WO2010101030A1 - 薄膜太陽電池モジュール - Google Patents

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満 市川
山本　憲治
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Definitions

  • the present invention relates to a thin film solar cell module that is integrated by electrically connecting a thin film silicon photoelectric conversion unit and a compound semiconductor photoelectric conversion unit in a unit cell and connecting the unit cells in series. is there.
  • thin-film solar cells that require less raw materials to achieve both cost reduction and high efficiency of photoelectric conversion devices have attracted attention and are being vigorously developed.
  • a crystalline silicon thin film solar cell has also been developed, and a laminated thin film solar cell called a hybrid solar cell in which these are laminated has been put into practical use.
  • a hybrid solar cell in which these are laminated has been put into practical use.
  • compound semiconductor solar cells using compound semiconductors is also progressing, and products with higher efficiency than thin-film silicon systems have been put into practical use.
  • Thin-film silicon-based solar cells can be made by a method that can easily increase the area, such as CVD, and are characterized by being excellent in mass production costs due to the abundance of raw materials.
  • compound semiconductor solar cells are inferior to thin-film silicon in mass production costs, they can absorb light by direct transition of electrons, so that it is relatively easy to increase efficiency.
  • amorphous silicon has a band gap of 1.85 to 1.7 eV.
  • the band gap of crystalline silicon which is a mixed phase of amorphous silicon and crystalline silicon, is usually 1.4 to 1.2 eV although it depends on the crystal fraction.
  • These thin film silicons can be adjusted in band gap by alloying with elements such as hydrogen, carbon, oxygen, nitrogen, and germanium.
  • P-type silicon and N-type silicon can be obtained by doping a material having a different valence electron from silicon such as boron and phosphorus as impurities.
  • crystalline includes polycrystals and microcrystals, and also means those partially including amorphous.
  • silicon-based includes silicon alloyed with elements such as hydrogen, carbon, oxygen, nitrogen, and germanium in addition to silicon alone.
  • a photoelectric conversion unit is usually formed by a PIN structure in which a substantially authentic I layer is sandwiched between a P layer and an N layer. Since the I layer is a light absorption layer, the wavelength and photovoltaic power of light that can be photoelectrically converted are determined by the band gap of the material constituting the I layer. When energy exceeding the band gap is absorbed, the surplus energy becomes heat or light and cannot be recovered as electric power.
  • a compound semiconductor photoelectric conversion unit is expected to be multi-junction with a thin film silicon photoelectric conversion unit.
  • compound semiconductors including compounds composed of Group III elements and Group V elements, compounds composed of Group II elements and Group IV elements, and Group I-III-VI Group 2, which is a modification of Group II-VI.
  • chalcopyrite compounds include CuInSe 2 (hereinafter CIS) and CuInTe (hereinafter CIT), which are solar cells using chalcopyrite compounds, have a large absorption coefficient and exhibit sufficient light absorption even at a film thickness of 1 ⁇ m or less.
  • the band gap of the chalcopyrite compound is narrower than 1.0 eV, and excited electrons transition to the bottom of the low conduction band, so the energy of the visible light component of sunlight cannot be efficiently converted into electric power, and the solar cell alone Not suitable for. Therefore, when applied to solar cells, the band gap of compound semiconductors is widened by changing the composition to Cu (In, Ga) Se 2 or CuIn (S, Se) 2 .
  • the band gap of compound semiconductors is widened by changing the composition to Cu (In, Ga) Se 2 or CuIn (S, Se) 2 .
  • a compound semiconductor photoelectric conversion unit alone is suitable for a solar cell. Therefore, in order to produce a highly practical solar cell using a compound semiconductor, it can be said that it is important to increase the number of junctions between the compound semiconductor photoelectric conversion unit and other units.
  • Patent Document 1 provides a method for producing a high-efficiency solar cell for epitaxial growth of a group III-V compound semiconductor on a single-crystal Si substrate.
  • a GaAs-based photoelectric conversion unit consumes a lot of As, and thus is in the environment.
  • the compound semiconductor layer must be epitaxially grown on the Si single crystal plane, it is not practical as a method for producing a large area module.
  • a chalcopyrite compound semiconductor solar cell As a structure of a normal chalcopyrite compound semiconductor solar cell, zinc oxide / CdS is used as a window layer on the N side. Therefore, in a chalcopyrite compound semiconductor solar cell, it can be said that one of the conditions for improving efficiency is to make light incident from the N side.
  • a condition for improving the efficiency of a solar cell including an amorphous silicon photoelectric conversion unit light is incident from the P side of the amorphous silicon photoelectric conversion unit, and amorphous silicon photoelectric conversion is also achieved by increasing the number of junctions. It is mentioned that the current of the conversion unit is not rate-limiting, and the performance deterioration due to light deterioration of the amorphous silicon photoelectric conversion unit is small.
  • the amorphous silicon photoelectric conversion unit is incident from the P layer side, and the chalcopyrite compound semiconductor photoelectric conversion unit is preferably incident from the N layer side.
  • the advantages cannot be fully utilized.
  • it is difficult to match the current densities of these two photoelectric conversion units so as not to limit the current of the amorphous silicon photoelectric conversion unit. Therefore, there has never been an example in which an amorphous silicon photoelectric conversion unit and a chalcopyrite compound semiconductor photoelectric conversion unit are stacked and multi-junction to form a module.
  • the present invention is a high-efficiency and low-cost integrated circuit by electrically connecting a thin film silicon-based photoelectric conversion unit and a compound semiconductor-based photoelectric conversion unit, which have conventionally been difficult to achieve multi-junction, and further connecting unit cells in series. It aims to provide a thin film solar cell module.
  • the thin-film solar cell module of the present invention has at least a transparent electrode 2, a first photoelectric conversion unit 3, an intermediate transparent electrode layer 4, a second photoelectric conversion unit 5, and a third photoelectric conversion unit 6 as viewed from the light incident side. And the metal electrode 7 in this order.
  • the first to third photoelectric conversion units are electrically connected to form a unit cell, and a plurality of unit cells are connected in series to be integrated.
  • the first photoelectric conversion unit 3 is an amorphous silicon photoelectric conversion unit
  • the third photoelectric conversion unit 6 is a compound semiconductor photoelectric conversion unit.
  • the second photoelectric conversion unit 5 and the third photoelectric conversion unit 6 are connected in series to form a series element 10, and the series element 10 includes the transparent electrode 2 and the intermediate transparent electrode layer. 4 is connected in parallel with the first photoelectric conversion unit 3.
  • an amorphous silicon photoelectric conversion unit as a transparent electrode 2 and a first photoelectric conversion unit 3 on a transparent insulating substrate 1 on the light incident side.
  • the intermediate transparent electrode layer 4, the second photoelectric conversion unit 5, the compound semiconductor photoelectric conversion unit as the third photoelectric conversion unit 6, and the metal electrode 7 are formed in this order.
  • the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6 when the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6 is formed, by irradiating light from the surface side where the film formation is performed, It is preferable to prevent the temperature of the amorphous silicon-based photoelectric conversion unit 3 from rising.
  • the compound semiconductor photoelectric conversion as the metal electrode 7 and the third photoelectric conversion unit 6 on the insulating substrate 1 opposite to the light incident side are formed in this order.
  • the unit, the second photoelectric conversion unit 5, the intermediate transparent electrode layer 4, the amorphous silicon photoelectric conversion unit as the first photoelectric conversion unit 3, and the transparent electrode 2 are formed in this order.
  • the electrical connection of the photoelectric conversion units in each unit cell and the integration of the plurality of unit cells are preferably performed by the following configuration.
  • the transparent electrode 2 in each unit cell and the transparent electrode 2 in the adjacent unit cell are separated by the transparent electrode separation groove A.
  • the transparent electrode 2 in each unit cell and the intermediate transparent electrode layer 4 in the adjacent unit cell are short-circuited by the first type connection groove B.
  • the intermediate transparent electrode layer 4 in each unit cell and the metal electrode 7 in the same unit cell are insulated by the intermediate electrode separation groove C.
  • the transparent electrode 2 in each unit cell and the metal electrode 7 in the same unit cell are short-circuited by the second type connection groove D.
  • the metal electrode 7 in each unit cell and the metal electrode 7 in the adjacent unit cell are separated by the metal electrode separation groove E.
  • an insulating film 8 is formed on the side surfaces of the series element 10 and the intermediate transparent electrode layer 4 in each unit cell.
  • the amorphous silicon-based photoelectric conversion unit that is the first photoelectric conversion unit has a P layer on the light incident side, the second photoelectric conversion unit, and the third photoelectric conversion unit. It is preferable that the compound semiconductor photoelectric conversion unit is an N layer on the light incident side.
  • the band gap of the light absorption layer 61 is preferably 1.1 eV or less, and the light absorption layer is preferably made of a chalcopyrite compound semiconductor.
  • the second photoelectric conversion unit 5 is preferably a crystalline silicon-based photoelectric conversion unit.
  • the interface of the intermediate transparent electrode layer 4 in contact with the first photoelectric conversion unit 3 is preferably composed mainly of zinc oxide.
  • the thin film solar cell module of the present invention in each unit cell, a series element of a compound semiconductor photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit is formed, and the series element and the amorphous photoelectric conversion unit are in parallel. It is connected. Therefore, it is possible to prevent the current of the amorphous silicon-based photoelectric conversion unit from being rate-limited due to the multijunction. Further, since the amorphous silicon photoelectric conversion unit is configured to receive light from the P side and the compound semiconductor photoelectric conversion unit can be configured to receive light from the N side, the photoelectric conversion efficiency in each photoelectric conversion unit It is possible to adopt an optimized design.
  • the unit cell not only current but also voltage matching can be performed by using the photoelectric conversion unit having. Therefore, according to the present invention, a multi-junction can be achieved without losing the advantages of the amorphous silicon photoelectric conversion unit and the compound semiconductor photoelectric conversion unit, and a thin film solar cell with little photodegradation can be manufactured at low cost. Can be offered at.
  • FIG. 1 and 2 are cross-sectional views schematically showing an example of a thin-film solar cell module according to the first embodiment of the present invention.
  • the transparent electrode 2, the first photoelectric conversion unit 3, the intermediate transparent electrode layer 4, the second photoelectric conversion unit 5, and the third photoelectric conversion unit are formed on the transparent insulating substrate 1 on the light incident side. 6 and the metal electrode 7 are so-called super straight type thin film solar cells formed in this order.
  • the transparent insulating substrate 1 a plate-like member or a sheet-like member made of glass, transparent resin or the like is used.
  • the transparent electrode 2 is preferably a conductive metal oxide. Specifically, SnO 2 , ZnO, In 2 O 3 and the like can be given as preferable examples.
  • the transparent electrode 2 is preferably formed using a method such as CVD, sputtering, or vapor deposition.
  • the transparent electrode 2 has an effect of increasing the scattering of incident light. Specifically, it is desirable to have the effect of increasing the scattering of incident light by having fine irregularities on the surface of the transparent electrode.
  • the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 is formed on the transparent electrode 2, when the transparent electrode is exposed to a certain amount of hydrogen plasma, the metal oxide constituting the transparent electrode is reduced, The transmittance and resistivity may be significantly deteriorated.
  • the main component of the interface of the transparent electrode 2 in contact with the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 is zinc oxide.
  • the transparent electrode 2 is a metal oxide that is easily reduced, it is preferable to cover the surface of the transparent electrode 2 with ZnO having resistance to reduction.
  • the transparent electrode 2 is formed with a transparent electrode separation groove A1 for separating the transparent electrode into unit cells.
  • a laser is preferably used to form the separation groove A1, and an IR laser having a wavelength of 900 nm or more is preferably incident from the transparent insulating substrate 1 side.
  • the separation groove A1 may be formed by forming a film with a mask when the transparent electrode 2 is formed.
  • the transparent electrode separation groove A1 is filled with a material constituting the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3.
  • an amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 which is a first photoelectric conversion unit is formed.
  • the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 is preferably formed in the order of the P layer, the I layer, and the N layer from the light incident side (transparent insulating substrate 1 side). It comprises an amorphous P-type silicon carbide layer, a substantially authentic amorphous silicon photoelectric conversion layer, and an N-type silicon-based interface layer.
  • a high frequency plasma CVD method is suitable for forming the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3.
  • a substrate temperature of 100 to 300 ° C., a pressure of 30 to 1500 Pa, and a high frequency power density of 0.01 to 0.5 W / cm 2 are preferably used.
  • a source gas used for forming the photoelectric conversion unit a silicon-containing gas such as SiH 4 or Si 2 H 6 or a mixture of these gases and H 2 is used.
  • a dopant gas for forming the P layer or the N layer in the photoelectric conversion unit B 2 H 6 or PH 3 is preferably used.
  • the band gap of the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 can be widened by positively introducing H 2 .
  • the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 is formed with a first type connection groove B1 for short-circuiting the intermediate transparent electrode layer 4 and the transparent electrode 2 formed thereon.
  • a laser may be used, or a film may be formed by attaching a mask when the amorphous silicon photoelectric conversion unit is formed. From the viewpoint of productivity, it is preferable to use a laser, and in order to avoid damage to the transparent electrode 2, it is preferable to use a laser having a wavelength of 500 to 700 nm.
  • the first type connection groove B1 is filled with a conductive material constituting the intermediate transparent electrode layer 4, and the transparent electrode 2 and the intermediate transparent electrode layer 4 are short-circuited.
