(57)【要約】【課題】高い変換効率を有する光電変換装置を、生産性を向上させて製造する方法を提供する。【解決手段】減圧環境とされる製膜室内に設置された基板を加熱手段によって加熱した状態にし、前記製膜室内に原料ガスを供給し、前記基板に対向して配置された放電電極に対して給電することにより前記基板へ結晶質シリコンからなるｎ層を製膜するｎ層形成工程を含む光電変換装置の製造方法であって、前記ｎ層形成工程が、前記製膜室内の圧力を５００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、かつ、前記基板と前記放電電極との距離を６ｍｍ以上１２ｍｍ以下に設定して前記ｎ層を製膜する工程である光電変換装置の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧環境とされる製膜室内に設置された基板を加熱手段によって加熱した状態にし、前記製膜室内に原料ガスを供給し、前記基板に対向して配置された放電電極に対して給電することにより前記基板へ結晶質シリコンからなるｎ層を製膜するｎ層形成工程を含む光電変換装置の製造方法であって、
前記ｎ層形成工程が、前記製膜室内の圧力を５００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、かつ、前記基板と前記放電電極との距離を６ｍｍ以上１２ｍｍ以下に設定して前記ｎ層を製膜する工程である光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記ｎ層を、０．３ｎｍ／ｓｅｃ以上の製膜速度で製膜する請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記ｎ層のラマン比が、３．５以上となるように前記ｎ層を製膜する請求項１または請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記ｎ層の膜厚分布が、２０％以下となるように前記ｎ層を製膜する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項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ｎ層形成工程の直前に初期ｎ層形成工程を含み、
前記初期ｎ層形成工程が、前記製膜室内の圧力を５００Ｐａ未満、かつ、前記基板と前記放電電極との距離を６ｍｍ以上１２ｍｍ以下に設定して前記初期ｎ層を製膜する工程である光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
前記初期ｎ層の膜厚が、５ｎｍ以上、かつ、前記ｎ層と前記初期ｎ層の合計膜厚の１／２以下となるように製膜する請求項５に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
基板上に少なくとも透明導電膜と、１以上の光電変換層と、裏面電極層とを有する薄膜光電変換装置であって、前記光電変換層が少なくともｎ層を有し、該ｎ層が、ラマン比が３．５以上、膜厚分布が２０％以下の結晶質シリコン層である薄膜光電変換装置。
【請求項８】
基板上に少なくとも透明導電膜と、１以上の光電変換層と、裏面電極層とを有する薄膜光電変換装置であって、前記光電変換層が少なくとも初期ｎ層とｎ層との積層体を有し、前記ｎ層が、ラマン比が３．５以上、膜厚分布が２０％以下の結晶質シリコン層であり、前記初期ｎ層が、ラマン比が３．５未満のシリコン層である薄膜光電変換装置。
【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し、特に、発電層としてシリコンを用いる太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を受光して電力に変換する光電変換装置として、太陽電池が知られている。太陽電池の中でも、例えば発電層（光電変換層）に薄膜シリコン系の層を積層させた薄膜系太陽電池は、結晶系太陽電池と比較して、シリコンの材料費を抑制できる、大面積基板に対して製膜でき大面積の製品を得ることができる、夏場等の高温環境下でも高出力が得られる、といった利点から注目を集めている。
【０００３】
上記の薄膜系太陽電池として、光電変換層にアモルファスシリコン系（非晶質シリコン系）の層を用いた薄膜系太陽電池が知られており、光電変換層として、例えばアモルファスシリコンからなるｐ層、ｉ層、ｎ層が基板上に順次積層されている。また、近年では、アモルファスシリコン系の光電変換層において、ｎ層を微結晶シリコン層とすることが検討されている。ｎ層を微結晶シリコン層とするとｎ層の結晶化率（ラマン比）が大きくなるので、短絡電流が低下するとともに、透過率が高くなり光損失が低下する。また、ｎ層とｉ層の界面の電気的特性が改善される。これにより、電池性能を向上させることができる。
【０００４】
近年、薄膜系太陽電池の製造コスト低減が望まれ、生産性増大のために光電変換層の製膜速度を上げることが課題となっている。特に、膜厚が大きいｉ層の高速製膜について種々の検討がなされている。例えば、特許文献１には、微結晶シリコンからなるｉ層を、基板電極間距離８ｍｍ以下、製膜圧力６００Ｐａから２０００Ｐａにて製膜することにより、製膜速度２ｎｍ／ｓｅｃが得られることが開示されている。
【０００５】
