光電変換装置の製造方法及び光電変換装置
【課題】良好な耐プラズマ還元性を有するとともに、透明導電膜／光電変換層界面での反射損失を抑制することができる光電変換装置の製造方法、及び、電池特性が改善された光電変換装置を提供する。
【解決手段】基板１上に、順に透明電極層２と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層５１と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層５２と、光電変換層３とを形成する光電変換装置１００の製造方法であって、入射光のスペクトルと光電変換層３の量子効率との積である重み関数を算出し、所定の膜厚の酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２を透過する光のスペクトルと、算出された重み関数とから、所定の膜厚の酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２を透過する光の平均透過率を算出し、算出された平均透過率と、酸化チタン層５１の還元防止効果を考慮した酸化亜鉛層５２の膜厚範囲に基づいて、形成する酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２の膜厚を決定する。
【解決手段】基板１上に、順に透明電極層２と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層５１と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層５２と、光電変換層３とを形成する光電変換装置１００の製造方法であって、入射光のスペクトルと光電変換層３の量子効率との積である重み関数を算出し、所定の膜厚の酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２を透過する光のスペクトルと、算出された重み関数とから、所定の膜厚の酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２を透過する光の平均透過率を算出し、算出された平均透過率と、酸化チタン層５１の還元防止効果を考慮した酸化亜鉛層５２の膜厚範囲に基づいて、形成する酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２の膜厚を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置に関し、特に発電層を製膜で作製する薄膜系太陽電池の製造方法及び太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置としては、ｐ型シリコン系半導体（ｐ層）、ｉ型シリコン系半導体（ｉ層）及びｎ型シリコン系半導体（ｎ層）の薄膜をプラズマＣＶＤ法等で製膜して形成した光電変換層を備えた薄膜シリコン系太陽電池が知られている。薄膜シリコン系太陽電池の長所としては、大面積化が容易であること、膜厚が結晶系太陽電池の１／１００程度と薄く、材料が少なくて済むことなどが挙げられる。このため、薄膜シリコン系太陽電池は、結晶系太陽電池と比較して低コストでの製造が可能となる。
【０００３】
太陽電池の構造は、基板側から光入射するスーパーストレート型と、基板と反対側の面から光入射するサブストレート型とがある。スーパーストレート型太陽電池は、透明基板上に透明電極層を形成し、その上に光電変換層が形成される。スーパーストレート型太陽電池は、大面積薄膜太陽電池の集積化が容易であり、生産性に優れるという利点がある。しかし、各層に適用される材質の屈折率の関係から、基板／透明電極層界面、及び、透明電極層／光電変換層界面での反射損失が発生する。
【０００４】
特許文献１には、透明電極層（酸化錫）と光電変換層（非晶質シリコン）との界面に酸化チタンを屈折率調整層として設けることにより、界面での反射を低減し、太陽電池の出力電流及び変換効率を改善することが開示されている。
【０００５】
特許文献２には、透明電極層と光電変換層との間に酸化チタン層及び酸化亜鉛層からなる反射防止層を設けることが開示されている。酸化亜鉛層は、酸化チタン層が光電変換層製膜時における水素を含むプラズマにより還元され、可視光の透過率が低下するのを防止する機能を有する。反射防止機能と酸化亜鉛層の還元防止機能とを両立するために、特許文献２の酸化チタン層の膜厚は１０〜１００ｎｍ、酸化チタン層は１〜５０ｎｍ、好ましくは５〜２０ｎｍとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２９３９７８０号公報（請求項１、段落[０００９]［００１５］、図１）
【特許文献２】特開２００５−２４４０７３号公報（請求項１、段落［００３５］［００３８］［００３９］［００４３］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載の太陽電池では、酸化亜鉛層は酸化チタン層の保護膜として有効であるが、酸化チタン層／酸化亜鉛層界面での反射を増大させるために、光学的には存在しない方が有利である。そのため、酸化亜鉛層を保護膜としての機能を有する最低限の厚さとし、かつ、透明電極層と光電変換層との間の反射を抑制して太陽電池の出力を増大させるように、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の各膜厚を設計する必要がある。
【０００８】
本発明は、良好な耐プラズマ還元性を有するとともに、透明電極層と光電変換層との間での反射損失を抑制することができる光電変換装置の製造方法、及び、電池特性が改善された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】
【０００９】
本発明は、基板上に、順に透明電極層と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層と、光電変換層とを形成する光電変換装置の製造方法であって、入射光のスペクトルと前記光電変換層の量子効率との積である重み関数を算出し、所定の膜厚の前記酸化チタン層及び前記酸化亜鉛層を透過する光のスペクトルと、前記算出された重み関数とから、前記所定の膜厚の前記酸化チタン層及び前記酸化亜鉛層を透過する光の平均透過率を算出し、前記算出された平均透過率と、前記酸化チタン層の還元防止効果を考慮した前記酸化亜鉛層の膜厚範囲に基づいて、形成する前記酸化チタン層及び前記酸化亜鉛層の膜厚を決定する光電変換装置の製造方法を提供する。
【００１０】
光電変換装置の出力を増大させるためには、特に光電変換装置の量子効率が高い波長領域において、透明電極層と光電変換層との間での反射損失を低減し、透明電極層から光電変換層へ入射する光の光量を増大させることが有効である。本発明では、酸化チタン層及び酸化亜鉛層を透過する光の平均透過率の算出に、量子効率及び太陽光スペクトルの積である重み関数を用いている。すなわち、本発明を用いて決定される酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚は、量子効率と太陽光スペクトルが反映されたものである。そのため、耐プラズマ還元性を有するとともに、短絡電流を増大させることができる酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚の組み合わせを精度良く求めることができる。
重み関数は、シングル型、タンデム型、トリプル型などの光電変換層の構成及び光電変換層に用いられる材料に対応させて得ることができる。従って、種々の光電変換層を有する光電変換装置について、光電変換層への入射光量を向上させて、短絡電流を増大させて高出力が得られるように設計して製造することができる。
【００１１】
上記発明において、酸化チタン層の還元防止効果を考慮すると、前記酸化亜鉛層の膜厚が、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とされることが好ましい。
【００１２】
本発明は、基板上に、順に透明電極層と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層と、光電変換層とを備える光電変換装置であって、酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、光電変換層が１つの電池層からなる場合は、酸化チタン層の膜厚は、酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍのときに２０ｎｍ以上７７ｎｍ以下、３ｎｍのときに１９ｎｍ以上７３ｎｍ以下、５ｎｍのときに１７ｎｍ以上６９ｎｍ以下、１０ｎｍのときに１５ｎｍ以上５８ｎｍ以下、及び２０ｎｍのときに１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下で表される領域の範囲内とされる光電変換装置を提供する。また、光電変換層が２つの電池層からなる場合は、酸化チタン層の膜厚は、酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍのときに２８ｎｍ以上８７ｎｍ以下、３ｎｍのときに２６ｎｍ以上８２ｎｍ以下、膜厚が５ｎｍのときに２５ｎｍ以上７７ｎｍ以下、１０ｎｍのときに２２ｎｍ以上６５ｎｍ以下、及び２０ｎｍのときに２２ｎｍ以上３９ｎｍ以下で表される領域の範囲内とされる光電変換層値を提供する。また、光電変換層が３つの電池層からなる場合は、酸化チタン層の膜厚が、酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍのときに３２ｎｍ以上８９ｎｍ以下、３ｎｍのときに３０ｎｍ以上８５ｎｍ以下、が５ｎｍのときに２８ｎｍ以上８０ｎｍ以下、１０ｎｍのときに２５ｎｍ以上６９ｎｍ以下、及び２０ｎｍのときに２５ｎｍ以上４４ｎｍ以下で表される領域の範囲内とされる光電変換装置を提供する。
【００１３】
上記光電変換装置は、酸化チタン層のプラズマによる還元が防止されているとともに、光電変換層に入射する光の光量が、量子効率に応じて最適化されているために、短絡電流が大きく高出力の光電変換装置となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、耐プラズマ還元性とともに、量子効率と太陽光スペクトルを反映させた平均透過率とを考慮して酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚を決定するため、高出力の光電変換装置を確実に得ることができる。本発明は、光電変換層の層構成及び用いられる材料に応じて、好適な酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚を決定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る光電変換装置の構成を表す概略図である。
【図２】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図３】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図４】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図５】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図６】シングル型非晶質シリコン太陽電池セルの重み関数である。
