JPWO2010087320A1 - 太陽電池及び太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

太陽電池１は、基板１０と、透過性を備えた第１電極層１２、光電変換層１３及び第２電極層１４を有し、基板１０に配置された光電変換セル１１と、少なくとも第２電極層１４を被覆する保護層２０とを含む。保護層２０は、窒化シリコン化合物を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池及び太陽電池の製造方法に関する。

太陽光を光電変換する光電変換部を備えた太陽電池は、一般的に、その背面に、雨風や温度変化等、屋外環境の変化に対する耐久性を向上するためのバックシートを備えている。このバックシートは、樹脂層の間にアルミ箔を配置した積層シートや、フッ化樹脂を含むシートから構成されている。また、バックシート、基板及び光電変換部は、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）等からなる樹脂材によって一体にラミネートされており、該樹脂材は、バックシートと光電変換部等とを接合する接着層として機能する他、光電変換セルへの水分の浸入を抑制するバリア膜としての役割を有している。

しかし、上記した従来の封止構造では、光電変換部を、単に樹脂材によって封止した構成であるため、水分の浸入を十分に抑制できない場合がある。これに対し、例えば特許文献１には、太陽電池の裏面電極を、酸化シリコン、酸化アルミニウム等の酸化膜で被覆した封止構造が記載されている。この酸化膜は、裏面電極と樹脂材との間に配置されている。

特開２００１−５３３０５号公報

上記したように、裏面電極と封止材との間に、酸化シリコン等の酸化膜を設ける場合、裏面電極上に上記樹脂材を積層した太陽電池に比べてバリア性は向上するが、強雨・強風等の過酷な状況が生じる屋外にあっては、長期間に亘って良好な耐久性を維持することは困難である。このため、長期間の使用にも耐えうるように、バリア性をさらに向上させた封止構造が要請されている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、屋外環境に対する耐久性をより向上することができる太陽電池及びその製造方法を提供することにある。

本発明の太陽電池は、基板と、透過性を備えた第１電極層、光電変換層及び第２電極層を有し、前記基板に配置された光電変換セルと、少なくとも前記第２電極層を被覆する保護層とを備え、前記保護層は、窒化シリコン化合物を含む。

この構成によれば、封止材と第２電極層との間に設けられ、第２電極層を被覆する保護層は、絶縁性を有し、バリア性が高い窒化シリコン化合物を含む。このため、光電変換セル太陽電池を屋外に設置した状況でも、水分等の浸入を防ぎ、仮に水分等が浸入した場合であっても第２電極層からの漏電を防止できる。即ち、雨水等に対する堅牢性を向上することができる。従って、太陽電池の信頼性を長期に亘って高めることができる。

上記太陽電池は更に、保護層を覆う封止材を備えてもよい。この場合、保護層は、第２電極層と封止材との間に配置される。
上記太陽電池において、前記保護層は、窒化シリコンを含んでもよい。また、保護層は、水素を含有する窒化シリコンを含んでもよい。

この構成によれば、保護層は、水分等に対するバリア性が高い窒化シリコンを含むため、バリア性をさらに高めることができる。
上記太陽電池において、前記保護層は、シリコン酸窒化物を含んでもよい。

この構成によれば、保護層は、水分等に対するバリア性がシリコン酸窒化物を含むため、バリア性をさらに高めることができる。
上記太陽電池において、前記保護層は、異なる複数の膜を有する積層構造であってもよい。

この構成によれば、保護層は積層構造であり、成膜時に複数の段階を経て各層が積層されている。このため、保護層の下層で生じたピンホールが膜厚方向において非連続となり、膜厚方向に貫通したピンホールに成長しにくい。従って、ピンホールによるバリア性の低下を抑制できる。

上記太陽電池において、前記保護層は、前記第２電極層に積層され、窒素を含有しない化合物からなる中間膜と、当該中間膜に積層された窒化シリコン化合物からなる窒化膜とを有してもよい。

この構成によれば、保護層は、第２電極層上に中間膜を積層したので、その上に窒化シリコン化合物からなる窒化膜を積層しても、光電変換セルに悪影響を及ぼすことを抑制することができる。従って、保護層を設けることによって、光電変換セルの特性を劣化させることを抑制することができる。

上記太陽電池において、前記保護層は、前記中間膜と前記窒化膜との間に、金属膜又は金属酸化膜を有してもよい。
この構成によれば、保護層は、中間膜と窒化膜との間に金属膜又は金属酸化膜を備えたので、光電変換セルの特性を劣化させることを抑制するとともに、保護層のバリア性をより向上することができる。

上記太陽電池において、光電変換セルは基板の一方の面に配置されてもよい。この場合、保護層は、基板の一方の面上で第１電極層、光電変換層、及び第２電極層を全体的に覆う。光電変換セルは、基板の一方の面上に配置されるとともに電気的に直列に接続された複数の光電変換セルのうちの一つとすることができる。複数の光電変換セルのうちの両端のセルはリード線にそれぞれ電気的に接続されており、保護層はリード線の周囲を囲むように配置される。好適には、保護層は、窒素を含有しない化合物からなる中間膜と、中間膜に積層された窒化シリコン化合物からなる窒化膜とを含む。この場合、リード線の周囲は中間膜と窒化膜とに囲まれる。

あるいは、上記太陽電池において、光電変換セルは基板の両面に渡って配置されてもよい。この場合、保護層は、基板の少なくとも一方の面上で第２電極層を覆う。光電変換セルは、基板の両面に渡って配置されるとともに電気的に直列に接続された複数の光電変換セルのうちの一つとすることができる。複数の光電変換セルのうちの両端のセルはリード線にそれぞれ電気的に接続されており、保護層はリード線の周囲を囲むように配置される。好適には、保護層は、窒素を含有しない化合物からなる中間膜と、中間膜に積層された窒化シリコン化合物からなる窒化膜とを含む。この場合、リード線の周囲は中間膜と窒化膜とに囲まれる。

