JP2014135446A - 光電変換装置及び光電変換装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い拡散反射能力を有する絶縁性の拡散反射層を備え、低抵抗且つ高反射率を示す裏面側反射構造を有する光電変換装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】光電変換装置１０は、基板１１、第１透明電極層１２、光電変換層１３、第２透明電極層１４、拡散反射層１５、及び、金属電極層１６を備え、拡散反射層１５が微細粒子や気泡を分散させた絶縁膜であり、第１方向に配列された複数の第１開口部２１において第２透明電極層１４と金属電極層１６とが接続する。反射層１５は、光電変換層に形成される第２溝が設けられた位置において第１方向に延在する第２開口部を有し、第２開口部において光電変換層１３、第２透明電極層１４及び金属電極層１６を貫通する第３溝２４が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換装置及びその製造方法に関し、特に発電層を製膜で作製する薄膜系太陽電池に関する。

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太陽電池が知られている。薄膜シリコン系太陽電池では、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。

薄膜シリコン系太陽電池の特性を向上させるために、光閉じ込め技術の開発が行われている。光閉じ込め技術としては、例えば、光入射側の透明電極層の表面の凹凸化、光入射側の反射防止膜の形成、裏面電極側（光入射と反対側）の拡散反射層の反射率向上及び吸収率低減などが検討されている。

近年、図１７のように、従来の裏面金属反射層に代えて、チタニアなどの誘電体材料の粒子を透明な絶縁性バインダに分散させた拡散反射材を用いて、入射光の拡散反射能力を向上させることが検討されている。また、拡散反射材は絶縁性か低導電性のために、拡散反射材の上層に形成した金属電極による集電が利用できない。この対応として、導電性に優れる透明電極層を形成し集電させ、透明電極層の上層に透過光を反射させるための拡散反射材を形成する必要がある。しかし、透明導電材料においては、導電性と透明性とは相反する物性であり両立することが難しいことから、裏面電極層の性能向上の課題になっていた。

そこで、特許文献１では、拡散反射材を用いた太陽電池モジュールにおいて、図１８のように拡散反射材の光入射と反対側において、セルを分離する溝に直交する方向に延在する線状の金属膜をパターニングして形成することにより、接続抵抗を低減させている。

国際公開第２０１２／０１７７４２号

特許文献１のモジュールの形成では、透過性を確保するような線状の金属膜を用いて裏面電極側の集電を行い隣接セルとの直列接続構造を形成するが、線状の金属膜を形成するに当たってマスクを用いたり、スクリーン印刷を行っている。このように、特許文献１ではマスクを用いる場合は集積化の手法が煩雑であること、スクリーン印刷を用いる場合は、高温での処理が不可能であるので焼成することができず、金属膜の抵抗を低くすることができないことが問題であった。

本発明は、高い拡散反射能力を有する絶縁性の拡散反射層（白色反射材）を備え、低抵抗且つ高反射率を示す裏面側の反射構造を有する光電変換装置、及び、当該裏面側の反射構造を簡易な工程で製造する光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、基板と、前記基板上に形成され、前記基板の第１方向に延在する複数の第１溝を有する第１透明電極層と、前記第１透明電極層上、及び、前記第１溝内の前記基板上に形成され、前記基板面内において前記第１溝の各々に隣接する位置において前記第１方向に延在する第２溝を有する光電変換層と、前記光電変換層上及び前記第２溝内の前記第１透明電極層上に形成された第２透明電極層と、微細粒子または気泡を分散させ拡散反射する絶縁膜であり、前記第１方向に配列された複数の第１開口部と、前記第２溝と前記第４溝とが設けられた位置を含むとともに前記第１方向に延在する第２開口部とを有するように、前記第２透明電極層上に形成される拡散反射層と、前記拡散反射層上、及び、前記第１開口部及び前記第２開口部内の前記第２透明電極層上に形成された金属電極層と、前記第２開口部において、前記基板面内において前記第１溝と反対側であって前記第２溝に隣接する位置に、前記光電変換層、前記第２透明電極層、及び、前記金属電極層を貫通し、前記第１方向に延在する第３溝とを有する光電変換装置である。

本発明の第２の態様は、基板上に第１透明電極層が形成される第１透明電極層形成工程と、前記第１透明電極層に、前記基板の第１方向に延在する複数の第１溝が形成される第１溝形成工程と、前記第１透明電極層上及び前記第１溝内の前記基板上に光電変換層が形成される光電変換層形成工程と、前記基板面内で前記第１溝の各々に近隣する位置において、前記光電変換層に前記第１方向に延在する第２溝が形成される第２溝形成工程と、前記光電変換層上及び前記第２溝内の前記第１透明電極層上に、第２透明電極層が形成される第２透明電極層形成工程と、厚さ方向に貫通し前記第１方向に配列された複数の第１開口部が形成され、前記第２溝と前記第４溝とが設けられた位置を含むとともに厚さ方向に貫通し前記第１方向に延在する第２開口部が形成されるように、前記第２透明電極層上に微細粒子または気泡を分散させ拡散反射する絶縁膜である拡散反射層が形成される拡散反射層形成工程と、前記拡散反射層上、及び、前記第１開口部及び前記第２開口部内の前記第２透明電極層上に金属電極層を形成する金属電極層形成工程と、前記基板面内で前記第２開口部が形成される位置であって、前記第１溝と反対側で前記第２溝に隣接する位置に、前記光電変換層、前記第２透明電極層、及び、前記金属電極層を貫通し、前記第１方向に延在する第３溝を形成する第３溝形成工程とを備える光電変換装置の製造方法である。

