JP2010129785A - 光電変換装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】カバレージが良好なn層を高速で製膜することにより、高生産性と高変換効率とを両立させた光電変換装置の製造方法を提供する。
【解決手段】プラズマCVD法により、基板1上にシリコン系の光電変換層3を形成する工程を含む光電変換装置100の製造方法であって、前記光電変換層3を形成する工程が、結晶質シリコンからなるi層42を形成する工程と、該i層42上に、水素希釈率0倍以上10倍以下の条件でn層43を形成する工程とを含むことを特徴とする光電変換装置100の製造方法。
【選択図】図1
【解決手段】プラズマCVD法により、基板1上にシリコン系の光電変換層3を形成する工程を含む光電変換装置100の製造方法であって、前記光電変換層3を形成する工程が、結晶質シリコンからなるi層42を形成する工程と、該i層42上に、水素希釈率0倍以上10倍以下の条件でn層43を形成する工程とを含むことを特徴とする光電変換装置100の製造方法。
【選択図】図1
Description
本発明は、光電変換装置の製造方法に関し、特に発電層としてシリコンを用いる薄膜系太陽電池の製造方法に関する。
太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池に用いられる光電変換装置としては、p型シリコン系半導体(p層)、i型シリコン系半導体(i層)及びn型シリコン系半導体(n層)の薄膜をプラズマCVD法等で製膜して形成した光電変換層を備えた薄膜シリコン系光電変換装置が知られている。
通常、i層に結晶質シリコンを適用した場合、n層は、特許文献1のように結晶質シリコンとされることが多いが、非晶質シリコンとされる場合もある。
通常、i層に結晶質シリコンを適用した場合、n層は、特許文献1のように結晶質シリコンとされることが多いが、非晶質シリコンとされる場合もある。
薄膜シリコン系太陽電池の長所としては、大面積化が容易であること、膜厚が結晶系太陽電池の1/100程度と薄く、材料が少なくて済むことなどが挙げられる。このため、薄膜シリコン系太陽電池は、結晶系太陽電池と比較して低コストでの製造が可能となる。しかしながら、薄膜シリコン系太陽電池の短所としては、変換効率が結晶系に比べて低いことが挙げられる。本技術分野においては、変換効率の向上が重要な課題となっている。
特開2005−159320号公報
薄膜シリコン系太陽電池の生産性を向上させるために、製膜速度が0.15nm/secを超える条件で結晶質シリコンn層を製膜した場合、形状因子及び開放電圧が低下して光電変換効率が低下することが問題となっていた。この傾向は、結晶質シリコンn層の下に位置する結晶質シリコンi層の表面形状が粗い場合に、特に顕著であった。この原因としては、i層の結晶面にn型の結晶質シリコンがエピタキシー成長し、結晶質シリコンi層の凹凸表面の谷部をn型半導体で埋めることができないため、n層製膜後でも表面形状が平滑にならず、薄い結晶質シリコンn層でi層を完全に被覆できない(カバレージが十分でない)ことが考えられた。
n層に非晶質シリコンを適用することにより、理想的には、非晶質シリコンn層がi層表面の谷部を埋めてn層製膜後の表面が平滑となり、カバレージが改善されると考えられていた。しかしながら、下地層である結晶質シリコンi層の表面が粗い場合には、ガラス上に非晶質シリコンが製膜される水素希釈率条件(例えば20倍)であっても、結晶質シリコンn層を製膜する場合と同様に、形状因子及び開放電圧が低下するという問題が発生した。これは、下地である結晶質シリコンi層の結晶面上に結晶質シリコンn層がエピタキシー成長しやすくなり、非晶質相と結晶質相との製膜速度の差や、結晶面の違いによる結晶成長速度の差(異方性)が生じたためと推測される。
また、一般に、カバレージを改善させるためには、投入高周波電力を下げて製膜速度を低くすれば良いと考えられていたが、生産性が大幅に低下するとともに、製膜速度低下によるカバレージ改善効果は不十分であった。
本発明は、カバレージが良好なn層を高速で製膜することにより、高生産性と高変換効率とを両立させた光電変換装置の製造方法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、本発明は、プラズマCVD法により、基板上にシリコン系の光電変換層を形成する工程を含む光電変換装置の製造方法であって、前記光電変換層を形成する工程が、結晶質シリコンからなるi層を形成する工程と、該i層上に、水素希釈率0倍以上10倍以下の条件でn層を形成する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を提供する。
本発明者らは、プラズマCVD法を用いた光電変換装置の製造において、製膜速度を低下させなくても、n層製膜時のSiH4分圧が高い条件、すなわち、水素希釈率が0倍以上10倍以下とすることにより、光電変換装置の形状因子及び開放電圧を向上させて、高変換効率を有する光電変換装置を製造できることを見出した。これは、水素希釈率が低い領域では、下地が結晶質であってもn型シリコンのエピタキシー成長が抑制されるために、基板全体にわたり非晶質シリコンn層が成長し、カバレージが改善されたためと推測できる。
