JP4948778B2 - 太陽電池およびその色調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池およびその外観色を調整する太陽電池の色調整方法に関する。

近年、地球環境保全の観点から太陽光発電の本格普及が期待されているため、太陽電池に関する開発が盛んに行われている。この太陽電池は、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換（いわゆる光電変換）する電池デバイスである。

太陽電池は、主に、基板上に、反射電極層、光電変換層（いわゆる発電層）および透明電極層がこの順に積層された積層構造を有している。この種の太陽電池では、透明電極層を経由して太陽電池の内部に導かれた入射光（太陽光）が反射電極層において反射され、その反射光が再び透明電極層を経由して太陽電池の外部に導かれる際に、光電変換層において発電される。

この太陽電池の構成に関しては、既にいくつかの態様が提案されている。具体的には、光電変換層が非晶質シリコンにより構成されている場合に、金属または合金の層（第１の金属層）と、金属、合金、ステンレスまたはケイ素鋼合金の層（第２の金属層）とがこの順に積層された積層構造を有するように反射電極層を構成することにより、光電変換層と反射電極層との間において密着性を高めると共に相互拡散を防止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特公平０２−００６２３５号公報

ところで、最近では、例えば時計などに搭載される低照度用途の太陽電池に関して、発電性能などの電池特性の観点だけでなく、デザインを意識した外観の観点においても要望が高まりつつある。具体的には、光電変換層が非晶質シリコンにより構成されている太陽電池では、その非晶質シリコンの光吸収特性に起因して外観色が赤みを帯びることから、時計の外観上において太陽電池が目立たないようにするために、その赤みが抑えられるように外観色を調整する必要がある。

しかしながら、従来の太陽電池では、外観色を調整する観点において具体的な対策がなされていないため、色調に関する要望に応じて外観色を調整することが困難であるという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、赤みが抑えられるように外観色を調整することが可能な太陽電池およびその色調整方法を提供することにある。

本発明に係る太陽電池は、光透過性を有する第１の電極層と、光反射性を有する第２の電極層と、第１の電極層と第２の電極層との間に設けられ、非晶質シリコンを含むと共に光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換層と、光電変換層と第２の電極層との間に設けられ、導電性および光吸収性を有すると共にケイ化物を含む光吸収層とを備え、分光光度計により第１の電極層側から測定される外観色の色度ｘが０．４１以上０．５０以下の範囲内のものである。

本発明に係る太陽電池の色調整方法は、光透過性を有する第１の電極層と、光反射性を有する第２の電極層と、第１の電極層と第２の電極層との間に設けられ、非晶質シリコンを含むと共に光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換層とを備えた太陽電池の外観色を調整する方法であり、光電変換層と第２の電極層との間に導電性および光吸収性を有すると共にケイ化物を含む光吸収層を設けることにより、分光光度計により第１の電極層側から測定される外観色の色度ｘが０．４１以上０．５０以下の範囲内となるように、光電変換層を経由した光を光吸収層において吸収させるものである。

本発明に係る太陽電池またはその色調整方法では、光電変換層が非晶質シリコンを含んでいる場合に、その光電変換層と第２の電極層との間に、ケイ化物を含む光吸収層が設けられる。この光吸収層は、光電変換層（非晶質シリコン）が主に短中波長域において選択的な光吸収特性を有するのに対して、主に長波長域において光吸収特性を有するものである。この場合には、光電変換層を経由した入射光（太陽光）がさらに光吸収層を経由したのちに反射電極層において反射され、すなわち入射光のうちの光電変換層および光吸収層において吸収された残りの光が反射電極層において反射されるため、光電変換層と第２の電極層との間に光吸収層を設けない場合と比較して、分光光度計により第１の電極層側から測定される外観色の色度ｘが０．４１以上０．５０以下の範囲内となるように反射光の赤みが抑えられる。

本発明に係る太陽電池では、光吸収層の吸収係数αおよび厚さＴの積αＴが０．２以上３．０以下の範囲内であるのが好ましい。この場合には、光吸収層がケイ化クロム（ＣｒＳｉまたはＣｒＳｉ₂ ）、ケイ化コバルト（ＣｏＳｉ、Ｃｏ₂ ＳｉまたはＣｏＳｉ₂ ）、ケイ化鉄（ＦｅＳｉまたはＦｅＳｉ₂ ）、ケイ化マンガン（ＭｎＳｉ）、ケイ化モリブデン（Ｍｏ₂ Ｓｉ）、ケイ化ニオブ（ＮｂＳｉ₂ ）、ケイ化パラジウム（Ｐｄ₂ Ｓｉ）、ケイ化白金（ＰｔＳｉまたはＰｔ₂ Ｓｉ）、ケイ化タンタル（ＴａＳｉ₂ ）、ケイ化チタン（ＴｉＳｉまたはＴｉＳｉ₂ ）、ケイ化タングステン（ＷＳｉ₂ ）またはケイ化ニッケル（ＮｉＳｉ、Ｎｉ₂ ＳｉまたはＮｉＳｉ₂ ）を含んでいてもよい。

本発明に係る太陽電池またはその色調整方法によれば、光電変換層が非晶質シリコンを含んでいる場合に、光電変換層と第２の電極層との間に、ケイ化物を含む光吸収層を設けるようにしたので、分光光度計により第１の電極層側から測定される外観色の色度ｘが０．４１以上０．５０以下の範囲内となるように、光電変換層を経由したのちに反射電極層において反射される光（反射光）の赤みが抑えられる。したがって、反射光の色調に基づいて決定される太陽電池の外観色の色調も赤みが抑えられるため、赤みが抑えられるように外観色を調整することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る太陽電池の構成について説明する。図１は、太陽電池１０の断面構成を表している。なお、本発明の「太陽電池の色調整方法」は、本実施の形態に係る太陽電池の構成および作用に基づいて実現されるため、その「太陽電池の色調整方法」については、以下で併せて説明する。

