JP4568254B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、光起電力素子と、光起電力素子の光入射側に配置された表面保護材と、光起電力素子の光入射側と反対の裏面側に配置された裏面保護材とを備える太陽電池モジュールに関する。
従来、酸化インジウム層からなる透明導電膜を有する光起電力素子が知られている。このような酸化インジウム層として、不純物としてＳｎＯ2を添加したＩｎ2Ｏ3であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）は、導電率が高いことや加工性が良いという点から、広く用いられている。
このＩＴＯを透明導電膜として用いる場合に、低抵抗と低光吸収を両立させるために、表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を２．０ｎｍ以下と小さくすることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
又、不純物としてＷを添加した酸化インジウム層を用いることで、ＩＴＯ以上の低抵抗と低光吸収とを両立できる技術についても開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００５−１７５１６０号公報 特開平７−２７８７９１号公報
上述したように、酸化インジウム層について、低抵抗及び高光透過率を実現するための取り組みは、非常に多く行われてきた。
一方、光起電力素子が太陽電池モジュールに組み込まれる場合、長期間外気に晒される可能性が高い。しかしながら、このような状態における、耐湿性などの耐候性についての検討はほとんど行われていない。特に、光起電力素子の裏面側に配置される裏面保護材としてフィルムを用いた場合、フィルムの劣化などによる水分の侵入が考えられ、耐湿性に優れた光起電力素子の開発が望まれている。
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、耐候性に優れた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明の特徴は、光起電力素子と、該光起電力素子の光入射側に配置された表面保護材と、該光起電力素子の光入射側と反対の裏面側に配置された樹脂フィルムからなる裏面保護材とを備える太陽電池モジュールであって、光起電力素子は、裏面保護材に対向する第１の表面に設けられた第１の透明導電膜と、表面保護材に対向する第２の表面に設けられた第２の透明導電膜とを備え、第１の透明導電膜及び第２の透明導電膜を、タングステンを添加した酸化インジウムとし、第１の透明導電膜表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を、第２の透明導電膜表面の算術平均粗さよりも大きく、０．５ｎｍ以上、１．０ｎｍ以下とすると共に、第２の透明導電膜表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を、０．５ｎｍ以下としたこと太陽電池モジュールであることを要旨とする。
本発明の特徴に係る太陽電池モジュールによると、光起電力素子の裏面保護部材側に設けられる第１の透明導電膜の算術平均粗さを表面保護部材側に設けられる第２の透明導電膜の算術平均粗さよりも大きくしているので、第１の透明導電膜側の耐候性を第２の透明導電膜側の耐候性よりも向上させることができる。このため、裏面保護部材を透過して太陽電池モジュール内に侵入する水分が光起電力素子の特性に与える影響を小さくすることができる。又、表面保護部材側に設けられる第２の透明導電膜の算術平均粗さを裏面保護部材側に設けられる第１の透明導電膜の算術平均粗さよりも小さくすることができるので、第１の透明導電膜の光透過性及び導電率を第２の透明導電膜の光透過性及び導電率よりも向上させることができる。このため、表面保護部材側を透過して太陽電池モジュール内に侵入する光を効率的に光起電力素子内に取り込むことができるとともに、光起電力素子内で発生した光生成キャリアを第２の透明導電膜を介して外部に取り出す際の抵抗ロスを小さくすることができる。これらのことから、高出力でかつ耐候性に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。
この太陽電池モジュールによると、耐候性に優れるという効果を奏する。
この太陽電池モジュールによると、第１の透明導電膜がタングステンを添加した酸化インジウムであるため、算術平均粗さ（Ｒａ）を小さくすることができ、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０ｎｍ以下であるため、耐候性に加え、導電率及び光透過性を向上させることができる。
