(57)【要約】【課題】電気伝導率が高く、光の吸収率が低く、かつ高い光散乱効果を得ることができる透明電極を備えた光電変換装置を提供する。【解決手段】透明電極層２２として、基板２０側に形成された第１透明電極層２２ａと、第１透明電極層２２ａより基板２０から遠い位置に、第１透明電極層２２ａより密度が小さい第２透明電極層２２ｂとを形成し、テクスチャ構造を設ける。【選択図】図２
2011176284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成された透明電極層と、前記透明電極層上に形成された光電変換ユニットと、前記光電変換ユニット上に形成された裏面電極と、を備える光電変換装置であって、
前記透明電極層は、前記光電変換ユニット側の表面にテクスチャ構造を有し、
前記基板側に形成された第１透明電極層と、
前記第１透明電極層より前記基板から遠い位置に、前記第１透明電極層より密度が小さい第２透明電極層と、
を備えることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置であって、
前記第１透明電極層は、波長５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の領域において前記第２透明電極層より屈折率が小さいことを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光電変換装置であって
前記第１透明電極層には、前記第２透明電極層よりも高濃度のガリウム（Ｇａ）が含まれることを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の光電変換装置であって、
前記テクスチャ構造は、段差が前記第２透明電極層の膜厚よりも小さいことを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の光電変換装置であって、
前記第２透明電極層は、前記第１透明電極層よりキャリアを発生させるためのドーパント濃度が低いことを特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を利用した発電システムとして、アモルファスや微結晶等の半導体薄膜を積層した光電変換装置が用いられている。
【０００３】
図１１に、光電変換装置１００の基本構成の断面模式図を示す。光電変換装置１００は、ガラス等の透明基板１０上に透明電極１２、光電変換ユニット１４及び裏面電極１６を積層して形成される。透明基板１０側から光を入射させることによって、光電変換装置１００は光電変換ユニット１４における光電変換により電力を発生させる。ここで、透明電極１２は、一般的に、ＭＯＣＶＤ法やスパッタリング法を用いて形成される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７７３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の透明電極１２の形成方法は、高密度となる成膜条件下では高電気伝導率・低光吸収率の透明電極１２が形成され、低密度となる成膜条件下では低電気伝導率・高光吸収率の透明電極１２が形成される。
【０００６】
さらに光の利用率を高めるためには透明電極１２の表面にテクスチャ構造を形成することが望ましいが、高電気伝導率・低光吸収率となる透明電極１２は高密度であり、テクスチャ構造の加工が困難であるという問題がある。
【０００７】
この発明は、良好な特性（高電気伝導率、低光吸収率、高光散乱効果）を有する透明電極を提案し、これを備えた光電変換装置の性能の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、基板と、基板上に形成された透明電極層と、透明電極層上に形成された光電変換ユニットと、光電変換ユニット上に形成された裏面電極と、を備える光電変換装置であって、透明電極層は、光電変換ユニット側の表面にテクスチャ構造を有し、基板側に形成された第１透明電極層と、第１透明電極層より基板から遠い位置に、第１透明電極層より密度が小さい第２透明電極層と、を備える光電変換装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、高電気伝導率、低光吸収率、高光散乱効果を有する透明電極を提案し、これを備えた光電変換装置の性能の向上を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態における光電変換装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における透明電極層の構造を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における透明電極層の構造を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における透明電極層の構造を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における透明電極層の吸収係数を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における透明電極層の屈折率を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における透明電極層の全透過率を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における透明電極層のＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態における透明電極層のＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態における透明電極層のＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