(57)【要約】  この発明の一実施の形態による薄膜太陽電池の製造方法は、基板上に、導電性材料からなる膜を形成し、各セル間を分離するようにパターニングして前記各セルの第１の電極層を形成し、前記第１の電極層を形成した前記基板上に、第１の光電変換層を形成し、前記第１の光電変換層を前記セルごとに分離する第１の幅の第１の溝を形成し、前記第１の光電変換層を形成した前記基板上に、第２の光電変換層を形成し、前記第２の光電変換層を、前記第１の溝の形成位置内で前記第１の幅よりも狭い第２の幅の第２の溝で分離し、前記第２の光電変換層上と、前記溝の側面および底面上と、に第２の電極層を形成する。
2010067702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、導電性材料からなる膜を形成し、各セル間を分離するようにパターニングして前記各セルの第１の電極層を形成する第１の電極層形成工程と、
前記第１の電極層を形成した前記基板上に、第１の光電変換層を形成する第１の光電変換層形成工程と、
前記第１の光電変換層を前記セルごとに分離する第１の幅の第１の溝を形成する第１の溝形成工程と、
前記第１の光電変換層を形成した前記基板上に、第２の光電変換層を形成する第２の光電変換層形成工程と、
前記第２の光電変換層を、前記第１の溝の形成位置内で前記第１の幅よりも狭い第２の幅の第２の溝で分離する第２の溝形成工程と、
前記第２の光電変換層上と、前記溝の側面および底面上と、に第２の電極層を形成する第２の電極層形成工程と、
を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第２の光電変換層形成工程から前記第２の溝形成工程までの処理を繰り返し行って、前記光電変換層を３層以上含む光電変換積層体を形成することを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記第２の光電変換層形成工程では、前記基板から離れるにしたがってバンドギャップの小さい半導体材料を用いて前記第２の光電変換層を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記第１の光電変換層形成工程では、前記第１の光電変換層上にさらに透明導電性材料からなる中間層を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第２の光電変換層形成工程では、前記第２の光電変換層上にさらに透明導電性材料からなる中間層を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記基板は、透光性の絶縁基板であり、
前記第１の電極層は、透明導電性材料からなり、
前記第２の電極層は、前記光電変換層で光電変換される波長範囲の光を反射する導電性の材料からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項７】
基板上に、透明導電性材料によって形成される第１の電極層と、バンドギャップの異なる光電変換層を基板面に垂直な方向に複数含む光電変換積層体と、光を反射する導電性の材料を含む第２の電極層と、を含むセルが形成され、前記セルの前記第２の電極層を、隣接するセルの前記光電変換積層体との間に形成された溝内で、前記隣接するセルの第１の電極層と接続させて、複数の前記セルが直列に接続された薄膜太陽電池において、
前記光電変換積層体の前記溝が形成される側の断面構造は、下層の光電変換層の前記隣接するセル側の側面を上層の前記光電変換層で覆うように形成されることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項８】
前記光電変換積層体は、前記第２の電極層から前記第１の電極層に向かうほどバンドギャップの大きな半導体層によって構成されることを特徴とする請求項７に記載の薄膜太陽電池。
【請求項９】
前記光電変換積層体内の光電変換層間、および／または前記光電変換積層体と前記第２の電極層との間に、透明導電性材料からなる中間層がさらに挿入されることを特徴とする請求項７または８に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１０】
前記基板は、透光性の絶縁基板であり、
前記第１の電極層は、前記基板側に設けられることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バンドギャップの異なる光電変換層を複数段含む積層構造を有する薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは２１世紀の地球環境を化石エネルギの燃焼によるＣＯ2ガスの増加から守るクリーンエネルギとして期待されており、その生産量は世界中で爆発的に増加している。このため、世界中でシリコンウェハが不足するという事態が発生している。そこで、近年では、シリコンウェハの供給量に律速されない光電変換層（半導体層）が薄膜からなる薄膜太陽電池の生産量が急速に伸びつつある。【０００３】
