光電変換装置の製造方法、光電変換装置の製造装置、及び光電変換装置
【課題】加工溝の溝深さを所望値にコントロールすることができる光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】光電変換装置１０を構成する中間コンタクト層分離溝１５に対してピコ秒レーザを照射するとともに、中間コンタクト層分離溝１５に対してピコ秒レーザを相対移動させて所定の走査方向に加工溝１５を形成する溝形成工程を有する光電変換装置１０の製造方法において、溝形成工程は、ピコ秒レーザのビーム径に相当する照射領域内にて一方向に並列に並ぶ干渉縞を形成し、干渉縞が走査方向に接続されるようにピコ秒レーザを相対移動することを特徴とする。
【解決手段】光電変換装置１０を構成する中間コンタクト層分離溝１５に対してピコ秒レーザを照射するとともに、中間コンタクト層分離溝１５に対してピコ秒レーザを相対移動させて所定の走査方向に加工溝１５を形成する溝形成工程を有する光電変換装置１０の製造方法において、溝形成工程は、ピコ秒レーザのビーム径に相当する照射領域内にて一方向に並列に並ぶ干渉縞を形成し、干渉縞が走査方向に接続されるようにピコ秒レーザを相対移動することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置の製造方法、光電変換装置の製造装置、及び光電変換装置に関し、特に光電変換装置を構成する薄膜の溝加工に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、薄膜太陽電池（光電変換装置）の光電変換効率を向上させるため、複数の光電変換層を積層した構造が知られている。例えば、アモルファスシリコン層と微結晶シリコン層を積層したタンデム型太陽電池が知られている。このタンデム型太陽電池は、光透過性基板上に、透明電極、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、及び裏面電極といった薄膜を順次積層することによって形成される。そして、アモルファスシリコン層と微結晶シリコン層との間に、電気的および光学的に接続された中間コンタクト層（薄膜）を設け、入射光の一部を反射させて更に光電変換効率向上を図る技術が知られている。
【０００３】
また、このようなタンデム型太陽電池では、複数の光電変換セルを直列接続することによって所望の電圧を得る高電圧化を図っている。複数の光電変換セルを直列接続する際には、アモルファスシリコン層、中間コンタクト層及び微結晶シリコン層を貫通する接続溝を形成し、この接続溝内に裏面電極を充填することによって、裏面電極と透明電極とを電気的に接続する。
一方、中間コンタクト層は、導電性を有しているため、裏面電極が充填された接続溝と電気的に接続されると、アモルファスシリコン層や微結晶シリコン層で発生した電流が中間コンタクト層を介して接続溝へと漏れてしまう。
そこで、レーザ加工によって中間コンタクト層を分離することで、中間コンタクト層から接続溝への電流の漏洩を防止する技術が種々提案されている（特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２６１３０８号公報
【特許文献２】特開２００３−２７３３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ加工によって薄膜に一方向に連続した溝を形成するには、例えば、図１２（ａ）に示したように、パルスレーザを用いて複数の照射領域１４を形成し、隣り合う照射領域１４を部分的に重ね合わせて数珠繋ぎのように連続した溝を形成する。照射領域１４の直径Ｄ０が集光されて膜表面に照射されたビーム径である。同図において、符号Ｂ０が隣り合う照射領域１４の重ね幅となる。
しかしながら、レーザにはレーザ径Ｄ０に相当する照射領域１４内でレーザ強度分布が不可避的に生じる。具体的には、図１２（ｂ）に示すように、照射領域の中央では強度が最も強く周辺ほど強度が弱くなるガウス分布状のレーザ強度分布となる。したがって、加工溝は、この照射領域１４の全体にわたって形成された強度分布に対応した溝深さとなる。つまり、図１２（ｂ）に示したように、少なくともエネルギー密度差ｄｐに対応する程度の溝深さの分布が生じてしまう。また、透明電極や中間コンタクト層は、反射率、アモルファスシリコン層や結晶質シリコン層での吸収率を向上させるために、凹凸のテクスチャー形状となっている。以上の事情により、所望の溝深さの制御が困難となっていた。したがって、ときには薄膜を十分に切断できない程度に浅い溝となってしまい、ときには必要以上に深く溝を形成してしまうという問題があった。
また、加工溝は、図１２（ａ）に示したように、数珠繋ぎのようになっているので、加工方向（同図において左右方向）に浅い／深いが繰り返し現れる深さ分布が生じてしまうという問題があった。
なお、同図において、符号Ｌ０は、照射領域１４が重ね合わされていない領域における加工方向の長さを示す。
【０００６】
一方、中間コンタクト層を分離する際にレーザを中間コンタクト層およびアモルファスシリコン層に照射すると、レーザの熱エネルギーをアモルファスシリコン層が吸収し、このアモルファスシリコン層が溶融し、中間コンタクト層を伴って飛散し、中間コンタクト層分離溝が形成される。この中間コンタクト層分離溝を形成する際に、中間コンタクト層分離溝を形成する壁部（底壁含む）では、溶融したアモルファスシリコン層が再結晶化する。この再結晶化した領域は、当初のアモルファスシリコンから変質しているため、低抵抗化すると考えられる。このように低抵抗化した再結晶領域は、中間コンタクト層を透明電極と裏面電極の接続部から分離する効果が低く、電流の新たな漏れ経路となり、電池性能の低下を来してしまう。
したがって、再結晶化領域が電流の漏れ経路となることを防ぐためには、この再結晶化領域の位置を適切にコントロールすることが要求される。つまり、中間コンタクト層分離溝の終端位置（溝深さ）を正確にコントロールすることが必要となる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、膜厚方向への漏れ電流を抑制することができる加工溝の構造、また、加工溝の溝深さを所望値にコントロールすることができる光電変換装置の製造方法、光電変換装置の製造装置、及び光電変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の光電変換装置の製造方法、光電変換装置の製造装置、及び光電変換装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる光電変換装置の製造方法は、光電変換装置を構成する薄膜に対してレーザを照射するとともに、該薄膜に対して該レーザを相対移動させて所定の走査方向に加工溝を形成する溝形成工程を有する光電変換装置の製造方法において、前記溝形成工程は、前記レーザのビーム径に相当する照射領域内にて一方向に並列に並ぶ干渉縞を形成し、該干渉縞が前記走査方向に接続されるように前記レーザを相対移動することを特徴とする。
【０００９】
レーザのビーム径に相当する照射領域内では、本発明のように干渉縞を形成しない場合、その中央では強度がもっとも強く周辺ほど強度が弱くなるレーザ強度分布が生じる。このように照射領域内の全体にわたってレーザ強度分布が生じると、所望の溝深さを実現することが困難となる。
そこで、本発明では、照射領域内で干渉縞を形成することとした。この干渉縞は、一方向に並列に並ぶ複数の明領域および暗領域から構成される。この干渉縞を構成する一つの明領域内でのレーザ強度分布は、照射領域全体におけるレーザ強度分布よりも相対的に小さくなる。相対的にレーザ強度分布が小さくなった所定の明領域についてレーザ強度を調整して溝深さを決定し、溝深さ分布の小さい加工溝を形成する。これにより、所望の溝深さを有する溝を正確に形成することができる。
そして、干渉縞を走査方向に接続することにより、連続した加工溝が形成される。
なお、レーザとしては、パルスレーザが好適に用いられ、より具体的には、ピコ秒レーザまたはナノ秒レーザが用いられる。
また、レーザによって溝形成される薄膜としては、主としてタンデム構造（又はトリプル構造）とされた光電変換装置の中間コンタクト層が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、透明導電膜、裏面電極等や、モジュール終端部の絶縁溝の溝形成にも用いることができる。
【００１０】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法は、シリコンを主成分とする第１光電変換層を製膜する第１光電変換層製膜工程と、前記第１光電変換層上に、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続される中間コンタクト層を製膜する中間コンタクト層製膜工程と、レーザを照射して、前記中間コンタクト層を除去するとともに、前記第１光電変換層まで到達する中間コンタクト層分離溝を形成して該中間コンタクト層を分離する中間コンタクト層分離工程と、前記中間コンタクト層上および前記中間コンタクト層分離溝内に、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層を製膜する第２光電変換層製膜工程とを有し、前記中間コンタクト層分離工程として、前記溝形成工程が行われることを特徴とする。
【００１１】
上記の溝形成工程によって中間コンタクト層に中間コンタクト層分離溝が形成されるので、所望の深さとされた中間コンタクト層分離溝を得ることができる。これにより、中間コンタクト層の膜面方向に流れる電流経路を確実に切断することができる。
なお、第１光電変換層としては、好適には、アモルファスシリコン層が用いられ、第２光電変換層としては、微結晶シリコン層が用いられる。中間コンタクト層としては、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）が好適に用いられる。
【００１２】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記中間コンタクト層分離溝は、前記第１光電変換層の中途位置にて終端していることを特徴とする。
【００１３】
中間コンタクト層分離溝を第１光電変換層の中途位置にて終端させることとし、第１光電変換層に接続する電極（又はトリプル構造の場合は他の中間コンタクト層）まで到達させないこととした。これにより、分離溝を形成する壁部に再結晶化領域が形成されていても、この再結晶化領域が電極（又は他の中簡層）に物理的に接続されることがないので、中間コンタクト層と電極とが電気的に接続されることはない。
このように、中間コンタクト層分離溝の終端位置は、第１光電変換層に接続する電極（又は他の中間コンタクト層）に再結晶化領域が接触しない位置とされていることが好ましく、中間コンタクト層に接続された第１光電変換層のｎ層またはｐ層を少なくとも切断する深さが好ましい。ｎ層またはｐ層を切断することにより、ｎ層またはｐ層に含まれるドーパントが再結晶化領域に混入し、再結晶化領域の導電性を増加させることを回避することができる。
【００１４】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記レーザは、パルスレーザとされ、前記溝形成工程は、前記パルスレーザによる複数の前記照射領域を部分的に重ね合わせることによって連続的に前記加工溝を形成する際に、前記干渉縞の複数の明領域が連続するように、隣り合う前記照射領域を重ね合わせることを特徴とする。
【００１５】
レーザとしてパルスレーザを用いた場合には、パルスレーザの照射領域は断続的に形成されることになる。この断続的に形成される照射領域を部分的に重ねることによって連続した加工溝を形成する。
隣り合う照射領域を重ね合わせる際に、部分的に重ね合わせる領域を調整することによって複数の明領域が連続するようにする。これにより、複数の明領域が連続した加工溝が形成されるので、１本のみの明領域が形成された加工溝に比べて、薄膜（例えば中間コンタクト層分離溝）の切断を確実に行うことができる。
重ね合わせる領域の調整は、薄膜とレーザとの相対移動速度の調整や、パルスレーザのパルス間隔を調整することによって実現することができる。
各明領域の溝深さが異なる場合には、特定の明領域の溝深さが所望深さとなるようにレーザパワー等が調整される。
ここで、本発明における干渉縞の「明領域」とは、干渉縞のうち、レーザ強度が干渉によって強調された領域を意味し、レーザ強度が干渉によって弱められた暗領域の対義語である。
【００１６】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記照射領域は、略矩形状とされ、前記溝形成工程は、矩形状とされた前記照射領域の一辺を、隣り合う前記照射領域の一辺と部分的に重ね合わせることを特徴とする。
【００１７】
略矩形状とされた隣り合う照射領域の一辺同士を重ねあわせるので、円形状とされた照射領域を重ね合わせる場合に比べて、一辺の延在方向にわたる幅広の領域で重ねあわせることができる。これにより、複数の明領域を連続させる際に必要な走査方向の重ね幅を、円形状の照射領域の場合よりも狭くすることができる。したがって、照射領域の重ね幅を狭くした分だけ走査方向の移動量を大きくすることができるので、溝形成工程を短縮化することができる。また、照射領域の重ね幅が狭いということはレーザが複数回照射される領域を狭くすることになるので、この重ね領域における薄膜の損傷を可及的に小さく抑えることができる。
なお、照射領域を略矩形状にする方法としては、例えば、円形状のレーザ断面の周囲を落とす矩形穴が形成された開口を通過させる方法や、カレイドスコープ等のビーム断面形状を変形させる光学素子を用いる方法が挙げられる。
また、隣り合う略矩形状の照射領域が重なり合う領域の量を調整することにより、円形状の照射領域では得られなかった数の明領域を多く連続して形成することができる。
ここで、略矩形状とは、角部が明瞭に形成された矩形状を意味しているのではなく、角部は丸まっていても良く、要するに、隣り合う照射領域のそれぞれの一辺同士が重なり合うように一辺が形成された形状であれば良い。
【００１８】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記レーザの前記照射領域における強度分布を均一化した後に前記薄膜にレーザを照射することを特徴とする。
【００１９】
レーザの照射領域における強度分布を均一化した後に薄膜にレーザを照射するので、干渉縞を構成する各明領域のレーザ強度を同等とすることができる。これにより、各明領域による溝深さを同等にすることができ、信頼性の高い溝加工を実現することができる。また、所定の明領域のみのレーザ強度が強くなり過度の加工が発生してしまうことを回避できる。
なお、レーザの照射領域における強度分布を均一化する方法としては、例えば、対物レンズの焦点距離を長くする方法や、ホモジナイザ（ロッドインテグレータ等のカレイドスコープ）等の光学素子を用いる方法が挙げられる。
【００２０】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記溝形成工程は、パルス幅が１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下とされたパルスレーザによって行われることを特徴とする。
【００２１】
１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下のパルス幅とされたパルスレーザとされているので、極めて短い時間間隔で熱エネルギーを薄膜（例えば第１光電変換層）に与えることができる。つまり、ナノ秒のパルス幅とされた従来のパルスレーザに比べて、投入された熱エネルギーが薄膜に吸収されて拡散する熱拡散を小さく抑えることができるので、加工溝（例えば中間コンタクト層分離溝）を形成する壁部近傍まで十分な熱エネルギーを投入して溝加工に無駄なくエネルギーを用いることができ、加工溝の周縁近傍まで所望深さに形成された加工溝を形成することができる。
