WO2012029282A1 - 光電変換装置の製造方法 - Google Patents

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厚志 福島
竜也 桐山
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三洋電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion device.
  • a photoelectric conversion device having a photoelectric conversion layer including a crystalline silicon layer is used.
  • the photoelectric conversion device is formed by sequentially laminating a transparent electrode layer, a photoelectric conversion layer, and a back electrode on a substrate.
  • a semiconductor layer composed of a pin junction is used, and is generally formed by a plasma chemical vapor deposition method (CVD method).
  • the photoelectric conversion efficiency can be increased by annealing treatment.
  • the annealing process increases the activation amount of the doping element in the p layer and the n layer to improve the electrical characteristics of the p layer and the n layer, and the interface characteristics between the p layer and the i layer and between the i layer and the n layer As a result, it is considered that the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion device can be increased.
  • a specific annealing method it has been proposed to heat the photoelectric conversion device at a temperature of 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower for 30 minutes to 6 hours in an air atmosphere as disclosed in Patent Document 1.
  • One aspect of the method for producing a photoelectric conversion device of the present invention is a method for producing a photoelectric conversion device having a step of forming a photoelectric conversion cell and a step of annealing the photoelectric conversion cell.
  • the electrode has a conductive layer, a voltage is applied so that current flows through the conductive layer, heat is generated, and the annealing step is performed.
  • the photoelectric conversion device can be annealed in a short time with an inexpensive device.
  • FIG. 1 and 2 show a configuration of a photoelectric conversion apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view of the photoelectric conversion device 100 as viewed from the back side opposite to the light receiving surface.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for illustrating a manufacturing process along lines AA and BB in FIG. In FIG. 1 and FIG. 2, the dimensions of each part are shown different from actual ones in order to clearly show the configuration.
  • the photoelectric conversion device 100 includes a substrate 10, a transparent electrode layer 12, a photoelectric conversion layer 14, and a back electrode 16.
  • the substrate 10 is a member that supports the photoelectric conversion device 100. Since the photoelectric conversion device 100 is configured to generate light by making light incident from the substrate 10 side, the substrate 10 is made of a material having transparency in at least a visible light wavelength region, such as a glass substrate or a plastic substrate.
  • the transparent electrode layer 12 is formed on the substrate 10.
  • the transparent electrode layer 12 is doped with tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO), etc. with tin (Sn), antimony (Sb), fluorine (F), aluminum (Al), etc. It is preferable to use at least one or a combination of a plurality of transparent conductive oxides (TCO). In particular, zinc oxide (ZnO) is preferable because it has high translucency, low resistivity, and excellent plasma resistance.
  • the transparent electrode layer 12 can be formed by a sputtering method or a CVD method.
  • the transparent electrode layer 12 is patterned in strip shape.
  • the first slit S1 is formed and divided in the transparent electrode layer 12 along the vertical direction of FIG.
  • the transparent electrode layer 12 is divided
  • the second slit S2 is formed and divided in the transparent electrode layer 12 along the left-right direction in FIG.
  • the transparent electrode layer 12 can be patterned using a YAG laser having a wavelength of 1064 nm, an energy density of 13 J / cm 2 , and a pulse frequency of 3 kHz.
  • a p-type layer, an i-type layer, and an n-type silicon thin film are sequentially laminated on the transparent electrode layer 12 to form a photoelectric conversion layer 14.
  • the photoelectric conversion layer 14 can be a thin film photoelectric conversion layer such as an amorphous silicon thin film photoelectric conversion layer or a microcrystalline silicon thin film photoelectric conversion layer.
  • a tandem or triple photoelectric conversion layer in which these photoelectric conversion layers are stacked may be used.
  • an intermediate layer made of silicon oxide (SiO), zinc oxide (ZnO) or the like is provided between the plurality of photoelectric conversion layers in order to obtain a light confinement effect. May be provided.
  • Amorphous silicon thin film photoelectric conversion layer and microcrystalline silicon thin film photoelectric conversion layer are made of silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), diborane (B 2 H 6 ).
