(57)【要約】【課題】中間コンタクト層分離溝を介して中間コンタクト層から電流が漏洩することを可及的に防止した光電変換装置の製造方法を提供する。【解決手段】アモルファスシリコンを主成分とするトップ層９１を製膜する工程と、トップ層９１上に、電気的および光学的に接続される中間コンタクト層９３を製膜する工程と、パルスレーザーを照射して、中間コンタクト層９３を除去するとともに、トップ層９１まで到達する中間コンタクト層分離溝１４を形成して中間コンタクト層９３を分離する工程と、中間コンタクト層９３上および中間コンタクト層分離溝１４内に、電気的および光学的に接続されるとともに、微結晶シリコンを主成分とするボトム層９２を製膜する工程とを有する。中間コンタクト層９３を分離するパルスレーザーとして、パルス幅が１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下とされたパルスレーザーを用いる。【選択図】図１
2010114190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを主成分とする第１光電変換層を製膜する第１光電変換層製膜工程と、
前記第１光電変換層上に、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続される中間コンタクト層を製膜する中間コンタクト層製膜工程と、
レーザーを照射して、前記中間コンタクト層を除去するとともに、前記第１光電変換層まで到達する中間コンタクト層分離溝を形成して該中間コンタクト層を分離する中間コンタクト層分離工程と、
前記中間コンタクト層上および前記中間コンタクト層分離溝内に、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層を製膜する第２光電変換層製膜工程と、
を有する光電変換装置の製造方法において、
前記中間コンタクト層分離工程は、パルス幅が１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下とされたパルスレーザーによって行われることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記中間コンタクト層分離溝は、前記第１光電変換層の中途位置にて終端していることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記中間コンタクト層分離工程は、複数の分離穴を部分的に重ね合わせて一連の前記中間コンタクト層分離溝を形成する工程を含み、
隣り合う前記分離穴の重なり幅が、該分離穴の直径の０％以上５％以下とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
シリコンを主成分とする第１光電変換層と、
該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続された中間コンタクト層と、
該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層と、を備え、
前記中間コンタクト層を分離するように該中間コンタクト層を貫通するとともに前記第１光電変換層まで到達する中間コンタクト層分離溝が形成された光電変換装置において、
前記中間コンタクト層分離溝は、複数の分離穴を重ね合わせて形成された一連の溝とされており、
隣り合う前記分離穴の重なり幅が、該分離穴の直径の０％以上５％以下とされていることを特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば薄膜太陽電池とされた光電変換装置の製造方法および光電変換装置に関し、特に、パルスレーザーによって中間コンタクト層が分離される工程を有する光電変換装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、薄膜太陽電池の光電変換効率を向上させるため、複数の光電変換層を積層した構造が知られている。例えば、アモルファスシリコン層と微結晶シリコン層を積層したタンデム型太陽電池が知られている。このタンデム型太陽電池は、光透過性基板上に、透明電極、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、及び裏面電極を順次積層することによって形成される。そして、アモルファスシリコン層と微結晶シリコン層との間に、電気的および光学的に接続された中間コンタクト層を設け、入射光の一部を反射させて更に光電変換効率向上を図る技術が知られている。
【０００３】
