(57)【要約】【課題】非晶質半導体薄膜光電変換層と微結晶半導体薄膜光電変換層とを有する薄膜太陽電池において、光散乱用のテクスチャ構造による良好な光閉じこめ効果を有するとともに該テクスチャ構造に起因した光電変換特性の低下が防止された、高い光電変換効率を有する薄膜太陽電池およびその製造方法を得ること。【解決手段】絶縁性透光基板１上に、透明導電膜からなる第１電極層２と、非晶質半導体膜からなり光電変換を行う第１発電層３と、微結晶質半導体膜からなり光電変換を行う第２発電層４と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、がこの順で積層された薄膜太陽電池であって、前記第１電極層２は、前記第１発電層３側の表面に凹凸形状を有し、前記第１発電層３は、前記第１電極層２の凹凸形状に対応して前記第２発電層４側に凹凸形状が形成され、その凸部の上面が前記絶縁性透光基板１の面内方向と略平行な面とされている。【選択図】        図２−２
2010062302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性透光基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、非晶質半導体膜からなり光電変換を行う第１発電層と、微結晶質半導体膜からなり光電変換を行う第２発電層と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、がこの順で積層された薄膜太陽電池であって、
前記第１電極層は、前記第１発電層側の表面に凹凸形状を有し、
前記第１発電層は、前記第１電極層の凹凸形状に対応して前記第２発電層側に凹凸形状が形成され、その凸部の上面が前記絶縁性透光基板の面内方向と略平行な面とされていること、
を特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記第２発電層を構成する前記微結晶質半導体膜が、前記絶縁性透光基板に垂直な方向に柱状に成長した結晶粒を主として構成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
絶縁性透光基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、非晶質半導体膜からなり光電変換を行う第１発電層と、透明導電膜からなる中間層と、微結晶質半導体膜からなり光電変換を行う第２発電層と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、がこの順で積層された薄膜太陽電池であって、
前記第１電極層は、前記第１発電層側の表面に凹凸形状を有し、
前記第１発電層は、前記第１電極層の凹凸形状に対応した凹凸形状を有し、
前記中間層は、前記第１発電層の凹凸形状に対応して前記第２発電層側に凹凸形状が形成され、その凸部の上面が前記絶縁性透光基板の面内方向と略平行な面とされていること、
を特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記第２発電層を構成する前記微結晶質半導体膜が、前記絶縁性透光基板に垂直な方向に柱状に成長した結晶粒を主として構成されていること、
を特徴とする請求項３に記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
絶縁性透光基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、非晶質半導体膜からなり光電変換を行う第１発電層と、微結晶質半導体膜からなり光電変換を行う第２発電層と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、がこの順で積層された薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記絶縁性透光基板上に、表面に凹凸形状を有する前記第１電極層を形成する第１工程と、
前記第１電極層上に、前記第１発電層を前記第１電極層の表面凹凸形状に対応した凹凸形状に形成する第２工程と、
前記第１発電層上に、犠牲膜を形成する第３工程と、
前記犠牲膜と前記第１発電層とをエッチングバックして前記第１発電層表面の凹凸形状の凸部を露出させるとともに該凸部の先端部を平坦化する第４工程と、
前記犠牲膜を除去する第５工程と、
前記第１発電層上に、前記第２発電層を形成する第６工程と、
前記第２発電層上に、前記第２電極層を形成する第７工程と、
を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記犠牲膜がレジストまたはアクリル樹脂からなり、
前記第４工程では、ハロゲン系ガスまたは前記ハロゲン系ガスに酸素ガスまたはヘリウムガスを混合させたエッチングガスを用いて、前記犠牲膜に対する前記第１発電層のエッチング選択比が１以上の条件で反応性イオンエッチングによりエッチングバックを行うこと、
を特徴とする請求項５に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記犠牲膜の膜厚寸法は、前記第１発電層における凹凸形状の凸部の平均高さ寸法の１倍以上であること、
を特徴とする請求項５に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記第２発電層として、前記絶縁性透光基板に垂直な方向に柱状に成長した結晶粒を主として構成される微結晶質半導体膜を形成すること、
を特徴とする請求項５に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
絶縁性透光基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、非晶質半導体膜からなり光電変換を行う第１発電層と、透明導電膜からなる中間層と、微結晶質半導体膜からなり光電変換を行う第２発電層と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、がこの順で積層された薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記絶縁性透光基板上に、凹凸形状を有する前記第１電極層を形成する第１工程と、
前記第１電極層上に、前記第１発電層を前記第１電極層の表面凹凸形状に対応した凹凸形状に形成する第２工程と、
前記第１発電層上に、前記中間層を前記第１発電層の表面凹凸形状に対応した凹凸形状に凹凸形状に形成する第３工程と、
前記中間層上に、犠牲膜を形成する第４工程と、
前記犠牲膜と前記中間層とをエッチングバックして前記中間層表面の凹凸形状の凸部を露出させるとともに該凸部の先端部を平坦化する第５工程と、
前記犠牲膜を除去する第６工程と、
前記中間層上に、前記第２発電層を形成する第７工程と、
前記第２発電層上に、前記第２電極層を形成する第８工程と、
を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記犠牲膜がレジストまたはアクリル樹脂からなり、
前記第５工程では、ハロゲン系ガスまたは前記ハロゲン系ガスに酸素ガスまたはヘリウムガスを混合させたエッチングガスを用いて、前記犠牲膜に対する前記中間層のエッチング選択比が１以上の条件で反応性イオンエッチングによりエッチングバックを行うこと、
を特徴とする請求項９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記犠牲膜の膜厚寸法は、前記中間層における凹凸形状の凸部の平均高さ寸法の１倍以上であること、
を特徴とする請求項９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記第２発電層として、前記絶縁性透光基板に垂直な方向に柱状に成長した結晶粒を主として構成される微結晶質半導体膜を形成すること、
