(57)【要約】【課題】中間層と裏面電極との間の接触による特性の低下を抑制する。【解決手段】表面電極２２と裏面電極３０との間に第１太陽電池ユニット２４と第２太陽電池ユニット２８とを導電性を有する中間層２６を挟み込んで積層した光起電力装置において、表面電極２２の表面まで第１太陽電池ユニット２４、第２太陽電池ユニット２８及び中間層２６を貫いて形成された溝Ｂを介して表面電極２２と裏面電極３０とが電気的に接続され、裏面電極３０と接する中間層２６の端部２６ａにドーパントを添加することによってＰＮ接合を形成する。【選択図】図１
2010140935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、第２電極との間に、第１太陽電池ユニットと第２太陽電池ユニットとを導電性を有する中間層を挟み込んで積層した光起電力装置であって、
前記第１電極の表面まで前記第１太陽電池ユニット、前記第２太陽電池ユニット及び前記中間層を貫いて形成された溝を介して前記第１電極と前記第２電極とが電気的に接続され、
前記第２電極と接する前記中間層の端部にドーパントが添加されてＰＮ接合が形成されていることを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
第１電極、第１太陽電池ユニット、導電性を有する中間層、第２太陽電池ユニット及び第２電極の順に積層した光起電力装置であって、
前記第１電極の表面まで前記第１太陽電池ユニット、前記第２太陽電池ユニット及び前記中間層を貫いて形成された溝を介して前記第１電極と前記第２電極とが電気的に接続され、
前記第２太陽電池ユニットの前記第２電極側の表面近傍の窒素濃度が前記第２太陽電池ユニットの前記表面近傍以外の領域の窒素濃度よりも高いことを特徴とする光起電力装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光起電力装置であって、
前記中間層は、ＺｎＯ，ＳｉＯ２，ＳｎＯ２，ＴｉＯ２，Ｉｎ２Ｏ３の少なくとも１つを含むことを特徴とする光起電力装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光起電力装置であって、
前記中間層はＺｎＯであり、
前記ドーパントは、Ｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｆｒ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕの少なくとも１つであることを特徴とする光起電力装置。
【請求項５】
第１電極と、第２電極との間に、第１太陽電池ユニットと第２太陽電池ユニットとを導電性を有する中間層を挟み込んで積層した光起電力装置の製造方法であって、
前記第１電極の表面まで前記第１太陽電池ユニット、前記第２太陽電池ユニット及び前記中間層を貫く溝を形成する第１工程と、
前記溝に露出された前記中間層にドーパントを添加して、前記中間層の端部にＰＮ接合を形成する第２工程と、
前記溝を介して前記第１電極と電気的に接続されるように前記第２電極を形成する第３工程と、
を含むことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の光起電力装置の製造方法であって、
前記第２工程では、窒素又はアンモニア雰囲気中においてプラズマ処理を行うことによって、前記中間層に前記ドーパントとして窒素を添加することを特徴とする光起電力装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に示すように、中間層１４を挟んで上部及び下部の２つの太陽電池ユニット１０，１２を積層したタンデム型の光起電力装置が知られている。上部及び下部の太陽電池ユニット１０，１２に挟まれる中間層１４には１種以上の透明導電膜が用いられる。また、裏面電極の一部には裏面反射層を兼ねる銀（Ａｇ）の裏面電極１８が形成され、表面電極１６まで貫いて形成された溝Ｄを介して裏面電極１８が表面電極１６に接続される。
【０００３】
このような構造において、上部及び下部の太陽電池ユニット１０，１２に挟まれた中間層１４は、溝Ｄにおいて裏面電極１８と部分的に接している。中間層１４と裏面電極１８とが電気的に接触していると、その接触点を介して電流のリークが生じ、光起電力装置の発電特性が低下する。
【０００４】
そこで、溝Ｄを形成する際に酸化性雰囲気中でレーザ光線を用いて太陽電池ユニット１０，１２を除去することにより、中間層１４の端部付近の酸素含有量を高めて電流リークを抑制する技術が開示されている（特許文献１等）。
【０００５】
【特許文献１】特公平７−１１４２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、酸化性雰囲気中でレーザ加工を行う際に発電層である太陽電池ユニットが酸素に曝され、太陽電池ユニット自体の特性が低下してしまうという新たな問題を生じている。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑み、太陽電池ユニットの特性を劣化させることなく、中間層と裏面電極との間の接触による特性の低下を抑制した光起電力装置及びその製造方法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】
