JPWO2010044269A1 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
光入射側にあって電力を取り出す上部電極がインジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、及びスズ（Ｓｎ）のいずれか一つを基本構成元素とする透明導電膜を含む、太陽電池の製造方法は、前記透明導電膜が形成される透明基板の表面に、ウェットエッチング法を用いてテクスチャーを形成する工程Ａを備え、前記工程Ａでは、前記テクスチャーを形成する際に、金属薄膜を前記透明基板上に形成し、この金属薄膜をマスクとして異方性エッチングを行う。
Description
本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
本願は、２００８年１０月１７日に、日本国に出願された特願２００８−２６８７８７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２００８年１０月１７日に、日本国に出願された特願２００８−２６８７８７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
太陽光に含まれる光子というエネルギー粒子がｉ層に当たると、光起電力効果により、電子と正孔（hole）が発生し、電子はｎ層、正孔はｐ層に向かって移動する。この光起電力効果により発生した電子を上部電極と裏面電極により取り出して、光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子が太陽電池である。
図１０は、アモルファスシリコン太陽電池の概略断面図である。太陽電池１００は、表面を構成するガラス基板１０１と、ガラス基板１０１上に設けられた酸化亜鉛系の透明導電膜からなる上部電極１０３と、アモルファスシリコンで構成されたトップセル１０５と、トップセル１０５と後述するボトムセル１０９との間に設けられた透明導電膜からなる中間電極１０７と、微結晶シリコンで構成されたボトムセル１０９と、透明導電膜からなるバッファ層１１０と、金属膜からなる裏面電極１１１とが積層されている（例えば、特許文献１参照）。
トップセル１０５は、ｐ層（１０５ｐ）、ｉ層（１０５ｉ）、ｎ層（１０５ｎ）の３層構造で構成されている。このうちｉ層（１０５ｉ）がアモルファスシリコンで形成されている。また、ボトムセル１０９もトップセル１０５と同様にｐ層（１０９ｐ）、ｉ層（１０９ｉ）、ｎ層（１０９ｎ）の３層構造で構成されている。このうちｉ層（１０９ｉ）が微結晶シリコンで構成されている。
このような太陽電池１００では、ガラス基板１０１側から入射した太陽光は、上部電極１０３、トップセル１０５（ｐ-ｉ-ｎ層）、バッファ層１１０を通って、裏面電極１１１で反射される。太陽電池には、光エネルギーの変換効率を向上させるために、裏面電極１１１で太陽光を反射させたり、上部電極１０１には入射した太陽光の光路を伸ばすプリズム効果と光の閉じ込め効果を目的としたテクスチャーと呼ばれる構造を設けるなどの工夫がなされている。バッファ層１１０は裏面電極１１１に用いられている金属膜の拡散防止などを目的としている（例えば、特許文献２、３参照）。
太陽電池のデバイス構造により、光起電力効果に使用する波長帯域は異なる。しかし、いずれにしても、上部電極を構成する透明導電膜には、ｉ層で吸収するための光を透過する性質と光起電力で発生した電子を取り出す電気伝導性が要求される。このため、ＳｎＯ２にフッ素を不純物として添加したＦＴＯやＺｎＯ系酸化物半導体薄膜が用いられている。バッファ層でも、ｉ層で吸収するために裏面電極で反射する光及び裏面電極で反射された光を透過する性質と、裏面電極に正孔を移動するための電気伝導性が要求される。
太陽電池に用いられる透明導電膜に要求される特性は大きく分けて、導電性、光学特性、テクスチャー構造の３要素である。第一の導電性に関しては、発電した電気を取り出すため低い電気抵抗が要求される。一般的に太陽電池用透明導電膜に使用されているＦＴＯは、ＣＶＤにより作製される透明導電膜でＳｎＯ２にＦを添加することにより、ＦがＯを置換し導電性を得ている。また、ポストＩＴＯとして注目の高いＺｎＯ系材料はスパッタによる成膜が可能で、酸素欠損とＡｌやＧａを含む材料をＺｎＯに添加することにより導電性を得ている。
