JP2009289817A - 光電変換装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微結晶材料を一部に含む光電変換層である場合でも、生産スループットを悪化させずに製造することができる光電変換装置を得ること。
【解決手段】絶縁透光性基板２上に、透明導電性材料からなる表面電極層１１−２と、バンドギャップの異なる光電変換層を基板面に垂直な方向に複数含む光電変換体１２と、裏面電極層１８と、を含むセル１０−１〜１０−２が複数配列して形成されるとともに、セル１０−２の裏面電極層１８−２が、セル１０−３の表面電極層１１−３と、このセル１０−３に対向する光電変換体１２の側面上を介して接続される光電変換装置１において、裏面電極層１８−２が形成される光電変換体１２の側面は、側面の下部と表面電極層１１−３との交線を含み基板面に垂直に形成した面との間の距離が基板から離れるにしたがって大きくなるように形成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、バンドギャップの異なる光電変換層を複数段含む積層構造を有する薄膜の光電変換装置およびその製造方法に関するものである。

太陽光発電システムは２１世紀の地球環境を化石エネルギーの燃焼によるＣＯ₂ガスの増加から守るクリーンエネルギーとして期待されており、その生産量は世界中で爆発的に増加している。このため、世界中でシリコンウェハが不足するという事態が発生している。そのため、近年では、シリコンウェハの供給量に律速されない光電変換層（半導体層）が薄膜からなる薄膜太陽電池の生産量が急速に伸びつつある。

従来から薄膜太陽電池では、太陽光スペクトルを幅広く有効利用すべく、バンドギャップの異なる材料からなる複数の光電変換層を絶縁透光性基板上に積層したタンデム構造のものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このタンデム構造の薄膜太陽電池は、透光性基板上に、透明導電性材料からなる表面電極層、ｐ−ｉ−ｎ構造のアモルファスシリコン膜とｐ−ｉ−ｎ構造の微結晶シリコン膜との積層膜などからなる光電変換層、およびＡｇなどの裏面電極層が順に積層された複数のセルが、一方向に直列に接続された構造を有する。ここで、表面電極層は、第１の分離溝で隣接するセルの表面電極層と分離され、かつ隣接する一方の光電変換層と部分的に重畳されて形成される。また、光電変換層と裏面電極層は、第２の分離溝で隣接するセルの光電変換層と裏面電極層と分離され、かつ隣接する他方の表面電極層と部分的に重畳されて形成される。そして、裏面電極層は、光電変換層を貫通して形成された接続溝を介して、部分的に重畳する隣接する他方のセルの表面電極層と接続される。

特開２００５−０４５１２９号公報

上記したように、光電変換層の一部に微結晶材料を用いて、太陽電池として機能させるのに十分な電流を発生させるためには、一般的に数μｍもの膜厚が要求される。たとえば、光電変換層の一部に微結晶シリコン膜を用いた場合では２μｍの膜厚が必要であり、微結晶シリコンゲルマニウム膜を用いた場合では１μｍの膜厚が必要となる。したがって、これらの微結晶材料を数層重ねたタンデム構造の薄膜太陽装置を形成すると、光電変換層の総膜厚は数μｍ以上となってしまう。

一方、上記特許文献１に記載のタンデム構造の薄膜太陽電池の製造方法においては、表面電極層の上に積層した光電変換層をレーザスクライビングで接続溝を形成した後に、裏面電極層が形成される。ここで、上記のタンデム構造の場合には、深さ数μｍ以上の接続溝を埋めるように裏面電極層を形成しなければならない。そして、この裏面電極層を形成した後、再びレーザスクライビングで裏面電極層と光電変換層とを短冊状に素子分離する必要があった。

