(57)【要約】【課題】レーザーエッチングが容易であり、且つ、高い発電効率を有する光電変換装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板１上に、２つの光電変換層３と、裏面電極層４とを形成する工程を含む光電変換装置１００の製造方法であって、前記裏面電極層形成工程が裏面透明電極層形成工程と、Ｃｕ薄膜形成工程とを備え、前記Ｃｕ薄膜形成工程が、順に排気工程と製膜工程とを含み、前記排気工程の到達圧力が、２×１０−４Ｐａ以下であって、前記製膜工程の温度が、１２０℃以上２４０℃以下であることを含む光電変換装置１００の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、２つの光電変換層と、裏面電極層とを形成する工程を含む光電変換装置の製造方法であって、
前記裏面電極層形成工程が裏面透明電極層形成工程と、Ｃｕ薄膜形成工程とを備え、
前記Ｃｕ薄膜形成工程が、順に排気工程と製膜工程とを含み、
前記排気工程の到達圧力が、２×１０−４Ｐａ以下であって、
前記製膜工程の温度が、１２０℃以上２４０℃以下であることを含む光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記製膜工程が、初期ターゲット投入電力密度を印加する初期段階と、定常ターゲット投入電力密度を維持する定常段階とを備え、
前記初期ターゲット投入電力密度が、前記定常ターゲット投入電力密度の１０％以上５０％以下である請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記初期ターゲット投入電力密度の印加時間が総製膜時間の１０％以上３０％以下である請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記製膜工程が、初期ターゲット投入電力密度から定常ターゲット投入電力密度に遷移する遷移段階を備え、
前記遷移段階の変化時間が総製膜時間の５％以上１０％以下であることを含む請求項１〜３のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
前記裏面電極層が、保護膜を備える請求項１〜４のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置の製造方法に関し、特に発電層を製膜で作製する光電変換装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を受光して電力に変換する光電変換装置として、例えば発電層（光電変換層）に薄膜シリコン系の層を積層させた薄膜系太陽電池が知られている。薄膜系太陽電池は、一般に、基板上に、透明電極層（第１透明電極層）、シリコン系半導体層（光電変換層）、及び、裏面透明電極層（第２透明電極層）と金属薄膜とを含む裏面電極層を順次積層して構成される。
【０００３】
裏面透明電極層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）などの金属酸化物が主成分とされる。裏面透明電極層を低抵抗とするために、上記金属酸化物に酸化ガリウムや酸化アルミニウム、フッ素などが添加される。しかし、裏面透明電極層は金属電極と比較して高抵抗であるため、光電変換層で発生した電流が裏面透明電極層を流れる間に電力損失が生じる。そこで、外部へ取り出せる電力を増加させるために、損失を小さくする集積構造が知られている。集積構造とは、発電ユニットを１枚の基板上に複数個形成し、それぞれを直列接続したものである。分離溝や接続溝は、直列接続方向に対して垂直方向にレーザスクライブすることによって形成される。
【０００４】
集積型太陽電池の発電性能を向上させるためには、金属薄膜の反射率向上と裏面電極層の低抵抗化が重要である。このため、特に薄膜シリコン系太陽電池や薄膜シリコン系タンデム型太陽電池の金属薄膜は、一般に、広範囲の波長で高い反射率を示すＡｇ薄膜が用いられている。特許文献１に、Ａｇ薄膜を含む裏面電極層を備える光電変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平５−１８２７５号公報（第１頁第１欄第２２行目〜同頁第２欄第７行目）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、Ａｇは高い靭性を有するため、裏面電極層をレーザーエッチングした際にバリが発生し易くなる。従って、レーザーエッチングの条件を最適化して安定制御する必要が生じるが、Ａｇ薄膜はレーザー加工条件の最適範囲が狭く、ロバスト性も低いため、制御が難しい。特許文献１では、Ａｇ薄膜以外にＣｕ薄膜を裏面電極層に用いることを開示している。ＣｕはＡｇよりも靭性の低い材料である。そのため、レーザー加工条件の最適範囲がＡｇ薄膜の場合よりも広がり、レーザーパワー変動などに対し高いロバスト性が得られる。この結果、Ｃｕ薄膜を備える裏面電極層は、レーザーエッチング条件の最適化及び安定制御が容易となり、レーザー加工時におけるバリの発生を抑制する効果が期待できる。