(57)【要約】【課題】スーパーストレート構造を有する薄膜太陽電池の製造方法を改善する。【解決手段】透光性基板上に順に成膜された第１電極層、吸収層及び第２電極層を備えた太陽電池モジュールであって、第１電極層と第２電極層とは、それぞれ複数個に絶縁分離され、分離された一つの第１電極層と第１電極層と対向する第２電極層、第１電極層及び第２電極層に挟まれた吸収層からなる一つのセルが、隣接する他のセルと電気的に直列に接続され、吸収層は、ＩＢ族元素、ＩＩＩＢ族元素、ＶＩＢ族元素を含む化合物半導体から構成され且つ吸収層の他の部分と比べ電気抵抗が低い短絡層を有する太陽電池モジュールは、メカニカルスクライブ工程を削減した製法により製造される。【選択図】図１
2012191137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板上に順に成膜された第１電極層、吸収層及び第２電極層を備えた太陽電池モジュールであって、
前記第１電極層と前記第２電極層とは、それぞれ複数個に絶縁分離され、
分離された一つの前記第１電極層と当該第１電極層と対向する前記第２電極層、当該第１電極層及び当該第２電極層に挟まれた前記吸収層からなる一つのセルが、隣接する他のセルと電気的に直列に接続され、
前記吸収層は、ＩＢ族元素、ＩＩＩＢ族元素、ＶＩＢ族元素を含む化合物半導体から構成され且つ当該吸収層の他の部分と比べ電気抵抗が低い短絡層を有する
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記吸収層に含まれるＩＢ族元素とＩＩＩＢ族元素との比（Ｉｂ／ＩＩＩｂ）が０．９以下であり、当該吸収層の前記短絡層に含まれるＩＢ族元素とＩＩＩＢ族元素との比（Ｉｂ／ＩＩＩｂ）が１．１５以上であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記吸収層の化合物半導体は、カルコパイライト構造を有するＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系半導体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記短絡層に含まれるＩＢ族元素がＣｕ又はＡｇであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
隣接する２個のセルにおいて、第１のセルの前記第１電極層と第２のセルの前記第２電極層とが、前記吸収層の前記短絡層を介して電気的に直列接続することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
透光性基板上に透光性の第１導電膜を成膜する第１導電膜成膜工程と、
成膜された前記第１導電膜の一部を除去し絶縁分離された複数の第１電極層を形成する第１のパターニング工程と、
分離形成された複数の前記第１電極層上にＩＢ族元素、ＩＩＩＢ族元素、ＶＩＢ族元素を含む化合物半導体層を成膜する化合物半導体層成膜工程と、
成膜された前記化合物半導体層上の一部に少なくともＩＢ族元素を含む導電性ペースト層を形成する導電性ペースト層形成工程と、
成膜された前記化合物半導体層を加熱し、化合物半導体の結晶からなる吸収層を形成すると共に、前記導電性ペースト層に含まれるＩＢ族元素を当該吸収層内に拡散させ、当該吸収層の他の部分と比べ電気抵抗が低い短絡層を形成する第１加熱工程と、
成膜された前記吸収層上に第２導電膜を成膜し前記吸収層内の前記短絡層を介して前記第１導電膜と電気的に接続する当該第２導電膜を成膜する第２導電膜成膜工程と、
成膜された前記第２導電膜と前記吸収層との一部を除去し絶縁分離された第２電極層を形成する第２のパターニング工程と、
を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記導電性ペースト層形成工程において、少なくともＣｕ又はＡｇを含む導電性ペーストを前記化合物半導体層上に塗布することを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、透光性基板を光入射側とした構造（スーパーストレート構造）の薄膜太陽電池が報告されている。例えば、特許文献１に、透光性プラスチック基板上に、透明導電膜、光電変換層および裏面電極層が順次積層されてなる薄膜太陽電池が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２９７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図５は、従来のスーパーストレート構造の薄膜太陽電池の製造工程の一例を説明する図である。初めに、真空条件で透光性基板１０上に成膜した透明電極層１をレーザスクライブ工程（ＬＳ）により短冊状（１ａ，１ｂ）に形成する（図５（ａ））。次に、スパッタリング法等によりバッファー層２および発電層３を形成し（図５（ｂ））、続いて、メカニカルスクライブ工程（ＭＳ）により発電層３の一部をストライプ状に除去し（図５（ｃ））、その後、裏面電極層４を形成し（図５（ｄ））、最後に、裏面電極層４をメカニカルスクライブ工程（ＭＳ）により短冊状に分割する（図５（ｅ））。