つまり、従来では、真空プロセスでの光電変換層の形成、レーザスクライビングでの接続溝の形成、真空プロセスでの裏面電極層の形成、レーザスクライビングでの分離溝の形成というように、裏面電極層を隣接するセルの表面電極層と接続するための接続溝を形成する処理と、セルを分離する分離溝を形成する処理と、を別々に行っており、薄膜太陽電池の製造に多くの時間を費やしてしまい、その結果、コストがかかってしまうという問題点があった。また、裏面電極層の形成時に、深さが数μｍ以上もある接続溝を導電性材料で満たすのに多くの時間を要し、生産スループットを悪化させてしまうという問題点もあった。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、微結晶材料を一部に含む光電変換層である場合でも、生産スループットを悪化させずに製造することができる光電変換装置の製造方法を得ることを目的とする。また、この製造方法で製造される光電変換装置を得ることも目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる光電変換装置の製造方法は、透光性の基板上に、透明導電性材料からなる膜を形成し、各セル間を分離するようにパターニングして前記各セルの第１の電極層を形成する第１の工程と、前記第１の電極層を形成した前記基板上に、バンドギャップの異なる光電変換層を基板面に垂直な方向に複数含む光電変換層積層体を形成する第２の工程と、前記光電変換層積層体を構成する各光電変換層ごとに、上の光電変換層から下の光電変換層になるほど幅が狭くなる切断溝を形成し、前記セルごとに分離された光電変換積層体を分離する分離溝を形成する第３の工程と、前記各セルに対応して分離した前記光電変換積層体の上面と、前記セルの分離溝の一方の側面と、隣接するセルの第１の電極層の一部とに接する、第２の電極層を形成する第４の工程と、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、微結晶材料を一部に含み膜厚が数μｍ以上となる光電変換層を少なくとも１層有する光電変換層積層体を形成し、この光電変換層積層体をセルごとに分離する溝を形成して光電変換体を形成した後に、光電変換体の上面と、光電変換体の配列方向に形成される側面のうち一方の側面と隣接するセルの第１の電極上に第２の電極層を形成するようにしたので、第２の電極層を隣接するセルの第１の電極層と接続するための接続溝を形成する処理と、セルを分離する分離溝を形成する処理と、を同時に行うことができる。その結果、光電変換装置の製造に要する時間を従来に比して抑え、製造コストを下げることができるという効果を有する。また、第２の電極層の形成に当たって、光電変換体の第２の電極層を形成する側面を、側面の下部と第１の電極層との交線を含み基板面に垂直に形成した面との間の距離が基板から離れるにしたがって大きくなるように形成したので、光電変換体の膜厚が数μｍ以上となった場合でも、この側面上に形成される第２の電極層の膜厚が側面上のどの位置でもほぼ均一となり、この部分における抵抗値を十分に低くすることができるという効果も有する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光電変換装置およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる光電変換装置の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。

図１は、この発明にかかる光電変換装置の実施の形態の構造の一例を模式的に示す断面図であり、図２は、傾斜した側面を有するセルの様子を部分的に示す斜視図である。この光電変換装置１は、ガラス基板や樹脂基板などの絶縁透光性基板２上に複数のセル１０−１，１０−２，１０−３が所定の方向（図中では、左右方向）に直列に接続されている。それぞれのセル１０は、表面電極層１１（１１−２，１１−３）、第１の光電変換層１３、第１の中間層１４、第２の光電変換層１５、第２の中間層１６、第３の光電変換層１７、および裏面電極層１８（１８−１，１８−２，１８−３）が順に積層された光電変換素子によって形成される。ここで、第１〜第３の光電変換層１３，１５，１７が形成される絶縁透光性基板２上の領域をセル形成領域Ｒというものとする。また、この光電変換装置において、光入射側の面を表面といい、表面とは反対側の面を裏面という。

表面電極層１１は、酸化錫などの透明導電性材料で構成される。表面電極層１１は、セル１０−１，１０−２，１０−３ごとに分離溝２０によって分離して形成されるが、その形成位置はセル形成領域Ｒとは一致しておらず、自身が属するセル形成領域Ｒの一部と、隣接する（この図の例では、左側に隣接する）セル形成領域Ｒの一部にまたがって形成される。つまり、セル形成領域Ｒには、そのセル形成領域Ｒで機能する表面電極層１１と、隣接するセル形成領域Ｒで機能する表面電極層１１とが、距離をおいて形成されている。たとえば、セル１０−２が形成されるセル形成領域Ｒには、セル形成領域Ｒのほぼ左半分の領域にはセル１０−２の光電変換素子の一部を構成する表面電極層１１−２が形成され、セル形成領域Ｒのほぼ右半分の領域にはセル１０−３の光電変換素子の一部を構成する表面電極層１１−３が形成されている。