【図７】シングル型非晶質シリコン太陽電池について、酸化チタン層及び酸化亜鉛層各膜厚での透過率の変化率の分布を表すグラフである。
【図８】タンデム型太陽電池セルの重み関数である。
【図９】タンデム型太陽電池について、酸化チタン層及び酸化亜鉛層各膜厚での透過率の変化率の分布を表すグラフである。
【図１０】トリプル型太陽電池セルの重み関数である。
【図１１】トリプル型太陽電池について、酸化チタン層及び酸化亜鉛層各膜厚での透過率の変化率の分布を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置１００は、タンデム型シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、酸化チタン層５１、酸化亜鉛層５２、太陽電池光電変換層３としての第１セル層９１（非晶質シリコン系）及び第２セル層９２（結晶質シリコン系）、中間コンタクト層５、及び裏面電極層４を備える。なお、ここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（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、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も含まれる。
【００１７】
本実施形態に係る光電変換装置の製造方法を、太陽電池パネルを製造する工程を例に挙げて説明する。図２から図５は、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。
【００１８】
（１）図２（ａ）
基板１としてソーダフロートガラス基板（例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．５ｍｍ〜４．５ｍｍ）を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやＲ面取り加工されていることが望ましい。
【００１９】
（２）図２（ｂ）
透明電極層２として、酸化錫（ＳｎＯ２）を主成分とする膜厚約５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の透明導電膜を、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。この際、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、透明電極膜に加えて、基板１と透明電極膜との間にアルカリバリア膜（図示されず）を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。透明導電層２は、ＧａやＡｌがドープされたＺｎＯ膜やＩＴＯ膜であっても良い。
【００２０】
透明電極層２上に、酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２を設ける。
酸化チタン層５１は、酸化チタンを主として含む膜であり、導電性を高めるためにドーパントを含んでも良い。酸化チタン層５１は、波長３８０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で屈折率が２．９〜２．２の範囲とされる。また、光吸収損失を低減するために、酸化チタン層５１の消衰係数は、波長４００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で０．１以下であることが好ましい。
酸化チタン層５１は、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより製膜される。スパッタリング法により酸化チタン層５１を製膜する場合、例えば、ターゲット：ＴｉＯ２（１００％粉末）焼結体、減圧雰囲気：０．４Ｐａ、基板温度：３００℃、高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、印加電力：１Ｗ／ｃｍ２の条件とする。
【００２１】
酸化亜鉛層５２は、酸化チタン層５１の還元防止層として機能する。すなわち、後述のシリコン膜（光電変換層３）の製膜時において、水素プラズマにより酸化チタン層５１が還元させるのを防止する。また、製膜後において、シリコン膜と酸化チタン層とが接触する場合に、シリコン膜中に含まれる水素により酸化チタン層の接触面が還元されることを防止する効果も有する。
酸化亜鉛層５２は、酸化亜鉛を主として含む膜であり、導電性を高めるためにＧａやＡｌなどのドーパントを含んでも良い。酸化亜鉛層５２は、キャリア濃度増大による長波長の光の吸収損失と、酸化チタン層５１との屈折率差とを考慮して、波長３５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で屈折率が２．２〜１．９の範囲とされる。また、光吸収損失を低減するために、酸化亜鉛層５２の消衰係数は、波長３５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で０．１以下であることが好ましい。
酸化亜鉛層５２は、スパッタリング法などにより製膜される。スパッタリング法により酸化亜鉛層５２を製膜する場合、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ、減圧雰囲気：０．４Ｐａ、基板温度：３００℃、印加電力：１Ｗ／ｃｍ２の条件とする。水素プラズマによる酸化チタン層の還元を防止する効果を考慮すると、酸化亜鉛層５２の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
ここで、酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２の各膜厚は、以下のようにして決定される。
まず、所定の波長域での入射光のスペクトルと太陽電池セルの量子効率との積である重み関数が算出される。入射光のスペクトルは、ＡＭ１．５の太陽光スペクトルが適用される。量子効率は、例えば、酸化チタン層及び酸化亜鉛層が設けられていないタンデム型太陽電池セルの量子効率が適用される。
【００２３】
酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２を任意の膜厚としたときの、酸化チタン層及び酸化亜鉛層を透過した光の透過スペクトルが取得される。透過スペクトルは、光入射側から、透明電極層／酸化チタン層／酸化亜鉛層／シリコン層の４層構造の平膜モデルについて、光学薄膜多重干渉計算を行うことで得ることができる。光学薄膜多重干渉計算は、透明電極層とシリコン層における吸収は計算に含めず、酸化チタン層／酸化亜鉛層を透過する光の透過スペクトルを純粋に求める計算手法である。この時、透明電極層及びシリコン層は半無限媒質であり、入射光は透明電極層で発生したとして取り扱い、シリコン層に出射された出射光を求めて、透過スペクトルを得ることができる。計算は、例えば、サイバネット社の光学薄膜計算ソフトOPTAS-FILMで実施することができる。
【００２４】
取得した透過スペクトルと重み関数とから、透過スペクトルを得た酸化チタン層及び酸化亜鉛層での平均透過率が算出される。具体的に、太陽電池の吸収波長領域（３５０ｎｍ〜１１００ｎｍ）の各波長について、透過率の値と重み関数の値とを乗じて重み付き透過率が算出され、各波長での重み付き透過率から平均透過率が得られる。平均透過率は、酸化チタン層膜厚及び酸化亜鉛層膜厚の種々の組合せについて取得される。上記重み付き透過率を計算する波長間隔は、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚決定に求められる精度を考慮して適宜設定されると良い。本実施形態では、酸化チタン層及び酸化亜鉛層を設けない場合の平均透過率を基準として、その基準からの平均透過率の変化率が算出されても良い。
【００２５】
上述の工程で得た平均透過率または平均透過率の変化率から、光電変換層への透過光量を大きくすることができる酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２の膜厚範囲が決定される。さらに、上述の還元防止効果が得られる酸化亜鉛層５２の膜厚を考慮して、耐プラズマ還元性と短絡電流増大とが両立できる酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２の膜厚の組み合わせが決定される。
【００２６】
（３）図２（ｃ）
その後、基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セルの直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板１とレーザー光を相対移動して、溝１０を形成するように幅約６ｍｍから１５ｍｍの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
【００２７】
（４）図２（ｄ）
第１セル層９１として、非晶質シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層及びｎ層を、プラズマＣＶＤ装置により製膜する。ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを主原料にして、減圧雰囲気：３０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃にて、透明電極層２上に太陽光の入射する側から非晶質シリコンｐ層３１、非晶質シリコンｉ層３２、非晶質シリコンｎ層３３の順で製膜する。非晶質シリコンｐ層３１は非晶質のＢドープシリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｉ層３２は、膜厚２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｎ層３３は、非晶質シリコンに微結晶シリコンを含有するＰドープシリコンを主とし、膜厚３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｐ層３１と非晶質シリコンｉ層３２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。
【００２８】
次に、第１セル層９１の上に、プラズマＣＶＤ装置により、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下にて、第２セル層９２としての結晶質シリコンｐ層４１、結晶質シリコンｉ層４２、及び、結晶質シリコンｎ層４３を順次製膜する。結晶質シリコンｐ層４１はＢドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。結晶質シリコンｉ層４２は微結晶シリコンを主とし、膜厚は１．２μｍ以上３．０μｍ以下である。結晶質シリコンｎ層４３はＰドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００２９】
