JP2008305945A - 薄膜太陽電池用基板とその製造方法および薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁耐圧性と耐候性に優れた薄膜太陽電池を簡便かつ低コストで製造することを可能し得る薄膜太陽電池用基板を提供する。
【解決手段】薄膜太陽電池用基板は、透光性絶縁支持体（１）の一主面上においてその全周縁エッジから所定幅の内側までの全周縁領域以外の全領域に形成された透光性絶縁下地層（２）を含み、その透光性絶縁下地層は表面凹凸を有し、透光性絶縁支持体の全周縁領域と透光性絶縁下地層とを覆うように形成された透明電極層（３）をさらに含み、その透明電極層は主要成分として酸化亜鉛を含むことを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は薄膜太陽電池用基板に関し、特に薄膜太陽電池の信頼性を改善させ得る薄膜太陽電池用基板に関する。

薄膜太陽電池は、一般的に、光入射側の透光性絶縁支持体上に順に積層された透明電極層、１以上の半導体光電変換ユニットを含む半導体光電変換層、および高反射性裏面電極層を含んでいる。また、比較的大面積の薄膜太陽電池においては、透明電極層の形成後、半導体光電変換層の形成後、および高反射性裏面電極層の形成後の各時点でレーザスクライブを行なうことによって、透光性絶縁支持体上で複数の太陽電池セルが直列または並列に接続されて集積化される。裏面電極層の形成後には、薄膜太陽電池の裏面全域にわたって樹脂封止材と保護フィルムまたは保護材料とで封止し、これによって薄膜太陽電池モジュールが完成する。

比較的大面積の薄膜太陽電池モジュールは一般に屋外で使用されるので、外部から水分などが浸入して太陽電池セルに変質や腐食を生じることがある。もちろん、その場合には薄膜太陽電池モジュールの耐圧性や発電特性が低下する。この問題の具体的原因の一つとして、薄膜太陽電池モジュールの周端部において透光性絶縁支持体と樹脂封止材との間から水分が侵入することが考えられる。したがって、薄膜太陽電池モジュールの周端部からの水分の侵入を確実に防止することによって、そのモジュールの耐候性や信頼性を向上させることが求められている。

かかる観点から、特許文献１の特開２０００−１５０９４４号公報では、透明ガラス支持体上において透明酸化錫電極層、半導体光電変換層、および裏面電極層をレーザスクライブで複数のセル領域に分離しつつ堆積し、それらのセル領域が電気的に互いに接続されて集積化される薄膜太陽電池モジュールにおいて、そのガラス支持体の周縁領域内の酸化錫電極層、半導体光電変換層、および裏面金属電極層を機械的に除去することによって、裏面封止後に優れた絶縁耐圧性を有しかつ環境の影響による腐食などに起因する発電特性低下を生じない太陽電池モジュールを提供し得ることが開示されている。
特開２０００−１５０９４４号公報

特許文献１に開示された薄膜太陽電池モジュールの絶縁耐圧性や耐候性の改善方法では、ガラス支持体の周縁領域内においてその支持体の強度を維持しつつ酸化錫電極層、半導体光電変換層、および金属電極層を完全に除去することが容易ではない。なぜならば、酸化錫電極層は約４００〜５００℃程度の比較的高温における熱ＣＶＤ（化学気相堆積）によってガラス支持体上に形成され、そのガラス支持体に対する密着力が相当に強固だからである。すなわち、ガラス支持体の周縁領域内において酸化錫電極層を機械的に完全除去しようとすれば、その周縁領域内においてガラス支持体にダメージが生じて機械的強度が低下する傾向になる。

また、薄膜太陽電池の透明電極層として汎用的に用いられている酸化錫層は化学的安定性が高い特徴を有するが、生産性という観点からは必ずしも望ましいものではない。なぜならば、酸化錫電極層は上述のように４００℃以上の高温プロセスにて形成する必要があり、またエッチングなどの方法によって除去（加工）することも困難だからである。

以上のような先行技術における状況に鑑み、本発明は、絶縁耐圧性と耐候性に優れた薄膜太陽電池を簡便かつ低コストで製造することを可能し得る薄膜太陽電池用基板を提供することを目的としている。

本発明による薄膜太陽電池用基板は、透光性絶縁支持体の一主面上においてその全周縁エッジから所定幅の内側までの全周縁領域以外の全領域に形成された透光性絶縁下地層を含み、その透光性絶縁下地層は表面凹凸を有し、透光性絶縁支持体の全周縁領域と透光性絶縁下地層とを覆うように形成された透明電極層をさらに含み、その透明電極層は主要成分として酸化亜鉛を含むことを特徴としている。

なお、その透光性絶縁支持体の全周縁領域としては、５ｍｍ以上で１５ｍｍ以下の幅であることが好ましい。透光性絶縁下地層は、０．０５〜１．０μｍの範囲内の粒径を有する絶縁性微粒子とバインダとを含み得る。絶縁性微粒子は少なくとも酸化珪素の微粒子を含み、バインダは主要成分として酸化珪素を含むことが好ましい。

