(57)【要約】【課題】製造工程の管理を容易に行うことができ、良好な発電特性を再現性良く実現可能な薄膜太陽電池モジュールを得ることを目的とする。【解決手段】透光性絶縁基板上に、表面透明導電膜と半導体層からなる光電変換層と裏面金属電極とをこの順で含む薄膜太陽電池セルを複数備え、隣接する前記薄膜太陽電池セルのうち一方の前記薄膜太陽電池セルの前記裏面金属電極と他方の前記薄膜太陽電池セルの前記表面透明導電膜とが接続されて前記複数の薄膜太陽電池セルが電気的に直列接続された薄膜太陽電池モジュールであって、前記透光性絶縁基板上における前記薄膜太陽電池セルの形成領域外の平坦な領域に前記薄膜太陽電池セルと同じ積層構造が形成された外部積層領域を有し、前記外部積層領域の一部に、前記裏面金属電極の上面から前記透光性絶縁基板に達する分離溝により前記外部積層領域における他の領域と分離された検査領域を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性絶縁基板上に、表面透明導電膜と半導体層からなる光電変換層と裏面金属電極とをこの順で含む薄膜太陽電池セルを複数備え、隣接する前記薄膜太陽電池セルのうち一方の前記薄膜太陽電池セルの前記裏面金属電極と他方の前記薄膜太陽電池セルの前記表面透明導電膜とが接続されて前記複数の薄膜太陽電池セルが電気的に直列接続された薄膜太陽電池モジュールであって、
前記透光性絶縁基板上における前記薄膜太陽電池セルの形成領域外の平坦な領域に前記薄膜太陽電池セルと同じ積層構造が形成された外部積層領域を有し、
前記外部積層領域の一部に、前記裏面金属電極の上面から前記透光性絶縁基板に達する分離溝により前記外部積層領域における他の領域と分離された検査領域を備えること、
を特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記検査領域上に、前記直列接続された複数の薄膜太陽電池セルのうち一端の前記薄膜太陽電池セルの前記表面透明導電膜に前記外部積層領域において電気的に接続された取り出し電極が形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記検査領域内に、前記裏面金属電極の上面から前記透光性絶縁基板に達して前記検査領域内の前記光電変換層と前記裏面金属電極とを複数の小領域に分割する他の分離溝が形成されていること、
を特徴とする請求項１または２に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項４】
透光性絶縁基板上に表面透明導電膜、半導体層からなる光電変換層、裏面金属電極層をこの順で有する複数の薄膜太陽電池セルが電気的に直列接続された薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記透光性絶縁基板上における前記薄膜太陽電池セルの形成領域に前記表面透明導電膜、前記光電変換層、前記裏面金属電極層を積層し、それぞれを薄膜太陽電池セルごとに分離して前記電気的に直列接続された複数の薄膜太陽電池セルを前記薄膜太陽電池セルの形成領域に形成する第１工程と、
前記透光性絶縁基板上における前記薄膜太陽電池セルの形成領域外の平坦な領域に前記薄膜太陽電池セルと同じ積層構造が形成された外部積層領域を形成し、前記外部積層領域の一部に前記裏面金属電極の上面から前記透光性絶縁基板に達する分離溝を形成することにより前記外部積層領域における他の領域と分離された検査領域を形成する第２工程と、
前記検査領域を電気的に測定し評価する第３工程と、
を含むことを特徴とする薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記第２工程は、前記第１工程と同時に同一工程で行われること、
を特徴とする請求項４に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記第１工程は、前記透光性絶縁基板の表面またはその上に形成された前記表面透明導電膜の表面を凹凸形状に加工する凹凸加工工程を含み、
前記凹凸加工工程では、前記外部積層領域における少なくとも前記検査領域を形成する領域の前記透光性絶縁基板の表面またはその上に形成された前記表面透明導電膜の表面を平坦に保ちながら他の領域の表面を凹凸形状に加工すること、
を特徴とする請求項５に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記第２工程は、
前記検査領域内に前記裏面金属電極の上面から前記表面透明導電膜に達する他の分離溝を形成して前記検査領域内の前記光電変換層と前記裏面金属電極とを第１領域と第２領域とに分割する工程と、
前記第１領域の前記裏面金属電極を前記第１領域の前記表面透明導電膜に電気的に直接接続させる工程と、
前記第２領域の前記裏面金属電極を前記第２領域の前記表面透明導電膜に電気的に直接接続させる工程と、
を有し、
前記第３工程では、前記第１領域の前記裏面金属電極から前記表面透明導電膜、前記第２領域の前記裏面金属電極の間を流れる電流を検査し、評価すること、
を特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記第２工程は、
前記検査領域内に前記裏面金属電極の上面から前記表面透明導電膜に達する他の分離溝を形成して前記検査領域内の前記光電変換層と前記裏面金属電極とを第３領域と第４領域とに分割する工程と、
前記第３領域の前記裏面金属電極を前記第３領域の前記表面透明導電膜に電気的に直接接続させる工程と、
を有し、
前記第３工程では、前記第４領域の前記裏面金属電極から前記光電変換層、前記表面透明導電膜、前記第３領域の前記裏面金属電極の間を流れる電流を測定し、評価すること、
を特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記第１工程では、前記透光性絶縁基板上における前記薄膜太陽電池セルの形成領域に形成した前記表面透明導電膜、前記光電変換層、前記裏面金属電極層のそれぞれを薄膜太陽電池セルごとに分離する分離工程を含み、
前記それぞれの分離工程の最初に、規定形状の溝を外部積層領域の積層構造に形成し、各分離工程で形成された前記規定形状の溝同士の位置関係を検査して、その後の各分離工程での位置条件を決定すること、
を特徴とする請求項４〜８のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記第２工程では、前記電気的に直列接続された前記薄膜太陽電池セル間の領域および前記電気的に直列接続された前記薄膜太陽電池セルの端部に隣接した領域に前記外部積層領域および前記検査領域が複数形成され、
前記第３工程では、前記複数の検査領域を電気的に測定し評価すること、
を特徴とする請求項４〜９のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記検査領域上に、前記直列接続された複数の薄膜太陽電池セルのうち一端の前記薄膜太陽電池セルの前記表面透明導電膜または前記裏面金属電極層に前記外部積層領域において電気的に接続される取り出し電極を形成すること、
を特徴とする請求項４〜１０のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記第２工程では、前記外部積層領域に形成された前記積層構造の各層の形成後に前記各層を光学的に測定し、評価すること、
を特徴とする請求項４〜１１のいずれか１つに記載の薄膜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、薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池モジュールにおいては、レーザースクライブにより透明電極膜や半導体層等を分離し、電気的に直列接続された太陽電池を広い面積の基板上に一括して作製する技術が開発されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、薄膜太陽電池における光の利用効率を高めるために、光入射側のガラス基板、または透明導電膜に凹凸形状を設けて光を散乱させることにより、発電層内部の光路長を増大させる技術が使用されている。このような凹凸形状を形成する方法として、たとえばガラス基板にサンドブラスト処理またはプラズマ処理を施した後、ウエットエッチング処理を施すことにより、微細な凸凹形状を形成することが考案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、上記の凹凸形状を形成する方法として、平坦なガラス基板上に酸化物からなる透明導電膜を形成し、エッチングにより透明導電膜の表面に凹凸形状を形成することが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【０００５】