本発明の太陽電池の製造方法は、基板に、透過性を備えた第１電極層、光電変換層及び第２電極層を有する光電変換セルを形成する工程と、窒化シリコン化合物を含み、少なくとも前記第２電極層を被覆する保護層を、ＣＶＤ法により形成する工程とを有する。

この方法によれば、絶縁性を有し、バリア性が高い窒化シリコン化合物を含む保護層を、ＣＶＤ法により第２電極層上に形成する。従って、短時間で緻密性の高い保護層を形成することができるため、光電変換セル太陽電池を屋外に設置した状況でも、雨水等に対する堅牢性を向上することができる。このため、太陽電池の信頼性を長期に亘って高めることができる。

上記太陽電池の製造方法において、前記保護層は、複数種の膜を積層することにより形成されてもよい。
この方法によれば、保護層は、複数の成膜工程を経て各層が積層される。このため、ピンホール等の膜欠陥が下層で生じても、次の成膜工程により膜欠陥を非連続なものとすることができる。このため、保護層のバリア性をより向上することができる。

上記太陽電池の製造方法において、前記保護層を形成する工程は、窒素を含有しない化合物からなる膜を積層する工程と、窒化シリコン化合物を含む膜を積層する工程とを含んでもよい。この場合、前記保護層を形成する工程は更に、前記窒素を含有しない化合物からなる膜を積層する工程と前記窒化シリコン化合物を含む膜を積層する工程との間に、金属膜を積層する工程を含んでもよい。あるいは、前記保護層を形成する工程は、前記窒素を含有しない化合物からなる膜を積層する工程と前記窒化シリコン化合物を含む膜を積層する工程とを複数回繰り返すものであってもよい。

この方法によれば、窒素を含有しない化合物からなる膜により、その上に窒化シリコン化合物からなる窒化膜を積層しても、光電変換セルに悪影響を及ぼすことを抑制することができる。また、金属膜を積層すると、光電変換セルの特性を劣化させることを抑制するとともに、保護層のバリア性をより向上することができる。

上記太陽電池の製造方法において、前記保護層を形成する工程は、窒化シリコン化合物を含む膜を積層する工程と、金属膜を積層する工程とを含んでもよい。

上記したように、本発明によれば、屋外環境に対する耐久性をより向上することができる太陽電池及びその製造方法を提供することができる。

第１実施形態の太陽電池モジュールの要部断面図。 窒化シリコン化合物と酸化シリコンとのバリア性を比較するためのグラフ。 図１の太陽電池モジュールの製造工程を示すフローチャート。 第２実施形態の太陽電池モジュールの要部断面図。 酸化膜が形成されたアモルファスシリコンの光電変換効率を示すグラフ。 第３実施形態の太陽電池モジュールの要部断面図。 第３実施形態の太陽電池モジュールの製造工程を示す模式図。 別例の太陽電池モジュールの要部断面図。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１は、太陽電池モジュール１の要部断面図を示す。本実施形態の太陽電池モジュール１は、ガラスからなる基板１０の上に、透明電極層１２、光電変換層１３、裏面電極層１４をそれぞれ有する複数の光電変換セル（以下、単にセルという）１１を備えている。各セル１１は、セル分離溝１５により短冊状に形成され、電気的に直列にそれぞれ接続されている。ここでは、基板１０は４００ｍｍ×５００ｍｍのサイズであるとする。

透明電極層１２は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明導電膜（ＴＣＯ）から形成されている。光電変換層１３は、アモルファスシリコン系半導体からなり、例えばｐ型層、ｎ型層、並びにこれらのｐ型層及びｎ型層に挟持されたｉ型層を有している。尚、この光電変換層１３は、吸収波長域の異なるシリコン層を積層した多接合構造（タンデム構造）としてもよい。光電変換層１３は、隣接するセル１１の透明電極層１２に接続されている。

裏面電極層１４は、銀又はアルミニウム等により形成されている。また、裏面電極層１４は、隣接するセル１１の透明電極層１２を介して、その隣接するセル１１の裏面電極層１４に導通されている。これにより、基板１０上に、セル１１の直列回路が形成されている。

また、各セル１１の上には、基板１０上に形成された全てのセル１１を被覆するように保護層２０が形成されている。本実施形態では、この保護層２０は、窒化シリコン化合物から構成される単層構造となっている。窒化シリコン化合物は、良好な絶縁性を有するとともに、緻密性が高く、水分等を透過し難い性質を有しているため、各セル１１を保護する膜として、優れたバリア機能を発揮する。窒化シリコン化合物としては、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）等を用いることができる。特に、水素を含有する窒化シリコン（ＳｉＮｘ：Ｈ）は、緻密性に優れ、水分透過性が低く好ましい。また、シリコン酸窒化物においては、酸素含有量を少なくすると、より好ましく、炭窒化シリコンにおいては、炭素含有量を少なくすると、より好ましい。

ここで、窒化シリコン化合物の耐食性について、図２に従って説明する。図２は、本実施形態の保護層２０に使用可能なＳｉＮｘ：Ｈからなる膜、及びＳｉＯＮからなる膜の耐食性と、ＳｉＯからなる酸化膜の耐食性とを、ウェットエッチングレート（ＷＥＲ）で示したグラフである。また、上記膜は２５０℃の温度下でそれぞれ成膜し、ウェットエッチングには、バッファードフッ酸を用いた。