上記発明において、前記n層を、製膜速度0.2nm/sec以上で形成することが好ましい。
本発明によれば、生産性を落とさずに、高変換効率の光電変換装置を製造することができるので有利である。
本発明によれば、生産性を落とさずに、高変換効率の光電変換装置を製造することができるので有利である。
この場合、炭素及び窒素のうち少なくとも一方の元素を含むガスを原料ガスに用いて、前記n層を形成しても良い。
n型シリコンに炭素や窒素を不純物として添加させることにより、n型シリコンの結晶化が阻害される。従って、炭素及び窒素のうち少なくとも一方を含むガスを原料ガスとしてn層を形成すれば、n型の非晶質シリコンが製膜されやすくなる。この結果、形状因子及び開放電圧を改善する効果をより高めることが可能である。
n型シリコンに炭素や窒素を不純物として添加させることにより、n型シリコンの結晶化が阻害される。従って、炭素及び窒素のうち少なくとも一方を含むガスを原料ガスとしてn層を形成すれば、n型の非晶質シリコンが製膜されやすくなる。この結果、形状因子及び開放電圧を改善する効果をより高めることが可能である。
この場合、前記n層を形成する工程が、第1n層を形成する工程と、第2n層を形成する工程とを含み、前記第1n層は、水素希釈率0倍以上10倍以下の条件で形成され、前記第2n層は、前記第1n層と異なる水素希釈率条件で形成されても良い。
特に、製膜初期においてエピタキシー成長を抑制できれば、カバレージ改善効果が得られると考えられる。従って、このように、n層が、それぞれ水素希釈率が異なる条件で製膜した第1n層及び第2n層で構成され、第1n層の形成において水素希釈率を0倍以上10倍以下とすることによっても、形状因子及び開放電圧を向上させ、高変換効率の光電変換装置を製造可能である。
本発明によれば、水素希釈率0倍以上10倍の条件で、結晶質シリコンi層上にn層を形成することにより、形状因子及び開放電圧が向上して高変換効率を有する光電変換装置を製造することができる。
図1は、本発明の光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置100は、シングル型シリコン系太陽電池であり、基板1、透明電極層2、基板側から順にp層41、i層42、n層43を積層させた太陽電池光電変換層3、及び裏面電極層4を備える。なお、ここで、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、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も含まれる。
本発明に係る光電変換装置の製造方法の実施形態を、太陽電池パネルを製造する工程を例に挙げて説明する。図2から図5は、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。
(1)図2(a)
基板1として1m2以上の面積を有する大面積のソーダフロートガラス基板(例えば1.4m×1.1m×板厚:3.5mm〜4.5mm)を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやR面取り加工されていることが望ましい。
基板1として1m2以上の面積を有する大面積のソーダフロートガラス基板(例えば1.4m×1.1m×板厚:3.5mm〜4.5mm)を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやR面取り加工されていることが望ましい。
(2)図2(b)
透明導電層2として、酸化錫(SnO2)を主成分とする膜厚約500nm以上800nm以下の透明導電膜を、熱CVD装置にて約500℃で製膜する。この際、透明電極膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明導電層2として、透明電極膜に加えて、基板1と透明電極膜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(SiO2)を50nm〜150nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。
透明導電層2として、酸化錫(SnO2)を主成分とする膜厚約500nm以上800nm以下の透明導電膜を、熱CVD装置にて約500℃で製膜する。この際、透明電極膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明導電層2として、透明電極膜に加えて、基板1と透明電極膜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(SiO2)を50nm〜150nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。
(3)図2(c)
その後、基板1をX−Yテーブルに設置して、YAGレーザーの第1高調波(1064nm)を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セルの直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板1とレーザー光を相対移動して、溝10を形成するように幅約6mmから15mmの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