太陽電池１０は、光電変換機能を利用して入射光（太陽光）Ｌの光エネルギーを電気エネルギーに変換する電池デバイスである。この太陽電池１０は、図１に示したように、透明電極層５と、反射電極層２と、透明電極層５と反射電極層２との間に設けられた光電変換層４と、光電変換層４と反射電極層２との間に設けられた光吸収層３とを備えている。より具体的には、太陽電池１０は、例えば、基板１上に、反射電極層２、光吸収層３、光電変換層４、透明電極層５および封止材６がこの順に積層された積層構造を有している。

基板１は、太陽電池１０全体を支持するものである。この基板１は、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ；polyethylene naphthalate）などのプラスチックフィルムである。

反射電極層２は、光電変換層４において変換された電気エネルギーを取り出すために使用される第２の電極層である。特に、反射電極層２は、光反射性を有しており、すなわち太陽電池１０の内部に導かれた入射光Ｌを反射させることにより、その入射光Ｌを反射光Ｒとして太陽電池１０の外部に導く機能を有している。この反射電極層２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）またはチタン（Ｔｉ）などの光反射性導電性材料を含んで構成されている。

光吸収層３は、導電性および光吸収性を有しており、すなわち入射光Ｌを吸収することにより太陽電池１０の外観色を調整するものである。より具体的には、光吸収層３は、光電変換層４を経由した光、すなわち光電変換層４において吸収された（発電に利用された）のちに光吸収層３まで達した残りの特定波長領域の光を吸収することにより、反射光Ｒの色調に基づいて決定される太陽電池１０の見かけの色調を調整するものである。この「特定波長域の光」とは、約６００ｎｍ以上の長波長域の光であり、一般に赤色と分類される色領域の光である。

特に、光吸収層３は、上記した特定波長域の光を吸収するために、吸収係数αと厚さＴとの間に特定の関係を有している。より具体的には、光吸収層３の吸収係数αおよび厚さＴの積αＴは、例えば、０．２以上３．０以下の範囲内（０．２≦αＴ≦３．０）である。この光吸収層３の厚さＴは、上記した積αＴの関係を満たす範囲内において、自由に設定可能である。

この光吸収層３は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、マンガン（Ｍｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）または亜鉛（Ｚｎ）を含む群のうちのいずれかの金属、あるいはケイ化クロム（ＣｒＳｉまたはＣｒＳｉ₂ ）、ケイ化コバルト（ＣｏＳｉ、Ｃｏ₂ ＳｉまたはＣｏＳｉ₂ ）、ケイ化鉄（ＦｅＳｉまたはＦｅＳｉ₂ ）、ケイ化マンガン（ＭｎＳｉ）、ケイ化モリブデン（Ｍｏ₂ Ｓｉ）、ケイ化ニオブ（ＮｂＳｉ₂ ）、ケイ化パラジウム（Ｐｄ₂ Ｓｉ）、ケイ化白金（ＰｔＳｉまたはＰｔ₂ Ｓｉ）、ケイ化タンタル（ＴａＳｉ₂ ）、ケイ化チタン（ＴｉＳｉまたはＴｉＳｉ₂ ）、ケイ化タングステン（ＷＳｉ₂ ）またはケイ化ニッケル（ＮｉＳｉ、Ｎｉ₂ ＳｉまたはＮｉＳｉ₂ ）を含む群のうちのいずれかのケイ化物（いわゆるシリサイド）を含んで構成されている。なお、光吸収層３は、例えば、上記した金属やケイ化物の他、ステンレス鋼（ＳＵＳ）を含んで構成されていてもよい。

光電変換層４は、入射光Ｌの光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。この光電変換層４は、非晶質シリコン（いわゆるアモルファスシリコン；ａ−Ｓｉ）を含んで構成されており、ｐｉｎ接合構造（ｎ層／ｉ層／ｐ層）を有している。特に、光電変換層４は、非晶質シリコンの選択的な光吸収特性に基づいて、入射光Ｌのうちの特定波長域の光を選択的かつ集中的に吸収してエネルギー変換するものである。この「特定波長域の光」とは、約６００ｎｍ未満の短中波長域の光であり、一般に緑色および青色と分類される色領域の光である。なお、光電変換層４は、上記した特定波長域の光（約６００ｎｍ未満の短中波長域の光）のみを吸収してエネルギー変換するわけではなく、その特定波長域以外の波長域の光（約６００ｎｍ以上の長波長域の光）も僅かに吸収してエネルギー変換する。

透明電極層５は、光電変換層４において変換された電気エネルギーを取り出すために使用される第１の電極層である。特に、透明電極層５は、光透過性を有しており、すなわち太陽電池１０の内部に導かれた入射光Ｌを透過させることにより光電変換層４まで導くと共に、反射電極層２において反射された反射光Ｒを透過させることにより太陽電池１０の外部に導く機能を有している。この透明電極層５は、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ；indium tin oxide）などの光透過性導電性材料を含んで構成されている。

封止材６は、太陽電池１０の主要部（主に光電変換層４など）を保護するものである。この封止材６は、例えば、エポキシ系樹脂などの光透過性絶縁性材料を含んで構成されている。

この太陽電池１０では、図１に示したように、入射光Ｌが入射されると、その入射光Ｌが封止材６、透明電極層５、光電変換層４および光吸収層３をこの順に経由して反射電極層２に到達することにより、太陽電池１０の内部に導かれる。こののち、入射光Ｌが反射電極層２において反射光Ｒとして反射されると、その反射光Ｒが光吸収層３、光電変換層４、透明電極層５および封止材６をこの順に経由して太陽電池１０の外部に導かれれる。

この際、太陽電池１０の内部に導かれる過程において入射光Ｌが光電変換層４において吸収されると共に、太陽電池１０の外部に導かれる過程において反射光Ｒが光電変換層４において吸収されるため、それらの入射光Ｌおよび反射光Ｒを利用して光電変換層４が光電変換（発電）し、すなわち光エネルギーを電気エネルギーに変換する。

本実施の形態に係る太陽電池１０では、光電変換層４が非晶質シリコンを含んで構成されている場合に、その光電変換層４と反射電極層２との間に光吸収層３を設けるようにしたので、以下の理由により、赤みが抑えられるように外観色を調整することができる。

