JP2009094272A - 光電変換モジュールおよび光電変換モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ホットスポット現象による非可逆な損傷の発生を防止するとともに、発電性能の低下を抑制することができる光電変換モジュールおよび光電変換モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】 透光性基板に、透明電極層と、ｐ型半導体層２２Ａ、ｉ型半導体層２３Ａおよびｎ型半導体層２４Ａを有する光電変換層と、裏面電極層とが積層された光電変換モジュールであって、光電変換層には、他の領域と比較して、ｐ型半導体層２２Ａのドーパントおよびｎ型半導体層２４Ａのドーパントの少なくとも一方がｉ型半導体層２３Ａに向かって拡散し、ｉ型半導体層２３Ａの領域が狭いバイパス部４１が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、光電変換モジュールおよび光電変換モジュールの製造方法、特にホットスポット現象により光電変換モジュールに発生する非可逆的な損傷を防止するのに用いて好適な光電変換モジュールおよび光電変換モジュールの製造方法に関する。

太陽光を電気エネルギに変換する太陽電池は、クリーンな発電装置として注目されている。このような太陽電池としては、光透過性基板上に複数の太陽光変換セルが直列接続されたタンデム型太陽電池が知られている。

タンデム型太陽電池としては、光透過性基板の上に、透明電極、非晶質シリコン層、結晶質シリコン層、および、裏面電極を順次積層されたものが知られている。タンデム型太陽電池は、非晶質シリコン層および結晶質シリコン層のそれぞれが異なる波長領域の光を吸収するため、入射光を有効にエネルギに変換できる太陽電池として知られている。

さらに、非晶質シリコン層と結晶質シリコン層との間に中間層を設けたタンデム型太陽電池も知られている。太陽電池に入射した光のうち、一部の波長領域に係る光が、中間層から非晶質シリコン層に向けて反射されるため、非晶質シリコン層における実質的な発電効率の向上を図ることができることが知られている（例えば、特許文献１および２参照。）。

一方、タンデム型太陽電池を含む複数の太陽光変換セルが直列接続された太陽電池においては、直列接続された太陽光変換セルの一部が影に入ると、影に入った太陽光変換セルに、その他の発電している太陽光変換セルの発生電圧の合計電圧が、逆方向電圧の形で印加される。その際に、影に入った太陽光変換セルに欠陥部分が存在すると、当該欠陥部分に電流が集中的に流れ、局所的に熱が発生していた（以下、ホットスポット現象と表記する。）。このように、ホットスポット現象が起きると、光透過性基板などの局所的な温度が耐熱温度以上となり、光透過性基板などが非可逆的な損傷を受けるため、複数の太陽光変換セルが積層された太陽電池モジュールなどの光電変換モジュールが非化逆的な損傷を受ける恐れがあった。

ここで、欠陥部分とは、太陽光変換セルにおいて他の部分と比較して等価抵抗が低い弱点部分であって、太陽電池モジュールなどの光電変換モジュールを製造する際に、確率的に発生してしまう部分のことである。

上述のホットスポット現象による光電変換モジュールの破損を防止する技術としては、影に入った太陽光変換セルを迂回するバイパス経路を形成し、当該太陽光変換セルに印加される逆方向電圧を抑制する技術などが提案されている（例えば、特許文献３および４参照。）。

具体的には、特許文献３では、バイパス経路として太陽光変換セルとは電気的に逆方向となるように、並列に接続されるバイパスダイオードを挿入した太陽電池が提案されている。

特許文献４では、光電変換層、例えばシリコン層にレーザ光を照射することにより熱を発生させ、当該熱により光電変換層を結晶化させて抵抗体とし、当該抵抗体をバイパス経路とする太陽電池が提案されている。
特開２００６−３１３８７２号公報 特開２００２−２６１３０８号公報 特開平９−６４３９７号公報 特開平１１−１１２０１０号公報

上述の特許文献３に記載の太陽電池では、バイパスダイオードの製作に、マスキングなどの公知の手段が用いられており、このマスキング工程において、マスクのエッジ部の影響が大きくなっていた。さらに、太陽光変換セルとは異なる構成を有するバイパスダイオードを太陽光変換セルに作り込んでいるため、太陽光変換セルとして有効に発電を行うことができる面積が少なくなり、発電効率が低下するという問題があった。

特許文献４に記載の太陽電池では、抵抗体における抵抗の値を、ホットスポット現象による不具合の発生を抑制できる程度に下げると、太陽電池における発電性能も低下するという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ホットスポット現象による非可逆な損傷の発生を防止するとともに、発電性能の低下を抑制することができる光電変換モジュールおよび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。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の光電変換モジュールは、透光性基板に、透明電極層と、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層を有する光電変換層と、裏面電極層とが積層された光電変換モジュールであって、前記光電変換層には、他の領域と比較して、前記ｐ型半導体層のドーパントおよび前記ｎ型半導体層のドーパントの少なくとも一方が前記ｉ型半導体層に向かって拡散し、前記ｉ型半導体層の領域が狭いバイパス部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、光電変換層に逆方向電圧が印加された場合、バイパス部が形成されていない場合と比較してバイパス部における等価抵抗が低いため、バイパス部に電流が流れる。電流が流れたことによるバイパス部における発熱量は、バイパス部における等価抵抗が低いことから、他の部分に電流が流れた場合と比較して抑制される。

つまり、バイパス部は、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層が積層された光電変換層において、ｐ型半導体層のドーパントおよびｎ型半導体層のドーパントの少なくとも一方が、ｉ型半導体層に向かって拡散した部分であるため、バイパス部における等価抵抗は、ドーパントの拡散が行われていない部分と比較して低くなる。その結果、電流が流れたことによるバイパス部における発熱量は、他の部分に電流が流れた場合と比較して抑制される。