その後、基板1をX−Yテーブルに設置して、YAGレーザーの第1高調波(1064nm)を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セルの直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板1とレーザー光を相対移動して、溝10を形成するように幅約6mmから15mmの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
(4)図2(d)
プラズマCVD装置により、原料ガス:水素及びシラン(SiH4)、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下にて、p層41、i層42、及び、n層43を順次製膜する。結晶質シリコンp層41はBドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚10nm以上50nm以下である。結晶質シリコンi層42は微結晶シリコンを主とし、膜厚は1.2μm以上3.0μm以下である。
プラズマCVD装置により、原料ガス:水素及びシラン(SiH4)、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下にて、p層41、i層42、及び、n層43を順次製膜する。結晶質シリコンp層41はBドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚10nm以上50nm以下である。結晶質シリコンi層42は微結晶シリコンを主とし、膜厚は1.2μm以上3.0μm以下である。
n層43は、Pドープしたシリコンを主とし、膜厚は20nm以上50nm以下である。n層43の製膜において、水素希釈率H2/SiH4は0倍以上10倍以下とされる。n層の製膜速度は、0.2nm/sec以上、好ましくは0.25nm/sec以上とされる。
n層43製膜時に、炭素及び窒素のうち少なくとも一方の元素を含むガスを、原料ガスとしてプラズマCVD装置に更に導入しても良い。上記ガスとしては、メタンガス、窒素ガスなどが挙げられる。メタンガスの添加量は、シランに対して流量比で0.2%以上1.2%以下、好ましくは0.5%以上0.8%以下とされる。窒素ガスの添加量は、シランに対して流量比で0.2%以上3%以下、好ましくは0.5%以上2%以下とされる。このように、原料ガスとして炭素及び窒素のうち少なくとも一方の元素を含むガスを用いてn層に製膜することにより、炭素及び窒素がそれぞれSi−C結合、Si−N結合を形成し、シリコンの結晶化が阻害される。
n層43は、上述の範囲内で一定の水素希釈率条件で製膜された単層とされても良いし、水素希釈率が互いに異なる2層を積層させても良い。
n層43が2層構成とされる場合、結晶質シリコンi層42上に形成される第1n層は、水素希釈率0倍以上10倍以下の条件で製膜される。第1n層の製膜においても、上述した炭素及び窒素のうち少なくとも一方の元素を含むガスを用いて製膜しても良い。第2n層は、第1n層と異なる水素希釈率で製膜される。この時、製膜速度が高く、かつ、非晶質シリコンが製膜される水素希釈率条件(例えば20倍)で第2n層を製膜すれば、生産性が向上する上、カバレージも改善されると考えられるため、有利である。
n層43が2層構成とされる場合、結晶質シリコンi層42上に形成される第1n層は、水素希釈率0倍以上10倍以下の条件で製膜される。第1n層の製膜においても、上述した炭素及び窒素のうち少なくとも一方の元素を含むガスを用いて製膜しても良い。第2n層は、第1n層と異なる水素希釈率で製膜される。この時、製膜速度が高く、かつ、非晶質シリコンが製膜される水素希釈率条件(例えば20倍)で第2n層を製膜すれば、生産性が向上する上、カバレージも改善されると考えられるため、有利である。
微結晶シリコンを主とするi層膜をプラズマCVD法で形成するにあたり、プラズマ放電電極と基板1の表面との距離dは、3mm以上10mm以下にすることが好ましい。3mmより小さい場合、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。10mmより大きい場合、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。
(5)図2(e)
基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、図の矢印に示すように、光電変換層3の膜面側から照射する。パルス発振:10kHzから20kHzとして、加工速度が適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層2のレーザーエッチングラインの約100μmから150μmの横側を、溝11を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板1側から照射しても良く、この場合は光電変換層3の非晶質シリコン系の第1セル層で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層3をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、図の矢印に示すように、光電変換層3の膜面側から照射する。