光電変換装置の製造方法
【課題】大面積基板上に結晶質シリコン光電変換層を製膜する場合でも、製膜中の基板温度の上昇を抑制し、発電効率の高い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】ｐ層、ｎ層、及び結晶質シリコンｉ層を含む光電変換層をプラズマを用いて製膜する真空処理装置によって、基板１上に予め製膜されたｐ層またはｎ層上に結晶質シリコンｉ層を製膜するｉ層製膜工程を有する光電変換装置の製造方法であって、真空処理装置が、基板を加熱する基板テーブル２０４と、プラズマを形成するための放電電極２０３とを備え、ｉ層製膜工程は、基板テーブル又は放電電極の少なくとも一方の設定温度プロファイルが、基板１を真空処理装置内に導入した時の基板導入時設定温度と、真空処理装置内でプラズマを消灯した時の製膜終了時設定温度とを含み、製膜終了時設定温度が基板導入時設定温度よりも低くなるように制御する工程を含む光電変換装置の製造方法。
【解決手段】ｐ層、ｎ層、及び結晶質シリコンｉ層を含む光電変換層をプラズマを用いて製膜する真空処理装置によって、基板１上に予め製膜されたｐ層またはｎ層上に結晶質シリコンｉ層を製膜するｉ層製膜工程を有する光電変換装置の製造方法であって、真空処理装置が、基板を加熱する基板テーブル２０４と、プラズマを形成するための放電電極２０３とを備え、ｉ層製膜工程は、基板テーブル又は放電電極の少なくとも一方の設定温度プロファイルが、基板１を真空処理装置内に導入した時の基板導入時設定温度と、真空処理装置内でプラズマを消灯した時の製膜終了時設定温度とを含み、製膜終了時設定温度が基板導入時設定温度よりも低くなるように制御する工程を含む光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理装置を用いた光電変換装置の製造方法に関し、特にプラズマを用いて（製膜済の）基板に処理を行う真空処理装置を用いた光電変換装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を受光して電力に変換する光電変換装置として、発電層（光電変換層）に薄膜シリコン系の層を積層させた薄膜系太陽電池が知られている。薄膜系太陽電池は、一般に、基板上に、透明電極層、シリコン系半導体層（光電変換層）、及び裏面電極層を順次積層して構成される。光電変換層は、ドーパントを添加された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される。薄膜シリコン系太陽電池では、例えば、非晶質シリコンからなるｉ層（非晶質シリコンｉ層）を含む光電変換層と、結晶質シリコンからなるｉ層（結晶質シリコンｉ層）を含む光電変換層とが積層されたタンデム型太陽電池として、変換効率の向上が図られている。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２は、プラズマＣＶＤ法を用いて製膜した結晶質ｉ層を備えた光電変換装置の製造方法について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０８０９３号公報
【特許文献２】特開２００２−２４６６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
薄膜シリコン系太陽電池の変換効率を向上させるためには、結晶質シリコン光電変換層、特に結晶質シリコンｉ層の膜質（結晶粒子径、結晶化率等）を向上させることが必要不可欠とされている。そのためには、製膜温度を適正な範囲にすることが有効である。
【０００６】
従来、製膜温度は、基板を加熱する温度を設定することによって管理されており、実際の基板温度を反映したものではなかった。そのため、プラズマＣＶＤ法を用いて製膜した場合、基板テーブルの温度を一定値に設定しても、プラズマによる入熱などの影響で基板に温度変化が生じていた。小面積の基板を用いた場合、基板に対しての基板テーブルや放電電極の熱容量が相対的に大きいため、製膜中の基板温度変化は小さい。したがって、電池性能への影響もほとんどないことから、上述の基板温度変化は許容可能な適正範囲として扱っていた。一方、大面積の基板（面積１ｍ２以上）を用いた場合や、高速製膜のために高いパワーを印加した場合には、基板面内での温度分布が生じたり、製膜開始から製膜終了までに基板温度が大きく上昇したりして、膜質や膜厚分布に影響を与えるという問題が生じていた。特に、結晶質シリコンｉ層は、他の層（ｐ層、ｎ層）に比べて厚く、長い製膜時間を要するため、基板温度変化の影響を受けやすい。
【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、大面積であっても高い発電効率を有する光電変換装置を、真空処理装置を用いて製造する方法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、本発明は、ｐ層、ｎ層、及び結晶質シリコンｉ層を含む光電変換層をプラズマを用いて製膜する真空処理装置によって、基板上に予め製膜されたｐ層またはｎ層上に結晶質シリコンｉ層を製膜するｉ層製膜工程を有する光電変換装置の製造方法であって、前記真空処理装置が、基板を加熱または冷却する基板テーブルと、プラズマを形成するための放電電極とを備え、前記ｉ層製膜工程は、前記基板テーブル又は前記放電電極の少なくとも一方の設定温度プロファイルが、前記基板を前記真空処理装置内に導入したときの基板導入時設定温度と、前記真空処理装置内でプラズマを消灯したときまたは高周波電圧印加を終了した時の製膜終了時設定温度とを含み、前記製膜終了時設定温度が前記基板導入時設定温度よりも低くなるように制御する工程を含む光電変換装置の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明において、「基板温度」とは、基板を加熱する温度ではなく、基板自身の温度を意味する。「設定温度」とは、基板温度を目標温度に制御するために設定される温度を意味し、例えば、基板テーブル(基板テーブルと一体構造の均熱板をも含む)や放電電極に供給される熱媒体の温度を設定するアナログ値を意味する。
【００１０】
本発明によれば、結晶質シリコンｉ層を含む光電変換層を製膜する際に、製膜終了時設定温度を基板導入時設定温度よりも低くする。これによって、製膜時の基板温度をあまり上昇させずに所望の温度とすることができる。製膜時の基板温度が高くなりすぎると、光電変換層のｐ／ｉ界面及び／またはｉ／ｎ界面、或いは、ｎ／ｉ界面及び／またはｉ／ｐ界面で、光電変換層中のドーパントの拡散が進み、ｉ層中のドーパントが欠陥となって、発電効率が低下する。また、基板温度が高くなりすぎると、結晶化率が高くなり、結晶粒径も大きくなる。適正値よりも結晶化率が増大して、結晶粒径が数百ｎｍより大きくなると、結晶粒界の緩和が十分に進まず、結晶粒界に未結合手等の欠陥が生じる。この欠陥が電子や正孔の再結合中心として働き、その結果、結晶質半導体の特性が低下する。本発明によれば、プラズマなどからの入熱による基板温度の上昇を抑制し、上記のような粒界欠陥を低減させることができる。
一方、製膜初期の基板温度は、ある程度高温にすることにより、ｐ／ｉ界面活性又はｎ／ｉ界面活性が高くなるため、結晶質シリコン光電変換層の発電効率が向上する。
【００１１】
上記発明においては、前記設定温度プロファイルが、前記真空処理装置内でプラズマを点灯した時または高周波電圧を印加した時の製膜開始時設定温度を含み、前記製膜終了時設定温度が、前記製膜開始時設定温度よりも低くなるように制御することが好ましい。製膜終了時設定温度を製膜開始時設定温度よりも低くすることで、プラズマなどからの入熱による製膜中の基板温度の上昇を抑制し、上記のような粒界欠陥を低減させることができる。
【００１２】
上記発明においては、前記設定温度プロファイルが、少なくとも前記基板テーブルから前記基板への熱流束と、前記基板から前記放電電極への熱流束と、前記放電電極から放電されたプラズマから基板への熱流束とを含む前記真空処理装置内における熱バランスに基づいて制御されることが好ましい。このような熱バランスに基づいて設定温度プロファイルが制御されるので、基板面上の温度を正確に決定することができる。これによって、製膜中の基板温度が上昇しすぎるのを防止することができる。
【００１３】
上記発明においては、前記真空処理装置内でプラズマを消灯したときの基板温度が、前記真空処理装置内でプラズマを点灯した時の基板温度に対して＋１０℃以下―３０℃以上であることが好ましく、−１０℃以下−２０℃以上であることがより好ましい。こうすることで、光電変換層でのドーパントの拡散を抑制し、結晶質シリコンｉ層の膜質（結晶粒子径、結晶化率等）の低下も防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、結晶質シリコン光電変換層の製膜終了時設定温度が、基板導入時、及び製膜開始時設定温度よりも低くなるように、真空処理装置内の温度プロファイルを制御することとしたので、例えば面積が１ｍ２を超える大面積基板上に結晶質シリコン光電変換層を製膜した場合でも、製膜中の基板温度が上昇しすぎるのを防止し、発電効率の高い光電変換装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成を表す概略図である。
【図２】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】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】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】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】光電変換装置の製造方法に用いる真空処理装置（プラズマＣＶＤ装置）の構成の一部を示す部分断面図である。
【図７】結晶質シリコンｉ層製膜時の熱バランスモデルである。
【図８】ＲＦパワー密度を変化させた時の基板テーブル設定温度と製膜終了直後との基板温度との関係を示すグラフである。
【図９】製膜時間によるＲＦパワー密度と製膜終了直後の基板温度上昇との関係を示すグラフである。
【図１０】実施例１に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示すグラフである。図１０（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒設定温度プロファイル、図１０（ｂ）は基板テーブルと放電電極の実測温度プロファイル、及び、基板の計算温度プロファイルである。
【図１１】実施例２に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示すグラフである。図１１（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒設定温度プロファイル、図１１（ｂ）は基板テーブルと放電電極の実測温度プロファイル、及び、基板の計算温度プロファイルである。
【図１２】実施例３に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示すグラフである。図１２（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒設定温度プロファイル、図１２（ｂ）は基板テーブルと放電電極の実測温度プロファイル、及び、基板の計算温度プロファイルである。
【図１３】実施例４に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示すグラフである。図１３（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒設定温度プロファイル、図１３（ｂ）は基板テーブルと放電電極の実測温度プロファイル、及び、基板の計算温度プロファイルである。
