(57)【要約】【課題】  薄膜太陽電池の低コストの裏面電極の反射特性を向上させる。【解決手段】  本発明のある実施形態においては、基板８と、裏面電極１００と、裏面電極の面の上に形成されたシリコン系薄膜光電変換層２０と、シリコン系薄膜光電変換層の面の上に形成された透明電極３０とを備える薄膜光電変換素子が提供される。裏面電極１００は、基板８の一方の面の上に形成され、アルミニウム系金属層１０２と酸化亜鉛層１０６とを基板側からこの順に有している。そして裏面電極は、アルミニウムと酸化亜鉛との接触を防止するブロック層１０４をアルミニウム系金属層と酸化亜鉛層との間にさらに有している。また、本発明のある実施形態においては、同様の裏面電極を有しているスーパーストレート型の薄膜光電変換素子も提供される。【選択図】図１
2013125930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板の一方の面の上に形成され、アルミニウム系金属層と酸化亜鉛層とを前記基板側からこの順に有している裏面電極と、
該裏面電極の面の上に形成されたシリコン系薄膜光電変換層と、
該シリコン系薄膜光電変換層の面の上に形成された透明電極と
を備え、
前記裏面電極が、アルミニウムと酸化亜鉛との接触を防止するブロック層を前記アルミニウム系金属層と前記酸化亜鉛層との間にさらに有するものである
薄膜光電変換素子。
【請求項２】
透光性基板と、
該透光性基板の一方の面の上に形成された透明電極と、
該透明電極の面の上に形成されたシリコン系薄膜光電変換層と、
該シリコン系薄膜光電変換層の面の上に形成され、酸化亜鉛層と、アルミニウム系金属層とを前記シリコン系薄膜光電変換層側からこの順に有している裏面電極と
を備え、
該裏面電極が、前記酸化亜鉛層と前記アルミニウム系金属層との間に挟まれ、アルミニウムと酸化亜鉛との接触を防止するブロック層を前記アルミニウム系金属層と前記酸化亜鉛層との間にさらに含むものである
薄膜光電変換素子。
【請求項３】
前記ブロック層が銀の薄膜である
請求項１または請求項２に記載の薄膜光電変換素子。
【請求項４】
前記ブロック層が金属酸化物の薄膜である
請求項１または請求項２に記載の薄膜光電変換素子。
【請求項５】
前記アルミニウム系金属層、前記ブロック層および前記酸化亜鉛層がスパッタリング法により形成されている
請求項１または請求項２に記載の薄膜光電変換素子。
【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に関する。さらに詳細には本発明は、シリコン系光電変換層を有する薄膜光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年太陽光発電システムの開発が進められている。太陽光発電システムに用いる光電変換素子を大別すると、結晶太陽電池と薄膜太陽電池とに分けられる。薄膜太陽電池の最も一般的なもののひとつが、シリコン系材料の薄膜を光電変換層に採用するものである。ここで、シリコン系材料の薄膜には、アモルファスまたは微結晶（総称して以下「非結晶」とよぶ）のシリコン材料またはシリコンを主成分の一つとする材料の薄膜を含んでいる。シリコン系薄膜光電変換素子の典型例であるサブストレート太陽電池は、基板の一方の面に、裏面電極、シリコン系薄膜材料の光電変換層、そして透明電極をこの順に有している。この構造の光電変換素子を作製する成膜順序は、裏面電極を基板上に形成し、その後にシリコン系薄膜光電変換層となるｎ層、ｉ層およびｐ層を順次積層する。そしてｐ層の面の上に透明電極を形成する。この構成における裏面電極では、導電性のみならず、光反射性も追求される。これは、シリコン系薄膜光電変換層を一度透過した光を再びシリコン系薄膜光電変換層戻す再利用により光電変換効率を高めるためである。このため、裏面電極には、導電性と反射率を両立させることが可能な材質の薄膜として銀の薄膜がしばしば採用される。
【０００３】
