(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に透明導電層を介してアモルファスＳｉ又は結晶質Ｓｉよりなるｐｉｎ型又はｎｉｐ型構造の複数のセルを多段に積層し、更に前記セル上に酸化物層を介して反射用金属膜を形成した太陽電池を製造する方法において、
透明電極上に透明導電層を形成した後、透明導電層の表面に凹凸面を形成するとともに、透明基板上に凹凸面を形成した透明導電層を介してｐｉｎ型又はｎｉｐ型構造のセルを形成する際、セルの一発電膜であるｉ型層を製膜した後、ｉ型層をＡｒもしくはＨ２プラズマエッチング処理、又はＡｒイオンミリング処理もしくは機械研磨処理を行って平坦化することを特徴とするタンデム型太陽電池の製造方法。
【請求項２】
ｉ型層の平坦化を圧力０．１３３Ｐａ〜１３３０ＰａのＡｒプラズマエッチング処理により行うことを特徴とする請求項１記載のタンデム型太陽電池の製造方法。
【請求項３】
ｉ型層の平坦化を加速電圧３００Ｖ〜２０００ＶのＡｒイオンミリング処理により行うことを特徴とする請求項１記載のタンデム型太陽電池の製造方法。
【請求項４】
ｉ型層の平坦化を圧力０．１３３Ｐａ〜１３３０ＰａのＨ２プラズマエッチング処理により行うことを特徴とする請求項１記載のタンデム型太陽電池の製造方法。
【請求項５】
ｉ型層の平坦化を平均粒径０．５μｍ〜５μｍの研磨砥粒により行うことを特徴とする請求項１記載のタンデム型太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ｐｉｎ型又はｎｉｐ型構造の複数のセルを多段に積層したタンデム型太陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、タンデム型太陽電池としては、例えば図６に示すものが知られている。図中の付番１は、ガラス基板を示す。この基板１上には、表面（基板と反対側の主面）に凹凸面が形成された透明導電層２を介して第１のセル３、第２のセル４、酸化物層５及びの反射用金属膜６が順次形成されている。ここで、前記透明導電層２の表面に凹凸面を形成するのは、光閉じ込め効果の増大により短絡電流を向上させるためである。また、第１のセル３は、ｐ型のアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）発電膜３ａと、ｉ型のａ−Ｓｉ発電膜３ｂと、ｎ型のａ−Ｓｉ発電膜３ｃとから構成されている。また、第２のセル４は、ｐ型の非晶質Ｓｉ発電膜４ａと、ｉ型の非晶質Ｓｉ発電膜４ｂと、ｎ型の非晶質Ｓｉ発電膜４ｃとから構成されている。
【０００３】
こうした構成の太陽電池において、太陽光はガラス基板１側から入射して透明導電層２を透過して各発電膜に入射する。太陽光は、発電膜３ａに吸収されて、透明導電層２と非晶質Ｓｉ発電膜４ａとの間に起電力が発生し、電力を外部に取り出すことができる。ところで、こうした太陽電池において、電池の発電効率を向上させるために、例えば前記発電膜３ａ〜３ｃをａ−Ｓｉ、前記発電膜４ａ〜４ｃを結晶質Ｓｉで構成するように、前記発電膜３ａ〜３ｃ、４ａ〜４ｃを夫々光吸収帯域の異なる材質とすることで入射光を有効に利用することが広く行われており、タンデム型太陽電池と呼ばれている。
【０００４】
しかし、従来のタンデム型太陽電池では、透明導電層２の凹凸面の谷の部分では隣り合った結晶子同士が横方向の成長を妨げあうので、結晶の粒径、配向性は小さくなってしまうという課題があった。
【０００５】
そこで、この谷での結晶成長の阻害を緩和する為に、様々な方法により基板、透明導電層を加工することにより谷の形状を制御した基板を使用することが提案されている。しかし、光閉じ込め効果の低下により短絡電流が低下するという問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、透明電極上に透明導電層を形成した後、透明導電層の表面に凹凸面を形成するとともに、透明基板上に凹凸面を形成した透明導電層を介してｐｉｎ型又はｎｉｐ型構造のセルを形成する際、セルの一発電膜であるｉ型層を製膜した後、ｉ型層をＡｒもしくはＨ２プラズマエッチング処理、又はＡｒイオンミリング処理もしくは機械研磨処理を行って平坦化することにより、基板と反対側に位置するセルの配向性を向上し開放電圧が向上するとともに、表面凹凸が大きな透明導電層が使用可能であることにより光閉じ込め効果が得られ、その結果発電効率が向上するタンデム型太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ｉ型層の粒径増大と配向性向上を同時に満たしながら微結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率を高めようとするものである。一般に、微結晶Ｓｉの成長様式は下地層となる部分の形状に強く影響を受け、実質的に平坦であるほど配向性が良好な結晶成長が得られる。しかし、従来のように山谷の形状を持つ基板では光閉じ込め効果の低下による短絡電流が低下するという問題点が生じる。そこで、本発明は、この点を解消するために、トップセルの一構成であるｉ型層を製膜した後、表面形状の平坦化を図ることにより、山谷の形状を持つ基板を使用しても配向性の良好なタンデム型太陽電池を得るものである。