第二に、太陽電池用透明導電膜は主に入射光側で使用されるため、発電層で吸収される波長帯域を透過する光学特性が要求される。
第三に、太陽光を効率的に発電層で吸収するために光を散乱させるテクスチャー構造が必要となる。通常、スパッタプロセスで作成した酸化インジウム系（例えばＩｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛系（例えばＺｎＯ）又は酸化スズ系（例えばＳｎＯ２）の各薄膜は、太陽電池で吸収する領域の波長を散乱させるには平坦な表面状態であるため、ウェットエッチング等によるテクスチャー形成処理が必要となる。
第三に、太陽光を効率的に発電層で吸収するために光を散乱させるテクスチャー構造が必要となる。通常、スパッタプロセスで作成した酸化インジウム系（例えばＩｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛系（例えばＺｎＯ）又は酸化スズ系（例えばＳｎＯ２）の各薄膜は、太陽電池で吸収する領域の波長を散乱させるには平坦な表面状態であるため、ウェットエッチング等によるテクスチャー形成処理が必要となる。
しかしながら、酸化インジウム系、酸化亜鉛系又は酸化スズ系の各薄膜を成膜後にウェットエッチング等の手法によりテクスチャーを形成する方法を行ったとしても、前記薄膜は等方性エッチングされる傾向が高いので、凹凸形状を優先したテクスチャーを形成するためには極めて不向きであり、生産性が低いという問題があった。
そこで、本発明は、テクスチャーの形成の生産性を高めた太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る太陽電池の製造方法は、光入射側にあって電力を取り出す上部電極がインジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、及びスズ（Ｓｎ）のいずれか一つを基本構成元素とする透明導電膜を含む、太陽電池の製造方法であって、前記透明導電膜が形成される透明基板の表面に、ウェットエッチング法を用いてテクスチャーを形成する工程Ａを備え、前記工程Ａでは、前記テクスチャーを形成する際に、金属薄膜を前記透明基板上に形成し、この金属薄膜をマスクとして異方性エッチングを行う。
また、上記の太陽電池の製造方法は、以下のようにしてもよい：前記工程Ａの後に、前記透明導電膜の形成材料からなるターゲットにスパッタ電圧を印加しながら、このターゲットの表面に水平磁界を発生させてスパッタを行い、前記透明基板上に前記透明導電膜を成膜することにより前記上部電極を形成する、工程Ｂをさらに備え、前記透明導電膜の前記形成材料がインジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、及びスズ（Ｓｎ）のいずれかを主成分とする。
また、上記の太陽電池の製造方法は、以下のようにしてもよい：前記工程Ａの後に、前記透明導電膜の形成材料からなるターゲットにスパッタ電圧を印加しながら、このターゲットの表面に水平磁界を発生させてスパッタを行い、前記透明基板上に前記透明導電膜を成膜することにより前記上部電極を形成する、工程Ｂをさらに備え、前記形成材料が前記インジウム、前記亜鉛、及び前記スズのうちの少なくとも一つと酸素（Ｏ）とを主成分とする。
また、上記の太陽電池の製造方法は、以下のようにしてもよい：前記工程Ａの後に、前記透明導電膜の形成材料からなるターゲットにスパッタ電圧を印加しながら、このターゲットの表面に水平磁界を発生させてスパッタを行い、前記透明基板上に前記透明導電膜を成膜することにより前記上部電極を形成する、工程Ｂをさらに備え、前記形成材料が前記インジウム、前記亜鉛、及び前記スズのうちの少なくとも一つと酸素（Ｏ）とを主成分とする。
