(57)【要約】【課題】光劣化の低減および生産性の向上が可能な積層型光電変換装置を提供する。【解決手段】積層型光電変換装置１０は、基板１と、透明導電膜２，７と、光電変換層３〜６と、裏面電極８とを備える。透明導電膜２は、基板１上に配置され、光電変換層３〜６は、透明導電膜２上に順次積層される。透明導電膜７および裏面電極８は、光電変換層６上に順次積層される。光電変換層３は、ｐ型半導体層３１、ｉ型半導体層３２およびｎ型半導体層３３を含む。光電変換層４は、ｐ型半導体層４１、ｉ型半導体層４２およびｎ型半導体層４３を含む。光電変換層５は、ｐ型半導体層５１、ｉ型半導体層５２およびｎ型半導体層５３を含む。光電変換層６は、ｐ型半導体層６１、ｉ型半導体層６２およびｎ型半導体層６３を含む。太陽光は、基板１側から入射され、光電変換層４の短絡光電流密度は、光電変換層３の短絡電流密度よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々がｐｉｎ接合を有し、且つ、非晶質シリコン系半導体からなる第１の光電変換層および第２の光電変換層と、
各々がｐｉｎ接合を有し、且つ、微結晶シリコン系半導体からなる第３の光電変換層および第４の光電変換層とを備え、
前記第１の光電変換層、前記第２の光電変換層、前記第３の光電変換層および前記第４の光電変換層は、光入射側から前記第１の光電変換層、前記第２の光電変換層、前記第３の光電変換層および前記第４の光電変換層の順で積層され、
前記第２の光電変換層の短絡光電流密度は、前記第１の光電変換層の短絡光電流密度よりも大きい、積層型光電変換装置。
【請求項２】
前記第１および第２の光電変換層のｉ型半導体層は、非晶質シリコンからなり、
前記第３および第４の光電変換層のｉ型半導体層は、微結晶シリコンからなる、請求項１に記載の積層型光電変換装置。
【請求項３】
前記第１および第２の光電変換層の短絡光電流密度は、前記第３および第４の光電変換層のいずれの短絡光電流密度よりも大きい、請求項１または請求項２に記載の積層型光電変換装置。
【請求項４】
前記第１の光電変換層の短絡光電流密度に対する前記第２の光電変換層の短絡光電流密度の比は、１．０１〜１．３０である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の積層型光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、積層型光電変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光劣化を低減する光電変換装置として積層型光電変換装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
この積層型光電変換装置は、それぞれがｐｉｎ接合を有し、且つ、シリコン系半導体からなる第１光電変換層、第２光電変換層および第３光電変換層を光入射側からこの順に積層した構造を備える。
【０００４】
第１および第２光電変換層のｉ型半導体層は、それぞれ、非晶質層であり、第３光電変換層のｉ型半導体層は、微結晶層である。そして、光源：キセノンランプ、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ２、ＡＭ：１．５、温度：２５℃という条件下において、第１光電変換層の短絡光電流は、第２光電変換層の短絡光電流および第３光電変換層の短絡光電流の何れよりも大きく、第１光電変換層の短絡光電流は、第２光電変換層の短絡光電流の１．０１倍以上である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４４１１３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、積層型の薄膜太陽電池においては、積層数を増加すればするほど入射光の波長帯域全体に亘る光吸収係数が向上し、変換効率を向上させることができるが、積層数が増加した場合には、次の課題を解決する必要がある。
【０００７】
例えば、三接合構造の太陽電池では、二接合構造の太陽電池（ａ−Ｓｉ／μｃ−Ｓｉ）に対して光劣化の低減と生産性の向上がトレードオフの関係となる。より詳しくは、ａ−Ｓｉ／ａ−Ｓｉ／μｃ−Ｓｉ構造では、光劣化するアモルファス層の膜厚比率が大きいため、総合的な劣化率が大きくなるというデメリットが生じる。ａ−Ｓｉ／μｃ−Ｓｉ／μｃ−Ｓｉ構造では、光吸収係数の低い微結晶層の比率が大きいため、総膜厚が厚くなって成膜時間が長くなるため、生産性（スループット）が低くなるというデメリットが生じる。
【０００８】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、光劣化の低減および生産性の向上が可能な積層型光電変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の実施の形態によれば、積層型光電変換装置は、第１の光電変換層、第２の光電変換層、第３の光電変換層および第４の光電変換層を備える。第１の光電変換層および第２の光電変換層の各々は、ｐｉｎ接合を有し、且つ、非晶質シリコン系半導体からなる。第３の光電変換層および第４の光電変換層の各々は、ｐｉｎ接合を有し、且つ、微結晶シリコン系半導体からなる。第１の光電変換層、第２の光電変換層、第３の光電変換層および第４の光電変換層は、光入射側から第１の光電変換層、第２の光電変換層、第３の光電変換層および第４の光電変換層の順で積層される。そして、第２の光電変換層の短絡光電流密度は、第１の光電変換層の短絡光電流密度よりも大きい。
【００１０】
好ましくは、第１および第２の光電変換層のｉ型半導体層は、非晶質シリコンからなり、第３および第４の光電変換層のｉ型半導体層は、微結晶シリコンからなる。
【００１１】
より好ましくは、第１および第２の光電変換層の短絡光電流密度は、第３および第４の光電変換層のいずれの短絡光電流密度よりも大きい。
【００１２】
更に好ましくは、第１の光電変換層の短絡光電流密度に対する第２の光電変換層の短絡光電流密度の比は、１．０１〜１．３０である。
【００１３】
更に好ましくは、第１の光電変換層の短絡光電流密度に対する第２の光電変換層の短絡光電流密度の比は、１．０１〜１．１５である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の実施の形態による積層型光電変換装置においては、第２の光電変換層の短絡光電流密度を第１の光電変換層の短絡光電流密度よりも大きくする。すなわち、光劣化の小さい第１の光電変換層を短絡光電流密度の律速層とする。その結果、第２の光電変換層の短絡光電流密度が光劣化後に低下した場合であっても、第２の光電変換層の短絡光電流密度が第１の光電変換層の短絡光電流密度以下に低下するまでは、第１の光電変換層と第２の光電変換層とを合成した短絡光電流密度は、変化しない。第１および第２の光電変換層を合わせた安定化率は、短絡光電流密度の律速層の安定化率により律速されるので、安定化率が高い第１の光電変換層を短絡光電流密度の律速層とすることにより積層型光電変換装置全体としての安定化率を向上することができる。
【００１５】
また、第３および第４の光電変換層の合計膜厚は、３接合構造の光電変換装置において最も長波長側の光を吸収する光電変換層の膜厚よりも薄い。その結果、第３および第４の光電変換層を作製する時間を短縮できる。
【００１６】
従って、光劣化の低減および生産性の向上を両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態による積層型光電変換装置の構成を示す断面図である。
【図２】太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。
【図３】太陽電池モジュールの分解斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態による積層型光電変換装置を製造するプラズマ装置の構成を示す概略図である。
【図５】この発明の実施の形態による積層型光電変換装置を製造する別のプラズマ装置の構成を示す概略図である。
【図６】図２に示す太陽電池モジュールを製造する製造方法を示す第１の工程図である。
【図７】図２に示す太陽電池モジュールを製造する製造方法を示す第２の工程図である。
【図８】図６に示す工程（ｃ）の詳細な工程を示す第１の工程図である。
【図９】図６に示す工程（ｃ）の詳細な工程を示す第２の工程図である。
【図１０】図６に示す工程（ｃ）の詳細な工程を示す第３の工程図である。
