JPH11220154A

JPH11220154A - 光起電力素子および光起電力素子モジュール

Info

Publication number: JPH11220154A
Application number: JP10322802A
Authority: JP
Inventors: Toshimitsu Kariya; 俊光狩谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【目的】光電変換効率、開放電圧、短絡光電流、低照
度開放電圧、リーク電流といった光導電特性が顕著に改
善された光起電力素子を提供する。【構成】基体上に、裏面反射層、透明導電層、水素を
含有する非単結晶シリコン系材料からなり少なくともひ
とつの半導体接合を有する半導体層、金属酸化物からな
る上部透明電極を順次積層し、該上部透明電極の上に集
電電極を具備して構成される光起電力素子において、該
透明導電層は酸化亜鉛からなり、かつ光入射側表面の断
面形状が曲率半径３００Å乃至６μｍで曲率中心からの
仰角が３０度以上１５５度以下の円弧を複数連結して構
成された領域を、断面領域の全体に対して８０％以上含
有することを特徴とする光起電力素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシリコン系非単結晶半導
体材料からなる光起電力素子に関するものである。とり
わけ光電変換効率が高く、耐久性の高い太陽電池などの
光起電力素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】非単結晶シリコン系材料からなり少なく
ともひとつのｐ−ｉ−ｎ接合をもつ半導体層を有する太
陽電池のような光起電力素子（以下、非単結晶シリコン
系光起電力素子と称する）においては、その裏面反射層
にＡｇ，Ｃｕ，Ａｌなどのような可視光領域で高い反射
率を有する金属を用いて、当該光起電力素子の光電変換
効率を向上させることが行われている。しかし、Ａｇ，
Ｃｕなどのような可視光領域で高い反射率を有する金属
は水分と電界の存在下ではマイグレーション現象を起こ
す金属として知られている。こうしたことから、Ａｇ，
Ｃｕなどのマイグレーションを抑制する研究が行われて
いる。例えば「日本電子材料技術協会会報、“Ａｇ−Ｐ
ｄ合金粉末の耐マイグレーション特性”加籐理、清水孝
純」においては、Ａｇ系金属のマイグレーション機構に
ついて考察した結果が報告されている。また、「伸銅技
術研究会誌Ｖｏｌ．３０ｐａｇｅ．１２４−１３０
１９９１，“ＴｈｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＭｉｇｒａ
ｔｉｏｎｉｎＣｏｐｐｅｒ−ＢａｓｅＡｌｌｏ
ｙ．”東江民夫，辻正博，宗秀彦」においては、電気機
器の信頼性向上のため、銅合金の耐マイグレーション性
に関し、合金元素の種類、添加量を調査し、その結果、
Ｓｉが顕著な耐マイグレーション性向上に効果が認めら
れ、Ｃｕ−Ｓｉ合金にＮｉを添加し時効処理を行うと更
に効果的であったことが報告されている。ところで、Ａ
ｇにＣｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｄなどを添加したり、Ｃｕに
Ｎｉ，Ｓｉなどを添加した場合、ある程度マイグレーシ
ョンを抑制することができる。しかしながら、いずれの
場合にあっても、他の金属を添加することによって可視
光領域での反射率が低下してしまう。そのため、総合的
に判断すると光起電力素子の裏面反射層としてはアルミ
ニウムを主成分とする材料からなる薄膜層が有利であ
る。

【０００３】非単結晶シリコン系の光起電力素子におい
ては、裏面反射層と半導体層との間に透明導電層を設
け、該透明導電層の表面形状を凹凸構造（テクスチャー
構造）となるようにして光の吸収効率を向上させる技術
が知られている。この点、Ｙ．Ｈａｍａｋａｗａｅｔ
ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，４３，
ｐ．６４４（１９８３），Ｔ．Ｔｉｅｄｊｅｅｔａ
ｌ．，Ｐｒｏｃ．１６ｔｈＩＥＥＥＰｈｏｔｏｖｏｌ
ｔａｉｃＳｐｅｃｉａｌｉｓｔＣｏｎｆ．ｐ．１４
２３（１９８２），Ｈ．Ｄｅｃｋｍａｎｅｔａ
ｌ．，Ｐｒｏｃ．１６ｔｈＩＥＥＥＰｈｏｔｏｖｏ
ｌｔａｉｃＳｐｅｃｉａｌｉｓｔＣｏｎｆ．ｐ．１
４２５（１９８２）、および特開昭６０−８４８８８号
公報に開示されている。そして、前記透明導電層の構成
材料としては、酸化亜鉛を使用するのが有利であること
が知られている。以上述べたことから、非単結晶シリコ
ン系光起電力素子においては、裏面反射層をアルミニウ
ムで構成し、裏面反射層と半導体層との間に酸化亜鉛で
構成されたテクスチャー構造の表面形状を有する透明導
電層を設けるのが有利であることが理解される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した裏面反射層と
透明導電層を有する非単結晶シリコン系光起電力素子で
あっても、高い光導電特性、高い耐久性、および低製造
コストなどの要求を十分に満足することができないとい
う問題点がある。この他以下に述べるような問題点もあ
る。即ち、金属薄膜上に酸化亜鉛薄膜を形成する場合、
酸化亜鉛の成長は該金属薄膜の材質、表面形状、表面の
清浄の度合などにより大きく影響される。したがって、
形成される酸化亜鉛薄膜について、それが定常的に光収
集効率の高いテクスチャー構造の表面形状を有するよう
にすることは困難である。こうしたことから、裏面反射
層としてのアルミニウムを主成分とする金属薄膜上に透
明導電層としての光収集効率の高いテクスチャー構造の
表面形状を有する酸化亜鉛薄膜を定常的に形成すること
は困難である。裏面反射層としてのアルミニウムを主成
分とする金属薄膜上に透明導電層としての上述したテク
スチャー構造の表面形状を有する酸化亜鉛薄膜を形成す
る方法として、該酸化亜鉛薄膜を厚くする（３μｍ程
度）にする方法および該酸化亜鉛薄膜をスパッタリング
法によりＡｒガスとＨ₂Ｏガスとの混合ガスを使用して
形成する方法がある。しかし、前者の場合には、特に光
起電力素子のコストを引き上げてしまうという問題があ
る。また、後者の場合には、堆積速度の低下、酸化亜鉛
薄膜／アルミニウム薄膜の構成の反射率の低下、更には
光起電力素子の特性、特には曲線因子の低下といった問
題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、従来技
術における上述した問題点を解決し、高品質にして高性
能の光起電力素子を提供することにある。即ち、本発明
は、可視光領域での反射率が高い金属を裏面反射層とし
て使用し、高湿度環境下で逆バイアスが印加されても素
子の機能が低下しない光起電力素子を提供することを目
的とする。また本発明は、軽量かつ柔軟であり、屋外で
長期間使用しても常時安定して所望の電力を発生する太
陽電池としての光起電力素子を提供することを目的とす
る。上述した課題を解決し、上記目的を達成する本発明
の光起電力素子（太陽電池）は、基体上に、アルミニウ
ムを主成分とする裏面反射層、透明導電層、水素を含有
する非単結晶シリコン系材料からなり少なくともひとつ
の半導体接合を有する半導体層、金属酸化物からなる上
部透明電極を順次積層し、該上部透明電極の上に集電電
極を具備して構成されるものであって、該透明導電層は
酸化亜鉛からなり、かつ光入射側表面の断面形状が曲率
半径３００Å以上、６μｍ以下で曲率中心からの仰角が
３０度以上１５５度以下の円弧を複数連結して構成され
た領域を、断面領域の全体に対して８０％以上含有する
ことを特徴とする。

【０００６】上記透明導電層は、以下に述べるように積
層構成であることができる。当該積層構成は、前記基体
上に第１の透明導電層および第２の透明導電層を順次積
層した構成であり、該第１の透明導電層は酸化亜鉛の結
晶粒の集合で構成され、かつそのｃ軸が前記基体の表面
に平行である領域が５０％以上、９９％以下であり、さ
らに該第２の透明導電層は長手方向が酸化亜鉛のｃ軸に
平行である柱状結晶粒の集合で構成され、かつ該柱状結
晶粒が前記基体の表面の垂直方向に対して放射状に集合
している領域が全領域の７０％以上であることを特徴と
する。本発明における透明導電層全体の膜厚は、５００
０Å以上、３μｍ以下である。前記第１の透明導電層
は、透明導電層全体の膜厚の１％以上、３０％以下に相
当する膜厚である。また、前記透明導電層（前記第１お
よび第２の透明導電層からなる場合を包含する）は、１
０^-8（１／Ωｃｍ）以上、１０^-2（１／Ωｃｍ）以下の
導電率を有する。前記第１および第２の透明導電層は、
好ましくはスパッタリング法により形成される。その
際、これらの層はそれぞれ異なった成膜温度で形成され
る。即ち、第１の透明導電層は５０℃以上２００℃以下
の成膜温度で形成し、第２の透明導電層は１５０℃以上
４００℃以下の成膜温度で形成し、その際第２の透明導
電層の成膜温度は第１の透明導電層の成膜温度より少な
くとも３０℃以上高くされる。このスパッタリング法に
よる第１の透明導電層の形成は、酸素を５０％以上含有
する雰囲気中で行うのが好ましい。本発明の光起電力素
子においては、上述した裏面反射層と透明導電層との間
に酸化アルミニウムからなる中間層を設けることができ
る。該中間層は、反応性スパッタリング法により形成さ
れたものであっても或いは上述した裏面反射層としての
金属層の表面を酸化させることにより形成した裏面酸化
層であってもよい。本発明は、上述した光起電力素子
（太陽電池）を樹脂封止してなる光起電力素子モジュー
ル（太陽電池モジュール）を包含する。そうした光起電
力素子モジュールの一例として、複数の上述した光起電
力素子を電気的に連結してなる一体物を裏面側封止材と
表面側封止材とで樹脂封止したものを挙げることができ
る。

【０００７】本発明を以下の実施態様例により説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。図１は、
本発明の光起電力素子の一例の構成を模式的に示す略断
面図である。図１において、１０１は、ステンレス、ガ
ラスといった材料からなる基体であり、素子を支持する
機能を有するものである。１０２は、本例では主成分が
アルミニウムからなる裏面反射層であり、半導体で吸収
されなかった光を再び半導体層に導く機能を有する。１
０３は、本例では酸化亜鉛からなる透明導電層であり、
光を拡散したり短絡を防止する機能を有する。１０４
は、透明導電層１０３の光入射側表面を示す。１０５
は、ｐｎまたはｐｉｎ接合などの半導体接合を有する半
導体層を示す。１０６は上部透明電極を示し、１０７は
集電電極を示す。上述したように、裏面反射層１０２と
透明導電層１０３の間には中間層を有してもよい（この
点図１には図示せず）。以下に、これらの各構成要素に
ついて説明する。