本発明の太陽電池の製造方法では、金属薄膜を透明基板上に形成し、この金属薄膜をマスクとして異方性エッチングを行うことにより、透明導電膜が形成される透明基板の表面にテクスチャーを形成している。これにより、テクスチャーを設けた透明基板上に透明導電膜が形成される。このため、自動的に、かつ、確実に、前記透明導電膜の表面にも透明基板に設けたテクスチャーが転写される。ゆえに、透明導電膜を成膜した後にウェットエッチング法により透明導電膜に対してテクスチャーを形成するという従来の手法に比べて、テクチャーの生産性を大幅に向上することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法について、図面に基づいて説明する。なお、同実施形態は、発明の趣旨をよりよく理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
まず、同実施形態で製造される太陽電池について、図１に基づいて説明する。図１は太陽電池の構成の一例を示す断面図である。
太陽電池５０は、表面を構成するガラス基板５１と、ガラス基板５１上に設けられた酸化インジウム系、酸化亜鉛系又は酸化スズ系の透明導電膜５４からなる上部電極５３と、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記載）で構成されたトップセル５５と、トップセル５５と後述するボトムセル５９との間に設けられた透明導電膜からなる中間電極５７と、微結晶シリコン（以下、μｃ−Ｓｉと記載）で構成されたボトムセル５９と、透明導電膜からなるバッファ層６１と、金属膜からなる裏面電極６３とが積層されて形成されている。
太陽電池５０は、表面を構成するガラス基板５１と、ガラス基板５１上に設けられた酸化インジウム系、酸化亜鉛系又は酸化スズ系の透明導電膜５４からなる上部電極５３と、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記載）で構成されたトップセル５５と、トップセル５５と後述するボトムセル５９との間に設けられた透明導電膜からなる中間電極５７と、微結晶シリコン（以下、μｃ−Ｓｉと記載）で構成されたボトムセル５９と、透明導電膜からなるバッファ層６１と、金属膜からなる裏面電極６３とが積層されて形成されている。
つまり、太陽電池５０は、ａ−Ｓｉのトップセル５５とμｃ−Ｓｉのボトムセル５９とを組み合わせて構成したタンデム型太陽電池である。このようなタンデム構造の太陽電池５０では、短波長光をトップセル５５で、長波長光をボトムセル５９でそれぞれ吸収することにより、発電効率の向上を図ることができる。なお、上部電極５３の膜厚は、２０００［Å］〜１００００［Å］である。
トップセル５５は、ｐ層（５５ｐ）、ｉ層（５５ｉ）、ｎ層（５５ｎ）の３層構造で形成されている。このうちｉ層（５５ｉ）がアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）で形成されている。また、ボトムセル５９もトップセル５５と同様にｐ層（５９ｐ）、ｉ層（５９ｉ）、ｎ層（５９ｎ）の３層構造で構成されている。このうちｉ層（５９ｉ）が微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）で構成されている。
このような構成の太陽電池５０は、太陽光に含まれる光子というエネルギー粒子がｉ層に当たると、光起電力効果により、電子と正孔（ｈｏｌｅ）が発生し、電子はｎ層、正孔はｐ層に向かって移動する。この光起電力効果により発生した電子を上部電極５３と裏面電極６３により取り出して、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
また、トップセル５５とボトムセル５９との間に中間電極５７を設けることにより、トップセル５５を通過してボトムセル５９に到達する光の一部が中間電極５７で反射して再びトップセル５５側に入射する。これによって、セルの感度特性が向上し、発電効率が向上する。
また、ガラス基板５１側から入射した太陽光は、各層を通過して裏面電極６３で反射される。太陽電池５０には、光エネルギーの変換効率を向上させるために、上部電極５３に入射した太陽光の光路を伸ばすプリズム効果と光の閉じ込め効果を目的としたテクスチャー構造が採用されている。
ここで、後述する本発明に係る製造方法により製造される太陽電池２０では、従来のような透明導電膜とは違って、ガラス基板５１の表面にテクスチャーが形成されている。このテクスチャーは、例えば、ガラス基板上５１にＣｕ等の金属薄膜７０を形成し、この金属薄膜７０をマスクとして異方性エッチングを行うことにより形成される。後に、上記テクスチャーについて具体的に説明する。