上述の薄膜太陽電池用基板を製造するための好ましい方法として、透光性絶縁支持体の全周縁領域を覆うマスクを設け、マスクの内側領域内において透光性絶縁下地層を形成し、マスクを除去し、透光性絶縁支持体の全周縁領域と透光性絶縁下地層とを覆うように透明電極層を堆積することができる。

そのマスクとしてテープが貼り付けられ、透光性絶縁下地層がディッピング法で形成され得る。ディッピング法で透光性絶縁下地層が形成される際には、透光性絶縁支持体においてマスクが付与された一主面に対面する主面の全領域に反射防止層が同時に形成され得る。なお、透光性絶縁下地層は、ロールコート法で形成されてもよい。

上述の薄膜太陽電池用基板を用いて薄膜太陽電池を製造する方法においては、薄膜太陽電池用基板の透明電極層上に半導体光電変換層と裏面電極層を順次堆積し、透光性絶縁支持体の全周縁領域上において透明電極層、半導体光電変換層、および裏面電極層を除去し、裏面電極層と透光性絶縁支持体の全周縁領域とを覆うように保護層を接合させる工程を含むことが好ましい。

この薄膜太陽電池の製造方法は、透明電極層、半導体光電変換層、および裏面電極層を複数の短冊状セル領域に分割するためのレーザスクライブ工程をさらに含むことができ、複数の短冊状セル領域が電気的に直列接続され得る。また、半導体光電変換層を堆積する際に、１以上の非晶質半導体光電変換ユニットを形成することもできる。さらに、半導体光電変換層の堆積において、１以上の非晶質半導体光電変換ユニットと１以上の結晶質光電変換ユニットを積層することもできる。

本発明による薄膜太陽電池用基板では、透光性絶縁支持体の一主面の全周縁エッジから所定幅の内側までの全周縁領域と酸化亜鉛電極層とが直接に接触している。すなわち、この全周縁領域において、透光性絶縁支持体と酸化亜鉛電極層と密着強度が小さくて、比較的簡単に酸化亜鉛電極層を除去することが可能である。したがって、酸化亜鉛電極層上に半導体光電変換層と裏面電極層を順次堆積した後に、透光性絶縁支持体の全周縁領域上において酸化亜鉛電極層、半導体光電変換層、および裏面電極層を簡便かつ確実に除去することができ、裏面電極層と透光性絶縁支持体の全周縁領域とを覆うように保護層を接合させて封止することができる。その結果、優れた絶縁耐圧特性を有しかつ周縁エッジからの腐食などによる発電特性低下を生じない薄膜太陽電池モジュールの提供が可能になる。

また、酸化亜鉛の透明電極層は２００℃以下の低温で形成することが可能であり、４００℃以上の温度で形成される酸化錫の透明電極層を利用する場合に比べて低コストで薄膜太陽電池用基板およびそれを含む薄膜太陽電池を製造することができる。

図１と図２の模式的断面図は、本発明の一実施形態による薄膜太陽電池用基板の製造方法を図解している。なお、本願の図面において、長さ、幅、厚さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。特に、長さや幅に比べて、厚さが顕著に拡大されて示されている。また、本願の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。

図１において、透光性絶縁支持体１の上面の全周縁エッジから所定幅の内側までの全周縁領域がマスク１１によって覆われる。なお、図１においては、マスク１１が一部領域のみにおいて示されている。そのマスク１１で囲まれた領域内において、透光性絶縁下地層２が形成される。そして、透光性絶縁下地層２が形成された後には、マスク１１が除去される。

なお、透光性絶縁下地層２がマスク１１によって覆われる全周縁領域は５ｍｍ以上で１５ｍｍ以下の幅を有していることが好ましい。なぜならば、後述の説明から分かるように、その全周縁領域の幅が５ｍｍ未満の場合には薄膜太陽電池の周縁封止が不十分になる恐れがあり、逆にその幅を１５ｍｍより大きくすることは薄膜太陽電池の有効発電面積が減少するという観点から好ましくないからである。

透光性絶縁支持体１としては、ガラスまたは透明樹脂などからなる板状部材やシート状部材が用いられ得る。特に、ＳiＯ₂、Ｎａ₂ＯおよびＣａＯを主要成分として含みかつ平滑な両主面を有するソーダライムガラス板は、透明性と絶縁性が高くかつ大面積の板を安価に入手できるので、透光性絶縁支持体１として好ましい。

マスク１１としては、例えば簡便にテープを貼り付けることができる。そのようなマスクテープ１１として、透光性絶縁下地層２の形成時における加熱乾燥温度以上の耐熱性を有する一般的な耐熱テープを使用することができ、例えばテフロン（登録商標）テープ、ポリイミドテープ、アルミ箔テープなどの種々のテープを用いることができる。

