KR101165911B1 - 광전 변환 장치 및 광전 변환 장치의 제조 방법 - Google Patents

광전 변환 장치 및 광전 변환 장치의 제조 방법 Download PDF

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히로오미 미야하라
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요오지 나까노
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

1㎡ 이상의 대면적 기판(1) 상에, 결정질 실리콘 i층(42)을 포함하는 광전 변환층(3)을 형성한 광전 변환 장치(100)이며, 상기 결정질 실리콘 i층(42)이 상기 기판(1) 면내에 있어서의, 비정질 실리콘상의 라만 피크 강도에 대한 결정질 실리콘상의 라만 피크 강도의 비인 라만 피크비가 3.5 이상 8.0 이하의 범위 내인 영역을 포함하고, 또한 상기 기판(1) 면내에서의 상기 라만 피크비가 2.5 이하의 범위 내인 영역의 면적 비율이 3％ 이하인 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 결정질 실리콘 i층의 결정성을 높은 출력이 얻어지는 고휘도 반사 영역이 발생하기 전의 결정성으로 조정하여, 고휘도 반사 영역의 면적 비율을 규정함으로써, 고출력을 나타내는 광전 변환 장치를 실현한다.

Description

광전 변환 장치 및 광전 변환 장치의 제조 방법 {PHOTOELECTRIC CONVERSION APPARATUS AND PROCESS FOR PRODUCING PHOTOELECTRIC CONVERSION APPARATUS}
본 발명은 광전 변환 장치에 관한 것으로, 특히 발전층을 제막으로 제작하는 박막계 태양 전지에 관한 것이다.
태양광의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 장치로서는, p형 실리콘계 반도체(p층), i형 실리콘계 반도체(i층) 및 n형 실리콘계 반도체(n층)의 박막을 플라즈마 CVD법 등으로 제막하여 형성한 광전 변환층을 구비한 박막 실리콘계 태양 전지가 알려져 있다. 박막 실리콘계 태양 전지에서는, 예를 들어 비정질 실리콘으로 이루어지는 i층(비정질 실리콘 i층)을 포함하는 광전 변환층과 결정질 실리콘으로 이루어지는 i층(결정질 실리콘 i층)을 포함하는 광전 변환층이 적층된 탠덤형 태양 전지로서, 변환 효율의 향상이 도모되고 있다.
박막 실리콘계 태양 전지의 변환 효율을 향상시키기 위해서는, 결정질 실리콘층, 특히 결정질 실리콘 i층의 막질을 향상시키는 것이 필요 불가결하다. 결정질 실리콘 i층의 막질을 나타내는 지표의 하나로, 결정성을 들 수 있다.
특허 문헌 1에, 제막 후의 결정질 실리콘 i층의 결정성과 태양 전지의 변환 효율의 상관이 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 있어서, 결정질 실리콘 i층의 결정성은 라만 스펙트럼에 있어서의 비정질 실리콘상의 피크 강도(주파수 480㎝-1 부근에서의 피크 강도)(Ia)에 대한 결정질 실리콘상의 피크 강도(주파수 520㎝-1 부근에서의 피크 강도)(Ic)의 비(라만 피크비 Ic/Ia)로서 나타낸다. 결정질 실리콘을 주로 갖는 광전 변환층을 형성한 싱글 구조의 태양 전지에 있어서, 결정질 실리콘 i층의 라만 피크비가 3.5 이상 8 이하의 범위에서, 태양 전지 셀의 발전 효율이 향상된다고 되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2008-66344호 공보
본 발명은 고출력을 나타내는 대면적 기판 광전 변환 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
결정질 실리콘 i층의 라만 피크비를, 특허 문헌 1에 기재되는 범위와 같이 낮게 함으로써, 결정질 실리콘 태양 전지 셀의 출력을 높게 하는 것이 가능하다. 이는, 결정질 실리콘 i층에 있어서, 적당한 양의 비정질상의 존재가, 결정질 실리콘상의 입계상의 결함을 전기적으로 불활성화하기 때문이라고 생각된다.
그러나, 1㎡를 초과하는 대면적 기판을 사용하여, 라만 피크비의 평균치가 3.5 이상 8 이하의 범위로 되는 조건으로 결정질 실리콘 i층을 제막한바, 부분적으로 고휘도 반사 영역이 나타나는 것이 판명되었다. 본원 발명자들은 고휘도 반사 영역이라 함은, 결정질 실리콘 i층 표면의 요철의 크기가 가시광 근방으로 되어, 가시광이 산란되기 때문에 휘도가 높게 보이는 영역인 것을 발견하였다. 또한, 상기 고휘도 반사 영역은 결정질 실리콘 i층의 결정성이 낮을 때에 발생하는 현상이고, 고휘도 반사 영역에 있어서의 결정질 실리콘 i층의 라만 피크비가 2.5 이하로, 주위에 비해 낮은 것을 발견하였다.
일반적으로, 결정질 실리콘 i층을 포함하는 태양 전지에 있어서, 결정질 실리콘 i층의 결정성(라만 피크비)이 저하되면, 개방 전압 및 형상 인자는 증가하지만, 단락 전류가 저하되는 것이 알려져 있고, 단락 전류의 저하에 의해, 태양 전지의 출력이 저하된다. 또한, 결정질 실리콘 i층의 결정성은 제막 조건에 의해 변화된다. 따라서, 태양 전지 모듈 출력을 향상시키기 위해서는, 고휘도 반사 영역이 발현되지 않는 범위에서 단락 전류가 저하되지 않도록 하면서, 개방 전압 및 형상 인자가 증가하도록 결정질 실리콘 i층의 결정성(라만 피크비)이 낮아지도록, 제막 조건을 제어하여 결정질 실리콘 i층을 제막하는 것이 바람직한 것이 판명되었다.
또한, 내구성의 관점으로부터, 결정질 실리콘 i층에 고휘도 반사 영역이 발생하는 것은 바람직하지 않다. 일반적으로, 비정질 실리콘상이 형성되기 직전의 조건이, 막의 내부 응력이 가장 높아지는 것이 알려져 있다. 즉, 고휘도 반사 영역은, 주위에 비해 내부 응력이 높기 때문에, 고휘도 반사 영역을 기점으로 하여 결정질 실리콘 i층을 포함하는 광전 변환층의 일부에 박리가 발생하여, 태양 전지의 출력이 저하되는 경우가 있다. 특히, 태양 전지 모듈로 하기 위한 집적화에 필수가 되는 레이저 스크라이빙의 에칭 라인이나 기판 단부에 고휘도 반사 영역이 겹치면, 광전 변환층의 일부에 박리가 발생하기 쉬워진다.
그러나, 대면적 기판으로의 결정질 실리콘 i층의 제막을 행하는 플라즈마 CVD 장치에 있어서는, 기판 온도 분포, 원료 가스의 분포, 방전 전극으로의 투입 고주파 전력의 밀도 분포, 전기적인 배치에 의한 투입 고주파 전력의 전류 리턴 패스의 차 등의 다양한 요인에 의해, 기판 면내의 제막 조건을 균일화하여 결정질 실리콘 i층의 막질 분포를 균일화하는 것은 곤란하다.
따라서, 본 발명자들은 대면적 기판을 사용한 광전 변환 장치에 있어서, 고휘도 반사 영역의 허용 발생 면적을 규정하여, 대면적 기판 상에 형성한 결정질 실리콘 i층의 결정성(라만 피크비)을, 높은 출력이 얻어지고, 또한 고휘도 반사 영역이 발생하기 전의 낮은 결정성으로 조정함으로써, 고출력을 나타내는 광전 변환 장치를 실현하였다.
즉, 본 발명은 1㎡ 이상의 대면적 기판 상에, 결정질 실리콘 i층을 포함하는 광전 변환층을 형성한 광전 변환 장치이며, 상기 결정질 실리콘 i층이, 비정질 실리콘상의 라만 피크 강도에 대한 결정질 실리콘상의 라만 피크 강도의 비인 라만 피크비의 평균치가 3.5 이상 8.0 이하의 범위 내인 영역을 포함하고, 또한 상기 기판 면내에서의 상기 라만 피크비가 2.5 이하의 범위 내인 영역의 면적 비율이 3％ 이하인 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치를 제공한다.