【００２２】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記第１光電変換層製膜工程の前に、基板上に基板側電極を形成する基板側電極製膜工程と、該基板側電極を除去して基板側電極分離溝を形成する基板側電極分離溝形成工程と、前記第２光電変換層製膜工程の後に、前記第２光電変換層、前記中間コンタクト層および前記第１光電変換層を除去し、裏面電極と前記基板側電極とを電気的に接続する接続溝を形成する接続溝形成工程とを備え、前記中間コンタクト層分離工程は、前記基板側電極分離溝に対して前記中間コンタクト層分離溝が隣接しかつ部分的に重複するように行われ、および／または、前記接続溝形成工程は、前記中間コンタクト層分離溝に対して前記接続溝が隣接しかつ部分的に重複するように行われることを特徴とする。
【００２３】
基板側電極分離溝（例えば透明導電膜）、中間コンタクト層分離溝および接続溝は、この順番で互いに隣り合う状態で形成される。基板側電極分離溝から中間コンタクト層分離溝を挟んで接続溝までの間（正確には、接続溝のさらに外側に形成される段間分離溝までの距離）は、光電変換装置として発電に寄与しない部分（無効発電領域）となる。本発明では、中間コンタクト層分離溝と、基板側電極分離溝および／または接続溝とを、隣接させて部分的に重複するようにした。これにより、無効発電領域を狭めることができ、発電面積に対する発電量を向上させることができる。
本発明では、中間コンタクト層分離溝が複数形成されるので、中間コンタクト層分離溝が基板側電極分離溝および／または接続溝に部分的に重複していても、中間コンタクト層分離溝の複数の溝のうちの外側に位置する溝が重複するに過ぎず、中央に位置する溝が重複することがないので、中間コンタクト層分離溝としての機能が失われることがない。また、中間コンタクト層分離溝のうち、外側に位置する溝は、一般に加工時のエネルギー密度が小さいので、加工深さが浅くなり、基板側電極まで到達することがない。
【００２４】
また、本発明の光電変換装置の製造装置は、光電変換装置を構成する薄膜に対してレーザを照射するレーザ発振器と、前記薄膜に対して前記レーザを相対移動させて所定の走査方向に加工溝を形成する移動手段と、を備えた光電変換装置の製造装置において、前記レーザのビーム径に相当する照射領域内にて一方向に並列に並ぶ干渉縞を形成する干渉縞形成手段を備え、前記移動手段は、前記干渉縞が前記走査方向に接続されるように前記レーザを相対移動させることを特徴とする。
【００２５】
レーザのビーム径に相当する照射領域内では、その中央では強度がもっとも強く周辺ほど強度が弱くなるレーザ強度分布が生じる。このように照射領域内の全体にわたってレーザ強度分布が生じると、所望の溝深さを実現することが困難となる。
そこで、本発明では、干渉縞形成手段によって、照射領域内で干渉縞を形成することとした。この干渉縞は、一方向に並列に並ぶ複数の明領域から構成される。この干渉縞を構成する一つの明領域内でのレーザ強度分布は、照射領域全体におけるレーザ強度分布よりも相対的に小さくなる。相対的にレーザ強度分布が小さくなった所定の明領域についてレーザ強度を調整して溝深さを決定し、溝深さ分布の小さい加工溝を形成する。これにより、所望の溝深さを有する溝を正確に形成することができる。
そして、移動手段によって、干渉縞が走査方向に接続されるように相対移動させることにより、連続した加工溝を形成する。
なお、レーザとしては、パルスレーザが好適に用いられ、より具体的には、ピコ秒レーザまたはナノ秒レーザが用いられる。
また、レーザによって溝形成される薄膜としては、主としてタンデム構造（又はトリプル構造）とされた光電変換装置の中間コンタクト層が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、透明導電膜、裏面電極等の溝形成にも用いることができる。
【００２６】
さらに、本発明の光電変換装置の製造装置では、前記照射領域の形状を略矩形状とする照射領域形状変更手段を備え、前記移動手段は、該矩形状とされた前記照射領域の一辺を、隣り合う前記照射領域の一辺と部分的に重ね合わせるように、前記レーザを相対移動させることを特徴とする。
【００２７】
略矩形状とされた隣り合う照射領域の一辺同士を重ねあわせるので、円形状とされた照射領域を重ね合わせる場合に比べて、一辺の延在方向にわたる幅広の領域で重ねあわせることができる。これにより、複数の明領域を連続させる際に必要な走査方向の重ね幅を、円形状の照射領域の場合よりも狭くすることができる。したがって、照射領域の重ね幅を狭くした分だけ走査方向の移動量を大きくすることができるので、溝形成工程を短縮化することができる。また、照射領域の重ね幅が狭いということはレーザが複数回照射される領域を狭くすることになるので、この重ね領域における薄膜の損傷を可及的に小さく抑えることができる。
なお、照射領域を略矩形状にする照射領域形状変更手段としては、例えば、円形状のレーザ断面の周囲を落とす矩形穴が形成された開口を通過させる方法や、カレイドスコープ等のビーム断面形状を変形させる光学素子を用いる方法が挙げられる。
また、移動手段によって、隣り合う略矩形状の照射領域が重なり合う領域を調整することにより、円形状の照射領域では得られなかった数の明領域を多く連続して形成することができる。
ここで、略矩形状とは、角部が明瞭に形成された矩形状を意味しているのではなく、角部は丸まっていても良く、要するに、隣り合う照射領域のそれぞれの一辺同士が重なり合うように一辺が形成された形状であれば良い。
【００２８】
さらに、本発明の光電変換装置の製造装置では、前記レーザの前記照射領域における強度分布を均一化するレーザ強度分布均一化手段を備えていることを特徴とする。
【００２９】
レーザ強度分布均一化手段によって、レーザの照射領域における強度分布を均一化する。そして、薄膜にレーザを照射することにより、干渉縞を構成する各明領域のレーザ強度を同等とすることができる。これにより、各明領域による溝深さを同等にすることができ、信頼性の高い溝加工を実現することができる。また、所定の明領域のみのレーザ強度が強くなり過度の加工が発生してしまうことを回避できる。
なお、レーザ強度分布均一化手段としては、例えば、対物レンズの焦点距離を長くする光学配置や、ホモジナイザ（ロッドインテグレータ等のカレイドスコープ）等の光学素子が挙げられる。
【００３０】
また、本発明の光電変換装置は、複数の薄膜が積層され、いずれかの薄膜にはレーザ照射によって形成された加工溝が一方向に形成された光電変換装置において、前記加工溝は、前記レーザのビーム径に相当する照射領域内にて前記一方向に並列に並ぶ複数の溝とされていることを特徴とする。
【００３１】
レーザのビーム径に相当する照射領域内に、一方向に並列に並ぶ複数の溝を形成することとしたので、薄膜の切断をより確実に行うことができる。
このような複数の溝は、例えば、照射領域内に干渉縞を形成することによって得ることができる。
なお、レーザとしては、パルスレーザが好適に用いられ、より具体的には、ピコ秒レーザまたはナノ秒レーザが用いられる。
また、レーザによって溝形成される薄膜としては、主としてタンデム構造（又はトリプル構造）とされた光電変換装置の中間コンタクト層が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、透明導電膜、裏面電極等の溝形成にも用いることができる。
【００３２】
さらに、本発明の光電変換装置は、基板と、該基板上に製膜された基板側電極と、該基板側電極を分離する基板側電極分離溝と、該基板側電極上および前記基板側電極分離溝内に製膜されたシリコンを主成分とする第１光電変換層と、該第１光電変換層上に製膜され、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続された中間コンタクト層と、該中間コンタクト層を分離するとともに、前記基板側電極分離溝に隣り合うように形成された中間コンタクト層分離溝と、前記中間コンタクト層上および前記中間コンタクト層分離溝内に製膜され、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層と、該第２光電変換層、前記中間コンタクト層、および前記第１光電変換層を分離するとともに、前記中間コンタクト層分離溝に隣り合うように形成され、裏面側電極と前記基板側電極とを電気的に接続する接続溝とを有し、前記基板側電極分離溝、前記中間コンタクト層分離溝および前記接続溝がこの順番で並列して形成された光電変換装置において、前記中間コンタクト層分離溝は、前記加工溝とされ、前記中間コンタクト層分離溝は、前記基板側電極分離溝に対して隣接しかつ部分的に重複し、かつ／または、前記中間コンタクト層分離溝は、前記接続溝に対して隣接しかつ部分的に重複することを特徴とする。
【００３３】
基板側電極分離溝（例えば透明導電膜）、中間コンタクト層分離溝および接続溝は、この順番で互いに隣り合う状態で形成される。基板側電極分離溝から中間コンタクト層分離溝を挟んで接続溝までの間（正確には、接続溝のさらに外側に形成される段間分離溝までの距離）は、光電変換装置として発電に寄与しない部分（無効発電領域）となる。本発明では、中間コンタクト層分離溝と、基板側電極分離溝および／または接続溝とを、隣接させて部分的に重複するようにした。これにより、無効発電領域を狭めることができ、発電面積に対する発電量を向上させることができる。
本発明では、中間コンタクト層分離溝が複数形成されるので、中間コンタクト層分離溝が基板側電極分離溝および／または接続溝に部分的に重複していても、中間コンタクト層分離溝の複数の溝のうちの外側に位置する溝が重複するに過ぎず、中央に位置する溝が重複することがないので、中間コンタクト層分離溝としての機能が失われることがない。また、中間コンタクト層分離溝のうち、外側に位置する溝は、一般に加工時のエネルギー密度が小さいので、加工深さが浅くなり、基板側電極まで到達することがない。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
照射領域内で干渉縞を形成し、一方向に並列に並ぶ複数の明領域を得ることとした。この干渉縞を構成するそれぞれの明領域内でのレーザ強度分布は、照射領域全体におけるレーザ強度分布よりも相対的に小さくなるので、干渉縞の１つの明瞭域に対する加工溝の溝深さ分布も小さくなる。したがって、所定の明領域についてレーザ強度を調整して溝深さを決定し、溝深さ分布の小さい加工溝を得ることにより、所望の溝深さを有する溝を正確に形成することができる。
また、中間コンタクト層を分離する際に、深さ分布の小さい所望深さの分離溝を形成することができるので、中間コンタクト層を確実に切断することができ、中間コンタクト層の切断不良による漏れ電流を低減させることができる。これにより、光電変換装置の性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるタンデム型太陽電池を示した縦断面図である。
【図２】中間コンタクト層分離工程において中間コンタクト層分離溝を形成した状態を示した縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる太陽電池製造装置の中間コンタクト層分離溝を加工する装置の光学系を示した概略構成図である。
【図４】レーザの照射領域であって、（ａ）は干渉縞が形成された状態を示し、（ｂ）は干渉縞のレーザ強度分布を示す。
【図５】干渉縞形成手段の一例としてのホモジナイザを示した概略構成図である。
【図６】連続した中間コンタクト層分離溝を形成する方法を示した説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる照射領域を示した平面図である。
【図８】図７の変形例を示した平面図である。
【図９】加工溝の深さを模式的に示し、（ａ）は第１実施形態に相当する加工溝の深さ分布を示した模式図であり、（ｂ）は第３実施形態の加工溝の深さ分布を示した模式図である。
【図１０】本発明の第３実施形態にかかる太陽電池製造装置の中間コンタクト層分離溝を加工する装置の光学系を示した概略構成図である。
【図１１】中間コンタクト層分離溝と、隣り合う透明電極分離溝および接続溝との位置関係を示し、（ａ）は比較例、（ｂ）は第４実施形態を示した平面図である。
【図１２】従来のパルスレーザを用いた場合であって、（ａ）は照射領域の重なり状態を示した平面図であり、（ｂ）はパルスレーザのビーム断面におけるエネルギー密度を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１には、タンデム型とされたシリコン系薄膜太陽電池（光電変換装置）の縦断面が示されている。
太陽電池１０は、透光性絶縁基板とされたガラス基板１と、透明電極層２と、トップ層（第１光電変換層）９１と、中間コンタクト層９３と、ボトム層（第２光電変換層）９２と、裏面電極層４とを備えている。本実施形態において、トップ層９１は非晶質シリコン系半導体を主として有する光電変換層であり、ボトム層９２は結晶質シリコン系半導体を主として有する光電変換層である。
【００３７】
ここで、「シリコン系」とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。また、「結晶質シリコン系」とは、アモルファスシリコン系すなわち非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコンや多結晶シリコン系も含まれる。
【００３８】
上記構成の本実施形態の太陽電池１０は、以下のように製造される。
ガラス基板１としては、１ｍ２以上の面積を有するソーダフロートガラスが用いられる。１ｍ角以上（具体的には１．４ｍ×１．１ｍ）の大きさとされ、板厚が３．５〜４．５ｍｍのものが用いられる。ガラス基板１の端面は、熱応力や衝撃などによる破損防止のために、コーナー面取り加工やＲ面取り加工が施されていることが好ましい。
【００３９】
透明電極層２としては、例えば酸化錫膜（ＳｎＯ２）を主成分とする透明電極膜が好適に用いられる。この透明電極膜は、約５００ｎｍ〜８００ｎｍの膜厚とされ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理することによって得られる。この製膜処理の際に、透明電極膜の表面には適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明電極層２として、透明電極膜と基板１との間にアルカリバリア膜（図示されず）を介在させても良い。アルカリバリア膜は、例えば５０ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚とされた酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）とされ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理することによって得られる。
【００４０】
その後、ガラス基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、透明電極層２の膜面側（図において上方側）から照射する。加工速度に対して適切となるようにレーザパワーを調整して、透明電極層２を発電セル５の直列接続方向に対して垂直な方向（図において紙面垂直方向）へ、ガラス基板１とレーザ光を相対移動させて、透明電極分離溝（基板側電極分離溝）１２を形成する。これにより、透明電極層２が幅約６ｍｍ〜１５ｍｍの所定幅とされた短冊状にレーザエッチングされる。
【００４１】