【図１１】図６に示す工程（ｃ）の詳細な工程を示す第４の工程図である。
【図１２】この発明の実施の形態による別の積層型光電変換装置の構成を示す概略図である。
【図１３】別の太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。
【図１４】安定化率および安定化後変換効率と短絡光電流密度比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１９】
この明細書において、「非晶質相」とは、シリコン（Ｓｉ）原子等がランダムに配列された状態を言う。また、「微結晶相」とは、Ｓｉ原子等のランダムなネットワークの中に粒径が１０〜１００ｎｍ程度であるＳｉ等の結晶粒が存在する状態を言う。更に、アモルファスシリコンを「ａ−Ｓｉ」と表記するが、この表記は、実際には、水素（Ｈ）原子が含まれていることを意味する。アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、アモルファスシリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、アモルファスゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）、微結晶シリコンカーバイド（μｃ−ＳｉＣ）、微結晶シリコンナイトライド（μｃ−ＳｉＮ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）、および微結晶ゲルマニウム（μｃ−Ｇｅ）についても、同様に、Ｈ原子が含まれていることを意味する。
【００２０】
図１は、この発明の実施の形態による積層型光電変換装置の構成を示す断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による積層型光電変換装置１０は、基板１と、透明導電膜２，７と、光電変換層３〜６と、裏面電極８とを備える。積層型光電変換装置１０は、基板１側から光が入射するスーパーストレート型の光電変換装置である。
【００２１】
透明導電膜２は、基板１に接して配置される。
【００２２】
光電変換層３は、透明導電膜２に接して配置される。光電変換層４は、光電変換層３に接して配置される。光電変換層５は、光電変換層４に接して配置される。光電変換層６は、光電変換層５に接して配置される。
【００２３】
透明導電膜７は、光電変換層６に接して配置される。裏面電極８は、透明導電膜７に接して配置される。
【００２４】
基板１は、絶縁性のガラス、または可撓性を持たせる場合にはポリイミド等の樹脂からなる。また、基板１のサイズは、例えば、１０００ｍｍ×１４００ｍｍであり、厚さは、例えば、３．９ｍｍである。
【００２５】
透明導電膜２，７の各々は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２およびＺｎＯ等からなる。
【００２６】
光電変換層３は、ｐ型半導体層３１と、ｉ型半導体層３２と、ｎ型半導体層３３とを含む。そして、光電変換層３は、ｐ型半導体層３１、ｉ型半導体層３２およびｎ型半導体層３３が透明導電膜２上に順次積層された構造からなる。
【００２７】
ｐ型半導体層３１は、ｐ型ａ−Ｓｉ，ｐ型ａ−ＳｉＣ，ｐ型ａ−ＳｉＮ，ｐ型μｃ−Ｓi等からなる。そして、ｐ型半導体層３１のドーパントは、例えば、ボロン（Ｂ）である。また、ｐ型半導体層３１のドーパント濃度は、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３である。更に、ｐ型半導体層３１の膜厚は、５〜２０ｎｍである。
【００２８】
ｉ型半導体層３２は、波長３５０ｎｍ〜５５０ｎｍの光を吸収するものであり、ｉ型ａ−Ｓｉ，ｉ型ａ−ＳｉＣ，ｉ型ａ−ＳｉＮ等からなる。そして、ｉ型半導体層３２の膜厚は、３５〜６０ｎｍである。
【００２９】
ｎ型半導体層３３は、ｎ型ａ−Ｓｉまたはｎ型μｃ−Ｓｉからなる。そして、ｎ型半導体層３３のドーパントは、例えば、リン（Ｐ）である。また、ｎ型半導体層３３のドーパント濃度は、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３である。更に、ｎ型半導体層３３の膜厚は、５〜３０ｎｍである。
【００３０】
光電変換層４は、ｐ型半導体層４１と、ｉ型半導体層４２と、ｎ型半導体層４３とを含む。そして、光電変換層４は、ｐ型半導体層４１、ｉ型半導体層４２およびｎ型半導体層４３が光電変換層３のｎ型半導体層３３上に順次積層された構造からなる。
【００３１】
ｐ型半導体層４１は、光電変換層３のｐ型半導体層３１と同じである。ｉ型半導体層４２は、波長５００ｎｍ〜７００ｎｍの光を吸収するものであり、ｉ型ａ−Ｓｉ，ｉ型ａ−ＳｉＣ，ｉ型ａ−ＳｉＮ等からなる。そして、ｉ型半導体層４２の膜厚は、２００〜４００ｎｍである。ｎ型半導体層４３は、光電変換層３のｎ型半導体層３３と同じである。
【００３２】
光電変換層５は、ｐ型半導体層５１と、ｉ型半導体層５２と、ｎ型半導体層５３とを含む。そして、光電変換層５は、ｐ型半導体層５１、ｉ型半導体層５２およびｎ型半導体層５３が光電変換層４のｎ型半導体層４３上に順次積層された構造からなる。
【００３３】
ｐ型半導体層５１は、ｐ１層５１１とｐ２層５１２とを含む。ｐ１層５１１は、光電変換層４のｎ型半導体層４３に接して配置される。ｐ２層５１２は、ｐ１層５１１に接して配置される。
【００３４】
ｐ１層５１１は、ｐ型μｃ−Ｓｉ，ｐ型ａ−Ｓｉ，ｐ型μｃ−ＳｉＮ，ｐ型ａ−ＳｉＮ等からなる。そして、ｐ１層５１１のドーパントは、例えば、Ｂである。また、ｐ１層５１１の膜厚は、５〜２０ｎｍである。
【００３５】
ｐ２層５１２は、ｐ型μｃ−Ｓｉ，ｐ型ａ−Ｓｉ等からなる。そして、ｐ２層５１２のドーパントは、例えば、Ｂである。また、ｐ２層５１２の膜厚は、５〜１５ｎｍである。
【００３６】
そして、ｐ型半導体層５１のドーパント濃度は、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３であり、光電変換層４のｎ型半導体層４３からｉ型半導体層５２に向かうに従ってドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲で徐々に減少するようにしてもよい。
【００３７】
ｉ型半導体層５２は、波長６００ｎｍ〜９００ｎｍの光を吸収するものであり、ｉ型μｃ−Ｓｉからなる。そして、ｉ型半導体層５２の膜厚は、７００〜９００ｎｍである。
【００３８】
ｎ型半導体層５３は、ｎ型ａ−Ｓｉ，ｎ型μｃ−Ｓｉ等からなる。そして、ｎ型半導体層５３のドーパントは、例えば、Ｐである。また、ｎ型半導体層５３のドーパント濃度は、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３である。更に、ｎ型半導体層５３の膜厚は、１０〜３０ｎｍである。
【００３９】
光電変換層６は、ｐ型半導体層６１と、ｉ型半導体層６２と、ｎ型半導体層６３とを含む。そして、光電変換層６は、ｐ型半導体層６１、ｉ型半導体層６２およびｎ型半導体層６３が光電変換層５のｎ型半導体層５３上に順次積層された構造からなる。
【００４０】
ｐ型半導体層６１は、ｐ１層６１１とｐ２層６１２とを含む。ｐ１層６１１は、光電変換層５のｎ型半導体層５３に接して配置される。ｐ２層６１２は、ｐ１層６１１に接して配置される。
【００４１】
ｐ１層６１１は、上述したｐ１層５１１と同じであり、ｐ２層６１２は、上述したｐ２層５１２と同じである。
【００４２】
ｉ型半導体層６２は、波長６００〜１１００ｎｍの光を吸収するものであり、ｉ型μｃ−Ｓｉ，ｉ型μｃ−ＳｉＧｅからなる。
【００４３】
ｎ型半導体層６３は、光電変換層５のｎ型半導体層５３と同じである。
【００４４】
透明導電膜７は、光電変換層６のｎ型半導体層６３に接して配置される。そして、透明導電膜７の膜厚は、４０〜１００ｎｍである。
【００４５】
裏面電極８は、銀（Ａｇ）およびアルミニウム（Ａｌ）等の高反射率の金属または白色で反射率が高いＴｉＯ２からなる。そして、裏面電極８の膜厚は、５０〜２００ｎｍである。
【００４６】
このように、光電変換層３〜６の各々は、ｐｉｎ接合を有する。そして、光電変換層４の短絡光電流密度は、光電変換層３の短絡光電流密度よりも大きい。短絡光電流密度は、キセノンランプを光源として用い、照射強度：１００ｍＷ／ｃｍ２，ＡＭ：１．５、温度：２５℃の条件下において測定されたものである。
【００４７】
