JP2003298084A

JP2003298084A - 太陽電池およびその製造方法

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Publication number: JP2003298084A
Application number: JP2002095129A
Authority: JP
Inventors: Hisao Morooka; 久雄師岡; Takeshi Komaki; 壮小巻; Hideki Hirata; 秀樹平田; Mitsutaka Matsuse; 充貴松瀬; Masaru Takayama; 勝高山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽電池の変換効率の向上に寄与するテクス
チャ構造を再現性よく、かつ安価に提供する。【解決手段】上面にテクスチャ構造（テクスチャ層
３）をもつ基板２上に、下部電極４、光電変換層５およ
び上部電極６をこの順で有する太陽電池であって、前記
テクスチャ構造は、それぞれ規則的に配列した凹部およ
び凸部を有する凹凸からなり、テクスチャ構造断面にお
いて、凹部の幅をＷ_Dとし、凸部の幅をＷ_Pとし、凹部の
深さをＤ_Dとしたとき、Ｗ_P／Ｄ_D＝０．５〜６．０、Ｗ_D／Ｄ_D＝０．５〜１０．０、Ｄ_D＝０．０５〜５μm である太陽電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に光電変換
層を設けた構造の太陽電池およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池は、乾電池等に代わる電源とし
て種々の電子機器に利用されている。特に、電子卓上計
算機、時計、携帯型電子機器（カメラ、携帯電話、民生
用レーダー探知機）、リモコン等といった低消費電力の
電子機器では、太陽電池の起電力で十分駆動することが
でき、電池の交換を不要とし、半永久的に動作させるこ
とができるとともに、環境面に対してもクリーンである
ため、注目されている。

【０００３】太陽電池の構造は、剛性または可撓性の基
板の表面に、金属からなる下部電極、光電変換層および
透明電極をこの順に設けたものが一般的である。光電変
換層としては、プラズマＣＶＤ法により形成したＳｉ層
が一般に利用されている。前記基板としては、有機フレ
キシブル基板がよく用いられている。有機フレキシブル
基板は、可撓性を有し、巻き取り、展開が可能であるた
め、生産上、以下のような利点をもつ。太陽電池を製造
する際には、光電変換層や電極層等の機能性薄膜を真空
プロセスで積層する工程、配線電極や層間絶縁膜等をス
クリーン印刷法等によりパターニングして前記機能性薄
膜表面に形成する工程、太陽電池の最表面に保護層を設
ける工程等を設ける。このような各工程において、長尺
の有機フレキシブル基板をロール・ツー・ロールで用い
れば、すなわち、繰り出しロールから長尺の有機フレキ
シブル基板を繰り出して巻き取りロールに巻き取る過程
で、基板上に機能性薄膜や電極、絶縁膜等を形成すれ
ば、タクトタイムが短縮できる、基板の搬送を行う必要
がなくなる、基板のハンドリングが容易となる、といっ
た効果が生じ、スループットを向上できる。また、太陽
電池の集積度の向上、大規模量産化を図る場合でも、同
様な効果が得られる。

【０００４】太陽電池では、効率向上のために、光電変
換層自体の変換効率の向上のほか、光電変換層に入射す
る光の量を増大させる試みもなされている。具体的に
は、基板の光電変換層と対向する表面に、光拡散効果を
示すいわゆるテクスチャ構造を設ける。

【０００５】太陽電池の高効率化を妨げる要因として、
（１）光電変換層表面における太陽光の反射による損
失、（２）光電変換層に入射した光の不完全な収集によ
る損失が挙げられる。（１）については、光電変換層の
光入射側表面のテクスチャ構造によって改善され、
（２）については、下部電極表面および光電変換層表面
のテクスチャ構造によって改善される。たとえば、基板
表面に、テクスチャ構造として微細なピラミッド状の凹
凸を形成した場合、この凹凸は下部電極および光電変換
層の表面性に反映する。そのため、外部から光電変換層
の凹凸表面に到達し、凹凸の傾斜面で反射した光は、凹
凸の他の傾斜面に当たって光電変換層内に進入し、光電
変換層に吸収される。また、入射した光のうち光電変換
層で吸収されずに光電変換層裏面まで到達したものは、
下部電極と光電変換層との凹凸界面で散乱反射し、斜め
方向に光電変換層内に戻るため、反射光が光電変換層内
を進む距離が長くなり、効率よく吸収される。さらに、
光電変換層内に戻った光のうち、吸収されずに再び光電
変換層表面に到達した光は、光電変換層の凹凸表面で再
び斜め方向に反射する。このような繰り返し反射によ
り、光電変換層に光が効率よく吸収され、電池の効率が
高くなる。

【０００６】従来のテクスチャの作製方法としては、た
とえば以下のようなものがある。結晶シリコン太陽電池
の場合、加温した水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）または
水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液にイソプロピルアルコ
ールを添加し、得られた混合液にＳｉ（１００）ウェハ
を浸漬することにより、四角錐状の突起を有するテクス
チャ構造が得られる。また、炭酸ナトリウム（Ｎａ₂Ｃ
Ｏ₃）水溶液をエッチング液とし、シリコン基板をその
水溶液に浸漬して前記シリコン基板の表面に微細な凹凸
形状を形成する方法も提案されている（特開２０００−
１８３３７８号公報）。