パルス発振:10kHzから20kHzとして、加工速度が適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層2のレーザーエッチングラインの約100μmから150μmの横側を、溝11を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板1側から照射しても良く、この場合は光電変換層3の非晶質シリコン系の第1セル層で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層3をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
(6)図3(a)
裏面電極層4としてAg膜/Ti膜を、スパッタリング装置により、減圧雰囲気、製膜温度:150℃から200℃にて製膜する。本実施形態では、Ag膜:150nm以上500nm以下、これを保護するものとして防食効果の高いTi膜:10nm以上20nm以下を、この順に積層する。あるいは、裏面電極層4を、25nmから100nmの膜厚を有するAg膜と、15nmから500nmの膜厚を有するAl膜との積層構造としても良い。n層43と裏面電極層4との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層3と裏面電極層4との間に、スパッタリング装置により、膜厚:50nm以上100nm以下のGZO(GaドープZnO)膜を製膜して設けても良い。
裏面電極層4としてAg膜/Ti膜を、スパッタリング装置により、減圧雰囲気、製膜温度:150℃から200℃にて製膜する。本実施形態では、Ag膜:150nm以上500nm以下、これを保護するものとして防食効果の高いTi膜:10nm以上20nm以下を、この順に積層する。あるいは、裏面電極層4を、25nmから100nmの膜厚を有するAg膜と、15nmから500nmの膜厚を有するAl膜との積層構造としても良い。n層43と裏面電極層4との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層3と裏面電極層4との間に、スパッタリング装置により、膜厚:50nm以上100nm以下のGZO(GaドープZnO)膜を製膜して設けても良い。
(7)図3(b)
基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、図の矢印に示すように、基板1側から照射する。レーザー光が光電変換層3で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層4が爆裂して除去される。パルス発振:1kHz以上10kHz以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層2のレーザーエッチングラインの250μmから400μmの横側を、溝12を形成するようにレーザーエッチングする。
基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、図の矢印に示すように、基板1側から照射する。レーザー光が光電変換層3で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層4が爆裂して除去される。パルス発振:1kHz以上10kHz以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層2のレーザーエッチングラインの250μmから400μmの横側を、溝12を形成するようにレーザーエッチングする。
(8)図3(c)と図3(a)
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、基板1側から照射する。レーザー光が透明電極層2と光電変換層3で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層4が爆裂して、裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2が除去される。パルス発振:1kHz以上10kHz以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板1の端部から5nmから20mmの位置を、図3(c)に示すように、X方向絶縁溝15を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図3(c)では、光電変換層3が直列に接続された方向に切断したX方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝15位置には裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2の膜研磨除去をした周囲膜除去領域14がある状態(図3(a)参照)が表れるべきであるが、基板1の端部への加工の説明の便宜上、この位置にY方向断面を表して形成された絶縁溝をX方向絶縁溝15として説明する。このとき、Y方向絶縁溝は後工程で基板1周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、基板1側から照射する。