出すためのリード線が、太陽電池モジュール１００の両端に接続される。
【００２２】
ガラス板１０は例えば、ソーダ石灰ガラスなどの材料を用いることができる。屋外で使用する太陽電池モジュールでは、受光面側保護材として熱強化または化学強化したガラス板を用いるとよい。ガラス板１０のサイズは太陽電池素子２０の数により種々に変更可能であるが、典型的な厚みは０．５ｍｍから３ｍｍなどである。バックフィルム１１は水分の侵入などにより太陽電池素子２０が劣化しないように透湿性の低いフィルム、または表側と同様なガラス板を用いる。太陽電池素子２０およびそれらの隙間を通過した光を太陽電池素子２０側に反射させるために、バックフィルム１１として白色あるいは金属色の光反射性の材料を用いてもよい。封止樹脂９としては透光性のエチレン酢酸ビニル共重合性樹脂（ＥＶＡ）、またはシリコーン樹脂などを用いることができる。インターコネクタ４０には、たとえば、はんだで被覆した銅線などを用いることができる。
【００２３】
図４および図５において、ｎ型半導体基板は、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどの結晶シリコン、化合物半導体等からなる薄い半導体基板である。本実施の形態では、ｎ型単結晶シリコン基板１を用いている。結晶シリコンの場合、典型的な基板サイズは１０ｃｍから１５ｃｍ角の略正方形、厚みは０．１ｍｍから０．３ｍｍなどである。
【００２４】
ｎ型単結晶シリコン基板１の両側の表面には、ｉ型非晶質シリコン層２ａ，２ｂが形成されている。ｉ型非晶質シリコン層２ａ上にはｎ型単結晶シリコン基板１と逆導電型の不純物を含むｐ型非晶質シリコン層３が形成されている。ｐ型非晶質シリコン層３が形成されている側と反対側の基板表面に形成されたｉ型非晶質シリコン層２ｂ上にはｎ型単結晶シリコン基板１と同じ導電型の不純物を含むｎ型非晶質シリコン層４が形成されている。ｐ型非晶質シリコン層３、ｎ型非晶質シリコン層４上に透光性電極５ａ，５ｂが形成されている。透光性電極５ａ上には波長変換層７Ｒとバス電極７ａとの積層パターンが形成され、その上層にこの積層パターンと直交するようにグリッド電極８が形成されている。また透光性電極５ｂ上には裏面集電電極６が形成されている。裏面集電電極６は太陽電池素子２０の裏面２０Ｂの表面全面に形成された電極であり、バス電極７ａは太陽電池素子２０の受光面２０Ａの表面の波長変換層７Ｒ上に形成された太線状の電極である。グリッド電極８は、バス電極７ａと直交するように当接する細線状の電極である。裏面集電電極６、バス電極７ａはｎ型単結晶シリコン基板１の両面に銀または銅などの金属微粒子と樹脂を混合した金属ペーストの印刷等で形成することができ、蒸着法、スパッタ法などの成膜技術、めっき法などで形成され、ｎ型単結晶シリコン基板１面内で発生した電流を収集する。バス電極７ａは、図２のように直線状に伸びた太線が間隔をあけて平行に並んだバス状のパターンとすると良いが、網の目状または樹枝状としてもよい。グリッド電極８についても、平行に配列されていることが必須ではなく、パターン形状については適宜変更可能であり、網の目状または樹枝状としてもよい。
【００２５】
ｎ型単結晶シリコン基板１は図４および図５に示すように両面に反射防止用の微細な凹凸（テクスチャ１Ｔ）が形成されている。図ではｎ型単結晶シリコン基板１の両面を凹凸としたが、裏側に平坦層を形成してもよく、また両側を平坦としてもよい。このテクスチャ１Ｔの存在により、透光性電極５ａ、５ｂまで凹凸が形成されている場合が多く、拡散面を構成している。
【００２６】
次に本実施の形態１の太陽電池素子２０の製造方法について説明する。図７（ａ）から図７（ｆ）は本発明の実施の形態１の製造方法の手順を説明する断面図である。まず図７（ａ）に示すようにｎ型単結晶シリコン基板１を用意し、図７（ｂ）に示すようにこのｎ型単結晶シリコン基板１の表面にテクスチャ１Ｔと呼ばれる凹凸構造を形成する。凹凸の形成には、酸性或いはアルカリ性のエッチング溶液を用いる。凹凸形成は光入射側だけでも良い。また凹凸形成前に、基板表面のダメージ層を除去する工程を実施しても良い。加えてダメージ層除去工程後に、基板内不純物のゲッタリング処理を施すと性能向上に望ましい。ゲッタリング処理としては、リン拡散処理などを用いる。受光面側の表面のみ凹凸を形成して裏面側の表面を平坦に保つには、受光面側の表面のみにエッチング液を接触させる処理、または裏面側に保護膜を形成した状態でｎ型単結晶シリコン基板１をエッチングする処理を行う。
【００２７】
凹凸を形成した後、図７（ｃ）に示すように基板の片面にｉ型非晶質シリコン層２ａ、ｐ型非晶質シリコン層３をこの順番で化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いて形成する。ｉ型非晶質シリコン層２ａの層厚は数ｎｍ程度、ｐ型非晶質シリコン層３の層厚は数ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするとよい。なおｉ型非晶質シリコン層２ａの代わりに、ｉ型非晶質炭化シリコン層、ｉ型非晶質酸化シリコン層或いはそれらを積層した多層膜を用いても良い。またｐ型非晶質シリコン層３の代わりにｐ型非晶質炭化シリコン層、ｐ型非晶質酸化シリコン層、ｐ型微結晶シリコン層或いはそれらを積層した多層膜などを用いても良い。
【００２８】
次に、図７（ｄ）に示すように基板の反対側にｉ型非晶質シリコン層２ｂ、ｎ型非晶質シリコン層４をこの順番で化学気相成長法を用いて形成する。ｉ型非晶質シリコン層２ｂの層厚は数ｎｍ程度、ｎ型非晶質シリコン層４の層厚は数ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするとよい。なおｉ型非晶質シリコン層２ｂの代わりに、ｉ型非晶質炭化シリコン層、ｉ型非晶質酸化シリコン層或いはそれらを積層した多層膜を用いても良い。またｎ型非晶質シリコン層４の代わりにｎ型非晶質炭化シリコン層、ｎ型非晶質酸化シリコン層、ｎ型微結晶シリコン層或いはそれらを積層した多層膜などを用いても良い。
【００２９】
次に、ｉ型非晶質シリコン層２ａ，２ｂとｎ型単結晶シリコン基板１の界面欠陥低減のため、不活性ガス或いは不活性ガスで希釈した水素ガス中で熱アニール処理を施しても良い。アニール温度は２００℃以下が望ましい。
【００３０】
熱アニール処理の後、図７（ｅ）に示すようにｐ型非晶質シリコン層３、ｎ型非晶質シリコン層４の上にそれぞれ、透光性電極５ａ，５ｂをスパッタ法或いは蒸着法などで形成する。透光性電極５ａ，５ｂの膜厚は干渉効果により太陽光スペクトルのピーク波長で反射率が低下する膜厚とすることが望ましい。透光性電極材料としてはＩＴＯあるいは酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ2、ＺｎＯなどを用いるとよい。また透光性電極の抵抗率は低いことが望ましいが、導電性を担うキャリア密度が高いと光吸収率が増加してしまう。そのため透光性電極として用いた材料は高移動度である必要がある。
【００３１】