  • a plasma CVD method in which a mixed gas obtained by mixing a p-type dopant containing gas such as phosphine (PH 3 ) and a dilute gas such as phosphine (PH 3 ) and a diluent gas such as hydrogen (H 2 ) is formed into a plasma.
  • a 13.56 MHz parallel plate RF plasma CVD method is preferably applied.
  • the photoelectric conversion layer 14 is patterned into a strip shape.
  • the YAG laser is irradiated to a position 50 ⁇ m lateral from the first slit S1 that divides the transparent electrode layer 12 to form a third slit S3, and the photoelectric conversion layer 14 is patterned into a strip shape.
  • a YAG laser having an energy density of 0.7 J / cm 2 and a pulse frequency of 3 kHz is preferably used.
  • the back electrode 16 is formed on the photoelectric conversion layer 14.
  • the back electrode 16 may be a single layer or a laminate having conductivity, and preferably has a structure in which a transparent conductive oxide and a reflective metal are laminated in this order.
  • transparent conductive oxide transparent conductive oxides such as tin oxide, zinc oxide and indium tin oxide, or those doped with impurities are used.
  • zinc oxide doped with aluminum as an impurity may be used.
  • a reflective metal metals, such as silver (Ag) and aluminum (Al), are used.
  • the transparent conductive oxide and the reflective metal can be formed by, for example, a sputtering method or a CVD method. It is preferable that at least one of the transparent conductive oxide and the reflective metal is provided with unevenness for enhancing the light confinement effect.
  • the back surface electrode 16 is patterned in strip shape.
  • a YAG laser is irradiated to a position 50 ⁇ m lateral from the position of the third slit S3 dividing the photoelectric conversion layer 14 to form a fourth slit S4, and the back electrode 16 is patterned into a strip shape.
  • the 5th slit S5 which divides
  • a YAG laser having an energy density of 0.7 J / cm 2 and a pulse frequency of 4 kHz is preferably used.
  • the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, and the back electrode 16 are laminated on the substrate 10 to form a plurality of photoelectric conversion cells 50.
  • the several probe 18 is applied to each area
  • a plurality of probes 18 are connected to a power supply device 20 that generates a direct current, and a continuous region of the back electrode 16 defined by the fourth slit S4 and the fifth slit S5.
  • the high potential probe 18A and the low potential probe 18B are brought into contact with each other. That is, the high potential probe 18A and the low potential probe 18B are electrically connected to the back electrode 16 so as not to straddle the slit.
  • a current flows in the back electrode 16 from the high potential probe 18A to the low potential probe 18B, and a continuous region of the back electrode 16 becomes a resistance component to generate Joule heat.
  • An annealing treatment can be applied to the photoelectric conversion cell 50 in contact with the low potential probe 18B.
  • the probe 18 connected to the power supply device 20 is not limited to one set, and a plurality of sets of probes 18 may be connected to the power supply device 20. More preferably, probes 18 corresponding to the number of back surface electrodes 16 partitioned by each slit may be connected to the power supply device 20. Then, the high-potential probe 18A and the low-potential probe 18B are brought into contact with each continuous region of the partitioned back electrode 16. This makes it possible to apply a voltage to each back electrode 16 at the same time, thereby shortening the annealing process time. As a result, the manufacturing cost of the photoelectric conversion device 100 can be reduced.
  • the back electrode 16 preferably has a low resistance in order to extract more generated power, and ideally has a resistance value of zero.
  • the actually produced back electrode 16 has such a resistance value that Joule heat is generated when a current flows. This is a resistance value due to the material and film thickness of the back electrode 16, and it is not easy to reduce the resistance value of the back electrode 16 in consideration of manufacturing costs and the like.
  • the conversion efficiency of the photoelectric conversion cell 50 is improved by using the resistance component of the back electrode 16 that causes a loss of the power generated by the photoelectric conversion device 100 as a heat generation source of the photoelectric conversion cell 50.
  • a sufficient annealing effect cannot be obtained when the substrate 10 in the region overlapping the back electrode 16 to which a voltage is applied is at a temperature lower than 120 ° C.
  • the back electrode 16 and the like are deteriorated, and instead the conversion efficiency of the photoelectric conversion cell 50 is lowered.
  • the current value and the voltage value of the current applied to the continuous region of the back electrode 16 are controlled.