本発明の第３の態様は、基板と、前記基板上に形成され、前記基板の第１方向に延在する複数の第１溝を有する第１透明電極層と、前記第１透明電極層上及び前記第１溝内の前記基板上に形成され、前記基板面内において前記第１溝の各々に隣接する位置において前記第１方向に延在する第２溝を有する光電変換層と、前記光電変換層上及び前記第２溝内の前記第１透明電極層上に形成された第２透明電極層と、前記基板面内において前記第１溝に対して反対側の位置であって前記第２溝に近隣する位置において、前記光電変換層及び前記第２透明電極層を貫通し、前記第１方向に延在する第４溝と、微細粒子または気泡を分散させ拡散反射する絶縁膜であり、前記第２透明電極層上及び前記第４溝内で前記第１透明電極層上に形成され、前記第１方向に配列された複数の第１開口部と、前記第２溝と前記第４溝とが設けられた位置を含むとともに前記第１方向に延在する第２開口部とを有するように、前記第２透明電極層上に形成される拡散反射層と、前記拡散反射層上及び前記第１開口部内の前記第２透明電極層上に形成された金属電極層と、前記第４溝の上方で前記第１方向に延在し、前記金属電極層を貫通し前記拡散反射層の膜厚方向の一部が除去された第５溝とを有する光電変換装置である。

本発明の第４の態様は、基板上に第１透明電極層が形成される第１透明電極層形成工程と、前記第１透明電極層に、前記基板の第１方向に延在する複数の第１溝が形成される第１溝形成工程と、前記第１透明電極層上及び前記第１溝内の前記基板上に光電変換層が形成される光電変換層形成工程と、前記基板面内で前記第１溝の各々に隣接する位置において、前記光電変換層に前記第１方向に延在する第２溝が形成される第２溝形成工程と、前記光電変換層上及び前記第２溝内の前記第１透明電極層上に、第２透明電極層が形成される第２透明電極層形成工程と、前記第１溝と反対側で前記第２溝に近接する位置に、前記光電変換層及び前記第２透明電極層を貫通し、前記第１方向に延在する第４溝を形成する第４溝形成工程と、前記第２溝と前記第４溝とが設けられた位置を含むとともに厚さ方向に貫通し前記第１方向に配列された複数の第１開口部が形成されるように、前記第２透明電極層上及び前記第４溝内の前記第１透明電極層上に、微細粒子または気泡を分散させ拡散反射する絶縁膜である拡散反射層が形成される拡散反射層形成工程と、前記拡散反射層上、及び、前記第１開口部内の前記第２透明電極層上に金属電極層を形成する金属電極層形成工程と、前記第２溝の上方で、前記金属電極層、及び、前記拡散反射層の膜厚方向の一部を除去して、前記第１方向に延在する第５溝を形成する第５溝形成工程とを備える光電変換装置の製造方法である。

上記態様の光電変換装置は、裏面側に微細粒子や気泡を含む拡散反射層を設けており、光閉じ込め効果により光電流を増大させている。また、拡散反射層に第１開口部を設け、第１開口部及び第２開口部において裏面側の透明電極層と金属電極層との電気的接続を図っている。こうすることにより、裏面側の電極構造でのシート抵抗を低減させている。

第１及び第２の態様では、隣接するセル間を分離する溝（第２溝及び第３溝）が設けられる位置に、拡散反射層が設けられない開口部（第２開口部）を設けて、良好な加工性を得ている。

第３及び第４の態様では、拡散反射層を設ける前に基板側の透明電極層〜裏面側の透明電極層を貫通する溝を設け、さらに、金属電極層及び拡散反射層の一部が除去された溝を設けている。この構成とすることにより、拡散反射層形成時のパターニング及び溝形成加工が容易となる。

第１及び第３の態様において、前記第１開口部が、前記第１方向に直交する第２方向に延在する溝であっても良い。
あるいは、前記第１開口部が、前記拡散反射層の厚さ方向に貫通する貫通孔が前記第２方向に複数配列されたものであっても良い。この場合、前記第１開口部が、中心が正規充填となるように複数の前記貫通孔が配置されることが好ましい。

第２及び第４の態様では、前記拡散反射層形成工程において、前記第１開口部として前記第１方向に直交する第２方向に延在する溝が形成されても良い。
あるいは、前記拡散反射層形成工程において、前記第１開口部として前記拡散反射層の厚さ方向に貫通する貫通孔が前記第２方向に複数配列して形成されても良い。この場合、前記貫通孔の中心が正規充填に配置されるように、前記第１開口部が形成されることが好ましい。

第１開口部を上記形状とすることによって、良好な反射性能と裏面電極構造の導電性とを両立させることができる。
特に、貫通孔の中心を正規充填に配置することによって、効率的な集電を行うことができるので、裏面側の電極構造での抵抗を更に低減できるので好ましい。