次に、図７（ｆ）に示すように透光性電極５ａ上に順次波長変換層７Ｒ、バス電極７ａをスクリーン印刷法で形成する。ここで、波長変換層７Ｒは遮光による発電効率低下を防ぐために、バス電極７ａの直下に存在するように作製する。次いで、バス電極７ａ上に乗り上げるようにグリッド電極８を形成する。こののちｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側に金属ペーストで構成される集電電極６をスクリーン印刷法で形成する。受光面側の波長変換層７Ｒの幅は遮光を抑えるためには狭いほどよいが、後に波長変換層７Ｒ上に形成するバス電極７ａの幅も狭くなるために抵抗が増加してしまう。したがって受光面側のバス電極７ａは層厚が大きいことが望ましく、同じパターンで繰り返して重ねるようにスクリーン印刷する方法を用いてもよい。
【００３２】
なお、前述したように受光面側の波長変換層７Ｒ、バス電極７ａとグリッド電極８の形成順序は、波長変換層７Ｒ、バス電極７ａ、グリッド電極８の順序で実施する。これにより、バス電極７ａとグリッド電極８との電気的接触を確保できる。また、裏面側の集電電極６は透光性電極５ｂ上に全面印刷で形成する。集電電極６、波長変換層７Ｒ、バス電極７ａとグリッド電極８の印刷後に焼成をおこなう。高温熱処理では、ｉ型非晶質シリコン層２ａ，２ｂが結晶化するため、スクリーン印刷後の焼成温度は２００℃以下とすることが望ましい。
【００３３】
また、波長変換層７Ｒ上にバス電極７ａを形成するには、スクリーン印刷法などを用いる。層形成には、それぞれ複数回のスクリーン印刷を重ねて厚みを確保してもよい。また、バス電極７ａと波長変換層７Ｒの二層シートを作製したうえで短冊状に切断して張り付けても良いし、あるいは、波長変換材を所望の厚さのシート状に整形し、所望の幅に切断し、これを貼着するようにしてもよい。
【００３４】
本実施の形態では波長変換層７Ｒ上のバス電極７ａの幅は波長変換層７Ｒの幅と同じかそれ以下であれば良いが、一方でモジュール化の際にバス電極７ａ上に接続するインターコネクタ４０の幅よりも極端に細い場合には接触抵抗が高くなってしまう。例えばインターコネクタ４０の幅が１ｍｍとした場合には、バス電極７ａの幅と波長変換層７Ｒの幅はともに８００μｍ程度とし、層厚は２０μｍ程度とすればよい。
【００３５】
また、前述のように波長変換層とバス電極７ａの形成後にグリッド電極８を乗り上げるように形成するため、グリッド電極８が段差部分で切断されないようにするには波長変換層７Ｒとバス電極７ａの層厚の総和はグリッド電極８の層厚よりも薄いことが望ましい。一方で、高効率で波長変換するために波長変換層７Ｒは数μｍ以上であるのが望ましい。したがって、グリッド電極８の厚さを３０μｍ程度かそれ以上とすれば、厚さ１０μｍ以下の波長変換層７Ｒと厚さ２０μｍのバス電極７ａの形成後にグリッド電極８を切断されること無く形成することが可能になる。
【００３６】
波長変換層７Ｒが厚いほど波長変換効率が上昇し、短絡電流密度も向上する。バス電極７ａ下の波長変換層７Ｒはシリコンの分光感度の低い波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下程度の光を、シリコンの分光感度の高い波長４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度の光に変換するもので、例えば、励起波長が紫外光に近い３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度にあり、発光波長が可視光領域５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下程度に存在するＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+を用い、ポリマーなどの材料中に分散し、適当な溶媒を用いて溶液とした後に、スクリーン印刷法などで形成する。また、これ以外の無機蛍光剤として酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）；Ｅｒ3+、Ｙｂ3+、Ｈｏ3+、Ｐｒ3+、Ｅｕ3+などの希土類元素を含む希土類含有ＹＡＧなどの無機蛍光剤を用いる。また、有機蛍光体などを用いても良い。これらのダウンシフト材料は、シリコーン樹脂などの透光性のポリマーなどの材料中に分散し、適当な溶媒を用いて溶液とした後に、スクリーン印刷法などにより形成してもよい。
【００３７】
以上の工程を実施することにより、図４および図５に示した太陽電池素子２０が得られる。
【００３８】
ダウンシフト材料を用いる際は、封止樹脂９はＥＶＡ樹脂あるいはアクリル樹脂のような短波長光を吸収する材料は適切でなく、シリコーンのように３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下付近の光の透過性の高い部材を使用することで、変換効率の向上を図ることが出来る。
【００３９】
次に本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。太陽電池素子としては、本実施の形態１の太陽電池素子２０を用いる。太陽電池モジュールの製造に際しては、まず、太陽電池素子２０同士をインターコネクタ４０で接続する。インターコネクタ４０の接続には、低融点のはんだなどを用いる。隣接する２つの太陽電池素子２０を接続するインターコネクタ４０は、太陽電池素子２０上で、グリッド電極８で覆われたバス電極７ａと接続することによって電気的導通を確保している。インターコネクタ４０の接続に際し、グリッド電極８で覆われたバス電極７ａを介して下層の波長変換層７Ｒも溶融し、透光性電極５ａとの接続も強固かつ良好となる。次に、ガラス板１０、封止樹脂９、インターコネクタ４０で相互に接続した太陽電池素子２０、封止樹脂９、バックフィルム１１を順に積み重ねて、真空中で加熱とともに押圧する封止処理を行う。封止樹脂９は溶融して受光面２０Ａ側のガラス板１０と裏面側のバックフィルム１１の間の隙間を埋めて、太陽電池素子２０を固定する。このようにして図８に示す太陽電池モジュール１００が完成する。
【００４０】
次に、太陽電池モジュール１００に入射した光の軌跡に関して説明する。図８は、図３の太陽電池モジュール１００のうち、１つの太陽電池素子２０を含む部分を取り出して示した部分断面図であり、受光面側からの入射光とその軌跡を示したものである。太陽電池モジュール１００の受光面に入射する光Ｌ01の一部は、光Ｌ02のように太陽電池素子２０を形成する層で反射する。このような反射は、各層の界面での屈折率が異なることにより生じる。光Ｌ02は受光面側のバス電極７ａ直下に形成された波長変換層７Ｒにて、太陽電池素子２０の分光感度の高い４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度の光に変換され、散乱される。かかる散乱光の一部の光Ｌ03は光電変換層内に入射し、太陽電池素子２０の光吸収が多い４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度の波長光ゆえに、効率よく光電変換されることになる。これにより従来構造よりも発電電流を増加させることができ、発電効率を上昇させるという効果が得られる。
【００４１】
なお、上記のように、受光面側のバス電極７ａ下にのみ選択的に印刷により形成された波長変換層７Ｒには微粒子が多く含まれるため、受光面側のバス電極７ａ直下に入射する光Ｌ02は、波長変換層７Ｒにて散乱反射し、かつバス電極７ａは透過率がほぼゼロであるため、波長変換層７Ｒに入射する光Ｌ02の多くが光Ｌ03のように光電変換層に入射されると考えられる。ここで、太陽電池素子２０の受光面側に反射した光Ｌ03の太陽電池素子２０への入射量を増加させるためにも、太陽電池素子２０の受光面側に配置した封止樹脂９については耐衝撃性が失われない程度に、受光面側のバス電極７ａあるいはインターコネクタ４０よりも厚い範囲で可能な限り薄くすると良い。