アモルファスシリコンからなるｉ層についても、複数の製膜室を設けてｉ層を製膜することや、ｉ層の製膜ラインを長くして製膜を行うことによって生産性を増大させることが検討されている。
【特許文献１】特開２００６−２１６９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、ｉ層の高速製膜に関しては多くの検討がなされているが、ｐ層及びｎ層に関しては、ｉ層と比較して膜厚が小さいため高速製膜に関してほとんど検討されてこなかった。
【０００７】
また、ｐ層及びｎ層には不純物元素をドーピングするため、高速製膜を実現することが困難とされていた。その原因は、シリコンに対しボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）などの元素をドーピングすると結晶性が低下するので、高結晶性のｐ層及びｎ層を得るためには水素希釈を５０倍から１００倍程度に高水素希釈率とする必要があり、シリコン膜の原料となるシラン（ＳｉＨ４）ガス濃度が低下するために製膜速度が小さくなり、得られるｐ層及びｎ層の膜厚分布が悪くなるためである。また、例えばｉ層上にｎ層を製膜する場合は、ｎ層を高速で製膜すると、ドーピング元素がｉ層に拡散して界面特性が低下し、太陽電池の変換効率の低下が発生する。このため、低圧力かつ低速でｐ層及びｎ層を製膜することが一般的となっていた。
【０００８】
従って、例えばｉ層製膜室を複数設けて生産性向上を試みても、ｐ層及びｎ層の製膜速度が０．２ｎｍ／ｓｅｃ以下と非常に小さいため、ｐ層及びｎ層の製膜が律速となり、全体として生産性を大幅に向上させることはできなかった。太陽電池の生産性を増大させるためには、ｐ層形成工程及びｎ層形成工程のタクトタイムを短縮させる必要がある。例えば、タクトタイム３分とすると、製膜時間は１００秒以下とすることが望ましい。製膜時間１００秒以内に所望の膜厚、例えば膜厚３０ｎｍを製膜するのに、製膜速度は０．３０ｎｍ／ｓｅｃ以上である必要がある。
【０００９】
このように、ｐ層及びｎ層の製膜速度を増大する必要性が生じている。例えば、特許文献１に開示される微結晶シリコンｉ層の製膜条件と同じ条件を適用してｎ層を製膜すると、製膜速度を増大させ、膜厚分布を良好とすることが可能である。しかし、得られたｎ層は結晶性が低く、変換効率は大幅に低下してしまう。水素流量を増大して高水素希釈率とすることで高結晶性を得ることができるが、そのときにはＳｉＨ４原料ガス濃度が低下するために製膜速度が低下し、膜厚分布が悪化してしまう。また、ＲＦパワーを増大して製膜速度と結晶性を両立させると、ドーピング元素が下層に拡散して界面特性が悪化するため、変換効率が大幅に低下してしまう。このように、従来は、ｎ層の高速製膜と電池性能向上とを両立させることができなかった。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、高結晶性のｎ層を高速で製膜することによって、高い変換効率を有する光電変換装置を、生産性を向上させて製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、減圧環境とされる製膜室内に設置された基板を加熱手段によって加熱した状態にし、前記製膜室内に原料ガスを供給し、前記基板に対向して配置された放電電極に対して給電することにより前記基板へ結晶質シリコンからなるｎ層を製膜するｎ層形成工程を含む光電変換装置の製造方法であって、前記ｎ層形成工程が、前記製膜室内の圧力を５００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、かつ、前記基板と前記放電電極との距離を６ｍｍ以上１２ｍｍ以下に設定して前記ｎ層を製膜する工程である光電変換装置の製造方法を提供する。
【００１２】
製膜圧力を高くする程プラズマ中の原料ガス密度が増加するので、製膜速度を増大させても結晶性の高い結晶質シリコンｎ層を製膜することが可能となる。しかし、製膜圧力が１０００Ｐａを超えると、プラズマが局在化して結晶質シリコンｎ層の膜厚分布が悪化する。また、水素ラジカルが原料ガスと衝突してエネルギーが低下し、ｎ層の結晶性が低下する。製膜室内の圧力を５００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下とすることで、ｎ層の製膜速度を増大でき、結晶性が高く膜厚分布が良好な結晶質シリコンｎ層を製膜できる。
【００１３】
基板と放電電極との距離を６ｍｍ未満とすると、プラズマ領域が狭くなりプラズマ量が減少するので、製膜速度が小さくなる。さらに、基板と放電電極との距離の面内での偏差が大きくなり、面内での製膜速度のばらつきが大きくなるので、膜厚分布が悪化する。一方、基板と放電電極との距離を１２ｍｍより大きくすると、プラズマが基板及び電極近傍に限定され、製膜速度が低下する。基板と放電電極との距離を６ｍｍ以上１２ｍｍ以下とすることにより、膜厚分布の良好な結晶質シリコンｎ層を高速で製膜することが可能となる。
【００１４】
上記発明において、前記ｎ層の製膜速度が、０．３ｎｍ／ｓｅｃ以上であることが好ましい。上記製膜速度でｎ層を形成することにより、ｎ層製膜工程に要するタクトタイムを短縮し、生産性を増大させることができる。
【００１５】
