JP2014086509A - 太陽電池、電極付き基板、太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池の裏面電極を区画する区画溝を光学レーザーを用いて高精度に形成することが可能な太陽電池、電極付き基板、および太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】入射したレーザー光線を、基板１１の一面１１ａと第一電極層（裏面電極）１３との間に介在させた光吸収層１２に伝播させることによって、光吸収層が区画されるとともに、その上層に配された第一電極層（裏面電極）１３も区画されるため、光吸収層１２と第一電極層（裏面電極）１３とからなる構造体に対して、第一区画溝（区画溝）１４を、所定幅で高精度に形成することが可能になる。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池、電極付き基板、太陽電池の製造方法に関し、詳しくは、基板上に形成された電極を光学レーザーを用いて区画する技術に関する。

エネルギーの効率的な利用の観点から、近年、太陽電池はますます広く一般に利用されつつある。特に、シリコン単結晶を利用した太陽電池は単位面積当たりのエネルギー変換効率に優れている。しかし一方でシリコン単結晶を利用した太陽電池は、シリコン単結晶インゴットをスライスしたシリコンウエハを用いるため、インゴットの製造に大量のエネルギーが費やされ、製造コストが高い。特に屋外などに設置される大面積の太陽電池をシリコン単結晶を利用して実現しようとすると、相当にコストが掛かるのが現状である。そこで、より安価に製造可能なアモルファス（非晶質）シリコン薄膜を利用した太陽電池が、ローコストな太陽電池として普及している。

アモルファスシリコン太陽電池は、光を受けると電子とホールを発生するアモルファスシリコン膜（ｉ型）を、ｐ型およびｎ型のシリコン膜ではさんだｐｉｎ接合と呼ばれる層構造の半導体膜を用いて、この半導体膜の両面にそれぞれ電極を形成したものである。太陽光によって発生した電子とホールは、ｐ型・ｎ型半導体の電位差によって活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで両面の電極に電位差が生じる。

このようなアモルファスシリコン太陽電池の具体的な構成としては、例えば、ガラス基板にＡｇやＡｌなどの金属を下部電極として成膜し、この上にアモルファスシリコンからなる光電変換層と、太陽光の入射面となる光透過性の上部電極とを形成してなる（サブストレート型太陽電池）。このような上下電極と光電変換層を備えたアモルファスシリコン太陽電池は、基板上に広い面積で均一に各層を成膜しただけでは電位差が小さく、また抵抗値が高いという課題がある。

このため、アモルファスシリコン太陽電池の一例として、光電変換体を所定のサイズごとに電気的に区画した区画素子を形成し、互いに隣接する区画素子どうしを電気的に直列に接続することで、電位差を高めたものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

具体的には、基板上に広い面積で均一に形成した下部電極に対して、光学レーザーなどを用いて第一の区画溝を形成し、下部電極を多数の短冊形状に区画する。この区画された下部電極に重ねて光電変換層と上部電極とを形成する。そして、第一の区画溝に対して所定の間隔でずらした位置に上部電極から光電変換層に達する第二の区画溝を形成し、上部電極と光電変換層とを多数の短冊形状に区画する。これによって、互いに隣接する区画された光電変換層どうしは、下部電極を介して電気的に直列に接続される。

特開２００７−７３７４５号公報

上述したような従来のアモルファスシリコン太陽電池を製造する際に、下部電極を多数の短冊形状に区画する工程は、機械的な切断加工や化学的なエッチングなど、高精度に区画溝を形成することが困難な方法によって行う必要があった。即ち、下部電極が金属など光反射性の高い材料で形成されているため、区画溝を高精度に形成可能な光学レーザーを用いた加工を行うと、下部電極の表面でレーザー光が反射されてしまうため、下部電極を区画する区画溝の形成が困難であるという課題があった。

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、太陽電池の裏面電極を区画する区画溝を光学レーザーを用いて高精度に形成することが可能な太陽電池、電極付き基板、および太陽電池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、本発明は次のような太陽電池、電極付き基板、および太陽電池の製造方法を提供する。
即ち、本発明の太陽電池は、光透過性の基板と、該基板の一面に順に重ねて配された第一電極層、光電変換層、および光透過性の第二電極層とを少なくとも備えた太陽電池であって、
前記第一電極層は光反射性を有し、前記基板と前記第一電極層との間に光吸収層が配され、前記基板に前記光吸収層、前記第一電極層の順に積層された構造体に対して所定の間隔で縦断し、前記基板の一面を露出させる区画溝を有することを特徴とする。