【０００８】
即ち、本発明は、透明基板上に透明導電層を介してアモルファスＳｉ又は結晶質Ｓｉよりなるｐｉｎ型又はｎｉｐ型構造の複数のセルを多段に積層し、更に前記セル上に酸化物層を介して反射用金属膜を形成した太陽電池を製造する方法において、透明電極上に透明導電層を形成した後、透明導電層の表面に凹凸面を形成するとともに、透明基板上に凹凸面を形成した透明導電層を介してｐｉｎ型又はｎｉｐ型構造のセルを形成する際、セルの一発電膜であるｉ型層を製膜した後、ｉ型層をＡｒもしくはＨ２プラズマエッチング処理、又はＡｒイオンミリング処理もしくは機械研磨処理を行って平坦化することを特徴とするタンデム型太陽電池の製造方法である。
【０００９】
本発明において、ｉ型層の平坦化処理としては、次の方法が考えられる。
１）ｉ層の平坦化を圧力０．１３３Ｐａ〜１３３０Ｐａ（１ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）のＡｒプラズマエッチング処理により行う方法。ここで、圧力が上記範囲を外れると、十分な規格化変換効率が得られない（図２参照）。
【００１０】
２）ｉ型層の平坦化を加速電圧３００Ｖ〜２０００ＶのＡｒイオンミリング処理により行う方法。ここで、加速電圧が上記範囲を外れると、十分な規格化変換効率が得られない（図３参照）。
【００１１】
３）ｉ型層の平坦化を圧力０．１３３Ｐａ〜１３３０ＰａのＨ２プラズマエッチング処理により行う方法。ここで、圧力が上記範囲を外れると、十分な規格化変換効率が得られない（図４参照）。
【００１２】
４）ｉ型層の平坦化を平均粒径０．５μｍ〜５μｍの研磨砥粒により行う方法。ここで、平均粒径が上記範囲を外れると、十分な規格化変換効率が得られない（図４参照）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の各実施例に係るタンデム型太陽電池の製造方法について説明する。なお、各実施例で述べる太陽電池を構成する該構成要素の材質や膜厚は一例を示すもので、本発明はこれらに限定されない。
【００１４】
（実施例１）
図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照する。
（１）まず、厚みが約１ｍｍのガラス基板（透明基板）１１上に厚さ０．２〜２μｍの透明導電層１２を形成した。次に、例えば機械的研磨により透明導電層１２の表面に凹凸面を形成した。つづいて、透明導電層１２上に第１のセル（トップセル）の一構成であるｐ型のａ−Ｓｉ発電膜（膜厚０．０２ｎｍ）１３ａ、ｉ型層としてのｉ型のａ−Ｓｉ発電膜（膜厚０．２７ｎｍ）１３ｂを順次形成した（図１（Ａ）参照）。
【００１５】
（２）次に、前記ｉ型のａ−Ｓｉ発電膜１３ｂを、圧力１ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの条件下でＡｒプラズマエッチング処理により０．２５ｎｍ程度までエッチングし、平坦化した（図１（Ｂ）参照）。つづいて、平坦化した発電膜１３ｂ上にｎ型のａ−Ｓｉ発電膜（膜厚０．０２ｎｍ）１３ｃを形成した。ここで、前記発電膜１３ａ，発電膜１３ｂ及び発電膜１３ｃによりトップセル１３が構成されている。
【００１６】
（３）次に、前記トップセル１３上に、ｐ型の結晶質Ｓｉ発電膜（膜厚０．０２ｎｍ）１４ａ，ｉ型の結晶質Ｓｉ発電膜（膜厚３０ｎｍ）１４ｂ及びｎ型の結晶質Ｓｉ発電膜（膜厚０．０２ｎｍ）１４ｃから構成される第２のセル（ボトムセル）１４を形成した。つづいて、ボトムセル１４上に酸化物層１５、反射用金属膜１６を順次形成して、２段にセルが積層されたタンデム型太陽電池を形成した（図１（Ｃ）参照）。
【００１７】
実施例１によれば、トップセル１３の一構成であるｉ型のａ−Ｓｉ発電膜１３ｂを形成した後、０．１３３Ｐａ〜１３３０Ｐａの条件下でＡｒプラズマエッチング処理を施してｉ型のａ−Ｓｉ発電膜１３ｂを平坦化するため、ボトムセル１４の配向性が向上し、開放電圧が向上する。また、表面に凹凸面を有した透明導電層１２が使用可能であるので、光閉じ込め効果も得られ、その結果発電効率が向上する。
