WO2004114417A1

WO2004114417A1 - 薄膜光電変換装置

Info

Publication number: WO2004114417A1
Application number: PCT/JP2004/007803
Authority: WO
Inventors: Takashi Suezaki; Masashi Yoshimi; Toshiaki Sasaki; Yuko Tawada; Kenji Yamamoto
Original assignee: Kaneka Corporation
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2004-12-29
Also published as: ES2329371T3; EP1635402B1; JP4558646B2; KR101067354B1; ATE441213T1; EP1635402A1; AU2004250460A1; CN1748322A; EP1635402A4; US20060097259A1; CN100485973C; JPWO2004114417A1; AU2004250460B2; DE602004022807D1; US7678992B2; KR20060064703A

Abstract

結晶質シリコン光電変換ユニットを含む薄膜光電変換装置において、開放端電圧およびフィルファクタが小さくならないようにすることで、光電変換効率が改善された薄膜光電変換装置、特に、集積化薄膜光電変換装置を提供する。本発明による薄膜光電変換装置は、透明基板の一方の主面上に少なくとも透明電極膜、結晶質シリコン光電変換ユニット及び裏面電極膜が順に形成された薄膜光電変換装置であって、前記結晶質シリコン光電変換ユニット形成後に、その表面の一部に白濁変色領域を有するようにしてなる。前記白濁変色領域は光電変換領域面積の５％以下とすることが好ましい。また、集積化薄膜光電変換装置とすることが好ましい。

Description

明細書

薄膜光電変換装置

技術分野

本発明は、薄膜光電変換装置の変換効率の改善に関し、特にプラズマ C V D法により形成される結晶質シリコン光電変換ュニットを含む大面積薄膜光電変換装置の光電変換効率の改善に関するものである。

背景技術

今日、薄膜光電変換装置は多様化し、従来の非晶質シリコン光電変換ユニットを含む非晶質シリコン光電変換装置の他に結晶質シリコン光電変換ュニットを含む結晶質シリコン光電変換装置も開発され、これらのユニットを積層したハイブリツド型薄膜光電変換装置も実用化されている。なお、ここで使用する用語「結晶質」は、多結晶及ぴ微結晶を包含する。また、用語「結晶質」及び「微結晶」は、部分的に非晶質を含むものをも意味するものとする。

薄膜光電変換装置としては、透明基板上に順に積層された透明電極膜、 1以上の半導体薄膜光電変換ユニット、および裏面電極膜からなるものが一般的である。そして、 1つの半導体薄膜光電変換ユニットは！)型層と n型層でサンドイッチされた i型層を含んでいる。

光電変換ュニットの厚さの大部分を占める i型層は実質的に真性の半導体層であって、光電変換作用は主としてのこの i型層内で生じるので光電変換層と呼ばれる。この i型層は光吸収を大きくし光電流を大きくするためには厚い方が好ましいが、必要以上に厚くすればその製膜のためのコストと時間が増大することになる。

. 他方、 p型層や n型層は導電型層と呼ばれ、半導体薄膜光電変換ユニット内に拡散電位を生じさせる役目を果たしており、この拡散電位の大きさによつて薄膜光電変換装置の特性の 1つである開放端電圧の値が左右される。し力し、これらの導電型層は光電変換に直接寄与しない不活性な層であり、導電型層にドープされた不純物によって吸収される光は発電に寄与しない損失となる。したがって、型層と n型層の導電型層は、十分な拡散電位を生じさせ得る範囲内であれば、できるだけ小さな厚さを有することが好ましい。

このようなことから、半導体薄膜光電変換ュニットまたは薄膜光電変換装置は、それに含まれる導電型層の材料が非晶質か結晶質かにかかわらず、その主要部を占める i型層の材料が非晶質シリコンのものは非晶質シリコン光電変換ュュットまたは非晶質シリコン薄膜光電変換装置と称され、 i型層の材料が結晶質シリコンのものは結晶質シリコン光電変換ュニットまたは結晶質シリコン光電変換装置と称される。

ところで、薄膜光電変換装置の変換効率を向上させる方法として、 2以上の半導体薄膜光電変換ュニットを積層してタンデム型にする方法がある。この方法において、薄膜光電変換装置の光入射側に大きなバンドギャップを有する光電変換層を含む前方ユニットを配置し、その後に順に小さなパンドギャップを有する（たとえば S i _ G e合金などの）光電変換層を含む後方ユニットを配置することにより、入射光の広い波長範囲にわたって光電変換を可能にし、これによつて薄膜光電変換装置全体としての変換効率の向上を図ることができる。

このようなタンデム型薄膜光電変換装置の中でも、非晶質シリコン光電変換ュニットと結晶質シリコン光電変換ュニットとを積層したものはハイプリッド型薄膜光電変換装置と称される。

たとえば、 i型の非晶質シリコンが光電変換し得る光の波長は長波長側において 8 0 0 n m程度までであるが、 i型の結晶質シリコンはそれより長い約 1 1 0 0 n m程度の波長の光までを光電変換することができる。ここで、光吸収係数の大きな非晶質シリコンからなる非晶質シリコン光電変換層では光電変換に充分な光吸収のためには 0 . 3 ί πι以下の厚さでも十分であるが、比較して光吸収係数の小さな結晶質シリコンからなる結晶質シリコン光電変換層では長波長の光をも十分に吸収するためには 2〜3 m程度以上の厚さを有することが好ましい。すなわち、結晶質シリコン光電変換層は、通常は、非晶質シリコン光電変換層に比ベて 1 0倍程度の大きな厚さが必要となる。