【０００７】一方、薄膜型太陽電池の場合、下部電極と
して、シリコンを０．１〜６．０質量％含有するアルミ
ニウムターゲットを用い、基板を５０〜２００℃に昇温
してスパッタすることにより、テクスチャ構造を有する
アルミニウム膜を得る提案がなされている（特開平９−
６９６４２号公報）。また、金属基板上に酸化チタン、
アルミナ、シリカなどの顔料を配合した電気絶縁性を有
する耐熱性樹脂をコートすることにより、表面粗さＲma
xが０．３〜１．５μmの凹凸を有する基板を形成する提
案もなされている（特開平１１−１７７１１１号公
報）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のテクスチャ構造形成方法には、以下に述べる問題点が
ある。

【０００９】１）結晶シリコン太陽電池においてウェッ
トエッチングを用いる方法ｉ）ウェットエッチングによるテクスチャ構造の作製に
は、Ｓｉのエッチング速度が結晶面によって異なること
（異方性エッチング）を利用している。Ｓｉのエッチン
グ速度は、（１００）面が最も速く（１１１）面が最も
遅い。したがって（１００）面を初期表面としてエッチ
ングを行うと、エッチング速度の遅い（１１１）面が優
先的に表面に残る。この（１１１）面は（１００）面に
対して約５４度の傾斜をもつため、エッチングにより形
成される凸部および凹部はいずれも四角錐状、すなわち
急峻に尖った形状である。そのため、この凹凸上に光電
変換層を形成すると、凸部上では光電変換層の膜厚が薄
くなるためリークが発生しやすく、凹部上では欠陥が生
じ易いことから、変換効率がかえって低下することがあ
る。また、エッチングが完全に一様に進むわけではない
ので、凹凸の分布が一様にならず、その結果、テクスチ
ャ効果にばらつきが生じ、変換効率の向上に十分寄与し
なくなる。 ii）酸やアルカリによるウェットエッチングは、設備お
よび廃液の処理に伴うランニングコストが高く、環境問
題などの課題があり、好ましくない。

【００１０】２）スパッタによるテクスチャ構造の作製基板温度を上げ、添加物を導入することによりＡｌ膜の
結晶成長を制御することでテクスチャ構造を作製してい
るが、得られる形状がファセットを有する粒状であるこ
とから、基板表面に対して急峻な形状をしている。その
ため、ウェットエッチングの場合と同様な問題が生じ、
一方、面内の分布も一様ではないことから、テクスチャ
効果にばらつきが生じ、変換効率の向上に十分寄与しな
くなる。

【００１１】３）ＣＶＤ法によるテクスチャ構造の作製ｉ）設備が高価で製造工程が煩雑化し、製造コストを上
昇させることになる。ii）ＣＶＤ法を用いる場合、Ｓｎ
Ｏ₂電極膜は一般的なＩＴＯ電極膜に比べ製法が特殊と
なるため、コストアップを招く。また、反応温度が高温
であるとともに、効果的なテクスチャ構造を得るために
は膜厚を数百から数千ナノメートルと厚くする必要があ
り、この点でもコストアップになる。また、完全に規則
的に配列した凹凸からなるテクスチャ構造を形成できな
いため、テクスチャ効果にばらつきが生じ、変換効率の
向上に十分寄与しなくなる。

【００１２】４）塗料によるコーティングテクスチャ効果を付与するために塗料中に酸化チタン、
アルミナ、シリカなどの微粒子を配合すると、絶縁皮膜
表面に形成されるテクスチャの形状および面内分布にば
らつきが生じ、変換効率の向上に十分寄与しなくなる。
また、絶縁皮膜表面に突出した微粒子や、絶縁皮膜表面
からの微粒子の脱落により形成された穴が、絶縁皮膜表
面に対して急峻な傾斜を形成するため、この上に形成さ
れる光電変換層に膜切れ等の欠陥が生じやすい。

【００１３】本発明は、太陽電池の変換効率の向上に寄
与するテクスチャ構造を再現性よく、かつ安価に提供す
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、下記（１）
〜（６）の本発明により達成される。（１）上面にテクスチャ構造をもつ基板または上面に
テクスチャ構造をもつテクスチャ層を有する基板の上
に、下部電極、光電変換層および上部電極をこの順で有
する太陽電池であって、前記テクスチャ構造は、それぞ
れ規則的に配列した凹部および凸部を有する凹凸からな
り、テクスチャ構造断面において、凹部の幅をＷ_Dと
し、凸部の幅をＷ_Pとし、凹部の深さをＤ_Dとしたとき、Ｗ_P／Ｄ_D＝０．５〜６．０、Ｗ_D／Ｄ_D＝０．５〜１０．０、Ｄ_D＝０．０５〜５μm である太陽電池。（２）基板のテクスチャ構造形成面の拡散反射率が、
波長４００nmにおいて６０％以下であり、かつ、波長６
００nmにおいて７５％以上である上記（１）の太陽電
池。（３）前記テクスチャ構造が樹脂から構成されている
上記（１）または（２）の太陽電池。（４）前記基板が、ポリエチレンナフタレート、ポリ
エーテルサルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミ
ドアミド、ポリアリレート、ガラスまたは金属から構成
される上記（１）〜（３）のいずれかの太陽電池。（５）上記（１）〜（４）のいずれかの太陽電池を製
造する方法であって、前記凹凸の母型パターンを有する
型からの転写によりテクスチャ構造を形成する工程を有
する太陽電池の製造方法。（６）前記型が有する母型パターンが、リソグラフィ
ーを利用して形成されたものである上記（５）の太陽電
池の製造方法。