本発明の光電変換装置は、拡散反射層により光電流が増大されているとともに、拡散反射層の開口で透明電極層と金属電極層とが接触して裏面側の電極構造の抵抗が低減されている。この結果、光電変換装置の性能を向上させることができる。
また本発明の光電変換装置の製造方法では、高い反射性能及び導電性を確保できる拡散反射層及び溝を容易な工程で製造することが可能である。

第１実施形態に係る光電変換装置の構成を示す概略図である。 第１実施形態の光電変換装置の製造工程を説明する概略図である。 第１実施形態の光電変換装置の製造工程を説明する概略図である。 第１実施形態の光電変換装置の製造工程を説明する概略図である。 第１実施形態の光電変換装置の製造工程を説明する概略図である。 第１実施形態の光電変換装置の製造工程を説明する概略図である。 第１実施形態の光電変換装置の製造工程を説明する概略図である。 第１実施形態の光電変換装置の製造工程を説明する概略図である。 第１開口部の別の形状を説明する概略図である。 第１開口部の別の形状を説明する概略図である。 第１開口部の別の形状を説明する概略図である。 第１開口部の別の形状を説明する概略図である。 第１実施形態の光電変換装置の製造工程を説明する概略図である。 シングル型太陽電池について、透明電極層のシート抵抗と出力との関係を示すグラフである。 タンデム型太陽電池について、透明電極層のシート抵抗と出力との関係を示すグラフである。 第２実施形態に係る光電変換装置の構成を示す概略図である。 従来の光電変換装置の構成を示す概略図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。 従来の光電変換装置の構成を示す概略図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置１０は太陽電池モジュールであり、基板１１、基板側透明電極層（第１透明電極層）１２、光電変換層１３、裏面側透明電極層（第２透明電極層）１４、拡散反射層１５及び金属電極層１６を備える。

図１乃至図１３を用いて、光電変換装置の構成及び製造工程を説明する。図２乃至図１３は、光電変換装置として薄膜太陽電池モジュールを製造する工程を説明する模式図である。

図２に示すように、基板１１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。

図３に示すように、基板１１に、基板側透明電極層１２として酸化錫膜（ＳｎＯ_２）を主成分とする透明電極膜が、熱ＣＶＤ装置を用いて製膜される。基板側透明電極層１２の膜厚は、５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下ｎｍ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ことが好ましい。
基板側透明電極層１２は、熱ＣＶＤ装置を用いずに、酸化亜鉛膜（ＺｎＯ_２）を主成分とする透明電極膜やＩＴＯ膜をスパッタなどで形成してもよい。
基板１１と基板側透明電極層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。アルカリバリア膜は、例えば、熱ＣＶＤ装置にて２０ｎｍ〜６０ｎｍの酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）を製膜することにより形成される。

基板側透明電極層１２が製膜されると、図４に示すように透明電極層溝（第１溝）１７が形成される。透明電極層溝１７は基板側透明電極層１２に複数設けられ、図１のＹ方向に延在して形成される。
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、基板側透明電極層１２の膜面側から照射される。基板側透明電極層１２はレーザ光によりレーザエッチングされ、約６ｍｍから１５ｍｍまでの範囲の間隔をあけて透明電極層溝１７が形成される。この透明電極層溝１７により、基板側透明電極層１２は短冊状に区切られる。
入射されるＹＡＧレーザのレーザパワーは、透明電極層溝１７の加工速度が適切な速度になるように調節される。基板側透明電極層１２に対して照射されるレーザ光は、基板１１に対して、発電セルの直列接続方向と略直交する方向に相対移動される。

透明電極層溝１７が形成されると、図５に示すように、光電変換層１３が基板側透明電極層１２上及び透明電極層溝１７内の基板１１上に積層される。
光電変換層１３は、シリコン系光電変換層、化合物半導体系光電変換層（ＣＩＧＳ型、ＣｄＴｅ型）などとされ、特に限定されない。シリコン系光電変換層の場合、アモルファスシリコン系や結晶質シリコン系を適用できる。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）などを含む総称である。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。

本実施形態の薄膜太陽電池モジュールは、ｐ層、ｉ層、ｎ層からなる発電層を１層備えるシングル型太陽電池としても良い。あるいは、複数の発電層を積層させたタンデム型太陽電池やトリプル型太陽電池としても良い。シリコン系タンデム型太陽電池の場合、アモルファスシリコン系の発電層上に、結晶質シリコン系の発電層を積層させる。

例えば、アモルファスシリコン系の発電層として、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、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５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｉ層は、膜厚１５０ｎｍ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１０ｎｍ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。また、非晶質シリコンｎ層は、結晶質シリコンｎ層に置換しても良い。

例えば、結晶質シリコン系の発電層として、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、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１０ｎｍ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。

タンデム型、トリプル型など複数の発電層を積層させた光電変換層１３の場合、隣接する２つの発電層の間に、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（ＧａやＡｌドープＺｎＯ膜など）を設けることができる。