대면적 기판에서는 결정질 실리콘 i층의 결정성(라만 피크비)에 기판 면내 분포가 발생한다. 본 발명에서는 결정질 실리콘 i층의 대부분을, 고휘도 반사 영역이 발생하지 않기 전의 낮은 결정성이고, 고변환 효율이 얻어지는 조건인 라만 피크비의 평균치가 3.5 이상 8.0 이하의 범위 내인 영역으로 한다. 또한, 변환 효율이 저하되는 고휘도 반사 영역은 라만 피크비 2.5 이하이고, 이 영역의 면적 비율을 3％ 이하로 한다. 이에 의해, 고출력의 대면적 기판 광전 변환 장치로 할 수 있다. 고휘도 반사 영역의 면적을 작게 함으로써, 레이저 에칭 라인이나 기판 단부에서의 광전 변환층의 막 박리가 방지된다.
상기 발명에 있어서, 상기 기판 면내에 있어서의 상기 라만 피크비가 3.5 이상 8.0 이하의 범위 내인 영역의 면적 비율이 80％ 이상인 것이 바람직하다.
이와 같이, 라만 피크비 3.5 이상 8.0 이하의 영역의 면적 비율을 80％ 이상으로 함으로써, 고출력의 대면적 기판 광전 변환 장치로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 1㎡ 이상의 대면적 기판 상에, 결정질 실리콘 i층을 포함하는 광전 변환층을 형성하는 광전 변환 장치의 제조 방법이며, 상기 결정질 실리콘 i층을 제막하는 공정과, 상기 결정질 실리콘 i층의 비정질 실리콘상의 라만 피크 강도에 대한 결정질 실리콘상의 라만 피크 강도의 비인 라만 피크비가 2.5 이하인 영역의 면적 비율을 계측하는 공정과, 상기 라만 피크비가 2.5 이하인 영역의 면적 비율이 3％ 이하로 되도록, 상기 결정질 실리콘 i층을 제막하는 조건을 조정하는 공정을 포함하는 광전 변환 장치의 제조 방법을 제공한다.
이와 같이, 라만 피크비가 2.5 이하인 고휘도 반사 영역의 면적 비율을 결정질 실리콘 i층의 제막 조건에 반영시킴으로써, 대면적 기판 상에 제막되는 결정질 실리콘 i층의 결정성의 기판 면내 분포를 제어할 수 있다. 그 결과, 기판 면내에 있어서의 고휘도 반사 영역의 면적 비율을 3％로 제어하여, 고출력의 광전 변환 장치를 생산할 수 있다. 또한, 레이저 에칭 라인이나 기판 단부에서의 막 박리를 방지할 수 있으므로, 광전 변환 장치의 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 기판 면내에 있어서의 상기 라만 피크비가 3.5 이상 8.0 이하인 영역의 면적 비율이 80％ 이상으로 되도록, 상기 결정질 실리콘 i층을 제막하는 조건을 조정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 고출력의 광전 변환 장치를 안정적으로 생산할 수 있다.
상기 발명에 있어서, 셀 전압이 소정 범위 내의 값으로 되도록, 상기 결정질 실리콘 i층을 제막하는 조건을 조정해도 좋다.
이와 같이, 셀 전압의 계측 값을 사용하여 결정질 실리콘 i층의 제막 조건을 조정함으로써, 단락 전류를 저하시키지 않고 출력을 상승시킬 수 있다. 즉, 고성능의 광전 변환 장치를 공급할 수 있다.
결정질 실리콘 i층 제막 시의 실란 분압 및 고주파 전력 밀도와, 결정질 실리콘 i층의 결정성은 강한 상관이 있다. 상기 발명에 있어서, 상기 결정질 실리콘 i층 제막 시의 실란 분압 및 고주파 전력 밀도 중 적어도 한쪽의 조건을 조정하면, 기판 면내의 결정성을 제어할 수 있으므로 바람직하다.
본 발명에 따르면, 결정질 실리콘 i층의 기판 면내의 대부분의 영역에서의 라만 피크비를 3.5 이상 8.0 이하의 범위로 하고, 또한 라만 피크비가 2.5 이하인 고휘도 반사 영역의 기판 면내에서의 면적 비율을 3％ 이하로 함으로써, 대면적 기판 광전 변환 장치의 출력을 향상시킬 수 있어, 광전 변환층의 막 박리에 의한 문제를 방지할 수 있다. 또한, 결정질 실리콘 i층의 라만 피크비 및 고휘도 반사 영역의 기판 면내에서의 면적 비율을 상기 범위로 되도록, 제막 조건을 제어하여 결정질 실리콘 i층을 제막함으로써, 고출력의 광전 변환 장치를 안정적으로 생산하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 관한 광전 변환 장치의 일 실시 형태의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 관한 광전 변환 장치의 제조 방법을 사용하여 태양 전지 패널을 제조하는 일 실시 형태를 설명하는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 관한 광전 변환 장치의 제조 방법을 사용하여 태양 전지 패널을 제조하는 일 실시 형태를 설명하는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 관한 광전 변환 장치의 제조 방법을 사용하여 태양 전지 패널을 제조하는 일 실시 형태를 설명하는 개략도이다.
도 5는 본 발명에 관한 광전 변환 장치의 제조 방법을 사용하여 태양 전지 패널을 제조하는 일 실시 형태를 설명하는 개략도이다.
도 6은 소면적 셀에 있어서의 결정질 실리콘 i층의 라만 피크비와 셀 개방 전압의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 소면적 셀에 있어서의 결정질 실리콘 i층의 라만 피크비와 변환 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 실시 형태의 광전 변환 장치의 제조 방법에 사용하는 박막 제조 장치의 구성의 일부를 도시하는 부분 사시도이다.
도 9는 고주파 전력 밀도와 SiH4 분압을 변화시켰을 때의 태양 전지 셀 전압을 도시하는 도면이다.
도 10은 결정질 실리콘 i층의 고휘도 반사 영역의 면적과 태양 전지 모듈 출력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 8개의 방전 전극에 인가되는 고주파 전력 밀도와 태양 전지 패널의 성능의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 전극 1개당의 고주파 전력 밀도와 고휘도 반사 영역의 면적 비율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 각 방전 전극의 고주파 전력 밀도의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 14는 고휘도 반사 영역의 면적 비율과 태양 전지 패널의 성능의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1은 본 발명에 관한 광전 변환 장치의 일 실시 형태의 구성을 도시하는 개략도이다. 광전 변환 장치(100)는 탠덤형 실리콘계 태양 전지이고, 기판(1), 투명 전극층(2), 태양 전지 광전 변환층(3)으로서의 제1 셀층(91)(비정질 실리콘계) 및 제2 셀층(92)(결정질 실리콘계), 중간 콘택트층(5) 및 이면 전극층(4)을 구비한다. 또한, 여기서, 실리콘계라 함은, 실리콘(Si)이나 실리콘 카바이트(SiC)나 실리콘 게르마늄(SiGe)을 포함하는 총칭이다. 또한, 결정질 실리콘계라 함은, 비정질 실리콘계 이외의 실리콘계를 의미하는 것으로, 미결정 실리콘이나 다결정 실리콘도 포함된다.
본 실시 형태에 관한 광전 변환 장치의 제조 방법을, 태양 전지 패널을 제조하는 공정을 예로 들어 설명한다. 도 2 내지 도 5는 본 실시 형태의 태양 전지 패널의 제조 방법을 도시하는 개략도이다.
(1) 도 2의 (a) :
기판(1)으로서 소다 플로트 글래스 기판(예를 들어 1.4m × 1.1m × 판 두께 : 3.5㎜ 내지 4.5㎜)을 사용한다. 기판 단부면은 열응력이나 충격 등에 의한 파손 방지를 위해 코너 모따기나 R 모따기 가공되어 있는 것이 바람직하다.
