(57)【要約】【課題】薄膜太陽電池の裏面電極の特性を向上させる。【解決手段】薄膜太陽電池の光入射側とは反対側の面に裏面電極層として透明電極層及び金属層の積層構造を形成する際に、１つの基板１０に対して透明電極層の成膜を終了するタイミングと金属層の成膜を開始するタイミングとを合わせる。【選択図】図３
2011009494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜太陽電池を形成する太陽電池の製造方法であって、
前記薄膜太陽電池の光入射側とは反対側の面に裏面電極層として透明電極層及び金属層の積層構造を形成する際に、１つの前記基板に対して前記透明電極層の成膜を終了するタイミングと前記金属層の成膜を開始するタイミングとを合わせることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池の製造方法において、
前記透明電極層及び前記金属層の積層構造を形成する際に、１つの前記基板に対して前記透明電極層の成膜を終了してから１０秒以内に前記金属層の成膜を開始することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の太陽電池の製造方法であって、
前記透明電極層は、酸化亜鉛であることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽電池の製造方法であって、
前記酸化亜鉛にはマグネシウムが添加されていることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多結晶、微結晶またはアモルファスシリコンを用いた太陽電池が知られている。特に、微結晶またはアモルファスシリコンの薄膜を積層した構造を有する太陽電池は、資源消費の観点、コストの低下の観点および効率化の観点から注目されている。
【０００３】
一般的に、薄膜太陽電池は、表面が絶縁性の基板上に表面電極、１以上の半導体薄膜光電変換ユニット及び裏面電極を順に積層して形成される。それぞれの太陽電池ユニットは、光入射側からｐ型層、ｉ型層及びｎ型層を積層して構成される。また、裏面電極を透明導電膜及び金属膜の積層構造とすることによって入射光を反射させ、半導体薄膜光電変換ユニットでの光電変換効率を向上させる技術が用いられている。
【０００４】
例えば、透明導電性金属化合物と金属との隣設するプラズマ領域中を、透明導電性金属化合物側から金属側に向かって基板を移動させることによって、半導体薄膜光電変換ユニット上に透明導電性金属化合物層と金属層よりなる裏面電極層を積層する方法が開示されている（特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４１９１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、裏面電極として透明導電膜と金属膜と積層構造を採用した場合、透明電極膜上に金属膜を形成する。このとき、透明電極膜の成膜終了から金属膜の成膜開始までの待ち時間が長くなると、透明電極膜をスパッタリングするためのプラズマに曝されている間に基板に帯電した電荷が放出され、金属膜をスパッタリングするためのプラズマに曝されたときにプラズマ電位と基板電位との関係で透明導電膜や金属膜の膜質を低下させるおそれがある。
【０００７】
また、透明電極膜をスパッタリングするためのプラズマを通過後、金属膜をスパッタリングするためのプラズマに到達するまで待ち時間が長くなると、透明電極膜の成膜時におけるスパッタリングのプラズマによる基板の加熱を生かせず、金属膜の成膜前に基板の温度が低下してしまう。
【０００８】
特に、基板を移動させつつ、透明電極膜をスパッタリングするためのプラズマ内を通過させ、さらに金属膜をスパッタリングするためのプラズマ内を通過させるインライン型の製造装置では、１つの基板において透明電極膜をスパッタリングするためのプラズマを先に通過する領域と後に通過する領域とにおいて基板温度の面内分布が発生してしまう。このような、面内分布は、形成される透明電極膜及び金属膜の特性に影響を及ぼし、膜の面内不均一性を高めたり、膜質の低下を招いたりするおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決することができる太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの態様は、基板上に薄膜太陽電池を形成する太陽電池の製造方法であって、薄膜太陽電池の光入射側とは反対側の面に裏面電極層として透明電極層及び金属層の積層構造を形成する際に、１つの基板に対して透明電極層の成膜を終了するタイミングと金属層の成膜を開始するタイミングとを合わせる、太陽電池の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、太陽電池の裏面電極の膜質を向上させ、太陽電池の発電効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】太陽電池の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における太陽電池の裏面電極の製造方法を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態における太陽電池の裏面電極の製造方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、タンデム型太陽電池１００の構成例を示す断面図である。タンデム型太陽電池１００は、基板１０を光入射側として、光入射側から、表面電極膜１２、トップセルとして広いバンドギャップを有するアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）ユニット（光電変換ユニット）１０２、中間層１４、ボトムセルとしてａ−Ｓｉユニット１０２よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）ユニット（光電変換ユニット）１０４、第１裏面電極層１６、第２裏面電極層１８、充填材２０及びバックシート２２を積層した構造を有している。
【００１４】
