JPWO2010134360A1 - 薄膜太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

透光性絶縁基板２上に、透明導電膜からなる第１電極層３と、光電変換を行う光電変換層４、１４と、光を反射する導電膜からなる第２電極層５と、がこの順で積層されてなる複数の薄膜太陽電池セル１が配設されるとともに、隣接する前記薄膜太陽電池セル１同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池１０であって、前記第１電極層３は窪み部３ａ、Ｄ１を有し、前記窪み部３ａ、Ｄ１の底部は絶縁材料により埋められている。これにより、透光性絶縁基板２上に積層された第１電極層３の窪み部３ａ、Ｄ１に起因した特性の悪化が防止された、光電変換特性に優れた薄膜太陽電池が得られる。

Description

本発明は、薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものである。
従来、１枚のガラス基板に多数の薄膜太陽電池セルを有する集積型の薄膜太陽電池では、透明絶縁基板上に、透明電極層からなる第１電極層、薄膜半導体からなる光電変換層、第２電極層が順に形成される。隣接する薄膜太陽電池セル間を絶縁分離するために、第１電極層には分離溝が形成される（たとえば、特許文献１参照）。
透明電極層からなる第１電極層には光反射ロス防止のために表面に凹凸が形成される。その表面に局所的に急峻な傾斜を持つ突起ができることによる凹凸等の不良に起因して、薄膜半導体からなる光電変換層にクラックやピンホールが発生する問題があった。
これに対して、凹凸を有する透明導電膜上に界面層を形成し、この界面層をマスクとして第１電極層に存在する局所的突起を除去することにより、基板上に形成した第１電極層表面の局所的な突起等の凹凸の不良に起因したクラックやピンホールの発生を抑制し、短絡抵抗の影響を減少させる方法が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。
また、酸化錫を主成分として上面に高低差のある凸凹表面形状を持つ第一の透明電極膜の凹部のみに選択的に酸化亜鉛を主成分とする第二の透明電極膜を積層して凹部の窪みをなだらかにすることで，急峻な凹部を選択的になくして，欠陥の発生を抑止する方法が開示されている（たとえば、特許文献３参照）。
特開２００１−２６７６１３号公報 特開２００１−３５２０８１号公報 特許第３２９７３８０号公報
しかしながら、光電変換層の膜質劣化はクラックやピンホールによるものだけではない。薄膜太陽電池においては、結晶粒径が小さいことによる結晶粒界の増加や、成長結晶粒同士の衝突による結晶粒界の生成は、結晶粒界部がリーク電流の発生経路や光励起キャリアの再結合消滅領域となるため、開放電圧特性の低下や曲線因子特性の低下を引き起こし、さらには短絡電流密度の低下を招き、光電変換特性への影響が大きい。
我々の検討の結果、このような結晶粒界は第１電極層の窪み部分で発生しやすいことを見出した。特に、セル間を絶縁分離する分離溝や、光反射ロス防止のために形成された第１電極層表面の凹凸の深い凹部などは、急峻な窪み部分となるので結晶粒界が生成しやすい。このような溝や深い凹部が存在すると、その上に形成される光電変換層はそれらの影響を受けてその膜質が低下する。また、第１電極層の厚みが光電変換層の厚みに対して比較的大きな割合となる場合は、分離溝や深い凹部の直上だけでなく、その周辺の光電変換層の膜質への影響も大きくなる。
しかしながら、上記従来の技術では、透明導電膜上に形成された急峻な傾斜を有する局所的な突起に対しては効果があるが、分離溝のように透明導電膜に形成された局所的な窪みに対しては効果が得られない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基板上に積層された透明電極層の窪み部に起因した特性の悪化が防止された、光電変換特性に優れた薄膜太陽電池およびその製造方法を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、光電変換を行う光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、がこの順で積層されてなる複数の薄膜太陽電池セルが配設されるとともに、隣接する前記薄膜太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、前記第１電極層は窪み部を有し、前記窪み部の底部は絶縁材料により埋められていること、を特徴とする。
本発明によれば、第１電極層の窪み部の底部が絶縁材料により埋められていることにより、基板上に積層された透明電極層の段差に起因した光電変換層の膜質の低下を防止して光電変換特性に優れた薄膜太陽電池を得ることができる、いう効果を奏する。
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。 図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池セルの短手向における断面構造を説明するための図である。 図１−３は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池セルを構成する薄膜半導体層の構成を示す要部断面図である。 図２−１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−２は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−３は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−４は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−５は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−６は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−７は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−８は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−９は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−１０は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図３−１は、本発明の実施の形態２における平坦化層の形成方法を説明するための断面図である。 図３−２は、本発明の実施の形態２における平坦化層の形成方法を説明するための断面図である。 図３−３は、本発明の実施の形態２における平坦化層の形成方法を説明するための断面図である。 図４は、アクリル樹脂膜厚と光エネルギーの露光量との関係を示す特性図である。 図５−１は、本発明の実施の形態３における平坦化層の形成方法を説明するための要部断面図である。 図５−２は、本発明の実施の形態３における平坦化層の形成方法を説明するための要部断面図である。 図５−３は、本発明の実施の形態３における平坦化層の形成方法を説明するための要部断面図である。 図６は、本発明の実施の形態３における透明電極層の光透過特性を示す特性図である。 図７は、本発明の実施の形態４における平坦化層の形成方法を説明するための要部断面図である。 図８−１は、本発明の実施の形態５における平坦化層の形成方法を説明するための要部断面図である。 図８−２は、本発明の実施の形態５における平坦化層の形成方法を説明するための要部断面図である。
