JP2016029675A - 薄膜太陽電池用透光性絶縁基板、及び集積型薄膜シリコン太陽電池 - Google Patents

薄膜太陽電池用透光性絶縁基板、及び集積型薄膜シリコン太陽電池 Download PDF

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Abstract

【課題】薄膜太陽電池用の基板としてＪｓｃを向上でき、薄膜太陽電池の変換効率を向上できる、透光性ディンプル状凹凸基板を提供する。
【解決手段】一部にディンプル状の凹凸を備え、一部に略平滑な領域を備える、薄膜太陽電池用透光性絶縁基板であって、前記ディンプル状の凹凸は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ以上4.0μｍ以下のＳｑを備え、かつ、凹凸の周期Ｒｓｍとして５μｍ以上３０μｍ以下のＲｓｍを備え、略平滑な領域は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ未満のＳｑを備える、薄膜太陽電池用透光性絶縁基板１。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜太陽電池用の透光性絶縁基板、及びその基板を備える太陽電池に関する。
太陽電池は各国の導入加速政策によって、普及が急速に拡大している。中でも、低コスト化、高効率化を両立するために原材料が少なくてすむ薄膜太陽電池が注目されている。
薄膜太陽電池を形成するためには、その一部に透明電極を備えることが不可欠である。すなわち、薄膜太陽電池は、透明電極と裏面電極の間に１以上の光電変換ユニットを含む構造から構成される。そして、光は透明電極側から入射される。透明電極としては、たとえば、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯともいう）などの導電性金属酸化物が用いられ、それは、通常、化学気相成長法（ＣＶＤ法ともいう）、スパッタ、蒸着などの方法で形成される。
前記光電変換ユニットは、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合を含む半導体層で形成されている。光電変換ユニットがｐｉｎ接合を含む場合、ｐ型層、ｉ型層、およびｎ型層がこの順、または逆順に積層されており、そのユニットの主要部を占めるｉ型の光電変換層が非晶質のものは非晶質光電変換ユニットと呼ばれ、結晶質のものは結晶質光電変換ユニットと呼ばれている。
半導体層には、シリコン系薄膜として非晶質シリコン層または結晶質シリコン層を用いることができ、また化合物半導体薄膜としてＣｕＩｎＳｅ2（略称ＣＩＳ）やCｕといったＣＩＳ系、またはＣｄＴｅといったＣｄＴｅ−ＣｄＳ系などの薄膜が用いられ得る。本発明における薄膜太陽電池用透光性絶縁基板とは、シリコン薄膜太陽電池用にも、化合物半導体薄膜用にも、用いられ得る。なお、本願明細書において、「結晶質」と「微結晶」の用語は、部分的に非晶質を含んでいるものも、意味する概念である。
薄膜太陽電池の変換効率を向上させる方法として、２つ以上の光電変換ユニットを積層して積層型薄膜太陽電池にすることが知られている。この方法においては、薄膜太陽電池の光入射側に大きなエネルギバンドギャップを有する光電変換層を含む前方ユニットを配置し、その後ろに順に小さなバンドギャップを有する光電変換層を含む後方ユニットを配置することによって、入射光の広い波長範囲にわたる光電変換を可能にして、太陽電池全体としての変換効率の向上が図られている。積層型薄膜太陽電池の中でも、非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットを積層したものはハイブリッド型薄膜太陽電池と称されている。
上述のような薄膜太陽電池においては、従来のバルクの単結晶や多結晶のシリコン基板を利用する太陽電池に比べて光電変換層を薄くすることが可能であるが、光吸収が膜厚によって制限されるという問題がある。そこで、光電変換層を含む光電変換ユニットに入射した光をより有効に利用するために、光電変換層から見て光入射側である、透明電極やガラス基板、または裏面電極側である金属層の表面が微細に凹凸化（テクスチャ化）される。すなわち、その微細凹凸界面で光を散乱させた後に光電変換ユニット内へ入射させることによって、光電変換層内での光路を長くして光吸収量を増加させることが意図されている。この表面凹凸（表面テクスチャ）技術は「光閉じ込め」技術とも呼ばれており、高い光電変換効率を有する薄膜太陽電池を実用化する上で重要な基本的技術となっている。