  • a diode characteristic as a photoelectric conversion unit is caused by current leakage from the side surface. May get worse.
  • a film made of a material having low conductivity on the side surface.
  • An intermediate transparent electrode layer 4 is formed on the amorphous silicon-based photoelectric conversion unit 3.
  • a conductive metal oxide is desirable as in the transparent electrode 2.
  • the intermediate transparent electrode layer 4 includes the N layer of the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 and the N layer of the second photoelectric conversion unit 5. Will be in touch. Therefore, at least the interface in contact with the first photoelectric conversion unit 3 and the interface in contact with the second photoelectric conversion unit of the intermediate transparent electrode layer must be layers that can be electrically contacted with the N layer.
  • the intermediate transparent electrode layer 4 is exposed to hydrogen plasma of a certain amount or more, and the metal oxide constituting the intermediate transparent electrode layer 4 is reduced, and the transmittance In addition, the resistivity may be significantly deteriorated.
  • the main component of the interface of the intermediate transparent electrode layer 4 in contact with the second photoelectric conversion unit 5 is zinc oxide.
  • the transparent electrode 2 is a metal oxide that is easily reduced, it is preferable to cover the surface of the intermediate transparent electrode layer 4 with ZnO having resistance to reduction.
  • an intermediate electrode separation groove C ⁇ b> 11 is formed on the side surface opposite to the connection groove B ⁇ b> 1 of the intermediate transparent electrode layer 4 of each unit cell.
  • the intermediate electrode separation groove C11 may be formed by using a laser, or may be formed by attaching a mask when forming the intermediate transparent electrode layer 4. In the case of using a laser, it is preferable that an IR laser having a wavelength of 900 nm or more is incident from the back side (the side opposite to the transparent insulating substrate 1).
  • the intermediate electrode separation groove C11 is filled with the material constituting the second photoelectric conversion unit 5, the side surface of the intermediate transparent electrode layer 4 is covered, and a short circuit between the intermediate transparent electrode layer and the metal electrode 7 is prevented. Further, by forming the intermediate electrode separation groove C11, it is possible to prevent the occurrence of leakage current due to a short circuit on the side surface of the photoelectric conversion unit. Details of prevention of leakage current due to a short circuit at the side will be described later in the description of the embodiment of FIG.
  • a second photoelectric conversion unit 5 is formed on the intermediate transparent electrode layer 4.
  • the second photoelectric conversion unit 5 has an N layer on the light incident side.
  • the output voltage V 2 of the second photoelectric conversion unit 5 is preferably smaller than the output voltage V 1 of the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 and larger than the output voltage V 3 of the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6. Further, the output voltage V 2 of the second photoelectric conversion unit 5, the difference between the output voltage V 3 of the output voltages V 1 and compound semiconductor-based photoelectric conversion unit 6 of amorphous silicon-based photoelectric conversion unit 3 (V 1 - It is preferably close to V 3 ).
  • the absolute value of ⁇ V 1 ⁇ (V 2 + V 3 ) ⁇ is preferably 0.3 V or less, and more preferably 0.2 V or less.
  • Examples of such a photoelectric conversion unit include a crystalline silicon-based photoelectric conversion unit in which the i layer is crystalline silicon, and an amorphous silicon germanium photoelectric conversion unit in which the i layer is amorphous silicon hydride germanium. .
  • the second photoelectric conversion unit 5 may be preferably a crystalline silicon photoelectric conversion unit.
  • the crystalline silicon-based photoelectric conversion unit is usually composed of an N-type crystalline silicon layer, a substantially authentic crystalline silicon-based photoelectric conversion layer, and a P-type crystalline silicon layer. More preferably, an N-type amorphous silicon-based interface layer is inserted between the crystalline silicon-based photoelectric conversion layer and the N-type crystalline silicon layer.
  • a high frequency plasma CVD method is suitable for forming the crystalline silicon photoelectric conversion unit 5.
  • a substrate temperature of 100 to 300 ° C., a pressure of 30 to 3000 Pa, and a high frequency power density of 0.1 to 0.5 W / cm 2 are preferably used.
  • a source gas used for forming the photoelectric conversion unit a silicon-containing gas such as SiH 4 or Si 2 H 6 or a mixture of these gases and H 2 is used.
  • a dopant gas for forming the P layer or the N layer in the photoelectric conversion unit B 2 H 6 or PH 3 is preferably used.
  • a compound semiconductor photoelectric conversion unit 6 is formed on the second photoelectric conversion unit 5 as a third photoelectric conversion unit.
  • the second photoelectric conversion unit 5 and the third photoelectric conversion unit 6 are connected in series to form a series element 10.
  • a light absorption layer 61 having a band gap of 1.1 eV or less is preferably used as the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6, a light absorption layer 61 having a band gap of 1.1 eV or less is preferably used.
  • a chalcopyrite compound semiconductor photoelectric conversion unit is preferable, and a photoelectric conversion unit having a band gap of about 0.9 eV to 1.1 eV having a CIS layer as the light absorption layer 61 is particularly preferable.
  • the CIS layer is formed by controlling the temperature so that the substrate temperature becomes ⁇ 500 ° C. by a three-source vapor deposition method. If the substrate temperature is raised to ⁇ 200 ° C. during the formation of the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6, the diode characteristics of the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 may be extremely deteriorated. Therefore, at the time of forming the compound semiconductor, it is preferable to irradiate light from the film forming surface side and to heat the film forming surface by the radiant heat of the light so that the film forming surface is heated to a high temperature.
  • the irradiation light is preferably pulsed light using a xenon light source, and it is preferable that the temperature of the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 does not rise.
  • the window layer 62 is preferably formed on the light incident side before the light absorption layer 61 is formed.
  • the window layer 62 preferably has N-type conductivity characteristics.
  • a zinc oxide layer or a CdS layer is preferably used as the window layer 62.
  • the window layer 62 is made of a conductive material such as zinc oxide, as shown in FIGS. 1 and 2, the window layer of each unit cell is prevented in order to prevent the window layer 62 and the back metal electrode 7 from being short-circuited.
  • a window layer separation groove C21 is preferably formed on the side surface of the intermediate electrode separation groove C11.
  • the window layer separation groove C21 is preferably formed using a mask when the window layer 62 is formed.
  • the window layer separation groove C21 is filled with a material constituting the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6, and the window layer 62 and the metal electrode 7 are insulated. Further, by forming the window layer separation groove C21, it is possible to prevent the occurrence of a leakage current due to a short circuit on the side surface of the photoelectric conversion unit. Details of prevention of leakage current due to a short circuit at the side will be described later in the description of the embodiment of FIG.
  • a second type connection groove D ⁇ b> 1 for short-circuiting the back surface metal electrode 7 and the transparent electrode 2 is formed.
  • the isolation grooves C31 and C41 for forming the insulating film 8 are formed before the formation of the second type connection groove D1.
  • amorphous silicon is used in order to prevent a short circuit between the first photoelectric conversion unit 3 and the series element 10 composed of the second photoelectric conversion unit 5 and the third photoelectric conversion unit 6.
  • An insulating film 8 is provided on the side surface from the system photoelectric conversion unit 3 to the compound semiconductor system photoelectric conversion unit 6.
  • the separation grooves C31 and C41 are formed by removing the first photoelectric conversion unit 3 to the third photoelectric conversion unit 6. 2 shows the photoelectric conversion device after the connection groove D1, the metal electrode 7, and the separation groove E1 are formed, the separation groove C31 and the separation groove C41 are each illustrated as one groove.
  • the separation groove C31 of one unit cell and the separation groove C41 of an adjacent unit cell can be formed as one groove.
  • the insulating film 8 is formed so as to fill the separation grooves C31 and C41.
  • a material for forming the insulating film 8 one having a conductivity of 1 ⁇ 10 ⁇ 4 S / cm or less is preferably used.
  • an insulating material such as silicon nitride or silicon oxide is preferably used.
  • silicon nitride is particularly preferable from the viewpoints of insulation, film forming properties, and durability.
  • a substrate temperature of 100 to 300 ° C., a pressure of 30 to 1500 Pa, and a high frequency power density of 0.01 to 0.3 W / cm 2 are preferably used.
  • source gases used for forming silicon nitride SiH 4 , NH 3 and H 2 are preferable.
  • the second type connection groove D1 and the metal electrode separation groove E1 are formed.
  • the insulating film 8 can also be formed by a method in which each photoelectric conversion unit is cut in an oxygen atmosphere to oxidize the cut surface to lower the conductivity.
  • connection groove D1 is preferably formed by a laser.
  • the formation of the connection groove D with a laser is performed by injecting a laser having a wavelength of 500 to 700 nm from the transparent insulating substrate 1 side and ablating the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 to thereby form the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3.
  • To the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6 is preferably removed.
  • connection groove D1 is formed in the separation groove. Also in this case, it is preferable to form the connection groove D1 with a laser as in the embodiment shown in FIG.
  • a metal electrode 7 as a back electrode is formed on the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6. It is preferable to deposit Mo as the back metal electrode.
  • the vapor deposition means include electron beam vapor deposition and sputter vapor deposition.
  • the second type connection groove D1 is filled with the conductive material constituting the back surface metal electrode 7, and the transparent electrode 2 and the back surface metal electrode 7 are short-circuited.
  • a metal electrode separation groove E1 for separating the metal electrode 7 into unit cells is formed.
  • the metal electrode separation groove E1 can also be formed by using a mask when forming the back surface metal electrode 7,
  • the back metal electrode 7 is preferably formed by laser after film formation.
  • the separation groove E1 is formed by a laser from the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 by injecting a YAG second harmonic laser from the transparent insulating substrate 1 side and ablating the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3. It is preferable to remove up to the back metal electrode 7.
  • an integrated photoelectric conversion device can be obtained by forming each layer, separation groove, and connection groove.
  • the second photoelectric conversion unit 5 and the third photoelectric conversion unit 6 are connected in series to form a series element 10.
  • the series element 10 is connected in parallel to the first photoelectric conversion unit 3 through the intermediate transparent electrode layer 4, the transparent electrode 2, and the metal electrode 7.
  • the adjacent unit cells are connected in series by short-circuiting the transparent electrode 2 of each unit cell and the intermediate transparent electrode layer 4 of the adjacent unit cell.
  • the insulating film 8 is formed in the separation grooves C31 and C41, and further the intermediate electrode separation groove C11 and the window layer separation groove C21 are formed.
  • the intermediate transparent electrode layer 4 and the window layer 62 When the side surface is covered with the insulating film 8, the separation grooves C11 and C21 may be formed, or the formation of the separation grooves C11 and C21 may be omitted.
  • the separation groove C41 serves as an intermediate electrode separation groove and a window layer separation groove
  • the insulating film 8 in the separation groove 41 includes the intermediate transparent electrode layer 4, the window layer 62, and the metal electrode. 7 is insulated.
  • the separation grooves C11 and C21 are preferably formed.
  • the conductive material is exposed on the side surfaces of the intermediate transparent electrode layer 4 and the window layer 62 on the separation groove C41 side when the separation groove C41 is formed. Therefore, when the side surface is irradiated with laser to form the separation groove C41, the conductive materials of the intermediate transparent electrode layer 4 and the window layer 62 melted by the laser are converted into the second photoelectric conversion unit 5 and the third photoelectric conversion. Leakage current may occur due to a short circuit caused by adhering to the side surface of the light absorption layer 61 of the unit 6.
  • the separation grooves C11 and C21 are formed in advance, the side surfaces of the intermediate transparent electrode layer 4 and the window layer 62 are covered with the semiconductor layer. Therefore, the occurrence of leakage current can be prevented.
  • 3 and 4 are cross-sectional views schematically showing an example of a thin-film solar cell module according to the second embodiment of the present invention.
  • a metal electrode 7, a third photoelectric conversion unit 6, a second photoelectric conversion unit 5, an intermediate transparent electrode layer 4, and a first electrode are formed on an insulating substrate 1 opposite to the light incident side.
  • This is a so-called substrate-type thin film solar cell in which the photoelectric conversion unit 3 and the transparent electrode 2 are formed in this order.
  • the insulating substrate 1 a plate-like member or a sheet-like member made of glass, transparent resin or the like is used.
  • a chalcopyrite compound semiconductor photoelectric conversion unit is used as the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6, group Ia elements are diffused from the insulating substrate 1 through the metal electrode 7, so that the chalcopyrite compound semiconductor is crystallized. It is known to be promoted. Therefore, the insulating substrate 1 is preferably made of a material containing a group Ia element such as Na such as soda lime glass.
  • a metal electrode 7 is formed on the insulating substrate 1.
  • Mo is preferable.
  • the metal electrode film forming means include electron beam evaporation and sputter evaporation.
  • the metal electrode 7 is provided with a metal electrode separation groove E2 for separating the metal electrode into unit cells.
  • An IR laser having a wavelength of 900 nm or more is preferably used for forming the separation groove E2, and when the insulating substrate 1 is a transparent insulating substrate such as glass or transparent resin, the laser may be incident from the insulating substrate 1 side.
  • the separation groove E ⁇ b> 2 may be formed by forming a film with a mask when forming the metal electrode 7.
  • a compound semiconductor photoelectric conversion unit 6 is formed on the metal electrode 7 as a third photoelectric conversion unit.
  • a light absorption layer 61 having a band gap of 1.1 eV or less is preferably used.
  • a chalcopyrite compound semiconductor photoelectric conversion unit is preferable, and a photoelectric conversion unit having a band gap of about 0.9 eV to 1.1 eV having a CIS layer as the light absorption layer 61 is particularly preferable.
