光電変換装置
【課題】透明電極層から微結晶シリコンｐ層への酸素の拡散を抑制することで、高い発電効率を有する光電変換装置を提供することを目的とする。
【解決手段】基板１上に、透明電極層２と、少なくとも１つの光電変換層３とを備え、前記光電変換層３が、ｐ型結晶質シリコン層４１と、ｉ型結晶質シリコン層４２と、ｎ型シリコン層４３とを含み、前記透明電極層２と前記ｐ型結晶質シリコン層４１との間に、非晶質シリコン層７が隣接して配置される光電変換装置１００。
【解決手段】基板１上に、透明電極層２と、少なくとも１つの光電変換層３とを備え、前記光電変換層３が、ｐ型結晶質シリコン層４１と、ｉ型結晶質シリコン層４２と、ｎ型シリコン層４３とを含み、前記透明電極層２と前記ｐ型結晶質シリコン層４１との間に、非晶質シリコン層７が隣接して配置される光電変換装置１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関し、特に発電層としてシリコンを用いる薄膜系太陽電池に関するものである。
【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。
【０００３】
透明電極層は、通常、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の金属酸化物が主成分とされる透明導電膜からなる。
光電変換層は、非晶質シリコンや結晶質シリコンからなり、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）によって形成されるｐｉｎ接合を有しており、これがエネルギー変換部となって、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【０００４】
特許文献１には、プラズマＣＶＤ法による低温プロセスを用いて形成される結晶質シリコン系光電変換層を備えた光電変換装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−８７７４２号公報（請求項１、段落［０００８］、［０００９］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、微結晶シリコンを用いた太陽電池では、透明電極層上に光電変換層として微結晶シリコンｐ層が積層される。このため、透明電極層に含まれる酸素が拡散されて、微結晶シリコンｐ層に混入してしまう。微結晶シリコン層に酸素が混入すると、酸素に関連したドナー準位が形成されるといわれている。例えば、真性の微結晶シリコンの場合、ｎ型化の原因となる。このドナー準位の形成は、微結晶シリコンｐ層に対してはｐ型を弱める働きをするため、従来は必要以上にドーピングを濃くすることでｐ型を維持させていた。しかし、この方法では、微結晶シリコンｐ層のバンドギャップが狭くなり、光の吸収損失が発生するため、短絡電流を低下させてしまう。一方、短絡電流を低下させないためにドーパントの含有量を減らすと、微結晶シリコンｐ層のドーピング不足によって、開放電圧及び形状因子の低下が引き起こされる。これによって、光電変換装置の発電効率が低下する。
【０００７】
特許文献１のシリコン系薄膜光電変換装置では、結晶質シリコン光電変換層のｐ層とｉ層との間に、実質的にｉ型のごく薄い非晶質シリコン系薄膜を導入することにより、結晶質シリコン系光電変換層の結晶核発生の要因となる小粒径の結晶シリコンの密度を適度に抑制し、結晶粒界や粒内欠陥が少なくかつ一方向に強く結晶配向した良質の光電変換層が得られることを開示している。特許文献１に記載の発明は、低温プロセスにおける結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層の結晶性を向上させることを目的として非晶質シリコン系薄膜光電変換層を下地層として挿入するものである。しかしながら、このような構成では、依然として上述したように透明導電膜に含まれる酸素が微結晶シリコンｐ層に拡散することによる短絡電流の低下、あるいは発電効率及び形状因子の低下といった課題は解決できない。
【０００８】
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、結晶質シリコンｐ層のｐ型が維持され、且つ、高い発電効率を有する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】
上記課題を解決するために、本発明は、基板上に、透明電極層と、少なくとも１つの光電変換層とを備え、前記光電変換層が、ｐ型結晶質シリコン層と、ｉ型結晶質シリコン層と、ｎ型シリコン層とを含み、前記透明電極層と前記ｐ型結晶質シリコン層との間に、非晶質シリコン層が隣接して配置される光電変換装置を提供する。
【００１０】
本発明において、透明電極層とｐ型結晶質シリコン層との間に、非晶質（アモルファス）シリコン層が隣接して配置されることによって、透明電極層に含まれる酸素がｐ型結晶質シリコン層に拡散することを防止できる。それによって、ｐ型結晶質シリコン層のｎ型化が抑えられ、光電変換装置としたときの発電効率の低下を抑制することができる。なお、透明電極層には、金属酸化物が主成分とされる透明導電膜からなる層、例えば、中間コンタクト層が含まれる。
【００１１】
透明電極層上に結晶質シリコンｐ層を製膜するのに比べ、非晶質シリコン層上に結晶質シリコンｐ層を製膜する方が透明電極の還元による光損失を抑制でき、発電層となる結晶質シリコン層の光吸収量が向上し、発電効率が向上される。よって、同程度の効率であれば結晶質シリコン層を薄膜化することができ、生産性を向上することができる。