他方、薄膜光電変換装置は、より大きな発電能力と生産効率の向上のために大面積化が求められている。大面積化には様々な問題があり、例えば特開 2 0 0 2 - 3 1 9 6 9 2号公報にはプラズマ C V D装置を用い、一方の主面上に透明導電膜が形成された面積 1 2 0 0 c m ²以上の透明基板を基板ホルダーに保持して電極と対向させ、 1 0 O mW/ c m ²以上の電力密度で結晶質シリコン光電変換層を形成するにあたり、前記基板ホルダーと前記透明基板表面の透明導電膜とを電気的に絶縁し前記基板ホルダーと前記透明基板表面の透明導電膜との間の異常放電を抑制する事が記載されている。この異常放電は、透明導電膜に帯電した電荷が基板ホルダーに逃げようとする際に、透明導電膜に蓄積されている電荷の量が相当量以上の場合に発生すると考えられ、基板ホルダーに一度に逃げる電荷量は「基板面積 Z基板周囲長」に依存しているので、この値は基板サイズに依存する。つまり、基板サイズが大きい程、具体的には、 1 2 0 0 c m ²以上の大面積となると、一度に逃げる電荷量が一定値以上となり、異常放電が起き易くなるとの gd載力、める。

また、大面積の薄膜光電変換装置は、通常、集積化薄膜光電変換装置として形成される。集積化薄膜光電変換装置は、一般的に、透明基板上に積層され、かつ各々が帯状の形状を有する、透明電極膜、 1以上の半導体薄膜光電変換ユニット、及び裏面電極膜からなる複数の光電変換セルが直列に接続された構造を有するここで図面を参照しながら集積化薄膜光電変換装置の説明をする。なお、各図において同様の部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

第 1図は、集積化薄膜光電変換装置 1を概略的に示す平面図である。

第 1図に示す集積化薄膜光電変換装置 1について、さらに詳しく説明する。第 2図は、集積化薄膜光電変換装置 1を概略的に示す断面図である。

第 2図に示す集積化薄膜光電変換装置 1はハイブリッド型薄膜光電変換装置であって、光電変換セル 1 0は、透明基板 2上に、透明電極膜 3、非晶質シリコン光電変換層を備えた非晶質シリコン光電変換ュニット 4 a、結晶質シリコン光電変換層を備えた結晶質シリコン光電変換ユニット 4 b、及び裏面電極膜 5、封止樹脂層 6、有機保護層 7を順次積層した構造を有している。すなわち、この集積化薄膜光電変換装置 1は、透明基板 2側から入射する光を、ハイブリッド型構造を形成する半導体薄膜光電変換ュ-ット 4 a、 4 bによって光電変換するものである。

第 2図に示すように、集積化薄膜光電変換装置 1には、上記薄膜を分割する第 1、第 2の分離溝 2 1、 2 2と接続溝 2 3とが設けられている。これら第 1、第 2の分離溝 2 1、 2 2及び接続溝 2 3は、互いに平行であって、紙面に対して垂直な方向に延在している。なお、隣り合う光電変換セル 1 0間の境界は、第 2の分離溝 2 2によって規定されている。

第 1の分離溝 2 1は、透明電極膜 3をそれぞれの光電変換セル 1 0に対応して分割しており、透明電極膜 3と非晶質シリコン光電変換ュニット 4 aとの界面に開口を有し且つ透明基板 2の表面を底面としている。この第 1の分離溝 2 1は、非晶質シリコン光電変換ュニット 4 aを構成する非晶質によって埋め込まれており、隣り合う透明電極膜 3同士を電気的に絶縁している。

第 2の分離溝 2 2は、第 1の分離溝 2 1から離れた位置に設けられている。第 2の分離溝 2 2は、半導体薄膜光電変換ュニット 4 a、 4 b、及び裏面電極膜 5 をそれぞれの光電変換セル 1 0に対応して分割しており、裏面電極膜 5と樹脂封止層 6との界面に開口を有し且つ透明電極膜 3の表面を底面としている。この第 2の分離溝 2 2は、封止樹脂層 6によって埋め込まれており、隣り合う光電変換セル 1 0間で裏面電極膜 6同士を電気的に絶縁している。

接続溝 2 3は、第 1の分離溝 2 1と第 2の分離溝 2 2との間に設けられている。接続溝 2 3は、半導体薄膜光電変換ュニット 4 a、 4 bを分割しており、結晶質シリコン光電変換ュニット 4 bと裏面電極膜 5との界面に開口を有し且つ透明電極膜 3の表面を底面としている。この接続溝 2 3は、裏面電極膜 5を構成する金属材料で埋め込まれており、隣り合う光電変換セル 1 0の一方の裏面電極膜 5 と他方の透明電極膜 3とを電気的に接続している。すなわち、接続溝 2 3及ぴそれを埋め込む金属材料は、基板 1上に並置された光電変換セル 1 0同士を直列接続する役割を担っている。

ところで、このような集積化薄膜光電変換装置 1においては、光電変換セル 1 0が直列に接続されているため、集積化薄膜光電変換装置 1全体の光電変換時の電流値は、複数ある光電変換セル 1 0の内、光電変換時に生じる光電流が最小の光電変換セル 1 0の電流値と等しくなり、他の光電変換セル 1 0における余剰分の光電流はロスとなる。そこで、従来、結晶質シリコン光電変換ユニット 4 bの面内での膜質を一定に保っための検討がなされてきた。つまり、結晶質シリコン光電変換ュニット 4 bを含む集積化薄膜光電変換装置 1においては、上述したような電流ロスを低減させるために、結晶質シリコン光電変換層の結晶性の違いに起因して発生する光電流が小さい領域を無くし、さらに、面内で膜質を均一にすることで、高い光電変換効率を得ることが試みられてきた。