図２に示すように、ＳｉＮｘ：Ｈのエッチングレートは８０ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＯＮのエッチングレートは１５０ｎｍ／ｍｉｎであって、比較例であるＳｉＯのエッチングレートの５００ｎｍ／ｍｉｎよりも著しく低い。従って、ＳｉＮｘ：Ｈ及びＳｉＯＮの耐食性すなわちバリア性が、ＳｉＯに比べ、優れていることが判る。

このようにバリア性が高い窒化シリコン化合物から形成された保護層２０と、バックシート（図示略）との間には、封止材としての封止層２１が形成されている。封止層２１は、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等を含む樹脂組成物からなり、バックシート及び保護層２０の接着層として機能するとともに、保護層２０の上から各セル１１を保護するバリア層として機能する。

また各セル１１のうち両端のセル１１は、集電用のセルとなっている。集電用のセル１１を被覆する保護層２０の所定の位置には、貫通孔２２が形成されており、この貫通孔２２には、電力を外部に取り出すための各リード線１６，１７が貫挿されている。一方のリード線１６は、一方の集電用のセル１１を構成する透明電極層１２に対して超音波溶接により固着され、他方のリード線１７は、他方の集電用のセルを構成する裏面電極層１４に対して超音波溶接により固着されている。
（製造方法）
この太陽電池モジュール１の製造方法について、図３に従って説明する。この太陽電池モジュール１は、複数の装置から構成される太陽電池製造システム（図示略）を用いて製造される。

基板１０が、基板搬送装置によって上記太陽電池製造システムに搬入されると、まず基板洗浄装置によって、基板１０が洗浄され、基板１０に付着した異物が取り除かれる（ステップＳ１）。

洗浄された基板１０は、処理対象基板として透明電極成膜装置に搬送される。透明電極成膜装置は、熱ＣＶＤ装置、スパッタ装置等であって、当該透明電極成膜装置により、基板１０の主面に、透明電極層１２が成膜される（ステップＳ２）。

透明電極層１２が成膜された処理対象基板は、基板洗浄装置により洗浄された後、透明電極用のレーザエッチング装置に搬送され、透明電極用のパターニングが行われる（ステップＳ３）。これにより、透明電極層１２は短冊状に分離される。短冊状の透明電極層１２を備えた処理対象基板は、洗浄装置により洗浄される。

次に、上記処理対象基板は、光電変換層用の成膜装置に搬送され、光電変換層１３が成膜される（ステップＳ４）。この成膜装置は、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）装置であって、ＳｉＨ_４ガス及びＨ_２ガス等を原料とし、少なくとも２５０℃以下で、アモルファスシリコンからなるｐ型層、ｉ型層、ｎ型層を順次成膜する。これにより、透明電極層１２を分離する溝が、アモルファスシリコンにより埋められ、隣接する各セル１１の光電変換層１３と透明電極層１２とが接続される。

光電変換層１３が形成された処理対象基板は、光電変換層用のレーザエッチング装置に搬送され、該装置により、光電変換層１３に対するパターニングが行われる（ステップＳ５）。これにより、光電変換層１３に溝が形成され、光電変換層１３は短冊状に分割される。

光電変換層１３をレーザエッチングした処理対象基板は、スパッタ装置からなる裏面電極成膜装置に搬送され、光電変換層１３の膜面に、裏面電極層１４が成膜される（ステップＳ６）。このとき、裏面電極層１４を、酸化亜鉛（ＺｎＯ）に、ガリウムをドープしたＧＺＯ膜と、Ａｇ膜とを積層した構造としてもよい。裏面電極層１４が、光電変換層１３上に積層されることにより、光電変換層１３を分離する溝が、裏面電極層１４によって埋められる。これにより、隣接するセル１１の裏面電極層１４と透明電極層１２とが接続される。

裏面電極層１４を成膜すると、裏面電極用のレーザエッチング装置に搬送され、該装置により、裏面電極層１４に対するパターニングが行われる（ステップＳ７）。これにより、裏面電極層１４が短冊状に分離され、短冊状に分離された各透明電極層１２、各光電変換層１３及び各裏面電極層１４により、各セル１１がそれぞれ構成される。裏面電極層１４に対するレーザエッチングが完了すると、処理対象基板を洗浄する。

分離したセル１１が形成された処理対象基板は、保護層成膜装置に搬送され、各セル１１を被覆するように保護層２０が成膜される（ステップＳ８）。この保護層成膜装置は、ＰＥＣＶＤ装置又はスパッタ装置であるが、ＰＥＣＶＤ装置がより好ましい。つまり、保護層２０を成膜する工程では、光電変換層１３の膜質低下を抑制するために、光電変換層１３の成膜温度付近（より好ましくは成膜温度以下）で成膜することが望ましく、具体的には２５０℃以下が好ましい。２５０℃を超えると、光電変換層１３の水素原子が離脱することによる膜質の低下が顕著となる。一方、低温下で保護層２０を成膜すると、原料となる原子が熱的に活性化されないため、緻密性の高い膜が形成し難くなる。従って、２５０℃以下の低温で成膜し、しかも保護層２０の緻密性を向上させるためには、成膜速度の大きいＰＥＣＶＤ装置を用いて、短時間で窒化シリコン化合物を厚く積むことが生産効率の上で望ましい。また、ＰＥＣＶＤ装置により保護層２０を形成すると、スパッタ装置により保護層２０を形成する場合に比べ、下地が複雑な形状でも良好なカバレッジを維持できる、膜応力が低い等の利点も有する。