  • the calorific value of the back electrode 16 may be adjusted. At this time, controlling the current value with a constant voltage value makes it easier to control the temperature of the substrate 10 to a desired temperature as compared to controlling the voltage value with a constant current value.
  • the heat of the central portion of the substrate 10 is less likely to escape compared to the end portion of the substrate 10, and when a voltage is simultaneously applied to the adjacent back electrode 16, Joule heat generated at the adjacent back electrode 16. It becomes difficult to control the temperature of the substrate 10 uniformly. Therefore, the voltage value or current value may be controlled differently at the center and the end of the substrate 10 so that the temperature of the substrate 10 becomes uniform.
  • the temperature of the back electrode 16 (or the substrate 10) may be monitored by a temperature sensor for each continuous region of the back electrode 16, and the result may be fed back and controlled.
  • the conditions under which the temperature of the back electrode 16 (or the substrate 10) becomes uniform may be calculated in advance by experiments or simulations and stored in the power supply device 20 as conditions for the voltage or current applied to the probe. Then, the annealing process may be controlled based on the stored voltage and current conditions.
  • a first region to which a voltage is applied and a second region to which no voltage is applied are provided. Due to the generated Joule heat, not only the first region but also the second region may be annealed.
  • a plurality of probes 18 are applied to each continuous region of the back electrode 16 divided by the fourth slit S4 and the fifth slit S5, and a voltage is applied.
  • defects in the photoelectric conversion layer 14, specifically the i layer, generated by the laser used when forming the fourth slit S 4 and the fifth slit S 5 can be reduced, and the photoelectric conversion efficiency can be increased. it can.
  • the present invention is not limited to this, and defects in the photoelectric conversion layer 14 generated in other film formation processes can be reduced. Therefore, both the fourth slit S4 and the fifth slit S5 or the fourth slit S4 and the fifth slit S5 A voltage may be applied to the back electrode 16 before any one is formed.
  • the back electrode 16 when the back electrode 16 is divided into a plurality of regions and then a voltage is applied to each region, the number of regions of power supply is required. Therefore, as shown in FIG. 4, the back electrodes 16 of adjacent photoelectric conversion cells 50 such as the back electrodes 16 of the photoelectric conversion cells 50 arranged in the direction of the first slit S ⁇ b> 1 are connected in series to form a plurality of photoelectric conversion cells 50. A plurality of photoelectric conversion cells 50 may be annealed at one time by applying a voltage.
  • the voltage value or the current value may be controlled differently at the central portion and the end portion of the substrate 10 so that the temperature of the substrate 10 is uniform.
  • the following control may be performed so as to broaden the temperature distribution of the substrate.
  • the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion device is not uniform in the plane, and generally the photoelectric conversion efficiency at the central portion tends to be lower than the photoelectric conversion efficiency at the end portion.
  • the photoelectric conversion efficiency of each part can be increased or decreased depending on the annealing conditions (temperature, time). However, in the conventional annealing method, all regions are annealed under the same conditions, so the photoelectric conversion in the entire photoelectric conversion device There was a certain limit to the optimization (improvement) of efficiency.
  • the back electrode near the center of the substrate and the back electrode near the end of the substrate The annealing conditions may be controlled independently of each other. Thereby, an appropriate annealing process can be performed for each back electrode 16. Therefore, the photoelectric conversion efficiency in the entire photoelectric conversion device can be further increased. Further, such annealing treatment can be easily performed only by controlling the voltage value or the current value.
  • Example 1 of the present invention A photoelectric conversion device according to Example 1 of the present invention, a photoelectric conversion device according to Example 2 of the present invention, and a photoelectric conversion device according to a comparative example were produced as follows.
  • a SnO 2 layer (transparent electrode layer 12) was formed on a glass substrate (substrate 10) having a thickness of 4 mm.
  • a photoelectric conversion layer 14 was formed on the SnO 2 layer (transparent electrode layer 12) using a plasma CVD method.
  • the amorphous silicon photoelectric conversion layer is formed by sequentially stacking a p-type amorphous silicon semiconductor, an i-type amorphous silicon semiconductor, and an n-type amorphous silicon semiconductor, and the microcrystalline silicon photoelectric conversion layer is formed of a p-type.
