(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の電極層、複数の薄膜光電変換ユニット、及び第２の電極層を順次積層した構造をそれぞれ有する複数の薄膜光電変換セルを具備し、前記複数の薄膜光電変換ユニットはそれぞれ吸収波長域が異なり且つタンデム型構造を形成する薄膜光電変換モジュールの欠陥修復方法であって、
前記複数の薄膜光電変換セルの１つに対して、前記複数の薄膜光電変換ユニットの１つが他に比べて光起電力がより小さくなるように光を照射しつつ逆バイアス電圧を印加することにより、前記光起電力のより小さな薄膜光電変換ユニットに形成された短絡部を絶縁する工程を含むことを特徴とする薄膜光電変換モジュールの欠陥修復方法。
【請求項２】
前記複数の薄膜光電変換セルは相互に直列接続されて直列アレイを形成し、
前記短絡部を絶縁する工程は、前記直列アレイを短絡させた状態で前記複数の薄膜光電変換セルの１つに前記光を第１の光として照射しつつ前記複数の薄膜光電変換セルの残りに前記第１の光よりも広い波長域を有する第２の光を照射することを含む請求項１に記載の薄膜光電変換モジュールの欠陥修復方法。
【請求項３】
前記直列アレイと負荷とを直列接続してなる直列構造を形成し、該直列構造を短絡させた状態で前記第１及び第２の光を照射することを特徴とする請求項２に記載の薄膜光電変換モジュールの欠陥修復方法。
【請求項４】
外部の電源を用いて前記複数の薄膜光電変換セルの１つに対して前記逆バイアス電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の薄膜光電変換モジュールの製造方法。
【請求項５】
基板上に第１の電極層、吸収波長域がそれぞれ異なりタンデム型構造を形成する複数の薄膜光電変換ユニット、及び第２の電極層を順次積層した構造をそれぞれ有する複数の薄膜光電変換セルを形成する工程と、
前記複数の薄膜光電変換セルの１つに対して、前記複数の薄膜光電変換ユニットの１つが他に比べて光起電力がより小さくなるように光を照射しつつ逆バイアス電圧を印加することにより、前記光起電力のより小さな薄膜光電変換ユニットに形成された短絡部を絶縁する工程と
を含むことを特徴とする薄膜光電変換モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜光電変換モジュールの欠陥修復方法及び薄膜光電変換モジュールの製造方法に係り、特には、タンデム型構造を採用した薄膜光電変換モジュールの欠陥修復方法及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、薄膜光電変換モジュールは、複数の薄膜光電変換セルを基板上で相互に直列接続した構造を有している。それぞれの薄膜光電変換セルは、一般的には、透明基板上への前面透明電極層、薄膜光電変換ユニット、及び金属裏面電極層の成膜とパターニングとを順次行うことにより形成される。
【０００３】
ところで、薄膜光電変換ユニットの成膜、特に大面積の薄膜光電変換ユニットの成膜においては、ピンホールの発生を避けることはできない。このピンホールは、その後の金属裏面電極層の成膜の際に金属材料で埋め込まれるため、透明前面電極層と金属裏面電極層との短絡を生じさせる。すなわち、多くの場合、形成直後の薄膜光電変換セルはそれぞれ短絡欠陥部を有している。
【０００４】
このような短絡部を放置した場合、当然の如く、期待されるほどのモジュール出力を得ることはできない。そこで、薄膜光電変換モジュールの製造プロセスにおいては、一般に、薄膜光電変換セルを形成した後に、上記短絡部を絶縁する欠陥修復工程が実施されている。なお、ここでいう「絶縁する」とは、短絡部の抵抗値を、要求される電気特性を得るのに充分な値にまで高めることを言う。
【０００５】
上述した欠陥を修復する方法としては、例えば、逆バイアス処理が知られている。この逆バイアス処理は、短絡部を有する薄膜光電変換セルに、その発電方向と同方向に外部から電圧を印加すること（薄膜光電変換セルをダイオードとして考えた場合には逆方向に電圧を印加すること）により行われる。このような逆バイアス電圧を印加すると、ｐｉｎ接合等を有する薄膜光電変換セルでは、電流が短絡部に集中して、局所的な発熱を生ずる。その結果、ピンホールを埋め込む金属が酸化或いは溶融除去されて、ピンホールの位置で透明前面電極層と金属裏面電極層とが絶縁される。
【０００６】
このような逆バイアス処理は、上述した一般的な構造の薄膜光電変換モジュールに対しては極めて有効である。しかしながら、各セルがタンデム型構造を有する場合、上述した方法では、以下に説明する理由により短絡部を十分に絶縁することはできない。
【０００７】
タンデム型構造を有するセルにおいては、透明前面電極層上に複数の薄膜光電変換ユニットを積層してなる積層体が形成されるが、通常、ピンホールが発生する位置はそれぞれの薄膜光電変換ユニットにおいてランダムである。そのため、ある薄膜光電変換ユニットと他の薄膜光電変換ユニットとでピンホールの位置が一致しない場合が生じる。すなわち、ピンホールを埋め込む金属材料と透明前面電極層との間には複数の薄膜光電変換ユニットの一部が介在することとなる。
【０００８】
