JPH11284207A - 集積型シリコン系薄膜光電変換装置とその製造方法 - Google Patents

集積型シリコン系薄膜光電変換装置とその製造方法

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JPH11284207A
JPH11284207A JP10080922A JP8092298A JPH11284207A JP H11284207 A JPH11284207 A JP H11284207A JP 10080922 A JP10080922 A JP 10080922A JP 8092298 A JP8092298 A JP 8092298A JP H11284207 A JPH11284207 A JP H11284207A
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layer
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transparent electrode
conversion unit
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JP10080922A
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Keiji Okamoto
圭史 岡本
Masashi Yoshimi
雅士 吉見
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた光電変換特性を有し、高電圧で高出力
を生じ得る集積型シリコン系薄膜光電変換装置を提供す
る。 【解決手段】 集積型シリコン系薄膜光電変換装置は、
絶縁基板１０１上に順次積層された裏面電極層１０２、
少なくとも１の結晶質シリコン系光電変換ユニット層１
０５、および透明電極層１１１が複数の光電変換セルを
形成するように実質的に直線状で互いに平行な複数の分
離溝１０４，１０７によって分離されていて、かつそれ
らの複数のセルは分離溝に平行な複数の接続用溝１０７
を介して互いに電気的に直列接続されており接続用溝は
光電変換ユニット層および透明電極層を分離するための
分離溝を兼ねており、接続用溝の一方の側壁に沿って金
属ペーストのスクリーン印刷によって形成された印刷金
属接続帯１０８ａを含み、この印刷金属接続帯はセルの
１つの透明電極をそのセルに隣接するセルの裏面電極へ
電気的に接続している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜光電変換装置に
関し、特に、少なくとも１つの結晶質シリコン系光電変
換ユニット層を含む光電変換セルの集積化とその集積型
シリコン系薄膜光電変換装置の特性改善に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、たとえば多結晶シリコンや微結晶
シリコンのような結晶質シリコンを含む薄膜を利用した
光電変換装置の開発が精力的に行なわれている。これら
の開発は、安価な基板上に低温プロセスで良質の結晶質
シリコン薄膜を形成することによって光電変換装置の低
コスト化と高性能化を両立させようという試みであり、
太陽電池だけでなく光センサ等の有用な光電変換装置へ
の応用が期待されている。
【０００３】ところで、高電圧で高出力を生じ得る大面
積の光電変換装置を作製する場合、非晶質シリコン系光
電変換装置では、複数の大きな基板上に形成された複数
の太陽電池を直列接続して用いるのではなく、歩留りを
よくするために、１つの大きな基板上に形成された太陽
電池を複数のセルに分割してそれらのセルを直列接続し
て集積化を行なうのが一般的である。特に、ガラス基板
側から光を入射させるように基板側から順次積層された
ｐ層、ｉ層およびｎ層を含むｐｉｎ型非晶質シリコン系
光電変換装置においては、ガラス基板上の透明電極の抵
抗によるロスを低減するために、レーザビームを用いて
透明電極を所定幅の短冊状に加工し、その短冊状の長手
方向に直交する方向に各セルを直接接続して集積化する
