光電変換装置
【課題】漏れ電流が抑制されて変換効率が向上した光電変換装置を提供する。
【解決手段】基板１上に、２つの発電セル層９１，９２を備える光電変換層３と、前記２つの発電セル層９１，９２の間に介在する中間コンタクト層５とを含む光電変換装置１００であって、前記中間コンタクト層５が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とし、かつ、窒素原子を含み、水素プラズマ曝露後の前記中間コンタクト層５のシート抵抗が、１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下とされる。
【解決手段】基板１上に、２つの発電セル層９１，９２を備える光電変換層３と、前記２つの発電セル層９１，９２の間に介在する中間コンタクト層５とを含む光電変換装置１００であって、前記中間コンタクト層５が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とし、かつ、窒素原子を含み、水素プラズマ曝露後の前記中間コンタクト層５のシート抵抗が、１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下とされる。
【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太陽電池に用いられる光電変換装置としては、基板に形成された透明電極層上に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光電変換装置が知られている。
薄膜シリコン系太陽電池の変換効率、すなわち、発電出力を増加させるために、吸収波長帯域が異なる発電セル層を２段重ねた光電変換層とすることによって、入射光を効率良く吸収させるタンデム型太陽電池が提案されている。タンデム型太陽電池では、光電変換層である第１の発電セル層と第２の発電セル層との間でのドーパント相互拡散の抑制、及び、光量配分の調整を目的として、中間コンタクト層が挿入される場合がある。
【０００３】
中間コンタクト層材料としては、一般的に、屈折率が２．０程度とシリコンに比べて低く、プラズマ耐性及び透明性に優れた酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられる。しかし、酸化亜鉛は、水素プラズマ雰囲気に曝されると抵抗率が低下する。抵抗率の低下、すなわち導電率の増大は、水素プラズマによってＺｎＯに酸素欠陥が発生しやすいためと考えられる。この結果、集積型太陽電池モジュールとした場合に、セル接続部において中間コンタクト層から金属電極への漏れ電流（横方向の漏れ電流）が発生し、形状因子が低下する。漏れ電流（シャント成分）を抑制するために、接続部にレーザ加工部を追加するなどの対策が講じられているが、新たな加工部を設けることによる有効面積の減少や工程増加によるコスト増加が生じる。
【０００４】
特許文献１には、第１の光起電力素子と第２の光起電力素子との間に、シート抵抗が１００ｋΩ／□以上１００ＭΩ／□以下と高抵抗の選択反射層が設けられることにより、起電力の低下を伴わずに大きな光電流を得ることができる積層型光起電力素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１１９７０号公報（請求項１、段落[００１９]、[００２９]、[００３６]）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１において評価されている選択的反射層のシート抵抗値は、同文献の段落[００５４]から理解できるように、基板上に選択的反射層を直接製膜し、選択的反射層の表面が水素プラズマに曝されていないサンプルについて測定された値である。すなわち、特許文献１では、酸化亜鉛層が水素プラズマに曝されることによる抵抗低下は考慮されていない。このように、プラズマ処理後の抵抗率が制御されていない場合では、漏れ電流を効果的に抑制することはできない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、水素プラズマ曝露後の導電率が適正な範囲に設定されることにより、漏れ電流が抑制されて変換効率が向上した光電変換装置を提供する。
【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、基板上に、２つの発電セル層を備える光電変換層と、前記２つの発電セル層の間に介在する中間コンタクト層とを含む光電変換装置であって、前記中間コンタクト層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とし、かつ、窒素原子を含み、水素プラズマ曝露後の前記中間コンタクト層のシート抵抗が、１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下とされる光電変換装置を提供する。
上記発明において、前記中間コンタクト層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）を主成分としても良い。
【０００９】