【００４２】
なお、図９に典型的なシリコンモジュールの量子効率を示す。紫外光を中心とする波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下程度と赤外域の波長１０００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下程度の分光感度が低く、可視光を中心とする波長４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度の分光感度が高いことがわかる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態１では、波長変換層を太陽電池素子の受光面側のバス電極直下に設置した。この場合の効果について説明する。受光面に入射する光の一部は、受光面側のバス電極直下に形成された波長変換層にて、太陽電池素子の光吸収の多い４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度の光に変換され、散乱される。散乱される光の多くは光電変換層内に入射し、太陽電池素子の分光感度の高い波長光ゆえに、効率よく光電変換されることになる。これにより従来構造よりも発電電流を増加させることができ、発電効率を上昇させるという効果が得られる。
【００４４】
また、テクスチャ１Ｔの形成された、ｎ型単結晶シリコン基板１表面に形成した透光性電極５ａ上は、テクスチャ１Ｔの凹凸をわずかに反映しており、この凹凸ある面に波長変換層７Ｒを形成し、さらにその上層にバス電極７ａを形成している。したがって基板と波長変換層７Ｒとの密着性が良好で、波長変換後の散乱性もきわめて良好となる。そして集電は、グリッド電極８がバス電極７ａ上に乗り上げることにより、極めて接触性がよく、集電抵抗も小さく抑えることができる。
【００４５】
以下にダウンシフト波長変換層により期待される変換効率の向上見積もりを示す。モジュールへ入射する太陽光のうち、紫外光を中心とする波長３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光はおおむねガラス板１０で５％程度が反射される分を除いた９５％程度は太陽電池素子受光面に入射する。なお、封止樹脂９としてシリコーンを用いた場合には、波長３５０以上４００ｎｍ程度の光の透過率はおおむね１００％であることを考慮した。太陽電池素子表面のパネル面に占める面積割合を９０％であると仮定すると、太陽電池素子２０の面積全体に占めるバス電極７ａの面積は１％程度であるから、ここまでの議論からダウンシフト波長変換層により波長変換される波長３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下程度の光の割合はモジュールに入射する波長３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下程度の光量の０．９％程度であるといえる。
【００４６】
次に、地上に降り注ぐ太陽光線エアマス１.５において、典型的なシリコン太陽電池モジュールにおける発電電流のうち、波長３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光による電流はおおむね１．１％程度であり、また、波長４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の単位波長当たりの光の発電電流は波長３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の単位波長当たりの光の発電電流と比較しておおよそ４倍程度と見積もられる。したがって、ダウンシフト波長変換層が存在することによりおおよそ０．０３％程度発電電流と変換効率が上昇すると見積もられる。ここで太陽光線エアマスとは、大気通過量を指し、ＡＭ１．０とは光の入射角が９０度すなわち真上から入射した光を意味し、ＡＭ１．５はその通過量が１．５倍すなわち入射角４１．８度での到達光を表す。太陽光は大気圏を通過することにより大気中のオゾンあるいは水蒸気などにより、光の一部が吸収される。そこで入射角によって光量を規定する。
【００４７】
以上のように、実施の形態１の太陽電池素子によれば、分光感度の低い波長の光を、分光感度の高い波長の光に変換することで、発電電流を増加して発電効率が上昇するという効果を奏功する。なお受光面の光には短波長光が多く含まれるため、短波長をより長い波長に変えるダウンシフト型またはダウンコンバージョン型の材料がより効果的である。
【００４８】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２による太陽電池モジュール２００の構成の一部を示した断面図である。本実施の形態２の太陽電池モジュール２００は実施の形態１と類似するが、実施の形態１における裏面側の裏面集電電極６を受光面２０Ａ側の集電電極と同様の裏面バス電極７ｂとグリッド電極８とで構成した点と、裏面２０Ｂ側の裏面バス電極７ｂと透光性電極５ｂとの間にアップコンバージョン型の波長変換層７Ｒ２を設けている点が異なる。なお図１０ではグリッド電極８のない部分の断面であるため、グリッド電極８は図示されていない。受光面側のバス電極７ａとバス電極７ａと透光性電極５ａとの間には前記実施の形態１の場合と同様、波長変換層７Ｒ１が設けられている。波長変換層７Ｒ２についても実施の形態１で説明した受光面側のバス電極７ａと同様、スクリーン印刷法などで形成する。ここで、波長変換層７Ｒ２は波長変換層７Ｒ１と同様に、遮光による発電効率低下を防ぐために、裏面バス電極７ｂの直下に存在するように作製する。
【００４９】
なお、太陽電池素子２０Ｓの基板に対して鉛直方向に形成した、受光面２０Ａ側に位置するバス電極７ａとバス電極７ａと透光性電極５ａとの間に形成した波長変換層７Ｒ１と、裏面側に位置する裏面バス電極７ｂと透光性電極５ｂとの間に形成した波長変換材料７Ｒ２とで、基板方向に対する座標を同じくしてある。
【００５０】
また、裏面２０Ｂ側にもグリッド電極８が形成されて、裏面バス電極７ｂと太陽電池素子２０Ｓとの電気的接続を担っている。波長変換層７Ｒ２は９００ｎｍ程度より長い波長の光を、４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度の光に変換するアップコンバージョン材料で、２光子吸収の特性を有する色素としてポルフィリンあるいはフタロシアニンなどの化合物、およびフルオレン系などの発光ポリマーなどからなる。
【００５１】