光電変換層３は、四接合のうち最も光入射側に配置されて入射光のうち最も短波長の帯域を吸収すればよい。それに対して、光電変換層４は、光電変換層３の次に光入射側に配置されて光電変換層３より長波長側の帯域を吸収する必要があるため、光電変換層３よりも光吸収のために要する光活性層の膜厚が厚くなる。四つの接合のうち短波長側に吸収端を有する光電変換層３，４は、光活性層の膜厚が大きくなるほど光劣化が大きくなる性質を有する。その結果、光電変換層３よりも膜厚が厚い光電変換層４は、光劣化が大きくなる。
【００４８】
上述したように、積層型光電変換装置１０においては、光電変換層４の短絡光電流密度Ｊｓｃ２を光電変換層３の短絡光電流密度Ｊｓｃ１よりも大きくする（Ｊｓｃ２＞Ｊｓｃ１）。すなわち、光劣化の小さい光電変換層３を短絡光電流密度の律速層とする。このような設計にすると、光電変換層４の短絡光電流密度が光劣化後に低下した場合であっても、光電変換層４の短絡光電流密度が光電変換層３の短絡光電流密度以下に低下するまでは、光電変換層３と光電変換層４とを合成した短絡光電流密度は、変化しない。光電変換層３，４を合わせた安定化率は、短絡光電流密度の律速層の安定化率により律速されるので、安定化率が高い光電変換層３を短絡光電流密度の律速層とすることにより積層型光電変換装置全体としての安定化率を向上することができる。
【００４９】
また、四接合構造では、従来の三接合以下の構造と比較して積層型光電変換装置全体としての短絡光電流密度が小さくなるという特徴を有する。従って、従来の三接合以下の構造の場合に対して各接合の光活性層の膜厚を薄くすることが可能になる。上述したＪｓｃ２＞Ｊｓｃ１を満たそうとすると、光電変換層４の光活性層の膜厚を相対的に厚くする必要があるが、四接合構造においては、従来構造に対して各光活性層の膜厚が薄いので、光電変換層４の膜厚調整による光劣化の増大を抑制することができる。
【００５０】
好ましくは、短絡光電流密度Ｊｓｃ１，Ｊｓｃ２の両方は、光電変換層５および光電変換層６のいずれの短絡光電流密度よりも大きい。即ち、光電変換層５，６の短絡光電流密度をそれぞれＪｓｃ３，Ｊｓｃ４とすると、Ｊｓｃ１＞Ｍａｘ（Ｊｓｃ３，Ｊｓｃ４）およびＪｓｃ２＞Ｍａｘ（Ｊｓｃ３，Ｊｓｃ４）が成立する。
【００５１】
光劣化が生じない微結晶相からなる光電変換層５，６に対して、光劣化が生じる非晶質相からなる光電変換層３，４の短絡光電流密度Ｊｓｃ１，Ｊｓｃ２の両方を大きくする。その結果、微結晶相からなる光電変換層５，６が短絡光電流密度の律速層となり、短絡光電流密度Ｊｓｃ１，Ｊｓｃ２のうちの小さい方の短絡光電流密度が短絡光電流密度Ｊｓｃ３，Ｊｓｃ４のうちの小さい方の短絡光電流密度よりも小さくなるまで、積層型光電変換装置１０の安定化率は、殆ど低下しない。
【００５２】
従って、積層型光電変換装置１０の光劣化を抑制できる。
【００５３】
更に、四接合構造において、光入射側の２層（光電変換層３，４）は、短波長側の光を吸収し、裏面側の２層（光電変換層５，６）は、長波長側の光を吸収する必要があるため、バンドギャップの広いｉ型ａ−Ｓｉを光入射側の光電変換層３，４の光活性層（ｉ型半導体層３２およびｉ型半導体層４２）とし、バンドギャップが狭いｉ型μｃ−Ｓｉを裏面側の光電変換層５，６の光活性層（ｉ型半導体層５２およびｉ型半導体層６２）とする。これによって、積層型光電変換装置１０の光吸収特性を向上できる。
【００５４】
図２は、太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。図２を参照して、太陽電池モジュール８０は、基板８１と、透明導電膜８２，８４と、光電変換層８３と、裏面電極８５と、電極８９とを備える。
【００５５】
基板８１は、上述した基板１と同じ材料からなる。
【００５６】
透明導電膜８２は、基板８１の面内方向において分離溝８６を隔てて基板８１上に配置され、上述した透明導電膜２と同じ材料からなる。
【００５７】
光電変換層８３は、分離溝８６を埋めるように透明導電膜８２上に配置される。この場合、光電変換層８３は、基板８１の面内方向においてコンタクトライン８７を介して配置される。そして、光電変換層８３は、図１に示す光電変換層３〜６が透明導電膜８２上に順次積層された構造からなる。
【００５８】
透明導電膜８４は、コンタクトライン８７を埋めるように光電変換層８３上に配置される。そして、透明導電膜８４は、上述した透明導電膜７と同じ材料からなる。
【００５９】
裏面電極８５は、コンタクトライン８７を埋めるように透明導電膜８４上に配置される。そして、裏面電極８５は、上述した裏面電極８と同じ材料からなる。
【００６０】
この場合、透明導電膜８４および裏面電極８５は、基板８１の面内方向において分離溝８８を隔てて配置される。
【００６１】
電極８９は、基板８１の面内方向における両端部の裏面電極８５上に配置される。
【００６２】
太陽電池モジュール８０においては、１つの光電変換層８３は、透明導電膜８２と、透明導電膜８４および裏面電極８５とによって挟み込まれ、透明導電膜８４および裏面電極８５が隣の光電変換層８３に接する透明導電膜８２に接続される。その結果、太陽電池モジュール８０は、複数の光電変換層８３が基板８１の面内方向において直列に接続された構造からなり、所謂、集積型の太陽電池と呼ばれる。そして、太陽電池モジュール８０において光生成された光電流は、２つの電極８９から取り出される。このように、太陽電池モジュール８０においては、透明導電膜８２、光電変換層８３、透明導電膜８４および裏面電極８５の１組が図１に示す積層型光電変換装置１０からなる。
【００６３】
図３は、太陽電池モジュールの分解斜視図である。図３を参照して、太陽電池モジュール８０は、バスバー１５１，１５２、リード線１５３，１５４、封止材１５７、裏面シート１５８および端子ボックス１５９を更に備える。
【００６４】
バスバー１５１は、一方の電極８９に電気的に接続され、バスバー１５２は、他方の電極８９に電気的に接続される。
【００６５】
リード線１５３は、バスバー１５１に電気的に接続され、リード線１５４は、バスバー１５２に電気的に接続される。
【００６６】
封止材１５７は、裏面シート１５８に形成された貫通孔１５８Ａと同じ貫通孔を有する。そして、封止材１５７および裏面シート１５８は、透明導電膜８２、光電変換層８３、透明導電膜８４、裏面電極８５、電極８９、バスバー１５１，１５２およびリード線１５３，１５４上に積層され、加熱圧着される。端子ボックス１５９は、貫通孔１５８Ａを介してリード線１５３，１５４の一方端に電気的に接続される。
【００６７】
図４は、この発明の実施の形態による積層型光電変換装置を製造するプラズマ装置の構成を示す概略図である。
【００６８】
図４を参照して、プラズマ装置１００は、チャンバ１０１と、アノード電極１０２と、カソード電極１０３と、配管１０４と、ガス供給装置１０５と、排気管１０６と、ゲートバルブ１０７と、ポンプ１０８と、インピーダンス整合回路１０９と、電源１１０とを備える。
【００６９】
チャンバ１０１は、電気的に接地電位ＧＮＤに接続される。アノード電極１０２およびカソード電極１０３は、平板形状を有し、略平行にチャンバ１０１内に配置される。そして、アノード電極１０２は、電気的に接地電位ＧＮＤに接続され、カソード電極１０３は、インピーダンス整合回路１０９に接続される。また、アノード電極１０２は、ヒータを内蔵しており、基板１２０を支持する。更に、カソード電極１０３は、アノード電極１０２とカソード電極１０３との間の放電領域に原料ガスを供給するための複数の穴（図示せず）をアノード電極１０２側の表面に有する。更に、アノード電極１０２およびカソード電極１０３の面積は、例えば、１．６５ｍ２である。
【００７０】
配管１０４は、その一方端がガス供給装置１０５に接続され、他方端がカソード電極１０３に接続される。
【００７１】
ガス供給装置１０５は、配管１０４に接続される。そして、ガス供給装置１０５は、ＳｉＨ４ガス、窒素（Ｎ２）ガス、水素（Ｈ２）ガス、メタン（ＣＨ４）ガス、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスおよびフォスフィン（ＰＨ３）ガスを配管１０４を介してカソード電極１０３の内部に供給する。
【００７２】
排気管１０６は、一方端がチャンバ１０１に連結される。ゲートバルブ１０７は、チャンバ１０１側において排気管１０６中に配置される。ポンプ１０８は、ゲートバルブ１０７よりも下流側において排気管１０６中に配置される。そして、ポンプ１０８は、例えば、ターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプからなる。ターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプは、ターボ分子ポンプが最もゲートバルブ１０７側に位置するように直列に連結される。