【０００５】
このように、従来のスーパーストレート構造の薄膜太陽電池の製造工程においても、集積型構造の形成には、長時間を要するメカニカルスクライブ工程が複数回必要である。メカニカルスクライブ工程は長時間を要し、製造コストを増大させるという問題がある。
本発明の目的は、スーパーストレート構造を有する薄膜太陽電池の製造方法をさらに改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、下記請求項１乃至請求項７に係る発明が提供される。
［１］請求項１に係る発明は、透光性基板上に順に成膜された第１電極層、吸収層及び第２電極層を備えた太陽電池モジュールであって、前記第１電極層と前記第２電極層とは、それぞれ複数個に絶縁分離され、分離された一つの前記第１電極層と当該第１電極層と対向する前記第２電極層、当該第１電極層及び当該第２電極層に挟まれた前記吸収層からなる一つのセルが、隣接する他のセルと電気的に直列に接続され、前記吸収層は、ＩＢ族元素、ＩＩＩＢ族元素、ＶＩＢ族元素を含む化合物半導体から構成され且つ当該吸収層の他の部分と比べ電気抵抗が低い短絡層を有することを特徴とする太陽電池モジュールである。
［２］請求項２に係る発明は、前記吸収層に含まれるＩＢ族元素とＩＩＩＢ族元素との比（Ｉｂ／ＩＩＩｂ）が０．９以下であり、当該吸収層の前記短絡層に含まれるＩＢ族元素とＩＩＩＢ族元素との比（Ｉｂ／ＩＩＩｂ）が１．１５以上であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールである。
［３］請求項３に係る発明は、前記吸収層の化合物半導体は、カルコパイライト構造を有するＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系半導体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールである。
［４］請求項４に係る発明は、前記短絡層に含まれるＩＢ族元素がＣｕ又はＡｇであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールである。
［５］請求項５に係る発明は、隣接する２個のセルにおいて、第１のセルの前記第１電極層と第２のセルの前記第２電極層とが、前記吸収層の前記短絡層を介して電気的に直列接続することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールである。
【０００７】
［６］請求項６に係る発明は、透光性基板上に透光性の第１導電膜を成膜する第１導電膜成膜工程と、成膜された前記第１導電膜の一部を除去し絶縁分離された複数の第１電極層を形成する第１のパターニング工程と、分離形成された複数の前記第１電極層上にＩＢ族元素、ＩＩＩＢ族元素、ＶＩＢ族元素を含む化合物半導体層を成膜する化合物半導体層成膜工程と、成膜された前記化合物半導体層上の一部に少なくともＩＢ族元素を含む導電性ペースト層を形成する導電性ペースト層形成工程と、成膜された前記化合物半導体層を加熱し、化合物半導体の結晶からなる吸収層を形成すると共に、前記導電性ペースト層に含まれるＩＢ族元素を当該吸収層内に拡散させ、当該吸収層の他の部分と比べ電気抵抗が低い短絡層を形成する第１加熱工程と、成膜された前記吸収層上に第２導電膜を成膜し前記吸収層内の前記短絡層を介して前記第１導電膜と電気的に接続する当該第２導電膜を成膜する第２導電膜成膜工程と、成膜された前記第２導電膜と前記吸収層との一部を除去し絶縁分離された第２電極層を形成する第２のパターニング工程と、を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法である。
［７］請求項７に係る発明は、前記導電性ペースト層形成工程において、少なくともＣｕ又はＡｇを含む導電性ペーストを前記化合物半導体層上に塗布することを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュールの製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スーパーストレート構造を有する薄膜太陽電池の製造方法において、メカニカルスクライブ工程を削減することにより量産性の低下を防ぐことができる。
本発明の製造方法により製造した薄膜太陽電は、インターコネクト面積が拡大し、電気的に直列に接続した集積型構造（モジュール）の電気抵抗が低減する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態が適用される太陽電池モジュールの一例を説明する図である。
