(57)【要約】  集積型薄膜太陽電池において、透明絶縁基板（１１）上に順次積層された透明電極層（１２）、１以上の光電変換ユニットを含む半導体層（２０）、および裏面電極層（４）が、複数の光電変換セルを形成するように直線状で互いに平行な複数の透明電極層分離溝（９０３）、半導体層分離溝（９０５）、および裏面電極層分離溝（９０４０）によってそれぞれ分割され、かつそれらの複数の光電変換セルが半導体層分離溝を介して互いに電気的に直列接続されており、透明電極層が低温で層形成可能な透明導電材料からなり、透明電極層分離溝、半導体層分離溝、および裏面電極層分離溝の少なくとも一部は所定ピッチで形成された実質的に同形状のピットのつながりによって構成されており、各ピットにおいて溝の幅方向の最大長Ｗが溝の長手方向の最大長Ｌより大きい。
2008149835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明絶縁基板（１１）上に順次積層された透明電極層（１２）、１以上光電変換ユニット（２、３）を含む半導体層（２０）、および裏面電極層（４）が、複数の光電変換セルを形成するように直線状で互いに平行な複数本の透明電極層分離溝（９０３）、半導体層分離溝（９０５）、および裏面電極層分離溝（９０４０）によってそれぞれ分割され、かつそれらの複数の光電変換セルが前記半導体層分離溝を介して互いに電気的に直列接続されている集積型薄膜太陽電池であって、
前記透明電極層分離溝、前記半導体層分離溝、および前記裏面電極層分離溝の少なくとも一部は所定ピッチで形成された実質的に同形状のピット（９０３１、９０５１、９０４３、９０４５）のつながりによって構成されており、各前記ピットにおいて前記溝の幅方向の最大長Ｗが前記溝の長手方向の最大長Ｌより大きく、
前記透明電極層は、前記裏面電極層を切断し得る最小エネルギ密度の３倍以上のエネルギ密度を有するレーザビームで裏面電極層分離溝に含まれるピットを形成した場合に、そのピット内において裏面電極側から白色光を照射して光学顕微鏡で観察され得る暗色の変色部が形成される透明導電材料で形成されていることを特徴とする集積型薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記透明電極層が酸化亜鉛で形成されていることを特徴とする請求の範囲１に記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項３】
Ｗ／Ｌが１．２５以上７．２以下の範囲内にあることを特徴とする請求の範囲１または２に記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項４】
隣り合う前記ピットが前記溝の長手方向に重なる最大長ｄは、Ｌの６％以上３３％以下の範囲内にあることを特徴とする請求の範囲１から３のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項５】
各前記ピットの平面形状が楕円状であることを特徴とする請求の範囲１から４のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項６】
各前記ピットの平面積が３×１０-10ｍ2以上４×１０-8ｍ2以下の範囲内にあることを特徴とする請求の範囲１から５のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項７】
前記ピット内の暗色の変色部はその周囲部に比べて凸状になっていることを特徴とする請求の範囲１から６のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項８】
請求の範囲１から７のいずれかの集積型薄膜太陽電池を製造するための方法であって、各前記ピットはレーザビームのパルス照射によって形成されることを特徴とする集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記酸化亜鉛の透明電極層が低圧ＣＶＤ法で形成されることを特徴とする請求の範囲８に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記裏面電極層分離溝に含まれる前記ピットを形成するためのレーザビームのエネルギ密度は、前記裏面電極層を切断し得る最小エネルギ密度の１．１倍以上２倍以下の範囲内にあることを特徴とする請求の範囲８または９に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
請求の範囲１から７のいずれかの集積型薄膜太陽電池を製造するための方法であって、
前記複数本の裏面電極層分離溝を形成すべき全領域に第１レーザビームを照射する工程と、
前記裏面電極層分離溝の全本数から選択された部分的本数の各溝の少なくとも一部へ付加的に第２レーザビームを照射する工程とを含み、
前記第１レーザビームの照射領域Ｍに対して前記第２レーザビームの照射領域Ｎが部分的に重なるように、前記照射領域Ｎの中心がその最近接の半導体層分離溝から遠ざかる方向へ前記照射領域Ｍの中心から変位させられていることを特徴とする集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記裏面電極層分離溝において、前記第１レーザビームの照射のみで形成された部分の溝幅の極大値に対して、付加的に前記第２レーザビームをも照射されて形成された部分の溝幅の極大値の比が、１．１５以上１．８以下の範囲内にあることを特徴とする請求の範囲１１に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記第１レーザビームに比べて前記第２レーザビームのエネルギ密度が低いことを特徴とする請求の範囲１１または１２に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記第１と第２のレーザビームはパルス状に照射され、前記裏面電極層分離溝の単位長さに関して前記第２レーザビームの照射パルス数が前記第１レーザビームに比べて多いことを特徴とする請求の範囲１１から１３のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
請求の範囲１から７のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池であって、
前記複数本の裏面電極層分離溝のうちで部分的本数の各溝の少なくとも一部は第１ピッチで連なっている実質的に同形状の第１種ピットの列と第２ピッチで連なっている実質的に同形状の第２種ピットの列とによって構成されており、
前記第１種ピット列と前記第２種ピット列は溝幅方向において部分的に重なっており、
前記第１種ピット列の溝幅方向の極大長Ｗｍに比べて前記第２種ピット列の溝幅方向の極大長Ｗｎが小さく、
前記第２種ピット列の中心線はその最近接の半導体層分離溝から遠ざかる方向へ前記第１種ピット列の中心線から変位させられていることを特徴とする集積型薄膜太陽電池。
【請求項１６】
前記第１種ピット列と前記第２種ピット列との両方で構成される溝幅の極大長Ｗｏと前記第１種ピット列の溝幅方向の極大長Ｗｍとの比Ｗｏ／Ｗｍが１．１５以上１．８以下であることを特徴とする請求の範囲１５に記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項１７】
前記第１種ピット列の前記第１ピッチに比べて前記第２種ピット列の前記第２ピッチが短いことを特徴とする請求の範囲１５または１６に記載の集積型薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集積型薄膜太陽電池とその製造方法に関し、特にその集積化のための分離溝とその形成方法の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、地球に優しいエネルギ源の一つとして脚光を浴びており、近年の環境問題に対する関心の高まりと各国の導入加速政策によって、太陽電池の普及が急速に進んでいる。そして、太陽電池の低コスト化と高効率化を両立させるために、少ない原材料で製造可能な薄膜太陽電池が注目され、その開発が精力的に行なわれている。特に、ガラスなどの安価な基板上に低温プロセスで良質の半導体層を形成する方法が、太陽電池の低コスト化を実現させ得る方法として期待されている。【０００３】
高電圧で高出力を生じ得る大面積の電力用薄膜太陽電池を製造する場合、基板上に形成された薄膜太陽電池の複数個を配線で直列接続して用いるのではなく、歩留りをよくするために、大きな基板上に形成される薄膜太陽電池をパターニングによって複数の光電変換セルに分割し、かつそれらのセルを直列接続して集積化するのが一般的である。特に、ガラス基板側から受光する薄膜太陽電池においては、ガラス基板上の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）電極層の電気抵抗による損失を低減させるために、レーザスクライブによってその透明電極層を複数の短冊状領域に分割し、その短冊状領域の長手方向に直行する方向に各セルを直列接続して集積化するのが一般的である。【０００４】
図４は、このような集積型薄膜太陽電池の一例を概念的な平面図で示している。そして、図５は、図４中の楕円４Ｐで囲まれた領域の積層構造の一例を模式的な断面図で示している。さらに、図６は、図５中の楕円５Ｐで囲まれた領域の積層構造のより詳細な一例を模式的な断面図で示している。なお、本願の図面において、長さ、幅、厚さなどの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。また、本願の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。【０００５】
図４と図５に図解されているような集積型薄膜太陽電池の製造においては、透光性絶縁基板１１として一般にガラス基板が用いられる。ガラス基板上には透明電極層１２として、例えば厚さ７００ｎｍのＳｎＯ2膜が熱ＣＶＤ（化学気相堆積）法にて形成される。透明電極層１２は、レーザスクライブで形成される幅約１００μｍの透明電極分離溝９０３によって、各々が約１０ｍｍの幅Ｘを有する複数の短冊状透明電極に分離される。スクライブ後の残滓は、水または有機溶媒を用いた超音波洗浄で除去される。なお、洗浄方法としては、粘着剤や噴射ガスなどを用いて残滓を除去することも可能である。【０００６】
透明電極層１２上には、１以上の非晶質光電変換ユニットおよび／または結晶質光電変換ユニットを含む半導体層２０を形成する。この半導体層２０は、レーザスクライブによって形成される半導体層分離溝９０５によって、複数の短冊状半導体領域に分割される。なお、半導体層分離溝９０５は互いに隣接するセル９０２間で透明電極１２と裏面電極４を電気的に接続するために利用されるものなので、その溝内で部分的にスクライブの残滓が残っていても問題とならず、超音波洗浄は省略されてもよい。引き続いて裏面電極層４が形成されれば、半導体層分離溝９０５は裏面電極層４の金属材料で埋め込まれ、隣り合う光電変換セル９０２間で一方のセルの裏面電極４と他方のセルの透明電極１２とが半導体層分離溝９０５を介して電気的に直列接続される。【０００７】
裏面電極層４は半導体層２０の場合と同様のレーザスクライブによってパターニングされる。すなわち、レーザビームによって半導体層２０とともに裏面電極層４を局所的に吹き飛ばすことによって複数の裏面電極層分離溝９０４が形成され、その後に超音波洗浄が行なわれる。これによって複数の短冊状光電変換セル９０２が形成され、それらのセルは半導体層分離溝９０５を介して互いに電気的に直列接続されていることになる。最後に、薄膜太陽電池の裏面側は、封止樹脂（図示せず）によって保護される。【０００８】
レーザスクライブとしては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ光をパルス照射して行なうのが一般的である。その場合に、透明電極層分離溝９０３のレーザスクライブにはＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）を利用し、半導体層分離溝９０５および裏面電極層分離溝９０４のレーザスクライブにはＹＡＧレーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）を利用する。レーザビーム照射スポットと基板とを相対的に移動させながらレーザ光をパルス照射することによって、略同形状のピットが所定ピッチで連なったピット列からなる分離溝が形成される。【０００９】
すなわち、図１７の模式的な平面図に示されているように、透明電極層分離溝９０３、半導体層分離溝９０５、および裏面電極層分離溝９０４は、略同形状のピット９０３１、９０５１、９０４１のそれぞれの連なりによって形成されるのが一般的である。これらの略同形状のピットの各々は、図２の模式的平面図に示すような円形の平面形状を有することが一般的である。しかし、後述の特許文献１の特開２００２−３３４９５号公報においては、図３の模式的平面図に示すように、分離溝の長手方向に沿った長軸を有する楕円形の平面形状を有するピット列が開示されている。【００１０】
透明電極層分離溝の形成過程では、透明電極層における吸収係数が大きい赤外光（例えば波長１０６４ｎｍ）のレーザビームを照射することによって、透明電極層がレーザビームを吸収してその温度が上昇し、そして透明電極層が蒸発して透明電極層分離溝が形成される。【００１１】
半導体層分離溝の形成過程では、透明電極層における吸収係数が低くかつ半導体層における吸収係数が大きい可視光（例えば波長５３２ｎｍ）のレーザビームを照射することによって、主に半導体層がレーザビームを吸収してその温度が上がり、そして半導体層が蒸発して半導体層分離溝が形成される。【００１２】
裏面電極層分離溝の形成過程では、透明絶縁基板を透過する可視光のレーザビームを照射することによって、主に半導体層がレーザビームを吸収してその温度が上がって、半導体層が蒸発した蒸気とともに裏面電極層も吹き飛んで裏面電極層分離溝が形成される。【００１３】
通常では、大面積の集積型薄膜太陽電池の光電変換効率（Ｅｆｆ）は、集積構造を含まない小面積の薄膜太陽電池のＥｆｆより低くなる。この原因としては、面積差に基づく理由と、集積構造の有無に基づく理由に分けられる。【００１４】
薄膜太陽電池の面積が大きい場合にＥｆｆが低下する原因として、透明電極層、半導体層、および裏面電極層のそれぞれの膜質と膜厚の均一性の低下、さらにはピンホールなどの欠陥を含む確率の増加などが考えられる。【００１５】
他方、集積構造を含む場合にＥｆｆが低下する原因として、透明電極層分離溝や裏面電極層分離溝に起因するリーク電流の増大や短絡の発生によって、開放電圧（Ｖｏｃ）の減少や曲線因子（ＦＦ）の減少が起こってＥｆｆが低下することが考えられる。また、半導体層分離溝や裏面電極層分離溝に起因する直列抵抗の増加によって、ＦＦが減少してＥｆｆが低下し得る。さらに、分離溝を形成することによる有効発電面積のロスによって、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が減少してＥｆｆが低下し得る。【００１６】
図５に示されているような透明電極層１２にはＳｎＯ2やＺｎＯなどの透明導電酸化物（ＴＣＯ）が用いられ、それは一般にＣＶＤ、スパッタ、蒸着などの方法で形成される。透明電極層１２は、その表面に微細な凹凸を有することによって、入射光の散乱を増大させる効果を有することが好ましい。【００１７】
半導体層２０は少なくとも一つの光電変換ユニットを含み、その一つのユニットはｐｎ接合またはｐｉｎ接合を含んでいる。半導体層には、非晶質シリコン、結晶質シリコン、ＣｕＩｎＳｅ2（略称ＣＩＳ）、ＣｄＴｅなどが用いられ得る。なお、本願明細書において、「結晶質」と「微結晶」の用語は、部分的に非晶質を含む材料をも意味するものとする。【００１８】
シリコン系薄膜太陽電池の場合、光電変換ユニットは、ｐ型層、実質的に真性のｉ型光電変換層、およびｎ型層で形成されるｐｉｎ接合を含んでいる。そして、非晶質シリコンのｉ型層光電変換層を含むユニットは非晶質シリコン光電変換ユニットと称され、結晶質シリコンのｉ型光電変換層を含むユニットは結晶質シリコン光電変換ユニットと称される。なお、非晶質または結晶質のシリコン系材料としては、主要元素としてシリコンのみを含む材料だけでなく、炭素、酸素、窒素、ゲルマニウムなどの元素をも含む合金材料を用いることもできる。また、導電型層は、必ずしもｉ型層と同質の半導体材料で形成される必要はない。例えば、ｉ型層が非晶質シリコンである場合に、ｐ型層に非晶質シリコンカーバイドを用い得るし、ｎ型層に微結晶含有シリコン層（μｃ−Ｓｉ層とも呼ばれる）を用いることもできる。【００１９】
半導体層２０上に形成される裏面電極層４としては、例えば、Ａｌ、Ａｇなどの金属層がスパッタ法または蒸着法により形成され得る。また、図６に示されているように、半導体層２０と裏面電極層４に含まれる金属層４２との間に、ＩＴＯ（インジュウム錫酸化物）、ＳｎＯ2、ＺｎＯなどの導電性酸化物層４１が形成されてもよい。【００２０】
非晶質シリコン薄膜太陽電池においては、バルクの単結晶や多結晶の太陽電池に比べて初期光電変換効率が低く、光劣化現象（Staebler-Wronsky効果）によって変換効率が低下するという問題もある。そこで、多結晶や微結晶を含む結晶質シリコン薄膜を光電変換層に利用した結晶質シリコン薄膜太陽電池が、低コスト化と高効率化とを両立させ得る太陽電池として期待されて検討されている。なぜならば、結晶質シリコン薄膜太陽電池は非晶質シリコン薄膜太陽電池と同様にプラズマＣＶＤ法にて比較的低温で作製でき、ほとんど光劣化現象を生じることもないからである。また、非晶質シリコン光電変換層が長波長側において８００ｎｍ程度の波長までの光を光電変換し得るのに対し、結晶質シリコン光電変換層はそれより長い約１２００ｎｍ程度の波長までの光を光電変換することができる。【００２１】
さらに、薄膜太陽電池の変換効率を向上させる方法として、２以上の積層された光電変換ユニットを含む積層型薄膜太陽電池が知られている。この積層型薄膜太陽電池においては、光入射側に大きなエネルギバンドギャップを有する光電変換層を含む前方ユニットを配置し、その後ろに順に小さなバンドギャップを有する光電変換層を含む後方ユニットを配置する。これによって、入射光の広い波長範囲にわたる光電変換を可能にして、積層型薄膜太陽電池全体としての変換効率の向上が図られている。積層型薄膜太陽電池の中でも、非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットを積層したものはハイブリッド型薄膜太陽電池と称される。【００２２】
ところで、薄膜太陽電池は、従来のバルクの単結晶や多結晶のシリコンを使用した太陽電池に比べて光電変換層を薄くすることができるが、その反面において薄膜全体の光吸収が膜厚によって制限されるという問題がある。そこで、半導体層に入射した光をより有効に利用するために、半導体層に接する透明電極層または裏面電極層の表面を凹凸化（テクスチャ化）し、その界面で光を散乱させて半導体層内の光路長を延長せしめ、そうして光電変換層内での光吸収量を増加させる工夫がなされている。この技術は「光閉じ込め」と呼ばれており、高い光電変換効率を有する薄膜太陽電池を実用化する上で重要な要素技術となっている。【００２３】
薄膜太陽電池に最適な透明電極層の表面凹凸形状を求めるために、その凹凸形状を定量的に表す指標が必要である。そのような表面凹凸形状を表す指標として、ヘイズ率と表面面積比（Ｓｄｒ）が知られている。【００２４】
ヘイズ率は透明な基板の表面凹凸を光学的に評価する指標であり、（拡散透過率／全光線透過率）×１００［％］で表される（ＪＩＳ  Ｋ７１３６）。このようなヘイズ率は、市販されているヘイズメータによって自動測定され得る。その測定用の光源としては、一般的にＣ光源が用いられる。【００２５】
表面面積比は、表面凹凸の高低差の大きさだけでなく、凹凸の形状も含めて表す指標である。透明導電膜の表面凹凸が先鋭化すれば薄膜太陽電池の開放電圧や曲線因子が低下する場合があるので、表面面積比は薄膜太陽電池における透明導電膜の表面凹凸の指標として有効である。表面面積比は、ディベロップト・サーフェス・エリア・レシオ（Ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｒｅａ  Ｒａｔｉｏ）とも呼ばれ、略称としてＳｄｒが用いられる。【００２６】