【００１５】

【作用および効果】本発明では、テクスチャ構造の母型
パターンを有するスタンパ等の型を用いて、基板にテク
スチャ構造を形成する。母型パターンはリソグラフィー
により形成するため、ミクロンオーダーの微小パターン
を高精度に形成できる。また、リソグラフィーでは、前
記従来技術と異なり、規則的に配列した凹凸パターンを
正確に形成できる。また、型からの転写によりテクスチ
ャ構造を形成するので、テクスチャ構造を再現性よく高
速に形成できる。そのため本発明では、高い変換効率が
再現性よく得られ、しかも安価な太陽電池が実現する。

【００１６】ところで、テクスチャ構造が光電変換層内
への光閉じ込めに有効であるのは、テクスチャ構造を設
けることによって下部電極の拡散反射率が向上するため
である。本発明で限定する寸法のテクスチャ構造を設け
た基板では、図６に示すように、拡散反射率が長波長側
で特に高く、これが赤外域まで維持される。一方、Ｓｉ
を主成分とするものをはじめとする光電変換層は、吸収
係数が波長依存性をもつ。光電変換層の吸収係数が、本
発明において拡散反射率が高く維持される波長域で落ち
込んでいる場合、本発明により変換効率を顕著に向上さ
せることができる。また、吸収係数の低い波長の光の利
用効率は、光電変換層が薄いほど低くなるため、本発明
は、低コスト化のために光電変換層を薄くした太陽電池
に特に有効である。すなわち、本発明により、低コスト
で高性能な太陽電池が実現する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の太陽電池の構成例を、図
１に部分断面図として示す。この太陽電池は、基板２上
に、テクスチャ層３、下部電極４、光電変換層５および
上部電極６をこの順で有する。また、図示していない
が、太陽電池の機械的ダメージ、酸化、腐食等を抑える
ために、図示する太陽電池の少なくとも上部電極６形成
側表面に、樹脂などからなる封止部材を設けることが好
ましい。また、このような封止部材は、基板２の裏面側
にも設けることが好ましい。

【００１８】なお、図１には太陽電池セルを示してあ
り、太陽電池は、通常、複数のセルが直列に接続された
構成とされる。その場合、各セルの上部電極６上には、
通常、収集電極および配線電極が設けられる。収集電極
は、各セルにおいて発電された電力を、比抵抗の比較的
高い上部電極６表面から収集するための電極である。配
線電極は、各セルの収集電極と、隣接するセルの下部電
極とを接続するための電極である。また、セルの直列接
続の両末端には、プラス側およびマイナス側の引き出し
電極がそれぞれ設けられる。

【００１９】本発明は、上部電極６を通して光電変換層
５に光を入射させる構造の太陽電池に適用する場合に効
果が高いが、基板２を通して光電変換層５に光を入射さ
せる構造の太陽電池にも適用できる。

【００２０】以下、本発明の太陽電池の各部の構成につ
いて、詳細に説明する。

【００２１】基板２基板２の構成材料は特に限定されず、従来の太陽電池に
用いられている構成材料、たとえば樹脂、ガラス、金属
などから適宜選択すればよい。ただし、前述したように
フレキシブル性を有する基板は利点が多いので、好まし
くはフレキシブル基板を用いる。

【００２２】フレキシブル基板としては、樹脂膜または
金属箔が好ましく、特に樹脂膜が好ましい。樹脂膜構成
材料は特に限定されないが、光電変換層形成の際の加熱
に耐えるために比較的耐熱性の良好な材料が好ましく、
具体的にはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ
エーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド、ポリアミド
またはポリイミドアミド、特にＰＥＮまたはＰＥＳが好
ましい。これらは、プラズマＣＶＤ膜形成時の耐熱性、
長期使用時の耐熱性、ヤング率（スティフネス）、機械
的特性等の面で優れた性能を有している。ＰＥＮおよび
ＰＥＳは、透明性にも優れている。また、これらのほ
か、ポリアリレートも好ましい。

【００２３】基板２を通して光電変換層５に光を入射さ
せる場合、基板２は透光性を有することが必要である。

【００２４】基板２の厚さは、要求される強度、曲げ剛
性等に応じて適宜決定すればよいが、樹脂膜では、通
常、２５〜１００μm であることが好ましい。基板２が
薄すぎると、ハンドリングが困難になり、折れなどによ
る不良品が発生することがある。一方、基板２が厚すぎ
ると、基板２を通して光を入射させる構成とした場合に
光透過量が少なくなって太陽電池特性が低くなってしま
う。

