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JP5359672B2 - Light scattering film for solar cell and solar cell using the same - Google Patents
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JP5359672B2 - Light scattering film for solar cell and solar cell using the same - Google Patents

Light scattering film for solar cell and solar cell using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light scattering film for a solar cell having a high light utilization and improving a light-utilization dependency by an angle of incidence and the solar cell using the light scattering film. <P>SOLUTION: The light scattering film for the solar cell has at least two layers of light scattering layers containing scatterers in matrices. In the light scattering film for the solar cell, (1) the film surface of a first light scattering layer on the solar-light incident side is flattened, and (2) a total light transmittance on the first light scattering layer of a light incident from the normal direction to the film surface is 70% or greater in the first light scattering layer. In the light scattering film for the solar cell, (3) the total light transmittance on a second light scattering layer of the light incident from the normal direction to the film surface is 60% or less in the second light scattering layer installed on the far side from the solar-light incident side to the first light scattering layer, and (4) the total light transmittance on the light scattering layer to the light incident at an angle of 45&deg; to the normal of the film surface of the first and second light scattering layers satisfies a specified relational expression. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、光利用効率が高く、かつ入射角度による光利用効率依存性が改善された太陽電池用光散乱膜とそれを用いた太陽電池に関する。   The present invention relates to a light scattering film for a solar cell having high light utilization efficiency and improved light utilization efficiency dependency depending on an incident angle, and a solar cell using the same.

近年、石油エネルギーの代替エネルギーとして、太陽電池の研究が活発に行われている。   In recent years, solar cells have been actively researched as alternative energy for petroleum energy.

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。   Examples of solar cells include single crystal silicon solar cells, polycrystalline silicon solar cells, thin film silicon solar cells, compound semiconductor solar cells, and dye-sensitized solar cells. Further, the thin film silicon solar cell includes an amorphous silicon solar cell and a microcrystalline silicon solar cell. Furthermore, there are a tandem solar cell in which an amorphous silicon solar cell and a microcrystalline silicon solar cell are stacked, and a triple solar cell in which three solar cells are stacked.

特に、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ち注目をあびている。   In particular, the thin-film silicon solar cell has abundant constituent materials on the earth, is easy to increase in area, can be deposited thinly, has a low consumption of constituent materials, It attracts attention with its outstanding features such as high technical maturity.

太陽電池部材は、光電変換効率向上が重要な課題であり、そのために光電変換層の膜厚を厚くする、凹凸表面構造からなる“テクスチャー構造”と呼ばれる構造を設け、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、光電変換層を通過する光の行路長を長くして、吸収される光の量を増加させる方法が用いられている。   For solar cell members, improving photoelectric conversion efficiency is an important issue. For this purpose, a structure called a “texture structure” consisting of an uneven surface structure is provided to increase the film thickness of the photoelectric conversion layer. In order to increase the amount of light absorbed, the path length of light passing through the photoelectric conversion layer is increased by scattering the light.

しかしながら、テクスチャー構造上に光電変換層を形成した場合、光電変換層(半導体膜)に多くの欠陥を誘起し、変換効率を悪化させる場合があることや光電変換層の膜厚を上げることによる材料コストのアップや生産速度の低下などの問題が残っている。   However, when a photoelectric conversion layer is formed on the texture structure, many defects are induced in the photoelectric conversion layer (semiconductor film), which may deteriorate the conversion efficiency or increase the film thickness of the photoelectric conversion layer. Problems such as increased costs and reduced production speed remain.

一方、特許文献1及び特許文献2には、散乱層を利用して、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についての解決手段が示されている。しかしながら、文献の方法でも光閉じ込め効率は十分ではなく更なる光電変換効率の改善が求められている。   On the other hand, Patent Document 1 and Patent Document 2 show a solution for a light scattering film that uses a scattering layer and does not cause defects in a semiconductor layer formed thereon and has a high light confinement effect. ing. However, the light confinement efficiency is not sufficient even in the literature method, and further improvement in photoelectric conversion efficiency is demanded.

また、太陽電池を固定して設置した場合に、太陽電池への入射角度が設置場所、時間、季節等により変化するため、発電量も変化するのが一般的である。この問題を解決するために、最大の発電量を得るために自動で最適方向へ向ける装置などもあるが、装置自体が破損することが起こることや設置場所が限定されるなどの問題があり一般的な使用には耐えない。   In addition, when the solar cell is fixedly installed, the incident angle to the solar cell changes depending on the installation location, time, season, etc., and thus the amount of power generation generally changes. In order to solve this problem, there are devices that automatically turn to the optimal direction in order to obtain the maximum amount of power generation, but there are problems such as damage to the device itself and limited installation location It cannot withstand typical use.

特開2009−16554号公報JP 2009-16554 A 特開2009−16555号公報JP 2009-16555 A

本発明は、上記問題にかんがみてなされたものであり、その解決課題は、光利用効率が高く、かつ入射角度による光利用効率依存性が改善された太陽電池用光散乱膜及びそれを用いた太陽電池を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and a solution to that problem is a light scattering film for a solar cell that has high light use efficiency and improved dependency on light use efficiency depending on an incident angle, and the same. It is to provide a solar cell.

本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。   The above-mentioned problem according to the present invention is solved by the following means.

1.マトリックス中に散乱体が含有された光散乱層を少なくとも二層有する太陽電池用光散乱膜であって、(1)太陽光入射側の第1の光散乱層の膜表面が平坦であり、(2)前記第1の光散乱層は、膜面に対して法線方向から入射した光の当該第1の光散乱層での全光線透過率が70%以上であり、(3)前記第1の光散乱層に対し太陽光入射側から遠い側に設置された第2の光散乱層は、膜面に対して法線方向から入射した光の当該第2の光散乱層での全光線透過率が60%以下であり、かつ、(4)前記第1の光散乱層の膜面の法線に対して45°の角度で入射した光に対する当該第1の光散乱層での全光線透過率をT1(45°)、前記第2の光散乱層の膜面の法線に対して45°の角度で入射した光に対する当該第2の光散乱層での全光線透過率をT2(45°)としたときに、当該T1(45°)とT2(45°)が下記式(I)を満たし、かつ(第1の光散乱層と第2の光散乱層を通した)全光線透過率(表)が70%以上であり、(第2の光散乱層と第1の光散乱層を通した)全光線透過率(裏)が60%以下であることを特徴とする太陽電池用光散乱膜。
式(I):T1(45°)>T2(45°)
2.前記マトリックス中の散乱体が、マトリックスとは異なる屈折率を有することを特徴とする第1項に記載の太陽電池用散乱膜。
1. A light scattering film for a solar cell having at least two light scattering layers each containing a scatterer in a matrix, wherein (1) the film surface of the first light scattering layer on the sunlight incident side is flat; 2) The first light scattering layer has a total light transmittance at the first light scattering layer of light incident from the normal direction to the film surface of 70% or more, and (3) the first light scattering layer. The second light scattering layer installed on the side far from the sunlight incident side with respect to the light scattering layer of the first light transmission layer transmits the light incident on the film surface from the normal direction in the second light scattering layer. And (4) total light transmission in the first light scattering layer with respect to light incident at an angle of 45 ° with respect to the normal of the film surface of the first light scattering layer. T1 (45 °), the total light in the second light scattering layer with respect to light incident at an angle of 45 ° with respect to the normal of the film surface of the second light scattering layer The transmittance is taken as T2 (45 °), the T1 (45 °) and T2 (45 °) is less than the following formula (I), the AND (first light-scattering layer and the second light-scattering layer The total light transmittance (through) is 70% or more, and the total light transmittance (through the second light scattering layer and the first light scattering layer) is 60% or less. A light scattering film for solar cells.
Formula (I): T1 (45 °)> T2 (45 °)
2. 2. The solar cell scattering film according to claim 1, wherein the scatterer in the matrix has a refractive index different from that of the matrix.

3.前記太陽電池用光散乱膜を構成する任意の二つ光散乱層において、光電変換層から遠い位置に配置される第1の光散乱層のヘーズ値をHz1(%)、光電変換層に近い位置に配置される第2の光散乱層のヘーズ値をHz2(%)としたときに、当該Hz1とHz2がHz1<Hz2の関係を満たすことを特徴とする第1項又は第2項に記載の太陽電池用光散乱膜。
4.前記第1の光散乱層中のマトリックスの膜表面に平行な面内でのマトリックス及び散乱体の屈折率差をΔN1xy、膜表面に対して法線方向でのマトリックス及び散乱体の屈折率差をΔN1z、第2の光散乱層中のマトリックスの膜表面に平行な面内でのマトリックス及び散乱体の屈折率差をΔN2xy、膜表面に対して法線方向でのマトリックス及び散乱体の屈折率差をΔN2zとしたときに、下記式(II)及び(III)を満たすことを特徴とする第1項から第3項までのいずれか一項に記載の太陽電池用光散乱膜。
式(II):ΔN1xy<ΔN1z
式(III):ΔN2xy>ΔN2z
〔但し、式(II)及び式(III)中のΔN1xy、ΔN2xy、ΔN1z及びΔN2zは、下記関係式により定義される。
ΔN1xy=|N1xy(matorix)−N1xy(domain)|
ΔN2xy=|N2xy(matorix)−N2xy(domain)|
ΔN1z=|N1z(matorix)−N1z(domain)|
ΔN2z=|N2z(matorix)−N2z(domain)|
ここで、
N1xy(domain):第1の光散乱層における散乱体の平面内の平均屈折率
N2xy(domain):第2の光散乱層における散乱体の平面内の平均屈折率
N1xy(matrix):第1の光散乱層におけるマトリックスの平面内の平均屈折率
N2xy(matrix):第2の光散乱層におけるマトリックスの平面内の平均屈折率
N1z(domain):第1の光散乱層における法線方向での散乱体の平均屈折率
N2z(domain):第2の光散乱層における法線方向での散乱体の平均屈折率
N1z(matorix):第1の光散乱層における法線方向でのマトリックスの平均屈折率
N2z(matorix):第2の光散乱層における法線方向でのマトリックスの平均屈折率〕
5.前記ΔN1xyがΔN1zよりも小さいことを特徴とする第4項に記載の太陽電池用光散乱膜。
6.前記第1の光散乱層中の散乱体の膜表面に平行な面での平均粒径をR1xy、膜表面に対し垂直方向での平均粒径をR1z、前記第2の光散乱層中の散乱体の膜表面に平行な面での平均粒径をR2xy、膜表面に対し垂直方向での平均粒径をR2z、としたきに、当該R1xy、R1z、R2xy、及びR2zが、下記式(IV)及び(V)を満たすことを特徴とする第1項から第4項までのいずれか一項に記載の太陽電池用光散乱膜。
式(IV):R1xy<R1z
式(V):R2xy>R2z
7.前記第1の光散乱層中の散乱体が針状であり、前記第2の光散乱層中の散乱体が円盤状であることを特徴とする第6項に記載の太陽電池用光散乱膜。
8.光電変換層を有する太陽電池であって、当該光電変換層の少なくとも光が入射する側の面に第1項から第7項までのいずれか一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。
3. In any two light scattering layers constituting the light scattering film for solar cell, the haze value of the first light scattering layer disposed at a position far from the photoelectric conversion layer is Hz1 (%), a position close to the photoelectric conversion layer The first term or the second term is characterized in that when the haze value of the second light-scattering layer disposed at is set to Hz2 (%), the Hz1 and Hz2 satisfy a relationship of Hz1 <Hz2. Light scattering film for solar cells.
4). ΔN1xy is the refractive index difference between the matrix and the scatterer in a plane parallel to the film surface of the matrix in the first light scattering layer, and the refractive index difference between the matrix and the scatterer in the normal direction to the film surface. ΔN1z is a difference in refractive index between the matrix and the scatterer in a plane parallel to the film surface of the matrix in the second light scattering layer, and ΔN2xy is a difference in refractive index between the matrix and the scatterer in the normal direction to the film surface. The light scattering film for a solar cell according to any one of Items 1 to 3, wherein the following formulas (II) and (III) are satisfied when ΔN2z is set:
Formula (II): ΔN1xy <ΔN1z
Formula (III): ΔN2xy> ΔN2z
[However, ΔN1xy, ΔN2xy, ΔN1z, and ΔN2z in the formulas (II) and (III) are defined by the following relational expressions.
ΔN1xy = | N1xy (matrix) −N1xy (domain) |
ΔN2xy = | N2xy (matrix) −N2xy (domain) |
ΔN1z = | N1z (matrix) −N1z (domain) |
ΔN2z = | N2z (matrix) −N2z (domain) |
here,
N1xy (domain): average refractive index in the plane of the scatterer in the first light scattering layer
N2xy (domain): average refractive index in the plane of the scatterer in the second light scattering layer
N1xy (matrix): average refractive index in the plane of the matrix in the first light scattering layer
N2xy (matrix): average refractive index in the plane of the matrix in the second light scattering layer
N1z (domain): average refractive index of the scatterer in the normal direction in the first light scattering layer
N2z (domain): average refractive index of the scatterer in the normal direction in the second light scattering layer
N1z (matrix): average refractive index of the matrix in the normal direction in the first light scattering layer
N2z (matrix): average refractive index of the matrix in the normal direction in the second light scattering layer]
5. The light scattering film for a solar cell according to item 4, wherein the ΔN1xy is smaller than ΔN1z.
6). The average particle diameter in a plane parallel to the film surface of the scatterer in the first light scattering layer is R1xy, the average particle diameter in the direction perpendicular to the film surface is R1z, and the scattering in the second light scattering layer. R2xy is an average particle diameter in a plane parallel to the film surface of the body, and R2z is an average particle diameter in a direction perpendicular to the film surface, and R1xy, R1z, R2xy, and R2z are expressed by the following formula (IV ) And (V) are satisfied, The solar cell light-scattering film according to any one of the first to fourth items.
Formula (IV): R1xy <R1z
Formula (V): R2xy> R2z
7). 7. The solar cell light scattering film according to claim 6, wherein the scatterer in the first light scattering layer has a needle shape, and the scatterer in the second light scattering layer has a disk shape. .
8). It is a solar cell which has a photoelectric converting layer, Comprising: The light-scattering film for solar cells as described in any one of 1st term | claim to 7th term | arrangement is arrange | positioned to the surface of the said photoelectric converting layer at least in the light incident side. A solar cell characterized by

本発明の上記手段により、光利用効率が高く、かつ入射角度による光利用効率依存性が改善された太陽電池用光散乱膜及びそれを用いた太陽電池を提供することができる。   By the above means of the present invention, it is possible to provide a light scattering film for a solar cell having high light utilization efficiency and improved dependency on light utilization efficiency depending on an incident angle, and a solar cell using the same.

