WO2010061667A1 - 光電変換装置の製造方法 - Google Patents

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photoelectric conversion
film
forming
silicon
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山口　賢剛
坂井　智嗣
竹内　良昭
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion device, and more particularly to a method for manufacturing a thin film solar cell using silicon as a power generation layer.
  • Photoelectric conversion devices used in solar cells that convert solar energy into electrical energy include p-type silicon semiconductors (p layers), i-type silicon semiconductors (i layers), and n-type silicon semiconductors (n layers).
  • p layers p-type silicon semiconductors
  • i layers i-type silicon semiconductors
  • n layers n-type silicon semiconductors
  • a thin-film silicon-based photoelectric conversion device including a photoelectric conversion layer formed by forming a thin film by using a plasma CVD method or the like is known.
  • the n layer is often made of crystalline silicon as disclosed in Patent Document 1, but may be made of amorphous silicon.
  • the thin-film silicon solar cell include that the area can be easily increased and that the film thickness is as thin as about 1/100 that of a crystalline solar cell, and that the material can be reduced. For this reason, the thin film silicon solar cell can be manufactured at a lower cost than the crystalline solar cell.
  • a disadvantage of the thin-film silicon solar cell is that the conversion efficiency is lower than that of the crystal system. In this technical field, improvement of conversion efficiency is an important issue.
  • the amorphous silicon n layer fills the valley of the surface of the i layer, the surface after the n layer is formed becomes smooth, and the coverage is improved. It was thought. However, when the surface of the crystalline silicon i layer as the underlayer is rough, the crystalline silicon n layer is used even under the hydrogen dilution rate condition (for example, 20 times) in which amorphous silicon is formed on the glass. As in the case of forming a film, there was a problem that the form factor and the open circuit voltage were lowered.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a photoelectric conversion device that achieves both high productivity and high conversion efficiency by forming an n layer with good coverage at high speed.
  • the present invention provides a method for manufacturing a photoelectric conversion device including a step of forming a silicon-based photoelectric conversion layer on a substrate by a plasma CVD method, wherein the photoelectric conversion layer is formed. Includes a step of forming an i layer made of crystalline silicon, and a step of forming an n layer on the i layer under a condition of a hydrogen dilution rate of 0 to 10 times.
  • a manufacturing method is provided.
  • the inventors of the present invention have a high SiH 4 partial pressure at the time of n-layer deposition, that is, a hydrogen dilution rate of 0, without reducing the deposition rate. It has been found that a photoelectric conversion device having a high conversion efficiency can be produced by improving the shape factor and open circuit voltage of the photoelectric conversion device by setting the conversion factor to 10 to 10 times. This is because, in the region where the hydrogen dilution rate is low, the epitaxial growth of n-type silicon is suppressed even if the base is crystalline, so that the amorphous silicon n layer grows over the entire substrate and the coverage is improved. Can be guessed.
  • the n layer is preferably formed at a film forming rate of 0.2 nm / sec or more. According to the present invention, a photoelectric conversion device having high conversion efficiency can be manufactured without reducing productivity, which is advantageous.
  • the n layer may be formed using a gas containing at least one element of carbon and nitrogen as a source gas.
  • a gas containing at least one element of carbon and nitrogen as a source gas.
  • the step of forming the n layer includes a step of forming the first n layer and a step of forming the second n layer, and the first n layer has a hydrogen dilution ratio of 0 to 10 times.
  • the second n layer may be formed under a hydrogen dilution rate condition different from that of the first n layer.
  • the n layer is composed of the first n layer and the second n layer formed under different conditions of the hydrogen dilution rate, and the hydrogen dilution rate is set to 0 to 10 times in the formation of the first n layer. In this way, it is possible to improve the form factor and the open-circuit voltage and manufacture a photoelectric conversion device with high conversion efficiency.
  • an n layer is formed on a crystalline silicon i layer under a condition of hydrogen dilution rate of 0 times or more and 10 times, thereby improving a form factor and an open circuit voltage and having a high conversion efficiency.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the photoelectric conversion device of the present invention.
  • the photoelectric conversion device 100 is a single-type silicon solar cell, a solar cell photoelectric conversion layer 3 in which a substrate 1, a transparent electrode layer 2, a p layer 41, an i layer 42, and an n layer 43 are stacked in this order from the substrate side, and A back electrode layer 4 is provided.
  • the silicon-based is a generic name including silicon (Si), silicon carbide (SiC), and silicon germanium (SiGe).
  • the crystalline silicon system means a silicon system other than the amorphous silicon system, and includes microcrystalline silicon and polycrystalline silicon.
  • Embodiments of a method for manufacturing a photoelectric conversion device according to the present invention will be described by taking a process for manufacturing a solar cell panel as an example.
  • 2 to 5 are schematic views showing a method for manufacturing the solar cell panel of the present embodiment.
  • FIG. 2 (a) A large-area soda float glass substrate (for example, 1.4 m ⁇ 1.1 m ⁇ plate thickness: 3.5 mm to 4.5 mm) having an area of 1 m 2 or more is used as the substrate 1.
  • the end face of the substrate is preferably subjected to corner chamfering or R chamfering to prevent damage due to thermal stress or impact.
