JP2012253078A - 多接合型光電変換装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凹部から光電変換層への筋状の欠陥の発生を抑制しつつ、電池性能の高い多接合型光電変換装置を製造する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】透光性基板１上に、透明電極層２、発電セル層９１、中間コンタクト層５、別の発電セル層９２、及び裏面電極層４が順に形成された多接合型光電変換装置１００の製造方法であって、発電セル層９１の上面が凹凸形状を備え、中間コンタクト層５を、発電セル層９１の上面の凹部に選択的に中間コンタクト層５を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多接合型光電変換装置の製造方法に関し、特に光電変換層を製膜で作製する多接合型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として、透光性基板上に、透明電極層と、光電変換層と、裏面電極層とを備えた光電変換装置が知られている。透明電極層は、光反射率を高めるために凹凸形状の上面を有する。光電変換層は、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ｐｉｎ接合を有する。

薄膜シリコン系太陽電池では、吸収波長帯域の異なる光電変換層を複数積層した多接合型光電変換装置とすることで、変換効率の向上が図られている。多接合型光電変換装置としては、非晶質シリコンからなるｉ層（非晶質シリコンｉ層）を含む光電変換層（トップセル）と、結晶質シリコンからなるｉ層（結晶質シリコンｉ層）を含む光電変換層（ボトムセル）と、が積層されたタンデム型太陽電池などがある。

タンデム型光電変換装置では、例えば、太陽光入射側のトップセルで短波長の光を吸収させ、吸収されなかった長波長の光をボトムセルに吸収させる。タンデム型光電変換装置として、トップセルとボトムセルとの接触性を改善するとともに電流整合性を取るために、トップセルとボトムセルとの間に中間コンタクト層を設けたものがある（特許文献１〜４）。一般に、中間コンタクト層は、熱ＣＶＤ法やスパッタ法により形成される。

特開２００６−３１３８７２号公報 特開２００４−０７１７１６号公報 特開２００８−１８１９６５号公報 特開２００９−０６０１４９号公報 特開２００１−１４４１０７号公報 特開２００１−１６８４１８号公報

中間コンタクト層は、光学的な半反射膜として、トップセルを通過した短波長光の一部をトップセル側に反射することで、トップセルでの発電量を増やし、直列接続であるボトムセルとトップセルとの電流バランスを図る役割を果たす。トップセルとボトムセルとは電気的に直列に接続されるため、中間コンタクト層は必要な電流を通過可能な導電性を有する必要がある。また、ボトムセルにも光を通さねばならないため、中間コンタクト層は特にボトムセルでの吸収波長光にたいして光学的に透過率が高いことが望ましい。

また、急峻な凹凸を有する透明電極層上に、トップセル、中間コンタクト層、ボトムセルを製膜した場合、凹部からトップセルをはじめとする光電変換層に筋状の欠陥が発生することがある。この欠陥は電池性能を低下させる要因となる。

薄膜シリコン系太陽電池では、集積構造の太陽電池モジュールが広く用いられている。集積構造の太陽電池モジュールでは、隣接するセル間で中間コンタクト層を介して、基板面に平行な方向（横方向）へのクロスリーク電流が生じる場合がある。これを防止するため、スクライビングにより中間コンタクト層に分離溝を形成する工程が必要となる（特許文献１参照）。

特許文献２乃至特許文献４に、分離溝を形成させることなく中間コンタクト層を形成する方法が記載されている。特許文献２乃至特許文献４では、一様な膜を製膜した後に、エッチングやリソグラフィなどによって一部を選択除去して、開口部を有する中間コンタクト層を形成する。

