[发明专利]太阳能电池、太阳能电池板和具备太阳能电池的装置

说明书

技术领域

本发明涉及具备光子晶体(photonic crystal)结构的太阳能电池、排列有多个上述太阳能电池的太阳能电池板和搭载有上述太阳能电池作为电源的装置。

背景技术

当前，例如在太阳能电池或光传感器等中通常使用通过光电转换而将入射光转换为电信号的光电转换元件。在这种光电转换元件中使用半导体，当入射具有超过半导体的带隙(band gap)的能量的电磁波(光)时，在半导体中电子从价电子带被激励到传导带，发生光电转换。

例如，通常已知在作为非晶态半导体的a-Si中，在波长为700nm左右以下存在吸收(光的吸收端为700nm附近)。即，在波长比吸收端短的电磁波(光)中，由于在光伏材料(photovoltaic material)中存在光的吸收，因此在光伏材料中发生光电转换。但是，通过加工方法或制造方法的改善，在实际的设备中存在到820nm左右为止的吸收，因此能够期待在从波长700nm到820nm左右的带域中也发生光电动势。

图32是表示a-Si(厚度330nm)的对于光的波长的吸收率的实测值的图表。

如图32所示，在a-Si的情况下，吸收的峰在波长约为520nm以下持续，随着波长从520nm附近向作为吸收端的波长的820nm增大，吸收率下降。这是因为，从半导体的吸收端到吸收峰之间，光与电子的相互作用减弱，所以其间的电磁波(光)会容易透过a-Si。从而，从半导体的吸收端到吸收峰之间，光电转换效率变差。因此，为了在从该吸收端到吸收峰之间使得半导体充分地吸收光，需要将半导体厚膜化。

近年来，为了提高光的吸收率，正在开发例如如下述的专利文献1～4中所公开的使用光子晶体的光电转换元件。

图33是表示在专利文献1中公开的太阳能电池单元的结构的概略图。

光子晶体的介电常数不同的周期结构是按照与光的波长同等程度的周期在电介质内人工形成的。

如图33所示，在太阳能电池单元101，在分散型布拉格(bragg)反射器(DBR)102叠层的光伏材料103中形成有光子晶体结构104，在该光子晶体结构104形成有多个气孔。

从进入光伏材料103的入射光i产生：由光子晶体结构104正反射的反射光r0、由光子晶体结构104衍射的衍射光r1、由光子晶体结构104折射的折射光t。

衍射光r1以比入射角θ大的角度θ’衍射，因此有助于增加光伏材料103内的光路长度。另外，通过在光伏材料103与外界空气的界面产生内部全反射，衍射光r1引起光伏材料103内的共振。从而，提高光伏材料103的光吸收率。

另外，折射光t和由分散型布拉格反射器102反射并返回到光子晶体结构104的光，在光子晶体结构104的内部往返引起来回共振，逐渐被吸收。这一点也改善光的吸收率。

在这样的太阳能电池单元101中，通过在光伏材料103和光子晶体结构104内使入射光共振来吸收光，能够提高光伏单元(photovoltaic cell)的吸收效率。特别是，通过使共振波长在入射光的吸收率小的长波长一侧出现，能够实现能吸收太阳光的宽范围波长的吸收体。

另外，在下述的非专利文献2中，公开了使用形成有带(band)端的光子晶体的太阳能电池。使用图34说明在非专利文献2中公开的太阳能电池的结构。

在图34所示的太阳能电池200中，在有机材料的光伏层203，通过加工光子晶体、使用其带端，来增强光伏层203的吸收。其结果是，通过使用根据光子晶体设计的带的带端，能够增强在光伏层203吸收的波长中吸收较低的波长的吸收，增加整体的光光伏量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公表专利公报“特表2009-533875号(2009年9月17日公表)“

专利文献2：日本公开专利公报“特开2006-24495号(2006年1月26日公开)”

专利文献3：日本公开专利公报“特开2006-32787号(2006年2月2日公开)”

专利文献4：国际公开WO2007/108212号(2007年9月27日国际公开)

非专利文献