(57)【要約】【課題】  光電変換効率の高い薄膜太陽電池を簡易に作製する。【解決手段】  本発明のある態様においては、前面透明電極層９に接して配置され、光電変換層８へ光を透過させる光透過領域が設けられたパターンをなす金属層１１を備える薄膜太陽電池１００が提供される。金属層１１は、前面透明電極層９における集電孔１までの電気抵抗を低減させて、光電変換効率を高める。光電変換層および接続配線層は、それぞれ、いくつかの単位光電変換部１２０およびいくつかの単位接続配線部１４０をなすよう区切られており、単位光電変換部１２０は貫通孔および接続孔を通じて互いに直列接続される。【選択図】図１
2011198784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と第２面とを有する電気絶縁性の基板と、
裏面電極層と、ｎｉｐ接合構造を含む半導体層と、前面透明電極層とが前記基板の前記第１面の上に該第１面の側からこの順に配置される光電変換層と、
前記基板の前記第２面の側に配置される接続配線層と
を備え、
前記光電変換層および前記接続配線層は、それぞれ、いくつかの単位光電変換部およびいくつかの単位接続配線部をなすよう区切られており、
前記第１面において互いに隣り合ういずれか二つの単位光電変換部は、一方の単位光電変換部の前面透明電極層が前記基板を貫通する集電孔を通じて前記第２面のいずれか一の単位接続配線部に電気的に接続され、他方の単位光電変換部の裏面電極層が前記基板を貫通する接続孔を通じて当該一の単位接続配線部に電気的に接続されることにより、互いに直列接続されており、
前記前面透明電極層に接して配置され、前記光電変換層へ光を透過させる光透過領域が設けられたパターンをなす金属層をさらに備える
薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記金属層が、前記光透過領域となるスペース部を間において繰り返し配置されるいくつかのライン部を有するパターンをなしている
請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記ライン部の幅が１０μｍ以上１ｍｍ以下である
請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記ライン部の幅が２００μｍ以下である
請求項３に記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
前記金属層の膜厚が１０ｎｍ以上１μｍ以下である
請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項６】
前記金属層の膜厚が１００ｎｍ以下である
請求項５に記載の薄膜太陽電池。
【請求項７】
前記前面透明電極層のうち光電変換が行われる範囲の面積に対して、該範囲のうち前記金属層によって覆われる面積の割合が０％より大きく１０％以下である、
請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項８】
前記金属層が、延びる方向において互いに分離されたライン部を有するパターンをなしている
請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項９】
前記金属層が、第１の方向に延びる多数の主ライン部と、第１の方向とは異なる方向に延びる多数の副ライン部とを有するパターンをなしている
請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１０】
前記金属層が、少なくとも二つの方向に延びる多数のライン部を有するパターンをなしている
請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１１】
前記集電孔が少なくとも一つの向きに繰りかえして複数配列されており、
前記いくつかのライン部の前記一つの向きのピッチが、前記集電孔の配列のピッチよりも小さくされている
請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１２】
前記金属層のライン部の少なくともいずれかが前記集電孔の周縁部と通じている
請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１３】
前記金属層のライン部の少なくともいずれかが前記集電孔の周縁部には通じていない
請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１４】
前記金属層のライン部が前記接続孔付近には形成されていない
請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１５】
前記金属層のライン部が、前記光電変換層を前記単位光電変換部に区切る分離線においよって区切られている
請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１６】
前記金属層が開口を有するマスクを用いて蒸着法によって形成され、前記金属層のパターンが該開口の形状に応じて形成される
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１７】
前記金属層が前記前面透明電極層の前面側に配置される
請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１８】
前記金属層が前記前面透明電極層の裏面側に配置される
請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１９】
電気絶縁性を有する基板を貫通する接続孔を形成する工程と、
該基板の第１面の側に裏面電極層を形成する工程と、
該基板の第２面の側に接続配線層を形成する工程と、
前記基板を貫通する集電孔を形成する工程と、
前記裏面電極層の上にｎｉｐ接合構造を有する半導体層を形成する工程、および前面透明電極層を形成する工程をこの順に含む光電変換層形成工程と、
前記光電変換部への光を透過させる光透過領域が設けられたパターンをなすようにして前記前面透明電極層に接する金属層を形成する工程と、
いくつかの単位光電変換部をなすように前記光電変換層を区切る工程と、
いくつかの単位接続配線部をなすように前記接続配線層を区切る工程と、
を含み、
前記第１面において互いに隣り合ういずれか二つの単位光電変換部は、一方の単位光電変換部の前面透明電極層が前記集電孔を通じて前記第２面のいずれか一の単位接続配線部に電気的に接続され、他方の単位光電変換部の裏面電極層が前記接続孔を通じて当該一の単位接続配線部に電気的に接続されることにより、互いに直列接続されている、薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記金属層を形成する工程は、前記光透過領域となるスペース部を間において繰り返し配置されるいくつかのライン部を有するパターンをなすように前記金属層を形成するものである
請求項１９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２１】
前記ライン部の幅が１０μｍ以上１ｍｍ以下である
請求項２１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２２】
前記金属層を形成する工程は、前記ライン部の幅を２００μｍ以下とするものである
請求項２０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２３】
前記金属層を形成する工程は、１０ｎｍ以上１μｍ以下の膜厚となるように前記金属層を形成するものである
請求項１９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２４】
前記金属層を形成する工程は、１００ｎｍ以下の膜厚となるように前記金属層を形成するものである
請求項２３に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２５】
前記金属層を形成する工程は、前記前面透明電極層のうち光電変換が行われる範囲の面積に対して、該範囲のうち前記金属層によって覆われる面積の割合が０％より大きく１０％以下となるように前記金属層を形成するものである
