(57)【要約】 【課題】半導体層に欠陥を生じさせず、高い耐熱性を有し、光閉じ込め効果の高い太陽電池用光散乱膜、太陽電池用光学部材、および変換効率の高い太陽電池を提供することを目的とする。【解決手段】無機バインダーマトリックス中に、前記無機バインダーマトリックスと屈折率が異なる無機散乱粒子が分散されてなり、かつ平坦面２ｂを有する太陽電池用光散乱膜２であって、前記太陽電池用光散乱膜２の透過率が７０％以上であり、ヘイズ率が２０〜９０％であることを特徴とする太陽電池用光散乱膜２を用いることにより、上記課題を解決できる。【選択図】図１
2009212507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機バインダーマトリックス中に、前記無機バインダーマトリックスと屈折率が異なる無機散乱粒子が分散されてなり、かつ平坦面を有する光散乱膜であって、前記光散乱膜の透過率が７０％以上であり、ヘイズ率が２０〜９０％であることを特徴とする太陽電池用光散乱膜。
【請求項２】
前記平坦面の表面粗さが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用光散乱膜。
【請求項３】
前記無機バインダーマトリックスと前記無機散乱粒子との屈折率差が０．０５〜０．６であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の太陽電池用光散乱膜。
【請求項４】
前記無機バインダーマトリックスが化学式（１）で示される有機珪素化合物、前記有機珪素化合物の加水分解重合体、化学式（２）で示される金属アルコキシド、前記金属アルコキシドのキレート誘導体または前記金属アルコキシドのキレート誘導体の重合体から選ばれる１種以上の材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池用光散乱膜。
（Ｒ１）ｘＳｉ（ＯＲ２）４−ｘ…（１）
ただし、Ｒ１は炭素数１〜６のアルキル基あるいは末端に反応性官能基を有する有機基、Ｒ２は炭素数１〜３のアルキル基を示し、ｘは０≦ｘ≦３を満たす整数である。
Ｍ（ＯＲ３）ｎ…（２）
ただし、ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎのいずれかの金属、Ｒ３は炭素数１〜４のアルキル基、ｎは金属Ｍの価数である。
【請求項５】
前記無機バインダーマトリックスが、４００℃以上の温度で焼成されてなることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池用光散乱膜。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池用光散乱膜と、前記太陽電池用光散乱膜の前記平坦面と反対側の面に配置された透明基体とからなることを特徴とする太陽電池用光学部材。
【請求項７】
光電変換層を備え、前記光電変換層の光取り込み側に請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池用光散乱膜が備えられてなることを特徴とする太陽電池。
【請求項８】
前記光電変換層が、単結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜シリコン、カルコパイライト系化合物、カドミウムテルル、色素、若しくは有機半導体材料の少なくとも一つを有することを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池用光散乱膜、太陽電池用光学部材および太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油エネルギーの代替エネルギーとして、およびクリーンエネルギーの必要性の高まりにともない、太陽電池の研究が活発に行われている。
太陽電池には、単結晶シリコン系太陽電池、多結晶シリコン系太陽電池、薄膜シリコン系太陽電池、化合物半導体系太陽電池、色素増感太陽電池などがある。さらに、前記薄膜シリコン系太陽電池には、アモルファスシリコン太陽電池と微結晶シリコン太陽電池がある。さらに、アモルファスシリコン太陽電池と微結晶シリコン太陽電池を積層したタンデム型太陽電池、さらに３つの太陽電池を積層したトリプル型太陽電池などがある。
【０００３】
上記の様々な種類の太陽電池では、変換効率（光電変換効率）を向上させることが共通の課題となっている。この課題を解決するために、特許文献１及び２では、光入射面側の透明電極内に光散乱体を埋め込んだ構成が開示されている。しかしながら、前記光散乱体を前記透明電極に埋め込むことにより、前記透明電極の導電率は著しく悪化して、変換効率の高い光電変換素子（太陽電池）を実現することができない。
【０００４】
また、これらの中で、薄膜シリコン系太陽電池は、その構成材料が地球上に豊富に存在すること、大面積化が容易なこと、構成材料を薄く成膜することができること、構成材料の消費量が少ないこと、技術的な成熟度が高いこと等の優れた特色を持っている。
【０００５】
しかし、薄膜シリコン系太陽電池では、発生させる電流値を高くできないという問題があった。一般に、太陽電池においては光吸収の量に伴い発生する電流値を高くすることができるので、光電変換層において光吸収に寄与するｉ層の膜厚を厚くすることが必要となる。しかし、薄膜シリコン系太陽電池としてアモルファスシリコン太陽電池を用いた場合には、ｉ層の膜厚を厚くすると光劣化率が大きくなり、長期間の使用を考えるとかえって変換効率が減少することとなり、薄膜シリコン系太陽電池として微結晶シリコン太陽電池を用いた場合には、ｉ層の膜厚を厚くすると生産時間が長くかかり、生産性を落とすこととなった。さらに、アモルファスシリコン太陽電池でも微結晶シリコン太陽電池の場合でも、ｉ層の膜厚を厚くすると内蔵電界がかかりにくくなるので、出力電圧や曲線因子が悪化して変換効率を向上させることができなくなった。
【０００６】
そこで、ｉ層の膜厚を厚くすることなく、ｉ層での光の吸収量を増加させる方法が検討された。特許文献３では、ｉ層の光の受光面側に、凹凸表面構造からなる“テクスチャー構造”と呼ばれる構造を透明導電膜によって設け、入射光をこの“テクスチャー構造”によって散乱させることにより、ｉ層を通過する光の行路長を長くして、ｉ層で吸収される光の量を増加させる方法が開示されている。しかしながら、非特許文献１にあるように、この“テクスチャー構造”の凹凸表面構造は、その上に半導体膜を形成した場合、半導体膜に多くの欠陥を誘起して出力電圧や曲線因子を悪化させ、変換効率を悪化させる場合があった。
【０００７】
また、特許文献４では、ｉ層の光の受光面側にバインダーに絶縁性微粒子を分散した薄膜を設けた例について開示されている。この薄膜は、絶縁性微粒子の形状に起因する凹凸形状をそのバインダー表面に形成するので、“テクスチャー構造”と同様にその表面で入射光を散乱させ、ｉ層で吸収される光の量を増加させることができる。しかし、この薄膜の上に半導体膜を成膜した場合には、表面の凹凸形状によって半導体膜の一部に欠陥を生じさせ、その欠陥が反射損失を生じさせて変換効率を悪化させた。
そこで、その上に成膜する半導体層に欠陥を生じさせず、光閉じ込め効果の高い光散乱膜が求められている。また、同時に、その光散乱膜を具備した光学部材、およびその光散乱膜あるいは光学部材を具備し、変換効率が高い太陽電池が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１７１０２６号公報
【特許文献２】特開２００６−１２８４７８号公報
【特許文献３】特許第２８６２１７４号公報
【特許文献４】特許第３７０６８３５号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｙ・ナスノら（Ｙ．Ｎａｓｕｎｏ  ｅｔ  ａｌ．），ジャパニーズ・ジャーナル・アプライド・フィジックス（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．），４０，Ｌ３０３（２００１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、半導体層に欠陥を生じさせず、高い耐熱性を有し、光閉じ込め効果の高い太陽電池用光散乱膜、太陽電池用光学部材、および変換効率の高い太陽電池を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