前記光吸収層が前記第一電極層と重なる一面に凹凸形状を有することを特徴とする。
また、前記光吸収層はＡＺＯからなることを特徴とする。

本発明の電極付き基板は、光透過性の基板と、該基板の一面に順に重ねて配された第一電極層、光電変換層、および光透過性の第二電極層とを少なくとも備えた太陽電池用の電極付き基板であって、
光反射性の前記第一電極層と、前記基板との間に配された光吸収層と、
前記基板に前記光吸収層、前記第一電極層の順に積層された構造体に対して所定の間隔で縦断し、前記基板の一面を露出させる区画溝と、を有することを特徴とする。

本発明の太陽電池の製造方法は、光透過性の基板と、該基板の一面に順に重ねて配された第一電極層、光電変換層、および光透過性の第二電極層とを少なくとも備え、前記第一電極層は光反射性を有し、前記基板と前記第一電極層との間に光吸収層が配され、前記基板に前記光吸収層、前記第一電極層の順に積層された構造体に対して所定の間隔で縦断し、前記基板の一面を露出させる区画溝を有する太陽電池の製造方法であって、
前記基板の一面に前記光吸収層を形成する工程と、前記光吸収層に重ねて前記第一電極層を形成する工程と、前記基板から前記光吸収層を介して前記第一電極層に向けてレーザー光を照射し、前記区画溝を形成する工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。

前記レーザー光は前記光吸収層が吸収する波長域のレーザー光であることを特徴とする。

本発明の太陽電池、電極付き基板、および太陽電池の製造方法によれば、入射したレーザー光線を、基板の一面と第一電極層（裏面電極）との間に介在させた光吸収層に伝播させることにより、光吸収層が区画されるとともに、その上層に配された第一電極層も区画される。したがって、光吸収層と第一電極層（裏面電極）とからなる構造体に対して、第一区画溝（区画溝）を、所定幅で高精度に形成することが可能になる。

本発明の太陽電池の第一実施形態における斜視図である。 本発明の太陽電池の第一実施形態における断面図である。 本発明の太陽電池の製造方法を示す要部拡大断面図である。 本発明の太陽電池の製造方法を示す要部拡大断面図である。 本発明の太陽電池の製造方法に適用できるスパッタ装置（成膜装置）の一例を示す概略構成図である。 図５のスパッタ装置において成膜室の主要部を示す断面図である。 スパッタ装置の別な一例を示す断面図である。 本発明の太陽電池の第二実施形態における断面図である。

以下、本発明に係る太陽電池、電極付き基板およびその製造方法について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために、一例を挙げて説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（太陽電池、電極付き基板：第一実施形態）
図１は、本発明の太陽電池の製造方法により製造されるアモルファスシリコン型の太陽電池の一例を示す要部拡大斜視図である。また、図２は図１の太陽電池の層構成の詳細を示す断面図である。
太陽電池１０は、透明な絶縁性の基板１１の一面１１ａに順に積層された光吸収層１２および第一電極層（裏面電極）１３と、この光吸収層１２および第一電極層１３を所定の間隔で区画する第一区画溝（区画溝）１４とからなる電極付き基板１５を備えてなる。

太陽電池１０は、電極付き基板１５の第一電極層（裏面電極）１３に重ねて、更に光電変換層１６および第二電極層（表面電極）１７と、この光電変換層１６および第二電極層１７を第一区画溝（区画溝）１４とは異なる位置で区画する第二区画溝１８を備えている。
太陽電池１０は、第一区画溝１４および第二区画溝１８によって、電気的に区画された複数の区画素子からなる。そして、互いに隣接する区画素子のうち、一方の第一電極層１３と他方の第二電極層１７とが連結されるように第三区画溝１９が形成されている。

図２（ｂ）に示すように、第一電極層１３と第二電極層１７との間に形成される光電変換層１６は、第一光電変換ユニット（光電変換層）２１および第二光電変換ユニット（光電変換層）２２とを備えてなる。

第一光電変換ユニット（光電変換層）２１は、光が入射する側から順に、ｐ型半導体層（ｐ層）２１ｐ、実質的に真性なｉ型半導体層（ｉ層）２１ｉ、ｎ型半導体層（ｎ層）２１ｎを備えたｐｉｎ構造を有している。すなわち、ｎ層２１ｎ、実質的に真性なｉ層２１ｉ、ｐ層２１ｐを、この順に積層することにより第一光電変換ユニット２１を構成している。

また、第二光電変換ユニット（光電変換層）２２も、光が入射する側から順に、ｐ型半導体層（ｐ層）２２ｐ、実質的に真性なｉ型半導体層（ｉ層）２２ｉ、ｎ型半導体層（ｎ層）２２ｎを備えたｐｉｎ構造を有している。すなわち、ｎ層２２ｎ、実質的に真性なｉ層２２ｉ、ｐ層２２ｐを、この順に積層することにより第二光電変換ユニット２２を構成している。

基板１１は、光透過性の材料、例えば、ガラス、透明樹脂などの透明で、かつ、絶縁性の材料から構成されている。また、基板１１の一面１１ａに重ねて更に透明な絶縁層などを積層する構成であってもよい。