従来から薄膜太陽電池では、太陽光スペクトルを幅広く有効利用すべく、バンドギャップの異なる材料からなる複数の光電変換層を絶縁透光性基板上に積層したタンデム構造のものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このタンデム構造の薄膜太陽電池は、透光性基板上に、透明導電性材料からなる表面電極層、ｐ−ｉ−ｎ構造のアモルファスシリコン膜とｐ−ｉ−ｎ構造の微結晶シリコン膜との積層膜などからなる光電変換層、およびＡｇなどの裏面電極層が順に積層された複数のセルが、一方向に直列に接続された構造を有する。ここで、表面電極層は、第１の分離溝で隣接するセルの表面電極層と分離され、かつ隣接する一方の光電変換層と部分的に重畳されて形成される。また、光電変換層と裏面電極層は、第２の分離溝で隣接するセルの光電変換層と裏面電極層と分離され、かつ隣接する他方の表面電極層と部分的に重畳されて形成される。そして、裏面電極層は、光電変換層を貫通して形成された接続溝を介して、部分的に重畳する隣接する他方のセルの表面電極層と接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−４５１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、光電変換層の一部に微結晶材料を用いて、太陽電池として機能させるのに十分な電流を発生させるためには、一般的に数μｍもの膜厚が要求される。たとえば、光電変換層の一部に微結晶シリコン膜を用いた場合では２μｍ程度の膜厚が必要であり、微結晶シリコンゲルマニウム膜を用いた場合では１μｍ程度の膜厚が必要となる。したがって、これらの微結晶材料を数層重ねたタンデム構造の薄膜太陽電池を形成すると、光電変換層の総膜厚は数μｍ以上となってしまう。【０００６】
また、薄膜太陽電池のモジュール化工程では、表面電極層（透明電極）の上に積層した光電変換層をレーザスクライビング法で短冊状の単位セルに分離した後、裏面電極層を形成し、隣接する単位セルの表面電極層と裏面電極層とを接続することにより、単位セルを直列接続した薄膜太陽電池モジュールを形成する。ここで、上記特許文献１に記載のタンデム構造の場合には、分離後の単位セルの端部では高さ数μｍの段差側面に裏面電極層（銀薄膜）を形成することになる。裏面電極層はスパッタリング法で成膜されることが多く、この場合、段差側面においてカバレッジが不十分となることが懸念される。実際、セルの側面に十分な厚さの裏面電極層が形成されなかった場合には、モジュールの直列抵抗成分が増加し、発電効率が低下するという問題も発生している。【０００７】
上記特許文献１に記載のタンデム構造の薄膜太陽電池の製造方法では、このような直列抵抗成分の増加を抑制すべく、裏面電極層の成膜時間を長くして、セル側面における裏面電極膜を厚膜とすることでカバレッジ不足を解消しようとしている。しかし、成膜時間を長くすることは生産スループットを低下させ、製造コスト上昇の原因となるという問題点があった。【０００８】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、タンデム構造を有する薄膜太陽電池において、隣接するセル間に形成される分離溝の段差側面にカバレッジ不足が問題とならず、従来よりも薄い膜厚の裏面電極層を有する薄膜太陽電池およびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、この発明にかかる薄膜太陽電池の製造方法は、基板上に、導電性材料からなる膜を形成し、各セル間を分離するようにパターニングして前記各セルの第１の電極層を形成する第１の電極層形成工程と、前記第１の電極層を形成した前記基板上に、第１の光電変換層を形成する第１の光電変換層形成工程と、前記第１の光電変換層を前記セルごとに分離する第１の幅の第１の溝を形成する第１の溝形成工程と、前記第１の光電変換層を形成した前記基板上に、第２の光電変換層を形成する第２の光電変換層形成工程と、前記第２の光電変換層を、前記第１の溝の形成位置内で前記第１の幅よりも狭い第２の幅の第２の溝で分離する第２の溝形成工程と、前記第２の光電変換層上と、前記溝の側面および底面上と、に第２の電極層を形成する第２の電極層形成工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、光電変換積層体の溝が形成される側の断面構造は、下層の光電変換層の隣接するセル側の側面を上層の光電変換層で覆うように形成されるので、溝の断面形状がなだらかな階段状または傾斜となる。これによって、スパッタリング法などの成膜法で裏面電極層を成膜する際に、薄膜でも溝内のセル側面上で良好なカバレッジが得られやすくなる。その結果、裏面電極層の形成に要する時間が従来よりも大幅に短縮され、生産スループットを向上させることができるという効果を有する。また、モジュール化後の直列抵抗成分を低減させることができ、裏面電極層でのジュール損失が低減できるので、薄膜太陽電池の発電効率の向上も見込まれるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２−１】図２−１は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その１）。
【図２−２】図２−２は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その２）。
【図２−３】図２−３は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その３）。
【図２−４】図２−４は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その４）。
【図２−５】図２−５は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その５）。
【図２−６】図２−６は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その６）。
【図２−７】図２−７は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その７）。
【図２−８】図２−８は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その８）。
【図２−９】図２−９は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その９）。
【図２−１０】図２−１０は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その１０）。