特許文献５には、凹部を有するＳｉＮ膜上に形成したＡｕ膜を、凹部のみを残してイオンミリング法により除去する方法が記載されている。特許文献６には、凹部を有する層間絶縁膜上に形成した多層膜を、凹部のみを残してケミカルサスペンジョンにより機械的に除去する方法が記載されている。しかしながら、特許文献５及び特許文献６に記載の方法は、製造方法が複雑で、光電変換層上に形成された中間コンタクト層に適用することは難しい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、凹部から光電変換層への筋状の欠陥の発生を抑制しつつ、電池性能の高い多接合型光電変換装置を製造する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、透光性基板上に、透明電極層、発電セル層、中間コンタクト層、別の発電セル層、及び裏面電極層が順に形成された多接合型光電変換装置の製造方法であって、前記発電セル層の上面が凹凸形状を備え、前記中間コンタクト層を、前記発電セル層の上面の凹部に選択的に中間コンタクト層を形成する多接合型光電変換装置の製造方法を提供する。

上記発明によれば、凹部を優先的に埋めることにより、別の発電セル層の結晶成長を促進させることができるとともに、凹部からその上面に形成する光電変換層へと成長する筋状の欠陥部分の形成を抑制できる。また、上記発明によれば、凹部を選択的に埋めることにより、凹部の上面に形成した別の発電セル層の結晶の成長方向が基板面に対してより略垂直となる方向に揃い、結晶成長中の結晶粒どうしの結晶成長方向への干渉が少なくなり、結晶配向性が高くなる。別の発電セル層を形成した後の、別の発電セル層の表面は、結晶成長面に起因した凹凸が形成されるため、結晶配向性を高くすることで、光閉じ込め効果が高くなる。また、従来、裏面電極層の凹凸形状は透明電極層の凹凸形状に依存していたが、上記発明では、凹部を選択的に埋めることにより、裏面電極層の凹凸形状を最適化することが可能となる。

上記発明の一態様において、前記発電セル層の前記凹部に、前記中間コンタクト層を島状構造で形成しても良い。

上記発明の一態様によれば、中間コンタクト層は凹部に選択的に形成されるため、凸部上に中間コンタクト層は実質的に形成されていない島状構造となる。中間コンタクト層を島状構造で形成することで、中間コンタクト層を挟むように配置された発電セル層と別の発電セル層とが直接接触する部分が生じる。これによって、中間コンタクト層を導電性の材料に限定することなく、光学的な透光性に有利な高抵抗の材料を使用することが可能となる。また、上記発明の一態様によれば、中間コンタクト層は島状構造であるため、隣り合う島の中間コンタクト層同士は電気的に不連続もしくは高抵抗に存在する。すなわち、中間コンタクト層は、基板の面内方向に対して導電性を有さないため、太陽電池モジュールの集積化にあたって中間コンタクト層のクロスリーク電流が抑制されるので、中間コンタクト層を新たにレーザスクライビングなどによって分割する工程が不要となる。

上記発明の一態様において、前記中間コンタクト層を形成時にドーパントを添加しても良い。

中間コンタクト層を導電性とすることで、発電セル層と別の発電セル層とが基板の面方向全面で電気的に接続される。これにより、発電セル層と別の発電セル層との直列抵抗を低下させることができるため、電池性能を向上させることが可能となる。中間コンタクト層は島状構造であるため、導電性にしたとしても中間コンタクト層を介した面内方向の電流漏れは発生しない。

上記発明の一態様において、前記発電セル層の上面を覆い、前記発電セル層の凸部最上部で前記凹部の最下部よりも膜厚が薄くなるよう前記中間コンタクト層を形成しても良い。

発電セル層の凹部上で厚く、凸部上で薄い不均質な膜厚の中間コンタクト層とすることで、凹部における別の発電セル層の筋状欠陥の発生を抑制でき、且つ、結晶配向性を向上させることができる。それによって、別の発電セル層の表面の凹凸形状を大きくすることができるため、光閉じ込め効果を増大させ、電池性能を向上させることが可能となる。

上記発明の一態様において、前記発電セル層の上面に、前記凹凸形状に沿って層状の第１中間コンタクト層を形成した後、前記発電セル層の凹部に相当する前記第１中間コンタクト層上に、前記第１中間コンタクト層とは別の材料からなる第２中間コンタクト層を島状構造で形成しても良い。

中間コンタクト層を第１中間コンタクト層と第２中間コンタクト層からなる２層構成とすることで、異なる材料を使用できるため、中間コンタクト層の屈折率の調整がしやすくなる。これによって、光閉じ込め効果を増大させ、電池性能を向上させることが可能となる。

