集積型薄膜光電変換装置とその製造方法
【課題】光電変換特性、および信頼性に優れた積層型薄膜光電変換装置を低コストで提供する。
【解決手段】透光性基板１上に順次積層された裏面透明導電層２、導電性を有するレーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６を含み、これらの層をレーザビームによって加工する。
【解決手段】透光性基板１上に順次積層された裏面透明導電層２、導電性を有するレーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６を含み、これらの層をレーザビームによって加工する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の薄膜光電変換ユニットが複数のセルに分割されかつそれらのセルが電気的に直列接続された集積型薄膜光電変換装置とその製造方法の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、薄膜光電変換装置の典型例である薄膜太陽電池も多様化し、従来の非晶質薄膜太陽電池の他に結晶質薄膜太陽電池も開発され、これらを積層したハイブリッド型（積層型の一種）薄膜太陽電池も実用化されている。
【０００３】
薄膜太陽電池は、一般に少なくとも表面が絶縁性の基板上に順に積層された透明導電膜、１以上の半導体薄膜光電変換ユニット、および裏面電極を含んでいる。そして、１つの光電変換ユニットは、ｐ型層とｎ型層でサンドイッチされたｉ型層を含んでいる。
【０００４】
光電変換ユニットの厚さの大部分は実質的に真性の半導体層であるｉ型層によって占められ、光電変換作用は主としてこのｉ型層内で生じる。したがって、光電変換層であるｉ型層の膜厚は光吸収のためには厚いほうが好ましいが、必要以上に厚くすればその堆積のためのコストと時間が増大することになる。
【０００５】
他方、ｐ型やｎ型の導電型層は光電変換ユニット内に拡散電位を生じさせる役目を果たし、この拡散電位の大きさによって薄膜太陽電池の重要な特性の１つである開放端電圧の値が左右される。しかし、これらの導電型層は光電変換には寄与しない不活性な層であり、導電型層にドープされた不純物によって吸収される光は発電に寄与せず損失となる。したがって、ｐ型とｎ型の導電型層の膜厚は、十分な拡散電位を生じさせる範囲内で可能な限り薄くすることが好ましい。
【０００６】
上述のような光電変換ユニットは、それに含まれるｐ型とｎ型の導電型層が非晶質か結晶質かに関わらず、ｉ型の光電変換層が非晶質なものは非晶質光電変換ユニットと称され、ｉ型層が結晶質のものは結晶質光電変換ユニットと称される。非晶質光電変換ユニットを含む薄膜太陽電池の一例として、ｉ型光電変換層に非晶質シリコンを用いた非晶質薄膜シリコン太陽電池が挙げられる。また、結晶質光電変換ユニットを含む薄膜太陽電池の一例として、ｉ型光電変換層に微結晶シリコンや多結晶シリコンを用いた結晶質薄膜シリコン太陽電池が挙げられる。
【０００７】
一般に、光電変換層に用いられている半導体においては、光の波長が長くなるに従って光吸収係数が小さくなる。特に、光電変換材料が薄膜である場合には、吸収係数の小さな波長領域において十分な光吸収が生じないために、光電変換量が光電変換層の膜厚によって制限されることになる。そこで、光電変換装置内に入射した光が外部に逃げにくい光散乱構造を形成することによって、実質的な光路長を長くして十分な吸収を生じさせ、これによって大きな光電流を発生させる工夫がなされている。例えば、光散乱透過を生じさせるために、表面凹凸形状を含むテクスチャ透明導電膜が用いられている。
【０００８】
ところで、大面積の薄膜光電変換装置は、通常では集積型薄膜光電変換モジュールとして形成される。すなわち、集積型薄膜光電変換モジュールは、支持基板上で小面積に区切られた複数の光電変換セルを電気的に直列接続した構造を有している。それぞれの光電変換セルは、一般的には、第１の電極層、１以上の半導体薄膜光電変換ユニット、および第２の電極層の形成とレーザビームによるパターニングとを順次行うことによって形成されている。
【０００９】
すなわち、集積型薄膜光電変換装置においては、レーザビームによる加工技術がその光電変換装置の生産性や光電変換性能に重要な影響を及ぼす。一般に、このレーザビーム加工技術において、レーザ光を吸収しやすい半導体層を複数の領域に分割加工することは容易である。他方、レーザ光を反射する金属層やレーザ光を透過しやすい裏面透明導電層においては、それらを単独で分割加工することは容易ではない。
【００１０】
図４は、特許文献１に開示された集積型薄膜光電変換装置の作製方法を模式的な断面図で図解している。なお、本願の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を示している。また、本願の図面においては、長さ、幅、厚さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。特に厚さ関係が、適宜に変更されて描かれている。
【００１１】
図４（ａ）〜（ｃ）において、まず透明ガラス基板１上に透明な酸化錫層２、レーザ光吸収層３、裏面電極層４が順次積層される。透明酸化錫層２は、熱ＣＶＤ法によって堆積され得る。そのような透明酸化錫層２は微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を有し、その表面テクスチャ構造を裏面電極層４の表面に伝えてその表面での光乱反射によって半導体光電変換ユニット内での光吸収効率を高めるために設けられる。レーザ光吸収層３としては、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層がプラズマＣＶＤ法によって堆積される。裏面電極層４としては、マグネトロンスパッタリング装置を用いてＡｇ層が堆積される。
【００１２】
図４（ｄ）において、スパッタリング反応室から取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットされ、透明ガラス基板１側から入射されるレーザビームＬＢ１ｘを用いて複数の分割線溝Ｄ１ｘを形成することによって、透明酸化錫層２、レーザ光吸収層３、および金属の裏面電極層４の積層が複数の領域に分割される。レーザビームＬＢ１ｘは透明ガラス基板１および透明酸化錫層２を通してレーザ光吸収層３によって効率的に吸収されて発熱を生じるので、透明酸化錫層２および裏面電極層４を比較的容易に同時に分割加工することができる。このように形成された複数の分割線溝Ｄ１ｘは互いに平行であって、図面の紙面に直交する方向に延びている。
【００１３】
図４（ｅ）において、分割された裏面電極層４および分割線溝Ｄ１ｘを覆うように、半導体光電変換ユニット５がプラズマＣＶＤ装置を用いて堆積される。
【００１４】
図４（ｆ）において、プラズマＣＶＤ反応室から取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットされ、半導体光電変換ユニット５側から入射されるＹＡＧレーザビームＬＢ２ｘを用いて複数の分割線溝Ｄ２ｘを形成することによって、その半導体光電変換ユニット５が複数の光電変換領域に分割される。これらの分割線溝Ｄ２ｘの各々は、分割線溝Ｄ１ｘに近接しかつそれに平行である。
【００１５】
図４（ｇ）において、分割された半導体光電変換ユニット５と分割線溝Ｄ２ｘを覆うように、受光面透明電極層６が堆積される。この受光面透明電極層６は、電子ビーム蒸着装置内でＩＴＯ（インジウム錫酸化物）層を堆積することによって形成され得る。
【００１６】
最後に、図４（ｈ）において、電子ビーム蒸着装置から取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットされ、受光面透明電極層６側から入射されるＹＡＧレーザビームＬＢ３ｘを用いて複数の分割線溝Ｄ３ｘを形成することによって、その受光面透明電極層６が複数の領域に分割される。この場合、受光面電極層６は透明であるが、下層にレーザ光を吸収しやすい半導体光電変換ユニット５が存在しているので、その半導体光電変換ユニット５からの発熱をも利用して、その受光面透明電極層６を比較的容易に分割加工することができる。こうして、集積型薄膜光電変換装置が完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−７９５２２号公報
【特許文献２】特開２００２−２０３９７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述の特許文献１によれば、図４（ｄ）におけるように、レーザビームＬＢ１ｘは透明ガラス基板１および透明酸化錫層２を通してレーザ光吸収層３によって効率的に吸収されて発熱を生じるので、透明酸化錫層２と金属の裏面電極層４を比較的容易に同時に分割して分割線溝Ｄ１ｘを形成することができる。
【００１９】
また、図４（ｆ）におけるように、レーザビームＬＢ２ｘは半導体光電変換ユニット５側から入射されるので、半導体光電変換ユニット５を比較的容易に分割して分割線溝Ｄ２ｘを形成することができる。しかし、分割線溝Ｄ２ｘ内において、半導体光電変換ユニット５からの発熱や裏面電極層４に到達したレーザビームＬＢ２ｘによって、裏面電極層４がダメージを受けることがあり得る。その場合、完成後の薄膜光電変換装置において、シャント抵抗の低下やシリーズ抵抗の増大を生じて光電変換性能の低下を来たすこともある。
【００２０】
さらに、図４（ｈ）におけるように、レーザビームＬＢ３ｘは受光面透明電極層６を通して半導体光電変換ユニット５に照射されるので、その半導体光電変換ユニット５からの発熱をも利用して、受光面透明電極層６を比較的容易に分割して分割線溝Ｄ３ｘを形成することができる。しかし、分割線溝Ｄ３ｘの深さを半導体光電変換ユニット５の途中でとどめることは困難である。したがって、分割線溝Ｄ２ｘの場合に類似して、分割線溝Ｄ３ｘ内においても、半導体光電変換ユニット５からの発熱や裏面電極層４に到達したレーザビームＬＢ３ｘによって、裏面電極層４がダメージを受けることがあり得る。そして、完成後の薄膜光電変換装置において、シャント抵抗の低下やシリーズ抵抗の増大を生じて光電変換性能の低下を来たすこともある。
【００２１】
上述のような特許文献１における問題を回避するためには、レーザパワーの安定性や高い照射位置精度などが求められ、高精度のレーザ発振機や複雑な光学系が必要となる。他方、このようなレーザ加工における困難性に鑑みて、レーザパターニングの代わりに化学エッチングやリフトオフ法などが用いられる場合もある。しかし、その場合には、工程の複雑化や分割線溝の精度の低下が懸念される。そして、これらのいずれの場合においても、集積型薄膜光電変換装置の製造コストの上昇をも招くことになる。
【００２２】
上述のような先行技術における状況に鑑み、本発明は、全ての分割線溝をレーザ加工によって高い生産性で行うことが可能で、かつ光電変換特性、および信頼性に優れた積層型薄膜光電変換装置を低コストで提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明による集積型薄膜光電変換装置は、透光性基板１上に順次積層された裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６を含み、これらの層の各々は平行に設けられた複数の各分割線溝によって複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、
かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている集積型薄膜光電変換装置である。
【００２４】
本発明の光電変換装置において、レーザ光吸収層３は裏面透明導電層２と裏面電極層４を電気的に接続できる程度の導電性を有している。半導体光電変換ユニット５はレーザ光吸収層３、裏面電極層４、および半導体光電変換ユニット５を貫通する複数の第３種分割線溝Ｄ２によって複数の短冊状光電変換領域に分割されている。受光面透明電極層６はレーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６を貫通する複数の第４種分割線溝Ｄ３によって複数の短冊状受光面透明電極領域に分割されている。そして、互いに隣接する光電変換セル間において、一方のセルの裏面電極領域はレーザ光吸収層３、裏面透明導電層２、および第３種分割線溝Ｄ２を介して他方のセルの受光面透明電極領域に電気的に接続されており、これによってそれらの光電変換セルが電気的に直列接続されている。
【００２５】
なお、本発明の光電変換装置において、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５を貫通する複数の第３種接続孔（Ｄ２０）が存在している態様を含む。第３種接続孔（Ｄ２０）が存在している態様の場合、図面や明細書本文等で説明しているＤ２は、分割線溝ではなくて、接続孔あるいは接続孔の集合であると説明した方が適切な場合が有る。その場合、第３種接続孔（Ｄ２０）は複数存在しさえすれば良く、隣接する第３種接続孔同士が透光性基板の主面に対して平行な方向において繋がって形成される実質的な分割線溝に類似したものであってもよい。接続孔Ｄ２０（または、場合によっては分割線溝Ｄ２も）については、また、途切れた複数の分割線溝であってもよく、また、点と線分とが交互に並ぶような、一点鎖線状に途切れた分割線溝の集合などであってもよい。すなわち、当業者が想到可能なあらゆる変形を含む。
【００２６】
本発明のレーザ光吸収層（３）は、導電性を有する。さらに具体的には、レーザ光吸収層（３）は、裏面透明導電層（２）と裏面電極層（４）とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有する。
【００２７】
本発明においては、レーザ光吸収層（３）が導電性を持っているため、裏面電極層（４）と裏面透明導電層（２）の導通を取るために、新たにレーザ光吸収層（３）を貫通した孔等を形成する必要が無いという、従来に比べて、格段に顕著な効果が有る。レーザ光吸収層（３）を貫通した孔等を形成する必要が無いということは、工程が１種類削減されることであり、これは、量産時には莫大なメリットととなる。
【００２８】
レーザ光吸収層３の一態様としては、導電型決定不純物を含み、かつ非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質ゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、および非晶質ゲルマニウムからなる群から選択される層を１以上含む層とすることで実現できる。このレーザ光吸収層３は導電性を持っているため、裏面電極層４と裏面透明導電層２の導通を取るために、新たにレーザ光吸収層３を貫通した孔等を形成する必要はない。
【００２９】
また、レーザ光吸収層（３）が導電型決定不純物として、Ｂ（ホウ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、およびＴｉ（チタン）からなる群から選択される１以上を含むことが望ましい。特に、ＢまたはＰが、それぞれ原料ガスとしてＢ２Ｈ６、ＰＨ３を用いてプラズマＣＶＤ法でレーザ光吸収層を容易に形成できるので特に望ましい。
【００３０】
レーザ光吸収層（３）が、ＳＩＭＳによる元素の定量で、導電型決定不純物としてＢを１０１６〜１０２１ｃｍ−３もしくはＰを１０１６〜１０２１ｃｍ−３含んでいることが望ましい。導電型決定不純物濃度が１０１６ｃｍ−３以上だとレーザ光吸収層の抵抗が低くなりレーザ光吸収層の断面方向に十分電流を流すことができる。また導電型決定不純物濃度が１０２１ｃｍ−３以下にすると、不純物による欠陥の発生が許容できる範囲に抑制されて、レーザ光吸収層に十分電流を流すことができる。
【００３１】
レーザ光吸収層（３）の導電率が１０２〜１０−６Ｓ／ｃｍであることが望ましい。導電率が１０−６Ｓ／ｃｍ以上の場合、レーザ光吸収層の断面方向に十分電流を流すことができる。また、導電率が１０２Ｓ／ｃｍ以下の場合、過剰な導電型決定不純物をレーザ光吸収層に含む必要がなく、欠陥を抑制してレーザ光吸収層に十分電流を流すことができる。
【００３２】
本発明の実施形態１においては、図１に示すように、裏面電極層４は裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通する複数の第２種分割線溝Ｄ１によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されている。
【００３３】
一方、本発明の実施形態２においては、図３に示すように、裏面電極層４は、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通する複数の第６種分割線溝Ｄ５によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されている。そして、裏面透明導電層２は裏面透明導電層２を貫通する複数の第５種分割線溝Ｄ４によって複数の短冊状裏面透明導電領域に分割されている。すなわち、前記実施形態１においては、第２種分割線溝Ｄ１が裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通するのに対して、本発明の実施形態２は、第２種分割線溝Ｄ１に代えて、裏面透明導電層２を貫通する第５種分割線溝Ｄ４と、裏面透明導電層２を貫通せずにレーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通する第６種分割線溝Ｄ５を有している。
【００３４】
本発明の実施形態２においては、複数の光電変換セルが電気的に直列接続される観点から、前記の各種分割線溝、接続孔は、第６種分割線溝Ｄ５、第５種分割線溝Ｄ４、第３種分割線溝（あるいは接続孔）Ｄ２、第４種分割線溝Ｄ３、の順、若しくは、図３に示すように、第５種分割線溝Ｄ４、第６種分割線溝Ｄ５、第３種分割線溝（あるいは接続孔）Ｄ２、第４種分割線溝Ｄ３の順に並んでいるものが挙げられる。
【００３５】
また、図５〜１１に示すように、第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５とが接続しており、これに第３種分割線溝（あるいは接続孔）Ｄ２、第４種分割線溝Ｄ３の順に並んでいるものも、本発明の実施形態２に含まれる。このように、第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５が接続された場合、これらの分割線溝は実施形態１における第２種分割線溝Ｄ１と等価なものとなる。一方で、実施形態１においては、第２種分割線溝Ｄ１が、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通するように形成されるのに対して、実施形態２においては、裏面透明導電層２を貫通する第５種分割線溝Ｄ４と、レーザ光吸収層３および裏面電極層４を貫通する第６種分割線溝Ｄ５とが別に形成される。そのため、実施形態２においては、分割線溝Ｄ４、Ｄ５周辺部の加工断面が変質する問題が抑制され、あるいはその変質に起因して該分割線溝周辺部の膜が盛り上がる等の問題が抑制され、光電変換装置の曲線因子（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）を高く保つことが可能となる。このような実施形態の構成および製造例については、後の実施例において、より詳細に説明する。
【００３６】
なお、本発明による集積型薄膜光電変換装置は受光面透明電極層６上にグリッド金属電極配線７を付加的に含むこともでき、その場合には第４種分割線溝Ｄ３はグリッド金属電極配線７をも貫通している。
【００３７】
本発明による集積型薄膜光電変換装置を製造する方法においては、分割線溝のすべてが透光性基板１側からレーザビームを照射することによって形成されることが好ましい。このように一方向からレーザビームを照射することで、異なるレーザ加工の間で基板の表裏を反転させる必要がなくなり、基板反転のための装置と作業が不要となることに加えて、位置合わせを容易にし、加工精度の向上にも寄与することができる。
【００３８】
また、好ましくは、分割線溝の形成において、透光性基板１が、裏面透明導電層２よりも鉛直上方に位置した状態で、すべての分割線溝が形成される。このように透光性基板１が上方となるようにすると、レーザビームを上方から照射することとなり、裏面電極層等の各層を加工する際に生じた飛沫は、レーザにより光電変換装置の外部に排出されるとともに、重力によって下方に落下するために、光電変換装置に戻ってくることが抑制される。そのため、飛沫によるショート等の光電変換性能の低下が抑制される。
【００３９】
また、本発明の製造方法の一実施形態においては、裏面透明導電層２を貫通しない溝、すなわち、実施形態１においては第３種、および第４種の分割線溝Ｄ２、Ｄ３、実施形態２においては第３種、第４種および第６種の分割線溝Ｄ２，Ｄ３，Ｄ５が、裏面透明導電層２を透過するレーザビームを用いて形成される。かかる実施形態の一例において、レーザ光吸収層３がシリコンおよびゲルマニウムを主要元素とする半導体からなり、これらの裏面透明導電層２を貫通しない溝は例えばＹＡＧレーザの第２高調波のビーム（波長：５３２ｎｍ）を用いて形成され得る。
【００４０】
また、本発明の製造方法の別の一実施形態においては、裏面透明導電層２を貫通する溝、すなわち、実施形態１においては第２種分割線溝Ｄ１、実施形態２においては第５種分割線溝Ｄ４が、裏面透明導電層２に吸収されるレーザビームを用いて形成される。かかる実施形態の一例において、裏面透明導電層２が透明導電性酸化物を含み、裏面透明導電層２を貫通する溝はＹＡＧレーザの基本波のビーム（波長：１０６４ｎｍ）を用いて形成され得る。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、裏面電極層にダメージを与えることなくレーザビーム加工によって集積型薄膜光電変換装置を得ることができ、その光電変換特性を顕著に向上させることができる。また、本発明の製造方法によれば、レーザビーム加工において基板側からのビーム照射のみが行なわれるので、これによっても加工精度と光電変換特性の改善された集積型薄膜光電変換装置を高い生産性と低いコストで得ることができる。
【００４２】
また、互いに隣接する各光電変換セルが電気的に直列接続されるための手段として一般的には、レーザ吸収層にレーザ加工を施して接続孔を作り、裏面電極領域と裏面透明導電層を電気的に接続する手法が考えられる。しかし本発明ではレーザ吸収層に導電性不純物を含有させ導電性を持たせることで、レーザ加工の必要無く、裏面電極領域と裏面透明導電層を電気的に接続することが可能である。よって本発明では接続孔レーザ加工による膜の変質や、接続孔の接触不良による光電変換性能における曲線因子の低下などの問題が少ない。すなわち、本発明ではより少ない製造工程で、光電変換装置の高い集積型薄膜光電変換装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態１による積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図２】本発明の実施形態１による積層型薄膜光電変換装置の一例を示す模式的斜視図である。
【図３】本発明の実施形態２による積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図４】従来の積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図５】実施例６における積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図６】実施例７における積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図７】実施例８における積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図８】実施例９における積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図９】実施例１２における積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図１０】比較例３における積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図１１】本発明の実施形態１による積層型薄膜光電変換装置における、分割線溝と複数の第１種接続孔Ｄ０との配置状況の一例を示す、概念図である。
【図１２】図１１において、第３種分割線溝（Ｄ２）に代えて第３種接続孔（Ｄ２）を備える場合の、概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の第１は、
「透光性基板（１）上に順次積層された裏面透明導電層（２）、レーザ光吸収層（３）、裏面電極層（４）、半導体光電変換ユニット（５）、および受光面透明電極層（６）を含み、これらの層の各々は複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている集積型薄膜光電変換装置であって、
前記レーザ光吸収層（３）は、前記裏面透明導電層（２）と前記裏面電極層（４）とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有し、
前記裏面電極層（４）は、前記裏面透明導電層（２）、前記レーザ光吸収層（３）、および前記裏面電極層（４）を貫通する複数の第２種分割線溝（Ｄ１）によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されており、
前記半導体光電変換層（５）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、および前記半導体光電変換層（５）を貫通しかつ前記第２種分割線溝（Ｄ１）に平行な複数の第３種分割線溝（Ｄ２）によって複数の短冊状光電変換領域に分割されており、
前記第３種分割線溝（Ｄ２）は内部を前記受光面透明電極層（６）で満たされ、これにより前記裏面透明導電層（２）と前記受光面透明電極層（６）が電気的に接続されており、
前記受光面透明電極層（６）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、前記半導体光電変換ユニット（５）および前記受光面透明電極層（６）を貫通しかつ前記第２種分割線溝（Ｄ１）に平行な複数の第４種分割線溝（Ｄ３）によって複数の短冊状受光面透明電極領域に分割されており、
各種分割線溝は、第２種分割線溝（Ｄ１）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、
互いに隣接する前記光電変換セル間において、一方のセルの前記裏面電極領域は前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面透明導電層（２）、および前記第３種分割線溝（Ｄ２）を介して他方のセルの前記受光面透明電極領域に電気的に接続されており、これによってそれらの光電変換セルが電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型薄膜光電変換装置」である。
【００４５】
なお、「各種分割線溝は、第２種分割線溝（Ｄ１）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、
」とは
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・・の様な配置をいう。後述するようにＤ２が接続孔の場合は、「各種分割線溝は」を「各種分割線溝および接続孔は」と読み替え、また、「第３種分割線溝（Ｄ２）」を「第３種接続孔（Ｄ２）」と読み替える。
【００４６】
本発明では、この配置を主として含めば良く、直列接続の末端部分においてどの溝が存在するか、は問わない。すなわち、直列接続の直列方向の末端部分においては、Ｄ３、Ｄ１，Ｄ２等が配置の末端となりうる。またこれらの配置は、光電変換ユニットの発電面積をなるべく大きく取るために、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が近接して存在していることが望ましい。
【００４７】
本発明は、また、
「透光性基板（１）上に順次積層された裏面透明導電層（２）、レーザ光吸収層（３）、裏面電極層（４）、半導体光電変換ユニット（５）、および受光面透明電極層（６）を含み、これらの層の各々は複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている集積型薄膜光電変換装置であって、
前記裏面透明導電層（２）は裏面透明導電層（２）を貫通する複数の第５種分割線溝（Ｄ４）によって複数の短冊状透明導電領域に分割されており、
前記レーザ光吸収層（３）は、前記裏面透明導電層（２）と前記裏面電極層（４）とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有し、
前記裏面電極層（４）は、前記レーザ光吸収層（３）、および前記裏面電極層（４）を貫通しかつ前記第５種分割線溝（Ｄ４）に平行な複数の第６種分割線溝（Ｄ５）によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されており、
前記半導体光電変換ユニット（５）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、および前記半導体光電変換ユニット（５）を貫通しかつ前記第５種分割線溝（Ｄ４）に略平行な位置に配置される複数の第３種分割線溝（Ｄ２）によって複数の短冊状に類似した光電変換領域に分割されており、
前記第３種分割線溝（Ｄ２）は内部を前記受光面透明電極層（６）で満たされ、これにより前記裏面透明導電層（２）と前記受光面透明電極層（６）が電気的に接続されており、