【図３】図３は、この発明の実施の形態２による薄膜太陽電池の構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図４−１】図４−１は、この発明の実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その１）。
【図４−２】図４−２は、この発明の実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その２）。
【図４−３】図４−３は、この発明の実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その３）。
【図４−４】図４−４は、この発明の実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その４）。
【図４−５】図４−５は、この発明の実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その５）。
【図４−６】図４−６は、この発明の実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その６）。
【図４−７】図４−７は、この発明の実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その７）。
【図４−８】図４−８は、この発明の実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その８）。
【図４−９】図４−９は、この発明の実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その９）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる薄膜太陽電池およびその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる薄膜太陽電池の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の構造の一例を模式的に示す断面図である。この薄膜太陽電池１は、高光透過率のガラス基板やポリイミドなどの透光性の有機フィルム材料などの絶縁透光性基板２上に複数のセル１０（１０−１〜１０−４）が所定の方向（図中では、左右方向）に直列に接続されている。それぞれのセル１０は、表面電極層１１（１１−１〜１１−４）、第１の光電変換層１３、第２の光電変換層１５、第３の光電変換層１７、および裏面電極層１９が順に積層された光電変換素子によって形成される。ここで、１つのセル１０の第１〜第３の光電変換層１３，１５，１７の積層体と、隣接するセル１０の第１〜第３の光電変換層１３，１５，１７の積層体との間には、分離溝２１が形成されており、この分離溝２１で囲まれる絶縁透光性基板２上の領域をセル形成領域Ｒというものとする。また、この薄膜太陽電池１において、光入射側（絶縁透光性基板２側）の面を表面といい、表面とは反対側の面を裏面という。
【００１４】
表面電極層１１は、酸化錫、酸化亜鉛、ＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）などの透明導電性酸化物材料や、これらの透明導電性酸化物材料に金属を添加した材料などで構成される。表面電極層１１は、セル１０−１〜１０−４ごとに分離溝２０によって分離して形成されるが、その形成位置はセル形成領域Ｒの境界とは一致しておらず、自身が属するセル形成領域Ｒの一部と、隣接する（この図の例では、左側に隣接する）セル形成領域Ｒの一部にまたがって形成される。つまり、セル形成領域Ｒには、そのセル形成領域Ｒで機能する表面電極層１１と、隣接するセル形成領域Ｒで機能する表面電極層１１とが、分離溝２０を挟んで形成されている。たとえば、セル１０−２が形成されるセル形成領域Ｒでは、そのほぼ左半分の領域にはセル１０−２の光電変換素子の一部を構成する表面電極層１１−２が形成され、そのほぼ右半分の領域にはセル１０−１の光電変換素子の一部を構成する表面電極層１１−１が形成されている。
【００１５】
第１の光電変換層１３は、ｐ型半導体層１３１、ｉ型半導体層１３２、ｎ型半導体層１３３が順に積層されたｐ−ｉ−ｎ構造を有する半導体層によって構成される。また、第２の光電変換層１５は、ｐ型半導体層１５１、ｉ型半導体層１５２、ｎ型半導体層１５３が順に積層されたｐ−ｉ−ｎ構造を有し、第１の光電変換層１３よりもバンドギャップの狭い半導体層によって構成される。さらに、第３の光電変換層１７は、ｐ型半導体層１７１、ｉ型半導体層１７２、ｎ型半導体層１７３が順に積層されたｐ−ｉ−ｎ構造を有し、第２の光電変換層１５よりもバンドギャップの狭い半導体層によって構成される。以下では、第１の光電変換層１３、第２の光電変換層１５および第３の光電変換層１７からなる積層体を、光電変換積層体１２という。この光電変換積層体１２は、セル形成領域Ｒ内に形成され、隣接するセル形成領域Ｒの光電変換積層体１２とは分離溝２２によって分離されている。
【００１６】
ここで、第１、第２および第３の光電変換層１３，１５，１７には、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコンゲルマニウム、微結晶シリコンゲルマニウム、アモルファス炭化シリコン、微結晶炭化シリコン、アモルファスゲルマニウム、微結晶ゲルマニウムなどの半導体材料、これら半導体材料に酸素などを添加してバンドギャップを調整した材料、またはこれらの半導体材料の混合物などを用いることができる。ただし、用いられる半導体材料は絶縁透光性基板２側からバンドギャップが広い半導体材料を順番に積層していく必要がある。また、この例では、３層の光電変換層を積層した場合を説明しているが、積層される光電変換層は２層以上の多層であればよい。さらに、この例では、各光電変換層１３，１５，１７は、絶縁透光性基板２側から、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層が順に積層された構造を有するが、絶縁透光性基板２側から、ｎ型半導体層、ｉ型半導体層およびｐ型半導体層が順に積層された構造のものであってもよい。