【０００８】

【基体】基体１０１は、導電性の単体で構成されたもの
でも、或いは導電性の基体に薄膜などを単数または複数
形成したものでもよい。また、基体の表面が導電性を有
していれば基体は電気的に絶縁性のものであってもよ
い。導電性基体の構成材料としては、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｒｈな
どの金属または、これらの合金が挙げられる。これらの
中、特に加工性、強度、化学的安定性、価格などの見地
からＡｌ，ステンレススチールなどが適当である。絶縁
性基体の構成材料としては、ポリエステル、ポリエチレ
ン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプ
ロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ
スチレン、ポリアミド、などの合成樹脂、ガラス、セラ
ミックス、紙などが挙げられる。これらの絶縁性材料か
らなる基体の場合、その少なくとも一方の表面に上述し
た導電性材料からなる薄膜が形成される。基体１０１の
形状は、板状、シート状、帯状、或いは円筒状であるこ
とができる。基体１０１上に設けられる薄膜は、真空蒸
着法、スパッタリング法、スクリーン印刷法、ディッピ
ング法、プラズマＣＶＤ法などの方法で形成することが
できる。基体１０１の表面は、粗面であることが好まし
く、例えば、表面粗さＲａが３．０μｍ以下であるのが
よい。そうした粗面は、例えば、ＨＮＯ₃，ＨＦ，ＨＣ
ｌ，Ｈ₂ＳＯ₄などの酸性溶液を用いて基体表面を適度に
エッチングすることにより形成することができる。基体
１０１の厚みについては、柔軟性が要求される場合に
は、支持体としての機能が十分発揮される範囲で可能な
限り薄くすることができる。しかしながら、基体の製造
上および取扱い上、また機械的強度などの観点から、通
常は１０μｍ以上とされる。なお、基体１０１上に形成
される裏面反射層、透明導電層の膜はがれ防止のために
表面は表面活性剤または有機物質で洗浄されていること
が望ましい。

【０００９】

【裏面反射層】裏面反射層１０２は、主成分がアルミニ
ウムからなるもので構成される。該裏面反射層は、単層
で構成されても或いは複数の層で構成されてもよい。し
かしいずれの場合にあっても、裏面反射層全体の膜厚
は、１００Å乃至５０００Åの範囲であることが望まし
い。裏面反射層１０２は、真空蒸着法またはスパッタリ
ング法により形成することが望ましい。裏面反射層１０
２の表面は、平滑表面であっても凹凸を有するテクスチ
ャー構造の表面であってもよい。平滑な表面性を有する
場合には反射率が下がらない程度に限りなく薄くするこ
とが望ましく、内部応力が著しく大きく膜はがれが発生
する恐れのある場合には膜厚を調整することが望まし
い。裏面反射層１０２が凹凸を有するテクスチャー構造
の表面を有するようにするには、当該裏面反射としての
膜を形成する際に、当該膜の形成を１５０℃乃至５００
℃の範囲の成膜温度で行い、所望の凹凸形状の表面が得
られるように膜厚を調整する。しかしこのように、テク
スチャー構造を有するアルミニウムからなる裏面反射層
の上に酸化亜鉛の透明導電層を形成したものの反射率は
平滑な表面を有する裏面反射層上に形成した場合の反射
率よりも低いことが多く、その場合裏面反射性能が低下
してしまうことがある。その原因は、テクスチャー構造
の酸化亜鉛からなる透明導電層と当該裏面反射層とが酸
化還元反応を起こし、酸化亜鉛が還元されてしまうこと
によるものと考えられる。したがって、透明導電層とし
て酸化亜鉛を使用する場合には、通常、温度を１５０℃
以上の成膜温度で形成したテクスチャー構造のアルミニ
ウム膜は用いないことが望ましい。裏面反射層１０２
は、化学的安定性を向上させるためにＴｉ，Ｍｎ，Ｓ
ｉ，Ｍｏなどの元素を０．０１％以上、１０％以下含有
してもよい。しかし裏面反射層の反射率を低下させない
程度に含有させることが望ましい。

【００１０】

【透明導電層】上述したように、透明導電層１０３は、
光入射側表面の断面形状が３００Å乃至６μｍの範囲の
曲率半径で曲率中心からの仰角が仰角が３０度以上１５
５度以下の円弧を複数連結して構成され、該円弧の曲率
中心を通る円弧の２等分線が基体１０１の表面にほぼ垂
直である領域を、断面領域の全体に対して８０％以上含
有することを特徴とする。なお本例では透明導電層１０
３は酸化亜鉛からなる。このように、透明導電層の光入
射側表面の断面形状が上記のごとく連結された円弧で構
成された領域を含むため、光の収集効率が非常に優れて
いる。水素を含有する非単結晶シリコン系半導体層の屈
折率は３．３から３．８程度であるため、（断面形状の
凹凸の大きさ）×（半導体層の屈折率）が入射光の波長
程度であれば入射光は半導体層と透明導電層の間の表面
（図１では光入射側表面）で散乱される。また、酸化亜
鉛の屈折率は２．０程度であるため、（断面形状の凹凸
の大きさ）×（酸化亜鉛の屈折率）が入射光の波長程度
であれば入射光は裏面反射層１０２で反射されて光入射
側表面１０４で適度に散乱される。本発明者は上述した
ような円弧を連結した断面形状をなす透明導電層の適正
化を試みた。その際、形成温度や時間変化を様々に変化
させた。後述する実施例１の光起電力素子を作製して光
電変換効率を測定したところ、図１０に示すように、円
弧の半径が３００Å以上、６μｍ以下で、かつ曲率中心
からの仰角が３０度以上１５５度以下で構成されている
場合が光電変換効率が大きいことを見いだした。また円
弧の半径が５００Å以上３μｍ以下、仰角５０度以上１
５０度以下がより好ましく、９００Å以上２μｍ以下、
７０度以上１３５度以下がさらに好ましいことを見い出
した。またこのような領域の占める割合と光電変換効率
との関係を調べたところ、図１６に示すように、このよ
うな領域が占める割合が８０％以上であるとき、良好な
光電変換効率が得られることが判った。なお、図１６
は、円弧の半径が５００Å以上３μｍ以下で仰角が５０
度以上１５０度以下の場合についてのデータである。こ
のような断面形状をなす透明導電層を光入射方向からみ
た場合、断面形状が連結するピラミッド構造を有する従
来のテクスチャー構造の酸化亜鉛の薄膜とは異なり、稜
線がほとんどないので、光起電力素子の開放電圧が向上
するものである。それはすなわち、稜線領域は他の領域
に比べて上に形成された薄膜の膜厚が厚くなりやすい。
従ってその領域だけ開放電圧が低下し、素子全体として
も低下してしまうのである。本発明においては稜線がほ
とんど形成されないので素子全体の開放電圧は高いもの
である。また本発明においては谷線も従来のものよりも
少ないため、光起電力素子の開放電圧が向上するもので
ある。それはすなわち、谷の領域には通常膜形成が行わ
れにくい。従って谷の領域では形成される膜の膜厚が薄
くなるので、その微小領域でのリーク電流が発生しやす
くなり、素子全体の開放電圧を低下することになる。し
かし、本発明においては谷の領域が少ないので開放電圧
の低下が少ない。また該透明導電層は高度にテクスチャ
ー化されているため半導体層内部での光の干渉がない。
従って半導体内部において光が強く吸収されている箇所
がないため、光電子対の再結合確率が局所的に増大して
いることがなく、良好なフィルファクターを得ることが
できる。さらには再結合確率を低減できるため、光劣化
を抑制することができる。断面形状が円弧の連結からな
るため、あらゆる方向からの外部圧力に対する耐性を備
えているものである。また酸化亜鉛薄膜を形成する際に
発生する内部応力を緩和することができるため、膜はが
れを発生しにくい構造である。また、裏面反射層にアル
ミニウムを用いているため、Ａｇ，Ｃｕといったマイグ
レーションを起こす金属とは異なり、高温高湿度環境に
おいて素子に逆バイアスを印加しても光起電力素子の光
電特性が低下することはない。また、該透明導電層の厚
みを５０００Å乃至３μｍの範囲にすることにより、光
起電力素子の短絡を極力回避でき、酸化亜鉛薄膜による
光起電力素子のコストを低減できる、また、Ｒｏｌｌ−
ｔｏ−Ｒｏｌｌ方式によって光起電力素子を製造する場
合、長期間ロール状に巻いた状態で保管しても酸化亜鉛
薄膜の表面の割れがなく、長期間保管による光起電力素
子の短絡が発生することがない。