前記受光面透明電極層（６）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、前記半導体光電変換ユニット（５）、および前記受光面透明電極層（６）を貫通しかつ前記第５種分割線溝（Ｄ４）に平行な複数の第４種分割線溝（Ｄ３）によって複数の短冊状受光面透明電極領域に分割されており、
各種分割線溝は、第５種分割線溝（Ｄ４）、第６種分割線溝（Ｄ５）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順、もしくは第６種分割線溝（Ｄ５）、第５種分割線溝（Ｄ４）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、
互いに隣接する前記光電変換セル間において、一方のセルの前記裏面電極領域は前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面透明導電層（２）、および前記第３種分割線溝（Ｄ２）を介して他方のセルの前記受光面透明電極領域に電気的に接続されており、これによってそれらの光電変換セルが電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型薄膜光電変換装置」である。
【００４８】
なお、「各種分割線溝は、第５種分割線溝（Ｄ４）、第６種分割線溝（Ｄ５）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、」とは、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ２、Ｄ３・・・の様な配置をいう。後述するようにＤ２が接続孔の場合は、「各種分割線溝は」を「各種分割線溝および接続孔は」と読み替え、また、「第３種分割線溝（Ｄ２）」を「第３種接続孔（Ｄ２）」と読み替える。
【００４９】
本発明では、この配置を主として含めば良く、直列接続の末端部分においてどの溝が存在するか、は問わない。すなわち、直列接続の直列方向の末端部分においては、Ｄ３、Ｄ４（あるいはＤ５），Ｄ２等が配置の末端となりうる。またこれらの配置は、光電変換ユニットの発電面積をなるべく大きく取るために、Ｄ５、Ｄ２、Ｄ３が近接して存在していることが望ましい。また、裏面電極層４と裏面透明導電層２の接続におけるレーザ吸収層３での抵抗損失、もしくはリーク電流を小さくするために、Ｄ４、Ｄ５が近接もしくは重なって存在していることが望ましい。
【００５０】
なお、「各種分割線溝は、」「もしくは第６種分割線溝（Ｄ５）、第５種分割線溝（Ｄ４）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、」とは、Ｄ５、Ｄ４、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ４、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ４、Ｄ２、Ｄ３・・・の様な配置をいう。後述するようにＤ２が接続孔の場合は、「各種分割線溝は」を「各種分割線溝および接続孔は」と読み替え、また、「第３種分割線溝（Ｄ２）」を「第３種接続孔（Ｄ２）」と読み替える。
【００５１】
本発明では、この配置を主として含めば良く、直列接続の末端部分においてどの溝が存在するか、は問わない。すなわち、直列接続の直列方向の末端部分においては、Ｄ３、Ｄ４（あるいはＤ５），Ｄ２等が配置の末端となりうる。またこれらの配置は、光電変換ユニットの発電面積をなるべく大きく取るために、Ｄ５、Ｄ２、Ｄ３が近接して存在していることが望ましい。また、裏面電極層４と裏面透明導電層２の接続におけるレーザ吸収層３での抵抗損失、もしくはリーク電流を小さくするために、Ｄ４、Ｄ５が近接、もしくは重なって存在していることが望ましい。
【００５２】
本発明は、また、
「前記レーザ光吸収層（３）が導電型決定不純物を含み、かつ、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質ゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、および非晶質ゲルマニウムからなる群から選択される層を１以上含む、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００５３】
本発明は、また、
「前記レーザ光吸収層（３）が含む導電型決定不純物が、Ｂ（ホウ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、およびＴｉ（チタン）からなる群から選択される１以上を含む、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００５４】
本発明は、また、
「前記レーザ光吸収層（３）が、ＳＩＭＳによる元素の定量で、導電型不純物としてホウ素原子（Ｂ）を１０１６〜１０２１ｃｍ−３もしくはリン原子（Ｐ）を１０１６〜１０２１ｃｍ−３含んでいる前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００５５】
本発明は、また、
「前記レーザ光吸収層（３）の導電率が１０２〜１０−６Ｓ／ｃｍである、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００５６】
本発明は、また、
「前記第３種分割線溝（Ｄ２）に代えて第３種接続孔（Ｄ２）を備えて、当該第３種接続孔（Ｄ２）の基板に鉛直な方向から見た形状が、円、楕円、三角形、四角形、多角形、不定形、１以上の溝形状、交差する複数の溝形状、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される１以上である、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００５７】
なお、第３種接続孔Ｄ２は、複数存在しさえすれば良く、隣接する第３種接続孔同士が透光性基板の主面に対して平行な方向において繋がって形成される実質的な分割線溝に近いものであってもよい。レーザ照射等で、一度に作製できるという観点では、第３種接続孔Ｄ２は、隣接する第３種接続孔同士が透光性基板の主面に対して平行な方向において繋がって形成される実質的な分割線溝であることが好ましい。
【００５８】
本発明は、また、
「前記第５種分割線溝（Ｄ４）と前記第６種分割線溝（Ｄ５）とが接続しており、
第６種分割線溝（Ｄ５）は第５種分割線溝（Ｄ４）よりも溝の幅が狭くかつ第５種分割線溝（Ｄ４）の内側に形成されているか、
または、
第５種分割線溝（Ｄ４）は第６種分割線溝（Ｄ５）よりも溝の幅が狭くかつ、第６種分割線溝（Ｄ５）の内側に形成されている
ことを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００５９】
本発明は、また、
「前記受光面透明電極層（６）上にグリッド金属電極配線（７）をさらに含み、前記第４種分割線溝（Ｄ３）は前記グリッド金属電極配線（７）をも貫通していることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００６０】
本発明は、また、
「前記の集積型薄膜光電変換装置を製造するための方法であって、
前記分割線溝および接続孔のすべてが前記透光性基板側からレーザビームを照射することによって形成されることを特徴とする、集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６１】
本発明は、また、
「前記透光性基板（１）が、前記裏面透明導電層（２）よりも鉛直上方に位置した状態で、すべての分割線溝および接続孔が形成されることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６２】
本発明は、また、
「前記第２種分割線溝（Ｄ１）が、波長およびパワー密度の少なくともいずれか一方が異なる２種類のレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６３】
本発明は、また、
「前記第５種分割線溝（Ｄ４）が、前記第６種分割線溝（Ｄ５）を形成するレーザビームとは、波長およびパワー密度の少なくともいずれか一方が異なるレーザビームにより形成されることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６４】
本発明は、また、
「前記裏面透明導電層（２）を貫通しない分割線溝が、裏面透明導電層（２）を透過するレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６５】
本発明は、また、
「前記レーザ光吸収層（３）がシリコンまたはゲルマニウムを主要元素とする半導体からなり、かつ、前記裏面透明導電層（２）を透過するレーザビームがＹＡＧレーザの第２高調波のビームであることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６６】
本発明は、また、
「前記裏面透明導電層（２）を貫通する分割線溝が、裏面透明導電層（２）に吸収されるレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６７】
本発明は、また、
「前記裏面透明導電層（６）は透明導電性酸化物を含み、前記第２種分割線溝はＹＡＧレーザの基本波のビームを用いて形成されることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６８】
本発明は、また、
「前記裏面透明導電層（２）を貫通する分割線溝と、前記裏面透明導電層（２）を貫通しない分割線溝とが、同一波長のレーザビームを用いて形成され、前記裏面透明導電層（２）を貫通する分割線溝を形成するためのレーザビームは、前記裏面透明導電層（２）を貫通しない分割線溝を形成するためのレーザビームよりもパワー密度が高いことを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６９】
本発明は、また、
「前記半導体光電変換ユニット（５）が少なくとも１以上の結晶質シリコン系半導体光電変換ユニットを含み、その結晶質シリコン系半導体光電変換ユニットはその膜面に平行な（２２０）の優先結晶配向面を有しており、θ−２θ法によるＸ線回折測定において２θ＝４７．４°付近に現れる（２２０）回折ピークと２θ＝２８．５°付近に現れる（１１１）回折ピークの強度比が、（２２０）回折ピーク強度／（１１１）回折ピーク強度比＝２．０以上である、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。この構成によって、光電変換特性の優れた集積型薄膜光電変換装置が得られる。
【００７０】
本発明は、また、
「前記裏面電極層（４）が凹凸構造を有しており、半導体光電変換ユニット（５）を断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像で観察した時に、裏面電極層（４）の凹部近傍を始点として、半導体光電変換ユニット（５）内を基板に対し垂直方向へ伸びている白色部（低密度部分）が、基板に平行した方向１μｍあたり平均して１個以下見られることを特徴とする前記の集積型薄膜光電変換装置」である。この構成によって、いわゆる結晶粒界が少ない、より高品質の、光電変換特性の優れた集積型薄膜光電変換装置が得られる。
【００７１】
光閉じ込めの観点から半導体光電変換ユニット５の下層である裏面電極層４が凹凸構造を持たせることが多い。その場合、半導体光電変換ユニット５を断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像で観察した時に、半導体光電変換ユニット下層の凹部を発生源として、前記半導体光電変換ユニット５内を基板に対し垂直方向へ伸びている白色部（低密度部分）が、基板に平行した方向１μｍあたり平均１個以下であることが光電変換性能上好ましい。さらに望ましくはこの白色部が０個であると良い。
【００７２】
本発明は、また、
「前記受光面透明電極層（６）上に、さらに、充填材および封止材をさらに含む、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００７３】
本発明は、また、
「前記封止材にガラスが含まれていることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００７４】
前記に述べた集積型光電変換装置に、（具体的には、前記受光面透明電極層（６）上に、さらに、）充填材（ＥＶＡ、ＰＶＢ）を重ねて、表側に表面封止材（単体のガラス板などの表面封止材や、フッ化ビニル樹脂（たとえばデュポン社製テドラー）またはフッ化ビニル樹脂／Ａｌ／フッ化ビニル樹脂などからなる背面カバーフィルムなど）を設けることで太陽電池モジュールにすることができる。
【００７５】
好適な一態様について、以下、より詳しく述べる。
【００７６】
集積型光電変換装置のデバイス部分の両端には電極が設けられている。この電極に、例えば２ｍｍ幅の銅箔を這わせる。電極と銅箔の接合は、例えば、セラミック専用の半田（商品名：セラソルザエコ）などを好適に用いることができる。約２５ｍｍ間隔ではんだ付けを行い、その半田に半田をコーティングした２ｍｍ幅の銅箔を這わせて接合する。片側をガラスよりも大きくしてリードを出す。なお、電極より大きくなった部分については２ｍｍ幅の銅箔の両側に充填材が在るようにする。具体的にはリードに沿って小さな充填材を挟み込む。次にガラスより少し大きな充填材を設けるか、あるいは、若干小さな充填材と周囲の部分にブチルゴムを設ける。具体的な例としては、特開２００１−１４８４９６に記載がある。
【００７７】
更に、ガラスあるいは、透明か不透明なカバーフィルムを設けて真空ラミネータに投入し封止工程を終える。真空ラミネータで、例えば１５０℃３０分間保持することにより樹脂は硬化する。
【００７８】
充填材の具体的な例としては、ＥＶＡ（エチレン−酢ビ共重合体）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）等が一般的ではあるがこれに限定されるものでは無い。
【００７９】
封止材として用いうるガラスとしては、白板ガラスを強化したもの（いわゆる強化ガラス）が好適に用いられる。封止材として用いるフィルムとしてはＥＴＦＥ、ＰＦＡの単膜あるいは複合膜が好適に用いられる。何れの場合においても近赤外線に対する吸収が少ないことが望ましい。封止材としては、従来使われているような、金属箔の両面を樹脂フィルムで覆った形態のサンドイッチ構造等の複合的な封止材であってもよい。
【００８０】
このようにして完成したモジュールの周辺のリードの取り回しには、例えば、特開平１０−３０３４４７や特開２００５−３４７６９８にあるような構造を用いて、ケーブルを引き回すことが可能である。
【００８１】
この様なモジュールの設置には、取付け冶具を後ろに貼る方式やフレームを取り付ける方式などを採用して、設置場所に設置する。
【００８２】
以下、実施形態のいくつかについて、説明する。
【００８３】
［実施形態１］
図１において、本発明の実施形態１による集積型薄膜光電変換装置の作製方法の一例が模式的な断面図で図解されている。
【００８４】
まず、図１（ａ）において透光性基板１上に裏面透明導電層２と順次積層される。透光性基板１はセル加工に使用するレーザの波長（５３２ｎｍ、１０６４ｎｍ）に対して透明であれば良い。裏面透明導電層２は、使用するレーザの波長に対して透明で有り、かつ表面に導電性を持つものであれば良い。例えば酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムなどの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）で形成することができ、酸化亜鉛であればＭＯＣＶＤ法で作製されたものが特に望ましい。
【００８５】
図１（ｂ）において、裏面透明導電層２を覆うようにしてレーザ光吸収層３が積層される。ここで、レーザ光吸収層３は、導電性を有する。さらに具体的には、レーザ光吸収層（３）は、裏面透明導電層（２）と裏面電極層（４）とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有する。
【００８６】
本発明においては、レーザ光吸収層（３）が導電性を持っているため、裏面電極層（４）と裏面透明導電層（２）の導通を取るために、新たにレーザ光吸収層（３）を貫通した孔等を形成する必要が無いという、従来に比べて、格段に顕著な効果が有る。レーザ光吸収層（３）を貫通した孔等を形成する必要が無いということは、レーザスクライブ工程が１種類削減されることであり、これは、量産時には莫大なメリットとなる。
【００８７】
レーザ光吸収層３の一態様としては、導電型不純物を含む薄膜非単結晶のシリコンまたはゲルマニウムもしくはそれらの合金によって形成することができる。導電型不純物としては、Ｂ、Ｐ、Ａｌ、Ｇａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｔｉ等が考えられるが、Ｂ、Ｐが特に望ましい。不純物濃度としてはＢまたはＰを１０１６〜１０２１ｃｍ−３含むことが望ましく、５×１０１８〜５×１０２０ｃｍ−３含むことがさらに望ましい。またレーザ光吸収層３は１０２〜１０−６Ｓ／ｃｍの導電率を有することが望ましく、特に１０−５Ｓ／ｃｍ以上の導電率を有することが望ましい。
【００８８】
図１（ｃ）において、レーザ光吸収層３を覆うように裏面電極層４が積層される。この裏面電極層４は、例えば銀などの金属を利用して形成することができる。また、裏面電極層４は、レーザ光吸収層３に近い側から、第一の透明導電層、金属層、および第二の透明導電層を順に含むことが好ましい。このように、透明導電層を有することで、裏面電極層４とレーザ光吸収層３および、裏面電極層４と半導体光電変換ユニット５の密着力が高まり、光電変換特性を向上し得る。裏面電極層４を形成する第一の透明導電層としては酸化亜鉛、酸化錫、チタンなどが用いられる。裏面電極層４を形成する金属層としては銀、アルミニウム、およびニッケルなどが用いられる。裏面電極層４を形成する第二の透明導電層としては、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫、チタンなどが用いられるが主として酸化亜鉛を含むものが好適に用いられる。
【００８９】
図１（ｄ）において、透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４は、透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ１によって複数の領域に分割される。レーザビームＬＢ１は、透明導電層２およびレーザ光吸収層３に吸収されて発熱を生じるものが選択される。例えばＹＡＧレーザの基本波、ファイバレーザなどが好ましい。このレーザにより生じた発熱によって裏面電極層４が比較的容易に分割されて、第２種分割線溝Ｄ１が形成され得る。こうして形成された複数の第２種分割線溝Ｄ１の各々は、互いに平行であって、図面の紙面に直交する方向に延びている。
【００９０】
図１（ｅ）において、分割された裏面電極層４および第２種分割線溝Ｄ１を覆うように、半導体光電変換ユニット５が積層される。この半導体光電変換ユニット５は、その主面に平行な半導体ｐｎ接合、もしくはｐｉｎ接合（図示せず）を含んでおり、例えば薄膜非単結晶のシリコンまたはゲルマニウムもしくはそれらの合金によって形成することができる。またこの半導体光電変換ユニット５は２つ以上のｐｎ接合を直列に接続したタンデム型も可能である。
【００９１】
図１（ｆ）において、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、および半導体光電変換ユニット５は、透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ２ａによって複数の領域に分割される。このとき、レーザビームＬＢ２ａは、レーザ光吸収層３に吸収されて発熱を生じる。そして、その発熱によって、裏面電極層４と半導体光電変換ユニット５が比較的容易に分割され得る。こうして形成された複数の第３種分割線溝Ｄ２の各々は、第２種分割線溝Ｄ１に対して近接しかつ平行に延びている。
【００９２】
図１（ｇ）において、分割された半導体光電変換ユニット５および第３種分割線溝Ｄ２を覆うように、受光面透明電極層６が堆積される。受光面透明電極層６には酸化亜鉛、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）などが用いられる。受光面透明電極層６の膜厚は５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲が好ましいが、反射防止の点から６００ｎｍ〜８００ｎｍが特に好ましい。酸化亜鉛を用いる場合はスパッタ法、ＭＯＣＶＤ法などによる製膜が考えられるが、ＭＯＣＶＤ法により製膜された酸化亜鉛光閉じ込めの点で好ましく、その膜厚は５００ｎｍ〜３０００ｎｍが好ましく、さらに望ましくは１５００ｎｍ〜２５００ｎｍが好適とされる。
【００９３】
また本発明における集積型半導体光電変換装置は、複数のセルが集積されているため、非集積の半導体光電変換装置と比べて１セルあたりの表面積が非常に小さい。このため本発明では、集電用にグリッド電極を作製しなくても、受光面透明電極層６のみで電気抵抗の影響をほとんど受けずに集電でき、高い光電変換性能を有する半導体光電変換装置が作製可能である。
【００９４】
最後に、図１（ｈ）において、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６は、透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ３ａによって複数の領域に分割される。このとき、レーザビームＬＢ３ａは、レーザ光吸収層３に吸収され発熱を生じる。そして、その発熱によって、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６が比較的容易に分割され得る。こうして形成された複数の第４種分割線溝Ｄ３の各々は、第３種分割線溝Ｄ２に対して近接しかつ平行に延びている。
【００９５】
以上のようにして、１つの透光性基板１上に、複数の細長い短冊状の薄膜光電変換セルが形成される。１つのセルの裏面電極層４はレーザ光吸収層３を介して透明導電層２に接続されており、また受光面透明電極層６は第３種分割線溝Ｄ２を介して隣接するセルの透明導電層２に接続されている。すなわち、隣接する短冊状のセルは、互いに電気的に直列に接続されている。なお、図１（ｈ）においては図面の簡略化のために１つの基板上に限られた数の光電変換セルのみが示されているが、通常はさらに多くの光電変換セルが形成される。また、図面の明瞭化のために、各層の厚さが適宜にかつ顕著に拡大されて示されていることに留意されたい。
【００９６】
上述のように、図１に示された集積型薄膜光電変換装置においては、レーザ光吸収層３を介して透明導電層２と裏面電極層４とが電気的に接続され得る。このことによって、半導体光電変換ユニット５を分割するためのレーザビームＬＢ２ａおよび受光面透明電極層６を分割するためのレーザビームＬＢ３ａを透光性基板１側から入射させることが可能となる。その結果、本発明の実施形態１においては、先行技術による図４（ｄ）におけるような分割線溝Ｄ２ｘ内で裏面電極層４へのダメージを回避でき、図４（ｆ）におけるように分割線溝Ｄ３ｘの深さを半導体光電変換ユニット５の途中までに設定する必要もなくかつ分割線溝Ｄ３ｘに沿って裏面電極層４にダメージを与えることもない。
また、半導体光電変換ユニット５の下層に凹凸構造をつけることが光電変換性能を高める上で有効であるが、図１に示された集積型薄膜光電変換装置においては、透光性基板１、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、裏面電極層４の４層で様々な凹凸構造を作り出すことができ、光閉じ込めを考える上で有利である。例えば透光性基板１は化学的エッチングによる凹凸、裏面透明導電層２は導電性酸化物成長の凹凸、レーザ光吸収層のエッチングによる凹凸、裏面電極層４は金属層成長の凹凸などが考えられ、これらを組み合わせて最適な光閉じ込めを作り出すことが可能となる。
【００９７】
また、本発明の実施形態１においては、利用されるすべてのレーザビームＬＢ１、ＬＢ２ａ、ＬＢ３ａを透光性基板１側から入射させることができるので、異なるレーザ加工の間で基板の表裏を反転させる必要がない。そして、基板反転のための装置と作業が不要であることは、特に大面積の基板上に集積型薄膜光電変換装置を作製する場合に、生産性の改善とコスト低減に寄与し得る。さらに、異なるレーザ加工の間で基板を反転させる必要がないことは、異なるレーザ加工の間における位置合わせを容易にし、加工精度の向上にも寄与することができる。
【００９８】
特に大面積の光電変換装置の作製においては、基板の表裏を反転させるために規模の大きい装置を必要とする上に、高精度の位置合わせが困難であることから、裏表を反転させる必要がない本願発明の構成を適用することの利点が大きい。かかる観点から、本発明の光電変換装置は大面積であることが好ましい。具体的には、基板サイズは９１０ｍｍ×４５５ｍｍ（０．４１ｍ２）以上、好ましくは、０．５ｍ２以上、より好ましくは１０００ｍｍ×１０００ｍｍ（１．０ｍ２）以上、さらに好ましくは１０００ｍｍ×１３００ｍｍ（１．３ｍ２）以上、あるいは１０００ｍｍ×１４００ｍｍ（１．４ｍ２）以上、特に好ましくは１２００ｍｍ×１２００ｍｍ（１．４４ｍ２）以上である。適用し得る基板サイズに上限は無く、例えば２０００ｍｍ×２０００ｍｍ（４．０ｍ２）以上の基板に本発明の構成を適用することも可能である。
【００９９】
また、図１（ａ）〜（ｈ）においては、集積型薄膜光電変換装置の製造工程の理解を容易とする観点から、透光性基板１が透明導電層２よりも下方となるように図示したが、本発明においては、レーザビームの照射を、透光性基板１が、透明導電層２よりも鉛直上方に位置する状態で分割線溝の形成を行うことが好ましい。レーザビームの照射により分割線溝を形成する際に、裏面電極層等の各層の加工により生じた飛沫は、レーザにより光電変換装置の外部に排出されるが、透光性基板１側を上方として、上方からレーザビームを照射することによって、飛沫は重力によって下方に落下し、光電変換装置内に戻ってくることが抑制される。そのため、加工時の飛沫に起因するショート等の光電変換性能の低下が抑制される。
【０１００】
本発明の実施形態１の一応用例によれば、図２の模式的斜視図に示されているような集積型薄膜光電変換装置を作製することも可能である。この集積型薄膜光電変換装置の作製においては、受光面透明電極層６上にグリッド金属電極配線７を形成した後に、透光性基板１側からレーザビームＬＢ３ａを入射させることによって第４種分割線溝Ｄ３を形成し、これによってグリッド金属電極配線７がセルごとに分割される。図２の集積型薄膜光電変換装置においては、比較的抵抗率の高い受光面透明電極層６からグリッド金属電極配線７に電荷を集電して効率的に輸送することができるので、直列抵抗成分の低減が可能となり、各セルの幅を広くすることも可能となる。そして、各セルの幅を広くすることは、分割線溝Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の本数を低減させることになり、レーザ加工が簡略化され得る。
【０１０１】
以上のように、本発明の実施形態１によれば、光電変換特性の優れた積層型薄膜光電変換装置が、高い加工精度、高い生産効率、および低いコストで提供され得る。
【０１０２】
［実施形態２］
図３において、本発明の実施形態２による集積型薄膜光電変換装置の作製方法が模式的な断面図で図解されている。
【０１０３】
実施形態２は、実施形態１と同様に、透光性基板１上に順次積層された裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６を含み、これらの層の各々は平行に設けられた複数の各分割線溝によって複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている。
そして、前記レーザ光吸収層３が導電性を有する点、半導体光電変換ユニット５がレーザ光吸収層３、裏面電極層４、および半導体光電変換ユニット５を貫通する複数の第３種分割線溝Ｄ２によって複数の短冊状光電変換領域に分割されている点、受光面透明電極層６がレーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６を貫通する複数の第４種分割線溝Ｄ３によって複数の短冊状受光面透明電極領域に分割されている点、および、互いに隣接する光電変換セル間において、一方のセルの裏面電極領域がレーザ光吸収層３、裏面透明導電層２、および第３種分割線溝Ｄ２を介して他方のセルの裏面電極領域に電気的に接続されている点において、実施形態１と構成が共通している。
【０１０４】
実施形態２において、透光性基板１、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６は、実施形態１の説明において記載したのと同様のものを同様の方法により形成することができる。
【０１０５】
前記実施形態１においては、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通する第２種分割線溝Ｄ１によって裏面電極層４が複数の短冊状裏面電極領域に分割されているのに対して、実施形態２においては、これに代え、裏面透明導電層２を貫通する第５種分割線溝Ｄ４と、レーザ光吸収層３および前記裏面電極層４を貫通する第６種分割線溝Ｄ５を有している。そして、裏面透明導電層２は、複数の第５種分割線溝Ｄ４によって複数の短冊状裏面透明導電領域に分割されており、裏面電極層４は、複数の第６種分割線溝Ｄ５によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されている。
【０１０６】