一例として、Ｔｍ3+とＹｂ3+を含有する蛍光体では、１０００ｎｍ程度の近赤外波長の光を吸収して４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度の青色の波長の光を発することが知られている。また、Ｅｒなどの希土類元素をＹ2Ｏ3、ＹＡＯ3、ＹＦ3などに添加して得られる焼結粒子であってもよい。シリコン系の太陽電池素子２０Ｓでは裏面２０Ｂ側に１０００ｎｍ以上の波長光が比較的多く透過するので、これらの波長域にある光をシリコンが吸収し易い４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下に変換するものであることが望ましい。これらのアップコンバージョン材料は、アクリル樹脂あるいはシリコーン樹脂などの透光性のポリマーなどの材料中に分散し、適当な溶媒を用いて溶液とした後に、スクリーン印刷法などにより形成してもよい。他の部分については前記実施の形態１と同様であり、説明を省略するが、同一部位には同一符号を付した。
【００５２】
本実施の形態２の太陽電池モジュール２００においては、受光面２０Ａ側からの入射光のうちバス電極７ａに遮光されることなく太陽電池素子２０Ｓに入射する光Ｌ1は、太陽電池素子２０Ｓでは完全には吸収されず、太陽電池素子２０Ｓの外部に放出される透過光Ｌ2aが存在する。透過光Ｌ2の一部はバックフィルム１１で反射される。反射光の一部である光Ｌ3aは、太陽電池素子２０Ｓの裏面より再入射する。光Ｌ3aは裏面バス電極７ｂと透光性電極５ｂとの間に形成された波長変換層７Ｒ２にてアップコンバージョン変換された後、一部は光Ｌ4aとなって太陽電池素子２０Ｓの裏面より再入射し、太陽電池素子２０Ｓの分光感度の高い波長光ゆえに、効率よく光電変換されることになる。これにより従来構造よりも発電電流を増加させることができ、発電効率を上昇させるという効果が得られる。
【００５３】
また一方で、太陽電池モジュール２００においては、受光面２０Ａ側からの入射光Ｌ1のうち太陽電池素子２０Ｓの外部に放出される透過光Ｌ2bが存在する。透過光Ｌ2bの一部の光はバックフィルム１１で反射された後に、光Ｌ3bのように、裏面バス電極７ｂに入射して光Ｌ3cのように反射され、さらに光Ｌ3cの一部は光Ｌ3dのように、裏面バス電極７ｂと透光性電極５ｂとの間に形成された波長変換層７Ｒ２にてアップコンバージョン変換された後、一部は光Ｌ4bとなって太陽電池素子２０Ｓの裏面より再入射し、太陽電池素子２０Ｓの分光感度の高い波長光ゆえに、効率よく光電変換されることになる。これにより従来構造よりも発電電流を増加させることができ、発電効率を上昇させるという効果が得られる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態では、実施の形態１の構成に加えて、波長変換層７Ｒ２を太陽電池素子２０Ｓの裏面２０Ｂ側に設置している。このように波長変換層７Ｒ２を太陽電池素子２０Ｓの裏面２０Ｂ側に設置した場合の効果について説明する。受光面２０Ａに入射する光のうち、光電変換層内で吸収されない光は、太陽電池素子２０Ｓの裏面２０Ｂから太陽電池モジュール２００の裏面２０Ｂ側の封止樹脂９あるいはバックフィルム１１に出射して、一部が反射して太陽電池素子２０Ｓの裏面２０Ｂから入射する。入射光のうち一部は、太陽電池素子２０Ｓの裏面２０Ｂ側に形成された波長変換層７Ｒにて、太陽電池素子２０Ｓの分光感度の高い４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度の光に変換され、散乱される。散乱される光の一部は光電変換層内に入射し、太陽電池素子２０Ｓの分光感度の高い波長光ゆえに効率よく光電変換されることで、従来構造よりも発電電流を増加させることができ、発電効率を上昇させるという効果を得ることができる。
【００５５】
また、第１および第２の集電電極のうち受光面２０Ａ側に形成された第１の集電電極を構成するバス電極７ａは、対向する位置に裏面２０Ｂ側の第２の集電電極を構成する裏面バス電極７ｂが存在するように配置されていることで太陽電池素子２０Ｓの厚みが薄い場合に発生し易い応力歪を抑制する効果がある。
【００５６】
さらにまた、受光面だけでなく受光面とは反対側の面である裏面においても波長変換が可能になり、より発電効率を高めることができる。
【００５７】
さらに、太陽電池モジュールでは太陽電池素子の外に放出された光のうち再入射光の波長変換が利得向上に寄与する。さらに封止材に波長変換効果をもたせることでさらなる発電効率の向上をはかることができる。
【００５８】
また、ここではバックフィルム１１が反射性あるいは散乱性を有するように構成しているが裏面側保護部材であるバックフィルム１１と太陽電池素子２０Ｓとの間に散乱面を形成していれば、太陽電池素子２０Ｓの裏面２０Ｂ側まで透過した光を散乱により再び太陽電池素子２０Ｓに導くことができる。
【００５９】
実施の形態３．
図１１は本発明の実施の形態３による太陽電池モジュール３００の構成の一部を示した断面図である。本実施の形態３の太陽電池モジュール３００は実施の形態２と類似するが、実施の形態２において、太陽電池素子２０Ｓの基板に対して鉛直方向に形成した、受光面２０Ａ側に位置するバス電極７ａとバス電極７ａと透光性電極５ａとの間に形成した波長変換層７Ｒ１と、裏面２０Ｂ側に位置する裏面バス電極７ｂと透光性電極５ｂとの間に形成した波長変換層７Ｒ２とで、基板方向に対する座標が異なる点に違いがある。つまり、受光面２０Ａ側に位置するバス電極７ａと裏面バス電極７ｂとの形成位置をずらした点である。受光面２０Ａ側の波長変換層７Ｒ１と裏面２０Ｂ側の波長変換層７Ｒ２はそれぞれバス電極７ａと裏面バス電極７ｂとの直下にのみ選択的に設けられている点をはじめ、他の部分については前記実施の形態２と同様であり、説明を省略するが、同一部位には同一符号を付した。
【００６０】
以下では実施の形態３の効果を説明する。実施の形態２で示した図１０の構造と本実施の形態３における図１１の構造においてはともに、太陽電池素子２０Ｐの受光側の集電電極７ａに遮られることなく太陽電池素子２０Ｐに入射した光Ｌ1のうち、太陽電池素子２０Ｐの透光性電極５ｂと封止樹脂９との界面、または太陽電池素子２０Ｐの透光性電極５ｂと波長変換層７Ｒ２との界面に到達する光が存在し、光Ｌ1のうち太陽電池素子２０Ｐの透光性電極５ｂと封止樹脂９との界面に到達する光が、図１０と図１１ともに光Ｌ2aとＬ2bである。
【００６１】
また、太陽電池素子２０Ｐの透光性電極５ｂと波長変換層７Ｒ２との界面に到達する光としては、太陽電池モジュール３００において図１１に示すように、受光面側からの入射光Ｌ1のうち太陽電池素子２０Ｐの外部に放出されずに、裏面バス電極７ｂと透光性電極５ｂとの間に形成された波長変換層７Ｒ２に入射する光Ｌ5が存在する。光Ｌ5は、波長変換層７Ｒ２においてアップコンバージョン変換され、一部の光は光Ｌ6のように太陽電池素子２０Ｐの光電変換層に再入射し、太陽電池素子２０Ｐの分光感度の高い波長光ゆえに、効率よく光電変換されることになる。これにより従来構造よりも発電電流を増加させることができ、発電効率を上昇させるという効果が得られる。
【００６２】
上述した光Ｌ5は、太陽電池素子２０Ｐの内部での散乱光と、太陽電池モジュール３００に鉛直方向から入射する直進光によって構成される。なお、太陽電池モジュール３００に鉛直方向から入射する直進光は、太陽電池素子２０Ｐの基板に対して鉛直方向に形成した、受光面２０Ａ側に位置するバス電極７ａとバス電極７ａと透光性電極５ａとの間に形成した波長変換層７Ｒ１と、裏面２０Ｂ側に位置する裏面バス電極７ｂと透光性電極５ｂとの間に形成した波長変換材料７Ｒ２とで、基板方向に対する座標が異なるために生じる。
【００６３】
