JP5069791B2 - 薄膜光電変換装置とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜光電変換装置に関する。

近年、光電変換装置のなかで、太陽電池を含む光電変換装置の低コスト化、高効率化を両立するために原材料が少なくてすむ薄膜光電変換装置が注目され、開発が精力的に行われている。特に、ガラス等の安価な基板上に低温プロセスを用いて良質の半導体層を形成する方法が低コストを実現可能な方法として期待されている。

一般的に、スーパーストレイト型薄膜光電変換装置を形成するためには、その一部に透明電極層を備えることが不可欠である。薄膜光電変換装置は、透明電極層と裏面電極層の間に、１つ以上の光電変換ユニットを含む。光は透明電極層側から入射される。

透明電極層は、例えば、酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの透明導電性酸化物が用いられ、化学気相成長法（ＣＶＤ）、スパッタリング法、真空蒸着などの方法で形成される。薄膜光電変換装置に用いられる透明電極層はその表面に微細な凹凸を有することにより、入射光の散乱を増大させる効果を有することが望ましい。というのも、薄膜光電変換装置は、従来のバルクの単結晶や多結晶シリコンを使用した光電変換装置に比べて光電変換層を薄くすることが可能であるが、反面、薄膜全体の光吸収が膜厚によって制限されてしまうという問題がある。そこで、光電変換層を含む光電変換ユニットに入射した光をより有効に利用するために、光電変換ユニットに接する透明電極層あるいは金属層の表面を凹凸化（テクスチャ化）し、その界面で光を散乱した後、光電変換ユニット内へ入射させることで光路長を延長させ、光電変換層内での光吸収量を増加させる工夫がなされている。この技術は「光閉じ込め」と呼ばれており、高い光電変換効率を有する薄膜光電変換装置を実用化する上で、重要な要素技術となっている。

光電変換ユニットはｐｎ接合またはｐｉｎ接合の半導体層からなる。光電変換ユニットにｐｉｎ接合を用いる場合、ｐ型層、ｉ型層、及びｎ型層がこの順、またはその逆順に積層されてなり、その主要部を占めるｉ型の光電変換層が非晶質のものは非晶質光電変換ユニットと呼ばれ、ｉ型層が結晶質のものは結晶質光電変換ユニットと呼ばれている。半導体層には、シリコン系薄膜半導体として、非晶質シリコン、薄膜結晶質シリコン、あるいは化合物半導体としてＣｕＩｎＳｅ_２（略称ＣＩＳ）、ＣｄＴｅなどが用いられる。

薄膜光電変換装置の一例であるシリコン系薄膜光電変換装置は、光電変換ユニットに、ｐ型層、実質的に真性な光電変換層であるｉ型層、およびｎ型層から成るｐｉｎ接合を用いる。このうちｉ型層に非晶質シリコンを用いたものを非晶質シリコン光電変換ユニット、結晶質を含むシリコンを用いたものを結晶質シリコン光電変換ユニットと呼ぶ。なお、非晶質あるいは結晶質のシリコン系材料としては、半導体を構成する主要元素としてシリコンのみを用いる場合だけでなく、炭素、酸素、窒素、ゲルマニウムなどの元素をも含む合金材料も用い得る。また、導電型層の主要構成材料としては、必ずしもｉ型層と同質のものである必要はなく、例えば非晶質シリコン光電変換ユニットのｐ型層に非晶質シリコンカーバイドを用い得るし、ｎ型層に結晶質を含むシリコン層（微結晶シリコンとも呼ばれる）も用い得る。

光電変換ユニットの上に形成される裏面電極層としては、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ、Ａｇ，Ａｕ，ＣｕおよびＰｔから選択された少なくとも１以上の金属またはこれらの合金からなる層などの金属層をスパッタリング法または真空蒸着法などにより形成する。また、光電変換ユニットと金属電極との間に、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯなどの透明導電性酸化物からなる層を形成しても構わない。

薄膜光電変換装置の変換効率を向上させる方法として、２つ以上の光電変換ユニットを積層した、積層型(タンデム型)と呼ばれる構造を採用した薄膜光電変換装置が知られている。この方法においては、薄膜光電変換装置の光入射側に大きな光学的禁制帯幅を有する光電変換層を含む前方光電変換ユニットを配置し、その後ろに順に小さなバンドギャップを有する光電変換層を含む後方光電変換ユニットを配置することにより、入射光の広い波長範囲にわたる光電変換を可能にし、入射する光を有効利用することにより装置全体としての変換効率の向上が図られている。積層型薄膜光電変換装置の中でも、非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットを積層したものはハイブリッド型薄膜光電変換装置と称される。(本願では、相対的に光入射側に配置された光電変換ユニットを前方光電変換ユニットと呼び、これよりも相対的に光入射側から遠い側に隣接して配置された光電変換ユニットを後方光電変換ユニットと呼ぶ。)
このような薄膜光電変換装置を、電力用として高電圧で高出力を生じ得る大面積の薄膜光電変換装置として製造する場合、基板上に形成された薄膜光電変換装置の複数個を配線で直列接続して用いるのではなく、歩留りを良くするために大きな基板上に形成された薄膜太陽電池を複数のセルに分割し、それらのセルをパターニングによって直列接続して集積化するのが一般的である。特に、基板としてガラス板を用いて、ガラス基板側から光を入射させるタイプの薄膜光電変換装置においては、ガラス基板上の透明電極層の抵抗による損失を低減するために、レーザースクライブ法でその透明電極を所定幅の短冊状に加工する分離溝を設け、その短冊状の長手方向に直交する方向に各セルを直列接続して集積化するのが一般的である。

一般的に、集積型薄膜光電変換装置は以下のような方法により作製されている。まず、透明基板上にＳｎＯ_２、ＺｎＯなどの透明導電性酸化物からなる透明電極層を形成し、レーザーなどにより透明電極層をスクライブ加工する。次に、プラズマＣＶＤ法により透明電極層上に非晶質あるいは結晶質シリコンなどの光電変換層を成膜した後、レーザーなどにより光電変換層をスクライブ加工する。この分離溝により光電変換層中に形成されるスクライブ線は、互いに隣り合う２つのセル間で裏面電極層と透明電極層を接続するための接続線として用いられる。次いで、真空蒸着法あるいはスパッタリング法などにより光電変換層上に、光反射性金属からなる裏面電極層を成膜した後、レーザーなどにより光電変換層および裏面電極層をスクライブ加工する。

このような集積型薄膜光電変換装置では、できるだけ大きな電流および出力が得られることが望ましいが、低コスト化のため面積をスケールアップして作製する際、それを構成している各層の膜厚および膜質の均一性を向上させ、面内で発生する電流値をいかに均等かつ最大にできるかということが重要であった。本発明は、集積型薄膜光電変換装置をスケールアップする際に生じる光電変換半導体層の膜厚および膜質の不均一性に起因した光電変換セルの電流値の不均一性を改善し、集積型薄膜光電変換装置の出力特性を最大にする薄膜光電変換装置を提供する。

例えば、特許文献１では、プラズマＣＶＤ法により成膜された光電変換層の膜厚分布は装置内のガス流量分布や電界分布により引き起こされ、結果として、膜厚が大きい部分の電流値は大きく、小さい部分の電流値は小さくなる。このような面内で発生する光電変換セルの電流値の不均一性を解決する技術として、レーザースクライブにより形成された光電変換セルのストリング幅を調整することで発生する電流値を一定にし、薄膜光電変換装置の出力特性を改善する技術が開示されている。

特開２００２−７６３８１号公報

特許文献１にもある様に、集積型薄膜光電変換装置を構成する光電変換ユニットの形成には、大面積化と低コスト化が可能であるプラズマＣＶＤ法がよく用いられる。この方法で成膜される光電変換層の膜厚はプラズマＣＶＤ装置内での成膜位置によって分布を持つことが多い。例えば、プラズマＣＶＤ装置内において、反応ガスが基板に対して中央部分から供給される場合、反応ガス供給部に近い位置（基板の中心部）で成長した光電変換層の膜厚は厚く、一方で、反応ガス供給部から遠い位置（基板の周縁部）で成長した光電変換層の膜厚は薄くなっている傾向にある。

光電変換層の膜厚分布が生じる場合、膜厚が小さい部分の光電変換層で発生する電流値は、大きい部分の層で発生する電流値よりも小さくなる。この結果、集積型薄膜光電変換装置の場合、直列接続された各太陽電池セルで発生する電流値が一定でないことから、直列構造を有する集積型光電変換装置では小さい電流値で律速され、装置全体として十分な出力特性が得られないという問題が生じる。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、薄膜光電変換装置の大面積化において、その出力特性を改善し得る薄膜光電変換装置用基板を提供することを主要な目的としている。

本発明の第１は、
「基板と、透明電極層と、光電変換ユニットと、裏面電極層と、を備える薄膜光電変換装置であって、
前記基板の主面に平行な方向の１つの線分をＸとしたとき、
前記透明電極層の膜厚ＺｔのＸに沿った増加率ΔＺｔと、
前記光電変換ユニットの膜厚ＺｓのＸに沿った増加率ΔＺｓの、
それぞれの符号が異なることを特徴とする薄膜光電変換装置」、である。

本発明は、また、
「前記透明電極層の膜厚Ｚｔは前記基板の中心部に比べて周辺部が厚く且つ前記光電変換ユニットの膜厚Ｚｓは前記基板の中心部に比べて周辺部が薄いこと、
または、
前記透明電極層の膜厚Ｚｔは前記基板の中心部に比べて周辺部が薄く且つ前記光電変換ユニットの膜厚Ｚｓは前記基板の中心部に比べて周辺部が厚いこと、
を特徴とする前記の薄膜光電変換装置」、である。

本発明は、また、
「前記基板が矩形で、
少なくとも１つの角ａの近傍の透明電極層の膜厚Ｚｔａが、他のいずれかの角ｂの近傍の透明電極層の膜厚Ｚｔｂより厚く、且つ、
前記角ａの近傍の光電変換ユニットの膜厚Ｚｓａが、前記角ｂの近傍の光電変換ユニットの膜厚Ｚｓｂより薄いことを特徴とする前記の薄膜光電変換装置」、である。

本発明は、また、
「前記の薄膜光電変換装置であって、前記透明電極層の膜厚の分布と、前記光電変換ユニットの膜厚の分布とが逆の厚み分布の関係にある、薄膜光電変換装置」、である。

本発明は、また、
「前記の薄膜光電変換装置であって、前記透明電極層はその成膜面中心部の厚みが薄く成膜面周縁部の厚みが厚く、前記光電変換ユニットはその成膜面中心部の厚みが厚く成膜面周縁部の厚みが薄い、ことを特徴とする、薄膜光電変換装置」、である。

本発明は、また、
「前記光電変換ユニットは、
少なくとも一つの非晶質光電変換ユニット、
少なくとも一つの結晶質光電変換ユニット、
および、少なくとも一つの非晶質光電変換ユニットと少なくとも一つの結晶質光電変換ユニットとをそれぞれ含む光電変換ユニット、
からなる群から選択される１以上である、前記の薄膜光電変換装置」、である。

本発明は、また、
「前記の薄膜光電変換装置であって、前記透明電極層、前記光電変換ユニット層、および前記裏面電極層が複数の光電変換セルを形成するように複数の分離溝によって分離されており、かつそれらの複数の光電変換セルが複数の接続溝を介して互いに電気的に直列接続されていることを特徴とする薄膜光電変換装置」、である。

本発明は、また、
「前記の薄膜光電変換装置であって、複数の光電変換セルが直列接続する方向と線分Ｘの方向とを略同一としたことを特徴とする薄膜光電変換装置」、である。

本発明は、また、
「前記の薄膜光電変換装置であって、前記基板の面積が９００ｃｍ^２以上であることを特徴とする薄膜光電変換装置」、である。

本発明は、また、
「前記の薄膜光電変換装置の製造方法であって、
少なくとも、透明電極層の膜厚分布と光電変換ユニットの膜厚分布とがそれぞれ逆の厚み分布の関係になるように、透明電極層と光電変換ユニットとをそれぞれ形成する工程を備える、薄膜光電変換装置の製造方法」、である。

