(57)【要約】【課題】光電変換効率を向上させた太陽電池、太陽電池パネル及び太陽電池フィルムを提供する。【解決手段】実施形態によれば、第１電極と、光電変換膜と、第２電極と、第１エレクトレットと、を備えた太陽電池が提供される。前記光電変換膜は、前記第１電極の上に設けられる。前記光電変換膜は、第１導電形の第１半導体層と、前記第１半導体層の上に設けられた第２導電形の第２半導体層と、を含む。前記第１半導体層と前記第２半導体層とは、内蔵電界を生じさせる。前記第２電極は、前記光電変換膜の上に設けられる。前記第１エレクトレットは、前記第１半導体層と前記第２半導体層との積層方向において前記光電変換膜と並び、前記内蔵電界と同じ側を向く外部電界を生じさせる。【選択図】図１
2016086117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極の上に設けられた光電変換膜であって、第１導電形の第１半導体層と、前記第１半導体層の上に設けられた第２導電形の第２半導体層と、を含み、前記第１半導体層と前記第２半導体層とが内蔵電界を生じさせる光電変換膜と、
前記光電変換膜の上に設けられた第２電極と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との積層方向において前記光電変換膜と並び、前記内蔵電界と同じ側を向く外部電界を生じさせる第１エレクトレットと、
を備えた太陽電池。
【請求項２】
前記第１エレクトレットは、光透過性を有し、前記光電変換膜の上に設けられ、
前記第１エレクトレットの保持する電荷の極性は、前記第１半導体層の多数キャリアの電荷の極性と同じである請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第２電極は、複数の導電部を有し、
前記複数の導電部は、前記積層方向に対して垂直な第１方向に延び、前記積層方向及び前記第１方向に対して垂直な第２方向に並び、
前記第１エレクトレットは、前記複数の導電部の間に設けられる請求項２記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１エレクトレットは、前記第１電極と前記光電変換膜との間に設けられ、
前記第１エレクトレットの保持する電荷の極性は、前記第２半導体層の多数キャリアの電荷の極性と同じである請求項１記載の太陽電池。
【請求項５】
前記積層方向に対して垂直な方向において前記光電変換膜と並ぶ第２エレクトレットをさらに備えた請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項６】
前記光電変換膜は、シリコン系及び化合物系の一方である請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項７】
前記光電変換膜の上に設けられた反射防止膜をさらに備えた請求項１〜６のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項８】
前記光電変換膜の上に設けられた光学層をさらに備え、
前記光学層は、凹凸が設けられた上面を有する請求項１〜７のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項９】
前記光電変換膜の一部の上に設けられた絶縁性の保護層をさらに備え、
前記第２電極は、前記光電変換膜の前記保護層に覆われていない部分の上に設けられる請求項１〜８のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記第２半導体層は、前記積層方向において前記第２電極と重なる第１領域と、前記積層方向において前記第２電極と重ならない第２領域と、を有し、
前記第１領域に含まれる不純物の濃度は、前記第２領域に含まれる不純物の濃度よりも高い請求項１〜９のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項１１】
基板と、
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の複数の太陽電池であって、前記基板上に並べて設けられ、互いに電気的に接続された複数の太陽電池と、
を備えた太陽電池パネル。
【請求項１２】
可撓性を有する基板と、
前記基板の上に設けられた請求項１〜１０のいずれか１つに記載の太陽電池と、
を備えた太陽電池フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、太陽電池、太陽電池パネル及び太陽電池フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光などの光を電気エネルギーに変換する光電変換を行う太陽電池がある。太陽電池は、例えば、複数の太陽電池を接続した太陽電池パネルや可撓性を持たせた太陽電池フィルムとして利用されている。太陽電池では、光電変換の変換効率の向上が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平１０−５０２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、光電変換効率を向上させた太陽電池、太陽電池パネル及び太陽電池フィルムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、第１電極と、光電変換膜と、第２電極と、第１エレクトレットと、を備えた太陽電池が提供される。