(57)【要約】【課題】歩留まりの高い光電変換装置の製造方法を提供する。【解決手段】光電変換装置１００の製造方法は、光電変換セル５０を形成する工程と、光電変換セル５０をアニールする工程と、を有するものであって、光電変換セル５０は、裏面電極１４として導電層を有し、導電層に電流が流れるように電圧を印加して発熱させ、アニールする工程を行う。【選択図】        図３
2013235865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換セルを形成する工程と、
前記光電変換セルをアニールする工程と、
を有する光電変換装置の製造方法であって、
前記光電変換セルは、電極として導電層を有し、
前記導電層に電流が流れるように電圧を印加して発熱させ、前記アニールする工程を行う
ことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記光電変換セルを基板上に形成し、
電圧を印加した前記導電層と重なる領域の前記基板が１２０℃以上１８０℃以下となるようにして前記アニールをすることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記アニールをする工程において、前記導電層に印加する電流値を制御して、前記光電変換セルが形成された基板の温度制御をすることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記アニールをする工程において、前記導電層に印加する電圧値を制御して、前記光電変換セルが形成された基板の温度制御をすることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記基板上に複数の光電変換セルを有する光電変換装置において、
前記複数の光電変換セルの前記導電層同士を直列に接続して電圧を印加し、アニールすることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記基板上に前記複数の光電変換セルが並列接続された光電変換装置において、隣接する前記複数の光電変換セルの導電層同士を直列に接続して電圧を印加し、アニールすることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記基板上に複数の光電変換セルを有する光電変換装置において、
前記複数の光電変換セルのうち、一部の光電変換セルの導電層に電圧を印加し、すべての光電変換セルをアニールすることを特徴とする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、光電変換装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を利用した発電システムとして、結晶質シリコン層を含む光電変換層を有する光電変換装置が用いられている。
【０００３】
光電変換装置は、基板上に透明電極層、光電変換層、裏面電極を順次積層して形成される。光電変換層としては、ｐｉｎ接合からなる半導体層が用いられ、一般にプラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ法）により形成される。
【０００４】
光電変換層に微結晶シリコン膜を用いた光電変換装置の場合、アニール処理により光電変換効率を高めることができる。アニール処理により、ｐ層及びｎ層のドーピング元素の活性化量が増大してｐ層及びｎ層の電気的特性が向上するとともに、ｐ層とｉ層、及びｉ層とｎ層の界面特性が向上し、その結果、光電変換装置の光電変換効率を高めることができると考えられている。具体的なアニール処理方法としては、特許文献１のように大気雰囲気下において１５０℃以上２００℃以下の温度で３０分以上６時間以下、光電変換装置を加熱することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６４２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光電変換装置にアニール処置を施す場合、３０分以上６時間以下の処理時間を要することとなり、量産性を低下させていた。更には、大型の基板を用いた場合にあっては、基板に応じた大きなアニール装置が必要となり、アニール装置の導入コストが高くなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光電変換装置の製造方法の１つの態様は、光電変換セルを形成する工程と、光電変換セルをアニールする工程と、を有する光電変換装置の製造方法であって、光電変換セルは、電極として導電層を有し、導電層に電流が流れるように電圧を印加して発熱させ、前記アニールする工程を行う。