(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第一電極層、第一スタックセル、第二スタックセルおよび第二電極層からなる単位素子が複数個形成され、前記第一電極層がこの第一電極層の上面から前記基板の上面に至る分離溝を有し、前記第二電極層が、前記第二スタックセルおよび前記第一スタックセル中を経て前記第一電極層の上面に至る接続溝を介して前記第一電極層に接続され、前記第一電極層が隣接する単位素子の第一電極層と連続していることにより、前記複数の単位素子が直列に接続されている集積化薄膜タンデム太陽電池であって、
前記第一スタックセルが、前記第一電極層の分離溝中において、この第一スタックセルの上面から前記基板の上面に至る第一スタックセル分離溝によって分離されていることを特徴とする集積化薄膜タンデム太陽電池。
【請求項２】
基板上に第一電極層、第一スタックセル、第二スタックセルおよび第二電極層からなる単位素子が複数個直列に接続形成された集積化薄膜タンデム太陽電池の製造方法であって、
基板上に、発電領域の境界となるべき箇所で分離溝によって分離された第一電極層を形成し、
前記分離溝を含む第一電極層上に第一スタックセルを形成し、
前記第一スタックセルを前記分離溝中において分離して、前記第一スタックセルの上面から前記基板に至る第一スタックセル分離溝を形成し、
前記第一スタックセル分離溝を含む第一スタックセル上に第二スタックセルを形成し、
前記第一電極層上に形成された前記第一スタックセルおよび第二スタックセルを分離して、前記第二スタックセルの上面から前記第一電極層に至る接続溝を形成し、
前記接続溝を含む前記第二スタックセル上に第二電極層を形成し、
単位素子相互の境界となるべき箇所で、少なくとも前記第二電極層は分離して、前記第一電極層は分離しない
ことを特徴とする集積化薄膜タンデム太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に複数の単位素子を接続形成する集積化薄膜タンデム太陽電池とその製造方法に関するものであり、特に、ＦＦ値および短絡電流値が向上し、性能及び信頼性の高い集積化薄膜タンデム太陽電池とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光のエネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池の実用化は、近年本格的に進められており、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶系太陽電池は、屋外の電力用太陽電池として既に実用化されている。これに対して、非結晶シリコンの薄膜太陽電池は、原材料が少なくてすむために低コスト太陽電池として注目されているが、総じてまだ開発段階にあり、既に普及している電卓等の民生機器の電源用途での実績をもとに、屋外用途へと発展させるために研究開発が進められている。
【０００３】
薄膜太陽電池の製造においては、従来の薄膜デバイスの製造と同様に、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いた薄膜の堆積とパターニングを繰り返し、所望の構造となるようにその製造プロセスを構築する。通常は１枚の基板上に複数の単位素子が直並列に接続された集積化構造が採用される。そして屋外用途のための電力用太陽電池では、その基板サイズは例えば４００×８００（ｍｍ）を越える大面積となる。
【０００４】
図２は、このような従来の集積化薄膜タンデム太陽電池の構造を表す断面図である。本図に示すように、従来の集積化薄膜タンデム太陽電池においては、第一電極層５、アモルファスシリコンと導電体等よりなる第一スタックセル８、同様の構成の第二スタックセル９および第二電極層１３が基板３上に順次積層され、第一スタックセル８および第二スタックセル９に設けられた接続溝７を介して第一電極層５と第二電極層１３とが接続され、第一電極層５が、互いに隣接し合う単位素子１５間の第一電極層５と連続していることにより、各単位素子１５が直列に接続されている。
【０００５】
第一電極層５としては、通常、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明導電膜が用いられ、また、第二電極層１３としては、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）等の金属膜が用いられる。
【０００６】
このような従来の集積化薄膜タンデム太陽電池は、おおよそ次のような方法によって作製される。以下、図２に基づいて説明する。
【０００７】
