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CN102227817A - 光电转换装置的制造方法、光电转换装置的制造装置及光电转换装置 - Google Patents

光电转换装置的制造方法、光电转换装置的制造装置及光电转换装置 Download PDF

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CN102227817A
CN102227817A CN2009801477369A CN200980147736A CN102227817A CN 102227817 A CN102227817 A CN 102227817A CN 2009801477369 A CN2009801477369 A CN 2009801477369A CN 200980147736 A CN200980147736 A CN 200980147736A CN 102227817 A CN102227817 A CN 102227817A
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CN
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photoelectric conversion
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laser
groove
layer
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CN2009801477369A
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川添浩平
宇田和孝
马场智义
石出孝
中尾祯子
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

提供一种能够将加工槽的槽深度控制成希望值的光电转换装置的制造方法、光电转换装置的制造装置及光电转换装置。一种光电转换装置(10)的制造方法，具有对构成光电转换装置(10)的中间接触层分离槽(15)照射皮秒激光，并使皮秒激光相对于中间接触层分离槽(15)进行相对移动而沿规定的扫描方向形成加工槽(15)的槽形成工序，其中，槽形成工序在与的射束直径相当的照射区域内形成沿一方向并列排列的干涉条纹，并以将干涉条纹沿扫描方向连接的方式使皮秒激光进行相对移动。

Description

光电转换装置的制造方法、光电转换装置的制造装置及光电转换装置
技术领域
本发明涉及光电转换装置的制造方法、光电转换装置的制造装置及光电转换装置，尤其是涉及构成光电转换装置的薄膜的槽加工。
背景技术
以往，为了提高薄膜太阳能电池(光电转换装置)的光电转换效率，已知有层叠多个光电转换层的结构。例如，已知有层叠了非结晶硅层和微结晶硅层的串联型太阳能电池。该串联型太阳能电池通过在透光性基板上依次层叠透明电极、非结晶硅层、微结晶硅层及背面电极这些薄膜而形成。并且，已知有在非结晶硅层与微结晶硅层之间设置进行了电连接及光学连接的中间接触层(薄膜)，使入射光的一部分反射而进一步提高光电转换效率的技术。
在此种串联型太阳能电池中，通过将所个光电转换单元串联连接而实现能得到希望的电压的高电压化。将多个光电转换单元串联连接时，形成将非结晶硅层、中间接触层及微结晶硅层贯通的连接槽，通过在该连接槽内填充背面电极，而将背面电极和透明电极电连接。
另一方面，由于中间接触层具有导电性，因此与填充有背面电极的连接槽电连接时，在非结晶硅层或微结晶硅层产生的电流会经由中间接触层向连接槽泄漏。
因此，提出有通过利用激光加工将中间接触层分离而防止电流从中间接触层向连接槽泄漏的各种技术(参照专利文献1及2)。
【专利文献1】日本特开2002-261308号公报
【专利文献2】日本特开2003-273383号公报
为了利用激光加工在薄膜上形成沿一方向连续的槽，而例如图12A所示，使用脉冲激光形成多个照射区域14，使相邻的照射区域14局部重合而形成一连串的连续的槽。照射区域14的直径D0是被聚光而照射到膜表面上的射束直径。在该图中，符号B0表示相邻的照射区域14的重合宽度。
然而，激光会在与激光直径D0相当的照射区域14内不可避免地产生激光强度分布。具体而言，如图12B所示，形成为强度在照射区域的中央最强而越靠周边越弱的高斯分布状的激光强度分布。因此，加工槽成为与在该照射区域14的整体上形成的强度分布相对应的槽深度。即，如图12B所示，产生至少与能量密度差dp对应的程度的槽深度的分布。而且，为了提高反射率、非结晶硅层或结晶硅层的吸收率，而透明电极或中间接触层成为凹凸的纹理形状。根据上述情况，难以进行希望的槽深度的控制。因此，会存在有时将薄膜形成为未充分切断的程度的浅槽而有时形成必要以上的深槽的问题。
另外，如图12A所示，由于加工槽连成一串，因此在加工方向(该图中的左右方向)上会存在产生深浅反复出现的深度分布的问题。
需要说明的是，在该图中，符号L0表示照射区域14未重合的区域中的加工方向的长度。
另一方面，若在分离中间接触层时将激光向中间接触层及非结晶硅层照射，则非结晶硅层吸收激光的热能，该非结晶硅层熔融，伴随着中间接触层的飞散，从而形成中间接触层分离槽。在形成该中间接触层分离槽时，在形成中间接触层分离槽的壁部(包含底壁)，熔融的非结晶硅层进行再结晶。该再结晶化的区域从当初的非结晶硅变质，因此会发生低电阻化。如此低电阻化的再结晶区域的将中间接触层从透明电极与背面电极的连接部分离的效果低，成为电流的新的泄漏路径，会导致电池性能的下降。