一方で、ＣｕはＡｇよりも酸化されやすく、製膜条件や素子構造（積層構成）により得られるＣｕ薄膜の物性は異なる。このため、特許文献１に記載のＡｇ薄膜の製膜条件をそのままＣｕ薄膜へ適用しても、Ａｇ薄膜を含む裏面電極層を備えた光電変換装置と同等の光電変換効率は得られなかった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、レーザーエッチングが容易であり、且つ、高い発電効率を有する光電変換装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上述のようなＣｕの物性の利点に着目し、Ｃｕ薄膜を裏面電極層に用いた場合でも、高い発電効率を有する光電変換装置の製造方法について鋭意検討した。Ｃｕは高い光反射率を有するが、酸化されやすく、酸化されると光の反射率も低下する。また、光電変換装置に応用した際、金属酸化物を主成分とする裏面透明電極層上に積層されるため、さらに酸化されやすい条件となる。また、太陽電池は屋外に設置され自然環境に曝されるため、耐候性も要求される。従って、高い発電効率を有する光電変換装置とするためには、Ｃｕ薄膜形成工程において酸化を抑制し、更に経年劣化による酸化も抑制し、Ｃｕ薄膜の高い光の反射率を確保することが重要となる。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、基板上に、２つの光電変換層と、裏面電極層とを形成する工程を含む光電変換装置の製造方法であって、前記裏面電極層形成工程が裏面透明電極層形成工程と、Ｃｕ薄膜形成工程とを備え、前記Ｃｕ薄膜形成工程が、順に排気工程と製膜工程とを含み、前記排気工程の到達圧力が、２×１０−４Ｐａ以下であって、前記製膜工程の温度が、１２０℃以上２４０℃以下であることを含む光電変換装置の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明によれば、２つの光電変換層を有する光電変換装置（いわゆる、タンデム型太陽電池）において、裏面電極層側の光電変換層の吸収帯域は波長６５０ｎｍ以上である。従って、裏面電極層としては、波長６５０ｎｍ以上に対する高反射率が要求されることとなる。
Ｃｕ薄膜形成工程における排気工程の到達圧力は、２×１０−４Ｐａ以下が好ましい。それによって、雰囲気中に含まれる水蒸気や酸素が一定以下の濃度（５００ｐｐｍ）まで排除される。従って、Ｃｕ薄膜の酸化を抑制することができ、高い光の反射率が確保できる。また、製膜工程の温度は、１２０℃以上２４０℃以下であることが好ましい。製膜温度を１２０℃以上とすることによって、Ｃｕ薄膜の高い光の反射率が確保される。従って、裏面電極層の短絡電流を増大させ、モジュール出力を向上させることができる。一方、製膜温度が２４０℃を超えると、光電変換層を構成する、例えば、非晶質シリコンｐ層、ｎ層のドーピング材料がｉ層に拡散する。これによって、開放電圧が低くなり、モジュール出力が低下する。モジュール出力は、１５０℃以上２００℃以下でより優れた値となる。
【００１１】
前記製膜工程が、初期ターゲット投入電力密度を印加する初期段階と、定常ターゲット投入電力密度を維持する定常段階とを備え、前記初期ターゲット投入電力密度が定常ターゲット投入電力密度の１０％以上５０％以下であることが好ましい。
【００１２】
Ｃｕ薄膜は、金属酸化物を主成分とする裏面透明電極層上にスパッタ法にて積層される。スパッタ製膜では基板に付着するＣｕのスパッタ粒子のエネルギーが高い。このため裏面透明電極層の主成分である金属酸化物の酸素と反応し、黒色もしくは赤褐色のＣｕ酸化物が形成しダメージを受ける。この界面が酸化された層が厚くなる（すなわち、ダメージが大きくなる）と、裏面電極層の光の反射率が大幅に低下し、モジュール効率の低下につながる。これを回避するためには、Ｃｕ薄膜の初期製膜速度を遅くし、スパッタ粒子のエネルギーを低くし、界面へのダメージに繋がるＣuの酸化を抑制する必要がある。
酸化抑制の観点から、初期ターゲット投入電力密度は低い方が好ましい。また、裏面透明電極層とＣｕ薄膜との界面へかかるダメージを考慮すると、初期ターゲット投入電力密度は定常ターゲット投入電力密度の５０％以下が好ましい。しかし、初期ターゲット投入電力密度が定常ターゲット投入電力密度の１０％より低いと製膜速度が遅くなりすぎて、雰囲気中の不純物ガスを膜中に取り込むため、Ｃｕ薄膜の反射率が低下する。
【００１３】
前記初期ターゲット投入電力密度の印加時間が総製膜時間の１０％以上３０％以下であることが好ましい。
初期ターゲット投入電力密度の印加時間が総製膜時間の３０％を超えると、タクトタイムが長くなるため生産性が低下する。一方、１０％より短いと初期ターゲット投入電力密度を高くせねばならず、上記界面へのダメージが大きくなり、反射率が低下する。
【００１４】
前記製膜工程が、初期ターゲット投入電力密度から定常ターゲット投入電力密度に遷移する遷移段階を備え、前記遷移段階の変化時間が前記総製膜時間の５％以上１０％以下であることが好ましい。