このとき、各種原料ガスのいずれかを以下の範囲の比で導入するとよい。ＳｉＨ_４：ＮＨ_３：Ｎ_２Ｏ：Ｎ_２：Ｈ_２＝１：０．１〜２０：０．１〜２０：０．１〜５０：０．１〜５０が好ましい。特に各ガス流量については、ＳｉＨ_４：１００〜２００ｓｃｃｍ、ＮＨ_３：５０〜１００ｓｃｃｍ、Ｎ_２Ｏ：５０〜１００ｓｃｃｍ、Ｎ_２：１３００〜３０００ｓｃｃｍ、Ｈ_２：５００〜１８００ｓｃｃｍが好ましい。また、圧力は５０〜２００Ｐａ、基板温度は１００℃〜２５０℃、ＲＦ出力は５００〜２０００Ｗで、５０ｎｍ〜１μｍ以下の膜を形成するのが好ましい。

例えば、ＰＥＣＶＤ装置で窒化シリコン（ＳｉＮｘ：Ｈ）の保護層２０を形成する場合、原料ガスを、ＳｉＨ_４：１５０ｓｃｃｍ、ＮＨ_３：５０ｓｃｃｍ、Ｎ_２：２０００ｓｃｃｍ、Ｈ_２：１０００ｓｃｃｍといった流量で装置内に導入し、圧力１００Ｐａ、温度１００℃〜２５０℃、ＲＦ出力１０００Ｗで、５０ｎｍ〜１μｍ以下の膜を形成する。また、上記組成のように、原料ガスに、Ｈ_２を混入させると、成膜空間中の水素イオンが成膜途中の膜面に衝突する際に、その膜の構成要素にエネルギーを与えて、保護層２０の組成や特性に影響を与えずに、保護層２０の緻密性を向上させることができる。

また、保護層２０を、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）から構成する場合には、上記した条件のうち、原料ガスの組成のみを変更して、ＳｉＨ_４：１５０ｓｃｃｍ、ＮＨ_３：５０ｓｃｃｍ、Ｎ_２Ｏ：５０ｓｃｃｍ、Ｎ_２：２０００ｓｃｃｍといった組成で装置内に導入する。

また、保護層２０を、シリコン酸窒化物（ＳｉＣＮ）から構成する場合には、上記した条件のうち、原料ガスの組成のみを変更して、ＳｉＨ_４：１５０ｓｃｃｍ、ＮＨ_３：５０ｓｃｃｍ、ＣＨ_４：５０ｓｃｃｍ、Ｎ_２：２０００ｓｃｃｍといった組成で装置内に導入する。

尚、上記した各ガス流量、基板温度およびＲＦ出力等は、上記した基板１０のサイズにあわせたものであるが、基板１０のサイズが変更されるごとに適宜変更可能である。特に上記各ガス流量比を維持していれば、各ガス流量は基板面積に比例して変更することができ、例えば１１００ｍｍ×１４００ｍｍサイズの基板を用いる場合は、実施例記載の約８倍の流量とすることが好ましい。

さらに、成膜した窒化シリコン化合物の膜の屈折率は、一定の範囲内に収めることが望ましい。特に、光源波長６３２．８ｎｍの単波長レーザエリプソメータを用いて測定した場合に、屈折率がＳｉＮ：１．９５〜２．３０、ＳｉＯＮ：１．６０〜１．８５、ＳｉＣＮ：１．９〜２．３であることが好ましい。上記屈折率の範囲以外では、化学量論的に望ましい窒化シリコン化合物の組成が得られず、バリア性が低下する。

保護層２０の成膜が完了すると、太陽電池パネルの外縁部に相当する上記各膜を、膜研磨等によって除去する。さらに、処理対象基板が洗浄装置に搬入されて洗浄された後、基板上の２つの集電セル１１の膜面側から、リード線１６，１７を超音波溶接により固着する（ステップＳ９）。これにより、リード線１６，１７は保護層２０を貫通して、透明電極層１２又は裏面電極層１４に接続される。

続いて、保護層２０に、樹脂シートからなる封止層２１と、バックシートとを重ね、減圧下で加熱して、ラミネート加工を行う（ステップＳ１１）。これにより、基板１０、各セル１１、及び保護層２０からなる太陽電池モジュール１が、封止層２１を介して、バックシートと一体化される。さらに太陽電池モジュール１は、発電検査やパネル化を経て、太陽電池として製品化される。

このように製造された太陽電池は、保護層２０が裏面電極層１４及び封止層２１の間に設けられているので、裏面電極層１４に封止層２１を直接形成するよりも、バリア性を向上することができる。さらに、保護層２０を、バリア性の高い窒化シリコン化合物から構成することにより、保護層自体の耐久性を向上することができる。また、保護層２０の成膜条件を、ＰＥＣＶＤ法を用いた上記条件とすることにより、セル１１を構成する各膜の特性を低下させずに、緻密性が高い膜を形成し、保護層２０のバリア性をより向上することができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、太陽電池モジュール１の背面側の封止構造として、裏面電極層１４と封止層２１との間に、少なくとも裏面電極層１４を被覆する保護層２０を設けた。さらに、保護層２０を、絶縁性を有し、バリア性が高い窒化シリコン化合物から形成した。また、保護層２０を、堆積速度が大きいプラズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ法）により形成するので、光電変換層１３に悪影響を与えるのを抑制するために低温下で成膜を行っても、緻密性の高い保護層２０を短時間で形成することができる。従って、保護層２０により、太陽電池モジュール１をパネル化した太陽電池を屋外に設置した状況でも、雨等の屋外環境に対する堅牢性を向上することができるので、太陽電池の信頼性を長期に亘って高めることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図４及び図５に従って説明する。尚、第２実施形態は、第１実施形態の保護層２０を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１は、裏面電極層１４の上に、中間膜２５及び窒化膜２６を順に積層した保護層２０を備えている。中間膜２５は、窒素を含有しない膜であって、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、又は炭化シリコン（ＳｉＣ）、又は炭化水素膜（ＣＨ）、アモルファスシリコン等を用いて形成することができる。また、この中間膜２５の膜厚は５００ｎｍ以下である。窒化膜２６は、第１実施形態と同様に窒化シリコン化合物（ここではＳｉＮｘ：Ｈ）からなり、その膜厚は５００ｎｍ以下である。即ち、保護層２０は、全体の膜厚が１μｍ以下となるように形成されている。

