JP2007311825A - 光電変換装置および光電変換装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換装置の光劣化を低減させるとともに、光電変換効率の向上を図ることを目的とする。
【解決手段】絶縁性基板上に、第１電極と、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層およびｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層と、第２電極とを少なくとも順次積層してなるとともに、前記第１電極の前記アモルファスシリコン層側の面が微細な凹部１２ａおよび凸部１２ｂを有するテクスチャ構造とされた光電変換装置であって、前記凸部１２ｂの周囲を取り囲む、前記凹部１２ａを結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積の標準偏差が、０．０４〜０．１８であることを特徴とする。
【選択図】 図８

Description

本発明は、絶縁性基板上に、第１電極と、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層およびｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層と、第２電極とを少なくとも順次積層してなるとともに、第１電極のアモルファスシリコン層側の面の表面構造が微細な凹部および凸部を有するテクスチャ構造とされた光電変換装置に関するものである。

従来、シリコン系薄膜を有する光電変換装置では、光閉じ込め効果を得て光電変換効率を向上させるために透明電導層（第１電極、第２電極）の表面を凹凸化したものが知られている（たとえば、特許文献１，２）。
特許文献１には、凹凸の傾斜角を測定し、この標準偏差によってテクスチャ構造を評価する技術が開示されている。
また、特許文献２には、凸部の高さと直径の比によってテクスチャ構造を評価する技術が開示されている。
特開２００２−１３４７７２号公報 特許第２８６２１７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、得られる角度がプローブ顕微鏡のサンプリング長によって変動することになり、再現性のある評価が困難である。
また、特許文献２に記載された技術は、単に凸部の高さと直径を評価したものであり、光電変換装置の性能に及ぼす影響を精度良く反映するものとはいえない。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、光電変換装置の性能を精度良くかつ再現性ある方法で評価でき、これにより、所望の性能を有する光電変換装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の光電変換装置は、絶縁性基板上に、第１電極と、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層およびｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層と、第２電極とを少なくとも順次積層してなるとともに、前記第１電極の前記アモルファスシリコン層側の面の表面構造が微細な凹部および凸部を有するテクスチャ構造とされた光電変換装置であって、前記凸部の周囲を取り囲む、前記凹部を結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積の標準偏差が、０．０４〜０．１８であることを特徴とする。
このような光電変換装置によれば、第１電極上にアモルファスシリコン層が成膜されていく際に、成長しにくく、かつ光電変換装置にとって有害な物質を蓄積しやすい凹部が、従来の光電変換装置の劣化後効率よりも向上させることのできる範囲で少なくなるように形成されている。

請求項２に記載の光電変換装置は、前記第１電極または前記第２電極と、前記ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層との間に、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を積層して２層構造とすることを特徴とする。
このような光電変換装置によれば、入射した太陽光のような光が、アモルファスシリコン層および多結晶シリコン層により光電変換される。

請求項３に記載の光電変換装置は、前記第１電極または前記第２電極と、前記ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層との間に、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を２層積層して３層構造とすることを特徴とする。
このような光電変換装置によれば、入射した太陽光のような光が、アモルファスシリコン層および多結晶シリコン層により光電変換される。

請求項４に記載の光電変換装置の製造方法は、絶縁性基板上に、第１電極と、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層およびｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層と、第２電極とを少なくとも順次積層してなるとともに、前記第１電極の前記アモルファスシリコン層側の面の表面構造が微細な凹部および凸部を有するテクスチャ構造とされた光電変換装置の製造方法であって、前記絶縁性基板上に前記第１電極を成膜する際、前記凸部の周囲を取り囲む、前記凹部を結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積の標準偏差が、０．０４〜０．１８となるように成膜制御することを特徴とする。
このような光電変換装置の製造方法によれば、第１電極上にアモルファスシリコン層が成膜されていく際に、成長しにくく、かつ光電変換装置にとって有害な物質を蓄積しやすい凹部が、従来の光電変換装置の劣化後効率よりも向上させることのできる範囲で少なくなるように形成されている。

請求項５に記載の光電変換装置の製造方法は、前記第１電極または前記第２電極と、前記ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層との間に、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を積層して２層構造とすることを特徴とする。
このような光電変換装置の製造方法によれば、入射した太陽光のような光が、アモルファスシリコン層および多結晶シリコン層により光電変換される。

請求項６に記載の光電変換装置の製造方法は、前記第１電極または前記第２電極と、前記ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層との間に、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を２層積層して３層構造とすることを特徴とする。
このような光電変換装置の製造方法によれば、入射した太陽光のような光が、アモルファスシリコン層および多結晶シリコン層により光電変換される。

