(57)【要約】【課題】裏面側から電気を取り出す際の損失を抑制でき、裏面側透明電極層と金属電極層との界面の光反射率をより大きくし、太陽電池内へ入射する光を効率よく吸収することが可能な裏面電極構造を有する薄膜系光電変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】薄膜系光電変換装置１００は、裏面側透明電極層３１と、裏面側透明電極層３１の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料からなる屈折率調整層３２と、散乱粒子を含む絶縁性の反射塗料材料からなる反射層３３と、が光の入射側から順に積層され、裏面側透明電極層３１に導電接触し、裏面側透明電極層３１から電気を取り出し可能な取り出し電極９が設けられた裏面電極構造を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面側透明電極層と、
前記裏面側透明電極層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料からなる屈折率調整層と、
絶縁性の散乱粒子を含む反射塗料材料からなる反射層と、
が光の入射側から順に積層され、
前記裏面側透明電極層に導電接触し、前記裏面側透明電極層から電気を取り出し可能な取り出し電極が設けられた裏面電極構造を備える薄膜系光電変換装置。
【請求項２】
前記散乱粒子の粒径が０．１５μｍ以上１．１μｍ以下である請求項１に記載の薄膜系光電変換装置。
【請求項３】
前記屈折率調整層の反射層側表面が、高さ８ｎｍ以上１０ｎｍ以下の凹凸を有する請求項１または請求項２に記載の薄膜系光電変換装置。
【請求項４】
前記屈折率調整層の厚さが、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜系光電変換装置。
【請求項５】
裏面電極構造として
裏面側透明電極層と、
前記裏面側透明電極層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料からなる屈折率調整層と、
絶縁性の散乱粒子を含む反射塗料材料からなる反射層と、
を光の入射側から順に積層し、
前記裏面側透明電極層に導電接触し、前記裏面側透明電極層から電気を取り出し可能な取り出し電極を設ける薄膜系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、特に発電層を製膜で作製する薄膜系太陽電池に関する。
【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、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が知られている。薄膜系太陽電池は、一般に、基板上に、透明電極層、シリコン系半導体層（光電変換層）、裏面電極層を順次積層して構成される。
【０００３】
裏面電極層には、裏面側透明電極層と金属電極層とから構成されるものがある。金属電極層は、銀（Ａｇ）などの金属膜からなる。裏面側透明電極層及び金属電極層は、光電変換層と電気的に接続されており、裏面側の電気を取り出せるようになっている。裏面電極層は、光電変換層で吸収しきれなかった光を電池内部へ反射するための光閉じ込め層としての役割も果たすが、裏面側透明電極層と金属電極層の構成とすることでより広い波長域での光の反射を行うことができる。よって、金属電極層のみならず裏面側透明電極層を設けることで、太陽電池へ入射する光を光電変換層で効率よく吸収することができる。
【０００４】
光をより効率よく吸収させるためには、裏面側透明電極層と金属電極層との界面における光反射率の増大が必要である。裏面電極層での光反射率を上げるアイデアとして、特許文献１には、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の微粉末を形成した乱反射膜に、裏面電極として銀（Ａｇ）を蒸着した結晶系太陽電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６９０９６３号公報（第２頁右欄４行目〜５行目、同４３行目〜４７行目）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
結晶系太陽電池と薄膜系太陽電池とでは、光電変換層で発生した電流の取り出し構造が異なる。特許文献１の結晶系太陽電池では、光電変換層と裏面電極層との間に、絶縁性の乱反射膜を配置しているが、乱反射膜の一部にコンタクトホールを設けて電流の取り出しを行なっている。
【０００７】
一方、薄膜系太陽電池では、一般に、裏面電極層から電気の取り出しを行うため、裏面電極層には導電性を有する層が用いられる。従って、光電変換層と裏面電極層との間に、絶縁性の層を配置することはない。仮に絶縁性の層を配置した場合には、該絶縁性の層が裏面電極層からの電気の取り出しの電気抵抗となって損失が生じる。そのため、特許文献１に記載の発明をそのまま薄膜系太陽電池に適用することは困難である。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、裏面側から電気を取り出す際の損失を抑制でき、裏面側透明電極層と金属電極層との界面の光反射率をより大きくし、太陽電池内へ入射する光を効率よく吸収することが可能な裏面電極構造を有する薄膜系光電変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の薄膜系光電変換装置は以下の手段を採用する。