【図２】太陽電池モジュールの製造方法を説明するフローチャートである。
【図３】太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明する図である。
【図４】化合物半導体に含まれる（ＩＢ族元素／ＩＩＩＢ族元素）組成と抵抗率との関係を示すグラフである。
【図５】従来のスーパーストレート構造の薄膜太陽電池の製造工程の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するためのものであり、実際の大きさを表すものではない。
【００１１】
本実施の形態が適用される太陽電池モジュールは、一般に薄膜太陽電池として分類される太陽電池に適用することができる。このような薄膜太陽電池としては、例えば、水素化アモルファスシリコンを用いる薄膜シリコン型太陽電池、アモルファスと単結晶シリコンを組み合わせたＨＩＴ太陽電池、化合物半導体を用いる化合物太陽電池等が挙げられる。
【００１２】
さらに、化合物太陽電池としては、ＧａＡｓ系太陽電池、ＣＩＳ系（カルコパイライト系）太陽電池、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４（ＣＺＴＳ）太陽電池、ＣｄＴｅ−ＣｄＳ系太陽電池等が挙げられる。
【００１３】
これらの中でも、ＣＩＳ系（カルコパイライト系）太陽電池は、光吸収層の材料として、シリコンの代わりに、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｅ、Ｓ等から成るカルコパイライト系と呼ばれるＩＢ−ＩＩＩＢ−ＶＩＢ族化合物を用いる。代表的なものとしては、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２、ＣｕＩｎＳ２等が挙げられ、それぞれＣＩＧＳ、ＣＩＧＳＳ、ＣＩＳと略称される。
【００１４】
ＣＩＳ系（カルコパイライト系）太陽電池は、製造法や材料の組み合わせが豊富であり、また多結晶であるため、大面積化や量産化に好適であり、フレキシブルな製品が得られる。
以下、本実施の形態が適用される太陽電池モジュールを、薄膜太陽電池の一つであるＣＩＳ系（カルコパイライト系）太陽電池に適用した例に基づき説明する。
【００１５】
＜太陽電池モジュールＩ０＞
図１は、本実施の形態が適用される太陽電池モジュールの一例を説明する図である。
図１に示す太陽電池モジュールＩ０は、共通の透光性基板１０上に形成された複数の単位素子（セル）（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄ，・・・）を電気的に直列に接続した集積型構造（モジュール）の薄膜太陽電池である。太陽電池モジュールＩ０は、透光性基板１０側の矢印Ｘ方向から発電層１３に光が入射するスーパーストレート構造を有している。
【００１６】
図１に示すように、太陽電池モジュールＩ０は、透光性基板１０上に順に、複数個に絶縁分離された第１電極層としての透明電極層（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，・・・）（以下、まとめて「透明電極層１１」と称することがある。）、バッファー層（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，・・・）（以下、まとめて「バッファー層１２」と称することがある。）、化合物半導体からなる吸収層としての発電層（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，・・・）（以下、まとめて「発電層１３」と称することがある。）、第２電極層としての複数個に絶縁分離された裏面電極層（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，・・・）（以下、まとめて「裏面電極層１４」と称することがある。）を備えている。
【００１７】
発電層１３には、当該発電層１３を構成する元素の一部を含み、且つ透明電極層１１と隣接する他のセルの裏面電極層１４とを電気的に短絡する短絡層（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，・・・）（以下、まとめて「短絡層１５」と称することがある。）が設けられている。後述するように、複数の単位セル素子（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄ，・・・）は、短絡層１５により、それぞれ電気的に直列接続されている。
【００１８】
（太陽電池モジュールＩ０の構成要素）
（透光性基板１０）
透光性基板１０を構成する材料としては、例えば、透光性プラスチック材料、ガラス等が挙げられる。透光性プラスチック材料としては、例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルサルホン、ポエイフェニレンスルフィド、フッ素樹脂等が挙げられる。透光性基板１０の大きさは特に限定されない。本実施の形態では縦×横が８．５ｃｍ×８．５ｃｍであり、厚さは、０．５ｍｍ程度である。
