JP2006237100A - 光起電力装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光の閉じ込め効果を得ることができるとともに、信頼性が高く、製造が容易な光起電力装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 基板１上にＺｎＯからなるテクスチャ形成層２が形成されている。テクスチャ形成層２は上面側に凹凸形状を有する。テクスチャ形成層２上に酸化シリコンからなる金属ガス封入層３が形成され、金属ガス封入層３上に第１の電極４、光電変換層６および透光性の第２の電極７が順に形成されている。テクスチャ形成層２、金属ガス封入層３および第１の電極４は所定の間隔で分離溝Ｇ１により分離され、光電変換層６および第２の電極７は所定の間隔でそれぞれ分離溝Ｇ２，Ｇ３により分離されている。分離溝Ｇ１〜Ｇ３は、レーザパターニングにより形成され、複数の光電変換セル１０間および複数の光電変換セル１０と光起電力装置１００の外周部１００Ｒとの間を分離している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、集積型の光起電力装置およびその製造方法に関する。

光起電力装置においては、光電変換部に入射する光の閉じ込めを行うことにより、その光電変換効率を向上させることができる。そこで、従来より、光電変換部に光を閉じ込めるために、光電変換部における半導体層の接合面および光電変換部と電極との接合面に凹凸形状（テクスチャ構造）を有する光起電力装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

テクスチャ構造を有する光起電力装置においては、光の閉じ込め効果により光電変換部の光の吸収が増大し、光電変換効率が向上する。

テクスチャ構造は、例えば基板上に透明導電膜を形成し、その透明導電膜に凹凸形状を設け、透明導電膜の凹凸形状に沿うように電極および光電変換部を積層することにより形成される。

透明導電膜として、ＺｎＯ（酸化亜鉛）を用いることができる。ＺｎＯは、安価であるとともに、テクスチャ構造を形成するための加工が容易である。したがって、ＺｎＯはテクスチャ構造を形成するための材料として種々の光起電力装置に用いることができる。
特開平９−１４８５９４号公報

ところで、一枚の基板上に複数の光電変換セルを備える集積型光起電力装置がある。集積型光起電力装置の作製時においては、基板上の各光電変換セルごとに電極および光電変換部が分割される。光電変換セルごとの電極および光電変換部の分割は、例えばレーザ光を用いたパターニング（レーザパターニング）により行われる。

集積型光起電力装置に、テクスチャ構造の形成されたＺｎＯの透明導電膜が設けられる場合、その透明導電膜についてもレーザパターニングを施す必要がある。

ここで、ＺｎＯの透明導電膜に対してレーザパターニングを行う場合、ＳｎＯ₂ （酸化錫）またはＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電膜に対してレーザパターニングを行う場合に見られない現象が発生する。

図１５は、ＺｎＯの透明導電膜に対してレーザパターニングを行う際に発生する現象を説明するための図である。

図１５においては、基板９０１上に形成されたＺｎＯからなる透明導電膜９０２にレーザパターニングを施す状況が示されている。レーザパターニングの対象箇所に集光レンズ９５０により集光されたレーザ光Ｉが照射されている。

ＺｎＯからなる透明導電膜９０１のレーザパターニング時においては、初めにレーザ光Ｉのエネルギーが熱Ｈに変換される。それにより、透明導電膜９０１の内部にＺｎＯの金属蒸気または脱離ガスが発生する。

以下、透明導電膜９０１の内部に発生する金属蒸気および脱離ガスを金属ガス９１１と総称する。

レーザパターニングによる透明導電膜９０１の局所的な除去は、透明導電膜９０１内に発生する金属ガス９１１の圧力が増大し、透明導電膜９０１の表層面を突き破って噴出することにより進行すると考えられている。

したがって、金属ガス９１１が透明導電膜９０１の表層面から噴出する際に金属ガス９１１の圧力が十分でないと、透明導電膜９０１の局所的な除去が不十分となる。

また、金属ガス９１１の圧力が十分でないと、金属ガス９１１の噴出時に透明導電膜９０１が、パーティクル（微粒子）９１３として飛散するとともに、その一部がパターニング溝９１０の近傍に再付着物９１２として残る場合がある。

このように、パターニング溝９１０の近傍に再付着物９１２が発生すると、集積型光起電力装置内で、各光電変換セルの電極間の絶縁が確保されない。したがって、ＺｎＯからなる透明導電膜９０２のレーザパターニング後には、透明導電膜９０２およびパターニング溝９１０の洗浄処理の必要があった。

本発明の目的は、光の閉じ込め効果を得ることができるとともに、信頼性が高く、製造が容易な光起電力装置およびその製造方法を提供することである。

第１の発明に係る光起電力装置は、基板と、基板上に並ぶように形成され、互いに直列に接続された複数の光電変換セルとを備え、複数の光電変換セルの各々は、光の閉じ込め効果を得るための導電性酸化膜と、導電性酸化膜上の少なくとも一部の領域に形成され、導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有する第１の薄膜層と、第１の薄膜層を覆うように導電性酸化膜上に形成される第１の電極と、第１の電極上に形成される光電変換層と、光電変換層上に形成される透光性の第２の電極とを備え、導電性酸化膜は、第１の薄膜層が形成された領域において、光電変換セルごとに分離されたものである。

この発明に係る光起電力装置においては、光の閉じ込め効果を得るための導電性酸化膜上に、第１の電極、光電変換層および透光性の第２の電極が順に形成されている。それにより、各光電変換セルの上方から第２の電極を通して光電変換層に光が入射すると、導電性酸化膜の働きにより光電変換層で光の閉じ込めが行われる。その結果、各光電変換セルの光電変換効率が向上し、光起電力装置の光電変換効率が向上する。

また、導電性酸化膜上の少なくとも一部の領域には、第１の薄膜層が形成されている。導電性酸化膜は、導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有する第１の薄膜層の形成領域において、光電変換セルごとに分離されている。

