JP5330723B2 - 光電変換装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換装置に関し、特に発電層を製膜で作製する光電変換装置に関する。
太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池に用いられ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光電変換装置が知られている。
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。しかしながら、薄膜シリコン系太陽電池の短所としては、変換効率が結晶系に比べて低いこと、及び、製膜速度が遅く量産性が低いことが挙げられる。
薄膜シリコン系太陽電池の変換効率を向上させるために、非晶質シリコンからなるｉ層を含む光電変換層と結晶質シリコンからなるｉ層を含む光電変換層とを積層するタンデム型太陽電池とすることが有効である。結晶質シリコンｉ層の結晶性と太陽電池の変換効率とは密接な関係にあり、変換効率が最も高くなるのは、結晶質シリコンｉ層が非晶質と結晶質との境界近傍の結晶性を有する場合であることが知られている。
結晶質シリコンｉ層の結晶性は、製膜時の基板温度や水素希釈率などの製膜条件に依存する。結晶性は、例えばラマンスペクトルにおける５２０ｃｍ−１の結晶性シリコンのピーク強度と４８０ｃｍ−１の非晶質シリコンのピーク強度の比ｌｃ／ｌａで表される。特許文献１には、基板温度Ｔｓｕｂとｌｃ／ｌａが関係式７００≦Ｔｓｕｂ×ｌｃ／ｌａ≦１６００を満たす条件にて結晶質シリコンｉ層を製膜することによって高変換効率の太陽電池セルを製造する方法が開示されている。
太陽電池の量産性を向上させるための一つの手段として、結晶性及び膜厚が均一な結晶質シリコンｉ層を形成して太陽電池性能を維持し、更に製膜速度を向上させることが挙げられる。また、別の手段として、大面積基板を用いて太陽電池モジュールを製造することが挙げられる。一般に、プラズマＣＶＤ法を利用した大面積モジュールの製造においては、ガスの流れや放電分布に対応して、基板面内で結晶質シリコンｉ層の結晶性及び膜厚に分布が生じる。一方、太陽電池の量産性を向上するにあたって、結晶質シリコンｉ層の製膜速度を向上させるためには、より大きなＲＦ電力をプラズマ電極に供給する必要がある。これにより、基板面内のプラズマ放電分布も大きくなるので、基板面内の結晶性及び膜厚分布も大きくなる。このため、大面積基板に対し、結晶質シリコンｉ層を含む太陽電池セルが高性能となるような結晶性を有するように、結晶質シリコンｉ層を基板面内で均一に製膜することは困難であり、特に高速製膜と高性能との両立は極めて困難となっていた。
大面積モジュールに対し結晶質シリコン層の結晶性及び膜厚を均一に製膜する手法として、非特許文献１にショートパルスプラズマＣＶＤ法による結晶質シリコン層の製膜が報告されている。ショートパルスプラズマＣＶＤ法では、励起プラズマをパルス化することにより、プラズマＯＮ時の印加電界の空間的な不均一性が緩和されて活性種の空間分布が均一となり、結晶性及び膜厚の均一性が向上する。これにより、高変換効率の大面積太陽電池を実現している。
非特許文献１に記載されるショートパルスプラズマＣＶＤ法では、プラズマのパルス化により面内で均一な結晶性及び膜厚を可能としている。しかし、パルス化により製膜速度が低下しないように効率的に活性種を生成させてはいるものの、一般的な連続プラズマによる製膜に比べて製膜速度が小さい。このように、従来は高速製膜と結晶性の均一性及び膜厚均一性を両立する技術は確立されていなかった。
太陽電池の量産性と高性能を両立した結晶質シリコンｉ層を含む大面積太陽電池モジュールを製造するために、高性能が得られる結晶性を有するように結晶質シリコンｉ層を基板面内で均一に製膜することと、高速にて製膜することとを両立させることは極めて困難である。このため、太陽電池の量産性と性能の両方を確保するために、結晶質シリコンｉ層における結晶性の面内分布のばらつきを許容し、結晶性の面内分布の範囲を設定する必要がある。結晶質シリコンｉ層の結晶性が低いと、長波長（例えば波長６００ｎｍ以上）の光に対する感度が低下して、太陽電池性能が低下することが知られている。そのため、結晶質シリコンｉ層における結晶性の面内分布の範囲は、低結晶性領域が存在しないように設定する必要があると考えられていた。ここで、低結晶性領域とは、例えば、結晶質シリコン層における非晶質シリコン相のラマンピーク強度に対する結晶質シリコン相のラマンピーク強度の比であるラマンピーク比の値が略３〜４以下の領域である。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、高変換効率を有し、量産性に優れた大面積の光電変換装置を提供する。
上記課題を解決するために、本発明の光電変換装置は、基板上に結晶質シリコン層を含む光電変換層を形成した光電変換装置であって、前記結晶質シリコン層が結晶質シリコンｉ層を有し、該結晶質シリコンｉ層における非晶質シリコン相のラマンピーク強度に対する結晶質シリコン相のラマンピーク強度の比であるラマンピーク比の平均値が４以上８以下、前記ラマンピーク比の標準偏差が１以上３以下、かつ、前記ラマンピーク比が４以下となる領域の割合が０％以上１５％以下で表される基板面内分布を有することを特徴とする。なお、ラマンピーク比は、波長５３２ｎｍのレーザー光を用いて計測したラマンスペクトルにおける４８０ｃｍ−１の非晶質シリコン相のピーク強度ｌａに対する５２０ｃｍ−１の結晶質シリコン相のピーク強度ｌｃの比ｌｃ／ｌａで表される。