以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池であるタンデム型薄膜太陽電池モジュール（以下、モジュールと呼ぶ）１０の概略構成を示す平面図である。図１−２は、モジュール１０を構成する薄膜太陽電池セル（以下、セルと呼ぶ場合がある）１の短手向における断面構造を説明するための図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ’方向における要部断面図である。図１−３は、セル１を構成する薄膜半導体層の構成を示す要部断面図である。
図１−１および図１−２に示すように、実施の形態１にかかるモジュール１０は、透光性絶縁基板２上に形成された短冊状（矩形状）のセル１を複数備え、これらのセル１が電気的に直列に接続された構造を有する。セル１は、図１−２に示すように透光性絶縁基板２、透光性絶縁基板２上に形成され第１電極層となる透明電極層（透明導電膜）３、透明電極層３上に形成される薄膜半導体層である第１光電変換層４、第１光電変換層４上に形成される薄膜半導体層である第２光電変換層１４、第２光電変換層１４上に形成され第２電極層となる裏面電極層５が順次積層された構造を有する。また、透明電極層３の開口部分には平坦化層２１が設けられて、透明電極層３の第１光電変換層４側の表面が略平坦化されている。なお、開口部分は、透明電極層３の一部を除去することによって窪ませた部分である。窪んだ部分の底部に平坦化層２１を埋めることで略平坦化されるが、必ずしも平坦化層２１は窪んだ部分の上端まで達する必要はなく、窪みの段差を小さくするものであればよい。
透光性絶縁基板２上に形成された透明電極層３には、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在するとともに透光性絶縁基板２に達するストライプ状の第１の溝Ｄ１が形成されている。この第１の溝Ｄ１の部分によって隣接するセル１の透明電極層３は互いに分離される。第１の溝Ｄ１の部分には絶縁材料からなる平坦化層２１が埋め込まれる。平坦化層２１が埋め込まれた溝Ｄ１の部分の上には第１光電変換層４が形成されている。このようにして透明電極層３の一部は隣接するセル１に跨るようにセル毎に分離される。
また、第１の溝Ｄ１と隣接する箇所において、裏面電極層５が第２光電変換層１４および第１光電変換層４の断面側壁部に沿って透明電極層３まで形成されている。このように第２光電変換層１４および第１光電変換層４の側壁部に裏面電極層５が形成されることで、裏面電極層５が透明電極層３に接続される。そして、該透明電極層３が隣接するセル１に跨っているため、隣り合う２つのセル１の一方の裏面電極層５と他方の透明電極層３とが電気的に接続されている。
また、第１光電変換層４および第２光電変換層１４には、透明電極層３に達するストライプ状の第２の溝Ｄ２が形成されている。さらに、裏面電極層５、第２光電変換層１４および第１光電変換層４は第１の溝Ｄ１および第２の溝Ｄ２とは異なる箇所で、透明電極層３に達するストライプ状の第３の溝（分離溝）Ｄ３が形成されて、各セル１が分離されている。このように、セル１の透明電極層３が、隣接するセル１の裏面電極層５と接続することによって、隣接するセル１が電気的に直列接続している。
透光性絶縁基板２は、例えば透光性を有する絶縁基板が用いられる。このような透光性絶縁基板２には、通常は透過率の高い材質が用いられ、可視から近赤外領域までの吸収が小さいガラス基板などが使用される。
透明電極層３は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、酸化スズ（ＳｎＯ２）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）などの結晶性金属酸化物を主成分とする透明導電性酸化膜や、これらの透明導電性酸化膜にドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）を添加した膜などの透光性の膜によって構成される。また、透明電極層３は、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）から選択した少なくとも１種類以上の元素を用いたＺｎＯ膜、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ２膜、またはこれらを積層して形成した透明導電膜であってもよく、光透過性を有している透明導電膜であればよい。
また、透明電極層３は、表面に凹凸３ａが形成された表面テクスチャー構造を有する。このテクスチャー構造は、入射した太陽光を散乱させ、第１光電変換層４での光利用効率を高める機能を有する。詳しくは、透光性絶縁基板２側から入射してきた光は、凹凸３ａを有する透明電極層３と第１光電変換層４との界面で散乱された後に第１光電変換層４に入射するので、第１光電変換層４に概ね斜めに入射する。斜めに光が入射することにより、光の実質的な光路が延びて光の吸収が増大するため、太陽電池セルの光電変換特性が向上して出力電流が増加する。透明電極層３は、例えばＤＣスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などの物理的方法や、スプレー法、ディップ法、ＣＶＤ法などの化学的方法を用いても良い。
ここで、図１−２に示すように、透明電極層３中の異物２２の影響により、透明電極層３の開口部分が局所的に急峻な壁面部を有する場合がある。このような急峻な傾斜の側壁を有する開口部分は、透明電極層３のパターニングによる第１の溝Ｄ１の一部である場合もあり、また、第１の溝Ｄ１とは関係のない他の部分である場合もある。この急峻な傾斜を持つ開口部が存在する部分は、透明電極層３が透光性絶縁基板２に付着していないか他の大部分の領域に比べて非常に薄い部分となる。
本実施の形態では、この急峻な傾斜の側壁を有する開口部に平坦化層２１を形成して透明電極層３を略平坦化してある。平坦化層２１の材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、オレフィン樹脂、またはシリコン樹脂などの樹脂などの各種の有機材料を用いることができる。これらの有機材料は粘性が比較的小さく、透明電極層３の開口部分を容易に平坦に覆うことができる。また、耐熱性にも優れており、３００℃以下程度のプロセスで形成することができる。また、透明電極層３のパターニングによる第１の溝Ｄ１に関しては、平坦化層２１は、隣接する透明電極層同士を電気的に絶縁することが可能なシリコンなどの絶縁材料または高抵抗材料が選択される。なお、平坦化層２１が形成されるのは凹凸３ａが形成された透明電極層３の表面のうち、急峻な壁面部を有する開口部分のみである。したがって、透明電極層３の表面の大半は平坦化層２１によって覆われず、特に表面の凸部のほとんどは覆われないので、透明電極層３と第１光電変換層４との電気的接続が保たれる。
第１光電変換層４および第２光電変換層１４は、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される。第１光電変換層４は、図１−３に示すように、透明電極層３側から第１導電型半導体層であるｐ型非晶質半導体層４ａ、第２導電型半導体層であるｉ型非晶質半導体層４ｂ、第３導電型半導体層であるｎ型非晶質半導体層４ｃを備えている。このような第１光電変換層４としては、例えば透明電極層３側からｐ型のアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）、ｉ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）、ｎ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）が積層された積層膜が形成される。なお、他の第１光電変換層４としては、例えば透明電極層３側から第１導電型半導体層であるｐ型の水素化アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層が積層された積層膜が挙げられる。
