JP4637244B2 - 薄膜太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、薄膜太陽電池モジュールに関する。
近年、ガスを原料としてプラズマＣＶＤ法により形成する薄膜光電変換装置が注目されている。このような薄膜光電変換装置の例として、シリコン系薄膜からなるシリコン系薄膜光電変換装置や、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ2）化合物、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2）化合物からなる薄膜光電変換装置等が挙げられ、開発が推進され生産量の拡大が進められている。これらの光電変換装置の大きな特徴は、大面積の安価な基板上に、プラズマＣＶＤ装置又はスパッタ装置のような形成装置を用いて半導体層又は金属電極膜を積層させ、その後、レーザパターニング等により分離接続させることにより、高性能の光電変換装置を低コストで作製できる可能性を有している点である。
また、複数の太陽電池セルを直列接続して構成されるセルストリングを並列接続した図１２のような薄膜太陽電池モジュール２１０が知られている（例えば、特許文献１を参照）。なお、図１２は、従来の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図である。
特開２００１−６８７１３号公報
しかし、薄膜太陽電池モジュールの場合、光電変換層の厚さが比較的薄く太陽電池セル内でリーク電流が流れやすい。また、リーク電流により薄膜太陽電池モジュールの出力が低下するという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、リーク電流による薄膜太陽電池モジュールの出力の低下を小さくすることができる薄膜太陽電池モジュールを提供する。
本発明の薄膜太陽電池モジュールは、基板と、それぞれが一定の幅を有する３つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、該セルストリングの幅と同じ幅を有しかつ直列接続された複数の太陽電池セルを備え、前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ並列接続され、前記太陽電池セルは、それぞれ表面電極、光電変換層及び裏面電極をこの順で重ねて備え、各セルストリングは、該セルストリングに含まれかつ隣接する前記太陽電池セルの一方の表面電極と他方の裏面電極とを電気的に接続しかつ該セルストリングの幅と同じ幅を有するコンタクトラインを備え、前記３つ以上のセルストリングのうち両端の前記セルストリングは、他の前記セルストリングより狭い幅を有することを特徴とする。
本発明者らは、鋭意研究を行ったところ、薄膜太陽電池モジュールの端に近いセルストリングに含まれる太陽電池セルほどリーク電流が生じやすいことを見出した。この理由は、明らかではないが次のように考えられる。例えば、薄膜太陽電池モジュールの光電変換層をプラズマＣＶＤ装置やスパッタ装置で形成するとき、光電変換層を形成する原料は基板の端に近いほど供給されにくいため、光電変換層２５３は、図１３（ａ）のように基板２０１の端に近くなるほどその厚さが薄くなる場合がある。なお、図１３（ａ）、（ｂ）は、リーク電流の原因を説明するための概略断面図である。このため、表面電極と裏面電極の間の長さの短い部分が生じリーク電流が生じると考えられる。また、次のようなことも考えられる。図１３（ｂ）のように光電変換層２５３を形成するとき、原材料の粉２５８が光電変換層２５３に入り込む場合がある。原材料の粉２５８が混入すると、光電変換層２５３が形成されない部分が生じ、この部分に裏面電極２５５の材料が形成されリーク電流が生じると考えられる。この原材料の粉２５８の混入は、基板２０１の端に近いほど起こりやすい。これは、原材料の粉２５８が成膜室の内壁などから混入すると考えられるためである。
例えば、図１２のＣの場所で大きなリーク電流が生じた場合、Ｃの場所を含むセルストリング２０２の出力が低下する（他のセルストリングの出力には大きな影響を及ぼさないことが多い）。図１２の薄膜太陽電池モジュール２１０は、各セルストリング２０２が同じ幅を有しているため、リーク電流が生じたセルストリングの出力が低下し、薄膜太陽電池モジュール２１０の出力が大きく低下してしまう。
本発明の薄膜太陽電池モジュールでは、リーク電流が生じやすい薄膜太陽電池モジュールの端に近いセルストリングの幅が他のセルストリングの幅より狭い。または、両端のセルストリングの幅は一定の範囲にある。このため、リーク電流が生じやすい端のセルストリングの受光面の面積は、他のセルストリングの受光面面積より狭くすることができる。セルストリングの出力は、その受光面の面積に比例するため、本発明の薄膜太陽電池モジュールでは、リーク電流が生じやすい端のセルストリングの出力を他のセルストリングより小さくすることができる。従って、本発明の薄膜太陽電池モジュールでは、薄膜太陽電池モジュールの端に近いセルストリングで大きなリーク電流が生じた場合でも、出力が他のセルストリングより小さい端のセルストリングの出力が低下するが、他の出力の大きいセルストリングでは出力の低下は生じないため、そのリーク電流の影響による薄膜太陽電池モジュールの出力の低下を小さくすることができる。
また、本発明の薄膜太陽電池モジュールは、基板と、それぞれが一定の幅を有する３つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、該セルストリングの幅と同じ幅を有しかつ直列接続された複数の太陽電池セルを備え、前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ並列接続され、前記太陽電池セルは、それぞれ表面電極、光電変換層及び裏面電極をこの順で重ねて備え、各セルストリングは、該セルストリングに含まれかつ隣接する前記太陽電池セルの一方の表面電極と他方の裏面電極とを電気的に接続しかつ該セルストリングの幅と同じ幅を有するコンタクトラインを備え、前記３つ以上のセルストリングのうち両端の前記セルストリングは、５ｍｍ以上２５５ｍｍ以下の幅又は前記セルモジュールに含まれる全ての前記セルストリングの幅の和を１００％としたとき０．３６％以上１８％以下の幅を有する。
本発明の薄膜太陽電池モジュールでは、リーク電流が生じやすい部分でセルストリングを構成することができるので、リーク電流が生じにくい部分の出力の低下を防止することができる。このことにより、そのリーク電流の影響による薄膜太陽電池モジュールの出力の低下を小さくすることができる。
また、本発明の薄膜太陽電池モジュールは、基板と、それぞれが一定の幅を有する３つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、該セルストリングの幅と同じ幅を有しかつ直列接続された複数の太陽電池セルを備え、前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ並列接続され、前記太陽電池セルは、それぞれ表面電極、光電変換層及び裏面電極をこの順で重ねて備え、各セルストリングは、該セルストリングに含まれかつ隣接する前記太陽電池セルの一方の表面電極と他方の裏面電極とを電気的に接続しかつ該セルストリングの幅と同じ幅を有するコンタクトラインを備え、前記３つ以上のセルストリングのうち中央の前記セルストリングは、他の前記セルストリングより広い幅を有する。
本発明の薄膜太陽電池モジュールでは、リーク電流が生じにくい中央部のセルストリングを他のセルストリングより広い幅とすることができる。この範囲では、リーク電流が特に生じにくいため、出力の大きいセルストリングを作ることができる。中央のセルストリングの幅を広くすれば、電気的に分割するための分離溝の本数を減らすことができるため、受光面積ロスの削減、工数の削減ができる。
本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの構成を示す概略平面図である。 （ａ）は図１の一点破線Ｓ−Ｔ部分における概略断面図であり、（ｂ）は図２（ａ）の点線で囲んだ部分Ｂを拡大した概略断面図である。 （ａ）は図１の点線で囲んだ部分Ａの概略平面図であり、（ｂ）はコンタクトラインの断面積を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）は、「双方向的に互いに並列接続」という用語を説明するための図である。 本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図である。 本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図である。 本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図である。 本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図である。 本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造に用いられるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図である。 ＲＢ電流測定試験におけるセルストリングを分割した方向の各セルストリングの中心部の位置とＲＢ電流が５０ｍＡ以上の太陽電池セルの個数の関係を示したグラフである。 ＲＢ電流測定試験におけるセルストリングを分割した方向の各位置における第１光電変換層の膜厚分布を示したグラフである。 従来の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図である。 （ａ）及び（ｂ）はリーク電流の原因を説明するための概略断面図である。
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
１．薄膜太陽電池モジュールの構成
図１は、本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの構成を示す概略平面図である。また、図２（ａ）は図１の一点破線Ｓ−Ｔ部分における概略断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の点線で囲んだ部分Ｂを拡大した概略断面図である。また、図３（ａ）は図１の点線で囲んだ部分Ａの概略平面図であり図３（ｂ）はコンタクトラインの断面積を説明するための図である。なお、図２では、各太陽電池セル２７が直列接続していることがわかるように表面電極分割ライン１３をコンタクトライン１７、裏面電極分割ライン２９より広くしている。
なお、図１〜３に示す薄膜太陽電池モジュールは、基板側が受光面となるスーパーストレート型の構造の薄膜太陽電池モジュールであるが、本発明の薄膜太陽電池モジュールは、スーパーストレート型の構造に限定されず、基板側が裏面となるサブストレート型の構造の薄膜太陽電池モジュールであってもよい。なお、サブストレート型である場合、基板上に裏面電極、光電変換層、表面電極の順で形成される。