ＧＺＯを主成分とする窒素原子含有膜は、水素プラズマ曝露後の抵抗率が窒素原子を含まない場合より高くなる。すなわち、ＧＺＯを主成分とする膜に窒素原子を添加することにより、中間コンタクト層の導電率（抵抗率）を適正な範囲に制御することが可能である。セル接続部での漏れ電流を抑制しつつ、良好なコンタクト性を確保するためには、中間コンタクト層のシート抵抗は、１ｋΩ／□以上とされる。一方、膜垂直方向への電気伝導を確保するためには、直列抵抗を低くすることが不可欠であることから、中間コンタクト層のシート抵抗は１００ｋΩ／□以下とする必要がある。
【００１０】
上記発明において、前記中間コンタクト層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とする第１層と、前記第１層の前記基板側と反対側の表面に、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とし、かつ、窒素原子を含有する第２層とを備え、水素プラズマ曝露後の前記第２セル層のシート抵抗が、１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下とされることが好ましい。
この場合、前記第２層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）を主成分としても良い。
【００１１】
このように、中間コンタクト層を２層構成とし、基板と反対側、すなわち、中間コンタクト層上に設けられる発電セル層と接触する側の層としてＧＺＯを主成分とする窒素原子含有膜を設けることによっても、セル接続部での漏れ電流を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
中間コンタクト層として窒素を含有しＧＺＯを主成分とする膜を設けることにより、水素プラズマ処理後の中間コンタクト層のシート抵抗を制御することができる。この結果、新たな加工部を設けることなく漏れ電流を抑制することができ、高効率の光電変換装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１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】第１実施形態の光電変換装置とし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】第１実施形態の光電変換装置とし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】第１実施形態の光電変換装置とし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】第１実施形態の光電変換装置とし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】接続部でのシャント抵抗と電池性能との関係を示すグラフである。
【図７】ＧＺＯ製膜時のＮ２ガス添加量とＧＺＯ膜のシート抵抗との関係を示すグラフである。
【図８】製膜時のＮ２ガス添加量を変えたＧＺＯ膜の光学特性を示すグラフである。
【図９】第２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１０】中間コンタクト層製膜時のＮ２ガス添加量と短絡電流との関係を示すグラフである。
【図１１】中間コンタクト層製膜時のＮ２ガス添加量と開放電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】中間コンタクト層製膜時のＮ２ガス添加量と形状因子との関係を示すグラフである。
【図１３】中間コンタクト層製膜時のＮ２ガス添加量と発電効率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の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、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。
【００１５】
第１実施形態に係る光電変換装置を、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。
【００１６】
（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。
【００１７】
（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。
【００１８】
（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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。本実施形態の中間コンタクト層は、Ｇａ２Ｏ３がドープされたＺｎＯ（ＧＺＯ）を主成分とし、窒素原子を含有する。本実施形態の中間コンタクト層の膜厚は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とされる。
本実施形態では、中間コンタクト層の製膜方法としてＲＦマグネトロンスパッタリング法またはＤＣスパッタリング法を適用できる。ＲＦマグネトロンスパッタリング法により製膜する場合、製膜条件は、ターゲット：Ｇａ２Ｏ３ドープＺｎＯ燒結体、原料ガス：Ａｒガス、Ｏ２ガス及びＮ２ガス、圧力：０．１３〜０．６７Ｐａ、ＲＦパワー：１．１〜４．４Ｗ／ｃｍ２、基板温度：１２０℃とされる。
