(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明導電膜の表面上に少なくとも一導電型の非晶質薄膜半導体層と他導電型の非晶質薄膜半導体層と裏面金属膜と裏面保護膜とがこの順序で形成された光起電力装置であって、前記裏面金属膜と裏面保護膜との間に裏面保護膜側に微細な凹凸を有し且つ内部に空孔を有する微結晶シリコン膜が設けられ、前記裏面保護膜は前記微結晶シリコン膜の前記空孔に陥入していることを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
前記微結晶シリコン膜の膜厚が５００Åないし３０００Åであることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光起電力装置に関し、特に、透明導電膜の表面上に少なくとも一導電型の非晶質薄膜半導体層と他導電型の非晶質薄膜半導体層と裏面金属膜と裏面保護膜とがこの順序で形成された光起電力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質シリコンカーバイトなどの非晶質薄膜半導体における光電変換特性を利用した薄膜光起電力装置は、光吸収に必要な半導体の膜厚が単結晶シリコン（Ｓｉ）、多結晶シリコン（Ｓｉ）等の結晶系半導体を利用した光起電力装置に比べて薄くすることができる。このため、素子の材料コストを低減することができる。
【０００３】
従来の非晶質シリコンを用いた光起電力装置を図３の素子構造断面図を参照して説明する。
【０００４】
図３に示すように、ガラス、プラスチック等の透光性絶縁物からなる基板１１上に、ＳｎＯ2、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の透光性導電材料からなる透明導電膜１２が設けられる。この透明導電膜１２上にｐ型の非晶質シリコンカーバイトからなる第１の非晶質薄膜半導体層１３、ｉ型の非晶質シリコン膜からなる第２の非晶質薄膜半導体層１４、ｎ型の非晶質シリコン膜からなる第３の非晶質薄膜半導体層１５が順次積層されて設けられる。そして、この上にアルミ（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等からなる裏面金属膜１６、エポキシ系樹脂からなる裏面保護膜１７が順次積層されている。
【０００５】
この光起電力装置では、基板１１側から光が入射し、ｉ型の非晶質シリコン膜からなる第２の非晶質薄膜半導体層１４での光吸収により生成された電子・ホール対をｐｉｎ接合により形成された電界により分離し、この電子・ホール対をそれぞれ裏面金属膜１６、透明導電膜１２を通じて収集することで光起電力が発生する。
【０００６】
上記した光起電力装置は、太陽電池モジュールとして屋外で使用することが多いが、素子を構成する材料が雨などにより水と接触した場合、化学変化を起こしたり、場合によっては、短絡したりして、素子特性の大幅な低下を招くことになる。このため、太陽電池モジュールの信頼性を向上させるためには、太陽電池モジュールの気密・耐湿性を高めることが重要である。そこで、裏面金属膜１６を裏面保護膜１７で被い、更に強度を増すために、ＥＶＡ（エチレン・ビニル・アルコール）などを封止材として用いて鋼板に備え付けている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、光起電力装置においては、その信頼性を向上させるために、気密・耐湿性を高めることが重要であり、このために、構成材料膜間における界面の密着性を高める必要がある。
【０００８】
構成材料膜間における界面の中で、基板１１と透明導電膜１２との界面については、透明導電膜１２を５００℃程度の高温条件下で熱ＣＶＤ法により形成することで、密着性を高めている。また、上記方法で作成した透明導電膜１２の表面は、光閉じこめ効果を得るため数１０００Å程度の凹凸が表面に形成されており、これにより、透明導電膜１２と第１の非晶質薄膜半導体層１３との界面では良好な密着性が得られる。更に、第２の非晶質薄膜半導体層１４及び第３の非晶質薄膜半導体層１５は、第１の非晶質薄膜半導体層１３に連続してプラズマＣＶＤ法などにより作成することで密着性を向上できる。また、第３の非晶質薄膜半導体層１５と裏面金属膜１６との界面では、透明導電膜１２表面の凹凸形状が依然残っており、良好な密着性が実現される。
【０００９】
ところで、裏面金属膜１６は下地の非晶質シリコン層への熱ダメージをさけるため、通常１７０℃程度以下の低温条件下で、スパッタリング法により形成される。このため、裏面金属膜１６の表面は滑らかな平面となる。また、裏面保護膜１７は、エポキシ系樹脂を焼成することにより形成されるが、下地の非晶質シリコン層への熱ダメージをさけるため、通常１７０℃程度以下の低温で焼成される。