太陽電池の光閉じ込め技術は、一般に、透明電極の表面凹凸構造やガラス基の表面凹凸構造により実施されている。凹凸形状としては、凹凸に起因すると思われる開放電圧（Ｖｏｃ）と曲線因子（ＦＦ）の低下を抑制するために、一般的にディンプル状であることが望ましく、ガラス基板をサンドブラスト処理、及びそれに続くエッチング処理を行うことで容易にディンプル状の凹凸基板を作製することができる（特許文献１、特許文献２）。なお、ディンプルとは細かい凹みを意味する。
特開２０００−２２３７２４号公報 特表２００３−０６９０５９号公報
特許文献１に開示の基板に相当するディンプル状凹凸付きガラス基板を用いた薄膜太陽電池では、透明電極の表面凹凸構造のある薄膜太陽電池と比較して、短絡電流密度（Ｊｓｃ）の向上は観察されておらず、また特許文献２に開示の基板に相当するディンプル状凹凸付きガラス基板を用いた太陽電池では、光電変換効率（Ｅｆｆ）の向上は観察されておらず、ガラス基板のディンプル状凹凸構造について改善する余地がある。
本発明の目的は、最適なディンプル状凹凸構造を有するガラス基板を薄膜太陽電池に適用した場合に、透明電極の表面凹凸構造を用いた薄膜太陽電池と比較してもＪｓｃを向上させることができ、薄膜太陽電池のＶｏｃおよびＦＦを低下させることなく、薄膜太陽電池のＥｆｆを向上できる、透光性凹凸基板たる透光性絶縁基板を提供することにある。
本発明者らは、前記課題に基づき鋭意検討を行った結果、ディンプル状凹凸をより大きくし、さらに形状を最適化することで、薄膜太陽電池の変換効率が向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明の第一は、第一の主面と第二の主面を備え、少なくとも前記第一の主面の一部にディンプル状の凹凸を備え、少なくとも前記第一の主面の一部に略平滑な領域を備える、薄膜太陽電池用透光性絶縁基板であって、
前記ディンプル状の凹凸は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして０．４μｍ以上４．０μｍ以下のＳｑを備え、かつ、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のカットオフλｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝５０μｍにて計測されてなる凹凸の周期Ｒｓｍとして５μｍ以上３０μｍ以下のRsmを備え、前記略平滑な領域は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ未満のＳｑを備える、薄膜太陽電池用透光性絶縁基板に関する。
本発明の第二は、第一の主面と第二の主面を備え、少なくとも前記第一の主面の一部にディンプル状の凹凸を備え、少なくとも前記第一の主面の一部に略平滑な領域を備える、薄膜太陽電池用透光性絶縁基板であって、
前記ディンプル状の凹凸は、縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして０．４μｍ以上４．０μｍ以下のＳｑを備え、かつ、縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のカットオフλｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝５０μｍにて計測されてなる凹凸の周期Ｒｓｍとして５μｍ以上３０μｍ以下のRsmを備え、前記略平滑な領域は、縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ未満のＳｑを備える、薄膜太陽電池用透光性絶縁基板に関する。
本発明の第三は、前記第一または第二の発明に係る薄膜太陽電池用透光性絶縁基板を備える集積型薄膜シリコン太陽電池であって、
前記第一の主面上に、透明電極層、光電変換ユニット層、及び裏面電極層を備え、さらに、これらの層が複数の光電変換セルを形成するように複数の透明電極層分離溝及び複数の光電変換ユニット層分離溝及び複数の裏面電極層分離溝によって分離されており、かつ、それらの複数の光電変換セルが前記裏面電極層分離溝からなる接続溝を介して透明電極層と裏面電極層とが接することによって互いに電気的に直列に接続されており、かつ全ての分離溝が、第一の主面の前記略平滑な領域と重複することを特徴とする、
