光电转换元件制造技术

光电转换元件（10）包括光电转换层（20）、防反射膜（32）、光散射层（36）、和透明薄膜层（50）。防反射膜（32）设于光电转换层（20）的受光面侧。光散射层（36）由被二维配置在与光电转换层（20）的受光面相反侧的多个金属纳米粒子构成。在光电转换层（20）和光散射层（36）之间设有透明薄膜层（50）。透明薄膜层（50）的层厚dlow以下式表示。在下式中，λ0是光电转换层（20）能够吸收的光在真空中的波长的任意值。nabs表示光电转换层（20）在上述波长时的折射率，nlow表示透明薄膜层（50）在上述波长时的折射率。[数学式1]

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】光电转换元件（10）包括光电转换层（20）、防反射膜（32）、光散射层（36）、和透明薄膜层（50）。防反射膜（32）设于光电转换层（20）的受光面侧。光散射层（36）由被二维配置在与光电转换层（20）的受光面相反侧的多个金属纳米粒子构成。在光电转换层（20）和光散射层（36）之间设有透明薄膜层（50）。透明薄膜层（50）的层厚dlow以下式表示。在下式中，λ0是光电转换层（20）能够吸收的光在真空中的波长的任意值。nabs表示光电转换层（20）在上述波长时的折射率，nlow表示透明薄膜层（50）在上述波长时的折射率。【专利说明】光电转换元件
本专利技术涉及通过光电转换将光能转换成电能的光电转换元件。
技术介绍
对于太阳能电池等的光电转换元件，为了实现省资源化、低成本化，期待光电转换层进一步的薄膜化。在简单地将光电转换层薄膜化的情况下，光电转换层的光吸收量减少，因此使光电转换层中的吸收量增加的技术是不可或缺的。作为这样的技术，存在下面的技术:在光电转换层的表面和/或背面设置金属纳米构造(金属纳米粒子阵列、金属纳米孔阵列、金属光栅结构等)作为光散射层，使入射的光倾斜地散射并延长在太阳能电池内部的光路长度、使电流增大。〔在先技术文献〕〔专利文献〕专利文献1:日本特开2000-294818号公报专利文献2:日本特开2001-127313号公报专利文献3:日本特开2009-533875号公报〔非专利文献〕`非专利文献1:Beck 等、Journal of Applied Physics, 105,114310 (2009).非专利文献2:Mokkapati 等、Applied Physics Letters,95,053115 (2009).
技术实现思路
专利技术要解决的问题如果太阳能电池的光电转换层(活性层)与用于使反射光散射的金属直接接触，则太阳能电池的性能、特别是开路电压会下降，因而需要在光电转换层和光散射层之间插入电介质、半导体。但是，在以往的技术中，存在如果在光电转换层和金属纳米结构之间插入电介质、半导体，则金属纳米结构的效果会降低的问题，采用什么样的层，才能既抑制太阳能电池性能的下降，又使光电转换的电流增大、最终实现太阳能电池性能的提高是并不明确的。本专利技术鉴于这样的课题而完成，其目的在于提供如下技术:在对光电转换层的至少一个面设置有光散射层的构造中，既抑制太阳能电池性能的下降，又能够获得电流增加的效果。用于解决问题的方案本专利技术的一个方案是光电转换元件。该光电转换元件的特征在于包括:光电转换层，层叠在该光电转换层的一个主表面的、折射率与光电转换层不同的透明薄膜层，以及层叠在与光电转换层相反侧的透明薄膜层的主表面上的光散射层；透明薄膜层的层厚dlOT由下式表示。〔式I〕Λ J1.?IO < dtmv < Λ,,?1—...........................；.............................................r '在上式中，λ ^是光电转换层能够吸收的光在真空中的波长的任意值。nabs表示光电转换层在上述波长时的折射率。nlOT表示透明薄膜层在上述波长时的折射率。通过该方案的光电转换元件，未被光电转换元件吸收掉的入射光，因被设置在与受光面相反侧的光电转换元件的主表面侧的多个金属纳米粒子而发生漫反射，因此光电转换层内的入射光的光路长度增大，可以有效地吸收入射光。进而，由于上述层厚dlov的透明薄膜层存在于光电转换层和光散射层之间，从而能在不降低开路电压等电特性的情况下增加在光电转换元件中的电流提高效果。