太陽電池の一例を示す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing an example of a solar cell 法線方向に対して45°の入射角度での全光線透過率の測定方法を示す概念図Conceptual diagram showing a method for measuring the total light transmittance at an incident angle of 45 ° with respect to the normal direction. 光電変換層の一例としてpin型光電変換層を示す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing a pin-type photoelectric conversion layer as an example of the photoelectric conversion layer

本発明の太陽電池用光散乱膜は、マトリックス中に散乱体が含有された光散乱層を少なくとも二層有する太陽電池用光散乱膜であって、(1)太陽光入射側の第1の光散乱層の膜表面が平坦であり、(2)前記第1の光散乱層は、膜面に対して法線方向から入射した光の当該第1の光散乱層での全光線透過率が70%以上であり、(3)前記第1の光散乱層に対し太陽光入射側から遠い側に設置された第2の光散乱層は、膜面に対して法線方向から入射した光の当該第2の光散乱層での全光線透過率が60%以下であり、かつ、(4)前記第1の光散乱層の膜面の法線に対して45°の角度で入射した光に対する当該第1の光散乱層での全光線透過率をT1(45°)、前記第2の光散乱層の膜面の法線に対して45°の角度で入射した光に対する当該第2の光散乱層での全光線透過率をT2(45°)としたときに、当該T1(45°)とT2(45°)が前記式(I)を満たし、かつ(第1の光散乱層と第2の光散乱層を通した)全光線透過率(表)が70%以上であり、(第2の光散乱層と第1の光散乱層を通した)全光線透過率(裏)が60%以下であることを特徴とする太陽電池用光散乱膜。この特徴は、請求項1から請求項までの請求項に係る発明に共通する技術的特徴である。 The light-scattering film for solar cells of the present invention is a light-scattering film for solar cells having at least two light-scattering layers containing a scatterer in a matrix. (1) First light on the sunlight incident side The film surface of the scattering layer is flat. (2) The first light scattering layer has a total light transmittance of 70 incident on the first light scattering layer of light incident from the normal direction to the film surface. (3) the second light scattering layer disposed on the side farther from the sunlight incident side than the first light scattering layer is the light incident on the film surface from the normal direction. The total light transmittance in the second light scattering layer is 60% or less, and (4) the light incident on the light incident at an angle of 45 ° with respect to the normal of the film surface of the first light scattering layer. The total light transmittance of the first light scattering layer is T1 (45 °), and the light incident on the light incident at a 45 ° angle with respect to the normal of the film surface of the second light scattering layer. That the total light transmittance in the second light-scattering layer when the T2 (45 °), the T1 (45 °) and T2 (45 °) is less than the formula (I), the AND (the The total light transmittance (through the light scattering layer of 1 and the second light scattering layer) is 70% or more, and the total light (through the second light scattering layer and the first light scattering layer) A light scattering film for solar cells, wherein the transmittance (back) is 60% or less . This feature is a technical feature common to the inventions according to claims 1 to 8 .

本発明の実施態様としては、本発明の効果発現の観点から、前記マトリックス中の散乱体が、マトリックスとは異なる屈折率を有することが好ましく、前記太陽電池用光散乱膜を構成する任意の二つ光散乱層において、光電変換層から遠い位置に配置される第1の光散乱層のヘーズ値をHz1(%)、光電変換層に近い位置に配置される第2の光散乱層のヘーズ値をHz2(%)としたときに、当該Hz1とHz2がHz1<Hz2の関係を満たす態様であることが好ましい。また、前記第1の光散乱層中のマトリックスの膜表面に平行な面内でのマトリックス及び散乱体の屈折率差をΔN1xy、膜表面に対して法線方向でのマトリックス及び散乱体の屈折率差をΔN1z、第2の光散乱層中のマトリックスの膜表面に平行な面内でのマトリックス及び散乱体の屈折率差をΔN2xy、膜表面に対して法線方向でのマトリックス及び散乱体の屈折率差をΔN2zとしたときに、前記式(II)及び(III)を満たす態様であることが好ましい。また、前記ΔN1xyがΔN1zよりも小さいことが好ましい。 As an embodiment of the present invention, from the viewpoint of manifesting the effects of the present invention, it is preferable that the scatterer in the matrix has a refractive index different from that of the matrix, and any two of the light scattering films for solar cells are formed. In the two light scattering layers, the haze value of the first light scattering layer disposed at a position far from the photoelectric conversion layer is Hz 1 (%), and the haze value of the second light scattering layer disposed at a position close to the photoelectric conversion layer Is set to Hz2 (%), it is preferable that Hz1 and Hz2 satisfy the relationship of Hz1 <Hz2. Further, the difference in refractive index between the matrix and the scatterer in the plane parallel to the film surface of the matrix in the first light scattering layer is ΔN1xy, and the refractive index of the matrix and scatterer in the normal direction to the film surface. The difference is ΔN1z, the refractive index difference between the matrix and the scatterer in the plane parallel to the film surface of the matrix in the second light scattering layer is ΔN2xy, and the refraction of the matrix and scatterer in the normal direction to the film surface. When the rate difference is ΔN2z, it is preferable to satisfy the above formulas (II) and (III). The ΔN1xy is preferably smaller than ΔN1z.

さらに、当該第1の光散乱層中の散乱体の膜表面に平行な面での平均粒径をR1xy、膜表面に対し垂直方向での平均粒径をR1z、当該第2の光散乱層中の散乱体の膜表面に平行な面での平均粒径をR2xy、膜表面に対し垂直方向での平均粒径をR2z、としたき、当該R1xy、R1z、R2xy、及びR2zが、前記式(IV)及び(V)を満たすことが好ましい。また、前記第1の光散乱層中の散乱体が針状であり、前記第2の光散乱層中の散乱体が円盤状であることが好ましい。 Further, the average particle diameter in a plane parallel to the film surface of the scatterer in the first light scattering layer is R1xy, the average particle diameter in the direction perpendicular to the film surface is R1z, and the second light scattering layer R2xy is an average particle diameter in a plane parallel to the film surface of the scatterer, and R2z is an average particle diameter in a direction perpendicular to the film surface, and R1xy, R1z, R2xy, and R2z are expressed by the above formula ( It is preferable to satisfy IV) and (V). Moreover, it is preferable that the scatterer in a said 1st light-scattering layer is acicular, and the scatterer in a said 2nd light-scattering layer is a disk shape.

本発明の太陽電池用光散乱膜は、光電変換層を有する太陽電池において、当該光電変換層の少なくとも光が入射する側の面に配置されるような態様で好適に用いることができる。   The solar cell light-scattering film of the present invention can be suitably used in a solar cell having a photoelectric conversion layer in such a manner that it is disposed on at least the surface on the light incident side of the photoelectric conversion layer.

なお、本願において、「マトリックス(matroix)」とは、ドメインを含有し保持する媒体として機能する基材ないし基盤(母体)をいう。本発明においては、後述する各種樹脂等をマトリックスとして用いる。また、「ドメイン(domain)」とは、マトリックスとは異なる屈折率を有し、光を散乱させる機能を有する物質からなる個々に独立した微小領域(光散乱体)をいう。本発明においては、後述する各種無機粒子又は有機粒子をドメインとして用いる。   In the present application, “matrix” refers to a substrate or base (matrix) that functions as a medium containing and holding a domain. In the present invention, various resins described later are used as a matrix. A “domain” refers to an individual minute region (light scatterer) made of a substance having a refractive index different from that of a matrix and having a function of scattering light. In the present invention, various inorganic particles or organic particles described later are used as domains.

以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。   Hereinafter, the present invention, its components, and modes and modes for carrying out the present invention will be described in detail.

(光散乱膜を備えた太陽電池の基本的構成)
本発明の太陽電池用光散乱膜は、種々のタイプの太陽電池に好適に用いることができる。図1に、本発明の太陽電池用光散乱膜を備えた太陽電池の基本的構成の一例の断面模式図を示す。図1に示された太陽電池1は、基板(透明基体)2の一方の面に、光散乱膜(太陽電池用光散乱膜)3、上部電極層4、光電変換層5及び下部電極層6が積層された基本的構成となっている。以下、各構成要素について説明をする。
(Basic configuration of solar cell with light scattering film)
The light scattering film for solar cell of the present invention can be suitably used for various types of solar cells. In FIG. 1, the cross-sectional schematic diagram of an example of the fundamental structure of the solar cell provided with the light-scattering film for solar cells of this invention is shown. A solar cell 1 shown in FIG. 1 has a light scattering film (light scattering film for solar cell) 3, an upper electrode layer 4, a photoelectric conversion layer 5, and a lower electrode layer 6 on one surface of a substrate (transparent substrate) 2. Is a basic structure in which are stacked. Hereinafter, each component will be described.

(基板)
基板は、一方の光取り込み面から光を入射し、他方の面に光散乱膜が接合されている。
(substrate)
The substrate receives light from one light capturing surface, and a light scattering film is bonded to the other surface.

基板は、光電変換層が変換する波長領域において透明な材料からなることが好ましい。基板において光を損失させることがなく、光電変換層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、例えば、ガラス、石英等の無機材料、透明性ポリイミド、耐熱性ポリカーボネートなどの樹脂及び各種樹脂中にフィラーを導入したコンポジット材料などを挙げることができる。   It is preferable that a board | substrate consists of a transparent material in the wavelength range which a photoelectric converting layer converts. This is because light is not lost in the substrate and conversion efficiency in the photoelectric conversion layer can be improved. Examples of the transparent material include inorganic materials such as glass and quartz, resins such as transparent polyimide and heat-resistant polycarbonate, and composite materials in which fillers are introduced into various resins.

また、基板は、光電変換素子作製の際に熱にさらされるため、耐熱性材料からなることが望ましい。   The substrate is preferably made of a heat resistant material because it is exposed to heat when the photoelectric conversion element is manufactured.

太陽電池は屋外で使用する場合が多いため、太陽光によって、基板の表面が熱せられる場合があるので、耐熱性や耐候性に優れた素材であると有利である。   Since solar cells are often used outdoors, the surface of the substrate may be heated by sunlight. Therefore, it is advantageous that the material is excellent in heat resistance and weather resistance.

(光散乱層)
本発明の光散乱膜は複数の光散乱層を有しており、少なくとも異なる二層以上により構成され、三層以上の構成や光散乱層の間に散乱を起こさない中間層を含む層構成でも構わない。少なくとも散乱膜中には、二層の光散乱層が含まれており、それぞれの光散乱層はマトリックス樹脂と散乱体が分散されている。本発明においては、光散乱層のうち任意の二層を選択した時に、光電変換層からの距離が近い側を第2層、光電変換層からの距離が遠い側の層を第1層と定義する。
(Light scattering layer)
The light-scattering film of the present invention has a plurality of light-scattering layers, and is composed of at least two different layers, and has a structure of three or more layers or a layer structure including an intermediate layer that does not cause scattering between the light-scattering layers. I do not care. At least the scattering film includes two light scattering layers. In each light scattering layer, a matrix resin and a scatterer are dispersed. In the present invention, when any two of the light scattering layers are selected, the side closer to the photoelectric conversion layer is defined as the second layer, and the layer farther from the photoelectric conversion layer is defined as the first layer. To do.

光電変換素子へ光を損失なく伝達し、光電変換効率を上げる観点から光散乱膜に含有されるマトリックス樹脂及び散乱粒子は、透明な材料からなることが好ましい。   The matrix resin and the scattering particles contained in the light scattering film are preferably made of a transparent material from the viewpoint of transmitting light to the photoelectric conversion element without loss and increasing the photoelectric conversion efficiency.

本発明の光散乱膜は基板の少なくとも一方の面に設けられており、両面に設けられる構成であってもよいし、基板自身が光散乱層であってもよい。   The light scattering film of the present invention is provided on at least one surface of the substrate, and may be provided on both surfaces, or the substrate itself may be a light scattering layer.

