JPH09129906A - 集積化薄膜タンデム太陽電池とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＦＦ値の向上した高性能集積化薄膜タンデム
太陽電池と、その製造方法を提供する。 【解決手段】 基板上に第一電極層、第一スタックセ
ル、第二スタックセルおよび第二電極層からなる単位素
子が複数個形成され、前記第一電極層がこの第一電極層
の上面から前記基板の上面に至る分離溝を有し、前記第
二電極層が、前記第二スタックセルおよび前記第一スタ
ックセル中を経て前記第一電極層の上面に至る接続溝に
よって前記第一電極層に接続され、前記第一電極層が隣
接する単位素子の第一電極層と連続していることによ
り、前記複数の単位素子が直列に接続されている集積化
薄膜タンデム太陽電池を、前記第一スタックセルが、前
記第一電極層の分離溝中において、この第一スタックセ
ルの上面から前記基板の上面に至る第一スタックセル分
離溝によって分離された構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に複数の単
位素子を接続形成する集積化薄膜タンデム太陽電池とそ
の製造方法に関するものであり、特に、ＦＦ値および短
絡電流値が向上し、性能及び信頼性の高い集積化薄膜タ
ンデム太陽電池とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】太陽光のエネルギーを直接電気エネルギ
ーに変換する太陽電池の実用化は、近年本格的に進めら
れており、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶系
太陽電池は、屋外の電力用太陽電池として既に実用化さ
れている。これに対して、非結晶シリコンの薄膜太陽電
池は、原材料が少なくてすむために低コスト太陽電池と
して注目されているが、総じてまだ開発段階にあり、既
に普及している電卓等の民生機器の電源用途での実績を
もとに、屋外用途へと発展させるために研究開発が進め
られている。

【０００３】薄膜太陽電池の製造においては、従来の薄
膜デバイスの製造と同様に、ＣＶＤ法やスパッタリング
法等を用いた薄膜の堆積とパターニングを繰り返し、所
望の構造となるようにその製造プロセスを構築する。通
常は１枚の基板上に複数の単位素子が直並列に接続され
た集積化構造が採用される。そして屋外用途のための電
力用太陽電池では、その基板サイズは例えば４００×８
００（ｍｍ）を越える大面積となる。

【０００４】図２は、このような従来の集積化薄膜タン
デム太陽電池の構造を表す断面図である。本図に示すよ
うに、従来の集積化薄膜タンデム太陽電池においては、
第一電極層５、アモルファスシリコンと導電体等よりな
る第一スタックセル８、同様の構成の第二スタックセル
９および第二電極層１３が基板３上に順次積層され、第
一スタックセル８および第二スタックセル９に設けられ
た接続溝７を介して第一電極層５と第二電極層１３とが
接続され、第一電極層５が、互いに隣接し合う単位素子
１５間の第一電極層５と連続していることにより、各単
位素子１５が直列に接続されている。

【０００５】第一電極層５としては、通常、酸化錫（Ｓ
ｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（Ｉ
ＴＯ）等の透明導電膜が用いられ、また、第二電極層１
３としては、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、クロ
ム（Ｃｒ）等の金属膜が用いられる。

【０００６】このような従来の集積化薄膜タンデム太陽
電池は、おおよそ次のような方法によって作製される。
以下、図２に基づいて説明する。

【０００７】ガラス基板３上に、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｉ
ＴＯ等の透明導電膜を第一電極層５として堆積し、集積
化のために第一電極層５を発電領域に対応させてレーザ
ースクライブで溶断して分離する（分離溝１７）。そし
てレーザースクライブにおける溶断残渣を除去するため
の洗浄を行い、プラズマＣＶＤ法によりｐ−ｉ−ｎ接合
構造を有する第一スタックセルの半導体層８１を、スパ
ッタリング法により第一スタックセルの導電体層８２
を、プラズマＣＶＤ法によりｐ−ｉ−ｎ接合構造を有す
る第二スタックセルの半導体層９１を、スパッタリング
法により第二スタックセルの導電体層９２を、順次全面
にわたって堆積する。