  • the CIS layer which is a light absorption layer, is desirably formed by controlling the temperature so that the substrate temperature becomes ⁇ 500 ° C. by a three-source vapor deposition method.
  • the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6 preferably has a window layer 62 formed on the light incident side.
  • the window layer 62 preferably has N-type conductivity characteristics.
  • a zinc oxide layer or a CdS layer is preferably used as the window layer 62.
  • the CdS layer is formed by, for example, a solution deposition method or a selenization method.
  • the zinc oxide layer is formed by, for example, a sputtering method or a thermal CVD method.
  • window layer separation grooves C22 and C23 are preferably formed on both side surfaces of the window layer 62 as shown in FIGS.
  • Window layer separation grooves C ⁇ b> 22 and C ⁇ b> 23 are filled with “materials constituting second photoelectric conversion unit 6”.
  • the separation grooves C22 and C23 are not formed, the conductive material is exposed on the side surfaces of the intermediate transparent electrode layer 4 and the window layer 62 on the separation groove C41 side when the separation grooves C32 and C42 are formed.
  • the conductive material of the window layer 62 melted by the laser adheres to the side surface of the second photoelectric conversion unit 5 and short-circuits. Current may be generated.
  • the separation grooves C22 and C23 are formed in advance, the side surface of the window layer 62 is covered with the semiconductor layer, so that the conductive substance does not adhere to the side surface of the photoelectric conversion unit 5. , Leakage current can be prevented.
  • a second photoelectric conversion unit 5 is formed on the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6.
  • the second photoelectric conversion unit 5 has an N layer on the light incident side.
  • the output voltage V 2 of the second photoelectric conversion unit 5 is preferably smaller than the output voltage V 1 of the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 and larger than the output voltage V 3 of the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6. Further, the output voltage V 2 of the second photoelectric conversion unit 5, the difference between the output voltage V 3 of the output voltage V 1 of the amorphous silicon-based photoelectric conversion unit 3 and the compound semiconductor-based photoelectric conversion unit 6 (V 3 - It is preferably close to V 1 ).
  • the absolute value of ⁇ V 1 ⁇ (V 2 + V 3 ) ⁇ is preferably 0.3 V or less, and more preferably 0.2 V or less.
  • Examples of such a photoelectric conversion unit include a crystalline silicon-based photoelectric conversion unit in which the i layer is crystalline silicon, and an amorphous silicon germanium photoelectric conversion unit in which the i layer is amorphous silicon hydride germanium. .
  • the second photoelectric conversion unit 5 may be preferably a crystalline silicon photoelectric conversion unit.
  • the crystalline silicon-based photoelectric conversion unit is usually composed of a P-type crystalline silicon layer, a substantially authentic crystalline silicon photoelectric conversion layer, and an N-type crystalline silicon layer. More preferably, an N-type amorphous silicon-based interface layer is inserted between the crystalline silicon-based photoelectric conversion layer and the N-type crystalline silicon layer.
  • a high frequency plasma CVD method is suitable for forming the crystalline silicon photoelectric conversion unit 5.
  • a substrate temperature of 100 to 300 ° C., a pressure of 30 to 3000 Pa, and a high frequency power density of 0.1 to 0.5 W / cm 2 are preferably used.
  • a source gas used for forming the photoelectric conversion unit a silicon-containing gas such as SiH 4 or Si 2 H 6 or a mixture of these gases and H 2 is used.
  • a dopant gas for forming the P layer or the N layer in the photoelectric conversion unit B 2 H 6 or PH 3 is preferably used.
  • An intermediate transparent electrode layer 4 is formed on the second photoelectric conversion unit 5.
  • the intermediate transparent electrode layer is preferably made of a conductive metal oxide. Specifically, SnO 2 , ZnO, In 2 O 3 and the like can be mentioned as preferred examples.
  • the intermediate transparent electrode layer 4 is preferably formed using a method such as CVD, sputtering, or vapor deposition.
  • the second photoelectric conversion unit 5 has an N layer on the light incident side, the N layer of the second photoelectric conversion unit 5 and the N layer of the amorphous silicon-based photoelectric conversion unit 3 are in contact with the intermediate transparent electrode layer 4. It will be. Therefore, at least the interface of the intermediate transparent electrode layer 4 in contact with the first photoelectric conversion unit 3 and the interface of the intermediate transparent electrode layer 4 in contact with the second photoelectric conversion unit may be layers that can be in electrical contact with the N layer. is necessary.
  • the intermediate transparent electrode layer 4 is exposed to a certain amount or more of hydrogen plasma, and the metal oxide constituting the intermediate transparent electrode layer 4 is reduced and transmitted. Rate and resistivity may be significantly degraded.
  • the surface of the intermediate transparent electrode layer 4 is covered with reduction-resistant ZnO, and the amorphous silicon-based photoelectric conversion of the intermediate transparent electrode layer 4 is performed.
  • the main component of the interface in contact with the unit 3 is preferably zinc oxide.
  • intermediate electrode separation grooves C32 and C42 are formed on both side surfaces of the intermediate transparent electrode layer 4 of each unit cell.
  • the intermediate electrode separation grooves C32 and C42 are preferably formed by removing from the third photoelectric conversion unit 6 to the intermediate transparent electrode layer 4.
  • the separation grooves C32 and C42 extending from the photoelectric conversion unit 6 to the intermediate transparent electrode layer 4 are filled with the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 formed thereafter. Therefore, in addition to preventing a short circuit between the intermediate transparent electrode layer 4 and the transparent electrode 2, the series element 10 in which the photoelectric conversion units 5 and 6 are connected in series and the first photoelectric conversion unit 3 include the transparent electrode 2. It is also possible to prevent a short circuit through the.
  • the separation groove C32 and the separation groove C42 are respectively Although illustrated as one groove, the separation groove C32 of one unit cell and the separation groove C42 of the adjacent unit cell can be formed as one groove.
  • a laser is preferably used to form the separation grooves C32 and C42.
  • an IR laser having a wavelength of 900 nm or more is incident from the side opposite to the insulating substrate 1.
  • the separation groove C32 is preferably formed to be connected to the metal electrode separation groove E2. Since the separation groove C32 and the metal electrode separation groove E are connected to each other, the metal electrode separation groove E2 is made of a material (form of FIG. 3) forming the amorphous silicon-based photoelectric conversion unit 3 or the insulating film 8. Since it is filled with the substance to be formed (in the form of FIG. 4), a short circuit between the transparent electrode 2 of each unit cell and the metal electrode 7 of the adjacent unit cell can be prevented.
  • the first photoelectric conversion unit 3 is formed after the intermediate transparent electrode layer and the intermediate electrode separation groove are formed.
  • the intermediate electrode separation grooves C32 and C42 are filled with an insulating material, and the intermediate transparent electrode layer, the second photoelectric conversion unit 5, and the third photoelectric conversion unit 6 are connected in series.
  • the insulating film 8 may be formed on the side surface of the series element 10.
  • the insulating film 8 As a material for forming the insulating film 8, one having a conductivity of 1 ⁇ 10 ⁇ 4 S / cm or less is preferably used.
  • an insulating material such as silicon nitride or silicon oxide is preferably used.
  • silicon nitride is particularly preferable from the viewpoints of insulation, film forming properties, and durability.
  • a substrate temperature of 100 to 300 ° C., a pressure of 30 to 1500 Pa, and a high frequency power density of 0.01 to 0.3 W / cm 2 are preferably used.
  • source gases used for forming silicon nitride SiH 4 , NH 3 and H 2 are preferable.
  • an amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 which is a first photoelectric conversion unit is formed.
  • the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 is preferably formed in the order of the N layer, the I layer, and the P layer from the intermediate transparent electrode layer 4 side (the side opposite to the light incident side), For example, it is composed of an amorphous P-type silicon carbide layer, a substantially authentic amorphous silicon photoelectric conversion layer, and an N-type silicon-based interface layer.
  • a high frequency plasma CVD method is suitable for forming each layer of the amorphous silicon photoelectric conversion unit.
  • a substrate temperature of 100 to 300 ° C., a pressure of 30 to 1500 Pa, and a high frequency power density of 0.01 to 0.5 W / cm 2 are preferably used.
  • a source gas used for forming the photoelectric conversion unit a silicon-containing gas such as SiH 4 or Si 2 H 6 or a mixture of these gases and H 2 is used.
  • a dopant gas for forming the P layer or the N layer in the photoelectric conversion unit B 2 H 6 or PH 3 is preferably used.
  • the band gap of the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 can be widened by positively introducing H 2 .
  • a transparent electrode 2 is formed on the amorphous silicon-based photoelectric conversion unit 3.
  • the transparent electrode is preferably a conductive metal oxide. Specifically, SnO 2 , ZnO, In 2 O 3 and the like can be given as preferable examples.
  • the transparent electrode 2 is preferably formed using a method such as CVD, sputtering, or vapor deposition.
  • the transparent electrode 2 desirably has an effect of increasing scattering of incident light. Specifically, it is desirable to have the effect of increasing the scattering of incident light by having fine irregularities on the surface of the transparent electrode.
  • the first type connection groove B2 and the second type connection groove D2 are filled with a conductive material constituting the transparent electrode 2, and the transparent electrode 2, the back metal electrode 7 and the intermediate transparent electrode layer 4 are short-circuited.
  • the second type connection groove D2 is formed from the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 to the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6 between the separation groove C32 and the separation groove C4 at the boundary between each unit cell and the adjacent unit cell. It is formed by removing the side wall part.
  • the second type connection trench D2 forms a material or an insulating film 8 that forms an amorphous silicon-based photoelectric conversion unit 3 filled with a laser beam incident on the boundary portion of the unit cell from the side opposite to the insulating substrate 1 It is preferably formed by removing the material to be removed.
  • the laser a laser having a wavelength of 500 to 700 nm is preferably used.
  • the first type connection groove B2 is an amorphous silicon photoelectric conversion in a portion adjacent to the separation groove C32 (on the left side of the separation groove C32 in FIGS. 3 and 4) at the boundary between each unit cell and the adjacent unit cell. It is formed by removing the unit 3.
  • the second type connection groove D2 is preferably formed by removing laser light from the opposite side of the insulating substrate 1 and removing the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3. When a laser is incident from the side opposite to the insulating substrate 1, the laser light is reflected by the intermediate transparent electrode layer 4, so that only the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 is removed.
  • the laser an IR laser having a wavelength of 900 nm or more is preferable.
  • the second type connection groove D2 is formed from the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 to the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6 between the separation groove C32 and the separation groove C42 at the boundary between each unit cell and the adjacent unit cell. It is formed by removing the side wall part.
  • the second type connection trench D2 forms a material or an insulating film 8 that forms an amorphous silicon-based photoelectric conversion unit 3 filled with a laser beam incident on the boundary portion of the unit cell from the side opposite to the insulating substrate 1 It is preferably formed by removing the material to be removed.
  • the laser a laser having a wavelength of 500 to 700 nm is preferably used.
  • a transparent electrode 2 is formed on the amorphous silicon-based photoelectric conversion unit 3.
  • the transparent electrode 2 is preferably a conductive metal oxide. Specifically, SnO 2 , ZnO, In 2 O 3 and the like can be given as preferable examples.
  • the transparent electrode 2 is preferably formed using a method such as CVD, sputtering, or vapor deposition.
  • each separation groove and connection groove includes transparent electrode separation groove A2, first type connection groove B2, intermediate electrode separation groove C32 (and metal electrode separation groove E2, second electrode).
  • the seed connection groove D2 and the intermediate electrode separation groove C42 are formed in this order.
  • an integrated photoelectric conversion device can be obtained by forming each layer, separation groove, and connection groove.
  • the second photoelectric conversion unit 5 and the third photoelectric conversion unit 6 are connected in series to form a series element 10.
  • the series element 10 is connected in parallel to the first photoelectric conversion unit 3 through the intermediate transparent electrode layer 4, the transparent electrode 2, and the metal electrode 7.
  • the adjacent unit cells are connected in series by short-circuiting the transparent electrode 2 of each unit cell and the intermediate transparent electrode layer 4 of the adjacent unit cell.
  • Example 1 1 is a cross-sectional view schematically showing a thin film solar cell module manufactured in Example 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a thin film solar cell module manufactured in Example 1.
  • a transparent electrode 2 made of SnO 2 and having a fine concavo-convex structure on its surface was formed by thermal CVD on one main surface of a transparent insulating substrate 1 made of 1.1 mm thick white glass.
  • a YAG first harmonic laser was irradiated from the transparent insulating substrate 1 side to form a separation groove A1.
  • the transparent insulating substrate 1 on which the transparent electrode 2 was formed was introduced into a high-frequency plasma CVD apparatus. After heating to a predetermined temperature, an amorphous p-type silicon carbide layer, a substantially intrinsic amorphous silicon photoelectric conversion layer, and an n-type silicon layer were sequentially laminated. Next, the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 was irradiated with a YAG second harmonic laser in the atmosphere to form a connection groove B1.
  • the transparent insulating substrate 1 on which the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 has been formed is introduced into a sputtering apparatus, heated to a predetermined temperature, and then the zinc oxide layer is sputtered. Was formed on the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3.
  • an intermediate transparent electrode layer 4 having a separation groove C11 was obtained by forming a zinc oxide film using a fine wire of 100 ⁇ m as a mask.