図３において、本発明の実施形態２による集積型薄膜光電変換装置の作製方法の一例が模式的な断面図で図解されている。以下、図３における集積型薄膜光電変換装置の作製方法について説明する。なお、図３において、図１と同一の参照符号は前記実施形態１と同一部分または相当部分を示している。以下の説明において、前記実施形態１と重複する内容についての記載は省略されている。
【０１０７】
まず、図３（ａ）において、ガラスなどの透光性基板１上に裏面透明導電層２が積層される。その後、裏面透明導電層２は透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ４によって形成される第５種分割線溝Ｄ４により複数の領域に分割される。ここで使用されるレーザビームＬＢ４は裏面透明導電層２に吸収されるものであり、これにより裏面透明導電層２は比較的容易に分割加工され第５種分割線溝Ｄ４が形成される。このように形成された複数の分割線溝Ｄ４は互いに平行であって、図面の紙面に直交する方向に延びている。
【０１０８】
図３（ｂ）において、分割された裏面透明導電層２および第５種分割線溝Ｄ４を覆うようにレーザ光吸収層３が積層される。
【０１０９】
このレーザ光吸収層３は後に積層される裏面電極層４と裏面透明導電層２を導通させるのに十分な導電性を有している。
【０１１０】
図３（ｃ）において分割されたレーザ光吸収層３を覆うように裏面電極層４が積層される。
【０１１１】
図３（ｄ）において、レーザ光吸収層３、裏面電極層４は透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ５によって形成される第６種分割線溝Ｄ５により複数の領域に分割される。ここで使用されるレーザビームＬＢ５は裏面透明導電層２に吸収されず、レーザ光吸収層３に吸収され発熱し、これによりレーザ光吸収層３、裏面電極層４は比較的容易に分割加工され第６種分割線溝Ｄ５が形成される。こうして形成された複数の分割線溝Ｄ５の各々は平行に延びている。
【０１１２】
図３（ｅ）において、分割された裏面電極層４および第６種分割線溝Ｄ５を覆うように、半導体光電変換ユニット５が積層される。
【０１１３】
図３（ｆ）において、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、および半導体光電変換ユニット５は、透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ２ａによって複数の領域に分割される。
【０１１４】
図３（ｇ）において、分割された半導体光電変換ユニット５および分割線溝Ｄ２を覆うよう
に、受光面透明電極層６が堆積される。
【０１１５】
最後に、図３（ｈ）において、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６は、透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ３ａによって複数の領域に分割される。
【０１１６】
また、本発明の実施形態２においては、前記実施形態１と同様に、第３種分割線溝Ｄ２ｘ内で裏面電極層４へのダメージを回避でき、かつ第４種分割線溝Ｄ３ｘに沿って裏面電極層４にダメージを与えることもない。
【０１１７】
さらに、利用されるすべてのレーザビームＬＢ４、ＬＢ５、ＬＢ２ａ、ＬＢ３ａを透光性基板１側から入射させることができるため、レーザビームの照射を、透光性基板１が、裏面透明導電層２よりも鉛直上方となるようにして分割線溝の形成を行うことで、加工時の飛沫によるショート等の光電変換性能の低下が抑制される。
【０１１８】
また、実施形態１と同様に、受光面透明電極層６上にグリッド金属電極配線７を形成した後に、透光性基板１側からレーザビームＬＢ３ａを入射させることによって第４種分割線溝Ｄ３を形成し、これによってグリッド金属電極配線７をセルごとに分割することで、比較的抵抗率の高い受光面透明電極層６からグリッド金属電極配線７に電荷を集電して効率的に輸送することができ、直列抵抗成分の低減が可能となる。
【０１１９】
［実施形態２Ａ］
実施形態２の一例として、前記第５種分割線溝Ｄ４と、前記第６種分割線溝Ｄ５が接続した実施形態２Ａを採用することもできる。このように、第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５が接続した場合、これらの分割線溝は実施形態１における第２種分割線溝Ｄ１と等価なものとなる。一方で、実施形態１においては、第２種分割線溝Ｄ１が、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通するように形成されるのに対して、実施形態２においては、裏面透明導電層２を貫通する第５種分割線溝Ｄ４と、レーザ光吸収層３および裏面電極層４を貫通する第６種分割線溝Ｄ５とが別に形成される。そのため、実施形態２においては、分割線溝Ｄ４、Ｄ５周辺部の加工断面が変質する、もしくはその変質に起因して該分割線溝周辺部の膜が盛り上がる等の問題が抑制され、曲線因子を高く保つことが可能となる。このような実施形態の構成および製造例については、後の実施例において、より詳細に説明する。
【０１２０】
［全ての実施形態に共通する、レーザ光吸収層の他の態様］
本明細書中では、主に、レーザ光吸収層の素材を、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質ゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、および微結晶ゲルマニウムからなる群から選択される層を１以上含むように記載している。例えば、レーザ光吸収層の素材シリコンもしくはゲルマニウム系半導体を含む半導体であるように、記載している。レーザ光吸収層は、例えば、プラズマＣＶＤ法によって堆積されてなる非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層や、半導体のｐｎ接合またはｐｉｎ接合を含む態様などである。
【０１２１】
しかしながら、本発明のレーザ光吸収層の具体例としては、他に引き続く工程に耐久性が有る限りにおいては、無機物・有機物を問わないあらゆる層を適用可能である。レーザ光吸収層は、２００〜２５０℃程度の高温に耐えうる耐熱性を有する物質・素材を主たるマトリックス材料として、公知のレーザ光吸収物質が分子結合されているか、あるいは、分散されているような、層であっても良い。また、そのマトリックス材料だけでレーザ光吸収する場合は、そのような材料も、レーザ光吸収層として適用可能である。
【０１２２】
マトリックス材料の耐熱性という点では、例えば、ポリイミド材料、アラミド材料等が、好ましい。他にも、有機物に対して親和性を有する無機物ともいえるシルセスキオキサン（Silsesquioxanes）類を含む材料が、レーザ光吸収層のマトリックス材料であっても良い。例えばポリイミド材料をマトリックス材料とする場合には、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸を、ワニス状態で調製した後、基板上にキャストし加熱して脱水縮合反応をすることによって、ポリイミド材料を作製することもできる。
【０１２３】
なお、レーザ光吸収層は、本発明で主に説明したようなＣＶＤ法で作製する以外にも、真空装置を使わない他の安価な方法や簡便な方法によって作製することも、できる。すなわち、レーザ光吸収層は、印刷法、ナノインプリント法、スピンコート法、ロールコーター法、ディップ法等、公知の方法で作製することも、できる。
【０１２４】
すなわち、本発明のレーザ吸収層を作製するＣＶＤ法は、例示の一つである。引き続く他の工程との親和性という観点では、ＣＶＤ法で作製することは、好ましい。ただし、前述の、真空装置を使わない他の安価な方法や簡便な方法の方が、より好ましい。
【０１２５】
レーザ光吸収層の必要特性としては、レーザ光を吸収して、レーザスクライブ等で分割可能であること、である。
【０１２６】
本発明の一態様としては、レーザ光吸収層の表面に、何らかのテクスチャ構造を形成しても良い。テクスチャ構造の一例としては、凹凸(concavities and convexities)や、２次元あるいは３次元的に周期的な構造を有するような構造、ある一定の表面粗さを有する構造、等が有り得るが、他にも、当業者が想到しうるあらゆる変形が可能である。
【０１２７】
［全ての実施形態に共通する、本願の利点］
以下に、全ての実施形態に共通する、本願の利点を述べる。
【０１２８】
本発明においては、レーザ光吸収層（３）が導電性を持っているため、裏面電極層（４）と裏面透明導電層（２）の導通を取るために、新たにレーザ光吸収層（３）を貫通した孔等を形成する必要が無いという、従来に比べて、格段に顕著な効果が有る。レーザ光吸収層（３）を貫通した孔等を形成する必要が無いということは、工程が１種類削減されることであり、これは、量産時には莫大なメリットとなる。
【０１２９】
すなわち、透光性基板（１）上に順次積層された裏面透明導電層（２）、レーザ光吸収層（３）、裏面電極層（４）、半導体光電変換ユニット（５）、および受光面透明電極層（６）を含み、これらの層の各々は複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている集積型薄膜光電変換装置においては、光電変換セル１つに対応してレーザスクライブ工程が１つ削減されることであり、レーザスクライブ工程を１つ実施する時間が削減されることであり、製造時間の短縮につながり、量産時には莫大なメリットとなる。
【０１３０】
本発明の半導体光電変換ユニット５は２つ以上のｐｎ接合を直列に接続したタンデム型も可能である。一例として微結晶シリコンｐｉｎ接合と非晶質シリコンｐｉｎ接合の２積層構造等が選択され得る。この構造を考えた時、微結晶シリコンｐｉｎ接合製膜時の製膜温度は自由度が高く、１００℃〜４５０℃の範囲から選択され得る。製膜温度が高まると、結晶質光電変換ユニットの光電変換層の結晶性が向上するため、有利である。また、本発明の構成によって、微結晶シリコンｐｉｎ接合製膜時のパワー密度や、製膜圧力などにおいても、自由度が高くなる。
【０１３１】
例えば、結晶質光電変換ユニットと非晶質光電変換ユニットとの２つの光電変換ユニットを備える、タンデム型の集積型薄膜光電変換装置を製造するにあたり、従来技術においては製膜温度の自由度が少なかったが、本発明においては製膜温度について自由度が非常に高い。本発明の有利な効果を具体的に説明することによって、本発明の技術的意義を説明する。
【０１３２】
従来、光透過側から順に、透光性基板上に、順次積層された透明電極層と、非晶質光電変換ユニットと、結晶質光電変換ユニットと、裏面電極層とを含むような非晶質光電変換ユニット／結晶質光電変換ユニットの２段タンデム型光電変換装置（ハイブリッド型光電変換装置）を製造するためには、２つの光電変換ユニットの内、最初に非晶質光電変換ユニットを製膜する必要が有った。下地である非晶質光電変換ユニットに対して熱的ダメージを与えないようにするために、結晶質光電変換ユニットを製膜する際には、例えば２００℃以下の製膜温度を選択せざるを得なかった。
【０１３３】
一方、本発明では、透光性基板（１）上に順次積層された裏面透明導電層（２）、レーザ光吸収層（３）、裏面電極層（４）、結晶質光電変換ユニット、非晶質光電変換ユニット、および受光面透明電極層（６）を含み、光は、受光面透明電極層側から透過する。本発明では、２つの光電変換ユニットの内、最初に結晶質光電変換ユニットを製膜することができる。従来技術で下地となっていた非晶質光電変換ユニットに対する熱的ダメージを、本発明では、全く気にする必要が無い。すなわち、本発明では、結晶質光電変換ユニットを製膜する際に、例えば１００℃〜４５０℃の範囲から適宜選択することが可能である。製膜温度が高まると、結晶質光電変換ユニットの光電変換層の結晶性が向上するため、有利である。また、本発明では、プラズマＣＶＤ法等で製膜する際、従来よりも製膜時のパワー密度を高くすることもできるため、製膜速度を格段に高めることができるという、従来に無い、著しい効果も有る。
【０１３４】
本発明の一態様である非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットとの２段タンデム型の光電変換装置の場合、非晶質シリコンと結晶質シリコンの光吸収係数等の関係で、非晶質光電変換ユニットの厚みは薄く、結晶質光電変換ユニットの厚みは厚い。通常、非晶質シリコン層は、３００〜６００ｎｍ程度であるのに対して、長波長光閉じ込め効果を必要とする結晶質シリコン層は２０００〜４０００ｎｍ程度の膜厚を有する。より厚みの大きい結晶質光電変換ユニットの製膜速度を格段に高めることができる本発明は、工業的な意味で、製造時間を格段に短縮できるという意味なども含めて、従来技術よりも、大量生産時の生産効率が著しく高い。
【０１３５】
ここまでに、非晶質光電変換ユニット／結晶質光電変換ユニットの２段タンデム型光電変換装置が説明されたが、１つ以上の非晶質光電変換ユニットおよび／または１つ以上の結晶質光電変換ユニットをさらに含む多段タンデム型光電変換装置にも本発明が適用され得ることはいうまでもない。
【０１３６】
また、前記の光電変換ユニットの中や、タンデム型の複数の光電変換ユニット同士の界面等には、光電変換効率を高める目的で、例えば、シリコンカーバイドや、シリコンゲルマニウムなどのシリコン系合金材料や、シリコンと酸素との非晶質合金中にシリコン結晶相を含むシリコン複合層などを、適宜、挿入可能である。
【０１３７】
またこの微結晶シリコンｐｉｎ接合はＸ線回折で測定した時、（２２０）配向のピーク強度が（１１１）配向のピーク強度に対して１．５倍以上あることが好ましく、望ましくは２．５倍以上がさらに好ましい。 また、光閉じ込めの観点から半導体光電変換ユニット５の下層である裏面電極層４が凹凸構造を持つ場合、半導体光電変換ユニット５であるの一例である、前記微結晶シリコンｐｉｎ接合を断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像で観察した時に、半導体光電変換ユニット下層である裏面電極層（４）の凹部を発生源として、前記微結晶シリコンｐｉｎ接合内を基板に対し垂直方向へ伸びている白色部（低密度部分）が、基板に平行した方向１μｍあたり平均１個以下であることが光電変換性能上好ましい。さらに望ましくはこの白色部が０個であると良い。この白色部は、凹凸基板上に結晶が成長する時、成長した結晶同士がぶつかり合い発生した微小なクラックだと考えられ、このクラックが多数存在すると、開放電圧が低下するため、クラックができるだけ発生しないような凹凸基板、結晶質の半導体光電変換ユニットの微結晶シリコン成長条件を選択することが必要である。
【０１３８】
なお、前記の態様は、「前記裏面電極層（４）が凹凸構造を有しており、半導体光電変換ユニット（５）を断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像で観察した時に、裏面電極層（４）の凹部近傍を始点として、半導体光電変換ユニット（５）内を基板に対し垂直方向へ伸びている白色部（低密度部分）が、基板に平行した方向１μｍあたり平均して１個以下見られることを特徴とする前記の集積型薄膜光電変換装置」に関する。この態様は、前記の全ての実施形態でも、同様に、好ましい。
【０１３９】
なお、本発明の明細書中では構成要件等を、「符号の説明」欄に記載の符号を入れた形で説明している部分も有るが、本発明は、単なる例示であるこれらの符号や図面等に拘束されるものではない。すなわち、本発明は、当分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術的思想内で、以下説明する符号等に拘束されることなく多くの変形が、可能である。
【実施例】
【０１４０】
上述のような本発明による実施形態に対応する具体的な例として、以下においていくつかの実施例が比較例と共に説明される。なお、本発明が以下の実施例に限定されないことは言うまでもない。
【０１４１】
［実施形態１に関する実施例］
（実施例１）
本発明の実施例１においては、図１に対応して集積型薄膜光電変換装置が作製された。まず、図１（ａ）において、透明ガラス基板１上に酸化錫の裏面透明導電層２を積層した。その裏面透明導電層２は、熱ＣＶＤ法によって約８００ｎｍの厚さに堆積された。こうして堆積された裏面透明導電層２は、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を有している。この表面テクスチャ構造は、後に堆積される裏面電極層４中の金属層表面に伝えられる。そして、その金属層表面における微細な表面凹凸は、光の乱反射を生じて、半導体光電変換ユニット５内の光吸収効率を高めるように作用し得る。
【０１４２】
図１（ｂ）において裏面透明導電層２を覆うようにレーザ光吸収層３が堆積された。レーザ光吸収層３としては、Ｂが添加されたｐ型非晶質シリコン（ｐ：ａ−Ｓｉ）層がプラズマＣＶＤ法によって２００ｎｍの厚さに堆積された。このｐ型非晶質シリコンの導電率は１０−４Ｓ／ｃｍであった。また、レーザ吸収層３をＳＩＭＳにより元素の定量を行ったところ、導電型不純物であるＢ（ホウ素）が１０１９ｃｍ−３含まれていた。なお、レーザ光吸収層３は後の全てのレーザビーム加工を可能ならしめる厚さを有していればよく、この前提の下で適宜に選択された厚さを有し得る。
【０１４３】
図１（ｃ）において、レーザ光吸収層３を覆うように裏面電極層４を堆積させた。裏面電極層４としては、スパッタリング法を用いて第一の透明電極層である厚さ９０ｎｍの酸化亜鉛層、金属層である厚さ２００ｎｍの銀層、および第二の透明電極層である厚さ９０ｎｍの酸化亜鉛層を順次積層させた。裏面電極層４に含まれる酸化亜鉛層は、レーザ光吸収層３および後に堆積される半導体光電変換ユニット５と銀層との密着強度向上および銀の反射率を高めるために好ましい。
【０１４４】
図１（ｄ）において、ＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）の赤外レーザビームＬＢ１を透明ガラス基板１側から照射し、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を加工して分割線溝Ｄ１を形成した。前述のように裏面透明導電層２はＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）の赤外光を吸収して発熱し得るので、レーザビームＬＢ１による裏面透明導電層２およびレーザ光吸収層３の発熱によって、それらの層および裏面電極層４を比較的容易に同時に分割加工することができる。
【０１４５】
このように、裏面透明導電層２およびその他の層を分割加工するためのレーザビームＬＢ１としては、裏面透明導電層２に吸収されるものが好ましく、ＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）の他に、例えば、これと同じ波長のレーザ光を射出するＹＶＯ４レーザの基本波や、略同じ波長のレーザを射出し得るファイバレーザ等を用いることができる。下記の分割線溝Ｄ２、Ｄ３を形成するための、レーザビームＬＢ２ａにおいても同様である。
【０１４６】
図１（ｅ）において、分割された裏面電極層４および分割線溝Ｄ１を覆うように、半導体光電変換ユニット５をプラズマＣＶＤ法により堆積した。その半導体光電変換ユニット５は、順次積層された厚さ約２０ｎｍのｎ型微結晶Ｓｉ層、厚さ約３００ｎｍのｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ（Ｈを含むａ−Ｓｉ）層、および厚さ約１５ｎｍのｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ（Ｈを含むａ−ＳｉＣ）層を含んでいる。すなわち、本実施例１における半導体光電変換ユニット５は、その主面に平行な一組のｎｉｐ接合からなる単一の光電変換ユニットを含んでいる。
【０１４７】
図１（ｆ）において、ＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ２ａを透明ガラス基板１側から照射して分割線溝Ｄ２を形成した。ここで使用されるレーザビームＬＢ０は、裏面透明導電層２にダメージを与えることなくレーザ光吸収層３、裏面電極層４および半導体光電変換ユニット５を分割加工できればよい。例えばＹＡＧレーザに関して、ａ−Ｓｉのレーザ光吸収層３は、第２高調波（波長５３２ｎｍ）の光をよく吸収し得る。他方、裏面透明導電層２は、ＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）の赤外ビームをよく吸収する。しかし、ＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）の光に関しては、裏面透明導電層２はほぼ透明であって僅かに吸収するだけである。したがって、例えばＹＡＧレーザの第２高調波であって１２ｋＷ／ｃｍ２のパワー密度と６０μｍの断面径を有するレーザビームＬＢ０を照射することによって、裏面透明導電層２にダメージを与えることなくレーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５のみを分割加工することができる。
【０１４８】
このように、裏面透明導電層２にダメージを与えることなくレーザ光吸収層３を分割加工するためのレーザビームとしては、裏面透明導電層２に対してほぼ透明で、かつ、レーザ光吸収層３に吸収されるものが好ましく、ＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）の他に、例えば、これと同じ波長のレーザ光を射出するＹＶＯ４（イットリウム・バナデート）レーザの第２高調波や、略同じ波長のレーザを射出し得るファイバレーザ等を用いることができる。
【０１４９】
図１（ｇ）において、分割された半導体光電変換ユニット５および分割線溝Ｄ２を覆うように、電子ビーム蒸着法によって酸化インジウムの受光面透明電極層６を約８０ｎｍの厚さに堆積した。
【０１５０】
図１（ｈ）において、ＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ３ａを透明ガラス基板１から照射して分割線溝Ｄ３を形成した。波長５３２ｎｍのレーザビームＬＢ３ａはレーザ光吸収層３および半導体光電変換ユニット５によって効率的に吸収されて発熱を生じるので、それらの層とともに裏面電極層４および受光面透明電極層６をも比較的容易に同時に分割加工することができる。
【０１５１】
本実施例１において得られた集積型薄膜光電変換装置にリード線を接続し、環境温度２５℃において、ソーラーシミュレータを用いてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ２の強度で照射して光電変換特性を測定したところ、短絡電流密度が１６．２１ｍＡ／ｃｍ２、一セルあたりの開放端電圧が０．８９１Ｖ、曲線因子０．７２７、そして光電変換効率が１０．５％であった。
【０１５２】
（実施例２）
本発明の実施例２による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例１に比べて、下記事項（１）と（２）のみにおいて変更されていた。
すなわち実施例２におけるレーザ光吸収層３の不純物濃度はＢを１０１９ｃｍ−３含み、導電率は１０−４Ｓ／ｃｍであった。
【０１５３】
（１） 図１（ａ）の工程において、レーザ光吸収層３の厚さが２００ｎｍではなくて４００ｎｍの厚さに増大された。
【０１５４】
（２） 図１（ｅ）の工程において、半導体光電変換ユニット５は、下段のｎｉｐ接合からなる下段光電変換ユニットと上段のｎｉｐ接合からなる上段光電変換ユニットを含むタンデム型に変更された。この下段光電変換ユニットとして、厚さ約２０ｎｍのｎ型微結晶Ｓｉ層、厚さ約２μｍのｉ型微結晶シリコン光電変換ユニット、そして厚さ約１５ｎｍのｐ型微結晶Ｓｉ層が順次積層された。他方、上段光電変換ユニットは、実施例１における光電変換ユニットと同じ条件で形成された。
【０１５５】
（実施例３）
本発明の実施例３による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例２に比べて、レーザ光吸収層３としてＰが添加されたｎ型非晶質シリコン（ｎ：ａ−Ｓｉ）層が４００ｎｍ堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例３における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。また、このｎ型非晶質シリコンは不純物としてＰを１０１９ｃｍ−３含み、導電率は１０−３Ｓ／ｃｍであった。
【０１５６】
（実施例４）
本発明の実施例４による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例２に比べて、レーザ光吸収層３としてＢが添加されたｐ型非晶質シリコンゲルマニウム（ｐ：ａ−ＳｉＧｅ）層が３００ｎｍ堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例４における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。また、このｐ型非晶質シリコンゲルマニウムは不純物としてＢを１０１９ｃｍ−３含み、導電率は１０−５Ｓ／ｃｍであった。一般的に非晶質シリコンゲルマニウムは非晶質シリコンよりも加工に使用するレーザの波長（例えば５３２ｎｍ、１０６４ｎｍ）で光吸収係数が高く、レーザ吸収層の膜厚を薄くすることが可能である。
【０１５７】
（実施例５）
本発明の実施例５による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例２に比べて、レーザ光吸収層３としてＢが添加されたｐ型非晶質ゲルマニウム（ｐ：ａ−Ｇｅ）層が３００ｎｍ堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例５における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。また、このｐ型非晶質ゲルマニウムは不純物としてＢを１０１９ｃｍ−３含み、導電率は１０−４Ｓ／ｃｍであった。一般的に非晶質ゲルマニウムは非晶質シリコンよりもレーザの波長（ｎｍ）で光吸収係数が高く、レーザ吸収層の膜厚を薄くすることが可能である。
【０１５８】
（実施例６）
本発明の実施例６による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例２に比べて、レーザ光吸収層３としてＢが添加されたｐ型微結晶シリコン（ｐ：mｃ−Ｓｉ）層が８００ｎｍ堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例５における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。また、このｐ型非晶質シリコンは不純物としてＢを１０１９ｃｍ−３含み、導電率は１０−４Ｓ／ｃｍであった。一般的に微結晶シリコンは非晶質シリコンよりもレーザの波長（ｎｍ）で光吸収係数が小さいため、レーザ吸収層として微結晶シリコンを用いる場合は、非晶質シリコンを用いた場合と比べ、レーザ吸収層の膜厚を厚くする、もしくはレーザ加工条件を変更する必要がある。
【０１５９】
（実施例７）
本発明の実施例７による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例２に比べて、レーザ光吸収層３としてＢが添加されたｐ型微結晶ゲルマニウム（ｐ：mｃ−Ｇｅ）層が４００ｎｍ堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例５における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。また、このｐ型微結晶ゲルマニウムの導電率は１０−２Ｓ／ｃｍであった。
【０１６０】
（実施例８）
本発明の実施例８による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例２に比べて、レーザ光吸収層３として、導電率が１０−６Ｓ／ｃｍ である４００ｎｍのｐ型非晶質シリコン（ｐ：ａ−Ｓｉ）層を用いており、 レーザ光吸収層の導電率が小さい点が異なっていた。このレーザ吸収層３をＳＩＭＳにより元素の定量を行ったところ、Ｂが１０１６ｃｍ−３含まれていた。また本実施例８における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。
【０１６１】
（実施例９）
本発明の実施例９においては、図２に対応する集積型薄膜光電変換装置が作製された。そして、本実施例９の集積型薄膜光電変換装置の作製では、実施例２に比べて、図１（ｇ）の工程において受光面透明電極層６上にアルミニウムのグリッド金属電極配線７が蒸着法によって付加的に形成されたことのみにおいて異なっていた。すなわち、本実施例９における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。
【０１６２】
（実施例１０）
本発明の実施例１０においては、図１に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、図１（ｄ）の工程において、レーザビームＬＢ１として、ＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）を用いる代わりに、パワー密度６０ｋＷ／ｃｍ２のＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）を用いた点において実施例２と異なっていた。
【０１６３】
（実施例１１）
本発明の実施例１１においては、図１に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、図１（ｃ）の工程において、裏面電極層４の第ニの透明導電層がＭＯＣＶＤ法にて酸化亜鉛が９０ｎｍの厚さで作製された点において、実施例２と異なっていた。
【０１６４】
［実施形態２Ａに関する実施例］
（実施例１２）