銀の薄膜を発電層であるシリコン系薄膜光電変換層に光学的に整合させる高い反射作用を実現するために、銀の薄膜のシリコン系薄膜光電変換層側の面には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜などの透明導電体層が配置される。また、これらの膜に凹凸を付けることにより、再利用の反射光の向きをシリコン系薄膜光電変換層に対して傾ける光閉じ込め効果が得られる。こうして、厚みが薄い膜を利用するシリコン系薄膜光電変換層においても、光の利用効率を向上させることができる。
【０００４】
別の典型的なシリコン系薄膜光電変換素子として、透光性基板を通った光を発電に利用するスーパーストレート型の光電変換素子も知られている。スーパーストレート型の光電変換素子においても、シリコン系薄膜光電変換層からみて光の入射する基板側には、透明電極が配置され、逆の側には裏面電極層が配置される。この場合にも、裏面電極層には銀薄膜の金属電極が採用され、シリコン系薄膜光電変換層とその銀薄膜の間には、やはりＺｎＯ薄膜などの透明導電体層が配置される。
【０００５】
銀は、サブストレート型およびスーパーストレート型の太陽電池における裏面電極のための金属層として理想的ではあるものの、材料コストが高いという難点がある。そのため、太陽電池システムの普及の障害となっているコストの低減を目指し、銀以外の安価な各種の材料も裏面電極として検討されている。電気導電性が高く、反射率が高いために有望な裏面電極材料のひとつがアルミニウムである。特許文献１（特開２００４−２７３８８６号公報）には、アルミニウムを裏面電極に採用する薄膜光電変換素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２７３８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、実際にアルミニウムを裏面電極の金属薄膜として採用し、さらに、上述した光閉じ込めに有効なＺｎＯの透明導電体層を形成した積層膜を作製すると、光の反射率が不十分となるという課題に本願の発明者は直面した。光の反射率が低下すると、再利用される光の量が減少してしまい、薄膜光電変換素子の光電変換効率の低下も避けられない。
【０００８】
本発明は、アルミニウムを裏面電極に採用する場合における上記問題点を解決するためになされたものである。本発明は、コストの低減が可能で高性能な薄膜光電変換素子を提供することにより、太陽光発電システムの普及に貢献するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の発明者は、裏面電極の金属薄膜としてアルミニウムを採用し、さらに、アルミニウムにＺｎＯの透明導電体層を積層した積層膜において、金属薄膜としてのアルミニウムと透光性材料の組合せから期待されるほどには当該積層膜の反射率が向上しない理由について考察した。そして、この構造の積層膜では、アルミニウムとＺｎＯとが接触しているために反射率が低下している可能性があると推測した。そして、より原理的な側面を推測するために、銀薄膜ではそのような現象が見られないことと対比し検討した。
【００１０】
その際特に注目したのは、銀に比べてアルミニウムの反応性が高いことである。アルミニウムとＺｎＯとが接触していると、これらの間の界面付近において例えば酸化反応または還元反応も生じかねない。しかも、例えばアルミニウム原子がＺｎＯにまでマイグレーションしたり拡散することも十分に考えられる。もしアルミニウムがＺｎＯにまで入り込むと、酸化されやすいアルミニウム原子がＺｎＯを還元して酸素を奪い取り、Ｚｎを金属微粒子として析出させる可能性が高い。このＺｎの金属微粒子では、金属微粒子においてしばしばみられる光の吸収性が生じることも十分あり得るため、この現象が上記反射率の低下を引き起こしているものと想定した。しかもこの想定は、銀を採用する従来の構造において銀がＺｎＯを変質させにくいため問題が出なかった、という理解とも矛盾しない。反応性の低い銀はＺｎＯから酸素を奪ったりすることはないと考えられるからである。
【００１１】