  • FIG. 2 (b) As the transparent conductive layer 2, a transparent conductive film having a thickness of about 500 nm to 800 nm and having tin oxide (SnO 2 ) as a main component is formed at about 500 ° C. with a thermal CVD apparatus. At this time, a texture with appropriate irregularities is formed on the surface of the transparent electrode film.
  • an alkali barrier film (not shown) may be formed between the substrate 1 and the transparent electrode film.
  • a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed at a temperature of about 500 ° C. with a thermal CVD apparatus at 50 nm to 150 nm.
  • FIG. 2 (c) Thereafter, the substrate 1 is set on an XY table, and the first harmonic (1064 nm) of the YAG laser is irradiated from the film surface side of the transparent electrode film as indicated by an arrow in the figure.
  • the laser power is adjusted to be appropriate for the processing speed, and the transparent electrode film is moved relative to the direction perpendicular to the series connection direction of the power generation cells so that the substrate 1 and the laser light are moved relative to each other to form the groove 10.
  • FIG. 2 (d) Using a plasma CVD apparatus, source gas: hydrogen and silane (SiH 4 ), reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, substrate temperature: about 200 ° C., plasma generation frequency: 40 MHz to 100 MHz, p layer 41, i layer 42, and The n layer 43 is sequentially formed.
  • the crystalline silicon p layer 41 is mainly made of B-doped microcrystalline silicon and has a thickness of 10 nm to 50 nm.
  • the crystalline silicon i layer 42 is mainly made of microcrystalline silicon and has a film thickness of 1.2 ⁇ m or more and 3.0 ⁇ m or less.
  • the n layer 43 is mainly made of P-doped silicon and has a thickness of 20 nm to 50 nm.
  • the hydrogen dilution rate H 2 / SiH 4 is set to 0 times or more and 10 times or less.
  • the deposition rate of the n layer is 0.2 nm / sec or more, preferably 0.25 nm / sec or more.
  • a gas containing at least one element of carbon and nitrogen may be further introduced into the plasma CVD apparatus as a source gas.
  • the gas include methane gas and nitrogen gas.
  • the amount of methane gas added is 0.2% or more and 1.2% or less, preferably 0.5% or more and 0.8% or less in terms of a flow rate ratio with respect to silane.
  • the amount of nitrogen gas added is 0.2% or more and 3% or less, preferably 0.5% or more and 2% or less in flow rate ratio with respect to silane.
  • the n layer 43 may be a single layer formed under a constant hydrogen dilution rate condition within the above range, or two layers having different hydrogen dilution rates may be stacked.
  • the first n layer formed on the crystalline silicon i layer 42 is formed under conditions of a hydrogen dilution rate of 0 to 10 times.
  • the film may be formed using a gas containing at least one element of carbon and nitrogen described above.
  • the second n layer is formed at a hydrogen dilution rate different from that of the first n layer. At this time, if the second n layer is formed under a hydrogen dilution rate condition (for example, 20 times) at which the film formation rate is high and amorphous silicon is formed, productivity is improved and coverage is also improved. This is advantageous.
  • the distance d between the plasma discharge electrode and the surface of the substrate 1 is preferably 3 mm or more and 10 mm or less. If it is smaller than 3 mm, it is difficult to keep the distance d constant from the accuracy of each component device in the film forming chamber corresponding to the large substrate, and there is a possibility that the discharge becomes unstable because it is too close. When it is larger than 10 mm, it is difficult to obtain a sufficient film forming speed (1 nm / s or more), and the uniformity of the plasma is lowered and the film quality is lowered by ion bombardment.
  • FIG. 2 (e) The substrate 1 is placed on an XY table, and the second harmonic (532 nm) of the laser diode-pumped YAG laser is irradiated from the film surface side of the photoelectric conversion layer 3 as shown by the arrow in the figure.
  • Pulse oscillation 10 kHz to 20 kHz, laser power is adjusted so that the processing speed is appropriate, and laser etching is performed so that grooves 11 are formed on the lateral side of the laser etching line of the transparent electrode layer 2 from about 100 ⁇ m to 150 ⁇ m. To do. Further, this laser may be irradiated from the substrate 1 side.
  • the photoelectric conversion layer is formed by utilizing a high vapor pressure generated by the energy absorbed in the amorphous silicon-based first cell layer of the photoelectric conversion layer 3. Since 3 can be etched, a more stable laser etching process can be performed. The position of the laser etching line is selected in consideration of positioning tolerances so as not to intersect with the etching line in the previous process.
  • FIG. 3 An Ag film / Ti film is formed as the back electrode layer 4 by a sputtering apparatus at a reduced pressure atmosphere and at a film forming temperature of 150 ° C. to 200 ° C.
  • an Ag film 150 nm or more and 500 nm or less
  • a Ti film having a high anticorrosion effect 10 nm or more and 20 nm or less are stacked in this order to protect them.
  • the back electrode layer 4 may have a laminated structure of an Ag film having a thickness of 25 nm to 100 nm and an Al film having a thickness of 15 nm to 500 nm.
  • a GZO Ga film thickness: 50 nm to 100 nm
  • a doped ZnO film may be formed.