また、第２光電変換層１４は、図１−３に示すように、第１光電変換層４側から第１導電型半導体層であるｐ型微結晶半導体層１４ａ、第２導電型半導体層であるｉ型微結晶半導体層１４ｂ、第３導電型半導体層であるｎ型微結晶半導体層１４ｃを備えている。このような第２光電変換層１４としては、例えば第１光電変換層４側からｐ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、ｉ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、ｎ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）が積層された積層膜が形成される。
また、上記の二段のｐｉｎ接合のように複数の薄膜半導体層が積層されて光電変換層が構成される場合には、それぞれのｐｉｎ接合間に、酸化微結晶シリコン（μｃ−ＳｉＯＸ）やアルミニウム添加酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化シリコン（ＳｉＯ）等の導電性を有した透明な膜からなる中間層を挿入して、ｐｉｎ接合間の電気的、光学的接続を改善してもよい。以上のような第１光電変換層４および第２光電変換層１４は、プラズマＣＶＤなどの公知の手段により薄膜形成される。
裏面電極層５は、透明電極層３と同様に酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、酸化スズ（ＳｎＯ２）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）などの結晶性金属酸化物を主成分とする透明導電性酸化膜や、これらの透明導電性酸化膜にアルミニウム（Ａｌ）を添加した膜などの透光性の膜によって構成される。裏面電極層５は、例えばスパッタ法、ＣＶＤ法やスプレー法など公知の手段によって形成される。また裏面電極層５の表面は、ブラスト法やウェットエッチング法などによる粗面化処理によって凹凸５ａが形成された表面テクスチャー構造を有する。
以上のように構成された実施の形態１にかかるモジュール１０においては、第１の溝Ｄ１内に平坦化層２１が埋め込まれることで、隣接する透明電極層３同士を電気的に絶縁するとともに透明電極層３の第１光電変換層４側の表面が略平坦化されている。これにより第１の溝Ｄ１による段差を減少させて、その上に形成される光電変換層である薄膜半導体（第１光電変換層４、第２光電変換層１４）の、第１の溝Ｄ１の段差に起因したピンホールやクラック、結晶粒界の発生を防止し、光電変換層の膜質を向上させることができる。したがって、第１の溝Ｄ１の段差に起因した開放電圧特性の低下や曲線因子特性の低下、短絡電流密度の低下を防止して、良好な光電変換効率を実現することができる。また、この効果は、透明電極層３の厚みが光電変換層の厚みに対して比較的大きな割合となる場合においても有効である。
また、実施の形態１にかかるモジュール１０においては、第１の溝Ｄ１とは異なる部分においても、透明電極層３における急峻な傾斜の側壁を有する開口部には平坦化層２１を形成して透明電極層３を略平坦化してある。これにより、第１の溝Ｄ１による段差を減少する場合と同様に、その上に形成される光電変換層である薄膜半導体（第１光電変換層４、第２光電変換層１４）の、開口部の段差に起因したピンホールやクラック、結晶粒界の発生を防止し、光電変換層の膜質を向上させることができる。そして、透明電極層３における急峻な傾斜の側壁を有する開口部の段差に起因した開放電圧特性の低下や曲線因子特性の低下、短絡電流密度の低下を防止して、良好な光電変換効率を実現することができる。また、この効果は、透明電極層３の厚みが光電変換層の厚みに対して比較的大きな割合となる場合においても有効である。
従来、凹凸構造を形成する透明導電膜として、酸化スズ（ＳｎＯ２）透明導電膜が良く知られている。一般的に、酸化スズ（ＳｎＯ２）透明導電膜に形成する凹凸構造は、熱ＣＶＤ法により数１０〜数１００ｎｍ径の結晶粒を膜表面に成長することにより形成される。しかし、この酸化スズ（ＳｎＯ２）透明導電膜表面に良好な凹凸構造を形成するためには、５００℃〜６００℃の高温プロセスが必要であり、また１μｍ程度の膜厚を要することから、製造コストが増大する要因の１つとなっている。
このため近年は、プラズマ耐性に優れ資源の豊富さという観点から、酸化スズ（ＳｎＯ２）に変わる材料として酸化亜鉛（ＺｎＯ）が普及しつつある。しかし、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の場合、表面に良好な凹凸構造を形成するためには、２μｍ程度の膜厚を要するという問題があった。そこで、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜を低温形成で薄膜した場合であっても良好な光閉じこめ効果を有する凹凸構造の形成方法として、基板上にスパッタリング法により透明導電膜を形成し、酸によりエッチングすることで表面に凹凸構造を形成する技術が報告されている。この方法により、太陽電池装置のコスト低減が期待されている。
ところが、エッチング処理により透明導電膜の表面に凹凸化を形成した場合、透明導電膜上に急峻な傾斜を持つ局所的な開口部が存在することがある。このような開口部が存在すると、この開口部がその上に形成した薄膜半導体のピンホールやクラック、結晶粒界の原因となり、短絡抵抗を低下させ太陽電池装置の特性を悪化させる要因となる。特に太陽電池においては、結晶粒径が小さいことによる結晶粒界の増加や、成長結晶粒同士の衝突による結晶粒界の生成は、結晶粒界部がリーク電流の発生経路や光励起キャリアの再結合消滅領域となるため、開放電圧特性の低下や曲線因子特性の低下、さらには短絡電流密度の低下を招き、マイナス因子となっている。
しかしながら、実施の形態１にかかるモジュール１０においては、透明電極層３における急峻な傾斜の側壁を有する開口部には平坦化層２１を形成して透明電極層３を略平坦化してある。これにより、凹凸３ａの形成のためのエッチング処理により透明電極層３に上に急峻な傾斜を持つ局所的な開口部が存在する場合でも、その上に形成される光電変換層である薄膜半導体（第１光電変換層４、第２光電変換層１４）の、開口部の段差に起因したピンホールやクラック、結晶粒界の発生を防止し、光電変換層の膜質を向上させることができる。すなわち、透明電極層３における急峻な傾斜を有する局所的な開口部が減少し、薄膜半導体層のリーク電流が減少することよる膜厚方向に対する良好なキャリア輸送特性が可能となる。
その結果、凹凸３ａによる表面テクスチャー構造光閉込効果による光吸収量の増大と、微結晶半導体層である第２光電変換層１４中の欠陥が減少することよる膜厚方向に対する良好なキャリア輸送特性との両立が可能となり、高い光電変換効率を有する薄膜太陽電池が得られる。
したがって、実施の形態１にかかるモジュール１０によれば、平坦化層２１を備えることにより、透明電極層３における透明電極層３の段差に起因した結晶質光電変換層の膜質の低下を防止して光電変換特性に優れた薄膜太陽電池が実現されている。
また、以上のような実施の形態１にかかるモジュール１０においては、多層型の薄膜光電変換層を有し、各光電変換層が直列に接続されている。このため、太陽電池としての短絡電流は、各光電変換層で発生する電流値のうち最も小さな値で制限される。したがって、各光電変換層の電流値は均等であるほど好ましく、さらに電流の絶対値が大きいほど変換効率の向上が期待できる。