  • a microcrystalline silicon semiconductor, an i-type microcrystalline silicon semiconductor, and an n-type microcrystalline silicon semiconductor were sequentially stacked.
  • a ZnO layer and an Ag layer were formed on the photoelectric conversion layer 14 by using a sputtering method.
  • Table 1 shows the formation conditions of the photoelectric conversion layer 14 described above.
  • the thicknesses of the ZnO layer and the Ag layer (back electrode 16) were 90 nm and 200 nm, respectively.
  • Example 1 a photoelectric conversion device was created by applying a voltage for 2 minutes to the back electrode 16 of the laminate formed as described above so that the temperature of the light receiving surface of the glass substrate (substrate 10) was 150 ° C., The improvement rate of photoelectric conversion efficiency was measured.
  • Example 2 a voltage is applied to the back surface electrode 16 of the laminate formed as described above so that the temperature of the light receiving surface of the glass substrate (substrate 10) is 150 ° C. to create a photoelectric conversion device, The improvement rate of photoelectric conversion efficiency was measured.
  • the laminated body formed as described above was heated to 150 ° C. for 2 hours with the heating apparatus described in the prior art to produce a photoelectric conversion apparatus, and the improvement rate of the photoelectric conversion efficiency was measured.
  • Example 1 in which voltage is applied for 2 minutes is not as good as Comparative Example in which heating is performed for 2 hours with a heating device, but high photoelectric conversion efficiency is improved. It was confirmed that it could be planned. And it was confirmed that Example 2 which applies a voltage for 9 minutes can improve the photoelectric conversion efficiency more than Comparative Example 1.
  • the photoelectric conversion efficiency can be increased in a short time with a power supply device that is less expensive than the heating device.
  • the effect of the annealing process is increased by controlling the substrate in the region overlapping with the back electrode to which the voltage is applied to be 120 ° C. or higher and 180 ° C. or lower.
  • a plurality of photoelectric conversion cells can be annealed at a time by connecting the back electrodes of the plurality of photoelectric conversion cells in series, applying a voltage, and annealing.