【００１８】
事実、実施例１及び従来型のタンデム型太陽電池におけるＡｒプラズマ処理圧力と規格化変換効率との関係を調べたところ、図２に示す特性図が得られた。図２より、圧力０．１３３Ｐａ〜１３３０Ｐａの条件下のプラズマエッチング処理で本発明のタンデム型太陽電池が従来のそれと比べ高い変換効率が得られることが確認できた。
【００１９】
（実施例２）
本実施例２は、実施例１と比べ、Ａｒプラズマエッチング処理する代わりに、トップセル１３の発電膜１３ｂを形成した後に、加速電圧３００Ｖ〜２０００Ｖの条件下でＡｒイオンミリングにより平坦化処理することを特徴とする。
【００２０】
実施例２によれば、実施例１と同様な効果を有する。事実、実施例２及び従来型のタンデム型太陽電池についてＡｒイオン加速電圧と規格化変換効率との関係を調べたところ、図３に示す特性図が得られた。図３より、加速電圧３００Ｖ〜２０００Ｖの条件下のＡｒイオンミリングで本発明のタンデム型太陽電池が従来のそれと比べ高い変換効率が得られることが確認できた。
【００２１】
（実施例３）
本実施例３は、実施例１と比べ、Ａｒプラズマエッチング処理する代わりに、トップセル１３の発電膜１３ｂを形成した後に、プラズマ処理圧力０．１３３Ｐａ〜１３３０Ｐａの条件下でＨ２プラズマ処理により発電膜１３ｂを平坦化処理することを特徴とする。
【００２２】
実施例３によれば、実施例１と同様な効果を有する。事実、実施例３及び従来型のタンデム型太陽電池についてプラズマ処理圧力と規格化変換効率との関係を調べたところ、図４に示す特性図が得られた。図４より、プラズマ処理圧力０．１３３Ｐａ〜１３３０Ｐａの条件下のＨ２プラズマ処理で本発明のタンデム型太陽電池が従来のそれと比べ高い変換効率が得られることが確認できた。
【００２３】
（実施例４）
本実施例４は、実施例１と比べ、Ａｒプラズマエッチング処理する代わりに、トップセル１３の発電膜１３ｂを形成した後に、平均粒径０．５〜５μｍの研磨砥粒を用いて機械的研磨により平坦化処理することを特徴とする。
【００２４】
実施例４によれば、実施例１と同様な効果を有する。事実、実施例４及び従来型のタンデム型太陽電池について平均粒径と規格化変換効率との関係を調べたところ、図５に示す特性図が得られた。図５より、平均粒径０．５〜５μｍの条件下の機械的研磨で本発明のタンデム型太陽電池が従来のそれと比べ高い変換効率が得られることが確認できた。
【００２５】
なお、上記実施例では、２つのセルを多段に積層したタンデム型太陽電池の場合について述べたが、これに限らず、３つ以上のセルを多段に積層したタンデム型太陽電池の場合についても上記実施例と同様な効果が期待できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明のタンデム型太陽電池によれば、透明基板上に透明導電層を介してｐｉｎ型又はｎｉｐ型構造のセルを形成する際、セルの一発電膜であるｉ型層を製膜した後、ｉ型層をＡｒもしくはＨ２プラズマエッチング処理、又はＡｒイオンミリング処理もしくは機械研磨処理を行って平坦化することにより、基板と反対側に位置するセルの配向性を向上し、開放電圧が向上する。また、本発明によれば、表面凹凸が大きな透明導電層が使用可能であることにより光閉じ込め効果が得られ、その結果発電効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係るタンデム型太陽電池の製造方法を工程順に示す断面図。
【図２】図２は、本発明によるプラズマ処理圧力と規格化変換効率との関係を示す特性図。
【図３】図３は、本発明によるＡｒイオン加速電圧と規格化変換効率との関係を示す特性図。
【図４】図４は、本発明によるプラズマ処理圧力と規格化変換効率との関係を示す特性図。
【図５】図５は、本発明による透明導電層の膜厚と規格化変換効率との関係を示す特性図。
【図６】図６は、従来のタンデム型太陽電池の断面図。
【符号の説明】
１１…ガラス基板（透明基板）、
１２…透明導電層、
１３…第１のセル（トップセル）、
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…Ｓｉ発電膜、
１４…第２のセル（ボトムセル）、
１５…酸化物層、
１６…反射用金属膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003723125.tif 000005
【図５】
0003723125.tif 000006
【図６】
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