遷移段階にかかる時間が総製膜時間の５％より短いと、上記界面にかかるダメージが少ない状態でのＣｕ製膜が終わる前に、ダメージを与える定常ターゲット投入電力密度での製膜が始まり酸化が進んでしまう。一方、１０％を超えると、設計膜厚が確保できないという理由から、タクトタイムが維持できなくなる。
【００１５】
裏面電極層は、Ｃｕ薄膜上に保護膜を備えてもよい。保護膜を形成する工程は、Ｃｕ薄膜形成工程に含まれてもよく、その場合、大気に接触することなくＣｕ薄膜上に保護膜を積層することができる。保護膜は、例えば大気中の水蒸気や酸素等と接触しないようＣｕ薄膜を保護するためのものである。この保護膜が、Ｃｕ薄膜上に積層されることによって、Ｃｕ薄膜の耐食性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、レーザー加工が容易であり、且つ、発電効率の高い光電変換装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成を表す概略図である。
【図２】本実施形態の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図３】本実施形態の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図４】本実施形態の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図５】本実施形態の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図６】排気工程の到達圧力による薄膜の光の反射率の波長分散を表すグラフである。（ａ）はＣｕ薄膜を用いた場合、（ｂ）はＡｇ薄膜を用いた場合を示す。
【図７】Ｃｕ薄膜製膜時の製膜温度による光の反射率の波長分散を表すグラフである。
【図８】本実施形態に係るタンデム型太陽電池モジュールについて製膜温度と短絡電流との関係を示すグラフである。
【図９】本実施形態に係るタンデム型太陽電池モジュールについて製膜温度と開放電圧との関係を示すグラフである。
【図１０】本実施形態に係るタンデム型太陽電池モジュールについて製膜温度と形状因子との関係を示すグラフである。
【図１１】本実施形態に係るタンデム型太陽電池モジュールについて製膜温度とモジュール出力との関係を示すグラフである。
【図１２】Ｃｕ薄膜製膜時のターゲット投入電力密度制御プロファイルを示すグラフである。
【図１３】金属薄膜製膜時のターゲット投入電力密度制御による反射率の波長分散を表すグラフである。（ａ）はＣｕ薄膜を用いた場合、（ｂ）はＡｇ薄膜を用いた場合を示す。
【図１４】Ｃｕ薄膜の膜厚による光の反射率の波長分散を表すグラフである。
【図１５】本実施形態に係るタンデム型太陽電池モジュールのＣｕ薄膜の膜厚と短絡電流との関係を示すグラフである。
【図１６】本実施形態に係るタンデム型太陽電池モジュールのＣｕ薄膜の膜厚と開放電圧との関係を示すグラフである。
【図１７】本実施形態に係るタンデム型太陽電池モジュールのＣｕ薄膜の膜厚と形状因子との関係を示すグラフである。
【図１８】本実施形態に係るタンデム型太陽電池モジュールのＣｕ薄膜の膜厚とモジュール出力との関係を示すグラフである。
【図１９】Ｔｉ膜の膜厚によるＣｕ薄膜／Ｔｉ膜の光の反射率の波長分散を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置１００は、タンデム型シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、光電変換層３としての第１セル層９１（非晶質シリコン系）及び第２セル層９２（結晶質シリコン系）、中間コンタクト層５、及び裏面電極層４を備える。なお、ここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。また、結晶質シリコン系とは、非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコンや多結晶シリコンも含まれる。
【００１９】
本実施形態に係る光電変換装置の製造方法を、太陽電池パネルを製造する工程を例に挙げて説明する。図２〜図５は、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。
【００２０】
（１）図２（ａ）
基板１としてソーダフロートガラス基板（例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．５ｍｍ〜４．５ｍｍ）を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやＲ面取り加工されていることが望ましい。
【００２１】
（２）図２（ｂ）
