(57)【要約】  本発明は、横方向結晶化工程を利用した高効率の光起電装置及びその製造方法に関し、特に、高効率の太陽電池モジュールとその製造方法に関する。本発明の光起電装置は、第１の基板上に形成された非晶質シリコン半導体層を有する第１の太陽電池と、第２の基板上に形成された微結晶シリコン半導体層を有する第２の太陽電池と、第１の太陽電池と第２の太陽電池とを接合する接合層と、を含んで構成され、これら構成により、高効率、低製造コスト、高製品特性、高信頼度の太陽電池を得ることができる。【選択図】  図１７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板上に形成された非晶質シリコン半導体層を有する第１の太陽電池と、
第２の基板上に形成された微結晶シリコン半導体層を有する第２の太陽電池と、
前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池とを接合する接合層と、
を含んで構成される、光起電装置。
【請求項２】
前記非晶質シリコン半導体層及び前記微結晶シリコン半導体層は、ｐ層−ｉ層−ｎ層の順に積層される、請求項１記載の光起電装置。
【請求項３】
前記第１の太陽電池は、前記第１の基板上に、第１の透明電極層、非晶質シリコンｐ型半導体層、非晶質シリコンｉ型半導体層、非晶質シリコンｎ型半導体層、及び、第２の透明電極層を含んで構成される、請求項１記載の光起電装置。
【請求項４】
前記第２の太陽電池は、前記第２の基板上に、第３の電極層、ｎ型半導体層、ｉ型半導体層、ｐ型半導体層、及び、第４の透明電極層を含んで構成される、請求項１記載の光起電装置。
【請求項５】
前記第２の太陽電池の前記ｎ型半導体層、ｉ型半導体層、及び、ｐ型半導体層は、微結晶シリコン半導体層である、請求項４記載の光起電装置。
【請求項６】
前記第２の太陽電池の前記ｎ型半導体層、ｉ型半導体層、及び、ｐ型半導体層は、横方向結晶化層である、請求項５記載の光起電装置。
【請求項７】
前記第３の電極層は、金属電極によって、又は、金属電極及び透明電極によって、形成される、請求項４記載の光起電装置。
【請求項８】
前記接合層は、前記第２の透明電極層と前記第４の透明電極層とを接合する、請求項３又は請求項４記載の光起電装置。
【請求項９】
前記接合層は、透明接着剤を含む、請求項１記載の光起電装置。
【請求項１０】
前記第１の基板と前記第２の基板とは、それぞれが透明基板である、請求項１記載の光起電装置。
【請求項１１】
前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池とは、直列又は並列に接続される、請求項１記載の光起電装置。
【請求項１２】
非晶質シリコン半導体層を形成する段階と、
前記非晶質シリコン半導体層の結晶化により生成された微結晶シリコンを有する半導体層を形成する段階と、
を含む、光起電装置の製造方法。
【請求項１３】
第１の基板上に非晶質シリコン半導体層を有する第１の太陽電池を形成する段階と、
第２の基板上に微結晶シリコン半導体層を有する第２の太陽電池を形成する段階と、
前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池とを接合して電気的に接続する段階と、
を含む、光起電装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池との電気的接続は、直列接続又は並列接続である、請求項１３記載の光起電装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の太陽電池を形成する段階は、前記第１の基板上に、第１の透明電極層、非晶質シリコンｐ型半導体層、非晶質シリコンｉ型半導体層、非晶質シリコンｎ型半導体層、及び、第２の透明電極層を順次積層する、請求項１３記載の光起電装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第２の太陽電池を形成する段階は、前記第２の基板上に、第３の電極層、微結晶シリコンｎ型半導体層、微結晶シリコンｉ型半導体層、微結晶シリコンｐ型半導体層、及び、第４の透明電極層を順次積層する、請求項１３記載の光起電装置の製造方法。
【請求項１７】
前記微結晶シリコン半導体層は、前記非晶質シリコン半導体層を形成した後、この非晶質シリコン半導体層の結晶化により生成された微結晶シリコンによって形成される、請求項１６記載の光起電装置の製造方法。
【請求項１８】