【００７３】
ゲートバルブ１０７は、チャンバ１０１内の圧力を所望の圧力に設定する。ポンプ１０８は、ゲートバルブ１０７を介してチャンバ１０１内のガスを排気する。
【００７４】
インピーダンス整合回路１０９は、カソード電極１０３と電源１１０との間に接続される。そして、インピーダンス整合回路１０９は、電源１１０から供給されたＲＦ電力の反射波を抑制してＲＦ電力をカソード電極１０３に供給する。
【００７５】
電源１１０は、周波数が１０ＭＨｚ〜１４ＭＨｚであるＲＦ電力をインピーダンス整合回路１０９へ供給する。なお、電源１１０は、パルス電力を重畳したＲＦ電力をインピーダンス整合回路１０９へ供給するようにしてもよい。
【００７６】
図５は、この発明の実施の形態による積層型光電変換装置を製造する別のプラズマ装置の構成を示す概略図である。
【００７７】
図５を参照して、プラズマ装置１００Ａは、チャンバ１３１と、アノード電極１３２Ａ〜１３２Ｄと、カソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄと、配管１３４Ａ〜１３４Ｄと、ガス供給装置１３５と、排気管１３６と、ゲートバルブ１３７と、ポンプ１３８と、インピーダンス整合回路１３９と、電源１４０とを備える。
【００７８】
チャンバ１３１は、電気的に接地電位ＧＮＤに接続される。アノード電極１３２Ａ〜１３２Ｄおよびカソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄは、平板形状を有する。アノード電極１３２Ａおよびカソード電極１３３Ａは、略平行にチャンバ１３１内に配置される。アノード電極１３２Ｂおよびカソード電極１３３Ｂは、略平行にチャンバ１３１内に配置される。アノード電極１３２Ｃおよびカソード電極１３３Ｃは、略平行にチャンバ１３１内に配置される。アノード電極１３２Ｄおよびカソード電極１３３Ｄは、略平行にチャンバ１３１内に配置される。
【００７９】
そして、アノード電極１３２Ａ〜１３２Ｄは、電気的に接地電位ＧＮＤに接続され、カソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄは、インピーダンス整合回路１３９に接続される。また、アノード電極１３２Ａ〜１３２Ｄは、ヒータを内蔵しており、それぞれ基板１２１〜１２４を支持する。更に、カソード電極１３３Ａは、アノード電極１３２Ａとカソード電極１３３Ａとの間の放電領域に原料ガスを供給するための複数の穴（図示せず）をアノード電極１３２Ａ側の表面に有する。カソード電極１３３Ｂは、アノード電極１３２Ｂとカソード電極１３３Ｂとの間の放電領域に原料ガスを供給するための複数の穴（図示せず）をアノード電極１３２Ｂ側の表面に有する。カソード電極１３３Ｃは、アノード電極１３２Ｃとカソード電極１３３Ｃとの間の放電領域に原料ガスを供給するための複数の穴（図示せず）をアノード電極１３２Ｃ側の表面に有する。カソード電極１３３Ｄは、アノード電極１３２Ｄとカソード電極１３３Ｄとの間の放電領域に原料ガスを供給するための複数の穴（図示せず）をアノード電極１３２Ｄ側の表面に有する。更に、アノード電極１３２Ａ〜１３２Ｄおよびカソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄの面積は、例えば、１．６５ｍ２である。
【００８０】
配管１３４Ａは、ガス供給装置１３５とカソード電極１３３Ａとの間に接続される。配管１３４Ｂは、ガス供給装置１３５とカソード電極１３３Ｂとの間に接続される。配管１３４Ｃは、ガス供給装置１３５とカソード電極１３３Ｃとの間に接続される。配管１３４Ｄは、ガス供給装置１３５とカソード電極１３３Ｄとの間に接続される。
【００８１】
ガス供給装置１３５は、配管１３４Ａ〜１３４Ｄに接続される。そして、ガス供給装置１３５は、ＳｉＨ４ガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス、ＣＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＰＨ３ガスを配管１３４Ａ〜１３４Ｄを介してそれぞれカソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄの内部に供給する。
【００８２】
排気管１３６は、一方端がチャンバ１３１に連結される。ゲートバルブ１３７は、チャンバ１３１側において排気管１３６中に配置される。ポンプ１３８は、ゲートバルブ１３７よりも下流側において排気管１３６中に配置される。そして、ポンプ１３８は、例えば、ターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプからなる。ターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプは、ターボ分子ポンプが最もゲートバルブ１３７側に位置するように直列に連結される。
【００８３】
ゲートバルブ１３７は、チャンバ１３１内の圧力を所望の圧力に設定する。ポンプ１３８は、ゲートバルブ１３７を介してチャンバ１３１内のガスを排気する。
【００８４】
インピーダンス整合回路１３９は、カソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄと電源１４０との間に接続される。そして、インピーダンス整合回路１３９は、電源１４０から供給されたＲＦ電力の反射波を抑制してＲＦ電力をカソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄに供給する。
【００８５】
電源１４０は、周波数が１０ＭＨｚ〜１４ＭＨｚであるＲＦ電力をインピーダンス整合回路１３９へ供給する。なお、電源１４０は、パルス電力を重畳したＲＦ電力をインピーダンス整合回路１３９へ供給するようにしてもよい。
【００８６】
このように、プラズマ装置１００Ａは、１つの電源１４０によってＲＦ電力を４個のカソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄに供給する。
【００８７】
図６および図７は、それぞれ、図２に示す太陽電池モジュール８０を製造する製造方法を示す第１および第２の工程図である。
【００８８】
なお、図６および図７においては、基板８１、透明導電膜８２、ｐ型半導体層３１、ｉ型半導体層３２、ｎ型半導体層３３、ｐ型半導体層４１、ｉ型半導体層４２、ｎ型半導体層４３、ｐ型半導体層５１、ｉ型半導体層５２、ｎ型半導体層５３、ｐ型半導体層６１、ｉ型半導体層６２、ｎ型半導体層６３、透明導電膜８４および裏面電極８５が以下の材料からなる場合を例にして太陽電池モジュール８０の製造方法を説明する。
【００８９】
基板８１は、絶縁性のガラスからなり、透明導電膜８２は、ＳｎＯ２からなる。ｐ型半導体層３１は、ｐ型ａ−ＳｉＣからなり、ｉ型半導体層３２は、ｉ型ａ−Ｓｉからなり、ｎ型半導体層３３は、ｎ型ａ−Ｓｉ／ｎ型μｃ−Ｓｉからなる。この場合、ｎ型半導体層３３のｎ型ａ−Ｓｉは、ｉ型半導体層３２のｉ型ａ−Ｓｉに接して配置される。
【００９０】
ｐ型半導体層４１は、ｐ型ａ−ＳｉＣからなり、ｉ型半導体層４２は、ｉ型ａ−Ｓｉからなり、ｎ型半導体層４３は、ｎ型ａ−Ｓｉ／ｎ型μｃ−Ｓｉからなる。この場合、ｎ型半導体層４３のｎ型ａ−Ｓｉは、ｉ型半導体層４２のｉ型ａ−Ｓｉに接して配置される。
【００９１】
ｐ型半導体層５１において、ｐ１層５１１は、ｐ型μｃ−ＳｉＮからなり、ｐ２層５１２は、ｐ型μｃ−Ｓｉからなる。ｉ型半導体層５２は、ｉ型μｃ−Ｓｉからなり、ｎ型半導体層５３は、ｎ型ａ−Ｓｉ／ｎ型μｃ−Ｓｉからなる。この場合、ｎ型半導体層５３のｎ型ａ−Ｓｉは、ｉ型半導体層５２のｉ型μｃ−Ｓｉに接して配置される。
【００９２】
ｐ型半導体層６１において、ｐ１層６１１は、ｐ型μｃ−ＳｉＮからなり、ｐ２層６１２は、ｐ型μｃ−Ｓｉからなる。ｉ型半導体層６２は、ｉ型μｃ−Ｓｉからなり、ｎ型半導体層６３は、ｎ型ａ−Ｓｉ／ｎ型μｃ−Ｓｉからなる。この場合、ｎ型半導体層６３のｎ型ａ−Ｓｉは、ｉ型半導体層６２のｉ型μｃ−Ｓｉに接して配置される。
【００９３】
透明導電膜８４は、ＺｎＯからなり、裏面電極８５は、Ａｇからなる。
【００９４】
太陽電池モジュール８０の製造が開始されると、ＳｎＯ２からなる透明導電膜８２を基板８１上に形成する（図６の工程（ａ）参照）。この場合、基板８１のサイズは、１０００ｍｍ×１４００ｍｍであり、厚さは、３．９ｍｍである。