【００１２】
上記発明において、前記非晶質シリコン層が、ｐ型非晶質シリコン層またはｉ型非晶質シリコン層であることが好ましい。非晶質シリコン層は、透明電極層からｐ型結晶質シリコン層への酸素の拡散を防止する効果を有する。非晶質シリコン層は、ｐ型結晶質シリコン層に接触して配置されるため、電気的特性がｐ型結晶質シリコン層に類似したｐ型非晶質シリコン層であることが特に好ましい。なお、非晶質シリコン層をｉ型とした場合、光電変換装置としたときに、ｉ型非晶質シリコン層上に積層されたｐ型結晶質シリコン層から不純物（ドーパント等）が拡散されてしまいｉ型とｐ型との識別が困難となる場合がある。
【００１３】
上記発明において、前記非晶質シリコン層の膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下が更に好ましい。非晶質シリコン層は、結晶質シリコン層よりも導電率が低いため、膜厚を３０ｎｍより厚くすると、非結晶質層と結晶質層との界面での接触抵抗が増大する。一方、酸素の拡散を抑制する効果を得るためには１ｎｍ以上の膜厚が必要となる。
【００１４】
本発明は、基板上に、２つ以上の光電変換層と、互いに隣接する２つの光電変換層の間に位置する中間コンタクト層とを備え、前記光電変換層が、結晶質シリコンを主とするｐ型結晶質シリコン層と、ｉ型結晶質シリコン層と、ｎ型シリコン層とを含み、前記中間コンタクト層と前記ｐ型結晶質シリコン層との間に、非晶質シリコン層が隣接して配置される光電変換装置を提供する。
【００１５】
本発明において、中間コンタクト層とｐ型結晶質シリコン層との間に、非晶質（アモルファス）シリコン層が隣接して配置されることによって、中間コンタクト層に含まれる酸素がｐ型結晶質シリコン層に拡散することを防止できる。それによって、ｐ型結晶質シリコン層のｎ型化が抑えられ、光電変換装置としたときの発電効率の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、透明電極層とｐ型結晶質シリコン層との間に非晶質シリコン層を挿入することで、透明電極層からｐ型結晶質シリコン層への酸素の拡散を防止し、光電変換装置の発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る光電変換装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る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】本発明の実施形態に係る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】本発明の実施形態に係る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】本発明の実施形態に係る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】実施例１に係るシングル型結晶質シリコン太陽電池セルの構成を模式的に示した断面図である。
【図７】実施例１に係る非晶質シリコンｐ層の膜厚と発電効率との関係を示すグラフである。
【図８】実施例２に係る非晶質シリコンｉ層の膜厚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】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
（１）図２（ａ）
基板１として面積１ｍ２以上の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。
【００２１】
（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。
【００２２】
ＳｎＯ２膜は耐プラズマ性が低く、水素を使用した大きなプラズマ密度での光電変換層の堆積環境下では、ＳｎＯ２膜が還元されてしまう。ＳｎＯ２膜が還元されると、発電効率の低下を招く原因となる。そのため、プラズマ耐性保護層（図示せず）として、透明電極層２の上に、膜厚：１００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を、ターゲット：Ｇａ２O３をドープした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、プラズマ耐性保護層は設けない場合もある。
【００２３】
（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。
【００２４】
（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第１非晶質シリコンｐ層３１、第１非晶質シリコンｉ層３２、第１非晶質シリコンｎ層３３の順で製膜する。第１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。第１非晶質シリコンｉ層３２は、膜厚２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。第１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。第１非晶質シリコンｐ層３１と第１非晶質シリコンｉ層３２との間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