また、本発明は、透光性基板上に、透明電極層と、上面が凹凸形状を備えた発電セル層と、前記発電セル層の上面の凹部に選択的に形成された島状構造の中間コンタクト層と、別の発電セル層と、裏面電極層と、が順に積層された多接合型光電変換装置を提供する。

本発明によれば、凹部から光電変換層への筋状の欠陥の発生を抑制しつつ、電池性能の高い多接合型光電変換装置を製造することができる。

第１実施形態に係る多接合型光電変換装置の製造方法により製造される多接合型光電変換装置の構成を表す概略図である。 第１実施形態に係る多接合型光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。 中間コンタクト層が形成された後の基板の上面イメージ図である。 膜付着率の算出方法を説明する図である。 第１実施形態に係る多接合型光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。 第１実施形態に係る多接合型光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。 第１実施形態に係る多接合型光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。 第１実施形態に係る多接合型光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。 中間コンタクト層の製膜時間と、短絡電流及び曲線因子との関係を示す図である。 実施例１及び比較例１の中間コンタクト層の製膜時間とモジュール効率との関係を示す図である。 第２実施形態に係る多接合型光電変換装置の構成を示す概略図である。 実施例２の太陽電池モジュールについて、量子効率を測定した結果を示す図である。 第３実施形態に係る多接合型光電変換装置の構成を示す概略図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る多接合型光電変換装置の構成を示す概略図である。多接合型光電変換装置１００は、タンデム型シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、太陽電池光電変換層３としての第１発電セル層９１（非晶質シリコン系）及び第２発電セル層９２（結晶質シリコン系）、中間コンタクト層５、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。

第１実施形態に係る多接合型光電変換装置の製造方法を、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及び図５から図８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、面積が１ｍ^２を越える大型のソーダフロートガラス基板（例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．０ｍｍ〜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）
透明電極層２として、酸化錫（ＳｎＯ_２）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。透明電極層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（ＳｉＯ_２）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７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）
第１発電セル層９１として、非晶質シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層及びｎ層を、プラズマＣＶＤ装置により製膜する。ＳｉＨ_４ガス及びＨ_２ガスを主原料にして、減圧雰囲気：３０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃にて、透明電極層２上に太陽光の入射する側から非晶質シリコンｐ層、非晶質シリコンｉ層、非晶質シリコンｎ層の順で製膜する。非晶質シリコンｐ層は非晶質のＢドープシリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｉ層は、膜厚２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｎ層は、非晶質シリコンに微結晶シリコンを含有するＰドープシリコンを主とし、膜厚３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｐ層と非晶質シリコンｉ層の間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。

次に、第１発電セル層９１の上に、接触性を改善するとともに電流整合性を取るために半反射膜となる中間コンタクト層５を製膜する。本実施形態では、中間コンタクト層５の製膜にはプラズマＣＶＤ装置を用い、プラズマから第１発電セル層９１の膜面に入射するイオンエネルギーを制御して、第１発電セル層９１の凹部を選択的に埋める。その際、第１発電セル層９１の凸部上での中間コンタクト層５の成長を抑制しつつ、中間コンタクト層５が島状構造となるようイオンエネルギーを制御する。島状構造とは、好ましくは中間コンタクト層５が第１発電セル層９１の凹部のみに形成され、基板に平行な面内方向に電気的に不連続な部分がある構造とされる。図３に、中間コンタクト層５が形成された後の基板の上面イメージ図を例示する。中間コンタクト層５は、基板面積に対して２０％から８０％程度の割合（膜付着率）で、離散的に第１発電セル層９１の凹部に形成されると良い。中間コンタクト層５は、基板面積に対して２０％より少ないと、トップセルへの反射光量が少なくなり中間コンタクト層５を設ける効果が殆ど得ることができない。また凹部形状の深さ（凹凸高さ）は±１０％〜±２０％程度の分布を保有するために、基板面積に対して８０％より大きいと、隣接する島部分の中間コンタクト層５同士が直接接触するなど電気的導電性が高くなる領域が増加し、太陽電池モジュールの集積化にあたっての中間コンタクト層５によるクロスリーク電流を抑制できなくなるためである。図４に、膜付着率の算出方法を説明する図を示す。図４に示すように、中間コンタクト層の膜付着率は、Ｂ／（Ａ＋Ｂ）で算出される。Ａは、基板を上面視した場合の中間コンタクト層５が製膜されていない部分の面積、Ｂは基板を上面視した場合の中間コンタクト層５が製膜された部分の面積である。