さらに、バイパス部では、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層による積層構造が保たれているため、バイパス部においてｐｎ接合による電位障壁が残留しているので、従来の抵抗体のように隣接した発電部で生じた電流の漏れ経路にならず漏れ電流による出力低下を抑制することができる。

上記発明においては、前記透明電極層には、一の方向に沿って延びる前記透明電極層が除去された透明電極層溝が設けられ、前記光電変換層には、前記透明電極層部に沿って延びる前記光電変換層が除去された光電変換層溝が設けられ、前記透明電極層溝および前記光電変換層溝の間に、前記透明電極層と前記裏面電極層とを電気的に接続する接続部が設けられ、前記バイパス部は、前記透明電極層溝の近傍であって、前記光電変換層溝と反対側の位置に設けられていることが望ましい。

本発明によれば、光電変換層溝を設けたことにより光電変換層が複数に分割され、透明電極層溝および接続部を設けたことにより、複数の光電変換層が直列に接続されている。その上で、バイパス部を透明電極層溝の近傍であって、光電変換層溝と反対側の位置に設けているため、より確実に、光電変換層に逆方向電圧による電流が流れることを防止できる。
つまり、逆方向電圧による電流は、隣接する他の透明電極層から接続部を介して一の裏面電極層に流れ、一の光電変換層のバイパス部を介して、一の透明電極層に流れる。このとき、バイパス部は透明電極層溝の近傍に配置されているため、一の裏面電極層に流れる電流は一の光電変換層とほとんど接することなくバイパス部を介して一の透明電極層に流れる。その結果、一の光電変換層には、逆方向電圧による電流がほとんど流れない。

上記発明においては、前記バイパス部は、前記透明電極加工溝に沿って離散的に配置されていることが望ましい。

本発明によれば、バイパス部が離散的に配置されるため、熱が発生する箇所も離散的となる。その結果、光電変換モジュールにおける温度分布は、バイパス部が離散的に配置されていない場合と比較して均一となり、電流が分散され、一ヶ所発熱が抑制されることで不可逆的な温度まで加熱されることを抑制する。

本発明の光電変換モジュールの製造方法は、透光性基板に、透明電極層と、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層を有する光電変換層と、裏面電極層とが積層された光電変換モジュールの製造方法であって、前記光電変換層の一部に熱を加え、前記ｐ型半導体層のドーパントおよび前記ｎ型半導体層のドーパントの少なくとも一方を前記ｉ型半導体層に向かって拡散させたバイパス部を形成する加熱工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、光電変換層に逆方向電圧が印加された場合、バイパス部が形成されていない場合と比較してバイパス部における等価抵抗が低いため、バイパス部に電流が流れる。電流が流れたことによるバイパス部における発熱量は、バイパス部における等価抵抗が低いことから、他の部分に電流が流れた場合と比較して抑制される。

さらに、バイパス部では、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層による積層構造が保たれているため、バイパス部において太陽光を電気エネルギに変換することができる。

上記発明においては、前記加熱工程の前に、前記光電変換層を前記ｐ型半導体層のドーパントおよび前記ｎ型半導体層のドーパントの拡散が起きる温度より低い所定温度まで加熱する予熱工程を有することが望ましい。

本発明によれば、予熱工程において光電変換層を上述の所定温度まで加熱することで、その後の加熱工程においてバイパス部の形成に必要とされる熱量を削減できる。

上記発明においては、前記加熱工程において、前記光電変換層にエネルギ線を照射することにより、前記光電変換層の一部に熱を加えることが望ましい。

本発明によれば、レーザ光や、電子線や、イオンビームなどのエネルギ線を光電変換層に照射すると、照射領域においてエネルギ線の有するエネルギが熱に変換される。変換された熱により、光電変換層が加熱されてバイパス部が形成される。また、エネルギー線をパルス的に照射することで熱伝導により加熱される領域を抑制して所望のバイパス部が形成しやすくなる。

本発明の光電変換モジュールおよび光電変換モジュールの製造方法によれば、等価抵抗が低いバイパス部を形成することにより、逆方向電圧が印加された場合に、バイパス部に電流が流れる。バイパス部における発熱量は、他の部分に電流が流れた場合と比較して抑制されるため、ホットスポット現象による非可逆な損傷の発生を防止することができるという効果を奏する。
さらに、バイパス部では、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層による積層構造が保たれているため、バイパス部において発電した電流の漏れを抑制することができ、発電性能の低下を抑制することができるという効果を奏する。

まず、本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成について、図１から図１９を参照して説明する。
図１は、本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成を示す模式断面図である。
本実施形態で説明する光電変換装置１は太陽電池モジュール（光電変換モジュール）２が設けられたシリコン系太陽電池パネルであり、太陽電池モジュール２には図１に示すように、基板（透光性基板）１１と、透明電極層１２と、中間コンタクト層３１と、光電変換層１３と、裏面電極層１４と、が設けられている。

なお、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。
また、結晶質シリコン系とは、アモルファスシリコン系すなわち非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコンや多結晶シリコン系も含まれる。

基板１１は光を透過するとともに、その面に透明電極層１２、光電変換層１３および裏面電極層１４が形成されるものである。
基板１１としては、ソーダフロートガラス基板（少なくとも１辺が１ｍ以上の大面積基板、板厚が４ｍｍから５ｍｍ）が使用されている。基板１１の端面は、破損防止のためコーナー面取りや、Ｒ面取り加工されていることが望ましい。