前記光電変換膜は、前記第１電極の上に設けられる。前記光電変換膜は、第１導電形の第１半導体層と、前記第１半導体層の上に設けられた第２導電形の第２半導体層と、を含む。前記第１半導体層と前記第２半導体層とは、内蔵電界を生じさせる。前記第２電極は、前記光電変換膜の上に設けられる。前記第１エレクトレットは、前記第１半導体層と前記第２半導体層との積層方向において前記光電変換膜と並び、前記内蔵電界と同じ側を向く外部電界を生じさせる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る太陽電池を表す模式図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｅ）は、第１の実施形態に係る太陽電池の製造工程を模式的に表す断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第２の実施形態に係る太陽電池を模式的に表す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第３の実施形態に係る太陽電池を模式的に表す断面図である。
【図５】第４の実施形態に係る太陽電池を模式的に表す断面図である。
【図６】第５の実施形態に係る太陽電池を模式的に表す断面図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、第６の実施形態に係る太陽電池を模式的に表す断面図である。
【図８】第７の実施形態に係る太陽電池フィルムを模式的に表す断面図である。
【図９】第８の実施形態に係る太陽電池パネルを模式的に表す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）  
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る太陽電池を表す模式図である。  
図１（ａ）は、太陽電池１０の模式的平面図であり、図１（ｂ）は、太陽電池１０の模式的断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ２線断面を模式的に表す。  
図１（ａ）及び図１（ｂ）に表したように、太陽電池１０は、第１電極１１と、第２電極１２と、光電変換膜１３と、エレクトレット１４（第１エレクトレット）と、を備える。
【０００９】
光電変換膜１３は、第１電極１１の上に設けられる。光電変換膜１３は、第１半導体層１３ａと、第２半導体層１３ｂと、を含む。第１半導体層１３ａは、第１電極１１の上に設けられる。第２半導体層１３ｂは、第１半導体層１３ａの上に設けられる。
【００１０】
ここで、第１半導体層１３ａと第２半導体層１３ｂとの積層方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００１１】
第１半導体層１３ａは、第１導電形を有する。第２半導体層１３ｂは、第２導電形を有する。例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。第１導電形がｐ形で、第２導電形がｎ形でもよい。以下では、第１導電形がｎ形、第２導電形がｐ形である場合として説明を行う。すなわち、この例において、第１半導体層１３ａは、ｎ形半導体であり、第２半導体層１３ｂは、ｐ形半導体である。
【００１２】
第２半導体層１３ｂは、例えば、第１半導体層１３ａに接する。第２半導体層１３ｂは、例えば、第１半導体層１３ａとｐｎ接合する。第１半導体層１３ａと第２半導体層１３ｂとの接合界面付近には、空乏層ＤＬが形成される。空乏層ＤＬのうちの第１半導体層１３ａの部分は、多数キャリアである電子の不足により、正に帯電する。一方、空乏層ＤＬのうちの第２半導体層１３ｂの部分は、多数キャリアである正孔の不足により、負に帯電する。これにより、第１半導体層１３ａと第２半導体層１３ｂとは、空乏層ＤＬ内において、第１半導体層１３ａから第２半導体層１３ｂに向かう方向の内蔵電界Ｅ１を生じさせる。
【００１３】
光電変換膜１３には、Ｓｉ系、化合物系、及び、有機材料系などが用いられる。Ｓｉ系には、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、及び、薄膜多結晶シリコンなどが用いられる。化合物系には、例えば、ＣＩＧＳ（ＣｕＩｎＧａＳｅ２）、ＣｄＴｅ、半導体多結合、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、及び、化合物多結合などが用いられる。第１半導体層１３ａ及び第２半導体層１３ｂは、有機半導体を含んでもよい。但し、光電変換膜１３には、結晶性の良いＳｉ系や化合物系を用いることが好ましい。
【００１４】
第１電極１１は、第１半導体層１３ａと電気的に接続されている。この例において、第１電極１１は、陰極である。第１電極１１は、光反射性を有する。第１電極１１には、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉなどの金属材料が用いられる。第１電極１１の材料は、導電性と光反射性とを有する任意の材料でよい。
