(57)【要約】 【課題】本発明は、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太陽電池用光散乱膜および太陽電池用光学部材、および変換効率が高い太陽電池を提供することを目的とする。【解決手段】マトリックス樹脂中に、前記マトリックス樹脂よりも屈折率が低い散乱粒子が分散されてなる平坦面２ｂを有する太陽電池用光散乱膜２であって、前記光散乱膜２の透過率が７０％以上であり、ヘイズ率が５７〜９０％であることを特徴とする太陽電池用光散乱膜２により、上記課題を解決できる。【選択図】図１
2009016553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス樹脂中に、前記マトリックス樹脂よりも屈折率が低い散乱粒子が分散されてなる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５７〜９０％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５０〜３００Å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】
前記マトリックス樹脂と前記散乱粒子との屈折率差が０．０５〜０．３０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】
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５】
光電変換層を備えてなる太陽電池であって、
前記光電変換層の少なくとも光取り込み側に請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池用光散乱膜が備えられてなることを特徴とする太陽電池。
【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。
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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１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。
【０００５】
また、特許文献２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。
【特許文献１】特許第２８６２１７４号公報
【特許文献２】特許第３７０６８３５号公報
【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）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、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太陽電池用光散乱膜および太陽電池用光学部材、および変換効率が高い太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、マトリックス樹脂中に、前記マトリックス樹脂よりも屈折率が低い散乱粒子が分散されてなる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５７〜９０％であることを特徴とする。
【０００８】
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５０〜３００Åであることが好ましい。
【０００９】
本発明の太陽電池用光散乱膜は、前記マトリックス樹脂と前記散乱粒子との屈折率差が０．０５〜０．３０であることが好ましい。
【００１０】
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。
【００１１】
本発明の太陽電池用太陽電池は、光電変換層を備えてなる太陽電池であって、前記光電変換層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が備えられてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成によれば、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太陽電池用光散乱膜および太陽電池用光学部材、および変換効率が高い太陽電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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（透明基体）１上に光散乱膜（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に光散乱膜２の一面２ａが接合されている。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と光散乱膜２とからなる光学部材（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。
【００１４】
「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に接合された光散乱膜２に入射される構成となっている。さらに、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。
【００１５】
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。
【００１６】
また、基板１は、耐熱性材料からなることが望ましい。光電変換層４をアモルファスシリコン層で形成する場合には製造工程において熱処理が行われるので、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。
【００１７】
光散乱膜２は、マトリックス樹脂中に散乱粒子が分散されて構成されている。
マトリックス樹脂および散乱粒子は、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。
【００１８】
マトリックス樹脂と散乱粒子との屈折率差は０．０５〜０．３０であることが好ましく、０．１０〜０．２５がより好ましく、０．１２〜０．２０が更に好ましい。
マトリックス樹脂と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、マトリックス樹脂と散乱粒子との屈折率差が０．３０を超える場合には、光を十分に光電変換層４に入射させることができないため好ましくない。
マトリックス樹脂と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マトリックス樹脂と散乱粒子との屈折率差が０．０５〜０．３０となればよい。
【００１９】
また、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、５０〜３００Åであることが好ましく、５０〜１５０Åがより好ましく、５０〜１００Åが更に好ましい。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３００Å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。
前記平坦面２ｂの表面粗さＲａが３００Å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５０Å未満とすると、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。
【００２０】
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。
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。
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、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。
【００２１】
また、光散乱膜２は、ヘイズ率が５７〜９０％の膜であることが好ましく、６５〜７９％がより好ましい。
光散乱膜２のヘイズ率が５７％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、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。
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５７〜９０％となればよい。
なお、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。