  • the transparent insulating substrate 1 on which the intermediate transparent electrode layer 4 is formed is introduced into a high-frequency plasma CVD apparatus. After heating to a predetermined temperature, a p-type silicon layer, a substantially intrinsic crystalline silicon photoelectric conversion layer, and an n-type silicon layer were sequentially laminated.
  • a zinc oxide layer and a CdS layer were formed as the window layer 62 of the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6, and a CIS layer was formed as the light absorption layer 61 on the window layer.
  • YAG first harmonic laser was irradiated from the back surface side to form the separation groove C21.
  • a CdS film was deposited on the zinc oxide film by a solution deposition method.
  • a CIS film was formed on CdS by a ternary vapor deposition method.
  • CIS was deposited while heating the film forming surface by irradiating pulsed light using a xenon light source from an oblique direction on the film forming surface side (the side opposite to the substrate 1).
  • a CIS layer was formed on a glass substrate under the same conditions, and the band gap of the CIS layer obtained from the transmission spectrum by Tauc plot was 1.0 eV.
  • a YAG second harmonic laser was irradiated from the transparent insulating substrate 1 side to remove the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 to the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6 to form the connection groove D1.
  • a 3000 layer Mo layer is formed as the back metal electrode 7 and irradiated with a YAG second harmonic laser from the transparent insulating substrate 1 side to remove the amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 to the back metal electrode 7.
  • a separation groove E1 was formed.
  • the positive electrode and the negative electrode were taken out from the cells located at both ends of the three rows of unit cells to obtain a thin film solar cell module with three rows connected.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the thin-film solar cell module produced in Example 2.
  • the cell separation step is different from the first embodiment.
  • YAG second harmonic laser is irradiated from the transparent insulating substrate 1 side, and compound semiconductor photoelectric conversion is performed from amorphous silicon photoelectric conversion unit 3.
  • the separation groove C31 and the separation groove C41 were formed.
  • connection groove B1 amorphous silicon nitride was formed in a region from the connection groove B1 to the separation groove C11, which is a boundary region of the unit cell. Thereafter, the connection groove D1 was formed in the same manner as in Example 1, and after forming the back surface metal electrode 7, the separation groove E1 was formed.
  • the hybrid thin-film solar cell module produced in Example 1 and Example 2 was subjected to simulated sunlight having a spectral distribution of AM1.5 and an energy density of 100 mW / cm 2 under a measurement atmosphere and a solar cell temperature of 25 ⁇ 1 ° C.
  • the output characteristics of the thin film solar cell were measured by irradiating and measuring the voltage and current.
  • Table 1 shows the measurement results of open circuit voltage (Voc), short circuit current (Isc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (Eff).
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the thin-film solar cell module produced in Example 3.
  • a Mo metal electrode 7 having a separation groove E2 was formed by electron beam evaporation using a 100 ⁇ m fine wire mask.
  • a CIS layer was formed as the light absorption layer 61 of the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6, and a CdS layer and a zinc oxide layer were formed as the window layer 62.
  • a CIS film was formed by a ternary vapor deposition method at a substrate temperature of 500 ° C.
  • a CdS film was deposited on the CIS layer by a solution deposition method, and finally zinc oxide was formed by a sputtering method.
  • Zinc oxide was formed using a 100 ⁇ m fine wire mask to form separation grooves C22 and C23.
  • a CIS layer was formed on a glass substrate under the same conditions, and the band gap of the CIS layer obtained from the transmission spectrum by Tauc plot was 1.0 eV.
  • a crystalline silicon photoelectric conversion unit was formed as the second photoelectric conversion unit 5 on the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6.
  • the insulating substrate 1 on which the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6 is formed is introduced into a high-frequency plasma CVD apparatus and heated to a predetermined temperature, and then a p-type silicon layer, a substantially intrinsic crystalline silicon photoelectric conversion layer, And an n-type silicon layer were sequentially stacked.
  • the insulating substrate 1 on which the crystalline silicon photoelectric conversion unit 5 was formed was introduced into the sputtering apparatus. After heating to a predetermined temperature, a zinc oxide layer was formed on the crystalline silicon photoelectric conversion unit 5 by sputtering. Next, a YAG second harmonic laser was incident from the light incident side, the intermediate transparent electrode layer 4, the crystalline silicon photoelectric conversion unit 5, and the compound semiconductor photoelectric conversion unit 6 were removed, and separation grooves C32 and C42 were formed. .
  • the insulating substrate 1 having the intermediate transparent electrode layer 4 formed thereon was introduced into a high-frequency plasma CVD apparatus. After heating to a predetermined temperature, an n-type silicon layer, an n-type amorphous silicon layer, a substantially intrinsic amorphous silicon photoelectric conversion layer, and a p-type silicon carbide layer were sequentially laminated.
  • connection groove D2 for short-circuiting the transparent electrode 2 and the metal electrode 7 was formed by injecting a YAG second harmonic laser from the light incident side.
  • middle transparent electrode layer 4 of an adjacent unit cell was formed by injecting a YAG 2nd harmonic laser from the light-incidence side.
  • ITO was formed into a film by sputtering as the transparent electrode 2 to short-circuit the transparent electrode 2 and the intermediate transparent electrode layer 4, and the transparent electrode 2 and the metal electrode 7, respectively.
  • the separation groove A2 was formed by using a 100 ⁇ m fine wire mask when forming the transparent electrode 2. After film formation, annealing was performed at 150 ° C. for 1 hour.
  • the positive electrode and the negative electrode were taken out from the cells located at both ends of the three rows of unit cells to obtain a thin film solar cell module with three rows connected.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the thin-film solar cell module produced in Example 4.