この想定は仮説に過ぎず、必ずしも完全に検証されたものではない。しかしながら本願の発明者はこの仮説の下、アルミニウムを採用する場合についての対策を検討した。そして、「ブロック層」と呼ぶ層を追加する裏面電極の構造を採用すれば、実際に反射率の低下を回避しうることを見出し本発明を創出するに至った。そのブロック層とは、アルミニウム系金属相とＺｎＯ薄膜との間に、アルミニウムとＺｎＯの直接的な接触を防止するような作用をもつ任意の層である。
【００１２】
すなわち、本発明のある態様においては、基板と、該基板の一方の面の上に形成され、アルミニウム系金属層と酸化亜鉛層とを前記基板側からこの順に有している裏面電極と、該裏面電極の面の上に形成されたシリコン系薄膜光電変換層と、該シリコン系薄膜光電変換層の面の上に形成された透明電極とを備え、前記裏面電極が、アルミニウムと酸化亜鉛との接触を防止するブロック層を前記アルミニウム系金属層と前記酸化亜鉛層との間にさらに有するものである薄膜光電変換素子が提供される。
【００１３】
また、本発明のある態様においては、透光性基板と、該透光性基板の一方の面の上に形成された透明電極と、該透明電極の面の上に形成されたシリコン系薄膜光電変換層と、該シリコン系薄膜光電変換層の面の上に形成され、酸化亜鉛層と、アルミニウム系金属層とを前記シリコン系薄膜光電変換層側からこの順に有している裏面電極とを備え、該裏面電極が、前記酸化亜鉛層と前記アルミニウム系金属層との間に挟まれ、アルミニウムと酸化亜鉛との接触を防止するブロック層を前記アルミニウム系金属層と前記酸化亜鉛層との間にさらに含むものである薄膜光電変換素子が提供される。
【００１４】
なお、本出願において、アルミニウム系金属層とは、アルミニウム単体または主成分の一つがアルミニウムである合金の層を一般に指している。また、酸化亜鉛層とは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または酸化亜鉛に何らかの成分を添加した材質の層を一般に指している。さらに、シリコン系薄膜光電変換層とは、非結晶のシリコンまたはシリコン系材料の薄膜を含む光電変換層を一般に指している。アモルファスまたは微結晶のシリコンやシリコンゲルマニウム、またこれらに適当なドーピングを行なって導電型を調整した膜や、そのような膜の組合せにより実現される接合（単接合および多接合を含む）の任意の構造の光電変換層が本発明のシリコン系薄膜光電変換層に含まれている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のいずれかの態様においては、アルミニウム系金属層を採用することにより低コスト化した裏面電極を採用する光電変換素子において、ＺｎＯをさらに積層した場合であっても、裏面電極全体の反射率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のある実施形態の薄膜光電変換素子に採用される裏面電極の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明のある実施形態におけるサブストレート型の薄膜光電変換素子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けるサブストレート型の薄膜光電変換素子の構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明のある実施形態における薄膜光電変換素子において裏面電極を製造する製造方法のフローチャートである。図４（ａ）はサブストレート型の薄膜光電変換素子、そして、図４（ｂ）は、スーパーストレート型の場合である。
【図５】本発明のある実施形態におけるブロック層を掲載するための成膜装置の概略構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る薄膜光電変換素子のための裏面電極の実施形態を図面に基づいて説明する。当該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。
【００１８】
＜第１実施形態＞
［１  動作原理］
