(57)【要約】【課題】裏面電極層の立体構造を制御して最適化することによって、発電層の光吸収特性を向上させた光電変換装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板１上に透明電極層２と、少なくとも２つの発電層９１，９２と、裏面電極層４とを備える光電変換装置であって、裏面電極層４が銀薄膜を備え、裏面電極層４の基板側の表面が凹凸形状を有し、裏面電極層４の基板側の表面で反射されて基板から出射した反射光の光量と裏面電極層４に吸収された光の光量との和が、裏面電極層４が平滑である場合に裏面電極層４の基板側の表面で反射されて基板から出射した反射光の光量と裏面電極層４に吸収された光の光量との和の９６％以下であることを特徴とする光電変換装置である。【選択図】図１
2011040796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に透明電極層と、少なくとも２つの発電層と、裏面電極層とを備える光電変換装置であって、
前記裏面電極層が銀薄膜を備え、
前記裏面電極層の前記基板側の表面が凹凸形状を有し、
前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量と前記裏面電極層に吸収された光の光量との和が、前記裏面電極層が平滑である場合に前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量と前記裏面電極層に吸収された光の光量との和の９６％以下であることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
基板上に透明電極層と、少なくとも２つの発電層と、裏面電極層とを備える光電変換装置であって、
前記裏面電極層が銀薄膜を備え、
前記裏面電極層の前記基板側の表面が凹凸形状を有し、
前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量が、前記裏面電極層が平滑である場合に前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量の９３％以下であることを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
前記基板と前記透明電極層との積層体のヘイズ率が、２０％以上３０％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記裏面電極層の側の前記発電層の膜厚が、１．４５μｍ以上２．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記裏面電極層の前記基板側の表面に、裏面透明電極層を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項６】
基板上に透明電極層を形成する工程と、少なくとも２つの発電層を形成する工程と、裏面電極層を形成する工程とを含む光電変換装置の製造方法であって、
前記裏面電極層が銀薄膜を備え、
前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量と前記裏面電極層に吸収された光の光量との和が、前記裏面電極層が平滑である場合に前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量と前記裏面電極層に吸収された光の光量との和の９６％以下となるように、前記裏面電極層の前記基板側の表面に凹凸形状を設けることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
基板上に透明電極層を形成する工程と、少なくとも２つの発電層を形成する工程と、裏面電極層を形成する工程とを含む光電変換装置の製造方法であって、
前記裏面電極層が銀薄膜を備え、
前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量が、前記裏面電極層が平滑である場合に前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量の９３％以下となるように、前記裏面電極層の前記基板側の表面に凹凸形状を設けることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項８】
前記凹凸形状を、前記裏面電極層の側の前記発電層の形成条件を制御して、該発電層の前記裏面電極層の側の表面に所定の凹凸形状を設けた後、前記裏面電極層を形成することによって設けることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項９】
前記凹凸形状を、前記裏面電極層の側の前記発電層を形成し、該発電層の表面をエッチングして該発電層の表面に所定の凹凸形状を設けた後、前記裏面電極を形成することによって設けることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１０】
前記基板と前記透明電極層との積層体のヘイズ率が、２０％以上３０％以下であることを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１１】
前記裏面電極層の側の前記発電層の膜厚が、１．４５μｍ以上２．５μｍ以下であることを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１２】
前記裏面電極層の前記基板側の表面に、裏面透明電極層を更に設けることを特徴とする請求項６乃至請求項１１のいずれか１項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、光電変換装置及びその製造方法に関し、特に発電層としてシリコンを用いる太陽電池に関する。