上記発明において、前記ｎ層のラマン比が、３．５以上となるように前記ｎ層を製膜することが好ましい。ｎ層のラマン比が３．５以上であれば、高変換効率の光電変換装置を得ることができる。なお、ラマン比とは、ラマン分光法による測定で５２０ｃｍ−１の結晶性シリコンのピーク強度と４８０ｃｍ−１のアモルファスシリコンのピーク強度の比（結晶性シリコンのピーク強度／アモルファスシリコンのピーク強度）を言う。
【００１６】
上記発明において、前記ｎ層の膜厚分布が、２０％以下となるように前記ｎ層を製膜することが好ましい。量産工程において、大面積基板に対しても良好な膜厚分布で製膜できるので、高品質の光電変換装置を高い歩留まりで生産することが可能となる。
【００１７】
また、上記の光電変換装置の製造方法は、前記ｎ層形成工程の直前に初期ｎ層形成工程を含み、前記初期ｎ層形成工程が、前記製膜室内の圧力を５００Ｐａ未満、かつ、前記基板と前記放電電極との距離を６ｍｍ以上１２ｍｍ以下に設定して前記初期ｎ層を製膜する工程である光電変換装置の製造方法とすることもできる。
【００１８】
製膜圧力が低い条件では製膜速度は小さくなるが、ドーピング元素の拡散による界面電気特性の悪化を抑制することができる。このように、基板上に圧力５００Ｐａ未満で初期ｎ層を製膜し、次いで上記のｎ層を製膜すれば、界面特性の低下を防止し、光電変換装置の変換効率を向上させ、更に製膜に要する時間を短縮して生産効率を向上させることが可能となる。
【００１９】
この場合、前記初期ｎ層の膜厚が、５ｎｍ以上、かつ、前記ｎ層と前記初期ｎ層の合計膜厚の１／２以下となるように製膜することが好ましい。
【００２０】
初期ｎ層の膜厚が５ｎｍ未満であると、製膜に要する時間は短くなるが、初期ｎ層による界面特性低下の抑制効果が得られない。一方、初期ｎ層が厚い場合は、製膜時間は長くなり、生産効率が低下する。初期ｎ層の膜厚を、５ｎｍ以上、かつ、ｎ層と初期ｎ層の合計膜厚の１／２以下となるように製膜すれば、界面特性を良好にして変換効率を向上させるとともに、ｎ層製膜のタクトタイムを短縮して光電変換装置の生産性をさらに向上させることができる。
【００２１】
本発明は、基板上に少なくとも透明導電膜と、１以上の光電変換層と、裏面電極層とを有する薄膜光電変換装置であって、前記光電変換層が少なくともｎ層を有し、該ｎ層が、ラマン比が３．５以上、膜厚分布が２０％以下の結晶質シリコン層である薄膜光電変換装置を提供する。
上記構成の光電変換装置は、ｎ層の結晶性が高く面内の膜厚分布が良好であるため、高い変換効率を有する光電変換装置となる。
【００２２】
また、本発明は、基板上に少なくとも透明導電膜と、１以上の光電変換層と、裏面電極層とを有する薄膜光電変換装置であって、前記光電変換層が少なくとも初期ｎ層とｎ層との積層体を有し、前記ｎ層が、ラマン比が３．５以上、膜厚分布が２０％以下の結晶質シリコン層であり、前記初期ｎ層が、ラマン比が３．５未満のシリコン層である薄膜光電変換装置を提供する。
上記構成の光電変換装置は、ｎ層の結晶性が高く面内の膜厚分布が良好であり、初期ｎ層により界面の電気特性が改善されているために、より高い変換効率を有する光電変換装置となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、結晶性が高く面内の膜厚分布が良好な結晶質シリコンｎ層を、従来よりも高速にて製膜することが可能となる。これにより、高効率の光電変換装置を、生産性を増大させて製造することができる。また、低圧力にて初期ｎ層を製膜して界面特性を向上させることにより、高い変換効率を有する光電変換装置を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置の製造方法について説明する。
図１は、本実施形態の製造方法により製造される光電変換装置の構成を示す概略図である。図１は、光電変換装置１００は、シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、光電変換層３、裏面電極層４を備える。光電変換層３は、太陽光の入射する側から順に、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層及びｉ層、結晶質シリコン薄膜からなるｎ層を積層して構成される。なお、ここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。また、結晶質シリコンとは、アモルファスシリコンすなわち非晶質シリコン以外のシリコンを意味するものであり、微結晶シリコンや多結晶シリコンも含まれる。
【００２５】
次に、第１の実施形態の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する工程を図２から図５を用いて説明する。
【００２６】
（１）図２（ａ）
基板１としてソーダフロートガラス基板（１辺が１ｍ以上、例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３ｍｍ〜４ｍｍ）を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやＲ面取り加工されていることが望ましい。
【００２７】
（２）図２（ｂ）