のが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】特公平５−３７５２に
おいては、透明基板側からレーザビームを入射させて加
工する方法を用いて複数のセルを集積化する方法が提案
されている。しかし、これはｐｉｎ型非晶質光電変換ユ
ニット層を含む太陽電池に関するものであり、結晶質シ
リコン系光電変換ユニット層、特にｎｉｐ型のそれを含
む場合における次のような課題に関しては何ら言及され
ていない。すなわち、光電変換ユニット層に含まれる導
電型層は酸素と接触すれば瞬時に酸化されてその電気的
特性が劣化するという問題がある。特に、ｐ型層はｎ型
層よりも酸化による劣化が著しい。
【０００５】このような酸化による導電型層の劣化を避
けるために、レーザ加工装置を成膜装置と接続すること
によって、成膜工程とセル集積工程を真空中で一貫して
行ない得る製造装置を考えることが可能である。しか
し、そのような製造装置は設計が複雑で困難でありかつ
高価なものとなり、したがって実用的な製造装置として
は現実的でない。すなわち、レーザ加工装置は成膜装置
とは個別のものであり、セル集積工程は大気中で行なわ
れるのが一般的である。
【０００６】したがって、セル集積工程において前面電
極と裏面電極を電気的に接続するために光電変換ユニッ
ト層を貫通する接続用溝をレーザ加工で形成するときに
最外層の導電型層表面が大気に晒されて酸化されること
になり、これによって光電変換装置の性能が低下する。
特に、ｎｉｐ型光電変換装置の場合にはｐ層が大気に晒
されることになり、集積化された光電変換装置の性能が
著しく低下するので、良好な特性を有する集積化された
ｎｉｐ型光電変換装置を得ることは非常に困難である。
【０００７】また、集積型の光電変換装置においては、
絶縁基板上の裏面電極層を分離する裏面電極分離溝はそ
の裏面電極層上に堆積される半導体層で埋められてい
て、その半導体層を介して基板に平行な不要な接触をし
ている。また、複数のセルを直列接続するための接続用
溝内に形成される導電体は、光電変換ユニットに含まれ
るｎ型、ｉ型およびｐ型のすべての半導体層の側面と接
触している。しかし、薄膜光電変換装置における光電変
換ユニットの厚みは非常に薄く、非晶質シリコン系光電
変換ユニットではその非晶質シリコン層自体の抵抗が高
いので、上述のような不要な接触部分を経由して電流が
流れることはほとんどなく、ほぼ完全に光電変換ユニッ
トの厚みの方向に電流が流れるので、上述のような不要
な接触が光電変換ユニットの性能に悪影響を及ぼすこと
はない。
【０００８】しかし、従来の結晶質シリコン系光電変換
ユニットにおいては、結晶粒が種々の方向にランダムに
成長しているので、その結晶質半導体層内のすべての方
向に均一かつ良好な導電性を有するので、上述のような
不要な接触部位を通る電流の漏れを無視することができ
ず、それによる光電変換ユニットの性能の低下が生じる
という問題がある。
【０００９】以上のような問題から、従来では結晶質シ
リコン系光電変換セル、特にｎｉｐ型結晶質シリコン系
光電変換セルが１つの基板上で集積化されることはな
く、個別の基板上に櫛型電極を備えて形成された複数の
光電変換ユニットにリード線をはんだ付することによっ
て直列接続され、高電圧で高出力を生じ得る大面積の光
電変換装置の製造工程の自動化を図ることができなくて
不便であった。
【００１０】本発明の目的は、上述のような先行技術の
課題に鑑み、安価な基板が使用可能な低温プロセスのみ
を用いて結晶質シリコン系薄膜光電変換層における結晶
粒界や粒内欠陥の低減を図りつつ、優れた光電変換効率
で高電圧と大出力を生じ得る大面積の集積型シリコン系
薄膜光電変換装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による集積型シリ
コン系薄膜光電変換装置は、絶縁基板上に順次積層され
た裏面電極層、少なくとも１の結晶質シリコン系光電変
換ユニット層、および透明電極層が複数の光電変換セル
を形成するように実質的に直線状で互いに平行な複数の
分離溝によって分離されていて、かつそれらの複数のセ
ルは分離溝に平行な複数の接続用溝を介して互いに電気