【図１１】従来の光電変換装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施の形態における光電変換装置２００は、図１に示すように、基板２０を光入射側として、光入射側から、透明電極層２２、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光電変換ユニット（ａ−Ｓｉユニット）２０２、中間層２４、ボトムセルとしてａ−Ｓｉユニット２０２よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン光電変換ユニット（μｃ−Ｓｉユニット）２０４、第１裏面電極層２６、第２裏面電極層２８、充填材３０及びバックシート３２を積層した構造を有している。
【００１２】
本実施の形態では、発電層である光電変換ユニットとして、ａ−Ｓｉユニット２０２及びμｃ−Ｓｉユニット２０４を積層したタンデム型光電変換装置を例に説明を行うが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、シングル型光電変換装置やさらに多層の光電変換装置であってもよい。
【００１３】
基板２０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を適用することができる。
【００１４】
基板２０上に透明電極層２２が形成される。透明電極層２２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）等をドープし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。
【００１５】
本実施の形態では透明電極層２２は、図２〜図４の拡大断面図に示すように、基板２０上に第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂを順に積層して構成される。第１透明電極層２２ａは、第２透明電極層２２ｂよりも密度が高く、高い電気伝導率と低い光吸収率を有する電気伝導層である。また、第２透明電極層２２ｂは、第１透明電極層２２ａよりも密度が低く、テクスチャ構造が形成される光散乱層である。透明電極層２２をこうした積層構造とすることで、電気伝導率が高く、光の吸収率が低く、かつ、高い光散乱効果を有する透明電極とすることができる。
【００１６】
第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂは、スパッタリング法で形成することができる。スパッタリング法では、真空槽内に設置した基板２０に対向させて第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂの材料となる元素を含むターゲットを配置し、プラズマ化したアルゴン等のスパッタ用ガスによりターゲットをスパッタリングすることによって基板２０上に材料を堆積させて第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂを形成する。
【００１７】
第１透明電極層２２ａは、第２透明電極層２２ｂよりも高密度の磁場下におけるスパッタリング法で形成する。これにより、電気伝導層となる第１透明電極層２２ａは光散乱層となる第２透明電極層２２ｂよりも緻密な層となり、第２透明電極層２２ｂよりも高い電気伝導率及び低い光吸収率を示すことができる。一方、光散乱層となる第２透明電極層２２ｂは電気伝導層となる第１透明電極層２２ａよりも疎な層となり、第１透明電極層２２ａよりも容易にテクスチャ構造に加工することができる。
【００１８】
例えば、第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂは、表１に示すようにマグネトロンスパッタリング法により形成することが好適である。第１透明電極層２２ａは、真空槽内に基板２０とターゲットを５０ｍｍの面間隔で対向配置し、基板温度１５０℃においてアルゴンガスを流量１００ｓｃｃｍ及び圧力０．７Ｐａで真空槽に導入して５００Ｗの電力によりプラズマ化して成膜する。このとき、磁場は１０００Ｇとする。一方、第２透明電極層２２ｂは、真空槽内に基板２０とターゲットを５０ｍｍの面間隔で対向配置し、基板温度１５０℃においてアルゴンガスを流量１００ｓｃｃｍ及び圧力０．７Ｐａで真空槽に導入して５００Ｗの電力によりプラズマ化して成膜する。このとき、磁場は第１透明電極層２２ａを形成するときに比べて低い３００Ｇとする。
【００１９】
透明電極層２２の膜厚は、第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂの膜厚を合わせて５００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の範囲とすることが好適である。例えば、第１透明電極層２２ａを４００ｎｍとし、第２透明電極層２２ｂを１００ｎｍとする。
【表１】
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【００２０】
表２に、表１に示す成膜条件で形成した第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂの密度をＸ線反射分析によって測定した結果を示す。ここでは、基板２０上に第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂをそれぞれ単層として形成した場合の密度を示す。より高密度の磁場下で形成された第１透明電極層２２ａは、第２透明電極層２２ｂより膜の密度が高いことが分かる。
【００２１】