【００１５】
第１電極１１と光電変換膜１３との間には、導電層１５が設けられている。導電層１５は、例えば、第１電極１１及び光電変換膜１３のそれぞれに接する。第１電極１１は、導電層１５を介して光電変換膜１３と電気的に接続される。
【００１６】
導電層１５は、例えば、シード層である。導電層１５は、第１電極１１と光電変換膜１３との格子定数差を小さくする。導電層１５の格子定数と光電変換膜１３の格子定数との差は、第１電極１１の格子定数と光電変換膜１３の格子定数との差よりも小さい。これにより、例えば、化合物系の光電変換膜１３などにおいて、結晶構造を良好にし、太陽光により励起したキャリアのライフタイムを長くすることができる。例えば、取り出せる有効電流を大きくすることができる。例えば、光電変換効率を向上させることができる。導電層１５は、必要に応じて設けられ、省略可能である。
【００１７】
第２電極１２は、光電変換膜１３の上に設けられる。この例において、第２電極１２は、陽極である。第１半導体層１３ａをｐ形とし、第２半導体層１３ｂをｎ形とした場合には、上記と反対に、第１電極１１が陽極、第２電極１２が陰極となる。
【００１８】
第２電極１２は、例えば、光電変換膜１３に接する。これにより、第２電極１２は、光電変換膜１３と電気的に接続される。第２電極１２と光電変換膜１３との間に、別の導電層を設けてもよい。
【００１９】
第２電極１２は、複数の導電部１２ａと、複数の開口部１２ｂと、接続部１２ｃと、を有する。各導電部１２ａは、Ｙ軸方向に延び、Ｘ軸方向に並ぶ。各開口部１２ｂは、各導電部１２ａのそれぞれの間に設けられる。各開口部１２ｂは、光電変換膜１３の一部を露出させる。接続部１２ｃは、各導電部１２ａのＹ軸方向の一端に接続され、各導電部１２ａのそれぞれを電気的に接続する。すなわち、この例において、第２電極１２は、櫛状電極である。第２電極１２には、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉなどの金属材料が用いられる。この例において、第２電極１２は、光反射性である。
【００２０】
太陽電池１０では、第２電極１２の各開口部１２ｂから光電変換膜１３に光が入射する。これにより、光電変換膜１３に入射した光の量に応じた電圧が、第１電極１１と第２電極１２との間に生じる。また、光電変換膜１３に入射した光の一部は、光電変換膜１３を透過して第１電極１１で反射し、再び光電変換膜１３に入射する。従って、第１電極１１に光反射性の高い材料を用いる。これにより、光電変換効率を向上させることができる。第１電極１１は、換言すれば、反射電極である。
【００２１】
第２電極１２の形状は、櫛状に限ることなく、例えば、格子状などでもよい。第２電極１２の形状は、例えば、光電変換膜１３に光を入射させることができ、かつ、光電変換膜１３との適切な電気的接続を得られる任意の形状でよい。また、第２電極１２は、光透過性でもよい。第２電極１２には、ＩＴＯなどの光透過性を有する材料を用いてもよい。この場合、各開口部１２ｂは、省略可能である。第２電極１２は、光透過性を有する場合、光電変換膜１３の全体の上に設けてもよい。
【００２２】
第２半導体層１３ｂは、Ｚ軸方向において第２電極１２と重なる第１領域Ｒ１と、Ｚ軸方向において第２電極１２と重ならない第２領域Ｒ２と、を有する。第１領域Ｒ１は、換言すれば、Ｚ軸方向において各導電部１２ａと重なる領域である。第２領域Ｒ２は、換言すれば、Ｚ軸方向において各開口部１２ｂと重なる領域である。
【００２３】
第２半導体層１３ｂには、第２電極１２の下にハイドープ層１３ｄが設けられている。ハイドープ層１３ｄは、換言すれば、第１領域Ｒ１の上部に設けられる。この例において、ハイドープ層１３ｄは、ｐ＋層である。ハイドープ層１３ｄは、第２半導体層１３ｂにおいて、多数キャリアに対応する不純物の濃度を他の部分よりも高くした部分である。従って、第１領域Ｒ１に含まれる不純物の濃度は、第２領域Ｒ２に含まれる不純物の濃度よりも高い。これにより、例えば、励起したキャリアを取出しやすくすることができる。例えば、光電変換効率を向上させることができる。
【００２４】
エレクトレット１４は、Ｚ軸方向において光電変換膜１３と並ぶ。この例において、エレクトレット１４は、光電変換膜１３の上に設けられる。エレクトレット１４は、各導電部１２ａの間に設けられる。すなわち、エレクトレット１４は、光電変換膜１３のうちの開口部１２ｂに露呈された部分の上に設けられる。この例において、エレクトレット１４は、光透過性を有する。エレクトレット１４は、例えば、透明である。この太陽電池１０では、エレクトレット１４を透過した光が、光電変換膜１３に入射する。
【００２５】
この例では、複数のエレクトレット１４が設けられている。各エレクトレット１４は、各導電部１２ａのそれぞれの間に設けられる。エレクトレット１４の数は、１つでもよい。例えば、櫛状の１つのエレクトレット１４を設けてもよい。
【００２６】
各エレクトレット１４は、電荷を保持し、所定の極性に帯電している。この例において、各エレクトレット１４の保持する電荷の極性は、第１半導体層１３ａの多数キャリアの電荷の極性と同じである。すなわち、各エレクトレット１４は、第１半導体層１３ａの多数キャリアである電子と同じ負の電荷を保持する。換言すれば、各エレクトレット１４は、負に帯電している。