レーザー光が透明電極層2と光電変換層3で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層4が爆裂して、裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2が除去される。パルス発振:1kHz以上10kHz以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板1の端部から5nmから20mmの位置を、図3(c)に示すように、X方向絶縁溝15を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図3(c)では、光電変換層3が直列に接続された方向に切断したX方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝15位置には裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2の膜研磨除去をした周囲膜除去領域14がある状態(図3(a)参照)が表れるべきであるが、基板1の端部への加工の説明の便宜上、この位置にY方向断面を表して形成された絶縁溝をX方向絶縁溝15として説明する。このとき、Y方向絶縁溝は後工程で基板1周囲膜除去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15は基板1の端より5nmから15mmの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール6内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。
尚、以上までの工程におけるレーザー光はYAGレーザーとしているが、YVO4レーザーやファイバーレーザーなどが同様に使用できるものがある。
(9)図4(a:太陽電池膜面側から見た図、b:受光面の基板側から見た図)
後工程のEVA等を介したバックシート24との健全な接着・シール面を確保するために、基板1周辺(周囲膜除去領域14)の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域14を形成する。基板1の端から5〜20mmで基板1の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、X方向は前述の図3(c)工程で設けた絶縁溝15よりも基板端側において、Y方向は基板端側部付近の溝10よりも基板端側において、裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。
研磨屑や砥粒は基板1を洗浄処理して除去した。
後工程のEVA等を介したバックシート24との健全な接着・シール面を確保するために、基板1周辺(周囲膜除去領域14)の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域14を形成する。基板1の端から5〜20mmで基板1の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、X方向は前述の図3(c)工程で設けた絶縁溝15よりも基板端側において、Y方向は基板端側部付近の溝10よりも基板端側において、裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。
研磨屑や砥粒は基板1を洗浄処理して除去した。
(10)図5(a)(b)
端子箱23の取付け部分はバックシート24に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層で設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セルと、他方端部の太陽電池発電セルとから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱23の部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール6の全体を覆い、基板1からはみ出さないように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を配置する。
EVAの上に、防水効果の高いバックシート24を設置する。バックシート24は本実施形態では防水防湿効果が高いようにPETシート/Al箔/PETシートの3層構造よりなる。
バックシート24までを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約150〜160℃でプレスしながら、EVAを架橋させて密着させる。
端子箱23の取付け部分はバックシート24に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層で設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セルと、他方端部の太陽電池発電セルとから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱23の部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール6の全体を覆い、基板1からはみ出さないように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を配置する。