ガラス基板３上に、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＴＯ等の透明導電膜を第一電極層５として堆積し、集積化のために第一電極層５を発電領域に対応させてレーザースクライブで溶断して分離する（分離溝１７）。そしてレーザースクライブにおける溶断残渣を除去するための洗浄を行い、プラズマＣＶＤ法によりｐ−ｉ−ｎ接合構造を有する第一スタックセルの半導体層８１を、スパッタリング法により第一スタックセルの導電体層８２を、プラズマＣＶＤ法によりｐ−ｉ−ｎ接合構造を有する第二スタックセルの半導体層９１を、スパッタリング法により第二スタックセルの導電体層９２を、順次全面にわたって堆積する。
【０００８】
ここで、各スタックセル８、９の導電体層８２、９２は省略可能であるが、その場合、第一スタックセル８と第二スタックセル９との界面で、各スタックセルの構成と逆向きのｎ−ｐ接合が形成され、この部分の逆方向のダイオード特性のために、太陽電池特性のうち、ＦＦ値および開放電圧が低下する場合があるので、通常この界面では導電性の高いｎ−ｐ界面が使用される。また、第一スタックセル上に導電体層を設けることにより、第一スタックセル堆積後、真空チャンバーから取出して大気中に保持したり、洗浄処理を行ったりしても特性の低下が起こらず、プロセスの低コスト化が達成できる。
【０００９】
続いて、第一電極層５と同様にして、レーザースクライブ法によって第一スタックセル８および第二スタックセル９の溶断を行って接続溝７を形成した後、溶断残渣を除去するための洗浄を行う。さらに第二電極層１３としてＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属膜を単膜または複層に堆積し、第一電極層５と同様にして、レーザースクライブ法により溶断し、集積化された大面積タンデム太陽電池を完成する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来の集積化薄膜太陽電池では、その出力特性のうち曲線因子（ＦＦ値）が低いという現象が見られる。ここで、一般に集積化薄膜太陽電池の製造においては、特性の向上のために各電極層５、１３の膜厚や第一スタックセル８および第二スタックセル９の膜質等、個別プロセス条件の最適化が図られる。ここで、基板３が大面積になると、個別プロセス条件最適化のための実験も煩雑となるので、通常は先行実験として簡易プロセスで小面積の薄膜太陽電池を作製してその特性を評価し、これによって得られる個別プロセスの最適条件を、大面積の薄膜太陽電池の製造工程にフィードバックする方法がとられる。
【００１１】
しかし、先行実験で良好な結果が得られても、その最適条件を大面積の製造工程にフィードバックすると、ほとんどの場合において先行実験どおりの良好な結果が得られず、太陽電池特性のうちＦＦ値および短絡電流が低下する。従って大面積の集積化薄膜タンデム太陽電池においては、上述したＦＦ値の改善が、変換効率の向上のために必要不可欠な急務となっている。
【００１２】
このような現状のもと、本発明者らはこのＦＦ値の低下原因について、子細に検討した。その結果、第一スタックセル８と第二スタックセル９との界面の連続性と、レーザースクライブ後の洗浄時における第一スタックセルおよび第二スタックセルの剥離（ピンホールの発生）とがその原因であることが判明した。
【００１３】
これを図を用いてさらに詳しく説明する。図３は、前述の先行実験に用いられる小面積薄膜太陽電池の構造を表す断面図である。この小面積薄膜太陽電池は、基板３上にＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＴＯ等の第一電極層５と、非晶質シリコン等の第一スタックセル８および第二スタックセル９と、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の第二電極層１３とを順次積層し、最後に第二電極層１３と第二スタックセル９および第一スタックセル８の周囲をパターニングして得られ、第一電極層５の露出部５ａと第二電極層１３に測定用プローブを当てて特性を測定する。
【００１４】
この小面積薄膜タンデム太陽電池は、第一スタックセル８と第二スタックセル９との界面の導電性が高い部分が、第一電極層５および第二電極層１３と電気的に短絡することはなく、また、第一電極層５、第一スタックセル８、第二スタックセル９および第二電極層１３が連続して形成され、その間にレーザースクライブ等による溶断や、洗浄処理が施されない。
【００１５】
これに対して、従来の集積化薄膜タンデム太陽電池では、第一スタックセル８と第二スタックセル９との界面の導電性が高い部分と、第一電極層５および第二電極層１３とをつなぐコンタクト部分つまり接続溝７に充填された電極構成物質とが接触する部分８９が存在する。また第一電極層５を溶断したときに発生した微細な粉（溶断残渣）が、分離溝１７近傍の第一電極層５上に付着すると、第一スタックセル８および第二スタックセル９堆積後の洗浄時に、付着物の存在箇所にピンホールが生じ、その結果、第二電極層１３堆積時に、第一電極層５と第二電極層１３との間で予期せぬ短絡が発生するという問題がある。