次に、プラズマＣＶＤ装置により、減圧雰囲気を３０〜１０００Ｐａとし、基板温度を約２００℃とした条件にて、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層膜／ｉ層膜／ｎ層膜を順次製膜してトップ層９１を形成する。トップ層９１は、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとを主原料としたプロセスガスによって、透明電極層２の上に製膜される。太陽光の入射する側（ガラス基板１側）からｐ層、ｉ層、ｎ層がこの順で積層される。
トップ層９１は、本実施形態では、アモルファスｐ層としてＢドープしたアモルファスＳｉＣを主とした膜厚１０ｎｍ〜３０ｎｍ、アモルファスｉ層としてアモルファスＳｉを主とした膜厚２００ｎｍ〜３５０ｎｍ、アモルファスｎ層としてアモルファスＳｉに微結晶Ｓｉを含有するｐドープしたＳｉ層を主とした膜厚３０ｎｍ〜５０ｎｍから構成されている。また、ｐ層膜とｉ層膜の間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
【００４２】
次に、中間コンタクト層９３としてＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を、トップ層９１上に製膜する（中間コンタクト層製膜工程）。ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜は、２０ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚とされ、スパッタリング装置により製膜される。中間コンタクト層９３によって、トップ層９１とボトム層９２との間における接触性を改善するとともに電流整合性を得ることができる。また、中間コンタクト層９３は、半反射膜とされており、ガラス基板１から入射した光の一部を反射させることによってトップ層９１における光電変換効率の向上を実現している。
【００４３】
次に、ガラス基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、１０ｐｓ〜７５０ｐｓのパルス幅を有するパルスレーザ（以下「ピコ秒パルスレーザ」という。）を、透明電極層２の膜面側（図において上方側）から照射する。このピコ秒パルスレーザによって、透明電極分離溝１２と接続溝１６との間に中間コンタクト層分離溝１５を形成する（中間コンタクト層分離工程）。中間コンタクト層分離溝（加工溝）１５は、第１加工溝１５ａと、この第１加工溝１５ａの両側に位置する第２加工溝１５ｂ及び第３加工溝１５ｃから構成されている。各加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、図２に示されているように、トップ層９１のアモルファスｉ層９１ｉにて終端している。
中間コンタクト層分離溝１５によって、中間コンタクト層９３の膜面方向に流れる電流を阻止することができる。
中間コンタクト層分離工程については、後に詳述する。
【００４４】
次に、中間コンタクト層９３の上および中間コンタクト層分離溝１５内に、プラズマＣＶＤ装置によって、減圧雰囲気を３０００Ｐａ以下、基板温度を約２００℃、プラズマ発生周波数を４０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚとした条件で、微結晶シリコン薄膜からなる微結晶ｐ層膜／微結晶ｉ層膜／微結晶ｎ層膜を順次製膜してボトム層９２を形成する（第２光電変換層製膜工程）。
ボトム層９２は、本実施形態では、微結晶ｐ層としてＢドープした微結晶ＳｉＣを主とした膜厚１０ｎｍ〜５０ｎｍ、微結晶ｉ層として微結晶Ｓｉを主とした膜厚１．２μｍ〜３．０μｍ、微結晶ｎ層としてｐドープした微結晶Ｓｉを主とした膜厚２０ｎｍ〜５０ｎｍから構成されている。
【００４５】
微結晶シリコン薄膜、特に微結晶ｉ層膜をプラズマＣＶＤ法で形成するにあたり、プラズマ放電電極とガラス基板１の表面との距離ｄは、３ｍｍ〜１０ｍｍにすることが好ましい。３ｍｍより小さい場合、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離ｄを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。１０ｍｍより大きい場合、十分な製膜速度（１ｎｍ／ｓ以上）を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。
【００４６】
次に、ガラス基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザダイオード励起ＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、ボトム層９２の膜面側（図において上方側）から照射する。パルス発振：１０〜２０ｋＨｚとして加工速度に適切となるようにレーザパワーを調整して、透明電極分離溝１２から側方に約５０〜３５０μｍ離間した位置に、接続溝１６を形成する。また、レーザはガラス基板１側から照射しても良く、この場合はトップ層９１で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して中間コンタクト層９３及びボトム層９２をエッチングできるので、更に安定したレーザエッチング加工を行うことが可能となる。レーザエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
【００４７】
次に、裏面電極層４として、Ａｇ膜／Ｔｉ膜をスパッタリング装置により減圧雰囲気、約１５０〜２００℃にて順次製膜する。裏面電極層４は、本実施形態では、Ａｇ膜を約１５０〜５００ｎｍの膜厚とし、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜を１０〜２０ｎｍの膜厚でこの順に積層する。あるいは約２５ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜および／またはＣｕ膜と、約１５ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚を有するＡｌ膜またはＴｉ膜との積層構造としても良い。ｎ層と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的として、ボトム層９２と裏面電極層４との間にＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を膜厚５０〜１００ｎｍで、スパッタリング装置によって製膜しても良い。
【００４８】
次に、ガラス基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザダイオード励起ＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）を、ガラス基板１側（図において下方側）から照射する。レーザ光がトップ層９１及びボトム層９２で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して除去される。レーザのパルス発振周波数を１〜１０ｋＨｚとして加工速度が適切となるようにレーザパワーを調整して、透明電極分離溝１２から側方に約２５０〜４００μｍ離間した位置に、セル分割溝（段間分離溝）１８を形成するようにレーザエッチングする。
【００４９】
上記工程の後、裏面電極４を覆うように、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等の接着充填材シートを介して防水効果の高いバックシートを貼付する工程等を経て、太陽電池が製造される。
【００５０】
以下に、上述した中間コンタクト層分離工程について詳述する。
当該工程に用いられるレーザは、１０ｐｓ〜７５０ｐｓのパルス幅を有するピコ秒パルスレーザである。具体的には、パルス幅１３ｐｓ、発振周波数１０ｋＨｚ、ビームスポット径１２４μｍとされたピコ秒パルスレーザ発振器が好適に用いられる。なお、ピコ秒パルスレーザ発振器としては、代表的なものとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、チタン・サファイアレーザ、ファイバーレーザ等が挙げられる。
【００５１】
図２に示されているように、中間コンタクト層分離溝１５の終端位置（底部）は、トップ層９１のｉ層９１ｉ内に位置している。すなわち、中間コンタクト層分離溝１５の終端位置は、トップ層９１のｎ層９１ｎおよびｐ層９１ｐ内に位置していない。これにより、万が一、中間コンタクト層分離溝１５を形成する壁部（底部を含む）にアモルファスシリコンの再結晶化領域２０が形成されたとしても、この再結晶化領域２０にｎ層９１ｎやｐ層９１ｐのドーパントが拡散されることが防止され、ドーパントによる再結晶化領域２０の低抵抗化を回避することができる。なお、再結晶化領域２０は、透過型電子顕微鏡等で確認することができる。
【００５２】
図３には、中間コンタクト層分離溝１５を加工する光学系の装置構成が示されている。
ピコ秒パルスレーザ発振器２２とガラス基板１（正確には、トップ層９１及び中間コンタクト層９３が形成されたガラス基板１）との間には、全反射ミラー２４が配置されている。ガラス基板１は、図示しないローラ式／ベルト式コンベア等の移動手段によって矢印Ｔ方向に移動させられ、走査方向Ｔに連続した中間コンタクト層分離溝１５が形成されるようになっている。
ピコ秒パルスレーザ発振器２２と全反射ミラー２４との間には、干渉縞形成手段２６が設けられている。
干渉縞形成手段２６は、レーザのビーム径Ｄ１に相当する照射領域２８（図４（ａ）参照）内にて一方向に並列に並ぶ干渉縞を形成するものである。干渉縞は、明領域２８ａと暗領域２８ｂとから構成されている。明領域２８ａは、レーザ強度が干渉によって強調された領域であり、暗領域２８ｂは、レーザ強度が干渉によって弱められた領域である。図４（ａ）に示されているように、１度の照射により干渉縞の明瞭域２８ａによって、加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅが形成される。加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ間の領域は干渉縞の暗領域２８ｂに対応し、殆ど溝が形成されない。すなわち、図４（ｂ）には、干渉縞によって形成される加工深さが示されており、明領域２８ａに対応する位置では深い加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅとされており、暗領域２８ｂに対応する位置では殆ど加工溝が形成されていないことが示されている。
また、それぞれの加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅにおける溝深さ分布は、干渉縞を形成しない場合（図１２（ｂ））に比べて、比較的小さいものとなる。したがって、深さ分布が小さい加工溝１５が得られるので、レーザ強度を調整することによって所望の溝深さの制御が正確にできる。
【００５３】
図５には、干渉縞形成手段２６の具体的構成の一例が示されている。
干渉縞形成手段２６は、対向配置された２つのビーム分割ミラー３０及びビーム結合ミラー３１と、分割された光を折り返す全反射ミラー３４，３５，３６，３７を備えている。レーザ発振器２２から出射された入射レーザ光３２は、符号３８で示したエネルギー密度分布を有してビーム分割ミラー３０に入射する。入射レーザ光３２は、ビーム分割ミラー３０により、その中心で２分割されて２つの分割レーザ光３２ａ，３２ｂとなる。これら分割レーザ光３２ａ，３２ｂは、全反射ミラー３４，３５でそれぞれが折り返された後に交差する。交差する際に、分割レーザ光３２ａ，３２ｂは互いに干渉する。また、分割レーザ光３２ａ，３２ｂが交差することによって、それぞれの位置が入れ替わる。分割レーザ光３２ａ，３２ｂは、全反射ミラー３６，３７でそれぞれ折り返された後に、ビーム結合ミラー３１へと入射する。ビーム結合ミラー３１では、各分割レーザ光３２ａ，３２ｂが重畳することによって合成される。重畳後の出射レーザ光３３は、符号３９で示したエネルギー密度分布を有して基板１に照射される。以上の通り、分割レーザ光３２ａ，３２ｂが交差する際に干渉するので、出射レーザ光３７には、干渉縞が形成される。
なお、図５に示した光学系を適宜調整することにより、出射レーザ光３３の強度分布３９を所望の程度にて均一化させることもできる。また、図５に示したビーム分割ミラー及びビーム結合ミラーや全反射ミラーに代えて、各種のプリズムを用いることによって同様の光学系を構成することもできる。
【００５４】
図６には、連続した中間コンタクト層分離溝１５を形成する方法が示されている。
それぞれの照射領域２８が部分的に重ね合わせられている。なお、同図における左右方向は、中間コンタクト層分離溝２８の形成方向（走査方向）である。隣り合う照射領域２８の重なり幅Ｂ１は、明領域２８ａによって形成された加工溝１５が連続するように決定する。同図における実施形態では、３つの明瞭域に対応する３つの加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃが連続するように重なり幅Ｂ１が定められている。これにより、図１及び図２に示したような３つの加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃが連続して形成される。なお、図６に示されているように、最も外側に位置する加工溝１５ｄ，１５ｅは、走査方向に連続していない。
重なり幅Ｂ１の調整は、基板１とレーザとの相対移動速度の調整や、パルス秒レーザのパルス間隔を調整することによって実現することができる。
【００５５】
上述した本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
ピコ秒パルスレーザの照射領域２８内で干渉縞を形成し、一方向に並列に並ぶ複数の明領域２８ａを得ることとした。それぞれの明領域２８ａ内でのレーザ強度分布は、照射領域全体におけるレーザ強度分布よりも相対的に小さくなる。相対的にレーザ強度分布が小さくなった所定の明領域についてレーザ強度を調整して溝深さを決定する。これにより、所望の溝深さを有する加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃを正確に形成することができる。
【００５６】
中間コンタクト層分離溝１５を第１光電変換層の中途位置にて終端させることとし、トップ層９１に接続する透明電極２まで到達させないこととした。これにより、中間コンタクト層分離溝１５を形成する壁部に再結晶化領域２０（図２参照）が形成されていても、この再結晶化領域２０が透明電極２に物理的に接続されることがないので、中間コンタクト層９３と透明電極２とが電気的に接続されることはない。
このように、中間コンタクト層分離溝１５の終端位置は、トップ層９１に接続する透明電極２に再結晶化領域２０が接触しない位置とされていることが好ましく、中間コンタクト層９３に接続されたトップ層９１のｎ層９１ｎを少なくとも切断する深さが好ましい。このように、ｎ層を切断することにより、ｎ層に含まれるドーパントが再結晶化領域２０に混入し、再結晶化領域の導電性を増加させることを回避することができる。
【００５７】
ピコ秒パルスレーザの隣り合う照射領域２８を部分的に重ね合わせる際に、重ね幅Ｂ１を調整することによって干渉縞の複数の明領域に対応する加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃが連続するようにした。これにより、複数の連続した加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃが形成されるので、１本のみの明領域によって形成される加工溝に比べて、中間コンタクト層９３の切断を確実に行うことができる。