なお、第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂを積層した場合であっても、エッチングやイオンミリング等によって第１透明電極層２２ａ、第２透明電極層２２ｂの表面を露出させた状態にすることでＸ線反射分析によるそれぞれの密度の測定が可能である。また、断面に対して電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ−Ｌｏｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を適用しても第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂの密度をそれぞれ測定することができる。
【表２】
2011176284.tif 000004
【００２２】
表３に、表１に示す成膜条件で形成した第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂのシート抵抗を示す。ここでは、基板２０上に第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂをそれぞれ膜厚４００ｎｍ及び５００ｎｍの単層として形成した場合、並びに第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂをそれぞれ４００ｎｍ及び１００ｎｍで積層した場合についてのシート抵抗を示す。第１透明電極層２２ａは、第２透明電極層２２ｂよりもシート抵抗が低いことが分かる。また、第１透明電極層２２ａと第２透明電極層２２ｂとの積層膜もシート抵抗が低くなることが分かる。電気伝導率が高いほどシート抵抗は低くなる。シート抵抗が低いほど電流が流れる際の損失が小さくなる。
【表３】
2011176284.tif 000005
【００２３】
また、図５に、表１に示す成膜条件で形成した第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂの光の波長に対する吸収係数を示す。ここでは、基板２０上に第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂをそれぞれ膜厚４００ｎｍ及び５００ｎｍの単層として形成した場合、並びに第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂをそれぞれ４００ｎｍ及び１００ｎｍで積層した場合についての吸収係数を示す。第１透明電極層２２ａは、第２透明電極層２２ｂよりも測定した全波長において吸収係数が小さい。また、第１透明電極層２２ａと第２透明電極層２２ｂとの積層膜も測定した全波長において単層の第２透明電極層２２ｂよりも吸収係数が小さく、特に５５０ｎｍ以上の波長領域では単層の第１透明電極層２２ａよりも吸収係数が小さい。光吸収率が小さいほど吸収係数は小さくなる。吸収係数が小さいほど、透明電極層２２を通過する光の吸収損失が小さくなり、発電効率が向上する。
【００２４】
また、図６に、表１に示す成膜条件で形成した第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂの光の波長に対する屈折率を示す。ここでは、基板２０上に第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂをそれぞれ膜厚４００ｎｍ及び５００ｎｍの単層として形成した場合についての屈折率を示す。従来の形成方法では、透明電極の密度を高くしようとすると屈折率が大きくなってしまうが、成膜を高密度な磁場下で行ったことで、高密度な状態で第１透明電極層２２ａの屈折率が小さくなる。特に、第１透明電極層２２ａは、４４０ｎｍ以上の波長領域、少なくとも５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域において第２透明電極層２２ｂよりも屈折率が小さくなる。
【００２５】
第１透明電極層２２ａの屈折率を小さくしたことで、ガラス基板等の基板２０との屈折率差が小さくなり、基板２０側からの光が入射する際の反射損失を低減することができる。
【００２６】
また、第１透明電極層２２ａの屈折率が第２透明電極層２２ｂの屈折率よりも小さいことで、光入射側から基板２０、第１透明電極層２２ａ、第２透明電極層２２ｂ、ａ−Ｓｉユニット２０２の順に徐々に屈折率が大きくなる構造となる。これにより、ａ−Ｓｉユニット２０２への光入射前の反射損失を低減でき、ａ−Ｓｉユニット２０２に効果的に光を入射させることができる。
【００２７】
また、図８〜図１０に、表１に示す成膜条件で積層した第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂに含まれる亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、シリコン（Ｓｉ）及び銅（Ｃｕ）を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定した結果を示す。ガリウム（Ｇａ）、シリコン（Ｓｉ）及び銅（Ｃｕ）のいずれにおいても、表面から深さ１００ｎｍにおいて含有濃度の不連続点が現れており、これが第２透明電極層２２ｂと第１透明電極層２２ａとの界面であることを示している。このように、透明電極層２２の膜厚方向における不純物濃度の不連続点の存在から、透明電極層２２が第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂの積層構造であることを知ることができる。なお、ここでは図示しないが、アルミニウム（Ａｌ）等の他の不純物の濃度分布も第２透明電極層２２ｂと第１透明電極層２２ａとの界面において不連続点を示す。
【００２８】