導電性酸化膜をレーザ光等のエネルギービームにより分離する場合、第１の薄膜層が導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有することにより、熱により導電性酸化膜内に発生するガスが第１の薄膜層により封止される。そして、そのガスは、第１の薄膜層を破壊できる圧力または温度を超えることにより、第１の薄膜層を突き破って十分な勢いで噴出する。

これにより、導電性酸化膜の分離が、導電性酸化膜の熱損傷および各光電変換セル間の電気的絶縁不良が引き起こされることなく行われる。それにより、光起電力装置の信頼性が向上する。また、導電性酸化膜の分離部分に対しての洗浄処理、または各光電変換セルにおける電極間の短絡部の修復を行う必要がないので、光起電力装置の製造が容易になる。

基板上の複数の光電変換セルを含む領域の外周部に沿って、導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有する第２の薄膜層が形成され、第２の薄膜層が形成された領域において、導電性酸化膜が、外周部に沿って除去されてもよい。

導電性酸化膜をレーザ光等のエネルギービームにより分離する場合、第２の薄膜層が導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有することにより、熱により導電性酸化膜内に発生するガスが第２の薄膜層により封止される。そして、そのガスは、第２の薄膜層を破壊できる圧力または温度を超えることにより、第２の薄膜層を突き破って十分な勢いで噴出する。

これにより、導電性酸化膜の分離が、導電性酸化膜の熱損傷および各光電変換セルと外周部との間の電気的絶縁不良が引き起こされることなく行われる。それにより、光起電力装置の信頼性が向上する。また、導電性酸化膜の分離部分に対しての洗浄処理、または各光電変換セルにおける電極間の短絡部の修復を行う必要がないので、光起電力装置の製造が容易になる。

導電性酸化膜は、凹凸形状を有してもよい。この場合、導電性酸化膜の凹凸形状により各光電変換セルにおける光の閉じ込めが十分に行われる。

導電性酸化膜は、酸化亜鉛を含んでもよい。酸化亜鉛をレーザ光等のエネルギービームにより分離する場合、導電性酸化膜内に発生する酸化亜鉛のガスが、一時的に第１の薄膜層または第２の薄膜層により封止される。これにより、そのガスの圧力または温度を十分に増大させることができ、十分な圧力で導電性酸化膜外へ噴出させることができる。

第１の薄膜層は、酸化シリコンを含んでもよい。この場合、導電性酸化膜内に発生するガスが、酸化シリコンを含む第１の薄膜層により封止される。

第２の薄膜層は、酸化シリコンを含んでもよい。この場合、導電性酸化膜内に発生するガスが、酸化シリコンを含む第２の薄膜層により封止される。

第２の電極上の少なくとも一部に第２の電極よりも高い硬度を有する表面保護層をさらに備えてもよい。この場合、表面保護層により光起電力装置の受光面が保護される。

第２の発明に係る光起電力装置の製造方法は、基板上に複数の光電変換セルを並ぶように形成する工程と、複数の光電変換セルを直列に接続する工程とを含み、複数の光電変換セルを形成する工程は、基板上に光の閉じ込め効果を得るための導電性酸化膜を形成する工程と、導電性酸化膜上の少なくとも一部の領域に、導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有する第１の薄膜層を形成する工程と、第１の薄膜層が形成された領域において、導電性酸化膜を光電変換セルごとに分離する工程と、第１の薄膜層を覆うように導電性酸化膜上に第１の電極を形成する工程と、第１の電極上に光電変換層を形成する工程と、光電変換層上に透光性の第２の電極を形成する工程とを含むものである。

この発明に係る光起電力装置の製造方法においては、基板上に複数の光電変換セルが並ぶように形成され、複数の光電変換セルが直列に接続される。

複数の光電変換セルの形成は、基板上に光の閉じ込め効果を得るための導電性酸化膜を形成し、導電性酸化膜上の少なくとも一部の領域に、導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有する第１の薄膜層を形成し、第１の薄膜層が形成された領域において、導電性酸化膜を光電変換セルごとに分離し、第１の薄膜層を覆うように導電性酸化膜上に第１の電極を形成し、第１の電極上に光電変換層を形成し、光電変換層上に透光性の第２の電極を形成することにより行われる。

このように作製される光起電力装置においては、光の閉じ込め効果を得るための導電性酸化膜上に、第１の電極、光電変換層および透光性の第２の電極が順に形成されている。それにより、各光電変換セルの上方から第２の電極を通して光電変換層に光が入射すると、導電性酸化膜の働きにより光電変換層で光の閉じ込めが行われる。その結果、各光電変換セルの光電変換効率が向上し、光起電力装置の光電変換効率が向上する。

また、導電性酸化膜上の少なくとも一部の領域には、第１の薄膜層が形成されている。導電性酸化膜は、導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有する第１の薄膜層の形成領域において、光電変換セルごとに分離されている。

導電性酸化膜をレーザ光等のエネルギービームにより分離する場合、第１の薄膜層が導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有することにより、熱により導電性酸化膜内に発生するガスが第１の薄膜層により封止される。そして、そのガスは、第１の薄膜層を破壊できる圧力または温度を超えることにより、第１の薄膜層を突き破って十分な勢いで噴出する。

これにより、導電性酸化膜の分離が、導電性酸化膜の熱損傷および各光電変換セル間の電気的絶縁不良が引き起こされることなく行われる。それにより、光起電力装置の信頼性が向上する。また、導電性酸化膜の分離部分に対しての洗浄処理、または各光電変換セルにおける電極間の短絡部の修復を行う必要がないので、光起電力装置の製造が容易になる。

導電性酸化膜を光電変換セルごとに分離する工程は、レーザ光を導電性酸化膜に照射することにより導電性酸化膜を分離する工程を含んでもよい。この場合、レーザ光が導電性酸化膜に照射されると、レーザ光のエネルギーが熱のエネルギーに変換される。

