JP2008118058A - 透明電極層の加工方法およびそれを用いた薄膜光電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分離溝に壁を形成せずガラスにダメージを与えることなく、良好な加工性で透明電極層を絶縁分離する方法を提供し、集積型薄膜光電変換装置の出力特性を改善する。
【解決手段】ガラス４１上に絶縁性下地層４２ａと酸化亜鉛層４２ｂが順次積層された透明電極層に対し、Ｎｄ−ＹＶＯ4（ネオジウム・ワイ・ブイ・オー・フォアー）レーザーから出力される第二高調波（波長５３２ｎｍ）であり、ビーム断面の出力強度分布が均一化されかつビーム先端部が平らであるレーザービームで分離溝４３を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、透明電極層のパターンニング方法と集積型薄膜光電変換装置に関する製造方法を提供する。

太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池は、環境への負荷の少ない新しいエネルギー源として注目されている。特にＣＶＤプロセスにより形成される薄膜シリコンタイプの太陽電池は、結晶系の太陽電池と比較して膜厚が薄いため使用原料も少なく、低コスト化太陽電池として注目されている。薄膜シリコン太陽電池の製造方法としては、ＣＶＤ法などによる製膜プロセスと太陽電池を形成するための加工プロセスを組み合わせて所定のデバイス構造が作製される。例えば一枚の基板上に複数の単位セルが直列或いは並列に接続された集積型構造が採用され、太陽電池モジュールが形成される。
図１にこのような集積型薄膜シリコン太陽電池の構造を示す。透明絶縁基板１上に透明電極層２、光電変換層３、裏面電極層４が順に積層されている。そして透明電極層２には絶縁分割するための分離溝５、光電変換層には透明電極層と裏面電極層を電気的に接続するための接続溝６、さらに薄膜シリコン層と裏面電極層を分割する分離溝７により各単位セル８が直列に接続されている。透明電極層に用いる透明導電膜としては、通常、酸化インジウム錫（以下ＩＴＯと呼ぶ）、酸化錫（以下ＳｎＯ₂と呼ぶ）、酸化亜鉛(以下ＺｎＯと呼ぶ)等が用いられる。ＩＴＯは導電率が高く広く用いられているが、原料であるＩｎが希少金属であり生産量が少ないため透明導電膜の需要が増加した場合には安定供給に問題が生じると考えられる。ＳｎＯ₂はＩＴＯより安価であり、また自由電子濃度が低いため高透過率の膜が得られるが、導電率が低く、耐プラズマ性が低いことが欠点である。これに対し亜鉛は資源として豊富であり安価である。またＺｎＯは耐プラズマ性が高い、移動度が大きいため長波長光の透過率が高いなどの特徴があることから、太陽電池用透明導電膜として適している。光電変換層は薄膜シリコン層で構成され、ｐ−ｉ−ｎ接合からなり発電層としては非晶質シリコン層や、結晶質シリコン層がもちいられる。また非晶質シリコン層は太陽光スペクトルのうち可視領域に、結晶質シリコン層は近赤外領域に主に感度特性を有していることから、広範囲の波長光を利用するために非晶質と結晶質シリコンを積層したタンデム構造を有している場合もある。裏面電極層は、光をセル内に反射する目的もあることから銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）等の金属膜が用いられる。単位セルを作製するプロセスにおいて、これらの薄膜を加工し分離溝や接続溝を形成する方法としてはフォトファブなどの化学的なエッチングを用いる方法や機械的にスクライブする方法があるが、生産性やコストの点からはレーザービームによるスクライブが有利である。このような薄膜シリコン型の太陽電池をスクライブする場合には、コスト、および安定性などからＹＡＧレーザーが用いられることが多く加工する膜に応じて波長が適宜選択される。