透明電極層２として酸化錫（ＳｎＯ２）を主成分とする膜厚約５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の透明電極膜を、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。この際、透明電極膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明電極層２として、透明電極膜に加えて、基板１と透明電極膜との間にアルカリバリア膜（図示されず）を形成しても良い。アルカリバリア膜は、膜厚５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。
【００２８】
（３）図２（ｃ）
その後、基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、図の矢印に示すように、透明電極層の層面側から入射する。加工速度が適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セルの直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板１とレーザー光を相対移動して、溝１０を形成するように幅約６ｍｍから１５ｍｍの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
【００２９】
（４）図２（ｄ）
ＲＦプラズマＣＶＤ装置により、透明電極層２上に太陽光の入射する側からｐ層膜、ｉ層膜、ｎ層膜の順で積層して、光電変換層３を形成する。
まず、ｐ層製膜室に原料ガスとしてＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス、Ｂ２Ｈ６ガス、及びＣＨ４ガスを導入し、製膜圧力：３０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、周波数：４０〜１００ＭＨｚにて、膜厚が８ｎｍ以上３０ｎｍ以下のアモルファスのＢドープＳｉ膜を製膜する。
【００３０】
次に、ｉ層製膜室に原料ガスとしてＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを導入し、製膜圧力：３０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、基板温度：約２２０℃、周波数：４０〜１００ＭＨｚにて、膜厚が２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下のアモルファスのＳｉ膜を製膜する。
なお、ｐ層膜とｉ層膜の間には界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
【００３１】
次に、結晶質シリコンからなるｎ層を製膜する。アモルファスシリコン系太陽電池において、ｎ層を結晶質シリコン層とすると、短絡電流が低下し、透過率が高くなり光損失が低下するので、電池性能を向上させることができる。
【００３２】
ｎ層製膜室の放電電極として、例えば図６に示す電極を用いる。図６の電極は、複数の放電電極６０が基板６１の製膜面に略平行（紙面奥行き方向）に延在する。各放電電極６０の基板６１と対向する面に、放電電極の延在方向に沿って溝が形成される。すなわち、放電電極６０の延在方向に垂直な断面の形状は、基板６１面側に開放したコ字状となっている。放電電極の基端部内部には、原料ガスが流動するガス流路６２が配設され、原料ガスが基板６１に向かって略均一に放出されるようになっている。本実施形態において、基板と放電電極との距離ｄは、６ｍｍ以上１２ｍｍ以下、好ましくは８ｍｍ以上１０ｍｍ、に設定される。これにより、基板と放電電極との間の空間全体において高密度でプラズマを維持できるので、製膜速度が大きくなる。また、基板と放電電極との距離ｄの面内でのばらつきを低減し、膜厚分布を小さくすることができる。
【００３３】
ｎ層製膜室に、原料ガスとしてＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス、及びＰＨ３ガスを導入し、製膜圧力：５００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、好ましくは５００Ｐａ以上８００Ｐａ以下に調整する。基板温度：約１８０℃、周波数：４０〜１００ＭＨｚとし、製膜速度：０．３ｎｍ／ｓｅｃ以上にて、膜厚が２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の結晶質シリコンからなるｎ層を製膜する。
【００３４】
基板と放電電極との距離ｄを６ｍｍ以上１２ｍｍ以下、製膜圧力を５００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下として製膜を行うことにより、原料ガスの密度を増加させ、かつ均一なプラズマを発生させることができる。これにより、製膜速度０．３ｎｍ／ｓｅｃ以上の高速製膜を達成することができ、上記条件で製膜したｎ層は、面内の膜厚分布が２０％以下と良好な膜厚分布を有するｎ層となる。また、ラマン比は、水素ラジカルと原料ガスとの衝突を抑制することができるため、ラマン比３．５以上の高結晶性のｎ層を製膜することができる。
【００３５】