本発明は、また、
「前記の薄膜光電変換装置の製造方法であって、
少なくとも、
基板上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い透明電極層を形成する工程と前記透明電極層上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い光電変換ユニットを形成する工程、
基板上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い透明電極層を形成する工程と前記透明電極層上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い光電変換ユニットを形成する工程、
基板上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い光電変換ユニットを形成する工程と前記光電変換ユニット上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い透明電極層を形成する工程、
および、
基板上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い光電変換ユニットを形成する工程と前記光電変換ユニット上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い透明電極層を形成する工程、
からなる群から選択される１以上を備える、薄膜光電変換装置の製造方法」、である。

本発明は、また、
「前記の薄膜光電変換装置の製造方法であって、前記基板の主面の形状が矩形であって、
少なくとも、
前記基板の１つの角ａの近傍の膜厚が他のいずれかの角ｂの近傍の膜厚より厚い透明電極層を形成する工程と 前記角ａの近傍の膜厚が前記角ｂの近傍の膜厚より薄い光電変換ユニットを形成する工程、
前記基板の１つの角ａの近傍の膜厚が他のいずれかの角ｂの近傍の膜厚より薄い透明電極層を形成する工程と前記角ａの近傍の膜厚が前記角ｂの近傍の膜厚より厚い光電変換ユニットを形成する工程、
前記基板の１つの角ａの近傍の膜厚が他のいずれかの角ｂの近傍の膜厚より厚い光電変換ユニットを形成する工程と前記角ａの近傍の膜厚が前記角ｂの近傍の膜厚より薄い透明電極層を形成する工程、
および、
前記基板の１つの角ａの近傍の膜厚が他のいずれかの角ｂの近傍の膜厚より薄い光電変換ユニットを形成する工程と前記角ａの近傍の膜厚が前記角ｂの近傍の膜厚より厚い透明電極層を形成する工程、
からなる群から選択される１以上を備える、薄膜光電変換装置の製造方法」、である。

本発明は、また、
「前記の薄膜光電変換装置の製造方法であって、前記透明電極層が低圧熱ＣＶＤ法で形成されてなる酸化亜鉛であり、かつ当該透明電極層を形成する時の基板の温度において、基板の中心部の温度と基板の周辺部の温度とに差異を設けることを特徴とする薄膜光電変換装置の製造方法」、である。

本発明によれば、薄膜光電変換装置において、透明電極層を形成する工程と光電変換ユニットを形成する工程とを具備する製造方法によって、光電変換ユニットの膜厚分布に対して相反するような透明電極層の膜厚分布を形成することにより、透明電極層の膜厚分布による透過率分布の影響を打ち消すほどのヘイズ率分布を持たせ、結果、光閉じ込め効果に面内分布が生じることで光電変換ユニット内の光電特性が向上し、薄膜光電変換装置全体の発電電流が改善する。すなわち、薄膜光電変換装置の発電電流が基板面内で平均化するとともに、全体の発電電流も増加して、薄膜光電変換装置の変換効率が向上する。この効果は直列接続の有無にかかわらず、発揮される。

さらに、本発明の効果は、光電変換セルが直列接続されたいわゆる集積型薄膜光電変換装置でより顕著に現れる。すなわち、集積型薄膜光電変換装置で出力される発電電流は、発電電流が最も低い光電変換セルの発電電流で律速される。本発明によれば、直列接続された各々の光電変換セルで発生する電流値が一定に近づき出力特性を改善できる。

すなわち、本発明によれば、集積型薄膜光電変換装置において光電変換層の膜厚分布に対して相反するような透明電極層の膜厚分布を形成することにより、ヘイズ率に分布を持たせ、結果、光閉じ込め効果に面内分布を生じることにより、直列接続された各々の太陽電池セルで発生する電流値が一定に近づき出力特性を改善できる。

本発明の一実施形態である薄膜光電変換装置の平面図。 本発明の一実施形態である集積型薄膜光電変換装置の断面図。 本発明の一実施形態である薄膜光電変換装置の断面図。 本発明の一実施形態である薄膜光電変換装置の反射スペクトル。 本発明の一実施形態である低圧熱ＣＶＤ装置のヒータ配置図。 本発明の参考例１から３より得られた透明電極層の膜厚とヘイズ率の相関図。 本発明の参考例４から６より得られた透明電極層の膜厚と短絡電流値の相関図。 従来法の比較例１の透明電極層の膜厚分布。 従来法の比較例１の光電変換ユニットの膜厚分布。 本発明の実施例１の透明電極層の膜厚分布。 本発明の実施例２の透明電極層の膜厚分布。 本発明の実施例５により得られた集積型薄膜光電変換装置の平面図と断面図。

本発明の明細書中では構成要件等を、「符号の説明」欄に記載の符号を入れた形で説明している場合が有るが、本発明は、単なる例示であるこれらの符号や図面等に拘束されるものではない。すなわち、本発明は、当分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術的思想内で、以下説明する符号等に拘束されることなく多くの変形が、可能である。

本発明は、薄膜光電変換装置をスケールアップする際に生じる光電変換ユニットの膜厚分布によって生じる平均の発電電流の低下の課題、特に、集積型薄膜光電変換装置をスケールアップする際に生じる光電変換ユニットの膜厚および膜質の不均一性に起因した光電変換セルの電流値の不均一性を改善し、集積型薄膜光電変換装置の出力特性を最大にする薄膜光電変換装置を提供する。

薄膜光電変換装置の面積が大きくなると、光電変換ユニットの膜厚を基板全面に均一にすることが困難になる。例えば、プラズマＣＶＤ法でシリコン系薄膜の光電変換ユニットを作製すると、基板の中心に比べて、基板の端部で光電変換ユニットの膜厚が薄くなる場合が多い。特に基板の面積が９００ｃｍ^２以上の場合に、端部の光電変換ユニットの膜厚が薄くなりやすい。薄膜光電変換装置の発電電流は、光電変換ユニットの膜厚が薄くなると減少する。９００ｃｍ^２以上とは例えば、１０００ｃｍ^２、１４４０ｃｍ^２、２８８０ｃｍ^２、それ以上の面積などであり、具体的には、より好ましくは、９１０ｍｍ×４５５ｍｍ以上、さらに好ましくは、１ｍ角（１０００ｍｍ×１０００ｍｍ）以上、１．２ｍ角（１２００ｍｍ×１２００ｍｍ）以上、１０００ｍｍ×１３００ｍｍ以上、１０００ｍｍ×１４００ｍｍ以上、最も好ましくは１４００ｍｍ×１４００ｍｍ以上である。

大面積の薄膜光電変換装置では、抵抗損失を抑制するために、１つの基板上にレーザーパターニングなどで分割した光電変換セルを直列接続した構造、いわゆる集積型薄膜光電変換装置として用いることが一般的である。集積型薄膜光電変換装置の発電電流は、直列接続した複数の光電変換セルのうち最も発電電流の低い光電変換セルで律速される。このため、大面積の集積型薄膜光電変換装置では、一部分に光電変換ユニットの膜厚が薄い光電変換セルがあると、全体の発電電流が低くなる問題が発生する。

発明者らは、大面積の薄膜光電変換装置における発電電流の低下の問題について鋭意検討した結果、光電変換ユニットの膜厚分布に対して、光入射側の透明電極層に相反する膜厚分布を持たせることで、課題を解決できることを見出した。一般的には透明電極層の膜厚を厚くすると、透明電極層の光吸収損失が増大して薄膜光電変換装置の発電電流は低下すると考えられる。しかし、本発明で検討したところ、透明電極層の膜厚の増加によって透明電極層の凹凸が大きくなり、光閉じこめ効果が増大して、むしろ発電電流が大きくなることを見出した。

ここで、本発明における「膜厚」とは、基板の主面に平行な方向で３０μｍから数ｍｍのサイズで平均化された、基板の主面に垂直な方向の膜厚を示す。すなわち、透明電極層などに光閉じこめ効果を増加するために設けられた１０ｎｍ〜１μｍの間隔の凹凸は、本発明における「膜厚」には反映されない。

また、本発明における「光電変換ユニットの膜厚」とは、薄膜光電変換装置に含まれる光電変換ユニットの総膜厚を示す。例えば、ｐｉｎ接合の光電変換ユニットを１つだけ含む薄膜光電変換装置の場合、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層の合計の膜厚が、「光電変換ユニットの膜厚」である。これに対して、図３に示すような２つの光電変換ユニットを含む薄膜光電変換装置の場合、前方光電変換ユニットと後方光電変換ユニットの合計膜厚が「光電変換ユニットの膜厚」である。具体的には図３のＺｓに示される前方光電変換ユニット２のｐ型層２１から後方光電変換ユニット３のｎ型層３３までの膜厚である。

なお、本発明の一態様である非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットとの２段タンデム型の光電変換装置の場合、非晶質シリコンと結晶質シリコンの光吸収係数等の関係で、非晶質光電変換ユニットの厚みは薄く、結晶質光電変換ユニットの厚みは厚い。通常、非晶質シリコン層は、３００〜６００ｎｍ程度であるのに対して、長波長光閉じ込め効果を必要とする結晶質シリコン層は２０００〜４０００ｎｍ程度の膜厚を有する。

従い、非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットとの２段タンデム型の光電変換装置の場合は「光電変換ユニットの膜厚」を制御するためには、非晶質光電変換ユニットの膜厚分布を制御することよりも、結晶質光電変換ユニットの膜厚分布を制御することの方が、より有効である。

なお、光電変換ユニットの膜厚分布の制御については、後述する。

なお、本願明細書における「ｐｉｎ接合」の用語は、基板上への積層順がｐ型層、ｉ型層、ｎ型層の順番のものと、ｎ型層、ｉ型層、ｐ型層の順番のものいずれも含んでいるものとする。また、本願明細書における「ｐｉｎ接合」の用語は、ｉ型層に対して光入射側に近い層がｐ型層のものと、光入射側に近い層がｎ型層のものいずれも含んでいるものとする。

図１に本発明の実施形態の一例による薄膜光電変換装置の平面図を示す。本実施形態では短冊状の光電変換セル９０２が直列接続したいわゆる集積型薄膜光電変換装置を構成している。図１では、基板に平行した線分Ｘの例として、基板の中心Ｘ_０を通り長辺に平行な直線Ｘ_１と、基板の中心Ｘ_０を通り短辺に平行な直線Ｘ_２を点線で示す。直線Ｘ_１が短辺と交わる点をＸ_１−、Ｘ_１＋とし、直線Ｘ_２が長辺と交わる点をＸ_２−、Ｘ_２＋として示している。直線Ｘ_１に沿った膜厚分布も模式的に示す。すなわち、基板の中心を通り、短冊状の光電変換セルが電気的に直列接続する方向の膜厚分布が、模式的に示されている。ここで、定義した線分Ｘの長さは、基板の短辺、１辺、もしくは（円形に近い形の場合）直径の、３０％以上が好ましく、５０％以上がより好ましい。そもそも基板の形状は、本発明の本質ではなく、基板の形状は、矩形、正方形、長方形、平行四辺形、三角形、多角形、円形、楕円形、および不定形からなる群から選択される１以上あるいはそれらの組み合わせであっても、良い。すなわち、基板の形状は、いずれであってもよい。

図１の態様では、透明電極層の膜厚Ｚｔは中心で薄く、端部で厚い分布になっている。すなわち、透明電極層の膜厚ＺｔのＸ_１に沿った増加率ΔＺｔは中心から端部に向かって、正の値で絶対値が徐々に大きくなる。これに対して、光電変換ユニットの膜厚Ｚｓは中心で厚く、端部で薄い分布になっている。すなわち、光電変換ユニットの膜厚ＺｓのＸ_１に沿った増加率ΔＺｓは中心から端部に向かって、負の値で絶対値が徐々に大きくなる。したがって、ΔＺｔとΔＺｓの符号が異なる。