を特徴とする請求項９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜太陽電池およびその製造方法に関し、特に非晶質（アモルファス）半導体薄膜光電変換層と微結晶半導体薄膜光電変換層を有する薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、単結晶シリコン太陽電池レベルの高く安定した光電変換効率と、アモルファスシリコン太陽電池レベルの大面積化、低コスト化を兼ね備えた太陽電池を実現するために、光電変換層への微結晶シリコンの使用が検討されている。特にアモルファスシリコンを作製する場合と同様の化学的気相成長法（以下、ＣＶＤ法と呼ぶ）による薄膜形成技術を用いて、微結晶シリコン薄膜光電変換層を形成した薄膜太陽電池が注目されている。
【０００３】
しかし、上記の方法により作製された微結晶シリコン薄膜太陽電池の光電変換効率は、アモルファスシリコン太陽電池の光電変換効率と比較して同等レベルでしかない。その大きな要因として、得られた微結晶シリコン薄膜層中の欠陥密度が高いことが挙げられる。この欠陥密度が高い原因として、従来構造では微結晶シリコン層が成膜される表面には、光散乱用のテクスチャ構造として凹凸形状を有する透明導電膜が形成されており、微結晶シリコン層の形成にあたって、その凹凸形状が影響して膜品質を大幅に低下させる、ということがある。すなわち、透明導電膜の凹凸は、その上に形成される微結晶シリコン層に誘起される構造欠陥を増大させ、膜厚方向におけるキャリア輸送特性を劣化させる。
【０００４】
特に太陽電池においては、半導体膜における結晶粒界部がリーク電流の発生経路や光励起キャリアの再結合消滅領域となるため、結晶シリコン薄膜層の結晶粒径が小さいことによる結晶粒界の増加や、成長結晶粒同士の衝突による結晶粒界の生成は、開放電圧特性の低下や曲線因子の低下を招いていた。したがって、結晶質半導体層中の欠陥を低減するためには、結晶質半導体層が成膜される透明導電膜の表面の凹凸をできるだけ小さくすればよいのは明らかである。しかしながら、透明導電膜の表面の凹凸形状には、光の乱反射を生じさせてシリコン膜中における光路長を大きくすることで、光電変換層における光吸収により発生する電流値を増大させる、いわゆる光閉じ込め効果という重要な機能がある。
【０００５】
そこで、光閉じ込め効果と結晶質半導体層の膜品質とを両立させる方法として、透明導電膜の表面の凹凸形状を緩和させることが検討されている。例えば特許文献１には、凹凸を有する受光面側透明電極をエッチングして、凹凸を緩和することが開示されている。また、特許文献２には、凹凸形状を有する透明導電膜の上に、該凹凸形状を緩和するように１ｎｍ〜１０ｎｍの厚みの絶縁膜を形成することが開示されている。また、特許文献３には、非晶質シリコン系薄膜光電変換層の膜厚を厚くすることで凹凸形状を緩和することが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２５２４９９号公報
【特許文献２】特公平５−７４９５１号公報
【特許文献３】特開２００４−２６００１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したように凹凸形状を緩和する技術には、いくつかの問題が存在する。特許文献１の技術では、受光面側透明電極の凹凸形状を緩和させると光閉じ込め効果が弱まるため、光電変換効率の高効率化は望めない。また、特許文献２の技術では、対象が非晶質シリコンであり、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の膜厚では微結晶シリコンの形成に対しては殆ど効果がない。また、特許文献３の技術のように非晶質層を厚くした場合には、入射光が非晶質層により多く吸収され、微結晶シリコン系薄膜光電変換層の短絡電流が大きく低下する、という問題がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、非晶質半導体薄膜光電変換層と微結晶半導体薄膜光電変換層とを有する薄膜太陽電池において、光散乱用のテクスチャ構造による良好な光閉じこめ効果を有するとともに該テクスチャ構造に起因した光電変換特性の低下が防止された、高い光電変換効率を有する薄膜太陽電池およびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池は、絶縁性透光基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、非晶質半導体膜からなり光電変換を行う第１発電層と、微結晶質半導体膜からなり光電変換を行う第２発電層と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、がこの順で積層された薄膜太陽電池であって、前記第１電極層は、前記第１発電層側の表面に凹凸形状を有し、前記第１発電層は、前記第１電極層の凹凸形状に対応して前記第２発電層側に凹凸形状が形成され、その凸部の上面が前記絶縁性透光基板の面内方向と略平行な面とされていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、光電変換層として非晶質半導体薄膜光電変換層と微結晶半導体薄膜光電変換層とを有する薄膜太陽電池において、光閉じ込め効果による光電変換層における光吸収量の増大と、微結晶半導体薄膜光電変換層中の膜厚方向における良好なキャリア輸送特性と、の両立が可能となり、高い光電変換効率を有する薄膜太陽電池を実現することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるタンデム型の薄膜太陽電池である薄膜太陽電池モジュール（以下、モジュールと呼ぶ）１０の概略構成を示す平面図である。図２−１は、モジュール１０の断面構造を説明するための図であり、図１の線分Ａ−Ａ’における要部断面図である。
【００１３】
図１、図２−１に示すように、実施の形態１にかかるモジュール１０は、短冊状（矩形状）のセルＣを複数備え、これらのセルＣが電気的に直列に接続された構造を有する。セルＣは、図２−１に示すように絶縁性透光基板１、絶縁性透光基板１上に形成され第１の電極層となる透明電極層２、透明電極層２上に形成される第１発電層３、第１発電層３上に形成される第２発電層４、第２発電層４上に形成され第２の電極層となる裏面電極層５、を備える。
【００１４】
絶縁性透光基板１上に形成された透明電極層２には、絶縁性透光基板１の短手方向と略平行な方向に延在するとともに絶縁性透光基板１に達するストライプ状の第１の溝Ｇ１が形成されている。この第１の溝Ｇ１の部分に第１発電層３、第２発電層４が埋め込まれることで、透明電極層２が隣接するセルＣに跨るようにセル毎に分離されて形成されている。また、透明電極層２上に形成された第１発電層３および第２発電層４には、第１の溝Ｇ１と異なる箇所において絶縁性透光基板１の短手方向と略平行な方向に延在するとともに透明電極層２に達するストライプ状の第２の溝Ｇ２が形成されている。この第２の溝Ｇ２の部分に裏面電極層５が埋め込まれることで、裏面電極層５が透明電極層２に接続される。そして、該透明電極層２が隣接するセルに跨っているため、裏面電極層５と隣接するセルの透明電極層２とが電気的に接続されている。
【００１５】
また、裏面電極層５、第２発電層４および第１発電層３には、第１の溝Ｇ１および第２の溝Ｇ２とは異なる箇所で、透明電極層２に達するストライプ状の第３の溝Ｇ３が形成されて、各セルＣが分離されている。このように、セルＣの透明電極層２が、隣接するセルＣの裏面電極層５と接続することによって、隣接するセルＣが電気的に直列接続している。