【００９５】
そして、レーザ光を基板８１側から透明導電膜８２に照射し、透明導電膜８２に分離溝８６を形成する（図６の工程（ｂ）参照）。この場合、分離溝８６は、例えば、線幅が４０〜８０ｎｍであり、１０ｍｍのピッチで形成される。また、レーザ光は、ＹＡＧレーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）またはＹＶＯ４（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｏｒｔｈｏｖａｎａｄａｔｅ）レーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）からなる。
【００９６】
工程（ｂ）の後、光電変換層３〜６がプラズマＣＶＤ法によって透明導電膜８２上に順次積層され、光電変換層８３が分離溝８６を埋めるように形成される（図６の工程（ｃ）参照）。
【００９７】
そして、レーザ光を基板８１側から光電変換層８３に照射し、光電変換層８３に分離溝９０を形成する（図６の工程（ｄ）参照）。この場合、分離溝９０は、例えば、線幅が４０〜８０ｎｍであり、１０ｍｍのピッチで形成される。また、レーザ光は、上述したレーザ光が用いられる。
【００９８】
工程（ｄ）の後、スパッタリング法によってＺｎＯからなる透明導電膜８４を光電変換層８３上に堆積し、引き続いて、スパッタリング法によってＡｇからなる裏面電極８５を透明導電膜８４上に分離溝９０を埋めるように形成する（図６の工程（ｅ）参照）。この場合、透明導電膜（＝ＺｎＯ）８４の膜厚は、例えば、４０〜１００ｎｍであり、裏面電極（＝Ａｇ）８５の膜厚は、例えば、５０〜２００ｎｍである。透明導電膜８４および裏面電極８５を形成することによって、分離溝９０は、コンタクトライン８７になる。
【００９９】
工程（ｅ）の後、基板８１側からレーザ光を光電変換層８３、透明導電膜８４および裏面電極８５に照射し、光電変換層８３、透明導電膜８４および裏面電極８５に分離溝８８を形成する（図７の工程（ｆ）参照）。この場合、分離溝８８は、例えば、線幅が４０〜８０ｎｍであり、１０ｍｍのピッチで形成される。
【０１００】
その後、レーザ光を基板８１側から透明導電膜８２、光電変換層８３、透明導電膜８４および裏面電極８５に照射し、基板８１の周縁部における透明導電膜８２、光電変換層８３、透明導電膜８４および裏面電極８５を除去してトリミング領域を形成する（図７の工程（ｇ）参照）。この場合、トリミング領域は、基板８１の外縁から１０〜２０ｍｍの範囲、例えば、１２ｍｍの範囲に形成される。
【０１０１】
そして、基板８１の面内方向における両端部において、電極８９を裏面電極８５上に形成する（図７の工程（ｈ）参照）。その後、上述したように、バスバー１５１，１５２を電極８９に電気的に接続し、リード線１５３，１５４をそれぞれバスバー１５１，１５２に電気的に接続し、封止材１５７および裏面シート１５８を積層して加熱圧着し、端子ボックス１５９をリード線１５３，１５４に接続して太陽電池モジュール８０が完成する。
【０１０２】
太陽電池モジュール８０における集積段数（＝コンタクトライン８７によって分離された光電変換層８３の直列接続数）は、例えば、４５段である。
【０１０３】
図８から図１１は、それぞれ、図６に示す工程（ｃ）の詳細な工程を示す第１から第４の工程図である。
【０１０４】
なお、図８から図１１は、１つの透明導電膜８２上に光電変換層８３を形成する工程図を示すが、実際には、光電変換層８３は、分離溝８６によって分離された複数の透明導電膜８２上に形成される。
【０１０５】
図６に示す工程（ｂ）の後、透明導電膜８２が形成された基板８１を基板１２１〜１２４としてプラズマ装置１００Ａのアノード電極１３２Ａ〜１３２Ｄ上に設置する。
【０１０６】
そして、ガス供給装置１３５は、ＳｉＨ４ガスと、Ｈ２ガスと、水素希釈されたＢ２Ｈ６ガスと、ＣＨ４ガスとを配管１３４Ａ〜１３４Ｄを介してそれぞれカソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄの内部へ供給する。これによって、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＣＨ４ガスは、アノード電極１３２Ａとカソード電極１３３Ａとの間の放電領域、アノード電極１３２Ｂとカソード電極１３３Ｂとの間の放電領域、アノード電極１３２Ｃとカソード電極１３３Ｃとの間の放電領域、およびアノード電極１３２Ｄとカソード電極１３３Ｄとの間の放電領域に供給される。なお、水素希釈されたＢ２Ｈ６ガスの濃度は、例えば、０．１％である。
【０１０７】
また、ゲートバルブ１３７を用いてチャンバ１３１内の圧力を４００〜１６００Ｐａに設定する。更に、アノード電極１３２Ａ〜１３２Ｄに内蔵されたヒータを用いて基板１２１〜１２４の温度を１４０〜２００℃に設定する。
【０１０８】
そうすると、電源１４０は、インピーダンス整合回路１３９を介してＲＦ電力をカソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄに印加する。この場合、ＲＦ電力は、例えば、３０〜３００ｍＷ／ｃｍ２である。
【０１０９】
これによって、アノード電極１３２Ａとカソード電極１３３Ａとの間、アノード電極１３２Ｂとカソード電極１３３Ｂとの間、アノード電極１３２Ｃとカソード電極１３３Ｃとの間、およびアノード電極１３２Ｄとカソード電極１３３Ｄとの間で、プラズマが発生し、ｐ型ａ−ＳｉＣからなるｐ型半導体層３１が透明導電膜８２上に堆積される（図８の工程（ｃ−１）参照）。
【０１１０】
ｐ型半導体層３１の膜厚が５〜２０ｎｍになると、ガス供給装置１３５は、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＣＨ４ガスを停止し、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの供給を継続する。これによって、ｉ型ａ−Ｓｉからなるｉ型半導体層３２がｐ型半導体層３１上に堆積される（図８の工程（ｃ−２）参照）。
【０１１１】
そして、ｉ型半導体層３２の膜厚が３５〜６０ｎｍになると、ガス供給装置１３５は、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスに追加して、水素希釈されたＰＨ３ガスを配管１３４Ａ〜１３４Ｄを介してそれぞれカソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄの内部へ供給し、その後、Ｈ２ガスの流量を多くしてＨ２ガスによるＳｉＨ４ガスの希釈率［ＳｉＨ４ガス流量］／（［ＳｉＨ４ガス流量］＋［Ｈ２ガス流量］）を０．１以下に設定する。これによって、ｎ型ａ−Ｓｉ／ｎ型μｃ−Ｓｉがｉ型半導体層３２上に堆積され、ｎ型半導体層３３が形成される（図８の工程（ｃ−３）参照）。なお、水素希釈されたＰＨ３ガスの濃度は、例えば、０．２％である。この場合、ｎ型ａ−Ｓｉの膜厚およびｎ型μｃ−Ｓｉの膜厚は、ｎ型半導体層３３の膜厚が５〜３０ｎｍになる範囲内において、任意の膜厚に設定される。
【０１１２】
ｎ型半導体層３３の膜厚が５〜３０ｎｍになると、基板温度を１７０〜２００℃に設定する。ガス供給装置１３５は、ＰＨ３ガスを停止し、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスに追加してＢ２Ｈ６ガスおよびＣＨ４ガスを配管１３４Ａ〜１３４Ｄを介してそれぞれカソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄの内部へ供給する。そして、チャンバ１３１内の圧力を６００〜１０００Ｐａに設定する。これによって、ｐ型ａ−ＳｉＣからなるｐ型半導体層４１がｎ型半導体層３３上に堆積される（図８の工程（ｃ−４）参照）。
【０１１３】
ｐ型半導体層４１の膜厚が５〜２０ｎｍになると、ガス供給装置１３５は、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＣＨ４ガスを停止し、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの供給を継続する。そして、チャンバ１３１内の圧力を６００〜１０００Ｐａに設定する。これによって、ｉ型ａ−Ｓｉからなるｉ型半導体層４２がｐ型半導体層４１上に堆積される（図８の工程（ｃ−５）参照）。
【０１１４】