透光性絶縁下地層２は、少なくとも酸化珪素（ＳｉＯ₂）からなる微粒子を含むことが好ましい。なぜならば、ＳｉＯ₂の屈折率は酸化亜鉛電極層３（図２参照）に比べて低く、ガラス支持体１のそれに近い値を有するからである。また、ＳｉＯ₂は高い透明度を有し、太陽電池の光入射側に使用する材料として好適である。さらに、透光性絶縁下地層２は、その屈折率を調整する目的で、ＳｉＯ₂に加えて酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、またはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）などの微粒子を含んでもよい。

上述のような微粒子を含む透光性絶縁下地層２を透光性絶縁支持体１上に形成する方法は特に限定されないが、溶媒を含んだバインダ材料と共に微粒子を塗布する方法が好ましい。微粒子同士の間および微粒子と透光性絶縁支持体１との間の付着強度を向上させる役割を果たすバインダ材料としては、半導体層４（図３、図４参照）の堆積条件（特に温度）に対する耐久性や長期間の使用における信頼性を考慮すれば無機材料が好ましい。具体的には、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物などの金属酸化物が利用され得る。特に、ガラス支持体１上にＳｉＯ₂微粒子を付着させる場合、同じくシリコンを主要成分に含むシリコン酸化物のバインダ材料は、シリサイド結合の形成による強固な付着力を生じ、その透明性も良好で屈折率もガラス支持体１やＳｉＯ₂微粒子に近いので好ましい。

上述の微粒子とバインダ材料を含む塗布液を透光性絶縁支持体１上に付与する方法としては、ディッピング法、スピンコート法、バーコート法、スプレー法、ダイコート法、ロールコート法、フローコート法などを利用し得るが、微粒子を緻密に含む透光性絶縁下地層２を均一に形成するにはロールコート法が好ましい。他方、ディッピング法にて透光性絶縁下地層２を形成する場合、透光性絶縁支持体１の下面の全領域に反射防止層（図１において示されず）を同時に形成することも可能である（図４の符号７参照）。

塗布液の付与が完了すれば、直ちにその塗布液膜を加熱して乾燥させる。こうして形成した透光性絶縁下地層２は微粒子を含んでいるので表面凹凸を有し、その凸部の形状は曲面からなり、凹凸の高低差も比較的均一である。したがって、後に形成される酸化亜鉛電極層３、半導体層４、および裏面電極層５（図３参照）において、透光性絶縁下地層２の表面の鋭い凸部に起因する電気的短絡を生じさせることがない。この透光性絶縁下地層２の表面凹凸は、入射光を散乱させるように作用し得るとともに、その上に堆積される酸化亜鉛電極層３との接合性を高めるようにも作用し得る。

なお、透光性絶縁支持体１としてガラス板を用いる場合、ガラスからのアルカリ金属が酸化亜鉛電極層３や半導体層４に侵入することを防止するアルカリバリア膜としての下地層２の効果を高めるため、および透明な酸化亜鉛電極層３の厚さが一定でない場合に生じる光の干渉による色むらを防止するために、下地層２と酸化亜鉛電極層３との間に屈折率の異なる複数層を組合せた薄膜を介在させてもよい。

透光性絶縁下地層２の形成後には、マスクテープ１１が剥離されて除去される。そして、図２に示されているように、透光性絶縁支持体１上でマスクテープ１１によって覆われていた全周縁領域と透光性絶縁下地層２とを覆うように、酸化亜鉛電極層３が堆積される。

酸化亜鉛電極層３においては、堆積条件の調整によって微細な表面凹凸を生じさせ、それによって入射光の散乱を増大させる効果が得られる。この表面凹凸の高低差は０．０３〜０．３μｍ程度であり、ガラス支持体１、下地層２、および酸化亜鉛電極層３を合わせたヘイズ率は５〜３０％程度である。また、酸化亜鉛電極層３のシート抵抗は、５〜２０Ω／□程度に設定される。

酸化亜鉛電極層３は、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着などの方法を用いて形成され得る。特に、周知の薄膜太陽電池の光閉じ込め効果を生じる微細な表面凹凸を有する酸化亜鉛層の堆積がＣＶＤ法では２００℃以下の低温でも可能という観点から、酸化亜鉛電極層３はＣＶＤ法で形成されることが好ましい。

より具体的には、酸化亜鉛電極層３は、２００℃以下の基板温度において有機亜鉛、酸化剤、およびＩＩＩ族元素からなるドーパントを含む原料ガスを用いて、減圧条件下のＣＶＤ法にて形成され得る。この場合に、酸化亜鉛電極層３の表面凹凸の山と谷の間隔が概ね５０〜５００ｎｍでかつ高低差が概ね２０〜２００ｎｍであることが、薄膜太陽電池の光閉じ込め効果を得る観点から好ましい。なお、上述の基板温度は、成膜装置中の加熱部と接している基板面の温度として測定される。

