JP2002261309A

JP2002261309A - 薄膜光電変換モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP2002261309A
Application number: JP2001057057A
Authority: JP
Inventors: Tomomi Meguro; 智巳目黒; Akihiko Nakajima; 昭彦中島
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】中間反射層を有するハイブリッド型構造を採用
し且つ高い出力特性を容易に実現し得る薄膜光電変換モ
ジュールの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の方法は、透明基板上に互いに直列
接続された複数のハイブリッド型薄膜光電変換セルを形
成する薄膜光電変換モジュール１の製造方法であり、透
明基板２上に透明前面電極層３と非晶質光電変換層を備
えた薄膜光電変換ユニット４ａと中間反射層５とを順次
成膜する工程と、薄膜光電変換ユニット４ａ及び中間反
射層５を分割する分離溝２４を形成する工程と、中間反
射層５側の面をエッチングすることにより分離溝２４の
側壁に付着した導電性微粒子を溶解除去するのとともに
中間反射層５の表面を凹凸加工して表面テクスチャ構造
を形成する工程と、そのエッチング後に中間反射層５上
に結晶質光電変換層を備えた薄膜光電変換ユニット４ｂ
及び金属裏面電極層６を順次成膜する工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜光電変換モジ
ュールの製造方法に係り、特には、ハイブリッド型構造
を採用し且つ中間反射層を有する薄膜光電変換モジュー
ルの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、薄膜光電変換モジュールは、複数
の薄膜光電変換セルをガラス基板上で相互に直列接続し
た構造を有している。それぞれの薄膜光電変換セルは、
一般的には、ガラス基板上への前面透明電極層、薄膜光
電変換ユニット、及び金属裏面電極層の成膜とパターニ
ングとを順次行うことにより形成されている。

【０００３】このような薄膜光電変換モジュールには、
光電変換効率を向上させることが求められている。タン
デム型構造は、前面透明電極層と金属裏面電極層との間
に吸収波長域が互いに異なる複数の薄膜光電変換ユニッ
トを積層するものであり、入射光をより有効に利用可能
とする構造として知られている。

【０００４】タンデム型構造の１種であるハイブリッド
型構造では、それら薄膜光電変換ユニット間で、薄膜光
電変換ユニットの主要部である光電変換層の結晶性が異
なっている。例えば、ハイブリッド型構造の薄膜光電変
換モジュールにおいては、光入射側（または前面側）の
薄膜光電変換ユニットの光電変換層としてより広いバン
ドギャップを有する非晶質シリコン層が使用され、裏面
側の薄膜光電変換ユニットの光電変換層としてより狭い
バンドギャップを有するポリシリコン層が使用される。

【０００５】ところで、タンデム型の薄膜光電変換モジ
ュールでは、積層された複数の薄膜光電変換ユニットの
間に光透過性及び光反射性の双方を有し且つ導電性の中
間反射層を介在させることがある。この中間反射層を設
けた場合、前面側の光電変換層に入射した光を中間反射
層で反射させることができるため、前面側の光電変換層
の実効的な膜厚を増大させること、換言すれば、前面側
の薄膜光電変換ユニットの出力電流密度を増大させるこ
とができる。

【０００６】したがって、上述したハイブリッド型の薄
膜光電変換モジュールで中間反射層を用いた場合、膜厚
の増加に応じて光劣化が顕著となる非晶質シリコン層を
十分に薄く形成しつつ、非晶質シリコン層を有する薄膜
光電変換ユニットとポリシリコン層を有する薄膜光電変
換ユニットとの間で出力電流密度をバランスさせること
ができる。すなわち、モジュールの出力特性を向上させ
ることが可能であると考えられる。

【０００７】しかしながら、中間反射層を有するハイブ
リッド型の薄膜光電変換モジュールでは、以下に説明す
るように必ずしも期待されるほどの出力特性が実現され
ている訳ではない。

【０００８】タンデム型の薄膜光電変換モジュールにお
いて、ある薄膜光電変換セルの金属裏面電極層とそれに
隣接する薄膜光電変換セルの透明前面電極層との電気的
接続は、複数の薄膜光電変換ユニット及びそれらの間に
介在する中間反射層を貫通する接続溝を設け、この接続
溝に金属裏面電極層を構成する材料で埋め込むことによ
って実現されている。すなわち、接続溝を埋め込む金属
と中間反射層とは接触することとなる。

【０００９】この中間反射層は上述のように導電性を有
しており、したがって、電極層の役割も果たしている。
また、タンデム型構造において、単一の薄膜光電変換セ
ルを構成する複数の薄膜光電変換ユニットは互いに直列
接続されているとみなすことができる。そのため、上記
の構造では、金属裏面電極層と中間反射層との間に介在
する薄膜光電変換ユニットで生じた電力を有効に取り出
すことができない。