また、このようなタンデム型太陽電池では、複数の光電変換セルを直列接続することによって所望の電圧を得る高電圧化を図っている。複数の光電変換セルを直列接続する際には、アモルファスシリコン層、中間コンタクト層及び微結晶シリコン層を貫通する接続溝を形成し、この接続溝内に裏面電極を充填することによって、裏面電極と透明電極とを接続する。
一方、中間コンタクト層は、導電性を有しているため、裏面電極が充填された接続溝と電気的に接続されると、アモルファスシリコン層や微結晶シリコン層で発生した電流が中間コンタクト層を介して接続溝へと漏れてしまう。
そこで、レーザー加工によって中間コンタクト層を分離することで、中間コンタクト層から接続溝への電流の漏洩を防止する技術が提案されている（特許文献１及び２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２６１３０８号公報
【特許文献２】特開２００６−３１３８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザー加工によって中間コンタクト層を分離した場合であっても、以下の理由により、依然として中間コンタクト層から電流が漏洩するおそれがある。
中間コンタクト層を分離する際にレーザーを中間コンタクト層およびアモルファスシリコン層に照射すると、レーザーの熱エネルギーをアモルファスシリコン層が吸収し、このアモルファスシリコン層が溶融し、中間コンタクト層を伴って飛散し、中間コンタクト層分離溝が形成される。この中間コンタクト層分離溝を形成する際に、中間コンタクト層分離溝を形成する壁部（底壁含む）では、溶融したアモルファスシリコン層が再結晶化する。この再結晶化した領域は、当初のアモルファスシリコンから変質しているため、低抵抗化すると考えられる。このように低抵抗化した再結晶領域は、電流の新たな漏れ経路となり、電池性能の低下を来してしまう。
【０００６】
本発明者等が鋭意検討したところ、このような原因の１つは、レーザー加工の際にナノ秒オーダのパルス幅を有するパルスレーザーを用いていることにあると判断した。なぜなら、ナノ秒オーダのパルス幅では、比較的時間間隔が長いため、中間コンタクト層分離溝を形成する壁部への熱拡散が行われ、当該壁部に過剰な再結晶化領域が形成されてしまうからである。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、中間コンタクト層分離溝を介して中間コンタクト層から電流が漏洩することを可及的に防止した光電変換装置の製造方法および光電変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の光電変換装置の製造方法および光電変換装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる光電変換装置の製造方法は、シリコンを主成分とする第１光電変換層を製膜する第１光電変換層製膜工程と、前記第１光電変換層上に、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続される中間コンタクト層を製膜する中間コンタクト層製膜工程と、レーザーを照射して、前記中間コンタクト層を除去するとともに、前記第１光電変換層まで到達する中間コンタクト層分離溝を形成して該中間コンタクト層を分離する中間コンタクト層分離工程と、前記中間コンタクト層上および前記中間コンタクト層分離溝内に、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層を製膜する第２光電変換層製膜工程と、を有する光電変換装置の製造方法において、前記中間コンタクト層分離工程は、パルス幅が１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下とされたパルスレーザーによって行われることを特徴とする。
【０００９】
レーザーを照射することによって与えられる熱エネルギーにより、中間コンタクト層および第１光電変換層が溶融、飛散し、レーザーの照射部分に溝が形成される。これにより、中間コンタクト層を分離する中間コンタクト層分離溝が形成される。
本発明では、中間コンタクト層を分離する際に使用するパルスレーザーのパルス幅を１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下とし、ナノ秒とされた従来のパルス幅に比べて大幅に短くし、第１光電変換層に与えられる熱エネルギーの時間間隔を極めて短くした。これにより、第１光電変換層は、ナノ秒のパルス幅のレーザーに比べて極めて短い時間間隔で溶融飛散させられるので、中間コンタクト層分離溝を形成する壁部に対して過剰に熱が奪われることがない。したがって、中間コンタクト層分離溝を形成する壁部にてシリコンが再結晶化する領域を可及的に小さくすることができる。このように、シリコンが再結晶化されて低抵抗化された領域を小さくすることができるので、中間コンタクト層分離溝を介して漏出する電流を減少させることができる。