集積型薄膜シリコン太陽電池に関する。
本発明の第四は、第三の発明に記載の集積型薄膜シリコン太陽電池であって、
前記薄膜太陽電池用透光性絶縁基板の第二の主面の一部にディンプル状の凹凸を備え、少なくとも前記第二の主面の一部に略平滑な領域を備える、薄膜太陽電池用透光性絶縁基板を備え、
前記ディンプル状の凹凸は、
縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さSqとして0.4μｍ以上4.0μｍ以下のSqを備え、かつ、縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のカットオフλｓ＝2.5μｍ及びλｃ＝５０μｍにて計測されてなる凹凸の周期Ｒｓｍとして５μｍ以上３０μm以下のＲｓｍを備え、前記略平滑な領域は、
縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ未満のＳｑを備える、
薄膜太陽電池用透光性絶縁基板を備え、かつ全ての分離溝が、第一の主面の前記略平滑な領域と重複し、かつ全ての分離溝が、第二の主面の前記略平滑な領域と重複することを特徴とする、集積型薄膜シリコン太陽電池に関する。
本発明によれば、透光性凹凸基板を、例えば薄膜太陽電池用の基板として光入射側に用いることで、薄膜太陽電池の変換効率を向上させることができる。特に、本発明に係る透光性凹凸基板においては、より大きなディンプル形状のため、当該基板を用いて形成される薄膜太陽電池のＪｓｃは向上し、ＶｏｃおよびＦＦの低下も抑制される。
凹凸が0.4μｍ以上4.0μｍ以下のSqを備えかつ５μｍ以上３０μｍ以下のＲｓｍを備え、略平滑な領域が0.4μｍ未満のＳｑを備える、という構成によって、Ｊｓｃが向上し、かつＶｏｃおよびＦＦの低下が抑制される、という顕著かつ特有の効果を奏する。
本発明における凹凸のオーダー（大きさ）は、例えばシリコン薄膜太陽電池のｐ層、ｎ層の厚みのオーダー（例えばｐ層は５ｎｍ〜３０ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度であり、ｎ層は５ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは１０〜５０ｎｍ、さらに好ましくは１０〜２０ｎｍ程度である）に比べると、極端に大きいものである。本発明におけるディンプル状の凹凸のオーダーは、一態様として、0.4μｍ（４００ｎｍ）以上4.0μｍ（４０００ｎｍ）以下のSq、５μｍ（５０００ｎｍ）以上３０μｍ（３００００ｎｍ）以下のＲｓｍの凹凸を有する。本発明においては、極端に大きな凹凸の上に、ごく薄いｐ層あるいはｎ層を製膜した場合であっても、驚くべきことに、太陽電池セルとして、機能させることができる。このように凹凸のオーダーが異なるにも関わらず、太陽電池セルとして機能させることができることは、当業者には驚くべきことであり、容易に想到できない。請求項に記載のような大きな凹凸が有るのにも関わらず、非常に薄いｐ層、ｎ層を形成しても、結果として問題無く薄膜太陽電池を形成できる、という驚くべき効果を奏する。
透光性ディンプル状凹凸基板及びタンデム型薄膜太陽電池を示す模式的断面図である。 透光性ディンプル状凹凸基板及びタンデム型薄膜太陽電池を示す断面顕微鏡図である。 モジュール表面図である。 モジュール断面図である。
本発明は透光性凹凸基板、具体的には薄膜太陽電池用透光性絶縁基板に関し、第一の主面と第二の主面を備え、少なくとも前記第一の主面の一部にディンプル状の凹凸を備え、少なくとも前記第一の主面の一部に略平滑な領域を備えているものである。
本発明の透光性凹凸基板の形成に用いることのできる基板としては、所謂透光性があれば特に限定されるものではないが、例えば、公知のガラス板や、透明樹脂から成る板状部材またはシート状部材などを好適に用いることができる。特に、透光性基板としてガラス基板を用いれば、それが高い透過率を有しかつ安価であるので好ましい。すなわち、本発明に係る透光性凹凸基板を薄膜太陽電池用の基板として用いる場合、当該基板は薄膜太陽電池の光入射側に位置するので、より多くの太陽光を透過させて光電変換層に光を吸収させるために、基板はできる限り透明であることが好ましい。
