(57)【要約】【課題】  内部直列構造をデッドスペースが少なく、かつ少ない工程で発電効率、生産効率の観点から優れた薄膜太陽電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】  薄膜太陽電池は、縁性基板上に形成された複数の分離溝で分離された複数の裏面電極と、裏面電極上に形成された光電変換層と、光電変換層上に形成されたバッファ層と、バッファ層上に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成された透明電極とを有する。分離溝とは異なる位置に所定の間隔で複数形成された、透明電極から裏面電極に達する開口溝により光電変換層、バッファ層、絶縁層および透明電極により構成される太陽電池ユニットが複数形成される。各太陽電池ユニットには光電変換層、バッファ層および絶縁層の開口溝に面した部分が改質されて裏面電極と透明電極とを導通させるコンタクト層が形成されており、コンタクト層により各太陽電池ユニットが電気的に直列に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板上に形成され、所定の間隔に設けられた複数の分離溝で互いに分離された複数の裏面電極と、
前記裏面電極上に形成され、化合物半導体層から構成される光電変換層と、
前記光電変換層上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された透明電極とを有し、
前記分離溝とは異なる位置に所定の間隔で複数形成された、前記透明電極から前記裏面電極に達する開口溝により、前記光電変換層、前記バッファ層、前記絶縁層および前記透明電極により構成される太陽電池ユニットが複数形成され、
前記各太陽電池ユニットには前記光電変換層、前記バッファ層および前記絶縁層の前記開口溝に面した部分が改質されて前記裏面電極と前記透明電極とを導通させるコンタクト層が形成されており、前記コンタクト層により前記各太陽電池ユニットが電気的に直列に接続されていることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記コンタクト層は、前記太陽電池ユニットが前記開口溝に面する部分のうち、前記分離溝に近い側に形成される請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記絶縁性基板は、ソーダライムガラス、高歪点ガラス、または金属基板の表面に電気絶縁層が形成された絶縁層付基板である請求項１または２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記化合物半導体は、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体である請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
前記化合物半導体は、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体である請求項４に記載の薄膜太陽電池。
【請求項６】
前記Iｂ族元素は、ＣｕおよびＡｇからなる群より選択された少なくとも１種であり、
前記IIIｂ族元素は、Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種であり、
前記VIｂ族元素は、Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種である請求項５に記載の薄膜太陽電池。
【請求項７】
前記絶縁層は、ノンドープのＺｎＯ層により構成される請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池。
【請求項８】
前記電気絶縁層は、アルミニウムの陽極酸化膜である請求項３〜７のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池。
【請求項９】
前記金属基板は、アルミニウム板、アルミニウム合金板、合金鋼板、または金属基材とアルミニウム基材とが積層されて一体化された積層板により構成される請求項３〜８のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１０】
絶縁性基板上に導電膜を形成し、前記導電膜に分離溝を所定の間隔で複数形成して互いに分離された複数の裏面電極を形成する工程と、
前記分離溝を埋めつつ、前記裏面電極上に化合物半導体層を光電変換層として形成する工程と、
前記光電変換層上にバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に透明電極を形成する工程と、
前記透明電極から前記裏面電極に達する開口溝を、前記分離溝とは異なる位置に所定の間隔で複数形成し、前記光電変換層、前記バッファ層、前記絶縁層および前記透明電極により構成される太陽電池ユニットを複数形成する工程と、
前記各太陽電池ユニットについて、前記光電変換層、前記バッファ層、および前記絶縁層の前記開口溝に面した部分にレーザビームを照射して改質し、前記裏面電極と前記透明電極とを導通させるコンタクト層を形成する工程とを有し、
前記コンタクト層により、前記各太陽電池ユニットが電気的に直列に接続されることを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
絶縁性基板上に導電膜を形成し、前記導電膜に分離溝を所定の間隔で複数形成して互いに分離された複数の裏面電極を形成する工程と、
前記分離溝を埋めつつ、前記裏面電極上に化合物半導体層を光電変換層として形成する工程と、
前記光電変換層上にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に透明電極を形成する工程と、
前記透明電極の表面からレーザビームを、前記裏面電極が分離溝に隣接する領域または前記分離溝に一部が重なる領域に照射して、前記光電変換層、前記バッファ層および前記絶縁層を改質し、前記裏面電極と前記透明電極とを導通させるコンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層に隣接し、かつ前記分離溝の反対側に前記裏面電極に達する開口溝を、前記分離溝とは異なる位置に所定の間隔で複数形成し、前記光電変換層、前記バッファ層、前記絶縁層および前記透明電極により構成される太陽電池ユニットを複数形成する工程とを有し、
前記コンタクト層により、前記各太陽電池ユニットが電気的に直列に接続されることを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記コンタクト層を形成する工程は、前記太陽電池ユニットが前記開口溝に面する部分のうち、前記分離溝に近い側の部分に前記レーザビームを照射して改質する請求項１０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記コンタクト層を形成する工程に用いられる前記レーザビームは、波長が前記透明電極が吸収しない波長帯である請求項１０〜１２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１４】
前記コンタクト層を形成する工程に用いられる前記レーザビームは、波長が４００ｎｍよりも長く、パルス発振されたもの、または連続発振されたものである請求項１３に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記コンタクト層を形成する工程に用いられる前記レーザビームは、レーザ結晶としてＮｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＶＯ４を用い、レーザダイオードによる励起により発振させた基本波のレーザビーム、または第二高調波のレーザビームである請求項１０〜１４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１６】
前記絶縁層は、ノンドープのＺｎＯ層により構成される請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の薄膜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、化合物系の太陽電池であるカルコパイライト型の薄膜太陽電池およびその製造方法に関し、特に、モノリシック（内部直列接続構造）な内部直列構造の薄膜太陽電池をデッドスペースが少なく、かつ少ない工程で製造する薄膜太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽電池の研究が盛んに行われている。太陽電池を構成する太陽電池モジュールは、光吸収により電流を発生する半導体の光電変換層を裏面電極と透明電極とで挟んだ積層構造の太陽電池ユニットが絶縁性基板上に多数直列に接続されている。
次世代の太陽電池モジュールとして、光電変換層に化合物系のＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）を用いたものが検討されている。
この化合物系の光電変換層を用いた太陽電池モジュールは、効率が比較的高く、光吸収率が高いため薄膜化できることから、材料費を抑えることができる。このため、コストが低い太陽電池モジュールの候補の一つとして盛んに研究されている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された化合物系の光電変換層を有する薄膜太陽電池モジュールは、太陽電池ユニット（ユニットセル）を直列接続した構造を有している。特許文献１の薄膜太陽電池モジュールは、例えば、絶縁性基板上に、下部電極層、ＣＩＳ膜またはＣＩＧＳ膜とＣｄＳ膜とを接合したｐｎ接合層、および上部電極層がこの順に形成されて太陽電池ユニット（ユニットセル）が構成されている。ｐｎ接合層が除去されている部分において上部電極層が下部電極層と接触することにより、隣接する太陽電池ユニット（ユニットセル）が直列接続されている。
【０００４】
特許文献１においては、ＣＩＳ膜またはＣＩＧＳ膜とＣｄＳ膜とを接合したｐｎ接合層の一部をレーザビームを用いて除去して、このｐｎ接合層を分割する。その後、上部電極層として、ＺｎＯ膜、ＺｎＯ：Ａｌ膜、ＩＴＯ膜をスパッタ法により形成する。特許文献１においては、このようにして薄膜太陽電池モジュールを製造している。
【０００５】
また、特許文献１に記載された方法以外にも、従来、図６（ａ）〜（ｈ）に示す方法でＣＩＧＳの光電変換層を備える太陽電池モジュール１２０が製造される。
この場合、まず、図６（ａ）に示すように、絶縁性基板１００の表面に、導電膜１０２として、例えば、モリブデン（Ｍｏ）膜を形成する。
次に、図６（ｂ）に示すように、導電膜１０２に、例えば、レーザースクライブにより分離溝１０３を形成して、互いに分離された下部電極１０４を形成する。
次に、図６（ｃ）に示すように、分離溝１０３および下部電極１０４を覆うように、光電変換層１０６としてＣＩＧＳ膜を形成する。
【０００６】
次に、図６（ｄ）に示すように、この光電変換層１０６上に、バッファ層１０８としてＣｄＳ膜を、例えば、ＣＢＤ（ケミカルバスデポジション）法で形成する。
次に、図６（ｅ）に示すように、バッファ層１０８上にノンドープＺｎＯ（ｉ−ＺｎＯ）膜１１０を、例えば、ＲＦスパッタ法で形成する。
次に、図６（ｆ）に示すように、光電変換層１０６、バッファ層１０８およびｉ−ＺｎＯ膜１１０をまとめて、分離溝１０３とは異なる位置に、メカニカルスクライブまたはレーザースクライブにより、下部電極１０４に達する第２の溝１１１を形成し、光電変換層１０６、バッファ層１０８およびｉ−ＺｎＯ膜１１０を分割する。