プラズマＣＶＤ法では、ガス状の原料元素をプラズマにより分解・イオン化し、基材上に被膜を形成させる。また、プラズマＣＶＤ法では、原料ガスとともに希釈ガスを同時に使用する。上記発明によれば、プラズマＣＶＤ法で中間コンタクト層を形成することで、基板温度を低下させた製膜処理となり、下地層の熱劣化を抑制することができる。また、上記発明によれば、イオンエネルギーを制御することで、選択的に凹部に中間コンタクト層を形成することができる。詳細には、凸部にイオンガスを強くあてることで、発電セル層の凸部上に一旦付着した原料を希釈ガスで吹き飛ばすようイオンエネルギーを制御する。これによって、凸部における中間コンタクト層の成長が抑制され、イオン衝撃が小さい凹部で選択的に中間コンタクト層を成長させることができる。

イオンエネルギーは、例えば、プラズマ放電電極と対向電極（本実施形態では基板テーブル）に各々の高周波電力を印加する２周波のプラズマＣＶＤ装置を使用することで、制御可能となる。プラズマ放電電極は、原料ガスを分解させるため１３ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下高周波電力を印加する。また、対向電極には、１００ｋＨｚ以上５００ｋＨｚの交流バイアスを印加する。基板温度は、室温以上２５０℃以下、好ましくは１００℃以上２５０℃以下、更に好ましくは１４０℃以上１６０℃以下とされる。基板温度を上記範囲内とすることで、下地となる第１発電セル層９１の熱劣化を抑制しつつ、プラズマＣＶＤ装置で中間コンタクト層５を製膜することができる。
中間コンタクト層５が第１発電セル層９１の凹部のみに形成され、中間コンタクト層５の膜付着率が２０％から８０％程度となるよう、プラズマ放電電極と対向電極（本実施形態では基板テーブル）に印加する高周波電力を調整する。

中間コンタクト層５は、酸化物（酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛、及び酸化すずなど）、窒化物（窒化ケイ素）及び炭素系薄膜などを材料とした結晶質のあるいは非晶質の薄膜とされる。中間コンタクト層５は、波長５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光透過率が８０％以上であり、かつ、屈折率が１．２以上２．０以下とされる。例えば、中間コンタクト層５が酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）とされる場合、原料ガスはテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）などの有機系ガスを用いることができる。原料ガスは、製膜時にＡｒなどの希釈用ガスによって適宜希釈される。

中間コンタクト層５を島状構造とする場合、中間コンタクト層５は、導電性または低導電性のいずれであっても良い。また、中間コンタクト層５はＰＨ_３などのドーパントを適宜添加して、導電率を向上するよう調整されても良い。

次に、中間コンタクト層５の上に、プラズマＣＶＤ装置により、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、第２発電セル層９２としての結晶質シリコンｐ層、結晶質シリコンｉ層、及び、結晶質シリコンｎ層を順次製膜する。結晶質シリコンｐ層は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。結晶質シリコンｎ層はＰドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。なお、結晶質シリコンｎ層は、非晶質シリコンｎ層に置換しても良い。

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５（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。また、タンデム型太陽電池など６００ｎｍ以上の長波長側反射光が必要なものにおいては、約１００ｎｍ〜４５０ｎｍの膜厚を有するＣｕ膜と、約５ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚を有するＴｉ膜との積層構造としても良い。
ｎ層と裏面電極層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ＧａまたはＡｌがドープされたＺｎＯ膜などの裏面透明電極層９３を製膜して設けても良い。