高い変換効率を有する光電変換装置を得るには、結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比に適切な範囲があり、ラマンピーク比が低いと波長７００ｎｍ以上の長波長光に対する感度が低下して変換効率が低下する。しかし、基板面内にラマンピーク比が４以下と低い領域が存在することにより、逆に変換効率が更に増大することが判明した。しかし、ラマンピーク比が４以下の領域の割合が１５％を超えると、変換効率が低下するだけでなく、基板面内でのラマンピーク比の低い領域と高い領域との間に発生する応力により剥離が生じる可能性があり、長期安定性の面で問題がある。結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比が上記分布で表される基板面内分布を有する光電変換装置は、高出力の光電変換装置となる。
また、本発明の光電変換装置は、基板上に結晶質シリコン層を含む光電変換層を形成した光電変換装置であって、前記結晶質シリコン層が結晶質シリコンｉ層を有し、前記基板の前記光電変換層を形成した面の大きさが、１ｍ角以上であり、該結晶質シリコンｉ層における非晶質シリコン相のラマンピーク強度に対する結晶質シリコン相のラマンピーク強度の比であるラマンピーク比の平均値が５以上８以下、前記ラマンピーク比の標準偏差が１以上３以下、かつ、前記ラマンピーク比が４以下となる領域の割合が０％以上１０％以下で表される基板面内分布を有することを特徴とする。
基板の光電変換層を形成した面の大きさが１ｍ角以上の場合は、ラマンピーク比が４以下となる領域の割合が１０％を超えると、局所的にラマンピーク比が低い箇所が集中して発生する確率が増加するために、光電変換装置の出力の低下が生じやすくなり、また、結晶質シリコン層の剥離が生じる場合があるなどの問題が発生する。大面積の光電変換装置においては、結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比が上記分布で表される基板面内分布を有することにより、高出力の光電変換装置とすることができる。
上記発明において、前記結晶質シリコンｉ層が、製膜速度１．５ｎｍ／ｓｅｃ以上で製膜された層であることが好ましい。一般に、結晶質シリコン層を高速で製膜すると、結晶性及び膜厚の基板面内分布が大きくなる傾向にある。一方、本発明の光電変換装置は、結晶質シリコン層のｉ層を１．５ｎｍ／ｓｅｃ以上と高速で製膜した層としても、ラマンピーク比が基板面内で上記の基板面内分布を有する結晶質シリコンｉ層としているため、高い生産性で高出力の光電変換装置を得られる。１．５ｎｍ／ｓｅｃよりも低い製膜速度で太陽電池モジュールの生産性を確保するためには、多数の結晶質シリコンｉ層製膜室を並列して配置する必要があり、工場設備費の著しい増加に繋がるので好ましくない。
上記発明において、前記光電変換層が、さらに非晶質シリコン層を備え、該非晶質シリコン層の非晶質シリコンｉ層の膜厚が、１７０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とすることができる。
非晶質シリコンｉ層の膜厚を上記範囲とすることによって、光電変換装置の光劣化を抑制することができ、高い安定化出力を得ることができる。
この場合、前記結晶質シリコン層と前記非晶質シリコン層との間に中間コンタクト層を備えることが好ましい。非晶質シリコン層で吸収しきれずに透過する短波長の光を中間コンタクト層により反射させて、非晶質シリコン層における光路を長くし短波長の光を効率良く吸収させる。また、中間コンタクト層により結晶質シリコン層と非晶質シリコン層との接触性が改善される。これにより、非晶質シリコン層の膜厚を大きくせずに発生電流を大きくして、高い変換効率の光電変換装置とすることができる。
本発明によれば、結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比を上記の基板面内分布とすることにより、大面積基板に対し高製膜速度で結晶質シリコン層を製膜して生産性を向上させても高い変換効率を有する光電変換装置とすることができる。
以下に、本発明に係る光電変換装置の一実施形態を説明する。
図１は、本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１００は、シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、光電変換層３としての第１電池層９１（非晶質シリコン系）及び第２電池層９２（結晶質シリコン系）、及び、裏面電極層４を備える。なお、ここで、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）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系も含まれる。
図１は、本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１００は、シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、光電変換層３としての第１電池層９１（非晶質シリコン系）及び第２電池層９２（結晶質シリコン系）、及び、裏面電極層４を備える。なお、ここで、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）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系も含まれる。
次に、本実施形態の光電変換装置として、太陽電池パネルを製造する工程を図２から図５を用いて説明する。
（１）図２（ａ）