請求項１９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２６】
前記金属層を形成する工程は、延びる方向において互いに分離されたライン部を有するパターンをなすよう前記金属層を形成するものである
請求項２０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２７】
前記金属層を形成する工程は、前記金属層が、第１の方向に延びる多数の主ライン部と、第１の方向とは異なる方向に延びる多数の副ライン部とを有するパターンをなすように前記金属層を形成するものである
請求項２０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２８】
前記金属層を形成する工程は、少なくとも二つの方向に延びる多数のライン部を有するパターンをなすように前記金属層を形成するものである
請求項２０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２９】
前記集電孔が少なくとも一つの向きに繰りかえして複数形成され、
前記金属層を形成する工程は、前記いくつかのライン部の前記一つの向きのピッチが、前記集電孔の配列のピッチよりも小さくなるパターンをなすように前記金属層を形成するものである
請求項２０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３０】
前記金属層を形成する工程は、前記金属層のライン部の少なくともいずれかが前記集電孔の周縁部と通じているように前記金属層を形成するものである
請求項２０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３１】
前記金属層を形成する工程は、前記金属層のライン部の少なくともいずれかが前記集電孔の周縁部には通じていないように前記金属層を形成するものである
請求項２０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３２】
前記金属層を形成する工程は、前記金属層のライン部が前記接続孔付近には形成されていないように前記金属層を形成するものである
請求項２０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３３】
前記光電変換層を区切る工程は、前記金属層のライン部を、前記光電変換層を前記単位光電変換部に区切る分離線によって区切るものである
請求項２０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３４】
前記金属層を形成する工程において、開口を有するマスクを用いて蒸着法によって前記金属層が形成され、前記金属層のパターンが該開口の形状に応じて形成される
請求項１９乃至請求項３３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３５】
前面透明電極層を形成する工程に次いで前記金属層を形成する工程が行われる
請求項１９乃至請求項３４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３６】
前記金属層を形成する工程に次いで前面透明電極層を形成する工程が行われる
請求項１９乃至請求項３４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】
本発明は薄膜光電変換素子およびその製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、透明電極層の抵抗を減少させた薄膜光電変換素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生産のための環境負荷が小さい太陽電池として薄膜太陽電池が注目されている。薄膜太陽電池は一般的に、複数の光電変換素子を基板の一方の面の上に複数形成し、各光電変換素子をその基板上にて直列に接続して使用される。このような構成は、集積型の薄膜太陽電池と呼ばれている。そのような集積型の薄膜太陽電池の例が、特許文献１（特公平５−７２１１３号公報）に提案されている。
【０００３】
集積型薄膜太陽電池は、主としてスーパーストレート型ｐｉｎ構造の場合と、サブストレート型ｎｉｐ構造の場合とに大別される。スーパーストレート型の太陽電池においては、発電のための光は基板を通過してから発電層すなわち半導体層に入射する。このため、スーパーストレート型太陽電池においては、透明または透光性の基板が採用され、形成される発電層にとって基板が光の入射側（以下「前面側」という）に配置される。この場合の半導体層には、基板側からｐ層、ｉ層、ｎ層の順に積層されるｐｉｎ構造が採用される。これに対して、サブストレート型の太陽電池においては、発電のための光は、基板を通過せずに半導体層に入射する。このため、サブストレート型の太陽電池においては、不透明な基板や透光性に乏しい基板を採用することが可能であり、形成される半導体層にとって基板は光の入射側とは逆の側（「裏面側」）に配置される。この場合の半導体層には、基板側からｎ層、ｉ層、ｐ層の順に積層されるｎｉｐ構造が採用される。サブストレート型ｎｉｐ構造の直列接続構造を実現するためのパターニング加工を容易にする手法が特許文献２（特許４２４８３５１号明細書）に提案されている。
【０００４】
上述の各提案の集積型の薄膜太陽電池の構成を子細にみると、裏面電極層・半導体層・前面透明電極層が積層された光電変換層が基板に形成されており、そのような光電変換層は光電変換素子または光電変換部の各単位（以下、単位光電変換部という）に区切られている。そして、このような単位光電変換部は、基板上において隣接する単位光電変換部同士が相互に接続されて、直列接続された集積型の薄膜太陽電池をなしている。その際の直列接続は、隣接する二つの単位光電変換部のうち、一方の単位光電変換部の前面透明電極層と、他方の単位光電変換部の裏面電極とが互いに電気的に接続して行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平５−７２１１３号公報
【特許文献２】特許４２４８３５１号明細書（特開２００５−９３９０３号公報）
【特許文献３】特開２００３−２９７１５８号公報
【特許文献４】特開２００２−５７３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
集積型の薄膜太陽電池を作製する場合には、いくつかの技術課題を克服することが求められている。その課題のひとつに前面透明電極層の電気抵抗に関する課題がある。
【０００７】
具体的には、薄膜光電変換素子には、前面透明電極層の材料としてＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）などの透明導電性材料が採用されている。しかし一般に、透明導電性材料は金属と比較して電気抵抗が高い。実際、金属の抵抗率が２〜２０μΩ・ｃｍ程度であるのに対し、透明電極層に用いる透明導電性材料の抵抗率は４００μΩ・ｃｍ程度である。電気抵抗が高い前面透明電極層を用いて太陽電池を作製しても、太陽電池特性の曲線因子（ＦＦ）が低下してしまい、光電変換効率（Ｅｆｆ）も低下してしまう。
【０００８】
前面透明電極層の電気抵抗を低減させる最も単純な解決策は、前面透明電極層の膜厚を増すことである。しかし、前面透明電極層の膜厚を増大させる手法は太陽電池においては採用しがたい。というのも、前面透明電極層に求められる技術的要件には電気的要件に加えて光学的要件もあるためである。具体的には、太陽電池の光電変換効率を高めるためには、発電に用いる波長域（おおむね４００ｎｍ〜１２００ｎｍ）の光を損失無く半導体層に吸収させることが必要となる。このため、半導体層より前面側に配置される前面透明電極層にはその波長域の光をできるだけ多く透過させることが要求される。すなわち、前面透明電極層には、約５００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長域において反射を抑えること、および、約７００ｎｍより長波長側（近赤外域も含む）において吸収を抑えることが求められる。一方、透明導電性材料を用いる前面透明電極層を配置すると、前面透明電極層の両面は、一般には周囲の媒体と屈折率が整合しない界面または表面となる。そのような屈折率の不整合の面における反射を抑制するため、前面透明電極層それ自体の薄膜の干渉による低反射の条件が成立するように、前面透明電極層の膜厚は注意深く決定される。また、透明導電性材料はその材質自体の吸収も避けられない。これらの要因により、現実の透明導電性材料を用いる限り、前面透明電極層の膜厚を増大させる手法による電気抵抗の低減は必然的に太陽電池に活用できる光量の減少を伴うものとなる。このため、この手法を採用することはできない。なお、上述の発電に用いる波長域は、単数あるいは複数の半導体層の分光感度特性が敏感な範囲である。