以上のような実施の形態１にかかるモジュール１０においては、非晶質シリコン薄膜半導体層である第１光電変換層４の膜厚を薄くした場合においても良好な被覆性を有するため、その上に積層する微結晶シリコン薄膜光電変換層である第２光電変換層１４との電流値のマッチングを第１光電変換層４の膜厚により制御が容易となり、更に高い光電変換効率を有する薄膜太陽電池が実現できる。
つぎに、上記のように構成された実施の形態１にかかるモジュール１０の製造方法について説明する。図２−１〜図２−９は、実施の形態１にかかるモジュール１０の製造工程の一例を説明するための断面図である。
まず、透光性絶縁基板２を用意する。ここでは、透光性絶縁基板２として無アルカリガラス基板を用いて以下説明する。また、透光性絶縁基板２として安価な青板ガラス基板を用いてもよいが、この場合は、透光性絶縁基板２からのアルカリ成分の拡散を防止するためにＰＣＶＤ法などによりＳｉＯ２膜を５０ｎｍ程度形成するのがよい。
つぎに、透光性絶縁基板２上に透明電極層３になる透明導電膜１１として、アルミニウム（Ａｌ）をドーパントとして含む膜厚１μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜をＤＣスパッタリング法で形成する（図２−１）。本実施の形態では透明電極層３になる透明導電膜１１としてアルミニウム（Ａｌ）ドーパントしたＺｎＯ膜を形成するが、透明電極層３になる透明導電膜１１としてはこれに限定されることなく、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium
Tin Oxide）、酸化スズ（ＳｎＯ２）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）などの結晶性金属酸化物を主成分とする透明導電性酸化膜や、これらの透明導電性酸化膜にドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）を添加した膜などの透光性の膜によって構成される。また、透明電極層３は、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）から選択した少なくとも１種類以上の元素を用いたＺｎＯ膜、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ２膜、またはこれらを積層して形成した透明導電膜であってもよく、光透過性を有している透明導電膜であればよい。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。
そして、透光性絶縁基板２を例えば１％の塩酸（ＨＣｌ）水溶液中に３０秒間浸して透明導電膜１１の表面をエッチングして粗面化し、透明導電膜１１の表面に小さな凹凸３ａを形成する（図２−２）。その後、透光性絶縁基板２を１分間以上の純水洗浄を行い、乾燥する。このエッチング処理により、透明電極層３になる透明導電膜１１の表面に例えば平均１００ｎｍ以上の深さの凹凸３ａが形成され、平均膜厚は約５００ｎｍ程度になる。
次に、透明電極層３の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、透明電極層３を短冊状にパターニングし、複数の透明電極層３に分離する（図２−３）。透明電極層３のパターニングは、レーザスクライブ法により、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板２に達するストライプ状の第１の溝Ｄ１を形成することで行う。なお、このように透光性絶縁基板２上に基板面内で互いに分離された複数の透明電極層３を得るには、写真製版などで形成したレジストマスクを用いてエッチングする方法や、メタルマスクを用いた蒸着法などの方法でも可能である。
ここで、透明電極層３中に異物２２が内在していた場合、透明電極層３のパターニングによる分離を行う際にも、第１の溝Ｄ１において形状異常が発生することがある（図２−３）。この急峻な傾斜を持つ開口部２３などが存在する部分は、透明電極層３が透光性絶縁基板２に付着していないか他の大部分の領域に比べて非常に薄い部分となる。また、上述した凹凸３ａを形成する際には、図２−１に示すように透明導電膜１１中に内在していた異物２２の影響により、エッチング後の透明導電膜１１に急峻な開口部２３が局所的に存在することがある（図２−２）。
形状異常が発生した第１の溝Ｄ１や急峻な開口部２３が存在する場合には、上述したようにこれらの開口部がその上に形成した薄膜半導体のピンホールやクラック、結晶粒界の原因となり、短絡抵抗を低下させ太陽電池装置の特性を悪化させる要因となる。
そこで、本実施の形態では、透明電極層３のパターニングを行った後の透光性絶縁基板２上に平坦化層２１を形成する（図２−４）。平坦化層２１の材料としては、例えば、ポリイミドやアクリルなどの各種の有機材料を用いることができる。これらの有機材料は粘性が比較的小さく、透明電極層３の表面を容易に平坦に覆うことができる。また、耐熱性にも優れており、３００℃以下程度のプロセスを用いることができる。
本実施の形態では、平坦化層２１としてアクリル樹脂を採用し、第１の溝Ｄ１や急峻な開口部２３を埋め込むように透光性絶縁基板２上に１μｍの膜厚で形成した後、２５０℃程度で焼成する。平坦化層２１の厚さは、加工ばらつき、スループットの観点から、凹凸３ａの凸部の透光性絶縁基板２の表面からの高さ（突起高さ）２４を上回る程度とすることが好ましい。
つぎに、平坦化層２１に対してエッチングを行うことにより、第１の溝Ｄ１や急峻な開口部２３の内部に平坦化層２１であるアクリル樹脂を残すように平坦化層２１を所定の膜厚まで加工して、透明電極層３上のアクリル樹脂をエッチバックして除去する（図２−５）。本実施の形態では、エッチング方法として、平行平板型ＲＩＥ（Reactive on Etching）法を採用する。エッチング条件は、透明電極層３の表面の凸凹３ａの形状を変化させないように、透明電極層３より平坦化層２１の方が速いエッチングレートでエッチングされる条件を用いることが好ましい。
本実施の形態では、アクリル樹脂を酸化亜鉛（ＺｎＯ）よりも速いエッチングレートでエッチングするために、エッチングガスとして酸素（Ｏ２）の単体ガスを用いてエッチングを行なう。アクリル樹脂のような有機材料をエッチングする場合は、酸素ガスの供給ガス比を調整することによりアクリル樹脂のエッチングレートを容易に調整することが可能であり、制御性が良い。また、酸素ガスに対して酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜のエッチングレートは低く、エッチングが裾として酸素ガスを用いることにより透明電極層３の表面の凸凹３ａの形状変化を抑制することができる。
また、上記の方法によるエッチング時間は、透明電極層３の表面上にアクリル樹脂がなくなるまでとする。これにより、少なくとも第１の溝Ｄ１や急峻な開口部２３には平坦化層２１であるアクリル樹脂を埋め込まれた状態とすることができる。この際、エッチング時間を確認する方法として、酸素ラジカルの消費割合をプラズマ発光強度変化から検出して求める方法を用いることができる。また、本実施の形態では、エッチングガスとして酸素（Ｏ２）の単体ガスを用いたが、四フッ化メタン（ＣＦ４）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）、八フッ化プロパン（Ｃ３Ｆ８）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）など、ハロゲンを含むハロゲン系ガスの単体ガスや、該ハロゲン系ガスと酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガスをエッチングガスとして用いることも可能である。
