JP4394153B2 - タンデム型薄膜光電変換装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は非晶質光電変換ユニット層と結晶質光電変換ユニット層との間で、部分的に光を反射しかつ透過する導電性の中間反射層を含むタンデム型薄膜光電変換装置の特性を改善するための製造方法に関するものである。

薄膜太陽電池は、一般に少なくとも表面が絶縁性の基板上に順に積層された第一電極、１以上の半導体薄膜光電変換ユニット、及び第二電極とを含んでいる。そして１つの光電変換ユニットはｐ型層とｎ型層でサンドイッチされたｉ型層を含んでいる。

光電変換ユニットの厚さの大部分は、実質的に真性の半導体層であるｉ型層によって占められ、光電変換作用は主としてこのｉ型層内で生じる。従って、光電変換層であるｉ型層の膜厚は光吸収のためには厚いほうが好ましいが、必要以上に厚くすればその堆積のためのコストと時間が増大することになる。

他方、ｐ型やｎ型の導電型層は光電変換ユニット内に拡散電位を生じさせる役目を果たし、この拡散電位の大きさによって薄膜太陽電池の重要な特性の１つである開放端電圧の値が左右される。しかし、これらの導電型層は光電変換には寄与しない不活性な層であり、導電型層にドープされた不純物によって吸収される光は発電に寄与せず損失となる。したがって、ｐ型とｎ型の導電型層の膜厚は、十分な拡散電位を生じさせる範囲内で可能な限り薄くすることが好ましい。

ところで、薄膜太陽電池の変換効率を向上させる方法として、２以上の光電変換ユニットを積層してタンデム型にする方法がある。この方法においては、薄膜太陽電池の光入射側に光電変換層のバンドギャップが大きい光電変換ユニットを配置し、その後ろに順に光電変換層のバンドギャップが小さい光電変換ユニットを配置することで、入射光の広い波長範囲にわたって光電変換を可能にし、これによって太陽電池全体としての変換効率の向上が図られる。このようなタンデム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の両方を含むものは、特にハイブリッド型薄膜太陽電池と称されることもある。

例えば、バンドギャップの広いｉ型非晶質シリコンを光電変換層に使用した非晶質シリコン光電変換ユニットと、バンドギャップの狭いｉ型結晶質シリコンを光電変換層に使用した結晶質シリコン光電変換ユニットからなるハイブリッド型薄膜太陽電池においては、ｉ型非晶質シリコンが光電変換し得る光の波長は長波長側において８００ｎｍ程度までであるが、ｉ型結晶質シリコンはそれより長い約１１００ｎｍ程度までの光を光電変換することが可能であるため、入射光のより広い範囲を有効に光電変換することが可能になる。

この場合、一般に非晶質光電変換ユニットは結晶質光電変換ユニットに比べて出力電流密度が小さく、ハイブリッド薄膜光電変換装置全体としての出力電流密度が非晶質光電変換ユニットによる小さな出力電流密度によって制限される傾向となる。この傾向は、非晶質光電変換ユニットの膜厚が小さくその光吸収が不十分な場合に顕著となる。

一方タンデム型薄膜太陽電池においては、積層された複数の光電変換ユニットの間に光透過性及び光反射性の双方の特性を有する導電性の中間反射層を挿入することがある。この中間反射層を設けた場合、タンデム型薄膜太陽電池の光入射側に位置する光電変換ユニットに入射した光は、一部が中間反射層で反射して光入射側に位置する光電変換ユニットに再入射するため、光入射側に位置する光電変換ユニットの実効的な膜厚が増加する。すなわち出力電流密度を増大させることができる。

本構造について図１を用いて説明する。中間反射層を有するタンデム型の薄膜光電変換装置１０１は、透明絶縁基板１１１上に透明電極層１１２、非晶質光電変換ユニット１１３、中間反射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１５、裏面金属電極層１１６から構成される。