これにより、導電性酸化膜内にガスが発生し、そのガスが第１の薄膜層を破壊できる圧力または温度を超えることにより、第１の薄膜層を突き破って十分な勢いで噴出する。それにより、導電性酸化膜が光電セルごとに分離される。

第１の薄膜層を形成する工程は、ポリシラザンと水との反応により転化した酸化シリコンにより第１の薄膜層を形成する工程を含んでもよい。これにより、スパッタリング等の物理的堆積法により酸化シリコンを第１の薄膜層として形成する場合に比べて、第１の薄膜層の形成領域における導電性酸化膜の損傷が防止され、低温で安定して第１の薄膜層の形成が行われる。

第１の薄膜層を形成する工程は、シランと酸素含有ガスとの反応により生成した酸化シリコンにより第１の薄膜層を形成する工程を含んでもよい。これにより、スパッタリング等の物理的堆積法により酸化シリコンを第１の薄膜層として形成する場合に比べて、第１の薄膜層の形成領域における導電性酸化膜の損傷が防止され、低温で安定して第１の薄膜層の形成が行われる。

導電性酸化膜を形成する工程の後、基板上の複数の光電変換セルを含む領域の外周部に沿って、導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有する第２の薄膜層を形成する工程と、第２の薄膜層が形成された領域において、導電性酸化膜を外周部に沿って除去する工程とをさらに備えてもよい。

この場合、導電性酸化膜が形成された後、基板上の複数の光電変換セルを含む領域の外周部に沿って、導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有する第２の薄膜層が形成され、第２の薄膜層が形成された領域において、導電性酸化膜が外周部に沿って除去される。

導電性酸化膜をレーザ光等のエネルギービームにより分離する場合、第２の薄膜層が導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有することにより、熱により導電性酸化膜内に発生するガスが第２の薄膜層により封止される。そして、そのガスは、第２の薄膜層を破壊できる圧力または温度を超えることにより、第２の薄膜層を突き破って十分な勢いで噴出する。

これにより、導電性酸化膜の分離が、導電性酸化膜の熱損傷および各光電変換セルと外周部との間の電気的絶縁不良が引き起こされることなく行われる。それにより、光起電力装置の信頼性が向上する。また、導電性酸化膜の分離部分に対しての洗浄処理、または各光電変換セルにおける電極間の短絡部の修復を行う必要がないので、光起電力装置の製造が容易になる。

本発明に係る光起電力装置およびその製造方法によれば、光の閉じ込め効果を得るための導電性酸化膜上に、第１の電極、光電変換層および透光性の第２の電極が順に形成される。それにより、各光電変換セルの上方から第２の電極を通して光電変換層に光が入射すると、導電性酸化膜の働きにより光電変換層で光の閉じ込めが行われる。その結果、各光電変換セルの光電変換効率が向上し、光起電力装置の光電変換効率が向上する。

また、導電性酸化膜上の少なくとも一部の領域には、第１の薄膜層が形成される。導電性酸化膜は、導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有する第１の薄膜層の形成領域において、光電変換セルごとに分離される。

導電性酸化膜をレーザ光等のエネルギービームにより分離する場合、第１の薄膜層が導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有することにより、熱により導電性酸化膜内に発生するガスが第１の薄膜層により封止される。そして、そのガスは、第１の薄膜層を破壊できる圧力または温度を超えることにより、第１の薄膜層を突き破って十分な勢いで噴出する。

これにより、導電性酸化膜の分離が、導電性酸化膜の熱損傷および各光電変換セル間の電気的絶縁不良が引き起こされることなく行われる。それにより、光起電力装置の信頼性が向上する。また、導電性酸化膜の分離部分に対しての洗浄処理、または各光電変換セルにおける電極間の短絡部の修復を行う必要がないので、光起電力装置の製造が容易になる。

本発明の一実施の形態に係る光起電力装置およびその製造方法について説明する。

以下の説明においては、レーザパターニングを行う際に、ＺｎＯ（酸化亜鉛）にレーザ光が入射することにより発生する金属蒸気および脱離ガスを金属ガスと総称する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る光起電力装置の模式的平面図である。図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線における光起電力装置１００の模式的断面図であり、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線における光起電力装置１００の模式的断面図である。

図１、図２（ａ）および図２（ｂ）においては、矢印Ｘ，Ｙ，Ｚで示すように互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向とする。後述するように、光起電力装置１００は一の基板上に複数の光電変換セル１０を形成することにより形成される。Ｘ方向およびＹ方向は、この基板に平行な方向であり、Ｚ方向はその基板に垂直な方向である。以降の図面においても、上記同様のＸ，Ｙ，Ｚ方向を定義する。

図１の平面図に示すように、本実施の形態に係る光起電力装置１００は略長方形状を有する。複数の光電変換セル１０がＸ方向に隣接するように配置されている。複数の光電変換セル１０上には複数の集電極７１が形成されている。

図１のＡ−Ａ線断面においては、図２（ａ）に示すように、基板１上にＺｎＯからなるテクスチャ形成層２が形成されている。テクスチャ形成層２は上面側に凹凸形状を有する。

テクスチャ形成層２上にＳｉＯ₂ （酸化シリコン）からなる金属ガス封入層３が形成され、金属ガス封入層３上にＡｇ（銀）からなる第１の電極４が形成されている。

さらに、第１の電極４上に光電変換層６が形成され、光電変換層６上にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透光性の第２の電極７が形成されている。第２の電極７の上面にＡｇからなる複数の集電極７１が形成されている。

テクスチャ形成層２、金属ガス封入層３および第１の電極４は、Ｘ方向における所定の間隔で分離溝Ｇ１により分離されている。分離溝Ｇ１には、絶縁体５が充填されている。これにより、複数の第１の電極４は互いに電気的に分離されている。