【００２２】
光散乱膜２の透過率が７０％以上であり、かつヘイズ率が５７〜９０％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。
【００２３】
光散乱膜２を構成するマトリックス樹脂の材料としては、熱硬化型樹脂あるいは光硬化型樹脂のいずれかを用いればよい。
マトリックス樹脂に用いる熱硬化型樹脂としては、カルド樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などが好ましい。また、光硬化型樹脂としては、前記カルド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化型樹脂を変性させ２重結合を付加させたタイプが望ましい。
また、マトリックス樹脂は、１．５１〜１．６８の範囲の屈折率を有するものがよい。
たとえば、熱硬化型のカルド樹脂の屈折率は１．６２程度であり、アクリルモノマーで変性したカルド樹脂の屈折率は、１．５８程度である。
【００２４】
光散乱膜２をパターニング形成する場合は、マトリックス樹脂に光硬化型樹脂を用いるのが好ましい。光硬化型の樹脂にアクリルモノマー、光重合開始剤などを加えて感光性樹脂組成物としたものを用いれば、フォトリソグラフィ法などよってパターニングして光散乱膜２を形成することができる。
【００２５】
また、マトリックス樹脂に補助材として無機化合物を分散させて形成してもよい。無機化合物をマトリックス樹脂に分散させることによって、マトリックス樹脂の屈折率を更に高めて、散乱粒子との屈折率差をより大きくすることができる。また、透過率も高めることができる。無機化合物を加えすぎると、光散乱膜２の透過率が低下するので、無機化合物の量は１０質量％以下とすることが好ましい。また、無機化合物は、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。無機化合物としては、ＴｉＯ２のあるいはＳｎＯ２などを挙げることができる。
たとえば、マトリックス樹脂として熱硬化型のカルド樹脂を用い、補助材としてＴｉＯ２を分散させる場合には、ＴｉＯ２の濃度を２．５質量％程度とすることが好ましい。ＴｉＯ２を１０％程度含有させたカルド樹脂の屈折率は１．６４程度になる。
【００２６】
次に、光散乱膜２を構成する散乱粒子の材料としては、無機化合物あるいは樹脂が好ましい。また、散乱粒子は、１．４０〜１．５０程度の屈折率を有するものが好ましい。
散乱粒子に用いる無機化合物としては、シリカなどの無機酸化物、およびエアロゲル（多孔質シリカ等）などの中空フィラーなどが好ましい。
また、散乱粒子に用いる樹脂としては、アクリル樹脂（屈折率１．５１）、ハロゲン化アクリレートなどが好ましく、特に、フッ化アクリレートは屈折率が１．４５（ハロゲンランプＤ線５８９ｎｍ）と小さいため好ましい。
【００２７】
また、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、マトリックス樹脂中に、フッ化アクリレートからなる散乱粒子と中空フィラーからなる散乱粒子とが混在されていても良い。
【００２８】
マトリックス樹脂に対する分散性を向上させるために、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、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、透明樹脂、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、または、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、マトリックス樹脂に対する散乱粒子の分散性を向上させることができる。
【００２９】
上記のように、散乱粒子は、マトリックス樹脂の屈折率よりも低い屈折率を有する材料を選択するとよい。
表１は、マトリックス樹脂と散乱粒子の組み合わせの一例を示したものであり、マトリックス樹脂および散乱粒子の屈折率と、マトリックス樹脂と散乱粒子の屈折率差を示している。なお、この組み合わせはあくまで例示であり、本発明がこの組み合わせに限定されるものではない。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
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。
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、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、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、散乱粒子が球状の場合には、散乱粒子の直径の平均値であり、散乱粒子が回転楕円体の場合には、短径の平均値である。
【００３２】
散乱粒子は、平均粒径が異なる２種類の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。
【００３３】
光散乱膜２の膜厚は、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、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３００Å以下にすることが困難になるためである。
【００３４】
マトリックス樹脂に分散させる散乱粒子の含有量は３０質量％以下が好ましい。
マトリックス樹脂に分散させる散乱粒子の含有量が３０質量％を超える場合には、散乱粒子を均一に分散させることができなくなり、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。
【００３５】
光散乱膜２は、まず、未硬化のマトリックス樹脂中に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。
【００３６】
また、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をアモルファスシリコン層で形成する場合には製造工程において熱処理が行われるので、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。少なくとも２３０〜２５０℃で３時間の耐熱性があることが望ましい。
【００３７】
また、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、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、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、ゾルー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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、ゾルー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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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に光散乱膜２の一面２ａが接合されている。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。
【００４９】
「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に接合された光散乱膜２に入射される構成となっている。さらに、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。
【００５０】
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、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。
【００５１】
（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、光散乱膜２が順次積層されて、太陽電池１０２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、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。
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１０２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。