【００２５】テクスチャ層３テクスチャ層３の光電変換層５に対向する表面には、そ
れぞれ規則的に配列した凹部および凸部を有する凹凸が
存在する。規則的に配列しているとは、特定形状の凸部
と特定形状の凹部とからなる単位凹凸構造が、繰り返し
配列していることを意味する。テクスチャ層３が有する
凹凸は、図２（Ａ）の正面図および図２（Ｂ）の断面図
に示すように、互いにほぼ平行に並んだ多数の溝からな
る凹部Ｄと、隣り合う溝間に存在する畝からなる凸部Ｐ
とで構成されたものであってもよく、図３（Ａ）の正面
図および図３（Ｂ）の断面図に示すように、互いに独立
した多数の孤立凸部からなる凸部Ｐと、孤立凸部を包囲
し、隣り合う孤立凸部Ｐ、Ｐ間に存在する格子状凹部か
らなる凹部Ｄとで構成されたものであってもよい。この
場合、格子状凹部は、図示するような直交する格子状で
あってもよく、斜交する格子状であってもよい。また、
図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示す構造を反転させたも
のとしてもよい。すなわち、互いに独立した多数の孤立
凹部と、隣り合う孤立凹部間に存在する格子状凸部から
なる凸部とで構成されたものであってもよい。

【００２６】なお、前記溝は、局所的に見たときに多数
が互いにほぼ平行に並んでいればよく、溝の数が複数で
ある必要はない。すなわち、図４（Ａ）および図４
（Ｂ）に示すように、独立した多数の円形や多角形の溝
Ｇを同心的に並べたもののほか、図４（Ｃ）および図４
（Ｄ）に示すように、外形が円形や多角形であるスパイ
ラル状の１本の溝Ｇを設けてもよい。また、図４（Ｅ）
に示すように、独立した多数の溝Ｇを平行に並べたもの
のほか、図４（Ｆ）に示すように、折れ曲がったり屈曲
している１本の溝Ｇを設けてもよい。また、図４（Ｅ）
や図４（Ｆ）に示す溝Ｇを、曲線状としたものでもよ
い。また、ダブルスパイラル構造など、スパイラル状の
溝を２本以上設ける構造としてもよく、折れ曲がったり
屈曲している溝を複数本設けてもよい。また、連続した
溝ではなく、凹部や凸部が破線状または鎖線状に連なっ
た構造の溝を設けてもよい。

【００２７】本発明では、図２（Ｂ）および図３（Ｂ）
に示すようにテクスチャ層３断面において、凹部の幅を
Ｗ_Dとし、凸部の幅をＷ_Pとし、凹部の深さをＤ_Dとした
とき、Ｗ_P／Ｄ_D＝０．５〜６．０、Ｗ_D／Ｄ_D＝０．５〜１０．０、Ｄ_D＝０．０５〜５μm であり、好ましくはＷ_P／Ｄ_D＝１．０〜４．０、Ｗ_D／Ｄ_D＝１．０〜８．０、Ｄ_D＝０．１〜３μm であるテクスチャ構造を設ける。凹凸各部の寸法が上記
限定範囲内であれば、テクスチャ層の拡散反射率が長波
長側において高くなるという優れた効果が実現する。具
体的には、拡散反射率は、波長４００nmにおいて６０％
以下となり、かつ波長６００nmにおいて７５％以上とな
る。

【００２８】なお、凹凸に関する以上の説明は、図１に
おいて上部から光が入射する太陽電池についてのもので
ある。図１において下部から光が入射する太陽電池に本
発明を適用する場合には、上記説明において凹部と凸部
に、凸部を凹部にそれぞれ読み替える。

【００２９】本発明において設ける凹凸は寸法精度が高
い必要があるので、後述するように、凹凸の母型パター
ンはリソグラフィーで形成することが好ましい。リソグ
ラフィーを利用して凹凸を形成した場合、図２（Ｂ）お
よび図３（Ｂ）に示すように、凹部断面および凸部断面
は矩形となる。ただし、母型パターン形成時や母型パタ
ーンをテクスチャ層３に転写する際にパターンのエッジ
が鈍ることがあり、その場合には凹部断面および凸部断
面の輪郭が鈍ったり、断面形状が台形となったりするこ
とがある。そのような場合における凹部および凸部の幅
は、凹部の深さ（凸部の高さ）方向の中間位置において
測定した幅である。なお、凹凸断面の輪郭が鈍っている
場合や断面形状が台形である場合でも、本発明の効果は
損なわれない。

【００３０】なお、凹凸の寸法を測定するのは、凹部お
よび凸部を含む断面である。具体的には、図２（Ａ）の
平面図および図２（Ｂ）の断面図に示すように凸部Ｐが
畝で凹部Ｄが溝である場合には、溝が延びる方向に垂直
な断面（Ｂ−Ｂ断面）である。また、図３（Ａ）の平面
図および図３（Ｂ）の断面図に示すように、凸部Ｐが孤
立凸部である場合には、隣り合う２つの孤立凸部のうち
最も近いものの中央同士を結ぶ線と平行、かつ、テクス
チャ層３に垂直な断面（Ｂ−Ｂ断面）である。また、凹
部が孤立凹部である場合には、隣り合う２つの孤立凹部
のうち最も近いものの中央同士を結ぶ線と平行、かつ、
テクスチャ層３に垂直な断面である。