薄膜太陽電池はガラスなどの透明基体上に形成され、透明電極層としては表面凹凸を有する酸化錫（ＳｎＯ2）膜がよく用いられている。この透明電極層の表面凹凸は、光電変換層内への光閉じ込めに寄与する。したがって、光閉じ込め効果を高めるためには表面凹凸の増大が望ましいが、ＳｎＯ2膜単独では、太陽電池に必要な透光性や導電性を維持したままで表面凹凸形状を顕著にすることが容易でない。【００２７】
また、光閉じ込めに有効な表面凹凸を有する透明電極層として常圧熱ＣＶＤ法で形成されたＳｎＯ2膜を有するガラス基体は、その透明電極層を形成するために約５５０〜６５０℃の比較的高温のプロセスを必要とするので製造コストが高くなる。そして、そのＣＶＤ温度が高いので、通常のガラスやプラスチックフィルムなどの安価な基体が使えない。また、強化ガラスを高温プロセスにさらせば強化効果が消失するので強化ガラスを基体に使えず、大面積太陽電池においてガラス基体の強度を確保するためにはその厚さを大きくする必要があり、その結果として太陽電池が重くなる。【００２８】
さらに、ＳｎＯ2膜は耐プラズマ性が低く、水素を含む高密度のプラズマを利用する半導体層の堆積環境下ではＳｎＯ2膜が還元され得る。ＳｎＯ2膜は、還元されれば黒化して透明度が低下する。すなわち、黒化したＳｎＯ2電極層は入射光を吸収し、光電変換層への透過光量を減少させ、薄膜太陽電池の変換効率の低下を招く原因となる。特に、ハイブリッド薄膜太陽電池を作製する場合、非晶質シリコン層の堆積に比べて結晶質シリコン層の堆積の際に高いプラズマ密度が必要であり、ＳｎＯ2膜を透明電極層に用いた場合には大幅な変換効率の向上が困難である。【００２９】
薄膜太陽電池のコストを下げるためには、透明電極層は低温で形成され得ることが望ましい。特にガラス基体に強化ガラスを用いるためには、透明電極層を２００℃以下の温度で形成する必要がある。透明電極層を２００℃以下の低温で形成する方法としては、スパッタ法によるＩＴＯ、ＺｎＯ、またはＳｎＯ2の堆積、イオンプレーティング法によるＩＴＯまたはＺｎＯの堆積、ゾルゲル法によるＩＴＯまたはＺｎＯの堆積、さらには低圧熱ＣＶＤ法によるＺｎＯの堆積が挙げられる。【００３０】
低温で形成可能な透明電極層に関して、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透明電極層の材料として広く用いられているＳｎＯ2またはＩＴＯよりも安価であり、また耐プラズマ性が高いという利点を有しており、薄膜太陽電池用の透明電極材料として好適である。特に、酸化亜鉛層は、非晶質シリコン層に比べて堆積時に多量の水素を含む高密度のプラズマを必要とする結晶質シリコン層を含む結晶質シリコン薄膜太陽電池またはハイブリッド薄膜太陽電池の透明電極層として好ましい。【００３１】
特許文献１においては、透明基板上に透明電極層、非晶質半導体層、裏面電極層を順次積層した集積型薄膜太陽電池に関して、レーザスクライブによる分離溝の形成時間を短縮して製造コストを抑制する方法が開示されている。この方法では、レーザスクライブで形成する裏面電極層分離溝において所定ピッチで連なった略同形状の各ピットの平面形状がその分離溝の長手方向に長軸を有する楕円形にされ、レーザビームの１パルスあたりの加工長さを長くして加工速度を向上させている。図３は、この特許文献１による分離溝を模式的な平面図で示している。なお、特許文献１の集積型薄膜太陽電池における具体的材料としては、透明電極層として酸化錫（ＳｎＯ2）、半導体層として非晶質シリコン、さらに裏面電極層として金属膜が用いられている。【００３２】
ところで、特許文献２の特開２００１−２７４４４６号は、相対的に大きな面積の薄膜太陽電池の集積化に伴う変換効率の低下の抑制を目的として、透明絶縁基板上に透明電極層、１以上の非晶質光電変換ユニットと１以上の結晶質光電変換ユニットを含む半導体層、および裏面電極層が順に積層された集積型薄膜太陽電池の製造方法を開示している。この特許文献２においては、第１レーザビームの照射で形成した裏面電極層分離溝の所定側の側壁の熱影響部が、第１レーザビームより低いパワーの第２レーザビームの照射で除去され、それによってリーク電流の発生や短絡の防止が図られている。
【特許文献１】特開２００２−３３４９５号公報
【特許文献２】特開２００１−２７４４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
上述のように、特許文献１においては、集積型薄膜太陽電池の透明電極層に酸化錫が用いられている。しかし、低温で形成可能な透明電極層としての例えばＺｎＯ層に比べて、ＳｎＯ2層はその形成コストが高い。ＳｎＯ2層は比較的高温のプロセスで形成されるので、安価な基板が使用できない。ＳｎＯ2層は耐プラズマ性が低いので、水素を含む高密度のプラズマによる光電変換層の堆積環境下では黒化する傾向にある。さらに、ＳｎＯ2層は、その透光性と導電性を維持したままで表面凹凸形状を顕著にすることが容易でない。【００３４】
以上のような観点から、本発明者は、特許文献１における透明電極層用のＳｎＯ2ではなくて、低温で形成可能な透明電極層のために例えばＺｎＯを用いることを試みた。その結果、レーザビームパルスによって裏面電極層分離溝のピットを形成する際に、レーザエネルギを強くしすぎればピット内に暗色の変色部が生成するという問題が見出された。また、レーザビームパルスによって楕円形ピットを長軸方向に連ねて裏面電極層分離溝を形成した場合に、集積型薄膜太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）、曲線因子（ＦＦ）、および光電変換効率（Ｅｆｆ）が低くなり、また集積型薄膜太陽電池の歩留まりも低下することが見出された。【００３５】
さらに、上述の背景技術に関して説明されたように、集積型薄膜太陽電池においては、集積構造を含まない薄膜太陽電池に比べて一般的に光電変換効率（Ｅｆｆ）が低くなる傾向にあるという課題がある。【００３６】
そこで、本発明者は、特許文献２におけるように、第１レーザビームで裏面電極層分離溝を形成し、つづいてその第１レーザビームで形成された裏面電極層分離溝の所定側の側壁を相対的に低エネルギ密度の第２レーザビームで削る工程を経て集積型ハイブリッド薄膜太陽電池を作製することを試みた。その結果、特許文献２の記述とは異なって、第２レーザビームを利用しない場合に比べてＥｆｆが低くなる問題が見出された。より具体的には、５０段の光電変換セルが集積される集積型ハイブリッド薄膜太陽電池に関して、特許文献２の方法のように全ての裏面電極層分離溝が第１と第２のレーザビームを用いて形成された場合に、第１レーザビームのみを用いて形成された場合に比べてＦＦが減少してＥｆｆが低下する問題が見出された。【００３７】
そこで、本発明は、低温で形成可能な透明電極層を含む集積型薄膜太陽電池の光電変換効率、コスト、および歩留まりを改善することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明の集積型薄膜太陽電池においては、透明絶縁基板上に順次積層された透明電極層、１以上の光電変換ユニットを含む半導体層、および裏面電極層が、複数の光電変換セルを形成するように直線状で互いに平行な複数本の透明電極層分離溝、半導体層分離溝、および裏面電極層分離溝によってそれぞれ分割され、かつそれらの複数の光電変換セルが半導体層分離溝を介して互いに電気的に直列接続されており、透明電極層分離溝、半導体層分離溝、および裏面電極層分離溝の少なくとも一部は所定ピッチで形成された実質的に同形状のピットのつながりによって構成されており、各ピットにおいて溝の幅方向の最大長Ｗが溝の長手方向の最大長Ｌより大きく、透明電極層は裏面電極層を切断し得る最小エネルギ密度の３倍以上のエネルギ密度を有するレーザビームで裏面電極層分離溝に含まれるピットを形成した場合に、そのピット内において裏面電極側から白色光を照射して光学顕微鏡で観察され得る暗色の変色部が形成される透明導電材料で形成されていることを特徴としている。なお、透明電極層は、特に酸化亜鉛で形成されていることが好ましい。ピット内の暗色の変色部は、その周囲部に比べて凸状になることによって生じ得る。【００３９】
また、Ｗ／Ｌは、１．２５以上７．２以下の範囲内にあることが好ましい。隣り合うピットが溝の長手方向に重なる最大長ｄは、Ｌの６％以上３３％以下の範囲内にあることが好ましい。より具体的には、各ピットの平面形状は楕円状であり得る。各ピットの平面積は、３×１０-10ｍ2以上４×１０-8ｍ2以下の範囲内にあることが好ましい。【００４０】
上述のような集積型薄膜太陽電池を製造する方法においては、各ピットはレーザビームのパルス照射によって好ましく形成され得る。また、酸化亜鉛の透明電極層は、低圧ＣＶＤ法で好ましく形成され得る。さらに、裏面電極層分離溝に含まれるピットを形成するためのレーザビームのエネルギ密度は、裏面電極層を切断し得る最小エネルギ密度の１．１倍以上２倍以下の範囲内にあることが好ましい。【００４１】
上述のような集積型薄膜太陽電池を製造する方法の他の態様では、複数本の裏面電極層分離溝を形成すべき全領域に第１レーザビームを照射する工程と、裏面電極層分離溝の全本数から選択された部分的本数の各溝の少なくとも一部へ付加的に第２レーザビームを照射する工程とを含み、第１レーザビームの照射領域Ｍに対して第２レーザビームの照射領域Ｎが部分的に重なるように、照射領域Ｎの中心がその最近接の半導体層分離溝から遠ざかる方向へ照射領域Ｍの中心から変位させられていることを特徴としている。【００４２】
なお、裏面電極層分離溝において、第１レーザビームの照射のみで形成された部分の溝幅の極大値に対して、付加的に第２レーザビームをも照射されて形成された部分の溝幅の極大値の比は、１．１５以上１．８以下の範囲内にあることが好ましい。第１レーザビームに比べて、第２レーザビームのエネルギ密度は低いことが好ましい。第１と第２のレーザビームはパルス状に照射され、裏面電極層分離溝の単位長さに関して第２レーザビームの照射パルス数は第１レーザビームに比べて多いことが好ましい。【００４３】
本発明による集積型薄膜太陽電池の他の態様においては、複数本の裏面電極層分離溝のうちで部分的本数の各溝の少なくとも一部は第１ピッチで連なっている実質的に同形状の第１種ピットの列と第２ピッチで連なっている実質的に同形状の第２種ピットの列とによって構成されており、第１種ピット列と第２種ピット列は溝幅方向において部分的に重なっており、第１種ピット列の溝幅方向の極大長Ｗｍに比べて第２種ピット列の溝幅方向の極大長Ｗｎが小さく、第２種ピット列の中心線はその最近接の半導体層分離溝から遠ざかる方向へ第１種ピット列の中心線から変位させられていることを特徴としている。【００４４】
なお、第１種ピット列と第２種ピット列との両方で構成される溝幅の極大長Ｗｏと第１種ピット列の溝幅方向の極大長Ｗｍとの比Ｗｏ／Ｗｍは、１．１５以上１．８以下であることが好ましい。第１種ピット列の第１ピッチに比べて、第２種ピット列の第２ピッチは短いことが好ましい。
【発明の効果】
【００４５】
以上のような本発明によれば、分離溝の少なくとも一部を構成する一連のピットの各々において溝幅方向の最大長Ｗが溝長手方向の最大長Ｌより大きく設定されることによって、低温形成可能な透明電極層を含む集積型薄膜太陽電池のＶｏｃ、ＦＦ、およびＥｆｆを向上させ、また歩留まりを向上させて製造コストを改善することができる。【００４６】
また、本発明によれば、第１レーザビーム照射で形成された裏面電極層分離溝のうちで電流リークまたは短絡を生じている欠陥部分へ選択的に付加的な第２レーザビームを照射してそれらの欠陥部分を除去することができ、それによって集積型薄膜太陽電池のＶｏｃ、ＦＦ、およびＥｆｆを向上させ、また歩留まりを向上させて製造コストを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明においてレーザビームパルスによって形成されたピット列の一例を示す模式的平面図である。
【図２】従来から慣用されているレーザビームパルスによって形成されたピット列の一例を示す模式的平面図である。
【図３】特許文献１によるレーザビームパルスによって形成されたピット列の一例を示す模式的平面図である。
【図４】集積型薄膜太陽電池の一例を示す概念的平面図である。
【図５】図４中の楕円４Ｐで示された領域における積層構造の一例を示す模式的断面図である。
【図６】図５中の楕円５Ｐで示された領域における積層構造の一例をより詳細に示す模式的断面図である。
【図７】先行技術による薄膜太陽電池おける透明電極層のダメージ発生を説明するための模式的断面図である。
【図８】本発明の一実施例におけるレーザビームパルスによって形成された分離溝の一部領域を示す光学顕微鏡写真である。
【図９】図８と同じ分離溝における他の領域を示す光学顕微鏡写真である。
【図１０】従来のレーザビームパルスによって形成された分離溝の一部領域を示す光学顕微鏡写真である。
【図１１】本発明の実施例１〜４および比較例１〜４による集積型薄膜太陽電池に関して、裏面電極層分離溝を構成する各ピットの溝幅方向最大長Ｗと溝長手方向最大長Ｌとの比Ｗ／Ｌに対する光電変換効率Ｅｆｆの関係を示すグラフである。
【図１２】隣り合うピットが溝長手方向に重なる最大長さｄとピットの溝長手方向の最大長さＬとの比ｄ／Ｌに対する分離溝の最小幅Ｖの関係を示すグラフである。
【図１３】比ｄ／Ｌがピットの重なり長さの合計Σｄと分離溝の全長Ｙとの比Σｄ／Ｙに及ぼす影響を示すグラフである。
【図１４】本発明の一実施形態による集積型薄膜太陽電池における透明電極層分離溝、半導体層分離溝、および裏面電極層分離溝の形態を示す模式的平面図である。
【図１５】本発明の一実施形態による集積型薄膜太陽電池を示す模式的断面図である。
【図１６】図１５中の楕円領域２Ｑを拡大して示す模式的断面図である。
【図１７】従来の典型的な集積型薄膜太陽電池における透明電極層分離溝、半導体層分離溝、および裏面電極層分離溝の形態を示す模式的平面図である。
【図１８】集積型薄膜太陽電池において第１レーザビーム照射で形成された裏面電極層分離溝におけるピット抜けの一例を示す光学顕微鏡写真である。
【図１９】図１８におけるピット抜けが第２レーザビームの付加的照射によって改修されている状態を示す光学顕微鏡写真である。
【図２０】集積型薄膜太陽電池の裏面電極層分離溝に関して、本発明において設定されたパラメータＷｏ／ＷｍとΔＶｆｌとの関係を示すグラフである。
【図２１】集積型薄膜太陽電池の裏面電極層分離溝に関して、本発明において設定されたパラメータＥ２／Ｅ１とΔＶｆｌとの関係を示すグラフである。
【図２２】集積型薄膜太陽電池の裏面電極層分離溝に関して、本発明において設定されたパラメータＰ２／Ｐ１とΔＶｆｌとの関係を示すグラフである。
【図２３】本発明の一実施例による集積型薄膜太陽電池の一部の断面を示すＳＥＭ写真である。
【図２４】本発明の他の実施例による集積型薄膜太陽電池の一部の断面を示すＳＥＭ写真である。
【図２５】集積型薄膜太陽電池の裏面電極層分離溝に関して、本発明において設定されたパラメータＶｆｌ1と（Ｖｆｌ2−Ｖｆｌ1）との関係を示すグラフである。
【図２６】ＺｎＯ透明電極層を含む集積型薄膜太陽電池の裏面電極層分離溝の一部の上面を示す光学顕微鏡写真である。
【図２７】ＳｎＯ2透明電極層を含む集積型薄膜太陽電池の裏面電極層分離溝の一部の上面を示す光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４８】
１  薄膜太陽電池用基板、１１  透明絶縁基板、１１１  透光性基体、１１２  透光性下地層、１１２１  透光性微粒子、１１２２  透光性バインダ、１２  透明電極層、２０  半導体層、２  前方光電変換ユニット、２１  一導電型層、２２  光電変換層、２３  逆導電型層、３  後方光電変換ユニット、３１  一導電型層、３２  光電変換層、３３  逆導電型層、４  裏面電極層、４１  導電性酸化物層、４２  金属層、５  積層型薄膜太陽電池、６  中間透過反射層、９０１  集積型薄膜太陽電池、９０２  光電変換セル、９０３  透明電極層分離溝、９０４  裏面電極層分離溝、９０５  半導体層分離溝。９０３１  ピット、９０４０  裏面電極層分離溝、９０４１  ピット、９０４３  第１種ピット、９０４４  第１種ピット列、９０４５  第２種ピット、９０４６  第２種ピット列、９０５１  ピット。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
前述のように、特許文献１における透明電極層にＳｎＯ2層ではなくて低温形成可能なＺｎＯ層を用いることを本発明者は試みた。その結果、分離溝の長手方向に長軸を有する楕円形などのように、ピットの平面形状が分離溝の幅方向の最大長Ｗより大きな長手方向の最大長Ｌを有する場合、集積型太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）、曲線因子（ＦＦ）、および光電変換効率（Ｅｆｆ）が低くなることが見出され、集積型薄膜太陽電池の歩留まりが低下することも見出された。【００５０】
そこで、低温形成可能な透明電極層を含む集積型薄膜太陽電池を作製するためにレーザビームで分離溝を形成する場合を検討したところ、ＳｎＯ2層に比べて低温形成可能な透明電極層においては分離溝の形成が困難で、直列抵抗の増大によるＦＦの低下、および電気的短絡またはリーク電流の増大によるＶｏｃとＦＦの低下によって、Ｅｆｆが低下することがわかった。また、透明電極層分離溝、半導体層分離溝、および裏面電極層分離溝のうちで、特に裏面電極層分離溝の形成が最も困難であることがわかった。【００５１】
この理由は必ずしも明らかではないが、図７の模式的断面図に示すようなモデルで説明することができる。まず、ＺｎＯ層はＳｎＯ2層に比べて低温で形成可能な利点を有するが、他方において、低温で蒸発しやすいので分離溝を形成する際にＺｎＯ層がダメージを受けやすい傾向にある。【００５２】
透明電極層分離溝９０３の形成時には、レーザビームを照射した位置においてＺｎＯ層１２が蒸発して除去されるだけでなく、その周りに熱が伝わって溶けたＺｎＯが再凝固して透明電極分離溝９０３の底面や側壁に残渣Ａとして残り得る。この残滓Ａによって、リーク電流の増加や電気的短絡が発生し得ると考えられる。【００５３】
また、半導体層分離溝９０５の形成時には、レーザビームを照射した位置において半導体層２０が蒸発して除去されるだけでなく、その下のＺｎＯ層１２が部分的に蒸発して薄い部分Ｂができ、この部分Ｂにおいて抵抗が増加すると考えられる。ただし、半導体層分離溝９０５は互いに隣接するセル間で透明電極１２と裏面電極４を電気的に接続するために利用されるものなので、半導体層分離溝９０５内で部分的にＺｎＯの残滓Ｃが残っていても問題とならない。【００５４】
さらに、裏面電極層分離溝９０４の形成時には、半導体層分離溝９０５の形成の場合と同様にＺｎＯ層１２が部分的に蒸発して薄い部分Ｄができるのでその部分の抵抗が増加するだけでなく、蒸発したＺｎＯが裏面電極層分離溝９０４の底面や側壁に残渣Ｅとして残り得る。この残滓Ｅによって、リーク電流の増加や電気的短絡が発生し得ると考えられる。特に、図７中の楕円７Ｐ内に示すように裏面電極層分離溝の右側壁に残渣Ｅがあれば、顕著なリーク電流の増加や短絡の原因となり得る。【００５５】
実際に、２００℃以下の低温で形成したＺｎＯ層を透明電極層に用いた場合と５００℃以上の高温で形成したＳｎＯ2層を透明電極層に用いた場合とにおいて、レーザビームのエネルギ密度を意図的に変化させて裏面電極層分離溝を形成したときに異なる結果が得られた。【００５６】
図２６は、ＺｎＯ透明電極層を含む集積型薄膜太陽電池の裏面電極層分離溝の一部の上面を示す光学顕微鏡写真である。裏面電極層を切断し得るレーザビームの最小エネルギ密度をＥｍｉｎで表して、図２６（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）はそれぞれＥｍｉｎの８５％、１００％、および３００％（３倍）のエネルギ密度で裏面電極層分離溝を形成した場合の光学顕微鏡写真を示している。これらの光学顕微鏡写真は、裏面電極側からピット内に白色光を照射して、株式会社キーエンス製の高精細ディジタルマイクロスコープ型式ＶＨ−６３００を用いて撮影された。もちろん、光学顕微鏡としては、株式会社キーエンス製の代替機種である型式ＶＨＸ−９００を用いてもよいし、実体顕微鏡のような他の光学顕微鏡を用いることもできる。【００５７】
Ｅｍｉｎの８５％のエネルギ密度を利用した図２６（ａ）の場合、溝幅の中央の１／３幅ほどの明るい部分だけで裏面電極層材料が除去されており、溝幅の両側に裏面電極層材料が残っていている。そして、裏面電極層分離溝はその全面積の半分以上で切れ残っており、正常な分離機能を果し得ない。【００５８】
Ｅｍｉｎのエネルギ密度を利用した図２６（ｂ）の場合、溝領域内で裏面電極層材料がバリ状に多少残っているが、レーザビームを照射した領域の裏面電極層材料がほぼ除去されており、裏面電極層分離溝が形成されている。【００５９】