(2) 도 2의 (b) :
투명 도전층(2)으로서, 산화 주석(SnO2)을 주성분으로 하는 막 두께 약 500㎚ 이상 800㎚ 이하의 투명 도전막을, 열CVD 장치로 약 500℃로 제막한다. 이때, 투명 전극막의 표면에는 적당한 요철이 있는 텍스처가 형성된다. 투명 도전층(2)으로서, 투명 전극막에 추가하여, 기판(1)과 투명 전극막 사이에 알칼리 배리어막(도시되어 있지 않음)을 형성해도 좋다. 알칼리 배리어막은 산화 실리콘 막(SiO2)을 50㎚ 내지 150㎚, 열CVD 장치로 약 500℃로 제막 처리한다.
(3) 도 2의 (c) :
그 후, 기판(1)을 X-Y 테이블에 설치하여, YAG 레이저의 제1 고조파(1064㎚)를, 도면의 화살표로 나타낸 바와 같이, 투명 전극막의 막면측으로부터 조사한다. 가공 속도에 적절해지도록 레이저 파워를 조정하여, 투명 전극막을 발전 셀의 직렬 접속 방향에 대해 수직한 방향으로, 기판(1)과 레이저광을 상대 이동하여, 홈(10)을 형성하도록 폭 약 6㎜ 내지 15㎜의 소정 폭의 스트립 형상으로 레이저 에칭한다.
(4) 도 2의 (d) :
제1 셀층(91)으로서, 비정질 실리콘 박막으로 이루어지는 p층, i층 및 n층을 플라즈마 CVD 장치에 의해 제막한다. SiH4 가스 및 H2 가스를 주원료로 하여, 감압 분위기 : 30㎩ 이상 1000㎩ 이하, 기판 온도 : 약 200℃로, 투명 전극층(2) 상에 태양광이 입사하는 측으로부터 비정질 실리콘 p층(31), 비정질 실리콘 i층(32), 비정질 실리콘 n층(33)의 순으로 제막한다. 비정질 실리콘 p층(31)은 비정질의 B 도프 실리콘을 주로 하고, 막 두께 10㎚ 이상 30㎚ 이하이다. 비정질 실리콘 i층(32)은 막 두께 200㎚ 이상 350㎚ 이하이다. 비정질 실리콘 n층(33)은 비정질 실리콘에 미결정 실리콘을 함유하는 P 도프 실리콘을 주로 하고, 막 두께 30㎚ 이상 50㎚ 이하이다. 비정질 실리콘 p층(31)과 비정질 실리콘 i층(32) 사이에는 계면 특성의 향상을 위해 버퍼층을 설치해도 좋다.
제1 셀층(91)과 제2 셀층(92) 사이에, 접촉성을 개선하는 동시에 전류 정합성을 취하기 위해 반반사막(半反射膜)으로 되는 중간 콘택트층(5)을 설치한다. 중간 콘택트층(5)으로서, 막 두께 : 20㎚ 이상 100㎚ 이하의 GZO(Ga 도프 ZnO)막을, 타깃 : Ga 도프 ZnO 소결체를 사용하여 스퍼터링 장치에 의해 제막한다. 또한, 중간 콘택트층(5)을 설치하지 않는 경우도 있다.
다음에, 제1 셀층(91) 또는 중간 콘택트층(5) 상에 플라즈마 CVD 장치에 의해, 감압 분위기 : 3000㎩ 이하, 기판 온도 : 약 200℃, 플라즈마 발생 주파수 : 40㎒ 이상 100㎒ 이하로, 제2 셀층(92)으로서의 결정질 실리콘 p층(41), 결정질 실리콘 i층(42) 및 결정질 실리콘 n층(43)을 순차적으로 제막한다. 결정질 실리콘 p층(41)은 B 도프한 미결정 실리콘을 주로 하고, 막 두께 10㎚ 이상 50㎚ 이하이다. 결정질 실리콘 i층(42)은 미결정 실리콘을 주로 하고, 막 두께는 1.2㎛ 이상 3.0㎛ 이하이다. 결정질 실리콘 n층(43)은 P 도프한 미결정 실리콘을 주로 하고, 막 두께 20㎚ 이상 50㎚ 이하이다.
대면적 기판에, 상술한 제2 셀층(92)만을 구성한 평가 기판, 즉 투명 전극층(2)과 결정질 실리콘 p층(41), 결정질 실리콘 i층(42) 및 결정질 실리콘 n층(43)을 순차적으로 제막하여, 이면 전극층(4)을 제막한 후, 기판을 1㎠ 이하의 소면적 셀로 분할하여 개방 전압을 평가한 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6에 있어서, 횡축은 라만 피크비, 종축은 개방 전압이다. 또한, 변환 효율을 평가하여 최고 효율로 규격화한 결과를 도 7에 나타낸다. 도 7에 있어서, 횡축은 라만 피크비, 종축은 변환 효율(최고 효율로 규격화)이다. 또한, 횡축에 나타내는 라만 피크비의 값은 동시기에 동일 제막 조건으로 별도 결정질 실리콘 i층(42)까지를 형성한 각 평가 기판의 값을 나타낸다.
도 6에 있어서, 소면적 셀에서 평가한 라만 피크비가 2.5 이하로 되면 개방 전압이 상승하지만, 고휘도 반사 영역이 발생하였다. 도 7에 있어서, 소면적 셀에서 평가한 라만 피크비가 2.5 이하로 되면, 단락 전류의 저하를 위해 변환 효율이 크게 저하되기 시작하고, 라만 피크비가 1 이하에서는 크게 변환 효율이 저하되었다. 도 7에 나타내는 결과로부터, 높은 변환 효율이 얻어지는 라만 피크비의 값의 하한치는 2.5 이상이고, 3.5 이상이 보다 바람직하다. 라만 피크비의 상한치는 8.0 이하이다. 라만 피크비가 8.0을 초과하면 개방 전압의 저하로 변환 효율이 저하된다. 라만 피크비가 7.0 이하에서는, 개방 전압의 저하도 적으므로, 보다 바람직하다.
따라서, 소면적 셀의 높은 변환 효율이 얻어지는 조건인 라만 피크비의 값은 2.5 이상 8.0 이하의 범위 내의 영역인 것이 바람직하다. 또한, 라만 피크비의 값은 3.5 이상 8.0 이하의 범위 내의 영역인 것이 보다 바람직하고, 3.5 이상 7.0 이하의 범위 내의 영역인 것이 가장 바람직하다.
1㎡ 이상의 대면적 기판을 사용한 본 실시 형태에 있어서, 결정질 실리콘 i층(42)은 기판 면내에 있어서의 라만 피크비의 평균치가 3.5 이상 8.0 이하의 범위 내인 영역을 포함한다.
기판 면내에 있어서의 라만 피크비는 어느 정도의 분포가 발생한다. 예를 들어, 도 8에 도시하는 방전 전극(103)에서는 방전 전극에 형성한 다수의 분출 구멍으로부터 원료 가스가 공급되는 동시에, 각 방전 전극(막대 형상의 종전극) 사이로부터 미반응의 원료 가스를 배기하는 구성으로 되어 있다. 이로 인해, 원료 가스가 기판 표면 부근에서 제막에 소비되면서 배기 부분으로 흐름으로써, 원료 가스 농도에 국소적인 분포가 발생하므로, 국소적인 라만 피크비의 분포가 발생한다. 이와 같은 국소적인 영역의 면적 비율은 10％ 정도 발생하는 경우가 있다. 특히, 원료 가스 농도 분포에 기인하면, 라만 피크비가 높은 영역이 산재하는 경우가 있다. 또한, 대면적 기판에 있어서의 제막 조건(기판 온도, 원료 가스, 방전 전극으로의 투입 전력 밀도 등)의 분포로 인해, 라만 피크비의 분포가 발생한다.