【００１０】このような問題は、本出願人による特開平
９−１２９９０３号公報及び特開平９−１２９９０６号
公報に開示されるように、中間反射層を分離溝で分割し
て、その発電に寄与する部分を接続溝を埋め込む金属か
ら電気的に絶縁することにより回避可能であると考えら
れる。実際、タンデム型構造を形成する一対の薄膜光電
変換ユニットの光電変換層としてそれぞれ非晶質半導体
層を用いた場合には、そのような分離溝を設けることに
より、中間反射層の発電に寄与する部分から接続溝内を
埋め込む金属を介して電流がリークする（所謂、サイド
リーク）のを防止可能であることが確認されている。し
たがって、中間反射層を有するハイブリッド型のモジュ
ールにおいても、上述した手法を採用することにより、
サイドリークが防止され、十分な出力特性を実現可能と
なることが期待される。

【００１１】しかしながら、ハイブリッド型のモジュー
ルでは、中間反射層に上述した分離溝を形成しても、必
ずしも期待されるほどの出力特性が実現される訳ではな
いことが判明した。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたものであり、中間反射層を有するハイ
ブリッド型構造を採用し且つ高い出力特性を容易に実現
し得る薄膜光電変換モジュールの製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するに当
たり、本発明者らは、まず、中間反射層に上記の分離溝
を設けた場合に得られる効果が、それぞれの薄膜光電変
換ユニットに非晶質光電変換層を用いたタンデム型構造
とハイブリッド型構造との間で大きく異なる理由につい
て詳細に調べた。その結果、以下の事実が主な理由であ
ることが判明した。

【００１４】通常、サイドリークを防止するための分離
溝は、中間反射層だけでなく、中間反射層と透明前面電
極層との間に介在する薄膜光電変換ユニットをも分割す
るように設けられる。これは、中間反射層の分割は、ガ
ラス基板側からレーザビームを照射して下地層である薄
膜光電変換ユニットを溶断または昇華させることによ
り、光エネルギーを熱及び／または運動エネルギーに変
換し、このエネルギーを用いて中間反射層のレーザビー
ム照射部に対応する部分を除去するという間接的な方法
によって行われるためである。

【００１５】このような方法で分離溝を形成した場合、
中間反射層の分割に伴って導電性微粒子が発生し、これ
ら導電性微粒子の一部は上記分離溝の側壁及び底面に付
着する。上記分離溝の側壁及び底面の導電性微粒子は一
般には比較的低い密度で分布しているため、この分離溝
を埋め込む材料の導電性が十分に低ければ、各導電性微
粒子同士は電気的に絶縁される。すなわち、上記分離溝
の側壁及び底面に付着した導電性微粒子が導電パスを形
成することはない。この分離溝を比較的導電性の低い非
晶質材料で埋め込むタンデム型構造では、このような理
由でサイドリークが防止される。

【００１６】それに対し、ハイブリッド型構造では、上
記分離溝は比較的導電性の高い結晶質材料で埋め込まれ
るため、分離溝の側壁及び底面に付着した各導電性微粒
子間の絶縁性が不十分となる。そのため、ハイブリッド
型構造では、中間反射層から上記分離溝の側壁等を介し
て透明前面電極層などに至る導電パスが形成され、サイ
ドリークが生じるのである。

【００１７】本発明者らは、上記の知見に基づき、上述
した分離溝の側壁及び底面に付着した導電性微粒子を除
去すればサイドリークを防止可能となると考えて鋭意研
究を重ねた結果、導電性微粒子の除去にエッチングを利
用した場合、分離溝の側壁及び底面から容易且つ確実に
導電性微粒子を除去するのと同時に、中間反射層の表面
に凹凸加工を施して表面テクスチャ構造を形成すること
ができ、したがって、高い出力特性を容易に実現するこ
とが可能となることを見出した。

【００１８】すなわち、本発明によると、透明基板の一
方の主面上に、透明前面電極層、非晶質光電変換層を備
えた第１の薄膜光電変換ユニット、導電性を有するのと
ともに光透過性及び光反射性の双方を有する中間反射
層、結晶質光電変換層を備えた第２の薄膜光電変換ユニ
ット、及び金属裏面電極層を順次積層してなる積層構造
を有し、前記積層構造は互いに直列接続された複数のハ
イブリッド型薄膜光電変換セルを構成する薄膜光電変換
モジュールの製造方法であって、前記透明基板の一方の
主面上に、前記透明前面電極層、前記第１の薄膜光電変
換ユニット、及び前記中間反射層を順次成膜する工程
と、前記第１の薄膜光電変換ユニット及び前記中間反射
層を分割する分離溝を形成する工程と、前記中間反射層
側の面をエッチングすることにより、前記分離溝の形成
に伴って生じ且つ前記分離溝の側壁に付着した導電性微
粒子を溶解除去するのとともに前記中間反射層の表面を
凹凸加工して表面テクスチャ構造を形成する工程と、前
記エッチング後に、前記中間反射層上に前記第２の薄膜
光電変換ユニット及び前記金属裏面電極層を順次成膜す
る工程とを含むことを特徴とする薄膜光電変換モジュー
ルの製造方法が提供される。