特にスクライブの中で問題となるのは、透明電極層に対するスクライブである。すなわち本スクライブは隣接する電極間の電気的な分離が目的であるが、絶縁が不十分であるとセル間でリークパスが生じ、漏れ電流による光電変換特性の低下を招くことになる。また透明基板としてガラスを用いた場合、ガラス中のＮａなどのアルカリ金属が透明電極層や発電層に拡散するのを防止するために、アルカリバリアー層として絶縁性下地層が挿入されているが、加工パワーを上げることでアルカリバリアー層までもスクライブされてしまい、透明電極層中にアルカリ金属が侵入し信頼性の低下を招く。同じくガラスを用いた場合、加工パワーを大きくすることでガラスそのものに微小なクラックが入り、強度に対する
信頼性が低下することになる。さらに分離溝の形状も重要である。すなわち分離溝の端の部分は、レーザービームの入射により完全に除去されなかった透明電極層の残渣が壁状に連なることとなる。そして引き続いて積層される光電変換層を突き抜けることで裏面電極層との短絡のパスが生じ特性が低下する。

特にＺｎＯを透明電極層として用いた場合には、上記問題が顕著になる。なぜならＺｎＯが昇華する際に分離溝間に再付着すると、ＳｎＯ₂と比較して抵抗率が一桁以上小さいために、分離溝間の絶縁不良が生じやすく、これを防止するためにパワーを上げると、アルカリバリアー層までスクライブされるからである。またＺｎＯ表面には、光を散乱させ電流を多く得るために微細な凹凸を形成することが望ましいが、形成法としてＣＶＤなどの化学気相法のみを用いる場合、この凹凸を形成するために膜厚は最低でも１μｍ以上必要である。膜厚が厚いと入射するパワーも大きくなり、また壁の高さも高くなる。

このような問題の解決方法として特開２００６−１２１０１１号公報に開示されている方法では、ガラス上に形成された透明電極層に対し、ビーム断面の出力強度分布が均一化されかつビーム先端部が平らであるビームによりスクライブすることにより、アルカリバリアー層としての絶縁性下地層を突き抜けることなくスクライブすることを開示しているが、壁の形状、および壁と特性の関係については言及されていない。国際公開第２００５／１１９７９６号パンフレットに記載されている方法では、壁の発生を防止する目的で、紫外領域の波長のビームを用いスクライブすることで壁の発生が抑制されることを開示しているが、ビームの形状についての言及は無くガラスへのダメージの有無については不明である。

このように透明電極層をレーザーでスクライブする場合、絶縁分離すること、ガラスへのダメージを無くすこと、分離溝の形状が良好なことが必要であるが、これらの条件を満たすスクライブ方法は見出されていなかった。そこで本発明は、従来技術が有していたこれらの欠点を解決し、集積型の光電変換装置の透明電極層へのスクライブにおいて、優れた加工形状を有するスクライブ方法ならびに本法により作成した高い変換効率と信頼性を有する薄膜光電変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、透明絶縁基板上に形成された酸化亜鉛を主成分とする透明電極層に対し、複数の部分に分離されている透明電極層付き透明絶縁基板の製造方法において、深さ方向に複数の分離溝を形成する工程において使用するレーザービームはＮｄ−ＹＶＯ4（ネオジウム・ワイ・ブイ・オー・フォアー）レーザーから出力される第二高調波（波長５３２ｎｍ）であることを特徴としている。また前記透明電極層と前記透明絶縁基板の界面を高さの基準面とした場合、前記分離溝の壁の高さが、透明電極層の膜厚に０．２μｍを加えた高さ以下であることを特徴としている。また前記レーザービームは、ビーム断面の出力強度分布が均一化されかつビーム先端部が平らであるレーザービームであることを特徴としている。この透明電極層の膜厚は１μｍ以上４μｍ以下であることが望ましい。また絶縁基板上に、透明電極層、光電変換層、裏面電極層の順に積層された集積型の光電変換装置においては、本発明により得られた透明電極層付き絶縁基板を備えていることを特徴としている。この光電変換層の膜厚が０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、０．２μｍ以上０．５μｍ以下であることがより一層好ましい。
また前記光電変換層が非晶質シリコン層を主成分とする薄膜光電変換装置であることを特徴とする。

本発明によれば、分離溝に壁を形成することなく、又ガラスにダメージを与えることもなく、良好な加工性で透明電極層の絶縁分離が可能となる。また集積型薄膜光電変換装置の出力特性を改善することができる。

図４において、本発明の一実施形態による集積型薄膜光電変換装置が模式的な断面図で示されている。この集積型薄膜光電変換装置は、ガラス基板４１上に順次堆積された絶縁性下地層４２ａ、導電性酸化膜層４２ｂからなる透明電極層４２、光電変換層４４、裏面電極層４６、封止樹脂層４８、有機保護層４９を含んでいる。この光電変換装置に対しては、光電変換されるべき太陽光はガラス基板４１側から入射される。