따라서, 본 실시 형태에 있어서, 라만 피크비가 3.5 이상 8.0 이하의 범위 내인 영역의 면적 비율은 80％ 이상으로 되고, 보다 바람직하게는 90％ 이상, 더욱 바람직하게는 95％ 이상으로 된다. 이때, 라만 피크비가 8.0을 초과하는 영역은 집중하여 발생하는 경우가 적고, 라만 피크비가 소정 범위 내인 영역의 면적 비율이 80％ 이상이면, 전체의 태양 전지 모듈 성능으로의 영향이 적다. 한편, 라만 피크비가 3.5 이상 8.0 이하의 범위 내인 영역의 면적 비율이 80％ 미만에서는, 라만 피크비가 8.0을 넘는 영역이 집중하여 발생하는 경우가 많아져, 태양 전지 모듈 성능으로의 영향이 발생한다. 이로 인해, 대면적 기판에 있어서의 제막 조건의 조정에 있어서는, 고휘도 반사 영역이 발생하기 전의 낮은 결정성으로 되도록 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태의 결정질 실리콘 i층(42)은 기판 면내에 있어서의 라만 피크비가 2.5 이하의 범위 내인 영역(고휘도 반사 영역)이 증가하면, 모듈 출력이 저하된다. 그로 인해, 고휘도 반사 영역의 면적 비율은 3％ 이하로 된다.
미결정 실리콘을 주로 하는 i층막을 플라즈마 CVD법으로 형성하는 데 있어서, 플라즈마 방전 전극과 기판(1)의 표면의 거리(d)는 3㎜ 이상 10㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 3㎜보다 작은 경우, 대형 기판에 대응하는 제막실 내의 각 구성 기기 정밀도로부터 거리(d)를 일정하게 유지하는 것이 어려워지는 동시에, 지나치게 가까워 방전이 불안정해질 우려가 있다. 10㎜보다 큰 경우, 충분한 제막 속도(1㎚/s) 이상을 얻기 어려워지는 동시에, 플라즈마의 균일성이 저하되어 이온 충격에 의해 막질이 저하된다.
대면적 기판용 제막 장치에서는, 일반적으로 복수의 방전 전극이 배치된다. 도 8은 본 실시 형태의 광전 변환 장치의 제조 방법에 사용하는 박막 제조 장치(플라즈마 CVD 장치)의 구성의 일부를 도시하는 부분 사시도이다. 도면 중에 화살표로 XYZ방향을 나타낸다. 방전 전극(103)은, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 8개의 방전 전극(103a 내지 103h)을 구비하고, 각각은 서로 대략 평행하게 Y방향으로 연신되는 2개의 횡전극과, 2개의 횡전극 사이에 설치되어 서로 대략 평행하게 Z방향으로 연신되는 복수의 막대 형상의 종전극을 구비한다. 방전 전극(103a 내지 103h)의 각각에 대해, 급전점(153)측에는 정합기(113at 내지 113ht)와, 고주파 급전 전송로(112a, 114a), 열매체 공급관(115a) 및 원료 가스 배관(116a)이 각각 설치되어 있다. 또한, 급전점(154)측에는 정합기(113ab 내지 113hb )와, 고주파 급전 전송로(112b, 114b)와, 열매체 공급관(115b) 및 원료 가스 배관(116b)이 각각 설치되어 있다. 또한 도 8에 있어서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해 정합기(113at, 113ab, 113ht)만을 표시하고, 다른 정합기의 표시를 생략하고 있다. 방전 전극(103a 내지 103h)의 급전점(153)에는 고주파 전원(도시하지 않음)으로부터 고주파 전력이 공급되고, 급전점(154)에는 다른 고주파 전원(도시하지 않음)으로부터 고주파 전력이 공급된다.
결정질 실리콘 i층(42)은 라만 피크비가 상술한 소정 범위로 되도록, 예를 들어 이하의 방법에 의해 제막된다.
결정질 실리콘 i층(42)의 라만 피크비는 결정질 실리콘 i층(42)을 제막한 후에, 막면측으로부터 단광색 레이저로서, 예를 들어 YAG 레이저광의 2배파(파장 532㎚)를 사용하여 계측한, 라만 스펙트럼에 있어서의 비정질 실리콘상의 피크 강도(주파수 480㎝-1 부근에서의 피크 강도)(Ia)에 대한 결정질 실리콘상의 피크 강도(주파수 520㎝-1 부근에서의 피크 강도)(Ic)의 비(라만 피크비 Ic/Ia)로서 나타낸다. 실제의 광전 변환층(결정질 실리콘 i층)의 결정성을 평가하기 위해, 제1 셀층(91) 또는 중간 콘택트층(5) 상에, 제2 셀층(92)으로서의 결정질 실리콘 p층(41), 결정질 실리콘 i층(42)까지를 제막하여, 라만 스펙트럼을 계측하는 것이 바람직하다.
고휘도 반사 영역은 결정질 실리콘 i층(42)을 제막한 직후 또는 제2 셀층(92)까지를 제막한 후에, CCD 카메라에 의한 화상 관측에 의해 산출된다. 제2 셀층(92)의 결정질 실리콘 n층(43)은 막 두께가 20㎚ 내지 50㎚ 정도로 얇기 때문에, 제2 셀층(92)까지를 제막한 후라도 결정질 실리콘 i층(42)의 표면 반사 상태를 판단하는 것이 가능하다. 이로 인해, 통상은, 제2 셀층(92)까지를 제막한 기판으로 고휘도 반사 영역의 평가를 행한다. CCD 카메라를 사용하여, CCD 카메라를 플라즈마 CVD 장치로부터 반출된 기판과 상대 이동을 시켜, 대면적 기판 상의 결정질 실리콘 i층 또는 제2 셀층의 막면으로부터 촬영한 RGB 2차원 화상이 취득된다. CCD 카메라에 의한 화상 관측이 최소 검지되는 기판의 면적은, 예를 들어 8㎜ × 8㎜로 된다. CCD 카메라로 취득된 RGB 2차원 화상은 컬러 화상 신호로서 컴퓨터로 송신된다. 컴퓨터는 CIE-XYZ 표색계로 변환되고, 계속해서, CIE-L*a*b* 표색계로 변환된다. 이 변환은 공지의 방법을 사용함으로써 용이하게 실시할 수 있다. 이와 같이 하여, 2차원 화상에 있어서의 L*값(휘도)이 구해진다. 결정질 실리콘 i층의 결정성(라만 피크비)과 L*값(휘도)은 상관성이 있으므로, 컴퓨터는 카메라로 도입한 화소마다 L*값이 미리 설정되어 있는 임계치와 비교하여, 임계치 이상의 영역을 고휘도 반사 영역으로 판정한다. 계속해서, 컴퓨터는 고휘도 반사 영역으로 판정된 영역의 면적과, 2차원 화상 전체의 면적을 산출하여, 2차원 화상 전체에 대한 고휘도 반사 영역의 면적 비율을 산출한다.
여기서, L*값의 임계치는 결정질 실리콘 i층의 결정성과 L*값의 상관성을 이용하여, 이하의 공정에 의해 설정된다. 라만 피크비가 기지이고, 평가 대상막과 대략 동일한 광전 변환층의 구조와 막 두께를 갖고, 결정질 실리콘 i층까지, 또는 제2 셀층까지를 기판 상에 제막한 샘플을 복수매 준비한다. 또한, 각 샘플은 각각 결정질 실리콘 i층의 라만 피크비가 다르다. 상기 CCD 카메라를 사용하여, 각 샘플의 결정질 실리콘 i층의 RGB 2차원 화상을 취득하여, 상술한 화상 처리를 실시하여, 각 샘플의 L*값을 취득한다. 계속해서, 취득한 각 샘플의 L*값과, 대응하는 라만 피크비를 관계짓는 휘도 특성을 작성한다. 예를 들어, 횡축을 라만 피크비, 종축을 L*값으로 하여, 상기 각 샘플의 결과를 플롯하여 휘도 특성을 작성한다. 본 실시 형태에 있어서는, 작성된 휘도 특성에 있어서, 라만 피크비가 2.5일 때의 L*값을 임계치로 한다.
컴퓨터는 산출된 고휘도 반사 영역의 기판 전체에 대한 면적 비율이 3％ 이하인지 여부를 판정한다. 3％ 이하인 경우, 제막 조건은 변경되지 않고, 결정질 실리콘 i층이 제막되어 태양 전지의 생산이 계속된다.