【００２５】
第１セル層９１の上に、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。
【００２６】
中間コンタクト層５の上に、ｐ型の第２非晶質シリコン層７をプラズマＣＶＤ装置により製膜する。ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス及びＢ２Ｈ６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℃とする。第２非晶質シリコンｐ層は非晶質のＢドープシリコンを主とし、膜厚１ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。膜厚を５ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすると、太陽電池モジュールとしたときの発電効率が、更に向上する。
なお、非晶質シリコンには、アモルファスＳｉＣ、アモルファスＳｉＯを用いても良い。
【００２７】
なお、ｐ型の第２非晶質シリコン層７は、ｉ型の第２非晶質シリコン層であっても良い。その場合、第２非晶質シリコンｉ層は、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℃とする。第２非晶質シリコンｉ層は非晶質シリコンを主とし、膜厚１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。膜厚を５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすると、太陽電池モジュールとしたときの発電効率が、更に向上する。
なお、非晶質シリコンには、アモルファスＳｉＣ、アモルファスＳｉＯを用いても良い。
【００２８】
第２セル層９２として、結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：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非晶質シリコン層７上に太陽光の入射する側から第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】
なお、結晶質シリコンｎ層は、非晶質シリコンを主とした非晶質シリコンｎ層、或いは非晶質シリコンｎ層と結晶質シリコンｎ層の積層構造でも良い。ｎ層４３は、Ｐドープしたシリコンを主とし、膜厚は２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下としても良い。この場合、ｎ層４３の製膜において、水素希釈率Ｈ２／ＳｉＨ４は０倍以上１０倍以下とされる。ｎ層の製膜速度は、０．２ｎｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは０．２５ｎｍ／ｓｅｃ以上とされる。
ｎ層４３が２層構成とされる場合、結晶質シリコンｉ層４２上に形成される第１ｎ層は、水素希釈率０倍以上１０倍以下の条件で製膜される。第１ｎ層の製膜においても、上述した炭素及び窒素のうち少なくとも一方の元素を含むガスを用いて製膜しても良い。第２ｎ層は、第１ｎ層と異なる水素希釈率で製膜される。この時、製膜速度が高く、かつ、非晶質シリコンが製膜される水素希釈率条件（例えば２０倍）で第２ｎ層を製膜すれば、生産性が向上する上、カバレージも改善されると考えられるため、有利である。
【００３０】
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。
【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。
【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する。
【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。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
図６に示すような構成のシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガラス基板（４２ｃｍ×５７ｃｍ×板厚４ｍｍ）１上に、透明電極層（プラズマ耐性保護層を含む）２、第２非晶質シリコンｐ層（ａ−Ｓｉ（ｐ））７ａ、結晶質シリコンｐ層（μｃ−Ｓｉ（ｐ））４１、結晶質シリコンｉ層（μｃ−Ｓｉ（ｉ））４２、結晶質シリコンｎ層（μｃ−Ｓｉ（ｎ））４３、及び裏面電極層４を順次製膜した。
透明電極層２として、膜厚８００ｎｍの酸化錫膜、膜厚３００ｎｍのＧＺＯ膜（プラズマ耐性保護層）を形成した。裏面電極層４として、膜厚８０ｎｍのＧＺＯ膜、及び、膜厚３００ｎｍのＡｇ膜を形成した。
【００４１】
第２非晶質シリコンｐ層７ａは、原料ガスにＨ２、ＳｉＨ４及びＢ２Ｈ６を用い、水素希釈率：４０倍、圧力：４０Ｐａ、ヒーター温度：１８０℃、プラズマ発生周波数：１３．５６ＭＨｚ、投入電力：５０Ｗの条件にて、Ｂドープした非晶質シリコン膜を製膜した。製膜時間を変えることで、種々の膜厚の非晶質シリコンｐ層を形成した。
【００４２】
結晶質シリコンｐ層４１は、原料ガスにＨ２、ＳｉＨ４及びＢ２Ｈ６を用い、水素希釈率：１６７倍、圧力：５３２Ｐａ、ヒーター温度：１９０℃、プラズマ発生周波数：６０ＭＨｚ、投入電力：１０００Ｗの条件にて、膜厚２０ｎｍのＢドープした微結晶シリコン膜を製膜した。