本発明の１つの態様は、第１電極と、第２電極との間に、第１太陽電池ユニットと第２太陽電池ユニットとを導電性を有する中間層を挟み込んで積層した光起電力装置であって、前記第１電極の表面まで前記第１太陽電池ユニット、前記第２太陽電池ユニット及び前記中間層を貫いて形成された溝を介して前記第１電極と前記第２電極とが電気的に接続され、前記第２電極と接する前記中間層の端部にドーパントが添加されてＰＮ接合が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の別の態様は、第１電極、第１太陽電池ユニット、導電性を有する中間層、第２太陽電池ユニット及び第２電極の順に積層した光起電力装置であって、前記第１電極の表面まで前記第１太陽電池ユニット、前記第２太陽電池ユニット及び前記中間層を貫いて形成された溝を介して前記第１電極と前記第２電極とが電気的に接続され、前記第２太陽電池ユニットの前記第２電極側の表面近傍の窒素濃度が前記第２太陽電池ユニットの前記表面近傍以外の領域の窒素濃度よりも高いことを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記中間層は、ＺｎＯ，ＳｉＯ２，ＳｎＯ２，ＴｉＯ２，Ｉｎ２Ｏ３の少なくとも１つを含むことが好適である。
【００１１】
例えば、前記中間層はＺｎＯであり、前記ドーパントは、Ｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｆｒ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕの少なくとも１つであることが好適である。
【００１２】
また、本発明の別の態様は、第１電極と、第２電極との間に、第１太陽電池ユニットと第２太陽電池ユニットとを導電性を有する中間層を挟み込んで積層した光起電力装置の製造方法であって、前記第１電極の表面まで前記第１太陽電池ユニット、前記第２太陽電池ユニット及び前記中間層を貫く溝を形成する第１工程と、前記溝に露出された前記中間層にドーパントを添加して、前記中間層の端部にＰＮ接合を形成する第２工程と、前記溝を介して前記第１電極と電気的に接続されるように前記第２電極を形成する第３工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記第２工程では、窒素又はアンモニア雰囲気中においてプラズマ処理を行うことによって、前記中間層に前記ドーパントとして窒素を添加することが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、太陽電池ユニットの特性を劣化させることなく、光起電力装置における中間層と裏面電極との間の接触による特性の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態における光起電力装置１００は、図１の断面図に示すように、基板２０、表面電極２２、第１太陽電池ユニット２４、中間層２６、第２太陽電池ユニット２８及び裏面電極３０を含んで構成される。
【００１６】
以下、図２の製造工程図を参照して、光起電力装置１００の製造方法及びその構造について説明する。なお、図１及び図２では光起電力装置１００の構造を明確に示すために、光起電力装置１００の一部を拡大して示し、各部の比率を変えて示している。
【００１７】
ステップＳ１０では、基板２０上に表面電極２２を形成する。基板２０は、透光性を有する材料で構成する。基板２０は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等とすることができる。表面電極２２は、透光性を有する透明導電膜とする。表面電極２２は、例えば、ＳｎＯ２，ＺｎＯ，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，Ｉｎ２Ｏ３等とすることができる。これらの金属酸化物にＦ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｇａ，Ｎｂ等がドープされていてもよい。表面電極２２は、例えば、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法（熱ＣＶＤ）により形成する。基板２０と表面電極２２の一方又は両方の表面に凹凸（テクスチャ構造）を設けることも好適である。
【００１８】
ステップＳ１２では、表面電極２２に第１の分離溝Ａを形成する。分離溝Ａは、例えば、レーザ加工により形成する。例えば、波長約１０６４ｎｍ、エネルギー密度１×１０５Ｗ／ｃｍ２のＮｄ：ＹＡＧレーザを使用して形成する。分離溝Ａの線幅は１０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好適である。
【００１９】
ステップＳ１４では、表面電極２２上に第１太陽電池ユニット２４を形成する。本実施の形態では、第１太陽電池ユニット２４は非晶質（アモルファス）シリコン太陽電池とする。第１太陽電池ユニット２４は、基板２０側からｐ型、ｉ型、ｎ型の順に非晶質シリコン膜を積層して形成する。第１太陽電池ユニット２４のｉ層の膜厚は１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが好適である。第１太陽電池ユニット２４は、例えば、プラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ）により形成する。第１太陽電池ユニット２４の成膜条件の例を表１に示す。
