(57)【要約】【課題】大面積基板面内での光電変換効率のばらつきや、ロット間でのモジュール出力の変動を抑制し、生産性を向上させることができる光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】基板１上に、シラン系ガスと水素ガスとを含むガスを原料ガスとするプラズマＣＶＤ法を用いて、前記基板１の単位面積当たりの前記水素ガス流量８０ｓｌｍ／ｍ２以上の条件で、シリコン系の光電変換層３を形成する工程を含むことを特徴とする光電変換装置１００の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、シラン系ガスと水素ガスとを含むガスを原料ガスとするプラズマＣＶＤ法を用いて、前記基板の単位面積当たりの前記水素ガス流量８０ｓｌｍ／ｍ２以上の条件で、シリコン系の光電変換層を形成する工程を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記シラン系ガスの流量に対する前記水素ガスの流量の比とされる水素希釈率は、４０倍以上１５０倍以下であ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】
前記基板の面積が、１ｍ２以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記光電変換層を、１．５ｎｍ／ｓ以上で製膜することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
前記光電変換層を、２ｎｍ／ｓ以上で製膜することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造された光電変換装置であって、
前記基板の面積が１ｍ２以上であり、
前記光電変換層が、結晶質シリコンｉ層を備え、
該結晶質シリコンｉ層が、非晶質シリコン相のラマンピーク強度に対する結晶質シリコン相のラマンピーク強度の比であるラマンピーク比が３．５以上８以下の範囲内である領域を含み、かつ、
前記基板面内での前記ラマンピーク比が２．５以下の範囲内である領域の面積割合が、３％以下であ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、光電変換装置に関し、特に発電層を製膜で作製する薄膜シリコン系太陽電池の製造方法、及び、該製造方法で作製された光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置としては、ｐ型シリコン系半導体（ｐ層）、ｉ型シリコン系半導体（ｉ層）及びｎ型シリコン系半導体（ｎ層）の薄膜をプラズマＣＶＤ法等で製膜して形成した光電変換層を備えた薄膜シリコン系太陽電池が知られている。薄膜シリコン系太陽電池の長所としては、大面積化が容易であること、膜厚が結晶系太陽電池の１／１００程度と薄く、材料が少なくて済むことなどが挙げられる。このため、薄膜シリコン系太陽電池は、結晶系太陽電池と比較して低コストでの製造が可能となる。
【０００３】
高い変換効率を有する薄膜シリコン系太陽電池の量産性を向上させるためには、製膜速度を向上させるとともに、光電変換層を基板面内で均質になるように製膜し、モジュール出力を向上させることが重要である。例えば、結晶質シリコンを用いた太陽電池の場合、結晶質シリコンｉ層の結晶性と太陽電池の変換効率とは関係があることが知られている。
例えば、特許文献１及び特許文献２には、高品質な光電変換層を高速で製膜するための好適な製膜条件が開示されている。
【０００４】
しかし、プラズマＣＶＤ法を用いた薄膜シリコンの製造では、基板面内で、原料ガス流量、投入電力密度、基板温度、基板−電極間距離などの製膜条件の分布が発生する。また、ロット間での製膜条件の変動が発生する。そのため、基板面内あるいはロット間で薄膜特性のばらつきが生じる。特に、基板面積が１ｍ２以上の大面積基板を用いた場合に、基板面内での製膜条件の変動が生じやすい。基板面内に薄膜特性が悪い領域が存在することにより太陽電池モジュール出力が低下する、あるいは、ロット間での太陽電池モジュール出力のばらつきが大きくなるといった問題が生じていた。このような観点から、製膜条件の変動に対する薄膜特性のロバスト性を評価し、製造プロセスを改善することが必要である。
【０００５】
特許文献３には、大気圧プラズマＣＶＤ法を用いた透明導電膜の製膜方法において、反応ガス種を変えた場合の透明導電膜の比抵抗値のロバスト性を評価することが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２５９８５３号公報
【特許文献２】特開２００６−２１６９２１号公報
【特許文献３】特開２００５−２００７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び特許文献２に記載の製膜条件範囲で光電変換層を製膜したところ、同じ条件で光電変換層を製膜しているにも拘らず、モジュール毎に発電出力にばらつきが生じるという問題が発生していた。特許文献１及び特許文献２のように、太陽電池の性能向上を目的とした製膜条件の検討は種々なされてきたが、製膜条件の変動に対する電池性能のロバスト性については、ほとんど評価されていないのが現状であった。
【０００７】
本発明は、大面積基板面内での光電変換効率のばらつきや、ロット間での太陽電池モジュール出力の変動を抑制し、生産性を向上させることができる光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、上記製造方法により、結晶質シリコンｉ層の基板面内における薄膜特性、特に結晶性のばらつきが制御された結果、高出力を有する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】