【０００９】
また、電気抵抗の課題を解決する手法として、前面透明電極層に代えて、または前面透明電極層に加えるようにしてごく薄い金属層を形成し、金属層を光が透過するようにする手法も考えられる。しかし、実際にはこの手法も採用し得ない。例えば、抵抗率の低い銀（Ａｇ）を１０ｎｍ程度の小さい膜厚に形成した場合であっても、透過率は７０％前後となってしまう。それ以外の３０％ほどの光は、光電変換に寄与しない。そうすると、前面透明電極層の抵抗によるロスを軽減させるよりも光量の減少による影響が大きくなるため、同じ照射光量に対する発電量すなわち光電変換効率（Ｅｆｆ）はかえって低下してしまう。
【００１０】
全く別の手法として、前面透明電極層よりも前面側に金属層のグリッド電極を形成する手法が知られている。この手法の一つに、金属コロイド溶液などを透明電極層の面に印刷してグリッド電極やバスバー電極を形成する方法が提案されている（特許文献３：特開２００３−２９７１５８号公報）。しかしながら、印刷によってグリッド電極やバスバー電極を形成しようとすると、印刷の塗布や乾燥工程が一様となりにくくムラが生じやすい。そのムラは出力のばらつきを増大させる。したがって、この提案の手法は量産性を高めにくい問題点がある。また、このような印刷を用いて集積型の太陽電池を作製する場合には、単位光電変換部を集積するための配線を接続するための精密な位置合わせも必要となる。加えて、印刷によって精細なパターンとなるように電極を形成することは、それ自体が困難である。さらには、特許文献３にて提案される金属コロイド溶液は、その溶液が非常に高価であるという課題もある。
【００１１】
ところで、サブストレート型の薄膜太陽電池において、直列接続のための構成として、いわゆるＳＣＡＦ（Ｓｅｒｉｅｓ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  Ａｐｅｒｔｕｒｅｓ  ｏｎ  Ｆｉｌｍ）構造の薄膜太陽電池が提案されている（例えば、特許文献４：特開２００２−５７３５７号公報）。この構成においては、ある単位光電変換部の前面透明電極層からの電流を隣合う単位光電変換部の裏面の電極に接続するため、多数の集電孔が設けられる。このような集電孔の配置を利用する場合にも、上述の前面透明電極層の電気抵抗は問題となる。このような集電孔を用いる場合に検討される工夫としては、前面透明電極層の各部から集電孔までの距離が可能な限り一定になるように集電孔を配置することが考えられる。この工夫のためには、集電孔の数を増大させたり、また、集電孔それ自体のサイズを大きくしたりすることが望ましい。というのは、そのような構成を用いると、前面透明電極層を電荷が移動する距離が短くなって前面透明電極層の透明導電性材料の電気抵抗を低減させたのと同様の効果があるためである。この電気抵抗の低減は、発電領域における曲線因子および光電変換効率を向上させる。しかし、この工夫にともなって発電領域の面積は減少せざるを得ない。この面積の減少は、太陽電池セルの光電変換効率を低下させる要因となる。このため、集電孔の配置、数、サイズの工夫による性能の改善効果には限界がある。
【００１２】
本発明は、以上の各課題の少なくともいくつかを解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の各課題を解決するために、本出願の発明者らは、前面透明電極層の電気抵抗を実質的に低減させる手法を種々検討した。その結果、光の透過領域を確保するようにしながら、前面透明電極層に接するように金属層を形成することが、実用性が高く有用な解決手段であることを本出願の発明者らは見出した。それらの知見を活かしたパターンの金属層を用いれば、透明電極層の集電距離を実質的に低減させることが可能となって、薄膜太陽電池において曲線因子および光電変換効率を高めることが可能となる。しかも、光の透過領域が設けられることにより、発電領域の面積の減少はごく少なくすることができる。本発明は、このような考えに基づいて創出された。
【００１４】
本発明のある態様においては薄膜太陽電池が提供される。すなわち、本発明のある態様においては、第１面と第２面とを有する電気絶縁性の基板と、裏面電極層とｎｉｐ接合構造を含む半導体層と前面透明電極層とが前記基板の前記第１面の上に該第１面の側からこの順に配置される光電変換層と、前記基板の前記第２面の側に配置される接続配線層とを備え、前記光電変換層および前記接続配線層は、それぞれ、いくつかの単位光電変換部およびいくつかの単位接続配線部をなすよう区切られており、前記第１面において互いに隣り合ういずれか二つの単位光電変換部は、一方の単位光電変換部の前面透明電極層が前記基板を貫通する集電孔を通じて前記第２面のいずれか一の単位接続配線部に電気的に接続され、他方の単位光電変換部の裏面電極層が前記基板を貫通する接続孔を通じて当該一の単位接続配線部に電気的に接続されることにより、互いに直列接続されており、前記前面透明電極層に接して配置され、前記光電変換層へ光を透過させる光透過領域が設けられたパターンをなす金属層をさらに備える薄膜太陽電池が提供される。
【００１５】
本発明のある態様においては、薄膜太陽電池の製造方法が提供される。すなわち、本発明のある態様においては、電気絶縁性を有する基板を貫通する接続孔を形成する工程と、該基板の第１面の側に裏面電極層を形成する工程と、該基板の第２面の側に接続配線層を形成する工程と、前記基板を貫通する集電孔を形成する工程と、前記裏面電極層の上にｎｉｐ接合構造を有する半導体層を形成する工程、および前面透明電極層を形成する工程をこの順に含む光電変換層形成工程と、前記光電変換部への光を透過させる光透過領域が設けられたパターンをなすようにして前記前面透明電極層に接する金属層を形成する工程と、いくつかの単位光電変換部をなすように前記光電変換層を区切る工程と、いくつかの単位接続配線部をなすように前記接続配線層を区切る工程と、を含み、前記第１面において互いに隣り合ういずれか二つの単位光電変換部は、一方の単位光電変換部の前面透明電極層が前記集電孔を通じて前記第２面のいずれか一の単位接続配線部に電気的に接続され、他方の単位光電変換部の裏面電極層が前記接続孔を通じて当該一の単位接続配線部に電気的に接続されることにより、互いに直列接続されている、薄膜太陽電池の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のいくつかの態様によれば、前面透明電極層に接するように金属層を配置することにより、前面透明電極層のシート抵抗の値を実質的に低減させることが可能となる。この際、金属層を配置する位置合わせ精度は、前面透明電極層の形成される範囲に含まれるように金属層の存在する範囲を位置合わせする程度の粗いものとしてもその効果を達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のある実施形態の薄膜太陽電池の構成を示す平面図（図１（ａ））および拡大平面図（図１（ｂ））である。
【図２】本発明のある実施形態の薄膜太陽電池の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明のある実施形態において薄膜太陽電池を製造する工程を説明する工程フロー図である。
【図４】本発明のある実施形態において薄膜太陽電池を製造する際に用いられるメタルマスクの構成を示す構成図である。
【図５】本発明のある実施形態において前面透明電極層において電気抵抗が減少する機構の概略を示す説明図である。
【図６】本発明のある実施形態において薄膜太陽電池を製造する際に用いられるメタルマスクの構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下の説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態の薄膜太陽電池の構成を示す平面図（図１（ａ））および拡大平面図（図１（ｂ））であり、図２は、本実施形態の薄膜太陽電池の構成を示す概略断面図であり、図３は、本実施形態において薄膜太陽電池を製造する工程を説明する工程フロー図である。