因此，为了防止再结晶化区域成为电流的泄漏路径，而要求适当地控制该再结晶化区域的位置。即，需要正确地控制中间接触层分离槽的终端位置(槽深度)。
发明内容
本发明鉴于此种情况而作出，其目的在于提供一种能够抑制电流向膜厚方向泄漏的加工槽的结构，而且，提供一种能够将加工槽的槽深度控制成希望值的光电转换装置的制造方法、光电转换装置的制造装置及光电转换装置。
为了解决上述课题，本发明的光电转换装置的制造方法、光电转换装置的制造装置及光电转换装置采用以下的方法。
即，本发明的一方式的光电转换装置的制造方法具有对构成光电转换装置的薄膜照射激光，并使该激光相对于该薄膜进行相对移动而沿规定的扫描方向形成加工槽的槽形成工序，其中，所述槽形成工序在与所述激光的射束直径相当的照射区域内形成沿一方向并列排列的干涉条纹，以将该干涉条纹沿所述扫描方向连接的方式使所述激光进行相对移动。
在与激光的射束直径相当的照射区域内，如本发明这样未形成干涉条纹时，会产生强度在其中央最强而越靠周边越弱的激光强度分布。在照射区域内的整体产生这样的激光强度分布时，难以实现希望的槽深度。
因此，在上述方式中，在照射区域内形成了干涉条纹。该干涉条纹由沿一方向并列排列的多个明区域及暗区域构成。构成该干涉条纹的一个明区域内的激光强度分布相对小于照射区域整体上的激光强度分布。对激光强度分布相对减小的规定的明区域调整激光强度而决定槽深度，从而形成槽深度分布小的加工槽。由此，能够正确地形成具有希望的槽深度的槽。
通过将干涉条纹沿扫描方向连接，而形成连续的加工槽。
作为激光，优选使用脉冲激光，更具体而言，使用皮秒激光或纳秒激光。
作为利用激光进行槽形成的薄膜，主要列举有形成为串联结构(或三重结构)的光电转换装置的中间接触层，但在上述方式中并不局限于此，例如，还可以使用在非结晶硅层、微结晶硅层、透明导电膜、背面电极等或模块终端部的绝缘槽的槽形成中。
此外，本发明一方式的光电转换装置的制造方法包括：制膜形成以硅为主成分的第一光电转换层的第一光电转换层制膜工序；在所述第一光电转换层上，制膜形成与该第一光电转换层进行电连接及光学连接的中间接触层的中间接触层制膜工序；照射激光而除去所述中间接触层，并形成直至所述第一光电转换层的中间接触层分离槽而将该中间接触层分离的中间接触层分离工序；在所述中间接触层上及所述中间接触层分离槽内，制膜形成与该中间接触层进行电连接及光学连接并以硅为主成分的第二光电转换层的第二光电转换层制膜工序，所述制造方法进行所述槽形成工序作为所述中间接触层分离工序。
由于通过上述的槽形成工序而在中间接触层上形成中间接触层分离槽，因此能够得到形成为希望的深度的中间接触层分离槽。由此，能够可靠地切断沿中间接触层的膜面方向流动的电流路径。
作为第一光电转换层，优选使用非结晶硅层，作为第二光电转换层，使用微结晶硅层。作为中间接触层，优选使用GZO(Ga掺杂ZnO)。
此外，在本发明的一方式的光电转换装置的制造方法中，所述中间接触层分离槽在所述第一光电转换层的中途位置形成终端。
使中间接触层分离槽在第一光电转换层的中途位置形成终端，而使其不到达与第一光电转换层连接的电极(或三重结构时的另一中间接触层)。由此，即使在形成分离槽的壁部上形成再结晶化区域，该再结晶化区域也不会与电极(或另一中间层)进行物理连接，因此不会将中间接触层和电极电连接。
如此，中间接触层分离槽的终端位置优选形成为再结晶化区域与和第一光电转换层连接的电极(或另一中间接触层)不接触的位置，优选至少将与中间接触层连接的第一光电转换层的n层或p层切断的深度。通过切断n层或p层，能够避免n层或p层中含有的掺杂剂混入再结晶化区域而使再结晶化区域的导电性增加的情况。
此外，在本发明的一方式的光电转换装置的制造方法中，所述激光为脉冲激光，所述槽形成工序在通过使所述脉冲激光的多个所述照射区域局部重合而连续地形成所述加工槽时，使相邻的所述照射区域重合，以使所述干涉条纹的多个明区域连续。
使用脉冲激光作为激光时，脉冲激光的照射区域间断形成。通过使该间断形成的照射区域局部重合而形成连续的加工槽。
使相邻的照射区域重合时，通过调整局部重合的区域而使多个明区域连续。由此，形成多个明区域连续的加工槽，因此与仅形成一个明区域的加工槽相比，能够可靠地进行薄膜(例如中间接触层分离槽)的切断。
重合的区域的调整能够通过调整薄膜与激光的相对移动速度或调整脉冲激光的脉冲间隔来实现。
当各明区域的槽深度不同时，调整激光功率等，以使特定的明区域的槽深度成为希望深度。
本发明中的干涉条纹的“明区域”表示干涉条纹中的激光强度发生干涉而增强亮度的区域，是激光强度发生干涉而减弱的暗区域的反义词。
在本发明的一方式的光电转换装置的制造方法中，所述照射区域形成为大致矩形形状，所述槽形成工序使形成为矩形形状的所述照射区域的一边与相邻的所述照射区域的一边局部重合。
由于使形成为大致矩形形状的相邻的照射区域的一边彼此重合，因此与使形成为圆形形状的照射区域重合的情况相比，能够在一边的延伸方向上重合成宽幅的区域。由此，与圆形形状的照射区域的情况相比，能够使多个明区域连续时所需的扫描方向的重合宽度变窄。因此，能够使扫描方向的移动量增加一定量，该一定量是将照射区域的重合宽度减少的量，因此能够缩短槽形成工序。照射区域的重合宽度变窄这一情况会使多次照射激光的区域变窄，因此能够尽可能地将该重合区域上的薄膜的损伤抑制得较小。
作为将照射区域形成为大致矩形形状的方法，例如，列举有使激光通过形成有矩形孔的开口的方法或使用万花筒等的使射束截面形状变形的光学元件的方法，其中，该矩形孔将圆形形状的激光截面的周围遮挡。
通过调整相邻的大致矩形形状的照射区域所重合的区域的量，而能够将在圆形形状的照射区域中得不到的个数的较多的明区域连续形成。