（５）図２（ｅ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、光電変換層３の膜面側から入射する。パルス発振：１０ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの約１００μｍから１５０μｍの横側を、溝１１を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板１側から入射しても良い。この場合は光電変換層３で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用できるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め交差を考慮して選定する。
【００３６】
（６）図３（ａ）
裏面電極層４としてＡｇ膜／Ｔｉ膜をスパッタリング装置により減圧雰囲気、約１５０℃にて順次製膜する。本実施形態では、裏面電極層４はＡｇ膜：２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜：１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下をこの順に積層させたものとされる。光電変換層３のｎ層と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層３と裏面電極層４との間にＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を膜厚：５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、スパッタリング装置により製膜して設けても良い。また、Ｔｉ膜に変えてＡｌ膜：２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下としてもよい。ＴｉをＡｌとすることで、防食効果を保持しつつ、材料コストを低減することが可能となる。
【００３７】
（７）図３（ｂ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、基板１側から入射する。レーザー光が光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの約２５０μｍから４００μｍの横側を、溝１２を形成するようにレーザーエッチングする。
【００３８】
（８）図３（ｃ）
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、基板１側から入射する。レーザー光が透明電極層２と光電変換層３とで吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２が除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板１の端部から５ｍｍから２０ｍｍの位置を、図３（ｃ）に示すように、Ｘ方向絶縁溝１５を形成するようにレーザーエッチングする。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
【００３９】
絶縁溝１５は基板１の端より５ｍｍから１０ｍｍの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール６内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。
【００４０】
尚、以上までの工程におけるレーザー光はＹＡＧレーザーとしているが、ＹＶＯ４レーザーやファイバーレーザーなどが同様に使用できるものがある。
【００４１】
（９）図４（ａ）
後工程のＥＶＡ等を介したバックシート２４との健在な接着・シール面を確保するために、基板１周辺（周囲領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、積層膜を除去する。基板１の端から５ｍｍから２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり、Ｘ方向は前述の図３（ｃ）工程で設けた絶縁溝１５よりも基板端側において、Ｙ方向は基板端側部付近の溝１０よりも基板端側において、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。研磨屑や砥粒は基板１を洗浄処理して除去する。
【００４２】
（１０）図４（ｂ）
端子箱取付け部分はバックシート２４に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層を設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
【００４３】
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セルと、他方端部の太陽電池発電セルとから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
【００４４】
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール６の全体を覆い、基板１からはみ出さないようにＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等による接着充填材シートを配置する。
【００４５】
ＥＶＡの上に、防水効果の高いバックシート２４を設置する。バックシート２４は本実施形態では防水防湿効果が高いようにＰＥＴシート／ＡＬ箔／ＰＥＴシートの３層構造よりなる。
【００４６】