산출된 고휘도 반사 영역의 면적 비율이 3％보다 큰 경우, 각 방전 전극(103a 내지 103h)에 공급하는 고주파 전력의 반사파 전력량이 계측된다. 반사파 전력량의 계측 방법은 공지의 방법을 적절하게 채용하는 것이 가능하다. 계측된 반사파 전력량이 기준치 이상이면, 플라즈마 발생용 고주파 회로에 이상이 있는지 여부가 조사된다. 이상이 발견된 경우에는, 결정질 실리콘 i층의 제막이 정지되어, 오퍼레이터는 장치의 수리나 조정 등을 실시한다. 이상이 발견되지 않은 경우, 컴퓨터는 고휘도 반사 영역의 기판 내에 있어서의 분포를 판정하여, 고휘도 반사 영역의 집중 발생 개소를 제시한다. 또한, 고주파 전력의 반사파 전력량의 계측 및 판정은 생략되어도 좋다.
컴퓨터는 고휘도 반사 영역의 면적 비율 및 분포 상황을 제시한다. 이에 기초하여, 오퍼레이터는 결정질 실리콘 i층의 제막 조건을 조정한다.
고주파 전력 밀도의 증가에 수반하여, 결정질 실리콘 i층의 라만 피크비가 증가한다. 또한, SiH4의 분압이 저하되면, 결정질 실리콘 i층의 라만 피크비가 증가하는 동시에, 결정질 실리콘 i층의 제막 속도가 저하되는 경향이 있다. 기판 전체에 걸쳐서 고휘도 반사 영역이 발생한 경우, 오퍼레이터는 방전 전극에 공급되는 고주파 전력 밀도를 증가시키거나, SiH4 분압을 저하시킨다. 고주파 전력 밀도 및 SiH4 분압을 매트릭스적으로 변화시켜도 좋다.
결정질 실리콘 i층의 라만 피크비가 3.5 이상 8.0 이하의 범위로 되는 고주파 전력 밀도 및 SiH4 분압의 적정 범위는 미리 취득되어 있다. 동시에, 양호한 생산성을 계속 가능한 제막 속도가 얻어지는 SiH4 분압 범위는 미리 취득되어 있다. 컴퓨터가, 고휘도 반사 영역이 기판 전체에 분산되어 있다고 판정하여 제시한 경우, 오퍼레이터는 미리 취득된 고주파 전력 밀도 및 SiH4 분압의 적정 범위 내에서, 결정질 실리콘 i층의 제막 조건을 변경한다. 컴퓨터는 상술한 방법에 의해, 제막 조건 변경 후에 제막된 제2 셀층(또는 결정질 실리콘 i층)의 고휘도 반사 영역의 면적 비율을 판정한다. 이후, 제막 조건 조정 후의 제2 셀층(또는 결정질 실리콘 i층)에 있어서의 고휘도 반사 영역의 면적 비율이 3％ 이하로 될 때까지, 제막 조건의 변경과 고휘도 반사 영역의 면적 비율의 판정이 반복된다. 고휘도 반사 영역의 면적 비율이 3％ 이하로 되면, 제막 조건 조정이 종료되고, 최종적으로 조정된 결정질 실리콘 i층 제막 조건으로, 태양 전지의 생산을 계속한다.
고휘도 반사 영역의 발생 억제를 위해 고주파 전력 밀도를 증가시킨 경우, 고주파 전력을 공급할 때의 정합기의 매칭 밸런스가 변화하므로, 각 방전 전극(103a 내지 103h)의 상하 방향의 플라즈마 강도 분포가 변화되어, 고휘도 반사 영역이 국소적으로 발생하기 쉬워진다. 컴퓨터는 고휘도 반사 영역이 국소적으로 발생하고 있다고 판정한 경우, 오퍼레이터는 각 방전 전극으로 고주파 전력을 급전하는 전송로에 있는 정합기의 바리콘 조정 등에 의해 매칭 밸런스 및 개개의 방전 전극에 공급되는 고주파 전력 밀도를 조정한다. 예를 들어, 고휘도 반사 영역이 발생한 위치에 대응하는 방전 전극의 고주파 전력 밀도를 증가시킨다. 제막 조건 조정 후의 제2 셀층(또는 결정질 실리콘 i층)에 있어서의 고휘도 반사 영역의 면적 비율이 3％ 이하로 될 때까지, 고주파 전력 밀도의 변경 및 매칭 밸런스 조정과, 제막 후의 제2 셀층(또는 결정질 실리콘 i층)의 고휘도 반사 영역의 면적 비율의 판정이 반복된다. 고휘도 반사 영역의 면적 비율이 3％ 이하로 되면, 제막 조건 조정이 종료되고, 최종적으로 조정된 결정질 실리콘 i층 제막 조건으로, 태양 전지의 생산이 계속된다.
상기 공정에 의해, 결정질 실리콘 i층의 결정성의 분포는 고휘도 반사 영역이 발생하기 전의 막질 영역을 증가시킴으로써, 라만 피크비 3.5 이상 8.0 이하의 영역이 80％ 이상이고, 라만 피크비 2.5 이하의 고휘도 반사 영역의 면적 비율이 3％ 이하로 제어된다.
다른 실시 형태에서는, 태양 전지 셀의 셀 전압(개방 전압)을 사용하여 제막 조건의 조정을 실시하여, 고휘도 반사 영역의 면적 비율을 3％ 이하로 조정하는 것도 가능하다.
기판 상에 형성한 광전 변환층은, 레이저 스크라이빙 등에 의해 소정 폭의 스트립 형상으로 나눈 셀을 직렬 접속하도록 집적되어 있다. 방전 전극 상하 방향(도 8의 Z방향)과, 기판 상에 형성하는 셀 방향이 직교하는 경우, 고휘도 반사 영역의 면적 비율이 3％보다 크다고 판단된 영역 부근의 태양 전지 셀에 대해, 방전 전극의 상하 방향(Z방향)에 대응하는 셀 전압을 계측한다. 개방 전압의 계측은 기판단부에 형성된 투명 전극층에 전기 접속한 집전용 셀과, 대상 셀의 이면 전극층 사이의 전압을 계측함으로써 행해져, 공지의 방법을 적용할 수 있다.
고주파 전력 밀도의 증가 및 SiH4 분압의 저하에 수반하여, 결정성(라만 피크비)이 향상되어 셀 전압이 저하되는 경향이 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 결정질 실리콘 i층의 라만 피크비가 3.5 이상 8.0 이하로 되는 셀 전압과, 양호한 생산성을 계속 가능한 결정질 실리콘 i층의 제막 속도로 되는 SiH4 분압이, 미리 취득되어 있다. 컴퓨터가 기판 전체의 셀 전압이 소정치보다도 작다고 판정한 경우, 오퍼레이터는 양호한 생산성이 얻어지는 SiH4 분압 범위 내에서, 결정질 실리콘 i층의 라만 피크비가 3.5 이상 8.0 이하로 되는 소정의 셀 전압이 달성될 때까지, 고주파 전력 밀도 또는 SiH4 분압을 변화시킨다. 이때, 고주파 전력 밀도 및 SiH4 분압을 매트릭스적으로 변화시켜도 좋다. 대면적 기판 상에 형성한 결정질 실리콘 i층의 결정성(라만 피크비)은 높은 출력이 얻어지고, 또한 고휘도 반사 영역이 발생하기 전의 낮은 결정성에 상당하는 셀 전압에 근접하도록 조정된다. 소정의 셀 전압이 달성되면, 오퍼레이터는 제막 조건 조정을 종료하고, 최종적으로 조정된 결정질 실리콘 i층 제막 조건으로, 태양 전지의 생산이 계속된다.