透明電極層１２は光を透過するとともに、光電変換層１３において光から変換された電流が流れる層である。
透明電極層１２は酸化錫膜（ＳｎＯ_２）を主成分とする透明電極膜であって、約５００ｎｍから約８００ｎｍまでの膜厚を有するものである。透明電極層１２は熱ＣＶＤ装置を用いて約５００℃の温度条件下で製膜処理されたものである。この製膜処理の際、酸化錫膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。

図２は、図１の光電変換装置の構成を説明する別の断面図である。図３は、図２の光電変換装置の構成を説明する上面視図である。
さらに、透明電極層１２には、透明電極層１２を図２および３に示す発電セル３ごとに区切る透明電極層溝１５が形成されている。
透明電極層溝１５は、図２に示すように、透明電極層１２を発電セル３の直列接続方向に対して略垂直な方向に延びる溝であって、透明電極層１２を短冊状に区切るものである。透明電極層溝１５の幅は、約６ｍｍから１５ｍｍまでの範囲内であって、その底面は基板１１にまで達するものである。

なお、透明電極層１２には、透明電極膜に加えて、基板１１と透明電極層１２との間にアルカリバリア膜（図示されず）を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）であって、約５０ｎｍから約１５０ｎｍまでの膜厚を有するものである。アルカリバリア膜は、熱ＣＶＤ装置を用いて約５００℃の温度条件下で製膜処理されたものである。

光電変換層１３は、図１および図２に示すように、入射した光を電気エネルギに変換する（光電変換する）ことにより発電を行う層である。本実施形態では、第１セル層２１Ａおよび第２セル層２１Ｂにおいて光電変換を行うタンデム型（多接合型）の光電変換装置１に適用して説明する。
光電変換層１３には、アモルファスシリコン薄膜から形成された第１セル層２１Ａと、中間コンタクト層３１と、微結晶シリコン薄膜から形成された第２セル層２１Ｂとが設けられている。

さらに、光電変換層１３には、図２および図３に示すように、光電変換層１３を発電セル３ごとに区切る光電変換層溝１６が設けられている。
光電変換層溝１６は、図２に示すように、透明電極層溝１５に沿って延びる溝であって、透明電極層溝１５と同様に、光電変換層溝１６を短冊状に区切るものである。光電変換層溝１６は、透明電極層溝１５との間に約２５０μｍから約４００μｍまでの範囲の間隔をあけて形成され、その底面は透明電極層１２にまで達するものである。

第１セル層２１Ａは、図１に示すように、透明電極層１２に隣接して形成されたアモルファスシリコン薄膜であって、光が入射する側から順に、アモルファスｐ層（ｐ型半導体層）２２Ａと、アモルファスｉ層（ｉ型半導体層）２３Ａと、アモルファスｎ層（ｎ型半導体層）２４Ａが積層された層である。

アモルファスｐ層２２Ａは、主にＢ（ホウ素）をドープしたアモルファスＳｉＣから形成された膜であって、約１０ｎｍから３０ｎｍまでの範囲の膜厚を有するものである。
アモルファスｉ層２３Ａは、主にアモルファスＳｉから形成された膜であって、約２００ｎｍから約３５０ｎｍまでの範囲の膜厚を有するものである。
アモルファスｎ層２４Ａは、主にＰ（リン）をドープした微結晶Ｓｉから形成された膜であって、約３０ｎｍから約５０ｎｍまでの範囲の膜厚を有するものである。

なお、アモルファスｐ層２２Ａとアモルファスｉ層２３Ａの間には、界面特性の向上を図るためにバッファー層を設けてもよく、特に限定するものではない。

中間コンタクト層３１はＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜であって、約２０ｎｍから約１００ｎｍまでの範囲の膜厚を有する膜である。中間コンタクト層３１はスパッタリング装置を用いて形成されている。
中間コンタクト層３１は、第１セル層２１Ａと第２セル層２１Ｂとの間の電流整合性を取る半反射膜である。
中間コンタクト層３１には、図２に示すように、透明電極層溝１５に沿って延び、中間コンタクト層３１を短冊状に区切る分離部３２が形成されている。

第２セル層２１Ｂは、図１に示すように、中間コンタクト層３１に隣接して形成された微結晶シリコン薄膜であって、光が入射する側から順に、微結晶ｐ層（ｐ型半導体層）２２Ｂと、微結晶ｉ層（ｉ型半導体層）２３Ｂと、微結晶ｎ層（ｎ型半導体層）２４Ｂが積層された層である。

微結晶ｐ層２２Ｂは、主にＢ（ホウ素）をドープした微結晶ＳｉＣから形成された膜であって、約１０ｎｍから約５０ｎｍまでの範囲の膜厚を有するものである。
微結晶ｉ層２３Ｂは、主に微結晶Ｓｉから形成された膜であって、約１．２μｍから３．０μｍまでの範囲の膜厚を有するものである。
微結晶ｎ層２４Ｂは、主にＰ（リン）をドープした微結晶Ｓｉから形成された膜であって、約２０ｎｍから約５０ｎｍまでの範囲の膜厚を有するものである。

図４は、図３のバイパス部における第１セル層および第２セル層の構成を説明する断面図である。
第１セル層２１Ａおよび第２セル層２１Ｂには、図３および図４に示すように、バイパス部４１が設けられている。
バイパス部４１は、例えば、発電セル３の一部に影が入り、影に入った発電セル３に逆方向電圧が印加された場合に、逆方向電圧による電流が流れる部分である。

バイパス部４１は、図３に示すように、透明電極層溝１５に沿って離散的に配置されている。バイパス部４１が略円形状に形成されている場合には、バイパス部４１の直径は約２ｍｍ以下とされることが望ましい。この場合には、バイパス部４１の配置間隔は、約２ｍｍ以上とされることが望ましい。
一般に、透明電極層１２の抵抗が数Ω／□であるため、バイパス部４１の大きさ、および、配置間隔を上述のようにすることで、電流集中による電圧上昇は１０Ｖ以上となる。