バックシート２４までを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約１５０℃から１６０℃でプレスしながら、ＥＶＡを架橋させて密着させる。
【００４７】
（１１）図５（ａ）
太陽電池モジュール６の裏側に端子箱２３を接着剤で取付ける。
【００４８】
（１２）図５（ｂ）
銅箔と端子箱２３の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱内部を封止剤（ポッティング剤）で充填して密閉する。これで太陽電池パネル５０が完成する。
【００４９】
（１３）図５（ｃ）
図５（ｂ）までの工程で形成された太陽電池パネル５０について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、ＡＭ１．５、全天日射基準太陽光（１０００Ｗ／ｍ２）のソーラシミュレータを用いて行う。
【００５０】
（１４）図５（ｄ）
発電検査（図５（ｃ））に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
【００５１】
上記実施形態により、高結晶性のシリコンｎ層を従来よりも高速で製膜することが可能となるため、高効率の太陽電池モジュールを、ｎ層製膜工程に要するタクトタイムを短縮して高い生産性で製造することができる。また、上記実施形態により、大面積の基板に対してもｎ層の膜厚を均一に製膜できるので、高い発電性能を有する光電変換装置を高歩留まりで生産することができる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態に係る光電変換装置の製造方法を説明する。
本実施形態では、第１の実施形態における光電変換層のｉ層とｎ層との間に、初期ｎ層を形成して、初期ｎ層とｎ層との積層体を形成する。この場合、製膜のタクトタイムを考慮すると、初期ｎ層の形成と後段のｎ層の形成は、同一の製膜室で行われることが好ましい。
【００５３】
以下に、第２の実施形態における初期ｎ層形成工程及びｎ層形成工程を説明する。
ｎ層製膜室の放電電極として、例えば図６に示す電極を用い、基板と放電電極との距離ｄを、６ｍｍ以上１２ｍｍ以下に設定する。ｎ層製膜室に、原料ガスとしてＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス、及びＰＨ３ガスを導入し、製膜圧力：５００Ｐａ未満に調整する。基板温度：約１８０℃、周波数：４０〜１００ＭＨｚとし、初期ｎ層を製膜する。初期ｎ層の膜厚は、５ｎｍ以上、かつ、ｎ層と初期ｎ層の合計膜厚の１／２以下とすることが好ましい。
【００５４】
次いで、ＲＦプラズマを生成した状態で原料ガス流量を増加させ、製膜圧力：５００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、好ましくは５００Ｐａ以上８００Ｐａ以下に調整し、第１の実施形態と同様にしてｎ層を製膜する。この場合、初期ｎ層とｎ層とを連続的に製膜するので、タクトタイムを短縮できる。あるいは、初期ｎ層製膜後に一旦プラズマを消滅させ、圧力を変更し安定した状態に達した後に再度プラズマを生成してｎ層を製膜しても良い。
【００５５】
製膜圧力を高くしてｎ層の製膜速度を上げると、ｎ層中のドーピング元素（Ｐ）が下層のｉ層に拡散し、ｎ層とｉ層の界面特性が悪化する。一方、製膜圧力５００Ｐａ未満と低い場合は、ラマン比が３．５未満と結晶性が低くなり、製膜速度が遅くなるが、ｉ層へのドーピング元素の拡散が発生せず、界面特性が向上する。第２の実施形態のように、膜厚が５ｎｍ以上かつｎ層と初期ｎ層の合計膜厚の１／２以下である初期ｎ層を低速で形成し、次いで初期ｎ層上に高速でｎ層を形成すれば、製膜に要する時間を大幅に増加させることなく、界面特性を向上させることができる。これにより、高い変換効率の太陽電池モジュールが得られ、生産性も向上させることができる。
【００５６】
なお、上記実施形態では、単層型のアモルファスシリコン太陽電池を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の光電変換装置の製造方法は、微結晶シリコン太陽電池、タンデム型太陽電池、トリプル型太陽電池などにも適用することができる。
また、上記実施形態は、基板にｐ層、ｉ層、ｎ層の順に形成し、ｐ層側から光照射する太陽電池について説明したが、導電性基板にｎ層、ｉ層、ｐ層の順に形成しても良く、また、ｎ層側から光が照射されても良い。ｎ層が高速製膜できることにより生産性が向上し、ｎ層のラマン比が高くなることにより、ｎ層での光吸収損失が低減して発電性能を向上させることができる。また、初期ｎ層を形成することにより、界面特性を向上でき発電性能の低下を抑制できる。
さらに、本発明は、結晶系半導体基板上にプラズマＣＶＤにより結晶質シリコンｎ層を形成する太陽電池にも適用可能である。
【００５７】
以下、本発明の実施例について説明する。
〔実施例１〕
ＲＦプラズマＣＶＤ装置の放電電極として図６に示す放電電極を用い、基板と放電電極との距離ｄをそれぞれ、５ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍに設定した。
【００５８】