【００１７】
裏面電極層１９は、導電率が高くかつ反射率の高い材料が望ましく、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｃｒなどから選ばれる少なくとも１つの導電性材料、または酸化錫、酸化亜鉛、ＩＴＯなどの透明導電性酸化物材料もしくはこれらの透明導電性酸化物材料に金属を添加した材料と、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｃｒなどから選ばれる少なくとも１つの導電性材料との積層体によって形成される。この裏面電極層１９は、光電変換積層体１２で発電された光電流を収集するとともに、第３の光電変換層１７で吸収され難い長波長の光を第３の光電変換層１７側に反射させる機能も有する。
【００１８】
裏面電極層１９は、光電変換積層体１２のセル１０−１〜１０−４の配列方向の一方の側面の全面に、ほぼ同じ厚さで形成され、セル形成領域Ｒ間の分離溝２１の底面で隣接するセル１０から延びる表面電極層１１と接続されている。分離溝２１上では、セル形成領域Ｒ内で、表面電極層１１と裏面電極層１９とが電気的に接続しており、このままでは、表面電極層１１と裏面電極層１９とが短絡している状態にある。そこで、光電変換積層体１２と裏面電極層１９の積層体には、セル形成領域Ｒの所定の位置で、分離溝２２を設けている。これによって、セル形成領域Ｒ内で自セルの表面電極層１１と裏面電極層１９との短絡を解消し、隣接するセルと直列に接続される構造となる。その結果、裏面電極層１９は、分離溝２２以外の光電変換積層体１２のセルの配列方向の側面をコンフォーマルに被覆している。たとえば、セル１０−２の裏面電極層１９−２は、図中の右隣に隣接するセル１０−１の表面電極層１１−１とセル１０−２，１０−１間の分離溝２１の底部で接続されている。
【００１９】
ここで、光電変換積層体１２の分離溝２１は、下部（絶縁透光性基板２側）よりも上部（裏面電極層１９側）の方が対向する側面間の間隔が広くなるように、階段状またはなだらかな階段状に形成されている。このように分離溝２１が階段状またはなだらかな階段状に形成されることによって、裏面電極層１９は、分離溝２１の側面を、その底部付近まで良好に被覆することができる。
【００２０】
以上のような構成によって、たとえばセル１０−２の裏面電極層１９−２が隣接するセル１０−１の表面電極層１１−１と接続され、セル１０−２の表面電極層１１−２が隣接するセル１０−３の裏面電極層１９−３と接続され、これが繰り返されることによって、複数のセル１０が直列に接続された薄膜太陽電池モジュールとなる。
【００２１】
ここで、このような構造の薄膜太陽電池１における動作の概略について説明する。絶縁透光性基板２の裏面（セル１０が形成されていない方の面）から太陽光が入射すると、第１〜第３の光電変換層１３，１５，１７のｉ型半導体層１３２，１５２，１７２で自由キャリアが生成される。生成された自由キャリアは、第１〜第３の光電変換層１３，１５，１７のｐ型半導体層１３１，１５１，１７１とｎ型半導体層１３３，１５３，１７３によって形成される内蔵電界によって輸送され、電流が発生する。各セル１０で発生した電流は、図中の電流経路Ｉ−１〜Ｉ−３に示されるように、分離溝２１内の表面電極層１１と裏面電極層１９の接続部を通って、隣接するセル１０へと流れ込み、薄膜太陽電池モジュール全体の発電電流を生成する。
【００２２】
たとえば、図１のセル１０−３で発生した電流Ｉ−３は表面電極層１１−３を通り、隣接するセル１０−４の光電変換積層体１２のセル１０−３側の側面と上面に形成された裏面電極層１９−４に流れる。また、この実施の形態１による薄膜太陽電池１では、光電変換積層体１２の側面に形成されている裏面電極層１９は、光電変換積層体１２の上部から底部まで十分な膜厚を有しているので、この光電変換積層体１２の側面における裏面電極層１９の電気抵抗は低く、セル１０−３で発生した電流を低損失でセル１０−４まで流すことができる。これは、隣接するセル間の分離溝２１の側面が階段状に形成される構造となっており、裏面電極層１９をスパッタリング法などで形成する際に、光電変換積層体１２の側面を裏面電極層１９がコンフォーマルに被覆することができるからである。
【００２３】
つぎに、上記した構造を有する薄膜太陽電池１の製造方法について説明する。図２−１〜図２−１０は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。まず、絶縁透光性基板２上に酸化亜鉛、酸化錫、またはＩＴＯなどの透明導電性酸化物材料や、これらの透明導電性酸化物材料に金属を添加した材料からなる表面電極層１１をスパッタ法などの成膜方法によって形成する（図２−１）。その後、レーザスクライビング法によって表面電極層１１上の所定の位置にレーザ光２０１を照射して分離溝２０を形成して表面電極層１１を分離し、表面電極層１１のパターニングを行う（図２−２）。なお、表面電極層１１のパターニングは、フォトリソグラフィ法とエッチング法との組み合わせや、機械加工などを用いて行ってもよい。
【００２４】
ついで、表面電極層１１を形成した絶縁透光性基板２上に、ｐ型半導体層１３１、ｉ型半導体層１３２およびｎ型半導体層１３３が順に形成された第１の光電変換層１３を、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition：化学的気相成長法）法などの方法によって形成する（図２−３）。その後、レーザスクライビング法によって第１の光電変換層１３の所定の位置にレーザ光２０１を照射して、第１の光電変換層１３に分離溝２１１を形成する（図２−４）。この分離溝２１１は、セル形成領域Ｒの境界領域付近に形成され、第１の幅Ｗ１を有しているものとする。