光吸収層１２は、後述する太陽電池の製造方法において、第一区画溝（区画溝）１４を形成する際に用いる光学レーザーの波長域の光を吸収可能な材料から構成される。例えば、光吸収層１２として赤外線吸収体から構成することができる。具体的には、光吸収層１２としてＡＺＯ（ＡｌドープＺｎＯ）を好ましく用いることができる。なお、このような光吸収層１２の作用は、後ほど太陽電池の製造方法において詳述する。

また、基板１１の一面１１ａと第一電極層（裏面電極）１３との間に光吸収層１２を介在させることによって、区画された光電変換層１６どうしの間で電気的なリークの発生を確実に防止することができる。

例えば、従来のように、基板１１の一面１１ａに接して直接、第一電極層（裏面電極）を形成した場合、抵抗値が１００ｋΩ以下と低く、隣接する区画された光電変換層どうしの間でリーク発生の懸念があった。一方、例えばＡＺＯからなる光吸収層１２を基板１１の一面１１ａと第一電極層（裏面電極）１３との間に介在させた場合、抵抗値が１ＭΩ以上と高く、隣接する区画された光電変換層１６どうしの間でリーク発生を確実に防止することができる。

第一電極層（裏面電極）１３は、光電変換層１６を挟んだ一方の電極であると共に、第二電極層（表面電極）１７から入射し、光電変換層１６を透過した太陽光を反射させる反射層の役割も果たす。このため、第一電極層（裏面電極）１３は、導電性でかつ光反射性の金属、例えば、ＡｌやＡｌを含む合金、ＡｇやＡｇを含む合金など、光反射性が高く、かつ導電性の高い金属を用いることが好ましい。

第一電極層（表面電極）１３における第一光電変換ユニット（光電変換層）２１と接する第一面Ｆ１には、所定のプロファイル、例えば所定の面粗さを持つ微細なテクスチャ（凹凸形状）Ｔ１が形成されている。

第一光電変換ユニット（光電変換層）２１を構成するｐ層２１ｐ、ｉ層２１ｉ、及びｎ層２１ｎは、それぞれ微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）からなる。
また、第二光電変換ユニット（光電変換層）２２を構成するｐ層２２ｐ、ｉ層２２ｉ、及びｎ層２２ｎは、それぞれアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる。

第一光電変換ユニット２１と第二光電変換ユニット２１とを重ねて配し、光電変換層１６を構成することによって、太陽電池１０は、ａ−Ｓｉ／μｃ−Ｓｉタンデム型太陽電池となっている。
このようなタンデム構造の太陽電池１０では、例えば長波長域の太陽光を第一光電変換ユニット２１で、また短波長域の太陽光を第二光電変換ユニット２２でそれぞれ吸収して光電変換することによって、発電効率の向上を図ることができる。

第二電極層（表面電極）１７は太陽光の入射面を成し、透明導電性材料、例えば、酸素欠陥を制御した酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム等の電気伝導性酸化物の他、酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜であるＡＺＯ（ＡｌドープＺｎＯ）、ＢＺＯ（ＢドープＺｎＯ）、ＦＺＯ（ＦドープＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）等、酸化スズを主成分とする透明導電膜であるＡＴＯ（ＳｂドープＳｎＯ_２）、ＦＴＯ（ＦドープＳｎＯ_２）等、酸化インジウムを主成分とする透明導電膜であるＩＴＯ（ＳｂドープＩｎ_２Ｏ_３）、ＩＦＯ（ＦドープＩｎ_２Ｏ_３）等を用いることができる。また、高移動度が得られるＩＧＺＯ（ＩｎＧａＺｎＯ）をはじめとする、いわゆるＴＡＯＳ（透明アモルファス酸化物半導体）を用いてもよい。

なお、これら第一光電変換ユニット２１と第二光電変換ユニット２２を構成する各層、および第二電極層（表面電極）１７には、第一電極層（裏面電極）１３の第一面Ｆ１に形成されたテクスチャ（凹凸形状）Ｔ１を反映したテクスチャが成膜時に転写されている。

光吸収層１２および第一電極層１３は第一区画溝（区画溝）１４で例えば外形が短冊状に分割され、光電変換層１６および第二電極層１７は第一区画溝１４とは異なる位置で第二区画溝１８によって例えば外形が短冊状に分割されている。

第三区画溝１９の内部には、第二電極層１７と同じ材料によって構成される導電体が配されており、互いに隣接する区画素子のうち、一方の第一電極層１３と他方の第二電極層１７とを電気的に接続している。これによって、全ての区画素子が電気的に直列に繋がれた形態となり、高い電位差の電流を取り出すことができる。

