光電変換部材
【課題】 放熱機構を設けた構造に適したパッシベーション層を有する光電変換部材を提供する。
【解決手段】 光電変換部材１は、第１の電極層２０、ａ−Ｓｉ（非晶質シリコン）によって形成されたｎｉｐ構造を備えた単一の発電積層体２２、及び、当該発電積層体２２上に、ニッケル層２４を介して成膜されたＡｌの第２の電極層２６を有している。
第２の電極層２６上にはＳｉＣＮを含む材料で構成されたパッシベーション層２８が形成される。パッシベーション層２８上には、接着剤層２９を介してヒートシンク３０（例えばＡｌによって形成）が取り付けられている。
【解決手段】 光電変換部材１は、第１の電極層２０、ａ−Ｓｉ（非晶質シリコン）によって形成されたｎｉｐ構造を備えた単一の発電積層体２２、及び、当該発電積層体２２上に、ニッケル層２４を介して成膜されたＡｌの第２の電極層２６を有している。
第２の電極層２６上にはＳｉＣＮを含む材料で構成されたパッシベーション層２８が形成される。パッシベーション層２８上には、接着剤層２９を介してヒートシンク３０（例えばＡｌによって形成）が取り付けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、火力或いは水力の代替エネルギとして太陽光エネルギを用いることが提唱されている。このため、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換素子によって構成された太陽電池に対する期待は、非常に大きくなっている。
【０００３】
このような状況の下に、シリコン系、化合物系、及び有機物系のもの等、種々の太陽電池或いは光電変換素子が提案されている。
【０００４】
さらに、この種の太陽電池のうちでも、シリコン系の太陽電池は、地球上の資源として大量に存在しているシリコンを原料としているため、他の化合物系及び有機物系太陽電池に比較して、資源の枯渇等の問題は生じないものと考えられる。
【０００５】
また、シリコン系太陽電池のうち、非晶質型シリコン太陽電池は、非晶質シリコン（ａ―Ｓｉ）膜の膜厚を他の単結晶型及び多結晶型シリコン太陽電池に比較して１／１００以下にすることができるため、大電力及び大面積の太陽電池を現実的に低コストで製造するのに適している。
【０００６】
しかしながら、非晶質型シリコン太陽電池のエネルギ変換効率は６％程度であり、２０％程度のエネルギ変換効率を有する単結晶型及び多結晶型シリコン太陽電池に比較して著しく低く、さらに、非晶質型シリコン太陽電池のエネルギ変換効率は、大面積になるほど低下すると云う欠点が指摘されている。
【０００７】
本発明者等は、先に、特許文献１において、６％を超えるエネルギ変換効率を有する非晶質型シリコン太陽電池或いは光電変換素子を提案した。提案された非晶質型シリコン太陽電池或いは光電変換素子は、透明電極によって形成された第１の電極層、第２の電極層、第１の電極層と第２の電極層との間に設けられた１つ又は複数の発電積層体を含み、発電積層体は、第１の電極層に接触して形成されたｎ型非晶質半導体層（特に、ｎ型非晶質シリコン層）、第２の電極層に接触して形成されたｐ型非晶質半導体層（特に、ｐ型非晶質シリコン層）、及び、ｎ型非晶質半導体層とｐ型半導体層との間に設けられたｉ型半導体層（ｉ型シリコン層）を備えた所謂ｎｉｐ構造を有している。
【０００８】
変換効率を上げるために、シリコン消費量の比較的少ない微結晶シリコン（μC―Ｓｉ）によるｎｉｐ構造の発光積層体を用いることも提案されている（特許文献２）。
【０００９】
さらに、特許文献１記載の非晶質型太陽電池或いは光電変換素子は、ｎ型非晶質半導体層であるｎ型非晶質シリコン層と接触する第１の電極層として、エネルギ障壁の低いｎ＋型ＺｎＯを使用した透明電極を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特願２００８−３１５８８８号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に示された非晶質型太陽電池或いは光電変換素子は、量産性に富むと共に、１０％以上のエネルギ変換効率を達成することができる。さらに、資源的に枯渇等の問題のないシリコン及び亜鉛材料によって構成しているため、今後、太陽電池を大規模にかつ大量に生産することも可能であると期待されている。以下では、説明の簡略化のために、太陽電池及び／又は光電変換素子を含む発電構造を集合的に光電変換部材と総称するものとする。
【００１２】
ここで、光電変換部材は、一般に温度が高くなるほど発電効率が低くなると云う特性を有している。１℃温度が上がると、例えばａ―Ｓｉ太陽電池では効率が０．２２％減少し、単結晶Ｓｉ太陽電池では０．４５％効率が減少する。
【００１３】
そのため、光電変換部材は一方の電極層側に金属製のヒートシンク等の放熱機構を設ける場合がある。
【００１４】
この際、電極層には、電極層の酸化、半導体層からの元素の拡散、ヒートシンク等の他の部材との導通等を防止するために、パッシベーション層（保護層）を設ける必要があるが、パッシベーション層にはこれらを防止するだけでなく、それ自体の強度が要求され、また、放熱の妨げとならないような物性も要求される。
【００１５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その技術的課題は、放熱機構を設けた構造に適したパッシベーション層を有する光電変換部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記した課題を解決するために、本発明の第１の態様によれば、入射光のエネルギを電気エネルギに変換する光電変換素子と、前記光電変換素子に設けられた放熱部と、を有し、前記光電変換素子は、前記放熱部と接触する部分に設けられ、ＳｉＣＮを含む材料で構成されたパッシベーション層を有することを特徴とする光電変換部材が得られる。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、前記光電変換素子は、第１の電極層と、第２の電極層と、前記第１および第２の電極層の間に設けられた１つまたは複数の発電積層体とを含み、前記発電積層体は、ｐ型半導体層と、当該ｐ型半導体層に接触して形成されたｉ型半導体層と、前記ｉ型半導体層に接触して形成されたｎ型半導体層とを含み、前記パッシベーション層は前記第２の電極層に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光電変換部材が得られる。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、前記第１の電極層は透明電極であることを特徴とする第２の態様に記載の光電変換部材が得られる。
【００１９】
本発明の第４の態様によれば、前記発電積層体の前記ｉ型半導体層は、結晶シリコン、微結晶非晶質シリコン、及び、非晶質シリコンのいずれかによって形成されていることを特徴とする第１〜３のいずれかの態様に記載の光電変換部材が得られる。
【００２０】
本発明の第５の態様によれば、前記第１の電極層は前記ｎ型半導体層が接触する部分がｎ型のＺｎＯを含み、前記第１の電極層に接触する前記ｎ型半導体層は非晶質シリコンによって形成されていることを特徴とする第１〜４のいずれかの態様に記載の光電変換部材が得られる。
【００２１】
本発明の第６の態様によれば、前記第２の電極層に接触する前記ｐ型半導体層は非晶質シリコンによって形成されており、前記第２の電極層のうち少なくとも前記ｐ型半導体層が接触する部分には、ニッケル（Ｎｉ）を含む層が形成されていることを特徴とする第１〜５のいずれかの態様に記載の光電変換部材が得られる。
【００２２】
本発明の第７の態様によれば、前記放熱部は、Ａｌを含む材料で構成されたヒートシンクであることを特徴とする第１〜６のいずれかの態様に記載の光電変換部材が得られる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明においては、放熱機構を設けた構造に適したパッシベーション層を有する光電変換部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】光電変換部材１の断面図である。