本発明の太陽電池用光散乱膜は、無機バインダーマトリックス中に、前記無機バインダーマトリックスと屈折率が異なる無機散乱粒子が分散されてなり、かつ平坦面を有する光散乱膜であって、前記光散乱膜の透過率が７０％以上であり、ヘイズ率が２０〜９０％であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の太陽電池用光散乱膜は、前記平坦面の表面粗さが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
本発明の太陽電池用光散乱膜は、前記無機バインダーマトリックスと前記無機散乱粒子との屈折率差が０．０５〜０．６であることが好ましい。
【００１４】
本発明の太陽電池用光散乱膜は、前記無機バインダーマトリックスが化学式（１）で示される有機珪素化合物、前記有機珪素化合物の加水分解重合体、化学式（２）で示される金属アルコキシド、前記金属アルコキシドのキレート誘導体または前記金属アルコキシドのキレート誘導体の重合体から選ばれる１種以上の材料からなることが好ましい。
（Ｒ１）ｘＳｉ（ＯＲ２）４−ｘ…（１）
ただし、Ｒ１は炭素数１〜６のアルキル基あるいは末端に反応性官能基を有する有機基、Ｒ２は炭素数１〜３のアルキル基を示し、ｘは０≦ｘ≦３を満たす整数である。
Ｍ（ＯＲ３）ｎ…（２）
ただし、ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎのいずれかの金属、Ｒ３は炭素数１〜４のアルキル基、ｎは金属Ｍの価数である。
【００１５】
本発明の太陽電池用光散乱膜は、前記無機バインダーマトリックスが、４００℃以上の温度で焼成されてなることが好ましい。
【００１６】
本発明の太陽電池用光学部材は、先に記載の太陽電池用光散乱膜と、前記太陽電池用光散乱膜の前記平坦面と反対側の面に配置された透明基体とからなることを特徴とする。
【００１７】
本発明の太陽電池は、光電変換層を備え、前記光電変換層の光取り込み側に先に記載の太陽電池用光散乱膜が備えられてなることを特徴とする。
【００１８】
本発明の太陽電池は、前記光電変換層が、単結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜シリコン、カルコパイライト系化合物、カドミウムテルル、色素、若しくは有機半導体材料の少なくとも一つを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
上記の構成によれば、半導体層に欠陥を生じさせず、高い耐熱性を有し、光閉じ込め効果の高い太陽電池用光散乱膜、太陽電池用光学部材、および変換効率の高い太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態である太陽電池を示す図である。
【図２】本発明の実施形態である太陽電池を示す図である。
【図３】本発明の実施形態である太陽電池を示す図である。
【図４】本発明の実施形態である太陽電池を示す図である。
【図５】本発明の実施形態である太陽電池を示す図である。
【図６】本発明の実施形態である太陽電池を示す図である。
【図７】本発明の実施形態である太陽電池を示す図である。
【図８】実施例１〜４および比較例１、２の太陽電池の開放電圧、曲線因子、短絡電流および変換効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態である太陽電池の一例を示す断面模式図である。
基板１上に太陽電池用光散乱膜２、上部電極層３、光電変換層４および下部電極層５がこの順序で積層され、太陽電池１００が構成されている。
基板１は、光取り込み面１ａを有し、その反対側の面１ｂに太陽電池用光散乱膜２の一面２ａが接合されている。太陽電池用光散乱膜２の他面側は平坦性を有し平坦面２ｂとされている。このようにして、基板１と太陽電池用光散乱膜２とからなる太陽電池用光学部材１０が形成されている。
光電変換層４は、ｐ型薄膜シリコン層４１、ｉ型薄膜シリコン層４２およびｎ型薄膜シリコン層４３がこの順序で積層されて形成されている。また、下部電極層５は、下部透明導電電極５１と金属電極５２がこの順序で積層されて形成されている。
このように、基板１、上部電極層３、光電変換層４、下部電極層５がこの順序で積層された構造を「スーパーストレートタイプ」と呼称する。
【００２２】
「スーパーストレートタイプ」構造においては、図１において光の入射方向が矢印Ａによって示されているように、光は光取り込み面１ａから基板１に入射され、基板１内部を通過した後、光取り込み面１ａの反対側の面１ｂに接合された太陽電池用光散乱膜２に入射される構成となっている。さらに、太陽電池用光散乱膜２および上部電極層３を通過して、光電変換層４に入射される。この光電変換層４において光起電力を生じ、光は電力へと変換される構成となっている。
【００２３】
基板１は、透明な材料からなることが好ましい。透明であれば、基板１において光を損失させることがなく、光電変換層４での変換効率を向上させることができるためである。透明な材料としては、たとえば、ガラス、石英および透明性ポリイミドなどを挙げることができる。
【００２４】
また、基板１は、耐熱性材料からなることが望ましい。上部電極層３や光電変換層４の薄膜シリコン層作成工程において２００℃以上の加熱成膜もしくは加熱後処理が必要であるため、耐熱性であることが望ましい。
また、太陽電池を屋外で使用する場合にも、太陽光によって、基板表面が熱せられる場合があるので、耐熱性であることが望ましい。
【００２５】
太陽電池用光散乱膜２は、無機バインダーマトリックス中に無機散乱粒子が分散されて構成されている。
無機バインダーマトリックスおよび無機散乱粒子は、透明な材料からなることが好ましい。光を損失なく太陽電池用光散乱膜２から光電変換層４へ透過させることによって光電変換層４での変換効率を向上させることができるためである。
【００２６】
無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差は０．０５〜０．６０であることが好ましく、０．１０〜０．４がより好ましく、０．１５〜０．３が更に好ましい。
無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差が０．０５未満の場合には、光を効果的に散乱させることができないため好ましくなく、無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差が０．６０を超える場合には、光を十分に太陽電池用光電変換層４に入射させることができないため好ましくない。
無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差は、紫外領域、可視光領域および赤外領域における屈折率差を示すが、少なくとも７０％以上の透過率となる波長領域で無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差が０．０５〜０．６０となればよい。
【００２７】
また、太陽電池用光散乱膜２は、平坦面２ｂを有する膜であることが好ましく、その平坦面２ｂの表面粗さは、１〜１００ｎｍであることが好ましく、１〜５０ｎｍがより好ましい。ここで、表面粗さとは、いわゆる算術平均粗さＲａをいう。
表面粗さＲａが１００ｎｍ以下であれば、その上に成膜する上部電極層３、光電変換層４および下部電極層５を平坦に形成することができるので、光電変換層の薄膜シリコン層に欠陥を誘起することがない。
前記平坦面２ｂの表面粗さＲａが１００ｎｍを超える場合には、この平坦面２ｂ上に積層する上部電極層３、光電変換層４および下部電極層５の平坦性を高くすることができず、光電変換層４を構成する薄膜シリコン層４１〜４３内の欠陥が増加するおそれがあるので好ましくない。
前記平坦面２ｂの表面粗さＲａが１ｎｍ未満とすると、太陽電池用光散乱膜の形成が困難となり、生産効率が低下するので好ましくない。
なお、表面粗さＲａは、たとえば、接触式膜厚計（株式会社アルバック社製  商品名「Ｄｅｋｔａｋ１６０００」）で測定できる。
【００２８】
太陽電池用光散乱膜２の透過率は７０％以上であることが好ましく、８８％以上がより好ましく、９０％以上が更に好ましい。
