JP5022341B2

JP5022341B2 - 光電変換装置

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Publication number: JP5022341B2
Application number: JP2008295750A
Authority: JP
Inventors: 賢剛山口; 智嗣坂井; 薫典鶴我
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2028-11-19
Also published as: JP2010123737A; KR20110018951A; CN102113127A; WO2010058640A1; CN102113127B; US20110120521A1; US8598447B2; EP2348541A1

Description

本発明は太陽電池に関し、特に発電層を製膜で作製する薄膜系太陽電池に関する。

太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池に用いられる光電変換装置としては、ｐ型シリコン系半導体（ｐ層）、ｉ型シリコン系半導体（ｉ層）及びｎ型シリコン系半導体（ｎ層）の薄膜をプラズマＣＶＤ法等で製膜して形成した光電変換層を備えた薄膜シリコン系光電変換装置が知られている。

薄膜シリコン系太陽電池の長所としては、大面積化が容易であること、膜厚が結晶系太陽電池の１／１００程度と薄く、材料が少なくて済むことなどが挙げられる。このため、薄膜シリコン系太陽電池は、結晶系太陽電池と比較して低コストでの製造が可能となる。しかしながら、薄膜シリコン系太陽電池の短所としては、変換効率が結晶系に比べて低いことが挙げられる。本技術分野においては、変換効率の向上が重要な課題となっており、２層の発電セル層を積層した光電変換層を有するタンデム型太陽電池が提案されている。

タンデム型太陽電池において、第１の発電セル層と第２の発電セル層との間でのドーパント相互拡散の抑制、及び、光量配分の調整を目的として、透明導電膜からなる中間コンタクト層が挿入される。中間コンタクト層としては、ＧａドープＺｎＯ（ＧＺＯ）を用いることが一般的である。ＧＺＯは、屈折率が２．０とＳｉよりも低く、プラズマ耐性に優れ、かつ、透明性に優れた材料である。

しかし、ＧＺＯは抵抗率が低いため、集積型太陽電池モジュールとした場合に、セル接続部において漏れ電流の原因となり、開放電圧及びＦＦが低下するという課題があった。漏れ電流を防止するために、接続部の構造にレーザー加工部を追加するなどの解決方法が提案されている。しかし、新たな加工部を設けることにより、有効面積の減少や工程増加によるコストアップという問題があった。

ＧＺＯの導電率を制御してＧＺＯを高抵抗化することによって、ＦＦの改善が試みられている。特許文献１に記載されるように、ＧＺＯの導電率は、ドーパントを低減することや、製膜時の酸素供給量を調整してＧＺＯの酸化を促進することによって制御できる。
特開２００３−１１５６０１号公報

特許文献１のように中間コンタクト層に高抵抗のＧＺＯを使用した場合、製膜直後のＧＺＯの導電率を低下させることはできるものの、中間コンタクト層上に第２の発電セル層を形成する際に水素プラズマに曝されることにより、ＧＺＯの導電率が８〜９桁増大し（すなわち、低抵抗化し）、実質的に漏れ電流の要因となることが問題となっていた。導電率の増大は、水素プラズマによってＺｎＯに酸素欠陥が発生しやすいためと考えられた。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、水素プラズマ曝露後の導電率が適正な範囲に設定されることにより、漏れ電流が抑制されて変換効率が向上した光電変換装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、基板上に、少なくとも２層の発電セル層を備える光電変換層と、隣り合う前記発電セル層の間に介在する中間コンタクト層とを含む光電変換装置であって、前記中間コンタクト層が、Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）で表される化合物を主として含むことを特徴とする。

ＺｎＯにＭｇＯを添加した化合物を主とする中間コンタクト層とすることにより、水素プラズマ曝露後の抵抗減少（すなわち、導電率の増大）を防止することができる。特に、ＺｎＯにＭｇＯを９．６ｍｏｌ％以上１８．３ｍｏｌ％以下の割合で添加した化合物においては、セル接続部における漏れ電流を抑制しつつ、水素プラズマ曝露後の中間コンタクト層の導電率をコンタクト抵抗上昇が抑制される値に制御可能となる。このため、形状因子が改善され、高い変換効率を有する光電変換装置とすることができる。