このとき、結晶質シリコン光電変換層の光電流が小さい領域は、結晶質シリコン光電変換ュニット 4 bの形成後、膜面側を目視観察することで判別が可能で、白濁変色領域として観察される。これは、結晶質シリコン光電変換層の材料である結晶質シリコンの結晶性の違いよるもので、白濁変色領域は、十分に結晶化されておらず、結晶質シリコンだけでなく多くの非晶質シリコンを含む領域なので白濁して観察され、生じる光電流は小さくなる。一方、正常領域は、十分に結晶化されているので白濁の無い灰色の領域として観察され、生じる光電流は白濁変色領域に比べ大きくなる。

特開平 1 1一 3 3 0 5 2 0号は、比較的薄い非晶質シリコン光電変換層の製膜の場合に従来用いられていた 1 3 3 P a ( l T o r r ) 以下のプラズマ反応室内圧力の代わりに、 6 6 7 P a ( 5 T o r r ) 以上の高い反応室内圧力を利用することによって、高品質の厚い結晶質シリコン光電変換層を高速度で製膜し得ることを開示しているが、このような白濁変色領域に関する記載はない。

しかし、面積 6 0 0 c m²以上の結晶質薄膜光電変換装置またはハイプリッド型薄膜光電変換装置において、結晶質シリコン光電変換層に前記の白濁変色領域が全く存在しない場合、光電流が小さい領域が存在しないので、光感度増加により短絡電流は増加するが、開放端電圧およびフィルファクタが低下するという問題があることが判った。発明の開示上述のような状況に鑑み、本発明は、結晶質シリコン光電変換ュ-ットを含む薄膜光電変換装置において、小さい開放端電圧およびフィルファクタとなるという問題を解決するとともに、電流値の低下を防止することで、光電変換効率が改善された薄膜光電変換装置、特に、集積化薄膜光電変換装置を提供することを目的としている。

本発明による薄膜光電変換装置は、透明基板の一方の主面上に少なくとも透明電極膜、結晶質シリコン光電変換ュ-ット及ぴ裏面電極膜が順に形成された薄膜光電変換装置であって、前記結晶質シリコン光電変換ユニット形成後に、その表面の一部に白濁変色領域を有することを特徴としている。

前記白濁変色領域が前記薄膜光電変換装置の光電変換領域面積の 5 %以下とすることが好ましい。

本発明の薄膜光電変換装置は、前記透明電極膜、結晶質シリコン光電変換ュニット、および裏面電極膜が複数の光電変換セルを形成するように複数の分離溝によって分離されてなり、かつ、それらの複数のセルが接続用溝を介して互いに電気的に直列接続されてなる集積化薄膜光電変換装置とすると、特に好ましい。また、前記集積化薄膜光電変換装置は、前記白濁変色領域が、光電変換領域の前記直列接続した方向に平行な境界から光電変換領域側へ 2 mm以上 1 O mm以下の幅で存在していることが好ましい。

本発明の薄膜光電変換装置は、前記透明電極膜と前記結晶質シリコン光電変換ユニットとの間に、非晶質シリコン光電変換ユニットをさらに備えてなることが好ましい。

さらに、本発明の薄膜光電変換装置は、透明基板の一方の主面上に少なくとも透明電極膜、結晶質シリコン光電変換ュニット及ぴ裏面電極膜が順に形成された薄膜光電変換装置であって、光電変換領域において、波長 8 0 0 n mの単色光を、前記透明基板の他方の主面から入射し測定した、拡散成分を含む絶対反射率の最大値と最小値の差が、 5 %以上であることを特徴としている。

本発明の薄膜光電変換装置は、透明基板の一方の主面上に形成されている半導体薄膜光電変換ュニットの面積が 6 0 0 c m ²以上である場合に、特に好ましい図面の簡単な説明

第 1図は、集積化薄膜光電変換装置を概略的に示す平面図である。

第 2図は、集積化薄膜光電変換装置を概略的に示す断面図である。

第 3図は、絶縁分離溝の形成位置を概略的に示す断面図である。

第 4図は、 9 10 X 9 1 Ommサイズ基板の集積化薄膜光電変換装置を概略的に示す平面図と 910 X 455 mmサイズに分割する際の薄膜光電変換装置の概略的平面図である。

第 5図は、 9 10 X 9 1 Ommサイズ基板における結晶質シリコン光電変換ュニット形成後の膜面写真と白濁変色領域の拡大写真である。

第 6図は、 9 10 X455 mmサイズ集積化薄膜光電変換装置の分光反射率測定点を示す図である。

第 7図は、 360 X 465 mmサイズ基板上に形成される 300 X 40 Omm サイズ集積化薄膜光電変換装置を概略的に示す平面図である。

第 8図は、 300 X400 mmサイズ集積化薄膜光電変換装置の分光反射率測定点を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態についてより詳細に説明する。

本発明の薄膜光電変換装置の各構成要素について説明する。

透明基板 2としては、例えば、ガラス板や透明樹脂フィルムなどを用いることができる。ガラス板としては、大面積な板が安価に入手可能で透明性、絶縁性が高い、 Si0₂、 N a ₂0及ぴ C a Oを主成分とする両主面が平滑なフロート板ガラスを用いることができる。