ガラス基板としては、大面積な板が安価に入手可能で透明性、絶縁性が高い、ＳiＯ₂、Ｎａ₂Ｏ及びＣａＯを主成分とする両主面が平滑なソーダライム板ガラスを用いることが望ましい。

本発明において形成される絶縁性下地層４２ａは、少なくとも酸化珪素（ＳｉＯ₂）からなる微粒子を含むことが好ましい。なぜなら、ＳｉＯ₂は屈折率が透明電極層よりも低く、ガラス基板に近い値を有するからである。また、ＳｉＯ₂は透明度が高いため、光入射側に使用する材料として好適である。さらに、絶縁性下地層４２ａの屈折率を調整する目的で、ＳｉＯ₂に加え、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、またはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）等の微粒子を含んでもよい。

微粒子を含む絶縁性下地層４２ａをガラス基板４１の表面に形成させる方法は特に限定されないが、溶媒を含んだバインダー形成材料と共に塗布する方法が望ましい。微粒子同士、および微粒子とガラス基板４１との間の付着強度を向上させる役割を果たす接着層は、長期信頼性や光電変換層形成条件（特に温度）に対する耐久性を考慮すると無機材料が好ましい。具体的には、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物およびタンタル酸化物などの金属酸化物が挙げられる。特に、ガラス基板にＳｉＯ₂微粒子を付着させる場合、同じシリコンを主成分とするシリコン酸化物を接着層に使用すると、シリサイド結合の形成により付着力が強固であり、透明性も良く、屈折率も基板や微粒子に近いため、好ましい。

ガラス基板４１の表面に上記塗布液を塗布する方法としては、ディッピング法、スピンコート法、バーコート法、スプレー法、ダイコート法、ロールコート法、フローコート法等が挙げられるが、微粒子が緻密な下地層を均一に形成するにはロールコート法が好適に用いられる。塗布操作が完了したら、直ちに塗布薄膜を加熱乾燥する。このようにして形成した膜は、微粒子を含んでいるため、凸部の形状は曲面からなり、凹凸の高さも比較的揃っている。従って、後に形成される導電性酸化膜層４２ｂや光電変換層４４への電気的な短絡を生じさせることがない。

また、ガラスからのアルカリ金属が導電性酸化膜層４２ｂや光電変換層４４へ侵入することを防ぐためのアルカリバリア膜としての効果を高めるため、および導電性酸化膜層の厚さが一定でない場合に生じる光の干渉による色むらを防止するために、絶縁性下地層４２ａと導電性酸化膜層４２ｂの間には屈折率の異なる薄膜を複数層組合せたものを介在させてもよい。

導電性酸化膜層４２ｂの材料としては、光電変換層４４と接する面に化学気相法により形成した少なくともＺｎＯを含む透明導電性酸化膜を用いることが好ましい。なぜなら、本法によればＺｎＯは２００℃以下の低温でも光閉じ込め効果を有する微細な凹凸構造が形成でき、かつ耐プラズマ性の高い材料であるため、光電変換装置に好適だからである。例えば、本発明の光電変換装置用基板のＺｎＯは、基板温度が２００℃以下で有機亜鉛、酸化剤、第三族元素からなるドーパントを原料として減圧条件下、ＣＶＤ法にて形成される。またこの場合凹凸の山と谷の間隔が概ね５０〜５００ｎｍで、かつ凹凸の工程差が概ね２０〜２００ｎｍの薄膜であることが光電変換装置の光閉じ込め効果を得る点で好ましい。なお、ここでいう基板温度とは、基板が製膜装置の加熱部と接している面の温度のことをいう。