次に、上記太陽電池の製造方法について説明する。
本発明に係る太陽電池の製造方法は、光入射側の電力取り出し電極として機能する上部電極が、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）又はスズ（Ｓｎ）を基本構成元素とする透明導電膜からなる太陽電池の製造方法である。この製造方法は、前記透明導電膜が形成される透明基板の表面にテクスチャーを形成する工程Ａを、少なくとも備える。
上記製造方法では、透明導電膜が形成される透明基板の表面にテクスチャーが形成されている。
これにより、テクスチャーを設けた透明基板上に透明導電膜を形成することによって、自動的に、この透明導電膜の表面にもテクスチャーが転写される。ゆえに、透明導電膜を成膜した後にウェットエッチングでテクスチャーを形成する従来の方法に比べて、生産性を向上することができる。
本発明に係る太陽電池の製造方法は、光入射側の電力取り出し電極として機能する上部電極が、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）又はスズ（Ｓｎ）を基本構成元素とする透明導電膜からなる太陽電池の製造方法である。この製造方法は、前記透明導電膜が形成される透明基板の表面にテクスチャーを形成する工程Ａを、少なくとも備える。
上記製造方法では、透明導電膜が形成される透明基板の表面にテクスチャーが形成されている。
これにより、テクスチャーを設けた透明基板上に透明導電膜を形成することによって、自動的に、この透明導電膜の表面にもテクスチャーが転写される。ゆえに、透明導電膜を成膜した後にウェットエッチングでテクスチャーを形成する従来の方法に比べて、生産性を向上することができる。
まず、同実施形態に係る太陽電池の製造方法に好適な装置（成謨装置）の一例、つまりスパッタ装置１について説明する。
図２は、同実施形態に係る太陽電池の製造方法に用いられるスパッタ装置（成膜装置）の一例を示す概略構成図である。図３は、このスパッタ装置の成膜室の主要部を示す断面図である。前記スパッタ装置１は、インターバック式である。例えば、このスパッタ装置１は、無アルカリガラス基板（図示せず）等の基板を搬入／搬出するための仕込／取出室２と、基板上に薄膜を成膜する成膜室（真空容器）３とを備えている。
図２は、同実施形態に係る太陽電池の製造方法に用いられるスパッタ装置（成膜装置）の一例を示す概略構成図である。図３は、このスパッタ装置の成膜室の主要部を示す断面図である。前記スパッタ装置１は、インターバック式である。例えば、このスパッタ装置１は、無アルカリガラス基板（図示せず）等の基板を搬入／搬出するための仕込／取出室２と、基板上に薄膜を成膜する成膜室（真空容器）３とを備えている。
仕込／取出室２には、この室内を大気圧から減圧する（粗引きする）ためのロータリーポンプからなる第一排気部４が設けられている。前記仕込／取出室２の室内には、基板を保持・搬送するための基板トレイ５が移動可能に配置されている。
一方、成膜室３の一方の側面３ａには、基板６を加熱するためのヒータ１１が縦型に設けられている。前記成膜室３の他方の側面３ｂには、ターゲット７を保持して所望のスパッタ電圧を印加するスパッタカソード機構（ターゲット保持部）１２が縦型に設けられている。さらに、前記成膜室３には、この成膜室３の室内を高真空引きするためのターボ分子ポンプ等からなる第二排気部１３、ターゲット７にスパッタ電圧を印加する電源１４、及び、この成膜室３の室内にプロセスガス等を導入するガス導入部１５が設けられている。
スパッタカソード機構１２は、板状の金属プレート（「バッキングプレート」とも呼ぶ）からなる。このスパッタカソード機構１２は、ターゲット７を口ウ材等でボンディング（固定）により固定する。
電源１４は、ターゲット７に直流電圧に高周波電圧が重畳されたスパッタ電圧を印加する。この電源１４は、直流電源と高周波電源（図示略）とを含む。
ガス導入部１５は、Ａｒ等のスパッタガスを導入するために用いられる。
電源１４は、ターゲット７に直流電圧に高周波電圧が重畳されたスパッタ電圧を印加する。この電源１４は、直流電源と高周波電源（図示略）とを含む。