そして、ｉ型半導体層４２の膜厚が２００〜４００ｎｍになると、工程（ｃ−３）と同じ工程を実行してｎ型半導体層４３をｉ型半導体層４２上に形成する（図９の工程（ｃ−６）参照）。この場合、チャンバ１３１内の圧力は、６００〜１０００Ｐａである。
【０１１５】
ｎ型半導体層４３の膜厚が５〜３０ｎｍになると、基板温度を１４０〜１７０℃に設定する。ガス供給装置１３５は、ＰＨ３ガスを停止し、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスに追加してＢ２Ｈ６ガスおよびＮ２ガスを配管１３４Ａ〜１３４Ｄを介してそれぞれカソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄの内部へ供給する。そして、チャンバ１３１内の圧力を３００〜６００Ｐａに設定する。これによって、ｐ型μｃ−ＳｉＮからなるｐ１層５１１がｎ型半導体層４３上に形成される（図９の工程（ｃ−７）参照）。
【０１１６】
ｐ１層５１１の膜厚が５〜２０ｎｍになると、ガス供給装置１３５は、Ｎ２ガスを停止する。そして、チャンバ１３１内の圧力を３００〜６００Ｐａに設定する。これによって、ｐ型μｃ−Ｓｉからなるｐ２層５１２がｐ１層５１１上に形成され、ｐ型半導体層５１がｎ型半導体層４３上に形成される（図９の工程（ｃ−８）参照）。
【０１１７】
ｐ２層５１２の膜厚が５〜１５ｎｍになると、ガス供給装置１３５は、Ｂ２Ｈ６ガスを停止し、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの供給を継続する。そして、チャンバ１３１内の圧力を１０００〜１５００Ｐａに設定する。
【０１１８】
これによって、ｉ型μｃ−Ｓｉからなるｉ型半導体層５２がｐ型半導体層５１上に堆積され、ｉ型半導体層５２の膜厚が７００〜９００ｎｍになると、チャンバ１３１内の圧力を６００〜９００Ｐａに設定し、ｉ／ｎ界面層を形成する（図１０の工程（ｃ−９）参照）。
【０１１９】
ｉ／ｎ界面層の膜厚が０．５〜１０ｎｍになると、工程（ｃ−６）と同じ工程を実行し、ｎ型半導体層５３をｉ型半導体層５２上に形成する（図１０の工程（ｃ−１０）参照）。
【０１２０】
ｎ型半導体層５３の膜厚が１０〜３０ｎｍになると、工程（ｃ−７），（ｃ−８）と同じ工程を順次実行し、ｐ型半導体層６１をｎ型半導体層５３上に形成する（図１０の工程（ｃ−１１）参照）。
【０１２１】
ｐ２層６１２の膜厚が５〜１５ｎｍになると、工程（ｃ−９）と同じ工程を実行してｉ型半導体層６２をｐ型半導体層６１上に形成する（図１１の工程（ｃ−１２）参照）。
【０１２２】
その後、工程（ｃ−１０）と同じ工程を実行してｎ型半導体層６３をｉ型半導体層６２上に形成する（図１１の工程（ｃ−１３）参照）。これによって、図６の工程（ｃ）が終了する。
【０１２３】
このように、光電変換層８３は、プラズマＣＶＤ法によって１つのチャンバ１３１内で形成される。その結果、光電変換層８３を構成する４つの光電変換層３〜６を別々のチャンバで形成する場合に比べ、光電変換層３を形成するためのチャンバから光電変換層４を形成するためのチャンバへ搬送する時間、光電変換層４を形成するためのチャンバから光電変換層５を形成するためのチャンバへ搬送する時間、および光電変換層５を形成するためのチャンバから光電変換層６を形成するためのチャンバへ搬送する時間をなくすことができ、光電変換層８３を作製する時間を短縮できる。従って、太陽電池モジュール８０の生産量を増加できる。
【０１２４】
また、光電変換層８３を構成する光電変換層５および光電変換層６の合計膜厚は、三接合構造（ａ−Ｓｉ／ａ−Ｓｉ／μｃ−Ｓｉ）の光電変換装置におけるμｃ−Ｓｉの膜厚よりも薄い。その結果、μｃ−Ｓｉからなる光電変換層５および光電変換層６を作製する時間を短縮できる。従って、太陽電池モジュール８０の生産量を増加できる。
【０１２５】
更に、光電変換層８３は、１つの電源１４０がＲＦ電力を複数のカソード電極１３３Ａ〜１３３Ｄへ供給するプラズマ装置１００Ａを用いて形成される。したがって、複数の太陽電池モジュール８０を製造するためのプラズマ装置のコストを低減できる。
【０１２６】
更に、上述したように、積層型光電変換装置１０（＝太陽電池モジュール８０）の光劣化を抑制できる。
【０１２７】
従って、光劣化の低減および生産性の向上を両立できる。
【０１２８】
図１２は、この発明の実施の形態による別の積層型光電変換装置の構成を示す概略図である。
【０１２９】
この発明の実施の形態による積層型光電変換装置は、図１２に示す積層型光電変換装置１０Ａであってもよい。
【０１３０】
図１２を参照して、積層型光電変換装置１０Ａは、基板１と、反射電極層１２と、透明導電膜１３，１８と、光電変換層１４〜１７と、グリッド電極１９とを備える。積層型光電変換装置１０Ａにおいては、太陽光は、透明導電膜１８側から入射する。従って、積層型光電変換装置１０Ａは、基板１と反対側から太陽光が入射するサブストレート型の光電変換装置である。
【０１３１】
反射電極層１２は、基板１上に配置される。透明導電膜１３は、反射電極層１２上に配置される。光電変換層１４は、透明導電膜１３上に配置され、光電変換層１５は、光電変換層１４上に配置され、光電変換層１６は、光電変換層１５上に配置され、光電変換層１７は、光電変換層１６上に配置される。透明導電膜１８は、光電変換層１７上に配置される。グリッド電極１９は、透明導電膜１８上に配置される。
【０１３２】
基板１については、上述したとおりである。反射電極層１２は、積層型光電変換装置１０の裏面電極８と同じである。透明導電膜１３は、積層型光電変換装置１０の透明導電膜７と同じである。
【０１３３】
光電変換層１４は、ｎ型半導体層１４１と、ｉ型半導体層１４２と、ｐ型半導体層１４３とを含む。そして、ｐ型半導体層１４３は、ｐ１層１４３１と、ｐ２層１４３２とを含む。
【０１３４】
光電変換層１４は、ｎ型半導体層１４１、ｉ型半導体層１４２およびｐ型半導体層１４３が透明導電膜１３上に順次積層された構造からなる。そして、ｎ型半導体層１４１、ｉ型半導体層１４２およびｐ型半導体層１４３は、それぞれ、光電変換層６のｎ型半導体層６３、ｉ型半導体層６２およびｐ型半導体層６１と同じである。また、１層１４３１およびｐ２層１４３２は、それぞれ、ｐ１層６１１およびｐ２層６１２と同じである。
【０１３５】
光電変換層１５は、ｎ型半導体層１５１と、ｉ型半導体層１５２と、ｐ型半導体層１５３とを含む。そして、ｐ型半導体層１５３は、ｐ１層１５３１と、ｐ２層１５３２とを含む。
【０１３６】
光電変換層１５は、ｎ型半導体層１５１、ｉ型半導体層１５２およびｐ型半導体層１５３が光電変換層１４上に順次積層された構造からなる。そして、ｎ型半導体層１５１、ｉ型半導体層１５２およびｐ型半導体層１５３は、それぞれ、光電変換層５のｎ型半導体層５３、ｉ型半導体層５２およびｐ型半導体層５１と同じである。また、１層１５３１およびｐ２層１５３２は、それぞれ、ｐ１層５１１およびｐ２層５１２と同じである。
【０１３７】
光電変換層１６は、ｎ型半導体層１６１と、ｉ型半導体層１６２と、ｐ型半導体層１６３とを含む。
【０１３８】
光電変換層１６は、ｎ型半導体層１６１、ｉ型半導体層１６２およびｐ型半導体層１６３が光電変換層１５上に順次積層された構造からなる。そして、ｎ型半導体層１６１、ｉ型半導体層１６２およびｐ型半導体層１６３は、それぞれ、光電変換層４のｎ型半導体層４３、ｉ型半導体層４２およびｐ型半導体層４１と同じである。
【０１３９】
光電変換層１７は、ｎ型半導体層１７１と、ｉ型半導体層１７２と、ｐ型半導体層１７３とを含む。
【０１４０】
光電変換層１７は、ｎ型半導体層１７１、ｉ型半導体層１７２およびｐ型半導体層１７３が光電変換層１６上に順次積層された構造からなる。そして、ｎ型半導体層１７１、ｉ型半導体層１７２およびｐ型半導体層１７３は、それぞれ、光電変換層３のｎ型半導体層３３、ｉ型半導体層３２およびｐ型半導体層３１と同じである。
【０１４１】
このように、光電変換層１４，１５，１６，１７は、それぞれ、積層型光電変換装置１０の光電変換層６，５，４，３と同じである。そして、光電変換層１４〜１７の積層構造は、光電変換層３〜６の基板１上への積層順序を逆にした構造からなる。
【０１４２】
透明導電膜１８は、積層型光電変換装置１０の透明導電膜２と同じである。グリッド電極１９は、透明導電膜１８上に所望の間隔で配置され、例えば、Ａｇからなる。
【０１４３】
積層型光電変換装置１０Ａにおいては、光入射側から２番目に配置される光電変換層１６の短絡光電流密度Ｊｓｃ２は、最も光入射側に配置される光電変換層１７の短絡光電流密度Ｊｓｃ１よりも大きい。
【０１４４】