本発明の実施例１２においては、図５に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、下記の点において実施例２と異なっていた。
【０１６５】
実施例２における図１（ｄ）の工程に代えて、図５（ｄ１）のように裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４に透光性基板１側から入射されるＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）のレーザビームＬＢ４ａによって分割線溝Ｄ４が形成された。さらに、図５（ｄ２）のように分割線溝Ｄ４の上から、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４をレーザビームＬＢ４ａよりもビーム径の大きいＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ５ａが照射され分割線溝Ｄ５が形成された。
【０１６６】
これらの工程により、第５種分割線溝Ｄ４および第６種分割線溝Ｄ５が形成され、図５（ｆ）に示すように、第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５が接続しており、第５種分割線溝Ｄ４は、第６種分割線溝Ｄ５よりも溝の幅が狭く、かつ、第６種分割線溝Ｄ５の内側に形成されている集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１６７】
（実施例１３）
本発明の実施例１３においては、図６に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、下記の点において実施例２と異なっていた。
【０１６８】
実施例２における図１（ｄ）の工程に代えて、図６（ｄ１）のようにレーザ光吸収層３、および裏面電極層４に透光性基板１側から入射されるＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ５ｂによって分割線溝Ｄ５が形成された。さらに、図６（ｄ２）のように分割線溝Ｄ５の上から、裏面透明導電層２をレーザビームＬＢ５ｂよりもビーム径が小さいＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）のレーザビームＬＢ４ｂが照射され分割線溝Ｄ４が形成された。
【０１６９】
これらの工程により、第５種分割線溝Ｄ４および第６種分割線溝Ｄ５が形成され、図６（ｆ）に示すように第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５が接続しており、第５種分割線溝Ｄ４は、第６種分割線溝Ｄ５よりも溝の幅が狭く、かつ、第６種分割線溝Ｄ５の内側に形成されている集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１７０】
（実施例１４）
本発明の実施例１４においては、図７に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、実施例２に比べて、下記の（１）、（２）において異なっていた。
【０１７１】
（１） 実施例２における図１（ａ）の工程に代えて、図７（ａ１）のように透光性基板１上に裏面透明導電層２が堆積された後に、ＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）のレーザビームＬＢ４ｃにより分割線溝Ｄ４が形成され、その後、図７（ａ２）のようにレーザ光吸収層３が堆積された。
【０１７２】
（２） 実施例２における図１（ｄ）の工程に代えて、図７（ｄ）のように分割線溝Ｄ４の上から、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４にレーザビームＬＢ４ｃよりもビーム径の大きいＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３３ｎｍ）のレーザビームＬＢ５ｃが照射され分割線溝Ｄ５が形成された。
【０１７３】
これらの工程により、第５種分割線溝Ｄ４および第６種分割線溝Ｄ５が形成され、図７（ｆ）に示すように第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５が接続しており、第５種分割線溝Ｄ４は、第６種分割線溝Ｄ５よりも溝の幅が狭く、かつ、第６種分割線溝Ｄ５の内側に形成されている集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１７４】
（実施例１５）
本発明の実施例１５においては、図８に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、実施例２に比べて、下記の（１）、（２）において異なっていた。
【０１７５】
（１） 実施例２における図１（ａ）の工程に代えて、図８（ａ１）のように透光性基板１上に裏面透明導電層２が堆積された後に、ＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）のレーザビームＬＢ４ｄにより分割線溝Ｄ４が形成され、その後、図８（ａ２）のようにレーザ光吸収層３が堆積された。
【０１７６】
（２） 実施例２における図１（ｄ）の工程に代えて、図８（ｄ）のように分割線溝Ｄ４の上から、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４をレーザビームＬＢ４ｄよりもビーム径の小さいＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ５ｄが照射され分割線溝Ｄ５が形成された。
【０１７７】
これらの工程により、図８（ｆ）に示すように第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５が接続しており、第６種分割線溝Ｄ５は、第５種分割線溝Ｄ４よりも溝の幅が狭く、かつ第５種分割線溝Ｄ４の内側に形成されている集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１７８】
（実施例１６）
本発明の実施例１６においては、図６に図解されている工程によって、実施例７と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、図６（ｄ２）の工程において、レーザビームＬＢ４ｂとして、ＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）を用いる代わりに、パワー密度６０ｋＷ／ｃｍ２ＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）を用いた点において実施例７と異なっていた。
【０１７９】
（実施例１７）
本発明の実施例１７においては、実施例７と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、図６（ｇ）の工程において受光面透明電極層６上にアルミニウムのグリッド金属電極配線７が蒸着法によって付加的に形成された点において実施例７と異なっていた。
【０１８０】
これによって、受光面透明電極層上にグリッド金属電極配線を含み、第４種分割線溝がグリッド金属電極配線を貫通している集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１８１】
（実施例１８）
本発明の実施例１８においては、図９に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、実施例２に比べて、下記の（１）、（２）において異なっていた。
【０１８２】
（１） 実施例２における図１（ａ）の工程に代えて、図９（ａ１）のように透光性基板１上に裏面透明導電層２が堆積された後に、ＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）のレーザビームＬＢ４ｅにより分割線溝Ｄ４が形成され、その後、図９（ａ２）のようにレーザ光吸収層３が堆積された。
【０１８３】
（２） 実施例２における図１（ｄ）の工程に代えて、図９（ｄ）のように第５種分割線溝Ｄ４の近傍において、ＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ５ｅが照射され第６種分割線溝Ｄ５が形成された。これらの工程により、図９（ｆ）に示す集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１８４】
（実施例１９）
本発明の実施例１９においては、図１に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、下記の点において実施例２と異なっていた。
【０１８５】
図１（ｅ）において半導体光電変換ユニット５の構成が、裏面電極層４側から順に、厚さ約１５ｎｍのｐ型微結晶Ｓｉ層、厚さ約２μｍのｉ型微結晶シリコン光電変換層、厚さ約２０ｎｍのｎ型微結晶Ｓｉ層の順から成る下段光電変換ユニットと、厚さ約１５ｎｍのｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ（Ｈを含むａ−ＳｉＣ）層、厚さ約３００ｎｍのｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ（Ｈを含むａ−Ｓｉ）層、および厚さ約２０ｎｍのｎ型微結晶Ｓｉ層の順から成る上段光電変換ユニットを含むタンデム型となっていた。すなわち実施例２と比べ半導体光電変換ユニット５の整流特性が逆向きとなっていた。
【０１８６】
実施例２〜１９において得られた集積型薄膜光電変換装置にリード線を接続し、実施例１の場合と同様にして光電変換特性を測定した。結果を表１に示す。
【０１８７】
（比較例１）
上述の種々の実施例との対比のための比較例１として、図４に対応して集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１８８】
まず、図４（ａ）〜（ｃ）において、透明ガラス基板１上に透明酸化錫層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４が、堆積された。ここでレーザ光吸収層３は不純物添加の無いｉ型非晶質シリコン（ｉ：ａ−Ｓｉ）が２００ｎｍの厚さで堆積された。透明酸化錫層２、裏面電極層４は実施例２の場合と同じ条件で堆積された。
【０１８９】
図４（ｄ）において、実施例１の場合の図１（ｄ）の工程と同じ条件下でＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）のレーザビームＬＢ１を透明ガラス基板１側から照射し、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を加工して分割線溝Ｄ１ｘを形成した。
【０１９０】
図４（ｅ）において、実施例１の場合の図１（ｅ）の工程と同じ条件下で、分割された裏面電極層４および分割線溝Ｄ１ｘを覆うように半導体光電変換ユニット５を堆積した。
【０１９１】
図４（ｆ）において、ＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ２ｘを半導体光電変換ユニット５側から照射して分割線溝Ｄ２ｘを形成した。
【０１９２】
図４（ｇ）において、実施例１の場合の図１（ｇ）の工程と同じ条件下で、分割された半導体光電変換ユニット５および分割線溝Ｄ２ｘを覆うように受光面透明電極層６を堆積した。
【０１９３】
図４（ｈ）において、ＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ３ｘを受光面透明電極層６側から照射して分割線溝Ｄ３ｘを形成した。
【０１９４】
（比較例２）
比較例２として、比較例１と同様に、図４に対応して集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、比較例１に比べて、下記事項（１）と（２）のみにおいて変更されていた。
【０１９５】
（１） 図４（ｂ）の工程において、レーザ光吸収層３の厚さが２００ｎｍではなくて４００ｎｍの厚さに増大された。
【０１９６】
（２） 図１（ｅ）の工程において、半導体光電変換ユニット５は、下段のｎｉｐ接合からなる下段光電変換ユニットと上段のｎｉｐ接合からなる上段光電変換ユニットを含むタンデム型に変更された。この下段光電変換ユニットとして、厚さ約２０ｎｍのｎ型微結晶Ｓｉ層、厚さ約２μｍのｉ型微結晶シリコン光電変換層、そして厚さ約１５ｎｍのｐ型微結晶Ｓｉ層が順次積層された。他方、上段光電変換ユニットは、比較例１における光電変換ユニットと同じ条件で形成された。
【０１９７】
（比較例３）
比較例３による集積型薄膜光電変換装置は図１０の工程によって作製された。図１０の工程は、図１の工程に比べて図１０（ｂ２）の工程が追加されたものであり、その他は図１と同じ工程を踏んでいる。よって本比較例３は、実施例２に比べて、下記の点（１）（２）のみが異なっていた。
（１）レーザ光吸収層３として不純物添加無しのａ−Ｓｉ層が積層された。このレーザ光吸収層の導電率は１０−７Ｓ／ｃｍであった。
（２）各光電変換領域を直列接続するためには、裏面電極層４と裏面透明導電層２とが導通していなければいけない。
【０１９８】
しかし本比較例３ではレーザ光吸収層の導電率が１０−７Ｓ／ｃｍと低いため、裏面電極層４と裏面透明導電層２の導通をとるために、図１０（ｂ２）の工程においてレーザ光吸収層が積層された後、ＹＡＧレーザ第２高調波（５３２ｎｍ）によりレーザ光吸収層３を貫通する複数の接続孔Ｄ０が作製された。この接続孔Ｄ０は図１０（ｃ）の工程で内部を裏面電極層４で満たされ、これにより裏面電極層４と裏面透明導電層２が導通することになる。
【０１９９】
比較例１、２、３において得られた集積型薄膜光電変換装置にリード線を接続し、実施例１の場合と同様にして光電変換特性を測定した。結果を表１に示す。
【０２００】
【表１】
【０２０１】
［光電変換特性の対比］
表１から明らかなように、単一の光電変換ユニットを含んでいる、比較例１と実施例１を対比すると、本発明の積層型薄膜光電変換装置は、いずれの光電変換特性においても優れていることがわかる。また、タンデム型の光電変換ユニットを含む比較例２と実施例２〜１９を対比すると、これらの実施例の積層型薄膜光電変換装置は、比較例２の積層型薄膜光電変換装置に比して、光電変換効率に優れていることがわかる。
【０２０２】
比較例３は実施例２に比べレーザ光吸収層３をノンドープとし、かわりにレーザによって接続孔を設ける工程を加えたものであるが、実施例２と光電変換性能を比較すると曲線因子の点で劣っていることがわかる。これは接続孔における接続不良等に起因する直列抵抗成分が影響していると考えられる。よって本発明による実施例２は、比較例３とくらべ、工程数においても光電変換性能においても優れていることが判る。
【０２０３】
実施例２〜８はレーザ光吸収層３に含まれる材料と導電率がそれぞれ異なる積層型薄膜光電変換装置の例である。これらを対比すると、実施例８と比べ、実施例２〜７における光電変換性能が優れていることがわかる。実施例８では導電不純物Ｂの濃度が１０１６ｃｍ−３と小さいため導電率が低く、その直列抵抗が光電変換性能に影響を及ぼし始めていると考えられる。よってレーザ吸収層の不純物濃度としては少なくとも１０１６ｃｍ−３より大きいことが望ましい。
【０２０４】
一方で、実施例２〜７における光電変換性能はそれぞれほぼ等しくなっている。これより、レーザ光吸収層３は一定以上の不純物濃度、導電率を有していれば、材料、多少の不純物濃度の大小、多少の不純物の大小によらずほぼ等しい性能となることが判る。
【０２０５】
実施例２と実施例１０を比較すると、いずれの光電変換特性においてもほぼ同等の特性であることから、裏面透明導電層２に吸収されず透過するＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）でもパワー密度が十分高ければ、裏面透明導電層２を分離し、分割線溝Ｄ１を形成出来ることがわかる。
【０２０６】
実施例２と実施例１２〜１８を比較すると、実施例１２から実施例１８の集積型薄膜光電変換装置は、実施例２の光電変換装置と比べて、曲線因子、光電変換効率において優れている。これは、実施例２においては、第２種分割線溝Ｄ１を１種類のレーザビーム（ＹＡＧレーザの基本波）により一度に形成するのに対して、実施例６〜実施例１２においては、第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５とが別のレーザビームにより形成されるため、分割線溝Ｄ１周辺部の変質が軽減されたものと推測される。
【０２０７】
実施例１２と実施例１６を比較すると、いずれの光電変換特性においてもほぼ同等の特性であることから、裏面透明導電層２に吸収されず透過するＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）でもパワー密度が十分高ければ、裏面透明導電層２を分離し、分割線溝Ｄ１を形成出来ることがわかる。
【０２０８】
実施例２と、実施例１９を比較すると、光電変換セルにｐ型層側から光が入射する構造を有している実施例２の集積型薄膜光電変換装置は、光電変換セルにｎ型層側から光が入射する構造を有している実施例１９の集積型薄膜光電変換装置と比べて、各光電変換性能に優れていることがわかる。
【符号の説明】
【０２０９】
１ 透光性基板
２ 裏面透明導電層
３ レーザ光吸収層
４ 裏面電極層
５ 半導体光電変換ユニット
６ 受光面透明電極層
７ グリッド金属電極配線
ＬＢ１〜ＬＢ５ レーザビーム
Ｄ１〜Ｄ５ 分割線溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の薄膜光電変換ユニットが複数のセルに分割されかつそれらのセルが電気的に直列接続された集積型薄膜光電変換装置とその製造方法の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、薄膜光電変換装置の典型例である薄膜太陽電池も多様化し、従来の非晶質薄膜太陽電池の他に結晶質薄膜太陽電池も開発され、これらを積層したハイブリッド型（積層型の一種）薄膜太陽電池も実用化されている。
【０００３】
薄膜太陽電池は、一般に少なくとも表面が絶縁性の基板上に順に積層された透明導電膜、１以上の半導体薄膜光電変換ユニット、および裏面電極を含んでいる。そして、１つの光電変換ユニットは、ｐ型層とｎ型層でサンドイッチされたｉ型層を含んでいる。
【０００４】
光電変換ユニットの厚さの大部分は実質的に真性の半導体層であるｉ型層によって占められ、光電変換作用は主としてこのｉ型層内で生じる。したがって、光電変換層であるｉ型層の膜厚は光吸収のためには厚いほうが好ましいが、必要以上に厚くすればその堆積のためのコストと時間が増大することになる。
【０００５】
他方、ｐ型やｎ型の導電型層は光電変換ユニット内に拡散電位を生じさせる役目を果たし、この拡散電位の大きさによって薄膜太陽電池の重要な特性の１つである開放端電圧の値が左右される。しかし、これらの導電型層は光電変換には寄与しない不活性な層であり、導電型層にドープされた不純物によって吸収される光は発電に寄与せず損失となる。したがって、ｐ型とｎ型の導電型層の膜厚は、十分な拡散電位を生じさせる範囲内で可能な限り薄くすることが好ましい。
【０００６】
上述のような光電変換ユニットは、それに含まれるｐ型とｎ型の導電型層が非晶質か結晶質かに関わらず、ｉ型の光電変換層が非晶質なものは非晶質光電変換ユニットと称され、ｉ型層が結晶質のものは結晶質光電変換ユニットと称される。非晶質光電変換ユニットを含む薄膜太陽電池の一例として、ｉ型光電変換層に非晶質シリコンを用いた非晶質薄膜シリコン太陽電池が挙げられる。また、結晶質光電変換ユニットを含む薄膜太陽電池の一例として、ｉ型光電変換層に微結晶シリコンや多結晶シリコンを用いた結晶質薄膜シリコン太陽電池が挙げられる。
【０００７】
一般に、光電変換層に用いられている半導体においては、光の波長が長くなるに従って光吸収係数が小さくなる。特に、光電変換材料が薄膜である場合には、吸収係数の小さな波長領域において十分な光吸収が生じないために、光電変換量が光電変換層の膜厚によって制限されることになる。そこで、光電変換装置内に入射した光が外部に逃げにくい光散乱構造を形成することによって、実質的な光路長を長くして十分な吸収を生じさせ、これによって大きな光電流を発生させる工夫がなされている。例えば、光散乱透過を生じさせるために、表面凹凸形状を含むテクスチャ透明導電膜が用いられている。
【０００８】
ところで、大面積の薄膜光電変換装置は、通常では集積型薄膜光電変換モジュールとして形成される。すなわち、集積型薄膜光電変換モジュールは、支持基板上で小面積に区切られた複数の光電変換セルを電気的に直列接続した構造を有している。それぞれの光電変換セルは、一般的には、第１の電極層、１以上の半導体薄膜光電変換ユニット、および第２の電極層の形成とレーザビームによるパターニングとを順次行うことによって形成されている。
【０００９】
すなわち、集積型薄膜光電変換装置においては、レーザビームによる加工技術がその光電変換装置の生産性や光電変換性能に重要な影響を及ぼす。一般に、このレーザビーム加工技術において、レーザ光を吸収しやすい半導体層を複数の領域に分割加工することは容易である。他方、レーザ光を反射する金属層やレーザ光を透過しやすい裏面透明導電層においては、それらを単独で分割加工することは容易ではない。
【００１０】
図４は、特許文献１に開示された集積型薄膜光電変換装置の作製方法を模式的な断面図で図解している。なお、本願の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を示している。また、本願の図面においては、長さ、幅、厚さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。特に厚さ関係が、適宜に変更されて描かれている。
【００１１】
図４（ａ）〜（ｃ）において、まず透明ガラス基板１上に透明な酸化錫層２、レーザ光吸収層３、裏面電極層４が順次積層される。透明酸化錫層２は、熱ＣＶＤ法によって堆積され得る。そのような透明酸化錫層２は微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を有し、その表面テクスチャ構造を裏面電極層４の表面に伝えてその表面での光乱反射によって半導体光電変換ユニット内での光吸収効率を高めるために設けられる。レーザ光吸収層３としては、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層がプラズマＣＶＤ法によって堆積される。裏面電極層４としては、マグネトロンスパッタリング装置を用いてＡｇ層が堆積される。
【００１２】
図４（ｄ）において、スパッタリング反応室から取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットされ、透明ガラス基板１側から入射されるレーザビームＬＢ１ｘを用いて複数の分割線溝Ｄ１ｘを形成することによって、透明酸化錫層２、レーザ光吸収層３、および金属の裏面電極層４の積層が複数の領域に分割される。レーザビームＬＢ１ｘは透明ガラス基板１および透明酸化錫層２を通してレーザ光吸収層３によって効率的に吸収されて発熱を生じるので、透明酸化錫層２および裏面電極層４を比較的容易に同時に分割加工することができる。このように形成された複数の分割線溝Ｄ１ｘは互いに平行であって、図面の紙面に直交する方向に延びている。
【００１３】
図４（ｅ）において、分割された裏面電極層４および分割線溝Ｄ１ｘを覆うように、半導体光電変換ユニット５がプラズマＣＶＤ装置を用いて堆積される。
【００１４】
図４（ｆ）において、プラズマＣＶＤ反応室から取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットされ、半導体光電変換ユニット５側から入射されるＹＡＧレーザビームＬＢ２ｘを用いて複数の分割線溝Ｄ２ｘを形成することによって、その半導体光電変換ユニット５が複数の光電変換領域に分割される。これらの分割線溝Ｄ２ｘの各々は、分割線溝Ｄ１ｘに近接しかつそれに平行である。
【００１５】
図４（ｇ）において、分割された半導体光電変換ユニット５と分割線溝Ｄ２ｘを覆うように、受光面透明電極層６が堆積される。この受光面透明電極層６は、電子ビーム蒸着装置内でＩＴＯ（インジウム錫酸化物）層を堆積することによって形成され得る。
【００１６】
最後に、図４（ｈ）において、電子ビーム蒸着装置から取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットされ、受光面透明電極層６側から入射されるＹＡＧレーザビームＬＢ３ｘを用いて複数の分割線溝Ｄ３ｘを形成することによって、その受光面透明電極層６が複数の領域に分割される。この場合、受光面電極層６は透明であるが、下層にレーザ光を吸収しやすい半導体光電変換ユニット５が存在しているので、その半導体光電変換ユニット５からの発熱をも利用して、その受光面透明電極層６を比較的容易に分割加工することができる。こうして、集積型薄膜光電変換装置が完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−７９５２２号公報
【特許文献２】特開２００２−２０３９７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述の特許文献１によれば、図４（ｄ）におけるように、レーザビームＬＢ１ｘは透明ガラス基板１および透明酸化錫層２を通してレーザ光吸収層３によって効率的に吸収されて発熱を生じるので、透明酸化錫層２と金属の裏面電極層４を比較的容易に同時に分割して分割線溝Ｄ１ｘを形成することができる。
【００１９】
また、図４（ｆ）におけるように、レーザビームＬＢ２ｘは半導体光電変換ユニット５側から入射されるので、半導体光電変換ユニット５を比較的容易に分割して分割線溝Ｄ２ｘを形成することができる。しかし、分割線溝Ｄ２ｘ内において、半導体光電変換ユニット５からの発熱や裏面電極層４に到達したレーザビームＬＢ２ｘによって、裏面電極層４がダメージを受けることがあり得る。その場合、完成後の薄膜光電変換装置において、シャント抵抗の低下やシリーズ抵抗の増大を生じて光電変換性能の低下を来たすこともある。
【００２０】
さらに、図４（ｈ）におけるように、レーザビームＬＢ３ｘは受光面透明電極層６を通して半導体光電変換ユニット５に照射されるので、その半導体光電変換ユニット５からの発熱をも利用して、受光面透明電極層６を比較的容易に分割して分割線溝Ｄ３ｘを形成することができる。しかし、分割線溝Ｄ３ｘの深さを半導体光電変換ユニット５の途中でとどめることは困難である。したがって、分割線溝Ｄ２ｘの場合に類似して、分割線溝Ｄ３ｘ内においても、半導体光電変換ユニット５からの発熱や裏面電極層４に到達したレーザビームＬＢ３ｘによって、裏面電極層４がダメージを受けることがあり得る。そして、完成後の薄膜光電変換装置において、シャント抵抗の低下やシリーズ抵抗の増大を生じて光電変換性能の低下を来たすこともある。
【００２１】
上述のような特許文献１における問題を回避するためには、レーザパワーの安定性や高い照射位置精度などが求められ、高精度のレーザ発振機や複雑な光学系が必要となる。他方、このようなレーザ加工における困難性に鑑みて、レーザパターニングの代わりに化学エッチングやリフトオフ法などが用いられる場合もある。しかし、その場合には、工程の複雑化や分割線溝の精度の低下が懸念される。そして、これらのいずれの場合においても、集積型薄膜光電変換装置の製造コストの上昇をも招くことになる。
【００２２】
上述のような先行技術における状況に鑑み、本発明は、全ての分割線溝をレーザ加工によって高い生産性で行うことが可能で、かつ光電変換特性、および信頼性に優れた積層型薄膜光電変換装置を低コストで提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明による集積型薄膜光電変換装置は、透光性基板１上に順次積層された裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６を含み、これらの層の各々は平行に設けられた複数の各分割線溝によって複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、
かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている集積型薄膜光電変換装置である。
【００２４】
本発明の光電変換装置において、レーザ光吸収層３は裏面透明導電層２と裏面電極層４を電気的に接続できる程度の導電性を有している。半導体光電変換ユニット５はレーザ光吸収層３、裏面電極層４、および半導体光電変換ユニット５を貫通する複数の第３種分割線溝Ｄ２によって複数の短冊状光電変換領域に分割されている。受光面透明電極層６はレーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６を貫通する複数の第４種分割線溝Ｄ３によって複数の短冊状受光面透明電極領域に分割されている。そして、互いに隣接する光電変換セル間において、一方のセルの裏面電極領域はレーザ光吸収層３、裏面透明導電層２、および第３種分割線溝Ｄ２を介して他方のセルの受光面透明電極領域に電気的に接続されており、これによってそれらの光電変換セルが電気的に直列接続されている。
【００２５】
なお、本発明の光電変換装置において、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５を貫通する複数の第３種接続孔（Ｄ２０）が存在している態様を含む。第３種接続孔（Ｄ２０）が存在している態様の場合、図面や明細書本文等で説明しているＤ２は、分割線溝ではなくて、接続孔あるいは接続孔の集合であると説明した方が適切な場合が有る。その場合、第３種接続孔（Ｄ２０）は複数存在しさえすれば良く、隣接する第３種接続孔同士が透光性基板の主面に対して平行な方向において繋がって形成される実質的な分割線溝に類似したものであってもよい。接続孔Ｄ２０（または、場合によっては分割線溝Ｄ２も）については、また、途切れた複数の分割線溝であってもよく、また、点と線分とが交互に並ぶような、一点鎖線状に途切れた分割線溝の集合などであってもよい。すなわち、当業者が想到可能なあらゆる変形を含む。