【００１６】
このように従来の集積化薄膜タンデム太陽電池では、小面積薄膜太陽電池でのＦＦ値を理想的に再現する高い性能の実現は不可能であった。
【００１７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ＦＦ値の向上した高性能の集積化薄膜タンデム太陽電池と、その製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、基板上に第一電極層、第一スタックセル、第二スタックセルおよび第二電極層からなる単位素子が複数個形成され、前記第一電極層がこの第一電極層の上面から前記基板の上面に至る分離溝を有し、前記第二電極層が、前記第二スタックセルおよび前記第一スタックセル中を経て前記第一電極層の上面に至る接続溝を介して前記第一電極層に接続され、前記第一電極層が隣接する単位素子の第一電極層と連続していることにより、前記複数の単位素子が直列に接続されている集積化薄膜タンデム太陽電池において、前記第一スタックセルが、前記第一電極層の分離溝中において、この第一スタックセルの上面から前記基板の上面に至る第一スタックセル分離溝によって分離された構造を有する。
【００１９】
また、請求項２の発明は、基板上に第一電極層、第一スタックセル、第二スタックセルおよび第二電極層からなる単位素子が複数個直列に接続形成された集積化薄膜タンデム太陽電池の製造方法において、基板上に、発電領域の境界となるべき箇所で分離溝によって分離された第一電極層を形成し、前記分離溝を含む第一電極層上に第一スタックセルを形成し、前記第一スタックセルを前記分離溝中において分離して、前記第一スタックセルの上面から前記基板に至る第一スタックセル分離溝を形成し、前記第一スタックセル分離溝を含む第一スタックセル上に第二スタックセルを形成し、前記第一電極層上に形成された前記第一スタックセルおよび第二スタックセルを分離して、前記第二スタックセルの上面から前記第一電極層に至る接続溝を形成し、前記接続溝を含む前記第二スタックセル上に第二電極層を形成し、単位素子相互の境界となるべき箇所で、少なくとも前記第二電極層は分離して、前記第一電極層は分離しないことを特徴とする。
【００２０】
なお、本明細書においては、積層体の基板側を下と呼び、積層が行われる側を上と呼ぶ。また、本来は面としての連続性を有する層を、溝（分離溝）によって分断された構造にすることを「分離する」という。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る集積化薄膜タンデム太陽電池１の構造を表す断面図である。
【００２２】
本図に示すように、集積化薄膜タンデム太陽電池１は、ガラス基板３上に第一電極層５、第一スタックセル８、第二スタックセル９および第二電極層１３が基板３側からこの順で設けられてなる単位素子１５がガラス基板３上で第一電極層５を介して複数個直列に接続されたものである。従来のものと同様に、第一電極層５はその上面からガラス基板３の上面に至る分離溝１７によって分離され、第二電極層１３は、第二スタックセル９の上面から第一スタックセル８中を経て、第一電極層５の上面に至る接続溝７を介して第一電極層５に接続されている。すなわち、接続溝７には第二電極層１３を構成する物質が充填され、その下端部が第一電極層５に接している。この分離溝１７と接続溝７とをそれぞれ含む領域が、第二電極層１３の上面から第一電極層５の上面に至る上部分離溝１９によって隣接する同様の領域と区切られて、各単位素子１５が形成されている。
【００２３】
ここで第一スタックセル８が、分離溝１７中において、第一スタックセル８の上面からガラス基板３の上面に至る第一スタックセル分離溝１７７によって分離されている点が本発明に係る集積化薄膜タンデム太陽電池１の特徴である。第一スタックセル分離溝１７７には、第二スタックセル９を構成する半導体が充填されている。
【００２４】
なお、上記の例においては、各スタックセル８、９が、それぞれ第一電極側から半導体層８１、９１と導電体層８２、９２とを積層したものとなっているが、導電体層８２、９２は必須ではない。また、この導電体層としては、透明導電膜材料が好適に用いられるがこれも必須ではない。
【００２５】
また、積層体を単位素子１５に区切る上部分離溝１９は、第二電極層１３および二つのスタックセル８、９を分離しているが、これも必須要件ではなく、少なくとも第二電極層１３が分離されていればよい。
【００２６】
上記の構成よりなる集積化薄膜タンデム太陽電池１においては、第一スタックセル８と第二スタックセル９との間の導電性の高い領域が、第一スタックセル分離溝１７７に充填されて層状となった第二スタックセル９の半導体によって限られた活性領域内に存在し、接続溝７に充填された第２電極層構成物質と接触していないので、従来の集積化薄膜タンデム太陽電池より高いＦＦ値が得られる。
【００２７】
次に本発明の集積化薄膜タンデム太陽電池の製造方法の例を図１に基づいて説明する。