中間膜２５は、窒化膜２６と裏面電極層１４との接着性を高めるとともに、窒素イオンによる光電変換層１３への悪影響を抑制している。即ち、窒化シリコン化合物を裏面電極層１４に直接成膜すると、製造工程時に過剰な窒素イオンが成膜空間に生成されたり、またこうした窒素イオンが過剰なエネルギーを有した状態で裏面電極層１４に照射され、窒素イオンが裏面電極層１４を通して光電変換層１３にまで侵入することがある。窒素イオンが光電変換層１３に侵入すると、光電変換層１３で生成されたキャリアの輸送が、侵入した窒素イオンによって阻害される虞がある。このような現象が発生する場合には、太陽電池の変換効率が損なわれる傾向となる。

図５は、アモルファスシリコン層に対する窒素の影響を示すグラフである。このグラフでは、アモルファスシリコン層からなるサンプルＡ、アモルファスシリコン層にＮ_２プラズマを３０秒暴露したサンプルＢ、アモルファスシリコン層にＳｉＯからなる酸化膜を２０ｎｍ形成し、酸化膜側からＮ_２プラズマを３０秒暴露したサンプルＣの光電変換効率をそれぞれ示している。各サンプルＡ〜Ｃの面積は、同一である。尚、この光電変換効率は、本実施形態の太陽電池の光電変換効率に相当するものではない。

サンプルＡの光電変換効率は、９．８％であるのに対し、サンプルＢの光電変換効率は７．５％と、サンプルＡよりも低下した。これに対し、ＳｉＯからなる中間膜２５が成膜されたサンプルＣは、その光電変換効率が９．７％であり、サンプルＡとほぼ同じ効率となった。従って、この結果から、ＳｉＯからなる中間膜２５により、光電変換層１３に対する浸食が抑制できることが判る。

また、保護層２０を、中間膜２５及び窒化膜２６からなる積層構造とすることにより、中間膜２５の成膜時に生じたピンホール等の膜欠陥の成長を抑制することができる。即ち、保護層２０の成膜工程は、中間膜２５を形成する工程と窒化膜２６を形成する工程とに分かれるため、中間膜２５の成膜時に生じたピンホールを途切れさせることができる。ピンホールは、一度発生してしまうと、そのまま膜厚方向に成長してしまう傾向にあるが、このように２層構造にすると、中間膜２５の成膜時に形成されたピンホールの位置に、窒化膜２６を貫通するピンホールが形成される可能性は低くなる。従って、ピンホールを介して水分が浸入し難くなるため、保護層２０のバリア性をより向上することができる。

次に、本実施形態の製造工程について説明する。本実施形態の製造工程は、第１実施形態の製造工程に対し、保護層２０を成膜する工程（ステップＳ８）のみが異なり、他の工程は同一である。

本実施形態の保護層２０の成膜工程では、まず各セル１１を被覆するように、中間膜２５をＰＥＣＶＤ装置により成膜する。中間膜２５を酸化シリコンとする場合、原料ガスには、ＳｉＨ_４及びＮ_２Ｏが用いられ、２５０℃以下の温度でＰＥＣＶＤ装置により成膜される。中間膜２５を炭化シリコンにする場合、ジメチルシラン等を原料ガスとして用い、２５０℃以下の低温下で成膜する。さらに、中間膜２５を炭化水素膜にする場合、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、アセチレンガス、エチレンガス等を原料ガスとして用い、ＰＥＣＶＤ装置により成膜する。

中間膜２５を形成すると、その中間膜２５の膜面上に、窒化シリコン化合物（ＳｉＮｘ：Ｈ）からなる窒化膜２６を成膜する。このときの条件は、上記した条件と同様である。
このように、保護層２０を、中間膜２５及び窒化膜２６の２層構造とすることで、光電変換層１３の特性を低下させずに、バリア性の高い保護層２０を形成することができる。

従って、第２実施形態によれば、第１実施形態に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（２）第２実施形態では、保護層２０を、中間膜２５と窒化膜２６とからなる積層構造とした。このため、窒化膜２６と光電変換層１３との間に窒化膜２６が配置されるため、窒素による光電変換層１３の特性低下を抑制することができる。また、積層構造とすることにより、保護層２０の下層（中間膜２５）で生じたピンホールが、膜厚方向において非連続となりやすく、膜厚方向に貫通したピンホールに成長しにくい。よって、ピンホールによるバリア性の低下を抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明を具体化した第３実施形態を図６及び図７に従って説明する。尚、第３実施形態は、第１実施形態の保護層２０を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１は、裏面電極層１４に、中間膜２５、金属膜２７、及び窒化膜２６を順に積層した３層構造の保護層２０を有している。中間膜２５は、第２実施形態と同様に、窒素を含有しない膜（ここではＳｉＯ）から形成されている。金属膜２７は、アルミニウムから形成され、中間膜２５と窒化膜２６との間に配置されることで、水分透過性を低下させて、バリア性をさらに向上している。窒化膜２６は、第１実施形態と同様に、窒化シリコン化合物（ここではＳｉＮｘ：Ｈ）から形成されている。本実施形態の保護層２０は、全体の膜厚が１μｍ以下となるように形成されている。

次に、本実施形態の製造工程について説明する。本実施形態の製造工程は、第１実施形態の製造工程に対し、保護層２０を成膜する工程（ステップＳ８）のみが異なり、他の工程は同一である。