【００２６】
本発明のレーザ光吸収層（３）は、導電性を有する。さらに具体的には、レーザ光吸収層（３）は、裏面透明導電層（２）と裏面電極層（４）とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有する。
【００２７】
本発明においては、レーザ光吸収層（３）が導電性を持っているため、裏面電極層（４）と裏面透明導電層（２）の導通を取るために、新たにレーザ光吸収層（３）を貫通した孔等を形成する必要が無いという、従来に比べて、格段に顕著な効果が有る。レーザ光吸収層（３）を貫通した孔等を形成する必要が無いということは、工程が１種類削減されることであり、これは、量産時には莫大なメリットととなる。
【００２８】
レーザ光吸収層３の一態様としては、導電型決定不純物を含み、かつ非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質ゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、および非晶質ゲルマニウムからなる群から選択される層を１以上含む層とすることで実現できる。このレーザ光吸収層３は導電性を持っているため、裏面電極層４と裏面透明導電層２の導通を取るために、新たにレーザ光吸収層３を貫通した孔等を形成する必要はない。
【００２９】
また、レーザ光吸収層（３）が導電型決定不純物として、Ｂ（ホウ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、およびＴｉ（チタン）からなる群から選択される１以上を含むことが望ましい。特に、ＢまたはＰが、それぞれ原料ガスとしてＢ２Ｈ６、ＰＨ３を用いてプラズマＣＶＤ法でレーザ光吸収層を容易に形成できるので特に望ましい。
【００３０】
レーザ光吸収層（３）が、ＳＩＭＳによる元素の定量で、導電型決定不純物としてＢを１０１６〜１０２１ｃｍ−３もしくはＰを１０１６〜１０２１ｃｍ−３含んでいることが望ましい。導電型決定不純物濃度が１０１６ｃｍ−３以上だとレーザ光吸収層の抵抗が低くなりレーザ光吸収層の断面方向に十分電流を流すことができる。また導電型決定不純物濃度が１０２１ｃｍ−３以下にすると、不純物による欠陥の発生が許容できる範囲に抑制されて、レーザ光吸収層に十分電流を流すことができる。
【００３１】
レーザ光吸収層（３）の導電率が１０２〜１０−６Ｓ／ｃｍであることが望ましい。導電率が１０−６Ｓ／ｃｍ以上の場合、レーザ光吸収層の断面方向に十分電流を流すことができる。また、導電率が１０２Ｓ／ｃｍ以下の場合、過剰な導電型決定不純物をレーザ光吸収層に含む必要がなく、欠陥を抑制してレーザ光吸収層に十分電流を流すことができる。
【００３２】
本発明の実施形態１においては、図１に示すように、裏面電極層４は裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通する複数の第２種分割線溝Ｄ１によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されている。
【００３３】
一方、本発明の実施形態２においては、図３に示すように、裏面電極層４は、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通する複数の第６種分割線溝Ｄ５によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されている。そして、裏面透明導電層２は裏面透明導電層２を貫通する複数の第５種分割線溝Ｄ４によって複数の短冊状裏面透明導電領域に分割されている。すなわち、前記実施形態１においては、第２種分割線溝Ｄ１が裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通するのに対して、本発明の実施形態２は、第２種分割線溝Ｄ１に代えて、裏面透明導電層２を貫通する第５種分割線溝Ｄ４と、裏面透明導電層２を貫通せずにレーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通する第６種分割線溝Ｄ５を有している。
【００３４】
本発明の実施形態２においては、複数の光電変換セルが電気的に直列接続される観点から、前記の各種分割線溝、接続孔は、第６種分割線溝Ｄ５、第５種分割線溝Ｄ４、第３種分割線溝（あるいは接続孔）Ｄ２、第４種分割線溝Ｄ３、の順、若しくは、図３に示すように、第５種分割線溝Ｄ４、第６種分割線溝Ｄ５、第３種分割線溝（あるいは接続孔）Ｄ２、第４種分割線溝Ｄ３の順に並んでいるものが挙げられる。
【００３５】
また、図５〜１１に示すように、第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５とが接続しており、これに第３種分割線溝（あるいは接続孔）Ｄ２、第４種分割線溝Ｄ３の順に並んでいるものも、本発明の実施形態２に含まれる。このように、第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５が接続された場合、これらの分割線溝は実施形態１における第２種分割線溝Ｄ１と等価なものとなる。一方で、実施形態１においては、第２種分割線溝Ｄ１が、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通するように形成されるのに対して、実施形態２においては、裏面透明導電層２を貫通する第５種分割線溝Ｄ４と、レーザ光吸収層３および裏面電極層４を貫通する第６種分割線溝Ｄ５とが別に形成される。そのため、実施形態２においては、分割線溝Ｄ４、Ｄ５周辺部の加工断面が変質する問題が抑制され、あるいはその変質に起因して該分割線溝周辺部の膜が盛り上がる等の問題が抑制され、光電変換装置の曲線因子（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）を高く保つことが可能となる。このような実施形態の構成および製造例については、後の実施例において、より詳細に説明する。
【００３６】
なお、本発明による集積型薄膜光電変換装置は受光面透明電極層６上にグリッド金属電極配線７を付加的に含むこともでき、その場合には第４種分割線溝Ｄ３はグリッド金属電極配線７をも貫通している。
【００３７】
本発明による集積型薄膜光電変換装置を製造する方法においては、分割線溝のすべてが透光性基板１側からレーザビームを照射することによって形成されることが好ましい。このように一方向からレーザビームを照射することで、異なるレーザ加工の間で基板の表裏を反転させる必要がなくなり、基板反転のための装置と作業が不要となることに加えて、位置合わせを容易にし、加工精度の向上にも寄与することができる。
【００３８】
また、好ましくは、分割線溝の形成において、透光性基板１が、裏面透明導電層２よりも鉛直上方に位置した状態で、すべての分割線溝が形成される。このように透光性基板１が上方となるようにすると、レーザビームを上方から照射することとなり、裏面電極層等の各層を加工する際に生じた飛沫は、レーザにより光電変換装置の外部に排出されるとともに、重力によって下方に落下するために、光電変換装置に戻ってくることが抑制される。そのため、飛沫によるショート等の光電変換性能の低下が抑制される。
【００３９】
また、本発明の製造方法の一実施形態においては、裏面透明導電層２を貫通しない溝、すなわち、実施形態１においては第３種、および第４種の分割線溝Ｄ２、Ｄ３、実施形態２においては第３種、第４種および第６種の分割線溝Ｄ２，Ｄ３，Ｄ５が、裏面透明導電層２を透過するレーザビームを用いて形成される。かかる実施形態の一例において、レーザ光吸収層３がシリコンおよびゲルマニウムを主要元素とする半導体からなり、これらの裏面透明導電層２を貫通しない溝は例えばＹＡＧレーザの第２高調波のビーム（波長：５３２ｎｍ）を用いて形成され得る。
【００４０】
また、本発明の製造方法の別の一実施形態においては、裏面透明導電層２を貫通する溝、すなわち、実施形態１においては第２種分割線溝Ｄ１、実施形態２においては第５種分割線溝Ｄ４が、裏面透明導電層２に吸収されるレーザビームを用いて形成される。かかる実施形態の一例において、裏面透明導電層２が透明導電性酸化物を含み、裏面透明導電層２を貫通する溝はＹＡＧレーザの基本波のビーム（波長：１０６４ｎｍ）を用いて形成され得る。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、裏面電極層にダメージを与えることなくレーザビーム加工によって集積型薄膜光電変換装置を得ることができ、その光電変換特性を顕著に向上させることができる。また、本発明の製造方法によれば、レーザビーム加工において基板側からのビーム照射のみが行なわれるので、これによっても加工精度と光電変換特性の改善された集積型薄膜光電変換装置を高い生産性と低いコストで得ることができる。
【００４２】
また、互いに隣接する各光電変換セルが電気的に直列接続されるための手段として一般的には、レーザ吸収層にレーザ加工を施して接続孔を作り、裏面電極領域と裏面透明導電層を電気的に接続する手法が考えられる。しかし本発明ではレーザ吸収層に導電性不純物を含有させ導電性を持たせることで、レーザ加工の必要無く、裏面電極領域と裏面透明導電層を電気的に接続することが可能である。よって本発明では接続孔レーザ加工による膜の変質や、接続孔の接触不良による光電変換性能における曲線因子の低下などの問題が少ない。すなわち、本発明ではより少ない製造工程で、光電変換装置の高い集積型薄膜光電変換装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態１による積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図２】本発明の実施形態１による積層型薄膜光電変換装置の一例を示す模式的斜視図である。
【図３】本発明の実施形態２による積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図４】従来の積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図５】実施例６における積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図６】実施例７における積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図７】実施例８における積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図８】実施例９における積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図９】実施例１２における積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図１０】比較例３における積層型薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図１１】本発明の実施形態１による積層型薄膜光電変換装置における、分割線溝と複数の第１種接続孔Ｄ０との配置状況の一例を示す、概念図である。
【図１２】図１１において、第３種分割線溝（Ｄ２）に代えて第３種接続孔（Ｄ２）を備える場合の、概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の第１は、
「透光性基板（１）上に順次積層された裏面透明導電層（２）、レーザ光吸収層（３）、裏面電極層（４）、半導体光電変換ユニット（５）、および受光面透明電極層（６）を含み、これらの層の各々は複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている集積型薄膜光電変換装置であって、
前記レーザ光吸収層（３）は、前記裏面透明導電層（２）と前記裏面電極層（４）とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有し、
前記裏面電極層（４）は、前記裏面透明導電層（２）、前記レーザ光吸収層（３）、および前記裏面電極層（４）を貫通する複数の第２種分割線溝（Ｄ１）によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されており、
前記半導体光電変換層（５）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、および前記半導体光電変換層（５）を貫通しかつ前記第２種分割線溝（Ｄ１）に平行な複数の第３種分割線溝（Ｄ２）によって複数の短冊状光電変換領域に分割されており、
前記第３種分割線溝（Ｄ２）は内部を前記受光面透明電極層（６）で満たされ、これにより前記裏面透明導電層（２）と前記受光面透明電極層（６）が電気的に接続されており、
前記受光面透明電極層（６）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、前記半導体光電変換ユニット（５）および前記受光面透明電極層（６）を貫通しかつ前記第２種分割線溝（Ｄ１）に平行な複数の第４種分割線溝（Ｄ３）によって複数の短冊状受光面透明電極領域に分割されており、
各種分割線溝は、第２種分割線溝（Ｄ１）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、
互いに隣接する前記光電変換セル間において、一方のセルの前記裏面電極領域は前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面透明導電層（２）、および前記第３種分割線溝（Ｄ２）を介して他方のセルの前記受光面透明電極領域に電気的に接続されており、これによってそれらの光電変換セルが電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型薄膜光電変換装置」である。
【００４５】
なお、「各種分割線溝は、第２種分割線溝（Ｄ１）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、
」とは
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・・の様な配置をいう。後述するようにＤ２が接続孔の場合は、「各種分割線溝は」を「各種分割線溝および接続孔は」と読み替え、また、「第３種分割線溝（Ｄ２）」を「第３種接続孔（Ｄ２）」と読み替える。
【００４６】
本発明では、この配置を主として含めば良く、直列接続の末端部分においてどの溝が存在するか、は問わない。すなわち、直列接続の直列方向の末端部分においては、Ｄ３、Ｄ１，Ｄ２等が配置の末端となりうる。またこれらの配置は、光電変換ユニットの発電面積をなるべく大きく取るために、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が近接して存在していることが望ましい。
【００４７】
本発明は、また、
「透光性基板（１）上に順次積層された裏面透明導電層（２）、レーザ光吸収層（３）、裏面電極層（４）、半導体光電変換ユニット（５）、および受光面透明電極層（６）を含み、これらの層の各々は複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている集積型薄膜光電変換装置であって、
前記裏面透明導電層（２）は裏面透明導電層（２）を貫通する複数の第５種分割線溝（Ｄ４）によって複数の短冊状透明導電領域に分割されており、
前記レーザ光吸収層（３）は、前記裏面透明導電層（２）と前記裏面電極層（４）とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有し、
前記裏面電極層（４）は、前記レーザ光吸収層（３）、および前記裏面電極層（４）を貫通しかつ前記第５種分割線溝（Ｄ４）に平行な複数の第６種分割線溝（Ｄ５）によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されており、
前記半導体光電変換ユニット（５）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、および前記半導体光電変換ユニット（５）を貫通しかつ前記第５種分割線溝（Ｄ４）に略平行な位置に配置される複数の第３種分割線溝（Ｄ２）によって複数の短冊状に類似した光電変換領域に分割されており、
前記第３種分割線溝（Ｄ２）は内部を前記受光面透明電極層（６）で満たされ、これにより前記裏面透明導電層（２）と前記受光面透明電極層（６）が電気的に接続されており、
前記受光面透明電極層（６）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、前記半導体光電変換ユニット（５）、および前記受光面透明電極層（６）を貫通しかつ前記第５種分割線溝（Ｄ４）に平行な複数の第４種分割線溝（Ｄ３）によって複数の短冊状受光面透明電極領域に分割されており、
各種分割線溝は、第５種分割線溝（Ｄ４）、第６種分割線溝（Ｄ５）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順、もしくは第６種分割線溝（Ｄ５）、第５種分割線溝（Ｄ４）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、
互いに隣接する前記光電変換セル間において、一方のセルの前記裏面電極領域は前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面透明導電層（２）、および前記第３種分割線溝（Ｄ２）を介して他方のセルの前記受光面透明電極領域に電気的に接続されており、これによってそれらの光電変換セルが電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型薄膜光電変換装置」である。
【００４８】
なお、「各種分割線溝は、第５種分割線溝（Ｄ４）、第６種分割線溝（Ｄ５）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、」とは、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ２、Ｄ３・・・の様な配置をいう。後述するようにＤ２が接続孔の場合は、「各種分割線溝は」を「各種分割線溝および接続孔は」と読み替え、また、「第３種分割線溝（Ｄ２）」を「第３種接続孔（Ｄ２）」と読み替える。
【００４９】
本発明では、この配置を主として含めば良く、直列接続の末端部分においてどの溝が存在するか、は問わない。すなわち、直列接続の直列方向の末端部分においては、Ｄ３、Ｄ４（あるいはＤ５），Ｄ２等が配置の末端となりうる。またこれらの配置は、光電変換ユニットの発電面積をなるべく大きく取るために、Ｄ５、Ｄ２、Ｄ３が近接して存在していることが望ましい。また、裏面電極層４と裏面透明導電層２の接続におけるレーザ吸収層３での抵抗損失、もしくはリーク電流を小さくするために、Ｄ４、Ｄ５が近接もしくは重なって存在していることが望ましい。
【００５０】
なお、「各種分割線溝は、」「もしくは第６種分割線溝（Ｄ５）、第５種分割線溝（Ｄ４）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、」とは、Ｄ５、Ｄ４、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ４、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ４、Ｄ２、Ｄ３・・・の様な配置をいう。後述するようにＤ２が接続孔の場合は、「各種分割線溝は」を「各種分割線溝および接続孔は」と読み替え、また、「第３種分割線溝（Ｄ２）」を「第３種接続孔（Ｄ２）」と読み替える。
【００５１】
本発明では、この配置を主として含めば良く、直列接続の末端部分においてどの溝が存在するか、は問わない。すなわち、直列接続の直列方向の末端部分においては、Ｄ３、Ｄ４（あるいはＤ５），Ｄ２等が配置の末端となりうる。またこれらの配置は、光電変換ユニットの発電面積をなるべく大きく取るために、Ｄ５、Ｄ２、Ｄ３が近接して存在していることが望ましい。また、裏面電極層４と裏面透明導電層２の接続におけるレーザ吸収層３での抵抗損失、もしくはリーク電流を小さくするために、Ｄ４、Ｄ５が近接、もしくは重なって存在していることが望ましい。
【００５２】
本発明は、また、
「前記レーザ光吸収層（３）が導電型決定不純物を含み、かつ、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質ゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、および非晶質ゲルマニウムからなる群から選択される層を１以上含む、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００５３】
本発明は、また、
「前記レーザ光吸収層（３）が含む導電型決定不純物が、Ｂ（ホウ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、およびＴｉ（チタン）からなる群から選択される１以上を含む、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００５４】
本発明は、また、
「前記レーザ光吸収層（３）が、ＳＩＭＳによる元素の定量で、導電型不純物としてホウ素原子（Ｂ）を１０１６〜１０２１ｃｍ−３もしくはリン原子（Ｐ）を１０１６〜１０２１ｃｍ−３含んでいる前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００５５】
本発明は、また、
「前記レーザ光吸収層（３）の導電率が１０２〜１０−６Ｓ／ｃｍである、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００５６】
本発明は、また、
「前記第３種分割線溝（Ｄ２）に代えて第３種接続孔（Ｄ２）を備えて、当該第３種接続孔（Ｄ２）の基板に鉛直な方向から見た形状が、円、楕円、三角形、四角形、多角形、不定形、１以上の溝形状、交差する複数の溝形状、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される１以上である、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００５７】
なお、第３種接続孔Ｄ２は、複数存在しさえすれば良く、隣接する第３種接続孔同士が透光性基板の主面に対して平行な方向において繋がって形成される実質的な分割線溝に近いものであってもよい。レーザ照射等で、一度に作製できるという観点では、第３種接続孔Ｄ２は、隣接する第３種接続孔同士が透光性基板の主面に対して平行な方向において繋がって形成される実質的な分割線溝であることが好ましい。
【００５８】
本発明は、また、
「前記第５種分割線溝（Ｄ４）と前記第６種分割線溝（Ｄ５）とが接続しており、
第６種分割線溝（Ｄ５）は第５種分割線溝（Ｄ４）よりも溝の幅が狭くかつ第５種分割線溝（Ｄ４）の内側に形成されているか、
または、
第５種分割線溝（Ｄ４）は第６種分割線溝（Ｄ５）よりも溝の幅が狭くかつ、第６種分割線溝（Ｄ５）の内側に形成されている
ことを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００５９】
本発明は、また、
「前記受光面透明電極層（６）上にグリッド金属電極配線（７）をさらに含み、前記第４種分割線溝（Ｄ３）は前記グリッド金属電極配線（７）をも貫通していることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００６０】
本発明は、また、
「前記の集積型薄膜光電変換装置を製造するための方法であって、
前記分割線溝および接続孔のすべてが前記透光性基板側からレーザビームを照射することによって形成されることを特徴とする、集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６１】
本発明は、また、
「前記透光性基板（１）が、前記裏面透明導電層（２）よりも鉛直上方に位置した状態で、すべての分割線溝および接続孔が形成されることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６２】
本発明は、また、
「前記第２種分割線溝（Ｄ１）が、波長およびパワー密度の少なくともいずれか一方が異なる２種類のレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６３】
本発明は、また、
「前記第５種分割線溝（Ｄ４）が、前記第６種分割線溝（Ｄ５）を形成するレーザビームとは、波長およびパワー密度の少なくともいずれか一方が異なるレーザビームにより形成されることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６４】
本発明は、また、
「前記裏面透明導電層（２）を貫通しない分割線溝が、裏面透明導電層（２）を透過するレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６５】
本発明は、また、
「前記レーザ光吸収層（３）がシリコンまたはゲルマニウムを主要元素とする半導体からなり、かつ、前記裏面透明導電層（２）を透過するレーザビームがＹＡＧレーザの第２高調波のビームであることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６６】
本発明は、また、
「前記裏面透明導電層（２）を貫通する分割線溝が、裏面透明導電層（２）に吸収されるレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６７】
本発明は、また、
「前記裏面透明導電層（６）は透明導電性酸化物を含み、前記第２種分割線溝はＹＡＧレーザの基本波のビームを用いて形成されることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６８】
本発明は、また、
「前記裏面透明導電層（２）を貫通する分割線溝と、前記裏面透明導電層（２）を貫通しない分割線溝とが、同一波長のレーザビームを用いて形成され、前記裏面透明導電層（２）を貫通する分割線溝を形成するためのレーザビームは、前記裏面透明導電層（２）を貫通しない分割線溝を形成するためのレーザビームよりもパワー密度が高いことを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
【００６９】
本発明は、また、
「前記半導体光電変換ユニット（５）が少なくとも１以上の結晶質シリコン系半導体光電変換ユニットを含み、その結晶質シリコン系半導体光電変換ユニットはその膜面に平行な（２２０）の優先結晶配向面を有しており、θ−２θ法によるＸ線回折測定において２θ＝４７．４°付近に現れる（２２０）回折ピークと２θ＝２８．５°付近に現れる（１１１）回折ピークの強度比が、（２２０）回折ピーク強度／（１１１）回折ピーク強度比＝２．０以上である、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。この構成によって、光電変換特性の優れた集積型薄膜光電変換装置が得られる。
【００７０】
本発明は、また、
「前記裏面電極層（４）が凹凸構造を有しており、半導体光電変換ユニット（５）を断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像で観察した時に、裏面電極層（４）の凹部近傍を始点として、半導体光電変換ユニット（５）内を基板に対し垂直方向へ伸びている白色部（低密度部分）が、基板に平行した方向１μｍあたり平均して１個以下見られることを特徴とする前記の集積型薄膜光電変換装置」である。この構成によって、いわゆる結晶粒界が少ない、より高品質の、光電変換特性の優れた集積型薄膜光電変換装置が得られる。
【００７１】
光閉じ込めの観点から半導体光電変換ユニット５の下層である裏面電極層４が凹凸構造を持たせることが多い。その場合、半導体光電変換ユニット５を断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像で観察した時に、半導体光電変換ユニット下層の凹部を発生源として、前記半導体光電変換ユニット５内を基板に対し垂直方向へ伸びている白色部（低密度部分）が、基板に平行した方向１μｍあたり平均１個以下であることが光電変換性能上好ましい。さらに望ましくはこの白色部が０個であると良い。
【００７２】
本発明は、また、
「前記受光面透明電極層（６）上に、さらに、充填材および封止材をさらに含む、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００７３】
本発明は、また、
「前記封止材にガラスが含まれていることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
【００７４】
前記に述べた集積型光電変換装置に、（具体的には、前記受光面透明電極層（６）上に、さらに、）充填材（ＥＶＡ、ＰＶＢ）を重ねて、表側に表面封止材（単体のガラス板などの表面封止材や、フッ化ビニル樹脂（たとえばデュポン社製テドラー）またはフッ化ビニル樹脂／Ａｌ／フッ化ビニル樹脂などからなる背面カバーフィルムなど）を設けることで太陽電池モジュールにすることができる。
【００７５】
好適な一態様について、以下、より詳しく述べる。
【００７６】