的に直列接続されており、接続用溝は光電変換ユニット
層および透明電極層を分離するための分離溝を兼ねてお
り、接続用溝の一方の側壁に沿って金属ペーストのスク
リーン印刷によって形成された印刷金属接続帯を含み、
この印刷金属接続帯はセルの１つの透明電極をそのセル
に隣接するセルの裏面電極へ電気的に接続していること
を特徴としている。
【００１２】また、本発明による集積型シリコン系薄膜
光電変換装置の製造方法は、透明電極層が形成された後
に、セル間接続用溝が大気中におけるレーザスクライブ
法または機械的スクライブ法によって透明電極層と光電
変換ユニット層を貫通して形成されることを特徴として
いる。
【００１３】すなわち、本発明者たちは、上述の先行技
術における課題を解決するべく検討を重ねた結果、光電
変換ユニットに含まれる半導体層のすべてをプラズマＣ
ＶＤ法にて低温で形成することによって結晶質シリコン
系光電変換層の結晶核発生の要因となる小粒径のシリコ
ン結晶の密度を適度に抑制し、すなわち成長初期過程に
おける結晶核発生密度を適度に抑制することにより、粒
界や粒内欠陥が少なくて厚さ方向に沿って強く結晶配向
した良質の光電変換層が得られ、その配向の方向が各セ
ルを集積化する際の電流漏れを防ぐ方向であり、集積化
に伴う性能低下が防止され得ることを見出したのであ
る。
【００１４】本発明者たちはまた、真空中での光電変換
ユニット層の形成に引続いてその上に適切な厚さを有す
る透明電極層を真空中で形成することにより、その後に
大気中で集積化のために必要な接続用溝をそれらの透明
電極層と光電変換ユニット層を貫通してレーザスクライ
ブ法または機械的スクライブ法によって形成する場合
に、光電変換ユニット層に含まれる導電型層の酸化によ
る劣化を防止して優れた性能を有する集積型シリコン系
薄膜光電変換装置を製造し得ることを見出したのであ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１において、本発明の実施の形
態の一例として、集積型シリコン系薄膜光電変換装置の
製造工程が模式的な断面部分図で示されている。なお、
本願の各図においては、図面の明瞭化と簡略化のために
長さや厚さ等の寸法関係は実際の寸法関係を反映しては
いない。また、図２においては、図１の製造工程で得ら
れる光電変換装置の受光面が模式的な平面図で示されて
いる。
【００１６】図１（Ａ）に示されているように、本発明
においては、基板１０１として表面が絶縁処理されたス
テンレス等の金属、ポリイミド等の低膨張率を有する有
機フィルム、または低融点の安価なガラス等が用いられ
得る。この基板１０１上に配置される裏面電極層１０２
として、下記の薄膜（Ａ）と（Ｂ）のうちの１以上を含
む導電層が真空蒸着法やスパッタ法等によって形成され
得る。 （Ａ） Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＣｕおよびＰ
ｔから選択された少なくとも１以上の金属またはこれら
の合金からなる層を含む金属薄膜。 （Ｂ） ＩＴＯ、ＳｎＯ2 およびＺｎＯから選択された
少なくとも１以上の酸化物からなる層を含む透明導電性
薄膜。
【００１７】このような裏面電極層１０２において、集
積化される複数の光電変換セルに対応する複数の領域に
分離するために、レーザビーム１０３を用いるレーザス
クライブ法または機械的スクライブ法によって裏面電極
分離溝１０４が形成される。これらの裏面電極分離溝１
０４は、図１の紙面に直交する方向に直線状に延びてい
る。レーザビーム１０３としては、ＹＡＧ、色素、また
はエキシマ等の一般に周知のレーザから発振されるもの
を用いることができる。また、機械的スクライブ法にお
いては、ダイヤモンドペン、金属針等であって金属膜、
透明導電性酸化膜およびシリコン系薄膜より硬度が高く
て鋭利なものが用いられ得る。
【００１８】図１（Ｂ）においては、裏面電極層１０２
上に、まずシリコン系薄膜光電変換ユニット層１０５に
含まれる１導電型層がプラズマＣＶＤ法にて堆積され
る。この１導電型層としては、たとえば導電型決定不純
物原子であるリンが０．０１原子％以上ドープされたｎ
型微結晶シリコン系薄膜などが用いられ得る。しかし、