光電変換層６は、Ｘ方向における所定の間隔で分離溝Ｇ２により分離されている。第２の電極７は、Ｘ方向における所定の間隔で分離溝Ｇ３により分離されている。分離された複数の第２の電極７は、それぞれの一部が分離溝Ｇ２に延びており、第１の電極４に接続されている。

上記の分離溝Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３は、レーザパターニングにより形成され、それぞれＸ方向において、ずれた位置に形成される。それにより、基板１、テクスチャ形成層２、金属ガス封入層３、第１の電極４、絶縁体５、光電変換層６および第２の電極７からなる光電変換セル１０が形成される。

基板１としては、ガラス板または透明樹脂フィルム等からなる透明基板を用いてもよいし、ステンレス薄板にＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＩ（ポリイミド）等を被着させたものを用いてもよい。

光電変換層６は、ｐ−ｉ−ｎ接合を有する非晶質シリコン層および結晶質シリコン層が中間反射層６ｔを介して積層された構造（タンデム構造）を有する。図２（ａ）および図２（ｂ）では、中間反射層６ｔが破線により示されている。中間反射層６ｔは、例えばＺｎＯ等の透明導電膜により形成される。

図１のＢ−Ｂ線断面は、以下の点を除き図１のＡ−Ａ線断面と同じ構造を有する。図２（ｂ）によれば、Ｘ方向における端部の光電変換セル１０が光起電力装置１００の外周部１００Ｒ（図１参照）と分離されている。

すなわち、図２（ｂ）に示すように、図１のＢ−Ｂ線断面においては、テクスチャ形成層２、金属ガス封入層３、第１の電極４、光電変換層６および第２の電極７の全ての層をともに分離するように分離溝Ｇ４が形成されている。この分離溝Ｇ４は、分離溝Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３と同様にレーザパターニングにより形成される。

上記構成を有する光電変換セル１０の上面側に光Ｌが照射されると、その光Ｌが光電変換層６に入射する。そこで、光電変換層６により光Ｌのエネルギーが電気エネルギーに変換され、起電力が発生する。

上述のように、本実施の形態に係る光起電力装置１００には、テクスチャ形成層２上に凹凸形状が形成されている。これにより、テクスチャ形成層２上に形成される金属ガス封入層３、第１の電極４、光電変換層６および第２の電極７は、同様の凹凸形状を有する。

それにより、光起電力装置１００における各層間でテクスチャ構造が実現されている。このテクスチャ構造により、光電変換層６内での光Ｌの閉じ込めが十分に行われるので、複数の光電変換セル１０の光電変換効率が向上し、光起電力装置１００の光変換効率が向上する。

本実施の形態に係る光起電力装置１００の製造方法について図３〜図５に基づき説明する。図３〜図５は、第１の実施の形態に係る光起電力装置１００の製造方法を説明するための図である。なお、図３〜図５に示す断面は、図１のＡ−Ａ線断面（図２（ａ）参照）に相当する。

初めに、ガラス板からなる基板１上にスパッタリングによりＺｎＯからなる層を形成する。そこで、ＺｎＯ層の上面を塩酸溶液を用いてウェットエッチングする。これにより、表面に凹凸形状の形成されたテクスチャ形成層２が完成する。テクスチャ形成層２の厚みは、例えば５００ｎｍである。

その後、図３（ａ）に示すように、ノズルＮによるスプレー塗布によりテクスチャ形成層２上の全面にポリシラザン８を塗布する。そこで、ポリシラザン８が塗布された基板１およびテクスチャ形成層２の積層体を、大気中で１５０℃の温度雰囲気に維持する。これにより、ポリシラザン８がＳｉＯ₂ に転化し、金属ガス封入層３が完成する。金属ガス封入層３の厚みは、例えば２００ｎｍである。

次に、図３（ｂ）に示すように、ＳｉＯ₂ からなる金属ガス封入層３上にＡｇからなる第１の電極４をスパッタリングにより形成する。第１の電極４の厚みは、例えば２００ｎｍである。

そして、図３（ｂ）に示すように、第１の電極４の上方から第１の電極４の所定の箇所へレーザ光Ｉ１を照射し、レーザパターニングを行う。このレーザ光Ｉ１は、例えば波長１０６４ｎｍのＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザ光である。

これにより、図３（ｂ）の破線に示すように、テクスチャ形成層２、金属ガス封入層３および第１の電極４を通してＺ方向に延びる分離溝Ｇ１が形成される。この場合、レーザパターニングは分離溝Ｇ１内に基板１の上面が露出するように行う。

図４（ｃ）に示すように、分離溝Ｇ１の内部に絶縁体５が充填されるようにスクリーン印刷を行う。分離溝Ｇ１に充填される絶縁体５は、例えばエポキシ樹脂を主成分とするものである。

続いて、第１の電極４上に光電変換層６をプラズマＣＶＤ（化学気相成長）法により形成する。上述のように、光電変換層６は、例えば非晶質シリコン層、中間反射層６ｔおよび結晶質シリコン層が積層された構造を有する。光電変換層６の厚みは、例えば３０００ｎｍである。

光電変換層６が形成された後、図４（ｄ）に示すように、光電変換層６の所定の箇所に対して、上記同様のレーザパターニングを行う。これにより、光電変換層６においてＺ方向に延びる分離溝Ｇ２が形成される。この場合、レーザパターニングは分離溝Ｇ２内に第１の電極４の上面が露出するように行う。

ここで、光電変換層６の上面および光電変換層６の分離溝Ｇ２にＩＴＯのスパッタリングを行う。これにより、図５（ｅ）に示すように、ＩＴＯからなる第２の電極７が光電変換層６の上面を覆うように、かつ分離溝Ｇ２を充填するように形成される。分離溝Ｇ２に第２の電極７が充填されることにより、第２の電極７と第１の電極４とが電気的に接続される。光電変換層６上に形成される第２の電極７の厚みは、例えば７０ｎｍである。