また、凹凸表面の支持体の一部に凹凸粗さの小さい層厚測定部位が形成された薄膜太陽電池が提案されている。層厚測定部位は、光電変換領域や集電電極の直下の非光電変換領域に設けることが示されている（たとえば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４３６８５８号公報
【特許文献２】特開２００３−６９０５９号公報
【特許文献３】特許第４１９３９６０号公報
【特許文献４】国際公開第２０１０／１０１１１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の薄膜太陽電池モジュールでは、最終製品の検査によって得られる情報は太陽電池の出力特性である。すなわち、製造工程の途中の検査で膜厚を知ることはできたものの、加工プロセスのばらつきや電気的特性の加工条件依存性を知ることは容易でなかった。このため、最終製品の検査においては、発電特性が劣る薄膜太陽電池モジュールが混在しており、歩留まりが低下する、という問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造工程の管理を容易に行うことができ、良好な発電特性を再現性良く実現可能な薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池モジュールは、透光性絶縁基板上に、表面透明導電膜と半導体層からなる光電変換層と裏面金属電極とをこの順で含む薄膜太陽電池セルを複数備え、隣接する前記薄膜太陽電池セルのうち一方の前記薄膜太陽電池セルの前記裏面金属電極と他方の前記薄膜太陽電池セルの前記表面透明導電膜とが接続されて前記複数の薄膜太陽電池セルが電気的に直列接続された薄膜太陽電池モジュールであって、前記透光性絶縁基板上における前記薄膜太陽電池セルの形成領域外の平坦な領域に前記薄膜太陽電池セルと同じ積層構造が形成された外部積層領域を有し、前記外部積層領域の一部に、前記裏面金属電極の上面から前記透光性絶縁基板に達する分離溝により前記外部積層領域における他の領域と分離された検査領域を備えること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、製造工程の管理を容易に行うことができ、良好な発電特性を有する薄膜太陽電池モジュールが再現性良く得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図３】図３は、薄膜太陽電池モジュールの製造工程を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールにおける検査領域（測定パターン）の一例を示す要部断面斜視図である。
【図５】図５は、図４におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図の一例であり、光電変換層の半導体層のＰＮ接合の評価に使用できる測定パターン素子の構造の一例を示す断面図である。
【図６】図６は、図４におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図の一例であり、裏面金属電極層と表面透明導電膜とのコンタクト抵抗の評価に使用できる測定パターン素子の構造の一例を示す断面図である。
【図７】図７は、図４におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図の他の一例であり、裏面金属電極層と表面透明導電膜とのコンタクト抵抗の評価に使用できる測定パターン素子の構造の他の一例を示す断面図である。
【図８】図８は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールにおける外部積層領域（非光電変換領域１）に形成されてレーザースクライブ装置におけるアライメントに使用する位置測定パターンを示す要部斜視断面図である。
【図９】図９は、図８のＣ−Ｃ’線に沿った断面図の一例である。
【図１０】図１０は、レーザースクライブ装置におけるアライメントに使用する実施の形態２にかかる他の測定パターンを示す平面図である。
【図１１】図１１は、図１０のＤ−Ｄ’線に沿った断面図の一例である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態３にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態３にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程および検査工程を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、結晶化度の異なる微結晶シリコン膜の上に微結晶シリコン膜を形成したときの結晶化度の下地依存性を示す特性図である。
【図１５】図１５は、従来技術による薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。
【図１６】図１６は、従来技術による太陽電池の光学検査時におけるプローブ光の散乱の様子を示す模式図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池モジュール製造時における光学検査時のプローブ光の散乱の様子を示す模式図である。
【図１８】図１８は、自乗平均面粗さ（ＲＭＳ）の定義を説明するための模式図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態４にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。
【図２０】図２０は、実施の形態４にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程および検査工程を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、透明導電膜をレーザーにより加工して平坦化した場合の透明導電膜材料の構造を示す模式図である。
【図２２】図２２は、透明導電膜をレーザーにより加工して平坦化した場合の電流の導電経路を示す模式図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態５にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュール１０の概略構成を示す平面図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュール１０の概略構成を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【００１４】
薄膜太陽電池モジュール１０は、ガラス基板や樹脂基板などの透光性絶縁基板１１上に複数（ここでは７つ）の薄膜太陽電池セル（以下、単にセルという）Ｃが所定の方向（図中では、左右方向）に電気的に直列に接続されている。すなわち、セルＣ１〜セルＣ７が電気的に直列に接続されている。それぞれのセルＣは、表面透明導電膜１２、光電変換層１３、裏面透明導電膜１４および裏面金属電極層１５が順に積層されて形成されている。あるセルＣの表面透明導電膜１２は、隣接する一方の（図２では左隣の）セルＣの裏面金属電極層１５と接続され、裏面金属電極層１５は、隣接する他方（図２では右隣の）セルＣの表面透明導電膜１２と接続される。このような接続により、薄膜太陽電池モジュール１０における全てのセルＣが電気的に直列に接続されている。
【００１５】
また、薄膜太陽電池モジュール１０の一端辺（図１、図２では左端）側のセルＣ１の横は非光電変換領域１とされている。非光電変換領域１は、透光性絶縁基板１１上にセルＣと同じ積層構造が形成されており、その一部に検査領域である測定パターン素子２が配置されている。測定パターン素子２を含む非光電変換領域１の領域の積層構造の裏面金属電極層１５上には、取り出し電極である表面電極層側バスバー電極２１が形成されている。したがって、測定パターン素子２は、表面電極層側バスバー電極２１の下部領域に形成されている。