光電変換層１３が積層された後、図６に示すように、接続溝（第２溝）１８が形成される。接続溝１８は基板面内で複数設けられ、図１のＹ方向に延在する。
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の膜面側から照射される。光電変換層１３は、レーザ光によりレーザエッチングされ、接続溝１８が形成される。レーザ光は、約１０ｋＨｚから約２５ｋＨｚ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１８は透明電極層溝１７に隣接する位置で、前工程で加工された透明電極層溝１７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。

レーザ光は光電変換層１３の膜面側から照射してもよいし、反対側の基板１１側から照射しても良く、特に限定するものではない。基板１１側から照射した場合、レーザ光のエネルギーは、光電変換層１３で吸収されて高い蒸気圧が発生する。この高い蒸気圧を利用して光電変換層１３がエッチングされるため、更に安定したレーザエッチング加工を行うことが可能となる。

接続溝１８が形成された後、図７に示すように、裏面側透明電極層１４が光電変換層１３上に積層される。このとき、接続溝１８の中にも裏面側透明電極層１４が積層され、基板側透明電極層１２と裏面側透明電極層１４とを接続する接続部が形成される。
裏面側透明電極層１４は、ＧａやＡｌ、ＢがドープされたＺｎＯ膜やＩＴＯ膜などの透明導電性酸化物の膜とされ、スパッタリング装置や熱ＣＶＤ装置により製膜される。裏面側透明電極層１４の膜厚は、２０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下とされ、裏面透明電極層の導電性と透明性により適宜調整される。

裏面側透明電極層１４が形成された後、図８に示すように、拡散反射層１５が裏面側透明電極層１４上に積層される。拡散反射層１５の厚さは、５μｍ以上５００μｍ以下である。拡散反射層１５は、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、酸化チタンなどの微細粒子や気泡がアクリル樹脂などに混合され分散された塗料が、スクリーン印刷などで形成された層である。光電変換装置が０．３μｍ〜１．１μｍの光を主対象として発電を行う。微細粒子や気泡のサイズは、反射したい波長の１／２程度で散乱が最大となり、このサイズより小さくあるいは大きくなるに従い散乱効果が低下する傾向にある。一方、微細粒子や気泡のサイズは、拡散反射層１５の膜厚よりも小さい必要がある。上記を考慮すると、微細粒子としては、直径０．１５μｍ〜３μｍのサイズが好ましい。また、気泡は拡散反射層１５との屈折率の違いを更に考慮すると、直径０．３μｍ〜５μｍのサイズが好ましい。

図１４及び図１５は、透明電極層のシート抵抗が光電変換装置の性能に与える影響を抵抗モデルを設定して計算したグラフである。図１４はシングル型、図１５はタンデム型であり、それぞれセルで性能を評価した。同図において、横軸は基板側透明電極層及び裏面側透明電極層のシート抵抗の和、縦軸は出力比である。
各図では、基板側の透明電極層のシート抵抗を１０Ω／ｃｍ^２とした。従って、シート抵抗の和が１０Ω／ｃｍ^２のプロットは、拡散反射層を設けず、金属電極層を設けた場合を表している。図中のセル幅は、図１７，１８で示されているセル有効幅Ｌを表している。

図１４及び図１５から、裏面側透明電極層のシート抵抗が大きい程出力が低下することが理解できる。また、セル有効幅が広くなる程、裏面側透明電極層のシート抵抗増加による性能低下への影響が大きくなることが理解できる。
以上の結果から、拡散反射層を有するモジュール構造の場合、裏面側透明電極層の抵抗が増大すると顕著に特性が低下するため、裏面電極構造の工夫による導電性向上が重要である。

拡散反射層１５は、微細粒子や気泡を含みアクリル樹脂などがバインダになった塗料状の溶液を、スクリーン印刷等によりパターニングされて形成される。あるいは、拡散反射層１５は、上記微細粒子や気泡を含む樹脂製のフィルムあるいは板を、接着剤で裏面側透明電極層１４に貼りつけて形成しても良い。この場合、フィルムあるいは板には予め後述するパターニング加工が施されている。接着剤としては、ＯＣＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）が使用可能である。

図８に示すように、透明電極層溝１７及び接続溝１８の延在方向（Ｙ方向）に複数配列された第１開口部２１ａが設けられる。第１開口部２１ａは、裏面側透明電極層１４上で拡散反射層１５が設けられていない領域である。第１開口部２１ａのＹ方向での間隔は、加工精度、セル有効面積（発電領域の面積）、反射性能、集電性能等を考慮して決定される。具体的に、第１開口部２１ａの間隔は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設計される。

第１開口部２１ａは、図８に示されるように、Ｘ方向に延在する溝であっても良い。この場合、第１開口部２１ａの幅及び間隔は、加工精度、セル有効面積（発電領域の面積）、反射性能、集電性能等を考慮して決定される。第１開口部２１ａの幅は、０．０２ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲で、第１開口部２１ａの長さは、セル有効幅（図１７，１８の符号Ｌ）の以下に設計される。

また、拡散反射層１５の接続溝１８上に、接続溝１８の延在方向（図８のＹ方向）に延在する第２開口部２２が設けられる。従って、第２開口部２２は接続溝１８と同数量もしくは、接続溝１８の数本毎に設置されており、基板面内で複数設けられている。