前記非晶質シリコン半導体層の結晶化方法は、エキシマ・レーザー・アニーリング法（ＥＬＡ）、順次的横方向結晶化法（ＳＬＳ）、固相結晶化法（ＳＰＣ）、金属誘起結晶化法（ＭＩＣ）、金属誘起横方向結晶化法（ＭＩＬＣ）、スーパー・グレイン・シリコン法（ＳＧＳ）、フィールド・インハンスド−ラピッド・サーマル・アニーリング・プロセス法（ＦＥ−ＲＴＰ）、及び、コンティニュアス・グレイン・シリコン法（ＣＧＳ）からなるグループの中より選択されるいずれか１つの方法である、請求項１７記載の光起電装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第３の電極層は、金属電極によって、又は、金属電極及び透明電極によって、形成される、請求項１６記載の光起電装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第２の透明電極層と前記第４の透明電極層とは、透明接着剤を用いて接合される、請求項１５又は請求項１６記載の光起電装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電装置に関し、特に太陽電池モジュール（Solar Cell Module）及びその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、非晶質シリコン（Amorphous Silicon）半導体層と微結晶シリコン(Microcrystalline Silicon)半導体層とを含む構造を有する太陽電池モジュールを提供する。上記構造は、基板上に、非晶質シリコン半導体層と、非晶質シリコンから結晶化された微結晶シリコンを有する半導体層と、をそれぞれ形成する段階と、これら半導体層を接合する段階と、を経て形成される。
【背景技術】
【０００２】
一般に、太陽電池は光起電装置であり、太陽から地球に伝達される光エネルギーを電気エネルギーに変換することによってエネルギーを生み出すクリーンエネルギー源である。太陽電池に関する数多くの研究が、数十年の間に進められている。太陽電池などを用いた太陽光発電は、再生可能なエネルギーを用いるので、環境破壊の原因とはならず、かつ、そのエネルギー源をどこででも得ることができる。このため、太陽電池は、次世代のクリーンエネルギー源として、その研究が活発に進められている。
【０００３】
現在、太陽光発電用として広く商用化されている単結晶シリコン（Ｓｉ）太陽電池は、高価なウエハーを用いることによる高い製造コストによって、その使用が制限されている。このような問題を解決し、原材料費を削減するとともに、高効率でかつ高信頼度の薄膜型太陽電池を開発するために、様々な提案がなされ、研究が進められている。
【０００４】
従来のシリコン薄膜技術を用いた太陽電池の工業的製造方法では、透明電極、非晶質シリコンｐ層−ｉ層−ｎ層、透明電極、金属電極を、順次積層している。
【０００５】
ここで、図２は、各粒子状態別のシリコン薄膜の波長に対する光吸収係数を示すグラフである。図２から分かるように、赤外線領域において、結晶シリコン又は微結晶シリコンに比べて、非晶質シリコンは、その光吸収係数が小さく、太陽電池の効率が低い。このため、非晶質シリコンを用いた薄膜型太陽電池の効率を向上させるために、更なる研究が進められている。一般に、下記のような方法が提案され、試みられている。
【０００６】
１）非晶質シリコンｐ層−ｉ層−ｎ層の二重蒸着を行う、二重接合の太陽電池の製造方法。
【０００７】
２）入射される自然光の波長において吸収帯域の異なる物質（例えば、ＳｉＧｅ）を非晶質シリコン薄膜の下部に蒸着する、二重接合の太陽電池の製造方法。
【０００８】
３）光波長の吸収帯域が異なり、かつ、非晶質シリコンと同一物質を含む微結晶シリコン層を更に蒸着する、二重接合の太陽電池の製造方法。
【０００９】
４）光波長の吸収帯域が異なる物質を少なくとも２種類用いる、少なくとも三重接合の太陽電池の製造方法。
【００１０】
現在、上記３）の技術が一般に用いられており、日本のカネカや三菱重工業（ＭＨＩ）で製造された製品が市販されている。
【００１１】
図１は、上記３）の技術を用いた太陽電池の製造方法によって製造された太陽電池の構造を示している。
【００１２】
図１に示すように、従来の太陽電池は、透明ガラス基板１０１上にＳｎＯ２：Ｆ又はＺｎＯ：Ａｌなどで形成される透明電極層１０２を蒸着し、非晶質シリコン半導体層１０３、１０４、１０５と微結晶シリコン半導体層１０７、１０８、１０９とをｐ層−ｉ層−ｎ層の順で接合することを特徴としている。非晶質シリコン半導体層と微結晶シリコン半導体層との間には、中間面(Intermediate)透明電極層１０６を蒸着し、上部半導体層を積層した後に、後面(Rear)透明電極層１１０と、アルミニウムや銀などで形成される金属電極層１１１とを、順に蒸着する。