太陽電池用光散乱膜２の透過率が７０％未満の場合には、光を十分に光電変換層４へ入射させることができず、光電変換層４での変換効率を向上させることができないため好ましくない。
太陽電池用光散乱膜２の透過率は、紫外領域、可視光領域および赤外領域の光に対する透過率を示すが、紫外から赤外まですべての領域で、透過率が７０％以上である必要はなく、特定の一部の領域、たとえば、可視光領域のみで透過率が７０％であってもよい。
なお、太陽電池用光散乱膜２の透過率は、たとえば、分光測定装置（日立製作所製  商品名「Ｕ４０００」）で空気をレファレンスとして透過率を測定し、積分球で透過光を集める方法で測定できる。
【００２９】
また、太陽電池用光散乱膜２は、ヘイズ率が２０〜９０％の膜であることが好ましく、５０〜７９％がより好ましい。
太陽電池用光散乱膜２のヘイズ率が２０％未満の場合には、光散乱性が低下して、光を効果的に閉じ込めることができないため好ましくなく、太陽電池用光散乱膜２のヘイズ率が９０％を超えると、透過率が低下するおそれがあるので好ましくない。
太陽電池用光散乱膜２のヘイズ率は、紫外領域、可視光領域および赤外領域の光に対するヘイズ率を示すが、少なくとも７０％以上の透過率となる波長領域でヘイズ率が２０〜９０％となればよい。
なお、太陽電池用光散乱膜２のヘイズ率は、たとえば、ヘイズメーター（株式会社村上色彩研究所社製  商品名「ＨＭ−１５０」）で測定できる。
【００３０】
太陽電池用光散乱膜２の透過率が７０％以上であり、かつヘイズ率が２０〜９０％である場合に、優れた光閉じ込め効果が発現される。光閉じ込め効果とは、太陽電池１００の内部に入射された光が太陽電池１００の内部から外部に放射されない効果のことをいう。
図１に示すように、太陽電池１００は光取り込み面１ａを一面側に有し、他面側は金属電極５２で構成されている。そのため、太陽電池１００において太陽電池用光散乱膜２を設けない場合には、光取り込み面１ａから入射された光のうち光電変換層４で電気エネルギーに変換されなかった光は金属電極５２の一面５２ａで反射されて外部に放出される場合がある。しかしながら、光閉じ込め効果を有する太陽電池用光散乱膜２を光電変換層４の光取り込み面１ａ側に設けることによって、光取り込み面１ａ側から入射されて金属電極５２の一面５２ａで反射された光の外部への放出を防止することができる。
【００３１】
太陽電池用光散乱膜２を構成する無機バインダーマトリックスは、化学式（１）で示される有機珪素化合物、前記有機珪素化合物の加水分解重合体、化学式（２）で示される金属アルコキシド、前記金属アルコキシドのキレート誘導体または前記金属アルコキシドのキレート誘導体の重合体から選ばれる１種以上の材料からなる。
（Ｒ１）ｘＳｉ（ＯＲ２）４−ｘ…（１）
ただし、Ｒ１は炭素数１〜６のアルキル基あるいは末端に反応性官能基を有する有機基、Ｒ２は炭素数１〜３のアルキル基を示し、ｘは０≦ｘ≦３を満たす整数である。
Ｍ（ＯＲ３）ｎ…（２）
ただし、ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎのいずれかの金属、Ｒ３は炭素数１〜４のアルキル基、ｎは金属Ｍの価数である。
なお、価数ｎは金属ＭがＡｌの場合には３であり、金属ＭがＴｉの場合には４であり、金属ＭがＺｒの場合には４であり、金属ＭがＺｎの場合には４である。
【００３２】
無機バインダーマトリックスからなる膜は、ゾルゲルバインダーあるいはガラスバインダーなどの無機バインダーを用いて形成するか、有機無機複合バインダーを用いて成膜後、焼成して形成する。特に、有機無機複合バインダーを用いることが好ましい。
なお、耐熱性を持たせるために、残存有機物を少なくする必要があり、４００℃以上の焼成処理を行うことが望ましい。
【００３３】
ゾルゲルバインダーとしては、たとえば、化学式（２）で示される金属アルコキシドに水と塩酸などの触媒を添加して加水分解重合させたバインダーなどを挙げることができ、ガラスバインダーとしては、珪酸ソーダや珪酸リチウムなどを挙げることができる。
また、有機無機複合バインダーとしては、シランカップリング剤などの化学式（１）で示される有機珪素化合物からなる有機無機複合バインダー、あるいは、化学式（２）で示される金属アルコキシドまたは金属アルコキシドのキレート誘導体のゾルゲル法による有機無機複合バインダーを挙げることができる。
【００３４】
化学式（１）で示される有機珪素化合物を用いた場合、シリカ系の無機バインダーとなり、屈折率が１．４〜１．５の範囲となる無機バインダーマトリックスが得られる。
また、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎのいずれかの金属を用いた化学式（２）で示される金属アルコキシドや前記金属アルコキシドのキレート誘導体などを用いた場合、屈折率が１．６〜２．０の範囲となる無機バインダーマトリックスが得られる。
用いる無機散乱粒子の屈折率に合わせて、無機バインダーマトリックスの材料を適宜選択することができる。
【００３５】
化学式（１）で示される有機珪素化合物のうちｘ＝０の有機珪素化合物としては、たとえば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−ｉｓｏ−プロポキシシラン、テトラ−ｎ−プロポキシシランを挙げることができる。
また、ｘ＝１の化合物であって、Ｒ１がアルキル基である有機珪素化合物としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシランなどを挙げることができる。
また、ｘ＝１の化合物であって、Ｒ１が末端に反応性官能基を有する有機基を有する有機珪素化合物としては、前記反応性官能基としてエポキシ基、イソシアネート基、エチレンオキサイド基、アミノ基、アクリル基などを挙げることができ、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどを挙げることができる。
【００３６】
化学式（１）で示される有機珪素化合物は、あらかじめ水（塩酸などの触媒を含む）を添加し、一部を加水分解反応させ脱水重合させた加水分解重合体として用いることもできる。
また、前記加水分解重合体としては、２〜１０量体程度のオリゴマーから分子量の大きなポリマーなどを用いることができ、前記加水分解重合体の分子量に特に制約は無いが、比較的分子量の大きくないものが液として安定であるとともに、低粘度となるので使いやすく好ましい。
さらに、化学式（１）で示される有機珪素化合物は、複数組み合わせて用いることも可能である。たとえば、ｘ＝０である有機珪素化合物にｘ＝１である有機珪素化合物を組み合わせることにより、数μｍの厚い膜を形成する場合でもクラックを生じさせず成膜することができる。
【００３７】
化学式（２）で示される金属アルコキシドとしては、アルミニウムトリイソプロポキシド、チタニウムテトラブトキシド、ジルコニウムテトラブトキシドなどを挙げることができる。
また、前記金属アルコキシドのキレート誘導体としては、アルミニウムトリス（アセチルアセトネート）、アルミニウムモノアセチルアセトネートビス（エチルアセトアセテート）、アルミニウムジイソプロポキシモノメチルアセトアセテート、チタニウムジイソプロポキシビス（アセチルアセトネート）、チタニウムテトラアセチルアセトナート、チタニウムジイソプロポキシビス（エチルアセトアセテート）、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトナート、ジルコニウムジブトキシビス（アセチルアセトナート）などを挙げることができる。
【００３８】
化学式（２）で示される金属アルコキシドおよび前記金属アルコキシドのキレート誘導体を複数組み合わせて用いることも可能である。
また、化学式（２）で示される金属アルコキシドおよび前記金属アルコキシドのキレート誘導体は、あらかじめ加水分解反応、脱水重縮合させた重合体も用いることも可能である。
さらに、化学式（１）および化学式（２）の化合物を混合して無機バインダーマトリックスとして用いることも可能で、用途や粒子屈折率に合わせて適宜材料を選択することができる。
【００３９】