도 9는 고주파 전력 밀도와 SiH4 분압을 매트릭스적으로 변화시켰을 때의 태양 전지 셀 전압의 예이다. 형상 인자 F.F. > 0.7이고 고변환 효율(약 8％)의 결정질 실리콘 태양 전지 셀이 얻어진 조건을, 고주파 전력 밀도 및 SiH4 분압의 기준치(1.0)로 하였다. 도 9에 도시하는 예에서는, 기준치에 있어서의 셀 전압은 0.5V이고, 셀 전압 0.5V를 초과하는 고주파 전력 밀도 및 SiH4 분압의 조합에서는, 라만 피크비 ≤ 2.5 상당의 막이 형성되어 있다고 생각되어, 면적 비율이 3％를 초과하는 고휘도 반사 영역이 발생하였다. 셀 전압 0.5V보다도 낮은 경우에는, 고휘도 반사 영역이 발생하지 않지만, 라만 피크비가 8.0을 초과하는 막이 형성되어 있다고 생각되어, 변환 효율이 저하된다. 따라서 본 예에 있어서는, 높은 출력이 얻어지고, 또한 고휘도 반사 영역이 발생하기 전의 낮은 결정성에 상당하는 셀 전압으로 하여, 셀 전압 0.49V 이상 0.51V 이하를 달성하도록, 고주파 전력 밀도 및 SiH4 분압의 조정을 실시한다.
상술한 바와 같이, 고휘도 반사 영역의 발생 억제를 위해 고주파 전력 밀도를 증가시킨 경우, 고주파 전력을 공급할 때의 정합기의 매칭 밸런스가 변화되므로, 각 방전 전극(103a 내지 103h)의 상하 방향의 플라즈마 강도 분포가 변화되어, 고휘도 반사 영역이 국소적으로 발생하기 쉬워진다. 방전 전극 상하 방향(Z방향)과 기판 상에 형성하는 셀 방향이 직교하는 제막 처리의 경우, 기판 상에 형성되는 광전 변환 셀은 전극 막대의 길이 방향(도 8에 있어서의 Z방향인 상하 방향)을 따라서 배열된다. 매칭 밸런스가 변화되어, 각 방전 전극(103a 내지 103h)의 상하 방향의 플라즈마 분포 강도가 변화되면, 상하 방향(Z방향)에 대응하는 광전 변환 셀의 셀 전압 분포가 변화된다.
본 실시 형태에 있어서, 컴퓨터는 계측된 셀 전압의 기판 면내 분포도를 작성한다. 셀 전압이 소정치보다도 낮은 영역이 국소적으로 발생하고 있는 경우, 오퍼레이터는 각 방전 전극의 정합기에서의 매칭 밸런스의 조정 및 개개의 방전 전극에 공급되는 고주파 전력 밀도의 조정을 실시하여, 방전 전극의 상하 방향에 대응하는 셀 전압을 소정치로 정렬시킨다. 예를 들어, 도 9의 예에서는 상하 방향(Z방향)의 셀 전압이 0.49V 이상 0.51V 이하의 범위 내로 되도록, 정합기의 매칭 밸런스 및 방전 전극에 공급되는 고주파 전력 밀도를 조정한다. 소정의 셀 전압이 달성되면, 제막 조건 조정을 종료하고, 최종적으로 조정된 결정질 실리콘 i층 제막 조건으로, 태양 전지의 생산을 계속한다.
방전 전극 상하 방향(Z방향)과 기판 상에 형성하는 태양 전지의 셀 방향이 대략 평행한 제막 처리의 경우, 방전 전극 상하 방향의 태양 전지 셀 전압 분포를 평가할 수 없다. 이 경우, 컴퓨터가, 고휘도 반사 영역의 면적 비율이 3％보다 크다고 판단하면, 결정질 실리콘 i층 제막 장치에 제막 조건 평가용 기판을 도입한다. 제막 조건 평가용 기판은 제품과 대략 동일한 막 두께의 투명 전극층이 형성된 기판이고, 도 2의 (c)에 도시되는 레이저 에칭이 실시되어 있지 않다. 제2 셀층을 제막 후에 제2 셀층의 광전 변환층과 이면 전극층을 한 변이 약 1㎝인 격자 형상으로 레이저 에칭으로 분리 홈을 형성하고, 투명 전극층에는 분리 홈을 형성하지 않는다. 이에 의해 격자 형상의 기판 상의 셀 개방 전압을 계측할 수 있다. 오퍼레이터는 제막 조건 평가용 기판을 사용하여, 상술한 바와 같이, 조정 후의 셀의 개방 전압 분포가 목표치를 중심으로 하여 균일하게 될 때까지, 정합기에서의 매칭 밸런스의 조정 및 개개의 방전 전극에 공급되는 고주파 전력 밀도의 조정 및 개방 전압 분포의 판정을 반복해서 실시한다. 이에 의해, 방전 전극의 전극 막대의 길이 방향에 대해 대략 평행하게 배치되는 경우라도, 셀의 개방 전압에 의해 막질의 균일화를 달성할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 제막 조건 조정을 오퍼레이터가 실시하였지만, 컴퓨터가 실시해도 좋다.
(5) 도 2의 (e)
기판(1)을 X-Y 테이블에 설치하여, 레이저 다이오드 여기 YAG 레이저의 제2 고조파(532㎚)를, 도면의 화살표로 나타낸 바와 같이, 광전 변환층(3)의 막면측으로부터 조사한다. 펄스 발진 : 10㎑로부터 20㎑로 하여, 가공 속도에 적절해지도록 레이저 파워를 조정하고, 투명 전극층(2)의 레이저 에칭 라인의 약 100㎛로부터 150㎛의 횡측을, 홈(11)을 형성하도록 레이저 에칭한다. 또한, 이 레이저는 기판(1)측으로부터 조사해도 좋고, 이 경우에는 광전 변환층(3)의 비정질 실리콘계의 제1 셀층에서 흡수된 에너지에 의해 발생하는 높은 증기압을 이용하여 광전 변환층(3)을 에칭할 수 있으므로, 더욱 안정된 레이저 에칭 가공을 행하는 것이 가능해진다. 레이저 에칭 라인의 위치는 전공정에서의 에칭 라인과 교차하지 않도록 위치 결정 교차를 고려하여 선정한다.
(6) 도 3의 (a)
이면 전극층(4)으로서 Ag막/Ti막을, 스퍼터링 장치에 의해, 감압 분위기, 제막 온도 : 150℃로부터 200℃로 제막한다. 본 실시 형태에서는, Ag막 : 150㎚ 이상 500㎚ 이하, 이것을 보호하는 것으로서 방식 효과가 높은 Ti막 : 10㎚ 이상 20㎚ 이하를, 이 순서대로 적층한다. 혹은, 이면 전극층(4)을, 25㎚로부터 100㎚의 막 두께를 갖는 Ag막과, 15㎚로부터 500㎚의 막 두께를 갖는 Al막의 적층 구조로 해도 좋다. 결정질 실리콘 n층(43)과 이면 전극층(4)의 접촉 저항 저감과 광반사 향상을 목적으로, 광전 변환층(3)과 이면 전극층(4) 사이에, 스퍼터링 장치에 의해, 막 두께 : 50㎚ 이상 100㎚ 이하의 GZO(Ga 도프 ZnO)막을 제막하여 설치해도 좋다.
(7) 도 3의 (b)
기판(1)을 X-Y 테이블에 설치하여, 레이저 다이오드 여기 YAG 레이저의 제2 고조파(532㎚)를, 도면의 화살표로 나타낸 바와 같이, 기판(1)측으로부터 조사한다. 레이저광이 광전 변환층(3)에서 흡수되어, 이때 발생하는 높은 가스 증기압을 이용하여 이면 전극층(4)이 폭열되어 제거된다. 펄스 발진 : 1㎑ 이상 10㎑ 이하로 하여 가공 속도에 적절해지도록 레이저 파워를 조정하고, 투명 전극층(2)의 레이저 에칭 라인의 250㎛로부터 400㎛의 횡측을, 홈(12)을 형성하도록 레이저 에칭한다.