この太陽電池モジュールによると、第２の透明導電膜がタングステンを添加した酸化インジウムであるため、算術平均粗さ（Ｒａ）を小さくすることができ、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５ｎｍ以下であるため、導電率及び光透過性を更に向上させることができる。
又、本発明の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、光起電力素子は、一導電型の結晶系半導体層と、結晶系半導体層上に形成された実質的に真性の非晶質半導体層及び他導電型の非晶質半導体層、結晶系半導体層の他面上に積層された実質的に真性の非晶質半導体層及び一導電型の非晶質半導体層とを更に備え、第１の透明導電膜は、他導電型及び一導電型の非晶質半導体層のうちいずれか一方の非晶質半導体層上に形成されることが好ましい。ここで、「非晶質半導体層」とは、非晶質のみならず、層中に微小な結晶粒を有するもの、例えば、微結晶半導体も含む概念である。
この太陽電池モジュールによると、結晶系半導体層と第１の透明導電膜との間に非晶質半導体層が存在するので、第１の透明導電膜は、結晶系半導体層の配向性の影響を受けることなく形成される。従って、第１の透明導電膜の算術平均粗さ（Ｒａ）が最適に制御され、導電性及び光透過性に優れた第１の透明導電膜を容易に得ることができる。
本発明によると、耐候性に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。
次に、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（太陽電池モジュール）
本実施形態に係る太陽電池モジュール１１は、図１に示すように、複数の光起電力素子１を備える。又、光起電力素子１の光入射側には、表面保護材１４が配置され、光起電力素子１の光入射側と反対の裏面側には、裏面保護材１５が配置される。
複数の光起電力素子１の各々は、互いに隣接する他の光起電力素子１と偏平形状の銅箔からなるタブ１２を介して、電気的に直列に接続される。又、タブ１２の一方端側は、所定の光起電力素子１の上面側の電極６（図２参照）に接続されるとともに、他方端側は、その所定の光起電力素子１に隣接する別の光起電力素子１の下面側の電極１０（図２参照）に接続される。又、タブ１２によって接続された複数の光起電力素子１は、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ）からなる充填材１３によって覆われている。
表面保護材１４は、充填材１３の上面上に配置され、ガラス基板或いはプラスチック板等の光透過性の部材から構成される。
又、裏面保護材１５は、充填材１３の下面上に配置され、樹脂フィルム或いは樹脂フィルムと金属箔の積層体、例えば、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）／アルミニウム箔／ＰＥＴの３層構造によって構成される。
（光起電力素子）
次に、本実施形態に係る光起電力素子の構成について、図２〜４を用いて説明する。尚、図２に示す光起電力素子は、図１に示す光起電力素子１と同じ向きで図示されており、図１の上面側が光入射側となる。又、本実施形態では、ＨＩＴ（Heterojunction with Intrinsic Thin-layer）構造を有する光起電力素子を例に挙げ、説明する。
本実施形態に係る光起電力素子１は、図２に示すように、約１Ω・ｃｍの抵抗率と約２００μｍの厚みとを有するｎ型単結晶シリコン基板２を備える。尚、このｎ型単結晶シリコン基板２は、本発明の「結晶系半導体層」の一例である。又、ｎ型単結晶シリコン基板２の表面には、図３に示すように、数μｍ〜数十μｍの高さＨを有するピラミッド状凹凸が形成されている。
このｎ型単結晶シリコン基板２の上面上には、約５ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層３が形成されている。尚、このｉ型非晶質シリコン層３は、本発明の「真性の非晶質半導体層」の一例である。
又、ｉ型非晶質シリコン層３上には、約５ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層４が形成されている。
又、ｐ型非晶質シリコン層４上には、約１００ｎｍの厚みを有する酸化インジウム層５が形成されている。尚、この酸化インジウム層５は、本発明の「第２の透明導電膜」の一例である。