【００１６】
透明電極層２は、アルミニウム（Ａｌ）をドーパントとして含む膜厚１μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜により構成されている。また、透明電極層２は、第１発電層３側の表面に凹凸形状が形成された表面テクスチャ構造を有する。このテクスチャ構造は、入射した太陽光を散乱させ、第１発電層３および第２発電層４での光利用効率を高める機能を有する。
【００１７】
なお、本実施の形態では透明電極層２としてＡｌドーパントしたＺｎＯ膜を用いるが、透明電極層２はこれに限定されることなく、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）から選択した少なくとも１種類以上の元素を用いたＺｎＯ膜またはこれらを積層して形成した透明導電膜であってもよく、光透過性を有している透明導電膜であればよい。また、ＺｎＯ膜以外に、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）の何れかを主成分とする材料からなる膜を使用しても良い。
【００１８】
第１発電層３と第２発電層４は、ＰＮ接合またはＰＩＮ接合を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される。第１発電層３は、非晶質シリコン系薄膜からなる光電変換層であり、図２−２に示すように透明電極層２側からＰ型のアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）６、Ｉ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）７、Ｎ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）８を備え、ｐｉｎ接合を形成している。図２−２は、モジュール１０における透明電極層２と第１発電層３との形状を説明するための断面図である。
【００１９】
透明電極層２の表面は、光散乱用のテクスチャ構造として小さな凸部２ａを有する凹凸形状が形成されている。第１発電層３は、小さな凸部３ａを有し、透明電極層２の表面の凹凸形状に対応した凹凸形状に設けられている。そして、第２発電層４側の表面における凹凸形状の凸部３ａの先端部が平坦化され、該凸部３ａの上面が絶縁性透光基板１の面内方向と略平行な面とされている。すなわち、第１発電層３表面の凹凸形状の高低差は、透明電極層２の表面に形成されている凹凸形状の高低差と比べて緩和されている。
【００２０】
第２発電層４は、微結晶シリコン系薄膜光電変換層であり、第１発電層３側からＰ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、Ｉ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、Ｎ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）を備え（図示せず）、ｐｉｎ接合を形成している。
【００２１】
裏面電極層５は、第１発電層３および第２発電層４と異なる形状・位置でパターニングされている。裏面電極層５は、膜厚２００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）膜により構成されている。なお、本実施の形態では裏面電極層５としてアルミニウム（Ａｌ）膜を形成するが、裏面電極層５はこれに限定されるものではなく、金属電極として高反射率を有する銀（Ａｇ）を用いてもよく、またこれらを積層して形成してもよい。また、シリコンへの金属拡散を防止するために酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の透明導電膜を形成してもよい。
【００２２】
ここで、このような実施の形態１にかかるモジュール１０の動作の概略について説明する。絶縁性透光基板１の裏面（セルＣが形成されていない方の面）から太陽光が入射すると、第１発電層３および第２発電層４で自由キャリアが生成され、電流が発生する。各セルＣで発生した電流は、透明電極層２と裏面電極層５とを介して隣接するセルＣに流れ込み、モジュール１０全体の発電電流を生成する。
【００２３】
このモジュール１０においては、光電変換層が非晶質シリコン系薄膜光電変換層である第１発電層３と微結晶シリコン系薄膜光電変換層である第２発電層４とを積層した多層型薄膜光電変換素子構造のセルＣを有し、各セルＣが電気的に直列に接続されている。このため、薄膜太陽電池としての短絡電流は、各セルＣで発生する電流値のうち最も小さな値で制限される。したがって、各セルＣの電流値は均等であるほど好ましく、さらに電流の絶対値が大きいほど光電変換効率の向上が期待できる。
【００２４】
以上のように構成された実施の形態１にかかる薄膜太陽電池では、透明電極層２の表面は、光散乱用のテクスチャ構造として小さな凸部２ａを有する凹凸形状が形成されている。絶縁性透光基板１側から入射してきた光は、凹凸形状が形成された透明電極層２と第１発電層３との界面で散乱された後に第１発電層３に入射するので、第１発電層３に概ね斜めに入射する。そして、第１発電層３に斜めに光が入射することにより、光の実質的な光路が延びて発電層における光の吸収量が増大するため、薄膜太陽電池の光電変換特性が向上して出力電流が増加する。これにより、良好な光拡散効果を有する、変換効率に優れた薄膜太陽電池が実現されている。
【００２５】
また、以上のような実施の形態１にかかる薄膜太陽電池によれば、第１発電層３表面の凸部３ａの先端部が平坦化されており、第１発電層３表面の凹凸形状が緩和されているため、第１発電層３表面の凹凸形状が第２発電層４の微結晶半導体膜の結晶成長に及ぼす影響が抑制され、光散乱用のテクスチャ構造に起因した微結晶半導体膜中の構造欠陥を減少させることができる。これにより、第２発電層４の微結晶半導体膜は欠陥の少ない良好な膜質を有し、微結晶半導体膜中の構造欠陥による膜厚方向に対するキャリア輸送特性の劣化を低減することができる。
【００２６】
そして、非晶質シリコン系薄膜である第１発電層３の膜厚を薄くした場合においても、その上に積層する第２発電層４の微結晶シリコン系薄膜は欠陥の少ない良好な膜質を有するため、セルＣの電流値の制御を非晶質シリコン系薄膜である第１発電層３の膜厚により制御することが容易となり、制御性に優れた薄膜太陽電池が実現できる。
【００２７】
したがって、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池によれば、光散乱用のテクスチャ構造の光閉じ込め効果による光電変換層における光吸収量の増大と、微結晶半導体薄膜光電変換層中の膜厚方向に対する良好なキャリア輸送特性と、を両立した高い光電変換効率を有する薄膜太陽電池が実現されている。
【００２８】
なお、上記においては第１発電層３に非晶質シリコンを使用する場合について説明したが、非晶質シリコンゲルマニウムや非晶質シリコンカーバイド等の非晶質シリコン系の半導体膜からなるｐｉｎ構造の第１発電層３と、シリコンゲルマニウムやシリコンカーバイド等の結晶質シリコン系の半導体膜からなるｐｉｎ構造の第２発電層４と、を積層したタンデム型のモジュール１０とすることもできる。発電層をこのようなｐｉｎ構造とすることにより良好な出力特性が得られる。
【００２９】
つぎに、上記のように構成された実施の形態１にかかるモジュール１０の製造方法について説明する。図３−１〜図３−８は、実施の形態１にかかるモジュール１０の製造工程を説明するための断面図であり、図１の線分Ａ−Ａ’に対応する断面図である。
【００３０】