本実施形態の保護層２０の成膜工程では、まず各セル１１を被覆するように、ＳｉＯｘからなる中間膜２５をＰＥＣＶＤ装置により成膜する。原料ガスには、ＳｉＨ_４及びＮ_２Ｏが用いられ、２５０℃以下の温度で成膜される。

さらに、図７に示すように、スパッタ装置により金属膜２７を成膜する。このとき、リード線１６，１７の固着位置に相当する位置に、遮蔽部５０Ａ，５０Ｂを設けたマスク５０で処理対象基板を覆うことにより、リード線１６，１７を貫挿するための貫通部２７Ａ，２７Ｂが形成される。この貫通部２７Ａ，２７Ｂは、リード線１６，１７の直径よりも大きく形成されており、各リード線１６，１７が、保護層２０を介して固着される際に、金属膜２７と接しないようになっている。

金属膜２７を形成すると、金属膜２７の膜面上に、窒化シリコン化合物（ＳｉＮｘ：Ｈ）からなる窒化膜２６を成膜する。このときの条件は、上記した条件と同様である。これにより、金属膜２７の貫通部２７Ａ，２７Ｂの側面が、保護層２０（窒化膜２６）によって被覆される。リード線１６，１７は、その周囲が窒化膜２６と中間膜２５とに囲まれた状態で透明電極層１２又は裏面電極層１４に固着される。

このように、中間膜２５と窒化膜２６との間に、よりバリア性の高い金属膜２７を設けることで、保護層２０のバリア性をさらに向上することができる。
従って、第３実施形態によれば、第１実施形態に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。

（３）第３実施形態では、保護層２０を、中間膜２５、金属膜２７及び窒化膜２６を順に積層した３層構造とした。従って、中間膜２５の介在により、光電変換層１３に悪影響を与えるのを抑制しつつ、金属膜２７及び窒化膜２６によりバリア性を向上することができる。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・透明電極層１２、光電変換層１３及び裏面電極層１４を形成する各工程と、リード線１６，１７を固着させる工程は、上記した方法に限られることなく、適宜変更してもよい。

・シリコン酸窒化物からなる窒化膜（保護層２０）を、ＳｉＨ_４、ＮＨ_３、ＣＯ_２、Ｎ_２といったガス組成の原料ガスにより形成してもよい。このような原料ガスを用いると、窒化シリコン化合物であるＳｉＯＣＮ膜を形成することができる。

・上記各実施形態では、裏面電極層１４をパターニングした後に、保護層２０を積層したが、裏面電極層１４をパターニングする前に、保護層２０を積層してもよい。この場合、保護層２０と裏面電極層１４とをレーザーエッチングして、裏面電極層１４を短冊状に分離する。

・第２実施形態では、中間膜２５に、窒化シリコン（ＳｉＮｘ：Ｈ）からなる窒化膜２６を積層したが、窒化膜２６は、ＳｉＮｘ：Ｈ以外の窒化シリコン化合物（ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ等）であってもよい。

・第２実施形態では、中間膜２５、及び窒化膜２６からなる層を裏面電極層１４上に形成したが、中間膜２５及び窒化膜２６からなる層を複数繰り返すようにしてもよい。この場合、窒化膜２６の上に中間膜２５が積層されることで、窒化膜２６に生じたピンホールに、炭化窒素が侵入しやすいため、ピンホールの成長を抑制することができる。

・第３実施形態では、金属膜２７を、アルミナ等の金属酸化膜としてもよい。この場合でも、金属酸化膜は、保護層２０のバリア性を高めることができる。
・上記各実施形態ではＰＥＣＶＤ法を用いたが、熱ＣＶＤ法等、他のＣＶＤ法を用いてもよい。

・保護層２０は、窒化シリコン化合物を用いた第１の窒化膜と、第１の窒化膜とは異なる窒化シリコン化合物を用いた第２の窒化膜とを積層した２層構造としてもよい。或いは、第１の窒化膜と第２の窒化膜の２層構造からなる窒化複合層を複数積層してもよい。即ち、第１の窒化膜、第２の窒化膜、第１の窒化膜・・・といったような積層構造としてもよい。このような構成にしても、太陽電池モジュール１のバリア性を向上することができる。

・保護層２０は、窒化シリコン化合物からなる窒化膜と、アルミニウム等からなる金属膜の２層構造としてもよい。この場合、裏面電極層１４の膜面に、窒化膜を成膜し、その上に金属膜を成膜する。また、窒化膜及び金属膜からなる複合層を、複数積層してもよい。即ち、窒化膜、金属膜、窒化膜・・・といったような積層構造としてもよい。このような構成にしても、太陽電池モジュール１のバリア性を向上することができる。

・上記各実施形態では、バックシートの代わりに、ガラス基板によって太陽電池モジュール１の背面側を封止してもよい。
・上記各実施形態では、ガラス基板の上に、透明電極層１２、アモルファスシリコンからなる光電変換層１３、及び裏面電極層１４からなる各セル１１を形成した太陽電池モジュール１に保護層２０を形成したが、太陽電池モジュール１は、公知の他の構成としてもよい。例えば、図８に示すように、プラスチック製或いは可撓性のあるフィルム３０を基板として用いた太陽電池モジュール１に保護層２０を形成してもよい。たとえばフィルム３０は、ポリイミド等の耐熱性プラスチックからなり、電流収集孔３１や、直列接続孔３２が予め貫通形成されている。フィルム３０の表面３０Ａには、金属電極３３、光電変換層３４、透明電極３５が積層されている。透明電極３５は、直接接続孔３２を介して、フィルム３０の背面３０Ｂ側に設けられた背面電極３６と接続している。また、金属電極３３は、電流収集孔３１を介して背面電極３６と接続している。また、背面電極３６上には、保護層２０が、背面電極３６を覆うように形成されている。保護層２０は、上記した各構成を採用することができる。さらに、その保護層２０は、ＥＶＡ等からなる封止層２１によって被覆されている。金属を用いない場合は、さらに保護層２０及び封止層２１を透明電極３５側から、表面３０Ａ全体を被覆するように形成してもよい。この例では、透明電極３５が第１電極層に、背面電極３６が第２電極層に相当し、保護層２０は、背面電極３６と封止材２１との間に配置され、少なくとも背面電極３６を被覆する。このようにフィルムを基板として用いた太陽電池モジュール１においても、上記各実施形態の保護層２０を設けることにより、バリア性を向上することができる。