図２は、本実施の形態に係る太陽電池１０に対する比較例としての太陽電池１００の構成を表しており、図１に示した断面構成に対応している。この比較例の太陽電池１００は、光電変換層４が非晶質シリコンを含んで構成されている場合に、その光電変換層４と反射電極層２との間に光吸収層３が設けられておらず、すなわち光電変換層４が反射電極層２に隣接している点を除き、本実施の形態に係る太陽電池１０（図１参照）と同様の構成を有している。

この比較例の太陽電池１００（図２参照）では、光電変換層４を経由した入射光Ｌがそのまま反射電極層２において反射され、すなわち入射光Ｌのうちの光電変換層４において吸収された残りの光が反射電極層２において反射されるため、反射光Ｒの赤みが強調されてしまう。より具体的には、入射光Ｌが光電変換層４を経由して反射電極層２まで到達する際には、上記したように、光電変換層４を構成している非晶質シリコンの光吸収特性に起因して、その光電変換層４において短中波長域の光成分が選択的かつ集中的に吸収される。この場合には、最終的に反射電極層２まで到達する光において、長波長域の光成分の割合が相対的に多くなるため、その相対的に割合が多い長波長域の光成分の色調を反映して反射光Ｒの色調が決定される。これにより、非晶質シリコンの光吸収特性に起因する赤みをそのまま再現するように反射光Ｒの色調が決定されるため、その反射光Ｒが強い赤みを帯びてしまう。反射光Ｒが強い赤みを帯びると、当然ながら、その反射光Ｒの色調に基づいて決定される太陽電池１００の外観色の色調も強い赤みを帯びるため、赤みが抑えられるように太陽電池１００の外観色の色調を調整することが困難となる。なお、参考までに説明しておくと、上記したように、反射光Ｒが光電変換層４を経由して太陽電池１００の外部に導かれる際には、その反射光Ｒの一部が光電変換層４において吸収されるが、光電変換層４に対する反射光Ｒの吸収量（長波長域の光の吸収量）は入射光Ｌの吸収量（短中波長域の光の吸収量）よりも著しく少ないため、光電変換層４を経由した反射光Ｒが強い赤みを帯びることに変わりはない。

これに対して、本実施の形態に係る太陽電池１０（図１参照）では、光電変換層４を経由した入射光Ｌがさらに光吸収層３を経由したのちに反射電極層２において反射され、すなわち入射光Ｌのうちの光電変換層４および光吸収層３において吸収された残りの光が反射電極層２において反射されるため、比較例の太陽電池１００と比較して、反射光Ｒの赤みが抑えられる。より具体的には、入射光Ｌが光電変換層４および光吸収層３をこの順に経由して反射電極層２まで到達する際には、上記したように、光電変換層４を構成している非晶質シリコンの光吸収特性に起因して、その光電変換層４において短中波長域の光成分が選択的かつ集中的に吸収されると共に、光吸収層３の光吸収特性に基づいて、その光吸収層３において残りの長波長域の光成分が吸収される。この場合には、最終的に反射電極層２まで到達する光において、長波長域の光成分の割合が相対的に少なくなるため、その相対的に割合が少ない長波長域の光成分の色調を反映して反射光Ｒの色調が決定される。これにより、非晶質シリコンの光吸収特性に起因する赤みをそのまま再現せず、すなわち赤みを和らげるように反射光Ｒの色調が矯正されるため、その反射光Ｒの赤みが抑えられる。したがって、反射光Ｒの色調に基づいて決定される太陽電池１０の外観色の色調も赤みが抑えられるため、赤みが抑えられるように太陽電池１０の外観色を調整することができるのである。

特に、本実施の形態では、光吸収層３の吸収係数αおよび厚さＴの積αＴが０．２以上３．０以下の範囲内（０．２≦αＴ≦３．０）となるようにしたので、光電変換層４を経由した光を光吸収層３において十分に吸収させる観点において、その積αＴが最適化される。この場合には、光吸収層３における光吸収量が十分に大きくなるため、赤みを帯びた反射光Ｒの強度（光量）が十分に少なくなる。したがって、色度特性上において、反射光Ｒの色調（赤み）が非晶質シリコンの光吸収特性に起因する色調（赤み）に対して大きくシフトするため、十分に赤みが抑えられるように太陽電池１０の外観色を調整することができる。

この場合には、さらに、光吸収層３の光吸収特性が上記した積αＴに基づいて決定されることから明らかなように、光吸収層３の厚さＴに依存して光吸収量が増減すると共に、その光吸収層３の光吸収量に依存して外観色の調整量（色度図上における色度のシフト量）も増減する。したがって、光吸収層３の厚さＴを変化させることにより外観色の色調を変化させることが可能であるため、その外観色の色調を所望の色調となるように制御することができる。

また、本実施の形態では、上記したように、光電変換層４と反射電極層２との間に設けた光吸収層３の光吸収特性を利用して太陽電池１０の外観色を調整するようにしたので、以下の理由により、その外観色を的確かつ安定に調整することができると共に、電池特性を確保することができる。

すなわち、太陽電池１０の外観色を調整する手法としては、上記した光吸収層３を利用する手法の他、その光吸収層３を利用せずに透明電極層５を利用する手法も考えられる。この透明電極層５を利用する手法では、透明電極層５の厚さに依存する光の干渉現象を利用して反射光Ｒの色調を変化させることにより、外観色を調整することが可能である。しかしながら、この場合には、透明電極層５の厚さの変化に対応する反射光Ｒの色調の変化方向（色度図上における色度のシフト方向）が赤みの強弱方向に対応しておらず、すなわち透明電極層５の厚さを変化させても反射光Ｒの赤みが大きく変化しないため、赤みが抑えられた所望の色調となるように外観色を的確に調整することが困難である。また、上記したように透明電極層５の厚さの変化に対応する反射光Ｒの色調の変化方向が赤みの強弱方向に対応していないとはいえ、その透明電極層５の厚さが変化すると反射光Ｒの色調が少なからず変化することに伴い、透明電極層５を形成する際に厚さがばらつくと、その透明電極層５の厚さのばらつきに起因して反射光Ｒの色調もばらつくため、赤みが抑えられた所望の色調となるように外観色を安定に調整することが困難である。しかも、この場合には、太陽電池１０を製造する際に、基板１上に光電変換層４まで形成した時点において既に外観色の色調が所望の色調から外れてしまう事態が生じると、透明電極層５の厚さを調整しただけではもはや外観色の色調を所望の色調となるように修復することが困難である。