【００１１】図１２は、上述した裏面反射層１０２およ
び透明導電層１０３を同一のチャンバーで形成すること
ができる成膜装置の一例を示す模式図である。以下で
は、当該装置により主として透明導電層を形成する場合
について説明する。図１２において、８０１は円筒形の
堆積室、８０２は基体ホルダー、８０３は基体、８０４
はヒーター、８０５はマッチングボックス（マッチング
回路）、８０６はＲＦ電源、８０７は裏面反射層用の金
属ターゲット、８０８は第１の透明導電層用のターゲッ
ト、８０９は第２の透明導電層用のターゲット、８１
０、８１１、８１２はＤＣ電源、８１３，８１４，８１
５はシャッター、８１６は排気管、８１７はガス導入
管、８１８は回転軸、８１９はプラズマである。この他
に、不図示ではあるがガス導入管８１７に接続されたガ
ス供給装置と、排気管８１６に接続された真空ポンプが
ある。また、８２０はガス導入方向、８２１は排気方向
を示す矢印である。基体８０３の配設された基体ホルダ
ー８０２は、成膜時、回転軸８１８を介して毎分０．１
乃至２回回転させる。成膜開始時、基体８０３は１００
℃乃至２５０℃に加熱し、徐々に上昇させる。最高基体
温度（成膜温度）は、４００℃またはそれ以下とするの
が望ましい。基体ホルダー８０２の回転速度および成膜
温度の上昇速度は形成する層の膜厚やスパッタリング電
力にも依存するので、これらのパラメーターは適宜調整
するのが望ましい。最高の成膜温度は、４００℃または
それ以下であることが望ましい。この点は、酸化亜鉛薄
膜をスパッタリング法で形成する場合、成膜温度が高く
なるに従い堆積速度が低下し、スループットが低下する
理由による。本発明においては、以下の理由から、透明
導電層１０３は導電率が１０^-8（１／Ωｃｍ）以上、１
０^-2（１／Ωｃｍ）以下であることが望ましい。それは
すなわち、導電率が極端に低いと光起電力素子のシリー
ズ抵抗が上昇して光電変換効率の低下をもたらすため、
導電率はシリーズ抵抗の上昇を伴わない程度に大きいこ
とが必要である。また、光起電力素子は通常クリーンな
環境で形成するが、多少なりともリークパスは存在す
る。そこでリークパスの発生密度が少ないときでも、そ
のリークパスから大きな電流が流れないようにするため
に、ある程度導電率は小さくなければならない。導電率
が大きいと光電特性におけるシャント抵抗が小さくなり
（弱いショート状態）、光電変換効率が低下してしま
う。しかしながら、導電率の具体的な数値範囲は良好な
光起電力素子の光電特性（シリーズ抵抗）やリークパス
の密度によるところが大きい。そこで、後述する実施例
１と同様な方法を用いて光起電力素子を作製し、導電率
と光電変換効率の関係を調べた。該透明導電層をスパッ
タリング法で形成する際、酸化アルミニウムの酸化亜鉛
のターゲット表面に埋め込んで同時にスパッタリングを
行い、酸化亜鉛からなる該透明導電層の中に添加させ
た。添加量が多いほど導電率は上がる。その結果、図１
１に示すように、導電率が１０^-8（１／Ωｃｍ）以下の
とき光起電力素子の光電特性においてシリーズ抵抗が大
きくなりすぎて光電変換効率が低下してしまい、１０^-2
（１／Ωｃｍ）以上ではシャント抵抗が小さくなりすぎ
て光電変換効率が低下することが判った。

【００１２】

【積層構成の透明導電層】上述したように、本発明にお
ける透明導電層は、例えば図２または図４に示すような
積層構成であることができる。すなわち、当該積層構成
の透明導電層は基体上に第１の透明導電層１０３ａ、第
２の透明導電層１０３ｂを順次積層した構成であり（図
２、図４参照）、第１の透明導電層は酸化亜鉛の結晶粒
の集合で構成され、かつそのｃ軸が基体面に平行である
領域が５０％以上、９９％以下であり、さらに第２の透
明導電層は長手方向が酸化亜鉛のｃ軸に平行である柱状
結晶粒の集合で構成され、かつ該柱状結晶粒が基体の垂
直方向に対して放射状に集合している領域が全領域の７
０％以上であることを特徴とする。これにより酸化亜鉛
の均一性が向上する。従来のアルミニウムの薄膜の上に
形成された酸化亜鉛の単一層表面を電子顕微鏡で注意深
く観察すると、直径１０００Å程度のピンホールが発生
していることがある。しかし本発明の酸化亜鉛の透明導
電層はピンホールの発生率が単一層のものに対して１％
以下であることが判った。この透明導電層のピンホール
の減少により光起電力素子の歩留りを飛躍的に向上でき
る。さらにはリーク電流が小さいため開放電圧が高いも
のである。また、Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌ方式によっ
て光起電力素子を製造し、直列化、並列化を行ってモジ
ュール化する場合、適切な大きさに切断する必要があ
る。その際、顕微鏡レベルでは切断部の膜はがれは避け
ることができなかったが、本発明の酸化亜鉛からなる透
明導電層を用いることで膜はがれの領域面積を数％以下
に低減することができる。その理由は従来の酸化亜鉛の
結晶粒に対して本発明における酸化亜鉛の結晶粒の大き
さが小さく、第１の透明導電層が裏面反射層との密着性
を高め、第２の透明導電層内部の放射状に伸びた結晶粒
が応力緩和に働くためと考えられる。またスパッタリン
グ法で第１の透明導電層１０３ａを形成する場合、基体
温度を５０℃以上２００℃以下で形成することによって
酸化亜鉛のｃ軸が基体表面に平行である領域が５０％以
上、９９％以下にすることができる。上記方法にあって
アルミニウムを膜中に添加させると導電率が向上するほ
かに基体の垂直方向に対するｃ軸配向性が低下し、ｃ軸
が基体に平行になりやすくなり、好ましいものである。
また酸素を５０％以上含む雰囲気中でスパッタリングを
実施しても同様に基体面に対するｃ軸配向性が低下し、
ｃ軸が基体面に平行になりやすくなり、好ましいもので
ある。また図３に示すように透明導電層と裏面反射層の
間に酸化アルミニウムからなる中間層を設けた場合にも
第１の透明導電層の基体の垂直方向に対するｃ軸配向性
が低下し、ｃ軸が基体面に平行になりやすくなり、好ま
しいものである。

【００１３】第２の透明導電層１０３ｂは、図２に示す
ように、第１の透明導電層１０３ａのｃ軸が基体１０１
に平行である部分から、放射状に結晶粒が集合し、その
領域が全領域の７０％以上であることが望ましい。スパ
ッタリング法で第１および第２の透明導電層を形成する
場合、第２の透明導電層を形成する際の基体温度を１５
０℃以上４００℃以下とし、且つ第１の透明導電層を形
成する際の温度よりも３０℃以上高い温度とすることが
望ましい。そうすることでｃ軸配向性が向上し第２の透
明導電層の断面形状が円弧を連結した形状が全体の９０
％以上となる。このように第１の透明導電層の形成温度
よりも第２の透明導電層の形成温度を高くすることで、
２つの層の結晶性と配向性を変えることができる。その
ため再現性よく、断面形状が連結した円弧形状とするこ
とができる。また、第１の透明導電層はスパッタリング
法で形成する際、酸素を５０％以上含有する雰囲気中で
形成することにより以下に述べるような更なる効果が得
られる。すなわち基体上に裏面反射層と酸化亜鉛からな
る透明導電層を形成した段階で、該透明導電層側から光
を入射させた時の波長５００ｎｍから１０００ｎｍまで
の領域における反射率が極めて高く、さらにはテクスチ
ャー度が極めて高いものである。従って光起電力素子の
短絡光電流が向上するものである。従来ではアルミニウ
ムを主成分とする裏面反射層の上に酸化亜鉛からなる透
明導電層を真空中で連続形成すると、可視光（波長４０
０ｎｍから８００ｎｍまで）における反射率が低い。こ
れは裏面反射層のアルミニウムの還元作用によって酸化
亜鉛が還元され、裏面反射層と該酸化亜鉛からなる透明
導電層の間に亜鉛リッチな超薄膜が形成されてしまうこ
とが原因と考えられる。こうしたことから、本発明にお
いては、第１の反射層を形成する際、酸素を５０％以上
含有する雰囲気中で形成することによって、酸化亜鉛の
還元を抑制する。また、これにより良好な断面形状を有
する透明導電層を形成することができる。この点の理由
は明らかではないが、プラズマ状態の酸素に関わる活性
種が酸化亜鉛の形成プロセスに影響し、ｃ軸配向性を低
下させているものと考えられる。また、第１の透明導電
層の膜厚を、透明導電層全体の膜厚の１％以上３０％以
下にすることにより、スパッタリング法を用いてテクス
チャー度の高い導電性薄膜を再現性よく形成することが
できる。すなわち第１の透明導電層は酸化亜鉛のｃ軸が
基体に平行である結晶粒が半分以上であるこの層を透明
導電層の全域に用いるとテクスチャー度の低いものにな
ってしまう。さらにｃ軸が基体に垂直な第２の透明導電
層が全域にあってもテクスチャー度の低いものになって
しまう。本発明のような断面形状を再現性よく形成する
には、第１層の酸化亜鉛の結晶粒が核となって、ｃ軸が
基体にほぼ垂直な第２の透明導電層をより厚く成長させ
ることがよいと考えられる。さらに、第１の透明導電層
および第２の透明導電層の導電率が１０Ｅ^-8（１／Ωｃ
ｍ）以上、１０Ｅ^-2（１／Ωｃｍ）以下であることによ
り、非単結晶シリコン系材料からなる半導体層形成の際
に発生したピンホールがある程度あっても光起電力素子
の特性を損なうことはない。従って光起電力素子の歩留
りを飛躍的に向上できるものである。

【００１４】

【裏面反射層及び透明導電層の形成方法】本発明におけ
る、裏面反射層１０２及び透明導電層１０３（第１およ
び第２の透明導電層１０３ａおよび１０３ｂ）は、先に
述べた図１２に示す成膜装置を使用し、例えば、以下に
述べる手法で形成することができる。酸洗浄および有機
洗浄された基体８０３を円板状の基体ホルダー８０２上
に取り付け、この円板状基体ホルダーの中心軸である回
転軸８１８を回転させる。不図示の油拡散ポンプ／ロー
タリーポンプを用いて堆積室内部を約５×１０^-6Ｔｏｒ
ｒまで真空排気し、ガス導入管からＡｒを導入し、８０
６のＲＦ電源からＲＦ電力を堆積室内部に導入し、Ａｒ
プラズマを生起する。８０５のマッチング回路を調整し
て、反射電力が最小になるようにする。この際、基体８
０３はスパッタエッチ（逆スパッタ）され、さらに清浄
な表面になる。次に、裏面反射層の形成温度になるよう
にヒーター８０４を設定し、所定の温度になったら、８
１０のＤＣ電源を入れ、Ａｒプラズマ８１９を生起し、
シャッター８１３を開け、基体８０３上に裏面反射層１
０２を形成する。裏面反射層が所定の膜厚だけ形成され
たら、シャッターを閉じ、ＤＣ電源を切る。次に、第１
の透明導電層の形成温度になるようにヒーター８０４を
設定し、所定の温度になったら、８１１のＤＣ電源を入
れ、Ａｒプラズマを生起し、シャッター８１４を開け、
第１の透明導電層１０３ａを形成する。第１の透明導電
層が所定の膜厚だけ形成されたら、シャッターを閉じ、
ＤＣ電源を切る。次に、第２の透明導電層の形成温度に
なるようにヒーターを設定し、所定の温度になったら、
８１２のＤＣ電源を入れ、Ａｒプラズマを生起し、シャ
ッター８１５を開け、第２の透明導電層１０３ｂを形成
する。第２の透明導電層が所定の膜厚だけ形成された
ら、シャッターを閉じ、ＤＣ電源を切る。