【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、太陽電池が知られている。太陽電池の中でも、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は、大面積化が容易であること、膜厚が結晶系太陽電池の１／１００程度と薄く、材料が少なくて済むこと、などの利点がある。このため、薄膜シリコン系太陽電池は、結晶系太陽電池と比較して低コストでの製造が可能となる。しかしながら、薄膜シリコン系太陽電池の短所としては、変換効率が結晶系に比べて低いことが挙げられる。
【０００３】
薄膜系太陽電池において、変換効率、すなわち、出力電力を増加させるために、種々の工夫がなされてきた。例えば、吸収波長帯域が異なる光電変換セルを２段重ねることによって、入射光を効率良く吸収させて高い発電効率を得るタンデム型太陽電池が提案されている。この場合、光電変換セルの結晶質シリコンにおいて波長５００ｎｍから１０００ｎｍの長波長光が吸収されるが、同波長域での結晶質シリコンの吸収係数が小さいために、太陽電池内で入射光を反射させて光路長を長くし、結晶質シリコンでの光吸収量を増大させる必要がある。このため、透明基板側から太陽光が入射するスーパーストレート型においては、発電層に対して光入射側と反対側の裏面電極構造の改良が検討されてきた。
【０００４】
特許文献１には、裏面電極構造として、太陽光の放射スペクトルの波長域の光に対して高い反射率を示す金属で背面電極を形成し、背面電極とシリコン半導体層間に透明導電層を形成することが開示されている。透明導電層を形成することによって、背面電極材料とシリコン薄膜とが合金化するのを防止して背面電極の高反射率を維持し、変換効率の低下を防止することができる。
【０００５】
また、特許文献２には、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）法による電磁波解析を行い、裏面電極の最適構造として、裏面電極層と透明導電層との間に、透明導電層よりも低屈折率の屈折率調整層を挿入した構造が開示されている。屈折率調整層を挿入することによって、裏面電極構造における反射光強度を向上させることができる。この結果、発電層における光吸収量を増大させて短絡電流を大きくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭６０−４１８７８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２０７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
薄膜系太陽電池において、通常、裏面電極層の表面は、基板上に形成された透明電極層の表面形状に倣った形状となる。すなわち、製膜された透明電極層の表面は凹凸形状を有するため、透明電極層上に積層される層構造も透明電極層表面の凹凸形状の影響を受けて、裏面電極層の基板側の表面も凹凸形状となる。裏面電極の基板側の表面が凹凸形状であると、裏面電極層の基板側の表面で基板側からの入射光が散乱し、散乱光が発電層で吸収される。従って、裏面電極層表面での反射率を高めて発電層での光吸収量を向上させるには、特許文献１及び特許文献２のように、裏面電極層の材料や層構造の最適化だけでは不十分であり、裏面電極表面の形状も考慮する必要があった。
【０００８】
上記のように、裏面電極層表面は透明電極層の表面形状に倣った形状となるため、従来は透明電極層の立体構造を制御して電池性能の評価が行われていた。しかし、裏面電極層を端点とした発電層内の干渉効果をより増大させるためには、裏面電極層自体の表面形状を制御する必要が生じていた。
【０００９】
本発明は、裏面電極層の表面形状を制御して最適化することによって、発電層の光吸収特性を向上させた光電変換装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
裏面電極層を端点とした発電層内の干渉効果を増大させるためには、裏面電極層の基板側の表面に凹凸形状を付与し、その凹部と凸部の高低差を大きくすれば良い。一般に、裏面電極層としては、入射光波長域での光の反射性に優れる銀薄膜が使用されるが、裏面電極層として銀薄膜を形成した場合は、凹凸形状に起因する表面プラズモンによる光吸収が発生する。表面プラズモンによる光吸収は凹部と凸部の高低差が大きい程増大する。本発明者らは、干渉効果と表面プラズモンによる光吸収とを考慮して、発電層での光吸収特性が最適となる裏面構造を見出した。本発明においては、「裏面電極層」とは、金属からなる層を指す。また「裏面構造」とは、発電層よりも基板と反対側にある構造全体を指し、裏面電極層を含む複数の層全体、層構成、及び表面形状を包含する。
【００１１】
すなわち、本発明の参考例としての光電変換装置は、基板上に透明電極層と、少なくとも２つの発電層と、裏面電極層とを備える光電変換装置であって、前記裏面電極層が銀薄膜を備え、前記裏面電極層の前記基板側の表面が凹凸形状を有し、前記凹凸形状の凹部と凸部との高低差が６０ｎｍ以上２１０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】
このように、銀薄膜を備える裏面電極層の基板側の表面が、凹部と凸部との高低差が６０ｎｍ以上２１０ｎｍ以下の凹凸形状を有する裏面構造とすることにより、干渉効果が得られるとともに裏面電極層での表面プラズモンによる光損失の影響が抑えられるため、裏面電極側の発電層での光吸収量を増加させることができる。この結果、光電変換装置の発電効率を向上させることが可能である。
【００１３】