なお、第１光電変換層としては、好適には、アモルファスシリコン層が用いられ、第２光電変換層としては、微結晶シリコン層が用いられる。中間コンタクト層としては、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）が好適に用いられる。
【００１０】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記中間コンタクト層分離溝は、前記第１光電変換層の中途位置にて終端していることを特徴とする。
【００１１】
中間コンタクト層分離溝を第１光電変換層の中途位置にて終端させることとし、第１光電変換層に接続する電極（又は他の中間コンタクト層）まで到達させないこととした。これにより、分離溝を形成する壁部に再結晶化領域が形成されていても、この再結晶化領域が電極（又は中簡層）に物理的に接続されることがないので、中間コンタクト層と電極とが電気的に接続されることはない。
なお、中間コンタクト層分離溝の終端位置は、第１光電変換層に接続する電極（又は他の中間コンタクト層）に再結晶化領域が接触しない位置とされていることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記中間コンタクト層分離工程は、複数の分離穴を部分的に重ね合わせて一連の前記中間コンタクト層分離溝を形成する工程を含み、隣り合う前記分離穴の重なり幅が、該分離穴の直径の０％以上５％以下とされていることを特徴とする。
【００１３】
１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下のパルス幅とされたパルスレーザーとされているので、極めて短い時間間隔で熱エネルギーを第１光電変換層に与えることができる。つまり、ナノ秒のパルス幅とされた従来のパルスレーザーに比べて、投入された熱エネルギーが第１光エネルギーに吸収されて拡散する熱拡散を小さく抑えることができるので、中間コンタクト層分離溝を形成する壁部近傍まで十分な熱エネルギーを投入して溝加工に無駄なくエネルギーを用いることができ、分離穴の周縁近傍まで所望深さに形成された分離穴を形成することができる。したがって、隣り合う分離穴の重なり幅を分離穴直径の０％以上５％以下まで小さくすることができ、ひいては加工速度の増大を図ることができる。
ここで、隣り合う分離穴の重なり幅が０％とは、隣り合う分離穴が接していることを意味する。
【００１４】
また、本発明の光電変換装置は、シリコンを主成分とする第１光電変換層と、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続された中間コンタクト層と、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層とを備え、前記中間コンタクト層を分離するように該中間コンタクト層を貫通するとともに前記第１光電変換層まで到達する中間コンタクト層分離溝が形成された光電変換装置において、前記中間コンタクト層分離溝は、複数の分離穴を重ね合わせて形成された一連の溝とされており、隣り合う前記分離穴の重なり幅が、該分離穴の直径の０％以上５％以下とされていることを特徴とする。
【００１５】
隣り合う分離穴の重なり幅を分離穴直径の０％以上５％以下まで小さくされているので、加工速度の増大を図ることができる。
ここで、隣り合う分離穴の重なり幅が０％とは、隣り合う分離穴が接していることを意味する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、中間コンタクト層分離溝を加工する際にパルス幅が１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下とされたパルスレーザーを用いることとしたので、中間コンタクト層分離溝を形成する壁部近傍に生じるシリコンの再結晶化領域を可及的に限定することができ、中間分離溝を介して漏出する電流を抑えることができる。これにより、光電変換装置の効率向上が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、タンデム型とされたシリコン系薄膜太陽電池（光電変換装置）の縦断面が示されている。
太陽電池１０は、ガラス基板（透光性基板）１と、透明電極層２と、トップ層（第１光電変換層）９１と、中間コンタクト層９３と、ボトム層（第２光電変換層）９２と、裏面電極層４とを備えている。本実施形態において、トップ層９１は非晶質シリコン系半導体を主として有する光電変換層であり、ボトム層９２は結晶質シリコン系半導体を主として有する光電変換層である。
【００１８】