【００１９】
（透明電極層１１）
透明電極層１１は、本実施の形態では、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯから選択された少なくとも１つを含む金属材料を用い、スパッタリングまたは蒸着法により成膜することが好ましい。透明電極層１１の厚さは、本実施の形態では、約０．６μｍである。
【００２０】
（バッファー層１２）
本実施の形態では、透明電極層１１と発電層１３との間にバッファー層１２を設けている。バッファー層１２を構成する材料は特に限定されないが、本実施の形態では、ＩｎＳ３、ＺｎＳ等の硫化物を使用している。透明電極層１１と発電層１３との間にバッファー層１２を設けることにより、透明電極層１１と発電層１３との界面で発生する欠陥を抑制している。
【００２１】
（発電層１３）
発電層１３を構成する化合物半導体は、例えば、周期表ＩＢ族、ＩＩＩＢ族、ＶＩＢ族の元素を含むカルコパイライト型化合物半導体が挙げられる。本実施の形態では、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）及びセレン（Ｓｅ）を含むカルコパイライト構造を有するＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系半導体材料により構成されることが好ましい。
【００２２】
ここで、発電層１３を構成する材料としてＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系半導体材料を採用する場合、透明電極層１１側に、ｎ型半導体を形成しやすいＩｎとＳｅとの混合物からなるｎ型半導体形成用前駆体層を成膜し、次に、裏面電極層１４側に、ｐ型半導体を形成しやすいＣｕとＳｅとの混合物からなるｐ型半導体形成用前駆体層を成膜することが好ましい。この場合、ｐ型半導体形成用前駆体層とｎ型半導体形成用前駆体層とが相互に溶融拡散することにより、良好な結晶性を有する発電層１３が生成し、ｐｎ接合を形成される。
発電層１３の厚さは、本実施の形態では、０．３μｍ〜５μｍの範囲内である。
【００２３】
（短絡層１５）
短絡層１５は、発電層１３を構成する元素の一部を含み、且つ透明電極層１１と隣接する他のセルの裏面電極層１４とを電気的に短絡している。本実施の形態では、短絡層１５には、発電層１３を構成する化合物半導体の元素である周期表ＩＢ族、ＩＩＩＢ族、ＶＩＢ族の元素が、発電層１３とは異なる組成比で含まれている。
【００２４】
ここで、短絡層１５に含まれる元素の組成比と電気的な抵抗率ρ（Ωｃｍ）との関係について図４を用いて説明する。尚、図４は、平成元年度新エネルギー・産業技術総合開発機構委託業務成果報告書「新型太陽電池の実用化解析に関する調査研究ＩＩ−化合物薄膜太陽電池−」第５０頁から引用した。
【００２５】
図４は、化合物半導体に含まれる（ＩＢ族元素／ＩＩＩＢ族元素）組成と抵抗率との関係を示すグラフである。図４において、横軸は、ＩＢ族元素のＣｕ（銅）とＩＩＩＢ族元素のＩｎ（インジウム）との組成比（Ｃｕ／Ｉｎ）を表し、縦軸は、抵抗率ρ（Ωｃｍ）を表す。図４に示すように、化合物半導体に含まれるＣｕ元素とＩｎ元素との組成比（Ｃｕ／Ｉｎ）が０．９以下の場合は、抵抗率ρ（Ωｃｍ）が１０４Ωｃｍ以上の高抵抗率を示す発電領域Ａとなる。一方、Ｃｕ元素とＩｎ元素との組成比（Ｃｕ／Ｉｎ）が１．１５以上の場合は、抵抗率ρ（Ωｃｍ）が約１０−１Ωｃｍ以下の低抵抗率を示す短絡領域Ｂとなる（ケミカルシャント）。この結果に従えば、ＩＩＩＢ族元素に対するＩＢ族元素の割合を調整することにより、化合物半導体の抵抗率ρ（Ωｃｍ）を化学的に調整することが可能となる。
【００２６】
具体的には、本実施の形態では、短絡層１５に含まれるＩＢ族元素（Ｃｕ）とＩＩＩＢ族元素（Ｉｎ）との比（Ｉｂ／ＩＩＩｂ）が１．１５以上、好ましくは１．２以上となるように構成されている。短絡層１５の製造方法については後述する。
尚、本実施の形態では、ＩＢ族元素として、Ｃｕ元素以外に銀（Ａｇ）元素を使用することができる。周期表においてＣｕ元素と同族（ＩＢ族）に属するＡｇ元素は、Ｃｕ元素と同じ数の最外殻電子を有することから、Ｃｕ元素とＩｎ元素との組成比（Ｃｕ／Ｉｎ）と同様に、Ａｇ元素とＩｎ元素との組成比（Ａｇ／Ｉｎ）を調整することにより、化合物半導体の抵抗率ρ（Ωｃｍ）を短絡領域Ｂにおける低抵抗率ρ（Ωｃｍ）の範囲に調整することが可能となる。
【００２７】
（裏面電極層１４）