透明電極膜 3は、 I TO膜、 S n0₂膜、或いは Z ηθ膜のような透明導電性酸化物層等で構成することができる。透明電極膜 3は単層構造でも多層構造であつても良い。透明電極膜 3は、蒸着法、 CVD法、或いはスパッタリング法等それ自体既知の気相堆積法を用いて形成することができる。透明電極膜 3の表面には、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を形成することが好ましい。透明電極膜 3の表面にこのようなテクスチヤ構造を形成することにより、半導体薄膜光電変換ュニット 4への光の入射効率を向上させることができる。

タンデム型薄膜光電変換装置においては 2以上の半導体薄膜光電変換ュニットを供えており、特にハイプリッド型薄膜光電変換装置においては非晶質シリコン光電変換ュニット 4 aおよび結晶質シリコン光電変換ュ-ット 4 bを備えている。非晶質シリコン光電変換ュニット 4 aは非晶質シリコン光電変換層を備えており、透明電極膜 3側から p型層、非晶質シリコン光電変換層、及び n型層を順次積層した構造を有する。これら！)型層、非晶質シリコン光電変換層、及び n型層はいずれもプラズマ C V D法により形成することができる。

一方、結晶質シリコン光電変換ュニット 4 bは結晶質シリコン光電変換層を備えており、例えば、非晶質シリコン光電変換ユニット 4 a側から p型層、結晶質シリコン光電変換層、及び n型層を順次積層した構造を有する。これら p型層、結晶質シリコン光電変換層、及び n型層はいずれもプラズマ C V D法により形成することができる。

これら半導体薄膜光電変換ユニット 4 a、 4 bを構成する p型層は、例えば、シリコンまたはシリコンカーバイドゃシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、ポロンゃアルミニゥム等の p導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。また、非晶質シリコン光電変換層及び結晶質シリコン光電変換層は、非晶質シリコン系半導体材料及び結晶質シリコン系半導体材料でそれぞれ形成することができ、そのような材料としては、真性半導体のシリコン（水素化シリコン等）ゃシリコンカーバイド及ぴシリコンゲルマニウム等のシリコン合金等を拳げることができる。また、光電変換機能を十分に備えていれば、微量の導電型決定不純物を含む弱 p型もしくは弱 n型のシリコン系半導体材料も用いられ得る。さらに、 n型層は、シリコンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、燐や窒素等の _n導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。

以上のように構成される非晶質シリコン光電変換ュニット 4 aと結晶質シリコン光電変換ュニット 4 bとでは互いに吸収波長域が異なっている。非晶質シリコン光電変換ュニット 4 aの光電変換層は非晶質シリコンで構成され、結晶質シリコン光電変換ュニット 4 bの光電変換層は結晶質シリコンで構成されているので、前者に 550 nm程度の光成分を最も効率的に吸収させ、後者に 900 n m程度の光成分を最も効率的に吸収させることができる。

非晶質シリコン光電変換ユニット 4 aの厚さは、 0. 0 1 /im〜0. 5 mの範囲内にあることが好ましく、 0. l //m〜0. 3 mの範囲内にあることがより好ましい。

一方、結晶質シリコン光電変換ユニット 4 bの厚さは、 0. l ^n！〜 Ι Ο μπι の範囲内にあることが好ましく、 0. 1 μΐη〜5 mの範囲内にあることがより好ましい。

裏面電極膜 5は電極としての機能を有するだけでなく、透明基板 2から半導体薄膜光電変換ュニット 4 a、 4 bに入射し裏面電極膜 5に到着した光を反射して半導体薄膜光電変換ュ-ット 4 a、 4 b内に再入射させる反射層としての機能も有している。裏面電極膜 5は、銀やアルミニウム等を用いて、蒸着法ゃスパッタリング法等により、例えば 200 nm〜400 n m程度の厚さに形成することができる。

なお、裏面電極膜 5と半導体薄膜光電変換ユニット 4との間、もしくはハイブリッド型薄膜光電変換装置の場合は裏面電極膜 5と結晶質シリコン光電変換ュニット 4 bとの間には、例えば両者の間の接着性を向上させるために、 Z ηθのような非金属材料からなる透明電導性薄膜（図示せず）を設けることができる。集積化薄膜光電変換装置 1の透明基板 2上に形成された各光電変換セル 10は、封止樹脂層 6を介して有機保護層 7により封止されている。この封止樹脂層 6は、有機保護層をこれらセル 10に接着することが可能な樹脂が用いられる。そのような樹脂としては、例えば、 EVA (エチレン ' ビュルアセテート共重合体）、 P VB (ポリビニルプチラール）、 P I B (ポリイソブチレン）、及ぴシリコーン樹脂等を用いることができる。また、有機保護層 7としては、ポリフッ化ビニルフィルム（例えば、テドラーフィルム（登録商標））のようなフッ素樹脂系フイルム或いは P E Tフィルムのような耐湿性や耐水性に優れた絶縁フィルムが用いられる。有機保護層は、単層構造でもよく、これらを積層した積層構造であつてもよい。さらに、有機保護層は、アルミニウム等からなる金属箔がこれらのフイルムで挟持された構造を有してもよい。アルミニウム箔のような金属箔は耐湿性や耐水性を向上させる機能を有するので、有機保護層をこのような構造とすることにより、光電変換セル 1 0より効果的に水分から保護することができる。これら封止樹脂層 6 /有機保護層 7は、真空ラミネート法により集積化薄膜光電変換装置 1の裏面側に同時に貼着することができる。

また、第 3図に示すような基板ホルダー 3 1を結晶質シリコン薄膜光電変換ュニット 4 b形成時に用いる場合は、透明電極膜 2上に第 3図に示すように絶縁分離溝 1 4が 1本以上第 1図中に示す光電変換セル 1 0の直列接続の方向である集積方向 5 0に平行に形成される。