【００２０】
本実施形態においては、ＳＣＡＦ（Ｓｅｒｉｅｓ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  Ａｐｅｒｔｕｒｅｓ  ｏｎ  Ｆｉｌｍ）構造の集積型の薄膜太陽電池１００を作製する。なお、使用時には、例えば耐候性を確実にするため付加的な部材（封止部材など）も適宜用いられる。これらの付加的な部材については、本実施形態を明確に説明するために記載および図示が省略されている。
【００２１】
ＳＣＡＦ構造の薄膜太陽電池１００においては、図１（ａ）に示すように、集電孔１と接続孔２が形成されている基板５の一方の面（第１面）において、光を電気に変換する光電変換層が分離線３によって単位光電変換部１２０１、１２０２、・・・１２０Ｎの列となるように、各単位へと電気的に分離されて区切られている。基板のもう一方の面（第２面）に配置される接続配線層も、分離線４によって単位接続配線部１４０１、１４０２、・・・１４０Ｎの列となるように各単位へと区切られている。以下、単位光電変換部や単位接続配線部に用いる符号については、総称する際には添え字を略した符号により示し、これらの個別のものを指す場合には添え字を付して示す。なお、基板５の第１面と第２面は、基板５の厚みをなす両面からそれぞれ選択される。ここでは、基板の両面のうち、光電変換層が配置または形成される面を第１面としている。また、薄膜太陽電池１００を説明する各図面において、断面を記載する各図面においては上方に向く面が第１面として描かれ、平面を記載する各図面においては紙面が第１面となるように描かれている。
【００２２】
薄膜太陽電池１００においては、図１（ｂ）に示すように、分離線３と分離線４とは同様のものが複数繰り返して一方向に並んでいるが、分離線３と分離線４は、基板の各面において互いに位置が異なるようにずらされている。こうして、単位光電変換部１２０をなす区切りの位置と単位接続配線部１４０をなす区切りの位置とが互い違いになるようにされている。単位接続配線部１４０は、一つひとつの単位接続配線部すなわち単位接続配線部１４０ｉをみると、基板の第１面にて隣り合う二つの単位光電変換部１２０ｉおよび１２０ｉ＋１に電気的に接続可能な領域に対して基板５を介して重なるようになっている。
【００２３】
図２は、図１（ｂ）の拡大平面図においてＡ−Ａ’部における断面図（図２（ｂ））とＢ−Ｂ’部における断面図（図２（ｂ））である。基板５に開口として形成される集電孔１および接続孔２は、その基板５を貫通するようになっていて、この集電孔１および接続孔２を通じて第１の面の単位光電変換部のそれぞれが直列接続されるように構成されている。すなわち、例えば、薄膜太陽電池１００の中央部を見ると、分離線４、４によって区切られている単位接続配線部１４０ｉは、その単位接続配線部１４０ｉと重なる一方の単位光電変換部１２０ｉの前面透明電極層９に対して、集電孔１を通じて接続されている。さらに単位接続配線部１４０ｉは、その同じ単位接続配線部と重なるもう一方の単位光電変換部１２０ｉ＋１の裏面電極層６に対しても接続孔２を通じて接続されている。この接続構成が繰りかえされることによって、第２面の単位接続配線部１４０１、１４０２、・・・１４０Ｎのそれぞれを配線として、第１の面における単位光電変換部１２０１、１２０２、・・・１２０Ｎがその並びの順に直列接続されている。
【００２４】
単位光電変換部１２０は、光電変換層が分離線３、３によって区切られたものである。ここで、接続孔２が設けられる両端部以外は、裏面電極層６とｎｉｐ接合構造を含む半導体層８と前面透明電極層９とが、基板５の第１面にこの順に備えて構成されている。一方、接続孔２が設けられる両端部には、前面透明電極層９が形成されていない（図２（ａ）の接続孔２付近参照）。このため、接続孔２が設けられる両端部においては、露出された半導体層８と、その基板側の裏面電極層６とが接続孔２にまで延びている。
【００２５】
本実施形態の薄膜太陽電池１００においては、前面透明電極層９の上すなわち前面側の面の上には、半導体層８への光を透過させる光透過領域が設けられたパターンをなす金属層１１がさらに備えられている。図１（ｂ）に示すように、この金属層１１のパターンは、薄膜太陽電池１００においては分離線３に直交する向きに延びて金属層１１に覆われているライン部と、各ライン部の間に設けられ、金属層１１に覆われていないスペース部とを有している。この金属層１１が配置されないスペース部は光の通過領域となる。薄膜太陽電池１００の金属層１１をこのようなパターンをなすようにして配置するためには、マスクを用いる蒸着法が用いられる。その詳細については後述する。
【００２６】
次に、このような構造の薄膜太陽電池１００を作製する工程について、図３を参照して説明する。まず、薄膜太陽電池１００を作製する基板としては、絶縁性の基板５（以下、「基板５」という）を採用する。具体的には、例えばポリイミドフィルムを用いる。他に採用することができる基板の材質の例としては、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、アクリル、アラミド等の他の絶縁性プラスチックフィルムが挙げられる。
【００２７】
基板５にはまず、接続孔２のための開口が形成される。このために打ち抜き金型（パンチ）によって基板５の所定の位置に開口が設けられる（接続孔形成工程Ｓ１０２）。次いで、減圧下において加熱することにより、基板５の材質のポリイミドフィルムから放出されるガスを除去する脱ガス処理Ｓ１０４が行われる。なお、この脱ガス処理Ｓ１０４は接続孔形成工程Ｓ１０２の前後いずれかもしくは両方において実施してもかまわない。
【００２８】
その後、基板５の一方の面（第１面）に裏面電極層６が形成され（裏面電極層形成工程Ｓ１０６）、次いで、基板５の面のもう一方の面（第２面）に第１接続配線層７が形成される（第１接続配線層形成工程Ｓ１０８）。裏面電極層６は、例えば銀（Ａｇ）を膜厚２００ｎｍとなるようにスパッタリング法によって形成する。また、第１接続配線層７の材質は、裏面電極層６と同じくＡｇを採用する。なお、これら裏面電極層６および第１接続配線層７の材料としては、これら以外にＡｇ合金、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタニウム（Ｔｉ）等の金属を用いることができる。また、裏面電極層６には、金属層と透明電極層との多層構造からなる膜などを用いることもできる。これら裏面電極層６および第１接続配線層７を形成する際の成膜法はスパッタリング法に限られず、真空蒸着法やスプレー成膜法、印刷法、塗布法、めっき法を採用することもできる。
【００２９】
裏面電極層形成工程Ｓ１０６と第１接続配線層形成工程Ｓ１０８とを終えると、基板５の第１面に形成した裏面電極層６と基板５の第２面に形成した第１接続配線層７とは接続孔２の内側壁付近において直接重なり、互いに電気的に接続される。
【００３０】
第１接続配線層形成工程Ｓ１０８を終えると、接続孔２の場合とは別の打ち抜き金型を用いて基板５に集電孔１が形成される（集電孔形成工程Ｓ１１０）。この際には、基板５のみならず、その段階において基板５に形成されている裏面電極層６および第１接続配線層７も貫通するようにして集電孔１が形成される。さらに、基板５の第１面側には半導体層８が形成される（半導体層形成工程Ｓ１１２）。この半導体層８は、例えばアモルファスシリコンのｎ層、ｉ層、およびｐ層を基板５側から配置するｎｉｐ構造のシリコン（Ｓｉ）層が形成され、その成膜のためには、例えば高周波容量結合プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が用いられる。なお本実施形態において半導体層８を形成する際の成膜手法は特段限定されない。上述のように高周波容量結合プラズマＣＶＤ法を用いること、さらには、そのための成膜装置として平行平板型のシャワーヘッド電極を放電電極とする装置を利用することは成膜法の好ましい例である。半導体層８の他の構成としては、微結晶Ｓｉをｉ層に用いた光電変換層としてもよいし、また、アモルファスＳｉのｎｉｐ構造と微結晶Ｓｉのｎｉｐ構造とを積層するような多接合型（タンデム型）の光電変換層としてもよい。ｎ層およびｐ層の構成材料の別例としては、アモルファスＳｉＯなどの合金を用いるように本実施形態を変形することも可能である。また、各種の技術的改良を施すために、界面層やトンネル接合層としてＳｉＯやアモルファスＳｉ、微結晶Ｓｉ層を追加することも可能である。