拡散反射層１５は、膜厚が厚く後述する分離溝及び絶縁溝形成のためのレーザ加工でレーザ照射による除去が困難である。このため、拡散反射層１５形成後のレーザ加工予定領域（後述する分離溝及び絶縁溝形成領域）には、拡散反射層１５は設けられない。すなわち、この第２開口部２２は裏面側透明電極層１４上で拡散反射層１５が設けられていない領域である。
第２開口部２２の幅は、加工精度、セル有効幅、反射性能等を考慮して設定される。反射効果を高めるためには、基板面内での拡散反射層１５領域が広い（第２開口部２２の領域が狭い）方が好ましいが、セル有効幅が狭くなるとともに、後述する分離溝を形成する領域が狭くなり分離溝加工の要求精度が高くなる。一方、拡散反射層１５領域が狭い（第２開口部２２の領域が広い）と、拡散反射層１５による十分な反射効果が得られない。また、薄膜太陽電池モジュールへと積層化する際に分離溝及び絶縁溝形成用に通常使用するレーザのパワー密度を用いたパターニング工程では、狭幅の開口部を設けることは困難である。このために、第１開口部２１ａと第２開口部２２は、拡散反射層１５を形成時にマスキングなどで予め膜を設けない方法を利用しても良い。従って、第２開口部２２の幅は、０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲で、第２開口部２２の長さは、セル有効長さまたは接続溝長さと同一長さに設計される。

このように拡散反射層１５を設ける場合は、拡散反射層１５をスクリーン印刷などにより形成する際に第１開口部２１ａ及び第２開口部２２を設ける。その後、後述のように金属電極層１６を薄膜太陽電池モジュールの裏面側全体に製膜することで、第１開口部２１ａ及び第２開口部２２で裏面側透明電極層１４と金属電極層１６との間で良好な電気的接続を確保する。こうすることによって、裏面電極構造での抵抗増加を防止し、良好な導電性を得る。

図９は第１開口部の別の例である。図９の第１開口部２１ｂは、円形の貫通孔２３ｂがＸ方向及びＹ方向に所定間隔に配列している。開口の形状は貫通孔に限定されず、楕円形、四角形、三角形などとしても良い。隣り合う貫通孔２３ｂの間隔は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下ｍｍに設計される。このように、拡散反射層１５の基板面内で貫通孔２３ｂを点在させることにより、裏面側透明電極層１４と金属電極層１６との電気的接続を確保して裏面電極構造の抵抗を低くしつつ、基板面内での拡散反射層１５の領域の面積を増大させることができる。

この場合、図１０に示すように、中心が正規充填となる配置で貫通孔２３ｂが設けられることが好ましい。このような配置とすることにより、貫通孔２３ｂ間の距離が均等になるので、効率的な集電が可能である。

図１１及び図１２は第１開口部の別の例である。図１１の第１開口部２１ｃは、十字型の貫通孔２３ｃがＸ方向及びＹ方向に所定間隔に配列している。図１２は、第１開口部として、複十字型の貫通孔２３ｄがＸ方向及びＹ方向に配列されている。貫通孔２３ｄは、複十字の長軸がＸ方向に延在し、短軸がＹ方向に延在する。短軸の数は特に制限されない。図１１及び図１２の形状の貫通孔２３ｃ，２３ｄはＸ方向及びＹ方向に開口部分が延びているので、Ｘ方向及びＹ方向のいずれの方向に外力が加わっても、裏面側透明電極層１４と金属電極層１６とが開口部分の接触部分で剥離せず、良好な電気的接触を確保することができる。

貫通孔２３ｃ，２３ｄの寸法は、加工精度、セル有効面積（発電領域の面積）、反射性能、集電性能、裏面側透明電極層１４と金属電極層１６との剥離強度などを考慮して設計される。なお、隣り合う貫通孔２３ｃ，２３ｄの間隔は、他の例と同様に、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設計されると良い。

拡散反射層１５が形成された後、図１３に示すように、金属電極層１６が拡散反射層１５上、及び、第１開口部２１及び第２開口部２２内の裏面側透明電極層１４上に形成される。すなわち、第１開口部２１及び第２開口部２２で金属電極層１６と裏面側透明電極層１４とが電気的に接続される。
金属電極層１６は、Ａｇ膜、Ａｇ膜とＴｉ膜、または、Ａｇ膜とＡｌ膜からなる層とされ、スパッタリング装置により製膜される。例えば、金属電極層１６は、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、金属電極層１６の膜厚は、拡散反射層１５に形成される領域において、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、金属電極層１６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、シリコン系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では、Ａｇ膜の代わりにＣｕ膜を用いても良い。この場合、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。

金属電極層１６が積層された後、図１に示すように、金属電極層１６を隣接する発電セル間で絶縁し、発電セルを分離するために分離溝（第３溝）２４が形成される。分離溝２４は、接続溝１８に隣接する位置において、接続溝１８に対して透明電極層溝１７の設置側と反対側に設けられる。

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、基板１１側から照射される。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光電変換層１３及び裏面側透明電極層１４、金属電極層１６は爆裂して除去される。
レーザ光は、約１ｋＨｚから約５０ｋＨｚ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。