Ｅｍｉｎの３倍のエネルギ密度を利用した図２６（ｃ）の場合、形成されたピットの中央部に暗色の変色部が観察される。これは、裏面電極層分離溝の形成時にＥｍｉｎの３倍のレーザビームを使用したことによって、半導体層の下のＺｎＯ透明電極層がダメージを受けているといえる。この図２６（ｃ）の場合、図２６（ｂ）の場合に比べて、集積型薄膜太陽電池のＶｏｃとＦＦが低下してＥｆｆが減少した。【００６０】
なお、ピット内の暗色の変色部をオリンパス社製の走査型レーザ顕微鏡ＬＥＸＴＯＬＳ３０００（現在はＬＥＸＴＯＬＳ３１００の後継機種になっている）を用いてで観察したところ、暗色の変色部はその周囲部に比べて凸状になっていることが判明した。他方、Ｅｍｉｎのエネルギ密度のレーザビームを照射した場合には、ピット内の底面がほぼ平らであった。【００６１】
図２７は、ＳｎＯ2透明電極層を用いた集積型薄膜太陽電池の裏面電極層分離溝の一部の上面を示す光学顕微鏡写真である。図２６（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）の場合と同様に、図２７（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）はそれぞれＥｍｉｎの８５％、１００％、および３００％（３倍）のエネルギ密度で裏面電極層分離溝を形成した場合の光学顕微鏡写真を示している。【００６２】
Ｅｍｉｎの８５％のエネルギ密度を利用した図２７（ａ）の場合、溝の両側に裏面電極層材料が残っている。そして、裏面電極層分離溝はその全面積の半分以上で切れ残っており、正常な分離機能を果し得ない。【００６３】
Ｅｍｉｎのエネルギ密度を利用した図２７（ｂ）の場合、溝領域内で裏面電極層材料がバリ状に多少残っているが、レーザビームを照射した領域の裏面電極層材料がほぼ除去されており、裏面電極層分離溝が形成されている。【００６４】
Ｅｍｉｎの３倍のエネルギ密度を利用した図２７（ｃ）の場合、ＺｎＯ層と異なって、ＳｎＯ2層ではピットの中央部に暗色の変色部が観察されない。すなわち、ＳｎＯ2層を透明電極層に用いた場合、裏面電極層分離溝の形成時にレーザビームのエネルギ密度を高くしても、半導体層下のＳｎＯ2透明電極層がダメージを受けにくいといえる。この場合のピットも走査型レーザ顕微鏡で観察したところ、ピット内の底面がほぼ平らであることが確認された。【００６５】
図７では図面の明瞭化のために水平方向の長さの寸法に対して厚さ方向の寸法が顕著に拡大されて描かれている。しかし、実際には半導体層２０の厚さは数百ｎｍから数μｍの範囲内にあり、各分離溝の幅は数十から数百μｍの範囲内にある。すなわち、半導体層２０の厚さは、各分離溝の幅の約１／１００から１／１０の範囲内の小さな寸法である。透明電極層分離溝９０３はその幅方向においてリーク電流や短絡を抑制すればよいが、裏面電極層分離溝９０４はその幅方向だけなくて深さ方向でもリーク電流や短絡を抑制する必要がある。すなわち、透明電極層分離溝９０３に比べて裏面電極層分離溝９０４は１〜２桁短い距離でリーク電流や短絡を防止する必要があり、３種類の分離溝のうちで裏面電極層分離溝９０４を良好に形成することが最も困難である。【００６６】
上述のようなＺｎＯ層のダメージを避けるために、分離溝の形成条件について本発明者がさらに検討したところ、レーザビームのエネルギ密度をできるだけ低下させる必要があることがわかった。しかし、レーザビームのエネルギ密度を低下させれば、分離溝の切れ残りによる不良が発生しやすくなる。分離溝の切れ残りによる不良の種類としては、分離溝にバリの残る不良、ピットが一部とぎれる不良（ピット抜け）、ピット列が部分的に曲がる不良（ピット列曲がり）が挙げられる。分離溝の幅は隣接するピット間のくびれ部分で最も細いので、この部分で切れ残りの不良が起こりやすい。特に裏面電極層分離溝９０４においては、裏面電極層４のわずかな切れ残りがあっても、隣接する光電変換セル間で短絡が生じてしまう。【００６７】
例えば、裏面電極層４に含まれる金属のバリが裏面電極層分離溝９０４をまたいで存在すれば短絡が生じ、その右側の光電変換セルのＶｏｃが０Ｖになる。【００６８】
ピット抜けは、ガラス基板や膜に付着した異物またはガラス基板中の異物などに起因して、レーザビームが分離溝の位置に至らない場合に発生すると考えられる。レーザビームのエネルギ密度が低い場合には、わずかな異物が存在してもピット抜けが発生しやすくなると考えられる。図１０の光学顕微鏡写真は、ピット抜けによって分離溝が中断している例を示している。【００６９】
また、ガラス基板中に気泡が存在したりガラス基板や透明膜の一部にピットの大きさと同程度以上の凹凸があれば、それが凹レンズや凸レンズのような働きをし、レーザビームが設計位置からそれてピット列の曲がりが発生すると考えられる。レーザビームのエネルギ密度が低い場合には、わずかな凹凸の存在によってもピット列の曲がりが発生しやすくなると考えられる。【００７０】
上述の状況に鑑みて、本発明者はＺｎＯ透明電極層を含む集積型薄膜太陽電池についてさらに鋭意検討した。その結果、分離溝を構成する各ピットにおいて溝幅方向の最大長Ｗを溝長手方向の最大長Ｌより大きくすることによって、レーザビームのエネルギ密度を低下させてＺｎＯ層のダメージを抑制しかつ分離溝の切れ残りの不良を抑制することが可能となり、集積型薄膜太陽電池の変換効率と歩留まりを改善し得ることが見出された。【００７１】
図２の模式的な平面図に示されているように、分離溝を構成する各ピットの平面形状としては一般的には円形が採用されている。ただし、前述の特許文献１では、図３に示すように溝長手方向の長軸を有する楕円形の平面形状を有するピットの列が開示されている。他方、分離溝を構成するピットの平面形状を溝幅方向に大きな横長の形状にすることは、光電変換セルの発電面積ロスが増えること、および分離溝の単位長さ当たりに要するピット数が増大して加工速度が低下することなどの理由から、従来から行なわれた例がない。しかしながら、本発明では、工業的に許容し得る発電面積ロスと加工速度の低下の範囲内でピットの平面形状を横長にすることによって、ＺｎＯ透明電極層を含む集積型薄膜太陽電池の光電変換効率とコストを改善することが可能となった。【００７２】
また、前述のように、本発明者は、特許文献２の教示に従って第１レーザビームで裏面電極層分離溝を形成し、つづいてその第１レーザビームで形成された裏面電極層分離溝の所定側の側壁を相対的に低パワーの第２レーザビームで削る工程を含めて集積型ハイブリッド薄膜太陽電池を作製することを試みた。その結果、特許文献２の記述とは異なって、第２レーザビームを利用しない場合に比べてＥｆｆが低くなる問題が見出された。【００７３】
具体的には、リーク電流の増大や短絡の発生によってＶｏｃやＦＦが減少してＥｆｆが低下するか、または直列抵抗（Ｒｓ）の増大によって主にＦＦが減少してＥｆｆが低下する問題が見出された。また、集積型薄膜太陽電池の歩留まりが低下する問題も見出された。【００７４】
特許文献２に開示された方法においては、裏面電極層分離溝９０４の形成の際の第１レーザビーム照射領域と第２レーザビーム照射領域は同一ではないが部分的重なりが存在するので、その重なり部分において透明電極層１２がダメージを受けると考えられる。そして、その結果として、透明電極層１２の薄い部分Ｄが生じたり、裏面電極層分離溝９０４の底面や側壁に残渣Ｅが発生すると考えられる。また、特許文献２では透明電極層１２のダメージを軽減するために第１レーザビームに比べて第２レーザビームのエネルギ密度を低くしているが、それでも透明電極層１２の薄い部分Ｄが生じたり裏面電極層分離溝９０４の底面や側壁に残渣Ｅが発生する確率は０ではない。【００７５】
そこで、裏面電極層分離溝９０４の形成の際における透明電極層１２の薄い部分Ｄの発生およびその分離溝９０４の底面上や側壁上の残渣Ｅの発生を抑制するために、本発明者はレーザビームの照射条件についてさらに詳細に検討した。その結果、第１レーザビームの照射によって形成された裏面電極層分離溝９０４のうちで電流リークや短絡を生じる欠陥領域を含む溝またはその欠陥領域のみについて付加的に第２レーザビームを照射することによって、集積型薄膜太陽電池の変換効率の向上および歩留まりを改善し得ることが分かった。【００７６】
より具体的には、裏面電極層分離溝９０４の形成の際に第１レーザビームの照射領域Ｍに対して第２レーザビームの照射領域Ｎが部分的に重なるように照射領域Ｎの中心がその最近接の半導体層分離溝９０５から遠ざかる方向へ照射領域Ｍの中心から変位させられることによって、裏面電極層分離溝９０４の深さ方向の電流リークや溝の切れ残りの不良を解消することが可能となる。この場合に、第１レーザビームと第２レーザビームが重複して照射される局所的領域において透明電極層１２がダメージを受けやすいと考えられる。しかし、第１レーザビームと第２レーザビームが重複して照射されるのは、裏面電極層分離溝９０４のうちで電流リークや短絡を生じる欠陥領域を含む溝またはその欠陥領域のみであって、欠陥領域を含まない裏面電極層分離溝９０４には第２レーザビームが照射されない。したがって、欠陥領域を含む裏面電極層分離溝内における透明電極層１２の局所的ダメージによる不利益よりも欠陥領域が除去される利益の方が大きく、結果として集積型薄膜太陽電池の変換効率の向上および歩留まりを改善し得る。すなわち、必要最小限の本数の裏面電極層分離溝または欠陥領域のみについて第２レーザビームを付加的に照射することによって、集積型薄膜太陽電池の変換効率の向上および歩留まりを改善することができる。【００７７】
ここで、特定の裏面電極層分離溝９０４内に欠陥領域が存在するか否かは、例えばカーブトレーサなどを用いて、セルごとにその特性を検査しなければならない。そして、欠陥領域を含むと判断された裏面電極層分離溝またはその欠陥領域に対して選択的に付加的な第２レーザビームを照射しなければならない。すなわち、第１レーザビームに加えて第２レーザビームを付加的に照射する領域は作製中の集積型薄膜太陽電池ごとに異なり、レーザビーム照射の制御が複雑になるので、常識的に当業者はそのような製造方法を考えないであろう。【００７８】
しかしながら、本発明者による検討の結果として、各セルの特性検査の必要性やレーザビーム照射の制御の複雑化を伴うとしても、欠陥領域を含む裏面電極層分離溝９０４のみまたはそれらの欠陥領域のみに第２レーザビームを付加的に照射することによって、集積型薄膜太陽電池のＥｆｆおよび歩留まりを顕著に改善することができ、工程の複雑化の不利益を補って余りある利益の得られることが判明した。【００７９】
以上のような本発明者の詳細な検討に基づいて、本発明の好ましい実施の形態が、図面を参照しつつ以下において説明される。【００８０】
図４から図６は、本発明の一実施形態による集積型薄膜太陽電池に関しても参照することができる。すなわち、本発明の一実施形態による集積型薄膜太陽電池も、透明絶縁基板１１とその上に形成された透明電極層１２を含む薄膜太陽電池用基板１を備えている（図５、図６参照）。その基板１上には、順に積層された前方光電変換ユニット２、中間透過反射層６、および後方光電変換ユニット３を含む半導体層２０が形成され、その上には裏面電極層４が形成されている。【００８１】
また、本発明の一実施形態による集積型薄膜太陽電池においても、図６に示されているように、透明絶縁基板１１は、透光性基体１１１と透光性下地層１１２を含んでいる。透光性基体１１１には、ガラスや透明樹脂などの板状部材やシート状部材などが用いられ得る。透明絶縁基板１１は、薄膜太陽電池５の光入射側に位置することから、より多くの太陽光を透過させて光電変換ユニット２、３に吸収させるために、できるだけ透明であることが好ましい。特に、ガラス基板は、透過率が高くかつ安価であることから、透光性基体１１として望ましい。同様の意図から、薄膜太陽電池５の光入射面における光反射ロスを低減させるように、透明絶縁基板１１の光入射面に無反射コーティング（図示せず）を施すことが望ましい。なお、透明絶縁基板１１は透光性基体１１１のみで構成されていても使用可能であるが、透光性基体１１１と透光性下地層１１２を含むことがより好ましい。なぜならば、透光性下地層１１２によって、透明電極層の密着性の向上および透明電極層の表面凹を増大させる効果が得られるからである。【００８２】
透光性下地層１１２は、例えば溶媒を含むバインダ材料と共に透光性微粒子１１２１を含む塗布液から形成され得る。より具体的には、透光性のバインダ１１２２として、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物などの金属酸化物を利用することができる。また、透光性微粒子１１２１としては、シリカ（ＳｉＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、またはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）などが用いられ得る。透光性基体１１１の表面に上述の塗布液を付与する方法としては、ディッピング法、スピンコート法、バーコート法、スプレー法、ダイコート法、ロールコート法、フローコート法などを利用し得るが、透光性微粒子１１２１を緻密かつ均一に分布させるにはロールコート法が好適に用いられ得る。付与された塗布液膜は、直ちに加熱乾燥される。なお、下地層１１２おいて微細な表面凹凸を均一に形成するために、微粒子の形状は球状であることが好ましい。【００８３】
透明電極層の材料としては、２００℃以下の温度で層形成が可能な材料が好ましい。透明電極層の形成温度が２００℃以下の場合、基板に強化ガラスを使うことが可能であり、同じ強度条件でガラス基板を薄くして薄膜太陽電池を軽量化することができる。透明電極層を２００℃以下の低温で形成する方法としては、スパッタ法によるＩＴＯ、ＺｎＯ、またはＳｎＯ2の堆積、イオンプレーティング法によるＩＴＯまたはＺｎＯの堆積、ゾルゲル法によるＩＴＯまたはＺｎＯの堆積、さらには低圧熱ＣＶＤ法によるＺｎＯの堆積が挙げられる。【００８４】
透明絶縁基板１１上に配置される透明電極層１２の材料としては、ＺｎＯが好ましい。そのドーピング不純物として、Ｂ、Ａｌ、およびＧａの少なくとも１種を含むことが望ましく、特にＢ原子を２×１０19／ｃｍ3以上の濃度で含むことが望ましい。また、透明電極層１２は、ドーピング不純物のほかに２×１０20／ｃｍ3以上のＨ原子を含むことが好ましい。Ｈを含むＺｎＯ層は、２００℃以下の低い基板温度における低圧熱ＣＶＤによっても、光閉じ込め効果を有する表面凹凸が形成され得るので、薄膜太陽電池用の透明電極層として好適である。なお、本願明細書における基板温度は、基板が成膜装置の加熱部と接している面の温度を意味する。【００８５】
ＺｎＯ層は、低圧熱ＣＶＤ法によって２００℃以下の低温で容易に堆積され得るので好ましい。また、そうして堆積されたＺｎＯ層は、好ましい微細な表面凹凸を含み得る。ＺｎＯ層の具体的な堆積条件として、５〜２００Ｐａに減圧された低圧熱ＣＶＤ反応室内へ、有機金属蒸気としてジエチル亜鉛（ＤＥＺ）またはジメチル亜鉛、酸化剤として水蒸気、ドーピングガスとしてＢ2Ｈ6、そして希釈ガスとしてＨ2、Ｈｅ、およびＡｒの少なくとも一種を含む混合ガスを導入することが好ましい。その成膜時の基板温度は２００℃以下が好ましく、１４０℃以上１７０℃以下がさらに好ましい。ＤＥＺの流量は１０〜１０００ｓｃｃｍ、水蒸気の流量は１０〜１０００ｓｃｃｍ、Ｈ2の流量は１００〜１００００ｓｃｃｍ、そしてＡｒの流量は１００〜１００００ｓｃｃｍに設定され得る。Ｂ2Ｈ6は、ＤＥＺに対して０．１％〜１０％に設定されることが好ましい。【００８６】
透明電極層１２に含まれるＺｎＯ結晶粒径は概ね５０〜５００ｎｍで、かつ表面凹凸の高低差が概ね２０〜２００ｎｍであることが薄膜太陽電池の光閉じ込め効果の観点から好ましい。また、薄膜太陽電池用基板１のヘイズ率は、光閉じ込め効果の観点から、１５％以上であることが好ましく、２０％以上であることがより好ましい。【００８７】
ＺｎＯ電極層１２のシート抵抗は、抵抗損失を抑制する観点から、１５Ω／□以下であることが好ましく、１０Ω／□以下であることがより好ましい。【００８８】
ＺｎＯ電極層１２の平均厚さは０．７〜５μｍであることが好ましく、１〜３μｍであることがより好ましい。なぜならば、ＺｎＯ層が薄すぎれば、光閉じ込め効果に寄与する表面凹凸を十分に付与すること自体が困難となり、また透明導電膜として必要な導電性が得にくくなるからである。逆に、ＺｎＯ層が厚すぎれば、それ自体による光吸収に起因して光電変換ユニットへ到達する光量が減って変換効率が低下し、さらには成膜時間の増大によるコストの増大を生じる。【００８９】
また、ＺｎＯ電極層１２の表面面積比（Ｓｄｒ）は、５５％以上９５％以下であることが望ましい。Ｓｄｒが大きすぎる場合は、開放電圧（Ｖｏｃ）と曲線因子（ＦＦ）が低下し、その結果としてＥｆｆが低下する。また、場合によっては、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が低下して、その結果として変換効率（Ｅｆｆ）が低下する。Ｓｄｒが大きい場合にＶｏｃとＦＦが低下するのは、薄膜太陽電池用基板１の表面凹凸が鋭角的であり、透明導電層１２上の半導体層２０のカバレッジが悪くなって、接触抵抗の増加またはリーク電流の増加が起きるからである考えられる。また、Ｓｄｒが大きい場合にＪｓｃが低下するのは、透明導電層１２上の半導体層２０の成長が阻害されて膜質が低下し、これに起因してキャリア再結合による損失が多くなるからであると考えられる。逆に、Ｓｄｒが小さすぎる場合には、薄膜太陽電池用基板１の表面凹凸がなだらかになって光閉じ込め効果が弱くなり、それによって短絡電流密度（Ｊｓｃ）が低下してＥｆｆが低下すると考えられる。Ｓｄｒは、ＺｎＯ層の成膜条件を制御して最適な値とすることが可能である。例えば、低圧熱ＣＶＤ法で堆積されるＺｎＯ層の表面面積比は、基板温度、原料ガス流量、圧力などの成膜条件によって大きく変わるので、それらを制御して表面面積比を所望の値とすることができる。【００９０】
前方光電変換ユニット２に非晶質シリコン系材料を利用すれば、それは約３６０〜８００ｎｍの波長の光に対して感度を有し、後方光電変換ユニット３に結晶質シリコン系材料を利用すれば、それはより長い約１２００ｎｍまでの波長の光に対して感度を有する。したがって、光入射側から順に非晶質シリコン系材料の前方光電変換ユニット２と結晶質シリコン系材料の後方光電変換ユニット３を含む積層型薄膜太陽電池５は、入射光をより広い波長範囲で有効利用し得ることになる。【００９１】
積層型薄膜太陽電池５の変換効率のさらなる向上のために、半導体光電変換ユニット２と３の間に、それらのユニット２、３の構成材料より低い屈折率を有する導電性の中間透過反射層６を形成する方法がある（図６参照）。このような中間透過反射層６によって、短波長側の光を反射しかつ長波長側の光を透過させることが可能となり、薄膜光電変換ユニット２、３の各々における効率的な光電変換が可能となる。【００９２】
例えば、前方の非晶質シリコン光電変換ユニット２と後方の結晶質シリコン光電変換ユニット３を含むハイブリッド型薄膜太陽電池５に中間透過反射層６を挿入した場合、非晶質シリコン光電変換層２２の厚さを増やすことなく、その前方ユニット２によって発生する電流を増加させることができる。また、中間透過反射層６を含む場合には、それを含まない場合に比べて、同一の出力電流値を得るために必要な非晶質シリコン光電変換層２２の厚さを小さくし得ることから、非晶質シリコン層の厚さの増加に応じて顕著となる光劣化（Staebler-Wronsky効果）による非晶質シリコン光電変換ユニット２の特性低下を抑制することも可能となる。【００９３】
なお、中間透過反射層は前方光電変換ユニットの裏面側導電型層の一部に設けてもよく、また後方光電変換ユニットの前面側導電型層の一部に設けてもよい。【００９４】
前方光電変換ユニット２は、例えばプラズマＣＶＤ法によってｐ型、ｉ型、およびｎ型の順に各半導体層を積層して形成され得る。より具体的には、例えばボロンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型非晶質シリコンカーバイド層２１、真性非晶質シリコン光電変換層２２、およびリンが０．０１原子％以上ドープされたｎ型微結晶シリコン層２３がこの順に堆積されて、非晶質シリコン光電変換ユニット２が形成され得る。【００９５】