本発明の透光性凹凸基板（透光性絶縁基板）の形状としては、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ以上4.0μｍ以下のＳｑを備え、かつ、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のカットオフλｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝５０μｍにて計測されてなる凹凸の周期Ｒｓｍとして５μｍ以上３０μｍ以下のＲｓｍを備えるディンプル状のものである。
本発明の透光性凹凸基板（透光性絶縁基板）の形状としては、また、縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ以上4.0μｍ以下のＳｑを備え、かつ、縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のカットオフλｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝５０μｍにて計測されてなる凹凸の周期Ｒｓｍとして５μｍ以上３０μｍ以下のＲｓｍを備えるディンプル状のものである。
より好ましくは縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ以上2.5μｍ以下のＳｑを備え、かつ、縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のカットオフλｓ=２．５μｍ及びλc＝５０μｍにて計測されてなる凹凸の周期Rsmとして5μm以上30μm以下のRsmを備えるディンプル状のものである。
前記略平滑な領域は、縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ未満のＳｑを備えるものである。
本発明の透光性凹凸基板の製造方法は、基板の一主面をサンドブラスト処理し、その後ウェットエッチングすることで製造できる。例えば、透光性基板としてのガラス基板を用い、サンドブラスト処理において、番手が♯１５００番〜♯４００番の範囲にあるＡｌ2Ｏ3やＳｉＣ砥粒を用いるのが望ましい。このとき砥粒の番手が♯２０００以上であると、凹凸のサイズが小さくなり、光閉じ込め効果によるＪｓｃの増加が僅かである傾向が有る。また砥粒の番手が♯３６０番以下であると、緩やかで大きな凹凸になり、光閉じ込め効果によるＪｓｃの増加が僅かでありのピッチが大きくなる傾向が有る。ウェットエッチングは、サンドブラストによるマイクロクラックなどの構造欠陥を溶解除去するとともに、リークの要因になる凸部の尖鋭箇所を鈍角化し、滑らかなディンプル状の凹凸を形成することができる。このときのウェットエッチング条件としては、例えば１％〜１０％の重量パーセント濃度のフッ化水素酸で２５度において１時間以内であることが望ましい。ウェットエッチングの条件が弱いとマイクロクラックなどの構造欠陥の溶解除去や凸部の尖鋭箇所の鈍角化が不十分である傾向が有る。逆にウェットエッチング条件が強いと急激な等方エッチングにより、凹凸ピッチが制御不能に長大化する事態を誘発する傾向が有る。なお、前記略平滑な領域は、ブラスト処理時にマスクをすることで製造できる。マスクは、レジスト材料や、金属板等によって、実現できる。
図１は、本発明の透光性凹凸基板（透光性絶縁基板）を用いた実施形態の１つである薄膜太陽電池の模式的な断面図である。凹凸ガラス基板上１に、透明電極層２、非晶質光電変換ユニット３、結晶質光電変換ユニット４、裏面電極層５を順に積層したタンデム型薄膜太陽電池である。
透光性凹凸基板２上の透明電極層３の材料としては、例えば、ＳｎＯ2、ＺｎＯ、ＩＴＯ等が挙げられ、より好ましくはＺｎＯである。なぜなら、ＺｎＯは耐プラズマ性が高く、低圧熱ＣＶＤ法やスパッタ法といった低温での形成が可能なことから、低コストで高性能な薄膜太陽電池の製造が期待できるからである。
例えば、透明電極層に低圧熱ＣＶＤ法で形成されるＺｎＯを用いた場合、下地であるガラス基板の温度である基体温度が１５０℃以上、圧力５〜１０００Ｐａ、原料ガスとしてジエチル亜鉛（ＤＥＺともいう）、水、ドーピングガス、および希釈ガスで形成されうる。非晶質光電変換ユニット３は、一導電型層３１、真性非晶質光電変換層３２および逆導電型層３３が含まれる。非晶質光電変換ユニット３は、例えばｐｉｎ型の順にプラズマＣＶＤ法により各半導体層を積層して形成されうる。具体的には、例えば導電型決定不純物原子であるボロンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型非晶質シリコン系層、光電変換層となる真性非晶質シリコン系層、および導電型決定不純物原子であるリンが０．０１原子％以上ドープされたｎ型非晶質シリコン系層をこの順に堆積すればよい。