  • the present invention can be used in a method for manufacturing a photoelectric conversion device such as a solar cell.

Abstract

　光電変換装置１００の製造方法は、光電変換セル５０を形成する工程と、光 電変換セル５０をアニールする工程と、を有するものであって、光電変換セル５０は、裏面電極１４として導電層を有し、導電層に電流が流れるように電圧を印加して発熱させ、アニールする工程を行う。

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する。
　太陽光を利用した発電システムとして、結晶質シリコン層を含む光電変換層を有する光電変換装置が用いられている。
　光電変換装置は、基板上に透明電極層、光電変換層、裏面電極を順次積層して形成される。光電変換層としては、ｐｉｎ接合からなる半導体層が用いられ、一般にプラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ法）により形成される。
　光電変換層に微結晶シリコン膜を用いた光電変換装置の場合、アニール処理により光電変換効率を高めることができる。アニール処理により、ｐ層及びｎ層のドーピング元素の活性化量が増大してｐ層及びｎ層の電気的特性が向上するとともに、ｐ層とｉ層、及びｉ層とｎ層の界面特性が向上し、その結果、光電変換装置の光電変換効率を高めることができると考えられている。具体的なアニール処理方法としては、特許文献１のように大気雰囲気下において１５０℃以上２００℃以下の温度で３０分以上６時間以下、光電変換装置を加熱することが提案されている。
特開２００９－１６４２５１号公報
　光電変換装置にアニール処置を施す場合、３０分以上６時間以下の処理時間を要することとなり、量産性を低下させていた。更には、大型の基板を用いた場合にあっては、基板に応じた大きなアニール装置が必要となり、アニール装置の導入コストが高くなってしまう。
　本発明の光電変換装置の製造方法の１つの態様は、光電変換セルを形成する工程と、光電変換セルをアニールする工程と、を有する光電変換装置の製造方法であって、光電変換セルは、電極として導電層を有し、導電層に電流が流れるように電圧を印加して発熱させ、前記アニールする工程を行う。
　本発明によれば、安価な装置で短時間に光電変換装置にアニール処理を施すことができる。
本発明の実施の形態における光電変換装置の構造を示す平面図である。 本発明の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す斜視図である。 本発明の実施の形態における他の光電変換装置の製造工程を示す斜視図である。
　図１及び図２は、本発明の実施の形態における光電変換装置１００の構成を示す。図１は、光電変換装置１００を受光面とは反対側である裏面から見た平面図である。図２は、図１のラインＡ－ＡおよびＢ－Ｂに沿った製造工程を示すための断面図である。なお、図１及び図２では、構成を明確に示すために各部の寸法を実際のものとは変えて示している。
　光電変換装置１００は、図１及び図２に示すように、基板１０、透明電極層１２、光電変換層１４、裏面電極１６を含んで構成される。
　基板１０は、光電変換装置１００を支持する部材である。光電変換装置１００は基板１０側から光を入射させて発電を行う構成であるので、基板１０は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料を適用する。
　図２（ａ）に示すように基板１０上に、透明電極層１２を形成する。透明電極層１２は、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低く、耐プラズマ特性にも優れているので好適である。なお、透明電極層１２はスパッタリング法又はＣＶＤ法で形成することができる。
　光電変換セル５０を複数直列に接続した構成とする場合、透明電極層１２を短冊状にパターニングする。本実施の形態では、図１の上下方向に沿って透明電極層１２に第１スリットＳ１を形成して分割する。また、光電変換セル５０を並列に分割した構成とする場合、上記直列接続を形成するための第１スリットＳ１に直交する方向に短冊状にパターニングして透明電極層１２を分割する。本実施の形態では、図１の左右方向に沿って透明電極層１２に第２スリットＳ２を形成して分割する。例えば、波長１０６４ｎｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数３ｋＨｚのＹＡＧレーザを用いて透明電極層１２をパターニングすることができる。
　図２（ｂ）に示すように透明電極層１２上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層のシリコン系薄膜を順に積層して光電変換層１４を形成する。光電変換層１４は、アモルファスシリコン薄膜光電変換層や微結晶シリコン薄膜光電変換層等の薄膜系光電変換層とすることができる。また、これらの光電変換層を積層したタンデム型やトリプル型の光電変換層としてもよい。なお、タンデム型やトリプル型の光電変換層とした場合にあっては、光閉じ込め効果を得るために複数の光電変換層の間に酸化シリコン（ＳｉＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる中間層を設けてもよい。