【００２８】
製造例１
ガラス基板３上にＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＴＯ等の透明導電膜を堆積して第一電極層５を形成し、集積化のために複数の発電領域に対応させて、この第一電極層５をレーザースクライブ法によって溶断して、分離溝１７を形成する。これにより、例えばガラス基板３の一方向に沿って、短冊状の発電領域が形成される。ここで大面積の集積化薄膜太陽電池の場合には、一例として９１０×４５５×４（ｍｍ）のヘイズ基板が用いられ、第一電極層５の表面抵抗は１０Ω程度に設定される。
【００２９】
レーザースクライブによって発生した溶断残渣を除去するために水洗等の洗浄を行い、次に、この複数の発電領域に対応して形成された第一電極層５上全面にわたって、プラズマＣＶＤ法等により第一スタックセル８の半導体層８１を堆積する。この第一スタックセル８の半導体層８１には、例えばｐ−ｉ−ｎ構造を有する水素化アモルファスシリコン層が用いられる。
【００３０】
この水素化アモルファスシリコン層は、例えば次の方法により形成される。先ず上記基板を１０-5Ｔｏｒｒ以下の高真空チャンバーに入れ、１４０〜２００℃の基板温度下で、成膜ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、メタン（ＣＨ４）、水素（Ｈ２）をチャンバーに導入し、反応圧を約１．０Ｔｏｒｒとして、ＲＦ放電によって、ｐ型水素化アモルファスシリコンカーバイドを５０〜２００オングストロームの膜厚に堆積する。次に成膜ガスとしてシランガス及び水素（Ｈ２）をチャンバーに導入し、反応圧を０．５〜１．０ＴｏｒｒとしてＲＦ放電によって、ｉ型水素化アモルファスシリコンを７００オングストローム程度の膜厚に堆積する。さらに成膜ガスとしてシラン、フォスフィン（ＰＨ３）、水素（Ｈ２）をチャンバーに導入し、反応圧を約１．０Ｔｏｒｒとして、ＲＦ放電によって、ｎ型微結晶シリコンを１００〜２００オングストローム程度の膜厚に堆積する。
【００３１】
ここで示した第一スタックセル８の半導体層８１の堆積条件はあくまで一例であり、例えば第一電極層５側からｎ−ｉ−ｐ構造としてもよく、それ自体をタンデム構造としてもよい。第一スタックセル８の半導体層８１の主たる材料は、水素化アモルファスに限定されず、アモルファス、多結晶または微結晶、およびこれらの組み合せのいずれでもよく、シリコン以外にもシリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物等が用いられ、さらにこれらを組み合せたものでもよい。
【００３２】
続いて、この第一スタックセル８の半導体層８１上に、スパッタリング法により第一スタックセル８の導電体層８２を堆積する。具体例としては、第一スタックセルの半導体層８１を堆積した基板をスパッタチャンバーに入れ、１×１０-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気し、スパッタガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を導入して１〜５ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によって酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）をドーピングしたＺｎＯを８００〜１０００オングストロームの膜厚に堆積する。ここで第一スタックセル８の導電体層８２の材料としては、ＺｎＯの他にＳｎＯ２やＩＴＯ等の透明導電材料が用いられ、あるいはＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属でもよく、さらにはこれらの積層体でもよい。上述したように、第一スタックセル８の導電体層８２は省略することもできる。
【００３３】
続いて、すでに形成されている第一電極層５の分離溝１７の中央で、レーザースクライブ法によって第一スタックセル８を溶断し、第一スタックセル分離溝１７７を形成する。そしてレーザースクライブ時に発生した溶断残渣を除去するために水洗等の洗浄を行う。
【００３４】
続いて第一スタックセル８上全体に、プラズマＣＶＤ法により第二スタックセル９の半導体層９１を堆積する。この第二スタックセル９の半導体層９１には、例えば、ｐ−ｉ−ｎ構造の水素化アモルファスシリコン層が用いられる。この水素化アモルファスシリコン層を形成するには、先ず上記基板を１０-5Ｔｏｒｒ以下の高真空チャンバーに入れ、１４０〜２００℃の基板温度下で、成膜ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、メタン（ＣＨ４）、水素（Ｈ２）をチャンバーに導入し、反応圧を約１．０ＴｏｒｒとしてＲＦ放電によって、ｐ型水素化アモルファスシリコンカーバイドを５０〜２００オングストロームの膜厚に堆積する。次に成膜ガスとしてシランガスのみをチャンバーに導入し、反応圧を０．２〜０．７ＴｏｒｒとしてＲＦ放電によって、ｉ型水素化アモルファスシリコンを３０００オングストローム程度の膜厚に堆積する。さらに成膜ガスとしてシラン、フォスフィン（ＰＨ３）、水素（Ｈ２）をチャンバーに導入し、反応圧を約１．０ＴｏｒｒとしてＲＦ放電によって、ｎ型微結晶シリコンを１００〜２００オングストローム程度の膜厚に堆積する。