【００５２】
「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から光散乱膜２に入射され、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。
【００５３】
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。
以下、本発明の効果について説明する。
【００５４】
本発明の光散乱膜は、マトリックス樹脂中に、前記マトリックス樹脂よりも屈折率が低い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膜とすることができる。
【００５５】
本発明の光散乱膜は、平坦面を有するので、そ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。そのため、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。
【００５６】
本発明の光散乱膜は、その平坦面の表面粗さが５０〜３００Åであるので、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。
【００５７】
本発明の光散乱膜は、前記の透過率が７０％以上であり、ヘイズ率が５７〜９０％であるので、光閉じ込め効果を向上させることができ、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
【００５８】
本発明の光散乱膜は、前記マトリックス樹脂と前記散乱粒子との屈折率差が０．０５〜０．３０（好ましくは０．１２〜０．２０）であるので、光閉じ込め効果を向上させることができ、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
【００５９】
本発明の光学部材は、先に記載の光散乱膜と、前記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ので、光散乱膜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。さらに、光閉じ込め効果を向上させる効果も有するので、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
【００６０】
本発明の太陽電池は、光電変換層を備えてなる太陽電池であって、前記光電変換層の少なくとも光取り込み側に先に記載の光散乱膜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。さらに、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。
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】
【００６１】
（実施例１）
まず、フッ素化アクリル粒子を１０質量部と、アルカリ可溶フルオレン樹脂を２０質量部と、多官能アクリルモノマー（東亞合成（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質量部とを混合して、光散乱膜２を形成する塗布液を調整した。
なお、フッ素化アクリル粒子は、平均粒径１．６μｍのものを用いた。
【００６２】
次に、所定の量の塗布液をコーニング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２．０μｍの光散乱膜を形成し、ガラス基板と光散乱膜からなる光学部材を作製した。
光散乱膜の表面はきわめて平坦であり、表面粗さＲａは１５０Åであった。また、光散乱膜のヘイズ値は５７．３％であった。
【００６３】
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、光散乱膜上にガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を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、ｎ型アモルファスシリコン層の上に膜厚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を作製した。
【００６４】
（実施例２）
まず、実施例１で用いた材料に、無機化合物として平均粒径１０ｎｍの非活性酸化チタンを２質量部加えたこと以外は実施例１と同様にして、光散乱膜を形成する塗布液を調整した。
なお、フッ素化アクリル粒子は、平均粒径１．９μｍのものを用いた。
【００６５】
次に、実施例１と同様の方法で、厚さ２．５μｍの光散乱膜を形成し、ガラス基板と光散乱膜とからなる光学部材を作製した。
光散乱膜の表面はきわめて平坦であり、表面粗さＲａは１０５Åであった。また、この光散乱膜のヘイズ値は７０．５％であった。
【００６６】
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を作製した。
【００６７】
（実施例３）
まず、実施例１、２で用いたフッ素化アクリル粒子を１０質量部と、グリシジル基をもつフルオレン樹脂を２５質量部と、多価カルボン酸であるトリメリット酸を５質量部と、実施例２で用いた酸化チタンを２質量部と、実施例１、２で用いた有機溶媒を１２０質量部とを混合して、光散乱膜を形成する塗布液を調整した。
なお、フッ素化アクリル粒子は、平均粒径１．９μｍのものを用いた。
【００６８】
次に、実施例１と同様の方法で、厚さ３．０μｍの光散乱膜を形成し、ガラス基板と光散乱膜とからなる光学部材を作製した。
光散乱膜の表面はきわめて平坦であり、表面粗さＲａは９８Åであった。また、この光散乱膜のヘイズ値は７９．３％であった。これらの結果についても、表２にあわせて示す。
【００６９】
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を作製した。
【００７０】
（比較例１）
ヘイズ率が１０％のＡｓａｈｉ−Ｔｙｐｅ−Ｕ基板（旭硝子（株）製）を用意し、ＤＣマグネトロンスパッタ装置のチャンバー内の所定の位置にセットした。この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、Ａｓａｈｉ−Ｔｙｐｅ−Ｕ基板上にガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を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、ｎ型アモルファスシリコン層の上に膜厚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を作製した。
【００７１】
実施例１〜３および比較例１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１〜３および比較例１の光散乱膜の特性を表２にまとめて示すとともに、実施例１〜３および比較例１の太陽電池の特性を表３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３および図４から分かるように、実施例１〜３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。
【００７２】
【表２】
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【００７３】
【表３】
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【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態である太陽電池の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態である太陽電池の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態である太陽電池の一例を示す図である。
【図４】実施例１〜３および比較例１の光散乱膜のヘイズ率と開放電圧、曲線因子、短絡電流および変換効率との関係を表したグラフである。
【符号の説明】
【００７５】
１…基板（透明基体）、１ａ…光取り出し面、２…光散乱膜（太陽電池用光散乱膜）、２ａ…光取り出し面、２ｂ…平坦面、３…上部電極層、４…光電変換層、１０…光学部材（太陽電池用光学部材）、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、５…下部電極層、５１…下部透明導電電極、５２…金属電極、６…下部光電変換層、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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