基板１としてソーダフロートガラス基板（例えば、１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３〜６ｍｍの一辺が１ｍを超える大面積基板）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。
基板１としてソーダフロートガラス基板（例えば、１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３〜６ｍｍの一辺が１ｍを超える大面積基板）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。
（２）図２（ｂ）
透明電極層２として酸化錫（ＳｎＯ２）を主成分とする膜厚約５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の透明電極膜を、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。この際、透明電極膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明電極層２として、透明電極膜に加えて、基板１と透明電極膜との間にアルカリバリア膜（図示されず）を形成しても良い。アルカリバリア膜は、膜厚５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。
透明電極層２として酸化錫（ＳｎＯ２）を主成分とする膜厚約５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の透明電極膜を、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。この際、透明電極膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明電極層２として、透明電極膜に加えて、基板１と透明電極膜との間にアルカリバリア膜（図示されず）を形成しても良い。アルカリバリア膜は、膜厚５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。
（３）図２（ｃ）
その後、基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、図の矢印に示すように、透明電極層の層面側から入射する。加工速度が適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セルの直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板１とレーザー光を相対移動して、溝１０を形成するように幅約６ｍｍから１５ｍｍの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
その後、基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、図の矢印に示すように、透明電極層の層面側から入射する。加工速度が適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セルの直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板１とレーザー光を相対移動して、溝１０を形成するように幅約６ｍｍから１５ｍｍの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
（４）図２（ｄ）
第１電池層９１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。ＳｉＨ４ガス及びＨ２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、透明電極層２上に太陽光の入射する側から非晶質シリコンｐ層３１、非晶質シリコンｉ層３２、非晶質シリコンｎ層３３の順で製膜する。非晶質シリコンｐ層３１は非晶質のＢドープシリコン膜であり、膜厚１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｉ層３２は、膜厚１７０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｎ層３３はＰドープ非晶質シリコン膜であり、膜厚３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｎ層の代わりに、Ｐドープ結晶質シリコン膜からなる結晶質シリコンｎ層を設けても良い。非晶質シリコンｐ層３１と非晶質シリコンｉ層３２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。
第１電池層９１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。ＳｉＨ４ガス及びＨ２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、透明電極層２上に太陽光の入射する側から非晶質シリコンｐ層３１、非晶質シリコンｉ層３２、非晶質シリコンｎ層３３の順で製膜する。非晶質シリコンｐ層３１は非晶質のＢドープシリコン膜であり、膜厚１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｉ層３２は、膜厚１７０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｎ層３３はＰドープ非晶質シリコン膜であり、膜厚３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｎ層の代わりに、Ｐドープ結晶質シリコン膜からなる結晶質シリコンｎ層を設けても良い。非晶質シリコンｐ層３１と非晶質シリコンｉ層３２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。