  • FIG. 3 (b) The substrate 1 is placed on an XY table, and the second harmonic (532 nm) of the laser diode-pumped YAG laser is irradiated from the substrate 1 side as indicated by the arrow in the figure.
  • the laser light is absorbed by the photoelectric conversion layer 3, and the back electrode layer 4 is exploded and removed using the high gas vapor pressure generated at this time.
  • Pulse oscillation laser power is adjusted so as to be suitable for the processing speed from 1 kHz to 10 kHz, and laser etching is performed so that grooves 12 are formed on the lateral side of the laser etching line of the transparent electrode layer 2 from 250 ⁇ m to 400 ⁇ m. .
  • FIG. 3 (c) and FIG. 4 (a) The power generation region is divided to eliminate the influence that the serial connection portion due to laser etching is likely to be short-circuited at the film edge around the substrate edge.
  • the substrate 1 is set on an XY table, and the second harmonic (532 nm) of the laser diode pumped YAG laser is irradiated from the substrate 1 side.
  • the laser light is absorbed by the transparent electrode layer 2 and the photoelectric conversion layer 3, and the back electrode layer 4 explodes using the high gas vapor pressure generated at this time, and the back electrode layer 4 / photoelectric conversion layer 3 / transparent electrode layer 2 is removed.
  • Pulse oscillation 1 kHz or more and 10 kHz or less
  • the laser power is adjusted so as to be suitable for the processing speed, and the position of 5 mm to 20 mm from the end of the substrate 1 is placed in the X-direction insulating groove as shown in FIG.
  • Laser etching is performed to form 15.
  • FIG.3 (c) since it becomes X direction sectional drawing cut
  • the insulating groove formed to represent the Y-direction cross section at the position will be described as the X-direction insulating groove 15.
  • the Y-direction insulating groove does not need to be provided because the film surface polishing removal processing of the peripheral film removal region of the substrate 1 is performed in a later process.
  • the insulating groove 15 exhibits an effective effect in suppressing external moisture intrusion into the solar cell module 6 from the end portion of the solar cell panel by terminating the etching at a position of 5 mm to 15 mm from the end of the substrate 1. Therefore, it is preferable.
  • the laser beam in the above steps is a YAG laser
  • a YVO4 laser or a fiber laser there are some that can use a YVO4 laser or a fiber laser in the same manner.
  • FIG. 4 (a: view from the solar cell film side, b: view from the substrate side of the light receiving surface) Since the laminated film around the substrate 1 (peripheral film removal region 14) has a step and is easy to peel off in order to ensure a sound adhesion / seal surface with the back sheet 24 via EVA or the like in a later process, The film is removed to form a peripheral film removal region 14. When removing the film over the entire periphery of the substrate 1 at 5 to 20 mm from the end of the substrate 1, the X direction is closer to the substrate end than the insulating groove 15 provided in the step of FIG.
  • the back electrode layer 4 / photoelectric conversion layer 3 / transparent electrode layer 2 are removed by using grinding stone polishing, blast polishing, or the like on the substrate end side with respect to the groove 10 near the side portion. Polishing debris and abrasive grains were removed by cleaning the substrate 1.
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) An attachment portion of the terminal box 23 is provided with an opening through window in the back sheet 24 to take out the current collector plate. Insulating materials are installed in a plurality of layers in the opening through window portion to suppress intrusion of moisture and the like from the outside. Processing so that power can be taken out from the terminal box 23 on the back side of the solar battery panel by collecting copper foil from one end of the photovoltaic power generation cells arranged in series and the other end of the solar power generation cell. To do. In order to prevent a short circuit with each part, the copper foil arranges an insulating sheet wider than the copper foil width.
  • an adhesive filler sheet made of EVA (ethylene vinyl acetate copolymer) or the like is disposed so as to cover the entire solar cell module 6 and not protrude from the substrate 1. .
  • a back sheet 24 having a high waterproof effect is installed on the EVA.
  • the back sheet 24 has a three-layer structure of PET sheet / Al foil / PET sheet so that the waterproof and moisture-proof effect is high.
  • the one with the back sheet 24 arranged in a predetermined position is deaerated inside in a reduced pressure atmosphere by a laminator and pressed at about 150 to 160 ° C., and EVA is crosslinked and brought into close contact.
  • FIG. 5 (a) The terminal box 23 is attached to the back side of the solar cell module 6 with an adhesive.
  • FIG. 5 (b) The copper foil and the output cable of the terminal box 23 are connected by solder or the like, and the inside of the terminal box 23 is filled with a sealing agent (potting agent) and sealed. Thus, the solar cell panel 50 is completed.
  • FIG. 5 (c) A power generation inspection and a predetermined performance test are performed on the solar cell panel 50 formed in the steps up to FIG. The power generation inspection is performed using a solar simulator of AM1.5 and solar radiation standard sunlight (1000 W / m 2 ).
  • FIG. 5 (d) Before and after the power generation inspection (FIG. 5C), a predetermined performance inspection is performed including an appearance inspection.
  • Example 1 A single solar cell having the configuration shown in FIG. 1 was produced. On the glass substrate, a 80 nm-thick tin oxide film was formed as a transparent electrode layer.