【０００７】
次に、図６（ｇ）に示すように、ｉ−ＺｎＯ膜１１０および第２の溝１１１を覆うように、透明電極１１２として、ＡｌがドープされたＺｎＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）膜を、例えば、スパッタ法で形成する。
次に、図６（ｈ）に示すように、分離溝１０３および第２の溝１１１とは異なる位置に、下部電極１０４に達する第３の溝１１３を、例えば、メカニカルスクライブにより形成する。このようにして、太陽電池モジュール１２０を形成する。
【０００８】
また、特許文献２に記載の太陽電池においては、基板の上部に形成された下部電極層（Ｍｏ電極層）と、銅・インジウム・ガリウム・セレンを含む光吸収層（ＣＩＧＳ光吸収層）と、光吸収層薄膜の上に、ＩｎＳ、ＺｎＳ、ＣｄＳ等で形成される高抵抗のバッファ層薄膜と、ＺｎＯＡｌ等で形成される上部電極薄膜（ＴＣＯ）とから１つの単位セルが形成されている。さらに、特許文献２では、単位セルを接続する目的で、上部電極と下部電極とを接続するコンタクト電極の一部が、素子分離のスクライブ（第３のスクライブ）で形成された分割線と隣接するように形成されている。特許文献２においては、素子分離のスクライブ（第３のスクライブ）に、波長が３５５ｎｍのレーザビームが用いられる。
【０００９】
特許文献２の太陽電池は、図７（ａ）〜（ｇ）に示す工程により形成される。
なお、特許文献２の製造方法のうち図７（ａ）〜（ｄ）に示す工程は、上述の図６（ａ）〜（ｄ）の工程と同じであるため、その詳細な説明は省略し、図７（ｅ）の工程から説明する。
【００１０】
図７（ｅ）に示すように、分離溝１０３の端部に接するように、波長が３５５ｎｍのレーザビームを照射して改質層１３０を形成する。
次に、図７（ｆ）に示すように、バッファ層１０８上に透明電極１１２を、例えば、スパッタ法で形成する。
次に、図７（ｇ）に示すように、分離溝１０３および改質層１３０とは異なる位置に、下部電極１０４に達する第３の溝１１３ａを、メカニカルスクライブにより形成する。このようにして、特許文献２の太陽電池が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−３１２８１５号公報
【特許文献２】特開２００７−３１７８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１では、ｐｎ接合層においてバッファ層（ＣｄＳ膜）の上に薄い絶縁層を形成しないと、リーク電流が生じ特性が悪くなるという欠点があり、バッファ層（ＣｄＳ膜）上に絶縁層を追加するための成膜工程が必要となる。このため、ＣｄＳ成膜後、真空装置で絶縁層を形成し、大気中に取り出し、レーザースクライブを行い、引き続き真空装置に入れて上部電極層を形成する工程が必要となるという問題がある。しかも、特許文献１においては、ｐｎ接合層が除去されてできた段差部に上部電極層を形成することになり、段差部に形成された上部電極層の段切れが生じるという問題がある。すなわち、上部電極層が断線してしまうという問題がある。
【００１３】
また、特許文献２でも、高抵抗のバッファ層薄膜（ＣｄＳ薄膜）の上に薄い絶縁層を形成しないと、リーク電流が生じ特性が悪くなるという欠点があり、絶縁層を追加するための成膜工程が必要となる。特許文献２においても、特性を改善するためには、真空装置に入れ薄い絶縁層を形成した後、大気中に戻し、レーザ照射して改質層を形成し、その後、真空装置に入れて上部電極薄膜を形成する工程が必要であり、製造プロセス工程が増えるという問題がある。
さらには、従来の製造方法では、図６（ｈ）に示すように、第３の溝１１３と裏面電極１１２との間にデッドスペースＡが生じ、このデッドスペースＡが非発電領域となる。これにより、発電効率が低下することがある。
【００１４】
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、内部直列構造をデッドスペースが少なく、かつ少ない工程で発電効率、生産効率の観点から優れた薄膜太陽電池およびその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、集積化工程を簡略化し、コストが低い薄膜太陽電池およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成され、所定の間隔に設けられた複数の分離溝で互いに分離された複数の裏面電極と、前記裏面電極上に形成され、化合物半導体層から構成される光電変換層と、前記光電変換層上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された透明電極とを有し、前記分離溝とは異なる位置に所定の間隔で複数形成された、前記透明電極から前記裏面電極に達する開口溝により、前記光電変換層、前記バッファ層、前記絶縁層および前記透明電極により構成される太陽電池ユニットが複数形成され、前記各太陽電池ユニットには前記光電変換層、前記バッファ層および前記絶縁層の前記開口溝に面した部分が改質されて前記裏面電極と前記透明電極とを導通させるコンタクト層が形成されており、前記コンタクト層により前記各太陽電池ユニットが電気的に直列に接続されていることを特徴とする薄膜太陽電池を提供するものである。
【００１６】
この場合、前記コンタクト層は、前記太陽電池ユニットが前記開口溝に面する部分のうち、前記分離溝に近い側に形成されることが好ましい。
また、前記絶縁性基板は、ソーダライムガラス、高歪点ガラス、または金属基板の表面に電気絶縁層が形成された絶縁層付基板であることが好ましい。
【００１７】
また、前記化合物半導体は、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体であることが好ましい。
また、前記化合物半導体は、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることが好ましい。
また、前記Iｂ族元素は、ＣｕおよびＡｇからなる群より選択された少なくとも１種であり、前記IIIｂ族元素は、Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種であり、前記VIｂ族元素は、Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種であることが好ましい。
【００１８】
また、前記絶縁層は、ノンドープのＺｎＯ層により構成されることが好ましい。
また、前記電気絶縁層は、アルミニウムの陽極酸化膜であることが好ましい。
また、前記金属基板は、アルミニウム板、アルミニウム合金板、合金鋼板、または金属基材とアルミニウム基材とが積層されて一体化された積層板により構成されることが好ましい。
【００１９】
本発明の第２の態様は、絶縁性基板上に導電膜を形成し、前記導電膜に分離溝を所定の間隔で複数形成して互いに分離された複数の裏面電極を形成する工程と、前記分離溝を埋めつつ、前記裏面電極上に化合物半導体層を光電変換層として形成する工程と、前記光電変換層上にバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に透明電極を形成する工程と、前記透明電極から前記裏面電極に達する開口溝を、前記分離溝とは異なる位置に所定の間隔で複数形成し、前記光電変換層、前記バッファ層、前記絶縁層および前記透明電極により構成される太陽電池ユニットを複数形成する工程と、前記各太陽電池ユニットについて、前記光電変換層、前記バッファ層、および前記絶縁層の前記開口溝に面した部分にレーザビームを照射して改質し、前記裏面電極と前記透明電極とを導通させるコンタクト層を形成する工程とを有し、前記コンタクト層により、前記各太陽電池ユニットが電気的に直列に接続されることを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法を提供するものである。
この場合、前記コンタクト層を形成する工程は、前記太陽電池ユニットが前記開口溝に面する部分のうち、前記分離溝に近い側の部分に前記レーザビームを照射して改質することが好ましい。
【００２０】
また、本発明の第３の態様は、絶縁性基板上に導電膜を形成し、前記導電膜に分離溝を所定の間隔で複数形成して互いに分離された複数の裏面電極を形成する工程と、前記分離溝を埋めつつ、前記裏面電極上に化合物半導体層を光電変換層として形成する工程と、前記光電変換層上にバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に透明電極を形成する工程と、前記透明電極の表面からレーザビームを、前記裏面電極が分離溝に隣接する領域または前記分離溝に一部が重なる領域に照射して、前記光電変換層、前記バッファ層および前記絶縁層を改質し、前記裏面電極と前記透明電極とを導通させるコンタクト層を形成する工程と、前記コンタクト層に隣接し、かつ前記分離溝の反対側に前記裏面電極に達する開口溝を、前記分離溝とは異なる位置に所定の間隔で複数形成し、前記光電変換層、前記バッファ層、前記絶縁層および前記透明電極により構成される太陽電池ユニットを複数形成する工程とを有し、前記コンタクト層により、前記各太陽電池ユニットが電気的に直列に接続されることを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法を提供するものである。
【００２１】
また、前記コンタクト層を形成する工程に用いられる前記レーザビームは、波長が前記透明電極が吸収しない波長帯であることが好ましい。この場合、前記レーザビームは、波長が４００ｎｍよりも長く、パルス発振されたもの、または連続発振されたものであることがより好ましい。
また、前記コンタクト層を形成する工程に用いられる前記レーザビームは、レーザ結晶としてＮｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＶＯ４を用い、レーザダイオードによる励起により発振させた基本波のレーザビーム、または第二高調波のレーザビームであることが好ましい。また、前記絶縁層は、ノンドープのＺｎＯ層により構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、内部直列構造をデッドスペースが少なく、発電効率、生産効率の観点から優れた薄膜太陽電池を得ることができる。
また、本発明によれば、集積化工程を簡略化し、低いコストで薄膜太陽電池を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る薄膜太陽電池を示す模式的断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施形態の薄膜太陽電池の製造方法を工程順に示す模式的断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施形態の薄膜太陽電池の他の製造方法を工程順に示す模式的断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の実施形態の薄膜太陽電池に用いられる他の基板を示す模式的断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態の薄膜太陽電池に用いられる他の基板を示す模式的断面図であり、（ｃ）は、本発明の実施形態の薄膜太陽電池に用いられる他の基板を示す模式的断面図である。