非晶質光電変換ユニット１１３は、一般にｐ型の不純物がドープされたｐ型非晶質シリコン層１１３ｐと、不純物がドープされていない真性半導体からなる光電変換層としてのｉ型非晶質シリコン層１１３ｉと、ｎ型の不純物がドープされたｎ型シリコン層１１３ｎから構成される。

結晶質光電変換ユニット１１５は、一般にｐ型の不純物がドープされたｐ型シリコン層１１５ｐと、不純物がドープされていない真性半導体からなる光電変換層としてのｉ型結晶質シリコン層１１５ｉと、ｎ型の不純物がドープされたｎ型シリコン層１１５ｎから構成される。

透明電極層１１２には溝１１７が形成されており、溝１１７を介して非晶質光電変換ユニット１１３がガラス基板１１１に接続されている。非晶質光電変換ユニット１１３と中間反射層１１４に溝１１８が形成されている。溝１１８には結晶質光電変換ユニット１１５が充填されている。非晶質光電変換ユニット１１３、中間反射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１５に溝１１９が形成されている。溝１１９には裏面金属電極１１６が充填されている。非晶質光電変換ユニット１１３、中間反射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１５、裏面金属電極層１１６を分離するように溝１２０が形成されている。

一般的には、このような薄膜光電変換セル１０１が複数個接続されて、太陽電池が形成される。

上述のように、非晶質シリコン光電変換ユニット、及び結晶質シリコン光電変換ユニットからなるハイブリッド型のシリコン薄膜光電変換装置に対して中間反射層を挿入した場合、ｉ型非晶質シリコンの膜厚を増やすことなく非晶質シリコン光電変換ユニットによる出力電流密度を増大させることができる。もしくは同一の出力電流密度を得るために必要なｉ型非晶質シリコンの膜厚を薄くすることができるため、ｉ層膜厚の増加に応じて光劣化が顕著となる非晶質シリコン光電変換ユニットの特性低下を抑えることが可能となる。

しかしながら、このように透明絶縁基板側から順にｐｉｎの接合を含むｐｉｎ型非結晶質ユニットを形成し、引き続いて中間反射層を形成し、更に順にｐｉｎの接合を含むｐｉｎ型結晶質ユニットを形成した場合、中間反射層を形成した後に形成するｐ型層の結晶化度が不十分となり、さらに良質のｉ型結晶質シリコン層が得られなかったため、必ずしも期待した特性とはならなかった。

同様の構造については、特許文献１に記載されているが、これは、中間反射層上の光電変換層として単にｐｉｎ型もしくはｎｉｐ型非晶質光電変換ユニットを形成するものであり、中間反射層上のｐ型層、ｎ型層の結晶化度は低く、結晶質光電変換ユニットの導電型層としては適していない。

また特許文献２においても、透明導電膜上に多結晶光電変換ユニットを製膜しているが、本ユニットも単にｐｉｎもしくはｎｉｐ接合を有するものであり、同様にｐ型層、ｎ型層の結晶性は低いと考えられる。

特開２００１−３０８３５４ 特開平７−２６３７３１

上述のような状況に鑑み、本発明は、非晶質光電変換ユニット層と結晶質光電変換ユニット層との間に中間反射層を含むハイブリッド型薄膜光電変換装置において、中間反射層を形成した後にその上に形成する結晶質光電変換ユニットの膜質を改善し、出力特性を向上することを目的としている。

本発明は、光電変換ユニットの上に部分的に光を反射しかつ透過する導電性の中間反射層を有し、更にその上に結晶質シリコン系光電変換ユニットが形成された構成を有するタンデム型薄膜光電変換装置であって、中間反射層の上に形成された結晶質シリコン系光電変換ユニットが、順次堆積されたｎ型層、ｐ型層、結晶質ｉ型光電変換層、およびｎ型層を含んでいるタンデム型薄膜光電変換装置、および該タンデム型薄膜光電変換装置（セル）を、複数個接続した太陽電池の製造方法に関する。