本発明の光電変換装置の製造方法は、基板上に、シラン系ガスと水素ガスとを含むガスを原料ガスとするプラズマＣＶＤ法を用いて、前記基板の単位面積当たりの前記水素ガス流量８０ｓｌｍ／ｍ２以上の条件で、シリコン系の光電変換層を形成する工程を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明者らは、シリコン系光電変換層の製膜条件と、シリコン膜の結晶性及び光電変換装置の性能との関係を調査した結果、結晶性や光電変換効率のばらつきが、製膜ガスの流量、特に、基板単位面積当たりの水素ガス流量に依存することを明らかにした。そして、上記の水素ガス流量条件で製膜すれば、ガス総流量、プラズマ放電電極への投入電力密度、基板温度、基板−電極間距離のいずれの条件についても、一定水準の変換効率を得るための変動許容幅が広がることを明らかにした。
ガス量や基板温度は、基板面積の拡大とともに基板面内での分布が生じやすい。また、基板の反りが生じることにより、基板面内で基板−電極間距離が異なることがある。本発明の製造方法を用いて光電変換装置を製造すれば、基板面内でガス総流量、基板温度、基板−電極間距離の変動に対するロバスト性が高いために、上記製膜条件に基板面内分布が発生しても、膜質及び性能（光電変換効率）のばらつきを抑制できる。その結果、光電変換装置１つ当りの発電出力を向上させることができる。
さらに、ガス流量や実効投入電力は、バッチ間あるいはロット間で変動しやすい。本発明の製造方法を用いれば、ガス総流量及び投入電力に対するロバスト性が高いために、バッチ間あるいはロット間でガス流量や投入電力が変動した場合でも、膜質及び光電変換効率の変化への影響を小さくすることができる。そのため、バッチ間あるいはロット間での発電出力のばらつきが抑制できる。
このように、本発明の製造方法によれば、高品質の製品を安定して生産することが可能となる。
【００１０】
上記発明において、前記基板の面積が、１ｍ２以上の大面積基板の場合に、ロバスト性向上効果が大きい。
大面積基板では、基板面内でのガス分布、基板温度分布、プラズマ放電電極への投入電力密度、及び、基板−電極間距離の分布が生じやすい。本発明の製造方法では、大面積基板を用いた場合でも、基板面内での膜質及び光電変換効率のばらつきを抑制できるので、光電変換装置１つ当りの発電出力を向上させることができる。また、バッチ間またはロット間での発電出力のばらつきも抑制できるため、高品質の大面積光電変換装置の生産性を向上させることができる。
【００１１】
上記発明において、前記光電変換層を、１．５ｎｍ／ｓ以上の高速で製膜する時にロバスト性向上効果が大きい。特に製膜速度２ｎｍ／ｓ以上で、ロバスト性向上効果が顕著である。
一般に、光電変換層を高速で製膜すると、膜厚の基板面内分布が大きくなる傾向にある。光電変換層が結晶質シリコンの場合は、高速製膜により、結晶性にばらつきが生じやすい。また、１．５ｎｍ／ｓよりも低い製膜速度で生産性を確保するためには、多数の製膜室を並列して配置して同時に基板製膜処理する必要があり、工場設備費の著しい増加に繋がるので好ましくない。本発明の光電変換装置の製造方法では、光電変換層を１．５ｎｍ／ｓ以上と高速で製膜しても、膜厚及び膜質のばらつきを抑制できるので、高出力の光電変換装置を高い生産性で安定して製造することが可能である。
【００１２】
本発明は、上記の製造方法を用いて製造された光電変換装置であって、前記基板の面積が１ｍ２以上であり、前記光電変換層が、結晶質シリコンｉ層を備え、該結晶質シリコンｉ層が、非晶質シリコン相のラマンピーク強度に対する結晶質シリコン相のラマンピーク強度の比であるラマンピーク比が３．５以上８以下の範囲内である領域を含み、かつ、前記基板面内での前記ラマンピーク比が２．５以下の範囲内である領域の面積割合が、３％以下であることを特徴とする光電変換装置を提供する。
【００１３】
結晶質シリコンを光電変換層に含む光電変換装置の変換効率を向上させるためには、特に結晶質シリコンｉ層の膜質を向上させることが有効である。今回、非晶質と結晶質との境界近傍で最も発電効率が高くなること知見が得られた。大面積の薄膜シリコン系太陽電池のモジュールの出力を向上させるためには、基板面内の結晶質シリコンｉ層の非晶質領域の発生を抑制するとともに、結晶化率が高すぎる領域の発生を抑制する必要がある。従って、結晶質シリコンｉ層を、基板面内の結晶性が非晶質と結晶質との近傍領域で均一になるように、製膜する事が望まれる。
結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比が３．５以上８以下の場合に、高出力の光電変換装置を得ることができる。しかし、面積が１ｍ２を超える大面積基板では、基板面内でのガス分布、基板温度分布、プラズマ放電電極への投入電力密度及び、基板−電極間距離の分布に起因して、ラマンピーク比が低い、もしくは高すぎる領域が局所的に発生しやすい。特に、ラマンピーク比２．５以下の領域は、輝度が高い領域（高輝度反射領域）であり、出力低下の原因となる。また、ラマンピーク比が高すぎる領域では開放電圧が低下するので出力低下となる。従って、光電変換装置の出力を向上させるためには、結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比を３．５以上８以下とし、高輝度反射領域の発生を抑制することが必要である。
本発明の製造方法によれば、ガス流量、投入電力密度、基板温度及び基板−電極間距離の基板面内における変動に対する膜質（結晶性）のロバスト性が向上する。従って、結晶質シリコンｉ層の基板面内における膜質分布を制御可能にして、結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比（すなわち、結晶性）が３．５以上８以下の範囲内である領域を大部分とし、基板面内でラマンピーク比２．５以下の領域の面積割合を３％以内に抑えることができる。そのため、高モジュール出力の光電変換装置となる。