光散乱膜が表層にある場合には、耐候性を持つ素材で構成されることが好ましい。   In the case where the light scattering film is on the surface layer, it is preferably composed of a material having weather resistance.

耐候性の観点から光散乱膜は、平面性の高い耐候性基板の光電変換素子を形成する側に配置されることが好ましい。その際、光散乱層に隣接若しくは近傍の層の平面性を維持するため、表面が平坦であることを要する。   From the viewpoint of weather resistance, the light scattering film is preferably disposed on the side of the weather resistant substrate having high planarity on which the photoelectric conversion element is formed. At that time, in order to maintain the planarity of the layer adjacent to or in the vicinity of the light scattering layer, the surface needs to be flat.

本願において、「表面が平坦である」とは、当該表面の算術平均粗さRaが、10μm以下である。Raは、5μm以下であることが好ましく、2μm以下であることがより好ましく、1μm以下が更に好ましい。散乱膜の面が、平坦な時には光散乱層近傍の層(例えば、上部電極層や、光電変換層等)の作製の際に、意図しない欠陥を生じさせることが少なく高い光電変換効率を達成することができる。表面粗さRaは、市販の触針式表面形状測定機(例えば、株式会社アルバック社製 商品名「Dektak 8」)で測定することができる。   In the present application, “the surface is flat” means that the arithmetic average roughness Ra of the surface is 10 μm or less. Ra is preferably 5 μm or less, more preferably 2 μm or less, and even more preferably 1 μm or less. When the surface of the scattering film is flat, a high photoelectric conversion efficiency is achieved with few unintended defects when producing a layer in the vicinity of the light scattering layer (for example, an upper electrode layer or a photoelectric conversion layer). be able to. The surface roughness Ra can be measured with a commercially available stylus type surface shape measuring instrument (for example, trade name “Dektak 8” manufactured by ULVAC, Inc.).

(散乱層透過率)
本発明の太陽電池用光散乱膜は、マトリックス中に散乱体が含有された光散乱層を少なくとも二層有する太陽電池用光散乱膜であって、(1)太陽光入射側の第1の光散乱層の膜表面が平坦であり、(2)前記第1の光散乱層は、膜面に対して法線方向から入射した光の当該第1の光散乱層での全光線透過率が70%以上であり、(3)前記第1の光散乱層に対し太陽光入射側から遠い側に設置された第2の光散乱層は、膜面に対して法線方向から入射した光の当該第2の光散乱層での全光線透過率が60%以下であり、かつ、(4)前記第1の光散乱層の膜面の法線に対して45°の角度で入射した光に対する当該第1の光散乱層での全光線透過率をT1(45°)、前記第2の光散乱層の膜面の法線に対して45°の角度で入射した光に対する当該第2の光散乱層での全光線透過率をT2(45°)としたときに、当該T1(45°)とT2(45°)が下記式(I)を満たし、かつ(第1の光散乱層と第2の光散乱層を通した)全光線透過率(表)が70%以上であり、(第2の光散乱層と第1の光散乱層を通した)全光線透過率(裏)が60%以下であることを特徴とする。
式(I):T1(45°)>T2(45°)
本願でいう「第1の面」とは、入射光が光散乱膜に第1に通過する光取り込み側にあたる面であり、「第2の面」とは入射光が光散乱膜を透過して光電変換層へと向かう側にあたる面である。全光線透過率の測定には、JIS−K7361に従い市販のヘーズメータ(例えば 日本電色工業(株)製 NDH2000など)で測定することができる。
(Scattering layer transmittance)
The light-scattering film for solar cells of the present invention is a light-scattering film for solar cells having at least two light-scattering layers containing a scatterer in a matrix. (1) First light on the sunlight incident side The film surface of the scattering layer is flat. (2) The first light scattering layer has a total light transmittance of 70 incident on the first light scattering layer of light incident from the normal direction to the film surface. (3) the second light scattering layer disposed on the side farther from the sunlight incident side than the first light scattering layer is the light incident on the film surface from the normal direction. The total light transmittance in the second light scattering layer is 60% or less, and (4) the light incident on the light incident at an angle of 45 ° with respect to the normal of the film surface of the first light scattering layer. The total light transmittance of the first light scattering layer is T1 (45 °), and the light incident on the light incident at a 45 ° angle with respect to the normal of the film surface of the second light scattering layer. That the total light transmittance in the second light-scattering layer when the T2 (45 °), the T1 (45 °) and T2 (45 °) is satisfied the following formula (I), and (a The total light transmittance (through the light scattering layer of 1 and the second light scattering layer) is 70% or more, and the total light (through the second light scattering layer and the first light scattering layer) The transmittance (back) is 60% or less .
Formula (I): T1 (45 °)> T2 (45 °)
The “first surface” in the present application is a surface on the light capturing side where incident light first passes through the light scattering film, and the “second surface” means that incident light is transmitted through the light scattering film. It is a surface corresponding to the side toward the photoelectric conversion layer. The total light transmittance can be measured with a commercially available haze meter (for example, NDH2000 manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.) according to JIS-K7361.

なお、本発明においては、法線方向に対して45°の入射角度での全光線透過率は、図2に従って測定した値である。試料の上に45°の角度を持つ石英プリズムをグリセリンにより空気層を介することなく光を透過できるように設置する。プリズム側にハロゲン光源を利用したコリメート光源を準備し、プリズム面に対して垂直に光を入射させる。プリズム、試料の順に透過し、試料に対して光源と反対側に出斜した光に関して、積分球を用いて光量の測定を行う。図2の構成において、光は、試料中を膜面の法線方向に対して略45°で透過させることができる。   In the present invention, the total light transmittance at an incident angle of 45 ° with respect to the normal direction is a value measured according to FIG. A quartz prism having an angle of 45 ° is set on the sample so that light can be transmitted by glycerin without passing through an air layer. A collimated light source using a halogen light source is prepared on the prism side, and light is incident perpendicular to the prism surface. With respect to the light that passes through the prism and the sample in this order and is inclined toward the opposite side of the light source with respect to the sample, the amount of light is measured using an integrating sphere. In the configuration of FIG. 2, light can be transmitted through the sample at approximately 45 ° with respect to the normal direction of the film surface.

全光線透過率の計算には、試料及びプリズムを配置しない状態での測定において積分球で計測された値を100としてその相対値での比較を行った。   For the calculation of the total light transmittance, the value measured with the integrating sphere in the measurement without the sample and the prism was set to 100, and a comparison was made with the relative value.

また、T1(45°)>T2(45°)とするための達成手段としては、光に対して異なる特性を持つ二つ以上の層を積層することが挙げられる。具体的には、平板状の粒子や棒状の粒子などの非球状のドメインをマトリックス中に分散配列した層や真球状のドメインを3次元屈折率の異なるマトリックス中に分散させる等により光の進行する角度により異なる散乱特性を示す層を作製し、これらの層を積層構造とする事により単一層では達成できない光学特性とすることができる。   As an achievement means for satisfying T1 (45 °)> T2 (45 °), two or more layers having different characteristics with respect to light may be stacked. Specifically, light advances by, for example, dispersing a non-spherical domain such as a plate-like particle or a rod-like particle in a matrix, or dispersing a true spherical domain in a matrix having a different three-dimensional refractive index. Optical properties that cannot be achieved with a single layer can be obtained by preparing layers having different scattering characteristics depending on the angle and forming these layers in a laminated structure.

本発明の光散乱膜を使用することにより光電変換効率があがる機構に関しては以下のように考えている。太陽電池用セルに垂直入射した光は70%以上の透過率で到達する。一方、垂直に反射した光は相対的に低く60%以下の透過率となる。太陽電池セル外界から入射した光は十分に光が高い透過率で光電変換層へ到達し同時に光散乱膜により散乱することにより、光電変換層中での光路長が長くなり光電変換効率を上げる。一方、光電変換層で吸収しきれずに反射した光のうち垂直方向に進行する光は光散乱層での透過率が低いため再び光電変換セル方向へと方向を変更するか、若しくは、太陽電池セルと空気界面での全反射を受けて再び光電変換セルへと導かれ光利用効率をあげる。   The mechanism of increasing the photoelectric conversion efficiency by using the light scattering film of the present invention is considered as follows. The light perpendicularly incident on the solar cell arrives with a transmittance of 70% or more. On the other hand, the vertically reflected light is relatively low and has a transmittance of 60% or less. Light incident from the outside of the solar battery cell reaches the photoelectric conversion layer with sufficiently high transmittance and is simultaneously scattered by the light scattering film, thereby increasing the optical path length in the photoelectric conversion layer and increasing the photoelectric conversion efficiency. On the other hand, the light traveling in the vertical direction out of the light reflected without being absorbed by the photoelectric conversion layer has a low transmittance in the light scattering layer, so the direction is changed again to the photoelectric conversion cell direction, or the solar battery cell In response to total reflection at the air interface, the light is led to the photoelectric conversion cell again to increase the light utilization efficiency.

太陽電池セルと空気界面で全反射する条件は、スネルの法則に従い決定され太陽電池セルの界面素材の屈折率が1.5とした場合約42°である。即ち、42°以内で入射した光に関しては太陽電池セルから外界へと放出されそれ以上の角度で界面に到達した光は全反射を受けて再び光電変換に用いられる。   The condition for total reflection at the solar cell / air interface is determined according to Snell's law and is about 42 ° when the refractive index of the solar cell interface material is 1.5. That is, with respect to light incident within 42 °, light that is emitted from the solar cell to the outside and reaches the interface at an angle larger than that is subjected to total reflection and used again for photoelectric conversion.

本発明における、式(1)では臨界角付近での光線の透過率の関係を表しており式(1)を満たすことにより臨界角付近においても上記のような光再利用の効果が得られることを示している。即ち、本発明の条件を満たすことにより臨界角内で太陽電池セルから出斜するすべての光において光の再利用が起こり光利用効率を上昇させることができる。   In the present invention, the expression (1) represents the relationship of light transmittance near the critical angle, and satisfying the expression (1) provides the above-mentioned light reuse effect even near the critical angle. Is shown. That is, by satisfying the conditions of the present invention, light reuse occurs in all the light emitted from the solar cell within the critical angle, and the light utilization efficiency can be increased.

通常、単層の光散乱膜においては光散乱膜が実質的に平面であれば表裏での透過率の差は達成しえない。本発明においては、光に対して異なる特性を持つ二つの光散乱層を組み合わせさらに順序を規定することにより透過率の異なる光散乱膜を達成している。   Usually, in a single-layer light scattering film, if the light scattering film is substantially flat, a difference in transmittance between the front and back surfaces cannot be achieved. In the present invention, light scattering films having different transmittances are achieved by combining two light scattering layers having different characteristics with respect to light and further defining the order.

本発明において、第2の光散乱層のヘーズ値をHz2(%)、第1の光散乱層のヘーズ値をHz1(%)とした時に、Hz1<Hz2の関係であることが好ましい。   In the present invention, when the haze value of the second light scattering layer is Hz2 (%) and the haze value of the first light scattering layer is Hz1 (%), it is preferable that the relationship is Hz1 <Hz2.

ヘーズは、全光線透過率中の散乱光の度合いを表す尺度である。即ち、ヘーズが大きいほど光は進行と異なる方向に進行する確率が高い。光線の太陽電池セルで入射した光は、第1の光散乱層を透過する際に小さな散乱を受けるが、進行方向はあまり広い分布を持たない。続いて第2の光散乱層において大きな散乱を受けるため進行方向は広い分布を持つ。そのため、入射した光は光電変換層での長い行路長を進行することになり光利用効率は上がる。   Haze is a measure representing the degree of scattered light in the total light transmittance. That is, the greater the haze, the higher the probability that light will travel in a direction different from the travel. Light incident on the solar cell of the light beam undergoes small scattering when passing through the first light scattering layer, but the traveling direction does not have a very wide distribution. Subsequently, since the second light scattering layer receives large scattering, the traveling direction has a wide distribution. Therefore, the incident light travels a long path length in the photoelectric conversion layer, and the light use efficiency increases.

次に、光電変換層側から入射した光のうち臨界角内の光、即ち太陽電池セル外へと放出されてしまう光に関して考える。第2の光散乱層を透過した光は、大きな散乱を受け広い角度分布を持つことになる。これは、垂直方向で出斜しようとした光のうち影響を受けずに角度を維持する確率が減ることを意味する。次に、第1の光散乱層へは、大きな分布を持った光として入射することになる。第2の光散乱層においては、垂直でない光の確率が増加するため相対的に第2の光散乱層を透過する際の光路長は長くなり大きな散乱を受ける割合が増加することになり結果的に界面に臨界角外で進行する光が多くなり再度光電変換層へ導かれることにより光利用効率が上がると考えられる。本発明の効果を数式で例えていうと、行列変換によって行列ABの順に作用させるのと、行列BAの順で作用させた場合に同じ作用が出ないのに似た現象であると考えている。   Next, the light within the critical angle among the light incident from the photoelectric conversion layer side, that is, the light that is emitted outside the solar battery cell will be considered. The light transmitted through the second light scattering layer receives large scattering and has a wide angular distribution. This means that the probability of maintaining the angle without being affected by the light that is going to be inclined in the vertical direction is reduced. Next, light having a large distribution is incident on the first light scattering layer. In the second light scattering layer, since the probability of non-perpendicular light increases, the optical path length when passing through the second light scattering layer becomes relatively long and the ratio of receiving large scattering increases. It is considered that the light utilization efficiency increases when more light travels outside the critical angle at the interface and is led to the photoelectric conversion layer again. When the effects of the present invention are expressed by mathematical formulas, it is considered that the effect is similar to the fact that the matrix AB is operated in the order of the matrix transformation and the same effect does not appear when the matrix BA is operated in the order of the matrix BA.

