JP5030745B2

JP5030745B2 - 光電変換装置の製造方法

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Publication number: JP5030745B2
Application number: JP2007309130A
Authority: JP
Inventors: 信樹山下; 和孝宇田; 英四郎笹川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: JP2009135220A

Description

本発明は、光電変換装置の製造方法に関し、特に光電変換層を製膜で作製する集積型タンデム太陽電池の製造方法に関する。

タンデム太陽電池は、吸収波長帯域が異なる光電変換セルを２段重ねた構造を有する高効率の太陽電池である。例えば、太陽光入射側の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）で短波長の光を吸収させ、吸収されなかった長波長の光を結晶質シリコン（例えば非晶質層が混在する微結晶シリコン）に吸収させる。ａ−Ｓｉで吸収しきれずに透過してしまう短波長の光を、透明な中間層でａ−Ｓｉ膜側に反射させて光路を長くし吸収させることで、ａ−Ｓｉの膜厚を大きくせずに発生電流を大きくすることができる。

このような中間層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）などの金属酸化物を主成分とし、一般に低抵抗膜とされる。透明金属酸化物の導電率は、酸素欠損量やドーピング元素含有量によって変化する性質がある。

透明電極の比抵抗は低いもので約５×１０^−４Ω・ｃｍ程度であるが、裏面電極に使用される金属膜の比抵抗に比べて２桁程大きい。そのため、光電変換セルで発生した電流が透明電極を流れる間に電力損失が生じてしまう。これは基板面積が大きくなる程顕著となる。

光電変換セルで発生した電流の損失を小さくするために、集積構造の太陽電池とすることが知られている。これは、太陽電池（発電ユニット）を１枚の基板上に複数個作製し、それぞれ直列接続したものである。発電膜を分割し１つの発電ユニットの面積を小さくすることで、透明電極に流れる電流量を減らし、直列化で電圧を高めることで、損失を抑えている。なお、上記分離溝や接続溝は、直列接続方向に対して垂直方向に延在するように、レーザスクライブによって形成される。

太陽電池には、透明基板側から太陽光が入射するスーパーストレート型と、上部電極側から太陽光が入射するサブストレート型とがある。スーパーストレート型で中間層を挿入した集積型薄膜シリコンタンデム型太陽電池が、特許文献１及び特許文献２などに開示されている。特許文献１及び特許文献２では、中間層の比抵抗が１×１０^−１Ω・ｃｍ以下が好ましいとされている。しかし、中間層の比抵抗が低いと、上部光電変換セルから下部光電変換セルに流れるべき電流の一部が、中間層を通って接続溝を覆う上部電極に漏れるサイドリークと呼ばれる現象が発生する。

サイドリークを防止する集積構造の一例が、特許文献３に開示されている。この集積構造では、下部電極分離溝と接続溝の間に、下部光電変換セル及び中間層を除去する分離溝を設けることで、発電ユニットから接続溝へ中間層を通って流れる電流経路が遮断されている。しかし、この集積構造では、分離溝が増えることで、発電に寄与しない接続部の面積が増加し、また、レーザ加工装置が余計に必要になるという問題が生じる。

一方、分離溝を設けずにサイドリークを防止するために、高抵抗（１〜１００Ω・ｃｍ）の透明中間層を設けることが行われている（特許文献４）。高抵抗の透明中間層を使用することで、サイドリークの影響が無視できるほど小さくなるので、透明中間層を分割することなく、下部電極分離溝と、接続溝と、上部電極分離溝とによって発電ユニットが直列接続される従来のモジュール構造を使用できる。
特開２００１−２７４４３０号公報特開２００２−１１８２７３号公報特開２００２−２６１３０８号公報特開２００５−３２２７０７号公報