このようなセルに逆バイアス処理を行った場合、ピンホールを埋め込む金属材料と透明前面電極層との間に介在する薄膜光電変換ユニットが抵抗として振る舞う。そのため、セルを破壊することのない程度の逆バイアス電圧の印加では、絶縁するのに十分な電流を短絡部に流すことができない。したがって、各セルがタンデム型構造を有する場合は、上述した方法では短絡部を十分に絶縁することはできないのである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、タンデム型構造を有し且つモジュール出力が十分に向上された薄膜光電変換モジュールを製造することを可能とする薄膜光電変換モジュールの欠陥修復方法及び薄膜光電変換モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、タンデム型構造を有する薄膜光電変換セルに対してセルの破壊を伴うことなく短絡部の絶縁処理を行うことが可能な薄膜光電変換モジュールの欠陥修復方法及び薄膜光電変換モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、各薄膜光電変換セルが、それぞれ吸収波長の異なる複数の薄膜光電変換ユニットを積層してなる積層体を有する場合、換言すればタンデム型構造を有する場合であっても、それぞれの薄膜光電変換ユニットの吸収波長域の違いを利用すれば、セルの破壊を伴うことなく所望の薄膜光電変換ユニットに対して選択的に逆バイアス処理を行うこと、換言すれば、セルを破壊することなく短絡部を絶縁処理することが可能となることを見出した。
【００１２】
すなわち、本発明によると、基板上に第１の電極層、複数の薄膜光電変換ユニット、及び第２の電極層を順次積層した構造をそれぞれ有する複数の薄膜光電変換セルを具備し、前記複数の薄膜光電変換ユニットはそれぞれ吸収波長域が異なり且つタンデム型構造を形成する薄膜光電変換モジュールの欠陥修復方法であって、前記複数の薄膜光電変換セルの１つに対して、前記複数の薄膜光電変換ユニットの１つが他に比べて光起電力がより小さくなるように光を照射しつつ逆バイアス電圧を印加することにより、前記光起電力のより小さな薄膜光電変換ユニットに形成された短絡部を絶縁する工程を含むことを特徴とする薄膜光電変換モジュールの欠陥修復方法が提供される。
【００１３】
また、本発明によると、基板上に第１の電極層、吸収波長域がそれぞれ異なりタンデム型構造を形成する複数の薄膜光電変換ユニット、及び第２の電極層を順次積層した構造をそれぞれ有する複数の薄膜光電変換セルを形成する工程と、前記複数の薄膜光電変換セルの１つに対して、前記複数の薄膜光電変換ユニットの１つが他に比べて光起電力がより小さくなるように光を照射しつつ逆バイアス電圧を印加することにより、前記光起電力のより小さな薄膜光電変換ユニットに形成された短絡部を絶縁する工程とを含むことを特徴とする薄膜光電変換モジュールの製造方法が提供される。
【００１４】
本発明において、通常、上記複数の薄膜光電変換セルは相互に直列接続されて直列アレイを形成する。この場合、上記短絡部を絶縁する工程は、例えば、直列アレイを短絡させた状態で複数の薄膜光電変換セルの１つに上記光を第１の光として照射しつつ複数の薄膜光電変換セルの残りに第１の光よりも広い波長域を有する第２の光を照射することを含み得る。
【００１５】
このように直列アレイを短絡させ且つ第１及び第２の光を用いる場合、直列アレイと負荷とを直列接続してなる直列構造を形成し、この直列構造を短絡させた状態で第１及び第２の光を照射することが好ましい。この場合、短絡部の絶縁処理が行われる薄膜光電変換ユニットに過剰な電圧が印加されるのを防止することができる。
【００１６】
また、本発明において、外部の電源を用いて複数の薄膜光電変換セルの１つに対して逆バイアス電圧を印加することもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、各図において同様の部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る欠陥修復工程を実施する前の薄膜光電変換モジュールを概略的に示す断面図である。図１に示す薄膜光電変換モジュール１は、透明基板２上に複数の薄膜光電変換セル１０を集積した構造を有している。これら薄膜光電変換セル１０は紙面に垂直な方向に長い短冊状の形状を有しており、互いに直列接続されて直列アレイを構成している。また、それぞれの薄膜光電変換セル１０は、透明基板２上に、透明前面電極層３、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ、及び金属裏面電極層５を順次積層した構造を有している。すなわち、このモジュール１は、透明基板２側から入射する光を、タンデム型構造を形成している光電変換ユニット４ａ，４ｂにより光電変換するものである。
【００１９】
本発明の第１の実施形態によると、図１に示すモジュール１は、例えば以下に示す方法により製造することができる。
まず、透明基板２の一方の主面上に、透明前面電極層３を大面積の薄膜として形成する。透明基板２は、ガラス板や透明樹脂フィルム等により構成することができる。また、透明前面電極層３は、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ2膜、或いはＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物層等で構成することができる。透明前面電極層３は単層構造でも多層構造であってもよい。透明前面電極層３は、蒸着法、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等それ自体既知の気相堆積法を用いて形成することができる。
【００２０】