各加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃの溝深さが異なる場合には、特定の加工溝１５ａの溝深さが所望深さとなるようにレーザパワー等が調整される。この場合、特定の加工溝１５ａによって中間コンタクト層からの電流漏れが主として阻止される。
【００５８】
本実施形態のパルス秒レーザは、１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下のパルス幅とされているので、極めて短い時間間隔で熱エネルギーをトップ層９１に与えることができる。つまり、ナノ秒のパルス幅とされた従来のパルスレーザに比べて、投入された熱エネルギーが薄膜に吸収されて拡散する熱拡散を小さく抑えることができるので、中間コンタクト層分離溝１５を形成する壁部近傍まで十分な熱エネルギーを投入して溝加工に無駄なくエネルギーを用いることができ、所望深さに形成された中間コンタクト層分離溝１５を形成することができる。
【００５９】
中間コンタクト層分離溝１５の深さ分布が低減して中間コンタクト層９３を確実に切断するとともに、再結晶化領域２０による影響を回避することができるので、漏れ電流による性能低下が低減され、電池性能が向上する。
【００６０】
なお、本実施形態では、ピコ秒レーザを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、干渉縞によって照射領域２８内で複数の明瞭域２８ａを形成できれば他のレーザを用いてもよく、例えばナノ秒レーザが用いてもよい。
また、加工される薄膜として中間コンタクト層９３を一例として説明したが、他の薄膜でも翼、例えば、トップ層９１、ボトム層９２、透明電極２、裏面電極４を加工対象としても良い。
また、本実施形態では、ピコ秒レーザに対して基板１を走査方向Ｔ（図３参照）に移動させる構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザと加工対象となる薄膜とが相対的に移動させれば良く、例えば、基板１を固定した上でレーザを加工方向に走査しても良い。
また、本実施形態では、中央の第１加工溝１５ａの溝深さが最も深い場合として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光学系を調整して外側の第２加工溝１５ｂ又は第３加工溝１５ｃが最も深い溝深さとしても良い。
【００６１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図７及び図８を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、照射領域の形状が異なり、その他の点については同様なので、相違点についてのみ説明し、その他については説明を省略する。
図７は、第１実施形態の図６に対応する図である。図７に示されているように、照射領域４０は、略矩形状とされている。
矩形状の照射領域４０を形成する方法としては、例えば、円形状のレーザ断面の周囲を落とす矩形穴が形成された開口を通過させる方法や、カレイドスコープを用いる方法が挙げられる。
中間コンタクト層分離溝１５を形成する際には、図７に示されているように、照射領域４０の一辺を、隣り合う照射領域４０の一辺と部分的に重ね合わせる。このように、一辺の延在方向の広い幅Ｃ２に渡って重ねあわせることができるので、図６のように円形状とされた照射領域２８を重ね合わせる場合（幅Ｃ１参照）に比べて、照射領域４０の重ね幅Ｂ２を狭くすることができる。したがって、走査方向の移動量を大きくすることができ、ひいては中間層分離工程を短縮化することができる。また、照射領域４０の重なり幅Ｂ２（＜Ｂ１）を走査方向に狭くできるので、複数回レーザが照射されることになる重なり領域を小さくすることになり、トップ層９１の損傷を可及的に小さく抑えることができる。
【００６２】
また、隣り合う略矩形状の照射領域が重なり合う領域を調整することにより、第１実施形態のような円形状の照射領域では得られなかった数の加工溝を多く連続して形成することができる。具体的には、図８に示したように、重なり幅Ｂ２’（＞Ｂ２）を図７の場合よりも大きくすると、連続する明領域２８ａの数を多くすることができ、加工溝１５の数を増やすことができる。つまり、図７の場合には３本の加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃが連続しているのに対して、図８の場合には５本の加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅを連続させることができる。
【００６３】
なお、本実施形態において、略矩形状とは、角部が明瞭に形成された矩形状を意味しているのではなく、図７及び図８に示したように角部は丸まっていても良く、要するに、隣り合う照射領域がそれぞれの一辺同士が重なり合うように一辺が形成された形状であれば良い。
【００６４】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図９及び図１０を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、それぞれの加工溝１５の深さを略均等としている点で異なる。しかし、それ以外の構成については同様であるので、その説明は省略する。
第１実施形態に示した加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、図９（ａ）に示されているように、それぞれ溝深さが異なっている。これに対して、本実施形態では、図９（ｂ）に示されているように、加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅの溝深さを略同等としている。
このように各加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅの溝深さを略均等とするには、照射領域におけるレーザ強度分布を均一化すればよい。具体的には、図１０に示されているように、ピコ秒レーザ発振器２２から出射されたレーザの強度分布を均一化するレーザ強度分布均一化手段５０を全反射ミラー２４の手前に配置する。レーザ強度分布均一化手段５０としては、対物レンズの焦点距離を長くする光学系や、ホモジナイザ（ロッドインテグレータ等のカレイドスコープ）が挙げられる。
このように、本実施形態によれば、レーザの照射領域における強度分布を均一化した後に中間コンタクト層９３にレーザを照射するので、干渉縞を構成する各明領域のレーザ強度を同等とすることができる。これにより、各明領域によって形成される加工溝１５の溝深さを同等にすることができ、信頼性の高い溝加工を実現することができる。
また、所定の明領域のみのレーザ強度が強くなり（具体的には図９（ａ）の加工溝１５ａ）過度の加工が発生してしまうことを回避できる。
【００６５】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図１１を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、透明電極分離溝１２、中間コンタクト層分離溝１５および接続溝１６の間隔が異なる。しかし、それ以外の構成については同様であるので、その説明は省略する。
図１１（ａ）には、比較例が示されており、透明電極分離溝１２と中間コンタクト層分離溝１５との間、及び、中間コンタクト層分離溝１５と接続溝１６との間には、所定の間隔（例えば１００ｎｍ程度）が設けられている。また、接続溝１６の隣には、所定の間隔（例えば１００ｎｍ程度）を有してセル分割溝１８が形成されている。同図の符号Ｎ０で示すように、透明電極分離溝１２からセル分割溝１８までの間の領域は、発電に寄与しない無効発電領域Ｎ０となる。
本実施形態では、図１１（ｂ）に示されているように、透明電極分離溝１２と中間コンタクト層分離溝１５、及び、中間コンタクト層分離溝１５と接続溝１６を、隣接させかつ部分的に重複するようにする。これにより、図１１（ａ）の比較例に比べて、無効発電領域Ｎ１を小さくすることができ、発電面積に対する発電量を向上させることができる。
【００６６】
本実施形態では、中間コンタクト層分離溝１５として複数の加工溝が形成されるので、中間コンタクト層分離溝１５が透明電極分離溝１２および接続溝１６に部分的に重複していても、外側に位置する加工溝のみが重複するに過ぎず、中央側に位置する加工溝が重複することがないので、中間コンタクト層分離溝としての機能が失われることがない。また、中間コンタクト層分離溝１５のうち、外側に位置する加工溝は、一般に加工時のエネルギー密度が小さいので（例えば図４（ｂ）参照）、加工深さが浅くなり、基板側電極まで到達することがない。
【００６７】
なお、本実施形態では、中間コンタクト層分離溝１５に対して透明電極分離溝１２及び接続溝１６の両者を部分的に重複させることとしたが、いずれか一方のみを重複させることとしても、無効発電領域を小さくすることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１ ガラス基板
２ 透明電極層
４ 裏面電極層
５ 発電セル
１０ 太陽電池（光電変換装置）
１５ 中間コンタクト層分離溝（加工溝）
１５ａ 第１加工溝
１５ｂ 第２加工溝
１５ｃ 第３加工溝
２０ 再結晶化領域
２２ ピコ秒レーザ発振器
２６ 干渉縞形成手段
５０ レーザ強度分布均一化手段
９１ トップ層（第1光電変換層）
９２ ボトム層（第２光電変換層）
９３ 中間コンタクト層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置の製造方法、光電変換装置の製造装置、及び光電変換装置に関し、特に光電変換装置を構成する薄膜の溝加工に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、薄膜太陽電池（光電変換装置）の光電変換効率を向上させるため、複数の光電変換層を積層した構造が知られている。例えば、アモルファスシリコン層と微結晶シリコン層を積層したタンデム型太陽電池が知られている。このタンデム型太陽電池は、光透過性基板上に、透明電極、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、及び裏面電極といった薄膜を順次積層することによって形成される。そして、アモルファスシリコン層と微結晶シリコン層との間に、電気的および光学的に接続された中間コンタクト層（薄膜）を設け、入射光の一部を反射させて更に光電変換効率向上を図る技術が知られている。
【０００３】
また、このようなタンデム型太陽電池では、複数の光電変換セルを直列接続することによって所望の電圧を得る高電圧化を図っている。複数の光電変換セルを直列接続する際には、アモルファスシリコン層、中間コンタクト層及び微結晶シリコン層を貫通する接続溝を形成し、この接続溝内に裏面電極を充填することによって、裏面電極と透明電極とを電気的に接続する。
一方、中間コンタクト層は、導電性を有しているため、裏面電極が充填された接続溝と電気的に接続されると、アモルファスシリコン層や微結晶シリコン層で発生した電流が中間コンタクト層を介して接続溝へと漏れてしまう。
そこで、レーザ加工によって中間コンタクト層を分離することで、中間コンタクト層から接続溝への電流の漏洩を防止する技術が種々提案されている（特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２６１３０８号公報
【特許文献２】特開２００３−２７３３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ加工によって薄膜に一方向に連続した溝を形成するには、例えば、図１２（ａ）に示したように、パルスレーザを用いて複数の照射領域１４を形成し、隣り合う照射領域１４を部分的に重ね合わせて数珠繋ぎのように連続した溝を形成する。照射領域１４の直径Ｄ０が集光されて膜表面に照射されたビーム径である。同図において、符号Ｂ０が隣り合う照射領域１４の重ね幅となる。
しかしながら、レーザにはレーザ径Ｄ０に相当する照射領域１４内でレーザ強度分布が不可避的に生じる。具体的には、図１２（ｂ）に示すように、照射領域の中央では強度が最も強く周辺ほど強度が弱くなるガウス分布状のレーザ強度分布となる。したがって、加工溝は、この照射領域１４の全体にわたって形成された強度分布に対応した溝深さとなる。つまり、図１２（ｂ）に示したように、少なくともエネルギー密度差ｄｐに対応する程度の溝深さの分布が生じてしまう。また、透明電極や中間コンタクト層は、反射率、アモルファスシリコン層や結晶質シリコン層での吸収率を向上させるために、凹凸のテクスチャー形状となっている。以上の事情により、所望の溝深さの制御が困難となっていた。したがって、ときには薄膜を十分に切断できない程度に浅い溝となってしまい、ときには必要以上に深く溝を形成してしまうという問題があった。
また、加工溝は、図１２（ａ）に示したように、数珠繋ぎのようになっているので、加工方向（同図において左右方向）に浅い／深いが繰り返し現れる深さ分布が生じてしまうという問題があった。
なお、同図において、符号Ｌ０は、照射領域１４が重ね合わされていない領域における加工方向の長さを示す。
【０００６】
一方、中間コンタクト層を分離する際にレーザを中間コンタクト層およびアモルファスシリコン層に照射すると、レーザの熱エネルギーをアモルファスシリコン層が吸収し、このアモルファスシリコン層が溶融し、中間コンタクト層を伴って飛散し、中間コンタクト層分離溝が形成される。この中間コンタクト層分離溝を形成する際に、中間コンタクト層分離溝を形成する壁部（底壁含む）では、溶融したアモルファスシリコン層が再結晶化する。この再結晶化した領域は、当初のアモルファスシリコンから変質しているため、低抵抗化すると考えられる。このように低抵抗化した再結晶領域は、中間コンタクト層を透明電極と裏面電極の接続部から分離する効果が低く、電流の新たな漏れ経路となり、電池性能の低下を来してしまう。
したがって、再結晶化領域が電流の漏れ経路となることを防ぐためには、この再結晶化領域の位置を適切にコントロールすることが要求される。つまり、中間コンタクト層分離溝の終端位置（溝深さ）を正確にコントロールすることが必要となる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、膜厚方向への漏れ電流を抑制することができる加工溝の構造、また、加工溝の溝深さを所望値にコントロールすることができる光電変換装置の製造方法、光電変換装置の製造装置、及び光電変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の光電変換装置の製造方法、光電変換装置の製造装置、及び光電変換装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる光電変換装置の製造方法は、光電変換装置を構成する薄膜に対してレーザを照射するとともに、該薄膜に対して該レーザを相対移動させて所定の走査方向に加工溝を形成する溝形成工程を有する光電変換装置の製造方法において、前記溝形成工程は、前記レーザのビーム径に相当する照射領域内にて一方向に並列に並ぶ干渉縞を形成し、該干渉縞が前記走査方向に接続されるように前記レーザを相対移動することを特徴とする。
【０００９】
レーザのビーム径に相当する照射領域内では、本発明のように干渉縞を形成しない場合、その中央では強度がもっとも強く周辺ほど強度が弱くなるレーザ強度分布が生じる。このように照射領域内の全体にわたってレーザ強度分布が生じると、所望の溝深さを実現することが困難となる。