（７）図５（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５０ｋＨｚ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５（ｃ）と図６（ａ）
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部をレーザーエッチングし、直列接続部分で短絡することを防止する。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５０ｋＨｚ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５ｍｍから２０ｍｍの位置を、図５（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５（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に相当する領域がある状態（図６（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５ｍｍ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内部への外部からの水分浸入の抑制に、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６（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５（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する。

（１０）図７（ａ）（ｂ）
直列に並んだ一方端の発電セル７の裏面電極層４と、他方端部の発電セル７に接続した集電用セルの裏面電極層４とを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。集電用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。
接着充填材シートの上に、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の端子箱２３の取付け部分には、開口貫通窓を設けて集電用銅箔を取出す。この開口貫通窓部分では、バックシート２４と裏面電極層４の間に絶縁材を複数層で設置して外部からの水分などの侵入を抑制する。
バックシート２４までを所定位置に配置したものを、ラミネータ装置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、接着充填材シート（ＥＶＡ）を架橋させて密着させ、密封処理をする。
なお、接着充填材シートはＥＶＡに限定されるものではなく、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）など類似の機能を保有する接着充填材を利用することが可能である。この場合は、圧着する手順、温度や時間など条件を適正化して処理を行う。

（１１）図７（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７（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７（ｃ）
図７（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／ｍ^２）のソーラシミュレータを用いて行う。なお、発電検査は、太陽電池パネル５０が完全に完成した後に行ってもよいし、アルミフレーム枠の取り付け前に行ってもよい。
（１４）図７（ｄ）
発電検査（図７（ｃ））に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。

（１５）図８
太陽電池モジュール６に強度を付加するとともに取付け座となるアルミフレーム枠を、太陽電池モジュール６の周囲に取り付ける。太陽電池モジュール６とアルミフレーム枠１０３Ｌ，１０３Ｓとの間には図示しないゴム製のガスケット等を介して、弾力性を保持しながら確実に保持することが好ましい。
これで、太陽電池パネル５０が完成する。

（実施例１）
１．４ｍ×１．１ｍのガラス基板上に、図１に示す積層構造を有する太陽電池モジュールを作製した。各層の膜厚は以下の通りとした。
透明電極層２：７００ｎｍ
第１の発電セル層９１：ｐ層１０ｎｍ、ｉ層２５０ｎｍ、ｎ層４０ｎｍ
中間コンタクト層（ＳｉＯ_ｘ膜）５：膜付着率約６０％（ｘはアモルファス状態を示す）
第２の発電セル層９２：ｐ層２０ｍ、ｉ層２μｍ、ｎ層２５ｎｍ
裏面電極層（Ａｇ膜）４：３００ｎｍ
第１の発電セル堆積後の凹部のピッチ：約０．５μｍ、深さ：０．２〜０．３μｍ

中間コンタクト層５の製膜条件は、基板温度：１００℃、製膜圧力：２０Ｐａ、プラズマ放電電極への高周波電力：１３ＭＨｚ，１０００Ｗ、基板テーブルへの高周波電力：５００ｋＨｚ，５００Ｗとした。原料ガスは、ＴＥＯＳを９０℃で、Ｏ_２ガスによりバブリングして気化させ、製膜チャンバー内に導入し、ＴＥＯＳ流量０．１ＳＬＭとした。希釈用ガスはＡｒガス及びＨ_２ガスを、Ａｒ／（Ａｒ＋Ｈ_２）＝０．３（Ａｒガス＝０．３ＳＬＭ、Ｈ_２ガス＝０．７ＳＬＭ）で製膜チャンバー内に導入した。
中間コンタクト層５の製膜時の基板温度は１００℃と低いために、下地層となる第１発電セル層９１の熱劣化を抑制することができる。

（比較例１）
中間コンタクト層５（ＧａドープＺｎＯ膜、基準膜厚：８０ｎｍ）を、スパッタ法で第１発電セル層上全面に一様に製膜し、太陽電池モジュールを作製した。他の構成は実施例１と同様とした。