本発明の光電変換装置は、基板上に透明電極層と、少なくとも２つの発電層と、裏面電極層とを備える光電変換装置であって、前記裏面電極層が銀薄膜を備え、前記裏面電極層の前記基板側の表面が凹凸形状を有し、前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量と前記裏面電極層に吸収された光の光量との和が、前記裏面電極層が平滑である場合に前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量と前記裏面電極層に吸収された光の光量との和の９６％以下であることを特徴とする。
【００１４】
このように、干渉効果と表面プラズモンによる光吸収とを考慮した結果、銀薄膜を備える裏面電極層の基板側の表面が凹凸形状を有し、裏面電極層表面で反射されて基板から出射した反射光の光量と銀薄膜を備える裏面電極層に吸収された光の光量との和が、裏面電極層が平滑である場合の基板から出射した反射光の光量と裏面電極層に吸収された光の光量との和の９６％以下である裏面構造とすることにより、裏面電極層側の発電層での光吸収量を増加させることができる。その結果、高い発電効率を示す光電変換装置とすることができる。より好ましくは、反射光の光量と裏面電極層に吸収された光の光量との和を、裏面電極が平滑である場合の反射光の光量と裏面電極層に吸収された光の光量との和の９３％以下とすると、発電層での光吸収量を大幅に増加させることができる。
【００１５】
また、本発明の光電変換装置は、基板上に透明電極層と、少なくとも２つの発電層と、裏面電極層とを備える光電変換装置であって、前記裏面電極層が銀薄膜を備え、前記裏面電極層の前記基板側の表面が凹凸形状を有し、前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量が、前記裏面電極層が平滑である場合に前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量の９３％以下であることを特徴とする。
【００１６】
このように、干渉効果と表面プラズモンによる光吸収とを考慮した結果、銀薄膜を備える裏面電極層の基板側の表面が凹凸形状を有し、裏面電極層表面で反射されて基板から出射した反射光の光量が、裏面電極層が平滑である場合の基板から出射した反射光の光量の９３％以下となる裏面構造とすることにより、裏面電極層側の発電層での光吸収量を増加させることができる。その結果、高い発電効率を示す光電変換装置とすることができる。より好ましくは、反射光の光量を、裏面電極が平滑である場合の反射光の光量の９０％以下とすると、発電層での光吸収量を大幅に増加させることができる。
【００１７】
上記発明において、前記基板と前記透明電極層との積層体のヘイズ率が、２０％以上３０％以下であることが好ましい。
【００１８】
上記発明において、前記裏面電極層の側の前記発電層の膜厚が、１．４５μｍ以上２．５μｍ以下であることが好ましい。裏面電極層側の発電層の膜厚を上記範囲内とすれば、十分な発電層での光吸収量が得られ、発電効率を向上させることができる。
【００１９】
上記発明において、前記裏面電極層の前記基板側の表面に、裏面透明電極層を更に備えることが好ましい。このように、裏面電極層と発電層との間に裏面透明電極層が形成されることにより、裏面電極層と発電層との接触抵抗を低減させるとともに、反射光の光量を増大させて、光電変換装置の発電効率を向上させることができる。
【００２０】
本発明の参考例としての光電変換装置の製造方法は、基板上に透明電極層を形成する工程と、少なくとも２つの発電層を形成する工程と、裏面電極層を形成する工程とを含む光電変換装置の製造方法であって、前記裏面電極層が銀薄膜を備え、前記裏面電極層の前記基板側の表面に、凹部と凸部との高低差が６０ｎｍ以上２１０ｎｍ以下の凹凸形状を設けることを特徴とする。
【００２１】
このように、干渉効果と表面プラズモンによる光吸収とを考慮した結果、銀薄膜を備える裏面電極層を形成し、裏面電極層の基板側の表面に、凹部と凸部との高低差を６０ｎｍ以上２１０ｎｍ以下の凹凸形状を設けることによって、発電層での光吸収量が大きく高い発電効率を示す光電変換装置を製造することができる。
【００２２】
本発明の光電変換装置の製造方法は、基板上に透明電極層を形成する工程と、少なくとも２つの発電層を形成する工程と、裏面電極層を形成する工程とを含む光電変換装置の製造方法であって、前記裏面電極層が銀薄膜を備え、前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量と前記裏面電極層に吸収された光の光量との和が、前記裏面電極層が平滑である場合に前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量と前記裏面電極層に吸収された光の光量との和の９６％以下となるように、前記裏面電極層の前記基板側の表面に凹凸形状を設けることを特徴とする。
【００２３】
このように、干渉効果と表面プラズモンによる光吸収とを考慮した結果、裏面電極層の基板側の表面で反射されて基板から出射した反射光の光量と前記裏面電極層に吸収された光の光量との和が、裏面電極層が平滑である場合の基板から出射した反射光の光量と裏面電極層に吸収された光の光量との和の９６％以下、より好ましくは９３％以下となるように、銀薄膜を備える裏面電極層の基板側の表面に凹凸形状を設ければ、発電層の光吸収量が大きく高い発電効率を示す光電変換装置を製造することができる。
【００２４】
また、本発明の光電変換装置の製造方法は、基板上に透明電極層を形成する工程と、少なくとも２つの発電層を形成する工程と、裏面電極層を形成する工程とを含む光電変換装置の製造方法であって、前記裏面電極層が銀薄膜を備え、前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量が、前記裏面電極層が平滑である場合に前記裏面電極層の前記基板側の表面で反射されて前記基板から出射した反射光の光量の９３％以下となるように、前記裏面電極層の前記基板側の表面に凹凸形状を設けることを特徴とする。