［１−１  ブロック層による反射率低下の抑止］
図１は、本実施形態の薄膜光電変換素子に採用される裏面電極１００の構成を示す概略断面図である。本実施形態の裏面電極１００はアルミニウム系金属層１０２と酸化亜鉛層１０６とを有している。本実施形態においては、裏面電極１００の光の入射側、つまり図１における紙面上の上方には、一般に、シリコン系薄膜光電変換層２０が配置される。さらに、そのシリコン系薄膜光電変換層２０における電力を取り出しつつシリコン系薄膜光電変換層２０への光の入射を可能とするために、シリコン系薄膜光電変換層２０の面の上には、透明電極３０が形成される。なお、本実施形態は、サブストレート型およびスーパーストレート型の両タイプの薄膜光電変換素子に適用することができる。サブストレート型の場合には、裏面電極１００の紙面上の下方に基板が配置される。これに対して、スーパーストレート型の場合には、透明電極３０の紙面上の上方に透光性基板が配置される。いずれのタイプにおいても、裏面電極１００のアルミニウム系金属層１０２と酸化亜鉛層１０６の位置関係は、アルミニウム系金属層１０２からみてシリコン系薄膜光電変換層２０の側に酸化亜鉛層１０６が形成されている。なお、アルミニウム系金属層１０２は、光閉じ込め効果を実現するために、酸化亜鉛層１０６側の面が凹凸反射面（図示しない）となるように形成されている場合もある。
【００１９】
本実施形態における裏面電極１００は、アルミニウム系金属層１０２と酸化亜鉛層１０６との間に、ブロック層１０４をさらに有している。このブロック層１０４が、アルミニウムと酸化亜鉛との接触を防止する機能果たす。
【００２０】
［１−２  ブロック層として好ましい性質］
このようなブロック層１０４に要求される性質は、アルミニウムとＺｎＯの接触に伴う現象を防止する性質である。このために、アルミニウム系金属層１０２と酸化亜鉛層１０６との間にブロック層１０４を配置することは、それ自体がアルミニウムとＺｎＯの接触を防止する最も直接的な解決策の一つである。この効果をさらに高めるため、ブロック層１０４として好ましい性質について説明する。
【００２１】
［１−２−１  アルミニウムとＺｎＯとのいずれかの拡散を抑制する作用］
アルミニウムのＺｎＯ層への拡散、または、ＺｎＯまたはそのＺｎＯの酸素のアルミニウム層への拡散の少なくともいずれかを防止する作用を有するブロック層１０４は、アルミニウムとＺｎＯの接触を防止する効果の点で好ましい。例えば、アルミニウムが例えば熱の作用によってマイグレーションしてゆくとしても、アルミニウムがＺｎＯに到達するために必要となる物理的な距離をブロック層１０４の厚み自体によって拡大することが可能となって、アルミニウムとＺｎＯとの接触が効果的に抑制される。
【００２２】
［１−２−２  ブロック層に求められる導電性］
さらに、裏面電極１００が太陽光発電の電流を伝達する電極として動作する必要がある。この点は、例えばブロック層１０４の具体的材質により電気的性質が決定されるため、どのような物質をブロック層１０４として採用するかに依存している。例えば、ブロック層１０４として導電性の薄膜、例えば金属の薄膜を採用すれば、比較的厚く形成したブロック層１０４であっても電極として動作させることに支障は生じない。このため、ブロック層１０４に導電性物質を採用すると、上述した厚みを利用することが容易となり、アルミニウムとＺｎＯの直接的な接触を防止しうる材質を選択すること自体が容易となる。しかし、留意すべきは、本実施形態においては、例えば、電気伝導度が低い絶縁性材質をブロック層１０４として採用することも可能なことである。この場合には、裏面電極１００の電極としての動作のために、ブロック層１０４の厚みを厚くすることが難しいという制約が生じる。しかし、導電性に制約されずに材質を選択することが可能となるため、ブロック層１０４の他の性質、例えば化学的な性質を利用した選択が可能となる。そして、化学的性質と導電性とを両立させうる材質をブロック層１０４に採用する場合、ごく薄い厚みの膜であっても、十分なブロックの効果を示すブロック層１０４を作成することが可能となる。