【００１３】
図３は、図１のような太陽電池を製造する従来の製造工程に沿って形成される太陽電池モジュールの積層構造を示している。
【００１４】
図３に示すように、ガラス基板３０１上に透明電極層（ＴＣＯ）３０２を積層し、その上に非晶質シリコンｐ型半導体３０３、非晶質シリコンｉ型半導体３０４、非晶質シリコンｎ型半導体３０５を順次積層する。そして、中間面透明電極層３０６を蒸着し、その上に微結晶シリコンｐ型半導体３０７、微結晶シリコンｉ型半導体３０８、微結晶シリコンｎ型半導体３０９を蒸着した後、後面透明電極層３１０とバックパネル基板３１１とを積層して形成している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、このような蒸着方法、特に、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）を用いた微結晶シリコン層の直接蒸着方法では、その工程に要する時間が非常に長いという問題がある。
【００１６】
また、図３に示す方法によって製造された太陽電池モジュール、即ち、従来のシリコン薄膜積層型太陽電池は、２つの太陽電池が直列に接続された構造である。このため、光により起電される電流は、２つの太陽電池のうち、起電される電流が少ない方の太陽電池によって制限されてしまうという問題がある。それゆえ、光電流を効率良く得るためには、２つの太陽電池にて起電される光電流が同一になるように設計し、製造しなければならないという困難性がある。
【００１７】
また、一般に、微結晶シリコン層を蒸着させる際には、原料として用いられる多量のシランガス（ＳｉＨ４）を水素希釈して蒸着させるので、成膜の速度が非常に遅いという問題もある。
【００１８】
更に、プラズマを形成する際に用いられる交流周波数は、４０ＭＨｚ以上であり、非常に高いので、電極及びチャンバー（Chamber）の構造が、既存のＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）を用いる際の構造と異なってしまう。このため、成膜装置を製造するのが困難である。それゆえ、新しい製造技術の開発が求められている。
【００１９】
本発明は、非晶質シリコン半導体層と微結晶シリコン半導体層とを含む構造を有する太陽電池モジュールを提供することを目的とする。その構造は、基板上に、非晶質シリコン半導体層と、非晶質シリコンから結晶化された微結晶シリコンを有する半導体層と、をそれぞれ形成する段階と、これら半導体を接合する段階と、を経て形成される。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明における光起電装置は、第１の基板上に形成された非晶質シリコン半導体層を有する第１の太陽電池と、第２の基板上に形成された微結晶シリコン半導体層を有する第２の太陽電池と、第１の太陽電池と第２の太陽電池とを接合する接合層と、を含んで構成される。
【００２１】
本発明において、非晶質シリコン半導体層及び微結晶シリコン半導体層の構造は、特に制限されないが、ｐ層−ｉ層−ｎ層の順に積層された構造であることが好ましい。
【００２２】
本発明において、第１の太陽電池は、第１の基板上に、第１の透明電極層、非晶質シリコンｐ型半導体層、非晶質シリコンｉ型半導体層、非晶質シリコンｎ型半導体層、及び、第２の透明電極層を含んで構成される。
【００２３】
また、第２の太陽電池は、第２の基板上に、第３の電極層、ｎ型半導体層、ｉ型半導体層、ｐ型半導体層、及び、第４の透明電極層を含んで構成される。
【００２４】
第２の太陽電池のｎ型半導体層、ｉ型半導体層、及び、ｐ型半導体層は、微結晶シリコン半導体層である。換言すれば、第２の太陽電池の全ての半導体層を微結晶シリコンにより形成することが可能である。また、第２の太陽電池の少なくとも１つの半導体層を微結晶シリコンにより形成することも可能である。
【００２５】
第２の太陽電池のｎ型半導体層、ｉ型半導体層、及び、ｐ型半導体層は、横方向結晶化層（Lateral Crystallization Layer）である。第２の太陽電池の全ての半導体層を横方向結晶化層とすることが可能である。また、第２の太陽電池の少なくとも１つの半導体層を横方向結晶化層とすることも可能である。横方向結晶化層は、非晶質シリコンからの横方向結晶化（Lateral Crystallization）を誘導して得ることができる。