分離溝２４が形成された後、分離溝２４内が、拡散反射層１５の形成で用いられた微細粒子や気泡を含むアクリル樹脂などをバインダとする塗膜で充填されても良い。この構成とすることにより、分離溝部分から漏れる光を拡散反射層で再度光電変換層に戻すことができるため、さらなる光電流の向上が望めるので好ましい。

分離溝２４が形成された後、基板１１の端周辺の膜端部において絶縁溝が形成される。絶縁溝は、発電領域を区分することにより、基板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。絶縁溝は、基板１１の端より５ｍｍから２０ｍｍ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。

絶縁溝を形成する際には、基板が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１高調波（１０６２ｎｍ）が、基板側から入射され、金属電極層１６、裏面側透明電極層１４、光電変換層１３及び基板側透明電極層１２が除去される。
また、絶縁溝を形成する際には、加工速度に対してレーザパワーの調節を行うことで、レーザダイオード励起ＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）を利用してもよい。

レーザ光は、約１ｋＨｚから約５０ｋＨｚ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。
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。

絶縁溝が形成された後、基板周辺（周囲膜除去領域）の積層膜（金属電極層〜基板側透明電極層）が除去されて周囲膜除去領域が形成される。上述の積層膜は、基板の端から５ｍｍから１５ｍｍまでの範囲内で、基板の全周囲にわたり除去され周囲膜除去領域を形成する。周囲膜の除去は、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて行う。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接着充填材シートを介したバックシート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。このようにすることで、絶縁耐圧の確保及び太陽電池パネル端部から薄膜太陽電池モジュール内部への外部水分の侵入を抑制することができる。

上記の周囲膜除去工程後、集電用銅箔の配置、バックシート（ＰＥＴシート／Ａｌ箔／ＰＥＴシート）の接着、及び、端子箱の取付けが行われ、太陽電池パネルが完成する。太陽電パネルの周囲にアルミフレームが取り付けられても良い。
上記工程で形成された太陽電池パネル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。

＜第２実施形態＞
図１６は、第２実施形態に係る光電変換装置の構成を示す断面概略図である。図１６において、図１と同じ構成には同じ符号が付されている。
第２実施形態の光電変換装置２０は太陽電池モジュールであり、積層構成は図１と同じである。光電変換装置２０では、光電変換層１３及び裏面側透明電極層１４を貫通する分離溝（第４溝）３４が設けられる。拡散反射層１５は、裏面側透明電極層１４上と、分離溝３４内の基板側透明電極層１２上とに形成されている。分離溝３４の上方に、拡散反射層１５の膜厚方向の一部と金属電極層１６が除去された上部分離溝（第５溝）３５が形成されている。

第２実施形態に係る光電変換装置の製造方法を以下で説明する。
基板側透明電極層１２〜裏面側透明電極層１４の形成方法は、第１実施形態と同じである。

裏面側透明電極層１４が積層された後、分離溝３４が形成される。分離溝３４の形成位置及び形成工程は、第１実施形態と同じである。

分離溝３４が形成された後、裏面側透明電極層１４上、及び、分離溝３４内の基板側透明電極層１２上に、微細粒子や気泡が分散された樹脂とされる拡散反射層１５が形成される。第１実施形態と同様に、拡散反射層１５はバインダをスクリーン印刷等でパターニングして形成されても良いし、予めパターニング加工されたフィルムや板を接着剤で貼り合わせても良い。

第２実施形態の拡散反射層１５は、第１実施形態と同様に、第１開口部２１が設けられる。第１開口部２１は、透明電極層溝１７、接続溝１８及び分離溝３４の延在方向（Ｙ方向）に複数配列された第１開口部の形状は、第１実施形態と同様の形状が採用できる。すなわち、第１開口部の形状は、線状の溝（図８に例示）、貫通孔（図９，１０に例示）、十字型（図１１）、複十字型（図１２）等とされる。

拡散反射層１５が形成された後、金属電極層１６が形成される。金属電極層１６の形成工程は第１実施形態と同じである。
第２実施形態では、分離溝形成レーザ加工後、分離溝３４の溝部分には後から絶縁性の拡散反射層１５が充填される。分離溝３４部分から漏れる光を拡散反射層１５で再度光電変換層１３に戻すことができるため、さらなる光電流の向上が望める。

金属電極層１６が形成された後、図１６に示すように上部分離溝（第５溝）３５が形成される。上部分離溝３４は、金属電極層１６を絶縁し、発電セルを分離する。
具体的に、基板１１がＸ−Ｙテーブルに設置され、メカニカルスクライブにより金属電極層１６と、拡散反射層１５の膜厚方向の一部とが除去されて、上部分離溝３５が形成される。

上部分離溝３４が形成された後は、第１実施形態と同様にして絶縁溝の形成、周囲膜除去領域の形成、バックシートの接着、及び、端子箱の取付けが行われる。その後、発電検査が実施される。