【００２１】
中間コンタクト層は、後段の第２セル層９２製膜時に水素プラズマに曝される。これにより、中間コンタクト層のシート抵抗は、中間コンタクト層製膜時よりも低下する。本実施形態において、水素プラズマ曝露後の中間コンタクト層５のシート抵抗は、１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下、好ましくは１０ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下とされる。
【００２２】
図６に、本実施形態のモジュール構造に対応する等価回路を用いて、接続部でのシャント抵抗と電池性能とを算出した結果を示す。同図において、横軸はシャント抵抗、縦軸はモジュールの発電効率である。シャント抵抗が１ｋΩ／□より低くなると、発電効率が急激に低下する。第１セル層（非晶質シリコン系）でのシャント抵抗の低下が、モジュールの発電効率に特に影響を与える。シャント抵抗が１ｋΩ／□以上、特に１０ｋΩ／□以上になると、モジュール性能へのシャント抵抗の影響がほぼ無くなることが分かる。
【００２３】
図７に、ＧＺＯ製膜時のＮ２ガス添加量とＧＺＯ膜のシート抵抗との関係を示す。同図において、横軸はＡｒガス流量に対するＮ２ガス流量の割合、縦軸はＧＺＯ膜のシート抵抗である。ＧＺＯ膜の製膜は、基板：ガラス基板、ターゲット：Ｇａ２Ｏ３０．５質量％添加ＺｎＯ燒結体、Ａｒガスに対するＯ２ガス流量：１％、圧力：０．２Ｐａ、ＲＦパワー：４．４Ｗ／ｃｍ２、基板温度：１２０℃、目標膜厚：８０ｎｍの条件にて実施した。水素プラズマ処理条件は、４０Ｐａ、０．５Ｗ／ｃｍ２とした。水素プラズマ曝露後のＧＺＯ膜のシート抵抗は、製膜直後に比べて２〜３桁低下する。図７を取得した製膜条件では、Ａｒガスに対するＮ２ガス流量１％以上４％以下で水素プラズマ曝露後のＧＺＯ膜のシート抵抗が１ｋΩ／□〜１００ｋΩ／□の範囲内、２％以上４％以下で１０ｋΩ／□〜１００ｋΩ／□の範囲内にすることができる。
【００２４】
ＧＺＯ膜中の窒素原子濃度は、Ａｒガスに対するＮ２ガスの流量比（分圧比）により制御できる。Ｎ２ガス量の増加に伴い、ＧＺＯ膜中の窒素原子濃度も増加する傾向がある。上記製膜条件では、Ｎ２ガス添加量１％の場合に０．２５原子％、２％の場合に０．５原子％、４％の場合に１原子％の窒素原子が膜中に取り込まれる。
【００２５】
図８に、製膜時のＮ２ガス添加量を変えたＧＺＯ膜の光学特性を示す。同図において、横軸は波長、縦軸は実効透過率である。ＧＺＯ膜に窒素原子を添加することにより、波長７００ｎｍ以下の可視光領域における透過率が減少する。上記製膜条件では、Ｎ２ガスの割合が１〜４％の範囲であれば、光吸収損失を抑えることができる。
【００２６】
中間コンタクト層としてのＧＺＯ膜のシート抵抗は、Ｇａ２Ｏ３ドープ量、製膜雰囲気中の酸素分圧などによっても変化する。そこで、Ｇａ２Ｏ３ドープ量、製膜雰囲気中の酸素分圧などの製膜条件毎に、Ｎ２ガス流量またはＮ２ガス分圧と水素プラズマ曝露後のシート抵抗との関係を取得すると良い。
【００２７】
また、本実施形態では、中間コンタクト層５はＧａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２で表される化合物を主成分としても良い。上述の水素プラズマ曝露後のシート抵抗を満たすために、上記組成において０．０９６≦ｘ≦０．１８３とされる。Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２の製膜には、ターゲットとして、例えばＧａ２Ｏ３ドープＺｎＯ−ＭｇＯ混合ターゲット（ＭｇＯ比率：５〜１０質量％）を用いる。
【００２８】
次に、中間コンタクト層５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】
（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。
【００３１】
（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またはＡｌドープＺｎＯ）膜を製膜して設けても良い。
【００３２】
（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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
（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。
【００３８】
（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。
【００３９】
＜第２実施形態＞
図９に示される第２実施形態に係る光電変換装置では、中間コンタクト層５は、基板１側から順に第１層５ａ及び第２層５ｂで構成される。第１層５ａは、窒素を含有しないＧＺＯ膜とされる。第２層５ｂは、第１実施形態と同様の窒素原子を含有するＧＺＯ膜とされる。
【００４０】
第２実施形態に係る光電変換装置は、中間コンタクト層５の形成工程以外は第１実施形態と同じ工程にて製造される。
【００４１】