【００２５】
ついで、第１の光電変換層１３上に、ｐ型半導体層１５１、ｉ型半導体層１５２およびｎ型半導体層１５３が順に形成された第２の光電変換層１５を、ＣＶＤ法などの方法によって成膜する（図２−５）。ここでは、第２の光電変換層１５は、第１の光電変換層１３間に形成された分離溝２１１を埋めるように形成され、第１の光電変換層１３の段差部の上部付近には段差が生じている。
【００２６】
その後、レーザスクライビング法によって第２の光電変換層１５の所定の位置にレーザ光２０１を照射して、分離溝２１２を形成する（図２−６）。この分離溝２１２は、分離溝２１１の形成位置の範囲内に形成され、第１の幅Ｗ１よりも狭い第２の幅Ｗ２を有しているものとする。そのため、分離溝２１２形成後の断面の状態は、第２の光電変換層１５は、第１の光電変換層１３の段差部を被覆し、第１の光電変換層１３の端部よりも張り出した状態となっている。また、分離溝２１２の断面の形状は、第１の光電変換層１３に形成された段差を反映して、段差状を有している。
【００２７】
ついで、第２の光電変換層１５上に、ｐ型半導体層１７１、ｉ型半導体層１７２およびｎ型半導体層１７３が順に形成された第３の光電変換層１７を、ＣＶＤ法などの方法によって成膜する（図２−７）。ここでは、第３の光電変換層１７は、第２の光電変換層１５間に形成された分離溝２１２を埋めるように形成され、第２の光電変換層１５に形成された段差部の上部付近には段差（凹凸）が生じている。
【００２８】
その後、レーザスクライビング法によって第３の光電変換層１７の所定の位置にレーザ光２０１を照射して、分離溝２１を形成する（図２−８）。この分離溝２１は、分離溝２１１，２１２の形成位置に対応して、そして分離溝２１２の形成位置の範囲内に形成され、第２の幅Ｗ２よりも狭い第３の幅Ｗ３を有しているものとする。そのため、分離溝２１形成後の断面の状態は、第３の光電変換層１７は、第２の光電変換層１５の段差部（端部）を被覆し、第２の光電変換層１５の端部よりも張り出した状態となっている。また、分離溝２１の断面の形状は、第２の光電変換層１５に形成された段差を反映して、段差状を有している。
【００２９】
なお、以上の図２−３〜図２−８において、第１、第２および第３の光電変換層１３，１５，１７には、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコンゲルマニウム、微結晶シリコンゲルマニウム、アモルファス炭化シリコン、微結晶炭化シリコン、アモルファスゲルマニウム、微結晶ゲルマニウムなどの半導体材料、これら半導体材料に酸素などを添加してバンドギャップを調整した材料、またはこれらの半導体材料の混合物などを用いることができる。ただし、第１の光電変換層１３から第３の光電変換層１７に向かうにつれてバンドギャップの狭い半導体材料が順番に積層されるように、材料の選択が行われる。
【００３０】
ついで、反射率が高くかつ電気伝導率の高い導電性材料からなる裏面電極層１９を、分離溝２１で分離された光電変換積層体１２上に形成する（図２−９）。裏面電極層１９として、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｃｒなどから選ばれる少なくとも１つの導電性材料、または酸化錫、酸化亜鉛、ＩＴＯなどの透明導電性酸化物材料もしくはこれらの透明導電性酸化物材料に金属を添加した材料と、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｃｒなどから選ばれる少なくとも１つの導電性材料との積層体などを用いることができる。このとき、各セル１０の光電変換積層体１２間を区切る分離溝２１の断面形状は、基板面に対して垂直ではなく、階段状を有しているので、分離溝２１の側面および底面にはコンフォーマルに裏面電極層１９が堆積する。これによって、表面電極層１１と裏面電極層１９とが電気的に接続される。ただし、この状態では、裏面電極層１９は、絶縁透光性基板２上の全面に形成されているので、各セル１０で表面電極層１１と短絡した状態にある。
【００３１】
最後に、レーザスクライビング法によって、絶縁透光性基板２の裏面側から光電変換積層体１２と裏面電極層１９の所定の位置にレーザ光２０１を照射して分離溝２２を形成する（図２−１０）。これによって、隣接するセル１０間の裏面電極層１９は電気的に絶縁され、自セルの表面電極層１１と裏面電極層１９とが短絡した状態も解消され、隣接するセル１０同士が直列に接続される。以上の工程によって、図１に示されるような薄膜太陽電池１が完成する。
【００３２】
この実施の形態１によれば、バンドギャップの異なる複数の光電変換層が積層されたセル１０が直列に接続された薄膜太陽電池において、絶縁透光性基板２側から上層に形成されるほど下層の光電変換層の段差部を覆うように光電変換層を形成して、光電変換積層体１２間の分離溝２１を形成するようにしたので、裏面電極層１９が分離溝２１の側面および底面をコンフォーマルに被覆することができる。その結果、分離溝２１の裏面電極層１９において、電気抵抗の増大を抑制し、発電領域（セル１０）で発生した電流を最大限に取り出すことが可能となり、発電効率を従来に比して増加させた薄膜太陽電池１を得ることができるという効果を有する。
【００３３】
また、この実施の形態１による薄膜太陽電池１の構造では、分離溝２１で裏面電極層１９と接触する光電変換積層体１２の側面は、最上層の光電変換層の側面のみに限られるため、光電変換積層体１２を構成する全ての光電変換層の側面が裏面電極層１９と接触する従来構造の薄膜太陽電池に比べて、セル側面からのリークによる電流損失を低減することができる。その結果、薄膜太陽電池１の発電効率を、従来構造の薄膜太陽電池に比して向上させることができるという効果も有する。