中間透過反射層６の材料としては、酸化亜鉛、ＩＴＯなどの導電性酸化物を利用することができ、またプラズマＣＶＤで形成可能な微結晶シリコンと酸化シリコンを含むシリコン複合層を用いることもできる。集積型薄膜太陽電池５の場合、中間透過反射層６として導電性酸化物層を用いれば後方光電変換ユニット３の短絡の問題が生じ得るが、シリコン複合層はその問題を生じないので好ましい。シリコン複合層は、例えば反応ガスとしてＳｉＨ4、ＣＯ2、Ｈ2、およびＰＨ3を用いて、Ｈ2／ＳｉＨ4比が大きい条件でかつＣＯ2／ＳｉＨ4比が２以上の範囲を利用するプラズマＣＶＤで形成されることが好ましい。このときのプラズマＣＶＤにおいては、例えば容量結合型の平行平板電極を用いて、電源周波数１０〜１００ＭＨｚ、高周波パワー密度０．０１〜０．５Ｗ／ｃｍ2、圧力５０〜１５００Ｐａ、および基板温度１５０〜２５０℃の条件を利用することが好ましい。ＣＯ2／ＳｉＨ4比を増加させれば、シリコン複合層中の酸素濃度が単調に増加し、中間透過反射層６の屈折率を下げることができる。【００９６】
後方光電変換ユニット３も、例えばプラズマＣＶＤ法によってｐ型、ｉ型、およびｎ型の順に各半導体層を積層して形成され得る。より具体的には、例えばボロンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型微結晶シリコン層３１、真性結晶質シリコン光電変換層３２、およびリンが０．０１原子％以上ドープされたｎ型微結晶シリコン層３３がこの順に堆積されて、結晶質シリコン光電変換ユニット３が形成され得る。【００９７】
裏面電極層４は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、およびＣｒの少なくとも一種を含む少なくとも一層の金属層４２として、スパッタ法または蒸着法により形成されることが好ましい。また、後方光電変換ユニット３と金属層４２との間に、ＩＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯなどの導電性酸化物層４１を裏面電極層４の一部として形成することが好ましい。この導電性酸化物層４１は、後方光電変換ユニット３と裏面電極層４との密着性を高めるとともに、裏面電極層４の光反射率を高め、さらには金属層４２から光電変換ユニット３、２へ金属元素が拡散することを防止するように作用し得る。【００９８】
薄膜太陽電池は図６の積層型薄膜太陽電池のように２段の光電変換ユニットを含んでいてもよいが、１段の光電変換ユニットのみを含むいわゆるシングルセルの薄膜太陽電池であってもよく、３段の光電変換ユニットを含むいわゆるトリプルセルの薄膜太陽電池であってもよく、さらには４段以上の光電変換ユニットが積層されてもよい。例えば、図６の前方光電変換ユニット２に相当する非晶質シリコン光電変換ユニットのみを形成し、中間透過反射層６と後方光電変換ユニット３が省略された非晶質シングルセルであってもよい。また、ＳｎＯ2に比べて耐プラズマ性が高いＺｎＯで透明電極層を形成する場合、その透明電極層上に直接に結晶質シリコン光電変換ユニットを形成することも可能である。すなわち、図６の前方光電変換ユニット２と中間透過反射層６を含むことなく、結晶質シリコン光電変換ユニットのみを含む結晶質シングルセルを形成してもよい。また、トリプルセルとしては、非晶質シリコン光電変換ユニット／非晶質シリコンゲルマニウムのｉ層を含む非晶質シリコンゲルマニウム光電変換ユニット／結晶質シリコン光電変換ユニットの順に積層する例、非晶質シリコン光電変換ユニット／結晶質シリコン光電変換ユニット／結晶質シリコン光電変換ユニットの順に積層する例などがある。さらに、図６では中間透過反射層６を含む積層形薄膜太陽電池が示されているが、中間透過反射層６が省略された積層型薄膜太陽電池にも本発明を適用し得ることが明らかであろう。【００９９】
図５は、本発明の一実施形態による薄膜太陽電池の集積構造説明するための概略的な断面図である。この集積型薄膜太陽電池９０１においては、ガラス基体１１１と下地層１１２を含む透明絶縁基板１１上に透明電極層１２が積層され、その上に非晶質シリコン光電ユニット２、中間透過反射層６、および結晶質シリコン光電変換ユニット３を含む半導体層２０が積層され、さらにその上に裏面電極層４が積層されている（図６をも参照）。【０１００】
図５に示すように、集積型薄膜太陽電池９０１には、透明電極層分離溝９０３、裏面電極層分離溝９０４、および半導体層分離溝９０５が設けられている。これらの透明電極層分離溝９０３、裏面電極層分離溝９０４、および半導体層分離溝９０５は、互いに平行であって、図面に対して垂直な方向に延在している。なお、隣り合う光電変換セル９０２間の境界は、透明電極層分離溝９０３と裏面電極層分離溝９０４によって規定されている。【０１０１】
半導体層分離溝９０５は裏面電極層４に含まれる金属材料で埋め込まれており、隣り合う光電変換セル９０２間で一方のセルの裏面電極４と他方のセルの透明電極１２とを電気的に接続している。すなわち、半導体層分離溝９０５とそれを埋め込む金属材料は、隣接する光電変換セル９０２同士を直列接続する役割を担っている。【０１０２】
透明電極層分離溝、半導体層分離溝、および裏面電極層分離溝の少なくとも一部は、図１の模式的な平面図に示すように、分離溝の幅方向の最大長Ｗと長手方向の最大長Ｌを有する各ピットのつながりによって構成されている。すなわち、Ｗ＞Ｌとすることによって、各ピットを形成するエネルギを増加させずに、分離溝の幅を広くすることがでる。そして、隣接するピット間における分離溝のくびれ部の幅を広くすることができるので、溝にバリが残る不良、ピット列が部分的に途切れる不良（ピット抜け）、およびピット列が部分的に曲がる不良（ピット列曲がり）を抑制し、集積型薄膜太陽電池の出力特性、歩留まり、およびコストの改善が可能となる。【０１０３】
他方、従来のように平面形状が円形のピットまたは特許文献１におけるように縦長の楕円のピットを連続させて分離溝を形成する場合、その分離溝の幅を広くするためにはピットの平面積を広くしなければならないので、同じレーザエネルギ密度を利用する場合に、レーザ光の１パルスあたりのエネルギ量を大きくする必要がある。例えば、特許文献１においてＷ／Ｌ＝０．５の縦長楕円の場合に、本発明におけるＷ／Ｌ＝２の横長楕円の場合と同じ分離溝幅を実現するためには４倍の面積が必要となるので、１パルスあたりのレーザエネルギ量も４倍にする必要がある。しかし、必要なレーザエネルギ量が大きくなれば、レーザ装置のコストが増加するので好ましくない。また、通常ではレーザビーム断面におけるエネルギ分布は必ずしも均一ではなく、その断面の中央付近にピークを有するガウス分布に近い。したがって、レーザ光の１パルスあたりのエネルギ量を増加させれば、ピット内のエネルギピークが高くなって、ＺｎＯ層へのダメージが大きくなるので好ましくない。【０１０４】
透明電極層分離溝９０３、半導体層分離溝９０５、および裏面電極層分離溝９０４の中でも、特に裏面電極層分離溝９０４を構成するピットをＷ＞Ｌの横長形状にすることが、集積型薄膜太陽電池のＶｏｃ、ＦＦ、およびＥｆｆを向上させかつ歩留まりを向上させるために好ましい。【０１０５】
また、分離溝の分離不良を抑制するためにＷ／Ｌを１．２５以上にすることが望ましく、発電面積ロスと分離溝の抵抗損失とを抑制するためにＷ／Ｌを７．２以下にすることが望ましい。隣り合うピットが分離溝の長手方向に重なる最大長さｄをＬの５％以上にすることによって、隣接するピット間の境目における溝幅が広くなって、分離溝の分離不良が抑制され得る。逆に、重なりの最大長ｄをＬの３０％以下にすることによって、レーザビームが重複照射される部分の面積が大きくなりすぎず、透明電極層へのダメージおよび分離溝中の残渣の発生が抑制され得る。【０１０６】
ピットの平面形状はＷ＞Ｌを満たす限りにおいて種々の形状であり得るが、楕円状であればレーザ光学系を容易に構成することができ、エネルギ量や焦点距離などレーザ条件の最適化が容易であるので好ましい。ピットの典型的な平面形状としては、Ｗ＞Ｌの条件下においてＷが５０〜２００μｍでＬが２０〜１５０μｍである楕円形が好ましい。また、隣接するピットにおいて分離溝の長手方向に重なる最大長さｄは、Ｌの６％以上３３％以下であることが好ましく、典型的には５〜４０μｍであることが好ましい。【０１０７】
各ピットの平面積を３×１０-10ｍ2以上にすることによって、各ピットを形成するエネルギ密度が高くなりすぎず、透明電極層へのダメージと分離溝中の残渣の発生が抑制され得る。他方、ピットの平面積を４×１０-8ｍ2以下にすることによって、各ピットを形成するエネルギ量が大きくなりすぎず、レーザ装置のコストの増加を抑制し、また分離溝による発電面積ロスを抑制することができる。【０１０８】
本発明による集積型薄膜太陽電池の製造方法において、分離溝はレーザビームをパルス的に照射することによって形成され得る。レーザ装置としては、容易に市販品を入手し得るＹＡＧレーザを用いることができる。その場合、透明電極層分離溝の形成にはＹＡＧレーザの基本波である波長１０６４ｎｍのレーザ光を用い、半導体層分離溝および裏面電極層分離溝の形成にはＹＡＧレーザの第二高調波である波長５３２ｎｍのレーザ光を用いる。レーザビーム照射スポットと基板との相対的位置を変化させながらレーザ光をパルス的に照射することによって、略同形状のピットが一定ピッチで連なった分離溝が形成され得る。【０１０９】
ＹＡＧレーザのパルスの周波数としては、典型的には３〜１５ｋＨｚが用いられ得る。また、ＹＡＧレーザと同じ波長１０６４ｎｍのレーザ光を射出し得るＹＶＯ４（イットリウム・バナデート）レーザも分離溝の形成に用いることができ、その場合はパルス周波数を３０ｋＨｚまで増加させることができる。なお、分離溝の形成方法は、レーザビーム照射に限定されず、その他のエネルギビーム照射などであってもよい。ピットの平面形状においてＷ＞Ｌを満たすために、通常のレーザ光学系に加えて、反射鏡、シリンドリカルレンズ、ＸＹ方向のスリットなどの少なくとも１つを適宜に用いることができ、これによって所望の平面形状のピットを実現することが可能である。【０１１０】
裏面電極層分離溝を形成するためのレーザビームのエネルギ密度は裏面電極層を切断し得る最小エネルギ密度の１．１倍以上２倍以下に設定され、これによって透明電極層へのダメージと分離溝中の残渣の発生が抑制され得る。【０１１１】
本発明の他の実施形態が、図４、６および図１４〜１６を参照しつつ以下において説明される。図１５の断面図は、図４中の楕円４Ｐで囲まれた領域に関して、この実施形態による集積型薄膜太陽電池を模式的に示している。そして、図１４と図１６は、図１５中の楕円２Ｑで囲まれた領域に関して、透明電極層分離溝９０３、半導体層分離溝９０５、および裏面電極層分離溝９０４０をそれぞれ模式的平面図と模式的断面図で拡大して示している。図６は、図１５中の楕円２Ｐで囲まれた領域の積層構造をより詳細に示す模式的断面図としても参照し得る。【０１１２】
図１５に示された集積型薄膜太陽電池９０１においては、ガラス基体１１１と下地層１１２を含む透明絶縁基板１１上に透明電極層１２が積層され、その上に非晶質シリコン光電ユニット２、中間透過反射層６、および結晶質シリコン光電変換ユニット３を含む半導体層２０が積層され、さらにその上に裏面電極層４が積層されている（図６をも参照）。【０１１３】
図１５に示すように、集積型薄膜太陽電池９０１には、透明電極層分離溝９０３、裏面電極層分離溝９０４０、および半導体層分離溝９０５が設けられている。これらの透明電極層分離溝９０３、裏面電極層分離溝９０４０、および半導体層分離溝９０５は、互いに平行であって、図面に対して垂直な方向に延在している。なお、隣り合う光電変換セル９０２間の境界は、透明電極層分離溝９０３と裏面電極層分離溝９０４０によって規定されている。【０１１４】
半導体層分離溝９０５は裏面電極層４に含まれる金属材料で埋め込まれており、隣り合う光電変換セル９０２間で一方のセルの裏面電極４と他方のセルの透明電極１２とを電気的に接続している。すなわち、半導体層分離溝９０５とそれを埋め込む金属材料は、隣接する光電変換セル９０２同士を直列接続する役割を担っている。【０１１５】
図１４から図１６を参照して、裏面電極層分離溝９０４０の形成方法が図解されている。まず、図１５と図１６において第１レーザビーム７１として示されているように、例えばＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のレーザビームが透明絶縁基板１１を通して領域Ｍに照射され、図７に示された裏面電極層分離溝９０４と同等の裏面電極層分離溝が形成される。【０１１６】
その後、第２レーザビーム７２を照射すべき裏面電極層分離溝が選定される。すなわち、第１レーザビームの照射のみによって十分良好な裏面電極層分離溝が形成されている場合、第２レーザビームを照射すれば透明電極層のダメージが増大する可能性があるので、これを抑制するために第２レーザビームを照射する裏面電極層分離溝の本数を必要最小限にすることが重要である。そのために、集積される各光電変換セルについて短絡やリーク電流の有無を検査し、出力特性が基準値に満たない光電変換セルに接する裏面電極層分離溝についてのみ、付加的な第２レーザビームを用いて欠陥部の除去を行なう。【０１１７】
検査の方法としては、（１）ソーラーシミュレータで各セルのＶｏｃ、Ｊｓｃ、ＦＦ、Ｅｆｆなどを実際に測定する；（２）各セルに逆方向の直流電圧または周期電圧をかけてリーク電流の値で判断する（これは逆バイアス処理と呼ばれている）；（３）カーブトレーサで電圧電流特性がダイオード特性を示すかどうかで判断する；（４）蛍光灯などで１０ｍＷ／ｃｍ2程度の強度の光をあててテスターなどでＶｏｃの相対値を測定する；（５）顕微鏡などで形態観察を行なうなどの少なくとも一つの方法を採用することができる。その検査後に、出力特性が基準値に満たない光電変換セルに隣接する裏面電極層分離溝について、溝長手方向全体にわたって第２レーザビームを照射してもよいし、顕微鏡観察などで欠陥箇所が特定できる場合はその欠陥部分だけに第２レーザビームを照射してもよい。なお、検査方法の例がここに列挙されたが、欠陥領域の存在を判断できるのであれば他の方法をも採用し得ることは言うまでもない。【０１１８】
ここで例示された検査方法のうちで、逆バイアス処理は、通常の薄膜太陽電池モジュールの製造工程で用いられている。したがって、逆バイアス処理装置を用いれば、新たな検査装置を導入しなくても、第２レーザビームを照射すべき裏面電極層分離溝を特定することができる。【０１１９】
逆バイアス処理においては、セルの正負の電極間に逆方向電圧（逆バイアス電圧）を印加することによって短絡部が除去される。すなわち、セル中の半導体層に逆方向電圧を印加することによって短絡部に電流を集中させ、発生したジュール熱によって短絡部の導電物を飛散させまたは酸化して絶縁体にして短絡部を除去する。短絡部は、セル内のピンホール、透明電極層分離溝、裏面電極層分離溝などにおいて生じやすい。逆バイアス処理装置は、互いに隣り合う３〜６段のセルの電極に接する複数段のプローブを備え、それら複数段のプローブを一体的に下降させて裏面電極層に接触させる。【０１２０】
より詳細には、プローブの接触抵抗を下げるために、各セル用に１０〜１００ｍｍ間隔で複数のプローブ（これをプローブ群と呼ぶ）が設けられている。このようなプローブ群の４〜７段分を設けることによって、３〜６段分のセルごとに処理することができる。すなわち、隣り合う任意の一対のセルに逆バイアス電圧を印加する一対のプローブ群を切り替えスイッチによって選択し、逆バイアス電圧を印加してリーク電流が測定される。プローブ群が接している各段のセルの逆バイアス処理が終了したら、全プローブを一体的に上昇させ、次に処理すべき複数段のセルが複数段のプローブ下に配置されるように薄膜太陽電池モジュールを相対的に移動させ、そしてそれら複数段のプローブを一体的に下降させる。【０１２１】
逆バイアス処理による判定においては、例えば最初に２Ｖ以下のピーク値を有する直流電圧または周期波形電圧（半波整流正弦波、矩形波、のこぎり波など）をセルに印加してリーク電流を測定し、リーク電流が許容値以下なら逆バイアス処理を終了し、そのセルが合格であると判定される。また、２Ｖ以下の電圧印加においてリーク電流が許容値を超えているセルであっても、さらに逆バイアス電圧を増大させてリーク電流が許容値以下になった場合、そのセルも合格と判定される。他方、予め設定された最大値まで逆バイアス電圧を印加してもリーク電流が許容値以下にならないセルは、不合格であると判定される。そして、逆バイアス処理において不合格と判定されたセルに接する裏面電極層分離溝において、第２レーザビームが付加的に照射される。【０１２２】
図１６に示すように、第１レーザビーム７１と同様に、波長５３２ｎｍの第２レーザビーム７２が透明絶縁基板１１を通して領域Ｎに照射され、これによって裏面電極層分離溝９０４０が完成する。この際に、領域Ｎはその一部が領域Ｍと重ねられ、領域Ｎの中心はその最近接の半導体層分離溝から遠ざかる方向へ領域Ｍの中心から変位させられている。なお、レーザビームの断面形状としては、円形や楕円形などが好ましく用いられ得るが、任意の形状を用いることも可能である。【０１２３】
ところで、第１レーザビーム７１のみで裏面電極層分離溝を形成した段階では、その溝の両側の壁に残渣Ｅが付着しており（図７参照）、集積型薄膜太陽電池のリーク電流の増大や短絡の原因となる。残渣Ｅを含む裏面電極層分離溝において、図７の楕円７Ｐの部分を含む領域Ｎに第２レーザビームを照射することによって、その裏面電極層分離溝の右側の壁に付着した残渣Ｅが図１６に示されているように除去される。【０１２４】
ここで、裏面電極層分離溝９０４０の左側の壁に付着している残渣Ｅは、その左側の半導体層分離溝９０５が金属材料で埋め込まれるので、除去される必要がない。しかし、裏面電極層分離溝の右側の壁に付着している残渣Ｅは、その右側のセルにおける厚さ方向の電流リーク経路になるので、第２レーザビームの照射領域Ｎを右側にずらすことが重要である。すなわち、第２レーザビーム照射領域Ｎを右側にずらすことによって、領域Ｍに比べて領域Ｎの幅を拡大しなくても、裏面電極層分離溝の右側の壁における残渣Ｅを除去することができる。領域Ｍと領域Ｎの形状と面積を同じにする場合、第１レーザビームと第２レーザビームのための光学系を同じにすることができ、光学系や制御系が簡便になってレーザ装置のコストが低減され得る。また、領域Ｍに比べて領域Ｎを小さくすることもでき、この場合に第１レーザビームと第２レーザビームのエネルギ密度を同じにして、エネルギコストを抑制することができる。【０１２５】
以上のように、本発明によれば、半導体層の厚さ方向のリーク電流や短絡の発生が抑制されて、ＶｏｃまたはＦＦの増加によってＥｆｆの向上した集積型薄膜太陽電池を高い歩留まりで提供することができる。【０１２６】
なお、第２レーザビームが付加的に照射された裏面電極層分離溝に接するセルは、再度逆バイアス処理されることが望ましい。なぜならば、第２レーザビームの照射後にも微小な残渣などの短絡部が残っている場合、その再度の逆バイアス処理によってその短絡部が除去され得るからである。【０１２７】
図１４の模式的平面図は、本発明においてパルスレーザ照射で形成されたピット列を含む透明電極層分離溝９０３、半導体層分離溝９０５、および裏面電極層分離溝９０４０の一部を示している。透明電極層分離溝９０３は、所定ピッチで連なった略円形状のピット９０３１によって形成されている。同様に、半導体層分離溝９０５も、所定ピッチで連なった略円形状のピット９０５１によって形成されている。【０１２８】
他方、裏面電極層分離溝９０４０は、略楕円形状の第１種ピット９０４３が所定ピッチで連なった第１種ピット列９０４４と略楕円形状の第２種ピット９０４５が所定ピッチで連なったと第２種ピット列９０４６との重複によって形成されている。第２種ピット列９０４６の溝幅方向の極大長Ｗｎは、第１種ピット列９０４４の溝幅方向の極大長Ｗｍより小さい。また、第２種ピット列９０４６の中心線はその最近接の半導体層分離溝９０５から遠ざかる方向へ第１種ピット列９０４３の中心線から変位させられている。【０１２９】
本発明では、第１種ピット列９０４４の右側壁に存在していた残渣が第２種ピット列９０４６の形成の際に除去され、このことによってＶｏｃまたはＦＦの増加によってＥｆｆの向上した集積型薄膜太陽電池を改善された歩留まりで提供することができる。【０１３０】
なお、第１種ピット列９０４４に含まれる第１種ピット９０４３の相互間で±２０％程度の寸法の差異や端部の裏面電極層の剥離がある場合があるが、１００〜１０００倍程度の光学顕微鏡で観察する限りにおいてそれらのピットはほぼ相似形である。【０１３１】
図１４において、裏面電極層分離溝９０４０の幅Ｗｏと第１レーザビームのみで形成された第１種ピット列９０４４の溝幅方向の極大長Ｗｍとの比Ｗｏ／Ｗｍは、１．１５以上１．８以下であることが好ましい。この比を１．１５以上にすることによって、第１レーザビームの照射領域Ｍと、第２レーザビームの照射領域Ｎが重なりすぎず（図１６参照）、実質的にレーザビームが２回照射される面積が減るので、透明電極層へのダメージが抑制され得る。また、この比を１．８以下にすることによって、第１レーザビームで形成された第１種ピット列９０４４における切れ残りや残渣などのスクライブ不良部（欠陥部）の改善や除去が容易になるとともに、有効発電面積の減少（面積ロス）を抑制することができる。【０１３２】