ここで、本明細書では膜厚分布の評価指標として、膜厚の増加率（ΔＺ）を用いている。具体的には、基板の表面に平行した少なくとも１つの線分をＸとしたとき、５ｍｍから１００ｍｍの間隔で膜厚を測定し、そのときの平均変化率をＸに沿った膜厚の増加率（ΔＺｔ）［％／ｃｍ］と定義する。具体的には式（１）で示される。

ΔＺ［％／ｃｍ］＝（Ｚ_ｊ−Ｚ_ｉ）／Ｚ_ｉ×１００［％］／ｘ［ｃｍ］ …式（１）
ただし、Ｚ_ｉは始点の膜厚、Ｚ_ｊは終点の膜厚、ｘは始点終点間の距離である。ほぼ対称な膜厚分布の基板においては、中心から端部まで線分Ｘを引いて、Ｘにそった膜厚の平均増加率ΔＺを求めることで、膜厚分布の指標とすることが望ましい。例えば、ほぼ対称な膜厚分布の１ｍ角サイズの基板で中心の膜厚が２０００ｎｍ、端部の膜厚が３０００ｎｍの場合、中心から端部までのΔＺは、式（２）で示され、
ΔＺ＝（３０００−２０００）／２０００×１００［％］／５０［ｃｍ］
＝１［％／ｃｍ］ …式（２）
となる。

また、本明細書では膜厚偏差（ｄｉｖ）を式（３）で定義する。

ｄｉｖ［％］＝（Ｚｍａｘ−Ｚｍｉｎ）／（Ｚｍａｘ＋Ｚｍｉｎ）×１００ …式（３）
ここで、Ｚｍａｘは最大膜厚、Ｚｍｉｎは最小膜厚である。この膜厚偏差（ｄｉｖ）を求めるためには９点以上膜厚を測定することが望ましい。

一般的に、１ｍ角サイズの基板で膜厚偏差（ｄｉｖ）が±１０％の場合、均一な膜厚分布とみなすことができる。対称な膜厚分布で、中心より端部の膜厚が１０％厚い場合、中心から端部までの線分ＸにそったΔＺは
ΔＺ＝１０［％］／５０［ｃｍ］＝０．２［％／ｃｍ］
となる。そこで、本明細書では、膜厚の増加率の絶対値が０．２％／ｃｍ以下の場合、ΔＺ≒０とみなし、ΔＺの符号は０とする。すなわち、ΔＺ＞０．２％／ｃｍのときΔＺの符号は正とし、ΔＺ＜−０．２％／ｃｍのときにΔＺの符号は負とする。したがって、透明電極層の膜厚増加率ΔＺｔと光電変換ユニットの膜厚増加率ΔＺｓの符合が異なるとは、下記の二つの場合を本明細書では指すものとする。

（１）： ΔＺｔ＞０．２％／ｃｍ、かつ、ΔＺｓ＜−０．２％／ｃｍ。

（２）： ΔＺｔ＜−０．２％／ｃｍ、かつ、ΔＺｓ＞０．２％／ｃｍ。
これに対して、ΔＺｔまたはΔＺｓのいずれかの絶対値が０．２％／ｃｍ以下の場合は均一な膜厚分布とみなし、本明細書では符号が異なるとは呼ばない。

光電変換ユニットの膜厚分布と、透明電極層の膜厚分布を相反する形状にすることによって、光電変換ユニットの膜厚が薄い部分の発電電流の低下を、透明電極層の膜厚を厚くすることによる光閉じこめ効果で補って、発電電流が部分的に律速されることを抑制する。この結果、大面積の薄膜光電変換装置の発電電流を均一化して、変換効率を向上することができる。

光電変換ユニットの膜厚Ｚｓは、プラズマＣＶＤ法で作製した場合、中心部より周辺部が薄くなる場合が多いので、透明電極層の膜厚Ｚｔを基板の中心部より周辺部で厚くすることが望ましい。

また、光電変換ユニットや透明電極層を成膜する時に、複数の基板を１つの電極上やヒータ上に配置した場合や、成膜後に基板を複数に分割した場合は、光電変換ユニットの膜厚Ｚｓや透明電極層の膜厚Ｚｔは必ずしも対称形とはならない。その場合、成膜時の中心部と周辺部の位置関係が、複数の基板にまたがって膜厚分布として現れる。このようなとき、例えば基板が矩形の場合は、少なくとも１つの角（角ａ）の近傍の透明電極層の膜厚（Ｚｔａ）が、他のいずれかの角（角ｂ）の近傍の透明電極層の膜厚（Ｚｔｂ）より厚く、前記角ａの近傍の光電変換ユニットの膜厚（Ｚｓａ）が、前記角ｂの近傍の光電変換ユニットの膜厚（Ｚｓｂ）より薄いことを特徴とすることによって、部分的な発電電流の律速を抑制して、薄膜光電変換装置の特性を向上することができる。

図２は、図１の集積型薄膜光電変換装置９０１の断面図を示す。光電変換セル９０２は、透明電極層１２を分割する第一の分離溝９０３と、光電変換ユニット６および裏面電極層４を分割する第二の分離溝９０４によって、隣の光電変換セルと分離されている。また、光電変換ユニット６を分割し、かつ裏面電極層材料で埋め込まれた接続溝９０５によって、１つの光電変換セルの裏面電極層４が隣接する光電変換セルの透明電極層１２に接続し、電気的に直列接続している。

第一の分離溝９０３の位置の裏面電極層には、透明電極層１２の膜厚に相当する凹部Ｍが形成される。この凹部Ｍの深さを測定すれば、透明電極層の膜厚Ｚｔを測定することができる。同様に、接続溝９０５の位置の裏面電極層には、光電変換ユニット６の膜厚に相当する凹部Ｎが形成される。この凹部Ｎの深さを測定すれば、光電変換ユニットの膜厚Ｚｓを測定することができる。凹部Ｍや凹部Ｎの深さは、触針型表面段差計やレーザー顕微鏡で測定できる。例えば、オリンパス製走査型共焦点レーザ顕微鏡ＬＥＸＴ−ＯＬＳ３０００を用いて、凹部ＭやＮの深さからそれぞれ、透明電極層の膜厚Ｚｔ、光電変換ユニットの膜厚Ｚｓが測定できる。

また、基板１１の上に透明電極層１２を形成した後、透明電極層側から光を入射して、反射スペクトルまたは透過スペクトルの干渉から透明電極層の膜厚Ｚｔを求めることができる。さらに、透明電極層１２の上に光電変換ユニットを形成した後、光電変換ユニット側から光を入射して、反射スペクトルの干渉から光電変換ユニットの膜厚Ｚｓを求めることができる。

あるいは、裏面電極層まで形成して薄膜光電変換装置が完成した状態の場合は、図４に示すガラス基板側から入射した光の反射スペクトルから膜厚を評価することができる。具体的には、透明電極層の膜厚Ｚｔは、図４（ａ）のＰに示す５００ｎｍ付近の可視域の干渉の山または谷の波長から膜厚を測定できる。この波長領域では光電変換ユニットの吸収係数が高いので、光電変換ユニットまで入射した光はほとんど反射されず、反射スペクトルには現れない。したがって、反射スペクトルの干渉は透明電極層の膜厚に起因して発生する。具体的にＺｔは、下記の数式Ｔから求められる。

ここで、ｎ_ｔは透明電極層の屈折率、λａ、λｂは隣り合う反射スペクトルの山の波長、または谷の波長（λａ＞λｂ）。

また、光電変換ユニットの膜厚Ｚｓは、図４（ｂ）のＱに示す波長１０００ｎｍ以上の長波長域における干渉の山または谷の波長から膜厚を測定できる。この波長領域では、透明電極層の屈折率は約２と低いので緩やかな波長間隔の干渉を起こし、反射スペクトルの山谷としてはあまり顕著に現れない。これに対して、光電変換ユニットの屈折率は約３．５と高いので波長間隔の短い干渉を起こし、反射スペクトルの山谷が顕著に現れる。具体的にＺｓは、下記の数式Ｓから求められる。

ここで、ｎ_ｓは透明電極層の屈折率、λ_Ａ、λ_Ｂは隣り合う反射スペクトルの山の波長、または谷の波長（λ_Ａ＞λ_Ｂ）。

図４の場合、透明電極層の膜厚Ｚｔは約８２０ｎｍ、光電変換ユニットの膜厚Ｚｓは約２３００ｎｍである。

また、裏面電極層をウェットエッチングあるいはドライエッチングにより除去して、光電変換ユニットに入射した光の反射スペクトルから、光電変換ユニットの膜厚Ｚｓを測定できる。あるいは、レジストやマスクを用いて、ウェットエッチングあるいはドライエッチングにより光電変換ユニットを部分的にエッチング除去して段差を形成して、レーザー顕微鏡あるいは触針型表面段差計を用いることで光電変換ユニットの膜厚Ｚｓを測定できる。

また、裏面電極層および光電変換ユニットをウェットエッチングあるいはドライエッチングにより除去して、透明電極層に入射した光の反射スペクトルから、透明電極層の膜厚Ｚｔを測定できる。あるいは、レジストやマスクを用いて、ウェットエッチングあるいはドライエッチングにより透明電極層を部分的にエッチング除去して透明電極層に段差を形成して、レーザー顕微鏡あるいは触針型表面段差計を用いることで透明電極層の膜厚Ｚｔを測定できる。

レーザー顕微鏡あるいは触針型表面段差計で膜厚を測定する場合、凹部の幅が３０μｍ〜数ｍｍ程度である。また、透過スペクトルまたは反射スペクトルから膜厚を測定する場合、光のスポットが数ｍｍ程度の大きさを持つ。したがって、本発明の「膜厚」は、基板の主面に平行な方向で３０μｍ〜数ｍｍサイズで平均化された膜厚を示す。これに対して、光閉じこめに有効な透明電極層の凹凸の間隔は１０ｎｍ〜１μｍのオーダーであり、上記の膜厚の測定長さに比べて十分無視できるほど小さい。すなわち、本発明で示す「膜厚」は光閉じこめに有効な１０ｎｍ〜１μｍの間隔の凹凸を示すものではない。

図３に、本発明の実施形態の一例による薄膜光電変換装置の断面図を示す。透光性基板１１上に、透明電極層１２を形成した薄膜光電変換装置用基板１を備える。その上に、光電変換ユニット６および裏面電極層４の順に配置され、薄膜光電変換装置５を形成している。光電変換ユニット６は、図３に示すように前方光電変換ユニット２、後方光電変換ユニット３の複数の光電変換ユニットで構成することもできる。

本発明では、基板の主面に平行な方向の１つの線分Ｘに沿った透明電極層の膜厚の増加率ΔＺｔと、光電変換ユニットの膜厚の増加率ΔＺｓの符号が異なることを特徴とする。

図３に示される透明電極層１２の表面凹凸は、薄膜光電変換装置に適した光閉じ込め効果を得るために、透光性基板１１上に透明電極層１２を形成した状態で、１０〜５０％程度のヘイズ率を有することが好ましい。このようなヘイズ率を有する透明電極層の表面凹凸の平均高低差は１０〜３００ｎｍ程度で、基板の主面に平行な方向の凹凸の間隔は１０ｎｍ〜１μｍである。透明導電膜１２の表面凹凸が小さすぎる場合は、十分な光閉じ込め効果を得ることができず、大きすぎる場合は光電変換装置に電気的および機械的な短絡を生じさせる原因となる場合も有り、光電変換装置の特性低下を引き起こす場合も有る。

本発明の透明電極層１２としては、表面凹凸を有するＳｎＯ_２、ＺｎＯなどの透明導電性酸化物などが用い得る。

特に、低圧熱ＣＶＤ法により成膜したＺｎＯは、２００℃以下の低温度で成膜できるため、種々の基板（例えば、融点の高い有機フィルム、一例として、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、または、低融点の安価なガラス等）を用いることができ、かつ、積層型薄膜光電変換装置に重要な長波長域の光閉じ込め効果に有用な表面テクスチャ構造を備えもつことから前記透明電極層として好ましい。そのような低圧熱ＣＶＤ装置を用いる場合、基板温度が１５０℃以上、好ましい態様としては１５０〜１７０℃、圧力５〜１０００Ｐａ、原料ガスとしてジエチル亜鉛（ＤＥＺ）、水、ドーピングガス、および希釈ガスで形成されることが好ましい。