請求項７に記載の光電変換装置の検査方法は、絶縁性基板上に、第１電極と、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層およびｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層と、第２電極とを少なくとも順次積層してなるとともに、前記第１電極の前記アモルファスシリコン層側の面の表面構造が微細な凹部および凸部を有するテクスチャ構造とされた光電変換装置の検査方法であって、前記絶縁性基板上に前記第１電極を成膜した後、前記テクスチャ構造を観察し、その結果、前記凸部の周囲を取り囲む、前記凹部を結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積の標準偏差が、０．０４〜０．１８となっているものを合格品とし、それ以外のものを不合格品とすることを特徴とする。
このような光電変換装置の検査方法によれば、第１電極上にアモルファスシリコン層が成膜されていく際に、成長しにくく、かつ光電変換装置にとって有害な物質を蓄積しやすい凹部が、従来の光電変換装置の劣化後効率よりも向上させることのできる範囲で少なくなるように形成された製品が合格品とされ、それ以外の製品は不合格品とされる。

請求項８に記載の光電変換装置の検査方法は、前記第１電極または前記第２電極と、前記ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層との間に、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を積層して２層構造とすることを特徴とする。
このような光電変換装置の検査方法によれば、入射した太陽光のような光が、アモルファスシリコン層および多結晶シリコン層により光電変換される。

請求項９に記載の光電変換装置の検査方法は、前記第１電極または前記第２電極と、前記ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層との間に、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を２層積層して３層構造とすることを特徴とする。
このような光電変換装置の検査方法によれば、入射した太陽光のような光が、アモルファスシリコン層および多結晶シリコン層により光電変換される。

本発明による光電変換装置によれば、光劣化を低減させるとともに、光電変換効率の向上を図ることができる。
また、本発明による光電変換装置の製造方法によれば、光劣化を低減させるとともに、光電変換効率の向上を図ることができる光電変換装置を製造することができる。
さらに、本発明による光電変換装置の検査方法によれば、光劣化を低減させるとともに、光電変換効率の向上を図ることができる光電変換装置のみが合格品として出荷されることとなり、製品の品質および信頼性を一定以上に維持することができる。

以下、本発明による光電変換装置の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、光電変換装置１００は、透明絶縁性基板（絶縁性基板）１１と、第１透明電極（第１電極）１２と、ｐ型シリコン層１３、ｉ型シリコン層１４およびｎ型シリコン層１５からなるｐｉｎ構造のアモルファスシリコン層１０と、第２透明電極（第２電極）１６と、裏面電極（第２電極）１７とを主たる要素として構成されたものである。

このような構成を有する光電変換装置１０は、たとえば、以下のような行程を経て製造される。
（第１工程）
まずはじめに、透明絶縁性基板１１上に第１透明電極１２を形成する。透明絶縁性基板１１には、例えば光透過を示す白板ガラスや青板ガラスが用いられる。第１透明電極１２は、例えば酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のような金属酸化物から作られる。第１透明電極１２を形成する際には、種々の方法が用いられ、例えば、ＣＶＤ法が挙げられる。テクスチャ構造は、成膜条件を適宜調節することによって得ることができる。
また、スパッタリングによって第１透明電極１２を形成し、湿式または乾式によるエッチングでテクスチャ構造を形成しても良い。

（第２工程）
次に、プラズマＣＶＤ装置の陽極に、第１透明電極１２が形成された透明絶縁性基板１１を被処理物として保持させた状態で、被処理物を反応容器に収納した後、真空ポンプを作動して前記反応容器内を真空排気する。つづいて、陽極に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物の基板を例えば１６０℃以上に加熱する。そして、反応容器内に原料ガスであるシリコン含有ガス、水素ガス及びｐ型ドーパントとなるIII族元素を含有するガス（Ｂ_２Ｈ_６等）を導入し、反応容器内を所定の圧力に制御する。そして、高周波電源から高周波電力を放電用電極に供給することにより前記放電用電極と前記被処理物の間にプラズマを発生させ、前記被処理物の第１透明電極１２上にアモルファスのｐ型シリコン層１３を成膜する。

シリコン含有ガスとしては、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２等を、III族元素含有ガスとしては、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎを含有するガスを用いることができる。前記ｐ型不純物ガスとしては、例えばＢ_２Ｈ_６等を用いることができる。

（第３工程）
ｐ型シリコン層１３を成膜した後、原料ガスの供給を停止し、反応容器内を真空排気する。つづいて、真空排気された別の反応容器に収納し、反応容器内に原料ガスであるシリコン含有ガスと水素との混合ガスを導入し、反応容器内の所定の圧力に制御する。そして、超高周波電源から周波数が１０〜２００ＭＨｚの超高周波電力を放電用電極に供給することにより、前記放電用電極と前記被処理物の間にプラズマを発生させ、前記被処理物のｐ型シリコン層１３の上にアモルファスのｉ型シリコン層１４を成膜する。

