JP5559913B2 - 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
「透光性基板(1)上に順次積層された裏面透明導電層(2)、レーザ光吸収層(3)、光反射性裏面電極層(4)、半導体光電変換ユニット(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いる集積型薄膜光電変換装置であって、
前記レーザ光吸収層(3)は、前記裏面透明導電層(2)と前記光反射性裏面電極層(4)とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有し、
前記光反射性裏面電極層(4)は、前記裏面透明導電層(2)、前記レーザ光吸収層(3)、および前記光反射性裏面電極層(4)を貫通する複数の第2種分割線溝(D1)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ユニット(5)は、前記レーザ光吸収層(3)、前記光反射性裏面電極層(4)、および前記半導体光電変換ユニット(5)を貫通しかつ前記第2種分割線溝(D1)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、
前記第3種分割線溝(D2)は内部を前記受光面透明電極層(6)で満たされ、これにより前記裏面透明導電層(2)と前記受光面透明電極層(6)が電気的に接続されており、
前記受光面透明電極層(6)は、前記レーザ光吸収層(3)、前記光反射性裏面電極層(4)、前記半導体光電変換ユニット(5)および前記受光面透明電極層(6)を貫通しかつ前記第2種分割線溝(D1)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、
各種分割線溝は、第2種分割線溝(D1)、第3種分割線溝(D2)、第4種分割線溝(D3)の順に並んでおり、
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レーザ光吸収層(3)、前記裏面透明導電層(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」である。
「透光性基板(1)上に順次積層された裏面透明導電層(2)、レーザ光吸収層(3)、光反射性裏面電極層(4)、半導体光電変換ユニット(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いる集積型薄膜光電変換装置であって、
前記裏面透明導電層(2)は裏面透明導電層(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、前記裏面透明導電層(2)と前記光反射性裏面電極層(4)とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有し、
前記光反射性裏面電極層(4)は、前記レーザ光吸収層(3)、および前記光反射性裏面電極層(4)を貫通しかつ前記第5種分割線溝(D4)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ユニット(5)は、前記レーザ光吸収層(3)、前記光反射性裏面電極層(4)、および前記半導体光電変換ユニット(5)を貫通しかつ前記第5種分割線溝(D4)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、
前記第3種分割線溝(D2)は内部を前記受光面透明電極層(6)で満たされ、これにより前記裏面透明導電層(2)と前記受光面透明電極層(6)が電気的に接続されており、
前記受光面透明電極層(6)は、前記レーザ光吸収層(3)、前記光反射性裏面電極層(4)、前記半導体光電変換ユニット(5)、および前記受光面透明電極層(6)を貫通しかつ前記第5種分割線溝(D4)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、
各種分割線溝は、第5種分割線溝(D4)、第6種分割線溝(D5)、第3種分割線溝(D2)、第4種分割線溝(D3)の順、もしくは第6種分割線溝(D5)、第5種分割線溝(D4)、第3種分割線溝(D2)、第4種分割線溝(D3)の順に並んでおり、
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レーザ光吸収層(3)、前記裏面透明導電層(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」である。
「前記第5種分割線溝(D4)と前記第6種分割線溝(D5)とが接続しており、
第6種分割線溝(D5)は第5種分割線溝(D4)よりも溝の幅が狭くかつ第5種分割線溝(D4)の内側に形成されているか、
または、
第5種分割線溝(D4)は第6種分割線溝(D5)よりも溝の幅が狭くかつ、第6種分割線溝(D5)の内側に形成されている
ことを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置」であってもよい。
「前記第3種分割線溝(D2)に代えて第3種接続孔(D20)を備えて、当該第3種接続孔(D2)の基板に鉛直な方向から見た形状が、円、楕円、三角形、四角形、多角形、不定形、1以上の溝形状、交差する複数の溝形状、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される1以上である、集積型薄膜光電変換装置」である。
「前記受光面透明電極層(6)上にグリッド金属電極配線(7)をさらに含み、前記第4種分割線溝(D3)は前記グリッド金属電極配線(7)をも貫通していることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
「前記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、
前記分割線溝および接続孔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」である。
「前記第2種分割線溝(D1)が、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2種類のレーザビームを用いて形成されることを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
「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、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
「前記裏面透明導電層(2)を貫通しない分割線溝が、裏面透明導電層(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、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