以上のような構成の太陽電池は、光透過性の第二電極層（表面電極）１７から太陽光が入射し、太陽光に含まれる光子というエネルギー粒子が第二光電変換ユニット２２のｉ層２２ｉ、および第一光電変換ユニット２１のｉ層２１ｉに達すると、光起電力効果により電子と正孔（ｈｏｌｅ）が発生する。発生した電子はｎ層２２ｎ，２１ｎ、正孔はｐ層２２ｐ，２１ｐに向かってそれぞれ移動する。この光起電力効果により発生した電子を第二電極層（表面電極）１７と第一電極層（裏面電極）１３との間で取り出して、太陽光（光エネルギー）を電気エネルギーに変換する（光電変換）。

また、第二電極層（表面電極）１７から入射した太陽光は、各層を通過して第一電極層（裏面電極）１３で反射される。太陽電池１０は光エネルギーの変換効率を向上させるために、第一電極層（裏面電極）１３に形成されたテクスチャＴ１によって、第一電極層（裏面電極）１３と第二電極層（表面電極）１７との間で入射した太陽光を繰り返し反射させて太陽光の光路長を伸ばすプリズム効果と、太陽光の閉じ込め効果とを得ることができる。

（太陽電池の製造方法）
以上のような構成の太陽電池を製造するための製造方法を説明する。
図３、図４は、本発明の太陽電池の製造方法を段階的に示した模式断面図である。
本発明の太陽電池を製造する際には、まず、ガラス基板や透明な樹脂基板など、光透過性の基板１１を用意する（図３（ａ）参照）。そして、この基板１１の一面１１ａに、例えばＡＺＯからなる光吸収層１２を成膜する（図３（ｂ）参照）。

図５は、本発明の太陽電池１０の製造方法に用いられるスパッタ装置（成膜装置）の一例を示す概略構成図、図６は同スパッタ装置の成膜室の主要部を示す断面図である。スパッタ装置４０は、インターバック式のスパッタ装置であり、例えば、ガラス基板（図示せず）等の基板を搬入／搬出する仕込み／取出し室４２と、基板１１の一面１１ａにＡＺＯなどの光吸収層１２を成膜する成膜室（真空容器）４３とを備えている。

仕込み／取出し室４２には、この室内を粗真空引きするロータリーポンプ等の粗引き排気手段４４が設けられ、この室内には、基板を保持・搬送するための基板トレイ４５が移動可能に配置されている。

一方、成膜室４３の一方の側面４３ａには、基板１１を加熱するヒータ５１が縦型に設けられ、他方の側面４３ｂには、酸化亜鉛系材料のターゲット４７を保持し所望のスパッタ電圧を印加するスパッタカソード機構（ターゲット保持手段）５２が縦型に設けられ、さらに、この室内を高真空引きするターボ分子ポンプ等の高真空排気手段５３、ターゲット５７にスパッタ電圧を印加する電源５４、この室内にガスを導入するガス導入手段５５が設けられている。

スパッタカソード機構５２は、板状の金属プレートからなるもので、ターゲット４７を口ウ材等でボンディング（固定）により固定するためのものである。
電源５４は、ターゲット４７に直流電圧に高周波電圧が重畳されたスパッタ電圧を印加するためのもので、直流電源と高周波電源（図示略）とを備えている。

ガス導入手段５５は、Ａｒ等のスパッタガスを導入するスパッタガス導入手段５５ａと、水素ガスを導入する水素ガス導入手段５５ｂと、酸素ガスを導入する酸素ガス導入手段５５ｃと、水蒸気を導入する水蒸気導入手段５５ｄとを備えている。

なお、このガス導入手段５５では、水素ガス導入手段５５ｂ〜水蒸気導入手段５５ｄについては、必要に応じて選択使用すればよく、例えば、水素ガス導入手段５５ｂと酸素ガス導入手段５５ｃ、水素ガス導入手段５５ｂと水蒸気導入手段５５ｄ、のように２つの手段により構成してもよい。

図７は、本発明の太陽電池の製造方法に用いられる別なスパッタ装置の一例、即ちインターバック式のマグネトロンスパッタ装置の成膜室の主要部を示す断面図である。図７に示すマグネトロンスパッタ装置６０が、図５、６に示すスパッタ装置４０と異なる点は、成膜室４３の―方の側面４３ａに酸化亜鉛系材料のターゲット４７を保持し所望の磁界を発生するスパッタカソード機構（ターゲット保持手段）６２を縦型に設けた点てある。

スパッタカソード機構６２は、ターゲット４７をロウ材等でボンディング（固定）した背面プレート６３と、背面プレート６３の裏面に沿って配置された磁気回路６４とを備えている。

この磁気回路６４は、ターゲット４７の表面に水平磁界を発生させるもので、複数の磁気回路ユニット（図４では２つ）６４ａ、６４ｂがブラケット６５により連結されて一体化され、磁気回路ユニット６４ａ、６４ｂそれぞれは、背面プレート６３側の表面の極性が相互に異なる第１磁石６６および第２磁石６７とこれらを装着するヨーク６８とを備えている。