  • the cell separation step is different from Example 3.
  • an amorphous silicon nitride is manufactured as the insulating film 8 in the region from the isolation grooves C32 to C42, which is the boundary area of the unit cell in FIG.
  • an amorphous silicon photoelectric conversion unit 3 was formed on the entire surface.
  • the connection groove B2 and the connection groove D2 were formed in the same manner as in Example 3, and the transparent electrode 2 having the separation groove A2 was formed.
  • the thin film solar cell module produced in Example 3 and Example 4 is irradiated with simulated sunlight having a spectral distribution of AM1.5 and an energy density of 100 mW / cm 2 under a measurement atmosphere and a solar cell temperature of 25 ⁇ 1 ° C. And the output characteristic of the thin film solar cell was measured by measuring a voltage and an electric current.
  • Table 2 shows the measurement results of the open circuit voltage (Voc), the short circuit current (Isc), the fill factor (FF), and the photoelectric conversion efficiency (Eff).
  • the thin-film solar battery module of the present invention has a multi-junction structure because each photoelectric conversion unit is electrically connected so that both current and voltage are matched in the unit cell.
  • the advantages of each photoelectric conversion unit are exhibited later, and high photoelectric conversion efficiency (Eff) is obtained.
  • the fill factor (FF) is greatly improved as compared to Examples 1 and 3 due to the reduction of side leakage. I understand.

Abstract

　本発明は、薄膜シリコン光電変換ユニットと化合物半導体系光電変換ユニットとを電気的に接続させた単位セルを直列接続させた薄膜太陽電池モジュールに関する。　各単位セルは、光入射側から見て、少なくとも透明電極２、非晶質シリコン系光電変換ユニット３、中間透明電極層４、光電変換ユニット５、化合物半導体系光電変換ユニット６、および金属電極７をこの順に有する。各単位セル内において、光電変換ユニット５と化合物半導体系光電変換ユニット６とが直列に接続されて直列素子１０が形成され、直列素子１０が透明電極２および中間透明電極層４を介して第１の光電変換ユニット３と並列に接続されている。

Description

薄膜太陽電池モジュール
　本発明は、単位セル内で薄膜シリコン系光電変換ユニットと化合物半導体系光電変換ユニットとが電気的に接合され、単位セルが直列に接続されることで集積化された薄膜太陽電池モジュールに関するものである。
　近年、光電変換装置の低コスト化、高効率化を両立するために使用原材料が少なくてすむ薄膜太陽電池が注目され、開発が精力的に行われている。現在、従来の非晶質シリコン薄膜太陽電池に加えて結晶質シリコン薄膜太陽電池も開発され、これらを積層したハイブリッド太陽電池と称される積層型薄膜太陽電池も実用化されている。また、化合物半導体を用いた化合物半導体系太陽電池の研究も進んでおり、薄膜シリコン系よりも高効率な製品が実用化されている。
　薄膜シリコン系太陽電池はＣＶＤ等の大面積化が容易な手法で作成可能であり、原料が豊富な為、量産コストにおいて非常に優れていることが特徴である。また、化合物半導体系太陽電池は量産コストでは薄膜シリコンに劣るものの、電子の直接遷移によって光を吸収できるため、比較的高効率化が容易である。
　薄膜シリコン系の材料に関して、非晶質シリコンはバンドギャップが１．８５～１．７ｅＶである。一方、非晶質シリコンと結晶シリコンの混相である結晶質シリコンのバンドギャップは結晶分率にもよるが、通常１．４～１．２ｅＶである。これらの薄膜シリコンは、水素や炭素、酸素、窒素、ゲルマニウムといった元素と合金化させることでバンドギャップを調整することができる。また、ホウ素やリンといったシリコンとは価電子数の異なる材料を不純物としてドープすることでＰ型シリコンやＮ型シリコンが得られる。
　なお、本明細書において、用語「結晶質」は、多結晶及び微結晶を包含し、部分的に非晶質を含むものをも意味するものとする。また、用語「シリコン系」は、シリコン単体以外に、水素や炭素、酸素、窒素、ゲルマニウムといった元素と合金化されたシリコンを包含する。
　薄膜シリコン系太陽電池では通常、Ｐ層とＮ層の間に実質的に真正なＩ層を挟んだＰＩＮ構造により光電変換ユニットが形成される。Ｉ層は光吸収層であるため、Ｉ層を構成する材料のバンドギャップによって光電変換できる光の波長と光起電力が決定される。バンドギャップ以上のエネルギーが吸収された場合、余剰分のエネルギーは熱や光となってしまう為、電力として回収することはできない。
　また、バンドギャップ以下のエネルギーが吸収される可能性は極めて低く、仮にバンドギャップ以下のエネルギーが吸収された場合においても、電子が伝導帯へ励起されないので、この場合もエネルギーが熱や光になってしまい、電力として回収することができない。そのため、バンドギャップの異なる複数の光電変換ユニットを重ねて、バンドギャップ相当の光エネルギーをそれぞれの光電変換ユニットで効率よく電力に変換する、いわゆる多接合化が今後の薄膜太陽電池の高効率化には必須である。
　薄膜シリコン系光電変換ユニットとの多接合化が期待されるものとして、化合物半導体系光電変換ユニットが挙げられる。化合物半導体には様々な種類があるが、ＩＩＩ族元素とＶ族元素からなる化合物、ＩＩ族元素とＩＶ族元素からなる化合物、さらにＩＩ－ＶＩ族の変形であるＩ－ＩＩＩ－ＶＩ2族などのカルコパイライト系化合物の３つに分類される。中でもカルコパイライト系化合物を用いた太陽電池であるＣｕＩｎＳｅ2（以降ＣＩＳ）やＣｕＩｎＴｅ（以降ＣＩＴ）は大きな吸収係数を持ち、１μｍ以下の膜厚でも十分な光吸収を示す。
　カルコパイライト系化合物のバンドギャップは１．０ｅＶより狭く、励起された電子が低い伝導帯の底に遷移するので、太陽光の可視光成分のエネルギーを効率良く電力に変換できず、単体では太陽電池には向かない。そのため、太陽電池への適用に際しては、組成をＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2やＣｕＩｎ（Ｓ，Ｓｅ）２のように変えて化合物半導体のバンドギャップを広くすることが行われている。しかしながら、広バンドギャップ化には限界があり、組成を変更したとしても化合物半導体系光電変換ユニット単体では太陽電池に適しているとはいえない。そのため、化合物半導体を用いて実用性の高い太陽電池を作製するためには、化合物半導体系光電変換ユニットと、その他のユニットとの多接合化が重要であるといえる。
　特許文献１では、単結晶Ｓｉ基板上へのＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長を行う高効率太陽電池の作成法を提供しているが、ＧａＡｓ系光電変換ユニットはＡｓを多く消費するため環境への悪影響が懸念される。また、Ｓｉ単結晶平面へ化合物半導体層をエピタキシャル成長させなければならない為、大面積モジュールの作成方法としては現実的でない。
　通常のカルコパイライト系化合物半導体太陽電池の構造としては、Ｎ側に酸化亜鉛／ＣｄＳが窓層として用いられる。そのため、カルコパイライト系化合物半導体太陽電池においては、Ｎ側から光を入射させることが高効率化のための条件の一つといえる。一方、非晶質シリコン系光電変換ユニットを備える太陽電池の高効率化条件として、非晶質シリコン系光電変換ユニットのＰ側から光が入射し、且つ多接合化によっても非晶質シリコン系光電変換ユニットの電流が律速せず、非晶質シリコン系光電変換ユニットの光劣化による性能悪化が小さいことが挙げられる。
　このような、コストの低い薄膜シリコン系光電変換ユニットと、長波長側感度が高いナローバンドギャップ材料であるカルコパイライト系化合物半導体光電変換ユニットとを積層し、多接合化することによって、薄膜光電変換装置の高効率化が可能になると期待される。しかしながら、高効率化のためには、非晶質シリコン系光電変換ユニットはＰ層側、カルコパイライト系化合物半導体光電変換ユニットはＮ層側から光を入射することが好ましく、両者を単純に積層して多接合化しても、その長所を十分に活かすことはできない。さらに、非晶質シリコン系光電変換ユニットの電流を律速させないように、これらの２つの光電変換ユニットの電流密度をマッチングさせることは困難である。そのため、非晶質シリコン系光電変換ユニットとカルコパイライト系化合物半導体光電変換ユニットを積層・多接合化し、モジュール化した例はこれまでに無い。
特開平５－３３３２号公報
　本発明は、従来多接合化が困難であった薄膜シリコン系光電変換ユニットと化合物半導体系光電変換ユニットを電気的に接続し、さらに単位セルを直列接続することで集積化した高効率かつ低コストの薄膜太陽電池モジュールを提供することを目的としている。
　本発明の薄膜太陽電池モジュールは、光入射側から見て、少なくとも透明電極２、第１の光電変換ユニット３、中間透明電極層４、第２の光電変換ユニット５、第３の光電変換ユニット６、および金属電極７をこの順に有する。第１から第３の光電変換ユニットが電気的に接続されることで単位セルが形成され、複数の単位セルが直列に接続されることで集積化されている。第１の光電変換ユニット３は非晶質シリコン系光電変換ユニットであり、前記第３の光電変換ユニット６は化合物半導体系光電変換ユニットである。各単位セル内において、第２の光電変換ユニット５と第３の光電変換ユニット６とが直列に接続されることで直列素子１０が形成され、直列素子１０が、透明電極２および中間透明電極層４を介して第１の光電変換ユニット３と並列接続されている。
　図１および図２に示す本発明の第１の実施形態においては、光入射側の透明絶縁基板１上に、透明電極２、第１の光電変換ユニット３としての非晶質シリコン系光電変換ユニット、中間透明電極層４、第２の光電変換ユニット５、第３の光電変換ユニット６としての化合物半導体系光電変換ユニット、および金属電極７が、この順に形成されている。
　本発明の第１の実施形態にかかる光電変換装置の製造おいては、化合物半導体系光電変換ユニット６を製膜する際に、製膜が行われている表面側から光を照射することにより、非晶質シリコン系光電変換ユニット３の温度が上がらないようにすることが好ましい。
　図３および図４に示す本発明の第２の実施形態においては、光入射側とは逆側の絶縁基板１上に、金属電極７、第３の光電変換ユニット６としての化合物半導体系光電変換ユニット、第２の光電変換ユニット５、中間透明電極層４、第１の光電変換ユニット３としての非晶質シリコン系光電変換ユニット、および透明電極２が、この順に形成されている。
　本発明において、各単位セル内の光電変換ユニットの電気的接続および複数の単位セルの集積は、下記構成により行われることが好ましい。
　各単位セル内の透明電極２と隣接する単位セル内の透明電極２とが、透明電極分離溝Ａによって分離されている。
　各単位セル内の透明電極２と隣接する単位セル内の中間透明電極層４とが、第１種接続溝Ｂによって短絡されている。
　各単位セル内の中間透明電極層４と同一単位セル内の金属電極７とが、中間電極分離溝Ｃによって絶縁されている。
　各単位セル内の透明電極２と同一単位セル内の金属電極７とが、第２種接続溝Ｄによって短絡されている。
　各単位セル内の金属電極７と隣接する単位セル内の金属電極７とが、金属電極分離溝Ｅによって分離されている。
　本発明の好ましい形態においては、図２および図４に示すように、各単位セル内の直列素子１０および中間透明電極層４の側面に、絶縁膜８が形成されていることが好ましい。また、高効率化の観点から、第１の光電変換ユニットである非晶質シリコン系光電変換ユニットは光入射側にＰ層を有し、第２の光電変換ユニット、および第３の光電変換ユニットである化合物半導体系光電変換ユニットは光入射側にＮ層を有することが好ましい。
　本発明において、第３の光電変換ユニット６は、光吸収層６１のバンドギャップが１．１ｅＶ以下であることが好ましく、光吸収層がカルコパイライト系化合物半導体からなることが好ましい。また、第２の光電変換ユニット５は結晶質シリコン系光電変換ユニットであることが好ましい。
　中間透明電極層４の第１の光電変換ユニット３と接する界面は、酸化亜鉛を主成分とすることが好ましい。
　本発明の薄膜太陽電池モジュールは、各単位セル内において、化合物半導体系光電変換ユニットと、第２の光電変換ユニットとの直列素子が形成され、当該直列素子と非晶質光電変換ユニットとは並列接続されている。そのため、非晶質シリコン系光電変換ユニットの電流が多接合化により律速することが防止できる。また、非晶質シリコン系光電変換ユニットをＰ側から光が入射する構成としつつ、化合物半導体系光電変換ユニットをＮ側から光が入射する構成とできるために、各光電変換ユニットにおける光電変換効率が最適化された設計を採用することが可能である。
　さらに、第２の光電変換ユニット５として、結晶質シリコン系光電変換ユニットのように、化合物半導体系光電変換ユニットの出力電圧と非晶質シリコン系光電変換ユニットの出力電圧との差に近い出力電圧を有する光電変換ユニットを用いることで、単位セル内において、電流のみならず、電圧のマッチングも可能となる。そのため、本発明によれば、非晶質シリコン系光電変換ユニットおよび化合物半導体系光電変換ユニットのそれぞれの長所を失うことなく、多接合化が可能であり、光劣化の少ない薄膜太陽電池を低コストで提供することができる。