又、酸化インジウム層５は、タングステンを添加した酸化インジウムからなり、図４に示すように、凹凸を表面に有している。この凹凸により、酸化インジウム層５の表面は、約０．５ｎｍ以下の算術平均粗さ（Ｒａ）を有している。尚、この算術平均粗さ（Ｒａ）は、日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）により規定されている。
又、酸化インジウム層５の上面上の所定領域には、くし状の電極６が形成されている。電極６は、銀（Ａｇ）と樹脂バインダとによって構成されている。又、電極６を構成する樹脂バインダは、エポキシ樹脂を含むとともに、樹脂バインダ中のエポキシ樹脂の含有率は、約６０質量％以上約１００質量％以下である。
又、ｎ型単結晶シリコン基板２の下面上には、約５ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層７が形成されている。尚、このｉ型非晶質シリコン層７は、本発明の「非単結晶半導体層」の一例である。
又、ｉ型非晶質シリコン層７上には、約５ｎｍの厚みを有するｎ型非晶質シリコン層８が形成されている。このようにｎ型単結晶シリコン基板２の下面上に、ｉ型非晶質シリコン層７およびｎ型非晶質シリコン層８が順番に形成されることにより、いわゆるＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）構造が形成されている。
又、ｎ型非晶質シリコン層８上には、約１００ｎｍの厚みを有する酸化インジウム層９が形成されている。尚、この酸化インジウム層９は、本発明の「第１の透明導電膜」の一例である。又、酸化インジウム層９は、タングステンを添加した酸化インジウムからなり、図４に示すように、凹凸を表面に有している。この凹凸により、酸化インジウム層９の表面は、約０．５ｎｍ以上約１．０ｎｍ以下の算術平均粗さ（Ｒａ）を有している。
又、酸化インジウム層９上の所定領域には、くし状の電極１０が形成されている。この電極１０も、導電性ペーストによって形成されている。
又、ｎ型単結晶シリコン基板２の下面上に形成されたｉ型非晶質シリコン層７、ｎ型非晶質シリコン層８、酸化インジウム層９及び電極１０の上記以外の構成は、それぞれ、ｎ型単結晶シリコン基板２の上面上に形成されたｉ型非晶質シリコン層３、ｐ型非晶質シリコン層４、酸化インジウム層５及び電極６の構成と同様である。
又、本実施形態において、裏面側の酸化インジウム層９の表面の算術平均粗さは、表面側の酸化インジウム層５の表面の算術平均粗さよりも大きい。
（作用及び効果）
本実施形態に係る太陽電池モジュール１１は、裏面保護部材に対向する表面に設けられた酸化インジウム層９と、表面保護部材に対向する表面に設けられた酸化インジウム層５とを備え、裏面側の酸化インジウム層９の算術平均粗さ（Ｒａ）は、表面側の酸化インジウム層５の算術平均粗さ（Ｒａ）より大きい。
従来の光起電力素子にあっては、高い光透過性と低い抵抗という２つの特性を両立させるために、小さい算術平均粗さ（Ｒａ）を有する透明導電膜が検討されていた。これに対し、本実施形態に係る太陽電池モジュールにあっては、敢えて算術平均粗さ（Ｒａ）が大きい酸化インジウム層９を裏面側に備えた光起電力素子を用いている。そして、このように、裏面側に算術平均粗さ（Ｒａ）が大きい酸化インジウム層９を用いることにより、裏面側部材を透過して太陽電池モジュール内に侵入する水分が、裏面側の酸化インジウム層９と、この酸化インジウム層９上に形成された電極１０との間の接触界面に浸透して両者の間の密着性を低下させる等の、光起電力素子に与える悪影響を低減することができるので、耐候性に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。
又、表面側の酸化インジウム層５の算術平均粗さは、従来通り小さくすることができるので、高い光透過性及び低い抵抗という２つの特性を両立することができる。従って、光起電力素子１に光を効率的に透過させることができるとともに、光起電力素子１内で生成された光生成キャリアを外部に取り出す際の抵抗ロスを低減することができるので、出力特性の優れた太陽電池モジュールを提供することができる。
又、裏面側の酸化インジウム層９の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．５ｎｍ〜１．０ｎｍとすると、耐候性に加え、低抵抗及び高光透過率を両立させることができる。同様に、光入射側の酸化インジウム層５の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．５ｎｍ以下とすると、導電率及び光透過性を更に向上させることができる。