なお、本発明におけるラマンピーク比は、測定光として５３２ｎｍ（ＹＡＧレーザー光の２倍波）を用いて、ラマンスペクトルにおける非晶質シリコン相のピーク強度（周波数４８０ｃｍ−１付近でのピーク強度）Ｉａに対する結晶質シリコン相のピーク強度（周波数５２０ｃｍ−１付近でのピーク強度）Ｉｃの比（ラマンピーク比Ｉｃ／Ｉａ）として表される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板面内における光電変換層の膜質のばらつきや性能のばらつきを抑制して、光電変換装置の発電出力を向上させることができる。さらに、バッチ間またはロット間での発電出力のばらつきを小さくすることができる。その結果、品質を向上させることができるとともに、高品質の製品を高い歩留まりで安定して製造することができるため、生産性を大幅に向上させることができる。
特に、結晶質シリコンｉ層の製膜に本発明の製造方法を適用すれば、結晶質シリコンｉ層の基板面内の結晶性を、ラマンピーク比３．５以上８以下の範囲内である領域が大部分であり、基板面内でラマンピーク比２．５以下の領域の面積割合を３％以内に抑えることができる。その結果、高い光電変換効率を有する光電変換装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置１００は、タンデム型シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、太陽電池光電変換層３としての第１セル層９１（非晶質シリコン系）及び第２セル層９２（結晶質シリコン系）、中間コンタクト層５、及び裏面電極層４を備える。なお、ここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。また、結晶質シリコン系とは、非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコンや多結晶シリコンも含まれる。
【００１６】
以下に、本発明に係る製造方法を結晶質シリコンｉ層の製膜に適用した実施形態を、太陽電池パネルを製造する工程を例に挙げて説明する。
図２から図５は、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。
【００１７】
（１）図２（ａ）
基板１として面積が１ｍ２以上のソーダフロートガラス基板（例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．５ｍｍ〜４．５ｍｍ）を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやＲ面取り加工されていることが望ましい。
【００１８】
（２）図２（ｂ）
透明導電層２として、酸化錫（ＳｎＯ２）を主成分とする膜厚約５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の透明導電膜を、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。この際、透明電極膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明導電層２として、透明電極膜に加えて、基板１と透明電極膜との間にアルカリバリア膜（図示されず）を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。
【００１９】
（３）図２（ｃ）
その後、基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セル５の直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板１とレーザー光を相対移動して、溝１０を形成するように幅約６ｍｍから１５ｍｍの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
【００２０】
（４）図２（ｄ）
第１セル層９１として、非晶質シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層及びｎ層を、プラズマＣＶＤ装置により製膜する。シラン（ＳｉＨ４）ガス及び水素（Ｈ２）ガスを主原料にして、減圧雰囲気：３０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃にて、透明電極層２上に太陽光の入射する側から非晶質シリコンｐ層３１、非晶質シリコンｉ層３２、非晶質シリコンｎ層３３の順で製膜する。非晶質シリコンｐ層３１は非晶質のＢドープシリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｉ層３２は、膜厚２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｎ層３３は、非晶質シリコンに微結晶シリコンを含有するＰドープシリコンを主とし、膜厚３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｐ層３１と非晶質シリコンｉ層３２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。
【００２１】
次に、第１セル層９１の上に、プラズマＣＶＤ装置により、シランガス及び水素ガスを主原料にして、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下にて、第２セル層９２としての結晶質シリコンｐ層４１、結晶質シリコンｉ層４２、及び、結晶質シリコンｎ層４３を順次製膜する。結晶質シリコンｐ層４１はＢドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。結晶質シリコンｉ層４２は微結晶シリコンを主とし、膜厚は１．２μｍ以上３．０μｍ以下である。結晶質シリコンｎ層４３はＰドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００２２】