本発明において、第1の光散乱層中のマトリックスの膜表面に平行な面内でのマトリックス及び散乱体の屈折率をΔN1xy、膜表面に対して法線方向でのマトリックス及び乱体の屈折率差をΔN1zとした時に、以下の式(II)を満たすことが好ましい。
式(II):ΔN1xy<ΔN1z
屈折率は、波長により異なる場合があるが光電変換層が光変換できる波長領域全般でこの関係を満たすことが好ましいが、少なくとも光電変換される波長領域のなかの任意の一波長で式(II)の条件を満たすことが好ましい。
In the present invention, the difference in refractive index between the matrix and the scatterer in the plane parallel to the film surface of the matrix in the first light scattering layer is ΔN1xy, and the refraction of the matrix and turbulent body in the normal direction to the film surface When the rate difference is ΔN1z, it is preferable to satisfy the following formula (II).
Formula (II): ΔN1xy <ΔN1z
Although the refractive index may vary depending on the wavelength, it is preferable to satisfy this relationship in the entire wavelength region where the photoelectric conversion layer can convert light, but at least one wavelength in the wavelength region to be photoelectrically converted is represented by the formula (II) It is preferable to satisfy the following condition.

なお、式(II)中のΔN1xy、及びΔN1zは、下記関係式により定義される。
ΔN1xy=|N1xy(matorix)−N1xy(domain)|
ΔN1z=|N1z(matorix)−N1z(domain)|
ここで、光散乱膜表面に直行するxy軸及び光散乱膜表面に垂直なz軸を仮想的に設定する。
Note that ΔN1xy and ΔN1z in the formula (II) are defined by the following relational expressions.
ΔN1xy = | N1xy (matrix) −N1xy (domain) |
ΔN1z = | N1z (matrix) −N1z (domain) |
Here, an xy axis perpendicular to the surface of the light scattering film and a z axis perpendicular to the surface of the light scattering film are virtually set.

式中、
N1xy(domain):第1の光散乱層における散乱体の平面内(xy平面内)の平均屈折率
N1xy(matrix):第1の光散乱層におけるマトリックスの平面内(xy平面内)の平均屈折率
N1z(domain):第1の光散乱層における法線方向(z軸方向)での散乱体の平均屈折率
N1z(matorix):第1の光散乱層における法線方向(z軸方向)でのマトリックスの平均屈折率
をそれぞれ表している。
Where
N1xy (domain): average refractive index in the plane of the scatterer (in the xy plane) in the first light scattering layer N1xy (matrix): average refraction in the plane of the matrix in the first light scattering layer (in the xy plane) Rate N1z (domain): Average refractive index N1z (matrix) of the scatterer in the normal direction (z-axis direction) in the first light-scattering layer: In the normal direction (z-axis direction) in the first light-scattering layer Represents the average refractive index of the matrix.

式(II)は、すなわち、第1層中でのドメインと散乱体の屈折率の差に関しての関係を表している。   Formula (II) represents the relationship regarding the difference in refractive index between the domain and the scatterer in the first layer.

光は進行方向に垂直な方向の電場振動を持つため、z軸方向に振動する光に対してはドメイン及び散乱体におけるxy平面内での屈折率差に従って散乱を受ける。また、xy平面内を進行する光(膜表面に水平方向に進行する光)に関してはz軸方向のドメインと散乱体の屈折率に従って散乱を受ける。式(II)の関係を満たす層においては、ΔN1xyがΔN1zよりも小さいため、z軸方向(膜面に垂直方向)に進行する光に関しての散乱は、相対的に膜面平行方向に進行する光の散乱よりも小さい。   Since light has an electric field oscillation in a direction perpendicular to the traveling direction, the light oscillating in the z-axis direction is scattered according to the refractive index difference in the xy plane of the domain and the scatterer. Further, light traveling in the xy plane (light traveling in the horizontal direction on the film surface) is scattered according to the domain in the z-axis direction and the refractive index of the scatterer. In the layer satisfying the relationship of the formula (II), ΔN1xy is smaller than ΔN1z, so that scattering with respect to light traveling in the z-axis direction (perpendicular to the film surface) is relatively light traveling in the film surface parallel direction. Is smaller than the scattering.

本発明において、第2の光散乱層中のマトリックスの膜表面に平行な面内でのマトリックス及び散乱体の屈折率をΔN2xy、膜表面に対して法線方向でのマトリックス及び散乱体の屈折率差をΔN2zとした時に、以下の式(III)を満たすことが好ましい。 In the present invention, the difference in refractive index between the matrix and the scatterer in the plane parallel to the film surface of the matrix in the second light scattering layer is ΔN2xy, and the refraction of the matrix and scatterer in the direction normal to the film surface When the rate difference is ΔN2z, it is preferable to satisfy the following formula (III).

式(III):ΔN2xy>ΔN2z
屈折率は、波長により異なる場合があるが光電変換層が光変換できる波長領域全般でこの関係を満たすことが好ましいが、少なくとも光電変換される波長領域のなかの任意の一波長で式(III)の条件を満たすことが好ましい。
Formula (III): ΔN2xy> ΔN2z
Although the refractive index may vary depending on the wavelength, it is preferable to satisfy this relationship in the entire wavelength region where the photoelectric conversion layer can convert light, but at least one wavelength in the wavelength region to be photoelectrically converted is represented by the formula (III) It is preferable to satisfy the following condition.

なお、式(III)中のΔN2xy、及びΔN2zは、下記関係式により定義される。
ΔN2xy=|N2xy(matorix)−N2xy(domain)|
ΔN2z=|N2z(matorix)−N2z(domain)|
ここで、光散乱膜表面に直行するxy軸及び光散乱膜垂直平面にz軸を仮想的に設定する。
Note that ΔN2xy and ΔN2z in the formula (III) are defined by the following relational expressions.
ΔN2xy = | N2xy (matrix) −N2xy (domain) |
ΔN2z = | N2z (matrix) −N2z (domain) |
Here, an xy axis perpendicular to the surface of the light scattering film and a z axis on the vertical plane of the light scattering film are virtually set.

式中、
N2xy(domain):第2の光散乱層における散乱体の平面内(xy平面内)の平均屈折率
N2xy(matorix):第2の光散乱層におけるマトリックスの平面内(xy平面内)の平均屈折率
N2z(domain):第2の光散乱層における法線方向(z軸方向)での散乱体の平均屈折率
N2z(matorix):第2の光散乱層における法線方向(z軸方向)でのマトリックスの平均屈折率
をそれぞれ表している。
Where
N2xy (domain): average refractive index in the plane of the scatterer (in the xy plane) in the second light scattering layer N2xy (matrix): average refraction in the plane of the matrix in the second light scattering layer (in the xy plane) Ratio N2z (domain): Average refractive index N2z (matrix) of the scatterer in the normal direction (z-axis direction) in the second light-scattering layer: In the normal direction (z-axis direction) in the second light-scattering layer Represents the average refractive index of the matrix.

式(III)も式(II)と同様に、第2層中でのドメインと散乱体の屈折率の差に関しての関係を表している。   Similarly to the formula (II), the formula (III) also represents the relationship regarding the difference in the refractive index between the domain and the scatterer in the second layer.

式(III)の関係を満たす層においては、ΔN2zがΔN2xyよりも小さいため、xy平面方向(膜面に水平方向)に進行する光に関しての散乱は、相対的に膜面垂直方向に進行する光の散乱よりも小さい。   In the layer satisfying the relationship of the formula (III), ΔN2z is smaller than ΔN2xy, and therefore, scattering with respect to light traveling in the xy plane direction (horizontal to the film surface) is relatively light traveling in the film surface perpendicular direction. Is smaller than the scattering.

本発明の式(II)及び式(III)の条件を満たす第1及び第2の散乱層をもつ光散乱層であれば、前記の光利用効率を上昇させる機構が働き光利用効率が上昇する。また、第1の散乱層において、膜表面方向に近い方向に進行する光に対して大きな散乱を受けるために、第2の光散乱層に入射する場合に、散乱により膜垂直方向に進行する光の確率が大きくなり季節や時間などによる光利用効率の依存性の改善につながっているのではないかと推定している。   If the light scattering layer has the first and second scattering layers satisfying the conditions of the formulas (II) and (III) of the present invention, the mechanism for increasing the light utilization efficiency works to increase the light utilization efficiency. . In addition, in the first scattering layer, since the light traveling in the direction close to the film surface direction is greatly scattered, the light traveling in the direction perpendicular to the film due to scattering when entering the second light scattering layer. It has been estimated that the probability of the increase in light efficiency has led to an improvement in the dependency of light use efficiency due to the season and time.

本発明において第1の光散乱層中の散乱体の膜表面に平行な面での平均粒径をR1xy、膜垂直方向での平均粒径をR1zとした時に式(IV)を満たすことが好ましい。
式(IV):R1xyR1z
散乱膜において、膜表面方向にお互いに直行するxy軸を、また膜表面に垂直な方向にz軸を仮想的に設定する。
In the present invention, it is preferable that the formula (IV) is satisfied when the average particle diameter in a plane parallel to the film surface of the scatterer in the first light scattering layer is R1xy and the average particle diameter in the direction perpendicular to the film is R1z. .
Formula (IV): R1xy < R1z
In the scattering film, an xy axis orthogonal to each other in the film surface direction and a z axis in a direction perpendicular to the film surface are virtually set.

式(IV)中、
R1xy:xy平面における散乱体断面の平均粒径
R1z:z平面に平行に散乱体を切断した断面における散乱体のz方向長さ
を表している。
In formula (IV),
R1xy: Average particle size R1z of the scatterer cross section in the xy plane: Z direction length of the scatterer in a cross section obtained by cutting the scatterer in parallel to the z plane.

式(IV)では、xy平面での断面での平均粒径が、z平面内での散乱体のz方向長さよりも小さいことを表している。   Formula (IV) indicates that the average particle diameter in the cross section on the xy plane is smaller than the length in the z direction of the scatterer in the z plane.

具体的な散乱体の形状としては、z軸方向に軸を持つ楕円体形状などが考えられる。このような散乱体を持つ散乱層においては、z軸方向に進行する光に対しては散乱が小さく、膜表面方向に進行する光に対しての散乱は大きい。 The shape of the specific scatterers, such as ellipsoidal shape with a long axis in the z axis direction is considered. In a scattering layer having such a scatterer, scattering is small for light traveling in the z-axis direction, and scattering for light traveling in the film surface direction is large.

本発明において、第2の光散乱層中の散乱体の膜表面に平行な面での平均粒径をR2xy、膜垂直方向での平均粒径をR2zとした時に式(IV)を満たすことが好ましい。
式(V):R2xyR2z
散乱膜において、膜表面方向にお互いに直行するxy軸を、また膜表面に垂直な方向にz軸を仮想的に設定する。
In the present invention, when the average particle diameter in the plane parallel to the film surface of the scatterer in the second light scattering layer is R2xy and the average particle diameter in the film vertical direction is R2z, the formula (IV) is satisfied. preferable.
Formula (V): R2xy > R2z
In the scattering film, an xy axis orthogonal to each other in the film surface direction and a z axis in a direction perpendicular to the film surface are virtually set.

式(V)中、
R2xy:xy平面における散乱体断面の平均粒径
R2z:z平面に平行に散乱体を切断した断面における散乱体のz方向長さ
を表している。
In formula (V),
R2xy: Average particle size R2z of the scatterer cross section in the xy plane: Z direction length of the scatterer in a cross section obtained by cutting the scatterer in parallel to the z plane.

式(V)ではxy平面での断面での平均粒径が、z平面内での散乱体のz方向長さよりも大きいことを表している。   The expression (V) represents that the average particle diameter in the cross section on the xy plane is larger than the z-direction length of the scatterer in the z plane.

具体的な散乱体の形状としては、z軸方向に軸を持つ楕円体形状などが考えられる。このような散乱体を持つ散乱層においては、z軸方向に進行する光に対しては散乱が大きく、膜表面方向に進行する光に対しての散乱は小さいThe shape of the specific scatterers, such as ellipsoidal shape having a minor axis in the z axis direction is considered. In a scattering layer having such a scatterer, scattering is large for light traveling in the z-axis direction, and scattering for light traveling in the film surface direction is small .

(マトリックス用素材)
本願において、「マトリックス」とは、光散乱体(ドメイン)を含有し保持する媒体として機能する基材ないし基盤(母体)をいう。
(Matrix material)
In the present application, the “matrix” refers to a substrate or base (matrix) that functions as a medium containing and holding a light scatterer (domain).