また、反応容器内にプラズマを発生させる際の圧力は、０.０１〜５Ｔｏｒｒの範囲、より好ましくは０.１〜０.５Ｔｏｒｒの範囲に設定することが望ましい。

（第４工程）
ｉ型シリコン層１４を成膜した後、原料ガスの供給を停止し、反応容器内を真空排気する。つづいて、真空排気された別の反応容器内に透明絶縁性基板１１を収納してこの反応容器内に原料ガスであるシリコン含有ガス、水素及びｎ型ドーパントとなるＶ族元素を含有するガス（ＰＨ_３等）を導入し、反応容器内の所定の圧力に制御する。そして、超高周波電源から超高周波電力を放電用電極に供給することにより放電用電極と被処理物の間にプラズマを発生させ、ｉ型シリコン層１４上にアモルファス又は多結晶のｎ型シリコン層１５を成膜する。この後、前記被処理物をプラズマＣＶＤ装置から取り出し、ｎ型シリコン層１５上に第２透明電極１６および裏面電極１７を順次形成して光電変換装置を製造する。この光電変換装置は、透明絶縁性基板１１側から太陽光のような光を入射させて前記ｐｉｎ構造のアモルファスシリコン層１０で光電変換させることにより起電される。

なお前記Ｖ族元素含有ガスとしては、Ｐ、Ａｓ、ｓｂを含有するガス例えばＰＨ_３等を用いることができる。また第２透明電極１６は、例えば酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、あるいは酸化亜鉛（ＺｎＯ）から作られる。更に裏面電極１７は、例えばＡｌあるいはＡｇから作られる。

さてここで、本実施形態による光電変換装置１００では、透明絶縁性基板１１上に第１透明電極１２を成膜（積層）する際、図２に示すように、第１透明電極１２のアモルファスシリコン層１０側の面に、微細な凹部（谷部）１２ａおよび凸部（山部）１２ｂを有するテクスチャ構造が形成されるように成膜制御される。
図３は、図２に示す第１透明電極１２のアモルファスシリコン層１０側の表面を斜め上方から見た要部斜視図であり、第１透明電極１２のアモルファスシリコン層１０側の面に、微細な凹部１２ａおよび凸部１２ｂを有するテクスチャ構造が形成されている様子を立体的に示した図である。
また図４は、図２および図３に示した凸部１２ｂのうちの一つを示す平面図である。図４において凸部１２ｂの輪郭線は凹部１２ａを示している。

このようなテクスチャ構造の凹凸は、原子力間顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて観察することができる。
すなわち、観察対象である第１透明電極１２は、光電変換装置（すなわち、太陽電池）用のＴＣＯ（透明導電性酸化物）であることから、太陽光波長（０．３〜１．５μｍ）程度のテクスチャが判別できればよい。したがって、５μｍ角の範囲を２５６×２５６点で分割し、各点の表面高さをＡＦＭ（Tapping mode）で観察する。
なお、ＡＦＭ探針（カンチレバー）はへき開したｎ＋型シリコン単結晶で作られ、カンチレバー厚さは１〜１０μｍ程度、カンチレバー幅は１０〜３０μｍ程度である。カンチレバー先端は（１１１）面へき開で構成されるため約７０度ほどである。したがって、このカンチレバーが容易に入るサイズ以上の凹部１２ａしか考慮しないこととする。また、表面高さ分解能は１０〜３０ｎｍとする。

次に、市販の画像解析ソフトウェアを用いて、前述した２５６×２５６点の各点についてラプラシアン（２階微分（透明絶縁性基板１１の表面と平行な面上におけるｘ，ｙ方向の微分）の和である、スカラー微分演算子）を計算する。事前に同一観察条件のＡＦＭで平坦面（例えば、単結晶シリコンのへき開面）をモニターした結果得たノイズよりも大きな値のラプラシアンを検出し、最近傍の点同士を結び、ＡＦＭ観察像中のテクスチャ構造を形成する凹部１２ａおよび凸部１２ｂを検出することができる。

本実施形態では、第１透明電極１２のアモルファスシリコン層１０側の面に、凸部１２ｂの周囲を取り囲む、凹部１２ａを結ぶ無端の線の長さを、この凹部１２ａを結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積で除した値が、１０μｍ〜２０μｍ／μｍ^２となるテクスチャ構造が形成されている。
すなわち、図４に示すように、凸部１２ｂの輪郭線の長さ（周囲長）を、この輪郭線で囲まれた面積で除した値が、１０μｍ〜２０μｍ／μｍ^２となるようにテクスチャ構造が形成されている。
これら輪郭線の長さおよび輪郭線で囲まれた面積は、一つの凹部１２ａおよび凸部１２ｂに注目して算出されたものであってもよいし、あるいは所定範囲（たとえば、５μｍ角の範囲）内にあるすべての凹部１２ａおよび凸部１２ｂに注目して算出された平均値であってもよい。