ところで前記白濁変色領域は結晶質シリコン薄膜光電変換ュニット 4 b形成後、膜面側から目視で観察可能である。白濁変色領域は全く同条件でも、ある程度の不確定性を持っており、特に大面積においては、温度分布、プラズマ密度分布、基板ホルダーとの空間的関係などにより、いっそう顕著となる。そのため小面積においては考慮する必要の無い白濁変色領域の制御を行うことが重要となる。白濁変色領域は適当な箇所に適量の存在である必要がある。

白濁変色領域の光電変換領域全体に占める面積は 5 %以下が好ましい。これ以上存在すると短絡電流の低下が、開放端電圧およびフィルファクタの向上を上回る。また、直列に集積された構造をもつ集積化薄膜光電変換装置 1の場合、白濁変色領域は集積化薄膜光電変換装置 1の各光電変換セル 1 0に対して集積方向 5 0と平行な側の両端もしくは片端に存在する事が好ましい。その際白濁変色領域、光電変換セル 1 0を直列接続した方向すなわち集積方向に対して平行側の光電変換セル 1 0の境界から光電変換セル 1 0の内側へ 2 mm以上 1 O mm以下の幅であれば、短絡電流の低下が開放端電圧おょぴフィルファクタの向上を上回る。透明基板 2の一方の主面上において、絶縁分離溝 1 4を形成することで、絶縁分離溝 1 4を境界として、透明電極膜 2を光電変換領域 5 2とその周辺の非光電変換領域に集積方向 5 0に平行に分割した場合には、前記白濁変色領域は集積方向 5 0に前記境界に沿つて細長く発生し易くなる。

逆に集積方向に対して垂直な側に白濁変色領域が存在し、いくつかある光電変換セル 1 0の内一つだけ全面が白濁変色領域となるとその光電変換セル 1 0の光感度は非常に低くなり短絡電流が小さくなる。そのため、たとえ白濁変色領域の面積が 5。/。以下であっても、集積構造が直列のため集積化薄膜光電変換装置 1全体として短絡電流が極端に小さくなり、光電変換効率が低下する。

実際、白濁変色領域が全ての光電変換セル 1 0に対して同じ面積だけ発生するわけではないので、平均して 6 mm程度の幅で両端に発生し、集積方向 5 0と垂直な方向に白濁変色領域が生じないとすれば、光電変換セルの集積方向 5 0に垂直な方向の長さが 2 4 O mm以上の時、白濁変色領域は 5 %以下となる。実際には、集積化薄膜光電変換装置 1の集積方向に平行な方向の両端だけでなく、垂直な方向の両端にも白濁変色領域は同程度発生する。このため、この垂直な方向の白濁の部分は除外するように集積するようにすると、白濁変色領域が 5 %以下であり、集積方向に平行な境界からの幅が 2 mm以上 1 O mm以下である集積化薄膜光電変換装置 1を実現するには、集積化薄膜光電変換装置 1のサイズが 2 4 0 mm X 2 5 O mm以上すなわち 6 0 0 c m ²以上である必要がある。

この白濁変色領域は裏面電極膜 5が形成された後でも膜面からの判別が容易であるが、樹脂などにより封止をされた後では透明基板 2の半導体薄膜光電変換ュニット 4が形成されていない面からの目視による判別は困難である。しかし分光反射計を用いた分光反射率測定により、透明基板 2の半導体薄膜光電変換ュニットが形成されていない面からの判別が可能である。分光反射測定は、積分球を用いた 1 0 ° 入射での拡散成分を含む反射を測定しており、硫酸バリウム板を基準とした値を用いている。前記の条件での分光反射率測定における 8 0 0 n mの分光反射率が白濁変色領域とそうでない領域とで 5 %以上白濁変色領域の方が大きいということで白濁変色領域を定義する事が出来る。

実施例

(実施例 1 ) —方の主面上に S n0₂膜 3が形成された 9 1 0 mmX 9 1 Ommの寸法を有するガラス基板 2を用意した。第 1図に示すように、このガラス基板の表面に形成された S n〇₂膜 3に、レーザースクライブにより、分離溝 2 1及び絶縁分離溝 14を形成した。このとき、第 3図に示すようにプラズマ CVD装置の基板ホルダー 31への設置時に、基板ホルダー 31の内周から約 1 mm離れるように、幅約 1 00 // mの第 1の絶縁分離溝 14 aを形成し、更に第 1の絶縁分離溝 14 aから内側に約 0. 7 mmの距離に、幅約 1 00 μ mの第 2の絶縁分離溝 14 b を形成した。

これら絶縁分離溝 14は、 1 200 c m²以上の大面積の基板上にプラズマ CV Dにより 1 00 mW/ c m²以上という高い電力密度で結晶質シリコン光電変換ユニット 4 bを形成する際に、基板ホルダー 3 1と基板表面の透明導電膜 2との間を絶縁する事により、異常放電を防止する役割をする。

基板ホルダー 3 1に上記レーザースクライブを実施した 1枚の S n0₂膜 3が形成されたガラス基板 2を保持した。このとき、ガラス基板 2の位置ずれを見込むと、基板ホルダー 31の内周から第 1の絶縁分離溝 14 aまでの距離は 3 ±2 mmの範囲となる。ガラス基板 2を保持した基板ホルダー 3 1を、 1 15 cmX 1 1 8 cmの電極が設置されている CVD装置内に搬入して、反応ガスとしてシラン、水素、メタン及びジポランを導入し p型層形成後、反応ガスとしてシランを導入し非晶質シリコン光電変換層を形成し、その後反応ガスとしてシラン、水素及びホスフィンを導入し n型層を形成することで非晶質シリコン光電変換ュニット 4 aを形成した。