結晶質シリコンｉ層４２は、原料ガスにＨ２及びＳｉＨ４を用い、水素希釈率：４１倍、圧力：７９８Ｐａ、ヒーター温度：１８５℃、プラズマ発生周波数：６０ＭＨｚ、投入電力：２４４０Ｗの条件にて、膜厚２０００ｎｍの微結晶シリコン膜を製膜した。
結晶質シリコンｎ層４３は、原料ガスにＨ２、ＳｉＨ４及びＰＨ３を用い、水素希釈率：４５倍、圧力：８０Ｐａ、ヒーター温度：２０６℃、プラズマ発生周波数：６０ＭＨｚ、投入電力：５００Ｗの条件にて、膜厚３５ｎｍのＰドープした微結晶シリコン膜を製膜した。
【００４３】
図７に透明電極層２と結晶質シリコンｐ層４１との間に第２非晶質シリコンｐ層７ａを挿入したときの、第２非晶質シリコンｐ層７ａの膜厚と発電効率との関係を示す。同図において、横軸は第２非晶質シリコンｐ層７ａの膜厚、縦軸は発電効率（第２非晶質シリコンｐ層７ａの膜厚が０ｎｍのときの値を基準とした規格値）を示す。第２非晶質シリコンｐ層７ａを挿入しなかった場合と比して、膜厚が３０ｎｍより厚い第２非晶質シリコンｐ層７ａを挿入すると、発電効率は低下した。一方、膜厚が３０ｎｍ以下の第２非晶質シリコンｐ層７ａを挿入すると、発電効率は維持または向上され、膜厚が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であると、発電効率は２％程度向上した。上記結果は、透明電極層２と結晶質シリコンｐ層４１との間に所望の膜厚を有する第２非晶質シリコンｐ層７ａを挿入したことで、透明電極層２に含まれる酸素４４が結晶質シリコンｐ層４１へ拡散するのを防止できたことによると考えられる。
【００４４】
（実施例２）
図６に示すような構成のシングル型結晶質シリコン太陽電池セルの第２非晶質シリコンｐ層７ａに換えて、非晶質シリコンを主とした第２非晶質シリコンｉ層を製膜した。第２非晶質シリコンｉ層の製膜工程以外の工程は、実施例１と同様にしてシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
第２非晶質シリコンｉ層は、原料ガスにＨ２及びＳｉＨ４を用い、水素希釈率：６倍、圧力：６０Ｐａ、ヒーター温度：２３７℃、プラズマ発生周波数：６０ＭＨｚ、投入電力：１５０Ｗの条件にて、非晶質シリコン膜を製膜した。製膜時間を変えることで、種々の膜厚のｉ層を形成した。
【００４５】
図８に透明電極層と結晶質シリコンｐ層との間に第２非晶質シリコンｉ層を挿入したときの、第２非晶質シリコンｉ層の膜厚と発電効率の関係を示す。同図において、横軸は第２非晶質シリコンｉ層の膜厚、縦軸は発電効率（第２非晶質シリコンｉ層の膜厚が０ｎｍのときの値を基準とした規格値）を示す。第２非晶質シリコンｉ層を挿入しなかった場合と比して、膜厚が２０ｎｍより厚い第２非晶質シリコンｉ層を挿入すると、発電効率は低下した。一方、膜厚が２０ｎｍ以下の第２非晶質シリコンｉ層を挿入すると、発電効率は維持または向上され、膜厚が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であると、発電効率は１％程度向上した。
【００４６】
以上の結果から、透明電極層と結晶質シリコンｐ層との間に挿入する第２非晶質シリコン層は、ｐ型でもｉ型でも発電効率を維持または向上させることが確認された。また、ｐ型の方がｉ型よりも、より発電効率が向上された。これは、ｐ型はｉ型よりも電気抵抗が低いため、透明電極層と非晶質シリコン層との界面での接触抵抗が低くなったためと考えられる。
【００４７】
上記実施の形態では太陽電池として、シングル型太陽電池、及び、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、シリコンゲルマニウム太陽電池、また、トリプル型太陽電池などの他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
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
７ 第２非晶質シリコン層
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 第１非晶質シリコンｐ層
３２ 第１非晶質シリコンｉ層
３３ 第１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
４４ 酸素
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）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関し、特に発電層としてシリコンを用いる薄膜系太陽電池に関するものである。
【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。
【０００３】
透明電極層は、通常、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の金属酸化物が主成分とされる透明導電膜からなる。
光電変換層は、非晶質シリコンや結晶質シリコンからなり、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）によって形成されるｐｉｎ接合を有しており、これがエネルギー変換部となって、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【０００４】
