(57)【要約】【課題】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。  【解決手段】本発明の光散乱膜２は、マトリックス樹脂中に、マトリックス樹脂よりも屈折率が高い散乱粒子が分散された太陽電池用光散乱膜であって、散乱粒子の平均粒径が１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり、マトリックス樹脂と散乱粒子との屈折率差が０．０５以上０．３０以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【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高い散乱粒子が分散された太陽電池用光散乱膜であって、
前記散乱粒子の平均粒径が１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり、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以上０．３０以下であることを特徴とする太陽電池用光散乱膜。
【請求項２】
前記太陽電池用光散乱膜に占める前記散乱粒子の比率は、３０質量パーセント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】
前記太陽電池用光散乱膜の膜厚は、１．０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池用光散乱膜。
【請求項４】
請求項１から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一方の面に配置された透明基体と、
を備えることを特徴とする太陽電池用光学部材。
【請求項５】
光電変換層を有する太陽電池であって、
前記光電変換層の少なくとも光が入射する側の面に請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池用光散乱膜が配置されてい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及び太陽電池に関する。
【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】
ところで、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る。一般に、太陽電池においては光吸収の量に伴って発生する電流が増大するので、光電変換層において光吸収に寄与するｉ層の膜厚を厚くすれば電流値を高くすることができる。
しかしながら、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、長期間の使用においてはかえって変換効率が減少することがある。また、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、生産性が低下するという問題がある。
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困難となる。
【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ている。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、上述のテクスチャー構造の凹凸表面構造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ることが非特許文献１に開示されている。
【０００５】
一方、特許文献２には、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。この薄膜のバインダー表面には、絶縁性微粒子の形状に起因する凹凸形状が形成されるので、上述の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引き起こして変換効率を悪化させることがある。
そこで、その上に成膜する半導体層に欠陥を生じさせず、かつ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、上記事情に鑑みてなされたものであり、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。
本発明の他の目的は、その上に成膜される半導体層に欠陥が生じにくい太陽電池用光散乱膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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高い散乱粒子が分散された太陽電池用光散乱膜であって、前記散乱粒子の平均粒径が１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり、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以上０．３０以下であることを特徴とする。
【０００８】
なお、「平均粒径」とは、散乱粒子が球形の場合はその直径、散乱粒子が回転楕円体の場合はその短径に基づいて算出された径の平均値を指す。
【０００９】
本発明の太陽電池用光散乱膜に占める前記散乱粒子の比率は、３０質量パーセント以下であってもよい。さらに、本発明の太陽電池用光散乱膜の膜厚は、１．０μｍ以上であってもよい。
【００１０】
また、本発明の太陽電池用光学部材は、本発明の太陽電池用光散乱膜と、前記太陽電池用光散乱膜の一方の面に配置された透明基体とを備えることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の太陽電池は、光電変換層を有する太陽電池であって、前記光電変換層の少なくとも光が入射する側の面に本発明の太陽電池用光散乱膜が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の太陽電池用光散乱膜、太陽電池用光学部材、及び太陽電池によれば、光閉じ込め効果の高い太陽電池用光散乱膜及び太陽電池用光学部材、及び変換効率が高い太陽電池を構成することができる。
また、本発明の太陽電池用光散乱膜及び太陽電池用光学部材によれば、その上に成膜される半導体層に欠陥が生じることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態の太陽電池の一例を示す断面模式図である。
本実施形態の太陽電池１００は、基板（透明基体）１の一方の面に、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が図１に示す順序で積層されて構成されている。
【００１４】
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の一方の面２ａが接合されている。光散乱膜２の他面側は平坦性を有する平坦面２ｂとして形成されている。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。
【００１５】
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、及びｎ型薄膜シリコン層４３が図１に示す順序で積層されて形成されている。
下部電極層５は、下部透明導電電極５１及び金属電極５２が図１に示す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、以下の説明において「スーパーストレートタイプ」と称する。
【００１６】
スーパーストレートタイプにおいては、光は、図１に矢印Ａで示すように光取り込み面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。光散乱膜２に入射された光は、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。そして、光電変換層４において光起電力が生じ、光が電力へと変換される。
【００１７】
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。
【００１８】
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、耐熱性を有するのが好ましい。
また、太陽電池１００を屋外で使用する場合にも、太陽光によって、基板１の表面が熱せられる場合があるので、耐熱性であると有利である。
【００１９】
光散乱膜２は、マトリックス樹脂中にマトリックス樹脂よりも高い屈折率を有する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。