第１電池層９１上に、第２電池層９２として結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。ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを主原料にして、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４１、結晶質シリコンｉ層４２、結晶質シリコンｎ層４３の順で製膜する。
本実施形態では、結晶質シリコンｐ層４１はＢドープした結晶質シリコン膜であり、膜厚１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。結晶質シリコンｉ層４２の膜厚は、１．２μｍ以上３．０μｍ以下である。結晶質シリコンｎ層４３はＰドープした結晶質シリコン膜であり、膜厚２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
図６に、タンデム型太陽電池セルにおける結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比と光電変換効率の関係を示す。同図において、横軸は結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比ｌｃ／ｌａ、縦軸はタンデム型太陽電池セルの光電変換効率（規格値）である。結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比が４以下となると、セルの光電変換効率が急激に低下することが分かる。図６から、大面積基板を用いた太陽電池モジュールにおいて、基板全体で結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比を、セルの場合に高変換効率が得られる範囲内の値にすることが好ましいと考えられる。しかし、逆にラマンピーク比が４以下となる領域を基板面内に所定量存在させることによって、太陽電池モジュールの変換効率を更に向上させることができる。
結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比の分布は、製膜時のプラズマ電極への印加電力及び水素希釈率Ｈ２／ＳｉＨ４などの製膜条件により制御する。結晶化シリコンｉ層の基板面内のラマンピーク比の分布を、平均値が４以上８以下、標準偏差が１以上３以下、かつ、ラマンピーク比が４以下となる領域の割合が０％以上１５％以下、好ましくは２％以上６％以下とする。特に、本実施形態のように大きさが１ｍ角を越える大面積基板を使用した場合は、局所的にラマンピーク比が低い箇所が集中して発生する確率が増加するために、ラマンピーク比が４以下となる領域の割合を所定量内に抑えることが望ましい。すなわち、結晶化シリコンｉ層の基板面内のラマンピーク比の分布を、平均値が５以上８以下、標準偏差が１以上３以下、かつ、ラマンピーク比が４以下となる領域の割合が０％以上１０％以下、好ましくは１％以上７％以下、さらに好ましくは２％以上６％以下とする。
結晶質シリコンｉ層４２は他の層と比較して厚いため、結晶質シリコンｉ層の製膜速度が太陽電池モジュールの生産性を律速する。生産性を向上させるためには、結晶質シリコンｉ層４２を１．５ｎｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは２．０ｎｍ／ｓｅｃ以上の製膜速度で形成する。
本実施形態においては、非晶質シリコンｉ層３２の膜厚を１７０ｎｍ以上２５０ｎｍとすることによって、太陽電池の光劣化を防止する。光電変換層として非晶質シリコン層と結晶質シリコン層とを積層させたタンデム型太陽電池においては、光劣化率を１０％以下に抑えることができる。この結果、１０００時間を超えて長時間使用した場合の安定化出力を向上させることができる。
第１電池層９１上に、第１電池層９１と第２電池層９２との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５を形成しても良い。中間コンタクト層５として、ＤＣスパッタリング装置により、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ焼結体を用いて、膜厚２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を形成する。
（５）図２（ｅ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、光電変換層３の膜面側から入射する。パルス発振：１０ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの約１００μｍから１５０μｍの横側を、溝１１を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板１側から入射しても良い。この場合は光電変換層３の第１電池層９１で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用できるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、光電変換層３の膜面側から入射する。パルス発振：１０ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの約１００μｍから１５０μｍの横側を、溝１１を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板１側から入射しても良い。この場合は光電変換層３の第１電池層９１で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用できるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