【図２Ａ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｂ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｃ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｄ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｅ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｆ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｇ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｈ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図３】パッシベーション層２８を形成する際の条件と形成されたパッシベーション層２８の物性の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１を参照して、本発明の実施形態に係る光電変換部材を説明する。図示された光電変換部材１は、複数の光電変換素子１０と、光電変換素子１０に設けられた放熱部としてのヒートシンク３０とを含み、複数の光電変換素子１０を接続することによって太陽電池を構成している。図示された光電変換素子１０は、ガードガラス１２、当該カードガラス１２上に設置されるガラス基板１４、およびガラス基板１４上に設けられたナトリウムバリア層１６を含む基体１００上に設けられている。
【００２６】
この例では、ガラス基板１４はＮａを含む安価なソーダガラスによって形成されており、このソーダガラスからＮａが拡散して素子を汚染するのを防止する目的で、ガラス基板１４上には、ナトリウムバリア層１６が形成されている。ナトリウムバリア層１６は、例えば、表面平坦化塗布液を塗布し乾燥・焼結することで形成される。また、図からも明らかな通り、単位セルとなる光電変換素子１０は、基体１００上において、隣接する他の光電変換素子（セル）と電気的に直列に接続されている。
【００２７】
具体的に説明すると、本発明の一実施形態に係る光電変換素子１０は第１の電極層２０、ａ−Ｓｉ（非晶質シリコン）によって形成されたｎｉｐ構造を備えた単一の発電積層体２２、当該発電積層体２２上に、ニッケル層２４（Ｎｉを含む層）を介して成膜され、Ａｌを含む材料で構成された第２の電極層２６、および、ＳｉＣＮを含む材料で構成されたパッシベーション層２８を有している。
【００２８】
光電変換素子１０を構成する第１の電極層２０は、透明導電体電極（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ（ＴＣＯ）層）であり、ここでは、１μｍの膜厚を有するＺｎＯ層によって形成されている（少なくともｎ型半導体層が接触する部分はｎ型のＺｎＯを含む）。この第１の電極層２０（ＺｎＯ層）はＧａがドープされたｎ＋型ＺｎＯ層である。また、第１の電極層２０を構成するｎ＋型ＺｎＯ層には、所定の間隔毎に絶縁層２０１（ここでは、ＳｉＣＮを含む材料）が設けられ、セル単位に区画、区分されている。
【００２９】
当該第１の電極層２０上には、発電積層体２２の一部を構成するｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１が設けられ、ｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１は第１の電極層２０を構成する透明電極と接触している。図示されたｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１は１０ｎｍの膜厚を有している。ｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１上には、発電積層体２２を形成するｉ型ａ−Ｓｉ層２２２及びｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３が順次形成されている。図示されたｉ型ａ−Ｓｉ層２２２及びｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３の膜厚はそれぞれ４８０ｎｍ及び１０ｎｍの膜厚を有している。
【００３０】
この例では、発電積層体２２を構成するｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１、ｉ型ａ−Ｓｉ層２２２、及びｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３には、第１の電極層２０の絶縁層２０１の位置とは異なる位置に、ビアホール２２４が設けられており、当該ビアホール２２４の内壁にはＳｉＯ２層２２４ａが形成されている。
【００３１】
ｎｉｐ構造の発電積層体２２は全体で５００ｎｍの厚さを有しており、単結晶または多結晶シリコンによって形成された光電変換素子に比較して、１００分の１以下の厚さを有している。
【００３２】
次に、ｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３上には、ニッケル層２４を介して第２の電極層２６が形成されている（第２の電極層２６のうち少なくともｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３が接触する部分にニッケル層２４が形成されている）。
【００３３】
第２の電極層２６は発電積層体２２のビアホール２２４（内壁はＳｉＯ２層２２４ａで絶縁されている）内にも形成されている。ビアホール２２４内の第２の電極層２６は、隣接する光電変換素子の第１の電極層２０と電気的に接続されている。
【００３４】
さらに、第２の電極層２６上にはＳｉＣＮで構成されたパッシベーション層２８が形成されている。パッシベーション層２８を形成する絶縁材料（ここでは、ＳｉＣＮ）は、第２の電極層２６、ニッケル層２４、ｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３、を経てｉ型ａ−Ｓｉ層２２２に達する穴２２５内にも埋設されている。パッシベーション層２８上には、熱伝導性の良い材料によって形成された接着剤層２９を介してヒートシンク３０（例えばＡｌを含む材料によって形成）が取り付けられている。
【００３５】
なお、第１の電極層２０を形成するｎ＋ＺｎＯ層は、Ｇａの代わりにＡｌ、Ｉｎ等をドープすることによっても形成することができる。
【００３６】
ここで、パッシベーション層２８の構成材料であるＳｉＣＮは、例えばＳｉＯ２等の他のパッシベーション層と比べて熱伝導性に優れているという特徴がある。従来パッシベーション層に用いられているＳｉＯ２では熱伝導率が１．４Ｗ／ｍ／ケルビンであるのに対して、ＳｉＣＮは７０Ｗ／ｍ／ケルビンと圧倒的に大きく、高熱伝導率接着剤層２９（本実施例では、熱伝導率の良いプラスチックにカーボンナノチューブを混合することによって、２５Ｗ／ｍ／ケルビンという高熱伝導率を有する）を介して熱をヒートシンク３０に効率よく伝えることができ、太陽電池の熱が上がって発電効率が落ちるのを防ぐことができる。
【００３７】
また、ＳｉＣＮは、例えばＳｉＯ２等の他のパッシベーション層と比べて、水素を通しにくいため、発電積層体２２を構成するシリコン（通常、水素終端されている）から水素が脱落して太陽電池の特性が劣化するのを防止できる。特にａ−Ｓｉ膜を使った場合、ａ−Ｓｉ層表面のダングリングボンドを終端する水素は３００℃程度で脱落するため、水素の放出を抑制できるＳｉＣＮの効果は大きい。
【００３８】
さらに、ＳｉＣＮは後述するように、成膜条件を調整することにより、内部応力を実質的に０にすることができるため、パッシベーション層に起因するはがれや、素子への熱応力による電気的特性の劣化を防ぐことができる。
【００３９】
光電変換素子１０は、当該光電変換素子１０のセル単体で約２０％のエネルギ変換効率が得られた。また、これら光電変換素子１０を接続して１．１５ｍ×１．４０ｍの太陽電池モジュールを構成した場合、３０７Ｗの電力が得られ、モジュールにおけるエネルギ変換効率は１８．９％であった。