透明電極層２として、酸化錫（ＳｎＯ２）を主成分とする膜厚約５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の透明導電膜を、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。この際、透明電極膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明電極層２として、透明電極膜に加えて、基板１と透明電極膜との間にアルカリバリア膜（図示されず）を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。
【００２２】
（３）図２（ｃ）
その後、基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セルの直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板１とレーザー光を相対移動して、溝１０を形成するように幅約６ｍｍから１５ｍｍの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
【００２３】
（４）図２（ｄ）
第１セル層９１として、非晶質シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層及びｎ層を、プラズマＣＶＤ装置により製膜する。ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを主原料にして、減圧雰囲気：３０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃にて、透明電極層２上に太陽光の入射する側から非晶質シリコンｐ層３１、非晶質シリコンｉ層３２、非晶質シリコンｎ層３３の順で製膜する。非晶質シリコンｐ層３１は非晶質のＢドープシリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｉ層３２は、膜厚２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｎ層３３は、非晶質シリコンに微結晶シリコンを含有するＰドープシリコンを主とし、膜厚３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｐ層３１と非晶質シリコンｉ層３２の間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
【００２４】
次に、第１セル層９１の上に、プラズマＣＶＤ装置により、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下にて、第２セル層９２としての結晶質シリコンｐ層４１、結晶質シリコンｉ層４２、及び、結晶質シリコンｎ層４３を順次製膜する。結晶質シリコンｐ層４１はＢドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。結晶質シリコンｉ層４２は微結晶シリコンを主とし、膜厚は１．２μｍ以上３．０μｍ以下である。結晶質シリコンｎ層４３はＰドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００２５】
微結晶シリコンを主とするｉ層膜をプラズマＣＶＤ法で形成するにあたり、プラズマ放電電極と基板１の表面との距離ｄは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下にすることが好ましい。３ｍｍより小さい場合、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離ｄを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。１０ｍｍより大きい場合、十分な製膜速度（１ｎｍ／ｓ以上）を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。
【００２６】
第１セル層９１と第２セル層９２の間に、接触性を改善するとともに電流整合性を取るために半反射膜となる中間コンタクト層５を設ける。中間コンタクト層５として、膜厚：２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ焼結体を用いてスパッタリング装置により製膜する。また、中間コンタクト層５を設けない場合もある。
【００２７】
（５）図２（ｅ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、光電変換層３の膜面側から照射する。パルス発振：１０ｋＨｚから２０ｋＨｚとして、加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの約１００μｍから１５０μｍの横側を、接続溝１１を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板１側から照射しても良く、この場合は光電変換層３の非晶質シリコン系の第１セル層９１で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層３をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