【００３４】
さらに、隣接するセル形成領域Ｒ間の境界に階段状の分離溝２１を設けた後に裏面電極層１９を形成するようにしたので、分離溝２１の側面および底面を裏面電極層１９がコンフォーマルに被覆することができ、従来のように分離溝２１の深さいっぱいになるまで裏面電極層１９を形成する必要がなく、必要最低限の量の材料で裏面電極層１９を形成することができる。その結果、裏面電極層１９を形成するのに必要な材料の量と時間の両方を従来に比して低減することができ、生産スループットを向上させることができるという効果を有する。
【００３５】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による薄膜太陽電池の構造の一例を模式的に示す断面図である。この薄膜太陽電池１Ａは、実施の形態１の薄膜太陽電池１において、第１と第２の光電変換層１３，１５の間に第１の中間層１４が挿入され、第２と第３の光電変換層１５，１７の間に第２の中間層１６が挿入され、第３の光電変換層１７と裏面電極層１９との間に第３の中間層１８が挿入される構造を有する。また、この実施の形態２では、第１〜第３の光電変換層１３，１５，１７と第１〜第３の中間層１４，１６，１８の積層体を、光電変換積層体１２Ａとしている。その他の構造は、実施の形態１と同じ構造を有しており、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略している。
【００３６】
第１〜第３の中間層１４，１６，１８は、それぞれ酸化亜鉛、ＩＴＯなどの透明導電性材料、または不純物をドーピングし導電性を向上させた酸化シリコンや窒化シリコンなどのシリコン系材料、あるいはこれら材料を２層以上積層した膜などによって構成される。これらの第１〜第３の中間層１４，１６，１８は、光入射面側の光電変換層１３，１５，１７からの入射した光の一部を、その光電変換層１３，１５，１７側に反射させるとともに、残りの光を後方（裏面）側に透過させる。具体的には、各光電変換層側から入射した光のうち、その光電変換層で吸収可能な波長範囲の光をその光電変換層側に反射させ、その他の波長範囲の光を後方側に透過させる機能を有することが望ましい。なお、この例では、３層の光電変換層と３層の中間層を交互に積層した場合を説明しているが、積層される光電変換層と中間層は２層以上の多層であればよく、また中間層は光電変換層に対応して設けられる必要はない。
【００３７】
つぎに、上記した構造を有する薄膜太陽電池１Ａの製造方法について説明する。図４−１〜図４−９は、この発明の実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。まず、実施の形態１と同様に、絶縁透光性基板２上に透明導電性酸化物材料からなる表面電極層１１をスパッタ法などの成膜方法によって形成した後、レーザスクライビング法などの方法を用いて、所定の位置に分離溝２０を形成して分離し、表面電極層１１のパターニングを行う（図４−１）。なお、ここでは、レーザスクライビング法によって、表面電極層１１にレーザ光２０１を照射して、分離溝２０を形成する場合を示している。
【００３８】
ついで、表面電極層１１を形成した絶縁透光性基板２上に、ｐ型半導体層１３１、ｉ型半導体層１３２およびｎ型半導体層１３３が順に形成された第１の光電変換層１３と、酸化シリコンや酸化亜鉛、ＩＴＯなどの透明導電性材料、または不純物をドーピングし導電性を向上させた酸化シリコンや窒化シリコンなどのシリコン系材料などからなる第１の中間層１４とを、ＣＶＤ法などの方法によって形成する（図４−２）。その後、第１の光電変換層１３と第１の中間層１４の積層体の所定の位置に、レーザスクライビング法でレーザ光２０１を照射することによって分離溝２１１を形成する（図４−３）。この分離溝２１１は、セル形成領域の境界領域付近に形成され、第１の幅Ｗ１を有しているものとする。
【００３９】
ついで、第１の中間層１４上に、ｐ型半導体層１５１、ｉ型半導体層１５２およびｎ型半導体層１５３が順に形成された第２の光電変換層１５と、酸化シリコンや酸化亜鉛、ＩＴＯなどの透明導電性材料、または不純物をドーピングし導電性を向上させた酸化シリコンや窒化シリコンなどのシリコン系材料などからなる第２の中間層１６とを、ＣＶＤ法などの方法によって成膜する（図４−４）。ここで、第２の光電変換層１５は、第１の光電変換層１３と第１の中間層１４の積層体の間に形成された分離溝２１１を埋めるように形成され、また、第２の中間層１６の表面の第１の光電変換層１３の段差部の上部付近には段差が生じている。
【００４０】
その後、レーザスクライビング法によって第２の光電変換層１５と第２の中間層１６の積層体の所定の位置にレーザ光２０１を照射し、分離溝２１２を形成する（図４−５）。この分離溝２１２は、分離溝２１１の形成位置の範囲内に形成され、第１の幅Ｗ１よりも狭い第２の幅Ｗ２を有しているものとする。そのため、分離溝２１２形成後の断面の状態は、第２の光電変換層１５は、第１の光電変換層１３の段差部を被覆し、第１の光電変換層１３の端部（側面）よりも張り出した状態となっている。また、分離溝２１２の断面の形状は、第１の光電変換層１３の段差部を反映して、段差状を有している。
【００４１】
ついで、第２の中間層１６上に、ｐ型半導体層１７１、ｉ型半導体層１７２およびｎ型半導体層１７３が順に形成された第３の光電変換層１７と、酸化シリコンや酸化亜鉛、ＩＴＯなどの透明導電性材料、または不純物をドーピングし導電性を向上させた酸化シリコンや窒化シリコンなどのシリコン系材料などからなる第３の中間層１８とを、ＣＶＤ法などの方法によって成膜する（図４−６）。ここで、第３の光電変換層１７は、第２の光電変換層１５と第２の中間層１６の積層体の間に形成された分離溝２１２を埋めるように形成され、第２の光電変換層１５に形成された段差部の上部付近には段差が生じている。