【００４０】
以下、図２Ａ〜図２Ｈを参照して、図１に示された光電変換素子１０及び光電変換部材１の製造方法について説明する。この例では、本発明者等が先に出願した特願２００８−１５３３７９号明細書によって提案したＭＳＥＰ（Metal Surface-wave Excited Plasma）型プラズマ処理装置（下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えたものおよび備えないもののいずれか）を第１〜第８のプラズマ処理装置として使用し、これらのプラズマ処理装置をクラスター型に配置したシステムを用いた場合について説明する。
【００４１】
図２Ａに示すように、まず、ソーダガラスによって形成されたガラス基板１４上に、５Ｔｏｒｒ程度の低圧雰囲気で厚さ０．２μｍのナトリウムバリア層１６を形成する。
【００４２】
次に、図２Ｂに示すように、ナトリウムバリア層１６が形成されたガラス基板１４を、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第１のプラズマ処理装置に導き、第１の電極層２０として厚さ１μｍの透明電極（ＴＣＯ層）を形成する。第１のプラズマ処理装置では、Ｇａをドープすることによってｎ＋型ＺｎＯ層を形成している。Ｇａドープのｎ＋型ＺｎＯ層は、第１のプラズマ処理装置において、上段ガスノズルからＫｒおよびＯ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからＡｒ、Ｚｎ（ＣＨ３）２およびＧａ（ＣＨ３）３の混合ガスを、Ｋｒ及び酸素を含む雰囲気で生成されたプラズマ中に噴出させることによって、ナトリウムバリア層１６上に、ｎ＋型ＺｎＯ層をプラズマＣＶＤ成膜した。
【００４３】
続いて、ｎ＋型ＺｎＯ層（第１の電極層２０）上に、ホトレジストを塗布した後、ホトリソグラフィ技術を用いて、ホトレジストをパターニングする。ホトレジストをパターニングした後、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第２のプラズマ処理装置に導く。第２のプラズマ処理装置では、パターニングされたホトレジストをマスクとしてｎ＋型ＺｎＯ層を選択的にエッチングし、図２Ｃに示すように、第１の電極層２０を構成するｎ＋型ＺｎＯ層にナトリウムバリア層１６に達する開口部を形成する。第２のプラズマ処理装置におけるエッチングは、チャンバーに上段ガスノズルからＡｒガスを供給して、そのＡｒ雰囲気で生成されたプラズマ中に、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからＡｒ，Ｃｌ２，ＨＢｒの混合ガスをチャンバーに供給することによって行った。
【００４４】
開口部を有するｎ＋型ＺｎＯ層及び当該ｎ＋型ＺｎＯ層上にホトレジストを塗布した状態のガラス基板１４は下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えない第３のプラズマ処理装置に輸送され、第３のプラズマ処理装置において、Ｋｒ／Ｏ２プラズマ雰囲気でホトレジストをアッシング除去した。
【００４５】
ホトレジスト除去後、開口部を形成されたｎ＋型ＺｎＯ層（第１の電極層２０）を被着したガラス基板１４は下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第４のプラズマ処理装置に導入される。第４のプラズマ処理装置では、まず、開口部内及びｎ＋型ＺｎＯ層（第１の電極層２０）の表面に、ＳｉＣＮが絶縁層２０１としてプラズマＣＶＤにより形成された後、ｎ＋型ＺｎＯ層（第１の電極層２０）表面のＳｉＣＮが同じ第４のプラズマ処理装置内でエッチング除去される。この結果、ｎ＋ＺｎＯ層（第１の電極層２０）の開口部内にのみ絶縁層２０１が埋設される。第４のプラズマ処理装置内でのＳｉＣＮの成膜は、上段ガスノズルからＸｅおよびＮＨ３ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからＡｒ、ＳｉＨ４，ＳｉＨ（ＣＨ３）３の混合ガスをチャンバーに導入してＣＶＤ成膜することによって行い、次いで同じチャンバーにて導入ガスを切り替えて、上段ガスノズルからはＡｒガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからはＡｒとＣＦ４の混合ガスをチャンバーに導入してｎ＋型ＺｎＯ層（第１の電極層２０）表面のＳｉＣＮをエッチング除去する。
【００４６】
続いて、同じ第４のプラズマ処理装置内で、導入ガスを順次切り替えることによって、ｎｉｐ構造を有する発電積層体２２およびニッケル層２４が連続ＣＶＤにより形成される。図２Ｄに示すように、第４のプラズマ処理装置内では、ｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１、ｉ型ａ−Ｓｉ層２２２、ｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３、及びニッケル層２４が順次成膜される。具体的に説明すると、第４のプラズマ処理装置で、上段ガスノズルからはＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからはＡｒ、ＳｉＨ４、およびＰＨ３の混合ガスをチャンバーに導入してｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１をプラズマＣＶＤ成膜し、次に、上段ガスノズルからは続けてＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからのガスをＡｒ，ＳｉＨ４，ＰＨ３ガスからＡｒ＋ＳｉＨ４ガスに切り替えて導入することによって、ｉ型ａ−Ｓｉ層２２２を成膜し、さらに、上段ガスノズルからは続けてＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからのガスをＡｒ，ＳｉＨ４ガスからＡｒ＋ＳｉＨ４＋Ｂ２Ｈ６ガスに置換することによって、ｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３を成膜し、次に、上段ガスノズルからは続けてＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからのガスをＡｒ，ＳｉＨ４，Ｂ２Ｈ６ガスから、ＡｒとＮｉを含むガスの混合ガスに置換することによって、ニッケル層２４をＣＶＤ成膜する。このように同一のＭＳＥＰ型プラズマ処理装置において、導入ガスを順次切り替えることによって、６層の成膜・エッチングが行われるので、欠陥の少ない優れた膜を形成することが出来、同時に製造コストを大幅に引き下げることが可能となった。
【００４７】
ニッケル層２４及び発電積層体２２を搭載したガラス基板１４は第４のプラズマ処理装置からホトレジストコーター（スリット・コーター）に導かれ、ホトレジストが塗布された後、ホトリソグラフィ技術によってホトレジストにパターニングが施される。
【００４８】
ホトレジストのパターニング後、ニッケル層２４及び発電積層体２２を搭載したガラス基板１４は、パターニングされたホトレジストと共に、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第５のプラズマ処理装置に導かれる。第５のプラズマ処理装置では、ホトレジストをマスクとしてニッケル層２４及び発電積層体２２が選択的にエッチングされ、図２Ｅに示すように、第１の電極層２０に達するビアホール２２４が形成される。即ち、第５のプラズマ処理装置では、４層が連続的にエッチングされる。
【００４９】
具体的に説明すると、ニッケル層２４のエッチングは上段ガスノズルからＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからプラズマ内に、Ａｒ，ＣＨ４の混合ガスを噴出させることによって行われ、引き続いて、上段ガスノズルからは続けてＡｒをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからはＡｒ＋ＨＢｒガスを噴出させることによって、ｎｉｐの３層からなる発電積層体２２のエッチングを行う。