【００３１】
また、本実施形態における半導体層８の形成の際には、成膜処理の処理効率を高めるための他の工夫も有用である。例えば、基板５を連続搬送させながら連続成膜するロール・ツー・ロール方式は、本実施形態のための好ましい工程として採用することができる。これ以外にも、搬送モードと成膜モードとを繰りかえすように動作して、成膜モードにおいては基板を停止させた状態となるようにして成膜処理を進める手法（ステッピングロール法）もまた本実施形態の好ましい工程として採用することができる。
【００３２】
半導体層形成工程Ｓ１１２によって光電変換層が形成された後、さらに、前面透明電極層９として基板５の第１面の側に透明導電性材料を堆積させる（透明導電層形成工程Ｓ１１４）。この際、光電変換層の両側端部、すなわち、接続孔２が設けられる部分には、マスクを掛けて透明導電性材料を堆積させないようにする。結果として、この部分には半導体層８が露出される（図２（ｂ））。上述の直列接続された単位光電変換部１２０を複数の列をなすように設ける場合（図示しない）にも、各列の間には、透明導電性材料を堆積させない。こうして、透明導電層９が接続孔２の領域に形成されないようにしておく。
【００３３】
本実施形態の前面透明電極層９のための透明導電性材料には各種の透明導電性材料を用いることが可能であり、その材質は特に限定されない。この透明導電性材料は、典型的には、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ、登録商標）などの金属酸化物の透明導電性材料のいずれかまたはその組み合わせ（積層体または混合物）が選択される。さらに、透明導電層形成工程Ｓ１１４の成膜方法としてはＲＦスパッタリング、ＤＣスパッタリング、印刷法、塗布法なども採用することができる。
【００３４】
次いで、基板５の第２面側の全面に、第２接続配線層１０が形成される（第２接続配線層形成工程Ｓ１１６）。この第２接続配線層１０としては、金属材料などの低抵抗の導電層が形成される。第２接続配線層形成工程Ｓ１１６を終えると、基板５の第１面に形成した前面透明電極層９と基板５の第２面に形成した第２接続配線層１０とが集電孔１の内側壁付近において直接重なり、互いに電気的に接続される。なお、第２接続配線層１０は基板５の第２面において第１接続配線層７にも接するように形成されるため、第２面におけるこれらの接続配線層は互いに接続されて電気的には一体化された接続配線層をなしている。
【００３５】
第２接続配線層形成工程Ｓ１１６の後、基板５の第１面側の前面透明電極層９の面の上に、マスクを用いて所定のパターンが形成されるようにして、金属層１１が形成される（金属層形成工程Ｓ１１８）。この金属層１１の材質には、銀（Ａｇ）などの金属材料を採用することができる。これ以外にも、Ａｇ合金、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ等の金属材料を用いて多層構造からなる膜などを用いることもできる。ここで、金属層の材質の選択の際に考慮される要因は、蒸着が可能であること、太陽電池の製品（モジュール）に期待される使用期間の間に劣化が生じないこと等である。
【００３６】
ここで、図３に基づく説明を一旦離れ、金属層形成工程Ｓ１１８において用いられるマスクについて詳述する。本実施形態において利用されるマスクには、種々のマスクを採用することができるが、好ましくは金属製のメタルマスクが用いられる。その材質を例示すれば、各種ステンレス鋼（ＳＵＳ）、３６％Ｎｉ−Ｆｅ（インバー鋼）や４２％Ｎｉ−Ｆｅ（ＤＦ−４２）など用いることができる。なお、メタルマスクの材質としては、上述のインバー鋼が低膨張金属であるため好ましい。ただし、本実施形態においてはＳＵＳ製マスクを採用しても十分に目的を達することができる。その理由は、ＳＵＳ製マスクであっても、１０μｍ程度以上の高精細な開口部を形成することが可能であり局所的な寸法精度に問題は生じにくいためである。加えて、本実施形態において位置合わせのために必要な精度が高くないこともこのようなマスクの材質の選択に影響している。すなわち、一般に基板全面にわたるような長距離にわたる寸法精度が要求されるのは、マスクによって形成される層または膜を基板全面にわたって精度良く位置合わせする必要がある場合といえる。本実施形態においては、そのような長距離の寸法精度を担保する必要がないため、各種の層の形成時の熱の影響を考慮して低膨張金属のマスクを採用する必然性は高くはない。
【００３７】
金属層１１として形成されるパターンは、各種のパターンとすることができる。具体的には、メタルマスクによって金属層が形成される所定のパターンの典型例は、ある方向に延びた幅の狭いライン部の繰り返しのパターンすなわちストライプパターンである。そのライン部の延びる方向は、縦・横・斜めのいずれの方向でもかまわない。この場合、個々のライン部の幅としては、例えば１ｍｍ以下とすることが望ましく、さらには、２００μｍ以下とすることが好ましい。また、ライン部の幅の下限は、１０μｍ以上であれば、上述のメタルマスクによってパターンを形成することができるため好ましい。また、各ライン部の繰り返しの周期（ピッチ）は、ライン部の幅より大きく１０ｍｍ以下とされる。なお、本実施形態においてはこの繰り返しのピッチは必ずしも一定のピッチであることが必須とされてはいない。しかしながら、一定したピッチによって等間隔に配列されるライン部は、金属層１１のパターンとして典型的なものの一例である。
【００３８】
金属層１１がストライプパターンとされる場合に、ライン部のピッチｐ（図２（ｂ））として望ましい値は、集電孔のピッチやそのサイズとの兼ね合いによって決定される。集電孔１に対して電流が流れることによって電気抵抗を低減させる趣旨に適う限り、そのピッチの値は種々の観点から設定される。例えば、図１のように、ある方向に一定した間隔をおいて並ぶように集電孔１が列をなして形成されているとする。そのような集電孔１の列に対して、その列の向きにライン部の並びをたどったライン部の繰り返しのピッチが集電孔１のピッチよりも小さいようなラインを用いることが好ましい。なお、図１とは異なり、集電孔の列とライン部の列とが平行でないときには、ライン部のピッチを集電孔の列の向きにたどるようにして規定するものとする。このような平行でない場合であっても、平行の場合と同様に、ライン部のピッチを集電孔のピッチよりも小さくするのが好ましい。前述のようなピッチの関係に構成すると、集電孔一つひとつに対して金属層１１のライン部が一つ以上となる比率によって対応付けされ、前面透明電極層９の電気抵抗を低減させる効果や、各集電孔の集電の際の抵抗値が、各集電孔に対して均一化される効果が得られる。より具体的な例を挙げれば、直径約１ｍｍの集電孔１が５ｍｍピッチにより並んで列をなしている場合において、図１（ａ）のように金属層１１のライン部の並びがその列の向きに平行となっている場合には、ライン部の繰り返しのピッチは５ｍｍ以下とすることが好ましい。さらには、金属層が形成される所定のパターンが１ｍｍのピッチとされることによって、集電孔のひとつに少なくとも一つ以上のラインが対応することになるため、さらに好ましい。
【００３９】
上述の各種の技術要件が勘案されて選択される金属層１１のパターンの典型例を一つあげるとすれば、集電孔が直径約１ｍｍであり５ｍｍピッチになるように配列されている場合には、金属層１１を５０μｍ幅のラインを１ｍｍのピッチにて繰りかえすストライプパターンとする。
【００４０】
なお、集電孔と金属層１１のライン部の並びとの関係については、上述のように、一つには、ライン部が集電孔１の周縁部に通じているようにすることが好ましい。このように構成すると、集電孔１に対して前面透明電極層の電気抵抗を低減させる効果が得られるためである。それ以外にも、ライン部が集電孔１に通じていないような構成も好ましい構成である。というのは、金属層１１の機能として期待しているのが前面透明電極層の電気抵抗値を低減させることによって光電変換効率を改善することにあるためである。集電孔１に至る経路を金属層によって形成して電気抵抗の低い経路が確立されることはもちろん好ましいが、金属層１１に期待しているのはむしろ、前面透明電極層のシート抵抗を低減させる効果である。また、より積極的な理由としては、集電孔１に通じないようなライン部を設けることは、金属層１１のライン部の位置合わせの位置ずれの許容範囲を広く設定することであり、金属層１１を設けることによって薄膜太陽電池の製造歩留まりが低下することが防止されるからでもある。