上記発明において、導電率制御を目的として、前記中間コンタクト層が、Ｇａ_２Ｏ_３が添加されたＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）で表される化合物を主として含んでも良い。

上記発明において、水素プラズマ曝露後の前記中間コンタクト層のシート抵抗が、１０ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下であることが好ましい。

漏れ電流による形状因子を抑制するためには、水素プラズマ曝露後の中間コンタクト層のシート抵抗が１０ｋΩ／□以上であることが望ましい。一方、中間コンタクト層が高抵抗となると、積層方向（基板製膜面に対して垂直方向）のコンタクト抵抗（直列抵抗）が増加する。従って、水素プラズマ曝露後の中間コンタクト層のシート抵抗は、１００ｋΩ／□以下であることが好ましい。

前記基板側の前記発電セル層と前記中間コンタクト層との間に、ＺｎＯまたはＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ（０＜ｘ≦０．０９６）で表される化合物を主として含む界面層を備えても良い。

このように、基板側に形成された発電セル層上に、ＺｎＯ、または、本発明の中間コンタクト層よりもＭｇ濃度が低い上記組成範囲とされるＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯを主とする界面層を形成すると、膜積層方向のコンタクト抵抗をさらに低減させることができる。その結果、形状因子を更に向上させることができ、より高い光電変換効率を有する光電変換装置とすることができる。

この場合、界面層の導電率を調整するために、前記界面層が、Ｇａ_２Ｏ_３が添加されたＺｎＯまたはＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ（０＜ｘ≦０．０９６）で表される化合物を主として含んでも良い。

上記発明において、前記界面層の膜厚が、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。
界面層を形成することにより、コンタクト抵抗を改善することができるが、界面層が厚くなると、漏れ抵抗が増加して形状因子が低減する。界面層の膜厚が、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であるときに、コンタクト抵抗の改善と漏れ抵抗の抑制とを両立させて、光電変換効率を向上させることができる。

隣り合う発電セル層の間に、Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）で表される化合物を主として含む中間コンタクト層とすることにより、セル接続部における漏れ電流を抑制することができるとともに、膜垂直方向のコンタクト抵抗が低くすることができる。そのため、形状因子が向上し、高い光電変換効率を有する光電変換装置とすることができる。
また、基板側の発電セル層と中間コンタクト層との間に、ＺｎＯまたは中間コンタクト層よりもＭｇ濃度が低いＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯを主とする界面層を形成することにより、コンタクト層をより低減させることも可能である。この結果、光電変換効率を更に向上させることができる。

図１は、本発明の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、タンデム型シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、太陽電池光電変換層３としての第１発電セル層９１（非晶質シリコン系）及び第２発電セル層９２（結晶質シリコン系）、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、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も含まれる。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る光電変換装置の製造方法を、太陽電池パネルを製造する工程を例に挙げて説明する。図２から図５は、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。

（１）図２（ａ）：
基板１としてソーダフロートガラス基板（基板面積が１ｍ^２以上、例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．５ｍｍ〜４．５ｍｍ）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）：
透明導電層２として、酸化錫（ＳｎＯ_２）を主成分とする膜厚約５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の透明導電膜を、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。透明導電層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、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）を５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。

（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、透明電極膜の膜面側から照射する。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発電セル層９１として、非晶質シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層及びｎ層を、プラズマＣＶＤ装置により製膜する。ＳｉＨ_４ガス及びＨ_２ガスを主原料にして、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非晶質シリコンｐ層３１、非晶質シリコンｉ層３２、非晶質シリコンｎ層３３の順で製膜する。非晶質シリコンｐ層３１は非晶質のＢドープシリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｉ層３２は、膜厚２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｎ層３３は、非晶質シリコンに微結晶シリコンを含有するＰドープシリコンを主とし、膜厚３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｐ層３１と非晶質シリコンｉ層３２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。