本実施形態の薄膜太陽電池モジュール１は、基板２と、それぞれが一定の幅を有する３つ以上のセルストリング２１を含むセルモジュール１ａとを備え、各セルストリング２１は、該セルストリング２１の幅と同じ幅を有しかつ直列接続された複数の太陽電池セル２７を備え、セルストリング２１は、太陽電池セル２７が直列接続された方向の長さが同じであり、かつ基板２上に、太陽電池セル２７が直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ並列接続され、太陽電池セル２７は、それぞれ表面電極３、光電変換層（５、７、９）及び裏面電極１１をこの順で重ねて備え、各セルストリング２１は、該セルストリング２１に含まれかつ隣接する太陽電池セル２７の一方の表面電極３と他方の裏面電極１１とを電気的に接続しかつ該セルストリング２７の幅と同じ幅を有するコンタクトライン１７を備え、前記３つ以上のセルストリング２７のうち両端のセルストリング２７は、他のセルストリング２７より狭い幅を有することを特徴とする。
以下、本発明の薄膜太陽電池モジュール１の各構成要素について説明する。
１−１．基板
基板２は、特に限定されないが、例えば、スーパーストレート型である場合、透光性を有する基板、例えばプラズマＣＶＤ形成プロセスにおける耐熱性及び透光性を有するガラス基板、ポリイミド等の樹脂基板等が使用可能である。サブストレート型である場合、基板であれば特に限定されない。
また、基板２の大きさは、セルモジュール１ａを形成することができれば、特に限定されない。
１−２．セルモジュール
セルモジュール１ａは、それぞれが一定の幅Ｌを有しかつ基板２上に太陽電池セル２７が直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられた３つ以上のセルストリング２１を含むものであれば特に限定されない。また、セルモジュール１ａは、同一基板上に複数形成されてもよい。
なお、本発明で縦方向とは、太陽電池セル２７が直列接続された方向であり、横方向とは、セルストリング２１が並べられる方向である。例えば、図１ではＹ方向が縦方向であり、Ｘ方向が横方向である。
セルストリング２１を並列接続させる方法は特に限定されないが、例えば、各セルストリング２１の両端に接続された共通電極２３により並列接続させることができる。
なお、本発明においてセルストリング２１の幅とは、セルストリングの横方向の長さであり、例えば、図１のＬのようにセルストリング２１が並べられた方向のセルストリング２１の幅である。
また、セルモジュール１ａの大きさは、特に限定されないが、例えば、太陽電池セル２７が直列接続された方向に対して垂直な方向の幅が５００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下（例えば、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１２００、１４００、１６００、１８００、２０００、２２００、２４００、２６００、２８００、３０００ｍｍのうちいずれか二つの間の範囲）である。セルモジュール１ａがある程度の大きさを有することで、両端のセルストリング２１でリーク電流が流れやすくなるからである。
また、本発明において「双方的に互いに並列接続する」とは、一方のセルストリング２１で発生した電流が他方のセルストリング２１に流入可能であり、その逆も成り立つような状態を意味する。図４（ａ）〜（ｃ）は、「双方向的に互いに並列接続」という用語を説明するための図である。図４（ａ）のように複数のセルストリング２１がブロッキングダイオード３１を介さずに並列接続されている場合、例えば、セルストリングＡで発生した電流は、セルストリングＢに流入可能であり、セルストリングＢで発生した電流は、セルストリングＡに流入可能である。このような関係がセルストリングＡ〜Ｄの任意の２つの組み合わせで成り立つ。従って、セルストリングＡ〜Ｄは、双方向的に互いに並列接続されている。一方、図４（ｂ）のように複数のセルストリング２１がブロッキングダイオード３１を介して並列接続されている場合、例えば、セルストリングＡで発生した電流は、ブロッキングダイオード３１にブロックされてセルストリングＢに流入できず、セルストリングＢで発生した電流は、ブロッキングダイオード３１にブロックされてセルストリングＡに流入できない。このような関係がセルストリングＡ〜Ｄの任意の２つの組み合わせで成り立つ。従って、セルストリングＡ〜Ｄは、双方向的に互いに並列接続されていない。また、図４（ｃ）のようにセルストリングＡとＢの組と、ＣとＤの組がそれぞれブロッキングダイオード３１を介さずに並列接続されていて且つこれら２つの組は、ブロッキングダイオード３１を介して並列接続されている。この場合、セルストリングＡとＢは、双方向的に互いに並列接続されており、セルストリングＣとＤは、双方向的に互いに並列接続されている。しかし、例えば、セルストリングＡとＣは、双方向的に互いに並列接続されていない。
また、セルモジュール１ａは、光源：キセノンランプ、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ2、ＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５、温度：２５℃という条件下において９０Ｗ以上３８５Ｗ以下の出力を有することができる。このことにより、ホットスポット現象による太陽電池セル２７の損傷やコンタクトライン１７の損傷が生じやすい光起電力の大きい薄膜太陽電池モジュール１についてこの発明を適用することができる。また、このような範囲の出力を有する薄膜太陽電池モジュールでは、リーク電流による出力の低下が問題となる場合が多いからである。
なお、ここでＡＭとは、太陽光強度の波長分布が大気による吸収・散乱で受ける影響を表す。例えば、大気圏外ではＡＭ０、地表と垂直に入射した場合の地表面ではＡＭ１となる。太陽電池の出力条件の一つであるエアマスＡＭ１．５の太陽光はＡＭ１よりも空気層を１．５倍長く通ったことを意味する。
また、セルモジュール１ａの出力は、例えば、５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０，１９０，２００，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，２８０，２９０，３００，３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０，３７０，３８０又は３８５Ｗとすることができる。セルモジュール１ａの出力は、ここで例示した数値の何れか１つ以下であってもよく、何れか２つの間の範囲内であってもよい。
１−３．セルストリング
各セルストリング２１は、該セルストリング２１の幅と同じ幅を有しかつ縦方向に直列接続された複数の太陽電池セル２７を備え、一定の幅を有する。また、縦方向の長さが同じでありかつそれぞれが一定の幅を有する３つ以上のセルストリング２１が基板２上に横方向に並べて設けられる。セルストリング２１の数は例えば３、４、５、６、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８又は３０つとすることができる。また、例えばここで例示したセルストリング２１の数のいずれか２つの間の範囲とすることもできる。また、セルストリング２１の数を例えば３つ以上２０つ以下とすることができる。このことにより端のセルストリング２１の受光面面積を他のセルストリング２１の受光面面積よりも十分小さくすることができ、リーク電流による薄膜太陽電池モジュール１の出力の低下を小さくすることができる。
なお、本発明において端のセルストリング２１とは、横方向に並べて設けられたセルストリング２１のうちその片側のみに他のセルストリング２１が設けられたセルストリング２１をいう。例えば、図１においては、Ｘ方向に並べられたセルストリング２１のうちＸ方向のセルモジュール１ａの両端に隣接するセルモジュール２１である。
また、３つ以上のセルストリング２１のうち両端のセルストリング２１幅Ｌ´は、他のセルストリング２１の幅Ｌより狭い。このことにより、両端のセルストリング２１の受光面の面積を他のセルストリング２１よりも小さくすることができ、出力も他のセルストリング２１よりも小さくすることができる。このことにより、両端のセルストリング２１で大きなリーク電流が生じた場合でも、薄膜太陽電池モジュール１の出力の低下を小さくすることができる。
また、セルストリング２１の形状は、縦方向の長さ同じでありかつ横方向に一定の幅を有するものであれば特に限定されないが、例えば、実質的に方形（長方形又は正方形）であり、その幅方向に並べて設けられる。
例えば、図１に示すような長方形であり、長方形のセルストリング２１が、横方向に並べて設けることができる。また、図１の薄膜太陽電池モジュール１では、並べられたセルストリング２１は、並列分割ライン２５で互いに分離され、かつ共通電極２３を通じて互いに並列に電気的に接続されている。両端のセルストリング２１が他のセルストリング２１より狭い幅を有するように並列分割ライン２５を形成することができる。
また、前記３つ以上のセルストリング２１のうち両端のセルストリング２１は、５ｍｍ以上２５５ｍｍ以下の幅を有することができる。後に記載する実験により、セルモジュールの端から２５５ｍｍまでの太陽電池セル２７でリーク電流が生じやすいことがわかっているため、２５５ｍｍ以下の幅とすることにより、リーク電流が起こりにくい端から２５５ｍｍより内にあるセルストリングの出力の低下を防止することができる。また、好ましくは両端のセルストリング２１は５ｍｍ以上１５５ｍｍ以下の幅を有することができる。この範囲ではリーク電流が生じる確率が高いからである。また、さらに好ましくは両端のセルストリング２１は５ｍｍ以上５５ｍｍ以下の幅を有することができる。この範囲では特にリーク電流が生じる確率が高いからである。
また、前記３つ以上のセルストリング２１のうち両端のセルストリング２１は、セルモジュール１ａに含まれる全てのセルストリング２１の幅の和を１００％としたとき０．３６％以上１８％以下の幅を有することができる。このことにより、リーク電流が起こりにくい端から１８％より内にあるセルストリングの出力の低下を防止することができる。また、好ましくは両端のセルストリング２１は０．３６％以上１１％以下の幅を有することができる。この範囲ではリーク電流が生じる確率が高いからである。また、さらに好ましくは両端のセルストリング２１は０．３６％以上４％以下の幅を有することができる。この範囲では特にリーク電流が生じる確率が高いからである。
また、セルモジュール１ａは、５つ以上のセルストリング２１を含み、前記５つ以上のセルストリングの両端のうち少なくとも一方から２つのセルストリング２１は、１１ｍｍ以上２５５ｍｍ以下の幅の和又はセルモジュール１ａに含まれる全てのセルストリング２１の幅の和を１００％としたとき０．７１％以上１８％以下の幅の和を有してもよい。例えば、図５に示すような薄膜太陽電池モジュール１であり、前記２つのセルストリング２１は幅Ｌ２、Ｌ３を有することができる。このＬ２＋Ｌ３を上記の範囲内とすることができる。このことにより、リーク電流が生じやすいセルストリング２１の出力を小さくすることができ、リーク電流の薄膜太陽電池モジュール１全体の出力への影響を小さくすることができる。また、前記２つのセルストリング２１は、１１ｍｍ以上１５５ｍｍ以下の幅の和又はセルモジュール１ａに含まれる全てのセルストリング２１の幅の和を１００％としたとき０．７１％以上１１％以下の幅の和を有することができる。この範囲ではリーク電流が生じる確率が高いため、このリーク電流の影響による出力の低下をより小さくすることができる。また、前記２つのセルストリング２１は、１１ｍｍ以上５５ｍｍ以下の幅の和又はセルモジュール１ａに含まれる全てのセルストリング２１の幅の和を１００％としたとき０．７１％以上４％以下の幅の和を有することができる。この範囲では特にリーク電流が生じる確率が高いため、よりリーク電流の全体出力への影響を小さくすることができる。