【図１４】比較例２に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示すグラフである。図１４（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒設定温度プロファイル、図１４（ｂ）は基板テーブルと放電電極の実測温度プロファイル、及び、基板の計算温度プロファイルである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の光電変換装置の製造方法により製造され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、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から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、透明導電膜の表面には、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、透明導電膜に加えて、基板１と透明導電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から１５０ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。
【００２０】
（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、透明導電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、透明導電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。
【００２１】
（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。
【００２２】
次に、第１セル層９１または中間コンタクト層５の上に、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をプラズマＣＶＤ装置を用いて、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。
【００２３】
図６は、本実施形態の光電変換層の製膜に用いる真空処理装置２０１の構成の一部を示す部分断面図である。真空処理装置２０１は、製膜室２０２と、高周波電源２０５と、製膜室２０２に収容され高周波電源２０５と接続された放電電極２０３とを有する。放電電極２０３に対向するように基板テーブル２０４が配置されており、半導体膜が蒸着される被処理体としての基板１は、基板テーブル２０４上に保持される。基板テーブル２０４は、一方の面が均熱板（図示されず）の表面に密接し、製膜時に他方の面が基板１の表面と密接する。均熱板は、その内部に温度制御された熱媒体が循環するようになっている。または、均熱板に温度制御されたヒーターを組み込むことで、自身の温度を概ね均一な温度となるように制御して、接触している基板テーブル２０４の温度を所定温度に均一化する機能を有するようにしてもよい。ガス排気管２０７は、製膜室２０２の所定の場所に設置されている。反応ガス２０８は、ガス供給源（図示されず）からガス供給孔２０６を通して製膜室２０２に導入される。反応ガス２０８としては、シラン（ＳｉＨ４）ガスが例示される。図示されていない真空ポンプは、ガス排気管２０７を通してガスを排気し、製膜室２０２内の圧力を調整する。
【００２４】
基板テーブル２０４は、基板１を保持可能な保持手段（図示されず）を有する非磁性材料の導電性の板である。セルフクリーニングを行う場合は耐フッ素ラジカル性からニッケル合金やアルミやアルミ合金の使用が望ましい。
熱媒体は、非導電性媒体であり、水素やヘリウムなどの高熱伝導性ガス、フッ素系不活性液体、不活性オイル、及び純水等が使用でき、中でも１５０℃から２５０℃の範囲でも圧力が上がらずに制御が容易であることから、フッ素系不活性液体（例えば商品名：ガルデン、Ｆ０５など）の使用が好適である。
基板テーブル２０４及び基板１は、基板搬入搬出時は基板移動が可能なよう放電電極２０３との距離は広がっているのに対し、製膜時はこれら基板テーブル２０４及び基板１を放電電極２０３へ近づける。それにより、基板１と放電電極２０３との距離ｄを製膜に適した値、例えば、３ｍｍから１０ｍｍとすることができる。
【００２５】
放電電極２０３の温度調節は以下のように行われる。放電電極２０３へ高周波電力を供給する高周波給電伝送路（図示されず）は、例えば、その円管内に細管を設置し、この細管内に熱媒体を通す構造となっている。高周波電力は、その円管の周辺部を用いて電力を給電するようになっている。このような構成を用いて、放電電極２０３の各給電点（図示されず）側へ熱媒体を供給し、放電電極２０３の各給電点から熱媒体温度制御装置へ熱媒体を送出する。熱媒体の温度を熱媒体温度制御装置で制御することで、放電電極２０３の全体の温度を所望の温度に制御して製膜室２０２内のヒートバランスを適切に保つことができる。これにより、基板１の表裏温度差にともなうソリ変形を抑制することができる。
【００２６】
ガス供給孔２０６からシランガスが反応ガス２０８として製膜室２０２に導入される。高周波電源２０５を用い放電電極２０３に高周波電圧（ＲＦ）を印加することによって、放電電極２０３と基板１との間の領域にプラズマ２０９が点灯される。
【００２７】
第２セル層の製膜は、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下で行う。
【００２８】
微結晶シリコンを主とする結晶質シリコンｉ層膜をプラズマＣＶＤ法で形成するにあたり、放電電極２０３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。
【００２９】
結晶質シリコンi層を製膜する際の基板温度は、上記工程で製膜を開始する（プラズマ点灯）ときの温度を１７０℃から１９０℃に、製膜終了(プラズマ消灯)時の温度を１５０℃から１７０℃にする。
上記基板温度の制御は、結晶質シリコンｉ層を製膜する際の基板テーブル２０４と放電電極２０３の設定温度プロファイルにより行う。上記工程で結晶質シリコンｐ層４１まで製膜した基板１をｉ層製膜室に導入した時の基板導入時設定温度と、プラズマ消灯、又はＲＦ印加を終了した時の製膜終了時設定温度において、基板導入時設定温度は最も高い温度とし、製膜終了時設定温度は、基板導入時設定温度よりも低く設定することが好ましい。基板テーブルの設定温度として、基板導入時設定温度は２００℃から２２０℃、製膜終了時設定温度は、１４０℃から１９０℃に設定する。放電電極の設定温度として、基板導入時設定温度は１３０℃から１５０℃、製膜終了時設定温度は、８０℃から１２０℃に設定する。基板導入時設定温度から製膜終了時設定温度への設定変更は、基板導入直後からでも、プラズマ点灯時からでも良い。各温度の遷移は、段階的であってよく、傾斜変化であってもよい。製膜終了時設定温度への遷移は、プラズマ消灯前に終了していてもよい。
なお、基板テーブル設定温度と放電電極の設定温度は、真空処理装置の容積、熱容量、基板面積等で決まるものであり、本実施形態の真空処理装置では該値に設定したが、真空処理装置により基板温度の設定温度である所定値が変わることは言うまでもない。本発明は、基板温度が所定値となるように基板テーブルの設定温度、放電電極の設定温度を制御することにある。
【００３０】
上記の設定温度プロファイルは、プラズマＣＶＤ装置のｉ層製膜室内での製膜中の熱バランスに基づいて制御することが好ましい。図７に、本実施形態における結晶質シリコンｉ層製膜時の熱バランスモデルを示す。本実施形態において、熱媒体温度の設定温度プロファイルは、基板テーブル２０４から基板１への熱流束Ｑ１と、基板１から放電電極２０３への熱流束Ｑ２と、放電電極２０３から放電されたプラズマから基板１への熱流束Ｑｐとを含む熱バランスに基づいて制御する。このような熱バランスに基づいて設定温度プロファイルが制御されるので、基板面上の温度を正確に決定することができる。これによって、製膜中に基板温度が上昇することを防止し、結晶質シリコンｉ層の膜質を向上させることができる。
【００３１】
本実施形態における熱バランスは以下の式を用いて算出する。
Ｑ１／Ｓ＝α１×（Ｔｔ−Ｔｓ）・・・（１）
Ｑ２／Ｓ＝α２×（Ｔｓ−Ｔｄ）・・・（２）
Ｑ＝Ｑ１−Ｑ２＋Ｑｐ ・・・（３）
ｇ＝Ｑ／ｃ／ρ ・・・（４）
Ｑ１は基板テーブルから基板への熱流束、Ｑ２は基板から放電電極への熱流束、Ｑｐはプラズマから基板への熱流束、α１、α２は熱伝達係数、Ｓは基板面積、Ｔｔは基板テーブル温度（実測値）、Ｔｓは基板温度（実測値）、Ｔｄは放電電極温度（実測値）、ｇは単位時間当たりの上昇温度（℃）、ｃは基板の比熱、ρは基板の密度とする。
【００３２】
具体的には、式（１）〜（３）を用いて、基板テーブル２０４と放電電極２０３の実測温度（Ｔｔ、Ｔｄ）、及び、製膜開始（プラズマ点灯）直前と製膜終了（プラズマ消灯）直後の基板の実測温度Ｔｓから、熱流束Qを算出する。
なお、Ｑｐは、基板テーブルから基板への熱流束Ｑ１と、基板から放電電極への熱流束Ｑ２と、プラズマから基板への熱流束Ｑｐが平衡となっているときの各実測温度（Ｔｔ、Ｔｓ、Ｔｄ）を用いて、式（１）〜（４）から算出する。基板テーブル温度は、例えば、基板テーブル２０４の厚さ方向の中央に設置した熱電対によって計測する。放電電極温度は、例えば、放電電極２０３の内部に設置した熱電対によって計測する。基板温度は、製膜開始直前、及び製膜終了直後に、例えば、放射温度計にて計測する。
ここで得られた熱流束を式（４）に代入し、単位時間あたりの基板の温度変化を算出して、上記の基板実測温度に内挿し、基板温度プロファイルを得る。
【００３３】
製膜中の基板温度プロファイルは、製膜終了時の基板温度が製膜開始時の基板温度に対して＋１０℃から−３０℃の範囲となることが好ましい。上記温度プロファイルとなるように、基板テーブル２０４及び放電電極２０３の熱媒体温度を設定し、製膜温度を制御する。
【００３４】
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。
【００３５】
（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、接続溝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。
【００３６】
（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。
【００３７】
（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。
【００３８】
（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し易い影響を除去する。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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の同様に使用できるものがある。
【００４１】
（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から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。
【００４２】
（１０）図４（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Ｃｕ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。Ｃｕ箔は、各部との短絡を防止するためにＣｕ箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用Ｃｕ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から１６０℃でプレスしながら、ＥＶＡを架橋させて密着させる。