【００５０】
第５のプラズマ処理装置内におけるエッチングによって、ニッケル層２４からｎ＋型ＺｎＯ層（第１の電極層２０）までを貫通して第１の電極層２０に達するビアホール２２４が形成されたガラス基板１４は、第５のプラズマ処理装置から前述の下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えない第３のプラズマ処理装置に移動され、上段ガスノズルからチャンバーに導入されたＫｒ／Ｏ２ガスの雰囲気で生成されたプラズマ内でホトレジストがアッシング除去される。
【００５１】
ホトレジスト除去後のガラス基板１４は下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第６のプラズマ処理装置に移され、図２Ｆに示すように、ニッケル層２４上に第２の電極層２６として、１μｍの厚さを有するＡｌ層が成膜される。Ａｌ層はビアホール２２４内にも成膜される。このＡｌ層の成膜は、上段ガスノズルからＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートから、Ａｒ／Ｈ２雰囲気で生成されたプラズマ中にＡｒ＋Ａｌ（ＣＨ３）３ガスを噴出させることによって行われる。
【００５２】
続いて、第２の電極層２６のＡｌ層上に、ホトレジストが塗布された後、パターニングされ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第７のプラズマ処理装置内に導かれる。
【００５３】
第７のプラズマ処理装置では、上段ガスノズルからＡｒガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートから、Ａｒ雰囲気で生成されたプラズマ内に、Ａｒ＋Ｃｌ２ガスを噴出させることによって、Ａｌ層のエッチングが行われ、続いて、上段ガスノズルからＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートから、Ａｒ／Ｈ２雰囲気で生成されたプラズマ内に、Ａｒ＋ＣＨ４ガスを導入することによってニッケル層２４のエッチングが行われ、次いで上段ガスノズルからＡｒガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからのガスをＡｒ＋ＨＢｒガスに切り替えて、ｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３と、ｉ型ａ−Ｓｉ層２２２の途中までとをエッチングする。この結果、図２Ｇに示すように、Ａｌ層（第２の電極層２６）表面からｉ型ａ−Ｓｉ層２２２の途中までに達する穴２２５が形成される。この工程も、同一のＭＳＥＰ型プラズマ処理装置を用い、ガスを順次切り替えることによって４層連続エッチングが行われ、処理時間とコストの大幅低減がなされる。
【００５４】
次いで、図２Ｇに示す素子を搭載したガラス基板１４は前述の下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えない第３のプラズマ処理装置に移動され、上段ガスノズルからチャンバーに導入されたＫｒ／Ｏ２ガスの雰囲気で生成されたプラズマによってホトレジストがアッシング除去される。
【００５５】
ホトレジストを除去されたＡｌ層を第２の電極層２６として含むガラス基板１４は下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第８のプラズマ処理装置に導入され、ＳｉＣＮ膜をＣＶＤによって形成することによって、Ａｌ層（第２の電極層２６）上および穴２２５内にパッシベーション層２８が成膜され、図２Ｈに示すように、所望の光電変換素子１０が完成する。ＳｉＣＮの成膜は、上段ガスノズルからＸｅおよびＮＨ３ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからＡｒ，ＳｉＨ４，ＳｉＨ（ＣＨ３）３ガスを噴出させることによって行われる。
【００５６】
ここで、ＳｉＣＮ膜の内部応力は、図３に示すように、例えばＳｉＨ（ＣＨ３）３ガスの濃度を調節することにより（すなわち、膜中のＣ含有量を調節することにより）、実質的に０にすることが可能である。ここで、ＳｉＣＮの組成としては、窒化珪素Ｓｉ３Ｎ４にＣを１０％弱含有（添加）させたものが最もよいが、２％〜４０％添加させてもよい。
【００５７】
さらに、ガードガラス１２上にガラス基板１４を固定し、パッシベーション層２８上に先に述べた接着剤層２９を介してヒートシンク３０を取り付けることにより、光電変換部材１が完成する。
【００５８】
このように、本実施形態によれば、光電変換部材１は、ヒートシンク３０側の第２の電極層２６上に、ＳｉＣＮを含む材料で構成されたパッシベーション層２８を設けている。
【００５９】
即ち、光電変換部材１は放熱機構を設けた構造に適したパッシベーション層を有しており、より発電効率の向上や耐候性に寄与する。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
上に述べた実施形態では、ｎｉｐ構造の発電積層体２２の全てをａ−Ｓｉ層によって形成する場合についてのみ説明したが、ｉ型ａ−Ｓｉ層は、結晶シリコン又は微結晶非晶質シリコンによって形成されても良いし、単結晶Ｓｉ層によって形成されてもよい。また、もう１つまたはそれ以上の発電積層体を発電積層体２２上に堆積しても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１ 光電変換部材
１０ 光電変換素子
１２ ガードガラス
１４ ガラス基板
１６ ナトリウムバリア層
２０ 第１の電極層（ｎ＋型ＺｎＯ層）
２２ 発電積層体
１００ 基体
２２１ ｎ＋型ａ−Ｓｉ層
２２２ ｉ型ａ−Ｓｉ層
２２３ ｐ＋型ａ−Ｓｉ層
２４ ニッケル層（Ｎｉ層）
２６ 第２の電極層（Ａｌ層）
２８ パッシベーション層（ＳｉＣＮ層）
２０１ 絶縁層（ＳｉＣＮ層）
２２４ ビアホール
２２４ａ ＳｉＯ２層
３０ ヒートシンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、火力或いは水力の代替エネルギとして太陽光エネルギを用いることが提唱されている。このため、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換素子によって構成された太陽電池に対する期待は、非常に大きくなっている。
【０００３】
このような状況の下に、シリコン系、化合物系、及び有機物系のもの等、種々の太陽電池或いは光電変換素子が提案されている。
【０００４】
さらに、この種の太陽電池のうちでも、シリコン系の太陽電池は、地球上の資源として大量に存在しているシリコンを原料としているため、他の化合物系及び有機物系太陽電池に比較して、資源の枯渇等の問題は生じないものと考えられる。
【０００５】
また、シリコン系太陽電池のうち、非晶質型シリコン太陽電池は、非晶質シリコン（ａ―Ｓｉ）膜の膜厚を他の単結晶型及び多結晶型シリコン太陽電池に比較して１／１００以下にすることができるため、大電力及び大面積の太陽電池を現実的に低コストで製造するのに適している。
【０００６】
しかしながら、非晶質型シリコン太陽電池のエネルギ変換効率は６％程度であり、２０％程度のエネルギ変換効率を有する単結晶型及び多結晶型シリコン太陽電池に比較して著しく低く、さらに、非晶質型シリコン太陽電池のエネルギ変換効率は、大面積になるほど低下すると云う欠点が指摘されている。
【０００７】
本発明者等は、先に、特許文献１において、６％を超えるエネルギ変換効率を有する非晶質型シリコン太陽電池或いは光電変換素子を提案した。提案された非晶質型シリコン太陽電池或いは光電変換素子は、透明電極によって形成された第１の電極層、第２の電極層、第１の電極層と第２の電極層との間に設けられた１つ又は複数の発電積層体を含み、発電積層体は、第１の電極層に接触して形成されたｎ型非晶質半導体層（特に、ｎ型非晶質シリコン層）、第２の電極層に接触して形成されたｐ型非晶質半導体層（特に、ｐ型非晶質シリコン層）、及び、ｎ型非晶質半導体層とｐ型半導体層との間に設けられたｉ型半導体層（ｉ型シリコン層）を備えた所謂ｎｉｐ構造を有している。
【０００８】