【００１６】
また、薄膜太陽電池モジュール１０の他端辺（図１、図２では右端）側のセルＣ７の裏面金属電極層１５上には、取り出し電極である裏面電極層側バスバー電極２２が形成されている。なお、図１においては、表面電極層側バスバー電極２１および裏面電極層側バスバー電極２２の記載を省略している。
【００１７】
薄膜太陽電池モジュール１０において、裏面電極層側バスバー電極２２の下の領域（セルＣ７）は発電に寄与している。しかし、表面電極層側バスバー電極２１は、隣接するセルＣ１の表面透明導電膜１２と金属電極層３を介して電気的に直接接続されている。したがって、表面電極層側バスバー電極２１の下の領域はどのような形状となっていても薄膜太陽電池モジュール１０の出力に影響を与えないことが分かる。このため、薄膜太陽電池モジュール１０では、表面電極層側バスバー電極２１の下の領域は非光電変換領域１となっている。
【００１８】
そこで、このような表面電極層側バスバー電極２１の構造の特徴を利用し、表面電極層側バスバー電極２１の下の領域にセルＣと電気的に独立した電気的評価用の検査領域として測定パターン素子２を配置することによって、電極層の導電率やＰＮ接合の評価、レーザースクライブ工程の仕上がり状態、表面透明導電膜１２と裏面金属電極層１５とのコンタクト抵抗等を詳細に評価することができる。
【００１９】
図３は、薄膜太陽電池モジュールの製造工程を示すフローチャートである。以下、図３を参照して一般的な薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明する。まず、ガラス基板等の透光性絶縁基板１１を洗浄する（ステップＳ１０）。つぎに、表面透明導電膜１２になる透明導電膜を透光性絶縁基板１１上に成膜する（ステップＳ２０）。透明導電膜には、たとえば酸化スズや酸化亜鉛、酸化インジウムなどの３００〜４００ｎｍ以上の波長の光に対して透光性を有し且つシート抵抗が１０〜２０Ω／□以下の低抵抗な材料が用いられる。透明導電膜の形成にはたとえばスパッタリング法や、プラズマＣＶＤ（chemical  vapor  deposition：化学気相成長法）法、ＭＯ−ＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition：有機金属気相成長法）法、蒸着法、塗布法等が用いられる。
【００２０】
つぎに、透明導電膜が形成された透光性絶縁基板１１をエッチング剤が含有された水溶液中に浸すことにより透明導電膜をエッチングし、該透明導電膜の表面にテクスチャ構造として凹凸形状を形成する（ステップＳ３０）。酸化亜鉛からなる透明導電膜に対しては、エッチング剤として燐酸、酢酸等が用いられる。酸化インジウムや酸化スズからなる透明導電膜に対しては、エッチング剤として硫酸、塩酸、王水、燐酸、臭化水素酸等が用いられる。
【００２１】
つぎに、透明導電膜の一部を透光性絶縁基板１１の長手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、透明導電膜を短冊状にパターニングし、複数の表面透明導電膜１２に分離する。透明導電膜のパターニングは、レーザースクライブ法により、透光性絶縁基板１１の長手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板１１に達するストライプ状の第１の溝を形成することで行う（ステップＳ４０）。
【００２２】
つぎに、第１の溝を含む表面透明導電膜１２上に光電変換層１３となる半導体層を成膜する（ステップＳ５０）。各セルＣでは、透光性絶縁基板１１側からｐ型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層の３つの半導体層が積層された光電変換層１３が１つの太陽電池素子として動作する。単層薄膜太陽電池では、上記半導体層の組み合わせの光電変換層１３が１組、積層型薄膜太陽電池では複数組が積層される。この３つの半導体層はなるべくその内部に意図しない不純物（ゴミや想定外の元素）が入らないように、清浄な真空中で連続して形成されることが好ましい。
【００２３】
単層薄膜太陽電池では、ｐ型半導体層としてアモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファス酸化シリコン、微結晶シリコン、微結晶シリコンカーバイド、微結晶酸化シリコン等が、プラズマＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法等によって形成される。ｉ型半導体層には、アモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファス酸化シリコン、アモルファスシリコンゲルマニウム等が、プラズマＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法等によって形成される。ｎ型半導体層には、アモルファスシリコン、微結晶シリコン等が、プラズマＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法等によって形成される。
【００２４】
積層型薄膜太陽電池は、前記の単層薄膜太陽電池に使用される半導体層の上に、ｉ型半導体層がアモルファスシリコンゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、微結晶ゲルマニウム等からなる太陽電池素子を１つ以上積層させた構造となる。積層型薄膜太陽電池の場合には、さらに各太陽電池素子の間に中間層と呼ばれる光学設計のための半透明層を挿入する場合もある。この中間層は、たとえば微結晶酸化シリコンや酸化亜鉛、酸化スズ等からなり、一部の入射光を前方に反射し、残りの光を後方へ透過する特性を有する。
【００２５】
つぎに、表面電極層形成と同様の材料および方法によって、光電変換層１３上に裏面透明導電膜１４を形成する（ステップＳ６０）。このとき、裏面透明導電膜１４は、裏面金属電極層１５に使用される金属が光電変換層１３の半導体層中に拡散するのを防ぐ役割がある。
【００２６】
つぎに、光電変換層１３および裏面透明導電膜１４に、表面透明導電膜１２と同様にレーザースクライブによってパターニングを施す（ステップＳ７０）。すなわち、光電変換層１３および裏面透明導電膜１４の一部を透光性絶縁基板１１の長手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、光電変換層１３および裏面透明導電膜１４を短冊状にパターニングし、分離する。このパターニングは、第１の溝と異なる箇所に、透光性絶縁基板１１の長手方向と略平行な方向に延在して表面透明導電膜１２に達するストライプ状の第２の溝（接続溝）を形成することで行う。
【００２７】
つぎに、第２の溝（接続溝）内および裏面透明導電膜１４上に裏面金属電極層１５を形成する（ステップＳ８０）。裏面金属電極層１５はたとえばスパッタリング法などにより、銀、アルミニウム、チタン等の金属により形成される。このとき、第２の溝（接続溝）の内壁に沿って裏面金属電極層１５が形成される条件で裏面金属電極層１５を形成する。これにより、第２の溝（接続溝）の内壁に裏面金属電極層１５が被覆されて、裏面透明導電膜１４上の裏面金属電極層１５と表面透明導電膜１２との電気的な接続が確保される。
【００２８】
つぎに、裏面金属電極層１５、裏面透明導電膜１４、光電変換層１３の一部を透光性絶縁基板１１の長手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して短冊状にパターニングして複数のセルＣに分離する。パターニングは、レーザースクライブ法により、第１の溝および第２の溝（接続溝）とは異なる箇所に、透光性絶縁基板１１の長手方向と略平行な方向に延在して表面透明導電膜１２に達するストライプ状の第３の溝（分離溝）を形成することで行う（ステップＳ９０）。以上により、電気的に直列接続された各セルＣが形成される。
【００２９】