第１の光電変換層１３は、たとえばｐ−ｉ−ｎ構造を有する非晶質シリコン膜によって構成され、第２と第３の光電変換層１５，１７は、たとえばｐ−ｉ−ｎ構造を有する微結晶シリコン膜によって構成される。また、第２と第３の光電変換層１７を構成する微結晶シリコンの平均粒径をそれぞれｒ２，ｒ３とすると、ｒ２＞ｒ３となるようにそれぞれの光電変換層が形成される。つまり、入射面側である絶縁透光性基板２に近いほどバンドギャップが大きな光電変換層によって形成されるようにしている。ここで、第２と第３の光電変換層１５，１７は、微結晶シリコン膜で構成されるので、それぞれ数μｍ以上の厚さを有する。

第１の中間層１４は、酸化シリコンや酸化亜鉛、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電性材料によって構成され、第１の光電変換層１３側から入射した光の一部を、第１の光電変換層１３側に反射させるとともに、残りの光を後方の第２の光電変換層１５側に透過させる。より具体的には、第１の中間層１４は、第１の光電変換層１３側から入射した光のうち、第１の光電変換層１３で吸収可能な波長範囲の光を第１の光電変換層１３側に反射させ、その他の波長範囲の光を第２の光電変換層１５側に透過させる機能を有することが望ましい。

第２の中間層１６は、酸化シリコンや酸化亜鉛、ＩＴＯなどの透明導電性材料によって構成され、第２の光電変換層１５側から入射した光の一部を、第２の光電変換層１５側に反射させるとともに、残りの光を後方の第３の光電変換層１７側に透過させる。この第２の中間層１６も、具体的には、第２の光電変換層１５側から入射した光のうち、第２の光電変換層１５で吸収可能な波長範囲の光を第２の光電変換層１５側に反射させ、その他の波長範囲の光を第３の光電変換層１７側に透過させる機能を有することが望ましい。

以下では、第１の光電変換層１３、第１の中間層１４、第２の光電変換層１５、第２の中間層１６および第３の光電変換層１７からなる積層体を、光電変換体１２という。

裏面電極層１８は、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｃｒなどから選ばれる少なくとも１つの導電性材料、または酸化亜鉛、ＩＴＯ、二酸化錫などの透明導電性材料とＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｃｒなどから選ばれる少なくとも１つの導電性材料との積層体によって形成され、第１〜第３の光電変換層１３，１５，１７で発電された光電流を収集するとともに、第３の光電変換層１７で吸収され難い長波長の光を第３の光電変換層１７側に反射させる機能も有する。

この裏面電極層１８は、光電変換体１２のセル１０−１，１０−２，１０−３の配列方向の一方の側面の全面にも、ほぼ同じ厚さで形成され、下部で隣接するセル１０から延びる表面電極層１１と接続されている。つまり、裏面電極層１８は、光電変換体１２のセルの配列方向の一方の側面をコンフォーマルに被覆している。たとえば、セル１０−２の裏面電極層１８−２は、図中の右隣に隣接するセル１０−３の表面電極層１１−３とセル１０−２，１０−３間の分離溝２１の底部で接続されている。

また、光電変換体１２のセル１０−１，１０−２，１０−３の配列方向の一方の側面、図では光電変換体１２の裏面電極層１８が形成される側の側面が、絶縁透光性基板２の基板面に垂直な方向からある角度θを持って傾いて形成されている。以下では、この光電変換体１２の側面が基板面に垂直な方向となす角度のことを側面角度θというものとする。図１や図２に示されるように、絶縁透光性基板２の表面から離れるほど、隣接する光電変換体１２との距離が大きくなるように、側面が傾いている。つまり、光電変換体１２の側面の基板表面となす角度が鋭角となっている。また、光電変換体１２のセル１０の配列方向の一方の側面は、平面である必要はなく、裏面電極層１８が形成される側の側面は、この側面の下部と表面電極層１１との交線を含み基板面に垂直に形成した面との間の距離が絶縁透光性基板２から離れるにしたがって大きくなるように形成されていればよく、図１や図２に示されるように、上の層に行くほど、セル１０の配列方向の幅が不連続に短くなる階段状の構造であってもよい。