【００２５】
このように、干渉効果と表面プラズモンによる光吸収とを考慮した結果、裏面電極層の基板側の表面で反射されて基板から出射した反射光の光量が、裏面電極層が平滑である場合の基板から出射した反射光の光量の９３％以下、より好ましくは９０％以下となるように、銀薄膜を備える裏面電極層の基板側の表面に凹凸形状を設ければ、発電層の光吸収量が大きく高い発電効率を示す光電変換装置を製造することができる。
【００２６】
上記発明において、前記凹凸形状を、前記裏面電極層の側の前記発電層の形成条件を制御して、該発電層の前記裏面電極層の側の表面に所定の凹凸形状を設けた後、前記裏面電極層を形成することによって設けることができる。
【００２７】
このように、発電層の形成条件の制御によって発電層の裏面電極側の表面に所定の凹凸形状を設けた後に、裏面電極層を形成すれば、裏面電極層の基板側の表面の凹凸形状を容易に制御して設けることができる。
【００２８】
また、前記凹凸形状を、前記裏面電極層の側の前記発電層を形成し、該発電層の表面をエッチングして該発電層の表面に所定の凹凸形状を設けた後、前記裏面電極を形成することによって設けることができる。
【００２９】
このように、裏面電極層側の発電層の表面を、所定の凹凸形状にエッチングした後に、裏面電極層を形成することによっても、裏面電極層の基板側の表面の凹凸形状を容易に制御して設けることができる。
【００３０】
上記発明において、前記基板と前記透明電極層との積層体のヘイズ率が、２０％以上３０％以下であることが好ましい。
【００３１】
上記発明において、前記裏面電極層の側の前記発電層の膜厚が、１．４５μｍ以上２．５μｍ以下であることが好ましい。裏面電極層側の発電層を上記範囲内の膜厚で形成すれば、高い発電効率を示す光電変換装置が得られる。
【００３２】
上記発明において、前記裏面電極層の前記基板側の表面に、裏面透明電極層を更に設けること好ましい。裏面電極層と発電層との間に裏面透明電極層を設けることにより、裏面電極層と発電層との接触抵抗を低減させるとともに、反射光量を増大させることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の参考例によれば、銀薄膜を備える裏面電極層の基板側の表面に、凹部と凸部との高低差を６０ｎｍ以上２１０ｎｍ以下の凹凸形状を設けることによって、裏面電極層側の発電層での光吸収量を増加させて、光電変換装置の発電効率を向上させることができる。
【００３４】
本発明によれば、裏面電極層の基板側の表面で反射されて基板から出射した反射光の光量と裏面電極層に吸収された光の光量との和が、裏面電極層が平滑である場合の基板から出射した反射光の光量と裏面電極層に吸収された光の光量との和の９６％以下となるように、銀薄膜からなる裏面電極層の基板側の表面に凹凸形状を設けることによって、発電層での光吸収量を増大させて、光電変換装置の発電効率を向上させることができる。
【００３５】
また、裏面電極層の基板側の表面で反射されて基板から出射した反射光の光量が、裏面電極層が平滑である場合の基板から出射した反射光の光量の９３％以下となるように、銀薄膜からなる裏面電極層の基板側の表面に凹凸形状を設けることによって、発電層での光吸収量を増大させ、光電変換装置の発電効率を向上させることができる。
【００３６】
上記した裏面電極層の基板側の表面の凹凸形状は、裏面電極層側の発電層の形成条件を制御することによって、あるいは、裏面電極層側の発電層を形成した後に発電層表面をエッチングすることによって、設けることができる。このようにすれば、所望の表面の凹凸形状を有する裏面電極層を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る光電変換装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明に係る光電変換装置として、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】本発明に係る光電変換装置として、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】本発明に係る光電変換装置として、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】本発明に係る光電変換装置として、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】ＦＤＴＤ法による計算に用いたタンデム型太陽電池の積層構造の断面概略図を示す。
【図７】実施例１のタンデム型太陽電池における反射光の光量と銀吸収光量との和と、凹凸形状の高低差ｈとの関係を示すグラフである。
【図８】実施例１のタンデム型太陽電池における反射光の光量と凹凸形状の高低差ｈとの関係を示すグラフである。
【図９】実施例１のタンデム型太陽電池における第２電池層での光吸収量と凹凸構造の高低差との関係を示すグラフである。
【図１０】実施例２のタンデム型太陽電池における反射光の光量と銀吸収光量との和と、凹凸構造の高低差との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例２のタンデム型太陽電池における反射光の光量と凹凸形状の高低差ｈとの関係を示すグラフである。
【図１２】実施例２のタンデム型太陽電池における第２電池層での光吸収量と凹凸構造の高低差との関係を示すグラフである。
【図１３】実施例３のタンデム型太陽電池における反射光の光量と銀吸収光量との和と、凹凸構造の高低差との関係を示すグラフである。
【図１４】実施例３のタンデム型太陽電池における反射光の光量と凹凸形状の高低差ｈとの関係を示すグラフである。