その後、第２の電極７の所定の箇所に対しても、レーザパターニングを行う。図５（ｅ）に示すように、このレーザパターニングは、ＹＡＧレーザ光の３倍高調波（波長３５５ｎｍ）のレーザ光Ｉ２を用いることにより行った。

これにより、第２の電極７においてＺ方向に延びる分離溝Ｇ３が形成される。この場合、レーザパターニングは分離溝Ｇ３内に光電変換層６の上面が露出するように行う。それにより、図５（ｆ）に示すように、基板１上に複数の光電変換セル１０が完成する。

さらに、上記の工程の後、図２（ｂ）に示すように、Ｘ方向における端部の光電変換セル１０が光起電力装置１００の外周部１００Ｒ（図１参照）と分離するように、上記同様のレーザパターニングを行う。これにより、複数の光電変換セル１０と光起電力装置１００の外周部１００Ｒとの間に、Ｚ方向に延びる分離溝Ｇ４が形成される。この場合、レーザパターニングは、テクスチャ形成層２、金属ガス封入層３、第１の電極４、光電変換層６および第２の電極７の全ての層がともに分離され、分離溝Ｇ４内に基板１の上面が露出するように行う。

最後に、第２の電極７上にＡｇペーストをスクリーン印刷法により塗布し、複数の集電極７１を形成する。これにより、本実施の形態に係る光起電力装置１００が完成する。

上述のように、ＺｎＯからなるテクスチャ形成層２を光電変換セル１０ごとに分離する分離溝Ｇ１は、レーザパターニングにより形成される。

ここで、ＺｎＯはその特性によりレーザパターニングが困難な材料である。しかしながら、本実施の形態に係る光起電力装置１００においては、ＺｎＯからなるテクスチャ形成層２上にＳｉＯ₂ からなる金属ガス封入層３が形成されている。これにより、テクスチャ形成層２の熱損傷および光電変換セル１０における電気的絶縁不良等が引き起こされることなく、テクスチャ形成層２のレーザパターニングが良好に行われる。

したがって、光起電力装置１００の信頼性が向上する。また、分離溝Ｇ１の形成後に、分離溝Ｇ１の洗浄処理、または複数の光電変換セル１０における電極間の短絡部の修復（逆バイパスリペア等）を行う必要がなく、光起電力装置１００の製造が容易となる。

以下、上記の効果の理由について説明する。初めに、レーザパターニングにより分離溝Ｇ１を形成するときのメカニズムについて説明する。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、ＺｎＯからなるテクスチャ形成層２とＳｉＯ₂ からなる金属ガス封入層３との積層体にレーザパターニングを施す際のメカニズムを説明するための図である。なお、図６では、金属ガス封入層３上に形成される第１の電極４の図示を省略する。

上述のように、分離溝Ｇ１の形成時においては、金属ガス封入層３上の所定の箇所にレーザ光Ｉ１が照射される。ここで、ＳｉＯ₂ からなる金属ガス封入層３は透明薄膜の層であるとともに、レーザ光Ｉ１をほとんど吸収しない。したがって、金属ガス封入層３には、レーザ光Ｉ１が照射されても熱の発生等が生じない。

これにより、図６（ａ）に示すように、基板１の上方から金属ガス封入層３に入射するレーザ光Ｉ１は、そのほとんどが金属ガス封入層３を透過してテクスチャ形成層２に入射される。

ＺｎＯからなるテクスチャ形成層２は、レーザ光Ｉ１が照射されることにより、そのエネルギーを吸収する。それにより、レーザ光Ｉ１が照射されたテクスチャ形成層２は、金属ガス封入層３によりその上面が覆われた状態で発熱する。そして、テクスチャ形成層２が発熱することにより、テクスチャ形成層２の内部にＺｎＯの金属ガスＰが発生する。

ここで、上述のように、本実施の形態ではテクスチャ形成層２が金属ガス封入層３により覆われている。したがって、テクスチャ形成層２内部に発生する金属ガスＰは、金属ガス封入層３により封止された状態で、圧縮される。

その後、テクスチャ形成層２における金属ガスＰの発生がさらに進行すると、金属ガス封入層３により封止された金属ガスＰの圧力および温度が大きくなる。これにより、図６（ｂ）に示すように、金属ガスＰを封止する金属ガス封入層３が、金属ガスＰの圧力により破壊され、金属ガスＰとともに基板１の上方へ勢いよく噴出する。

このように、本実施の形態に係る光起電力装置１００の製造方法においては、分離溝Ｇ１を形成するためのレーザパターニング時に、テクスチャ形成層２に発生する金属ガスＰが金属ガス封入層３により圧縮される。これにより、金属ガスＰの圧力が十分に上昇する。それにより、金属ガスＰが十分大きな圧力で金属ガス封入層３を破壊して勢いよく噴出する。

その結果、形成される分離溝Ｇ１の近傍に再付着物が発生することが防止され、熱損傷および絶縁不良のない良好な分離溝Ｇ１を得ること可能となる。

なお、本実施の形態において、テクスチャ形成層２を覆うように形成される金属ガス封入層３は、ＳｉＯ₂ からなるがこれに限定されるものではない。

金属ガス封入層３は、絶縁性で、かつＺｎＯよりも硬度が高く融点の高いものであればよい。金属ガス封入層３は、例えばＡｌ₂ Ｏ₃ （酸化アルミニウム）からなってもよいし、Ｓｉ₃ Ｎ₄ （窒化シリコン）からなってもよい。

本実施の形態において、金属ガス封入層３はＳｉＯ₂ からなるが、この層は、ポリシラザンと水との反応により形成してもよいし、シランと、酸素含有ガスとの反応により形成してもよい。