【００１９】なお、ここで使用する用語「結晶質」は、
多結晶及び微結晶を包含する。また、用語「多結晶」及
び「微結晶」は、部分的に非晶質を含むものをも意味す
るものとする。

【００２０】本発明において、中間反射層としては、例
えば、１．０×１０^-3Ωｃｍ〜１．０×１０^-2Ωｃｍの
比抵抗を有する薄膜、特には実質的にＺｎＯなどのよう
な透明導電性酸化物からなる薄膜を用いることができ
る。また、本発明においては、上記エッチングに、例え
ばｐＨ４〜１０のエッチング液を使用することができ
る。さらに、本発明においては、非晶質光電変換層とし
て非晶質シリコン層などを用いることができ、結晶質光
電変換層としてはポリシリコン層などを用いることがで
きる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
しながらより詳細に説明する。なお、各図において同様
の部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略
する。

【００２２】図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜光
電変換モジュールを概略的に示す平面図である。図１に
示す薄膜光電変換モジュール１は、透明基板２上に複数
の薄膜光電変換セル１０を集積した構造を有している。
これら薄膜光電変換セル１０は帯状の形状を有してお
り、互いに直列接続されて直列アレイ１１を構成してい
る。なお、この直列アレイ１１の両端には、リボン状の
銅箔等からなる一対の電極バスバー１２が取り付けられ
ている。

【００２３】図１に示すモジュール１について、図２を
参照しながら、さらに詳しく説明する。図２は、図１に
示す薄膜光電変換モジュール１のＡ−Ａ線に沿った断面
図である。なお、図２には、モジュール１の一部のみが
描かれている。

【００２４】図２に示すように、モジュール１の薄膜光
電変換セル１０は、透明基板２上に、透明前面電極層
３、非晶質光電変換層を備えた第１の薄膜光電変換ユニ
ット４ａ、中間反射層５、結晶質光電変換層を備えた第
２の薄膜光電変換ユニット４ｂ、及び金属裏面電極層６
を順次積層した構造を有している。すなわち、このモジ
ュール１は、透明基板２側から入射する光を、ハイブリ
ッド型構造を形成する光電変換ユニット４ａ，４ｂによ
って光電変換するものである。

【００２５】本実施形態において、薄膜光電変換モジュ
ール１には、上記薄膜を分割する第１〜第３の分離溝２
１，２２，２４と接続溝２３とが設けられている。これ
ら第１〜第３の分離溝２１，２２，２４及び接続溝２３
は、互いに平行であって、紙面に対して垂直な方向に延
在している。なお、隣り合うセル１０間の境界は、第１
及び第２の分離溝２１，２２によって規定されている。

【００２６】第１の分離溝２１は、透明前面電極層３を
それぞれのセル１０に対応して分割しており、透明前面
電極層３と薄膜光電変換ユニット４ａとの界面に開口を
有し且つ基板２の表面を底面としている。この第１の分
離溝２１は、薄膜光電変換ユニット４ａを構成する非晶
質によって埋め込まれており、隣り合う透明前面電極層
３同士を電気的に絶縁している。

【００２７】第２の分離溝２２は、第１の分離溝２１か
ら離れた位置に設けられている。第２の分離溝２２は、
薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ、中間反射層５、及び
金属裏面電極層６をそれぞれのセル１０に対応して分割
しており、金属裏面電極層６の露出面に開口を有し且つ
透明前面電極層３の表面を底面としている。この第２の
分離溝２２は、隣り合うセル１０間で金属裏面電極層６
同士を及び中間反射層５同士を電気的に絶縁している。

【００２８】接続溝２３は、第１の分離溝２１と第２の
分離溝２２との間に設けられている。接続溝２３は、薄
膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ及び中間反射層５を分割
しており、薄膜光電変換ユニット４ｂと金属裏面電極層
６との界面に開口を有し且つ透明前面電極層３の表面を
底面としている。この接続溝２３は、金属裏面電極層６
を構成する金属材料で埋め込まれており、隣り合うセル
１０の一方の金属裏面電極層６と他方の透明前面電極層
３とを電気的に接続している。すなわち、接続溝２３及
びそれを埋め込む金属材料は、基板２上に並置されたセ
ル１０同士を直列接続する役割を担っている。

【００２９】第３の分離溝２４は、第１の分離溝２１と
接続溝２３との間に設けられている。第３の分離溝２４
は、薄膜光電変換ユニット４ａ及び中間反射層５を分割
しており、中間反射層５と薄膜光電変換ユニット４ｂと
の界面に開口を有し且つ透明前面電極層３の表面を底面
としている。この第３の分離溝２４は、薄膜光電変換ユ
ニット４ｂを構成する結晶質で埋め込まれており、中間
反射層５のセル１０内に位置する部分を接続溝２３を埋
め込む金属材料から電気的に絶縁している。