結晶質光電変換ユニット４には、一導電型層４１、結晶質真性光電変換層４２および逆導電型層４３が含まれる。結晶質光電変換ユニット４としては、太陽光の主波長域（４００〜１２００ｎｍ）に吸収を有するものが好ましく、例えば結晶質シリコン系薄膜を結晶質真性光電変換層とした結晶質シリコン系光電変換ユニット６としてもよい。また、「シリコン系」の材料には、シリコンに加え、シリコンカーバイドやシリコンゲルマニウムなど、シリコンを含むシリコン合金半導体材料も含まれうる。なお、変換効率の高い薄膜太陽電池を得るために、非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットの間に、中間透明反射層を形成してもよい。
裏面電極層５としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、ＰｔおよびＣｒから選ばれる少なくとも一つの材料を、少なくとも一層の金属薄膜としてスパッタ法または蒸着法により形成することができる。また、１以上の光電変換ユニットとの間に、ＩＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯ等の導電性酸化物層を裏面電極層５の一部として形成することもできる。この導電性酸化物層は、１以上の光電変換ユニットと裏面電極層５との間の密着性を高めるとともに、裏面電極層５の光反射率を高め、さらに、光電変換ユニットの化学変化を防止する機能を有する。
また、高電圧で高出力を生じ得る大面積の薄膜太陽電池を製造する場合、基板上に形成された薄膜光電変換装置の複数個を配線で直列接続するのではなく、歩留まりをよくするために大きな基板上に形成された薄膜光電変換ユニット層を複数のセルに分割し、それらのセルをパターニングによって直列接続して集積化するのが一般的であり、例えば図２のような集積構造とするのが好ましい。集積化には、レーザースクライブを用いるのが簡便でよい。なお、接続溝部の鉛直方向上のガラス基板の凹凸は縦259μm横259μmの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ未満のＳｑを備えるものである。
また、本発明に係る透光性凹凸基板は、例えばタッチパネル用基板や光検出器用基板など、薄膜太陽電池用以外のその他の用途にも適宜用いることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜７、比較例１、参考例１、２）
厚さ０．７ｍｍのホウ珪酸ガラス基板に９．４ｍｍ角の正方形の切抜きのあるマスクをし、マスクをしている面を＃１５００番、＃１０００番、＃６００番、＃４００番の砥粒でサンドブラスト処理し３％フッ化水素酸に３０分間浸漬エッチングしたサンプル実施例１（＃１５００番）、実施例２（＃１５００番）、実施例３（＃１０００番）、実施例４（＃１０００番）、実施例５（＃６００番）、実施例６（＃４００番）、実施例７（＃４００番）、＃１５０番、＃８０番の砥粒でサンドブラスト処理し、３％フッ化水素酸に１２０分間浸漬エッチングしたサンプル参考例１（＃１５０番）、参考例２（＃８０番）、ブラスト及びエッチングを行わなかったサンプル比較例１をそれぞれ用意した。なお、マスクはフッ化水素酸浸漬の後に取り外した。用意したサンプル実施例１〜７、参考例８、９の凹凸形状を縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡で観察したところディンプル状の凹凸が観察され、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のカットオフλｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝５０μｍにて計測されてなる凹凸の周期Rsmを測定した。測定した凹凸形状を表１に示す。なお、表１中の「‐」は測定していない。