【００２３】
［１−３  具体例］
［１−３−１  金属薄膜］
より具体的にブロック層１０４の典型例を説明する。ブロック層１０４の一つの典型例は、銀の薄膜である。銀は、高コストという問題点があるものの、上述した導電性の点では申し分ない。また、化学的な性質としても、アルミニウムに比べてＺｎＯに対する影響が少ない。このため、銀を、アルミニウムとＺｎＯの接触を防ぐ程度の薄い膜として採用することにより、本実施形態のブロック層１０４として好ましい層を形成することが可能となる。
【００２４】
なお、アルミニウムとＺｎＯという両側の膜の材質と銀との関係を整理すると、銀は上述したようにアルミニウムに比べて反応性が低い。これが、ＺｎＯに対する影響を抑えることにつながるため、銀以外の金属であっても、一般にアルミニウムに比べてＺｎＯを還元する性質が弱い材質は本実施形態のブロック層１０４の材質のための候補となる。
【００２５】
銀の薄膜を形成する場合の厚みは、ブロック層としての効果が期待できる限り薄いことが望ましい。これは、材質のコストが高い銀の使用量を極力抑制するというアルミニウム系金属層の採用趣旨からである。具体的には、その厚さを１〜１００ｎｍ程度とする。
【００２６】
［１−３−２  金属酸化物の薄膜］
また、上述したように必ずしも十分な導電性が期待できないような物質であっても、ブロック層１０４のために用いることが可能である。そのようなブロック層１０４の典型例が、ＴｉＯｘと表現される酸化チタンである。酸化チタンは厚みを制御して形成することにより、その厚み方向には導電性を確保して裏面電極１００のためのブロック層として適するものの一つである。なお、チタンは、安定な酸化物として酸化チタンの形態をとっている。この酸化チタンは高い安定性があるため、アルミニウムからも、また、ＺｎＯからも影響を受けにくく、アルミニウムとＺｎＯとの直接の接触を効果的に防止することが可能となる。このため、本実施形態のブロック層１０４として適するものの一つである。酸化チタンを採用するブロック層１０４の膜厚は、例えば１〜５ｎｍ程度とされる。
【００２７】
アルミニウムとＺｎＯという両側の膜の材質と酸化チタンとの関係について詳述すると、酸化チタンは上述したように安定性の高い酸化物である。したがって、アルミニウムに比べて反応性が低い。酸化チタン以外の金属酸化物であっても、緻密な膜となってアルミニウムとＺｎＯの接触を防止する効果に優れる材質は、本実施形態のブロック層１０４の材質のための候補となる。より詳細には、アルミニウムに比べてイオン化傾向が小さい金属の酸化物であって、光を吸収しないものは一般に候補となりうる。例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）はそのような例である。
【００２８】
［２  具体的構成］
［２−１  サブストレート型］
図２は、サブストレート型の薄膜光電変換素子１０００において、裏面電極１００Ａとして銀薄膜１０４Ａを採用した構成を示す概略断面図である。薄膜光電変換素子１０００では、まず、薄膜光電変換素子１０００の一方の面すなわち図２において紙面上の上方に位置する面に、アルミニウム系金属層１０２が形成される。そして、シリコン系薄膜光電変換層２０として、ｎ型のＳｉ層２２、ｉ型のＳｉ層２４、ｐ型のＳｉ層２６がアルミニウム系金属層１０２からこの順に形成される。最後に透明電極３０形成される。発電のための光ｈνは、透明電極３０を通じてシリコン系薄膜光電変換層２０に入射し、電力に変換される。発電のための光の一部はシリコン系薄膜光電変換層２０を透過して裏面電極１００Ａに到達する。透過した光は、アルミニウム系金属層１０２、酸化亜鉛層１０６および、材質によってはブロック層１０４によって反射されて、再びシリコン系薄膜光電変換層２０により電力に変換される。こうして透明電極３０と裏面電極１００により、発電された電力が取り出される。アルミニウム系金属層１０２は、図示しないが、光閉じ込め効果を実現するために、図の上方の面が凹凸反射面となるように形成されている。
【００２９】
［２−１−１  銀の薄膜の例］