「前記レーザ光吸収層(3)がシリコンまたはゲルマニウムを主要元素とする半導体からなり、かつ、前記裏面透明導電層(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、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
「前記裏面透明導電層(2)を貫通する分割線溝が、裏面透明導電層(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、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
「前記裏面透明導電層(2)は透明導電性酸化物を含み、前記裏面透明導電層(2)を貫通する分割線溝は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、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
「前記裏面透明導電層(2)を貫通する分割線溝と、前記裏面透明導電層(2)を貫通しない分割線溝とが、同一波長のレーザビームを用いて形成され、前記裏面透明導電層(2)を貫通する分割線溝を形成するためのレーザビームは、前記裏面透明導電層(2)を貫通しない分割線溝を形成するためのレーザビームよりもパワー密度が高いことを特徴とする、前記の集積型薄膜光電変換装置の製造方法」である。
「前記半導体光電変換ユニット(5)が少なくとも1以上の結晶質シリコン系半導体光電変換ユニットを含み、その結晶質シリコン系半導体光電変換ユニットはその膜面に平行な(220)の優先結晶配向面を有しており、θ−2θ法によるX線回折測定において2θ=47.4°付近に現れる(220)回折ピークと2θ=28.5°付近に現れる(111)回折ピークの強度比が、(220)回折ピーク強度/(111)回折ピーク強度比=2.0以上である、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。この構成によって、光電変換特性の優れた集積型薄膜光電変換装置が得られる。
「前記受光面透明電極層(6)上に、さらに、充填材および封止材をさらに含む、前記の集積型薄膜光電変換装置」である。
図1において、本発明の実施形態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。
また、半導体光電変換ユニット5の下層に凹凸構造をつけることが光電変換性能を高める上で有効であるが、図1に示された集積型薄膜光電変換装置においては、透光性基板1、裏面透明導電層2、レーザ光吸収層3、光反射性裏面電極層4の4層で様々な凹凸構造を作り出すことができ、光閉じ込めを考える上で有利である。例えば透光性基板1は化学的エッチングによる凹凸、裏面透明導電層2は導電性酸化物成長の凹凸、レーザ光吸収層のエッチングによる凹凸、光反射性裏面電極層4は金属層成長の凹凸などが考えられ、これらを組み合わせて最適な光閉じ込めを作り出すことが可能となる。
図3において、本発明の実施形態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。
そして、前記レーザ光吸収層3が導電性を有する点、半導体光電変換ユニット5がレーザ光吸収層3、光反射性裏面電極層4、および半導体光電変換ユニット5を貫通する複数の第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いる点、受光面透明電極層6がレーザ光吸収層3、光反射性裏面電極層4、半導体光電変換ユニット5、および受光面透明電極層6を貫通する複数の第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いる点、および、互いに隣接する光電変換セル間において、一方のセルの裏面電極領域がレーザ光吸収層3、裏面透明導電層2、および第3種分割線溝D2を介して他方のセルの裏面電極領域に電気的に接続されている点において、実施形態1と構成が共通している。
に、受光面透明電極層6が堆積される。
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、実施形態1においては、第2種分割線溝D1が、裏面透明導電層2、レーザ光吸収層3、および光反射性裏面電極層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、裏面透明導電層2を貫通する第5種分割線溝D4と、レーザ光吸収層3および光反射性裏面電極層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する、もしくは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。
本明細書中では、主に、レーザ光吸収層の素材を、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質ゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、および微結晶ゲルマニウムからなる群から選択される層を1以上含むように記載している。例えば、レーザ光吸収層の素材シリコンもしくはゲルマニウム系半導体を含む半導体であるように、記載している。レーザ光吸収層は、例えば、プラズマCVD法によって堆積されてなる非晶質シリコン(a−Si)層や、半導体のpn接合またはpin接合を含む態様などである。
以下に、全ての実施形態に共通する、本願の利点を述べる。
また、光閉じ込めの観点から半導体光電変換ユニット5の下層である光反射性裏面電極層4が凹凸構造を持つ場合、半導体光電変換ユニット5であるの一例である、前記微結晶シリコンpin接合を断面TEM(透過型電子顕微鏡)像で観察した時に、半導体光電変換ユニット下層である光反射性裏面電極層(4)の凹部を発生源として、前記微結晶シリコンpin接合内を基板に対し垂直方向へ伸びている白色部(低密度部分)が、基板に平行した方向1μmあたり平均1個以下であることが光電変換性能上好ましい。さらに望ましくはこの白色部が0個であると良い。この白色部は、凹凸基板上に結晶が成長する時、成長した結晶同士がぶつかり合い発生した微小なクラックだと考えられ、このクラックが多数存在すると、開放電圧が低下するため、クラックができるだけ発生しないような凹凸基板、結晶質の半導体光電変換ユニットの微結晶シリコン成長条件を選択することが必要である。
(実施例1)
本発明の実施例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上に酸化錫の裏面透明導電層2を積層した。その裏面透明導電層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裏面透明導電層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、後に堆積される光反射性裏面電極層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、半導体光電変換ユニット5内の光吸収効率を高めるように作用し得る。