特許文献１には、プラズマＣＶＤ法による低温プロセスを用いて形成される結晶質シリコン系光電変換層を備えた光電変換装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−８７７４２号公報（請求項１、段落［０００８］、［０００９］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、微結晶シリコンを用いた太陽電池では、透明電極層上に光電変換層として微結晶シリコンｐ層が積層される。このため、透明電極層に含まれる酸素が拡散されて、微結晶シリコンｐ層に混入してしまう。微結晶シリコン層に酸素が混入すると、酸素に関連したドナー準位が形成されるといわれている。例えば、真性の微結晶シリコンの場合、ｎ型化の原因となる。このドナー準位の形成は、微結晶シリコンｐ層に対してはｐ型を弱める働きをするため、従来は必要以上にドーピングを濃くすることでｐ型を維持させていた。しかし、この方法では、微結晶シリコンｐ層のバンドギャップが狭くなり、光の吸収損失が発生するため、短絡電流を低下させてしまう。一方、短絡電流を低下させないためにドーパントの含有量を減らすと、微結晶シリコンｐ層のドーピング不足によって、開放電圧及び形状因子の低下が引き起こされる。これによって、光電変換装置の発電効率が低下する。
【０００７】
特許文献１のシリコン系薄膜光電変換装置では、結晶質シリコン光電変換層のｐ層とｉ層との間に、実質的にｉ型のごく薄い非晶質シリコン系薄膜を導入することにより、結晶質シリコン系光電変換層の結晶核発生の要因となる小粒径の結晶シリコンの密度を適度に抑制し、結晶粒界や粒内欠陥が少なくかつ一方向に強く結晶配向した良質の光電変換層が得られることを開示している。特許文献１に記載の発明は、低温プロセスにおける結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層の結晶性を向上させることを目的として非晶質シリコン系薄膜光電変換層を下地層として挿入するものである。しかしながら、このような構成では、依然として上述したように透明導電膜に含まれる酸素が微結晶シリコンｐ層に拡散することによる短絡電流の低下、あるいは発電効率及び形状因子の低下といった課題は解決できない。
【０００８】
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、結晶質シリコンｐ層のｐ型が維持され、且つ、高い発電効率を有する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】
上記課題を解決するために、本発明は、基板上に、透明電極層と、少なくとも１つの光電変換層とを備え、前記光電変換層が、ｐ型結晶質シリコン層と、ｉ型結晶質シリコン層と、ｎ型シリコン層とを含み、前記透明電極層と前記ｐ型結晶質シリコン層との間に、非晶質シリコン層が隣接して配置される光電変換装置を提供する。
【００１０】
本発明において、透明電極層とｐ型結晶質シリコン層との間に、非晶質（アモルファス）シリコン層が隣接して配置されることによって、透明電極層に含まれる酸素がｐ型結晶質シリコン層に拡散することを防止できる。それによって、ｐ型結晶質シリコン層のｎ型化が抑えられ、光電変換装置としたときの発電効率の低下を抑制することができる。なお、透明電極層には、金属酸化物が主成分とされる透明導電膜からなる層、例えば、中間コンタクト層が含まれる。
【００１１】
透明電極層上に結晶質シリコンｐ層を製膜するのに比べ、非晶質シリコン層上に結晶質シリコンｐ層を製膜する方が透明電極の還元による光損失を抑制でき、発電層となる結晶質シリコン層の光吸収量が向上し、発電効率が向上される。よって、同程度の効率であれば結晶質シリコン層を薄膜化することができ、生産性を向上することができる。
【００１２】
上記発明において、前記非晶質シリコン層が、ｐ型非晶質シリコン層またはｉ型非晶質シリコン層であることが好ましい。非晶質シリコン層は、透明電極層からｐ型結晶質シリコン層への酸素の拡散を防止する効果を有する。非晶質シリコン層は、ｐ型結晶質シリコン層に接触して配置されるため、電気的特性がｐ型結晶質シリコン層に類似したｐ型非晶質シリコン層であることが特に好ましい。なお、非晶質シリコン層をｉ型とした場合、光電変換装置としたときに、ｉ型非晶質シリコン層上に積層されたｐ型結晶質シリコン層から不純物（ドーパント等）が拡散されてしまいｉ型とｐ型との識別が困難となる場合がある。
【００１３】
上記発明において、前記非晶質シリコン層の膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下が更に好ましい。非晶質シリコン層は、結晶質シリコン層よりも導電率が低いため、膜厚を３０ｎｍより厚くすると、非結晶質層と結晶質層との界面での接触抵抗が増大する。一方、酸素の拡散を抑制する効果を得るためには１ｎｍ以上の膜厚が必要となる。
【００１４】
本発明は、基板上に、２つ以上の光電変換層と、互いに隣接する２つの光電変換層の間に位置する中間コンタクト層とを備え、前記光電変換層が、結晶質シリコンを主とするｐ型結晶質シリコン層と、ｉ型結晶質シリコン層と、ｎ型シリコン層とを含み、前記中間コンタクト層と前記ｐ型結晶質シリコン層との間に、非晶質シリコン層が隣接して配置される光電変換装置を提供する。
【００１５】