本発明の第１の実施形態の一態様（実施例１）に係る断面図である。 本発明の第１の実施形態の一態様（実施例２）に係る断面図である。 本発明の第２の実施形態の一態様（実施例３）に係る断面図である。 本発明の第２の実施形態の一態様（実施例４）に係る断面図である。
　以下に、本発明の実施の形態としての薄膜太陽電池モジュールを、図面を参照しつつ説明する。
　図１および図２は、本発明の第１の実施形態にかかる薄膜太陽電池モジュールの例を模式的に示す断面図である。第１の実施形態は、光入射側の透明絶縁基板１の上に透明電極２、第１の光電変換ユニット３、中間透明電極層４、第２の光電変換ユニット５、第３の光電変換ユニット６、および金属電極７がこの順に形成された、いわゆるスーパーストレート型の薄膜太陽電池である。
　透明絶縁基板１としては、ガラス、透明樹脂等からなる板状部材やシート状部材が用いられる。透明電極２は導電性金属酸化物であることが好ましく、具体的にはＳｎＯ2、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3等を好ましい例として挙げることができる。透明電極２はＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法を用いて形成されることが好ましい。
　透明電極２は、入射光の散乱を増大させる効果を有することが望ましい。具体的には、透明電極表面に微細な凹凸を有することにより、入射光の散乱を増大させる効果を有することが望ましい。また、透明電極２上に非晶質シリコン系光電変換ユニット３が製膜される際に、透明電極が一定量の水素プラズマに曝されると、透明電極を構成する金属酸化物が還元され、透過率及び抵抗率が著しく悪化する場合がある。水素プラズマに曝された場合の金属酸化物の還元を抑制する観点からは、透明電極２の非晶質シリコン系光電変換ユニット３と接する界面の主成分を酸化亜鉛とすることが好ましい。例えば、透明電極２が還元されやすい金属酸化物である場合には、耐還元性を持つＺｎＯで透明電極２の表面を覆うことが好ましい。
　透明電極２には、透明電極を単位セルに分離するための透明電極分離溝Ａ１が形成される。分離溝Ａ１の形成にはレーザーを用いることが好ましく、透明絶縁基板１側から波長が９００ｎｍ以上のＩＲレーザーを入射することが好ましい。また、透明電極２の製膜時にマスクを付けて製膜することで、分離溝Ａ１を形成しても良い。透明電極分離溝Ａ１は、非晶質シリコン系光電変換ユニット３を構成する材料により充填される。
　透明電極２の上には第１の光電変換ユニットである非晶質シリコン系光電変換ユニット３が形成される。高効率化の観点からは、非晶質シリコン系光電変換ユニット３は、光入射側（透明絶縁基板１側）から、Ｐ層、Ｉ層、Ｎ層の順に形成されることが好ましく、例えば、非晶質Ｐ型シリコンカーバイド層、実質的に真正な非晶質シリコン光電変換層、Ｎ型シリコン系界面層から構成される。非晶質シリコン系光電変換ユニット３の形成には高周波プラズマＣＶＤ法が適している。
　非晶質シリコン系光電変換ユニット３の各層の形成条件としては、基板温度１００～３００℃、圧力３０～１５００Ｐａ、高周波パワー密度０．０１～０．５Ｗ／ｃｍ2が好ましく用いられる。光電変換ユニット形成に使用する原料ガスとしては、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等のシリコン含有ガスまたは、それらのガスとＨ2を混合したものが用いられる。光電変換ユニットにおけるＰ層またはＮ層を形成するためのドーパントガスとしては、Ｂ2Ｈ6またはＰＨ3等が好ましく用いられる。非晶質シリコン系光電変換ユニット３のバンドギャップは積極的にＨ2を導入することで広げることができる。
　非晶質シリコン系光電変換ユニット３には、その上に製膜される中間透明電極層４と透明電極２とを短絡させる為の第１種接続溝Ｂ１が形成される。第１種接続溝Ｂ１の形成には、レーザーを用いてもよく、非晶質シリコン系光電変換ユニットの製膜時にマスクを付けて製膜しても良い。生産性の観点からはレーザーを用いることが好ましく、透明電極２へのダメージを避けるために、波長５００～７００ｎｍのレーザーを用いることが好ましい。第１種接続溝Ｂ１は、中間透明電極層４を構成する導電性物質により充填され、透明電極２と中間透明電極層４とが短絡される。
　非晶質シリコン系光電変換ユニット３の第１種接続溝Ｂ１側の側面に、中間透明電極層４等の導電性物質が付着すると、側面からの電流のリークにより、光電変換ユニットとしてのダイオード特性が悪化する場合がある。このような側面リークを防ぐためには、側面に導電性の低い物質からなる膜（不図示）を形成することが好ましい。例えば、酸素雰囲気中でレーザーを照射して非晶質シリコン系光電変換ユニット３を切断して第１種接続溝Ｂ１を形成すれば、切断された側面が酸化されるため、切断側面が酸化シリコン膜を構成し、側面からのリーク電流を防ぐ作用が得られる。
　非晶質シリコン系光電変換ユニット３の上に中間透明電極層４が形成される。中間透明電極層を構成する材料としては、透明電極２と同様に導電性金属酸化物が望ましい。非晶質シリコン系光電変換ユニット３が光入射側にＰ層を有する場合、中間透明電極層４は非晶質シリコン系光電変換ユニット３のＮ層及び第２の光電変換ユニット５のＮ層が接することになる。そのため、少なくとも中間透明電極層の第１の光電変換ユニット３と接する界面および第２の光電変換ユニットと接する界面は、Ｎ層と電気的にコンタクトできる層であることが必要である。
　また、第２の光電変換ユニット５の製膜条件によっては、中間透明電極層４が一定量以上の水素プラズマに曝されて、中間透明電極層４を構成する金属酸化物が還元され、透過率及び抵抗率が著しく悪化する場合がある。水素プラズマに曝された場合の金属酸化物の還元を抑制する観点からは、中間透明電極層４の第２の光電変換ユニット５と接する界面の主成分を酸化亜鉛とすることが好ましい。例えば、透明電極２が還元されやすい金属酸化物である場合には、耐還元性を持つＺｎＯで中間透明電極層４の表面を覆うことが好ましい。また、中間透明電極層４の非晶質シリコン系光電変換ユニット３との界面も電気的コンタクトの観点から、同様の処理を行うことが好ましい。
　中間透明電極層４が裏面金属電極７と短絡するのを防ぐ為に、各単位セルの中間透明電極層４の接続溝Ｂ１と反対側の側面には、中間電極分離溝Ｃ１１が形成されることが好ましい。中間電極分離溝Ｃ１１の形成は、レーザーを用いてもよく、中間透明電極層４の製膜時にマスクを付けて製膜しても良い。レーザーを用いる場合は、裏面側（透明絶縁基板１とは逆側）から、波長が９００ｎｍ以上のＩＲレーザーを入射することが好ましい。中間電極分離溝Ｃ１１が、第２の光電変換ユニット５を構成する材料により充填され、中間透明電極層４の側面が覆われ、中間透明電極層と金属電極７との短絡が防止される。また、中間電極分離溝Ｃ１１を形成することで、光電変換ユニット側面での短絡によるリーク電流の発生も防止できる。側面での短絡によるリーク電流防止についての詳細は、図２の実施例に関する説明にて後述する。
　中間透明電極層４の上に第２の光電変換ユニット５が形成される。非晶質シリコン系光電変換ユニット３が光入射側にＰ層を有する場合、第２の光電変換ユニット５は光入射側にＮ層を有している。第２の光電変換ユニット５の出力電圧Ｖ２は、非晶質シリコン系光電変換ユニット３の出力電圧Ｖ１より小さく、化合物半導体系光電変換ユニット６の出力電圧Ｖ３より大きいことが好ましい。また、第２の光電変換ユニット５の出力電圧Ｖ２は、非晶質シリコン系光電変換ユニット３の出力電圧Ｖ１と化合物半導体系光電変換ユニット６との出力電圧Ｖ３の差（Ｖ１－Ｖ３）に近いことが好ましい。具体的には、｛Ｖ１－（Ｖ２＋Ｖ３）｝の絶対値が０．３Ｖ以下であることが好ましく、０．２Ｖ以下であることがより好ましい。第２の光電変換ユニット５の出力電圧Ｖ２を前記範囲とすることで、各光電変換セル内の並列接続素子の電圧が最適化され、高い出力を有する光電変換装置が得られる。
　このような光電変換ユニットとしては、ｉ層が結晶質シリコンである結晶質シリコン系光電変換ユニットや、ｉ層が非晶質水素化シリコンゲルマニウムである非晶質シリコンゲルマニウム光電変換ユニット等が挙げられる。化合物半導体系光電変換ユニット６がカルコパイライト系化合物半導体光電変換ユニットである場合、第２の光電変換ユニット５としては、結晶質シリコン系光電変換ユニットを好ましいものとして挙げることができる。結晶質シリコン系光電変換ユニットは通常、Ｎ型結晶質シリコン層、実質的に真正な結晶質シリコン系光電変換層、Ｐ型結晶質シリコン層で構成される。結晶質シリコン系光電変換層とＮ型結晶質シリコン層の間にＮ型非晶質シリコン系界面層が挿入されていれば、さらに好ましい。結晶質シリコン系光電変換ユニット５の形成には高周波プラズマＣＶＤ法が適している。
　結晶質シリコン系光電変換ユニットの各層の形成条件としては、基板温度１００～３００℃、圧力３０～３０００Ｐａ、高周波パワー密度０．１～０．５Ｗ／ｃｍ2が好ましく用いられる。光電変換ユニット形成に使用する原料ガスとしては、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等のシリコン含有ガスまたは、それらのガスとＨ2を混合したものが用いられる。光電変換ユニットにおけるＰ層またはＮ層を形成するためのドーパントガスとしては、Ｂ2Ｈ6またはＰＨ3等が好ましく用いられる。
　第２の光電変換ユニット５上には、第３の光電変換ユニットとして化合物半導体系光電変換ユニット６が製膜される。第２の光電変換ユニット５と第３の光電変換ユニット６とは直列接続され、直列素子１０を形成する。化合物半導体系光電変換ユニット６としては、光吸収層６１のバンドギャップが１．１ｅＶ以下のものが好ましく用いられる。中でもカルコパイライト系化合物半導体光電変換ユニットが好ましく、光吸収層６１としてＣＩＳ層を有する０．９ｅＶ～１．１ｅＶ程度のバンドギャップの光電変換ユニットが特に好ましい。
　ＣＩＳ層は、三源蒸着法により、基板温度が～５００℃となるように温度をコントロールして製膜されることが望ましい。化合物半導体系光電変換ユニット６の形成時に基板温度を～２００℃まで上げると、非晶質シリコン系光電変換ユニット３のダイオード特性が極端に悪化する場合がある。そのため、化合物半導体の形成時に、製膜面側から光を照射し、光の輻射熱によって製膜表面を加熱して、製膜表面を高温にすることが好ましい。照射する光はキセノン光源を用いたパルス光が好ましく、非晶質シリコン系光電変換ユニット３の温度が上がらないようにすることが好ましい。
　化合物半導体系光電変換ユニット６の形成において、光吸収層６１形成前に、光入射側に窓層６２が形成されることが好ましい。一般に、ＣＩＳ等のカルコパイライト型半導体からなる光吸収層６１は、Ｐ型の導電型特性を有するため、窓層６２はＮ型の導電型特性を有することが好ましい。窓層６２としては、酸化亜鉛層、ＣｄＳ層を用いることが好ましい。窓層６２が酸化亜鉛等の導電性物質からなる場合は、図１および図２に示すように、窓層６２と裏面金属電極７とが短絡するのを防ぐ為に、各単位セルの窓層の中間電極分離溝Ｃ１１側の側面に窓層分離溝Ｃ２１が形成されることが好ましい。窓層分離溝Ｃ２１は窓層６２形成時にマスクを用いて形成されることが好ましい。窓層分離溝Ｃ２１が、化合物半導体系光電変換ユニット６を構成する材料により充填され、窓層６２と金属電極７とが絶縁される。また、窓層分離溝Ｃ２１を形成することで、光電変換ユニット側面での短絡によるリーク電流の発生も防止できる。側面での短絡によるリーク電流防止についての詳細は、図２の実施例に関する説明にて後述する。
　図１に示す実施例においては、化合物半導体系光電変換ユニット６の形成後に裏面金属電極７と透明電極２を短絡させる為の第２種接続溝Ｄ１が形成される。一方、図２に示す実施例においては、第２種接続溝Ｄ１の形成前に、絶縁膜８を形成するための分離溝Ｃ３１およびＣ４１が形成される。図２に示す実施形態においては、第２の光電変換ユニット５および第３の光電変換ユニット６からなる直列素子１０と第１の光電変換ユニット３との短絡を防止する為に、非晶質シリコン系光電変換ユニット３から化合物半導体系光電変換ユニット６までの側面に絶縁膜８が設けられている。
　光電変換ユニットの側面に絶縁膜８を製膜する場合、分離溝Ｃ３１およびＣ４１は、第１の光電変換ユニット３から第３の光電変換ユニット６までを除去することで形成される。なお、図２は接続溝Ｄ１、金属電極７および分離溝Ｅ１を形成した後の光電変換装置を表しているため、分離溝Ｃ３１および分離溝Ｃ４１はそれぞれが１本の溝として図示されているが、１つの単位セルの分離溝Ｃ３１と、隣接する単位セルの分離溝Ｃ４１とは、１本の溝として形成することができる。分離溝Ｃ３１、Ｃ４１の形成には透明電極２へのダメージを避けるために、波長５００～７００ｎｍのレーザーを透明絶縁基板１側から照射することが好ましい。
　次に、分離溝Ｃ３１およびＣ４１を充填するように、絶縁膜８が製膜される。絶縁膜８を形成する物質としては、導電率が１×１０－４Ｓ／ｃｍ以下のものが好適に用いられ、例えば、シリコンナイトライド、シリコンオキサイド等の絶縁物質が好適に用いられる。中でも、絶縁性、製膜性および耐久性の観点から、シリコンナイトライドが特に好ましい。
　シリコンナイトライド絶縁膜の形成条件としては、基板温度１００～３００℃、圧力３０～１５００Ｐａ、高周波パワー密度０．０１～０．３Ｗ／ｃｍ2が好ましく用いられる。シリコンナイトライドの形成に使用する原料ガスとしては、ＳｉＨ4とＮＨ3及びＨ2が好ましい。
　なお、前記した第２種接続溝Ｄ１の形成前に分離溝Ｃ３１およびＣ４１を形成してシリコンナイトライド等の絶縁膜を製膜する方法以外に、第２種接続溝Ｄ１および金属電極分離溝Ｅ１を形成する際に、酸素雰囲気中で各光電変換ユニットを切断することで切断面を酸化して、導電率を低下させる方法によっても、絶縁膜８を形成することもできる。
　非晶質シリコン系光電変換ユニット３から化合物半導体系光電変換ユニット６までを除去することで、第２種接続溝Ｄ１が形成される。図１に示す実施形態において、接続溝Ｄ１は、レーザーにより形成することが好ましい。レーザーによる接続溝Ｄの１形成は、透明絶縁基板１側から波長５００～７００ｎｍのレーザーを入射し、非晶質シリコン系光電変換ユニット３をアブレーションさせることで、非晶質シリコン系光電変換ユニット３から化合物半導体系光電変換ユニット６までを除去することが好ましい。
　また、図２に示すように、分離溝Ｃ３１およびＣ４１が形成され、分離溝内に絶縁膜８が製膜されている場合には、光電変換ユニットの側面に絶縁膜８が残るように、第２種接続溝Ｄ１が形成される。この場合も、接続溝Ｄ１は、図１に示す実施形態と同様に、レーザーにより形成することが好ましい。
　化合物半導体系光電変換ユニット６上に裏面電極としての金属電極７が製膜される。裏面金属電極としてはＭｏを製膜することが好ましい。蒸着手段は電子線蒸着、スパッタ蒸着などが挙げられる。第２種接続溝Ｄ１が、裏面金属電極７を構成する導電性物質により充填され、透明電極２と裏面金属電極７とが短絡される。
　最後に、金属電極７を単位セルに分離する為の金属電極分離溝Ｅ１が形成される。金属電極分離溝Ｅ１は裏面金属電極７の製膜時にマスクを用いることによっても形成できるが、
裏面金属電極７を製膜後に、レーザーにより形成することが好ましい。レーザーによる分離溝Ｅ１の形成は、透明絶縁基板１側からＹＡＧ第２高調波レーザーを入射し、非晶質シリコン系光電変換ユニット３をアブレーションさせることで、非晶質シリコン系光電変換ユニット３から裏面金属電極７までを除去することが好ましい。