（６）図３（ａ）
裏面電極層４としてＡｇ膜／Ｔｉ膜をスパッタリング装置により減圧雰囲気、約１５０℃にて順次製膜する。本実施形態では、裏面電極層４はＡｇ膜：２００ｎｍ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させたものとされる。第２電池層９２のｎ層と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層３と裏面電極層４との間にＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を膜厚：５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、スパッタリング装置により製膜して設けても良い。また、Ｔｉ膜に変えてＡｌ膜：２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下としてもよい。ＴｉをＡｌとすることで、防食効果を保持しつつ、材料コストを低減することが可能となる。
裏面電極層４としてＡｇ膜／Ｔｉ膜をスパッタリング装置により減圧雰囲気、約１５０℃にて順次製膜する。本実施形態では、裏面電極層４はＡｇ膜：２００ｎｍ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させたものとされる。第２電池層９２のｎ層と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層３と裏面電極層４との間にＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を膜厚：５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、スパッタリング装置により製膜して設けても良い。また、Ｔｉ膜に変えてＡｌ膜：２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下としてもよい。ＴｉをＡｌとすることで、防食効果を保持しつつ、材料コストを低減することが可能となる。
（７）図３（ｂ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、基板１側から入射する。レーザー光が光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの約２５０μｍから４００μｍの横側を、溝１２を形成するようにレーザーエッチングする。
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、基板１側から入射する。レーザー光が光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの約２５０μｍから４００μｍの横側を、溝１２を形成するようにレーザーエッチングする。
（８）図３（ｃ）
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、基板１側から入射する。レーザー光が透明電極層２と光電変換層３とで吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２が除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板１の端部から５ｍｍから２０ｍｍの位置を、図３（ｃ）に示すように、Ｘ方向絶縁溝１５を形成するようにレーザーエッチングする。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、基板１側から入射する。レーザー光が透明電極層２と光電変換層３とで吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２が除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板１の端部から５ｍｍから２０ｍｍの位置を、図３（ｃ）に示すように、Ｘ方向絶縁溝１５を形成するようにレーザーエッチングする。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
絶縁溝１５は基板１の端より５ｍｍから１０ｍｍの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール６内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を奏するので好ましい。
尚、以上までの工程におけるレーザー光はＹＡＧレーザーとしているが、ＹＶＯ４レーザーやファイバーレーザーなどが同様に使用できるものがある。
（９）図４（ａ）
後工程のＥＶＡ等を介したバックシート２４との健全な接着・シール面を確保するために、基板１周辺（周囲領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、積層膜を除去する。基板１の端から５ｍｍから２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり、Ｘ方向は前述の図３（ｃ）工程で設けた絶縁溝１５よりも基板端側において、Ｙ方向は基板端側部付近の溝１０よりも基板端側において、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。研磨屑や砥粒は基板１を洗浄処理して除去する。