透明前面電極層３の表面には、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を形成することが好ましい。透明前面電極層３の表面にこのようなテクスチャ構造を形成することにより、光電変換ユニット４への光の入射効率を向上させることができる。表面テクスチャ構造を形成する方法に特に制限はなく、公知の様々な方法を用いることができる。
【００２１】
次に、大面積の薄膜として形成した透明前面電極層３にＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブにより溝部６を形成して、透明前面電極層３を各セル１０に対応して分割する。なお、上述したように、セル１０はそれぞれ短冊状の形状を有しており、その短軸方向（図１においては水平方向）に集積されている。
【００２２】
次に、透明前面電極層３上に薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂを順次形成する。薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂは、それぞれ、例えば、透明前面電極層３側からｐ型非単結晶シリコン系半導体層、非単結晶シリコン系薄膜光電変換層、及びｎ型非単結晶シリコン系半導体層を順次積層した構造を有する。これらｐ型半導体層、光電変換層およびｎ型半導体層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００２３】
ｐ型シリコン系半導体層は、シリコンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、ボロンやアルミニウム等のｐ導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。
【００２４】
ｐ型半導体層上に形成される光電変換層は、非単結晶シリコン系半導体材料で形成することができ、そのような材料としては、真性半導体のシリコン（水素化シリコン等）やシリコンカーバイド及びシリコンゲルマニウム等のシリコン合金等を挙げることができる。また、光電変換機能を十分に備えていれば、微量の導電型決定不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型のシリコン系半導体材料も用いられ得る。
【００２５】
光電変換層上に形成されるｎ型シリコン系半導体層は、シリコンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、燐や窒素等のｎ導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。
【００２６】
これら第１及び第２の薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂは互いに吸収波長域が異なっており、通常は、薄膜光電変換ユニット４ｂに比べ薄膜光電変換ユニット４ａがより短波長の光成分を吸収するように設計される。例えば、薄膜光電変換ユニット４ａの薄膜光電変換層を非晶質シリコンで構成し、薄膜光電変換ユニット４ｂの薄膜光電変換層を非晶質のシリコンゲルマニウムで構成することができる。この場合、薄膜光電変換ユニット４ａに５００ｎｍ程度の光成分を最も効率的に吸収させ、薄膜光電変換ユニット４ｂに９００ｎｍ程度の光成分を最も効率的に吸収させることができる。また、薄膜光電変換ユニット４ａの薄膜光電変換層を非晶質シリコンで構成し、薄膜光電変換ユニット４ｂの薄膜光電変換層を多結晶シリコンで構成してもよい。この場合、薄膜光電変換ユニット４ａに５５０ｎｍ程度の光成分を最も効率的に吸収させ、薄膜光電変換ユニット４ｂに９００ｎｍ程度の光成分を最も効率的に吸収させることができる。
【００２７】
上述した薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂの形成に伴い、透明前面電極層３に形成した溝部６は薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂを構成する材料で埋め込まれる。なお、上述した薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂには不可避的にピンホール９（薄膜光電変換ユニット４ｂに形成されたピンホールのみを図示）が形成される。例えば、一般的なサイズのモジュール１では、通常、各セル１０に少なくとも１つのピンホール９が形成される。
【００２８】
以上のようにして薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂを形成した後、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブにより光電変換ユニット４ａ，４ｂに溝部７を形成する。溝部７は、あるセル１０の透明前面電極層３とそれに隣り合うセル１０の裏面金属電極層５とを電気的に接続するために設けられる。
【００２９】
次に、光電変換ユニット４ｂ上に金属裏面電極層５を形成する。この金属裏面電極層５は電極としての機能を有するだけでなく、透明基板２から光電変換ユニット４ａ，４ｂに入射し裏面電極層５に到達した光を反射して光電変換ユニット４ａ，４ｂ内に再入射させる反射層としての機能も有している。金属裏面電極層５は、銀やアルミニウム等を用いて、蒸着法やスパッタリング法等により、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の厚さに形成することができる。また、金属裏面電極層５と光電変換ユニット４ｂとの間には、例えば両者の間の接着性を向上させるために、ＺｎＯのような非金属材料からなる透明導電性薄膜（図示せず）を設けることができる。