【００４３】
（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）
Ｃｕ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。
【００４４】
上記実施形態では太陽電池として、タンデム型太陽電池を用いたもの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、シングル型結晶質シリコン太陽電池、単層アモルファスシリコン太陽電池と結晶質シリコン太陽電池やシリコンゲルマニウム太陽電池とを各１から複数層に積層させた多接合型（トリプル型）太陽電池のような他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。
更に本発明は、金属基板などのような非透光性基板上に製造された、基板とは反対の側から光が入射するタイプの太陽電池にも同様に適用可能である。
【００４５】
以下に、結晶質シリコンｉ層を製膜する際の温度プロファイルの決定根拠を説明する。
（ＲＦパワー密度）
実施形態に従って透明電極層及び結晶質シリコン光電変換ｐ層を製膜したガラス基板（１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．５ｍｍから４．５ｍｍ、以下基板と略称する）上に、微結晶シリコンを主とした結晶質シリコンｉ層を以下の条件でプラズマＣＶＤ装置にて製膜した。各層の膜厚は、透明電極層（７３０ｎｍ：酸化錫膜７００ｎｍ＋酸化亜鉛膜３０ｎｍ）、結晶質シリコンｐ層（Ｂドープ微結晶シリコン）：２５ｎｍとした。
【００４６】
基板を１９０℃に予熱した後、ｉ層製膜室に導入した。導入後３０秒以内に０．０１Ｐａ以下まで真空排気し、ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを圧力２１００Ｐａまで導入した。該圧力になった後、調整を完了して、製膜を開始（ＲＦを印加）した。ＲＦパワー密度：０．５Ｗ／ｃｍ２、１．０Ｗ／ｃｍ２、１．５Ｗ／ｃｍ２、基板テーブル設定温度：１５０℃、１７０℃、１９０℃、２１０℃、製膜時間：６００秒とした。なお、ＲＦパワー密度は、入力値と反射値が等しいものとして考える。製膜開始直前の基板温度は、ビューポートから放射温度計にて計測し、１８０℃とした。
【００４７】
図８に、ＲＦパワー密度を変化させた時の基板テーブル設定温度と製膜終了直後の基板温度との関係を示す。同図において、横軸は基板テーブル設定温度、縦軸は製膜終了直後の基板温度である。いずれのＲＦパワー密度においても、基板テーブル設定温度を上げると、製膜終了時（直後）の基板温度は上昇した。また、基板テーブル設定温度が同じ場合、印加するＲＦパワー密度の増加に伴い、製膜中の基板温度も上昇した。
【００４８】
（熱バランス）
上記ＲＦパワー密度の検討と同様の結晶質シリコンｐ層まで製膜済みガラス基板を用いて、その上に結晶質シリコンｉ層を製膜した。製膜条件は、製膜時間：１２０秒、２４０秒、６００秒、ＲＦパワー密度：０．５Ｗ／ｃｍ２、１．０Ｗ／ｃｍ２、１．５Ｗ／ｃｍ２とした。製膜開始（ＲＦ印加）時の基板テーブル設定温度は２１０℃とし、製膜終了時まで一定とした。前述の製膜時間及び基板テーブル設定温度以外の製膜条件は、ＲＦパワー密度の検討時と同様とした。結晶質シリコンｉ層製膜開始直前の基板温度を１８０℃とし、製膜終了直後の基板温度を計測した。基板温度は、基板を製膜室から搬送室に移動する際にビューポートから放射温度計を用いて計測した。
【００４９】
図９に、製膜時間を変化させた時のＲＦパワー密度と製膜終了直後の基板温度上昇の関係を示す。同図において、横軸はＲＦパワー密度、縦軸は製膜開始時に対する製膜終了直後の温度上昇幅である。印加するＲＦパワー密度が増大するにともない、基板温度上昇幅も増加した。いずれのＲＦパワー密度を印加した場合においても、製膜時間が１２０秒のとき温度上昇は飽和に近づき、製膜時間が２４０秒を超えると、それ以上基板温度は上昇しなかった。上記結果によれば、製膜時間が２４０秒を超えると、プラズマから基板への熱流束と、基板テーブルから基板への熱流束と、基板から放電電極への熱流束とが平衡となる。すなわち、製膜中の基板温度の上昇を防止するためには、製膜開始後すぐ、遅くとも１２０秒後までに基板温度を低温に制御する必要があることがわかった。
【００５０】
（設定温度と基板温度との関係）
実施形態に従って、シングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。各層の膜厚は、透明電極層：７３０ｎｍ、結晶質シリコンｐ層：２５ｎｍ、結晶質シリコンｉ層：２μｍ、結晶質シリコンｎ層：２５ｎｍ、裏面電極層：４００ｎｍとした。透明電極層は酸化錫膜、裏面電極層は酸化亜鉛膜および銀膜とした。
【００５１】
ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを主原料とし、減圧環境下、ＲＦパワー密度：０．５Ｗ／ｃｍ２、１．０Ｗ／ｃｍ２、１．５Ｗ／ｃｍ２としたとき、膜厚が２μｍとなるよう製膜時間を１５００秒、８００秒、５６０秒として製膜した。
【００５２】
製膜中の温度プロファイルを説明する。製膜開始時（直前）の基板温度は１８０℃、基板テーブル設定温度は２１０℃、放電電極設定温度は１４０℃とした。基板温度は、ビューポートから放射温度計を用いて計測し、各設定温度は入力値とした。製膜終了時（直後）に、基板が所望の温度となるように、基板テーブル設定温度及び放電電極設定温度を適宜変更した。
【００５３】
結晶質シリコンｉ層を製膜後、結晶質シリコンｎ層、裏面電極層を実施形態に従い製膜し、シングル型結晶質シリコン太陽電池セルとして、発電効率を計測した。
【００５４】
表１に、結晶質シリコンｉ層の製膜条件と、太陽電池セルとしたときの発電効率を示す。
【表１】
【００５５】
いずれのＲＦパワー密度においても、製膜終了時の基板温度が１５０℃から１９０℃であったとき、発電効率が８．０％以上となった。製膜終了時の基板温度が１６０℃から１７０℃のときには、８．３％以上となり発電効率が更に向上した。上記結果によれば、製膜終了時の基板温度を製膜開始時程度に維持すると、高い発電効率が得られる。更に、製膜終了時の基板温度を製膜開始時よりも低下させると、より発電性能が向上する。
【００５６】
結晶質シリコンｉ層製膜時の基板テーブル及び放電電極の設定温度と実測温度、及び、基板温度との関係を確認した。基板テーブルと放電電極の設定温度は、基板導入時の温度を基板導入時設定温度、プラズマ点灯またはＲＦ印加時の温度を製膜開始時設定温度、プラズマ消灯時またはＲＦ印加終了時の温度を製膜終了時設定温度とする。
【００５７】
（実施例１）
大面積（１．４ｍ×１．１ｍ×板厚３．５ｍｍから４．５ｍｍ）のガラス基板を用いて、シングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。各層の膜厚は、透明電極層：７３０ｎｍ、結晶質シリコンｐ層：２５ｎｍ、結晶質シリコンｉ層：２μｍ、結晶質シリコンｎ層：２５ｎｍ、裏面電極層（酸化亜鉛膜及び銀膜）：４００ｎｍとした。
【００５８】
結晶質シリコンｉ層の製膜条件を以下で説明する。
透明電極層及び結晶質シリコン光電変換ｐ層を製膜した基板（以下、基板と略称する）を１９０℃に予熱した後、ｉ層製膜室に導入した。導入後３０秒以内に０．０１Ｐａ以下まで真空排気し、ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを圧力２１００Ｐａまで導入した。該圧力になった後、調整を完了して、製膜を開始（ＲＦを印加）した。ＲＦパワー密度は１．０Ｗ／ｃｍ２、製膜時間は６００秒とした。
【００５９】
図１０に、実施例１に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示す。図１０（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒体設定温度プロファイルである。同図において、縦軸は設定温度、横軸はプラズマ点灯（ＲＦ印加）からの時間を表す。図１０（ａ）に示すプロファイルのように、基板テーブルと放電電極の設定温度は、基板導入時設定温度から製膜開始時設定温度まで一定に温度を維持させ、製膜開始直後に、製膜開始時設定温度から製膜終了時設定温度に段階的に遷移させ、その後、製膜終了時まで一定に維持させた。基板テーブルと放電電極の基板導入時設定温度は、それぞれ２１０℃及び１４０℃とし、製膜開始時設定温度は、基板導入時設定温度と同じとした。基板テーブルと放電電極の製膜終了時設定温度は、それぞれ１７５℃及び１１０℃とした。
【００６０】
（実施例２）
実施例１では、製膜開始直後に製膜開始時設定温度を製膜終了時設定温度へと段階的に遷移させた。実施例２では、製膜開始時設定温度から製膜終了時設定温度までの遷移段階に勾配をつけて緩やかに温度変化させた。前述の条件以外は実施例１と同じ工程でシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
図１１に、実施例２に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示す。図１１（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒体設定温度プロファイルである。同図において、縦軸は設定温度、横軸はプラズマ点灯（ＲＦ印加）からの時間を表す。図１１（ａ）に示すプロファイルのように、基板テーブルと放電電極の設定温度は、基板導入時設定温度から製膜開始時設定温度まで一定に温度を維持させ、製膜開始直後に、製膜開始時設定温度から勾配をつけて緩やかに遷移させ、製膜開始後３００秒で製膜終了時設定温度に到達するようにし、その後、製膜終了時まで一定に維持させた。
基板テーブルと放電電極の基板導入時設定温度は、それぞれ２１０℃及び１４０℃とし、製膜開始時設定温度は、基板導入時設定温度と同じとした。基板テーブルと放電電極の製膜終了時設定温度は、それぞれ１７５℃及び１１０℃とした。
【００６１】
（実施例３）
実施例２では、製膜開始直後に設定温度を低下させた。実施例３では、基板導入直後から設定温度を低下させた。基板導入時設定温度から製膜開始時設定温度までの遷移段階に勾配をつけて、緩やかに温度変化させ、前述の条件以外は実施例２と同じ工程でシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
図１２に、実施例３に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示す。図１２（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒体設定温度プロファイルである。同図において、縦軸は設定温度、横軸はプラズマ点灯（ＲＦ印加）からの時間を表す。図１２（ａ）に示すプロファイルのように、基板テーブルと放電電極の設定温度は、基板導入直後に基板導入時設定温度から勾配をつけて緩やかに遷移させ、製膜開始後３００秒で製膜終了時設定温度に到達するようにし、その後、製膜終了時まで一定に維持させた。
基板テーブルと放電電極の基板導入時設定温度は、それぞれ２１０℃及び１４０℃とした。基板テーブルと放電電極の製膜終了時設定温度は、それぞれ１７５℃及び１１０℃とした。製膜開始時設定温度は、基板導入時設定温度から製膜終了時設定温度への遷移過程に含まれる。
【００６２】
（実施例４）
実施例４では、実施例３の製膜終了時設定温度を更に低下させた。それ以外の条件は実施例３と同じ工程でシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