その後、反応ガスとしてシラン、水素及ぴジポランを導入し P型層形成後、反応ガスとして水素とシランを表 1の実施例 1に示す流量条件で導入し結晶質シリコン光電変換層を形成し、その後反応ガスとしてシラン、水素及びホスフィンを導入し n型層を形成することで結晶質シリコン光電変換ュニット 4 bを形成した結晶質シリコン光電変換ュニット 4 b形成後、非晶質シリコン光電変換ュニット 4 a及ぴ結晶質シリコン光電変換ュニット 4 bをレーザースクライブすることにより接続溝 2 3を形成した。、更に、スパッタリング法により裏面電極膜として Z n O膜と A g膜との複層膜である裏面電極膜 5を形成した。その後、非晶質シリコン光電変換ュ-ット 4 a、結晶質シリコン光電変換ュニット 4 b及び裏面電極膜 5をレーザースクライブすることにより分離溝 2 2を形成し、更に、第 4 図に示す周辺絶縁溝 4 2 a及び 4 2 bを、 S n O ₂膜 3、非晶質シリコン光電変換ュニット 4 a、結晶質シリコン光電変換ュニット 4 b及ぴ裏面電極膜 5をレーザースクライブすることにより形成し、リード線 1 2の取り付け前に第 4図に示すように集積方向 5 0と平行な方向で切断線 4 1にそって半分のサイズに基板を割り、 9 1 0 X 4 5 5 mmサイズの、 8 . 9 mm X 4 3 0 mmの光電変換セノレ 1 0が 1 0 0個直列に接続されたハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置 1を作製した。ここで、周辺絶縁溝 4 2 aは予め S n 0 ₂膜 3に形成してた絶縁分離溝 1 4上に形成した。

このハイブリッド型集積化薄膜光電変換装置 1の結晶質シリコン光電変換ュニット 4 b形成後の膜面観察を行うと、第 4図で模式的に示すように光電変換セル 1 0の両端に白く変色した白濁変色領域 5 1が見られた。また第 5図は白濁変色領域の外観写真である。この白濁変色領域 5 1は 9 1 0 X 4 5 5 mmサイズのハイブリツド型集積化薄膜光電変換装置 1にした際、集積方向 5 0に平行な周辺絶縁分離溝 4 2 aの片方から 5 mm以上 1 0 mm以下の幅で存在した。このとき周辺絶縁分離溝 4 2 a及ぴ 4 2 bで囲まれた領域を光電変換領域 5 2と呼ぶことにすると、光電変換領域 5 2の総面積に対して白濁変色領域 5 1は約 2 %であったまた、この白濁変色領域 5 1をもつハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置 1 を封止したサンプルについて、ガラス面 2側から光を入射し、分光反射率の測定を行った。分光反射測定は、積分球を用い、 1 0 ° 入射で、拡散成分を含む反射を、硫酸バリウム板を基準として測定することで実施した。その結果、 8 0 O n mでの分光反射率が、白濁変色領域 5 1では、そうでない正常領域と比較すると、 5 %以上大きいことが判った。すなわち、第 6図に示す 9点の分光反射率を測定した結果、表 2の実施例 1に示すように、その絶対値の差が 1 2 . 1 %であつた。ここで、測定点 1、 4、及び 7が白濁変色領域 5 1に対応し、測定点 2、 3 、 5， 6， 8及び 9は正常領域に対応する。

このハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置 1の光曝露による光劣化前の出力である初期出力は、光源としてキセノン及びハロゲンランプを用いた放射照度 1 0 OmW/cm², AMI . 5のソーラーシミュレータの光を、ガラス面側から入射した時の電気的特性から測定される。なお、測定温度は 25°Cとした。表 3 の実施例 1に示すように初期出力は 42. 8Wであった。このとき、短絡電流、開放端電圧、フィルファクタはそれぞれ、 0. 456 A、 135. 5V、 0. 6 92であった。

表 1は、各実施例及び各比較例のハイブリッド型集積化薄膜光電変換装置における結晶質シリコン光電変換層の製膜流量条件と白濁変色領域との関係である。表 2は、各実施例及び各比較例のハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置の 8 00 nmにおける分光反射率である。

表 3は、各実施例及び各比較例のハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置の光電変換特性である。

(比較例 1 )

結晶質シリコン光電変換層を、表 1の比較例 1に示す流量条件で形成した以外は実施例 1と同様にして比較例 1のハイブリッド型集積化薄膜光電変換装置 1を作成した。比較例 1のハイブリッド型集積化薄膜光電変換装置 1では、封止前の膜面観察で白濁変色領域 5 1が無い 9 10 X 455 mmサイズのハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置 1が得られた。実施例 1と同様に比較例 1のハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置 1の初期出力と分光反射率を測定すると、それぞれ表 3の比較例 1と表 2の比較例 1のようになった。 80 O nmにおける分光反射率の絶対値の差は 5%以下であり、初期出力は 40. 1Wであり、短絡電流、開放端電圧、フィルファクタはそれぞれ、 0. 455 A、 1 29. 5V、 0. 68 1であった。比較例 1では、実施例 1に比べ、開放端電圧おょぴフィルファクタは明らかに低く、初期出力も低い値となった。シラン流量水素流量境界からの幅白濁変色領域の