ここで、「シリコン系」とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。また、「結晶質シリコン系」とは、アモルファスシリコン系すなわち非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコンや多結晶シリコン系も含まれる。
【００１９】
上記構成の本実施形態の太陽電池１０は、以下のように製造される。
ガラス基板１としては、１ｍ２以上の面積を有するソーダフロートガラスが用いられる。具体的には、１．４ｍ×１．１ｍの大きさとされ、板厚が３．５〜４．５ｍｍのものが用いられる。ガラス基板１の端面は、熱応力や衝撃などによる破損防止のために、コーナー面取り加工やＲ面取り加工が施されていることが好ましい。
【００２０】
透明電極層２としては、例えば酸化錫膜（ＳｎＯ２）を主成分とする透明電極膜が好適に用いられる。この透明電極膜は、約５００ｎｍ〜８００ｎｍの膜厚とされ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理することによって得られる。この製膜処理の際に、透明電極膜の表面には適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明電極層２として、透明電極膜と基板１との間にアルカリバリア膜（図示されず）を介在させても良い。アルカリバリア膜は、例えば５０ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚とされた酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）とされ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理することによって得られる。
【００２１】
その後、ガラス基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、透明電極層２の膜面側（図において上方側）から照射する。加工速度に対して適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２を発電セル５の直列接続方向に対して垂直な方向（図において紙面垂直方向）へ、ガラス基板１とレーザー光を相対移動させて、透明電極分離溝１２を形成する。これにより、透明電極層２が幅約６ｍｍ〜１５ｍｍの所定幅とされた短冊状にレーザーエッチングされる。
【００２２】
次に、プラズマＣＶＤ装置により、減圧雰囲気を３０〜１０００Ｐａとし、基板温度を約２００℃とした条件にて、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層膜／ｉ層膜／ｎ層膜を順次製膜してトップ層９１を形成する（第１光電変換層製膜工程）。トップ層９１は、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとを主原料としたプロセスガスによって、透明電極層２の上に製膜される。太陽光の入射する側（ガラス基板１側）からｐ層、ｉ層、ｎ層がこの順で積層される。
トップ層９１は、本実施形態では、アモルファスｐ層としてＢドープしたアモルファスＳｉＣを主とした膜厚１０ｎｍ〜３０ｎｍ、アモルファスｉ層としてアモルファスＳｉを主とした膜厚２００ｎｍ〜３５０ｎｍ、アモルファスｎ層としてアモルファスＳｉに微結晶Ｓｉを含有するｐドープしたＳｉ層を主とした膜厚３０ｎｍ〜５０ｎｍから構成されている。また、ｐ層膜とｉ層膜の間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
【００２３】
次に、中間コンタクト層９３としてＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を、トップ層９１上に製膜する（中間コンタクト層製膜工程）。ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜は、２０ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚とされ、スパッタリング装置により製膜される。中間コンタクト層９３によって、トップ層９１とボトム層９２との間における接触性を改善するとともに電流整合性を得ることができる。また、中間コンタクト層９３は、半反射膜とされており、ガラス基板１から入射した光の一部を反射させることによってトップ層９１における光電変換効率の向上を実現している。
【００２４】