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、安価な装置で短時間に光電変換装置にアニール処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態における光電変換装置の構造を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態における他の光電変換装置の製造工程を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１及び図２は、本発明の実施の形態における光電変換装置１００の構成を示す。図１は、光電変換装置１００を受光面とは反対側である裏面から見た平面図である。図２は、図１のラインＡ−ＡおよびＢ−Ｂに沿った製造工程を示すための断面図である。なお、図１及び図２では、構成を明確に示すために各部の寸法を実際のものとは変えて示している。
【００１１】
光電変換装置１００は、図１及び図２に示すように、基板１０、透明電極層１２、光電変換層１４、裏面電極１６を含んで構成される。
【００１２】
基板１０は、光電変換装置１００を支持する部材である。光電変換装置１００は基板１０側から光を入射させて発電を行う構成であるので、基板１０は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料を適用する。
【００１３】
図２（ａ）に示すように基板１０上に、透明電極層１２を形成する。透明電極層１２は、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低く、耐プラズマ特性にも優れているので好適である。なお、透明電極層１２はスパッタリング法又はＣＶＤ法で形成することができる。
【００１４】
光電変換セル５０を複数直列に接続した構成とする場合、透明電極層１２を短冊状にパターニングする。本実施の形態では、図１の上下方向に沿って透明電極層１２に第１スリットＳ１を形成して分割する。また、光電変換セル５０を並列に分割した構成とする場合、上記直列接続を形成するための第１スリットＳ１に直交する方向に短冊状にパターニングして透明電極層１２を分割する。本実施の形態では、図１の左右方向に沿って透明電極層１２に第２スリットＳ２を形成して分割する。例えば、波長１０６４ｎｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数３ｋＨｚのＹＡＧレーザを用いて透明電極層１２をパターニングすることができる。
【００１５】
図２（ｂ）に示すように透明電極層１２上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層のシリコン系薄膜を順に積層して光電変換層１４を形成する。光電変換層１４は、アモルファスシリコン薄膜光電変換層や微結晶シリコン薄膜光電変換層等の薄膜系光電変換層とすることができる。また、これらの光電変換層を積層したタンデム型やトリプル型の光電変換層としてもよい。なお、タンデム型やトリプル型の光電変換層とした場合にあっては、光閉じ込め効果を得るために複数の光電変換層の間に酸化シリコン（ＳｉＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる中間層を設けてもよい。
【００１６】
アモルファスシリコン薄膜光電変換層や微結晶シリコン薄膜光電変換層は、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ジクロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）等のシリコン含有ガス、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ3）等のｎ型ドーパント含有ガスおよび水素（Ｈ2）等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマＣＶＤ法により形成することができる。プラズマＣＶＤ法は、例えば、１３．５６ＭＨｚの平行平板型ＲＦプラズマＣＶＤ法を適用することが好適である。
【００１７】
複数の光電変換セル５０を直列接続する場合、光電変換層１４を短冊状にパターニングする。例えば、透明電極層１２を分割する第１スリットＳ１から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射して第３スリットＳ３を形成して光電変換層１４を短冊状にパターニングする。ＹＡＧレーザは、例えば、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いることが好適である。
【００１８】