集積型光電変換装置のデバイス部分の両端には電極が設けられている。この電極に、例えば２ｍｍ幅の銅箔を這わせる。電極と銅箔の接合は、例えば、セラミック専用の半田（商品名：セラソルザエコ）などを好適に用いることができる。約２５ｍｍ間隔ではんだ付けを行い、その半田に半田をコーティングした２ｍｍ幅の銅箔を這わせて接合する。片側をガラスよりも大きくしてリードを出す。なお、電極より大きくなった部分については２ｍｍ幅の銅箔の両側に充填材が在るようにする。具体的にはリードに沿って小さな充填材を挟み込む。次にガラスより少し大きな充填材を設けるか、あるいは、若干小さな充填材と周囲の部分にブチルゴムを設ける。具体的な例としては、特開２００１−１４８４９６に記載がある。
【００７７】
更に、ガラスあるいは、透明か不透明なカバーフィルムを設けて真空ラミネータに投入し封止工程を終える。真空ラミネータで、例えば１５０℃３０分間保持することにより樹脂は硬化する。
【００７８】
充填材の具体的な例としては、ＥＶＡ（エチレン−酢ビ共重合体）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）等が一般的ではあるがこれに限定されるものでは無い。
【００７９】
封止材として用いうるガラスとしては、白板ガラスを強化したもの（いわゆる強化ガラス）が好適に用いられる。封止材として用いるフィルムとしてはＥＴＦＥ、ＰＦＡの単膜あるいは複合膜が好適に用いられる。何れの場合においても近赤外線に対する吸収が少ないことが望ましい。封止材としては、従来使われているような、金属箔の両面を樹脂フィルムで覆った形態のサンドイッチ構造等の複合的な封止材であってもよい。
【００８０】
このようにして完成したモジュールの周辺のリードの取り回しには、例えば、特開平１０−３０３４４７や特開２００５−３４７６９８にあるような構造を用いて、ケーブルを引き回すことが可能である。
【００８１】
この様なモジュールの設置には、取付け冶具を後ろに貼る方式やフレームを取り付ける方式などを採用して、設置場所に設置する。
【００８２】
以下、実施形態のいくつかについて、説明する。
【００８３】
［実施形態１］
図１において、本発明の実施形態１による集積型薄膜光電変換装置の作製方法の一例が模式的な断面図で図解されている。
【００８４】
まず、図１（ａ）において透光性基板１上に裏面透明導電層２と順次積層される。透光性基板１はセル加工に使用するレーザの波長（５３２ｎｍ、１０６４ｎｍ）に対して透明であれば良い。裏面透明導電層２は、使用するレーザの波長に対して透明で有り、かつ表面に導電性を持つものであれば良い。例えば酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムなどの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）で形成することができ、酸化亜鉛であればＭＯＣＶＤ法で作製されたものが特に望ましい。
【００８５】
図１（ｂ）において、裏面透明導電層２を覆うようにしてレーザ光吸収層３が積層される。ここで、レーザ光吸収層３は、導電性を有する。さらに具体的には、レーザ光吸収層（３）は、裏面透明導電層（２）と裏面電極層（４）とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有する。
【００８６】
本発明においては、レーザ光吸収層（３）が導電性を持っているため、裏面電極層（４）と裏面透明導電層（２）の導通を取るために、新たにレーザ光吸収層（３）を貫通した孔等を形成する必要が無いという、従来に比べて、格段に顕著な効果が有る。レーザ光吸収層（３）を貫通した孔等を形成する必要が無いということは、レーザスクライブ工程が１種類削減されることであり、これは、量産時には莫大なメリットとなる。
【００８７】
レーザ光吸収層３の一態様としては、導電型不純物を含む薄膜非単結晶のシリコンまたはゲルマニウムもしくはそれらの合金によって形成することができる。導電型不純物としては、Ｂ、Ｐ、Ａｌ、Ｇａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｔｉ等が考えられるが、Ｂ、Ｐが特に望ましい。不純物濃度としてはＢまたはＰを１０１６〜１０２１ｃｍ−３含むことが望ましく、５×１０１８〜５×１０２０ｃｍ−３含むことがさらに望ましい。またレーザ光吸収層３は１０２〜１０−６Ｓ／ｃｍの導電率を有することが望ましく、特に１０−５Ｓ／ｃｍ以上の導電率を有することが望ましい。
【００８８】
図１（ｃ）において、レーザ光吸収層３を覆うように裏面電極層４が積層される。この裏面電極層４は、例えば銀などの金属を利用して形成することができる。また、裏面電極層４は、レーザ光吸収層３に近い側から、第一の透明導電層、金属層、および第二の透明導電層を順に含むことが好ましい。このように、透明導電層を有することで、裏面電極層４とレーザ光吸収層３および、裏面電極層４と半導体光電変換ユニット５の密着力が高まり、光電変換特性を向上し得る。裏面電極層４を形成する第一の透明導電層としては酸化亜鉛、酸化錫、チタンなどが用いられる。裏面電極層４を形成する金属層としては銀、アルミニウム、およびニッケルなどが用いられる。裏面電極層４を形成する第二の透明導電層としては、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫、チタンなどが用いられるが主として酸化亜鉛を含むものが好適に用いられる。
【００８９】
図１（ｄ）において、透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４は、透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ１によって複数の領域に分割される。レーザビームＬＢ１は、透明導電層２およびレーザ光吸収層３に吸収されて発熱を生じるものが選択される。例えばＹＡＧレーザの基本波、ファイバレーザなどが好ましい。このレーザにより生じた発熱によって裏面電極層４が比較的容易に分割されて、第２種分割線溝Ｄ１が形成され得る。こうして形成された複数の第２種分割線溝Ｄ１の各々は、互いに平行であって、図面の紙面に直交する方向に延びている。
【００９０】
図１（ｅ）において、分割された裏面電極層４および第２種分割線溝Ｄ１を覆うように、半導体光電変換ユニット５が積層される。この半導体光電変換ユニット５は、その主面に平行な半導体ｐｎ接合、もしくはｐｉｎ接合（図示せず）を含んでおり、例えば薄膜非単結晶のシリコンまたはゲルマニウムもしくはそれらの合金によって形成することができる。またこの半導体光電変換ユニット５は２つ以上のｐｎ接合を直列に接続したタンデム型も可能である。
【００９１】
図１（ｆ）において、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、および半導体光電変換ユニット５は、透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ２ａによって複数の領域に分割される。このとき、レーザビームＬＢ２ａは、レーザ光吸収層３に吸収されて発熱を生じる。そして、その発熱によって、裏面電極層４と半導体光電変換ユニット５が比較的容易に分割され得る。こうして形成された複数の第３種分割線溝Ｄ２の各々は、第２種分割線溝Ｄ１に対して近接しかつ平行に延びている。
【００９２】
図１（ｇ）において、分割された半導体光電変換ユニット５および第３種分割線溝Ｄ２を覆うように、受光面透明電極層６が堆積される。受光面透明電極層６には酸化亜鉛、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）などが用いられる。受光面透明電極層６の膜厚は５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲が好ましいが、反射防止の点から６００ｎｍ〜８００ｎｍが特に好ましい。酸化亜鉛を用いる場合はスパッタ法、ＭＯＣＶＤ法などによる製膜が考えられるが、ＭＯＣＶＤ法により製膜された酸化亜鉛光閉じ込めの点で好ましく、その膜厚は５００ｎｍ〜３０００ｎｍが好ましく、さらに望ましくは１５００ｎｍ〜２５００ｎｍが好適とされる。
【００９３】
また本発明における集積型半導体光電変換装置は、複数のセルが集積されているため、非集積の半導体光電変換装置と比べて１セルあたりの表面積が非常に小さい。このため本発明では、集電用にグリッド電極を作製しなくても、受光面透明電極層６のみで電気抵抗の影響をほとんど受けずに集電でき、高い光電変換性能を有する半導体光電変換装置が作製可能である。
【００９４】
最後に、図１（ｈ）において、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６は、透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ３ａによって複数の領域に分割される。このとき、レーザビームＬＢ３ａは、レーザ光吸収層３に吸収され発熱を生じる。そして、その発熱によって、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６が比較的容易に分割され得る。こうして形成された複数の第４種分割線溝Ｄ３の各々は、第３種分割線溝Ｄ２に対して近接しかつ平行に延びている。
【００９５】
以上のようにして、１つの透光性基板１上に、複数の細長い短冊状の薄膜光電変換セルが形成される。１つのセルの裏面電極層４はレーザ光吸収層３を介して透明導電層２に接続されており、また受光面透明電極層６は第３種分割線溝Ｄ２を介して隣接するセルの透明導電層２に接続されている。すなわち、隣接する短冊状のセルは、互いに電気的に直列に接続されている。なお、図１（ｈ）においては図面の簡略化のために１つの基板上に限られた数の光電変換セルのみが示されているが、通常はさらに多くの光電変換セルが形成される。また、図面の明瞭化のために、各層の厚さが適宜にかつ顕著に拡大されて示されていることに留意されたい。
【００９６】
上述のように、図１に示された集積型薄膜光電変換装置においては、レーザ光吸収層３を介して透明導電層２と裏面電極層４とが電気的に接続され得る。このことによって、半導体光電変換ユニット５を分割するためのレーザビームＬＢ２ａおよび受光面透明電極層６を分割するためのレーザビームＬＢ３ａを透光性基板１側から入射させることが可能となる。その結果、本発明の実施形態１においては、先行技術による図４（ｄ）におけるような分割線溝Ｄ２ｘ内で裏面電極層４へのダメージを回避でき、図４（ｆ）におけるように分割線溝Ｄ３ｘの深さを半導体光電変換ユニット５の途中までに設定する必要もなくかつ分割線溝Ｄ３ｘに沿って裏面電極層４にダメージを与えることもない。
また、半導体光電変換ユニット５の下層に凹凸構造をつけることが光電変換性能を高める上で有効であるが、図１に示された集積型薄膜光電変換装置においては、透光性基板１、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、裏面電極層４の４層で様々な凹凸構造を作り出すことができ、光閉じ込めを考える上で有利である。例えば透光性基板１は化学的エッチングによる凹凸、裏面透明導電層２は導電性酸化物成長の凹凸、レーザ光吸収層のエッチングによる凹凸、裏面電極層４は金属層成長の凹凸などが考えられ、これらを組み合わせて最適な光閉じ込めを作り出すことが可能となる。
【００９７】
また、本発明の実施形態１においては、利用されるすべてのレーザビームＬＢ１、ＬＢ２ａ、ＬＢ３ａを透光性基板１側から入射させることができるので、異なるレーザ加工の間で基板の表裏を反転させる必要がない。そして、基板反転のための装置と作業が不要であることは、特に大面積の基板上に集積型薄膜光電変換装置を作製する場合に、生産性の改善とコスト低減に寄与し得る。さらに、異なるレーザ加工の間で基板を反転させる必要がないことは、異なるレーザ加工の間における位置合わせを容易にし、加工精度の向上にも寄与することができる。
【００９８】
特に大面積の光電変換装置の作製においては、基板の表裏を反転させるために規模の大きい装置を必要とする上に、高精度の位置合わせが困難であることから、裏表を反転させる必要がない本願発明の構成を適用することの利点が大きい。かかる観点から、本発明の光電変換装置は大面積であることが好ましい。具体的には、基板サイズは９１０ｍｍ×４５５ｍｍ（０．４１ｍ２）以上、好ましくは、０．５ｍ２以上、より好ましくは１０００ｍｍ×１０００ｍｍ（１．０ｍ２）以上、さらに好ましくは１０００ｍｍ×１３００ｍｍ（１．３ｍ２）以上、あるいは１０００ｍｍ×１４００ｍｍ（１．４ｍ２）以上、特に好ましくは１２００ｍｍ×１２００ｍｍ（１．４４ｍ２）以上である。適用し得る基板サイズに上限は無く、例えば２０００ｍｍ×２０００ｍｍ（４．０ｍ２）以上の基板に本発明の構成を適用することも可能である。
【００９９】
また、図１（ａ）〜（ｈ）においては、集積型薄膜光電変換装置の製造工程の理解を容易とする観点から、透光性基板１が透明導電層２よりも下方となるように図示したが、本発明においては、レーザビームの照射を、透光性基板１が、透明導電層２よりも鉛直上方に位置する状態で分割線溝の形成を行うことが好ましい。レーザビームの照射により分割線溝を形成する際に、裏面電極層等の各層の加工により生じた飛沫は、レーザにより光電変換装置の外部に排出されるが、透光性基板１側を上方として、上方からレーザビームを照射することによって、飛沫は重力によって下方に落下し、光電変換装置内に戻ってくることが抑制される。そのため、加工時の飛沫に起因するショート等の光電変換性能の低下が抑制される。
【０１００】
本発明の実施形態１の一応用例によれば、図２の模式的斜視図に示されているような集積型薄膜光電変換装置を作製することも可能である。この集積型薄膜光電変換装置の作製においては、受光面透明電極層６上にグリッド金属電極配線７を形成した後に、透光性基板１側からレーザビームＬＢ３ａを入射させることによって第４種分割線溝Ｄ３を形成し、これによってグリッド金属電極配線７がセルごとに分割される。図２の集積型薄膜光電変換装置においては、比較的抵抗率の高い受光面透明電極層６からグリッド金属電極配線７に電荷を集電して効率的に輸送することができるので、直列抵抗成分の低減が可能となり、各セルの幅を広くすることも可能となる。そして、各セルの幅を広くすることは、分割線溝Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の本数を低減させることになり、レーザ加工が簡略化され得る。
【０１０１】
以上のように、本発明の実施形態１によれば、光電変換特性の優れた積層型薄膜光電変換装置が、高い加工精度、高い生産効率、および低いコストで提供され得る。
【０１０２】
［実施形態２］
図３において、本発明の実施形態２による集積型薄膜光電変換装置の作製方法が模式的な断面図で図解されている。
【０１０３】
実施形態２は、実施形態１と同様に、透光性基板１上に順次積層された裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６を含み、これらの層の各々は平行に設けられた複数の各分割線溝によって複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている。
そして、前記レーザ光吸収層３が導電性を有する点、半導体光電変換ユニット５がレーザ光吸収層３、裏面電極層４、および半導体光電変換ユニット５を貫通する複数の第３種分割線溝Ｄ２によって複数の短冊状光電変換領域に分割されている点、受光面透明電極層６がレーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６を貫通する複数の第４種分割線溝Ｄ３によって複数の短冊状受光面透明電極領域に分割されている点、および、互いに隣接する光電変換セル間において、一方のセルの裏面電極領域がレーザ光吸収層３、裏面透明導電層２、および第３種分割線溝Ｄ２を介して他方のセルの裏面電極領域に電気的に接続されている点において、実施形態１と構成が共通している。
【０１０４】
実施形態２において、透光性基板１、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６は、実施形態１の説明において記載したのと同様のものを同様の方法により形成することができる。
【０１０５】
前記実施形態１においては、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通する第２種分割線溝Ｄ１によって裏面電極層４が複数の短冊状裏面電極領域に分割されているのに対して、実施形態２においては、これに代え、裏面透明導電層２を貫通する第５種分割線溝Ｄ４と、レーザ光吸収層３および前記裏面電極層４を貫通する第６種分割線溝Ｄ５を有している。そして、裏面透明導電層２は、複数の第５種分割線溝Ｄ４によって複数の短冊状裏面透明導電領域に分割されており、裏面電極層４は、複数の第６種分割線溝Ｄ５によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されている。
【０１０６】
図３において、本発明の実施形態２による集積型薄膜光電変換装置の作製方法の一例が模式的な断面図で図解されている。以下、図３における集積型薄膜光電変換装置の作製方法について説明する。なお、図３において、図１と同一の参照符号は前記実施形態１と同一部分または相当部分を示している。以下の説明において、前記実施形態１と重複する内容についての記載は省略されている。
【０１０７】
まず、図３（ａ）において、ガラスなどの透光性基板１上に裏面透明導電層２が積層される。その後、裏面透明導電層２は透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ４によって形成される第５種分割線溝Ｄ４により複数の領域に分割される。ここで使用されるレーザビームＬＢ４は裏面透明導電層２に吸収されるものであり、これにより裏面透明導電層２は比較的容易に分割加工され第５種分割線溝Ｄ４が形成される。このように形成された複数の分割線溝Ｄ４は互いに平行であって、図面の紙面に直交する方向に延びている。
【０１０８】
図３（ｂ）において、分割された裏面透明導電層２および第５種分割線溝Ｄ４を覆うようにレーザ光吸収層３が積層される。
【０１０９】
このレーザ光吸収層３は後に積層される裏面電極層４と裏面透明導電層２を導通させるのに十分な導電性を有している。
【０１１０】
図３（ｃ）において分割されたレーザ光吸収層３を覆うように裏面電極層４が積層される。
【０１１１】
図３（ｄ）において、レーザ光吸収層３、裏面電極層４は透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ５によって形成される第６種分割線溝Ｄ５により複数の領域に分割される。ここで使用されるレーザビームＬＢ５は裏面透明導電層２に吸収されず、レーザ光吸収層３に吸収され発熱し、これによりレーザ光吸収層３、裏面電極層４は比較的容易に分割加工され第６種分割線溝Ｄ５が形成される。こうして形成された複数の分割線溝Ｄ５の各々は平行に延びている。
【０１１２】
図３（ｅ）において、分割された裏面電極層４および第６種分割線溝Ｄ５を覆うように、半導体光電変換ユニット５が積層される。
【０１１３】
図３（ｆ）において、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、および半導体光電変換ユニット５は、透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ２ａによって複数の領域に分割される。
【０１１４】
図３（ｇ）において、分割された半導体光電変換ユニット５および分割線溝Ｄ２を覆うよう
に、受光面透明電極層６が堆積される。
【０１１５】
最後に、図３（ｈ）において、レーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５、および受光面透明電極層６は、透光性基板１側から入射されるレーザビームＬＢ３ａによって複数の領域に分割される。
【０１１６】
また、本発明の実施形態２においては、前記実施形態１と同様に、第３種分割線溝Ｄ２ｘ内で裏面電極層４へのダメージを回避でき、かつ第４種分割線溝Ｄ３ｘに沿って裏面電極層４にダメージを与えることもない。
【０１１７】
さらに、利用されるすべてのレーザビームＬＢ４、ＬＢ５、ＬＢ２ａ、ＬＢ３ａを透光性基板１側から入射させることができるため、レーザビームの照射を、透光性基板１が、裏面透明導電層２よりも鉛直上方となるようにして分割線溝の形成を行うことで、加工時の飛沫によるショート等の光電変換性能の低下が抑制される。
【０１１８】
また、実施形態１と同様に、受光面透明電極層６上にグリッド金属電極配線７を形成した後に、透光性基板１側からレーザビームＬＢ３ａを入射させることによって第４種分割線溝Ｄ３を形成し、これによってグリッド金属電極配線７をセルごとに分割することで、比較的抵抗率の高い受光面透明電極層６からグリッド金属電極配線７に電荷を集電して効率的に輸送することができ、直列抵抗成分の低減が可能となる。
【０１１９】
［実施形態２Ａ］
実施形態２の一例として、前記第５種分割線溝Ｄ４と、前記第６種分割線溝Ｄ５が接続した実施形態２Ａを採用することもできる。このように、第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５が接続した場合、これらの分割線溝は実施形態１における第２種分割線溝Ｄ１と等価なものとなる。一方で、実施形態１においては、第２種分割線溝Ｄ１が、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を貫通するように形成されるのに対して、実施形態２においては、裏面透明導電層２を貫通する第５種分割線溝Ｄ４と、レーザ光吸収層３および裏面電極層４を貫通する第６種分割線溝Ｄ５とが別に形成される。そのため、実施形態２においては、分割線溝Ｄ４、Ｄ５周辺部の加工断面が変質する、もしくはその変質に起因して該分割線溝周辺部の膜が盛り上がる等の問題が抑制され、曲線因子を高く保つことが可能となる。このような実施形態の構成および製造例については、後の実施例において、より詳細に説明する。
【０１２０】
［全ての実施形態に共通する、レーザ光吸収層の他の態様］
本明細書中では、主に、レーザ光吸収層の素材を、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質ゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、および微結晶ゲルマニウムからなる群から選択される層を１以上含むように記載している。例えば、レーザ光吸収層の素材シリコンもしくはゲルマニウム系半導体を含む半導体であるように、記載している。レーザ光吸収層は、例えば、プラズマＣＶＤ法によって堆積されてなる非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層や、半導体のｐｎ接合またはｐｉｎ接合を含む態様などである。
【０１２１】
しかしながら、本発明のレーザ光吸収層の具体例としては、他に引き続く工程に耐久性が有る限りにおいては、無機物・有機物を問わないあらゆる層を適用可能である。レーザ光吸収層は、２００〜２５０℃程度の高温に耐えうる耐熱性を有する物質・素材を主たるマトリックス材料として、公知のレーザ光吸収物質が分子結合されているか、あるいは、分散されているような、層であっても良い。また、そのマトリックス材料だけでレーザ光吸収する場合は、そのような材料も、レーザ光吸収層として適用可能である。
【０１２２】
マトリックス材料の耐熱性という点では、例えば、ポリイミド材料、アラミド材料等が、好ましい。他にも、有機物に対して親和性を有する無機物ともいえるシルセスキオキサン（Silsesquioxanes）類を含む材料が、レーザ光吸収層のマトリックス材料であっても良い。例えばポリイミド材料をマトリックス材料とする場合には、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸を、ワニス状態で調製した後、基板上にキャストし加熱して脱水縮合反応をすることによって、ポリイミド材料を作製することもできる。
【０１２３】
なお、レーザ光吸収層は、本発明で主に説明したようなＣＶＤ法で作製する以外にも、真空装置を使わない他の安価な方法や簡便な方法によって作製することも、できる。すなわち、レーザ光吸収層は、印刷法、ナノインプリント法、スピンコート法、ロールコーター法、ディップ法等、公知の方法で作製することも、できる。
【０１２４】
すなわち、本発明のレーザ吸収層を作製するＣＶＤ法は、例示の一つである。引き続く他の工程との親和性という観点では、ＣＶＤ法で作製することは、好ましい。ただし、前述の、真空装置を使わない他の安価な方法や簡便な方法の方が、より好ましい。
【０１２５】
レーザ光吸収層の必要特性としては、レーザ光を吸収して、レーザスクライブ等で分割可能であること、である。
【０１２６】
本発明の一態様としては、レーザ光吸収層の表面に、何らかのテクスチャ構造を形成しても良い。テクスチャ構造の一例としては、凹凸(concavities and convexities)や、２次元あるいは３次元的に周期的な構造を有するような構造、ある一定の表面粗さを有する構造、等が有り得るが、他にも、当業者が想到しうるあらゆる変形が可能である。
【０１２７】
［全ての実施形態に共通する、本願の利点］
以下に、全ての実施形態に共通する、本願の利点を述べる。
【０１２８】
本発明においては、レーザ光吸収層（３）が導電性を持っているため、裏面電極層（４）と裏面透明導電層（２）の導通を取るために、新たにレーザ光吸収層（３）を貫通した孔等を形成する必要が無いという、従来に比べて、格段に顕著な効果が有る。レーザ光吸収層（３）を貫通した孔等を形成する必要が無いということは、工程が１種類削減されることであり、これは、量産時には莫大なメリットとなる。
【０１２９】
すなわち、透光性基板（１）上に順次積層された裏面透明導電層（２）、レーザ光吸収層（３）、裏面電極層（４）、半導体光電変換ユニット（５）、および受光面透明電極層（６）を含み、これらの層の各々は複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている集積型薄膜光電変換装置においては、光電変換セル１つに対応してレーザスクライブ工程が１つ削減されることであり、レーザスクライブ工程を１つ実施する時間が削減されることであり、製造時間の短縮につながり、量産時には莫大なメリットとなる。
【０１３０】
本発明の半導体光電変換ユニット５は２つ以上のｐｎ接合を直列に接続したタンデム型も可能である。一例として微結晶シリコンｐｉｎ接合と非晶質シリコンｐｉｎ接合の２積層構造等が選択され得る。この構造を考えた時、微結晶シリコンｐｉｎ接合製膜時の製膜温度は自由度が高く、１００℃〜４５０℃の範囲から選択され得る。製膜温度が高まると、結晶質光電変換ユニットの光電変換層の結晶性が向上するため、有利である。また、本発明の構成によって、微結晶シリコンｐｉｎ接合製膜時のパワー密度や、製膜圧力などにおいても、自由度が高くなる。
【０１３１】
例えば、結晶質光電変換ユニットと非晶質光電変換ユニットとの２つの光電変換ユニットを備える、タンデム型の集積型薄膜光電変換装置を製造するにあたり、従来技術においては製膜温度の自由度が少なかったが、本発明においては製膜温度について自由度が非常に高い。本発明の有利な効果を具体的に説明することによって、本発明の技術的意義を説明する。
【０１３２】
従来、光透過側から順に、透光性基板上に、順次積層された透明電極層と、非晶質光電変換ユニットと、結晶質光電変換ユニットと、裏面電極層とを含むような非晶質光電変換ユニット／結晶質光電変換ユニットの２段タンデム型光電変換装置（ハイブリッド型光電変換装置）を製造するためには、２つの光電変換ユニットの内、最初に非晶質光電変換ユニットを製膜する必要が有った。下地である非晶質光電変換ユニットに対して熱的ダメージを与えないようにするために、結晶質光電変換ユニットを製膜する際には、例えば２００℃以下の製膜温度を選択せざるを得なかった。
【０１３３】
一方、本発明では、透光性基板（１）上に順次積層された裏面透明導電層（２）、レーザ光吸収層（３）、裏面電極層（４）、結晶質光電変換ユニット、非晶質光電変換ユニット、および受光面透明電極層（６）を含み、光は、受光面透明電極層側から透過する。本発明では、２つの光電変換ユニットの内、最初に結晶質光電変換ユニットを製膜することができる。従来技術で下地となっていた非晶質光電変換ユニットに対する熱的ダメージを、本発明では、全く気にする必要が無い。すなわち、本発明では、結晶質光電変換ユニットを製膜する際に、例えば１００℃〜４５０℃の範囲から適宜選択することが可能である。製膜温度が高まると、結晶質光電変換ユニットの光電変換層の結晶性が向上するため、有利である。また、本発明では、プラズマＣＶＤ法等で製膜する際、従来よりも製膜時のパワー密度を高くすることもできるため、製膜速度を格段に高めることができるという、従来に無い、著しい効果も有る。
【０１３４】
本発明の一態様である非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットとの２段タンデム型の光電変換装置の場合、非晶質シリコンと結晶質シリコンの光吸収係数等の関係で、非晶質光電変換ユニットの厚みは薄く、結晶質光電変換ユニットの厚みは厚い。通常、非晶質シリコン層は、３００〜６００ｎｍ程度であるのに対して、長波長光閉じ込め効果を必要とする結晶質シリコン層は２０００〜４０００ｎｍ程度の膜厚を有する。より厚みの大きい結晶質光電変換ユニットの製膜速度を格段に高めることができる本発明は、工業的な意味で、製造時間を格段に短縮できるという意味なども含めて、従来技術よりも、大量生産時の生産効率が著しく高い。
【０１３５】
ここまでに、非晶質光電変換ユニット／結晶質光電変換ユニットの２段タンデム型光電変換装置が説明されたが、１つ以上の非晶質光電変換ユニットおよび／または１つ以上の結晶質光電変換ユニットをさらに含む多段タンデム型光電変換装置にも本発明が適用され得ることはいうまでもない。
【０１３６】