後工程のＥＶＡ等を介したバックシート２４との健全な接着・シール面を確保するために、基板１周辺（周囲領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、積層膜を除去する。基板１の端から５ｍｍから２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり、Ｘ方向は前述の図３（ｃ）工程で設けた絶縁溝１５よりも基板端側において、Ｙ方向は基板端側部付近の溝１０よりも基板端側において、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。研磨屑や砥粒は基板１を洗浄処理して除去する。
（１０）図４（ｂ）
端子箱取付け部分はバックシート２４に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
端子箱取付け部分はバックシート２４に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セルと、他方端部の太陽電池発電セルとから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール６の全体を覆い、基板１からはみ出さないようにＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等による接着充填材シートを配置する。
ＥＶＡの上に、防水効果の高いバックシート２４を設置する。バックシート２４は本実施形態では防水防湿効果が高いようにＰＥＴシート／ＡＬ箔／ＰＥＴシートの３層構造よりなる。
バックシート２４までを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約１５０℃から１６０℃でプレスしながら、ＥＶＡを架橋させて密着させる。
（１１）図５（ａ）
太陽電池モジュール６の裏側に端子箱２３を接着剤で取付ける。
太陽電池モジュール６の裏側に端子箱２３を接着剤で取付ける。
（１２）図５（ｂ）
銅箔と端子箱２３の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱内部を封止剤（ポッティング剤）で充填して密閉する。これで太陽電池パネル５０が完成する。
銅箔と端子箱２３の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱内部を封止剤（ポッティング剤）で充填して密閉する。これで太陽電池パネル５０が完成する。
（１３）図５（ｃ）
図５（ｂ）までの工程で形成された太陽電池パネル５０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／ｍ２）のソーラシミュレータを用いて行う。
図５（ｂ）までの工程で形成された太陽電池パネル５０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／ｍ２）のソーラシミュレータを用いて行う。
（１４）図５（ｄ）
発電検査（図５（ｃ））に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
発電検査（図５（ｃ））に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
（実施例１）
大きさが１．４ｍ×１．１ｍのガラス基板上に、第１電池層９１としての非晶質シリコン層及び第２電池層９２としての結晶質シリコン層をＣＶＤ法により形成し、タンデム型太陽電池モジュールを作製した。なお、結晶質シリコンｉ層４２の製膜では、製膜速度２ｎｍ／ｓｅｃにて、プラズマ電極への印加電力及び水素希釈率を適宜調整し、基板面内におけるラマンピーク比の分布を制御した。
大きさが１．４ｍ×１．１ｍのガラス基板上に、第１電池層９１としての非晶質シリコン層及び第２電池層９２としての結晶質シリコン層をＣＶＤ法により形成し、タンデム型太陽電池モジュールを作製した。なお、結晶質シリコンｉ層４２の製膜では、製膜速度２ｎｍ／ｓｅｃにて、プラズマ電極への印加電力及び水素希釈率を適宜調整し、基板面内におけるラマンピーク比の分布を制御した。
太陽電池モジュールの出力を測定した後、基板を分割した。面内２４箇所から採取したサンプルの裏面電極層４を、過酸化水素水（濃度：３０％）及び希塩酸（０．２モル濃度）を用いてウェットエッチングして除去した後、結晶質シリコンｎ層４３が表面に表れた状態でラマンスペクトルを測定して、ラマンピーク比ｌｃ／ｌａを得た。
作製した太陽電池モジュールの出力と、結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比の分布範囲、平均値、標準偏差、及びラマンピーク比４以下の領域の割合を、表１に示す。標準偏差は、いずれのサンプルにおいても１以上３以下の範囲内であった。なお、結晶質シリコンｉ層の膜厚分布は、平均膜厚に対して±１５％〜２５％の範囲であった。
図７に、基板の大きさが１．４ｍ×１．１ｍの太陽電池における結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比の平均値と太陽電池モジュールの出力との関係を示す。同図において、横軸はラマンピーク比の平均値、縦軸はモジュール出力である。平均値が５以上８以下の太陽電池モジュールで高出力が得られた。図８に、基板の大きさが１．４ｍ×１．１ｍの太陽電池における結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比４以下の領域の割合と太陽電池モジュール出力との関係を示す。同図において横軸はラマンピーク比４以下の領域の割合、縦軸はモジュール出力である。割合が１０％以下で高出力が得られた。一方、割合が１０％を越えると、出力の減少傾向が見られた。また、結晶質シリコン層の剥離が観察されたモジュールもあった。