微結晶シリコンを主とする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基板１の表面との距離ｄは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下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。
【００３０】
第１セル層９１と第２セル層９２の間に、接触性を改善するとともに電流整合性を取るために半反射膜となる中間コンタクト層５を設ける。中間コンタクト層５として、膜厚：２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ焼結体を用いてスパッタリング装置により製膜する。また、中間コンタクト層５を設けない場合もある。
【００３１】
（５）図２（ｅ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、光電変換層３の膜面側から照射する。パルス発振：１０ｋＨｚから２０ｋＨｚとして、加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの約１００μｍから１５０μｍの横側を、溝１１を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板１側から照射しても良く、この場合は光電変換層３の非晶質シリコン系の第１セル層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光電変換層３をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザー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。
【００３２】
（６）図３（ａ）
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、製膜温度：１５０℃から２００℃にて製膜する。本実施形態では、Ａｇ膜：１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜：１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下を、この順に積層する。あるいは、裏面電極層４を、２５ｎｍから１００ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜と、１５ｎｍから５００ｎｍの膜厚を有するＡｌ膜との積層構造としても良い。結晶質シリコンｎ層４３と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層３と裏面電極層４との間に、スパッタリング装置により、膜厚：５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を製膜して設けても良い。
【００３３】
（７）図３（ｂ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、基板１側から照射する。レーザー光が光電変換層３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。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの２５０μｍから４００μｍの横側を、溝１２を形成するようにレーザーエッチングする。
【００３４】
（８）図３（ｃ）と図４（ａ）
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部をレーザーエッチングし、直列接続部分で短絡するのを防止する。基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、基板１側から照射する。レーザー光が透明電極層２と光電変換層３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、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２が除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板１の端部から５ｍｍから２０ｍｍの位置を、図３（ｃ）に示すように、Ｘ方向絶縁溝１５を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図３（ｃ）では、光電変換層３が直列に接続された方向に切断したＸ方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝１５位置には裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２の膜研磨除去をした周囲膜除去領域１４がある状態（図４（ａ）参照）が表れるべきであるが、基板１の端部への加工の説明の便宜上、この位置にＹ方向断面を表して形成された絶縁溝をＸ方向絶縁溝１５として説明する。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
【００３５】
絶縁溝１５は基板１の端より５ｍｍから１５ｍｍの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール６内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。
【００３６】
尚、以上までの工程におけるレーザー光はＹＡＧレーザーとしているが、ＹＶＯ４レーザーやファイバーレーザーなどが同様に使用できるものがある。
【００３７】
（９）図４（ａ：太陽電池膜面側から見た図、ｂ：受光面の基板側から見た図）
後工程のＥＶＡ等を介したバックシート２４との健全な接着・シール面を確保するために、基板１周辺（周囲膜除去領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域１４を形成する。基板１の端から５〜２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、Ｘ方向は前述の図３（ｃ）工程で設けた絶縁溝１５よりも基板端側において、Ｙ方向は基板端側部付近の溝１０よりも基板端側において、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。
研磨屑や砥粒は基板１を洗浄処理して除去した。
【００３８】
（１０）図５（ａ）（ｂ）
端子箱２３の取付け部分はバックシート２４に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層で設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セルと、他方端部の太陽電池発電セルとから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱２３の部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール６の全体を覆い、基板１からはみ出さないようにＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等による接着充填材シートを配置する。
ＥＶＡの上に、防水効果の高いバックシート２４を設置する。バックシート２４は本実施形態では防水防湿効果が高いようにＰＥＴシート／Ａｌ箔／ＰＥＴシートの３層構造よりなる。
バックシート２４までを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約１５０〜１６０℃でプレスしながら、ＥＶＡを架橋させて密着させる。
【００３９】
（１１）図５（ａ）
太陽電池モジュール６の裏側に端子箱２３を接着剤で取付ける。
（１２）図５（ｂ）
銅箔と端子箱２３の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱２３の内部を封止剤（ポッティング剤）で充填して密閉する。これで太陽電池パネル５０が完成する。
（１３）図５（ｃ）
図５（ｂ）までの工程で形成された太陽電池パネル５０について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、ＡＭ１．５、全天日射基準太陽光（１０００Ｗ／ｍ２）のソーラシミュレータを用いて行う。
（１４）図５（ｄ）
発電検査（図５（ｃ））に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
【００４０】
上記実施の形態では太陽電池として、タンデム型太陽電池について説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。例えば、非晶質シリコン太陽電池、微結晶シリコンをはじめとする結晶質シリコン太陽電池、シリコンゲルマニウム太陽電池などのシングル型太陽電池、トリプル型太陽電池にも同様に適用可能である。
トリプル型太陽電池としては、例えば、基板側から順に、非晶質シリコン系の第１セル層、結晶質シリコン系の第２セル層、結晶質シリコンゲルマニウム系の第３セル層を積層させた光電変換層を備えるものが挙げられる。この場合、第１セル層及び第２セル層は、上述したタンデム型太陽電池と同様の工程により形成することができる。第３セル層として、上述と同様の工程により、結晶質シリコンｐ層及び結晶質シリコンｎ層が製膜される。結晶質シリコンゲルマニウムｉ層は、原料ガス：ＳｉＨ４ガス、ＧｅＨ４ガス、Ｈ２ガスを減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下にて製膜される。第３セル層のｐ層の膜厚は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下、ｉ層の膜厚は１μｍ以上３μｍ以下、ｎ層の膜厚は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とされる。各電池層の間に、中間コンタクト層を設けても良い。
各太陽電池で酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚を決定するためには、光電変換層の構成及び光電変換層の材質に応じた量子効率を用いると良い。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
シングル型非晶質シリコン太陽電池について、光学薄膜計算により酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚と透過率との関係を検討した。
計算には、図６に示される重み関数を用いた。図６に示す重み関数は、シングル型非晶質太陽電池セルの量子効率及び太陽光スペクトルから取得した。
透明電極層／酸化チタン層／酸化亜鉛層／非晶質シリコン層の積層構造モデルについて、所定の酸化チタン層及び酸化亜鉛層膜厚での透過率スペクトルを計算した。上記構造モデルでは、各層の光学定数を以下のように設定した。なお、代表波長として５５０ｎｍでの値を用いた。