また、前記の光電変換ユニットの中や、タンデム型の複数の光電変換ユニット同士の界面等には、光電変換効率を高める目的で、例えば、シリコンカーバイドや、シリコンゲルマニウムなどのシリコン系合金材料や、シリコンと酸素との非晶質合金中にシリコン結晶相を含むシリコン複合層などを、適宜、挿入可能である。
【０１３７】
またこの微結晶シリコンｐｉｎ接合はＸ線回折で測定した時、（２２０）配向のピーク強度が（１１１）配向のピーク強度に対して１．５倍以上あることが好ましく、望ましくは２．５倍以上がさらに好ましい。 また、光閉じ込めの観点から半導体光電変換ユニット５の下層である裏面電極層４が凹凸構造を持つ場合、半導体光電変換ユニット５であるの一例である、前記微結晶シリコンｐｉｎ接合を断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像で観察した時に、半導体光電変換ユニット下層である裏面電極層（４）の凹部を発生源として、前記微結晶シリコンｐｉｎ接合内を基板に対し垂直方向へ伸びている白色部（低密度部分）が、基板に平行した方向１μｍあたり平均１個以下であることが光電変換性能上好ましい。さらに望ましくはこの白色部が０個であると良い。この白色部は、凹凸基板上に結晶が成長する時、成長した結晶同士がぶつかり合い発生した微小なクラックだと考えられ、このクラックが多数存在すると、開放電圧が低下するため、クラックができるだけ発生しないような凹凸基板、結晶質の半導体光電変換ユニットの微結晶シリコン成長条件を選択することが必要である。
【０１３８】
なお、前記の態様は、「前記裏面電極層（４）が凹凸構造を有しており、半導体光電変換ユニット（５）を断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像で観察した時に、裏面電極層（４）の凹部近傍を始点として、半導体光電変換ユニット（５）内を基板に対し垂直方向へ伸びている白色部（低密度部分）が、基板に平行した方向１μｍあたり平均して１個以下見られることを特徴とする前記の集積型薄膜光電変換装置」に関する。この態様は、前記の全ての実施形態でも、同様に、好ましい。
【０１３９】
なお、本発明の明細書中では構成要件等を、「符号の説明」欄に記載の符号を入れた形で説明している部分も有るが、本発明は、単なる例示であるこれらの符号や図面等に拘束されるものではない。すなわち、本発明は、当分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術的思想内で、以下説明する符号等に拘束されることなく多くの変形が、可能である。
【実施例】
【０１４０】
上述のような本発明による実施形態に対応する具体的な例として、以下においていくつかの実施例が比較例と共に説明される。なお、本発明が以下の実施例に限定されないことは言うまでもない。
【０１４１】
［実施形態１に関する実施例］
（実施例１）
本発明の実施例１においては、図１に対応して集積型薄膜光電変換装置が作製された。まず、図１（ａ）において、透明ガラス基板１上に酸化錫の裏面透明導電層２を積層した。その裏面透明導電層２は、熱ＣＶＤ法によって約８００ｎｍの厚さに堆積された。こうして堆積された裏面透明導電層２は、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を有している。この表面テクスチャ構造は、後に堆積される裏面電極層４中の金属層表面に伝えられる。そして、その金属層表面における微細な表面凹凸は、光の乱反射を生じて、半導体光電変換ユニット５内の光吸収効率を高めるように作用し得る。
【０１４２】
図１（ｂ）において裏面透明導電層２を覆うようにレーザ光吸収層３が堆積された。レーザ光吸収層３としては、Ｂが添加されたｐ型非晶質シリコン（ｐ：ａ−Ｓｉ）層がプラズマＣＶＤ法によって２００ｎｍの厚さに堆積された。このｐ型非晶質シリコンの導電率は１０−４Ｓ／ｃｍであった。また、レーザ吸収層３をＳＩＭＳにより元素の定量を行ったところ、導電型不純物であるＢ（ホウ素）が１０１９ｃｍ−３含まれていた。なお、レーザ光吸収層３は後の全てのレーザビーム加工を可能ならしめる厚さを有していればよく、この前提の下で適宜に選択された厚さを有し得る。
【０１４３】
図１（ｃ）において、レーザ光吸収層３を覆うように裏面電極層４を堆積させた。裏面電極層４としては、スパッタリング法を用いて第一の透明電極層である厚さ９０ｎｍの酸化亜鉛層、金属層である厚さ２００ｎｍの銀層、および第二の透明電極層である厚さ９０ｎｍの酸化亜鉛層を順次積層させた。裏面電極層４に含まれる酸化亜鉛層は、レーザ光吸収層３および後に堆積される半導体光電変換ユニット５と銀層との密着強度向上および銀の反射率を高めるために好ましい。
【０１４４】
図１（ｄ）において、ＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）の赤外レーザビームＬＢ１を透明ガラス基板１側から照射し、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を加工して分割線溝Ｄ１を形成した。前述のように裏面透明導電層２はＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）の赤外光を吸収して発熱し得るので、レーザビームＬＢ１による裏面透明導電層２およびレーザ光吸収層３の発熱によって、それらの層および裏面電極層４を比較的容易に同時に分割加工することができる。
【０１４５】
このように、裏面透明導電層２およびその他の層を分割加工するためのレーザビームＬＢ１としては、裏面透明導電層２に吸収されるものが好ましく、ＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）の他に、例えば、これと同じ波長のレーザ光を射出するＹＶＯ４レーザの基本波や、略同じ波長のレーザを射出し得るファイバレーザ等を用いることができる。下記の分割線溝Ｄ２、Ｄ３を形成するための、レーザビームＬＢ２ａにおいても同様である。
【０１４６】
図１（ｅ）において、分割された裏面電極層４および分割線溝Ｄ１を覆うように、半導体光電変換ユニット５をプラズマＣＶＤ法により堆積した。その半導体光電変換ユニット５は、順次積層された厚さ約２０ｎｍのｎ型微結晶Ｓｉ層、厚さ約３００ｎｍのｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ（Ｈを含むａ−Ｓｉ）層、および厚さ約１５ｎｍのｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ（Ｈを含むａ−ＳｉＣ）層を含んでいる。すなわち、本実施例１における半導体光電変換ユニット５は、その主面に平行な一組のｎｉｐ接合からなる単一の光電変換ユニットを含んでいる。
【０１４７】
図１（ｆ）において、ＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ２ａを透明ガラス基板１側から照射して分割線溝Ｄ２を形成した。ここで使用されるレーザビームＬＢ０は、裏面透明導電層２にダメージを与えることなくレーザ光吸収層３、裏面電極層４および半導体光電変換ユニット５を分割加工できればよい。例えばＹＡＧレーザに関して、ａ−Ｓｉのレーザ光吸収層３は、第２高調波（波長５３２ｎｍ）の光をよく吸収し得る。他方、裏面透明導電層２は、ＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）の赤外ビームをよく吸収する。しかし、ＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）の光に関しては、裏面透明導電層２はほぼ透明であって僅かに吸収するだけである。したがって、例えばＹＡＧレーザの第２高調波であって１２ｋＷ／ｃｍ２のパワー密度と６０μｍの断面径を有するレーザビームＬＢ０を照射することによって、裏面透明導電層２にダメージを与えることなくレーザ光吸収層３、裏面電極層４、半導体光電変換ユニット５のみを分割加工することができる。
【０１４８】
このように、裏面透明導電層２にダメージを与えることなくレーザ光吸収層３を分割加工するためのレーザビームとしては、裏面透明導電層２に対してほぼ透明で、かつ、レーザ光吸収層３に吸収されるものが好ましく、ＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）の他に、例えば、これと同じ波長のレーザ光を射出するＹＶＯ４（イットリウム・バナデート）レーザの第２高調波や、略同じ波長のレーザを射出し得るファイバレーザ等を用いることができる。
【０１４９】
図１（ｇ）において、分割された半導体光電変換ユニット５および分割線溝Ｄ２を覆うように、電子ビーム蒸着法によって酸化インジウムの受光面透明電極層６を約８０ｎｍの厚さに堆積した。
【０１５０】
図１（ｈ）において、ＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ３ａを透明ガラス基板１から照射して分割線溝Ｄ３を形成した。波長５３２ｎｍのレーザビームＬＢ３ａはレーザ光吸収層３および半導体光電変換ユニット５によって効率的に吸収されて発熱を生じるので、それらの層とともに裏面電極層４および受光面透明電極層６をも比較的容易に同時に分割加工することができる。
【０１５１】
本実施例１において得られた集積型薄膜光電変換装置にリード線を接続し、環境温度２５℃において、ソーラーシミュレータを用いてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ２の強度で照射して光電変換特性を測定したところ、短絡電流密度が１６．２１ｍＡ／ｃｍ２、一セルあたりの開放端電圧が０．８９１Ｖ、曲線因子０．７２７、そして光電変換効率が１０．５％であった。
【０１５２】
（実施例２）
本発明の実施例２による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例１に比べて、下記事項（１）と（２）のみにおいて変更されていた。
すなわち実施例２におけるレーザ光吸収層３の不純物濃度はＢを１０１９ｃｍ−３含み、導電率は１０−４Ｓ／ｃｍであった。
【０１５３】
（１） 図１（ａ）の工程において、レーザ光吸収層３の厚さが２００ｎｍではなくて４００ｎｍの厚さに増大された。
【０１５４】
（２） 図１（ｅ）の工程において、半導体光電変換ユニット５は、下段のｎｉｐ接合からなる下段光電変換ユニットと上段のｎｉｐ接合からなる上段光電変換ユニットを含むタンデム型に変更された。この下段光電変換ユニットとして、厚さ約２０ｎｍのｎ型微結晶Ｓｉ層、厚さ約２μｍのｉ型微結晶シリコン光電変換ユニット、そして厚さ約１５ｎｍのｐ型微結晶Ｓｉ層が順次積層された。他方、上段光電変換ユニットは、実施例１における光電変換ユニットと同じ条件で形成された。
【０１５５】
（実施例３）
本発明の実施例３による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例２に比べて、レーザ光吸収層３としてＰが添加されたｎ型非晶質シリコン（ｎ：ａ−Ｓｉ）層が４００ｎｍ堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例３における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。また、このｎ型非晶質シリコンは不純物としてＰを１０１９ｃｍ−３含み、導電率は１０−３Ｓ／ｃｍであった。
【０１５６】
（実施例４）
本発明の実施例４による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例２に比べて、レーザ光吸収層３としてＢが添加されたｐ型非晶質シリコンゲルマニウム（ｐ：ａ−ＳｉＧｅ）層が３００ｎｍ堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例４における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。また、このｐ型非晶質シリコンゲルマニウムは不純物としてＢを１０１９ｃｍ−３含み、導電率は１０−５Ｓ／ｃｍであった。一般的に非晶質シリコンゲルマニウムは非晶質シリコンよりも加工に使用するレーザの波長（例えば５３２ｎｍ、１０６４ｎｍ）で光吸収係数が高く、レーザ吸収層の膜厚を薄くすることが可能である。
【０１５７】
（実施例５）
本発明の実施例５による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例２に比べて、レーザ光吸収層３としてＢが添加されたｐ型非晶質ゲルマニウム（ｐ：ａ−Ｇｅ）層が３００ｎｍ堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例５における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。また、このｐ型非晶質ゲルマニウムは不純物としてＢを１０１９ｃｍ−３含み、導電率は１０−４Ｓ／ｃｍであった。一般的に非晶質ゲルマニウムは非晶質シリコンよりもレーザの波長（ｎｍ）で光吸収係数が高く、レーザ吸収層の膜厚を薄くすることが可能である。
【０１５８】
（実施例６）
本発明の実施例６による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例２に比べて、レーザ光吸収層３としてＢが添加されたｐ型微結晶シリコン（ｐ：mｃ−Ｓｉ）層が８００ｎｍ堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例５における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。また、このｐ型非晶質シリコンは不純物としてＢを１０１９ｃｍ−３含み、導電率は１０−４Ｓ／ｃｍであった。一般的に微結晶シリコンは非晶質シリコンよりもレーザの波長（ｎｍ）で光吸収係数が小さいため、レーザ吸収層として微結晶シリコンを用いる場合は、非晶質シリコンを用いた場合と比べ、レーザ吸収層の膜厚を厚くする、もしくはレーザ加工条件を変更する必要がある。
【０１５９】
（実施例７）
本発明の実施例７による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例２に比べて、レーザ光吸収層３としてＢが添加されたｐ型微結晶ゲルマニウム（ｐ：mｃ−Ｇｅ）層が４００ｎｍ堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例５における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。また、このｐ型微結晶ゲルマニウムの導電率は１０−２Ｓ／ｃｍであった。
【０１６０】
（実施例８）
本発明の実施例８による集積型薄膜光電変換装置も図１に図解されている工程によって作製されたが、実施例２に比べて、レーザ光吸収層３として、導電率が１０−６Ｓ／ｃｍ である４００ｎｍのｐ型非晶質シリコン（ｐ：ａ−Ｓｉ）層を用いており、 レーザ光吸収層の導電率が小さい点が異なっていた。このレーザ吸収層３をＳＩＭＳにより元素の定量を行ったところ、Ｂが１０１６ｃｍ−３含まれていた。また本実施例８における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。
【０１６１】
（実施例９）
本発明の実施例９においては、図２に対応する集積型薄膜光電変換装置が作製された。そして、本実施例９の集積型薄膜光電変換装置の作製では、実施例２に比べて、図１（ｇ）の工程において受光面透明電極層６上にアルミニウムのグリッド金属電極配線７が蒸着法によって付加的に形成されたことのみにおいて異なっていた。すなわち、本実施例９における半導体光電変換ユニット５も、実施例２の場合と同様のタンデム型である。
【０１６２】
（実施例１０）
本発明の実施例１０においては、図１に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、図１（ｄ）の工程において、レーザビームＬＢ１として、ＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）を用いる代わりに、パワー密度６０ｋＷ／ｃｍ２のＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）を用いた点において実施例２と異なっていた。
【０１６３】
（実施例１１）
本発明の実施例１１においては、図１に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、図１（ｃ）の工程において、裏面電極層４の第ニの透明導電層がＭＯＣＶＤ法にて酸化亜鉛が９０ｎｍの厚さで作製された点において、実施例２と異なっていた。
【０１６４】
［実施形態２Ａに関する実施例］
（実施例１２）
本発明の実施例１２においては、図５に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、下記の点において実施例２と異なっていた。
【０１６５】
実施例２における図１（ｄ）の工程に代えて、図５（ｄ１）のように裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４に透光性基板１側から入射されるＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）のレーザビームＬＢ４ａによって分割線溝Ｄ４が形成された。さらに、図５（ｄ２）のように分割線溝Ｄ４の上から、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４をレーザビームＬＢ４ａよりもビーム径の大きいＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ５ａが照射され分割線溝Ｄ５が形成された。
【０１６６】
これらの工程により、第５種分割線溝Ｄ４および第６種分割線溝Ｄ５が形成され、図５（ｆ）に示すように、第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５が接続しており、第５種分割線溝Ｄ４は、第６種分割線溝Ｄ５よりも溝の幅が狭く、かつ、第６種分割線溝Ｄ５の内側に形成されている集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１６７】
（実施例１３）
本発明の実施例１３においては、図６に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、下記の点において実施例２と異なっていた。
【０１６８】
実施例２における図１（ｄ）の工程に代えて、図６（ｄ１）のようにレーザ光吸収層３、および裏面電極層４に透光性基板１側から入射されるＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ５ｂによって分割線溝Ｄ５が形成された。さらに、図６（ｄ２）のように分割線溝Ｄ５の上から、裏面透明導電層２をレーザビームＬＢ５ｂよりもビーム径が小さいＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）のレーザビームＬＢ４ｂが照射され分割線溝Ｄ４が形成された。
【０１６９】
これらの工程により、第５種分割線溝Ｄ４および第６種分割線溝Ｄ５が形成され、図６（ｆ）に示すように第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５が接続しており、第５種分割線溝Ｄ４は、第６種分割線溝Ｄ５よりも溝の幅が狭く、かつ、第６種分割線溝Ｄ５の内側に形成されている集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１７０】
（実施例１４）
本発明の実施例１４においては、図７に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、実施例２に比べて、下記の（１）、（２）において異なっていた。
【０１７１】
（１） 実施例２における図１（ａ）の工程に代えて、図７（ａ１）のように透光性基板１上に裏面透明導電層２が堆積された後に、ＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）のレーザビームＬＢ４ｃにより分割線溝Ｄ４が形成され、その後、図７（ａ２）のようにレーザ光吸収層３が堆積された。
【０１７２】
（２） 実施例２における図１（ｄ）の工程に代えて、図７（ｄ）のように分割線溝Ｄ４の上から、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４にレーザビームＬＢ４ｃよりもビーム径の大きいＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３３ｎｍ）のレーザビームＬＢ５ｃが照射され分割線溝Ｄ５が形成された。
【０１７３】
これらの工程により、第５種分割線溝Ｄ４および第６種分割線溝Ｄ５が形成され、図７（ｆ）に示すように第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５が接続しており、第５種分割線溝Ｄ４は、第６種分割線溝Ｄ５よりも溝の幅が狭く、かつ、第６種分割線溝Ｄ５の内側に形成されている集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１７４】
（実施例１５）
本発明の実施例１５においては、図８に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、実施例２に比べて、下記の（１）、（２）において異なっていた。
【０１７５】
（１） 実施例２における図１（ａ）の工程に代えて、図８（ａ１）のように透光性基板１上に裏面透明導電層２が堆積された後に、ＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）のレーザビームＬＢ４ｄにより分割線溝Ｄ４が形成され、その後、図８（ａ２）のようにレーザ光吸収層３が堆積された。
【０１７６】
（２） 実施例２における図１（ｄ）の工程に代えて、図８（ｄ）のように分割線溝Ｄ４の上から、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４をレーザビームＬＢ４ｄよりもビーム径の小さいＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ５ｄが照射され分割線溝Ｄ５が形成された。
【０１７７】
これらの工程により、図８（ｆ）に示すように第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５が接続しており、第６種分割線溝Ｄ５は、第５種分割線溝Ｄ４よりも溝の幅が狭く、かつ第５種分割線溝Ｄ４の内側に形成されている集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１７８】
（実施例１６）
本発明の実施例１６においては、図６に図解されている工程によって、実施例７と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、図６（ｄ２）の工程において、レーザビームＬＢ４ｂとして、ＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）を用いる代わりに、パワー密度６０ｋＷ／ｃｍ２ＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）を用いた点において実施例７と異なっていた。
【０１７９】
（実施例１７）
本発明の実施例１７においては、実施例７と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、図６（ｇ）の工程において受光面透明電極層６上にアルミニウムのグリッド金属電極配線７が蒸着法によって付加的に形成された点において実施例７と異なっていた。
【０１８０】
これによって、受光面透明電極層上にグリッド金属電極配線を含み、第４種分割線溝がグリッド金属電極配線を貫通している集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１８１】
（実施例１８）
本発明の実施例１８においては、図９に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、実施例２に比べて、下記の（１）、（２）において異なっていた。
【０１８２】
（１） 実施例２における図１（ａ）の工程に代えて、図９（ａ１）のように透光性基板１上に裏面透明導電層２が堆積された後に、ＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）のレーザビームＬＢ４ｅにより分割線溝Ｄ４が形成され、その後、図９（ａ２）のようにレーザ光吸収層３が堆積された。
【０１８３】
（２） 実施例２における図１（ｄ）の工程に代えて、図９（ｄ）のように第５種分割線溝Ｄ４の近傍において、ＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ５ｅが照射され第６種分割線溝Ｄ５が形成された。これらの工程により、図９（ｆ）に示す集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１８４】
（実施例１９）
本発明の実施例１９においては、図１に図解されている工程によって、実施例２と同様に半導体光電変換ユニット５がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、下記の点において実施例２と異なっていた。
【０１８５】
図１（ｅ）において半導体光電変換ユニット５の構成が、裏面電極層４側から順に、厚さ約１５ｎｍのｐ型微結晶Ｓｉ層、厚さ約２μｍのｉ型微結晶シリコン光電変換層、厚さ約２０ｎｍのｎ型微結晶Ｓｉ層の順から成る下段光電変換ユニットと、厚さ約１５ｎｍのｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ（Ｈを含むａ−ＳｉＣ）層、厚さ約３００ｎｍのｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ（Ｈを含むａ−Ｓｉ）層、および厚さ約２０ｎｍのｎ型微結晶Ｓｉ層の順から成る上段光電変換ユニットを含むタンデム型となっていた。すなわち実施例２と比べ半導体光電変換ユニット５の整流特性が逆向きとなっていた。
【０１８６】
実施例２〜１９において得られた集積型薄膜光電変換装置にリード線を接続し、実施例１の場合と同様にして光電変換特性を測定した。結果を表１に示す。
【０１８７】
（比較例１）
上述の種々の実施例との対比のための比較例１として、図４に対応して集積型薄膜光電変換装置が作製された。
【０１８８】
まず、図４（ａ）〜（ｃ）において、透明ガラス基板１上に透明酸化錫層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４が、堆積された。ここでレーザ光吸収層３は不純物添加の無いｉ型非晶質シリコン（ｉ：ａ−Ｓｉ）が２００ｎｍの厚さで堆積された。透明酸化錫層２、裏面電極層４は実施例２の場合と同じ条件で堆積された。
【０１８９】
図４（ｄ）において、実施例１の場合の図１（ｄ）の工程と同じ条件下でＱスイッチＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）のレーザビームＬＢ１を透明ガラス基板１側から照射し、裏面透明導電層２、レーザ光吸収層３、および裏面電極層４を加工して分割線溝Ｄ１ｘを形成した。
【０１９０】
図４（ｅ）において、実施例１の場合の図１（ｅ）の工程と同じ条件下で、分割された裏面電極層４および分割線溝Ｄ１ｘを覆うように半導体光電変換ユニット５を堆積した。
【０１９１】
図４（ｆ）において、ＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ２ｘを半導体光電変換ユニット５側から照射して分割線溝Ｄ２ｘを形成した。
【０１９２】
図４（ｇ）において、実施例１の場合の図１（ｇ）の工程と同じ条件下で、分割された半導体光電変換ユニット５および分割線溝Ｄ２ｘを覆うように受光面透明電極層６を堆積した。
【０１９３】
図４（ｈ）において、ＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームＬＢ３ｘを受光面透明電極層６側から照射して分割線溝Ｄ３ｘを形成した。
【０１９４】
（比較例２）
比較例２として、比較例１と同様に、図４に対応して集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、比較例１に比べて、下記事項（１）と（２）のみにおいて変更されていた。
【０１９５】
（１） 図４（ｂ）の工程において、レーザ光吸収層３の厚さが２００ｎｍではなくて４００ｎｍの厚さに増大された。
【０１９６】
（２） 図１（ｅ）の工程において、半導体光電変換ユニット５は、下段のｎｉｐ接合からなる下段光電変換ユニットと上段のｎｉｐ接合からなる上段光電変換ユニットを含むタンデム型に変更された。この下段光電変換ユニットとして、厚さ約２０ｎｍのｎ型微結晶Ｓｉ層、厚さ約２μｍのｉ型微結晶シリコン光電変換層、そして厚さ約１５ｎｍのｐ型微結晶Ｓｉ層が順次積層された。他方、上段光電変換ユニットは、比較例１における光電変換ユニットと同じ条件で形成された。
【０１９７】
（比較例３）
比較例３による集積型薄膜光電変換装置は図１０の工程によって作製された。図１０の工程は、図１の工程に比べて図１０（ｂ２）の工程が追加されたものであり、その他は図１と同じ工程を踏んでいる。よって本比較例３は、実施例２に比べて、下記の点（１）（２）のみが異なっていた。
（１）レーザ光吸収層３として不純物添加無しのａ−Ｓｉ層が積層された。このレーザ光吸収層の導電率は１０−７Ｓ／ｃｍであった。
（２）各光電変換領域を直列接続するためには、裏面電極層４と裏面透明導電層２とが導通していなければいけない。
【０１９８】