大致矩形形状不是指明确形成角部的矩形形状，角部也可以是圆角，总之只要是以相邻的照射区域的各自的一边彼此重合的方式形成一边的形状即可。
在本发明的一方式的光电转换装置的制造方法中，在所述激光的所述照射区域中的强度分布均匀后，对所述薄膜照射激光。
由于在激光的照射区域中的强度分布均匀后对薄膜照射激光，因此能够使构成干涉条纹的各明区域的激光强度相等。由此，能够使各明区域的槽深度相等，能够实现高可靠性的槽加工。而且，能够避免仅规定的明区域的激光强度变强而产生过度加工的情况。
作为使激光的照射区域中的强度分布均匀的方法，例如，列举有延长物镜的焦点距离的方法或使用均化器(光积分棒等万花筒)等光学元件的方法。
在本发明的一方式的光电转换装置的制造方法中，所述槽形成工序利用脉冲宽度为10ps以上750ps以下的脉冲激光进行。
由于形成10ps以上750ps以下的脉冲宽度的脉冲激光，因此能够以极短的时间间隔来将热能施加给薄膜(例如第一光电转换层)。即，与形成为纳秒的脉冲宽度的以往的脉冲激光相比，能够将投入的热能被薄膜吸收而扩散的热扩散抑制得较小。因此，能够将充分的热能投入到形成加工槽(例如中间接触层分离槽)的壁部附近而在槽加工中不浪费地使用能量，从而能够将形成为希望深度的加工槽形成直至加工槽的周缘附近。
在本发明的一方式的光电转换装置的制造方法中，具备：在所述第一光电转换层制膜工序之前，在基板上形成基板侧电极的基板侧电极制膜工序；除去该基板侧电极而形成基板侧电极分离槽的基板侧电极分离槽形成工序；在所述第二光电转换层制膜工序之后，除去所述第二光电转换层、所述中间接触层及所述第一光电转换层，而形成将背面电极和所述基板侧电极电连接的连接槽的连接槽形成工序，其中，所述中间接触层分离工序以使所述中间接触层分离槽与所述基板侧电极分离槽相邻且局部重合的方式进行，及/或，所述连接槽形成工序以使所述连接槽与所述中间接触层分离槽相邻且局部重合的方式进行。
基板侧电极分离槽(例如透明导电膜)、中间接触层分离槽及连接槽以该顺序在彼此相邻的状态下形成。从基板侧电极分离槽隔着中间接触层分离槽到连接槽之间(确切来说，到形成在连接槽更外侧的级间分离槽的距离)成为对光电转换装置的发电不起作用的部分(无效发电区域)。在上述方式中，使中间接触层分离槽与基板侧电极分离槽及/或连接槽相邻而局部重合。由此，能够使无效发电区域变窄，从而能够提高相对于发电面积的发电量。
在上述方式中，由于形成多个中间接触层分离槽，因此即使中间接触层分离槽与基板侧电极分离槽及/或连接槽局部重合，也只不过是中间接触层分离槽的多个槽中的位于外侧的槽重合，而位于中央的槽未重合，因此不会失去作为中间接触层分离槽的功能。而且，中间接触层分离槽中的位于外侧的槽的通常加工时的能量密度小，因此加工深度浅，不会到达基板侧电极。
另外，本发明的一方式的光电转换装置的制造装置具备：对构成光电转换装置的薄膜照射激光的激光振荡器；使所述激光相对于所述薄膜进行相对移动而沿规定的扫描方向形成加工槽的移动机构，其中，具备在与所述激光的射束直径相当的照射区域内形成沿一方向并列排列的干涉条纹的干涉条纹形成机构，所述移动机构以将所述干涉条纹沿所述扫描方向连接的方式使所述激光进行相对移动。
在与激光的射束直径相当的照射区域内，产生有强度在其中央最强而越靠周边越弱的激光强度分布。如此在照射区域内的整体产生激光强度分布时，难以实现希望的槽深度。
因此，在上述方式中，通过干涉条纹形成机构在照射区域内形成了干涉条纹。该干涉条纹由沿一方向并列排列的多个明区域构成。构成该干涉条纹的一个明区域内的激光强度分布相对小于照射区域整体的激光强度分布。对于激光强度分布相对减小的规定的明区域，调整激光强度而决定槽深度，从而形成槽深度分布小的加工槽。由此，能够正确地形成具有希望的槽深度的槽。
并且，通过移动机构以将干涉条纹沿扫描方向连接的方式进行相对移动，从而形成连续的加工槽。
作为激光，优选使用脉冲激光，更具体而言，使用皮秒激光或纳秒激光。
作为利用激光进行槽形成的薄膜，主要列举有串联结构(或三重结构)的光电转换装置的中间接触层，但本发明并不局限于此，例如，也可以使用在非结晶硅层、微结晶硅层、透明导电膜、背面电极等的槽形成中。
此外，在本发明的一方式的光电转换装置的制造装置中，具备将所述照射区域的形状形成为大致矩形形状的照射区域形状变更机构，所述移动机构以使该形成为矩形形状的所述照射区域的一边与相邻的所述照射区域的一边局部重合的方式使所述激光进行相对移动。
由于使大致矩形形状的相邻的照射区域的一边彼此重合，因此与使形成为圆形形状的照射区域重合的情况相比，能够在一边的延伸方向上重合成宽幅的区域。由此，与圆形形状的照射区域的情况相比，能够使多个明区域连续时所需的扫描方向的重合宽度变窄。因此，能够使扫描方向的移动量增大一定量，该一定量是照射区域的重合宽度减少的量，因此能够缩短槽形成工序。照射区域的重合宽度变窄这一情况会使多次照射激光的区域变窄，因此能够尽可能地将该重合区域上的薄膜的损伤抑制得较小。
作为将照射区域形成为大致矩形形状的照射区域形状变更机构，例如，列举有使激光通过形成有矩形孔的开口的方法或使用万花筒等的使射束截面形状变形的光学元件的方法，其中，该矩形孔将圆形形状的激光截面的周围遮挡。
另外，通过利用移动机构调整相邻的大致矩形形状的照射区域所重合的区域，而能够将在圆形形状的照射区域中得不到的个数的较多的明区域连续形成。
大致矩形形状不是指明确形成角部的矩形形状，角部也可以是圆角，总之只要是以相邻的照射区域的各自的一边彼此重合的方式形成一边的形状即可。
在本发明的一方式的光电转换装置的制造装置中，具备使所述激光的所述照射区域中的强度分布均匀的激光强度分布均匀化机构。
利用激光强度分布均匀化机构，使激光的照射区域中的强度分布均匀。并且，通过对薄膜照射激光，而能够使构成干涉条纹的各明区域的激光强度相等。由此，能够使各明区域的槽深度相等，能够实现高可靠性的槽加工。而且，能够避免仅规定的明区域的激光强度变强而产生过度加工的情况。