【０００８】ここで、各スタックセル８、９の導電体層
８２、９２は省略可能であるが、その場合、第一スタッ
クセル８と第二スタックセル９との界面で、各スタック
セルの構成と逆向きのｎ−ｐ接合が形成され、この部分
の逆方向のダイオード特性のために、太陽電池特性のう
ち、ＦＦ値および開放電圧が低下する場合があるので、
通常この界面では導電性の高いｎ−ｐ界面が使用され
る。また、第一スタックセル上に導電体層を設けること
により、第一スタックセル堆積後、真空チャンバーから
取出して大気中に保持したり、洗浄処理を行ったりして
も特性の低下が起こらず、プロセスの低コスト化が達成
できる。

【０００９】続いて、第一電極層５と同様にして、レー
ザースクライブ法によって第一スタックセル８および第
二スタックセル９の溶断を行って接続溝７を形成した
後、溶断残渣を除去するための洗浄を行う。さらに第二
電極層１３としてＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属膜を単膜ま
たは複層に堆積し、第一電極層５と同様にして、レーザ
ースクライブ法により溶断し、集積化された大面積タン
デム太陽電池を完成する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の集積化薄膜太陽電池では、その出力特性のうち曲線
因子（ＦＦ値）が低いという現象が見られる。ここで、
一般に集積化薄膜太陽電池の製造においては、特性の向
上のために各電極層５、１３の膜厚や第一スタックセル
８および第二スタックセル９の膜質等、個別プロセス条
件の最適化が図られる。ここで、基板３が大面積になる
と、個別プロセス条件最適化のための実験も煩雑となる
ので、通常は先行実験として簡易プロセスで小面積の薄
膜太陽電池を作製してその特性を評価し、これによって
得られる個別プロセスの最適条件を、大面積の薄膜太陽
電池の製造工程にフィードバックする方法がとられる。

【００１１】しかし、先行実験で良好な結果が得られて
も、その最適条件を大面積の製造工程にフィードバック
すると、ほとんどの場合において先行実験どおりの良好
な結果が得られず、太陽電池特性のうちＦＦ値および短
絡電流が低下する。従って大面積の集積化薄膜タンデム
太陽電池においては、上述したＦＦ値の改善が、変換効
率の向上のために必要不可欠な急務となっている。

【００１２】このような現状のもと、本発明者らはこの
ＦＦ値の低下原因について、子細に検討した。その結
果、第一スタックセル８と第二スタックセル９との界面
の連続性と、レーザースクライブ後の洗浄時における第
一スタックセルおよび第二スタックセルの剥離（ピンホ
ールの発生）とがその原因であることが判明した。

【００１３】これを図を用いてさらに詳しく説明する。
図３は、前述の先行実験に用いられる小面積薄膜太陽電
池の構造を表す断面図である。この小面積薄膜太陽電池
は、基板３上にＳｎＯ_２、ＺｎＯ、ＩＴＯ等の第一電極
層５と、非晶質シリコン等の第一スタックセル８および
第二スタックセル９と、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の第二電極
層１３とを順次積層し、最後に第二電極層１３と第二ス
タックセル９および第一スタックセル８の周囲をパター
ニングして得られ、第一電極層５の露出部５ａと第二電
極層１３に測定用プローブを当てて特性を測定する。

【００１４】この小面積薄膜タンデム太陽電池は、第一
スタックセル８と第二スタックセル９との界面の導電性
が高い部分が、第一電極層５および第二電極層１３と電
気的に短絡することはなく、また、第一電極層５、第一
スタックセル８、第二スタックセル９および第二電極層
１３が連続して形成され、その間にレーザースクライブ
等による溶断や、洗浄処理が施されない。

【００１５】これに対して、従来の集積化薄膜タンデム
太陽電池では、第一スタックセル８と第二スタックセル
９との界面の導電性が高い部分と、第一電極層５および
第二電極層１３とをつなぐコンタクト部分つまり接続溝
７に充填された電極構成物質とが接触する部分８９が存
在する。また第一電極層５を溶断したときに発生した微
細な粉（溶断残渣）が、分離溝１７近傍の第一電極層５
上に付着すると、第一スタックセル８および第二スタッ
クセル９堆積後の洗浄時に、付着物の存在箇所にピンホ
ールが生じ、その結果、第二電極層１３堆積時に、第一
電極層５と第二電極層１３との間で予期せぬ短絡が発生
するという問題がある。