【００１５】

【中間層】中間層（１１０，図３および図４参照）は、
本例では酸化アルミニウムで構成され、裏面反射層１０
２と透明導電層１０３との間に設けられるものである。
当該中間層は、酸化亜鉛からなる透明導電層の還元を抑
制し、その透明度低下を防止する。また当該中間層を設
けることにより、裏面反射層の上に透明導電層を形成し
た段階における上記の反射率（波長５００ｎｍから１０
００ｎｍまでの領域における反射率）を極めて高いもの
とすることができる。酸化アルミニウムからなる中間層
は、素子の直列抵抗を幾分大きくするが、光起電力素子
の光電特性を低下するまでには至らない。また、本発明
の光起電力素子における透明導電層の断面形状をさらに
よくする。該中間層があることによって、透明導電層、
特に、第１の透明導電層のｃ軸配向性が抑制され、ｃ軸
が基体に平行になるものが増加するため断面形状が適正
化されるものと考えられる。中間層の膜厚は１０Å乃至
１０００Åの範囲であることが望ましい。１０Å以下の
場合、膜が島状になってしまい上記の効果が低下するお
それがある。１０００Åを越える場合、光起電力素子の
シリーズ抵抗が増加するため光導電特性が低下するおそ
れがある。中間層はスパッタリング法により形成でき
る。特に中間層を、酸素を８０％以上含有する雰囲気中
においてアルミニウムをターゲットとして反応性スパッ
タリング法で形成することにより、本発明の光起電力素
子における透明導電層の断面形状をさらによくする。こ
れとは別に、中間層は酸素を８０％以上含有する雰囲気
中においてアルミニウムを主成分とする裏面反射層とし
ての金属層の表面を酸化させて形成した表面酸化層から
なるものであることができる。この場合表面酸化層はア
ルミナであることから、透明であり、そのため反射率を
低下させることはない。

【００１６】

【半導体層】半導体層１０５は、光起電力素子の光電変
換効率、開放電圧、短絡光電流など光電的特性を左右す
る重要な層である。本発明の半導体層は１つ以上のｐ−
ｉ−ｎ接合を有し、非単結晶シリコン系材料で構成され
る。場合によってはｐｎ接合の上にｐ−ｉ−ｎ接合を形
成してもよい。非単結晶シリコン系材料は主に、非晶質
（ａ−）、微結晶（μｃ−）、多結晶（ｐｏｌｙ−）構
造からなり、例えばａ−Ｓｉ，ａ−ＳｉＧｅ，ａ−Ｓｉ
Ｓｎ，ａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＯ，ａ−ＳｉＮ，μｃ−Ｓ
ｉ，μｃ−ＳｉＣ，ｐｏｌｙ−Ｓｉが挙げられる。これ
らの材料をｐ型にするためには主にＢ，Ａｌなどの元素
を添加し、ｎ型にするには主にＰ，Ａｓ，Ｓｂなどの元
素を添加する。また、非晶質、微結晶構造を有する材料
にはＨ，Ｆ，Ｃｌなどの元素を含有させ、未結合手など
の欠陥を補償させることが必要である。こうすることで
光起電力素子の曲線因子（フィルファクター）を飛躍的
に改善できるものである。半導体層１０５は、基体１０
１側からｎ層、ｉ層およびｐ層をこの順番でか、或いは
逆にｐ層、ｉ層、ｎ層の順番に形成したものであっても
よい。また、ｐｎ接合を用いる場合には基体１０１側か
らｎ−ｐ／ｎ−ｉ−ｐでもｐ−ｎ／ｐ−ｉ−ｎでもよ
い。ｐ−ｉ−ｎ接合は１つでもよいが、光起電力素子の
光劣化（強い光照射によって、曲線因子、開放電圧が下
がり、結局、光電変換効率が時間経過とともに低下して
いく現象）を抑制するためには通常はｐ−ｉ−ｎ接合を
２つ或いはそれ以上有するものがよい。図９は３つの場
合の例であり、第１のｉ層５１１にはａ−ＳｉＧｅ：Ｈ
が、第２のｉ層５１４にはａ−ＳｉＧｅ：Ｈが、第３の
ｉ層５１７にはａ−Ｓｉ：Ｈがそれぞれ用いられる。こ
れらのｉ層はそれぞれ単層であってもよいが、ａ−Ｓｉ
Ｇｅ／ａ−Ｓｉ，ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅ／ａ−Ｓｉな
どのように積層したものでもよい。なお図９において、
５１０，５１３および５１６はそれぞれ第１のｎ層、第
２のｎ層そして第３のｎ層を示す。また５１２，５１５
および５１８はそれぞれ第１のｐ層、第２のｐ層そして
第３のｐ層を示す。

【００１７】ｉ層をより真性にするためにＢなどを添加
してもよい。また、ｐｎ接合を形成する場合にはｐｏｌ
ｙ−Ｓｉ，μｃ−Ｓｉに上記のｐ型、ｎ型にする元素を
添加したものを用いることが望ましい。これらの材料は
通常、上述した光劣化がなく、屋外で長期間使用する場
合は好ましい。しかし、可視光の吸収係数が非晶質のも
のよりも小さいため通常は１μｍ以上の膜厚を要する。
ｎ層およびｐ層は極力光の吸収が少ない材料で構成され
ることが望ましい。通常ａ−Ｓｉ，ａ−ＳｉＣ，ａ−Ｓ
ｉＯ，ａ−ＳｉＮ，μｃ−Ｓｉ，μｃ−ＳｉＣ，ｐｏｌ
ｙ−Ｓｉが用いられる。上記のａ−Ｓｉ，ａ−ＳｉＣ，
ａ−ＳｉＯ，ａ−ＳｉＮ，μｃ−Ｓｉ，μｃ−ＳｉＣか
らなる非単結晶シリコン系材料からなるｐ−ｉ−ｎ接合
を形成するには通常プラズマＣＶＤ法を用いる。なかで
もｉ層を形成するには堆積速度の高いマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法がよい。またｐｏｌｙ−Ｓｉを形成するには
プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法などでａ−Ｓｉを
形成した後にレーザーを照射したり、高周波電力を印加
したりしてｐｏｌｙ化するのがよい。上述したｐ−ｉ−
ｎ接合は微結晶シリコン系材料と非晶質シリコン系材料
との接合を有していてもよい。特に微結晶シリコンをｐ
層に用いるとｐ層のキャリア密度を上げられるため、光
起電力素子の開放電圧が向上するものである。さらに
は、微結晶シリコンは可視光領域での吸収係数が非晶質
シリコンのそれよりも小さいため、光入射側の窓層とし
て用いた場合、短絡光電流が増加するものである。半導
体層１０５は、バンドギャップ調整元素を含有してもよ
い。例えば、ｉ型の半導体層にゲルマニウムを含有させ
ることによって該半導体層のバンドギャップを狭くする
ことができ、光起電力素子の短絡光電流を増加させるこ
とができる。このようなｉ層はｐ−ｉ−ｎ接合を２つ以
上持つ光起電力素子の裏面反射層側のｉ層に使用するの
がよい。また、酸素、窒素、炭素のうち少なくとも一つ
の元素を該半導体層に含有させることによって、半導体
層のバンドギャップを広げることができる。このような
ｉ層はｐ−ｉ−ｎ接合を２つ以上持つ光起電力素子の光
入射側のｉ層に使用するのがよい。特に３つのｐ−ｉ−
ｎ接合を有する光起電力素子で裏面反射層側の２つのｉ
層にゲルマニウムを含有させることで光（波長３００ｎ
ｍ以上、１０００ｎｍ以下）の収集効率を飛躍的に拡大
することができる。

【００１８】

【半導体層の形成方法】本発明の光起電力素子における
半導体層は、例えば図１３に示すようなプラズマＣＶＤ
装置により形成することができる。図１３において、９
０１は反応室、９０２は透明導電層まで形成された基
体、９０３はヒーター、９０４はコンダクタンスバル
ブ、９０５はマイクロ波導波管、９０６はマイクロ波導
入部、９０７はアルミナセラミックスなどからなるマイ
クロ波導入窓、９０８はＲＦ導入部、９０９はマッチン
グ回路を内蔵するＲＦ電源、９１０はプラズマ、９１１
はシャッター、９１４は排気管、９１５はガス導入管で
ある。９１２はマイクロ波の進行方向、９１３は排気方
向、９１６はガス導入方向を示すものである。図には示
していないが、マイクロ波電源がマイクロ波導波管に接
続され、真空ポンプが図の排気管に接続され、ガス導入
装置が図のガス導入管に接続されている。当該プラズマ
ＣＶＤ装置による半導体層の形成は、例えば次のように
して行われる。まず、透明導電層まで形成した基体９０
２を反応室９０１内部のヒーター９０３に取り付け、反
応室内部の圧力が１×１０^-4 Ｔｏｒｒ以下になるよう
に油拡散ポンプなどの真空ポンプで排気する。圧力が１
×１０^-4 Ｔｏｒｒ以下になったらＨ₂，Ｈｅなどのガ
スをガス導入管９１５から反応室に導入し、ヒーター９
０３を入れ、基体９０２が所望の温度になるように設定
する。基体の温度が安定したところで、ガス導入管から
原料ガスを導入し、不図示のマイクロ波電源からマイク
ロ波導波管９０５、マイクロ波導入部９０６、マイクロ
波導入窓９０７を通してマイクロ波電力を反応室内部に
導入する。プラズマ９１０が生起したところで所望の圧
力になるようにコンダクタンスバルブ９０４を調整し、
ＲＦ電源９０９を入れ、ＲＦ導入部９０８からＲＦ電力
を導入する。その際、マッチング回路を調整し、反射電
力を最小にするのがよい。次に、シャッター９１１を開
け、所望の膜厚を有する層が形成されたところでシャッ
ターを閉じ、ＲＦ電力、マイクロ波電力の導入、原料ガ
スの導入を止め、次の層を形成する準備をする。この装
置でＲＦプラズマＣＶＤ法による成膜を行うには上記の
手順でマイクロ波の導入を行わずにＲＦ電力だけでプラ
ズマを生起すればよい。本発明において適用されるマイ
クロ波の周波数は０．１以上１０ＧＨｚ以下である。ま
た０．１〜０．５ＧＨｚの周波数帯域ではマイクロ波導
波管の代わりに同軸ケーブルを、マイクロ波導入窓の代
わりにＲＦ導入部、９０８と同様の形状をした導入用電
極を用いてもよい。また、ＲＦ電力の代わりにＤＣ電力
を導入してもよい。また、マイクロ波の導入方向は図１
３では基体と平行になっているが、基体の法線方向から
でもよい。使用されるＲＦ電力の周波数は０．３〜３０
ＭＨｚであるが、工業的には１３．５６ＭＨｚが一般的
に使用される。半導体層１０５を形成する際の基体温度
はプラズマＣＶＤ法では１００℃乃至５００℃の範囲、
ｐｏｌｙ−Ｓｉの形成の際には４００℃乃至６００℃の
範囲である。また層形成時の圧力はマイクロ波ＣＶＤ法
では０．１ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ、ＲＦプラズ
マＣＶＤ法では０．１Ｔｏｒｒ〜５Ｔｏｒｒが適してい
る。また電力密度はマイクロ波プラズマＣＶＤ法ではマ
イクロ波電力密度は０．００５〜１Ｗ／ｃｍ³、同時に
導入されるＲＦ電力密度は０．０１〜１Ｗ／ｃｍ³が適
切であり、マイクロ波電力密度よりもＲＦ電力密度のほ
うが大きいほうが望ましい。ＲＦプラズマＣＶＤ法では
１〜１００ｍＷ／ｃｍ³が適切である。以上のような条
件によって形成される膜の形成速度はマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法の場合には２０Å／ｓｅｃ〜２００Å／ｓｅ
ｃとなるようにマイクロ波電力または原料ガス流量を調
整することが望ましく、ＲＦプラズマＣＶＤ法の場合に
は０．２Å／ｓｅｃ〜２０Å／ｓｅｃとなるようにＲＦ
電力または原料ガス流量を調整することが望ましい。半
導体層１０５を形成する際に使用される原料ガスは、Ｓ
ｉＨ₄，ＳｉＦ₄，Ｓｉ₂Ｈ₆，ＳｉＨ₂Ｃｌ₂，ＧｅＨ₄，
ＧｅＦ₄，ＳｎＨ₄，ＣＨ₄，Ｃ₂Ｈ₂，ＣＦ₄，Ｏ₂，Ｎ
Ｏ₂，ＮＨ₃，ＮＯなどが用いられ、またはこれらのガス
をＡｒ，Ｈ₂，Ｈｅなどのガスで希釈してもよい。また
ｎ層にＰ，Ａｓ，Ｓｂなどの元素を添加するにはＰ
Ｈ₃，ＰＦ₅，Ｐ₂Ｏ₅，ＡｓＨ₃，ＡｓＦ₃，ＡｓＣｌ₃，
ＳｂＦ₃，ＳｂＦ₅などのガスまたはガス化しうるものが
使用される。ｐ層にＢ，Ａｌなどの元素を添加するには
Ｂ₂Ｈ₆，ＢＦ₃，ＡｌＣｌ₃，Ａｌ（ＣＨ₃）₃などのガス
またはガス化しうるものが使用される。また、これらの
ガスのうち水素ガスを重水素に置換したものを用いても
よい。ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて層形成を行う場合
には原料ガスをＡｒ，Ｈ₂，Ｈｅなどで１〜１００倍程
度に希釈するのがよい。また、微結晶構造を有する非単
結晶シリコン系材料を形成するには同様にＡｒ，Ｈ₂，
Ｈｅなどで１０〜１０００倍程度に希釈するのがよい。