作为激光强度分布均匀化机构，例如，列举有延长物镜的焦点距离的光学配置或均化器(光积分棒等万花筒)等光学元件。
本发明的一方式的光电转换装置层叠有多个薄膜，将通过对任一薄膜进行激光照射而形成的加工槽沿一方向形成，其中，所述加工槽在与所述激光的射束直径相当的照射区域内形成为沿所述一方向并列排列的多个槽。
由于在与激光的射束直径相当的照射区域内形成沿一方向并列排列的多个槽，因此能够更可靠地进行薄膜的切断。
此种多个槽例如可以通过在照射区域内形成干涉条纹而得到。
作为激光，优选使用脉冲激光，更具体而言，使用皮秒激光或纳秒激光。
作为利用激光进行槽形成的薄膜，主要列举有串联结构(或三重结构)的光电转换装置的中间接触层，但本发明并不局限于此，例如，还可以使用在非结晶硅层、微结晶硅层、透明导电膜、背面电极等的槽形成中。
此外，本发明的一方式的光电转换装置具有：基板；制膜形成在该基板上的基板侧电极；将该基板侧电极分离的基板侧电极分离槽；制膜形成在该基板侧电极上及所述基板侧电极分离槽内，且以硅为主成分的第一光电转换层；制膜形成在该第一光电转换层上，且与该第一光电转换层进行电连接及光学连接的中间接触层；将该中间接触层分离，并与所述基板侧电极分离槽相邻形成的中间接触层分离槽；制膜形成在所述中间接触层上及所述中间接触层分离槽内，与该中间接触层进行电连接及光学连接，且以硅为主成分的第二光电转换层；将该第二光电转换层、所述中间接触层及所述第一光电转换层分离，以与所述中间接触层分离槽相邻的方式形成，并将背面侧电极和所述基板侧电极电连接的连接槽，所述基板侧电极分离槽、所述中间接触层分离槽及所述连接槽以该顺序并列形成，其中，所述中间接触层分离槽形成为所述加工槽，所述中间接触层分离槽与所述基板侧电极分离槽相邻且局部重合，且/或，所述中间接触层分离槽与所述连接槽相邻且局部重合。
基板侧电极分离槽(例如透明导电膜)、中间接触层分离槽及连接槽以该顺序形成为彼此相邻的状态。从基板侧电极分离槽隔着中间接触层分离槽到连接槽之间(确切来说，到形成在连接槽更外侧的级间分离槽的距离)成为对光电转换装置的发电不起作用的部分(无效发电区域)。在上述方式中，使中间接触层分离槽与基板侧电极分离槽及/或连接槽相邻而局部重合。由此，能够使无效发电区域变窄，从而能够提高相对于发电面积的发电量。
在上述方式中，由于形成有多个中间接触层分离槽，因此即使中间接触层分离槽与基板侧电极分离槽及/或连接槽局部重合，也只不过是中间接触层分离槽的多个槽中的位于外侧的槽重合，而位于中央的槽未重合，因此不会失去作为中间接触层分离槽的功能。而且，中间接触层分离槽中的位于外侧的槽的通常加工时的能量密度小，因此加工深度浅，未到达基板侧电极。
【发明效果】
根据本发明，起到以下的效果。
在照射区域内形成干涉条纹并得到了沿一方向并列排列的多个明区域。构成该干涉条纹的各个明区域内的激光强度分布相对小于照射区域整体的激光强度分布，因此与干涉条纹的1个明区域相对的加工槽的槽深度分布也减小。因此，对于规定的明区域，调整激光强度而决定槽深度，得到槽深度分布小的加工槽，从而能够正确地形成具有希望的槽深度的槽。
将中间接触层分离时，能够形成深度分布小的希望深度的分离槽，因此能够可靠地切断中间接触层，能够减少因中间接触层的切断不良产生的泄漏电流。由此，提高光电转换装置的性能。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的串联型太阳能电池的纵向剖视图。
图2是表示在中间接触层分离工序中形成中间接触层分离槽的状态的纵向剖视图。
图3是表示对本发明的第一实施方式的太阳能电池制造装置的中间接触层分离槽进行加工的装置的光学系统的简要结构图。
图4A表示在激光的照射区域形成有干涉条纹的状态。
图4B表示激光的照射区域的干涉条纹的激光强度分布。
图5是表示作为干涉条纹形成机构的一例的均化器的简要结构图。
图6是表示形成连续的中间接触层分离槽的方法的说明图。
图7是表示本发明的第二实施方式的照射区域的俯视图。
图8是表示图7的变形例的俯视图。
图9A示意性地表示加工槽的深度，是表示与第一实施方式相当的加工槽的深度分布的示意图。
图9B示意性地表示加工槽的深度，是表示第三实施方式的加工槽的深度分布的示意图。
图10是表示对本发明的第三实施方式的太阳能电池制造装置的中间接触层分离槽进行加工的装置的光学系统的简要结构图。
图11A表示中间接触层分离槽与相邻的透明电极分离槽及连接槽的位置关系，是比较例。
图11B表示中间接触层分离槽与相邻的透明电极分离槽及连接槽的位置关系，是表示第四实施方式的俯视图。
图12A是使用了以往的脉冲激光的情况并表示照射区域的重合状态的俯视图。
图12B是使用了以往的脉冲激光的情况并表示脉冲激光的射束截面的能量密度的图形。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。
[第一实施方式]
图1表示串联型的硅系薄膜太阳能电池(光电转换装置)的纵向截面。
太阳能电池10具备作为透光性绝缘基板的玻璃基板1、透明电极层2、顶层(第一光电转换层)91、中间接触层93、底层(第二光电转换层)92、背面电极层4。在本实施方式中，顶层91是主要具有非晶质硅系半导体的光电转换层，底层92是主要具有结晶质硅系半导体的光电转换层。
在此，“硅系”是包含硅(Si)、碳化硅(SiC)、锗化硅(SiGe)的总称。而且，“结晶质硅系”表示非结晶硅系即非晶质硅系以外的硅系，也包含微结晶硅和多结晶硅系。
上述结构的本实施方式的太阳能电池10如下所述制造。