一方の、実施の形態２の太陽電池モジュール２００においても、受光面側からの入射光Ｌ1のうち太陽電池素子２０Ｓの外部に放出されずに、裏面バス電極７ｂと透光性電極５ｂとの間に形成された波長変換層７Ｒ２に入射する光Ｌ5は存在するが、太陽電池素子２０Ｓの内部での散乱光によって構成されるものであり、太陽電池モジュール２００に鉛直方向から入射する光によって構成されるものはほとんど存在しない。これは、太陽電池モジュール２００においては、太陽電池素子２０Ｓの基板に対して鉛直方向に形成した、受光面側に位置するバス電極７ａとバス電極７ａと透光性電極５ａとの間に形成した波長変換層７Ｒ１と、裏面側に位置する裏面バス電極７ｂと透光性電極５ｂとの間に形成した波長変換材料７Ｒ２とで、基板方向に対する座標を同じくしてあるためである。
【００６４】
したがって、本実施の形態３の太陽電池モジュール３００の構造は、実施の形態２の太陽電池モジュール２００の構造と比較して光Ｌ5の光量が多い。実施の形態２の太陽電池モジュール２００と本実施の形態３の太陽電池モジュール３００において、太陽電池素子２０Ｐの受光側のバス電極７ａに遮られることなく太陽電池素子２０Ｐに入射した光Ｌ1のうち、太陽電池素子２０Ｐの透光性電極５ｂと封止樹脂９との界面、または太陽電池素子２０Ｐの透光性電極５ｂと波長変換層７Ｒ２との界面、に到達する光の総量は同等であるが、太陽電池素子２０Ｐの透光性電極５ｂと封止樹脂９との界面に到達する光のうち、一部の光が、光Ｌ4aあるいは光Ｌ4bのように波長変換されて光電変換層に再入射する光Ｌ2aあるいは光Ｌ2bのような光は、太陽電池素子２０Ｐの外部の封止樹脂９などにより一部が吸収される。これに対して、太陽電池素子２０Ｐの透光性電極５ｂと波長変換層７Ｒ２との界面に到達する光のうち、一部の光が、光Ｌ6のように波長変換されて光電変換層に再入射する光Ｌ5のような光は、太陽電池素子２０Ｐの外部へ放出されないために、太陽電池素子２０Ｐの外部の封止樹脂９などにより吸収されることがない。よって、本実施の形態３の太陽電池モジュール３００の構造の方が、実施の形態２の太陽電池モジュール２００の構造に比べて波長変換される光量が多くなり、発電電流の増加が見込める。
【００６５】
したがって、受光面２０Ａ側からの照射光の多くが太陽電池モジュールに対して鉛直方向から入射するような構造であり、裏面２０Ｂの集電電極と基板との間に波長変換材料が存在するような構造においては、基板に対して、受光面２０Ａ側の集電電極の正反対側とは異なる位置に裏面バス電極７ｂの全部あるいは一部が存在するような構造であることが、発電において望ましく、本実施の形態３の構造はこれを満足させるような構造になっているので、実施の形態２に比べて発電電流の増加が見込まれる。
【００６６】
本実施の形態３においては、グリッド電極と交差しない部分を示しているが、グリッド電極をバス電極上で交差させ、バス電極と当接させなくてもよい。例えば、波長変換層のベース層を導電性樹脂で構成する、あるいは導電性粒子を混合するなどの方法により波長変換層に導電性を持たせることができれば、グリッド電極をバス電極上で交差させ、バス電極と当接しなくてもよい。
【００６７】
本実施の形態３においても、波長変換層７Ｒの導電性を追求せず、グリッド電極をバス電極上で交差させ、バス電極と当接させて、グリッド電極を介して透光性電極とバス電極との接続を行うようにしてもよい。
【００６８】
なお、実施の形態１から３においては、ダウンシフトの波長変換層を形成する例について説明した。また、前記実施の形態２，３においては、裏面側にアップコンバージョンの波長変換層を形成する例について説明した。この場合、ダウンシフトの波長変換層に代えて、ダウンコンバージョンの波長変換層を配してもよい。すなわち、１つの高エネルギーフォトンのエネルギーを用いて光電変換に有効な１つのエネルギーフォトンに変換する、ダウンシフトの波長変換層に代えて、１つの高エネルギーフォトンのエネルギーを用いて光電変換に有効な複数のエネルギーフォトンに変換する、ダウンコンバージョンの波長変換層を配するなどの変更も可能である。
【００６９】
また、実施の形態１から３においては、波長変換層７Ｒで電気的接続を担うのではなく、グリッド電極を介して透光性電極とバス電極との接続を行うようにしたが、波長変換層に導電性を持たせることができれば、グリッド電極をバス電極上で交差させ、バス電極と当接しなくてもよい。波長変換層に導電性を持たせる方法としては、波長変換層のベース層を導電性樹脂で構成する、あるいは導電性粒子を混合するなどの方法がある。この場合は、グリッド電極もバス電極と同一工程で形成することが可能となる。グリッド電極とバス電極とを同一工程で形成する場合には、グリッド電極下にも波長変換層を形成してもよい。
【００７０】
実施の形態４．
図１３は本発明の実施の形態４による太陽電池モジュール４００の構成の一部を示した断面図である。図１４は、実施の形態３の太陽電池モジュール４００のグリッド電極を含む断面を示す断面図である。本実施の形態４の太陽電池モジュール４００は実施の形態２および実施の形態３と類似するが、本実施の形態４では太陽電池素子２０Ｑが拡散型の太陽電池素子である点に違いがある。ここで図１２に拡散型の太陽電池素子の模式図を示すが、図２のヘテロ接合型太陽電池素子と同様にバス電極２７ａと波長変換層２７Ｒ１およびグリッド電極２８が設けられている。図１３ではグリッド電極の見えない断面で切っているため図示されていない。実施の形態４では、第１および第２の集電電極のうち、受光面２０Ａ側に配された第１の集電電極は、複数のグリッド電極２８と、グリッド電極２８に直交するバス電極２７ａとで構成され、波長変換層２７Ｒ１は、バス電極２７ａと半導体層であるｐ型拡散層２２との間に設けられている。グリッド電極２８は、ｐ型拡散層２２表面に当接するとともに、バス電極２７ａ上でバス電極２７ａと当接するように交差している。実施の形態４では、グリッド電極２８がパッシベーション膜２５ａをファイアスルーする際の焼成温度において、バス電極２７ａ直下には波長変換層２７Ｒ１が介在することで、拡散バリアとなり、バス電極２７ａの金属が、基板表面に拡散し、開放電圧Ｖｏｃが低下するのを防ぐ。
【００７１】
本実施の形態４の太陽電池素子の製造方法について説明する。図１５（ａ）から１５（ｆ）は本発明の実施の形態４の製造方法の手順を説明する断面図である。まず図１５（ａ）に示すようにｎ型単結晶シリコン基板２１を用意し、図１５（ｂ）に示すようにこのｎ型単結晶シリコン基板２１の表面にテクスチャ２１Ｔと呼ばれる凹凸構造を形成する。凹凸の形成には、酸性或いはアルカリ性のエッチング溶液を用いる。凹凸形成は光入射側だけでも良い。また凹凸形成前に、基板表面のダメージ層を除去する工程を実施しても良い。加えてダメージ層除去工程後に、基板内不純物のゲッタリング処理を施すと性能向上に望ましい。ゲッタリング処理としては、リン拡散処理などを用いる。受光面側の表面のみ凹凸を形成して裏面側の表面を平坦に保つには、受光面側の表面のみにエッチング液を接触させる処理、または裏面側に保護膜を形成した状態でｎ型単結晶シリコン基板２１をエッチングする処理を行う。
【００７２】