なお、光電変換体１２のセル１０の配列方向の他方の側面は、基板面に垂直であってもよいし、基板面に垂直な方向からある角度θを持って傾いていてもよい。また、後者の場合には、上の層に行くほど、セルの配列方向の幅が不連続に狭くなる階段状の構造であってもよい。ただし、この側面には裏面電極層１８は形成されない。

以上のような構成によって、たとえばセル１０−２の裏面電極層１８−２が隣接するセル１０−３の表面電極層１１−３と接続され、セル１０−２の表面電極層１１−２が隣接する他のセル１０−１の裏面電極層１８−１と接続され、これが繰り返されることによって、セル１０−１〜１０−３が直列に接続された光電変換装置１が形成される。

ここで、このような構造の光電変換装置１における動作の概略について説明する。絶縁透光性基板２の裏面（セル１０が形成されていない方の面）から太陽光が入射すると、第１〜第３の光電変換層１３，１５，１７で自由キャリアが生成され、電流が発生する。各セル１０で発生した電流は表面電極層１１と裏面電極層１８を介して隣接するセル１０に流れ込み、光電変換装置１（モジュール）全体の発電電流を生成する。たとえば、図１のセル１０−３で発生した電流Ｉは表面電極層１１−３を通り、隣接するセル１０−２の光電変換体１２のセル１０−３側の側面と上面に形成された裏面電極層１８−２に流れる。ここで、この実施の形態による光電変換装置１では、光電変換体１２の側面に形成されている裏面電極層１８は、光電変換体１２の上部から底部まで十分な膜厚を有しているので、この光電変換体１２の側面における裏面電極層１８の電気抵抗は低く、セル１０−３で発生した電流を低損失でセル１０−２まで流すことができる。これは、図１や図２に示されるように、セル１０−２の光電変換体１２のセル１０−３側の側面が、０°でない側面角度θ（セル１０−２の光電変換体１２のセル１０−３側の側面が基板面に対して９０°でない鋭角のある角度）を持って形成される構造となっており、裏面電極層１８をスパッタリング法などで形成する際に、光電変換体１２の側面を裏面電極層１８がコンフォーマルに被覆することができるからである。

つぎに、各セルの光電変換体１２の裏面電極層１８が形成される側の側面角度θの望ましい範囲について説明する。図３は、側面角度θを０〜９０°まで変化させた光電変換素子の側面における裏面電極層の段差被覆率の関係を示す図である。この図において、横軸は、光電変換体１２の側面角度θ［°］であり、縦軸は各側面角度θにおける段差被覆率［％］である。ここで、段差被覆率とは、光電変換体１２の上面における裏面電極層１８（Ａｇ）の膜厚ｔ_maxと光電変換体１２の底部における側面の膜厚ｔ_minの比（ｔ_min／ｔ_max）から求められる値のことである。また、ここでは、隣接する光電変換素子（光電変換体１２）間に形成される分離溝２１の深さを２μｍとし、ここにスパッタリング法で目標膜厚２００ｎｍの裏面電極層１８（Ａｇ）を形成した場合の結果を示した。この図に示されるように、側面角度θが０〜２０°の間では、側面角度θが大きくなるにつれて、段差被覆率が急激に改善され、側面角度θが約２０°で段差被覆率は９７％になり、側面角度θが６０°以上で段差被覆率はほぼ１００％となった。