【００３５】
ここで示した第二スタックセル９の半導体層９１の堆積条件はあくまで一例であり、例えば第一電極層側からｎ−ｉ−ｐ構造でもよく、それ自体がタンデム構造でもよい。第二スタックセル９の半導体層９１の主たる材料は、水素化アモルファスシリコンに限定されず、アモルファス、多結晶または微結晶、およびこれらの組み合せのいずれでもよく、シリコン以外にシリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物等も用いられ、さらにこれらを組み合せてもよい。
【００３６】
この第二スタックセル９の半導体層９１上に、スパッタリング法により第二スタックセルの導電体層９２を堆積する。具体例としては、第二スタックセル９の半導体層９１を堆積した基板をスパッタチャンバーに入れ、１×１０-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気し、スパッタガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を導入して１〜５ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によって酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）をドーピングしたＺｎＯを８００〜１０００オングストロームの膜厚に堆積する。ここで第二スタックセル９の導電体層９２の材料は、ＺｎＯの他にＳｎＯ２やＩＴＯ等の透明導電材料や、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属でもよく、さらにはこれらの積層体でもよい。上述したように、この第二スタックセル９の導電体層９２は省略することもできる。
【００３７】
続いて、すでに形成されている第一電極層５の分離溝１７の近傍で、第一スタックセル８および第二スタックセル９をレーザースクライブ法によって溶断し、第二スタックセル９の上面から第一スタックセル８中を経て第一電極層５の上面に至る接続溝７を形成する。そしてレーザースクライブ時に発生した溶断残渣を除去するために洗浄を行う。
【００３８】
次に、上述と同様のスパッタリング法や真空蒸着法によって、第二電極層１３としてＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属を全面に堆積する。
【００３９】
続いて、接続溝７に対して第一電極層５および第一スタックセル８の分離溝１７とは反対側の、接続溝７の近傍で、第二電極層１３、第二スタックセル９、および第一スタックセル８をレーザースクライブ法によって溶断して上部分離溝１９を形成する。これによって、ガラス基板３上に第一電極層５と第二電極層１３および２本の分離溝１９とによって囲まれる領域からなる単位素子１５が、第一電極層５を介して複数個直列に接続形成された集積化薄膜タンデム太陽電池が得られる。なお、すでに述べたように、上部分離溝１９の形成には各スタックセル８、９を分離しなくてもよく、少なくとも第二電極層１３を分離すればよい。
【００４０】
最後に、レーザースクライブによって発生した溶断残渣を除去するために洗浄を行い、必要に応じてエポキシ樹脂等の適当なパッシベーション層を塗布形成しておく。
【００４１】
上記した本発明の製造方法によれば、電極層５上の分離溝１７内で第一スタックセル８を溶断し、第一スタックセル分離溝１７の形成を行っているので、第一スタックセル８と第二スタックセル９との間の導電性の高い領域が、接続溝７において第２電極層と接触せず、高いＦＦ値を有する集積化薄膜タンデム太陽電池が得られる。また、第一電極層５の溶断残渣の付着によるピンホールのほとんどは、第一スタックセル８を形成するためのスクライブ後の洗浄時に発生するので、その上に第二スタックセル９が形成されることにより第一電極層５と第二電極層１３との短絡が防止され、この点でも従来の集積化薄膜タンデム太陽電池より高いＦＦ値が得られる。
【００４２】
製造例２