【００２０】
ステップＳ１６では、第１太陽電池ユニット２４上に中間層２６を形成する。中間層２６は、透光性を有する材料で構成する。中間層２６は、例えば、ＺｎＯ，ＳｉＯ２，ＳｎＯ２，ＴｉＯ２，Ｉｎ２Ｏ３等とすることができる。これらの金属酸化物にＦ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｇａ，Ｎｂ等がドープされていてもよい。中間層２６の膜厚は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることが好適である。中間層２６は、ＤＣスパッタリング法により形成することができる。中間層２６の成膜条件の例を表１に示す。
【００２１】
ステップＳ１８では、中間層２６上に第２太陽電池ユニット２８を形成する。本実施の形態では、第２太陽電池ユニット２８は微結晶シリコン太陽電池とする。第２太陽電池ユニット２８は、基板２０側からｐ型、ｉ型、ｎ型の順に微結晶シリコン膜を積層して形成する。第２太陽電池ユニット２８のｉ層の膜厚は１０００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下とすることが好適である。第２太陽電池ユニット２８は、例えば、ＶＨＦプラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ）により形成する。第２太陽電池ユニット２８の成膜条件の例を表１に示す。
【００２２】
【表１】
2010140935.tif 000003
【００２３】
ステップＳ２０では、第２の分離溝Ｂを形成する。分離溝Ｂは、第２太陽電池ユニット２８，中間層２６，第１太陽電池ユニット２４を貫いて表面電極２２に到達するように形成する。分離溝Ｂの線幅は、１０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好適である。
【００２４】
分離溝Ｂは、例えば、レーザ加工により形成する。レーザ加工は、これに限定されるものではないが、波長約５３２ｎｍ（ＹＡＧレーザの第２高調波）を用いて行うことが好適である。レーザ加工のエネルギー密度は例えば１×１０５Ｗ／ｃｍ２とすればよい。
【００２５】
ステップＳ２２では、窒素（Ｎ）を含有する気体雰囲気中でプラズマ処理を行う。例えば、窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）雰囲気中においてプラズマ処理を行うことが好適である。プラズマ処理は、ＲＦプラズマ処理とすることが好適である。プラズマ処理の際の窒素含有ガスの圧力は５０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下とすることが好適である。プラズマ処理の際の導入エネルギーは０．５Ｗ／ｃｍ２以上１００Ｗ／ｃｍ２とすることが好適である。
【００２６】
このプラズマ処理によって、分離溝Ｂに露出している中間層２６の端部２６ａにおける窒素含有量を高くすることができる。
【００２７】
また、このプラズマ処理によって第２太陽電池ユニット２８のｎ層の表面の窒素含有量が第２太陽電池ユニット２８の他の領域、少なくともｉ層及びｐ層における窒素含有量よりも高くなる。例えば、第２太陽電池ユニット２８のｎ層の表面から１０００ｎｍの深さまでの領域の窒素含有濃度が１０００ｎｍより深い領域の窒素含有濃度より高くなる。この窒素含有濃度の分布によりステップＳ２０の処理が施されているか否かを判定することができる。なお、窒素は酸素に比べて太陽電池の特性を劣化させる原因となり難く、さらに、ｎ型のシリコン層に与える影響は小さい。
【００２８】
ステップＳ２４では、第２太陽電池ユニット２８上に裏面電極３０を形成する。裏面電極３０は、透明導電膜と金属膜との積層構造とすることが好ましい。透明導電膜は、例えば、ＺｎＯ，ＳｉＯ２，ＳｎＯ２，ＴｉＯ２等とすることができ、ＺｎＯを用いることがより好ましい。金属膜は、例えば、銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ），金（Ａｕ）等を用いることができ、利用する光の反射率を考慮すると銀（Ａｇ）を用いることがより好ましい。裏面電極３０は、例えば、スパッタリング法を用いることにより形成する。
【００２９】
裏面電極３０は、分離溝Ｂに埋め込まれ、分離溝Ｂ内で裏面電極３０と表面電極２２とが電気的に接続される。すなわち、裏面電極３０は、分離溝Ｂにおいて中間層２６の端部２６ａと接触する。
【００３０】
ステップＳ２６では、第３の分離溝Ｃを形成する。分離溝Ｃは、裏面電極３０，第２太陽電池ユニット２８，中間層２６，第１太陽電池ユニット２４を貫いて表面電極２２に到達するように形成する。分離溝Ｃは、分離溝Ａとの間に分離溝Ｂを挟む位置に形成する。分離溝Ｃの線幅は、１０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好適である。分離溝Ｃは、レーザ加工により形成することができる。例えば、波長約５３２ｎｍ（ＹＡＧレーザの第２高調波）、エネルギー密度１×１０５Ｗ／ｃｍ２のＮｄ：ＹＡＧレーザを使用して分離溝Ｃを形成することができる。