【００３０】なお、第３の分離溝２４は、第１の分離溝
２１が第３の分離溝２４と接続溝２３との間に位置する
ように設けられてもよい。但し、図２に示すように、第
３の分離溝を第１の分離溝２１と接続溝２３との間に設
けたほうが、発電に有効な面積を広くすることが容易で
ある。また、第３の分離溝２４は、第１の分離溝２１と
重なるように設けられてもよい。

【００３１】さて、本発明の一実施形態では、上述した
モジュール１を、以下に説明する方法により製造する。
まず、ガラス板や透明樹脂フィルムなどのような透明基
板２の一方の主面上に、透明前面電極層３を連続膜とし
て成膜する。透明前面電極層３は、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ₂
膜、或いはＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物層等で構
成することができる。透明前面電極層３は単層構造でも
多層構造であってもよい。透明前面電極層３は、蒸着
法、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等それ自体既知
の気相堆積法を用いて形成することができる。

【００３２】透明前面電極層３の表面には、微細な凹凸
を含む表面テクスチャ構造を形成することが好ましい。
透明前面電極層３の表面にこのようなテクスチャ構造を
形成することにより、光電変換ユニット４への光の入射
効率を向上させることができる。表面テクスチャ構造を
形成する方法に特に制限はなく、公知の様々な方法を用
いることができる。

【００３３】次に、連続膜として形成した透明前面電極
層３にＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブによっ
て第１の分離溝２１を形成し、透明前面電極層３を各セ
ル１０に対応して分割する。このレーザスクライブは、
例えば、ＹＡＧＩＲパルスレーザを用い、膜面側から
レーザスキャンすることにより行うことができる。な
お、透明前面電極層３のレーザスクライブに伴って生じ
る導電性の微細粉は、超音波洗浄などによって必要に応
じて除去する。

【００３４】次いで、透明前面電極層３上に薄膜光電変
換ユニット４ａを連続膜として成膜する。この薄膜光電
変換ユニット４ａの成膜に伴い、透明前面電極層３に形
成した第１の分離溝２１は、薄膜光電変換ユニット４ａ
を構成する非晶質材料で埋め込まれる。

【００３５】薄膜光電変換ユニット４ａは非晶質光電変
換層を備えており、例えば、透明前面電極層３側からｐ
型シリコン系半導体層、シリコン系光電変換層、及びｎ
型シリコン系半導体層を順次積層した構造を有する。こ
れらｐ型半導体層、非晶質光電変換層、及びｎ型半導体
層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することがで
きる。

【００３６】薄膜光電変換ユニット４ａを構成するｐ型
半導体層は、例えば、シリコンまたはシリコンカーバイ
ドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、ボロン
やアルミニウム等のｐ導電型決定不純物原子をドープす
ることにより形成することができる。また、非晶質光電
変換層は、非晶質シリコン系半導体材料及び結晶質シリ
コン系半導体材料でそれぞれ形成することができ、その
ような材料としては、真性半導体のシリコン（水素化シ
リコン等）やシリコンカーバイド及びシリコンゲルマニ
ウム等のシリコン合金等を挙げることができる。また、
光電変換機能を十分に備えていれば、微量の導電型決定
不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型のシリコン系半導体
材料も用いられ得る。さらに、ｎ型半導体層は、シリコ
ンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等
のシリコン合金に、燐や窒素等のｎ導電型決定不純物原
子をドープすることにより形成することができる。

【００３７】薄膜光電変換ユニット４ａの厚さは、０．
０１μｍ〜０．５μｍの範囲内にあることが好ましく、
０．１μｍ〜０．３μｍの範囲内にあることがより好ま
しい。本実施形態に係るモジュール１では、外部から薄
膜光電変換ユニット４ａに入射した光を中間反射層５で
反射させることができるため、薄膜光電変換ユニット４
ａの実効的な膜厚を増大させることができる。したがっ
て、光劣化を抑制するために薄膜光電変換ユニット４ａ
の膜厚を薄くしたとしても、十分に高い出力電流密度を
維持することができる。

【００３８】続いて、薄膜光電変換ユニット４ａ上に中
間反射層５を連続膜として成膜する。中間反射層５は、
ＺｎＯ膜、ＳｉＯ₂膜、ＳｎＯ₂膜、ＩｎＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ
₃膜、Ｙ₂Ｏ₃膜、及びＴｉＯ₂膜のような透明酸化物層等
で構成することができ、好ましくはＺｎＯ膜のような透
明導電性酸化物層で構成される。中間反射層５は、蒸着
法、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等それ自体既知
の気相堆積法を用いて形成することができる。なお、中
間反射層５の比抵抗は、不純物をドープすることや酸化
度を変化させることなどによって調節可能であり、好ま
しくは、１．０×１０^-3Ωｃｍ〜１．０×１０^-2Ωｃｍ
の範囲内にある。