又、裏面側の酸化インジウム層９は、水に溶けにくい酸化インジウムを主成分とすることにより、耐候性を更に向上させることができる。
又、裏面側の酸化インジウム層９及び表面側の酸化インジウム層５は、タングステンを添加した酸化インジウムを主成分とすることにより、その表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を小さくすることができる。
又、本実施形態に係る太陽電池モジュール１１は、ｎ型単結晶シリコン基板２、ｉ型非晶質シリコン層７、ｎ型非晶質シリコン層８をこの順番で備え、裏面側の酸化インジウム層９は、ｎ型非晶質シリコン層８上に形成される。裏面側の酸化インジウム層９とｎ型単結晶シリコン基板１２との間には、ｉ型非晶質シリコン層７及びｎ型非晶質シリコン層８が存在するので、酸化インジウム層９は単結晶シリコン基板１２の配向性の影響を受けることなく、算術平均粗さ（Ｒａ）を制御して形成することができる。このため、導電率及び光透過性の向上した酸化インジウム層９を容易に歩留まり良く得ることができる。
又、後述するように、光起電力素子の製造方法では、少なくとも酸素を含む混合ガスの圧力を調整することにより、表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５ｎｍ以下である裏面側の酸化インジウム層９を形成することができる。従来は、表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．５ｎｍ以下に調節することは困難であり、０．５ｎｍ以下のデータを確認することができなかった。本発明では、酸化インジウム層９を形成する際の混合ガスの圧力を調節することにより、表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．５ｎｍ以下に調節することができ、信頼性のあるデータを確保することができている。データについては、後述する実施例欄を参照されたい。
（光起電力素子の製造方法）
次に、本実施形態に係る光起電力素子の製造方法について、図５及び図６を用いて説明する。
まず、図５に示すように、約１Ω・ｃｍの抵抗率と約３００μｍの厚みとを有するｎ型単結晶シリコン基板２を洗浄することにより不純物を除去し、エッチングなどによりテクスチャ構造を形成する。
次に、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板２の上面上に約５ｎｍの厚みを有するｉ型非晶質シリコン層３と、約５ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層４とをこの順番で形成する。
又、ＲＦプラズマＣＶＤ法によるｉ型非晶質シリコン層３及びｐ型非晶質シリコン層４の具体的な形成条件は、周波数：１３．５６ＭＨｚ、形成温度：１００〜３００℃、反応圧力：５〜１００Ｐａ、ＲＦパワー：１〜５００Ｗ／ｃｍ2である。又、ｐ型ドーパントとしては、３族元素であるＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎなどが挙げられる。ＳｉＨ4などのソースガスに、これらの少なくとも１つを含む化合物ガスを混合することで、ｐ型に価電子制御できる。
次に、ｎ型単結晶シリコン基板２の下面上に約５ｎｍの厚みを有するｉ型非晶質シリコン層７と、約５ｎｍの厚みを有するｎ型非晶質シリコン層８とをこの順番で形成する。
又、このｉ型非晶質シリコン層７およびｎ型非晶質シリコン層８は、それぞれ上記したｉ型非晶質シリコン層３及びｐ型非晶質シリコン層４と同様のプロセスにより形成する。又、ｎ型ドーパントとしては、５族元素であるＰ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂなどが挙げられる。ＳｉＨ4などのソースガスに、これらの少なくとも１つを含む化合物ガスを混合することで、ｎ型に価電子制御できる。
尚、非晶質シリコン層の形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ法、熱ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法等の公知手法を用いることができる。又、非晶質シリコン層としては、水素、フッ素の少なくとも一方を含む、非晶質又は微結晶のＳｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＳｎ、ＳｉＳｎＮ、ＳｉＳｎＯ等が用いられる。