図１３に実施例４に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示す。図１３（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒体設定温度プロファイルである。同図において、縦軸は設定温度、横軸はプラズマ点灯（ＲＦ印加）からの時間を表す。図１３（ａ）に示すプロファイルのように、基板テーブルと放電電極の設定温度は、基板導入直後に基板導入時設定温度から勾配をつけて緩やかに遷移させ、製膜開始後３００秒で製膜終了時設定温度に到達するようにし、その後、製膜終了時まで一定に維持させた。
基板テーブルと放電電極の基板導入時設定温度は、それぞれ２１０℃及び１４０℃とした。基板テーブルと放電電極の製膜終了時設定温度は、それぞれ１４５℃及び１００℃とした。製膜開始時設定温度は、基板導入時設定温度から製膜終了時設定温度への遷移過程に含まれる。
【００６３】
（比較例１）
比較例１のみ、小面積（５ｃｍ×５ｃｍ×板厚３．５ｍｍから４．５ｍｍ）のガラス基板を用いて、結晶質シリコン光電変換層を備えた結晶質シリコン光電変換層を備えたシングル太陽電池セルを作製した。結晶質シリコンｉ層の製膜は、プラズマＣＶＤ装置（要素試験用）を用いて行った。各層の膜厚は、透明電極層：７３０ｎｍ、結晶質シリコンｐ層：２５ｎｍ、結晶質シリコンｉ層：２μｍ、結晶質シリコンｎ層：２５ｎｍ、裏面電極層（酸化亜鉛膜及び銀膜）：４００ｎｍとした。
【００６４】
結晶質シリコンｉ層の製膜条件を以下で説明する。
透明電極層及び結晶質シリコン光電変換ｐ層を製膜した基板（以下、基板と略称する）を１９０℃に予熱した後、ｉ層製膜室に導入した。導入後３０秒以内に０．０１Ｐａ以下まで真空排気し、ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを圧力２１００Ｐａまで導入した。該圧力になった後、調整を完了して、製膜を開始（ＲＦを印加）した。ＲＦパワー密度は１．０Ｗ／ｃｍ２、製膜時間は６００秒、基板ホルダー温度は１８０℃とし、製膜終了時まで一定値を維持させた。
【００６５】
（比較例２）
図１４に比較例２に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示す。図１４（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒体設定温度プロファイルである。同図において、縦軸は設定温度、横軸はプラズマ点灯（ＲＦ印加）からの時間を表す。図１４（ａ）に示すプロファイルのように、基板テーブルと放電電極の設定温度は、それぞれ２１０℃及び１４０℃とし、製膜終了時まで一定値を維持させた。それ以外の条件は実施例１と同じ工程でシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
【００６６】
（比較例３）
比較例３では、基板テーブルと放電電極の設定温度を、それぞれ１９５℃及び１２５℃とし、製膜終了時まで一定値を維持させた。それ以外の条件は実施例１と同じ工程でシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
【００６７】
（比較例４）
比較例４では、基板テーブルと放電電極の設定温度を、それぞれ１７５℃及び１１０℃とし、製膜終了時まで一定値を維持させた。それ以外の条件は実施例１と同じ工程でシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
【００６８】
結晶質シリコンｉ層の製膜開始直前と製膜終了直後の基板温度、基板をｉ層製膜室に導入する前からプラズマ消灯までの間の基板テーブルと放電電極の実温度、及び、シングル型結晶質シリコン太陽電池セルとしたときの発電効率を計測した（実施例１〜４及び比較例１〜４）。基板温度は、プラズマ点灯直前、及びプラズマ消灯直後にビューポートから放射温度計で計測した。基板テーブル温度は、基板テーブルの厚さ方向の中央に設置した熱電対によって計測した。放電電極温度は、放電電極の内部に設置した熱電対によって計測した。計測した基板テーブル温度、放電電極温度、基板温度の値を用いて、上述の式（１）〜（４）から製膜中の基板温度を算出した。
【００６９】
実施例１〜４及び比較例２の基板テーブル及び放電電極の実測温度と、計算によって導き出した製膜中の基板温度プロファイルを図１０（ｂ）、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）に示す。比較例２では、プラズマ点灯開始直後からプラズマ消灯時まで基板温度は上昇し続けていた。実施例１では、基板温度がプラズマ点灯開始後に一旦１７４℃まで下がったが、その後緩やかに上昇した。実施例２及び実施例３では、製膜中の基板温度は、ほぼ一定だった。実施例４では、基板温度はプラズマ点灯開始後から緩やかに低下していた。
【００７０】
表２に、結晶質シリコンｉ層の製膜開始直前と製膜終了直後の基板温度（実測値）と、シングル型結晶質シリコン太陽電池セルとしたときの発電効率の結果を示す。
【表２】
【００７１】
小面積基板を用いた比較例１では、製膜中の基板温度の上昇幅は５℃、発電効率は８．３％であった。一方、大面積基板を用いた比較例２では、製膜開始直前の基板温度は同じであるが、製膜中の基板温度は４０℃上昇し、発電効率は７．７％に低下した。比較例３では、基板テーブルと放電電極の設定温度を下げたが、製膜中の基板温度は３３℃上昇し、発電効率はわずかに向上しただけであった。比較例４では、更に基板テーブルと放電電極の設定温度を下げたが、発電効率は向上せず、比較例３よりもわずかに低下した。上記結果によれば、製膜中に基板温度が上昇しすぎたり、製膜開始時の基板温度が一定値より低いと、発電効率が低下することが分かる。
【００７２】
実施例１の発電効率は、８．２％であった。これは、製膜中の基板温度上昇を５℃程度に抑えたことによると考えられる。実施例２及び実施例３では、基板テーブル及び放電電極の設定温度（基板導入時設定温度、製膜開始時設定温度、製膜終了時設定温度）を変えずに、プロファイルを変えてみたが、いずれも発電効率は８．２％であった。一方、実施例４では、製膜中に基板温度が低下し、発電効率は８．４％に向上した。これは、実施例３よりも製膜終了時設定温度を低くしたことによると考えられる。
【００７３】
上記結果によれば、製膜終了時までの基板温度が、製膜開始時の基板温度に対して＋１０℃以下−３０℃以上であるときに発電効率が８．０％以上となる。更に、−１０℃以下−２０℃以上である場合には、発電効率が８．３％以上となり、より発電効率の向上効果が得られる。
【００７４】
実施例１、実施例４及び比較例２のシングル型結晶質シリコン太陽電池セルの結晶化率及び平均結晶粒子径を確認した。
【００７５】
（結晶化率）
実施例１、実施例４及び比較例２のシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを用いて、結晶質シリコンｉ層の結晶化率を計測した。「結晶化率」とは、ラマン分光法による測定で５２０ｃｍ−１の結晶性シリコンのピーク強度と４８０ｃｍ−１のアモルファスシリコンのピーク強度の比（結晶性シリコンのピーク強度／アモルファスシリコンのピーク強度）を意味する。結晶化率は、比較例２が７、実施例１が６、実施例４が５．５となった。上記結果によれば、製膜中の基板温度が製膜開始時に対して＋１０℃以下−３０℃以上となるように、基板テーブル及び放電電極の設定値を制御すると、結晶質シリコンｉ層の結晶化率が低下することが分かる。
【００７６】
（平均結晶粒子径）
Ｘ線回折（Ｓｃｈｅｒｒｅｒ法）によって、実施例１、実施例４及び比較例２のシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを用いて、結晶質シリコンｉ層表面の平均結晶粒子径を計測した。平均結晶粒子径は、比較例２が０．３μｍ、実施例１が０．２７μｍ、実施例４が０．２６μｍとなった。上記結果によれば、製膜中の基板温度が製膜開始時に対して＋１０℃以下−３０℃以上となるように、基板テーブル及び放電電極の設定値を制御すると、結晶質シリコンｉ層表面の平均結晶粒子径が小さくなることが分かる。
【００７７】
（タンデム太陽電池モジュール出力）
大面積（１．４ｍ×１．１ｍ×板厚３．５ｍｍから４．５ｍｍ）のガラス基板を用いてタンデム太陽電池モジュールを作製した。透明電極層は、膜厚７００ｎｍのＳｎＯ２とした。非晶質シリコンからなる第１のセル層は、ｐ層の膜厚を１２ｎｍ、ｉ層の膜厚を２００ｎｍ、ｎ層の膜厚を２５ｎｍとした。中間コンタクト層は、膜厚６０ｎｍのＧＺＯ膜とした。結晶質シリコンからなる第２のセル層は、ｐ層の膜厚を２５ｎｍ、ｉ層の膜厚を１．２〜３．０μｍ、ｎ層の膜厚を２５ｎｍとした。裏面電極層は、膜厚５０ｎｍのＧＺＯ膜と膜厚３５０ｎｍのＡｇ膜した。結晶質シリコンｉ層は、実施例１、実施例４及び比較例２の条件で製膜し、結晶質シリコンｉ層製膜条件以外は、実施形態にしたがって製膜した。
【００７８】
上記で作製したタンデム太陽電池モジュールのモジュール出力を計測した。モジュール出力は、比較例２が１３０Ｗ、実施例１が１３６Ｗ、実施例４が１３８Ｗとなった。上記結果によれば、膜中の基板温度が一定となるように、基板テーブル及び放電電極の設定値を制御すると、タンデム太陽電池モジュールとした場合でも、モジュール出力が向上することが分かる。タンデム太陽電池モジュール出力における結晶質シリコン光電変換層出力の寄与は、電圧比から全モジュール出力の１／３と考えられるが、上記結果によれば、シングル太陽電池モジュールでの効果と同等の効果が得られた。これは、従来のタンデム太陽電池モジュールの製膜方法では、第２セル層製膜時の基板温度が上昇するため、第１セルのｐ／ｉ界面及びｉ／ｎ界面での不純物の拡散を進展させ、電池性能を低下させていた。この基板温度の上昇を抑えたため、上記電池性能の低下を抑制できたものと考えられる。
【符号の説明】
【００７９】
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
１０、１２ 溝
１１ 接続溝
１４ 周囲膜除去領域
１５ 絶縁溝
２３ 端子箱
２４ バックシート
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
５０ 太陽電池パネル
９１ 第１セル層
９２ 第２セル層
１００ 光電変換装置（タンデム型シリコン系太陽電池）
２０１ 真空処理装置
２０２ 製膜室
２０３ 放電電極
２０４ 基板テーブル
２０５ 高周波電源
２０６ ガス供給孔
２０７ ガス排気管
２０８ 反応ガス
２０９ プラズマ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理装置を用いた光電変換装置の製造方法に関し、特にプラズマを用いて（製膜済の）基板に処理を行う真空処理装置を用いた光電変換装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を受光して電力に変換する光電変換装置として、発電層（光電変換層）に薄膜シリコン系の層を積層させた薄膜系太陽電池が知られている。薄膜系太陽電池は、一般に、基板上に、透明電極層、シリコン系半導体層（光電変換層）、及び裏面電極層を順次積層して構成される。光電変換層は、ドーパントを添加された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される。薄膜シリコン系太陽電池では、例えば、非晶質シリコンからなるｉ層（非晶質シリコンｉ層）を含む光電変換層と、結晶質シリコンからなるｉ層（結晶質シリコンｉ層）を含む光電変換層とが積層されたタンデム型太陽電池として、変換効率の向上が図られている。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２は、プラズマＣＶＤ法を用いて製膜した結晶質ｉ層を備えた光電変換装置の製造方法について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０８０９３号公報
【特許文献２】特開２００２−２４６６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