そこで、本発明では、照射領域内で干渉縞を形成することとした。この干渉縞は、一方向に並列に並ぶ複数の明領域および暗領域から構成される。この干渉縞を構成する一つの明領域内でのレーザ強度分布は、照射領域全体におけるレーザ強度分布よりも相対的に小さくなる。相対的にレーザ強度分布が小さくなった所定の明領域についてレーザ強度を調整して溝深さを決定し、溝深さ分布の小さい加工溝を形成する。これにより、所望の溝深さを有する溝を正確に形成することができる。
そして、干渉縞を走査方向に接続することにより、連続した加工溝が形成される。
なお、レーザとしては、パルスレーザが好適に用いられ、より具体的には、ピコ秒レーザまたはナノ秒レーザが用いられる。
また、レーザによって溝形成される薄膜としては、主としてタンデム構造（又はトリプル構造）とされた光電変換装置の中間コンタクト層が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、透明導電膜、裏面電極等や、モジュール終端部の絶縁溝の溝形成にも用いることができる。
【００１０】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法は、シリコンを主成分とする第１光電変換層を製膜する第１光電変換層製膜工程と、前記第１光電変換層上に、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続される中間コンタクト層を製膜する中間コンタクト層製膜工程と、レーザを照射して、前記中間コンタクト層を除去するとともに、前記第１光電変換層まで到達する中間コンタクト層分離溝を形成して該中間コンタクト層を分離する中間コンタクト層分離工程と、前記中間コンタクト層上および前記中間コンタクト層分離溝内に、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層を製膜する第２光電変換層製膜工程とを有し、前記中間コンタクト層分離工程として、前記溝形成工程が行われることを特徴とする。
【００１１】
上記の溝形成工程によって中間コンタクト層に中間コンタクト層分離溝が形成されるので、所望の深さとされた中間コンタクト層分離溝を得ることができる。これにより、中間コンタクト層の膜面方向に流れる電流経路を確実に切断することができる。
なお、第１光電変換層としては、好適には、アモルファスシリコン層が用いられ、第２光電変換層としては、微結晶シリコン層が用いられる。中間コンタクト層としては、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）が好適に用いられる。
【００１２】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記中間コンタクト層分離溝は、前記第１光電変換層の中途位置にて終端していることを特徴とする。
【００１３】
中間コンタクト層分離溝を第１光電変換層の中途位置にて終端させることとし、第１光電変換層に接続する電極（又はトリプル構造の場合は他の中間コンタクト層）まで到達させないこととした。これにより、分離溝を形成する壁部に再結晶化領域が形成されていても、この再結晶化領域が電極（又は他の中簡層）に物理的に接続されることがないので、中間コンタクト層と電極とが電気的に接続されることはない。
このように、中間コンタクト層分離溝の終端位置は、第１光電変換層に接続する電極（又は他の中間コンタクト層）に再結晶化領域が接触しない位置とされていることが好ましく、中間コンタクト層に接続された第１光電変換層のｎ層またはｐ層を少なくとも切断する深さが好ましい。ｎ層またはｐ層を切断することにより、ｎ層またはｐ層に含まれるドーパントが再結晶化領域に混入し、再結晶化領域の導電性を増加させることを回避することができる。
【００１４】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記レーザは、パルスレーザとされ、前記溝形成工程は、前記パルスレーザによる複数の前記照射領域を部分的に重ね合わせることによって連続的に前記加工溝を形成する際に、前記干渉縞の複数の明領域が連続するように、隣り合う前記照射領域を重ね合わせることを特徴とする。
【００１５】
レーザとしてパルスレーザを用いた場合には、パルスレーザの照射領域は断続的に形成されることになる。この断続的に形成される照射領域を部分的に重ねることによって連続した加工溝を形成する。
隣り合う照射領域を重ね合わせる際に、部分的に重ね合わせる領域を調整することによって複数の明領域が連続するようにする。これにより、複数の明領域が連続した加工溝が形成されるので、１本のみの明領域が形成された加工溝に比べて、薄膜（例えば中間コンタクト層分離溝）の切断を確実に行うことができる。
重ね合わせる領域の調整は、薄膜とレーザとの相対移動速度の調整や、パルスレーザのパルス間隔を調整することによって実現することができる。
各明領域の溝深さが異なる場合には、特定の明領域の溝深さが所望深さとなるようにレーザパワー等が調整される。
ここで、本発明における干渉縞の「明領域」とは、干渉縞のうち、レーザ強度が干渉によって強調された領域を意味し、レーザ強度が干渉によって弱められた暗領域の対義語である。
【００１６】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記照射領域は、略矩形状とされ、前記溝形成工程は、矩形状とされた前記照射領域の一辺を、隣り合う前記照射領域の一辺と部分的に重ね合わせることを特徴とする。
【００１７】
略矩形状とされた隣り合う照射領域の一辺同士を重ねあわせるので、円形状とされた照射領域を重ね合わせる場合に比べて、一辺の延在方向にわたる幅広の領域で重ねあわせることができる。これにより、複数の明領域を連続させる際に必要な走査方向の重ね幅を、円形状の照射領域の場合よりも狭くすることができる。したがって、照射領域の重ね幅を狭くした分だけ走査方向の移動量を大きくすることができるので、溝形成工程を短縮化することができる。また、照射領域の重ね幅が狭いということはレーザが複数回照射される領域を狭くすることになるので、この重ね領域における薄膜の損傷を可及的に小さく抑えることができる。
なお、照射領域を略矩形状にする方法としては、例えば、円形状のレーザ断面の周囲を落とす矩形穴が形成された開口を通過させる方法や、カレイドスコープ等のビーム断面形状を変形させる光学素子を用いる方法が挙げられる。
また、隣り合う略矩形状の照射領域が重なり合う領域の量を調整することにより、円形状の照射領域では得られなかった数の明領域を多く連続して形成することができる。
ここで、略矩形状とは、角部が明瞭に形成された矩形状を意味しているのではなく、角部は丸まっていても良く、要するに、隣り合う照射領域のそれぞれの一辺同士が重なり合うように一辺が形成された形状であれば良い。
【００１８】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記レーザの前記照射領域における強度分布を均一化した後に前記薄膜にレーザを照射することを特徴とする。
【００１９】
レーザの照射領域における強度分布を均一化した後に薄膜にレーザを照射するので、干渉縞を構成する各明領域のレーザ強度を同等とすることができる。これにより、各明領域による溝深さを同等にすることができ、信頼性の高い溝加工を実現することができる。また、所定の明領域のみのレーザ強度が強くなり過度の加工が発生してしまうことを回避できる。
なお、レーザの照射領域における強度分布を均一化する方法としては、例えば、対物レンズの焦点距離を長くする方法や、ホモジナイザ（ロッドインテグレータ等のカレイドスコープ）等の光学素子を用いる方法が挙げられる。
【００２０】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記溝形成工程は、パルス幅が１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下とされたパルスレーザによって行われることを特徴とする。
【００２１】
１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下のパルス幅とされたパルスレーザとされているので、極めて短い時間間隔で熱エネルギーを薄膜（例えば第１光電変換層）に与えることができる。つまり、ナノ秒のパルス幅とされた従来のパルスレーザに比べて、投入された熱エネルギーが薄膜に吸収されて拡散する熱拡散を小さく抑えることができるので、加工溝（例えば中間コンタクト層分離溝）を形成する壁部近傍まで十分な熱エネルギーを投入して溝加工に無駄なくエネルギーを用いることができ、加工溝の周縁近傍まで所望深さに形成された加工溝を形成することができる。
【００２２】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記第１光電変換層製膜工程の前に、基板上に基板側電極を形成する基板側電極製膜工程と、該基板側電極を除去して基板側電極分離溝を形成する基板側電極分離溝形成工程と、前記第２光電変換層製膜工程の後に、前記第２光電変換層、前記中間コンタクト層および前記第１光電変換層を除去し、裏面電極と前記基板側電極とを電気的に接続する接続溝を形成する接続溝形成工程とを備え、前記中間コンタクト層分離工程は、前記基板側電極分離溝に対して前記中間コンタクト層分離溝が隣接しかつ部分的に重複するように行われ、および／または、前記接続溝形成工程は、前記中間コンタクト層分離溝に対して前記接続溝が隣接しかつ部分的に重複するように行われることを特徴とする。
【００２３】
基板側電極分離溝（例えば透明導電膜）、中間コンタクト層分離溝および接続溝は、この順番で互いに隣り合う状態で形成される。基板側電極分離溝から中間コンタクト層分離溝を挟んで接続溝までの間（正確には、接続溝のさらに外側に形成される段間分離溝までの距離）は、光電変換装置として発電に寄与しない部分（無効発電領域）となる。本発明では、中間コンタクト層分離溝と、基板側電極分離溝および／または接続溝とを、隣接させて部分的に重複するようにした。これにより、無効発電領域を狭めることができ、発電面積に対する発電量を向上させることができる。
本発明では、中間コンタクト層分離溝が複数形成されるので、中間コンタクト層分離溝が基板側電極分離溝および／または接続溝に部分的に重複していても、中間コンタクト層分離溝の複数の溝のうちの外側に位置する溝が重複するに過ぎず、中央に位置する溝が重複することがないので、中間コンタクト層分離溝としての機能が失われることがない。また、中間コンタクト層分離溝のうち、外側に位置する溝は、一般に加工時のエネルギー密度が小さいので、加工深さが浅くなり、基板側電極まで到達することがない。
【００２４】
また、本発明の光電変換装置の製造装置は、光電変換装置を構成する薄膜に対してレーザを照射するレーザ発振器と、前記薄膜に対して前記レーザを相対移動させて所定の走査方向に加工溝を形成する移動手段と、を備えた光電変換装置の製造装置において、前記レーザのビーム径に相当する照射領域内にて一方向に並列に並ぶ干渉縞を形成する干渉縞形成手段を備え、前記移動手段は、前記干渉縞が前記走査方向に接続されるように前記レーザを相対移動させることを特徴とする。
【００２５】
レーザのビーム径に相当する照射領域内では、その中央では強度がもっとも強く周辺ほど強度が弱くなるレーザ強度分布が生じる。このように照射領域内の全体にわたってレーザ強度分布が生じると、所望の溝深さを実現することが困難となる。
そこで、本発明では、干渉縞形成手段によって、照射領域内で干渉縞を形成することとした。この干渉縞は、一方向に並列に並ぶ複数の明領域から構成される。この干渉縞を構成する一つの明領域内でのレーザ強度分布は、照射領域全体におけるレーザ強度分布よりも相対的に小さくなる。相対的にレーザ強度分布が小さくなった所定の明領域についてレーザ強度を調整して溝深さを決定し、溝深さ分布の小さい加工溝を形成する。これにより、所望の溝深さを有する溝を正確に形成することができる。
そして、移動手段によって、干渉縞が走査方向に接続されるように相対移動させることにより、連続した加工溝を形成する。
なお、レーザとしては、パルスレーザが好適に用いられ、より具体的には、ピコ秒レーザまたはナノ秒レーザが用いられる。
また、レーザによって溝形成される薄膜としては、主としてタンデム構造（又はトリプル構造）とされた光電変換装置の中間コンタクト層が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、透明導電膜、裏面電極等の溝形成にも用いることができる。
【００２６】
さらに、本発明の光電変換装置の製造装置では、前記照射領域の形状を略矩形状とする照射領域形状変更手段を備え、前記移動手段は、該矩形状とされた前記照射領域の一辺を、隣り合う前記照射領域の一辺と部分的に重ね合わせるように、前記レーザを相対移動させることを特徴とする。
【００２７】
略矩形状とされた隣り合う照射領域の一辺同士を重ねあわせるので、円形状とされた照射領域を重ね合わせる場合に比べて、一辺の延在方向にわたる幅広の領域で重ねあわせることができる。これにより、複数の明領域を連続させる際に必要な走査方向の重ね幅を、円形状の照射領域の場合よりも狭くすることができる。したがって、照射領域の重ね幅を狭くした分だけ走査方向の移動量を大きくすることができるので、溝形成工程を短縮化することができる。また、照射領域の重ね幅が狭いということはレーザが複数回照射される領域を狭くすることになるので、この重ね領域における薄膜の損傷を可及的に小さく抑えることができる。
なお、照射領域を略矩形状にする照射領域形状変更手段としては、例えば、円形状のレーザ断面の周囲を落とす矩形穴が形成された開口を通過させる方法や、カレイドスコープ等のビーム断面形状を変形させる光学素子を用いる方法が挙げられる。
また、移動手段によって、隣り合う略矩形状の照射領域が重なり合う領域を調整することにより、円形状の照射領域では得られなかった数の明領域を多く連続して形成することができる。
ここで、略矩形状とは、角部が明瞭に形成された矩形状を意味しているのではなく、角部は丸まっていても良く、要するに、隣り合う照射領域のそれぞれの一辺同士が重なり合うように一辺が形成された形状であれば良い。
【００２８】
さらに、本発明の光電変換装置の製造装置では、前記レーザの前記照射領域における強度分布を均一化するレーザ強度分布均一化手段を備えていることを特徴とする。
【００２９】
レーザ強度分布均一化手段によって、レーザの照射領域における強度分布を均一化する。そして、薄膜にレーザを照射することにより、干渉縞を構成する各明領域のレーザ強度を同等とすることができる。これにより、各明領域による溝深さを同等にすることができ、信頼性の高い溝加工を実現することができる。また、所定の明領域のみのレーザ強度が強くなり過度の加工が発生してしまうことを回避できる。
なお、レーザ強度分布均一化手段としては、例えば、対物レンズの焦点距離を長くする光学配置や、ホモジナイザ（ロッドインテグレータ等のカレイドスコープ）等の光学素子が挙げられる。
【００３０】
また、本発明の光電変換装置は、複数の薄膜が積層され、いずれかの薄膜にはレーザ照射によって形成された加工溝が一方向に形成された光電変換装置において、前記加工溝は、前記レーザのビーム径に相当する照射領域内にて前記一方向に並列に並ぶ複数の溝とされていることを特徴とする。
【００３１】
レーザのビーム径に相当する照射領域内に、一方向に並列に並ぶ複数の溝を形成することとしたので、薄膜の切断をより確実に行うことができる。
このような複数の溝は、例えば、照射領域内に干渉縞を形成することによって得ることができる。
なお、レーザとしては、パルスレーザが好適に用いられ、より具体的には、ピコ秒レーザまたはナノ秒レーザが用いられる。
また、レーザによって溝形成される薄膜としては、主としてタンデム構造（又はトリプル構造）とされた光電変換装置の中間コンタクト層が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、透明導電膜、裏面電極等の溝形成にも用いることができる。