また、セルモジュール１ａは、７つ以上のセルストリング２１を含み、前記７つ以上のセルストリング２１の両端のうち少なくとも一方から３つのセルストリング２１は、１７ｍｍ以上２５５ｍｍ以下の幅の和又はセルモジュール１ａに含まれる全てのセルストリングの幅の和を１００％としたとき１．０７％以上１８％以下の幅の和を有することができる。例えば、図６に示すような薄膜太陽電池モジュール１であり、前記３つのセルストリング２１は幅Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を有することができる。このＬ２＋Ｌ３＋Ｌ４を上記の範囲内とすることができる。このことにより、リーク電流が生じやすいセルストリングの出力を小さくすることができ、リーク電流の薄膜太陽電池モジュール全体の出力への影響を小さくすることができる。また、前記３つのセルストリング２１は、１７ｍｍ以上１５５ｍｍ以下の幅の和又はセルモジュール１ａに含まれる全てのセルストリング２１の幅の和を１００％としたとき１．０７％以上１１％以下の幅の和を有することができる。この範囲では特にリーク電流が生じる確率が高いため、このリーク電流の影響による出力の低下をより小さくすることができる。また、前記３つのセルストリング２１は、１７ｍｍ以上５５ｍｍ以下の幅の和又はセルモジュール１ａに含まれる全てのセルストリング２１の幅の和を１００％としたとき１．０７％以上４％以下の幅の和を有することができる。この範囲では特にリーク電流が生じる確率が高いため、よりリーク電流の全体出力への影響を小さくすることができる。
また、各セルストリング２１は、光源：キセノンランプ、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ2、ＡＭ１．５、温度：２５℃という条件下の出力が３０Ｗ以下にすることができる。このことにより、セルストリング２１に含まれる１つ又は少数の太陽電池セル２７が影に入った場合でもホットスポット現象によりこの太陽電池セル２７の損傷が生じることを抑制することができる（後に記載する実験から明らかになった）。セルストリング２１の出力は小さいほどホットスポット現象による出力の低下を抑制することができる。しかし、出力を小さくすると、受光面面積が小さくなり、セルストリング２１全体が影に入る確率が高くなりコンタクトライン１７が損傷する確率は高くなる。
なお、受光面面積と出力の関係は比例関係にある。なお、ホットスポット現象は、セルストリングに含まれる太陽電池セルの一部に太陽光が当たらない場合に、他の太陽電池セルの光起電力により太陽光が当たらない太陽電池セル（光起電力による電流と逆方向の整流作用を有するダイオードとして振舞う）で絶縁破壊が生じ、局所的な加熱が生じる。この加熱により太陽電池セルに含まれる金属が溶融して膜剥離など太陽電池セルの損傷が生じると考えられている。
また、セルストリング２１は、双方的に互いに並列接続され、並べて設けられたセルストリング２１のうち両端のセルストリング２１は、光源：キセノンランプ、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ2、ＡＭ１．５、温度：２５℃という条件下における、前記セルモジュールの出力をＰ（Ｗ）、該セルストリングの出力をＰｓ（Ｗ）、該セルストリングに含まれるコンタクトラインの断面積をＳｃ（ｃｍ2）としたとき、（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが１０．７（ｋＷ／ｃｍ2）以下とすることができる。このことにより、セルモジュール１ａに含まれる両端のセルストリング２１のうち少なくとも一方の全体が影に入った場合でも、このセルストリング２１のコンタクトライン１７の損傷を抑制することができる（後に記載する実験から明らかになった）。なお、両端のセルストリング２１が上記の条件を満たさない場合でもコンタクトライン１７の損傷を抑えることができる場合がある。この理由は明らかではないが、端のセルストリング２１では、リーク電流が流れる確率が高いため、電流がコンタクトラインに集中せず、分散される。このため、コンタクトライン１７で消費される電力が少なくなるためと考えられる。
なお、このようなコンタクトライン１７の損傷は、次のように生じると考えられる。薄膜太陽電池モジュールに含まれる１本又は少数のセルストリングの大部分のみが影に入った場合このセルストリングの光起電力が低下する。このことにより、他の受光しているセルストリングにより生じる光起電力により、影に入ったセルストリングに受光時の電流の方向と逆方向の電流が流れる。この電流によりセルストリングに含まれる太陽電池セルを直列接続するコンタクトラインが損傷することがある。これは受光しているセルストリングの光起電力によりこの影に入ったセルストリングにかかる印加電力密度がコンタクトラインにおいて最も大きくなるためと考えられる。この損傷によりこのセルストリングの出力が低下し、薄膜太陽電池モジュールの出力の低下が生じると考えられる。
また、１本のセルストリング２１が影になった場合、他の全てのセルストリング２１で発生した電力が影になったセルストリング２１に印加される。影になったセルストリング２１に印加される電力の値は、（セルモジュール１ａの出力Ｐ）−（影になったセルストリング２１の出力Ｐｓ）となる。（Ｐ−Ｐｓ）の値は、セルストリング２１のＰｓの値が小さいほど大きくなるので、並列分割段数を増やして各セルストリング２１の出力Ｐｓを減らすと、影になったセルストリング２１に印加される電力が増大する。
また、セルストリング２１のうち両端のセルストリング２１以外のセルストリング２１は、光源：キセノンランプ、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ2、ＡＭ１．５、温度：２５℃という条件下における、セルモジュール１ａの出力をＰ（Ｗ）、該セルストリング２１の出力をＰｓ（Ｗ）、該セルストリング２１に含まれるコンタクトライン１７の断面積をＳｃ（ｃｍ2）としたとき、コンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが１０．７（ｋＷ／ｃｍ2）以下とすることができる。このことにより、セルモジュール１ａのいずれのセルストリング２１が影に入った場合でも、コンタクトライン１７の損傷を抑制することができる。
また、セルストリング２１は、光源：キセノンランプ、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ2、ＡＭ１．５、温度：２５℃という条件下における、セルモジュール１ａの出力をＰ（Ｗ）、該セルストリング２１の出力をＰｓ（Ｗ）、該セルストリング２１に含まれるコンタクトライン１７の断面積をＳｃ（ｃｍ2）としたとき、コンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが１０．７（ｋＷ／ｃｍ2）以下とすることができる。このことにより、セルモジュール１ａのいずれのセルストリング２１が影に入った場合でも、コンタクトライン１７の損傷を抑制することができる。
また、セルストリング２１のうち中央のセルストリング２１は、他のセルストリング２１より広い幅を有することができる。このことにより、リーク電流が生じにくい部分のセルストリングの出力を大きくすることができる。また、中央のセルストリングの幅を広くすれば、電気的に分割するための分離溝の本数を減らすことができるため、受光面積ロスの削減、工数の削減ができる。なお、この発明において中央のセルストリング２１とは、セルストリングの数が奇数の場合には、中央の１つのセルストリングを指し、セルストリングの数が偶数の場合には、中央の２つのセルストリング２１のうちいずれか１つを指す。
例えば、図７のように中央のセルストリング２１の幅Ｌｂは、他のセルストリングよりも広い幅を有することができる。
また、セルストリング２１のうち中央のセルストリング２１は、６７０ｍｍ以下の幅又はセルモジュール１ａに含まれる全てのセルストリング２１の幅の和を１００％としたとき５０％以下の幅を有することができる。この範囲では、リーク電流が特に流れにくいため、リーク電流の影響が小さく出力の大きなセルストリングとすることができる。例えば、図８のように中央のセルストリング２１の幅Ｌｂは、セルモジュール１ａに含まれる全てのセルストリング２１の幅の和Ｌａの５０％以下とすることができる。
１−４．太陽電池セル
太陽電池セル２７は、それぞれ表面電極３、光電変換層（５、７、９）及び裏面電極１１をこの順で重ねて備える。また、セルストリング２１に含まれる太陽電池セル２７は、セルストリング２１の幅と同じ幅を有しかつ隣接する太陽電池セル２７の一方の表面電極３と他方の裏面電極１１とを電気的に接続しかつ該セルストリング２１の幅と同じ幅を有するコンタクトライン１７により縦方向に直列接続する。
太陽電池セル２７の形状は、特に限定されないが、例えば実質的に長方形または正方形である。例えば、図１のように複数の長方形の太陽電池セル２７をＹ方向に直列接続することができる。また、図１では、同一のセルストリング２１に含まれる複数の太陽電池セル２７は、表面電極分割ライン（コンタクトライン１７）と、裏面電極分割ライン２９で互いに分離されている。
また、薄膜太陽電池モジュール１がスーパーストレート型の場合、基板２側から表面電極３、光電変換層（５、７、９）及び裏面電極１１がこの順で重ねて備えられ、サブストレート型の場合、基板２側から裏面電極１１、光電変換層（５、７、９）及び表面電極３がこの順で重ねて備えられる。
１−４−１．表面電極
表面電極３は、導電性物質からなり、透光性を有する。表面電極３は、例えば、ＳｎＯ2、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの金属酸化物からなり、Ｓｎを含むＳｎＯ2、ＩＴＯなどが好ましい。
１−４−２．光電変換層
光電変換層は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層を有し、光電変換をすることができれば特に限定されない。例えば、光電変換層は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層からなるｐｎ接合またはｎ型半導体層、ｉ型半導体層及びｐ型半導体層からなるｐｉｎ接合を有することができる。また、光電変換層は、複数のｐｉｎ接合やｐｎ接合を有することもできる。例えば、図２のように第１光電変換層５、第２光電変換層７、第３光電変換層９を有することもできる。ここでは図２に示した光電変換層について説明する。
ここでは、第１光電変換層５及び第２光電変換層７のｉ型半導体層がそれぞれ非晶質層でありかつ第３光電変換層９のｉ型半導体層が微結晶層である場合を例にとって説明を進めるが、以下の説明は、これ以外の構成の薄膜太陽電池モジュール、例えば、第１〜第３光電変換層のｉ型半導体層が全て非晶質層又は全て結晶質層である構成の薄膜太陽電池モジュール、及び第１光電変換層のｉ型半導体層が非晶質層であり且つ第２及び第３光電変換層のｉ型半導体層がそれぞれ微結晶層である構成の薄膜太陽電池モジュール、第２光電変換層と第３光電変換層のうちの一方又は両方を省略した構成の薄膜太陽電池モジュール、第３光電変換層よりも下流側に別の光電変換層をさらに備える構成の薄膜太陽電池モジュールにも基本的に当てはまる。