はじめに絶縁性透光基板１を準備する。絶縁性透光基板１としては、例えば平板状のガラス基板を用いる（以下ガラス基板１と記載）。本実施の形態では、ガラス基板１として無アルカリガラス基板を用いた場合について説明する。また、ガラス基板１として安価な青板ガラス基板を用いてもよいが、この場合には基板からのアルカリ成分の拡散を防止するためにプラズマ化学気相成長（ＰＣＶＤ）法によりアンダーコート層としてＳｉＯ２膜を１００ｎｍ程度の膜厚で形成するのがよい。
【００３１】
次に、ガラス基板１の一面側に、第１の電極層となる透明電極層２を形成する（図３−１）。透明電極層２としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）をドーパントとして含む膜厚１μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜をＤＣスパッタリング法で堆積形成する。
【００３２】
なお、本実施の形態では透明電極層２としてＡｌドーパントしたＺｎＯ膜を用いるが、透明電極層２はこれに限定されることなく、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）から選択した少なくとも１種類以上の元素を用いたＺｎＯ膜またはこれらを積層して形成した透明導電膜であってもよく、光透過性を有している透明導電膜であればよい。また、ＺｎＯ膜以外に、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）の何れかを主成分とする材料からなる膜を使用しても良い。
【００３３】
また、上記においてはＤＣスパッタリング法により透明電極層２を形成する場合について説明したが、透明電極層２の形成方法はこれに限定されるものではなく、真空蒸着法、イオンプレーティング法などの物理的方法や、スプレー法、ディップ法、ＣＶＤ法などの化学的方法を用いても良い。
【００３４】
その後、透明電極層２を形成したガラス基板１を、例えば１％の塩酸（ＨＣｌ）水溶液中に３０秒間程度浸した後、１分間以上の純水洗浄を行い、乾燥させる。このエッチング処理により、透明電極層２の表面を粗面化して、透明電極層２の表面に小さな凸部２ａを形成する（図３−２）。これにより、透明電極層２の表面に例えば平均深さが１００ｎｍ以上の凹凸形状が形成される。ただし、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明電極層２をＣＶＤ法により形成した場合には自己組織的に透明電極層２の表面に凹凸が形成されるため、希塩酸を用いたエッチングによる凹凸の形成は必要ない。
【００３５】
次に、透明電極層２の一部を絶縁性透光基板１の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、透明電極層２を短冊状にパターニングし、複数の透明電極層２に分離する（図３−２）。透明電極層２のパターニングは、レーザスクライブ法により、絶縁性透光基板１の短手方向と略平行な方向に延在して絶縁性透光基板１に達するストライプ状の第１の溝Ｇ１を形成することで行う。なお、このようにガラス基板１上に基板面内で互いに分離された複数の透明電極層２を得るには、写真製版などで形成したレジストマスクを用いてエッチングする方法や、メタルマスクを用いた蒸着法などの方法でも可能である。
【００３６】
次に、第１の溝Ｇ１を含む透明電極層２上に第１発電層３をプラズマＣＶＤ法により形成する。本実施の形態では、第１発電層３として、透明電極層２側からＰ型のアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）６、Ｉ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）７、Ｎ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）８を順次形成する（図３−３）。ここで、第１発電層３は透明電極層２の表面形状に対応して形成されるため、第１発電層３の表面には透明電極層２の表面形状に起因した凸部３ａを有する凹凸形状が形成される。
【００３７】
次に、このようにして積層された第１発電層３上に、後述するエッチングにおいて犠牲膜となるコート膜９を形成する（図３−４）。コート膜９の高さは、コート膜９の表面が凸部３ａの高さＨを上回る程度とすることが好ましく、コート膜９の膜厚寸法は、第１発電層３における凹凸形状の凸部３ａの平均高さ寸法の１倍以上とすることが好ましい。コート膜９の膜厚寸法をこのような寸法とすることにより、エッチングバック後の突起の最大高さと最小値高さの差を小さく加工することができる。このコート膜の膜厚は、凸部の高さを覆う範囲で薄い方が突起の平坦化に有効であり、形成後の膜厚均一性も向上する。ここで、凸部３ａの高さＨは、０．０１〜１μｍ、より好ましくは０．１〜０．５μｍの範囲が好ましい。この凸部３ａの高さＨは、凸部山頂から凹部谷底までの高さを基準とした高さである。凸部３ａの平均高さ寸法は、原子間力顕微鏡により１０μｍ２にわたって表面凹凸形状の測定により得られた表面形状波形から求めた値からなり、日本工業規格ＪＩＳＢ0602−1994で規定された表面凹凸の算術平均値Ｒａを平均高さ寸法として算出した高さである。コート膜９の材料としては、例えばレジストを用いることができる。レジストは粘性が比較的小さいため、第１発電層３の表面を平坦に覆うことができる。
【００３８】
次に、平行平板型反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive  Ion  Etching）法を用いたエッチングを行い、第１発電層３の凸部３ａの一部とコート膜９と、詳しくはＮ型のａ−Ｓｉ膜８とＩ型のａ−Ｓｉ膜７との一部と、コート膜９とをエッチングバックする（図３−５）。この際、コート膜９と、第１発電層３の凸部３ａと、が同一のエッチング速度でエッチングされるようにエッチング条件を調節する。詳しくは、コート膜９と、Ｎ型のａ−Ｓｉ膜８と、Ｉ型のａ−Ｓｉ膜７と、が同一のエッチング速度でエッチングされるようにエッチング条件を調節する。このように各部のエッチング速度を同一とすることにより、各部のエッチング後の高さを略均一にすることができる。
【００３９】
また、コート膜９と第１発電層３とのエッチング速度が同一でなくても、例えばコート膜９に対する第１発電層３のエッチング選択比が１以上の条件となるようにエッチング条件を調節することが好ましい。このような条件に調節することにより、第１発電層３の凸部３ａが平坦化される前にコート膜９がエッチングされて無くなることを防止して凸部３ａをエッチングバックすることができる。
【００４０】
そして、凸部３ａの先端部が概ねエッチングされて凸部３ａの先端部が平坦化されるとともに凸部３ａの上面において所望の平坦度が得られ、コート膜９が表面に適度に残っている時点でエッチングを終了する。これにより、凸部３ａの上面は、絶縁性透光基板１の面内方向と略平行な面とされる。上述したように各部を同一のエッチング速度でエッチングすることにより各部のエッチング後の高さを略均一にすることができ、第１発電層３の凸部３ａの上部を除去して、凸部３ａの上面を容易且つ確実に平坦化することができる。これにより、凸部３ａの上面においてはＮ型のａ−Ｓｉ膜８とＩ型のａ−Ｓｉ膜７とからなる平坦な面が得られる。
【００４１】
本実施の形態では、エッチング方法として平行平板型ＲＩＥ法を使用し、コート膜９としてレジストを採用した。レジストを平行平板型ＲＩＥ法によりエッチングする場合、使用するエッチングガスにおけるフッ素系ガスと酸素ガスとの供給ガス比を調整することにより、レジストとシリコン薄膜とのエッチング速度を容易に調整することが可能であるため制御性が良い。このときのエッチングガスとしては、例えば四フッ化メタン（ＣＦ４）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）、八フッ化プロパン（Ｃ３Ｆ８）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）など、ハロゲンを含むハロゲン系ガス単体、及びこのガスに酸素（Ｏ２）またはヘリウム（Ｈｅ）を混合したエッチングガスを用いることが可能である。