  • the crystalline silicon p layer uses H 2 , SiH 4 and B 2 H 6 as source gases, hydrogen dilution rate: 100 times, pressure: 500 Pa, substrate temperature: 180 ° C., plasma generation frequency: 60 MHz, film thickness: 20 nm
  • the film was formed under the following conditions.
  • the crystalline silicon i layer uses H 2 and SiH 4 as source gases, hydrogen dilution rate: 45 times, pressure: 2100 Pa, substrate temperature: 180 ° C., plasma generation frequency: 100 MHz, film thickness: 0.5 ⁇ m, or 1.
  • a film was formed under the condition of 9 ⁇ m.
  • As the back electrode layer a ZnO film with a thickness of 70 nm and an Ag film with a thickness of 250 nm were formed.
  • the n layer uses H 2 , SiH 4 and PH 3 as source gases, hydrogen dilution ratio: 5 to 50 times, pressure: 250 to 700 Pa, substrate temperature: 180 ° C., plasma generation frequency: 60 MHz, film thickness: 30 nm
  • the film was formed under the following conditions. In n-layer deposition, the input power was adjusted so that the deposition rate was 0.2 nm / sec.
  • FIG. 6 is a graph showing the correlation between the hydrogen dilution rate and the fill factor during n-layer deposition in a solar cell having a crystalline silicon i-layer thickness of 0.5 ⁇ m.
  • FIG. 7 is a graph showing the correlation between the hydrogen dilution rate and the solar cell curvilinear factor during n-layer deposition in a solar cell having a crystalline silicon i-layer thickness of 1.9 ⁇ m. 6 and 7, the horizontal axis represents the H 2 / SiH 4 flow rate ratio during n-layer deposition, and the vertical axis represents the solar cell curve factor (normalized by the value of the curve factor when the hydrogen dilution rate is 10 times). It is. As shown in FIGS.
  • a high fill factor was obtained at a hydrogen dilution rate of 10 times or less during n-layer deposition. Moreover, when the hydrogen dilution rate exceeded 10 times, the fill factor decreased with an increase in the hydrogen dilution rate.
  • the improvement of the fill factor can be predicted because n-type silicon does not grow epitaxially and n-type silicon is also formed in the valleys in the irregular shape on the surface of the crystalline silicon i layer. Moreover, the tendency that the fill factor increases as the hydrogen dilution rate decreases is more conspicuous as the crystalline silicon i layer is thinner. This is considered to be because the surface of the i layer becomes flatter as the crystalline silicon i layer becomes thicker.
  • the results of Example 1 indicate that the photoelectric conversion efficiency can be improved by setting the hydrogen dilution rate during n-layer deposition to 0 to 10 times.
  • Example 2 A transparent electrode layer, a crystalline silicon p layer, a crystalline silicon i layer, and a back electrode layer were formed under the same conditions as in Example 1 except for the n layer to produce a single type solar cell.
  • n layer uses H 2 , SiH 4 , PH 3, and CH 4 as source gases, hydrogen dilution rate: 10 times, CH 4 flow rate ratio to SiH 4 : 0-8%, pressure: 250 Pa, substrate temperature: 180 Film formation was performed under the conditions of ° C., plasma generation frequency: 60 MHz, and film thickness: 30 nm. In n-layer deposition, the input power was adjusted so that the deposition rate was 0.2 nm / sec.
  • Example 3 Single type as in Example 2 except that H 2 , SiH 4 , PH 3 and N 2 were used as the source gas for n-layer deposition, and the flow rate ratio of N 2 to SiH 4 was 0 to 5%. A solar battery cell was produced.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the CH 4 / SiH 4 flow rate ratio and the fill factor during n-layer deposition for the solar battery cell of Example 2.
  • the horizontal axis is the CH 4 / SiH 4 flow rate ratio
  • the vertical axis is the curve factor of the solar battery cell normalized by the value of the curve factor when the CH 4 / SiH 4 flow rate ratio is 0.2%.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the N 2 / SiH 4 flow rate ratio and the fill factor during n-layer deposition for the solar battery cell of Example 3.
  • the horizontal axis is the N 2 / SiH 4 flow rate ratio
  • the vertical axis is the solar cell curve factor normalized by the value of the curve factor when the N 2 / SiH 4 flow rate ratio is 0.5%.
  • a single type solar cell has been described as the solar cell, but the present invention is not limited to this example.
  • the present invention can be similarly applied to other types of thin film solar cells such as a tandem solar cell, a silicon germanium solar cell, and a triple solar cell.