【００３１】
さらに、レーザ加工により光起電力装置１００の周辺に周辺領域と発電領域とを分離する溝を形成する。
【００３２】
以上のように、本実施の形態における光起電力装置１００では、裏面電極３０は、分離溝Ｂにおいて窒素含有量を高くした中間層２６の端部２６ａと接触する。窒素を導入することにより中間層２６の端部２６ａは高抵抗化、または、ｐ型化されていると考えられ、裏面電極３０をその端部２６ａと接触させることによってキャリア（電子又は正孔）に対する障壁とし、裏面電極３０と中間層２６との間の電流のリークを抑制することができる。
【００３３】
（実施例）
ガラスの基板２０に凹凸構造を有するＳｎＯ２膜である表面電極２２を形成し、４０μｍの線幅の分離溝Ａを形成した。その後、ｉ層の膜厚が２５０ｎｍのアモルファスシリコンの第１太陽電池ユニット２４を形成した。
【００３４】
第１太陽電池ユニット２４を形成した後、アルミニウムをドーパントとして含む膜厚５０ｎｍのＺｎＯ膜を中間層２６として形成した。続いて、ｉ層の膜厚が２０００ｎｍの微結晶シリコンの第２太陽電池ユニット２８を形成した。
【００３５】
第２太陽電池ユニット２８を形成後、波長５３２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波を用いて、線幅５０μｍの分離溝Ｂを形成した。その後、窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）ガス雰囲気中でＲＦプラズマ処理を行い、中間層２６の端部２６ａに窒素を他の領域より高濃度に含有させた。窒化処理後、ＤＣスパッタリング法により、裏面電極３０として膜厚１００ｎｍのアルミニウムドープされたＺｎＯ膜と膜厚３００ｎｍの銀（Ａｇ）膜を順次形成した。
【００３６】
裏面電極３０を形成後、波長５３２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波を用いて、線幅５０μｍの分離溝Ｃを形成した。また、波長１０６４ｎｍ及び５３２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波及び第２高調波を用いて、光起電力装置１００の周辺領域と発電領域とを分離する溝を形成した。
【００３７】
（比較例）
窒素（Ｎ２）ガス雰囲気中でのＲＦプラズマ処理のより窒化を行わないこと以外は上記実施例と同様に光起電力装置を製造した。
【００３８】
上記実施例で製造された光起電力装置１００及び上記比較例で製造された光起電力装置についてＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２、２５℃の条件下で電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を測定した。測定結果を表２に示す。なお、表２では比較例で製造された光起電力装置の特性を１として、実施例で製造された光起電力装置１００の特性を規格化して示している。
【００３９】
【表２】
2010140935.tif 000004
【００４０】
測定の結果から、本実施の形態における光起電力装置１００は従来に比べて変換効率が向上した。特に、開放電圧Ｖｏｃ，曲線因子ＦＦについては窒素（Ｎ２）及びアンモニア（ＮＨ３）のいずれの雰囲気中でのプラズマ処理でも特性が向上した。
【００４１】
なお、本実施の形態では中間層２６に対するドーパントして窒素を用いたが、他のｐ型ドーパントでも同様の効果が得られると考えられる。また、中間層２６としてＳｉＯ２やＴｉＯ２等の金属酸化膜、他の透明導電膜を用いても同様の効果が得られる。
【００４２】
また、本実施の形態ではアモルファスシリコン／微結晶シリコンのタンデム構造薄膜太陽電池について説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。すなわち、透明導電膜が中間層として用いられた光起電力装置であれば同様の効果が得られると考えられる。特に、主材料をシリコンとし、シリコンと隣接する領域に透明導電膜からなる中間層が設けられたシリコン太陽電池であれば同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態における光起電力装置の構成を示す断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態における光起電力装置の製造工程を示す図である。
【図３】従来の光起電力装置の構成を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０，１２  太陽電池ユニット、１４  中間層、１６  表面電極、１８  裏面電極、２０  基板、２２  表面電極、２４  第１太陽電池ユニット、２６ａ  端部、２６  中間層、２８  第２太陽電池ユニット、３０  裏面電極、１００  光起電力装置。
【図１】
2010140935.tif 000005
【図２】
2010140935.tif 000006
【図３】
2010140935.tif 000007