作为玻璃基板1，使用具有1m2以上的面积的碱浮法玻璃。使用1m见方以上(具体而言1.4m×1.1m)的尺寸且板厚为3.5至4.5mm的玻璃。为了防止因热应力或冲击等产生的破损而优选对玻璃基板1的端面实施倒角加工或圆角加工。
作为透明电极层2，例如优选使用以氧化锡膜(SnO2)为主成分的透明电极膜。该透明电极膜形成为约500nm至800nm的膜厚，通过利用热CVD装置在约500℃下进行制膜处理而得到。在该制膜处理时，在透明电极膜的表面形成具有适当凹凸的纹理。也可以在透明电极膜与基板1之间夹设碱性隔膜(未图示)作为透明电极层2。碱性隔膜例如为50nm至150nm的膜厚的氧化硅膜(SiO2)，通过利用热CVD装置在约500℃下进行制膜处理而得到。
然后，将玻璃基板1设置在X-Y工作台上，从透明电极层2的膜面侧(图中的上方侧)照射YAG激光的第一高次谐波(1064nm)。相对于加工速度适当地调整激光功率，向透明电极层2与发电单元5的串联连接方向垂直的方向(图中纸面垂直方向)，使玻璃基板1与激光进行相对移动，形成透明电极分离槽(基板侧电极分离槽)12。由此，将透明电极层2激光蚀刻成宽度约6mm至15mm的规定宽度的窄长状。
接下来，利用等离子CVD装置，在减压气氛为30至1000Pa且基板温度约200℃的条件下，依次制膜形成由非结晶硅薄膜构成的p层膜/i层膜/n层膜，而形成顶层91。顶层91利用以SiH4气体和H2气体为主原料的工艺气体而制膜形成在透明电极层2上。p层、i层、n层从太阳光的入射侧(玻璃基板1侧)以该顺序层叠。
在本实施方式中，顶层91包括：以掺杂了B的非结晶SiC为主的膜厚10nm至30nm的非结晶p层；以非结晶Si为主的膜厚200nm至350nm的非结晶i层；在非结晶Si中含有微结晶Si的以掺杂了p的Si层为主的膜厚30nm至50nm的非结晶n层。而且，为了提高界面特性，也可以在p层膜与i层膜之间设置缓冲层。
接下来，在顶层91上制膜形成GZO(Ga掺杂ZnO)膜作为中间接触层93(中间接触层制膜工序)。GZO(Ga掺杂ZnO)膜为20nm至100nm的膜厚，利用溅射装置进行制膜。通过中间接触层93，能够改善顶层91与底层92之间的接触性并得到电流相容性。中间接触层93为半反射膜，通过使从玻璃基板1入射的光的一部分反射而提高顶层91的光电转换效率。
接下来，将玻璃基板1设置在X-Y工作台上，从透明电极层2的膜面侧(图中的上方侧)照射具有10ps至750ps的脉冲宽度的脉冲激光(以下称为“皮秒脉冲激光”。)。通过该皮秒脉冲激光，在透明电极分离槽12与连接槽16之间形成中间接触层分离槽15(中间接触层分离工序)。中间接触层分离槽(加工槽)15包括第一加工槽15a、位于该第一加工槽15a两侧的第二加工槽15b及第三加工槽15c。如图2所示，各加工槽15a、15b、15c在顶层91的非结晶i层91i形成终端。
通过中间接触层分离槽15，能够阻止沿中间接触层93的膜面方向流动的电流。
关于中间接触层分离工序，在下面进行详细叙述。
接下来，在中间接触层93上及中间接触层分离槽15内，利用等离子CVD装置，在减压气氛为3000Pa以下、基板温度约为200℃且等离子发生频率为40MHz至100MHz的条件下，依次制膜形成由微结晶硅薄膜构成的微结晶p层膜/微结晶i层膜/微结晶n层膜，而形成底层92(第二光电转换层制膜工序)。
在本实施方式中，底层92包括：以掺杂了B的微结晶SiC为主的膜厚10nm至50nm的微结晶p层；以微结晶Si为主的膜厚1.2μm至3.0μm的微结晶i层；以掺杂了p的微结晶Si为主的膜厚20nm至50nm的微结晶n层。
利用等离子CVD法形成微结晶硅薄膜、尤其是微结晶i层膜时，等离子放电电极与玻璃基板1的表面的距离d优选3mm至10mm。小于3mm时，从与大型基板对应的制膜室内的各结构设备精度出发，难以将距离d保持成恒定，而且过近有可能会产生放电的不稳定。大于10mm时，难以得到充分的制膜速度(1nm/s以上)，且等离子的均匀性下降，并因离子轰击而膜质下降。
接下来，将玻璃基板1设置在X-Y工作台上，如图中箭头所示，从底层92的膜面侧(图中上方侧)照射激光二极管激励YAG激光的第二高次谐波(532nm)。脉冲振荡为10至20kHz，以使加工速度适当的方式调整激光功率，在从透明电极分离槽12向侧方离开约50至350μm的位置形成连接槽16。激光也可以从玻璃基板1侧照射，这种情况下，能够利用由顶层91吸收的能量所产生的高蒸气压来蚀刻中间接触层93及底层92，因此能够进行更稳定的激光蚀刻加工。以与前一工序中的蚀刻线不交叉的方式考虑定位公差而选定激光蚀刻线的位置。
接下来，利用溅射装置在减压气氛、约150至200℃下依次制膜形成Ag膜/Ti膜作为背面电极层4。在本实施方式中，就背面电极层4而言，依次层叠约150至500nm的膜厚的Ag膜、以及为了对该Ag膜进行保护而层叠防蚀效果高的10至20nm的膜厚的Ti膜。或者也可以是具有约25nm至100nm的膜厚的Ag膜及/或Cu膜与具有约15nm至500nm的膜厚的Al膜或Ti膜的层叠结构。以n层与背面电极层4的接触电阻减少和光反射提高为目的，也可以利用溅射装置在底层92与背面电极层4之间制膜形成膜厚为50至100nm的GZO(Ga掺杂ZnO)膜。
接下来，将玻璃基板1设置在X-Y工作台上，从玻璃基板1侧(图中下方侧)照射激光二极管激励YAG激光的第二高次谐波(532nm)。激光被顶层91及底层92吸收，利用此时产生的高的气体蒸气压使背面电极层4爆裂而将其除去。激光的脉冲振荡频率为1至10kHz，以形成适当的加工速度的方式调整激光功率，并进行激光蚀刻，以形成单元分割槽(级间分离槽)18，该单元分割槽(级间分离槽)18形成在从透明电极分离槽12向侧方离开约250至400μm的位置上。