実施例として、５０ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板を用いて、図１のタンデム型太陽電池モジュールを作製した。作製した太陽電池セルの構成は下記のとおりである。
基板側透明電極層：ＦドープＳｎＯ_２膜、約１０Ω／ｃｍ^２、０．７μｍ
光電変換層：非晶質シリコン光電変換層（２００ｎｍ）
中間コンタクト層（ＧＺＯ、９０ｎｍ）
結晶室シリコン光電変換層（２．０μｍ）
裏面側透明電極層：ＡｌドープＺｎＯ膜、約１００Ω／ｃｍ^２、１５０ｎｍ
拡散反射層：Ｍａｒａｂｕ社製Ｓｐｅｃｉａｌ Ｉｎｋ ３０７０、１００μｍ
金属電極層：Ａｇ膜（２００ｎｍ）／Ｔｉ膜（１５ｎｍ）
セル有効幅：１０ｍｍ

拡散反射層に設けられる第１開口部として、幅０．３ｍｍ、長さ８ｍｍの線状の開口を３ｍｍピッチ（間隔）で設け、拡散反射層の第２開口部の幅は０．８４ｍｍとした。

比較例１として、図１７に示す第１開口部を形成しない太陽電池モジュールを作製した。図１７（ａ）はセル長手方向に直交する断面構造を示し、図１７（ａ）はセル長手方向に直交する断面構造を示し図１７（ｂ）はセル長手方向に平行する断面構造（（ａ）のＡ−Ａ断面）を示している。図１７のモジュールでは、基板上に、基板側の透明電極層、光電変換層、裏面側の透明電極層、拡散反射層の順で積層されている。比較例１では金属電極層を設けていない。

表１に、各太陽電池モジュールの特性を示す。各性能は、比較例１を基準として規格化した値である。
第１開口部を設けることで金属電極層と裏面透明電極が接触し、抵抗が低減されることで曲線因子が大幅に改善され１．３４倍となり、変換効率が１．３７倍に改善された。拡散能力の低い金属電極層が裏面透明電極上に形成されているにもかかわらず、短絡電流密度もわずかに増加している。これは比較例１の形状因子が悪く、短絡電流密度にも影響している可能性、又は、拡散反射層上に金属電極が形成されているため、拡散反射層を透過する光を金属電極が反射し、再度光電変換層に戻し光吸収が増大していることが示唆される。

比較例２として、図１８に示すように、実施例の図１３のモジュール構造に対して、第２開口部２２に形成される金属電極層がなく、第１開口部の金属電極層に相当する部分として、線状の金属電極層をパターニングした構造のモジュールを作製した。すなわち、基板上に、基板側の透明電極層、光電変換層、裏面側の透明電極層、金属電極層、拡散反射層の順で積層され、線状の金属電極層は裏面側の透明電極層上に形成されている。図１８（ａ）はセル長手方向に直交する断面構造を示し、図１８（ａ）はセル長手方向に直交する断面構造を示し、図１８（ｂ）はセル長手方向に平行する断面構造（（ａ）のＡ−Ａ断面）を示している。

金属電極層はＡｇからなり、幅０．１ｍｍ、ピッチ（間隔）５ｍｍで配置した。表２に各太陽電池モジュールの特性を示す。各性能は、比較例２を基準として規格化した値である。

実施例は、比較例２に比べて短絡電流密度、開放電圧、形状因子がそれぞれわずかに増大しており、変換効率が１．０５倍となった。実施例の方が金属電極層のピッチ（間隔）が狭く形状因子が良好であることが確認できる。さらに、裏面側の透明電極層上に形成されている光拡散能力の低い金属電極層の面積に注目すると、実施例は比較例２よりも面積が広いにも関わらず、短絡電流密度が増加している。実施例では、拡散反射層上に製膜された金属電極層により、透過光の反射による光吸収が増大していること、金属電極層の集電効果の向上により特性が向上していることが確認できる。

１０，２０ 光電変換装置
１１ 基板
１２ 基板側透明電極層
１３ 光電変換層
１４ 裏面側透明電極層
１５ 拡散反射層
１６ 金属電極層
１７ 透明電極層溝
１８ 接続溝
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 第１開口部
２２ 第２開口部
２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ 貫通孔
２４，３４ 分離溝
３５ 上部分離溝