【００２７】
これにより、各エレクトレット１４は、第１電極１１からエレクトレット１４に向かう方向の外部電界Ｅ２を生じさせる。すなわち、各エレクトレット１４は、内蔵電界Ｅ１と同じ側を向く外部電界Ｅ２を生じさせる。
【００２８】
外部電界Ｅ２の向く方向は、少なくとも内蔵電界Ｅ１の向く方向と同じ方向の成分を有していればよい。内蔵電界Ｅ１の向く方向と外部電界Ｅ２の向く方向との成す角度は、９０°未満である。但し、外部電界Ｅ２の向く方向は、内蔵電界Ｅ１の向く方向と実質的に同じであることが好ましい。
【００２９】
各エレクトレット１４には、例えば、コロナ放電で発生したイオンまたは電子を絶縁性の樹脂膜に打ち込むことにより、樹脂膜をエレクトレット化させる、いわゆる樹脂系のエレクトレットが用いられる。これにより、各エレクトレット１４において、負の電荷を保持させることができる。
【００３０】
各エレクトレット１４には、例えば、アモルファスフッ素樹脂が用いられる。アモルファスフッ素樹脂を含むエレクトレット１４の表面電荷密度は、例えば、−０．２ｍＣ／ｍ２から−２．１ｍＣ／ｍ２の範囲である。このように、アモルファスフッ素樹脂を含むエレクトレット１４では、高い表面電荷密度を得ることができる。また、アモルファスフッ素樹脂を含むエレクトレット１４では、上記の表面電荷密度を、４０００時間以上保持することができる。さらに、アモルファスフッ素樹脂を含むエレクトレット１４では、例えば、約１００℃以下の範囲において、良好な温度安定性を得ることができる。このように、アモルファスフッ素樹脂を含むエレクトレット１４は、優れた耐久性と温度安定性とを有し、安定に帯電を保つことができる。
【００３１】
例えば、コロナ放電で発生したイオンまたは電子をアモルファスフッ素樹脂に打ち込む。この際、樹脂の塗布条件及びコロナ放電によるイオンの注入条件を制御する。これにより、アモルファスフッ素樹脂の膜厚及びアモルファスフッ素樹脂に保持された電荷の密度を自由に調整することができる。このように、各エレクトレット１４では、膜厚及び電荷密度を自由に調整することができる。
【００３２】
地球温暖化対策の一環で、ＣＯ２の排出量を低減することが求められている。また、現在多く使われている「枯渇性エネルギー」は、埋蔵量に限りがあり、数十年から数百年程度で枯渇すると言われている。その中で、太陽光発電を代表とした「再生可能エネルギー」は、枯渇する可能性が低く、環境にも優しく、そして十分に実用的な力を持つエネルギー源として注目されている。
【００３３】
太陽電池では、光電変換効率の向上が望まれている。光電変換効率を向上させる方法として、例えば、ｐ形層とｎ形層との間に真性半導体層（いわゆるｉ層）を設け、短絡電流を増やすことが知られている。しかしながら、ｉ層を厚くすると、製造コストが高くなる。また、空乏層が大きくなり過ぎると、電界が弱くなり、キャリアの取出し効率が低下してしまう。
【００３４】
また、外部バイアスの印加により、空乏層を制御することもできる。順バイアスを印加した場合は、内蔵電界が弱められる。このため、ｐ形層からｎ形層にホールが拡散し、ｎ形層からｐ形層に電子が拡散して、拡散電流が流れる。
【００３５】
一方、逆バイアスを印加した場合、空乏層内の内蔵電界は、より強められる。空乏層は、バイアス電圧の平方根に比例して広がる。例えば、太陽電池のｐｎ接合においても、逆バイアスを印加することにより、空乏層を広げることができる。すなわち、短絡電流を増強し、光電変換効率を向上させることができる。しかしながら、外部バイアスを印加するためには、外部電源が必要となるため、太陽電池の用途に対して実現するのは困難である。
【００３６】
これに対して、本実施形態に係る太陽電池１０では、エレクトレット１４を光電変換膜１３の上に設け、エレクトレット１４によって、内蔵電界Ｅ１と同じ側を向く外部電界Ｅ２を生じさせている。これにより、本実施形態に係る太陽電池１０では、外部電源を設けることなく、逆バイアスを印加した場合と同様に、空乏層を広げることができる。従って、本実施形態に係る太陽電池１０では、光電変換効率を向上させることができる。
【００３７】
バイアスが印加されていない場合の第１半導体層１３ａ（ｎ形層）の空乏層ＤＬの幅ｘｎは、以下の（１）式で求めることができる。また、バイアスが印加されていない場合の第２半導体層１３ｂ（ｐ形層）の空乏層ＤＬの幅ｘｐは、以下の（２）式で求めることができる。
【数１】
2016086117.tif 000003
【数２】
2016086117.tif 000004
但し、（１）式及び（２）式において、Ｎｄは、第１半導体層１３ａの不純物濃度である。Ｎａは、第２半導体層１３ｂの不純物濃度である。ｑは、単位電荷（電気素量）である。εは、光電変換膜１３の誘電率である。そして、ΦＢ及びφＢは、内蔵電界Ｅ１の大きさである。
【００３８】
一方、バイアスＶｂが印加された場合の第１半導体層１３ａの空乏層ＤＬの幅Ｘｎは、以下の（３）式で求めることができる。バイアスＶｂが印加された場合の第２半導体層１３ｂの空乏層ＤＬの幅Ｘｐは、以下の（４）式で求めることができる。
【数３】
2016086117.tif 000005
【数４】