本発明において、中間コンタクト層とｐ型結晶質シリコン層との間に、非晶質（アモルファス）シリコン層が隣接して配置されることによって、中間コンタクト層に含まれる酸素がｐ型結晶質シリコン層に拡散することを防止できる。それによって、ｐ型結晶質シリコン層のｎ型化が抑えられ、光電変換装置としたときの発電効率の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、透明電極層とｐ型結晶質シリコン層との間に非晶質シリコン層を挿入することで、透明電極層からｐ型結晶質シリコン層への酸素の拡散を防止し、光電変換装置の発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る光電変換装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る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】本発明の実施形態に係る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】本発明の実施形態に係る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】本発明の実施形態に係る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】実施例１に係るシングル型結晶質シリコン太陽電池セルの構成を模式的に示した断面図である。
【図７】実施例１に係る非晶質シリコンｐ層の膜厚と発電効率との関係を示すグラフである。
【図８】実施例２に係る非晶質シリコンｉ層の膜厚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】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
（１）図２（ａ）
基板１として面積１ｍ２以上の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。
【００２１】
（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。
【００２２】
ＳｎＯ２膜は耐プラズマ性が低く、水素を使用した大きなプラズマ密度での光電変換層の堆積環境下では、ＳｎＯ２膜が還元されてしまう。ＳｎＯ２膜が還元されると、発電効率の低下を招く原因となる。そのため、プラズマ耐性保護層（図示せず）として、透明電極層２の上に、膜厚：１００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を、ターゲット：Ｇａ２O３をドープした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、プラズマ耐性保護層は設けない場合もある。
【００２３】
（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。
【００２４】
（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第１非晶質シリコンｐ層３１、第１非晶質シリコンｉ層３２、第１非晶質シリコンｎ層３３の順で製膜する。第１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。第１非晶質シリコンｉ層３２は、膜厚２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。第１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。第１非晶質シリコンｐ層３１と第１非晶質シリコンｉ層３２との間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
【００２５】
第１セル層９１の上に、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。
【００２６】
中間コンタクト層５の上に、ｐ型の第２非晶質シリコン層７をプラズマＣＶＤ装置により製膜する。ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス及びＢ２Ｈ６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℃とする。第２非晶質シリコンｐ層は非晶質のＢドープシリコンを主とし、膜厚１ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。膜厚を５ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすると、太陽電池モジュールとしたときの発電効率が、更に向上する。
なお、非晶質シリコンには、アモルファスＳｉＣ、アモルファスＳｉＯを用いても良い。
【００２７】
なお、ｐ型の第２非晶質シリコン層７は、ｉ型の第２非晶質シリコン層であっても良い。その場合、第２非晶質シリコンｉ層は、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℃とする。第２非晶質シリコンｉ層は非晶質シリコンを主とし、膜厚１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。膜厚を５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすると、太陽電池モジュールとしたときの発電効率が、更に向上する。
なお、非晶質シリコンには、アモルファスＳｉＣ、アモルファスＳｉＯを用いても良い。
【００２８】