微結晶シリコンを主とするｉ層膜をプラズマＣＶＤ法で形成するにあたり、プラズマ放電電極と基板１の表面との距離ｄは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下にすることが好ましい。３ｍｍより小さい場合、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離ｄを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。１０ｍｍより大きい場合、十分な製膜速度（１ｎｍ／ｓ以上）を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。
【００２３】
結晶質シリコンｉ層４２の製膜において、基板単位面積当たりの水素ガス流量は、０℃、１０１．３ｋＰａの標準状態で８０ｓｌｍ／ｍ２（１３５Ｐａ・ｍ３／ｓ／ｍ２）以上、好ましくは１００ｓｌｍ／ｍ２（１６９Ｐａ・ｍ３／ｓ／ｍ２）以上、より好ましくは１５６ｓｌｍ／ｍ２（２６４Ｐａ・ｍ３／ｓ／ｍ２）以上とされる。シラン系ガスには、シランガス、ジシランガスなどが使用されるが、代表例として使用するシランガス流量は、所定の膜質（結晶性）の結晶質シリコンｉ層が得られる水素希釈率となるように、適宜設定する。本実施形態において、シラン系ガス流量に対する水素ガス流量の比である水素希釈率（水素ガス流量／シラン系ガス流量）は、４０倍以上１５０倍以下とされる。水素希釈率４０倍未満では、ラマンピーク比３．５以上の結晶性を得にくくなる。水素希釈率１５０倍を超えると、ラマンピーク比が高すぎる領域となり開放電圧が低下するため、出力が低下する。
水素ガス流量及びシランガス流量の増加に伴い、製造コストも増加する。基板単位面積当たりの水素ガス流量が２６０ｓｌｍ／ｍ２（４４０Ｐａ・ｍ３／ｓ／ｍ２）までであれば、製造コストを大幅に増大させることなく、太陽電池の発電出力向上効果を得ることができる。
【００２４】
第１セル層９１と第２セル層９２の間に、接触性を改善するとともに電流整合性を取るために半反射膜となる中間コンタクト層５を設ける。中間コンタクト層５として、膜厚：２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ焼結体を用いてスパッタリング装置により製膜する。また、中間コンタクト層５を設けない場合もある。
【００２５】
（５）図２（ｅ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、光電変換層３の膜面側から照射する。パルス発振：１０ｋＨｚから２０ｋＨｚとして、加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの約１００μｍから１５０μｍの横側を、溝１１を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板１側から照射しても良く、この場合は光電変換層３の非晶質シリコン系の第１セル層で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層３をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め交差を考慮して選定する。
【００２６】
（６）図３（ａ）
裏面電極層４としてＡｇ膜／Ｔｉ膜を、スパッタリング装置により、減圧雰囲気、製膜温度：１５０℃から２００℃にて製膜する。本実施形態では、Ａｇ膜：１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜：１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下を、この順に積層する。あるいは、裏面電極層４を、２５ｎｍから１００ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜と、１５ｎｍから５００ｎｍの膜厚を有するＡｌ膜との積層構造としても良い。結晶質シリコンｎ層４３と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層３と裏面電極層４との間に、スパッタリング装置により、膜厚：５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を製膜して設けても良い。
【００２７】
（７）図３（ｂ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、基板１側から照射する。レーザー光が光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの２５０μｍから４００μｍの横側を、溝１２を形成するようにレーザーエッチングする。
【００２８】
（８）図３（ｃ）と図３（ａ）
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、基板１側から照射する。レーザー光が透明電極層２と光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２が除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板１の端部から５ｎｍから２０ｍｍの位置を、図３（ｃ）に示すように、Ｘ方向絶縁溝１５を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図３（ｃ）では、光電変換層３が直列に接続された方向に切断したＸ方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝１５位置には裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２の膜研磨除去をした周囲膜除去領域１４がある状態（図３（ａ）参照）が表れるべきであるが、基板１の端部への加工の説明の便宜上、この位置にＹ方向断面を表して形成された絶縁溝をＸ方向絶縁溝１５として説明する。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
【００２９】