ＺｎＯ膜の平均厚さは０．５〜５μｍであることが好ましく、１〜４μｍであることがより好ましい。なぜなら、ＺｎＯ膜が薄すぎれば、光閉じ込め効果に有効に寄与する凹凸を十分に付与することが困難となり、また透明電極として必要な導電性が得にくく、厚すぎればＺｎＯ膜自体による光吸収により、ＺｎＯを透過し光電変換層へ到達する光量が減るため、変換効率が低下するからである。さらに、厚すぎる場合は、製膜時間の増大によりその製膜コストが増大する。
この透明電極層４２に対し、集積化される複数の光電変換セルに対応する複数の領域に分離するために、レーザスクライブによって分離溝４３が形成される。この場合本発明ではＮｄ−ＹＶＯ４レーザーの第二高調波を使用している。これはＮｄ−ＹＡＧレーザーと比較して、ビーム品質が高品位であり、また高周波数領域において繰りかえし発振に優れていることから、高速スクライブが可能となり生産性に優れているからである。加えて第二高調波（波長５３２ｎｍ）を使用したのは、透明電極層への加工性が良好なことおよび光電変換層や裏面電極層形成後のスクライブを含めて同じ波長で加工することで、装置コストを下げることが出来るからである。加えて絶縁性下地層或いはガラスへのダメージが低減し、変換効率および信頼性が向上するからである。
しかしながら、第二高調波を使用するだけでは良好な形状の分離溝を形成することは出来ず、レーザービームのエネルギー密度を制御する必要がある。すなわち、Ｎｄ−ＹＶＯ４レーザーの第二高調波は、ビーム断面の出力強度分布を均一化しており、そのビーム先端部が平らであるものを用いている。何故ならガウシアン型の出力強度分布の場合、スクライブ不良時にレーザーパワーを上げることでビーム中心部の出力強度が特に強くなり、周辺部の出力が相対的に低くなる。これにより、分離溝４３の形状はビーム中心部では絶縁性下地層４２ａを突き抜けてしまい、アルカリバリアー層としての機能が損なわれ信頼性が低下する。また、周辺部では出力不足で十分に飛びきらなかった膜が分離溝４３の端部に壁状に連なることにより、膜のカバレッジが悪化し初期性能が低下してしまうからである。

分離溝の断面形状についてはレーザー走査型顕微鏡にて観察を行った。分離溝の壁の高さｈは図６に定義するように、透明絶縁基板と透明電極層の界面を高さの基準面とし、壁の先端部までの長さのうち長い方を意味するものとする。

分離溝４３が形成された透明電極層４２の上には、光電変換層４４が形成される。光電変換層４４は図示したように単体としてもよいが、複数のユニットを積層してもよい。光電変換層４４は太陽光の主波長域（４００〜１２００ｎｍ）に吸収を有するものが好ましく、例えば非晶質シリコン系薄膜を用いたユニットが挙げられる。また、「シリコン系」の材料には、シリコンに加え、シリコンカーバイドやシリコンゲルマニウムなど、シリコンを５０％以上含む半導体材料も該当するものとする。

こうして積層された光電変換層４４は、透明電極層４２の場合と同様にレーザスクライブによって形成された接続溝４５によって複数の短冊状の半導体領域に分割される。本発明ではＮｄ−ＹＶＯ４レーザーの第二高調波を用いた。透明導電層に対しては、基本波に比べて吸収が少ないため与えるダメージが低減され、また光電変換層への吸収が大きいことから効率良く光電変換層をスクライブすることが可能となるからである。またこの場合もビーム断面の出力強度分布を均一化し、そのビーム先端部が平らであるものを用いることが好ましい。またレーザーによらず化学的エッチングや機械的加工によるスクライブでも問題ない。レーザパターニングされた光電変換層４４の上には、裏面電極層４６が形成される。裏面電極層４６としては、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、ＰｔおよびＣｒから選ばれる少なくとも一つの材料からなる少なくとも一層の金属層をスパッタ法または蒸着法により形成することが好ましい。また、光電変換層４４との間に、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ等の導電性酸化物からなる層を形成しても良い（図示せず）。この導電性酸化物層は、光電変換層４４と裏面電極層４６との間の密着性を高め、裏面電極層４６の光反射率を高め、光電変換層４４の化学変化を防止する機能を有する。