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Abstract

　カバレージが良好なｎ層を高速で製膜することにより、高生産性と高変換効率とを両立させた光電変換装置の製造方法を提供する。プラズマＣＶＤ法により、基板（１）上にシリコン系の光電変換層（３）を形成する工程を含む光電変換装置（１００）の製造方法であって、前記光電変換層（３）を形成する工程が、結晶質シリコンからなるｉ層（４２）を形成する工程と、該ｉ層（４２）上に、水素希釈率０倍以上１０倍以下の条件でｎ層（４３）を形成する工程とを含むことを特徴とする光電変換装置（１００）の製造方法。

Description

光電変換装置の製造方法
　本発明は、光電変換装置の製造方法に関し、特に発電層としてシリコンを用いる薄膜系太陽電池の製造方法に関する。
　太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池に用いられる光電変換装置としては、ｐ型シリコン系半導体（ｐ層）、ｉ型シリコン系半導体（ｉ層）及びｎ型シリコン系半導体（ｎ層）の薄膜をプラズマＣＶＤ法等で製膜して形成した光電変換層を備えた薄膜シリコン系光電変換装置が知られている。
　通常、ｉ層に結晶質シリコンを適用した場合、ｎ層は、特許文献１のように結晶質シリコンとされることが多いが、非晶質シリコンとされる場合もある。
　薄膜シリコン系太陽電池の長所としては、大面積化が容易であること、膜厚が結晶系太陽電池の１／１００程度と薄く、材料が少なくて済むことなどが挙げられる。このため、薄膜シリコン系太陽電池は、結晶系太陽電池と比較して低コストでの製造が可能となる。しかしながら、薄膜シリコン系太陽電池の短所としては、変換効率が結晶系に比べて低いことが挙げられる。本技術分野においては、変換効率の向上が重要な課題となっている。
特開２００５－１５９３２０号公報
　薄膜シリコン系太陽電池の生産性を向上させるために、製膜速度が０．１５ｎｍ／ｓｅｃを超える条件で結晶質シリコンｎ層を製膜した場合、形状因子及び開放電圧が低下して光電変換効率が低下することが問題となっていた。この傾向は、結晶質シリコンｎ層の下に位置する結晶質シリコンｉ層の表面形状が粗い場合に、特に顕著であった。この原因としては、ｉ層の結晶面にｎ型の結晶質シリコンがエピタキシー成長し、結晶質シリコンｉ層の凹凸表面の谷部をｎ型半導体で埋めることができないため、ｎ層製膜後でも表面形状が平滑にならず、薄い結晶質シリコンｎ層でｉ層を完全に被覆できない（カバレージが十分でない）ことが考えられた。
　ｎ層に非晶質シリコンを適用することにより、理想的には、非晶質シリコンｎ層がｉ層表面の谷部を埋めてｎ層製膜後の表面が平滑となり、カバレージが改善されると考えられていた。しかしながら、下地層である結晶質シリコンｉ層の表面が粗い場合には、ガラス上に非晶質シリコンが製膜される水素希釈率条件（例えば２０倍）であっても、結晶質シリコンｎ層を製膜する場合と同様に、形状因子及び開放電圧が低下するという問題が発生した。これは、下地である結晶質シリコンｉ層の結晶面上に結晶質シリコンｎ層がエピタキシー成長しやすくなり、非晶質相と結晶質相との製膜速度の差や、結晶面の違いによる結晶成長速度の差（異方性）が生じたためと推測される。
　また、一般に、カバレージを改善させるためには、投入高周波電力を下げて製膜速度を低くすれば良いと考えられていたが、生産性が大幅に低下するとともに、製膜速度低下によるカバレージ改善効果は不十分であった。
　本発明は、カバレージが良好なｎ層を高速で製膜することにより、高生産性と高変換効率とを両立させた光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は、プラズマＣＶＤ法により、基板上にシリコン系の光電変換層を形成する工程を含む光電変換装置の製造方法であって、前記光電変換層を形成する工程が、結晶質シリコンからなるｉ層を形成する工程と、該ｉ層上に、水素希釈率０倍以上１０倍以下の条件でｎ層を形成する工程とを含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法を提供する。
　本発明者らは、プラズマＣＶＤ法を用いた光電変換装置の製造において、製膜速度を低下させなくても、ｎ層製膜時のＳｉＨ４分圧が高い条件、すなわち、水素希釈率が０倍以上１０倍以下とすることにより、光電変換装置の形状因子及び開放電圧を向上させて、高変換効率を有する光電変換装置を製造できることを見出した。これは、水素希釈率が低い領域では、下地が結晶質であってもｎ型シリコンのエピタキシー成長が抑制されるために、基板全体にわたり非晶質シリコンｎ層が成長し、カバレージが改善されたためと推測できる。
　上記発明において、前記ｎ層を、製膜速度０．２ｎｍ／ｓｅｃ以上で形成することが好ましい。
　本発明によれば、生産性を落とさずに、高変換効率の光電変換装置を製造することができるので有利である。
　この場合、炭素及び窒素のうち少なくとも一方の元素を含むガスを原料ガスに用いて、前記ｎ層を形成しても良い。
　ｎ型シリコンに炭素や窒素を不純物として添加させることにより、ｎ型シリコンの結晶化が阻害される。従って、炭素及び窒素のうち少なくとも一方を含むガスを原料ガスとしてｎ層を形成すれば、ｎ型の非晶質シリコンが製膜されやすくなる。この結果、形状因子及び開放電圧を改善する効果をより高めることが可能である。
　この場合、前記ｎ層を形成する工程が、第１ｎ層を形成する工程と、第２ｎ層を形成する工程とを含み、前記第１ｎ層は、水素希釈率０倍以上１０倍以下の条件で形成され、前記第２ｎ層は、前記第１ｎ層と異なる水素希釈率条件で形成されても良い。
　特に、製膜初期においてエピタキシー成長を抑制できれば、カバレージ改善効果が得られると考えられる。従って、このように、ｎ層が、それぞれ水素希釈率が異なる条件で製膜した第１ｎ層及び第２ｎ層で構成され、第１ｎ層の形成において水素希釈率を０倍以上１０倍以下とすることによっても、形状因子及び開放電圧を向上させ、高変換効率の光電変換装置を製造可能である。
　本発明によれば、水素希釈率０倍以上１０倍の条件で、結晶質シリコンｉ層上にｎ層を形成することにより、形状因子及び開放電圧が向上して高変換効率を有する光電変換装置を製造することができる。