【００３０】
上述した金属裏面電極層５の形成に伴い、光電変換ユニット４ａ，４ｂに形成した溝部７は金属材料で埋め込まれ、溝部７の位置で金属裏面電極層５と透明前面電極層３とが電気的に接続される。また、それとともに、ピンホール９が金属材料で埋め込まれ、ピンホール９の位置でも金属裏面電極層５と薄膜光電変換ユニット４ａとが電気的に接続される。
【００３１】
次に、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブにより金属裏面電極層５に溝部８を形成して、各セル１０間で金属裏面電極層５を電気的に絶縁する。さらに、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブにより発電領域を確定し、セル１０が形成する列の両端部に一対の電極バスバー（図示せず）を設けることにより、図１に示す構造を得る。
【００３２】
上述した方法により得られたモジュール１には、図１に示すように、単一のセル１０内においてピンホール９の位置で薄膜光電変換ユニット４ａと金属裏面電極層５とが短絡されている。このような短絡を放置した場合、上記の通り、期待されるほどのモジュール出力を得ることはできない。そこで、本発明の第１の実施形態に係る薄膜光電変換モジュール１の製造プロセスにおいては、薄膜光電変換セル１０を形成した後に、以下に説明する欠陥修復工程が実施される。
【００３３】
まず、欠陥修復工程を説明する前に、欠陥の修復に用いる欠陥修復装置について説明する。
【００３４】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜光電変換モジュール１の欠陥修復装置を概略的に示す図である。図２に示す欠陥修復装置１５は、主に、モジュール１を支持する支持部材１６と光源１７とフィルタ１８と負荷１９と電流計２０とで構成されている。
【００３５】
支持部材１６は、光源１７からの光がモジュール１のセル１０に照射されるようにモジュール１を支持するものであれば特に制限はない。例えば、支持部材１６としては、ガラス等からなる透明な板状体を用いることができる。
【００３６】
光源１７は、セル１０が光電変換し得る光を出力し、セル１０に対して光を均一に照射可能なものであれば特に制限はない。そのような光源１７としては、ＬＥＤやキセノンランプ等を挙げることができる。また、光源１７はパルス光源であってもよい。
【００３７】
フィルタ１８は、例えば、薄膜光電変換ユニット４ａが比較的高い効率で吸収する波長域の光成分を透過し、薄膜光電変換ユニット４ｂが比較的高い効率で吸収する波長域の光成分を吸収するものである。このフィルタ１８は、光源１７とモジュール１との間であれば、どこに配置してもよい。
【００３８】
フィルタ１８を設ける代わりに、各セル１０に対応して発光色の異なる複数種のＬＥＤ等の光源１７をアレイ状に設け、光源１７のＯＮ／ＯＦＦを制御してもよい。フィルタ１８を設けた場合にはフィルタ１８を物理的に移動させる機構が必要であるが、光源１７のＯＮ／ＯＦＦを制御する場合にはそのような物理的移動機構は不要である。したがって、欠陥修復工程に要する時間を短縮することができるのとともにメンテナンスが容易になる。
【００３９】
負荷１９は、欠陥の修復を行うセル１０に過剰な逆バイアス電圧が印加されるのを防止するために設けられる。したがって、例えば、光源１７からの光の照度を、欠陥の修復を行うセル１０に過剰な逆バイアス電圧が印加されないように制御可能であれば、負荷１９は必ずしも設ける必要はない。負荷１９としては、可変抵抗器や出力を制御可能な直流電源等を用いることができる。
【００４０】
電流計２０は、モジュール出力を測定すること等を目的として設けられる。電流計２０は必ずしも設ける必要はないが、設けた場合、欠陥修復装置１５を出力測定装置としても利用することが可能となる。
【００４１】
本発明の第１の実施形態によると、以上説明した欠陥修復装置１５によるモジュール１の欠陥の修復は、例えば、以下に示す方法により行われる。
【００４２】
まず、モジュール１を透明基板２が光源１７側を向くように支持部材１６上に配置する。次に、モジュール１の一対の電極バスバー１１を負荷１９にそれぞれ接続し、さらに、欠陥の修復を行うセル１０に対してフィルタ１８を位置合わせする。
【００４３】
その後、光源１７に電力を供給して、モジュール１に対して光照射を行う。上述したように、セル１０の１つに照射される光は薄膜光電変換ユニット４ｂが光電変換し得る光成分の殆どをフィルタ１８により除かれている。そのため、フィルタ１８に対応して位置するセル１０の薄膜光電変換ユニット４ｂでは光電変換は殆ど起こらない。したがって、フィルタ１８に対応して位置するセル１０には、他のセルの光起電力の総和と負荷１９による電圧降下との差が逆バイアス電圧として印加されることとなる。
【００４４】