裏面電極層４６は光電変換層４４と同様の方法でスクライブされる。この場合ガラス側からビームを入射し光電変換層４４を熱的に昇華することによって裏面電極層４６と共にスクライブし複数の分離溝４７を形成する。
この場合もビーム断面の出力強度分布を均一化し、そのビーム先端部が平らであるものを用いることが好ましい。また第三高調波、第四高調波を使い裏面電極層側からスクライブすることも可能である。また化学的エッチングや機械的加工によるスクライブでも問題ない。
また、本発明の薄膜光電変換装置の一例として、透明電極層４２上に非晶質シリコン系光電変換ユニット層と結晶質シリコン系光電変換ユニット層を順に積層したタンデム薄膜太陽電池としても良い（図示せず）。非晶質シリコン系光電変換層は約３６０〜８００ｎｍの光に感度を有し、結晶質シリコン系光電変換層はそれより長い約１２００ｎｍまでの光を光電変換することが可能であるため、光入射側から非晶質シリコン系光電変換ユニット層、結晶質シリコン系光電変換ユニット層の順で配置される光電変換装置は、入射光をより広い範囲で有効利用可能な光電変換装置となる。

さらに光電変換装置の裏面側は封止樹脂層４８を介して有機保護層４９により封止されている。この封止樹脂層４８は、有機保護層４９を光電変換装置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）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ＰＩＢ（ポリイソブチレン）、及びシリコーン樹脂等を用いることができる。また、有機保護層４９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））のようなフッ素樹脂系フィルム或いはＰＥＴフィルムのような耐湿性や耐水性に優れた絶縁フィルムが用いられる。有機保護層４９は、単層構造でもよく、これらを積層した積層構造であってもよい。さらに、有機保護層４９は、アルミニウム等からなる金属箔がこれらのフィルムで挟持された構造を有してもよい。アルミニウム箔のような金属箔は耐湿性や耐水性を向上させる機能を有するので、有機保護層４９をこのような構造とすることにより、光電変換装置を効果的に水分から保護することができる。これら封止樹脂層４８/有機保護層４９は、真空ラミネート法により光電変換装置の裏面側に同時に貼着することができる。

以下にいくつかの実施例が比較例と共に説明される。
（実施例１）

透明電極層のスクライブを行った。図５に示すように、まずガラス基板５１として厚さ４ｍｍ、大きさ９１０×４５５ｍｍの白板ガラスを用い、その片面にロールコート法によりＳｉＯ２層５２を１００ｎｍの膜厚に堆積した。次にこのＳｉＯ２層上にＣＶＤによりＺｎＯ層５３を堆積した。ガラス基板を製膜室内に搬入し基板温度を１５０℃まで温調した。引き続き水素を１０００ｓｃｃｍ、水素で５０００ｐｐｍに希釈されたジボラン５００ｓｃｃｍ、水を１００ｓｃｃｍ、ジエチル亜鉛を５０ｓｃｃｍ導入し、製膜室内の圧力を１Ｔｏｒｒとした。この条件でＺｎＯ層を１．５μｍ堆積した。作製されたＺｎＯ層について、シート抵抗、ヘイズ率、透過率を、それぞれ抵抗測定器、ヘイズメーター、分光光度計を用いて測定した。その結果、抵抗率が９Ω／□、ヘイズ率が２０％、波長１０００ｎｍでの透過率は８１％であった。