2016086117.tif 000006
そして、バイアスＶｂを印加した場合の空乏層ＤＬの幅の増加率は、例えば、以下の（５）式で求めることができる。
【数５】
2016086117.tif 000007
【００３９】
逆バイアスを印加した場合、（５）式において、Ｖｂは、−Ｖｂである。また、Ｖｂ＞＞ΦＢである。
【００４０】
このように、ｐｎ接合した光電変換膜１３に逆バイアスを印加した場合、空乏層ＤＬの幅は、バイアス電圧Ｖｂの平方根に比例して広がる。従って、逆バイアスを印加する場合、太陽電池の光電変換効率は、バイアス電圧Ｖｂの平方根に比例して増加する。
【００４１】
本実施形態に係る太陽電池１０では、各エレクトレット１４の保持する電荷量を大きくする。すなわち、外部電界Ｅ２を大きくする。これにより、本実施形態に係る太陽電池１０では、光電変換効率を向上させることができる。
【００４２】
上記実施形態では、第１半導体層１３ａと第２半導体層１３ｂとがｐｎ接合した光電変換膜１３を示している。光電変換膜１３は、これに限ることなく、例えば、第１半導体層１３ａと第２半導体層１３ｂとの間に、不純物の濃度が第１半導体層１３ａ及び第２半導体層１３ｂよりも低い第３半導体層をさらに設けてもよい。例えば、第１半導体層１３ａと第２半導体層１３ｂとの間に、真性半導体層を設けてもよい。すなわち、光電変換膜１３は、ｐｉｎ接合してもよい。
【００４３】
光電変換膜１３をｐｉｎ接合させた場合には、ｐｎ接合の場合に比べて、空乏層ＤＬの幅をより広くすることができる。すなわち、光電変換効率をより向上させることができる。一方、光電変換膜１３をｐｎ接合させた場合には、例えば、空乏層ＤＬが大きくなり過ぎて、内蔵電界Ｅ１が弱くなってしまうことを抑制することができる。また、例えば、ｉ層を設けることによる製造コストの増加を抑えることができる。例えば、上記の太陽電池１０のように、光電変換膜１３をｐｎ接合とし、各エレクトレット１４を設ける。これにより、例えば、内蔵電界Ｅ１の低下や製造コストの増加を抑制しつつ、光電変換効率を向上させることができる。
【００４４】
図２（ａ）〜図２（ｅ）は、第１の実施形態に係る太陽電池の製造工程を模式的に表す断面図である。  
図２（ａ）に表したように、太陽電池１０の製造においては、まず加工体１０ｗを準備する。加工体１０ｗは、第１電極１１、第２電極１２、光電変換膜１３及び導電層１５を含む。上述のように、導電層１５は、必要に応じて設けられ、省略可能である。
【００４５】
例えば、光電変換膜１３が化合物系である場合、図示を省略した基板の上に、第１電極１１、導電層１５、第１半導体層１３ａ、第２半導体層１３ｂ、第２電極１２の順に形成する。例えば、光電変換膜１３がシリコン系である場合、半導体基板の一方の面に導電層１５及び第１電極１１を形成し、半導体基板の他方の面に第２電極１２を形成する。これにより、加工体１０ｗが形成される。
【００４６】
このように、加工体１０ｗを準備する工程は、加工体１０ｗを形成する工程を含む。加工体１０ｗを準備する工程は、加工体１０ｗの形成に限ることなく、例えば、予め形成された加工体１０ｗを製造装置などにセットする工程などでもよい。
【００４７】
図２（ｂ）に表したように、加工体１０ｗの上に、各エレクトレット１４となる絶縁膜１４ｆ（樹脂膜）を形成する。絶縁膜１４ｆには、例えば、アモルファスフッ素樹脂が用いられる。絶縁膜１４ｆの形成には、例えば、スピンコート法などの塗布法が用いられる。
【００４８】
図２（ｃ）に表したように、絶縁膜１４ｆの上に、フォトリソグラフィ工程により、第２電極１２の形状に応じたレジスト膜１６を形成する。
【００４９】
図２（ｄ）に表したように、例えば、コロナ放電で発生したイオンまたは電子をレジスト膜１６の上から絶縁膜１４ｆに打ち込むことにより、絶縁膜１４ｆをエレクトレット化させる。
【００５０】
図２（ｅ）に表したように、レジスト膜１６を除去し、第２電極１２が露呈するまで、絶縁膜１４ｆをエッチングする。絶縁膜１４ｆのエッチングには、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）が用いられる。これにより、絶縁膜１４ｆから各エレクトレット１４が形成され、太陽電池１０が完成する。
【００５１】
（第２の実施形態）  
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第２の実施形態に係る太陽電池を模式的に表す断面図である。  
図３（ａ）に表したように、太陽電池２０は、反射防止膜２５をさらに有する。なお、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５２】
反射防止膜２５は、光電変換膜１３の上に設けられる。反射防止膜２５は、光電変換膜１３とエレクトレット１４との間に設けられる。この例では、光電変換膜１３と各エレクトレット１４との間に設けられた複数の反射防止膜２５が設けられている。
【００５３】
反射防止膜２５は、光電変換膜１３に入射する光の反射を抑制する。反射防止膜２５は、屈折率差を利用するものでもよいし、微小凹凸構造を利用するものでもよいし、円偏光を利用するものでもよいし、あるいは、これらを組み合わせたものでもよい。反射防止膜２５の構成は、光電変換膜１３に入射する光の反射を抑制できる任意の構成でよい。