また、太陽電池１０の外観色を調整する手法としては、さらに、光吸収層３を利用せずに光電変換層４を利用する手法も考えられる。この光電変換層４を利用する手法では、光電変換層４の厚さに依存する光吸収現象を利用して反射光Ｒの色調を変化させることにより、外観色を調整することが可能である。しかしながら、この場合には、十分に赤みが抑えられるように反射光Ｒの色調を制御するために、光電変換層４の厚さを過剰に大きくしなければならず、すなわち発電性能や耐久性能（例えば光劣化耐性）などの電池特性に寄与する適正な厚さ範囲を超えるように光電変換層４の厚さを設定しなければならないため、赤みが抑えられるように外観色の色調を調整しつつ、電池特性を確保することが困難である。

これに対して、光吸収層３を利用する手法では、透明電極層５を利用する手法とは異なり、光吸収層３の厚さの変化に対応する反射光Ｒの色調の変化方向が赤みの強弱方向に対応しており、すなわち光吸収層３の厚さを変化させることにより反射光Ｒの赤みが大きく変化するため、赤みが抑えられた所望の色調となるように外観色を的確に調整することが可能である。また、透明電極層５の厚さのばらつきに起因して反射光Ｒの色調がばらついたとしても、その色調のばらつきが光吸収層３の十分な色調抑制作用（赤み抑制作用）を利用して打ち消されるため、赤みが抑えられた所望の色調となるように外観色を安定に調整することが可能である。したがって、外観色を的確かつ安定に調整することができるのである。

また、光吸収層３を利用する手法では、光電変換層４を利用する手法とは異なり、その光電変換層４の厚さに関係せずに外観色の色調を制御することが可能であるため、発電性能や耐久性能などの電池特性に寄与する適正な厚さ範囲内となるように光電変換層４の厚さを設定しつつ、外観色を調整することが可能となる。したがって、電池特性を確保することができるのである。

また、本実施の形態では、光吸収層３の材質として、上記した一連の金属群のうちからニッケルを選択すれば、光電変換層４を構成している非晶質シリコンとニッケルとの間の電気的相性に基づき、その光吸収層３が光電変換層４に対して良好にオーミック接触する。したがって、光吸収層３の材質としてニッケル以外の材質を選択する場合と比較して、太陽電池１０の電気的特性を向上させることができる。

また、上記した他、本実施の形態に係る太陽電池の色調整方法では、光電変換層４が非晶質シリコンを含んで構成されている場合に、その光電変換層４と反射電極層２との間に光吸収層３を設けることにより、光電変換層４を経由した光を光吸収層３において吸収させるようにしたので、上記したように、太陽電池１０の外観色に寄与する反射光Ｒの赤みが抑えられる。したがって、赤みが抑えられるように太陽電池１０の外観色を調整することができるのである。

次に、本発明に関する実施例について説明する。

（実施例１）
以下の手順を経ることにより、上記実施の形態において説明した太陽電池を製造した。すなわち、まず、基板としてＰＥＮフィルムを準備したのち、その基板上に、ＤＣスパッタリング法を使用してアルミニウムを成膜することにより、３００ｎｍの厚さとなるように反射電極層を形成した。続いて、反射電極層上に、ＤＣスパッタリング法を使用して金属を成膜することにより、光吸収層を形成した。続いて、光吸収層上に、プラズマＣＶＤ（chemical vaper deposition ）法を使用して非晶質シリコン（ｎｉｐ接合膜）を成膜することにより、６５０ｎｍの厚さとなるように光電変換層を形成した。続いて、光電変換層上に、スパッタリング法を使用してＩＴＯを成膜することにより、透明電極層を形成した。この際、光電変換層において発電可能とするために、その光電変換層と反射電極層および透明電極層とを集積化した。最後に、透明電極層上に、スクリーン印刷法を使用してエポキシ系樹脂を印刷することにより、封止材を形成した。これにより、太陽電池が完成した。

（実施例２）
金属に代えてケイ化物を使用して光吸収層を形成した点を除き、実施例１の製造手順と同様の手順を経ることにより太陽電池を製造した。

（実施例３）
金属に代えてステンレス鋼（ＳＵＳ）を使用して光吸収層を形成した点を除き、実施例１の製造手順と同様の手順を経ることにより太陽電池を製造した。

（比較例）
光電変換層と反射電極層との間に光吸収層を形成しなかった点を除き、実施例１の製造手順と同様の手順を経ることにより太陽電池を製造した。

上記した実施例１〜３の太陽電池に関して、諸特性を調べた。なお、実施例１〜３の太陽電池の諸特性を調べる際には、その諸特性を比較評価するために、必要に応じて比較例の太陽電池の諸特性も併せて調べた。