特許文献４に記載されるように、高抵抗の中間層を設けることにより、サイドリークを防止し高効率の太陽電池を得ることができる。中間層の電気的特性と光学的特性には相関があり、高効率の太陽電池を得るためには、太陽電池モジュールとしたときに高いモジュール出力が得られる抵抗率に中間層を設定するとともに、吸収波長帯域全体で中間層の透過率を高くする必要がある。一般的に中間層の製膜は１００℃以上の製膜温度で行われる。高温で製膜を実施すると、製膜中に太陽光入射側の非晶質シリコンのｎ層にダメージを与えるとともに、中間層との界面に反応物が生成し、中間層の内部透過率が数％低下する。また、製膜プロセスの観点からは、大面積基板に対して製膜する際に、基板内で温度分布が生じ、膜質の不均一、さらには基板の歪発生による割れが生じ、歩留まりが低下する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高抵抗の中間コンタクト層によりサイドリークを防止したモジュール出力の大きい集積型タンデム太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、積層された少なくとも２層の電池層と、該２層の電池層の間に介在し、該２層の電池層を電気的及び光学的に接続する中間コンタクト層とを備えた光電変換装置の製造方法であって、前記中間コンタクト層が、膜厚４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、抵抗率１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下となるように、前記中間コンタクト層を３０℃以上５０℃以下の温度で形成する光電変換装置の製造方法を提供する。

従来の方法では、製膜温度が１５０℃から２００℃と高温にて中間コンタクト層を形成し、抵抗率が低い中間コンタクト層を得ていた。中間コンタクト層を高温で製膜すると、結晶成長が促進され、さらに結晶粒界の密着が促進されるため、電気伝導が良くなり、抵抗率が低くなる。一方、本発明は、中間コンタクト層を３０℃以上５０℃以下の温度で形成するものである。これにより、高抵抗の中間コンタクト層を確実に形成することができ、例えば集積型タンデム太陽電池におけるサイドリークを防止することができる。さらに、中間コンタクト層を低温で形成すると中間コンタクト層の膜質及び膜厚が均一となるので、生産工程における歩留まりを向上させることができる。

本発明の光電変換装置の製造方法において、中間コンタクト層が、膜厚４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、抵抗率１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下となるように形成されることが好ましい。より好ましくは、膜厚５０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、さらに好ましくは５０ｎｍ以上７０ｎｍ以下で、抵抗率１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下となるように形成される。これにより、例えば集積型タンデム太陽電池とした場合、モジュール出力を向上させることができる。

上記発明において、前記中間コンタクト層が、ガリウムを添加した酸化亜鉛から成ることが好ましい。

上記発明において、前記中間コンタクト層が、酸素を添加した希ガスをスパッタガスとして用いたスパッタリング法で形成されることが好ましい。この場合、前記スパッタガス中の前記酸素の添加量が、前記酸素及び前記希ガスの体積の合計に対して０．５体積％以上５体積％以下とされることが好ましい。

酸素及び希ガスの体積の合計に対して０．５体積％以上５体積％以下のスパッタガスを用いてスパッタリング法により中間コンタクト層を形成すれば、中間コンタクト層の抵抗率を高くするとともに、吸収波長帯域における長波長領域の透過率を高くすることができる。

上記発明において、前記中間コンタクト層を形成した後に、前記中間コンタクト層を真空中で加熱しても良い。この場合、１×１０^−４Ｐａ以上５×１０^−４Ｐａ以下の減圧雰囲気で加熱することが好ましい。更に、１４０℃以上２００℃以下の温度で加熱することが好ましい。

このように、中間コンタクト層形成後に真空中で加熱することにより、中間コンタクト層の抵抗率を更に上昇させることができる。このときの雰囲気は真空中である必要がある。熱処理で抵抗率が上昇する要因は、中間コンタクト層中の酸素欠損が減少することである。真空中かつ高温での熱処理を行うことにより、酸素欠損を減少させることが出来、その制御性が高まる。

上記の製造方法を用いれば、高い抵抗率を有するとともに、吸収波長帯域全体で高い透過率を有する中間コンタクト層が形成された光電変換装置を製造することができる。集積型タンデム太陽電池においては、サイドリークを防止し、モジュール出力の大きい太陽電池を得ることができる。特に本願発明の低温における中間コンタクト層の製膜では、結晶成長が抑制され、膜面垂直方向に成長した結晶の粒界、つまり膜面方向に多くの粒界が発生し、膜面方向の抵抗率を特に高くし、サイドリークを防止することが出来る。さらに、膜面垂直方向は結晶がつながっており、見かけの抵抗率より低抵抗となっているので、非晶質シリコンと結晶質シリコン間の電気的接合を良好に保つことが出来る。