しかし本比較例３ではレーザ光吸収層の導電率が１０−７Ｓ／ｃｍと低いため、裏面電極層４と裏面透明導電層２の導通をとるために、図１０（ｂ２）の工程においてレーザ光吸収層が積層された後、ＹＡＧレーザ第２高調波（５３２ｎｍ）によりレーザ光吸収層３を貫通する複数の接続孔Ｄ０が作製された。この接続孔Ｄ０は図１０（ｃ）の工程で内部を裏面電極層４で満たされ、これにより裏面電極層４と裏面透明導電層２が導通することになる。
【０１９９】
比較例１、２、３において得られた集積型薄膜光電変換装置にリード線を接続し、実施例１の場合と同様にして光電変換特性を測定した。結果を表１に示す。
【０２００】
【表１】
【０２０１】
［光電変換特性の対比］
表１から明らかなように、単一の光電変換ユニットを含んでいる、比較例１と実施例１を対比すると、本発明の積層型薄膜光電変換装置は、いずれの光電変換特性においても優れていることがわかる。また、タンデム型の光電変換ユニットを含む比較例２と実施例２〜１９を対比すると、これらの実施例の積層型薄膜光電変換装置は、比較例２の積層型薄膜光電変換装置に比して、光電変換効率に優れていることがわかる。
【０２０２】
比較例３は実施例２に比べレーザ光吸収層３をノンドープとし、かわりにレーザによって接続孔を設ける工程を加えたものであるが、実施例２と光電変換性能を比較すると曲線因子の点で劣っていることがわかる。これは接続孔における接続不良等に起因する直列抵抗成分が影響していると考えられる。よって本発明による実施例２は、比較例３とくらべ、工程数においても光電変換性能においても優れていることが判る。
【０２０３】
実施例２〜８はレーザ光吸収層３に含まれる材料と導電率がそれぞれ異なる積層型薄膜光電変換装置の例である。これらを対比すると、実施例８と比べ、実施例２〜７における光電変換性能が優れていることがわかる。実施例８では導電不純物Ｂの濃度が１０１６ｃｍ−３と小さいため導電率が低く、その直列抵抗が光電変換性能に影響を及ぼし始めていると考えられる。よってレーザ吸収層の不純物濃度としては少なくとも１０１６ｃｍ−３より大きいことが望ましい。
【０２０４】
一方で、実施例２〜７における光電変換性能はそれぞれほぼ等しくなっている。これより、レーザ光吸収層３は一定以上の不純物濃度、導電率を有していれば、材料、多少の不純物濃度の大小、多少の不純物の大小によらずほぼ等しい性能となることが判る。
【０２０５】
実施例２と実施例１０を比較すると、いずれの光電変換特性においてもほぼ同等の特性であることから、裏面透明導電層２に吸収されず透過するＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）でもパワー密度が十分高ければ、裏面透明導電層２を分離し、分割線溝Ｄ１を形成出来ることがわかる。
【０２０６】
実施例２と実施例１２〜１８を比較すると、実施例１２から実施例１８の集積型薄膜光電変換装置は、実施例２の光電変換装置と比べて、曲線因子、光電変換効率において優れている。これは、実施例２においては、第２種分割線溝Ｄ１を１種類のレーザビーム（ＹＡＧレーザの基本波）により一度に形成するのに対して、実施例６〜実施例１２においては、第５種分割線溝Ｄ４と、第６種分割線溝Ｄ５とが別のレーザビームにより形成されるため、分割線溝Ｄ１周辺部の変質が軽減されたものと推測される。
【０２０７】
実施例１２と実施例１６を比較すると、いずれの光電変換特性においてもほぼ同等の特性であることから、裏面透明導電層２に吸収されず透過するＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）でもパワー密度が十分高ければ、裏面透明導電層２を分離し、分割線溝Ｄ１を形成出来ることがわかる。
【０２０８】
実施例２と、実施例１９を比較すると、光電変換セルにｐ型層側から光が入射する構造を有している実施例２の集積型薄膜光電変換装置は、光電変換セルにｎ型層側から光が入射する構造を有している実施例１９の集積型薄膜光電変換装置と比べて、各光電変換性能に優れていることがわかる。
【符号の説明】
【０２０９】
１ 透光性基板
２ 裏面透明導電層
３ レーザ光吸収層
４ 裏面電極層
５ 半導体光電変換ユニット
６ 受光面透明電極層
７ グリッド金属電極配線
ＬＢ１〜ＬＢ５ レーザビーム
Ｄ１〜Ｄ５ 分割線溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板（１）上に順次積層された裏面透明導電層（２）、レーザ光吸収層（３）、裏面電極層（４）、半導体光電変換ユニット（５）、および受光面透明電極層（６）を含み、これらの層の各々は複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている集積型薄膜光電変換装置であって、
前記レーザ光吸収層（３）は、前記裏面透明導電層（２）と前記裏面電極層（４）とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有し、
前記裏面電極層（４）は、前記裏面透明導電層（２）、前記レーザ光吸収層（３）、および前記裏面電極層（４）を貫通する複数の第２種分割線溝（Ｄ１）によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されており、
前記半導体光電変換層（５）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、および前記半導体光電変換層（５）を貫通しかつ前記第２種分割線溝（Ｄ１）に平行な複数の第３種分割線溝（Ｄ２）によって複数の短冊状光電変換領域に分割されており、
前記第３種分割線溝（Ｄ２）は内部を前記受光面透明電極層（６）で満たされ、これにより前記裏面透明導電層（２）と前記受光面透明電極層（６）が電気的に接続されており、
前記受光面透明電極層（６）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、前記半導体光電変換ユニット（５）および前記受光面透明電極層（６）を貫通しかつ前記第２種分割線溝（Ｄ１）に平行な複数の第４種分割線溝（Ｄ３）によって複数の短冊状受光面透明電極領域に分割されており、
各種分割線溝は、第２種分割線溝（Ｄ１）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、
互いに隣接する前記光電変換セル間において、一方のセルの前記裏面電極領域は前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面透明導電層（２）、および前記第３種分割線溝（Ｄ２）を介して他方のセルの前記受光面透明電極領域に電気的に接続されており、これによってそれらの光電変換セルが電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型薄膜光電変換装置。
【請求項２】
透光性基板（１）上に順次積層された裏面透明導電層（２）、レーザ光吸収層（３）、裏面電極層（４）、半導体光電変換ユニット（５）、および受光面透明電極層（６）を含み、これらの層の各々は複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている集積型薄膜光電変換装置であって、
前記裏面透明導電層（２）は裏面透明導電層（２）を貫通する複数の第５種分割線溝（Ｄ４）によって複数の短冊状透明導電領域に分割されており、
前記レーザ光吸収層（３）は、前記裏面透明導電層（２）と前記裏面電極層（４）とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有し、
前記裏面電極層（４）は、前記レーザ光吸収層（３）、および前記裏面電極層（４）を貫通しかつ前記第５種分割線溝（Ｄ４）に平行な複数の第６種分割線溝（Ｄ５）によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されており、
前記半導体光電変換ユニット（５）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、および前記半導体光電変換ユニット（５）を貫通しかつ前記第５種分割線溝（Ｄ４）に略平行な位置に配置される複数の第３種分割線溝（Ｄ２）によって複数の短冊状に類似した光電変換領域に分割されており、
前記第３種分割線溝（Ｄ２）は内部を前記受光面透明電極層（６）で満たされ、これにより前記裏面透明導電層（２）と前記受光面透明電極層（６）が電気的に接続されており、
前記受光面透明電極層（６）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、前記半導体光電変換ユニット（５）、および前記受光面透明電極層（６）を貫通しかつ前記第５種分割線溝（Ｄ４）に平行な複数の第４種分割線溝（Ｄ３）によって複数の短冊状受光面透明電極領域に分割されており、
各種分割線溝は、第５種分割線溝（Ｄ４）、第６種分割線溝（Ｄ５）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順、もしくは第６種分割線溝（Ｄ５）、第５種分割線溝（Ｄ４）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、
互いに隣接する前記光電変換セル間において、一方のセルの前記裏面電極領域は前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面透明導電層（２）、および前記第３種分割線溝（Ｄ２）を介して他方のセルの前記受光面透明電極領域に電気的に接続されており、これによってそれらの光電変換セルが電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型薄膜光電変換装置。
【請求項３】
前記レーザ光吸収層（３）が導電型決定不純物を含み、かつ、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質ゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、および非晶質ゲルマニウムからなる群から選択される層を１以上含む請求項１または２に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項４】
前記レーザ光吸収層（３）が含む導電型決定不純物が、Ｂ（ホウ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、およびＴｉ（チタン）からなる群から選択される１以上を含む、請求項３に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項５】
前記レーザ光吸収層（３）が、ＳＩＭＳによる元素の定量で、導電型不純物としてホウ素原子（Ｂ）を１０１６〜１０２１ｃｍ−３もしくはリン原子（Ｐ）を１０１６〜１０２１ｃｍ−３含んでいる請求項３または４に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項６】
前記レーザ光吸収層（３）の導電率が１０２〜１０−６Ｓ／ｃｍである請求項１〜５のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項７】
前記第３種分割線溝（Ｄ２）に代えて第３種接続孔（Ｄ２０）を備えて、当該第３種接続孔（Ｄ２０）の基板に鉛直な方向から見た形状が、円、楕円、三角形、四角形、多角形、不定形、１以上の溝形状、交差する複数の溝形状、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される１以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項８】
前記第５種分割線溝（Ｄ４）と前記第６種分割線溝（Ｄ５）とが接続しており、
第６種分割線溝（Ｄ５）は第５種分割線溝（Ｄ４）よりも溝の幅が狭くかつ第５種分割線溝（Ｄ４）の内側に形成されているか、
または、
第５種分割線溝（Ｄ４）は第６種分割線溝（Ｄ５）よりも溝の幅が狭くかつ、第６種分割線溝（Ｄ５）の内側に形成されている
ことを特徴とする、請求項２に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項９】
前記受光面透明電極層（６）上にグリッド金属電極配線（７）をさらに含み、前記第４種分割線溝（Ｄ３）は前記グリッド金属電極配線（７）をも貫通していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置を製造するための方法であって、
前記分割線溝および接続孔のすべてが前記透光性基板側からレーザビームを照射することによって形成されることを特徴とする、集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１１】
前記透光性基板（１）が、前記裏面透明導電層（２）よりも鉛直上方に位置した状態で、すべての分割線溝および接続孔が形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２種分割線溝（Ｄ１）が、波長およびパワー密度の少なくともいずれか一方が異なる２種類のレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第５種分割線溝（Ｄ４）が、前記第６種分割線溝（Ｄ５）を形成するレーザビームとは、波長およびパワー密度の少なくともいずれか一方が異なるレーザビームにより形成されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１４】
前記裏面透明導電層（２）を貫通しない分割線溝が、裏面透明導電層（２）を透過するレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１５】
前記レーザ光吸収層（３）がシリコンまたはゲルマニウムを主要元素とする半導体からなり、かつ、前記裏面透明導電層（２）を透過するレーザビームがＹＡＧレーザの第２高調波のビームであることを特徴とする、請求項１４に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１６】
前記裏面透明導電層（２）を貫通する分割線溝が、裏面透明導電層（２）に吸収されるレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１７】
前記裏面透明導電層（６）は透明導電性酸化物を含み、前記第２種分割線溝はＹＡＧレーザの基本波のビームを用いて形成されることを特徴とする請求項１６に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１８】
前記裏面透明導電層（２）を貫通する分割線溝と、前記裏面透明導電層（２）を貫通しない分割線溝とが、同一波長のレーザビームを用いて形成され、前記裏面透明導電層（２）を貫通する分割線溝を形成するためのレーザビームは、前記裏面透明導電層（２）を貫通しない分割線溝を形成するためのレーザビームよりもパワー密度が高いことを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１９】
前記半導体光電変換ユニット（５）が少なくとも１以上の結晶質シリコン系半導体光電変換ユニットを含み、その結晶質シリコン系半導体光電変換ユニットはその膜面に平行な（２２０）の優先結晶配向面を有しており、θ−２θ法によるＸ線回折測定において２θ＝４７．４°付近に現れる（２２０）回折ピークと２θ＝２８．５°付近に現れる（１１１）回折ピークの強度比が、（２２０）回折ピーク強度／（１１１）回折ピーク強度比＝２．０以上である、請求項請求項１〜９のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項２０】
前記裏面電極層（４）が凹凸構造を有しており、半導体光電変換ユニット（５）を断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像で観察した時に、裏面電極層（４）の凹部近傍を始点として、半導体光電変換ユニット（５）内を基板に対し垂直方向へ伸びている白色部（低密度部分）が、基板に平行した方向１μｍあたり平均して１個以下見られることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項２１】
前記受光面透明電極層（６）上に、さらに、充填材および封止材をさらに含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項２２】
前記封止材にガラスが含まれていることを特徴とする、請求項２１に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項１】
透光性基板（１）上に順次積層された裏面透明導電層（２）、レーザ光吸収層（３）、裏面電極層（４）、半導体光電変換ユニット（５）、および受光面透明電極層（６）を含み、これらの層の各々は複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている集積型薄膜光電変換装置であって、
前記レーザ光吸収層（３）は、前記裏面透明導電層（２）と前記裏面電極層（４）とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有し、
前記裏面電極層（４）は、前記裏面透明導電層（２）、前記レーザ光吸収層（３）、および前記裏面電極層（４）を貫通する複数の第２種分割線溝（Ｄ１）によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されており、
前記半導体光電変換層（５）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、および前記半導体光電変換層（５）を貫通しかつ前記第２種分割線溝（Ｄ１）に平行な複数の第３種分割線溝（Ｄ２）によって複数の短冊状光電変換領域に分割されており、
前記第３種分割線溝（Ｄ２）は内部を前記受光面透明電極層（６）で満たされ、これにより前記裏面透明導電層（２）と前記受光面透明電極層（６）が電気的に接続されており、
前記受光面透明電極層（６）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、前記半導体光電変換ユニット（５）および前記受光面透明電極層（６）を貫通しかつ前記第２種分割線溝（Ｄ１）に平行な複数の第４種分割線溝（Ｄ３）によって複数の短冊状受光面透明電極領域に分割されており、
各種分割線溝は、第２種分割線溝（Ｄ１）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、
互いに隣接する前記光電変換セル間において、一方のセルの前記裏面電極領域は前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面透明導電層（２）、および前記第３種分割線溝（Ｄ２）を介して他方のセルの前記受光面透明電極領域に電気的に接続されており、これによってそれらの光電変換セルが電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型薄膜光電変換装置。
【請求項２】
透光性基板（１）上に順次積層された裏面透明導電層（２）、レーザ光吸収層（３）、裏面電極層（４）、半導体光電変換ユニット（５）、および受光面透明電極層（６）を含み、これらの層の各々は複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されている集積型薄膜光電変換装置であって、
前記裏面透明導電層（２）は裏面透明導電層（２）を貫通する複数の第５種分割線溝（Ｄ４）によって複数の短冊状透明導電領域に分割されており、
前記レーザ光吸収層（３）は、前記裏面透明導電層（２）と前記裏面電極層（４）とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有し、
前記裏面電極層（４）は、前記レーザ光吸収層（３）、および前記裏面電極層（４）を貫通しかつ前記第５種分割線溝（Ｄ４）に平行な複数の第６種分割線溝（Ｄ５）によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されており、
前記半導体光電変換ユニット（５）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、および前記半導体光電変換ユニット（５）を貫通しかつ前記第５種分割線溝（Ｄ４）に略平行な位置に配置される複数の第３種分割線溝（Ｄ２）によって複数の短冊状に類似した光電変換領域に分割されており、
前記第３種分割線溝（Ｄ２）は内部を前記受光面透明電極層（６）で満たされ、これにより前記裏面透明導電層（２）と前記受光面透明電極層（６）が電気的に接続されており、
前記受光面透明電極層（６）は、前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面電極層（４）、前記半導体光電変換ユニット（５）、および前記受光面透明電極層（６）を貫通しかつ前記第５種分割線溝（Ｄ４）に平行な複数の第４種分割線溝（Ｄ３）によって複数の短冊状受光面透明電極領域に分割されており、
各種分割線溝は、第５種分割線溝（Ｄ４）、第６種分割線溝（Ｄ５）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順、もしくは第６種分割線溝（Ｄ５）、第５種分割線溝（Ｄ４）、第３種分割線溝（Ｄ２）、第４種分割線溝（Ｄ３）の順に並んでおり、
互いに隣接する前記光電変換セル間において、一方のセルの前記裏面電極領域は前記レーザ光吸収層（３）、前記裏面透明導電層（２）、および前記第３種分割線溝（Ｄ２）を介して他方のセルの前記受光面透明電極領域に電気的に接続されており、これによってそれらの光電変換セルが電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型薄膜光電変換装置。
【請求項３】
前記レーザ光吸収層（３）が導電型決定不純物を含み、かつ、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質ゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、および非晶質ゲルマニウムからなる群から選択される層を１以上含む請求項１または２に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項４】
前記レーザ光吸収層（３）が含む導電型決定不純物が、Ｂ（ホウ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、およびＴｉ（チタン）からなる群から選択される１以上を含む、請求項３に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項５】
前記レーザ光吸収層（３）が、ＳＩＭＳによる元素の定量で、導電型不純物としてホウ素原子（Ｂ）を１０１６〜１０２１ｃｍ−３もしくはリン原子（Ｐ）を１０１６〜１０２１ｃｍ−３含んでいる請求項３または４に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項６】
前記レーザ光吸収層（３）の導電率が１０２〜１０−６Ｓ／ｃｍである請求項１〜５のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項７】
前記第３種分割線溝（Ｄ２）に代えて第３種接続孔（Ｄ２０）を備えて、当該第３種接続孔（Ｄ２０）の基板に鉛直な方向から見た形状が、円、楕円、三角形、四角形、多角形、不定形、１以上の溝形状、交差する複数の溝形状、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される１以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項８】
前記第５種分割線溝（Ｄ４）と前記第６種分割線溝（Ｄ５）とが接続しており、
第６種分割線溝（Ｄ５）は第５種分割線溝（Ｄ４）よりも溝の幅が狭くかつ第５種分割線溝（Ｄ４）の内側に形成されているか、
または、
第５種分割線溝（Ｄ４）は第６種分割線溝（Ｄ５）よりも溝の幅が狭くかつ、第６種分割線溝（Ｄ５）の内側に形成されている
ことを特徴とする、請求項２に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項９】
前記受光面透明電極層（６）上にグリッド金属電極配線（７）をさらに含み、前記第４種分割線溝（Ｄ３）は前記グリッド金属電極配線（７）をも貫通していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置を製造するための方法であって、
前記分割線溝および接続孔のすべてが前記透光性基板側からレーザビームを照射することによって形成されることを特徴とする、集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１１】
前記透光性基板（１）が、前記裏面透明導電層（２）よりも鉛直上方に位置した状態で、すべての分割線溝および接続孔が形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２種分割線溝（Ｄ１）が、波長およびパワー密度の少なくともいずれか一方が異なる２種類のレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第５種分割線溝（Ｄ４）が、前記第６種分割線溝（Ｄ５）を形成するレーザビームとは、波長およびパワー密度の少なくともいずれか一方が異なるレーザビームにより形成されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１４】
前記裏面透明導電層（２）を貫通しない分割線溝が、裏面透明導電層（２）を透過するレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１５】
前記レーザ光吸収層（３）がシリコンまたはゲルマニウムを主要元素とする半導体からなり、かつ、前記裏面透明導電層（２）を透過するレーザビームがＹＡＧレーザの第２高調波のビームであることを特徴とする、請求項１４に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１６】
前記裏面透明導電層（２）を貫通する分割線溝が、裏面透明導電層（２）に吸収されるレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１７】
前記裏面透明導電層（６）は透明導電性酸化物を含み、前記第２種分割線溝はＹＡＧレーザの基本波のビームを用いて形成されることを特徴とする請求項１６に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１８】
前記裏面透明導電層（２）を貫通する分割線溝と、前記裏面透明導電層（２）を貫通しない分割線溝とが、同一波長のレーザビームを用いて形成され、前記裏面透明導電層（２）を貫通する分割線溝を形成するためのレーザビームは、前記裏面透明導電層（２）を貫通しない分割線溝を形成するためのレーザビームよりもパワー密度が高いことを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１９】
前記半導体光電変換ユニット（５）が少なくとも１以上の結晶質シリコン系半導体光電変換ユニットを含み、その結晶質シリコン系半導体光電変換ユニットはその膜面に平行な（２２０）の優先結晶配向面を有しており、θ−２θ法によるＸ線回折測定において２θ＝４７．４°付近に現れる（２２０）回折ピークと２θ＝２８．５°付近に現れる（１１１）回折ピークの強度比が、（２２０）回折ピーク強度／（１１１）回折ピーク強度比＝２．０以上である、請求項請求項１〜９のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項２０】
前記裏面電極層（４）が凹凸構造を有しており、半導体光電変換ユニット（５）を断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像で観察した時に、裏面電極層（４）の凹部近傍を始点として、半導体光電変換ユニット（５）内を基板に対し垂直方向へ伸びている白色部（低密度部分）が、基板に平行した方向１μｍあたり平均して１個以下見られることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項２１】
前記受光面透明電極層（６）上に、さらに、充填材および封止材をさらに含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【請求項２２】
前記封止材にガラスが含まれていることを特徴とする、請求項２１に記載の集積型薄膜光電変換装置。
【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２】
【図３】
【図４】
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【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２８３１７２（Ｐ２０１０−２８３１７２Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３５５９５（Ｐ２００９−１３５５９５）
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（００００００９４１）株式会社カネカ (3,932)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（００００００９４１）株式会社カネカ (3,932)
【Ｆターム（参考）】
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