薄膜光電変換素子１０００における（ブロック層１０４）としては、銀薄膜１０４Ａが採用される。この銀の薄膜は、酸化亜鉛層１０６ともアルミニウム系金属層１０２とも化学反応しない。そして、銀薄膜１０４Ａは、裏面電極１００Ａの一部となって光の反射性と導電性を示す電極として機能しつつ、ブロック層として機能する。
【００３０】
［２−１−２  金属酸化物薄膜の例］
図２は、サブストレート型の薄膜光電変換素子１１００の構造をも示している。薄膜光電変換素子１１００における裏面電極１００Ｂは、ブロック層として酸化チタン薄膜１０４Ｂを採用した構成を示す概略断面図である。酸化チタン薄膜１０４Ｂは、アルミニウム系金属層１０２のアルミニウムと酸化亜鉛層１０６のＺｎＯとの接触を防止しつつ、透光性を持つごく薄い薄膜であるため、アルミニウム系金属層１０２による光の反射性を阻害せず膜厚方向の導電性にも悪影響を及ぼすことなく、ブロック層として機能する。
【００３１】
［２−２  スーパーストレート型］
図３は、スーパーストレート型の薄膜光電変換素子２０００の構成を示す概略断面図である。裏面電極１００Ｃにおいては、上述した薄膜光電変換素子１０００および薄膜光電変換素子１１００と同様に、ブロック層１０４Ｃとして銀の薄膜や酸化チタンの薄膜を採用することが可能である。つまり、ブロック層１０４Ｃとして銀の薄膜を採用すると、ブロック層１０４Ｃは、裏面電極１００Ｃの一部となって光の反射性と導電性を示す電極として機能しつつブロック層としても機能する。つまり、酸化チタンの薄膜を採用しても、ブロック層１０４Ｃは、アルミニウム系金属層１０２による光の反射性を阻害せず、十分薄いと膜厚方向の導電性にも悪影響を及すことなくブロック層として機能する。なお、スーパーストレート型の薄膜光電変換素子２０００においても、光閉じ込め効果を実現するために、酸化亜鉛層１０６のブロック層１０４Ｃ側の面が凹凸となるようにされていて、アルミニウム系金属層１０２のブロック層１０４Ｃ側の面が凹凸反射面となっている場合もある。
【００３２】
［３  製造方法］
次に、裏面電極１００の製造方法について説明する。図４は、本実施形態の薄膜光電変換素子において裏面電極を製造する製造方法のフローチャートである。図４（ａ）はサブストレート型の薄膜光電変換素子、そして、図４（ｂ）は、スーパーストレート型の場合である。
【００３３】
薄膜光電変換素子１０００や１１００などのサブストレート型の薄膜光電変換素子において、裏面電極１００を形成するためには、まず、基板８に対してアルミニウム系金属層１０２を形成する（Ｓ１０２）。次いで、ブロック層１０４を形成する（Ｓ１０４）。そして酸化亜鉛層１０６を形成する（Ｓ１０６）。アルミニウム系金属層１０２〜酸化亜鉛層１０６の形成は、例えばすべてスパッタリングを用いることができる。また、これらの成膜は、各ステップの間に真空を破壊しない連続成膜とすることもできる。これにより、裏面電極１００の品質を安定化することが可能となる利点がある。
【００３４】
図５は、本実施形態においてブロック層１０４を掲載するための成膜装置の概略構成を示す構成図である。成膜室１には、アノード電極３の一方の面に基板（図５において図示しない）が配置される。基板には、この時点で、アルミニウム系金属層１０２が既に形成されており、そのアルミニウム系金属層１０２がカソード電極２に向けられている。アノード電極３の基板に対向する向きにカソード電極２配置されており、カソード電極２のうち、基板８に対向する面には、ターゲット４が配置される。アノード電極３には直流電源５が接続されている。また、図示しないガス供給系および排気系により、成膜室１の内部の条件はブロック層１０４の成膜に適するように調整される。アルミニウム系金属層１０２の形成後に、真空破壊することなくブロック層１０４を形成するために、成膜室１は図示しないアルミニウム系金属層１０２のための成膜室と連通していても良い。ブロック層１０４の後に成膜される酸化亜鉛層１０６のための成膜室も同様である。
【００３５】