透明電極層（ＧＺＯ膜）：屈折率１．９、消衰係数０．００１
酸化チタン層：屈折率２．５、消衰係数０．００１
酸化亜鉛層：屈折率１．９、消衰係数０．００１
非晶質シリコン層：屈折率４．４、消衰係数０．３
波長３５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で、波長３５０ｎｍから２０ｎｍ毎での透過率値とその波長での重み関数とを乗じて波長毎の重み付き透過率を算出し、平均透過率を算出した。酸化チタン層０ｎｍ、酸化亜鉛層０ｎｍ（すなわち、酸化チタン層及び酸化亜鉛層を設けない）とした場合の平均透過率を基準として、平均透過率の変化率を算出した。
上記平均透過率の変化率は、種々の酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚の組み合わせについて算出した。
【００４２】
シングル型太陽電池セルについて、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚に対する平均透過率の変化率の分布図を図７に示す。同図において、横軸は酸化チタン層の膜厚、縦軸は酸化亜鉛層の膜厚である。図７から、酸化亜鉛層が薄い領域で透過率が向上することが分かる。透過率が増加した分だけ、太陽電池セルの短絡電流が増大する。例えば、透過率が基準値から８％向上すると、太陽電池セルの短絡電流も基準となる太陽電池セルでの短絡電流に対して８％向上する。図７において、酸化亜鉛層が１ｎｍから２０ｎｍの範囲で、短絡電流（透過率）が８％及び１０％上昇する境界線、及び、最適値をそれぞれ表１に示す。なお、短絡電流上昇率８％及び１０％とは、太陽電池パネルの出力値による品質等級に由来する数値である。通常、太陽電池パネルの品質等級は、離散的な出力値で分類される。短絡電流値の８％または１０％上昇が実現できると、パネルの等級が向上し単価上昇に繋がるため、工業的には有意な上昇幅である。
【表１】
【００４３】
図７の分布図と還元防止効果が得られる酸化亜鉛層の膜厚（１ｎｍ〜２０ｎｍ）とを考慮すると、透過率が向上しつつ酸化亜鉛層の還元防止効果が得られる領域は、短絡電流８％以上の場合は図７の太線で囲まれた領域、短絡電流１０％以上の場合は太破線で囲まれた領域となる。太線または太破線で囲まれた領域内で、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚の組み合わせを選択すれば、透明電極層と光電変換層との間での反射損失を低減して、シングル型太陽電池セルの短絡電流を増大させて出力を高くすることができる。特に、表１に最適値として示した膜厚の組み合わせでは、シングル型太陽電池セルの出力を最も高くすることができる。
【００４４】
（実施例２）
タンデム型太陽電池について、光学薄膜計算により酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚と透過率との関係を検討した。
計算には、図８に示される重み関数を用いた。図８に示す重み関数は、タンデム型太陽電池セル（第１セル層：非晶質シリコン系、第２セル層：結晶質シリコン系）の量子効率及び太陽光スペクトルから取得した。
実施例１と同様にして、積層構造モデルから得た透過スペクトルを用い、波長３５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で平均透過率を算出した。さらに、酸化チタン層０ｎｍ、酸化亜鉛層０ｎｍ（すなわち、酸化チタン層及び酸化亜鉛層を設けない）とした場合の平均透過率を基準として、平均透過率の変化率を算出した。
【００４５】
タンデム型太陽電池セルについて、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚に対する平均透過率の変化率の分布図を図９に示す。同図において、横軸は酸化チタン層の膜厚、縦軸は酸化亜鉛層の膜厚である。図９において、酸化亜鉛層が１ｎｍから２０ｎｍの範囲で短絡電流（透過率）が８％及び１０％上昇する境界線、及び、最適値をそれぞれ表２に示す。
【表２】
【００４６】
図９の分布図と還元防止効果が得られる酸化亜鉛層の膜厚（１ｎｍ〜２０ｎｍ）とを考慮すると、透過率が向上しつつ酸化亜鉛層の還元防止効果が得られる領域は、短絡電流８％以上の場合は図９の太線で囲まれた領域、短絡電流１０％以上の場合は太破線で囲まれた領域となる。太線または太破線で囲まれた領域内で、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚の組み合わせを選択すれば、透明電極層と光電変換層との間での反射損失を低減できる。その結果、タンデム型太陽電池セルの短絡電流を増大させて出力を高くすることができる。特に、表２に最適値として示した膜厚の組合せでは、タンデム型太陽電池セルの出力を最も高くすることができる。
【００４７】
（実施例３）
トリプル型太陽電池について、光学薄膜計算により酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚と透過率との関係を検討した。
計算には、図１０に示される重み関数を用いた。図１０に示す重み関数は、トリプル型太陽電池セル（第１セル層：非晶質シリコン系、第２セル層：結晶質シリコン系、第３セル層：結晶質シリコンゲルマニウム系）の量子効率及び太陽光スペクトルから取得した。
実施例１と同様にして積層構造モデルから得た透過スペクトルを用い、波長３５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で平均透過率を算出した。酸化チタン層０ｎｍ、酸化亜鉛層０ｎｍ（すなわち、酸化チタン層及び酸化亜鉛層を設けない）とした場合の平均透過率を基準として、平均透過率の変化率を算出した。
【００４８】
図１１に、トリプル型結晶質シリコンゲルマニウム太陽電池セルについて、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚に対する平均透過率の変化率の分布図を示す。同図において、横軸は酸化チタン層の膜厚、縦軸は酸化亜鉛層の膜厚である。図１１において、酸化亜鉛層が１ｎｍから２０ｎｍの範囲で、短絡電流（透過率）が８％及び１０％上昇する境界線、及び、最適値をそれぞれ表３に示す。
【表３】
【００４９】
図１１の分布図と還元防止効果が得られる酸化亜鉛層の膜厚（１ｎｍ〜２０ｎｍ）とを考慮すると、透過率が向上しつつ酸化亜鉛層の還元防止効果が得られる領域は、短絡電流８％以上の場合は図１１の太線で囲まれた領域、短絡電流１０％以上の場合は太破線で囲まれた領域となる。太線または太破線で囲まれた領域内で、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚の組み合わせを選択すれば、透明電極層と光電変換層との間での反射損失が低減される。特に、表３に最適値として示した膜厚の組合せでは、トリプル型結晶質シリコンゲルマニウム太陽電池セルの出力を最も高くすることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 基板
２ 透明電極層
３ 光電変換層
４ 裏面電極層
５ 中間コンタクト層
６ 太陽電池モジュール
３１ 非晶質シリコンｐ層
３２ 非晶質シリコンｉ層
３３ 非晶質シリコンｎ層
４１ 結晶質シリコンｐ層
４２ 結晶質シリコンｉ層
４３ 結晶質シリコンｎ層
５１ 酸化チタン層
５２ 酸化亜鉛層
９１ 第１セル層
９２ 第２セル層
１００ 光電変換装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置に関し、特に発電層を製膜で作製する薄膜系太陽電池の製造方法及び太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置としては、ｐ型シリコン系半導体（ｐ層）、ｉ型シリコン系半導体（ｉ層）及びｎ型シリコン系半導体（ｎ層）の薄膜をプラズマＣＶＤ法等で製膜して形成した光電変換層を備えた薄膜シリコン系太陽電池が知られている。薄膜シリコン系太陽電池の長所としては、大面積化が容易であること、膜厚が結晶系太陽電池の１／１００程度と薄く、材料が少なくて済むことなどが挙げられる。このため、薄膜シリコン系太陽電池は、結晶系太陽電池と比較して低コストでの製造が可能となる。
【０００３】
太陽電池の構造は、基板側から光入射するスーパーストレート型と、基板と反対側の面から光入射するサブストレート型とがある。スーパーストレート型太陽電池は、透明基板上に透明電極層を形成し、その上に光電変換層が形成される。スーパーストレート型太陽電池は、大面積薄膜太陽電池の集積化が容易であり、生産性に優れるという利点がある。しかし、各層に適用される材質の屈折率の関係から、基板／透明電極層界面、及び、透明電極層／光電変換層界面での反射損失が発生する。
【０００４】
特許文献１には、透明電極層（酸化錫）と光電変換層（非晶質シリコン）との界面に酸化チタンを屈折率調整層として設けることにより、界面での反射を低減し、太陽電池の出力電流及び変換効率を改善することが開示されている。
【０００５】
特許文献２には、透明電極層と光電変換層との間に酸化チタン層及び酸化亜鉛層からなる反射防止層を設けることが開示されている。酸化亜鉛層は、酸化チタン層が光電変換層製膜時における水素を含むプラズマにより還元され、可視光の透過率が低下するのを防止する機能を有する。反射防止機能と酸化亜鉛層の還元防止機能とを両立するために、特許文献２の酸化チタン層の膜厚は１０〜１００ｎｍ、酸化チタン層は１〜５０ｎｍ、好ましくは５〜２０ｎｍとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２９３９７８０号公報（請求項１、段落[０００９]［００１５］、図１）
【特許文献２】特開２００５−２４４０７３号公報（請求項１、段落［００３５］［００３８］［００３９］［００４３］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載の太陽電池では、酸化亜鉛層は酸化チタン層の保護膜として有効であるが、酸化チタン層／酸化亜鉛層界面での反射を増大させるために、光学的には存在しない方が有利である。そのため、酸化亜鉛層を保護膜としての機能を有する最低限の厚さとし、かつ、透明電極層と光電変換層との間の反射を抑制して太陽電池の出力を増大させるように、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の各膜厚を設計する必要がある。
【０００８】
本発明は、良好な耐プラズマ還元性を有するとともに、透明電極層と光電変換層との間での反射損失を抑制することができる光電変換装置の製造方法、及び、電池特性が改善された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】
【０００９】
本発明は、基板上に、順に透明電極層と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層と、光電変換層とを形成する光電変換装置の製造方法であって、入射光のスペクトルと前記光電変換層の量子効率との積である重み関数を算出し、所定の膜厚の前記酸化チタン層及び前記酸化亜鉛層を透過する光のスペクトルと、前記算出された重み関数とから、前記所定の膜厚の前記酸化チタン層及び前記酸化亜鉛層を透過する光の平均透過率を算出し、前記算出された平均透過率と、前記酸化チタン層の還元防止効果を考慮した前記酸化亜鉛層の膜厚範囲に基づいて、形成する前記酸化チタン層及び前記酸化亜鉛層の膜厚を決定する光電変換装置の製造方法を提供する。