基板１０は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料が用いられる。基板１０上に表面電極膜１２が形成される。表面電極膜１２は、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等を含有させた透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低く、耐プラズマ特性にも優れているので好適である。表面電極膜１２は、例えば、スパッタリング等により形成することができる。表面電極膜１２の膜厚は５００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の範囲とすることが好適である。また、表面電極膜１２の表面には光閉じ込め効果を有する凹凸を設けることが好適である。
【００１５】
表面電極膜１２上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層のシリコン系薄膜を順に積層してａ−Ｓｉユニット１０２を形成する。ｐ型層及びｎ型層は、ｐ型ドーパント又はｎ型ドーパントが添加されたアモルファスシリコン薄膜、アモルファス炭化シリコン薄膜、微結晶シリコン薄膜、微結晶炭化シリコン膜等の半導体薄膜を単層又は複数層を含む。ａ−Ｓｉユニット１０２の発電層となるｉ型層は、アモルファスシリコン薄膜とされる。ａ−Ｓｉユニット１０２は、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ジクロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）等のシリコン含有ガス、メタン（ＣＨ4）等の炭素含有ガス、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ3）等のｎ型ドーパント含有ガス及び水素（Ｈ2）等の希釈ガスを混合した原料ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００１６】
例えば、膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のボロンが添加されたｐ型微結晶シリコン層（ｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）、膜厚１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のドーパントが添加されていないｉ型アモルファスシリコン層（ｉ型α−Ｓｉ：Ｈ）及び膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のリンが添加されたｎ型微結晶シリコン層（ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）を積層して構成される。
【００１７】
ａ−Ｓｉユニット１０２上には、中間層１４が形成される。中間層１４は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を用いることが好適である。特に、マグネシウム（Ｍｇ）を含有させた酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化シリコン（ＳｉＯｘ）を用いることが好適である。中間層１４は、例えば、スパッタリング等により形成することができる。中間層１４の膜厚は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲とすることが好適である。なお、中間層１４は、設けなくてもよい。
【００１８】
中間層１４上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層のシリコン系薄膜を順に積層してμｃ−Ｓｉユニット１０４を形成する。ｐ型層及びｎ型層は、ｐ型ドーパント又はｎ型ドーパントが添加されたアモルファスシリコン薄膜、アモルファス炭化シリコン薄膜、微結晶シリコン薄膜、微結晶炭化シリコン膜等の半導体薄膜を単層又は複数層を含む。μｃ−Ｓｉユニット１０４の発電層となるｉ型層は、微結晶シリコン薄膜とされる。μｃ−Ｓｉユニット１０４は、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ジクロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）等のシリコン含有ガス、メタン（ＣＨ4）等の炭素含有ガス、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ3）等のｎ型ドーパント含有ガス及び水素（Ｈ2）等の希釈ガスを混合した原料ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００１９】
例えば、膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のボロンが添加されたｐ型微結晶シリコン層（ｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）、膜厚５００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下のドーパントが添加されていないｉ型微結晶シリコン層（ｉ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）及び膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のリンが添加されたｎ型微結晶シリコン層（ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）を積層して構成される。
【００２０】
μｃ−Ｓｉユニット１０４上に、第１裏面電極層１６と第２裏面電極層１８との積層構造を形成する。第１裏面電極層１６としては、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）が用いられる。また、第２裏面電極層１８としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の反射性金属が用いられる。第１裏面電極層１６及び第２裏面電極層１８は、合わせて５００ｎｍ程度の膜厚とすることが好適である。第１裏面電極層１６及び第２裏面電極層１８の少なくとも一方には、光閉じ込め効果を高めるための凹凸を設けることが好適である。第１裏面電極層１６及び第２裏面電極層１８の製造方法については後述する。
【００２１】