【００１９】

【上部透明電極】上部透明電極１０６は、半導体層１０
５に効率よく光を導き、さらには光電流を損失なく集電
電極１０７に導くために重要である。そのために該透明
電極として透明導電層は、光吸収をより少なくし、反射
防止効果を上げるために再現性よく膜厚を制御し、でき
るだけ抵抗率を下げる必要がある。これに適合した材料
としてはＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＩＴＯ、およびこれらの
複合酸化物などが挙げられる。さらにはこれらの材料で
構成される層の上にＭｇＦ₂，ＴｉＯ₂などを積層して反
射防止効果を上げることもできる。例えば、上部透明電
極としてＩＴＯを使用する際の膜厚は６００Å乃至８０
０Å程度とすることによって、可視光、紫外光および赤
外光を効果的に半導体層に導くことができる。これらの
材料からなる上部透明電極を半導体層上に形成するに
は、真空蒸着法またはスパッタリング法により、１００
℃〜２５０℃程度の温度で形成すると透明かつ抵抗率の
低いものが得られる。しかし、工業的にみれば大きな面
積に形成でき、堆積速度を速くすることのできるスパッ
タリング法が望ましい。さらにはコスト的見地からみれ
ばＩｎ，Ｓｎ，ＩｎＳｎ（例えばＳｎ：５ｗｔ％）のタ
ーゲットを用い、ＡｒとＯ₂を堆積室内部に導入しなが
ら膜形成を行う反応性スパッタリング法が適している。
また、上部透明電極１０６は抵抗率が１０^-4 Ω・ｃｍ
程度であるため、光起電力素子の直列抵抗を低減でき、
光電変換効率を向上できる。

【００２０】

【集電電極】集電電極１０７は光電流の損失が少なく、
さらには半導体層に効率的に光を導くためにその形状を
設計する必要がある。例えば、太陽電池ハンドブック
（電気学会／コロナ社）ｐ１１２にあるように集電電極
の幅と長さ（光入射からみたもの）を最適化する必要が
ある。光入射方向からみた形状は図５に示されるような
櫛型が望ましい。また構成材料としては、導電率の高い
材料、すなわちＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌなどが用いられ
る。集電電極１０７はこれらの金属の層単体で構成され
ても、当該金属と他の金属との複数層から構成されても
よい。しかし、裏面反射層と同様、マイグレーションを
起こす金属Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕを使用する場合にはマイグ
レーションを防止する必要がある。具体的には、これら
の金属のワイヤにバインダとしてウレタン樹脂をシクロ
ヘキサノンに溶解させたカーボンペーストを塗布したも
のを、上部透明電極１０６の上にのせ、乾燥させたもの
を用いるのが望ましい。この部材は乾燥することによっ
てシクロヘキサノンが蒸発し、集電電極と融着するた
め、接触抵抗が非常に少ないものが得られる。もしくは
スクリーン印刷法で上記の電極形状にカーボンペースト
を塗布し、その上に上記の金属を同じくスクリーン印刷
で印刷し、乾燥させて形成してもよい。金属としてＡｌ
を用いる場合は単体、もしくはＣｒ／Ａｌ／Ｃｒのよう
に他の金属との複数層の形成には通常、蒸着面をマスク
で覆って真空蒸着で形成したり、スパッタリングで形成
してもよい。また化学的安定性を向上させるためにＴ
ｉ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｍｏなどを０．１％から１０％程度添
加してもよい。また電流密度が高くなるところには図５
に示されるように、銅板等からなるバスバー１０８を同
時に融着してもよい。バスバー１０８は両面テープ１０
９で貼り着けてもよい。導電性の基体を用いた場合には
基体の裏面に同様な銅板等からなるのバスバー１０８を
融着してもよい。図７は光起電力素子モジュールに用い
られる好ましい集電電極の実施形態の模式的断面図であ
る。すなわち、細い銅ワイヤ３０１の周囲に銀クラッド
層３０２を形成してなるものである。当該層３０２は銅
ワイヤとの接触抵抗を低減する機能を有する。さらに銀
クラッド層３０２の周囲にアクリル樹脂をバインダーと
した炭素の層３０３を形成する。この層は上部透明電極
３０６との密着性を維持する機能を有しかつ銀クラッド
層３０２との接触抵抗を低減する機能を有する。また銀
クラッド層３０２中の銀が半導体層中に拡散することを
防止する機能を有する。

【００２１】

【モジュール化】図８は、本発明のモジュール化した光
起電力素子（太陽電池）の一例の構成を模式的に示すも
のである。（ａ）は、模式的断面図であり、（ｂ）は光
受容面側から見た模式図である。図８のモジュールは、
支持体４０１上に、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重
合体）４０２、ナイロン樹脂４０３、ＥＶＡ４０４、ガ
ラス不織布４０５をこの順で重ね、さらに複数の光起電
力素子４０７（上述した光起電力素子の複数個）を図８
に示すように電気的に直列化し各素子とは電気的に並列
にバイパスダイオード４０６を配したものを重ね、ガラ
ス不織布４０８、ＥＶＡ４０９、ガラス不織布４１０、
ＥＶＡ４１１、ガラス不織布４１２およびフッ素樹脂４
１３をこの順で重ね、真空加熱処理に付して樹脂封止し
てなるものである。上述した充填材としてのＥＶＡは、
ＥＥＡ、アクリルウレタン樹脂などの透明有機樹脂に代
えてもよい。また、上記ナイロン樹脂は絶縁目的で用い
られるものであるが、該ナイロン樹脂に代えてＰＥＴな
どの樹脂も好適に用いられる。このようなモジュール構
成とすることにより、水分の浸入を抑制し、耐候性に優
れたモジュールとなる。

【００２２】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに説明す
る。これらの実施例は例示的なものであり、本発明はこ
れらの実施例に限定されるものではない。

【００２３】

【実施例１】図２に示す構成で一つのｐｉｎ接合を有す
る太陽電池（光起電力素子）を作製した。具体的には、
表１に示す条件で、基体１０１（１０ｃｍ×１０ｃｍの
サイズで０．２ｍｍの厚さのステンレスＳＵＳ４３０
板）／Ａｌで構成された裏面反射層１０２／ＺｎＯで構
成された透明導電層１０３（第１の透明導電層１０３ａ
と第２の透明導電層１０３ｂとからなる）／半導体層１
０５（ｎ型のａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｐで構成されたｎ層／ｉ型
のａ−ＳｉＧｅ：Ｈで構成されたｉ層／ｐ型のμｃ−Ｓ
ｉ：Ｈ：Ｂで構成されたｐ層からなる）／ＩＴＯで構成
された上部透明電極１０６／集電電極１０７（Ｃｕワイ
ヤー／Ａｇ／Ｃからなる）からなる構成の太陽電池（光
起電力素子）を作製した。ここで、裏面反射層１０２、
第１の透明導電層１０３ａおよび第２の透明導電層１０
３ｂは、図１２に示した装置を用いスパッタリング法で
上述した手法により形成した。半導体層１０５の形成は
図１３に示した装置を用いて行い、そのｉ層はマイクロ
波（ＭＷ）プラズマＣＶＤ法で形成し、ｎ層およびｐ層
はＲＦプラズマＣＶＤで形成した。上部透明電極１０６
はスパッタリング法で形成した。基体１０１上に上部透
明電極まで形成したものの一辺に、図５に示すように、
市販の絶縁性両面テープ１０９を貼り、Ｃｕ板を載せ、
Ｃｕワイヤー／Ａｇ／Ｃの構成（集電電極１０７）の配
線を行い、バスバー１０８を配置し、加熱して融着を行
った。以上の太陽電池（光起電力素子）の作製手法を繰
返し行って、複数の太陽電池（光起電力素子）を得た。
得られた複数の太陽電池中の１つの断面を電子顕微鏡で
観察したところ、図２に模式的に示すような断面構造で
あった。