本発明は、裏面側透明電極層と、前記裏面側透明電極層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料からなる屈折率調整層と、絶縁性の散乱粒子を含む反射塗料材料からなる反射層と、が光の入射側から順に積層され、前記裏面側透明電極層に導電接触し、前記裏面側透明電極層から電気を取り出し可能な取り出し電極が設けられた裏面電極構造を備える薄膜系光電変換装置を提供する。
【００１０】
反射層に絶縁性の散乱粒子を含ませることで、光電変換層を透過した光の反射効率向上させることができる。
また、取り出し電極を設けることで、裏面側透明電極層から電気を取り出すことができるため、裏面側透明電極層と反射層との電気的な接続や、反射層の導電性の有無に拘らずに光の反射に適した反射層を設けることができる。
【００１１】
裏面側透明電極層と反射層との間に低屈折率材料からなる屈折率調整層を設けることで、反射層における直達光及び散乱光の両方の反射率を従来よりも増大させることができる。特に、屈折率調整層を設けることにより、長波長光の利用率を向上させることができる。
【００１２】
取り出し電極を設けることで、裏面側透明電極層から電気を取り出すことができるため、裏面側透明電極層と反射層との間の電気的な接続が必要でなく、屈折率調整層は導電率に拘ることなく材料を選択することができる。
【００１３】
上記発明の一態様において、前記散乱粒子の粒径が０．１５μｍ以上１．１μｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
光の散乱は、光の波長が散乱粒子の粒径と同程度あるいはそれ以下の場合に顕著に生じる。薄膜系光電変換装置で利用される光の波長が３００ｎｍ〜１１００ｎｍであることを考慮すると、散乱粒子の粒径を上記範囲とすることで波長３００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の光を散乱させることが可能となる。また、上記範囲内で散乱粒子の粒径を調節することで、任意の波長の光を反射させることができるため、屈折率調整層を複数層設ける必要がない。これにより、光電変換装置内で光を吸収する光路長が増大するため、光電変換装置の光利用効率を更に向上させることができるとともに、製造工程を簡略化することが期待できる。
【００１５】
上記発明の一態様において、前記屈折率調整層の反射層側表面が、高さ８ｎｍ以上１０ｎｍ以下の凹凸を有することが好ましい。
【００１６】
散乱粒子を含む反射塗料材料を用いることで、プラズモン吸収が発生しない反射層とすることができる。これにより、反射層でのプラズモン吸収による光損失を気にせずに、屈折率調整層の反射層側表面に細かな凹凸を形成させて反射効率を高めることができるようになる。
【００１７】
上記発明の一態様において、前記屈折率調整層の厚さは、好ましくは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、更に好ましくは１３０ｎｍ以上１７０ｎｍ以下とされる。
【００１８】
屈折率調整層の厚さを上記範囲内とすることで、屈折率調整層を設けない場合と比較して光吸収量を増大させることができる。屈折率調整層の厚さが５ｎｍより薄いと、膜を均一に形成することが困難となる。屈折率調整層の厚さが２００ｎｍよりも厚いと、膜応力増加による膜剥離発生率の増加が危惧される。
【００１９】
屈折率調整層は、一般に抵抗加熱法や電子ビーム（ＥＢ）蒸着法により形成される。このような製膜方法では、堆積する膜を厚くすると表面形状が平坦になる傾向がある。一方、従来の裏面電極構造（裏面側透明電極層／屈折率調整層／金属電極層）で光吸収量を高めようとする場合には、屈折率調整層／金属電極層の界面に凹凸を形成させて光を散乱させる必要があるため、設計可能な屈折率調整層の膜厚範囲に限界があった。上記発明の一態様によれば、散乱粒子の粒径などを最適に制御することで、屈折率調整層／反射層の界面に凹凸を形成しなくとも光電変換装置への光反射率を向上させることができる。従って、屈折率調整層の厚さを従来よりも厚くする条件を採用することが可能となる。
【００２０】
また、本発明は、裏面電極構造として裏面側透明電極層と、前記裏面側透明電極層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料からなる屈折率調整層と、絶縁性の散乱粒子を含む反射塗料材料からなる反射層と、を光の入射側から順に積層し、前記裏面側透明電極層に導電接触し、前記裏面側透明電極層から電気を取り出し可能な取り出し電極を設ける薄膜系光電変換装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、取り出し電極を設けることで、絶縁性である散乱粒子を含む反射塗料材料を用いながら効率良く裏面側透明電極から電気を取り出すことができる。また、絶縁性の散乱粒子を含む反射塗料材料を用いて反射層を形成させることでプラズモン吸収を抑制し、反射層と裏面側透明電極との間に屈折率調整層を形成することにより、反射層での光反射率を向上させることができるため、入射した光を効率よく吸収することが可能な薄膜系光電変換装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る薄膜系光電変換装置の構成を表す概略図である。