在上述方式的光电转换兀件中，光散射层可以由具有微细结构的金属形成。光电转换层可以由单晶硅、多晶硅或微晶硅形成。另外，透明薄膜层可以由含有硅的材料形成。需要说明的是，适当组合上述各要素得到的技术方案也可包含在本专利申请所要求保护的专利技术范围内。专利技术的效果通过本专利技术，在对光电转换层的至少一个面设有光散射层的光电转换元件中，能既抑制太阳能电池性能的下降，又获得电流增加效果。【专利附图】【附图说明】图1的(A)是表示实施方式的光电转换元件的结构的示意剖面图。图1的(B)是表示从背面侧俯视半导体基板时的、金属纳米粒子排列情况的俯视图。图2是表示实施方式的的工序剖面图。图3是表示实施方式的的工序剖面图。图4是针对实施例和比较例的太阳能电池，将透明薄膜层的厚度dlow与相对电流值的关系制图而得到的图表。图5是将能增加相对电流值的最厚的透明薄膜层的层厚以直线近似而求得的基础上进行制图得到的图表。【具体实施方式】下面，边参照附图边说明本专利技术的实施方式。需要说明的是，在所有附图中，对相同的构成要素辅以相同的标号，并适当省略说明。图1的(A)是表示实施方式的光电转换元件10的构成的示意剖面图。图1的(B)是表不从受光面的相反侧俯视光电转换兀件时的、构成光散射层36的金属纳米粒子排列情况的俯视图。图1的(A)相当于图1的(B)的A-A线上的剖面图。图1的(B)中，仅示出构成光散射层36的金属纳米粒子和光电转换层20的配置，省略了其他结构。如图1的(A)所不那样，光电转换兀件10具备光电转换层20、防反射膜32、透明薄膜层50、光散射层36和透明导电膜60。本实施方式中，光电转换元件10是太阳能电池。光电转换层20，具有P型半导体和η型半导体相结合的pn结，通过pn结的光电效应，来自太阳的光能被转换成电能。在η型半导体、P型半导体上分别安装电极(未图示)，从而可以向光电转换元件10的外部输出直流电流。需要说明的是，本实施方式中，设置在受光面的相反侧的电极被层叠于后述的透明薄膜层50上，由此与光电转换层20电连接。光电转换层20，例如是由单晶硅、多晶硅或微晶硅制成的Si基板，作为由IV族半导体基板构成的太阳能电池，具有公知的pn结。如图1的(A)和图1的(B)所示，防反射膜32被在光电转换元件10的受光面侧、被设置于光电转换层20的第I主表面SI上。关于防反射膜32,只要兼具光电转换兀件10针对所受的光的波长范围的透明性、和防止光电转换元件10所受的光的反射的功能即可，形态和材料没有特别限定，例如可以列举Si02、SiNx、Ti02、ITO等。需要说明的是，防反射膜32是任意的结构，光电转换元件10上未设置防反射膜32的方案也包括在本专利技术中。光散射层36被设置在光电转换元件10的受光面的相反侧，并被隔着后述的透明薄膜层50地二维配置。在本实施方式中，光散射层36含有在透明薄膜层50上以二维阵列状分散存在的多个金属纳米粒子。构成光散射层36的金属纳米粒子的材料只要是金属材料即可，没有特别限制，优选 Frohlich 模式(参照 Bohren and Huffman, Absorption and Scattering of Light bySmall Particles, Wiley, 1983)的共振波长接近防止反射的光的波长的材料,例如可以列举Au、Ag、Al、Cu、或这些金属的合金。需要说明的是，在本实施方式中，覆盖光散射层36地层叠了 ITO等的透明导电膜60。透明导电膜60也被填充在设置于透明薄膜层50的贯通部52中，透明导电膜60本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电转换元件，其特征在于，包括：光电转换层，在所述光电转换层的一个主表面层叠的、折射率与所述光电转换层不同的透明薄膜层，以及在与所述光电转换层相反侧的所述透明薄膜层的主表面上层叠的光散射层；其中，所述透明薄膜层的层厚dlow由下式表示，0<dlow<λ0(nlownabs)21nabs2-nlow2在上式中，λ0是光电转换层能够吸收的光在真空中的波长的任意值，nabs表示光电转换层在上述波长时的折射率，nlow表示透明薄膜层在上述波长时的折射率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤正直，林慎也，中山庆祐，
申请(专利权)人：吉坤日矿日石能源株式会社，
类型：
国别省市：