　アモルファスシリコン薄膜光電変換層や微結晶シリコン薄膜光電変換層は、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ジクロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）等のシリコン含有ガス、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ3）等のｎ型ドーパント含有ガスおよび水素（Ｈ2）等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマＣＶＤ法により形成することができる。プラズマＣＶＤ法は、例えば、１３．５６ＭＨｚの平行平板型ＲＦプラズマＣＶＤ法を適用することが好適である。
　複数の光電変換セル５０を直列接続する場合、光電変換層１４を短冊状にパターニングする。例えば、透明電極層１２を分割する第１スリットＳ１から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射して第３スリットＳ３を形成して光電変換層１４を短冊状にパターニングする。ＹＡＧレーザは、例えば、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いることが好適である。
　図２（ｃ）に示すように光電変換層１４上に、裏面電極１６を形成する。裏面電極１６は、導電性を有する単層体或いは積層体を用いることができ、透明導電性酸化物と反射性金属とをこの順に積層した構造とすることが好適である。透明導電性酸化物としては、酸化錫、酸化亜鉛、インジウム錫酸化物等の透明導電性酸化物、又は、これらの透明導電性酸化物に不純物をドープしたものが用いられる。例えば、酸化亜鉛にアルミニウムを不純物としてドープしたものでもよい。また、反射性金属としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が用いられる。透明導電性酸化物および反射性金属は、例えば、スパッタリング法又はＣＶＤ法等により形成することができる。透明導電性酸化物と反射性金属の少なくとも一方には、光閉じ込め効果を高めるための凹凸が設けることが好適である。
　光電変換セル５０を複数直列接続した構成とする場合、裏面電極１６を短冊状にパターニングする。光電変換層１４を分割する第３スリットＳ３の位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射して第４スリットＳ４を形成して裏面電極１６を短冊状にパターニングする。さらに、光電変換セル５０を並列に分割した構成とする場合、透明電極層１２を分割する第２スリットＳ２内に形成された光電変換層１４および裏面電極１６を分割する第５スリットＳ５を形成する。ＹＡＧレーザは、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数４ｋＨｚのものを用いることが好適である。
　このように基板１０上に透明電極層１２、光電変換層１４および裏面電極１６を積層して複数の光電変換セル５０を形成する。
　そして、図２（ｄ）に示すように第４スリットＳ４および第５スリットＳ５で分割された裏面電極１６のそれぞれの領域に複数のプローブ１８をあて、電圧を印加する。これにより、裏面電極１６にジュール熱が発生し、光電変換層１４にアニール処理を施すことができる。このアニール処理を施し、本実施の形態における光電変換装置１００が完成する。
　以下に、本実施の形態で特徴であるアニール処理について詳細に説明する。
　本実施の形態では、図３に示すように直流電流を発生させる電源装置２０に複数のプローブ１８を接続し、第４スリットＳ４および第５スリットＳ５で区画された裏面電極１６の一続きの領域に高電位のプローブ１８Ａと低電位のプローブ１８Ｂを接触させる。つまり、高電位のプローブ１８Ａと低電位のプローブ１８Ｂは、スリットを跨がないようにして裏面電極１６と電気的に接続される。これにより、高電位のプローブ１８Ａから低電位のプローブ１８Ｂへ裏面電極１６内を電流が流れ、裏面電極１６の一続きの領域が抵抗成分となってジュール熱が発生し、高電位のプローブ１８Ａと低電位のプローブ１８Ｂを接触させた光電変換セル５０にアニール処理を施すことができる。
　なお、生産性の観点から、電源装置２０に接続されるプローブ１８は一組に限られず、複数組のプローブ１８が電源装置２０に接続されていてもよい。より好ましくは、各スリットで区画されている裏面電極１６の数に相当するプローブ１８が電源装置２０に接続されているとよい。そして、区画された裏面電極１６の一続きの領域ごとに、高電位のプローブ１８Ａと低電位のプローブ１８Ｂを接触させる。これにより、裏面電極１６ごとに同時に電圧を印加することが可能となり、アニール処理工程の短時間化が図られる。その結果、光電変換装置１００の製造コストの低減を図ることができる。
　光電変換装置１００としては、発電した電力をより多く取り出すために裏面電極１６は低抵抗であることが好ましく、理想的には抵抗値がゼロであることが好ましい。しかし、実際に作成される裏面電極１６は電流を流すことによりジュール熱が発生する程度の抵抗値を有する。これは裏面電極１６の材料や膜厚に起因した抵抗値であって、製造コスト等を考慮すると裏面電極１６の抵抗値を低くすることは容易ではない。本発明の実施の形態では、光電変換装置１００で発電した電力の損失要因となる裏面電極１６の抵抗成分を光電変換セル５０の発熱源として利用することによって、光電変換セル５０の変換効率を向上させる。