前述の製造例１と同様の手順で、第二スタックセル９の半導体層９１の堆積までを行う。この第二スタックセル９の半導体層９１上に、スパッタリング法により第二スタックセル９の導電体層９２を堆積する。具体的には、第二スタックセル９の半導体層９１を堆積した基板をスパッタチャンバーに入れ、１×１０-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気し、スパッタガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を導入して１〜５ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によって酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）をドーピングしたＺｎＯを約５００オングストロームの膜厚に堆積する。ここで第二スタックセル９の導電体層９２の材料としては、ＺｎＯの他にＳｎＯ２やＩＴＯ等の透明導電材料でもよく、さらにはこれらの積層体でもよい。また、この第二スタックセル９の導電体層９２は省略することもできる。
【００４３】
続いて、レーザースクライブ法によって第一スタックセル８および第二スタックセル９を同時に溶断し、すでに形成されている第一電極層５および第一スタックセル８の分離溝１７に隣接した接続溝７を形成する。そしてレーザースクライブ時に発生した溶断残渣を除去するために洗浄を行った後、多層膜からなる第二電極層１３を全面に形成する。すなわち、上述と同様のスパッタリング法や真空蒸着法を用いて、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＩＴＯ等の透明導電体層とＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属層とを順次堆積する。具体例としては、第二スタックセルの導電体層を堆積した基板をスパッタチャンバーに入れ、１×１０-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気し、スパッタガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を導入して１〜５ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によってＡｌ２Ｏ３をドーピングしたＺｎＯを約５００オングストロームの膜厚に堆積する。次に、この基板をスパッタチャンバー内において、１×１０-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気し、スパッタガスとしてアルゴンガスＡｒを導入して１〜５ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によって金属層としてＡｇを約３０００オングストロームの膜厚に堆積する。ここでＺｎＯとＡｇは真空を破らずに連続的に堆積することが望ましいが、一旦真空を破り、別のチャンバーや装置で堆積してもよい。また、金属層は例えばＡｇとＡｌの積層体等の多層構造でもよく、膜厚については材料にもよるが、１０００オングストローム以上あればよい。また、ＲＦスパッタに代えて、ＤＣスパッタを用いてもよい。
【００４４】
次に製造例１と同様にして、接続溝７に対して第一電極層５の分離溝１７とは反対側の領域の接続溝７の近傍で、少なくとも第二電極層１３を複数の発電領域に対応させてレーザースクライブ法によって溶断して上部分離溝１９を形成する。これによって、ガラス基板３上に第一電極層５、第二電極層１３、および２本の上部分離溝１９によって囲まれる領域からなる単位素子１５が複数個直列に接続形成される。
【００４５】
最後に、レーザースクライブ法によって発生した溶断残渣を除去するために洗浄を行い、必要に応じてエポキシ樹脂等の適当なパッシベーション層を塗布形成しておく。
【００４６】
上記において、半導体層の上に堆積されるＺｎＯの膜厚は、６００〜１２００オングストローム、好ましくは８００〜１０００オングストロームの範囲に設定するとよい。これは、ガラス基板３側から入射した光を第二電極層１３側で効率よく反射させて、「光の閉じ込め効果」を得るためである。従って、第二電極層１３を金属のみで形成した製造例１では、第二スタックセル９の導電体層９２としてＺｎＯを８００〜１０００オングストロームの膜厚に堆積し、第二電極層１３を透明導電体層と金属層との２層構造とした製造例２では、第二スタックセル９の導電体層９２としてのＺｎＯと、第二電極層１３としてのＺｎＯを、例えば、それぞれ５００オングストロームずつ堆積して合計１０００オングストロームとすればよい。
【００４７】
以上で詳細に説明した本発明の集積化薄膜タンデム太陽電池は、従来品の問題点を解決して、大幅な性能の向上を実現するものである。すなわち、従来品では第一スタックセル８と第二スタックセル間９の間の導電性の高い領域が、第一電極層５と第二電極層１３とをつなぎ、電極層を構成する物質が充填された接続溝７と接触しており、第二スタックセル９の出力が充分取り出せないという問題や、第一電極層５の分離溝１７近傍でのスタックセルの膜剥離（ピンホール発生）により、第一電極層と第二電極層とが容易に短絡してしまうという問題があったが、本発明はこれらの問題を解決し、ＦＦ値と変換効率の大幅な向上を実現した。例えば、ＡＭ１．５の擬似太陽光下でのＦＦ値と変換効率を比較すると、従来品ではＦＦ値が０．６１〜０．６８、変換効率が７．３〜９．０％であったのに対して、発明品ではＦＦ値が０．６８〜０．７１、変換効率が８．８〜１０．４％となり、大幅な改善効果が得られたことが確認された。