また、光電変換層１６，１７の短絡光電流密度Ｊｓｃ１，Ｊｓｃ２の両方は、光電変換層１５の短絡光電流密度Ｊｓｃ３および光電変換層１４の短絡光電流密度Ｊｓｃ４の両方よりも大きい。
【０１４５】
従って、積層型光電変換装置１０と同様にして積層型光電変換装置１０Ａにおける光劣化の低減および生産性の向上を両立できる。
【０１４６】
図１３は、別の太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。図１３を参照して、太陽電池モジュール１８０は、基板１８１と、反射電極層１８２と、透明導電膜１８３，１８５と、光電変換層１８４と、電極１８９とを備える。
【０１４７】
基板１８１は、上述した基板１からなる。反射電極層１８２は、基板１８１の面内方向において分離溝１８６を隔てて基板１８１上に配置され、上述した反射電極層１２と同じ材料からなる。
【０１４８】
透明導電膜１８３は、基板１８１の面内方向において分離溝１８６を隔てて反射電極層１８２上に配置され、上述した透明導電膜１３と同じ材料からなる。
【０１４９】
光電変換層１８４は、分離溝１８６を埋めるように透明導電膜１８３上に配置される。この場合、光電変換層１８４は、基板１８１の面内方向においてコンタクトライン１８７を介して配置される。そして、光電変換層１８４は、図１２に示す光電変換層１４〜１７が透明導電膜１８３上に順次積層された構造からなる。
【０１５０】
透明導電膜１８５は、コンタクトライン１８７を埋めるように光電変換層１８４上に配置される。この場合、透明導電膜１８５は、基板１８１の面内方向において分離溝１８８を隔てて配置される。そして、透明導電膜１８５は、上述した透明導電膜１８と同じ材料からなる。
【０１５１】
電極１８９は、基板１８１の面内方向における両端部の透明導電膜１８５上に配置される。
【０１５２】
太陽電池モジュール１８０においては、１つの光電変換層１８４は、反射電極層１８２および透明導電膜１８３と、透明導電膜１８５とによって挟み込まれ、透明導電膜１８５が隣の光電変換層１８４に接する透明導電膜１８３に接続される。その結果、太陽電池モジュール１８０は、複数の光電変換層１８４が基板１８１の面内方向において直列に接続された構造からなり、所謂、集積型の太陽電池と呼ばれる。そして、太陽電池モジュール１８０において光生成された光電流は、２つの電極１８９から取り出される。このように、太陽電池モジュール１８０においては、反射電極層１８２、透明導電膜１８３、光電変換層１８４および透明導電膜１８５の１組が図１２に示す積層型光電変換装置１０Ａからなる。
【０１５３】
太陽電池モジュール１８０は、その他、上述した太陽電池モジュール８０と同じ構造を有する（図３参照）。
【０１５４】
太陽電池モジュール１８０は、図６および図７に示す工程図に従って製造される。この場合、図６の工程（ａ）において、反射電極層１８２用の反射電極層および透明導電膜１８３用の透明導電膜が基板１８１上に順次堆積される。また、図６の工程（ｃ）において、光電変換層１８４（＝光電変換層１４〜１７）が透明導電膜１８３および分離溝１８６上に堆積される。更に、図６の工程（ｅ）において、透明導電膜１８５用の透明導電膜が光電変換層１８４および分離溝９０（＝後にコンタクトライン１８７になる）上に堆積される。
【０１５５】
そして、光電変換層１８４は、より詳細には、図８から図１１に示す工程（ｃ−１）〜工程（ｃ−１３）を工程（ｃ−１３），（ｃ−１２），・・・，（ｃ−２），（ｃ−１）の順序で実行することによって形成される。
【０１５６】
上述した方法によって製造された太陽電池モジュール８０の電気特性は、２５℃の温度でＡＭ１．５（強度：１００ｍＷ／ｃｍ２）の擬似太陽光を基板８１側から照射して測定された。そして、擬似太陽光を照射した直後の太陽電池モジュール８０の最大出力電力を太陽電池モジュール８０の面積で除算して変換効率を求めた。
【０１５７】
また、安定化率を次の方法によって求めた。２５℃の温度でＡＭ１．５（強度：１００ｍＷ／ｃｍ２）の擬似太陽光を照射し、擬似太陽光の照射開始直後の面積１ｃｍ２当たりの最大出力電力Ｗｉと、１０００時間照射後の面積１ｃｍ２当たりの最大出力電力Ｗｅとを求め、Ｗｅ／Ｗｉを安定化率とした。そして、初期の変換効率に安定化率を乗算して安定化後変換効率を求めた。
【０１５８】
また、太陽電池モジュール１８０の電気特性は、２５℃の温度でＡＭ１．５（強度：１００ｍＷ／ｃｍ２）の擬似太陽光を透明導電膜１８５側から照射して測定された。そして、太陽電池モジュール１８０の変換効率、安定化率および安定化後変換効率は、太陽電池モジュール８０と同様にして求められた。
【０１５９】
以下、実験結果について説明する。図１４は、安定化率および安定化後変換効率と短絡光電流密度比との関係を示す図である。
【０１６０】
図１４において、縦軸は、安定化率および安定化後変換効率を表わし、横軸は、短絡光電流密度比を表わす。また、曲線ｋ１は、安定化率と短絡光電流密度比との関係を示し、曲線ｋ２は、安定化後変換効率と短絡光電流密度比との関係を示す。更に、安定化後変換効率は、比較例２の安定化後変換効率を“１．００”としたときの相対値である。
【０１６１】
積層型光電変換装置の各光電変換層における短絡電流値は、以下の方法で測定する事ができる。積層型光電変換装置１０において、光電変換層３，４，５，６のそれぞれについて３００〜１１００ｎｍの波長領域での分光感度を測定する。第１光電変換層３の分光感度を測定する場合、第２光電変換層４、第３光電変換層５および第４光電変換層６で吸収され、第１短絡光電流が第２短絡光電流、第３短絡光電流および第４短絡光電流よりも小さくなるようなカラーバイアス光を積層型光電変換装置１０に照射する。この時に、積層型光電変換装置１０対してダイオードの順方向に第１光電変換装置層３の両端電圧を０Ｖとするような電圧を印加してもよい。この状態で任意パワー(数十μＷ／ｃｍ２程度）の短波長のプローブ光を積層型光電変換装置１０に照射し、その時の積層型光電変換装置１０からの出力電流を測定することで照射された波長のプローブ光に対する分光感度を測定する事が可能となる。
【０１６２】
また、プローブ光の波長を３００〜１１００ｎｍの範囲で測定する事で、第１光電変換層３の分光感度を波長領域３００〜１１００ｎｍの範囲で測定が可能となる。第２光電変換層４、第３光電変換層５および第４光電変換層６の分光感度を測定する場合も同様に、分光感度測定対象の光電変換層の出力電流が、分光感度非測定対象の光電変換層の出力電流よりも低くなるようなカラーバイアス光を照射する。この時に積層型光電変換装置１０に対してダイオードの順方向に測定対象の光電変換層の両端電圧を０Ｖとするような電圧を印加してもよい。この状態で任意パワー(数十μＷ／ｃｍ２程度）の短波長のプローブ光を積層型光電変換装置１０に照射し、その時の積層型光電変換装置１０からの出力電流を測定することで照射された波長のプローブ光に対する分光感度を測定する事が可能となる。
【０１６３】
光電変換層３の短絡光電流密度Ｊｓｃ１に対する光電変換層４の短絡光電流密度Ｊｓｃ２の比である短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１を変化させて四接合の積層型光電変換装置を作製した。なお、光電変換層４のｉ型半導体層４２の膜厚を変えることによって短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１を変えた。
【０１６４】
この積層型光電変換装置の安定化率および安定化後変換効率を表１および図１４に示す。
【０１６５】
【表１】
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【０１６６】
安定化率の閾値を０．８７とした。その理由は、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１が“１”である安定化率が０．８７であり、従来構造である二接合の積層型光電変換装置における安定化率が０．８７であるからである。
【０１６７】
表１および図１４に示すように、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１が１．０１よりも小さい場合、安定化率は、０．８７以下となる（曲線ｋ１参照）。これは、積層型光電変換装置の全体としての安定化率が光電変換層４の安定化率の影響を受け、光電変換層４は、上述したように、膜厚が厚く、光劣化が大きいためである。
【０１６８】