No [seem] [slm] 白濁の有無 [mm] 光電変換領域に対する割合 [%] 実施例 1 450 50 片端 5〜10 2.0

比較例 1 420 50 無し 0 0

実施例 2 480 50 片端 15~30 5.5

実施例 3 130 15 両端 2~6 3.0

比較例 2 120 15 無し 0 0

実施例 4 150 15 両端 5〜16 5.2

表 2

表 3 特性 N o 開放電圧 [V] 短絡電流 [A] 7ィルファクタ [% 初期出力 [W] 実施例 1 135.5 0.456 69.2 42.8

比較例 1 129.5 0.455 68.1 40.1

実施例 2 136.7 0.441 68.3 41.2

実施例 3 37.8 0.439 74.1 12.3

比較例 2 37.0 0.441 72.5 11.8

実施例 4 38.1 0.435 72.8 12.1 (実施例 2 )

結晶質シリコン光電変換層を、表 1の実施例 2に示す流量条件で形成した以外は実施例 1と同様にして実施例 2のハイブリッド型集積化薄膜光電変換装置 1を作成した。実施例 2のハイブリッド型集積化薄膜光電変換装置 1では、封止前の膜面観察で第 4図に示すような、光電変換セル 1 0の両端に白く変色した白濁変色領域 5 1が見られ、この白濁変色領域 5 1は 9 1 0 X 4 5 5 mmサイズのハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置 1にした際、集積方向 5 0に平行な周辺絶縁分離溝 4 2 aの片方から 1 5 mm以上 3 O mm以下の幅で存在し、光電変換領域

5 2の総面積に対して白濁変色領域 5 1は約 5 . 5 %であった。

実施例 1と同様に実施例 2のハイブリッド型集積化薄膜光電変換装置 1の分光反射率を第 6図に示すように 9点測定すると、表 2の実施例 2に示すように、 8 0 0 n mにおける分光反射率の絶対値の差が 1 1 . 7 %であった。ここで、測定点 1、 4、及び 7が白濁変色領域 5 1に対応し、測定点 2、 3、 5， 6， 8及び 9は正常領域に対応する。

実施例 1と同様に実施例 2のハイブリッド型集積化薄膜光電変換装置 1の初期出力を測定すると、表 3の実施例 2に示すように 4 1 . 2 Wであった。短絡電流、開放端電圧、フィルファクタはそれぞれ、 0 . 4 4 1 A、 1 3 6 . 7 V、 0 .

6 8 3であった。実施例 2では、比較例 1とくらべ開放端電圧及びフィルファタタが高く、初期出力も高い。実施例 1に比べ、短絡電流はやや低く、初期出力もやや低い値となった。

(実施例 3 )

一方の主面上に S n 0 ₂膜 3が形成された 3 6 5 mm X 4 6 5 mmの寸法を有するガラス基板 2を用意し、第 7図に示すように分離溝 2 1を形成した。

基板ホルダーを用いず、搬送フォークによりガラス基板 2を搬送する事が可能な枚葉式プラズマ C V D装置の 4 0 O mm X 5 0 0 mmの電極が設置されている位置に前記ガラス基板 2を移動させて、実施例 1と同様のガスを用いて非晶質シリコン光電変換ュニット 4 aおよび結晶質シリコン光電変換ュニット 4 bを形成した。この際、結晶質シリコン光電変換層は表 1の実施例 3に示す流量条件で形成した。結晶質シリコン光電変換ユニット 4 b形成後、接続溝 2 3をレーザスクライブにより形成し、スパッタリング法により裏面電極膜として Z η θ膜と A g膜との複層膜である裏面電極膜 5を形成した。その後分離溝 2 2及び第 4図に示す周辺絶縁溝 4 2 a及ぴ 4 2 bをレーザースクライブにより形成し、リード線 1 2の取り付け、 3 0 0 X 4 0 0 mmサイズの 8 . 9 mm X 3 8 0 mmの光電変換セル 1 0が 2 8個直列に接続されたハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置 1 を作製した。

このハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置 1の封止前の膜面観察を行うと、第 7図に模式的に示すように光電変換セル 1 0の両端に白く変色した白濁変色領域 5 1が見られた。白濁変色領域 5 1は集積方向 5 0に平行な周辺絶縁分離溝 4 2 aの両方から 2 mm以上 6 mm以下の幅で観察され、光電変換領域 5 2の総面積に対して白濁変色領域 5 1は約 3 %であった。

また実施例 1と同様に実施例 3のハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置 1の分光反射率を第 8図に示すように 9点測定すると、表 2の実施例 3に示すように、 8 0 0 n mにおける分光反射率の絶対値の差が 9 . 9 %であった。ここで、測定点 1、 3、 4、 6、 7及ぴ 9が白濁変色領域 5 1に対応し、測定点 2， 5及び 8は正常領域に対応する。

この実施例 3のハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置 1の初期出力を実施例 1と同様に測定すると、表 3の実施例 3に示すように 1 2 . 3 Wであった。このとき、短絡電流、開放端電圧、フィルファクタはそれぞれ、 0 . 4 3 9 A、 3 7 . 8 V、 0 . 7 4 1であった。

(比較例 2 )