この磁気回路６４では、背面プレート６３側の極性が異なる第１磁石６６および第２磁石６７により、磁力線６９で表される磁界が発生する。これにより、第１磁石６６と第２磁石６７との間におけるターゲット４７の表面においては、垂直磁界が０（水平磁界が最大）となる位置７０が発生する。この位置７０に高密度プラズマが生成することで、成膜速度を向上しうるようになっている。

図５、６に示すスパッタ装置４０を用いて、基板１１の一面１１ａにＡＺＯなどの光吸収層１２を成膜する場合、まず、ターゲット４７をスパッタカソード機構５２にロウ材等でボンディングして固定する。ここで、ターゲット材として、光吸収層１２の構成材料、例えば、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）を用いる。

次いで、例えばガラスからなる基板１１を仕込み／取出し室４２の基板トレイ４５に収納した状態で、仕込み／取出し室４２及び成膜室４３を粗引き排気手段５４で粗真空引きし、仕込み／取出し室４２及び成膜室４３が所定の真空度、例えば０．２７Ｐａ（２．０ｍＴｏｒｒ）となった後に、基板１１を仕込み／取出し室４２から成膜室４３に搬入し、この基板１１を、設定がオフになった状態のヒータ５１の前に配置し、この基板１１をターゲット４７に対向させ、この基板１１をヒータ５１により加熱して、１００℃〜６００℃の温度範囲内とする。

次いで、成膜室４３を高真空排気手段５３で高真空引きし、成膜室４３が所定の高真空度、例えば２．７×１０^−４Ｐａ（２．０×１０^−３ｍＴｏｒｒ）となった後に、成膜室４３に、スパッタガス導入手段５５によりＡｒ等のスパッタガスを導入し、成膜室４３内を所定の圧力（スパッタ圧力）とする。

次いで、電源５４によりターゲット４７にスパッタ電圧、例えば、直流電圧に高周波電圧を重畳したスパッタ電圧を印加する。スパッタ電圧印加により、基板１１上にプラズマが発生し、このプラズマにより励起されたＡｒ等のスパッタガスのイオンがターゲット４７に衝突し、このターゲット４７からアルミニウム添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）を構成する原子を飛び出させ、基板１１上にＡＺＯからなる光吸収層１２を、例えば０．１〜５μｍの厚みで積層する。

スパッタ時における成膜圧力と成膜速度との関係については、ターゲット材料やプロセスガスの種類にも依存するが、マグネトロンスパッタ法で成膜を行う場合、一般的に２ｍＴｏｒｒから１０ｍＴｏｒｒの間の成膜圧力が選択される。成膜圧力が低い場合、プラズマのインピーダンスが高く放電できなかったり、放電できてもプラズマが不安定になる。

逆に成膜圧力が高い場合は、プロセスガスとスパッタされたターゲット材料がスキャッタリングすることにより、基板への付着効率（成膜速度）が低下したり、カソード周辺部品にスパッタされたターゲット材料が着膜することで、カソードとアースが短絡したりと生産性が低下する。

以上のようにして基板１１の一面１１ａにＡＺＯからなる光吸収層１２を成膜した後、この基板１１を成膜室４３から仕込み／取出し室４４に搬送し、この仕込み／取出し室４４の真空を破り、光吸収層１２が形成された基板１１を取り出す。

次に、この光吸収層１２に重ねて第一電極層（裏面電極）１３を成膜する（図３（ｃ）参照）。この第一電極層（裏面電極）１３も、図５、図６に示したスパッタ装置（成膜装置）４０を用いて、光吸収層１２と同様の手順で成膜することができる。この時、ターゲットは第一電極層（裏面電極）１３を構成する金属材料、例えば、Ａｇ，Ａｌを用いればよい。これによって、導電性で、かつ光反射性の金属からなる第一電極層（裏面電極）１３が光吸収層１２に重ねて形成される。

次に、第一電極層（裏面電極）１３および光吸収層１２に対して所定の間隔ごとに第一区画溝（区画溝）１４を形成し、第一電極層（裏面電極）１３と光吸収層１２とを複数に区画する（図３（ｄ）参照）。
第一区画溝（区画溝）１４を形成するにあたっては、光学レーザー装置７５を用いて、レーザー光線Ｌを光透過性の基板１１の他面１１ｂから入射させる。光学レーザー装置７５は、赤外線レーザー光、可視光線レーザー光、紫外線レーザー光などを照射可能なものを用いることができる。