本発明のタンデム型薄膜光電変換装置の製造方法は、中間反射層の上にプラズマＣＶＤにより結晶質ｎ型層を形成した後、ｐ型層、結晶質ｉ型光電変換層、およびｎ型層を順次形成することで結晶質シリコン系光電変換ユニットを形成することを特徴とする。

また、本発明の太陽電池の製造方法は、透明絶縁基板上に透明電極層を形成する工程、透明電極層を厚み方向に貫通する第１の溝を形成する工程、透明電極層上に非晶質シリコン系光電変換ユニットを形成する工程、非晶質シリコン系光電変換ユニット上に中間反射層を形成する工程、非晶質シリコン系光電変換ユニットおよび中間反射層を厚み方向に貫通する第２の溝を形成する工程、中間反射層の上にプラズマＣＶＤにより結晶質ｎ型層を形成した後、ｐ型層、結晶質ｉ型光電変換層、およびｎ型層を順次形成することにより結晶質シリコン系光電変換ユニットを形成する工程、非晶質シリコン系光電変換ユニット、中間反射層、および結晶質光電変換ユニットを厚み方向に貫通する第３の溝を形成する工程、結晶質シリコン系光電変換ユニット上に裏面金属電極層を形成する工程、非晶質シリコン系光電変換ユニット、中間反射層、結晶質光電変換ユニット、裏面金属電極層を厚み方向に貫通する第４の溝を形成する工程を順次有する。第１ないし第４の溝を形成することによって、各層をタンデム型薄膜光電変換セルに分離し、かつ分離されたセルを電気的に直列に接続される。

上記製造方法によって得られる光電変換ユニットあるいは太陽電池によれば、中間反射層とその上に形成される結晶質シリコン系光電変換ユニットのｐ型層の間にｎ型層が形成されていることにより、ｐ型層、更にその上に形成される結晶質ｉ型光電変換層の膜質を改善することが可能となり、出力特性を向上することができることとなる。

中間反射層については、酸化亜鉛をその成分とすることが好ましく、更に膜厚は３〜１００ｎｍであることが好ましい。また、その形成法として、原材料は気相状態で製膜室に導入し、かつ非晶質光電変換ユニット、中間反射層は大気中に取り出すことなく連続して形成することが好ましい。

本発明によれば、非晶質光電変換ユニット層と結晶質光電変換ユニット層の間に中間反射層を含むタンデム型薄膜光電変換装置の出力特性を改善することができる。

以下、本発明の実施形態にかかるタンデム型薄膜光電変換装置について、図２を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明にかかる一つの実施の例により得られるタンデム型の薄膜光電変換装置２０１は、透明絶縁基板２１１上に透明電極層２１２、非晶質光電変換ユニット２１３、中間反射層２１４、結晶質光電変換ユニット２１５、裏面金属電極層２１６を形成して構成される。

透明絶縁基板２１１としては、例えばガラス基板が好ましく用いられる。また透明電極層２１２は透明導電性酸化物で形成することが好ましい。

非晶質光電変換ユニット２１３は、ｐ型の不純物がドープされたｐ型シリコン層２１３ｐと、不純物がドープされていない真性半導体からなる光電変換層としてのｉ型非晶質シリコン層２１３ｉと、ｎ型の不純物がドープされたｎ型シリコン層２１３ｎから構成される。ｉ型非晶質シリコン層２１３ｉの厚さは０．０１〜０．０５μｍの範囲であることが好ましい。なお、本発明における非晶質光電変換ユニット２１３は中間反射層２１４により部分的に反射された光を吸収することができるため、中間反射層２１４が存在しない時に比べて薄くすることが出来る。このことは、非晶質光電変換ユニット２１３の光劣化を低減する点においても好ましい。