【００１０】
光電変換装置の出力を増大させるためには、特に光電変換装置の量子効率が高い波長領域において、透明電極層と光電変換層との間での反射損失を低減し、透明電極層から光電変換層へ入射する光の光量を増大させることが有効である。本発明では、酸化チタン層及び酸化亜鉛層を透過する光の平均透過率の算出に、量子効率及び太陽光スペクトルの積である重み関数を用いている。すなわち、本発明を用いて決定される酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚は、量子効率と太陽光スペクトルが反映されたものである。そのため、耐プラズマ還元性を有するとともに、短絡電流を増大させることができる酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚の組み合わせを精度良く求めることができる。
重み関数は、シングル型、タンデム型、トリプル型などの光電変換層の構成及び光電変換層に用いられる材料に対応させて得ることができる。従って、種々の光電変換層を有する光電変換装置について、光電変換層への入射光量を向上させて、短絡電流を増大させて高出力が得られるように設計して製造することができる。
【００１１】
上記発明において、酸化チタン層の還元防止効果を考慮すると、前記酸化亜鉛層の膜厚が、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とされることが好ましい。
【００１２】
本発明は、基板上に、順に透明電極層と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層と、光電変換層とを備える光電変換装置であって、酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、光電変換層が１つの電池層からなる場合は、酸化チタン層の膜厚は、酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍのときに２０ｎｍ以上７７ｎｍ以下、３ｎｍのときに１９ｎｍ以上７３ｎｍ以下、５ｎｍのときに１７ｎｍ以上６９ｎｍ以下、１０ｎｍのときに１５ｎｍ以上５８ｎｍ以下、及び２０ｎｍのときに１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下で表される領域の範囲内とされる光電変換装置を提供する。また、光電変換層が２つの電池層からなる場合は、酸化チタン層の膜厚は、酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍのときに２８ｎｍ以上８７ｎｍ以下、３ｎｍのときに２６ｎｍ以上８２ｎｍ以下、膜厚が５ｎｍのときに２５ｎｍ以上７７ｎｍ以下、１０ｎｍのときに２２ｎｍ以上６５ｎｍ以下、及び２０ｎｍのときに２２ｎｍ以上３９ｎｍ以下で表される領域の範囲内とされる光電変換層値を提供する。また、光電変換層が３つの電池層からなる場合は、酸化チタン層の膜厚が、酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍのときに３２ｎｍ以上８９ｎｍ以下、３ｎｍのときに３０ｎｍ以上８５ｎｍ以下、が５ｎｍのときに２８ｎｍ以上８０ｎｍ以下、１０ｎｍのときに２５ｎｍ以上６９ｎｍ以下、及び２０ｎｍのときに２５ｎｍ以上４４ｎｍ以下で表される領域の範囲内とされる光電変換装置を提供する。
【００１３】
上記光電変換装置は、酸化チタン層のプラズマによる還元が防止されているとともに、光電変換層に入射する光の光量が、量子効率に応じて最適化されているために、短絡電流が大きく高出力の光電変換装置となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、耐プラズマ還元性とともに、量子効率と太陽光スペクトルを反映させた平均透過率とを考慮して酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚を決定するため、高出力の光電変換装置を確実に得ることができる。本発明は、光電変換層の層構成及び用いられる材料に応じて、好適な酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚を決定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る光電変換装置の構成を表す概略図である。
【図２】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図３】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図４】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図５】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図６】シングル型非晶質シリコン太陽電池セルの重み関数である。
【図７】シングル型非晶質シリコン太陽電池について、酸化チタン層及び酸化亜鉛層各膜厚での透過率の変化率の分布を表すグラフである。
【図８】タンデム型太陽電池セルの重み関数である。
【図９】タンデム型太陽電池について、酸化チタン層及び酸化亜鉛層各膜厚での透過率の変化率の分布を表すグラフである。
【図１０】トリプル型太陽電池セルの重み関数である。
【図１１】トリプル型太陽電池について、酸化チタン層及び酸化亜鉛層各膜厚での透過率の変化率の分布を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置１００は、タンデム型シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、酸化チタン層５１、酸化亜鉛層５２、太陽電池光電変換層３としての第１セル層９１（非晶質シリコン系）及び第２セル層９２（結晶質シリコン系）、中間コンタクト層５、及び裏面電極層４を備える。なお、ここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（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、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も含まれる。
【００１７】
本実施形態に係る光電変換装置の製造方法を、太陽電池パネルを製造する工程を例に挙げて説明する。図２から図５は、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。
【００１８】
（１）図２（ａ）
基板１としてソーダフロートガラス基板（例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．５ｍｍ〜４．５ｍｍ）を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやＲ面取り加工されていることが望ましい。
【００１９】
（２）図２（ｂ）
透明電極層２として、酸化錫（ＳｎＯ２）を主成分とする膜厚約５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の透明導電膜を、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。この際、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、透明電極膜に加えて、基板１と透明電極膜との間にアルカリバリア膜（図示されず）を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。透明導電層２は、ＧａやＡｌがドープされたＺｎＯ膜やＩＴＯ膜であっても良い。
【００２０】
透明電極層２上に、酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２を設ける。
酸化チタン層５１は、酸化チタンを主として含む膜であり、導電性を高めるためにドーパントを含んでも良い。酸化チタン層５１は、波長３８０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で屈折率が２．９〜２．２の範囲とされる。また、光吸収損失を低減するために、酸化チタン層５１の消衰係数は、波長４００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で０．１以下であることが好ましい。
酸化チタン層５１は、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより製膜される。スパッタリング法により酸化チタン層５１を製膜する場合、例えば、ターゲット：ＴｉＯ２（１００％粉末）焼結体、減圧雰囲気：０．４Ｐａ、基板温度：３００℃、高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、印加電力：１Ｗ／ｃｍ２の条件とする。
【００２１】
酸化亜鉛層５２は、酸化チタン層５１の還元防止層として機能する。すなわち、後述のシリコン膜（光電変換層３）の製膜時において、水素プラズマにより酸化チタン層５１が還元させるのを防止する。また、製膜後において、シリコン膜と酸化チタン層とが接触する場合に、シリコン膜中に含まれる水素により酸化チタン層の接触面が還元されることを防止する効果も有する。
酸化亜鉛層５２は、酸化亜鉛を主として含む膜であり、導電性を高めるためにＧａやＡｌなどのドーパントを含んでも良い。酸化亜鉛層５２は、キャリア濃度増大による長波長の光の吸収損失と、酸化チタン層５１との屈折率差とを考慮して、波長３５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で屈折率が２．２〜１．９の範囲とされる。また、光吸収損失を低減するために、酸化亜鉛層５２の消衰係数は、波長３５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で０．１以下であることが好ましい。
酸化亜鉛層５２は、スパッタリング法などにより製膜される。スパッタリング法により酸化亜鉛層５２を製膜する場合、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ、減圧雰囲気：０．４Ｐａ、基板温度：３００℃、印加電力：１Ｗ／ｃｍ２の条件とする。水素プラズマによる酸化チタン層の還元を防止する効果を考慮すると、酸化亜鉛層５２の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
ここで、酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２の各膜厚は、以下のようにして決定される。
まず、所定の波長域での入射光のスペクトルと太陽電池セルの量子効率との積である重み関数が算出される。入射光のスペクトルは、ＡＭ１．５の太陽光スペクトルが適用される。量子効率は、例えば、酸化チタン層及び酸化亜鉛層が設けられていないタンデム型太陽電池セルの量子効率が適用される。