次に、透明電極層３上に第１光電変換層４をプラズマＣＶＤ法により形成する。本実施の形態では、第１光電変換層４として、透明電極層３側からｐ型のアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）、ｉ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）、ｎ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）を順次積層形成する（図２−６）。
次に、第１光電変換層４上に第２光電変換層１４をプラズマＣＶＤ法により形成する。本実施の形態では、第２光電変換層１４として、第１光電変換層４側からｐ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、ｉ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、ｎ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）を順次積層形成する（図２−７）。
なお、第１光電変換層４と第２光電変換層１４との間に、透明導電膜からなる中間層を形成してもよい。中間層は、光透過性および光反射性の双方の特性を有し、かつ導電性を有する膜により構成される。中間層は第１光電変換層４に入射した光を反射させることができるため、第１光電変換層４の実効膜厚を増大させる効果があり、第１光電変換層４と第２光電変換層１４との出力電流密度を調節し、モジュール特性を向上させることができる。このような中間層としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）等の膜を用いることができる。
次に、このようにして積層形成された半導体層（第１光電変換層４、第２光電変換層１４）に、透明電極層３と同様にレーザスクライブによってパターニングを施す（図２−８）。すなわち、半導体層（第１光電変換層４、第２光電変換層１４）の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、半導体層（第１光電変換層４、第２光電変換層１４）を短冊状にパターニングし、分離する。半導体層（第１光電変換層４、第２光電変換層１４）のパターニングは、レーザスクライブ法により、第１の溝Ｄ１と異なる箇所に、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層３に達するストライプ状の第２の溝Ｄ２を形成することで行う。第２の溝Ｄ２の形成後、第２の溝Ｄ２内に付着している飛散物を高圧水洗浄、メガソニック洗浄、あるいはブラシ洗浄により除去する。
次に、第２光電変換層１４上および第２の溝Ｄ２内に、膜厚２００ｎｍの銀合金（Ａｇ Ａｌｌｏｙ）膜からなる裏面電極層５を例えばスパッタリング法により形成する（図２−９）。また、裏面電極層５の成膜方法として、ＣＶＤ法やスプレー法などの他の成膜方法を用いてもよい。なお、第２光電変換層１４のシリコンへの金属拡散を防止するために、裏面電極層５と第２光電変換層１４との間に、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の透明導電膜を設けてもよい。
裏面電極層５の形成後、裏面電極層５および半導体層（第１光電変換層４、第２光電変換層１４）の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して第１の溝Ｄ１および第２の溝Ｄ２とは異なる箇所に透明電極層３に達するストライプ状の第３の溝Ｄ３を形成し、短冊状にパターニングして複数のセル１に分離する（図２−１０）。
なお、反射率の高い裏面電極層５にレーザを直接吸収させるのは困難なので、半導体層（第１光電変換層４、第２光電変換層１４）にレーザ光エネルギーを吸収させて、半導体層とともに裏面電極層５を局所的に吹き飛ばすことによって複数の単位素子（発電領域）、すなわち複数のセル１に対応させて分離される。以上により、図１−１〜図１−３に示すようなセル１を有するモジュール１０が完成する。
上述した実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法により作製したタンデム型薄膜太陽電池に対して、ソーラーシミュレーターを用いてそれぞれ、ＡＭ（エア・マス）１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ２の光量で基板側から入射して出力特性を測定し、太陽電池としての特性を評価した。その結果、開放電圧が１．３５Ｖ、短絡電流が１２．５ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子が０．７４、そして光電変換効率が１２．５％であり、良好な出力特性が得られていることが確認された。
これは、透明電極層３において、急峻な傾斜を有する局所的な開口部である開口部２３の内部および隣接する透明電極層３間の領域である第１の溝Ｄ１の内部に、これらの開口領域を埋めて平坦化する平坦化層２１を形成したことによるといえる。
以上のような実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法においては、第１の溝Ｄ１内に平坦化層２１を形成することで、隣接する透明電極層３同士を電気的に絶縁するとともに透明電極層３の第１光電変換層４側の表面を略平坦化している。これにより第１の溝Ｄ１による段差を減少させて、その上に形成される光電変換層である薄膜半導体（第１光電変換層４、第２光電変換層１４）の、第１の溝Ｄ１の段差に起因したピンホールやクラック、結晶粒界の発生を防止し、光電変換層の膜質を向上させることができる。したがって、第１の溝Ｄ１の段差に起因した開放電圧特性の低下や曲線因子特性の低下、短絡電流密度の低下を防止して、良好な光電変換効率を実現することができる。
また、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法においては、第１の溝Ｄ１とは異なる部分においても、透明電極層３における急峻な傾斜の側壁を有する開口部には平坦化層２１を形成して透明電極層３を略平坦化する。これにより、第１の溝Ｄ１による段差を減少する場合と同様に、その上に形成される光電変換層である薄膜半導体（第１光電変換層４、第２光電変換層１４）の、開口部の段差に起因したピンホールやクラック、結晶粒界の発生を防止し、光電変換層の膜質を向上させることができる。その結果、凹凸３ａによる表面テクスチャー構造光閉込効果による光吸収量の増大と、微結晶半導体層である第２光電変換層１４中の欠陥が減少することよる膜厚方向に対する良好なキャリア輸送特性との両立が可能となる。そして、透明電極層３における急峻な傾斜の側壁を有する開口部の段差に起因した開放電圧特性の低下や曲線因子特性の低下、短絡電流密度の低下を防止して、良好な光電変換効率を実現することができる。
したがって、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、透明電極層３における第１の溝Ｄ１および急峻な傾斜の側壁を有する開口部に平坦化層２１を形成することにより、透明電極層３における透明電極層３の段差に起因した結晶質光電変換層の膜質の低下を防止して光電変換特性に優れた薄膜太陽電池を歩留まり良く作製することができる。
なお、上記においては、第１光電変換層４に非晶質シリコンが使用されている場合について説明したが、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質シリコンカーバイド等の非晶質シリコン系の半導体と、これらの結晶質シリコン系の半導体を使用して、図１−２および図１−３に示すように第１光電変換層と第２光電変換層１４とを有するタンデム型の薄膜太陽電池を構成することもできる。これらの半導体を用いたｐｉｎ構造とすることにより良好な特性が得られる。