第１発電セル層９１と第２発電セル層９２の間に、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を設ける。ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、ターゲット：Ｇａ_２Ｏ_３ドープＺｎＯ−ＭｇＯ混合ターゲット（ＭｇＯ比率：５〜１０質量％）、ＲＦパワー：１．１〜４．４Ｗ／ｃｍ^２、製膜圧力：０．１３〜０．６７Ｐａ、基板温度：２５℃（室温付近）の条件で製膜する。これにより、膜厚：２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）を主とする中間コンタクト層が形成される。製膜直後の中間コンタクト層５のシート抵抗は、１０ＭΩ／□程度である。なお、中間コンタクト層は、Ｇａ_２Ｏ_３を含まなくても良い。

次に、第１発電セル層９１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発電セル層９２としての結晶質シリコンｐ層４１、結晶質シリコンｉ層４２、及び、結晶質シリコンｎ層４３を順次製膜する。結晶質シリコンｐ層４１はＢドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。結晶質シリコンｉ層４２は微結晶シリコンを主とし、膜厚は１．２μｍ以上３．０μｍ以下である。結晶質シリコンｎ層４３はＰドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。ここで、結晶質シリコンｉ層４２と結晶質シリコンｎ層４３との界面に、非晶質シリコンｎ層を形成しても良い。

微結晶シリコンを主とする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。

第２発電セル層製膜時に、中間コンタクト層は水素プラズマに曝される。これにより、中間コンタクト層の抵抗が低下する。
図６に、ＺｎＭｇＯ系化合物におけるＭｇＯ含有量と、水素プラズマ処理後のＺｎＭｇＯ系膜のシート抵抗との関係を示す。同図において、横軸はＭｇＯ含有量、縦軸はシート抵抗である。ＺｎＭｇＯ系膜の製膜は、ターゲット：ＺｎＯ焼結体（Ｇａ_２Ｏ_３ドーパント）ターゲットまたはＺｎＯ−ＭｇＯ混合ターゲット（Ｇａ_２Ｏ_３ドーパント、ＭｇＯ質量比率：５〜１２．５％）、基板温度：２５℃、ＲＦパワー：４．４Ｗ／ｃｍ^２、ターゲット−基板距離：９０ｍｍ、製膜速度０．１７ｎｍ／ｓ、膜厚：７０ｎｍの条件で実施した。製膜後の水素プラズマ処理は、Ｈ_２ガス流量：０．１ｓｌｍ、圧力：１３３Ｐａ、印加電力密度：０．５Ｗ／ｃｍ^２、処理時間：５分の条件で実施した。
本実施形態のモジュール構造に対応する等価回路を用いて形状因子への影響を解析したところ、中間コンタクト層のシート抵抗を１０ｋΩ／□以上であると漏れ電流を低減することができる。また、膜垂直方向（積層方向）においては、直列抵抗増加の要因となるコンタクト抵抗を低くすることが不可欠である。解析の結果、中間コンタクト層のシート抵抗は、１００ｋΩ／□であることが望ましい。
図６より、ＭｇＯ質量５％（９．６ｍｏｌ％）から１０％（１８．３ｍｏｌ％）で、シート抵抗１０ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下のＺｎＭｇＯ系膜が得られると言える。

（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の膜面側から照射する。パルス発振：１０ｋＨｚから２０ｋＨｚ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側から照射しても良く、この場合は光電変換層３の非晶質シリコン系の第１発電セル層で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層３をエッチングできるので、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公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、製膜温度：１５０℃から２００℃にて製膜する。本実施形態では、Ａｇ膜：１５０ｎｍ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、この順に積層する。あるいは、裏面電極層４を、２５ｎｍから１００ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜と、１５ｎｍから５００ｎｍの膜厚を有するＡｌ膜との積層構造としても良い。結晶質シリコンｎ層４３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、スパッタリング装置により、膜厚：５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を製膜して設けても良い。