在上述工序后，经过利用EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)等粘结填充材料片以覆盖背面电极4的方式粘贴防水效果高的背承片的工序等，而制造出太阳能电池。
以下，对上述的中间接触层分离工序进行详细叙述。
该工序所使用的激光是具有10ps至750ps的脉冲宽度的皮秒脉冲激光。具体而言，优选使用脉冲宽度13ps、振荡频率10kHz、射束点径124μm的皮秒脉冲激光振荡器。作为皮秒脉冲激光振荡器，其代表性的结构列举有Nd:YVO4激光、钛·蓝宝石激光、纤维激光等。
如图2所示，中间接触层分离槽15的终端位置(底部)位于顶层91的i层91i内。即，中间接触层分离槽15的终端位置不位于顶层91的n层91n及p层91p内。由此，即使万一在形成中间接触层分离槽15的壁部(包含底部)上形成了非结晶硅的再结晶化区域20，也能防止n层91n或p层91p的掺杂剂向该再结晶化区域20扩散的情况，从而能够避免因掺杂剂引起的再结晶化区域20的低电阻化。再结晶化区域20可以通过透过型电子显微镜等进行确认。
图3表示对中间接触层分离槽15进行加工的光学系统的装置结构。
在皮秒脉冲激光振荡器22与玻璃基板1(准确来说，形成有顶层91及中间接触层93的玻璃基板1)之间配置全反射镜24。玻璃基板1在未图示的辊式/带式输送器等移动机构的作用下向箭头T方向移动，从形成而沿扫描方向T连续的中间接触层分离槽15。
在皮秒脉冲激光振荡器22与全反射镜24之间设有干涉条纹形成机构26。
干涉条纹形成机构26在与激光的射束直径D1相当的照射区域28(参照图4A)内形成沿一方向并列排列的干涉条纹。干涉条纹由明区域28a和暗区域28b构成。明区域28a是激光强度由于干涉而增强亮度的区域，暗区域28b是激光强度由于干涉而减弱的区域。如图4A所示，在1次的照射下，通过干涉条纹的明区域28a形成加工槽15a、15b、15c、15d、15e。加工槽15a、15b、15c、15d、15e间的区域对应于干涉条纹的暗区域28b，几乎未形成槽。即，在图4B中示出通过干涉条纹形成的加工深度，示出了在与明区域28a对应的位置上形成深的加工槽15a、15b、15c、15d、15e，而在与暗区域28b对应的位置上几乎未形成加工槽的情况。
与未形成干涉条纹时(图12B)相比，各个加工槽15a、15b、15c、15d、15e中的槽深度分布比较小。因此，能得到深度分布小的加工槽15，因此通过调整激光强度而能够准确地控制希望的槽深度。
图5中示出干涉条纹形成机构26的具体结构的一例。
干涉条纹形成机构26具备对置配置的两个射束分割镜30及射束结合镜31、使分割的光折回的全反射镜34、35、36、37。从激光振荡器22射出的入射激光32具有符号38所示的能量密度分布而向射束分割镜30入射。入射激光32在射束分割镜30的作用下，在其中心被分割成两部分而成为两个分割激光32a、32b。所述分割激光32a、32b在被全反射镜34、35分别折回后进行交叉。交叉时，分割激光32a、32b相互干涉。而且，通过使分割激光32a、32b交叉，而改换各自的位置。分割激光32a、32b在被全反射镜36、37分别折回后，向射束结合镜31入射。在射束结合镜31中，各分割激光32a、32b通过重叠而被合成。重叠后的出射激光33具有符号39所示的能量密度分布而向基板1照射。如上所述，分割激光32a、32b在交叉时发生干涉，因此在出射激光37中形成干涉条纹。
需要说明的是，通过适当调整图5所示的光学系统，能够使出射激光33的强度分布39均匀成希望的程度。而且，通过使用各种棱镜来取代图5所示的射束分割镜及射束结合镜或全反射镜，也能构成同样的光学系统。
图6中示出形成连续的中间接触层分离槽15的方法。
各个照射区域28局部重合。该图中的左右方向是中间接触层分离槽28的形成方向(扫描方向)。以使通过明区域28a形成的加工槽15连续的方式来决定相邻的照射区域28的重合宽度B1。在该图的实施方式中，使与三个明区域对应的三个加工槽15a、15b、15c连续的方式来决定重合宽度B1。由此，图1及图2所示的三个加工槽15a、15b、15c连续形成。需要说明的是，如图6所示，位于最外侧的加工槽15d、15e沿扫描方向不连续。
重合宽度B 1的调整可以通过调整基板1与激光的相对移动速度或调整脉冲秒激光的脉冲间隔来实现。
根据上述的本实施方式，起到以下的作用效果。
在皮秒脉冲激光的照射区域28内形成干涉条纹，得到了沿一方向并列排列的多个明区域28a。各个明区域28a内的激光强度分布相对小于照射区域整体的激光强度分布。对于激光强度分布相对减小的规定的明区域，调整激光强度而决定槽深度。由此，能够准确地形成具有希望的槽深度的加工槽15a、15b、15c。
使中间接触层分离槽15在第一光电转换层的中途位置形成终端，使其不到达与顶层91连接的透明电极2。由此，即使在形成中间接触层分离槽15的壁部上形成有再结晶化区域20(参照图2)，该再结晶化区域20也不会与透明电极2进行物理连接，因此不会将中间接触层93和透明电极2电连接。
如此，中间接触层分离槽15的终端位置优选形成为使再结晶化区域20与和顶层91连接的透明电极2不接触的位置，优选至少将与中间接触层93连接的顶层91的n层91n切断的深度。如此，通过切断n层，能够避免n层中含有的掺杂剂混入再结晶化区域20而使再结晶化区域的导电性增加的情况。
当使皮秒脉冲激光的相邻的照射区域28局部重合时，通过调整重合宽度B1而使与干涉条纹的多个明区域对应的加工槽15a、15b、15c连续。由此，形成多个连续的加工槽15a、15b、15c，因此与仅通过一个明区域形成的加工槽相比，能够可靠地进行中间接触层93的切断。