薄膜シリコン系太陽電池の変換効率を向上させるためには、結晶質シリコン光電変換層、特に結晶質シリコンｉ層の膜質（結晶粒子径、結晶化率等）を向上させることが必要不可欠とされている。そのためには、製膜温度を適正な範囲にすることが有効である。
【０００６】
従来、製膜温度は、基板を加熱する温度を設定することによって管理されており、実際の基板温度を反映したものではなかった。そのため、プラズマＣＶＤ法を用いて製膜した場合、基板テーブルの温度を一定値に設定しても、プラズマによる入熱などの影響で基板に温度変化が生じていた。小面積の基板を用いた場合、基板に対しての基板テーブルや放電電極の熱容量が相対的に大きいため、製膜中の基板温度変化は小さい。したがって、電池性能への影響もほとんどないことから、上述の基板温度変化は許容可能な適正範囲として扱っていた。一方、大面積の基板（面積１ｍ２以上）を用いた場合や、高速製膜のために高いパワーを印加した場合には、基板面内での温度分布が生じたり、製膜開始から製膜終了までに基板温度が大きく上昇したりして、膜質や膜厚分布に影響を与えるという問題が生じていた。特に、結晶質シリコンｉ層は、他の層（ｐ層、ｎ層）に比べて厚く、長い製膜時間を要するため、基板温度変化の影響を受けやすい。
【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、大面積であっても高い発電効率を有する光電変換装置を、真空処理装置を用いて製造する方法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、本発明は、ｐ層、ｎ層、及び結晶質シリコンｉ層を含む光電変換層をプラズマを用いて製膜する真空処理装置によって、基板上に予め製膜されたｐ層またはｎ層上に結晶質シリコンｉ層を製膜するｉ層製膜工程を有する光電変換装置の製造方法であって、前記真空処理装置が、基板を加熱または冷却する基板テーブルと、プラズマを形成するための放電電極とを備え、前記ｉ層製膜工程は、前記基板テーブル又は前記放電電極の少なくとも一方の設定温度プロファイルが、前記基板を前記真空処理装置内に導入したときの基板導入時設定温度と、前記真空処理装置内でプラズマを消灯したときまたは高周波電圧印加を終了した時の製膜終了時設定温度とを含み、前記製膜終了時設定温度が前記基板導入時設定温度よりも低くなるように制御する工程を含む光電変換装置の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明において、「基板温度」とは、基板を加熱する温度ではなく、基板自身の温度を意味する。「設定温度」とは、基板温度を目標温度に制御するために設定される温度を意味し、例えば、基板テーブル(基板テーブルと一体構造の均熱板をも含む)や放電電極に供給される熱媒体の温度を設定するアナログ値を意味する。
【００１０】
本発明によれば、結晶質シリコンｉ層を含む光電変換層を製膜する際に、製膜終了時設定温度を基板導入時設定温度よりも低くする。これによって、製膜時の基板温度をあまり上昇させずに所望の温度とすることができる。製膜時の基板温度が高くなりすぎると、光電変換層のｐ／ｉ界面及び／またはｉ／ｎ界面、或いは、ｎ／ｉ界面及び／またはｉ／ｐ界面で、光電変換層中のドーパントの拡散が進み、ｉ層中のドーパントが欠陥となって、発電効率が低下する。また、基板温度が高くなりすぎると、結晶化率が高くなり、結晶粒径も大きくなる。適正値よりも結晶化率が増大して、結晶粒径が数百ｎｍより大きくなると、結晶粒界の緩和が十分に進まず、結晶粒界に未結合手等の欠陥が生じる。この欠陥が電子や正孔の再結合中心として働き、その結果、結晶質半導体の特性が低下する。本発明によれば、プラズマなどからの入熱による基板温度の上昇を抑制し、上記のような粒界欠陥を低減させることができる。
一方、製膜初期の基板温度は、ある程度高温にすることにより、ｐ／ｉ界面活性又はｎ／ｉ界面活性が高くなるため、結晶質シリコン光電変換層の発電効率が向上する。
【００１１】
上記発明においては、前記設定温度プロファイルが、前記真空処理装置内でプラズマを点灯した時または高周波電圧を印加した時の製膜開始時設定温度を含み、前記製膜終了時設定温度が、前記製膜開始時設定温度よりも低くなるように制御することが好ましい。製膜終了時設定温度を製膜開始時設定温度よりも低くすることで、プラズマなどからの入熱による製膜中の基板温度の上昇を抑制し、上記のような粒界欠陥を低減させることができる。
【００１２】
上記発明においては、前記設定温度プロファイルが、少なくとも前記基板テーブルから前記基板への熱流束と、前記基板から前記放電電極への熱流束と、前記放電電極から放電されたプラズマから基板への熱流束とを含む前記真空処理装置内における熱バランスに基づいて制御されることが好ましい。このような熱バランスに基づいて設定温度プロファイルが制御されるので、基板面上の温度を正確に決定することができる。これによって、製膜中の基板温度が上昇しすぎるのを防止することができる。
【００１３】
上記発明においては、前記真空処理装置内でプラズマを消灯したときの基板温度が、前記真空処理装置内でプラズマを点灯した時の基板温度に対して＋１０℃以下―３０℃以上であることが好ましく、−１０℃以下−２０℃以上であることがより好ましい。こうすることで、光電変換層でのドーパントの拡散を抑制し、結晶質シリコンｉ層の膜質（結晶粒子径、結晶化率等）の低下も防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、結晶質シリコン光電変換層の製膜終了時設定温度が、基板導入時、及び製膜開始時設定温度よりも低くなるように、真空処理装置内の温度プロファイルを制御することとしたので、例えば面積が１ｍ２を超える大面積基板上に結晶質シリコン光電変換層を製膜した場合でも、製膜中の基板温度が上昇しすぎるのを防止し、発電効率の高い光電変換装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成を表す概略図である。
【図２】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】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】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】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】光電変換装置の製造方法に用いる真空処理装置（プラズマＣＶＤ装置）の構成の一部を示す部分断面図である。
【図７】結晶質シリコンｉ層製膜時の熱バランスモデルである。
【図８】ＲＦパワー密度を変化させた時の基板テーブル設定温度と製膜終了直後との基板温度との関係を示すグラフである。
【図９】製膜時間によるＲＦパワー密度と製膜終了直後の基板温度上昇との関係を示すグラフである。
【図１０】実施例１に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示すグラフである。図１０（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒設定温度プロファイル、図１０（ｂ）は基板テーブルと放電電極の実測温度プロファイル、及び、基板の計算温度プロファイルである。
【図１１】実施例２に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示すグラフである。図１１（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒設定温度プロファイル、図１１（ｂ）は基板テーブルと放電電極の実測温度プロファイル、及び、基板の計算温度プロファイルである。
【図１２】実施例３に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示すグラフである。図１２（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒設定温度プロファイル、図１２（ｂ）は基板テーブルと放電電極の実測温度プロファイル、及び、基板の計算温度プロファイルである。
【図１３】実施例４に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示すグラフである。図１３（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒設定温度プロファイル、図１３（ｂ）は基板テーブルと放電電極の実測温度プロファイル、及び、基板の計算温度プロファイルである。
【図１４】比較例２に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示すグラフである。図１４（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒設定温度プロファイル、図１４（ｂ）は基板テーブルと放電電極の実測温度プロファイル、及び、基板の計算温度プロファイルである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の光電変換装置の製造方法により製造され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、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から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、透明導電膜の表面には、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、透明導電膜に加えて、基板１と透明導電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から１５０ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。
【００２０】
（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、透明導電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、透明導電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。
【００２１】
（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。
【００２２】
次に、第１セル層９１または中間コンタクト層５の上に、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をプラズマＣＶＤ装置を用いて、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。
【００２３】
図６は、本実施形態の光電変換層の製膜に用いる真空処理装置２０１の構成の一部を示す部分断面図である。真空処理装置２０１は、製膜室２０２と、高周波電源２０５と、製膜室２０２に収容され高周波電源２０５と接続された放電電極２０３とを有する。放電電極２０３に対向するように基板テーブル２０４が配置されており、半導体膜が蒸着される被処理体としての基板１は、基板テーブル２０４上に保持される。基板テーブル２０４は、一方の面が均熱板（図示されず）の表面に密接し、製膜時に他方の面が基板１の表面と密接する。均熱板は、その内部に温度制御された熱媒体が循環するようになっている。または、均熱板に温度制御されたヒーターを組み込むことで、自身の温度を概ね均一な温度となるように制御して、接触している基板テーブル２０４の温度を所定温度に均一化する機能を有するようにしてもよい。ガス排気管２０７は、製膜室２０２の所定の場所に設置されている。反応ガス２０８は、ガス供給源（図示されず）からガス供給孔２０６を通して製膜室２０２に導入される。反応ガス２０８としては、シラン（ＳｉＨ４）ガスが例示される。図示されていない真空ポンプは、ガス排気管２０７を通してガスを排気し、製膜室２０２内の圧力を調整する。