中間反射層２１４は、ＺｎＯ膜、ＳｉＯ₂膜、ＩｎＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜、Ｙ₂Ｏ₃膜およびＴｉＯ₂膜のような透明酸化物層で構成することができ、特にＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物層で構成されていることが好ましい。通常これらの膜は多結晶体として製膜される。中間反射層２１４は、スパッタリング法、蒸着法、ＥＢ法、ＣＶＤ法等に代表される既知の各種方法で形成することが可能であるが、特にＭＯＣＶＤ法のような原材料として気相を用いる方法が好ましく、更に非晶質光電変換ユニット形成後連続して大気中に取り出すことなく形成することが望ましい。これは、蒸着法やＥＢ法では膜厚や膜質の均一性を確保しつつ、装置をスケールアップすることが困難であり、基板の大面積化には不向きであること、スパッタリング法では基板の大面積化は比較的容易であるが、製膜時に印加する数百Ｖ〜数ｋＶという高い電圧により、下地層へダメージが生じ太陽電池の特性を低下させる恐れがあるからである。また非晶質ユニットの表面が大気にさらされると、表面の汚染などにより接合界面の状態に悪影響を及ぼすからである。中間反射層２１４の厚さは３〜１００ｎｍの範囲にあることが好ましい。これは、中間反射層２１４が過剰に薄い場合には十分な光反射性が得られず、過剰に厚い場合には十分な光透過性が得られないことがあるからである。

多結晶光電変換ユニット２１５は、ｎ型の不純物がドープされたｎ型シリコン層２１５ｎ１とｐ型の不純物がドープされたｐ型シリコン層２１５ｐと、不純物がドープされていない真性半導体からなる光電変換層としてのｉ型結晶質シリコン層２１５ｉと、ｎ型の不純物がドープされたｎ型シリコン層２１５ｎ２から構成される。ｉ型結晶質シリコン層２１５ｉのその厚さ範囲は０．１〜１０μｍの範囲内にあることが好ましく、０．１〜５μｍの範囲内にあることがより好ましい。

本発明のタンデム型薄膜光電変換装置の製造方法では、中間反射層２１４の上に直接ｐ型シリコン層２１５ｐを形成するのではなく、先ずｎ型の不純物がドープされたｎ型シリコン層２１５ｎ１を形成した後に、ｐ型シリコン層２１５ｐ、ｉ型結晶質シリコン層２１５ｉ、ｎ型シリコン層２１５ｎ２と形成することで、出力特性の向上を可能とする。これは、中間反射層２１４の上にｐ型層を形成する場合には、ｐ型層の結晶化度が低くなり、ｐ型層上に高性能のｉ型結晶質光電変換層を形成することが困難であったのに対し、先ずｎ型シリコン層を形成することで、ｐ型層、更にその上のｉ型結晶質シリコン層２１５ｎの結晶化度の低下が防がれた為であると推察される。ここで、ｐ型シリコン層２１５ｐの結晶化率は、ｎ型シリコン層２１５ｎ１の結晶化率に比較し、実質同等か、これよりも大きいことが好ましい。ここで、実質同等とは、結晶化率が同一か、他方に比べプラスマイナス１０％の範囲内にあることを意味する。

また、ここで言う結晶化率は、以下の分光エリプソメトリによって測定される値である。分光エリプソメトリでは反射光をｓ成分、p成分に分けた時それぞれフレネル反射係数Ｒｓ，Ｒｐの比率ρは次の式で表すことができる。
ρ＝Ｒｐ/Ｒｓ＝ｔａｎ（Ψ）ｅｘｐ（ｉΔ） (ｉは虚数単位)
ｐ型シリコン層１１５ｐまで積層した状態で、このｐ型シリコン層に波長範囲が２５０〜１１００ｎｍの光を入射角５５〜７０°で入射し反射させることにより、波長とΨの関係を示す曲線と波長とΔの関係を示す曲線を得る（実測曲線）。また、本半導体層のシリコン膜の組成について結晶シリコンと非晶質シリコンとボイドの３要素からなるモデルを仮定し、それぞれの体積分率、膜厚、屈折率を設定して、上記の２曲線をシミュレートする（シミュレ−ション曲線）。上記の実測曲線とシミュレ−ション曲線を誤差率１０％以内で分散分析することで比較し、結晶シリコンの体積分率を計算し結晶化率とする。