次に、図６に示すように、ｐ型非晶質シリコン層４及びｎ型非晶質シリコン層８の各々の上に、３０〜１００ｎｍの厚みを有する酸化インジウム層５及び９をそれぞれ形成する。具体的には、ＷＯ3粉末を３ｗｔ％混入したＩｎ2Ｏ3粉末の焼結体をターゲットとして用い、イオンプレーティング法により、形成する。形成条件としては、ＡｒとＯ2の混合ガスを流して圧力を１．２〜２．０Ｐａに保ち、形成する。尚、Ａｒ分圧は、１．０Ｐａと一定とする。Ａｒの他に、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活性ガス又はこれらの混合気体を用いることもできる。
ここで、圧力を制御することにより、酸化インジウム層５及び９の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を調節する。例えば、圧力を１．３〜１．７Ｐａとし、１００ｎｍの厚みの酸化インジウム層５を形成すると、酸化インジウム層５の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．５ｎｍ以下となる。又、圧力を１．７〜１．８Ｐａとし、１００ｎｍの厚みの酸化インジウム層９を形成すると、酸化インジウム層９の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．５ｎｍ〜１．０ｎｍとなる。
尚、酸化インジウム層５及び９は、スパッタ法を用いて形成することもできる。この際、イオンプレーティング法と同様に、基板に入射するイオンエネルギーを、好ましくは１００ｅＶ以下にまで十分低減することが好ましく、例えば、３０００Ｇａｕｓｓ以上の磁場を印加したＲＦスパッタ法を用いて、酸化インジウム層５及び９を形成することが好ましい。
次に、酸化インジウム層５及び９の各々の上の所定領域にスクリーン印刷法を用いて、エポキシ樹脂に銀（Ａｇ）を練り込んだＡｇペーストを、高さ１０〜３０μｍ、幅１００〜５００μｍに形成する。その後、２００℃で８０分焼成して銀ペーストを硬化させる。これにより、電極６及び１０を形成する。尚、電極６及び１０は、複数の互いに平行な枝部を有する櫛形集電極と櫛形電極に流れる電流を集合させるバスバー電極を構成する。
このようにして、図２に示す本実施形態に係る光起電力素子１が形成される。
（太陽電池モジュールの製造方法）
次に、上記のようにして作成した光起電力素子１を複数準備する。
そして、この複数の光起電力素子１の上面側の電極６に銅箔からなるタブ１２（図１参照）の一方端側を接続する。このタブ１２の電極６への接続は、タブ１２の表面にコーティングされた半田を加熱することにより電極６にタブ１２を半田付けすることによって行う。そして、タブ１２の他方端側を、同様のプロセスにより、隣接する別の光起電力素子１の下面側の電極１０（図２参照）に接続する。このようにして、複数の光起電力素子１を直列に接続する。
次に、ガラス基板からなる表面保護材１４の上にＥＶＡシートからなる充填材１３を載せた後、タブ１２により接続した複数の光起電力素子１を載せる。そして、その上にさらにＥＶＡシートからなる充填材１３を載せた後、ＰＥＴからなる裏面保護材１５を載せる。即ち、表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５ｎｍ〜１．０ｎｍである酸化インジウム層９が形成された側に裏面保護材１５を配置し、表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５ｎｍ以下である酸化インジウム層５が形成された側に表面保護材１４を配置する。
その後、加熱しながら加圧することによって、表面保護材１４、充填材１３、タブ１２により接続した複数の光起電力素子１および裏面保護材１５を一体化させる。
このようにして、図４に示す本実施形態に係る太陽電池モジュール１１が形成される。
（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、上記の実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板からなる光電変換層を用いる場合について説明したが、ｐ型単結晶シリコン基板からなる光電変換層を用いてもよい。
例えば、一導電型を有する単結晶或いは多結晶の半導体基板と、他導電型を有する非晶質半導体とを直接接合させてｐｎ結合を形成した光起電力素子や、一導電型を有する単結晶或いは多結晶の半導体基板の一面に熱拡散等の方法によって他導電型の領域を形成することによってｐｎ接合を形成した光起電力素子等に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。