絶縁溝１５は基板１の端より５ｎｍから１５ｍｍの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール６内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。
【００３０】
尚、以上までの工程におけるレーザー光はＹＡＧレーザーとしているが、ＹＶＯ４レーザーやファイバーレーザーなどが同様に使用できるものがある。
【００３１】
（９）図４（ａ：太陽電池膜面側から見た図、ｂ：受光面の基板側から見た図）
後工程のＥＶＡ等を介したバックシート２４との健全な接着・シール面を確保するために、基板１周辺（周囲膜除去領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域１４を形成する。基板１の端から５〜２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、Ｘ方向は前述の図３（ｃ）工程で設けた絶縁溝１５よりも基板端側において、Ｙ方向は基板端側部付近の溝１０よりも基板端側において、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。
研磨屑や砥粒は基板１を洗浄処理して除去した。
【００３２】
（１０）図５（ａ）（ｂ）
端子箱２３の取付け部分はバックシート２４に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層で設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セル５と、他方端部の太陽電池発電セル５とから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱２３の部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール６の全体を覆い、基板１からはみ出さないようにＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等による接着充填材シートを配置する。
ＥＶＡの上に、防水効果の高いバックシート２４を設置する。バックシート２４は本実施形態では防水防湿効果が高いようにＰＥＴシート／Ａｌ箔／ＰＥＴシートの３層構造よりなる。
バックシート２４までを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約１５０〜１６０℃でプレスしながら、ＥＶＡを架橋させて密着させる。
【００３３】
（１１）図５（ａ）
太陽電池モジュール６の裏側に端子箱２３を接着剤で取付ける。
（１２）図５（ｂ）
銅箔と端子箱２３の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱２３の内部を封止剤（ポッティング剤）で充填して密閉する。これで太陽電池パネル５０が完成する。
（１３）図５（ｃ）
図５（ｂ）までの工程で形成された太陽電池パネル５０について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、ＡＭ１．５、全天日射基準太陽光（１０００Ｗ／ｍ２）のソーラシミュレータを用いて行う。
（１４）図５（ｄ）
発電検査（図５（ｃ））に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
【００３４】
図６に、基板単位面積当たりの水素ガス流量を変えてガラス基板上に結晶質シリコンｉ層を製膜した場合の、ガス総流量（水素ガス流量＋シランガス流量）と結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比との関係を示す。同図において、横軸はガス総流量、縦軸はラマンピーク比である。図７に、ガス総流量の変動に対する結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比の変化を示す。同図において、横軸はガス総流量の変動率、縦軸はラマンピーク比である。ガス総流量変動率は、条件ごとに設定した基準総流量に対する変化量を表す。図６及び図７では、平均値をシンボルマークで示し、基板内の分布範囲を誤差バーで示している。従来条件である水素ガス流量５２ｓｌｍ／ｍ２を１（基準）として、水素ガス流量１．５倍として８０ｓｌｍ／ｍ２、３倍として１７０ｓｌｍ／ｍ２を選定した。
【００３５】
ガラス基板の大きさは、１．４ｍ×１．１ｍとした。ガス総流量以外の製膜条件（基板−電極間距離、プラズマ放電電極への投入電力密度、基板温度など）は固定した。
従来条件である水素ガス流量５２ｓｌｍ／ｍ２の条件において、基準条件（図７のガス総流量の変動における０の条件）は、水素希釈率：４０倍〜１５０倍、基板温度：１９０℃、プラズマ放電電極への投入電力密度：１．５Ｗ／ｍ２〜２．０Ｗ／ｍ２の範囲とし、製膜速度２ｎｍ／ｓとなる条件を用いた。
【００３６】
図６示すように、水素ガス流量５２ｓｌｍ／ｍ２の場合は、ガス総流量が増加すると急激にラマンピーク比が減少した。基板単位面積当たりの水素ガス流量が大きいほど、ガス総流量の増加に対するラマンピーク比の変化は緩やかになる傾向があった。また、図７に示すように、基板単位面積当たりの水素ガス流量が増大するほど、ガス総流量の変動に対するラマンピーク比の変化が小さくなった。図６及び図７の結果は、基板単位面積当たりの水素ガス流量が大きいほど、ガス総流量の変動に対する膜質のロバスト性が向上することを示している。従って、水素ガス流量を８０ｓｌｍ／ｍ２以上とする事で、ラマンピーク比を目標数値範囲にするためのガス総流量条件範囲が広くなるため、大面積基板の面内ラマンピーク比の分布を目標数値範囲内とするとともに、製膜条件の変動に対しても安定した膜質分布を確保することが出来る。
【００３７】