変換効率を上げるために、シリコン消費量の比較的少ない微結晶シリコン（μC―Ｓｉ）によるｎｉｐ構造の発光積層体を用いることも提案されている（特許文献２）。
【０００９】
さらに、特許文献１記載の非晶質型太陽電池或いは光電変換素子は、ｎ型非晶質半導体層であるｎ型非晶質シリコン層と接触する第１の電極層として、エネルギ障壁の低いｎ＋型ＺｎＯを使用した透明電極を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特願２００８−３１５８８８号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に示された非晶質型太陽電池或いは光電変換素子は、量産性に富むと共に、１０％以上のエネルギ変換効率を達成することができる。さらに、資源的に枯渇等の問題のないシリコン及び亜鉛材料によって構成しているため、今後、太陽電池を大規模にかつ大量に生産することも可能であると期待されている。以下では、説明の簡略化のために、太陽電池及び／又は光電変換素子を含む発電構造を集合的に光電変換部材と総称するものとする。
【００１２】
ここで、光電変換部材は、一般に温度が高くなるほど発電効率が低くなると云う特性を有している。１℃温度が上がると、例えばａ―Ｓｉ太陽電池では効率が０．２２％減少し、単結晶Ｓｉ太陽電池では０．４５％効率が減少する。
【００１３】
そのため、光電変換部材は一方の電極層側に金属製のヒートシンク等の放熱機構を設ける場合がある。
【００１４】
この際、電極層には、電極層の酸化、半導体層からの元素の拡散、ヒートシンク等の他の部材との導通等を防止するために、パッシベーション層（保護層）を設ける必要があるが、パッシベーション層にはこれらを防止するだけでなく、それ自体の強度が要求され、また、放熱の妨げとならないような物性も要求される。
【００１５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その技術的課題は、放熱機構を設けた構造に適したパッシベーション層を有する光電変換部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記した課題を解決するために、本発明の第１の態様によれば、入射光のエネルギを電気エネルギに変換する光電変換素子と、前記光電変換素子に設けられた放熱部と、を有し、前記光電変換素子は、前記放熱部と接触する部分に設けられ、ＳｉＣＮを含む材料で構成されたパッシベーション層を有することを特徴とする光電変換部材が得られる。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、前記光電変換素子は、第１の電極層と、第２の電極層と、前記第１および第２の電極層の間に設けられた１つまたは複数の発電積層体とを含み、前記発電積層体は、ｐ型半導体層と、当該ｐ型半導体層に接触して形成されたｉ型半導体層と、前記ｉ型半導体層に接触して形成されたｎ型半導体層とを含み、前記パッシベーション層は前記第２の電極層に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光電変換部材が得られる。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、前記第１の電極層は透明電極であることを特徴とする第２の態様に記載の光電変換部材が得られる。
【００１９】
本発明の第４の態様によれば、前記発電積層体の前記ｉ型半導体層は、結晶シリコン、微結晶非晶質シリコン、及び、非晶質シリコンのいずれかによって形成されていることを特徴とする第１〜３のいずれかの態様に記載の光電変換部材が得られる。
【００２０】
本発明の第５の態様によれば、前記第１の電極層は前記ｎ型半導体層が接触する部分がｎ型のＺｎＯを含み、前記第１の電極層に接触する前記ｎ型半導体層は非晶質シリコンによって形成されていることを特徴とする第１〜４のいずれかの態様に記載の光電変換部材が得られる。
【００２１】
本発明の第６の態様によれば、前記第２の電極層に接触する前記ｐ型半導体層は非晶質シリコンによって形成されており、前記第２の電極層のうち少なくとも前記ｐ型半導体層が接触する部分には、ニッケル（Ｎｉ）を含む層が形成されていることを特徴とする第１〜５のいずれかの態様に記載の光電変換部材が得られる。
【００２２】
本発明の第７の態様によれば、前記放熱部は、Ａｌを含む材料で構成されたヒートシンクであることを特徴とする第１〜６のいずれかの態様に記載の光電変換部材が得られる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明においては、放熱機構を設けた構造に適したパッシベーション層を有する光電変換部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】光電変換部材１の断面図である。
【図２Ａ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｂ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｃ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｄ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｅ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｆ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｇ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図２Ｈ】光電変換素子１０の製造方法を説明する図である。
【図３】パッシベーション層２８を形成する際の条件と形成されたパッシベーション層２８の物性の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１を参照して、本発明の実施形態に係る光電変換部材を説明する。図示された光電変換部材１は、複数の光電変換素子１０と、光電変換素子１０に設けられた放熱部としてのヒートシンク３０とを含み、複数の光電変換素子１０を接続することによって太陽電池を構成している。図示された光電変換素子１０は、ガードガラス１２、当該カードガラス１２上に設置されるガラス基板１４、およびガラス基板１４上に設けられたナトリウムバリア層１６を含む基体１００上に設けられている。
【００２６】
この例では、ガラス基板１４はＮａを含む安価なソーダガラスによって形成されており、このソーダガラスからＮａが拡散して素子を汚染するのを防止する目的で、ガラス基板１４上には、ナトリウムバリア層１６が形成されている。ナトリウムバリア層１６は、例えば、表面平坦化塗布液を塗布し乾燥・焼結することで形成される。また、図からも明らかな通り、単位セルとなる光電変換素子１０は、基体１００上において、隣接する他の光電変換素子（セル）と電気的に直列に接続されている。
【００２７】
具体的に説明すると、本発明の一実施形態に係る光電変換素子１０は第１の電極層２０、ａ−Ｓｉ（非晶質シリコン）によって形成されたｎｉｐ構造を備えた単一の発電積層体２２、当該発電積層体２２上に、ニッケル層２４（Ｎｉを含む層）を介して成膜され、Ａｌを含む材料で構成された第２の電極層２６、および、ＳｉＣＮを含む材料で構成されたパッシベーション層２８を有している。
【００２８】
光電変換素子１０を構成する第１の電極層２０は、透明導電体電極（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ（ＴＣＯ）層）であり、ここでは、１μｍの膜厚を有するＺｎＯ層によって形成されている（少なくともｎ型半導体層が接触する部分はｎ型のＺｎＯを含む）。この第１の電極層２０（ＺｎＯ層）はＧａがドープされたｎ＋型ＺｎＯ層である。また、第１の電極層２０を構成するｎ＋型ＺｎＯ層には、所定の間隔毎に絶縁層２０１（ここでは、ＳｉＣＮを含む材料）が設けられ、セル単位に区画、区分されている。
【００２９】