ここで、上述したように、フィルタ１８に対応して位置するセル１０の薄膜光電変換ユニット４ｂでは光電変換は殆ど起こらないが、薄膜光電変換ユニット４ａでは他のセル１０と同様の光電変換が行われる。そのため、フィルタ１８に対応して位置するセル１０の薄膜光電変換ユニット４ａが抵抗として振る舞うことはなく、フィルタ１８に対応して位置するセル１０の薄膜光電変換ユニット４ｂに対してその発電方向と同方向に十分な大きさの電圧を選択的に印加することができる。その結果、フィルタ１８に対応して位置するセル１０の薄膜光電変換ユニット４ｂの短絡部９を構成する金属材料が溶融除去されるか或いは酸化され、薄膜光電変換ユニット４ａと金属裏面電極層５との絶縁が図られる。
【００４５】
あるセル１０について上述した絶縁処理を行った後、フィルタ１８を他のセル１０に対して位置合わせし、このセル１０についても上述した処理を施す。以上のようにして、全てのセル１０について絶縁処理を行うことにより欠陥修復工程を完了する。なお、上述した欠陥修復工程は、欠陥の修復を行う薄膜光電変換ユニット４ｂに過剰な電圧が印加されるのを防止するために、光源１７からの光の照度を調節しつつ行うか、負荷１９が可変抵抗器である場合には抵抗値を、負荷１９が出力を可変の直流電源である場合にはその出力を調節しつつ行うか、或いは光源１７からの光の照度と負荷１９の抵抗値或いは出力との双方を調節しつつ行う。また、上述した絶縁処理は、薄膜光電変換ユニット４ｂに対して行ったが、フィルタ１８として、薄膜光電変換ユニット４ａが比較的高い効率で吸収する波長域の光成分を吸収し且つ薄膜光電変換ユニット４ｂが比較的高い効率で吸収する波長域の光成分を透過するものを用いれば、薄膜光電変換ユニット４ａに対して上述した絶縁処理を行うこともできる。
【００４６】
以上の処理を全てのセル１０に対して実施した後、通常、モジュール１の裏面側に封止樹脂層（図示せず）を介して有機保護フィルム（図示せず）を設ける。この封止樹脂層は、透明基板２上に形成された各薄膜光電変換セル１０を封止するものであり、有機保護フィルムをこれらセル１０に接着することが可能な樹脂が用いられる。そのような樹脂としては、例えば、ＥＶＡ（エチレン・ビニルアセテート共重合体）等を用いることができる。また、有機保護フィルムとしては、ポリフッ化ビニルフィルム（例えば、テドラーフィルム（登録商標名））等が用いられる。これら封止樹脂／有機保護フィルムは、真空ラミネート法により薄膜光電変換モジュール１の裏面側に同時に貼着することができる。
【００４７】
第１の実施形態において、これら封止樹脂層及び有機保護フィルムは、上述した欠陥修復工程の前に設けてもよい。この場合、複数のセル１０を直列接続してなる直列アレイと負荷１９との接続は、一対の電極バスバー１１と接続された取り出し電極（図示せず）等を介して行われる。
【００４８】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態によると、短絡部の絶縁処理は、直列アレイを短絡させた状態で複数の薄膜光電変換セル１０の１つに第１の光を照射し且つ他の薄膜光電変換セル１０に第１の光よりも広い波長域を有する第２の光を照射することにより行われる。すなわち、本発明の第１の実施形態によると、それぞれのセル１０が複数種の薄膜光電変換ユニットを積層してなるタンデム型構造を有する場合であっても、所望の薄膜光電変換ユニットに対して選択的に逆バイアス電圧を印加することができる。したがって、第１の実施形態によると、タンデム型構造を有するセル１０に対して短絡部９の絶縁処理を行うことが可能である。
【００４９】
また、本発明の第１の実施形態によると、金属裏面電極層５にプローブ等を接触させることなく短絡部の絶縁処理を行うことができる。したがって、第１の実施形態によると、複雑な搬送機構等を必要とすることなく短絡部を絶縁処理することが可能となる。また、プローブ等を用いる必要がないため、金属裏面電極層５が傷つけられることがなく、しかも、逆バイアス処理の際にセル１０に均一に電圧を印加することができる。さらに、上述した欠陥修復工程の際に、負荷１９が可変抵抗器である場合にはその抵抗値と電流計２０の読みとを記録することにより、負荷１９が出力を可変の直流電源である場合にはその出力電圧と電流計２０の読みとを記録することにより、モジュール１の出力特性を測定することができる。すなわち、モジュール１の出力特性を測定しつつ欠陥の修復を行うことができる。
【００５０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と第２の実施形態とでは、薄膜光電変換モジュール１の欠陥修復工程のみが異なる。したがって、第２の実施形態に係る薄膜光電変換モジュール１の製造プロセスについては、欠陥修復工程についてのみ説明する。
【００５１】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜光電変換モジュール１の欠陥修復装置を概略的に示す図である。
【００５２】
図３に示す欠陥修復装置２５は、モジュール１を支持する支持部材２６と、光源１７と、フィルタ１８と、一対の端子部材２８と、モジュール１に対して一対の端子部材２８を矢印３０に示す方向に相対的に接離移動させる第１の移動機構（図示せず）と、モジュール１に対して一対の端子部材２８を矢印３１に示す方向に相対的に平行移動させる第２の移動機構（図示せず）と、電源３２と、電流計２０とを有している。
【００５３】
支持部材２６は、光源１７からの光がモジュール１のセル１０に照射されるように、及び隣り合う２つのセル１０のそれぞれの金属裏面電極層５と一対の端子部材２８とが接触できるようにモジュール１を支持するものであれば特に制限はない。例えば、支持部材２６としては、ガラス等からなる透明な板状体を用いることができる。
【００５４】