また、各光電変換層のｐｉｎ接合がｐ型半導体層、ｉ型半導体層及びｎ型半導体層の順で並んでいる場合を例にとって説明を進めるが、以下の説明は、各光電変換層のｐｉｎ接合がｎ型半導体層、ｉ型半導体層及びｐ型半導体層の順で並んでいる場合にも基本的に当てはまる。
第１光電変換層５は、ｐ型半導体層５ａ、ｉ型非晶質層からなるバッファ層５ｂ、ｉ型非晶質層５ｃ及びｎ型半導体層５ｄをこの順に重ねて備える。第２光電変換層７は、ｐ型半導体層７ａ、ｉ型非晶質層からなるバッファ層７ｂ、ｉ型非晶質層７ｃ及びｎ型半導体層７ｄをこの順に重ねて備える。第３光電変換層９は、ｐ型半導体層９ａ、ｉ型微結晶層９ｂ及びｎ型半導体層９ｃをこの順に重ねて備える。バッファ層５ｂ、７ｂは、省略することもできる。ｐ型半導体層には、ボロン、アルミニウム等のｐ型不純物原子がドープされており、ｎ型半導体層にはリン等のｎ型不純物原子がドープされている。ｉ型半導体層は、完全にノンドープである半導体層であってもよく、微量の不純物を含む弱ｐ型又は弱ｎ型で光電変換機能を十分に備えている半導体層であってもよい。なお、本明細書において、「半導体層」とは、非晶質又は微結晶の半導体層を意味し、「非晶質層」及び「微結晶層」は、それぞれ、非晶質及び微結晶の半導体層を意味する。
光電変換層を構成する各半導体層の材料は、特に限定されず、例えば、シリコン系半導体、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ2）化合物半導体、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2）化合物半導体等からなる。以下、各半導体層がシリコン系半導体からなる場合を例にとって説明を進める。「シリコン系半導体」とは、非晶質又は微結晶シリコン、又は非晶質又は微結晶シリコンに炭素やゲルマニウム又はその他の不純物が添加された半導体（シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム等）を意味する。また、「微結晶シリコン」とは、結晶粒径が小さい（数十から千Å程度）結晶シリコンと、非晶質シリコンとの混合相の状態のシリコンを意味する。微結晶シリコンは、例えば、結晶シリコン薄膜をプラズマＣＶＤ法などの非平衡プロセスを用いて低温で作製した場合に形成される。
１−４−３．裏面電極
裏面電極１１は、導電性物質からなる。
裏面電極１１の構成や材料は、特に限定されないが、一例では、裏面電極１１は、透明導電膜と金属膜の積層構造を有する。透明導電膜は、ＳｎＯ2、ＩＴＯ、ＺｎＯなどからなる。金属膜は、銀、アルミニウム等の金属からなる。透明導電膜と金属膜は、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法により形成される。
１−５．コンタクトライン
コンタクトライン１７は、同一のセルストリング２１に含まれる隣接する太陽電池セル２７の一方の表面電極３と他方の裏面電極１１とを電気的に接続する。例えば、図２に示すように表面電極３と裏面電極１１を電気的に接続することができる。また、コンタクトライン１７の断面は、セルストリング２１の幅Ｌと同じの長さＬを有する。このことにより、セルストリング２１の幅Ｌが大きくなると、コンタクトライン１７の断面積も大きくなり、幅の広いセルストリングではコンタクトライン１７の損傷が抑制される。例えば、図３に示すようにコンタクトライン１７の断面は、セルストリング２１の幅Ｌと同じ長さＬを有することができる。また、図３のコンタクトライン１７の断面積Ｓｃは、セルストリング２１の幅Ｌ×コンタクトライン１７の縦方向の幅Ｗで表すことができる。また、図１〜３の薄膜太陽電池モジュール１では、コンタクトライン１７は、光電変換層分割ライン内に導電体（例：裏面電極の材料）が充填されて形成されている。
また、セルモジュール１ａに含まれるセルストリング２１の１つが影に入り、他のセルストリング２１の光起電力により影に入ったセルストリング２１に電流が流れる場合、主にセルストリング２１に含まれる表面電極３、コンタクトライン１７、裏面電極２７を流れるが、このうち各導電体の断面積のうちコンタクトライン１７の断面積が最も小さくなることが多いため、コンタクトライン１７において印加電力密度が大きくなる場合が多い。
また、コンタクトライン１７は、Ｌ×Ｗの断面積Ｓｃを有し、Ｗ＝４０〜２００μｍであり、Ｌ＝５〜５０ｃｍであってもよい。このことにより、太陽電池セル２７の受光面面積を確保した上でコンタクトライン１７の断面積を十分に大きくすることができる。また、コンタクトライン１７の断面の一辺の幅Ｗは、例えば、２０〜３００μｍであり、４０〜２００μｍが好ましい。コンタクトライン１７の断面の一辺の幅Ｗが短くなると面積Ｓｃが小さくなりコンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが大きくなり、コンタクトライン１７の断面の一辺の幅Ｗが長くなると有効発電面積が減少するところ、コンタクトライン１７の断面の一辺の幅Ｗが４０〜２００μｍであればコンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが大きくなりすぎず且つ広い有効発電面積が確保できる。コンタクトライン１７の断面の一辺の幅Ｗは、具体的には、例えば、２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０，１９０，２００，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，２８０，２９０又は３００μｍである。コンタクトライン１７の断面の一辺の幅Ｗは、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
２．プラズマＣＶＤ装置
次に、図９を用いて、上記の薄膜太陽電池モジュール１に含まれる半導体層を形成するためのプラズマＣＶＤ装置について説明する。図９は、本実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造に用いられるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す断面図である。
図９に示す構成は、例示であり、別の構成の装置を用いて半導体層を形成してもよい。また、プラズマＣＶＤ以外の方法により半導体層を形成してもよい。ここでは、成膜室の数が１つであるシングルチャンバのプラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明を進めるが、その説明は、成膜室の数が複数であるマルチチャンバのプラズマＣＶＤ装置についても同様に当てはまる。
図９に示すように、本実施形態に用いられるプラズマＣＶＤ装置は、半導体層を内部で形成するための密閉可能な成膜室１０１と、成膜室１０１に置換ガスを導入するためのガス導入部１１０と、成膜室１０１から置換ガスを排気するためのガス排気部１１６とを備える。
より具体的には、図９のプラズマＣＶＤ装置は、密閉可能な成膜室１０１内に、カソード電極１０２及びアノード電極１０３が設置された平行平板型の電極構造を有する。カソード電極１０２とアノード電極１０３との電極間距離は、所望の処理条件に従って決定され、数ｍｍから数十ｍｍ程度とするのが一般的である。成膜室１０１外には、カソード電極１０２に電力を供給する電力供給部１０８と、電力供給部１０８とカソード電極１０２及びアノード電極１０３との間のインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路１０５が設置されている。
電力供給部１０８は、電力導入線１０６ａの一端に接続される。電力導入線１０６ａの他端は、インピーダンス整合回路１０５に接続されている。インピーダンス整合回路１０５には電力導入線１０６ｂの一端が接続され、該電力導入線１０６ｂ他端は、カソード電極１０２に接続されている。電力供給部１０８は、ＣＷ（連続波形）交流出力あるいはパルス変調（オンオフ制御）された交流出力のいずれを出力するものであっても良く、これらを切換えて出力できるものでも良い。
電力供給部１０８から出力される交流電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚが一般的であるが、これに限られるものではなく、数ｋＨｚからＶＨＦ帯、さらにマイクロ波帯の周波数を使用しても良い。
一方、アノード電極１０３は電気的に接地されており、アノード電極１０３上には、基板１０７が設置される。基板１０７は、例えば表面電極３が形成された基板２である。基板１０７は、カソード電極１０２上に載置されても良いが、プラズマ中のイオンダメージによる膜質低下を低減するためアノード電極１０３上に設置されることが一般的である。
成膜室１０１には、ガス導入部１１０が設けられている。ガス導入部１１０からは、希釈ガス、材料ガス、ドーピングガス等のガス１１８が導入される。希釈ガスとしては、水素ガスを含むガス、材料ガスとしてはシラン系ガス、メタンガス、ゲルマンガス等が挙げられる。ドーピングガスとしては、ジボランガス等のｐ型不純物ドーピングガス、ホスフィンガス等のｎ型不純物ドーピングガスが挙げられる。
また、成膜室１０１には、ガス排気部１１６と圧力調整用バルブ１１７とが直列に接続され、成膜室１０１内のガス圧力が略一定に保たれる。ガス圧力は、成膜室内のガス導入部１１０及びガス排気口１１９の近傍で測定すると若干の誤差を生じるため、ガス導入部１１０及びガス排気口１１９から離れた位置で測定することが望ましい。この状態でカソード電極１０２に電力を供給することにより、カソード電極１０２とアノード電極１０３との間にプラズマを発生させ、ガス１１８を分解し、基板１０７上に半導体層を形成することができる。
ガス排気部１１６は、成膜室１０１内のガス圧力を１．０×１０-4Ｐａ程度の圧力に高真空排気できるものであってもよいが、装置の簡易化、低コスト化及びスループット向上の観点から、０．１Ｐａ程度の圧力とする排気能力を有するものを用いても良い。成膜室１０１の容積は、半導体デバイスの基板サイズの大型化に伴い大容量化している。このような成膜室１０１を高真空排気する場合、高性能なガス排気部１１６が必要となり、装置の簡易化及び低コスト化の観点から望ましくなく、簡易な低真空用のガス排気部１１６を使用することがより望ましい。
簡易な低真空用のガス排気部１１６としては、例えばロータリーポンプ、メカニカルブースターポンプ、ソープションポンプ等が挙げられ、これらを単独又は２以上の組合せで用いることが好ましい。
本実施形態で用いるプラズマＣＶＤ装置の成膜室１０１は例えば約１ｍ3のサイズとすることができる。典型的なガス排気部１１６としては、メカニカルブースターポンプとロータリーポンプとを直列に接続したものを使用することができる。
３．薄膜太陽電池モジュールの製造方法
次に、図１、図２、図３（ａ），（ｂ）及び図９用いて、本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
以下、図９に示すような成膜室の数が１つであるシングルチャンバのプラズマＣＶＤ装置を用いて半導体層を形成する場合を例にとって説明を進めるが、以下の説明は、マルチチャンバのプラズマＣＶＤ装置を用いて半導体層を形成する場合にも基本的に当てはまる。但し、マルチチャンバのプラズマＣＶＤ装置では、ｐ型、ｉ型及びｎ型の半導体層を別々の成膜室内で形成することができるため、後述するガス置換工程が省略可能である。