当該第１の電極層２０上には、発電積層体２２の一部を構成するｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１が設けられ、ｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１は第１の電極層２０を構成する透明電極と接触している。図示されたｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１は１０ｎｍの膜厚を有している。ｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１上には、発電積層体２２を形成するｉ型ａ−Ｓｉ層２２２及びｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３が順次形成されている。図示されたｉ型ａ−Ｓｉ層２２２及びｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３の膜厚はそれぞれ４８０ｎｍ及び１０ｎｍの膜厚を有している。
【００３０】
この例では、発電積層体２２を構成するｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１、ｉ型ａ−Ｓｉ層２２２、及びｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３には、第１の電極層２０の絶縁層２０１の位置とは異なる位置に、ビアホール２２４が設けられており、当該ビアホール２２４の内壁にはＳｉＯ２層２２４ａが形成されている。
【００３１】
ｎｉｐ構造の発電積層体２２は全体で５００ｎｍの厚さを有しており、単結晶または多結晶シリコンによって形成された光電変換素子に比較して、１００分の１以下の厚さを有している。
【００３２】
次に、ｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３上には、ニッケル層２４を介して第２の電極層２６が形成されている（第２の電極層２６のうち少なくともｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３が接触する部分にニッケル層２４が形成されている）。
【００３３】
第２の電極層２６は発電積層体２２のビアホール２２４（内壁はＳｉＯ２層２２４ａで絶縁されている）内にも形成されている。ビアホール２２４内の第２の電極層２６は、隣接する光電変換素子の第１の電極層２０と電気的に接続されている。
【００３４】
さらに、第２の電極層２６上にはＳｉＣＮで構成されたパッシベーション層２８が形成されている。パッシベーション層２８を形成する絶縁材料（ここでは、ＳｉＣＮ）は、第２の電極層２６、ニッケル層２４、ｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３、を経てｉ型ａ−Ｓｉ層２２２に達する穴２２５内にも埋設されている。パッシベーション層２８上には、熱伝導性の良い材料によって形成された接着剤層２９を介してヒートシンク３０（例えばＡｌを含む材料によって形成）が取り付けられている。
【００３５】
なお、第１の電極層２０を形成するｎ＋ＺｎＯ層は、Ｇａの代わりにＡｌ、Ｉｎ等をドープすることによっても形成することができる。
【００３６】
ここで、パッシベーション層２８の構成材料であるＳｉＣＮは、例えばＳｉＯ２等の他のパッシベーション層と比べて熱伝導性に優れているという特徴がある。従来パッシベーション層に用いられているＳｉＯ２では熱伝導率が１．４Ｗ／ｍ／ケルビンであるのに対して、ＳｉＣＮは７０Ｗ／ｍ／ケルビンと圧倒的に大きく、高熱伝導率接着剤層２９（本実施例では、熱伝導率の良いプラスチックにカーボンナノチューブを混合することによって、２５Ｗ／ｍ／ケルビンという高熱伝導率を有する）を介して熱をヒートシンク３０に効率よく伝えることができ、太陽電池の熱が上がって発電効率が落ちるのを防ぐことができる。
【００３７】
また、ＳｉＣＮは、例えばＳｉＯ２等の他のパッシベーション層と比べて、水素を通しにくいため、発電積層体２２を構成するシリコン（通常、水素終端されている）から水素が脱落して太陽電池の特性が劣化するのを防止できる。特にａ−Ｓｉ膜を使った場合、ａ−Ｓｉ層表面のダングリングボンドを終端する水素は３００℃程度で脱落するため、水素の放出を抑制できるＳｉＣＮの効果は大きい。
【００３８】
さらに、ＳｉＣＮは後述するように、成膜条件を調整することにより、内部応力を実質的に０にすることができるため、パッシベーション層に起因するはがれや、素子への熱応力による電気的特性の劣化を防ぐことができる。
【００３９】
光電変換素子１０は、当該光電変換素子１０のセル単体で約２０％のエネルギ変換効率が得られた。また、これら光電変換素子１０を接続して１．１５ｍ×１．４０ｍの太陽電池モジュールを構成した場合、３０７Ｗの電力が得られ、モジュールにおけるエネルギ変換効率は１８．９％であった。
【００４０】
以下、図２Ａ〜図２Ｈを参照して、図１に示された光電変換素子１０及び光電変換部材１の製造方法について説明する。この例では、本発明者等が先に出願した特願２００８−１５３３７９号明細書によって提案したＭＳＥＰ（Metal Surface-wave Excited Plasma）型プラズマ処理装置（下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えたものおよび備えないもののいずれか）を第１〜第８のプラズマ処理装置として使用し、これらのプラズマ処理装置をクラスター型に配置したシステムを用いた場合について説明する。
【００４１】
図２Ａに示すように、まず、ソーダガラスによって形成されたガラス基板１４上に、５Ｔｏｒｒ程度の低圧雰囲気で厚さ０．２μｍのナトリウムバリア層１６を形成する。
【００４２】
次に、図２Ｂに示すように、ナトリウムバリア層１６が形成されたガラス基板１４を、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第１のプラズマ処理装置に導き、第１の電極層２０として厚さ１μｍの透明電極（ＴＣＯ層）を形成する。第１のプラズマ処理装置では、Ｇａをドープすることによってｎ＋型ＺｎＯ層を形成している。Ｇａドープのｎ＋型ＺｎＯ層は、第１のプラズマ処理装置において、上段ガスノズルからＫｒおよびＯ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからＡｒ、Ｚｎ（ＣＨ３）２およびＧａ（ＣＨ３）３の混合ガスを、Ｋｒ及び酸素を含む雰囲気で生成されたプラズマ中に噴出させることによって、ナトリウムバリア層１６上に、ｎ＋型ＺｎＯ層をプラズマＣＶＤ成膜した。
【００４３】
続いて、ｎ＋型ＺｎＯ層（第１の電極層２０）上に、ホトレジストを塗布した後、ホトリソグラフィ技術を用いて、ホトレジストをパターニングする。ホトレジストをパターニングした後、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第２のプラズマ処理装置に導く。第２のプラズマ処理装置では、パターニングされたホトレジストをマスクとしてｎ＋型ＺｎＯ層を選択的にエッチングし、図２Ｃに示すように、第１の電極層２０を構成するｎ＋型ＺｎＯ層にナトリウムバリア層１６に達する開口部を形成する。第２のプラズマ処理装置におけるエッチングは、チャンバーに上段ガスノズルからＡｒガスを供給して、そのＡｒ雰囲気で生成されたプラズマ中に、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからＡｒ，Ｃｌ２，ＨＢｒの混合ガスをチャンバーに供給することによって行った。
【００４４】
開口部を有するｎ＋型ＺｎＯ層及び当該ｎ＋型ＺｎＯ層上にホトレジストを塗布した状態のガラス基板１４は下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えない第３のプラズマ処理装置に輸送され、第３のプラズマ処理装置において、Ｋｒ／Ｏ２プラズマ雰囲気でホトレジストをアッシング除去した。
【００４５】