【００２３】
酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２を任意の膜厚としたときの、酸化チタン層及び酸化亜鉛層を透過した光の透過スペクトルが取得される。透過スペクトルは、光入射側から、透明電極層／酸化チタン層／酸化亜鉛層／シリコン層の４層構造の平膜モデルについて、光学薄膜多重干渉計算を行うことで得ることができる。光学薄膜多重干渉計算は、透明電極層とシリコン層における吸収は計算に含めず、酸化チタン層／酸化亜鉛層を透過する光の透過スペクトルを純粋に求める計算手法である。この時、透明電極層及びシリコン層は半無限媒質であり、入射光は透明電極層で発生したとして取り扱い、シリコン層に出射された出射光を求めて、透過スペクトルを得ることができる。計算は、例えば、サイバネット社の光学薄膜計算ソフトOPTAS-FILMで実施することができる。
【００２４】
取得した透過スペクトルと重み関数とから、透過スペクトルを得た酸化チタン層及び酸化亜鉛層での平均透過率が算出される。具体的に、太陽電池の吸収波長領域（３５０ｎｍ〜１１００ｎｍ）の各波長について、透過率の値と重み関数の値とを乗じて重み付き透過率が算出され、各波長での重み付き透過率から平均透過率が得られる。平均透過率は、酸化チタン層膜厚及び酸化亜鉛層膜厚の種々の組合せについて取得される。上記重み付き透過率を計算する波長間隔は、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚決定に求められる精度を考慮して適宜設定されると良い。本実施形態では、酸化チタン層及び酸化亜鉛層を設けない場合の平均透過率を基準として、その基準からの平均透過率の変化率が算出されても良い。
【００２５】
上述の工程で得た平均透過率または平均透過率の変化率から、光電変換層への透過光量を大きくすることができる酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２の膜厚範囲が決定される。さらに、上述の還元防止効果が得られる酸化亜鉛層５２の膜厚を考慮して、耐プラズマ還元性と短絡電流増大とが両立できる酸化チタン層５１及び酸化亜鉛層５２の膜厚の組み合わせが決定される。
【００２６】
（３）図２（ｃ）
その後、基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セルの直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板１とレーザー光を相対移動して、溝１０を形成するように幅約６ｍｍから１５ｍｍの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
【００２７】
（４）図２（ｄ）
第１セル層９１として、非晶質シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層及びｎ層を、プラズマＣＶＤ装置により製膜する。ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを主原料にして、減圧雰囲気：３０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃にて、透明電極層２上に太陽光の入射する側から非晶質シリコンｐ層３１、非晶質シリコンｉ層３２、非晶質シリコンｎ層３３の順で製膜する。非晶質シリコンｐ層３１は非晶質のＢドープシリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｉ層３２は、膜厚２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｎ層３３は、非晶質シリコンに微結晶シリコンを含有するＰドープシリコンを主とし、膜厚３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｐ層３１と非晶質シリコンｉ層３２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。
【００２８】
次に、第１セル層９１の上に、プラズマＣＶＤ装置により、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下にて、第２セル層９２としての結晶質シリコンｐ層４１、結晶質シリコンｉ層４２、及び、結晶質シリコンｎ層４３を順次製膜する。結晶質シリコンｐ層４１はＢドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。結晶質シリコンｉ層４２は微結晶シリコンを主とし、膜厚は１．２μｍ以上３．０μｍ以下である。結晶質シリコンｎ層４３はＰドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００２９】
微結晶シリコンを主とする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基板１の表面との距離ｄは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下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。
【００３０】
第１セル層９１と第２セル層９２の間に、接触性を改善するとともに電流整合性を取るために半反射膜となる中間コンタクト層５を設ける。中間コンタクト層５として、膜厚：２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ焼結体を用いてスパッタリング装置により製膜する。また、中間コンタクト層５を設けない場合もある。
【００３１】
（５）図２（ｅ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、光電変換層３の膜面側から照射する。パルス発振：１０ｋＨｚから２０ｋＨｚとして、加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの約１００μｍから１５０μｍの横側を、溝１１を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板１側から照射しても良く、この場合は光電変換層３の非晶質シリコン系の第１セル層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光電変換層３をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザー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。
【００３２】
（６）図３（ａ）
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、製膜温度：１５０℃から２００℃にて製膜する。本実施形態では、Ａｇ膜：１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜：１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下を、この順に積層する。あるいは、裏面電極層４を、２５ｎｍから１００ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜と、１５ｎｍから５００ｎｍの膜厚を有するＡｌ膜との積層構造としても良い。結晶質シリコンｎ層４３と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層３と裏面電極層４との間に、スパッタリング装置により、膜厚：５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を製膜して設けても良い。
【００３３】
（７）図３（ｂ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、基板１側から照射する。レーザー光が光電変換層３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。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの２５０μｍから４００μｍの横側を、溝１２を形成するようにレーザーエッチングする。
【００３４】
（８）図３（ｃ）と図４（ａ）
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部をレーザーエッチングし、直列接続部分で短絡するのを防止する。基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、基板１側から照射する。レーザー光が透明電極層２と光電変換層３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、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２が除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板１の端部から５ｍｍから２０ｍｍの位置を、図３（ｃ）に示すように、Ｘ方向絶縁溝１５を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図３（ｃ）では、光電変換層３が直列に接続された方向に切断したＸ方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝１５位置には裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２の膜研磨除去をした周囲膜除去領域１４がある状態（図４（ａ）参照）が表れるべきであるが、基板１の端部への加工の説明の便宜上、この位置にＹ方向断面を表して形成された絶縁溝をＸ方向絶縁溝１５として説明する。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
【００３５】
絶縁溝１５は基板１の端より５ｍｍから１５ｍｍの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール６内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。
【００３６】
尚、以上までの工程におけるレーザー光はＹＡＧレーザーとしているが、ＹＶＯ４レーザーやファイバーレーザーなどが同様に使用できるものがある。
【００３７】
（９）図４（ａ：太陽電池膜面側から見た図、ｂ：受光面の基板側から見た図）
後工程のＥＶＡ等を介したバックシート２４との健全な接着・シール面を確保するために、基板１周辺（周囲膜除去領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域１４を形成する。基板１の端から５〜２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、Ｘ方向は前述の図３（ｃ）工程で設けた絶縁溝１５よりも基板端側において、Ｙ方向は基板端側部付近の溝１０よりも基板端側において、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。