このようなテクスチャ構造を有する光電変換装置の性能試験結果を図５に示す。
図５は、縦軸に劣化後効率（相対値）を示し、横軸に凸部１２ｂの周囲長を、その周囲長が取り囲む面積で除した値を示している。なお、試験は光電変換装置に模擬太陽光（スペクトル：ＡＭ−１．５、照射強度：１００ｍＷ／ｃｍ^２、照射温度２５℃）をその透明絶縁性基板１１側から入射し、劣化後効率を評価した。
図５において、縦軸の値が１．００、横軸の値が２１近辺にあるデータは、比較のために示した従来の光電変換装置のデータである。図５から分かるように、凸部１２ｂの輪郭線の長さ（周囲長）を、この輪郭線で囲まれた面積で除した値が、１０μｍ〜２０μｍ／μｍ^２となるようにテクスチャ構造を形成させることにより、従来のものよりも劣化後効率を向上させることができる。

その理由について、図６を用いて説明する。
第１透明電極１２上にアモルファスシリコン層１０が成膜されていく際、ある入射方位分布をもって成膜化学種が第１透明電極１２・アモルファスシリコン層１０上に到達してアモルファスシリコン層１０が成長していくため、第１透明電極１２上の凸部１２ｂに成長する場合に遮蔽効果（シャドゥイング効果）によって第１透明電極１２上の凹部１２ａの成長が抑制される傾向がある。そのため、成長しにくい凹部１２ａには不純物（たとえば、酸素原子）Ｆ等の光電変換装置にとって有害な物質が蓄積されやすく、光電変換装置の性能低下を招く。すなわち、不純物Ｆ等の光電変換装置にとって有害な物質が蓄積されやすい凹部１２ａが多く形成されると光電変換装置の性能が低下する。したがって、有害な物質がたまりやすい凹部１２ａをできるだけ少なくすることにより、光電変換装置の劣化を低減させて、効率を向上させることができる。
しかしながら、この凹部１２ｂが少なすぎる場合、すなわち、凸部１２ｂの輪郭線の長さ（周囲長）を、この輪郭線で囲まれた面積で除した値が１０μｍ／μｍ^２よりも小さい場合、図５に示すように、劣化後効率は従来のものと略等しくなり、劣化後効率は必ずしも向上しないことがわかる。
これは、太陽光（波長が０．３〜１．５μｍ程度）の散乱効果が低下するために、入射光の光路長が小さく、有効に光電変換装置の内部で吸収されず、却って光電変換装置の電池特性が劣化するためである。

また、凸部１２ｂの輪郭線、すなわち、凹部１２ａの平面視形状は、略円形（円形に近い形状）を有するように形成させることが望ましい。言い換えれば、凸部１２ｂの半径をできるだけ大きく、かつ単純な形状とすることが望ましい。
凹部１２ａの平面視形状をこのような形状とすることにより、不純物Ｆがたまりやすい凹部１２ａを最小にすることができ、光電変換装置の電池特性の劣化を低減させて、効率をさらに向上させることができる。
このように、凹部１２ｂの占める割合は、第１透明電極１２の結晶粒（凸部）密度や結晶粒面積でも概算できるが、同じ密度・面積でも複雑に入り組んだ粒界をもつ結晶で構成された第１透明電極１２の方が太陽電池特性を悪化させるため、本実施形態のように、透明導電膜上の凹部の占める割合の指標として、凸部１２ｂの輪郭線の長さ（周囲長）を、この輪郭線で囲まれた面積で除した値を用いることは妥当といえる。

このようにして製造された製品のすべて、あるいは各ロットから無作為に抽出された少なくとも一つの製品について第１透明電極１２のテクスチャ構造を検査して、その結果、凸部１２ｂの周囲を取り囲む、凹部１２ａを結ぶ無端の線の長さを、凹部１２ａを結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積で除した値が、１０μｍ〜２０μｍ／μｍ^２となっているもの、あるいはその製品が含まれていたロットを合格品とし、それ以外のもの、あるいはその製品が含まれていたロットのすべてを不合格品とすることもできる。
これにより、光劣化を低減させるとともに、光電変換効率の向上を図ることができる光電変換装置のみが合格品として出荷されることとなり、製品の品質および信頼性を一定以上に維持することができる。

次に、本発明による光電変換装置の第２実施形態について説明する。本実施形態は、前述した第１実施形態と第１透明電極１２の成膜のさせ方、すなわち、テクスチャ構造の形成のさせ方が異なり、その他の構成および製造方法は前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

本実施形態では、凸部１２ｂの数密度が、４〜１２個／μｍ^２となるように、透明絶縁性基板１１上に第１透明電極１２が成膜制御される。
これにより、第１実施形態と同様、不純物Ｆがたまりやすい凹部１２ａを少なくすることができ、太陽電池特性の劣化を低減させて、効率を向上させることができる。
なお、本実施形態では凸部１２ｂの数密度に依存しているため、凹部１２ａの平面視形状は上述したような略円形に限定されるものではなく、たとえば、図４に示すような多角形に近い形状となっている可能性もある。