本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成を表す概略図である。 本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。 本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。 本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。 本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。 結晶質シリコンｉ層の膜厚が０．５μｍの太陽電池セルにおけるｎ層製膜時の水素希釈率と曲線因子との相関を表すグラフである。 結晶質シリコンｉ層の膜厚が１．９μｍの太陽電池セルにおけるｎ層製膜時の水素希釈率と曲線因子との相関を表すグラフである。 ｎ層製膜時のＣＨ４／ＳｉＨ４流量比と曲線因子との関係を示すグラフである。 ｎ層製膜時のＮ２／ＳｉＨ４流量比と曲線因子との関係を示すグラフである。
　図１は、本発明の光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置１００は、シングル型シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、基板側から順にｐ層４１、ｉ層４２、ｎ層４３を積層させた太陽電池光電変換層３、及び裏面電極層４を備える。なお、ここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。また、結晶質シリコン系とは、非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコンや多結晶シリコンも含まれる。
　本発明に係る光電変換装置の製造方法の実施形態を、太陽電池パネルを製造する工程を例に挙げて説明する。図２から図５は、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。
（１）図２（ａ）
　基板１として１ｍ２以上の面積を有する大面積のソーダフロートガラス基板（例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．５ｍｍ～４．５ｍｍ）を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやＲ面取り加工されていることが望ましい。
（２）図２（ｂ）
　透明導電層２として、酸化錫（ＳｎＯ２）を主成分とする膜厚約５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の透明導電膜を、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。この際、透明電極膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明導電層２として、透明電極膜に加えて、基板１と透明電極膜との間にアルカリバリア膜（図示されず）を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を５０ｎｍ～１５０ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。
（３）図２（ｃ）
　その後、基板１をＸ－Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セルの直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板１とレーザー光を相対移動して、溝１０を形成するように幅約６ｍｍから１５ｍｍの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
（４）図２（ｄ）
　プラズマＣＶＤ装置により、原料ガス：水素及びシラン（ＳｉＨ４）、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下にて、ｐ層４１、ｉ層４２、及び、ｎ層４３を順次製膜する。結晶質シリコンｐ層４１はＢドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。結晶質シリコンｉ層４２は微結晶シリコンを主とし、膜厚は１．２μｍ以上３．０μｍ以下である。
　ｎ層４３は、Ｐドープしたシリコンを主とし、膜厚は２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。ｎ層４３の製膜において、水素希釈率Ｈ２／ＳｉＨ４は０倍以上１０倍以下とされる。ｎ層の製膜速度は、０．２ｎｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは０．２５ｎｍ／ｓｅｃ以上とされる。
　ｎ層４３製膜時に、炭素及び窒素のうち少なくとも一方の元素を含むガスを、原料ガスとしてプラズマＣＶＤ装置に更に導入しても良い。上記ガスとしては、メタンガス、窒素ガスなどが挙げられる。メタンガスの添加量は、シランに対して流量比で０．２％以上１．２％以下、好ましくは０．５％以上０．８％以下とされる。窒素ガスの添加量は、シランに対して流量比で０．２％以上３％以下、好ましくは０．５％以上２％以下とされる。このように、原料ガスとして炭素及び窒素のうち少なくとも一方の元素を含むガスを用いてｎ層に製膜することにより、炭素及び窒素がそれぞれＳｉ－Ｃ結合、Ｓｉ－Ｎ結合を形成し、シリコンの結晶化が阻害される。
　ｎ層４３は、上述の範囲内で一定の水素希釈率条件で製膜された単層とされても良いし、水素希釈率が互いに異なる２層を積層させても良い。
　ｎ層４３が２層構成とされる場合、結晶質シリコンｉ層４２上に形成される第１ｎ層は、水素希釈率０倍以上１０倍以下の条件で製膜される。第１ｎ層の製膜においても、上述した炭素及び窒素のうち少なくとも一方の元素を含むガスを用いて製膜しても良い。第２ｎ層は、第１ｎ層と異なる水素希釈率で製膜される。この時、製膜速度が高く、かつ、非晶質シリコンが製膜される水素希釈率条件（例えば２０倍）で第２ｎ層を製膜すれば、生産性が向上する上、カバレージも改善されると考えられるため、有利である。
　微結晶シリコンを主とするｉ層膜をプラズマＣＶＤ法で形成するにあたり、プラズマ放電電極と基板１の表面との距離ｄは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下にすることが好ましい。３ｍｍより小さい場合、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離ｄを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。１０ｍｍより大きい場合、十分な製膜速度（１ｎｍ／ｓ以上）を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。
（５）図２（ｅ）