また、上記においては、タンデム型薄膜太陽電池を例に説明したが、本発明は微結晶半導体層からなる光電変換層を備える薄膜太陽電池であれば、光電変換層を１層のみ備える場合においても適用可能である。
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、平坦化層２１の形成方法として平行平板型ＲＩＥ法を用いる場合について説明したが、平坦化層２１の形成方法はこれに限定される物ではない。実施の形態１のように平坦化層２１の形成において平行平板型ＲＩＥ法を用いる場合には、透明電極層３の表面に対するプラズマのイオン衝撃による加工損傷により、透明電極層３の表面の凸凹３ａの形状変化が問題となる場合がある。そこで、実施の形態２では、平坦化層２１の形成方法として、光転写技術（フォトリソグラフィ技術）を用いる。
実施の形態１の場合と同様に、透光性絶縁基板２上に透明電極層３を形成した後、レーザスクライブ法等により第１の溝Ｄ１を形成して透明電極層３を分離する。つぎに、実施の形態１の場合と同様に平坦化層２１を形成するが、本実施の形態では光転写技術を用いる。以下、本実施の形態における平坦化層の形成方法を説明する。図３−１〜図３−３は、実施の形態２における平坦化層の形成方法を説明するための断面図である。
まず、透明電極層３のパターニングを行った後の透光性絶縁基板２上に、ポジ型のアクリル樹脂膜３１を例えば１．５μｍの膜厚に形成する（図３−１）。そして、１００℃程度で焼成した後、アクリル樹脂膜３１の膜面側から該アクリル樹脂に光照射（露光処理）を行う（図３−２）。照射する光エネルギーとしては、波長が２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の紫外光および可視光を用いる。具体的には、ステッパー等の転写装置により、超高圧水銀橙の輝線スペクトルのうちｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ（波長３６５ｎｍ）の混合線を使用する。つぎに、アクリル樹脂に対して化学反応プロセス（現像処理）として有機アルカリ溶剤処理および水洗処理を行った後、例えば２５０℃で焼成することで、第１の溝Ｄ１や急峻な開口部２３に平坦化層２１であるアクリル樹脂が埋め込まれた状態とすることができる（図３−３）。
この場合におけるアクリル樹脂膜厚と光エネルギーの露光量の関係は、図４のようになり、ポジ型のアクリル樹脂に照射する光エネルギーの露光量の制御により、最終的に残存させるポジ型のアクリル樹脂の膜厚を容易に制御することができる。図４は、アクリル樹脂膜厚と光エネルギーの露光量との関係を示す特性図である。
上記のようにして平坦化層２１を形成した透明電極層３上に、実施の形態１と同様にして第１光電変換層４、第２光電変換層１４および裏面電極層５を形成したモジュール１０においても、実施の形態１の場合と同様に良好な光電変換効率が得られることが解った。したがって、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造方法においても、透明電極層３における第１の溝Ｄ１および急峻な傾斜の側壁を有する開口部に平坦化層２１を形成することにより、透明電極層３における透明電極層３の段差に起因した結晶質光電変換層の膜質の低下を防止して光電変換特性に優れた薄膜太陽電池を作製することができる。
実施の形態３．
実施の形態３では、平坦化層２１の形成方法として、光転写技術（フォトリソグラフィ技術）を用いる他の方法について説明する。実施の形態３の平坦化層２１の形成方法は、実施の形態２と同様にフォトリソグラフィ技術を用いるが、透光性絶縁基板２側から光を照射する点が異なる。また、実施の形態３では、透明電極層３の光透過率が透光性絶縁基板２に比べて小さくなる波長の光（３５０ｎｍ〜４５０ｎｍのｉ線、ｈ線、ｇ線など）を使用し、平坦化層２１となる樹脂にはこの波長の光が照射された部分の樹脂が残るようなネガ型の感光性樹脂を用いる。
以下、本実施の形態における平坦化層の形成方法を説明する。図５−１〜図５−３は、実施の形態３における平坦化層の形成方法を説明するための要部断面図である。まず、実施の形態１の場合と同様に、透光性絶縁基板２上に透明電極層３を形成した後、レーザスクライブ法等により第１の溝Ｄ１を形成して透明電極層３を分離する。
つぎに、実施の形態１の場合と同様に平坦化層２１を形成するが、本実施の形態では光転写技術（フォトリソグラフィ技術）を用いる。透明電極層３のパターニングを行った後、透光性絶縁基板２上に、ネガ型の感光性樹脂４１を例えば１．５μｍの膜厚に形成する（図５−１）。そして、感光性樹脂４１を１００℃程度で焼成した後、該感光性樹脂４１に光照射（露光処理）を行う（図５−２）。
照射する光エネルギーとしては、透明電極層３の光透過率が透光性絶縁基板２に比べて小さくなる波長の光（３５０ｎｍ〜４５０ｎｍのｉ線、ｈ線、ｇ線など）を用いる。図６は、アルミニウムを添加したＺｎＯからなる透明電極層３の光透過特性を示す特性図であって、急峻な凹凸形状を有機樹脂により平坦化する際に用いる光の波長と透明電極層３における全光透過率（％）との関係を示す特性図である。図６より、ｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）での透明電極層３における全光透過率が小さいことが分かる。なお、上記の感光性樹脂４１には、この波長の光が照射された部分の樹脂が残るようなネガ型の感光性樹脂を用いる。
つぎに、感光性樹脂４１に対して化学反応プロセス（現像処理）として有機アルカリ溶剤処理および水洗処理を行った後、例えば２５０℃で焼成することで、第１の溝Ｄ１や急峻な傾斜の側壁を有する開口部に平坦化層２１である感光性樹脂４１が埋め込まれた状態とすることができる（図５−３）。
平坦化層２１は透光性絶縁基板２の基板面まで達する窪みだけでなく、透明電極層３の表面に形成されたテクスチャである凹凸３ａのうち、特に深さが深いものの底部を埋める。ここで、透明電極層３の凸部の部分や、浅い窪みには平坦化層２１が残存しないように露光量を調節する。また、ネガ型の感光性樹脂４１に用いる有機樹脂としては、たとえば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、オレフィン樹脂，またはシリコン樹脂などの樹脂を用いることができる。
上記のようにして平坦化層２１を形成した透明電極層３上に、実施の形態１と同様にして第１光電変換層４、第２光電変換層１４および裏面電極層５を形成したモジュール１０においても、実施の形態１の場合と同様に良好な光電変換効率が得られることが解った。したがって、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池の製造方法においても、透明電極層３における第１の溝Ｄ１および急峻な傾斜の側壁を有する開口部に平坦化層２１を形成することにより、透明電極層３における段差に起因した結晶質光電変換層の膜質の低下を防止して光電変換特性に優れた薄膜太陽電池を作製することができる。
また、上記のようにして平坦化層２１を形成するので、透明電極層３自体がマスクとなって、その厚みの薄い部分に平坦化層２１が形成されることになり、簡単な手順で精度よく、窪みの底部を埋める平坦化層２１を形成することができる。透明電極層３の表面に形成されたテクスチャの凸凹３ａのうち、深さの深い部分に絶縁膜である平坦化層２１が存在し，光電変換層４と電気的に接続できない部分が存在することになるが，非常に微少で電気的に接続している部分が大部分を占めるため，電気的接続には支障ない。