次にこの透明電極層に対し以下の方法でスクライブを実施した。レーザー発振機より出射した直後のビーム形状はガウシアンであることから、図２にしめす構成でビーム先端が平坦な形状とした。すなわちレーザー発振機より出射したビーム２１をエキスパンダー２２に通してビームを太くし、集光レンズ２３に通して集光したビームを結像スリット２４に通す。結像スリット２４の開部の中心にビームの中心が合うように調整し、スリット開部の幅を調整することで、先端部が平坦なビームが得られる。このビームをさらに結像レンズ２５を通過させることで所定の幅のビームが被加工面に結像される。これによりレーザー発振機より出射直後におけるビーム出力強度分布は図２（ａ）に示すようにガウシアンであるが、被加工面では図２（ｂ）に示すような出力強度分布となる。
Ｎｄ−ＹＶＯ４レーザーの第二高調波（波長５３２ｎｍ）は、レーザーダイオードにより励起されたＮｄ−ＹＶＯ４ロッドから出力した基本波（波長 １０６４ｎｍ）を非線形光学結晶を通して変換することで得られる。加工条件としては、Ｑスイッチ周波数２０ｋＨｚ、加工スピード４００ｍｍ／ｓｅｃ、加工点パワー３．０Ｗ、ビーム径３０μｍとした。基板をＸＹテーブルに載せ、透明電極層が製膜されていないガラス面からレーザービームを入射し、ステージを動かし基板の短辺方向に垂直にスクライブを実施した。分離溝間の距離は８．９ｍｍ間隔で１００本の分離溝を形成した。またこの時の分離溝幅は３０μｍであった。この隣接する電極間の絶縁抵抗を、スクライブ後の洗浄無しの状態でテスターにて行った。２５０Ｖの印加電圧にて測定を行ったところ、絶縁抵抗は全段で１ＭΩ以上であった。分離溝の形状をレーザー段差顕微鏡にて測定したところ、分離溝の深さは１．５０μｍであり、分離溝の壁の高さは１．５０μｍであった。この時の断面図は図７であった。
（比較例１）
次に第一の比較の形態について説明する。まず第一の実施の形態と同様にガラス基板５１上にＳｉＯ２層５２、ＺｎＯ層５３の順に製膜する。次にこの透明電極層に対し、クリプトンアークランプにより励起されるＮｄ−ＹＡＧロッドから出力した基本波（波長１０６４ｎｍ）を用い、図３に示す加工光学系でスクライブした。すなわちレーザー発振機より出射したビームをアッティネーター３１および、集光レンズ３２をとおして被加工面に照射しスクライブを行う。この場合Ｎｄ−ＹＡＧレーザーの基本波のエネルギー出力強度分布はガウシアンである。具体的な加工条件としては、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、加工スピード２００ｍｍ／ｓｅｃ、加工点パワー６．５Ｗ、ビーム径６０μｍとした。スクライブパターンについては第一の実施例と同じにした。その結果、分離溝幅は６０μｍであった。第一の実施の形態と同様の方法で隣接電極間の絶縁抵抗を測定したところ、１００段中５段の絶縁抵抗が１ＭΩ以下であったが、超音波洗浄後では全ての段において絶縁抵抗が１ＭΩ以上であった。分離溝の形状をレーザー段差顕微鏡にて測定したところ、分離溝の深さは１．５μｍであり、分離溝の壁の高さは１．９μｍであった。この時の断面図は図８であった。