また、透明電極層に酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いた場合には、第２レーザビーム照射を利用することは特に効果的である。この理由として、ＳｎＯ２に比べてＺｎＯが低温でも蒸発しやすいので、ＺｎＯ層が第１レーザビームによるダメージを受けて蒸発しやすく、蒸発したＺｎＯが再固体化して残渣として残りやすいと考えられる。また、ＳｎＯ２層に比べてＺｎＯ層のヘイズ率と厚さが大きいことに起因して、ＺｎＯ層においてレーザ光吸収量が大きくなってダメージを受けやすいことが考えられる。【０１３３】
第１レーザビームに比べて、第２レーザビームのエネルギ密度を低くすることがより望ましい。本発明者の検討では、第２レーザビームのエネルギ密度を低くしても残渣Ｅを除去することが可能であり、透明電極層へのダメージも軽減され得る。これによって、ＶｏｃやＦＦがさらに増加してＥｆｆがさらに向上し、集積型薄膜太陽電池の歩留まりも向上し得る。第２レーザビームのエネルギ密度を第１レーザビームのエネルギ密度の４４％以上にすれば残渣Ｅが容易に除去されてリーク電流が抑制され、９５％以下にすればレーザビームが２回照射される領域における透明電極層のダメージが容易に抑制され得るので、４４％以上９５％以下の範囲にすることが望ましい。さらに、第２レーザビームのエネルギ密度を第１レーザビームのエネルギ密度の５０％以上７０％以下にすれば、大面積の基板を用いた場合においてエネルギ密度のばらつきの影響が軽減され、集積型薄膜太陽電池での歩留まりがさらに向上し得る。なお、エネルギ密度は、レーザのパワーを減少させて低くしてもよいし、レーザビームの焦点深さを変えて照射位置におけるビーム断面積の縮小を抑制して低くしてもよい。【０１３４】
また、裏面電極層分離溝の単位長さあたりの第２レーザビーム照射回数（パルス数）を第１レーザビーム照射回数より多くすることによって、第１レーザビームで形成された裏面電極層分離溝における切れ残りや残渣などのスクライブ不良部（欠陥部）の改善や除去をし得る確率が高くなる。なお、単位長さあたりの第２レーザビーム照射回数は、第１レーザビーム照射回数の整数倍を避けることが望ましい。【０１３５】
パルスレーザで形成されたピット列中で隣接するピットの境界おいては狭幅部分が形成され、この部分で残渣Ｅや切れ残りの不良が発生しすい。単位長さあたりの第２レーザビーム照射回数が第１レーザビーム照射回の数整倍である場合、第２レーザビームで形成された隣接する第２種ピット９０４５の境界の狭幅部分も、第１レーザビームで形成された隣接する第１種ピット９０４４の境界の狭幅部と同じ位置にくる場合がある。そこで、単位長さあたりの第２レーザビーム照射回数として第１レーザビーム照射回数の整数倍を避けることによって、第１レーザビームの照射スポット位置に対して第２レーザビームの照射スポット位置が溝長手方向にずれるので、残渣Ｅがより効率的に除去され得る。
【実施例】
【０１３６】
以下においては、本発明による種々の具体的な実施例が、種々の比較例とともに詳細に説明されて検討される。【０１３７】
（実施例１）
本発明の実施例１として、集積型薄膜太陽電池を作製した。この実施例１の集積型薄膜太陽電池に関しても、図４から図６を参照することができる。まず、透明絶縁基板１１を得るために、４ｍｍ×３６０ｍｍ×４６５ｍｍのガラス基体１１１上にＳｉＯ2微粒子１１２１を含む透光性下地層１１２を形成した。透光性下地層１１２を形成する際に用いた塗布液としては、平均粒径１００ｎｍの球状シリカの分散液、水、およびエチルセロソルブの混合液にテトラエトキシシランを加え、そして塩酸を添加してテトラエトキシシランを加水分解させ、さらに希釈液としてジアセトンアルコールとプロピレングリコールが加えられた。塗布液全体に対する球状シリカの割合は、６質量％であった。塗布液を印刷機にてガラス基体上に塗布した後に９０℃で３０分乾燥し、その後に４５０℃で５分加熱することによって、微細な表面凹凸を有する透明絶縁基板１１を得た（図６参照）。【０１３８】
この透明絶縁基板１１上にＺｎＯの透明電極層１２を低圧熱ＣＶＤ法で形成した。この透明電極層１２は、基板温度１６０℃、圧力３０Ｐａ、気化したジエチル亜鉛（ＤＥＺ）の流量２００ｓｃｃｍ、水蒸気流量７００ｓｃｃｍ、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）流量２ｓｃｃｍ、および水素流量１０００ｓｃｃｍの条件下で形成された。【０１３９】
得られたＺｎＯ透明電極層１２に関して種々の物理的特性を測定したところ、反射スペクトルの干渉から求めた厚さは１．７μｍ；シート抵抗は１２．１Ω／□；Ｃ光源を用いて測定したヘイズ率は２１．６％；ホール効果測定から求めたキャリア密度は基板面内のばらつきを含んで５×１０19〜３×１０20／ｃｍ3の範囲内；そして表面面積比（Ｓｄｒ）は７５．５％であった。なお、本願におけるＳｄｒは、一辺が５μｍの正方形領域を観察した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像から求められている。このＡＦＭ測定には、Ｎａｎｏ−Ｒシステム（Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）のノンコンタクトモードが用いられた。【０１４０】
さらに、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）として、ＺｎＯ透明電極層１２中の不純物濃度がＣｓ+イオン源を用いて測定された。このＳＩＭＳによって、ＺｎＯ層中の不純物として、Ｈ、Ｂ、およびＣの元素が明確に検出された。各不純物濃度はＺｎＯ層の厚さ方向において分布を有しているが、Ｈ原子濃度は９×１０20〜３×１０21／ｃｍ3、Ｂ原子濃度は１×１０20〜４×１０20／ｃｍ3、そしてＣ原子濃度は５×１０19〜２×１０20／ｃｍ3の範囲内であった。液体原料のＤＥＺには約０．１〜２％のＡｌが混入しているが、ＳＩＭＳの高分解能測定で求めたＺｎＯ膜中のＡｌ原子濃度は、５×１０18／ｃｍ3以下であった。したがって、Ａｌ原子濃度がキャリア密度より１桁以上低いので、ＡｌはＺｎＯ層中で実質的にキャリアとして作用していないといえる。【０１４１】
上述のようなＺｎＯ透明電極層１２上に、非晶質シリコン光電変換ユニット２、中間透過反射層６、結晶質シリコン光電変換ユニット３、および裏面電極層４を順次形成することによって、図６に示すような積層型薄膜太陽電池が作製された。ただし、この薄膜太陽電池は、レーザスクライブを利用することによって、図５に示すような集積型薄膜太陽電池９０１として作製された。本実施例１の集積型薄膜太陽電池９０１においては、５０段の光電変換セルが直列接続された。【０１４２】
具体的には、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザビームを用いて、透明電極層１２において透明電極層分離溝９０３を形成した。その溝を構成する各ピットの平面形状は図２に示すような円形とし、溝幅方向の最大長Ｗ＝８０μｍかつ溝長手方向の最大長Ｌ＝８０μｍに設定された。すなわち、Ｗ／Ｌ＝１であって、各ピットの面積は５．０×１０-9ｍ2であった。隣接するピットが溝長手方向に重なる最大長さｄはＬの５０％にされ、レーザビームのエネルギ密度は１３Ｊ／ｃｍ2に設定された。透明電極層分離溝９０３の形成後に、薄膜太陽電池用基板１は、洗浄されて乾燥された。【０１４３】
透明電極層１２上には、厚さ１０ｎｍのｐ型微結晶シリコン層と厚さ１５ｎｍのｐ型非晶質シリコンカーバイド層を含むｐ型層２１、厚さ３５０ｎｍの真性非晶質シリコン光電変換層２２、および厚さ１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層２３からなる非晶質光電変換ユニット２がプラズマＣＶＤによって形成された。つづけて、プラズマＣＶＤによって、厚さ５０ｎｍのシリコン複合層からなる中間透過反射層６を形成した。さらに、厚さ１５ｎｍのｐ型微結晶シリコン層３１、厚さ２．５μｍの真性結晶質シリコン層３２、および厚さ１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層３３からなる結晶質シリコン光電変換層ユニット３をプラズマＣＶＤで形成した。すなわち、半導体層２０は、前方光電変換ユニット２、中間透過反射層６、および後方光電変換ユニット３を含んでいる。【０１４４】
その後、ＹＡＧレーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）を用いるレーザスクライブによって、半導体層２０を貫通する半導体層分離溝９０５を形成した。この溝を構成する各ピットの平面形状は図３に示すような溝長手方向に長軸を有する縦長楕円形とし、溝幅方向の最大長Ｗ＝５０μｍで溝長手方向の最大長Ｌ＝８０μｍに設定された。すなわち、Ｗ／Ｌ＝０．６３であって、各ピットの面積は３．１×１０-9ｍ2であった。隣接するピットが溝長手方向に重なる最大長さｄはＬの５０％にされ、レーザビームのエネルギ密度は０．７Ｊ／ｃｍ2に設定された。【０１４５】
半導体層分離溝９０５が形成された半導体層２０上には、裏面電極層４としてＡｌドープされた厚さ９０ｎｍのＺｎＯ層４１と厚さ２００ｎｍのＡｇ層４２がスパッタ法にて順次形成された。【０１４６】
最後に、ＹＡＧレーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）を用いるレーザスクライブによって、前方光電変換ユニット２、中間透過反射層６、後方光電変換ユニット３、および裏面電極層４を貫通する裏面電極層分離溝９０４を形成した。この溝を構成する各ピットの平面形状は図１に示すように溝長手方向に短軸を有する横長楕円形とし、溝幅方向の最大長Ｗ＝７５μｍで溝長手方向の最大長Ｌ＝６０μｍに設定された。すなわち、Ｗ／Ｌ＝１．２５であって、各ピットの面積は３．３×１０-9ｍ2であった。隣接するピットが溝長手方向に重なる最大長さｄはＬの２０％にされ、レーザビームのエネルギ密度は０．７Ｊ／ｃｍ2に設定された。【０１４７】
こうして得られた本実施例１の集積型薄膜太陽電池にエアマス（ＡＭ）１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2の光強度で照射して出力特性を測定したところ、開放電圧（Ｖｏｃ）が１．３１３Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が１２．５９ｍＡ／ｃｍ2、曲線因子（ＦＦ）が０．７１２、そして変換効率（Ｅｆｆ）が１１．７７％であった。【０１４８】
この実施例１の集積型薄膜太陽電池の裏面側を樹脂封止する前に、カーブトレーサを用いて各光電変換セルの短絡の有無を調べたところ、全５０段の光電変換セル中で短絡しているセルはなかった。すなわち、裏面電極層分離溝９０４を構成する各ピットの平面形状において溝幅方向の最大長Ｗと溝長手方向の最大長ＬとがＷ／Ｌ＝１．２５の関係に設定されることによって、１１．５％をこえる高いＥｆｆを有する集積型薄膜太陽電池が得られることが分かる。【０１４９】
なお、裏面電極層分離溝９０４を形成する際のレーザビームのエネルギ密度を０．６Ｊ／ｃｍ2未満設定した場合には、裏面電極層に切れ残りが発生した。すなわち、本実施例１において裏面電極層分離溝９０４の形成に使用したレーザビームのエネルギ密度は、裏面電極層を切断し得るレーザビームの最小エネルギ密度の１．１７倍に相当する。【０１５０】
（実施例２）
本発明の実施例２においても、実施例１に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、実施例２の集積型薄膜太陽電池は、裏面電極層分離溝９０４を構成する各ピットの平面形状を変更したことのみにおいて、実施例１と異なっていた。【０１５１】
本実施例２では、裏面電極層分離溝９０４を構成する各ピットの平面形状が図１に示されているように溝の長手方向に短軸を有する横長楕円形にされ、溝幅方向の最大長Ｗ＝９０μｍで溝長手方向の最大長Ｌ＝５０μｍに設定された。すなわち、Ｗ／Ｌ＝１．８０であり、各ピットの面積は３．５×１０-9ｍ2であった。隣接するピットが溝長手方向に重なる最大長さｄはＬの２０％にされ、レーザビームのエネルギ密度は０．７Ｊ／ｃｍ2に設定された。【０１５２】
得られた本実施例２の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例１の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３２８Ｖ、Ｊｓｃが１２．６５ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７１４、そしてＥｆｆが１２．００％であった。また、実施例１と同様の方法によって本実施例２でも光電変換セルの短絡の有無を調べたところ、全５０段の光電変換セル中で短絡しているセルはなかった。【０１５３】
本実施例２と実施例１との対比から、裏面電極層分離溝９０４を構成する各ピットにおいてＷ／Ｌを１．２５から１．８に増大させることによって、Ｅｆｆが１１．７７％から１２．００％へさらに向上することが分かる。【０１５４】
図８は、本実施例２における裏面電極層分離溝９０４の一部の上面を示す光学顕微鏡写真である。この光学顕微鏡写真から、裏面電極層分離溝９０４の近傍において裏面電極層４に含まれる金属材料のバリが認められるが、Ｗ／Ｌ＞１にすることによって溝幅が充分に大きくなってバリの大きさが溝幅よりも小さくなっており、短絡は発生しないことが分かる。【０１５５】
図９は、本実施例２における裏面電極層分離溝９０４の他の一部を示す光学顕微鏡写真である。この図９においては、裏面電極層分離溝９０４を構成すべきピットの１つが小さくなって、部分的ピット抜け発生している。しかし、Ｗ／Ｌ＞１にすることによってピットの幅が十分に大きくなっているので、分離溝が完全には途切れなくて、短絡は発生していないことが分かる。すなわち、Ｗ／Ｌ＞１にすることによって、たとえバリやピット抜けが発生しても、短絡に至る確率を低減し得ることが分かる。【０１５６】
（比較例１）
比較例１においても、実施例１に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、比較例１の集積型薄膜太陽電池は、裏面電極層分離溝９０４を構成する各ピットの平面形状を変更したことのみにおいて、実施例１と異なっていた。【０１５７】
本比較例１では、裏面電極層分離溝９０４を構成する各ピットの平面形状が図２に示されているように円形にされ、溝幅方向の最大長Ｗ＝６３μｍで溝長手方向の最大長Ｌ＝６３μｍに設定された。すなわち、Ｗ／Ｌ＝１．００であり、各ピットの面積は３．３×１０-9ｍ2であった。隣接するピットが溝長手方向に重なる最大長さｄはＬの２０％にされ、レーザビームのエネルギ密度は０．７Ｊ／ｃｍ2に設定された。【０１５８】
得られた本比較例１の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例１の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．２７２Ｖ、Ｊｓｃが１２．６９ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．６４３、そしてＥｆｆが１０．３８％であった。また、実施例１と同様の方法によって本比較例１でも光電変換セルの短絡の有無を調べたところ、全５０段の光電変換セル中で２つのセルが短絡していた。【０１５９】
本比較例１と実施例１および２との対比から、裏面電極層分離溝９０４においてＷ／Ｌ＝１にすれば、ＶｏｃとＦＦが低下して、Ｅｆｆが１０．５％未満の低い値に低下することが分かる。そして、この原因として、光電変換セルの短絡が考えられる。【０１６０】
（比較例２）
比較例２においても、実施例１に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、比較例２の集積型薄膜太陽電池は、裏面電極層分離溝９０４を構成するピットの平面形状を変更したことのみにおいて、実施例１と異なっていた。【０１６１】
本比較例２における各ピットの形状は図３に示すように溝長手方向に長軸を有する縦長楕円形にされ、溝幅方向の最大長Ｗ＝５０μｍで溝長手方向の最大長Ｌ＝８０μｍに設定された。すなわち、Ｗ／Ｌ＝０．６３であり、各ピットの面積は３．１×１０-9ｍ2であった。隣接するピットが溝長手方向に重なる最大長さｄはＬの２０％にされ、レーザビームのエネルギ密度は０．７Ｊ／ｃｍ2に設定された。【０１６２】
得られた本比較例２の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例１の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３０６Ｖ、Ｊｓｃが１２．７２ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．６２３、そしてＥｆｆが８．８４％であった。また、実施例１と同様の方法で本比較例２においても光電変換セルの短絡の有無を調べたところ、全５０段の光電変換セル中で６つのセルが短絡していた。【０１６３】
本比較例２と比較例１との対比から、Ｗ／Ｌ＜１にすれば、比較例１のＷ／Ｌ＝１の場合よりさらにＶｏｃとＦＦが低下して、Ｅｆｆが９％未満の低い値に低下することが分かる。そして、光電変換セルが短絡する確率が高いことが、そのＥｆｆ低下の原因として考えられる。【０１６４】
図１０は、本比較例２の裏面電極層分離溝９０４の一部の上面を示す光学顕微鏡写真である。この光学顕微鏡写真では、裏面電極層分離溝９０４において、溝を構成すべきピットの１つが欠落しており、ピット抜けが発生している。すなわち、連続するピット列が一箇所で途切れており、この裏面電極層分離溝９０４の両側の光電変換セル間で短絡が発生している。本比較例２において、その他の短絡している光電変換セルを調べたところ、ピット抜けの発生、または裏面電極層分離溝をまたぐバリが確認された。すなわち、Ｗ／Ｌ＜１の場合、ピット抜けやバリが発生しやすくて、光電変換セルの短絡に至りやすいと考えられる。【０１６５】
（比較例３）
比較例３においては、実施例２に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、比較例３の集積型薄膜太陽電池は、透光性下地層１１２がないこと、透明電極層としてＺｎＯ層に代えてＳｎＯ2層を用いたこと、および裏面電極層分離溝形成時のレーザビームのエネルギ密度を０．８Ｊ／ｃｍ2に変更したことの３点のみにおいて、実施例２と異なっていた。薄膜太陽電池用基板１としてはＳｎＯ2電極層１２が熱ＣＶＤ法で形成された市販品を用い、そのヘイズ率は１３．２％であり、ＳｎＯ2電極層のシート抵抗は１２．５Ω／□であった。なお、本比較例３における裏面電極層分離溝９０４を構成する各ピットの平面形状は、実施例２の場合と同じであり、すなわち溝幅方向の最大長Ｗ＝９０μｍで溝長手方向の最大長Ｌ＝５０μｍであってＷ／Ｌ＝１．８０であった。【０１６６】
得られた本比較例３の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例１の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３６２Ｖ、Ｊｓｃが１１．６３ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７２２、そしてＥｆｆが１１．４４％であった。また、実施例１と同様の方法で本比較例３においても光電変換セルの短絡の有無を調べたところ、全５０段の光電変換セル中で短絡しているセルはなかった。【０１６７】
本比較例３と実施例２との対比から、透光性下地層１１２上のＺｎＯ層の代わりにその下地層を要しないＳｎＯ2層を透明電極層１２として用いた場合、Ｊｓｃが低下することによって、Ｅｆｆが低下することが分かる。この原因として、下地層上のＺｎＯ層の代わりに下地層を要しないＳｎＯ2層を透明電極層として含む薄膜太陽電池用基板ではヘイズ率が低くなって、光閉じ込め効果が弱くなったことが考えられる。【０１６８】
（比較例４）