また、無機バインダーマトリックスに補助材としてＴｉＯ２またはＳｎＯ２などの酸化物微粒子を分散させて無機バインダーマトリックスの屈折率を調整することもできる。酸化物微粒子を加えすぎると、太陽電池用光散乱膜２の透過率が低下するので、酸化物微粒子の量は１０質量％以下とすることが好ましい。また、酸化物微粒子は、平均粒径が数ｎｍオーダーの微粒子を用いることが好ましい。
【００４０】
次に、太陽電池用光散乱膜２を構成する無機散乱粒子の材料としては、無機酸化物が好ましい。たとえば、１．４０〜１．５０程度の屈折率を有するシリカなどの微粒子フィラーあるいはエアロゲル（多孔質シリカ等）などの中空フィラーなどを用いることができる。
また、１．６以上の高屈折率の無機散乱粒子としては、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛などの無機酸化物からなる材料を無機バインダーマトリックスの屈折率に合わせて適宜選択することができる。
また、無機散乱粒子は、種類の異なる２種類以上の粒子で構成されていてもよい。たとえば、無機バインダーマトリックス中に、酸化アルミニウム粒子と酸化スズ粒子とが混在されていても良い。
【００４１】
無機バインダーマトリックスに対する分散性を向上させるために、無機散乱粒子の表面に対して適当な処理を行ってもよい。
たとえば、シランカップリング剤または界面活性剤などにより表面を被覆する処理を行うことにより、あるいは、アルコール、アミン、または有機酸などを用いて表面を化学処理することにより、無機バインダーマトリックスに対する無機散乱粒子の分散性を向上させることができる。
【００４２】
無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子の組み合わせは、無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差で選択することができ、どちらの屈折率が高いかは関係なく選択することができる。
たとえば、化学式（１）で示される有機珪素化合物を用いたシリカ系の無機バインダーを用いた場合には、無機バインダーマトリックスの屈折率がおおよそ１．４〜１．５の範囲となり、屈折率１．６前後の酸化アルミニウム粒子あるいは屈折率１．９程度の酸化スズ粒子との組み合わせることにより、それらの屈折率差が０．２〜０．５となるので好適である。なお、酸化アルミニウム粒子と酸化スズ粒子の両方の粒子を無機バインダーマトリックスに添加しても良い。
化学式（１）で示される有機珪素化合物からなるシリカ系の無機バインダーと、化学式（２）で示される金属アルコキシドのキレート誘導体とを組み合わせた有機無機複合バインダーを用いた場合には、焼成して形成する無機バインダーマトリックスの屈折率が１．６〜１．８の範囲となるので、無機散乱粒子として屈折率１．４〜１．５程度のシリカ粒子を用いることにより、それらの屈折率差が０．２〜０．３となるので好適である。
なお、上記組み合わせはあくまで例示であり、かかる組み合わせに限定されるものではない。
【００４３】
無機散乱粒子の平均粒径は、１．０〜１０．０μｍであることが好ましく、１．０〜３．０μｍがより好ましく、１．２〜１．４５μｍが更に好ましい。
無機散乱粒子の平均粒径が１．０μｍ未満の場合には、十分な散乱が得られないため好ましくなく、無機散乱粒子の平均粒径が１０．０μｍを超える場合には、粒径が大きくすぐに液中で沈下してしまうため好ましくない。
なお、無機散乱粒子の平均粒径は、粒度分布計ＳＤ−２０００（シスメックス株式会社製）で測定したものであって、無機散乱粒子が球状の場合には、無機散乱粒子の直径の平均値であり、無機散乱粒子が回転楕円体の場合には、短径の平均値である。
【００４４】
無機散乱粒子は、平均粒径が異なる２種類の無機散乱粒子を混ぜて用いることがより好ましい。平均粒径が異なる２種類の無機散乱粒子を混ぜて用いることによって、長波長側の光をより散乱させることができ、光電変換層４において発電量を増加させることができるためである。たとえば、平均粒径が１．０〜１．９μｍである無機散乱粒子と、平均粒径が１．５〜１．９μｍである散乱粒子を混合して用いることが好ましい。
【００４５】
太陽電池用光散乱膜２の膜厚は、無機散乱粒子の平均粒径より大きくすることが好ましい。光散乱膜２の膜厚が無機散乱粒子の平均粒径より小さい場合には、光散乱膜２の表面に、無機散乱粒子に起因する凹凸形状が形成され、平坦面２ｂの表面粗さを１００Å以下にすることが困難になるためである。
【００４６】
無機バインダーマトリックスに分散させる無機散乱粒子の含有量は４０質量％以下が好ましい。
無機バインダーマトリックスに分散させる無機散乱粒子の含有量が４０質量％を超える場合には、無機散乱粒子を均一に分散させることができなくなり、太陽電池用光散乱膜２の透過率やヘイズ率など特性が面内でばらつくおそれが発生するため好ましくない。
【００４７】
太陽電池用光散乱膜２は、まず、未硬化の無機バインダーマトリックス中に無機散乱粒子を分散させた溶液を調製し、この溶液をスピンコーティング法、ロールコート法、スプレー法、バーコート法、ダイコート法、フローコート法あるいはデッピング法などのウエットプロセスを用いて、基板表面に成膜して形成する。なお、この溶液には、有機溶剤、分散助剤、レベリング剤、及びカップリング剤のような添加剤を含有させることができる。
【００４８】
また、太陽電池用光散乱膜２は、耐熱性材料からなることが望ましい。光電変換層４を成膜する工程においては２００℃以上の高温成膜が、また上部電極３を成膜する工程においては、熱ＣＶＤ法などを採った場合には４００〜５００℃近い温度がかかるため、耐熱性があることが望ましい。
【００４９】
また、太陽電池用光散乱膜２は、熱膨張係数がＳｉに近いことが望ましく、６０ｐｐｍ／℃よりも小であることが望ましい。
さらにまた、太陽電池用光散乱膜２は、紫外線吸収剤を添加するもしくは紫外線吸収機能層を含むことによって、耐紫外線性を具備させることが望ましい。太陽電池を屋外で使用する場合には、太陽光によって基板表面は紫外線に曝されるためである。なお、太陽電池用光散乱膜２の外側に紫外線吸収機能層が設けられていてもよい。例えば太陽電池用光散乱膜２と基板との間に紫外線吸収機能層が設けられていてもよい。
【００５０】
上部電極層３の材料としては、透明導電性酸化物が好ましい。
たとえば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化インジウムカドミウム（ＣｄＩｎ２Ｏ４）、酸化カドミウムスズ（Ｃｄ２ＳｎＯ４）、酸化亜鉛スズ（Ｚｎ２ＳｎＯ４）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）などを挙げることができる。
また、透明導電性酸化物に不純物を添加（ドープ）してもよい。たとえば、酸化インジウムにスズ（Ｓｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）をドープしたり、酸化スズにアンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）をドープしたり、酸化亜鉛にインジウム、アルミニウム、ガリウム（Ｇａ）をドープしたりすることができる。
特に、酸化スズにフッ素をドープしたものと、酸化亜鉛にガリウムまたはアルミニウムをドープしたものが好ましい。次の光電変換層４の形成工程において、上部電極層３が水素プラズマに曝されるので、ＦドープしたＳｎＯ２あるいはＧａドープもしくはＡｌドープしたＺｎＯなどのような還元雰囲気に強い材料が好ましいためである。
【００５１】
上部電極層３の作成方法は、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ゾル−ゲル法などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００５２】
光電変換層４は、ｐ型薄膜シリコン層４１、ｉ型薄膜シリコン層４２、ｎ型薄膜シリコン層４３を積層して形成する。
光電変換層４を構成する材料は、結晶質および非結晶質シリコンのどちらを用いてもよい。また、結晶質および非結晶質のシリコンカーバイドあるいはシリコンゲルマニウムなどのシリコンを３０％以上含有する材料を用いてもよい。
【００５３】