ホトレジスト除去後、開口部を形成されたｎ＋型ＺｎＯ層（第１の電極層２０）を被着したガラス基板１４は下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第４のプラズマ処理装置に導入される。第４のプラズマ処理装置では、まず、開口部内及びｎ＋型ＺｎＯ層（第１の電極層２０）の表面に、ＳｉＣＮが絶縁層２０１としてプラズマＣＶＤにより形成された後、ｎ＋型ＺｎＯ層（第１の電極層２０）表面のＳｉＣＮが同じ第４のプラズマ処理装置内でエッチング除去される。この結果、ｎ＋ＺｎＯ層（第１の電極層２０）の開口部内にのみ絶縁層２０１が埋設される。第４のプラズマ処理装置内でのＳｉＣＮの成膜は、上段ガスノズルからＸｅおよびＮＨ３ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからＡｒ、ＳｉＨ４，ＳｉＨ（ＣＨ３）３の混合ガスをチャンバーに導入してＣＶＤ成膜することによって行い、次いで同じチャンバーにて導入ガスを切り替えて、上段ガスノズルからはＡｒガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからはＡｒとＣＦ４の混合ガスをチャンバーに導入してｎ＋型ＺｎＯ層（第１の電極層２０）表面のＳｉＣＮをエッチング除去する。
【００４６】
続いて、同じ第４のプラズマ処理装置内で、導入ガスを順次切り替えることによって、ｎｉｐ構造を有する発電積層体２２およびニッケル層２４が連続ＣＶＤにより形成される。図２Ｄに示すように、第４のプラズマ処理装置内では、ｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１、ｉ型ａ−Ｓｉ層２２２、ｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３、及びニッケル層２４が順次成膜される。具体的に説明すると、第４のプラズマ処理装置で、上段ガスノズルからはＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからはＡｒ、ＳｉＨ４、およびＰＨ３の混合ガスをチャンバーに導入してｎ＋型ａ−Ｓｉ層２２１をプラズマＣＶＤ成膜し、次に、上段ガスノズルからは続けてＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからのガスをＡｒ，ＳｉＨ４，ＰＨ３ガスからＡｒ＋ＳｉＨ４ガスに切り替えて導入することによって、ｉ型ａ−Ｓｉ層２２２を成膜し、さらに、上段ガスノズルからは続けてＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからのガスをＡｒ，ＳｉＨ４ガスからＡｒ＋ＳｉＨ４＋Ｂ２Ｈ６ガスに置換することによって、ｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３を成膜し、次に、上段ガスノズルからは続けてＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからのガスをＡｒ，ＳｉＨ４，Ｂ２Ｈ６ガスから、ＡｒとＮｉを含むガスの混合ガスに置換することによって、ニッケル層２４をＣＶＤ成膜する。このように同一のＭＳＥＰ型プラズマ処理装置において、導入ガスを順次切り替えることによって、６層の成膜・エッチングが行われるので、欠陥の少ない優れた膜を形成することが出来、同時に製造コストを大幅に引き下げることが可能となった。
【００４７】
ニッケル層２４及び発電積層体２２を搭載したガラス基板１４は第４のプラズマ処理装置からホトレジストコーター（スリット・コーター）に導かれ、ホトレジストが塗布された後、ホトリソグラフィ技術によってホトレジストにパターニングが施される。
【００４８】
ホトレジストのパターニング後、ニッケル層２４及び発電積層体２２を搭載したガラス基板１４は、パターニングされたホトレジストと共に、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第５のプラズマ処理装置に導かれる。第５のプラズマ処理装置では、ホトレジストをマスクとしてニッケル層２４及び発電積層体２２が選択的にエッチングされ、図２Ｅに示すように、第１の電極層２０に達するビアホール２２４が形成される。即ち、第５のプラズマ処理装置では、４層が連続的にエッチングされる。
【００４９】
具体的に説明すると、ニッケル層２４のエッチングは上段ガスノズルからＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからプラズマ内に、Ａｒ，ＣＨ４の混合ガスを噴出させることによって行われ、引き続いて、上段ガスノズルからは続けてＡｒをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからはＡｒ＋ＨＢｒガスを噴出させることによって、ｎｉｐの３層からなる発電積層体２２のエッチングを行う。
【００５０】
第５のプラズマ処理装置内におけるエッチングによって、ニッケル層２４からｎ＋型ＺｎＯ層（第１の電極層２０）までを貫通して第１の電極層２０に達するビアホール２２４が形成されたガラス基板１４は、第５のプラズマ処理装置から前述の下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えない第３のプラズマ処理装置に移動され、上段ガスノズルからチャンバーに導入されたＫｒ／Ｏ２ガスの雰囲気で生成されたプラズマ内でホトレジストがアッシング除去される。
【００５１】
ホトレジスト除去後のガラス基板１４は下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第６のプラズマ処理装置に移され、図２Ｆに示すように、ニッケル層２４上に第２の電極層２６として、１μｍの厚さを有するＡｌ層が成膜される。Ａｌ層はビアホール２２４内にも成膜される。このＡｌ層の成膜は、上段ガスノズルからＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートから、Ａｒ／Ｈ２雰囲気で生成されたプラズマ中にＡｒ＋Ａｌ（ＣＨ３）３ガスを噴出させることによって行われる。
【００５２】
続いて、第２の電極層２６のＡｌ層上に、ホトレジストが塗布された後、パターニングされ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第７のプラズマ処理装置内に導かれる。
【００５３】
第７のプラズマ処理装置では、上段ガスノズルからＡｒガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートから、Ａｒ雰囲気で生成されたプラズマ内に、Ａｒ＋Ｃｌ２ガスを噴出させることによって、Ａｌ層のエッチングが行われ、続いて、上段ガスノズルからＡｒおよびＨ２の混合ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートから、Ａｒ／Ｈ２雰囲気で生成されたプラズマ内に、Ａｒ＋ＣＨ４ガスを導入することによってニッケル層２４のエッチングが行われ、次いで上段ガスノズルからＡｒガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させつつ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからのガスをＡｒ＋ＨＢｒガスに切り替えて、ｐ＋型ａ−Ｓｉ層２２３と、ｉ型ａ−Ｓｉ層２２２の途中までとをエッチングする。この結果、図２Ｇに示すように、Ａｌ層（第２の電極層２６）表面からｉ型ａ−Ｓｉ層２２２の途中までに達する穴２２５が形成される。この工程も、同一のＭＳＥＰ型プラズマ処理装置を用い、ガスを順次切り替えることによって４層連続エッチングが行われ、処理時間とコストの大幅低減がなされる。
【００５４】
次いで、図２Ｇに示す素子を搭載したガラス基板１４は前述の下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えない第３のプラズマ処理装置に移動され、上段ガスノズルからチャンバーに導入されたＫｒ／Ｏ２ガスの雰囲気で生成されたプラズマによってホトレジストがアッシング除去される。
【００５５】