最後に、モジュール化工程を実施する。すなわち、アルミニウムや銅からなるバスバー電極をはんだや超音波加工、導電性接着剤等で両端のセルＣの電流引き出し部に接続して、封止材、バックシート、フレームによりモジュール化する（ステップＳ１００）。上述したように、前記の各工程の間には、透光性絶縁基板１１内の太陽電池素子を直列接続するためのレーザースクライブやメカニカルスクライブによる分離工程が行われる。
【００３０】
以上のような製造フローの実施後には、縦長の短冊状に配置された各セルＣが電気的に直列接続された薄膜太陽電池モジュールが形成されている。ここで、形成された各セルＣを用いてセルＣの電気的評価をする場合には、直列接続された隣接するセルＣの影響や、縦長に形成された表面透明導電膜１２および裏面金属電極層１５の抵抗値の影響が大きくなり、光電変換層１３の半導体層の解析が十分に行えない。また、表面透明導電膜１２および裏面金属電極層１５との接続部分のコンタクト抵抗の評価を行うことはできない。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、図３の製造フローにおいて、透明導電膜のエッチング（ステップＳ３０）の後、裏面透明導電膜形成（ステップＳ７０）の後、裏面電極形成（ステップＳ９０）の後に行われるレーザースクライブ工程（ステップＳ４０、ステップＳ７０、ステップＳ９０）における各層の加工時に、電気特性を測定する評価用素子を非光電変換領域１に形成する。すなわち、図４に示すように、透光性絶縁基板１１上におけるセルＣの形成領域の外部領域であって薄膜太陽電池モジュール１０の一端辺側のセルＣ１の横の非光電変換領域１に、セルＣと同じ積層構造が形成された外部積層領域を設け、該外部積層領域の積層膜を小領域に切り出して電気的に独立した評価用のパターンである検査領域として測定パターン素子２を形成することで、評価用素子を設置する。図４は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュール１０における測定パターン素子２の一例を示す要部断面斜視図である。測定パターン素子２は、裏面金属電極層１５の上面から透光性絶縁基板１１に達する分離溝３１により、外部積層領域（非光電変換領域１）における他の領域と分離されている。したがって、評価用素子は、外部積層領域（非光電変換領域１）における他の領域と電気的に分離されている。
【００３２】
測定パターン素子２の構造は種々考えられ、図４では、その一例を示している。また、図５は、図４におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図の一例であり、光電変換層１３の半導体層のＰＮ接合の評価に使用できる測定パターン素子２の構造の一例を示す断面図である。また、図６は、図４におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図の一例であり、裏面金属電極層１５と表面透明導電膜１２とのコンタクト抵抗の評価に使用できる測定パターン素子２の構造の一例を示す断面図である。
【００３３】
評価用の測定パターン素子２を構成する各層は、セルＣと同一の工程で積層される。そして、分離溝３１を含む測定パターン素子２を形成するための溝の加工は上述したセルＣの形成工程において同時に行われる。このため、測定パターン素子２を形成するためのマスク形成やエッチングなどの追加工程は必要ない。
【００３４】
また、測定パターン素子２は、裏面金属電極層１５の上面から透光性絶縁基板１１に達して測定パターン素子２内の光電変換層１３から裏面金属電極層１５までの層を複数の小領域、すなわち測定部２ａと測定部２ｂとに分割する分離溝３２が形成されている。分離溝３２の加工は上述したセルＣの形成工程において同時に行われる。このため、測定パターン素子２を形成するためのマスク形成やエッチングなどの追加工程は必要ない。
【００３５】
図５に示す測定パターン素子２の場合は、半導体層のＰＮ接合に対して最も近い電極層を用いて半導体層を縦方向（積層方向）に流れる電流を測定することで電気的特性を評価できるため、ダイオード特性や、Ｃ−Ｖ（capacitance  voltage、容量-電圧）測定による接合容量の変化を計測し、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層のドーピング濃度や、ｉ型半導体層中の空乏層領域幅を評価することが可能である。ＰＮ層のＣ−Ｖ測定は、階段接合モデルで表される（式１）。このため、測定結果を式１で解析することにより、半導体層各層のドーピング濃度や、拡散電位の数値を評価することができる。
【００３６】
【数１】
2013247165.tif 000003
【００３７】
また、光を照射しない場合のセルＣの電流電圧特性は、ダイオードの式（式２）とシリーズ抵抗、シャント抵抗を用いた等価回路で表せる。
【００３８】
【数２】
2013247165.tif 000004
【００３９】
この場合、飽和電流が小さいほど素子の接合界面での再結合が少なく、良好なダイオードを形成しているといえる。また、ダイオード因子の値もダイオードでの再結合電流を反映するため、半導体層の製造条件の管理に用いることができる。
【００４０】
これらは、太陽電池の電圧、曲線因子を決定する重要なパラメータであるが、モジュールで行うには、一つのセルの面積が大きすぎるため、電極層の抵抗の影響が大きく、従来は正しく評価できなかった。
【００４１】
これに対して、本実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュール１０では、非光電変換領域１に、セルＣと同じ積層構造が形成された外部積層領域を設け、該外部積層領域に小面積の測定パターン素子２を設けているため、電極層の抵抗の影響を抑制してセルＣの電気特性を正しく測定、評価することができる。一つの測定用の電極サイズ、すなわち１つの測定パターン素子２の大きさはおおよそ３ｍｍ角以上あればよく、好ましくは表面電極層側バスバー電極２１の設置領域に収まるサイズの５ｍｍ角程度がよい。
【００４２】
また、図６に示す測定パターン素子２においては、隣り合う裏面金属電極層１５同士が表面透明導電膜１２と２箇所で接触して電気的に繋がっている。このときの隣り合う裏面金属電極層間の抵抗Ｒeleは式３で表される。
【００４３】
【数３】
2013247165.tif 000005
【００４４】
さらに、図７に示すように、裏面金属電極層１５と表面透明導電膜１２とが接触する２点間の距離を図６と変えたパターンを同時に配置して連立方程式を解くことで、表面透明導電膜１２の抵抗Ｒtcoを算出することができる。図７は、図４におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図の他の一例であり、裏面金属電極層１５と表面透明導電膜１２とのコンタクト抵抗の評価に使用できる測定パターン素子２の構造の他の一例を示す断面図である。
【００４５】
一般的に金属電極の抵抗値は、金属電極と透明導電膜とのコンタクト抵抗や透明導電膜に比べて非常に小さい。このため、隣り合う裏面金属電極層間の抵抗Ｒeleは無視できるとすると、式３は式４に近似され、先に算出した表面透明導電膜１２の抵抗Ｒtcoを代入することで、コンタクト抵抗Ｒcontを算出することができる。
【００４６】
【数４】
2013247165.tif 000006
【００４７】
このコンタクト抵抗Ｒcontは、レーザースクライブ工程による表面透明導電膜１２へのダメージや、加工サイズの変動、裏面金属電極層１５の加工孔（第２の溝（接続溝））に対するカバレッジ（被覆状態）により変化するため、レーザースクライブ工程、裏面金属電極層１５形成工程の評価が可能となる。このコンタクト抵抗Ｒcontを測定する測定パターン素子２の構造においては、裏面金属電極層１５と表面透明導電膜１２との接触位置間の距離を大きく動かした方が誤差が少なくなるため、長方形のパターンを用いてもよい。
【００４８】
コンタクト抵抗Ｒcontが所定の規定値より大きくなった場合は、光電変換層１３の半導体層をスクライブする際のレーザーパワーが強すぎることにより、表面透明導電膜１２にダメージが生じている。この場合には、レーザースクライブのフォーカス位置やパワー密度を下げることで、コンタクト抵抗Ｒcontを規定値へ戻すことができる。また、電流電圧特性が一次直線で近似できない場合は、表面透明導電膜１２と裏面金属電極層１５の間に半導体層が残って電気的な障壁となっている。この場合には、レーザースクライブのパワー密度を上げるように製造工程の条件を選択することで、表面透明導電膜１２と裏面金属電極層１５の間の半導体層の残存を無くすことができる。