　基板１をＸ－Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、光電変換層３の膜面側から照射する。パルス発振：１０ｋＨｚから２０ｋＨｚとして、加工速度が適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの約１００μｍから１５０μｍの横側を、溝１１を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板１側から照射しても良く、この場合は光電変換層３の非晶質シリコン系の第１セル層で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層３をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
（６）図３（ａ）
　裏面電極層４としてＡｇ膜／Ｔｉ膜を、スパッタリング装置により、減圧雰囲気、製膜温度：１５０℃から２００℃にて製膜する。本実施形態では、Ａｇ膜：１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜：１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下を、この順に積層する。あるいは、裏面電極層４を、２５ｎｍから１００ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜と、１５ｎｍから５００ｎｍの膜厚を有するＡｌ膜との積層構造としても良い。ｎ層４３と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層３と裏面電極層４との間に、スパッタリング装置により、膜厚：５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を製膜して設けても良い。
（７）図３（ｂ）
　基板１をＸ－Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、基板１側から照射する。レーザー光が光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの２５０μｍから４００μｍの横側を、溝１２を形成するようにレーザーエッチングする。
（８）図３（ｃ）と図４（ａ）
　発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。基板１をＸ－Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、基板１側から照射する。レーザー光が透明電極層２と光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２が除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板１の端部から５ｍｍから２０ｍｍの位置を、図３（ｃ）に示すように、Ｘ方向絶縁溝１５を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図３（ｃ）では、光電変換層３が直列に接続された方向に切断したＸ方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝１５位置には裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２の膜研磨除去をした周囲膜除去領域１４がある状態（図４（ａ）参照）が表れるべきであるが、基板１の端部への加工の説明の便宜上、この位置にＹ方向断面を表して形成された絶縁溝をＸ方向絶縁溝１５として説明する。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
　絶縁溝１５は基板１の端より５ｍｍから１５ｍｍの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール６内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。
　尚、以上までの工程におけるレーザー光はＹＡＧレーザーとしているが、ＹＶＯ４レーザーやファイバーレーザーなどが同様に使用できるものがある。
（９）図４（ａ：太陽電池膜面側から見た図、ｂ：受光面の基板側から見た図）
　後工程のＥＶＡ等を介したバックシート２４との健全な接着・シール面を確保するために、基板１周辺（周囲膜除去領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域１４を形成する。基板１の端から５～２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、Ｘ方向は前述の図３（ｃ）工程で設けた絶縁溝１５よりも基板端側において、Ｙ方向は基板端側部付近の溝１０よりも基板端側において、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。
　研磨屑や砥粒は基板１を洗浄処理して除去した。
（１０）図５（ａ）（ｂ）
　　端子箱２３の取付け部分はバックシート２４に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層で設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
　直列に並んだ一方端の太陽電池発電セルと、他方端部の太陽電池発電セルとから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱２３の部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
　集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール６の全体を覆い、基板１からはみ出さないようにＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等による接着充填材シートを配置する。
　ＥＶＡの上に、防水効果の高いバックシート２４を設置する。バックシート２４は本実施形態では防水防湿効果が高いようにＰＥＴシート／Ａｌ箔／ＰＥＴシートの３層構造よりなる。
　バックシート２４までを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約１５０～１６０℃でプレスしながら、ＥＶＡを架橋させて密着させる。
（１１）図５（ａ）
　太陽電池モジュール６の裏側に端子箱２３を接着剤で取付ける。
（１２）図５（ｂ）