【００４２】
その後、レーザスクライビング法によって第３の光電変換層１７と第３の中間層１８の積層体の所定の位置にレーザ光２０１を照射し、分離溝２１を形成する（図４−７）。この分離溝２１は、分離溝２１１，２１２の形成位置に対応し、分離溝２１２の形成位置の範囲内に形成され、第２の幅Ｗ２よりも狭い第３の幅Ｗ３を有しているものとする。そのため、分離溝２１形成後の断面の状態は、第３の光電変換層１７は、第２の光電変換層１５の段差部（側面）を被覆し、第２の光電変換層１５の端部（側面）よりも張り出した状態となっている。また、分離溝２１の断面の形状は、第１と第２の光電変換層１３，１５の段差部を反映して段差状を有しているか、または第３の中間層１８の上面から表面電極層１１に向かって緩やかな傾斜を有している。
【００４３】
なお、以上の図４−２〜図４−７において、第１、第２および第３の各光電変換層には、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコンゲルマニウム、微結晶シリコンゲルマニウム、アモルファス炭化シリコン、微結晶炭化シリコン、アモルファスゲルマニウム、微結晶ゲルマニウムなどの半導体材料、これら半導体材料に酸素などを添加してバンドギャップを調整した材料、またはこれらの半導体材料の混合物などを用いることができる。ただし、第１の光電変換層１３から第３の光電変換層１７に向かうにつれてバンドギャップの狭い半導体材料が順番に積層されるように、材料の選択が行われる。
【００４４】
ついで、反射率が高くかつ電気伝導率の高い導電性材料からなる裏面電極層１９を、分離溝２１で分離された光電変換積層体１２Ａ上に形成する（図４−８）。裏面電極層１９としては、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｃｒなどから選ばれる少なくとも１つの導電性材料、または酸化錫、酸化亜鉛、ＩＴＯなどの透明導電性酸化物材料もしくはこれらの透明導電性酸化物材料に金属を添加した材料と、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｃｒなどから選ばれる少なくとも１つの導電性材料との積層体などを用いることができる。このとき、光電変換積層体１２に形成された断面形状は、基板面に対して垂直ではなく、階段状または第３の中間層１８の上面から表面電極層１１に向かって緩やかな傾斜を有しているので、光電変換積層体１２の側面および分離溝２１の底面にはコンフォーマルに裏面電極層１９が堆積する。これによって、表面電極層１１と裏面電極層１９とが電気的に接続される。ただし、この状態では、裏面電極層１９は絶縁透光性基板２上の全面に形成されているので、各セルで表面電極層１１と短絡した状態にある。
【００４５】
最後に、レーザスクライビング法によって、絶縁透光性基板２の裏面側から光電変換積層体１２Ａ上の所定の位置にレーザ光２０１を照射して分離溝２２を形成する（図４−９）。これによって、隣接するセル間の裏面電極層１９は電気的に絶縁され、自セルの表面電極層１１と裏面電極層１９とが短絡した状態も解消され、隣接するセル同士が直列に接続される。以上の工程によって、図３に示されるような薄膜太陽電池１Ａが完成する。
【００４６】
この実施の形態２によれば、各光電変換層の間と、光電変換層と裏面電極層との間に導電性の透明な中間層を挿入するようにしたので、光電変換積層体１２Ａ内における光の利用効率が向上し、薄膜太陽電池１Ａの発電効率をさらに向上させることができるという効果を有する。
【００４７】
なお、上記の実施の形態では、薄膜太陽電池として、基板として絶縁透光性基板２を用い、表面電極層１１として透明導電性材料を用い、裏面電極層１９として光電変換層１３，１５，１７で光電変換される波長範囲の光を反射する導電性材料を用いる場合を示したが、これに限定されるものではない。たとえば、基板として透光性や透光性でない基板を用い、表面電極層１１として光電変換層１３，１５，１７で光電変換される波長範囲の光を反射する導電性材料を用い、裏面電極層１９として透明導電性材料を用いる構造の薄膜太陽電池にも、上記した実施の形態を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、この発明にかかる薄膜太陽電池の製造方法は、光電変換層が薄膜で形成される薄膜太陽電池に有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１Ａ  薄膜太陽電池
２  絶縁透光性基板
１０，１０−１〜１０−４  セル
１１，１１−１〜１１−４  表面電極層
１２，１２Ａ  光電変換積層体
１３  第１の光電変換層
１４  第１の中間層
１５  第２の光電変換層
１６  第２の中間層
１７  第３の光電変換層
１８  第３の中間層
１９，１９−２，１９−３  裏面電極層
２０，２１，２２，２１１，２１２  分離溝
１３１，１５１，１７１  ｐ型半導体層
１３２，１５２，１７２  ｉ型半導体層
１３３，１５３，１７３  ｎ型半導体層
２０１  レーザ光
【図１】
2010067702.tif 000003
【図２−１】
2010067702.tif 000004
【図２−２】
2010067702.tif 000005
【図２−３】
2010067702.tif 000006
【図２−４】
2010067702.tif 000007
【図２−５】
2010067702.tif 000008
【図２−６】
2010067702.tif 000009
【図２−７】
2010067702.tif 000010
【図２−８】
2010067702.tif 000011
【図２−９】
2010067702.tif 000012
【図２−１０】
2010067702.tif 000013
【図３】
2010067702.tif 000014
