JP5400946B2 - 集積型薄膜光電変換装置とその製造方法 - Google Patents
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Description
図1において、参考実施形態1による集積型薄膜光電変換装置の作製方法の一例が模式的な断面図で図解されている。
図3において、実施形態2による集積型薄膜光電変換装置の作製方法が模式的な断面図で図解されている。
実施形態2の一例として、前記第5種分割線溝(D4)と、前記第6種分割線溝D5が接続した実施形態2Aを採用することもできる。このように、第5種分割線溝D4と、第6種分割線溝D5が接続した場合、これらの分割線溝は参考実施形態1における第2種分割線溝D1と等価なものとなる。一方で、参考実施形態1においては、第2種分割線溝D1が、透明導電層2、レーザ光吸収層3、および裏面電極層4を貫通するように形成されるのに対して、実施形態2においては、透明導電層2を貫通する第5種分割線溝D4と、レーザ光吸収層3および裏面電極層4を貫通する第6種分割線溝D5とが別に形成される。そのため、実施形態2においては、分割線溝D4、D5周辺部の加工断面が変質したり、その変質に起因して該分割線溝周辺部の膜が盛り上がる等の問題が抑制され、曲線因子を高く保つことが可能となる。このような実施形態の構成および製造例については、後の実施例において、より詳細に説明する。
実施形態2の別の例である実施形態2Bについて説明する。実施形態2Bにおいては、レーザ光吸収層3は半導体のpn接合またはpin接合を含んでいる。すなわち、図3(b)において、レーザ光吸収層3はpn接合、またはpin接合を含み、整流特性を有するように形成される。このレーザ光吸収層3のpn接合、またはpin接合は、半導体光電変換層5のpin接合と逆導電型層同士が対向するように形成される。すなわち、図4(a)に示すように、半導体光電変換層5のpin接合が、n型層5nを裏面電極層4側となるように形成されるものである場合、レーザ光吸収層3のpn接合またはpin接合は、p型層3pが裏面電極層4側となるように形成される。逆に、半導体光電変換層5のpin接合が、p型層5pを裏面電極層4側となるように形成されるものである場合、レーザ光吸収層3のpn接合またはpin接合は、n型層3nが裏面電極層4側となるように形成される。なお、図4(a)および図4(b)において、各分割線溝は省略されている。また、図示していないが、光電変換層5が複数のpin接合を有するタンデム型の光電変換層である場合は、光電変換層中の裏面電極層4に最も近接するpin接合と、レーザ光吸収層のpn接合またはpin接合とが、逆導電型層同士が対向するように形成されていればよい。
(参考実施例1)
参考実施例1においては、図1に対応して集積型薄膜光電変換装置が作製された。まず、図1(a)において、透明ガラス基板1上に酸化錫の透明導電層2とレーザ光吸収層3を順次積層した。その透明導電層2は、熱CVD法によって約800nmの厚さに堆積された。こうして堆積された透明導電層2は、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を有している。この表面テクスチャ構造は、後に堆積される裏面電極層4中の金属層表面に伝えられる。そして、その金属層表面における微細な表面凹凸は、光の乱反射を生じて、半導体光電変換層5内の光吸収効率を高めるように作用し得る。
参考実施例2による集積型薄膜光電変換装置も図1に図解されている工程によって作製されたが、参考実施例1に比べて、下記事項(1)と(2)のみにおいて変更されていた。
参考実施例3においては、図2に対応する集積型薄膜光電変換装置が作製された。そして、参考実施例3の集積型薄膜光電変換装置の作製では、参考実施例2に比べて、図1(g)の工程において受光面透明電極層6上にアルミニウムのグリッド金属電極配線7が蒸着法によって付加的に形成されたことのみにおいて異なっていた。すなわち、参考実施例3における半導体光電変換層5も、参考実施例2の場合と同様のタンデム型である。
参考実施例4においては、図1に図解されている工程によって、参考実施例2と同様に半導体光電変換層5がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、図1(d)の工程において、レーザビームLB1として、QスイッチYAGレーザの基本波(波長1064nm)を用いる代わりに、パワー密度60kW/cm2のQスイッチYAGレーザの第2高調波(波長532nm)を用いた点において参考実施例2と異なっていた。
参考実施例5においては、図1に図解されている工程によって、参考実施例2と同様に半導体光電変換層5がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、図1(c)の工程において、裏面電極層4の第一の透明導電層がMOCVD法にて作製された点において参考実施例2と異なっていた。
(実施例6)
実施例6においては、図7に図解されている工程によって、参考実施例2と同様に半導体光電変換層5がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、下記の点において参考実施例2と異なっていた。
実施例7においては、図8に図解されている工程によって、参考実施例2と同様に半導体光電変換層5がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、下記の点において参考実施例2と異なっていた。