本発明に用いられるマトリックスは、可視光領域で実質的に透明な材料を用いることが好ましい。具体的には、例えばトリアセチルセルロースやセルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレートのようなセルロースエステル系樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂などを用いることができる。   The matrix used in the present invention is preferably made of a material that is substantially transparent in the visible light region. Specifically, for example, cellulose ester resins such as triacetyl cellulose, cellulose acetate propionate, cellulose acetate butyrate, polymethyl methacrylate resin, polycarbonate resin, polystyrene resin, cycloolefin polymer, crosslinked polyethylene resin, polychlorinated resin Amorphous thermoplastic resins such as vinyl resin, polyarylate resin, polyphenylene ether resin, modified polyphenylene ether resin, polyetherimide resin, polysulfone resin, polyether ketone resin, polyethylene terephthalate, polyethylene resin, polypropylene resin, polybutylene terephthalate Crystalline thermoplastic resins such as aromatic polyester resins, polyacetal resins, and polyamide resins can be used.

また、紫外線硬化性の、アクリルウレタン系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート系樹脂、ポリオールアクリレート系樹脂、またはエポキシ樹脂などを用いることができる。   Further, an ultraviolet curable acrylic urethane resin, polyester acrylate resin, epoxy acrylate resin, polyol acrylate resin, epoxy resin, or the like can be used.

さらに、屈折率を調整する目的で酸化チタン、酸化ジルコニウム等のナノ粒子を添加することも好ましい。   Furthermore, it is also preferable to add nanoparticles such as titanium oxide and zirconium oxide for the purpose of adjusting the refractive index.

(光散乱体)
光散乱膜2を構成する光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。また、無機散乱体としてシリカやアルミナ、酸化チタンなどの金属酸化物なども用いることができる。
(Light scatterer)
Examples of the material of the light scattering particles constituting the light scattering film 2 include acrylic particles, styrene acrylic particles and cross-linked products thereof, melamine resin particles (melamine-formalin condensate particles, benzoguanamine-melamine-formaldehyde condensate particles), Examples include benzoguanamine-formaldehyde condensate particles and silicone resin particles. PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (perfluoroalkoxy resin), FEP (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer), PVDF (polyfluorovinylidene), and ETFE (ethylene-tetrafluoroethylene copolymer) Fluorine-containing polymer particles such as can be used. In addition, metal oxides such as silica, alumina, and titanium oxide can be used as the inorganic scatterer.

(製法)
光散乱膜は、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ィッピング法などのウエットプロセスを用いて形成することができる。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。また、マトリックス樹脂として、UV硬化性、熱硬化性の樹脂を使用して上記の方法で製膜したのちに硬化させる手法を用いても良い。本発明において光散乱膜は、複数の光散乱層から構成されている。作製には、上記した複数の方法を組み合わせて積層体を組み合わせて作製することも好ましい。
(Manufacturing method)
A light scattering film is prepared by preparing a solution in which scattering particles are dispersed in a matrix resin, and applying this solution to a wet coating such as spin coating, roll coating, spraying, bar coating, die coating, flow coating or dipping. It can be formed using a process. The solution can contain additives such as an organic solvent, a dispersion aid, a leveling agent, and a coupling agent. Alternatively, a UV curing or thermosetting resin may be used as the matrix resin, and the film may be cured after being formed by the above method. In the present invention, the light scattering film is composed of a plurality of light scattering layers. For the production, it is also preferable to produce a laminate by combining a plurality of methods described above.

光電変換層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ことや太陽電池を屋外で使用する場合に、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。230〜250℃で3時間の耐熱性があることが好ましい。   When the photoelectric conversion layer is formed of an amorphous silicon layer, heat treatment is performed in the manufacturing process, and when the solar cell is used outdoors, the substrate surface may be heated by sunlight. Is desirable. It is preferable to have heat resistance at 230 to 250 ° C. for 3 hours.

また、光散乱膜は、熱膨張係数が隣接する層の素材に近いことが望ましく、例えばSiを光電変換層として使用する場合には、60ppm/℃よりも小であることが望ましい。   Further, the light scattering film desirably has a thermal expansion coefficient close to that of the adjacent layer. For example, when Si is used as the photoelectric conversion layer, it is desirable that the light scattering film be smaller than 60 ppm / ° C.

さらにまた、光散乱膜は、紫外線吸収剤を添加する若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。   Furthermore, it is desirable that the light scattering film has ultraviolet resistance by adding an ultraviolet absorber or including an ultraviolet absorbing functional layer. This is because when the solar cell is used outdoors, the substrate surface is exposed to ultraviolet rays by sunlight. An ultraviolet absorption functional layer may be provided outside the light scattering film. For example, an ultraviolet absorption functional layer may be provided between the light scattering film and the substrate.

(上部電極)
上部電極層の材料としては、光を光電変換層まで損失なく透過する観点から、透明導電性酸化物が好ましい。
(Upper electrode)
The material for the upper electrode layer is preferably a transparent conductive oxide from the viewpoint of transmitting light to the photoelectric conversion layer without loss.

たとえば、酸化インジウム(In)、酸化スズ(SnO)、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(CdIn)、酸化カドミウムスズ(CdSnO)、酸化亜鉛スズ(ZnSnO)、酸化インジウム亜鉛(In−Zn−O)などを挙げることができる。 For example, indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), cadmium oxide (CdO), indium cadmium oxide (CdIn 2 O 4 ), cadmium tin oxide (Cd 2 SnO 4 ), Examples include zinc tin oxide (Zn 2 SnO 4 ) and indium zinc oxide (In—Zn—O).

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。   Further, impurities may be added (dope) to the transparent conductive oxide. For example, indium oxide is doped with tin (Sn), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tin oxide is doped with antimony (Sb) and fluorine (F), zinc oxide is doped with indium, aluminum, gallium ( Ga) can be doped.

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。次の光電変換層の形成工程において、上部電極層が水素プラズマに曝されるので、FドープしたSnOあるいはGaドープ若しくは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。 In particular, tin oxide doped with fluorine and zinc oxide doped with gallium or aluminum are preferred. This is because, in the next photoelectric conversion layer forming step, the upper electrode layer is exposed to hydrogen plasma, and therefore a material resistant to a reducing atmosphere such as F-doped SnO 2 or Ga-doped or Al-doped ZnO is preferable.

上部電極層の作製方法は、スパッタリング法、蒸着法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、ゾル−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。   Examples of the method for producing the upper electrode layer include, but are not limited to, a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and a sol-gel method.

(光電変換層)
光電変換層の一例として、pin型光電変換層を図3に示す。光電変換層5は、p型薄膜シリコン層51、i型薄膜シリコン層52、及びn型薄膜シリコン層53が図3に示す順序で積層されて形成されている。
(Photoelectric conversion layer)
As an example of the photoelectric conversion layer, a pin type photoelectric conversion layer is shown in FIG. The photoelectric conversion layer 5 is formed by stacking a p-type thin film silicon layer 51, an i-type thin film silicon layer 52, and an n-type thin film silicon layer 53 in the order shown in FIG.

下部電極層6は、下部透明導電電極61及び金属電極62が図3に示す順序で積層されて形成されている。   The lower electrode layer 6 is formed by laminating a lower transparent conductive electrode 61 and a metal electrode 62 in the order shown in FIG.

このように、基板2、上部電極層4、光電変換層5、下部電極層6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。   The structure in which the substrate 2, the upper electrode layer 4, the photoelectric conversion layer 5, and the lower electrode layer 6 are laminated in this order is referred to as “super straight type” in the following description.

光電変換層を構成する材料は、結晶質及び非結晶質シリコンのどちらを用いてもよい。また、結晶質及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。   Either a crystalline or amorphous silicon may be used as a material constituting the photoelectric conversion layer. Alternatively, a material containing 30% or more of silicon such as crystalline and amorphous silicon carbide or silicon germanium may be used.

光電変換層の形成には、プラズマCVD法、光CVD法、Hot−wire CVD法などの作製方法を用いる。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。   For the formation of the photoelectric conversion layer, a manufacturing method such as a plasma CVD method, a photo CVD method, or a hot-wire CVD method is used. In particular, it is preferable to use a plasma CVD method. This is because the plasma CVD method can form a film with good film quality with high productivity.

p型薄膜シリコン層は、光電変換層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。   In the process of forming the photoelectric conversion layer, the p-type thin film silicon layer is first formed by doping p-type dopants such as boron, gallium, and aluminum.

p型ドーピングに用いる原料は、ボロン源はジボラン、B(CH、BF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。 Examples of the raw material used for the p-type doping include a boron source such as diborane, B (CH 3 ) 3 , and BF 3 , a gallium source such as trimethyl gallium and triethyl gallium, and an aluminum source such as trimethylaluminum. Examples thereof include triethylaluminum, but are not limited to these materials.

また、p型薄膜シリコン層の形成の際に、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。   Further, by doping carbon when forming the p-type thin film silicon layer, the band gap of the p-type thin film silicon layer can be increased, and more light can be guided into the i layer, and more carriers can be introduced. It is good also as a structure which can produce | generate. The raw material carbon source in this case can be exemplified by methane.

i型薄膜シリコン層は、p型薄膜シリコン層が形成された後、ドーパントをドーピングせずに形成される。   The i-type thin film silicon layer is formed without doping with a dopant after the p-type thin film silicon layer is formed.

n型薄膜シリコン層は、i型薄膜シリコン層を形成された後、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。   The n-type thin film silicon layer is formed by forming an i-type thin film silicon layer and then doping phosphorus or the like as an n-type dopant.

(下部電極)
下部電極層の一例としては、下部透明導電電極と金属電極を順次積層して形成する。
(Lower electrode)
As an example of the lower electrode layer, a lower transparent conductive electrode and a metal electrode are sequentially stacked.

下部電極層の作製方法は、スパッタリング法、蒸着法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、ゾル−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。   Examples of the method for forming the lower electrode layer include, but are not limited to, sputtering, vapor deposition, CVD (Chemical Vapor Deposition), and sol-gel.

下部透明導電電極の材料は、導電性があり、透明な酸化物からなる材料であればよい。   The material of the lower transparent conductive electrode may be any material that is conductive and made of a transparent oxide.

たとえば、酸化インジウム(In)、酸化スズ(SnO)、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(CdIn)、酸化カドミウムスズ(CdSnO)、酸化亜鉛スズ(ZnSnO)、酸化インジウム亜鉛(In−Zn−O)などを挙げることができる。 For example, indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), cadmium oxide (CdO), indium cadmium oxide (CdIn 2 O 4 ), cadmium tin oxide (Cd 2 SnO 4 ), Examples include zinc tin oxide (Zn 2 SnO 4 ) and indium zinc oxide (In—Zn—O).

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。   Further, an impurity may be added (doped) to the above oxide. For example, indium oxide is doped with tin (Sn), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tin oxide is doped with antimony (Sb) and fluorine (F), zinc oxide is doped with indium, aluminum, gallium ( Ga) can be doped.

金属電極の材料は、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。   The material of the metal electrode is preferably a metal such as Al, Au, Ag, Cu, Pt, or Cr, and particularly preferably Al. This is because Al has specular reflectivity and can confine light in the element and can efficiently extract carriers generated in the photoelectric conversion layer. Moreover, the alloy containing the metal mentioned above may be sufficient.

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
(評価用太陽電池セルの作製)
コーニング1737ガラス基板上にDCマグネトロンスパッタ装置を用いて、ZnO:Ga(Ga:5質量%)セラミックターゲットをスパッタし、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。
Example 1
(Preparation of solar cells for evaluation)
A ZnO: Ga (Ga: 5 mass%) ceramic target was sputtered on a Corning 1737 glass substrate using a DC magnetron sputtering apparatus, and a gallium-doped zinc oxide transparent conductive film was formed to a thickness of 200 nm to form an upper electrode layer.

プラズマCVD装置により、ガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜上に、膜厚18nmのp型アモルファスシリコンカーバイド層、膜厚280nm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。   A p-type amorphous silicon carbide layer having a thickness of 18 nm, an i-type amorphous silicon layer having a thickness of 280 nm, and an n-type amorphous silicon layer having a thickness of 25 nm are formed in this order on the gallium-doped zinc oxide transparent conductive film by a plasma CVD apparatus. A photoelectric conversion layer was formed.

DCマグネトロンスパッタ装置を用いて、ZnO:Ga(Ga:5質量%)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。   Using a DC magnetron sputtering apparatus, a ZnO: Ga (Ga: 5 mass%) ceramic target was sputtered to form a gallium-doped zinc oxide transparent conductive film having a film thickness of 15 nm to form a lower transparent electrode.

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評価用太陽電池セルを作製した。   Finally, a metal electrode made of aluminum having a film thickness of 100 nm is formed on the n-type amorphous silicon layer by a vacuum deposition apparatus, and a lower electrode made of a lower transparent electrode and a metal electrode is formed. A solar cell for evaluation was produced.