以上のように、基板面内のラマンピーク比分布の平均値が５以上８以下、標準偏差が１以上３以下、かつ、ラマンピーク比４以下の領域の割合が１０％以下の結晶質シリコンｉ層を形成した太陽電池モジュールでの初期出力は、最高初期出力（１６０Ｗ）の９割以上と高出力が得られた。
（実施例２）
大きさが１．４ｍ×１．１ｍのガラス基板上に、第１電池層９１としての非晶質シリコン層及び第２電池層９２としての結晶質シリコン層をＣＶＤ法により形成した。その後、基板を２分割して、基板の大きさが０．７ｍ×１．１ｍのタンデム型太陽電池モジュールを作製した。なお、結晶質シリコンｉ層４２の製膜では、製膜速度２ｎｍ／ｓｅｃにて、印加電力及び水素希釈率を適宜調整し、基板面内における結晶性の分布を制御した。
大きさが１．４ｍ×１．１ｍのガラス基板上に、第１電池層９１としての非晶質シリコン層及び第２電池層９２としての結晶質シリコン層をＣＶＤ法により形成した。その後、基板を２分割して、基板の大きさが０．７ｍ×１．１ｍのタンデム型太陽電池モジュールを作製した。なお、結晶質シリコンｉ層４２の製膜では、製膜速度２ｎｍ／ｓｅｃにて、印加電力及び水素希釈率を適宜調整し、基板面内における結晶性の分布を制御した。
太陽電池モジュールの出力を測定した後、基板を分割した。面内２４箇所から採取したサンプルのラマンスペクトルを測定して、結晶性ｌｃ／ｌａを得た。なお、採取したサンプルは、ラマンスペクトルを計測する前に、過酸化水素水（濃度：３０％）及び希塩酸（０．２モル濃度）を用いて裏面電極層４を除去して、結晶質シリコンｎ層４３が表面に表れた状態となるように処理した。
作製した太陽電池モジュールの出力と、結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比の分布範囲、平均値、標準偏差、及びラマンピーク比４以下の領域の割合を、表２に示す。標準偏差は、いずれのサンプルにおいても１以上３以下の範囲内であった。なお、結晶質シリコンｉ層の膜厚分布は、平均膜厚に対して±１５％〜２５％の範囲であった。
図９に、ラマンピーク比の平均値と太陽電池モジュールの出力との関係を示す。同図において、横軸はラマンピーク比の平均値、縦軸はモジュール出力である。平均値が４以上８以下の太陽電池モジュールで高出力が得られた。図１０に、ラマンピーク比４以下の領域の割合と太陽電池モジュール出力との関係を示す。同図において横軸はラマンピーク比４以下の領域の割合、縦軸はモジュール出力である。割合が１５％以下で高出力が得られた。一方、割合が１５％を越えると、出力の減少傾向が見られた。また、結晶質シリコンｉ層の剥離も観察された。
以上のように、基板面内のラマンピーク比分布の平均値が４以上８以下、標準偏差が１以上３以下、かつ、ラマンピーク比４以下の領域の割合が１５％以下の結晶質シリコンｉ層を形成した太陽電池モジュールで、最高初期出力（８４Ｗ）の８８％以上と高出力が得られた。
（実施例３）
大きさが１．４ｍ×１．１ｍのガラス基板上に、それぞれ非晶質シリコンｉ層の膜厚が２２０ｎｍ及び３５０ｎｍである第１電池層９１をＣＶＤ法により形成した。ここで、太陽電池モジュールの生産性を変えないために、非晶質シリコンｉ層を同一製膜時間で積層出来るように、製膜プロセスを調整した。第１電池層９１上に、実施例１においてラマンピーク比の範囲が３〜１０、平均値が６．３、標準偏差が１．７、ラマンピーク比４以下の領域の割合が３％以下となった結晶質シリコンｉ層を有する第２電池層９２をＣＶＤ法により形成し、タンデム型太陽電池モジュールを得た。
大きさが１．４ｍ×１．１ｍのガラス基板上に、それぞれ非晶質シリコンｉ層の膜厚が２２０ｎｍ及び３５０ｎｍである第１電池層９１をＣＶＤ法により形成した。ここで、太陽電池モジュールの生産性を変えないために、非晶質シリコンｉ層を同一製膜時間で積層出来るように、製膜プロセスを調整した。第１電池層９１上に、実施例１においてラマンピーク比の範囲が３〜１０、平均値が６．３、標準偏差が１．７、ラマンピーク比４以下の領域の割合が３％以下となった結晶質シリコンｉ層を有する第２電池層９２をＣＶＤ法により形成し、タンデム型太陽電池モジュールを得た。
表３に、太陽電池モジュールの非晶質シリコンｉ層の平均膜厚、結晶質シリコンｉ層の平均膜厚、及び発電開始から１０００時間経過後の太陽電池モジュールの安定化出力を示す。なお、非晶質シリコンｉ層及び結晶質シリコンｉ層の膜厚分布は、平均膜厚に対して±１５％〜２５％の範囲であった。
表３に示すように、非晶質シリコンｉ層の膜厚を２２０ｎｍと薄くすることで、光劣化を抑制して安定化出力を高くすることが出来た。
（実施例４）
平均膜厚５０ｎｍの中間コンタクト層５を設けた太陽電池モジュール、及び、中間コンタクト層を設けない太陽電池モジュール（それぞれ、基板の大きさが１．４ｍ×１．１ｍ）を作製した。中間コンタクト層を設けた太陽電池モジュールでは、第１電池層９１の非晶質シリコンｉ層の膜厚を２２０ｎｍとした。中間コンタクト層を設けない太陽電池モジュールでは、第１電池層と第２電池層との発電電流の整合をとるために、非晶質シリコンｉ層の膜厚を３２０ｎｍとした。なお、生産性を変えないために、非晶質シリコンｉ層を同一製膜時間で積層出来るように、製膜プロセスを調整した。いずれの太陽電池モジュールにおいても、結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比の範囲が３〜１０、平均値が６．３、標準偏差が１．７、ラマンピーク比４以下の領域の割合が３％以下となるように、第２電池層９２を形成した。