本発明の実施例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、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。
すなわち実施例2におけるレーザ光吸収層3の不純物濃度はBを1019cm−3含み、導電率は10−4S/cmであった。
本発明の実施例3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、実施例2に比べて、レーザ光吸収層3としてPが添加されたn型非晶質シリコン(n:a−Si)層が400nm堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例3における半導体光電変換ユニット5も、実施例2の場合と同様のタンデム型である。また、このn型非晶質シリコンは不純物としてPを1019cm−3含み、導電率は10−3S/cmであった。
本発明の実施例4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、実施例2に比べて、レーザ光吸収層3としてBが添加されたp型非晶質シリコンゲルマニウム(p:a−SiGe)層が300nm堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例4における半導体光電変換ユニット5も、実施例2の場合と同様のタンデム型である。また、このp型非晶質シリコンゲルマニウムは不純物としてBを1019cm−3含み、導電率は10−5S/cmであった。一般的に非晶質シリコンゲルマニウムは非晶質シリコンよりも加工に使用するレーザの波長(例えば532nm、1064nm)で光吸収係数が高く、レーザ光吸収層の膜厚を薄くすることが可能である。
本発明の実施例5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、実施例2に比べて、レーザ光吸収層3としてBが添加されたp型非晶質ゲルマニウム(p:a−Ge)層が300nm堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例5における半導体光電変換ユニット5も、実施例2の場合と同様のタンデム型である。また、このp型非晶質ゲルマニウムは不純物としてBを1019cm−3含み、導電率は10−4S/cmであった。一般的に非晶質ゲルマニウムは非晶質シリコンよりもレーザの波長(nm)で光吸収係数が高く、レーザ光吸収層の膜厚を薄くすることが可能である。
本発明の実施例6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、実施例2に比べて、レーザ光吸収層3としてBが添加されたp型微結晶シリコン(p:μc−Si)層が800nm堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例5における半導体光電変換ユニット5も、実施例2の場合と同様のタンデム型である。また、このp型非晶質シリコンは不純物としてBを1019cm−3含み、導電率は10−4S/cmであった。一般的に微結晶シリコンは非晶質シリコンよりもレーザの波長(nm)で光吸収係数が小さいため、レーザ光吸収層として微結晶シリコンを用いる場合は、非晶質シリコンを用いた場合と比べ、レーザ光吸収層の膜厚を厚くする、もしくはレーザ加工条件を変更する必要がある。
本発明の実施例7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、実施例2に比べて、レーザ光吸収層3としてBが添加されたp型微結晶ゲルマニウム(p:μc−Ge)層が400nm堆積された点のみが異なっていた。すなわち、本実施例5における半導体光電変換ユニット5も、実施例2の場合と同様のタンデム型である。また、このp型微結晶ゲルマニウムの導電率は10−2S/cmであった。
本発明の実施例8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、実施例2に比べて、レーザ光吸収層3として、導電率が10−6S/cmである400nmのp型非晶質シリコン(p:a−Si)層を用いており、レーザ光吸収層の導電率が小さい点が異なっていた。このレーザ光吸収層3をSIMSにより元素の定量を行ったところ、Bが1016cm−3含まれていた。また本実施例8における半導体光電変換ユニット5も、実施例2の場合と同様のタンデム型である。
本発明の実施例9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、本実施例9の集積型薄膜光電変換装置の作製では、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、本実施例9における半導体光電変換ユニット5も、実施例2の場合と同様のタンデム型である。
本発明の実施例10においては、図1に図解されている工程によって、実施例2と同様に半導体光電変換ユニット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実施例2と異なっていた。
本発明の実施例11においては、図1に図解されている工程によって、実施例2と同様に半導体光電変換ユニット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、光反射性裏面電極層4の第ニの透明導電層がMOCVD法にて酸化亜鉛が90nmの厚さで作製された点において、実施例2と異なっていた。
(実施例12)
本発明の実施例12においては、図5に図解されている工程によって、実施例2と同様に半導体光電変換ユニット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、下記の点において実施例2と異なっていた。
本発明の実施例13においては、図6に図解されている工程によって、実施例2と同様に半導体光電変換ユニット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、下記の点において実施例2と異なっていた。
本発明の実施例14においては、図7に図解されている工程によって、実施例2と同様に半導体光電変換ユニット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、実施例2に比べて、下記の(1)、(2)において異なっていた。
本発明の実施例15においては、図8に図解されている工程によって、実施例2と同様に半導体光電変換ユニット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、実施例2に比べて、下記の(1)、(2)において異なっていた。