本実施形態の製造方法では、第１光電変換層５、第２光電変換層７及び第３光電変換層９を同一の成膜室で形成する。同一の成膜室で形成するとは、同一の成膜室内にある同一又は異なる電極を用いて第１から第３光電変換層５，７，９を形成することであり、同一の成膜室内の同一電極を用いて第１から第３光電変換層５，７，９を形成することが望ましい。また、第１から第３光電変換層５，７，９を途中で大気解放することなく連続して形成することが生産効率向上の点から望ましい。さらに、第１から第３光電変換層５，７，９を形成する際の基板温度は、同一であることが生産効率向上の点から望ましい。
以下、薄膜太陽電池モジュール１の製造方法を詳述する。以下に示す方法は、例示であって、薄膜太陽電池モジュール１は、以下に示す方法以外の方法で製造してもよい。
３―１．表面電極形成工程
まず、基板２上に表面電極３を形成する。例えば、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法により形成することができる。
３−２．表面電極分割ライン形成工程
次に、表面電極３を分割する表面電極分割ライン１３を横方向に形成する。例えば図１のＸ方向に（基板２の長辺方向に、セルモジュール１ａ中の複数のセルストリング２１が並ぶ方向に）延びる表面電極分割ライン１３を表面電極３に形成することによって表面電極３を複数の帯状パターンに分割する。表面電極分割ライン１３は、例えばＹＡＧレーザーの基本波を用いて表面電極３をスクライブすることによって形成することができる。
３−３．第１光電変換層形成工程
次に、得られた基板上に第１光電変換層５を形成する。上記の通り、第１光電変換層５は、ｐ型半導体層５ａ、バッファ層５ｂ、ｉ型非晶質層５ｃ及びｎ型半導体層５ｄを有するので、各半導体層を順次形成する。
ｐ型半導体層５ａの形成前（つまり、第１光電変換層５の形成前）と、ｉ型非晶質層５ｃの形成前には、成膜室１０１内の不純物の濃度を低減するために、成膜室１０１内を置換ガスにより置換するガス置換工程を実施する。成膜室１０１内には、前工程で導入された不純物や基板搬入時に外部から混入する不純物が残留しており、この不純物が半導体層に取り込まれると半導体層の品質が悪化するので、予め成長室１０１内の不純物濃度を低減させておく。ガス置換工程は、ｐ型半導体層７ａの形成前（つまり、第２光電変換層７の形成前）と、ｉ型非晶質層７ｃの形成前と、ｐ型半導体層９ａの形成前（つまり、第３光電変換層９の形成前）と、ｉ型微結晶層９ｂの形成前にも行われる。なお、それぞれのガス置換工程は、同一条件で実施してもよく、互いに異なる条件で実施してもよい。
なお、マルチチャンバのプラズマＣＶＤ装置を使用する場合は、ガス置換工程を行う代わりに成膜室を変えることによって成膜室内の不純物濃度を低減させることができる。一般に、ｐ型半導体層５ａとバッファ層５ｂが第１成膜室で形成され、ｉ型非晶質層５ｃが第２成膜室で形成され、ｎ型半導体層５ｄが第３成膜室で形成される。また、ｐ型半導体層７ａ、バッファ層７ｂ及びｐ型半導体層９ａは、第１成膜室で形成され、ｉ型非晶質層７ｃ及びｉ型微結晶層９ｂは、第２成膜室で形成され、ｎ型半導体層７ｄ及びｎ型半導体層９ｃは、第３成膜室で形成される。ｐ型非晶質層とバッファ層は、別々の成膜室で形成してもよい。
以下、第１光電変換層５の形成工程について詳述する。
３−３―１．ガス置換工程
成膜室１０１内に表面電極３を形成した基板２を設置し、その後、成膜室１０１を置換ガスで置換するガス置換工程を実施する。このガス置換工程は、半導体層が形成される基板を成膜室１０１に搬入したときに成膜室１０１外から混入する不純物の濃度を低減するために行われる。また、薄膜太陽電池モジュールを繰り返し製造する場合には、第１から第３光電変換層が繰り返し形成されるため、前に形成した第３光電変換層９のｎ型半導体層９ｃが成膜室１０１内の内壁及び電極等に付着しているため、その第３光電変換層９のｎ型半導体層９ｃから放出される不純物、特に第３光電変換層９のｎ型半導体層９ｃの導電型を決定する不純物の第１光電変換層５のｐ型半導体層５ａへの混入が問題となる。そこで、ｐ型半導体層５ａを形成する前にガス置換工程を行って、ｐ型半導体層５ａへのｎ型不純物の混入量を低減する。
これにより、第１光電変換層５のｐ型半導体層５ａとして良質な半導体層を形成することができる。ここで、ｐ型半導体層５ａには、通常、ｐ導電型不純物を１×１０20ｃｍ-3程度含ませるので、混入したｎ導電型不純物濃度が二桁少ない１×１０18ｃｍ-3程度以下であれば、良好な光電変換特性が得られる。
ガス置換工程は、例えば、成膜室１０１内に置換ガスとして例えば水素ガスを導入し（置換ガス導入工程）、成膜室１０１内の圧力が所定の圧力（例えば１００Ｐａから１０００Ｐａ程度）に達したときに水素ガスの導入を停止し、さらに、成膜室１０１内の圧力が所定の圧力（例えば１Ｐａから１０Ｐａ程度）になるまで排気する（排気工程）一連のサイクルによって実施することができる。このサイクルは、複数回繰り返しても良い。
上記１サイクルに要する時間は数秒から数十秒程度とすることができる。具体的には、置換ガス導入工程を１〜５秒間かけて行ない、排気工程を３０〜６０秒間かけて行うことができる。このような短い時間で行っても、複数回繰り返すことにより、成膜室内の不純物濃度を低減することができる。よって本実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造方法は量産装置に適用した場合にも実用的である。
本実施形態においては、成膜室１０１の内部における置換ガス導入後圧力及び置換ガス排気後圧力をあらかじめ設定し、置換ガス導入工程においては成膜室１０１からの排気を停止し、成膜室１０１の内部の圧力が該置換ガス導入後圧力以上となったときに置換ガスの導入を停止して置換ガス導入工程を終了させ、排気工程においては置換ガスの導入を停止し、成膜室１０１の内部の圧力が該置換ガス排気後圧力以下となったときに排気を停止して排気工程を終了させることが好ましい。
サイクルの繰り返し回数を増加させることにより、また、置換ガス排気後圧力Ｍに対する置換ガス導入後圧力ｍの比率（Ｍ／ｍ）を小さくすることにより、成膜室１０１内に存在する不純物の濃度をより低減することができる。
また、本実施形態においては、置換ガスとして水素ガスを使用する場合を例に説明しているが、別の実施形態においては、置換ガスとして、シランガス等の、ｉ型層の形成に用いられるガスのいずれかを使用しても良い。ｉ型層の形成に用いられるガスは、ｐ型、ｉ型及びｎ型の半導体層の形成のいずれにも使用される。従って、置換ガスとしてｉ型層の形成に用いられるガスを用いる場合、このガスから半導体層中に不純物が混入することがなくなるため好ましい。
また、別の実施形態においては、半導体層の膜質に影響を与えない不活性ガス等を置換ガスとして使用しても良い。特に、原子量の大きなガスは、成膜室１０１内を排気した際に成膜室１０１内に残り易く、置換ガスとして適している。不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガス、ネオンガス、キセノンガス等が挙げられる。
また、置換ガスは、ｉ型層の形成に用いられるガスのいずれか１種以上と、１種以上の不活性ガスとの混合ガスであってもよい。
３−３−２．ｐ型半導体層形成工程
次に、ｐ型半導体層５ａを形成する。以下、ｐ型半導体層５ａの形成工程について説明する。
まず、成膜室１０１内を０．００１Ｐａまで排気し、基板温度を２００℃以下に設定することができる。その後、ｐ型半導体層５ａを形成する。成膜室１０１内に混合ガスを導入し、排気系に設けられた圧力調整用バルブ１１７により成膜室１０１内の圧力を略一定に保つ。成膜室１０１内の圧力は、例えば２００Ｐａ以上３６００Ｐａ以下とする。成膜室１０１内に導入される混合ガスとしては、例えばシランガス、水素ガス及びジボランガスを含むガスを使用でき、さらに光吸収量を低減するために炭素原子を含むガス（例えばメタンガス）を含ませることができる。シランガスに対する水素ガスの流量は、５倍以上３００倍以下とすることができ、ｐ型非晶質層を形成する場合には５倍から３０倍が好ましく、ｐ型微結晶層を形成する場合には３０倍から３００倍程度が好ましい。
成膜室１０１内の圧力が安定した後、カソード電極１０２に数ｋＨｚ〜８０ＭＨｚの交流電力を投入し、カソード電極１０２とアノード電極１０３との間にプラズマを発生させ、非晶質又は微結晶のｐ型半導体層５ａを形成する。カソード電極１０２の単位面積あたりの電力密度は、ｐ型非晶質層を形成する場合には０．０１Ｗ／ｃｍ2以上０．３Ｗ／ｃｍ2以下とすることが好ましく、ｐ型微結晶層を形成する場合には、０．０２Ｗ／ｃｍ2以上０．５Ｗ／ｃｍ2以下とすることが好ましい。
上記のようにして所望の厚さのｐ型半導体層５ａを形成した後、交流電力の投入を停止し、成膜室１０１内を真空排気する。
ｐ型半導体層５ａの厚さは、ｉ型非晶質層５ｃに十分な内部電界を与える点で、２ｎｍ以上が好ましく、５ｎｍ以上がより好ましい。また、ｐ型半導体層５ａの厚さは、非活性層の入射側の光吸収量を抑えることが必要である点で、５０ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以下がより好ましい。
３−３−３．バッファ層形成工程
次に、バッファ層５ｂとしてｉ型非晶質層を形成する。まず、成膜室１０１内のバックグラウンド圧力を０．００１Ｐａ程度に真空排気する。基板温度は２００℃以下に設定することができる。次に、成膜室１０１内に混合ガスを導入し、圧力調整用バルブ１１７により成膜室１０１内の圧力を略一定に保つ。成膜室１０１内の圧力は、例えば２００Ｐａ以上３０００Ｐａ以下とする。成膜室１０１内に導入される混合ガスとしては、例えばシランガス及び水素ガスを含むガスを使用することができ、さらに光吸収量を低減するために炭素原子を含むガス（例えばメタンガス）を含ませることができる。シランガスに対する水素ガスの流量は、数倍から数十倍程度が望ましい。
成膜室１０１内の圧力が安定した後、カソード電極１０２に数ｋＨｚ〜８０ＭＨｚの交流電力を投入し、カソード電極１０２とアノード電極１０３との間にプラズマを発生させ、バッファ層５ｂであるｉ型非晶質層を形成する。カソード電極１０２の単位面積あたりの電力密度は、０．０１Ｗ／ｃｍ2以上０．３Ｗ／ｃｍ2以下とすることができる。
上記のようにして、バッファ層５ｂとして所望の厚さのｉ型非晶質層を形成した後、交流電力の投入を停止し、成膜室１０１内を真空排気する。
バッファ層５ｂであるｉ型非晶質層を形成することにより、成膜室１０１内の雰囲気中のボロン原子濃度が低下し、次に形成されるｉ型非晶質層５ｃへのボロン原子の混入を低減することができる。
バッファ層５ｂであるｉ型非晶質層の厚さは、ｐ型半導体層５ａからｉ型非晶質層５ｃへのボロン原子の拡散を抑えるために２ｎｍ以上が望ましい。一方、光吸収量を抑えｉ型非晶質層５ｃへ到達する光を増大させるためにはできる限り薄いことが望ましい。バッファ層５ｂの厚さは、通常５０ｎｍ以下とされる。
３−３−４．ガス置換工程
次に、「３−３―１．ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。
成膜室１０１内の内壁及び電極等には前工程で形成したｐ型半導体層５ａが付着しているため、ｐ型半導体層５ａから放出される不純物、特にｐ型半導体層５ａの導電型を決定する不純物のｉ型非晶質層５ｃへの混入が問題となるが、ｉ型非晶質層５ｃを形成する前にガス置換工程を行うことによって、ｉ型非晶質層５ｃへの上記不純物の混入量を低減することができる。これにより、ｉ型非晶質層５ｃとして良質な半導体層を形成することができる。