【００２４】
基板テーブル２０４は、基板１を保持可能な保持手段（図示されず）を有する非磁性材料の導電性の板である。セルフクリーニングを行う場合は耐フッ素ラジカル性からニッケル合金やアルミやアルミ合金の使用が望ましい。
熱媒体は、非導電性媒体であり、水素やヘリウムなどの高熱伝導性ガス、フッ素系不活性液体、不活性オイル、及び純水等が使用でき、中でも１５０℃から２５０℃の範囲でも圧力が上がらずに制御が容易であることから、フッ素系不活性液体（例えば商品名：ガルデン、Ｆ０５など）の使用が好適である。
基板テーブル２０４及び基板１は、基板搬入搬出時は基板移動が可能なよう放電電極２０３との距離は広がっているのに対し、製膜時はこれら基板テーブル２０４及び基板１を放電電極２０３へ近づける。それにより、基板１と放電電極２０３との距離ｄを製膜に適した値、例えば、３ｍｍから１０ｍｍとすることができる。
【００２５】
放電電極２０３の温度調節は以下のように行われる。放電電極２０３へ高周波電力を供給する高周波給電伝送路（図示されず）は、例えば、その円管内に細管を設置し、この細管内に熱媒体を通す構造となっている。高周波電力は、その円管の周辺部を用いて電力を給電するようになっている。このような構成を用いて、放電電極２０３の各給電点（図示されず）側へ熱媒体を供給し、放電電極２０３の各給電点から熱媒体温度制御装置へ熱媒体を送出する。熱媒体の温度を熱媒体温度制御装置で制御することで、放電電極２０３の全体の温度を所望の温度に制御して製膜室２０２内のヒートバランスを適切に保つことができる。これにより、基板１の表裏温度差にともなうソリ変形を抑制することができる。
【００２６】
ガス供給孔２０６からシランガスが反応ガス２０８として製膜室２０２に導入される。高周波電源２０５を用い放電電極２０３に高周波電圧（ＲＦ）を印加することによって、放電電極２０３と基板１との間の領域にプラズマ２０９が点灯される。
【００２７】
第２セル層の製膜は、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下で行う。
【００２８】
微結晶シリコンを主とする結晶質シリコンｉ層膜をプラズマＣＶＤ法で形成するにあたり、放電電極２０３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。
【００２９】
結晶質シリコンi層を製膜する際の基板温度は、上記工程で製膜を開始する（プラズマ点灯）ときの温度を１７０℃から１９０℃に、製膜終了(プラズマ消灯)時の温度を１５０℃から１７０℃にする。
上記基板温度の制御は、結晶質シリコンｉ層を製膜する際の基板テーブル２０４と放電電極２０３の設定温度プロファイルにより行う。上記工程で結晶質シリコンｐ層４１まで製膜した基板１をｉ層製膜室に導入した時の基板導入時設定温度と、プラズマ消灯、又はＲＦ印加を終了した時の製膜終了時設定温度において、基板導入時設定温度は最も高い温度とし、製膜終了時設定温度は、基板導入時設定温度よりも低く設定することが好ましい。基板テーブルの設定温度として、基板導入時設定温度は２００℃から２２０℃、製膜終了時設定温度は、１４０℃から１９０℃に設定する。放電電極の設定温度として、基板導入時設定温度は１３０℃から１５０℃、製膜終了時設定温度は、８０℃から１２０℃に設定する。基板導入時設定温度から製膜終了時設定温度への設定変更は、基板導入直後からでも、プラズマ点灯時からでも良い。各温度の遷移は、段階的であってよく、傾斜変化であってもよい。製膜終了時設定温度への遷移は、プラズマ消灯前に終了していてもよい。
なお、基板テーブル設定温度と放電電極の設定温度は、真空処理装置の容積、熱容量、基板面積等で決まるものであり、本実施形態の真空処理装置では該値に設定したが、真空処理装置により基板温度の設定温度である所定値が変わることは言うまでもない。本発明は、基板温度が所定値となるように基板テーブルの設定温度、放電電極の設定温度を制御することにある。
【００３０】
上記の設定温度プロファイルは、プラズマＣＶＤ装置のｉ層製膜室内での製膜中の熱バランスに基づいて制御することが好ましい。図７に、本実施形態における結晶質シリコンｉ層製膜時の熱バランスモデルを示す。本実施形態において、熱媒体温度の設定温度プロファイルは、基板テーブル２０４から基板１への熱流束Ｑ１と、基板１から放電電極２０３への熱流束Ｑ２と、放電電極２０３から放電されたプラズマから基板１への熱流束Ｑｐとを含む熱バランスに基づいて制御する。このような熱バランスに基づいて設定温度プロファイルが制御されるので、基板面上の温度を正確に決定することができる。これによって、製膜中に基板温度が上昇することを防止し、結晶質シリコンｉ層の膜質を向上させることができる。
【００３１】
本実施形態における熱バランスは以下の式を用いて算出する。
Ｑ１／Ｓ＝α１×（Ｔｔ−Ｔｓ）・・・（１）
Ｑ２／Ｓ＝α２×（Ｔｓ−Ｔｄ）・・・（２）
Ｑ＝Ｑ１−Ｑ２＋Ｑｐ ・・・（３）
ｇ＝Ｑ／ｃ／ρ ・・・（４）
Ｑ１は基板テーブルから基板への熱流束、Ｑ２は基板から放電電極への熱流束、Ｑｐはプラズマから基板への熱流束、α１、α２は熱伝達係数、Ｓは基板面積、Ｔｔは基板テーブル温度（実測値）、Ｔｓは基板温度（実測値）、Ｔｄは放電電極温度（実測値）、ｇは単位時間当たりの上昇温度（℃）、ｃは基板の比熱、ρは基板の密度とする。
【００３２】
具体的には、式（１）〜（３）を用いて、基板テーブル２０４と放電電極２０３の実測温度（Ｔｔ、Ｔｄ）、及び、製膜開始（プラズマ点灯）直前と製膜終了（プラズマ消灯）直後の基板の実測温度Ｔｓから、熱流束Qを算出する。
なお、Ｑｐは、基板テーブルから基板への熱流束Ｑ１と、基板から放電電極への熱流束Ｑ２と、プラズマから基板への熱流束Ｑｐが平衡となっているときの各実測温度（Ｔｔ、Ｔｓ、Ｔｄ）を用いて、式（１）〜（４）から算出する。基板テーブル温度は、例えば、基板テーブル２０４の厚さ方向の中央に設置した熱電対によって計測する。放電電極温度は、例えば、放電電極２０３の内部に設置した熱電対によって計測する。基板温度は、製膜開始直前、及び製膜終了直後に、例えば、放射温度計にて計測する。
ここで得られた熱流束を式（４）に代入し、単位時間あたりの基板の温度変化を算出して、上記の基板実測温度に内挿し、基板温度プロファイルを得る。
【００３３】
製膜中の基板温度プロファイルは、製膜終了時の基板温度が製膜開始時の基板温度に対して＋１０℃から−３０℃の範囲となることが好ましい。上記温度プロファイルとなるように、基板テーブル２０４及び放電電極２０３の熱媒体温度を設定し、製膜温度を制御する。
【００３４】
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。
【００３５】
（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、接続溝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。
【００３６】
（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。
【００３７】
（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。
【００３８】
（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し易い影響を除去する。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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の同様に使用できるものがある。
【００４１】
（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から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。
【００４２】
（１０）図４（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Ｃｕ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。Ｃｕ箔は、各部との短絡を防止するためにＣｕ箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用Ｃｕ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から１６０℃でプレスしながら、ＥＶＡを架橋させて密着させる。
【００４３】
（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）
Ｃｕ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。
【００４４】
上記実施形態では太陽電池として、タンデム型太陽電池を用いたもの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、シングル型結晶質シリコン太陽電池、単層アモルファスシリコン太陽電池と結晶質シリコン太陽電池やシリコンゲルマニウム太陽電池とを各１から複数層に積層させた多接合型（トリプル型）太陽電池のような他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。
更に本発明は、金属基板などのような非透光性基板上に製造された、基板とは反対の側から光が入射するタイプの太陽電池にも同様に適用可能である。
【００４５】
以下に、結晶質シリコンｉ層を製膜する際の温度プロファイルの決定根拠を説明する。
（ＲＦパワー密度）
実施形態に従って透明電極層及び結晶質シリコン光電変換ｐ層を製膜したガラス基板（１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．５ｍｍから４．５ｍｍ、以下基板と略称する）上に、微結晶シリコンを主とした結晶質シリコンｉ層を以下の条件でプラズマＣＶＤ装置にて製膜した。各層の膜厚は、透明電極層（７３０ｎｍ：酸化錫膜７００ｎｍ＋酸化亜鉛膜３０ｎｍ）、結晶質シリコンｐ層（Ｂドープ微結晶シリコン）：２５ｎｍとした。
【００４６】
基板を１９０℃に予熱した後、ｉ層製膜室に導入した。導入後３０秒以内に０．０１Ｐａ以下まで真空排気し、ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを圧力２１００Ｐａまで導入した。該圧力になった後、調整を完了して、製膜を開始（ＲＦを印加）した。ＲＦパワー密度：０．５Ｗ／ｃｍ２、１．０Ｗ／ｃｍ２、１．５Ｗ／ｃｍ２、基板テーブル設定温度：１５０℃、１７０℃、１９０℃、２１０℃、製膜時間：６００秒とした。なお、ＲＦパワー密度は、入力値と反射値が等しいものとして考える。製膜開始直前の基板温度は、ビューポートから放射温度計にて計測し、１８０℃とした。
【００４７】
図８に、ＲＦパワー密度を変化させた時の基板テーブル設定温度と製膜終了直後の基板温度との関係を示す。同図において、横軸は基板テーブル設定温度、縦軸は製膜終了直後の基板温度である。いずれのＲＦパワー密度においても、基板テーブル設定温度を上げると、製膜終了時（直後）の基板温度は上昇した。また、基板テーブル設定温度が同じ場合、印加するＲＦパワー密度の増加に伴い、製膜中の基板温度も上昇した。
【００４８】
（熱バランス）
上記ＲＦパワー密度の検討と同様の結晶質シリコンｐ層まで製膜済みガラス基板を用いて、その上に結晶質シリコンｉ層を製膜した。製膜条件は、製膜時間：１２０秒、２４０秒、６００秒、ＲＦパワー密度：０．５Ｗ／ｃｍ２、１．０Ｗ／ｃｍ２、１．５Ｗ／ｃｍ２とした。製膜開始（ＲＦ印加）時の基板テーブル設定温度は２１０℃とし、製膜終了時まで一定とした。前述の製膜時間及び基板テーブル設定温度以外の製膜条件は、ＲＦパワー密度の検討時と同様とした。結晶質シリコンｉ層製膜開始直前の基板温度を１８０℃とし、製膜終了直後の基板温度を計測した。基板温度は、基板を製膜室から搬送室に移動する際にビューポートから放射温度計を用いて計測した。