【００３１】なお、図１において上部から光が入射する
太陽電池に本発明を適用する場合、入射した光は下部電
極４表面で反射するため、テクスチャ層３は透光性がな
いか透光性が低くてもよい。一方、図１において下部か
ら光が入射する太陽電池に本発明を適用する場合、入射
した光はテクスチャ層３を透過する必要があるため、テ
クスチャ層３は透光性が高い必要がある。

【００３２】テクスチャ層３の構成材料は特に限定され
ないが、凹凸の母型パターンを有する型から、母型パタ
ーンを容易かつ高精度に転写できることから、樹脂を用
いることが好ましい。樹脂の種類は特に限定されず、テ
クスチャ層３の形成方法に応じて、熱可塑性樹脂、熱硬
化性樹脂、放射線硬化型樹脂などから適宜選択すればよ
い。なお、本明細書において放射線とは、樹脂の硬化に
用いられる電磁波や粒子線を意味する。

【００３３】テクスチャ層３の厚さは好ましくは０．５
〜１００μmである。テクスチャ層３が薄すぎると、凹
凸パターンを高精度に転写することが困難となる。一
方、テクスチャ層３が厚すぎると、テクスチャ層３にク
ラックが発生したり、テクスチャ層３が基板２から剥離
したりしやすくなる。また、基板２を通して光が入射す
る構成とする場合には、テクスチャ層が厚すぎると光透
過量が少なくなるため、太陽電池特性が低くなってしま
う。

【００３４】通常、下部電極４はセル単位に区切られた
構造とし、かつ、テクスチャ層３は基板２上に一様に設
けるため、隣り合う下部電極４同士を短絡させないため
に、テクスチャ層３は絶縁性を有している必要がある。
テクスチャ層３のシート抵抗は、１００kΩ/□以上、特
に１MΩ/□以上であることが好ましい。

【００３５】テクスチャ構造は、発電に寄与する領域に
少なくとも設ければよいが、この領域より広く設けても
よく、基板表面の全面を覆うように設けてもよい。しか
し、テクスチャ構造の上に配線電極を形成すると、配線
電極に厚みむらが生じて配線抵抗増大による特性の低下
やばらつきが生じることがある。また、太陽電池の製造
工程では、セル構造を形成するためにレーザースクライ
ブ加工を行うが、スクライブ加工箇所にテクスチャ構造
が存在すると、レーザー光が乱反射して加工不良を招く
ことがある。したがって、このような問題が発生するお
それがある場合には、配線電極直下やスクライブ加工箇
所など、発電に寄与しない領域には設けないことが好ま
しい。

【００３６】次に、テクスチャ層３の形成方法について
説明する。

【００３７】テクスチャ層３の凹凸は、この凹凸の母型
パターンを有する型からの転写により形成することが好
ましい。以下、この方法の一例を説明する。まず、図５
（Ａ）に示すように、放射線硬化型樹脂（樹脂溶液であ
ってもよい）からなる樹脂層ＲＬを基板２上に形成す
る。次いで、母型パターンを有するスタンパ１０を樹脂
層ＲＬ上面に接触させて、図５（Ｂ）に示す状態とす
る。スタンパ１０の下面には、凹凸の母型パターンが形
成されているため、その転写により、樹脂層ＲＬの上面
には凹凸が形成される。このとき、スタンパ１０の自重
によって樹脂層ＲＬを押圧してもよく、スタンパ１０に
外部から荷重を加えることにより樹脂層ＲＬを押圧して
もよい。次に、図５（Ｃ）に示すように、スタンパ１０
を通して放射線を照射することにより、樹脂層ＲＬを硬
化してテクスチャ層３とする。この場合、スタンパ１０
は、使用する放射線に対して透過性をもつ必要がある。
基板２が、使用する放射線に対して透過性をもつ場合に
は、基板２を通して放射線を樹脂層ＲＬに照射すること
ができるので、スタンパ１０は放射線に対し透過性をも
つ必要はない。硬化後、図５（Ｄ）に示すように、テク
スチャ層３からスタンパ１０を剥離する。

【００３８】なお、樹脂層ＲＬの形成方法は特に限定さ
れず、たとえばバーコート法やロールコート法が利用で
き、スピンコート法も利用できる。スピンコート法を用
いる場合、基板２を回転させながら放射線を照射しても
よい。また、スピンコート法を利用する場合には、基板
２とスタンパ１０との間に樹脂を挟んだ状態で基板２と
スタンパ１０とを一体的に回転させることにより、樹脂
を展延してもよい。樹脂層の厚さは、スピンコート時の
回転速度と回転時間とを制御することにより調整するこ
とができる。

【００３９】このほか、射出成形も利用可能である。金
型内にスタンパを配置して射出成形を行えば、基板とそ
の表面の凹凸とを同時に形成できる。本発明ではこのよ
うに、独立したテクスチャ層を設けずに基板表面に直接
テクスチャ構造を形成してもよい。

【００４０】テクスチャ層形成後、脱ガス処理としてポ
ストベークを行うことが好ましい。ポストベークを行う
ことにより、テクスチャ層からのアウトガス発生が少な
くなるので、アウトガスによる光電変換層の劣化を防ぐ
ことができる。ポストベークの条件は、テクスチャ層構
成材料に応じ、基板の耐熱性を考慮して適宜設定すれば
よいが、通常、１５０〜２８０℃で１０分間〜１時間行
うことが好ましい。