光学レーザー装置７５の具体例を挙げると、固体レーザー装置としては、ルビーレーザーや、ＹＡＧ結晶中のイットリウムを他の希土類元素で置換した種々のＹＡＧレーザーが挙げられる。また、ネオジム添加ＹＡＧを用いたＮｄ−ＹＡＧレーザーは波長が１０６４ｎｍの赤外線レーザー光を発する。更に、非線形光学結晶を用いて高調波を発生させることによって、波長５３２ｎｍの緑色光レーザー光や３５５ｎｍの紫外線レーザー光なども出力することができる。

液体レーザー装置としては、色素分子を有機溶媒（アルコールなど）に溶かした有機色素を媒質とした色素レーザー装置が一般的である。色素レーザー装置の利点は使用する色素や共振器の調節によって発振波長を自由に、かつ連続的に選択できることである。

ガスレーザー装置としては、炭酸ガスレーザー装置（赤外光レーザー光）やヘリウムネオンレーザー装置（赤色光レーザー光）、アルゴンイオンレーザー（青色または緑色レーザー光）、エキシマレーザー装置（主に紫外線レーザー光）などが挙げられる。

このような光学レーザー装置７５を用いて、レーザー光線Ｌを光透過性の基板１１の他面１１ｂから入射させると、レーザー光線Ｌは基板１１を透過して光吸収層１２に伝播する。光吸収層１２は、レーザー光線Ｌの波長域の光を吸収可能な材料、例えばＡＺＯから形成されているため、入射したレーザー光線Ｌのエネルギーは光吸収層１２に伝播する。これにより、光吸収層１２が区画されるとともに、その上層に配された第一電極層（裏面電極）１３も区画される。その結果、基板１１に積層された光吸収層１２と第一電極層（裏面電極）１３とからなる構造体に対して、所定の間隔で縦断し、基板１１の一面１１ａを露出させる第一区画溝（区画溝）１４を、高精度に形成することができる。

従来、このような裏面電極を区画する区画溝は、機械的な切断加工や化学的なエッチングなど、高精度に区画溝を形成することが困難な方法によって行う必要があった。つまり、基板の一面に接して直接、金属など光反射性の高い材料からなる裏面電極が形成されていたため、加工精度に優れる光学レーザー装置を用いても、基板から入射したレーザー光が裏面電極で反射、ないし拡散されてしまい、裏面電極を区画する区画溝を所定の幅を保って高精度に形成することが困難であった。

一方、本発明の太陽電池の製造方法では、入射したレーザー光線を、基板１１の一面１１ａと第一電極層（裏面電極）１３との間に介在させた光吸収層１２に伝播させることによって、光吸収層１２を区画するとともに、その上層に配された第一電極層（裏面電極）１３も区画する。したがって、光吸収層１２と第一電極層（裏面電極）１３とからなる構造体に対して、第一区画溝（区画溝）１４を、所定幅で高精度に形成することが可能になる。

この後、第一電極層（裏面電極）１３に重ねて光電変換層１６を構成する各層を順次成膜する（図４（ａ）参照）。この時、第一区画溝（区画溝）１４も光電変換層１６によって埋められる。なお、光電変換層１６を構成する各層は、ＣＶＤやスパッタによって形成することができる。光電変換層１６をスパッタによって形成する場合には、例えば、図５、図６に示したスパッタ装置（成膜装置）４０を用いることができる。

次に、光電変換層１６の第一区画溝１４と異なる位置において、所定の間隔ごとに第三区画溝１９を形成する（図４（ｂ）参照）。そして、光電変換層１６に重ねて第二電極層（表面電極）１７を成膜する（図４（ｃ）参照）。この時、第三区画溝１９も第二電極層１７によって埋められる。第二電極層１７は、透明導電性材料、例えば、酸素欠陥を制御した酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム等の電気伝導性酸化物の他、酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜であるＡＺＯ（ＡｌドープＺｎＯ）、ＢＺＯ（ＢドープＺｎＯ）、ＦＺＯ（ＦドープＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）等、酸化スズを主成分とする透明導電膜であるＡＴＯ（ＳｂドープＳｎＯ_２）、ＦＴＯ（ＦドープＳｎＯ_２）等、酸化インジウムを主成分とする透明導電膜であるＩＴＯ（ＳｂドープＩｎ_２Ｏ_３）、ＩＦＯ（ＦドープＩｎ_２Ｏ_３）等を用いることができる。また、高移動度が得られるＩＧＺＯ（ＩｎＧａＺｎＯ）をはじめとする、いわゆるＴＡＯＳ（透明アモルファス酸化物半導体）を用いてもよい。
なお、第二電極層（表面電極）１７も、図５、図６に示したスパッタ装置（成膜装置）４０によって形成することができる。

次に、第二電極層（表面電極）１７および光電変換層１６に対して、所定の間隔ごとに第二区画溝（区画溝）１８を形成し、第二電極層（表面電極）１７と光電変換層１６とを複数に区画する（図４（ｄ）参照）。