【００１０】
上記した理由により、裏面金属膜１６と裏面保護膜１７との界面の密着性が弱いものとなり、剥離した箇所からの水分の浸入により、セル特性の低下を引き起こし、モジュールの信頼性を損ねる場合があった。
【００１１】
この発明は、上記の事情を鑑みなされたものにして、良好なモジュール信頼性を有する光起電力装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、透明導電膜の表面上に少なくとも一導電型の非晶質薄膜半導体層と他導電型の非晶質薄膜半導体層と裏面金属膜と裏面保護膜とがこの順序で形成された光起電力装置であって、前記裏面金属膜と裏面保護膜との間に裏面保護膜側に微細な凹凸を有し且つ内部に空孔を有する微結晶シリコン膜が設けられ、前記裏面保護膜は前記微結晶シリコン膜の前記空孔に陥入していることを特徴とする。
【００１３】
表面に微細な凹凸が形成された密着性向上膜上にエポキシ系樹脂等からなる裏面保護膜を設けることにより、両者の間で良好な密着性が得られる。
【００１４】
前記微結晶シリコン膜の膜厚は５００Åないし３０００Åの範囲が好ましい。
【００１５】
微結晶シリコン膜は、表面が数ミクロン〜数十ミクロン程度の凹凸表面を有し、また、膜中に空孔が形成される。このため、この表面に裏面保護膜を設けると表面の凹凸と、更に膜中の空孔に裏面保護材が陥入することで、強固で複雑な微結晶シリコンと裏面保護材との界面が形成され、良好な密着性が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、この発明の光起電力装置の素子構造を示す断面図である。
【００１９】
図１に示すように、ガラスや石英等の透光性絶縁物からなる基板１上に、ＳｎＯ2、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の金属酸化物からなる膜厚８０００Åの透明導電膜２が設けられる。この透明導電膜の２の表面には、光閉じこめ効果を得るため数１０００Å程度の凹凸が表面に形成されている。この透明導電膜２上に膜厚１００Åのｐ型の非晶質シリコンカーバイトからなる第１の非晶質薄膜半導体層３、膜厚２５００Åのｉ型の非晶質シリコン膜からなる第２の非晶質薄膜半導体層４、膜厚２００Åのｎ型の非晶質シリコン膜からなる第３の非晶質薄膜半導体層５がプラズマＣＶＤ法により順次積層されて設けられる。そして、この上にアルミ（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等からなる裏面金属膜６が１７０℃以下の低温条件下でスパッタ法により形成される。
【００２０】
上記したように、第３の非晶質薄膜半導体層５と裏面金属膜６との界面では、透明導電膜２表面の凹凸形状が依然残っており、良好な密着性が実現されている。
【００２１】
そして、裏面金属膜６は下地の非晶質シリコン層への熱ダメージをさけるため、通常１７０℃程度以下の低温条件下で、スパッタリング法により形成され、裏面金属膜６の表面は滑らかな平面となる。
【００２２】
このため、エポキシ系樹脂からなる裏面保護膜７をこの裏面金属膜６上に形成してもその密着性は良くない。そこで、この発明では、裏面金属膜６の表面に裏面保護膜７との密着性を良好にするための密着性向上膜８が設けられる。
【００２３】
この密着性向上膜８は、微結晶シリコン、ポーラスシリコン、ＭＯＣＶＤ法により１５０℃以下の低温で堆積したＺｎＯ（酸化亜鉛）などの堆積膜で構成されている。
【００２４】
この密着性向上膜８は、表面にサブミクロン〜ミクロンオーダーの凹凸が形成されており、この表面にエポキシ系樹脂からなる裏面保護膜７を設けると、両者の間で良好な密着性が得られる。また、裏面金属膜６と密着性向上膜８との間は裏面金属膜６上に堆積膜で形成されるため、両者の間も良好な密着性が得られる。
【００２５】
次に、この実施形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例につき説明する。ここでは、密着防止層８として微結晶シリコンを用いた場合である。
【００２６】
まず、ガラスからなる基板１上に、熱ＣＶＤ法を用い５００℃程度の温度でＳｎＯ2からなる透明導電膜２を積層する。この際、形成条件を適宜調整することで、透明導電膜２の表面に凹凸面が形成される。
【００２７】
その後、上記透明導電膜２上に、第１の非晶質薄膜半導体層３、第２の非晶質薄膜半導体層４、第３の非晶質薄膜半導体層５として、それぞれｐ型非晶質シリコンカーバイト、ｉ型非晶質シリコン、ｎ型非晶質シリコンをプラズマＣＶＤ法により、表１に示す代表的な反応条件によってこの順序で形成した。
【００２８】
【表１】
0004159228.tif 000002
【００２９】
次に、前記第３の非晶質薄膜半導体層５上にスパッタ法によりＩＴＯ／Ａｇからなる裏面金属膜６を形成し、光起電力素子を得る。