第２実施形態の中間コンタクト層の形成では、まず、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、ターゲット：Ｇａ２Ｏ３ドープＺｎＯ燒結体、原料ガス：Ａｒガス及びＯ２ガス、圧力：０．１３〜０．６７Ｐａ、ＲＦパワー：１．１〜４．４Ｗ／ｃｍ２、基板温度：１２０℃の条件で、第１層５ａが製膜される。第１層製膜後、原料ガスとしてＮ２ガスを供給して第２層５ｂが製膜される。
第２セル層９２と接触する第２層５ｂとして窒素を含有するＧＺＯ膜を形成において、水素プラズマ曝露後のシート抵抗を１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下となるように製膜条件を調整すれば、漏れ電流を抑制できるとともに良好なコンタクト性を有する中間コンタクト層とすることができる。
【００４２】
第２実施形態の中間コンタクト層５の膜厚は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とされる。水素プラズマは曝露表面付近にて強く作用するため、第２層５ｂの膜厚は１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下とされる。
【００４３】
本実施形態において、第１層５ａ及び第２層５ｂの少なくとも一方が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）で表される化合物を主成分とされても良い。
第１層５ａと第２層５ｂとが同じ材料である場合は、同一製膜室内にて連続して製膜することができる。第１層５ａと第２層５ｂとが異なる材料である場合には、例えば２つの製膜室にそれぞれターゲットとしてＧａ２Ｏ３ドープＺｎＯ焼結体及びＧａ２Ｏ３ドープＺｎＯ−ＭｇＯ混合ターゲット（ＭｇＯ比率：５〜１０質量％）が配置されたスパッタリング装置が用いて製膜することができる。
【実施例】
【００４４】
ガラス基板上に、図１に示す層構成のタンデム型太陽電池モジュールを形成した。各層の条件を以下に示す。
透明電極層：ＦドープＳｎＯ２薄膜、膜厚８００ｎｍ
第１セル層 ｐ層：膜厚１０ｎｍ
ｉ層：膜厚２００ｎｍ
ｎ層：膜厚３０ｎｍ
中間コンタクト層：窒素含有ＧＺＯ膜（Ｇａ２Ｏ３：０．５質量％）、膜厚８０ｎｍ
第２セル層 ｐ層：膜厚３０ｎｍ
ｉ層：膜厚１９００ｎｍ
ｎ層：膜厚３０ｎｍ
裏面電極層 ：Ａｇ薄膜、膜厚２５０ｎｍ
中間コンタクト層は、Ａｒガス流量に対するＮ２ガス流量の割合：０〜６％、Ｏ２ガス流量比：１％、基板温度１２０℃、製膜圧力：０．２Ｐａ、ＲＦパワー：４．４Ｗ／ｃｍ２の条件で製膜した。
モジュール構造は、図３（ｃ）に示すように、１つの接続部に３本の溝（溝１０〜１２）を形成する構造とした。
【００４５】
図１０乃至図１３に、中間コンタクト層製膜時のＮ２ガス添加量とモジュール性能との関係を示す。図１０乃至図１３の横軸は、Ａｒガス流量に対するＮ２ガス流量の割合である。縦軸は、図１０では短絡電流、図１１では開放電圧、図１２では形状因子、図１３では発電効率である。短絡電流はＮ２ガス添加量の増加とともに減少する。一方、形状因子は、Ｎ２ガス添加量３％において極大を示した。形状因子の影響により、発電効率はＮ２ガス添加量１〜４％において、添加量０％（窒素を含有しないＧＺＯ膜）の場合よりも大幅に向上した。
【符号の説明】
【００４６】
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
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太陽電池に用いられる光電変換装置としては、基板に形成された透明電極層上に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光電変換装置が知られている。
薄膜シリコン系太陽電池の変換効率、すなわち、発電出力を増加させるために、吸収波長帯域が異なる発電セル層を２段重ねた光電変換層とすることによって、入射光を効率良く吸収させるタンデム型太陽電池が提案されている。タンデム型太陽電池では、光電変換層である第１の発電セル層と第２の発電セル層との間でのドーパント相互拡散の抑制、及び、光量配分の調整を目的として、中間コンタクト層が挿入される場合がある。
【０００３】
中間コンタクト層材料としては、一般的に、屈折率が２．０程度とシリコンに比べて低く、プラズマ耐性及び透明性に優れた酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられる。しかし、酸化亜鉛は、水素プラズマ雰囲気に曝されると抵抗率が低下する。抵抗率の低下、すなわち導電率の増大は、水素プラズマによってＺｎＯに酸素欠陥が発生しやすいためと考えられる。この結果、集積型太陽電池モジュールとした場合に、セル接続部において中間コンタクト層から金属電極への漏れ電流（横方向の漏れ電流）が発生し、形状因子が低下する。漏れ電流（シャント成分）を抑制するために、接続部にレーザ加工部を追加するなどの対策が講じられているが、新たな加工部を設けることによる有効面積の減少や工程増加によるコスト増加が生じる。
【０００４】