【図２】本発明に係る薄膜系光電変換装置の製造方法を用い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】本発明に係る薄膜系光電変換装置の製造方法を用い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】本発明に係る薄膜系光電変換装置の製造方法を用い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】本発明に係る薄膜系光電変換装置の製造方法を用い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】本発明に係る薄膜系光電変換装置の製造方法を用い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７】屈折率調整層の挿入による電流密度（直達光＋散乱光）の変化を示す図である。
【図８】屈折率調整層の挿入による光吸収過程毎の電流密度（直達光）の変化を示す図である。
【図９】屈折率調整層の挿入による光吸収過程毎の電流密度（散乱光）の変化を示す図である。
【図１０】屈折率調整層の挿入による量子効率（ＱＥ）の変化を示す図である。
【図１１】図１０の波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の拡大図である。
【図１２】屈折率調整層の膜厚による電流密度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の薄膜系光電変換装置の構成を示す概略図である。薄膜系光電変換装置１００は、タンデム型シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、光電変換層３としての第１セル層９１（非晶質シリコン系）及び第２セル層９２（結晶質シリコン系）、中間コンタクト層５、裏面電極層４及び取り出し電極８，９を備える。
【００２４】
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、アモルファスシリコン系すなわち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も含まれる。
また、薄膜シリコン系とは、アモルファスシリコン系、結晶質シリコン系、アモルファスシリコン系と結晶シリコン系とを積層させた多接合型（タンデム型）を含むものを表す。
【００２５】
本実施形態に係る光電変換装置の製造方法を、太陽電池パネルを製造する工程を例に挙げて説明する。図２から図５は、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。
【００２６】
（１）図２（ａ）
基板１として、面積が１ｍ２を越える大型のソーダフロートガラス基板（例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．０ｍｍ〜４．５ｍｍ）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。
【００２７】
（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以下の透明導電膜を、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。この際、透明導電膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明電極層２として、透明導電膜に加えて、基板１と透明導電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、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。
【００２８】
（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、透明導電膜の膜面側から照射する。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、透明導電膜を発電セル７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。
【００２９】
（４）図２（ｄ）