結晶質シリコン光電変換層を、表 1の比較例 2に示す流量条件で形成した以外は実施例 3と同様にして比較例 2のハイブリッド型集積化薄膜光電変換装置 1を作成した。比較例 2のハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置 1では、封止前の膜面観察で白濁変色領域 5 1が無い 3 0 0 X 4 0 0 mmサイズのハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置 1が得られた。実施例 1と同様に比較例 2のハイプリッド型集積化薄膜光電変換装置 1の初期出力と分光反射率を測定すると、それぞれ表 2の比較例 2と表 3の比較例 2のようになった。 800 nmにおける分光反射率の絶対値の差は 5%以下であり、初期出力は 1 1. 8Wであり、短絡電流、開放端電圧、フィルファクタはそれぞれ、 0. 44 1 A、 3 7. 0V、 0. 68 1 であった。比較例 2では、実施例 3に比べ、開放端電圧およびフィルファクタは明らかに低く、初期出力も低い。

(実施例 4)

結晶質シリコン光電変換層を、表 1の実施例 4に示す流量条件で形成した場合、第 7図に模式的に示すように、光電変換セル 10の両端に白く変色した白濁変色領域 51が見られた。この白濁変色領域 5 1は 300 X 40 Ommサイズのハイブリッド型集積化薄膜光電変換装置 1にした際、集積方向 50に平行な周辺絶縁分離溝 42 aの片方から 5 mm以上 1 6 mm以下の幅で存在し、光電変換領域 52の総面積に対して白濁変色領域 51は約 5. 2%であった。

実施例 1と同様に分光反射率を第 8図に示す 9点測定すると、表 2の実施例 4 に示すように、 800 nmにおける分光反射率の絶対値の差が 9. 6%であった。

初期出力を実施例 1と同様に測定すると、表 3の実施例 4に示すように 1 2. 1Wであり、短絡電流、開放端電圧、フィルファクタはそれぞれ、 0. 435A 、 38. I V、 0. 728であった。実施例 4では、比較例 2とくらべ開放端電圧及びフィルファクタが高く、初期出力も高い。実施例 2に比べ、短絡電流はやや低く、初期出力もやや低い値となった。

図面の符号の説明を記載する。

1 集積化薄膜光電変換装置

2 透明基板

3 透明電極膜

4 a,4 b 半導体薄膜光電変換ユニット

5 裏面電極膜

6 封止樹脂層

7 有機保護層 1 0 光電変換セル

1 2 リ一ド線

1 4 a , 1 4 b , 1 4 c 絶縁分離溝

2 1 , 2 2 分離溝

2 3 接続溝

3 1 基板ホルダー

3 2 バックプレート

4 1 切断線

4 2 a , 4 2 b 周辺絶縁分離溝

5 0 集積方向

5 1 白濁変色領域

5 2 光電変換領域

6 1 分光反射率測定点 1

6 2 分光反射率測定点 2

6 3 分光反射率測定点 3

6 4 分光反射率測定点 4

6 5 分光反射率測定点 5

6 6 分光反射率測定点 6

6 7 分光反射率測定点 7

6 8 分光反射率測定点 8

6 9 分光反射率測定点 9 産業上の利用可能性

以上詳述したように、本発明の薄膜光電変換装置は、結晶質シリコン光電変換ユニットを含む薄膜光電変換装置であって、結晶質シリコン光電変換層に白濁変色領域を有するので、小さい開放端電圧おょぴフィルファクタとなるという問題が解決され、光電変換効率が改善された薄膜光電変換装置を提供することができる。さらに、結晶質シリコン光電変換ユニットを形成後、即座に完成後の薄膜光電変換装置の光電変換特性の良否を判別することが可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 透明基板の一方の主面上に少なくとも透明電極膜、結晶質シリコン光電変換ュニット及び裏面電極膜が順に形成された薄膜光電変換装置であって、前記結晶質シリコン光電変換ュニット形成後に、その表面の一部に白濁変色領域を有することを特徴とする薄膜光電変換装置。

2 . 前記白濁変色領域が前記薄膜光電変換装置の光電変換領域面積の 5 %以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の薄膜光電変換装置。 ·

3 . 請求の範囲第 1項または第 2項に記載の薄膜光電変換装置であって、前記透明電極膜、結晶質シリコン光電変換ユニット、および裏面電極膜が複数の光電変換セルを形成するように複数の分離溝によって分離されてなり、かつ、それらの複数のセルが接続用溝を介して互いに電気的に直列接続されてなることを特徴とする集積化薄膜光電変換装置。

4 . 請求の範囲第 3項に記載の集積化薄膜光電変換装置であって、前記白濁変色領域が、前記光電変換領域の前記直列接続した方向に平行な境界から光電変換領域側へ 2 mm以上 1 0 mm以下の幅で存在することを特徴とする集積化薄膜光電変換装置。

5 . 前記透明電極膜と前記結晶質シリコン光電変換ユニットとの間に、非晶質シリコン光電変換ュニットをさらに備えてなることを特徴とする請求の範囲第 1項から第 4項に記載の薄膜光電変換装置。

6 . 透明基板の一方の主面上に少なくとも透明電極膜、結晶質シリコン光電変換ュニット及び裏面電極膜が順に形成された薄膜光電変換装置であって、光電変換領域において、波長 8 0 0 n mの単色光を、前記透明基板の他方の主面から入射し測定した、拡散成分を含む絶対反射率の最大値と最小値の差が、 5 %以上であることを特徴とする薄膜光電変換装置。

7 . 前記透明電極膜と前記結晶質シリコン光電変換ユニットとの間に、非晶質シリコン光電変換ュニットをさらに備えてなることを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の薄膜光電変換装置。

8 . 請求の範囲第 1項から第 7項に記載の薄膜光電変換装置であって、半導体薄膜光電変換ュ-ットが形成されている面積が 600 cm²以上であることを特徴とする薄膜光電変換装置。