実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態２，３と異なり、平坦化層２１の形成方法として、光転写技術（フォトリソグラフィ技術）を用いない方法について説明する。以下、本実施の形態における平坦化層の形成方法を説明する。図７は、実施の形態４における平坦化層の形成方法を説明するための要部断面図である。
まず、実施の形態１の場合と同様に、透光性絶縁基板２上に透明電極層３を形成した後、レーザスクライブ法等により第１の溝Ｄ１を形成して透明電極層３を分離する。つぎに、実施の形態１の場合と同様に平坦化層２１を形成するが、本実施の形態ではスピンコート法を用いる。有機樹脂の粘度ができるだけ低粘度性になるように溶媒で調整して塗布液を得る。そして、この塗布液をスピンコート法で透明電極層３上および透光性絶縁基板２上にコートしつつ、不要な塗布液を飛散させて除去する。その後、溶媒を除去し、さらに有機樹脂を硬化させる。有機樹脂の硬化は、加熱やＵＶ照射など、樹脂の特性により適宜選択して行う。
これにより、平坦化層２１は透光性絶縁基板２の基板面まで達する窪みだけでなく、透明電極層３の表面に形成されたテクスチャである凹凸３ａのうち、特に深さが深いものの底部を埋める（図７）。ここで、透明電極層３の凸部の部分や、浅い窪みには平坦化層２１が残存しないように樹脂コートする樹脂膜厚を調節する。
上記のようにして平坦化層２１を形成した透明電極層３上に、実施の形態１と同様にして第１光電変換層４、第２光電変換層１４および裏面電極層５を形成したモジュール１０においても、実施の形態１の場合と同様に良好な光電変換効率が得られることが解った。したがって、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池の製造方法においても、透明電極層３における第１の溝Ｄ１および急峻な傾斜の側壁を有する開口部に平坦化層２１を形成することにより、透明電極層３における段差に起因した結晶質光電変換層の膜質の低下を防止して光電変換特性に優れた薄膜太陽電池を作製することができる。
また、上記のようにして平坦化層２１を形成するので、感光性を有さない塗布液でも用いることができ、適用する樹脂材料の幅が広がる。また、感光性を有する塗布液でも、露光・現像を行わなければ用いることが可能である。有機樹脂としては、たとえば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、オレフィン樹脂，またはシリコン樹脂などの樹脂を用いることができる。また、露光・現像工程が省略できるので、他の実施の形態よりも低コスト・高スループット化が図れる。
実施の形態５．
実施の形態５では、平坦化層の形成方法として、透明導電性酸化物電極材料を用いて、ゾルゲル法によるコーティング法で平坦化層５１を形成する方法について説明する。以下、本実施の形態における平坦化層の形成方法を説明する。図８−１および図８−２は、実施の形態５における平坦化層５１の形成方法を説明するための要部断面図である。
実施の形態１の場合と同様に、透光性絶縁基板２上に透明電極層３を形成する。つぎに、透明導電性酸化物電極材料を原料にしてゲルを作製する。透明導電性酸化物電極材料としては、フッ素ドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｆ）、アンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）、錫ドープ酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３：Ｓｎ）、Ａｌドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）、Ｇａドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）などに代表される透明導電性酸化物電極材料が好適である。
つぎに、このゲルに透光性絶縁基板２を浸漬させ、引き上げた後、透明電極層３を上にする。これにより、透明電極層３の表面に形成されたテクスチャである凹凸３ａの凹部内にゲルが溜まる。つぎに、ゲルに含まれる溶剤を除去する。ゾルゲル法においては、一度の処理では薄い厚みでしか膜を形成できない。したがって、上記の処理を繰り返し行い、透明電極層３の表面に形成されたテクスチャである凹凸３ａの凹部内に所望の厚みで透明導電性酸化物電極材料からなる平坦化層５１を形成する（図８−１）。
この場合、透明電極層３の凸部の部分や浅い窪みには平坦化層５１が残存しないように処理回数を調節する。また、透明電極層３の凸部の部分や浅い窪みに平坦化層５１が形成された場合や、平坦化層５１が所望の厚みよりも厚くなった場合には、エッチングにより平坦化層５１の厚みを調整することが可能である。
つぎに、レーザスクライブ法等により第１の溝Ｄ１を形成して透明電極層３を分離する（図８−２）。本実施の形態においては、上述した実施の形態とは異なり平坦化層５１を透明導電性酸化物電極材料により形成するため、第１の溝Ｄ１内には平坦化層５１を形成しない。第１の溝Ｄ１内にも平坦化層５１を形成した場合は、隣接する透明電極層３同士が短絡する。したがって、本実施の形態においては、平坦化層５１を形成した後に、第１の溝Ｄ１を形成する。
上記のようにして第１の溝Ｄ１を形成した透明電極層３上に、実施の形態１と同様にして第１光電変換層４、第２光電変換層１４および裏面電極層５を形成したモジュール１０においても、実施の形態１の場合と同様に良好な光電変換効率が得られることが解った。したがって、実施の形態５にかかる薄膜太陽電池の製造方法においては、透明電極層３における急峻な傾斜の側壁を有する開口部に平坦化層５１を形成することにより、透明電極層３における段差に起因した結晶質光電変換層の膜質の低下を防止して光電変換特性に優れた薄膜太陽電池を作製することができる。
また、本実施の形態では、透明電極層３における段差を埋める材料として透明導電性酸化物電極材料を用いているため、透明電極層３における段差を埋める材料（材料透明電極層３におけるを埋める材料）として絶縁材料を用いている上記の実施の形態に比べて、より高い電気的特性が期待できる。
以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池の製造方法は、高品質な光電変換層を有し、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池の製造に有用である。
１ 薄膜太陽電池セル（セル）
２ 透光性絶縁基板
３ 透明電極層
３ａ 凸凹
４ 光電変換層
４ａ ｐ型非晶質半導体層
４ｂ ｉ型非晶質半導体層
４ｃ ｎ型非晶質半導体層
５ 裏面電極層
５ａ 凹凸
１０ モジュール
１１ 透明導電膜
１４ 光電変換層
１４ａ ｐ型微結晶半導体層
１４ｂ ｉ型微結晶半導体層
１４ｃ ｎ型微結晶半導体層
２１ 平坦化層
２２ 異物
２３ 開口部
４１ 感光性樹脂４１
５１ 平坦化層
Ｄ１ 第１の溝
Ｄ２ 第２の溝
Ｄ３ 第３の溝
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、光電変換を行う光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、がこの順で積層されてなる複数の薄膜太陽電池セルが配設されるとともに、隣接する前記薄膜太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、前記第１電極層は、隣接する前記薄膜太陽電池セル間にまたがるとともに前記透光性絶縁基板の面内で互いに分離溝で分離されて前記透光性絶縁基板上に複数形成され、前記第１電極層は、前記分離溝と異なる位置に急峻な傾斜を持つ開口部を有し、前記開口部内にその高低差を減少する絶縁材料が配置され、かつ、前記第１電極層の表面の大半が前記絶縁材料で覆われていないこと、を特徴とする。