第１セル層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、非晶質シリコンｉ層、非晶質シリコンｎ層の順で製膜する。非晶質シリコンｐ層は非晶質のＢドープシリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｉ層は、膜厚２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｎ層は、非晶質シリコンに微結晶シリコンを含有するＰドープシリコンを主とし、膜厚３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｐ層と非晶質シリコンｉ層との間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
【００３０】
次に、第１セル層９１の上に、プラズマＣＶＤ装置により、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下にて、第２セル層９２としての結晶質シリコンｐ層、結晶質シリコンｉ層、及び、結晶質シリコンｎ層を順次製膜する。結晶質シリコンｐ層はＢドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。結晶質シリコンｉ層は微結晶シリコンを主とし、膜厚は１．２μｍ以上３．０μｍ以下である。結晶質シリコンｎ層はＰドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。なお、結晶質シリコンｎ層は、非晶質シリコンｎ層に置換しても良い。
【００３１】
微結晶シリコンを主とする結晶質シリコンｉ層膜をプラズマＣＶＤ法で形成するにあたり、プラズマ放電電極と基板１の表面との距離ｄは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下にすることが好ましい。３ｍｍより小さい場合、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離ｄを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。１０ｍｍより大きい場合、十分な製膜速度（１ｎｍ／ｓ以上）を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。
【００３２】
第１セル層９１と第２セル層９２の間に、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を設ける。中間コンタクト層５として、膜厚：２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧａまたはＡｌがドープされたＺｎＯ膜を、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ焼結体またはＡｌドープＺｎＯ焼結体を用いてスパッタリング装置により製膜する。また、中間コンタクト層５を設けない場合もある。
【００３３】
（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の膜面側から照射する。パルス発振：１０ｋＨｚから２０ｋＨｚ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側から照射しても良く、この場合は光電変換層３の非晶質シリコン系の第１セル層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して光電変換層３をエッチングできるので、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。
【００３４】
（６）図３（ａ）
次に、第２セル層９２の上に、裏面電極層４を形成する。裏面電極層４は、裏面側透明電極層３１、屈折率調整層３２、及び反射層３３が第２セル層側から順に積層された構成とされる。
なお、反射層３３は後述するように絶縁物から構成されるので、図３（ｂ）にある裏面電極層４のレーザーエッチングにより溝１２を形成した後に、反射層３３を基板全面に形成しても良い。
【００３５】
裏面側透明電極層３１は、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＩＴＯなどの透明導電性酸化物を主成分とする透明導電膜からなる。本実施形態において、裏面側透明電極層３１は、膜厚：１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のＧａまたはＡｌがドープされたＺｎＯ膜とされ、スパッタリング装置により製膜する。
【００３６】
屈折率調整層３２は、裏面側透明電極層３１の屈折率よりも低い屈折率を有する。ＺｎＯ膜の波長５５０ｎｍ近傍での屈折率は１．９〜２．１程度である。よって、屈折率調整層３２の屈折率は、１．０以上であり、且つ、１．９より低いことが好ましい。屈折率調整層の材料としては、ＣａＦ２（屈折率≒１．２）、ＮａＦ（屈折率≒１．３）、ＭｇＦ２（屈折率≒１．４）、ＬｉＦ（屈折率≒１．４）、ＳｉＯ２（屈折率≒１．５）、Ａｌ２Ｏ３（屈折率≒１．６）、Ｓｂ２Ｏ５（屈折率≒１．７）、ＭｇＯ（屈折率≒１．７）、Ｙ２Ｏ３（屈折率≒１．８）などの絶縁物を利用することができる。屈折率調整層３２は、電子ビーム蒸着、スパッタリングまたはイオンプレーティングなどの他の真空蒸着方法で製膜が可能である。
【００３７】