続けてサンプル実施例１〜７、比較例１、参考例１，２のタンデム型薄膜太陽電池を作製した。すなわち、堆積温度１６０℃、原料ガスとしてジエチル亜鉛（ＤＥＺ）および水、ドーパントガスとしてジボランガスを用いて、それぞれのガラス基板のディンプル状凹凸形状のある面に低圧熱ＣＶＤ法で透明導電膜を製膜した。透明導電膜のシート抵抗は、１０〜１５Ω／□程度であった。続けて、厚さ１０ｎｍのｐ型微結晶シリコン層と厚さ１５ｎｍのｐ型非晶質シリコンカーバイト層との積層からなるｐ型層、厚さ３００ｎｍのｉ型非晶質シリコン光電変換層及び厚さ１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層を順次プラズマＣＶＤ法で積層して前方光電変換ユニットを形成した。さらに厚さ１５ｎｍのｐ型微結晶シリコン層、厚さ３．０μｍのｉ型結晶質シリコン光電変換層、および厚さ１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層を順次プラズマＣＶＤ法で積層して後方光電変換ユニットを形成した。続いて、厚さ３０ｎｍのＺｎＯ層を熱ＣＶＤ法で、厚さ９０ｎｍのＡｌドープＺｎＯ層と厚さ２００ｎｍのＡｇ層をスパッタ法にて順次堆積した。その後ディンプル状の凹凸のある９．４ｍｍ角の周辺を１０ｍｍ角にSHGレーザーで透明電極層まで貫通させ、さらに１０ｍｍ角の周辺を１５ｍｍ角にＳＨＧレーザーで透明電極層まで貫通させ、作製した１５ｍｍ角の溝に半田を流し込み、１ｃｍ角のセルを作製した。こうして得られたタンデム型薄膜太陽電池セルにＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2の光量で照射して出力特性を測定した。得られた出力特性結果（Ｊｓｃ）の比較例１に対するＪｓｃの上げ幅を表１に示す。表１より、最適な凹凸形状が明瞭となった。
なお、実施例３の断面を顕微鏡で撮影した画像を図２に示す。図２で見られる下部灰色の箇所はガラス断面、白色の箇所はデバイス（主に結晶質シリコン）、上部黒色の箇所は背景である。
図２に示すように、本発明における凹凸のオーダー（大きさ）は、例えばシリコン薄膜太陽電池のｐ層、ｎ層の厚みのオーダーに比べると、極端に大きいものである。本発明においては、極端に大きな凹凸の上に、ごく薄いｐ層あるいはｎ層を製膜した場合であっても、驚くべきことに、太陽電池セルとして、機能させることができる。このように凹凸のオーダーが異なるにも関わらず、太陽電池セルとして機能させることができることは、当業者には驚くべきことである。
（実施例８、比較例２）
本透光性凹凸基板を用いた薄膜太陽電池と、フラットな凹凸基板を用いた薄膜太陽電池とを比較した。
厚さ０．７ｍｍのホウ珪酸ガラス基板に９．４ｍｍ角の正方形の切抜きのあるマスクをし、マスクをしている面を＃１０００番の砥粒でサンドブラスト処理し３％フッ化水素酸に３０分間浸漬エッチングしたサンプル実施例８とサンドブラスト及びフッ化水素酸によるエッチングを実施しなかったホウ珪酸ガラス基板サンプル比較例２をそれぞれ用意した。用意したサンプル実施例１０と比較例１１の凹凸形状を縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡で観察したところディンプル状の凹凸が観察され、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のカットオフλｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝５０μｍにて計測されてなる凹凸の周期Ｒｓｍを測定した。測定した凹凸形状を表２に示す。
続けてサンプル実施例１０、比較例１１のタンデム型薄膜太陽電池を作製した。すなわち、堆積温度１６０℃、原料ガスとしてジエチル亜鉛（ＤＥＺ）および水、ドーパントガスとしてジボランガスを用いて、それぞれのガラス基板のディンプル状凹凸形状のある面に低圧熱ＣＶＤ法で透明導電膜を製膜した。透明導電膜のシート抵抗は、１０〜１５Ω／□程度であった。続けて、厚さ１０ｎｍのｐ型微結晶シリコン層と厚さ１５ｎｍのｐ型非晶質シリコンカーバイト層との積層からなるｐ型層、厚さ３００ｎｍのｉ型非晶質シリコン光電変換層及び厚さ１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層を順次プラズマＣＶＤ法で積層して前方光電変換ユニットを形成した。さらに厚さ１５ｎｍのｐ型微結晶シリコン層、厚さ３．０μｍのｉ型結晶質シリコン光電変換層、および厚さ１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層を順次プラズマＣＶＤ法で積層して後方光電変換ユニットを形成した。