図２（ｃ）に示すように光電変換層１４上に、裏面電極１６を形成する。裏面電極１６は、導電性を有する単層体或いは積層体を用いることができ、透明導電性酸化物と反射性金属とをこの順に積層した構造とすることが好適である。透明導電性酸化物としては、酸化錫、酸化亜鉛、インジウム錫酸化物等の透明導電性酸化物、又は、これらの透明導電性酸化物に不純物をドープしたものが用いられる。例えば、酸化亜鉛にアルミニウムを不純物としてドープしたものでもよい。また、反射性金属としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が用いられる。透明導電性酸化物および反射性金属は、例えば、スパッタリング法又はＣＶＤ法等により形成することができる。透明導電性酸化物と反射性金属の少なくとも一方には、光閉じ込め効果を高めるための凹凸が設けることが好適である。
【００１９】
光電変換セル５０を複数直列接続した構成とする場合、裏面電極１６を短冊状にパターニングする。光電変換層１４を分割する第３スリットＳ３の位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射して第４スリットＳ４を形成して裏面電極１６を短冊状にパターニングする。さらに、光電変換セル５０を並列に分割した構成とする場合、透明電極層１２を分割する第２スリットＳ２内に形成された光電変換層１４および裏面電極１６を分割する第５スリットＳ５を形成する。ＹＡＧレーザは、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数４ｋＨｚのものを用いることが好適である。
【００２０】
このように基板１０上に透明電極層１２、光電変換層１４および裏面電極１６を積層して複数の光電変換セル５０を形成する。
【００２１】
そして、図２（ｄ）に示すように第４スリットＳ４および第５スリットＳ５で分割された裏面電極１６のそれぞれの領域に複数のプローブ１８をあて、電圧を印加する。これにより、裏面電極１６にジュール熱が発生し、光電変換層１４にアニール処理を施すことができる。このアニール処理を施し、本実施の形態における光電変換装置１００が完成する。
【００２２】
以下に、本実施の形態で特徴であるアニール処理について詳細に説明する。
【００２３】
本実施の形態では、図３に示すように直流電流を発生させる電源装置２０に複数のプローブ１８を接続し、第４スリットＳ４および第５スリットＳ５で区画された裏面電極１６の一続きの領域に高電位のプローブ１８Ａと低電位のプローブ１８Ｂを接触させる。つまり、高電位のプローブ１８Ａと低電位のプローブ１８Ｂは、スリットを跨がないようにして裏面電極１６と電気的に接続される。これにより、高電位のプローブ１８Ａから低電位のプローブ１８Ｂへ裏面電極１６内を電流が流れ、裏面電極１６の一続きの領域が抵抗成分となってジュール熱が発生し、高電位のプローブ１８Ａと低電位のプローブ１８Ｂを接触させた光電変換セル５０にアニール処理を施すことができる。
【００２４】
光電変換装置１００としては、発電した電力をより多く取り出すために裏面電極１６は低抵抗であることが好ましく、理想的には抵抗値がゼロであることが好ましい。しかし、実際に作成される裏面電極１６は電流を流すことによりジュール熱が発生する程度の抵抗値を有する。これは裏面電極１６の材料や膜厚に起因した抵抗値であって、製造コスト等を考慮すると裏面電極１６の抵抗値を低くすることは容易ではない。本発明では、光電変換装置１００で発電した電力の損失要因となる裏面電極１６の抵抗成分を光電変換セル５０の発熱源として利用することによって、光電変換セル５０の変換効率を向上させる。
【００２５】
本実施の形態のアニール処理においては、電圧を印加した裏面電極１６と重なる領域の基板１０が１２０℃以下となるようにした場合には十分なアニール効果が得られない。一方、１８０℃以上となるようにした場合には裏面電極１６等に劣化が生じ、却って光電変換セル５０の変換効率の低下を招いてしまう。このため、電圧を印加した裏面電極１６と重なる領域の基板１０が１２０℃〜１８０℃程度となるようにしてアニール処理を施すことが好ましい。
【００２６】
電圧を印加した裏面電極１６と重なる領域の基板１０が１２０℃〜１８０℃程度となるようにするためには、裏面電極１６の一続きの領域に印加する電流の電流値および電圧値を制御し、裏面電極１６の発熱量を調整するとよい。このとき、電圧値を一定として電流値を制御する方が、電流値を一定として電圧値を制御する場合に比べ、基板１０の温度を所望の温度となるように制御することが容易となる。
【００２７】
なお、基板１０の中央部は、基板１０の端部に比べ、熱が逃げにくく、さらに隣接する裏面電極１６に同時に電圧を印加した場合にあっては、隣接する裏面電極１６で発生したジュール熱により加熱され、温度が高くなり易くなり、基板１０の温度を均一に制御することが難しい。そこで、基板１０の中央部と端部において、電圧値又は電流値の制御を異ならせ、基板１０の温度が均一となるように制御してもよい。
【００２８】