(8) 도 3의 (c)와 도 4의 (a)
발전 영역을 구분하여, 기판단부 주변의 막 단부에 있어서 레이저 에칭에 의한 직렬 접속 부분이 단락되기 쉬운 영향을 제거한다. 기판(1)을 X-Y 테이블에 설치하여, 레이저 다이오드 여기 YAG 레이저의 제2 고조파(532㎚)를, 기판(1)측으로부터 조사한다. 레이저광이 투명 전극층(2)과 광전 변환층(3)에서 흡수되어, 이때 발생하는 높은 가스 증기압을 이용하여 이면 전극층(4)이 폭열되고, 이면 전극층(4)/광전 변환층(3)/투명 전극층(2)이 제거된다. 펄스 발진 : 1㎑ 이상 10㎑ 이하로 하여 가공 속도에 적절해지도록 레이저 파워를 조정하고, 기판(1)의 단부로부터, 5㎚로부터 20㎜의 위치를, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, X 방향 절연 홈(15)을 형성하도록 레이저 에칭한다. 또한, 도 3의 (c)에서는 광전 변환층(3)이 직렬로 접속된 방향으로 절단한 X방향 단면도로 되어 있으므로, 본래라면 절연 홈(15) 위치에는 이면 전극층(4)/광전 변환층(3)/투명 전극층(2)의 막 연마 제거를 한 주위막 제거 영역(14)이 있는 상태[도 4의 (a) 참조]가 나타나야 하지만, 기판(1)의 단부로의 가공의 설명의 편의상, 이 위치에 Y방향 단면을 나타내어 형성된 절연 홈을 X방향 절연 홈(15)으로서 설명한다. 이때, Y방향 절연 홈은 후공정에서 기판(1) 주위막 제거 영역의 막면 연마 제거 처리를 행하므로, 설치할 필요가 없다.
절연 홈(15)은 기판(1)의 단부로부터, 5㎚로부터 15㎜의 위치에서 에칭을 종료시킴으로써, 태양 전지 패널 단부로부터의 태양 전지 모듈(6) 내부로의 외부 습분 침입의 억제에, 유효한 효과를 보이므로 바람직하다.
또한, 이상까지의 공정에 있어서의 레이저광은 YAG 레이저로 하고 있지만, YVO4 레이저나 파이버 레이저 등을 마찬가지로 사용할 수 있는 것이 있다.
(9) 도 4의 (a : 태양 전지막면측으로부터 본 도면, b : 수광면의 기판측으로부터 본 도면)
후공정의 EVA 등을 통한 백시트(24)와의 건전한 접착ㆍ시일면을 확보하기 위해, 기판(1) 주변[주위막 제거 영역(14)]의 적층막은 단차가 있는 동시에 박리되기 쉽기 때문에, 이 막을 제거하여 주위막 제거 영역(14)을 형성한다. 기판(1)의 단부로부터, 5 내지 20㎜에서 기판(1)의 전체 주위에 걸쳐서 막을 제거하는 데 있어서, X방향은 전술한 도 3의 (c) 공정에서 형성한 절연 홈(15)보다도 기판단부측에 있어서, Y방향은 기판단부 측부 부근의 홈(10)보다도 기판단부측에 있어서, 이면 전극층(4)/광전 변환층(3)/ 투명 전극층(2)을, 지석 연마나 블라스트 연마 등을 사용하여 제거를 행한다.
연마 칩이나 지립은 기판(1)을 세정 처리하여 제거하였다.
(10) 도 5의 (a)(b)
단자 박스(23)의 설치 부분은 백시트(24)에 개구 관통 창을 형성하여 집전판을 취출한다. 이 개구 관통 창 부분에는 절연재를 복수층으로 형성하여 외부로부터의 습분 등의 침입을 억제한다.
직렬로 배열된 일측 단부의 태양 전지 발전 셀과, 타측 단부의 태양 전지 발전 셀로부터 동박을 사용하여 집전하여 태양 전지 패널 이면측의 단자 박스(23)의 부분으로부터 전력을 취출할 수 있도록 처리한다. 동박은 각 부와의 단락을 방지하기 위해 동박 폭보다 넓은 절연 시트를 배치한다.
집전용 동박 등이 소정 위치에 배치된 후에, 태양 전지 모듈(6)의 전체를 가려, 기판(1)으로부터 밀려나오지 않도록 EVA(에틸렌아세트산 비닐 공중합체) 등에 의한 접착 충전재 시트를 배치한다.
EVA 상에 방수 효과가 높은 백시트(24)를 설치한다. 백시트(24)는, 본 실시 형태에서는 방수 방습 효과가 높도록 PET 시트/Al박/PET 시트의 3층 구조로 이루어진다.
백시트(24)까지를 소정 위치에 배치한 것을, 라미네이터에 의해 감압 분위기에서 내부의 탈기를 행하여 약 150 내지 160℃로 프레스하면서, EVA를 가교시켜 밀착시킨다.
(11) 도 5의 (a)
태양 전지 모듈(6)의 이면측에 단자 박스(23)를 접착제로 설치한다.
(12) 도 5의 (b)
동박과 단자 박스(23)의 출력 케이블을 땜납 등으로 접속하여, 단자 박스(23)의 내부를 밀봉제(포팅제)로 충전하여 밀폐한다. 이것으로 태양 전지 패널(50)이 완성된다.
(13) 도 5의 (c)
도 5의 (b)까지의 공정에서 형성된 태양 전지 패널(50)에 대해 발전 검사 및 소정의 성능 시험을 행한다. 발전 검사는 AM 1.5, 전천 일사 기준 태양광(1000W/㎡)의 솔라시뮬레이터를 사용하여 행한다.
또한, 도 5의 (a)의 단자 박스(23) 설치 후에 태양 전지 패널(50)의 글래스 기판면을 세정해 두는 것이 바람직하다. 기판면에 부착된 목시할 수 없을 정도의 이물질(입경 0.1㎛ 내지 10㎛)을 제거함으로써 도 5의 (c)의 발전 검사, 성능 시험이 양호하게 행해진다.
(14) 도 5의 (d)
발전 검사[도 5의 (c)]에 전후하여, 외관 검사를 비롯하여 소정의 성능 검사를 행한다.
도 10에, 결정질 실리콘 i층의 고휘도 반사 영역의 면적과 태양 전지 모듈 출력의 관계를 나타낸다. 태양 전지 모듈의 최대 출력을 기준치(1.0)로 하고 있다. 도 10에 있어서, 횡축은 결정질 실리콘 i층의 고휘도 반사 영역의 면적 비율, 종축은 최대 출력으로 규격화한 모듈 출력이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 고휘도 반사 영역의 면적 비율이 3％ 이하일 때에, 안정적으로 고출력을 얻을 수 있었다. 고휘도 반사 영역이 3％를 초과하면, 저라만 피크비의 영역에서 단락 전류가 저감되므로, 출력이 저하되었다.
(실시예)
소다 플로트 글래스 기판(1.4m × 1.1m × 판 두께 : 3.5㎜ 내지 4.5㎜)을 사용하여, 도 1에 도시하는 탠덤형 태양 전지 모듈을 제작하였다. 각 층의 구성 및 막 두께는, 이하와 같다.
투명 전극층 : SnO2, 막 두께 500 내지 800㎚
제1 전지층 : 비정질 실리콘 p층/비정질 실리콘 i층(막 두께 300㎚)/비결정질 실리콘 n층
중간 콘택트층 : GZO, 막 두께 50 내지 100㎚
제2 전지층 : 결정질 실리콘 p층/결정질 실리콘 i층(막 두께 2㎛)/결정질 실리콘 n층
이면 전극층 : GZO(막 두께 50 내지 100㎚)/Ag(막 두께 200 내지 300㎚)/Ti(막 두께 10 내지 20㎚)
제2 전지층의 결정질 실리콘 i층은 도 8에 도시하는 8분할의 방전 전극을 사용하여 제막하였다. 제막 조건은 수소 희석률 : H2/SiH4 ≥ 30, SiH4 분압 : 20 내지 35㎩, 전압(全壓) : 3000㎩ 이하, 기판 온도 : 200℃, 플라즈마 발생 주파수 : 60㎒로 8분할의 방전 전극에 분할 급전하여, 위상 변조법에 의해 플라즈마를 균일화하였다. 각 방전 전극으로의 고주파 전력 공급량을, 조건 #1 내지 #5로 변화시켰을 때의 태양 전지 모듈 특성으로의 영향을 조사하였다. 결정질 실리콘 i층 제막용 플라즈마 CVD 장치에 있어서의 플라즈마 방전 전극과 기판 표면의 거리는 3 내지 10㎜로 하였다.