裏面電極１００が形成されると、次にシリコン系薄膜光電変換層２０を形成する（図示しない）。このためには、最初にｎ型のＳｉ層２２を形成し、その後ｉ型のＳｉ層２４とｐ型のＳｉ層２６とを順次形成する。これらは、プラズマＣＶＤ法により真空破壊することなく連続成膜により実施される。そして、透明電極３０を形成する（図示しない）。透明電極３０は、例えばスパッタリング法により形成される。最後に、必要に応じて、集電極（図示しない）となる金属細線パターンが形成される。
【００３６】
なお、図３のスーパーストレート型の薄膜光電変換素子２０００のための裏面電極１００Ｃを作製するためには、図４（ｂ）に示すように、透光性基板９８に透明電極３０およびシリコン系薄膜光電変換層２０が既に形成されている面に酸化亜鉛層１０６を形成する（Ｓ１１２）。その後、ブロック層１０４が形成され（Ｓ１１４）、最後にアルミニウム系金属層１０２を形成する（Ｓ１１６）。この際にも、図５に示した成膜装置に類似した装置を用いて成膜処理を行なう。
【００３７】
［４  実施例］
次に、本実施形態の実施例について説明する。本実施例においては、上述した構成の裏面電極１００を作製し、アルミニウム系金属層にＺｎＯを直接接触させて積層した場合の反射率低下が抑制されていることを確認した。まず、従来例として、アルミニウム系金属層のみの裏面電極（従来例１）およびそのアルミニウム系金属層にＺｎＯを積層した構造の裏面電極（従来例２）の場合の反射率の変化について説明する。次に、本実施形態におけるブロック層１０４を採用する裏面電極の反射率について、ブロック層１０４が金属薄膜の場合（実施例１）および金属酸化物の場合（実施例２）について説明する。なお、測定サンプルは、基板８として５０μｍ厚のポリイミドフィルムに形成し、各例にて説明する構造の薄膜の表面における反射率を分光光度計により測定した。測定波長はすべて７００ｎｍに統一した。
【００３８】
［４−１  従来例］
［４−１−１  従来例１］
まず、アルミニウム系金属層の反射率を測定した。測定サンプルは、基板の一方の面に単層のアルミニウム薄膜を３００ｎｍ形成した薄膜とした。具体的には、アルミニウム膜はアルミニウムをターゲット材料としてスパッタ条件としてＡｒガス雰囲気で圧力５ｍＴｏｒｒとし、出力２００Ｗで成膜した。このサンプルにおいて実測された反射率は８４％であった。
【００３９】
［４−１−２  従来例２］
次に、アルミニウム系金属層に直接ＺｎＯ薄膜を積層した二層積層膜の反射率を測定した。測定サンプルは基板の一方の面にアルミニウム薄膜を３００ｎｍ形成し、さらにその面の上にＺｎＯ薄膜を３０ｎｍ形成した。アルミニウム薄膜の形成は従来例１と同様に行なった。また、ＺｎＯ薄膜の形成は、ＺｎＯ薄膜はＺｎＯをターゲット材料としてスパッタ条件としてＡｒ−Ｏ２（２％）ガス雰囲気で圧力５ｍＴｏｒｒとし、出力２００Ｗで成膜した。このサンプルにおいて実測された反射率は、５２％であった。このように、従来例１と比較して、反射率が大きく低下した。ＺｎＯ薄膜は透明であり、反射率の低下はＡｌとＺｎＯ薄膜を積層したことによる。また、この反射率の低下は、酸化亜鉛層１０６の上に形成するシリコン系薄膜光電変換層２０に対して戻す光の量を減少させるため、光電変換効率の低下につながる。
【００４０】
［４−２  実施例１］
本実施形態のブロック層１０４として金属薄膜を採用する裏面電極１００を作製し、同様に反射率を測定した。測定サンプルは、図１に示したものと同様の構成とした。具体的には、基板８の面の上にアルミニウム系金属層１０２としてアルミニウム膜を３００ｎｍ形成し、次いでブロック層１０４として銀薄膜を形成した。実施例１ではこのブロック層１０４の厚みの効果も調査するため、銀薄膜の厚みを１０、２０、５０、１００ｎｍと変更したサンプルを作製した。さらに、銀薄膜の表面に、酸化亜鉛層１０６としてＺｎＯ膜を３０ｎｍ形成して、裏面電極１００を作製した。
【００４１】
成膜処理の具体的条件は、アルミニウム膜とＺｎＯ膜は、厚みを制御するための成膜処理時間以外は従来例１と同じ条件とした。これに対し、ブロック層１０４の銀薄膜は、ターゲットを銀バルク材とし、スパッタ条件としてＡｒガス雰囲気で圧力５ｍＴｏｒｒとし、出力２００Ｗで成膜した。