屈折率調整層３２の裏面側透明電極層３１と反対側の表面（反射層側表面）は、細かな凹凸形状を有することが好ましい。凹凸は、高さが８ｎｍ以上１０ｎｍ以下、ピッチが８０ｎｍ程度とされる。屈折率調整層３２の厚さは、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１３０ｎｍ以上１７０ｎｍ以下、更に好ましくは１４０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下とされる。
【００３８】
反射層３３は、散乱粒子を含む反射塗料材料からなる。散乱粒子を含む反射塗料材料は、外観は白色を呈する白色塗料であることが好ましい。例えば、散乱粒子を含む反射塗料材料は、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、酸化チタンなどの絶縁物とされる。散乱粒子の粒径は０．１５μｍ以上１．１μｍ以下とされ、散乱させたい光の波長に応じて適宜設定されると良い。反射層３３の厚さは、６００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とされ、さらに好ましくは６００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とされる。硫酸バリウムを主とする反射層３３は、光を透過しながら反射するため、６００ｎｍ以上の厚さとすることで、１００％に近い反射率を有する層とすることができる。厚さが２ｍｍ以上となると、塗布後の乾燥の時間がかかるため、製造工程から厚さは２ｍｍ以下とすることが望ましく、塗布製膜の均一性からは１ｍｍ以下とすればさらに望ましい。
【００３９】
反射層３３は、スラリー法などの方法で製膜することができる。反射層３３の形成は、硫酸バリウムなどの散乱粒子径に適切となるよう５０倍〜５００倍のエタノールに分散させた溶液を塗布した後、大気雰囲気のもと１５０℃〜１８０℃で３０分〜６０分間アニール処理することで行った。
【００４０】
透明電極層２及び裏面側透明電極層３１には、それぞれ取り出し電極８，９が接続されている。取り出し電極８，９は、銅板またはハンダメッキをした銅板などからなり、透明電極層２及び裏面側透明電極層３１から電気を取り出すことができる。
【００４１】
取り出し電極８は、透明電極層２に電気的に接触するよう、基板１の一方の端部に位置する発電セル７のみを利用して、裏面側透明電極層３１と透明電極層２とが溝１１を経由して電気的に接続するように構成させ、この一方の端部位置の発電セルにおける裏面側透明電極層３１には反射層３３を形成させなくすることで、裏面側透明電極層３１の表面に形成する。取り出し電極８は、０．０５〜０．１ｍｍ厚の銅板を銀ペーストで裏面側透明電極層３１に貼り付けるなどして設けられる。
【００４２】
取り出し電極９は、裏面側透明電極層３１に直接接するよう基板１の他方の端部に位置する発電セル７のみを利用して、この他方の端部位置の発電セルにおける裏面側透明電極層３１には反射層３３を形成させなくすることで、裏面側透明電極層３１の表面に      形成する。取り出し電極９は、０．０５〜０．１ｍｍ厚の銅板を銀ペーストで裏面側透明電極層３１に貼り付けるなどして設けられる。
【００４３】
（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側から照射する。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５０ｋＨｚ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。
【００４４】
（８）図３（ｃ）と図４（ａ）
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部をレーザーエッチングし、直列接続部分で短絡することを防止する。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側から照射する。レーザー光が透明電極層２と光電変換層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、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５０ｋＨｚ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。なお、図３（ｃ）では、光電変換層３が直列に接続された方向に切断したＸ方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝１５位置には裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２の膜研磨除去をした周囲膜除去領域１４に相当する領域がある状態（図４（ａ）参照）が表れるべきであるが、基板１の端部への加工の説明の便宜上、この位置にＹ方向断面を表して形成された絶縁溝をＸ方向絶縁溝１５として説明する。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
【００４５】