なお、バイパス部４１の大きさ、および、配置は上述の大きさ、および、配置に限定されるものではなく、バイパス部４１が分散して配置されていればよく、特に限定するものではない。

なお、バイパス部４１の配置位置は、後述する接続部１８に近いほど好ましい。本実施形態では、中間コンタクト層３１の分離部３２が形成されている領域と重なる位置にバイパス部４１を配置する例に適用して説明する。

さらに、バイパス部４１において、アモルファスｐ層２２Ａ、アモルファスｉ層２３Ａおよびアモルファスｎ層２４Ａの構成は、図４において示すバイパス部４１の断面図に示すように、アモルファスｐ層２２ＡのドーパントであるＢと、アモルファスｎ層２４ＡのドーパントであるＰがアモルファスｉ層２３Ａに向かって拡散した構成になっている。そのため、バイパス部４１におけるアモルファスｉ層２３Ａに相当する領域は、他の部分におけるアモルファスｉ層２３Ａに相当する領域と比較して狭くなっている。

一方、バイパス部４１における微結晶ｐ層２２Ｂ、微結晶ｉ層２３Ｂおよび微結晶ｎ層２４Ｂの構成も同様であって、バイパス部４１における微結晶ｉ層２３Ｂに相当する領域は、他の部分における微結晶ｉ層２３Ｂに相当する領域と比較して狭くなっている。

バイパス部４１におけるアモルファスｉ層２３Ａに相当する領域の厚さ、および、微結晶ｉ層２３Ｂに相当する領域の厚さは、いずれも約１０ｎｍ以下であることが望ましい。
当該領域の厚さを上述のようにすることで、逆方向電圧に対する耐性が約２Ｖまで下げることができる。

裏面電極層１４は、図１および図２に示すように、Ａｇ膜／Ｔｉ膜であって、スパッタリング装置を用いて減圧雰囲気中で、約１５０℃の温度条件下にて順次製膜されたものである。本実施形態においては、裏面電極層１４はＡｇ膜およびＡｇ膜を保護する防食効果の高いＴｉ膜を、Ａｇ膜、Ｔｉ膜の順に積層したものに適用して説明する。このときのＡｇ膜の膜厚は約２００ｎｍから約５００ｎｍまでの範囲内であって、Ｔｉ膜の膜厚は約１０ｎｍから約２０ｎｍまでの範囲内である。

さらに、光電変換層１３と裏面電極層１４との間にＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を設けてもよい。ＧＺＯ膜は、約５０ｎｍから約１００ｎｍまでの範囲の膜厚を有する膜であって、スパッタリング装置により製膜されるものである。
このように、ＧＺＯ膜を設けることにより、微結晶ｎ層２４Ｂと裏面電極層１４との間の接触抵抗が低減されるとともに、光の反射が向上される。

次に、上述の構成を有する光電変換装置１の製造工程について説明する。
図５は、図１の光電変換装置の製造工程を説明する模式図である。図６は、図１の光電変換装置の製造工程における透明導電層を形成する工程を説明する模式図である。
まず、図１に示すように、基板１１としてソーダフロートガラス基板（１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：４ｍｍ）が用意され、基板端面にコーナー面取りやＲ面取り加工が施される。なお、コーナー面取り等は行わなくてもよく、特に限定するものではない。
そして、図６に示すように、基板１１に透明電極層１２が熱ＣＶＤ装置を用いて形成される。なお、基板１１と透明電極層１２との間にアルカリバリア膜（図示されず）を形成してもよいし、形成しなくてもよく、特に限定するものではない。

図７は、図１の光電変換装置の製造工程における透明導電層溝を形成する工程を説明する模式図である。
透明電極層１２が形成されると、図７に示すように、透明電極層溝１５が形成される。
具体的には、基板１１がＸ−Ｙテーブルに設置され、ＹＡＧレーザの第１高調波（１０６４ｎｍ）が、図の矢印に示すように、透明電極層１２の膜面側から入射される。透明電極層１２はレーザ光によりレーザエッチングされ、幅が約６ｍｍから１５ｍｍまでの範囲の透明電極層溝１５が形成される。この透明電極層溝１５により、透明電極層１２は短冊状に区切られる。
入射されるレーザパワーは、透明電極層溝１５の加工速度が適切な速度になるように調節される。透明電極層１２に対して照射されるレーザ光は、基板１１に対して、発電セル３の直列接続方向と略垂直な方向に相対移動される。

図８は、図１の光電変換装置の製造工程における光電変換層を積層する工程を説明する模式図である。
透明電極層溝１５が形成されると、図８に示すように、光電変換層１３が透明電極層１２に積層される。つまり、透明電極層１２側から順に、第１セル層２１Ａ、中間コンタクト層３１および第２セル層２１Ｂが積層される。

具体的には、第１セル層２１ＡはＳｉＨ_４ガスとＨ_２ガスとを主原料に、プラズマＣＶＤ装置を用いて、約３０Ｐａから約１０００Ｐａまでの範囲の減圧雰囲気下で、基板１１の温度を約２００℃に保った条件の下で製膜される。なお、第１セル層２１Ａは、光例えば太陽光が入射する側から、アモルファスｐ層２２Ａ、アモルファスｉ層２３Ａ、アモルファスｎ層２４Ａがこの順に並ぶように積層される。