図８に、結晶質シリコンｉ層製膜時のガス総流量と、非晶質シリコンと結晶質シリコンから構成されるタンデム型太陽電池のモジュール出力（安定化出力）との関係を示す。同図において、横軸はガス総流量、縦軸はモジュール出力である。図９に、結晶質シリコンｉ層製膜時のガス総流量の変動に対するタンデム型太陽電池のモジュール出力（安定化出力）の変化を示す。同図において、横軸はガス総流量の変動率、縦軸はモジュール出力（安定化出力）の相対値である。なお、従来条件である水素ガス流量５２ｓｌｍ／ｍ２の条件において、基準条件（図９のガス総流量の変動における０の条件）は、水素希釈率：４０倍〜１５０倍、基板温度：１９０℃、プラズマ放電電極への投入電力密度：１．５Ｗ／ｍ２〜２．０Ｗ／ｍ２の範囲とし、製膜速度２ｎｍ／ｓとなる条件を用いた。
【００３８】
図８及び図９に示すように、基板単位面積当たりの水素ガス流量に依らず最大となるモジュール出力はほぼ一定であるが、基板単位面積当たりの水素ガス流量が多いほど、最大モジュール出力付近を与える曲線の幅が広がった。この結果は、単位面積当たりの水素ガス流量を大きくすることにより、ガス総流量の変動に対する太陽電池モジュール出力のロバスト性が向上することを示している。
【００３９】
以上のように、基板単位面積当たりの水素ガス流量を８０ｓｌｍ／ｍ２以上（従来の水素ガス流量の１．５倍以上）とすれば、シリコンｉ層の結晶性に与える影響を小さくすることができる。また、シリコンｉ層の電池性能に与える影響を略１０％以内に小さくすることができるガス総流量の変動は、±１５％以上であり、従来条件に対して２倍以上の変動幅を許容する。この結果、結晶質シリコンｉ層の製膜時に基板面内にガス流量が変化する領域が発生しても、光電変換効率が低い領域の発生を抑制できるために、全体として太陽電池の発電出力を向上させることが可能である。また、バッチ間あるいはロット間でガス流量が変動しても、電池性能の変化が小さいために、バッチ間あるいはロット間での出力の分布を狭くすることができる。
【００４０】
図１０に、基板−電極間距離と結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比との関係を示す。同図において、横軸は基板−電極間距離、縦軸はラマンピーク比である。なお、ガラス基板の大きさは、１．４ｍ×１．１ｍとした。製膜速度は、基準となる中心条件において２ｎｍ／ｓ以上とした。基板−電極間距離以外の製膜条件（ガス総流量、投入電力密度、基板温度等）は固定した。従来条件である水素ガス流量５２ｓｌｍ／ｍ２を１（基準）として、水素ガス流量５倍として２７０ｓｌｍ／ｍ２を選定した。
基板単位面積当たりの水素ガス流量が増大するほど、特に非晶質化しやすい条件である基板−電極間距離が広い条件において、ラマンピーク比の低下を抑制できた。すなわち、基板単位面積当たりの水素ガス流量が大きいほど、基板−電極間距離の変動に対する膜質のロバスト性が向上した。
【００４１】
図１１に、結晶質シリコンｉ層製膜時の基板−電極間距離と、非晶質シリコンと結晶質シリコンから構成されるタンデム型太陽電池のモジュール出力（安定化出力）との関係を示す。同図において、横軸は基板−電極間距離、縦軸はモジュール出力（安定化出力）の相対値である。基板単位面積当たりの水素ガス流量に依らず最大モジュール出力（安定化出力）はほぼ同じだった。基準条件に対して基板−電極間距離が広い（非晶質化しやすい）条件、あるいは、基板−電極間距離が狭い（高結晶化しやすい）条件でも、単位面積当たりの水素ガス流量を増加させることで、モジュール出力の低下が抑えられた。このように、単位面積当たりの水素ガス流量が大きくすることにより、基板−電極間距離の変動に対するモジュール出力のロバスト性が向上した。
【００４２】
以上のように、基板単位面積当たりの水素ガス流量を８０ｓｌｍ／ｍ２以上とすれば、シリコンｉ層の結晶性に与える影響を小さくすることができる。また、シリコンｉ層の電池性能に与える影響を略１０％内に小さくすることができる基板−電極間距離は、±０．５ｍｍ以内の変動となる。すなわち、通常の機械的調整可能範囲を許容する。その結果、太陽電池の発電出力を向上させることができる。
【００４３】
図１２に、プラズマ放電電極に投入される電力密度と結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比との関係を示す。同図において、横軸は投入電力密度、縦軸はラマンピーク比である。投入電力密度は、製膜速度が２ｎｍ／ｓを得られる条件を８２．５として、相対値で示している。なお、ガラス基板の大きさは、１．４ｍ×１．１ｍとした。製膜速度は、基準となる中心条件において２ｎｍ／ｓ以上とした。電力密度以外の製膜条件（ガス総流量、基板−電極間距離、基板温度など）は固定した。
投入電力密度が高くなるほどラマンピーク比が大きくなり結晶性が増加する傾向があり、投入電力密度が低くなるほどラマンピーク比が小さく非晶質化しやすい傾向がある。このように、基板単位面積当たりの水素ガス流量を大きくすることで、投入電力密度の変動に対する膜質のロバスト性を向上させることができた。
【００４４】
図１３に、結晶質シリコンｉ層製膜時における電力密度と、非晶質シリコンと結晶質シリコンから構成されるタンデム型太陽電池のモジュール出力（安定化出力）との関係を示す。同図において、横軸は投入電力密度、縦軸はモジュール出力（安定化出力）の相対値である。電力密度の変動に対するモジュール出力のロバスト性も、基板単位面積当りの水素ガス流量が増加するほど向上した。
【００４５】
以上のように、基板単位面積当たりの水素ガス流量を８０ｓｌｍ／ｍ２以上とすれば、シリコンｉ層の結晶性に与える影響を小さくすることができる。また、結晶質シリコンｉ層の電池性能の変化が略１０％内に小さくなるには、投入電力密度が±５％の変動となる。すなわち、プラズマ条件による通常の反射波変動分を許容する。バッチ間あるいはロット間で投入電力密度が変化した場合でも、太陽電池出力の低下を防止できる。このため、高出力の太陽電池を安定して製造可能である。
【００４６】
図１４に、製膜時のガラス基板温度と結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比との関係を示す。同図において、横軸は基板温度、縦軸はラマンピーク比である。なお、ガラス基板の大きさは、１．４ｍ×１．１ｍとした。製膜速度は、基準となる中心条件において２ｎｍ／ｓ以上とした。基板温度以外の製膜条件（ガス総流量、基板−電極間距離、電力密度等）は固定した。