各加工槽15a、15b、15c的槽深度不同时，调整激光功率等，以使特定的加工槽15a的槽深度成为希望深度。这种情况下，通过特定的加工槽15a主要防止来自中间接触层的电流泄漏。
本实施方式的脉冲秒激光为10ps以上750ps以下的脉冲宽度，因此能够以极短的时间间隔将热能施加给顶层91。即，与形成为纳秒的脉冲宽度的以往的脉冲激光相比，能够将投入的热能被薄膜吸收而进行扩散的热扩散抑制得较小，因此，能够将充分的热能投入到形成中间接触层分离槽15的壁部附近而在槽加工中不浪费地使用能量，从而能够形成希望深度的中间接触层分离槽15。
由于能够减少中间接触层分离槽15的深度分布而可靠地切断中间接触层93，并避免再结晶化区域20的影响，因此能减少因泄漏电流引起的性能下降，而提高电池性能。
在本实施方式中，使用皮秒激光进行了说明，但本发明并不局限于此，只要能够通过干涉条纹在照射区域28内形成多个明区域28a即可，也可以使用其它激光，例如可以使用纳秒激光。
作为加工的薄膜，以中间接触层93为例进行了说明，但也可以以其它薄膜例如顶层91、底层92、透明电极2、背面电极4为加工对象。
在本实施方式中，形成为相对于皮秒激光使基板1沿扫描方向T(参照图3)移动的结构，但本发明并不局限于此，只要使激光和作为加工对象的薄膜进行相对移动即可，例如，也可以在固定好基板1的基础上使激光沿加工方向扫描。
在本实施方式中，说明了中央的第一加工槽15a的槽深度最深的情况，但本发明并不局限于此，也可以调整光学系统而将外侧的第二加工槽15b或第三加工槽15c形成为最深的槽深度。
[第二实施方式]
接下来，使用图7及图8对本发明的第二实施方式进行说明。相对于第一实施方式，本实施方式的照射区域的形状不同，其它点相同，因此仅说明不同点，而省略其它说明。
图7是与第一实施方式的图6对应的图。如图7所示，照射区域40形成为大致矩形形状。
作为形成矩形形状的照射区域40的方法，列举有使激光通过形成有矩形孔的开口的方法或使用万花筒的方法，其中，该矩形孔将圆形形状的激光截面的周围遮挡。
在形成中间接触层分离槽15时，如图7所示，使照射区域40的一边与相邻的照射区域40的一边局部重合。如此，能够在一边的延伸方向上重合成宽幅C2，因此与图6那样使形成为圆形形状的照射区域28重合时(参照宽度C1)相比，能够使照射区域40的重合宽度B2变窄。因此，能够增大扫描方向的移动量，而且能够缩短中间层分离工序。而且，能够使照射区域40的重合宽度B2(＜B1)沿扫描方向变窄，因此能够减小多次照射激光的重合区域，从而能够尽可能地将顶层91的损伤抑制得较小。
另外，通过调整相邻的大致矩形形状的照射区域所重合的区域，而能够将在第一实施方式那样的圆形形状的照射区域中无法得到的个数的较多的加工槽连续形成。具体而言，如图8所示，使重合宽度B2’(＞B2)大于图7的情况时，能够增加连续的明区域28a的个数，从而能够增加加工槽15的个数。即，在图7的情况下是3个加工槽15a、15b、15c连续，相对于此，在图8的情况下能够使5个加工槽15a、15b、15c、15d、15e连续。
在本实施方式中，大致矩形形状不是指明确形成角部的矩形形状，也可以如图7及图8所示，角部为圆角，总之只要是相邻的照射区域以使各自的一边彼此重合的方式形成一边的形状即可。
[第三实施方式]
接下来，使用图9A至图10，说明本发明的第三实施方式。相对于第一实施方式，本实施方式在各自的加工槽15的深度大致均匀的点上不同。而除此以外的结构相同，因此省略其说明。
如图9A所示，第一实施方式所示的加工槽15a、15b、15c各自的槽深度不同。相对于此，在本实施方式中，如图9B所示，加工槽15a、15b、15c、15d、15e的槽深度大致相同。
为了使各加工槽15a、15b、15c、15d、15e的槽深度大致均匀，而使照射区域中的激光强度分布均匀即可。具体而言，如图10所示，将激光强度分布均匀化机构50配置在全反射镜24的跟前，该激光强度分布均匀化机构50使从皮秒激光振荡器22射出的激光的强度分布均匀。作为激光强度分布均匀化机构50，列举有延长物镜的焦点距离的光学系统或均化器(光积分棒等万花筒)。
如此，根据本实施方式，由于在使激光的照射区域中的强度分布均匀后，对中间接触层93照射激光，因此能够使构成干涉条纹的各明区域的激光强度相同。由此，能够使通过各明区域形成的加工槽15的槽深度相同，从而能够实现高可靠性的槽加工。
另外，能够避免仅使规定的明区域的激光强度增强(具体而言是图9A的加工槽15a)而发生过度加工的情况。
[第四实施方式]
接下来，使用图11A及图11B，说明本发明的第四实施方式。相对于第一实施方式，本实施方式的透明电极分离槽12、中间接触层分离槽15及连接槽16的间隔不同。而除此以外的结构相同，因此省略其说明。
图11A中示出比较例，在透明电极分离槽12与中间接触层分离槽15之间、以及中间接触层分离槽15与连接槽16之间设有规定的间隔(例如100nm左右)。在连接槽16附近隔开规定的间隔(例如100nm左右)而形成单元分割槽18。如该图的符号N0所示，从透明电极分离槽12到单元分割槽18之间的区域成为对发电不起作用的无效发电区域N0。
在本实施方式中，如图11B所示，使透明电极分离槽12与中间接触层分离槽15、以及中间接触层分离槽15与连接槽16相邻且局部重合。由此，与图11A的比较例相比，能够减小无效发电区域N1，从而能够提高相对于发电面积的发电量。
在本实施方式中，形成多个加工槽作为中间接触层分离槽15，因此即使中间接触层分离槽15与透明电极分离槽12及连接槽16局部重合，也只不过是位于外侧的加工槽重合，而位于中央侧的加工槽未重合，因此不会失去作为中间接触层分离槽的功能。而且，中间接触层分离槽15中的位于外侧的加工槽的通常加工时的能量密度小(例如参照图4B)，因此加工深度变浅，未到达基板侧电极。