酸化亜鉛電極層３の平均厚さは、０．５〜５μｍであることが好ましく、１〜３μｍであることがより好ましい。なぜならば、酸化亜鉛電極層３が薄すぎる場合には、光閉じ込め効果に寄与する表面凹凸を十分に付与すること自体が困難となり、また電極層として必要な導電性が得られにくくなるからである。逆に、酸化亜鉛電極層３が厚すぎる場合には、それ自体の光吸収に起因して、半導体層４に到達する光量が減って光電変換率が低下するからである。また、酸化亜鉛電極層３が厚すぎる場合は、成膜時間の増大によって成膜コストが増大する。

以上のような本発明の一実施形態において、図２に示されているような薄膜太陽電池用基板が簡便にかつ低コストで得られる。そして、このような薄膜太陽電池用基板を利用して、絶縁耐圧性と耐候性に優れた薄膜太陽電池が、例えば図３または図４の模式的な断面図に図解されているように作製され得る。なお、図４は、透光性絶縁支持体１の下面に反射防止層７が形成されていることのみにおいて図３と異なっている。

図３は、図２の薄膜太陽電池用基板を利用して形成された集積型薄膜太陽電池が裏面封止される直前の状態を示している。図３から理解され得るように、堆積された酸化亜鉛電極層３において、集積化される複数の太陽電池セルに対応する複数の短冊状領域に分離するために、レーザ加工によって分離溝３０１が形成される。このレーザ加工のために、例えばＮｄ−ＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）を利用することができる。

分離溝３０１が形成された後に、酸化亜鉛電極層３上には、光電変換作用を果たす半導体層４が形成される。この半導体層４は、例えばｐｉｎ接合を含む単一の光電変換ユニットであってもよいが、複数のユニットを積層したものであってもよい。半導体層４としては、太陽光の主要波長域（４００〜１２００ｎｍ）を吸収し得ることが望まれ、例えば結晶質シリコン系ユニットが好ましく利用され得る。なお、「シリコン系」の材料には、シリコンのみならず、シリコンを５０％以上含むシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウムなども該当する。

堆積された半導体層４は、酸化亜鉛電極層３の場合と同様に、レーザ加工によって形成される接続溝４０１によって複数の短冊状領域に分割される。このレーザ加工のために、例えばＮｄ−ＹＶＯ４レーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）を利用することができる。このような波長のレーザビームを利用すれば、酸化亜鉛電極層３においては吸収が少なくてダメージが低減され、半導体層４においては吸収が大きくて効率よいレーザ加工が可能になる。半導体層４の加工には、化学的エッチングや機械的加工を利用することも可能である。

なお、上述において示唆されたように、本発明においては、半導体層４として非晶質シリコン系光電変換ユニットと結晶質シリコン系光電変換ユニットを順に積層して、タンデム薄膜太陽電池を製造することも可能であることは言うまでもない。この場合、非晶質シリコン系光電変換層は約３６０〜８００ｎｍの波長の光に感度を有し、結晶質シリコン系光電変換層４２はそれより長い約１２００ｎｍまでの波長の光を光電変換することが可能である。したがって、光入射側から非晶質シリコン系光電変換層と結晶質シリコン系光電変換層をこの順に配置することによって、入射光をより広い波長範囲で有効利用することが可能になる。

接続溝４０１が形成された後において、半導体層４上には裏面電極層５が形成される。裏面電極層５としては、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、およびＣｒの少なくとも一種を含む少なくとも一層の金属層をスパッタ法または蒸着法で形成することが好ましい。なお、半導体層４と裏面電極層５との間に、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂、ＺｎＯなどの導電性酸化物層（図示せず）を形成してもよい。この導電性酸化物層は、半導体層４と裏面電極層５との間の密着性を高めるのみならず、裏面電極層５の光反射率を高め、さらには裏面電極層５から金属元素が半導体層４内へ拡散することを防止する機能をも果たし得る。

裏面電極層５は、半導体層４の場合と同様の方法でレーザ加工される。より具体的には、透光性絶縁支持体１側からレーザビームを入射させ、半導体層４を局所的に昇華させると同時に裏面電極層５を局所的に吹き飛ばして、複数の平行な分離溝５０１を形成する。

その後、透光性絶縁支持体１上でマスク１１によって覆われていた全周縁領域において、酸化亜鉛電極層３、半導体層４、および裏面電極層５が機械的方法またはエッチングによって除去される。その際、透光性絶縁支持体１に対する酸化亜鉛電極層３の接合力が弱いので、透光性絶縁支持体１の全周縁領域において酸化亜鉛電極層３、半導体層４、および裏面電極層５が容易に除去され得る。

こうして透光性絶縁支持体１の全周縁領域が露出された後に、集積型薄膜太陽電池の裏面側は、封止樹脂層６１を介して有機保護層６２により封止される。この際に、透光性絶縁支持体１はその全周縁領域で露出されているので、その全周縁領域において封止樹脂層６１と有機保護層６２が透光性絶縁支持体１に直接に密着接合することができる（図面において厚さが非常に拡大されて示されていることに留意：透光性絶縁下地層２から裏面電極層５までの総厚は高々数μｍである）。したがって、完成された薄膜太陽電池において、その周縁端部から水分などが内部に侵入して発電性能が顕著に阻害されることが確実に防止され得る。