本発明の太陽電池は、基板と、透過性を備えた第１電極層、光電変換層及び第２電極層を有し、前記基板に配置された光電変換セルと、少なくとも前記第２電極層を被覆する保護層とを備え、前記保護層は、前記第２電極層に積層され、窒素を含有しない化合物からなる中間膜と、窒化シリコン化合物からなる窒化膜とを含み、前記中間膜が前記光電変換セルと前記窒化膜との間に設けられている。

この構成によれば、第２電極層を被覆する保護層は、絶縁性を有し、バリア性が高い窒化シリコン化合物を含む。このため、光電変換セル太陽電池を屋外に設置した状況でも、水分等の浸入を防ぎ、仮に水分等が浸入した場合であっても第２電極層からの漏電を防止できる。即ち、雨水等に対する堅牢性を向上することができる。従って、太陽電池の信頼性を長期に亘って高めることができる。また、保護層は中間膜と窒化膜との積層構造であり、成膜時に複数の段階を経て各層が積層されている。このため、例えば中間膜で生じたピンホールが保護層内で膜厚方向において非連続となり、膜厚方向に貫通したピンホールが成長しにくい。従って、ピンホールによるバリア性の低下も抑制できる。また、保護層の中間膜が第２電極層上に積層されている。即ち、中間膜が光電変換セルと窒化膜との間に設けられている。よって、窒化シリコン化合物からなる窒化膜が第２電極層上に直接積層される場合と比べて、窒素イオンが光電変換セルに入り込んで悪影響を及ぼすことを抑制することができる。従って、保護層を設けることによって、光電変換セルの特性劣化も抑制できる。

上記太陽電池は更に、保護層を覆う封止材を備えてもよい。この場合、保護層は、第２電極層と封止材との間に配置される。
上記太陽電池において、前記窒化シリコン化合物からなる窒化膜は、窒化シリコンか、又は水素を含有する窒化シリコンでもよい。

この構成によれば、保護層は、水分等に対するバリア性が高い窒化シリコンを含むため、バリア性をさらに高めることができる。
上記太陽電池において、前記窒化シリコン化合物からなる窒化膜は、シリコン酸窒化物でもよい。

この構成によれば、保護層は、水分等に対するバリア性がシリコン酸窒化物を含むため、バリア性をさらに高めることができる。

上記太陽電池において、光電変換セルは基板の一方の面に配置されてもよい。この場合、保護層は、基板の一方の面上で第１電極層、光電変換層、及び第２電極層を全体的に覆う。光電変換セルは、基板の一方の面上に配置されるとともに電気的に直列に接続された複数の光電変換セルのうちの一つとすることができる。複数の光電変換セルのうちの両端のセルはリード線にそれぞれ電気的に接続されており、保護層はリード線の周囲を囲むように配置される。この場合、リード線の周囲は中間膜と窒化膜とに囲まれる。

あるいは、上記太陽電池において、光電変換セルは基板の両面に渡って配置されてもよい。この場合、保護層は、基板の少なくとも一方の面上で第２電極層を覆う。光電変換セルは、基板の両面に渡って配置されるとともに電気的に直列に接続された複数の光電変換セルのうちの一つとすることができる。複数の光電変換セルのうちの両端のセルはリード線にそれぞれ電気的に接続されており、保護層はリード線の周囲を囲むように配置される。この場合、リード線の周囲は中間膜と窒化膜とに囲まれる。

本発明の太陽電池の製造方法は、基板に、透過性を備えた第１電極層、光電変換層及び第２電極層を有する光電変換セルを形成する工程と、少なくとも前記第２電極層を被覆する保護層をＣＶＤ法により形成する工程とを備え、前記保護層を形成する工程は、窒素を含有しない化合物からなる中間膜を前記第２電極層上に積層する工程と、窒化シリコン化合物からなる窒化膜を積層する工程とを含み、前記中間膜が前記光電変換セルと前記窒化膜との間に設けられている。

この方法によれば、絶縁性を有し、バリア性が高い窒化シリコン化合物を含む保護層を、ＣＶＤ法により第２電極層上に形成する。従って、短時間で緻密性の高い保護層を形成することができるため、光電変換セル太陽電池を屋外に設置した状況でも、雨水等に対する堅牢性を向上することができる。このため、太陽電池の信頼性を長期に亘って高めることができる。また、保護層は、複数の成膜工程を経て積層構造で形成される。このため、ピンホール等の膜欠陥が例えば中間膜の成膜工程で生じても、その後の窒化膜の成膜工程により膜欠陥を非連続なものとすることができる。このため、保護層内において膜厚方向に貫通したピンホールが成長しにくい。従って、ピンホールによるバリア性の低下も抑制できる。また、保護層の中間膜が第２電極層上に積層されている。即ち、中間膜が光電変換セルと窒化膜との間に設けられている。よって、窒化シリコン化合物からなる窒化膜が第２電極層上に直接積層される場合と比べて、窒素イオンが光電変換セルに入り込んで悪影響を及ぼすことを抑制することができる。従って、保護層を設けることによって、光電変換セルの特性劣化も抑制できる。