第２セル層９２として、結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：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非晶質シリコン層７上に太陽光の入射する側から第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】
なお、結晶質シリコンｎ層は、非晶質シリコンを主とした非晶質シリコンｎ層、或いは非晶質シリコンｎ層と結晶質シリコンｎ層の積層構造でも良い。ｎ層４３は、Ｐドープしたシリコンを主とし、膜厚は２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下としても良い。この場合、ｎ層４３の製膜において、水素希釈率Ｈ２／ＳｉＨ４は０倍以上１０倍以下とされる。ｎ層の製膜速度は、０．２ｎｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは０．２５ｎｍ／ｓｅｃ以上とされる。
ｎ層４３が２層構成とされる場合、結晶質シリコンｉ層４２上に形成される第１ｎ層は、水素希釈率０倍以上１０倍以下の条件で製膜される。第１ｎ層の製膜においても、上述した炭素及び窒素のうち少なくとも一方の元素を含むガスを用いて製膜しても良い。第２ｎ層は、第１ｎ層と異なる水素希釈率で製膜される。この時、製膜速度が高く、かつ、非晶質シリコンが製膜される水素希釈率条件（例えば２０倍）で第２ｎ層を製膜すれば、生産性が向上する上、カバレージも改善されると考えられるため、有利である。
【００３０】
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。
【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。
【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する。
【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。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
図６に示すような構成のシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガラス基板（４２ｃｍ×５７ｃｍ×板厚４ｍｍ）１上に、透明電極層（プラズマ耐性保護層を含む）２、第２非晶質シリコンｐ層（ａ−Ｓｉ（ｐ））７ａ、結晶質シリコンｐ層（μｃ−Ｓｉ（ｐ））４１、結晶質シリコンｉ層（μｃ−Ｓｉ（ｉ））４２、結晶質シリコンｎ層（μｃ−Ｓｉ（ｎ））４３、及び裏面電極層４を順次製膜した。
透明電極層２として、膜厚８００ｎｍの酸化錫膜、膜厚３００ｎｍのＧＺＯ膜（プラズマ耐性保護層）を形成した。裏面電極層４として、膜厚８０ｎｍのＧＺＯ膜、及び、膜厚３００ｎｍのＡｇ膜を形成した。
【００４１】
第２非晶質シリコンｐ層７ａは、原料ガスにＨ２、ＳｉＨ４及びＢ２Ｈ６を用い、水素希釈率：４０倍、圧力：４０Ｐａ、ヒーター温度：１８０℃、プラズマ発生周波数：１３．５６ＭＨｚ、投入電力：５０Ｗの条件にて、Ｂドープした非晶質シリコン膜を製膜した。製膜時間を変えることで、種々の膜厚の非晶質シリコンｐ層を形成した。
【００４２】
結晶質シリコンｐ層４１は、原料ガスにＨ２、ＳｉＨ４及びＢ２Ｈ６を用い、水素希釈率：１６７倍、圧力：５３２Ｐａ、ヒーター温度：１９０℃、プラズマ発生周波数：６０ＭＨｚ、投入電力：１０００Ｗの条件にて、膜厚２０ｎｍのＢドープした微結晶シリコン膜を製膜した。
結晶質シリコンｉ層４２は、原料ガスにＨ２及びＳｉＨ４を用い、水素希釈率：４１倍、圧力：７９８Ｐａ、ヒーター温度：１８５℃、プラズマ発生周波数：６０ＭＨｚ、投入電力：２４４０Ｗの条件にて、膜厚２０００ｎｍの微結晶シリコン膜を製膜した。
結晶質シリコンｎ層４３は、原料ガスにＨ２、ＳｉＨ４及びＰＨ３を用い、水素希釈率：４５倍、圧力：８０Ｐａ、ヒーター温度：２０６℃、プラズマ発生周波数：６０ＭＨｚ、投入電力：５００Ｗの条件にて、膜厚３５ｎｍのＰドープした微結晶シリコン膜を製膜した。
【００４３】
図７に透明電極層２と結晶質シリコンｐ層４１との間に第２非晶質シリコンｐ層７ａを挿入したときの、第２非晶質シリコンｐ層７ａの膜厚と発電効率との関係を示す。同図において、横軸は第２非晶質シリコンｐ層７ａの膜厚、縦軸は発電効率（第２非晶質シリコンｐ層７ａの膜厚が０ｎｍのときの値を基準とした規格値）を示す。第２非晶質シリコンｐ層７ａを挿入しなかった場合と比して、膜厚が３０ｎｍより厚い第２非晶質シリコンｐ層７ａを挿入すると、発電効率は低下した。一方、膜厚が３０ｎｍ以下の第２非晶質シリコンｐ層７ａを挿入すると、発電効率は維持または向上され、膜厚が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であると、発電効率は２％程度向上した。上記結果は、透明電極層２と結晶質シリコンｐ層４１との間に所望の膜厚を有する第２非晶質シリコンｐ層７ａを挿入したことで、透明電極層２に含まれる酸素４４が結晶質シリコンｐ層４１へ拡散するのを防止できたことによると考えられる。
【００４４】
（実施例２）
図６に示すような構成のシングル型結晶質シリコン太陽電池セルの第２非晶質シリコンｐ層７ａに換えて、非晶質シリコンを主とした第２非晶質シリコンｉ層を製膜した。第２非晶質シリコンｉ層の製膜工程以外の工程は、実施例１と同様にしてシングル型結晶質シリコン太陽電池セルを作製した。