光源１７及びフィルタ１８としては、第１の実施形態に係る欠陥修復装置１５において用いたのと同様のものを用いることができる。また、第１の実施形態と同様に、フィルタ１８を設ける代わりに、各セル１０に対応して発光色の異なる複数種のＬＥＤ等の光源１７をアレイ状に設け、光源１７のＯＮ／ＯＦＦを制御してもよい。なお、本実施形態においては、第１の実施形態とは異なり、全てのセル１０に対して同時に光照射を行う必要はなく、欠陥修復を行うセル１０に対してのみ光照射可能であればよい。したがって、光源１７は多数設ける必要はない。
【００５５】
一対の端子部材２８は、隣り合う２つのセル１０の金属裏面電極層５に対して相対的に接離移動可能に配置されている。図３に示すように、一対の端子部材２８は、それぞれ、複数のプローブを配列してなるものであってもよく、セル１０の形状に対応して線状或いは帯状の接触部を有するものであってもよい。
【００５６】
一対の端子部材２８には、電流計２０を介して電源３２が接続されている。電源３２は端子部材２８に電力を供給するものであり、直流電源でも交流電源でもよい。また、電源３２は、パルス状の直流電圧を出力するものであってもよい。
【００５７】
電流計２０は、セル１０への欠陥修復処理の要否を判断するために設けられる。すなわち、電源３２からあるセル１０に対して所定の逆バイアス電圧を印加した場合に電流計２０の読みが所定値以下であれば欠陥修復処理は不要であると判断することができる。
【００５８】
第１の移動機構は、図３の矢印３０に示すように、一対の端子部材２８をモジュール１の隣り合う２つの金属裏面電極層５に対して相対的に接離移動させるものである。具体的には、第１の移動機構は、後述する第２の移動機構により端子部材２８とモジュール１とを平行移動させる際にそれらを離間し、ある薄膜光電変換セル１０に逆バイアス電圧を印加する際に一対の端子部材２８を隣り合う２つの金属裏面電極層５にそれぞれ接触させるものである。
【００５９】
第１の移動機構は、端子部材２８を移動させるもの、モジュール１を移動させるもの、及びそれら両方を移動させるもののいずれであってもよい。また、第１の移動機構は、パルスモータ等を用いた一般的な構造を有し得る。
【００６０】
一方、第２の移動機構は、図３の矢印３１に示すように、端子部材２８をモジュール１の金属裏面電極層５に対して相対的に平行移動させるものである。第２の移動機構によると、例えば、あるセル１０の欠陥修復が終了した後、まだ欠陥修復を行っていないセル１０を直ちに一対の端子部材２８の直下に位置させること、すなわち欠陥修復を連続的に行うことが可能となる。
【００６１】
第２の移動機構も第１の移動機構と同様に、端子部材２８を移動させるもの、モジュール１を移動させるもの、及びそれら両方を移動させるもののいずれであってもよい。また、第２の移動機構も第１の移動機構と同様に、パルスモータ等を用いた一般的な構造を有し得る。
【００６２】
なお、図３に示す装置２５には端子部材２８は２つのみ設けられているが、より多くの端子部材２８を設けてもよい。この場合、端子部材２８とモジュール１との相対移動の回数を減らすことができ、したがって、より短い時間で欠陥の修復を行うことができる。また、図３において一対の端子部材２８は別体として描かれているが一体化されていてもよい。
【００６３】
本発明の第２の実施形態によると、モジュール１の欠陥の修復は、例えば、上述した欠陥修復装置２５を用いて以下に示す方法により行われる。
【００６４】
まず、モジュール１を透明基板２が光源１７側を向くように支持部材２６で支持する。次に、第２の移動機構を用いて、モジュール１の隣り合う２つのセル１０が一対の端子部材２８の直下にそれぞれ位置するように位置合わせする。その後、第１の移動機構を用いて端子部材２８を降下させ、一対の端子部材２８を隣り合う２つ金属裏面電極層５にそれぞれ接触させる。
【００６５】
上述した第１及び第２の移動機構の動作が完了した後、フィルタ１８に対応して位置するセル１０に対して光源１７からフィルタ１８を介して光を照射するのとともに、電源３２から端子部材２８に電力を供給する。
【００６６】
ここで、上述したように、フィルタ１８を透過した光は薄膜光電変換ユニット４ｂが光電変換し得る光成分の殆どを除かれている。したがって、フィルタ１８に対応して位置するセル１０において、薄膜光電変換ユニット４ａでは光電変換が行われるのに対し、薄膜光電変換ユニット４ｂでは光電変換は殆ど起こらない。
【００６７】
また、上記の操作により端子部材２８に電力を供給すると、一対の端子部材２８と接触する２つのセル１０の一方において、透明前面電極層３と金属裏面電極層５との間に電圧が印加される。例えば、図１に示すモジュール１においては、図中右側のセル１０の透明前面電極層３と左側のセル１０の裏面金属電極層５とは電気的に接続されているため、右側のセル１０の金属裏面電極層５に印加する電圧の極性を正とし、左側のセル１０の金属裏面電極層５に印加する電圧の極性を負とすることにより、右側のセル１０の透明前面電極層３と裏面金属電極層５との間に図中下向きの電圧が逆バイアス電圧として印加される。
【００６８】
このように、光電変換が薄膜光電変換ユニット４ａのみで行われているセル１０に対して逆バイアス電圧を印加した場合、短絡部９と透明前面電極層３との間に介在する薄膜光電変換ユニット４ａが抵抗として振る舞うことはなく、薄膜光電変換ユニット４ｂに対し、その発電方向と同方向に、電源３２の起電力と薄膜光電変換ユニット４ａで生じた光起電力との和に相当する電圧を印加することができる。したがって、この電圧の大きさが薄膜光電変換ユニット４ｂの短絡部９を構成する金属材料を溶融除去するか或いは酸化するのに十分となるように電源３２の出力、光源１７の出力、或いはそれら両方を制御することにより、セル１０を破壊することなく薄膜光電変換ユニット４ａと金属裏面電極層５とを絶縁させることができる。