次に、ガラス基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、１０ｐｓ〜７５０ｐｓのパルス幅を有するパルスレーザー（以下「ピコ秒パルスレーザー」という。）を、透明電極層２の膜面側（図において上方側）から照射する。このピコ秒パルスレーザーによって、透明電極分離溝１２と接続溝１６との間に中間コンタクト層分離溝１４を形成する（中間コンタクト層分離工程）。中間コンタクト層分離溝１４は、図２に示されているように、トップ層９１のアモルファスｉ層９１ｉにて終端している。この中間コンタクト層分離工程については、後に詳述する。
【００２５】
次に、中間コンタクト層９３の上および中間コンタクト層分離溝１４内に、プラズマＣＶＤ装置によって、減圧雰囲気を３０００Ｐａ以下、基板温度を約２００℃、プラズマ発生周波数を４０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚとした条件で、微結晶シリコン薄膜からなる微結晶ｐ層膜／微結晶ｉ層膜／微結晶ｎ層膜を順次製膜してボトム層９２を形成する（第２光電変換層製膜工程）。
ボトム層９２は、本実施形態では、微結晶ｐ層としてＢドープした微結晶ＳｉＣを主とした膜厚１０ｎｍ〜５０ｎｍ、微結晶ｉ層として微結晶Ｓｉを主とした膜厚１．２μｍ〜３．０μｍ、微結晶ｎ層としてｐドープした微結晶Ｓｉを主とした膜厚２０ｎｍ〜５０ｎｍから構成されている。
【００２６】
微結晶シリコン薄膜、特に微結晶ｉ層膜をプラズマＣＶＤ法で形成するにあたり、プラズマ放電電極とガラス基板１の表面との距離ｄは、３ｍｍ〜１０ｍｍにすることが好ましい。３ｍｍより小さい場合、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離ｄを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。１０ｍｍより大きい場合、十分な製膜速度（１ｎｍ／ｓ以上）を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。
【００２７】
次に、ガラス基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、ボトム層９２の膜面側（図において上方側）から照射する。パルス発振：１０〜２０ｋＨｚとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極分離溝１２から側方に約５０〜３５０μｍ離間した位置に、接続溝１６を形成する。また、レーザーはガラス基板１側から照射しても良く、この場合はトップ層９１で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して中間コンタクト層９３及びボトム層９２をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
【００２８】
次に、裏面電極層４として、Ａｇ膜／Ｔｉ膜をスパッタリング装置により減圧雰囲気、約１５０〜２００℃にて順次製膜する。裏面電極層４は、本実施形態では、Ａｇ膜を約１５０〜５００ｎｍの膜厚とし、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜を１０〜２０ｎｍの膜厚でこの順に積層する。あるいは約２５ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜と、約１５ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚を有するＡｌ膜との積層構造としても良い。ｎ層と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的として、ボトム層９２と裏面電極層４との間にＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を膜厚５０〜１００ｎｍで、スパッタリング装置によって製膜しても良い。
【００２９】
次に、ガラス基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、ガラス基板１側（図において下方側）から照射する。レーザー光がトップ層９１及びボトム層９２で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して除去される。レーザーのパルス発振周波数を１〜１０ｋＨｚとして加工速度が適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極分離溝１２から側方に約２５０〜４００μｍ離間した位置に、セル分割溝１８を形成するようにレーザーエッチングする。
【００３０】
上記工程の後、裏面電極４を覆うように、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等の接着充填材シートを介して防水効果の高いバックシートを貼付する工程等を経て、太陽電池が製造される。