裏面電極層１４を構成する材料としては、金属が好ましく、例えば、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＣｕおよびＰｔから選択された少なくとも１つの金属またはこれらの合金が挙げられる。裏面電極層１４は、本実施の形態では厚さ０．３μｍ程度の金属薄膜である。裏面電極層１４は、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法（化学気相成長法：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によって透光性基板１０上に成膜された後、後述するようにパターニングにより分割形成される。
尚、裏面電極層１４は、上述した金属元素の粒子を含む金属分散液を調製し、例えば、スクリーン印刷等の湿式成膜方法により、発電層１３上に塗布し成膜することもできる。金属分散液に含まれる金属元素の粒径は、通常、数ｎｍ〜数μｍの範囲から選択され、特に限定されない。本実施の形態では１０μｍ以下が好ましい。また、例えば、厚さ１μｍ×長さ１０μｍ程度の板状金属粉も使用可能である。
【００２８】
スーパーストレート構造を有する太陽電池モジュールＩ０では、発電層１３において発生した電子は、透光性基板１０上に分割形成された透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，・・・）を流れ、発電層１３の一部に形成された短絡層１５（・・・１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，・・・）を介して発電層１３上に分離形成された裏面電極層１４（・・・，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，・・・）に流れる。この場合、分離溝１６によって各セルの電子の流れが遮断される。
【００２９】
前述したように、本実施の形態では、発電層１３の一部に形成された短絡層１５の抵抗率ρ（Ωｃｍ）が約１０−１Ωｃｍ以下（化学的抵抗低下による短絡：ケミカルシャント）となるように調整されている。一方、発電層１３の短絡層１５以外の部分は、その抵抗率ρ（Ωｃｍ）が１０４Ωｃｍ以上（発電領域）となっている。
このため、本実施の形態が適用される太陽電池モジュールＩ０では、透明電極層１１と裏面電極層１４との接触部を形成することなく、透明電極層１１内を流れる電子は、発電層１３の一部に形成された短絡層１５から隣接するセル中に流れる。これにより、従来のスーパーストレート構造の太陽電池の製法にように、バッファー層１２上に連続的な発電層１３を成膜後に当該発電層１３を分割するメカニカルスクライブ工程が不要となる。
【００３０】
このように、本実施の形態では、ケミカルシャントの原理を応用し、発電層１３をメカニカルスクライブ工程により分割することなく、その一部に短絡層１５を設けている。これにより、電子が裏面電極層１４から透明電極層１１内に流れるインターコネクト面積が拡大し、電気的に直列に接続した集積型構造（モジュール）の電気抵抗が低減する。
また、発電層１３をメカニカルスクライブ工程により分割する必要がなく、金属刃等頻繁の頻繁な交換や長時間のプロセスが不要となり、量産性が向上する。
【００３１】
＜太陽電池モジュールＩ０の製造方法＞
次に、太陽電池モジュールＩ０の製造方法を、図２及び図３を用いて説明する。
図２は、太陽電池モジュールＩ０の製造方法を説明するフローチャートである。図３は、太陽電池モジュールＩ０の製造方法の一例を説明する図である。図１と同じ構成については同じ符号を用い、その説明を省略する。
【００３２】
先ず、図３（ａ）に示すように、透光性基板１０上に第１導電膜を連続的に成膜し（ステップ１００：透明電極層成膜（第１導電膜成膜工程））、成膜した第１導電膜の一部をパターニングにより除去し（ステップ２００：レーザスクライブ（第１のパターニング工程））、複数の分離溝１６０によって分割された透明電極層１１を形成する。第１導電膜の成膜方法は、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法等が挙げられる。本実施の形態では、スパッタリング法を採用している。本実施の形態では、第１のパターニング工程は、例えば、ネオジウムＹＡＧレーザ等の赤外領域（１，０６４ｎｍ）のビームを使用するレーザスクライブ法（ＬＳ）を採用している。
【００３３】
次に、図３（ｂ）に示すように、分割形成した透明電極層１１上にバッファー層１２を成膜し、さらに、バッファー層１２上に、ＩＢ族元素、ＩＩＩＢ族元素、ＶＩＢ族元素を含む化合物半導体層１３０を成膜する（ステップ３００：化合物半導体層成膜（化合物半導体層成膜工程））。
バッファー層１２の成膜方法としては、スパッタリング法、化学溶液成長法等が挙げられる。本実施の形態では、化学溶液成長法等の湿式成膜を採用している。
【００３４】