【００２４】

【比較例１】実施例１における透明導電層の形成を表２
に示す条件で通常のスパッタリング法により行った以外
は、実施例１と同様にして、図６に示す構成の太陽電池
（光起電力素子）を作製した。なお、図６において、２
０１は基体、２０２は裏面反射層、２０３は透明導電
層、２０４は光入射側表面、２０５は半導体層、２０６
は上部透明電極、２０７は集電電極を示す。上述した太
陽電池（光起電力素子）の作製手法を繰返し行って、複
数の太陽電池（光起電力素子）を得た。得られた複数の
太陽電池の中の１つの断面を電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、図６に模式的に示すような断面構造であった。

【００２５】

【評価】実施例１で得られた太陽電池（以下、“試料実
１”という）および比較例１で得られた太陽電池（以
下、“試料比１”という）のそれぞれについて以下に述
べるように太陽電池特性の評価を行った。（１）試料実１および試料比１のそれぞれについて、初
期特性（光導電特性、リーク電流、低照度開放電圧）を
測定した。ソーラーシュミレーター（ＡＭ１．５、１０
０ｍＷ／ｃｍ²、表面温度２５℃）を用いて（ｉ）光電
変換効率、（ｉｉ）開放電圧、および（ｉｉｉ）短絡光
電流を測定した。その結果、これら評価項（ｉ）乃至
（ｉｉｉ）について、試料実１は試料比１と比較して、
それぞれ１．１５倍、１．０４倍、１．０６倍優れてい
ることが判った。（２）上記（１）の評価に付した試料実１および試料比
１のそれぞれについて、照度５００ルクス程度の蛍光灯
下（低照度）における開放電圧を測定した。その結果、
試料実１は試料比１と比較して、１．５倍優れているこ
とが判った。（３）暗所において、上記（２）の評価に付した試料実
１および試料比１のそれぞれに逆バイアスを印加し、リ
ーク電流を測定した。その結果、試料実１のリーク電流
は、試料比１のリーク電流の１／１０程度と小さく、優
れていることが判った。（４）加速試験としてＨＨＲＢ試験（高温、高湿、逆バ
イアス印加状態に対する試験）を行った。即ち、上記
（３）の評価に付した試料実１および試料比１を、温度
８５℃、湿度８５％の環境試験箱に入れて１時間放置
し、両試料に逆バイアスを０．８５Ｖを印加しながら１
５０時間経過したところで、環境試験箱を温度２５℃、
湿度５０％に設定し、１時間放置した後に両試料を取り
出した。このように処理した試料実１および試料比１に
ついて、上記（１）に記載したソーラーシュミレーター
を用いて（ｉ）光電変換効率、（ｉｉ）開放電圧、およ
び（ｉｉｉ）短絡光電流を測定した。その結果、これら
評価項（ｉ）乃至（ｉｉｉ）について、試料実１は試料
比１と比較して、それぞれ１．０７倍、１．０３倍、
１．０１倍優れていることが判った。また、低照度の開
放電圧、リーク電流を測定したところ、試料実１は試料
比１と比較して、それぞれ１．４倍、１／８程度であっ
た。（５）別の試料実１および試料比１を用いて、これら試
料のそれぞれについて光照射試験を行った。即ち、それ
ぞれの試料をソーラーシュミレーター（ＡＭ１．５、１
００ｍＷ／ｃｍ²、表面温度５０℃）に５００時間暴露
させたところ、ともに試験後の外観不良はみられなかっ
た。ついで、光電変換効率、開放電圧、短絡光電流、低
照度の開放電圧、リーク電流を測定したところ、開放電
圧、低照度の開放電圧、リーク電流の試験前後での低下
に差がみられた。試験前後における開放電圧の比（試験
後の開放電圧／試験前の開放電圧）は、試料実１では
０．９５、試料比１では０．９３であった。また試験前
後における低照度の開放電圧比（試験後の低照度開放電
圧／試験前の低照度開放電圧）は、試料実１では０．９
４、試料比１では０．８９であった。さらに試験前後に
おけるリーク電流の比（試験後のリーク電流／試験前の
リーク電流）は、試料実１では１．３、試料比１では
２．５であった。（６）さらに別の試料実１および試料比１を用いて、こ
れら試料のそれぞれについて太陽電池関連のＪＩＳＣ
８９１７に記載の降ひょう試験を行った。即ち、それぞ
れの試料に対して、氷球の直径は２５ｍｍ、終速度２３
ｍ／ｓｅｃの条件で１０回、万遍なく落下させた。これ
ら二つの試料には試験後の外観不良はみられなかった。
ついで、光電変換効率、開放電圧、短絡光電流、低照度
の開放電圧、リーク電流を測定したところ、開放電圧、
低照度の開放電圧、リーク電流の試験前後での低下に差
がみられた。試験前後における開放電圧の比（試験後の
開放電圧／試験前の開放電圧）は、試料実１では０．９
８、試料比１では０．９４であった。また試験前後にお
ける低照度の開放電圧比（試験後の低照度開放電圧／試
験前の低照度開放電圧）は、試料実１では０．９７、試
料比１では０．９２であった。さらに、試験前後におけ
るリーク電流の比（試験後のリーク電流／試験前のリー
ク電流）は、試料実１では１．１、試料比１では２．１
であった。以上の評価結果から本発明の光起電力素子は
従来の光起電力素子に比べて明らかに優れていることが
判った。（７）実施例１において、透明導電層の形成温度を変化
させた以外は実施例１と同様にして、複数の太陽電池
（光起電力素子）を作製した。得られた複数の太陽電池
のそれぞれについて光電変換効率を測定した。ついでそ
れぞれの透明導電層の断面を観察し、当該透明導電層に
ついて円弧の曲率半径（ｒ）と曲率中心からの仰角
（α）を測定した。これらの値と光電変換効率の相関関
係は図１０に示すとおりであった。得られた結果から、
円弧の曲率半径（ｒ）が０．０３乃至６μｍの範囲であ
り、且つ曲率中心からの仰角（α）が３０°乃至１５５
°の範囲である領域が断面領域の全体に対して８０％以
上である場合、優れた太陽電池特性が得られることが判
った。また、円弧の曲率中心を通る円弧の２等分線が基
体表面に対しほぼ垂直である領域が、断面領域の全体に
対して８０％以上である場合に、優れた太陽電池特性が
得られることが判った。なお、ほぼ垂直とは、該２等分
線と基体表面のなす角が８５度以上９５度以下の場合を
いう。

【００２６】

【実施例２】表３に示した条件で、実施例１に記載した
のと同様の手法で、図２に示した構成の太陽電池（光起
電力素子）を作製した。但し、半導体層１０５は、図９
に示した３つのｐｉｎ接合を有するトリプルセルタイプ
のものにした。具体的には、ステンレスＳＵＳ４３０基
体（サイズ：１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ０．２ｍｍ）／
裏面反射層Ａｌ／第１の透明導電層ＺｎＯ／第２の透明
導電層ＺｎＯ／第１のｎ層ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｐ／第１のｉ
層ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ／第１のｐ層μｃ−Ｓｉ：Ｈ：Ｂ／
第２のｎ層ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｐ／第２のｉ層ａ−ＳｉＧ
ｅ：Ｈ／第２のｐ層μｃ−Ｓｉ：Ｈ：Ｂ／第３のｎ層ａ
−Ｓｉ：Ｈ：Ｐ／第３のｉ層ａ−Ｓｉ：Ｈ／第３のｐ層
μｃ−Ｓｉ：Ｈ：Ｂ／上部透明電極ＩＴＯ／集電電極Ｃ
ｕワイヤー／Ａｇ／Ｃからなる太陽電池（光起電力素
子）を作製した。以上の手法を繰返し行って複数の太陽
電池を得た。得られた複数の太陽電池の中の１つを用
い、その断面をＳＥＭで観察したところ透明導電層の光
入射側表面は図２に示すようになっていることが判っ
た。第１の透明導電層のｃ軸の配向性を調べたところ、
ｃ軸が基体の表面に対して水平である領域は８５％程度
であることが判った。第２の透明導電層のｃ軸の配向性
を調べたところ、ｃ軸が基体の表面に対して垂直である
領域は９０％程度であることが判った。

【００２７】

【比較例２】実施例２において、第１および第２の透明
導電層を形成せずに従来の透明導電層を形成した以外
は、実施例２と同様にして複数の太陽電池（光起電力素
子）を作製した。得られた複数の太陽電池の中の１つを
用い、その断面を観察したところ、その透明導電層は図
６に示す形態のものであることが判った。

【００２８】

【評価】実施例２および比較例２で得られた太陽電池に
ついて、実施例１および比較例１におけると同様にして
評価した。その結果、実施例２の太陽電池は、実施例１
の太陽電池と同様で、比較例２の太陽電池よりも明らか
に優れていることが判った。

【００２９】

【実施例３】本実施例では、図８に示した太陽電池モジ
ュールを作製した。光起電力素子の構成としては図４に
示した層構成を有するものを用い、半導体層は実施例２
と同じくｐ−ｉ−ｎ接合を３つ有するものを用いた。基
体として長尺シートを用い、生産性の高いＲｏｌｌ−ｔ
ｏ−Ｒｏｌｌ方式で裏面反射層、中間層、第１の透明導
電層、第２の透明導電層を順次形成した。さらに、半導
体層、上部透明電極を形成する際にもＲｏｌｌ−ｔｏ−
Ｒｏｌｌ方式を採用した。以下にその詳細を説明する。
図１４に示した装置は、可とう性（柔軟性）を有する長
尺シート状の基体１００１の表面上にいくつかの薄膜を
真空中で連続的に形成することのできる成膜装置であ
る。１００１はステンレスなどの可とう性を有する長尺
基体、１００８はこの基体をロール状に巻きつけた送り
出しロール、１００９は該基体を巻き取る巻き取りロー
ル、１００２は送り出しロールを内部に固定することの
できる真空容器で、配管１０１８を介してロータリーポ
ンプなどの真空ポンプ１０１６が接続されている。同様
に巻き取りロール１００９は真空容器１００７に固定さ
れ、真空ポンプが接続されている。真空容器１００２と
１００７の間にはガスゲート１０２１と呼ばれる基体の
通路と、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によって所
望の膜を形成する真空容器１００３，１００４，１００
５，１００６が図１４に示すように接続されている。ガ
スゲート１０２１には図示のようにガス導入管１０１０
を接続してＡｒなどの掃気用ガス１０１１を流入させ、
異なる種類の膜を形成する真空容器の間でガスの相互拡
散が起こらないようにすることができる。これにより良
好な接合を形成できる。ガスゲートは各真空容器の間に
接続されているが連続する真空容器で同じ膜を形成する
場合にはガスゲートをその間に具備する必要はない。真
空容器１００３，１００４，１００５，１００６には配
管１０１９を通して拡散ポンプ１０１７が接続され、さ
らに配管を通してロータリーポンプなどの真空ポンプが
接続されている。さらに真空容器１００３，１００４，
１００５，１００６の内部には基体を加熱するヒーター
１０１４、所望の膜を形成するためのターゲット１０２
３、磁石を内蔵した電極１０１３、スパッタリング用の
ガス１０２２を導入するためのガス導入管１０２０が具
備されている。また各電極にはＤＣ電源１０１２が接続
されている。