以上の結果より、Ｎｄ−ＹＶＯ４レーザーの第二高調波（波長５３２ｎｍ）でかつ先端部が平らなビームをを用いると分離溝端部での壁の形成が緩和されるが、基本波（波長１０６４ｎｍ）を用いた場合には壁の高さが高くなる。この理由は定かでは無いが、ＺｎＯ層に対するビームの吸収においては第二高調波の方がやや悪いもののエネルギー密度が均一であるため、レーザーによりアブレーションされる部分全体の入射エネルギーが均一化さていること、吸収が悪い分膜へのダメージが少ないことなどが考えられる。一方基本波の場合には出力強度分布がガウシアン型となっておりビーム先端部が尖っているために、ビーム中央部と周辺部において入射パワー密度が異なり加工形状が不均一になったものと思われる。
（実施例２）

次に第二の実施の形態について説明する。第一の実施の形態と同様に図５に示すようにまずガラス基板５１として厚さ４ｍｍ、大きさ９１０×４５５ｍｍの白板ガラスを用い、その片面にロールコート法によりＳｉＯ２層５２を１００ｎｍの膜厚に堆積した。次にこのＳｉＯ２層５２上にＣＶＤによりＺｎＯ 層５３を堆積した。次にこの透明電極層に対し本発明による方法で分離溝５４をレーザースクライブにて形成した。Ｎｄ−ＹＶＯ４レーザーの第二高調波は、図２にしめす構成でビーム先端が平坦な形状とした。
加工条件としては、Ｑスイッチ周波数２０ｋＨｚ、加工スピード４００ｍｍ／ｓｅｃ、加工点パワー３．０Ｗ、ビーム径３０μｍとし、基板の短辺方向に１００本スクライブを行った。次にこの基板に対し超音波洗浄を行った後に、ＺｎＯ層５３上に膜厚約３００ｎｍの非晶質シリコン光電変換ユニット５５がプラズマＣＶＤ法で形成された。非晶質シリコン光電変換ユニット５５はｐ型微結晶層５５１、ｐ型非晶質シリコンカーバイド層５５２、ｉ型非晶質シリコン層５５３、ｎ型層５５４からなる。 ｐ型微結晶層５５１はシラン、ジボラン、水素を導入し、圧力３５０Ｐａ、プラズマ励起用高周波電力が１５０ｍＷ／ｃｍ²の密度で印加することにより形成され、膜厚は１５ｎｍに設定された。このような微結晶層をＺｎＯ層上に製膜するのは、ｐ型非晶質シリコンカーバイド層５５２とＺｎＯ層のオーミック特性が優れず、曲線因子が低下するからである。よってさらにオーミック特性を向上させるために、上記微結晶層とＺｎＯの間にシラン、ジボラン、水素にメタンを加えることにより形成される微結晶層を挿入しても良い。またＺｎＯの表面を清浄にし接合を改善するために、水素、アルゴン、窒素などでプラズマ処理を実施しても良い。引き続き非晶質シリコンカーバイド層５５２がシラン、ジボラン、水素、メタンをチャンバーに導入し、圧力１３３Ｐａ、プラズマ励起用高周波電力が１７０ｍＷ／ｃｍ²の密度で印加することにより形成される。この時膜厚は１０ｎｍに設定された。次に製膜ガスとしてシランおよび水素を導入し、圧力５０Ｐａ、プラズマ励起用高周波電力が１２０ｍＷ／ｃｍ²の密度で印加することにより、ｉ型非晶質シリコン層５５３が３００ｎｍの膜厚で形成される。さらに製膜ガスとしてシラン、フォスフィン、水素をチャンバーに導入し圧力を約３５０Ｐａとして、ｎ型層５５４を１０ｎｍ程度の膜厚に形成した。この基板をスパッタチャンバーに入れ、スパッタガスとしてアルゴンを導入しＲＦ放電によりアルミニウム（Ａｌ）をドーピングしたＺｎＯを３０ｎｍの膜厚で製膜した（図示せず）。

次に非晶質光電変換ユニット５５を分離し透明導電層の上面に至る接続溝５６を分離溝５４と平行に形成した。この場合Ｎｄ−ＹＶＯ４レーザーの第二高調波（波長５３２ｎｍ）を用いた。加工条件としては、Ｑスイッチ周波数２０ｋＨｚ、加工スピード４００ｍｍ／ｓｅｃ、加工点パワー０．０９Ｗ、ビーム径４０μｍとした。その結果接続溝の線幅は４０μｍであった。引き続いてこの基板をスパッタチャンバーに入れ、裏面電極層５７を形成した。裏面電極層５７はＺｎＯ層５７１とＡｇ層５７２からなり、ＺｎＯ層５７１の形成はスパッタリング法により行った。スパッタガスとしてアルゴンを導入し、ＲＦ放電によりアルミニウム（Ａｌ）をドーピングしたＺｎＯを６０ｎｍ製膜した。またＺｎＯ層５７１上には膜厚２００ｎｍのＡｇ層５７２がスパッタリング法で形成された。次に裏面電極層５７、非晶質光電変換ユニット５５を分離し透明電極層の上面に至る分離溝５８を、分離溝５４と平行に形成した。この場合Ｎｄ−ＹＶＯ４レーザーの第二高調波（波長５３２ｎｍ）を用いた。加工条件としては、Ｑスイッチ周波数２０ｋＨｚ、加工スピード４００ｍｍ／ｓｅｃ、加工点パワー０．０９Ｗ、ビーム径４０μｍとした。その結果分離溝幅は４０μｍであった。さらに光電変換装置の裏面側に封止樹脂層５９としてＥＶＡシートを載せ、その上に、有機保護層６０として黒色のフッ素樹脂系シート（商標名：テドラー）を載せ、真空ラミネート法によりラミネートを行い光電変換装置の封止を行った。
このようにして得られた１００段直列の集積型薄膜光電変換装置にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射して出力特性を測定したところ１段当たりの開放端電圧が１．３３Ｖ、短絡電流密度が１２．４ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が７２．０％、そして変換効率が１１．９％であった。