【００４２】
本実施の形態では、レジストと非晶質シリコンとを同一のエッチング速度でエッチングするために、ＣＦ４とＨｅとを混合させたエッチングガスによりエッチングを行なう。そしてエッチング後、表面に残存するコート膜９（レジスト）を、例えば酸素プラズマ処理や薬液処理により別途除去する（図３−６）。
【００４３】
次に、第１発電層３上に第２発電層４をＰＣＶＤ法により形成する（図３−７）。本実施の形態では、第２発電層４として、第１発電層３側からＰ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、Ｉ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、Ｎ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）を順次形成する（図示せず）。なお、本実施の形態では、コート膜９（レジスト）除去後に第２発電層４を形成するが、第２発電層４を形成する前に、Ｉ型のａ−Ｓｉ膜７からなる平坦な面をＰＩＮ接合とするために、Ｎ型のａ−Ｓｉ膜またはＮ型のμｃ−Ｓｉ膜を３０ｎｍ以下程度形成してもよい。また、第１発電層３と第２発電層４との間に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）等の透光性を有する導電膜からなる中間層を形成しても良い。
【００４４】
そして、このようにして積層形成された半導体層（第１発電層３、第２発電層４）に、透明電極層２と同様にレーザスクライブによってパターニングを施す。すなわち、半導体層（第１発電層３、第２発電層４）の一部を絶縁性透光基板１の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、半導体層（第１発電層３、第２発電層４）を短冊状にパターニングし、分離する。半導体層（第１発電層３、第２発電層４）のパターニングは、レーザスクライブ法により、第１の溝Ｇ１と異なる箇所に、絶縁性透光基板１の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層２に達するストライプ状の第２の溝Ｇ２を形成することで行う。
【００４５】
次に、第２発電層４上に第２の電極層となる裏面電極層５をスパッタリング法により形成する（図３−８）。裏面電極層５としては、例えば膜厚２００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）膜をスパッタリング法で堆積形成する。本実施の形態では裏面電極層５として膜厚２００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）膜を形成するが、裏面電極層５はこれに限定されるものではなく、金属電極として高反射率を有する銀（Ａｇ）を用いてもよく、またこれらを積層して形成してもよい。また、シリコンへの金属拡散を防止するために酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の透明導電膜を形成してもよい。
【００４６】
裏面電極層５の形成後、裏面電極層５および半導体層（第１発電層３、第２発電層４）の一部を絶縁性透光基板１の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、金属層および半導体層（第１発電層３、第２発電層４）を短冊状にパターニングして複数のセルＣに分離する。金属層および半導体層（第１発電層３、第２発電層４）のパターニングは、レーザスクライブ法により、第１の溝Ｇ１および第２の溝Ｇ２とは異なる箇所に、絶縁性透光基板１の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層２に達するストライプ状の第３の溝Ｇ３を形成することで行う。なお、反射率の高い裏面電極層５にレーザを直接吸収させるのは困難なので、半導体層（第１発電層３、第２発電層４）にレーザ光エネルギーを吸収させて、半導体層（第１発電層３、第２発電層４）とともに金属層を局所的に吹き飛ばすことによって複数のセルＣに対応させて分離される。以上により、図２−１に示すようなセルＣを有するモジュール１０が形成される。
【００４７】
上述した実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法により作製した薄膜太陽電池に対して、ソーラーシミュレーターを用いてそれぞれ、ＡＭ（エア・マス）１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ２の光量で基板側から入射して短絡電流（ｍＡ／ｃｍ２）を測定し、太陽電池としての特性を評価した。その結果、開放電圧が１．３５Ｖ、短絡電流が１２．５ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子が０．７４、そして光電変換効率が１２．５％であり、良好な出力特性が得られていることが確認された。
【００４８】
また、μｃ−Ｓｉ膜層の結晶性を定量的に調べるために、上記の製造プロセスにおいて第２発電層４として、Ｐ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、Ｉ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）まで形成したものについてＸ線回折を行ったところ、（２２０）Ｘ線回折ピークの積分強度Ｉ２２０と（１１１）Ｘ線回折ピークの積分強度Ｉ１１１の比Ｉ２２０／Ｉ１１１とが４．０であり、μｃ−Ｓｉ膜層が基板に垂直な方向に柱状に成長した結晶粒により主として構成されていることが解った。このような構造を有することにより、結晶質半導体層中の欠陥が低減されることによる膜厚方向に対する良好なキャリア輸送が可能となり、高い光電変換効率を得られる。
【００４９】
以上のような実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、透明電極層２の表面に、光散乱用のテクスチャ構造として小さな凸部２ａを有する凹凸形状を形成する。絶縁性透光基板１側から入射してきた光は、凹凸形状が形成された透明電極層２と第１発電層３との界面で散乱された後に第１発電層３に入射し、第１発電層３に概ね斜めに入射する。そして、第１発電層３に斜めに光が入射することにより、光の実質的な光路が延びて発電層における光の吸収量が増大するため、薄膜太陽電池の光電変換特性が向上して出力電流が増加する。したがって、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、良好な光拡散効果を有する、変換効率に優れた薄膜太陽電池を作製することができる。
【００５０】
また、以上のような実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、第１発電層３表面の凸部３ａの先端部を平坦化し、第１発電層３表面の凹凸形状を緩和するため、第１発電層３表面の凹凸形状が第２発電層４の微結晶半導体膜の結晶成長に及ぼす影響を抑制して、光散乱用のテクスチャ構造に起因した微結晶半導体膜中の構造欠陥を減少させることができる。これにより、第２発電層４として良好な膜質を有する微結晶半導体膜を形成することができ、微結晶半導体膜中の構造欠陥による膜厚方向に対するキャリア輸送特性の劣化を低減することができる。
【００５１】