【００２６】
第３の電極層は、金属電極によって、又は、金属電極及び透明電極によって、形成される。第３の電極層は、金属電極層のみで形成することが可能であるが、好ましくは、金属電極層と太陽電池の半導体層との間に透明電極層を挿入することにより、太陽電池層に導入される光量を増加させることができる。
【００２７】
本発明において、第２の透明電極層と第４の透明電極層とは、接合層によって接合される。つまり、第１の太陽電池の第２の透明電極層と、第２の太陽電池の第４の透明電極層とが、接合層を介して接合されるので、第２の太陽電池が、第１の太陽電池の上部に、積層の順を逆にして、形成される。従って、第２の太陽電池の第２の基板は、光起電装置全体において、バックパネル基板として機能し得る。
【００２８】
本発明において、接合層は、透明接着剤を含む。
【００２９】
本発明において、第１の基板と第２の基板とは、それぞれが透明基板であり、これら基板の材質は、特に制限されない。透明基板は、透明な材質により形成されており、ガラス基板が好適である。
【００３０】
本発明において、第１の太陽電池と第２の太陽電池とは、電気的に接続され、直列又は並列に接続される。
【００３１】
上記目的を達成するために、本発明における光起電装置の製造方法では、非晶質シリコン半導体層を形成する段階と、非晶質シリコン半導体層の結晶化により生成された微結晶シリコンを有する半導体層を形成する段階と、を含む。
【００３２】
また、上記目的を達成するために、本発明の他の態様における光起電装置の製造方法では、第１の基板上に非晶質シリコン半導体層を有する第１の太陽電池を形成する段階と、第２の基板上に微結晶シリコン半導体層を有する第２の太陽電池を形成する段階と、第１の太陽電池と第２の太陽電池とを接合して電気的に接続する段階と、を含む。
【００３３】
第１及び第２の太陽電池の電気的接続は、直列接続又は並列接続である。
【００３４】
本発明において、第１の太陽電池を形成する段階は、第１の基板上に、第１の透明電極層、非晶質シリコンｐ型半導体層、非晶質シリコンｉ型半導体層、非晶質シリコンｎ型半導体層、及び、第２の透明電極層を順次積層する。
【００３５】
また、第２の太陽電池を形成する段階は、第２の基板上に、第３の電極層、微結晶シリコンｎ型半導体層、微結晶シリコンｉ型半導体層、微結晶シリコンｐ型半導体層、及び、第４の透明電極層を順次積層する。
【００３６】
微結晶シリコン半導体層は、非晶質シリコン半導体層を形成した後、この非晶質シリコン半導体層の結晶化により生成された微結晶シリコンによって形成される。
【００３７】
本発明においては、非晶質シリコン半導体層の結晶化方法として、エキシマ・レーザー・アニーリング法（ＥＬＡ：Excimer Laser Annealing）、順次的横方向結晶化法（ＳＬＳ：Sequential Lateral Solidification）、固相結晶化法（ＳＰＣ：Solid Phase Crystallization）、金属誘起結晶化法（ＭＩＣ：Metal Induced Crystallization）、金属誘起横方向結晶化法（ＭＩＬＣ：Metal Induced Lateral Crystallization）、スーパー・グレイン・シリコン法（ＳＧＳ：Super Grain Silicon）、フィールド・インハンスド−ラピッド・サーマル・アニーリング・プロセス法（ＦＥ−ＲＴＰ：Field Enhanced-Rapid Thermal Annealing Process）、及び、コンティニュアス・グレイン・シリコン法（ＣＧＳ：Continuous Grain Silicon）からなるグループの中より選択されるいずれか１つの方法を採用することが可能である。
【００３８】
また、本発明において、第３の電極層は、金属電極によって、又は、金属電極及び透明電極によって、形成される。第３の電極層は、１つの金属電極層で形成されるか、又は、金属電極層と透明電極層とに分割させて形成される。第３の電極層を２層に分割させて形成する場合は、第２の太陽電池の半導体層を形成した後、透明電極層及び金属電極層を順に積層することが好ましい。
【００３９】
本発明において、第２の透明電極層と第４の透明電極層とは、透明接着剤を用いて接合される。
【００４０】
上記接合によって、第２の太陽電池の上に第１の太陽電池が積層される構造と、その逆に、第１の太陽電池の上に第２の太陽電池が積層される構造と、を実現することが可能である。
【００４１】
本発明において、第２の太陽電池の半導体層は、微結晶シリコン半導体層であるか、又は、非晶質シリコンから結晶化された微結晶シリコン半導体である。