絶縁溝１５は基板１の端より５ｍｍから１５ｍｍ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内部への外部からの水分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。
【００４６】
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。
【００４７】
（９）図４（ａ：太陽電池膜面側から見た図、ｂ：受光面の基板側から見た図）
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（周囲膜除去領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域１４を形成する。基板１の端から５〜２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、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。
【００４８】
（１０）図４（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）（ｂ）
直列に並んだ一方の端部の発電セル７の裏面電極層４（裏面側透明電極層３１）に接続された取り出し電極９と、他方の端部の発電セル７に接続した集電用セルの裏面電極層４（裏面側透明電極層３１）に接続された取り出し電極９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２３の部分から電力が取出せるように処理する。集電用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。
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。
接着充填材シートの上に、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。
バックシート２４の端子箱２３の取付け部分には、開口貫通窓を設けて集電用銅箔を取出す。この開口貫通窓部分では、バックシート２４と裏面電極層４の間に絶縁材を複数層で設置して外部からの水分などの侵入を抑制する。
バックシート２４までを所定位置に配置したものを、ラミネータ装置により減圧雰囲気で内部の脱気を行い約１５０〜１６０℃でプレスしながら、接着充填材シート（ＥＶＡ）を架橋させて密着させ、密封処理をする。
なお、接着充填材シートはＥＶＡに限定されるものではなく、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）など類似の機能を保有する接着充填材を利用することが可能である。この場合は、圧着する手順、温度や時間など条件を適正化して処理を行う。
【００４９】
（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。
（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２３の内部を封止剤（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。
（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。なお、発電検査は、太陽電池パネル５０が完全に完成した後に行ってもよいし、アルミフレーム枠の取り付け前に行ってもよい。
（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。
【００５０】
（１５）図６
太陽電池モジュール６に強度を付加するとともに取付け座となるアルミフレーム枠を、太陽電池モジュール６の周囲に取り付ける。太陽電池モジュール６とアルミフレーム枠１０３Ｌ，１０３Ｓとの間にはゴム製のガスケット等を介して、弾力性を保持しながら確実に保持することが好ましい。
これで、太陽電池パネル５０が完成する。
【００５１】
上記実施の形態では太陽電池として、タンデム型太陽電池について説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。例えば、アモルファスシリコン太陽電池、微結晶シリコンをはじめとする結晶質シリコン太陽電池、シリコンゲルマニウム太陽電池、また、トリプル型太陽電池などの他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。
更に、本発明は、金属基板などのような非透光性基板上に製造された、基板とは反対の側から光が入射するタイプの太陽電池にも同様に適用可能である。
【００５２】
次に本実施形態における作用効果を説明する。
取り出し電極を裏面側透明電極層に接するように設けることで、屈折率調整層及び反射層として絶縁物を選択しても裏面側から電気を効率よく取り出すことができる。
【００５３】