【図５】本発明の実施形態の薄膜太陽電池の製造に用いられる製造装置を示す模式的断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｈ）は、従来の太陽電池モジュールの製造方法を工程順に示す模式的断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｇ）は、特許文献２の太陽電池の製造方法を工程順に示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の薄膜太陽電池およびその製造方法を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る薄膜太陽電池を示す模式的断面図である。
【００２５】
図１に示す本実施形態の薄膜太陽電池３０は、太陽電池モジュール又はこの太陽電池モジュールを構成する太陽電池サブモジュールとして用いられるものである。この薄膜太陽電池３０は、絶縁性基板１０（以下、単に基板１０という）と、この基板１０の表面１１に形成され、電気的に直列に接続された複数の太陽電池ユニット（太陽電池セル）５４、複数の太陽電池ユニット５４の一方に接続される第１の導電部材４２、およびその他方に接続される第２の導電部材４４を有する。なお、ここでは、１つの太陽電池ユニット５４と、これに対応する基板１０とからなるものを光電変換素子４０と呼ぶが、図１に示す薄膜太陽電池３０自体を光電変換素子と呼んでもよい。
【００２６】
本実施形態の基板１０は、薄膜太陽電池３０を製造する際に、光電変換層３４の形成時に４００℃を超えるような高温に曝されることがあり、この高温に曝されても所定の強度を保持するものが用いられる。基板１０には、例えば、ソーダライムガラス、高歪点ガラス、または無アルカリガラスが用いられる。また、基板１０に、樹脂基板、金属基板の表面に電気絶縁層が形成された絶縁層付基板を用いることもできる。
本実施形態の基板１０は、薄膜太陽電池３０の基板に利用されるものであり、例えば、平板状である。基板１０の形状および大きさ等は適用される薄膜太陽電池３０の大きさ等に応じて適宜決定される。基板１０は、例えば、一辺の長さが１ｍを超える四角形状または矩形状である。
【００２７】
次に、図１に示す本実施形態の薄膜太陽電池３０の光電変換素子４０について説明する。本実施形態の薄膜太陽電池３０においては、上述の基板１０の表面１１に裏面電極３２が形成されている。
この薄膜太陽電池３０は、複数の光電変換素子４０（太陽電池ユニット５４）と、第１の導電部材４２と、第２の導電部材４４とを有する。
【００２８】
光電変換素子４０（太陽電池ユニット５４）は、薄膜太陽電池３０を構成するものであり、基板１０と、裏面電極３２、光電変換層３４、バッファ層３６、絶縁層３７および透明電極３８により構成される太陽電池ユニット（太陽電池セル）５４とを備える。
上述のように、基板１０の表面１１に太陽電池ユニット５４を構成する裏面電極３２と光電変換層３４とバッファ層３６と絶縁層３７と透明電極３８とが順次積層されている。
【００２９】
裏面電極３２は、例えば、基板１０の長手方向Ｌに、所定の間隔に複数設けられた分離溝３３により、隣り合う裏面電極３２と互いに分離されている。なお、分離溝３３の幅は、例えば、５０μｍである。
光電変換層３４は、分離溝３３を埋めつつ裏面電極３２の上に形成されている。この光電変換層３４の表面にバッファ層３６が形成されている。このバッファ層３６上に絶縁層３７が形成されている。この絶縁層３７上に透明電極３８が形成されている。
【００３０】
透明電極３８、絶縁層３７、バッファ層３６および光電変換層３４を貫き裏面電極３２に達する開口溝３９が形成されている。この開口溝３９により、太陽電池ユニット５４が形成されて、複数の太陽電池ユニット５４が分離される。なお、開口溝３９の幅は、例えば、５０μｍである。
各太陽電池ユニット５４においては、光電変換層３４、バッファ層３６および絶縁層３７の開口溝３９に面した部分が改質されてなるコンタクト層４６が形成されている。このコンタクト層４６は、裏面電極３２と透明電極３８とを導通させるものであり、導電性を有する。コンタクト層４６は、後述するように、透明電極が吸収しない波長のレーザビームが照射されて、光電変換層３４（ＣＩＧＳ層）の導電性を上げるように改質されたものである。
なお、各太陽電池ユニット５４は、隣接する各太陽電池ユニット５４と裏面電極３２を共用している。
【００３１】
各太陽電池ユニット５４において、光電変換層３４、バッファ層３６および絶縁層３７の開口溝３９に面した部分が改質されるが、この改質される部分、すなわち、コンタクト層４６が形成されるのは、太陽電池ユニット５４が開口溝３９に面する部分３９ａ、３９ｂのうち、分離溝３３に近い側の部分３９ａである。すなわち、コンタクト層４６は、図１に示すように、各太陽電池ユニット５４に面する２つの開口溝３９のうち、分離溝３３に近い側にだけ形成される。なお、コンタクト層４６は、分離溝３３の端面に面一に形成してもよく、コンタクト層４６の一部が重なるように形成してもよい。
薄膜太陽電池３０において、各太陽電池ユニット５４は、コンタクト層４６により裏面電極３２と透明電極３８とが導通されて、更には、隣接する太陽電池ユニット５４が基板１０の長手方向Ｌに電気的に直列に接続される。
【００３２】
本実施形態の太陽電池ユニット５４は、集積型の太陽電池と呼ばれるものであり、例えば、裏面電極３２がモリブデン電極で構成され、光電変換層３４が、光電変換機能を有する半導体化合物、例えば、ＣＩＧＳ層で構成され、バッファ層３６がＣｄＳで構成され、絶縁層３７がノンドープのＺｎＯ（以下、ｉ−ＺｎＯともいう）で構成され、透明電極３８がアルミニウムがドープされたＺｎＯで構成される。
なお、太陽電池ユニット５４は、基板１０の長手方向Ｌと直交する幅方向に長く伸びて形成されている。このため、裏面電極３２等も基板１０の幅方向に長く伸びている。
【００３３】
図１に示すように、右側の端の裏面電極３２上に第１の導電部材４２が接続されている。この第１の導電部材４２は、後述する負極からの出力を外部に取り出すためのものである。本来、右側の端の裏面電極３２上には光電変換素子４０が形成されるが、例えば、レーザースクライブまたはメカニカルスクラブにより、太陽電池ユニット５４を取り除いて、裏面電極３２を表出させている。
【００３４】
第１の導電部材４２は、例えば、細長い帯状の部材であり、基板１０の幅方向に略直線状に伸びて、右端の裏面電極３２上に接続されている。また、図１に示すように、第１の導電部材４２は、例えば、銅リボン４２ａがインジウム銅合金の被覆材４２ｂで被覆されたものである。この第１の導電部材４２は、例えば、超音波半田により裏面電極３２に接続される。
【００３５】
この第２の導電部材４４は、後述する正極からの出力を外部に取り出すためのものである。第２の導電部材４４も、第１の導電部材４２と同様に細長い帯状の部材であり、基板１０の幅方向に略直線状に伸びて、左端の裏面電極３２に接続されている。本来、左端の裏面電極３２上には光電変換素子４０が形成されるが、例えば、レーザースクライブまたはメカニカルスクラブにより、太陽電池ユニット５４を取り除いて、裏面電極３２を表出させている。
【００３６】
第２の導電部材４４は、第１の導電部材４２と同様の構成のものであり、例えば、銅リボン４４ａがインジウム銅合金の被覆材４４ｂで被覆されたものである。
第１の導電部材４２と第２の導電部材４４とは、錫メッキ銅リボンでもよい。また、第１の導電部材４２および第２の導電部材４４、それぞれの接続も超音波半田に限定されるものではなく、例えば、導電性接着剤、導電性テープを用いて接続してもよい。
【００３７】
なお、本実施形態の光電変換素子４０の光電変換層３４は、例えば、ＣＩＧＳで構成されており、公知のＣＩＧＳ系の太陽電池の製造方法により製造することができる。
また、裏面電極３２の分離溝３３および裏面電極３２に達する開口溝３９は、レーザースクライブまたはメカニカルスクライブにより形成することができる。
【００３８】
薄膜太陽電池３０では、光電変換素子４０（太陽電池ユニット５４）に、透明電極３８側から光が入射されると、この光が透明電極３８、絶縁層３７およびバッファ層３６を通過し、光電変換層３４で起電力が発生し、例えば、透明電極３８から裏面電極３２に向かう電流が発生する。なお、図１に示す矢印は、電流の向きを示すものであり、電子の移動方向は、電流の向きとは逆になる。このため、光電変換素子４０では、図１中、左端の裏面電極３２が正極（プラス極）になり、右端の裏面電極３２が負極（マイナス極）になる。
【００３９】
本実施形態において、薄膜太陽電池３０で発生した電力を、第１の導電部材４２と第２の導電部材４４から、薄膜太陽電池３０の外部に取り出すことができる。
なお、本実施形態において、第１の導電部材４２が負極であり、第２の導電部材４４が正極である。また、第１の導電部材４２と第２の導電部材４４とは極性が逆であってもよく、光電変換素子４０の構成、薄膜太陽電池３０構成等に応じて適宜変わるものである。
【００４０】
太陽電池ユニット５４において、裏面電極３２および透明電極３８は、いずれも光電変換層３４で発生した電流を取り出すためのものである。裏面電極３２および透明電極３８は、いずれも導電性材料からなる。光入射側の透明電極３８および絶縁層３７は透光性を有する必要がある。
【００４１】
裏面電極３２は、例えば、Ｍｏ、Ｃｒ、またはＷ、およびこれらを組合わせたものにより構成される。この裏面電極３２は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。裏面電極３２は、Ｍｏで構成することが好ましい。
また、裏面電極３２の形成方法は、特に制限されるものではなく、例えば、電子ビーム蒸着法、スパッタ法等の気相成膜法により形成することができる。
【００４２】
裏面電極３２は、一般的に厚さが８００ｎｍ程度であるが、裏面電極３２は、厚さが４００ｎｍ〜１０００ｎｍ（１μｍ）であることが好ましい。このように裏面電極３２の膜厚を一般的なものよりも薄くすることにより、裏面電極３２の材料費を削減でき、さらには裏面電極３２の形成速度も速くすることができる。
【００４３】
光電変換層３４は、透明電極３８およびバッファ層３６を通過して到達した光を吸収して電流が発生する層であり、光電変換機能を有する。この光電変換層３４については、後に詳細に説明する。
【００４４】
バッファ層３６は、透明電極３８の形成時の光電変換層３４を保護すること、透明電極３８に入射した光を光電変換層３４まで透過させるために形成されたものである。
バッファ層３６は、例えば、ＣｄＳ、Ｚｎ（Ｏ、Ｓ、ＯＨ）、またはＩｎ（Ｓ、ＯＨ）等の少なくともＩＩｂ族元素およびＶＩｂ族元素を含む化合物により構成される。このバッファ層３６は、光電変換層３４とともにｐｎ接合層を構成する。
バッファ層３６は、その厚さが、２０〜１００ｎｍであることが好ましい。また、このバッファ層３６は、例えば、ＣＢＤ（ケミカルバスデポジション）法により形成される。
【００４５】
絶縁層３７は、光電変換層３４およびバッファ層３６のｐｎ接合界面の暗電流を低減させるとともに、透明電極３８と光電変換層３４とのリーク電流を低減させるものである。
絶縁層３７は、ノンドープのＺｎＯ（ｉ−ＺｎＯ）により構成されるものである。絶縁層３７は、例えば、厚さが、５〜２０ｎｍであり、ＲＦスパッタ法により形成される。
【００４６】
透明電極３８は、例えば、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ等がドープされたＺｎＯ、またはＩＴＯ（インジウム錫酸化物）により構成される。この透明電極３８は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。また、透明電極３８の厚さは、特に制限されるものではなく、０．３〜１μｍが好ましい。透明電極３８は、絶縁層３７がｉ−ＺｎＯで構成される場合には、ＡｌがドープされたＺｎＯで構成されることが好ましい。