第２非晶質シリコンｉ層は、原料ガスにＨ２及びＳｉＨ４を用い、水素希釈率：６倍、圧力：６０Ｐａ、ヒーター温度：２３７℃、プラズマ発生周波数：６０ＭＨｚ、投入電力：１５０Ｗの条件にて、非晶質シリコン膜を製膜した。製膜時間を変えることで、種々の膜厚のｉ層を形成した。
【００４５】
図８に透明電極層と結晶質シリコンｐ層との間に第２非晶質シリコンｉ層を挿入したときの、第２非晶質シリコンｉ層の膜厚と発電効率の関係を示す。同図において、横軸は第２非晶質シリコンｉ層の膜厚、縦軸は発電効率（第２非晶質シリコンｉ層の膜厚が０ｎｍのときの値を基準とした規格値）を示す。第２非晶質シリコンｉ層を挿入しなかった場合と比して、膜厚が２０ｎｍより厚い第２非晶質シリコンｉ層を挿入すると、発電効率は低下した。一方、膜厚が２０ｎｍ以下の第２非晶質シリコンｉ層を挿入すると、発電効率は維持または向上され、膜厚が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であると、発電効率は１％程度向上した。
【００４６】
以上の結果から、透明電極層と結晶質シリコンｐ層との間に挿入する第２非晶質シリコン層は、ｐ型でもｉ型でも発電効率を維持または向上させることが確認された。また、ｐ型の方がｉ型よりも、より発電効率が向上された。これは、ｐ型はｉ型よりも電気抵抗が低いため、透明電極層と非晶質シリコン層との界面での接触抵抗が低くなったためと考えられる。
【００４７】
上記実施の形態では太陽電池として、シングル型太陽電池、及び、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、シリコンゲルマニウム太陽電池、また、トリプル型太陽電池などの他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
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
７ 第２非晶質シリコン層
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 第１非晶質シリコンｐ層
３２ 第１非晶質シリコンｉ層
３３ 第１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
４４ 酸素
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）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、透明電極層と、少なくとも１つの光電変換層とを備え、
前記光電変換層が、ｐ型結晶質シリコン層と、ｉ型結晶質シリコン層と、ｎ型シリコン層とを含み、
前記透明電極層と前記ｐ型結晶質シリコン層との間に、非晶質シリコン層が隣接して配置される光電変換装置。
【請求項２】
前記非晶質シリコン層が、ｐ型非晶質シリコン層またはｉ型非晶質シリコン層である請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記非晶質シリコン層の膜厚が、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下である請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
基板上に、２つ以上の光電変換層と、互いに隣接する２つの光電変換層の間に位置する中間コンタクト層とを備え、
前記光電変換層が、結晶質シリコンを主とするｐ型結晶質シリコン層と、ｉ型結晶質シリコン層と、ｎ型シリコン層とを含み、
前記中間コンタクト層と前記ｐ型結晶質シリコン層との間に、非晶質シリコン層が隣接して配置される光電変換装置。
【請求項１】
基板上に、透明電極層と、少なくとも１つの光電変換層とを備え、
前記光電変換層が、ｐ型結晶質シリコン層と、ｉ型結晶質シリコン層と、ｎ型シリコン層とを含み、
前記透明電極層と前記ｐ型結晶質シリコン層との間に、非晶質シリコン層が隣接して配置される光電変換装置。
【請求項２】
前記非晶質シリコン層が、ｐ型非晶質シリコン層またはｉ型非晶質シリコン層である請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記非晶質シリコン層の膜厚が、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下である請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
基板上に、２つ以上の光電変換層と、互いに隣接する２つの光電変換層の間に位置する中間コンタクト層とを備え、
前記光電変換層が、結晶質シリコンを主とするｐ型結晶質シリコン層と、ｉ型結晶質シリコン層と、ｎ型シリコン層とを含み、
前記中間コンタクト層と前記ｐ型結晶質シリコン層との間に、非晶質シリコン層が隣接して配置される光電変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−６６２１２（Ｐ２０１１−６６２１２Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１５７０５（Ｐ２００９−２１５７０５）
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【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３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]