【００３９】中間反射層５の厚さは、１０ｎｍ〜１００
ｎｍの範囲内にあることが好ましく、２０ｎｍ〜７０ｎ
ｍの範囲内にあることがより好ましい。これは、中間反
射層５が過剰に薄い場合には十分な光反射性が得られ
ず、過剰に厚い場合には十分な光透過性が得られないこ
とがあるためである。

【００４０】以上のようにして薄膜光電変換ユニット４
ａ及び中間反射層５をそれぞれ連続膜として形成した
後、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブにより光
電変換ユニット４ａ及び中間反射層５に第３の分離溝２
４を形成する。このレーザスクライブは、例えば、ＹＡ
ＧＳＨＧパルスレーザを用い、透明基板２側からレー
ザスキャンすることにより行うことができる。

【００４１】これら薄膜光電変換ユニット４ａ及び中間
反射層５のレーザスクライブに伴い、第３の分離溝２４
の側壁及び底面には導電性微粒子が付着する。本実施形
態においては、これら導電性微粒子をエッチングにより
除去する。

【００４２】図３（ａ），（ｂ）は、それぞれ、エッチ
ング前後の第３の分離溝２４及び中間反射層５を概略的
に示す断面図である。図３（ａ）に示すように、第３の
分離溝２４の形成直後においては、第３の分離溝２４の
側壁及び底面に導電性微粒子３０が付着している。この
状態で第２の薄膜光電変換ユニット４ｂを成膜した場
合、第３の分離溝２４は結晶質材料で埋め込まれるた
め、導電性微粒子３０間の絶縁性が不完全となる。その
結果、図中、左側の中間反射層、若しくは、従って形成
される薄膜光電変換ユニットのｐ層やｉ層から第３の分
離溝２４の左側側壁を経由して右側の透明前面電極層３
に至る導電パスが形成される。そのような場合、当然、
第２の薄膜光電変換ユニット４ｂで生じた電力を効果的
に取り出すことができない。

【００４３】それに対し、本実施形態では、第２の薄膜
光電変換ユニット４ｂの成膜前に、中間反射層５が設け
られた面をエッチングするため、図３（ｂ）に示すよう
に、導電性微粒子３０は第３の分離溝２４の側壁及び底
面から除去される。したがって、本実施形態によると、
上記の導電パスが形成されることがなく、第２の薄膜光
電変換ユニット４ｂで生じた電力を効果的に取り出すこ
とができる。

【００４４】また、このようなエッチングを行った場
合、図３（ｂ）に示すように、中間反射層５の表面に凹
凸加工を施して、所謂「表面テクスチャ構造」を形成す
ることができる。この表面テクスチャ構造は、それぞれ
基板面に対して鋭角を為して配列した多数の反射面を、
中間反射層５と薄膜光電変換ユニット４ｂとの界面に提
供しており、それにより、薄膜光電変換ユニット４ｂに
入射した光を効果的に閉じ込めることを可能とするもの
である。したがって、本実施形態によると、第２の薄膜
光電変換ユニット４ｂの出力特性を向上させることがで
きる。

【００４５】上述したエッチングには、ｐＨ４〜１０の
エッチング液を使用することが好ましい。ｐＨが４未満
である場合やｐＨが１０を超える場合、中間反射層５の
エッチングが過剰に速い速度で進行するため、中間反射
層５の膜厚の制御等が困難となることがある。

【００４６】このエッチング液としては、例えば、塩
酸、硝酸、及び硫酸のような酸や、ＮａＯＨ溶液のよう
なアルカリを使用することができる。また、水も空気中
の二酸化炭素と結合して炭酸を形成するので使用可能で
ある。

【００４７】中間反射層５が設けられた面のエッチング
は、上記のエッチング液を用い、超音波振動を加えつつ
行うことが好ましい。この場合、通常、数秒〜数十秒の
エッチング時間で導電性微粒子３０の除去及び表面テク
スチャ構造の形成を行うことができる。

【００４８】上述したエッチングを完了した後、中間反
射層５が設けられた面を乾燥させ、続いて、中間反射層
５上に薄膜光電変換ユニット４ｂを連続膜として成膜す
る。この薄膜光電変換ユニット４ｂの成膜に伴い、第３
の分離溝２４は、薄膜光電変換ユニット４ｂを構成する
結晶質材料で埋め込まれる。

【００４９】薄膜光電変換ユニット４ｂは結晶質光電変
換層を備えており、例えば、中間反射層５側からｐ型シ
リコン系半導体層、シリコン系光電変換層、及びｎ型シ
リコン系半導体層を順次積層した構造を有する。これら
ｐ型半導体層、結晶質光電変換層、及びｎ型半導体層は
いずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができ
る。