又、上記の実施形態では、ＨＩＴ構造を有する光起電力素子を例にとり説明したが、ＨＩＴ構造を有しない光起電力素子に本発明を適用しても、同様の効果が得られる。
又、透明導電膜として、Ｗをドープした酸化インジウム膜を用いたが、本発明はこれに限らず、他の材料をドープした酸化インジウム層を用いてもよい。例えば、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｓ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｆ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓ、Ｚｎなどをドープしてもよく、これらの材料を複数ドープしても構わない。
又、透明導電膜は、酸化インジウム膜に限らず、酸化亜鉛膜や酸化錫膜等他の材料から構成してもよい。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
以下、本発明に係る半導体発光素子について、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。
（算術平均粗さと圧力との関係）
まず、酸化インジウム層の形成圧力と、算術平均粗さ（Ｒａ）との関係を調べるため、酸化インジウム層を形成する際の圧力を変化させ、酸化インジウム層の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を測定した。具体的には、ＷＯ3粉末を３ｗｔ％混入したＩｎ2Ｏ3粉末の焼結体をターゲットとして用い、イオンプレーティング法により、鏡面シリコン基板上に、酸化インジウム層を形成した。このように、ＷＯ3粉末を混入させることにより、ＳｎＯ2などを混入させた場合よりもＲａの値を小さくすることができる。形成条件としては、ＡｒとＯ2の混合ガスを流して、圧力を１．６〜２．０Ｐａまで変化させ、厚さ３０ｎｍの酸化インジウム層を形成し、当該酸化インジウム層の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を測定した。又、圧力を１．２〜２．０Ｐａまで変化させ、厚さ１００ｎｍの酸化インジウム層を形成し、当該酸化インジウム層の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を測定した。尚、算術平均粗さ（Ｒａ）は、日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）に従い、ＡＦＭ（nanoscope IIIa：日本ビーコ社製）を用いて測定した。
この結果を図７に示す。図７に示すように、圧力によって、表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を制御できることが分かった。又、図７より、圧力を１．３〜１．７Ｐａとし、１００ｎｍの厚みの酸化インジウム層を形成すると、酸化インジウム層の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．５ｎｍ以下となることが分かった。又、圧力を１．７〜１．８Ｐａとし、１００ｎｍの厚みの酸化インジウム層を形成すると、酸化インジウム層の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．５ｎｍ〜１．０ｎｍとなることが分かった。
又、厚みが１００ｎｍよりも３０ｎｍの方が、算術平均粗さ（Ｒａ）が大きくなる傾向が見られ、薄膜化によって算術平均粗さ（Ｒａ）が大きくなることが分かった。
尚、この酸化インジウム層の比抵抗は、３×１０-4〜８×１０-4Ωｃｍであった。
（裏面側の透明導電膜表面の算術平均粗さ（Ｒａ）評価）
次に、光入射側の透明導電膜（図２の酸化インジウム層５）を、図７において、表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が最小値を示した条件（１．５Ｐａで、厚み１００ｎｍ）で作成し、裏面側の透明導電膜（図２の酸化インジウム層９）の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を変化させたサンプルを形成した。
ここでは、サンプル毎に、図１に示す構造の太陽電池モジュール１１を作成し、耐候性の評価を行った。耐候性は、８５℃湿度８５％の条件下で、２０００時間経過した前後の出力（Ｐｍａｘ）の変化率（２０００時間経過後の出力／初期の出力）を用いて評価した。