【図１５】実施例３のタンデム型太陽電池における第２電池層での光吸収量と凹凸構造の高低差との関係を示すグラフである。
【図１６】実施例４のタンデム型太陽電池における反射光の光量と銀吸収光量との和と、凹凸構造の高低差との関係を示すグラフである。
【図１７】実施例４のタンデム型太陽電池における反射光の光量と凹凸形状の高低差ｈとの関係を示すグラフである。
【図１８】実施例４のタンデム型太陽電池における第２電池層での光吸収量と凹凸構造の高低差との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の光電変換装置の実施形態の構成について説明する。
図１は、本実施形態に係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、シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、発電層３としての第１電池層９１（非晶質シリコン系）及び第２電池層９２（結晶質シリコン系）、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系も含まれる。
【００３９】
次に、本実施形態の光電変換装置として、太陽電池パネルを製造する工程を図２から図５を用いて説明する。
【００４０】
（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：３〜６ｍｍの一辺が１ｍを超える大面積基板）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。
【００４１】
（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以下の透明電極膜を、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が形成される。本実施形態において、基板と透明電極層との積層体のヘイズ率は、２０％以上３０％以下であることが好ましい。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、膜厚５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。
【００４２】
（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、透明電極層の層面側から入射する。加工速度が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。
【００４３】
（４）図２（ｄ）
第１電池層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ドープシリコン膜であり、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Ｐドープ非晶質シリコン膜であり、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。
【００４４】
第１電池層９１上に、第２電池層９２として結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。結晶質シリコンｐ層４１はＢドープした結晶質シリコン膜であり、膜厚１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。結晶質シリコンｉ層４２の膜厚は、１．２μｍ以上３．０μｍ以下である。結晶質シリコンｎ層４３はＰドープした結晶質シリコン膜であり、膜厚２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００４５】
本実施形態において、第２電池層９２（ｐ層４１、ｉ層４２及びｎ層４３）の形成条件を制御することによって、結晶質シリコンｎ層４３の裏面電極層４側の表面に、所望の凹凸形状を設ける。第２電池層９２の形成条件として、製膜時の基板温度、製膜圧力、水素希釈率、プラズマ励起パワー、プラズマ発生周波数などが挙げられる。例えば、ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを主原料にして、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：２５℃以上２５０℃以下、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下にて、結晶質シリコンｐ層４１、結晶質シリコンｉ層４２、結晶質シリコンｎ層４３の順で製膜する。
【００４６】
また、結晶質シリコンｎ層４３の裏面電極層４側の表面の凹凸形状は、第２電池層９２を形成した後に、結晶質シリコンｎ層４３の表面をエッチングすることによって設けても良い。この場合、水素プラズマ、あるいは、メタンやフロン等を添加した水素プラズマを用いたエッチング処理が採用できる。
【００４７】
本実施形態において、第１電池層９１上に、第１電池層９１と第２電池層９２との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を形成しても良い。中間コンタクト層５として、ＤＣスパッタリング装置により、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ焼結体を用いて、膜厚２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を形成する。
【００４８】