【００２０】
マトリックス樹脂と散乱粒子との屈折率差は０．０５以上０．３０以下であることが好ましく、０．１０以上０．１３以下がより好ましい。
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い。一方、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」とは、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意味するが、少なくとも７０％以上の透過率となる波長領域において、マトリックス樹脂と散乱粒子との屈折率差が０．０５以上０．３０以下となればよい。
【００２１】
また、光散乱膜２は、電極層等が積層される面が平坦であることが好ましい。すなわち、図１における平坦面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。
一方前記平坦面２ｂの表面粗さＲａが５０Å未満とすると、かえって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「Dektak 16000」)で測定できる。
【００２２】
さらに、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」とは、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意味するが、紫外から赤外まですべての領域で透過率が７０％以上である必要は必ずしもなく、特定の一部の領域、たとえば、波長が４００ｎｍから８００ｎｍの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。
【００２３】
加えて、光散乱膜２のヘイズ率は、５８〜９０％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５８％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い。一方、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」とは、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意味するが、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５８〜９０％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。
【００２４】
光散乱膜２の透過率が７０％以上であり、かつヘイズ率が５８〜９０％である場合に、優れた光閉じ込め効果が得られる。「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。
【００２５】
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、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、及びフルオレン樹脂等を用いることができる。アクリル樹脂をハロゲン化すると、屈折率をより低下させることができるので、例えばフッ化アクリル樹脂等も好適に使用することができる。
【００２６】
次に、光散乱膜２を構成する散乱粒子の材料としては、例えばアクリル粒子やスチレンアクリル粒子及びその架橋体、メラミン樹脂粒子（メラミン−ホルマリン縮合物の粒子、ベンゾグアナミン−メラミン−ホルムアルデヒド縮合物の粒子）、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物の粒子、シリコーン樹脂粒子が挙げられる。また、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等の含フッ素ポリマー粒子を用いることができる。メラミン樹脂に、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２等の無機材料等を添加すると、良好な散乱特性が得られるので、このような混合物も好適に使用することができる。
マトリックス樹脂及び散乱粒子の材料選択にあたっては、散乱粒子がマトリックス樹脂よりも高い屈折率を有し、かつ上記の範囲の屈折率差を有するように選択されるのが好ましい。
【００２７】
散乱粒子の平均粒径は、１．０〜１０．０μｍであることが好ましく、１．２〜２．０μｍ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い。一方、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（シスメックス株式会社製  商品名「SD-2000」）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。
【００２８】
光散乱膜２の膜厚は、１．０μｍ以上であることが好ましく、分散させる散乱粒子の平均粒径より大きくすることがより好ましい。薄膜シリコン系太陽電池に適用する場合には膜厚が薄いほどよいが、膜厚を１．０μｍ未満とすると、良好な散乱特性を得ることが困難となる。また、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。
【００２９】
マトリックス樹脂に分散させる散乱粒子の含有量は、光散乱膜に占める散乱粒子の比率として３０質量％以下に設定されるのが好ましく、２０質量％以下に設定されるのがより好ましい。
光散乱膜に占める散乱粒子の比率が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。
散乱粒子の含有率が高いほどヘイズ率の値は大きくなり、表面粗さＲａの数値も大きくなるので、含有率は、作成する光散乱膜の設計ヘイズ率値を基にして決定される。
【００３０】
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。
【００３１】
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、耐熱性を有するのが望ましい。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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してもよい。この場合の原料の炭素源は、例えばメタンを挙げることができる。
【００３９】
ｉ型薄膜シリコン層４２は、ｐ型薄膜シリコン層４１が形成された後、ドーパントをドーピングせずに形成される。
ｎ型薄膜シリコン層４３は、ｉ型薄膜シリコン層４２を形成された後、ｎ型ドーパントであるリンなどをドーピングして形成される。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、上述した金属を含有する合金であってもよい。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態について、図１を参照して説明する。本実施形態の太陽電池１０１と上述の第１実施形態の太陽電池１００との異なる点は、光電変換層４と下部電極層５との間に下部光電変換層６が積層されている点である。
なお、上述の第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４４】
（第２実施形態）
図２は、本実施形態の太陽電池１０１を示す断面模式図である。
本実施形態の太陽電池１０１は、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、及び下部電極層５が図２に示す順番に積層されて構成されている。
【００４５】
光電変換層４と下部電極層５との間に積層された下部光電変換層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が図２に示す順序で積層されて形成されている。
上述のように、基板１、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が積層された構造を、以下の説明において、「タンデムタイプ」と称する。
【００４６】
タンデムタイプにおいては、光は、第１実施形態と同様に、基板１の光取り込み面１ａから基板１に入射し、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に入射する。入射した光は、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に入射する。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ることで、光が電力へと変換される。