【００５０】薄膜光電変換ユニット４ｂの厚さは、０．
１μｍ〜１０μｍの範囲内にあることが好ましく、０．
１μｍ〜５μｍの範囲内にあることがより好ましい。す
なわち、薄膜光電変換ユニット４ｂの厚さは、薄膜光電
変換ユニット４ａの厚さの数倍から１０倍程度であるこ
とが好ましい。これは、非晶質光電変換層に比べ、結晶
質光電変換層は光吸収係数が小さいためである。

【００５１】なお、薄膜光電変換ユニット４ａと薄膜光
電変換ユニット４ｂとでは互いに吸収波長域が異なって
いる。例えば、薄膜光電変換ユニット４ａの薄膜光電変
換層を非晶質シリコンで構成し、薄膜光電変換ユニット
４ｂの薄膜光電変換層を結晶質シリコンで構成した場合
には、前者に５５０ｎｍ程度の光成分を最も効率的に吸
収させ、後者に９００ｎｍ程度の光成分を最も効率的に
吸収させることができる。

【００５２】その後、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ
及び中間反射層５に、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザス
クライブによって接続溝２３を形成する。このレーザス
クライブは、例えば、ＹＡＧＩＲパルスレーザを用
い、透明基板２側からレーザスキャンすることにより行
うことができる。

【００５３】次に、光電変換ユニット４ｂ上に金属裏面
電極層６を形成する。この金属裏面電極層６の形成に伴
い、接続溝２３は金属材料で埋め込まれ、接続溝２３を
埋め込む金属材料を介して金属裏面電極層６と透明前面
電極層３とが電気的に接続される。

【００５４】金属裏面電極層６は電極としての機能を有
するだけでなく、透明基板２から光電変換ユニット４
ａ，４ｂに入射し裏面電極層６に到達した光を反射して
光電変換ユニット４ａ，４ｂ内に再入射させる反射層と
しての機能も有している。金属裏面電極層６は、銀やア
ルミニウム等を用いて、蒸着法やスパッタリング法等に
より、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の厚さに形成
することができる。また、金属裏面電極層６と光電変換
ユニット４ｂとの間には、例えば両者の間の接着性を向
上させるために、ＺｎＯのような非金属材料からなる透
明導電性薄膜（図示せず）を設けることができる。

【００５５】次いで、薄膜光電変換ユニット４ａ，４
ｂ、中間反射層５、及び金属裏面電極層６に、ＹＡＧレ
ーザ等を用いたレーザスクライブによって第２の分離溝
２２を形成する。このレーザスクライブは、例えば、Ｙ
ＡＧＩＲパルスレーザを用い、透明基板２側からレー
ザスキャンすることにより行うことができる。

【００５６】この第２の分離溝２２を形成した後に、第
３の分離溝２４に関して上述したエッチングを行うこと
が好ましい。第２の分離溝２２を形成すると、その内壁
及び底面には、第３の分離溝２４に関して説明したのと
同様に導電性微粒子が付着する。第３の分離溝２４とは
異なり、第２の分離溝２２は導電性の高い材料で埋め込
まれることはないため、このような導電性微粒子に基づ
くサイドリークは比較的生じにくい。しかしながら、第
２の分離溝２２の形成後に上記エッチングを行った場
合、十分に高い出力特性をより確実に実現することがで
きる。

【００５７】このエッチングを終えた後、乾燥処理を行
う。さらに、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブ
によって発電領域を確定し、セル１０が形成する列の両
端部に一対の電極バスバー１２を設ける。以上のように
して、図１及び図２に示す構造を得る。

【００５８】なお、以上の方法によって作製したモジュ
ール１には、通常、その裏面側に封止樹脂層（図示せ
ず）を介して有機保護フィルム（図示せず）を設ける。
この封止樹脂層は、透明基板２上に形成された各薄膜光
電変換セル１０を封止するものであり、有機保護フィル
ムをこれらセル１０に接着することが可能な樹脂が用い
られる。そのような樹脂としては、例えば、ＥＶＡ（エ
チレン・ビニルアセテート共重合体）等を用いることが
できる。また、有機保護フィルムとしては、ポリフッ化
ビニルフィルム（例えば、テドラーフィルム（登録商標
名））等が用いられる。これら封止樹脂／有機保護フィ
ルムは、真空ラミネート法により薄膜光電変換モジュー
ル１の裏面側に同時に貼着することができる。

【００５９】以上説明したように、本実施形態に係る方
法によると、エッチングという極めて簡便な方法で、分
離溝２４の側壁及び底面から容易且つ確実に導電性微粒
子３０を除去することができるのに加え、中間反射層５
の表面に凹凸加工を施して表面テクスチャ構造を形成す
ることができる。したがって、本実施形態によると、高
い出力特性を容易に実現することが可能となる。