【００５４】
反射防止膜２５には、例えば、ＳｉＯ２やＳｉＮなどが用いられる。反射防止膜２５は、例えば、絶縁性である。このため、反射防止膜２５は、第２電極１２と光電変換膜１３との間には設けられない。反射防止膜２５は、例えば、光電変換膜１３のうちの各開口部１２ｂに露呈された部分（光の入射する部分）の上に設けられる。反射防止膜２５が導電性の場合には、第２電極１２と光電変換膜１３との間に反射防止膜２５が延在してもよい。
【００５５】
このように、反射防止膜２５を設ける。これにより、例えば、反射防止膜２５が無い場合に比べて、光電変換効率をより向上させることができる。
【００５６】
図３（ｂ）に表した太陽電池２２のように、反射防止膜２５は、エレクトレット１４の上に設けてもよい。これにより、エレクトレット１４に入射する光の反射も抑制することができる。この例では、各エレクトレット１４のそれぞれの上に設けられた複数の反射防止膜２５を設けている。エレクトレット１４の上に反射防止膜２５を設ける場合、反射防止膜２５は、第２電極１２の上に延在してもよい。例えば、各エレクトレット１４のそれぞれ及び第２電極１２の上に連続する１つの反射防止膜２５を設けてもよい。
【００５７】
（第３の実施形態）  
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第３の実施形態に係る太陽電池を模式的に表す断面図である。  
図４（ａ）に表したように、太陽電池３０は、光学層３５をさらに有する。光学層３５は、光電変換膜１３の上に設けられる。太陽電池３０において、光学層３５は、光電変換膜１３と第２電極１２との間、及び、光電変換膜１３と各エレクトレット１４との間に設けられる。換言すれば、太陽電池３０では、光電変換膜１３の上に光学層３５が設けられ、光学層３５の上に第２電極１２及び各エレクトレット１４が設けられる。
【００５８】
光学層３５には、例えば、光透過性と導電性とを有する材料が用いられる。光学層３５は、絶縁性でもよい。この場合には、図３（ａ）に表した反射防止膜２５と同様に、光の透過する部分のみに光学層３５を設ければよい。
【００５９】
光学層３５は、上面３５ａを有する。上面３５ａには、複数の凹凸３５ｖが設けられている。各凹凸３５ｖは、周期性を有する形状でもよいし、ランダムな形状でもよい。各凹凸３５ｖの大きさは、光の波長よりやや大きい程度とする。１つの凹凸３５ｖの大きさ（幅及び高さ）は、例えば、４００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。各凹凸３５ｖは、いわゆるテクスチャである。
【００６０】
光学層３５は、各凹凸３５ｖにより、上面３５ａに入射する光の進行方向を変化させる。光学層３５は、例えば、光電変換膜１３に入射する光を、光電変換膜１３の膜面に対して傾斜させる。これにより、光電変換膜１３（空乏層ＤＬ）に入射する光の光路長が長くなり、短絡電流を増強させることができる。従って、太陽電池３０では、光学層３５を設けることにより、光電変換効率をより向上させることができる。
【００６１】
図４（ｂ）に表したように、太陽電池３１では、光学層３５が、第２電極１２及び各エレクトレット１４の上に設けられている。このように、光学層３５は、光電変換膜１３とエレクトレット１４（第２電極１２）との間に設けてもよいし、エレクトレット１４（第２電極１２）の上に設けてもよい。
【００６２】
図４（ｃ）に表したように、太陽電池３２では、光電変換膜１３の上面１３ｃに凹凸１３ｖが設けられている。このように、光学層３５を設けることなく、光電変換膜１３の上面１３ｃに凹凸１３ｖを設けてもよい。太陽電池３１、３２でも、太陽電池３０と同様に、光電変換膜１３に入射する光の光路長を長くし、光電変換効率を向上させることができる。
【００６３】
また、太陽電池３２では、エレクトレット１４の上面１４ａに、光電変換膜１３の各凹凸１３ｖの形状に応じた複数の凹凸１４ｖが設けられている。これにより、例えば、エレクトレット１４の上面１４ａでの光の反射を抑制することができる。
【００６４】
光学層３５の上にエレクトレット１４を設ける場合（図４（ａ）の場合）に、光学層３５の各凹凸３５ｖの形状に応じた複数の凹凸１４ｖを、エレクトレット１４の上面１４ａに設けてもよい。
【００６５】
（第４の実施形態）  
図５は、第４の実施形態に係る太陽電池を模式的に表す断面図である。  
図５に表したように、太陽電池４０は、保護層４５をさらに有する。保護層４５は、光電変換膜１３の一部の上に設けられる。保護層４５は、例えば、光電変換膜１３とエレクトレット１４との間に設けられる。換言すれば、保護層４５は、光電変換膜１３のうちの各開口部１２ｂに露呈された部分の上に設けられる。この例では、複数の保護層４５が、光電変換膜１３と各エレクトレット１４とのそれぞれの間に設けられている。
【００６６】
保護層４５は、絶縁性を有する。保護層４５には、例えば、ＳｉＯ２などが用いられる。このため、第２電極１２は、光電変換膜１３のうちの保護層４５に覆われていない部分の上に設けられる。
【００６７】
このように、保護層４５を設ける。これにより、例えば、光電変換膜１３のうちの第２電極１２に接続されていない部分（Ｚ軸方向において第２電極１２と重ならない部分）におけるキャリアの再結合を抑制することができる。これにより、太陽電池４０では、光電変換効率をより向上させることができる。