第二区画溝（区画溝）１８を形成するにあたっては、例えば光学レーザー装置７６を用いて、レーザー光線Ｌを第二電極層（表面電極）１７から入射させ、第二電極層（表面電極）１７から光電変換層１６まで、または第二電極層（表面電極）１７のみを縦断するように所定幅で切断する。光学レーザー装置７６は、赤外線レーザー光、可視光線レーザー光、紫外線レーザー光などを照射可能なものを用いることができる。
以上のような工程を経て、本発明の太陽電池１０を製造することができる。

（太陽電池、電極付き基板：第二実施形態）
図８は、本発明の太陽電池の第二実施形態を示す断面図である。
太陽電池８０は、透明な絶縁性の基板８１の一面８１ａに順に積層された光吸収層８２および第一電極層（裏面電極）８３と、この光吸収層８２および第一電極層８３を所定の間隔で区画する第一区画溝（区画溝）８４とからなる電極付き基板８５を備えてなる。

太陽電池８０は、電極付き基板８５の第一電極層（裏面電極）８３に重ねて、更に光電変換層８６および第二電極層（表面電極）８７と、この光電変換層８６および第二電極層８７を第一区画溝（区画溝）８４とは異なる位置で区画する第二区画溝８８を備えている。
太陽電池８０は、第一区画溝８４および第二区画溝８８によって、電気的に区画された複数の区画素子からなる。そして、互いに隣接する区画素子のうち、一方の第一電極層８３と他方の第二電極層８７とが連結されるように第三区画溝８９が形成されている。第三区画溝８９の内部には、第二電極層８７と同じ材料によって構成される導電体が配されている。

図８（ｂ）に示すように、この実施形態においては、光吸収層８２の一面８２ａに、凹凸形状であるテクスチャＴ２が形成されている。そして、光吸収層８２上に、第一電極層（裏面電極）８３、第一光電変換ユニット（光電変換層）９１、第二光電変換ユニット（光電変換層）９２、第二電極層（表面電極）８７が順に形成されている。
第一光電変換ユニット９１は、基板８１側から、ｎ型半導体層（ｎ層）９１ｎ、実質的に真性なｉ型半導体層（ｉ層）９１ｉ、ｐ型半導体層（ｐ層）９１ｐが順に積層されてなる。
第二光電変換ユニット９２は、基板８１側から、ｎ型半導体層（ｎ層）９２ｎ、実質的に真性なｉ型半導体層（ｉ層）９２ｉ、ｐ型半導体層（ｐ層）９２ｐが順に積層されてなる。
第二電極層（表面電極）８７には、光吸収層８２に形成されたテクスチャＴ２を反映した（転写された）テクスチャがそれぞれ形成されている。

光吸収層８２の一面８２ａに、凹凸形状であるテクスチャＴ２を形成する方法としては、光吸収層８２の形成後にエッチング、例えばウエットエッチングを行い、光吸収層８２の一面８２ａに所定のプロファイルを持ったテクスチャＴ２を形成することができる。

以下、ウエットエッチングによって光吸収層８２の表面にテクスチャＴ２を形成する場合の具体的な条件を挙げる。
１： ２０重量％の酢酸アンモニウム水溶液を用いて、３５℃で９０秒間のエッチングを行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
２： ０．５重量％の塩酸水溶液を用いて、２５℃で３０秒間のエッチングを行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
３： １．０重量％の硝酸水溶液を用いて、２５℃で２５秒間のエッチングを行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
４： ５．０重量％の酢酸水溶液を用いて、３５℃で８０秒間のエッチングを行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
５： ４．３重量％のマロン酸水溶液を用いて、３５℃で９５秒間のエッチングを行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
６： ５．３重量％のクエン酸水溶液を用いて、３５℃で２５０秒間のエッチングを行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
７： ６．３重量％のグリコール酸水溶液を用いて、３５℃で２２０秒間のエッチングを行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
８： １０重量％の酢酸アンモニウム水溶液を用いて、３５℃で２４０秒間のエッチングを行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
９： １０重量％のギ酸アンモニウム水溶液を用いて、３５℃で５０秒間のエッチングを行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
１０： １０重量％のコハク酸アンモニウム水溶液を用いて、４０℃で２４０秒間のエッチングを行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
１１： ５．０重量％のジエチレントリアミン水溶液を用いて、３５℃で４０秒間のエッチングを行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
１２： ５．０重量％のトリエチレンテトラミン水溶液を用いて、３５℃で３００秒間のエッチングを行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
１３： １０重量％のテトラエチレンペンタミン水溶液を用いて、３５℃で４０秒間のエッチングを行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
１４： ５．０重量％の酢酸水溶液を用いて、３５℃で１２０秒間のエッチングを行った後、０．５重量％の水酸化カリウム水溶液を用いて、２５℃で６０秒間の処理を行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
１５： ５．０重量％の酢酸水溶液を用いて、３５℃で９０秒間のエッチングを行った後、０．５重量％の水酸化カリウム水溶液を用いて、２５℃で１８０秒間の処理を行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
１６： ５．０重量％の酒石酸水溶液を用いて、３５℃で６０秒間のエッチングを行った後、０．５重量％の水酸化カリウム水溶液を用いて、２５℃で６０秒間の処理を行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
１７： ５．０重量％のリンゴ酸水溶液を用いて、３５℃で９０秒間のエッチングを行った後、０．５重量％の水酸化カリウム水溶液を用いて、２５℃で６０秒間の処理を行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
１８： ５．０重量％の乳酸水溶液を用いて、３５℃で９０秒間のエッチングを行った後、０．５重量％の水酸化カリウム水溶液を用いて、２５℃で６０秒間の処理を行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
１９： ５．０重量％のクエン酸水溶液を用いて、３５℃で６０秒間のエッチングを行った後、０．５重量％の水酸化カリウム水溶液を用いて、２５℃で６０秒間の処理を行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。
２０： ５．０重量％の酢酸水溶液を用いて、３５℃で３０秒間のエッチングを行った後、０．５重量％の水酸化カリウム水溶液を用いて、２５℃で２４０秒間の処理を行い、光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。