【００６０】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。

【００６１】（実施例１）以下に示す方法により、図１
及び図２に示す薄膜光電変換モジュール１を作製した。
まず、一方の主面にＳｎＯ₂膜３を有する１２７ｍｍ×
１２７ｍｍのガラス基板を準備した。次に、ＹＡＧＩ
Ｒパルスレーザを用いて基板２の一辺に平行にレーザス
キャンすることによりＳｎＯ₂膜３をスクライブして、
ＳｎＯ₂膜３を複数の帯状パターンへと分割する幅４０
μｍの分離溝２１を形成した。

【００６２】その後、超音波洗浄及び乾燥を行い、さら
に、プラズマＣＶＤ法により、ＳｎＯ₂膜３上に厚さ２
５０ｎｍの薄膜光電変換ユニット４ａを成膜した。な
お、この光電変換ユニット４ａは、光電変換層としてノ
ンドープの非晶質シリコン層を有しており、ｐ−ｉ−ｎ
接合を形成している。続いて、スパッタリング法によ
り、薄膜光電変換ユニット４ａ上に厚さ３０ｎｍのＺｎ
Ｏ層５を成膜した。

【００６３】次に、ＹＡＧＳＨＧパルスレーザを用
い、基板２側からその一辺に平行にレーザスキャンする
ことにより、これら薄膜光電変換ユニット４ａ及びＺｎ
Ｏ膜５のスクライブを行い、それらを複数の帯状パター
ンへと分割する幅６０μｍの分離溝２４を形成した。な
お、分離溝２１と分離溝２４との中心間距離は１００μ
ｍとした。

【００６４】続いて、ＺｎＯ膜５側の面を、０．１％の
ＨＮＯ₃水溶液（ｐＨ４）をエッチング液として用い、
超音波振動を加えつつエッチングした。これにより、分
離溝２４の側壁及び底面に付着した導電性微粒子を溶解
除去するのとともに、ＺｎＯ膜５の表面を凹凸加工して
表面テクスチャ構造を形成した。

【００６５】乾燥後、プラズマＣＶＤ法により、ＺｎＯ
層５上に厚さ３．０μｍの薄膜光電変換ユニット４ｂを
成膜した。なお、この光電変換ユニット４ｂは、光電変
換層としてノンドープの多結晶シリコン層を有してい
る。

【００６６】続いて、ＹＡＧＳＨＧパルスレーザを用
い、基板２側からその一辺に平行にレーザスキャンする
ことにより、これら薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ及
びＺｎＯ膜５のスクライブを行い、それらを複数の帯状
パターンへと分割する幅６０μｍの接続溝２３を形成し
た。なお、接続溝２３と分離溝２４との中心間距離は１
００μｍとした。

【００６７】その後、薄膜光電変換ユニット４ｂ上に、
スパッタリング法により、ＺｎＯ膜（図示せず）及びＡ
ｇ膜６を順次成膜して裏面電極層を形成した。次いで、
ＹＡＧＳＨＧパルスレーザを用い、基板２側からその
一辺に平行にレーザスキャンすることにより、薄膜光電
変換ユニット４ａ，４ｂ、ＺｎＯ膜５、及び裏面電極層
を複数の帯状パターンへと分割する幅６０μｍの分離溝
２２を形成した。なお、分離溝２２と接続溝２３との中
心間距離は１００μｍとした。

【００６８】続いて、裏面電極層側の面を、０．１％の
ＨＮＯ₃水溶液（ｐＨ４）をエッチング液として用い、
超音波振動を加えつつエッチングした。これにより、分
離溝２２の側壁及び底面に付着した導電性微粒子を除去
した。

【００６９】乾燥後、ＹＡＧＩＲパルスレーザを用い
て基板２の周囲に沿ってレーザスキャンすることによ
り、ＳｎＯ₂膜３、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ、
ＺｎＯ膜５、及び裏面電極層に溝を形成して発電領域を
確定した。以上のようにして、それぞれ１００ｍｍ×１
００ｍｍのサイズを有し且つ互いに直列接続された１１
段の薄膜光電変換セル１０を形成した。さらに、セル１
０が形成する直列アレイ１１の両端部に一対の電極バス
バー１２を設けることにより、図１及び図２に示すモジ
ュール１を得た。

【００７０】次に、上述した方法で作製したモジュール
１について、測定温度を２５℃として、光源としてＡＭ
１．５のスペクトルを有する放射照度１００ｍＷ／ｃｍ
²のソーラーシュミレータにより出力特性を調べた。そ
の結果、モジュール１の各セル１０の開放電圧Ｖ_ocは
１．３５０Ｖであり、短絡電流密度Ｊ_scは１２．３ｍＡ
／ｃｍ²であり、フィルファクタＦ．Ｆ．は６５．５％
であり、発電効率Ｅｆｆ．は１０．９％であった。