【００６９】
上述した方法によりセル１０の短絡部９を絶縁処理した後、第１の移動機構を用いて、一対の端子部材２８を上昇させ、それらを金属裏面電極層５から離間させる。次に、第２の移動機構を用いて、絶縁処理を実施していないセル１０が一対の端子部材２８の一方の直下に位置するように位置合わせする。さらに、第１の移動機構を用いて、一対の端子部材２８を下降させ、それらを隣り合う２つの金属裏面電極層５にそれぞれ接触させる。その後、上述した絶縁処理を実施する。
【００７０】
以上の処理を全てのセル１０に対して実施することにより、モジュール１の欠陥修復工程を完了する。なお、上述した絶縁処理は、薄膜光電変換ユニット４ｂに対して行ったが、フィルタ１８として、薄膜光電変換ユニット４ａが比較的高い効率で吸収する波長域の光成分を吸収し且つ薄膜光電変換ユニット４ｂが比較的高い効率で吸収する波長域の光成分を透過するものを用いれば、薄膜光電変換ユニット４ａに対して上述した絶縁処理を行うこともできる。また、上述した絶縁処理では欠陥の修復が行われる単一のセル１０にのみ光を照射したが、上記絶縁処理は、欠陥の修復が行われるセル１０を含む複数のセル１０に対して光を照射しつつ行ってもよい。
【００７１】
以上説明したように、本発明の第２の実施形態によると、あるセル１０の薄膜光電変換ユニット４ｂに形成された短絡部９の絶縁処理は、薄膜光電変換ユニット４ａにおいて光電変換が生じるように光を照射しつつそのセル１０に外部の電源３２から逆バイアス電圧を印加することにより行われる。すなわち、本発明の第２の実施形態によると、それぞれのセル１０が複数種の薄膜光電変換ユニットを積層してなるタンデム型構造を有する場合であっても、所望の薄膜光電変換ユニットに対して選択的に電圧を印加することができる。したがって、第２の実施形態によると、タンデム型構造を有するセル１０に対して短絡部９の絶縁処理を行うことが可能である。
【００７２】
なお、上述した第１及び第２の実施形態においては所望の光成分を得るためにフィルタ１８を用いたが、フィルタ１８を用いる代わりにそれぞれ異なる波長域の光成分を出力する複数種のＬＥＤ等を用いてもよい。また、第１及び第２の実施形態では、２つの薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂを積層したタンデム型構造を採用したが、薄膜光電変換ユニットの積層数に特に制限はない。例えば、透明基板２上に、５００ｎｍ程度の光成分を最も効率的に吸収するように薄く形成された非晶質シリコンからなる光電変換層を有する薄膜光電変換ユニット、６５０ｎｍ程度の光成分を最も効率的に吸収するように厚く形成された非晶質シリコンからなる光電変換層を有する薄膜光電変換ユニット、及び９００ｎｍ程度の光成分を最も効率的に吸収するように形成された非晶質のシリコンゲルマニウムからなる光電変換層を有する薄膜光電変換ユニット等を順次積層した３層のタンデム型構造を採用してもよい。
【００７３】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００７４】
（実施例１）
以下に示す方法により、図１に示す薄膜光電変換モジュール１を作製し、その後、図２に示す欠陥修復装置１５を用いてモジュール１の欠陥を修復した。
【００７５】
まず、一方の主面にＳｎＯ2膜３を有する９１０ｍｍ×４５０ｍｍのガラス基板を準備した。次に、ＹＡＧレーザを用いて基板１の長辺に平行にレーザスキャンすることにより、ＳｎＯ2膜３をスクライブして複数の帯状パターンに分割した。
【００７６】
その後、プラズマＣＶＤ法により、ＳｎＯ2膜３上に、厚さ１０ｎｍのｐ型非晶質シリコンカーバイド層、厚さ１５０ｎｍのノンドープの非晶質シリコン層、及び厚さ１０ｎｍのｎ型非晶質シリコン層を順次成膜して第１の薄膜光電変換ユニット４ａを形成した。さらに引き続き、この第１の薄膜光電変換ユニット４ａの上に、厚さ１０ｎｍのｐ型非晶質シリコン層、厚さ１５０ｎｍのノンドープの非晶質シリコンゲルマニウム層、及び厚さ１０ｎｍのｎ型非晶質シリコン層を順次成膜して第２の薄膜光電変換ユニット４ｂを形成した。すなわち、第１の薄膜光電変換ユニット４ａと第２の薄膜光電変換ユニット４ｂとを積層してなるタンデム型の薄膜光電変換ユニット４を形成した。
【００７７】
次に、ＹＡＧレーザを用いて基板１の長辺に平行にレーザスキャンすることにより、これら薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂのスクライブを行い、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂを複数の帯状パターンに分割した。
【００７８】
次に、薄膜光電変換ユニット４ｂ上に、スパッタ法により、厚さ９０ｎｍのＺｎＯ膜（図示せず）及び厚さ３００ｎｍのＡｇ膜５を順次成膜して裏面電極層を形成した。この裏面電極層についても、同様に、ＹＡＧレーザを用いたレーザスクライブを行い、複数の帯状パターンに分割した。
【００７９】