【００４１】スタンパ１０の構成材料は特に限定され
ず、金属、樹脂等のいずれであってもよいが、樹脂層Ｒ
Ｌに対する離型性が良好であることから、スタンパ１０
の少なくとも樹脂層ＲＬと接する表面付近を、ポリオレ
フィン系樹脂またはフッ素樹脂から構成することが好ま
しい。ポリオレフィン系樹脂としては、例えばポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンから適宜選
択すればよい。また、フッ素樹脂としては、例えばポリ
テトラフルオロエチレン、ポリ(クロロトリフルオロエ
チレン)、ポリパーフルオロアルケニルビニルエーテル
から適宜選択すればよい。

【００４２】スタンパ１０の製造方法は特に限定されな
いが、スタンパをポリオレフィン系樹脂から構成する場
合、好ましくは射出成形法により製造する。また、スタ
ンパをフッ素樹脂から構成する場合、フッ素樹脂の種類
に応じ、加圧成形焼成法、押出し成形法、圧縮成形法、
射出成形法などから適宜製造方法を選択すればよい。ス
タンパ１０の表面に設ける前記母型パターンは、成形時
に同時に形成することができる。ただし、放射線に対す
る透過性が高い材質（樹脂やガラスなど）からなる比較
的剛性の高い基体上に、前記母型パターンをもつポリオ
レフィン系樹脂層やフッ素樹脂層を形成して、スタンパ
１０を製造してもよい。

【００４３】スタンパの厚さは特に限定されないが、通
常、０．３〜３mmの範囲内とすることが好ましい。スタ
ンパ１０が薄すぎると、スタンパの成形が困難となるの
で、スタンパ全面にわたって均一な母型パターンを形成
することが難しくなる。一方、スタンパ１０が厚すぎる
と、スタンパの剛性が高くなりすぎる。反り等の変形が
全くないスタンパを製造することは困難であるため、ス
タンパには変形が存在する。軽度の変形はスタンパを押
圧する際に矯正されるが、スタンパの剛性が高いと矯正
されにくい。そのため、スタンパが厚すぎると、スタン
パの変形がテクスチャ層３にそのまま転写されてしま
い、テクスチャ層３の厚さむらが大きくなる。

【００４４】テクスチャ層３に形成する凹凸は微細であ
るため、スタンパ１０の母型パターンの形成には、微細
なパターンを高精度に形成できるリソグラフィー、たと
えば露光源として紫外線を用いるフォトリソグラフィー
を利用することが好ましい。

【００４５】リソグラフィーでは、まず、母型パターン
のさらに母型となるマスタパターンを有するレジスト原
盤を作製する。レジスト原盤は、ガラス等からなる基板
上に、レジスト層（感光層）を有するものである。レジ
スト層にパターンを形成するためには、紫外線等によっ
てレジスト層を露光し、所定パターンの潜像を形成した
後、現像する。

【００４６】このレジスト原盤を用いて、電鋳により金
属スタンパを形成する。まず、レジスト層上にたとえば
無電解めっきによりＮｉ等からなる金属薄膜を形成し、
その上にＮｉ等からなる電鋳膜を形成する。前記金属薄
膜と前記電鋳膜とからなる積層体をレジスト層から剥離
したものを、スタンパとして使用することができる。ま
た、このスタンパを母型として電鋳膜を形成し、この電
鋳膜を剥離してスタンパとして使うこともできる。ま
た、電鋳膜からなるスタンパを母型として射出成形等に
より樹脂基板や樹脂層にパターンを転写すれば、樹脂ス
タンパが得られる。

【００４７】下部電極４上部電極６を通して光電変換層５に光を入射させる場
合、下部電極４は、通常、金属から構成する。下部電極
を構成する金属は特に限定されず、例えば、Ａｌ、ステ
ンレス鋼、Ｔｉなどを用いればよいが、好ましくはＡｌ
を用いる。Ａｌは比抵抗が低いため、直列抵抗増大に伴
う特性の低下が少ない。ところで、太陽電池では、光電
変換層５を通って下部電極４で反射された光が再び光電
変換層５に入射し、この反射光も電気エネルギーに変換
される。そのため、下部電極４は反射率が高い方が好ま
しいが、光反射率の高いＡｌはこの点でも優れている。
さらに、Ａｌは安価である。金属から構成される下部電
極４の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．０１
〜１０μmである。下部電極４は、スパッタ法等の真空
成膜法により形成することが好ましい。

【００４８】一方、基板２を通して光電変換層５に光を
入射させる場合、下部電極４を透明導電材料から構成す
る。用いる透明導電材料は特に限定されないが、透明
性、導電性に優れた材料、たとえばＳｎＯ₂、ＩＴＯ
（酸化インジウム錫）、ＺｎＯが好ましい。ただし、下
部電極４は光電変換層５形成時に水素プラズマに曝さ
れ、これによって透光性が劣化することがあるので、耐
水素プラズマ性に優れた材料、たとえばＳｎＯ₂、Ｚｎ
Ｏを用いることがより好ましい。透明導電材料からなる
下部電極の厚さは、通常、１０〜１００nmとすることが
好ましい。