ガス導入部１５は、Ａｒ等のスパッタガスを導入するために用いられる。
次に、同実施形態に係る太陽電池の製造方法に好適な装置（成膜装置）の他の一例、すなわち、インターバック式のマグネトロンスパッタ装置２１について説明する。図４は、前記マグネトロンスパッタ装置２１の成膜室の主要部を示す断面図である。図４に示すマグネトロンスパッタ装置２１が、図３に示すスパッタ装置１と異なる点は、成膜室３の―方の側面３ａに配されるスパッタカソード機構（ターゲット保持部）２２が、ターゲット７の表面に所望の水平磁界を発生するような磁気回路２４を設けている点である。
すなわち、前記スパッタカソード機構２２は、ターゲット７をロウ材等でボンディング（固定）した背面プレート２３と、背面プレート２３の裏面に沿って配置された磁気回路２４とを備えている。この磁気回路２４は、ターゲット７の表面に水平磁界を発生させる。この磁気回路２４では、複数の磁気回路ユニット（図４では２つ）２４ａ、２４ｂがブラケット２５により連結されて一体化されている。磁気回路ユニット２４ａ、２４ｂは、ともに、背面プレート２３側の表面の極性が相互に異なる第１磁石２６および第２磁石２７とこれらを装着するヨーク２８とを備えている。
この磁気回路２４では、背面プレート２３側の極性が異なる第１磁石２６および第２磁石２７により、磁力線２９で表される磁界が発生する。これにより、第１磁石２６と第２磁石２７との間のターゲット７の表面では、垂直磁界がゼロ（水平磁界が最大）となる位置３０が発生する。この位置３０に高密度プラズマが生成することによって、成膜速度が向上することが可能である。
図４に示す前記マグネトロンスパッタ装置２１では、成膜室３の一方の側面３ａに所望の磁界を発生するスパッタカソード機構２２が縦型に設けられているので、スパッタ電圧を３４０［Ｖ］以下とし、ターゲット７表面の水平磁界強度の最大値を６００［Ｇ：ｇａｕｓｓ］以上とすることにより、結晶格子の整った酸化インジウム系、酸化亜鉛系又は酸化スズ系の透明導電膜を成膜することができる。この酸化インジウム系、酸化亜鉛系又は酸化スズ系の透明導電膜は、成膜後に高温でアニール処理を行っても酸化され難く、比抵抗の増加を抑制することができ、太陽電池の上部電極を形成する透明導電膜を耐熱性に優れたものにすることができる。
次に、同実施形態に係る太陽電池の製造方法の一例として、図２、３に示すスパッタ装置１を用いて、太陽電池５０の上部電極５３を形成する酸化インジウム系、酸化亜鉛系又は酸化スズ系の透明導電膜５４を透明基板（ガラス基板５０）上に成膜する方法について例示する。
まず、前記透明導電膜５４が形成される透明基板（ガラス基板５０）の表面にテクスチャーを形成する（工程Ａ）。
本工程Ａでは、前記テクスチャーを形成するために、ウェットエッチング法が用いられる。
一般的に、透明導電膜５４が形成される透明基板にはガラスが用いられるが、非晶質のガラスは異方性エッチングが困難である。この問題点を解決するために、同実施形態では、テクスチャーを形成する際に、金属薄膜７０を透明基板上に形成し、この金属薄膜７０をマスクとして、異方性エッチングを行う。
まず、前記透明導電膜５４が形成される透明基板（ガラス基板５０）の表面にテクスチャーを形成する（工程Ａ）。
本工程Ａでは、前記テクスチャーを形成するために、ウェットエッチング法が用いられる。
一般的に、透明導電膜５４が形成される透明基板にはガラスが用いられるが、非晶質のガラスは異方性エッチングが困難である。この問題点を解決するために、同実施形態では、テクスチャーを形成する際に、金属薄膜７０を透明基板上に形成し、この金属薄膜７０をマスクとして、異方性エッチングを行う。
具体的には、まず、Ｃｕ等の金属材料からなるターゲット７にスパッタ電圧を印加しながら、このターゲットの表面に水平磁界を発生させてスパッタを行ない、基板（ガラス基板５１）上に金属薄膜７０を形成する［図５Ａ参照］。
その後、前記金属薄膜７０が形成されたガラス基板を、エッチング液に所定時間浸漬することにより、ウェットエッチングを行う［図５Ｂ参照］。エッチング液としては、例えば１１０−ＢＨＦ（丸善薬品産業社製）等が用いられる。
最後に、硝酸洗浄により前記金属薄膜７０を除去する［図５Ｃ参照］。