また、透明電極３８の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタ法等の気相成膜法により形成することができる。
【００４７】
次に、光電変換層３４について説明する。
光電変換層３４は、透明電極３８およびバッファ層３６を通過して到達した光を吸収して電流が発生する層であり、光電変換機能を有する。本実施形態において、光電変換層３４の構成は、特に制限されるものではなく、例えば、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体で構成される。また、光電変換層３４は、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であってもよい。
【００４８】
さらに光吸収率が高く、高い光電変換効率が得られることから、光電変換層３４は、ＣｕおよびＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のＩｂ族元素と、Ａｌ、ＧａおよびＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のＩＩＩｂ族元素と、Ｓ、Ｓｅ、およびＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のＶＩｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることが好ましい。この化合物半導体としては、ＣｕＡｌＳ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＡｌＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、ＡｇＡｌＳ２、ＡｇＧａＳ２、ＡｇＩｎＳ２、ＡｇＡｌＳｅ２、ＡｇＧａＳｅ２、ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＡｌＴｅ２、ＡｇＧａＴｅ２、ＡｇＩｎＴｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＡｌｘ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ、Ｓｅ）２、Ａｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２、およびＡｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ、Ｓｅ）２等が挙げられる。
【００４９】
光電変換層３４は、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、および／又はこれにＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）を含むことが特に好ましい。ＣＩＳおよびＣＩＧＳはカルコパイライト結晶構造を有する半導体であり、光吸収率が高く、高い光電変換効率が報告されている。また、光照射等による効率の劣化が少なく、耐久性に優れている。
【００５０】
光電変換層３４には、所望の半導体導電型を得るための不純物が含まれる。不純物は隣接する層からの拡散、および／又は積極的なドープによって、光電変換層３４中に含有させることができる。光電変換層３４中において、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の構成元素および／又は不純物には濃度分布があってもよく、ｎ型、ｐ型、およびｉ型等の半導体性の異なる複数の層領域が含まれていても構わない。
例えば、ＣＩＧＳ系においては、光電変換層３４中のＧａ量に厚み方向の分布を持たせると、バンドギャップの幅／キャリアの移動度等を制御でき、光電変換効率を高く設計することができる。
【００５１】
光電変換層３４は、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体以外の１種又は２種以上の半導体を含んでいてもよい。Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体以外の半導体としては、ＧａＡｓ等のＩＩＩｂ族元素およびＶｂ族元素からなる半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）、およびＣｄＴｅ等のＩＩｂ族元素およびＶＩｂ族元素からなる半導体（ＩＩ−ＶＩ族半導体）等が挙げられる。光電変換層３４には、特性に支障のない限りにおいて、半導体、所望の導電型とするための不純物以外の任意成分が含まれていても構わない。
また、光電変換層３４中のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の含有量は、特に制限されるものではない。光電変換層３４中のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の含有量は、７５質量％以上が好ましく、９５質量％以上がより好ましく、９９質量％以上が特に好ましい。
なお、本実施形態における元素の族の記載は、短周期型周期表に基づくものである。
【００５２】
ＣＩＧＳ層の成膜方法としては、１）多源同時蒸着法、２）セレン化法、３）スパッタ法、４）ハイブリッドスパッタ法、および５）メカノケミカルプロセス法等が知られている。
【００５３】
１）多源同時蒸着法としては、
３段階法（J.R.Tuttle et.al,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.,Vol.426(1996)p.143.等）と、ＥＣグループの同時蒸着法（L.Stolt et al.：Proc.13th ECPVSEC(1995,Nice)1451.等）とが知られている。
前者の３段階法は、高真空中で最初にＩｎ、Ｇａ、及びＳｅを基板温度３００℃で同時蒸着し、次に５００〜５６０℃に昇温してＣｕ及びＳｅを同時蒸着後、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｅをさらに同時蒸着する方法である。後者のＥＣグループの同時蒸着法は、蒸着初期にＣｕ過剰ＣＩＧＳ、後半でＩｎ過剰ＣＩＧＳを蒸着する方法である。
【００５４】
ＣＩＧＳ膜の結晶性を向上させるため、上記方法に改良を加えた方法として、
ａ）イオン化したＧａを使用する方法（H.Miyazaki, et.al, phys.stat.sol.(a),Vol.203（2006）p.2603.等）、
ｂ）クラッキングしたＳｅを使用する方法（第６８回応用物理学会学術講演会 講演予稿
集（２００７秋 北海道工業大学）７Ｐ−Ｌ−６等）、
ｃ）ラジカル化したＳｅを用いる方法（第５４回応用物理学会学術講演会 講演予稿集
（２００７春 青山学院大学）２９Ｐ−ＺＷ−１０等）、
ｄ）光励起プロセスを利用した方法（第５４回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（２００７春  青山学院大学）２９Ｐ−ＺＷ−１４等）等が知られている。
【００５５】
２）セレン化法は２段階法とも呼ばれ、最初にＣｕ層／Ｉｎ層または（Ｃｕ−Ｇａ）層／Ｉｎ層等の積層膜の金属プリカーサをスパッタ法、蒸着法、または電着法などで成膜し、これをセレン蒸気またはセレン化水素中で４５０〜５５０℃程度に加熱することにより、熱拡散反応によってＣｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２等のセレン化合物を生成する方法である。この方法を気相セレン化法と呼ぶ。このほか、金属プリカーサ膜の上に固相セレンを堆積し、この固相セレンをセレン源とした固相拡散反応によりセレン化させる固相セレン化法がある。
【００５６】
セレン化法においては、セレン化の際に生ずる急激な体積膨張を回避するために、金属プリカーサ膜に予めセレンをある割合で混合しておく方法（T.Nakada et.al,, Solar Energy Materials and Solar Cells 35(1994)209-214.等）、及び金属薄層間にセレンを挟み（例えば、Ｃｕ層／Ｉｎ層／Ｓｅ層…Ｃｕ層／Ｉｎ層／Ｓｅ層と積層する）多層化プリカーサ膜を形成する方法（T.Nakada et.al,, Proc. of 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference(1991)887-890. 等）が知られている。
【００５７】
また、グレーデッドバンドギャップＣＩＧＳ膜の成膜方法として、最初にＣｕ−Ｇａ合金膜を堆積し、その上にＩｎ膜を堆積し、これをセレン化する際に、自然熱拡散を利用してＧａ濃度を膜厚方向で傾斜させる方法がある（K.Kushiya et.al, Tech.Digest 9th Photovoltaic Science and Engineering Conf. Miyazaki, 1996，pp. 143-144）。
【００５８】
３）スパッタ法としては、
ＣｕＩｎＳｅ２多結晶をターゲットとした方法、Ｃｕ２ＳｅとＩｎ２Ｓｅ３をターゲットとし、スパッタガスにＨ２Ｓｅ／Ａｒ混合ガスを用いる２源スパッタ法（J.H.Ermer,et.al, Proc.18th IEEE Photovoltaic Specialists Conf.(1985)1655-1658.等）、および
Ｃｕターゲットと、Ｉｎターゲットと、ＳｅまたはＣｕＳｅターゲットとをＡｒガス中でスパッタする３源スパッタ法（T.Nakada,et.al, Jpn.J.Appl.Phys.32(1993)L1169-L1172.等）が知られている。
【００５９】
４）ハイブリッドスパッタ法としては、前述のスパッタ法において、ＣｕとＩｎ金属は直流スパッタで、Ｓｅのみは蒸着とするハイブリッドスパッタ法（T.Nakada,et.al., Jpn.Appl.Phys.34(1995)4715-4721.等）が知られている。
【００６０】
５）メカノケミカルプロセス法は、ＣＩＧＳの組成に応じた原料を遊星ボールミルの容器に入れ、機械的なエネルギーによって原料を混合してＣＩＧＳ粉末を得、その後、スクリーン印刷によって基板上に塗布し、アニールを施して、ＣＩＧＳの膜を得る方法である（T.Wada et.al, Phys.stat.sol.(a), Vol.203（2006）p2593等）。
【００６１】
その他のＣＩＧＳ成膜法としては、スクリーン印刷法、近接昇華法、ＭＯＣＶＤ法、及びスプレー法（ウェット成膜法）などが挙げられる。例えば、スクリーン印刷法（ウェット成膜法）またはスプレー法（ウェット成膜法）等で、Iｂ族元素、IIIｂ族元素、及びVIｂ族元素を含む微粒子膜を基板上に形成し、熱分解処理（この際、VIｂ族元素雰囲気での熱分解処理でもよい）を実施するなどにより、所望の組成の結晶を得ることができる（特開平９−７４０６５号公報、特開平９−７４２１３号公報等）。
【００６２】
本実施形態の薄膜太陽電池３０においては、分離溝３３に隣接または一部が重なるようにコンタクト層４６を形成することにより、図６（ｇ）に示すデッドスペースＡがない、すなわち、非発電領域がないモノリシックな直列接続構造を得ることができる。さらには、コンタクト層４６により、太陽電池ユニット５４の内部抵抗値を軽減することができる。これらのことから、薄膜太陽電池３０の発電効率のロスを少なくすることができ、光電変換効率を高くすることができる。