【００４２】
本発明において、非晶質シリコンから結晶化される結晶のサイズは、特に限定するものではないが、微結晶が好適であり、結晶シリコンに成長させることも可能である。
【００４３】
本発明において、非晶質シリコン半導体層及び微結晶シリコンを有する半導体層は、ｐ層−ｉ層−ｎ層の順に積層されることが好ましく、微結晶シリコンは、非晶質シリコンの横方向結晶化工程により得ることが可能である。
【００４４】
本発明における光起電装置のモジュール構造は、一つの例示にすぎず、必ずしもこれに限定するものではない。
【発明の効果】
【００４５】
上述した本発明によれば、従来のシリコン積層太陽電池の製造方法に比べて簡易な製造方法であって、製造時間の短縮と自動化の達成とを図って製造コストを削減し得る、カスタマイズされたシリコン系薄膜型太陽電池の製造方法を提供することができる。
【００４６】
また、本発明のシリコン系薄膜型太陽電池は、家屋や公共住宅、農業用ハウスなどの屋根、又は、窓のような建設資材など、多様な産業分野に広範囲に活用することができるので、本発明によって、経済的にも高い付加価値を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
上述の記載、及び、その他の本発明の目的、特徴、効果は、以下の説明及び添付の図面によって明らかになるであろう。
【００４８】
以下、本発明の実施形態を添付の図面を参照しつつ説明する。
【００４９】
各図面における構成要素に対する参照符号は、異なる図面においても同一の構成要素に対しては同一符号を付して説明する。また、本発明の要旨が混同されるのを避けるために、公知機能及び構成の詳細な説明は省略する。
【００５０】
図４〜図１７は、本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程を示している。
【００５１】
図４〜図１７に示すように、本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールは、非晶質シリコン半導体層を含む第１の太陽電池モジュールと、非晶質シリコンの結晶化により生成された微結晶シリコン半導体層を含む第２の太陽電池モジュールと、を接合して製造される。
【００５２】
非晶質シリコン半導体層を含む第１の太陽電池モジュール（以下、第１の太陽電池とする）では、ガラス基板４０１上に第１の透明電極層４０２を形成し、その上に非晶質シリコン半導体層としてｐ型半導体層４０３、ｉ型半導体層４０４、ｎ型半導体層４０５を順に蒸着し、更に、ｎ型半導体層４０５上に第２の透明電極層４０６を蒸着する。
【００５３】
一方、微結晶シリコンの半導体層を含む第２の太陽電池モジュール（以下、第２の太陽電池とする）では、バックパネル基板４１１上に第３の電極層として後面透明電極層４１０を蒸着し、その上に微結晶シリコンｎ型半導体層４０９を積層する。次いで、非晶質シリコンｉ型半導体層４０８ａを積層した後、非晶質シリコンｉ型半導体を、横方向結晶化工程により、微結晶シリコンｉ型半導体層４０８ｂに変換する。この工程を経た後、微結晶シリコンｉ型半導体層４０８ｂ上に微結晶シリコンｐ型半導体層４０７を蒸着し、更に、その上に第４の透明電極層４０６を蒸着する。バックパネル基板上に形成される第３の電極層（後面電極層）は、金属電極層を含んで構成される。
【００５４】
上述のように第１の太陽電池と第２の太陽電池とを各々作製した後に、少なくとも１つの第１の太陽電池と少なくとも１つの第２の太陽電池とを、第２の透明電極層と第４の透明電極層とを介して、透明接着剤４１２を用いて接合する。
【００５５】
本発明の特徴は、一方の基板上に非晶質シリコン太陽電池を作製し、他方の基板上に微結晶シリコン太陽電池を作製した後、これら２つの太陽電池を接合することにある。また、第２の基板上に微結晶シリコン太陽電池を作製する際に、微結晶シリコン膜を直接成膜するのではなく、非晶質シリコン膜を形成した後、後続の工程により非晶質シリコン膜を微結晶シリコン膜に変換することを特徴とする。
【００５６】
微結晶シリコン膜は、非晶質シリコン膜に比べて、電気伝導度が数十倍から数百倍まで増加するので、赤外線領域の光の吸収による影響のみならず、電気導電度の増加による影響によって、高い効率の太陽電池を得ることができる。
【００５７】