ここで、本願のｎ型シリコン２１５ｎ１としては、例えば導電型決定不純物分子であるリンが０．００１原子％以上ドープされたシリコン薄膜などが用いられ得る。しかしこれらの条件は限定的なものではなく、不純物としては窒素などでもよく、材料としてはシリコンゲルマニウムなどのシリコン系合金材料の膜を用いても良い。さらにｎ型シリコン２１５ｎ１は、多結晶、微結晶、または、非晶質のいずれでも良く、膜厚は２ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが好ましく、更に、５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であることがより好ましい。

裏面金属電極層２１６は良好な導電性と光反射性を有していることが好ましく、例えばＡｇやＡｌのような種々の金属が用いられる。また、必要に応じて、裏面金属電極層２１６は、複数種類の金属層の積層体またはＺｎＯ層のような非金属材料からなる透明導電性膜（図示せず）を含む積層体として形成してもよい。

透明電極層２１２には第１の溝２１７が形成され、溝２１７を介して非晶質光電変換ユニット２１３がガラス基板２１１に接続される。非晶質光電変換ユニット２１３と中間反射層２１４に第２の溝２１８が形成される。溝２１８には結晶質光電変換ユニット１１５が充填される。非晶質光電変換ユニット２１３、中間反射層２１４、結晶質光電変換ユニット２１５に第３の溝２１９が形成される。溝２１９には裏面金属電極層２１６が充填される。非晶質光電変換ユニット２１３、中間反射層２１４、結晶質光電変換ユニット２１５、裏面金属電極層２１６を分離するように第４の溝２２０が形成される。但し、セルを分離する方法としては、各種方法を適用することが可能である。このような薄膜光電変換セル２０１を、複数個接続して、太陽電池を形成することが可能である。

上述のような実施の形態の具体的な例として、以下において、いくつかの実施例が比較例と共に説明される。

（比較例１）比較例１として、図１および図３に示されるようなハイブリッド型薄膜太陽電池を作製した。まず９１０ｍｍ×４５５ｍｍのガラス基板１１１上に、ＳｎＯ₂からなる表面に微細な凹凸構造を有する透明電極層１１２が熱ＣＶＤ法により形成された。次にＹＡＧＩＲパルスレーザーを用いて基板の短辺に平行にレーザースキャンすることによりＳｎＯ₂膜１１２を複数の帯状パタ−ンへと分割する幅４０μｍの溝１１７を形成した。その後、超音波洗浄および乾燥を行い、さらにガラス基板１１１を非晶質光電変換ユニットを形成するためのプラズマＣＶＤ装置内に導入し、所定の温度に加熱した。

そして非晶質光電変換ユニット１１３として、厚さ１５ｎｍのｐ型非晶質シリコンカーバイド層１１３ｐ、厚さ３３０ｎｍのノンドープｉ型非晶質シリコン光電変換層３ｉ、及び厚さ１５ｎｍのｎ型シリコン層１１３ｎからなる非晶質シリコン光電変換ユニットを順次積層した。

プラズマＣＶＤ装置から非晶質光電変換ユニット１１３を形成した基板を中間反射層１１４を形成するために、引き続き大気中に取り出すことなくＭＯＣＶＤ装置内に導入し、所定の温度に加熱した上で厚さ５０ｎｍの酸化亜鉛膜をジエチルジンク、水、ジボランを用いた気相反応により堆積した。