この第１導電型半導体層に関するこれらの条件は限定的
なものではなく、たとえば微結晶シリコンの代わり微結
晶シリコンカーバイドや微結晶シリコンゲルマニウム等
の合金材料を用いることもできる。なお、第１導電型半
導体層の厚さは１〜５０ｎｍの間に設定され、より好ま
しくは２〜３０ｎｍの範囲内に設定される。
【００１９】第１導電型層上には、光電変換層として、
結晶質を含むシリコン系薄膜がプラズマＣＶＤ法によっ
て４００℃以下の下地温度のもとで形成される。この光
電変換層としては、ノンドープのｉ型多結晶薄膜や体積
結晶化分率８０％以上のｉ型微結晶薄膜、あるいは微量
の不純物を含む弱ｐ型または弱ｎ型で光電変換機能を十
分に備えている結晶質シリコン系薄膜が使用され得る。
また、光電変換層はこれらに限定されず、合金材料であ
るシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等の膜を
用いてもよい。
【００２０】光電変換層の膜厚は０．３〜２０μｍの範
囲内で、より好ましくは０．５〜１０μｍの範囲内に設
定され、結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層として
必要かつ十分な厚さである。光電変換層は４００℃以下
という低温で形成されるので、結晶粒界や粒内における
欠陥を終端または不活性化させる水素原子を多く含み、
その水素含有量は０．５〜３０原子％の範囲内であり、
より好ましくは１〜２０原子％の範囲内にある。
【００２１】結晶質シリコン系光電変換層に含まれる結
晶粒の多くは、下地層から厚さ方向に柱状に延びて成長
している。それらの多くの結晶粒は膜面に平行に（１１
０）の優先結晶配向面を有しており、それはＸ線回折に
よって検知されうる。
【００２２】光電変換層上には、１導電型層とは逆タイ
プの導電型半導体層がプラズマＣＶＤ法によって堆積さ
れる。この逆導電型層としては、たとえば導電型決定不
純物原子であるボロンが０．０１原子％以上ドープされ
たｐ型の微結晶または非晶質のシリコン層などが用いら
れる得る。しかし、この逆導電型不純物層についてのこ
れらの条件は限定的なものではなく、不純物原子として
はたとえばアルミニウム等でもよく、またシリコンカー
バイドやシリコンゲルマニウム等の合金材料の層を用い
てもよい。なお、この逆導電型層の膜厚は１〜５０ｎｍ
の範囲内にあることが好ましく、２〜３０ｎｍの範囲内
にあることがより好ましい。
【００２３】図１（Ｂ）においては、さらに透明電極層
１１１が、シリコン系薄膜光電変換ユニット層１０５を
覆うように形成される。このような透明電極層１１１
は、ＩＴＯ、ＳｎＯ2 、およびＺｎＯから選択された１
以上の層を含み、真空中での光電変換ユニット層１０５
の形成に引き続いて真空中でスパッタ法または蒸着法に
より形成され得る。なお、透明電極層１１１の厚さは、
１０〜８０ｎｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２４】図１（Ｃ）において、シリコン系薄膜光電
変換ユニット層１０５と透明電極層１１１には、左右に
隣接する光電変換セルを電気的に直列接続するための接
続用開口溝１０７が、大気中でレーザスクライブ法また
は機械的スクライブによって形成される。これらの接続
用溝１０７は、裏面電極分離溝１０４と同様に図１の紙
面に垂直な方向に直線状に延びており、光電変換ユニッ
ト層１０５と透明電極層１１１を複数の光電変換セルに
対応する領域に分離するための分離溝を兼ねている。
【００２５】図１（Ｄ）において、任意の光電変換セル
の透明電極１１１がそのセルに隣接するセルの裏面電極
１０２に電気的に接続されるように、接続用溝１０７の
一方の側壁が金属ペーストのスクリーン印刷法によって
形成された印刷金属接続帯１０８ａによって覆われる。
図１（Ｄ）の断面図に対応する図２の平面図から理解さ
れるように、印刷金属接続帯１０８ａは、好ましくはフ
ィンガー電極１０８ｂを含む櫛形金属電極１０８のバス
バー１０８ａと一体に形成される。この櫛形金属電極１
０８は、比較的大きな比抵抗を有する透明電極層１１１