また、薄膜太陽電池３０には、上述のようにコンタクト層４６を形成することにより、光電変換層３４の厚さに相当する段差が存在しないため、透明電極３８に欠陥が生じるようなことがない。これにより、信頼性が高く耐久性に優れた薄膜太陽電池３０を得ることができる。
【００６３】
次に、本実施形態の薄膜太陽電池３０の製造方法について、図２（ａ）〜（ｇ）、図３（ａ）〜（ｇ）に基づいて説明する。
まず、例えば、所定の大きさのソーダライムガラス板を基板１０として用意する。次に、図２（ａ）に示すように、基板１０の表面１１に、例えば、成膜装置を用いてＤＣスパッタ法により、導電膜３１として、例えば、Ｍｏ膜を４００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さに形成する。
【００６４】
次に、図２（ｂ）に示すように、導電膜３１に、レーザビームを用いたレーザースクライブ法により、所定の間隔で、基板１０の幅方向に伸びた分離溝３３を複数形成する。この分離溝３３の幅は、例えば、５０μｍである。その後、水洗する。これにより、分離溝３３により、導電膜３１が短冊状に分割されて、互いに分離された複数の裏面電極３２が形成される。
【００６５】
なお、分離溝３３の形成に用いられるレーザビームは、例えば、パルス発振されたものである。このとき、導電膜３１の除去部端が盛り上がらないために、レーザビームのパルス幅は１００ｎｓ以下が好ましく、より好ましくは４０ｎｓ以下である。分離溝３３の形成に用いられるレーザビームは、波長が１．０６μｍでパルス幅が４０ｎｓ以下のレーザダイオード励起によるＮｄ：ＹＡＧレーザまたはＮｄ：ＹＶＯ４レーザを用いることができる。
更に、分離溝３３の形成に用いられるレーザビームには、レーザ結晶にＮｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４を用いたレーザダイオード励起によるレーザの高調波（第２高調波（波長が約０．５３μｍ）、第３高調波（波長が約０．３５５μｍ））を用いることもできる。
【００６６】
次に、図２（ｃ）に示すように、裏面電極３２を覆い、かつ分離溝３３を埋めるように、光電変換層３４となるｐ型半導体層として、カルコパライト構造半導体薄膜、例えば、ＣｕＩｎＳｅ２層（ＣＩＳ層）またはＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２層（ＣＩＧＳ層）を、上述のいずれかの成膜方法により、成膜装置を用いて形成する。
本実施形態においては、光電変換層３４として、ＣＩＧＳ層を形成した。
【００６７】
次に、図２（ｄ）に示すように、光電変換層３４上に、例えば、バッファ層３６となるＣｄＳ層（ｎ型半導体層）を、ＣＢＤ（ケミカルバスデポジション）法により形成する。これにより、光電変換層３４とバッファ層３６とでｐｎ接合層が構成される。
なお、バッファ層３６としては、ＣｄＳ層に限定されるものではなく、Ｉｎ（Ｓ，ＯＨ）、またはＺｎ（Ｏ，ＯＨ，Ｓ）などの少なくともＩＩｂ族元素およびＶＩｂ族元素を含む化合物層を、例えば、ＣＢＤ法により形成してもよい。
【００６８】
次に、図２（ｅ）に示すように、バッファ層３６上に絶縁層３７として、ｉ−ＺｎＯ層を、例えば、厚さ５〜２０ｎｍに、ＲＦスパッタ法により形成する。次に、透明電極３８となる、例えば、ＡｌがドープされたＺｎＯ層またはＩＴＯ層を、成膜装置を用いて、ＤＣスパッタ法により、例えば、厚さ８００ｎｍ形成する。
本実施形態においては、絶縁層３７および透明電極３８は、いずれも、スパッタ法により形成することができるため、真空中で成膜される。このため、絶縁層３７および透明電極３８を大気開放することなく真空中で連続的に形成することができる。これにより、大気開放等が不要となり製造工程を簡略化でき、しかも、生産効率を高くできる。
【００６９】
次に、メカニカルスクライブ法により、図２（ｆ）に示すように、透明電極３８の表面から裏面電極３２の表面に達する開口溝３９を、分離溝３３とは異なる位置に、所定の間隔で形成する。これにより、光電変換層３４、バッファ層３６、絶縁層３７および透明電極３８により構成される太陽電池ユニット５４が基板１０上に複数形成される。なお、開口溝３９の幅は、例えば、５０μｍである。
【００７０】
次に、図２（ｇ）に示すように、各太陽電池ユニット５４において、開口溝３９に接する部分３９ａ、３９ｂのうち、分離溝３３に近い側の部分３９ａにおいて、分離溝３３に隣接する領域、または分離溝３３に一部が重なる領域に、絶縁層３７、バッファ層３６および光電変換層３４までが改質されるように、レーザビームを透明電極３８の表面から照射して、光電変換層３４（ＣＩＧＳ層）の導電性を上げるように改質してコンタクト層４６を形成する。
【００７１】
なお、コンタクト層４６を形成するためのレーザビームには、透明電極３８が吸収しない波長帯、すなわち、波長が４００ｎｍ以上のレーザビームを用いる。このレーザビームをとしては、例えば、周波数が２０ｋＨｚ、出力が５００ｍＷ、ビーム径が５０μｍ、パルス幅が２０ｎｓのＮｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波（波長が約０．５３μｍ）が用いられる。
【００７２】
次に、基板１０の長手方向Ｌにおける左右側の端の裏面電極３２上に形成された各太陽電池ユニット５４のうち、光電変換層３４とバッファ層３６と絶縁層３７と透明電極３８とを、例えば、レーザースクライブまたはメカニカルスクラブにより取り除いて、裏面電極３２を表出させる。次に、右側の端の裏面電極３２上に第１の導電部材４２を、左側の端の裏面電極３２上に第２の導電部材４４を、例えば、超音波半田を用いて接続する。これにより、図１に示すように、複数の光電変換素子４０が直列に接続された薄膜太陽電池３０を製造することができる。
【００７３】
次いで、得られた薄膜太陽電池３０の表面側に封止接着層（図示せず）、水蒸気バリア層（図示せず）および表面保護層（図示せず）を配置し、薄膜太陽電池３０の裏面側、すなわち、基板１０の裏面側に封止接着層（図示せず）およびバックシート（図示せず）を配置して、例えば、真空ラミネート法によりラミネート加工してこれらを一体化する。これにより、薄膜太陽電池モジュールを得ることができる。
【００７４】
本実施形態においては、バッファ層３６上に、絶縁層３７および透明電極３８を連続形成した後、レーザビームを用いてコンタクト層４６を形成することにより、真空―大気という工程で集積化が実現できる。このため、従来の真空―大気―真空という工程に比して、製造工程を簡略化することができる。更には、従来の製造工程に対して、真空にする工程を省けるため製造時間を短縮することもできる。
【００７５】
なお、薄膜太陽電池３０の製造方法は、図２（ａ）〜（ｇ）に示すものに限定されるものではなく、図３（ａ）〜（ｇ）に示すように、開口溝３９を形成する前にコンタクト層４６を形成してもよい。
この場合、図３（ａ）〜（ｇ）に示す薄膜太陽電池３０の他の製造方法においては、図２（ａ）〜（ｇ）に示す薄膜太陽電池３０の他の製造方法に比して、図３（ａ）〜（ｅ）の工程は、図２（ａ）〜（ｅ）の工程と同じである。このため、その詳細な説明は省略する。このため、図３（ｆ）以降の工程について説明する。
【００７６】
図３（ｆ）に示すように、基板１０上に裏面電極３２、光電変換層３４、バッファ層３６、絶縁層３７および透明電極３８が形成された状態で、裏面電極３２が分離溝３３に隣接する領域、または分離溝３３に一部が重なる領域において絶縁層３７、バッファ層３６および光電変換層３４までが改質されるように、レーザビームを透明電極３８の表面から照射し、コンタクト層４６を形成する。このコンタクト層４６は、各電極３２に対して所定の位置に形成され、コンタクト層４６は所定の間隔で形成される。
【００７７】
次に、図３（ｇ）に示すように、コンタクト層４６に隣接し、かつ分離溝３３の反対側、すなわち、コンタクト層４６の分離溝３３とは反対側の端面４６ａに接するように開口溝３９がメカニカルスクライブ法により形成される。このようにしても、薄膜太陽電池３０を製造することができる。
【００７８】
また、本実施形態においては、コンタクト層４６の形成に、パルス発振のレーザビームを用いたが、これに限定されるものではない。透明電極３８が吸収しない波長帯、すなわち、波長が４００ｎｍ以上であれば、例えば、連続発振のレーザビームを用いることもできる。なお、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層に代表されるIII族−窒素化合物半導体を光源として用いることにより、集積化の装置コストを安くすることができる。
【００７９】
なお、本実施形態においては、基板にソーダライムガラス板を用いて、アパーチャー６２．４ｃｍ２が太陽電池サブモジュールを、従来のメカニカルスクライブを用いた製造方法（図６（ａ）〜（ｈ）参照）と、レーザ改質を用いた本実施形態の製造方法とにより、それぞれ製造した。両方の太陽電池サブモジュールを比較した結果、いずれも１５％の変換効率を実現でき同等の性能を示した。
【００８０】
また、本実施形態においては、基板１０は、絶縁性を有し、光電変換層３４の形成時に曝される温度に耐えることができれば、その構成は特に限定されるものではない。例えば、図４（ａ）に示す基板１０ａ、図４（ｂ）に示す基板１０ｂ、図４（ｃ）に示す基板１０ｃを用いることができる。
【００８１】
以下、本実施形態の薄膜太陽電池３０に用いられる基板１０ａ〜１０ｃについて説明する。
図４（ａ）は、本発明の実施形態の薄膜太陽電池に用いられる他の基板を示す模式的断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態の薄膜太陽電池に用いられる他の基板を示す模式的断面図であり、（ｃ）は、本発明の実施形態の薄膜太陽電池に用いられる他の基板を示す模式的断面図である。
【００８２】
図４（ａ）に示すように、基板１０ａは、金属基材１２と、アルミニウムを主成分とするアルミニウム基材１４（以下、Ａｌ基材１４という）と、金属基材１２およびＡｌ基材１４を外部と電気的に絶縁する絶縁層１６とを有する絶縁層付金属基板である。この絶縁層１６は、陽極酸化膜により構成されている。
基板１０ａにおいては、金属基材１２の表面１２ａにＡｌ基材１４が形成されており、Ａｌ基材１４の表面１４ａに絶縁層１６が形成されている。また、金属基材１２の裏面１２ｂにＡｌ基材１４が形成されており、Ａｌ基材１４の表面１４ａに絶縁層１６が形成されている。基板１０ａでは、金属基材１２と中心として、対称にＡｌ基材１４および絶縁層１６が形成されている。
なお、金属基材１２と２つのＡｌ基材１４とが積層されて一体化されたものを金属基板１５という。
【００８３】
基板１０ａにおいて、金属基材１２には、アルミニウムとは異なる金属が用いられる。この異なる金属としては、例えば、アルミニウムおよびアルミニウム合金よりもヤング率が大きな金属または合金が用いられる。さらには、金属基材１２は、熱膨張係数が絶縁層１６を構成する陽極酸化膜よりも大きく、かつアルミニウムよりも小さいことが好ましい。さらにまた、金属基材１２は、ヤング率が絶縁層１６を構成する陽極酸化膜よりも大きく、かつアルミニウムよりも大きいことが好ましい。金属基材１２には、例えば、炭素鋼およびフェライト系ステンレス鋼等の鋼材が用いられる。しかも、金属基材１２に用いられる前述の鋼材は、アルミニウム合金よりも３００℃以上での耐熱強度が高いため、耐熱性が良好な基板１０ａが得られる。
【００８４】
上述の金属基材１２に用いられる炭素鋼は、例えば、炭素含有量が０．６質量％以下の機械構造用炭素鋼が用いられる。機械構造用炭素鋼としては、例えば、一般的にＳＣ材と呼ばれるものが用いられる。