【００４１】
このような金属層１１のパターンを形成する際に考慮される技術的要因としては、一つには性能上の要因として前面透明電極層９のうち光電変換に寄与する面積に対する金属層１１が被覆する面積の割合、すなわち被覆率が挙げられる。また、前面透明電極層９に対する電気抵抗の低減の効果も考慮される。被覆率が考慮されるのは、金属層によって光電変換層への到達する光の光量の減少が避けられないためである。この被覆率を小さくすると光量が増加するものの、金属層１１による電気抵抗の低減効果も限定される。その逆に被覆率を大きくすると金属層１１による電気抵抗の低減効果の観点では有利となるが、光量が減少する。これらを考慮すると、被覆率は１０％以下にすることが好ましい。なお、電気抵抗の低減効果は、金属層１１の層厚にも依存する。電気抵抗の低減効果を高めるためには金属層１１の層厚を増大させることも好ましい。これに対して、金属層１１がごく薄い膜である場合には光が透過する点を考慮すれば、金属層１１の層厚を減少させることも好ましい。
【００４２】
このような性能上の要因以外にも、本実施形態のようにメタルマスクを用いてパターニングする場合には、形成手法に起因する制約、例えば、メタルマスクの作製の容易さ、メタルマスクの固定の容易さも考慮される。
【００４３】
以下、本実施形態において用いられるメタルマスクについてさらに詳述する。図４は、本実施形態において薄膜太陽電池を製造する際に用いられるメタルマスクの構成を示す構成図である。
【００４４】
具体的には、図４には、図１（ｂ）に示した金属層１１のパターンを形成するためのメタルマスク２００を示している。図４（ａ）はこのメタルマスク２００の全体図である。メタルマスク２００は、例えばＳＵＳ等の適当な材質の金属板２２から作製される。その金属板２２には、微細な開口２６によるパターンが形成されている。図４（ｂ）には、メタルマスク２００の中央部分２４の拡大図が示されている。メタルマスク２００には、開口２６としてスリット状の開口部が形成されている。このようなメタルマスクが基板５の第１面の前面透明電極層９の上に配置されて形成されることにより、金属層形成工程Ｓ１１８において図１（ｂ）に記載したようなライン状の金属層１１が形成される。
【００４５】
本実施形態において好ましい金属層１１の形成方法である蒸着方法は、一つにはフラッシュ蒸着である。フラッシュ蒸着においては、金属層材料を断続的に供給して蒸着が行われる。このため、例えば金属層１１が合金によって形成される時に、金属層１１の成分に組成のずれが生じにくくなる利点がある。また、シャッター機構を備える蒸着装置を用いて間欠的に蒸着を行うことも有用である。完結的に蒸着を行うと高精細のパターンによって金属層１１を形成することが可能となる。
【００４６】
再び図３に戻ると、金属層形成工程Ｓ１１８の後に、基板５の第１面側に分離線３によるパターニングが行われる（第１面パターニング処理Ｓ１２０）。このパターニングによって、半導体層８が裏面電極層９と同一の形状を有するようにされる。前面透明電極層９は、接続孔２の付近には形成されていないが、分離線３の付近は裏面電極と同じ位置において区切られる。その結果、分離線３に囲われる形状のうち、端部の接続孔２の付近を除き、裏面電極層６、半導体層８（半導体層）、前面透明電極層９がこの順に積層された単位光電変換部１２０が形成される。
【００４７】
本実施形態の薄膜太陽電池１００においては、この第１面パターニング処理Ｓ１２０によって、前面透明電極層９に加えて、前面透明電極層９に接するように形成したパターン化された金属層１１も同時に分離される（図２（ｂ））。このため、基板５の第１面において隣接するように位置することになる二つの単位光電変換部１２０ｉおよび１２０ｉ＋１は、金属層１１が一旦は両者をつなぐように形成されたとしても、基板５の第１面の側において分離線３によって電気的に分離されている。
【００４８】
なお、単位光電変換部１２０を形成する工程をより確実に行うため、ここに示した第１面パターニング処理Ｓ１２０に加えて予備的なパターニング処理を行うことも好ましい。この予備的なパターニング処理は、例えば、裏面電極層形成工程Ｓ１０６よりも後であって、半導体層形成工程Ｓ１１２よりも前となるいずれかの段階において実施される。この予備的なパターニング処理の際にも、裏面電極層６を区切るようにパターニングされるのは分離線３の位置とされる。
【００４９】
最後に、基板５の第２面の側に対しても分離線４の位置にレーザー加工が施される（第２面パターニング処理Ｓ１２２）。この第２面パターニング処理Ｓ１２２においては、第２接続配線層１０と第１接続配線層７とが同時に分離される。これにより、基板５の第２面に単位接続配線部１４０が形成される。なお、この第２面パターニング処理Ｓ１２２においては、同時に電力取り出し電極（図示しない）の電気的な分離すなわち個別化が行われ、基板５の周縁部に第１面の側の分離線と重なるようにレーザー加工により分離線が描かれる（いずれも図示しない）。このようにして、形成された第２面の分離線をみると、全ての薄膜太陽電池素子を一括して囲う周縁、および二列の直列接続太陽電池素子の隣接する境界（周縁導電部の内側）には分離線がある。分離線４を含めて分離線の中にはどの層も残らないようにされている。
【００５０】
こうして、形成された単位光電変換部の直列接続の列において電気的な経路を図１（ａ）の紙面の左側から順に追ってみる。まず、図１（ａ）の左側の第１の単位光電変換部１２０１（前面透明電極層９、半導体層８、裏面電極６）から、縦に並んだ集電孔１を通じて第１の単位接続配線部１４０１に接続される。そして、第１の単位接続配線部１４０１から接続孔２を通じて第２の単位光電変換部１２０２に接続される。以下、この繰り返しによって、第Ｎの単位光電変換部１２０Ｎまで接続されて第Ｎの単位接続配線部１４０Ｎまでつながっている。ここで、直列接続された単位光電変換層１２０全体からの出力を取り出すためには、例えば、第Ｎの単位接続配線部１４０Ｎが電力を取り出すための電極としても利用され、第１の単位光電変換部１２０１の裏面電極６またはその裏面電極６に接続された配線部も電力を取り出すための電極として利用される。
【００５１】
薄膜太陽電池モジュールの実用性を一層高めるために、封止材やバックシートなどが外装としてラミネートされる。この封止材やバックシートとしては、例えばＥＶＡ、ＰＥ、ＰＥＴ、ＥＴＦＥ、などの各種の樹脂材料が採用される。ここではこれらの材質は図示していない。
【００５２】
なお、金属層１１は、前面透明電極層９の前面に配置している。このような配置であっても光電変換層に入射する光量が減少することによる発電量の低下の影響は抑制することができる。というのは、金属層１１のライン部の線幅を極細にすることにより、そのようなライン部の陰となる部分に対しても光が回折して光が侵入する効果が期待できるためである。このような効果が得られる線幅は、例えば２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下であれば十分な効果が期待できる。なお、金属層１１によってライン部を形成する場合には、線幅には作製上の下限値をも考慮する必要がある。特に、マスクの開口を通して形成されるライン部には、マスクを形成することが可能な線幅によって線幅の下限値が決定される。その具体的な値は、マスクの製造技術が通常のものであれば１０μｍ程度となる。
【００５３】
また、金属層１１の層厚についても、電気抵抗を低減させる効果はごく小さな層厚であっても達成される。具体的には、金属層１１の層厚は、１０ｎｍ以上１μｍ以下とすることが好ましく、さらに好ましくは、１００ｎｍ以下とされる。特に１００ｎｍ以下のようなごく薄い層厚であれば、金属層であっても金属層状に入射した光のうちには透過する光が生じる場合がある。このような透過光は光電変換層に入射するため、光電変換層に入射する光が減少することそれ自体による悪影響を緩和することができる。
【００５４】