このようなテクスチャ構造を有する光電変換装置の性能試験結果を図７に示す。
図７は、縦軸に劣化後効率（相対値）を示し、横軸に凸部１２ｂの数密度（１／μｍ^２）を示している。なお、試験は光電変換装置に模擬太陽光（スペクトル：ＡＭ−１．５、照射強度：１００ｍＷ／ｃｍ^２、照射温度２５℃）をその透明絶縁性基板側から入射し、劣化後効率を評価した。
図７において、縦軸の値が１．００、横軸の値が１３近辺にあるデータは、比較のために示した従来の光電変換装置のデータである。図７から分かるように、凸部１２ｂの数密度が、４〜１２個／μｍ^２となるようにテクスチャ構造を形成させることにより、従来のものよりも劣化後効率を向上させることができる。
その理由は第１実施形態のところで述べた理由と同じであるので、ここではその説明を省略する。

このようにして製造された製品のすべて、あるいは各ロットから無作為に抽出された少なくとも一つの製品について第１透明電極１２のテクスチャ構造を検査して、その結果、凸部１２ｂの数密度が、４〜１２個／μｍ^２となっているもの、あるいはその製品が含まれていたロットを合格品とし、それ以外のもの、あるいはその製品が含まれていたロットのすべてを不合格品とすることもできる。
これにより、光劣化を低減させるとともに、光電変換効率の向上を図ることができる光電変換装置のみが合格品として出荷されることとなり、製品の品質および信頼性を一定以上に維持することができる。

本発明による光電変換装置の第３実施形態について説明する。本実施形態は、前述した実施形態と第１透明電極１２の成膜のさせ方、すなわち、テクスチャ構造の形成のさせ方が異なり、その他の構成および製造方法は前述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

本実施形態では、凸部１２ｂの周囲を取り囲む、凹部１２ａを結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積の標準偏差が、０．０４〜０．１８となるように、透明絶縁性基板１１上に第１透明電極１２が成膜制御される。
これにより、前述した実施形態と同様、不純物Ｆがたまりやすい凹部１２ａを少なくすることができ、太陽電池特性の劣化を低減させて、効率を向上させることができる。

このようなテクスチャ構造を有する光電変換装置の性能試験結果を図８に示す。
図８は、縦軸に劣化後効率（相対値）を示し、横軸に凸部１２ｂの周囲を取り囲む、凹部１２ａを結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積の標準偏差を示している。なお、試験は光電変換装置に模擬太陽光（スペクトル：ＡＭ−１．５、照射強度：１００ｍＷ／ｃｍ^２、照射温度２５℃）をその透明絶縁性基板側から入射し、劣化後効率を評価した。
図８において、縦軸の値が１．００、横軸の値が０．２２〜０．２６にあるデータは、比較のために示した従来の光電変換装置のデータである。図８から分かるように、横軸に凸部１２ｂの周囲を取り囲む、凹部１２ａを結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積の標準偏差が、０．０４〜０．１８となるようにテクスチャ構造を形成させることにより、従来のものよりも劣化後効率を向上させることができる。
その理由は第１実施形態のところで述べた理由と同じであるので、ここではその説明を省略する。

このようにして製造された製品のすべて、あるいは各ロットから無作為に抽出された少なくとも一つの製品について第１透明電極１２のテクスチャ構造を検査して、その結果、凸部１２ｂの周囲を取り囲む、凹部１２ａを結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積の標準偏差が、０．０４〜０．１８となっているもの、あるいはその製品が含まれていたロットを合格品とし、それ以外のもの、あるいはその製品が含まれていたロットのすべてを不合格品とすることもできる。
これにより、光劣化を低減させるとともに、光電変換効率の向上を図ることができる光電変換装置のみが合格品として出荷されることとなり、製品の品質および信頼性を一定以上に維持することができる。

本発明による光電変換装置の第４実施形態について説明する。本実施形態は、前述した実施形態と第１透明電極１２の成膜のさせ方、すなわち、テクスチャ構造の形成のさせ方が異なり、その他の構成および製造方法は前述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

本実施形態では、波長６００〜１０００ｎｍ、好ましくは波長８００〜９００ｎｍで測定した分光ヘイズ率が、所定範囲内にくるように、透明絶縁性基板１１上に第１透明電極１２が成膜制御される。具体的には、波長８００ｎｍで測定した分光ヘイズ率が、２〜１６％となるように、透明絶縁性基板１１上に第１透明電極１２が成膜制御される。すなわち、上述した第１実施形態ないし第３実施形態のいずれかのテクスチャ構造を有する第１透明電極１２が、透明絶縁性基板１１上に成膜制御される。
これにより、前述した実施形態と同様、不純物Ｆがたまりやすい凹部１２ａを少なくすることができ、太陽電池特性の劣化を低減させて、効率を向上させることができる。