【００３０】
更に、上記裏面金属膜６上に密着性向上膜８として、微結晶シリコンをプラズマＣＶＤ法により、表２に示す代表的な条件によって作成した。
【００３１】
【表２】
0004159228.tif 000003
【００３２】
続いて、上記密着性向上膜８上に裏面保護膜７として、エポキシ樹脂をスクリーン印刷により塗布し、１７０℃程度で焼成することにより形成し、モジュールを完成する。
【００３３】
上記した条件により作成した密着性向上膜８としての微結晶シリコン膜は、表面が数ミクロン〜数十ミクロン程度の凹凸表面を有し、また、膜中に空孔が形成される。このため、この表面に裏面保護膜７として、エポキシ樹脂を塗布すると、表面の凹凸と、更に膜中の空孔にエポキシ樹脂が陥入することで、強固で複雑な微結晶シリコンとエポキシ樹脂界面が形成され、良好な密着性が得られる。
【００３４】
次に、上記した実施形態におけるモジュールの耐湿信頼性と微結晶シリコン膜厚との関係を調べた。ＪＩＳ規格では、耐湿信頼性試験はＪＩＳ  Ｃ  ９１５６により温度８５℃、湿度８５〜９５％、１０００時間と定められているが、従来は１０〜１５年程度であった太陽電池モジュールの保証期間を３０〜３５年にしようとする要求の高まりを考えて、２０００時間で行った。
【００３５】
図２は以上の工程で製造したモジュールの耐湿信頼性試験後のモジュールの特性歩留まりと微結晶シリコン膜厚との関係を示す。耐湿試験後の特性が初期値の９５％以上のものが規格に達しているものとした。この図において、膜厚０が密着性向上膜８を設けていない従来の装置である。
【００３６】
図２より明らかなように、微結晶シリコンからなる密着性向上膜８を介在させることにより、モジュールの耐湿信頼性が向上することが分かる。
【００３７】
これは、上記したように、微結晶シリコン膜は、表面が数ミクロン〜数十ミクロン程度の凹凸表面を有していることと、膜中の空孔にエポキシ樹脂が陥入することで、強固で複雑な微結晶シリコンとエポキシ樹脂界面が形成されることにより、モジュールの耐湿・耐水性が向上したものと考えられる。
【００３８】
また、微結晶シリコン膜厚が５００Å以下では信頼性の向上は小さい。これは、膜厚が５００Å以下では、微結晶シリコンの微結晶粒、膜中空孔の形成が不十分であるためと考えられる。
【００３９】
また、微結晶シリコンの膜厚が３０００Å以上においても信頼性は低下する。これは膜厚が３０００Å以上では微結晶シリコン膜に蓄えられる応力により、第３の非晶質薄膜半導体層５と裏面金属膜６との界面で剥離が発生する場合があり、これにより光電変換特性が低下するためである。
【００４０】
以上のことから、微結晶シリコン膜の膜厚は５００〜３０００Å程度が望ましい。
【００４１】
また、上記実施形態においては、密着性向上膜８として、微結晶シリコン膜を用いているが、他の堆積膜、例えば、ポーラスシリコン膜やＺｎＯ膜を用いても良い。ポーラスシリコン膜は、裏面金属膜６上に微結晶シリコンや非晶質シリコンを形成した後、フッ酸に浸漬し、表面をエッチングして形成すればよい。また、ＺｎＯ膜は、ＭＯＣＶＤ法により、１５０℃以下の温度で堆積させることにより、表面にサブミクロン〜ミクロンオーダー凹凸形状が形成され、この上にエポキシ樹脂を塗布形成すると、強固な密着性が得られる。
【００４２】
また、上記実施形態の光起電力素子においては、ガラス基板上に透明導電膜、ｐ型の非晶質薄膜半導体層、ｉ型の非晶質薄膜半導体層、ｎ型の非晶質薄膜半導体層の順に形成したｐｉｎ型光起電力素子に付いて説明したが、この発明の効果は、ｐｉｎ型光起電力素子にのみ限定されるものではなく、ガラス基板上に透明導電膜、ｎ型の非晶質薄膜半導体層、ｉ型の非晶質薄膜半導体層、ｐ型の非晶質薄膜半導体層の順に形成したｎｉｐ型光起電力素子においてもその効果を有することを確認している。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、モジュールの構成材料間の密着性が向上し、良好なモジュール信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる光起電力素子の構造を示す断面図である。
【図２】この発明による光起電力素子の耐湿・耐水信頼性及び結晶シリコン膜の膜厚との関係を示す図である。
【図３】従来の光起電力素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  透明導電膜
３  第１の非晶質薄膜半導体層
４  第２の非晶質薄膜半導体層
５  第３の非晶質薄膜半導体層
６  裏面金属膜
７  裏面保護膜
８  密着性向上膜
【図１】
0004159228.tif 000004
【図２】
0004159228.tif 000005
【図３】
0004159228.tif 000006