もちろん、封止樹脂層６１としては、透光性絶縁支持体１の周縁領域上および裏面電極層５上に有機保護層６２を良好に接合させ得る樹脂が用いられる。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）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ＰＩＢ（ポリイソブチレン）、およびシリコーン樹脂などを用いることができる。

有機保護層６２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））のようなフッ素樹脂系フィルムまたはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムのような耐湿性や耐水性に優れた絶縁フィルムが用いられる。有機保護層６２は、単一種のフィルムであってもよく、複数種のフィルムを含む積層構造を有していてもよい。また、有機保護層６２は、アルミニウムなどの金属箔が樹脂フィルムで挟持された構造を有していてもよい。アルミニウム箔のような金属箔は耐湿性や耐水性を向上させる機能を有するので、金属箔を含む有機保護層６２は、より効果的に水分から薄膜太陽電池を保護することができる。上述のような封止樹脂層６１と有機保護層６２は、真空ラミネート法によって薄膜太陽電池の裏面側へ同時に接合することができる。

上述のような本発明の実施形態のより具体的な例として、いくつかの実施例が比較例とともに以下において説明される。

（実施例１）
図１から図３は、実施例１による集積型非晶質シリコン薄膜太陽電池の製造方法に関しても参照することができる。本実施例１においては、まず透光性絶縁支持体１として３６０ｍｍ×４６５ｍｍ×４ｍｍの白板ガラス支持体が準備された。

白板ガラス支持体１の全周縁エッジから幅５ｍｍの内側までの全周縁領域を覆うように、アルミ箔テープのマスク１１を貼り付けた。このマスク１１の内側領域において、白板ガラス支持体１上の透光性絶縁下地層２としてＳｉＯ₂粒子を含む平均厚さ１００ｎｍのＳｉＯ₂膜をロールコート法によって形成した。

その後、マスク１１を除去し、白板ガラス支持体１の全周縁領域および透光性絶縁下地層２を覆うように、微細な表面凹凸構造を有する酸化亜鉛電極層３をＣＶＤ法によって堆積した。より具体的には、成膜室内において、圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に設定し、基板温度を１５０℃に調整した。その成膜室内へ、水素を１０００ｓｃｃｍ、水素で５０００ｐｐｍに希釈されたジボランを５００ｓｃｃｍ、水を１００ｓｃｃｍ、そしてジエチル亜鉛を５０ｓｃｃｍの流量で導入し、酸化亜鉛電極層３を１．５μｍの厚さに堆積した。こうして、本実施例１における薄膜太陽電池用基板が作製された。

本実施例１において堆積された酸化亜鉛電極層３に関して、シート抵抗、ヘイズ率、および透過率が、それぞれ抵抗測定器、ヘイズメータ（日本電色社製ＮＤＨ５０００Ｗ型）、分光光度計を用いて測定された。その結果、抵抗率が９Ω／□、酸化亜鉛電極層３側からＣ光源で測定したヘイズ率が２０％、そして波長１０００ｎｍの光の透過率が８１％であった。

このような酸化亜鉛電極層３において、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）によるレーザ加工で複数の平行な分離溝３０１を形成することによって、集積化される複数の太陽電池セルに対応する複数の短冊状領域が分離された。

次に、酸化亜鉛電極層３上に、半導体層４として厚さ約３００ｎｍの非晶質シリコン光電変換ユニットがプラズマＣＶＤ法で形成された。この非晶質シリコン光電変換ユニットは、順に積層されたｐ型微結晶シリコン層、ｐ型非晶質シリコンカーバイド層、ｉ型非晶質シリコン層、およびｎ型層を含んでいた。

ｐ型微結晶シリコン層は、成膜室内にシラン、ジボラン、および水素を導入して圧力を３５０Ｐａに設定し、そしてプラズマ励起用高周波電力を１５０ｍＷ／ｃｍ²の密度で印加することによって、１５ｎｍの厚さに堆積された。このようなｐ型微結晶シリコン層を酸化亜鉛電極層３上に成膜することによって、ｐ型非晶質シリコンカーバイド層と酸化亜鉛電極層３とのオーミック接触特性を改善し、太陽電池の曲率因子を向上させることが可能である。なお、酸化亜鉛電極層３とｐ型微結晶シリコン層との間の接合性を改善するために、ｐ型微結晶シリコン層の形成前に酸化亜鉛電極層３の表面を清浄にするように水素、アルゴン、窒素などでプラズマ処理を実施してもよい。