実施例１及び比較例１の太陽電池モジュールについて、短絡電流及び開放電圧を測定し、曲線因子、モジュール効率を算出した。図９に、中間コンタクト層の製膜時間と、短絡電流及び曲線因子との関係を示す。同図において、横軸が中間コンタクト層の製膜時間（相対値）、縦軸（左）が単位面積当たりの短絡電流、縦軸（右）が曲線因子である。

図９によれば、比較例１では中間コンタクト層５の製膜時間と共に短絡電流（Ｊｓｃ）は上昇する。しかしながら、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）は、中間コンタクト層５の製膜時間と共に低下した。これは、太陽電池モジュール６の集積化において、中間コンタクト層５が形成されるにつれて、中間コンタクト層５を介して集積化方向である横（面内）方向のクロスリークとなる電流漏れが生じることに起因してシャント抵抗が低下し、曲線因子が低下し、電池性能が下がったと考えられる。一方、実施例１では、短絡電流は、比較例１と同様に中間コンタクト層５の製膜時間と共に上昇したが、曲線因子は、中間コンタクト層５の製膜時間が長くなっても、ほとんど低下しなかった。上記結果から、中間コンタクト層５を島状構造とすることで、隣り合う島の中間コンタクト層５どうしは電気的に不連続もしくは極めて高抵抗に存在し、中間コンタクト層５は、基板の面内方向に対して実質的な導電性を有さないため、レーザスクライビングなどにより中間コンタクト層５に分割溝を形成しなくても横方向の電流漏れを防止できることがわかった。

実施例１及び比較例１の短絡電流は、一旦上昇した後、共に低下する傾向を示した。これは、中間コンタクト層５の膜厚が厚くなりすぎて、第２発電セル層９２への光透過率が低下するためである。実施例１では、比較例１よりも短絡電流が高く、製膜後半における短絡電流の低下も抑制された。これは、実施例１において中間コンタクト層５が形成されていない部分で、第１発電セル層９１と第２発電セル層９２とが直接接続されるため、第１発電セル層９１の発電電流により電池出力電流が律速された状態となっているためである。また、第１発電セル層９１の凹部を選択的に埋めることにより、第２発電セル層９２を製膜する際に、凹部から第２発電セル層９２へ成長する筋状の欠陥部分の形成を抑制できる。さらに凹部の上面に形成した光電変換層の発電セル層の結晶の成長方向が基板面に対して略垂直方向に揃い結晶成長中の結晶粒どうしの結晶成長方向への干渉が少なくなり、結晶配向性が高くなる。第２発電セル層９２の形成後の表面は、結晶成長に起因した凹凸が形成されるため、裏面電極層４での光散乱が発生して光閉じ込め効果が高くなる。

図１０に、実施例１及び比較例１の中間コンタクト層の製膜時間とモジュール効率との関係を示す。同図において、横軸が中間コンタクト層の製膜時間、縦軸がモジュール効率である。比較例１では、短絡電流が増加したものの曲線因子が低下したため、モジュール効率も低下した。一方、実施例１では、曲線因子の低下が抑制されたため、モジュール効率は向上した。

＜第２実施形態＞
本実施形態は、中間コンタクト層を島状構造としなかった以外は第１実施形態と同様に多接合型光電変換装置を製造した。図１１は、第２実施形態に係る多接合型光電変換装置の構成を示す概略図である。

本実施形態における中間コンタクト層２５は、第１発電セル層９１の、上面を覆うよう形成される。中間コンタクト層２５は、第１発電セル層９１の凹部に選択的に形成されるとともに、第１発電セル層９１の凸部上にも形成される。中間コンタクト層２５は、凹部に相当する部分が厚く、凸部にあたる部分が薄い不均質な膜厚とされる。このような凸部と凹部の不均質な膜は、中間コンタクト層形成中の膜形成表面に衝突するイオンエネルギーを制御し、凹部及び凸部における膜厚比を調整することで製膜することができる。中間コンタクト層２５の膜厚は適宜設定されるが、凹部最下部及び凸部最上部における膜厚比は１０：１〜１００：１が好ましい。
凸部の膜厚が凹部の膜厚の１／１０より厚いと、中間コンタクト層２５の基板の面内方向に対する導電性が増加するとともに、第１発電セル層９１と第２発電セル層９２の凸部での導通抵抗が増加し、中間コンタクト層２５を島状に設ける効果が得られないためである。また、凸部の膜厚が凹部の膜厚の１／１００より薄いと、実質的に第１実施形態と同様になる。