低圧ＣＶＤ装置は、真空チャンバ内に、ヒータに接して配置された基板と、基板に対向した位置にガスを導入するシャワープレートを配置することが望ましい。ガスは全てのガスを混合してからシャワープレートの多数の穴を通して真空チャンバ内に導入することが望ましい。あるいは、シャワープレート内でＤＥＺと水が反応することを抑制するために、ＤＥＺと水とをそれぞれ別の経路で真空チャンバ内に導入して、真空チャンバ内で混合するようにしてもよい。成膜時の圧力を一定にするために排気バルブコントローラを設けることが望ましい。また、成膜後の残留ガスを排気するためのポンプと除害装置を設けることが望ましい。

亜鉛の原料ガスとしてはこの他ジメチル亜鉛を用いることもできる。酸素の原料ガスとしては、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素、酸化二窒素、二酸化窒素、二酸化硫黄、五酸化二窒素、アルコール類（Ｒ（ＯＨ））、ケトン類（Ｒ（ＣＯ）Ｒ’）、エーテル類（ＲＯＲ’）、アルデヒド類（Ｒ（ＣＯＨ））、アミド類（（ＲＣＯ）_ｘ（ＮＨ_３−ｘ）、ｘ＝１，２，３）、スルホキシド類（Ｒ（ＳＯ）Ｒ’）（ただし、ＲおよびＲ’はアルキル基）を用いることもできる。希釈ガスとしては希ガス（Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｒｎ）、窒素、水素などを用いることができる。ドーピングガスとしてはジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）、アルキルアルミ、アルキルガリウムなどを用いることができる。ＤＥＺと水の比は１：１から１：５、ＤＥＺに対するＢ_２Ｈ_６の比は０．０５％以上が好ましい。ＤＥＺ、水は常温常圧で液体なので、加熱蒸発、バブリング、噴霧などの方法で気化させてから、供給することが望ましい。

なお、ここでいう基板温度とは、基板が成膜装置の加熱部と接している面の温度のことをいう。熱ＣＶＤ法において、基板温度の上昇とともに膜成長反応が活性化され膜厚は大きくなる傾向にあり、基板温度のヒーターバランスを微調整することで、膜厚分布を制御することが可能となる。

例えば、図５に示すように、ヒータＨ１〜Ｈ６の６ヶのヒータを用いれば、矩形の基板上の透明電極層の膜厚分布を制御できる。ヒータ全体の幅Ｗ０と長さＬ０は、基板の幅と長さよりそれぞれ１０％以上長くすることが望ましい。ヒータ全体の寸法を基板の寸法より１０％以上大きくすることによって、基板端部の熱の逃げを抑制して、基板端部の温度が低下することを防ぐこともできる。

また、Ｗ１はＷ０の１０〜２５％の長さ、Ｗ２はＷ０の３０〜６０％の長さにすることが望ましい。また、Ｌ１はＬ０の１０〜２５％の長さ、Ｌ２はＬ０の３０〜６０％の長さにすることが望ましい。外側のヒータほど、外への熱の逃げを補いながら基板を加熱する必要があるので、単位面積当たりのヒータ線を密に配置することが望ましい。図５のようなヒータの配置と寸法関係にすることによって、Ｈ１〜Ｈ６のヒータの容量の極端な差がなくなり、ヒータの制御がしやすくなるとともに装置コストを低減できる。なお、本発明のヒータの配置は図５に示す例に限定されないことは言うまでもない。

ヒータＨ１〜Ｈ６に接する基板温度をそれぞれＴ１〜Ｔ６とすると、Ｔ１〜Ｔ４＞Ｔ５＞Ｔ６と制御することで、透明電極層の膜厚分布を中心部で薄く、端部で厚い下に凸のほぼ対称な分布とすることができる。

ＺｎＯの平均膜厚は、５００〜２０００ｎｍであることが好ましく、さらに８００〜１８００ｎｍであることがより好ましい。なぜなら、ＺｎＯ膜が薄すぎれば、光閉じ込め効果に有効に寄与する凹凸を十分に付与すること自体が困難となり、また透明電極として必要な導電性が得にくく、厚すぎればＺｎＯ膜自体による光吸収により、ＺｎＯを透過し光電変換ユニットへ到達する光量が減るため、効率が低下するからである。さらに、厚すぎる場合は、成膜時間の増大によりその成膜コストが増大する。この透明電極層１２の平均膜厚の場合、表面凹凸の平均高低差は概ね１０〜１００ｎｍ、基板に平行な方向の凹凸の間隔は１０ｎｍ〜１μｍを有する。

本明細書では透明電極層の凹凸の評価指標として、主にヘイズ率を用いている。ヘイズ率とは、（拡散透過率／全光線透過率）×１００［％］で表されるもので、本発明における簡易評価方法として、Ｃ光源を用いたヘイズメータによる測定を行った（ＪＩＳ Ｋ７１３６）。

透明電極層１２上に形成される光電変換ユニット６は１つの光電変換ユニットとしてもよいが、複数の光電変換ユニットを積層してもよい。前方光電変換ユニット２として非晶質シリコン系材料を選べば、約３６０〜８００ｎｍの光に対して感度を有し、後方光電変換ユニット３に結晶質シリコン系材料を選べばそれより長い約１２００ｎｍまでの光に対して感度を有する。したがって、光入射側から非晶質シリコン系材料の前方光電変換ユニット２、結晶質シリコン系材料の後方光電変換ユニット３の順で配置される薄膜光電変換装置５は、入射光をより広い範囲で有効利用可能となる。ただし、「シリコン系」の材料には、シリコンに加え、シリコンカーバイドやシリコンゲルマニウムなど、シリコンを含むシリコン合金半導体材料も含む。

前方光電変換ユニット２は、例えばｐｉｎ層の順にプラズマＣＶＤ法により各半導体層を積層して形成される。具体的には、例えば導電型決定不純物原子であるボロンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型非晶質シリコンカーバイド層を一導電型層２１とし、真性非晶質シリコン層を光電変換層２２とし、導電型決定不純物原子であるリンが０．０１原子％以上ドープされたｎ型微結晶シリコン層を逆導電型層２３として、この順に堆積すればよい。この例の場合、非晶質シリコン光電変換ユニットが形成される。

後方光電変換ユニット３は、例えばｐｉｎ層の順にプラズマＣＶＤ法により各半導体層を積層して形成される。具体的には、例えば導電型決定不純物原子であるボロンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型微結晶シリコン層を一導電型層３１とし、真性結晶質シリコン層を光電変換層３２とし、導電型決定不純物原子であるリンが０．０１原子％以上ドープされたｎ型微結晶シリコン層を逆導電型層３３としてこの順に堆積すればよい。

光電変換ユニット３の上には、裏面電極４が形成される。裏面電極としては、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、ＰｔおよびＣｒから選ばれる少なくとも一つの材料からなる少なくとも一層の金属層４２をスパッタリング法または真空蒸着法により形成することが好ましい。また、光電変換ユニット３と金属層４２との間に、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の導電性酸化物層４１を形成するほうが好ましい。この導電性酸化物層４１は、光電変換ユニット３と金属層４２との間の密着性を高めるとともに、裏面電極４の光反射率を高め、さらに、光電変換ユニット層３の化学変化を防止する機能を有する。

最後に、薄膜光電変換装置が薄膜太陽電池等の場合は、裏面側は封止樹脂（図示せず）が添付されることにより保護される。

封止樹脂としては、例えば、ＥＶＡ、ＰＶＢ、オレフィン系樹脂等、いずれも好適に用いられる。

このような集積型薄膜光電変換装置を用いることにより、透光性基板上に形成された集積型薄膜太陽電池で、光電変換層の膜厚が異なる各光電変換セルの電流値の不均一性を改善するように前記の透明電極層にヘイズ率分布を生じさせ、光閉じ込め効果に分布を持たせることを特徴としている。

以上、本発明をスーパーストレイト型薄膜光電変換装置へ適用した例について述べたが、本発明はサブストレイト型薄膜光電変換装置にも同様の効果を有する。

サブストレイト型薄膜光電変換装置とは、一つの態様としては、透明または不透明な基板の上に、少なくとも、裏面電極層と、光電変換ユニットと、前面透明電極層と、を備える薄膜光電変換装置、である。光は前面の透明電極層側から入射される。この場合、光電変換ユニットの膜厚分布と、前面の透明電極層の膜厚分布を逆の厚みの分布となるようにすればよい。

本発明の薄膜光電変換装置の一実施形態の製造方法について、低圧熱ＣＶＤ装置を用いたＺｎＯを透明電極層とした場合の例をあげて説明する。

例えば、透明電極層を成膜時の中心部と端部のＤＥＺ＋Ｈ_２Ｏの流量を調整することで、本発明の光電変換装置を製造することができる。具体的には、シャワープレートの中心部の穴の大きさを端部のそれより小さくすることで、シャワープレートの中心部のガス流量を端部のガス流量より小さくする。この結果、透明電極層ＺｎＯの膜厚を中心部で薄く、端部で厚く形成することができる。具体的に検討したところ、ＤＥＺ＋Ｈ_２Ｏの流量が１．５倍になると成膜速度は１．２倍になり、シャワープレートの端部の穴の大きさを中心部の１．５倍になるよう段階的に穴の大きさを変えることで、端部の膜厚が中心部の約１．２倍になる膜厚分布を形成することが可能であった。

あるいは、成膜時の中心部と端部のＤＥＺ／Ｈ_２Ｏ流量比を調整することで、本発明の光電変換装置を製造することができる。具体的には、例えば、ＤＥＺの供給口が端部にあり水の供給口が中心にあるように前記低圧熱ＣＶＤ装置を形成し、中心部のＤＥＺ／Ｈ_２Ｏ比を端部のそれより小さくすることで、中心部が薄く端部が厚い膜厚分布の透明電極層を製造することができる。具体的に検討したところ、ＤＥＺ／Ｈ_２Ｏ比が１．５倍になると成膜速度は１．１倍になることから、前記ＣＶＤ装置によってガス分布に依存した膜厚分布を形成することが可能となる。

あるいは、図５に示すような６個のヒータ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６）を備える低圧熱ＣＶＤ装置であって、前記ヒータを制御することで成膜時の基板の中心部と端部の温度差を作り出し、本発明の光電変換装置を製造することができる。具体的に検討したところ、中心部（Ｔ６）の基板温度を１５０℃とし、中間部分の基板温度を１５２．５℃、端部（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）の基板温度を１５５℃とすると、中心部の膜厚が２０９０ｎｍで端部の膜厚が２２４０ｎｍである膜厚分布の透明電極層を製造することができた。光閉じ込め効果の点から、透明電極層は中心部で薄く、端部で厚くするために、中心部に比べて端部の温度差は２℃以上に設定することが好ましい。また、４〜６℃程度に設定することが、レーザースクライブによる集積の点からより好ましい。

なお、例えば、ＤＥＺの供給口が中心にあり水の供給口が端部にあるような低圧熱ＣＶＤ装置とし、成膜時の中心・端部の温度差を適宜設定することなどによっても、本発明の光電変換装置を製造することができる。

また、本発明の薄膜光電変換装置の製造方法であって、低圧熱ＣＶＤ法で形成されてなる酸化亜鉛の場合、当該透明電極層を形成する時の基板の温度が、基板の中心部の温度に比べて、基板の周辺部の温度が２〜１５℃高いことが、好ましい。このような場合、本発明の最適な態様の一つである、透明電極層の膜厚Ｚｔは前記透光性基板の中心部に比べて周辺部が厚く、前記光電変換ユニットの膜厚Ｚｓは透光性基板の中心部に比べて周辺部が薄い、薄膜光電変換装置を作製することができる。

「前記透明電極層が低圧熱ＣＶＤ法で形成されてなる酸化亜鉛であり、かつ当該透明電極層を形成する時の基板の温度において、基板の中心部の温度と基板の周辺部の温度とに差異を設けることを特徴とする薄膜光電変換装置の製造方法」によっても、本発明に記載の薄膜光電変換装置は、不当な試行錯誤を要することなく、実現可能である。