原料ガスを、製膜圧力：２００Ｐａから１２００Ｐａの範囲となるように、流量比ＳｉＨ４：Ｈ２：ＰＨ３＝１：１００：０．００５にてｎ層製膜室に供給した。基板温度を１８０℃に設定し、６０ＭＨｚ、５ｋＷの高周波を印加してプラズマを生成し、ソーダフロートガラス基板（１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：４ｍｍ）上に、膜厚１２０ｎｍが得られる製膜時間にてｎ型シリコン膜を製膜した。
【００５９】
製膜後の基板について、分光エリプソメトリ法を用い、面内の１８９点の膜厚を計測し、平均膜厚と膜厚分布を測定した。ここで、膜厚分布は、｛（最大値）−（最小値）｝／｛２×（平均値）｝とした。
【００６０】
製膜後の基板を分割し、面内の２５点のラマン比を測定した。測定用光としてＹＡＧレーザーの第２高調波（波長５３２ｎｍ）を用いた。測定用光を膜面側から入射し、ラマン散乱光を検出し、ラマン散乱スペクトルから５２０ｃｍ−１の結晶性シリコンのピーク強度と４８０ｃｍ−１のアモルファスシリコンのピーク強度の比を得た。
【００６１】
図７に、ｎ層の製膜圧力と製膜速度の関係を示す。同図において、横軸は製膜圧力、縦軸は製膜速度である。製膜圧力が高くなるほど、製膜速度が大きくなる傾向が見られた。いずれの基板電極間距離ｄにおいても、製膜圧力が５００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下で製膜速度が０．３ｎｍ／ｓｅｃ以上となった。
【００６２】
図８に、製膜圧力と膜厚分布の関係を示す。同図において、横軸は製膜圧力、縦軸は膜厚分布である。いずれの基板電極間距離ｄにおいても、製膜圧力１０００Ｐａ以下で膜厚分布が２０％以下となった。１０００Ｐａを超えると、膜厚分布が２０％を超え、面内での膜厚のばらつきが大きくなる傾向が見られた。
【００６３】
図９に、製膜圧力とラマン比の関係を示す。同図において、横軸は製膜圧力、縦軸はラマン比である。製膜圧力が低いとラマン比が３．５以上となり、結晶性の高いシリコン膜が得られた。製膜圧力１２００Ｐａでは、ラマン比が３．５以下となり、結晶性が低下する。
【００６４】
〔実施例２〕
ＲＦプラズマＣＶＤ装置の放電電極として図６に示す放電電極を用い、基板と放電電極との距離ｄを５ｍｍから１５ｍｍの範囲で変更してｎ層を製膜した。実施例２では、製膜圧力を７００Ｐａまたは１０００Ｐａとし、その他の製膜条件および測定条件は実施例１と同じとした。
【００６５】
図１０は、横軸を基板電極間距離、縦軸を製膜速度としたグラフである。図１１は、横軸を基板電極間距離、縦軸を膜厚分布としたグラフである。図１２は、横軸を基板電極間距離、縦軸をラマン比としたグラフである。
【００６６】
基板電極間距離を６ｍｍ以上１２ｍｍ以下とした場合に、ラマン比３．５以上の高結晶性シリコン膜を高速（０．３ｎｍ／ｓｅｃ以上）にて製膜することができた。基板電極間距離５ｍｍの場合は非常に膜厚分布が悪かったが、６ｍｍ以上１２ｍｍ以下とした場合は、良好な膜厚分布となった。
【００６７】
実施例１及び実施例２の結果より、製膜圧力５００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、基板電極間距離６ｍｍ以上１２ｍｍ以下にてｎ層を製膜することにより、ｎ層の製膜速度を増大させることができ、結晶性が高く膜厚分布が良好なｎ層を得ることができた。
【００６８】
〔実施例３〕
第１の実施形態に記載の工程により、太陽電池モジュールを作製した。光電変換層としてのｐ層、ｉ層及びｎ層、裏面電極層の形成条件は以下のとおりである。
【００６９】
ｐ層製膜室に、原料ガスを流量比ＳｉＨ４：Ｈ２：Ｂ２Ｈ６（水素ベースの濃度０．５％）:ＣＨ４＝０．２：４．８：０．８：１．０で供給し、製膜圧力１４０Ｐａとした。基板温度を２００℃に設定した。６０ＭＨｚ、５ｋＷの高周波を印加してプラズマを生成し、ｐ層として膜厚８ｎｍのｐ型アモルファスシリコン膜を製膜した。その後、膜厚５ｎｍのバッファー層を製膜した。
【００７０】
ｉ層製膜室に、原料ガスを流量比ＳｉＨ４：Ｈ２＝１：３で供給し、製膜圧力２００Ｐａとした。基板温度を２２０℃に設定し、６０ＭＨｚ、５ｋＷの高周波を印加してプラズマを生成し、ｉ層として膜厚２５０ｎｍのｉ型アモルファスシリコン膜を製膜した。
【００７１】
ｎ層として、ＲＦプラズマＣＶＤ装置の基板電極間距離を８ｍｍに設定し、実施例１と同様の条件にて、膜厚３０ｎｍのｎ型シリコン膜を製膜した。
【００７２】
その後、ｎ層上に、膜厚６０ｎｍのＧＺＯ膜、裏面電極層として膜厚２５０ｎｍのＡｇ膜、膜厚１５ｎｍのＴｉ膜を順次積層した。
【００７３】
図１３に、横軸を製膜圧力、縦軸を太陽電池モジュールの変換効率としたグラフを示す。製膜圧力４００Ｐａから５００Ｐａの範囲において、９．７〜９．８％と高い変換効率が得られた。しかし、製膜圧力５００Ｐａ未満とした場合、図７に示すようにｎ層の製膜速度が遅いため、タクトタイムが増加し太陽電池モジュールの生産性を増大させることはできない。製膜圧力が高くなると変換効率が低下する傾向が見られたが、１０００Ｐａ以下で変換効率８．５％以上となった。
【００７４】
図９と図１３と比較すると、太陽電池モジュールの変換効率とｎ層のラマン比とに良い相関が見られる。従って、基板電極間距離が６ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍの場合でも、高ラマン比が得られる製膜圧力１０００Ｐａ以下において、高い変換効率が得られる。
【００７５】
〔実施例４〕