【００３０】以下に上述した図１４に示した成膜装置を
使用して成膜を行う手順を述べる。まずステンレスなど
の可とう性を有する長尺基体を巻いた送り出しロールを
真空容器１００２内に固定し、基体先端を各ガスゲー
ト、真空容器１００３，１００４，１００５，１００６
を通して真空容器１００７内部に固定された巻き取りロ
ールに巻き付ける。各真空ポンプを起動し各真空容器の
内圧が数ｍＴｏｒｒになるまで真空排気する。ガス導入
管１０１０からＡｒガスを、１０２０からは所望の成膜
用原料ガスを導入し、各ヒーター電源を入れ、基体を矢
印１０２４の方向に搬送する。基体の温度が一定になっ
たところで各ＤＣ電源を入れ、真空容器１００３，１０
０４，１００５，１００６の中でプラズマ１０１５を生
起し、所望の膜を形成する。基体の終端部にさしかかっ
たら搬送を止め、各ＤＣ電源、各ヒーター電源を切り、
基体を冷却する。基体の温度が室温程度になったら各真
空容器をリークし、巻き取りロールを取りだす。上記の
手法で、厚さ０．１５ｍｍのステンレス基体を使用し、
表４に示す条件で該ステンレス基体上に、裏面反射層、
中間層、第１の透明導電層、第２の透明導電層を連続的
に形成した。これらの層を積層したものの反射率を測定
したところ、良好な反射スペクトルが得られた。また第
２の透明導電層の光入射側表面の断面形状をＳＥＭで観
察したところ、図４に示すように、円弧を連結した形状
をなしていることが判った。さらに透明導電層のピンホ
ールを注意深く計数したところ、非常に少ないことが判
った。

【００３１】上記で形成した透明導電層上に図１５に示
すＲｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌ方式の成膜装置を用いて半
導体層を形成した。図１５の装置は、長尺基体上に９層
からなる半導体層を連続的に形成する装置であり、一部
の真空容器は図から省略した。１１０１は上記の薄膜を
形成した長尺基体、１１０８はこの基体をロール状に巻
きつけた送り出しロール、１１０９は該基体を巻き取る
巻き取りロール、１１０２は送り出しロールを内部に固
定することのできる真空容器で、配管１１１８を介して
ロータリーポンプなどの真空ポンプ１１１６が接続され
ている。巻き取りロール１１０９は真空容器１１０７に
固定され、真空ポンプが接続されている。真空容器１１
０２と１１０７の間には、所望の膜を形成する真空容器
１１０３−ａ，１１０４−ａ，１１０３−ｂ（不図
示），１１０３−ｃ（不図示），１１０４−ｂ（不図
示），１１０３−ｄ（不図示），１１０３−ｅ（不図
示），１１０４−ｃ（不図示），１１０３−ｆ，１１０
５が順次配置され、各真空容器の間にガスゲート１１２
１が接続されている。各ガスゲート１１２１には図示の
ようにガス導入管１１１０を接続してＡｒ，Ｈ₂などの
掃気用ガス１１１１を流入させ、異なる種類の膜を形成
する真空容器の間でガスの相互拡散が起こらないように
することができる。このため良好なｐｉｎ接合を形成で
きる。連続する真空容器で同じ膜を形成する場合にはガ
スゲートをその間に具備する必要はない。真空容器１１
０３−ａ，１１０３−ｂ，１１０３−ｃ，１１０３−
ｄ，１１０３−ｆにおいてはＲＦプラズマＣＶＤ法を実
施することができる。当該真空容器には配管１１１８を
通してロータリーポンプとガス導入管１１２２が接続さ
れ、内部にはヒーター１１１４とＲＦ電極１１１３が固
定されている。該ＲＦ電極にはＲＦ電源１１１２が接続
されている。また、真空容器１１０４−ａ，１１０４−
ｂ，１１０４−ｃにおいてはマイクロ波プラズマＣＶＤ
法を実施することができる。該真空容器には配管１１１
９を通して拡散ポンプ１１１７が接続され、さらに配管
を通してロータリーポンプなどの真空ポンプが接続され
ている。さらにガス導入管１１２２が接続され、内部に
はヒーター１１１４が固定されている。さらに該真空容
器の壁には誘電体窓１１２５が接続され、マイクロ波導
入部１１２６、導波管１１２７、マッチング調整部１１
２８、マイクロ波電源１１２９が順次接続されている。
マイクロ波電源からでたマイクロ波電力はマッチング調
整部、導波管を通り、マイクロ波導入部で拡大され、誘
電体窓を通って真空容器に導入される。真空容器１１０
５においてはＤＣマグネトロン・スパッタリング法を行
い、上部透明電極を形成することができる。この真空容
器にも拡散ポンプとロータリーポンプ、ガス導入管が接
続されている。内部には上部透明電極用のターゲット１
１３０と内部に磁石を内蔵した電極１１３１とヒーター
１１１４を具備し、電極１１３１にはＤＣ電源１１２３
が接続されている。

【００３２】以下に上述した図１５に示した成膜装置を
使用して成膜を行う手順を述べる。まず透明導電層まで
形成された上記のステンレス基体を巻いた送り出しロー
ル１１０８を真空容器１１０２内に固定し、基体先端を
各ガスゲート、各真空容器を通して真空容器９０７内部
に固定された巻き取りロール１１０９に巻き付ける。各
真空ポンプを起動し各真空容器の内圧が数ｍＴｏｒｒに
なるまで真空排気する。ガス導入管１１１１からＡｒガ
スを、１１２０からは半導体層および上部透明電極形成
用の原料ガスを導入し、各ヒーター電源を入れ、基体を
矢印１１２４の方向に搬送する。基体の温度が一定にな
ったところで各ＲＦ電源、各マイクロ波電源、ＤＣ電源
を入れ、マッチングを調整して各真空容器内部にプラズ
マを生起し、所望の膜を形成する。基体の終端部にさし
かかったら搬送を止め、各ＤＣ電源、各マイクロ波電
源、ＤＣ電源および各ヒーター電源を切り、基体を冷却
する。基体の温度が室温程度になったら各真空容器をリ
ークし、巻き取りロールを取りだす。上記の手法によ
り、表４に示す条件で、第１のｎ層ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｐ／
第１のｉ層ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ／第１のｐ層μｃ−Ｓｉ：
Ｈ：Ｂ／第２のｎ層ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｐ／第２のｉ層ａ−
ＳｉＧｅ：Ｈ／第２のｐ層μｃ−Ｓｉ：Ｈ：Ｂ／第３の
ｎ層ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｐ／第３のｉ層ａ−Ｓｉ：Ｈ／第３
のｐ層μｃ−Ｓｉ：Ｈ：Ｂ／上部透明電極ＩＴＯを形成
した。かくして上部透明電極まで形成されたロール状の
ステンレス基体を成膜装置から取り出し、上記透明電極
当該基体を切断して３０ｃｍ×３０ｃｍのサイズの光起
電力素子を複数個得た。これらの光起電力素子に実施例
１におけると同様にして集電電極とバスバーを取り付け
た。ついで、図８に示すように４個の光起電力素子を直
列化して一体化し、各光起電力素子とは並列にバイパス
ダイオードを接続した。次に、厚さ０．３ｍｍの支持基
板の上にＥＶＡ、ナイロン樹脂、ＥＶＡ、ガラス不織
布、上記一体化した光起電力素子、ガラス不織布、ＥＶ
Ａ、ガラス不織布、ＥＶＡ、ガラス不織布、フッ素樹脂
を重ねあわせ、得られたものを加熱真空封止（ラミネー
ション）処理に付した。以上のようにして、３５ｃｍ×
１３０ｃｍのサイズの太陽電池モジュールを複数個作製
した。得られた太陽電池モジュールについて、実施例１
および比較例１におけると同様に評価した。その結果、
初期特性、ＨＨＲＢ試験、降ひょう試験、光照射試験の
いずれの場合にも満足のいく結果が得られ、実施例１の
太陽電池よりもさらに優れた特性のものであった。更
に、太陽電池ＪＩＳＣ８９１７に基づいたねじり試験
を行った。即ち、３つの角を固定し、ひとつの角を３ｃ
ｍだけ変位させる「ねじり」をひとつの角に対して５０
回繰返した。同様な「ねじり」をすべての角について行
った。当該試験後、光導電特性、リーク電流、低照度開
放電圧を測定したところ、特性は試験前に対して、０．
９９，１．１，０．９７と優れていた。以上のように本
発明の光起電力モジュールは優れた特性を有するもので
あることが判った。

【００３３】

【実施例４】実施例１において、透明導電層の厚みを２
μｍとした以外は実施例１と同様にして、複数の太陽電
池を作製した。得られた複数個の太陽電池の中の１つを
用い、その断面をＳＥＭで観察したところ透明導電層の
光入射側表面は図２に示すようになっていることが判っ
た。さらに第１の透明導電層のｃ軸の配向性を調べたと
ころ、ｃ軸が基体に対して垂直である領域は９５％程度
であることが判った。残りの太陽電池を用いて、実施例
１および比較例１におけると同様にして評価した。その
結果、本実施例で得られた太陽電池は、実施例１の太陽
電池と同様に太陽電池特性の優れたものであることが判
った。

【００３４】

【実施例５】実施例２において、第１の透明導電層の厚
みを０．０５μｍとし、第２の透明導電層の厚みを１．
５μｍとした以外は実施例２と同様にして、複数の太陽
電池を作製した。得られた複数個の太陽電池の中の１つ
を用い、その断面をＳＥＭで観察したところ透明導電層
の光入射側表面は図２に示すようになっていることが判
った。残りの太陽電池を用いて、実施例１および比較例
１におけると同様にして評価した。その結果、本実施例
で得られた太陽電池は、実施例２の太陽電池と同様に太
陽電池特性の優れたものであることが判った。