上記太陽電池の製造方法において、前記保護層を形成する工程は更に、前記窒素を含有しない化合物からなる中間膜を積層する工程と前記窒化シリコン化合物からなる窒化膜を積層する工程との間に、金属膜を積層する工程を含んでもよい。あるいは、前記保護層を形成する工程は、前記窒素を含有しない化合物からなる中間膜を積層する工程と前記窒化シリコン化合物からなる窒化膜を積層する工程とを複数回繰り返すものであってもよい。

この方法によれば、金属膜を積層すると、光電変換セルの特性を劣化させることを抑制するとともに、保護層のバリア性をより向上することができる。

上記太陽電池の製造方法において、前記保護層を形成する工程は、前記金属膜を前記中間膜上に積層する工程と、前記窒化シリコン化合物からなる窒化膜を前記金属膜上に積層する工程とを含んでもよい。

Claims (20)

1. 太陽電池であって、
   基板と、
   透過性を備えた第１電極層、光電変換層及び第２電極層を有し、前記基板に配置された光電変換セルと、
   少なくとも前記第２電極層を被覆する保護層とを備え、
   前記保護層は、窒化シリコン化合物を含むことを特徴とする太陽電池。
2. 請求項１に記載の太陽電池は更に、
   前記保護層を覆う封止材を備え、前記保護層は前記第２電極層と前記封止材との間に配置されることを特徴とする太陽電池。
3. 請求項１に記載の太陽電池において、
   前記保護層は、窒化シリコンを含むことを特徴とする太陽電池。
4. 請求項１に記載の太陽電池において、
   前記保護層は、シリコン酸窒化物を含むことを特徴とする太陽電池。
5. 請求項１に記載の太陽電池において、
   前記保護層は、水素を含有する窒化シリコンを含むことを特徴とする太陽電池。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池において、
   前記保護層は、異なる複数の膜を有する積層構造であることを特徴とする太陽電池。
7. 請求項６に記載の太陽電池において、
   前記保護層は、前記第２電極層に積層され、窒素を含有しない化合物からなる中間膜と、当該中間膜に積層された窒化シリコン化合物からなる窒化膜とを有することを特徴とする太陽電池。
8. 請求項７に記載の太陽電池において、
   前記保護層は、前記中間膜と前記窒化膜との間に、金属膜又は金属酸化膜を有することを特徴とする太陽電池。
9. 請求項１に記載の太陽電池において、
   前記光電変換セルは前記基板の一方の面に配置され、前記保護層は、前記基板の一方の面上で前記第１電極層、前記光電変換層、及び前記第２電極層を全体的に覆うことを特徴とする太陽電池。
10. 請求項９に記載の太陽電池において、
    前記光電変換セルは、前記基板の一方の面上に配置されるとともに電気的に直列に接続された複数の光電変換セルのうちの一つであり、
    前記複数の光電変換セルのうちの両端のセルはリード線にそれぞれ電気的に接続されており、前記保護層は前記リード線の周囲を囲むように配置されることを特徴とする太陽電池。
11. 請求項１０に記載の太陽電池において、
    前記保護層は、窒素を含有しない化合物からなる中間膜と、当該中間膜に積層された窒化シリコン化合物からなる窒化膜とを含み、前記リード線の周囲は前記中間膜と前記窒化膜とに囲まれることを特徴とする太陽電池。
12. 請求項１に記載の太陽電池において、
    前記光電変換セルは前記基板の両面に渡って配置され、前記保護層は、前記基板の少なくとも一方の面上で前記第２電極層を覆うことを特徴とする太陽電池。
13. 請求項１２に記載の太陽電池において、
    前記光電変換セルは、前記基板の両面に渡って配置されるとともに電気的に直列に接続された複数の光電変換セルのうちの一つであり、
    前記複数の光電変換セルのうちの両端のセルはリード線にそれぞれ電気的に接続されており、前記保護層は前記リード線の周囲を囲むように配置されることを特徴とする太陽電池。
14. 請求項１３に記載の太陽電池において、
    前記保護層は、窒素を含有しない化合物からなる中間膜と、当該中間膜に積層された窒化シリコン化合物からなる窒化膜とを含み、前記リード線の周囲は前記中間膜と前記窒化膜とに囲まれることを特徴とする太陽電池。
15. 太陽電池の製造方法であって、
    基板に、透過性を備えた第１電極層、光電変換層及び第２電極層を有する光電変換セルを形成する工程と、
    窒化シリコン化合物を含み、少なくとも前記第２電極層を被覆する保護層を、ＣＶＤ法により形成する工程と
    を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
16. 請求項１５に記載の太陽電池の製造方法において、
    前記保護層を形成する工程は、複数種の膜を積層することにより前記保護層を形成することを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
17. 請求項１６に記載の太陽電池の製造方法において、
    前記保護層を形成する工程は、
    窒素を含有しない化合物からなる膜を積層する工程と、
    窒化シリコン化合物を含む膜を積層する工程と
    を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
18. 請求項１７に記載の太陽電池の製造方法において、
    前記保護層を形成する工程は更に、
    前記窒素を含有しない化合物からなる膜を積層する工程と前記窒化シリコン化合物を含む膜を積層する工程との間に、金属膜を積層する工程を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
19. 請求項１７に記載の太陽電池の製造方法において、
    前記保護層を形成する工程は、前記窒素を含有しない化合物からなる膜を積層する工程と前記窒化シリコン化合物を含む膜を積層する工程とを複数回繰り返すことを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
20. 請求項１６に記載の太陽電池の製造方法において、
    前記保護層を形成する工程は、
    窒化シリコン化合物を含む膜を積層する工程と、
    金属膜を積層する工程と
    を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。

Images