引き続いてＭＯＣＶＤ装置から大気中に取り出した基板を、ＹＡＧ ＳＨＧパルスレーザーを用いて基板の短辺に平行な方向にレーザースキャンすることにより、これら非晶質光電変換ユニット１１３および中間反射層１１４のスクライブを行い、幅６０μｍの溝１１８を形成した。なお溝１１７と溝１１８との中心間距離は１００μｍとした。

次に結晶質光電変換ユニット１１５を形成するために、基板をプラズマＣＶＤ装置内に導入し、所定の温度に加熱した上で、厚さ１２ｎｍのｐ型シリコン層１１５ｐ、厚さ２．５μｍのｉ型結晶質シリコン光電変換層１１５ｉ、及び厚さ１５ｎｍのｎ型シリコン層１１５ｎを順次積層し、結晶質シリコン光電変換ユニット１１５を形成した。その際に、ｐ型シリコン層１１５ｐのプラズマＣＶＤ条件において、反応ガス流量として、シランが６０ｓｃｃｍ、水素が１００００ｓｃｃｍ、そして１０００ｐｐｍに水素希釈されたジボランが６０ｓｃｃｍに設定された。また、反応ガス圧は１３３Ｐａに設定され、プラズマ励起用高周波電力が１５０ｍＷ／ｃｍ²の密度で印加した。

続いて、ＹＡＧ ＳＨＧパルスレーザーを用いて基板の短辺に平行な方向にレーザースキャンすることにより、非晶質光電変換ユニット１１３、中間反射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１５のスクライブを行い、幅６０μｍの溝１１９を形成した。なお、溝１１９と溝１１８との中心間距離は１００μｍとした。

その後、裏面金属電極１１６としてスパッタリング法により、ＺｎＯ膜（図示せず）およびＡｇ膜を順次製膜し、裏面金属電極１１６を形成した。次いで、ＹＡＧＳＨＧパルスレーザーを用いて基板の短辺に平行な方向に非晶質光電変換ユニット１１３、中間反射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１５、裏面金属電極１１６のスクライブを行い、幅６０μｍの溝１２０を形成した。なお、溝１２０と溝１１９との中心間距離は１００μｍとした。

続いてＹＡＧ ＩＲパルスレーザーを用いて基板１の周囲に沿ってレーザースキャンすることにより、透明電極層１１２、非晶質光電変換ユニット１１３、中間反射層１１４、結晶質光電変換ユニット１１５、裏面金属電極１１６に溝を形成して発電領域を確定した。

以上のようにして９００ｍｍ×４４５ｍｍのサイズを有しかつ基板の短辺に平行に直列接続された１００段の薄膜光電変換セル１０を形成した。さらに、セル１０が形成する直列アレイ１１の両端に一対の電極バスバー１２を設けることにより、図３に示すモジュール１を得た。

なお、比較例１におけるｐ型シリコン層１１５ｐの結晶化率を推測すべく、分光エリプソメトリによって評価したところ、結晶化率は７０％であった。

以上のようにして得られた比較例１のハイブリッド型薄膜太陽電池について、その光電変換特性を測定した。すなわちＡＭ１．５のスペクトル分布を有するソーラシミュレータを用いて、擬似太陽光を２５℃の下で１００ｍＷ／ｃｍ²のエネルギー密度で照射して出力特性を測定したところ、一段あたりの特性として、開放端電圧が１．３３Ｖ、短絡電流密度が１２．３ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が６８．０％、そして変換効率が１１．１２％であった。

（実施例１）実施例１において、図２に示されているようなハイブリッド型薄膜太陽電池を作製した。ただし、結晶質光電変換ユニット２１５において、ｐ型シリコン層２１５ｐの下地層としてｎ型シリコン層２１５ｎ１が挿入されていることのみにおいて比較例と異なっていた。