また、本発明は、参考例として、絶縁基板上に、透明電極層と、積層された少なくとも２層の電池層と、該２層の電池層との間に介在する中間コンタクト層と、裏面電極層とを備えた光電変換装置であって、前記中間コンタクト層が、膜厚４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、かつ、抵抗率１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下である光電変換装置を提供する。

抵抗率が１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下と高抵抗の中間コンタクト層を５０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の膜厚で形成することで、サイドリークを防止し、変換効率の高い光電変換装置とすることができる。

本発明によれば、高抵抗かつ吸収波長帯域全体で高透過率の中間コンタクト層を形成することが可能となる。本発明の製造方法によって製造された光電変換装置は、例えば集積型タンデム太陽電池の場合、サイドリークの問題を克服でき、モジュール出力が増大する。また、中間コンタクト層の膜質及び膜厚を均一に形成することが出来るため、歩留まりを向上させることができる。

まず、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について説明する。
図１は、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示す概略図である。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としての第１電池層１０１（アモルファスシリコン系）及び第２電池層１０２（結晶質シリコン系）、第１電池層１０１と第２電池層１０２との間の中間コンタクト層５、及び、裏面電極層４を備える。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、結晶質シリコン系とは、アモルファスシリコン系すなわち非晶質シリコン系以外のシリコン系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系も含まれる。

次に、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実施形態を図２から図５を用いて説明する。

（１）図２（ａ）：
基板１としてソーダフロートガラス基板（例えば、１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３〜６ｍｍの一辺が１ｍを超える大面積基板）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。

（２）図２（ｂ）：
透明電極層２として酸化錫（ＳｎＯ_２）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（ＳｉＯ_２）を熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。

（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。

（４）図２（ｄ）：
第１電池層１０１として、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層膜／ｉ層膜／ｎ層膜を、プラズマＣＶＤ装置により製膜する。ＳｉＨ_４ガスとＨ_２ガスとを主原料にして、減圧雰囲気：３０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃にて、透明電極層２上に太陽光の入射する側からｐ層、ｉ層、ｎ層の順で製膜する。ｐ層はアモルファスのＢドープＳｉ膜であり、膜厚１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。ｉ層はアモルファスのＳｉ膜であり、膜厚２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。ｎ層はｐドープ微結晶Ｓｉ膜であり、膜厚３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。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。

次に、第１電池層１０１上に、第１電池層１０１と第２電池層１０２との接触性を改善するとともに電流整合性を取るために半反射膜となる中間コンタクト層５として、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜をスパッタリング法にて形成する。ＤＣスパッタリング装置により、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ焼結体を用い、減圧雰囲気：０．５Ｐａ、製膜温度：３０℃以上５０℃以下、スパッタガス：アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ_２）量：０．５体積％以上５体積％以下の条件にて、膜厚４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、抵抗率１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下の中間コンタクト層５を形成する。

一般に、中間コンタクト層は抵抗率を低くするため、例えば１５０℃から２００℃に基板を加熱して製膜するが、本実施形態では中間コンタクト層５を低温にて製膜する。低温製膜により、ＧＺＯの膜面方向で結晶粒界が粗となるので、抵抗率が高い中間コンタクト層が得られる。また、低温製膜により中間コンタクト層の膜質及び膜厚が均一となる。特に、３０℃以上５０℃以下で中間コンタクト層を製膜すると、抵抗率１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下が得られる。

製膜時の酸素量により、ＧＺＯの電気的特性及び光学的特性は変化する。酸素量が少ないと、ＧＺＯは低抵抗となり、長波長領域での透過率が減少する。酸素量が多くなると、抵抗率が上昇し、長波長領域でも高い透過率を示す。製膜時の酸素量を０．５体積％以上５体積％以下とすると、抵抗率が１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下と高抵抗であり、長波長領域でも高い透過率を有する中間コンタクト層とすることが出来る。

中間コンタクト層５を形成した後、後述の第２電池層１０２のｐ層製膜前に、真空中において加熱処理を施しても良い。この場合、圧力：１×１０^−４Ｐａ以上５×１０^−４Ｐａ以下、温度：１４０℃以上２００℃以下にて加熱処理を行うことが好ましい。真空中における加熱処理によって、雰囲気中に残存する微量のＯ_２によって中間コンタクト層表面が酸化されると考えられ、これにより中間コンタクト層の抵抗率を更に上昇させる。
なお、上記の加熱処理を、後工程の第２電池層のｐ層形成のためのロードロックチャンバで行えば、工程に要する時間を短縮させることが出来るため有利である。