本実施の形態では、化合物半導体層１３０は、複数のｐ型半導体形成用前駆体層とｎ型半導体形成用前駆体層とを積層させて成膜する。即ち、本実施の形態では、化合物半導体としてＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系半導体材料を採用し、透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ）側にｎ型半導体を形成しやすいＩｎとＳｅとの混合物からなるｎ型半導体形成用前駆体層を成膜し、後述する裏面電極層１４側にｐ型半導体を形成しやすいＣｕとＳｅとの混合物からなるｐ型半導体形成用前駆体層を成膜する。ｐ型半導体形成用前駆体層とｎ型半導体形成用前駆体層とは、後述する加熱工程において相互に溶融拡散することにより、良好な結晶性を有する半導体からなる発電層１３が生成し、ｐｎ接合を形成させることができる。
【００３５】
化合物半導体層１３０の成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、気相セレン化法、スパッタリング法、ハイブリッドスパッタ法、湿式成膜法等が挙げられる。本実施の形態では、湿式成膜法を採用している。即ち、予め、化合物半導体であるｐ型半導体形成用前駆体とｎ型半導体形成用前駆体を含む所定の半導体分散液をそれぞれ調製し、塗布又は印刷等の手法によりバッファー層１２上に前述した２種類の半導体形成用前駆体層を積層し、化合物半導体層１３０を成膜する。あるいは、２種類の前駆体粒子（例えば、Ｃｕ−Ｓｅ粒子、およびＩｎ−Ｓｅ粒子）を混合した半導体分散液を１層以上成膜しても良い。各前駆体粒子のサイズは１μｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下が良い。
【００３６】
次に、図３（ｃ）に示すように、化合物半導体層１３０の一部に、スクリーン印刷法により、少なくともＩＢ族元素を含む導電性ペースト層１５０を形成する（ステップ４００：導電性ペースト塗布（導電性ペースト層形成工程））。
ここで、導電性ペースト層１５０を構成する導電性ペーストとしては、通常、熱可塑性ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂をバインダとし、これに銀、銅、アルミニウム等の金属の微粉末やカーボンブラック等の導電性微粉末を添加し、種々の有機溶媒にこれらバインダ、導電性微粒子を溶解、分散させて調製されたものとして定義される。
【００３７】
導電性ペーストに含有される金属の微粉末としては、例えば、銅粒子、ニッケル粒子、アルミニウム粒子等の表面の一部が、例えば、銀、金等の他の金属で被覆された複合金属粉も使用される。また、中でも銀については、例えば、酸化第１銀、酸化第２銀、炭酸銀、酢酸銀、アセチルアセトン銀錯体等の粒子状銀化合物が好ましい。
このような導電性ペーストとしては、市販されている従来公知のものを使用することができる。本実施の形態では、例えば、藤倉化成株式会社製Ａｇペースト：ドータイトＸＡ−９０５３を使用している。
【００３８】
続いて、図３（ｄ）に示すように、導電性ペースト層１５０が形成された化合物半導体層１３０を加熱し、化合物半導体の結晶からなる発電層１３を形成すると共に、導電性ペースト層１５０に含まれるＩＢ族元素を化合物半導体層１３０に拡散させ、後述する裏面電極層１４と透明電極層１１とを短絡する短絡層１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ）を形成する（ステップ５００：化合物半導体加熱（加熱工程））。
化合物半導体層１３０を加熱する温度は、本実施の形態では３００℃以上、好ましくは３５０℃、さらに好ましくは６００℃以下、特に好ましくは５５０℃以下である。
【００３９】
このような第１加熱工程において、化合物半導体層１３０のｐ型半導体形成用前駆体層とｎ型半導体形成用前駆体層とは相互に相互拡散することにより、良好な結晶性を有する半導体からなる発電層１３が生成する。また、複数の前駆体粒子を混合した半導体分散液の塗膜を加熱することにより、複数の前駆体粒子が相互拡散し、良好な結晶性を有する半導体からなる発電層１３が得られる。
【００４０】
この場合、半導体層はｐ型となるが、バッファー層１２から、化合物半導体層１３０中に、化合物半導体層１３０をｎ型に変えるＺｎ、Ｃｄ等のＩＩＢ族元素が拡散し、ｐｎ接合が形成される。この際、バッファー層１２から化合物半導体層１３０中にＩＩＢ族元素が過度に拡散しないように、予めＩＩＢ族元素の遊離しやすさを制御する必要がある。例えば、バッファー層１２に一般的に使用されるＩＩＢ族元素の主要化合物としては、硫化物が挙げられる。また、硫化物より結合が強くＩＩＢ族元素の熱的安定性が高い酸化物を用いることができる。さらに、酸化物と硫化物の複合金属カルコゲナイドを使用しても良い。
【００４１】