【００２８】
（６）図３（ａ）
本実施形態では、裏面電極層４として、基板側から順に、裏面透明電極層５１、及び、Ｃｕ薄膜５２を備える。この裏面電極層４を形成する工程は、裏面透明電極層形成工程と、Ｃｕ薄膜形成工程とを備える。各工程はともにスパッタ法を用いる。
裏面透明電極層を形成する工程では、スパッタリング装置により裏面透明電極層５１が製膜される。裏面透明電極層５１は、光電変換層３とＣｕ薄膜５２との接触抵抗低減と、光反射向上とを目的として設けられる。裏面透明電極層５１は、金属酸化物を主成分とする透明導電膜であり、例えば、膜厚：５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜とされる。
【００２９】
Ｃｕ薄膜形成工程は、Ｃｕ薄膜５２の製膜前にチャンバー内を真空にする排気工程と、電力を印加して製膜する製膜工程とを備える。雰囲気中の水蒸気や酸素によるＣｕ薄膜５２の酸化を抑制するため、排気工程の到達圧力は２×１０−４Ｐａ以下とし、その後、到達圧力との分圧比（到達圧力／Ａｒガス）が５×１０−４となるようにＡｒガスを導入する。製膜工程の温度は、１２０℃以上２４０℃以下とし、Ｃｕ薄膜：膜厚１００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下を製膜する。
【００３０】
製膜工程のターゲット投入電力密度制御プロファイルは、初期ターゲット投入電力密度を印加する初期段階と、初期ターゲット投入電力密度から定常ターゲット投入電力密度に遷移する遷移段階と、定常ターゲット投入電力密度を維持する定常段階とから構成される。製膜工程における総製膜時間は、タクトで決まる。そこで、目標膜厚に到達するための製膜速度が決まる。この製膜速度はターゲット投入電力密度と比例関係にあるため、目標製膜速度に合わせてターゲット投入電力密度を決める。ただし、ターゲット投入電力密度を制御する場合、制御しない場合と比べて、初期のターゲットパワーを低めに設定するため、製膜速度も低下する。この点を考慮して、定常ターゲット投入電力密度を決める。
初期ターゲット投入電力密度は定常ターゲット投入電力密度の１０％以上５０％以下とし、総製膜時間の１０％以上３０％以下の時間印加する。遷移段階は、総製膜時間の５％以上１０％以下の時間をかけて初期ターゲット投入電力密度から定常ターゲット投入電力密度まで電力密度を変化させる。初期ターゲット投入電力密度が定常ターゲット投入電力密度の５０％を超えると、裏面透明電極層５１とＣｕ薄膜５２との界面へかかるダメージが大きくなり、高い反射率を確保できない。また、初期ターゲット投入電力密度の印加時間が総製膜時間の３０％を超えたり、遷移段階におけるターゲット投入電力密度の印加時間が総製膜時間の１０％を超えると、タクトタイムが維持できなくなる。
【００３１】
Ｃｕ薄膜形成工程では、同じチャンバー内で大気に曝すことなく、Ｃｕ薄膜５２上に保護膜を製膜してもよい。本実施形態では、保護膜はＣｕに対する防食効果が高いＴｉを用い、膜厚は５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下とする。防食効果の高い膜としては、他にＣｒ−Ｏ等の金属酸化膜が上げられるが、酸化物であるため、同一チャンバーで製膜を行うと雰囲気に酸素を放出し、Ｃｕ薄膜の酸化要因となる。また、別チャンバーとするとコストがアップする。金属ではＣｒ、Ａｌ、Ｔｉが用いられる。この中で緻密なＴｉＯ２不動体膜を表面生成させるＴｉが、最も防食効果が強い。また、Ｃｒ、ＡｌはＣｕと合金化し反射特性を低下させる。膜厚が５ｎｍより薄いと、所望の防食効果が得られない。１５０ｎｍより厚いと、ストレスによる剥離が生じやすくなる。
【００３２】
（７）図３（ｂ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、基板１側から照射する。レーザー光が光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの２５０μｍから４００μｍの横側を、溝１２を形成するようにレーザーエッチングする。
【００３３】
（８）図３（ｃ）と図４（ａ）