３−３−５．ｉ型非晶質層形成工程
次に、ｉ型非晶質層５ｃを形成する。まず、成膜室１０１内のバックグラウンド圧力を０．００１Ｐａ程度に真空排気する。基板温度を２００℃以下に設定することができる。次に、成膜室１０１内に混合ガスを導入し、圧力調整用バルブ１１７により成膜室１０１内の圧力を略一定に保つ。成膜室１０１内の圧力は、例えば２００Ｐａ以上３０００Ｐａ以下とする。成膜室１０１内に導入される混合ガスとしては、例えばシランガス及び水素ガスを含むガスを使用することができる。シランガスに対する水素ガスの流量は、数倍から数十倍程度が好ましく、５倍以上３０倍以下がさらに好ましく、良好な膜質のｉ型非晶質層５ｃを形成することができる。
成膜室１０１内の圧力が安定した後、カソード電極１０２に数ｋＨｚ〜８０ＭＨｚの交流電力を投入し、カソード電極１０２とアノード電極１０３との間にプラズマを発生させ、ｉ型非晶質層５ｃを形成する。カソード電極１０２の単位面積あたりの電力密度は０．０１Ｗ／ｃｍ2以上０．３Ｗ／ｃｍ2以下とすることができる。
上記のようにして所望の厚さのｉ型非晶質層５ｃを形成した後、交流電力の投入を停止し、成膜室１０１内を真空排気する。
ｉ型非晶質層５ｃの厚さは、光吸収量、光劣化による光電変換特性の低下を考慮して、０．０５μｍから０．２５μｍの値に設定されることが好ましい。
３−３−６．ｎ型半導体層形成工程
次に、ｎ型半導体層５ｄを形成する。まず、成膜室１０１内のバックグラウンド圧力を０．００１Ｐａ程度に真空排気する。基板温度は２００℃以下、例えば１５０℃に設定することができる。次に、成膜室１０１内に混合ガスを導入し、圧力調整用バルブ１１７により成膜室１０１内の圧力を略一定に保つ。成膜室１０１内の圧力は、例えば２００Ｐａ以上３６００Ｐａ以下とする。成膜室１０１内に導入される混合ガスとしては、シランガス、水素ガス及びホスフィンガスを含むガスを使用することができる。シランガスに対する水素ガスの流量は、５倍以上３００倍以下とすることができ、ｎ型非晶質層を形成する場合には５倍から３０倍が好ましく、ｎ型微結晶層を形成する場合には３０倍から３００倍程度が好ましい。
成膜室１０１内の圧力が安定した後、カソード電極１０２に数ｋＨｚ〜８０ＭＨｚの交流電力を投入し、カソード電極１０２とアノード電極１０３との間にプラズマを発生させ、非晶質又は微結晶のｎ型半導体層５ｄを形成する。カソード電極１０２の単位面積あたりの電力密度は、ｎ型非晶質層を形成する場合には０．０１Ｗ／ｃｍ2以上０．３Ｗ／ｃｍ2以下とすることが好ましく、ｎ型微結晶層を形成する場合には、０．０２Ｗ／ｃｍ2以上０．５Ｗ／ｃｍ2以下とすることが好ましい。
ｎ型半導体層５ｄの厚さは、ｉ型非晶質層５ｃに十分な内部電界を与えるため２ｎｍ以上が好ましい。一方、非活性層であるｎ型半導体層５ｄの光吸収量を抑えるためにはできる限り薄いことが好ましく、通常５０ｎｍ以下とされる。
以上により、ｉ型非晶質層５ｃを備える第１光電変換層５を形成することができる。
３−４．第２光電変換層形成工程
次に、得られた基板上に第２光電変換層７を形成する。上記の通り、第２光電変換層７は、ｐ型半導体層７ａ、バッファ層７ｂ、ｉ型非晶質層７ｃ及びｎ型半導体層７ｄを有するので、各半導体層を順次形成する。
以下、第２光電変換層７の形成工程について詳述する。
３−４−１．ガス置換工程
次に、「３−３―１．ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。このガス置換工程を実施することにより、ｎ型半導体層５ｄ形成時に成膜室１０１内の内壁及び電極等に付着したｎ型半導体層から放出される不純物、特にｎ型半導体層５ｄの導電型を決定する不純物のｐ型半導体層７ａへの混入量を低減することができる。これにより、ｐ型半導体層７ａとして良質な半導体層を形成することができる。ここで、ｐ型半導体層７ａにはｐ導電型不純物を１×１０20ｃｍ-3程度含ませているので、混入したｎ導電型不純物濃度が二桁少ない１×１０18ｃｍ-3程度以下であれば、良好な光電変換特性が得られる。
３−４−２．ｐ型半導体層形成工程
次に、ｐ型半導体層７ａを形成する。ｐ型半導体層７ａは、第１光電変換層５のｐ型半導体層５ａと同様の方法により形成することができる。
３−４−３．バッファ層形成工程
次に、第１光電変換層５のバッファ層５ｂと同様の方法により、バッファ層７ｂを形成する。
３−４−４．ガス置換工程
次に、「３−３―１．ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。このガス置換工程は、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃを形成する前に行われるガス置換工程と同様の効果を得ることができる。
３−４−５．ｉ型非晶質層形成工程
次に、ｉ型非晶質層７ｃを形成する。
ｉ型非晶質層７ｃの厚みは、光吸収量、光劣化による光電変換特性の低下を考慮して、０．１μｍから０．７μｍの値に設定されることが好ましい。
また、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃの禁制帯幅は、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃの禁制帯幅よりも狭いことが望ましい。このような禁制帯幅とすることにより、第１光電変換層５で吸収できなかった波長帯の光を第２光電変換層７で吸収することができ、入射光を有効に利用することができるからである。
ｉ型非晶質層７ｃの禁制帯幅を狭くするために、膜形成時の基板温度を高く設定することができる。基板温度を高くすることにより膜中に含有される水素原子濃度を減らし、禁制帯幅の狭いｉ型非晶質層７ｃを形成することができる。すなわち、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃ形成時の基板温度を、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ形成時の基板温度より高くすれば良い。これにより、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ中の水素原子濃度を、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃ中の水素原子濃度よりも高くすることができ、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃの禁制帯幅が、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃの禁制帯幅より大きい積層型薄膜太陽電池モジュールを製造することができる。
また、ｉ型非晶質層７ｃ形成時に成膜室１０１に導入される混合ガスの水素ガス／シランガス流量比を小さくすることにより、ｉ型非晶質層７ｃ中に含有される水素原子濃度を減らし、禁制帯幅の狭いｉ型非晶質層７ｃを形成することができる。すなわち、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃ形成時の混合ガスの水素ガス／シランガス流量比を、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ形成時より小さくすれば良い。これにより、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ中の水素原子濃度を、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃ中の水素原子濃度よりも高くすることができ、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃの禁制帯幅が、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃの禁制帯幅より大きい積層型薄膜太陽電池モジュールを製造することができる。
さらに、ｉ型非晶質層を連続放電プラズマにより形成する場合と、パルス放電プラズマにより形成する場合で、ｉ型非晶質層の禁制帯幅を調整することも可能である。ｉ型非晶質層を連続放電プラズマにより形成するとパルス放電プラズマにより形成した場合より、成膜されるｉ型非晶質層中に含まれる水素原子濃度を多くすることができる。
従って、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃを連続放電プラズマにより形成し、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃをパルス放電プラズマにより形成できるように、プラズマ発生用の供給電力を切換えることにより、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃの禁制帯幅が、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃの禁制帯幅より大きい積層型薄膜太陽電池モジュールを製造することができる。
上記第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ及び第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃ形成時の基板温度の設定、水素ガス／シランガス流量比の設定及び連続放電／パルス放電の切換は、それぞれ別々に設定しても良いし、各設定を併用しても良い。特に、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ及び第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃ形成時の基板温度が同一である場合、水素ガス／シランガス流量比の設定及び連続放電／パルス放電の切換を併用すると、ｉ型非晶質層中に含有される水素原子濃度を大きく変化させることができ望ましい。
３−４−６．ｎ型半導体層形成工程
次に、ｎ型半導体層７ｄを形成する。ｎ型半導体層７ｄは、第１光電変換層５のｎ型半導体層５ｄと同様の方法により形成することができる。
３−５．第３光電変換層形成工程
次に、得られた基板上に第３光電変換層９を形成する。上記の通り、第３光電変換層９は、ｐ型半導体層９ａ、ｉ型微結晶層９ｂ及びｎ型半導体層９ｃを有するので、各半導体層を順次形成する。
以下、第３光電変換層９の形成工程について詳述する。
３−５−１．ガス置換工程
まず、「３−３―１．ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。このガス置換工程は、第２光電変換層７形成前に行われるガス置換工程と同様の効果を有する。
３−５−２．ｐ型半導体層形成工程
次に、ｐ型半導体層９ａを形成する。ｐ型半導体層９ａは、第１光電変換層５のｐ型半導体層５ａと同様の方法により形成することができる。
３−５−３．ガス置換工程
次に、「３−３―１．ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。このガス置換工程は、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ及び第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃを形成する前に行われるガス置換工程と同様の効果を有する。