도 11에 8개의 방전 전극에 인가되는 고주파 전력 밀도와 태양 전지 패널의 성능의 관계를 나타내는 그래프를 도시한다. 도 11에 있어서, 횡축은 고주파 전력 밀도의 합계, 좌측의 종축은, 태양 전지 모듈의 최대 출력 및 개방 전압, 우측의 종축은 단락 전류이다. 최대 출력, 개방 전압 및 단락 전류는 각각 조건 #3일 때의 최대 출력, 개방 전압 및 단락 전류로 규격화하였다.
결정질 실리콘 i층 박막에서는, 막 중의 결함에 의한 캐리어 손실의 저감과 광전류의 저하의 관계에 의해, 단락 전류가 증대되는 데 최적인 고주파 전력 밀도의 범위가 존재한다. 도 11로부터, 조건 #1 및 #2에서는, 최대 출력의 피크와 단락 전류의 피크가 일치하지 않는다. 그로 인해, 고주파 전력 밀도 0.94W/㎠보다 작게 하면 출력이 저하되는 것을 상정할 수 있다. 이것으로부터, 본 실시예에 있어서, 고주파 전력 밀도가 0.94W/㎠ 내지 0.95W/㎠가 적정치라고 생각되었다.
도 12는 방전 전극 1개당의 고주파 전력 밀도가 고휘도 반사 영역의 면적 비율에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 도 12에 있어서, 횡축은 전극 1개당의 고주파 전력 밀도, 종축은 고휘도 반사 영역의 면적 비율이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 각 플라즈마 조건에 대해, 고주파 전력 밀도를 저감시키면, 고휘도 반사 영역의 면적이 급격하게 증가하는 경향이 보였다. 이것으로부터, 고휘도 반사 영역의 발생을 억제하여, 면적 비율을 3％ 이하로 하기 위해서는, 전극 1개당의 고주파 전력 밀도를 0.94W/㎠ 이상으로 하는 것이 유효하다고 생각되었다.
도 11 및 도 12의 결과로부터, 본 실시예에 있어서, 고주파 전력 밀도 0.94W/㎠ 내지 0.95W/㎠의 범위에서, 합계 고주파 전력 밀도를 억제하면서, 개개의 전극에 인가되는 고주파 전력 밀도를 조정함으로써, 고휘도 반사 영역이 발생하기 전의 결정성을 갖도록 조정하여, 고휘도 반사 영역의 면적 3％ 이하를 달성할 수 있는 것이 시사된다.
도 13에 각 방전 전극의 고주파 전력 밀도의 분포를 도시한다. 도 11에 있어서, 횡축은 전극 번호(도 8에 있어서의 103a 내지 103h에 대응), 종축은 고주파 전력 밀도의 합계에 대한 각 전극의 고주파 전력 밀도의 비율이다. 도 13과 같이, 8분할의 방전 전극의 각각에 인가되는 고주파 전력 밀도를 적정화한 결과, 플라즈마 조건 #3, #4, #5에서, 고휘도 반사 영역의 면적 비율이 각각 2.0％, 2.6％, 0.5％로, 3％ 이내로 억제할 수 있었다. 기초의 투명 전극층이 레이저 에칭에 의해 셀 폭(약 10㎜)으로 분단되어 있으므로, 고휘도 반사 영역의 폭은 약 10㎜에서 발생하였다.
도 14에 고휘도 반사 영역의 면적 비율과 태양 전지 패널의 성능의 관계를 나타내는 그래프를 도시한다. 도 14에 있어서, 횡축은 고휘도 반사 영역의 면적 비율, 좌측의 종축은 태양 전지 패널의 최대 출력 및 개방 전압, 우측의 종축은 단락 전류이다. 최대 출력, 개방 전압 및 단락 전류는 각각 조건 #3일 때의 최대 출력, 개방 전압 및 단락 전류로 규격화하였다. 이와 같이, 고휘도 반사 영역의 면적 비율이 낮아질수록, 특히 단락 전류가 증가하는 경향이 있고, 이로 인해 태양 전지 패널의 최대 출력이 증가하였다.
상기 실시 형태에서는, 결정질 실리콘층을 광전 변환층에 포함하는 탠덤형 태양 전지를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 결정질 실리콘 싱글형 태양 전지, 실리콘 게르마늄 태양 전지, 결정질 실리콘층을 포함하는 트리플형 태양 전지 등에도 적용 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에서는 글래스 기판과 같은 투광성 기판을 사용하였지만, 본 발명은 금속 기판 등의 비투광성 기판에도 적용 가능하다.
1 : 기판
2 : 투명 전극층
3 : 광전 변환층
4 : 이면 전극층
5 : 중간 콘택트층
6 : 태양 전지 모듈
31 : 비정질 실리콘 p층
32 : 비정질 실리콘 i층
33 : 비정질 실리콘 n층
41 : 결정질 실리콘 p층
42 : 결정질 실리콘 i층
43 : 결정질 실리콘 n층
91 : 제1 셀층
92 : 제2 셀층
100 : 광전 변환 장치
103a 내지 103h : 방전 전극
113at, 113ht, 113ab, 113hb : 정합기
112a, 114a, 112b, 114b : 고주파 급전 전송로
115a, 115b : 열매체 공급관
116a, 116b : 원료 가스 배관
153, 154 : 급전점

Claims (6)

1㎡ 이상의 대면적 기판 상에, 결정질 실리콘 i층을 포함하는 광전 변환층을 형성한 광전 변환 장치이며,
상기 결정질 실리콘 i층이, 비정질 실리콘상의 라만 피크 강도에 대한 결정질 실리콘상의 라만 피크 강도의 비인 라만 피크비의 평균치가 3.5 이상 8.0 이하의 범위 내인 영역을 포함하고, 또한,
상기 기판 면내에서의 상기 라만 피크비가 1보다 크고 2.5 이하의 범위 내인 영역의 면적 비율이 0％ 이상 3％ 이하인 것을 특징으로 하는, 광전 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 기판 면내에 있어서의 상기 라만 피크비가 3.5 이상 8.0 이하의 범위 내인 영역의 면적 비율이 80％ 이상 100％ 이하인 것을 특징으로 하는, 광전 변환 장치.
1㎡ 이상의 대면적 기판 상에, 결정질 실리콘 i층을 포함하는 광전 변환층을 형성하는 광전 변환 장치의 제조 방법이며,
상기 결정질 실리콘 i층을 제막하는 공정과,
상기 결정질 실리콘 i층의 비정질 실리콘상의 라만 피크 강도에 대한 결정질 실리콘상의 라만 피크 강도의 비인 라만 피크비가 1보다 크고 2.5 이하인 영역의 면적 비율을 계측하는 공정과,
상기 라만 피크비가 1보다 크고 2.5 이하인 영역의 면적 비율이 0％ 이상 3％ 이하로 되도록, 상기 결정질 실리콘 i층을 제막하는 조건을 조정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광전 변환 장치의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 기판 면내에 있어서의 상기 라만 피크비가 3.5 이상 8.0 이하인 영역의 면적 비율이 80％ 이상 100％ 이하로 되도록, 상기 결정질 실리콘 i층을 제막하는 조건을 조정하는 것을 특징으로 하는, 광전 변환 장치의 제조 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 기판에 형성된 셀 전압이 소정 범위 내의 값으로 되도록, 상기 결정질 실리콘 i층을 제막하는 조건을 조정하는 것을 특징으로 하는, 광전 변환 장치의 제조 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 결정질 실리콘 i층 제막 시의 실란 분압 및 고주파 전력 밀도 중 적어도 한쪽의 조건을 조정하는 것을 특징으로 하는, 광전 변환 장치의 제조 방법.
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