　このように、各層および分離溝、接続溝が形成されることで、集積型光電変換装置が得られる。各単位セル内において、第２の光電変換ユニット５と第３の光電変換ユニット６とが直列に接続されて直列素子１０が形成されている。当該直列素子１０は、中間透明電極層４と透明電極２および金属電極７とを介して、第１の光電変換ユニット３と並列接続される。また、各単位セルの透明電極２と隣接する単位セルの中間透明電極層４とが短絡されることで、隣接する複数の単位セルが直列に接続される。
　なお、図２においては、分離溝Ｃ３１、Ｃ４１内に絶縁膜８が形成され、さらに中間電極分離溝Ｃ１１および窓層分離溝Ｃ２１が形成されているが、中間透明電極層４および窓層６２の側面が絶縁膜８で覆われている場合は、分離溝Ｃ１１およびＣ２１を形成してもよいし、分離溝Ｃ１１およびＣ２１の形成を省略してもよい。分離溝Ｃ１１およびＣ２１が形成されない場合、分離溝Ｃ４１が中間電極分離溝および窓層分離溝の役割を果たし、分離溝４１内の絶縁膜８が、中間透明電極層４および窓層６２と金属電極７とを絶縁する。一方、レーザー照射により溝Ｃ４１が形成される場合は、分離溝Ｃ１１およびＣ２１が形成されることが好ましい。分離溝Ｃ１１およびＣ２１が形成されない場合、分離溝Ｃ４１が形成される際に、中間透明電極層４および窓層６２の分離溝Ｃ４１側の側面には導電性物質が露出している。そのため、分離溝Ｃ４１を形成するために側面にレーザーが照射されると、レーザーによって溶融した中間透明電極層４および窓層６２の導電性物質が第２の光電変換ユニット５や第３の光電変換ユニット６の光吸収層６１の側面に付着して短絡するために、リーク電流を生じる場合がある。これに対して、予め分離溝Ｃ１１およびＣ２１が形成されていれば、中間透明電極層４および窓層６２の側面が半導体層によって覆われているために、光電変換ユニット側面に導電性物質が付着することがなく、リーク電流の発生を防止できる。
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３および図４は、本発明の第２の実施形態にかかる薄膜太陽電池モジュールの例を模式的に示す断面図である。第２の実施形態は、光入射側とは逆側の絶縁基板１上に、金属電極７、第３の光電変換ユニット６、第２の光電変換ユニット５、中間透明電極層４、第１の光電変換ユニット３、および透明電極２がこの順に形成された、いわゆるサブストレート型の薄膜太陽電池である。
　絶縁基板１としては、ガラス、透明樹脂等から成る板状部材やシート状部材等が用いられる。化合物半導体系光電変換ユニット６としてカルコパイライト系化合物半導体光電変換ユニットを用いた場合、絶縁基板１から金属電極７を介してＩa族元素が拡散されることで、カルコパイライト系化合物半導体の結晶化が促進されることが知られている。よって、ソーダライムガラスといったＮａ等のＩa族元素を含有する材料からなるものが絶縁基板１として好ましい。
　絶縁基板１上に金属電極７が形成される。金属電極７としてはＭｏが好ましい。金属電極の製膜手段は電子線蒸着、スパッタ蒸着などが挙げられる。
　金属電極７には、金属電極を単位セルに分離するための金属電極分離溝Ｅ２が形成される。分離溝Ｅ２の形成には波長が９００ｎｍ以上のＩＲレーザーを用いることが好ましく、絶縁基板１がガラスや透明樹脂等の透明絶縁基板である場合には、絶縁基板１側からレーザーを入射することが好ましい。また、金属電極７の製膜時にマスクを付けて製膜することで、分離溝Ｅ２を形成してもよい。
　金属電極７上には、第３の光電変換ユニットとして化合物半導体系光電変換ユニット６が製膜される。化合物半導体系光電変換ユニット６としては、光吸収層６１のバンドギャップが１．１ｅＶ以下のものが好ましく用いられる。中でもカルコパイライト系化合物半導体光電変換ユニットが好ましく、光吸収層６１としてＣＩＳ層を有する０．９ｅＶ～１．１ｅＶ程度のバンドギャップの光電変換ユニットが特に好ましい。光吸収層であるＣＩＳ層は、三源蒸着法により、基板温度が～５００℃となるように温度をコントロールして製膜されることが望ましい。
　化合物半導体系光電変換ユニット６は光入射側に、窓層６２が形成されることが好ましい。一般に、ＣＩＳ等のカルコパイライト型半導体からなる光吸収層６１は、Ｐ型の導電型特性を有するため、窓層６２はＮ型の導電型特性を有することが好ましい。窓層６２としては、酸化亜鉛層、ＣｄＳ層を用いることが好ましい。ＣｄＳ層は例えば、溶液析出法、セレン化法により形成される。酸化亜鉛層は例えば、スパッタ法、熱ＣＶＤ法などにより形成される。
　窓層６２が酸化亜鉛等の導電性物質からなる場合は、図３および図４に示すように、窓層６２の両側面に窓層分離溝Ｃ２２およびＣ２３が形成されることが好ましい。窓層分離溝Ｃ２２およびＣ２３は、第２の光電変換ユニット６を構成する材料」により充填される。分離溝Ｃ２２およびＣ２３が形成されない場合、分離溝Ｃ３２およびＣ４２が形成される際に中間透明電極層４および窓層６２の分離溝Ｃ４１側の側面には導電性物質が露出している。そのため、分離溝Ｃ４１を形成するために側面にレーザーが照射されると、レーザーによって溶融した窓層６２の導電性物質が第２の光電変換ユニット５の側面に付着して短絡するために、リーク電流を生じる場合がある。これに対して、予め分離溝Ｃ２２およびＣ２３が形成されていれば、窓層６２の側面が半導体層によって覆われているために、光電変換ユニット５の側面に導電性物質が付着することがなく、リーク電流の発生を防止できる。
　化合物半導体系光電変換ユニット６の上に第２の光電変換ユニット５が形成される。化合物半導体系光電変換ユニット６が光入射側にＮ型の窓層６２を有する場合、第２の光電変換ユニット５は光入射側にＮ層を有している。第２の光電変換ユニット５の出力電圧Ｖ２は、非晶質シリコン系光電変換ユニット３の出力電圧Ｖ１より小さく、化合物半導体系光電変換ユニット６の出力電圧Ｖ３より大きいことが好ましい。また、第２の光電変換ユニット５の出力電圧Ｖ２は、非晶質シリコン系光電変換ユニット３の出力電圧Ｖ１と化合物半導体系光電変換ユニット６との出力電圧Ｖ３の差（Ｖ３－Ｖ１）に近いことが好ましく、具体的には、｛Ｖ１－（Ｖ２＋Ｖ３）｝の絶対値が０．３Ｖ以下であることが好ましく、０．２Ｖ以下であることがより好ましい。第２の光電変換ユニット５の出力電圧Ｖ２を前記範囲とすることで、各光電変換セル内の並列接続素子の電圧が最適化され、高い出力を有する光電変換装置が得られる。
　このような光電変換ユニットとしては、ｉ層が結晶質シリコンである結晶質シリコン系光電変換ユニットや、ｉ層が非晶質水素化シリコンゲルマニウムである非晶質シリコンゲルマニウム光電変換ユニット等が挙げられる。化合物半導体系光電変換ユニット６がカルコパイライト系化合物半導体光電変換ユニットである場合、第２の光電変換ユニット５としては、結晶質シリコン系光電変換ユニットを好ましいものとして挙げることができる。結晶質シリコン系光電変換ユニットは通常、Ｐ型結晶質シリコン層、実質的に真正な結晶質シリコン光電変換層、Ｎ型結晶質シリコン層で構成される。結晶質シリコン系光電変換層とＮ型結晶質シリコン層の間にＮ型非晶質シリコン系界面層が挿入されていれば、さらに好ましい。結晶質シリコン系光電変換ユニット５の形成には高周波プラズマＣＶＤ法が適している。
　結晶質シリコン系光電変換ユニットの各層の形成条件としては、基板温度１００～３００℃、圧力３０～３０００Ｐａ、高周波パワー密度０．１～０．５Ｗ／ｃｍ2が好ましく用いられる。光電変換ユニット形成に使用する原料ガスとしては、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等のシリコン含有ガスまたは、それらのガスとＨ2を混合したものが用いられる。光電変換ユニットにおけるＰ層またはＮ層を形成するためのドーパントガスとしては、Ｂ2Ｈ6またはＰＨ3等が好ましく用いられる。
　第２の光電変換ユニット５上に中間透明電極層４が製膜される。中間透明電極層は導電性金属酸化物からなることが好ましく、具体的にはＳｎＯ2、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3等を好ましい例として挙げることができる。中間透明電極層４はＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法を用いて形成されることが好ましい。第２の光電変換ユニット５が光入射側にＮ層を有する場合、中間透明電極層４には第２の光電変換ユニット５のＮ層及び非晶質シリコン系光電変換ユニット３のＮ層が接することになる。そのため、少なくとも中間透明電極層４の第１の光電変換ユニット３と接する界面および中間透明電極層４の第２の光電変換ユニットと接する界面は、Ｎ層と電気的にコンタクトできる層であることが必要である。
　また、非晶質シリコン系光電変換ユニット３の製膜条件によっては、中間透明電極層４が一定量以上の水素プラズマに曝されて、中間透明電極層４を構成する金属酸化物が還元され透過率及び抵抗率が著しく悪化する場合がある。水素プラズマに曝された場合の金属酸化物の還元を抑制する観点からは、耐還元性を持つＺｎＯで中間透明電極層４の表面を覆い、中間透明電極層４の非晶質シリコン系光電変換ユニット３と接する界面の主成分を酸化亜鉛とすることが好ましい。また、中間透明電極層４の第２の光電変換ユニット５との界面も電気的コンタクトの観点から、同様の処理を行うことが好ましい。
　中間透明電極層４と透明電極２とが短絡するのを防ぐ為に、各単位セルの中間透明電極層４の両側面に中間電極分離溝Ｃ３２、Ｃ４２が形成される。中間電極分離溝Ｃ３２、Ｃ４２は、第３の光電変換ユニット６から中間透明電極層４までを除去して形成されることが好ましい。このようにすることで、光電変換ユニット６から中間透明電極層４まで延在する分離溝Ｃ３２、Ｃ４２がその後に形成される非晶質シリコン系光電変換ユニット３で充填される。そのため、中間透明電極層４と透明電極２との短絡が防止されることに加えて、光電変換ユニット５，６が直列接続された直列素子１０と第１の光電変換ユニット３とが透明電極２を介して短絡することも防止される。
　なお、図３および図４は、第１の光電変換ユニット３、透明電極２および接続溝Ｂ２、Ｄ２を形成した後の光電変換装置を表しているため、分離溝Ｃ３２および分離溝Ｃ４２はそれぞれが１本の溝として図示されているが、１つの単位セルの分離溝Ｃ３２と隣接する単位セルの分離溝Ｃ４２とは、１本の溝として形成することができる。分離溝Ｃ３２、Ｃ４２の形成にはレーザーを用いることが好ましい。レーザーを用いて分離溝Ｃ３２、Ｃ４２を形成する場合、絶縁基板１とは反対側から波長が９００ｎｍ以上のＩＲレーザーを入射することが好ましい。
　分離溝Ｃ３２は金属電極分離溝Ｅ２と連結されるように形成されることが好ましい。分離溝Ｃ３２と金属電極分離溝Ｅとが連結していることで、金属電極分離溝Ｅ２は、非晶質シリコン系光電変換ユニット３を形成する物質（図３の形態）、または絶縁膜８を形成する物質（図４の形態）で充填されるため、各単位セルの透明電極２と、隣接する単位セルの金属電極７との短絡を防止できる。
　図３に示す実施形態においては、中間透明電極層および中間電極分離溝を形成した後に第１の光電変換ユニット３が製膜されるが、図４に示す実施形態のように、第１の光電変換ユニット３の製膜前に、中間電極分離溝Ｃ３２およびＣ４２を絶縁物質で充填して、中間透明電極層および第２の光電変換ユニット５と第３の光電変換ユニット６とが直列接続された直列素子１０の側面に絶縁膜８を形成してもよい。
　絶縁膜８を形成する物質としては、導電率が１×１０－４Ｓ／ｃｍ以下のものが好適に用いられ、例えば、シリコンナイトライド、シリコンオキサイド等の絶縁物質が好適に用いられる。中でも、絶縁性、製膜性および耐久性の観点から、シリコンナイトライドが特に好ましい。
　シリコンナイトライドの形成条件としては、基板温度１００～３００℃、圧力３０～１５００Ｐａ、高周波パワー密度０．０１～０．３Ｗ／ｃｍ2が好ましく用いられる。シリコンナイトライドの形成に使用する原料ガスとしては、ＳｉＨ4とＮＨ3及びＨ2が好ましい。
　中間透明電極層４上には第１の光電変換ユニットである非晶質シリコン系光電変換ユニット３が形成される。高効率化の観点から、非晶質シリコン系光電変換ユニット３は、中間透明電極層４側（光入射側と逆側）からＮ層、Ｉ層、Ｐ層の順に形成されることが好ましく、例えば、非晶質Ｐ型シリコンカーバイド層、実質的に真正な非晶質シリコン光電変換層、Ｎ型シリコン系界面層から構成される。非晶質シリコン系光電変換ユニットの各層の形成には高周波プラズマＣＶＤ法が適している。
　非晶質シリコン系光電変換ユニット３の各層の形成条件としては、基板温度１００～３００℃、圧力３０～１５００Ｐａ、高周波パワー密度０．０１～０．５Ｗ／ｃｍ2が好ましく用いられる。光電変換ユニット形成に使用する原料ガスとしては、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等のシリコン含有ガスまたは、それらのガスとＨ2を混合したものが用いられる。光電変換ユニットにおけるＰ層またはＮ層を形成するためのドーパントガスとしては、Ｂ2Ｈ6またはＰＨ3等が好ましく用いられる。非晶質シリコン系光電変換ユニット３のバンドギャップは積極的にＨ2を導入することで広げることができる。
　非晶質シリコン系光電変換ユニット３の上には透明電極２が製膜される。透明電極は導電性金属酸化物であることが好ましく、具体的にはＳｎＯ2、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3等を好ましい例として挙げることができる。透明電極２はＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法を用いて形成されることが好ましい。透明電極２は、入射光の散乱を増大させる効果を有することが望ましい。具体的には、透明電極表面に微細な凹凸を有することにより、入射光の散乱を増大させる効果を有することが望ましい。
　非晶質シリコン系光電変換ユニット３を製膜後に、各単位セル内の透明電極２と隣接する単位セル内の中間透明電極層４とを短絡するための第１種接続溝Ｂ２、および各単位セル内の透明電極２と同一単位セル内の金属電極７とを短絡するための第２種接続溝Ｄ２が形成される。第１種接続溝Ｂ２および第２種接続溝Ｄ２は、透明電極２を構成する導電性物質により充填され、透明電極２と裏面金属電極７および中間透明電極層４とが短絡される。
　第２種接続溝Ｄ２は、各単位セルと隣接する単位セルとの境界部の分離溝Ｃ３２と分離溝Ｃ４との間の、非晶質シリコン系光電変換ユニット３から化合物半導体系光電変換ユニット６までの側壁部分を除去することで形成される。第２種接続溝Ｄ２は、絶縁基板１とは反対側からレーザーを入射して単位セルの境界部に充填された非晶質シリコン系光電変換ユニット３を形成する物質、または絶縁膜８を形成する物質を除去して形成されることが好ましい。レーザーとしては、波長５００～７００ｎｍのレーザーを用いることが好ましい。
　第１種接続溝Ｂ２は、各単位セルと隣接する単位セルとの境界部における分離溝Ｃ３２（図３，４においては、分離溝Ｃ３２の左側）に隣接する部分の非晶質シリコン系光電変換ユニット３を除去することで形成される。第２種接続溝Ｄ２は、絶縁基板１とは反対側からレーザーを入射して非晶質シリコン系光電変換ユニット３を除去して形成されることが好ましい。絶縁基板１と反対側からレーザーを入射した場合、中間透明電極層４によってレーザー光が反射されるため、非晶質シリコン系光電変換ユニット３のみが除去される。レーザーとしては、波長が９００ｎｍ以上のＩＲレーザーが好ましい。