（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の膜面側から入射する。パルス発振：１０ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ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約１００μｍから１５０μｍの横側を、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側から入射しても良い。この場合は光電変換層３の第１電池層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。
【００４９】
（６）図３（ａ）
裏面電極層４として、スパッタリング装置により、減圧雰囲気、製膜温度：約１５０℃にてＡｇ膜を製膜する。または、裏面電極層４として、Ａｇ膜：２００〜５００ｎｍ、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜：１０〜２０ｎｍを順に積層して、Ａｇ膜／Ｔｉ膜の積層膜を形成しても良い。この場合は、基板側にＡｇ膜が設置される層構成とする。
【００５０】
本実施形態では、第２電池層９２のｎ層と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層３と裏面電極層４との間に裏面透明電極層（図１では図示せず）を形成した裏面構造としても良い。裏面透明電極層として、例えば、スパッタリング装置により、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を膜厚：５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下で製膜する。
【００５１】
裏面電極層は、結晶質シリコンｎ層に倣って形成される。また、裏面透明電極層を設けた場合、裏面透明電極層は薄いため、裏面透明電極層及び裏面電極層は、結晶質シリコンｎ層に倣って形成される。従って、裏面電極層の基板側の表面形状は、結晶質シリコンｎ層の表面形状と略同一である。
【００５２】
本実施形態において、裏面電極層４の基板側表面の凹凸形状は、凹部と凸部との高低差が６０ｎｍ以上２１０ｎｍ以下とされる。
【００５３】
また、本実施形態において、基板１側から太陽光を入射した場合に、裏面電極層４の基板側表面で反射されて基板２から太陽電池の外に出射する反射光の光量と裏面電極層４に吸収された光の光量との和が、高低差が０ｎｍ（すなわち、裏面電極層４の基板２側表面が平滑である場合）を基準としたときの反射光の光量と裏面電極層４に吸収された光の光量との和の９６％以下、より好ましくは９３％以下となるように、裏面電極層４の基板側表面の凹凸形状が設けられる。
【００５４】
また、本実施形態において、基板１側から太陽光を入射した場合に、裏面電極層４の基板側表面で反射されて基板２から太陽電池の外に出射する反射光の光量が、高低差が０ｎｍ（裏面電極層４の基板２側表面が平滑である場合）を基準としたときの反射光の光量の９３％以下、より好ましくは９０％以下となるように、裏面電極層４の基板側表面の凹凸形状が設けられる。
【００５５】
（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側から入射する。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１０ｋＨｚ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約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。
【００５６】
（８）図３（ｃ）
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が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側から入射する。レーザー光が透明電極層２と光電変換層３とで吸収され、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１０ｋＨｚ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。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
【００５７】
絶縁溝１５は基板１の端より５ｍｍから１０ｍｍ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、有効な効果を奏するので好ましい。
【００５８】
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が同様に使用できるものがある。
【００５９】
（９）図４（ａ）
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（周囲領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、積層膜を除去する。基板１の端から５ｍｍから２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり、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する。
【００６０】
（１０）図４（ｂ）
端子箱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設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
【００６１】
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銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
【００６２】
集電用銅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。