【００３５】

【実施例６】実施例１において、裏面反射層を形成した
後、アルミニウムからなるターゲットを用いて酸素ガス
でスパッタリング法を実施し、３００Åの厚みの酸化ア
ルミニウム膜からなる中間層を形成し、該中間層を裏面
反射層と透明導電層との間に設けた以外は、実施例１と
同様にして図３に示した構成の太陽電池を複数個作製し
た。得られた複数個の太陽電池の中の１つを用い、その
断面をＳＥＭで観察したところ透明導電層の光入射側表
面は図３に示すようになっていることが判った。残りの
太陽電池を用いて、実施例１および比較例１におけると
同様にして評価した。その結果、本実施例で得られた太
陽電池は、実施例２の太陽電池と同様に太陽電池特性の
優れたものであることが判った。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】

【発明の効果】上述したように、本発明による特定の透
明導電層を有する光起電力素子（太陽電池）は、光電変
換効率、開放電圧、短絡光電流、低照度開放電圧、リー
ク電流といった光導電特性に顕著な改善をもたらす。ま
た屋外暴露試験、機械的強度、ＨＨＲＢ（逆バイアスを
印加して高温度高湿度環境下にさらす）試験、長時間光
照射における耐久性を顕著に向上する。さらに光起電力
素子のコストを大幅に低減できる。特に太陽電池の電力
コストを低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光起電力素子（太陽電池）の一例の略
断面図である。

【図２】本発明の光起電力素子（太陽電池）の一例の略
断面図である。

【図３】本発明の光起電力素子（太陽電池）の一例の略
断面図である。

【図４】本発明の光起電力素子（太陽電池）の一例の略
断面図である。

【図５】本発明の光起電力素子（太陽電池）の一例の光
入射側の構成の説明図である。

【図６】従来の光起電力素子（太陽電池）の一例の略断
面図である。

【図７】本発明の光起電力素子（太陽電池）に使用する
集電電極の一例の構成を示す模式図である。

【図８】本発明の光起電力素子（太陽電池）モジュール
の一例を示す。（ａ）は模式的断面図であり、（ｂ）は
光入射側の構成の説明図である。

【図９】本発明の光起電力素子（太陽電池）における半
導体層の一例の略断面図である。

【図１０】本発明による透明導電層を使用した光起電力
素子（太陽電池）についての該透明導電層の円弧の曲率
半径および曲率中心からの仰角と、該光起電力素子の光
電変換効率の関係を示す図である。

【図１１】透明導電層の導電率と該透明導電層を有する
光起電力素子（太陽電池）の光電変換効率の関係を示す
図である。

【図１２】本発明の光起電力素子（太陽電池）における
裏面反射層と透明導電層の形成に使用する成膜装置の一
例を示す図である。

【図１３】本発明の光起電力素子（太陽電池）における
半導体層の形成に使用する成膜装置の一例を示す図であ
る。

【図１４】本発明の光起電力素子（太陽電池）における
裏面反射層と透明導電層の形成に使用するロール・ツー
・ロール（Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌ）方式の成膜装置
の一例を示す図である。（ａ）は当該成膜装置を上から
見た模式図であり、（ｂ）は当該成膜装置を横から見た
模式図である。

【図１５】本発明の光起電力素子（太陽電池）における
半導体層の形成に使用するロール・ツー・ロール（Ｒｏ
ｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌ）方式の成膜装置の一例である。
（ａ）は当該成膜装置を上から見た模式図であり、
（ｂ）は当該成膜装置を横から見た模式図であり、
（ｃ）は当該成膜装置に設けられた真空容器を示す図で
ある。

【図１６】透明導電層について、光入射側表面の断面形
状が５００Å乃至３μｍの範囲の曲率半径で曲率中心か
らの仰角が５０°乃至１５０°の円弧を複数連結して構
成され、該円弧の曲率中心を通る円弧の２等分線が基体
の表面にほぼ垂直である領域の占める割合と、該透明導
電層を有する光起電力素子（太陽電池）の光電変換効率
の関係を示す図である。

【符号の説明】

１０１，２０１基体１０２，２０２裏面反射層１０３，２０３透明導電層１０４，２０４透明導電層の光入射側表面１０５，２０５半導体層１０６，２０６，３０６上部透明電極１０７，２０７，３０７集電電極１０３ａ第１の透明導電層１０３ｂ第２の透明導電層１０８バスバー１０９両面テープ１１０中間層３０１銅ワイヤ３０２銀クラッド層３０３炭素層４０１支持基板４０２，４０４，４０９，４１１ＥＶＡ４０３ナイロン樹脂４０５，４０８，４１０，４１２ガラス不織布４０６バイパスダイオード４０７光起電力素子４１３フッ素樹脂４１４バスバー５１０第１のｎ層５１１第１のｉ層５１２第１のｐ層５１３第２のｎ層５１４第２のｉ層５１５第２のｐ層５１６第３のｎ層５１７第３のｉ層５１８第３のｐ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に、裏面反射層、透明導電層、水
素を含有する非単結晶シリコン系材料からなり少なくと
もひとつの半導体接合を有する半導体層、金属酸化物か
らなる上部透明電極を順次積層し、該上部透明電極の上
に集電電極を具備して構成される光起電力素子におい
て、該透明導電層は酸化亜鉛からなり、かつ光入射側表
面の断面形状が曲率半径３００Å以上、６μｍ以下で曲
率中心からの仰角が３０度以上１５５度以下の円弧を複
数連結して構成された領域を、断面領域の全体に対して
８０％以上含有することを特徴とする光起電力素子。
【請求項２】前記透明導電層は前記基体上に第１の透
明導電層および第２の透明導電層を順次積層した構成で
あり、該第１の透明導電層は酸化亜鉛の結晶粒の集合で
構成され、かつそのｃ軸が前記基体の表面に平行である
領域が５０％以上、９９％以下であり、さらに該第２の
透明導電層は長手方向が酸化亜鉛のｃ軸に平行である柱
状結晶粒の集合で構成され、かつ該柱状結晶粒が前記基
体の表面の垂直方向に対して放射状に集合している領域
が全領域の７０％以上であることを特徴とする請求項１
に記載の光起電力素子。
【請求項３】前記透明導電層は５０００Å以上、３μ
ｍ以下の膜厚であることを特徴とする請求項１に記載の
光起電力素子。
【請求項４】前記第１の透明導電層は、前記透明導電
層全体の膜厚の１％以上３０％以下に相当する膜厚であ
ることを特徴とする請求項２に記載の光起電力素子。
【請求項５】前記透明導電層は１０^-8（１／Ωｃｍ）
以上、１０^-2（１／Ωｃｍ）以下の導電率を有すること
を特徴とする請求項１に記載の光起電力素子。
【請求項６】前記第１の透明導電層および第２の透明
導電層は１０^-8（１／Ωｃｍ）以上、１０^-2（１／Ωｃ
ｍ）以下の導電率を有することを特徴とする請求項２に
記載の光起電力素子。
【請求項７】前記第１の透明導電層および第２の透明
導電層はともにスパッタリング法で形成され、かつ第１
の透明導電層の形成温度は５０℃以上２００℃以下、第
２の透明導電層の形成温度は１５０℃以上、４００℃以
下であり、かつ第２の透明導電層の形成温度は第１の透
明導電層の形成温度よりも少なくとも３０℃以上高いこ
とを特徴とする請求項２に記載の光起電力素子。
【請求項８】前記第１の透明導電層はスパッタリング
法により、酸素を５０％以上含有する雰囲気中で形成さ
れたものであることを特徴とする請求項２に記載の光起
電力素子。
【請求項９】前記裏面反射層と前記透明導電層の間に
酸化アルミニウムからなる中間層を有することを特徴と
する請求項１に記載の光起電力素子。
【請求項１０】前記中間層は酸素を８０％以上含有す
る雰囲気中においてアルミニウムをターゲットとして反
応性スパッタリング法で形成されたものであることを特
徴とする請求項９に記載の光起電力素子。
【請求項１１】前記中間層は酸素を８０％以上含有す
る雰囲気中において前記裏面反射層としての金属層の表
面を酸化させて形成した表面酸化層であることを特徴と
する請求項９に記載の光起電力素子。
【請求項１２】前記半導体層は、微結晶シリコン系材
料と非晶質シリコン系材料との半導体接合を有すること
を特徴とする請求項１に記載の光起電力素子。
【請求項１３】前記半導体層は実質的に複数の層から
構成され、ゲルマニウム、酸素、窒素、炭素のうち少な
くとも一つの元素を含有する層を含むことを特徴とする
請求項１に記載の光起電力素子。
【請求項１４】前記上部透明電極はＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ
₃およびＩＴＯの中から選ばれる金属酸化物または前記
金属酸化物の複合物で構成されることを特徴とする請求
項１に記載の光起電力素子。
【請求項１５】前記集電電極は、金属ワイヤからなる
コア上にクラッド層と炭素層とが順次積層されたものか
らなることを特徴とする請求項１に記載の光起電力素
子。
【請求項１６】前記透明導電層の光入射側の断面形状
が曲率半径５００Å以上３μｍ以下で曲率中心からの仰
角が５０度以上１５０度以下の円弧を複数連結して構成
され、該円弧の曲率中心を通り円弧の２等分線が該基体
にほぼ垂直である領域を、断面領域の全体に対して８０
％以上含有することを特徴とする請求項１に記載の光起
電力素子。
【請求項１７】前記透明導電層の光入射側の断面形状
が曲率半径９００Å以上２μｍ以下で曲率中心からの仰
角が７０度以上１３５度以下の円弧を複数連結して構成
され、該円弧の曲率中心を通り円弧の２等分線が該基体
にほぼ垂直である領域を、断面領域の全体に対して８０
％以上含有することを特徴とする請求項１に記載の光起
電力素子。
【請求項１８】前記裏面反射層がアルミニウムを主成
分とすることを特徴とする請求項１に記載の光起電力素
子。
【請求項１９】前記円弧の曲率中心を通る円弧の２等
分線が該基体に略垂直である領域を前記断面形状の８０
％以上含有することを特徴とする請求項１に記載の光起
電力素子。
【請求項２０】請求項１乃至１９のいずれかに記載の
光起電力素子の複数個が電気的に連結され、該連結され
た複数の光起電力素子が樹脂封止されていることを特徴
とする光起電力素子モジュール。