図４−１は、側面角度が０°の場合の裏面電極層の光電変換体の側面への被覆の様子を模式的に示す断面図であり、図４−２は、側面角度が２０°の場合の裏面電極層の光電変換体の側面への被覆の様子を模式的に示す断面図である。図４−１に示されるように、側面角度θが０°の場合には、光電変換体１２の側面の上部には薄く裏面電極層１８が形成されるが、分離溝２１の底部に向かうにつれてその厚さが減少していき、分離溝２１の底部では裏面電極層１８が形成されているのかいないのかわからない状態となっている。このため、段差被覆率はほぼ０％となっている。一方、図４−２に示されるように、側面角度θが２０°の場合には、光電変換体１２の側面の上部から底部に至るまでほぼ均一な厚さで裏面電極層１８が形成されている。これは、側面角度を持たせることで、飛来したスパッタ粒子が光電変換体１２の側面の下部（分離溝２１の底部）まで入り込みやすくなり、光電変換体１２の側面の下部における裏面電極層１８の製膜がより促進されるためである。このように、側面角度θが２０°以上の場合に、裏面電極層１８をコンフォーマルに形成することができる。

図５は、光電変換素子の側面角度θと裏面電極層の電気抵抗値との間の関係を示す図である。この図において、横軸は光電変換体１２の裏面電極層１８が形成された側面の側面角度θ［°］を示し、縦軸は、光電変換体１２の上面部と分離溝２１の底面部との間に形成された裏面電極層１８の電気抵抗率［Ω］を示している。ここで、裏面電極層１８として、Ａｇ膜を用いている。この図に示されるように、側面角度θが０〜１０°の間では、側面角度θの増加に伴い、Ａｇ膜が良好な段差被覆性で分離溝２１に形成されるので、電気抵抗値が急激に減少している。そして、側面角度θが１０°以上では、電気抵抗値はほぼ一定の値となっている。

以上より、側面角度θが０°よりも大きければ段差被覆率が改善されるため、側面角度θは０°より大きければよい。しかし、側面角度θが０〜１０°の間では、光電変換体１２の側面において裏面電極層１８のカバレッジが不十分となり、十分な厚さの裏面電極層１８が形成されず、電気抵抗値が高くなる。その結果、セル１０が直列接続されて構成される光電変換装置１の直列抵抗成分が増加し、発電効率が低下してしまう。また、段差被覆率で見た場合には、側面角度θは２０°以上であることが望ましいが、電気抵抗値を見ると側面角度θが１０°以上で電気抵抗値がほぼ一定の値となることから、電気抵抗値が裏面電極層１８本来の値となる１０°以上であることがより好ましい。

ただし、側面角度θを単調に増加させた場合、光電変換層１３，１５，１７の体積が減少するため、発電電流が減少してセル効率が低下してしまう。図６は、側面角度θと光電変換装置の１セル当たりの発電電流密度Ｊ_scとの間の関係を示す図である。この図において、横軸は光電変換体１２の裏面電極が形成された側面の側面角度θ［°］であり、縦軸は１セル当りの発電電流密度Ｊ_sc［ｍＡ／ｃｍ²］を示している。なお、ここでは、つぎに示す（１）〜（４）の仮定の下、θを０°から９０°の範囲で変化させた場合の発電電流密度Ｊ_scを概算している。
（１）光照射時に１セル当たりの光電変換層が発生する最大電流密度を５ｍＡ／ｃｍ²とする。
（２）θ＝０時の１セルあたりの光電変換層の体積を１．０ｍ（Ｄ）×１．０ｃｍ（Ｗ）×２μｍ（Ｈ）とする。
（３）裏面電極層１８はθ値に関係なく光電変換体１２の側面にコンフォーマルに形成されるものとする。
（４）光電変換層の体積と発電電流値とは線形関係にあるものとする。

図６に示されるように、発電電流は側面角度θが８０°よりも大きい領域から減少し始めて、θ＞８８°で急激に減少している。そのため、側面角度をθ≦８８°となるように、より好ましくはθ≦８０°となるように光電変換体１２の側面を形成することで、セル効率の低下を防止することができる。

以上をまとめると、側面角度を０°＜θ≦８８°となるように、より好ましくは１０°≦θ≦８０°となるように、光電変換体１２の側面を形成するように、セル分離加工を実施することで、発電電流を損ねることなく、かつ電気抵抗値が十分に低い良好なカバレッジの裏面電極層１８を実現することが可能となる。