前述のとおり、光電変換ユニットの膜厚Ｚｓは、プラズマＣＶＤ法で作製した場合、中心部より周辺部が薄くなる場合が多い。その場合、透明電極層の膜厚Ｚｔを基板の中心部より周辺部で厚くすることが望ましい。

一方、光電変換ユニットの膜厚Ｚｓを、プラズマＣＶＤ法で作製する場合、光電変換ユニットの膜厚が、中心部より周辺部が厚くなるように（中心部が薄く、周辺部が厚く）することもできる。この場合、透明電極層の膜厚Ｚｔを基板の中心部より周辺部で薄くすることが望ましい。

一般的に、プラズマＣＶＤ法で光電変換ユニットを成膜する場合、通常の光電変換ユニット成膜条件は、例えば、以下のとおりである。
水素流量／シラン流量＝５０〜５００程度 （非晶質光電変換層の場合は、５〜５００程度）。
プラズマ放電電力＝０．０１０〜０．５００Ｗ／ｃｍ^２程度。
成膜圧力＝６００Ｐａ〜２６００Ｐａ程度。
プラズマＣＶＤ電極間距離＝５〜２０ｍｍ程度。

光電変換ユニットの膜厚Ｚｓを、プラズマＣＶＤ法で作製する場合、光電変換ユニットの膜厚が、中心部より周辺部が厚くなるように（中心部が薄く、周辺部が厚く）するためには、以下の方策を取ると良い。
・他のパラメーターが一定の場合、成膜時の成膜圧力を下げる。
・他のパラメーターが一定の場合、電極間距離を下げる。
ＣＶＤ装置の構成・配置等によって、成膜条件の絶対値は一概に特定は出来ないが、上記の方策・指針を採用することによって、当業者は過度な試行を要さずに、中心部が薄く、周辺部が厚い光電変換ユニットを成膜できる。従って、本発明は、十分、実施可能要件を満たす。

前記したような方策を採ることによって、本発明の以下の製造方法は、達成可能である；すなわち、本発明の一態様である、薄膜光電変換装置の製造方法であって、
少なくとも、
基板上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い透明電極層を形成する工程と前記透明電極層上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い光電変換ユニットを形成する工程、
基板上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い透明電極層を形成する工程と前記透明電極層上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い光電変換ユニットを形成する工程、
基板上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い光電変換ユニットを形成する工程と前記光電変換ユニット上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い透明電極層を形成する工程、
および、
基板上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い光電変換ユニットを形成する工程と前記光電変換ユニット上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い透明電極層を形成する工程、
からなる群から選択される１以上を備える、薄膜光電変換装置の製造方法。

前記の４つの群から選択される１以上を備える製造方法によって、本発明の薄膜光電変換装置を製造することが可能である。

本発明でいう、「透明電極層の膜厚の分布と、前記光電変換ユニットの膜厚の分布とが逆の厚み分布の関係にある」とは、例えば、前記のような、
「周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い透明電極層と、周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い光電変換ユニットと、の関係にある」ことが、その一例である。他の一例は、
「基板上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い透明電極層と、周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い光電変換ユニットと、の関係にある」こと、である。このような「逆の厚み分布の関係にある」場合、微視的に見ると、
「基板の主面に平行な方向の１つの線分をＸとしたとき、
前記透明電極層の膜厚ＺｔのＸに沿った増加率ΔＺｔと、
前記光電変換ユニットの膜厚ＺｓのＸに沿った増加率ΔＺｓの、
それぞれの符号が異なる」ことになる。また、別の一態様では、微視的に見ると、
「基板が矩形で、
少なくとも１つの角ａの近傍の透明電極層の膜厚Ｚｔａが、他のいずれかの角ｂの近傍の透明電極層の膜厚Ｚｔｂより厚く、且つ、
前記角ａの近傍の光電変換ユニットの膜厚Ｚｓａが、前記角ｂの近傍の光電変換ユニットの膜厚Ｚｓｂより薄いこと」になる。

以上のように、例えば本発明の製造方法によっても、本発明の薄膜光電変換装置は、不当な試行錯誤を要することなく、実現可能である。

本発明は、また、タンデム型シリコン系薄膜光電変換装置であっても良い。タンデム型光電変換装置においては、例えば、透明電極が形成され、第１の光電変換ユニットである非晶質光電変換ユニットが形成され、重ねてプラズマＣＶＤ法にて第２の光電変換ユニットである結晶質光電変換ユニットがさらに形成されるような態様が有る。

本明細書中では、一例として、非晶質光電変換ユニット／結晶質光電変換ユニットの２段タンデム型光電変換装置が説明されたが、１つ以上の非晶質光電変換ユニットおよび／または１つ以上の結晶質光電変換ユニットをさらに含む多段タンデム型光電変換装置にも本発明が適用され得ることはいうまでもない。

なお、本発明の光電変換装置は、光電変換ユニット中のi型の光電変換層の屈折率よりも低い屈折率を有するような、シリコンと酸素との非晶質合金中にシリコン結晶相を含むシリコン複合層を、備えていても良い。シリコン複合層を備える場合には、例えば、光入射側から順に、i型の結晶質シリコン系光電変換層と、シリコンと酸素との非晶質合金中にシリコン結晶相を含むリンがドープされたシリコン複合層とが、配置されてなるような光電変換装置などであっても良い。i型層の屈折率よりも小さい屈折率を有するシリコン複合層により、光入射側から遠い側での反射等の促進による、光閉じ込め効果を増大させることができる。シリコン複合層そのものについては、例えば、特開２００５−４５１２９や、特開２００８−３００８７２等に記載されている。

なおシリコン複合層の６００ｎｍの波長の光に対する屈折率は、１．７以上２．５以下であることが望ましい。シリコン複合層は、反射効果を十分得るために、６００ｎｍの波長の光に対する屈折率が、１．７以上２．５以下であることが好ましく、１．８以上２．１以下であることがさらに好ましい。

また、シリコン複合層の膜中酸素濃度が、２５原子％以上６０原子％以下であることが望ましい。また、シリコン複合層は、低い屈折率を実現するために、膜中酸素濃度が、２５原子％以上６０原子％以下であることが好ましく、４０原子％以上６０原子％以下であることがより好ましく、４０原子％以上５５原子％以下であることがさらに好ましい。

シリコン複合層がドーピングされている場合、膜中酸素濃度を高くして、光電変換層であるｉ層よりも、より低い屈折率を実現して界面での高い反射効果を得ることが可能となる。

なお、ここでは光電変換ユニット等について、簡単に、その一態様について、述べる。

一態様として、基板上には、結晶質シリコン系光電変換ユニットが形成される。結晶質シリコン系光電変換ユニットに含まれるすべての半導体層が、４００℃以下の下地温度のもとにプラズマＣＶＤ法によって堆積することができる。プラズマＣＶＤ法としては、通常広く用いられているＲＦプラズマＣＶＤ法が用いられるほか、１５０ＭＨｚ以下の周波数においてＲＦ帯からＶＨＦ帯の高周波電源を用いたプラズマＣＶＤ法を利用してもよい。

一態様として、基板上には、非晶質シリコン系光電変換ユニットが形成される。

本明細書では主に、本発明に係る透明電極層の膜厚分布を実現する方法について詳述したが、光電変換ユニットについても、本発明の光電変換ユニットの膜厚分布を実現する方法としては、実施例等に記載された内容だけに限定されない。

プラズマＣＶＤ法において、ｐ型層を堆積することができる。ｐ型層としては、ボロンがドープされたｐ型シリコン系薄膜などが用いられ得る。また、ｐ型層の材料としては、結晶質シリコンや、非晶質シリコンの他に非晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲルマニウム等の合金材料を用いてもよく、または多結晶シリコンや部分的に非晶質を含む微結晶シリコン、あるいはそのような結晶質のシリコン系合金材料を用いてもよい。さらに、堆積されたｐ型の結晶質シリコン層にパルスレーザ光を照射することにより、結晶化分率や導電型決定不純物原子によるキャリア濃度を制御する手法を取り入れてもよい。ｐ型の結晶質シリコン層をプラズマＣＶＤ法で形成する場合、原料ガスとしてはモノシランやジシラン等の水素化シラン系ガスを用いることができ、ドーピングガスとしてはたとえばボロンドープの場合にジボランを用いることができ、さらに、これらのガスに加えて水素等の希釈ガスが混合される。

（シリコン系光電変換層）
光電変換層としては、ノンドープの実質的にｉ型の多結晶シリコン薄膜や体積結晶化分率が９０％以上の実質的にｉ型の微結晶シリコン薄膜、または微量の不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型で光電変換機能を十分に備えている結晶質シリコン系薄膜材料が使用され得る。また、光電変換層はこれらの材料に決定されず、シリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン系合金材料を用いてもよい。光電変換層の膜厚は任意に調整されるが、０．５〜２０μｍの範囲内とすると結晶質シリコン系薄膜光電変換層として必要かつ十分な膜厚を有している。

結晶質光電変換層は４００℃以下の低い下地温度のもとで形成されているので、結晶粒界や粒内における欠陥を終端させて不活性化させる水素原子を多く含み、その水素含有量は好ましい１〜３０原子％の範囲内にある。また、この結晶質シリコン系薄膜光電変換層に含まれる結晶粒の多くは、下地層から上方に柱状に延びて成長している。これらの多くの結晶粒は膜面に平行に（１１０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ線回折における（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比は０．２以下の好ましい範囲内にある。さらに、光電変換層１２２をプラズマＣＶＤ法で堆積するときの下地温度は４００℃以下であるので、上述した安価な基板が使用され得る。

プラズマ反応室内に導入されるガスの主成分としては、水素等の希釈ガスが加えられたシラン系ガスが用いられ得る。シラン系ガスに対する希釈ガスの流量は２０倍以上であることが好ましいが、放電パワーや反応室内圧力などのような他の成膜条件との関係によって最適な希釈量が設定される。シラン系ガスとしてはモノシラン，ジシラン等が好ましいが、これらに加えて四フッ化硅素，四塩化硅素，ジクロルシラン等のハロゲン化硅素ガスを用いてもよい。また、これらに加えて希ガス等の不活性ガス、好ましくはヘリウム，ネオン，アルゴン等を用いてもよい。

（ｎ型層）
ｎ型層としては、たとえばリンがドープされたｎ型微結晶シリコン系薄膜などが用いられ得る。ｎ型層ついてのこれらの条件は限定的なものではなく、不純物原子としてはたとえば窒素等を用いてもよい。

なお、本発明は、以下のようにも表現できる。以下の内容１．〜５．は本発明の基礎出願の請求項の内容である。本発明の一態様は、以下のようにも表現できる。なお、本発明の基礎出願では、基板が透光性基板に限定されていた。

１．透光性基板と、透明電極層と、光電変換ユニットと、裏面電極層と、を備える薄膜光電変換装置であって、前記透明電極層の膜厚の分布と、前記光電変換ユニットの膜厚の分布とが逆の厚み分布の関係にある、薄膜光電変換装置。

透光性基板とその上に堆積された透明電極層からなる薄膜光電変換用基板上に堆積された、少なくとも一つの光電変換ユニット、及び裏面電極層からなる薄膜光電変換装置であって、前記光電変換ユニットの光電変換層がその成膜面に対して上に凸となる膜厚分布を有すとき、前記透明電極層がそれと相反するよう調整された下に凸となる膜厚分布を備えていることを特徴としている。

２．前記透明電極層はその成膜面中心部の厚みが薄く成膜面周縁部の厚みが厚く、前記光電変換ユニットはその成膜面中心部の厚みが厚く成膜面周縁部の厚みが薄い、ことを特徴とする１．に記載の薄膜光電変換装置。

３．前記光電変換ユニットの少なくとも一つは、非晶質光電変換ユニットである、１．または２．に記載の薄膜光電変換装置。

４．前記光電変換ユニットの少なくとも一つは、結晶質光電変換ユニットである、１．〜３．のいずれか１項に記載の薄膜光電変換装置。

本発明は、また、前記光電変換ユニットの少なくとも一つは、非晶質光電変換ユニットである、薄膜光電変換装置、である。非晶質光電変換ユニットを含むことで、薄膜光電変換装置を単結晶あるいは多結晶材料を用いたものよりも低コストで、かつ大面積に形成することができる。