【００４９】拡散防止層下部電極４を金属から構成する場合、下部電極４と光電
変換層５との間には、下部電極４構成成分が光電変換層
５に拡散することを防ぎ、また、両者の界面を低抵抗に
するために、ステンレス鋼、Ｔｉ、Ｃｒ等の金属からな
る拡散防止層を設けることが好ましい。拡散防止層の厚
さは、好ましくは３〜５nmである。拡散防止層は、通
常、スパッタ法等の真空成膜法により形成すればよい。

【００５０】光電変換層５光電変換層５は、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合、好ましく
はｐｉｎ接合を有する。本発明の効果は、テクスチャ構
造を設けることによる光利用効率の向上であるため、光
電変換層５の構成は特に限定されず、どのような光電変
換層を設けた場合でも本発明の効果は実現する。たとえ
ば、光電変換層構成材料としては、よく用いられるＳｉ
のほか、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｃｄ／ＣｄＴｅなどのいず
れであってもよい。また、利用可能な波長範囲を拡大す
るために、異なる化合物からなる層を積層したタンデム
型の光電変換層としてもよい。光電変換層５の厚さは、
通常、０．２〜５０μm程度である。

【００５１】光電変換層５は、プラズマＣＶＤ法などの
真空成膜法により形成することが好ましい。形成条件は
特に限定されず、構成材料に応じて適宜設定すればよ
い。

【００５２】上部電極６上部電極６の構成材料は、光透過性が要求されるかどう
かに応じて、下部電極４と同様に透明導電材料または金
属材料から適宜選択すればよい。ただし、上部電極６構
成材料には、耐水素プラズマ性は必要とされない。ま
た、上部電極６の厚さは、下部電極４と同様に、その構
成材料に応じて決定すればよい。

【００５３】

【実施例】以下の手順で太陽電池を作製し、特性を評価
した。

【００５４】テクスチャ層３厚さ１．１mmのガラス板からなる基板２を７０rpmで回
転させながら、その上に紫外線硬化型樹脂（東亜合成株
式会社製のアロニックスUV-3701、粘度１００mPas、ガ
ラス転移点２５０℃以上）を塗布し、その上に母型パタ
ーンを有するスタンパを重ねた後、５０００rpmで１０
秒間回転させることにより、基板と２スタンパとの間で
樹脂を展延して樹脂層を形成した。樹脂層の厚さは約５
μmであった。なお、スタンパは、フォトリソグラフィ
ーを利用して前記した方法により作製した。

【００５５】次いで、基板２を通して１０００mJ/cm²の
紫外線を照射することにより樹脂層を硬化した後、スタ
ンパを剥離し、凹凸が形成されたテクスチャ層３を得
た。この凹凸は、スパイラル状の溝と、溝間にあるスパ
イラル状の畝とによって構成されたものであり、図２
（Ｂ）に示す断面における凹凸各部の寸法は、Ｗ_P／Ｄ_D＝３．０、Ｗ_D／Ｄ_D＝７．３、Ｄ_D＝０．１５μm である。

【００５６】次に、テクスチャ層３の脱ガス処理とし
て、２５０℃で３０分間ポストベークを行った。

【００５７】下部電極４次に、厚さ３００nmのＡｌ層および厚さ８０nmのＧａ添
加ＺｎＯ層からなる下部電極４を、ＤＣスパッタ法によ
り形成した。なお、ＺｎＯ層は、光学干渉による増反射
効果を得るための層である。スパッタ条件は、Ａｌ層で
は使用ガス：Ａｒ、圧力：６６．７Pa、投入電力：２．２W/cm²、基板温度：室温とし、ＺｎＯ層では使用ガス：Ａｒ、圧力：６６．７Pa、投入電力：０．５W/cm²、基板温度：室温とした。

【００５８】光電変換層５次いで、下部電極４上に、ｎ層、ｉ層およびｐ層からな
る多結晶Ｓｉ光電変換層を下記条件でプラズマＣＶＤ法
により形成した。

【００５９】ｎ層使用ガスおよび流量：ＰＨ₃／Ｈ₂／ＳｉＨ₄＝０．０６s
ccm／８００sccm／５sccm、圧力：１３３．３Pa、投入電力：５０mW/cm²、基板温度：２２０℃、厚さ：３５nm

【００６０】ｉ層使用ガスおよび流量：Ｈ₂／ＳｉＨ₄＝１０００sccm／２
０sccm、圧力：２６．７Pa、投入電力：６００mW/cm²、基板温度：２２０℃、厚さ：１３００nm

【００６１】ｐ層使用ガスおよび流量：Ｂ₂Ｈ₆／Ｈ₂／ＳｉＨ₄＝０．０２
sccm／９００sccm／４sccm、圧力：６６．７Pa、投入電力：１８０mW/cm²、基板温度：１２０℃、厚さ：１２nm

【００６２】上部電極６次に、ＩＴＯからなる厚さ６０nmの上部電極６を、ＤＣ
スパッタ法により形成した。スパッタ条件は、使用ガスおよび圧力：Ａｒ／Ｏ₂＝０．４Pa／０．０８P
a、投入電力：０．３W/cm²、基板温度：室温とした。