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部をレーザーエッチングし、直列接続部分で短絡し易い影響を除去する。基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、基板１側から照射する。レーザー光が透明電極層２と光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２が除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板１の端部から５ｍｍから２０ｍｍの位置を、図３（ｃ）に示すように、Ｘ方向絶縁溝１５を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図３（ｃ）では、光電変換層３が直列に接続された方向に切断したＸ方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝１５位置には裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２の膜研磨除去をした周囲膜除去領域１４がある状態（図４（ａ）参照）が表れるべきであるが、基板１の端部への加工の説明の便宜上、この位置にＹ方向断面を表して形成された絶縁溝をＸ方向絶縁溝１５として説明する。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
【００３４】
絶縁溝１５は基板１の端より５ｍｍから１５ｍｍの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール６内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。
【００３５】
尚、以上までの工程におけるレーザー光はＹＡＧレーザーとしているが、ＹＶＯ４レーザーやファイバーレーザーなどの同様に使用できるものがある。
【００３６】
（９）図４（ａ：太陽電池膜面側から見た図、ｂ：受光面の基板側から見た図）
後工程のＥＶＡ等を介したバックシート２４との健全な接着・シール面を確保するために、基板１周辺（周囲膜除去領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域１４を形成する。基板１の端から５〜２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、Ｘ方向は前述の図３（ｃ）工程で設けた絶縁溝１５よりも基板端側において、Ｙ方向は基板端側部付近の溝１０よりも基板端側において、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。
研磨屑や砥粒は基板１を洗浄処理して除去した。
【００３７】
（１０）図４（ａ）（ｂ）
端子箱２３の取付け部分は、バックシート２４に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層で設置して、外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セルと、他方端部の太陽電池発電セルとからＣｕ箔を用いて集電して、太陽電池パネル裏側の端子箱２３の部分から電力が取出せるように処理する。Ｃｕ箔は、各部との短絡を防止するためにＣｕ箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用Ｃｕ箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール６の全体を覆い、基板１からはみ出さないようにＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等による接着充填材シートを配置する。
ＥＶＡの上に、防水効果の高いバックシート２４を設置する。バックシート２４は本実施形態では防水防湿効果が高いようにＰＥＴシート／Ａｌ箔／ＰＥＴシートの３層構造よりなる。
バックシート２４までを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約１５０〜１６０℃でプレスしながら、ＥＶＡを架橋させて密着させる。
【００３８】
（１１）図５（ａ）
太陽電池モジュール６の裏側に端子箱２３を接着剤で取付ける。
（１２）図５（ｂ）
Ｃｕ箔と端子箱２３の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱２３の内部を封止剤（ポッティング剤）で充填して密閉する。これで太陽電池パネル５０が完成する。
（１３）図５（ｃ）
図５（ｂ）までの工程で形成された太陽電池パネル５０について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、ＡＭ１．５、全天日射基準太陽光（１０００Ｗ／ｍ２）のソーラシミュレータを用いて行う。
（１４）図５（ｄ）
発電検査（図５（ｃ））に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
【００３９】
以下に、上述した裏面電極層の形成条件の決定根拠を説明する。
（排気工程の到達圧力）
スパッタリング装置を用いて、ガラス基板上にＣｕ薄膜又はＡｇ薄膜を製膜したものを試験片として、反射率を測定した。排気工程の到達圧力をそれぞれ１×１０−３Ｐａ、２×１０−４Ｐａ、５×１０−５Ｐａとした。図６は、排気工程の到達圧力を変化させたときの金属薄膜の光の反射率の波長分散を示し、（ａ）はＣｕ薄膜、（ｂ）はＡｇ薄膜である。同図において、横軸は波長、縦軸は反射率である。
【００４０】