【００３１】
以下に、上述した中間コンタクト層分離工程について詳述する。
当該工程に用いられるレーザーは、１０ｐｓ〜７５０ｐｓのパルス幅を有するピコ秒パルスレーザーである。具体的には、パルス幅１３ｐｓ、発振周波数１０ｋＨｚ、ビームスポット径１２４μｍとされたピコ秒パルスレーザーが好適に用いられる。なお、ピコ秒パルスレーザーとしては、代表的なものとして、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザー、チタン・サファイアレーザー、ファイバーレーザー等が挙げられる。
【００３２】
図２に示されているように、中間コンタクト層分離溝１４の終端位置（底部）は、トップ層９１のｉ層９１ｉ内に位置している。すなわち、中間コンタクト層分離溝１４の終端位置は、トップ層９１のｎ層９１ｎおよびｐ層９１ｐ内に位置していない。これにより、万が一、中間コンタクト層分離溝１４を形成する壁部（底部を含む）にアモルファスシリコンの再結晶化領域が形成されたとしても、この再結晶化領域にｎ層９１ｎやｐ層９１ｐのドーパントが拡散されることが防止され、ドーパントによる再結晶化領域の低抵抗化を回避することができる。なお、再結晶化領域は、透過型電子顕微鏡等で確認することができる。
【００３３】
本発明者等が鋭意検討した結果、ピコ秒パルスレーザーでは、本実施形態で用いられるシリコン系材料（より具体的にはアモルファスシリコン）に対して、ビームエネルギー密度と加工深さに対して、所定の関係があることを見出した。この関係が図３に示されている。加工深さをｙ（ｎｍ）、ビームエネルギー密度をｘ（Ｊ／ｃｍ２）とすると
ｙ= -1563.7ｘ2 + 1377.7ｘ + 15.586    ・・・（１）
という二次式に表される関係がある。
中間コンタクト層９３が７０ｎｍ厚、トップ層９１が２５０ｎｍ厚であることを考慮すると、中間コンタクト層９３を貫通してトップ層９１を貫通しない範囲として、１００〜３００ｎｍ程度の範囲が好適である。この範囲の加工深さは、上式（１）にて精度良く近似される。
【００３４】
中間コンタクト層分離溝１４は、図４（ａ）に示されているように、図レーザビームスポット径（例えば１２４μｍ）程度の直径Ｄ１を有する分離穴１４ａが部分的に重ね合わせられることによって一連に形成されている。同図において、左右方向が中間分離溝１４の延在方向となる。
隣り合う分離穴１４ａの重なり幅Ｂ１は、分離穴１４ａの直径Ｄ１の０％以上５％以下とされている。１回のレーザー照射によって加工できる幅はＬ１（Ｄ１−２＊Ｂ１）に比例するので、重なり幅Ｂ１は小さいほど加工速度が向上することになる。これに対して、本発明者等が検討したところ、従来のナノ秒オーダのパルス幅のレーザー（以下「ナノ秒パルスレーザー」という。）では、重なり幅Ｂ２（図５（ａ）参照）は分離穴１４ａの直径の１０〜２０％となっていた。
【００３５】
ピコ秒レーザーを用いると重なり幅Ｂ１が小さくなる理由は以下の通りである。
本実施形態のピコ秒パルスレーザーの場合を示した図４（ｂ）と、ナノ秒パルスレーザーの場合を示した図５（ｂ）とを比較して説明する。各図において、横軸はレーザーの光軸を中心とした位置を示し、縦軸は溝加工に用いられたエネルギー密度を示す。
図４（ｂ）及び図５（ｂ）のいずれも、パルスレーザーではレーザー光軸を中心としたガウス分布形状のエネルギー密度を有しているため、レーザーから投入されて溝加工に用いられたエネルギー密度もガウス分布形状となる。しかし、図５（ｂ）に示すように、ナノ秒パルスレーザーでは、パルス幅がピコ秒パルスレーザーに比べて長いため、投入されたエネルギーがトップ層９１のアモルファスシリコンに吸収されて拡散する熱拡散の量が多くなる。したがって、溝加工に用いられるエネルギー密度はレーザー光軸中心から離間するにつれて大きく減少する。よって、所望深さｄｐを溝加工するために必要なエネルギー密度を満足する領域は、Ｌ２（＝Ｄ２−２＊Ｂ２）に止まる。
これに比べて、ピコ秒パルスレーザーは、比較的パルス幅が短いため、レーザーからエネルギーが投入される時間が短時間にて行われるので、エネルギーが短時間で集中的に投入されるためアモルファスシリコンは即座に溶融飛散する。したがって、壁部のアモルファスシリコンに吸収されて拡散する熱拡散の量を小さく抑えることができる。よって、溝加工に用いられるエネルギー密度はレーザー光軸中心から離間してもあまり減少しない。以上から、所望深さｄｐを溝加工するために必要なエネルギー密度を満足する領域は、Ｌ１（＝Ｄ１−２＊Ｂ１＞Ｌ２）となり、ナノ秒パルスレーザーを用いた加工幅Ｌ２よりも大きな加工幅Ｌ１を実現することができる。
【００３６】
上述した本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