凹凸を形成した後、図１５（ｃ）に示すように基板の片面にボロン層２２ａ、酸化シリコン層２３をこの順番で常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）法を用いて形成する。ボロン層２２ａの層厚は３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下程度、酸化シリコン層２３の層厚は５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度とするとよい。なお、酸化シリコン層２３は後述するリン層を除去する際に、ボロン層２２ａを保護するために成膜するが、ボロン層２２ａが厚い場合あるいは後述するリン層形成段階で形成される膜厚が小さい場合などには必ずしも形成しなくてもよい。ボロン層２２ａ、酸化シリコン層２３を形成した後に基板を加熱することで、ボロンを拡散させ、ｐ型拡散層２２を形成する。
【００７３】
次に、図１５（ｄ）に示すように気相でリンを熱拡散させることで、基板面内で選択的な抵抗パターンのｎ型拡散層２４を形成することができる。なお、いわゆるセレクティブエミッタを形成する場合には、ｎ型拡散層２４に加えて拡散剤層を形成するとよい。なお、拡散剤層は後述するリンと同じ導電型とし、例えばペースト印刷を施すなどして形成すると良い。また気相でのリン拡散は例えば気相ＰＯＣｌ3などを用いることができる。ここで、気相でのリン拡散を実施した際、基板の両面にリンの拡散層が形成され、さらに基板表面付近にはリンの高濃度層が形成されるため、基板のボロン層形成面あるいは基板の厚さ方向のリンと基板のもう一方の面である拡散剤層を形成した面のリンの高濃度層を例えばＨＦなどを用いて除去することにより、図１５（ｄ）に示すような構造を得ることができる。なお、図１５（ｄ）には酸化シリコン層２３を記載しているが、前述のＨＦ処理の際に除去しても良い。次に図１５（ｅ）に示すように、パッシベーション膜２５ａと２５ｂを形成する。パッシベーション膜２５ａと２５ｂとしては例えば、ＳｉＮ膜あるいは酸化シリコン膜などを用いるとよく、またこれらの積層構造としてもよい。
【００７４】
パッシベーション膜２５ａと２５ｂを形成した後、図１５（ｆ）に示すようにパッシベーション膜２５ａ上に順次波長変換層２７Ｒ１、バス電極２７ａをスクリーン印刷法で形成する。次いで、バス電極２７ａ上に乗り上げるようにグリッド電極２８を形成する。この後ｎ型単結晶シリコン基板２１の裏面側のパッシベーション膜２５ｂ上に順次波長変換層２７Ｒ２、裏面バス電極２７ｂをスクリーン印刷法で形成し、さらにバス電極２７ａ上に乗り上げるようにグリッド電極２８を形成する。
【００７５】
なお、裏面２０Ｂ側のパッシベーション膜２５ｂ上には波長変換層２７Ｒ２、裏面バス電極２７ｂまたグリッド電極２８の全部または一部の代わりに実施の形態１の太陽電池モジュール１００を示す図７の裏面側と同様に全面にわたって集電電極を形成しても良い。受光面側の波長変換層２７Ｒ１の幅は遮光を抑えるためには狭いほどよいが、後に波長変換層２７Ｒ１上に形成するバス電極２７ａの幅も狭くなるために抵抗が増加してしまう。したがって受光面側のバス電極２７ａは層厚が大きいことが望ましく、同じパターンで繰り返して重ねるようにスクリーン印刷する方法を用いてもよい。
【００７６】
なお、前述したように受光面側の波長変換層２７Ｒ１、バス電極２７ａ１とグリッド電極８の形成順序は、波長変換層２７Ｒ１、バス電極２７ａ１、グリッド電極２８の順序で実施する。これにより、バス電極２７ａとグリッド電極２８との電気的接触を確保できる。波長変換層２７Ｒ１,２７Ｒ２、バス電極２７ａ、裏面バス電極２７ｂとグリッド電極２８の印刷後に焼成する。焼成温度は電極形成成分によるが、パッシベーション膜を焼成して貫通するために、６００℃以上８５０℃以下程度とすることが望ましい。ヘテロ接合型太陽電池素子の場合と比較して高温での焼成であるが、特性劣化の影響はない。
【００７７】
また、波長変換層２７Ｒ１上にバス電極２７ａを、波長変換層２７Ｒ２上に裏面バス電極２７ｂを形成するには、スクリーン印刷法などを用いる。層形成には、それぞれ複数回のスクリーン印刷を重ねて厚みを確保してもよい。また、バス電極と波長変換層の二層シートを作製したうえで短冊状に切断して張り付けても良いし、あるいは、波長変換材を一定の厚さのシート状に整形し、一定の幅に切断し、これを貼着するようにしてもよい。
【００７８】
本実施の形態では波長変換層２７Ｒ１上のバス電極２７ａの幅は波長変換層２７Ｒ１の幅と同じであれば良く、波長変換層２７Ｒ２上の裏面バス電極２７ｂの幅は波長変換層２７Ｒ２の幅と同じかそれ以下であれば良い。かかる構成とすることで、バス電極２７ａ、裏面バス電極２７ｂはいずれも下層の半導体層に直接接することはなく、波長変換層２７Ｒ１，２７Ｒ２を介して接することになる。したがって前述したように、ファイアスルーによってグリッド電極がパッシベーション膜を貫通して焼成貫通電極を形成する際に、拡散バリアとなり、電極金属が半導体層に拡散するのを抑制することができ、キャリアの不活化を防止することができる。
【００７９】
しかしながら、バス電極が、一方でモジュール化の際にバス電極上に接続するインターコネクタの幅よりも極端に細い場合には接触抵抗が高くなってしまう。例えばインターコネクタの幅が１ｍｍとした場合には、バス電極７ａの幅と波長変換層７Ｒの幅はともに８００μｍ程度とし、層厚は２０μｍ程度とすればよい。
【００８０】
また、前述のように波長変換層とバス電極の形成後にグリッド電極を乗り上げるように形成するため、グリッド電極の切断がないようにするには波長変換層とバス電極の層厚の総和はグリッド電極の層厚よりも薄いことが望ましい。一方で、高効率で波長変換するために波長変換層は数μｍ以上であるのが望ましい。したがって、グリッド電極の層厚を３０μｍ程度あるいはそれ以上とすれば、波長変換層とバス電極の形成後にグリッド電極を切断無く形成することが可能になると考えられる。
【００８１】
バス電極２７ａおよび裏面バス電極２７ｂはプロセスマージンを考慮すると、それぞれ波長変換層２７Ｒ１、２７Ｒ２より細いことが望ましく、８００μｍ程度とし、層厚は２０μｍとした。波長変換層２７Ｒ１はシリコンの分光感度の低い波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下程度の光を、シリコンの分光感度の高い波長４００ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度の光に変換するもので、例えば、励起波長が紫外光に近い３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度にあり、発光波長が可視光領域５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下程度に存在するＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+を用い、ポリマーなどの材料中に分散し、適当な溶媒を用いて溶液とした後に、スクリーン印刷法などで形成する。
【００８２】
また、これ以外の無機蛍光剤として酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）；Ｅｒ3+、Ｙｂ3+、Ｈｏ3+、Ｐｒ3+、Ｅｕ3+などの希土類元素を含む希土類含有ＹＡＧなどの無機蛍光剤を用いる。また、有機蛍光体などを用いても良い。
【００８３】