【００６３】次いで、配線電極および取り出し電極を形
成して、太陽電池とした。

【００６４】評価上記太陽電池について、ソーラーシュミレーターを用
い、上部電極６側から光を照射し、太陽電池特性を測定
した。その結果、開放電圧Ｖoc：０．５１V、短絡電流Ｉsc：２３．７１mA/cm²、形状因子ＦＦ：０．７４６、変換効率Ｅff：９．０２％であった。

【００６５】一方、テクスチャ層を設けなかったほかは
上記太陽電池と同様にして比較電池を作製し、これにつ
いても太陽電池特性を測定したところ、開放電圧Ｖoc：０．５２V、短絡電流Ｉsc：１８．３８mA/cm²、形状因子ＦＦ：０．７５１、変換効率Ｅff：７．１８％であった。

【００６６】この結果から、テクスチャ層を設けること
により光電電流が増大し、変換効率が約２６％改善され
たことがわかる。

【００６７】次に、上記太陽電池と同様にして基板２上
にテクスチャ層３を形成した後、テクスチャ層３上に、
反射層として厚さ１００nmのＡｌ膜を形成することによ
り、拡散反射率測定用サンプルを得た。また、比較用
に、図２（Ｂ）に示す断面における凹凸各部の寸法が、Ｗ_P／Ｄ_D＝７．５、Ｗ_D／Ｄ_D＝１６、Ｄ_D＝０．０２μm であるスパイラル状の溝を有するテクスチャ層３を設け
たサンプルも作製した。さらに、比較用に、テクスチャ
層３を設けず、基板２上に厚さ１００nmのＡｌ膜を直接
形成したサンプルも作製した。

【００６８】これらのサンプルについて、拡散反射率の
波長依存性を調べた。なお、入射角と反射角とが等しい
反射が正反射であり、反射光に対して正反射の反射光が
占める割合が正反射率、正反射以外の反射光の占める割
合が拡散反射率、正反射率と拡散反射率との合計が積分
反射率である。本明細書では、測定光を基板表面に対し
て垂直に入射させ、正反射の反射光から５°以内の角度
にある反射光を正反射光として扱い、拡散反射率を算出
する。具体的には、積分反射率および正反射率を測定
し、拡散反射率＝１００×（積分反射率−正反射率）／積分
反射率（％）により拡散反射率を求めた。結果を図６に示す。図６に
おいて「Ｄ_D＝０μm」は、テクスチャ層を設けなかった
比較サンプルである。

【００６９】図６から、テクスチャ層３表面の凹凸の寸
法を本発明で限定する範囲内とすることにより、拡散反
射率が顕著に向上することがわかる。具体的には、本発
明を適用した場合、波長３００〜５８０nmの範囲で波長
が長くなるにしたがって拡散反射率が増大しており、波
長５８０nm以上では８５％以上の高い拡散反射率が得ら
れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池の構成例を示す部分断面図で
ある。

【図２】本発明の太陽電池のテクスチャ層の構成例を示
し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。

【図３】本発明の太陽電池のテクスチャ層の構成例を示
し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。

【図４】（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の太陽電池のテクス
チャ層の構成例を示す平面図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は、テクスチャ層の形成工程の
一例を示す断面図である。

【図６】基板上にテクスチャ層および反射層を形成した
サンプルおよび基板上に反射層を形成したサンプルにつ
いて、拡散反射率の波長依存性を示すグラフである。

【符号の説明】

２基板３テクスチャ層４下部電極５光電変換層６上部電極Ｄ凹部Ｐ凸部Ｇ溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平田秀樹東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内 (72)発明者松瀬充貴東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内 (72)発明者高山勝東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 GA02 GA03 GA05 GA06 GA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面にテクスチャ構造をもつ基板または
上面にテクスチャ構造をもつテクスチャ層を有する基板
の上に、下部電極、光電変換層および上部電極をこの順
で有する太陽電池であって、前記テクスチャ構造は、それぞれ規則的に配列した凹部
および凸部を有する凹凸からなり、テクスチャ構造断面
において、凹部の幅をＷ_Dとし、凸部の幅をＷ_Pとし、凹
部の深さをＤ_Dとしたとき、Ｗ_P／Ｄ_D＝０．５〜６．０、Ｗ_D／Ｄ_D＝０．５〜１０．０、Ｄ_D＝０．０５〜５μm である太陽電池。
【請求項２】基板のテクスチャ構造形成面の拡散反射
率が、波長４００nmにおいて６０％以下であり、かつ、
波長６００nmにおいて７５％以上である請求項１の太陽
電池。
【請求項３】前記テクスチャ構造が樹脂から構成され
ている請求項１または２の太陽電池。
【請求項４】前記基板が、ポリエチレンナフタレー
ト、ポリエーテルサルホン、ポリイミド、ポリアミド、
ポリイミドアミド、ポリアリレート、ガラスまたは金属
から構成される請求項１〜３のいずれかの太陽電池。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかの太陽電池を製
造する方法であって、前記凹凸の母型パターンを有する型からの転写によりテ
クスチャ構造を形成する工程を有する太陽電池の製造方
法。
【請求項６】前記型が有する母型パターンが、リソグ
ラフィーを利用して形成されたものである請求項５の太
陽電池の製造方法。