その際、ｎ型シリコン層２１５ｎ１のプラズマＣＶＤ条件において、反応ガス流量として、シランが１００ｓｃｃｍ、水素が９６００ｓｃｃｍ、そして５０００ｐｐｍに水素希釈されたホスフィンが４００ｓｃｃｍに設定された。また、反応ガス圧は１３３Ｐａに設定され、プラズマ励起用高周波電力が１５０ｍＷ／ｃｍ²の密度で印加された。

なお、実施例１におけるｎ型シリコン層２１５ｎ１とｐ型シリコン層２１５ｐの結晶化率を推測すべく、分光エリプソメトリによって評価したところ、それぞれ７２％であった。

こうして得られた実施例１のハイブリッド型薄膜太陽電池に関して、比較例１の場合と同一条件で擬似太陽光を照射して出力特性を測定したところ、一段あたりの特性として、開放端電圧が１．３３Ｖ、短絡電流密度が１２．４ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が６９％、そして変換効率が１１．３７％であった。

以上の比較例１と実施例１の比較から、実施例１のハイブリッド型薄膜太陽電池は比較例１に比べて明らかに出力特性が改善していることがわかる。この理由としては、以下のことが考えられる。

一般にｎ型結晶質シリコン層に比べてｐ型シリコン層は結晶化しにくく、特に比較例１のように大気中に一旦暴露されたＺｎＯ層上では、不純物等の付着により結晶化が困難であると考えられる。これに対して実施例１では、下地層として結晶化しやすいｎ型シリコン層が存在するため、ｎ型シリコン層を結晶核とすることによりｐ型シリコン層の結晶化度も向上したと考えられる。そして実施例１では結晶化度の向上したｐ型シリコン層２１５ｐを下地層としてその上に良質のｉ型結晶質シリコン層２１５ｉが形成され、ハイブリッド型薄膜太陽電池の性能が改善されたものと考えられる。

（実施例２）実施例２においても、実施例１と同様に図２に示されている構造のハイブリッド型薄膜太陽電池を作製した。ただし、実施例２は、ｐ型シリコン層２１５ｐを形成する際のＣＶＤ条件のみが実施例１と異なる。具体的には、ｐ型シリコン層２１５ｐのプラズマＣＶＤ条件において、反応ガス流量として、シランを５０ｓｃｃｍ、水素を１００００ｓｃｃｍ、そして１０００ｐｐｍに水素希釈されたジボランを１００ｓｃｃｍに設定した。また、反応ガス圧は３５０Ｐａに設定し、プラズマ励起用高周波電力を１５０ｍＷ／ｃｍ²の密度で印加したなお、実施例２におけるｎ型シリコン層２１５ｎ１とｐ型シリコン層２１５ｐの結晶化率を推測すべく、分光エリプソメトリによって評価したところ、それぞれ７２％と７５％であった。

以上のようにして形成した実施例２のハイブリッド型薄膜太陽電池を比較例１と同一の条件下で出力特性を測定したところ、開放端電圧が１．３５Ｖ、短絡電流密度が１２．４ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が７０．０％、そして変換効率が１１．７１％となり、比較例１はもとより実施例１と比較しても更なる性能改善がみられた。

この原因についてはさだかではないが、ｐ型シリコンの製膜条件において、シランに対する水素希釈率および反応ガス圧を高めることにより結晶化度が向上し、さらに良質のｉ型結晶質シリコン層２１５ｉが形成され、ハイブリッド型薄膜太陽電池の性能が改善されたものと考えられる。

以上のように、本発明の製造方法によれば、非晶質光電変換ユニット層と結晶質光電変換ユニット層の間に中間反射層を含むタンデム型薄膜光電変換装置の出力特性を改善することができる。

本発明の比較例によるタンデム型薄膜光電変換装置の積層構造を示す模式的な断面図である。 本発明の実施例によるタンデム型薄膜光電変換装置の積層構造を示す模式的な断面図である。 本発明の実施例によるタンデム型薄膜光電変換装置の概略的な平面図である。