(光散乱膜の作製)
(光散乱層1の作製)
マトリックス樹脂としてPEN(平均屈折率 1.64 Tg=120℃)、散乱体として球状アルミナ(平均屈折率 1.74 粒径500nm)を用いて、溶融押し出し法によりフィルム製膜を行い、逐次二軸延伸法によりマトリックス樹脂の複屈折を調整することにより光散乱層1を作製した。二軸延伸時の温度は110℃に設定し、溶融製膜方向(以下MD方向とも記載する)及び製膜方向に対して垂直な方向(以下TD方向とも記載する)に対して、それぞれ1.5倍に設定した。また仕上がりの膜厚は10μmとし、マトリックス樹脂(100質量%)に対する散乱体の混入量は2%に設定した。
(Production of light scattering film)
(Preparation of light scattering layer 1)
Using PEN (average refractive index 1.64 Tg = 120 ° C.) as a matrix resin and spherical alumina (average refractive index 1.74 particle size 500 nm) as a scatterer, a film was formed by a melt extrusion method, and sequentially biaxial. The light scattering layer 1 was prepared by adjusting the birefringence of the matrix resin by the stretching method. The temperature during biaxial stretching is set to 110 ° C. and is 1. for each of the melt film forming direction (hereinafter also referred to as MD direction) and the direction perpendicular to the film forming direction (hereinafter also referred to as TD direction). Set to 5 times. The finished film thickness was 10 μm, and the amount of scatterers mixed in the matrix resin (100% by mass) was set to 2%.

得られたマトリックス樹脂の屈折率はフィルム平面方向にx、y軸、フィルム膜厚方向をz軸とした時に(Nx、Ny、Nz)=(1.69、1.69、1.54)であった。   The refractive index of the obtained matrix resin is (Nx, Ny, Nz) = (1.69, 1.69, 1.54) when the x and y axes are in the film plane direction and the film thickness direction is the z axis. there were.

マトリックス樹脂の屈折率の調整は、延伸倍率を上げることで延伸方向に上昇し、非延伸方向は下がることを利用して調整できる。また、延伸時の温度がTgよりも低温であるほど、同一延伸倍率時の屈折率の変化は高くなる傾向でありこれらを組み合わせて調整することができる。また、延伸終了後にアニール処理をすることにより、屈折率を等方的に近づけることも可能であり、この処理を行うことにより散乱体付近に発生するボイドを消滅させることができる。   The adjustment of the refractive index of the matrix resin can be adjusted by using the fact that it increases in the stretching direction by increasing the stretching ratio and decreases in the non-stretching direction. Further, as the temperature during stretching is lower than Tg, the change in refractive index at the same stretch ratio tends to increase, and these can be adjusted in combination. Further, by performing annealing after the end of stretching, the refractive index can be made isotropic, and voids generated in the vicinity of the scatterer can be eliminated by performing this treatment.

(光散乱層2の作製)
マトリックス樹脂としてPEN(平均屈折率 1.64 Tg=120℃)、散乱体として球状架橋ポリスチレン粒子(平均屈折率 1.59 粒径1μm)を用いて、溶融押し出し法と逐次二軸延伸法により光散乱層2を作製した。二軸延伸時の温度は110℃に設定し、溶融製膜方向(以下MD方向とも記載する)及び製膜方向に対して垂直な方向(以下TD方向とも記載する)に対して、それぞれ1.5倍に設定した。また仕上がりの膜厚は10μmとし、マトリックス樹脂(100質量%)に対する散乱体の混入量は2.5質量%に設定した。
(Preparation of light scattering layer 2)
Using PEN (average refractive index 1.64 Tg = 120 ° C.) as a matrix resin and spherical cross-linked polystyrene particles (average refractive index 1.59, particle size 1 μm) as a scatterer, light is obtained by melt extrusion and sequential biaxial stretching. The scattering layer 2 was produced. The temperature during biaxial stretching is set to 110 ° C. and is 1. for each of the melt film forming direction (hereinafter also referred to as MD direction) and the direction perpendicular to the film forming direction (hereinafter also referred to as TD direction). Set to 5 times. The finished film thickness was 10 μm, and the amount of scatterers mixed in the matrix resin (100 mass%) was set to 2.5 mass%.

得られたマトリックス樹脂の屈折率はフィルム平面方向にx、y軸、フィルム膜厚方向をz軸とした時に(Nx、Ny、Nz)=(1.69、1.69、1.54)であった。   The refractive index of the obtained matrix resin is (Nx, Ny, Nz) = (1.69, 1.69, 1.54) when the x and y axes are in the film plane direction and the film thickness direction is the z axis. there were.

(光散乱膜の作製)(試料1)
光散乱層1及び2を透明両面テープ(膜厚さ5μm 積水化学社製#5511)により接着し、積層の太陽電池用光散乱膜(試料1)を得た。
(Preparation of light scattering film) (Sample 1)
The light scattering layers 1 and 2 were adhered with a transparent double-sided tape (film thickness: 5 μm, Sekisui Chemical Co., Ltd. # 5511) to obtain a laminated solar cell light scattering film (Sample 1).

(評価用太陽電池セルの作製)
光散乱膜試料のガラス基板に前記の透明両面テープを用いて接着し、評価用太陽電池セルを作製した。
(Preparation of solar cells for evaluation)
The solar cell for evaluation was produced by adhering to the glass substrate of the light scattering film sample using the transparent double-sided tape.

上記と同様の手法を用いて、試料2から5を作製した。   Samples 2 to 5 were prepared using the same method as described above.

(評価手法)
(全光線透過率の測定)
全光線透過率の測定には、JIS−K7361に従いヘーズメータ(日本電色工業(株)NDH2000)を用いて測定を行った。
(Evaluation method)
(Measurement of total light transmittance)
The total light transmittance was measured using a haze meter (Nippon Denshoku Industries Co., Ltd. NDH2000) according to JIS-K7361.

測定に際には、光散乱層に対して表(太陽電池セルに外界から光が入斜するのと同じ方向で光が入斜する配置にして測定)、裏(太陽電池セルから外界へ光が出斜するのと同じ方向で光が入斜する配置にして測定)の二回の測定を行った。   In the measurement, the light scattering layer is front (measured with the light entering the solar cell in the same direction as the light from the outside), and back (light from the solar cell to the outside). The measurement was performed twice in such a manner that the light is incident and inclined in the same direction as the light is inclined.

また、この測定を通して得られたヘーズ値をそれぞれHz1、Hz2とした。   The haze values obtained through this measurement were set to Hz1 and Hz2, respectively.

(ヘーズ値の測定)
ヘーズの測定には、JIS−K7361に従いヘーズメータ(日本電色工業(株)NDH2000)を用いて測定を行った。光散乱膜は複数の光散乱膜からなっており、太陽電池セルの外界から光電変換層へ光が進行する際に外界に近い側の層のヘーズ値をHz1、光電変換層に近い側の層のヘーズ値をHz2とした。
(Measurement of haze value)
For the measurement of haze, it was measured using a haze meter (Nippon Denshoku Industries Co., Ltd. NDH2000) according to JIS-K7361. The light scattering film is composed of a plurality of light scattering films. When light travels from the outside of the solar battery cell to the photoelectric conversion layer, the haze value of the layer on the side close to the outside is Hz1, and the layer on the side close to the photoelectric conversion layer The haze value was set to Hz2.

(斜め入射全光線透過率(T1(45°)、T2(45°))の測定)
ハロゲンランプを光源にしたコリメート光源、45°、45°、90°の角度を持つ二等辺三角形状の石英プリズム、グリース、試料、積分球を準備した。
(Measurement of oblique incident total light transmittance (T1 (45 °), T2 (45 °)))
A collimated light source using a halogen lamp as a light source, an isosceles triangular quartz prism having angles of 45 °, 45 °, and 90 °, grease, a sample, and an integrating sphere were prepared.

に示されるように、コリメートされた光がプリズム、グリース、試料、積分球の順で透過するように測定系を作製した。なお、光はプリズムに入射する際にプリズム面に対して垂直方向から入射するように、またプリズムの45°の角度で挟まれた辺が試料面に向かう形で設置した。プリズムと試料の間は空気層が入らないようにグリースにより密着させるようにした。 As shown in FIG. 2 , a measurement system was prepared so that the collimated light was transmitted in the order of prism, grease, sample, and integrating sphere. The light was set so that it was incident from the direction perpendicular to the prism surface when entering the prism, and the side of the prism sandwiched at an angle of 45 ° was directed to the sample surface. In order to prevent an air layer from entering between the prism and the sample, it was made to adhere with grease.

プリズム、グリース、試料のない状態で光源から積分球に入斜した光の強度を100とし、これを基準にして試料のT1(45°)、T2(45°)を測定し比較を行った。   The intensity of light obliquely incident on the integrating sphere from the light source in the absence of prism, grease, and sample was set to 100, and T1 (45 °) and T2 (45 °) of the sample were measured and compared based on this.

ここでT1(45°)は太陽電池セルの外界から光電変換層へ光が入斜するように試料を配置した場合の測定値であり、T2(45°)は太陽電池セルの光電変換層側から太陽電池セル外界へ光が向かう方向での測定値である。   Here, T1 (45 °) is a measurement value when the sample is arranged so that light enters the photoelectric conversion layer from the outside of the solar cell, and T2 (45 °) is the photoelectric conversion layer side of the solar cell. It is a measured value in the direction where light goes from the solar cell to the outside of the solar cell.

(平面性の測定)
触針式表面形状測定器(株式会社アルバック社製 Dektak 8)を用いて、表面形状を測定しRaを求めた。試料表及び裏のRaがいずれも10μm以下の場合には実質的に平面であるとした。
(Measurement of flatness)
Using a stylus type surface shape measuring instrument (Dektak 8 manufactured by ULVAC, Inc.), the surface shape was measured to determine Ra. When the Ra on the front and back of the sample were both 10 μm or less, it was assumed to be substantially flat.

(光利用効率の測定)
25℃の環境中において、ソーラーシミュレータによりAM1.5、100mW/cmの条件で変換効率の測定を行った。
(Measurement of light utilization efficiency)
In an environment of 25 ° C., conversion efficiency was measured with a solar simulator under conditions of AM 1.5 and 100 mW / cm 2 .

(斜め入射時の光利用効率の測定)
上記の光利用効率の測定系において、太陽電池セルを45°傾けた状態での測定を行い変換効率の測定を行った。
(Measurement of light utilization efficiency at oblique incidence)
In the measurement system for the light utilization efficiency, the conversion efficiency was measured by measuring the solar cell in a state where it was inclined by 45 °.

得られた試料1から5に関して表1に結果をまとめて記載する。   The results are summarized in Table 1 for the obtained samples 1 to 5.

Figure 0005359672
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表1の結果から明らかなように、本発明の試料1及び2はどの条件においても変換効率が高く良好な結果が得られた。複数層の構成からなる光散乱層であり、透過率及びヘーズを所望の範囲に調整することにより光利用効率は良好な結果となった。また、試料3(比較例)は光散乱層の法線に対して45°方向から入射した場合の変換効率が低い結果となった。   As is clear from the results in Table 1, Samples 1 and 2 of the present invention have high conversion efficiency and good results under any conditions. The light scattering layer was composed of a plurality of layers, and the light utilization efficiency was satisfactory by adjusting the transmittance and haze to the desired ranges. Sample 3 (comparative example) had a low conversion efficiency when incident from the direction of 45 ° with respect to the normal of the light scattering layer.

(実施例2)
(光散乱層1の作製)
マトリックス樹脂としてPEN(平均屈折率 1.64 Tg=120℃)、散乱体として球状アルミナ(平均屈折率 1.74 粒径500nm)を用いて、溶融押し出し法によりフィルム製膜を行い、逐次二軸延伸法によりマトリックス樹脂の複屈折を調整することにより光散乱層1を作製した。二軸延伸時の温度は110℃に設定し、溶融製膜方向(以下MD方向とも記載する)及び製膜方向に対して垂直な方向(以下TD方向とも記載する。)に対して、それぞれ1.5倍に設定した。また仕上がりの膜厚は10μmとし、マトリックス樹脂(100質量%)に対する散乱体の混入量は1.5%に設定した。
(Example 2)
(Preparation of light scattering layer 1)
Using PEN (average refractive index 1.64 Tg = 120 ° C.) as a matrix resin and spherical alumina (average refractive index 1.74 particle size 500 nm) as a scatterer, a film was formed by a melt extrusion method, and sequentially biaxial. The light scattering layer 1 was prepared by adjusting the birefringence of the matrix resin by the stretching method. The temperature during biaxial stretching is set to 110 ° C., and 1 for each of the melt film forming direction (hereinafter also referred to as MD direction) and the direction perpendicular to the film forming direction (hereinafter also referred to as TD direction). Set to 5 times. The finished film thickness was 10 μm, and the amount of scatterers mixed in the matrix resin (100 mass%) was set to 1.5%.

得られたマトリックス樹脂の屈折率はフィルム平面方向にx、y軸、フィルム膜厚方向をz軸とした時に(Nx、Ny、Nz)=(1.69、1.69、1.54)であった。   The refractive index of the obtained matrix resin is (Nx, Ny, Nz) = (1.69, 1.69, 1.54) when the x and y axes are in the film plane direction and the film thickness direction is the z axis. there were.

マトリックス樹脂の屈折率の調整は、延伸倍率を上げることで延伸方向に上昇し、非延伸方向は下がることを利用して調整できる。また、延伸時の温度がTgよりも低温であるほど、同一延伸倍率時の屈折率の変化は高くなる傾向でありこれらを組み合わせて調整することができる。また、延伸終了後にアニール処理をすることにより、屈折率を等方的に近づけることも可能であり、この処理を行うことにより散乱体付近に発生するボイドを消滅させることができる。   The adjustment of the refractive index of the matrix resin can be adjusted by using the fact that it increases in the stretching direction by increasing the stretching ratio and decreases in the non-stretching direction. Further, as the temperature during stretching is lower than Tg, the change in refractive index at the same stretch ratio tends to increase, and these can be adjusted in combination. Further, by performing annealing after the end of stretching, the refractive index can be made isotropic, and voids generated in the vicinity of the scatterer can be eliminated by performing this treatment.