また、フェライト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３６、ＳＵＳ４４４等を用いることができる。
鋼材としては、これ以外にも、一般的にＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）と呼ばれるものが用いられる。
【００８５】
なお、金属基材１２は、上記以外にも、コバール合金、チタンまたはチタン合金により構成してもよい。チタンとしては、純Ｔｉが用いられ、チタン合金としては、展伸用合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎが用いられる。これらの金属も、平板状又は箔状で用いられる。
【００８６】
また、金属基材は、例えば、第１の金属基材と第２の金属基材とを有する２層構造であってもよい。この場合、例えば、第１の金属基材がチタンまたはチタン合金により構成され、第２の金属基材が金属基材１２と同じく鋼材により構成される。なお、第２の金属基材がチタンまたはチタン合金により構成され、第１の金属基材が金属基材１２と同じく鋼材により構成されてもよい。
【００８７】
金属基材１２の厚さは、可撓性に影響するので、過度の剛性不足を伴わない範囲で薄くすることが好ましい。この金属基材１２の厚さは、例えば、１０〜５００μｍであり、好ましくは３０〜３００μｍである。より好ましくは５０〜１５０μｍである。金属基材１２の厚さを薄くすることは、原材料コストの面からも好ましい。
金属基材１２をフレキシブルなものとする場合、金属基材１２は、フェライト系ステンレス鋼が好ましい。
【００８８】
Ａｌ基材１４は、主成分がアルミニウムで構成されるものであり、主成分がアルミニウムとは、アルミニウム含有量が９０質量％以上であることをいう。
Ａｌ基材１４としては、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。
Ａｌ基材１４には、例えば、アルミニウムハンドブック第４版（軽金属協会（１９９０））に記載の公知の素材のもの、具体的には、ＪＩＳ１０５０材、ＪＩＳ１１００材などの１０００系合金、ＪＩＳ３００３材、ＪＩＳ３００４材、ＪＩＳ３００５材などの３０００系合金、ＪＩＳ６０６１材、ＪＩＳ６０６３材、ＪＩＳ６１０１材などの６０００系合金、国際登録合金３１０３Ａ等を用いることができる。
【００８９】
Ａｌ基材１４に用いられるアルミニウムまたはアルミニウム合金は、不要な金属間化合物を含まないことが好ましい。具体的には不純物の少ない、９９質量％以上の純度のアルミニウムであることが好ましい。純度としては、例えば、９９．９９質量％Ａｌ、９９．９６質量％Ａｌ、９９．９質量％Ａｌ、９９．８５質量％Ａｌ、９９．７質量％Ａｌ、９９．５質量％Ａｌ等が好ましい。このように、Ａｌ基材１４のアルミニウムの純度を高めることにより、析出物に起因する金属間化合物を避けることができ、絶縁層１６の健全性を増すことができる。これは、アルミニウム合金の陽極酸化を行った場合、金属間化合物が起点となって、絶縁不良を起こす可能性があり、金属間化合物が多いと、その可能性が増えることによるものである。
【００９０】
Ａｌ基材１４に用いられるアルミニウムまたはアルミニウム合金は、不要な金属間化合物を含まないことが好ましい。具体的には不純物の少ない、９９質量％以上の純度のアルミであることが好ましい。純度としては、例えば、９９．９９質量％Ａｌ、９９．９６質量％Ａｌ、９９．９質量％Ａｌ、９９．８５質量％Ａｌ、９９．７質量％Ａｌ、９９．５質量％Ａｌ等が好ましい。また、アルミニウム合金には、金属間化合物を作りにくい元素を添加したものを用いることができる。例えば、純度が９９．９質量％のＡｌにマグネシウムを２．０〜７．０質量％添加したアルミニウム合金である。マグネシウム以外では、Ｃｕ、Ｓｉなど、固溶限界の高い元素を添加することができる。
【００９１】
Ａｌ基材１４のアルミニウムの純度を高めることにより、析出物に起因する金属間化合物を避けることができ、絶縁層１６の健全性を増すことができる。これは、アルミニウム合金の陽極酸化を行った場合、金属間化合物が起点となって、絶縁不良を起こす可能性があり、金属間化合物が多いと、その可能性が増えることによるものである。
【００９２】
また、Ａｌ基材１４の厚さは、例えば、５〜１５０μｍであり、好ましくは１０〜１００μｍである。より好ましくは２０〜５０μｍである。
また、Ａｌ基材１４の表面粗さは、例えば、算術平均粗さＲａで１μｍ以下である。好ましくは、０．５μｍ以下、より好ましくは、０．１μｍ以下である。
なお、Ａｌ基材１４の表面は、鏡面仕上げされていてもよい。この鏡面仕上げは、例えば、特許第４２１２６４１号公報、特開２００３−３４１６９６号公報、特開平７−３３１３７９号公報、特開２００７−１９６２５０号公報、特開２０００−２２３２０５号公報に記載の方法によりなされる。
【００９３】
基板１０ａにおいて、絶縁層１６は、電気絶縁性とハンドリング時の機械衝撃による損傷を防止するためのものである。この絶縁層１６は、陽極酸化膜（アルミニウム陽極酸化膜（アルミナ膜））により構成されるものである。
絶縁層１６は、陽極酸化膜に限定されるものではなく、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法により形成されたものであってもよい。
【００９４】
絶縁層１６の厚さは５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上が更に好ましい。絶縁層１６の厚さが過度に厚い場合、可撓性が低下すること、および絶縁層１６の形成に要するコスト、時間がかかるため好ましくない。現実的には、絶縁層１６の厚さは、最大５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下である。このため、絶縁層１６の好ましい厚さは、０．５〜５０μｍである。
【００９５】
なお、基板１０ａは、金属基材１２、Ａｌ基材１４および絶縁層１６のいずれも可撓性を有するもの、すなわち、フレキシブルなものとすることにより、基板１０ａ全体として、フレキシブルなものになる。これにより、例えば、ロール・ツー・ロール方式で、基板１０ａの絶縁層１６側に、後述するアルカリ供給層、拡散防止層、下部電極となる裏面電極、光電変換層、上部電極となる透明電極等を形成することができる。
また、基板１０ａを、金属基材１２とＡｌ基材１４とが積層されて一体化された金属基板１５およびこの金属基板１５のＡｌ基材１４の表面１４ａに形成された絶縁層１６を備える絶縁層付基板とすることにより、例えば、温度５００℃以上の成膜工程を経ても高い絶縁性および高い強度を維持することができ、しかも、歪の発生も抑制されるため、温度が５００℃以上の高温で、種々の膜を、例えば、ロール・ツー・ロール方式で形成することが可能である。
【００９６】
また、基板１０ａに、金属基材１２の両面にＡｌ基材１４および絶縁層１６を設ける構成としたが、本発明においては、図４（ｂ）に示すように、金属基材１２の片面だけに、Ａｌ基材１４および絶縁層１６を設ける構成としてもよい。このように、基板１０ｂにおいて、金属基板１５ａをステンレス鋼の金属基材１２とＡｌ基材１４との２層クラッド構造とすることにより、より薄く低コストなものにできる。
さらには、図４（ａ）に示すように、金属基材１２とＡｌ基材１４の３層構造の金属基板１５としたが、本発明においては、少なくともＡｌ基材１４があればよいため、図４（ｃ）に示す基板１０ｃのように、金属基板１５はＡｌ基材１４だけであってもよい。また、金属基板１５の金属基材１２は複数層でもよい。
【００９７】
なお、図４（ｃ）に示す構成の基板１０ｃにおいては、金属基板１５ｂは、Ａｌ基材１４に限定されるものではなく、陽極酸化により金属基板１５ｂの表面、裏面に生成される金属酸化膜が絶縁体である材料を利用することができる。具体的には、金属基板１５ｂとして、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ニオブ（Ｎｂ）およびタンタル（Ｔａ）ならびにそれらの合金等を用いることができる。コスト、および薄膜太陽電池に要求される特性の観点から、図４（ｃ）に示す構成の基板１０ｃにおいては、金属基板１５にＡｌ基材１４を用いることが最も好ましい。
【００９８】
次に、基板１０ａの製造方法について説明する。
まず、所定の大きさ、または長尺の金属基材１２を準備する。この金属基材１２は、形成する基板１０ａの大きさにより、所定の形状および大きさに形成されている。
次に、金属基材１２の表面１２ａに、Ａｌ基材１４を形成する。これにより、金属基板１５が構成される。
金属基材１２の表面１２ａに、Ａｌ基材１４を形成する方法としては、金属基材１２とＡｌ基材１４との密着性が確保できる一体化結合ができていれば、特に限定されるものではない。このＡｌ基材１４の形成法としては、例えば、蒸着法、スパッタ法等の気相法、メッキ法、および表面清浄化後の加圧接合法を用いることができる。Ａｌ基材１４の形成法としては、コストと量産性の観点からロール圧延等による加圧接合が好ましい。
なお、上述したように、金属基材１２の表面１２ａおよび裏面の両面にＡｌ基材１４を形成してもよい。
【００９９】
次に、金属基板１５のＡｌ基材１４の表面１４ａに絶縁層１６を形成する。こうして基板１０ａが得られる。以下、絶縁層１６である陽極酸化膜の形成方法について説明する。
【０１００】
絶縁層１６である陽極酸化膜を形成する場合、金属基材１２を陽極とし、陰極と共に電解液に浸漬させ、陽極陰極間に電圧を印加することにより陽極酸化膜を形成することができる。このとき、金属基材１２が電解液に接触すると、Ａｌ基材１４と局部電池を形成するため、電解液に接触する金属基材１２をマスキングフィルム（図示せず）により、マスクして絶縁しておく必要がある。すなわち、Ａｌ基材１４の表面１４ａおよび裏面１４ｂ以外の金属基材１２の端面を、マスキングフィルム（図示せず）を用いて絶縁しておく必要がある。陽極酸化処理前に、必要に応じてＡｌ基材１４の表面に洗浄処理・研磨平滑化処理等を施す。
【０１０１】
陽極酸化時の陰極としてはカーボンまたはＡｌ等が使用される。電解質としては、硫酸、リン酸、クロム酸、シュウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸、およびアミドスルホン酸等の酸を、１種または２種以上含む酸性電解液を用いる。陽極酸化条件は使用する電解質の種類にもより特に限定されるものではない。陽極酸化条件としては、例えば、電解質濃度１〜８０質量％、液温５〜７０℃、電流密度０．００５〜０．６０Ａ／ｃｍ２、電圧１〜２００Ｖ、電解時間３〜５００分の範囲にあれば適当である。電解質としては、硫酸、リン酸、シュウ酸またはこれらの混合液が好ましい。このような電解質を用いる場合、電解質濃度４〜３０質量％、液温１０〜３０℃、電流密度０．００２〜０．３０Ａ／ｃｍ２、および電圧２０〜１００Ｖとすることが好ましい。
【０１０２】
陽極酸化処理時には、Ａｌ基材１４の表面１４ａおよび裏面１４ｂから略垂直方向に酸化反応が進行し、Ａｌ基材１４の表面１４ａおよび裏面１４ｂに陽極酸化膜が生成される。上述の酸性電解液を用いた場合、陽極酸化膜は、多数の平面視略正六角形状の微細柱状体が隙間なく配列し、各微細柱状体の中心部には丸みを帯びた底面を有する微細孔が形成され、微細柱状体の底部にはバリヤ層（通常、厚さ０．０２〜０．１μｍ）が形成されたポーラス型となる。
このようなポーラス構造を有する陽極酸化膜は、非ポーラス構造の酸化アルミニウム単体膜と比較して膜のヤング率が低いものとなり、曲げ耐性および高温時の熱膨張差により生じるクラック耐性が高いものとなる。
【０１０３】