【００４７】
図２に示すように、タンデムタイプは光電変換層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、光起電力を大きくすることができる。
なお、タンデムタイプにおいては、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等であることが好ましい。
【００４８】
次に、本発明の第３実施形態について、図３を参照して説明する。本実施形態の太陽電池１０２と上述の第１実施形態の太陽電池１００との異なる点は、光散乱膜と基板とが離間して積層されている点である。
なお、上述の第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４９】
（第３実施形態）
図３は、本実施形態の太陽電池１０２を示す断面模式図である。
本実施形態の太陽電池１０２は、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が図３に示す順序で積層されて構成されており、基板１１と光散乱膜２とが離間して積層されている。
さらに、上部電極層３の一面は、第１実施形態の太陽電池１００と同様に、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の平坦性が確保され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。
以下の説明において、上述のように光散乱膜と基板とが離間して積層された構造を「サブストレートタイプ」と称する。
【００５０】
サブストレートタイプにおいては、光は、図３に矢印Ａで示すように、光取り込み面２ａから光散乱膜２に入射される。入射された光は、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。光はさらに上部電極層３を通過して、光電変換層４に入射される。そして、光電変換層４において光起電力が生じ、光が電力へと変換される。
【００５１】
従って、サブストレートタイプの場合は基板１１から光が入射しないので、基板１１は不透明な材料で形成されてもよい。すなわち、基板１１を形成する材料としては、第１実施形態における基板１と同様に、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、これに加えて、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。
【００５２】
上述した本発明の光散乱膜２によれば、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高い散乱粒子が分散されているので、効果的に光が散乱される。そして、散乱粒子の平均粒径が１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり、マトリックス樹脂と散乱粒子との屈折率差が０．０５以上０．３０以下であるので、光散乱膜２において、高い透過率と高いヘイズ率を同時に実現することができる。従って、太陽電池に適用することによって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。
【００５３】
また、光散乱膜２に占める散乱粒子の比率が３０質量パーセント以下であるので、半導体層等が積層される面を平坦に形成することができ、成膜される半導体層に欠陥が生じにくくなる。従って、太陽電池に適用することによって、半導体膜の欠陥に起因する出力電圧や曲線因子の悪化がなく、変換効率のよい太陽電池を構成することができる。
【００５４】
さらに、光散乱膜の膜厚が１．０μｍ以上であるので、薄膜シリコン系太陽電池に充分適用可能な厚さでありながら、半導体等の積層面が平坦に形成された光散乱膜を構成することができる。
【００５５】
さらに、本発明の光学部材１０によれば、光散乱膜２と、光散乱膜２の一方の面に配置された透明な基板１とを備えているので、太陽電池に適用することによって、光閉じ込め効果を向上させ、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
【００５６】
加えて、本発明の太陽電池は、光電変換層４の少なくとも光取り込み側に光散乱膜２又は光学部材１０が配置されているので、光閉じ込め効果が高く、変換効率の高い太陽電池とすることができる。
【００５７】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。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】
【００５８】
（実施例１）
まず、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質量部とを充分に混合して、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は、平均粒径１〜２μｍのものを用いた。
【００５９】
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。
作製された光散乱膜の表面はきわめて平坦であり、表面粗さＲａは２３０Åであった。また、光散乱膜のヘイズ値は５８．２％であった。
【００６０】
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。
【００６１】
（実施例２）
まず、実施例１で用いた塗布液の材料において、メラミン・ホルムアルデヒド縮合粒子の含量を１０質量部とし、さらにコロイダルシリカ（日産化学社製  商品名「PMA-ST」）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。
【００６２】
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。
作製された光散乱膜の表面はきわめて平坦であり、表面粗さＲａは２００Åであった。また、この光散乱膜のヘイズ値は７１．２％であった。
【００６３】
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。
【００６４】
（実施例３）
まず、メラミン／シリカ複合粒子（日産化学工業社製、商品名「オプトビーズ」）を１０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、コロイダルシリカ（日産化学社製  商品名「PMA-ST」）を２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、光散乱膜を形成する塗布液を調整した。
なお、メラミン／シリカ複合粒子は、平均粒径２．０μｍのものを用いた。
【００６５】
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。
作製された光散乱膜の表面はきわめて平坦であり、表面粗さＲａは２１５Åであった。また、この光散乱膜のヘイズ値は８０．５％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】
（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。
【００６８】
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１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１〜３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。
【００６９】
【表１】
2009016556.tif 000003
【００７０】
【表２】
2009016556.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【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】本発明の実施例および比較例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】
【００７２】
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、１００、１０１、１０２…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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