なお、本実施形態に示した薄膜太陽電池１００は、高精細にパターニングした金属層に電気伝導を負担させることによって、前面透明電極層の見かけのシート抵抗を低減させてその効果を発揮するものである。このため、金属層の局所的なパターンは高精細なパターンとするために高精細マスクを使用する。ここで留意されるべきは、このように金属層１１を高精細にパターニングして形成することと、その形成の際に実行される位置合わせに必要な精度とは別であることである。すなわち、本実施形態において実現される前面透明電極層の見かけ上のシート抵抗が低減される効果は、金属層の各ラインが精細に作製されていることにより達成されるのである。この際には、例えばそのような各ラインを他の特定の配線や他の要素に精密に位置合わせして配置することは必ずしも要しない。このため、前面透明電極層の見かけ上のシート抵抗を低減させるためには、金属層１１の配置される領域全体が前面透明電極層の範囲に適合されている程度とすることができる。このように、パターニングされているμｍ単位での位置合わせが必要とされないことは製造上の大きな利点といえる。金属層１１を配置するために利用される製造装置または手法を簡易なものとしうるためである。
【００５５】
そして、図５を参照して、金属層１１によって前面透明電極層９の電気抵抗すなわちシート抵抗の低減の原因について、本出願の発明者らがその理由と考えるものを以下に説明する。図５は本実施形態において前面透明電極層において電気抵抗が減少する原理を説明するための模式説明図である。図５（ａ）は、比較のために示す金属層１１を用いない薄膜太陽電池５００の集電孔付近を拡大して示す平面図であり、図５（ｂ）は、薄膜太陽電池１００の集電孔１の付近の構成を拡大して示す平面図である。薄膜太陽電池５００の構成は、金属層１１が無いこと以外は薄膜太陽電池１００と同様の構成である。
【００５６】
まず、金属層１１が形成されているかいないかにかかわらず、前面透明電極層９の各位置において発電された電流は、集電孔１から基板５の裏面側に配置される単位接続配線部１４０（図５において図示しない）に伝わる。したがって、電流の経路において薄膜太陽電池１００と薄膜太陽電池５００との間で相違するのは、集電孔１までの経路である。ここで、薄膜太陽電池５００（図５（ａ））においては、位置１２から集電孔１までの集電のための主な電流の経路は、集電孔１までの直線の経路となる。この経路は、図５（ａ）に示したように位置１２から集電孔１の周縁部までの最も近い位置までのデカルト座標（ｘ、ｙ）の値によって幾何学的に求めることができる。
【００５７】
これに対して、薄膜太陽電池１００においては、金属層１１が形成されていてそれがライン部となっている。このため、その金属層１１が前面透明電極層９よりも十分に低い抵抗値を示すならば、図５（ｂ）に示す構成において位置１２から集電孔１までの抵抗を主として決めるのはデカルト座標のｙとなる。つまり、ライン部の金属層１１を配置すると、前面透明電極層の各位置から集電孔１までの経路における電気抵抗は、最も近いライン部までの距離によって電気抵抗がほとんど決定されることなる。このため、前面透明電極層９を流れる電荷に影響を及ぼす実質的な電気抵抗はその距離の短縮化に応じて低減される。もちろん、ここに述べた説明は簡略化された説明に過ぎない。薄膜のシート抵抗の起源を説明するために用いられる広がった経路による電気伝導は考慮されておらず、さらには、実際の金属層１１には零でない抵抗が生じる。したがってより詳細な機構によって本実施形態の金属層１１の効果を説明することが可能である。しかしながら、本実施形態において実現される前面透明電極層の電気抵抗を低減する機構の本質は、この説明によって端的に示されるものと発明者らは考えている。
【００５８】
メタルマスクを用いて金属層１１のパターンが形成される際には、メタルマスクは基板５に対して相対的に静止された状態を保って金属層１１の蒸着が行われる。このため、メタルマスクは何らかの手法によって保持または固定される。この際、保持または固定の際、メタルマスクの板材やメタルマスク自体の性質によってはメタルマスクに張力が印加される。このような固定を確実に行うためには、マスクは、例えば適当な保持具（図示しない）にスポット溶接される。
【００５９】
以上に説明した薄膜太陽電池１００によって太陽電池の性能が改善されるかどうかを確認するために、薄膜太陽電池１００の実施例サンプルを作製した。また、薄膜太陽電池１００の実施例サンプルを、上述の薄膜太陽電池５００と同様に作製した比較例サンプルと比較した結果を以下に説明する。
【００６０】
［実施例サンプル］
実施例サンプルとして、実施形態１の薄膜太陽電池１００の構成を有する薄膜太陽電池セルを作製した。作製した工程は図３に基づいて説明した通りである。具体的な条件は以下の通りとした。まず、基板５として厚さ５０μｍのポリイミドフィルムを用いた。接続孔形成工程Ｓ１０２にてパンチを用いて、接続孔２を開口させ、脱ガス処理Ｓ１０４として１０Ｐａ以下の減圧下で基板温度が３５０°Ｃとなるように加熱し基板のポリイミドフィルムの脱ガス処理を行った。裏面電極層形成工程Ｓ１０６の裏面電極層として、銀（Ａｇ）を膜厚２００ｎｍになるようにスパッタリングにより形成した。この際の圧力は１Ｐａとした。
【００６１】
第１接続配線層形成工程Ｓ１０８として、基板５の第２面にＡｇを２Ｐａの圧力でＡｒガスのスパッタリング法により、第１接続配線層７を形成した。第１接続配線層形成後、第１面パターニング工程Ｓ１１０として、第１面の裏面電極６を所定の形状になるようレーザー加工を実行した。この際、裏面電極６は裏面電極を分離する分離線４とともに他の周縁部にも分離線を配し、分離線により囲まれるようにした。集電孔形成工程Ｓ１１０としては、パンチにより直径１ｍｍの５ｍｍピッチとなるように集電孔１を多数形成した。
【００６２】
次に、半導体層形成工程Ｓ１１２として単接合のアモルファスＳｉ太陽電池をプラズマＣＶＤ法により半導体層８を形成した。半導体層８の各層の層厚は、ｎ層２０ｎｍ、ｉ層３００ｎｍ、ｐ層２０ｎｍとした。この際、容量結合プラズマ法を用いて掲載した。具体的には、プラズマＣＶＤ装置の放電電極として平行平板型のシャワーヘッド電極を用いて電極間距離２０ｍｍにおいて放電周波数を２７．１２ＭＨｚとして半導体層８を形成した。なお、半導体層８の形成時には、基板５を静止させた状態とした。
【００６３】
さらに詳細な条件は以下のとおりである。まず、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス、ＰＨ３ガスの混合ガスを用いて、ｎ型アモルファスＳｉ層を形成した。このときの放電パワーは５Ｗ、成膜温度（基板の設定温度）は３００℃とした。次に、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガスの混合ガスを用いて、ｉ型アモルファスＳｉ層を形成した。このときの放電パワーは２０Ｗとし成膜温度を２８０℃とした。さらに、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス、Ｂ２Ｈ６ガスの混合ガスを用いて、ｐ型アモルファスＳｉ層を形成した。このときの放電パワーは５Ｗ、成膜温度１６０℃とした。
【００６４】
その後、透明導電層形成工程Ｓ１１４として、作製したアモルファスＳｉからなるｎｉｐ単接合構造の上に前面透明電極層９を基板５の第１面の側に形成した。この前面透明電極層９の透明導電性材料にはＩＴＯを採用した。その形成条件は、本実施例ではＡｒガスによるＲＦスパッタリング法により０．７Ｐａとし、その層厚が７０ｎｍとした。この際、接続孔２の付近はマスクして接続孔２に前面透明電極層９が形成されないようにした。
【００６５】
次いで第２接続配線層形成工程Ｓ１１６として、第２面の全面に第２接続配線層１０となるニッケル（Ｎｉ）層を形成した。ニッケル（Ｎｉ）層の形成は、２Ｐａの圧力でＡｒガスによるスパッタリング法により実施された。
【００６６】
さらに、金属層形成工程Ｓ１１８として、前面透明電極層９（ＩＴＯ層）の上に金属層１１を形成した。この際、開口幅５０μｍの１ｍｍピッチのスリットが形成されているＳＵＳ製メタルマスクを用いて、真空蒸着法で１０ｎｍ厚にＡｇ層を形成した。この真空蒸着法には、フラッシュ蒸着法を採用した。最後に、第１面パターニング処理Ｓ１２０と第２面パターニング処理Ｓ１２２とを行った。
【００６７】
［従来例サンプル］
前面透明電極層（ＩＴＯ層）の上に金属層の形成を行わない以外は実施例サンプルと同様にして、薄膜太陽電池５００と同様の構造の比較例サンプルを作製した。