スパッタリングによりＳｉＯ₂ 膜を形成する場合には、形成対象箇所である金属ガス封入層３のプラズマによる損傷が発生する場合がある。これに対して、上記のように、金属ガス封入層３が形成される場合、ＳｉＯ₂ 膜の形成は、低温で安定して行うことができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る光起電力装置１００は、以下の点で第１の実施の形態に係る光起電力装置１００と構造および製造方法が異なる。

図７は、第２の実施の形態に係る光起電力装置１００の模式的断面図である。図７に示す断面図は、図１のＡ−Ａ線における光起電力装置１００の模式的断面図に相当する。

図７に示すように、第２の実施の形態に係る光起電力装置１００において、複数の光電変換セル１０の上面にはＳｉＯ₂ からなる表面保護層９が形成されている。複数の光電変換セル１０上への表面保護層９の形成は次のように行われる。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、第２の実施の形態に係る光起電力装置１００の表面保護層９の形成方法を説明するための図である。

初めに、第１の実施の形態に係る光起電力装置１００の製造方法と同様の手順で、基板１上にテクスチャ形成層２、金属ガス封入層３、第１の電極４、絶縁体５、光電変換層６および第２の電極７を形成する。そして、第２の電極７の所定の箇所に対して分離溝Ｇ３を形成する前に、第２の電極７上に複数の集電極７１を形成する。

ここで、本実施の形態では、図８（ａ）に示すように、第２の電極７の上面および複数の集電極７１の全体を覆うようにＳｉＯ₂ からなる表面保護層９を形成する。

表面保護層９の形成は、光ＣＶＤ（化学気相成長）法により形成する。具体的には、第２の電極７および集電極７１の上部へＳｉＨ₄ （シラン）とＯ₂ （酸素）とを供給しつつ、紫外光Ｖを照射する。

これにより、ＳｉＨ₄ とＯ₂ との間で化学反応が生じ、第２の電極７および集電極７１の全体を覆うようにＳｉＯ₂ からなる表面保護層９が形成される。表面保護層９の厚みは、例えば１００ｎｍである。

なお、上記において、第２の電極７および集電極７１の上部へ供給するガスは、ＳｉＨ₄ および酸素含有ガスであればよく、酸素含有ガスはＯ₂ に限定されない。酸素含有ガスは、Ｏ₃ （オゾン）であってもよい。

スパッタリングによりＳｉＯ₂ 膜を形成する場合には、形成対象箇所である第２の電極７のプラズマによる損傷、および第２の電極７を構成するＩＴＯの還元が発生する場合がある。これに対して、上記の光ＣＶＤ法によるＳｉＯ₂ 膜の形成は、低温で安定して行うことができる。

表面保護層９の形成後、図８（ｂ）に示すように、表面保護層９上の所定の箇所に対して、レーザ光Ｉ２を照射し、レーザパターニングを行う。このレーザパターニングは、ＹＡＧレーザ光の３倍高調波（波長３５５ｍｍ）のレーザ光Ｉ２を用いることにより行う。

これにより、表面保護層９および第２の電極７を通してＺ方向に延びる分離溝Ｇ３が形成される。この場合、レーザパターニングは分離溝Ｇ３内に光電変換層６の上面が露出するように行う。これにより、基板１上に複数の光電変換セル１０が完成し、本実施の形態に係る光起電力装置１００が完成する。

図示しないが、本実施の形態に係る光起電力装置１００においては、図１のＢ−Ｂ線断面に相当する箇所についても第２の電極７上に表面保護層９が形成されている。

上記のように、本実施の形態に係る光起電力装置１００においては、複数の光電変換セル１０の各上面にＳｉＯ₂ からなる表面保護層９が形成されている。それにより、光電変換セル１０の受光面が表面保護層９により保護される。本実施の形態において、表面保護層９はＳｉＯ₂ の他、Ａｌ₂ Ｏ₃ （酸化アルミニウム）からなってもよいし、Ｓｉ₃ Ｎ₄ （窒化シリコン）からなってもよい。

本実施の形態において、金属ガス封入層３および表面保護層９はＳｉＯ₂ からなるが、これらの層は、ポリシラザンと水との反応により形成してもよいし、シランと酸素含有ガスとの反応により形成してもよい。この場合においても、ＳｉＯ₂ 膜の形成は、低温で安定して行うことができる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る光起電力装置１００は、以下の点で第１の実施の形態に係る光起電力装置１００と構造および製造方法が異なる。

図９（ａ）および図９（ｂ）は、第３の実施の形態に係る光起電力装置１００の模式的断面図である。図９（ａ）に示す断面図は、図１のＡ−Ａ線における光起電力装置１００の模式的断面図に相当し、図９（ｂ）に示す断面図は、図１のＢ−Ｂ線における光起電力装置１００の模式的断面図に相当する。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る光起電力装置１００において、テクスチャ形成層２上には、分離溝Ｇ１，Ｇ４の形成領域の近傍にのみＳｉＯ₂ からなる金属ガス封入層３が形成されている。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示す光起電力装置１００の製造時においては、金属ガス封入層３の形成時にマスキングを行うことにより、金属ガス封入層３を選択的にテクスチャ形成層２上に形成する。

本実施の形態に係る光起電力装置１００においては、テクスチャ形成層２上への金属ガス封入層３の形成を、複数の光電変換セル１０間の分離溝Ｇ１、および複数の光電変換セル１０と光起電力装置１００の外周部１００Ｒとの間の分離溝Ｇ４の形成部近傍に選択的に行っている。これにより、金属ガス封入層３の形成に用いられるＳｉＯ₂ の量を低減することができる。それにより、低コスト化が可能となる。