Claims (15)

  1. 透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、光電変換を行う光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、がこの順で積層されてなる複数の薄膜太陽電池セルが配設されるとともに、隣接する前記薄膜太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、
    前記第１電極層は窪み部を有し、前記窪み部の底部は絶縁材料により埋められていること、
    を特徴とする薄膜太陽電池。
  2. 前記第１電極層は、隣接する前記薄膜太陽電池セル間にまたがるとともに前記透光性絶縁基板の面内で分離溝により互いに分離されて前記透光性絶縁基板上に複数形成され、
    前記窪み部が前記分離溝であること、
    を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
  3. 前記第１電極層は、前記光電変換層側の表面に凹凸を有するテクスチャ構造が形成され、
    前記窪み部が前記テクスチャ構造の凹部であること、
    を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
  4. 前記光電変換層は、
    前記第１電極層の上に形成された非晶質半導体膜からなり光電変換を行う非晶質光電変換層と、
    前記非晶質光電変換層の上に形成された微結晶半導体膜からなり光電変換を行う結晶質光電変換層と、
    を備えること、
    を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
  5. 透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、半導体膜からなり光電変換を行う光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、がこの順で積層されてなる複数の薄膜太陽電池セルが配設されるとともに、隣接する前記薄膜太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池の製造方法であって、
    前記透光性絶縁基板上に、窪み部を有する前記第１電極層を形成する第１工程と、
    前記窪み部を含む前記第１電極層上に絶縁材料膜を塗布した後に、前記窪み部の底部に前記絶縁材料膜を残すとともに前記第１電極層上の前記絶縁材料膜を除去する第２工程と、
    前記第１電極層上および前記窪み部上に前記光電変換層を形成する第３工程と、
    前記光電変換層上に前記第２電極層を形成する第４工程と、
    を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
  6. 前記第１工程は、前記第１電極層を基板面内で薄膜太陽電池セルごとに互いに分離する分離溝を形成する工程を含み、
    前記窪み部が、前記分離溝であること、
    を特徴とする請求項５に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  7. 前記第１工程は、前記第１電極層の表面に凹凸を有するテクスチャ構造を形成する工程を含み、
    前記窪み部が、前記テクスチャ構造の凹部であること、
    を特徴とする請求項５に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  8. 前記第２工程では、エッチング技術を用いて前記第１電極層上の前記絶縁性料膜を除去すること、
    を特徴とする請求項５に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  9. 前記絶縁材料膜が、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、オレフィン樹脂、シリコン樹脂の何れか一種以上を含む有機物材料膜、またはシリコン膜であり、
    前記第２工程では、酸素ガス、ハロゲン系ガスまたは酸素ガスとハロゲン系ガスとの混合ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングにより前記第１電極層上の前記絶縁材料膜をエッチバックすること、
    を含むことを特徴とする請求項８に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  10. 前記第２工程では、フォトリソグラフィ技術を用いて前記第１電極層上の前記絶縁材料膜を除去する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項５に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  11. 前記絶縁材料膜がポジ型の感光性を有し、
    前記第２工程では、前記絶縁材料膜の膜面側から前記絶縁材料膜に光を照射後に現像処理を行って前記第１電極層上の前記絶縁材料膜を除去すること、
    を特徴とする請求項１０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  12. 前記絶縁材料膜がネガ型の感光性を有し、
    前記第２工程では、前記透光性絶縁基板側から前記絶縁材料膜に光を照射後に現像処理を行って前記第１電極層上の前記絶縁材料膜を除去すること、
    を特徴とする請求項１０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  13. 前記絶縁材料膜が低粘度性を有し、
    前記第２工程では、スピンコートすることにより前記第１電極層上の前記絶縁材料膜を除去し、前記窪み部と分離溝にのみ前記絶縁性材料を残すこと、
    を特徴とする請求項１０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  14. 透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、半導体膜からなり光電変換を行う光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、がこの順で積層されてなる複数の薄膜太陽電池セルが配設されるとともに、隣接する前記薄膜太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池の製造方法であって、
    前記透光性絶縁基板上に、窪み部を有する前記第１電極層を形成する第１工程と、
    前記窪み部の底部に透明導電性材料膜を選択的に塗布形成する第２工程と、
    前記第１電極層が隣接する前記薄膜太陽電池セル間にまたがるとともに前記透光性絶縁基板の面内で互いに分離されるように前記第１電極層に分離溝を形成する第３工程と、
    前記窪み部を含む前記第１電極層上および前記分離溝上に前記光電変換層を形成する第４工程と、
    前記光電変換層上に前記第２電極層を形成する第５工程と、
    を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
  15. 前記第２工程では、前記第１電極層上に透明導電性材料膜を塗布した後に、前記窪み部の底部に前記透明導電性材料膜を残すとともに前記第１電極層上の前記透明導電性材料膜を除去すること、
    を特徴とする請求項１４に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
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