ガリウム（Ｇａ）の場合、第１透明電極層２２ａや第２透明電極層２２ｂにＧａを添加することで、各透明電極層の屈折率が小さくなる。このため、ガラス基板等の基板２０との屈折率差がより小さくなり、基板２０側からの光が入射する際の反射損失を低減することができる。さらに、第１透明電極層２２ａのＧａ濃度を第２透明電極層２２ｂよりも多くすることで、第２透明電極層２２ｂよりも第１透明電極層２２ａの屈折率がさらに小さくなる。これにより、第１透明電極層２２ａと基板２０との間の屈折率差をさらに小さくすることが可能になり、上述の反射損失をより効果的に低減することができる。また、光入射側から基板２０、第１透明電極層２２ａ、第２透明電極層２２ｂ、ａ−Ｓｉユニット２０２の順に徐々に屈折率が大きくなる構造となり、ａ−Ｓｉユニット２０２への光入射前の反射損失を低減でき、ａ−Ｓｉユニット２０２に効果的に光を入射させることができる。
【００２９】
シリコン（Ｓｉ）の場合、第２透明電極層２２ｂにＳｉを添加することで、Ｓｉを添加しない場合に比べて、後述する薬液によるエッチングがし易くなり、第２透明電極層２２ｂのテクスチャ構造の加工性が向上する。
【００３０】
また、少なくとも第２透明電極層２２ｂにはテクスチャ構造を形成する。スパッタリング法により第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂを形成した場合、化学的エッチングを施すことにより透明電極層２２にテクスチャ構造を形成することができる。例えば、第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂが酸化亜鉛（ＺｎＯ）である場合、０．０５％希塩酸を用いたエッチングによりテクスチャ構造を形成することができる。
【００３１】
エッチング処理時間を調整することによって、図２〜図４に示すように、透明電極層２２に形成されるテクスチャ構造にバリエーションを設けることができる。
【００３２】
図２に示す透明電極２２では、第２透明電極層２２ｂのみエッチングし、第１透明電極層２２ａまで到達しないように第２透明電極層２２ｂにテクスチャ構造を形成する。すなわち、透明電極２２に設けられたテクスチャの山と谷との段差は第２透明電極層２２ｂの膜厚よりも小さい。この構造によって、高い電気伝導度、低い光吸収率及び高い光散乱効果を得ることができ、光電変換装置２００の性能を向上することができる。
【００３３】
図３に示す透明電極２２では、第２透明電極層２２ｂのみエッチングし、第１透明電極層２２ａまで到達するように第２透明電極層２２ｂにテクスチャ構造を形成する。すなわち、透明電極２２に設けられたテクスチャの山と谷との段差は第２透明電極層２２ｂの膜厚と等しい。この構造では、光吸収率の高い第２透明電極層２２ｂがより薄くなるので、より高い光透過率を得ることができる。
【００３４】
図４に示す透明電極２２では、第１透明電極層２２ａまでオーバーエッチングし、第１透明電極層２２ａの表面層及び第２透明電極層２２ｂの両方にテクスチャ構造を形成する。すなわち、透明電極２２に設けられたテクスチャの山と谷との段差は第２透明電極層２２ｂの膜厚よりも大きい。この構造では、第２透明電極層２２ｂよりも高密度な第１透明電極層２２ａが表面に露出する。また、第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂのエッチング速度の相違から、第１透明電極層２２ａの表面に形成されるテクスチャの角度θ１は第２透明電極層２２ｂに形成されるテクスチャの角度θ２よりも浅くなるので、第１透明電極層２２ａと第２透明電極層２２ｂとに形成されるそれぞれのテクスチャによって光の散乱角を異ならせることができ、光の利用率を向上させることができる。また、角度が浅くなる第１透明電極層２２ａを露出させることで、この上に形成される発電層（ａ−Ｓｉユニット２０２）の成膜面が平滑になり、その上に形成される微結晶シリコン層（μｃ−Ｓｉユニット２０４）の結晶成長を促進させることができる。
【００３５】
なお、第２透明電極層２２ｂを有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）で形成することもできる。例えば、表４に示すように、第１透明電極層２２ａは、真空槽内に基板２０とターゲットを５０ｍｍの面間隔で対向配置し、基板温度１５０℃においてアルゴンガスを流量１００ｓｃｃｍ及び圧力０．７Ｐａで真空槽に導入して５００Ｗの電力によりプラズマ化して成膜する。このとき、磁場は１０００Ｇとする。一方、第２透明電極層２２ｂは、基板温度１８０℃において真空槽内に原料ガスである（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ，Ｈ2Ｏ及びＢ2Ｈ6をそれぞれ１３．５ｓｃｃｍ，１６．５ｓｃｃｍ及び２．７ｓｃｃｍで圧力５０Ｐａとなるように導入して成膜する。
【表４】
2011176284.tif 000006
【００３６】
このようにＭＯＣＶＤ法にて第２透明電極層２２ｂを形成した場合も上記と同様の透明電極２２の特性を得ることができる。また、形成時に第２透明電極層２２ｂにテクスチャ構造が自然形成されるのでエッチング処理を行わなくてもよい。
【００３７】
また、第２透明電極層２２ｂをＭＯＣＶＤ法にて形成する場合にボロンをドーピングしない条件としてもよい。例えば、表５に示すように、第２透明電極層２２ｂを形成する際にジボラン（Ｂ2Ｈ6）を導入せず、基板温度１８０℃において真空槽内に原料ガスである（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ及びＨ2Ｏをそれぞれ１３．５ｓｃｃｍ及び１６．５ｓｃｃｍで圧力５０Ｐａとなるように導入して成膜する。
【表５】
2011176284.tif 000007
【００３８】
従来のように透明電極１２を単層で構成する場合、例えば表６に示すように、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いてボロンをドーピングすることによって導電性を確保する必要がある。一方、本実施の形態では、第１透明電極層２２ａが高い導電性を有するので、第２透明電極層２２ｂではボロン等のキャリアを発生させるためのドーパント濃度を第１透明電極層２２ａより低くしてもよい。さらに、第２透明電極層２２ｂにはドーピングを行わなくてもよい。