そして、非晶質シリコン系薄膜である第１発電層３の膜厚を薄くした場合においても、その上に積層する第２発電層４の微結晶シリコン系薄膜は欠陥の少ない良好な膜質を有するため、セルＣの電流値の制御を非晶質シリコン系薄膜である第１発電層３の膜厚により制御することが容易となり、制御性に優れた薄膜太陽電池を作製することができる。
【００５２】
したがって、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、光散乱用のテクスチャ構造の光閉じ込め効果による光電変換層における光吸収量の増大と、微結晶半導体薄膜光電変換層中の膜厚方向に対する良好なキャリア輸送特性と、を両立した高い光電変換効率を有する薄膜太陽電池を作製することができる。
【００５３】
実施の形態２．
実施の形態１ではコート膜９と第１発電層３とをエッチングバックすることにより第２発電層４に接する凹凸形状を緩和する場合について説明したが、第２発電層４に接する凹凸形状を緩和する方法はこれに限定されるものではない。実施の形態２では、第１発電層３上に中間層を形成した後、中間層の凹凸形状を緩和することにより第２発電層４に接する凹凸形状を緩和する場合について説明する。
【００５４】
本発明の実施の形態２にかかるタンデム型の薄膜太陽電池である薄膜太陽電池モジュール（以下、モジュールと呼ぶ）２０の概略構成は、実施の形態１にかかるモジュール１０（図１）と同じである。図４−１は、モジュール２０の断面構造を説明するための図であり、図１の線分Ａ−Ａ’における要部断面図である。
【００５５】
図１、図４−１に示すように、実施の形態２にかかるモジュール２０は、短冊状（矩形状）のセルＣを複数備え、これらのセルＣが直列に接続された構造を有する。セルＣは、図４−１に示すように絶縁性透光基板１、絶縁性透光基板１上に形成され第１の電極層となる透明電極層２、透明電極層２上に形成される第１発電層２３、第１発電層２３上に形成される中間層１２、中間層１２上に形成される第２発電層４、第２発電層４上に形成され第２の電極層となる裏面電極層５、を備える。なお、実施の形態１にかかるモジュール１０と同じ部材については、同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。
【００５６】
中間層１２は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）等の透光性を有する導電膜からなる。
【００５７】
図４−２は、モジュール２０における透明電極層２と第１発電層２３と中間層１２との形状を説明するための図である。透明電極層２の表面は、小さな凸部２ａを有する凹凸形状とされている。第１発電層２３は、小さな凸部２３ａを有し、透明電極層２の表面の凹凸形状に対応した凹凸形状に設けられている。
【００５８】
中間層１２は、小さな凸部１２ａを有し、第１発電層２３の表面の凹凸形状に対応した凹凸形状に設けられている。そして、第２発電層４側の表面における凹凸形状の凸部１２ａの先端部が平坦化され、該凸部１２ａの上面が絶縁性透光基板１の面内方向と略平行な面とされている。すなわち、中間層１２表面の凹凸形状の高低差は、透明電極層２および第１発電層２３の表面に形成されている凹凸形状の高低差と比べて緩和されている。
【００５９】
以上のように構成された実施の形態２にかかる薄膜太陽電池によれば、透明電極層２の表面は、光散乱用のテクスチャ構造として小さな凸部２ａを有する凹凸形状が形成されている。絶縁性透光基板１側から入射してきた光は、凹凸形状が形成された透明電極層２と第１発電層３との界面で散乱された後に第１発電層３に入射するので、第１発電層３に概ね斜めに入射する。そして、第１発電層３に斜めに光が入射することにより、光の実質的な光路が延びて発電層における光の吸収量が増大するため、薄膜太陽電池の光電変換特性が向上して出力電流が増加する。これにより、良好な光拡散効果を有する、変換効率に優れた薄膜太陽電池が実現されている。
【００６０】
また、以上のような実施の形態２にかかる薄膜太陽電池によれば、中間層１２表面の凸部１２ａの先端部が平坦化されており、中間層１２表面の凹凸形状が緩和されているため、中間層１２表面の凹凸形状が第２発電層４の微結晶半導体膜の結晶成長に及ぼす影響が抑制され、光散乱用のテクスチャ構造に起因した微結晶半導体膜中の構造欠陥を減少させることができる。これにより、第２発電層４の微結晶半導体膜は欠陥の少ない良好な膜質を有し、微結晶半導体膜中の構造欠陥による膜厚方向に対するキャリア輸送特性の劣化を低減することができる。
【００６１】
そして、非晶質シリコン系薄膜である第１発電層３の膜厚を薄くした場合においても、中間層１２を介してその上に積層する第２発電層４の微結晶シリコン系薄膜は欠陥の少ない良好な膜質を有するため、セルＣの電流値の制御を非晶質シリコン系薄膜である第１発電層３の膜厚により制御することが容易となり、制御性に優れた薄膜太陽電池が実現できる。
【００６２】
また、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池によれば、中間層１２により入射光の一部が反射し、中間層１２よりも光入射側に位置する発電層である第１発電層３内での光吸収量が増加するため、第１発電層３で発生する電流を増加させることができる。そして、光閉じ込め効果と非晶質シリコン系薄膜光電変換層の結晶性の改善により、同一の電流値を得るために必要な非晶質シリコン系薄膜の膜厚を薄くできることから、非晶質シリコン系薄膜の膜厚増加に応じて顕著となる光劣化による光電変換の特性低下を抑制することが可能となり、信頼性の高い薄膜太陽電池が実現されている。
【００６３】
したがって、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池によれば、光散乱用のテクスチャ構造の光閉じ込め効果による光電変換層における光吸収量の増大と、微結晶半導体薄膜光電変換層中の膜厚方向に対する良好なキャリア輸送特性と、を両立した高い光電変換効率を有するとともに信頼性の高い薄膜太陽電池が実現されている。
【００６４】
つぎに、上記のように構成された実施の形態２にかかるモジュール２０の製造方法について説明する。図５−１〜図５−５は、実施の形態２にかかるモジュール２０の製造工程を説明するための断面図であり、図１の線分Ａ−Ａ’に対応する断面図である。なお、実施の形態１と同様の工程については詳細な説明を省略する。
【００６５】
はじめに絶縁性透光基板１として平板状のガラス基板１を用意する。次に、ガラス基板１の表面に、テクスチャ構造を有する透明電極層２を形成する。透明電極層２としては、フッ素を有するドープド酸化錫（ＳｎＯ２：Ｆ）からなり、表面に凸部２ａを有する透明導電性膜を形成する。そして、透明電極層２の一部を絶縁性透光基板１の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、透明電極層２を短冊状にパターニングし、複数の透明電極層２に分離する。
【００６６】
次に、透明電極層２上に第１発電層２３をプラズマＣＶＤ法により形成する（図５−１）。本実施の形態では、第１発電層２３として透明電極層２側からＰ型のアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）６、バッファ層１３、Ｉ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）７、Ｎ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）８を順次形成する。ここで、第１発電層２３は透明電極層２の表面形状に対応して形成されるため、第１発電層２３の表面には透明電極層２の表面形状に起因した凸部２３ａを有する凹凸形状が形成される。
【００６７】