【００４９】
これらの評価を、より簡易に正確に行うためには、上記測定パターン素子２を平坦な基板上に形成することが好ましい。大きな凹凸形状を有する表面透明導電膜１２上に形成した測定パターン素子２に電圧を印加した際には、凸部の頂点に電界が集中するため、測定パターン素子２を破壊して式１では表せない複雑なＣＶ特性が測定されることがある。これを防ぐためには、理想状態に近い平坦な基板上に測定パターン素子２を形成するとよい。
【００５０】
たとえば、図２の製造フローにおいて、透光性絶縁基板１１上に透明導電膜を成膜した後に、透光性絶縁基板１１上の外部積層領域（非光電変換領域１）における表面電極層側バスバー電極２１の配置位置を保護フィルムやテープ等でマスクしてからエッチングして凹凸形状を形成する。これにより、透明導電膜の一部（測定パターン素子２における表面透明導電膜１２）に平坦部を残しつつ、発電部（セルＣ）の表面透明導電膜１２には凹凸形状を形成することができる。
【００５１】
透明導電膜に凹凸形状を形成する手法としては、大きく分けてドライプロセスとウェットプロセスとが挙げられる。まず、ドライプロセスによって加工する場合について説明する。ドライプロセスとは、気体との化学反応や、分子等との物理的な接触によって表面を加工するプロセスである。この場合、気体や分子が透明導電膜の表面に接触しないようにすれば平坦な表面が得られる。
【００５２】
ブラスト処理や、アルゴンイオンによるプラズマエッチングのように、表面に細かな物質・分子を当てることにより物理的に加工する場合は、これらの飛来を遮る板等のマスクを透明導電膜の前面に配置することにより、透明導電膜の表面に平坦面が得られる。
【００５３】
四炭化フッ素等のフッ素系化合物ガス、水素、炭化水素等の気体と透明導電膜との化学反応の場合は、活性状態の上記気体の分子が透明導電膜の表面に到達すると化学反応により表面が加工される（たとえば参考文献：『特願２００８−１６１３４１号公報』参照）。したがって、圧力が低い等、反応種の寿命が長くなる加工条件によっては、透明導電膜の表面にマスクを置くだけでは、反応性の気体が回り込んで透明導電膜の表面が意図せず加工されてしまう可能性がある。このような場合には、粘着フィルムやテープのような、保護したい面に密着するマスクを用意する必要がある。
【００５４】
つぎに、ウェットプロセスによって加工する場合について説明する。ウェットプロセスは、エッチング剤を含む水溶液中に透明導電膜の形成された基板を浸すことによって加工する方法である。酸化亜鉛からなる透明導電膜に対しては、エッチング剤として燐酸、酢酸等が用いられる。酸化インジウムや酸化スズからなる透明導電膜に対しては、エッチング剤として硫酸、塩酸、王水、燐酸、臭化水素酸等が用いられる。
【００５５】
基板を水溶液に浸すため、前記の気体の化学反応を利用した場合と同様に、水溶液の回りこみによる意図しないエッチングが起こりやすい。したがって、ウェットプロセスの場合も、平坦部に密着して保護できる、酸などの化学薬品に対して耐性のある保護シート等をマスクとして使用する必要がある。
【００５６】
上述したように、実施の形態１においては、電気的評価用素子として、セルＣの形成領域の外部領域であって薄膜太陽電池モジュール１０の非光電変換領域１における表面電極層側バスバー電極２１の下部領域に、セルＣと電気的に独立した電気的評価用の測定パターン素子２が形成される。この電気的評価用素子を用いて各種電気的特性を測定することにより、電極層の導電率やＰＮ接合の評価、レーザースクライブ工程の仕上がり状態、表面透明導電膜１２と裏面金属電極層１５とのコンタクト抵抗等の電気的特性を詳細に評価することができる。
【００５７】
また、大面積について電気的特性を測定・評価すると、部分的な欠陥が含まれる可能性が大きく、この場合には該欠陥の影響を受けて本来の積層膜の電気的特性が正確に行えない場合がある。また、大面積について電気的特性を測定・評価する場合には、電極層の抵抗が無視できない大きさとなり、測定・解析に悪影響を及ぼすことがある。しかしながら、実施の形態１においては、小面積の検査領域で電気的特性を測定・評価する評価できるので、部分的な欠陥による測定・解析への悪影響を抑制できる。
【００５８】
また、実施の形態１においては、検査領域は発電に寄与しない表面電極層側バスバー電極２１の下に設けられるので、薄膜太陽電池モジュールにおける発電性能の低下が発生しない。また、検査領域が大きいとセルＣとバスバー電極との接続面積が少なくなる可能性があるが、実施の形態１における評価領域は表面電極層側バスバー電極２１内に収まる程度の小領域であり、セルＣとバスバー電極との接続に及ぼす影響は非常に小さい。
【００５９】
また、実施の形態１においては、表面電極層側バスバー電極２１の下に測定パターン素子２の溝があるので、表面電極層側バスバー電極２１と外部積層領域（非光電変換領域１）の積層膜との間に発生する熱膨張差に起因する応力を緩和する効果もある。
【００６０】
したがって、実施の形態１によれば、薄膜太陽電池モジュールの発電効率を損なうことなく、従来は評価が難しかった各層、工程ごとの電気的評価を行うことができ、製造途中の加工プロセスのばらつきや電気的特性の加工条件依存性を容易に知ることができ、製造工程の管理を容易に行うことができる。これにより、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池モジュールを再現性良く得られる。
【００６１】
実施の形態２．
図８は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールにおける外部積層領域（非光電変換領域１）に形成されてレーザースクライブ装置におけるアライメントに使用する位置測定パターンを示す要部斜視断面図である。図９は、図８のＣ−Ｃ’線に沿った断面図の一例である。上述した薄膜太陽電池モジュールの製造工程においては、大きく分けて４回のレーザースクライブ工程がある。表面透明電極層になる透明導電膜の形成後に行われるレーザースクライブ工程、裏面透明導電膜の形成後に行われるレーザースクライブ工程、裏面金属電極の形成後に２回行われるレーザースクライブ工程では、それぞれスクライブする対象が異なる。すなわち、透明導電膜の形成後と裏面金属電極の形成後２回目のレーザースクライブ工程では、透明導電膜を加工する。裏面透明導電膜の形成後と裏面金属電極の形成後１回目のレーザースクライブ工程では、シリコン膜を加工する。
【００６２】
したがって、レーザースクライブ工程では、少なくとも２つの異なるレーザー光源を使用する必要がある。このため、レーザースクライブ工程ごとにアライメントを行い、加工予定位置と実加工位置との位置ずれがなくなるように調整する必要がある。
【００６３】
そこで、図８および図９に示した位置測定パターンでは、各レーザースクライブ工程において加工位置を調整する際に用いるパターンであり、透光性絶縁基板１１上の外部積層領域（非光電変換領域１）の特定の位置に四角形状に設けられている。このパターンでは、初期透明導電膜スクライブ跡５１（透明導電膜の形成後のレーザースクライブ工程に対応）、半導体層スクライブ跡５２（裏面透明導電膜の形成後のレーザースクライブ工程に対応）、裏面金属電極層スクライブ跡５３（裏面金属電極の形成後１回目のレーザースクライブ工程に対応）、後期透明導電膜スクライブ跡５４（裏面金属電極の形成後２回目のレーザースクライブ工程に対応）の各スクライブ跡パターンが形成されている。このスクライブ跡パターンの各線の距離や平行度を光学顕微鏡やレーザー顕微鏡、触針式段差計などによる検査により測定して算出することで、透光性絶縁基板１１の直交する一辺方向および他辺方向（図８におけるｘ軸方向、ｙ軸方向）のレーザースクライブの位置ずれを検出できる。
【００６４】
すなわち、透明導電膜の形成後のレーザースクライブ工程時に、初期透明導電膜スクライブ跡５１を形成しておく。その後、半導体層（光電変換層１３）および裏面透明導電膜１４の形成後に半導体層のレーザースクライブを行う前に、半導体層スクライブ跡５２を形成し、初期透明導電膜スクライブ跡５１との距離および角度のずれを検査し、その結果に基づいてスクライブ装置の調整を行う。以下、同様にして以降の薄膜太陽電池モジュールの製造工程中のスクライブ工程でレーザースクライブを行う前に、裏面金属電極層スクライブ跡５３、後期透明導電膜スクライブ跡５４を形成し、検査することで、その結果に基づいてスクライブ装置の調整を行う。これにより、レーザースクライブ工程時におけるスクライブ位置のアライメントを行うことができる。