つぎに、上記した構造を有する光電変換装置１の製造方法について説明する。図７−１〜図７−９は、この発明にかかる光電変換装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図であり、図８は、図７−３の斜視図である。まず、絶縁透光性基板２上に酸化亜鉛、酸化錫、またはＩＴＯなどを含む透明導電性材料からなる表面電極層１１をスパッタ法などの成膜方法によって形成し、フォトリソグラフィ技術やレーザスクライビングなどの方法で、所定の位置に分離溝２０を形成して分離し、パターニングを行う（図７−１）。

ついで、パターニングした表面電極層１１上に、第１の光電変換層１３、第１の中間層１４、第２の光電変換層１５、第２の中間層１６、第３の光電変換層１７を順に積層する（図７−２）。ここで、第１〜第３の光電変換層１３，１５，１７は、ｐ−ｉ−ｎ型の三層構造からなる結晶シリコン系半導体膜または非晶質シリコン系半導体膜などの半導体薄膜からなり、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などによって形成される。また、上記したように、ここでは、第１の光電変換層１３は、ｐ−ｉ−ｎ構造を有する非晶質シリコン膜によって構成され、第２と第３の光電変換層１５，１７は、ｐ−ｉ−ｎ構造を有する微結晶シリコン膜によって構成される。また、第１と第２の中間層１４，１６は、酸化シリコン系、または酸化亜鉛やＩＴＯなどの透明導電性材料によって構成される。

ついで、第３の光電変換層１７の上からレーザ光２０１を、表面電極層１１間に形成した分離溝２０とほぼ平行に、またこの分離溝２０の位置と重ならない位置にライン状に照射し、第３の光電変換層１７の所定の位置に切断溝２１１を加工する（図７−３、図８）。この加工工程では、レーザ光２０１は、第３の光電変換層１７のみに吸収され、第２の中間層１６では吸収されにくい波長域の光を使用する。たとえば、上記した材料で各層が構成される場合には、このようなレーザ光として、通常、波長５２５ｎｍの緑色レーザを使用する。波長５２５ｎｍの入射光に対する、シリコン系材料の光吸収係数は０．１−０．６ｃｍ^-1である。一方、透明電極系材料の光収集係数は０．０１−０．０２ｃｍ^-1とシリコン系材料に比べて約1桁小さくなっている。このため、波長５２５ｎｍのレーザ光を用いることで、第３の光電変換層１７のみを選択的に加工することができる。なお、図８では、切断溝２１１の形成途中の状態を示している。

その後、レーザ光２０２を切断溝２１１の上から、この切断溝２１１に沿って照射し、第２の中間層１６に切断溝２１２の加工を施す（図７−４）。ここで、レーザ光２０２は、第２の中間層１６のみに吸収され、第２の光電変換層１５の表面で反射される波長域の光を使用する。たとえば、上記した材料で各層が構成される場合には、このようなレーザ光２０２として、波長１，０５０ｎｍの赤外レーザを使用する。波長１，０５０ｎｍの入射光に対するシリコン系材料の光吸収係数は約０．０１ｃｍ^-1であるのに対し、透明電極系材料はプラズマ振動による吸収が生じるため約０．５ｃｍ^-1と一桁以上も大きくなっている。よって、このレーザ光を用いることで、第２の中間層１６のみを選択的に加工することができる。なお、このとき加工される切断溝２１２の幅は切断溝２１１よりも小さくなるようにレーザ光２０２の出力パワーを調整する。

つぎに、レーザ光２０３を切断溝２１２に沿って上から照射し、第２の光電変換層１５に対して切断溝２１３を加工する（図７−５）。ここで、レーザ光２０３としては、第２の光電変換層１５のみに吸収され、第１の中間層１４ではほとんど吸収されない波長域の光を使用する。上記した材料で各層が構成される場合には、レーザ光２０３として波長５２５ｎｍの緑色レーザを使用することができる。また、切断溝２１３の幅は切断溝２１２よりも小さくなるようにレーザ光２０３のパワーを調整する。