その後、中間層１２として酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜を形成する（図５−２）。ここで、中間層１２は第１発電層２３の表面形状に対応して形成されるため、中間層１２の表面には第１発電層２３の表面形状に起因した凸部１２ａを有する凹凸形状が形成される。
【００６８】
次に、このように積層された中間層１２上に、後述するエッチングにおいて犠牲膜となるコート膜１４を形成する（図５−３）。コート膜１４の高さは、コート膜１４の表面が凸部１２ａの高さＨ′を上回る程度とすることが好ましく、コート膜１４の膜厚寸法は、中間層１２における凹凸形状の凸部１２ａの平均高さ寸法の１倍以上とすることが好ましい。コート膜１４の膜厚寸法をこのような寸法とすることにより、エッチングバック後の突起の最大高さと最小値高さの差を小さく加工することができる。このコート膜の膜厚は、凸部の高さを覆う範囲で薄い方が突起の平坦化に有効であり、形成後の膜厚均一性も向上する。ここで、凸部１２ａの高さＨは、０．０１〜１μｍ、より好ましくは０．１〜０．５μｍの範囲が好ましい。この凸部１２ａの高さＨは、凸部山頂から凹部谷底までの高さ基準とした高さである。凸部１２ａの平均高さ寸法は、原子間力顕微鏡により１０μｍ２にわたって表面凹凸形状の測定により得られた表面形状波形から求めた値からなり、日本工業規格ＪＩＳＢ0602−1994で規定された表面凹凸の算術平均値Ｒａを平均高さ寸法として算出した高さである。コート膜１４の材料としては、例えばアクリル樹脂を用いる。
【００６９】
次に、平行平板型反応性ＲＩＥ法を用いたエッチングを行い、中間層１２の一部とコート膜１４とをエッチングバックする（図５−４）。この際、コート膜１４と、中間層１２の凸部１２ａと、が同一のエッチング速度でエッチングされるようにエッチング条件を調節する。このように各部のエッチング速度を同一とすることにより、各部のエッチング後の高さを略均一にすることができる。
【００７０】
また、コート膜１４と中間層１２のエッチング速度が同一でなくても、例えばコート膜１４に対する中間層１２のエッチング選択比が１以上の条件となるようにエッチング条件を調節することが好ましい。このような条件に調節することにより、中間層の凸部１２ａが平坦化される前にコート膜１４がエッチングされて無くなることを防止して凸部１２ａをエッチングバックすることができる。
【００７１】
エッチングガスとしては、四フッ化メタン（ＣＦ４）と酸素（Ｏ２）の混合エッチングガスを用いることが可能である。また、この他に、例えば四フッ化メタン（ＣＦ４）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、六フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）、八フッ化プロパン（Ｃ３Ｆ８）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）など、ハロゲンを含むハロゲン系ガス単体、及びこのガスに酸素（Ｏ２）またはヘリウム（Ｈｅ）を混合したエッチングガスを用いることが可能である。
【００７２】
そして、凸部１２ａの先端部が概ねエッチングされて凸部１２ａの先端部が平坦化されるとともに凸部１２ａの上面において所望の平坦度が得られ、コート膜１４が表面に適度に残っている時点でエッチングを終了する。これにより、凸部１２ａの上面は、絶縁性透光基板１の面内方向と略平行な面とされる。上述したように各部を同一のエッチング速度でエッチングすることにより各部のエッチング後の高さを略均一にすることができ、中間層１２の凸部１２ａの上部を除去して、凸部１２ａの上面を容易且つ確実に平坦化することができる。これによりコート膜１４と中間層１２とからなる平坦な面が得られる。エッチング後、表面に残存するコート膜１４を、例えば酸素プラズマ処理や薬液処理により別途除去する。
【００７３】
次に、中間層１２上に第２発電層４をＰＣＶＤ法により形成する。本実施の形態では、第２発電層４として、第１発電層３側からＰ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、Ｉ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、Ｎ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）を順次形成する（図示せず）。
【００７４】
そして、このようにして積層形成された第１発電層３、中間層１２、第２発電層４の一部を、実施の形態１と同様に絶縁性透光基板１の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、短冊状にパターニングし、分離する。
【００７５】
次に、第２発電層４上に第２の電極層となる裏面電極層５をスパッタリング法により形成する（図５−５）。裏面電極層５としては、例えば第２発電層４側から膜厚１００ｎｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜、膜厚１００ｎｍの銀（Ａｇ）膜、膜厚３００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）膜を形成する。
【００７６】
裏面電極層５の形成後、実施の形態１と同様に裏面電極層５および第１発電層３、中間層１２、第２発電層４の一部を絶縁性透光基板１の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、短冊状にパターニングして複数のセルＣに分離する。以上により、図４−１に示すようなセルＣを有するモジュール２０が形成される。
【００７７】
上述した実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造方法により作製した薄膜太陽電池に対して、ソーラーシミュレーターを用いてそれぞれ、ＡＭ（エア・マス）１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ２の光量で基板側から入射して短絡電流（ｍＡ／ｃｍ２）を測定し、太陽電池としての特性を評価した。その結果、開放電圧が１．３５Ｖ、短絡電流が１２．５ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子が０．７４、そして光電変換効率が１２．５％であり、良好な出力特性が得られていることが確認された。
【００７８】
また、μｃ−Ｓｉ膜層の結晶性を定量的に調べるために、上記の製造プロセスにおいてで第２発電層４として、Ｐ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、Ｉ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）まで形成したものについてＸ線回折を行ったところ、（２２０）Ｘ線回折ピークの積分強度Ｉ２２０と（１１１）Ｘ線回折ピークの積分強度Ｉ１１１の比Ｉ２２０／Ｉ１１１とが４．０であり、μｃ−Ｓｉ膜層が基板に垂直な方向に柱状に成長した結晶粒により主として構成されていることが解った。このような構造を有することにより、結晶質半導体層中の欠陥が低減されることによる膜厚方向に対する良好なキャリア輸送が可能となり、高い光電変換効率を得られる。
【００７９】
以上のような実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、透明電極層２の表面は、光散乱用のテクスチャ構造として小さな凸部２ａを有する凹凸形状を形成する。絶縁性透光基板１側から入射してきた光は、凹凸形状が形成された透明電極層２と第１発電層３との界面で散乱された後に第１発電層３に入射し、第１発電層３に概ね斜めに入射する。そして、第１発電層３に斜めに光が入射することにより、光の実質的な光路が延びて発電層における光の吸収量が増大するため、薄膜太陽電池の光電変換特性が向上して出力電流が増加する。したがって、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、良好な光拡散効果を有する、変換効率に優れた薄膜太陽電池を作製することができる。