（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側から照射する。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）と図３（ａ）：
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側から照射する。レーザー光が透明電極層２と光電変換層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、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５ｎｍ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。なお、図３（ｃ）では、光電変換層３が直列に接続された方向に切断したＸ方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝１５位置には裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２の膜研磨除去をした周囲膜除去領域１４がある状態（図３（ａ）参照）が表れるべきであるが、基板１の端部への加工の説明の便宜上、この位置にＹ方向断面を表して形成された絶縁溝をＸ方向絶縁溝１５として説明する。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲膜除去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５ｎｍから１５ｍｍ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：太陽電池膜面側から見た図、ｂ：受光面の基板側から見た図）：
後工程のＥＶＡ等を介したバックシート２４との健全な接着・シール面を確保するために、基板１周辺（周囲膜除去領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域１４を形成する。基板１の端から５〜２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、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した。

（１０）図５（ａ）（ｂ）：
端子箱２３の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で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２３の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１５０〜１６０℃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２３の内部を封止剤（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。

本実施形態の太陽電池は、中間コンタクト層５の抵抗率が１０ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下に制御されているため、セル接続部での漏れ電流が低減するとともに、膜積層方向のコンタクト抵抗が低減する。そのため、形状因子が増大して光電変換効率が向上する。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る光電変換装置は、図１における第１発電セル層９１と中間コンタクト層５との間に、界面層を備える。
界面層は、ＺｎＯ、または、Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ（ただし、０＜ｘ≦０．０９６を満たす）で表される化合物を主として含む。すなわち、界面層は、Ｍｇを含まないか、中間コンタクト層よりもＭｇ含有量が少ない。界面層としてのＺｎＯまたはＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯは、ドーパントとしてＧａ_２Ｏ_３を含んでも良い。

界面層の製膜は、中間コンタクト層と異なる製膜室で実施しても良いし、同一の製膜室で実施しても良い。

界面層と中間コンタクト層とをそれぞれ異なる製膜室で製膜する場合、以下の工程により界面層及び中間コンタクト層が形成される。
界面層の製膜は、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、ターゲット：Ｇａ_２Ｏ_３ドープＺｎＯ焼結体またはＧａ_２Ｏ_３ドープＺｎＯ−ＭｇＯ混合ターゲット（ＭｇＯ比率：０〜５質量％、但し０質量％を含まず）、ＲＦパワー：１．１〜４．４Ｗ／ｃｍ^２、製膜圧力：０．１３〜０．６７Ｐａ、基板温度：２５℃（室温付近）の条件で実施する。上記条件での製膜により、ＺｎＯまたはＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ（０＜ｘ≦０．０９６）を主とする界面層を形成する。第１セル層と界面層とのコンタクト抵抗、及び、セル接続部における漏れ電流を考慮すると、界面層の膜厚は、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。
界面層形成後、第１実施形態と同様の条件により、界面層よりもＭｇＯ含有量が多い中間コンタクト層を形成する。本実施形態において、界面層及び中間コンタクト層の合計膜厚は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とされる。

界面層と中間コンタクト層とを同一の製膜室で形成する場合、Ｇａ_２Ｏ_３ドープＺｎＯ焼結体またはＧａ_２Ｏ_３ドープＺｎＯ−ＭｇＯ混合ターゲット（ＭｇＯ比率：０〜５質量％、但し０質量％を含まず）と、Ｇａ_２Ｏ_３ドープＺｎＯ−ＭｇＯ混合ターゲット（ＭｇＯ比率：５〜１０質量％）とが並列配置された基板搬送型のＲＦマグネトロンスパッタリング装置を使用する。界面層の膜厚が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、界面層及び中間コンタクト層の合計膜厚が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下となるように、基板搬送速度や各ターゲットの基板搬送方向の幅を設定する。例えば、製膜条件を上述の条件と略同一として、ＺｎＯ焼結体または低Ｍｇ含有率混合ターゲット側から高Ｍｇ含有率混合ターゲット側へと、基板を搬送しながら製膜を実施する。