短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１を１．０１以上にすると、安定化率は、０．８７を超える。そして、安定化率は、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１が１．０１〜１．０４の範囲において短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１の増加に伴って大きくなる。また、安定化率は、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１が１．０４よりも大きくなると、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１の増加に伴って小さくなり、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１が１．１５よりも大きくなると、閾値（＝０．８７）よりも低下する（曲線ｋ１参照）。
【０１６９】
安定化率は、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１が１．０１以上になると、積層型光電変換装置の全体の安定化率は、膜厚が薄く、かつ、光劣化が少ない光電変換層３の安定化率の影響を大きく受けるため向上し、閾値（＝０．８７）を超える。
【０１７０】
一方、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１が１．１５を超えると、光電変換層４の膜厚が増加することにより、光電変換層４の曲線因子（ＦＦ）に起因する安定化率の低下が大きくなり、結果として、積層型光電変換装置全体の安定化率は、閾値（＝０．８７）よりも低下する。
【０１７１】
従って、安定化率の観点からは、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１は、１．０１≦Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１≦１．１５の範囲が好ましい。
【０１７２】
安定化後変換効率は、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１が１．０１よりも小さい範囲では、比較例２の１．００よりも低くなる（曲線ｋ２参照）。これは、光電変換層４の短絡光電流密度Ｊｓｃ２が小さいためである。
【０１７３】
短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１を１．０１以上にすると、安定化後変換効率は、比較例２の１．００を超える。そして、安定化後変換効率は、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１が１．０１〜１．０６の範囲において、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１の増加に伴って大きくなる。また、安定化後変換効率は、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１が１．０６よりも大きくなると、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１の増加に伴って小さくなり、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１が１．３０よりも大きくなると、比較例２の１．００よりも低下する（曲線ｋ２参照）。
【０１７４】
短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１を１．０１以上にすると、光電変換層４の変換効率の向上効果、および積層型光電変換装置全体としての安定化率の向上によって、積層型光電変換装置全体としての安定化後変換効率は、比較例２の１．００よりも高くなる。
【０１７５】
また、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１が１．１５を超えて安定化率が低下しても、光電変換層４は、高い開放電圧Ｖｏｃおよび曲線因子ＦＦを維持するので、積層型光電変換装置全体としての安定化後変換効率は、比較例２の１．００よりも高い水準を維持する。
【０１７６】
しかし、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１が１．３０を超えると、光電変換層４の膜厚の増加によって、光電変換層５，６の光電流が小さくなり、短絡光電流密度が減少することによって、積層型光電変換装置全体としての安定化後変換効率は、比較例２の１．００よりも低くなる。
【０１７７】
従って、安定化後変換効率の観点からは、短絡光電流密度比Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１は、１．０１≦Ｊｓｃ２／Ｊｓｃ１≦１．３０の範囲が好ましい。
【０１７８】
上記においては、基板１側から光が入射するスーパーストレート型の積層型光電変換装置１０と、基板１と反対側から光が入射するサブストレート型の積層型光電変換装置１０Ａとについて説明した。
【０１７９】
そして、積層型光電変換装置１０において、光電変換層３，４の各々は、ｐｉｎ接合を有し、非晶質シリコン系半導体からなり、光電変換層５，６の各々は、ｐｉｎ接合を有し、微結晶シリコン系半導体からなり、光電変換層４の短絡光電流密度は、光電変換層３の短絡光電流密度よりも大きい。
【０１８０】
また、積層型光電変換装置１０Ａにおいて、光電変換層１６，１７の各々は、ｐｉｎ接合を有し、非晶質シリコン系半導体からなり、光電変換層１４，１５の各々は、ｐｉｎ接合を有し、微結晶シリコン系半導体からなり、光電変換層１６の短絡光電流密度は、光電変換層１７の短絡光電流密度よりも大きい。
【０１８１】
従って、この発明の実施の形態による積層型光電変換装置は、各々がｐｉｎ接合を有し、且つ、非晶質シリコン系半導体からなる第１の光電変換層および第２の光電変換層と、各々がｐｉｎ接合を有し、且つ、微結晶シリコン系半導体からなる第３の光電変換層および第４の光電変換層とを備え、第１の光電変換層、第２の光電変換層、第３の光電変換層および第４の光電変換層は、光入射側から第１の光電変換層、第２の光電変換層、第３の光電変換層および第４の光電変換層の順で積層され、第２の光電変換層の短絡光電流密度は、第１の光電変換層の短絡光電流密度よりも大きければよい。
【０１８２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
この発明は、積層型光電変換装置に適用される。
【符号の説明】
【０１８４】
１，８１，１８１  基板、２，７，１３，１８，８２，８４，１８３，１８５  透明導電膜、３〜６，１４〜１７，８３，１８４  光電変換層、８，８５  裏面電極、１０，１０Ａ  積層型光電変換装置、１１  絶縁性基板、１２，１８２  反射電極層、９  グリッド電極、３１，４１，５１，６１，１４３，１５３，１６３，１７３  ｐ型半導体層、３２，４２，５２，６２，１４２，１５２，１２，１７２  ｉ型半導体層、３３，４３，５３，６３，１４１，１５１，１６１，１７１  ｎ型半導体層、８０，１８０  太陽電池モジュール、８６，８８，１８６，１８８  分離溝、８７，１８７  コンタクトライン、８９，１８９  電極、１００，１００Ａ  プラズマ装置、１０１，１３１  チャンバ、１０２，１３２Ａ〜１３２Ｄ  アノード電極、１０３，１３３Ａ〜１３３Ｄ  カソード電極、１０４，１３４Ａ〜１３４Ｄ  配管、１０５，１３５  ガス供給装置、１０６，１３６  排気管、１０７，１３７  ゲートバルブ、１０８，１３８  ポンプ、１０９，１３９  インピーダンス整合回路、１１０，１４０  電源、１５１，１５２  バスバー、１５３，１５４  リード線、１５７  封止材、１５８裏面シート、１５９  端子ボックス、５１１，６１１  ｐ１層、５１２，６１２  ｐ２層。
【図１】
2014229646.tif 000004
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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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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