ｐ型非晶質シリコンカーバイド層は、成膜室内にシラン、ジボラン、水素、およびメタンを導入して圧力を１３３Ｐａに設定し、プラズマ励起用高周波電力を１７０ｍＷ／ｃｍ²の密度で印加することによって、１０ｎｍの厚さに堆積された。続いて、成膜室内にシランおよび水素を導入して圧力を５０Ｐａに設定し、プラズマ励起用高周波電力を１２０ｍＷ／ｃｍ²の密度で印加することによって、ｉ型非晶質シリコン層が３００ｎｍの厚さに堆積された。さらに、成膜室内にシラン、フォスフィン、および水素を導入して圧力を約３５０Ｐａに設定し、ｎ型シリコン層が１０ｎｍ程度の厚に堆積された。

半導体層４まで積層された支持体１はスパッタチャンバ内に導入され、ＲＦ（高周波）放電下でスパッタガスとしてアルゴンを利用することによって、アルミニウム（Ａｌ）をドーピングした酸化亜鉛層（図示せず）を３０ｎｍの厚さに堆積した。

その後に支持体１がスパッタチャンバから一旦取り出され、半導体層４とその上の厚さ３０ｎｍの酸化亜鉛層は、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）によるレーザ加工で形成される複数の接続用溝４０１によって複数の短冊状領域に分割された。

接続用溝４０１が形成された支持体１は再度スパッタチャンバ内に導入され、裏面電極層５が形成された。この裏面電極層５として、酸化亜鉛層と銀層が順次積層された。この際に、ＲＦ放電下でスパッタガスとしてアルゴンを利用することによって、アルミニウム（Ａｌ）をドーピングした酸化亜鉛層が６０ｎｍの厚さに堆積された。この酸化亜鉛層上には、厚さ２００ｎｍの銀層が形成された。

その後、複数のセルに対応して裏面電極層５および半導体層４を分離するために、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）によるレーザ加工によって、複数の分離溝５０１を形成した。

こうして直列接続された複数のセルが形成された後には、白板ガラス支持体１の全周縁エッジから幅５ｍｍの内側までの全周縁領域（マスク１１によって覆われていた領域）内において、酸化亜鉛電極層３、半導体層４、および裏面電極層５が機械研磨法によって除去された。

最後に、裏面電極層５上に封止樹脂層６１としてＥＶＡシートを載せ、その上に有機保護層６２として黒色のフッ素樹脂系シート（テドラー（登録商標））を載せて、真空ラミネート法によって裏面封止を行なった。この際に、封止樹脂層６１と有機保護層６２は、裏面電極層５の背面に接合するだけでなく、透光性絶縁支持体１上でマスク１１によって覆われていた全周縁領域にも接合する。すなわち、図３の薄膜太陽電池は、その裏面のみならず全周縁領域においても確実に封止されることになる。

こうして得られた本実施例１の集積型非晶質シリコン薄膜光電太陽電池にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の強度で照射して出力特性を測定したところ、集積された複数セルにおける１セル当たりの開放端電圧が０．９０Ｖ、短絡電流密度が１４．７ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が７０．２％、そして変換効率が９．２％であった。

さらに、本実施例１の集積型非晶質シリコン薄膜太陽電池の信頼性試験を実施するために、ＪＩＳ基準に基づいて、大気圧、空気雰囲気下、温度８５℃、および湿度８５％ＲＨ（相対湿度）に維持されたオーブン内に開放状態で１０００時間放置された後のその太陽電池の出力特性を評価した。その結果、１セル当たりの開放端電圧が０．９０Ｖ、短絡電流密度が１４．７ｍＡ／ｃｍ^２、曲線因子が７０．３％、そして変換効率が９．２％であって、その出力特性にほとんど変化はなかった。

（比較例１）
比較例１においても、実施例１と同様の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、比較例１の集積型非晶質シリコン薄膜太陽電池は、実施例１に比べて、その作製過程においてマスク１１が適用されなかったことのみにおいて異なっていた。

この比較例１において得られた集積型非晶質シリコン薄膜太陽電池にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の強度で照射して出力特性を測定したところ、１セル当たりの開放端電圧が０．８９Ｖ、短絡電流密度が１４．６ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が６９．０％、そして変換効率が８．９％であった。

さらに、比較例１の集積型非晶質シリコン薄膜太陽電池についても、実施例１の場合と同じＪＩＳ基準で信頼性試験を行なった後のその太陽電池の出力特性を評価した。その結果、比較例１の集積型非晶質シリコン薄膜太陽電池においては、１セル当たりの開放端電圧が０．８３Ｖ、短絡電流密度が１３．８ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が６２．５％、そして変換効率が７．１％であって、その出力特性が大きく低下していた。これは、透光性絶縁支持体１の全周縁領域と酸化亜鉛電極層３との間にも下地層２が介在していたので、その全周縁領域内において酸化亜鉛電極層３から裏面電極層５までが機械研磨法によって十分には除去され得ず、信頼性試験の過程で比較例１の太陽電池の周縁部および内部に腐食が発生して発電特性が低下したものと考えられる。

（実施例２）
図４は実施例２による集積型薄膜太陽電池を示す模式的断面図である。本実施例２の集積型薄膜太陽電池も実施例１の場合に類似して作製された。すなわち、実施例２の集積型非晶質シリコン薄膜太陽電池は、実施例１に比べて、その作製過程が下記の（Ａ）と（Ｂ）の２点のみにおいて異なっていた。