本発明は、また、前記光電変換ユニットの少なくとも一つは、結晶質光電変換ユニットである、薄膜光電変換装置、である。結晶質光電変換ユニットを含むことで、非晶質シリコン系光電変換層は約３６０〜８００ｎｍの光に感度を有し、結晶質シリコン系光電変換層はそれより長い約１２００ｎｍまでの光を光電変換することが可能であるため、薄膜光電変換装置の特性をさらに改善することに有効である。

５．透光性基板と、透明電極層と、光電変換ユニットと、裏面電極層と、を備える薄膜光電変換基板であって、透明電極層と、光電変換ユニットと、裏面電極層と、からなる光電変換セルは、複数の分離溝によって分離され、複数の光電変換セルを形成し、かつ該複数の光電変換セルは、複数の接続溝を介して互いに電気的に直列接続されている、ことを特徴とする、１．〜４．のいずれか１項に記載の薄膜光電変換装置。

以下、本発明による実施例と、従来技術による比較例に基づいて詳細に説明する。各図において同様の部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、比較例、実施例の結果を表１にまとめる。なお、本発明はその趣旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。

（参考例１）
参考例１として、薄膜光電変換装置用基板１を作製した。具体的には、厚み４ｍｍ、１２５ｍｍ×１２５ｍｍのガラス基板の透光性基板１１上にＺｎＯからなる透明電極層１２を低圧熱ＣＶＤ法で形成した。用いた低圧ＣＶＤ装置のヒータ配置は図５に示すような配置で、Ｗ０は６００ｍｍ、Ｌ０は５００ｍｍである。基板は中央のヒータＨ６上において透明電極層１２を成膜した。この透明電極層１２は、基板温度Ｔ１〜Ｔ６を１５０℃、圧力３０Ｐａ、気化したジエチル亜鉛（ＤＥＺ）の流量２００ｓｃｃｍ、気化した水の流量７００ｓｃｃｍ、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）流量２ｓｃｃｍ、水素流量１０００ｓｃｃｍで形成した。透明電極層の膜厚Ｚｔの平均は１６６１ｎｍで、膜厚偏差は±３．９％で均一な分布であった。また、参考例１のＣ光源を用いて測定したヘイズ率は２７．６％であった。

（参考例２）
参考例２として、参考例１と同様に薄膜光電変換装置用基板１を作製した。ただし、参考例１と異なるのは、膜厚を変えるため成膜時間を長く調整した点である。この透明電極層の膜厚Ｚｔの平均は１８３７ｎｍであり、ヘイズ率は３３．０％であった。

（参考例３）
参考例３として、参考例１と同様に薄膜光電変換装置用基板１を作製した。ただし、参考例１と異なるのは、膜厚を変えるため成膜時間を参考例２より長く調整した点である。この透明電極層の膜厚Ｚｔの平均は１９０７ｎｍであり、ヘイズ率は３５．４％であった。

（参考例４）
参考例４として、参考例１で作製した透明電極層の膜厚が１６６１ｎｍである薄膜光電変換装置用基板１の上に、非晶質シリコン光電変換ユニット２、結晶質シリコン光電変換ユニット３、及び裏面電極層４を形成することで、積層型薄膜光電変換装置を作製した。さらに、レーザースクライブによって、１０ｍｍ角の小面積薄膜光電変換装置を形成した。

具体的には、以下のように参考例４の薄膜光電変換装置を形成した。参考例１で形成した透明電極層１２の上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、設定膜厚１０ｎｍのｐ型微結晶シリコン層および設定膜厚１５ｎｍのｐ型非晶質シリコンカーバイド層からなる一導電型層２１、設定膜厚３５０ｎｍの真性非晶質シリコン層の光電変換層２２、及び設定膜厚１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層の逆導電型層２３からなる非晶質光電変換ユニットの前方光電変換ユニット２を形成した。

続いて、設定膜厚１５ｎｍのｐ型微結晶シリコン層の一導電型層３１、設定膜厚２．５μｍの真性結晶質シリコン層の光電変換層３２、及び設定膜厚１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層の逆導電型層３３からなる結晶質シリコン光電変換層ユニットの後方光電変換ユニット３を順次プラズマＣＶＤ法で形成した。

このようにして、前方光電変換ユニット２および後方光電変換ユニット３からなる光電変換ユニット６を形成した後、光電変換ユニット６の膜厚を測定した。光電変換ユニット側から光を入射して、反射スペクトルより光電変換ユニット６の膜厚を測定したところ、２８７０ｎｍであった。

次に、裏面電極層４として厚さ９０ｎｍのＡｌドープされたＺｎＯの導電性酸化物層４１と厚さ２００ｎｍのＡｇの金属層４２をスパッタリング法にて順次形成した。

最後に、５３２ｎｍの第二高調波のＹＡＧレーザーを用いて、前方光電変換ユニット２、後方光電変換ユニット３、および裏面電極層４を貫通して、１０ｍｍ角のサイズの小面積薄膜光電変換装置を形成した。

このようにして得られた小面積の薄膜光電変換装置をエアマス１．５（ＡＭ１．５）の光を１００ｍＷ／ｃｍ^２の光量で照射して出力特性を測定したところ、短絡電流（Ｊｓｃ）は１２．５２ｍＡ／ｃｍ^２で、開放電圧（Ｖｏｃ）は１．３５４Ｖ、曲線因子（ＦＦ）は０．７１９、変換効率（Ｅｆｆ）は１２．１９％であった。

（参考例５）
参考例５として参考例２で得られた薄膜光電変換装置用基板１を用いて、参考例４と同一構造の小面積の薄膜光電変換装置を作製した。このとき、光電変化ユニット６の膜厚を参考例４と同様に測定したところ、２９００ｎｍであった。得られた薄膜光電変換装置を参考例４と同様に出力特性を測定したところ、Ｊｓｃは１２．８１ｍＡ／ｃｍ^２で、開放電圧（Ｖｏｃ）は１．３４７Ｖ、曲線因子（ＦＦ）は０．７１５、変換効率（Ｅｆｆ）は１２．３４％であった。

（参考例６）
参考例６として参考例３で得られた薄膜光電変換装置用基板１を用いて、参考例４と同一構造の小面積の薄膜光電変換装置を作製した。このとき、光電変換ユニット６の膜厚を参考例４と同様に測定したところ、２８８０ｎｍであった。得られた薄膜光電変換装置を参考例４と同様に出力特性を測定したところ、Ｊｓｃは１２．９２ｍＡ／ｃｍ^２で、開放電圧（Ｖｏｃ）は１．３４５Ｖ、曲線因子（ＦＦ）は０．７１８、変換効率（Ｅｆｆ）は１２．４８％であった。

図６は参考例１から３の結果より得られた透明電極層の平均膜厚とヘイズ率の相関図である。図６は、透明電極層の膜厚を１６６１ｎｍから２０７８ｎｍに変えることにより、凹凸が大きくなりヘイズ率が２７．６％から３５．４％に増加することを示している。これは透明電極層の膜厚の増加にとともに結晶粒径が大きくなって、凹凸が大きくなったといえる。

また、図７は参考例４から６の結果より得られた透明電極層の平均膜厚と薄膜光電変換装置の短絡電流密度（Ｊｓｃ）の相関図である。透明電極層の膜厚を１６６１から１９０７ｎｍに増加することによって、Ｊｓｃが１２．５２から１２．９２ｍＡ／ｃｍ^２に増加している。すなわち、この場合、透明電極層の膜厚を増加すると、透明電極層の吸収損失増加による発電電流の低下より、ヘイズ率の増加にともなう光閉じこめ効果による発電電流の増加が勝り、薄膜光電変換装置のＪｓｃが増加したしたといえる。

（比較例１）
従来法の比較例１として、集積型薄膜光電変換装置を作製した。参考例１とは、基板のサイズが厚み４ｍｍ、３６０ｍｍ×４６５ｍｍと異なるほかは同様にガラス基板の透光性基板１上にＺｎＯからなる透明電極層１２を低圧熱ＣＶＤ法で形成し、薄膜光電変換装置用基板１を作製した。基板は、４６５ｍｍ方向をヒータのＷ０の方向、３６０ｍｍ方向をヒータのＬ０の方向に合わせて配置して、透明電極層１２を成膜した。Ｗ０は６００ｍｍ、Ｌ０は５００ｍｍのヒータを用いた。ヒータＨ１〜Ｈ６の出力を調整して、基板温度Ｔ１〜Ｔ６をいずれも１５０℃にした。図８に、透明電極層１２側から入射した光による反射スペクトルの干渉から求めた透明電極層の膜厚分布を示す。３６０ｍｍ×４６５ｍｍ基板上を、２５ｍｍ間隔で１３点×１７点＝２２１点測定した。膜厚Ｚｔの平均値は２０５２ｎｍで、膜厚偏差は±３．４％で均一な分布であった。基板の中心Ｘ_０から基板の辺に向かって直角に引いた直線Ｘ_１にそった透明電極層の膜厚の増加率ΔＺｔは、Ｘ_０からＸ_１＋に向かった場合は−０．０９０％／ｃｍ、Ｘ_０からＸ_１−に向かった場合は−０．０５１％／ｃｍであった。基板の中心Ｘ_０から基板の辺に向かって直角に引いた直線Ｘ_２にそったΔＺｔは、Ｘ_０からＸ_２＋に向かった場合は０．０８７％／ｃｍ、Ｘ_０からＸ_２−に向かった場合は０．１７％／ｃｍであった。すなわち、比較例１のΔＺｔの絶対値は最大でも０．１７％／ｃｍで０．２％／ｃｍ以下であるため、ΔＺｔ≒０とみなせる。これ以降、膜厚の増加率ΔＺは特に断らない限り、基板の中心から４つの辺に向けて直角に線分Ｘを引いた場合の絶対値が最大のもので代表して示すことにする。また、比較例１のＣ光源を用いて測定したヘイズ率は３４．６〜３８．４％でほぼ一定で、平均３６．６％あった。

得られた薄膜光電変換装置用基板１の上に、非晶質シリコン光電変換ユニット２および結晶質シリコン光電変換ユニット３からなる光電変換ユニット６を形成し、さらに裏面電極層４を形成することで、積層型薄膜光電変換装置を作製した。その際、レーザースクライブによって、図２に示す構造の集積型薄膜光電変換装置９０１を形成した。図１に示す直線Ｘ_１方向の基板の長さは４６５ｍｍ、直線Ｘ_２方向の基板の長さは３６０ｍｍで、光電変換セルが直線Ｘ_１の方向に４７段直列接続されている。

具体的には、以下のように集積型薄膜光電変換装置９０１を形成した。波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザーを用いて、透明電極層１２に第一の分離溝９０３を形成し、その後、洗浄、乾燥を行った。

次に、透明電極層１２の上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、設定膜厚１０ｎｍのｐ型微結晶シリコン層および設定膜厚１５ｎｍのｐ型非晶質シリコンカーバイド層からなる一導電型層２１、設定膜厚３５０ｎｍの真性非晶質シリコン層の光電変換層２２、及び設定膜厚１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層の逆導電型層２３からなる非晶質光電変換ユニットの前方光電変換ユニット２を形成した。

続いて、設定膜厚１５ｎｍのｐ型微結晶シリコン層の一導電型層３１、設定膜厚２．５μｍの真性結晶質シリコン層の光電変換層３２、及び設定膜厚１５ｎｍのｎ型微結晶シリコン層の逆導電型層３３からなる結晶質シリコン光電変換層ユニットの後方光電変換ユニット３を順次プラズマＣＶＤ法で形成した。