【００６３】
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。
【００６４】
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℃から１６０℃でプレスしながら、ＥＶＡを架橋させて密着させる。
【００６５】
（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。
【００６６】
（１２）図５（ｂ）
銅箔と端子箱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。
【００６７】
（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。
【００６８】
（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。
【００６９】
（実施例１）
図６に、実施例１のタンデム型太陽電池の積層構造モデルの概略図を示す。図６の積層構造モデルでは、ガラス基板（図示せず）上に透明電極層２から順に積層される。なお、ガラス基板の厚さは半無限とした。
【００７０】
透明電極層２は、膜厚７００ｎｍ、基板１と透明電極層２との積層体としたときのヘイズ率２０％、テクスチャ構造の平均ピッチ（１周期分の幅）６００ｎｍ、仰角（図６において不図示のガラス基板面からの角度）３０°とした。
【００７１】
非晶質シリコンからなる第１電池層９１は、透明電極層２側から順にｐ層、ｉ層、ｎ層を積層し、膜厚２５０ｎｍとした。中間コンタクト層５は、膜厚７０ｎｍのＧＺＯ膜とした。結晶質シリコンからなる第２電池層９２は、第１電池層９１側から順にｐ層、ｉ層、ｎ層を積層し、膜厚２．０μｍとした。第１電池層９１及び第２電池層９２は透明電極層２上に設けられるため、各層の境界は透明電極層２と同様に凹凸のあるテクスチャを有するが、一般に透明電極層のテクスチャと比較して鈍った凹凸形状となる。従って、図６の構造モデルでは、第１電池層９１及び第２電池層９２の凹凸形状を、正弦関数で表した。
【００７２】
裏面構造は、裏面透明電極層７及び裏面電極層４とした。裏面透明電極層７は、膜厚６０ｎｍのＧＺＯ膜とした。裏面電極層４は、膜厚２５０ｎｍ以上のＡｇ膜とした。裏面透明電極層７及び裏面電極層４の基板側表面の凹凸形状を正弦関数で表し、凹凸形状の高低差ｈを０ｎｍから４００ｎｍの範囲とした。
【００７３】
ＦＤＴＤ法を用い、図６の積層構造モデルの光学解析計算を行った。
非晶質シリコン及び結晶質シリコンの吸収波長帯域である３００ｎｍから１２００ｎｍの波長範囲について、図６の積層構造モデルの各層の光吸収率スペクトルと、反射率スペクトルとを計算により求めた。
結晶質シリコンの吸収波長帯域である５００ｎｍから１０００ｎｍにおける反射率スペクトルと基準太陽光スペクトルＡＭ１．５Ｇとの積を積分した等価電流値を、裏面電極層４の透明電極層２側表面で反射されて透明電極層２から出射した反射光の光量と定義した。
波長３００ｎｍから１２００ｎｍにおける裏面電極層４の光吸収率スペクトルと基準太陽光スペクトルＡＭ１．５Ｇとの積を積分した等価電流値を、裏面電極層４の透明電極層２側（基板側）表面で吸収された光の光量（銀吸収光量）と定義した。
波長３００ｎｍから１２００ｎｍにおける第２電池層９２の光吸収率スペクトルと基準太陽光スペクトルＡＭ１．５Ｇとの積を積分した等価電流値を、第２電池層の光吸収光量と定義した。
【００７４】
図７に、実施例１のタンデム型太陽電池における反射光の光量と銀吸収光量との和と、凹凸形状の高低差ｈとの関係を示す。同図において、横軸は高低差ｈ、縦軸は高低差０ｎｍを基準とした場合の反射光の光量と銀吸収光量との和である。図８に、実施例１のタンデム型太陽電池における反射光の光量と凹凸形状の高低差ｈとの関係を示す。同図において、横軸は高低差ｈ、縦軸は高低差０ｎｍを基準とした場合の反射光の光量である。図９に、実施例１のタンデム型太陽電池における第２電池層での光吸収量と凹凸形状の高低差ｈとの関係を示す。同図において、横軸は高低差ｈ、縦軸は高低差０ｎｍを基準とした場合の第２電池層での光吸収量である。
【００７５】
図７に示すように、高低差６０ｎｍから２１０ｎｍの範囲内で、反射光の光量と銀吸収光量との和が、高低差０ｎｍの場合の９６％以下となった。高低差１２０ｎｍの場合に、反射光の光量が極小となった。図８に示すように、反射光の光量は、高低差６０ｎｍ以上において、高低差０ｎｍを基準とした場合の９３％以下となった。第２電池層での光吸収量は、反射光の光量と銀吸収光量との和に対応して、高低差６０ｎｍから２１０ｎｍの範囲で増大した。
このように、裏面電極層で反射されて出射する反射光の光量と銀吸収光量の和と、第２電池セルでの光吸収量とに強い相関が見られた。図８に示すように、実施例１の太陽電池では、高低差が６０ｎｍ以上であれば反射光の光量が基準（高低差０ｎｍ）９３％以下となる結果が得られた。しかし、高低差が大きくなると、凹凸形状を形成する際の制御性が悪化する、高低差の大きい凹凸形状を有する第２電池層上に裏面透明電極層及び裏面電極層を均一に形成しにくい、などの不都合が発生する。従って、凹凸形状形成時の制御性や裏面構造の膜厚均一性を考慮すると、高低差は２１０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００７６】
（実施例２）
実施例１の積層構造モデルにおける第２電池層の膜厚を１．４５μｍに変更して、反射光の光量と銀吸収光量との和、反射光の光量及び第２電池層での光吸収量を計算した。
【００７７】