この結果を図８に示す。図８では、裏面側の透明導電膜のＲａが最も低い条件のものを１とし、規格化して示している。又、裏面保護材として、水蒸気透過率が０．３（ｇ／ｍ2・ｄａｙ）のフィルムを用いており、裏面フィルムを通して水蒸気が侵入しやすい構造とした。
図８より、Ｒａが大きくなるにつれて、規格化耐候性が向上していることが分かった。又、Ｒａが０．５ｎｍ以上の領域で高い耐候性が得られており、０．５ｎｍ以上ではＲａに依らず、ほぼ同等の耐候性が得られることが分かった。尚、いずれの構造においても、耐候性は従来のＩＴＯと同等以上の値を示している。
図８に示す結果となる理由は、以下のように考えられる。裏面側の耐候性向上のために望まれるものに耐水性がある。これは、モジュール化後に裏面フィルムを通じて水分が侵入する可能性が最も高いためである。ここで、一般的に接着力は水分により、弱められる。そのため、水分による接着力の向上を図るためには、接着材料の選定や水分の侵入を抑制するためのモジュール構造を採用することなどが重要である。しかし、裏面フィルムは樹脂製の材料が一般的であり、長期の使用状態では、フィルムが劣化する可能性がある。そのため、長期の使用後において水分が侵入しやすい状態になることが予想される。又、温度変動時には、充填材とセル（光起電力素子）の熱収縮の差により、セル上に固定されている集電極に大きな負荷がかかることが予想される。充填材と集電極はいずれも有機系材料であり、両者の密着力は比較的高い。そこで、負荷は比較的密着力が弱い集電極とセル（透明導電膜部）に主にかかると考えられる。そのため、集電極と透明導電膜との密着性を向上させておくことが望ましい。図７の結果は、密着性を向上させることができた結果であると考える。
密着性の向上は、Ｒａを大きくすることで、表面ラフネスが大きくなったことによる接着面積の向上、透明導電膜の接着表面に集電極の樹脂が奥深くまで入り込むアンカー効果などによって、もたらされたものと考えられる。０．５ｎｍ以上で耐候性に差が見られないことは、集電極とセル間の接着力による特性低下以外の要因が支配的になったためであると考える。又、後述するセルの反りの影響も考えられる。
又、図９に、図８に示したサンプルの出力を比較した図を示す。ここで、出力の指標として、出力Ｐｍａｘではなく、透明導電膜に求められる指標である、Ｉｓｃ（短絡電流）×Ｆ．Ｆ．（曲線因子）を用いて評価を行い、Ｒａ＝１のサンプルを１として規格化した。
ここで、透明導電膜に求められる特性は、高い光透過率と低い抵抗値である。このうち、光透過率は、光起電力素子の特性のうちＩｓｃ（短絡電流）に影響を与え、光透過率が高い程Ｉｓｃも大きくなる。又、抵抗値は、Ｆ．Ｆ．（曲線因子）に影響を与え、抵抗が小さくなるほどＦ．Ｆ．は大きくなる。従って、Ｉｓｃ×Ｆ．Ｆ．の値を指標にすることで、透明導電膜に起因する光起電力素子の特性変化を評価することができる。
図９に示すように、Ｒａが低いときに高い出力が得られており、特に１．０ｎｍ以上で高い出力が得られている。これは、Ｒａが低いときに、高光透過率×低抵抗の特性に優れた膜となることが我々の検討により分かっており、その結果として高い出力が得られたものと言える。このため、高い出力を得るためには、裏面側の透明導電膜のＲａは、１．０ｎｍ以下とすることが望ましいと言える。従って、耐候性と出力の両立という観点からは、裏面側Ｒａは、０．５〜１．０ｎｍの範囲にすることが望ましいことが分かった。
（光入射側の透明導電膜表面の算術平均粗さ（Ｒａ）評価）
次に、光入射側の透明導電膜のＲａについても、同様の検討を行った。裏面側の透明導電膜のＲａは、耐候性と出力特性に優れた１．０ｎｍの条件とし、光入射側の透明導電膜のＲａを変化させた。
この結果を図１０に示す。図１０では、Ｒａ＝０．５ｎｍのサンプルを用いて規格化を行った。
図１０より、Ｒａが０．５ｎｍ以下のときに、より高い出力を得ることが分かった。それ以上のＲａでは、出力が低下する傾向を示している。そのため、高い出力を得るためには、光入射側の透明導電膜のＲａは、０．５ｎｍ以下とすることが望ましいことが分かった。これらの領域で、耐候性の評価も実施した。その結果、図８で見られた０．５ｎｍ以下の領域での耐候性低下が見られず、いずれのＲａでもほぼ同等の耐候性を示すことが分かった。即ち、少なくとも裏面側の透明導電膜のＲａを１．０ｎｍ以上とし、耐候性を確保したサンプルにおいては、光入射側の透明電極のＲａと耐候性との明らかな関係は見られないことが分かった。即ち、裏面側で耐候性の優れた構造とすることにより、太陽電池モジュールの耐候性も向上できることが分かった。そこで、光入射側の透明導電膜のＲａは、出力面で有利となる低いＲａの領域とすることが望ましいことが分かった。
（裏面側の透明導電膜表面の算術平均粗さ（Ｒａ）と熱による反りとの関係）