本実施の形態において、金属ガス封入層３はＳｉＯ₂ からなるが、この層は、ポリシラザンと水との反応により形成してもよいし、シランと酸素含有ガスとの反応により形成してもよい。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る光起電力装置１００は、以下の点で第１の実施の形態に係る光起電力装置１００と構造および製造方法が異なる。

図１０は、第４の実施の形態に係る光起電力装置１００の模式的断面図である。図１０に示すように、本実施の形態に係る光起電力装置１００においては、複数の光電変換セル１０間を分離する分離溝Ｇ５，Ｇ６の形状が第１の実施の形態に係る光起電力装置１００の分離溝Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の形状と異なる。

具体的には、テクスチャ形成層２、金属ガス封入層３および第１の電極４を分離する分離溝Ｇ５が、テクスチャ形成層２、金属ガス封入層３、第１の電極４、光電変換層６および第２の電極７を通して上部に開口するように形成されている。なお、分離溝Ｇ５は、その内部に基板１の上面が露出するように形成されている。

また、光電変換層６および第２の電極７を分離する分離溝Ｇ６の幅は、第１の電極４上に開口する分離溝Ｇ５の幅よりも大きく形成されている。なお、光電変換層６は、その内部に第１の電極４の上面が露出するように形成されている。

そこで、絶縁体５が分離溝Ｇ５の内側面に沿って分離溝Ｇ１に充填されている。これにより、テクスチャ形成層２、金属ガス封入層３、第１の電極４、光電変換層６および第２の電極７のＸ方向における一側面が絶縁体５により被覆されている。

第２の電極７の上部には複数の集電極７１が形成されている。複数の集電極７１のうち、第２の電極７のＸ方向における一側面近傍に形成される集電極７１は、第２の電極７の上面から絶縁体５の上面および側面に沿って分離溝Ｇ４の底部へ延びるように形成されている。

これにより、隣接する２つの光電変換セル１０間で、一方の光電変換セル１０の第２の電極７と他方の光電変換セル１０の第１の電極４とが電気的に接続されている。

さらに、本実施の形態に係る光起電力装置１００において、テクスチャ形成層２上には、第３の実施の形態と同様に、分離溝Ｇ５の形成領域の近傍にのみＳｉＯ₂ からなる金属ガス封入層３が形成されている。

本実施の形態に係る光起電力装置１００の製造方法について図１１〜図１３に基づき説明する。図１１〜図１３は、第４の実施の形態に係る光起電力装置１００の製造方法を説明するための図である。

初めに、図１１（ａ）に示すように、第１の実施の形態と同様に基板１上にテクスチャ形成層２、金属ガス封入層３、第１の電極４、光電変換層６および第２の電極７を順次形成する。

なお、本実施の形態では、第３の実施の形態と同様に、金属ガス封入層３の形成時にマスキングを行うことにより、テクスチャ形成層２上の所定の領域に金属ガス封入層３を選択的に形成する。

次に、図１１（ｂ）に示すように、第２の電極７の上方から第２の電極７の所定の箇所へレーザ光Ｉ１を照射し、レーザパターニングを行う。このレーザ光Ｉ１は、第１の実施の形態と同様の波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光である。

これにより、テクスチャ形成層２、金属ガス封入層３、第１の電極４、光電変換層６および第２の電極７を通してＺ方向に延びる分離溝Ｇ５が形成される。この場合、レーザパターニングは分離溝Ｇ５内に基板１の上面が露出するように行う。

続いて、図１２（ｃ）に示すように、第２の電極７上の所定の箇所（分離溝Ｇ５の開口部近傍）に対して、レーザ光Ｉ２を照射し、レーザパターニングを行う。このレーザ光Ｉ２は、ＹＡＧレーザ光の３倍高調波（波長３５５ｍｍ）のレーザ光である。

これにより、第２の電極７上の一部の領域が除去され、光電変換層６の一部が露出する。そこで、図１２（ｄ）に示すように、光電変換層６の露出部に対してＣＦ₄ （四フッ化炭素）ガス、Ｏ₂ （酸素）ガスおよびプラズマを用いたドライエッチングを行う。それにより、分離溝Ｇ６内に第１の電極４の上面が露出する。

その後、絶縁体５の形成を行う。絶縁体５の形成は、図１３（ｅ）に示すように、絶縁体５が分離溝Ｇ５の内側面に沿って分離溝Ｇ１に充填されるように行う。これにより、テクスチャ形成層２、金属ガス封入層３、第１の電極４、光電変換層６および第２の電極７のＸ方向における一側面が絶縁体５により被覆される。

最後に、第２の電極７上に複数の集電極７１をスクリーン印刷により形成する。上述のように、複数の集電極７１のうち、第２の電極７のＸ方向における一側面近傍に形成される集電極７１は、第２の電極７の上面から絶縁体５の上面および側面に沿って分離溝Ｇ４の底部へ延びるように形成する。

これにより、基板１上に複数の光電変換セル１０が完成し、本実施の形態に係る光起電力装置１００が完成する。

本実施の形態に係る基板処理装置１００においても、ＺｎＯからなるテクスチャ形成層２の分離部分（分離溝Ｇ５の形成領域）の近傍に、ＳｉＯ₂ からなる金属ガス封入層３が形成されている。それにより、第１および第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本実施の形態に係る光起電力装置１００は、以下の構成を有してもよい。図１４（ａ）および図１４（ｂ）は第４の実施の形態に係る光起電力装置１００の他の構成例を示す図である。

図１４（ａ）においては、第１の実施の形態と同様に、テクスチャ形成層２上の全面に渡って、金属ガス封入層３が形成されている。この場合においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

図１４（ｂ）においては、第２の実施の形態と同様に、第２の電極７の上面および集電極７１の全体を覆うように、表面保護層９が形成されている。この場合においても、第１および第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本実施の形態において、金属ガス封入層３および表面保護層９はＳｉＯ₂ からなるが、これらの層は、ポリシラザンと水との反応により形成してもよいし、シランと酸素含有ガスとの反応により形成してもよい。