その後、レーザ光２０４を切断溝２１３に沿って照射し、第１の中間層１４に切断溝２１４の加工を施す（図７−６）。ここで、レーザ光２０４は、第１の中間層１４のみに吸収され、第１の光電変換層１３でほとんど吸収されない波長域の光を使用する。上記した材料で各層が構成される場合には、このようなレーザ光２０４として、波長１，０５０ｎｍの赤外レーザを使用することができる。なお、このとき加工される切断溝２１４の幅は切断溝２１３よりも小さくなるようにレーザ光２０４の出力パワーを調整する。

さらに、レーザ光２０５を切断溝２１４に沿って上から照射し、第１の光電変換層１３に対して切断溝２１５を加工する（図７−７）。ここで、レーザ光２０５としては、第１の光電変換層１３のみに吸収され、表面電極層１１ではほとんど吸収されない波長域の光を使用する。上記したレーザ光を用いる場合には、レーザ光２０５として波長５２５ｎｍの緑色レーザを使用することができる。また、切断溝２１５の幅は切断溝２１４よりも小さくなるようにレーザ光２０５のパワーを調整する。

以上の図７−３〜図７−７の工程によって、セル１０ごとに光電変換層が分離溝２１によって分離され、光電変換体１２が形成される。また、この光電変換体１２の側面は、下層に行くほど紙面の左右方向の長さが長くなる階段状の側面を有しており、大きく見た場合には、基板面に垂直な方向に対して所定の角度傾斜している。

その後、反射率が高くかつ電気伝導率の高い銀やアルミニウムなどの導電性材料からなる裏面電極層１８を、分離された光電変換体１２を有する絶縁透光性基板２上に形成する（図７−８）。このとき、光電変換体１２の側面は、基板面に対して垂直でない鋭角を有しているので、光電変換体１２の側面にはコンフォーマルに裏面電極層１８が堆積する。

最後に、絶縁透光性基板２の裏面側からレーザ光２０６を切断溝２１５に沿って照射し、分離溝２１の底面部に形成されている裏面電極層１８のうち、一部のみが表面電極層１１と接続されるように、他の部分を除去する（図７−９）。これによって、隣接するセル１０間の裏面電極層１８は電気的に絶縁される。以上の工程によって、素子分離溝２１が形成され、図１と図２に示されるような光電変換装置が完成する。

なお、上述した説明では、光電変換体１２に第１〜第３の光電変換層１３，１５，１７が含まれる構造の場合を示したが、この構造に限られるものではなく、光電変換層が複数含まれ、そのうちの少なくとも１層が微結晶半導体層からなる光電変換層である光電変換体１２であれば、この実施の形態を適用することができる。また、上記した例では、光電変換層の材料としてシリコンを例に挙げたが、他の半導体材料であってもよい。

この実施の形態によれば、微結晶材料を一部に含み膜厚が数μｍ以上となる光電変換層を有する光電変換装置を形成する場合に、複数積層された光電変換層を形成した後、セル１０を直列に接続する方向の側面の側面角度が０°でない角度となるように分離溝２１を形成して各セル１０に光電変換体１２を形成した後に、所定の厚さとなるように裏面電極層１８を堆積させ、分離溝２１に形成された裏面電極層１８の一部を除去するようにしたので、セル１０間を分離して裏面電極層１８を形成するための工程数を従来に比して削減し、生産スループットを向上させることができるという効果を有する。また、光電変換体１２の側面の側面角度が９０°でない角度となるようにしたので、光電変換体１２の側面や分離溝２１の底面に均一な厚さの裏面電極層１８を形成することもできるという効果を有する。その結果、モジュール化後の直列抵抗成分を低減させることができ、光電変換装置１全体の発電効率を上げることができるという効果も有する。