続いて、厚さ３０ｎｍのＺｎＯ層を熱ＣＶＤ法で、厚さ９０ｎｍのＡｌドープＺｎＯ層と厚さ２００ｎｍのＡｇ層をスパッタ法にて順次堆積した。その後ディンプル状の凹凸のある９．４ｍｍ角の周辺を１０ｍｍ角にSHGレーザーで透明電極層まで貫通させ、さらに１０ｍｍ角の周辺を１５ｍｍ角にＳＨＧレーザーで透明電極層まで貫通させ、作製した１５ｍｍ角の溝に半田を流し込み、１ｃｍ角のセルを作製した。こうして得られたタンデム型薄膜太陽電池セルにＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2の光量で照射して出力特性を測定した。得られた出力特性結果を表２に示す。本透光性凹凸基板による出力の向上が観察された。
（実施例９、比較例３）
実施例９として、図３に示されているような表面構造の薄膜太陽電池モジュール８．９ｍｍ×１００ｍｍ×１０段を作製した。すなわち、本実施例９においては、透光性凹凸ガラス基板１上に、透明電極層２、非晶質シリコン光電変換ユニット３、結晶質シリコン光電変換ユニット４、および裏面電極層５を順次形成することによってハイブリッド型薄膜太陽電池を作製し、レーザースクライブを利用して、ハイブリッド型薄膜太陽電池モジュールを作成した。なお、レーザースクライブは図４に示されるように実施し、スクライブ箇所は平滑である。
厚さ０．７ｍｍのホウ珪酸ガラス基板に９７ｍｍ×７．９ｍｍ角の切抜きが１０段あり、その間隔が１ｍｍのマスクをし、マスクをしている面を＃１０００番の砥粒でサンドブラスト処理し３％フッ化水素酸に３０分間浸漬エッチングした。
その後、堆積温度１６０℃、原料ガスとしてジエチル亜鉛（ＤＥＺ）、水の原料ガス、ドーパントガスとしてジボランガスを用いて、大小微粒子塗布ガラス基板に低圧熱ＣＶＤ法で透明電極層３を製膜した。透明電極層３のシート抵抗は、１０〜１８Ω／□程度であった。
得られた透明電極層は波長１０６４ｎｍのＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーを用いて、透明電極層２に分離溝１０１を形成し、その後に透明電極層のついた基板の洗浄と乾燥を行なった。
そのレーザー加工された透明電極層上に厚さ１０ｎｍのｐ型微結晶シリコン層と厚さ１５ｎｍのｐ型非晶質シリコンカーバイト層との積層からなるｐ型層、厚さ３００ｎｍのｉ型非晶質シリコン光電変換層及び厚さ１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層を順次プラズマＣＶＤ法で積層して前方光電変換ユニット３を形成した。さらに厚さ１５ｎｍのｐ型微結晶シリコン層、厚さ３．０μｍのｉ型結晶質シリコン光電変換層、および厚さ１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層を順次プラズマＣＶＤ法で積層して後方光電変換ユニット４を形成した。
その後、ＹＡＧレーザーの第二高調波（波長：５３２ｎｍ）を用いて、前方光電変換ユニット３、後方光電変換ユニット４を貫通する接続溝１０２を形成した。接続溝１０２の形成後においては、後方光電変換ユニット４上の裏面電極層５として、厚さ３０ｎｍのＺｎО層を熱ＣＶＤ装置で、厚さ６０ｎｍのＡｌドープＺｎＯ層と厚さ２００ｎｍのＡｇ層をスパッタ法にて順次堆積した。このとき、接続溝１０２は、その裏面電極層によって埋め込まれた。
最後に、ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いて、前方光電変換ユニット４、中間透過反射層、後方光電変換ユニット４、および裏面電極層５を貫通する分離溝１０３を形成した。こうして得られた実施例１２の薄膜光電変換モジュールにＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2の光量で照射して出力特性を測定した。
その結果、実施例９は比較例３に対して、Ｖｏｃ−０．７％、Ｊｓｃ３．１％、ＦＦ２．２％、Ｅｆｆ４．６％の向上が観察された。
１ ガラス基板
２ 透明電極層
３ 非晶質光電変換ユニット
３１ 一導電型層
３２ 真性光電変換層
３３ 逆導電型層
４ 結晶質光電変換ユニット
４１ 一導電型層
４２ 真性光電変換層
４３ 逆導電型層
５ 裏面電極層
６ 光電変換範囲
７ 凹凸範囲
８ スクライブ範囲