EVAの上に、防水効果の高いバックシート24を設置する。バックシート24は本実施形態では防水防湿効果が高いようにPETシート/Al箔/PETシートの3層構造よりなる。
バックシート24までを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約150〜160℃でプレスしながら、EVAを架橋させて密着させる。
(11)図5(a)
太陽電池モジュール6の裏側に端子箱23を接着剤で取付ける。
(12)図5(b)
銅箔と端子箱23の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱23の内部を封止剤(ポッティング剤)で充填して密閉する。これで太陽電池パネル50が完成する。
(13)図5(c)
図5(b)までの工程で形成された太陽電池パネル50について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、AM1.5、全天日射基準太陽光(1000W/m2)のソーラシミュレータを用いて行う。
(14)図5(d)
発電検査(図5(c))に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
太陽電池モジュール6の裏側に端子箱23を接着剤で取付ける。
(12)図5(b)
銅箔と端子箱23の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱23の内部を封止剤(ポッティング剤)で充填して密閉する。これで太陽電池パネル50が完成する。
(13)図5(c)
図5(b)までの工程で形成された太陽電池パネル50について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、AM1.5、全天日射基準太陽光(1000W/m2)のソーラシミュレータを用いて行う。
(14)図5(d)
発電検査(図5(c))に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
(実施例1)
図1に示す構成のシングル型太陽電池セルを作製した。
ガラス基板上に、透明電極層として、膜厚80nmの酸化スズ膜を形成した。
結晶質シリコンp層は、原料ガスにH2、SiH4及びB2H6を用い、水素希釈率:100倍、圧力:500Pa、基板温度:180℃、プラズマ発生周波数:60MHz、膜厚:20nmの条件にて製膜した。
結晶質シリコンi層は、原料ガスにH2及びSiH4を用い、水素希釈率:45倍、圧力:2100Pa、基板温度:180℃、プラズマ発生周波数:100MHz、膜厚:0.5μmまたは1.9μmの条件にて製膜した。
裏面電極層として、膜厚70nmのZnO膜、及び、膜厚250nmのAg膜を形成した。
図1に示す構成のシングル型太陽電池セルを作製した。
ガラス基板上に、透明電極層として、膜厚80nmの酸化スズ膜を形成した。
結晶質シリコンp層は、原料ガスにH2、SiH4及びB2H6を用い、水素希釈率:100倍、圧力:500Pa、基板温度:180℃、プラズマ発生周波数:60MHz、膜厚:20nmの条件にて製膜した。
結晶質シリコンi層は、原料ガスにH2及びSiH4を用い、水素希釈率:45倍、圧力:2100Pa、基板温度:180℃、プラズマ発生周波数:100MHz、膜厚:0.5μmまたは1.9μmの条件にて製膜した。
裏面電極層として、膜厚70nmのZnO膜、及び、膜厚250nmのAg膜を形成した。
n層は、原料ガスにH2、SiH4及びPH3を用い、水素希釈率:5倍〜50倍、圧力:250〜700Pa、基板温度:180℃、プラズマ発生周波数:60MHz、膜厚:30nmの条件にて製膜した。n層の製膜では、製膜速度が0.2nm/secとなるように、投入電力を調整した。
図6に、結晶質シリコンi層の膜厚が0.5μmの太陽電池セルにおけるn層製膜時の水素希釈率と曲線因子との相関を表すグラフを示す。図7に、結晶質シリコンi層の膜厚が1.9μmの太陽電池セルにおけるn層製膜時の水素希釈率と太陽電池セルの曲線因子との相関を表すグラフを示す。図6及び図7において、横軸はn層製膜時のH2/SiH4流量比、縦軸は太陽電池セルの曲線因子(水素希釈率10倍の場合における曲線因子の値で規格化)である。
図6及び図7に示すように、n層製膜時の水素希釈率10倍以下で高い曲線因子が得られた。また、水素希釈率が10倍を超えると、水素希釈率増加に伴い曲線因子が低下した。曲線因子の向上は、n型シリコンがエピタキシー成長せず、結晶質シリコンi層表面の凹凸形状における谷部にもn型シリコンが製膜されたためと予測できる。また、水素希釈率が低いほど曲線因子が高くなる傾向は、結晶質シリコンi層の膜厚が薄いほど顕著であった。これは、結晶質シリコンi層が厚くなるほど、i層表面が平坦化されるためと考えられた。
実施例1の結果は、n層製膜時の水素希釈率を0倍以上10倍以下とすることにより、光電変換効率を向上させることが可能であることを示している。