散乱粒子を含む反射塗料材料からなる反射層は、散乱粒子の粒径を制御することで散乱される光の波長を調整することができる。具体的には、光の散乱は、波長が散乱粒子の粒径と同程度かそれ以下（半分まで）の場合に顕著に生じる。太陽電池で利用される光の波長は３００ｎｍ〜１１００ｎｍであるため、散乱粒子の粒径を０．１５μｍ以上、１．１μｍ以下の範囲内のサイズで適正化することで、屈折率調整層／反射層の界面に凹凸を形成しなくとも光を散乱することが可能となる。その結果、太陽電池内部で光を吸収する光路長が増大するため、太陽電池の光利用率が向上する。
【００５４】
従来挿入されていた屈折率調整層は、屈折率の異なる膜を組み合わせた多層構造とされ、各層の厚さを調節することで、任意の波長の光を反射させていた。本実施形態によれば、散乱粒子の粒径を制御することにより任意の波長の光を反射させることができるため、屈折率調整層を単層とすることができる。これにより、製造工程を簡略化することが期待される。
【００５５】
従来の裏面側透明電極層と金属電極層とから構成される裏面電極構造では、光電変換層を透過してきた光を、金属電極層としてＡｇなどの金属膜により反射させていた。金属膜での反射率を向上させる場合、Ａｇ膜表面に凹凸形状を形成させて乱反射させるのが有効であるが、Ａｇ膜表面に微細な凹凸（凹凸高さ：８ｎｍ〜１０ｎｍ，凹凸幅：８０ｎｍ程度）が存在した場合、Ａｇ膜表面でプラズモン吸収が生じ、光の反射率が低下するという問題があることが判明している。このため、裏面側透明電極を低温で製膜するなどして表面のなめらかな下地層を形成し、Ａｇ膜の表面を平滑化させて反射率を一定値以上とすることが有効であるが、反面、Ａｇ膜表面に乱反射に適切な凹凸形状を形成できず乱反射を抑制せざるを得ずにいた。一方、本実施形態によれば、散乱粒子を含む反射塗料材料を用いて反射層を形成するため、反射層の表面でプラズモン吸収が発生しない。従って、光が到達する側の反射層表面に、従来構造では適用できなかった微細な凹凸を形成させ、光の乱反射を促進させることが可能となる。反射層の表面は、裏面側透明電極層または屈折率調整層の反射層側表面に所望の凹凸を形成させることで、それにならった凹凸形状とすることができる。
【００５６】
本実施形態によれば、散乱粒子の粒径と、屈折率調整層の反射層側の表面形状とを併せて制御することで高性能な裏面電極構造とすることができる。
【００５７】
（光吸収増強効果の確認）
以下の構成のシングル型薄膜シリコン系太陽電池における、裏面側透明電極層と反射層との間への屈折率調整層の挿入が光吸収量に与える影響をシミュレーションにより確認した。
ガラス基板：屈折率１．５  
透明電極層：酸化錫膜、平均膜厚８００ｎｍ、屈折率１．９
結晶質シリコンｐ層：平均膜厚２０ｎｍ
結晶質シリコンｉ層：平均膜厚２０００ｎｍ
結晶質シリコンｎ層：平均膜厚２０ｎｍ
裏面透明電極層：ＧＺＯ膜、平均膜厚１００ｎｍ
屈折率調整層：挿入なし、またはＭｇＦ２膜（屈折率≒１．４）、またはＴｉＯ２膜（屈折率≒２．７）、平均膜厚２５μｍ
反射層：散乱を含んだ反射率＝１の完全反射層
ガラス基板／透明電極層界面の凹凸：ＲＭＳラフネス＝１
透明電極層／結晶質シリコン層界面の凹凸：ＲＭＳラフネス＝２０
結晶質シリコン層／裏面透明電極層界面の凹凸：ＲＭＳラフネス＝５０
裏面透明電極層／屈折率調整層界面の凹凸：ＲＭＳラフネス＝５０
屈折率調整層／反射層界面の凹凸：ＲＭＳラフネス＝５０
ここで、ＲＭＳラフネスとは、膜表面の高さを二乗平均した値である。
本シミュレーションにおいては、ＲＭＳラフネス＝１は膜表面が平坦な状態を表したものであり、ＲＭＳラフネス＝２０は膜表面が凹凸な状態を、ＲＭＳラフネス＝５０は膜表面がさらに凹凸な状態を表している。
【００５８】
本シミュレーションから、微結晶シリコンで主に吸収される波長７００ｎｍから１１００ｎｍの長波長光の光吸収増強を確認することができるので、図１に示すような結晶質シリコンの発電層を含む薄膜系光電変換装置の発電特性を把握することができる。また、本シミュレーションは材料の誘電関数スペクトルを考慮していないため、膜厚による吸収損失は計算されていないが、膜厚が本シミュレーションの結果に及ぼす影響は無視できる範囲である。
【００５９】
本シミュレーションモデルでは、薄膜多重干渉効果および太陽電池を構成する各種膜界面の凹凸の散乱効果を考慮して計算を実施し、光吸収量を表す電流密度を算出した。屈折率調整層の反射層側表面は、ＲＭＳラフネス＝５０の凹凸を有するものとした。
【００６０】
電流密度は、直達光及び散乱光に分離して算定した。直達光は、ガラス面に垂直に入射した光が、その波数ベクトルを保持したまま、系内で多重干渉効果を受けつつ光電変換層に吸収される成分である。散乱光は、各種膜界面の凹凸で散乱され，それを無限に繰り返しつつ系内をさまよいながら吸収される成分である。
【００６１】
図７に、屈折率調整層の挿入による電流密度（直達光＋散乱光）の変化を示す。裏面電極層は、裏面側透明電極層、屈折率調整層、及び反射層が微結晶シリコンのセル層側から順に積層された構成とされる。同図において、横軸は挿入した屈折率調整層の屈折率ｎ、縦軸は電流密度（規格値）である。電流密度は、屈折率調整層を挿入していない従来の裏面側透明電極層と金属電極層とから構成される裏面電極構造（ＧａドープＺｎＯ／Ａｇ）での電流密度を基準として正規化した。
【００６２】