第１の実施形態に記載の工程により、太陽電池モジュールを作製した。光電変換層としてのｐ層及びｉ層、裏面電極層の形成条件は実施例３と同じである。ｎ層は、製膜圧力を７００Ｐａとし、その他の製膜条件は実施例２と同じ条件にて、膜厚３０ｎｍのｎ型シリコン膜を製膜した。
【００７６】
図１４に、横軸を基板電極間距離、縦軸を太陽電池モジュールの変換効率としたグラフを示す。基板電極間距離が６ｍｍ以上１２ｍｍ以下で変換効率８．５％以上が得られた。
【００７７】
図１２と図１４とを比較すると、太陽電池モジュールの変換効率とｎ層のラマン比とに良い相関が見られるため、例えば製膜圧力１０００Ｐａの場合でも、基板電極間距離６ｍｍ以上１２ｍｍ以下の範囲で高い変換効率が得られる。
【００７８】
ｎ層としてｎ型アモルファスシリコンを形成した場合の太陽電池モジュールの変換効率は約８％である。従って、実施例３及び実施例４で説明したように、基板電極間距離を６ｍｍ以上１２ｍｍ以下、製膜圧力を５００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の条件で高結晶性のシリコンｎ層を形成することで、太陽電池モジュールの変換効率を向上させることができた。また、上記条件にて結晶性の高いシリコンｎ層を高速で製膜することができるため、太陽電池モジュールの生産性を向上させることができた。
【００７９】
〔実施例５〕
第１の実施形態に記載の工程により、太陽電池モジュールを作製した。光電変換層としてのｐ層及びｉ層、裏面電極層の形成条件は実施例３と同じである。初期ｎ層及びｎ層の形成条件を以下のとおりである。
【００８０】
ＲＦプラズマＣＶＤ装置の基板と放電電極との距離を８ｍｍに設定した。原料ガスを、製膜圧力４００Ｐａとなるように、流量比ＳｉＨ４：Ｈ２：ＰＨ３＝１：１００：０．００５でｎ層製膜室に供給した。基板温度を１８０℃に設定し、６０ＭＨｚ、５ｋＷの高周波を印加してプラズマを生成し、初期ｎ層を製膜した。上記条件における初期ｎ層の製膜速度は０．２５ｎｍ／ｓｅｃであった。
【００８１】
次いで、ＲＦプラズマを生成したままで、製膜圧力を４００Ｐａから７００Ｐａに変更し、初期ｎ層とｎ層の合計膜厚が３０ｎｍになるようにｎ層を製膜した。上記条件におけるｎ層の製膜時間は０．４ｎｍ／ｓｅｃであった。なお、製膜圧力の条件変更に要した時間は約５秒であった。
【００８２】
図１５に、横軸を初期ｎ層の膜厚、縦軸を合計膜厚３０ｎｍの初期ｎ層とｎ層の積層体を製膜するのに要した製膜時間としたグラフを示す。図１６に、横軸を初期ｎ層膜厚、縦軸を太陽電池モジュールの変換効率としたグラフを示す。図１５及び図１６において、膜厚０ｎｍとは、ｎ層のみを製膜した場合、膜厚３０ｎｍとは、初期ｎ層のみを製膜した場合を表す。
【００８３】
初期ｎ層を膜厚５ｎｍ以上形成した後にｎ層を形成すると、変換効率が９．７％程度と、高効率の太陽電池モジュールを得られた。しかし、初期ｎ層を厚くすると製膜時間が長くなる。太陽電池モジュールの生産性を考慮すると、初期ｎ層及びｎ層の製膜時間の合計は１００秒以下とされることが好ましい。初期ｎ層の膜厚が、図１５においては膜厚１５ｎｍ以下、すなわち、ｎ層合計膜厚の１／２以下であれば、製膜時間１００秒以下を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成を表す概略図である。
【図２】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図３】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図４】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図５】本発明の光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図６】本実施形態のｎ層の製膜で用いられる放電電極の概略図である。
【図７】ｎ層の製膜圧力と製膜速度との関係を表すグラフである。
【図８】ｎ層の製膜圧力と膜厚分布との関係を表すグラフである。
【図９】ｎ層の製膜圧力とラマン比との関係を表すグラフである。
【図１０】基板と放電電極との距離と製膜速度との関係を表すグラフである。
【図１１】基板と放電電極との距離と膜厚分布との関係を表すグラフである。
【図１２】基板と放電電極との距離とラマン比との関係を表すグラフである。
【図１３】ｎ層の製膜圧力と太陽電池モジュールの変換効率との関係を表すグラフである。
【図１４】基板と放電電極との距離と、太陽電池モジュールの変換効率との関係を表すグラフである。
【図１５】初期ｎ層の膜厚とｎ層製膜時間との関係を表すグラフである。
【図１６】初期ｎ層の膜厚と太陽電池モジュールの変換効率との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００８５】
１  基板
２  透明電極層
３  光電変換層
４  裏面電極層
５  中間コンタクト層
６  太陽電池モジュール
１００  光電変換装置
【図１】
2009152441.tif 000002
【図２】
2009152441.tif 000003
【図３】
2009152441.tif 000004
【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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