さらに、充填材２０によって第２裏面電極層１８の表面をバックシート２２で被う。充填材２０及びバックシート２２は、ＥＶＡ、ポリイミド等の樹脂材料とすることができる。これによって、タンデム型太陽電池１００の発電層への水分の侵入等を防ぐことができる。
【００２２】
以下、図２及び図３を参照しつつ、本実施の形態における第１裏面電極層１６及び第２裏面電極層１８の製造方法について説明する。
【００２３】
本実施の形態における第１裏面電極層１６及び第２裏面電極層１８の製造方法では、インライン型のスパッタリング装置を用いる。インライン型のスパッタリング装置では、基板１０を第１裏面電極層１６の反応室２００、第２裏面電極層１８の反応室２０２と順に移動させつつ、成膜対象となる第１裏面電極層１６の透明電極膜のターゲット３０、第２裏面電極層１８の金属膜のターゲット３２をプラズマによってスパッタリングして成膜を行う。
【００２４】
インライン型のスパッタリング装置には、さらに２層以上の裏面電極層を成膜するための反応室を設けてもよい。例えば、第１裏面電極層１６となる透明電極膜を酸化亜鉛
（ＺｎＯ）に対してマグネシウム（Ｍｇ）を含有させた酸化亜鉛（Ｍｇ：ＺｎＯ）の積層構造としてもよい。また、第２裏面電極層１８となる金属膜を銀（Ａｇ）とチタン（Ｔｉ）との積層構造としてもよい。このような多層積層構造とすることによって、太陽電池の裏面における反射率を向上させ、太陽電池の発電効率を高めることができる。
【００２５】
ここでは、反応室２００は、第１裏面電極層１６として最後に成膜される透明電極膜を成膜するものとし、反応室２０２は、第２裏面電極層１８として最初に成膜される金属膜を成膜するものとして説明を行う。
【００２６】
反応室２００，２０２は、スパッタリング装置を含んで構成される。スパッタリング装置は、直流（ＤＣ）スパッタリング、高周波スパッタリング、マグネトロンスパッタリング等を適用することができる。反応室２００，２０２は、それぞれ真空ポンプによって排気後、ガス供給システムからアルゴンガス又はアルゴンガス及び酸素ガスの混合ガス等のガスが導入される。その後、電力を導入して、反応用ガスのプラズマ４０，４２を発生させ、ターゲット３０，３２をスパッタし、搬送される基板１０上に透明電極膜及び金属膜を成膜する。
【００２７】
第１裏面電極層１６として酸化亜鉛（ＺｎＯ）又はマグネシウム（Ｍｇ）を含有させた酸化亜鉛（Ｍｇ：ＺｎＯ）を成膜する際の成膜条件の例を表１に示す。また、第２裏面電極層１８として銀（Ａｇ）を成膜する際の成膜条件の例を表２に示す。さらに、第２裏面電極層１８として銀（Ａｇ）上にチタン（Ｔｉ）を成膜する際の成膜条件の例も表２に併せて示す。
【表１】
2011009494.tif 000003
【表２】
2011009494.tif 000004
【００２８】
本実施の形態では、図３に示すように、１つの基板１０に対して、第１裏面電極層１６として最後に成膜される透明電極膜の成膜終了のタイミングと、第２裏面電極層１８として最初に成膜される金属膜の成膜開始のタイミングとを合わせる。すなわち、第１裏面電極層１６として最後に成膜される透明電極膜の成膜のためのスパッタリングのプラズマを通り抜け出るタイミングが、第２裏面電極層１８として最初に成膜される金属膜の成膜のためのスパッタリングのプラズマに入るタイミングと一致するようにスパッタリング装置を構成する。
【００２９】
このとき、タイミングは完全に一致することが好ましいが、第１裏面電極層１６として最後に成膜される透明電極膜の成膜終了のタイミングから第２裏面電極層１８として最初に成膜される金属膜の成膜開始のタイミングまでの待機時間は少なくとも１０秒以内とすることが好適である。
【００３０】
これによって、透明電極膜の成膜終了から金属膜の成膜開始までの待機時間がほぼ無くなり、透明電極膜のプラズマに曝されている間に基板に帯電した電荷が放出されることなく、次の金属膜のプラズマに曝されるので、基板に帯電した電荷の放出を従来方法より抑制することができ、プラズマ電位と基板電位との関係で透明導電膜や金属膜の膜質が低下することを抑制することができる。
【００３１】
また、第１裏面電極層１６としての透明電極膜の成膜終了から第２裏面電極層１８としての金属膜の成膜開始までの待ち時間がなくなり、透明電極膜の成膜時におけるプラズマ４０によって基板１０が加熱された状態を維持しつつ、金属膜の成膜時におけるプラズマ４２による基板１０の加熱を直ちに開始することができる。したがって、透明電極膜の成膜終了時から金属膜の成膜開始時までの基板１０の温度の低下を小さくすることができる。１つの基板１０について、透明電極膜の原料のプラズマを先に通過する領域と後に通過する領域とにおける温度の面内分布を従来方法より小さくすることができ、膜の面内不均一性を抑制でき、膜質の向上を図ることができる。
【００３２】
特に、第１裏面電極層１６としてマグネシウム（Ｍｇ）を含有させた酸化亜鉛（Ｍｇ：ＺｎＯ）を成膜する場合、基板１０の面内の温度分布が大きくなると、実際にプラズマに曝されて成膜が行われている領域の温度も低下してしまい、成膜領域においてマグネシウム（Ｍｇ）による亜鉛（Ｚｎ）のサイトの置換が起こり難くなり、所望の特性を得られなくなる場合がある。本実施の形態では、成膜時における基板１０の面内温度分布を小さくすることができるので、酸化亜鉛（ＺｎＯ）へのマグネシウム（Ｍｇ）の添加を適切に行うことができる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、ａ−Ｓｉユニット１０２とμｃ−Ｓｉユニット１０４とを積層したタンデム型太陽電池１００の裏面電極の製造方法を例に説明したが、これに限定されるものではなく、薄膜型太陽電池の裏面電極であれば適用することができる。例えば、ａ−Ｓｉユニット１０２又はμｃ−Ｓｉユニット１０４の単独の太陽電池の裏面電極に適用してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０  基板、１２  表面電極膜、１４  中間層、１６  第１裏面電極層、１８  第２裏面電極層、２０  充填材、２２  バックシート、３０  透明電極膜のターゲット、３２  金属膜のターゲット、４０  透明電極膜の成膜のためのプラズマ、４２  金属膜の成膜のためのプラズマ、１００  タンデム型太陽電池、２００，２０２  反応室。
【図１】
2011009494.tif 000005
【図２】
2011009494.tif 000006
【図３】
2011009494.tif 000007