図７によれば、裏面側透明電極層よりも低屈折率の材料からなる屈折率調整層を、裏面側透明電極層と反射層との間に挿入すると、光吸収量を表す電流密度が向上した。また、裏面側透明電極層よりも高屈折率の材料からなる屈折率調整層を、裏面側透明電極層と反射層との間に挿入すると、光吸収量を表す電流密度は低下した。
【００６３】
図８及び図９に、屈折率調整層の挿入による光吸収過程毎の電流密度の変化を示す。図８は直達光による電流密度変化を示す。図９は散乱光による電流密度変化を示す。図８及び図９において、横軸は図７と同様に挿入した屈折率調整層の屈折率ｎ、縦軸は電流密度（規格値）である。電流密度は、屈折率調整層を挿入していない従来の裏面電極構造（ＧａドープＺｎＯ／Ａｇ）での電流密度（直達光＋散乱光）を基準として正規化した。
【００６４】
図８及び図９によれば、裏面側透明電極層と反射層との間に裏面側透明電極層よりも低屈折率の材料からなる屈折率調整層を挿入すると、直達光及び散乱光の両方において電流密度が向上した。また、裏面側透明電極層よりも高屈折率の材料からなる屈折率調整層を、裏面側透明電極層と反射層との間に挿入すると、光吸収量を表す電流密度は低下した。
【００６５】
図１０に、屈折率調整層の挿入による量子効率（ＱＥ）の変化を示す。図１１に、図１０の波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の拡大図を示す。図１０及び図１１において、横軸は波長、縦軸は量子効率である。
【００６６】
図１０及び図１１によれば、裏面側透明電極層よりも高屈折率の材料からなる屈折率調整層を挿入すると、屈折率調整層を挿入しなかった場合（なし）よりも波長７００ｎｍから１１００ｎｍの長波長光の量子効率（光吸収量）は低下した。一方、裏面側透明電極層よりも低屈折率の材料からなる屈折率調整層を、裏面側透明電極層と反射層との間に挿入すると、波長７００ｎｍ〜１１００ｎｍの長波長の光吸収量は、屈折率調整層を挿入しなかった場合（なし）と比較して増加した。上記結果から、裏面側透明電極層よりも低屈折率の材料からなる屈折率調整層を挿入することにより裏面側での反射率が増大し、長波長光の利用率を向上できることが確認された。
【００６７】
（屈折率調整層の膜厚の検討）
以下の構成のシングル型薄膜シリコン系太陽電池における、屈折率調整層の適正な膜厚をシミュレーションにより検討した。
ガラス基板：屈折率１．５  
透明電極層：酸化錫膜、平均膜厚８００ｎｍ、屈折率１．９
結晶質シリコンｐ層：平均膜厚２０ｎｍ
結晶質シリコンｉ層：平均膜厚２０００ｎｍ
結晶質シリコンｎ層：平均膜厚２０ｎｍ
裏面透明電極層：ＧＺＯ膜、平均膜厚１００ｎｍ
屈折率調整層：挿入なし、またはＭｇＦ２膜（屈折率≒１．４）
反射層：散乱を含んだ反射率＝１の完全反射層
ガラス基板／透明電極層界面の凹凸：ＲＭＳラフネス＝１
透明電極層／結晶質シリコン層界面の凹凸：ＲＭＳラフネス＝２０
結晶質シリコン層／裏面透明電極層界面の凹凸：ＲＭＳラフネス＝５０
裏面透明電極層／屈折率調整層界面の凹凸：ＲＭＳラフネス＝５０
屈折率調整層／反射層界面の凹凸：ＲＭＳラフネス＝５０
【００６８】
屈折率調整層の膜厚を５ｎｍ、２５ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、１６０ｎｍ、１８０ｎｍ、１８０ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍとしたときの電流密度を算出した。図１２に、屈折率調整層の膜厚が光吸収率に与える影響をシミュレーションした結果を示す。同図において、横軸は屈折率調整層の膜厚、縦軸は電流密度（規格値）である。電流密度は、屈折率調整層を挿入していない従来の裏面側透明電極層と金属電極層とから構成される裏面電極構造（ＧａドープＺｎＯ／Ａｇ）での電流密度（直達光＋散乱光）を基準として正規化した。
【００６９】
図１２によれば、屈折率ｎが１．４の屈折率調整層を、裏面側透明電極と反射層との間に挿入した場合、膜厚が５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であれば、屈折率調整層を挿入しなかった場合よりも電流密度が向上した。また、１３０ｎｍ〜１７０ｎｍで約２％以上の顕著な電流密度向上が確認され、更には屈折率調整層の膜厚が１４０ｎｍ〜１６０ｎｍのとき電流密度が最大となり、それ以降は低下傾向を示した。
【符号の説明】
【００７０】
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
７  発電セル
８，９  取り出し電極
１０，１１，１２  溝
１４  周囲膜除去領域
１５  絶縁溝
２３  端子箱
２４  バックシート
３１  裏面側透明電極層
３２  屈折率調整層
３３  反射層
５０  太陽電池パネル
９１  第１セル層
９２  第２セル層
１００  薄膜系光電変換装置
１０３Ｌ，１０３Ｓ  アルミフレーム枠
【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】
2013179188.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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