比較例４においては、比較例３に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、比較例４の集積型薄膜太陽電池は、裏面電極層分離溝９０４を構成する各ピットの平面形状を変更したことのみにおいて、比較例３と異なっていた。本比較例４における各ピットの平面形状は、比較例２の場合と同であり、すなわち溝幅方向の最大長Ｗ＝５０μｍで長手方向の最大長Ｌ＝８０μｍであってＷ／Ｌ＝０．６３であった。【０１６９】
得られた本比較例４の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例１の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３６２Ｖ、Ｊｓｃが１１．６３ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７２２、そしてＥｆｆが１１．４４％であった。また、実施例１と同様の方法で本比較例４においても光電変換セルの短絡の有無を調べたところ、全５０段光電変換セル中で短絡しているセルはなかった。【０１７０】
前述のようにＺｎＯ透明電極層を用いる実施例２と比較例２との対比では裏面電極層分離溝９０４を構成する各ピットの平面形状においてＷ／Ｌ＞１の場合に比べてＷ／Ｌ＜１の場合に著しくＥｆｆが低下するが、ＳｎＯ2透明電極層を用いる本比較例４と比較例３との対比ではＷ／Ｌ＞１の場合に比べてＷ／Ｌ＜１の場合であってもＶｏｃ、Ｊｓｃ、およびＦＦがほぼ同等であってＥｆｆが変化しないことが分かる。これは、透明電極層１２がＳｎＯ2の場合では、裏面電極層分離溝９０４の形成時にそのＳｎＯ2透明電極層１２がダメージを受けにくく、レーザビームのエネルギ密度を０．７Ｊ／ｃｍ2から０．８Ｊ／ｃｍ2へ高く変更できたからであると考えられる。【０１７１】
（実施例３）
本発明のさらなる実施例３においても、実施例１に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、実施例３の集積型薄膜太陽電池は、裏面電極層分離溝９０４を構成する各ピットの平面形状を変更したことのみにおいて、実施例１と異なっていた。本実施例３における各ピットの平面形状は溝長手方向に短軸を有する横長楕円形であって、溝幅方向の最大長Ｗ＝１１０μｍで溝長手方向の最大長Ｌ＝３５μｍに設定された。すなわち、Ｗ／Ｌ＝３．１４であり、各ピットの面積は３．０×１０-9ｍ2であった。隣接するピットが溝長手方向に重なる最大長さｄはＬの２０％にされ、レーザビームのエネルギ密度は０．７Ｊ／ｃｍ2に設定された。【０１７２】
得られた本実施例３の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例１の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３２６Ｖ、Ｊｓｃが１２．５２ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７１１、そしてＥｆｆが１１．８２％であった。また、実施例１と同様の方法で本実施例３においても光電変換セルの短絡の有無を調べたところ、全５０段の光電変換セル中で短絡しているセルはなかった。【０１７３】
本実施例３と実施例２との対比から、裏面電極層分離溝９０４を構成する各ピットにおいてＷ／Ｌを１．８０からさらに増加して３．１４にしても、なお１１．５%以上の高いＥｆｆが得られることが分かる。【０１７４】
（実施例４）
本発明のさらなる実施例４においても、実施例１に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、実施例４の集積型薄膜太陽電池は、裏面電極層分離溝９０４を構成する各ピットの平面形状を変更したことのみにおいて、実施例１と異なっていた。本実施例４におけるピットの平面形状は溝長手方向に短軸を有する横長楕円形であって、溝幅方向の最大長Ｗ＝１７０μｍで溝長手方向の最大長Ｌ＝２５μｍに設定された。すなわち、Ｗ／Ｌ＝６．８０であり、各ピットの面積は３．５×１０-9ｍ2であった。隣接するピットが溝長手方向に重なる最大長さｄはＬの２０％にされ、レーザビームのエネルギ密度は０．７Ｊ／ｃｍ2に設定された。【０１７５】
得られた本実施例４の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例１の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３２７Ｖ、Ｊｓｃが１２．４３ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７１１、そしてＥｆｆが１１．７３％であった。実施例１と同様の方法で本実施例４においても光電変換セルの短絡の有無を調べたところ、全５０段の光電変換セル中で短絡しているセルはなかった。【０１７６】
本実施例４と実施例３の対比から、裏面電極層分離溝９０４の構成する各ピットにおいてＷ／Ｌを３．１４からさらに増加して６．８０にしても、なお１１．５%以上の高いＥｆｆが得られることが分かる。【０１７７】
（実施例１〜４および比較例１〜４のまとめ）
図１１は、上述の実施例１〜４および比較例１〜４に関して、裏面電極分離溝を構成する各ピットにおけるＷ／Ｌに対する集積型薄膜太陽電池のＥｆｆ（％）の関係を示すグラフである。上述の実施例と比較例から分かるように、このグラフにおいては、各ピットの面積が３．０〜３．５×１０-9ｃｍ2の範囲内でほぼ一定に維持され、他方でＷ／Ｌは種々に変化させられている。【０１７８】
図１１から明らかなように、ＺｎＯを透明電極層に用いた場合は、Ｗ／Ｌを増加させれば急激にＥｆｆが向上し、Ｗ／Ｌ＞１にすることによってＥｆｆが１０．５％以上の比較的高い値に増加している。さらに、Ｗ／Ｌが１．２５以上７．２以下の範囲において、１１．５％以上の高いＥｆｆが得られていることが分かる。すなわち、ＺｎＯを透明電極層に用いた集積型太陽電池において、Ｗ／Ｌ＞１にすることが好ましく、Ｗ／Ｌを１．２５以上７．２以下にすることがより好ましいことが理解されよう。なお、図１１においてＷ／Ｌに関してＥｆｆは極大値を有しており、約１．８のＷ／ＬにおいてＥｆｆが最大となっている。【０１７９】
他方、比較例３と４におけるようにＳｎＯ2の透明電極層を用いた場合、Ｗ／Ｌ＞１の比較例３とＷ／Ｌ＜１の比較例４との間でＥｆｆがほぼ同等であって有意な差異が認められない。また、比較例３と４とにおいて、Ｖｏｃ、Ｊｓｃ、およびＦＦに関しても有意な差異が存在しない。したがって、裏面電極分離溝を構成する各ピットに関するＷ／Ｌが集積型薄膜太陽電池のＥｆｆに与える効果は、ＺｎＯを透明電極層に用いた場合に特有の効果であることが理解されよう。【０１８０】
（実施例５）
本発明の実施例５においては、実施例２に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、実施例５の集積型薄膜太陽電池は、裏面電極層分離溝９０４に加えて、半導体層分離溝９０５を構成する各ピットにもＷ／Ｌ＞１の条件を適用したことのみにおいて、実施例２と異なっていた。より具体的には、本実施例５において、半導体層分離溝９０５を構成する各ピットの平面形状は図１に示すように溝長手方向に短軸を有する横長楕円形であって、溝幅方向の最大長Ｗ＝９０μｍで溝長手方向の最大長Ｌ＝５０μｍに設定された。すなわち、Ｗ／Ｌ＝１．８０であり、各ピットの面積は３．５×１０-9ｍ2であった。隣接するピットが溝長手方向に重なる最大長さｄはＬの２０％にされ、レーザビームのエネルギ密度は０．７Ｊ／ｃｍ2に設定された。【０１８１】
得られた本実施例５の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例１の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３４５Ｖ、Ｊｓｃが１２．８０ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７１７、そしてＥｆｆが１２．３４％であった。実施例１と同様の方法によって本実施例５においても光電変換セルの短絡の有無を調べたところ、全５０段の光電変換セル中で短絡しているセルはなかった。【０１８２】
本実施例５と実施例２との対比から、裏面電極層分離溝９０４に加えて、半導体層分離溝９０５を構成する各ピットとにもＷ／Ｌ＞１の条件を適用することによって、Ｅｆｆが１２．００％から１２．３４％へさらに向上することが分かる。【０１８３】
（実施例６）
本発明の実施例６においては、実施例５に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、実施例５の集積型薄膜太陽電池は、裏面電極層分離溝９０４および半導体層分離溝９０５に加えて、透明電極層分離溝９０３を構成する各ピットにもＷ／Ｌ＞１の条件を適用したことのみにおいて、実施例５と異なっていた。より具体的には、本実施例６において、透明電極層分離溝９０３を構成する各ピットの平面形状は図１に示すように溝長手方向に短軸を有する横長楕円形であって、溝幅方向の最大長Ｗ＝９０μｍで溝長手方向の最大長Ｌ＝５０μｍに設定された。すなわち、Ｗ／Ｌ＝１．８０であり、各ピットの面積は３．５×１０-9ｍ2であった。隣接するピットが溝長手方向に重なる最大長さｄはＬの２０％にされ、レーザビームのエネルギ密度は１３Ｊ／ｃｍ2に設定された。【０１８４】
得られた本実施例６の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例１の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３４５Ｖ、Ｊｓｃが１２．８３ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７２２、そしてＥｆｆが１２．４５％であった。実施例１と同様の方法によって本実施例６においても光電変換セルの短絡の有無を調べたところ、全５０段の光電変換セル中で短絡しているセルはなかった。【０１８５】
本実施例６と実施例２および５との対比から、裏面電極層分離溝９０４および半導体層分離溝９０５に加えて、透明電極層分離溝９０３を構成する各ピットにもＷ／Ｌ＞１の条件を適用することによって、Ｅｆｆが１２．００％または１２．３４％から１２．４５％へさらに向上することが分かる。【０１８６】
（実施例７）
実施例７においては、隣り合うピットが溝長手方向に重なる最大長さｄと各ピットの溝長手方向の最大長さＬとの比ｄ／Ｌが溝幅に及ぼす影響に関して、計算によって検討された。その計算において、図１１で最も高いＥｆｆを有する実施例２のピットに関するＷ＝９０μｍ、Ｌ＝５０μｍ、およびＷ／Ｌ＝１．８０の条件が仮定された。【０１８７】
本実施例７では、ｄ／Ｌとの関係において分離溝の最小幅Ｖが求められた。この最小幅Ｖは、隣接するピット間の境界部における溝のくびれ部の幅に相当する。ピットの平面形状である楕円の中心を原点として、ｘ軸を溝幅方向にしてｙ軸を溝長手方向にすれば、隣接する楕円の交点のｙ座標は、次式（１）で表される。【０１８８】
ｙ＝Ｌ／２−ｄ／２                                    式（１）
ここで、媒介変数θを用いれば、ｙ座標は次式（２）で表され得る。【０１８９】
ｙ＝（Ｌ／２）×ｓｉｎθ                              式（２）
式（１）と（２）は等しいので、次式（３）が得られる。【０１９０】
Ｌ／２−ｄ／２＝（Ｌ／２）×ｓｉｎθ                  式（３）
この式（３）から、次式（４）が得られる。【０１９１】
θ＝ａｒｃｓｉｎ｛（Ｌ−ｄ）／ｄ｝                    式（４）
他方、隣接する楕円の交点のｘ座標は正負２つあって、次式（５）で表され得る。【０１９２】
ｘ＝（Ｗ／２）×ｃｏｓθ、ｘ＝−（Ｗ／２）×ｃｏｓθ    式（５）
式（３）、（４）、および（５）から、Ｖは次式（６）で表され得る。【０１９３】
Ｖ＝（Ｗ／２）×ｃｏｓθ−｛−（Ｗ／２）×ｃｏｓθ｝
＝Ｗｃｏｓθ
＝Ｗｃｏｓ（ａｒｃｓｉｎ｛（Ｌ−ｄ）／ｄ｝）          式（６）
図１２は、ｄ／Ｌに対するＶの関係を表すグラフである。このグラフから分かるように、ｄ／Ｌの増加にともなって、Ｖは増加して徐々に飽和する傾向を示す。図８から図１０に示した顕微鏡写真におけるバリやピット抜けの大きさから、Ｖは最低でも３０μｍは必要と考えられる。図１２のグラフにおいて、Ｖを３０μｍにするためには、ｄ／Ｌを６％以上にする必要があることが分かる。【０１９４】
（実施例８）
実施例８においては、隣り合うピットが溝長手方向に重なる最大長さｄとピットの溝長手方向の最大長さＬとの比ｄ／ＬがＺｎＯ透明電極層に与える影響に関して、計算によって検討された。その計算において、ピットの重なり長さの合計Σｄと分離溝の全長Ｙとの比Σｄ／Ｙを計算により求めた。レーザビームスの走査が１パルスごとに進む距離は（Ｌ−ｄ）なので、分離溝１本あたりのパルス数をｎとすれば、次式（７）と（８）が得られる。【０１９５】
Ｙ＝（Ｌ−ｄ）×ｎ                                  式（７）
Σｄ＝ｄ×ｎ                                        式（８）
したがって、式（７）と（８）から、次式（９）が得られる。【０１９６】
Σｄ／Ｙ＝ｄ／（Ｌ−ｄ）                            式（９）
図１３は、ｄ／Ｌ（％）に対するΣｄ／Ｙ（％）の関係を表すグラフである。このグラフにおいて、ｄ／Ｌの増大に伴って、Σｄ／Ｙは傾きを増大しながら増加している。隣接するピットが重なる部分においては、レーザビームが２回照射されるので、ＺｎＯ透明電極層に与えるダメージが大きいと考えられる。このようなダメージを軽減するために、ピットが重なる部分は分離溝全長の半分以下にすることが望まれ、すなわちΣｄ／Ｙは５０％以下であることが望まれる。そして、図１３のグラフから、Σｄ／Ｙを５０％以下にするためには、ｄ／Ｌを３３％以下にする必要があることが分かる。【０１９７】
（実施例９）
実施例９においても、実施例１に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、シリコン複合層からなる中間透過反射層６の膜厚を７０ｎｍとし、結晶質光電変換ユニット３の真性結晶質シリコン層３２の膜厚を２．９μｍとし、そして裏面電極層分離溝の製造方法と構造を変更したことの３点のみにおいて実施例１と異なっていた。【０１９８】
透明絶縁基板１１上に、ＺｎＯ透明電極層１２、非晶質シリコン光電変換ユニット２、中間透過反射層６、結晶質シリコン光電変換ユニット３、および裏面電極層４を順次形成することによって、図６に示すような積層型薄膜太陽電池が作製された。ただし、この薄膜太陽電池は、レーザスクライブを利用することによって、図１５に示すような集積型薄膜太陽電池９０１として作製された。本実施例９の集積型薄膜太陽電池９０１においては、５０段の光電変換セルが直列接続された。【０１９９】
裏面電極層４を形成した後、ＹＡＧレーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）を用いるレーザスクライブによって、前方光電変換ユニット２、中間透過反射層６、後方光電変換ユニット３、および裏面電極層４を貫通する裏面電極層分離溝９０４０を形成した。まず、第１レーザビーム７１を溝の長手方向を短軸とする横長楕円形（溝幅方向の最大長約７０μｍ、溝長手方向の最大長約５０μｍ）の照射領域Ｍに照射し、図１４に示すように溝幅方向の最大長７０μｍ、溝長手方向の最大長５０μｍの第１種楕円形状ピット９０４３が所定ピッチで連なった第１種ピット列９０４４が得られた。すなわち、この第１種ピット列９０４４の極大幅Ｗｍは約７０μｍであった。この際に、第１レーザビーム７１のエネルギ密度は０．７Ｊ／ｃｍ2に設定され、加工速度は６００ｍｍ／ｓに設定された。【０２００】
その後、逆バイアス処理を行なったところ、リーク電流が許容値を超えて不合格となったセルが２つ存在していた。そして、これら不合格になった２つのセルに接する裏面電極層分離溝だけについて、第２レーザビーム７２が付加的に照射された。この際に、第１レーザビームの照射領域Ｍに対して第２レーザビームの照射領域Ｎが部分的に重なるように、溝の長手方向を短軸とする横長楕円形（溝幅方向の最大長約７０μｍ、溝長手方向の最大長約５０μｍ）の照射領域Ｎの中心がその最近接の半導体層分離溝９０５から遠ざかる方向へ照射領域Ｍの中心から約３５μｍだけ変位させられていた。こうして、図１４に示すように、第２種ピット９０４５が所定ピッチで連なった第２種ピット列９０４６が得られた。なお、第２レーザビーム７２のエネルギ密度は０．７Ｊ／ｃｍ2に設定され、加工速度は６００ｍｍ／ｓに設定された。第２種ピット列９０４６の溝幅方向の極大長Ｗｎは、第１種ピット列９０４４との重複によって縮小されていて４１μｍであった。そして、裏面電極層分離溝９０４０の極大幅Ｗｏは１０５μｍであって、Ｗｏ／Ｗｍは１．５であった。【０２０１】
第２レーザビームの照射前に不合格であった２つのセルについて、第２レーザビームの照射後に再び逆バイアス処理したところ、それら２つのセルのいずれにおいてもリーク電流が許容値以下となり、両セルとも合格と判定された。【０２０２】
こうして得られた本実施例９の集積型薄膜太陽電池にエアマス（ＡＭ）１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2の光強度で照射して出力特性を測定したところ、１セルの１ｃｍ2あたりに開放電圧（Ｖｏｃ）が１．３６４Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が１３．４９ｍＡ／ｃｍ2、曲線因子（ＦＦ）が０．７３４、そして変換効率（Ｅｆｆ）が１３．５０％であった。また、本実施例９において集積型薄膜太陽電池を１００個作製したところ、１２％以上のＥｆｆを有する集積型薄膜太陽電池の歩留りは９４％であった。【０２０３】
この実施例９の集積型薄膜太陽電池の裏面側を樹脂封止する前に、カーブトレーサを用いて各光電変換セルのリーク電流と短絡の有無を調べたところ、全５０段の光電変換セル中で短絡やリーク電流を生じているセルはなかった。【０２０４】
また、蛍光灯の光を約１０ｍＷ／ｃｍ2の強度で照射して、テスターで各光電変換セルの出力電圧（Ｖｆｌ）を測定しところ、Ｖｆｌは蛍光灯の光量分布によって少しばらつくが、本実施例９ではいずれのセルにおいても０．８Ｖ以上のＶｆｌが得られた。すなわち、短絡やリーク電流が少ない正常な光電変換セルは０．８Ｖ以上のＶｆｌを有すると判断でき、逆にＶｆｌが０．８Ｖ未満の光電変換セルはリーク電流が大きいと判断できる。光電変換セルに含まれる光電変換ユニットの種類や積層数が変わらなければ正常なセルのＶｆｌもほぼ変化しないので、Ｖｆｌによって簡易にセルの検査を行なうことができる。【０２０５】
本実施例９においては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、集積型薄膜太陽電池の断面ＳＥＭ像の撮影と組成分析をも行なった。組成分析には、ＳＥＭに付属のエネルギ分散型Ｘ線分光器（ＥＤＸ）を用いた。【０２０６】
図２３は断面ＳＥＭ像を示しており、図１５中の楕円領域２Ｒに対して左右を反転した関係にある。すなわち、図２３中の左側の段差部が、図１５中の裏面電極層分離溝９０４０の右側壁に相当する。図２３から、裏面電極層分離溝の壁面は滑らかであって、大きな残渣が存在していないことが分かる。【０２０７】
【表１】
2008149835.tif 000003
【０２０８】
表１は図２３中の測定点００６、００７、および００９におけるＥＤＸ分析の結果を示している。裏面電極層分離溝の側壁上のＺｎ濃度は、測定点００６において２．５原子％、測定点００７において０．９５原子％、そして測定点００９において０．４６原子％である。透明電極層１２のダメージに由来する残渣Ｅが存在すれば裏面電極層分離溝の壁面上でＺｎが検出されるはずであるが、本実施例９においては最大でもＺｎは２．５原子％しか検出されなかった。したがって、本発明によって裏面電極層分離溝の壁面におけるＺｎ含有残渣の発生が抑制されていることが分かる。なお、図２３中の測定点００８はＳｉ半導体層内の位置に対応している。【０２０９】
（実施例１０）
実施例１０においても、実施例９に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、裏面電極層分離溝を第１レーザビームのみで形成したことのみにおいて、実施例９と異なっていた。本実施例１０における裏面電極層分離溝９０４０は、溝幅方向最大長７０μｍで溝長手方向最大長５０μｍの楕円形ピット９０４１が所定ピッチで連なることによって形成され、その極大幅は７０μｍであった。この実施例１０において作製された集積型薄膜太陽電池において逆バイアス処理を行なったところ、２つのセルが不合格であると判定された。【０２１０】