　本実施の形態のアニール処理においては、電圧を印加した裏面電極１６と重なる領域の基板１０が１２０℃より低い温度となるようにした場合には十分なアニール効果が得られない。一方、１８０℃より高い温度となるようにした場合には裏面電極１６等に劣化が生じ、却って光電変換セル５０の変換効率の低下を招いてしまう。このため、電圧を印加した裏面電極１６と重なる領域の基板１０が１２０℃～１８０℃程度となるようにしてアニール処理を施すことが好ましい。
　電圧を印加した裏面電極１６と重なる領域の基板１０が１２０℃～１８０℃程度となるようにするためには、裏面電極１６の一続きの領域に印加する電流の電流値および電圧値を制御し、裏面電極１６の発熱量を調整するとよい。このとき、電圧値を一定として電流値を制御する方が、電流値を一定として電圧値を制御する場合に比べ、基板１０の温度を所望の温度となるように制御することが容易となる。
　なお、基板１０の中央部は、基板１０の端部に比べ、熱が逃げにくく、さらに隣接する裏面電極１６に同時に電圧を印加した場合にあっては、隣接する裏面電極１６で発生したジュール熱により加熱され、温度が高くなり易くなり、基板１０の温度を均一に制御することが難しい。そこで、基板１０の中央部と端部において、電圧値又は電流値の制御を異ならせ、基板１０の温度が均一となるように制御してもよい。
　温度制御に関しては、裏面電極１６の一続きの領域ごとに、温度センサによって裏面電極１６（または基板１０）の温度をモニタし、その結果をフィードバックしながら制御してもよい。また、裏面電極１６（または基板１０）の温度が均一となる条件を、事前に実験やシミュレーションにより算出し、プローブに印加する電圧や電流の条件として電源装置２０に記憶させておいてもよい。そして、記憶されている電圧や電流の条件に基づいてアニール処理の制御を行ってもよい。
　さらには、裏面電極１６の複数の領域に同時に電圧を印加する場合にあっては、電圧を印加する第１領域と、電圧を印加しない第２領域を設け、第１の領域の裏面電極１６から発生するジュール熱により、第１領域のみならず、第２領域に対してもアニール処理を施すようにしてもよい。
　本発明の実施形態においては、図３に示すように、第４スリットＳ４および第５スリットＳ５で分割された裏面電極１６のそれぞれ一続きの領域に複数のプローブ１８をあて、電圧を印加する。これにより、第４スリットＳ４および第５スリットＳ５を形成する際に用いたレーザによって生じた光電変換層１４、具体的にはｉ層の欠陥を減少させることができ、光電変換効率を高めることができる。しかしながらこれに限らず、他の成膜工程に生じた光電変換層１４の欠陥を減少させることができるため、第４スリットＳ４と第５スリットＳ５の両方、または第４スリットＳ４と５スリットＳ５のいずれか１つを形成する前に裏面電極１６に電圧を印加してもよい。
　さらに、裏面電極１６を複数の領域に分けた後、それぞれの領域に電圧を印加した場合、領域の数の電源が必要となる。そこで、図４に示すように第１スリットＳ１方向に並んだ光電変換セル５０の裏面電極１６同士など、隣接する光電変換セル５０の裏面電極１６同士を直列に接続し、複数の光電変換セル５０に電圧の印加を行い、一度に複数の光電変換セル５０にアニール処理を施してもよい。
　なお、前述のアニール処理の制御では、基板１０の中央部と端部において、電圧値又は電流値の制御を異ならせ、基板１０の温度が均一となるように制御してもよい旨を述べたが、このような制御以外にも、変形例として基板の温度分布に広がりを持たせるような以下の制御を行ってもよい。
　微結晶シリコン薄膜光電変換層を含む場合には、成膜装置の性能や基板の大面積化に起因して、微結晶シリコン膜の面内の結晶性を十分に均一化することが困難である。こうした要因もあり、光電変換装置の光電変換効率は面内で均一ではなく、一般的に端部の光電変換効率に比べて中央部の光電変換効率が低くなる傾向がある。アニール処理条件（温度、時間）によって各部分の光電変換効率を増減させることができるが、従来のアニール処理方法では、すべての領域において同一条件でアニールされるため、光電変換装置全体での光電変換効率の最適化（向上）にはある程度の限界があった。
　そこで、実施の形態の変形例では、裏面電極１６の一続きの領域ごとに電圧値または電流値の制御を行う際に、基板の中央部に近い裏面電極と基板の端部に近い裏面電極とでそれぞれ独立してアニール処理条件を制御してもよい。これにより、裏面電極１６ごとに適切なアニール処理が可能となる。そのため、光電変換装置全体での光電変換効率を更に高めることができる。また、こうしたアニール処理を、電圧値または電流値の制御だけで容易に行うことができる。
　[実施例]
　以下のようにして、本発明の実施例１に係る光電変換装置、本発明の実施例２に係る光電変換装置、および比較例に係る光電変換装置を作製した。
　まず、厚さ４ｍｍのガラス基板（基板１０）上に、ＳｎＯ２層（透明電極層１２）を形成した。
　次に、ＳｎＯ２層（透明電極層１２）上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、光電変換層１４を形成した。光電変換層１４として、ＳｎＯ２層（透明電極層１２）上にアモルファスシリコン光電変換層、微結晶シリコン光電変換層を順次積層し、形成した。
　アモルファスシリコン光電変換層は、ｐ型非晶質シリコン半導体と、ｉ型非晶質シリコン半導体と、ｎ型非晶質シリコン半導体とを順次積層したものとし、微結晶シリコン光電変換層は、ｐ型微結晶シリコン半導体と、ｉ型微結晶シリコン半導体と、ｎ型微結晶シリコン半導体とを順次積層したものとした。