（Ａ）：白板ガラス支持体１の全周縁エッジから幅８ｍｍの内側までの全周縁領域を覆うようにポリイミドテープが貼り付けられ、後においてその幅８ｍｍの全周縁領域内で酸化亜鉛電極層３から裏面電極層５までが機械研磨で除去された。

（Ｂ）：ＳｉＯ₂下地層２がディッピング法で形成され、同時に白板ガラス支持体１の下面上にもＳｉＯ₂反射防止膜７が形成された。

この実施例２で得られたの集積型非晶質シリコン薄膜太陽電池にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の強度で照射して出力特性を測定したところ、１セル当たりの開放端電圧が０．９０Ｖ、短絡電流密度が１５．３ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が７０．４％、そして変換効率が９．６％であった。

なお、実施例１の場合の変換効率９．２％に比べて本実施例２の場合に変換効率が９．６％に向上しているが、この理由は白板ガラス支持体１の下面にＳｉＯ₂反射防止膜７が形成されたことによると考えられる。

さらに、実施例２の集積型非晶質シリコン薄膜太陽電池についても、実施例１の場合と同じＪＩＳ基準で信頼性試験を行なった後のその太陽電池の出力特性を評価した。その結果、実施例２の集積型非晶質シリコン薄膜太陽電池において、１セル当たりの開放端電圧が０．９０Ｖ、短絡電流密度が１５．３ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が７０．５％、そして変換効率が９．７％であって、その出力特性にほとんど変化はなかった。

（実施例３）
図４は、実施例３による集積型タンデム薄膜太陽電池の製造方法に関しても参照することができる。すなわち、実施例３の集積型非晶質シリコン薄膜太陽電池は、実施例２に比べて、その作製過程が下記の（Ｃ）と（Ｄ）の２点のみにおいて異なっていた。

（Ｃ）：白板ガラス支持体１の全周縁エッジから幅１０ｍｍの内側までの全周縁領域を覆うようにアルミ箔テープが貼り付けられ、後においてその幅１０ｍｍの全周縁領域内で酸化亜鉛電極層３から裏面電極層５までが機械研磨で除去された。

（Ｄ）：半導体層４として、非晶質シリコン薄膜光電変換ユニットのみならずその上に結晶質シリコン薄膜光電変換ユニットが積層された。

より具体的には、本実施例３における半導体層４として、非晶質シリコン光電変換ユニット上にさらに結晶質シリコン光電変換ユニットがプラズマＣＶＤ法で形成された。結晶質シリコン光電変換ユニットは、ｐ型シリコン層、ｉ型結晶質シリコン層、およびｎ型シリコン層を含んでいる。このｐ型シリコン層は、シラン、ジボラン、および水素をＣＶＤチャンバ内に導入し、圧力４００Ｐａの下でプラズマ励起用高周波電力を１５０ｍＷ／ｃｍ²の密度で印加することによって１５ｎｍの厚さに堆積された。続いて、ＣＶＤチャンバ内にシランと水素を導入し、圧力８５０Ｐａの下でプラズマ励起用高周波電力を１５０ｍＷ／ｃｍ²の密度で印加することによって厚さ１．４μｍのｉ型結晶質シリコン層が堆積された。さらに、ＣＶＤチャンバ内にシラン、フォスフィン、および水素を導入し、圧力３５０Ｐａの下でｎ型層を１５ｎｍ程度の厚さに堆積した。こうして、半導体層４において、非晶質シリコン系光電変換ユニットと結晶質シリコン系光電変換ユニットが順に積層された。

その後に、本実施例３においても実施例１の場合と同様に裏面電極層５および分離溝５０１を形成し、白板ガラス支持体１上の幅１０ｍｍの全周縁領域内で酸化亜鉛電極層３から裏面電極層５までを機械研磨で除去した後に、封止樹脂層６１とその上の有機保護層６２で裏面封止された。

こうして得られた実施例３の集積型タンデム薄膜太陽電池にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の強度で照射して出力特性を測定したところ、１セル当たりの開放端電圧が１．３６Ｖ、短絡電流密度が１２．７ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が７２．８％、そして変換効率が１２．５％であった。

さらに、実施例３の集積型タンデム薄膜太陽電池についても、実施例１の場合と同じＪＩＳ基準で信頼性試験を行なった後に、その太陽電池の出力特性を評価した。その結果、実施例３の集積型タンデム薄膜太陽電池において、１セル当たりの開放端電圧が１．３６Ｖ、短絡電流密度が１２．７ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子が７３．０％、そして変換効率が１２．６％であって、その出力特性にほとんど変化はなかった。

（比較例２）
比較例２においても、実施例３と同様の集積型薄膜太陽電池が作製された。すなわち、比較例２の集積型非晶質シリコン薄膜太陽電池は、実施例３に比べて、その作製過程においてマスク１１が適用されなかったことのみにおいて異なっていた。