（比較例２）
これに対して第二の比較の形態について説明する。第二の実施の形態において分離溝５４が第一の比較例と同様の方法で形成されたことのみが異なっていた。
このようにして得られた集積型薄膜光電変換装置にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射して出力特性を測定したところ１段当たり開放端電圧が１．３３Ｖ、短絡電流密度が１２．２ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が７１．５％、そして変換効率が１１．６％であった。
以上の結果より、透明電極層に対するスクライブにおいて、分離溝の壁の高さが緩和された場合には特性が低下しないが、分離溝の壁の高さが高くなると特性が低下した。これは壁が透明電極層の上に形成される発電層を突き抜けて裏面電極層と接触することでリークのパスが形成されることによると考えられる。

集積型薄膜シリコン太陽電池の構造を示す模式的な断面図である。 本発明の実施の形態にかかるレーザービーム光学系の説明図とレーザー光のエネルギー密度の分布を示した図。 本発明の比較の形態にかかるレーザービーム光学系の説明図である。 封止された集積型薄膜光電変換装置の積層構造を示す模式的な断面図である。 封止された集積型薄膜光電変換装置の積層構造を示す模式的な断面図である。 分離溝の壁の高さの定義図。 分離溝の断面図。 分離溝の断面図。

符号の説明

１ 透明絶縁基板
２ 透明電極層
３ 光電変換層
４ 裏面電極層
５ 分離溝
６ 接続溝
７ 分離溝
２１ ビーム
２２ エキスパンダー
２３ 集光レンズ
２４ スリット
２５ 結像レンズ
３１ アッテイネーター
３２ 集光レンズ
４１ ガラス基板
４２ 透明電極層
４２ａ絶縁性下地層
４２ｂ導電性酸化膜層
４３ 分離溝
４４ 光電変換層
４５ 接続溝
４６ 裏面電極層
４７ 分離溝
４８ 封止樹脂層
４９ 有機保護層
５１ ガラス基板
５２ ＳｉＯ２層
５３ ＺｎＯ層
５４ 分離溝
５５ 非晶質シリコン光電変換ユニット
５６ 接続溝
５７ 裏面電極層
５８ 分離溝
５９ 封止樹脂層
６０ 有機保護層
５５１ ｐ型微結晶層
５５２ ｐ型非晶質シリコンカーバイド層
５５３ ｉ型非晶質シリコン層
５５４ ｎ型層
５７１ ＺｎＯ層
５７２ Ａｇ層

Claims (8)

1. 少なくとも、透明絶縁基板および該透明絶縁基板上に形成された酸化亜鉛を主成分とする透明電極層を含み、
   「該透明電極層が複数の部分に分離されている」ことを特徴とする「透明電極層付き透明絶縁基板」の製造方法であって、
   透明電極層に対してレーザービームを用いて深さ方向に複数の分離溝を形成する工程を含み、
   該工程における該レーザービームがＮｄ−ＹＶＯ4（ネオジウム・ワイ・ブイ・オー・フォアー）レーザーから出力される第二高調波（波長５３２ｎｍ）であることを特徴とする
   透明電極層付き透明絶縁基板の製造方法。
   
2. 前記透明電極層と前記透明絶縁基板の界面を高さの基準面とした場合、前記分離溝の壁の高さが、透明電極層の膜厚に０．２μｍを加えた高さ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の「透明電極層付き透明絶縁基板」の製造方法。
   
3. 前記レーザービームが、ビーム断面の出力強度分布が均一化されかつビーム先端部が平らであるレーザービームであることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の「透明電極層付き透明絶縁基板」の製造方法。
   
4. 前記透明電極層の膜厚が１μｍ以上４μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の「透明電極層付き透明絶縁基板」の製造方法。
5. 少なくとも絶縁基板上に、透明電極層、光電変換層、裏面電極層の順に積層された集積型の光電変換装置であって、請求項１〜４に記載の製造方法により得られうる「透明電極層付き絶縁基板」を備えることを特徴とする薄膜光電変換装置。
   
6. 前記光電変換層の膜厚が０．１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の薄膜光電変換装置。
   
7. 前記光電変換層の膜厚が０．２μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の薄膜光電変換装置。
   
8. 前記光電変換層が非晶質シリコン層を主成分とする請求項５〜７のいずれかに記載の薄膜光電変換装置。

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