【００３２】
さらに、本発明の光電変換装置は、基板と、該基板上に製膜された基板側電極と、該基板側電極を分離する基板側電極分離溝と、該基板側電極上および前記基板側電極分離溝内に製膜されたシリコンを主成分とする第１光電変換層と、該第１光電変換層上に製膜され、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続された中間コンタクト層と、該中間コンタクト層を分離するとともに、前記基板側電極分離溝に隣り合うように形成された中間コンタクト層分離溝と、前記中間コンタクト層上および前記中間コンタクト層分離溝内に製膜され、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層と、該第２光電変換層、前記中間コンタクト層、および前記第１光電変換層を分離するとともに、前記中間コンタクト層分離溝に隣り合うように形成され、裏面側電極と前記基板側電極とを電気的に接続する接続溝とを有し、前記基板側電極分離溝、前記中間コンタクト層分離溝および前記接続溝がこの順番で並列して形成された光電変換装置において、前記中間コンタクト層分離溝は、前記加工溝とされ、前記中間コンタクト層分離溝は、前記基板側電極分離溝に対して隣接しかつ部分的に重複し、かつ／または、前記中間コンタクト層分離溝は、前記接続溝に対して隣接しかつ部分的に重複することを特徴とする。
【００３３】
基板側電極分離溝（例えば透明導電膜）、中間コンタクト層分離溝および接続溝は、この順番で互いに隣り合う状態で形成される。基板側電極分離溝から中間コンタクト層分離溝を挟んで接続溝までの間（正確には、接続溝のさらに外側に形成される段間分離溝までの距離）は、光電変換装置として発電に寄与しない部分（無効発電領域）となる。本発明では、中間コンタクト層分離溝と、基板側電極分離溝および／または接続溝とを、隣接させて部分的に重複するようにした。これにより、無効発電領域を狭めることができ、発電面積に対する発電量を向上させることができる。
本発明では、中間コンタクト層分離溝が複数形成されるので、中間コンタクト層分離溝が基板側電極分離溝および／または接続溝に部分的に重複していても、中間コンタクト層分離溝の複数の溝のうちの外側に位置する溝が重複するに過ぎず、中央に位置する溝が重複することがないので、中間コンタクト層分離溝としての機能が失われることがない。また、中間コンタクト層分離溝のうち、外側に位置する溝は、一般に加工時のエネルギー密度が小さいので、加工深さが浅くなり、基板側電極まで到達することがない。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
照射領域内で干渉縞を形成し、一方向に並列に並ぶ複数の明領域を得ることとした。この干渉縞を構成するそれぞれの明領域内でのレーザ強度分布は、照射領域全体におけるレーザ強度分布よりも相対的に小さくなるので、干渉縞の１つの明瞭域に対する加工溝の溝深さ分布も小さくなる。したがって、所定の明領域についてレーザ強度を調整して溝深さを決定し、溝深さ分布の小さい加工溝を得ることにより、所望の溝深さを有する溝を正確に形成することができる。
また、中間コンタクト層を分離する際に、深さ分布の小さい所望深さの分離溝を形成することができるので、中間コンタクト層を確実に切断することができ、中間コンタクト層の切断不良による漏れ電流を低減させることができる。これにより、光電変換装置の性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるタンデム型太陽電池を示した縦断面図である。
【図２】中間コンタクト層分離工程において中間コンタクト層分離溝を形成した状態を示した縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる太陽電池製造装置の中間コンタクト層分離溝を加工する装置の光学系を示した概略構成図である。
【図４】レーザの照射領域であって、（ａ）は干渉縞が形成された状態を示し、（ｂ）は干渉縞のレーザ強度分布を示す。
【図５】干渉縞形成手段の一例としてのホモジナイザを示した概略構成図である。
【図６】連続した中間コンタクト層分離溝を形成する方法を示した説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる照射領域を示した平面図である。
【図８】図７の変形例を示した平面図である。
【図９】加工溝の深さを模式的に示し、（ａ）は第１実施形態に相当する加工溝の深さ分布を示した模式図であり、（ｂ）は第３実施形態の加工溝の深さ分布を示した模式図である。
【図１０】本発明の第３実施形態にかかる太陽電池製造装置の中間コンタクト層分離溝を加工する装置の光学系を示した概略構成図である。
【図１１】中間コンタクト層分離溝と、隣り合う透明電極分離溝および接続溝との位置関係を示し、（ａ）は比較例、（ｂ）は第４実施形態を示した平面図である。
【図１２】従来のパルスレーザを用いた場合であって、（ａ）は照射領域の重なり状態を示した平面図であり、（ｂ）はパルスレーザのビーム断面におけるエネルギー密度を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１には、タンデム型とされたシリコン系薄膜太陽電池（光電変換装置）の縦断面が示されている。
太陽電池１０は、透光性絶縁基板とされたガラス基板１と、透明電極層２と、トップ層（第１光電変換層）９１と、中間コンタクト層９３と、ボトム層（第２光電変換層）９２と、裏面電極層４とを備えている。本実施形態において、トップ層９１は非晶質シリコン系半導体を主として有する光電変換層であり、ボトム層９２は結晶質シリコン系半導体を主として有する光電変換層である。
【００３７】
ここで、「シリコン系」とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。また、「結晶質シリコン系」とは、アモルファスシリコン系すなわち非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコンや多結晶シリコン系も含まれる。
【００３８】
上記構成の本実施形態の太陽電池１０は、以下のように製造される。
ガラス基板１としては、１ｍ２以上の面積を有するソーダフロートガラスが用いられる。１ｍ角以上（具体的には１．４ｍ×１．１ｍ）の大きさとされ、板厚が３．５〜４．５ｍｍのものが用いられる。ガラス基板１の端面は、熱応力や衝撃などによる破損防止のために、コーナー面取り加工やＲ面取り加工が施されていることが好ましい。
【００３９】
透明電極層２としては、例えば酸化錫膜（ＳｎＯ２）を主成分とする透明電極膜が好適に用いられる。この透明電極膜は、約５００ｎｍ〜８００ｎｍの膜厚とされ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理することによって得られる。この製膜処理の際に、透明電極膜の表面には適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明電極層２として、透明電極膜と基板１との間にアルカリバリア膜（図示されず）を介在させても良い。アルカリバリア膜は、例えば５０ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚とされた酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）とされ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理することによって得られる。
【００４０】
その後、ガラス基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、透明電極層２の膜面側（図において上方側）から照射する。加工速度に対して適切となるようにレーザパワーを調整して、透明電極層２を発電セル５の直列接続方向に対して垂直な方向（図において紙面垂直方向）へ、ガラス基板１とレーザ光を相対移動させて、透明電極分離溝（基板側電極分離溝）１２を形成する。これにより、透明電極層２が幅約６ｍｍ〜１５ｍｍの所定幅とされた短冊状にレーザエッチングされる。
【００４１】
次に、プラズマＣＶＤ装置により、減圧雰囲気を３０〜１０００Ｐａとし、基板温度を約２００℃とした条件にて、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層膜／ｉ層膜／ｎ層膜を順次製膜してトップ層９１を形成する。トップ層９１は、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとを主原料としたプロセスガスによって、透明電極層２の上に製膜される。太陽光の入射する側（ガラス基板１側）からｐ層、ｉ層、ｎ層がこの順で積層される。
トップ層９１は、本実施形態では、アモルファスｐ層としてＢドープしたアモルファスＳｉＣを主とした膜厚１０ｎｍ〜３０ｎｍ、アモルファスｉ層としてアモルファスＳｉを主とした膜厚２００ｎｍ〜３５０ｎｍ、アモルファスｎ層としてアモルファスＳｉに微結晶Ｓｉを含有するｐドープしたＳｉ層を主とした膜厚３０ｎｍ〜５０ｎｍから構成されている。また、ｐ層膜とｉ層膜の間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
【００４２】
次に、中間コンタクト層９３としてＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を、トップ層９１上に製膜する（中間コンタクト層製膜工程）。ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜は、２０ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚とされ、スパッタリング装置により製膜される。中間コンタクト層９３によって、トップ層９１とボトム層９２との間における接触性を改善するとともに電流整合性を得ることができる。また、中間コンタクト層９３は、半反射膜とされており、ガラス基板１から入射した光の一部を反射させることによってトップ層９１における光電変換効率の向上を実現している。
【００４３】
次に、ガラス基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、１０ｐｓ〜７５０ｐｓのパルス幅を有するパルスレーザ（以下「ピコ秒パルスレーザ」という。）を、透明電極層２の膜面側（図において上方側）から照射する。このピコ秒パルスレーザによって、透明電極分離溝１２と接続溝１６との間に中間コンタクト層分離溝１５を形成する（中間コンタクト層分離工程）。中間コンタクト層分離溝（加工溝）１５は、第１加工溝１５ａと、この第１加工溝１５ａの両側に位置する第２加工溝１５ｂ及び第３加工溝１５ｃから構成されている。各加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、図２に示されているように、トップ層９１のアモルファスｉ層９１ｉにて終端している。
中間コンタクト層分離溝１５によって、中間コンタクト層９３の膜面方向に流れる電流を阻止することができる。
中間コンタクト層分離工程については、後に詳述する。
【００４４】
次に、中間コンタクト層９３の上および中間コンタクト層分離溝１５内に、プラズマＣＶＤ装置によって、減圧雰囲気を３０００Ｐａ以下、基板温度を約２００℃、プラズマ発生周波数を４０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚとした条件で、微結晶シリコン薄膜からなる微結晶ｐ層膜／微結晶ｉ層膜／微結晶ｎ層膜を順次製膜してボトム層９２を形成する（第２光電変換層製膜工程）。
ボトム層９２は、本実施形態では、微結晶ｐ層としてＢドープした微結晶ＳｉＣを主とした膜厚１０ｎｍ〜５０ｎｍ、微結晶ｉ層として微結晶Ｓｉを主とした膜厚１．２μｍ〜３．０μｍ、微結晶ｎ層としてｐドープした微結晶Ｓｉを主とした膜厚２０ｎｍ〜５０ｎｍから構成されている。
【００４５】
微結晶シリコン薄膜、特に微結晶ｉ層膜をプラズマＣＶＤ法で形成するにあたり、プラズマ放電電極とガラス基板１の表面との距離ｄは、３ｍｍ〜１０ｍｍにすることが好ましい。３ｍｍより小さい場合、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離ｄを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。１０ｍｍより大きい場合、十分な製膜速度（１ｎｍ／ｓ以上）を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。
【００４６】
次に、ガラス基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザダイオード励起ＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、ボトム層９２の膜面側（図において上方側）から照射する。パルス発振：１０〜２０ｋＨｚとして加工速度に適切となるようにレーザパワーを調整して、透明電極分離溝１２から側方に約５０〜３５０μｍ離間した位置に、接続溝１６を形成する。また、レーザはガラス基板１側から照射しても良く、この場合はトップ層９１で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して中間コンタクト層９３及びボトム層９２をエッチングできるので、更に安定したレーザエッチング加工を行うことが可能となる。レーザエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
【００４７】
次に、裏面電極層４として、Ａｇ膜／Ｔｉ膜をスパッタリング装置により減圧雰囲気、約１５０〜２００℃にて順次製膜する。裏面電極層４は、本実施形態では、Ａｇ膜を約１５０〜５００ｎｍの膜厚とし、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜を１０〜２０ｎｍの膜厚でこの順に積層する。あるいは約２５ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜および／またはＣｕ膜と、約１５ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚を有するＡｌ膜またはＴｉ膜との積層構造としても良い。ｎ層と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的として、ボトム層９２と裏面電極層４との間にＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を膜厚５０〜１００ｎｍで、スパッタリング装置によって製膜しても良い。
【００４８】
次に、ガラス基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザダイオード励起ＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）を、ガラス基板１側（図において下方側）から照射する。レーザ光がトップ層９１及びボトム層９２で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して除去される。レーザのパルス発振周波数を１〜１０ｋＨｚとして加工速度が適切となるようにレーザパワーを調整して、透明電極分離溝１２から側方に約２５０〜４００μｍ離間した位置に、セル分割溝（段間分離溝）１８を形成するようにレーザエッチングする。
【００４９】
上記工程の後、裏面電極４を覆うように、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等の接着充填材シートを介して防水効果の高いバックシートを貼付する工程等を経て、太陽電池が製造される。