この逆バイアス処理後に実施例１０の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例９の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３２５Ｖ、Ｊｓｃが１３．５７ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７２９、そしてＥｆｆが１３．１１％であった。また、実施例９の場合と同様に本実施例１０においてもＶｆｌ測定によってリーク電流および短絡の有無を調べたところ、全５０段の光電変換セル中にリーク電流が大きい２つのセルが存在していた。なお、本実施例１０において集積型薄膜太陽電池を１００個作製したところ、１２％以上のＥｆｆを有する集積型薄膜太陽電池の歩留りは７８％であった。【０２１１】
本実施例１０において、Ｖｆｌが０．８Ｖ未満の光電変換セルを切り出して、実施例９の場合と同様に断面ＳＥＭ像の撮影とＥＤＸ分析を行なった。図２４は、この実施例１０における断面ＳＥＭ像を示しており、裏面電極層分離溝の壁面に大きな残渣（測定点００１の位置）が認められる。【０２１２】
【表２】
2008149835.tif 000004
【０２１３】
表２は図２４中の測定点００１、００２、および００４におけるＥＤＸ分析の結果を示している。裏面電極層分離溝の側壁上のＺｎ濃度は、測定点００１において２１．４４原子％、測定点００２において１３．７９原子％、そして測定点００４において１．２５原子％である。すなわち、実施例１０では、裏面電極層分離溝の壁面上に最大で２１．４４原子％のＺｎが検出された。このことから、実施例１０においてＶｆｌが低くてリーク電流の大きい光電変換セルに接している裏面電極層分離溝の壁面には、レーザビームによる透明電極層ダメージに由来するＺｎ含有残渣が付着していることが分かる。また、測定点００１と測定点００２においてＺｎとＯの原子濃度比が１：１でないので、透明電極層の材料であるＺｎＯから変質した物質が残渣Ｅとして付着していることが分かる。なお、図２４中の測定点００３はＳｉ半導体層内の位置に対応している。【０２１４】
実施例９と比較すれば、本実施例１０ではＶｏｃとＦＦが減少してＥｆｆが低下している。より具体的には、実施例９では１３．５０％の高いＥｆｆが得られているが、本実施例１０ではＥｆｆが１３．１１％に低下している。換言すれば、実施例９では裏面電極層分離溝において第１種ピット列に加えて部分的に第２種ピット列も形成されたので、実施例１０に比べて実施例９では発電面積ロスによってＪｓｃがやや減少しているが、ＶｏｃとＦＦの増加率が大きいのでＥｆｆが向上していることが分かる。また、Ｅｆｆが１２％以上の集積型薄膜太陽電池の歩留まりに関しては、実施例９における９４％に比べて、本実施例１０では上述のように７８％に低下している。【０２１５】
（実施例１１）
実施例１１においても、実施例９に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、本実施例１１は、実施例９に比べて、第１レーザビームと第２レーザビームが複数の裏面電極層分離溝の全てにおいて照射されたれたことにおいてのみにおいて異なっていた。本実施例１１において、第１レーザビームを用いて裏面電極層分離溝が形成された集積型薄膜太陽電池に逆バイアス処理を行なったところ、３つのセルが不合格であると判定された。【０２１６】
この逆バイアス処理後に、実施例１１の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例９の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３００Ｖ、Ｊｓｃが１３．７１ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７１２、そしてＥｆｆが１２．６９％であった。【０２１７】
その後、第２レーザビームが複数の裏面電極層分離溝の全てにおいて照射されたれた。すなわち、本実施例１１における全ての裏面電極層分離溝に対して、実施例９における第１レーザビームと第２レーザビームの両方が照射された。そして、逆バイアス処理を再度行なったところ、６つのセルが不合格であった。【０２１８】
本実施例１１において、第２レーザビームの照射後に、集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例９の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．２８６Ｖ、Ｊｓｃが１３．５８ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．６６５、そしてＥｆｆが１１．６０％であった。【０２１９】
また、本実施例１１による集積型薄膜太陽電池を１００個作製したところ、１２％以上のＥｆｆを有する集積型薄膜太陽電池の歩留りは５３％であった。【０２２０】
実施例９および実施例１０と比較すれば、本実施例１１においてはＶｏｃ、Ｊｓｃ、およびＦＦが減少して、Ｅｆｆが実施例１０に比べても低い１１．６６％に低下していることが分かる。また、集積型薄膜太陽電池の歩留りに関しても、本実施例１１では実施例１０に比べても低下している。すなわち、全ての裏面電極層分離溝に第２レーザビームを付加的に照射した本実施例１１では、第１レーザビームのみを用いて全ての裏面電極層分離溝を形成した実施例１０に比べてもＥｆｆおよび歩留まりが低下することが分かった。【０２２１】
（実施例１２）
実施例１２においても、実施例９に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。具体的には、本実施例１２は、実施例９に比べて、第１レーザビームと第２レーザビームが複数の裏面電極層分離溝の全てにおいて照射されたれたことと、第１レーザビームのエネルギ密度が０．９Ｊ／ｃｍ2に増大されたことのみにおいて異なっていた。すなわち、本実施例１２では、第１レーザビームのエネルギ密度を高くすることによって、それが裏面電極層分離溝における電流リークに及ぼす影響が調べられた。そして、本実施例１２においても、実施例９の場合と同様に蛍光灯の光の照射下で各セルの出力電圧（Ｖｆｌ）が測定された。【０２２２】
図２５のグラフは、第１レーザビームの照射のみで裏面電極層分離溝を形成した後における蛍光灯光照射下のセルの出力電圧をＶｆｌ1とし、かつ付加的な第２レーザビームの照射後における蛍光灯光照射下のセルの出力電圧Ｖｆｌ2として、Ｖｆｌ1に対する出力電圧の増加（Ｖｆｌ2−Ｖｆｌ1）を全５０段のセルに関して示している。このグラフでは、セルのＶｆｌ1の増大に伴って（Ｖｆｌ2−Ｖｆｌ1）がほぼ単調に減少し、Ｖｆｌ1が約０．６Ｖ以上において（Ｖｆｌ2−Ｖｆｌ1）が負の値になっている。【０２２３】
図２５のグラフから、第１レーザビームの照射のみで裏面電極層分離溝を形成した後において十分大きいＶｆｌを有するセルに関しては、第２レーザビームの付加的照射によって出力電圧Ｖｆｌが却って減少することが分かる。すなわち、第１レーザビーム照射によって良好な裏面電極層分離溝が形成されている場合には、第２レーザビームの付加的照射を行なわない方がよいと言える。逆に、Ｖｆｌ1が約０．６Ｖ未満のセルでは（Ｖｆｌ2−Ｖｆｌ1）が正の値になっているので、第２レーザビームの付加的照射によって裏面電極層分離溝における電流リークが抑制されていると言える。特にＶｆｌ1が０．３Ｖ以下のセルに関してはばらつきの範囲を考慮しても（Ｖｆｌ2−Ｖｆｌ1）が常に正になっているので、Ｖｆｌ1が０．３Ｖ以下のセルに接する裏面電極層分離溝には第２レーザビームの付加的照射の望ましいことが分かる。【０２２４】
（比較例５）
比較例５においても、実施例９に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。より具体的には、比較例５は、実施例９に比べて、下地層１１２が省略され、透明電極層１２がＳｎＯ2で形成され、そしてｐ型層２１が厚さ１５ｎｍのｐ型非晶質シリコンカーバイド層のみで形成されたことのみにおいて異なっていた（図６参照）。【０２２５】
透明絶縁基板１１とその上の透明電極層１２としては、市販品であるガラス基板とその上のＳｎＯ2電極層が用いられた。ＳｎＯ２電極層における厚さは約０．８μｍでシート抵抗は１３．１Ω／□であり、ガラス基板とＳｎＯ2電極層の光透過に関するヘイズ率は１４．７％であった。【０２２６】
本比較例５における裏面電極層分離溝の形成においても、第１レーザビームの照射によって実施例９の場合と同様の第１種ピット列９０４４が得られた。その後、逆バイアス処理を行なったところ、リーク電流が許容値を超えて不合格となったセルは１つであった。そして、その不合格のセルに接する裏面電極層分離溝のみにおいて、第２レーザビームの付加的照射が行なわれた。この第２レーザビームの照射によって、実施例９の場合と同様の第２種ピット列９０４６が本比較例５においても得られた。【０２２７】
第１レーザビーム照射後では不合格であったセルにおいて、第２レーザビームの付加的照射後に再び逆バイアス処理したところ、リーク電流が許容値以下となって合格と判定された。【０２２８】
得られた本比較例５の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例９の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３８０Ｖ、Ｊｓｃが１３．１４ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７１１、そしてＥｆｆが１２．８９％であった。また、実施例９の場合と同様にＶｆｌの測定によってリーク電流および短絡の有無を調べたところ、本比較例５において全５０の光電変換セル中にリーク電流が大きいセルは存在しなかった。【０２２９】
本比較例５と実施例９の比較において、透明電極層１２の材料をＺｎＯからＳｎＯ2に変更したことに起因して、ＪｓｃとＦＦの減少によってＥｆｆが低くなっている。しかし、透明電極層１２にＳｎＯ2を用いた場合にも、裏面電極層分離溝の形成にともなうリーク電流および短絡を抑制することができ、本発明は透明電極層１２の材料にかかわらす効果的であることが分かる。【０２３０】
（実施例１３）
実施例１３においては、実施例１０に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。より具体的には、本実施例１３は、実施例１０に比べて、裏面電極層分離溝を形成する際の第１レーザビームの楕円状照射領域Ｍの長軸長が７０μｍから９０μｍに変更され、かつ樹脂封止が省略されたことのみにおいて異なっていた。そして、裏面電極層分離溝は、短軸長が５０μｍで長軸長が９０μｍの横長の楕円形ピットが連なって形成され、その溝の極大幅は９０μｍであった。【０２３１】
本実施例１３において、第１レーザビーム照射で裏面電極層分離溝を形成した後に逆バイアス処理を行なったところ、４つのセルが不合格であった。【０２３２】
得られた本実施例１３の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例９の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３０６Ｖ、Ｊｓｃが１３．４７ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７２６、そしてＥｆｆが１２．７７％であった。【０２３３】
また、本実施例１３においても実施例９の場合と同様にＶｆｌの測定によってリーク電流および短絡の有無を調べたところ、全５０のセル中でリーク電流の大きいセルが４つ存在していた。特に、それら４セル中の１セルにおいては、Ｖｆｌが０Ｖであって、完全に短絡していた。【０２３４】
そこで、短絡しているセルの裏面電極層分離溝を顕微鏡で観察したところ、図１８に示すように、ピットが欠落している「ピット抜け」が１箇所で見つかった。この場合、裏面電極分離溝の両側のセル間で短絡していることが分かる。このピット抜けは、レーザビームの経路中におけるごみなどの異物の付着によってレーザビームが偏倚、散乱、または遮蔽などされたために発生したと考えられる。【０２３５】
（実施例１４）
本発明の実施例１４では、実施例１３の集積型薄膜太陽電池中で不合格だった４つのセルに接する裏面電極層分離溝のみにおいて、さらに第２レーザビームが付加的に照射された。【０２３６】
この際に、第１レーザビームの照射領域Ｍに対して第２レーザビームの照射領域Ｎが部分的に重なるように、短軸長が５０μｍで長軸長が９０μｍの横長楕円形の照射領域Ｎの中心がその最近接の半導体層分離溝９０５から遠ざかる方向へ照射領域Ｍの中心から約４５μｍだけ変位させられていた。こうして、形成された第２種ピットの溝幅方向の極大長Ｗｎは、第１種ピット列との重複によって縮小されていて９０μｍであった。そして、裏面電極層分離溝の極大幅Ｗｏは１３５μｍであって、Ｗｏ／Ｗｍは１．５であった。【０２３７】
第２レーザビームの照射前に不合格であった４つのセルについて、第２レーザビームの照射後に再び逆バイアス処理したところ、それら４つのセルのいずれにおいてもリーク電流が許容値以下となり、いずれのセルも合格と判定された。【０２３８】
得られた本実施例１４の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例９の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３３４Ｖ、Ｊｓｃが１３．３５ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７４３、そしてＥｆｆが１３．２３％であった。また、本実施例１４において、実施例９と同様にＶｆｌの測定によってリーク電流および短絡の有無を調べたところ、全５０のセル中でリーク電流が大きいセルは存在しなかった。【０２３９】
図１９の顕微鏡写真は、実施例１３の裏面電極層分離溝中のピット抜け位置に関して、本実施例１４において第２レーザビームが照射された後の状態を示している。この図１９において、付加的な第２レーザビーム照射で形成された第２種ピット列によって、第１種ピット列中のピット抜けに起因して裏面電極層が切れ残っていた部分が分離されて、溝幅方向の短絡が改修されていることが分かる。そして、実施例１３に比べて、本実施例１４では、ＶｏｃとＦＦが増加してＥｆｆが向上していることが分かる。すなわち、本発明は、裏面電極層分離溝の深さ方向のリークや短絡の抑制だけでなく、溝幅方向のリークや短絡の抑制にも効果があることが分かる。【０２４０】
（実施例１５）
本発明の実施例１５においては、実施例９に類似した複数の集積型薄膜太陽電池を作製して、裏面電極層分離溝の幅方向の極大長Ｗｏと第１種ピット列の幅方向の極大長Ｗｍとの比Ｗｏ／Ｗｍの望ましい条件が調べられた。より具体的には、本実施例１５では、実施例９に類似の集積型薄膜太陽電池の複数を作製し、実施例９の場合と同様の方法でＶｆｌを測定することによって、リーク電流が大きくてＶｆｌが０．６Ｖ未満のセルが選定された。それらの選定された光電変換セルに接する裏面電極層分離溝に関して、Ｗｏ／Ｗｍが種々の値になるように照射領域Ｎを調整して第２レーザビームを付加的に照射し、その後にＶｆｌの増加率ΔＶｆｌ＝１００×（Ｖｆｌ2−Ｖｆｌ1）／Ｖｆｌ1［％］が測定された。【０２４１】
すなわち、本実施例１５における複数の集積型薄膜太陽電池は、実施例９に比べて、第２レーザビームが付加的に照射された裏面電極層分離溝においてＷｏ／Ｗｍが種々に変更されていることのみにおいて異なっていた。なお、形成された裏面電極層分離溝において、第１レーザビームのみが照射された領域における溝幅の極大長は第１種ピット列の幅の極大長Ｗｍに略一致し、第１レーザビームに加えて第２レーザビームも付加的に照射された領域の溝幅の極大長はＷｏに一致している。【０２４２】
図２０は、ΔＶｆｌに対するＷｏ／Ｗｍの影響を示すグラフである。このグラフ中の各測定値点は、測定サンプル数３以上に関する平均値を示している。図２０のグラフにおいて、ΔＶｆｌはＷｏ／Ｗｍの増大に伴って増大してＷｏ／Ｗｍ＝１．６付近で極大値を有し、Ｗｏ／Ｗｍのさらなる増大に伴って減少している。すなわち、１０％以上の高いΔＶｆｌを得るためには、Ｗｏ／Ｗｍを１．１５以上１．８以下の範囲内に設定することが望まれる。また、Ｗｏ／Ｗｍを１．２以上１．７以下の範囲内に設定することは、１４％以上のΔＶｆｌが得られるのでより望ましい。【０２４３】
（実施例１６）
本発明の実施例１６では、実施例９に類似した複数の集積型薄膜太陽電池を作製し、裏面電極層分離溝の形成の際における第１レーザビームのエネルギ密度Ｅ１と第２レーザビームのエネルギ密度Ｅ２との比Ｅ２／Ｅ１［％］の望ましい条件が調べられた。より具体的には、本実施例１６は、実施例１５に比べて、Ｗｏ／Ｗｍを１．６に固定した状態でＥ２／Ｅ１を種々に変化させてΔＶｆｌを測定したことのみにおいて異なっていた。【０２４４】
図２１は、ΔＶｆｌに対するＥ２／Ｅ１の影響を示すグラフである。このグラフ中の各測定値点も、測定サンプル数３以上に関する平均値を示している。図２１のグラフにおいて、Ｅ２／Ｅ１が１００％から減少するに伴ってΔＶｆｌが増大している。これは、Ｅ１に比べてＥ２を小さくすることが望ましいことを意味している。また、Ｅ２／Ｅ１を４４％以上９５％以下の範囲内に設定することは、２０％以上のΔＶｆｌが得られるので望ましい。【０２４５】
（実施例１７）
本発明の実施例１７では、実施例９に類似の複数の集積型薄膜太陽電池を作製し、裏面電極層分離溝の単位長さあたりにおける第１レーザビームの照射回数（パルス数）Ｐ１と第２レーザビームの照射回数Ｐ２との比Ｐ２／Ｐ１の望ましい条件が調べられた。より具体的には、本実施例１７は、実施例１５に比べて、Ｗｏ／Ｗｍを１．６に固定した状態でＰ２／Ｐ１を種々に変化させてΔＶｆｌを測定したことのみにおいて異なっていた。Ｐ２／Ｐ１を変化させるためには、裏面電極層に対する第２レーザビームの相対的走査速度を変化させた。より具体的には、第１レーザビームに比べて、第２レーザビームの走査速度を種々に減少させた。【０２４６】
図２２は、ΔＶｆｌに対するＰ２／Ｐ１の影響を示すグラフである。このグラフ中の各測定値点も、測定サンプル数３以上に関する平均値を示している。図２２のグラフから分かるように、Ｐ２／Ｐ１を１より大きく設定することによって、良好なΔＶｆｌが得られている。すなわち、単位長さあたりにおける第２レーザビームの照射回数は、第１レーザビームに比べて多く設定することが望ましい。また、Ｐ２／Ｐ１を１より大きくすることによって、裏面電極層分離溝における残渣や切れ残りの欠陥の発生を抑制し得る確率が高まると言える。なお、Ｐ２／Ｐ１が１より大きい場合には、単位長さあたりにおいて第１レーザビームで形成された第１種ピット数に比べて、第２レーザビームで形成された第２種ピット数が多くなることは言うまでもない。【０２４７】
図２２に示されているように、Ｐ２／Ｐ１が１より大きい範囲で増大させれば、ΔＶｆｌは極大値と極小値を繰返しながら増大する。より具体的には、ΔＶｆｌが極小値を示す時には、Ｐ２／Ｐ１の値が整数のときである。すなわち、単位長さあたりにおいて、第１種ピットに比べて、第２種ピットの個数が整数倍になっている場合である。【０２４８】
Ｐ２／Ｐ１が整数のときにΔＶｆｌが極小値になる理由は、以下のように考えることができる。すなわち、第１レーザビームで形成された互いに隣接する第１種ピット間の境界において第１種ピット列の幅が極小になる狭幅部が形成され、この部分において残渣や切れ残りの不良が発生しすい。Ｐ２／Ｐ１が整数の場合、第２レーザビームで形成された互いに隣接する第２種ピット間の境界における狭幅部も、第１種ピット列の狭幅部と同じ位置に生じ得る。したがって、第１レーザビーム照射において残渣が存在しやすい位置と、第２レーザビーム照射において残渣が生じやすい位置が一致して、裏面電極層分離溝中の残渣が完全には除去しきれないと考えられる。換言すれば、Ｐ２／Ｐ１が整数になることを避けることによって、残渣Ｅがより有効に除去され得ると言える。【０２４９】
なお、本実施例１７ではＰ２／Ｐ１を変更するために第２レーザビームの走査速度を減少させたが、その代わりに第２レーザビームのパルス周波数を増加させても同様の効果が得られることは言うまでもない。【０２５０】
（実施例１８）