【００６８】
（第５の実施形態）  
図６は、第５の実施形態に係る太陽電池を模式的に表す断面図である。  
図６に表したように、太陽電池５０では、各エレクトレット１４が、第１電極１１と光電変換膜１３との間に設けられている。各エレクトレット１４は、第１電極１１と導電層１５との間に設けられている。各エレクトレット１４は、光電変換膜１３と導電層１５との間に設けてもよい。この例では、Ｚ軸方向において各開口部１２ｂのそれぞれと重なる位置に配置された複数のエレクトレット１４が設けられている。第１電極１１と光電変換膜１３との間にエレクトレット１４を設ける場合には、Ｚ軸方向において各導電部１２ａのそれぞれと重なる１つのエレクトレット１４を設けてもよい。
【００６９】
この例において、各エレクトレット１４の保持する電荷の極性は、第２半導体層１３ｂの多数キャリアの電荷の極性と同じである。すなわち、各エレクトレット１４は、第２半導体層１３ｂの多数キャリアである正孔と同じ正の電荷を保持する。換言すれば、各エレクトレット１４は、正に帯電している。
【００７０】
これにより、各エレクトレット１４は、第１電極１１からエレクトレット１４に向かう方向の外部電界Ｅ２を生じさせる。各エレクトレット１４は、内蔵電界Ｅ１と同じ側を向く外部電界Ｅ２を生じさせる。
【００７１】
従って、本実施形態に係る太陽電池５０においても、上記各実施形態と同様に、外部電源を設けることなく、逆バイアスを印加した場合と同様に、空乏層を広げ、光電変換効率を向上させることができる。
【００７２】
この例において、各エレクトレット１４には、例えば、熱酸化法により、Ｋ＋やＮａ＋などの正イオンを含めた溶液中の正イオンをシリコン等の酸化膜に含ませ、熱処理とバイアス処理とにより酸化膜をエレクトレット化させる、いわゆるアルカリ系のエレクトレットが用いられる。これにより、各エレクトレット１４において、正の電荷を保持させることができる。このように、各エレクトレット１４は、正に帯電したものでもよい。
【００７３】
第１電極１１と光電変換膜１３との間に各エレクトレット１４を設ける場合、各エレクトレット１４は、必ずしも光透過性を有していなくてもよい。但し、太陽電池５０において各エレクトレット１４に光透過性を持たせる。これにより、例えば、第１電極１１で反射した光を再び光電変換膜１３に入射させることができる。例えば、光電変換効率を向上させることができる。
【００７４】
（第６の実施形態）  
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、第６の実施形態に係る太陽電池を模式的に表す断面図である。  
図７（ａ）に表したように、太陽電池６０は、エレクトレット６４（第２エレクトレット）をさらに有する。エレクトレット６４は、Ｚ軸方向に対して垂直な方向において光電変換膜１３と並ぶ。エレクトレット６４は、例えば、Ｘ軸方向において光電変換膜１３と並ぶ。すなわち、エレクトレット６４は、第２電極１２の各導電部１２ａの並ぶ方向において光電変換膜１３と並ぶ。エレクトレット６４の並ぶ方向は、Ｘ軸方向に限ることなく、例えば、Ｙ軸方向でもよい。また、エレクトレット６４は、Ｘ、Ｙ軸方向に同時に並べてもいい、Ｘ、Ｙ軸方向に限らない。
【００７５】
エレクトレット６４は、例えば、負の電荷を保持する。エレクトレット６４は、Ｚ軸方向（エレクトレット１４の並ぶ方向）に対して外部電界Ｅ２を傾斜させる。エレクトレット６４は、Ｘ軸方向（エレクトレット６４の並ぶ方向）に外部電界Ｅ２を傾斜させる。
【００７６】
これにより、例えば、空乏層ＤＬで発生したキャリアを、各導電部１２ａにより引き寄せやすくすることができる。例えば、光電変換膜１３のうちの第２電極１２に接続されていない部分におけるキャリアの再結合を抑制することができる。これにより、太陽電池６０では、電流が取り出しやすくなり、光電変換効率をより向上させることができる。
【００７７】
エレクトレット６４の電荷密度の絶対値は、例えば、エレクトレット１４の電荷密度の絶対値よりも小さい。これにより、外部電界Ｅ２が、Ｘ軸方向に向いてしまうことを抑制することができる。エレクトレット６４の電荷密度は、外部電界Ｅ２のＺ軸方向の成分が小さくなり過ぎない程度に設定すればよい。
【００７８】
エレクトレット６４は、複数設けてもよい。例えば、Ｚ軸方向を軸とする軸周りに光電変換膜１３を囲むように、複数のエレクトレット６４を配置してもよい。エレクトレット６４は、Ｚ軸方向を軸とする軸周りに光電変換膜１３を囲む環状でもよい。
【００７９】
図７（ｂ）に表した太陽電池６１のように、エレクトレット６４は、正の電荷を保持してもよい。エレクトレット６４は、樹脂系でもよいし、アルカリ系でもよい。複数のエレクトレット６４を設ける場合には、例えば、光電変換膜１３のＸ軸方向の一方の側に正の電荷を保持したエレクトレット６４を設け、光電変換膜１３のＸ軸方向の他方の側に負の電荷を保持したエレクトレット６４を設けてもよい。
【００８０】
図７（ｃ）に表したように、第１電極１１と光電変換膜１３との間にエレクトレット１４を設けた太陽電池６２において、エレクトレット６４を設けてもよい。この場合においても、エレクトレット６４の保持する電荷は、正でもよいし、負でもよい。