【図４−１】
2010067702.tif 000015
【図４−２】
2010067702.tif 000016
【図４−３】
2010067702.tif 000017
【図４−４】
2010067702.tif 000018
【図４−５】
2010067702.tif 000019
【図４−６】
2010067702.tif 000020
【図４−７】
2010067702.tif 000021
【図４−８】
2010067702.tif 000022
【図４−９】
2010067702.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月19日(2011.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、導電性材料からなる膜を形成し、各セル間を分離するようにパターニングして前記各セルの第１の電極層を形成する第１の電極層形成工程と、
前記第１の電極層を形成した前記基板上に、第１の光電変換層を形成する第１の光電変換層形成工程と、
前記第１の光電変換層を前記セルごとに分離する第１の幅の第１の溝をレーザスクライビング法により形成する第１の溝形成工程と、
前記第１の光電変換層を形成した前記基板上に、第２の光電変換層を形成する第２の光電変換層形成工程と、
前記第１の溝の形成位置内で前記第１の幅よりも狭い第２の幅で前記第２の光電変換層を分離する第２の溝をレーザスクライビング法により形成する第２の溝形成工程と、
前記第２の光電変換層上と、前記溝の側面および底面上と、に第２の電極層を形成する第２の電極層形成工程と、
を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第２の光電変換層形成工程から前記第２の溝形成工程までの処理を繰り返し行って、前記光電変換層を３層以上含む光電変換積層体を形成することを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記第２の光電変換層形成工程では、前記基板から離れるにしたがってバンドギャップの小さい半導体材料を用いて前記第２の光電変換層を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記第１の光電変換層形成工程では、前記第１の光電変換層上にさらに透明導電性材料からなる中間層を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第２の光電変換層形成工程では、前記第２の光電変換層上にさらに透明導電性材料からなる中間層を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記基板は、透光性の絶縁基板であり、
前記第１の電極層は、透明導電性材料からなり、
前記第２の電極層は、前記光電変換層で光電変換される波長範囲の光を反射する導電性の材料からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項７】
基板上に、透明導電性材料によって形成される第１の電極層と、バンドギャップの異なる光電変換層を基板面に垂直な方向に複数含む光電変換積層体と、光を反射する導電性の材料を含む第２の電極層と、を含むセルが形成され、前記セルの前記第２の電極層を、隣接するセルの前記光電変換積層体との間に形成された溝内で、前記隣接するセルの第１の電極層と接続させて、複数の前記セルが直列に接続された薄膜太陽電池において、
前記光電変換積層体の前記溝が形成される側の断面構造は、下層の光電変換層にレーザスクライビング法により第１の幅の第１の溝が形成された後に、上層の光電変換層が形成され、さらに前記上層の光電変換層にレーザスクライビング法により前記第１の溝の形成位置内に前記第１の幅よりも狭い第２の幅の第２の溝が形成されることによって前記下層の光電変換層の前記隣接するセル側の側面を前記上層の前記光電変換層で覆うように形成されることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項８】
前記光電変換積層体は、前記第２の電極層から前記第１の電極層に向かうほどバンドギャップの大きな半導体層によって構成されることを特徴とする請求項７に記載の薄膜太陽電池。
【請求項９】
前記光電変換積層体内の光電変換層間、および／または前記光電変換積層体と前記第２の電極層との間に、透明導電性材料からなる中間層がさらに挿入されることを特徴とする請求項７または８に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１０】
前記基板は、透光性の絶縁基板であり、
前記第１の電極層は、前記基板側に設けられることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するため、この発明にかかる薄膜太陽電池の製造方法は、基板上に、導電性材料からなる膜を形成し、各セル間を分離するようにパターニングして前記各セルの第１の電極層を形成する第１の電極層形成工程と、前記第１の電極層を形成した前記基板上に、第１の光電変換層を形成する第１の光電変換層形成工程と、前記第１の光電変換層を前記セルごとに分離する第１の幅の第１の溝をレーザスクライビング法により形成する第１の溝形成工程と、前記第１の光電変換層を形成した前記基板上に、第２の光電変換層を形成する第２の光電変換層形成工程と、前記第１の溝の形成位置内で前記第１の幅よりも狭い第２の幅で前記第２の光電変換層を分離する第２の溝をレーザスクライビング法により形成する第２の溝形成工程と、前記第２の光電変換層上と、前記溝の側面および底面上と、に第２の電極層を形成する第２の電極層形成工程と、を含むことを特徴とする。
【国際調査報告】
2010067702.tif 000024
2010067702.tif 000025