３−５−４．ｉ型微結晶層形成工程
次に、ｉ型微結晶層９ａを形成する。ｉ型微結晶層９ｂは、例えば以下の形成条件において形成することができる。基板温度は２００℃以下とすることが望ましい。形成時の成膜室１０１内の圧力は、２４０Ｐａ以上３６００Ｐａ以下であることが望ましい。また、カソード電極１０２の単位面積あたりの電力密度は０．０２Ｗ／ｃｍ2以上０．５Ｗ／ｃｍ2以下とすることが望ましい。
成膜室１０１内に導入される混合ガスとしては、例えば、シランガス、水素ガスを含むガスを使用できる。シランガスに対する水素ガスの流量は、３０倍から数百倍程度が望ましく、３０倍から３００倍程度がさらに望ましい。
ｉ型微結晶層９ｂの厚さは、十分な光吸収量を確保するため０．５μｍ以上が好ましく、１μｍ以上がより好ましい。一方、ｉ型微結晶層９ｂの厚さは、良好な生産性を確保する点で２０μｍ以下が好ましく１５μｍ以下がより好ましい。
このようにして、ラマン分光法により測定される、４８０ｎｍ-1におけるピークに対する５２０ｎｍ-1におけるピークのピーク強度比Ｉ520／Ｉ480が３以上１０以下である良好な結晶化率を有するｉ型微結晶層９ｂを形成できる。
３−５−５．ｎ型半導体層形成工程
次に、ｎ型半導体層９ｃを形成する。ｎ型半導体層９ｃは、第１光電変換層５のｎ型半導体層５ｄと同様の方法により形成することができる。
３−６．光電変換層分割ライン形成工程
次に、横方向（図１のＸ方向）に延びかつ表面電極分割ライン１３からずれた位置に光電変換層分割ラインを第１〜第３光電変換層５，７，９に形成することによって第１〜第３光電変換層５，７，９を複数の帯状パターンに分割する。光電変換層分割ラインは、例えばＹＡＧレーザーの第二高調波を用いて第１〜第３光電変換層５，７，９をスクライブすることによって形成することができる。なお、コンタクトライン１７は、光電変換層分割ライン内に導電体（例：裏面電極の材料）が充填されて形成されるので、光電変換層分割ラインの幅が、コンタクトライン１７の幅に一致する。
３−７．裏面電極形成工程
次に、第３光電変換層９上に裏面電極１１を形成する。裏面電極１１は、第３光電変換層９側から順に透明導電膜と金属膜と有しているので、これらを順次形成する。
透明導電膜は、ＳｎＯ2、ＩＴＯ、ＺｎＯなどからなる。金属膜は、銀、アルミニウム等の金属からなる。透明導電膜と金属膜は、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法により形成される。透明導電膜は、省略することもできる。
なお、裏面電極１１を形成する際に、裏面電極１１の材料が光電変換層分割ライン内に入り込んでコンタクトライン１７が形成される。
３−８．裏面電極分割ライン形成工程
次に、横方向（図１のＸ方向）に延びる裏面電極分割ライン２９を裏面電極１１及び第１〜第３光電変換層５，７，９に形成することによって裏面電極１１及び第１〜第３光電変換層５，７，９を複数の帯状パターンに分割する。裏面電極分割ライン２９は、３本のラインが表面電極分割ライン１３、光電変換層分割ライン及び裏面電極分割ライン２９の順で並ぶように形成する。
裏面電極分割ライン２９は、例えばＹＡＧレーザーの第二高調波を用いて裏面電極１１及び第１〜第３光電変換層５，７，９をスクライブすることによって形成することができる。
ここまでの工程によって、互いに直列接続された複数の太陽電池セル２７を有する帯状のセルストリング２１が得られる。
３−９．並列分割ライン形成工程
次に、縦方向（図１のＹ方向、基板２の短辺方向、セルストリング２１中の複数の太陽電池セル２７が並ぶ方向）に延びる並列分割ライン２５を帯状のセルストリング２１に形成することによって帯状のセルストリング２１を複数のセルストリング２１に分割する。このときに、各並列分割ライン２５を形成する位置を調整して端のセルストリング２１の幅を他のセルストリング２１の幅より狭くすることができる。また、セルストリングの幅を本発明のセルストリングの幅とすることができる。
並列分割ライン２５は、例えばＹＡＧレーザーの第二高調波を用いて裏面電極１１及び第１〜第３光電変換層５，７，９をスクライブし、さらにＹＡＧレーザーの基本波を用いて表面電極３をスクライブすることによって形成することができる。
３−１０．共通電極形成工程
次に、複数のセルストリング２１が互いに並列接続されるように共通電極２３を取り付け、本実施形態の薄膜太陽電池モジュール１の作製を完了する。
４．ＲＢ電流測定試験
以下のように、セルストリング２１の幅を変えて、ＲＢ電流（光起電力による電流の方向と逆方向に５Ｖから８Ｖの電圧をかけた時の電流である。）の測定を行った。なお、ＲＢ電流が大きいほどリーク電流が流れやすい。この試験では、５０ｍＡ以上のＲＢ電流が流れる太陽電池セルをリーク電流が流れる基準とした。まず、図１、図２、図３を用いて説明した上記実施形態の薄膜太陽電池モジュールと同様の構成を有するサンプル（但し、並列分割ライン２５及び共通電極２３は無し、また第３光電変換層は形成していない。）を表１の材料で作成した。サンプルの直列段数（各セルストリングに含まれる太陽電池セルの数）は、１００段とした。なお、基板はセルストリングを分割した方向の幅が１４００ｍｍのものを用い、セルストリングを分割した方向の両側には１０ｍｍの光電変換層を形成していない領域を形成した。
Figure 0004637244
次に、各セルストリングが表２に示すセルストリングの幅（この順）になるように、並列分割ラインを形成した。作製されたサンプルの各太陽電池セルについてＲＢ電流（逆方向に５Ｖの電圧をかけた時の電流である。）の測定及びＩ−Ｖ測定を行った。表２は、作成したサンプルをこの順番で分割した各セルストリングの幅（ｍｍ）、すべてのセルストリングの幅の和を１００％としたときの各セルストリングの幅（％）、各セルストリングに含まれるＲＢ電流が５０ｍＡ以上の太陽電池セルの個数を示した表である。また、図１０は、各セルストリングの中心部の位置とＲＢ電流が５０ｍＡ以上の太陽電池セルの個数の関係を示したグラフである。なお、図１０の横軸は、基板上に第１光電変換層などが形成された領域のセルストリングを分割した方向の位置（ｍｍ）を示しており、一方の端を０としている。また、各セルストリングの中心部の位置とは、この方向の中心部の位置とした。また、グラフの上辺には、すべてのセルストリングの幅の和を１００％としたときのセルストリングの位置（％）を示している。また、表２より、図１０の位置３５５〜１０２５ｍｍの範囲（表２の左から６、７番目のセルストリング）は、ＲＢ電流が５０ｍＡ以上の太陽電池セルの個数は０であるが、当該セルストリング内で直列接続された各セルのＲＢ電流の絶対値はいずれも０．０５ｍＡ/ｃｍ2以下であった。
Figure 0004637244
表２及び図１０を見ると、セルモジュールに含まれる中心付近のセルストリングでは、ＲＢ電流が５０ｍＡ以上の太陽電池セルがないのに対し、セルモジュールの端に近づくにつれＲＢ電流が５０ｍＡ以上の太陽電池セルの個数は、多くなることがわかった。特に端から幅が５、５０、１００ｍｍのセルストリングではＲＢ電流が５０ｍＡ以上の太陽電池セルが特に多いことがわかった。また、セルモジュールの両端２０％程度の位置より外側でＲＢ電流５０ｍＡの太陽電池セルの個数が増え始め、セルモジュールの両端１０％程度の位置より外側ではさらにＲＢ電流５０ｍＡの太陽電池セルの個数が増加することが明らかになった。
また、３５５〜１０２５ｍｍの範囲では、上記のようにＲＢ電流５０ｍＡの太陽電池セルの個数が少ないため、リーク電流も少ないと考えられる。また、この範囲では、後に記載するホットスポット耐性試験において、セルストリングの出力電力が大きくても膜剥離などは生じなかった。
また、第１光電変換層の膜厚分布も調べた。膜厚分布測定の結果を図１１に示す。図１１は、作成したサンプルのセルストリングを分割した方向の各位置における第１光電変換層の膜厚分布を示したグラフである。なお、図１１の横軸は、基板上に第１光電変換層などが形成された領域のセルストリングを分割した方向の位置（ｍｍ）を示しており、一方の端を０としている。また、グラフの上辺には、すべてのセルストリングの幅の和を１００％としたときのセルストリングの位置（％）を示している。
膜厚分布測定から、中心部分では膜厚は安定しているが、端に近づくと膜厚は薄くなることが分かった。
セルモジュールの端に近づくほどＲＢ電流５０ｍＡ以上の太陽電池セルの個数が増加する理由については、明らかではないが、第１光電変換層の膜厚が、１０％程度薄くなっている位置とＲＢ電流５０ｍＡ以上の太陽電池セルの個数が増加する位置が一致しているため、これに起因している可能性が示唆される。
５．セルホットスポット耐性試験
以下の方法でセルホットスポット耐性試験を行った。
まず、図１、図２、図３を用いて説明した上記実施形態の薄膜太陽電池モジュールと同様の構成を有するサンプル（但し、並列分割ライン２５及び共通電極２３は無し）を表３の材料で数多く作成した。各サンプルの直列段数は、３０段とした。
Figure 0004637244
作製した各サンプルについてＲＢ電流（逆方向に５Ｖから８Ｖの電圧をかけた時の電流である。印加する電圧は、ＲＢ電流が表４の値になるように適宜変化させた。）の測定及びＩ−Ｖ測定を行った。
次に、上記サンプルの中から、ＲＢ電流が互いに異なるサンプルを抽出した。抽出したサンプルを並列分割することにより、評価対象のセルストリング２１の出力を５〜５０Ｗにした。
次に、セルストリング２１中の面積が最小の太陽電池セル２７について、ホットスポット耐性試験を行い、剥離面積１０％未満を合格ラインとして、合否判定した。ホットスポット耐性試験は、IEC61646 1stEDITIONに準拠した方法で行った。
剥離面積は、基板２側からサンプル表面を撮影し、得られた画像のコントラストを大きくして白黒の画像を得て、この画像中の白部分の面積の割合を算出した。膜剥離が起こった部分は、通常、輝度が大きくなるので、上記方法で得られた白部分の面積の割合は、膜剥離が起こった部分の面積（剥離面積）の割合に対応する。
得られた結果を表４に示す。表４は、セルストリング２１の出力又はＲＢ電流が互いに異なる５４種類のサンプルについて剥離面積の測定を行った結果である。なお、横線で示したサンプルは剥離面積が１０％を超えていた。
Figure 0004637244
表４を参照すると、セルストリング２１の出力が同じであっても、ＲＢ電流が非常に小さいもの（0.019mA/cm2）及び非常に大きいもの（6.44mA/cm2）のどちらの場合でも膜剥離が起こりにくく、ＲＢ電流が中程度の大きさのもの（0.31〜2.06mA/cm2)の場合に膜剥離が起こりやすいことが分かった。
また、セルストリングの出力が３０Ｗ以下である場合には、ＲＢ電流の値によらず、剥離面積を１０％以下に抑えることができることが分かった。
６．逆方向過電流耐性試験
次に、以下の方法で逆方向過電流耐性試験を行った。
まず、図１、図２、図３を用いて説明した上記実施形態の薄膜太陽電池モジュールと同様の構成を有するサンプルを表３の材料で作製した。各サンプルの直列段数は、３０段とした。
次に、作製したサンプルに過電流を逆方向（ここでいう逆方向は太陽電池が光を受けて電流が流れる方向とは逆という意味であり、光が照射されていない時の太陽電池をダイオードとみた場合は順方向である。）に流したときにコンタクトライン１７が損傷したかどうか調べることによって逆方向過電流耐性試験を行った。