平均膜厚５０ｎｍの中間コンタクト層５を設けた太陽電池モジュール、及び、中間コンタクト層を設けない太陽電池モジュール（それぞれ、基板の大きさが１．４ｍ×１．１ｍ）を作製した。中間コンタクト層を設けた太陽電池モジュールでは、第１電池層９１の非晶質シリコンｉ層の膜厚を２２０ｎｍとした。中間コンタクト層を設けない太陽電池モジュールでは、第１電池層と第２電池層との発電電流の整合をとるために、非晶質シリコンｉ層の膜厚を３２０ｎｍとした。なお、生産性を変えないために、非晶質シリコンｉ層を同一製膜時間で積層出来るように、製膜プロセスを調整した。いずれの太陽電池モジュールにおいても、結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比の範囲が３〜１０、平均値が６．３、標準偏差が１．７、ラマンピーク比４以下の領域の割合が３％以下となるように、第２電池層９２を形成した。
表４に、太陽電池モジュールの中間コンタクト層の平均膜厚、非晶質シリコンｉ層の平均膜厚、結晶質シリコンｉ層の平均膜厚、及び発電開始から１０００時間経過後の太陽電池モジュールの安定化出力を示す。なお、なお、非晶質シリコンｉ層及び結晶質シリコンｉ層の膜厚分布は、平均膜厚に対して±１５％〜２５％の範囲であった。
表４に示すように、中間コンタクト層を設けることによって、非晶質シリコンｉ層の膜厚を薄くできた。これにより、光劣化を抑制し、安定化出力を高くすることが出来た。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で任意に組み合わせ可能である。
１ 基板
２ 透明電極層
３ 光電変換層
４ 裏面電極層
５ 中間コンタクト層
６ 太陽電池モジュール
３１ 非晶質シリコンｐ層
３２ 非晶質シリコンｉ層
３３ 非晶質シリコンｎ層
４１ 結晶質シリコンｐ層
４２ 結晶質シリコンｉ層
４３ 結晶質シリコンｎ層
９１ 第１電池層
９２ 第２電池層
１００ 光電変換装置
２ 透明電極層
３ 光電変換層
４ 裏面電極層
５ 中間コンタクト層
６ 太陽電池モジュール
３１ 非晶質シリコンｐ層
３２ 非晶質シリコンｉ層
３３ 非晶質シリコンｎ層
４１ 結晶質シリコンｐ層
４２ 結晶質シリコンｉ層
４３ 結晶質シリコンｎ層
９１ 第１電池層
９２ 第２電池層
１００ 光電変換装置
Claims (7)
- 基板上に結晶質シリコン層を含む光電変換層を形成した光電変換装置であって、
前記結晶質シリコン層が結晶質シリコンｉ層を有し、
該結晶質シリコンｉ層における非晶質シリコン相のラマンピーク強度に対する結晶質シリコン相のラマンピーク強度の比であるラマンピーク比の平均値が４以上８以下、前記ラマンピーク比の標準偏差が１以上３以下、かつ、前記ラマンピーク比が４以下となる領域の割合が１％以上３％以下で表される基板面内分布を有することを特徴とする光電変換装置。 - 基板上に結晶質シリコン層を含む光電変換層を形成した光電変換装置であって、
前記結晶質シリコン層が結晶質シリコンｉ層を有し、
前記基板の前記光電変換層を形成した面の大きさが、１ｍ角以上であり、
該結晶質シリコンｉ層における非晶質シリコン相のラマンピーク強度に対する結晶質シリコン相のラマンピーク強度の比であるラマンピーク比の平均値が５以上８以下、前記ラマンピーク比の標準偏差が１以上３以下、かつ、前記ラマンピーク比が４以下となる領域の割合が２％以上６％以下で表される基板面内分布を有することを特徴とする光電変換装置。 - 前記光電変換層が、さらに非晶質シリコン層を備え、該非晶質シリコン層の非晶質シリコンｉ層の膜厚が、１７０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
- 基板上に非晶質シリコン層と結晶質シリコン層とを積層させた光電変換層を形成した光電変換装置であって、
前記結晶質シリコン層が結晶質シリコンｉ層を有し、
該結晶質シリコンｉ層における非晶質シリコン相のラマンピーク強度に対する結晶質シリコン相のラマンピーク強度の比であるラマンピーク比の平均値が４以上８以下、前記ラマンピーク比の標準偏差が１以上３以下、かつ、前記ラマンピーク比が４以下となる領域の割合が１％以上３％以下で表される基板面内分布を有することを特徴とする光電変換装置。 - 基板上に非晶質シリコン層と結晶質シリコン層とを積層させた光電変換層を形成した光電変換装置であって、
前記結晶質シリコン層が結晶質シリコンｉ層を有し、
前記基板の前記光電変換層を形成した面の大きさが、１ｍ角以上であり、
該結晶質シリコンｉ層における非晶質シリコン相のラマンピーク強度に対する結晶質シリコン相のラマンピーク強度の比であるラマンピーク比の平均値が５以上８以下、前記ラマンピーク比の標準偏差が１以上３以下、かつ、前記ラマンピーク比が４以下となる領域の割合が２％以上６％以下で表される基板面内分布を有することを特徴とする光電変換装置。 - 前記結晶質シリコンｉ層が、製膜速度１．５ｎｍ／ｓｅｃ以上で製膜された層であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光電変換装置。
- 前記結晶質シリコン層と前記非晶質シリコン層との間に中間コンタクト層を備えることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光電変換装置。
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