以上のように、この発明にかかる光電変換装置の製造方法は、光電変換層が薄膜で形成される薄膜太陽電池に有用である。

この発明にかかる光電変換装置の実施の形態の構造の一例を模式的に示す断面図である。 傾斜した側面を有するセルの様子を部分的に示す斜視図である。 側面角度θを０〜９０°まで変化させた光電変換素子の側面における裏面電極層の段差被覆率の関係を示す図である。 側面角度が０°の場合の裏面電極層の光電変換体の側面への被覆の様子を模式的に示す断面図である。 側面角度が２０°の場合の裏面電極層の光電変換体の側面への被覆の様子を模式的に示す断面図である。 光電変換素子の側面角度θと裏面電極層の電気抵抗値との間の関係を示す図である。 側面角度θと光電変換装置の１セル当たりの発電電流密度Ｊ_scとの間の関係を示す図である。 この発明にかかる光電変換装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その１）。 この発明にかかる光電変換装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その２）。 この発明にかかる光電変換装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その３）。 この発明にかかる光電変換装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その４）。 この発明にかかる光電変換装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その５）。 この発明にかかる光電変換装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その６）。 この発明にかかる光電変換装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その７）。 この発明にかかる光電変換装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その８）。 この発明にかかる光電変換装置の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その９）。 図７−３の斜視図である。

符号の説明

１ 光電変換装置
２ 絶縁透光性基板
１０ セル
１１ 表面電極層
１２ 光電変換体
１３ 第１の光電変換層
１４ 第１の中間層
１５ 第２の光電変換層
１６ 第２の中間層
１７ 第３の光電変換層
１８ 裏面電極層
２０，２１ 分離溝
２１１〜２１５ 切断溝
２０１〜２０６ レーザ光

Claims (6)

1. 透光性の基板上に、透明導電性材料からなる膜を形成し、各セル間を分離するようにパターニングして前記各セルの第１の電極層を形成する第１の工程と、
   前記第１の電極層を形成した前記基板上に、バンドギャップの異なる光電変換層を基板面に垂直な方向に複数含む光電変換層積層体を形成する第２の工程と、
   前記光電変換層積層体を構成する各光電変換層ごとに、上の光電変換層から下の光電変換層になるほど幅が狭くなる切断溝を形成し、前記セルごとに分離された光電変換積層体を分離する分離溝を形成する第３の工程と、
   前記各セルに対応して分離した前記光電変換積層体の上面と、前記セルの分離溝の一方の側面と、隣接するセルの第１の電極層の一部とに接する、第２の電極層を形成する第４の工程と、を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
2. 前記第２の工程において、積層される上の光電変換層と下の光電変換層との間に透明材料からなる中間層を形成する工程をさらに含み、
   前記第３の工程は、前記中間層の光吸収係数に比べて前記上の光電変換層の光吸収係数が大きい第１のレーザ光を照射して前記上の光電変換層に第１の加工溝を形成する工程と、前記下の光電変換層の光吸収係数に比べて前記中間層の光吸収係数が大きい第２のレーザ光を照射して前記中間層に第１の加工溝よりも幅が狭い第２の加工溝を形成する工程と、前記下の光電変換層に第３のレーザ光を照射して前記下の光電変換層に前記第２の加工溝よりも幅が狭い第３の加工溝を形成する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
3. 透光性の基板上に、透明導電性材料によって形成される第１の電極層と、バンドギャップの異なる光電変換層を基板面に垂直な方向に複数含む光電変換体と、光を反射する導電性の材料によって形成される第２の電極層と、を含むセルが複数配列して形成され、端部に位置しない前記セルの前記第２の電極層が、隣接する一方のセルの第１の電極層と、該隣接するセルに対向する前記セルの光電変換体の側面上を介して接続される光電変換装置において、
   前記第２の電極層が形成される前記光電変換体の側面は、前記側面の下部と前記第１の電極層との交線を含み基板面に垂直に形成した面との間の距離が前記基板から離れるにしたがって大きくなるように形成されていることを特徴とする光電変換装置。
4. 前記第２の電極層が形成される前記光電変換体の側面は、基板面に垂直な方向に対して、ある大きさの側面角度を有することを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
5. 前記側面角度は、０°より大きく８８°以下であることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
6. 前記第２の電極層が形成される前記光電変換体の側面は、前記光電変換体の前記基板側に形成される層ほど端部が前記隣接するセル側に張り出す階段状の構造を有していることを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。

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