Ａｇ薄膜は、いずれの到達圧力においても高い反射率が確保された。一方、Ｃｕ薄膜は、到達圧力が２×１０−４Ｐａより高くなると反射率が低下した。ＣｕはＡｇよりも酸化しやすいため、好適な到達真空度の設定が必要となる。Ｃｕ薄膜の酸化を抑制するためには、到達圧力/Ａｒガスの分圧比を５×１０−４以下とすることが好ましい。そうすることで、雰囲気中の水蒸気や酸素の量を５００ｐｐｍ以下とすることができる。上記結果によれば、到達圧力を２×１０−４Ｐａ以下とすることで、Ｃｕ薄膜の酸化がより抑制され、高反射率のＣｕ薄膜を製膜することができる。
【００４１】
また、排気工程の到達圧力を２×１０−４Ｐａ以下とすると、Ｃｕ薄膜及びＡｇ薄膜は、共に６５０ｎｍ以上の波長で安定した反射率が得られた。タンデム型太陽電池において、裏面電極層に到達する波長は６５０ｎｍ以上であることから、Ｃｕ薄膜がタンデム型太陽電池に適用可能であることが確認できた。
【００４２】
（製膜温度）
スパッタリング装置を用いて、ガラス基板上に膜厚２００ｎｍのＣｕ薄膜を製膜したものを試験片として、反射率を測定した。到達圧力を２×１０−４Ｐａ以下に排気した後、スパッタガスとしてＡｒガスを導入し、放電を発生させ、製膜を行った。このとき、製膜温度をそれぞれ１００℃、１１０℃、１２０℃、１７０℃、２４０℃、２５０℃とした。
図７に、膜厚２００ｎｍのＣｕ薄膜を製膜したときの製膜温度による反射率の波長分散を示す。同図において、横軸は波長、縦軸は反射率である。６５０ｎｍ以上の波長において、製膜温度を１２０℃以上としたとき、反射率９７％以上のＣｕ薄膜を製膜することができた。
上記と同様にＣｕ薄膜を製膜して裏面電極層を形成したタンデム型太陽電池のモジュールを作製し、その性能を確認した。モジュールの構成を以下に示す。
透明電極層は、膜厚５００〜８００ｎｍのＳｎＯ２とした。非晶質シリコンからなる第１のセル層は、ｐ層の膜厚を１０〜３０ｎｍ、ｉ層の膜厚を２００〜３５０ｎｍ、ｎ層の膜厚を３０〜５０ｎｍとした。中間コンタクト層は、膜厚２０〜１００ｎｍのＧＺＯ膜とした。結晶質シリコンからなる第２のセル層は、ｐ層の膜厚を１０〜５０ｎｍ、ｉ層の膜厚を１．２〜３．０μｍ、ｎ層の膜厚を２０〜５０ｎｍとした。
裏面透明電極層は、膜厚５０〜１００ｎｍのＧＺＯ膜とした。保護膜は、膜厚５〜１５０ｎｍのＴｉ膜とした。
図８〜図１１に、Ｃｕ薄膜形成工程において、８０℃〜２６０℃で製膜温度を変化させたときのタンデム型太陽電池モジュールの短絡電流、開放電圧、形状因子、及びモジュール出力を示す。同図において、横軸は製膜温度、縦軸はそれぞれ短絡電流、開放電圧、形状因子、及びモジュール出力の規格値である。
製膜温度を高くすると短絡電流及び開放電圧は増大し、モジュール出力及び形状因子も向上した。一方、製膜温度が２４０℃を超えると、開放電圧が著しく低くなり、モジュール出力が低下した。これは、第１セル層のｐ層及びｎ層のドーピング材料がｉ層に拡散したためと考えられる。上記結果によれば、製膜温度を１２０℃以上２４０℃以下とすると優れたモジュール効率が得られる。モジュール出力は１５０〜２００℃のときに最大となったことから、好ましくは１５０℃以上２００℃以下とするとより優れたモジュール効率が得られる。
【００４３】
（ターゲット投入電力密度制御プロファイル）
図１２に、Ｃｕ薄膜を形成する工程における製膜工程のターゲット投入電力密度の制御プロファイルを例示する。同図において、横軸は製膜時間（規格値）、縦軸はターゲット投入電力密度（規格値）である。制御プロファイルは、初期ターゲット投入電力密度を印加する初期段階と、初期ターゲット投入電力密度から定常ターゲット投入電力密度に遷移する遷移段階と、定常ターゲット投入電力密度を維持する定常段階とを備える。
制御プロファイル１では、初期段階の初期ターゲット投入電力密度を定常ターゲット投入電力密度の２０％とし、総製膜時間の２０％の時間をかけて電力を印加した。遷移段階では、総製膜時間の１０％の時間をかけて初期ターゲット投入電力密度から定常ターゲット投入電力密度まで上げ、製膜した。
制御プロファイル２では、初期段階の初期ターゲット投入電力密度を定常ターゲット投入電力密度の４０％とし、総製膜時間の１０％の時間をかけて電力を印加した。遷移段階では、総製膜時間の１０％の時間をかけて初期ターゲット投入電力密度から定常ターゲット投入電力密度まで上げ、製膜した。
【００４４】
スパッタリング装置を用いて、ガラス基板上にＣｕ薄膜又はＡｇ薄膜を製膜したものを試験片として、反射率を測定した。
図１３に、金属薄膜製膜時のターゲット投入電力密度制御の有無によるＣｕ薄膜の光の反射率の波長分散を示す。（ａ）はＣｕ薄膜、（ｂ）はＡｇ薄膜である。同図において、横軸は波長、縦軸は反射率である。Ａｇ薄膜を用いた場合、ターゲット投入電力密度制御の有無に関わらず高い光の反射率が確保された。一方、Ｃｕ薄膜を用いた場合、ターゲット投入電力密度を制御しないと、反射率は低下した。ＣｕはＡｇよりも酸化しやすいため、酸化を抑制するためには、ターゲット投入電力密度の制御が必要となることが確認された。
【００４５】