これらのダウンシフト材料は、シリコーン樹脂などの透光性のポリマーなどの材料中に分散し、適当な溶媒を用いて溶液とした後に、スクリーン印刷法などにより形成してもよい。波長変換層２７Ｒ２は９００ｎｍ程度より長い波長の光を、４００ｎｍ以上９００ｎｍ程度の光に変換するアップコンバージョン材料で、２光子吸収の特性を有する色素としてポルフィリンあるいはフタロシアニンなどの化合物、およびフルオレン系などの発光ポリマーなどからなる。一例として、Ｔｍ3+とＹｂ3+を含有する蛍光体では、１０００ｎｍ程度の近赤外波長の光を吸収して４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度の青色の波長の光を発することが知られている。また、Ｅｒなどの希土類元素をＹ2Ｏ3、ＹＡＯ3、ＹＦ3などに添加して得られる焼結粒子であってもよい。
【００８４】
シリコン系の太陽電池素子では裏面側に１０００ｎｍ以上の波長光が比較的多く透過するので、これらの波長域にある光をシリコンが吸収し易い４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下に変換するものであることが望ましい。これらのアップコンバージョン材料は、アクリル樹脂あるいはシリコーン樹脂などの透光性のポリマーなどの材料中に分散し、適当な溶媒を用いて溶液とした後に、スクリーン印刷法などにより形成してもよい。以上の工程を実施することにより、図１３および図１４に示した太陽電池素子２０Ｑが得られる。
【００８５】
本実施の形態４の太陽電池モジュール４００においては、受光面２０Ａ側からの入射光のうちバス電極２７ａに遮光されることなく太陽電池素子２０Ｑに入射する光Ｌ1は、太陽電池素子２０Ｑでは完全には吸収されず、太陽電池素子２０Ｑの外部に放出される透過光Ｌ2aが存在する。透過光Ｌ2aの一部はバックフィルム１１で反射される。反射光の一部である光Ｌ3aは、太陽電池素子２０Ｑの裏面より再入射する。光Ｌ3aは裏面バス電極２７ｂとパッシベーション膜２５ｂとの間に形成された波長変換層２７Ｒ２にてアップコンバージョン変換された後、一部は光Ｌ4aとなって太陽電池素子２０Ｑの裏面より再入射し、太陽電池素子の分光感度の高い波長光ゆえに、効率よく光電変換されることになる。これにより従来構造よりも発電電流を増加させることができ、発電効率を上昇させるという効果が得られる。
【００８６】
また一方で、太陽電池モジュール４００においては、受光面側からの入射光Ｌ1のうち太陽電池素子２０Ｑの外部に放出される透過光Ｌ2bが存在する。透過光Ｌ2bの一部の光はバックフィルム１１で反射された後に、光Ｌ3bのように、裏面バス電極２７ｂに入射して光Ｌ3cのように反射され、さらに光Ｌ3cの一部は光Ｌ3dのように、裏面バス電極２７ｂとパッシベーション膜２５ｂとの間に形成された波長変換層７Ｒ２にてアップコンバージョン変換された後、一部は光Ｌ4bとなって太陽電池素子２０Ｑの裏面より再入射し、太陽電池素子２０Ｑの分光感度の高い波長光ゆえに、効率よく光電変換されることになる。これにより従来構造よりも発電電流を増加させることができ、発電効率を上昇させるという効果が得られる。
【００８７】
本実施の形態４において太陽電池素子２０Ｑは、ヘテロ接合型太陽電池素子ではなく、焼成貫通を必要とする拡散型の太陽電池素子とすることで効果が高くなる。本実施の形態４の拡散型の太陽電池素子２０Ｑではグリッド電極がキャリア発生層であるｐ型拡散層２ａと導通を確保しているが、その際６００℃程度以上で焼成を実施する必要がある。ヘテロ接合型太陽電池では一般に、製造工程において２００℃以上の高温処理を実施することで特性が低下するため、２００℃以上の高温処理を実施しなくてもグリッド電極とキャリア発生層であるｐ型拡散層２２との間に透光性電極が存在することでグリッド電極とｐ型拡散層２２との間で導通の確保が可能となっている。しかしその一方で透光性電極はグリッド電極とｐ型拡散層２２との間で十分に導通を確保するために存在するフリーキャリアによって光吸収が生じることで透光性が下がってしまう。これに対し、拡散型の太陽電池素子では透光性電極の代わりに絶縁性で透光性の高いパッシベーション膜２５ａ，２５ｂを使用しても６００℃程度以上の焼成により導通を確保する焼成貫通電極を得ることが可能となるが、その一方で焼成により、ｐ型拡散層２２との導通が不要なバス電極とキャリア発生層との間も導通が生じることで、太陽電池素子２０Ｑで取り出されるキャリアの失活が起こり、発電効率が低下してしまう。本実施の形態４ではバス電極とパッシベーション膜との間に絶縁性の波長変換層が存在することで、バス電極とｐ型拡散層２２は導通せずその結果太陽電池素子２０Ｑで取り出されるキャリアの失活を抑制する効果がある。
【００８８】
また、本実施の形態４の場合でも、グリッド電極の切断がないようにするには波長変換層とバス電極の層厚の総和はグリッド電極の層厚よりも薄いことが望ましいができるだけ波長変換層を厚くすることで、波長変換の確率が高まると同時にキャリアの失活抑制効果も高まる。
【００８９】
次に、波長変換層の厚さと太陽電池の性能に関して考察する。特開２００２−１７６１８６号公報によるとファイアスルーによりガラスが導電層に進入する深さが小さいほど開放電圧は増大し、逆に深さが大きくなると減少する。また、ファイアスルーによる電極と導電層との間の電気的導通は、焼成温度あるいは焼成時間、または電極を構成する材料に含まれるガラス組成等に依存するが、特開２０１０−８３７４８号公報によると、ガラス組成によっては２００ｎｍ程度の絶縁性のＳｉＮの貫通が不十分になることが記されている。したがって、本発明において波長変換層の層厚は少なくとも数μｍ以上であれば、電極成分は拡散層に対してファイアスルーを抑制可能であると考えられる。そして、波長変換層が厚いほど波長変換効率が上昇し、短絡電流密度も向上すると考えられる。
【００９０】
よって、波長変換層の厚さと太陽電池性能の関係は定性的に図１６のように描くことができる。横軸は波長変換層の厚さを示す。ａは、縦軸を開放電圧としたときの波長変換層の厚さと開放電圧との関係を示す曲線である。ｂは、縦軸を短絡電流密度としたときの波長変換層の厚さと短絡電流密度との関係を示す曲線である。すなわち、波長変換層がある程度よりも薄くなる場合にはファイアスルーにより開放電圧が単調に低下し、厚くなるとファイアスルーを抑制できるようになり開放電圧の低下を防ぐことができ、短絡電流密度に関しても波長変換層が厚いほど単調に増加するようになると考えられる。なお波長変換層の厚さの上限に関してあるが、前述したように、波長変換層とバス電極の形成後にグリッド電極を乗り上げるように形成するため、グリッド電極の切断がないようにするには波長変換層とバス電極の層厚の総和はグリッド電極の層厚よりも薄いことが望ましく、グリッド電極の層厚を３０μｍ、バス電極を２０μｍとすれば、１０μｍ以下とするのがよい。
【００９１】
実施の形態５．
図１７は、実施の形態５の太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。図１７では、実施の形態５の太陽電池モジュールのグリッド電極を含む断面を示す。本実施の形態４においては、グリッド電極２８をバス電極２７ａ上で交差させ、バス電極２７ａと当接させているが、実施の形態５として、グリッド電極をバス電極上で交差させない太陽電池素子２０Ｒについて説明する。実施の形態５の太陽電池モジュール５００においては、図１７に示すように、波長変換層２７Ｒ３のベース層を導電性樹脂で構成する、あるいは導電性粒子を混合するなどの方法により波長変換層２７Ｒ３に導電性を持たせている。電気的接続は波長変換層Ｒ３と、バス電極２７ａの側面と、グリッド電極２８とを当接させることで達成している。なお、バス電極、波長変換層とグリッド電極との構成については、受光面側についてのみ説明したが、裏面側も同様である。なお図１７では、光線については省略しているが、グリッド電極２８のパターン形状が異なるのみで、他の構成については図１３および図１４に示した実施の形態４の太陽電池モジュールとまったく同様であり、ここでは説明を省略する。