特許文献１には、第１の光起電力素子と第２の光起電力素子との間に、シート抵抗が１００ｋΩ／□以上１００ＭΩ／□以下と高抵抗の選択反射層が設けられることにより、起電力の低下を伴わずに大きな光電流を得ることができる積層型光起電力素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１１９７０号公報（請求項１、段落[００１９]、[００２９]、[００３６]）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１において評価されている選択的反射層のシート抵抗値は、同文献の段落[００５４]から理解できるように、基板上に選択的反射層を直接製膜し、選択的反射層の表面が水素プラズマに曝されていないサンプルについて測定された値である。すなわち、特許文献１では、酸化亜鉛層が水素プラズマに曝されることによる抵抗低下は考慮されていない。このように、プラズマ処理後の抵抗率が制御されていない場合では、漏れ電流を効果的に抑制することはできない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、水素プラズマ曝露後の導電率が適正な範囲に設定されることにより、漏れ電流が抑制されて変換効率が向上した光電変換装置を提供する。
【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、基板上に、２つの発電セル層を備える光電変換層と、前記２つの発電セル層の間に介在する中間コンタクト層とを含む光電変換装置であって、前記中間コンタクト層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とし、かつ、窒素原子を含み、水素プラズマ曝露後の前記中間コンタクト層のシート抵抗が、１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下とされる光電変換装置を提供する。
上記発明において、前記中間コンタクト層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）を主成分としても良い。
【０００９】
ＧＺＯを主成分とする窒素原子含有膜は、水素プラズマ曝露後の抵抗率が窒素原子を含まない場合より高くなる。すなわち、ＧＺＯを主成分とする膜に窒素原子を添加することにより、中間コンタクト層の導電率（抵抗率）を適正な範囲に制御することが可能である。セル接続部での漏れ電流を抑制しつつ、良好なコンタクト性を確保するためには、中間コンタクト層のシート抵抗は、１ｋΩ／□以上とされる。一方、膜垂直方向への電気伝導を確保するためには、直列抵抗を低くすることが不可欠であることから、中間コンタクト層のシート抵抗は１００ｋΩ／□以下とする必要がある。
【００１０】
上記発明において、前記中間コンタクト層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とする第１層と、前記第１層の前記基板側と反対側の表面に、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とし、かつ、窒素原子を含有する第２層とを備え、水素プラズマ曝露後の前記第２セル層のシート抵抗が、１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下とされることが好ましい。
この場合、前記第２層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）を主成分としても良い。
【００１１】
このように、中間コンタクト層を２層構成とし、基板と反対側、すなわち、中間コンタクト層上に設けられる発電セル層と接触する側の層としてＧＺＯを主成分とする窒素原子含有膜を設けることによっても、セル接続部での漏れ電流を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
中間コンタクト層として窒素を含有しＧＺＯを主成分とする膜を設けることにより、水素プラズマ処理後の中間コンタクト層のシート抵抗を制御することができる。この結果、新たな加工部を設けることなく漏れ電流を抑制することができ、高効率の光電変換装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１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】第１実施形態の光電変換装置とし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】第１実施形態の光電変換装置とし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】第１実施形態の光電変換装置とし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】第１実施形態の光電変換装置とし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】接続部でのシャント抵抗と電池性能との関係を示すグラフである。
【図７】ＧＺＯ製膜時のＮ２ガス添加量とＧＺＯ膜のシート抵抗との関係を示すグラフである。
【図８】製膜時のＮ２ガス添加量を変えたＧＺＯ膜の光学特性を示すグラフである。