続いて、ＹＡＧレーザを用いて基板２の短辺に平行にレーザスクライブを行い、ＳｎＯ2膜３、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ、及び裏面電極層をそれぞれ基板２の長辺方向に分割した。その後、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブにより発電領域を確定した。以上のようにして、それぞれ８９０ｍｍ×９ｍｍのサイズを有し且つ基板２の短辺に平行な方向に直列接続された５０段の薄膜光電変換セル１０を形成した。
【００８０】
さらに、セル１０が形成する直列アレイの両端部に一対の電極バスバー１１を設けることにより、図１に示すモジュール１を得た。
【００８１】
以上説明した方法で１０枚のモジュール１を製造し、それぞれについて、光源としてキセノンランプを用いた放射照度１００ｍＷ／ｃｍ2、ＡＭ１．５のソーラーシュミレータにより出力特性を調べた。なお、測定温度は２５℃とした。その結果、モジュール１の最大出力は平均で２７Ｗであり、Ｆ．Ｆ．は平均で５１％であった。
【００８２】
次に、これらモジュール１のそれぞれに対し、図２に示す装置１５を用いて上述した欠陥修復処理を施した。なお、本実施例では、光源１７としてはキセノンランプを用い、放射照度は１００ｍＷ／ｃｍ2とした。また、負荷１９としては出力を可変な直流電源を用い、各セル１０に印加される逆バイアス電圧が４〜１０Ｖ程度となるように制御した。また、フィルタ１８としては赤色フィルタと緑色フィルタとを用い、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂの双方について欠陥修復処理を施した。
【００８３】
以上の条件で薄膜光電変換ユニットについて０．５秒間づつ欠陥修復工程を実施し、その後、上記条件下でモジュール１の出力特性を調べた。その結果、モジュール１の平均出力は３７Ｗにまで向上し、Ｆ．Ｆ．も平均で７０％にまで向上した。
【００８４】
（実施例２）
以下に示す方法により、図１に示す薄膜光電変換モジュール１を作製し、その後、図３に示す欠陥修復装置２５を用いてモジュール１の欠陥を修復した。
【００８５】
まず、実施例１に示したのと同様の方法により図１に示す薄膜光電変換モジュール１を１０枚製造し、それぞれについて出力特性を調べた。なお、測定条件は実施例１と同条件とした。その結果、モジュール１の最大出力は平均で２７Ｗであり、Ｆ．Ｆ．は平均で５１％であった。
【００８６】
次に、これらモジュール１のそれぞれに対し、図３に示す装置２５を用いて上述した欠陥修復処理を施した。なお、本実施例では、光源１７としてはキセノンランプを用い、放射照度は１００ｍＷ／ｃｍ2とした。また、電源３２としては出力を可変な直流電源を用い、各セル１０に印加される逆バイアス電圧が４〜１０Ｖ程度となるように制御した。また、フィルタ１８としては赤色フィルタと緑色フィルタとを用い、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂの双方について欠陥修復処理を施した。
【００８７】
以上の条件で薄膜光電変換ユニットについて０．５秒間づつ欠陥修復工程を実施し、その後、上記条件下でモジュール１の出力特性を調べた。その結果、モジュール１の平均出力は３８Ｗにまで向上し、Ｆ．Ｆ．も平均で７２％にまで向上した。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、タンデム型構造を形成する複数の薄膜光電変換ユニットの吸収波長がそれぞれ異なることを利用して、これら薄膜光電変換ユニットの１つにおける光起電力が他の薄膜光電変換ユニットにおける光起電力に比べて低くなるように光照射が行われ、それと同時に、その薄膜光電変換セルに逆バイアス電圧が印加される。そのため、上記他の薄膜光電変換ユニットが抵抗として振る舞うことがない。したがって、本発明によると、薄膜光電変換セルを破壊することなく、上記薄膜光電変換ユニットの１つに対して選択的に逆バイアス処理を行うことが可能である。
【００８９】
すなわち、本発明によると、タンデム型構造を有し且つモジュール出力が十分に向上された薄膜光電変換モジュールを製造することを可能とする薄膜光電変換モジュールの欠陥修復方法及び薄膜光電変換モジュールの製造方法が提供される。また、本発明によると、タンデム型構造を有する薄膜光電変換セルに対して短絡部の絶縁処理を行うことが可能な薄膜光電変換モジュールの欠陥修復方法及び薄膜光電変換モジュールの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態に係る欠陥修復工程を実施する前の薄膜光電変換モジュールを概略的に示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る薄膜光電変換モジュールの欠陥修復装置を概略的に示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る薄膜光電変換モジュールの欠陥修復装置を概略的に示す図。
【符号の説明】
１…薄膜光電変換モジュール
２…透明基板
３…透明前面電極層
４…薄膜光電変換ユニット
５…裏面金属電極層
６〜８…溝
９…ピンホールまたは短絡部
１０…薄膜光電変換セル
１１…電極バスバー
１５，２５…欠陥修復装置
１６，２６…支持部材
１７…光源
１８…フィルタ
１９…負荷
２０…電流計
２８…端子部材
３０，３１…矢印
３２…電源
【図１】
0004272320.tif 000002
【図２】
0004272320.tif 000003
【図３】
0004272320.tif 000004