第１セル層２１Ａが積層されると、次に、中間コンタクト層３１が積層される。
中間コンタクト層３１は、スパッタリング装置を用いて約２０ｎｍから約１００ｎｍまでの範囲の膜厚を有するＧＺＯ膜として製膜される。中間コンタクト層３１が製膜されると、中間コンタクト層３１にレーザ光が照射され、レーザエッチングにより分離部３２が形成される。
照射するレーザ光の照射角度や波長は、分離部３２の加工効率を上げるために、ＺｎＯ（中間コンタクト層３１）／ａ−Ｓｉ層（第１セル層２１Ａ）に対して反射率が高くなる角度、波長とされている。

第２セル層２１Ｂは、プラズマＣＶＤ装置を用いて、約３０００Ｐａ以下の減圧雰囲気下で、基板１１の温度を約２００℃に保ち、約４０ＭＨｚから約１００ＭＨｚまでの範囲の周波数を有するプラズマを発生させて製膜される。なお、第２セル層２１Ｂは、光例えば太陽光が入射する側から、微結晶ｐ層２２Ｂ、微結晶ｉ層２３Ｂ、微結晶ｎ層２４Ｂがこの順に並ぶように積層される。

第２セル層２１Ｂを構成する微結晶シリコン薄膜、特に、微結晶ｉ層２３Ｂを、プラズマＣＶＤ装置を用いてプラズマＣＶＤ法により形成する際には、プラズマ放電電極と基板１１の表面との距離ｄは、約３ｍｍから約１０ｍｍまでの範囲の距離にすることが好ましい。
距離ｄが約３ｍｍより小さい場合には、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離ｄを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。一方、距離ｄが約１０ｍｍより大きい場合には、十分な製膜速度（１ｎｍ／ｓ以上）を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。

図９は、図１の光電変換装置の製造工程における接続溝を形成する工程を説明する模式図である。
光電変換層１３が積層されると、図９に示すように、接続溝１７が形成される。
具体的には、基板１１がＸ−Ｙテーブルに設置され、レーザダイオード励起ＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）が、図の矢印に示すように、光電変換層１３の膜面側から入射される。光電変換層１３レーザ光によりレーザエッチングされ、接続溝１７が形成される。
レーザ光は、約１０ｋＨｚから約２０ｋＨｚまでの範囲でパルス発振され、適切な加工速度になるようにレーザパワーが調節されている。
さらに、接続溝１７の位置は、前工程で加工された透明電極層溝１５と交差しないように位置決め公差を考慮した上で選定される。

図１０は、図１の光電変換装置の製造工程における裏面電極層を積層する工程を説明する模式図である。
接続溝１７が形成されると、図１０に示すように、裏面電極層１４が光電変換層１３に積層される。このとき、接続溝１７の中にも裏面電極層１４が積層され、透明電極層１２と裏面電極層１４とを接続する接続部１８が形成される。
裏面電極層１４は、スパッタリング装置を用いて、減圧雰囲気下で、約１５０℃の温度条件下で製膜される。具体的には、約２００ｎｍから約５００ｎｍまでの範囲の膜厚を有するＡｇ膜を積層し、その後に、約１０ｎｍから約２０ｎｍまでの範囲の膜厚を有するＴｉ膜が積層される。

なお、上述のように、光電変換層溝１６の形成工程の後に、直接、裏面電極層１４を積層させる工程を行ってもよいし、裏面電極層１４を積層させる前に、スパッタリング装置を用いてＧＺＯ膜を製膜する工程を行ってもよく、特に限定するものではない。
この工程を行うことで、光電変換層１３の微結晶ｎ層２４Ｂと裏面電極層１４のＡｇ膜との間にＧＺＯ膜が製膜され、微結晶ｎ層２４Ｂと裏面電極層１４との間の接触抵抗が低減されるとともに、光の反射が向上される。

図１１は、図１の光電変換装置の製造工程における光電変換層溝を加工する工程を説明する模式図である。
裏面電極層１４が積層されると、図１１に示すように、光電変換層溝１６が形成される。
具体的には、基板１１がＸ−Ｙテーブルに設置され、レーザダイオード励起ＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）が、図の矢印に示すように、基板１１側から入射される。入射されたレーザ光は光電変換層１３で吸収され、光電変換層１３内で高いガス蒸気圧が発生する。このガス蒸気圧により裏面電極層１４は爆裂して除去される。
レーザ光は、約１ｋＨｚから約１０ｋＨｚまでの範囲でパルス発振され、適切な加工速度になるようにレーザパワーが調節されている。

図１２は、図１の光電変換装置の製造工程における絶縁溝を加工する工程を説明する模式図である。図１３は、図１２の絶縁溝の構成を説明する光電変換装置を裏面電極層側から見た図である。
光電変換層溝１６が形成されると、図１２および図１３に示すように、絶縁溝１９が形成される。
絶縁溝１９は、発電領域を区分することにより、基板１１の端周辺の膜端部において直列接続部分が短絡し易い部分を切り離して、その影響を除去するものである。

絶縁溝１９を形成する際には、基板１１がＸ−Ｙテーブルに設置され、レーザダイオード励起ＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）が、基板１１側から入射される。入射されたレーザ光は透明電極層１２と光電変換層１３において吸収され、高いガス蒸気圧が発生する。このガス蒸気圧により裏面電極層１４が爆裂して、裏面電極層１４、光電変換層１３および透明電極層１２が除去される。

レーザ光は、約１ｋＨｚから約１０ｋＨｚまでの範囲でパルス発振され、適切な加工速度になるようにレーザパワーが調節されている。照射されるレーザ光は、基板１１の端部から５ｍｍから２０ｍｍまで範囲内の位置をＸ方向（図１３参照。）に移動される。
このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。