その理由は以下の通りである。上述した実施形態のところで述べたように、凸部（粒子）１２ｂの大きさが光劣化に影響する。この粒子の大きさはヘイズ率との相関が高い。一方、太陽光の波長は０．３〜１．５μｍなので、散乱光はこの波長範囲と同等の粒子の大きさを有するときに散乱光強度が最も大きくなる。
したがって、光劣化に影響を及ぼす粒子の大きさを考慮して、６００ｎｍ〜１０００ｎｍ（０．６μｍ〜１．０μｍ）、好ましくは８００ｎｍ〜９００ｎｍ（０．８μｍ〜０．９μｍ）の範囲で分光ヘイズ率を測定するのが効果的である。
また、６００ｎｍよりも小さい波長の分光ヘイズ率は、小さい粒子の散乱光強度を反映してしまうので好ましくない。したがって、可視光域（５５０ｎｍあたり）に測定波長が設定されたヘイズメータでは、光劣化との相関が高いヘイズ率を得ることができない。
一方、１０００ｎｍを超える分光ヘイズ率は、散乱だけではなく屈折の影響が加味された値を得てしまうことになるので好ましくない。

このようにして製造された製品のすべて、あるいは各ロットから無作為に抽出された少なくとも一つの製品について第１透明電極１２のテクスチャ構造を検査して、その結果、波長６００〜１０００ｎｍ、好ましくは波長８００〜９００ｎｍで測定した分光ヘイズ率が、所定範囲内にくるように、より具体的には、波長８００ｎｍで測定した分光ヘイズ率が、２〜１６％となっているもの、あるいはその製品が含まれていたロットを合格品とし、それ以外のもの、あるいはその製品が含まれていたロットのすべてを不合格品とすることもできる。
これにより、光劣化を低減させるとともに、光電変換効率の向上を図ることができる光電変換装置のみが合格品として出荷されることとなり、製品の品質および信頼性を一定以上に維持することができる。

なお、上述した光電変換装置の製造において第１透明電極１２側からｐ型、ｉ型、ｎ型のアモルファスシリコン層１３，１４，１５を順次成膜してｐｉｎ構造としたが、本発明はこのようなものに限定されるものではなく、たとえば、図９〜図１５に示すような構成を有するように製造することもできる。

図９に示す光電変換装置２００は、透明絶縁性基板１１側から光を入射するタイプでｎｉｐ構造からなるアモルファスシリコン層１０を具備してなるものである。
図９に示すように、白板ガラスからなる透明絶縁性基板１１上に酸化錫からなる第１透明電極１２を形成した。つづいて、この第１透明電極１２上にｎ型アモルファスシリコン層１５、ｉ型アモルファスシリコン層１４、ｐ型アモルファスシリコン層１３を積層した。ひきつづき、酸化亜鉛からなる第２透明電極１６およびＡｇからなる裏面電極１７を順次形成して図９に示す光電変換装置を製造した。

図１０に示す光電変換装置３００は、透明絶縁性基板１１側から光を入射するタイプでｐｉｎ構造からなるアモルファスシリコン層１０とｐｉｎ構造からなる多結晶シリコン層３０とを具備してなるタンデム型の光電変換装置である。
図１０に示すように、白板ガラスからなる透明絶縁性基板１１上に酸化錫からなる第１透明電極１２を形成した。続いて、この第１透明電極１２上にｐ型シリコン層（アモルファスシリコン層）１３、ｉ型シリコン層（アモルファスシリコン層）１４、ｎ型シリコン層１５を積層してｐｉｎ構造のアモルファスシリコン層１０を形成した。つづいて、このアモルファスシリコン層１０上にｐ型多結晶シリコン層３１、ｉ型多結晶シリコン層３２、ｎ型多結晶シリコン層３３を積層した。ひきつづき、酸化亜鉛からなる第２透明電極１６およびＡｇからなる裏面電極１７を順次形成して図１０に示す光電変換装置を製造した。

図１１に示す光電変換装置４００は、透明絶縁性基板１１側から光を入射するタイプでｎｉｐ構造からなるアモルファスシリコン層１０とｎｉｐ構造からなる多結晶シリコン層３０とを具備してなるタンデム型の光電変換装置である。
図１１に示すように、白板ガラスからなる透明絶縁性基板１１上に酸化錫からなる第１透明電極１２を形成した。続いて、この第１透明電極１２上にｎ型シリコン層（アモルファスシリコン層）１５、ｉ型シリコン層（アモルファスシリコン層）１４、ｐ型シリコン層（アモルファスシリコン層）１３を積層してｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層１０を形成した。つづいて、このアモルファスシリコン層１０上にｎ型多結晶シリコン層３３、ｉ型多結晶シリコン層３２、ｐ型多結晶シリコン層３１を積層した。ひきつづき、酸化亜鉛からなる第２透明電極１６およびＡｇからなる裏面電極１７を順次形成して図１１に示す光電変換装置を製造した。