から効率的に電流を取出すために設けられる。このよう
にして、大面積の集積型シリコン系薄膜光電変換装置が
完成する。なお、望まれる場合には、印刷金属接続帯１
０８ａと櫛形電極１０８のバスバーとが個別のものとし
て形成されてもよいことは言うまでもない。
【００２６】
【実施例】以下において、いくつかの比較例とともに本
発明のいくつかの実施例を説明することによって、本発
明をさらに具体的に説明する。
【００２７】（比較例１）図３に示されているような集
積型シリコン系薄膜光電変換装置が、比較例１として作
製された。図３（Ａ）において、ガラス基板２０１上
に、裏面電極層２０２として厚さ３００ｎｍのＡｇ膜と
厚さ１００ｎｍのＺｎＯ膜が、この順序でスパッタ法に
よって堆積された。そして、この裏面電極層２０２の自
由表面側からレーザビーム２０３を照射するレーザスク
ライブ法によって、複数の裏面電極分離溝２０４が形成
された。
【００２８】図３（Ｂ）において、リンドープのｎ型微
結晶シリコン層、ノンドープの多結晶シリコン光電変換
層、およびボロンドープのｐ型微結晶シリコン層をこの
順序でプラズマＣＶＤ法によって堆積し、ｎｉｐ接合を
含む光電変換ユニット層２０５が形成された。
【００２９】ｎ型微結晶シリコン層は、ＲＦプラズマＣ
ＶＤ法により、以下に示す条件にて堆積された。すなわ
ち、反応ガスの流量としてはシランが５ｓｃｃｍ、水素
が２００ｓｃｃｍ、そしてホスフィンが０．０５ｓｃｃ
ｍであり、反応室内圧力は１Ｔｏｒｒに設定された。ま
た、ＲＦパワー密度は１５０ｍＷ／ｃｍ2 であり、成膜
温度は２００℃であった。これと同一の成膜条件でガラ
ス基板上に直接堆積した厚さ３００ｎｍのｎ型微結晶シ
リコン膜の暗導電率は、１０Ｓ／ｃｍであった。さら
に、このｎ型微結晶シリコン層上に形成される多結晶シ
リコン光電変換層は、成膜温度３５０℃のもとでＲＦプ
ラズマＣＶＤ法により堆積された。この多結晶シリコン
光電変換層において、２次イオン質量分析法から求めた
水素含有量は５原子％であり、その膜面が（１１０）の
優先結晶配向面を有していることがＸ線回折によって確
認された。なお、この光電変換ユニット層２０５に含ま
れるｎ型微結晶シリコン層、多結晶シリコン光電変換
層、およびｐ型微結晶シリコン層の厚さは、それぞれ１
０ｎｍ、３μｍ、および５ｎｍであった。
【００３０】図３（Ｃ）において、大気中のレーザスク
ライブ法を用いてシリコン系薄膜光電変換層２０５を貫
通して複数の接続用溝２０７が形成された。
【００３１】図３（Ｄ）において、透明電極層２０８と
して、約８０ｎｍの厚さを有するＩＴＯ膜がスパッタ法
によって形成された。
【００３２】図３（Ｅ）において、大気中のレーザスク
ライブ法によって複数の透明電極分離溝２０９が形成さ
れた。さらに、図３（Ｅ）の断面図に対応する図４の平
面図に示されているように、バスバー２１１ａとフィン
ガー電極２１１ｂを含む櫛形金属電極２１１がＡｇペー
ストを用いたスクリーン印刷法によって形成された。
【００３３】このような比較例１による集積型シリコン
系薄膜光電変換装置に入射光２１０としてＡＭ１．５の
光２１０を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で照射したときの
出力特性としては、開放端電圧が４．６Ｖ、短絡電流密
度が２５．７ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子が６５．９％、そ
して変換効率が７．８％であった。また、４８℃におい
てＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で照射し
て、この比較例１の光電変換装置について光劣化試験を
行なったところ、５５０時間照射後でも変換効率が７．
８％であり、ほとんど光劣化を生じることはなかった。
このことは、結晶質シリコン系光電変換ユニット層が光
劣化を生じにくいことを意味していることがわかる。
【００３４】（実施例１）図１に示された実施の形態に
対応する集積型シリコン系薄膜光電変換装置が、本発明
の実施例１として作製された。図１（Ａ）と（Ｂ）にお
いて、図３の比較例１の場合に対応する同じ条件のもと