研磨屑や砥粒は基板１を洗浄処理して除去した。
【００３８】
（１０）図５（ａ）（ｂ）
端子箱２３の取付け部分はバックシート２４に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層で設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セルと、他方端部の太陽電池発電セルとから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱２３の部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール６の全体を覆い、基板１からはみ出さないようにＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等による接着充填材シートを配置する。
ＥＶＡの上に、防水効果の高いバックシート２４を設置する。バックシート２４は本実施形態では防水防湿効果が高いようにＰＥＴシート／Ａｌ箔／ＰＥＴシートの３層構造よりなる。
バックシート２４までを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約１５０〜１６０℃でプレスしながら、ＥＶＡを架橋させて密着させる。
【００３９】
（１１）図５（ａ）
太陽電池モジュール６の裏側に端子箱２３を接着剤で取付ける。
（１２）図５（ｂ）
銅箔と端子箱２３の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱２３の内部を封止剤（ポッティング剤）で充填して密閉する。これで太陽電池パネル５０が完成する。
（１３）図５（ｃ）
図５（ｂ）までの工程で形成された太陽電池パネル５０について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、ＡＭ１．５、全天日射基準太陽光（１０００Ｗ／ｍ２）のソーラシミュレータを用いて行う。
（１４）図５（ｄ）
発電検査（図５（ｃ））に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
【００４０】
上記実施の形態では太陽電池として、タンデム型太陽電池について説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。例えば、非晶質シリコン太陽電池、微結晶シリコンをはじめとする結晶質シリコン太陽電池、シリコンゲルマニウム太陽電池などのシングル型太陽電池、トリプル型太陽電池にも同様に適用可能である。
トリプル型太陽電池としては、例えば、基板側から順に、非晶質シリコン系の第１セル層、結晶質シリコン系の第２セル層、結晶質シリコンゲルマニウム系の第３セル層を積層させた光電変換層を備えるものが挙げられる。この場合、第１セル層及び第２セル層は、上述したタンデム型太陽電池と同様の工程により形成することができる。第３セル層として、上述と同様の工程により、結晶質シリコンｐ層及び結晶質シリコンｎ層が製膜される。結晶質シリコンゲルマニウムｉ層は、原料ガス：ＳｉＨ４ガス、ＧｅＨ４ガス、Ｈ２ガスを減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下にて製膜される。第３セル層のｐ層の膜厚は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下、ｉ層の膜厚は１μｍ以上３μｍ以下、ｎ層の膜厚は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とされる。各電池層の間に、中間コンタクト層を設けても良い。
各太陽電池で酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚を決定するためには、光電変換層の構成及び光電変換層の材質に応じた量子効率を用いると良い。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
シングル型非晶質シリコン太陽電池について、光学薄膜計算により酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚と透過率との関係を検討した。
計算には、図６に示される重み関数を用いた。図６に示す重み関数は、シングル型非晶質太陽電池セルの量子効率及び太陽光スペクトルから取得した。
透明電極層／酸化チタン層／酸化亜鉛層／非晶質シリコン層の積層構造モデルについて、所定の酸化チタン層及び酸化亜鉛層膜厚での透過率スペクトルを計算した。上記構造モデルでは、各層の光学定数を以下のように設定した。なお、代表波長として５５０ｎｍでの値を用いた。
透明電極層（ＧＺＯ膜）：屈折率１．９、消衰係数０．００１
酸化チタン層：屈折率２．５、消衰係数０．００１
酸化亜鉛層：屈折率１．９、消衰係数０．００１
非晶質シリコン層：屈折率４．４、消衰係数０．３
波長３５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で、波長３５０ｎｍから２０ｎｍ毎での透過率値とその波長での重み関数とを乗じて波長毎の重み付き透過率を算出し、平均透過率を算出した。酸化チタン層０ｎｍ、酸化亜鉛層０ｎｍ（すなわち、酸化チタン層及び酸化亜鉛層を設けない）とした場合の平均透過率を基準として、平均透過率の変化率を算出した。
上記平均透過率の変化率は、種々の酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚の組み合わせについて算出した。
【００４２】
シングル型太陽電池セルについて、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚に対する平均透過率の変化率の分布図を図７に示す。同図において、横軸は酸化チタン層の膜厚、縦軸は酸化亜鉛層の膜厚である。図７から、酸化亜鉛層が薄い領域で透過率が向上することが分かる。透過率が増加した分だけ、太陽電池セルの短絡電流が増大する。例えば、透過率が基準値から８％向上すると、太陽電池セルの短絡電流も基準となる太陽電池セルでの短絡電流に対して８％向上する。図７において、酸化亜鉛層が１ｎｍから２０ｎｍの範囲で、短絡電流（透過率）が８％及び１０％上昇する境界線、及び、最適値をそれぞれ表１に示す。なお、短絡電流上昇率８％及び１０％とは、太陽電池パネルの出力値による品質等級に由来する数値である。通常、太陽電池パネルの品質等級は、離散的な出力値で分類される。短絡電流値の８％または１０％上昇が実現できると、パネルの等級が向上し単価上昇に繋がるため、工業的には有意な上昇幅である。
【表１】
【００４３】
図７の分布図と還元防止効果が得られる酸化亜鉛層の膜厚（１ｎｍ〜２０ｎｍ）とを考慮すると、透過率が向上しつつ酸化亜鉛層の還元防止効果が得られる領域は、短絡電流８％以上の場合は図７の太線で囲まれた領域、短絡電流１０％以上の場合は太破線で囲まれた領域となる。太線または太破線で囲まれた領域内で、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚の組み合わせを選択すれば、透明電極層と光電変換層との間での反射損失を低減して、シングル型太陽電池セルの短絡電流を増大させて出力を高くすることができる。特に、表１に最適値として示した膜厚の組み合わせでは、シングル型太陽電池セルの出力を最も高くすることができる。
【００４４】
（実施例２）
タンデム型太陽電池について、光学薄膜計算により酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚と透過率との関係を検討した。
計算には、図８に示される重み関数を用いた。図８に示す重み関数は、タンデム型太陽電池セル（第１セル層：非晶質シリコン系、第２セル層：結晶質シリコン系）の量子効率及び太陽光スペクトルから取得した。
実施例１と同様にして、積層構造モデルから得た透過スペクトルを用い、波長３５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で平均透過率を算出した。さらに、酸化チタン層０ｎｍ、酸化亜鉛層０ｎｍ（すなわち、酸化チタン層及び酸化亜鉛層を設けない）とした場合の平均透過率を基準として、平均透過率の変化率を算出した。
【００４５】
タンデム型太陽電池セルについて、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚に対する平均透過率の変化率の分布図を図９に示す。同図において、横軸は酸化チタン層の膜厚、縦軸は酸化亜鉛層の膜厚である。図９において、酸化亜鉛層が１ｎｍから２０ｎｍの範囲で短絡電流（透過率）が８％及び１０％上昇する境界線、及び、最適値をそれぞれ表２に示す。
【表２】
【００４６】
図９の分布図と還元防止効果が得られる酸化亜鉛層の膜厚（１ｎｍ〜２０ｎｍ）とを考慮すると、透過率が向上しつつ酸化亜鉛層の還元防止効果が得られる領域は、短絡電流８％以上の場合は図９の太線で囲まれた領域、短絡電流１０％以上の場合は太破線で囲まれた領域となる。太線または太破線で囲まれた領域内で、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚の組み合わせを選択すれば、透明電極層と光電変換層との間での反射損失を低減できる。その結果、タンデム型太陽電池セルの短絡電流を増大させて出力を高くすることができる。特に、表２に最適値として示した膜厚の組合せでは、タンデム型太陽電池セルの出力を最も高くすることができる。
【００４７】
（実施例３）
トリプル型太陽電池について、光学薄膜計算により酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚と透過率との関係を検討した。
計算には、図１０に示される重み関数を用いた。図１０に示す重み関数は、トリプル型太陽電池セル（第１セル層：非晶質シリコン系、第２セル層：結晶質シリコン系、第３セル層：結晶質シリコンゲルマニウム系）の量子効率及び太陽光スペクトルから取得した。
実施例１と同様にして積層構造モデルから得た透過スペクトルを用い、波長３５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で平均透過率を算出した。酸化チタン層０ｎｍ、酸化亜鉛層０ｎｍ（すなわち、酸化チタン層及び酸化亜鉛層を設けない）とした場合の平均透過率を基準として、平均透過率の変化率を算出した。
【００４８】
図１１に、トリプル型結晶質シリコンゲルマニウム太陽電池セルについて、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚に対する平均透過率の変化率の分布図を示す。同図において、横軸は酸化チタン層の膜厚、縦軸は酸化亜鉛層の膜厚である。図１１において、酸化亜鉛層が１ｎｍから２０ｎｍの範囲で、短絡電流（透過率）が８％及び１０％上昇する境界線、及び、最適値をそれぞれ表３に示す。
【表３】
【００４９】