【００４９】
図９に、製膜時間を変化させた時のＲＦパワー密度と製膜終了直後の基板温度上昇の関係を示す。同図において、横軸はＲＦパワー密度、縦軸は製膜開始時に対する製膜終了直後の温度上昇幅である。印加するＲＦパワー密度が増大するにともない、基板温度上昇幅も増加した。いずれのＲＦパワー密度を印加した場合においても、製膜時間が１２０秒のとき温度上昇は飽和に近づき、製膜時間が２４０秒を超えると、それ以上基板温度は上昇しなかった。上記結果によれば、製膜時間が２４０秒を超えると、プラズマから基板への熱流束と、基板テーブルから基板への熱流束と、基板から放電電極への熱流束とが平衡となる。すなわち、製膜中の基板温度の上昇を防止するためには、製膜開始後すぐ、遅くとも１２０秒後までに基板温度を低温に制御する必要があることがわかった。
【００５０】
（設定温度と基板温度との関係）
実施形態に従って、シングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。各層の膜厚は、透明電極層：７３０ｎｍ、結晶質シリコンｐ層：２５ｎｍ、結晶質シリコンｉ層：２μｍ、結晶質シリコンｎ層：２５ｎｍ、裏面電極層：４００ｎｍとした。透明電極層は酸化錫膜、裏面電極層は酸化亜鉛膜および銀膜とした。
【００５１】
ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを主原料とし、減圧環境下、ＲＦパワー密度：０．５Ｗ／ｃｍ２、１．０Ｗ／ｃｍ２、１．５Ｗ／ｃｍ２としたとき、膜厚が２μｍとなるよう製膜時間を１５００秒、８００秒、５６０秒として製膜した。
【００５２】
製膜中の温度プロファイルを説明する。製膜開始時（直前）の基板温度は１８０℃、基板テーブル設定温度は２１０℃、放電電極設定温度は１４０℃とした。基板温度は、ビューポートから放射温度計を用いて計測し、各設定温度は入力値とした。製膜終了時（直後）に、基板が所望の温度となるように、基板テーブル設定温度及び放電電極設定温度を適宜変更した。
【００５３】
結晶質シリコンｉ層を製膜後、結晶質シリコンｎ層、裏面電極層を実施形態に従い製膜し、シングル型結晶質シリコン太陽電池セルとして、発電効率を計測した。
【００５４】
表１に、結晶質シリコンｉ層の製膜条件と、太陽電池セルとしたときの発電効率を示す。
【表１】
【００５５】
いずれのＲＦパワー密度においても、製膜終了時の基板温度が１５０℃から１９０℃であったとき、発電効率が８．０％以上となった。製膜終了時の基板温度が１６０℃から１７０℃のときには、８．３％以上となり発電効率が更に向上した。上記結果によれば、製膜終了時の基板温度を製膜開始時程度に維持すると、高い発電効率が得られる。更に、製膜終了時の基板温度を製膜開始時よりも低下させると、より発電性能が向上する。
【００５６】
結晶質シリコンｉ層製膜時の基板テーブル及び放電電極の設定温度と実測温度、及び、基板温度との関係を確認した。基板テーブルと放電電極の設定温度は、基板導入時の温度を基板導入時設定温度、プラズマ点灯またはＲＦ印加時の温度を製膜開始時設定温度、プラズマ消灯時またはＲＦ印加終了時の温度を製膜終了時設定温度とする。
【００５７】
（実施例１）
大面積（１．４ｍ×１．１ｍ×板厚３．５ｍｍから４．５ｍｍ）のガラス基板を用いて、シングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。各層の膜厚は、透明電極層：７３０ｎｍ、結晶質シリコンｐ層：２５ｎｍ、結晶質シリコンｉ層：２μｍ、結晶質シリコンｎ層：２５ｎｍ、裏面電極層（酸化亜鉛膜及び銀膜）：４００ｎｍとした。
【００５８】
結晶質シリコンｉ層の製膜条件を以下で説明する。
透明電極層及び結晶質シリコン光電変換ｐ層を製膜した基板（以下、基板と略称する）を１９０℃に予熱した後、ｉ層製膜室に導入した。導入後３０秒以内に０．０１Ｐａ以下まで真空排気し、ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを圧力２１００Ｐａまで導入した。該圧力になった後、調整を完了して、製膜を開始（ＲＦを印加）した。ＲＦパワー密度は１．０Ｗ／ｃｍ２、製膜時間は６００秒とした。
【００５９】
図１０に、実施例１に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示す。図１０（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒体設定温度プロファイルである。同図において、縦軸は設定温度、横軸はプラズマ点灯（ＲＦ印加）からの時間を表す。図１０（ａ）に示すプロファイルのように、基板テーブルと放電電極の設定温度は、基板導入時設定温度から製膜開始時設定温度まで一定に温度を維持させ、製膜開始直後に、製膜開始時設定温度から製膜終了時設定温度に段階的に遷移させ、その後、製膜終了時まで一定に維持させた。基板テーブルと放電電極の基板導入時設定温度は、それぞれ２１０℃及び１４０℃とし、製膜開始時設定温度は、基板導入時設定温度と同じとした。基板テーブルと放電電極の製膜終了時設定温度は、それぞれ１７５℃及び１１０℃とした。
【００６０】
（実施例２）
実施例１では、製膜開始直後に製膜開始時設定温度を製膜終了時設定温度へと段階的に遷移させた。実施例２では、製膜開始時設定温度から製膜終了時設定温度までの遷移段階に勾配をつけて緩やかに温度変化させた。前述の条件以外は実施例１と同じ工程でシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
図１１に、実施例２に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示す。図１１（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒体設定温度プロファイルである。同図において、縦軸は設定温度、横軸はプラズマ点灯（ＲＦ印加）からの時間を表す。図１１（ａ）に示すプロファイルのように、基板テーブルと放電電極の設定温度は、基板導入時設定温度から製膜開始時設定温度まで一定に温度を維持させ、製膜開始直後に、製膜開始時設定温度から勾配をつけて緩やかに遷移させ、製膜開始後３００秒で製膜終了時設定温度に到達するようにし、その後、製膜終了時まで一定に維持させた。
基板テーブルと放電電極の基板導入時設定温度は、それぞれ２１０℃及び１４０℃とし、製膜開始時設定温度は、基板導入時設定温度と同じとした。基板テーブルと放電電極の製膜終了時設定温度は、それぞれ１７５℃及び１１０℃とした。
【００６１】
（実施例３）
実施例２では、製膜開始直後に設定温度を低下させた。実施例３では、基板導入直後から設定温度を低下させた。基板導入時設定温度から製膜開始時設定温度までの遷移段階に勾配をつけて、緩やかに温度変化させ、前述の条件以外は実施例２と同じ工程でシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
図１２に、実施例３に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示す。図１２（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒体設定温度プロファイルである。同図において、縦軸は設定温度、横軸はプラズマ点灯（ＲＦ印加）からの時間を表す。図１２（ａ）に示すプロファイルのように、基板テーブルと放電電極の設定温度は、基板導入直後に基板導入時設定温度から勾配をつけて緩やかに遷移させ、製膜開始後３００秒で製膜終了時設定温度に到達するようにし、その後、製膜終了時まで一定に維持させた。
基板テーブルと放電電極の基板導入時設定温度は、それぞれ２１０℃及び１４０℃とした。基板テーブルと放電電極の製膜終了時設定温度は、それぞれ１７５℃及び１１０℃とした。製膜開始時設定温度は、基板導入時設定温度から製膜終了時設定温度への遷移過程に含まれる。
【００６２】
（実施例４）
実施例４では、実施例３の製膜終了時設定温度を更に低下させた。それ以外の条件は実施例３と同じ工程でシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
図１３に実施例４に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示す。図１３（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒体設定温度プロファイルである。同図において、縦軸は設定温度、横軸はプラズマ点灯（ＲＦ印加）からの時間を表す。図１３（ａ）に示すプロファイルのように、基板テーブルと放電電極の設定温度は、基板導入直後に基板導入時設定温度から勾配をつけて緩やかに遷移させ、製膜開始後３００秒で製膜終了時設定温度に到達するようにし、その後、製膜終了時まで一定に維持させた。
基板テーブルと放電電極の基板導入時設定温度は、それぞれ２１０℃及び１４０℃とした。基板テーブルと放電電極の製膜終了時設定温度は、それぞれ１４５℃及び１００℃とした。製膜開始時設定温度は、基板導入時設定温度から製膜終了時設定温度への遷移過程に含まれる。
【００６３】
（比較例１）
比較例１のみ、小面積（５ｃｍ×５ｃｍ×板厚３．５ｍｍから４．５ｍｍ）のガラス基板を用いて、結晶質シリコン光電変換層を備えた結晶質シリコン光電変換層を備えたシングル太陽電池セルを作製した。結晶質シリコンｉ層の製膜は、プラズマＣＶＤ装置（要素試験用）を用いて行った。各層の膜厚は、透明電極層：７３０ｎｍ、結晶質シリコンｐ層：２５ｎｍ、結晶質シリコンｉ層：２μｍ、結晶質シリコンｎ層：２５ｎｍ、裏面電極層（酸化亜鉛膜及び銀膜）：４００ｎｍとした。
【００６４】
結晶質シリコンｉ層の製膜条件を以下で説明する。
透明電極層及び結晶質シリコン光電変換ｐ層を製膜した基板（以下、基板と略称する）を１９０℃に予熱した後、ｉ層製膜室に導入した。導入後３０秒以内に０．０１Ｐａ以下まで真空排気し、ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを圧力２１００Ｐａまで導入した。該圧力になった後、調整を完了して、製膜を開始（ＲＦを印加）した。ＲＦパワー密度は１．０Ｗ／ｃｍ２、製膜時間は６００秒、基板ホルダー温度は１８０℃とし、製膜終了時まで一定値を維持させた。
【００６５】
（比較例２）
図１４に比較例２に係る結晶質シリコンｉ層製膜時の温度プロファイルを示す。図１４（ａ）は基板テーブル及び放電電極の熱媒体設定温度プロファイルである。同図において、縦軸は設定温度、横軸はプラズマ点灯（ＲＦ印加）からの時間を表す。図１４（ａ）に示すプロファイルのように、基板テーブルと放電電極の設定温度は、それぞれ２１０℃及び１４０℃とし、製膜終了時まで一定値を維持させた。それ以外の条件は実施例１と同じ工程でシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
【００６６】
（比較例３）
比較例３では、基板テーブルと放電電極の設定温度を、それぞれ１９５℃及び１２５℃とし、製膜終了時まで一定値を維持させた。それ以外の条件は実施例１と同じ工程でシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
【００６７】
（比較例４）
比較例４では、基板テーブルと放電電極の設定温度を、それぞれ１７５℃及び１１０℃とし、製膜終了時まで一定値を維持させた。それ以外の条件は実施例１と同じ工程でシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
【００６８】