【００５０】
以下に、上述した中間コンタクト層分離工程について詳述する。
当該工程に用いられるレーザは、１０ｐｓ〜７５０ｐｓのパルス幅を有するピコ秒パルスレーザである。具体的には、パルス幅１３ｐｓ、発振周波数１０ｋＨｚ、ビームスポット径１２４μｍとされたピコ秒パルスレーザ発振器が好適に用いられる。なお、ピコ秒パルスレーザ発振器としては、代表的なものとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、チタン・サファイアレーザ、ファイバーレーザ等が挙げられる。
【００５１】
図２に示されているように、中間コンタクト層分離溝１５の終端位置（底部）は、トップ層９１のｉ層９１ｉ内に位置している。すなわち、中間コンタクト層分離溝１５の終端位置は、トップ層９１のｎ層９１ｎおよびｐ層９１ｐ内に位置していない。これにより、万が一、中間コンタクト層分離溝１５を形成する壁部（底部を含む）にアモルファスシリコンの再結晶化領域２０が形成されたとしても、この再結晶化領域２０にｎ層９１ｎやｐ層９１ｐのドーパントが拡散されることが防止され、ドーパントによる再結晶化領域２０の低抵抗化を回避することができる。なお、再結晶化領域２０は、透過型電子顕微鏡等で確認することができる。
【００５２】
図３には、中間コンタクト層分離溝１５を加工する光学系の装置構成が示されている。
ピコ秒パルスレーザ発振器２２とガラス基板１（正確には、トップ層９１及び中間コンタクト層９３が形成されたガラス基板１）との間には、全反射ミラー２４が配置されている。ガラス基板１は、図示しないローラ式／ベルト式コンベア等の移動手段によって矢印Ｔ方向に移動させられ、走査方向Ｔに連続した中間コンタクト層分離溝１５が形成されるようになっている。
ピコ秒パルスレーザ発振器２２と全反射ミラー２４との間には、干渉縞形成手段２６が設けられている。
干渉縞形成手段２６は、レーザのビーム径Ｄ１に相当する照射領域２８（図４（ａ）参照）内にて一方向に並列に並ぶ干渉縞を形成するものである。干渉縞は、明領域２８ａと暗領域２８ｂとから構成されている。明領域２８ａは、レーザ強度が干渉によって強調された領域であり、暗領域２８ｂは、レーザ強度が干渉によって弱められた領域である。図４（ａ）に示されているように、１度の照射により干渉縞の明瞭域２８ａによって、加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅが形成される。加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ間の領域は干渉縞の暗領域２８ｂに対応し、殆ど溝が形成されない。すなわち、図４（ｂ）には、干渉縞によって形成される加工深さが示されており、明領域２８ａに対応する位置では深い加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅとされており、暗領域２８ｂに対応する位置では殆ど加工溝が形成されていないことが示されている。
また、それぞれの加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅにおける溝深さ分布は、干渉縞を形成しない場合（図１２（ｂ））に比べて、比較的小さいものとなる。したがって、深さ分布が小さい加工溝１５が得られるので、レーザ強度を調整することによって所望の溝深さの制御が正確にできる。
【００５３】
図５には、干渉縞形成手段２６の具体的構成の一例が示されている。
干渉縞形成手段２６は、対向配置された２つのビーム分割ミラー３０及びビーム結合ミラー３１と、分割された光を折り返す全反射ミラー３４，３５，３６，３７を備えている。レーザ発振器２２から出射された入射レーザ光３２は、符号３８で示したエネルギー密度分布を有してビーム分割ミラー３０に入射する。入射レーザ光３２は、ビーム分割ミラー３０により、その中心で２分割されて２つの分割レーザ光３２ａ，３２ｂとなる。これら分割レーザ光３２ａ，３２ｂは、全反射ミラー３４，３５でそれぞれが折り返された後に交差する。交差する際に、分割レーザ光３２ａ，３２ｂは互いに干渉する。また、分割レーザ光３２ａ，３２ｂが交差することによって、それぞれの位置が入れ替わる。分割レーザ光３２ａ，３２ｂは、全反射ミラー３６，３７でそれぞれ折り返された後に、ビーム結合ミラー３１へと入射する。ビーム結合ミラー３１では、各分割レーザ光３２ａ，３２ｂが重畳することによって合成される。重畳後の出射レーザ光３３は、符号３９で示したエネルギー密度分布を有して基板１に照射される。以上の通り、分割レーザ光３２ａ，３２ｂが交差する際に干渉するので、出射レーザ光３７には、干渉縞が形成される。
なお、図５に示した光学系を適宜調整することにより、出射レーザ光３３の強度分布３９を所望の程度にて均一化させることもできる。また、図５に示したビーム分割ミラー及びビーム結合ミラーや全反射ミラーに代えて、各種のプリズムを用いることによって同様の光学系を構成することもできる。
【００５４】
図６には、連続した中間コンタクト層分離溝１５を形成する方法が示されている。
それぞれの照射領域２８が部分的に重ね合わせられている。なお、同図における左右方向は、中間コンタクト層分離溝２８の形成方向（走査方向）である。隣り合う照射領域２８の重なり幅Ｂ１は、明領域２８ａによって形成された加工溝１５が連続するように決定する。同図における実施形態では、３つの明瞭域に対応する３つの加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃが連続するように重なり幅Ｂ１が定められている。これにより、図１及び図２に示したような３つの加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃが連続して形成される。なお、図６に示されているように、最も外側に位置する加工溝１５ｄ，１５ｅは、走査方向に連続していない。
重なり幅Ｂ１の調整は、基板１とレーザとの相対移動速度の調整や、パルス秒レーザのパルス間隔を調整することによって実現することができる。
【００５５】
上述した本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
ピコ秒パルスレーザの照射領域２８内で干渉縞を形成し、一方向に並列に並ぶ複数の明領域２８ａを得ることとした。それぞれの明領域２８ａ内でのレーザ強度分布は、照射領域全体におけるレーザ強度分布よりも相対的に小さくなる。相対的にレーザ強度分布が小さくなった所定の明領域についてレーザ強度を調整して溝深さを決定する。これにより、所望の溝深さを有する加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃを正確に形成することができる。
【００５６】
中間コンタクト層分離溝１５を第１光電変換層の中途位置にて終端させることとし、トップ層９１に接続する透明電極２まで到達させないこととした。これにより、中間コンタクト層分離溝１５を形成する壁部に再結晶化領域２０（図２参照）が形成されていても、この再結晶化領域２０が透明電極２に物理的に接続されることがないので、中間コンタクト層９３と透明電極２とが電気的に接続されることはない。
このように、中間コンタクト層分離溝１５の終端位置は、トップ層９１に接続する透明電極２に再結晶化領域２０が接触しない位置とされていることが好ましく、中間コンタクト層９３に接続されたトップ層９１のｎ層９１ｎを少なくとも切断する深さが好ましい。このように、ｎ層を切断することにより、ｎ層に含まれるドーパントが再結晶化領域２０に混入し、再結晶化領域の導電性を増加させることを回避することができる。
【００５７】
ピコ秒パルスレーザの隣り合う照射領域２８を部分的に重ね合わせる際に、重ね幅Ｂ１を調整することによって干渉縞の複数の明領域に対応する加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃが連続するようにした。これにより、複数の連続した加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃが形成されるので、１本のみの明領域によって形成される加工溝に比べて、中間コンタクト層９３の切断を確実に行うことができる。
各加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃの溝深さが異なる場合には、特定の加工溝１５ａの溝深さが所望深さとなるようにレーザパワー等が調整される。この場合、特定の加工溝１５ａによって中間コンタクト層からの電流漏れが主として阻止される。
【００５８】
本実施形態のパルス秒レーザは、１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下のパルス幅とされているので、極めて短い時間間隔で熱エネルギーをトップ層９１に与えることができる。つまり、ナノ秒のパルス幅とされた従来のパルスレーザに比べて、投入された熱エネルギーが薄膜に吸収されて拡散する熱拡散を小さく抑えることができるので、中間コンタクト層分離溝１５を形成する壁部近傍まで十分な熱エネルギーを投入して溝加工に無駄なくエネルギーを用いることができ、所望深さに形成された中間コンタクト層分離溝１５を形成することができる。
【００５９】
中間コンタクト層分離溝１５の深さ分布が低減して中間コンタクト層９３を確実に切断するとともに、再結晶化領域２０による影響を回避することができるので、漏れ電流による性能低下が低減され、電池性能が向上する。
【００６０】
なお、本実施形態では、ピコ秒レーザを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、干渉縞によって照射領域２８内で複数の明瞭域２８ａを形成できれば他のレーザを用いてもよく、例えばナノ秒レーザが用いてもよい。
また、加工される薄膜として中間コンタクト層９３を一例として説明したが、他の薄膜でも翼、例えば、トップ層９１、ボトム層９２、透明電極２、裏面電極４を加工対象としても良い。
また、本実施形態では、ピコ秒レーザに対して基板１を走査方向Ｔ（図３参照）に移動させる構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザと加工対象となる薄膜とが相対的に移動させれば良く、例えば、基板１を固定した上でレーザを加工方向に走査しても良い。
また、本実施形態では、中央の第１加工溝１５ａの溝深さが最も深い場合として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光学系を調整して外側の第２加工溝１５ｂ又は第３加工溝１５ｃが最も深い溝深さとしても良い。
【００６１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図７及び図８を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、照射領域の形状が異なり、その他の点については同様なので、相違点についてのみ説明し、その他については説明を省略する。
図７は、第１実施形態の図６に対応する図である。図７に示されているように、照射領域４０は、略矩形状とされている。
矩形状の照射領域４０を形成する方法としては、例えば、円形状のレーザ断面の周囲を落とす矩形穴が形成された開口を通過させる方法や、カレイドスコープを用いる方法が挙げられる。
中間コンタクト層分離溝１５を形成する際には、図７に示されているように、照射領域４０の一辺を、隣り合う照射領域４０の一辺と部分的に重ね合わせる。このように、一辺の延在方向の広い幅Ｃ２に渡って重ねあわせることができるので、図６のように円形状とされた照射領域２８を重ね合わせる場合（幅Ｃ１参照）に比べて、照射領域４０の重ね幅Ｂ２を狭くすることができる。したがって、走査方向の移動量を大きくすることができ、ひいては中間層分離工程を短縮化することができる。また、照射領域４０の重なり幅Ｂ２（＜Ｂ１）を走査方向に狭くできるので、複数回レーザが照射されることになる重なり領域を小さくすることになり、トップ層９１の損傷を可及的に小さく抑えることができる。
【００６２】
また、隣り合う略矩形状の照射領域が重なり合う領域を調整することにより、第１実施形態のような円形状の照射領域では得られなかった数の加工溝を多く連続して形成することができる。具体的には、図８に示したように、重なり幅Ｂ２’（＞Ｂ２）を図７の場合よりも大きくすると、連続する明領域２８ａの数を多くすることができ、加工溝１５の数を増やすことができる。つまり、図７の場合には３本の加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃが連続しているのに対して、図８の場合には５本の加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅを連続させることができる。
【００６３】
なお、本実施形態において、略矩形状とは、角部が明瞭に形成された矩形状を意味しているのではなく、図７及び図８に示したように角部は丸まっていても良く、要するに、隣り合う照射領域がそれぞれの一辺同士が重なり合うように一辺が形成された形状であれば良い。
【００６４】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図９及び図１０を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、それぞれの加工溝１５の深さを略均等としている点で異なる。しかし、それ以外の構成については同様であるので、その説明は省略する。
第１実施形態に示した加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、図９（ａ）に示されているように、それぞれ溝深さが異なっている。これに対して、本実施形態では、図９（ｂ）に示されているように、加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅの溝深さを略同等としている。
このように各加工溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅの溝深さを略均等とするには、照射領域におけるレーザ強度分布を均一化すればよい。具体的には、図１０に示されているように、ピコ秒レーザ発振器２２から出射されたレーザの強度分布を均一化するレーザ強度分布均一化手段５０を全反射ミラー２４の手前に配置する。レーザ強度分布均一化手段５０としては、対物レンズの焦点距離を長くする光学系や、ホモジナイザ（ロッドインテグレータ等のカレイドスコープ）が挙げられる。
このように、本実施形態によれば、レーザの照射領域における強度分布を均一化した後に中間コンタクト層９３にレーザを照射するので、干渉縞を構成する各明領域のレーザ強度を同等とすることができる。これにより、各明領域によって形成される加工溝１５の溝深さを同等にすることができ、信頼性の高い溝加工を実現することができる。
また、所定の明領域のみのレーザ強度が強くなり（具体的には図９（ａ）の加工溝１５ａ）過度の加工が発生してしまうことを回避できる。
【００６５】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図１１を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、透明電極分離溝１２、中間コンタクト層分離溝１５および接続溝１６の間隔が異なる。しかし、それ以外の構成については同様であるので、その説明は省略する。
図１１（ａ）には、比較例が示されており、透明電極分離溝１２と中間コンタクト層分離溝１５との間、及び、中間コンタクト層分離溝１５と接続溝１６との間には、所定の間隔（例えば１００ｎｍ程度）が設けられている。また、接続溝１６の隣には、所定の間隔（例えば１００ｎｍ程度）を有してセル分割溝１８が形成されている。同図の符号Ｎ０で示すように、透明電極分離溝１２からセル分割溝１８までの間の領域は、発電に寄与しない無効発電領域Ｎ０となる。