このように、基板単位面積当たりの水素ガス流量を大きくすることで、基板温度の変動に対する膜質のロバスト性を向上させることができた。
【００４７】
図１５に、結晶質シリコンｉ層製膜時の基板温度と、非晶質シリコンと結晶質シリコンから構成されるタンデム型太陽電池のモジュール出力（安定化出力）との関係を示す。同図において、横軸は基板温度、縦軸はモジュール出力（安定化出力）の相対値である。基板温度変動に対するモジュール出力の変化は、ガス総流量、電力密度、基板−電極間距離と比べると緩やかであるが、水素ガス流量を増加させることで、モジュール出力が温度に対してロバストになることが確認できた。
【００４８】
以上のように、基板単位面積当たりの水素ガス流量を８０ｓｌｍ／ｍ２以上とすれば、結晶質シリコンｉ層の電池性能への影響を略１０％内に抑えられるには、基板温度の変化が±１５℃の変動となる。すなわち、大型基板での通常の温度分布分を許容するので、太陽電池の発電出力を向上させることができる。
【００４９】
面積が１ｍ２を超える大面積基板においては、特に基板面内でガス分布、基板−電極間距離の差が発生しやすい。
水素ガス流量５２ｓｌｍ／ｍ２の条件では、図７を参照すると、ガス総流量が設定値から１０％変動すると、ラマンピーク比３．５未満の領域が発生する。また、図１０を参照すると、基板−電極間距離が基準値から僅かでも広がると、ラマンピーク比が３．５未満になる。従って、大面積基板上への結晶質シリコンｉ層を製膜する場合に、水素ガス流量５２ｓｌｍ／ｍ２の条件では、ガス流量や基板−電極間距離の分布に起因して、ラマンピーク比３．５未満の領域、特に高輝度反射領域（ラマンピーク比２．５以下の領域）が発生して、太陽電池モジュール出力が低下しやすい状況である。
【００５０】
これに対し、図７及び図１０から明らかなように、水素ガス流量が８０ｓｌｍ／ｍ２以上、すなわち、従来に水素希釈率４５倍〜５０倍にて選定基準としていた水素ガス流量の１．５倍以上とすれば、ラマンピーク比が低下する条件（ガス総流量が増加する条件、基板−電極間距離が広い条件）でのロバスト性が高いために、ラマンピーク比３．５未満の領域、特に高輝度反射領域の発生を抑制できる。その結果、太陽電池モジュール出力を高く維持することができ、高品質の製品を安定して生産することが可能となるため、歩留りが向上し生産性が向上する。
【００５１】
上記実施形態では、結晶質シリコンｉ層を例に挙げて説明したが、本発明は、結晶質シリコンｐ層、結晶質シリコンｎ層、及び非晶質シリコン層の製膜にも同様に適用可能である。
【００５２】
また、上記実施形態では太陽電池として、タンデム型太陽電池について説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。例えば、アモルファスシリコン太陽電池、微結晶シリコンをはじめとする結晶質シリコン太陽電池、シリコンゲルマニウム太陽電池、また、トリプル型太陽電池などの他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成を表す概略図である。
【図２】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図３】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図４】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図５】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図６】結晶質シリコンｉ層製膜時のガス総流量と結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比との関係を示すグラフである。
【図７】結晶質シリコンｉ層製膜時のガス総流量の変動率と結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比との関係を示すグラフである。
【図８】結晶質シリコンｉ層製膜時のガス総流量と、タンデム型太陽電池のモジュール出力との関係を示すグラフである。
【図９】結晶質シリコンｉ層製膜時のガス総流量の変動率と、タンデム型太陽電池のモジュール出力との関係を示すグラフである。
【図１０】結晶質シリコンｉ層製膜時の基板−電極間距離と結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比との関係を示すグラフである。
【図１１】結晶質シリコンｉ層製膜時の基板−電極間距離と、タンデム型太陽電池のモジュール出力との関係を示すグラフである。
【図１２】結晶質シリコンｉ層製膜時の電力密度と結晶質シリコンi層のラマンピーク比との関係を示すグラフである。
【図１３】結晶質シリコンｉ層製膜時における電力密度と、タンデム型太陽電池のモジュール出力との関係を示すグラフである。
【図１４】結晶質シリコンｉ層製膜時のガラス基板温度と結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比との関係を示すグラフである。
【図１５】結晶質シリコンｉ層製膜時の基板温度と、タンデム型太陽電池のモジュール出力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１  基板
２  透明電極層
３  光電変換層
４  裏面電極層
５  中間コンタクト層
６  太陽電池モジュール
３１  非晶質シリコンｐ層
３２  非晶質シリコンｉ層
３３  非晶質シリコンｎ層
４１  結晶質シリコンｐ層
４２  結晶質シリコンｉ層
４３  結晶質シリコンｎ層
９１  第１セル層
９２  第２セル層
１００  光電変換装置
【図１】
2010114299.tif 000003
【図２】
2010114299.tif 000004