に、ガラス基板１０１上に裏面電極層１０２と裏面電極
分離溝１０４が形成された後に、シリコン系薄膜光電変
換ユニット層１０５に含まれるｎ型微結晶シリコン層、
多結晶シリコン光電変換層、およびｐ型微結晶シリコン
層が形成された。しかし、この実施例１においては、シ
リコン系薄膜光電変換ユニット層１０５が真空中で形成
された後に、引き続いて真空中でそれを覆うようにＩＴ
Ｏの透明電極層１１１がスパッタ法で形成された。この
透明電極１１１の厚さは、約８０ｎｍであった。
【００３５】図１（Ｃ）において、比較例１の場合と同
様に、大気中のレーザスクライブ法によって複数の接続
用溝１０７が形成された。
【００３６】そして、図１（Ｄ）と図２に示されている
ように、印刷金属接続帯１０８ａと一体のバスバーを含
む櫛形金属電極１０８がＡｇペーストを用いたスクリー
ン印刷法を利用して形成された。
【００３７】このような実施例１においては、図１
（Ｂ）と（Ｃ）に示されているように光電変換層１０５
と透明電極層１１１が一連の真空プロセス中で連続して
形成された後に大気中でレーザ加工されるので、比較例
１の図３（Ｃ）に示されているようにレーザ加工の間に
光電変換ユニット層が大気に露呈されて劣化するという
ことがなく、また、比較例１の図３（Ｄ）に示されてい
るように接続用溝が形成された後に透明電極層を形成す
るために再度の真空プロセスを必要とするということが
ない。さらに、実施例１の接続用溝１０７は図１（Ｄ）
に示されているように透明電極分離溝をも兼ねているの
で、比較例１の図３（Ｅ）に示されているような透明電
極分離溝を形成するだけのための専用のレーザ加工を必
要としない。
【００３８】以上のような実施例１による集積型シリコ
ン系薄膜光電変換装置に対してＡＭ１．５の入射光１１
０を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で照射したときの出力特
性においては、開放端電圧が４．６Ｖ、短絡電流密度が
２６．３ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子が７４．９％、そして
変換効率が９．１％であった。また、４８℃においてＡ
Ｍ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で照射した実
施例１の光劣化試験においては、５５０時間照射後でも
変換効率が９．１％であって、比較例１の場合と同様に
光劣化は生じなかった。
【００３９】（比較例２）図５に示されているような集
積化されたタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置が、
比較例２として作製された。図５（Ａ）において、比較
例１の場合と同様に、ガラス基板３０１上に裏面電極層
３０２と裏面電極分離溝３０４が形成された。
【００４０】図５（Ｂ）において、比較例１の場合と同
様にｎ型微結晶シリコン層、多結晶シリコン光電変換
層、およびｐ型微結晶シリコン層を含む薄膜多結晶シリ
コン光電変換ユニット層３０５が、後方ユニット層とし
て形成された。しかし、この比較例２においては、後方
光電変換ユニット層３０５上にさらにｎｉｐ接合を含む
非晶質シリコン光電変換ユニット層３０６が前方光電変
換ユニット層として積層された。この前方光電変換ユニ
ット層３０６に含まれる非晶質シリコンｉ層の厚さは
０．４μｍであった。
【００４１】図５（Ｃ）において、これらの積層された
非晶質光電変換ユニット層３０６と結晶質光電変換ユニ
ット層３０５を貫通する複数の接続用溝３０７が、レー
ザビーム３０３を用いる大気中のレーザスクライブ法に
よって形成された。
【００４２】図５（Ｄ）と（Ｅ）において、比較例１の
場合と同様に、透明電極層３０８と複数の透明電極分離
溝３０９が形成されるとともに、図４に示されているの
と同様の櫛形金属電極が形成された。
【００４３】このような比較例２において集積化された
結晶質／非晶質型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換
装置に対してＡＭ１．５の入射光３１０を１００ｍＷ／