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板上に形成され、前記基板の第１方向に延在する複数の第１溝を有する第１透明電極層と、
   前記第１透明電極層上、及び、前記第１溝内の前記基板上に形成され、前記基板面内において前記第１溝の各々に隣接する位置において前記第１方向に延在する第２溝を有する光電変換層と、
   前記光電変換層上及び前記第２溝内の前記第１透明電極層上に形成された第２透明電極層と、
   微細粒子または気泡を分散させ拡散反射する絶縁膜であり、前記第１方向に配列された複数の第１開口部と、前記第２溝と前記第４溝とが設けられた位置を含むとともに前記第１方向に延在する第２開口部とを有するように、前記第２透明電極層上に形成される拡散反射層と、
   前記拡散反射層上、及び、前記第１開口部及び前記第２開口部内の前記第２透明電極層上に形成された金属電極層と、
   前記第２開口部において、前記基板面内において前記第１溝と反対側であって前記第２溝に隣接する位置に、前記光電変換層、前記第２透明電極層、及び、前記金属電極層を貫通し、前記第１方向に延在する第３溝とを有する光電変換装置。
2. 基板と、
   前記基板上に形成され、前記基板の第１方向に延在する複数の第１溝を有する第１透明電極層と、
   前記第１透明電極層上及び前記第１溝内の前記基板上に形成され、前記基板面内において前記第１溝の各々に隣接する位置において前記第１方向に延在する第２溝を有する光電変換層と、
   前記光電変換層上及び前記第２溝内の前記第１透明電極層上に形成された第２透明電極層と、
   前記基板面内において前記第１溝に対して反対側の位置であって前記第２溝に近隣する位置において、前記光電変換層及び前記第２透明電極層を貫通し、前記第１方向に延在する第４溝と、
   微細粒子または気泡を分散させ拡散反射する絶縁膜であり、前記第２透明電極層上及び前記第４溝内で前記第１透明電極層上に形成され、前記第１方向に配列された複数の第１開口部と、前記第２溝と前記第４溝とが設けられた位置を含むとともに前記第１方向に延在する第２開口部とを有するように、前記第２透明電極層上に形成される拡散反射層と、
   前記拡散反射層上及び前記第１開口部内の前記第２透明電極層上に形成された金属電極層と、
   前記第４溝の上方で前記第１方向に延在し、前記金属電極層を貫通し前記拡散反射層の膜厚方向の一部が除去された第５溝とを有する光電変換装置。
3. 前記第１開口部が、前記第１方向に直交する第２方向に延在する溝である請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
4. 前記第１開口部が、前記拡散反射層の厚さ方向に貫通する貫通孔が前記第２方向に複数配列されたものである請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
5. 前記第１開口部が、中心が正規充填となるように複数の前記貫通孔が配置される請求項４に記載の光電変換装置。
6. 基板上に第１透明電極層が形成される第１透明電極層形成工程と、
   前記第１透明電極層に、前記基板の第１方向に延在する複数の第１溝が形成される第１溝形成工程と、
   前記第１透明電極層上及び前記第１溝内の前記基板上に光電変換層が形成される光電変換層形成工程と、
   前記基板面内で前記第１溝の各々に近隣する位置において、前記光電変換層に前記第１方向に延在する第２溝が形成される第２溝形成工程と、
   前記光電変換層上及び前記第２溝内の前記第１透明電極層上に、第２透明電極層が形成される第２透明電極層形成工程と、
   厚さ方向に貫通し前記第１方向に配列された複数の第１開口部が形成され、前記第２溝と前記第４溝とが設けられた位置を含むとともに厚さ方向に貫通し前記第１方向に延在する第２開口部が形成されるように、前記第２透明電極層上に微細粒子または気泡を分散させ拡散反射する絶縁膜である拡散反射層が形成される拡散反射層形成工程と、
   前記拡散反射層上、及び、前記第１開口部及び前記第２開口部内の前記第２透明電極層上に金属電極層を形成する金属電極層形成工程と、
   前記基板面内で前記第２開口部が形成される位置であって、前記第１溝と反対側で前記第２溝に隣接する位置に、前記光電変換層、前記第２透明電極層、及び、前記金属電極層を貫通し、前記第１方向に延在する第３溝を形成する第３溝形成工程とを備える光電変換装置の製造方法。
7. 基板上に第１透明電極層が形成される第１透明電極層形成工程と、
   前記第１透明電極層に、前記基板の第１方向に延在する複数の第１溝が形成される第１溝形成工程と、
   前記第１透明電極層上及び前記第１溝内の前記基板上に光電変換層が形成される光電変換層形成工程と、
   前記基板面内で前記第１溝の各々に隣接する位置において、前記光電変換層に前記第１方向に延在する第２溝が形成される第２溝形成工程と、
   前記光電変換層上及び前記第２溝内の前記第１透明電極層上に、第２透明電極層が形成される第２透明電極層形成工程と、
   前記第１溝と反対側で前記第２溝に近接する位置に、前記光電変換層及び前記第２透明電極層を貫通し、前記第１方向に延在する第４溝を形成する第４溝形成工程と、
   前記第２溝と前記第４溝とが設けられた位置を含むとともに厚さ方向に貫通し前記第１方向に配列された複数の第１開口部が形成されるように、前記第２透明電極層上及び前記第４溝内の前記第１透明電極層上に、微細粒子または気泡を分散させ拡散反射する絶縁膜である拡散反射層が形成される拡散反射層形成工程と、
   前記拡散反射層上、及び、前記第１開口部内の前記第２透明電極層上に金属電極層を形成する金属電極層形成工程と、
   前記第２溝の上方で、前記金属電極層、及び、前記拡散反射層の膜厚方向の一部を除去して、前記第１方向に延在する第５溝を形成する第５溝形成工程とを備える光電変換装置の製造方法。
8. 前記拡散反射層形成工程において、前記第１開口部として前記第１方向に直交する第２方向に延在する溝が形成される請求項６または請求項７に記載の光電変換装置の製造方法。
9. 前記拡散反射層形成工程において、前記第１開口部として前記拡散反射層の厚さ方向に貫通する貫通孔が前記第２方向に複数配列して形成される請求項６または請求項７に記載の光電変換装置の製造方法。
10. 前記拡散反射層形成工程において、前記貫通孔の中心が正規充填に配置されるように、前記第１開口部が形成される請求項９に記載の光電変換装置の製造方法。

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