本発明の実施例16においては、図6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ユニット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6(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。
本発明の実施例17においては、実施例7と同様に半導体光電変換ユニット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6(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。
本発明の実施例18においては、図9に図解されている工程によって、実施例2と同様に半導体光電変換ユニット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、実施例2に比べて、下記の(1)、(2)において異なっていた。
本発明の実施例19においては、図1に図解されている工程によって、実施例2と同様に半導体光電変換ユニット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、下記の点において実施例2と異なっていた。
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4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4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。
比較例3による集積型薄膜光電変換装置は図10の工程によって作製された。図10の工程は、図1の工程に比べて図10(b2)の工程が追加されたものであり、その他は図1と同じ工程を踏んでいる。よって本比較例3は、実施例2に比べて、下記の点(1)(2)のみが異なっていた。
(1)レーザ光吸収層3として不純物添加無しのa−Si層が積層された。このレーザ光吸収層の導電率は10−7S/cmであった。
(2)各光電変換領域を直列接続するためには、光反射性裏面電極層4と裏面透明導電層2とが導通していなければいけない。
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と実施例1を対比すると、本発明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、タンデム型の光電変換ユニットを含む比較例2と実施例2〜19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。
2 裏面透明導電層
3 レーザ光吸収層
4 光反射性裏面電極層
5 半導体光電変換ユニット
6 受光面透明電極層
7 グリッド金属電極配線
LB1〜LB5 レーザビーム
D1〜D5 分割線溝
Claims (20)
- 透光性基板(1)上に順次積層された裏面透明導電層(2)、レーザ光吸収層(3)、金属層を含む光反射性裏面電極層(4)、半導体光電変換ユニット(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いる集積型薄膜光電変換装置であって、
前記レーザ光吸収層(3)は、前記裏面透明導電層(2)と前記光反射性裏面電極層(4)とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有し、
前記光反射性裏面電極層(4)は、前記裏面透明導電層(2)、前記レーザ光吸収層(3)、および前記光反射性裏面電極層(4)を貫通する複数の第2種分割線溝(D1)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ユニット(5)は、前記レーザ光吸収層(3)、前記光反射性裏面電極層(4)、および前記半導体光電変換ユニット(5)を貫通しかつ前記第2種分割線溝(D1)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、
前記第3種分割線溝(D2)は内部を前記受光面透明電極層(6)で満たされ、これにより前記裏面透明導電層(2)と前記受光面透明電極層(6)が電気的に接続されており、
前記受光面透明電極層(6)は、前記レーザ光吸収層(3)、前記光反射性裏面電極層(4)、前記半導体光電変換ユニット(5)および前記受光面透明電極層(6)を貫通しかつ前記第2種分割線溝(D1)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、
各種分割線溝は、第2種分割線溝(D1)、第3種分割線溝(D2)、第4種分割線溝(D3)の順に並んでおり、
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レーザ光吸収層(3)、前記裏面透明導電層(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。 - 前記光反射性裏面電極層(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、金属層、および第二の透明導電層を順に含む、請求項1に記載の集積型薄膜光電変換装置。
- 前記レーザ光吸収層(3)が導電型決定不純物を含み、かつ、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質ゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、および微結晶ゲルマニウムからなる群から選択される層を1以上含む請求項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において、
前記第3種分割線溝(D2)に代えて第3種接続孔(D20)を備え、
当該第3種接続孔(D20)の基板に鉛直な方向から見た形状が、円、楕円、三角形、四角形、多角形、不定形、1以上の溝形状、交差する複数の溝形状、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される1以上である、集積型薄膜光電変換装置。 - 前記受光面透明電極層(6)上にグリッド金属電極配線(7)をさらに含み、前記第4種分割線溝(D3)は前記グリッド金属電極配線(7)をも貫通していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
- 透光性基板(1)上に順次積層された裏面透明導電層(2)、レーザ光吸収層(3)、金属層を含む光反射性裏面電極層(4)、半導体光電変換ユニット(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いる集積型薄膜光電変換装置であって、
前記裏面透明導電層(2)は裏面透明導電層(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、前記裏面透明導電層(2)と前記光反射性裏面電極層(4)とを少なくともその膜厚方向に電気的に接続できる導電性を有し、