ｃｍ 2 の光量で照射したときの出力特性においては、開
放端電圧が１３．４Ｖ、短絡電流密度が１２．４ｍＡ／
ｃｍ2 、曲線因子が６２．３％、そして変換効率が１
０．４％であった。さらに、４８℃においてＡＭ１．５
の光を１００ｍＷ／ｃｍ 2 の光量で照射して、この比較
例２の光劣化試験を行なったところ、５５０時間照射後
に変換効率が９．０％まで低下した。
【００４４】（実施例２）図６に示されているような集
積化されたタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置が、
実施例２として作製された。図６（Ａ）と（Ｂ）におい
て、比較例２の場合と同様にガラス基板４０１上に裏面
電極層４０２、複数の裏面電極分離溝４０４、後方光電
変換ユニットセルとしての結晶質シリコン薄膜光電変換
ユニット層４０５および前方光電変換ユニット層として
の非晶質シリコン薄膜光電変換ユニット層４０６が形成
された。しかし、この実施例２においては、前方光電変
換ユニット層である非晶質シリコン薄膜光電変換ユニッ
ト層４０６上に、さらに実施例１の場合と同様に、引続
く真空プロセス中で透明電極層４１１が形成された。
【００４５】図６（Ｃ）において、透明電極層４１１、
非晶質シリコン薄膜光電変換ユニット層４０６、および
結晶質シリコン薄膜光電変換ユニット層４０５を貫通す
る複数の接続用溝４０７が、レーザビーム４０３を用い
て大気中のレーザスクライブ法によって形成される。図
６（Ｄ）において、図２に示されているのと同様の櫛形
金属電極のバスバーと一体の印刷金属接続帯４０８ａが
形成された。
【００４６】このような実施例２による光電変換装置に
対してＡＭ１．５の入射光４１０を１００ｍＷ／ｃｍ2
の光量で照射したときの出力特性においては、開放端電
圧が１３．３Ｖ、短絡電流密度が１３．０ｍＡ／ｃ
ｍ2 、曲線因子が７３．５％、そして変換効率が１２．
５％であった。また、４８℃においてＡＭ１．５の光を
１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で照射して、この実施例２の
光劣化試験を行なったところ、５５０時間照射後におい
て変換効率が１０．８％に低下した。
【００４７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、優れた
光電変換特性を有し、高電圧で高出力を生じ得る集積型
シリコン系薄膜光電変換装置を簡略な製造工程で提供す
ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例による集積型シリコ
ン系薄膜光電変換装置の製造工程を説明するための模式
的な断面部分図である。
【図２】図１の光電変換装置における櫛形金属電極を示
す模式的な平面図である。
【図３】比較例１による集積型シリコン系ｎｉｐ型薄膜
光電変換装置の製造工程を示す模式的な断面図である。
【図４】図３の比較例１による光電変換装置における櫛
形金属電極を示す模式的な平面図である。
【図５】比較例２において集積化された結晶質／非晶質
型のタンデム型シリコン系ｎｉｐ型薄膜光電変換装置の
製造工程を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の実施例２による集積化された結晶質／
非晶質型のタンデム型シリコン系ｎｉｐ型薄膜光電変換
装置の製造工程を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１，４０１：ガラス基板 １０２，２０２，３０２，４０２：裏面電極層 １０３，２０３，３０３，４０３：レーザビーム １０４，２０４，３０４，４０４：裏面電極分離溝 １０５，２０５，３０５，４０５：結晶質シリコン系光
電変換ユニット層 ３０６，４０６：非晶質シリコン系光電変換ユニット層 １０７，２０７，３０７，４０７：接続用溝 １１１，２０８，３０８，４１１：透明電極層 ２０９，３０９：透明電極分離溝 １１０，２１０，３１０，４１０：光電変換される入射
光 １０８，２１１：櫛形金属電極 １０８ａ，４０８ａ：印刷金属接続帯 １０８ｂ，２１１ｂ：フィンガー電極