図6及び図7に示すように、n層製膜時の水素希釈率10倍以下で高い曲線因子が得られた。また、水素希釈率が10倍を超えると、水素希釈率増加に伴い曲線因子が低下した。曲線因子の向上は、n型シリコンがエピタキシー成長せず、結晶質シリコンi層表面の凹凸形状における谷部にもn型シリコンが製膜されたためと予測できる。また、水素希釈率が低いほど曲線因子が高くなる傾向は、結晶質シリコンi層の膜厚が薄いほど顕著であった。これは、結晶質シリコンi層が厚くなるほど、i層表面が平坦化されるためと考えられた。
実施例1の結果は、n層製膜時の水素希釈率を0倍以上10倍以下とすることにより、光電変換効率を向上させることが可能であることを示している。
(実施例2)
n層以外は、実施例1と同様の条件にて、透明電極層、結晶質シリコンp層、結晶質シリコンi層、裏面電極層を製膜し、シングル型太陽電池セルを作製した。なお、結晶質シリコンi層の膜厚は、1.9μmとした。
n層以外は、実施例1と同様の条件にて、透明電極層、結晶質シリコンp層、結晶質シリコンi層、裏面電極層を製膜し、シングル型太陽電池セルを作製した。なお、結晶質シリコンi層の膜厚は、1.9μmとした。
n層は、原料ガスにH2、SiH4、PH3及びCH4を用い、水素希釈率:10倍、SiH4に対するCH4の流量比:0〜8%、圧力:250Pa、基板温度:180℃、プラズマ発生周波数:60MHz、膜厚:30nmの条件にて製膜した。n層の製膜では、製膜速度が0.2nm/secとなるように、投入電力を調整した。
(実施例3)
n層製膜の原料ガスに、H2、SiH4、PH3及びN2を用い、SiH4に対するN2の流量比:0〜5%とした以外は、実施例2と同様にしてシングル型太陽電池セルを作製した。
n層製膜の原料ガスに、H2、SiH4、PH3及びN2を用い、SiH4に対するN2の流量比:0〜5%とした以外は、実施例2と同様にしてシングル型太陽電池セルを作製した。
図8は、実施例2の太陽電池セルについて、n層製膜時のCH4/SiH4流量比と曲線因子との関係を示すグラフである。同図において、横軸はCH4/SiH4流量比、縦軸はCH4/SiH4流量比0.2%の場合の曲線因子の値で規格化した太陽電池セルの曲線因子である。図9は、実施例3の太陽電池セルについて、n層製膜時のN2/SiH4流量比と曲線因子との関係を示すグラフである。同図において、横軸はN2/SiH4流量比、縦軸はN2/SiH4流量比0.5%の場合の曲線因子の値で規格化した太陽電池セルの曲線因子である。
図8及び図9の結果から、SiH4に対するCH4流量比0.5%以上1.2%以下、または、SiH4に対するN2流量比0.5%以上3%以下の割合でCH4またはN2を原料ガスに添加することにより、形状因子が向上した。形状因子が向上した理由は、結晶質シリコンi層上に非晶質シリコンn層が製膜されてカバレージが改善されたためと考えられた。
図8及び図9の結果から、SiH4に対するCH4流量比0.5%以上1.2%以下、または、SiH4に対するN2流量比0.5%以上3%以下の割合でCH4またはN2を原料ガスに添加することにより、形状因子が向上した。形状因子が向上した理由は、結晶質シリコンi層上に非晶質シリコンn層が製膜されてカバレージが改善されたためと考えられた。
上記実施の形態では太陽電池として、シングル型太陽電池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、タンデム型太陽電池、シリコンゲルマニウム太陽電池、トリプル型太陽電池などの他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。
1 基板
2 透明電極層
3 光電変換層
4 裏面電極層
6 太陽電池モジュール
41 p層
42 i層
43 n層
100 光電変換装置
2 透明電極層
3 光電変換層
4 裏面電極層
6 太陽電池モジュール
41 p層
42 i層
43 n層
100 光電変換装置
Claims (4)
- プラズマCVD法により、基板上にシリコン系の光電変換層を形成する工程を含む光電変換装置の製造方法であって、
前記光電変換層を形成する工程が、
結晶質シリコンからなるi層を形成する工程と、
該i層上に、水素希釈率0倍以上10倍以下の条件でn層を形成する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。 - 前記n層を、製膜速度0.2nm/sec以上で形成する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。
- 炭素及び窒素のうち少なくとも一方の元素を含むガスを原料ガスに用いて、前記n層を形成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光電変換装置の製造方法。
- 前記n層を形成する工程が、第1n層を形成する工程と、第2n層を形成する工程とを含み、
前記第1n層は、水素希釈率0倍以上10倍以下の条件で形成され、
前記第2n層は、前記第1n層と異なる水素希釈率条件で形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の光電変換装置の製造方法。
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