なお、酸性電解液を用いず、ホウ酸等の中性電解液で電解処理すると、ポーラスな微細柱状体が配列した陽極酸化膜でなく緻密な陽極酸化膜（非ポーラスな酸化アルミニウム単体膜）となる。酸性電解液でポーラスな陽極酸化膜を生成後に、中性電解液で再電解処理するポアフィリング法によりバリヤ層の層厚を大きくした陽極酸化膜を形成してもよい。バリヤ層を厚くすることにより、より絶縁性の高い被膜とすることができる。
陽極酸化処理に用いる電解液は、好ましくは、硫酸水溶液またはシュウ酸水溶液を用いる。陽極酸化膜の健全性はシュウ酸水溶液が優れ、連続処理生産性は硫酸水溶液が優れる。
絶縁層１６である陽極酸化膜の好ましい厚さは、上述のように、０．５〜５０μｍである。この厚さは、定電流電解、定電圧電解の電流、電圧の大きさおよび電解時間により制御可能である。
【０１０４】
本実施形態においては、例えば、Ａｌ基材１４に１０５０材を用いて、温度１６℃、０．５Ｍシュウ酸水溶液中で、直流電源を用いて、電圧４０Ｖの陽極酸化条件において種々の厚さの陽極酸化膜をＡｌ基材１４の表面１４ａおよび裏面１４ｂに形成する。陽極酸化膜を形成した後、更に水洗、乾燥を行う。
次に、乾燥後、マスキングフィルム（図示せず）を剥がす。これにより、基板１０ａを形成することができる。この基板１０ａは、絶縁層１６としてフレキシブル性を持つ陽極酸化皮膜を有するアルミニウム（Ａｌ）を主成分とするＡｌ基材１４を有する金属基板１５を用いることができるので、高温でもひずみが少なくクラックが生じないといった特性を有する。
【０１０５】
陽極酸化により形成された絶縁層１６について、特に絶縁性を高めたい場合、ホウ酸液中で封孔処理する。
封孔処理は、電気化学的な方法、化学的な方法が知られているが、アルミニウム、アルミニウム合金を陽極にした電気化学的な方法（陽極処理）が特に好ましい。
電気化学的な方法は、アルミニウムまたはその合金を陽極にして直流電流を加え、封孔処理する方法が好ましい。電解液はホウ酸水溶液が好ましく、ホウ酸水溶液にナトリウムを含むホウ酸塩を添加した水溶液が好ましい。ホウ酸塩としては、八ほう酸二ナトリウム、テトラフェニルほう酸ナトリウム、テトラフルオロほう酸ナトリウム、ペルオキソほう酸ナトリウム、四ほう酸ナトリウム、メタほう酸ナトリウムなどがある。これらのホウ酸塩は、無水または水和物として入手することができる。
【０１０６】
封孔処理に用いる電解液として、０．１〜２ｍｏｌ／Ｌのホウ酸水溶液に、０．０１〜０．５ｍｏｌ／Ｌの四ほう酸ナトリウムを添加した水溶液を用いることが特に好ましい。アルミニウムイオンは０〜０．１ｍｏｌ／Ｌ溶解していることが好ましい。アルミニウムイオンは、電解液中へ封孔処理により化学的または電気化学的に溶解するが、予めホウ酸アルミニウムを添加して電解する方法が特に好ましい。また、アルミニウム合金中に含まれる微量元素が溶解していても良い。
好ましい封孔処理条件は、液温１０〜５５℃（特に好ましくは１０〜３０℃）、電流密度０．０１〜５Ａ／ｄｍ２（特に好ましくは０．１〜３Ａ／ｄｍ２）、電解処理時間０．１〜１０分（特に好ましくは１〜５分）である。
【０１０７】
また、陽極酸化処理後にポアおよび・または空孔にＳｉ酸化物を充填した構造にすることも可能である。Ｓｉ酸化物による充填はＳｉ−Ｏ結合を有する化合物を含む溶液を塗布、または、珪酸ソーダ水溶液（１号珪酸ソーダまたは３号珪酸ソーダ、１〜５質量％水溶液、２０〜７０℃）に、１〜３０秒間浸漬後に水洗・乾燥し、更に２００〜６００℃で１〜６０分間焼成する方法も可能である。
さらに、前述の珪酸ソーダ水溶液のほかに、フッ化ジルコン酸ソーダおよび・またはリン酸２水素ナトリウムの単体または混合比率が重量比で５：１〜１：５の混合水溶液の、濃度１〜５質量％の液に、２０〜７０℃で１〜６０秒浸漬することで封孔処理をおこなう方法を用いることもできる。
【０１０８】
なお、陽極酸化処理については、例えば、公知のいわゆるロール・ツー・ロール方式の陽極酸化処理装置により行うことができる。
なお、基板１０ａの製造工程には、必須の工程以外の各種の工程が含まれていてもよい。例えば、付着している圧延油を除く脱脂工程、Ａｌ基材１４の表面１４ａ、裏面１４ｂのスマットを溶解するデスマット処理工程、Ａｌ基材１４の表面１４ａ、裏面１４ｂを粗面化する粗面化処理工程である。
【０１０９】
図４（ａ）〜（ｃ）に示す基板１０ａ〜１０ｃを用いる場合には、基板１０ａ〜１０ｃは、いずれも可撓性を有するものであるため、ロール・ツー・ロール方式を用いて、上述の図２（ａ）〜（ｇ）、または図３（ａ）〜（ｇ）に示す製造方法により、例えば、基板１０を長手方向Ｌに搬送しつつ、薄膜太陽電池３０を製造することができる。これにより、薄膜太陽電池３０の製造コスト低くすることができ、太陽電池サブモジュールや薄膜太陽電池モジュールのコストを低くすることができる。
【０１１０】
図４（ａ）〜（ｃ）に示す基板１０ａ〜１０ｃにおいて、分離溝３３を形成する場合に用いられるレーザビームは、基板１０において分離溝３３の形成に利用されるレーザビームと同じものを用いることができる。この場合、絶縁層１６（陽極酸化膜）上に形成された導電膜３１の分割部分も、熱的な影響が軽減されたシャープな加工面となる。
【０１１１】
基板１０ａ〜１０ｃを用いた場合、絶縁層３７および透明電極３８は、例えば、図５に示す成膜装置６０により連続して形成することができる。
図５は、本実施形態の薄膜太陽電池の製造に用いられる製造装置を示す模式的断面図である。
【０１１２】
次に、絶縁層３７および透明電極３８を形成する成膜装置６０について説明する。この場合、図４（ａ）〜（ｃ）に示す基板１０ａ〜１０ｃのいずれかを用いる。基板１０ａ〜１０ｃのいずれかに、図２（ｄ）または図３（ｄ）に示すようにバッファ層３６まで形成したもの（以下、基板Ｚという）に絶縁層３７および透明電極３８を形成する。
【０１１３】
図５に示す成膜装置６０は、基本的に、長尺な基板Ｚを供給する供給室６２ａと、基板Ｚのバッファ層３６上に絶縁層３７を形成する第１の成膜室６２ｂと、絶縁層３７上に透明電極３８を形成する第２の成膜室６２ｃおよび第３の成膜室６２ｄと、絶縁層３７および透明電極３８が形成された長尺な基板Ｚを巻き取る巻取り室６２ｅと、第１の真空排気部６６ａ〜第５の真空排気部６６ｅと、制御部６８と、成膜部８０とを有する。この制御部６８により、成膜装置６０における各要素の動作が制御される。
また、成膜装置６０においては、供給室６２ａと第１の成膜室６２ｂとを区画する壁６４ａ、第１の成膜室６２ｂと第２の成膜室６２ｂとを区画する壁６４ｂ、第２の成膜室６２ｂと第３の成膜室６２ｃとを区画する壁６４ｃ、第３の成膜室６２ｃと巻取り室６２ｅとを区画する壁６４ｄには、それぞれ基板Ｚが通過するスリット状の開口６４ｅが形成されている。
【０１１４】
成膜装置６０においては、供給室６２ａ、第１の成膜室６２ｂ、第２の成膜室６２ｂ、第３の成膜室６２ｃおよび巻取り室６２ｅには、それぞれ第１の真空排気部６６ａ〜第５の真空排気部６６ｅが配管６７を介して接続されている。
第１の真空排気部６６ａ〜第５の真空排気部６６ｅは、それぞれ供給室６２ａ、第１の成膜室６２ｂ、第２の成膜室６２ｂ、第３の成膜室６２ｃおよび巻取り室６２ｅを個別に排気して、所定の真空度（所定の圧力）に保つものであり、ドライポンプおよびターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有する。また、供給室６２ａ、第１の成膜室６２ｂ、第２の成膜室６２ｂ、第３の成膜室６２ｃおよび巻取り室６２ｅには、それぞれ内部の圧力を測定する圧力センサ（図示せず）が設けられている。
なお、供給室６２ａ、第１の成膜室６２ｂ、第２の成膜室６２ｂ、第３の成膜室６２ｃおよび巻取り室６２ｅの到達真空度には、特に限定はなく、実施する成膜方法等に応じて、十分な真空度を保てればよい。第１の真空排気部６６ａ〜第５の真空排気部６６ｅは、それぞれ制御部６８により制御される。
【０１１５】
供給室６２ａは、基板Ｚを供給する部位であり、回転軸７０およびガイドローラ７２が設けられている。回転軸７０に、例えば、時計回りに基板Ｚが巻回されている。
回転軸７０は、例えば、駆動源としてモータ（図示せず）が接続されている。このモータによって回転軸７０が基板Ｚを巻き戻す方向ｒ１に回転されて基板Ｚが連続的に送り出される。
ガイドローラ７２は、基板Ｚを第１の成膜室６２ｂに案内するものである。このガイドローラ７２は、公知のガイドローラにより構成される。
【０１１６】
巻取り室６２ｅは、後述するように、絶縁層３７および透明電極３８が形成された基板Ｚを巻き取る部位であり、巻取り軸７４およびガイドローラ７６が設けられている。
巻取り軸７４は、基板Ｚをロール状に、例えば、反時計回りに巻き取るものである。
この巻取り軸７４は、例えば、駆動源としてモータ（図示せず）が接続されている。このモータにより巻取り軸７４が基板Ｚを巻き取る方向ｒ２に回転されて基板Ｚを連続的に巻き取る。
ガイドローラ７６は、成膜室１４から搬送された基板Ｚを巻取り軸７４に案内するものである。このガイドローラ７６は、公知のガイドローラにより構成される。
【０１１７】
第１の成膜室６２ｂは絶縁層３７を形成する部位であり、第２の成膜室６２ｂおよび第３の成膜室６２ｃは透明電極３８を形成する部位である。
成膜部８０は、第１の成膜ユニット８０ａと、第２の成膜ユニット８０ｂと、第３の成膜ユニット８０ｃと、スパッタガス供給部９０とを有し、これらは制御部６８により制御される。
第１の成膜ユニット８０ａは、第１の成膜室６２ｂに設けられている。この第１の成膜ユニット８０ａは、ＲＦ電源部８２と、放電ユニット８６と、基板加熱部８９と、スパッタガス供給管９２ａとを有する。
【０１１８】
放電ユニット８６は、基板Ｚに対して所定の間隔をあけて配置されている。この放電ユニット８６は、平面視長方形状に形成されており、その長手方向を基板Ｚの搬送方向Ｄと直交する方向と一致させて配置されている。
スパッタガス供給管９２ａは、スパッタガス供給部９０に接続されており、このスパッタガス供給部９０からのスパッタガス、例えば、アルゴンガスを、放電ユニット８６と基板Ｚとの間に供給するものである。
【０１１９】
放電ユニット８６は、電極板（図示せず）と、絶縁層３７として形成するｉ−ＺｎＯ膜の原料となるターゲット（図示せず）とを有し、電極板にターゲットが設けられている。この電極板にＲＦ電源部８２に接続されている。なお、ターゲットは、スパッタリングに用いられる一般的なものである。
基板加熱部８９は、基板Ｚを所定の温度に加熱するものであり、放電ユニット８６に対して基板Ｚを挟んで配置されている。基板加熱部８９は、ヒータ等の公知の加熱装置を用いることができる。
【０１２０】
ＲＦ電源部８２は、公知のＲＦスパッタ装置で利用されている高周波電源が用いられる。本実施形態の第１の成膜ユニット８０ａにおいて、ターゲットの数は、特に限定されるものではなく、形成する絶縁層３７の厚さ等に応じて適宜選択することができる。
【０１２１】
第２の成膜ユニット８０ｂは、第２の成膜室６２ｃに設けられている。この第２の成膜ユニット８０ｂは、ＤＣ電源部８４ａと、放電ユニット８８ａと、基板加熱部８９と、スパッタガス供給管９２ｂとを有する。
【０１２２】
放電ユニット８８ａは、基板Ｚに対して所定の間隔をあけて配置されている。この放電ユニット８８ａは、平面視長方形状に形成されており、その長手方向を基板Ｚの搬送方向Ｄと直交する方向と一致させて配置されている。
スパッタガス供給管９２ｂは、スパッタガス供給部９０に接続されており、このスパッタガス供給部９０からのスパッタガス、例えば、アルゴンガスを、放電ユニット８８ａと基板Ｚとの間に供給するものである。
【０１２３】