また、太陽電池モジュール６の集積化において、第２実施形態においても隣り合う島の中間コンタクト層２５は、凸部分が薄い膜厚のために面方向に高抵抗となっているために、隣り合う島の中間コンタクト層２５どうしは電気的に高抵抗に存在する。このため、中間コンタクト層２５は、基板の面内方向に対して実質的に導電性が少ない状態になるため、レーザスクライビングなどにより中間コンタクト層２５に分割溝を形成しなくても横方向の電流漏れを抑制することができる。
さらに、太陽電池モジュール６の性能を向上するためには、中間コンタクト層２５の横方向の電流漏れを防止するために、レーザスクライビングなどによって分割溝を形成してもよい。この場合、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、中間コンタクト層２５の膜面側から照射する。レーザー光が中間コンタクト層２５と光電変換層１で吸収され、中間コンタクト層２５が溶融凝縮して分離される。パルス発振：１〜５０ｋＨｚ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、透明導電層２のレーザーエッチングラインから適宜離れた横側に、中間コンタクト層２５の分離溝を形成するようにレーザーエッチングする。
中間コンタクト層２５の横方向の電流漏れを防止するためのレーザーエッチングの実施要否は、中間コンタクト層２５の導電率特性と凸部分の膜厚により、太陽電池モジュル６の特性を確認しながら決定することが好ましい。

（実施例２）
１．４ｍ×１．１ｍのガラス基板上に、図１１に示す積層構造を有する太陽電池モジュールを作製した。各層の膜厚は以下の通りとした。
透明電極層２：７５０ｎｍ
第１の発電セル層９１：ｐ層１０ｎｍ、ｉ層２００ｎｍ、ｎ層３５ｎｍ
中間コンタクト層（ＳｉＯ_ｘ膜）２５：製膜時間０秒、６０秒、１２０秒
第２の発電セル層９２：ｐ層２０ｎｍ、ｉ層２μｍ、ｎ層２５ｎｍ
裏面電極層（Ａｇ膜）４：３００ｎｍ

中間コンタクト層２５の製膜条件は、基板温度：１００℃、製膜圧力：２０Ｐａ、プラズマ放電電極への高周波電力：１３ＭＨｚ，１０００Ｗ、基板テーブルへの高周波電力：０．５ｋＨｚ，５００Ｗとした。原料ガスは、ＴＥＯＳを１００℃で、Ｏ_２ガスによりバブリングして気化させ、製膜チャンバー内に導入し、ＴＥＯＳ流量０．２ＳＬＭとした。希釈用ガスはＡｒガス及びＨ_２ガスを、Ａｒ／（Ａｒ＋Ｈ_２）＝０．３（Ａｒガス＝０．３ＳＬＭ、Ｈ_２ガス＝０．７ＳＬＭ）で製膜チャンバー内に導入した。

実施例２の太陽電池モジュールについて、量子効率を測定した。図１２に、結果を示す。同図において、横軸が波長、縦軸が量子効率である。また、同図において、波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの間にある山が第１発電セル層９１での量子効率、波長５００ｎｍ〜１１００ｎｍの間にある山が第２発電セル層９２での量子効率である。