１０１ 分離溝
１０２ 接続溝
１０３ 分離溝

Claims (4)

  1. 第一の主面と第二の主面を備え、少なくとも前記第一の主面の一部にディンプル状の凹凸を備え、少なくとも前記第一の主面の一部に略平滑な領域を備える、薄膜太陽電池用透光性絶縁基板であって、
    前記ディンプル状の凹凸は、
    ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ以上4.0μｍ以下のSqを備え、
    かつ、
    ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のカットオフλｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝５０μｍにて計測されてなる凹凸の周期Ｒｓｍとして５μｍ以上３０μｍ以下のＲｓｍを備え、
    前記略平滑な領域は、
    ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ未満のＳｑを備える、
    薄膜太陽電池用透光性絶縁基板。
  2. 第一の主面と第二の主面を備え、少なくとも前記第一の主面の一部にディンプル状の凹凸を備え、少なくとも前記第一の主面の一部に略平滑な領域を備える、薄膜太陽電池用透光性絶縁基板であって、
    前記ディンプル状の凹凸は、
    縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ以上4.0μｍ以下のSqを備え、
    かつ、
    縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のカットオフλｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝５０μｍにて計測されてなる凹凸の周期Ｒｓｍとして５μｍ以上３０μｍ以下のＲｓｍを備え、
    前記略平滑な領域は、
    縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ未満のＳｑを備える、
    薄膜太陽電池用透光性絶縁基板。
  3. 請求項１または２に記載の前記薄膜太陽電池用透光性絶縁基板を備える集積型薄膜シリコン太陽電池であって、
    前記第一の主面上に、透明電極層、光電変換ユニット層、及び裏面電極層を備え、さらに、これらの層が複数の光電変換セルを形成するように複数の透明電極層分離溝及び複数の光電変換ユニット層分離溝及び複数の裏面電極層分離溝によって分離されており、かつ、それらの複数の光電変換セルが前記裏面電極層分離溝からなる接続溝を介して透明電極層と裏面電極層とが接することによって互いに電気的に直列に接続されており、かつ全ての分離溝が、第一の主面の前記略平滑な領域と重複することを特徴とする、
    集積型薄膜シリコン太陽電池。
  4. 請求項３に記載の集積型薄膜シリコン太陽電池であって、
    前記薄膜太陽電池用透光性絶縁基板の第二の主面の一部にディンプル状の凹凸を備え、少なくとも前記第二の主面の一部に略平滑な領域を備える、薄膜太陽電池用透光性絶縁基板を備え、
    前記ディンプル状の凹凸は、
    縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ以上4.0μｍ以下のSqを備え、
    かつ、
    縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のカットオフλｓ＝２．５μｍ及びλｃ＝５０μｍにて計測されてなる凹凸の周期Ｒｓｍとして５μｍ以上３０μｍ以下のＲｓｍを備え、
    前記略平滑な領域は、
    縦２５９μｍ横２５９μｍの領域でレーザー顕微鏡を用いて測定されてなるＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）のＲｑを２次元に拡張してなる二乗平均平方根粗さＳｑとして0.4μｍ未満のＳｑを備える、
    薄膜太陽電池用透光性絶縁基板を備え、
    かつ全ての分離溝が、第一の主面の前記略平滑な領域と重複し、
    かつ全ての分離溝が、第二の主面の前記略平滑な領域と重複することを特徴とする、
    集積型薄膜シリコン太陽電池。
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