絶縁溝１９１５は、基板１１の端より５ｍｍから１０ｍｍまでの範囲内の位置まで形成されていることが好ましい。このようにすることで、太陽電池パネル端部から太陽電池モジュール２内部への外部湿分の侵入を抑制することができる。
なお、ここまでに説明した工程においてＹＡＧレーザをレーザ光として用いているが、ＹＡＧレーザに限られることなく、ＹＶＯ４レーザや、ファイバーレーザなども同様にレーザ光として使用してもよい。

図１４は、光電変換装置を基板側から見た図である。
絶縁溝１９が形成されると、基板１１周辺の積層膜、つまり裏面電極層１４、光電変換層１３および透明電極層１２は除去される。この積層膜は段差を有するとともに剥離しやすいため、当該積層膜を除去することにより、後工程において行われるＥＶＡ等を介したバックシート５１の接着が健全に行われ、シール面を確保することができる。
上述の積層膜は、基板１１の端から５ｍｍから２０ｍｍまでの範囲内で、基板１１の全周囲にわたり除去される。

Ｘ方向については、上述の絶縁溝１９から基板端側の積層膜が砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去される。一方、Ｙ方向については、透明電極層溝１５よりも基板端側の積層膜が砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去される。
積層膜を除去する際に発生した研磨屑や砥粒は、基板１１を洗浄処理することにより除去される。

端子箱取付け部分ではバックシート５１に開口貫通窓が設けられ、集電板が取出される。この開口貫通窓部分には複数層の絶縁材が設置され、外部からの湿分などの浸入が抑制される。

直列に配列された発電セル３のうち、一方端の発電セル３と、他方端部の発電セル３とから銅箔を用いて発電された電力が陽電池パネル裏側の端子箱に集電されている。当該端子箱は、集電された電力が取り出されるように構成されている。
なお、上述の銅箔には、各部との短絡を防止する絶縁シートが配置されている。例えば、当該絶縁シートは銅箔幅より幅が広く形成されている。

集電に用いられる銅箔などが設けられると、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等による接着充填材シートが配置される。接着充填材シートは、太陽電池モジュール２の全体を覆うものであって、基板１１からはみ出さないように配置されている。
接着充填材シートの上には、防水効果の高いバックシート５１が設置される。本実施形態では、バックシート５１はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シート／アルミニウム箔／ＰＥＴシートの３層構造を有するものに適用して説明する。

接着充填材シートおよびバックシート５１を所定の位置に配置した後、ラミネータを用いてバックシート５１内の脱気を行い、約１５０℃から１６０℃までの範囲の温度を加えながらプレスを行う。これにより、バックシート５１が太陽電池モジュール２に密着され、接着充填材シートのＥＶＡが架橋されることにより、バックシート５１が太陽電池モジュール２に接着される。

図１５は、図１の光電変換装置の製造工程における端子箱を取り付ける工程を説明する模式図である。図１６は、図１の光電変換装置の製造工程における密封工程を説明する模式図である。
バックシート５１の接着が行われると、図１５に示すように、太陽電池モジュール２の裏側に端子箱５２が接着剤を用いて取付けられる。
その後、端子箱５２の出力ケーブルに銅箔がハンダ等を用いて接続され、端子箱５２の内部が封止剤（ポッティング剤）で充填されて密封される。これにより、光電変換装置１が完成する。

図１７は、図１の光電変換装置の製造工程における性能検査工程を説明する模式図である。図１８は、図１の光電変換装置の製造工程における外観検査工程を説明する模式図である。
上述のようにして製造された光電変換装置１に対しては、図１７に示すように、発電検査、ならびに所定の性能試験が行われる。発電検査は、ＡＭ１．５、全天日射基準太陽光（１０００Ｗ／ｍ^２）のソーラシミュレータを用いて行われる。
一方、上述の発電検査に前後して、光電変換装置１の外観検査をはじめ所定の性能検査が行われる。

ここで、本実施形態の特徴であるバイパス部の形成工程について説明する。
バイパス部４１は、第１セル層２１Ａや、第２セル層２１Ｂが製膜された後に、第１セル層２１Ａおよび第２セル層２１Ｂにおけるバイパス部４１を形成する領域にレーザ光を照射することにより形成される（加熱工程）。

具体的には、第１セル層２１Ａが製膜された後に、基板１１がＸ−Ｙテーブルに設置され、第１セル層２１Ａにレーザ光が照射される。入射されたレーザ光は第１セル層２１Ａで吸収され、第１セル層２１Ａにおける照射領域の温度が約４００℃以上に加熱される。すると、第１セル層２１Ａにおけるアモルファスｐ層２２ＡのドーパントであるＢと、アモルファスｎ層２４ＡのドーパントであるＰがアモルファスｉ層２３Ａに向かって拡散し、バイパス部４１が形成される。

バイパス部４１を形成するレーザ光のレーザパワーは、９００ｍＷ／ｃｍ^２以下であることが望ましい。

なお、第１セル層２１Ａにおけるバイパス部４１の形成は、中間コンタクト層３１の分離部３２の形成と同時に行われてもよいし、中間コンタクト層３１の積層前に行われてもよく、特に限定するものではない。
バイパス部４１を分離部３２と同時に形成する場合には、第１セル層２１Ａが除去されない程度にレーザ光のパワーが調節される。

第２セル層２１Ｂにおけるバイパス部４１の形成も、第１セル層２１Ａにおけるバイパス部４１の形成と同様に行われる。
つまり、第２セル層２１Ｂが製膜された後に、第２セル層２１Ｂにレーザ光を照射することにより、第２セル層２１Ｂの一部を加熱してバイパス部４１が形成される。