まず、光吸収層の材質として金属を使用した実施例１の太陽電池の諸特性を調べたところ、以下の一連の結果が得られた。

第１に、光吸収層の材質としてニッケルを使用した場合に関して、透明電極層の厚さおよび光吸収層の厚さが太陽電池の外観色に与える影響を調べたところ、図３に示した結果が得られた。図３は、実施例１の太陽電池の色度特性（いわゆる色度図）を表しており、「横軸」は色度ｘを示し、「縦軸」は色度ｙを示している。図３に示した色度は、封止材を経由して太陽電池の外部に導かれた反射光の色度であり、日立株式会社製のＵ−４０００型自記分光光度計を使用して測定された結果である。この色度の意味合いおよび測定手法は、後述する図５および図７においても同様である。上記した影響を調べる際には、光吸収層の厚さを２ｎｍ，９ｎｍ，４４ｎｍと３段階に変化させると共に、透明電極層の厚さを５０ｎｍ，６０ｎｍ，６４ｎｍ，７０ｎｍと４段階に渡って変化させることにより、計１２種類の太陽電池を製造した。図３に示した一連の記号は、上記した１２種類の太陽電池を表しており、すなわち光吸収層の厚さおよび透明電極層の厚さに関して、それぞれ「●（右）」が２ｎｍ，５０ｎｍ、「●（中央）」が９ｎｍ，５０ｎｍ、「●（左）」が４４ｎｍ，５０ｎｍ、「▲（右）」が２ｎｍ，６０ｎｍ、「▲（中央）」が９ｎｍ，６０ｎｍ、「▲（左）」が４４ｎｍ，６０ｎｍ、「■（右）」が２ｎｍ，６４ｎｍ、「■（中央）」が９ｎｍ，６４ｎｍ、「■（左）」が４４ｎｍ，６４ｎｍ、「◆（右）」が２ｎｍ，７０ｎｍ，「◆（中央）」が９ｎｍ，７０ｎｍ、「◆（左）」が４４ｎｍ，７０ｎｍの条件を表している。図３では、実施例１の太陽電池の色度特性を比較評価するために、比較例の太陽電池の色度特性も併せて示している。この比較例の太陽電池に関する透明電極層の厚さは、それぞれ「△」が６０ｎｍ、「□」が６４ｎｍ、「◇」が７０ｎｍを表している。なお、図３では、以下で説明する色調の変化方向を判りやすくするために、色度特性上における赤みの強弱方向Ｙを示しており、より具体的には赤みが強くなる方向を右方向ＹＲとして示し、反対に赤みが弱くなる方向を左方向ＹＬとして示している。

図３に示した結果から判るように、実施例１の太陽電池では、光吸収層の厚さを２ｎｍ（●，▲，■，◆（右）），９ｎｍ（●，▲，■，◆（中央）），４４ｎｍ（●，▲，■，◆（左））のいずれに設定した場合においても、透明電極層の厚さを５０ｎｍ，６０ｎｍ，６４ｎｍ，７０ｎｍの順に増加させることにより（●→▲→■→◆）、色度が下方向３Ａに大きくシフトした。このことは、透明電極層の厚さを増加させることにより反射光の色度が変化するものの、このときの色度の変化方向（下方向３Ａ）が赤みの強弱方向Ｙに対応していないため、反射光の赤みを十分に抑えられないことを表している。一方、実施例１の太陽電池では、透明電極層の厚さを５０ｎｍ（●），６０ｎｍ（▲），６４ｎｍ（■），７０ｎｍ（◆）のいずれに設定した場合においても、光吸収層の厚さを２ｎｍ，９ｎｍ，４４ｎｍの順に増加させることにより（●，▲，■，◆（右→中央→左））、色度が左方向３Ｂに大きくシフトした。このことは、光吸収層の厚さを増加させることにより反射光の色度が変化し、しかもこのときの色度の変化方向（左方向３Ｂ）は赤みの強弱方向Ｙ、より具体的には赤みが弱くなる左方向ＹＬに対応しているため、反射光の赤みを十分に抑えられることを表している。なお、実施例１の太陽電池（▲，■，◆）と比較例の太陽電池（△，□，◇）との間で色度を比較すると、その色度は、比較例の太陽電池よりも実施例１の太陽電池において左方向３Ｂに大きくシフトした。このことは、光電変換層と反射電極層との間に光吸収層を設けることにより、その光吸収層の存在に基づいて反射光の赤みを十分に抑えられることを表している。このことから、本発明（実施例１）の太陽電池では、光電変換層と反射電極層との間に光吸収層（金属）を設けることにより、十分に赤みが抑えられるように反射光の色調を調整可能であることが確認された、また、十分に赤みが抑えられるように反射光の色調を調整するためには、透明電極層を利用する手法よりも、光吸収層（金属）を利用する手法が有効であることも確認された。

なお、ここでは具体的にデータを示して説明しないが、光吸収層の材質としてニッケルを使用した太陽電池の他、後述する表１に列挙する一連の金属（ニッケル以外の他の一連の金属）を使用した太陽電池に関しても同様に、透明電極層の厚さおよび光吸収層の厚さが太陽電池の外観色に与える影響を調べたところ、その他の一連の金属を使用した太陽電池に関しても、ニッケルを使用した太陽電池に関して得られた結果と同様の結果が得られた。

第２に、確認までに、光吸収層の材質として使用したニッケルの光吸収特性を調べたところ、図４に示した結果が得られた。図４は実施例１の太陽電池における光吸収層の光吸収特性を表しており、「横軸」は波長λ（ｎｍ）を示し、「縦軸」は吸収係数α（／ｃｍ）を示している。図４では、波長λ＝７５０ｎｍにおける吸収係数αを示している。この吸収係数αを特定するための基準波長（波長＝７５０ｎｍ）は、後述する図６および図８においても同様である。

図４に示した結果から判るように、ニッケルを使用して構成された光吸収層では、波長λ＝３６０ｎｍ〜７６０ｎｍの範囲内に渡って吸収係数αがほぼ一定となった。このことは、光吸収層が短中長波長域の光を全体に渡って吸収可能な光吸収特性を有していることを表している。このことから、本発明（実施例１）の太陽電池では、光吸収層（金属）が上記した広範囲な波長域に渡る光吸収特性に基づいて長波長域の光を吸収可能であることが確認された。

第３に、光吸収層の材質と光吸収特性との間の相関を調べたところ、表１に示した結果が得られた。表１は光吸収層の材質と光吸収特性との間の相関を表しており、「材質」として一連の金属を示すと共に、光吸収層の光吸収特性に寄与する因子として「吸収係数α（／ｃｍ）」および「厚さＴ（ｎｍ）」を示している。表１では、光吸収層の材質（金属）を代表して、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、マンガン（Ｍｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）および亜鉛（Ｚｎ）を列挙している。上記した相関を調べる際には、一連の金属の吸収係数αを考慮して、十分に赤みが抑えられるように反射光の色調を調整可能な積αＴの適正範囲（０．２≦αＴ≦３．０）を満たす厚さＴを算出した。表１中の「厚さＴ」は、上記した積αＴの適正範囲を満たす範囲（下限〜上限）を示している。この「厚さＴ」の意味するところは、後述する表２および表３においても同様である。