【表６】
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【００３９】
表７に、表５に示す成膜条件で基板２０上に第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂをそれぞれ膜厚４００ｎｍ及び１５００ｎｍで積層した場合、並びに表６の成膜条件で従来構造の単層の透明電極を膜厚１５００ｎｍで形成した場合についてのシート抵抗及びヘイズ率を示す。本実施の形態における第１透明電極層２２ａと第２透明電極層２２ｂとの積層構造は従来の単層構造よりもシート抵抗が低かった。また、本実施の形態における第１透明電極層２２ａと第２透明電極層２２ｂとの積層構造は従来の単層構造よりもヘイズ率が高く、すなわち光閉じ込め等の光学的な効果も優れている。なお、ヘイズ率は散乱透過率／全透過率で表される物理量である。
【表７】
2011176284.tif 000009
【００４０】
図７は、表５に示す成膜条件で基板２０上に第１透明電極層２２ａ及び第２透明電極層２２ｂをそれぞれ膜厚４００ｎｍ及び１５００ｎｍで積層した場合、並びに表６の成膜条件で従来構造の単層の透明電極を膜厚１５００ｎｍで形成した場合についての全透過率の波長依存性を示す。図７に示されるように、波長４００ｎｍ付近の短波長領域以外では広範囲に亘って本実施の形態における第１透明電極層２２ａと第２透明電極層２２ｂとの積層構造は従来の単層構造よりも全透過率が高かった。
【００４１】
タンデム型太陽電池１００を複数のセルを直列に接続した構成とする場合、透明電極層２２を短冊状にパターニングする。例えば、波長１０６４ｎｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数３ｋＨｚのＹＡＧレーザを用いて透明電極層２２を短冊状にパターニングすることができる。
【００４２】
透明電極層２２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２０２を形成する。ａ−Ｓｉユニット２０２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混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ法）により形成することができる。
【００４３】
プラズマＣＶＤ法は、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤ法を適用することが好適である。ＲＦプラズマＣＶＤ法は平行平板型とすることができる。平行平板型の電極のうち基板２０を配しない側には原料の混合ガスを供給するためのガスシャワー孔を設けた構成としてもよい。プラズマの投入電力密度は、５ｍＷ／ｃｍ2以上３００ｍＷ／ｃｍ2以下とすることが好ましい。
【００４４】
ｐ型層は、ｐ型ドーパント（ボロン等）を添加した膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のアモルファスシリコン層、微結晶シリコン薄膜、微結晶炭化シリコン薄膜等の単層又は積層構造とする。ｐ型層の膜質は、シリコン含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。ｉ型層は、ｐ型層上に形成されたドーパントが添加されていない膜厚５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下のアモルファスシリコン膜とする。ｉ型層の膜質は、シリコン含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。ｉ型層は、ａ−Ｓｉユニット２０２の発電層となる。ｎ型層は、ｉ型層上に形成されたｎ型ドーパント（リン等）を添加した膜厚１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のｎ型微結晶シリコン層（ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）とする。ｎ型層の膜質は、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｎ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。例えば、ａ−Ｓｉユニット２０２は、表８に示す成膜条件で成膜する。
【表８】
2011176284.tif 000010
【００４５】
ａ−Ｓｉユニット２０２上に、中間層２４を形成する。中間層２４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）がドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化シリコン（ＳｉＯｘ）を用いることが好適である。中間層２４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２４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２４は、設けなくてもよい。
【００４６】
中間層２４上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層を順に積層したμｃ−Ｓｉユニット２０４を形成する。μｃ−Ｓｉユニット２０４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混合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。
【００４７】