これにより、表面にテクスチャーが形成されたガラス基板５１が得られる。
その後、前記金属薄膜７０が形成されたガラス基板を、エッチング液に所定時間浸漬することにより、ウェットエッチングを行う［図５Ｂ参照］。エッチング液としては、例えば１１０−ＢＨＦ（丸善薬品産業社製）等が用いられる。
最後に、硝酸洗浄により前記金属薄膜７０を除去する［図５Ｃ参照］。
これにより、表面にテクスチャーが形成されたガラス基板５１が得られる。
次に、前記透明導電膜５４の形成材料からなるターゲット７にスパッタ電圧を印加しながら、このターゲットの表面に水平磁界を発生させてスパッタを行い、基板（ガラス基板５１）上に前記透明導電膜５４を成膜することにより前記上部電極５３を形成する（工程Ｂ）。
その際、前記透明導電膜５４の形成材料として、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）若しくはスズ（Ｓｎ）、又はこれらの元素と酸素（Ｏ）を主成分とする材料が好適に用いられる。ターゲット７自体を、酸化インジウム、酸化亜鉛又は酸化スズとしても良い。また、ターゲット７自体はＩｎ、Ｚｎ若しくはＳｎを主成分とし、酸素はプロセスガスから供給しても構わない。
その際、前記透明導電膜５４の形成材料として、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）若しくはスズ（Ｓｎ）、又はこれらの元素と酸素（Ｏ）を主成分とする材料が好適に用いられる。ターゲット７自体を、酸化インジウム、酸化亜鉛又は酸化スズとしても良い。また、ターゲット７自体はＩｎ、Ｚｎ若しくはＳｎを主成分とし、酸素はプロセスガスから供給しても構わない。
また、透明導電膜５４の成膜にスパッタ法を用いることで、形成される透明導電膜５４の低抵抗化が容易であるため、膜厚を薄くできる。すなわち、形成された透明導電膜５４は、透過率が高いとともに、下地であるガラス基板５１表面のテクスチャー形状を維持した形状となる。その結果、テクスチャー構造によるプリズム効果と光の閉じ込め効果を十分に得ることができ、変換効率の高い太陽電池５０を作製することが可能となる。
具体的には、まず、ターゲット７をスパッタカソード機構１２にロウ材等でボンディングして固定する。ここで、ターゲット材としては、酸化インジウム、酸化亜鉛又は酸化スズ系を主成分とする材料が用いられる。酸化亜鉛（ＺｎＯ）系材料として、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を０．１〜１０［質量％］添加したアルミニウム添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウム（Ｇａ）を０．１〜１０［質量％］添加したガリウム添加酸化亜鉛（ＧＺＯ）等が挙げられるが、比抵抗の低い薄膜を成膜することができる点で、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）が好ましい。
次いで、例えばガラスからなる太陽電池の基板６（ガラス基板５１）を仕込／取出室２の基板トレイ５に収納した状態で、仕込／取出室２及び成膜室３を第一排気部４で粗真空引きする。仕込／取出室２及び成膜室３が所定の真空度、例えば０．２７［Ｐａ］（２．０［ｍＴｏｒｒ］）となった後に、基板６を仕込／取出室２から成膜室３に搬入する。そして、この基板６を、設定がオフになった状態のヒータ１１の前に配置し、この基板６をターゲット７に対向させる。そして、この基板６をヒータ１１で加熱して、１００〜６００［℃］の温度範囲内とする。
次いで、成膜室３を第二排気部１３で高真空引きしする。成膜室３が所定の高真空度、例えば２．７×１０−４［Ｐａ］（２．０×１０−３［ｍＴｏｒｒ］）となった後に、成膜室３に、スパッタガス導入部１５によりＡｒ等のスパッタガスを導入し、成膜室３内を所定の圧力（スパッタ圧力）とする。
次いで、電源１４によりターゲット７にスパッタ電圧、例えば、直流電圧に高周波電圧を重畳したスパッタ電圧を印加する。スパッタ電圧印加により、基板６上にプラズマが発生し、このプラズマにより励起されたＡｒ等のスパッタガスのイオンがターゲット７に衝突する。このターゲット７から、酸化インジウム系、酸化亜鉛系又は酸化スズ系材料を構成する原子が飛び出し、基板６上に酸化インジウム系、酸化亜鉛系又は酸化スズ系材料からなる透明導電膜５４が成膜される。