実施例8においては、図9に図解されている工程によって、参考実施例2と同様に半導体光電変換層5がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、参考実施例2に比べて、下記の(1)、(2)において異なっていた。
実施例9においては、図10に図解されている工程によって、参考実施例2と同様に半導体光電変換層5がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、参考実施例2に比べて、下記の(1)、(2)において異なっていた。
実施例10においては、図8に図解されている工程によって、実施例7と同様に半導体光電変換層5がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、図8(d2)の工程において、レーザビームLB4bとして、QスイッチYAGレーザの基本波(波長1064nm)を用いる代わりに、パワー密度60kW/cm2QスイッチYAGレーザの第2高調波(波長532nm)を用いた点において実施例7と異なっていた。
実施例11においては、実施例7と同様に半導体光電変換層5がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、図8(g)の工程において受光面透明電極層6上にアルミニウムのグリッド金属電極配線7が蒸着法によって付加的に形成された点において実施例7と異なっていた。
実施例12においては、図11に図解されている工程によって、参考実施例2と同様に半導体光電変換層5がタンデム型である集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、参考実施例2に比べて、下記の(1)、(2)において異なっていた。
(実施例13)
実施例13においては、図3に対応して集積型薄膜光電変換装置が作製された。まず、図3(a)において、透明ガラス基板1上に酸化錫の透明導電層2を積層した。透明導電層2は、熱CVD法によって約800nmの厚さに堆積された。こうして堆積された透明導電層2は、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を有している。この表面テクスチャ構造は、後に堆積される裏面電極層4中の金属層表面に伝えられる。そして、その金属層表面における微細な表面凹凸は、光の乱反射を生じて、半導体光電変換層5内の光吸収効率を高めるように作用し得る。
実施例14による集積型薄膜光電変換装置も、実施例13と同様に、図3に図解されている工程によって、バイパスダイオード領域を有する集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、実施例13に比べて、下記の(1)、(2)において異なっていた。
実施例15による集積型薄膜光電変換装置も、実施例13と同様に、図3に図解されている工程によって、バイパスダイオード領域を有する集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、実施例13に比べて、下記の点において異なっていた。
上述の種々の実施例との対比のための比較例1として、図6に対応して集積型薄膜光電変換装置が作製された。
比較例2として、比較例1と同様に、図6に対応して集積型薄膜光電変換装置が作製されたが、比較例1に比べて、下記事項(1)と(2)のみにおいて変更されていた。
(2) 図1(c)の工程において、半導体光電変換層5は、下段のnip接合からなる下段光電変換ユニットと上段のnip接合からなる上段光電変換ユニットを含むタンデム型に変更された。この下段光電変換ユニットとして、厚さ約20nmのn型微結晶Si層、厚さ約2μmのi型微結晶シリコン光電変換層、そして厚さ約15nmのp型微結晶Si層が順次積層された。他方、上段光電変換ユニットは、比較例1における光電変換ユニットと同じ条件で形成された。
表1から明らかなように、単一の光電変換ユニットを含んでいる、比較例1と参考実施例1を対比すると、参考実施例1の積層型薄膜光電変換装置は、いずれの光電変換特性においても優れていることがわかる。また、p型層側から光が入射する構造を有しているタンデム型の光電変換ユニットを含む比較例2と参考実施例2〜5および実施例6〜13、15とを対比すると、これらの実施例の積層型薄膜光電変換装置は、比較例2の積層型薄膜光電変換装置に比して、光電変換効率に優れていることがわかる。また、一般には光電変換効率が小さくなるn型層側から光が入射する構造を有している実施例14の光電変換装置も、p型層側から光が入射する構造を有している比較例2の光電変換装置と同様の光電変換効率を示していることがわかる。
実施例12〜15において得られた集積型薄膜光電変換装置に対してホットスポット試験を行った。ホットスポット試験としてはモジュールのうち1つのセルに黒色のビニールテープを貼付けて遮光し、屋外において全天日射計測定で放射照度80〜100mW/cm2(0.8〜1SUN)の時に、モジュールのガラス基板面への太陽光の入射角度が80度以上となるようにモジュールを設置して1分間放置した。このようなホットスポット試験は、遮光されるセルを替えながら1つのモジュールについて10回行われた。その後、ガラス基板面側から見て概ね黒色のセル面の外観が灰色または白色に変色した点の発生の有無が観察された。なお、ホットスポット試験時の気温は15〜30℃であった。
2 透明導電層
3 レーザ光吸収層
4 裏面電極層
5 半導体光電変換層
6 受光面透明電極層
7 グリッド金属電極配線