　次に、光電変換層１４上に、スパッタリング法を用いて、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極１６）を形成した。
　上述した光電変換層１４の形成条件を表１に示す。尚、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極１６）の厚さは、それぞれ９０ｎｍ、２００ｎｍとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１では、ガラス基板（基板１０）の受光面の温度が１５０℃となるように上述のように形成した積層体の裏面電極１６に電圧を２分間印加して光電変換装置を作成し、光電変換効率の改善率を測定した。
　実施例２では、ガラス基板（基板１０）の受光面の温度が１５０℃となるように上述のように形成した積層体の裏面電極１６に電圧を９分間印加して光電変換装置を作成し、光電変換効率の改善率を測定した。
　比較例では、上述のように形成した積層体を従来技術に記載の加熱装置で２時間、１５０℃に加熱して光電変換装置を作成し、光電変換効率の改善率を測定した。
　〈特性評価〉
　実施例１、実施例２および比較例に係る太陽電池について、光電変換効率の改善率の比較を行った。比較結果を表２に示す。尚、表２においては、アニール処理を行わない光電変換装置１００の初期特性を１．００として規格化して表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、実施例１、実施例２および比較例から、２分間電圧を印加する実施例１は、加熱装置で２時間加熱する比較例に及ばないものの高い光電変換効率の改善が図れることが確認された。そして、９分間電圧を印加する実施例２は、比較例１以上の光電変換効率の改善が図れることが確認された。
　以上のように、本発明の実施の形態により、加熱装置に比べて安価な電源装置で、短時間で光電変換効率を高めることができる。
　また、アニール処理において、電圧を印加した裏面電極と重なる領域の基板が１２０℃以上１８０℃以下となるように制御することで、アニール処理の効果が大きくなる。
　また、複数の光電変換セルの裏面電極同士を直列に接続して電圧を印加し、アニールすることで、一度に複数の光電変換セルをアニール処理できる。
１０　基板
１２　透明電極層
１４　光電変換層
１６　裏面電極
１８　プローブ
２０　電源装置
５０　光電変換セル
１００　光電変換装置
　本発明は、太陽電池などの光電変換装置の製造方法に利用できる。

Claims (7)

  1. 　光電変換セルを形成する工程と、
    　前記光電変換セルをアニールする工程と、
    を有する光電変換装置の製造方法であって、
    　前記光電変換セルは、電極として導電層を有し、
    　前記導電層に電流が流れるように電圧を印加して発熱させ、前記アニールする工程を行う
    ことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  2. 　請求項１に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    　前記光電変換セルを基板上に形成し、
    　電圧を印加した前記導電層と重なる領域の前記基板が１２０℃以上１８０℃以下となるようにして前記アニールをすることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    　前記アニールをする工程において、前記導電層に印加する電流値を制御して、前記光電変換セルが形成された基板の温度制御をすることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  4. 　請求項１又は請求項２に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    　前記アニールをする工程において、前記導電層に印加する電圧値を制御して、前記光電変換セルが形成された基板の温度制御をすることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    　前記基板上に複数の光電変換セルを有する光電変換装置において、
    　前記複数の光電変換セルの前記導電層同士を直列に接続して電圧を印加し、アニールすることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  6. 　請求項５に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    　前記基板上に前記複数の光電変換セルが並列接続された光電変換装置において、隣接する前記複数の光電変換セルの導電層同士を直列に接続して電圧を印加し、アニールすることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    　前記基板上に複数の光電変換セルを有する光電変換装置において、
    　前記複数の光電変換セルのうち、一部の光電変換セルの導電層に電圧を印加し、すべての光電変換セルをアニールすることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
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