前方光電変換ユニット２および後方光電変換ユニット３からなる光電変換ユニット６を形成した後、光電変換ユニット６側から光を入射して、反射スペクトルの干渉から光電変換ユニット６の膜厚Ｚｓを測定した。３６０ｍｍ×４６５ｍｍ基板上を、２５ｍｍ間隔で１３点×１７点＝２２１点測定した。図９に光電変換ユニットの膜厚分布を示す。膜厚Ｚｓの平均値は２７５４ｎｍで、膜厚偏差は±９．６％で中心部が厚く、周辺部が薄い上に凸の分布であった。光電変換ユニットの膜厚の増加率ΔＺｓは、基板の中心から４つの辺に向けて直角に線分Ｘを引いた場合、ΔＺｓは−０．４３〜−０．６０％／ｃｍで、Ｘ_０からＸ_１＋に向かった場合に絶対値が最大で−０．６０％／ｃｍであり、符号は負であった。

次に、５３２ｎｍの第二高調波のＹＡＧレーザーを用いて、前方光電変換ユニット２、後方光電変換ユニット３を貫通して、接続溝９０５を形成した。

その次に、裏面電極層４として厚さ９０ｎｍのＡｌドープされたＺｎＯの導電性酸化物層４１と厚さ２００ｎｍのＡｇの金属層４２をスパッタリング法にて順次形成した。

最後に、５３２ｎｍの第二高調波のＹＡＧレーザーを用いて、前方光電変換ユニット２、後方光電変換ユニット３、および裏面電極層４を貫通して、第二の分離溝９０４を形成した。

このようにして得られた集積型薄膜光電変換装置９０１をエアマス１．５（ＡＭ１．５）の光を１００ｍＷ／ｃｍ^２の光量で照射して、単位面積かつ光電変換セル１段当たりに換算した出力特性を測定したところ、Ｊｓｃは１１．８９ｍＡ／ｃｍ^２で、開放電圧（Ｖｏｃ）は１．３３４Ｖ、曲線因子（ＦＦ）は０．７０３、変換効率（Ｅｆｆ）は１１．１６％であった。

比較例１は、透明電極層の膜厚増加率ΔＺｔ≒０、光電変換ユニットの膜厚増加率ΔＺｓ＝−０．６０％／ｃｍで、ΔＺｔとΔＺｓは符合が異なるとはいえない。このとき、Ｊｓｃは光電変換ユニットの薄い周辺部で律速されて、参考例６の１０ｍｍ角の小面積薄膜光電変換セルの場合に比べて、約１ｍＡ／ｃｍ^２小さくなっている。

（比較例２）
比較例２として、比較例１に類似の集積型薄膜光電変換装置を作製した。透明電極層１２の作製条件が異なるほか、比較例１と製造方法および構造を同一とした。具体的には、透明電極層１２作製時の基板温度を、端部のＴ１〜Ｔ４を１５０℃、Ｔ５を１５２．５℃、中心部のＴ６を１５５℃とした以外、集積型薄膜光電変換装置の作製方法は比較例１と同一にした。

得られた透明電極層１２の膜厚分布はほぼ対称形で上に凸の分布をしており、中心部のＸ_０の位置の膜厚は２２７１ｎｍと厚く、端部のＸ_１＋の位置の膜厚は２０７５ｎｍと薄くなっている。このときの中心部Ｘ_０から端部Ｘ_１＋にかけての増加率ΔＺｔは−０．４３％／ｃｍであった。また、このとき生じた中心部と端部のヘイズ率はそれぞれ５０．６％と４０．７％であった。

得られた薄膜光電変換装置用基板１を用いて、比較例１と同様の構造の集積型薄膜光電変換装置９０１を作製した。このとき、光電変換ユニットの膜厚分布は、比較例１と同様に上に凸となるような膜厚分布を有し、このときの中心部Ｘ_０から端部Ｘ_１＋にかけての増加率ΔＺｓは−０．５９％／ｃｍであった。得られた集積型薄膜光電変換装置９０１を比較例１と同様の方法で出力特性を測定したところ、Ｊｓｃは１１．３６ｍＡ／ｃｍ^２で、開放電圧（Ｖｏｃ）は１．３４２Ｖ、曲線因子（ＦＦ）は０．７０９、変換効率（Ｅｆｆ）は１０．８１％であった。

比較例２は、透明電極層の膜厚増加率ΔＺｔ＝−０．４３％／ｃｍ、光電変換ユニットの膜厚増加率ΔＺｓ＝−０．５９％／ｃｍで、ΔＺｔとΔＺｓの符合はいずれも負である。このとき、周辺部は、透明電極層が薄いため光閉じこめ効果が低く、かつ、光電変換ユニットの膜厚が薄いので、比較例１よりさらに発電電流が低く、周辺部でＪｓｃがより強く律速される。このため、比較例１に比べて、比較例２はＪｓｃが小さくなっている。

（実施例１）
実施例１として、比較例１に類似の集積型薄膜光電変換装置を作製した。透明電極層１２の作製条件が異なるほか、比較例１と製造方法および構造を同一とした。具体的には、透明電極層１２作製時の基板温度を、端部のＴ１〜Ｔ４を１５３℃、Ｔ５を１５１℃、中心部のＴ６を１５０℃とした以外、集積型薄膜光電変換装置の作製方法は比較例１と同一にした。

得られた透明電極層１２の膜厚分布を図１０に示す。膜厚分布はほぼ対称形で下に凸の分布をしており、中心部のＸ_０の位置の膜厚は１９３１ｎｍと薄く、端部のＸ_１＋の位置の膜厚は２２０３ｎｍと厚くなっている。このときの中心部Ｘ_０から端部Ｘ_１＋にかけての増加率ΔＺｔは０．７０％／ｃｍであった。また、このとき生じた中心部と端部のヘイズ率はそれぞれ３７．５％と４６．３％であった。

得られた薄膜光電変換装置用基板１を用いて、比較例１と同様の構造の集積型薄膜光電変換装置９０１を作製した。このとき、光電変換ユニットの膜厚分布は、比較例１と同様に上に凸となるような膜厚分布を有し、このときの中心部Ｘ_０から端部Ｘ_１＋にかけての増加率ΔＺｓは−０．６２％／ｃｍであった。得られた集積型薄膜光電変換装置９０１を比較例１と同様の方法で出力特性を測定したところ、Ｊｓｃは１２．５３ｍＡ／ｃｍ^２で、開放電圧（Ｖｏｃ）は１．３４１Ｖ、曲線因子（ＦＦ）は０．７１０、変換効率（Ｅｆｆ）は１１．９３％であった。

実施例１は、透明電極層の膜厚増加率ΔＺｔ＝０．７０％／ｃｍ、光電変換ユニットの膜厚増加率ΔＺｓ＝−０．６２％／ｃｍで、ΔＺｔとΔＺｓの符合は異なる。このとき、周辺部は、光電変換ユニットの膜厚が薄いことによる発電電流の低下を、透明電極層が厚いことによる光閉じこめ効果で補って、周辺部でのＪｓｃ律速が、抑制される。このため、実施例２のＪｓｃは、比較例１、２に比べて大きくなっている。

（実施例２）
実施例２として、比較例１に類似の集積型薄膜光電変換装置を作製した。透明電極層１２の作製条件が異なるほか、比較例１と製造方法および構造を同一とした。具体的には、透明電極層１２作製時の基板温度を、端部のＴ１〜Ｔ４を１５５℃、Ｔ５を１５２．５℃、中心部のＴ６を１５０℃とした以外、集積型薄膜光電変換装置の作製方法は実施例１と同一にした。得られた透明電極層１２の膜厚分布を図１１に示す。膜厚分布はほぼ対称形で下に凸の分布をしており、中心部のＸ_０の位置の膜厚は１９７９ｎｍと薄く、端部のＸ_１＋の位置の膜厚は２２９８ｎｍと厚くなっている。このときの中心部Ｘ_０から端部Ｘ_１＋にかけての増加率ΔＺｔは０．８１％／ｃｍであった。また、このとき生じた中心部と端部のヘイズ率はそれぞれ３９．５％と５１．７％であった。

得られた薄膜光電変換装置用基板１を用いて、比較例１と同様の構造の集積型薄膜光電変換装置９０１を作製した。このとき、光電変換ユニットの膜厚分布は、比較例１と同様に上に凸となるような膜厚分布を有し、このときの中心部Ｘ_０から端部Ｘ_１＋にかけての増加率ΔＺｓは−０．６０％／ｃｍであった。得られた集積型薄膜光電変換装置９０１を比較例１と同様の方法で出力特性を測定したところ、Ｊｓｃは１３．２５ｍＡ／ｃｍ^２で、開放電圧（Ｖｏｃ）は１．３３７Ｖ、曲線因子（ＦＦ）は０．７０５、変換効率（Ｅｆｆ）は１２．４９％であった。

実施例２は、透明電極層の膜厚増加率ΔＺｔ＝０．８１％／ｃｍ、光電変換ユニットの膜厚増加率ΔＺｓ＝−０．６０％／ｃｍで、ΔＺｔとΔＺｓの符合は異なる。このとき、周辺部は、実施例１よりさらに透明電極層が厚くなって光閉じこめ効果が高められ、周辺部でのＪｓｃ律速が、より抑制される。このため、実施例２のＪｓｃは、実施例１に比べてさらに大きくなっている。

（実施例３）
実施例３として、比較例２に類似の集積型薄膜光電変換装置を作製した。厚さ２．５μｍの真性結晶質シリコン層の光電変換層３２を成膜する際の圧力を比較例２の３分の２に下げた点が異なるほか、比較例２と製造方法および構造を同一とした。

得られた透明電極層１２の膜厚分布はほぼ対称形で上に凸の分布をしており、中心部のＸ_０の位置の膜厚は２２７５ｎｍと厚く、端部のＸ_１＋の位置の膜厚は２０７０ｎｍと薄くなっている。このときの中心部Ｘ_０から端部Ｘ_１＋にかけての増加率ΔＺｔは−０．４５％／ｃｍであった。また、このとき生じた中心部と端部のヘイズ率はそれぞれ５１．０％と４０．４％であった。

得られた薄膜光電変換装置用基板１を用いて、比較例２と同様の構造の集積型薄膜光電変換装置９０１を作製した。膜厚Ｚｓの平均値は２７３２ｎｍで、膜厚偏差は±１０．５％で中心部が薄く、周辺部が厚い下に凸の分布であった。このときの中心部Ｘ_０から端部Ｘ_１＋にかけての増加率ΔＺｓは０．４９％／ｃｍであり、符号は正であった。得られた集積型薄膜光電変換装置９０１を比較例１と同様の方法で出力特性を測定したところ、Ｊｓｃは１３．０２ｍＡ／ｃｍ^２で、開放電圧（Ｖｏｃ）は１．３３９Ｖ、曲線因子（ＦＦ）は０．７０６、変換効率（Ｅｆｆ）は１２．３１％であった。

実施例３は、透明電極層の膜厚増加率ΔＺｔ＝−０．４５％／ｃｍ、光電変換ユニットの膜厚増加率ΔＺｓ＝０．４９％／ｃｍで、ΔＺｔとΔＺｓの符合は異なる。このとき、中心部は、光電変換ユニットの膜厚が薄いことによる発電電流の低下を、透明電極層が厚いことによる光閉じこめ効果で補って、中心部でのＪｓｃ律速が抑制される。このため、実施例３のＪｓｃは、１３．０２ｍＡ／ｃｍ２と高い値を示した。

（比較例３）
比較例３として、比較例１に類似の集積型薄膜光電変換装置を作製した。基板の大きさが、厚み５ｍｍ、１４００ｍｍ×１０００ｍｍであること、低圧熱ＣＶＤ装置のヒータを基板の大きさにほぼ比例して約３倍のＷ０＝１８００ｍｍ、Ｌ０＝１５００ｍｍとしたことを除いて、製造方法、構造を比較例１と同一とした。Ｈ１〜Ｈ６の各ヒータの大きさも約３倍になっている。基板温度Ｔ１〜Ｔ６を１５０℃として、透明電極層１２を作製した。１４００ｍｍの方向に直線Ｘ_１、１０００ｍｍの方向に直線Ｘ_２をひいた。