次に、中間コンタクト層５の上に、プラズマＣＶＤ装置により、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下にて、第２電池層１０２として、微結晶シリコン薄膜からなる微結晶ｐ層膜／微結晶ｉ層膜／微結晶ｎ層膜を順次製膜する。

第２電池層１０２は、本実施形態では、微結晶ｐ層はＢドープした微結晶ＳｉＣ膜であり、膜厚１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。微結晶ｉ層は微結晶Ｓｉ膜であり、膜厚１．２μｍ以上３．０μｍ以下である。微結晶ｎ層はｐドープした微結晶Ｓｉであり、膜厚２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。

微結晶シリコン薄膜、特に微結晶ｉ層膜をプラズマＣＶＤ法で形成するにあたり、プラズマ放電電極と基板１の表面との距離ｄは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下にすることが好ましい。３ｍｍより小さい場合、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離ｄを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。１０ｍｍより大きい場合、十分な製膜速度（１ｎｍ／ｓ以上）を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。

（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の第１電池層１０１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。

（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。第２電池層１０２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。

（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。

（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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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／ｍ^２）のソーラシミュレータを用いて行う。

（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。

上記実施形態で製造された太陽電池モジュールは、抵抗率が１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下と高抵抗の中間コンタクト層を５０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の膜厚で形成し、サイドリークを防止している。また、中間コンタクト層製膜時の酸素添加量をコントロールして、吸収波長帯域で高透過率の中間コンタクト層としている。このため、太陽電池モジュールの出力が向上し、高効率の太陽電池パネルを得ることが可能となる。

以下、本発明の実施例について説明する。
〔実施例〕
ＤＣスパッタリング装置にて、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ焼結体を用い、減圧雰囲気：０．５Ｐａ、スパッタガス：アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ_２）量：０．５体積％の条件で、ＧＺＯからなる中間コンタクト層を、製膜温度を変えて形成した。中間コンタクト層の抵抗率を、４端子抵抗測定器にて測定したシート抵抗と膜厚より求めた。

図６に、中間コンタクト層の製膜時の基板温度と抵抗率の関係を示す。同図において、横軸は基板温度、縦軸は抵抗率である。基板温度が低くなると抵抗率が上昇し、基板温度３０℃以上５０℃以下にて抵抗率１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下が得られた。

ＤＣスパッタリング装置にて、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ焼結体を用い、減圧雰囲気：０．５Ｐａ、スパッタガス：アルゴン（Ａｒ）、製膜温度：５０℃の条件で、酸素添加量を変えてＧＺＯからなる中間コンタクト層を形成した。

図７に、酸素添加量と中間コンタクト層の抵抗率の関係を示す。同図において、横軸は酸素添加量、縦軸は抵抗率である。図８に、各酸素添加量で形成した中間コンタクト層の透過スペクトルを示す。同図において、横軸は波長、縦軸は内部透過率である。なお、図７及び図８における中間コンタクト層の膜厚は６０ｎｍとした。
図７に示すように、酸素を添加することによって抵抗率が上昇した。特に、０．５体積％以上５体積％以下の酸素添加量で、抵抗率が１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下となった。
図８に示すように、酸素添加量が０．５体積％以上５体積％以下の場合、長波長領域での透過率を高くすることができ、波長４５０ｎｍから８００ｎｍの領域で透過率９５％以上が得られた。一方、酸素添加量が０体積％から０．４体積％の場合は、波長が長くなるほど透過率が減少し、波長６００ｎｍ以上で透過率が９５％以下となった。このように、中間コンタクト層形成時の酸素添加量を０．５体積％以上５体積％以下とすることで、長波長領域での透過率を高くすることができた。

次に、上記製造方法により、製膜温度及び酸素添加量を調整して抵抗率を変えた中間コンタクト層（膜厚３０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ）を有する太陽電池モジュールを製造した。図９に、中間コンタクト層の抵抗率と太陽電池モジュールの出力（相対比）を示す。いずれの中間コンタクト層膜厚でも、抵抗率が１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下の範囲でモジュール出力が大きくなった。中間コンタクト層膜厚５０ｎｍの太陽電池モジュールにおいて、抵抗率１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍの範囲で、膜厚１００ｎｍ抵抗率１０Ω・ｃｍの中間コンタクト層を形成したモジュールに対するモジュール出力が１０％以上増大しており、モジュール出力を大幅に向上させることができた。