ここで流す電流値はＩＥＣ６１７３０の規定に準ずると、耐過電流仕様値の１．３５倍を流す必要がある。今回は、７０Ｖで５．５Ａ流した。
ここで、１つのセルモジュールに対して上記条件で電流を流すと、各並列セルストリングに対して均等に分割された電流が流れると考えがちだが、実際は、ストリング毎に抵抗値が異なるため、特定のセルストリングに集中して電流が流れることがある。この状態をワーストケースと想定し、セルストリング１つに７０Ｖ×５．５Ａ＝３８５Ｗが印加されたときに問題が無いようにしなければならない。そこで、１本のセルストリング２１に７０Ｖ×５．５Ａ＝３８５Ｗの電力を印加して試験を行った。
試験は、コンタクトライン１７の断面の長さＬ又は幅Ｗが互いに異なる２０種類のサンプルを作製して行った。コンタクトライン１７が損傷したかどうかは、目視で判定した。コンタクトライン１７に沿って半楕円状に裏面電極１１の変色または剥離が生じた場合に、コンタクトライン１７が損傷したと判断した。得られた結果を表５に示す。
Figure 0004637244
表５によると、コンタクトライン１７の断面の幅Ｗが２０μｍ及び４０μｍである場合には、それぞれ、コンタクトライン１７の断面の長さＬを１８ｃｍ以上及び９ｃｍ以上にすることによってコンタクトライン１７の損傷を防ぐことができることが分かった。言い換えると、コンタクトライン１７の断面積Ｓｃを２０μｍ×１８ｃｍ又は４０μｍ×９ｃｍ＝０．０３６ｃｍ2以上にすればいいことが分かった
さらに、セルストリング２１に印加した電力が３８５Ｗであることから、（セルストリング２１に印加した電力）／（コンタクトライン１７の面積Ｓｃ）≒１０．７ｋＷ／ｃｍ2となり、コンタクトライン１７に印加される電力密度が１０．７ｋＷ／ｃｍ2以下である場合に、コンタクトライン１７の損傷を防ぐことができることが分かった。
ただし、表２に示した両端よりの１８％以内の前記セルストリングは、ＲＢ試験の結果より、セル内に十分大きなリークパスが存在しており、電流がコンタクトラインに集中せず分散されるため、コンタクトラインで消費される電力が少ない。このような場合は、上記関係を満たさなくてもコンタクトラインの損傷が抑えられる。
１：薄膜太陽電池モジュール １ａ：セルモジュール ２：基板 ３：表面電極 ５：第１光電変換層 ７：第２光電変換層 ９：第３光電変換層 １１：裏面電極
５ａ：ｐ型半導体層 ５ｂ：バッファ層 ５ｃ：ｉ型非晶質層 ５ｄ：ｎ型半導体層
７ａ：ｐ型半導体層 ７ｂ：バッファ層 ７ｃ：ｉ型非晶質層 ７ｄ：ｎ型半導体層
９ａ：ｐ型半導体層 ９ｂ：ｉ型微結晶層 ９ｄ：ｎ型半導体層
１３：表面電極分割ライン １７：コンタクトライン ２１：セルストリング ２３：共通電極 ２５：並列分割ライン ２７：太陽電池セル ２９：裏面電極分割ライン ３１：ブロッキングダイオード
１０１：成膜室 １０２：カソード電極 １０３：アノード電極 １０５：インピーダンス整合回路 １０６ａ：電力導入線 １０６ｂ：電力導入線 １０７：基板 １０８：電力供給部 １１０：ガス導入部 １１６：ガス排気部 １１７：圧力調整用バルブ １１８：ガス １１９：ガス排気口 １５０：薄膜太陽電池アレイ
２０１：基板 ２０２：セルストリング ２０３：太陽電池セル ２０４：共通電極 ２１０：薄膜太陽電池モジュール
２５１：表面電極 ２５３：光電変換層 ２５５：裏面電極 ２５８：原材料の粉

Claims (11)

  1. 基板と、
    それぞれが一定の幅を有する３つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、前記基板上に表面電極、光電変換層及び裏面電極がこの順に重ねられ該表面電極と該裏面電極がコンタクトラインを介して接続されることにより直列接続された、前記セルストリングの幅と同じ幅を有する複数の太陽電池セルを備え、
    前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ各セルストリングで発生した電流が互いに流入可能なように電気的に接続され、
    前記３つ以上のセルストリングのうち両端の前記セルストリングは、他の前記セルストリングより狭い幅を有し、かつ、５ｍｍ以上２５５ｍｍ以下の幅又は前記セルモジュールに含まれる全ての前記セルストリングの幅の和を１００％としたとき０．３６％以上１８％以下の幅を有することを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
  2. 基板と、
    それぞれが一定の幅を有する５つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、前記基板上に表面電極、光電変換層及び裏面電極がこの順に重ねられ該表面電極と該裏面電極がコンタクトラインを介して接続されることにより直列接続された、前記セルストリングの幅と同じ幅を有する複数の太陽電池セルを備え、
    前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ各セルストリングで発生した電流が互いに流入可能なように電気的に接続され、
    前記５つ以上のセルストリングのうち両端の前記セルストリングは、前記５つ以上のセルストリングのうち中央の前記セルストリングより狭い幅を有し、
    前記５つ以上のセルストリングの両端のうち少なくとも一方から２つの前記セルストリングは、１１ｍｍ以上２５５ｍｍ以下の幅の和又は前記セルモジュールに含まれる全ての前記セルストリングの幅の和を１００％としたとき０．７１％以上１８％以下の幅の和を有することを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
  3. 基板と、
    それぞれが一定の幅を有する７つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、前記基板上に表面電極、光電変換層及び裏面電極がこの順に重ねられ該表面電極と該裏面電極がコンタクトラインを介して接続されることにより直列接続された、前記セルストリングの幅と同じ幅を有する複数の太陽電池セルを備え、
    前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ各セルストリングで発生した電流が互いに流入可能なように電気的に接続され、
    前記７つ以上のセルストリングのうち両端の前記セルストリングは、前記７つ以上のセルストリングのうち中央の前記セルストリングより狭い幅を有し、
    前記７つ以上のセルストリングの両端のうち少なくとも一方から３つの前記セルストリングは、１７ｍｍ以上２５５ｍｍ以下の幅の和又は前記セルモジュールに含まれる全てのセルストリングの幅の和を１００％としたとき１．０７％以上１８％以下の幅の和を有することを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
  4. 前記セルストリングは、光源：キセノンランプ、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ2、ＡＭ１．５、温度：２５℃という条件下の出力が３０Ｗ以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池モジュール。
  5. 前記セルストリングのうち両端のセルストリング以外の各セルストリングは、光源：キセノンランプ、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ2、ＡＭ１．５、温度：２５℃という条件下における、前記セルモジュールの出力をＰ（Ｗ）、該セルストリングの出力をＰｓ（Ｗ）、該セルストリングに含まれるコンタクトラインの断面積をＳｃ（ｃｍ2）としたとき、（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが１０．７（ｋＷ／ｃｍ2）以下である請求項１〜４のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池モジュール。
  6. 基板と、
    それぞれが一定の幅を有する３つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、前記基板上に表面電極、光電変換層及び裏面電極がこの順に重ねられ該表面電極と該裏面電極がコンタクトラインを介して接続されることにより直列接続された、前記セルストリングの幅と同じ幅を有する複数の太陽電池セルを備え、
    前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ各セルストリングで発生した電流が互いに流入可能なように電気的に接続され、
    前記３つ以上のセルストリングのうち両端の前記セルストリングは、５ｍｍ以上２５５ｍｍ以下の幅又は前記セルモジュールに含まれる全ての前記セルストリングの幅の和を１００％としたとき０．３６％以上１８％以下の幅を有し、
    前記３つ以上のセルストリングのうち中央の前記セルストリングは、前記両端の前記セルストリングより広い幅を有することを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
  7. 前記３つ以上のセルストリングのうち中央の前記セルストリングは、６７０ｍｍ以下の幅又は前記セルモジュールに含まれる全ての前記セルストリングの幅の和を１００％としたとき５０％以下の幅を有する請求項６に記載の薄膜太陽電池モジュール。
  8. 各セルストリングは、光源：キセノンランプ、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ2、ＡＭ１．５、温度：２５℃という条件下における、前記セルモジュールの出力をＰ（Ｗ）、該セルストリングの出力をＰｓ（Ｗ）、該セルストリングに含まれるコンタクトラインの断面積をＳｃ（ｃｍ2）としたとき、（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが１０．７（ｋＷ／ｃｍ2）以下である請求項６または７に記載の薄膜太陽電池モジュール。
  9. 前記表面電極は、Ｓｎを含む酸化物からなる透明導電膜からなり、
    前記裏面電極は、透明導電膜と金属膜の積層構造からなる請求項１〜８のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池モジュール。
  10. 前記セルモジュールは、光源：キセノンランプ、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ2、ＡＭ１．５、温度：２５℃という条件下において９０Ｗ以上３８５Ｗ以下の出力を有する請求項１〜９のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池モジュール。
  11. 前記セルモジュールは、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向において５００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下の幅を有する請求項１〜１０のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池モジュール。
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