ホトレジストを除去されたＡｌ層を第２の電極層２６として含むガラス基板１４は下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートを備えた第８のプラズマ処理装置に導入され、ＳｉＣＮ膜をＣＶＤによって形成することによって、Ａｌ層（第２の電極層２６）上および穴２２５内にパッシベーション層２８が成膜され、図２Ｈに示すように、所望の光電変換素子１０が完成する。ＳｉＣＮの成膜は、上段ガスノズルからＸｅおよびＮＨ３ガスをチャンバーに供給してプラズマを発生させ、下段ガスノズルまたは下段ガスシャワープレートからＡｒ，ＳｉＨ４，ＳｉＨ（ＣＨ３）３ガスを噴出させることによって行われる。
【００５６】
ここで、ＳｉＣＮ膜の内部応力は、図３に示すように、例えばＳｉＨ（ＣＨ３）３ガスの濃度を調節することにより（すなわち、膜中のＣ含有量を調節することにより）、実質的に０にすることが可能である。ここで、ＳｉＣＮの組成としては、窒化珪素Ｓｉ３Ｎ４にＣを１０％弱含有（添加）させたものが最もよいが、２％〜４０％添加させてもよい。
【００５７】
さらに、ガードガラス１２上にガラス基板１４を固定し、パッシベーション層２８上に先に述べた接着剤層２９を介してヒートシンク３０を取り付けることにより、光電変換部材１が完成する。
【００５８】
このように、本実施形態によれば、光電変換部材１は、ヒートシンク３０側の第２の電極層２６上に、ＳｉＣＮを含む材料で構成されたパッシベーション層２８を設けている。
【００５９】
即ち、光電変換部材１は放熱機構を設けた構造に適したパッシベーション層を有しており、より発電効率の向上や耐候性に寄与する。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
上に述べた実施形態では、ｎｉｐ構造の発電積層体２２の全てをａ−Ｓｉ層によって形成する場合についてのみ説明したが、ｉ型ａ−Ｓｉ層は、結晶シリコン又は微結晶非晶質シリコンによって形成されても良いし、単結晶Ｓｉ層によって形成されてもよい。また、もう１つまたはそれ以上の発電積層体を発電積層体２２上に堆積しても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１ 光電変換部材
１０ 光電変換素子
１２ ガードガラス
１４ ガラス基板
１６ ナトリウムバリア層
２０ 第１の電極層（ｎ＋型ＺｎＯ層）
２２ 発電積層体
１００ 基体
２２１ ｎ＋型ａ−Ｓｉ層
２２２ ｉ型ａ−Ｓｉ層
２２３ ｐ＋型ａ−Ｓｉ層
２４ ニッケル層（Ｎｉ層）
２６ 第２の電極層（Ａｌ層）
２８ パッシベーション層（ＳｉＣＮ層）
２０１ 絶縁層（ＳｉＣＮ層）
２２４ ビアホール
２２４ａ ＳｉＯ２層
３０ ヒートシンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光のエネルギを電気エネルギに変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子に設けられた放熱部と、
を有し、
前記光電変換素子は、
前記放熱部と接触する部分に設けられ、ＳｉＣＮを含む材料で構成されたパッシベーション層を有することを特徴とする光電変換部材。
【請求項２】
前記光電変換素子は、第１の電極層と、第２の電極層と、前記第１および第２の電極層の間に設けられた１つまたは複数の発電積層体とを含み、
前記発電積層体は、ｐ型半導体層と、当該ｐ型半導体層に接触して形成されたｉ型半導体層と、前記ｉ型半導体層に接触して形成されたｎ型半導体層とを含み、
前記パッシベーション層は前記第２の電極層に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光電変換部材。
【請求項３】
前記第１の電極層は透明電極であることを特徴とする請求項２記載の光電変換部材。
【請求項４】
前記発電積層体の前記ｉ型半導体層は、結晶シリコン、微結晶非晶質シリコン、及び、非晶質シリコンのいずれかによって形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電変換部材。
【請求項５】
前記第１の電極層は前記ｎ型半導体層が接触する部分がｎ型のＺｎＯを含み、前記第１の電極層に接触する前記ｎ型半導体層は非晶質シリコンによって形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電変換部材。
【請求項６】
前記第２の電極層に接触する前記ｐ型半導体層は非晶質シリコンによって形成されており、前記第２の電極層のうち少なくとも前記ｐ型半導体層が接触する部分には、ニッケル（Ｎｉ）を含む層が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光電変換部材。
【請求項７】
前記放熱部は、Ａｌを含む材料で構成されたヒートシンクであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光電変換部材。
【請求項１】
入射光のエネルギを電気エネルギに変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子に設けられた放熱部と、
を有し、
前記光電変換素子は、
前記放熱部と接触する部分に設けられ、ＳｉＣＮを含む材料で構成されたパッシベーション層を有することを特徴とする光電変換部材。
【請求項２】
前記光電変換素子は、第１の電極層と、第２の電極層と、前記第１および第２の電極層の間に設けられた１つまたは複数の発電積層体とを含み、
前記発電積層体は、ｐ型半導体層と、当該ｐ型半導体層に接触して形成されたｉ型半導体層と、前記ｉ型半導体層に接触して形成されたｎ型半導体層とを含み、
前記パッシベーション層は前記第２の電極層に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光電変換部材。
【請求項３】
前記第１の電極層は透明電極であることを特徴とする請求項２記載の光電変換部材。
【請求項４】
前記発電積層体の前記ｉ型半導体層は、結晶シリコン、微結晶非晶質シリコン、及び、非晶質シリコンのいずれかによって形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電変換部材。
【請求項５】
前記第１の電極層は前記ｎ型半導体層が接触する部分がｎ型のＺｎＯを含み、前記第１の電極層に接触する前記ｎ型半導体層は非晶質シリコンによって形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電変換部材。
【請求項６】
前記第２の電極層に接触する前記ｐ型半導体層は非晶質シリコンによって形成されており、前記第２の電極層のうち少なくとも前記ｐ型半導体層が接触する部分には、ニッケル（Ｎｉ）を含む層が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光電変換部材。
【請求項７】
前記放熱部は、Ａｌを含む材料で構成されたヒートシンクであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光電変換部材。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【図２Ｈ】
【図３】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【図２Ｈ】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１０２２４４（Ｐ２０１３−１０２２４４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−４３７３０（Ｐ２０１３−４３７３０）
【出願日】平成２５年３月６日（２０１３．３．６）
【分割の表示】特願２００９−１７９１８１（Ｐ２００９−１７９１８１）の分割
【原出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年３月６日（２０１３．３．６）
【分割の表示】特願２００９−１７９１８１（Ｐ２００９−１７９１８１）の分割
【原出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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