　第２種接続溝Ｄ２は、各単位セルと隣接する単位セルとの境界部における分離溝Ｃ３２と分離溝Ｃ４２との間の、非晶質シリコン系光電変換ユニット３から化合物半導体系光電変換ユニット６までの側壁部分を除去することで形成される。第２種接続溝Ｄ２は、絶縁基板１とは反対側からレーザーを入射して単位セルの境界部に充填された非晶質シリコン系光電変換ユニット３を形成する物質、または絶縁膜８を形成する物質を除去して形成されることが好ましい。レーザーとしては、波長５００～７００ｎｍのレーザーを用いることが好ましい。
　非晶質シリコン系光電変換ユニット３上に透明電極２が製膜される。透明電極２は導電性金属酸化物であることが好ましく、具体的にはＳｎＯ2、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3等を好ましい例として挙げることができる。透明電極２はＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法を用いて形成されることが好ましい。
　最後に、透明電極を単位セルに分離する為の透明電極分離溝Ａ２が形成される。透明電極分離溝は、透明電極側から波長が９００ｎｍ以上のＩＲレーザーを入射しても良く、透明電極２の製膜時にマスクを付けて製膜しても良い。各単位セルと隣接する単位セルとの境界部において、各分離溝および接続溝は、透明電極分離溝Ａ２、第１種接続溝Ｂ２、中間電極分離溝Ｃ３２（および金属電極分離溝Ｅ２、第２種接続溝Ｄ２、中間電極分離溝Ｃ４２の順に並ぶように形成される。
　このように、各層および分離溝、接続溝が形成されることで、集積型光電変換装置が得られる。各単位セル内において、第２の光電変換ユニット５と第３の光電変換ユニット６とが直列に接続されて直列素子１０が形成されている。当該直列素子１０は、中間透明電極層４と透明電極２および金属電極７とを介して、第１の光電変換ユニット３と並列接続される。また、各単位セルの透明電極２と隣接する単位セルの中間透明電極層４とが短絡されることで、隣接する複数の単位セルが直列に接続される。
　以下に、本発明の第１の実施形態による薄膜太陽電池モジュールの実施例を、図面を参照しながら説明する。
（実施例１）
　図１は、実施例１にて作製した薄膜太陽電池モジュールを模式的に示す断面図である。
　まず、１．１ｍｍ厚の白板ガラスから成る透明絶縁基板１の一主面上に、ＳｎＯ2からなり、その表面に微細な凹凸構造を有する透明電極２を熱ＣＶＤ法により形成した。次に透明絶縁基板１側からＹＡＧ第１高調波レーザーを照射し、分離溝Ａ１を形成した。
　次に、非晶質シリコン光電変換ユニット３を形成するために、透明電極２が形成された透明絶縁基板１を高周波プラズマＣＶＤ装置内に導入した。所定の温度に加熱した後、非晶質ｐ型シリコンカーバイド層、実質的に真性な非晶質シリコン光電変換層、及びｎ型シリコン層を順次積層した。次に大気中で非晶質シリコン光電変換ユニット３へＹＡＧ第２高調波レーザーを照射し、接続溝Ｂ１を形成した。
　中間透明電極層４を製膜するために非晶質シリコン光電変換ユニット３までが製膜された透明絶縁基板１をスパッタ装置へ導入し、所定の温度に加熱した後に、酸化亜鉛層をスパッタ法にて非晶質シリコン光電変換ユニット３上に製膜した。このとき、１００μｍの細線をマスクとして酸化亜鉛を製膜することで分離溝Ｃ１１を有する中間透明電極層４を得た。
　中間透明電極層４上に第２の光電変換ユニット５として結晶質シリコン光電変換ユニットを製膜するために、中間透明電極層４が形成された透明絶縁基板１を高周波プラズマＣＶＤ装置内に導入し、所定の温度に加熱した後、ｐ型シリコン層、実質的に真性な結晶質シリコン光電変換層、及びｎ型シリコン層を順次積層した。
　その後、化合物半導体系光電変換ユニット６の窓層６２として酸化亜鉛層、ＣｄＳ層を形成し、窓層上に光吸収層６１としてＣＩＳ層を製膜した。酸化亜鉛を熱ＣＶＤ法によって製膜した後、裏面側からＹＡＧ第１高調波レーザーを照射し、分離溝Ｃ２１を形成した。この酸化亜鉛膜上にＣｄＳ膜を溶液析出法により堆積した。ＣｄＳ上にＣＩＳ膜を３元蒸着法により形成した。ＣＩＳ層の製膜に際しては、製膜面側（基板１とは反対側）の斜め方向からキセノン光源を用いたパルス光を照射して製膜表面を加熱しながら、ＣＩＳの堆積をおこなった。なお、ガラス基板上に同様の条件でＣＩＳ層を製膜し、その透過スペクトルからＴａｕｃプロットにより求めたＣＩＳ層のバンドギャップは１．０ｅＶであった。
　その後、透明絶縁基板１側からＹＡＧ第２高調波レーザーを照射し、非晶質シリコン光電変換ユニット３から化合物半導体系光電変換ユニット６までを除去することで接続溝Ｄ１を形成した。
　最後に、裏面金属電極７としてＭｏ層を３０００Å製膜し、透明絶縁基板１側からＹＡＧ第２高調波レーザーを照射し、非晶質シリコン光電変換ユニット３から裏面金属電極７までを除去することで分離溝Ｅ１を形成した。
　単位セル３列の両端に位置するセルからプラス極とマイナス極を取り出し、３列接続の薄膜太陽電池モジュールを得た。
　（実施例２）
　図２は、実施例２にて作製した薄膜太陽電池モジュールを模式的に示す断面図である。実施例２においてはセルの分離工程が実施例１と異なっている。実施例１と同様に化合物半導体系光電変換ユニット６までを製膜した後に、透明絶縁基板１側からＹＡＧ第２高調波レーザーを照射し、非晶質シリコン光電変換ユニット３から化合物半導体系光電変換ユニット６までを除去することで、分離溝Ｃ３１及び分離溝Ｃ４１を形成した。
　次に、単位セルの境界領域である、接続溝Ｂ１から分離溝Ｃ１１までの領域に非晶質シリコンナイトライドを製膜した。以降は実施例１と同様に接続溝Ｄ１を形成し、裏面金属電極７を製膜後、分離溝Ｅ１を形成した。
　実施例１および実施例２で作製したハイブリッド薄膜太陽電池モジュールに、スペクトル分布ＡＭ１．５、エネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を、測定雰囲気及び太陽電池の温度が２５±１℃の下で照射し、電圧及び電流を測定することで、薄膜太陽電池の出力特性を測定した。開放端電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）および光電変換効率（Ｅｆｆ）の測定結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次に、本発明の第２の実施形態による薄膜太陽電池モジュールの実施例を、図面を参照しながら説明する。
（実施例３）
　図３は、実施例３にて作製した薄膜太陽電池モジュールを模式的に示す断面図である。まず、２ｍｍ厚のソーダライムガラスから成る絶縁基板１の一主面上に、分離溝Ｅ２を有するＭｏ金属電極７を、１００μｍの細線マスクを用いて電子線蒸着法により形成した。
　その後、化合物半導体系光電変換ユニット６の光吸収層６１としてＣＩＳ層、窓層６２としてＣｄＳ層、および酸化亜鉛層を製膜した。基板温度５００℃においてＣＩＳ膜を３元蒸着法により形成した。ＣＩＳ層上にＣｄＳ膜を溶液析出法により堆積し、最後に酸化亜鉛をスパッタ法によって製膜した。酸化亜鉛は１００μｍの細線マスクを用いて製膜することで、分離溝Ｃ２２およびＣ２３を形成した。なお、ガラス基板上に同様の条件でＣＩＳ層を製膜し、その透過スペクトルからＴａｕｃプロットにより求めたＣＩＳ層のバンドギャップは１．０ｅＶであった。
　化合物半導体系光電変換ユニット６上に第２の光電変換ユニット５として結晶質シリコン光電変換ユニットを製膜した。化合物半導体系光電変換ユニット６までが形成された絶縁基板１を高周波プラズマＣＶＤ装置内に導入し、所定の温度に加熱した後、ｐ型シリコン層、実質的に真性な結晶質シリコン光電変換層、及びｎ型シリコン層を順次積層した。
　中間透明電極層４を製膜するために結晶質シリコン光電変換ユニット５までが製膜された絶縁基板１をスパッタ装置へ導入した。所定の温度に加熱した後に、酸化亜鉛層をスパッタ法にて結晶質シリコン光電変換ユニット５上に製膜した。次に光入射側からＹＡＧ第２高調波レーザーを入射し、中間透明電極層４、結晶質シリコン光電変換ユニット５、および化合物半導体系光電変換ユニット６を除去し、分離溝Ｃ３２およびＣ４２を形成した。
　中間透明電極層４上に非晶質シリコン光電変換ユニット３を製膜するために、中間透明電極層４までが形成された絶縁基板１を高周波プラズマＣＶＤ装置内に導入した。所定の温度に加熱した後、ｎ型シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層、実質的に真性な非晶質シリコン光電変換層、及びｐ型シリコンカーバイト層を順次積層した。
　非晶質シリコン光電変換ユニット３製膜後に透明電極２と金属電極７を短絡させるための接続溝Ｄ２を、光入射側からＹＡＧ第２高調波レーザーを入射することで形成した。また、隣り合う単位セルの透明電極２と中間透明電極層４を短絡させるための接続溝Ｂ２を、光入射側からＹＡＧ第２高調波レーザーを入射することで形成した。
　最後に透明電極２としてＩＴＯをスパッタ法により製膜することで、透明電極２と中間透明電極層４とを、透明電極２と金属電極７とをそれぞれ短絡させた。また、透明電極２の製膜時に１００μｍの細線マスクを用いることで、分離溝Ａ２を形成した。製膜後、１５０℃にてアニール処理を１時間行った。
　単位セル３列の両端に位置するセルからプラス極とマイナス極を取り出し、３列接続の薄膜太陽電池モジュールを得た。
　（実施例４）
　図４は、実施例４にて作製した薄膜太陽電池モジュールを模式的に示す断面図である。実施例４においてはセルの分離工程が実施例３と異なっている。実施例３と同様に分離溝Ｃ３２およびＣ４２までを形成した後に、図４中の単位セルの境界領域である、分離溝Ｃ３２からＣ４２までの領域に絶縁膜８として非晶質シリコンナイトライドを製膜した後、全面に非晶質シリコン光電変換ユニット３を製膜した。
　以降は実施例３と同様に接続溝Ｂ２及び接続溝Ｄ２を形成し、分離溝Ａ２を有する透明電極２を製膜した。
　実施例３および実施例４で作製した薄膜太陽電池モジュールに、スペクトル分布ＡＭ１．５、エネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を、測定雰囲気及び太陽電池の温度が２５±１℃の下で照射し、電圧及び電流を測定することで、薄膜太陽電池の出力特性を測定した。開放端電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）および光電変換効率（Ｅｆｆ）の測定結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　以上、実施例に示したように、本発明の薄膜太陽電池モジュールは、単位セル内において電流および電圧の両者がマッチングするように各光電変換ユニットが電気的に接続されているため、多接合化後も各光電変換ユニットの長所が発揮され、高い光電変換効率（Ｅｆｆ）が得られている。特に、各単位セルの側面に絶縁膜が形成された実施例２、４においては、サイドリークの低減により、実施例１、３に比して曲線因子（ＦＦ）が大幅に向上していることがわかる。
１　　　　（透明）絶縁基板
２　　　　　透明電極
３、５、６　光電変換ユニット
４　　　　　中間透明電極層
６１　　　　光吸収層
６２　　　　窓層
７　　　　（裏面）金属電極
Ａ、Ｃ、Ｅ　分離溝
Ｂ、Ｄ　　　接続溝

Claims (10)

  1. 　光入射側から見て、少なくとも透明電極（２）、第１の光電変換ユニット（３）、中間透明電極層（４）、第２の光電変換ユニット（５）、第３の光電変換ユニット（６）、および金属電極（７）をこの順に有し、
    　前記第１から第３の光電変換ユニットが電気的に接続されることで単位セルが形成され、複数の単位セルが直列に接続されることで集積化されている薄膜太陽電池モジュールであって、
    　前記第１の光電変換ユニット（３）は非晶質シリコン系光電変換ユニットであり、前記第３の光電変換ユニット（６）は化合物半導体系光電変換ユニットであり、
    　各単位セル内において、第２の光電変換ユニット（５）と第３の光電変換ユニット（６）とが直列に接続されることで直列素子（１０）が形成され、
    　前記直列素子（１０）が、前記透明電極（２）および前記中間透明電極層（４）を介して第１の光電変換ユニット（３）と並列に接続されていることを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
  2. 　各単位セル内の透明電極（２）と隣接する単位セル内の透明電極（２）とが、透明電極分離溝（Ａ）によって分離され、
    　各単位セル内の透明電極（２）と隣接する単位セル内の中間透明電極（４）とが、第１種接続溝（Ｂ）によって短絡され、
    　各単位セル内の中間透明電極（４）と同一単位セル内の金属電極（７）とが、中間電極分離溝（Ｃ）によって絶縁され、
    　各単位セル内の透明電極（２）と同一単位セル内の金属電極（７）とが、第２種接続溝（Ｄ）によって短絡され、
    　各単位セル内の金属電極（７）と隣接する単位セル内の金属電極（７）とが、金属電極分離溝（Ｅ）によって分離されることで、
    　各単位セル内の光電変換ユニットの電気的接続および複数の単位セルの集積がおこなわれる、請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
  3. 　各単位セルにおいて、前記直列素子（１０）および前記中間透明電極層（４）の側面に絶縁膜（８）が形成されている、請求項２に記載の薄膜太陽電池モジュール。
  4. 　第１の光電変換ユニットである非晶質シリコン系光電変換ユニットは光入射側にＰ層を有し、第２の光電変換ユニットおよび第３の光電変換ユニットである化合物半導体系光電変換ユニットは光入射側にＮ層を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池モジュール。
  5. 　光入射側から見て、透明絶縁基板（１）上に、透明電極（２）、第１の光電変換ユニット（３）、中間透明電極層（４）、第２の光電変換ユニット（５）、第３の光電変換ユニット（６）、および金属電極（７）をこの順に有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池モジュール。
  6. 　光入射側とは逆側から見て、絶縁基板（１）上に、金属電極（７）、第３の光電変換ユニット（６）、第２の光電変換ユニット（５）、中間透明電極層（４）、第１の光電変換ユニット（３）、および透明電極（２）をこの順に有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池モジュール。
  7. 　前記第３の光電変換ユニットの光吸収層のバンドギャップが１．１ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池モジュール。
  8. 　前記第３の光電変換ユニットがカルコパイライト系化合物半導体からなることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池モジュール。
  9. 　前記第２の光電変換ユニットが結晶質シリコン系光電変換ユニットであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池モジュール。
  10. 　請求項５に記載の薄膜太陽電池モジュールを製造する方法であって、前記第３の光電変換ユニットである化合物半導体系光電変換ユニットを製膜する際に、製膜が行われている表面側から光を照射することを特徴とする、薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
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