【００４８】
【実施例】
以下、本発明の詳細を具体的実施例に基づいて説明する。
【００４９】
実施例１
９１０×４５５ｍｍ、厚さ４ｍｍの青板ガラス基板３上の片面全体に、第一電極層５としてＳｎＯ２を、ヘイズ率１５％、表面抵抗１０オームになるように８０００オングストロームの膜厚に堆積した。この第一電極層５を複数の発電領域に対応させてレーザースクライブ法によって溶断して分離溝１７を形成した。これにより、基板３の一方向に沿って、複数の短冊状の発電領域が形成された。
【００５０】
溶断残渣を除去するために洗浄を行い、続いて、この第一電極層５上にわたって、第一スタックセル層８の半導体層８１としてｐ−ｉ−ｎ構造の水素化アモルファスシリコン層をプラズマＣＶＤ法により形成した。すなわち、まず１０-5Ｔｏｒｒ以下の高真空チャンバー中、１６０℃の基板温度下で、成膜ガスとしてＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６、ＣＨ４及びＨ２を用い、反応圧を１．０Ｔｏｒｒとして、ＲＦ放電によってｐ型水素化アモルファスシリコンカーバイドを５０オングストロームの膜厚に堆積した。次に成膜ガスとしてＳｉＨ４及びＨ２を用い、反応圧を１．０Ｔｏｒｒとして、ＲＦ放電によってｉ型水素化アモルファスシリコンを７００オングストロームの膜厚に堆積した。さらに成膜ガスとしてＳｉＨ４、ＰＨ３及びＨ２を用い、反応圧を１．０Ｔｏｒｒとして、ＲＦ放電によってｎ型微結晶シリコンを２００オングストロームの膜厚に堆積した。
【００５１】
続いて、この半導体層８１上に、第一スタックセル８の導電体層８２をスパッタリング法により堆積した。すなわち、１×１０-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気したスパッタチャンバー中、スパッタガスとしてＡｒを用い、３ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によって、Ａｌ２Ｏ３をドーピングしたＺｎＯを８００オングストロームの膜厚に堆積した。
【００５２】
次に、すでに形成されている第一電極層５の分離溝１７の中央で、レーザースクライブ法によって第一スタックセル８を溶断して第一スタックセル分離溝１７７を形成し、溶断残渣を除去するために洗浄を行った。
【００５３】
この第一スタックセル８上にわたって、第二スタックセル９の半導体層９１としてｐ−ｉ−ｎ構造の水素化アモルファスシリコン層をプラズマＣＶＤ法により堆積した。すなわち、まず１０-5Ｔｏｒｒ以下の高真空チャンバー中、１６０℃の基板温度下で、成膜ガスとしてＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６、ＣＨ４及びＨ２を用い、反応圧を１．０Ｔｏｒｒとして、ＲＦ放電によってｐ型水素化アモルファスシリコンカーバイドを５０オングストロームの膜厚に堆積した。次に成膜ガスとしてＳｉＨ４を用い、反応圧を０．３Ｔｏｒｒとして、ＲＦ放電によってｉ型水素化アモルファスシリコンを３０００オングストロームの膜厚に堆積した。さらに成膜ガスとしてＳｉＨ４、ＰＨ３及びＨ２を用い、反応圧を１．０Ｔｏｒｒとして、ＲＦ放電によってｎ型微結晶シリコンを２００オングストロームの膜厚に堆積した。
【００５４】
この半導体層９１上に、第二スタックセル９の導電体層９２をスパッタリング法により堆積した。すなわち、１×１０-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気したスパッタチャンバー中、スパッタガスとしてＡｒを用い、３ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によって、Ａｌ２Ｏ３をドーピングしたＺｎＯを８００オングストロームの膜厚に堆積した。
【００５５】
続いて、すでに形成されている第一電極層５の分離溝１７の近傍で、第一スタックセル８および第二スタックセル９をレーザースクライブ法によって溶断し、第二スタックセル９の上面から第一電極層５の上面に至る接続溝７を形成し、溶断残渣を除去するために洗浄を行った。
【００５６】
次に、上記と同様のスパッタリング法によって、第二電極層１３としてＡｇを２５００オングストロームの膜厚に堆積した。
【００５７】
続いて、接続溝７に対して第一電極層５および第一スタックセル８の分離溝１７とは反対側の、接続溝７の近傍で、第二電極層１３、第二スタックセル９、および第一スタックセル８をレーザースクライブ法によって溶断して上部分離溝１９を形成し、第二電極層１３を複数の発電領域に対応させて分割した。これにより、単位素子１５が第一電極層５を介して直列に接続されて複数個形成された集積化薄膜タンデム太陽電池が得られた。