非晶質シリコン膜を微結晶シリコン膜に変換する方法（低温多結晶シリコン形成技術）は、レーザー結晶化法、熱結晶化法、及び、複合結晶化法に分類することができる。詳しくは、レーザー結晶化法としては、エキシマ・レーザー・アニーリング法（ＥＬＡ）、順次的横方向結晶化法（ＳＬＳ）などの方法があり、熱結晶化法としては、固相結晶化法（ＳＰＣ）、金属誘起結晶化法（ＭＩＣ）、金属誘起横方向結晶化法（ＭＩＬＣ）、スーパー・グレイン・シリコン法（ＳＧＳ）、フィールド・インハンスド−ラピッド・サーマル・アニーリング・プロセス法（ＦＥ−ＲＴＰ）などの方法があり、複合結晶化法としては、コンティニュアス・グレイン・シリコン法（ＣＧＳ）などの方法がある。
【００５８】
本発明における太陽電池は、その製造時間が短縮されるというメリットや成膜装置製造の困難性を回避することが可能であるというメリットの他に、電気的接続において直列又は並列に接続することが可能であるというメリットもある。
【００５９】
安価な薄膜型太陽電池モジュールを製造する際に二重接合を形成するため、図２に示すように、光吸収帯域が互いに異なる非晶質シリコン太陽電池半導体層と微結晶シリコン太陽電池半導体層とを、それぞれ、トップセルとボトムセルとして作製する。図４〜図１７の図示から分かるように、完成した太陽電池モジュールの積層構造において、ガラスを透過して入射する太陽光は、その一部が非晶質シリコン半導体層に吸収され、その残りが下部の微結晶シリコン半導体層に吸収されて、光電子−正孔対（Photoelectron-Hole Pairs）が生成されることになる。
【００６０】
本発明の図４〜図１７のような太陽電池の製造方法によれば、従来のシリコン薄膜型太陽電池が二重接合構造であるときに、いずれか一方の太陽電池で起電される電流が少ない場合に備えて、双方の太陽電池で起電される光電流が同一になるように設計・製造されなければならないという問題を解消することができる。
【００６１】
換言すれば、本発明は、二重接合された太陽電池の上部半導体層と下部半導体層との間の電流−電圧特性を調整することが困難であるという問題を容易に解決することができるので、既存の二重接合太陽電池よりも高い効率を得ることができる。
【００６２】
図１８は、本発明によって製造された太陽電池の４端子構造を示している。
【００６３】
図１８から分かるように、非晶質シリコンを含んで構成される第１の太陽電池と、微結晶シリコンを含んで構成される第２の太陽電池とは、各々が２つの端子に配線接続されている。これにより、各太陽電池の上部端子及び下部端子から各別に光起電力が誘導されるので、いずれか一方の太陽電池で起電される電流が少ない場合の問題を解決することができる。
【００６４】
図１９及び図２０は、従来技術の一態様における非晶質シリコンと微結晶シリコンとのタンデム型セルの電流−電圧特性曲線及びデータ表であり、図２１及び図２２は、本発明の一実施形態における非晶質シリコンと微結晶シリコンとのタンデム型セルの電流−電圧特性曲線及びデータ表である。
【００６５】
上記図面から分かるように、従来の二重接合太陽電池の光起電効率（Photovoltaic Efficiency）と、本発明の二重接合太陽電池の光起電効率とは、それぞれ、１４．２％と１４．９％とである。換言すれば、従来技術によって製造された非晶質シリコン・微結晶シリコン薄膜型太陽電池において、現在までに報告されている各単一接合太陽電池の期待される最大光起電効率は１４．２％であるのに対し、本発明によって製造された４端子型太陽電池の期待される光起電効率は１４．９％である。
【００６６】
図２０の表を参照すると、二重接合を用いて非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を含むトップセルを作製する場合は、その効率が７．２５％であると報告されている。
【００６７】
また、微結晶シリコンを直接蒸着してボトムセルを作製する場合は、その効率が６．９９％であると報告されている。
【００６８】
一方、図２２から分かるように、非晶質シリコンを結晶化した後、微結晶シリコンに成長させてボトムセル（第２の太陽電池）を作製する場合は、その効率が７．６９％に増加している。
【００６９】
本発明の製造方法によれば、第２の太陽電池は、非晶質シリコンから結晶化して得られることにより、微結晶セル粒子のサイズが大きいので、これを直接蒸着させて作製した太陽電池半導体層に比べて、電子正孔移動度を少なくとも１０倍から数百倍に増加させることができる。従って、直接蒸着を用いる従来技術に比べて、効率を１０％程度向上させることができると予想される。
【００７０】
図１９及び図２０と、図２１及び図２２と、を比較すると、本発明の横方向結晶化工程を利用した二重接合太陽電池は、既存のタンデム型太陽電池に比べて良好な効率を期待することができる。