さらに、導電性ペースト層１５０に含まれるＣｕ元素やＡｇ元素等のＩＢ族元素が金属イオンとして化合物半導体層１３０に拡散することにより、化合物半導体層１３０に導電性ペーストが拡散した部分のみ、ＩＢ族元素の組成比が増大する。その結果、化合物半導体層１３０に含まれるＩＢ族元素とＩＩＩＢ族元素との組成（ＩＢ族元素／ＩＩＩＢ族元素）が、低抵抗率を得る範囲（図４に示す短絡領域Ｂ）にシフトし、抵抗率ρ（Ωｃｍ）が約１０−１Ωｃｍ以下（ケミカルシャント）の短絡層１５が形成される。
【００４２】
続いて、図３（ｅ）に示すように、電気抵抗が低い短絡層１５が設けられている発電層１３上に、スパッタリング等の真空成膜法により連続膜としての裏面電極層１４を成膜する（ステップ６００：裏面電極層成膜（第２導電膜成膜工程））。
【００４３】
最後に、図３（ｆ）に示すように、形成された裏面電極層１４と発電層１３とバッファー層１２の一部をパターニングにより除去し、複数の分離溝１６によって分割された複数の単位セル素子（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄ，・・・）を形成し、太陽電池モジュールＩ０を得る（ステップ７００：メカニカルスクライブ（第２のパターニング工程））。
本実施の形態では、第２のパターニング工程は、例えば、金属刃、カッターナイフ、金属針又はニードル等を用いて発電層１３と裏面電極層１４との一部を短冊状に切り分けるメカニカルスクライブ法を採用している。
【００４４】
スーパーストレート構造に形成された太陽電池モジュールＩ０は、通常、裏面電極層１４側に、例えば、エチレン−酢酸ビニル樹脂（ＥＶＡ樹脂）を塗布し、さらにバックシートを載せて加熱圧着して使用される。
【００４５】
上述したように、本実施の形態では、短絡層１５は発電層１３とバッファー層１２に拡散し透明電極層１１に達することにより、裏面電極層１４と透明電極層１１とを電気的に短絡させている。本実施の形態が適用される太陽電池モジュールＩ０の製造方法は、従来から行われているスーパーストレート構造のＣＩＳ薄膜太陽電池の製造工程と比べ、通常、長時間を要するメカニカルスクライブ工程が削減される。
【００４６】
また、本実施の形態が適用される太陽電池モジュールＩ０は、裏面電極層１４と透明電極層１１とを電気的に短絡させる短絡層１５を設けることにより、透明電極層１１の厚さを薄くすることが可能となり、製造コストの低減と共に、光透過率の向上及び発電効率の増大が期待できる。
即ち、従来の集積型の太陽電池モジュールでは、インターコネクトの抵抗を低下させるために、変換効率の低下をある程度犠牲にして、透明電極層を厚く形成する必要があった。しかし、本実施の形態における太陽電池モジュールＩ０のように、化合物半導体層１３０の導電性ペーストが塗布された部分のみに、ＩＢ族元素とＩＩＩＢ族元素との組成が、低抵抗率が得られる範囲にシフトした短絡層１５を設けることにより、上述した問題が解決される。
【００４７】
尚、以上の説明は、本発明の実施の形態を説明するための一例に過ぎず、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。
本発明は複数の元素から構成される半導体層と、これを挟む２つの電極層を備える太陽電池モジュールや、このような構造を有する太陽電池モジュールの製造方法に応用することができる。例えば、Ｃｄ−Ｔｅ系に代表されるＩＩＩ−Ｖ族半導体、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系に代表されるＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｓ系化合物に代表されるＩ−ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族半導体、ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族半導体、Ｓｉ−Ｇｅ系等の２種類以上の元素からなるＩＶ族半導体に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…透光性基板、１ａ，１ｂ，１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…透明電極層、２，１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…バッファー層、３，１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…発電層、４，１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…裏面電極層、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…短絡層、１６…分離溝、Ｉ０…太陽電池モジュール
【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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