次に、裏面側の透明導電膜のＲａの効果について、熱による反りの影響についても検討を行った。ホットプレート上に光起電力素子を載せて１５０℃で２０分の加熱を行った。ここで、サンプルには、図８で用いたＲａが最も低いもの（耐候性が比較的劣るもの）と、１．５ｎｍのもの（耐候性に優れるもの）について評価を行った。
目視による観察の結果、Ｒａ＝１．５ｎｍのサンプルでは、反りは観測されなかったが、Ｒａが最小のサンプルでは、反りが確認できた。具体的には、約１０ｃｍ角の光起電力素子で１〜２ｍｍ程度の反りが確認された。
このことから、裏面側透明導電膜のＲａが大きいサンプルでは熱による反りが抑制されていると考えられる。光起電力素子に反りが生じると、透明導電膜と集電極との間に負荷が生じやすく、特に水分の多い裏面側では接着力の低下などにより、剥離が発生しやすくなっていると考えられる。そこで、０．５ｎｍ以上のＲａを持つ透明導電膜を形成することで、反りの発生が抑制された結果として、高い耐候性が得られたとも考えられる。
本実施形態に係る太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。 本実施形態に係る光起電力素子の構成を示す断面図である。 図２に示す単結晶シリコン基板の表面近傍の構造を示す拡大断面図である。 図２に示す透明導電膜の構造を示す拡大断面図である。 本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である（その１）。 本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である（その２）。 実施例に係る透明導電膜の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）と圧力との関係を示す図である。 実施例に係る裏面側透明導電膜の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）と規格化耐候性との関係を示す図である。 実施例に係る裏面側透明導電膜の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）とＩｓｃ×Ｆ．Ｆ．との関係を示す図である。 実施例に係る光入射側透明導電膜の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）とＩｓｃ×Ｆ．Ｆ．との関係を示す図である。
符号の説明
１…光起電力素子
２…ｎ型単結晶シリコン基板
３…ｉ型非晶質シリコン層
４…ｐ型非晶質シリコン層
５…酸化インジウム層
６…電極
７…ｉ型非晶質シリコン層
８…ｎ型非晶質シリコン層
９…酸化インジウム層
１０…電極
１１…太陽電池モジュール
１２…タブ
１３…充填材
１４…表面保護材
１５…裏面保護材

Claims (2)

  1. 光起電力素子と、該光起電力素子の光入射側に配置された表面保護材と、該光起電力素子の光入射側と反対の裏面側に配置された樹脂フィルムからなる裏面保護材とを備える太陽電池モジュールであって、
    前記光起電力素子は、前記裏面保護材に対向する第１の表面に設けられた第１の透明導電膜と、前記表面保護材に対向する第２の表面に設けられた第２の透明導電膜とを備え、
    前記第１の透明導電膜及び前記第２の透明導電膜を、タングステンを添加した酸化インジウムとし、
    前記第１の透明導電膜表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を、前記第２の透明導電膜表面の算術平均粗さよりも大きく、０．５ｎｍ以上、１．０ｎｍ以下とすると共に、
    前記第２の透明導電膜表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を、０．５ｎｍ以下としたことを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 前記光起電力素子は、一導電型の結晶系半導体層と、前記結晶系半導体層上に形成された実質的に真性の非晶質半導体層及び他導電型の非晶質半導体層、前記結晶系半導体層の他面上に積層された実質的に真性の非晶質半導体層及び一導電型の非晶質半導体層とを更に備え、
    前記第一の透明導電膜は、前記他導電型及び一導電型の非晶質半導体層のうちいずれか一方の非晶質半導体層上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
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