(光散乱層2の作製)
マトリックス樹脂としてPEN(平均屈折率 1.64 Tg=120℃)、散乱体として球状架橋ポリスチレン粒子(平均屈折率 1.59 粒径1μm)を用いて、溶融押し出し法と逐次二軸延伸法により光散乱層2を作製した。二軸延伸時の温度は110℃に設定し、溶融製膜方向(以下MD方向とも記載する)及び製膜方向に対して垂直な方向(以下TD方向とも記載する)に対して、それぞれ1.5倍に設定した。また仕上がりの膜厚は10μmとし、マトリックス樹脂(100質量%)に対する散乱体の混入量は3.2質量%に設定した。
(Preparation of light scattering layer 2)
Using PEN (average refractive index 1.64 Tg = 120 ° C.) as a matrix resin and spherical cross-linked polystyrene particles (average refractive index 1.59, particle size 1 μm) as a scatterer, light is obtained by melt extrusion and sequential biaxial stretching. The scattering layer 2 was produced. The temperature during biaxial stretching is set to 110 ° C. and is 1. for each of the melt film forming direction (hereinafter also referred to as MD direction) and the direction perpendicular to the film forming direction (hereinafter also referred to as TD direction). Set to 5 times. The finished film thickness was 10 μm, and the amount of scatterers mixed with the matrix resin (100 mass%) was set to 3.2 mass%.

得られたマトリックス樹脂の屈折率はフィルム平面方向にx、y軸、フィルム膜厚方向をz軸とした時に(Nx、Ny、Nz)=(1.69、1.69、1.54)であった。   The refractive index of the obtained matrix resin is (Nx, Ny, Nz) = (1.69, 1.69, 1.54) when the x and y axes are in the film plane direction and the film thickness direction is the z axis. there were.

(光散乱膜(試料6)の作製)
光散乱層1及び2を透明両面テープ(膜厚さ5μm 積水化学社製#5511)により接着し、積層の太陽電池用光散乱膜(試料6)を得た。
(Preparation of light scattering film (sample 6))
The light scattering layers 1 and 2 were adhered with a transparent double-sided tape (film thickness: 5 μm, Sekisui Chemical Co., Ltd. # 5511) to obtain a laminated solar cell light scattering film (sample 6).

得られた試料6と前記実施例1の試料1の評価結果を表2に示す。   Table 2 shows the evaluation results of the obtained sample 6 and the sample 1 of Example 1.

Figure 0005359672
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光散乱層の散乱体の量調整により各層のヘーズ値を調整した試料6は良好な光変換効率が見られた。   Sample 6 in which the haze value of each layer was adjusted by adjusting the amount of scatterers in the light scattering layer showed good light conversion efficiency.

(実施例3)
(光散乱膜の作製)
(光散乱層1の作製)
マトリックス樹脂としてPEN(平均屈折率 1.64 Tg=120℃)、散乱体として球状アルミナ(平均屈折率 1.74 粒径600nm)を用いて、溶融押し出し法によりフィルム製膜を行い、逐次二軸延伸法によりマトリッス樹脂の複屈折を調整することにより光散乱層1を作製した。二軸延伸時の温度は110℃に設定し、溶融製膜方向(以下MD方向とも記載する)及び製膜方向に対して垂直な方向(以下TD方向とも記載する)に対して、それぞれ1.5倍に設定した。また仕上がりの膜厚は10μmとし、マトリックス樹脂(100質量%)に対する散乱体の混入量は2.2%に設定した。
(Example 3)
(Production of light scattering film)
(Preparation of light scattering layer 1)
Using PEN (average refractive index 1.64 Tg = 120 ° C.) as a matrix resin and spherical alumina (average refractive index 1.74 particle size 600 nm) as a scatterer, a film was formed by a melt extrusion method, and sequentially biaxial. The light scattering layer 1 was prepared by adjusting the birefringence of the matrix resin by the stretching method. The temperature during biaxial stretching is set to 110 ° C. and is 1. for each of the melt film forming direction (hereinafter also referred to as MD direction) and the direction perpendicular to the film forming direction (hereinafter also referred to as TD direction). Set to 5 times. The finished film thickness was 10 μm, and the amount of scatterers mixed in the matrix resin (100% by mass) was set to 2.2%.

得られたマトリックス樹脂の屈折率はフィルム平面方向にx、y軸、フィルム膜厚方向をz軸とした時に(Nx、Ny、Nz)=(1.69、1.69、1.54)であった。   The refractive index of the obtained matrix resin is (Nx, Ny, Nz) = (1.69, 1.69, 1.54) when the x and y axes are in the film plane direction and the film thickness direction is the z axis. there were.

マトリックス樹脂の屈折率の調整は、延伸倍率を上げることで延伸方向に上昇し、非延伸方向は下がることを利用して調整できる。また、延伸時の温度がTgよりも低温であるほど、同一延伸倍率時の屈折率の変化は高くなる傾向でありこれらを組み合わせて調整することができる。また、延伸終了後にアニール処理をすることにより、屈折率を等方的に近づけることも可能であり、この処理を行うことにより散乱体付近に発生するボイドを消滅させることができる。   The adjustment of the refractive index of the matrix resin can be adjusted by using the fact that it increases in the stretching direction by increasing the stretching ratio and decreases in the non-stretching direction. Further, as the temperature during stretching is lower than Tg, the change in refractive index at the same stretch ratio tends to increase, and these can be adjusted in combination. Further, by performing annealing after the end of stretching, the refractive index can be made isotropic, and voids generated in the vicinity of the scatterer can be eliminated by performing this treatment.

(光散乱層2の作製)
マトリックス樹脂としてPEN(平均屈折率 1.64 Tg=120℃)、散乱体として球状架橋ポリスチレン粒子(平均屈折率 1.59 粒径1μm)を用いて、溶融押し出し法と逐次二軸延伸法により光散乱層2を作製した。二軸延伸時の温度は110℃に設定し、溶融製膜方向(以下MD方向とも記載する)及び製膜方向に対して垂直な方向(以下TD方向とも記載する)に対して、それぞれ1.5倍に設定した。また仕上がりの膜厚は10μmとし、マトリックス樹脂(100質量%)に対する散乱体の混入量は2.5質量%に設定した。
(Preparation of light scattering layer 2)
Using PEN (average refractive index 1.64 Tg = 120 ° C.) as a matrix resin and spherical cross-linked polystyrene particles (average refractive index 1.59, particle size 1 μm) as a scatterer, light is obtained by melt extrusion and sequential biaxial stretching. The scattering layer 2 was produced. The temperature during biaxial stretching is set to 110 ° C. and is 1. for each of the melt film forming direction (hereinafter also referred to as MD direction) and the direction perpendicular to the film forming direction (hereinafter also referred to as TD direction). Set to 5 times. The finished film thickness was 10 μm, and the amount of scatterers mixed in the matrix resin (100 mass%) was set to 2.5 mass%.

得られたマトリックス樹脂の屈折率はフィルム平面方向にx、y軸、フィルム膜厚方向をz軸とした時に(Nx、Ny、Nz)=(1.69、1.69、1.54)であった。   The refractive index of the obtained matrix resin is (Nx, Ny, Nz) = (1.69, 1.69, 1.54) when the x and y axes are in the film plane direction and the film thickness direction is the z axis. there were.

(光散乱膜(試料12)の作製)
光散乱層1及び2を透明両面テープ(膜厚さ5μm 積水化学社製#5511)により接着し、積層の太陽電池用光散乱膜(試料12)を得た。
(Preparation of light scattering film (sample 12))
The light scattering layers 1 and 2 were bonded with a transparent double-sided tape (film thickness: 5 μm, # 5511 manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) to obtain a laminated solar cell light scattering film (sample 12).

(光散乱膜(試料11)の作製)
試料12作製の際に、第2の光散乱層の逐次二軸延伸を行わずに仕上がり膜厚を10μmに設定し、更に130℃でアニールした散乱層を用いて光散乱膜(試料11)を得た。このときのマトリックス樹脂は異方性を持たず(Nx,Ny,Nz)=(1.64,1.64,1.64)であった。
(Preparation of light scattering film (sample 11))
When the sample 12 was prepared, the light scattering film (sample 11) was formed using the scattering layer which was set to a finished film thickness of 10 μm without performing sequential biaxial stretching of the second light scattering layer and further annealed at 130 ° C. Obtained. The matrix resin at this time did not have anisotropy (Nx, Ny, Nz) = (1.64, 1.64, 1.64).

(光散乱膜(試料10)の作製)
試料12作製の際に、第1の光散乱層の逐次二軸延伸を行わずに仕上がり膜厚を10μmに設定し、更に130℃でアニールした散乱層を用いて光散乱膜(試料10)を得た。このときのマトリックス樹脂は異方性を持たず(Nx,Ny,Nz)=(1.64,1.64,1.64)であった。
(Preparation of light scattering film (sample 10))
When preparing the sample 12, the finished film thickness is set to 10 μm without performing sequential biaxial stretching of the first light scattering layer, and the light scattering film (sample 10) is formed using the scattering layer annealed at 130 ° C. Obtained. The matrix resin at this time did not have anisotropy (Nx, Ny, Nz) = (1.64, 1.64, 1.64).

(光散乱膜(試料9)の作製)
試料12作製の際に、第1及び第2の光散乱層の逐次二軸延伸を行わずに仕上がり膜厚を10μmに設定し、更に130℃でアニールした散乱層を用いて光散乱膜(試料9)を得た。このときのマトリックス樹脂は異方性を持たず(Nx,Ny,Nz)=(1.64,1.64,1.64)であった。
(Preparation of light scattering film (sample 9))
When the sample 12 was produced, the first and second light scattering layers were not sequentially biaxially stretched, the finished film thickness was set to 10 μm, and a light scattering film (sample) was formed using a scattering layer annealed at 130 ° C. 9) was obtained. The matrix resin at this time did not have anisotropy (Nx, Ny, Nz) = (1.64, 1.64, 1.64).

試料9から12の評価結果を表3にまとめて記載する。   The evaluation results of Samples 9 to 12 are summarized in Table 3.

Figure 0005359672
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発明の試料光散乱膜10から12は良好な光変換効率を達成した。特に試料12は屈折率の関係上本発明の光閉じ込めの機能を良好に発揮したため正面及び斜め方向いずれの入射角においても良好な結果であった。   Sample light scattering films 10 to 12 of the invention achieved good light conversion efficiency. In particular, since the sample 12 satisfactorily exhibited the optical confinement function of the present invention in relation to the refractive index, the result was satisfactory at both the front and oblique incidence angles.

(実施例4)
(光散乱膜の作製)
(光散乱層2の作製)
マトリックス樹脂として酸化チタンナノ粒子の混合により高屈折率化したポリスチレン(平均屈折率 1.7 Tg=95℃)、散乱体として円盤状アルミナ粒子(平均屈折率1.74 厚さ(R2z)=60nm 粒径(R2xy)=300nm)を用いて、溶融押し出し法によりフィルム製膜を行い、逐次二軸延伸法によりマトリッス樹脂の複屈折を調整することにより光散乱層2を作製した。二軸延伸時の温度は82℃に設定し、溶融製膜方向(以下MD方向とも記載する)及び製膜方向に対して垂直な方向(以下TD方向とも記載する)に対して、それぞれ1.4倍に設定した。また仕上がりの膜厚は10μmとし、マトリックス樹脂(100質量%)に対する散乱体の混入量は3.3%に設定した。
Example 4
(Production of light scattering film)
(Preparation of light scattering layer 2)
Polystyrene (average refractive index 1.7 Tg = 95 ° C.) increased in refractive index by mixing titanium oxide nanoparticles as a matrix resin, and disc-shaped alumina particles (average refractive index 1.74 thickness (R2z) = 60 nm as scatterers) Using the diameter (R2xy) = 300 nm, a film was formed by the melt extrusion method, and the birefringence of the matrix resin was adjusted by the sequential biaxial stretching method to prepare the light scattering layer 2. The temperature during biaxial stretching is set to 82 ° C., and is 1. for each of the melt film forming direction (hereinafter also referred to as MD direction) and the direction perpendicular to the film forming direction (hereinafter also referred to as TD direction). Set to 4 times. The finished film thickness was 10 μm, and the amount of scatterers mixed in the matrix resin (100 mass%) was set to 3.3%.

得られたマトリックス樹脂の屈折率はフィルム平面方向にx、y軸、フィルム膜厚方向をz軸とした時に(Nx、Ny、Nz)=(1.69、1.69、1.72)であった。   The refractive index of the obtained matrix resin is (Nx, Ny, Nz) = (1.69, 1.69, 1.72) when the x and y axes are in the film plane direction and the film thickness direction is the z axis. there were.