　銅箔と端子箱２３の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱２３の内部を封止剤（ポッティング剤）で充填して密閉する。これで太陽電池パネル５０が完成する。
（１３）図５（ｃ）
　図５（ｂ）までの工程で形成された太陽電池パネル５０について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、ＡＭ１．５、全天日射基準太陽光（１０００Ｗ／ｍ２）のソーラシミュレータを用いて行う。
（１４）図５（ｄ）
　発電検査（図５（ｃ））に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
（実施例）
　（実施例１）
　図１に示す構成のシングル型太陽電池セルを作製した。
　ガラス基板上に、透明電極層として、膜厚８０ｎｍの酸化スズ膜を形成した。
　結晶質シリコンｐ層は、原料ガスにＨ２、ＳｉＨ４及びＢ２Ｈ６を用い、水素希釈率：１００倍、圧力：５００Ｐａ、基板温度：１８０℃、プラズマ発生周波数：６０ＭＨｚ、膜厚：２０ｎｍの条件にて製膜した。
　結晶質シリコンｉ層は、原料ガスにＨ２及びＳｉＨ４を用い、水素希釈率：４５倍、圧力：２１００Ｐａ、基板温度：１８０℃、プラズマ発生周波数：１００ＭＨｚ、膜厚：０．５μｍまたは１．９μｍの条件にて製膜した。
　裏面電極層として、膜厚７０ｎｍのＺｎＯ膜、及び、膜厚２５０ｎｍのＡｇ膜を形成した。
　ｎ層は、原料ガスにＨ２、ＳｉＨ４及びＰＨ３を用い、水素希釈率：５倍～５０倍、圧力：２５０～７００Ｐａ、基板温度：１８０℃、プラズマ発生周波数：６０ＭＨｚ、膜厚：３０ｎｍの条件にて製膜した。ｎ層の製膜では、製膜速度が０．２ｎｍ／ｓｅｃとなるように、投入電力を調整した。
　図６に、結晶質シリコンｉ層の膜厚が０．５μｍの太陽電池セルにおけるｎ層製膜時の水素希釈率と曲線因子との相関を表すグラフを示す。図７に、結晶質シリコンｉ層の膜厚が１．９μｍの太陽電池セルにおけるｎ層製膜時の水素希釈率と太陽電池セルの曲線因子との相関を表すグラフを示す。図６及び図７において、横軸はｎ層製膜時のＨ２／ＳｉＨ４流量比、縦軸は太陽電池セルの曲線因子（水素希釈率１０倍の場合における曲線因子の値で規格化）である。
　図６及び図７に示すように、ｎ層製膜時の水素希釈率１０倍以下で高い曲線因子が得られた。また、水素希釈率が１０倍を超えると、水素希釈率増加に伴い曲線因子が低下した。曲線因子の向上は、ｎ型シリコンがエピタキシー成長せず、結晶質シリコンｉ層表面の凹凸形状における谷部にもｎ型シリコンが製膜されたためと予測できる。また、水素希釈率が低いほど曲線因子が高くなる傾向は、結晶質シリコンｉ層の膜厚が薄いほど顕著であった。これは、結晶質シリコンｉ層が厚くなるほど、ｉ層表面が平坦化されるためと考えられた。
　実施例１の結果は、ｎ層製膜時の水素希釈率を０倍以上１０倍以下とすることにより、光電変換効率を向上させることが可能であることを示している。
　（実施例２）
　ｎ層以外は、実施例１と同様の条件にて、透明電極層、結晶質シリコンｐ層、結晶質シリコンｉ層、裏面電極層を製膜し、シングル型太陽電池セルを作製した。なお、結晶質シリコンｉ層の膜厚は、１．９μｍとした。
　ｎ層は、原料ガスにＨ２、ＳｉＨ４、ＰＨ３及びＣＨ４を用い、水素希釈率：１０倍、ＳｉＨ４に対するＣＨ４の流量比：０～８％、圧力：２５０Ｐａ、基板温度：１８０℃、プラズマ発生周波数：６０ＭＨｚ、膜厚：３０ｎｍの条件にて製膜した。ｎ層の製膜では、製膜速度が０．２ｎｍ／ｓｅｃとなるように、投入電力を調整した。
　（実施例３）
　ｎ層製膜の原料ガスに、Ｈ２、ＳｉＨ４、ＰＨ３及びＮ２を用い、ＳｉＨ４に対するＮ２の流量比：０～５％とした以外は、実施例２と同様にしてシングル型太陽電池セルを作製した。
　図８は、実施例２の太陽電池セルについて、ｎ層製膜時のＣＨ４／ＳｉＨ４流量比と曲線因子との関係を示すグラフである。同図において、横軸はＣＨ４／ＳｉＨ４流量比、縦軸はＣＨ４／ＳｉＨ４流量比０．２％の場合の曲線因子の値で規格化した太陽電池セルの曲線因子である。図９は、実施例３の太陽電池セルについて、ｎ層製膜時のＮ２／ＳｉＨ４流量比と曲線因子との関係を示すグラフである。同図において、横軸はＮ２／ＳｉＨ４流量比、縦軸はＮ２／ＳｉＨ４流量比０．５％の場合の曲線因子の値で規格化した太陽電池セルの曲線因子である。
　図８及び図９の結果から、ＳｉＨ４に対するＣＨ４流量比０．５％以上１．２％以下、または、ＳｉＨ４に対するＮ２流量比０．５％以上３％以下の割合でＣＨ４またはＮ２を原料ガスに添加することにより、形状因子が向上した。形状因子が向上した理由は、結晶質シリコンｉ層上に非晶質シリコンｎ層が製膜されてカバレージが改善されたためと考えられた。
　上記実施の形態では太陽電池として、シングル型太陽電池について説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。例えば、タンデム型太陽電池、シリコンゲルマニウム太陽電池、トリプル型太陽電池などの他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。
　１　基板
　２　透明電極層
　３　光電変換層
　４　裏面電極層
　６　太陽電池モジュール
　４１　ｐ層
　４２　ｉ層
　４３　ｎ層
　１００　光電変換装置

Claims (4)

  1. 　プラズマＣＶＤ法により、基板上にシリコン系の光電変換層を形成する工程を含む光電変換装置の製造方法であって、
    　前記光電変換層を形成する工程が、
    　結晶質シリコンからなるｉ層を形成する工程と、
    　該ｉ層上に、水素希釈率０倍以上１０倍以下の条件でｎ層を形成する工程とを含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  2. 　前記ｎ層を、製膜速度０．２ｎｍ／ｓｅｃ以上で形成することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
  3. 　炭素及び窒素のうち少なくとも一方の元素を含むガスを原料ガスに用いて、前記ｎ層を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
  4. 　前記ｎ層を形成する工程が、第１ｎ層を形成する工程と、第２ｎ層を形成する工程とを含み、
    　前記第１ｎ層は、水素希釈率０倍以上１０倍以下の条件で形成され、
    　前記第２ｎ層は、前記第１ｎ層と異なる水素希釈率条件で形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
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