また、光吸収層８２に対して、例えばドライエッチングを行い、光吸収層８２の一面８２ａに所定のプロファイルを持ったテクスチャＴ２を形成することもできる。

以下、ドライエッチングによって光吸収層８２の一面８２ａにテクスチャＴ２を形成する場合の具体的な条件を挙げる。
光吸収層８２がＡＺＯの場合、スパッタリング装置を用いて、スパッタリングターゲットとしてＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３を用いる。成膜温度２５０℃、成膜圧力２．０Ｐａ、膜厚８０００オングストロームに設定して光吸収層の表面にテクスチャＴ２を形成する。

このように光吸収層８２の一面８２ａに、凹凸形状であるテクスチャＴ２を形成することによって、光吸収層８２に重ねて成膜される第一電極層（裏面電極）８３、光電変換層８６および第二電極層（表面電極）８７にもテクスチャＴ２と同等の凹凸形状が反映される。これによって、第一電極層（裏面電極）８３と第二電極層（表面電極）８７との間で、入射した太陽光を繰り返し反射させて太陽光の光路長を伸ばすプリズム効果と、太陽光の閉じ込め効果とを得ることができる。

１０ 太陽電池、１１ 基板、１２ 光吸収層、１３ 第一電極層（裏面電極）、１４ 第一区画溝（区画溝）、１５ 電極付き基板、１６ 光電変換層、１７ 第二電極層（表面電極）。

Claims (6)

1. 光透過性の基板と、該基板の一面に順に重ねて配された第一電極層、光電変換層、および光透過性の第二電極層とを少なくとも備えた太陽電池であって、
   前記第一電極層は光反射性を有し、
   前記基板と前記第一電極層との間に光吸収層が配され、
   前記基板に前記光吸収層、前記第一電極層の順に積層された構造体に対して所定の間隔で縦断し、前記基板の一面を露出させる区画溝を有することを特徴とする太陽電池。
2. 前記光吸収層が前記第一電極層と重なる一面に凹凸形状を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記光吸収層はＡＺＯからなることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
4. 光透過性の基板と、該基板の一面に順に重ねて配された第一電極層、光電変換層、および光透過性の第二電極層とを少なくとも備えた太陽電池用の電極付き基板であって、
   光反射性の前記第一電極層と、
   前記基板と前記第一電極層との間に配された光吸収層と、
   前記基板に前記光吸収層、前記第一電極層の順に積層された構造体に対して所定の間隔で縦断し、前記基板の一面を露出させる区画溝と、
   を有することを特徴とする電極付き基板。
5. 光透過性の基板と、該基板の一面に順に重ねて配された第一電極層、光電変換層、および光透過性の第二電極層とを少なくとも備え、前記第一電極層は光反射性を有し、前記基板と前記第一電極層との間に光吸収層が配され、前記基板に前記光吸収層、前記第一電極層の順に積層された構造体に対して所定の間隔で縦断し、前記基板の一面を露出させる区画溝を有する太陽電池の製造方法であって、
   前記基板の一面に前記光吸収層を形成する工程と、
   前記光吸収層に重ねて前記第一電極層を形成する工程と、
   前記基板から前記光吸収層を介して前記第一電極層に向けてレーザー光を照射し、前記区画溝を形成する工程と、
   を少なくとも備えたことを特徴とする太陽電池の製造方法。
6. 前記レーザー光は前記光吸収層が吸収する波長域のレーザー光であることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池の製造方法。

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