図１１の分布図と還元防止効果が得られる酸化亜鉛層の膜厚（１ｎｍ〜２０ｎｍ）とを考慮すると、透過率が向上しつつ酸化亜鉛層の還元防止効果が得られる領域は、短絡電流８％以上の場合は図１１の太線で囲まれた領域、短絡電流１０％以上の場合は太破線で囲まれた領域となる。太線または太破線で囲まれた領域内で、酸化チタン層及び酸化亜鉛層の膜厚の組み合わせを選択すれば、透明電極層と光電変換層との間での反射損失が低減される。特に、表３に最適値として示した膜厚の組合せでは、トリプル型結晶質シリコンゲルマニウム太陽電池セルの出力を最も高くすることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 基板
２ 透明電極層
３ 光電変換層
４ 裏面電極層
５ 中間コンタクト層
６ 太陽電池モジュール
３１ 非晶質シリコンｐ層
３２ 非晶質シリコンｉ層
３３ 非晶質シリコンｎ層
４１ 結晶質シリコンｐ層
４２ 結晶質シリコンｉ層
４３ 結晶質シリコンｎ層
５１ 酸化チタン層
５２ 酸化亜鉛層
９１ 第１セル層
９２ 第２セル層
１００ 光電変換装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、順に透明電極層と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層と、光電変換層とを形成する光電変換装置の製造方法であって、
入射光のスペクトルと前記光電変換層の量子効率との積である重み関数を算出し、
所定の膜厚の前記酸化チタン層及び前記酸化亜鉛層を透過する光のスペクトルと、前記算出された重み関数とから、前記所定の膜厚の前記酸化チタン層及び前記酸化亜鉛層を透過する光の平均透過率を算出し、
前記算出された平均透過率と、前記酸化チタン層の還元防止効果を考慮した前記酸化亜鉛層の膜厚範囲に基づいて、形成する前記酸化チタン層及び前記酸化亜鉛層の膜厚を決定する光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記酸化亜鉛層の膜厚が、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とされる請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
基板上に、順に透明電極層と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層と、１つの電池層からなる光電変換層とを備える光電変換装置であって、
前記酸化チタン層の膜厚が、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍのときに２０ｎｍ以上７７ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が３ｎｍのときに１９ｎｍ以上７３ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が５ｎｍのときに１７ｎｍ以上６９ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１０ｎｍのときに１５ｎｍ以上５８ｎｍ以下、及び
前記酸化亜鉛層の膜厚が２０ｎｍのときに１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下
で表される領域の範囲内である光電変換装置。
【請求項４】
基板上に、順に透明電極層と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層と、２つの電池層を積層させた光電変換層とを備える光電変換装置であって、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、
前記酸化チタン層の膜厚が、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍのときに２８ｎｍ以上８７ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が３ｎｍのときに２６ｎｍ以上８２ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が５ｎｍのときに２５ｎｍ以上７７ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１０ｎｍのときに２２ｎｍ以上６５ｎｍ以下、及び
前記酸化亜鉛層の膜厚が２０ｎｍのときに２２ｎｍ以上３９ｎｍ以下
で表される領域の範囲内である光電変換装置。
【請求項５】
基板上に、順に透明電極層と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層と、３つの電池層を積層させた光電変換層とを備える光電変換装置であって、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、
前記酸化チタン層の膜厚が、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍのときに３２ｎｍ以上８９ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が３ｎｍのときに３０ｎｍ以上８５ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が５ｎｍのときに２８ｎｍ以上８０ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１０ｎｍのときに２５ｎｍ以上６９ｎｍ以下、及び
前記酸化亜鉛層の膜厚が２０ｎｍのときに２５ｎｍ以上４４ｎｍ以下
で表される領域の範囲内である光電変換装置。
【請求項１】
基板上に、順に透明電極層と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層と、光電変換層とを形成する光電変換装置の製造方法であって、
入射光のスペクトルと前記光電変換層の量子効率との積である重み関数を算出し、
所定の膜厚の前記酸化チタン層及び前記酸化亜鉛層を透過する光のスペクトルと、前記算出された重み関数とから、前記所定の膜厚の前記酸化チタン層及び前記酸化亜鉛層を透過する光の平均透過率を算出し、
前記算出された平均透過率と、前記酸化チタン層の還元防止効果を考慮した前記酸化亜鉛層の膜厚範囲に基づいて、形成する前記酸化チタン層及び前記酸化亜鉛層の膜厚を決定する光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記酸化亜鉛層の膜厚が、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とされる請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
基板上に、順に透明電極層と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層と、１つの電池層からなる光電変換層とを備える光電変換装置であって、
前記酸化チタン層の膜厚が、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍのときに２０ｎｍ以上７７ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が３ｎｍのときに１９ｎｍ以上７３ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が５ｎｍのときに１７ｎｍ以上６９ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１０ｎｍのときに１５ｎｍ以上５８ｎｍ以下、及び
前記酸化亜鉛層の膜厚が２０ｎｍのときに１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下
で表される領域の範囲内である光電変換装置。
【請求項４】
基板上に、順に透明電極層と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層と、２つの電池層を積層させた光電変換層とを備える光電変換装置であって、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、
前記酸化チタン層の膜厚が、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍのときに２８ｎｍ以上８７ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が３ｎｍのときに２６ｎｍ以上８２ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が５ｎｍのときに２５ｎｍ以上７７ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１０ｎｍのときに２２ｎｍ以上６５ｎｍ以下、及び
前記酸化亜鉛層の膜厚が２０ｎｍのときに２２ｎｍ以上３９ｎｍ以下
で表される領域の範囲内である光電変換装置。
【請求項５】
基板上に、順に透明電極層と、酸化チタンを主に含む酸化チタン層と、酸化亜鉛を主に含む酸化亜鉛層と、３つの電池層を積層させた光電変換層とを備える光電変換装置であって、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、
前記酸化チタン層の膜厚が、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１ｎｍのときに３２ｎｍ以上８９ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が３ｎｍのときに３０ｎｍ以上８５ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が５ｎｍのときに２８ｎｍ以上８０ｎｍ以下、
前記酸化亜鉛層の膜厚が１０ｎｍのときに２５ｎｍ以上６９ｎｍ以下、及び
前記酸化亜鉛層の膜厚が２０ｎｍのときに２５ｎｍ以上４４ｎｍ以下
で表される領域の範囲内である光電変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−６１１２４（Ｐ２０１１−６１１２４Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１１５１９（Ｐ２００９−２１１５１９）
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 新エネルギー技術総合開発 太陽光発電システム未来技術研究開発 高電流型高効率薄膜シリコン太陽電池の研究開発（トップセルおよびミドルセル）委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 新エネルギー技術総合開発 太陽光発電システム未来技術研究開発 高電流型高効率薄膜シリコン太陽電池の研究開発（トップセルおよびミドルセル）委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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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