【００６５】
図１０は、レーザースクライブ装置におけるアライメントに使用する実施の形態２にかかる他の位置測定パターンを示す平面図である。図１１は、図１０のＣ−Ｃ’線に沿った断面図の一例である。レーザースクライブの位置ずれをより単純に評価する場合は、上記のような四角形状のパターンでなくてもよい。たとえば図１０および図１１に示すように、各レーザースクライブ工程の前に、一定の角度および長さの線をレーザースクライブで描画し、これらの位置関係から位置ずれを評価することもできる。
【００６６】
したがって、実施の形態２によれば、薄膜太陽電池モジュールの発電効率を損なうことなく、また工程数を増やすことなく、レーザースクライブ工程時におけるスクライブ位置のアライメントを行うことができ、製造途中の加工プロセスのばらつきを容易に知ることができ、製造工程の加工管理を容易に行うことができる。これにより、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池モジュールを再現性良く得られる。
【００６７】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。図１２では、非光電変換領域１の近傍を示している。実施の形態１、２で述べたように、薄膜太陽電池モジュールの端部近傍のバスバー電極が配置される領域は非光電変換領域１とされ、太陽電池の出力に関係しない。したがって、この非光電変換領域１においては光を散乱させる必要はなく、透光性絶縁基板１１の表面透明導電膜が形成される側の表面が平坦な平坦部とされても、太陽電池の出力には影響を与えない。この平坦部を電気的検査だけでなく、それぞれの成膜プロセスの光学検査工程に用いることができ、簡易な光学モデルで正確な検査を行うことができる。
【００６８】
なお、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池モジュールは、セルＣの形成部における透光性絶縁基板１１の表面にテクスチャ構造が形成されるとともに非光電変換領域１における透光性絶縁基板１１の表面が平坦部とされていること以外は、基本的な構造は実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュール１０と同様である。したがって、図１２においては、薄膜太陽電池モジュール１０と同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。また、図示および説明は省略するが、実施の形態１、２で述べた溝部である測定パターン素子２や位置測定パターンが形成されている。
【００６９】
透光性絶縁基板１１としてのガラス基板にテクスチャ構造を形成するには、ブラスト処理等の物理的なテクスチャ形成加工方法や、フッ素ガス、四フッ化炭素ガス等を用いた化学的な作用によるテクスチャ形成加工方法が有効である。このような加工を行う際に、所望の領域を粘着シート等のマスクでマスキングした後にテクスチャ加工を行うことにより、容易に平坦な領域を作製可能である。その後、マスクを取り外し、ガラス基板の洗浄、検査を行う。テクスチャ加工時に同時に平坦部も形成されるため、工程を増加させること無く、透光性絶縁基板１１の表面に平坦な非光電変換領域１を形成することが可能である。
【００７０】
以下に、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程および検査工程について説明する。図１３は、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程および検査工程を示すフローチャートである。
【００７１】
まず、透光性絶縁基板１１として表面にテクスチャ構造が形成されたガラス基板（テクスチャ付きガラス基板）を洗浄した後に（ステップＳ１１０）、表面透明導電膜１２になる透明導電膜を実施の形態１の場合と同様に透光性絶縁基板１１上に成膜する（ステップＳ１２０）。透明導電膜の膜厚や組成は、光の透過率に大きな影響を与える。このため、透明導電膜の成膜後に分光器や分光エリプソメトリーによって透明導電膜の膜厚や組成等を光学検査し（ステップＳ１３０）、透明導電膜の成膜工程に問題ないことを確認する。
【００７２】
ここで、透明導電膜の成膜工程に問題がある場合には、次回の透明導電膜の成膜工程からは工程の見直しを行って成膜工程の条件を変更する。たとえば、形成された透明導電膜の屈折率が高い場合には、成膜方法がスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法であれば成長雰囲気の酸素濃度を増加させるなどして、酸素組成を増加させることで、屈折率を下げることが可能である。
【００７３】
つぎに、実施の形態１の場合と同様にレーザースクライブ法により透明導電膜を短冊状にパターニングし、複数の表面透明導電膜１２に分離する（ステップＳ１４０）。
【００７４】
光閉じ込め構造であるテクスチャ構造は既にガラス基板の表面に形成されているため、表面透明導電膜１２の形成後は実施の形態１の場合と同様に光電変換層１３の半導体層の成膜を行う（ステップＳ１５０）。
【００７５】
つぎに、光電変換層１３の半導体層の光学検査を行い（ステップＳ１６０）、半導体層の成膜工程に問題ないことを確認する。ｐ型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層、積層型の場合はさらに中間層のそれぞれの膜厚を検査するためには、光透過率および光反射率の測定だけでは困難であり、分光エリプソメトリによる測定、解析で各層の膜厚や屈折率、結晶化率を求める必要がある。さらに、半導体層内部の光の制御には中間層および、その前後の膜の屈折率を知る必要がある。これらの光学検査により各層の仕上がり状態を検査し、検査結果が所定の値から大きくずれている場合には、成膜装置の点検や、次工程の条件の変更等を実施できることが重要である。半導体層の光学検査については後述する。
【００７６】
つぎに、表面電極層形成と同様の材料および方法によって、実施の形態１の場合と同様に光電変換層１３上に裏面透明導電膜１４を形成する（ステップＳ１７０）。
【００７７】
つぎに、裏面透明導電膜１４の光学検査を行い（ステップＳ１８０）、裏面透明導電膜１４の成膜工程に問題ないことを確認する。
【００７８】
つぎに、光電変換層１３および裏面透明導電膜１４に、実施の形態１の場合と同様にレーザースクライブによってパターニングを施す（ステップＳ１９０）。すなわち、光電変換層１３および裏面透明導電膜１４の一部を透光性絶縁基板１１の長手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、光電変換層１３および裏面透明導電膜１４を短冊状にパターニングし、分離する。
【００７９】
つぎに、実施の形態１の場合と同様に裏面金属電極層１５を形成する（ステップＳ２００）。
【００８０】
つぎに、実施の形態１の場合と同様に、レーザースクライブ法により裏面金属電極層１５、裏面透明導電膜１４、光電変換層１３の一部を透光性絶縁基板１１の長手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して短冊状にパターニングして複数のセルＣに分離する（ステップＳ２１０）。以上により、電気的に直列接続された各セルＣが形成される。
【００８１】
なお、ここでは説明していないが、各レーザースクライブ工程では、実施の形態１、２で述べた溝部である測定パターン素子２や位置測定パターンの形成およびスクライブ位置のアライメントが行われる。
【００８２】
つぎに、測定パターン素子２および位置測定パターンを用いて、光学検査によるスクライブ位置の最終確認や実施の形態１で述べた電気的検査が行われる（ステップＳ２２０）。最後に、モジュール化工程を実施する。すなわち、アルミニウムや銅からなるバスバー電極をはんだや超音波加工、導電性接着剤等で両端のセルＣの電流引き出し部に接続して、封止材、バックシート、フレームによりモジュール化する（ステップＳ２３０）。
【００８３】