表１に示したように、光吸収層の材質として一連の金属を使用した場合に、各金属ごとに光吸収層の厚さＴの適正範囲が特定された。したがって、表１に示した適正範囲内となるように各金属ごとに光吸収層の厚さＴを設定することにより、十分に赤みが抑えられるように反射光の色調を調整することが可能である。

次に、光吸収層の材質としてケイ化物を使用した実施例２の太陽電池の諸特性を調べたところ、以下の一連の結果が得られた。

第１に、光吸収層の材質としてケイ化パラジウム（Ｐｄ₂ Ｓｉ）を使用した場合に関して、透明電極層の厚さおよび光吸収層の厚さが太陽電池の外観色に与える影響を調べたところ、図５に示した結果が得られた。図５は、実施例２の太陽電池の色度特性を表しており、図３に示した色度特性に対応している。上記した影響を調べる際には、光吸収層の厚さを６ｎｍ，１２ｎｍ，２５ｎｍと３段階に変化させると共に、透明電極層の厚さを４０ｎｍ，６２ｎｍ，６７ｎｍ，７０ｎｍと４段階に渡って変化させることにより、計１２種類の太陽電池を製造した。図５に示した一連の記号は、上記した１２種類の太陽電池を表しており、すなわち光吸収層の厚さおよび透明電極層の厚さに関して、それぞれ「●（右）」が６ｎｍ，４０ｎｍ、「●（中央）」が１２ｎｍ，４０ｎｍ、「●（左）」が２５ｎｍ，４０ｎｍ、「▲（右）」が６ｎｍ，６２ｎｍ、「▲（中央）」が１２ｎｍ，６２ｎｍ、「▲（左）」が２５ｎｍ，６２ｎｍ、「■（右）」が６ｎｍ，６７ｎｍ、「■（中央）」が１２ｎｍ，６７ｎｍ、「■（左）」が２５ｎｍ，６７ｎｍ、「◆（右）」が６ｎｍ，７０ｎｍ，「◆（中央）」が１２ｎｍ，７０ｎｍ、「◆（左）」が２５ｎｍ，７０ｎｍの条件を表している。図５では、実施例２の太陽電池の色度特性を比較評価するために、比較例の太陽電池の色度特性も併せて示している。この比較例の太陽電池に関する透明電極層の厚さは、それぞれ「△」が６２ｎｍ、「□」が６７ｎｍ、「◇」が７０ｎｍを表している。

図５に示した結果から判るように、実施例２の太陽電池では、光吸収層の厚さを６ｎｍ（●，▲，■，◆（右）），１２ｎｍ（●，▲，■，◆（中央）），２５ｎｍ（●，▲，■，◆（左））のいずれに設定した場合においても、透明電極層の厚さを４０ｎｍ，６２ｎｍ，６７ｎｍ，７０ｎｍの順に増加させることにより（●→▲→■→◆）、色度が下方向５Ａに大きくシフトした。一方、実施例２の太陽電池では、透明電極層の厚さを４０ｎｍ（●），６２ｎｍ（▲），６７ｎｍ（■），７０ｎｍ（◆）のいずれに設定した場合においても、光吸収層の厚さを６ｎｍ，１２ｎｍ，２５ｎｍの順に増加させることにより（●，▲，■，◆（右→中央→左））、色度が左方向５Ｂに大きくシフトした。すなわち、この場合においても、光吸収層の厚さおよび透明電極層の厚さが色度に与える影響として、図３を参照して説明した場合と同様の結果が得られた。なお、実施例２の太陽電池（▲，■，◆）と比較例の太陽電池（△，□，◇）との間で色度を比較すると、その色度は、比較例の太陽電池よりも実施例２の太陽電池において左方向５Ｂに大きくシフトした。すなわち、この場合においても、光吸収層を設ける効果として、図３を参照して説明した場合と同様の結果が得られた。このことから、本発明（実施例２）の太陽電池では、光電変換層と反射電極層との間に光吸収層（ケイ化物）を設けることにより十分に赤みが抑えられるように反射光の色調を調整可能であると共に、十分に赤みが抑えられるように反射光の色調を調整するために光吸収層（ケイ化物）を利用する手法が有効であることが確認された。

なお、ここでは具体的にデータを示して説明しないが、光吸収層の材質としてケイ化パラジウムを使用した太陽電池の他、後述する表２に列挙する一連のケイ化物（ケイ化パラジウム以外の他の一連のケイ化物）を使用した太陽電池に関しても同様に、透明電極層の厚さおよび光吸収層の厚さが太陽電池の外観色に与える影響を調べたところ、その他の一連のケイ化物を使用した太陽電池に関しても、ケイ化パラジウムを使用した太陽電池に関して得られた結果と同様の結果が得られた。

第２に、確認までに、光吸収層の材質として使用したケイ化パラジウムの光吸収特性を調べたところ、図６に示した結果が得られた。図６は実施例２の太陽電池における光吸収層の光吸収特性を表しており、図４に示した光吸収特性に対応している。

図４に示した結果から判るように、ケイ化パラジウムを使用して構成された光吸収層では、波長λ＝３００ｎｍ〜８３０ｎｍの範囲内に渡って吸収係数αがほぼ一定となり、すなわち光吸収層の光吸収特性として、図４を参照して説明した場合と同様の結果が得られた。このことから、本発明（実施例２）の太陽電池では、光吸収層（ケイ化物）が長波長域の光を吸収可能であることが確認された。