図１２に示す光電変換装置５００は、第２透明電極２１側から光を入射させるタイプであって、アモルファスシリコン層１０がｐｉｎ構造を具備してなる光電変換装置である。
まず、光透過を有する白板ガラスからなる透明絶縁性基板１１上にＮｉ、Ａｌ又はＡｇの１層又は複数層からなる裏面電極１８および酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる第１透明電極１９を形成した。つづいて、第１透明電極１９上にｐ型アモルファスシリコン層１３、ｉ型アモルファスシリコン層１４、ｎ型アモルファスシリコン層１５を積層した。ひきつづき、ｎ型アモルファスシリコン層１５に酸化インジウムからなる第２透明電極２１を形成し、さらに第２透明電極２１上に取出電極２２を形成して図１２に示す光電変換装置を製造した。

図１３に示す光電変換装置６００は、第２透明電極２１側から光を入射させるタイプであって、アモルファスシリコン層１０がｎｉｐ構造を具備してなる光電変換装置である。
まず、光透過を有する白板ガラスからなる透明絶縁性基板１１上にＮｉ、Ａｌ又はＡｇの１層又は複数層からなる裏面電極１８および酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる第１透明電極１９を形成した。つづいて、第１透明電極１９上にｎ型アモルファスシリコン層１５、ｉ型アモルファスシリコン層１４、ｐ型アモルファスシリコン層１３を積層した。ひきつづき、ｐ型アモルファスシリコン層１３上に酸化インジウム（ＩＴＯ）からなる第２透明電極２１を形成し、さらに第２透明電極２１上に集電電極２２を形成して図１３に示す光電変換装置を製造した。

図１４に示す光電変換装置７００は、第２透明電極２１側から光を入射するタイプでｐｉｎ構造からなるアモルファスシリコン層１０とｐｉｎ構造からなる多結晶シリコン層３０とを具備してなるタンデム型の光電変換装置である。
まず、光透過を有する白板ガラスからなる透明絶縁性基板１１上にＮｉ、Ａｌ又はＡｇの１層又は複数層からなる裏面電極１８および酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる第１透明電極１９を形成した。つづいて、透明電極１９上に、ｐ型シリコン層（多結晶シリコン層）３１、ｉ型シリコン層（多結晶シリコン層）３２、ｎ型シリコン層（多結晶シリコン層）３３を積層してｐｉｎ構造の多結晶シリコン層３０を形成した。多結晶シリコン層３０の形成は、主としてシランの水素希釈率を増加させることにより行った。 次に、多結晶のｎ型シリコン層３３上にｐ型アモルファスシリコン層１３、ｉ型アモルファスシリコン層１４、ｎ型アモルファスシリコン層１５を積層した。
ひきつづき、ｎ型シリコン層１５上に酸化インジウムからなる第２透明電極２１を形成し、さらに第２透明電極２１上に集電電極２２を形成して図１４に示す光電変換装置を製造した。

図１５に示す光電変換装置８００は、第２透明電極２１側から光を入射するタイプでｎｉｐ構造からなるアモルファスシリコン層１０とｎｉｐ構造からなる多結晶シリコン層３０とを具備してなるタンデム型の光電変換装置である。
まず、光透過を有する白板ガラスからなる透明絶縁性基板１１上にＮｉ、Ａｌ又はＡｇの１層又は複数層からなる裏面電極１８および酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる第１透明電極１９を形成した。つづいて、第１透明電極１９上にｎ型多結晶シリコン層３３、ｉ型多結晶シリコン層３２、ｐ型多結晶シリコン層３１を積層した。
次に、多結晶のｐ型シリコン層３１上に、ｎ型シリコン層（アモルファスシリコン層）１５、ｉ型シリコン層（アモルファスシリコン層）１４、ｐ型シリコン層（アモルファスシリコン層）１３を積層してｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層１０を形成した。
ひきつづき、ｐ型シリコン層１３上に酸化インジウムからなる第２透明電極２１を形成し、さらに第２透明電極２１上に集電電極２２を形成して図１５に示す光電変換装置を製造した。

これら図９〜図１５に示すような光電変換装置２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００をそれぞれ製造するときにも、第１透明電極１２，１９が、前述した第１実施形態から第４実施形態の少なくともいずれか一つのテクスチャ構造を有するように成膜制御することにより、光電変換装置の光劣化を低減させるとともに、光電変換効率の向上を図ることができる。