さらには、裏面電極１６の複数の領域に同時に電圧を印加する場合にあっては、電圧を印加する第１領域と、電圧を印加しない第２領域を設け、第１の領域の裏面電極１６から発生するジュール熱により、第１領域のみならず、第２領域に対してもアニール処理を施すようにしてもよい。
【００２９】
本発明の実施形態においては、図３に示すように、第４スリットＳ４および第５スリットＳ５で分割された裏面電極１６のそれぞれ一続きの領域に複数のプローブ１８をあて、電圧を印加する。これにより、第４スリットＳ４および第５スリットＳ５を形成する際に用いたレーザによって生じた光電変換層１４、具体的にはｉ層の欠陥を減少させることができ、光電変換効率を高めることができる。しかしながらこれに限らず、他の成膜工程に生じた光電変換層１４の欠陥を減少させることができるため、第４スリットＳ４と第５スリットＳ５の両方、または第４スリットＳ４と５スリットＳ５のいずれか１つを形成する前に裏面電極１６に電圧を印加してもよい。
【００３０】
さらに、裏面電極１６を複数の領域に分けた後、それぞれの領域に電圧を印加した場合、領域の数の電源が必要となる。そこで、図４に示すように第１スリットＳ１方向に並んだ光電変換セル５０の裏面電極１６同士など、隣接する光電変換セル５０の裏面電極１６同士を直列に接続し、複数の光電変換セル５０に電圧の印加を行い、一度に複数の光電変換セル５０にアニール処理を施してもよい。
【００３１】
[実施例]
以下のようにして、本発明の実施例１に係る光電変換装置、本発明の実施例２に係る光電変換装置、および比較例に係る光電変換装置を作製した。
【００３２】
まず、厚さ４ｍｍのガラス基板（基板１０）上に、ＳｎＯ２層（透明電極層１２）を形成した。
【００３３】
次に、ＳｎＯ２層（透明電極層１２）上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、光電変換層１４を形成した。光電変換層１４として、ＳｎＯ２層（透明電極層１２）上にアモルファスシリコン光電変換層、微結晶シリコン光電変換層を順次積層し、形成した。
【００３４】
アモルファスシリコン光電変換層は、ｐ型非晶質シリコン半導体と、ｉ型非晶質シリコン半導体と、ｎ型非晶質シリコン半導体とを順次積層したものとし、微結晶シリコン光電変換層は、ｐ型微結晶シリコン半導体と、ｉ型微結晶シリコン半導体と、ｎ型微結晶シリコン半導体とを順次積層したものとした。
【００３５】
次に、光電変換層１４上に、スパッタリング法を用いて、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極１６）を形成した。
【００３６】
上述した光電変換層１４の形成条件を表１に示す。尚、ＺｎＯ層およびＡｇ層（裏面電極１６）の厚さは、それぞれ９０ｎｍ、２００ｎｍとした。
【００３７】
【表１】
2013235865.tif 000003
【００３８】
実施例１では、ガラス基板（基板１０）の受光面の温度が１５０℃となるように上述のように形成した積層体の裏面電極１６に電圧を２分間印加して光電変換装置を作成し、光電変換効率の改善率を測定した。
【００３９】
実施例２では、ガラス基板（基板１０）の受光面の温度が１５０℃となるように上述のように形成した積層体の裏面電極１６に電圧を９分間印加して光電変換装置を作成し、光電変換効率の改善率を測定した。
【００４０】
比較例では、上述のように形成した積層体を従来技術に記載の加熱装置で２時間、１５０℃に加熱して光電変換装置を作成し、光電変換効率の改善率を測定した。
【００４１】
〈特性評価〉
実施例１、実施例２および比較例に係る太陽電池について、光電変換効率の改善率の比較を行った。比較結果を表２に示す。尚、表２においては、アニール処理を行わない光電変換装置１００の初期特性を１．００として規格化して表している。
【００４２】
【表２】
2013235865.tif 000004
【００４３】
表２に示すように、実施例１、実施例２および比較例から、２分間電圧を印加する実施例１は、加熱装置で２時間加熱する比較例に及ばないものの高い光電変換効率の改善が図れることが確認された。そして、９分間電圧を印加する実施例２は、比較例１以上の光電変換効率の改善が図れることが確認された。
【００４４】
以上のように、本発明により加熱装置に比べて安価な電源装置で、短時間で光電変換効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  基板
１２  透明電極層
１４  光電変換層
１６  裏面電極
１８  プローブ
２０  電源装置
５０  光電変換セル
１００  光電変換装置
【図１】
2013235865.tif 000005
【図２】
2013235865.tif 000006
【図３】
2013235865.tif 000007
【図４】
2013235865.tif 000008