第３に、光吸収層の材質と光吸収特性との間の相関を調べたところ、表２に示した結果が得られた。表２は光吸収層の材質と光吸収特性との間の相関を表しており、表１に示した相関に対応している。表２では、光吸収層の材質（ケイ化物）を代表して、ケイ化クロム（ＣｒＳｉまたはＣｒＳｉ₂ ）、ケイ化コバルト（ＣｏＳｉ、Ｃｏ₂ ＳｉまたはＣｏＳｉ₂ ）、ケイ化鉄（ＦｅＳｉまたはＦｅＳｉ₂ ）、ケイ化マンガン（ＭｎＳｉ）、ケイ化モリブデン（Ｍｏ₂ Ｓｉ）、ケイ化ニオブ（ＮｂＳｉ₂ ）、ケイ化パラジウム（Ｐｄ₂ Ｓｉ）、ケイ化白金（ＰｔＳｉまたはＰｔ₂ Ｓｉ）、ケイ化タンタル（ＴａＳｉ₂ ）、ケイ化チタン（ＴｉＳｉまたはＴｉＳｉ₂ ）、ケイ化タングステン（ＷＳｉ₂ ）またはケイ化ニッケル（ＮｉＳｉ、Ｎｉ₂ ＳｉまたはＮｉＳｉ₂ ）を列挙している。なお、表２では、上記した一連のケイ化物として、代表的な化学式（ＣｒＳｉ，ＣｏＳｉ，ＦｅＳｉ，ＭｎＳｉ，ＭｏＳｉ，ＮｂＳｉ，ＰｄＳｉ，ＰｔＳｉ，ＴａＳｉ，ＴｉＳｉ，ＷＳｉ，ＮｉＳｉ）のみを示している。

表２に示したように、光吸収層の材質として一連のケイ化物を使用した場合に、各ケイ化物ごとに光吸収層の厚さＴの適正範囲が特定された。したがって、表２に示した適正範囲となるように各ケイ化物ごとに光吸収層の厚さＴを設定することにより、十分に赤みが抑えられるように反射光色調を調整することが可能である。

最後に、光吸収層の材質としてステンレス鋼（ＳＵＳ）を使用した実施例３の太陽電池の諸特性を調べたところ、以下の一連の結果が得られた。

第１に、光吸収層の材質としてＳＵＳ３０４を使用した場合に関して、透明電極層の厚さおよび光吸収層の厚さが太陽電池の外観色に与える影響を調べたところ、図７に示した結果が得られた。図７は、実施例３の太陽電池の色度特性を表しており、図３に示した色度特性に対応している。上記した影響を調べる際には、光吸収層の厚さを５ｎｍ，１０ｎｍ，２０ｎｍと３段階に変化させると共に、透明電極層の厚さを６０ｎｍ，６２ｎｍ，６４ｎｍ，６７ｎｍ，７０ｎｍと５段階に渡って変化させることにより、計１５種類の太陽電池を製造した。図１０に示した一連の記号は、上記した１５種類の太陽電池を表しており、すなわち光吸収層の厚さおよび透明電極層の厚さに関して、それぞれ「●（右）」が５ｎｍ，６０ｎｍ、「●（中央）」が１０ｎｍ，６０ｎｍ、「●（左）」が２０ｎｍ，６０ｎｍ、「▲（右）」が５ｎｍ，６２ｎｍ、「▲（中央）」が１０ｎｍ，６２ｎｍ、「▲（左）」が２０ｎｍ，６２ｎｍ、「■（右）」が５ｎｍ，６４ｎｍ、「■（中央）」が１０ｎｍ，６４ｎｍ、「■（左）」が２０ｎｍ，６４ｎｍ、「◆（右）」が５ｎｍ，６７ｎｍ，「◆（中央）」が１０ｎｍ，６７ｎｍ、「◆（左）」が２０ｎｍ，６７ｎｍ、「▼（右）」が５ｎｍ，７０ｎｍ，「▼（中央）」が１０ｎｍ，７０ｎｍ、「▼（左）」が２０ｎｍ，７０ｎｍの条件を表している。図７では、実施例３の太陽電池の色度特性を比較評価するために、比較例の太陽電池の色度特性も併せて示している。この比較例の太陽電池に関する透明電極層の厚さは、それぞれ「○」が６０ｎｍ、「△」が６２ｎｍ、「□」が６４ｎｍ、「◇」が６７ｎｍ、「▽」が７０ｎｍを表している。

図７に示した結果から判るように、光吸収層の厚さを５ｎｍ（●，▲，■，◆，▼（右）），１０ｎｍ（●，▲，■，◆，▼（中央）），２０ｎｍ（●，▲，■，◆，▼（左））のいずれに設定した場合においても、透明電極層の厚さを６０ｎｍ，６２ｎｍ，６４ｎｍ，６７ｎｍ，７０ｎｍの順に増加させることにより（●→▲→■→◆→▼）、色度が下方向７Ａに大きくシフトした。これに対して、透明電極層の厚さを６０ｎｍ（●），６２ｎｍ（▲），６４ｎｍ（■），６７ｎｍ（◆），７０ｎｍ（▼）のいずれに設定した場合においても、光吸収層の厚さを５ｎｍ，１０ｎｍ，２０ｎｍの順に増加させることにより（●，▲，■，◆，▼（右→中央→左））、色度が左方向７Ｂに大きくシフトした。すなわち、この場合においても、光吸収層の厚さおよび透明電極層の厚さが色度に与える影響に関して、図３を参照して説明した場合と同様の傾向が得られた。なお、実施例３の太陽電池（●，▲，■，◆，▼）と比較例の太陽電池（○，△，□，◇，▽）との間において色度を比較すると、その色度は、比較例の太陽電池よりも実施例３の太陽電池において左方向７Ｂに大きくシフトした。すなわち、この場合においても、光吸収層を設ける効果として、図３を参照して説明した場合と同様の結果が得られた。このことから、本発明（実施例３）の太陽電池では、光電変換層と反射電極層との間に光吸収層（ステンレス鋼）を設けることにより十分に赤みが抑えられるように反射光の色調を調整可能であると共に、十分に赤みを抑えるように反射光の色調を調整するために光吸収層（ステンレス鋼）を利用する手法が有効であることが確認された。

第２に、確認までに、光吸収層の材質として使用したＳＵＳ３０４の光吸収特性を調べたところ、図８に示した結果が得られた。図８は実施例３の太陽電池における光吸収層の光吸収特性を表しており、図４に示した光吸収特性に対応している。

図８に示した結果から判るように、ＳＵＳ３０４を使用して構成された光吸収層では、波長λ＝３００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内に渡って吸収係数αがほぼ一定となり、すなわち光吸収層の光吸収特性として、図４を参照して説明した場合と同様の結果が得られた。このことから、本発明（実施例３）の太陽電池では、光吸収層（ステンレス鋼）が長波長域の光を吸収可能であることが確認された。