光電変換層４の形成には、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、Ｈｏｔ−ｗｉｒｅ  ＣＶＤ法などの作成方法を用いる。特に、プラズマＣＶＤ法を用いることが好ましい。プラズマＣＶＤ装法は、膜質の良い膜を高い生産性で形成することができるためである。
【００５４】
ｐ型薄膜シリコン層４１は、光電変換層４を形成する過程において、まずｐ型ドーパントであるボロン、ガリウム、アルミニウムなどをドーピングして形成する。
ｐ型ドーピングに用いる原料は、ボロン源はジボラン、Ｂ（ＣＨ３）３、ＢＦ３などを挙げることができ、ガリウム源はトリメチルガリウム、トリエチルガリウムなどを挙げることができ、アルミニウム源は、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウムなどを挙げることができるが、これらの材料に限定されるものではない。
【００５５】
また、ｐ型薄膜シリコン層４１の形成の際に、炭素をドーピングすることにより、ｐ型薄膜シリコン層のバンドギャップを大きくして、より多くの光をｉ層内に導くことができ、多くのキャリアを生成できる構成とすることができる。この場合の原料の炭素源はメタンを挙げることができる。
【００５６】
ｉ型薄膜シリコン層４２は、ｐ型薄膜シリコン層４１を形成した後、ドーパントをドーピングせずに形成する。
ｎ型薄膜シリコン層４３は、ｉ型薄膜シリコン層４２を形成した後、ｎ型ドーパントであるリンなどをドーピングして形成する。
【００５７】
下部電極層５は、下部透明導電電極５１と金属電極５２を順次積層して形成する。
下部電極層５の作成方法は、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ゾル−ゲル法などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００５８】
下部透明導電電極５１の材料は、導電性があり、透明な酸化物からなる材料であればよい。
たとえば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化インジウムカドミウム（ＣｄＩｎ２Ｏ４）、酸化カドミウムスズ（Ｃｄ２ＳｎＯ４）、酸化亜鉛スズ（Ｚｎ２ＳｎＯ４）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）などを挙げることができる。
また、上記の酸化物に不純物を添加（ドープ）してもよい。たとえば、酸化インジウムにスズ（Ｓｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）をドープしたり、酸化スズにアンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）をドープしたり、酸化亜鉛にインジウム、アルミニウム、ガリウム（Ｇａ）をドープしたりすることができる。
【００５９】
金属電極５２の材料は、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｃｒなどの金属が好ましく、Ａｌが特に好ましい。Ａｌは、鏡面反射性を有しており、光を素子内に閉じ込めることができるとともに、光電変換層４で生じたキャリアを効率よく取り出すことができるためである。また、前記金属を含有する合金であってもよい。
【００６０】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態である太陽電池の別の一例を示す断面模式図である。
基板１上に太陽電池用光散乱膜２、上部電極層３、光電変換層４、下部光電変換層６、下部電極層５が順次積層されて、太陽電池１０１が構成されている。
基板１は、光取り込み面１ａを有し、その反対側の面１ｂに太陽電池用光散乱膜２の一面２ａが接合されている。太陽電池用光散乱膜２の他面側は平坦性を有し平坦面２ｂとされている。このようにして、基板１と太陽電池用光散乱膜２とからなる光学部材１０が形成されている。
光電変換層４は、ｐ型薄膜シリコン層４１、ｉ型薄膜シリコン層４２、ｎ型薄膜シリコン層４３がこの順序で積層されて形成されている。
下部光電変換層６は、ｐ型薄膜シリコン層６１、ｉ型薄膜シリコン層６２、ｎ型薄膜シリコン層６３がこの順序で積層されて形成されている。また、下部電極層５は、下部透明導電電極５１と金属電極５２がこの順序で積層されて形成されている。
このように、基板１、上部電極層３、光電変換層４、下部光電変換層６、下部電極層５がこの順序で積層された構造を「タンデム型」と呼称する。
なお、実施形態１と同一の部材については、同一の符号を付して示してある。
【００６１】
「タンデム型」構造においては、図２において光の入射方向が矢印Ａによって示されているように、光は光取り込み面１ａから基板１に入射され、基板１内部を通過した後、光取り込み面１ａの反対側の面１ｂに接合された太陽電池用光散乱膜２に入射される構成となっている。さらに、太陽電池用光散乱膜２および上部電極層３を通過して、光電変換層４および下部光電変換層６に入射される。この光電変換層４および下部光電変換層６において光起電力を生じ、光は電力へと変換される構成となっている。
【００６２】
図２に示すように、「タンデム型」は光電変換層４と下部光電変換層６の２つの光電変換層を直列につなげた構造である。２つの光電変換層を有するため、１つの光電変換層しか有しない太陽電池よりも、光起電力の大きさを上げることができる。
なお、「タンデム型」では、バンドギャップの大きい太陽電池素子が光入射側に設置された方が、有効に光を利用できるため、光電変換層４がアモルファスシリコン太陽電池、アモルファスシリコンカーバイド太陽電池または微結晶シリコンカーバイド太陽電池、下部光電変換層６が微結晶シリコン太陽電池またはシリコンゲルマニウム太陽電池などであることが好ましい。また更にもう一層、光電変換層４を設けて光電変換層４を３つ直列につなげる「トリプル型」太陽電池もまた好適に用いられる。この場合は、基板に近い光電変換層側から順にバンドギャップの高いｉ層と用いることが好ましい。
【００６３】
（実施形態３）
図３は、本発明の実施形態である太陽電池のさらに別の一例を示す断面模式図である。
基板１１上に下部電極層５、光電変換層４、上部電極層３、太陽電池用光散乱膜２が順次積層されて、太陽電池１０３が構成されている。
基板１１上に下部電極層５が設けられている。下部電極層５は、金属電極５２、下部透明導電電極５１がこの順序で積層されて形成されている。下部透明導電電極５１の上には、光電変換層４が設けられている。
光電変換層４は、ｎ型薄膜シリコン層４３、ｉ型薄膜シリコン層４２、ｐ型薄膜シリコン層４１がこの順序で積層されて形成されている。光電変換層４の上には、上部電極層３が設けられている。
さらに、上部電極層３の一面は、太陽電池用光散乱膜２の平坦面２ｂに接合されている。そのため、上部電極層３、光電変換層４および下部電極層５は平坦性を確保できる構成となっている。太陽電池用光散乱膜２の平坦面２ｂの他面側には、光取り込み面２ａが設けられ、光を太陽電池１０３の内部に取り込むことができる構成となっている。
また、このように、上部電極層３、光電変換層４、下部電極層５、基板１１がこの順序で積層された構造を「サブストレートタイプ」と呼称する。
なお、実施形態１と同一の部材については、同一の符号をつけて示してある。
【００６４】
「サブストレートタイプ」構造においては、図３において光の入射方向が矢印Ａによって示されているように、光は光取り込み面２ａから太陽電池用光散乱膜２に入射され、太陽電池用光散乱膜２内部を通過した後、光取り込み面２ａの反対側の平坦面２ｂに接合された上部電極層３に入射される構成となっている。さらに、上部電極層３を通過して、光電変換層４に入射される。この光電変換層４において光起電力を生じ、光は電力へと変換される構成となっている。
【００６５】
基板１１は、不透明な材料であってもよい。「サブストレートタイプ」構造においては、基板１１側の反対側の面、すなわち太陽電池用光散乱膜２の光取り込み面２ａから光が入射され、光電変換層４において光電変換され光起電力を生ずるためである。たとえば、ガラス、石英および透明性ポリイミドなどの透明な材料を用いることもできるが、不透明性ポリイミド、ステンレス薄板などを用いることもできる。
【００６６】
（実施形態４）
図４は、本発明の実施形態である太陽電池のさらに別の一例を示す断面模式図である。なお、実施形態１と同一の部材については、同一の符号をつけて示してある。