【００５８】
最後に、溶断残渣を除去するための洗浄を行い、エポキシ樹脂によりパッシベーション層を塗布形成した。
【００５９】
この集積化薄膜タンデム太陽電池の、ＡＭ１．５の擬似太陽光下でのＦＦ値と変換効率は、ＦＦ値が０．６８、変換効率が８．８であり、第一スタックセル分離溝１７７を形成する以外は上記と同様にして製造した従来技術による集積化薄膜タンデム太陽電池のＦＦ値０．６１、変換効率７．３％と比較して、大幅な向上が見られた。
【００６０】
実施例２
上記実施例１と同様の手順で、第二スタックセル９の半導体層９１の堆積までを行った。この半導体層９１上に、第二スタックセル９の導電体層９２をスパッタリング法により堆積した。すなわち、１×１０-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気したスパッタチャンバー中、スパッタガスとしてＡｒを用い、３ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によってＡｌ２Ｏ３をドーピングしたＺｎＯを５００オングストロームの膜厚に堆積した。
【００６１】
続いて、実施例１と同様にして、第一スタックセル８および第二スタックセル９をレーザースクライブ法によって同時に溶断して接続溝７を形成した。そして溶断残渣を除去するために洗浄を行った後、第二電極層１３として、全面にＺｎＯ層と金属層よりなる多層膜を全面に形成した。すなわち、１×１０-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気したスパッタチャンバー中、スパッタガスとしてＡｒを用い、３ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によって、Ａｌ２Ｏ３をドーピングしたＺｎＯを５００オングストロームの膜厚に堆積した。次に、スパッタリング条件をこれと同じにして、上記金属層としてＡｇを２５００オングストロームの膜厚に堆積した。
【００６２】
次に実施例１と同様にして、上部分離溝１９を形成し、ガラス基板３上に単位素子１５が複数個直列に接続形成された集積化薄膜タンデム太陽電池を得た。
【００６３】
最後に、溶断残渣を除去するために洗浄を行い、エポキシ樹脂によりパッシベーション層を塗布形成した。
【００６４】
この集積化薄膜タンデム太陽電池の、ＡＭ１．５の擬似太陽光下でのＦＦ値と変換効率は、ＦＦ値が０．６８、変換効率が８．８％であり、第一スタックセル分離溝１７７を形成する以外は上記と同様にして製造した従来技術による集積化薄膜タンデム太陽電池のＦＦ値０．６１、変換効率７．３％と比較して、大幅な向上が見られた。
【００６５】
【発明の効果】
上述したように本願発明によれば、以下のような優れた効果が得られる。
【００６６】
請求項１の集積化薄膜タンデム太陽電池は、第一スタックセルと第二スタックセルとの間の導電性の高い領域が、第一スタックセル分離溝に充填されて層状となった第二スタックセルの半導体によって限られた活性領域内に存在し、接続溝において電極層と接触していないので、ＦＦ値が従来の集積化薄膜タンデム太陽電池に比べて大幅に改善され、変換効率の向上が実現される。
【００６７】
また、請求項２の製造方法によれば、ＦＦ値が従来のものに比べて大幅に改善された上記請求項１の集積化薄膜タンデム太陽電池が得られる。さらに、第二スタックセルの形成前に、第一電極層上の分離溝内で第一スタックセルを溶断して、第一スタックセル分離溝を形成するので、第一電極層の溶断残渣の付着による第一スタックセルおよび第二スタックセルの剥離（ピンホール発生）に起因する第一電極層と第二電極層との短絡を防止することができ、これによってもＦＦ値が従来の集積化薄膜タンデム太陽電池に比べて改善され、変換効率の向上が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の集積化薄膜タンデム太陽電池の構造を表す断面図である。
【図２】従来の集積化薄膜タンデム太陽電池の構造を表す断面図である。
【図３】集積化薄膜タンデム太陽電池の製造プロセス条件の検討に用いられる小面積薄膜太陽電池の構造を表す断面図である。
【符号の説明】
１  集積化薄膜タンデム太陽電池
３  ガラス基板
５  第一電極層
７  接続溝
８  第一スタックセル
８１  第一スタックセル８の半導体層
８２  第一スタックセル８の導電体層
９  第二スタックセル
９１  第二スタックセル９の半導体層
９２  第二スタックセル９の導電体層
１３  第二電極層
１５  単位素子
１７  分離溝
１７７  第一スタックセル分離溝
１９  上部分離溝
【図１】
0003755048.tif 000002
【図２】
0003755048.tif 000003
【図３】
0003755048.tif 000004