【図９】第２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１０】中間コンタクト層製膜時のＮ２ガス添加量と短絡電流との関係を示すグラフである。
【図１１】中間コンタクト層製膜時のＮ２ガス添加量と開放電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】中間コンタクト層製膜時のＮ２ガス添加量と形状因子との関係を示すグラフである。
【図１３】中間コンタクト層製膜時のＮ２ガス添加量と発電効率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の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、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。
【００１５】
第１実施形態に係る光電変換装置を、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。
【００１６】
（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。
【００１７】
（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。
【００１８】
（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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。本実施形態の中間コンタクト層は、Ｇａ２Ｏ３がドープされたＺｎＯ（ＧＺＯ）を主成分とし、窒素原子を含有する。本実施形態の中間コンタクト層の膜厚は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とされる。
本実施形態では、中間コンタクト層の製膜方法としてＲＦマグネトロンスパッタリング法またはＤＣスパッタリング法を適用できる。ＲＦマグネトロンスパッタリング法により製膜する場合、製膜条件は、ターゲット：Ｇａ２Ｏ３ドープＺｎＯ燒結体、原料ガス：Ａｒガス、Ｏ２ガス及びＮ２ガス、圧力：０．１３〜０．６７Ｐａ、ＲＦパワー：１．１〜４．４Ｗ／ｃｍ２、基板温度：１２０℃とされる。
【００２１】
中間コンタクト層は、後段の第２セル層９２製膜時に水素プラズマに曝される。これにより、中間コンタクト層のシート抵抗は、中間コンタクト層製膜時よりも低下する。本実施形態において、水素プラズマ曝露後の中間コンタクト層５のシート抵抗は、１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下、好ましくは１０ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下とされる。
【００２２】
図６に、本実施形態のモジュール構造に対応する等価回路を用いて、接続部でのシャント抵抗と電池性能とを算出した結果を示す。同図において、横軸はシャント抵抗、縦軸はモジュールの発電効率である。シャント抵抗が１ｋΩ／□より低くなると、発電効率が急激に低下する。第１セル層（非晶質シリコン系）でのシャント抵抗の低下が、モジュールの発電効率に特に影響を与える。シャント抵抗が１ｋΩ／□以上、特に１０ｋΩ／□以上になると、モジュール性能へのシャント抵抗の影響がほぼ無くなることが分かる。
【００２３】
図７に、ＧＺＯ製膜時のＮ２ガス添加量とＧＺＯ膜のシート抵抗との関係を示す。同図において、横軸はＡｒガス流量に対するＮ２ガス流量の割合、縦軸はＧＺＯ膜のシート抵抗である。ＧＺＯ膜の製膜は、基板：ガラス基板、ターゲット：Ｇａ２Ｏ３０．５質量％添加ＺｎＯ燒結体、Ａｒガスに対するＯ２ガス流量：１％、圧力：０．２Ｐａ、ＲＦパワー：４．４Ｗ／ｃｍ２、基板温度：１２０℃、目標膜厚：８０ｎｍの条件にて実施した。水素プラズマ処理条件は、４０Ｐａ、０．５Ｗ／ｃｍ２とした。水素プラズマ曝露後のＧＺＯ膜のシート抵抗は、製膜直後に比べて２〜３桁低下する。図７を取得した製膜条件では、Ａｒガスに対するＮ２ガス流量１％以上４％以下で水素プラズマ曝露後のＧＺＯ膜のシート抵抗が１ｋΩ／□〜１００ｋΩ／□の範囲内、２％以上４％以下で１０ｋΩ／□〜１００ｋΩ／□の範囲内にすることができる。
【００２４】
ＧＺＯ膜中の窒素原子濃度は、Ａｒガスに対するＮ２ガスの流量比（分圧比）により制御できる。Ｎ２ガス量の増加に伴い、ＧＺＯ膜中の窒素原子濃度も増加する傾向がある。上記製膜条件では、Ｎ２ガス添加量１％の場合に０．２５原子％、２％の場合に０．５原子％、４％の場合に１原子％の窒素原子が膜中に取り込まれる。
【００２５】
図８に、製膜時のＮ２ガス添加量を変えたＧＺＯ膜の光学特性を示す。同図において、横軸は波長、縦軸は実効透過率である。ＧＺＯ膜に窒素原子を添加することにより、波長７００ｎｍ以下の可視光領域における透過率が減少する。上記製膜条件では、Ｎ２ガスの割合が１〜４％の範囲であれば、光吸収損失を抑えることができる。
【００２６】
中間コンタクト層としてのＧＺＯ膜のシート抵抗は、Ｇａ２Ｏ３ドープ量、製膜雰囲気中の酸素分圧などによっても変化する。そこで、Ｇａ２Ｏ３ドープ量、製膜雰囲気中の酸素分圧などの製膜条件毎に、Ｎ２ガス流量またはＮ２ガス分圧と水素プラズマ曝露後のシート抵抗との関係を取得すると良い。