この比較例２において得られた集積型タンデム薄膜太陽電池に、ＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の強度で照射して出力特性を測定したところ、実施例３の太陽電池に比べてほぼ同等の出力特性を示した。しかし、実施例３の場合と同じＪＩＳ基準で信頼性試験を行なった後の比較例２の太陽電池においては、１セル当たりの開放端電圧が１．２９Ｖ、短絡電流密度が１１．８ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が６５．８％、そして変換効率が１０．０％であって、その出力特性が大きく低下していた。これは、信頼性試験の過程において、比較例２の太陽電池の周縁部や内部で腐食が発生して発電特性が低下したものと考えられる。

以上のように、本発明によれば、絶縁耐圧性と耐候性に優れた薄膜太陽電池を簡便かつ低コストで製造することを可能し得る薄膜太陽電池用基板を提供することができる。

本発明による薄膜太陽電池用基板の製造方法の一例を説明するための模式的断面図である。 図１の工程の後に完成された薄膜太陽電池用基板の一例を示す模式的断面図である。 本発明による薄膜太陽電池用基板を用いて作製された集積型薄膜太陽電池の一例を示す模式的断面図である。 本発明による薄膜太陽電池用基板を用いて作製された集積型薄膜太陽電池の他の例を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ 透光性絶縁支持体、２ 透光性絶縁下地層、３ 酸化亜鉛電極層、４ 半導体光電変換層、５ 裏面電極層、７ 反射防止層、１１ マスクテープ、６１ 封止樹脂層、６２ 有機保護層、３０１ 透明電極層分離溝、４０１ 接続溝、５０１ 裏面電極層分離溝。

Claims (12)

1. 透光性絶縁支持体の一主面上においてその全周縁エッジから所定幅の内側までの全周縁領域以外の全領域に形成された透光性絶縁下地層を含み、
   前記透光性絶縁下地層は表面凹凸を有し、
   前記透光性絶縁支持体の前記全周縁領域と前記透光性絶縁下地層とを覆うように形成された透明電極層をさらに含み、
   前記透明電極層は主要成分として酸化亜鉛を含むことを特徴とする薄膜太陽電池用基板。
2. 前記透光性絶縁支持体の前記全周縁領域は５ｍｍ以上で１５ｍｍ以下の幅を有していることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池用基板。
3. 前記透光性絶縁下地層は０．０５〜１．０μｍの範囲内の粒径を有する絶縁性微粒子とバインダとを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜太陽電池用基板。
4. 前記絶縁性微粒子は少なくとも酸化珪素の微粒子を含み、前記バインダは主要成分として酸化珪素を含むことを特徴とする請求項３記載の薄膜太陽電池用基板。
5. 請求項１から４のいずれかの薄膜太陽電池用基板を製造するための方法であって、
   前記透光性絶縁支持体の前記全周縁領域を覆うマスクを設け、
   前記マスクの内側領域内において前記透光性絶縁下地層を形成し、
   前記マスクを除去し、
   前記透光性絶縁支持体の前記全周縁領域と前記透光性絶縁下地層とを覆うように前記透明電極層を堆積することを特徴とする薄膜太陽電池用基板の製造方法。
6. 前記マスクとしてテープが貼り付けられ、前記透光性絶縁下地層がディッピング法で形成されることを特徴とする請求項５に記載の薄膜太陽電池用基板の製造方法。
7. 前記ディッピング法で前記透光性絶縁下地層が形成されると同時に、前記透光性絶縁支持体の前記一主面に対面する主面の全領域に反射防止層が形成されることを特徴とする請求項６に記載の薄膜太陽電池用基板の製造方法。
8. 前記透光性絶縁下地層はロールコート法で形成されることを特徴とする請求項５に記載の薄膜太陽電池用基板の製造方法。
9. 請求項１から４のいずれかの薄膜太陽電池用基板を用いて薄膜太陽電池を製造する方法であって、
   前記薄膜太陽電池用基板の前記透明電極層上に、半導体光電変換層と裏面電極層を順次堆積し、
   前記透光性絶縁支持体の前記全周縁領域上において前記透明電極層、前記半導体光電変換層、および前記裏面電極層を除去し、
   前記裏面電極層と前記透光性絶縁支持体の前記全周縁領域とを覆うように保護層を接合させる工程を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
10. 前記透明電極層、前記半導体光電変換層、および前記裏面電極層を複数の短冊状セル領域に分割するためのレーザスクライブ工程をさらに含み、前記複数の短冊状セル領域が電気的に直列接続されることを特徴とする請求項９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
11. 前記半導体光電変換層の堆積においては、１以上の非晶質半導体光電変換ユニットが形成されることを特徴とする請求項９または１０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
12. 前記半導体光電変換層の堆積において、１以上の非晶質半導体光電変換ユニットと１以上の結晶質光電変換ユニットが積層されることを特徴とする請求項９または１０に記載の薄膜太陽電池の製造方法。

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