上述のように同一製膜室内で界面層及び中間コンタクト層を形成する場合は、異なる製膜室内で各層を形成する場合と異なり、界面層と中間コンタクト層との境界は明確ではなく、界面層から中間コンタクト層に向かって連続的にＭｇ含有量が増加していると考えられる。

第２実施形態の太陽電池は、第１発電セル層と界面層とのコンタクト抵抗が、第１実施形態における第１発電セル層と中間コンタクト層とのコンタクト抵抗よりも低減する。また、界面層を５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の膜厚とすることにより、セル接続方向の漏れ電流がより抑制される。このため、第２実施形態の太陽電池では、光電変換効率が更に向上する。

（実施例１）
ガラス基板（５ｃｍ角）上に、図１に示す構造のタンデム型太陽電池モジュールを形成した。なお、第１発電セル層のｉ層の膜厚を２５０ｎｍ、第２発電セル層のｉ層の膜厚を１．９μｍとした。
中間コンタクト層の製膜は、ターゲット：ＺｎＯ焼結体ターゲット（Ｇａ_２Ｏ_３ドーパント）またはＺｎＯ−ＭｇＯ混合ターゲット（Ｇａ_２Ｏ_３ドーパント、ＭｇＯ質量比率：５〜１２．５％）、基板温度：２５℃、ＲＦパワー：４．４Ｗ／ｃｍ^２、ターゲット−基板距離：９０ｍｍ、製膜速度０．１７ｎｍ／ｓ、膜厚：７０ｎｍの条件で実施した。

図７に、中間コンタクト層のＭｇＯ含有量とモジュール形状因子との関係を示す。同図において、横軸はＭｇＯ含有量、縦軸はＭｇＯ含有量が０％の場合における値で規格化したモジュール形状因子である。図８に、中間コンタクト層のＭｇＯ含有量とモジュールの光電変換効率との関係を示す。同図において、横軸はＭｇＯ含有量、縦軸はＭｇＯ含有量が０％の場合における値で規格化したモジュールの光電変換効率である。
図７及び図８に示すように、中間層にＺｎＭｇＯ系材料を適用することにより、形状因子及び光電変換効率が向上した。ＭｇＯ含有量５質量％（９．６ｍｏｌ％）から１０質量％（１８．３ｍｏｌ％）の範囲で、高い形状因子及び光電変換効率が得られた。ＭｇＯ含有量が１０質量％を超えると、コンタクト抵抗上昇のために、形状因子及び光電変換効率が減少する傾向が見られた。

（実施例２）
ガラス基板（５ｃｍ角）上に、タンデム型太陽電池モジュールを形成した。なお、第１発電セル層のｉ層の膜厚を２５０ｎｍ、第２発電セル層のｉ層の膜厚を１．９μｍとした。
実施例２のタンデム型太陽電池モジュールでは、第１発電セル層と中間コンタクト層との間に界面層を設けた。界面層の製膜は、ＺｎＯ焼結体ターゲット（Ｇａ_２Ｏ_３ドーパント）を用い、実施例１の中間コンタクト層製膜と同じ条件で実施した。界面層の膜厚は、５ｎｍから１５ｎｍとした。中間コンタクト層の製膜は、ＺｎＯ−ＭｇＯ混合ターゲット（Ｇａ_２Ｏ_３ドーパント、ＭｇＯ質量比率：１０％）を用い、実施例１と同じ条件で実施した。中間コンタクト層の膜厚は、７０ｎｍとした。なお、実施例２において、界面層及び中間コンタクト層の製膜は、異なる製膜室中で実施した。