中間コンタクト層９３を分離する際に使用するパルスレーザーのパルス幅を１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下とし、ナノ秒とされた従来のパルス幅に比べて大幅に短くし、トップ層９１に与えられる熱エネルギーの時間間隔を極めて短くした。これにより、トップ層９１のアモルファスシリコンは、ナノ秒のパルス幅のレーザーに比べて極めて短い時間間隔で溶融飛散させられるので、中間コンタクト層分離溝１４を形成する壁部に対して過剰な熱を奪われることがない。したがって、中間コンタクト層分離溝１４を形成する壁部にてシリコンが再結晶化する領域を可及的に小さくすることができる。このように、シリコンが再結晶化されて低抵抗化された領域を小さくすることができるので、中間コンタクト層分離溝を介して漏出する電流を減少させることができる。
【００３７】
中間コンタクト層分離溝１４をトップ層９１の中途位置にて終端させることとし、トップ層９１に接続する透明電極層２まで到達させないこととした。これにより、中間コンタクト層分離溝１４を形成する壁部に再結晶化領域が形成されていても、この再結晶化領域が透明電極層２に物理的に接続されることがないので、中間コンタクト層９３と透明電極層２とが電気的に接続されることはない。
【００３８】
１０ｐｓ以上７５０ｐｓ以下のパルス幅とされたパルスレーザーとされているので、極めて短い時間間隔で熱エネルギーをトップ層９１に与えることができる。つまり、ナノ秒のパルス幅とされた従来のパルスレーザーに比べて、投入された熱エネルギーがトップ層９１のアモルファスシリコンに吸収されて拡散する熱拡散を小さく抑えることができるので、分離穴１４ａ（図４（ａ）参照）の周縁近傍まで十分な熱エネルギーを投入することができ、分離穴１４ａの周縁近傍まで所望深さに形成された分離穴１４ａを形成することができる。したがって、隣り合う分離穴１４ａの重なり幅を分離穴直径の０％以上５％以下まで小さくすることができ、ひいては加工速度の増大を図ることができる。
【００３９】
図６には、パルス幅１３ｐｓのピコ秒パルスレーザーを用いた本実施形態にかかる製造方法によって製造された太陽電池モジュールの効率と、比較例として、パルス幅１５ｎｓのピコ秒パルスレーザーに代えてナノ秒パルスレーザーを用いて製造された太陽電池モジュールの効率とが示されている。同図から分かるように、出力１３０〜１３５Ｗの太陽電池モジュールに対して、ナノ秒パルスレーザーを用いた比較例の効率を１．０として規格化した場合、ピコ秒パルスレーザーを用いた本実施形態では効率が１．０２倍に向上（２％向上）した。
【００４０】
なお、本実施形態において図１に示した太陽電池は、第１セル層９１及び第２セル層９２から成る発電層が２つ積層されたタンデム構造とされているが、本発明はタンデム構造に限定されるものではなく、中間コンタクト層分離溝をレーザー加工する際にシリコン系材料が再結晶化する場合に広く適用できるものであり、例えば、発電層が３つ積層され、各発電層間に中間コンタクト層が設けられたトリプル構造に対しても用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態にかかるタンデム型太陽電池を示した縦断面図である。
【図２】中間コンタクト層分離工程において中間コンタクト層分離溝を形成した状態を示した縦断面図である。
【図３】ピコ秒パルスレーザーのエネルギー密度と加工深さの関係を示したグラフである。
【図４】本発明の一実施形態にかかるピコ秒パルスレーザーを用いた場合であって、（ａ）は分離穴の重なり状態を示した平面図であり、（ｂ）はピコ秒パルスレーザーの溝加工に用いられたエネルギー密度を示したグラフである。
【図５】本発明の比較例にかかるナノ秒パルスレーザーを用いた場合であって、（ａ）は分離穴の重なり状態を示した平面図であり、（ｂ）はナノ秒パルスレーザーの溝加工に用いられたエネルギー密度を示したグラフである。
【図６】本実施形態にかかる製造方法によって製造された太陽電池モジュールと、比較例としてナノ秒パルスレーザーを用いて製造された太陽電池モジュールとの効率を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１  ガラス基板
２  透明電極層
４  裏面電極層
５  発電セル
１０  太陽電池（光電変換装置）
１４  中間コンタクト層分離溝
１４ａ  分離穴
９１  トップ層（第1光電変換層）
９２  ボトム層（第２光電変換層）
９３  中間コンタクト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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