本実施形態では、図１１（ｂ）に示されているように、透明電極分離溝１２と中間コンタクト層分離溝１５、及び、中間コンタクト層分離溝１５と接続溝１６を、隣接させかつ部分的に重複するようにする。これにより、図１１（ａ）の比較例に比べて、無効発電領域Ｎ１を小さくすることができ、発電面積に対する発電量を向上させることができる。
【００６６】
本実施形態では、中間コンタクト層分離溝１５として複数の加工溝が形成されるので、中間コンタクト層分離溝１５が透明電極分離溝１２および接続溝１６に部分的に重複していても、外側に位置する加工溝のみが重複するに過ぎず、中央側に位置する加工溝が重複することがないので、中間コンタクト層分離溝としての機能が失われることがない。また、中間コンタクト層分離溝１５のうち、外側に位置する加工溝は、一般に加工時のエネルギー密度が小さいので（例えば図４（ｂ）参照）、加工深さが浅くなり、基板側電極まで到達することがない。
【００６７】
なお、本実施形態では、中間コンタクト層分離溝１５に対して透明電極分離溝１２及び接続溝１６の両者を部分的に重複させることとしたが、いずれか一方のみを重複させることとしても、無効発電領域を小さくすることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１ ガラス基板
２ 透明電極層
４ 裏面電極層
５ 発電セル
１０ 太陽電池（光電変換装置）
１５ 中間コンタクト層分離溝（加工溝）
１５ａ 第１加工溝
１５ｂ 第２加工溝
１５ｃ 第３加工溝
２０ 再結晶化領域
２２ ピコ秒レーザ発振器
２６ 干渉縞形成手段
５０ レーザ強度分布均一化手段
９１ トップ層（第1光電変換層）
９２ ボトム層（第２光電変換層）
９３ 中間コンタクト層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換装置を構成する薄膜に対してレーザを照射するとともに、該薄膜に対して該レーザを相対移動させて所定の走査方向に加工溝を形成する溝形成工程を有する光電変換装置の製造方法において、
前記溝形成工程は、前記レーザのビーム径に相当する照射領域内にて一方向に並列に並ぶ干渉縞を形成し、該干渉縞が前記走査方向に接続されるように前記レーザを相対移動することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
シリコンを主成分とする第１光電変換層を製膜する第１光電変換層製膜工程と、
前記第１光電変換層上に、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続される中間コンタクト層を製膜する中間コンタクト層製膜工程と、
レーザを照射して、前記中間コンタクト層を除去するとともに、前記第１光電変換層まで到達する中間コンタクト層分離溝を形成して該中間コンタクト層を分離する中間コンタクト層分離工程と、
前記中間コンタクト層上および前記中間コンタクト層分離溝内に、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層を製膜する第２光電変換層製膜工程と、
を有し、
前記中間コンタクト層分離工程として、前記溝形成工程が行われることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記中間コンタクト層分離溝は、前記第１光電変換層の中途位置にて終端していることを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記レーザは、パルスレーザとされ、
前記溝形成工程は、前記パルスレーザによる複数の前記照射領域を部分的に重ね合わせることによって連続的に前記加工溝を形成する際に、前記干渉縞の複数の明領域が連続するように、隣り合う前記照射領域を重ね合わせることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
前記照射領域は、略矩形状とされ、
前記溝形成工程は、矩形状とされた前記照射領域の一辺を、隣り合う前記照射領域の一辺と部分的に重ね合わせることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
前記レーザの前記照射領域における強度分布を均一化した後に前記薄膜にレーザを照射することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
前記溝形成工程は、パルス幅が１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下とされたパルスレーザによって行われることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１光電変換層製膜工程の前に、基板上に基板側電極を形成する基板側電極製膜工程と、該基板側電極を除去して基板側電極分離溝を形成する基板側電極分離溝形成工程と、
前記第２光電変換層製膜工程の後に、前記第２光電変換層、前記中間コンタクト層および前記第１光電変換層を除去し、裏面電極と前記基板側電極とを電気的に接続する接続溝を形成する接続溝形成工程と、を備え、
前記中間コンタクト層分離工程は、前記基板側電極分離溝に対して前記中間コンタクト層分離溝が隣接しかつ部分的に重複するように行われ、
および／または、
前記接続溝形成工程は、前記中間コンタクト層分離溝に対して前記接続溝が隣接しかつ部分的に重複するように行われることを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項９】
光電変換装置を構成する薄膜に対してレーザを照射するレーザ発振器と、
前記薄膜に対して前記レーザを相対移動させて所定の走査方向に加工溝を形成する移動手段と、
を備えた光電変換装置の製造装置において、
前記レーザのビーム径に相当する照射領域内にて一方向に並列に並ぶ干渉縞を形成する干渉縞形成手段を備え、
前記移動手段は、前記干渉縞が前記走査方向に接続されるように前記レーザを相対移動させることを特徴とする光電変換装置の製造装置。
【請求項１０】
前記照射領域の形状を略矩形状とする照射領域形状変更手段を備え、
前記移動手段は、該矩形状とされた前記照射領域の一辺を、隣り合う前記照射領域の一辺と部分的に重ね合わせるように、前記レーザを相対移動させることを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置の製造装置。
【請求項１１】
前記レーザの前記照射領域における強度分布を均一化するレーザ強度分布均一化手段を備えていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の光電変換装置の製造装置。
【請求項１２】
複数の薄膜が積層され、いずれかの薄膜にはレーザ照射によって形成された加工溝が一方向に形成された光電変換装置において、
前記加工溝は、前記レーザのビーム径に相当する照射領域内にて前記一方向に並列に並ぶ複数の溝とされていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１３】
基板と、
該基板上に製膜された基板側電極と、
該基板側電極を分離する基板側電極分離溝と、
該基板側電極上および前記基板側電極分離溝内に製膜されたシリコンを主成分とする第１光電変換層と、
該第１光電変換層上に製膜され、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続された中間コンタクト層と、
該中間コンタクト層を分離するとともに、前記基板側電極分離溝に隣り合うように形成された中間コンタクト層分離溝と、
前記中間コンタクト層上および前記中間コンタクト層分離溝内に製膜され、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層と、
該第２光電変換層、前記中間コンタクト層、および前記第１光電変換層を分離するとともに、前記中間コンタクト層分離溝に隣り合うように形成され、裏面側電極と前記基板側電極とを電気的に接続する接続溝と、
を有し、
前記基板側電極分離溝、前記中間コンタクト層分離溝および前記接続溝がこの順番で並列して形成された光電変換装置において、
前記中間コンタクト層分離溝は、前記加工溝とされ、
前記中間コンタクト層分離溝は、前記基板側電極分離溝に対して隣接しかつ部分的に重複し、
かつ／または、
前記中間コンタクト層分離溝は、前記接続溝に対して隣接しかつ部分的に重複することを特徴とする光電変換装置。
【請求項１】
光電変換装置を構成する薄膜に対してレーザを照射するとともに、該薄膜に対して該レーザを相対移動させて所定の走査方向に加工溝を形成する溝形成工程を有する光電変換装置の製造方法において、
前記溝形成工程は、前記レーザのビーム径に相当する照射領域内にて一方向に並列に並ぶ干渉縞を形成し、該干渉縞が前記走査方向に接続されるように前記レーザを相対移動することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
シリコンを主成分とする第１光電変換層を製膜する第１光電変換層製膜工程と、
前記第１光電変換層上に、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続される中間コンタクト層を製膜する中間コンタクト層製膜工程と、
レーザを照射して、前記中間コンタクト層を除去するとともに、前記第１光電変換層まで到達する中間コンタクト層分離溝を形成して該中間コンタクト層を分離する中間コンタクト層分離工程と、
前記中間コンタクト層上および前記中間コンタクト層分離溝内に、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層を製膜する第２光電変換層製膜工程と、
を有し、
前記中間コンタクト層分離工程として、前記溝形成工程が行われることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記中間コンタクト層分離溝は、前記第１光電変換層の中途位置にて終端していることを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記レーザは、パルスレーザとされ、
前記溝形成工程は、前記パルスレーザによる複数の前記照射領域を部分的に重ね合わせることによって連続的に前記加工溝を形成する際に、前記干渉縞の複数の明領域が連続するように、隣り合う前記照射領域を重ね合わせることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
前記照射領域は、略矩形状とされ、
前記溝形成工程は、矩形状とされた前記照射領域の一辺を、隣り合う前記照射領域の一辺と部分的に重ね合わせることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
前記レーザの前記照射領域における強度分布を均一化した後に前記薄膜にレーザを照射することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
前記溝形成工程は、パルス幅が１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下とされたパルスレーザによって行われることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１光電変換層製膜工程の前に、基板上に基板側電極を形成する基板側電極製膜工程と、該基板側電極を除去して基板側電極分離溝を形成する基板側電極分離溝形成工程と、
前記第２光電変換層製膜工程の後に、前記第２光電変換層、前記中間コンタクト層および前記第１光電変換層を除去し、裏面電極と前記基板側電極とを電気的に接続する接続溝を形成する接続溝形成工程と、を備え、
前記中間コンタクト層分離工程は、前記基板側電極分離溝に対して前記中間コンタクト層分離溝が隣接しかつ部分的に重複するように行われ、
および／または、
前記接続溝形成工程は、前記中間コンタクト層分離溝に対して前記接続溝が隣接しかつ部分的に重複するように行われることを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項９】
光電変換装置を構成する薄膜に対してレーザを照射するレーザ発振器と、
前記薄膜に対して前記レーザを相対移動させて所定の走査方向に加工溝を形成する移動手段と、
を備えた光電変換装置の製造装置において、
前記レーザのビーム径に相当する照射領域内にて一方向に並列に並ぶ干渉縞を形成する干渉縞形成手段を備え、
前記移動手段は、前記干渉縞が前記走査方向に接続されるように前記レーザを相対移動させることを特徴とする光電変換装置の製造装置。
【請求項１０】
前記照射領域の形状を略矩形状とする照射領域形状変更手段を備え、
前記移動手段は、該矩形状とされた前記照射領域の一辺を、隣り合う前記照射領域の一辺と部分的に重ね合わせるように、前記レーザを相対移動させることを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置の製造装置。
【請求項１１】
前記レーザの前記照射領域における強度分布を均一化するレーザ強度分布均一化手段を備えていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の光電変換装置の製造装置。
【請求項１２】
複数の薄膜が積層され、いずれかの薄膜にはレーザ照射によって形成された加工溝が一方向に形成された光電変換装置において、
前記加工溝は、前記レーザのビーム径に相当する照射領域内にて前記一方向に並列に並ぶ複数の溝とされていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１３】
基板と、
該基板上に製膜された基板側電極と、
該基板側電極を分離する基板側電極分離溝と、
該基板側電極上および前記基板側電極分離溝内に製膜されたシリコンを主成分とする第１光電変換層と、
該第１光電変換層上に製膜され、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続された中間コンタクト層と、
該中間コンタクト層を分離するとともに、前記基板側電極分離溝に隣り合うように形成された中間コンタクト層分離溝と、
前記中間コンタクト層上および前記中間コンタクト層分離溝内に製膜され、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層と、
該第２光電変換層、前記中間コンタクト層、および前記第１光電変換層を分離するとともに、前記中間コンタクト層分離溝に隣り合うように形成され、裏面側電極と前記基板側電極とを電気的に接続する接続溝と、
を有し、
前記基板側電極分離溝、前記中間コンタクト層分離溝および前記接続溝がこの順番で並列して形成された光電変換装置において、
前記中間コンタクト層分離溝は、前記加工溝とされ、
前記中間コンタクト層分離溝は、前記基板側電極分離溝に対して隣接しかつ部分的に重複し、
かつ／または、
前記中間コンタクト層分離溝は、前記接続溝に対して隣接しかつ部分的に重複することを特徴とする光電変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２５１４２８（Ｐ２０１０−２５１４２８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９７３２８（Ｐ２００９−９７３２８）
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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