図４に示すように、太陽電池１０４は、基板１１上に、下部電極層９、光電変換層８及び太陽電池用光散乱膜（光閉じ込め層）２が順次積層されて構成されている。また、光電変換層８は、下部電極層９側から光吸収層８１、高抵抗バッファー層７及び上部電極層３がこの順序で積層されている。
上部電極層３の高抵抗バッファー層７と反対側の面（一方の主面）は、太陽電池用光散乱膜２の平坦面２ｂに接合されている。また、太陽電池用光散乱膜２の平坦面２ｂと反対側の面は、光取り込み面２ａとされ、光を太陽電池１０４内部に取り込むことができる構成となっている。
【００６７】
高抵抗バッファー層７の材料は、たとえば硫化カドミニウム（ＣｄＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、水酸化亜鉛（Ｚｎ（ＯＨ）２）及び硫化インジウム（ＩｎＳ）などが好ましい。また、これらの材料を複数組み合わせて用いてもよい。
光電変換層８は、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）及びセレン（Ｓｅ）などの一部または全てから成るカルコパイライト系化合物で形成されている。
下部電極層９は、たとえばモリブデン（Ｍｏ）が好ましいが、これに限るものではない。
【００６８】
（実施形態５）
図５は、本発明の実施形態である太陽電池のさらに別の一例を示す断面模式図である。なお、実施形態１と同一の部材については、同一の符号をつけて示してある。
図５に示すように、太陽電池１０５は、光学部材１０、上部電極層３、光電変換層１２及び下部電極層１３が順次積層されている。光学部材１０は、基板１及び太陽電池用光散乱膜２が積層されて形成されている。太陽電池用光散乱膜２の基板１と反対側の面２ｂには、上部電極層３が接合されている。
【００６９】
光電変換層１２は、上部電極層３側から硫化カドミウム（ＣｄＳ）層１２ａ、カドミウムテルル（ＣｄＴｅ）層１２ｂがこの順序で積層されて構成されている。
下部電極層１３は、たとえばカーボン（Ｃ）が好ましいが、これに限るものではない。
基板１の光取り込み面１ａから太陽電池１０５に入射された光は、光取り込み面２ａから太陽電池用光散乱膜２に入射され、光取り込み面２ａと反対側の面２ｂから上部電極層３に入射される。その後、光電変換層１２に入射される。
【００７０】
（実施形態６）
図６は、本発明の実施形態である太陽電池のさらに別の一例を示す断面模式図である。なお、実施形態１と同一の部材については、同一の符号をつけて示してある。
図６に示すように、太陽電池１０６は、光学部材１０、上部電極層３、光電変換層１４及び下部電極層５’が順次積層されている。光学部材１０は、基板１及び太陽電池用光散乱膜２が積層されて形成されている。太陽電池用光散乱膜２の光取り込み面２ａには基盤１が接合され、太陽電池用光散乱膜２の基板１と反対側の面２ｂには上部電極層３が接合されている。また、下部電極層５’は、光電変換層１４側から、金属電極５２と下部透明導電電極５１とが順次積層されて形成されている。
【００７１】
光電変換層１４は、上部電極層３側から電極層１４ａ、色素層１４ｂ及び電解質層１４ｃがこの順序で積層されて構成されている。
なお、色素層１４ｂは、電極層１４ａに担持されていればよく、光電変換層１４は、図６に示すように、電極層１４ａ、色素層１４ｂ及び電解質層１４ｃを分離させた構成に限られるものではない。たとえば、光電変換層１４は、分子表面上に色素層１４ｂが付着されてなる電極層１４ａと電解質層１４ｃとの２層構成としてもよく、電極層１４ａおよび色素層１４ｂにそれぞれ電解質層１４ｃが混合されている２層構成としてもよい。
【００７２】
基板１１は、ポリエチレンテレフタラート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＥＴ）などの透明樹脂フィルムを用いることができる。
電極層１４ａは、多孔質の半導体からなることが望ましく、前記多孔質の半導体としては、たとえば、酸化チタン（ＴｉＯ２）を挙げることができる。
色素層１４ｂは、色素を含む層であり、光吸収材料からなることが望ましく、前記光吸収材料としては、たとえば、ルテニウム（Ｒｕ）錯体色素を挙げることができる。
電解質層１４ｃは、電解質からなることが望ましく、前記電解質としては、たとえば、ヨウ素溶液を挙げることができる。また、電解質層１４ｃの状態は固体、液体、気体のいずれの状態でもよく、それらの中間の状態であってもよい。
【００７３】
（実施形態７）
図７は、本発明の実施形態である太陽電池のさらに別の一例を示す断面模式図である。なお、実施形態１と同一の部材については、同一の符号をつけて示してある。
図７に示すように、太陽電池１０７は、光学部材１０、上部電極層３、光電変換層１５及び下部電極層１６が順次積層されている。光学部材１０は、基板１及び太陽電池用光散乱膜２が積層されて形成されている。太陽電池用光散乱膜２の光取り込み面２ａには基板１が接合され、太陽電池用光散乱膜２の基板１と反対側の面２ｂには上部電極層３が接合されている。下部電極層１６としては、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）を用いることが好ましいが、これに限るものではない。
【００７４】
光電変換層１５は、上部電極層３側から有機半導体ｐ層１５ａ、有機半導体ｉ層１５ｂ、有機半導体ｎ層１５ｃがこの順序で積層されて構成されている。
なお、光電変換層１５は、有機半導体ｐ層１５ａおよび有機半導体ｎ層１５ｃの２層構成や、有機半導体ｐ層１５ａ、有機半導体ｉ層１５ｂ、有機半導体ｎ層１５ｃの群から選択される２層または３層の構成要素を混合した１層構成としても構わない。
【００７５】
光電変換層１５は、半導体の性質を示す有機半導体材料からなることが望ましい。前記有機半導体材料としては、たとえば、銅フタロシニアン（ＣｕＰｃ）、ジンクフタロシアニン（ＺｎＰｃ）、ポリ３ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）、フラーレン誘導体などが挙げられる。
以下、本発明の効果について説明する。
【００７６】
本発明の実施形態である太陽電池用光散乱膜２は、無機バインダーマトリックス中に、前記無機バインダーマトリックスと屈折率が異なる無機散乱粒子が分散されているので、太陽電池において効果的に光を散乱させることができる。
【００７７】
本発明の実施形態である太陽電池用光散乱膜２は、平坦面２ｂを有し、その平坦面２ｂの表面粗さが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とされているので、その上に成膜する半導体層に欠陥を生じさせず、半導体膜に多くの欠陥を誘起して出力電圧や曲線因子を悪化させ、変換効率を悪化させることがない。
【００７８】
本発明の実施形態である太陽電池用光散乱膜２は、透過率が７０％以上であり、ヘイズ率が２０〜９０％であるので、光閉じ込め効果を向上させることができ、太陽電池１００、１０１、１０３の変換効率を向上させることができる。
【００７９】
本発明の実施形態である太陽電池用光散乱膜２は、無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差が０．０５〜０．６０であるので、光閉じ込め効果を向上させることができ、太陽電池１００、１０１、１０３の変換効率を向上させることができる。
【００８０】
本発明の実施形態である太陽電池用光散乱膜２は、無機バインダーマトリックスが化学式（１）で示される有機珪素化合物、前記有機珪素化合物の加水分解重合体、化学式（２）で示される金属アルコキシド、前記金属アルコキシドのキレート誘導体または前記金属アルコキシドのキレート誘導体の重合体から選ばれる１種以上の材料からなる構成なので、成膜により容易に平坦面２ｂを形成することができ、平坦面２ｂ上に形成する半導体層に欠陥を生じさせないようにすることができる。また、無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差を０．０５〜０．６０とすることができ、光閉じ込め効果を向上させることができる。
【００８１】
本発明の実施形態である太陽電池用光散乱膜２は、無機バインダーマトリックスが、４００℃以上の温度で焼成されてなる構成なので、残存有機物を少なくして、耐熱性を持たせることができる。