前記光反射性裏面電極層(4)は、前記レーザ光吸収層(3)、および前記光反射性裏面電極層(4)を貫通しかつ前記第5種分割線溝(D4)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ユニット(5)は、前記レーザ光吸収層(3)、前記光反射性裏面電極層(4)、および前記半導体光電変換ユニット(5)を貫通しかつ前記第5種分割線溝(D4)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、
前記第3種分割線溝(D2)は内部を前記受光面透明電極層(6)で満たされ、これにより前記裏面透明導電層(2)と前記受光面透明電極層(6)が電気的に接続されており、
前記受光面透明電極層(6)は、前記レーザ光吸収層(3)、前記光反射性裏面電極層(4)、前記半導体光電変換ユニット(5)、および前記受光面透明電極層(6)を貫通しかつ前記第5種分割線溝(D4)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、
各種分割線溝は、第5種分割線溝(D4)、第6種分割線溝(D5)、第3種分割線溝(D2)、第4種分割線溝(D3)の順、もしくは第6種分割線溝(D5)、第5種分割線溝(D4)、第3種分割線溝(D2)、第4種分割線溝(D3)の順に並んでおり、
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レーザ光吸収層(3)、前記裏面透明導電層(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。 - 前記第5種分割線溝(D4)と前記第6種分割線溝(D5)とが接続しており、
第6種分割線溝(D5)は第5種分割線溝(D4)よりも溝の幅が狭くかつ第5種分割線溝(D4)の内側に形成されているか、
または、
第5種分割線溝(D4)は第6種分割線溝(D5)よりも溝の幅が狭くかつ、第6種分割線溝(D5)の内側に形成されている
ことを特徴とする、請求項6に記載の集積型薄膜光電変換装置。 - 前記光反射性裏面電極層(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、金属層、および第二の透明導電層を順に含む、請求項6または7に記載の集積型薄膜光電変換装置。
- 前記レーザ光吸収層(3)が導電型決定不純物を含み、かつ、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質ゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、および微結晶ゲルマニウムからなる群から選択される層を1以上含む請求項6〜8のいずれか1項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
- 請求項6〜9のいずれか1項に記載の集積型薄膜光電変換装置において、
前記第3種分割線溝(D2)に代えて第3種接続孔(D20)を備え、
当該第3種接続孔(D20)の基板に鉛直な方向から見た形状が、円、楕円、三角形、四角形、多角形、不定形、1以上の溝形状、交差する複数の溝形状、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される1以上である、集積型薄膜光電変換装置。 - 前記受光面透明電極層(6)上にグリッド金属電極配線(7)をさらに含み、前記第4種分割線溝(D3)は前記グリッド金属電極配線(7)をも貫通していることを特徴とする請求項6〜10のいずれか1項に記載の集積型薄膜光電変換装置。
- 請求項1〜11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、
前記分割線溝および接続孔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、前記裏面透明導電層(2)よりも鉛直上方に位置した状態で、すべての分割線溝および接続孔が形成されることを特徴とする、請求項12に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
- 請求項1〜5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、
前記第2種分割線溝(D1)が、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2種類のレーザビームを用い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。 - 請求項6〜11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、集積型薄膜光電変換装置の製造方法。 - 前記裏面透明導電層(2)を貫通しない分割線溝および接続孔が、裏面透明導電層(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12〜15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)がシリコンまたはゲルマニウムを主要元素とする半導体からなり、かつ、前記裏面透明導電層(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16に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記裏面透明導電層(2)を貫通する分割線溝が、裏面透明導電層(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12〜17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。
- 前記裏面透明導電層(2)は透明導電性酸化物を含み、前記裏面透明導電層(2)を貫通する分割線溝は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18に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記裏面透明導電層(2)を貫通する分割線溝と、前記裏面透明導電層(2)を貫通しない分割線溝および接続孔とが、同一波長のレーザビームを用いて形成され、前記裏面透明導電層(2)を貫通する分割線溝を形成するためのレーザビームは、前記裏面透明導電層(2)を貫通しない分割線溝および接続孔を形成するためのレーザビームよりもパワー密度が高いことを特徴とする、請求項14〜19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。
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