次に、上述の構成を有する光電変換装置１における光電変換作用について説明する。
光電変換装置１に光、例えば太陽光が入射されると、各発電セル３における第１セル層２１Ａおよび第２セル層２１Ｂにおいて太陽光が電気エネルギに変化され、発電が行われる。

このとき、第１セル層２１Ａにおけるバイパス部４１においても、アモルファスｐ層２２Ａ、アモルファスｉ層２３Ａおよびアモルファスｎ層２４Ａが積層された構成が維持されているため、発電が行われる。第２セル層２１Ｂにおけるバイパス部４１においても同様に、微結晶ｐ層２２Ｂ、微結晶ｉ層２３Ｂおよび微結晶ｎ層２４Ｂが積層された構成が維持されているため、発電性能は低下していても発電が行われる。

各発電セル３は直列に接続されており、各発電セル３において発電された電流は、一方端部および他方端部の発電セル３から端子箱５２に集電され、外部に供給される。

ここで、本実施形態の特徴である一部の発電セル３が影に入ったときの作用について説明する。
影に入った発電セル３では太陽光が入射しないため発電が行われない。一方、太陽光が入射する発電セルでは発電が行われる。直列に接続された発電セル３において、太陽光が入射する発電セル３と、入射しない発電セル３とが存在すると、太陽光が入射する発電セル３により発電された電圧が、入射しない発電セル３に印加される。つまり、発電を行わない影に入った発電セル３に逆方向の電圧が印加される。

逆方向電圧が印加された発電セル３では、逆方向電圧による電流が、バイパス部４１を介して、裏面電極層１４から透明電極層１２に流れる。つまり、逆方向電圧による電流は、バイパス部４１に集中して流れ、第１セル層２１Ａおよび第２セル層２１Ｂにおけるバイパス部４１以外の領域には流れない。

図１９は、本実施形態におけるバイパス部におけるＩＶ特性を説明するグラフである。
つまり、バイパス部４１におけるアモルファスｉ層２３Ａの実質的な層厚、および、微結晶ｉ層２３Ｂの実質的な層厚が他の領域と比較して薄いため、逆方向電圧が印加されたときの電界が強くなり、トンネル電流が流れ始める電圧が下がる（図１９参照。）。そのため、暗状態で逆電圧が印加された場合における漏れ電流が増加する。

逆方向電圧が印加された場合のバイパス部４１における等価抵抗は、第１セル層２１Ａおよび第２セル層２１Ｂにおける等価抵抗よりも低くなっており、逆方向電圧による電流が流れても発熱が抑制され発熱密度が低くなる。さらに、バイパス部４１は離散して配置されているため、発熱する領域も離散される。

上記の構成によれば、光電変換層１３に逆方向電圧が印加された場合、バイパス部４１が形成されていない場合と比較してバイパス部４１における等価抵抗が低いため、バイパス部４１に電流が流れる。電流が流れたことによるバイパス部４１における発熱量は、バイパス部４１における等価抵抗が低いことから、他の部分に電流が流れた場合と比較して抑制される。そのため、ホットスポット現象による非可逆な損傷の発生を防止することができる。

つまり、バイパス部４１は、第１セル層２１Ａおよび第２セル層２１Ｂが積層された光電変換層１３において、アモルファスｐ層２２Ａのドーパントおよびアモルファスｎ層２４Ａのドーパントがアモルファスｉ層２３Ａに向かって拡散した部分、および、微結晶ｐ層２２Ｂのドーパントおよび微結晶ｎ層２４Ｂのドーパントが微結晶ｉ層２３Ｂに向かって拡散した部分であるため、バイパス部４１における等価抵抗は、ドーパントの拡散が行われていない部分と比較して低くなる。その結果、電流が流れたことによるバイパス部４１における発熱量は、他の部分に電流が流れた場合と比較して抑制される。

さらに、バイパス部４１では、アモルファスｐ層２２Ａ、アモルファスｉ層２３Ａおよびアモルファスｎ層２４Ａによる積層構造、および、微結晶ｐ層２２Ｂ、アモルファスｉ層２３Ａおよび微結晶ｎ層２４Ｂによる積層構造が保たれているため、バイパス部４１において太陽光を電気エネルギに変換することができる。そのため、発電が行えない抵抗体をバイパス回路として設ける場合と比較して、発電性能の低下を抑制することができる。

光電変換層溝１６を設けたことにより光電変換層１３が複数に分割され、透明電極層溝１５および接続部１８を設けたことにより、複数の光電変換層１３が直列に接続されている。その上で、バイパス部４１を透明電極層溝１５の近傍であって、光電変換層溝１６と反対側の位置に設けているため、より確実に、光電変換層１３に逆方向電圧による電流が流れることを防止できる。

つまり、逆方向電圧による電流は、隣接する他の透明電極層１２から接続部１８を介して一の裏面電極層１４に流れ、一の光電変換層１３のバイパス部４１を介して、一の透明電極層１２に流れる。このとき、バイパス部４１は透明電極層溝１５の近傍に配置されているため、一の裏面電極層１４に流れる電流は一の光電変換層１３とほとんど接することなくバイパス部４１を介して一の透明電極層１２に流れる。その結果、一の光電変換層１３には、逆方向電圧による電流がほとんど流れない。

バイパス部４１が離散的に配置されるため、熱が発生する箇所も離散的となる。その結果、太陽電池モジュール２における温度分布は、バイパス部４１が離散的に配置されていない場合と比較して均一となり、基板１１などの熱膨張も均一となる。そのため、局所的な熱膨張に弱いガラスなどの材料から形成された、基板１１などの破損を防止することができる。