プラズマＣＶＤ法は、ａ−Ｓｉユニット２０２と同様に、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤ法を適用することが好適である。ＲＦプラズマＣＶＤ法は平行平板型とすることができる。平行平板型の電極のうち基板２０を配しない側には原料の混合ガスを供給するためのガスシャワー孔を設けた構成としてもよい。プラズマの投入電力密度は、５ｍＷ／ｃｍ2以上３００ｍＷ／ｃｍ2以下とすることが好ましい。
【００４８】
ｐ型層は、膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のｐ型ドーパント（ボロン等）が添加された微結晶シリコン層（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）とする。ｐ型層の膜質は、シリコン含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。
【００４９】
ｉ型層は、ｐ型層上に形成された膜厚０．５μｍ以上５μｍ以下のドーパントが添加されていない微結晶シリコン層（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）である。ｉ型層の膜質は、シリコン含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。
【００５０】
ｎ型層は、膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のｎ型ドーパント（リン等）が添加された微結晶シリコン層（ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）を積層して構成される。ｎ型層の膜質は、シリコン含有ガス、ｎ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。例えば、μｃ−Ｓｉユニット２０４は、表９に示す成膜条件で成膜する。
【表９】
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【００５１】
複数のセルを直列接続する場合、ａ−Ｓｉユニット２０２及びμｃ−Ｓｉユニット２０４を短冊状にパターニングする。透明電極層２２のパターンニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射してスリットを形成し、ａ−Ｓｉユニット２０２及びμｃ−Ｓｉユニット２０４を短冊状にパターニングする。ＹＡＧレーザは、例えば、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いることが好適である。
【００５２】
μｃ−Ｓｉユニット２０４上に、第１裏面電極層２６、第２裏面電極層２８として透明導電性酸化物（ＴＣＯ）と反射性金属との積層構造を形成する。第１裏面電極層２６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２８としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が使用できる。透明導電性酸化物（ＴＣＯ）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。第１裏面電極層２６及び第２裏面電極層２８は、合わせて１μｍ程度の膜厚とすることが好適である。第１裏面電極層２６及び第２裏面電極層２８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が設けることが好適である。
【００５３】
複数のセルを直列接続する場合、第１裏面電極層２６及び第２裏面電極層２８を短冊状にパターニングする。ａ−Ｓｉユニット２０２及びμｃ−Ｓｉユニット２０４のパターンニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射してスリットを形成し、第１裏面電極層２６、第２裏面電極層２８を短冊状にパターニングする。ＹＡＧレーザは、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数４ｋＨｚのものを用いることが好適である。
【００５４】
さらに、充填材３０によって第２裏面電極層２８の表面をバックシート３２で被う。充填材３０及びバックシート３２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、光電変換装置２００の発電層への水分の侵入等を防ぐことができる。
【００５５】
以上のように、本発明の実施の形態における光電変換装置２００を構成することができる。電気伝導率が高く、光の吸収率が低く、かつ高い光散乱効果を有する良好な透明電極２２とすることができ、光電変換装置２００の光電変換効率を向上させることができる。また、密度の高い第１透明電極層２２ａと密度の低い第２透明電極層２２ｂとを積層した構造とすることによって、少なくとも密度の低い第２透明電極層２２ｂに対してエッチングを行うことによって透明電極２２にテクスチャを容易に形成することができるので、光電変換装置２００の製造コストを低減することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０  透明基板、１２  透明電極、１４  光電変換ユニット、１６  裏面電極、２０  基板、２２  透明電極層、２２ａ  第１透明電極層、２２ｂ  第２透明電極層、２４  中間層、２６  第１裏面電極層、２８  第２裏面電極層、３０  充填材、３２  バックシート、１００，２００  光電変換装置、２０２  アモルファスシリコン光電変換ユニット、２０４  微結晶シリコン光電変換ユニット。
【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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