【００８２】
本発明の実施形態である太陽電池用光学部材１０は、先に記載の太陽電池用光散乱膜２と、太陽電池用光散乱膜２の平坦面２ｂと反対側の面２ａに配置された透明基体１とからなるので、太陽電池用光散乱膜２の上に成膜する半導体層に欠陥を生じさせることがないとともに、光閉じ込め効果を向上させる効果も有するので、太陽電池１００、１０１の変換効率を向上させることができる。
【００８３】
本発明の実施形態である太陽電池１００、１０１、１０３は、光電変換層４を備えてなる太陽電池であって、光電変換層４の少なくとも光取り込み側に先に記載の太陽電池用光散乱膜２が備えられているので、欠陥のない半導体膜を具備した太陽電池とすることができるとともに、光閉じ込め効果が高められ、変換効率の高い太陽電池とすることができる。
【００８４】
本発明の実施形態である太陽電池１００、１０１、１０３は、光電変換層４が、単結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜シリコンの少なくとも一つからなる構成なので、光閉じ込め効果が高められ、変換効率の高い太陽電池とすることができる。
【００８５】
本発明の実施形態である太陽電池１０４は、光電変換層８が、カルコパイライト系化合物からなる構成なので、光閉じ込め効果が高められ、変換効率の高い太陽電池とすることができる。
【００８６】
本発明の実施形態である太陽電池１０５は、光電変換層１２が、カドミウムテルルからなる構成なので、光閉じ込め効果が高められ、変換効率の高い太陽電池とすることができる。
【００８７】
本発明の実施形態である太陽電池１０６は、光電変換層１４が、色素を有する構成なので、光閉じ込め効果が高められ、変換効率の高い太陽電池とすることができる。
【００８８】
本発明の実施形態である太陽電池１０７は、光電変換層１５が、有機半導体材料からなる構成なので、光閉じ込め効果が高められ、変換効率の高い太陽電池とすることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【実施例】
【００８９】
（実施例１）
まず、テトラエトキシシラン４１．０質量部と３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン１１．６質量部を（ｍｏｌ比で８０／２０）混合した後、イソプロピルアルコール１４．４質量部と、０．１Ｎ塩酸３３．２質量部を添加して、１時間加水分解反応させ、固形分２０ｗｔ％のシリカ系有機無機複合バインダーを得た。
このシリカ系有機無機複合バインダー１００質量部に平均粒径１μｍの酸化アルミナ粒子（屈折率１．６２）６質量部を混合して、太陽電池用光散乱膜を形成する塗布液を調整した。
【００９０】
次に、この塗布液をコーニング１７３７ガラス基板上にバーコーターを用い塗布後、乾燥機で１２０℃５分乾燥し、さらに５００℃で３０分間焼成することにより、コーニング１７３７ガラス基板上に厚さ２．０μｍの太陽電池用光散乱膜を形成し、ガラス基板と太陽電池用光散乱膜からなる太陽電池用光学部材を作製した。
太陽電池用光散乱膜の表面はきわめて平坦であり、表面粗さＲａは１５ｎｍであった。また、太陽電池用光散乱膜のヘイズ率は６３％、透過率は８０％であった。
酸化アルミナ粒子未添加の塗布液で同様の操作を行い、シリカ系有機無機複合バインダーのみの被膜を作製し、屈折率測定したところ、１．４０であり、シリカ系有機無機複合バインダーと酸化アルミナ粒子との屈折率差は０．２２であった。
【００９１】
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、ＺｎＯ：Ｇａ（Ｇａ：５ｗｔ％）セラミックターゲットをスパッタし、太陽電池用光散乱膜上にガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を成膜温度２５０℃で２００ｎｍ成膜し、上部電極層を形成した。
次に、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜上に、膜厚２０ｎｍのｐ型アモルファスシリコンカーバイド層、膜厚３００ｎｍのｉ型アモルファスシリコン層、膜厚２５ｎｍのｎ型アモルファスシリコン層をこの順序で成膜し、光電変換層を形成した。各々の成膜温度はｐ型アモルファスシリコンカーバイド層が２００℃、ｉ型アモルファスシリコン層が２８０℃、ｎ型アモルファスシリコン層が２８０℃であった。
引き続き、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、ＺｎＯ：Ｇａ（Ｇａ：５ｗｔ％）セラミックターゲットをスパッタし、膜厚１５ｎｍのガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を成膜し、下部透明電極を形成した。
最後に、真空蒸着装置により、下部透明電極の上に膜厚１００ｎｍのアルミニウムからなる金属電極を成膜して、下部透明電極と金属電極とからなる下部電極を形成して、「スーパーストレートタイプ」の太陽電池サンプル（実施例１サンプル）を作製した。
【００９２】
（実施例２）
まず、実施例１で用いたシリカ系有機無機複合バインダー１００質量部に平均粒径１μｍの酸化スズ粒子（屈折率１．８６）６質量部を混合して、太陽電池用光散乱膜を形成する塗布液を調整した。
【００９３】
次に、実施例１と同様の方法で、厚さ２．０μｍの太陽電池用光散乱膜を形成し、ガラス基板と太陽電池用光散乱膜とからなる太陽電池用光学部材を作製した。
太陽電池用光散乱膜の表面はきわめて平坦であり、表面粗さＲａは２０ｎｍであった。また、この太陽電池用光散乱膜のヘイズ率は８２．０％、透過率は７８％であった。実施例１の結果から、シリカ系有機無機複合バインダーの屈折率は１．４０であるので、シリカ系有機無機複合バインダーと酸化スズ粒子との屈折率差は０．４６であった。
【００９４】
さらに、実施例１と同様の方法で、上部電極層、光電変換層、下部透明電極と金属電極とからなる下部電極を順次積層し、「スーパーストレートタイプ」の太陽電池サンプル（実施例２サンプル）を作製した。
【００９５】
（実施例３）
まず、実施例１、２で用いたシリカ系有機無機複合バインダー５０質量部にチタンキレートとしてチタニウムジイソプロポキシビス（アセチルアセトネート）５０質量部を混合し、さらに平均粒径１．５μｍの酸化ケイ素粒子（屈折率１．４４）６質量部を混合して、太陽電池用光散乱膜を形成する塗布液を調整した。
【００９６】
次に、実施例１と同様の方法で、厚さ２．５μｍの太陽電池用光散乱膜を形成し、ガラス基板と太陽電池用光散乱膜とからなる太陽電池用光学部材を作製した。
太陽電池用光散乱膜の表面はきわめて平坦であり、表面粗さＲａは３７ｎｍであった。また、この太陽電池用光散乱膜のヘイズ率は５０．５％、透過率は８５％であった。
酸化ケイ素粒子未添加の塗布液で同様の操作を行い、実施例３のシリカ系有機無機複合バインダーのみの被膜を作製し、屈折率測定したところ、１．６５であり、シリカ系有機無機複合バインダーと酸化ケイ素粒子との屈折率差は０．２１であった。
【００９７】
さらに、実施例１と同様の方法で、上部電極層、光電変換層、下部透明電極と金属電極とからなる下部電極を順次積層し、「スーパーストレートタイプ」の太陽電池サンプル（実施例３サンプル）を作製した。
【００９８】
（実施例４）
コーニング１７３７ガラス基板上に真空蒸着法でアルミニウムからなる金属電極１００ｎｍ成膜し、引き続きＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いてＺｎＯ：Ｇａ（Ｇａ：５ｗｔ％）セラミックターゲットをスパッタし、ＧａドープＺｎＯ膜を１５ｎｍ形成した。引き続きプラズマＣＶＤ装置を用いて膜厚２５ｎｍのｎ型アモルファスシリコン層、膜厚３００ｎｍのｉ型アモルファスシリコン層、膜厚２０ｎｍのｐ型アモルファスシリコンカーバイド層をこの順序で成膜し、光電変換層を形成した。各々の成膜温度はｎ型アモルファスシリコン層が２８０℃、ｉ型アモルファスシリコン層が２８０℃、ｐ型アモルファスシリコンカーバイド層が２００℃であった。次にＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、ＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ２Ｏ３、Ｓｎ：１０ｗｔ％）セラミックターゲットをスパッタし、ＩＴＯからなる上部電極を８０ｎｍ形成した。