【００４２】
そして作製された各サンプルの反射率を従来例と同様に測定した。その結果、銀薄膜の膜厚が１０、２０、５０、１００ｎｍのとき、６３、６９、７５、８１％となり、いずれの厚みにおいても、従来例１のサンプルに比べて向上した。
【００４３】
［４−３  実施例２］
さらに、ブロック層１０４として金属酸化物を採用した。この際のブロック層１０４としては酸化チタンを採用した。測定サンプルは、まず基板上にアルミニウム膜を３００ｎｍ形成し、次いで酸化チタン薄膜を、１、２、５、１０ｎｍと変更した膜厚に形成し、さらに、ＺｎＯ膜を２００ｎｍ形成して、裏面電極１００とした。アルミニウム膜とＺｎＯ膜は従来例１と同じ条件で成膜した。酸化チタン薄膜は酸化Ｔｉをターゲット材料とし、アルゴンガスに２％濃度の酸素を混入したガス雰囲気として酸化チタンの酸素の脱離を防止しつつ、圧力５ｍＴｏｒｒ、出力２００Ｗの条件により成膜した。
【００４４】
作製された膜の反射率は、酸化チタン薄膜のブロック層の膜厚が１、２、５、１０ｎｍのとき、それぞれ、５９、６４、７３、６９％となった。このため、ブロック層１０４として金属酸化物である酸化チタン薄膜を採用しても、従来例１に比べて反射率を高めた裏面電極１００を作製することが可能であった。このように、酸化チタンによるブロック層の挿入による反射率向上の効果を確認した。
【００４５】
［５  変形例］
上述した本実施形態の説明は、実施例の測定サンプルの物も含め、さらに変形が可能である。特にブロック層１０４のために採用可能な材質や具体的な厚みについては、薄膜光電変換素子の特性を測定して、適宜変更することが可能である。ブロック層１０４として金属薄膜を採用する場合には、上述したように、アルミニウムに比べて安定性の高い材料が一般に選択される。こうしてアルミニウムとＺｎＯの接触を防止することが可能となる。また、酸化チタン以外の金属酸化物を採用することにより、アルミニウムとＺｎＯの接触を防止することも可能である。このような材料の他の例としては、ＭｇＯ、ＣａＯなどを採用することができる。
【００４６】
また、本発明は、薄膜光電変換素子の形式についても、特段限定されない。例えば、非結晶性つまりアモルファスや微結晶を採用するシリコン系薄膜光電変換素子以外にも、任意の薄膜光電変換素子のために裏面電極１００を採用することは有用である。加えて、基板の種類も、薄膜光電変換素子として動作する限り特段の限定はない。サブストレート型はもとより、スーパーストレート型においても、透光性がある限り、剛体基板、可撓性基板、絶縁性基板、金属箔、フィルム基板、長尺基板といった、薄膜光電変換素子のために採用される任意の基板を用いることが可能である。そして、本実施形態において例示した薄膜や基板の材料やその組成、膜厚、形成方法等は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００４７】
以上、本発明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】
【００４８】
本発明の薄膜光電変換素子においては、低コスト化された裏面電極を採用することが可能となり、太陽光発電システムに適用して利用される。
【符号の説明】
【００４９】
１０００、１１００、２０００  薄膜光電変換素子
１００、１００Ａ〜１００Ｃ  裏面電極
１０２  アルミニウム系金属層
１０４、１０４Ｃ  ブロック層
１０４Ａ  銀薄膜
１０４Ｂ  酸化チタン薄膜
１０６  酸化亜鉛層
２０  シリコン系薄膜光電変換層
３０  透明電極
８  基板
９８  透光性基板
１  成膜室
２  カソード電極
３  アノード電極
４  ターゲット
５  直流電源
【図１】
2013125930.tif 000003
【図２】
2013125930.tif 000004
【図３】
2013125930.tif 000005
【図４】
2013125930.tif 000006
【図５】
2013125930.tif 000007