【００２７】
また、本実施形態では、中間コンタクト層５はＧａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２で表される化合物を主成分としても良い。上述の水素プラズマ曝露後のシート抵抗を満たすために、上記組成において０．０９６≦ｘ≦０．１８３とされる。Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２の製膜には、ターゲットとして、例えばＧａ２Ｏ３ドープＺｎＯ−ＭｇＯ混合ターゲット（ＭｇＯ比率：５〜１０質量％）を用いる。
【００２８】
次に、中間コンタクト層５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】
（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。
【００３１】
（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またはＡｌドープＺｎＯ）膜を製膜して設けても良い。
【００３２】
（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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
（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。
【００３８】
（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。
【００３９】
＜第２実施形態＞
図９に示される第２実施形態に係る光電変換装置では、中間コンタクト層５は、基板１側から順に第１層５ａ及び第２層５ｂで構成される。第１層５ａは、窒素を含有しないＧＺＯ膜とされる。第２層５ｂは、第１実施形態と同様の窒素原子を含有するＧＺＯ膜とされる。
【００４０】
第２実施形態に係る光電変換装置は、中間コンタクト層５の形成工程以外は第１実施形態と同じ工程にて製造される。
【００４１】
第２実施形態の中間コンタクト層の形成では、まず、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、ターゲット：Ｇａ２Ｏ３ドープＺｎＯ燒結体、原料ガス：Ａｒガス及びＯ２ガス、圧力：０．１３〜０．６７Ｐａ、ＲＦパワー：１．１〜４．４Ｗ／ｃｍ２、基板温度：１２０℃の条件で、第１層５ａが製膜される。第１層製膜後、原料ガスとしてＮ２ガスを供給して第２層５ｂが製膜される。
第２セル層９２と接触する第２層５ｂとして窒素を含有するＧＺＯ膜を形成において、水素プラズマ曝露後のシート抵抗を１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下となるように製膜条件を調整すれば、漏れ電流を抑制できるとともに良好なコンタクト性を有する中間コンタクト層とすることができる。
【００４２】
第２実施形態の中間コンタクト層５の膜厚は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とされる。水素プラズマは曝露表面付近にて強く作用するため、第２層５ｂの膜厚は１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下とされる。
【００４３】
本実施形態において、第１層５ａ及び第２層５ｂの少なくとも一方が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）で表される化合物を主成分とされても良い。
第１層５ａと第２層５ｂとが同じ材料である場合は、同一製膜室内にて連続して製膜することができる。第１層５ａと第２層５ｂとが異なる材料である場合には、例えば２つの製膜室にそれぞれターゲットとしてＧａ２Ｏ３ドープＺｎＯ焼結体及びＧａ２Ｏ３ドープＺｎＯ−ＭｇＯ混合ターゲット（ＭｇＯ比率：５〜１０質量％）が配置されたスパッタリング装置が用いて製膜することができる。
【実施例】
【００４４】
ガラス基板上に、図１に示す層構成のタンデム型太陽電池モジュールを形成した。各層の条件を以下に示す。
透明電極層：ＦドープＳｎＯ２薄膜、膜厚８００ｎｍ
第１セル層 ｐ層：膜厚１０ｎｍ
ｉ層：膜厚２００ｎｍ
ｎ層：膜厚３０ｎｍ
中間コンタクト層：窒素含有ＧＺＯ膜（Ｇａ２Ｏ３：０．５質量％）、膜厚８０ｎｍ
第２セル層 ｐ層：膜厚３０ｎｍ
ｉ層：膜厚１９００ｎｍ
ｎ層：膜厚３０ｎｍ
裏面電極層 ：Ａｇ薄膜、膜厚２５０ｎｍ
中間コンタクト層は、Ａｒガス流量に対するＮ２ガス流量の割合：０〜６％、Ｏ２ガス流量比：１％、基板温度１２０℃、製膜圧力：０．２Ｐａ、ＲＦパワー：４．４Ｗ／ｃｍ２の条件で製膜した。
モジュール構造は、図３（ｃ）に示すように、１つの接続部に３本の溝（溝１０〜１２）を形成する構造とした。
【００４５】
図１０乃至図１３に、中間コンタクト層製膜時のＮ２ガス添加量とモジュール性能との関係を示す。図１０乃至図１３の横軸は、Ａｒガス流量に対するＮ２ガス流量の割合である。縦軸は、図１０では短絡電流、図１１では開放電圧、図１２では形状因子、図１３では発電効率である。短絡電流はＮ２ガス添加量の増加とともに減少する。一方、形状因子は、Ｎ２ガス添加量３％において極大を示した。形状因子の影響により、発電効率はＮ２ガス添加量１〜４％において、添加量０％（窒素を含有しないＧＺＯ膜）の場合よりも大幅に向上した。