つぎに、半導体層の光学検査について説明する。単接合型の薄膜太陽電池においては、ｐ型半導体層、真性半導体層、ｎ型半導体層の３層分の成膜プロセスを経由する。また、積層型薄膜太陽電池であれば、積層の数だけ上記３層からなる太陽電池素子が形成され、接合型では６層、中間接合層を用いる場合は７層、３接合型では９層に加え中間接合層分のプロセスを経由する。これらの半導体層の形成後、その後の裏面透明導電膜１４の形成後における膜厚、屈折率の検査工程は、安定して高品質な製品を製造する上で非常に重要な工程である。
【００８４】
たとえば、ｐ型半導体層の膜厚が薄すぎる場合は、半導体層中の電界が低下し、出力電圧が低下する。一方、ｐ型半導体層の膜厚が厚すぎる場合は、ｐ型半導体層で吸収された光は電流へ変換されないために、電流の低下を招く。一般的に、このｐ型半導体層の膜厚は１０ｎｍ〜２０ｎｍの間で制御され、その膜厚が設定値から３０％程度ずれるだけで発電性能に影響を与える。
【００８５】
発明者の検討においては、ｐ型半導体層にアモルファスシリコンカーバイド、ｉ型半導体層にアモルファスシリコン、ｎ型半導体層に微結晶シリコンを用いた単接合型の薄膜太陽電池において、ｐ型半導体層の膜厚が１０ｎｍから７ｎｍへ薄くなった場合には出力電圧が８５０ｍＶから８２０ｍＶまで低下する。たとえば１４０個程度の同じセルＣが直列接続された薄膜太陽電池モジュールでこのようなｐ型半導体層の膜厚に起因した出力電圧の低下が起きた場合には、本来は１１９Ｖの出力電圧が得られるはずが、得られる出力電圧は１１６Ｖとなり、約３％の電圧低下となる。さらに、半導体層中の電界が低下する影響で、曲線因子が低下し、最大出力は３％以上低下する。
【００８６】
ｎ型半導体層に使用される微結晶シリコン、中間層として使用される微結晶酸化シリコンや酸化亜鉛においては、膜厚だけでなく、結晶性、屈折率などが太陽電池性能に影響を与える。なお、本明細書においては、結晶シリコンとアモルファスシリコンとの混合からなる膜を微結晶シリコン系膜と定義する。ｎ型半導体層は、出力電圧に影響を及ぼすだけでなく、多接合型太陽電池においては２層目（次層）の太陽電池素子との接合を形成する機能を有する。このため、ｎ型半導体層に使用される微結晶シリコンにおける膜厚の増加や結晶性の低下により、シリーズ抵抗が増加し、曲線因子が低下する。
【００８７】
また、ｎ型半導体層の上に中間層である微結晶酸化シリコン層が形成される場合には、ｎ型半導体層の結晶性によって微結晶酸化シリコン層の結晶性も変化する。微結晶酸化シリコン層は、同一条件で成膜したとしても、下地の結晶化度によって、成長初期層の結晶化度が大きく異なる。このため、ｎ型半導体層の結晶性が設計どおりの結晶性となるように制御する必要がある。
【００８８】
図１４は、結晶化度の異なる微結晶シリコン膜の上に同条件で２層目の微結晶シリコン膜を形成したときの結晶化度の下地依存性（２層目の微結晶シリコン系膜の結晶化度における下地の結晶化度依存性）を示す特性図である。図１４では、膜厚５０ｎｍ時点での２層目の微結晶シリコン系膜の結晶化度を示している。ここで、結晶化度とは、Ｒａｍａｎ散乱分光測定において得られたスペクトルのうち、結晶シリコン由来のピーク強度と、アモルファスシリコン由来のピーク強度とから式５を用いて計算される指標である。
【００８９】
【数５】
2013247165.tif 000007
【００９０】
また、分光エリプソメトリーによる薄膜の構造解析においては、測定対象の薄膜の光学モデルを結晶シリコン系膜の光学モデルと、アモルファスシリコン系膜の光学モデルの混合で表し、その寄与率で結晶化度を定義することもできる。
【００９１】
図１４の結果によれば、同じ成長条件で同膜厚成長させた微結晶シリコン膜であっても、下地の膜がアモルファス膜の場合は結晶化度が０．４と低く、下地が微結晶膜であり、その結晶化度が高くなるに従い、上に成長させた微結晶シリコン膜の結晶化度は１から４．３まで変化することが分かる。微結晶シリコン膜の導電性はその結晶化度によって１０−６Ｓ／ｃｍ台から１０Ｓ／ｃｍ台まで大きく変化するため、太陽電池モジュール出力への影響は非常に大きい。
【００９２】
しかしながら、これらの層の膜厚を非破壊で検査することは難しく、光反射率や分光エリプソメトリーによって測定しようとしても、図１５に示すような従来の薄膜太陽電池モジュールの構造では、図１６に示すように入射光６１が透光性絶縁基板１１の表面の凹凸構造を反映した光電変換層１３の表面の凹凸構造により散乱されてしまうため、反射光６２が測定器６３に届かなくなる。このため、分光エリプソメトリーであれば、光の散乱を考慮した光学モデルを構築する必要が有り、テクスチャ構造もばらつきを持つため、正しく膜厚や光学特性を検査をすることが困難であった。図１５は、従来技術による薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。図１６は、従来技術による太陽電池の光学検査時におけるプローブ光の散乱の様子を示す模式図である。
【００９３】
一方、平坦な透光性絶縁基板１１上における光学検査であれば、図１７に示すように、反射光６２は入射光６１と同じ方向に反射され、測定器６３に戻っていくため、それぞれの材料を積層させた光学モデルで表すことができ、解析が容易になる。図１７は、実施の形態３にかかる太陽電池モジュール製造時における光学検査時のプローブ光の散乱の様子を示す模式図である。
【００９４】
たとえば、参考文献：『特開２０１０−２０５８９２号公報』には、半導体層の下地表面の自乗平均面粗さ（ＲＭＳ値）と光学測定によって算出された膜厚の実膜厚との誤差を評価した結果が以下の表１のように示されている。ＲＭＳ値は、図１８に示す平均線Ｚ０と測定点Ｚｉのデータを用いて下記式６にて算出される値である。図１８は、自乗平均面粗さ（ＲＭＳ）の定義を説明するための模式図である。
【００９５】
【数６】
2013247165.tif 000008
【００９６】
【表１】
2013247165.tif 000009
【００９７】
表１からわかるように、下地表面の凹凸形状のＲＭＳ値が２５ｎｍの場合に、光学測定によって算出された膜厚と実際の膜厚とに１０％の測定誤差が生じる。また、より高出力な薄膜太陽電池とするために、ＲＭＳ値が１００ｎｍを超えるような凹凸形状も利用されるようになっており、さらに測定誤差は大きくなっている。参考文献『特開２０１０−２０５８９２』においては、発電領域に隣接した、導電層の除去されるべき限られた部分にレーザー加工装置等によりＲＭＳ値の小さな測定部位を形成するため、発電領域に影響を与えないように設置できる測定部位の幅は２００〜３００μｍに制限される。さらに、有効面積を増やすためには、今後いっそう導電層除去部位の領域は狭くなると考えられる。膜厚だけでなく、屈折率や結晶性の評価が必要な際に、分光エリプソメトリーによる測定を行うためには一般的には２〜３ｍｍ程度の幅の測定領域が必要であり、従来技術では対応することが困難となる。
【００９８】
これに対して、本実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュールにおいては、透光性絶縁基板１１の両端部の表面が平坦とされており、少なくとも外部積層領域において測定パターン素子２が形成された領域は平坦とされている。これにより、発電性能を低下させることなく様々の検査・測定を行うことが可能である。また、表面電極層側バスバー電極２１は、数アンペアの電流を集電し、損失を発生することなく無く外部に取り出すように、４〜５ｍｍ程度のバスバー電極幅が必要となる。このため、検査に必要な測定パターン素子２の領域を十分に確保することができる。
【００９９】
本実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュールにおいては、最終的に、透光性絶縁基板１１の両端の平坦部は表面電極層側バスバー電極２１の下に残ったままとなる。しかし、この部分は薄膜太陽電池セルＣと同じ構造を持ちながら、電気的には独立した領域であるため、薄膜太陽電池セルＣには悪影響を与えない。
【０１００】
したがって、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池モジュールによれば、薄膜太陽電池セルＣを構成する各層の膜厚、屈折率、結晶性を追加の加工工程なしにシンプルな光学モデルで誤差１０％以下で評価することができる。