【００８０】
また、以上のような実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、中間層１２表面の凸部１２ａの先端部を平坦化し、中間層１２表面の凹凸形状を緩和するため、中間層１２表面の凹凸形状が第２発電層４の微結晶半導体膜の結晶成長に及ぼす影響を抑制して、光散乱用のテクスチャ構造に起因した微結晶半導体膜中の構造欠陥を減少させることができる。これにより、第２発電層４として良好な膜質を有する微結晶半導体膜を形成することができ、微結晶半導体膜中の構造欠陥による膜厚方向に対するキャリア輸送特性の劣化を低減することができる。
【００８１】
そして、非晶質シリコン系薄膜である第１発電層３の膜厚を薄くした場合においても、中間層１２を介してその上に積層する第２発電層４の微結晶シリコン系薄膜は欠陥の少ない良好な膜質を有するため、セルＣの電流値の制御を非晶質シリコン系薄膜である第１発電層３の膜厚により制御することが容易となり、制御性に優れた薄膜太陽電池を作製することができる。
【００８２】
また、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、中間層１２を設けることにより該中間層１２により入射光の一部が反射し、中間層１２よりも光入射側に位置する発電層である第１発電層３内での光吸収量が増加するため、第１発電層３で発生する電流を増加させることができる。そして、光閉じ込め効果と非晶質シリコン系薄膜光電変換層の結晶性の改善により、同一の電流値を得るために必要な非晶質シリコン系薄膜の膜厚を薄くできることから、非晶質シリコン系薄膜の膜厚増加に応じて顕著となる光劣化による光電変換の特性低下を抑制することが可能となり、信頼性の高い薄膜太陽電池を作製することできる。
【００８３】
したがって、実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、光散乱用のテクスチャ構造の光閉じ込め効果による光電変換層における光吸収量の増大と、微結晶半導体薄膜光電変換層中の膜厚方向に対する良好なキャリア輸送特性と、を両立した高い光電変換効率を有するとともに信頼性の高い薄膜太陽電池を作製することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池は、光電変換層に微結晶半導体薄膜を用いた薄膜太陽電池における高い光電変換効率の実現に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１、２にかかる薄膜太陽電池の概略構成を示す平面図である。
【図２−１】本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の断面構造を説明するための図であり、図１の線分Ａ−Ａ’における要部断面図である。
【図２−２】本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池における透明導電膜と第１発電層との形状を説明するための断面図である。
【図３−１】本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−２】本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−３】本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−４】本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−５】本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−６】本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−７】本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−８】本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図４−１】本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の断面構造を説明するための図であり、図１の線分Ａ−Ａ’における要部断面図である。
【図４−２】本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池における透明導電膜と第１発電層との形状を説明するための断面図である。
【図５−１】本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図５−２】本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図５−３】本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図５−４】本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図５−５】本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  絶縁性透光基板（ガラス基板）
２  透明電極層
２ａ  凸部
３  第１発電層
３ａ  凸部
４  第２発電層
５  裏面電極層
６  Ｐ型のアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）
７  Ｉ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）
８  Ｎ型のアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）
９  コート膜
１０  薄膜太陽電池モジュール（モジュール）
１２  中間層
１２ａ  凸部
１３  バッファ層
１４  コート膜
２０  薄膜太陽電池モジュール（モジュール）
２３  第１発電層
２３ａ  凸部
Ｃ  セル
Ｇ１  第１の溝
Ｇ２  第２の溝
Ｇ３  第３の溝
【図１】
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【図２−１】
2010062302.tif 000004
【図２−２】
2010062302.tif 000005
【図３−１】
2010062302.tif 000006
【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図３−５】
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【図３−６】
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【図３−７】
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【図３−８】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図５−４】
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【図５−５】
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