透明電極層の膜厚Ｚｔの平均値は２０７８ｎｍで、膜厚偏差は±９．８％で均一な分布であった。基板の中心Ｘ_０から基板の辺に向かって直角に引いた直線Ｘ_１にそった透明電極層の膜厚の増加率ΔＺｔは、Ｘ_０からＸ_１＋に向かった場合は０．１４％／ｃｍで、ΔＺｔ≒０であった。このときヘイズ率は４０．７±５％であった。

得られた薄膜光電変換装置用基板１を用いて、比較例１と同様の構造の集積型薄膜光電変換装置９０１を作製した。ただし、１４００ｍｍの方向に光電変換セルを１５０段直列接続した。光電変換ユニットの膜厚Ｚｓの平均値は２６３０ｎｍで、膜厚偏差は±１２．３％で中心部が厚く、周辺部が薄い上に凸の分布であった。Ｘ_０からＸ_１＋に向かった場合のΔＺｓは−０．２５％／ｃｍで符号は負であった。

得られた集積型薄膜光電変換装置９０１を比較例１と同様の方法で出力特性を測定したところ、Ｊｓｃは１１．６３ｍＡ／ｃｍ^２で、開放電圧（Ｖｏｃ）は１．３０５Ｖ、曲線因子（ＦＦ）は０．６９８、変換効率（Ｅｆｆ）は１０．５９％であった。

比較例３は、透明電極層の膜厚増加率ΔＺｔ≒０、光電変換ユニットの膜厚増加率ΔＺｓ＝−０．２５％／ｃｍで、ΔＺｔとΔＺｓは符合が異なるとはいえない。このとき、Ｊｓｃは光電変換ユニットの薄い周辺部で律速されて、参考例６より１ｍＡ／ｃｍ^２以上小さくなっている。

（実施例４）
実施例４として、比較例３に類似の集積型薄膜光電変換装置を作製した。透明電極層１２の作製条件が異なるほか、比較例３と製造方法および構造が同一とした。具体的には、透明電極層１２作製時の基板温度を、端部のＴ１〜Ｔ４を１５５℃、Ｔ５を１５２．５℃、中心部のＴ６を１５０℃とした以外、集積型薄膜光電変換装置の作製方法は比較例３と同一にした。膜厚分布はほぼ対称形で下に凸の分布をしており、中心部のＸ_０の位置は２０７５ｎｍと薄く、端部のＸ_１＋の位置の膜厚は２４７５ｎｍと厚くなっている。このときの中心部Ｘ_０から端部Ｘ_１＋にかけての増加率ΔＺｔは０．２７％／ｃｍであった。また、このとき生じた中心部と端部のヘイズ率はそれぞれ４０．８％と５９．５％であった。

得られた薄膜光電変換装置用基板１を用いて、比較例３と同様の構造の集積型薄膜光電変換装置９０１を作製した。光電変換ユニットの膜厚Ｚｓの平均値は２６５０ｎｍで、膜厚偏差は±１２．０％で中心部が厚く、周辺部が薄い上に凸の分布であった。Ｘ_０からＸ_１＋に向かった場合のΔＺｓは−０．２４％／ｃｍで符号は負であった。

得られた集積型薄膜光電変換装置９０１を比較例３と同様の方法で出力特性を測定したところ、Ｊｓｃは１２．９３ｍＡ／ｃｍ^２で、開放電圧（Ｖｏｃ）は１．３０７Ｖ、曲線因子（ＦＦ）は０．７０４、変換効率（Ｅｆｆ）は１１．９０％であった。

実施例４は、１４００ｍｍ×１０００ｍｍと大面積であるにもかかわらず、Ｊｓｃが１２．９３ｍＡ／ｃｍ^２と高い値を示し、Ｅｆｆ＝１１．９０％と改善された特性を示した。
透明電極層の膜厚増加率ΔＺｔ＝０．２７％／ｃｍ、光電変換ユニットの膜厚増加率ΔＺｓ＝−０．２４％／ｃｍで、ΔＺｔとΔＺｓの符合は異なる。このとき、周辺部は、比較例３より透明電極層が厚いことによって光閉じこめ効果が高くなり、周辺部でのＪｓｃの律速が抑制される。このため、実施例４は、１４００ｍｍ×１０００ｍｍという大面積であるにもかかわらず、Ｊｓｃが高い値を示したといえる。

（実施例５）
実施例５として、実施例４で得られた薄膜光電変換装置を図１２に示すように４つの集積型薄膜光電変換装置に分割した。４分割して得られた集積型薄膜光電変換装置の一つは、角Ａ付近の透明電極層の膜厚２４６１ｎｍ、ヘイズ率５８．１％であり、角Ｂ付近の膜厚２０８１ｎｍ、ヘイズ率４１．２％であり、角Ｃ付近の膜厚２４３５ｎｍ、ヘイズ率５７．３％であり、角Ｄ付近の膜厚２５２０ｎｍ、ヘイズ率５９．９％であった。角Ｂから角Ａに向かって線分Ｘを引くと、ΔＺｔは０．２６％／ｃｍで符号は正であった。

また、前記集積型薄膜光電変換装置の光電変換ユニットの角Ａ付近の膜厚２６５２ｎｍであり、角Ｂ付近の膜厚３１８０ｎｍであり、角Ｃ付近の膜厚２６７０ｎｍであり、角Ｄ付近の膜厚２３３２ｎｍであった。角Ｂから角Ａに向かって線分Ｘを引くと、ΔＺｓは−０．２４％／ｃｍで符号は負であった。

得られた集積型薄膜光電変換装置９０１を比較例３と同様の方法で出力特性を測定したところ、Ｊｓｃは１３．０２ｍＡ／ｃｍ^２で、開放電圧（Ｖｏｃ）は１．３２３Ｖ、曲線因子（ＦＦ）は０．７０５、変換効率（Ｅｆｆ）は１２．１４％であった。

実施例５のように基板を分割した場合でも、少なくとも１つの基板に平行な線分Ｘに沿って、ΔＺｔとΔＺｓの符合が異なれば、光電変換ユニットの膜厚が薄い部分の発電電流の低下を、透明電極層を厚くしたことによる光閉じこめ効果の増大で補って、発電電流が律速されることを防止し、Ｊｓｃを高くすることができる。

１ 薄膜光電変換装置用基板
１１ 透光性基板
１２ 透明電極層
２ 前方光電変換ユニット
２１ 一導電型層
２２ 光電変換層
２３ 逆導電型層
３ 後方光電変換ユニット
３１ 一導電型層
３２ 光電変換層
３３ 逆導電型層
４ 裏面電極層
４１ 導電性酸化物層
４２ 金属層
５ 薄膜光電変換装置
６ 光電変換ユニット
９０１ 集積型薄膜光電変換装置
９０２ 光電変換セル
９０３ 第１の分離溝
９０４ 第２の分離溝
９０５ 接続溝

Claims (13)

1. 基板と、透明電極層と、光電変換ユニットと、裏面電極層と、を備える薄膜光電変換装置であって、
   前記基板の主面に平行な方向の１つの線分をＸとしたとき、
   前記透明電極層の膜厚ＺｔのＸに沿った増加率ΔＺｔと、
   前記光電変換ユニットの膜厚ＺｓのＸに沿った増加率ΔＺｓの、
   それぞれの符号が異なることを特徴とする薄膜光電変換装置。
2. 前記透明電極層の膜厚Ｚｔは前記基板の中心部に比べて周辺部が厚く且つ前記光電変換ユニットの膜厚Ｚｓは前記基板の中心部に比べて周辺部が薄いこと、
   または、
   前記透明電極層の膜厚Ｚｔは前記基板の中心部に比べて周辺部が薄く且つ前記光電変換ユニットの膜厚Ｚｓは前記基板の中心部に比べて周辺部が厚いこと、
   を特徴とする請求項１に記載の薄膜光電変換装置。
3. 前記基板が矩形で、
   少なくとも１つの角ａの近傍の透明電極層の膜厚Ｚｔａが、他のいずれかの角ｂの近傍の透明電極層の膜厚Ｚｔｂより厚く、且つ、
   前記角ａの近傍の光電変換ユニットの膜厚Ｚｓａが、前記角ｂの近傍の光電変換ユニットの膜厚Ｚｓｂより薄いことを特徴とする請求項１に記載の薄膜光電変換装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜光電変換装置であって、前記透明電極層の膜厚の分布と、前記光電変換ユニットの膜厚の分布とが逆の厚み分布の関係にある、薄膜光電変換装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜光電変換装置であって、前記透明電極層はその成膜面中心部の厚みが薄く成膜面周縁部の厚みが厚く、前記光電変換ユニットはその成膜面中心部の厚みが厚く成膜面周縁部の厚みが薄い、ことを特徴とする、薄膜光電変換装置。
6. 前記光電変換ユニットは、
   少なくとも一つの非晶質光電変換ユニット、
   少なくとも一つの結晶質光電変換ユニット、
   および、少なくとも一つの非晶質光電変換ユニットと少なくとも一つの結晶質光電変換ユニットとをそれぞれ含む光電変換ユニット、
   からなる群から選択される１以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄膜光電変換装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜光電変換装置であって、前記透明電極層、前記光電変換ユニット、および前記裏面電極層が複数の光電変換セルを形成するように複数の分離溝によって分離されており、かつそれらの複数の光電変換セルが複数の接続溝を介して互いに電気的に直列接続されていることを特徴とする薄膜光電変換装置。
8. 請求項７に記載の薄膜光電変換装置であって、複数の光電変換セルが直列接続する方向と線分Ｘの方向とを略同一としたことを特徴とする薄膜光電変換装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の薄膜光電変換装置であって、前記基板の面積が９００ｃｍ^２以上であることを特徴とする薄膜光電変換装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の薄膜光電変換装置の製造方法であって、
    少なくとも、透明電極層の膜厚分布と光電変換ユニットの膜厚分布とがそれぞれ逆の厚み分布の関係になるように、透明電極層と光電変換ユニットとをそれぞれ形成する工程を備える、薄膜光電変換装置の製造方法。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の薄膜光電変換装置の製造方法であって、
    少なくとも、
    基板上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い透明電極層を形成する工程と前記透明電極層上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い光電変換ユニットを形成する工程、
    基板上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い透明電極層を形成する工程と前記透明電極層上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い光電変換ユニットを形成する工程、
    基板上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い光電変換ユニットを形成する工程と前記光電変換ユニット上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い透明電極層を形成する工程、
    および、
    基板上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄い光電変換ユニットを形成する工程と前記光電変換ユニット上に周辺部の膜厚が中心部の膜厚に比べて厚い透明電極層を形成する工程、
    からなる群から選択される１以上を備える、薄膜光電変換装置の製造方法。
12. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の薄膜光電変換装置の製造方法であって、前記基板の主面の形状が矩形であって、
    少なくとも、
    前記基板の１つの角ａの近傍の膜厚が他のいずれかの角ｂの近傍の膜厚より厚い透明電極層を形成する工程と 前記角ａの近傍の膜厚が前記角ｂの近傍の膜厚より薄い光電変換ユニットを形成する工程、
    前記基板の１つの角ａの近傍の膜厚が他のいずれかの角ｂの近傍の膜厚より薄い透明電極層を形成する工程と前記角ａの近傍の膜厚が前記角ｂの近傍の膜厚より厚い光電変換ユニットを形成する工程、
    前記基板の１つの角ａの近傍の膜厚が他のいずれかの角ｂの近傍の膜厚より厚い光電変換ユニットを形成する工程と前記角ａの近傍の膜厚が前記角ｂの近傍の膜厚より薄い透明電極層を形成する工程、
    および、
    前記基板の１つの角ａの近傍の膜厚が他のいずれかの角ｂの近傍の膜厚より薄い光電変換ユニットを形成する工程と前記角ａの近傍の膜厚が前記角ｂの近傍の膜厚より厚い透明電極層を形成する工程、
    からなる群から選択される１以上を備える、薄膜光電変換装置の製造方法。
13. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の薄膜光電変換装置の製造方法であって、前記透明電極層が低圧熱ＣＶＤ法で形成されてなる酸化亜鉛であり、かつ当該透明電極層を形成する時の基板の温度において、基板の中心部の温度と基板の周辺部の温度とに差異を設けることを特徴とする薄膜光電変換装置の製造方法。

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