図１２によれば、第１発電セル層９１では、中間コンタクト層２５の製膜時間が長くなるにつれて、長波長側の量子効率が増加した。第２発電セル層９２では、中間コンタクト層２５の製膜時間が長くなるにつれて、山が長波長側にシフトした。中間コンタクト層２５の製膜時間が長くなると、中間コンタクト層２５の膜厚が厚くなる。従来の太陽電池モジュールでは、中間コンタクト層の膜厚が厚くなると、中間コンタクト層での光反射率が高くなり第１発電セルの量子効率が増加する。しかしながら、中間コンタクト層の膜厚が厚くなると光透過率が低下するため、第２発電セル層（特に、短波長側で）の量子変換効率が低下する。一方、実施例２では、第２発電セル層の短波長側での量子効率は低下したが、長波長側の量子効率が増加した。これは、中間コンタクト層２５を第１発電セル層９１の凹部を埋めたことによって、凹部に発生する第２発電セル層９２への欠陥を抑制できたためと考えられる。

＜第３実施形態＞
本実施形態は、中間コンタクト層を２層構成とした以外は第２実施形態と同様に多接合型光電変換装置を製造した。図１３は、第３実施形態に係る多接合型光電変換装置の構成を示す概略図である。

本実施形態における中間コンタクト層３５は、第１中間コンタクト層３５ａと第２中間コンタクト層３５ｂとの２層構成とされる。第１中間コンタクト層３５ａは、第１発電セル層９１の上に、第１発電セル層９１の凹凸表面を覆うよう一様な膜厚で形成される。第１中間コンタクト層３５ａは、例えば、ＺｎＯ（酸化亜鉛）を主とする膜とされる。第２中間コンタクト層３５ｂは、第１中間コンタクト層３５ａの上に、第１発電セル層９１の凹部を埋めるよう選択的に形成される。第２中間コンタクト層３５ｂは、第１中間コンタクト層３５ａとは異なる材料からなる膜とされる。例えば、第２中間コンタクト層３５ｂは、ＳｉＯ_２を主とする膜とされる。第１中間コンタクト層３５ａ及び第２中間コンタクト層３５ｂの各材料は、中間コンタクト層３５が所望の屈折率となるよう選択されると良い。中間コンタクト層３５と第１発電セル層９１との屈折率の差を大きくすることで、中間コンタクト層３５での光反射率を高めることができる。

上記実施の形態では太陽電池として、タンデム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、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
５，２５，３５ 中間コンタクト層
６ 太陽電池モジュール
７ 発電セル
３５ａ 第１中間コンタクト層
３５ｂ 第２中間コンタクト層
５０ 太陽電池パネル
９１ 第１発電セル層（発電セル層）
９２ 第２発電セル層（別の発電セル層）
９３ 裏面透明電極層
１００ 多接合型光電変換装置
１０３Ｌ，１０３Ｓ アルミフレーム枠

Claims (6)

1. 透光性基板上に、透明電極層、発電セル層、中間コンタクト層、別の発電セル層、及び裏面電極層が順に形成された多接合型光電変換装置の製造方法であって、
   前記発電セル層の上面が凹凸形状を備え、
   前記中間コンタクト層を、前記発電セル層の上面の凹部に選択的に中間コンタクト層を形成する多接合型光電変換装置の製造方法。
2. 前記発電セル層の前記凹部に、前記中間コンタクト層を島状構造で形成する請求項１に記載の多接合型光電変換装置の製造方法。
3. 前記中間コンタクト層を形成時にドーパントを添加する請求項２に記載の多接合型光電変換装置の製造方法。
4. 前記発電セル層の上面を覆い、前記発電セル層の凸部の最上部で前記凹部最下部よりも膜厚が薄くなるよう前記中間コンタクト層を形成する請求項１に記載の多接合型光電変換装置の製造方法。
5. 前記発電セル層の上面に、前記凹凸形状に沿って層状の第１中間コンタクト層を形成した後、前記発電セル層の凹部に相当する前記第１中間コンタクト層上に、前記第１中間コンタクト層とは別の材料からなる第２中間コンタクト層を島状構造で形成する請求項１または請求項４に記載の多接合型光電変換装置の製造方法。
6. 透光性基板上に、
   透明電極層と、
   上面が凹凸形状を備えた発電セル層と、
   前記発電セル層の上面の凹部に選択的に形成された島状構造の中間コンタクト層と、
   別の発電セル層と、
   裏面電極層と、
   が順に積層された多接合型光電変換装置。

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