結晶質シリコンｉ層の製膜開始直前と製膜終了直後の基板温度、基板をｉ層製膜室に導入する前からプラズマ消灯までの間の基板テーブルと放電電極の実温度、及び、シングル型結晶質シリコン太陽電池セルとしたときの発電効率を計測した（実施例１〜４及び比較例１〜４）。基板温度は、プラズマ点灯直前、及びプラズマ消灯直後にビューポートから放射温度計で計測した。基板テーブル温度は、基板テーブルの厚さ方向の中央に設置した熱電対によって計測した。放電電極温度は、放電電極の内部に設置した熱電対によって計測した。計測した基板テーブル温度、放電電極温度、基板温度の値を用いて、上述の式（１）〜（４）から製膜中の基板温度を算出した。
【００６９】
実施例１〜４及び比較例２の基板テーブル及び放電電極の実測温度と、計算によって導き出した製膜中の基板温度プロファイルを図１０（ｂ）、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）に示す。比較例２では、プラズマ点灯開始直後からプラズマ消灯時まで基板温度は上昇し続けていた。実施例１では、基板温度がプラズマ点灯開始後に一旦１７４℃まで下がったが、その後緩やかに上昇した。実施例２及び実施例３では、製膜中の基板温度は、ほぼ一定だった。実施例４では、基板温度はプラズマ点灯開始後から緩やかに低下していた。
【００７０】
表２に、結晶質シリコンｉ層の製膜開始直前と製膜終了直後の基板温度（実測値）と、シングル型結晶質シリコン太陽電池セルとしたときの発電効率の結果を示す。
【表２】
【００７１】
小面積基板を用いた比較例１では、製膜中の基板温度の上昇幅は５℃、発電効率は８．３％であった。一方、大面積基板を用いた比較例２では、製膜開始直前の基板温度は同じであるが、製膜中の基板温度は４０℃上昇し、発電効率は７．７％に低下した。比較例３では、基板テーブルと放電電極の設定温度を下げたが、製膜中の基板温度は３３℃上昇し、発電効率はわずかに向上しただけであった。比較例４では、更に基板テーブルと放電電極の設定温度を下げたが、発電効率は向上せず、比較例３よりもわずかに低下した。上記結果によれば、製膜中に基板温度が上昇しすぎたり、製膜開始時の基板温度が一定値より低いと、発電効率が低下することが分かる。
【００７２】
実施例１の発電効率は、８．２％であった。これは、製膜中の基板温度上昇を５℃程度に抑えたことによると考えられる。実施例２及び実施例３では、基板テーブル及び放電電極の設定温度（基板導入時設定温度、製膜開始時設定温度、製膜終了時設定温度）を変えずに、プロファイルを変えてみたが、いずれも発電効率は８．２％であった。一方、実施例４では、製膜中に基板温度が低下し、発電効率は８．４％に向上した。これは、実施例３よりも製膜終了時設定温度を低くしたことによると考えられる。
【００７３】
上記結果によれば、製膜終了時までの基板温度が、製膜開始時の基板温度に対して＋１０℃以下−３０℃以上であるときに発電効率が８．０％以上となる。更に、−１０℃以下−２０℃以上である場合には、発電効率が８．３％以上となり、より発電効率の向上効果が得られる。
【００７４】
実施例１、実施例４及び比較例２のシングル型結晶質シリコン太陽電池セルの結晶化率及び平均結晶粒子径を確認した。
【００７５】
（結晶化率）
実施例１、実施例４及び比較例２のシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを用いて、結晶質シリコンｉ層の結晶化率を計測した。「結晶化率」とは、ラマン分光法による測定で５２０ｃｍ−１の結晶性シリコンのピーク強度と４８０ｃｍ−１のアモルファスシリコンのピーク強度の比（結晶性シリコンのピーク強度／アモルファスシリコンのピーク強度）を意味する。結晶化率は、比較例２が７、実施例１が６、実施例４が５．５となった。上記結果によれば、製膜中の基板温度が製膜開始時に対して＋１０℃以下−３０℃以上となるように、基板テーブル及び放電電極の設定値を制御すると、結晶質シリコンｉ層の結晶化率が低下することが分かる。
【００７６】
（平均結晶粒子径）
Ｘ線回折（Ｓｃｈｅｒｒｅｒ法）によって、実施例１、実施例４及び比較例２のシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを用いて、結晶質シリコンｉ層表面の平均結晶粒子径を計測した。平均結晶粒子径は、比較例２が０．３μｍ、実施例１が０．２７μｍ、実施例４が０．２６μｍとなった。上記結果によれば、製膜中の基板温度が製膜開始時に対して＋１０℃以下−３０℃以上となるように、基板テーブル及び放電電極の設定値を制御すると、結晶質シリコンｉ層表面の平均結晶粒子径が小さくなることが分かる。
【００７７】
（タンデム太陽電池モジュール出力）
大面積（１．４ｍ×１．１ｍ×板厚３．５ｍｍから４．５ｍｍ）のガラス基板を用いてタンデム太陽電池モジュールを作製した。透明電極層は、膜厚７００ｎｍのＳｎＯ２とした。非晶質シリコンからなる第１のセル層は、ｐ層の膜厚を１２ｎｍ、ｉ層の膜厚を２００ｎｍ、ｎ層の膜厚を２５ｎｍとした。中間コンタクト層は、膜厚６０ｎｍのＧＺＯ膜とした。結晶質シリコンからなる第２のセル層は、ｐ層の膜厚を２５ｎｍ、ｉ層の膜厚を１．２〜３．０μｍ、ｎ層の膜厚を２５ｎｍとした。裏面電極層は、膜厚５０ｎｍのＧＺＯ膜と膜厚３５０ｎｍのＡｇ膜した。結晶質シリコンｉ層は、実施例１、実施例４及び比較例２の条件で製膜し、結晶質シリコンｉ層製膜条件以外は、実施形態にしたがって製膜した。
【００７８】
上記で作製したタンデム太陽電池モジュールのモジュール出力を計測した。モジュール出力は、比較例２が１３０Ｗ、実施例１が１３６Ｗ、実施例４が１３８Ｗとなった。上記結果によれば、膜中の基板温度が一定となるように、基板テーブル及び放電電極の設定値を制御すると、タンデム太陽電池モジュールとした場合でも、モジュール出力が向上することが分かる。タンデム太陽電池モジュール出力における結晶質シリコン光電変換層出力の寄与は、電圧比から全モジュール出力の１／３と考えられるが、上記結果によれば、シングル太陽電池モジュールでの効果と同等の効果が得られた。これは、従来のタンデム太陽電池モジュールの製膜方法では、第２セル層製膜時の基板温度が上昇するため、第１セルのｐ／ｉ界面及びｉ／ｎ界面での不純物の拡散を進展させ、電池性能を低下させていた。この基板温度の上昇を抑えたため、上記電池性能の低下を抑制できたものと考えられる。
【符号の説明】
【００７９】
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
１０、１２ 溝
１１ 接続溝
１４ 周囲膜除去領域
１５ 絶縁溝
２３ 端子箱
２４ バックシート
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
５０ 太陽電池パネル
９１ 第１セル層
９２ 第２セル層
１００ 光電変換装置（タンデム型シリコン系太陽電池）
２０１ 真空処理装置
２０２ 製膜室
２０３ 放電電極
２０４ 基板テーブル
２０５ 高周波電源
２０６ ガス供給孔
２０７ ガス排気管
２０８ 反応ガス
２０９ プラズマ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ層、ｎ層、及び結晶質シリコンｉ層を含む光電変換層をプラズマを用いて製膜する真空処理装置によって、基板上に予め製膜されたｐ層またはｎ層上に結晶質シリコンｉ層を製膜するｉ層製膜工程を有する光電変換装置の製造方法であって、
前記真空処理装置が、基板を加熱または冷却する基板テーブルと、プラズマを形成するための放電電極とを備え、
前記ｉ層製膜工程は、
前記基板テーブル又は前記放電電極の少なくとも一方の設定温度プロファイルが、
前記基板を前記真空処理装置内に導入した時の基板導入時設定温度と、
前記真空処理装置内でプラズマを消灯した時または高周波電圧印加を終了した時の製膜終了時設定温度とを含み、
前記製膜終了時設定温度が前記基板導入時設定温度よりも低くなるように制御する工程を含む光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記設定温度プロファイルが、前記真空処理装置内でプラズマを点灯した時または高周波電圧を印加した時の製膜開始時設定温度を含み、
前記製膜終了時設定温度が、前記製膜開始時設定温度よりも低くなるように制御する請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記設定温度プロファイルが、少なくとも前記基板テーブルから前記基板への熱流束と、前記基板から前記放電電極への熱流束と、前記放電電極から放電されたプラズマから基板への熱流束とを含む前記真空処理装置内における熱バランスに基づいて制御される請求項１または請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記真空処理装置内でプラズマを消灯したときの基板温度が、前記真空処理装置内でプラズマを点灯した時の基板温度に対して＋１０℃以下−３０℃以上である請求項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１】
ｐ層、ｎ層、及び結晶質シリコンｉ層を含む光電変換層をプラズマを用いて製膜する真空処理装置によって、基板上に予め製膜されたｐ層またはｎ層上に結晶質シリコンｉ層を製膜するｉ層製膜工程を有する光電変換装置の製造方法であって、
前記真空処理装置が、基板を加熱または冷却する基板テーブルと、プラズマを形成するための放電電極とを備え、
前記ｉ層製膜工程は、
前記基板テーブル又は前記放電電極の少なくとも一方の設定温度プロファイルが、
前記基板を前記真空処理装置内に導入した時の基板導入時設定温度と、
前記真空処理装置内でプラズマを消灯した時または高周波電圧印加を終了した時の製膜終了時設定温度とを含み、
前記製膜終了時設定温度が前記基板導入時設定温度よりも低くなるように制御する工程を含む光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記設定温度プロファイルが、前記真空処理装置内でプラズマを点灯した時または高周波電圧を印加した時の製膜開始時設定温度を含み、
前記製膜終了時設定温度が、前記製膜開始時設定温度よりも低くなるように制御する請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記設定温度プロファイルが、少なくとも前記基板テーブルから前記基板への熱流束と、前記基板から前記放電電極への熱流束と、前記放電電極から放電されたプラズマから基板への熱流束とを含む前記真空処理装置内における熱バランスに基づいて制御される請求項１または請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記真空処理装置内でプラズマを消灯したときの基板温度が、前記真空処理装置内でプラズマを点灯した時の基板温度に対して＋１０℃以下−３０℃以上である請求項１から３のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【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１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−４９３１３（Ｐ２０１１−４９３１３Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９５７５１（Ｐ２００９−１９５７５１）
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【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１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【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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