図１０に、実施例２のタンデム型太陽電池における反射光の光量と銀吸収光量との和と、凹凸形状の高低差ｈとの関係を示す。同図において、横軸は高低差ｈ、縦軸は高低差０ｎｍを基準とした場合の反射光の光量と銀吸収光量との和である。図１１に、実施例２のタンデム型太陽電池における反射光の光量と凹凸形状の高低差ｈとの関係を示す。同図において、横軸は高低差ｈ、縦軸は高低差０ｎｍを基準とした場合の反射光の光量である。図１２に、実施例２のタンデム型太陽電池における第２電池層での光吸収量と凹凸形状の高低差ｈとの関係を示す。同図において、横軸は高低差ｈ、縦軸は高低差０ｎｍを基準とした場合の第２電池層での光吸収量である。
【００７８】
図１０に示すように、高低差１３０ｎｍのときに、反射光の光量と銀吸収光量との和が極小となった。実施例２では、高低差９０ｎｍから１５０ｎｍの範囲内で、反射光の光量と銀吸収光量との和が高低差０ｎｍの場合の９６％以下となった。実施例２においても、第２電池層での光吸収量は、反射光の光量と銀吸収光量との和に強い相関が見られ、高低差９０ｎｍから１５０ｎｍの範囲内で増大した。図１１に示すように、反射光の光量は、高低差１１０ｎｍから２００ｎｍの範囲内で、高低差０ｎｍを基準とした場合の９３％以下となった。
【００７９】
（実施例３）
図６の積層構造において、基板１と透明電極層２との積層体としたときのヘイズ率を３０％、テクスチャ構造の平均ピッチを１０００ｎｍに変更した。第２電池層の膜厚は２．０μｍとした。ＦＤＴＤ法を用い、反射光の光量と銀吸収光量との和、反射光の光量及び第２電池層での光吸収量を計算した。
【００８０】
図１３に、実施例３のタンデム型太陽電池における反射光の光量と銀吸収光量との和と、凹凸形状の高低差ｈとの関係を示す。同図において、横軸は高低差ｈ、縦軸は高低差０ｎｍを基準とした場合の反射光の光量と銀吸収光量との和である。図１４に、実施例３のタンデム型太陽電池における反射光の光量と凹凸形状の高低差ｈとの関係を示す。同図において、横軸は高低差ｈ、縦軸は高低差０ｎｍを基準とした場合の反射光の光量である。図１５に、実施例３のタンデム型太陽電池における第２電池層での光吸収量と凹凸形状の高低差ｈとの関係を示す。同図において、横軸は高低差ｈ、縦軸は高低差０ｎｍを基準とした場合の第２電池層での光吸収量である。
【００８１】
図１３に示すように、高低差が１２０ｎｍの場合に、反射光の光量と銀吸収光量との和が極小となった。実施例３では、高低差１００ｎｍ以上で反射光の光量と銀吸収光量との和が高低差０ｎｍの場合の９６％以下となった。第２電池層での光吸収量は、上記範囲で増大した。図１４に示すように、反射光の光量は、高低差９０ｎｍ以上で、高低差０ｎｍを基準とした場合の９３％以下となった。
実施例３の太陽電池では、図１３に示すように、高低差が１００ｎｍ以上であれば反射光の光量と銀吸収光量との和が基準（高低差０ｎｍ）の９６％以下となる結果が得られた。また、図１４に示すように、高低差が９０ｎｍ以上で、反射光の光量が基準（高低差０ｎｍ）の９３％以下が得られた。しかし、実施例１と同様に、凹凸形状形成時の制御性や裏面構造の膜厚均一性を考慮すると、高低差は２１０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００８２】
（実施例４）
第２電池層の膜厚を２．５μｍに変更した以外は実施例３と同様の積層構造として、反射光の光量と銀吸収光量との和、反射光の光量及び第２電池層での光吸収量を計算した。
図１６に、実施例４のタンデム型太陽電池における反射光の光量と銀吸収光量との和と、凹凸形状の高低差ｈとの関係を示す。同図において、横軸は高低差ｈ、縦軸は高低差０ｎｍを基準とした場合の反射光の光量と銀吸収光量との和である。図１７に、実施例４のタンデム型太陽電池における反射光の光量と凹凸形状の高低差ｈとの関係を示す。同図において、横軸は高低差ｈ、縦軸は高低差０ｎｍを基準とした場合の反射光の光量である。図１８に、実施例４のタンデム型太陽電池における第２電池層での光吸収量と凹凸形状の高低差ｈとの関係を示す。同図において、横軸は高低差ｈ、縦軸は高低差０ｎｍを基準とした場合の第２電池層での光吸収量である。
【００８３】
図１６に示すように、高低差が１５０ｎｍの場合に、反射光の光量と銀吸収光量との和が極小となった。高低差９０ｎｍ以上で反射光の光量と銀吸収光量との和が高低差０ｎｍの場合の９６％以下となった。第２電池層での光吸収量は、上記範囲で増大した。図１７に示すように、反射光の光量は、高低差１２０ｎｍ以上で、高低差０ｎｍを基準とした場合の９３％以下となった。実施例４においても、実施例１及び実施例３と同様に、凹凸形状形成時の制御性や裏面構造の膜厚均一性を考慮すると、高低差は２１０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００８４】
上記の実施例１乃至実施例４では、第２電池層と裏面電極層との間に裏面透明電極層を形成した積層構造モデルを用いた計算を行った。裏面透明電極層は薄いため、裏面透明電極層と裏面電極層の表面形状は、第２電池層の裏面電極層側表面に倣った形状となる。従って、裏面透明電極層を形成しない積層構造モデルを用いて計算を行った場合も、同様の結果が得られる。
【符号の説明】
【００８５】
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
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
９１  第１電池層
９２  第２電池層
１００  光電変換装置
【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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【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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