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁基板上に順次積層された裏面電極
    層、少なくとも１の結晶質シリコン系光電変換ユニット
    層、および透明電極層が複数の光電変換セルを形成する
    ように実質的に直線状で互いに平行な複数の分離溝によ
    って分離されていて、かつそれらの複数のセルは前記分
    離溝に平行な複数の接続用溝を介して互いに電気的に直
    列接続されており、前記接続用溝は前記光電変換ユニッ
    ト層および前記透明電極層を分離するための前記分離溝
    を兼ねており、 前記接続用溝の一方の側壁に沿って金属ペーストのスク
    リーン印刷によって形成された印刷金属接続帯を含み、 前記印刷金属接続帯は前記セルの１つの透明電極をその
    セルに隣接するセルの裏面電極へ電気的に接続している
    ことを特徴とする集積型シリコン系薄膜光電変換装置。
  2. 【請求項２】 前記結晶質シリコン系光電変換ユニット
    層は４００℃以下の下地温度のもとでプラズマＣＶＤ法
    によって形成された結晶質光電変換層を含み、この結晶
    質光電変換層は８０％以上の体積結晶化分率と、０．５
    〜３０原子％の範囲内の水素含有量と、０．５〜２０μ
    ｍの範囲内の厚さを有していることを特徴とする請求項
    １記載の光電変換装置。
  3. 【請求項３】 前記結晶質光電変換層はその膜面に平行
    に（１１０）の優先結晶配向面を有していることを特徴
    とする請求項２に記載の光電変換装置。
  4. 【請求項４】 前記光電変換ユニット層は、前記基板に
    近い方から順次積層されたｎ型層、前記光電変換層、お
    よびｐ型層を含んでいることを特徴とする請求項２また
    は３に記載の光電変換装置。
  5. 【請求項５】 前記透明電極層は、前記光電変換ユニッ
    ト層が形成された後に、その光電変換ユニット層の表面
    が大気に露呈されることなく引続く真空プロセス中で形
    成されたものであることを特徴とする請求項１から４の
    いずれかの項に記載の光電変換装置。
  6. 【請求項６】 前記透明電極層は、１０〜８０ｎｍの範
    囲内の厚さを有していることを特徴とする請求項１から
    ５のいずれかの項に記載の光電変換装置。
  7. 【請求項７】 前記セルの各々の透明電極上には金属ペ
    ーストのスクリーン印刷によって櫛形金属電極が形成さ
    れており、この櫛形金属電極のバスバーが前記印刷金属
    接続帯と一体になっていることを特徴とする請求項１か
    ら６のいずれの項に記載の光電変換装置。
  8. 【請求項８】 前記光電変換装置は、前記結晶質シリコ
    ン系光電変換ユニット層と少なくとも１の非晶質シリコ
    ン系光電変換ユニット層を含むタンデム型であることを
    特徴とする請求項１から７のいずれかの項に記載の光電
    変換装置。
  9. 【請求項９】 請求項１から８のいずれかの項に記載の
    光電変換装置の製造方法であって、前記接続用溝は前記
    透明電極層が形成された後に大気中でレーザスクライブ
    法によって前記透明電極層と前記シリコン系光電変換ユ
    ニット層を貫通するように形成されることを特徴とする
    集積型シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１から８のいずれかの項に記載
    の光電変換装置の製造方法であって、前記接続用溝は前
    記透明電極層が形成された後に大気中で機械的スクライ
    ブ法によって前記透明電極層と前記シリコン系光電変換
    ユニット層を貫通するように形成されることを特徴とす
    る集積型シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101189378B1 (ko) 2011-08-01 2012-10-09 엘지이노텍 주식회사 태양전지 모듈 및 이의 제조방법

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