【００７１】
図２３及び図２４は、それぞれ、本発明の一実施形態における第１の太陽電池と第２の太陽電池との接続方法を示している。
【００７２】
本発明の太陽電池は、電極を個別に取り出すことができるので、高電流が要求される応用分野においては、図２４のように並列接続にすることができ、高電圧が要求される応用分野においては、図２３のように直列接続にすることができる。
【００７３】
以上、本発明の実施形態を図示及び記載したが、当業者によって、本発明の原理及び精神から外れることなく、又は、本発明の請求の範囲及びその均等の範囲から外れることなく、本実施形態を修正又は変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、従来のシリコン薄膜型太陽電池を製造する際の製造時間と製造工程での難点とを改善して、高効率、高信頼度、低製造コストのシリコン薄膜積層型太陽電池を提供することができる。
【００７５】
また、本発明は、シリコン薄膜の成膜装置を製造して、多様な電気的接続形態を有するシリコン太陽電池を製造するための技術を提供することができる。
【００７６】
本発明のシリコン系薄膜型太陽電池は、家屋や公共住宅、農業用ハウスなどの屋根、又は、窓のような建設資材など、多様な産業分野に広範囲に活用することができるので、本発明は、経済的にも高い付加価値を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】従来技術の一態様におけるタンデム型シリコン薄膜型太陽電池の構造を示す断面図である。
【図２】各粒子状態別のシリコン薄膜の波長に対する光吸収係数を示すグラフである。
【図３】従来技術の一態様におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面模式図である。
【図１５】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図１６】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図１７】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの積層構造とその製造工程とを示す断面図である。
【図１８】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池の４端子配線構造を示す断面図である。
【図１９】従来技術の一態様における非晶質シリコンと微結晶シリコンとのタンデム型セルの電流−電圧特性曲線を示す図である。
【図２０】図１９における非晶質シリコンと微結晶シリコンとのタンデム型セルの電流−電圧データを示す表である。
【図２１】本発明の一実施形態における非晶質シリコンと微結晶シリコンとのタンデム型セルの電流−電圧特性曲線を示す図である。
【図２２】図２１における非晶質シリコンと微結晶シリコンとのタンデム型セルの電流−電圧データを示す表である。
【図２３】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの直列接続構造を示す断面図である。
【図２４】本発明の一実施形態におけるシリコン薄膜型太陽電池モジュールの並列接続構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０１、３０１、４０１、５０１、８０１、９０１：ガラス基板
１０２、３０２、４０２、５０２、８０２、９０２：透明電極層
１０３、３０３、４０３、５０３、８０３、９０３：非晶質シリコンｐ型半導体層
１０４、３０４、４０４、４０８ａ、５０４、８０４、９０４：非晶質シリコンｉ型半導体層
１０５、３０５、４０５、５０５、８０５、９０５：非晶質シリコンｎ型半導体層
１０６、３０６、４０６、５０６、８０６、９０６：透明電極層
１０７、３０７、４０７、５０７、８０７、９０７：微結晶シリコンｐ型半導体層
１０８、３０８、４０８ｂ、５０８ｂ、８０８ｂ、９０８ｂ：微結晶シリコンｉ型半導体層
１０９、３０９、４０９、５０９、８０９、９０９：微結晶シリコンｎ型半導体層
１１０、３１０、４１０、５１０、８１０、９１０：透明電極層
１１１：金属電極層
３１１、４１１、５１１、８１１、９１１：バックパネル基板
４１２、５１２、８１２、９１２：透明接着剤
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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