【符号の説明】
【００４６】
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
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、２つの発電セル層を備える光電変換層と、前記２つの発電セル層の間に介在する中間コンタクト層とを含む光電変換装置であって、
前記中間コンタクト層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とし、かつ、窒素原子を含み、
水素プラズマ曝露後の前記中間コンタクト層のシート抵抗が、１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下とされる光電変換装置。
【請求項２】
前記中間コンタクト層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）を主成分とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記中間コンタクト層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とする第１層と、
前記第１層の前記基板側と反対側の表面に、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とし、かつ、窒素原子を含有する第２層とを備え、
水素プラズマ曝露後の前記第２セル層のシート抵抗が、１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下とされる請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記第２層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）を主成分とする請求項３に記載の光電変換装置。
【請求項１】
基板上に、２つの発電セル層を備える光電変換層と、前記２つの発電セル層の間に介在する中間コンタクト層とを含む光電変換装置であって、
前記中間コンタクト層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とし、かつ、窒素原子を含み、
水素プラズマ曝露後の前記中間コンタクト層のシート抵抗が、１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下とされる光電変換装置。
【請求項２】
前記中間コンタクト層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）を主成分とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記中間コンタクト層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とする第１層と、
前記第１層の前記基板側と反対側の表面に、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎＯを主成分とし、かつ、窒素原子を含有する第２層とを備え、
水素プラズマ曝露後の前記第２セル層のシート抵抗が、１ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下とされる請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記第２層が、Ｇａ２Ｏ３が添加されたＺｎ１−ｘＭｇｘＯ２（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）を主成分とする請求項３に記載の光電変換装置。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１０９０１１（Ｐ２０１１−１０９０１１Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６５１７３（Ｐ２００９−２６５１７３）
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【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 新エネルギー技術研究開発 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６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【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 新エネルギー技術研究開発 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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