本発明による光電変換装置の一実施形態を示す断面模式図である。 図１の要部拡大図である。 図２に示す第１透明電極の多結晶シリコン層側の表面を斜め上方から見た要部斜視図である。 図２および図３に示した凸部のうちの一つを示す平面図である。 第１実施形態の光電変換装置の劣化後効率と、凸部の輪郭線の長さ（周囲長）を、この輪郭線で囲まれた面積で除した値との関係を示すグラフである。 テクスチャ構造の凹部（谷部）に不純物がたまりやすいことを説明するための要部拡大断面図である。 第２実施形態の光電変換装置の劣化後効率と、凸部の数密度との関係を示すグラフである。 第３実施形態の光電変換装置の劣化後効率と、凸部の周囲を取り囲む、凹部を結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積の標準偏差との関係を示すグラフである。 透明絶縁性基板側から光を入射するタイプでｎｉｐ構造からなる多結晶シリコン層を具備してなる光電変換装置の断面模式図である。 透明絶縁性基板側から光を入射するタイプでｐｉｎ構造からなる多結晶シリコン層とｐｉｎ構造からなるアモルファスシリコン層とを具備してなるタンデム型の光電変換装置の断面模式図である。 透明絶縁性基板側から光を入射するタイプでｎｉｐ構造からなる多結晶シリコン層とｎｉｐ構造からなるアモルファスシリコン層とを具備してなるタンデム型の光電変換装置の断面模式図である。 第２透明電極側から光を入射させるタイプであって、多結晶シリコン層がｐｉｎ構造を具備してなる光電変換装置の断面模式図である。 第２透明電極側から光を入射させるタイプであって、多結晶シリコン層がｎｉｐ構造を具備してなる光電変換装置の断面模式図である。 第２透明電極側から光を入射するタイプでｐｉｎ構造からなる多結晶シリコン層とｐｉｎ構造からなるアモルファスシリコン層とを具備してなるタンデム型の光電変換装置の断面模式図である。 第２透明電極側から光を入射するタイプでｎｉｐ構造からなる多結晶シリコン層とｎｉｐ構造からなるアモルファスシリコン層とを具備してなるタンデム型の光電変換装置の断面模式図である。

符号の説明

１０ アモルファスシリコン層
１１ 透明絶縁性基板（絶縁性基板）
１２ 第１透明電極（第１電極）
１２ａ 凹部
１２ｂ 凸部
１３ ｐ型シリコン層（アモルファスシリコン層）
１４ ｉ型シリコン層（アモルファスシリコン層）
１５ ｎ型シリコン層（アモルファスシリコン層）
１６ 第２透明電極（第２電極）
１７ 裏面電極（第２電極）
３１ ｐ型シリコン層（多結晶シリコン層）
３２ ｉ型シリコン層（多結晶シリコン層）
３３ ｎ型シリコン層（多結晶シリコン層）
１００ 光電変換装置
２００ 光電変換装置
３００ 光電変換装置
４００ 光電変換装置
５００ 光電変換装置
６００ 光電変換装置
７００ 光電変換装置
８００ 光電変換装置

Claims (9)

1. 絶縁性基板上に、第１電極と、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層およびｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層と、第２電極とを少なくとも順次積層してなるとともに、前記第１電極の前記アモルファスシリコン層側の面が微細な凹部および凸部を有するテクスチャ構造とされた光電変換装置であって、
   前記凸部の周囲を取り囲む、前記凹部を結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積の標準偏差が、０．０４〜０．１８であることを特徴とする光電変換装置。
2. 前記第１電極または前記第２電極と、前記ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層との間に、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を積層して２層構造とすることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記第１電極または前記第２電極と、前記ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層との間に、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を２層積層して３層構造とすることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
4. 絶縁性基板上に、第１電極と、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層およびｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層と、第２電極とを少なくとも順次積層してなるとともに、前記第１電極の前記アモルファスシリコン層側の面が微細な凹部および凸部を有するテクスチャ構造とされた光電変換装置の製造方法であって、
   前記絶縁性基板上に前記第１電極を成膜する際、前記凸部の周囲を取り囲む、前記凹部を結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積の標準偏差が、０．０４〜０．１８となるように成膜制御することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
5. 前記第１電極または前記第２電極と、前記ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層との間に、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を積層して２層構造とすることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置の製造方法。
6. 前記第１電極または前記第２電極と、前記ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層との間に、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を２層積層して３層構造とすることを特徴とする請求項４または５に記載の光電変換装置の製造方法。
7. 絶縁性基板上に、第１電極と、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層およびｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層と、第２電極とを少なくとも順次積層してなるとともに、前記第１電極の前記アモルファスシリコン層側の面が微細な凹部および凸部を有するテクスチャ構造とされた光電変換装置の検査方法であって、
   前記絶縁性基板上に前記第１電極を成膜した後、前記テクスチャ構造を観察し、その結果、前記凸部の周囲を取り囲む、前記凹部を結ぶ無端の線で囲まれた領域の面積の標準偏差が、０．０４〜０．１８となっているものを合格品とし、それ以外のものを不合格品とすることを特徴とする光電変換装置の検査方法。
8. 前記第１電極または前記第２電極と、前記ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層との間に、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を積層して２層構造とすることを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置の検査方法。
9. 前記第１電極または前記第２電極と、前記ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層との間に、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を２層積層して３層構造とすることを特徴とする請求項７または８に記載の光電変換装置の検査方法。

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