LB0〜LB5 レーザビーム
D0〜D5 分割線溝
A 光電変換セル領域
B 光電変換機能領域
C ダイオード領域
Claims (10)
- 透光性基板(1)上に順次積層された透明導電層(2)、レーザ光吸収層(3)、光反射性の金属層を含む裏面電極層(4)、半導体光電変換層(5)、および受光面透明電極層(6)を含み、これらの層の各々は複数の短冊状光電変換セル領域に分割されており、かつそれら複数の光電変換セルが電気的に直列接続されており、前記受光面透明電極層側から光が入射されるタイプの集積型薄膜光電変換装置であって、
前記透明導電層(2)は透明導電層(2)を貫通する複数の第5種分割線溝(D4)によって複数の短冊状透明導電領域に分割されており、
前記レーザ光吸収層(3)はレーザ光吸収層(3)を貫通しかつ第5種分割線溝(D4)に平行な複数の第1種分割線溝(D0)によって複数の短冊状レーザ光吸収領域に分割されており、
前記裏面電極層(4)は、前記レーザ光吸収層(3)、および前記裏面電極層(4)を貫通しかつ前記第1種分割線溝(D0)に平行な複数の第6種分割線溝(D5)によって複数の短冊状裏面電極領域に分割されており、
前記半導体光電変換層(5)は、前記レーザ光吸収層(3)、前記裏面電極層(4)、および前記半導体光電変換層(5)を貫通しかつ前記第1種分割線溝(D0)に平行な複数の第3種分割線溝(D2)によって複数の短冊状光電変換領域に分割されており、
前記受光面透明電極層(6)は、前記レーザ光吸収層(3)、前記裏面電極層(4)、前記半導体光電変換層(5)、および前記受光面透明電極層(6)を貫通しかつ前記第1種分割線溝(D0)に平行な複数の第4種分割線溝(D3)によって複数の短冊状受光面透明電極領域に分割されており、
互いに隣接する前記光電変換セル間において、一方のセルの前記裏面電極領域は前記第1種分割線溝(D0)、前記透明導電層(2)、および前記第3種分割線溝(D2)を介して他方のセルの前記受光面透明電極領域に電気的に接続されており、これによってそれらの光電変換セルが電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型薄膜光電変換装置。 - 前記レーザ光吸収層(3)は半導体のpn接合またはpin接合を含み、該レーザ光吸収層のpn接合またはpin接合と、前記半導体光電変換層(5)のpin接合は、裏面電極層(4)を挟んで逆導電型層同士が対向するように形成されており、
前記各分割線溝が第6種分割線溝(D5)、第3種分割線溝(D2)、第4種分割線溝(D3)、第1種分割線溝(D0)、第5種分割線溝(D4)の順に平行に並んでいることで、
各光電変換セル領域内に透明導電層(2)、レーザ光吸収層(3)、裏面電極層(4)が接続されたダイオード領域が形成され、該ダイオード領域と、同一光電変換セル内の光電変換領域とが、電気的に並列かつ逆方向の整流特性をもつよう接続されていることを特徴とする請求項1に記載の集積型薄膜光電変換装置。 - 前記裏面電極層(4)は、前記レーザ光吸収層(3)に近い側から、第一の透明導電層、前記光反射性の金属層、および第二の透明導電層を順に含む、請求項1または2に記載の集積型薄膜光電変換装置。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の集積型薄膜光電変換装置を製造するための方法であって、
前記分割線溝のすべてが前記透光性基板側からレーザビームを照射することによって形成されることを特徴とする、集積型薄膜光電変換装置の製造方法。 - 前記透光性基板(1)が、前記透明導電層(2)よりも鉛直上方に位置した状態で、すべての分割線溝が形成されることを特徴とする、請求項4に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記第5種分割線溝(D4)が、前記第6種分割線溝(D5)を形成するレーザビームとは、波長およびパワー密度の少なくともいずれか一方が異なるレーザビームにより形成されることを特徴とする、請求項4または5に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記第1種分割線溝、第3種分割線溝、第4種分割線溝および第6種分割線溝が、透明導電層(2)を透過するレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、請求項4〜6のいずれか1項に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記レーザ光吸収層(3)がシリコン系半導体を含み、かつ、前記透明導電層(2)を透過するレーザビームがYAGレーザの第2高調波のビームであることを特徴とする、請求項7に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記第5種分割線溝(D4)が、透明導電層(2)に吸収されるレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、請求項4〜8のいずれか1項に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記透明導電層(2)は透明導電性酸化物を含み、前記第5種分割線溝(D4)はYAGレーザの基本波のビームを用いて形成されることを特徴とする請求項9に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
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