第３に、参考までに、光吸収層の材質としてＳＵＳ３０４を使用した場合に関して、反射光の反射特性を調べたところ、図９に示した結果が得られた。図９は実施例３の太陽電池における反射光のスペクトル特性を表しており、「横軸」は波長λ（ｎｍ）を示し、「縦軸」は反射率ＲＴ（％）を示している。上記した反射特性を調べる際には、光吸収層の厚さを５ｎｍ，１０ｎｍ，２０ｎｍと３段階に変化させると共に、透明電極層の厚さを７０ｎｍに固定することにより、３種類の太陽電池を製造した。図９では、光吸収層の厚さに関して、それぞれ「９Ａ」が５ｎｍ、「９Ｂ」が１０ｎｍ、「９Ｃ」が２０ｎｍの条件を表している。

図９に示した結果から判るように、反射光のスペクトル特性として、赤みの要因となる波長λ＝約６００ｎｍ以上の範囲において選択的に反射率ＲＴが増大し、特に、波長λ＝約６１０ｎｍ，６７０ｎｍ，７５０ｎｍ近傍にスペクトルピークが見られた。しかしながら、反射率ＲＴ、すなわち反射光の強度は、光吸収層の厚さが５ｎｍ（９Ａ），１０ｎｍ（９Ｂ），２０ｎｍ（９Ｃ）の順に増加するにしたがって次第に減少した。このことから、本発明（実施例３）太陽電池では、光吸収層（ステンレス鋼）の厚さを増加させることにより、反射光の赤みの抑制作用を高めることが可能であることが確認された。

第４に、光吸収層の材質と光吸収特性との間の相関を調べたところ、表３に示した結果が得られた。表３は光吸収層の材質と光吸収特性との間の相関を表しており、表１に示した相関に対応している。表３では、光吸収層の材質（ステンレス鋼）としてＳＵＳ３０４を示している。

表３に示したように、光吸収層の材質としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を使用した場合に、光吸収層の厚さＴの適正範囲が特定された。したがって、表３に示した適正範囲となるように光吸収層の厚さＴを設定することにより、十分に赤みが抑えられるように反射光色調を調整することが可能である。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。具体的には、例えば、上記実施の形態および実施例では、光吸収層の材質として一連の金属、ケイ化物およびステンレス鋼を列挙したが、その光吸収層の材質は必ずしも上記に列挙したものに限らず、光吸収層の光吸収特性を利用して赤みが抑えられるように太陽電池の外観色を調整することが可能な限り、光吸収層の材質は自由に選定可能である。より具体的には、光吸収層の材質は、例えば、上記に列挙した種類以外の他の金属、ケイ化物およびステンレス鋼であってもよいし、あるいは金属、ケイ化物およびステンレス鋼以外の他の物質であってもよい。

本発明に係る太陽電池またはその色調整方法は、例えば低照度用途の太陽電池に適用することが可能である。

本発明の一実施の形態に係る太陽電池の断面構成を表す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る太陽電池に対する比較例の太陽電池の断面構成を表す断面図である。 実施例１の太陽電池の色度特性を表す図である。 実施例１の太陽電池における光吸収層の光吸収特性を表す図である。 実施例２の太陽電池の色度特性を表す図である。 実施例２の太陽電池における光吸収層の光吸収特性を表す図である。 実施例３の太陽電池の色度特性を表す図である。 実施例３の太陽電池における光吸収層の光吸収特性を表す図である。 実施例３の太陽電池における反射光のスペクトル特性を表す図である。

符号の説明

１…基板、２…反射電極層、３…光吸収層、４…光電変換層、５…透明電極層、６…封止材、１０…太陽電池、Ｌ…入射光（太陽光）、Ｒ…反射光、Ｔ…厚さ、α…吸収係数。

Claims (5)

1. 光透過性を有する第１の電極層と、
   光反射性を有する第２の電極層と、
   前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に設けられ、非晶質シリコンを含むと共に光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換層と、
   前記光電変換層と前記第２の電極層との間に設けられ、導電性および光吸収性を有すると共にケイ化物を含む光吸収層と、を備え、
   分光光度計により前記第１の電極層側から測定される外観色の色度ｘは、０．４１以上０．５０以下の範囲内である
   ことを特徴とする太陽電池。
2. 前記光吸収層の吸収係数αおよび厚さＴの積αＴが、０．２以上３．０以下の範囲内である
   ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
3. 前記光吸収層が、ケイ化クロム（ＣｒＳｉまたはＣｒＳｉ₂ ）、ケイ化コバルト（ＣｏＳｉ、Ｃｏ₂ ＳｉまたはＣｏＳｉ₂ ）、ケイ化鉄（ＦｅＳｉまたはＦｅＳｉ₂ ）、ケイ化マンガン（ＭｎＳｉ）、ケイ化モリブデン（Ｍｏ₂ Ｓｉ）、ケイ化ニオブ（ＮｂＳｉ₂ ）、ケイ化パラジウム（Ｐｄ₂ Ｓｉ）、ケイ化白金（ＰｔＳｉまたはＰｔ₂ Ｓｉ）、ケイ化タンタル（ＴａＳｉ₂ ）、ケイ化チタン（ＴｉＳｉまたはＴｉＳｉ₂ ）、ケイ化タングステン（ＷＳｉ₂ ）またはケイ化ニッケル（ＮｉＳｉ、Ｎｉ₂ ＳｉまたはＮｉＳｉ₂ ）を含んでいる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池。
4. 前記第２の電極層がアルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）またはチタン（Ｔｉ）を含む
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池。
5. 光透過性を有する第１の電極層と、光反射性を有する第２の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に設けられ、非晶質シリコンを含むと共に光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換層と、を備えた太陽電池の外観色を調整する方法であって、
   前記光電変換層と前記第２の電極層との間に、導電性および光吸収性を有すると共にケイ化物を含む光吸収層を設けることにより、分光光度計により前記第１の電極層側から測定される外観色の色度ｘが０．４１以上０．５０以下の範囲内となるように、前記光電変換層を経由した光を前記光吸収層において吸収させる
   ことを特徴とする太陽電池の色調整方法。

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