【００９２】
かかる構成によれば、実施の形態４の構成による効果に加え、表面の段差を低減し、信頼性の向上をはかるとともに、光の入射効率をさらに向上することができる。
【００９３】
なお、実施の形態５では、電気的接続は波長変換層Ｒ３と、バス電極２７ａの側面と、グリッド電極２８とを当接させることで達成しているが、波長変換層Ｒ３の導電性が十分高い時は、波長変換層Ｒ３の側面と当接させるだけでもよい
【００９４】
実施の形態６．
図１８は、実施の形態６の太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。図１８では、実施の形態６の太陽電池モジュール６００のグリッド電極を含む断面を示す。本実施の形態５においては、グリッド電極２８をバス電極２７ａ上で交差させない構成とし、波長変換層２７Ｒ３およびバス電極２７ａの側面でグリッド電極と当接させているが、実施の形態６として、バス電極２７ａを波長変換層２７Ｒ４の下層にくるようにし、グリッド電極２８がバス電極２７ａの側面を覆うようにして、グリッド電極２８とバス電極２７ａとの電気的接続をはかった太陽電池素子２０Ｔについて説明する。実施の形態６の太陽電池モジュール６００においても、図１８に示すように、波長変換層２７Ｒ４のベース層を導電性樹脂で構成する、あるいは導電性粒子を混合するなどの方法により波長変換層２７Ｒ４に導電性を持たせている。電気的接続はバス電極２７ａの側面および波長変換層Ｒ４の側面の一部と、グリッド電極２８とを当接させることで達成している。なお、バス電極、波長変換層とグリッド電極との構成については、受光面側についてのみ説明したが、裏面側も同様である。なお図１８では、光線については省略しているが、グリッド電極２８のパターン形状が異なるのみで、他の構成については図１３および図１４に示した実施の形態４の太陽電池モジュールとまったく同様であり、ここでは説明を省略する。
【００９５】
かかる構成によれば、実施の形態５の構成による効果に加え、グリッド電極２８とバス電極２７ａとの電気的接続が確実となり、信頼性の向上をはかることができる。
【００９６】
なお、実施の形態６では、電気的接続は、バス電極２７ａの側面と、グリッド電極２８とを当接させることで達成できれば、かならずしも波長変換層Ｒ４を導電性としなくてもよい。また、グリッド電極２８が波長変換層２７Ｒ４の側面を覆わなくてもよい。
【００９７】
以上複数の実施の形態について説明したが、まず、紫外光域の電流変換効率においては、ヘテロ接合型太陽電池素子は拡散型太陽電池素子に比べて低いために、実施の形態１、２，３，４，５，６のいずれの場合にも受光面側のダウンシフト型またはダウンコンバージョン型の波長変換層による発電電流の増率効果はヘテロ接合型太陽電池素子の方が高い。赤外光域の電流変換効率においては、ヘテロ接合型太陽電池素子と拡散型太陽電池素子はともに低いため、受光面とは反対側の裏面に設けた、実施の形態２，３，４，５，６のアップコンバージョン型の波長変換層の波長変換による効果は、ヘテロ接合型の太陽電池素子と拡散型の太陽電池素子のいずれでも同等程度に得られる。
【００９８】
また、本発明のいずれの実施の形態においての太陽電池素子受光面はｐ型、裏面側はｎ型としたが、太陽電池素子受光面はｎ型で裏面側はｐ型の場合でも本発明の効果を奏功することはいうまでもない。
【００９９】
以上のように、実施の形態１から６の太陽電池素子では、受光面側から太陽電池素子に入射した光のうち、集電電極に照射されて、集電電極により遮られ、発電に寄与しない光を、集電電極に設けられた波長変換材料により、太陽電池素子の分光感度の高い波長光に波長変換し、散乱させる。散乱される光の一部は光電変換層内に入射し、太陽電池素子の分光感度の高い波長光ゆえに効率よく光電変換されることで、発電電流を増加させることができ、発電効率を上昇させる。すなわち、本発明にかかる太陽電池素子および太陽電池モジュールは、変換効率の向上に有用であり、特に、薄型の太陽電池モジュールの高効率化に適している。
【０１００】
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態あるいはその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０１】
１，２１  ｎ型単結晶シリコン基板、２ａ，２ｂ  ｉ型非晶質シリコン層、３  ｐ型非晶質シリコン層、４  ｎ型非晶質シリコン層、５ａ，５ｂ  透光性電極、６  裏面集電電極、７ａ，２７ａ  バス電極、７ｂ，２７ｂ  裏面バス電極、７Ｂ  ベース樹脂、Ｒ  波長変換材料の粒子、７Ｒ，７Ｒ１，７Ｒ２，２７Ｒ１，２７Ｒ２，２７Ｒ３，２７Ｒ４  波長変換層、８，２８  グリッド電極、９  封止樹脂、１０  ガラス板、１１  バックフィルム、Ｌ01  受光面の集電電極で遮られず、光電変換層内に入射する光、Ｌ02  受光面の波長変換層に入射する光、Ｌ03  受光面の波長変換層を経て光電変換層に入射する光、Ｌ2a,Ｌ2b  裏面への透過光、Ｌ3a,Ｌ3b,Ｌ3d  バックフィルムにて反射される光、Ｌ3C  裏面バス電極で反射される光、Ｌ4a,Ｌ4b  バックフィルムにて反射されて太陽電池素子の裏面より光電変換層に再入射する光、Ｌ5  裏面波長変換層と裏面透光性電極との界面に到達する光、Ｌ6  裏面波長変換層で波長変換されて裏面より光変換層側へ入射する光、２０，２０Ｓ，２０Ｐ，２０Ｑ，２０Ｒ，２０Ｔ  太陽電池素子、２２ａ  ボロン層、２２  ｐ型拡散層、２３  酸化シリコン層、２４  ｎ型拡散層、２５ａ，２５ｂ  パッシベーション膜、３０  リード、４０  インターコネクタ、１００，２００，３００，４００，５００，６００  太陽電池モジュール。
【図１】
2016225362.tif 000003
【図２】
2016225362.tif 000004
【図３】
2016225362.tif 000005
【図４】
2016225362.tif 000006
【図５】
2016225362.tif 000007
【図６】
2016225362.tif 000008
【図７】
2016225362.tif 000009
【図８】
2016225362.tif 000010
【図９】
2016225362.tif 000011
【図１０】
2016225362.tif 000012
【図１１】
2016225362.tif 000013
【図１２】
2016225362.tif 000014
【図１３】
2016225362.tif 000015
【図１４】
2016225362.tif 000016
【図１５】
2016225362.tif 000017
【図１６】
2016225362.tif 000018
【図１７】
2016225362.tif 000019
【図１８】
2016225362.tif 000020