在本实施方式中，使透明电极分离槽12及连接槽16这两者与中间接触层分离槽15局部重合，但仅使任一方重合，也能够减小无效发电区域。
【符号说明】
1玻璃基板
2透明电极层
4背面电极层
5发电单元
10太阳能电池(光电转换装置)
15中间接触层分离槽(加工槽)
15a第一加工槽
15b第二加工槽
15c第三加工槽
20再结晶化区域
22皮秒激光振荡器
26干涉条纹形成机构
50激光强度分布均匀化机构
91顶层(第一光电转换层)
92底层(第二光电转换层)
93中间接触层

Claims (13)

1.一种光电转换装置的制造方法，具有对构成光电转换装置的薄膜照射激光，并使该激光相对于该薄膜进行相对移动而沿规定的扫描方向形成加工槽的槽形成工序，其中，
所述槽形成工序在与所述激光的射束直径相当的照射区域内形成沿一方向并列排列的干涉条纹，并以将该干涉条纹沿所述扫描方向连接的方式使所述激光进行相对移动。
2.根据权利要求1所述的光电转换装置的制造方法，包括：
制膜形成以硅为主成分的第一光电转换层的第一光电转换层制膜工序；
在所述第一光电转换层上，制膜形成与该第一光电转换层进行电连接及光学连接的中间接触层的中间接触层制膜工序；
照射激光而除去所述中间接触层，并形成直至所述第一光电转换层的中间接触层分离槽而将该中间接触层分离的中间接触层分离工序；
在所述中间接触层上及所述中间接触层分离槽内，制膜形成与该中间接触层进行电连接及光学连接并以硅为主成分的第二光电转换层的第二光电转换层制膜工序，
所述制造方法进行所述槽形成工序作为所述中间接触层分离工序。
3.根据权利要求2所述的光电转换装置的制造方法，其中，
所述中间接触层分离槽在所述第一光电转换层的中途位置形成终端。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光电转换装置的制造方法，其中，
所述激光为脉冲激光，
所述槽形成工序在通过使所述脉冲激光的多个所述照射区域局部重合而连续地形成所述加工槽时，使相邻的所述照射区域重合，以使所述干涉条纹的多个明区域连续。
5.根据权利要求4所述的光电转换装置的制造方法，其中，
所述照射区域为大致矩形形状，
所述槽形成工序使形成为矩形形状的所述照射区域的一边与相邻的所述照射区域的一边局部重合。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光电转换装置的制造方法，其中，
在使所述激光的所述照射区域中的强度分布均匀后，对所述薄膜照射激光。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光电转换装置的制造方法，其中，
所述槽形成工序利用脉冲宽度为10ps以上750ps以下的脉冲激光进行。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的光电转换装置的制造方法，具备：
在所述第一光电转换层制膜工序之前，在基板上形成基板侧电极的基板侧电极制膜工序；
除去该基板侧电极而形成基板侧电极分离槽的基板侧电极分离槽形成工序；
在所述第二光电转换层制膜工序之后，除去所述第二光电转换层、所述中间接触层及所述第一光电转换层，而形成将背面电极和所述基板侧电极电连接的连接槽的连接槽形成工序，
所述中间接触层分离工序以使所述中间接触层分离槽与所述基板侧电极分离槽相邻且局部重合的方式进行，及/或，
所述连接槽形成工序以使所述连接槽与所述中间接触层分离槽相邻且局部重合的方式进行。
9.一种光电转换装置的制造装置，其具备：
对构成光电转换装置的薄膜照射激光的激光振荡器；
使所述激光相对于所述薄膜进行相对移动而沿规定的扫描方向形成加工槽的移动机构，
所述制造装置具备在与所述激光的射束直径相当的照射区域内形成沿一方向并列排列的干涉条纹的干涉条纹形成机构，
所述移动机构以将所述干涉条纹沿所述扫描方向连接的方式使所述激光进行相对移动。
10.根据权利要求9所述的光电转换装置的制造装置，其中，
具备将所述照射区域的形状形成为大致矩形形状的照射区域形状变更机构，
所述移动机构以使该形成为矩形形状的所述照射区域的一边与相邻的所述照射区域的一边局部重合的方式使所述激光进行相对移动。
11.根据权利要求9或10所述的光电转换装置的制造装置，其中，
具备使所述激光的所述照射区域中的强度分布均匀的激光强度分布均匀化机构。
12.一种光电转换装置，其层叠有多个薄膜，在任意薄膜上沿一方向形成有通过进行激光照射而形成的加工槽，其中，
所述加工槽在与所述激光的射束直径相当的照射区域内形成为沿所述一方向并列排列的多个槽。
13.一种光电转换装置，其具有：
基板；
制膜形成在该基板上的基板侧电极；
将该基板侧电极分离的基板侧电极分离槽；
制膜形成在该基板侧电极上及所述基板侧电极分离槽内，且以硅为主成分的第一光电转换层；
制膜形成在该第一光电转换层上，且与该第一光电转换层进行电连接及光学连接的中间接触层；
将该中间接触层分离，并与所述基板侧电极分离槽相邻形成的中间接触层分离槽；
制膜形成在所述中间接触层上及所述中间接触层分离槽内，与该中间接触层进行电连接及光学连接，且以硅为主成分的第二光电转换层；
将该第二光电转换层、所述中间接触层及所述第一光电转换层分离，以与所述中间接触层分离槽相邻的方式形成，并将背面侧电极和所述基板侧电极电连接的连接槽，
所述基板侧电极分离槽、所述中间接触层分离槽及所述连接槽以该顺序并列形成，其中，
所述中间接触层分离槽为所述加工槽，
所述中间接触层分离槽与所述基板侧电极分离槽相邻且局部重合，且/或，
所述中间接触层分离槽与所述连接槽相邻且局部重合。
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