【００８１】
（第７の実施形態）  
図８は、第７の実施形態に係る太陽電池フィルムを模式的に表す断面図である。  
図８に表したように、太陽電池フィルム１００は、可撓性を有する基板１１０と、基板１１０の上に設けられた太陽電池１０と、を備える。基板１１０には、例えば、樹脂材料が用いられる。例えば、第１電極１１、第２電極１２、光電変換膜１３、各エレクトレット１４及び導電層１５を薄膜状に形成する。これにより、太陽電池１０に可撓性を持たせることができる。すなわち、太陽電池フィルム１００に可撓性を持たせることができる。
【００８２】
このように、太陽電池１０は、可撓性を有する太陽電池フィルム１００として用いてもよい。この例では、第１の実施形態に関して説明した太陽電池１０を太陽電池フィルム１００に用いているが、太陽電池フィルム１００に用いる太陽電池は、上記各実施形態で説明した各太陽電池２０、２２、３０〜３２、４０、５０及び６０〜６２のいずれでもよい。
【００８３】
（第８の実施形態）  
図９は、第８の実施形態に係る太陽電池パネルを模式的に表す平面図である。  
図９に表したように、太陽電池パネル２００は、基板２１０と、基板２１０の上に並べて設けられた複数の太陽電池１０と、を備える。この例において、太陽電池パネル２００は、Ｘ軸方向に３個ずつ、Ｙ軸方向に４個ずつ並べられた計１２個の太陽電池１０を有する。太陽電池１０の一辺の長さは、３０ｃｍ程度である。太陽電池パネル２００の大きさは、例えば、１ｍ×１．２ｍ程度である。複数の太陽電池１０は、直列または並列に接続される。各太陽電池１０は、互いに電気的に接続される。これにより、太陽電池パネル２００が、所定の電圧及び電流を出力する。
【００８４】
このように、太陽電池１０は、複数の太陽電池１０を電気的に接続した太陽電池パネル２００として用いてもよい。太陽電池パネル２００に含まれる太陽電池１０の数及び配列は、任意に設定すればよい。各太陽電池１０の平面形状は、矩形状に限ることなく、任意の形状でよい。太陽電池パネル２００に用いる太陽電池は、上記各実施形態で説明した各太陽電池１０、２０、２２、３０〜３２、４０、５０及び６０〜６２のいずれでもよい。
【００８５】
実施形態によれば、光電変換効率を向上させた太陽電池、太陽電池パネル及び太陽電池フィルムが提供される。
【００８６】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。本願明細書において、「上に設けられる」状態は、直接接して設けられる状態の他に、間に他の要素が挿入されて設けられる状態も含む。「積層される」状態は、互いに接して重ねられる状態の他に、間に他の要素が挿入されて重ねられる状態も含む。「対向する」状態は、直接的に面する状態の他に、間に別の要素が挿入されて面する状態も含む。
【００８７】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。  
しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、太陽電池、太陽電池パネル及び太陽電池フィルムに含まれる、第１電極、第２電極、光電変換膜、第１半導体層、第２半導体層、第１エレクトレット、第２エレクトレット、反射防止膜、光学層、保護層及び基板などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００８８】
その他、本発明の実施の形態として上述した太陽電池、太陽電池パネル及び太陽電池フィルムを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての太陽電池、太陽電池パネル及び太陽電池フィルムも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００８９】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００９０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や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】
【００９１】
１０、２０、２２、３０〜３２、４０、５０、６０〜６２…太陽電池、  １０ｗ…加工体、  １１…第１電極、  １２…第２電極、  １３…光電変換膜、  １３ａ…第１半導体層、  １３ｂ…第２半導体層、  １３ｄ…ハイドープ層、  １４…エレクトレット（第１エレクトレット）、  １５…導電層、  １６…レジスト膜、  ２５…反射防止膜、  ３５…光学層、  ４５…保護層、  ６４…エレクトレット（第２エレクトレット）、  １００…太陽電池フィルム、  １１０…基板、  ２００…太陽電池パネル、  ２１０…基板、  Ｅ１…内蔵電界、  Ｅ２…外部電界
【図１】
2016086117.tif 000008
【図２】
2016086117.tif 000009
【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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