【図３】
2010114299.tif 000005
【図４】
2010114299.tif 000006
【図５】
2010114299.tif 000007
【図６】
2010114299.tif 000008
【図７】
2010114299.tif 000009
【図８】
2010114299.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2010114299.tif 000012
【図１１】
2010114299.tif 000013
【図１２】
2010114299.tif 000014
【図１３】
2010114299.tif 000015
【図１４】
2010114299.tif 000016
【図１５】
2010114299.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月9日(2009.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面積が１ｍ２以上の基板上に、シラン系ガスと水素ガスとを含むガスを原料ガスとするプラズマＣＶＤ法を用いて、前記基板の単位面積当たりの前記水素ガス流量８０ｓｌｍ／ｍ２以上の条件で、シリコン系の光電変換層を形成する工程を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記シラン系ガスの流量に対する前記水素ガスの流量の比とされる水素希釈率は、４０倍以上１５０倍以下であ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】
前記光電変換層を、１．５ｎｍ／ｓ以上で製膜することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記光電変換層を、２ｎｍ／ｓ以上で製膜することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造された光電変換装置であって、
前記基板の面積が１ｍ２以上であり、
前記光電変換層が、結晶質シリコンｉ層を備え、
該結晶質シリコンｉ層が、非晶質シリコン相のラマンピーク強度に対する結晶質シリコン相のラマンピーク強度の比であるラマンピーク比が３．５以上８以下の範囲内である領域を含み、かつ、
前記基板面内での前記ラマンピーク比が２．５以下の範囲内である領域の面積割合が、３％以下であることを特徴とする光電変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
（３）図２（ｃ）
その後、基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セルの直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板１とレーザー光を相対移動して、溝１０を形成するように幅約６ｍｍから１５ｍｍの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
（８）図３（ｃ）と図４（ａ）
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、基板１側から照射する。レーザー光が透明電極層２と光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２が除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板１の端部から５ｍｍから２０ｍｍの位置を、図３（ｃ）に示すように、Ｘ方向絶縁溝１５を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図３（ｃ）では、光電変換層３が直列に接続された方向に切断したＸ方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝１５位置には裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２の膜研磨除去をした周囲膜除去領域１４がある状態（図４（ａ）参照）が表れるべきであるが、基板１の端部への加工の説明の便宜上、この位置にＹ方向断面を表して形成された絶縁溝をＸ方向絶縁溝１５として説明する。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
絶縁溝１５は基板１の端より５ｍｍから１５ｍｍの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール６内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
（１０）図５（ａ）（ｂ）
端子箱２３の取付け部分はバックシート２４に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層で設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セルと、他方端部の太陽電池発電セルとから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱２３の部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール６の全体を覆い、基板１からはみ出さないようにＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等による接着充填材シートを配置する。
ＥＶＡの上に、防水効果の高いバックシート２４を設置する。バックシート２４は本実施形態では防水防湿効果が高いようにＰＥＴシート／Ａｌ箔／ＰＥＴシートの３層構造よりなる。
バックシート２４までを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約１５０〜１６０℃でプレスしながら、ＥＶＡを架橋させて密着させる。