【００７１】（実施例２）分離溝２２，２４の形成後に
行うエッチングに、エッチング液として０．１％のＮａ
ＯＨ水溶液（ｐＨ１０）を使用したこと以外は実施例１
で説明したのと同様の方法により、図１及び図３に示す
薄膜光電変換モジュール１を作製した。

【００７２】次に、このモジュール１についても、実施
例１で説明したのと同条件下で出力特性を調べた。その
結果、このモジュール１の各セル１０の開放電圧Ｖ_ocは
１．３６６Ｖであり、短絡電流密度Ｊ_scは１２．１ｍＡ
／ｃｍ²であり、フィルファクタＦ．Ｆ．は６６．５％
であり、発電効率Ｅｆｆ．は１１．０％であった。

【００７３】（比較例）分離溝２２，２４の形成後にエ
ッチングを行わなかったこと以外は実施例１で説明した
のと同様の方法により、図１及び図２に示す薄膜光電変
換モジュール１を作製した。

【００７４】次に、このモジュール１についても、実施
例１で説明したのと同条件下で出力特性を調べた。その
結果、このモジュール１の各セル１０の開放電圧Ｖ_ocは
１．３５１Ｖであり、短絡電流密度Ｊ_scは１２．０ｍＡ
／ｃｍ²であり、フィルファクタＦ．Ｆ．は６３．８％
であり、発電効率Ｅｆｆ．は１０．３％であった。

【００７５】以上の結果から、上記エッチングを行うこ
とにより、短絡電流密度Ｊ_sc及びフィルファクタＦ．
Ｆ．が高められ、発電効率Ｅｆｆ．が向上することが確
認された。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、中間反射層から各セルを直列接続する接続部へのサ
イドリークを防止する分離溝を形成した後に、中間反射
層が設けられた面はエッチング処理を施される。そのた
め、その分離溝の側壁及び底面に付着した導電性微粒子
を溶解除去するのとともに、中間反射層の表面に凹凸加
工を施して表面テクスチャ構造を形成することができ
る。したがって、本発明によると、上記分離溝の側壁を
経由する導電パスが形成されるのが防止されるのに加
え、結晶質光電変換層を有する薄膜光電変換ユニットに
入射した光を効果的に閉じ込めることが可能となる。す
なわち、本発明によると、中間反射層を有するハイブリ
ッド型構造を採用し且つ高い出力特性を容易に実現し得
る薄膜光電変換モジュールの製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る薄膜光電変換モ
ジュールを概略的に示す平面図。

【図２】図１に示す薄膜光電変換モジュールのＡ−Ａ線
に沿った断面図。

【図３】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、エッチング前後
の第３の分離溝及び中間反射層を概略的に示す断面図。

【符号の説明】

１…薄膜光電変換モジュール２…透明基板３…透明前面電極層４ａ，４ｂ…薄膜光電変換ユニット５…中間反射層６…金属裏面電極層１０…薄膜光電変換セル１１…直列アレイ１２…電極バスバー２１，２２，２４…分離溝２３…接続溝３０…導電性微粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F051 AA03 AA04 AA05 CA15 CB12 CB15 CB21 DA04 DA16 DA18 EA09 EA10 EA11 EA16 FA02 FA03 FA04 FA19 GA03 GA05 JA04 JA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板の一方の主面上に、透明前面電
極層、非晶質光電変換層を備えた第１の薄膜光電変換ユ
ニット、導電性を有するのとともに光透過性及び光反射
性の双方を有する中間反射層、結晶質光電変換層を備え
た第２の薄膜光電変換ユニット、及び金属裏面電極層を
順次積層してなる積層構造を有し、前記積層構造は互い
に直列接続された複数のハイブリッド型薄膜光電変換セ
ルを構成する薄膜光電変換モジュールの製造方法であっ
て、前記透明基板の一方の主面上に、前記透明前面電極層、
前記第１の薄膜光電変換ユニット、及び前記中間反射層
を順次成膜する工程と、前記第１の薄膜光電変換ユニット及び前記中間反射層を
分割する分離溝を形成する工程と、前記中間反射層側の面をエッチングすることにより、前
記分離溝の形成に伴って生じ且つ前記分離溝の側壁に付
着した導電性微粒子を溶解除去するのとともに前記中間
反射層の表面を凹凸加工して表面テクスチャ構造を形成
する工程と、前記エッチング後に、前記中間反射層上に前記第２の薄
膜光電変換ユニット及び前記金属裏面電極層を順次成膜
する工程とを含むことを特徴とする薄膜光電変換モジュ
ールの製造方法。
【請求項２】前記中間反射層としてＺｎＯ層を用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜光電変換モジュ
ールの製造方法。
【請求項３】前記エッチングにｐＨ４〜１０のエッチ
ング液を使用することを特徴とする請求項１または請求
項２に記載の薄膜光電変換モジュールの製造方法。