【００６８】
上述の実施例サンプルおよび従来例サンプルの太陽電池セルをそれぞれ５セルずつ作製した。各セルを対象にしてソーラーシミュレータを用いて電流−電圧特性を測定し、太陽電池の光電変換効率（Ｅｆｆ）を求めた。光の照射条件は１００ｍＷ／ｃｍ２とした。その結果を表１に示す。
【表１】
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【００６９】
表１には、太陽電池セルサンプルそれぞれにおいて測定された実際の光電変換効率の測定値（単位：％）と、各サンプルの測定値から算出される実施例内および従来例内における光電変換効率の平均値とを示している。実施例サンプルおよび従来例サンプルともに測定値にはばらつきがみられるものの、本実施形態を実際に適用した実施例サンプルの光電変換効率の平均値は、従来例サンプルの場合に比べて０．２８％向上することが確認された。このように、本実施形態の薄膜太陽電池１００の構成を採用する太陽電池において、薄膜太陽電池５００との比較において、光電変換効率（Ｅｆｆ）を向上させうることを確認した。
【００７０】
ここで、図５に示した比較例サンプルに対して実施例サンプルの光電変換効率（Ｅｆｆ）が向上したのは、その構成上の相異点である前面透明電極層の有無が影響しているものと本出願の発明者らは判断している。すなわち、実施例サンプルでは前面透明電極層を電荷が移動する距離（集電距離）が比較例サンプルに比して実質的に短くなっている。このため、前面透明電極層の抵抗成分による太陽電池特性の曲線因子（ＦＦ）の低下が生じにくくなって、光電変換効率（Ｅｆｆ）が向上している。なお、本出願の発明者らは、金属層１１の付加によって生じる光量の減少は問題となっておらず、薄膜太陽電池セル全体としてみても光電変換効率が改善していると推測している。
【００７１】
＜第１実施形態：変形例＞
以上の第１実施形態は、その利点を維持したまま様々に変形することができる。例えば、金属層が形成される位置は、前面透明電極層に接しているような金属層１１の位置以外に他の位置とすることができる（図示しない）。典型的には、前面透明電極層と半導体層の間、すなわち、前面透明電極層の裏面側に金属層を配置しても、同様の効果を奏することが可能となる。この場合には、これまで説明してきた図２に示したような前面透明電極層の前面側に金属層を配置する場合と同様に分離線３によって金属層も区切られる。なお、このような構成を採用する場合には、半導体層８の光電変換特性に悪影響が及ぼされないような金属層の材質や形成方法が選択される。
【００７２】
さらに、図４（ｂ）に示したメタルマスクの開口パターン、すなわち金属層のパターンを他のパターンにして変形することも可能である。図６には、上述のメタルマスク２００に代えて採用しうる他のパターンを有するメタルマスクの構成を示す。図６（ａ）に中央部分２４Ａの拡大図を示すマスクは、スリット状の開口２６Ａに直交する向きに延びる開口２８が、各開口２６Ａの間の膜または板に設けられているようなマスクである。このような少なくとも二つの方向に延びるライン部を有するようなパターンを用いることも本実施形態として採用することができる。なお、例えば図６（ａ）に示した構成では、開口２６Ａと開口２８とがつながっていない。このようにする理由は、一つには、メタルマスクによって形成可能なパターンがメタルマスク自体の板または膜が島状に独立した遮蔽部を形成できないという事情があるためである。またもう一つには、仮にそのようなパターンとされて必ずしも金属層が互いに連続するように形成されていなくとも、十分に前面透明電極層の見かけ上のシート抵抗が低減されて光電変換効率を向上させる効果が得られるためでもある。
【００７３】
なお、図６（ａ）に示したマスクでは、例えば開口２６Ａの開口幅と開口２８の開口幅を異なる幅とすることによって、開口２６Ａによって形成されるライン部の線幅を広く、開口２８によって形成されるライン部の線幅を狭くすることも可能である。このようにライン部の線幅を方向によって異ならせることによって、幅の広い主ライン部と幅の狭い副ライン部とを形成することも好ましい。このようにライン部を構成することによって、数の多いラインを小さい線幅で形成することによって光電変換効率への影響を抑制しつつ、電気抵抗を効果的に低減することが可能となる。
【００７４】
また、図６（ｂ）に中央部分２４Ｂの拡大図として示すマスクは、スリット状の開口２６Ｂが延びる方向において互いに分離されている。このように分離された開口２６Ｂを用いる場合には、その分離された部分３０に対応する領域には金属層は形成されず、金属層のパターンは互いに分離されたパターンとなる。この場合にも、開口を形成するためのメタルマスクはより簡易に作製することができる。さらには、この延びる方向において互いに分離されたパターンの金属層を用いても前面透明電極層９の見かけ上のシート抵抗が低減される効果は十分に得られる。したがって、このようなマスクも本実施形態の薄膜太陽電池１００のために用いることができる。
【００７５】
また、図６（ｃ）に中央部分２４Ｃの拡大図として示すマスクは、スリット状の開口２６Ｃも、また、の開口２６Ｃに直交するように延びる開口２８Ｃもともに延びる方向において分離されている。このように分離された開口２６Ｃおよび２８Ｃを用いるような構成は、図６（ａ）示したマスクの構成と図６（ｂ）に示したマスクの構成の特徴を兼ね備えるものであり、このようなマスクも本実施形態の薄膜太陽電池１００のために用いることができる。
【００７６】
加えて、図３に示した金属層形成工程Ｓ１１８において、複数のマスクを用いることようにして金属層１１を形成することも好ましい。単一のマスクとしては、金属層１１の付着を防ぐ遮蔽部が島状に独立した遮蔽部を形成できないため、例えば、縦横の格子またはグリッド状に連続するようなパターンは形成することができない。しかし、複数のマスクを採用すると、例えばメタルマスクなどにおいては、このようなパターンを形成することも可能になるため、金属層の配置のパターンの選択肢が広がる利点がある。
【００７７】
さらに、接続孔付近に金属層のライン部が形成されないようにすることも好ましい変形例である。このような構成は、例えば図４に示したマスクの開口の設けられる範囲を適宜制限することによって容易に実現される。この変形例が好ましい理由は、一つには、接続孔付近に前面透明電極層自体が形成されていていない構成を採用すると、その必要性が低いからである。また、他の理由として、接続孔は光電変換層の裏面電極と基板背面の接続配線とが接続されているため、そこに導電性の金属層が配置された場合、その金属層の他の部分が前面透明電極層とつながると、ショートしてしまう可能性が高まるためである。
【００７８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を具体的に説明した。上述の各実施形態および実施例は、発明を説明するために記載されたものであり、本出願の発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。また、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、曲線因子および光電変換効率が向上された太陽電池を提供することにより、そのような太陽電池を一部に含むような任意の電力機器または電気機器の普及または高性能化に大きく貢献する。
【符号の説明】
【００８０】
１００、５００  薄膜太陽電池
１  集電孔
２  接続孔
３、４  分離線
５  基板
６  裏面電極層
７  第１接続配線層
８  半導体層
９  前面透明電極層
１０  第２接続配線層
１１  金属層
１２  位置
１２０  単位光電変換部
１４０  単位接続配線部
２００  マスク（メタルマスク）
２２  金属板
２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ  中央部
２６、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２８、２８Ｃ  開口
【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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