マトリックス樹脂の平均屈折率の調整には、酸化チタンナノ粒子とポリスチレン樹脂の体積%比と屈折率の関係で決定される。ポリスチレン樹脂は負の複屈折を発現する樹脂であり、延伸を行うと延伸方向と垂直な方向に屈折率が上昇し、延伸方向の屈折率は下がることを利用して調整できる。また、延伸時の温度がTgよりも低温であるほど、同一延伸倍率時の屈折率の変化は高くなる傾向でありこれらを組み合わせて調整することができる。また、延伸終了後にアニール処理をすることにより、屈折率を等方的に近づけることも可能であり、この処理を行うことにより散乱体付近に発生するボイドを消滅させることができる。   The adjustment of the average refractive index of the matrix resin is determined by the relationship between the volume% ratio of the titanium oxide nanoparticles and the polystyrene resin and the refractive index. Polystyrene resin is a resin that develops negative birefringence. When stretching is performed, the refractive index increases in the direction perpendicular to the stretching direction, and the refractive index in the stretching direction can be adjusted by using the decrease. Further, as the temperature during stretching is lower than Tg, the change in refractive index at the same stretch ratio tends to increase, and these can be adjusted in combination. Further, by performing annealing after the end of stretching, the refractive index can be made isotropic, and voids generated in the vicinity of the scatterer can be eliminated by performing this treatment.

(光散乱膜(試料13)の作製)
上記で得られた光散乱層2上に、UV硬化樹脂(屈折率 1.58)と針状炭酸カルシウムの混合物を塗布した後に磁場により垂直に配向させた後に、紫外線により硬化を行った。光散乱膜(試料13)の膜厚は12μmとなるように設定した。なお、針状炭酸カルシウムは(Nxy,Nz)=(1.68,1.53)であり、(Rxy,Rz)=(0.5μm,2μm)である。
(Preparation of light scattering film (sample 13))
On the light scattering layer 2 obtained above, a mixture of a UV curable resin (refractive index 1.58) and acicular calcium carbonate was applied and then oriented vertically by a magnetic field, followed by curing with ultraviolet rays. The film thickness of the light scattering film (sample 13) was set to 12 μm. The acicular calcium carbonate is (Nxy, Nz) = (1.68, 1.53) and (R 1 xy, R 1 z) = (0.5 μm, 2 μm).

上記の方法で得られた光散乱膜(試料13)を実施例1と同様に透明両面粘着テープにより、太陽電池に貼合して評価を行った。また、試料13の貼合の表裏を逆にして評価を行った結果を試料14として評価した。   The light scattering film (sample 13) obtained by the above method was attached to a solar cell with a transparent double-sided adhesive tape in the same manner as in Example 1 and evaluated. Moreover, the result of having performed evaluation by reversing the front and back of the bonding of the sample 13 was evaluated as a sample 14.

結果を表4に示す。   The results are shown in Table 4.

Figure 0005359672
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表4から明らかなように、式(IV)及び(V)を満たす本発明の光散乱層は良好な効率を示した。   As is clear from Table 4, the light scattering layer of the present invention satisfying the formulas (IV) and (V) showed good efficiency.

以上の結果に基づき、本発明の手段により、光利用効率が高く、かつ入射角度による光利用効率依存性が改善された太陽電池用光散乱膜及びそれを用いた太陽電池を提供することができることが分かる。   Based on the above results, the means of the present invention can provide a solar cell light-scattering film having high light use efficiency and improved light use efficiency dependency depending on the incident angle, and a solar cell using the same. I understand.

1 太陽電池
2 基板(透明基体)
2a 光取り出し面
2b 光取り込み面2aの反対側の面
3 光散乱膜(太陽電池用光散乱膜)
3A 第1の光散乱層
3B 第2の光散乱層
3a 平坦面
4 上部電極層
5 光電変換層
6 下部電極層
7 プリズム
8 試料
9 積分(球)
23 光学部材(太陽電池用光学部材)
51 p型薄膜シリコン層
52 i型薄膜シリコン層
53 n型薄膜シリコン層
61 下部透明導電電極
62 金属電極
P 光
1 Solar cell 2 Substrate (transparent substrate)
2a Light extraction surface 2b Surface opposite to light capturing surface 2a 3 Light scattering film (light scattering film for solar cell)
3A First light scattering layer 3B Second light scattering layer 3a Flat surface 4 Upper electrode layer 5 Photoelectric conversion layer 6 Lower electrode layer 7 Prism 8 Sample 9 Integration (sphere)
23 Optical member (Optical member for solar cell)
51 p-type thin film silicon layer 52 i-type thin film silicon layer 53 n-type thin film silicon layer 61 lower transparent conductive electrode 62 metal electrode P light

Claims (8)

マトリックス中に散乱体が含有された光散乱層を少なくとも二層有する太陽電池用光散乱膜であって、(1)太陽光入射側の第1の光散乱層の膜表面が平坦であり、(2)前記第1の光散乱層は、膜面に対して法線方向から入射した光の当該第1の光散乱層での全光線透過率が70%以上であり、(3)前記第1の光散乱層に対し太陽光入射側から遠い側に設置された第2の光散乱層は、膜面に対して法線方向から入射した光の当該第2の光散乱層での全光線透過率が60%以下であり、かつ、(4)前記第1の光散乱層の膜面の法線に対して45°の角度で入射した光に対する当該第1の光散乱層での全光線透過率をT1(45°)、前記第2の光散乱層の膜面の法線に対して45°の角度で入射した光に対する当該第2の光散乱層での全光線透過率をT2(45°)としたときに、当該T1(45°)とT2(45°)が下記式(I)を満たし、かつ(第1の光散乱層と第2の光散乱層を通した)全光線透過率(表)が70%以上であり、(第2の光散乱層と第1の光散乱層を通した)全光線透過率(裏)が60%以下であることを特徴とする太陽電池用光散乱膜。
式(I):T1(45°)>T2(45°)
A light scattering film for a solar cell having at least two light scattering layers each containing a scatterer in a matrix, wherein (1) the film surface of the first light scattering layer on the sunlight incident side is flat; 2) The first light scattering layer has a total light transmittance at the first light scattering layer of light incident from the normal direction to the film surface of 70% or more, and (3) the first light scattering layer. The second light scattering layer installed on the side far from the sunlight incident side with respect to the light scattering layer of the first light transmission layer transmits the light incident on the film surface from the normal direction in the second light scattering layer. And (4) total light transmission in the first light scattering layer with respect to light incident at an angle of 45 ° with respect to the normal of the film surface of the first light scattering layer. T1 (45 °), the total light in the second light scattering layer with respect to light incident at an angle of 45 ° with respect to the normal of the film surface of the second light scattering layer The transmittance is taken as T2 (45 °), the T1 (45 °) and T2 (45 °) is less than the following formula (I), the AND (first light-scattering layer and the second light-scattering layer The total light transmittance (through) is 70% or more, and the total light transmittance (through the second light scattering layer and the first light scattering layer) is 60% or less. A light scattering film for solar cells.
Formula (I): T1 (45 °)> T2 (45 °)
前記マトリックス中の散乱体が、マトリックスとは異なる屈折率を有することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池用散乱膜。The scattering film for a solar cell according to claim 1, wherein the scatterer in the matrix has a refractive index different from that of the matrix. 前記太陽電池用光散乱膜を構成する任意の二つ光散乱層において、光電変換層から遠い位置に配置される第1の光散乱層のヘーズ値をHz1(%)、光電変換層に近い位置に配置される第2の光散乱層のヘーズ値をHz2(%)としたときに、当該Hz1とHz2がHz1<Hz2の関係を満たすことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の太陽電池用光散乱膜。In any two light scattering layers constituting the light scattering film for solar cell, the haze value of the first light scattering layer disposed at a position far from the photoelectric conversion layer is Hz1 (%), a position close to the photoelectric conversion layer 3. The haze value of the second light-scattering layer disposed at is 2 (%), and the Hz1 and Hz2 satisfy a relationship of Hz1 <Hz2. Light scattering film for solar cells. 前記第1の光散乱層中のマトリックスの膜表面に平行な面内でのマトリックス及び散乱体の屈折率差をΔN1xy、膜表面に対して法線方向でのマトリックス及び散乱体の屈折率差をΔN1z、第2の光散乱層中のマトリックスの膜表面に平行な面内でのマトリックス及び散乱体の屈折率差をΔN2xy、膜表面に対して法線方向でのマトリックス及び散乱体の屈折率差をΔN2zとしたときに、下記式(II)及び(III)を満たすことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の太陽電池用光散乱膜。ΔN1xy is the refractive index difference between the matrix and the scatterer in a plane parallel to the film surface of the matrix in the first light scattering layer, and the refractive index difference between the matrix and the scatterer in the normal direction to the film surface. ΔN1z is a difference in refractive index between the matrix and the scatterer in a plane parallel to the film surface of the matrix in the second light scattering layer, and ΔN2xy is a difference in refractive index between the matrix and the scatterer in the normal direction to the film surface. The light scattering film for solar cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the following formulas (II) and (III) are satisfied when ΔN2z is set.
式(II):ΔN1xy<ΔN1zFormula (II): ΔN1xy <ΔN1z
式(III):ΔN2xy>ΔN2zFormula (III): ΔN2xy> ΔN2z
〔但し、式(II)及び式(III)中のΔN1xy、ΔN2xy、ΔN1z及びΔN2zは、下記関係式により定義される。[However, ΔN1xy, ΔN2xy, ΔN1z, and ΔN2z in the formulas (II) and (III) are defined by the following relational expressions.
ΔN1xy=|N1xy(matorix)−N1xy(domain)|ΔN1xy = | N1xy (matrix) −N1xy (domain) |
ΔN2xy=|N2xy(matorix)−N2xy(domain)|ΔN2xy = | N2xy (matrix) −N2xy (domain) |
ΔN1z=|N1z(matorix)−N1z(domain)|ΔN1z = | N1z (matrix) −N1z (domain) |
ΔN2z=|N2z(matorix)−N2z(domain)|ΔN2z = | N2z (matrix) −N2z (domain) |
ここで、here,
N1xy(domain):第1の光散乱層における散乱体の平面内の平均屈折率N1xy (domain): average refractive index in the plane of the scatterer in the first light scattering layer
N2xy(domain):第2の光散乱層における散乱体の平面内の平均屈折率N2xy (domain): average refractive index in the plane of the scatterer in the second light scattering layer
N1xy(matrix):第1の光散乱層におけるマトリックスの平面内の平均屈折率N1xy (matrix): average refractive index in the plane of the matrix in the first light scattering layer
N2xy(matrix):第2の光散乱層におけるマトリックスの平面内の平均屈折率N2xy (matrix): average refractive index in the plane of the matrix in the second light scattering layer
N1z(domain):第1の光散乱層における法線方向での散乱体の平均屈折率N1z (domain): average refractive index of the scatterer in the normal direction in the first light scattering layer
N2z(domain):第2の光散乱層における法線方向での散乱体の平均屈折率N2z (domain): average refractive index of the scatterer in the normal direction in the second light scattering layer
N1z(matorix):第1の光散乱層における法線方向でのマトリックスの平均屈折率N1z (matrix): average refractive index of the matrix in the normal direction in the first light scattering layer
N2z(matorix):第2の光散乱層における法線方向でのマトリックスの平均屈折率〕N2z (matrix): average refractive index of the matrix in the normal direction in the second light scattering layer]
前記ΔN1xyがΔN1zよりも小さいことを特徴とする請求項4に記載の太陽電池用光散乱膜。The light scattering film for solar cell according to claim 4, wherein the ΔN1xy is smaller than ΔN1z. 前記第1の光散乱層中の散乱体の膜表面に平行な面での平均粒径をR1xy、膜表面に対し垂直方向での平均粒径をR1z、前記第2の光散乱層中の散乱体の膜表面に平行な面での平均粒径をR2xy、膜表面に対し垂直方向での平均粒径をR2z、としたきに、当該R1xy、R1z、R2xy、及びR2zが、下記式(IV)及び(V)を満たすことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の太陽電池用光散乱膜。The average particle diameter in a plane parallel to the film surface of the scatterer in the first light scattering layer is R1xy, the average particle diameter in the direction perpendicular to the film surface is R1z, and the scattering in the second light scattering layer. R2xy is an average particle diameter in a plane parallel to the film surface of the body, and R2z is an average particle diameter in a direction perpendicular to the film surface, and R1xy, R1z, R2xy, and R2z are expressed by the following formula (IV ) And (V) are satisfied. The light scattering film for solar cells according to any one of claims 1 to 4, wherein:
式(IV):R1xy<R1zFormula (IV): R1xy <R1z
式(V):R2xy>R2zFormula (V): R2xy> R2z
前記第1の光散乱層中の散乱体が針状であり、前記第2の光散乱層中の散乱体が円盤状であることを特徴とする請求項6に記載の太陽電池用光散乱膜。The light scattering film for a solar cell according to claim 6, wherein the scatterer in the first light scattering layer has a needle shape, and the scatterer in the second light scattering layer has a disk shape. . 光電変換層を有する太陽電池であって、当該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から請求項7までのいずれか一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。It is a solar cell which has a photoelectric converting layer, Comprising: The light-scattering film for solar cells as described in any one of Claim 1 to 7 is arrange | positioned to the surface at the side where the light injects at least of the said photoelectric converting layer. A solar cell characterized by
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