【００９９】
次に、実施例１で調整したのと同様の塗布液を、上記上部電極上にバーコーターを用いて塗布し、乾燥機にて１２０℃５分乾燥して塗膜を形成し、さらに２８０℃で３０分間焼成することにより、太陽電池用光散乱膜（厚さ２．０μｍ）を形成し、「サブストレートタイプ」の太陽電池サンプル（実施例４サンプル）を作製した。なお、太陽電池サンプルの上部電極に太陽電池用光散乱膜を形成すると同時に、ヘイズ率測定用ガラス基板に太陽電池用光散乱膜を形成し、ヘイズ率測定サンプルを作製した。
太陽電池用光散乱膜の表面は極めて平坦であり、表面粗さＲａは１５ｎｍであった。また、太陽電池用光散乱膜のヘイズ率は５５．０％、透過率は８０％であった。なお、ヘイズ率の測定は、上記ヘイズ率測定サンプルを用いて行った。
酸化アルミナ粒子未添加の塗布液で同様の操作を行い、シリカ系有機無機複合バインダーのみの被膜を作製し、屈折率測定したところ、１．４０であり、シリカ系有機無機複合バインダーと酸化アルミナ粒子との屈折率差は０．２２であった。
【０１００】
（比較例１）
まず、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、ＺｎＯ：Ｇａ（Ｇａ：５ｗｔ％）セラミックターゲットをスパッタし、ヘイズ率が１０％のＡｓａｈｉ−Ｔｙｐｅ−Ｕ基板（旭硝子（株）製、ヘイズ率１０％、透過率７８％）上に、ガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を成膜温度２５０℃で２００ｎｍ成膜し、上部電極層を形成した。
次に、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜上に、膜厚２０ｎｍのｐ型アモルファスシリコンカーバイド層、膜厚３００ｎｍのｉ型アモルファスシリコン層、膜厚２５ｎｍのｎ型アモルファスシリコン層をこの順序で成膜し、光電変換層を形成した。
引き続き、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、ＺｎＯ：Ｇａ（Ｇａ：５ｗｔ％）セラミックターゲットをスパッタし、膜厚１５ｎｍのガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を成膜し、下部透明電極を形成した。
最後に、真空蒸着装置により、下部透明電極の上に膜厚１００ｎｍのアルミニウムからなる金属電極を成膜して、下部透明電極と金属電極とからなる下部電極を形成して、「スーパーストレートタイプ」の太陽電池サンプル（比較例１サンプル）を作製した。
【０１０１】
（比較例２）
メラミン・ホルムアルデヒド縮合粒子（（株）日本触媒製、商品名「エポスターＳ１２」）を５質量部と、アルカリ可溶アクリル樹脂を２０質量部と、多官能アクリルモノマー（東亜合成（株）製、商品名「アロニックスＭ−４００」）を１０質量部と、光重合開始剤（チバスペシャリティケミカルズ社製、商品名「イルガキュアー９０７」）を０．５質量部と、有機溶媒（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）を１２０質量部とを充分に混合して、太陽電池用光散乱膜を形成する塗布液を調整した。なお、メラミン・ホルムアルデヒド縮合粒子（屈折率：１．５１）は、平均粒径１〜２μｍのものを用いた。
次に、上述の塗布液を所定量コーニング１７３７ガラス基板上に滴下し、このガラス基板を毎分８００回転の回転速度で５秒間回転させることにより、塗膜を形成した。この塗膜を乾燥させた後、２３０℃で６０分間焼成することにより、コーニング１７３７ガラス基板上に厚さ２．５μｍの太陽電池用光散乱膜を形成し、ガラス基板と太陽電池用光散乱膜とからなる太陽電池用光学部材を作製した。
作製された太陽電池用光散乱膜の表面は極めて平坦であり、表面粗さＲａは２３ｎｍであった。また、太陽電池用光散乱膜のヘイズ率は５８．２％、透過率は９０％であった。さらに、太陽電池用光散乱膜のバインダーマトリックスの屈折率は１．６３であった。
【０１０２】
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、ＺｎＯ：Ｇａ（Ｇａ：５ｗｔ％）セラミックターゲットをスパッタし、太陽電池用光散乱膜上にガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を成膜温度２５０℃で２００ｎｍ成膜し、上部電極層を形成した。
次に、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜上に、膜厚２０ｎｍのｐ型アモルファスシリコンカーバイド層、膜厚３００ｎｍのｉ型アモルファスシリコン層、膜厚２５ｎｍのｎ型アモルファスシリコン層をこの順序で成膜し、光電変換層を形成した。各々の成膜温度は、ｐ型アモルファスシリコンカーバイド層が２００℃、ｉ型アモルファスシリコン層が２８０℃、ｎ型アモルファスシリコンカーバイド層が２８０℃であった。
引き続き、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、ＺｎＯ：Ｇａ（Ｇａ：５ｗｔ％）セラミックターゲットをスパッタし、膜厚１５ｎｍのガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を成膜し、下部透明電極を形成した。
最後に、真空蒸着装置により、下部透明電極の上に膜厚１００ｎｍのアルミニウムからなる金属電極を室温で形成して、下部透明電極と金属電極とからなる下部電極を形成して、「スーパーストレートタイプ」の太陽電池サンプル（比較例２サンプル）を作製した。
【０１０３】
実施例１〜４および比較例１、２で作製した太陽電池サンプルの特性測定実験を行った。
２５℃の雰囲気中で、ソーラーシミュレーターによってＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２の擬似太陽光を作り出し、これを各太陽電池サンプルに照射して、開放電圧、曲線因子、短絡電流および変換効率の４つの特性を測定した。
実施例１〜４および比較例１、２の太陽電池用光散乱膜の特性を表１にまとめて示すとともに、実施例１〜４および比較例１、２の太陽電池の特性を表２および図４に示す。ここで透過率とは波長４００ｎｍ〜８００ｎｍでの積分球による透過率測定値（空気をレファレンスとして測定）の平均値で表している。
表２および図４から分かるように、実施例１〜４の太陽電池サンプルの開放電圧、曲線因子、短絡電流および変換効率の値は、比較例１、２の太陽電池サンプルよりも高くなり、優れた発電特性を示すことがわかる。
【０１０４】
【表１】
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【０１０５】
【表２】
2009212507.tif 000004
【符号の説明】
【０１０６】
１…基板（透明基体）、１ａ…光取り込み面、１ｂ…反対側の面、２…太陽電池用光散乱膜、２ａ…光取り込み面、２ｂ…平坦面、３…上部電極層、４…光電変換層、５…下部電極層、５’…下部電極層、６…下部光電変換層、７…高抵抗バッファー層、８…光電変換層、９…下部電極層、１０…太陽電池用光学部材、１１…基板、１２…光電変換層、１２ａ…ＣｄＳ層、１２ｂ…ＣｄＴｅ層、１３…下部電極層、１４…光電変換層、１４ａ…電極層、１４ｂ…色素層（色素）、１４ｃ…電解質層、１５…光電変換層、１５ａ…有機半導体ｐ層、１５ｂ…有機半導体ｉ層、１５ｃ…有機半導体ｎ層、４１…ｐ型薄膜シリコン層、４２…ｉ型薄膜シリコン層、４３…ｎ型薄膜シリコン層、５１…下部透明導電電極、５２…金属電極、６１…ｐ型薄膜シリコン層、６２…ｉ型薄膜シリコン層、６３…ｎ型薄膜シリコン層、８１…光吸収層、１００，１０１，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７…太陽電池。
【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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