次いで、この基板６（ガラス基板５１）を成膜室３から仕込／取出室２に搬送し、この仕込／取出室２の真空を破り、この酸化インジウム系、酸化亜鉛系又は酸化スズ系の透明導電膜５４が形成された基板６（ガラス基板５１）を取り出す。
このようにして、酸化インジウム系、酸化亜鉛系又は酸化スズ系透明導電膜５４が形成された基板６（ガラス基板５１）が得られる。この透明導電膜５４は、ガラス基板５１表面に形成されたテクスチャーを反映した形状を有する。こうした基板を太陽電池に用いる事で、入射した太陽光の光路を伸ばすプリズム効果と光の閉じ込め効果を最大限に得ることができる。この結果、光電変換効率の高い太陽電池を生産性高く作製することができる。
また、透明導電膜５４ではなく、ガラス基板５１の表面にテクスチャーを形成することで、生産性を向上することができる。
また、透明導電膜５４ではなく、ガラス基板５１の表面にテクスチャーを形成することで、生産性を向上することができる。
以上、本発明に係る太陽電池の製造方法について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
なお、本発明では、上部電極を構成する透明基板にテクスチャーを形成したが、曇りガラス等を上部電極の透明基板として用いることの応用も考えられる。
なお、本発明では、上部電極を構成する透明基板にテクスチャーを形成したが、曇りガラス等を上部電極の透明基板として用いることの応用も考えられる。
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図２及び図３に示したような成膜装置（スパッタ装置）１を用いて、ガラス基板（透明基板）にテクスチャーを形成した。
具体的には、まず、スパッタカソード機構１２に、５インチ×１６インチのＣｕターゲット７を取り付けた。また、基板温度が２５０［℃］になるようにヒータ１１の設定を調整し、成膜室３を加熱した。
図２及び図３に示したような成膜装置（スパッタ装置）１を用いて、ガラス基板（透明基板）にテクスチャーを形成した。
具体的には、まず、スパッタカソード機構１２に、５インチ×１６インチのＣｕターゲット７を取り付けた。また、基板温度が２５０［℃］になるようにヒータ１１の設定を調整し、成膜室３を加熱した。
その後、仕込／取出室２に無アルカリガラス基板（基板６：ヘイズ無し）を入れ、第一排気部４で排気後、成膜室３に搬送した。このとき、成膜室３は第二排気部１３により所定の真空度に保たれている。
スパッタガス導入部１５からＡｒガスをプロセスガスとして圧力５［ｍＴｏｒｒ］で導入した。その後、スパッタカソード機構１２にＤＣ電源により１ｋＷの電力を印加することにより、スパッタカソード機構１２に取り付けたＣｕターゲットをスパッタした。
スパッタガス導入部１５からＡｒガスをプロセスガスとして圧力５［ｍＴｏｒｒ］で導入した。その後、スパッタカソード機構１２にＤＣ電源により１ｋＷの電力を印加することにより、スパッタカソード機構１２に取り付けたＣｕターゲットをスパッタした。
これらの作業を一連のフローとして、無アルカリガラス基板上にＣｕ薄膜を１００［Å］の厚さで形成した。
その後、このＣｕ薄膜を設けた基板を、仕込/取出室２から大気圧下に取り出した。
その後、このＣｕ薄膜を設けた基板を、仕込/取出室２から大気圧下に取り出した。
初期状態として、このＣｕ薄膜を設けた基板の表面ＳＥＭ像を図６に示す。
その後、室温としたエッチング液［１１０−ＢＨＦ（丸善薬品産業社製）］に、前記Ｃｕ薄膜を設けた基板を４５０、６００、９００秒間浸漬し、エッチングを行った後、硝酸洗浄によりＣｕ薄膜を除去した。
浸漬時間４５０秒後の無アルカリガラス基板（実施例１）の表面ＳＥＭ像を図７に、浸漬時間６００秒後の無アルカリガラス基板（実施例２）の表面ＳＥＭ像を図８に、浸漬時間９００秒後の無アルカリガラス基板（実施例３）の表面ＳＥＭ像を図９に示す。図６〜図９を比較して、非晶質であるガラス基板が異方性エッチングされたことが確認できる。