図９に、界面層膜厚とモジュール形状因子との関係を示す。同図において、横軸は界面層膜厚、縦軸は界面層膜厚０ｎｍ（中間コンタクト層のみ）場合の値で規格化したモジュール形状因子である。図１０に、界面層膜厚とモジュール光電変換効率との関係を示す。同図において、横軸は界面層膜厚、縦軸は界面層を設けない場合の値で規格化したモジュール光電変換効率である。
界面層膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下で、界面層を設けない場合と比較してモジュールの形状因子及び光電変換効率が向上した。界面層が１５ｎｍの場合は、モジュールの形状因子及び光電変換効率が低下した。これは、界面層が厚い場合には、界面層において漏れ電流が発生してコンタクト性が悪化するためと考えられた。
中間コンタクト層のＭｇＯ含有量を５質量％とした場合でも、同様の効果が見られた。

（実施例３）
実施例２と同様の構成のタンデム型太陽電池モジュールを形成した。実施例３では、界面層及び中間コンタクト層の製膜を、同一製膜室内で実施した。
基板搬送方向に８つのターゲットが並列配置された基板搬送型の製膜装置を用いた。基板導入側（上流側）の一のターゲットを、ＺｎＯ焼結体ターゲット（Ｇａ_２Ｏ_３ドーパント）とし、残りのターゲットをＺｎＯ−ＭｇＯ混合ターゲット（Ｇａ_２Ｏ_３ドーパント、ＭｇＯ質量比率：１０％）とした。製膜条件は、実施例１及び実施例２と同様とした。中間コンタクト層の総膜厚が７０ｎｍとなる搬送速度で製膜した。
実施例３のタンデム型太陽電池モジュールの形状因子及び光電変換効率は、中間コンタクト層を形成しないタンデム型太陽電池モジュールに対して、それぞれ１．０３倍、１．０５倍となった。

上記実施の形態では太陽電池として、タンデム型太陽電池について説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。例えば、トリプル型太陽電池にも同様に適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る光電変換装置の構成を模式的に示した断面図である。本発明の第１実施形態に係る光電変換装置として、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。本発明の第１実施形態に係る光電変換装置として、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。本発明の第１実施形態に係る光電変換装置として、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。本発明の第１実施形態に係る光電変換装置として、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。ＺｎＭｇＯ系膜におけるＭｇＯ含有量と水素プラズマ処理後のシート抵抗との関係を示すグラフである。中間コンタクト層のＭｇＯ含有量とモジュール形状因子との関係を示すグラフである。中間コンタクト層のＭｇＯ含有量とモジュールの光電変換効率との関係を示すグラフである。界面層膜厚とモジュール形状因子との関係を示すグラフである。界面層膜厚とモジュール光電変換効率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
３１非晶質シリコンｐ層
３２非晶質シリコンｉ層
３３非晶質シリコンｎ層
４１結晶質シリコンｐ層
４２結晶質シリコンｉ層
４３結晶質シリコンｎ層
９１第１発電セル層
９２第２発電セル層
１００光電変換装置

Claims

基板上に、少なくとも２層の発電セル層を備える光電変換層と、前記発電セル層の間に介在する中間コンタクト層とを含む光電変換装置であって、
前記中間コンタクト層が、Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）で表される化合物を主として含むことを特徴とする光電変換装置。
前記中間コンタクト層が、Ｇａ_２Ｏ_３が添加されたＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ（０．０９６≦ｘ≦０．１８３）で表される化合物を主として含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
水素プラズマ曝露後の前記中間コンタクト層のシート抵抗が、１０ｋΩ／□以上１００ｋΩ／□以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
前記基板側の前記発電セル層と前記中間コンタクト層との間に、ＺｎＯまたはＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ（０＜ｘ≦０．０９６）で表される化合物を主として含む界面層を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電変換装置。
前記界面層が、Ｇａ_２Ｏ_３が添加されたＺｎＯまたはＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ（０＜ｘ≦０．０９６）で表される化合物を主として含むことを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
前記界面層の膜厚が、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光電変換装置。