なお、上述のように、第１セル層２１Ａおよび第２セル層２１Ｂにレーザ光を照射して照射領域を部分的に約４００℃以上に加熱してもよいし、真空雰囲気の下で、電子線照射やイオン照射を行って加熱してもよいし、加熱された部材を押し当てて加熱してもよいし、微小なコイルなどを用いた誘導加熱により加熱してもよく、特に限定するものではない。

なお、上述のように、例えば室温状態にある第１セル層２１Ａおよび第２セル層２１Ｂにレーザ光を照射して照射領域を部分的に約４００℃以上に加熱してもよいし、予め第１セル層２１Ａおよび第２セル層２１Ｂを約１００℃に加熱し（予熱工程）、この状態で、レーザ光を照射してバイパス部４１を形成してもよく（加熱工程）、特に限定するものではない。
このようにすることで、加熱工程においてバイパス部４１の形成に必要とされる熱量を削減することができる。

上記実施の形態では太陽電池として、単層アモルファスシリコン太陽電池を用いたものについて説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。
例えば、太陽電池として微結晶シリコンをはじめとする結晶質シリコン太陽電池や、シリコンゲルマニウム太陽電池、また、アモルファスシリコン太陽電池と結晶質シリコン太陽電池やシリコンゲルマニウム太陽電池とを各１〜複数層に積層させた多接合型（タンデム型）太陽電池のような他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。
更に本発明は、金属基板などのような非透光性基板上に製造された、基板とは反対の側から光が入射するタイプの太陽電池にも同様に適用可能である。

本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成を示す模式断面図である。 図１の光電変換装置の構成を説明する別の断面図である。 図２の光電変換装置の構成を説明する上面視図である。 図３のバイパス部における第１セル層および第２セル層の構成を説明する断面図である。 図１の光電変換装置の製造工程を説明する模式図である。 図１の光電変換装置の製造工程における透明導電層を形成する工程を説明する模式図である。 図１の光電変換装置の製造工程における透明導電層溝を形成する工程を説明する模式図である。 図１の光電変換装置の製造工程における光電変換層を積層する工程を説明する模式図である。 図１の光電変換装置の製造工程における接続溝を形成する工程を説明する模式図である。 図１の光電変換装置の製造工程における裏面電極層を積層する工程を説明する模式図である。 図１の光電変換装置の製造工程における光電変換層溝を加工する工程を説明する模式図である。 図１の光電変換装置の製造工程における絶縁溝を加工する工程を説明する模式図である。 図１２の絶縁溝の構成を説明する光電変換装置を裏面電極層側から見た図である。 光電変換装置を基板側から見た図である。 図１の光電変換装置の製造工程における端子箱を取り付ける工程を説明する模式図である。 図１の光電変換装置の製造工程における密封工程を説明する模式図である。 図１の光電変換装置の製造工程における性能検査工程を説明する模式図である。 図１の光電変換装置の製造工程における外観検査工程を説明する模式図である。 本実施形態におけるバイパス部におけるＩＶ特性を説明するグラフである。

符号の説明

２ 太陽電池モジュール（光電変換モジュール）
１１ 基板（透光性基板）
１２ 透明電極層
１３ 光電変換層
１４ 裏面電極層
１５ 透明電極層溝
１６ 光電変換層溝
２２Ａ アモルファスｐ層（ｐ型半導体層）
２３Ａ アモルファスｉ層（ｉ型半導体層）
２４Ａ アモルファスｎ層（ｎ型半導体層）
２２Ｂ 微結晶ｐ層（ｐ型半導体層）
２３Ｂ 微結晶ｉ層（ｉ型半導体層）
２４Ｂ 微結晶ｎ層（ｎ型半導体層）
１８ 接続部
４１ バイパス部

Claims (6)

1. 透光性基板に、透明電極層と、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層を有する光電変換層と、裏面電極層とが積層された光電変換モジュールであって、
   前記光電変換層には、他の領域と比較して、前記ｐ型半導体層のドーパントおよび前記ｎ型半導体層のドーパントの少なくとも一方が前記ｉ型半導体層に向かって拡散し、前記ｉ型半導体層の領域が狭いバイパス部が設けられていることを特徴とする光電変換モジュール。
2. 前記透明電極層には、一の方向に沿って延びる前記透明電極層が除去された透明電極層溝が設けられ、
   前記光電変換層には、前記透明電極層部に沿って延びる前記光電変換層が除去された光電変換層溝が設けられ、
   前記透明電極層溝および前記光電変換層溝の間に、前記透明電極層と前記裏面電極層とを電気的に接続する接続部が設けられ、
   前記バイパス部は、前記透明電極層溝の近傍であって、前記光電変換層溝と反対側の位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光電変換モジュール。
3. 前記バイパス部は、前記透明電極加工溝に沿って離散的に配置されていることを特徴とする請求項２記載の光電変換モジュール。
4. 透光性基板に、透明電極層と、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層を有する光電変換層と、裏面電極層とが積層された光電変換モジュールの製造方法であって、
   前記光電変換層の一部に熱を加え、前記ｐ型半導体層のドーパントおよび前記ｎ型半導体層のドーパントの少なくとも一方を前記ｉ型半導体層に向かって拡散させたバイパス部を形成する加熱工程を有することを特徴とする光電変換モジュールの製造方法。
5. 前記加熱工程の前に、
   前記光電変換層を前記ｐ型半導体層のドーパントおよび前記ｎ型半導体層のドーパントの拡散が起きる温度より低い所定温度まで加熱する予熱工程を有することを特徴とする請求項４記載の光電変換モジュールの製造方法。
6. 前記加熱工程において、前記光電変換層にエネルギ線を照射することにより、前記光電変換層の一部に熱を加えることを特徴とする請求項４または５に記載の光電変換モジュールの製造方法。

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