その後、室温としたエッチング液［１１０−ＢＨＦ（丸善薬品産業社製）］に、前記Ｃｕ薄膜を設けた基板を４５０、６００、９００秒間浸漬し、エッチングを行った後、硝酸洗浄によりＣｕ薄膜を除去した。
浸漬時間４５０秒後の無アルカリガラス基板（実施例１）の表面ＳＥＭ像を図７に、浸漬時間６００秒後の無アルカリガラス基板（実施例２）の表面ＳＥＭ像を図８に、浸漬時間９００秒後の無アルカリガラス基板（実施例３）の表面ＳＥＭ像を図９に示す。図６〜図９を比較して、非晶質であるガラス基板が異方性エッチングされたことが確認できる。
次に、村上色彩技術研究所製ヘイズメーターＨＲ−１００型を用いて、前記ガラス基板のヘイズ率を測定した。その結果を、表１に示す。
表１より、透明基板（ガラス基板）に対してエッチング処理を施すことにより、へイズ率の無い（ヘイズ率がゼロに近い）ガラス基板に、ヘイズ率を生じさせるテクスチャーを形成できることが確認された。一般的に、太陽電池用透明導電膜に用いられているＦＴＯ膜のヘイズ率は１０［％］程度であるため、本発明により従来のＦＴＯ膜と同等レベルのヘイズ率を実現できることが分かった。
本発明の製法によれば、テクスチャーは透明基板（ガラス基板）に依存して決まるので、その上に設ける透明導電膜は、導電特性に優れた製造条件にて形成することが可能となる。ゆえに、本発明は、太陽電池特性のさらなる向上に寄与する。
本発明の製法によれば、テクスチャーは透明基板（ガラス基板）に依存して決まるので、その上に設ける透明導電膜は、導電特性に優れた製造条件にて形成することが可能となる。ゆえに、本発明は、太陽電池特性のさらなる向上に寄与する。
本発明に係る太陽電池の製造方法は、光入射側の電力取り出し電極として機能する上部電極がインジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）又はスズ（Ｓｎ）を基本構成元素とする透明導電膜を含むような太陽電池の製造方法に広く適用可能である。
５０ 太陽電池
５１ ガラス基板（透明基板）
５３ 上部電極
５４ 透明導電膜
５４ａ 第一層
５４ｂ 第二層
５５ トップセル
５９ ボトムセル
５７ 中間電極
６１ バッファ層
６３ 裏面電極
５１ ガラス基板（透明基板）
５３ 上部電極
５４ 透明導電膜
５４ａ 第一層
５４ｂ 第二層
５５ トップセル
５９ ボトムセル
５７ 中間電極
６１ バッファ層
６３ 裏面電極
Claims (3)
- 光入射側にあって電力を取り出す上部電極がインジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、及びスズ（Ｓｎ）のいずれか一つを基本構成元素とする透明導電膜を含む、太陽電池の製造方法であって、
前記透明導電膜が形成される透明基板の表面に、ウェットエッチング法を用いてテクスチャーを形成する工程Ａを備え、
前記工程Ａでは、前記テクスチャーを形成する際に、金属薄膜を前記透明基板上に形成し、この金属薄膜をマスクとして異方性エッチングを行うことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記工程Ａの後に、前記透明導電膜の形成材料からなるターゲットにスパッタ電圧を印加しながら、このターゲットの表面に水平磁界を発生させてスパッタを行い、前記透明基板上に前記透明導電膜を成膜することにより前記上部電極を形成する、工程Ｂをさらに備え、
前記透明導電膜の前記形成材料がインジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、及びスズ（Ｓｎ）のいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記工程Ａの後に、前記透明導電膜の形成材料からなるターゲットにスパッタ電圧を印加しながら、このターゲットの表面に水平磁界を発生させてスパッタを行い、前記透明基板上に前記透明導電膜を成膜することにより前記上部電極を形成する、工程Ｂをさらに備え、
前記形成材料が前記インジウム、前記亜鉛、及び前記スズのうちの少なくとも一つと酸素（Ｏ）とを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
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