本発明の実施例１８においても、実施例９に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。より具体的には、本実施例１８は、実施例９に比べて、実施例１５〜１７で求められた望ましい条件としてＷｏ／Ｗｍ＝１．６、Ｅ２／Ｅ１＝６０％、およびＰ２／Ｐ１＝１．３３に設定されたことのみにおいて異なっていた。【０２５１】
本実施例１８において、第１レーザービーム照射のみによって裏面電極層分離溝を形成した後に逆バイアス処理をしたところ、３つのセルが不合格であった。それら３つのセルに接する裏面電極層分離溝において上述の最適条件を満たすように第２レーザビームを付加的に照射したところ、再度の逆バイアス処理において３つのセルとも合格となった。この場合、裏面電極層分離溝の極大幅は１１２μｍであった。【０２５２】
得られた実施例１８の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例９の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３７８Ｖ、Ｊｓｃが１３．３９ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７４２、そしてＥｆｆが１３．６９％であった。また、本実施例１８においても実施例９と同様にＶｆｌの測定によってリーク電流と短絡の有無を調べたところ、全５０のセル中にリーク電流が大きいセルは存在しなかった。【０２５３】
すなわち、本実施例１８では、Ｗｏ／Ｗｎ、Ｅ２／Ｅ１、およびＰ２／Ｐ１を最適化することによってＶｏｃとＦＦが増加してＥｆｆが向上し、実施例９と比較しても高い１３．６９％のＥｆｆが得られている。【０２５４】
（実施例１９）
実施例１９においても、実施例９に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。より具体的には、本実施例１９は、実施例９に比べて、第１レーザビームの照射領域Ｍに対して第２レーザビームの照射領域Ｎが重ならないように、照射領域Ｎの中心がその最近接の半導体層分離溝から遠ざかる方向へ照射領域Ｍの中心から約８０μｍだけ変位させられたことのみにおいて異なっていた。すなわち、本実施例１９では、第１種ピット列と第２種ピット列との間に１０μｍ以上の隙間が生じた。【０２５５】
本実施例１９において、第１レーザビームのみで裏面電極層分離溝を形成した後に逆バイアス処理をしたところ、３つのセルが不合格であった。それら３つのセルに接する裏面電極層分離溝において第２レーザビームを付加的に照射したところ、その後の再度の逆バイアス処理において３つのセルとも依然として不合格であった。【０２５６】
得られた本実施例１９の集積型薄膜太陽電池の出力特性を実施例９の場合と同様に測定したところ、Ｖｏｃが１．３２０Ｖ、Ｊｓｃが１３．４１ｍＡ／ｃｍ2、ＦＦが０．７１２、そしてＥｆｆが１２．６１％であった。また、本実施例１９においても実施例９と同様にＶｆｌの測定によってリーク電流と短絡の有無を調べたところ、全５０のセル中でリーク電流が大きいセルが３つ存在していた。【０２５７】
以上から明らかなように、領域Ｍと領域Ｎが全く重ならない本実施例１９では、実施例９のみならず実施例１０と比べてもＥｆｆが低下している。この理由として、本実施例１９では領域Ｍと領域Ｎが重ならないので、図７中の楕円領域７Ｐ内に示されているような残渣Ｅを除去できなくなることが考えられる。この理由によって、本実施例１９では、第２レーザビームを付加的に照射しているにもかかわらず、溝深さ方向の電流リークの抑制に効果が生じなくて、ＶｏｃとＦＦを向上させることができないと考えられる。また、第１種ピット列の全幅、第２種ピット列の全幅、および第１種ピット列と第２種ピット列の間の隙間が発電領域として寄与しないので、面積ロスによるＪｓｃの減少と抵抗損失の増加によるＦＦの減少が発生し、その結果としてもＥｆｆが低下していると考えられる。【０２５８】
なお、以上のような種々の実施例において、ｐ型層とｎ型層とを互いに反転されてもよいことが当業者にとって容易に理解されよう。
【産業上の利用可能性】
【０２５９】
以上のように、本発明によれば、ＺｎＯ透明電極層を含む集積型薄膜太陽電池の光電変換効率、コスト、および歩留まりを改善することができる。
【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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【図７】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２５】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２６】
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【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年11月19日(2009.11.19)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は集積型薄膜太陽電池の製造方法に関し、特にその集積化のための分離溝とその形成方法の改善に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
高電圧で高出力を生じ得る大面積の電力用薄膜太陽電池を製造する場合、基板上に形成された薄膜太陽電池の複数個を配線で直列接続して用いるのではなく、歩留りをよくするために、大きな基板上に形成される薄膜太陽電池をパターニングによって複数の光電変換セルに分割し、かつそれらのセルを直列接続して集積化するのが一般的である。特に、ガラス基板側から受光する薄膜太陽電池においては、ガラス基板上の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）電極層の電気抵抗による損失を低減させるために、レーザスクライブによってその透明電極層を複数の短冊状領域に分割し、その短冊状領域の長手方向に直交する方向に各セルを直列接続して集積化するのが一般的である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
本発明の集積型薄膜太陽電池においては、透明絶縁基板上に順次積層された透明電極層、１以上の光電変換ユニットを含む半導体層、および裏面電極層が、複数の光電変換セルを形成するように直線状で互いに平行な複数本の透明電極層分離溝、半導体層分離溝、および裏面電極層分離溝によってそれぞれ分割され、かつそれらの複数の光電変換セルが半導体層分離溝を介して互いに電気的に直列接続されており、裏面電極層分離溝の少なくとも一部は所定ピッチで形成された実質的に同形状のピットのつながりによって構成されており、各ピットにおいて溝の幅方向の最大長Ｗが溝の長手方向の最大長Ｌより大きく、透明電極層は裏面電極層を切断し得る最小エネルギ密度の３倍以上のエネルギ密度を有するレーザビームで裏面電極層分離溝に含まれるピットを形成した場合に、そのピット内において裏面電極側から白色光を照射して光学顕微鏡で観察され得る暗色の変色部が形成される透明導電材料で形成されていることを特徴としている。なお、透明電極層は、酸化亜鉛が低圧ＣＶＤ法により形成される。ピット内の暗色の変色部は、その周囲部に比べて凸状になることによって生じ得る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
上述のような集積型薄膜太陽電池を製造する方法においては、各ピットはレーザビームのパルス照射によって形成される。また、酸化亜鉛の透明電極層は、低圧ＣＶＤ法で形成される。さらに、裏面電極層分離溝に含まれるピットを形成するためのレーザビームのエネルギ密度は、裏面電極層を切断し得る最小エネルギ密度の１．１倍以上２倍以下の範囲内にある。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
また、本発明の一実施形態による集積型薄膜太陽電池においても、図６に示されているように、透明絶縁基板１１は、透光性基体１１１と透光性下地層１１２を含んでいる。透光性基体１１１には、ガラスや透明樹脂などの板状部材やシート状部材などが用いられ得る。透明絶縁基板１１は、薄膜太陽電池５の光入射側に位置することから、より多くの太陽光を透過させて光電変換ユニット２、３に吸収させるために、できるだけ透明であることが好ましい。特に、ガラス基板は、透過率が高くかつ安価であることから、透光性基体１１１として望ましい。同様の意図から、薄膜太陽電池５の光入射面における光反射ロスを低減させるように、透明絶縁基板１１の光入射面に無反射コーティング（図示せず）を施すことが望ましい。なお、透明絶縁基板１１は透光性基体１１１のみで構成されていても使用可能であるが、透光性基体１１１と透光性下地層１１２を含むことがより好ましい。なぜならば、透光性下地層１１２によって、透明電極層の密着性の向上および透明電極層の表面凹を増大させる効果が得られるからである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
透明電極層の材料としては、２００℃以下の温度で層形成が可能な材料が好ましい。透明電極層の形成温度が２００℃以下の場合、基板に強化ガラスを使うことが可能であり、同じ強度条件でガラス基板を薄くして薄膜太陽電池を軽量化することができる。透明電極層を２００℃以下の低温で形成する方法としては、低圧熱ＣＶＤ法によるＺｎＯの堆積が挙げられる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
透明絶縁基板１１上に配置される透明電極層１２の材料は、ＺｎＯである。そのドーピング不純物として、Ｂ、Ａｌ、およびＧａの少なくとも１種を含むことが望ましく、特にＢ原子を２×１０19／ｃｍ3以上の濃度で含むことが望ましい。また、透明電極層１２は、ドーピング不純物のほかに２×１０20／ｃｍ3以上のＨ原子を含むことが好ましい。Ｈを含むＺｎＯ層は、２００℃以下の低い基板温度における低圧熱ＣＶＤによっても、光閉じ込め効果を有する表面凹凸が形成され得るので、薄膜太陽電池用の透明電極層として好適である。なお、本願明細書における基板温度は、基板が成膜装置の加熱部と接している面の温度を意味する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
裏面電極層分離溝の少なくとも一部は、図１の模式的な平面図に示すように、分離溝の幅方向の最大長Ｗと長手方向の最大長Ｌを有する各ピットのつながりによって構成されている。すなわち、Ｗ＞Ｌとすることによって、各ピットを形成するエネルギを増加させずに、分離溝の幅を広くすることができる。そして、隣接するピット間における分離溝のくびれ部の幅を広くすることができるので、溝にバリが残る不良、ピット列が部分的に途切れる不良（ピット抜け）、およびピット列が部分的に曲がる不良（ピット列曲がり）を抑制し、集積型薄膜太陽電池の出力特性、歩留まり、およびコストの改善が可能となる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
本発明による集積型薄膜太陽電池の製造方法において、分離溝はレーザビームをパルス的に照射することによって形成される。レーザ装置としては、容易に市販品を入手し得るＹＡＧレーザを用いることができる。その場合、透明電極層分離溝の形成にはＹＡＧレーザの基本波である波長１０６４ｎｍのレーザ光を用い、半導体層分離溝および裏面電極層分離溝の形成にはＹＡＧレーザの第二高調波である波長５３２ｎｍのレーザ光を用いる。レーザビーム照射スポットと基板との相対的位置を変化させながらレーザ光をパルス的に照射することによって、略同形状のピットが一定ピッチで連なった分離溝が形成され得る。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３５】
パルスレーザで形成されたピット列中で隣接するピットの境界おいては狭幅部分が形成され、この部分で残渣Ｅや切れ残りの不良が発生しすい。単位長さあたりの第２レーザビーム照射回数が第１レーザビーム照射回の数整倍である場合、第２レーザビームで形成された隣接する第２種ピット９０４５の境界の狭幅部分も、第１レーザビームで形成された隣接する第１種ピット９０４３の境界の狭幅部と同じ位置にくる場合がある。そこで、単位長さあたりの第２レーザビーム照射回数として第１レーザビーム照射回数の整数倍を避けることによって、第１レーザビームの照射スポット位置に対して第２レーザビームの照射スポット位置が溝長手方向にずれるので、残渣Ｅがより効率的に除去され得る。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７７】
（実施例１〜４および比較例１〜４のまとめ）
図１１は、上述の実施例１〜４および比較例１〜４に関して、裏面電極分離溝を構成する各ピットにおけるＷ／Ｌに対する集積型薄膜太陽電池のＥｆｆ（％）の関係を示すグラフである。上述の実施例と比較例から分かるように、このグラフにおいては、各ピットの面積が３．０〜３．５×１０−９ｍ２の範囲内でほぼ一定に維持され、他方でＷ／Ｌは種々に変化させられている。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８３】
（実施例６）
本発明の実施例６においては、実施例５に類似の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、実施例６の集積型薄膜太陽電池は、裏面電極層分離溝９０４および半導体層分離溝９０５に加えて、透明電極層分離溝９０３を構成する各ピットにもＷ／Ｌ＞１の条件を適用したことのみにおいて、実施例５と異なっていた。より具体的には、本実施例６において、透明電極層分離溝９０３を構成する各ピットの平面形状は図１に示すように溝長手方向に短軸を有する横長楕円形であって、溝幅方向の最大長Ｗ＝９０μｍで溝長手方向の最大長Ｌ＝５０μｍに設定された。すなわち、Ｗ／Ｌ＝１．８０であり、各ピットの面積は３．５×１０-9ｍ2であった。隣接するピットが溝長手方向に重なる最大長さｄはＬの２０％にされ、レーザビームのエネルギ密度は１３Ｊ／ｃｍ2に設定された。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２２０】
実施例９および実施例１０と比較すれば、本実施例１１においてはＶｏｃ、Ｊｓｃ、およびＦＦが減少して、Ｅｆｆが実施例１０に比べても低い１１．６０％に低下していることが分かる。また、集積型薄膜太陽電池の歩留りに関しても、本実施例１１では実施例１０に比べても低下している。すなわち、全ての裏面電極層分離溝に第２レーザビームを付加的に照射した本実施例１１では、第１レーザビームのみを用いて全ての裏面電極層分離溝を形成した実施例１０に比べてもＥｆｆおよび歩留まりが低下することが分かった。
【手続補正１５】
【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】
透明絶縁基板（１１）上に順次積層された透明電極層（１２）、１以上光電変換ユニット（２、３）を含む半導体層（２０）、および裏面電極層（４）が、複数の光電変換セルを形成するように直線状で互いに平行な複数本の透明電極層分離溝（９０３）、半導体層分離溝（９０５）、および裏面電極層分離溝（９０４０）によってそれぞれ分割され、かつそれらの複数の光電変換セルが前記半導体層分離溝を介して互いに電気的に直列接続されている集積型薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記透明電極層として、酸化亜鉛が低圧ＣＶＤ法により形成され、
前記裏面電極層分離溝の少なくとも一部は所定ピッチで形成された実質的に同形状のピット（９０４３、９０４５）のつながりによって構成されており、各前記ピットにおいて前記溝の幅方向の最大長Ｗが前記溝の長手方向の最大長Ｌより大きく、
各前記ピットは、前記裏面電極層を切断し得る最小エネルギ密度の１．１１倍以上２倍以下の範囲内のエネルギ密度を有するレーザビームのパルス照射によって形成されることを特徴とする集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
各前記ピットの前記溝の幅方向の最大長Ｗを前記溝の長手方向の最大長Ｌより大きくすることにより、各前記ピットを形成するエネルギを増加させずに、分離溝の幅を広くすることを特徴とする請求項１に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
各前記ピットの前記溝の幅方向の最大長Ｗを前記溝の長手方向の最大長Ｌより大きくすることにより、各前記ピットを形成するエネルギを増加させずに、分離溝の幅を広くし、前記透明電極層のダメージを抑制し、かつ分離溝の切れ残りの不良を抑制することを特徴とする請求項１に記載の集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
Ｗ／Ｌが１．２５以上７．２以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
隣り合う前記ピットが前記溝の長手方向に重なる最大長ｄは、Ｌの６％以上３３％以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
各前記ピットの平面形状が楕円状であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項７】
各前記ピットの平面積が３×１０-10ｍ2以上４×１０-8ｍ2以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記複数本の裏面電極層分離溝を形成すべき全領域に第１レーザビームを照射する工程と、
前記裏面電極層分離溝の全本数から選択された部分的本数の各溝の少なくとも一部へ付加的に第２レーザビームを照射する工程とを含み、
前記第１レーザビームの照射領域（Ｍ）に対して前記第２レーザビームの照射領域（Ｎ）が部分的に重なるように、前記照射領域（Ｎ）の中心がその最近接の半導体層分離溝から遠ざかる方向へ前記照射領域Ｍの中心から変位させられていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記裏面電極層分離溝において、前記第１レーザビームの照射のみで形成された部分の溝幅の極大値に対して、付加的に前記第２レーザビームをも照射されて形成された部分の溝幅の極大値の比が、１．１５以上１．８以下の範囲内にあることを特徴とする請求項８に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記第１レーザビームに比べて前記第２レーザビームのエネルギ密度が低いことを特徴とする請求項８または９に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記第１と第２のレーザビームはパルス状に照射され、前記裏面電極層分離溝の単位長さに関して前記第２レーザビームの照射パルス数が前記第１レーザビームに比べて多いことを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記複数本の裏面電極層分離溝のうちで部分的本数の各溝の少なくとも一部は第１ピッチで連なっている実質的に同形状の第１種ピットの列（９０４４）と第２ピッチで連なっている実質的に同形状の第２種ピットの列（９０４６）とによって構成され、
前記第１種ピット列と前記第２種ピット列は溝幅方向において部分的に重なっており、
前記第１種ピット列の溝幅方向の極大長（Ｗｍ）に比べて前記第２種ピット列の溝幅方向の極大長（Ｗｎ）が小さく、
前記第２種ピット列の中心線はその最近接の半導体層分離溝から遠ざかる方向へ前記第１種ピット列の中心線から変位させられていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記第１種ピット列と前記第２種ピット列との両方で構成される溝幅の極大長（Ｗｏ）と前記第１種ピット列の溝幅方向の極大長（Ｗｍ）との比（Ｗｏ／Ｗｍ）が１．１５以上１．８以下であることを特徴とする請求項１２に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記第１種ピット列の前記第１ピッチに比べて前記第２種ピット列の前記第２ピッチが短いことを特徴とする請求項１２または１３に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【国際調査報告】
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