符号の説明

１ 薄膜光電変換モジュ−ル
１０ 薄膜光電変換セル
１１ 直列アレイ
１２ 電極バスバー
１０１ 薄膜光電変換セル
１１１ 透明絶縁基板
１１２ 透明絶縁層
１１３ 非晶質光電変換ユニット
１１３ｐ ｐ型シリコン層
１１３ｉ ｉ型非晶質シリコン層
１１３ｎ ｎ型シリコン層
１１４ 中間反射層
１１５ 結晶質光電変換ユニット
１１５ｐ ｐ型シリコン層
１１５ｉ ｉ型結晶質シリコン層
１１５ｎ ｎ型シリコン層
１１６ 裏面金属電極層
１１７ 溝
１１８ 溝
１１９ 溝
１２０ 溝
２０１ 薄膜光電変換セル
２１１ 透明絶縁基板
２１２ 透明絶縁層
２１３ 非晶質光電変換ユニット
２１３ｐ ｐ型シリコン層
２１３ｉ ｉ型非晶質シリコン層
２１３ｎ ｎ型シリコン層
２１４ 中間反射層
２１５ 結晶質光電変換ユニット
２１５ｎ１ ｎ型シリコン層
２１５ｐ ｐ型シリコン層
２１５ｉ ｉ型結晶質シリコン層
２１５ｎ２ ｎ型シリコン層
２１６ 裏面金属電極層
２１７ 溝
２１８ 溝
２１９ 溝
２２０ 溝

Claims (2)

1. 透明絶縁基板上に順次積層された透明電極層、少なくとも１つの非晶質シリコン系光電変換ユニット、部分的に光を反射しかつ透過する導電性の中間反射層、少なくとも１つの結晶質シリコン系光電変換ユニット、および裏面金属電極層を有するタンデム型薄膜光電変換装置の製造方法であって、
   前記中間反射層の上にプラズマＣＶＤにより結晶質ｎ型層を形成した後、ｐ型層、結晶質ｉ型光電変換層、およびｎ型層を順次形成することで結晶質シリコン系光電変換ユニットを形成することを特徴とするタンデム型薄膜光電変換装置の製造方法。
2. 透明絶縁基板上に順次積層された透明電極層、少なくとも１つの非晶質シリコン系光電変換ユニット、部分的に光を反射しかつ透過する導電性の中間反射層、少なくとも１つの結晶質シリコン系光電変換ユニット、および裏面金属電極層を有するタンデム型薄膜光電変換セルを、複数個接続した太陽電池の製造方法であって、
   前記透明絶縁基板上に透明電極層を形成する工程、
   前記透明電極層を厚み方向に貫通する第１の溝を形成する工程、
   前記透明電極層上に非晶質シリコン系光電変換ユニットを形成する工程、
   前記非晶質シリコン系光電変換ユニット上に中間反射層を形成する工程、
   前記非晶質シリコン系光電変換ユニットおよび中間反射層を厚み方向に貫通する第２の溝を形成する工程、
   前記中間反射層の上にプラズマＣＶＤにより結晶質ｎ型層を形成した後、ｐ型層、結晶質ｉ型光電変換層、およびｎ型層を順次形成することにより結晶質シリコン系光電変換ユニットを形成する工程、
   前記非晶質シリコン系光電変換ユニット、中間反射層、および結晶質光電変換ユニットを厚み方向に貫通する第３の溝を形成する工程、
   結晶質シリコン系光電変換ユニット上に裏面金属電極層を形成する工程、
   前記非晶質シリコン系光電変換ユニット、中間反射層、結晶質光電変換ユニット、裏面金属電極層を厚み方向に貫通する第４の溝を形成する工程
   を順次有し、
   前記第１ないし第４の溝によって、各層をタンデム型薄膜光電変換セルに分離し、かつ分離されたセルを電気的に直列に接続することを特徴とする太陽電池の製造方法。

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