第１〜第４の実施の形態において、テクスチャ形成層２はＺｎＯからなるが、テクスチャ形成層２はＳｎＯ₂ またはＩＴＯからなってもよい。また、第１〜第４の実施の形態において、第２の電極７はＩＴＯからなるが、第２の電極７はＺｎＯまたはＳｎＯ₂ からなってもよい。

上記、第１〜第４の実施の形態において、テクスチャ形成層２は導電性酸化膜に相当し、複数の光電変換セル間の分離部近傍の金属ガス封入層３は第１の薄膜層に相当し、光起電力装置１００の外周部１００Ｒが基板上の複数の光電セルを含む領域の外周部に相当し、複数の光電変換セルと外周部１００Ｒとの間の分離部近傍の金属ガス封入層３は第２の薄膜層に相当する。

本発明に係る光起電力装置およびその製造方法は、種々の電源およびその製造に有効に利用できる。

第１の実施の形態に係る光起電力装置の模式的平面図である。 図１のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線における光起電力装置の模式的断面図である。 第１の実施の形態に係る光起電力装置の製造方法を説明するための図である。 第１の実施の形態に係る光起電力装置の製造方法を説明するための図である。 第１の実施の形態に係る光起電力装置の製造方法を説明するための図である。 ＺｎＯからなるテクスチャ形成層とＳｉＯ₂ からなる金属ガス封入層との積層体にレーザパターニングを施す際のメカニズムを説明するための図である。 第２の実施の形態に係る光起電力装置の模式的断面図である。 第２の実施の形態に係る光起電力装置の表面保護層の形成方法を説明するための図である。 第３の実施の形態に係る光起電力装置の模式的断面図である。 第４の実施の形態に係る光起電力装置の模式的断面図である。 第４の実施の形態に係る光起電力装置の製造方法を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る光起電力装置の製造方法を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る光起電力装置の製造方法を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る光起電力装置の他の構成例を示す図である。 ＺｎＯの透明導電膜に対してレーザパターニングを行う際に発生する現象を説明するための図である。

符号の説明

１ 基板
２ テクスチャ形成層
３ 金属ガス封入層
４ 第１の電極
５ 絶縁体
６ 光電変換層
７ 第２の電極
９ 表面保護層
１０ 光電変換セル
１００ 光起電力装置
１００Ｒ 外周部

Claims (12)

1. 基板と、
   前記基板上に並ぶように形成され、互いに直列に接続された複数の光電変換セルとを備え、
   前記複数の光電変換セルの各々は、
   光の閉じ込め効果を得るための導電性酸化膜と、
   前記導電性酸化膜上の少なくとも一部の領域に形成され、前記導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有する第１の薄膜層と、
   前記第１の薄膜層を覆うように前記導電性酸化膜上に形成される第１の電極と、
   前記第１の電極上に形成される光電変換層と、
   前記光電変換層上に形成される透光性の第２の電極とを備え、
   前記導電性酸化膜は、前記第１の薄膜層が形成された領域において、前記光電変換セルごとに分離されたことを特徴とする光起電力装置。
2. 前記基板上の前記複数の光電変換セルを含む領域の外周部に沿って前記導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有する第２の薄膜層が形成され、
   前記第２の薄膜層が形成された領域において、前記導電性酸化膜が、前記外周部に沿って除去されたことを特徴とする請求項１記載の光起電力装置。
3. 前記導電性酸化膜は、凹凸形状を有することを特徴とする請求項１または２記載の光起電力装置。
4. 前記導電性酸化膜は、酸化亜鉛を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光起電力装置。
5. 前記第１の薄膜層は、酸化シリコンを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光起電力装置。
6. 前記第２の薄膜層は、酸化シリコンを含むことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の光起電力装置。
7. 前記第２の電極上の少なくとも一部に前記第２の電極よりも高い硬度を有する表面保護層をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光起電力装置。
8. 基板上に複数の光電変換セルを並ぶように形成する工程と、
   前記複数の光電変換セルを直列に接続する工程とを含み、
   前記複数の光電変換セルを形成する工程は、
   前記基板上に光の閉じ込め効果を得るための導電性酸化膜を形成する工程と、
   前記導電性酸化膜上の少なくとも一部の領域に、前記導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有する第１の薄膜層を形成する工程と、
   前記第１の薄膜層が形成された領域において、前記導電性酸化膜を前記光電変換セルごとに分離する工程と、
   前記第１の薄膜層を覆うように前記導電性酸化膜上に第１の電極を形成する工程と、
   前記第１の電極上に光電変換層を形成する工程と、
   前記光電変換層上に透光性の第２の電極を形成する工程とを含むことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
9. 前記導電性酸化膜を前記光電変換セルごとに分離する工程は、
   レーザ光を前記導電性酸化膜に照射することにより前記導電性酸化膜を分離する工程を含むことを特徴とする請求項８記載の光起電力装置の製造方法。
10. 前記第１の薄膜層を形成する工程は、
    ポリシラザンと水との反応により転化した酸化シリコンにより前記第１の薄膜層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項８または９記載の光起電力装置の製造方法。
11. 前記第１の薄膜層を形成する工程は、
    シランと酸素含有ガスとの反応により生成した酸化シリコンにより前記第１の薄膜層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項８または９記載の光起電力装置。
12. 前記導電性酸化膜を形成する工程の後、前記基板上の前記複数の光電変換セルを含む領域の外周部に沿って、前記導電性酸化膜よりも高い硬度および融点を有する第２の薄膜層を形成する工程と、
    前記第２の薄膜層が形成された領域において、前記導電性酸化膜を前記外周部に沿って除去する工程とをさらに備えたことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の光起電力装置の製造方法。

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