【０１０１】
実施の形態４．
図１９は、本発明の実施の形態４にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。実施の形態４にかかる薄膜太陽電池モジュールが実施の形態３にかかる薄膜太陽電池モジュールと異なる点は、テクスチャー構造の凹凸形状が表面透明導電膜１２に設けられている点である。このように、平坦な透光性絶縁基板１１上に表面透明導電膜１２が形成され、この表面透明導電膜１２に凹凸形状が設けられた場合においても、実施の形態３の場合と同様に発電効率を損なうことなく、光学評価を行うことができる。
【０１０２】
以下に、実施の形態４にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程および検査工程について説明する。図２０は、実施の形態４にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程および検査工程を示すフローチャートである。まず、透光性絶縁基板１１としてのガラス基板を洗浄した後に（ステップＳ３１０）、表面透明導電膜１２になる透明導電膜を実施の形態１の場合と同様に透光性絶縁基板１１上に成膜する（ステップＳ３２０）。
【０１０３】
透明導電膜の膜厚や組成は、光の透過率に大きな影響を与える。このため、透明導電膜の成膜後に分光器や分光エリプソメトリーによって透明導電膜の膜厚や組成等を光学検査し（ステップＳ３３０）、透明導電膜の成膜工程に問題ないことを確認する。ここで、透明導電膜の成膜工程に問題がある場合には、次回の透明導電膜の成膜工程からは工程の見直しを行って成膜工程の条件を変更する。
【０１０４】
つぎに、検査領域が設けられる外部積層領域（非光電変換領域１）の透明導電膜の表面を平坦に保つためにこの領域にマスクを取り付けてマスキングを行う（ステップＳ３４０）。つぎに、透明導電膜が形成された透光性絶縁基板１１をエッチング剤が含有された水溶液中に浸すことにより透明導電膜をエッチングし、該透明導電膜の表面にテクスチャ構造として凹凸形状を形成する（ステップＳ３５０）。すなわち、所望の領域を粘着シート等のマスクでマスキングした後にテクスチャ加工を行うことにより、透明導電膜の表面に容易に平坦な領域を作製可能である。その後、マスクを取り外す。その後の、ステップＳ３６０〜ステップＳ４６０は、図１３に示したステップＳ１３０〜ステップＳ２３０と同様である。
【０１０５】
また、参考文献『特開２０１０−２０５８９２』のように、レーザースクライブでセル同士が分離される領域に平坦部を設ける製造工程の場合は、電極や半導体層が除去される部分は太陽電池モジュールにおいて裏面電極と表面透明電極層とがコンタクトし、セルが直列接続される箇所でもある。
【０１０６】
図２１は、透明導電膜をレーザーにより加工して平坦化した場合の透明導電膜材料の構造を示す模式図である。図２１に示すように、一度、表面透明導電膜１２として透明導電膜材料結晶部１２ａが形成された後にレーザースクライブで表面の平坦化加工を行うと、良好な結晶を形成していた透明導電膜材料結晶部１２ａの表面が、レーザーが照射された瞬間に溶融して蒸発した後に急冷却される。このため、透明導電膜材料結晶部１２ａの最表面には結晶性が低い残渣層である透明導電膜材料溶融部１２ｂが形成され、導電性が局所的に低下する。非晶質性の透明導電膜と結晶性の透明導電膜とでは、抵抗値がおおよそ１〜２桁異なる。このため、ごく薄い非晶質性の透明導電膜（透明導電膜材料溶融部１２ｂ）であっても、薄膜太陽電池モジュール全体の抵抗値に与える影響は大きく、太陽電池モジュールの光電変換効率の低下の原因となる。
【０１０７】
図２２は、透明導電膜をレーザーにより加工して平坦化した場合の電流の導電経路を示す模式図である。図２２に示すように、透明導電膜材料溶融部１２ｂに裏面金属電極層１５をコンタクトさせた場合の抵抗値Ｒは式７で表される。
【０１０８】
【数７】
2013247165.tif 000010
【０１０９】
式７において、Ｒtco、Ｒcont、Ｒmetalは、材料および同条件で作製した結晶の場合は同じ値であるが、加工により追加されたＲmelt分の抵抗が加算され、それぞれのセルにおけるシリーズ抵抗が増加する。この結果、各セルを直列接続したモジュール全体の抵抗は大きくなる。
【０１１０】
一方、本実施の形態においては、電流の伝導経路に関しては、参考文献『特開２０１０−２０５８９２』のようにレーザースクライブでセル同士が分離される領域に平坦部を設ける加工を行わないため、発電された電流は、低抵抗な電流経路を伝達して取り出される。
【０１１１】
したがって実施の形態４においては、裏面金属電極層１５と表面透明導電膜１２とがコンタクトする箇所の表面透明導電膜１２の結晶性に起因した出力特性の低下が発生せず、良好な光電変換効率が得られる。
【０１１２】
実施の形態５．
電気的に直列接続された薄膜太陽電池セルＣの端部に隣接した領域に外部積層領域および検査領域が形成されて、この領域の上に設けられた裏面電極層側バスバー電極２２が裏面金属電極層１５と接続されてもよい。図２３は、本発明の実施の形態５にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を模式的に示す断面図である。レーザースクライブによるセルＣの分離工程において、セルＣの直列接続方向において左右対称形になるような構造にすると、薄膜太陽電池モジュールの内部で２つのサブモジュールＳＭが並列接続された薄膜太陽電池モジュールが作製可能である。サブモジュールＳＭは、実施の形態３にかかる薄膜太陽電池モジュールである。すなわち、電気的に直列接続された隣接する薄膜太陽電池セルＣ間の領域および電気的に直列接続された前記薄膜太陽電池セルＣの端部に隣接した領域に外部積層領域および検査領域が複数形成されている。
【０１１３】
この構造では、セルＣの直列接続方向における中心部が裏面電極層側バスバー電極２２の配置部となり、またサブモジュールＳＭ同士の並列接続のコネクタ部を兼ねている。また、透光性絶縁基板１１上のセルＣの直列接続方向における中心部近傍および両端部近傍が平坦部とされている。
【０１１４】
裏面電極層側バスバー電極２１の下部をレーザースクライブで加工して所定の検査パターンを形成しておくことによって、実施の形態１〜４の場合と同様にその領域を電気的特性や光学的特性の検査に使用することができる。この構造の場合、透光性絶縁基板１１上のセルＣの直列接続方向における中心部近傍および両端部近傍に平坦な部分が作られるため、大きな透光性絶縁基板１１の中央部と周辺部との両方を検査することができるようになり、各製造工程での透光性絶縁基板１１における面内ばらつき（面内均一性）の検査も可能となる。また、この構造は同様な構造を複数設けることにより、２以上の並列回路も構成可能である。
【０１１５】
また、上記のような構造は、透光性絶縁基板１１に凹凸構造を設ける場合、または表面透明導電膜１２に凹凸構造を設ける場合のどちらの場合にも適応可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池モジュールは、製造工程の管理を容易に行って良好な発電特性を再現性良く製造するために有用である。
【符号の説明】
【０１１７】
１  非光電変換領域
２  測定パターン素子
３  金属電極層
１０  薄膜太陽電池モジュール
１１  透光性絶縁基板
１２  表面透明導電膜
１２ａ  透明導電膜材料結晶部
１２ｂ  透明導電膜材料溶融部
１３  光電変換層
１４  裏面透明導電膜
１５  裏面金属電極層
２１  表面電極層側バスバー電極
２２  コネクタ部兼裏面電極層側バスバー電極
２２  裏面電極層側バスバー電極
３１  分離溝
４１  測定プローブ
５１  初期透明導電膜スクライブ跡
５２  半導体層スクライブ跡
５３  裏面金属電極層スクライブ跡
５４  後期透明導電膜スクライブ跡
５５  後期透明導電膜スクライブ跡（セル分離溝）
６１  入射光
６２  反射光
６３  測定器
Ｃ  セル
ＳＭ  サブモジュール
Ｚ０  平均線
Ｚｉ  測定点
【図１】
2013247165.tif 000011
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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