Ｃｕを用いたときの制御プロファイル１と制御プロファイル２を比較すると、制御プロファイル１の方が高い光の反射率を確保できた。これは、製膜工程の初期段階においてターゲット投入電力密度を低くし、印加時間を長くしたことで、裏面透明電極層とＣｕ薄膜との界面へかかるダメージが小さくなって、酸化が抑制されたためである。金属酸化物を主成分とする裏面透明電極層上にＣｕ薄膜を積層して応用する場合、界面でＣｕ薄膜が酸化されやすい状態となるが、上記結果によれば、界面でのＣｕ薄膜の酸化を抑制できる。
【００４６】
（Ｃｕ薄膜の膜厚の影響）
スパッタリング装置を用いて、ガラス基板上にＣｕ薄膜を製膜したものを試験片として、光の反射率を測定した。到達圧力を２×１０−４Ｐａ以下に排気した後、スパッタガスとしてＡｒガスを導入し、放電を発生させ、製膜を行った。
図１４に、Ｃｕ薄膜の膜厚を変化させたときの光の反射率の波長分散を示す。同図において、横軸は波長、縦軸は反射率である。Ｃｕ薄膜の膜厚は、８０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、４００ｎｍ、４５０ｎｍとした。膜厚が１００ｎｍ以上のとき、高い反射率が確保できた。図には示さないが、Ａｇ薄膜の場合は、２００ｎｍ以上でないと、高い反射率を確保できなかった。
【００４７】
上記と同様にＣｕ薄膜を製膜して裏面電極層を形成したタンデム型太陽電池のモジュールを作製し、その性能を確認した。モジュールの構成は、上記で製膜温度を検討したときと同様とした。
図１５〜図１８に、Ｃｕ薄膜の膜厚を変化させたときのタンデム型太陽電池モジュールの短絡電流、開放電圧、形状因子、及びモジュール出力を示す。同図において、横軸はＣｕ薄膜の膜厚、縦軸はそれぞれ短絡電流、開放電圧、形状因子、及びモジュール出力の規格値である。Ｃｕ薄膜の膜厚を厚くすると短絡電流及び開放電圧は増大し、モジュール出力及び形状因子も向上した。一方、Ｃｕ薄膜の膜厚が４５０ｎｍを超えると、レーザーエッチングによる加工精度が低下するため、形状因子が低下した。上記結果によれば、Ｃｕ薄膜の厚さを１００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下とすると優れたモジュール効率が得られる。
【００４８】
（レーザー加工条件の確認）
上記試験片を用いて、レーザーエッチングしたときのバリの発生を観察した。レーザーエッチング時のパルス発振を１３ｋＨｚとしたときのレーザーパワーは、Ａｇを備えた裏面電極層が０．２４〜０．２６Ｗの範囲が最適であった。これに対して、Ｃｕ薄膜を備えた裏面電極層では０．２０〜０．３０Ｗの範囲が最適であった。このため、Ｃｕ薄膜を備えた裏面電極層をレーザーエッチングした際にバリの発生もなく、安定して加工できた。上記結果によれば、レーザー加工条件の最適範囲がＡｇ薄膜の場合よりも広がり、レーザーパワー変動などに対し高いロバスト性が得られた。
【００４９】
（保護膜）
スパッタリング装置を用いて、ガラス基板上にＣｕ薄膜を製膜した後、同チャンバー内でＴｉを積層したものを試験片として、基板側から光を入射させたときの反射率を測定した。到達圧力は２×１０−４Ｐａとし、製膜温度は２００℃とした。Ｔｉ膜の膜厚は、３ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍとした。反射率はＪＩＳ  Ｒ  ３１０６に従って測定した。標準試料は白板とした。
図１９に、Ｔｉ膜の膜厚を変えた試験片を大気中２００℃で４５分間加熱処理したときのＣｕ薄膜／Ｔｉ膜の光の反射率の波長分散を示す。膜厚が３ｎｍのとき、反射率は低下した。膜厚が５０ｎｍより厚くなるとＣｕ薄膜との密着力の安定性が低下し、ストレスによる剥離の確率が生産枚数の１％となった。更に１５０ｎｍより厚くなると、５％の確率で剥離するようになった。上記結果によれば、Ｃｕ薄膜を防食のための保護膜を膜厚：５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下のＴｉ膜とすることで、剥離することなくＣｕ薄膜の高反射率を確保することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  基板
２  透明電極層
３  光電変換層
４  裏面電極層
５  中間コンタクト層
６  太陽電池モジュール
１０、１２  溝
１１  接続溝
１４  周囲膜除去領域
１５  絶縁溝
２３  端子箱
２４  バックシート
３１  非晶質シリコンｐ層
３２  非晶質シリコンｉ層
３３  非晶質シリコンｎ層
４１  結晶質シリコンｐ層
４２  結晶質シリコンｉ層
４３  結晶質シリコンｎ層
５０  太陽電池パネル
５１  裏面透明電極層
５２  Ｃｕ薄膜
９１  第１セル層
９２  第２セル層
１００  光電変換装置（タンデム型シリコン系太陽電池）
【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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