また、抵抗率がそれぞれ１Ω・ｃｍ、３Ω・ｃｍ、５Ω・ｃｍの膜厚が異なる中間コンタクト層を形成した太陽電池モジュールを製造した。図１０に、中間コンタクト層の膜厚と太陽電池モジュールの出力（相対比）を示す。図１０から明らかなように、膜厚が５０ｎｍから８０ｎｍの範囲内でモジュール出力が増大した。

以上のように、製膜温度３０℃以上５０℃以下にて中間コンタクト層を製膜して、抵抗率１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下が得られた。更に、製膜時に酸素を０．５体積％以上５体積％以下添加することにより、吸収波長帯域全体で高い透過率とすることができた。このように、製膜温度および製膜時の酸素添加量を最適化して、抵抗率１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ、膜厚５０ｎｍ以上８０ｎｍの中間コンタクト層を形成することにより、高いモジュール出力の太陽電池が得られた。

図１１に、中間コンタクト層の製膜温度と太陽電池モジュールの歩留まり（相対比）との関係を示す。同図において、横軸は基板温度、縦軸は歩留まりである。このように、製膜温度３０℃以上５０℃以下にて中間コンタクト層を形成すると、歩留まりを向上させることができた。

ガラス基板上に、ＤＣスパッタリング装置にて、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ焼結体を用い、減圧雰囲気：０．５Ｐａ、スパッタガス：アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ_２）量：０．５体積％、製膜温度：５０℃の条件で、ＧＺＯからなる中間コンタクト層を形成した。中間コンタクト層の抵抗率を測定したところ、２．５Ω・ｃｍだった。その後、減圧雰囲気：５×１０^−４Ｐａにて、ＩＲヒータを用い１５０℃で加熱処理した。その結果、中間コンタクト層の抵抗率は、４．０Ω・ｃｍに上昇した。さらに、長波長領域での透過率が高くなり、波長４５０ｎｍから８００ｎｍの領域で透過率３％が以上高くなった。

中間コンタクト層を形成後に上記条件にて加熱処理をした太陽電池モジュールと、加熱処理をしなかった太陽電池モジュールとを作製し、性能を評価した。その結果、加熱処理を施した太陽電池モジュールは、加熱処理無しの太陽電池モジュールに比べ、発電電流が２％上昇した。このように加熱処理により抵抗率が増加し、更に長波長域の透過率が向上したため、モジュール性能を向上させることができた。

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。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。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。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。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。中間コンタクト層の製膜温度と抵抗率の関係を示すグラフである。酸素添加量と中間コンタクト層の抵抗率の関係を示すグラフである。各酸素添加量で形成した中間コンタクト層の透過スペクトルである。中間コンタクト層の抵抗率と太陽電池モジュールの出力を示すグラフである。中間コンタクト層の膜厚と太陽電池モジュールの出力を示すグラフである。中間コンタクト層の製膜温度と太陽電池モジュールの歩留まりとの関係を示すグラフである。

符号の説明

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
１０１第１電池層
１０２第２電池層

Claims

積層された少なくとも２層の電池層と、該２層の電池層の間に介在し、該２層の電池層を電気的及び光学的に接続する中間コンタクト層とを備えた光電変換装置の製造方法であって、
前記中間コンタクト層が、ガリウムを添加した酸化亜鉛からなり、酸素を添加した希ガスをスパッタガスとして用いたスパッタリング法で形成され
前記中間コンタクト層が、膜厚４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、抵抗率１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下となるように、前記中間コンタクト層を３０℃以上５０℃以下の温度、及び、前記スパッタガス中の前記酸素の添加量を前記酸素及び前記希ガスの体積の合計に対して０．５体積％以上５体積％以下として形成する光電変換装置の製造方法。
前記中間コンタクト層を形成した後に、前記中間コンタクト層が真空中で加熱される請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
前記中間コンタクト層が、１×１０^−４Ｐａ以上５×１０^−４Ｐａ以下の減圧雰囲気で加熱される請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
前記中間コンタクト層が、１４０℃以上２００℃以下の温度で加熱される請求項２または請求項３に記載の光電変換装置の製造方法。