放電ユニット８８ａは、電極板（図示せず）と、形成する透明電極３８となる、例えば、アルミニウムがドープされたＺｎＯで構成されたターゲット（図示せず）とを有し、電極板にターゲットが設けられている。この電極板にＤＣ電源部８４ａが接続されている。なお、ターゲットは、スパッタリングに用いられる一般的なものである。
ＤＣ電源部８４ａは、例えば、公知のＤＣスパッタ装置で利用されている電源が用いられる。
【０１２４】
第３の成膜ユニット８０ｃは、第３の成膜室６２ｄに設けられている。この第３の成膜ユニット８０ｃは、ＤＣ電源部８４ｂと、放電ユニット８８ｂと、基板加熱部８９と、スパッタガス供給管９２ｃとを有する。
第３の成膜ユニット８０ｃのＤＣ電源部８４ｂ、放電ユニット８８ｂ、および基板加熱部８９は、第２の成膜ユニット８０ｂのＤＣ電源部８４ａと、放電ユニット８８ａと、基板加熱部８９と同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。
スパッタガス供給管９２ｃは、スパッタガス供給部９０に接続されており、このスパッタガス供給部９０からのスパッタガス、例えば、アルゴンガスを、放電ユニット８８ｂと基板Ｚとの間に供給するものである。
【０１２５】
本実施形態の第２の成膜ユニット８０ｂ、第３の成膜ユニット８０ｃにおいて、ターゲットの数は、特に限定されるものではなく、形成する透明電極３８の厚さ等に応じて適宜選択することができる。成膜装置６０では、透明電極３８を形成するために、第２の成膜ユニット８０ｂ、第３の成膜ユニット８０ｃを設けたが、第２の成膜ユニット８０ｂ、第３の成膜ユニット８０ｃのいずれか１つでもよい。
【０１２６】
スパッタガス供給部９０は、スパッタガス供給管９２ａ〜９２ｃを介して、各放電ユニット８６、８８ａ、８８ｂと基板Ｚの表面との隙間に、アルゴンガス等のスパッタガスを供給するものである。このスパッタガス供給部９０は、アルゴンガスなどのスパッタガスが充填されたボンベ（図示せず）、およびマスフローコントローラ（図示せず）、または流量調節用バルブ（図示せず）などを有するものであり、スパッタガス供給管９２ａ〜９２ｃに、例えば、マスフローコントローラ、または流量調節用バルブを介してボンベが接続されている。
【０１２７】
また、本実施形態の成膜装置６０においては、各放電ユニット８６、８８ａ、８８ｂと基板Ｚの表面との隙間に出入り自在にシャッター（図示せず）を設けることが好ましい。このシャッターは、基板Ｚに膜が形成されないようにするためのものである。シャッターは、例えば、各放電ユニット８６、８８ａ、８８ｂの全域を覆うように構成され、成膜時には、隙間から退避する。
【０１２８】
次に、本実施形態の成膜装置６０による絶縁層３７および透明電極３８の形成方法について説明する。
成膜装置６０は、供給室６２ａから第１の成膜室６２ｂ、第２の成膜室６２ｂおよび第３の成膜室６２ｃを経て巻取り室６２ｅに至る所定の経路で、供給室６２ａから巻取り室６２ｅまで長尺な基板Ｚを通して搬送しつつ、第１の成膜室６２ｂ、第２の成膜室６２ｂおよび第３の成膜室６２ｃにおいて、基板Ｚに絶縁層３７および透明電極３８を形成する、いわゆるロール・ツー・ロール方式の成膜装置である。
【０１２９】
成膜装置６０においては、基板Ｚが巻回された回転軸７０からガイドローラ７２を経て、第１の成膜室６２ｂ、第２の成膜室６２ｂおよび第３の成膜室６２ｃを経て巻取り室６２ｅに搬送される。巻取り室６２ｅにおいては、ガイドローラ７６を経て、巻取り軸７４に基板Ｚが巻き取られる。基板Ｚを、この搬送経路で通した後、第１の真空排気部６６ａ〜第５の真空排気部６６ｅを動作させて、これらにより供給室６２ａ、第１の成膜室６２ｂ、第２の成膜室６２ｂ、第３の成膜室６２ｃおよび巻取り室６２ｅの内部を、それぞれ所定の真空度（所定の圧力）に保つ。
【０１３０】
成膜部８０においては、成膜条件に基づいて、制御部６８により、第１の成膜ユニット８０ａのＲＦ電源部８２から放電ユニット８６に印加する印加電圧、および周波数が決定されている。
また、第２の成膜ユニット８０ｂおよび第３の成膜ユニット８０ｃにおいても、ＤＣ電源部８４ａ、８４ｂから放電ユニット８８ａ、８８ｂ、すなわち、ターゲットに印加する印加電圧が決定されている。
さらには、第１の成膜ユニット８０ａ〜第３の成膜ユニット８０ｃにおいては基板加熱部８９による基板Ｚの加熱温度も、例えば、１５０〜２００℃に設定されており、基板Ｚの加熱温度に応じて、第１の成膜ユニット８０ａ〜第３の成膜ユニット８０ｃの各基板加熱部８９が加熱される。
【０１３１】
次に、スパッタガス供給部９０からスパッタガス供給管９２ａ〜９２ｃを介してスパッタガスとして、所定の量のアルゴンガスを供給する。この場合、設定された成膜条件に基づいて、第１の成膜室６２ｂは第２の真空排気部６６ｂにより、第２の成膜室６２ｃは第３の真空排気部６６ｃにより、第３の成膜室６２ｄは第４の真空排気部６６ｄにより、それぞれ内部が所定の成膜圧力に保持される。
【０１３２】
次に、基板Ｚを搬送しつつ、まず、第１の成膜ユニット８０ａにより、絶縁層３７としてｉ−ＺｎＯ膜がバッファ層３６上に形成される。次に、搬送された第２の成膜室６２ｃで、第２の成膜ユニット８０ｂにより、絶縁層３７上に、ＡｌがドープされたＺｎＯ膜が所定の厚さに形成され、次いで、搬送された第３の成膜室６２ｄで第３の成膜ユニット８０ｃにより、Ａｌ：ＺｎＯ膜上に、さらにＡｌがドープされたＺｎＯ膜が形成されて、透明電極３８に必要な厚さのＡｌ：ＺｎＯ膜が形成される。そして、基板Ｚが巻取り軸７４に巻き取られる。
【０１３３】
そして、回転軸７０をモータにより時計回りに回転させて基板Ｚを連続的に送り出し搬送方向Ｄに搬送しつつ、第１の成膜ユニット８０ａによりバッファ層３６上に絶縁層３７を形成し、第２の成膜ユニット８０ｂおよび第３の成膜ユニット８０ｃにより透明電極３８を形成し、基板Ｚがガイドローラ７６を経て巻取り軸７４に巻き取られる。このようにして、成膜装置６０により、絶縁層３７および透明電極３８を真空中で連続して形成することができる。
【０１３４】
なお、巻取り軸７４に巻き取られた絶縁層３７および透明電極３８が形成された基板Ｚは、その後、開口溝３９の形成工程、またはコンタクト層４６の形成工程に移行される。
この場合、開口溝３９の形成工程、またはコンタクト層４６の形成工程の前に、絶縁層３７および透明電極３８を連続して形成することにより、従来のように、真空―大気―真空という工程ではなく、真空―大気という工程で工程を簡略化できる。このため、巻取り回数も減り、形成する層につく傷等の欠陥も減らすことができる。これにより、高い生産性で薄膜太陽電池３０を製造することができる。
【０１３５】
また、成膜装置６０は、ロール・ツー・ロール方式について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、基板１０にソーダライムガラス板を用いた場合、図２（ｄ）または図３（ｄ）に示すようにバッファ層３６まで形成した後、基板１０を１枚づつ搬送しつつ、絶縁層３７および透明電極３８を連続して形成することもできる。この場合においても、上述のように工程を簡略化できる。
【０１３６】
なお、基板１０ａ〜１０ｃを用いる場合、その表面に絶縁層を形成した後、裏面電極３２となる導電膜３１を形成することが好ましい。
この絶縁層は、例えば、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＴｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２等により構成される。絶縁層１６が陽極酸化アルミニウムであるため、この陽極酸化アルミニウムと略同等の熱膨張係数を有する絶縁層１６を構成することが好ましい。
【０１３７】
また、基板１０にソーダライムガラスを用いた場合には、光電変換層３４（ＣＩＧＳ層）にアルカリ金属（イオン）、例えば、Ｎａ（Ｎａ＋）が、光電変換層３４の成膜時に供給され、光電変換効率を向上させることができる。
しかしながら、基板１０ａ〜１０ｃを用いた場合、アルカリ金属（イオン）を光電変換層３４に供給することができない。このため、光電変換層３４（ＣＩＧＳ層）にアルカリ金属（イオン）、例えば、Ｎａ（Ｎａ＋）を拡散させるためのアルカリ供給層を、裏面電極３２と基板との間に形成することが好ましい。
このアルカリ供給層は、導電性の材料により構成される。なお、アルカリ供給層は、導電性であれば単層構造でもよいし、組成の異なるものが積層された複数層構造でもよい。
【０１３８】
アルカリ金属としては、加熱によってアルカリ供給層から放出されやすいこと、及び光電変換層３４の結晶性向上効果が高いことから、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、及びＣｓから選ばれた少なくとも１種のアルカリ金属が好ましく、Ｎａ及び／又はＫがより好ましく、Ｎａが特に好ましい。アルカリ供給層は、アルカリ金属として、ＮａおよびＮａ化合物の少なくとも一方を含有するＭｏで構成することが好ましい。すなわち、アルカリ供給層は、ＮａおよびＮａ化合物の少なくとも一方と、Ｍｏとにより構成されることが好ましい。この場合、アルカリ供給層には、ＮａＦ、モリブデン酸Ｎａ（Ｎａ２ＭｏＯ４）等のＮａ化合物およびポリ酸Ｎａ等が含有される。
また、アルカリ供給層の膜厚が厚いと剥離しやすくなるため、アルカリ供給層の厚さは、５０〜２００ｎｍが好ましい。
【０１３９】
さらに、アルカリ供給層に含まれるアルカリ金属が基板１０に拡散するのを防止するとともに、光電変換層３４へのアルカリ金属の拡散量を増加させるために、拡散防止層を、基板１０ａ〜１０ｃとアルカリ供給層との間に設けてもよい。
拡散防止層は、例えば、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４を用いることができる。拡散防止層は、基板１０の絶縁層１６、アルミニウム陽極酸化膜との熱膨張係数差が小さい材料であることが好ましいことから、ＺｒＮ、ＢＮ、ＡｌＮが好ましい。これらのうち、絶縁体はＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４であり、これらが拡散防止層としては、より好ましい。さらに、アルミニウム陽極酸化膜との熱膨張係数差が最も小さいＡｌＮが最も好ましい。
また、拡散防止層は、酸化物で構成してもよい。この場合、酸化物としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３を用いることができる。拡散防止層は、絶縁体であることが好ましい。
【０１４０】
なお、拡散防止層としては、窒化物の拡散防止層の方が酸化物の拡散防止層よりも光電変換層３４（ＣＩＧＳ層）中へのアルカリ金属を拡散させる効果が得られるため、窒化物の拡散防止層の方がより好ましい。
【０１４１】
本発明は、基本的に以上のようなものである。以上、本発明の薄膜太陽電池およびその製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【０１４２】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  絶縁性基板（基板）
１２  金属基材
１４  アルミニウム基材（Ａｌ基材）
１６  絶縁層
３０  薄膜太陽電池
３２  裏面電極
３４  光電変換層
３６  バッファ層
３７  ｉ−ＺｎＯ層
３８  透明電極
４０  光電変換素子
４２  第１の導電部材
４４  第２の導電部材
５４  太陽電池ユニット
６０  成膜装置
【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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