【００１６】このように従来の集積化薄膜タンデム太陽
電池では、小面積薄膜太陽電池でのＦＦ値を理想的に再
現する高い性能の実現は不可能であった。

【００１７】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、ＦＦ値の向上した高性能の集積化薄膜タンデム太陽
電池と、その製造方法を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
の課題を解決するために、基板上に第一電極層、第一ス
タックセル、第二スタックセルおよび第二電極層からな
る単位素子が複数個形成され、前記第一電極層がこの第
一電極層の上面から前記基板の上面に至る分離溝を有
し、前記第二電極層が、前記第二スタックセルおよび前
記第一スタックセル中を経て前記第一電極層の上面に至
る接続溝を介して前記第一電極層に接続され、前記第一
電極層が隣接する単位素子の第一電極層と連続している
ことにより、前記複数の単位素子が直列に接続されてい
る集積化薄膜タンデム太陽電池において、前記第一スタ
ックセルが、前記第一電極層の分離溝中において、この
第一スタックセルの上面から前記基板の上面に至る第一
スタックセル分離溝によって分離された構造を有する。

【００１９】また、請求項２の発明は、基板上に第一電
極層、第一スタックセル、第二スタックセルおよび第二
電極層からなる単位素子が複数個直列に接続形成された
集積化薄膜タンデム太陽電池の製造方法において、基板
上に、発電領域の境界となるべき箇所で分離溝によって
分離された第一電極層を形成し、前記分離溝を含む第一
電極層上に第一スタックセルを形成し、前記第一スタッ
クセルを前記分離溝中において分離して、前記第一スタ
ックセルの上面から前記基板に至る第一スタックセル分
離溝を形成し、前記第一スタックセル分離溝を含む第一
スタックセル上に第二スタックセルを形成し、前記第一
電極層上に形成された前記第一スタックセルおよび第二
スタックセルを分離して、前記第二スタックセルの上面
から前記第一電極層に至る接続溝を形成し、前記接続溝
を含む前記第二スタックセル上に第二電極層を形成し、
単位素子相互の境界となるべき箇所で、少なくとも前記
第二電極層は分離して、前記第一電極層は分離しないこ
とを特徴とする。

【００２０】なお、本明細書においては、積層体の基板
側を下と呼び、積層が行われる側を上と呼ぶ。また、本
来は面としての連続性を有する層を、溝（分離溝）によ
って分断された構造にすることを「分離する」という。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る集積化薄膜
タンデム太陽電池１の構造を表す断面図である。

【００２２】本図に示すように、集積化薄膜タンデム太
陽電池１は、ガラス基板３上に第一電極層５、第一スタ
ックセル８、第二スタックセル９および第二電極層１３
が基板３側からこの順で設けられてなる単位素子１５が
ガラス基板３上で第一電極層５を介して複数個直列に接
続されたものである。従来のものと同様に、第一電極層
５はその上面からガラス基板３の上面に至る分離溝１７
によって分離され、第二電極層１３は、第二スタックセ
ル９の上面から第一スタックセル８中を経て、第一電極
層５の上面に至る接続溝７を介して第一電極層５に接続
されている。すなわち、接続溝７には第二電極層１３を
構成する物質が充填され、その下端部が第一電極層５に
接している。この分離溝１７と接続溝７とをそれぞれ含
む領域が、第二電極層１３の上面から第一電極層５の上
面に至る上部分離溝１９によって隣接する同様の領域と
区切られて、各単位素子１５が形成されている。

【００２３】ここで第一スタックセル８が、分離溝１７
中において、第一スタックセル８の上面からガラス基板
３の上面に至る第一スタックセル分離溝１７７によって
分離されている点が本発明に係る集積化薄膜タンデム太
陽電池１の特徴である。第一スタックセル分離溝１７７
には、第二スタックセル９を構成する半導体が充填され
ている。

【００２４】なお、上記の例においては、各スタックセ
ル８、９が、それぞれ第一電極側から半導体層８１、９
１と導電体層８２、９２とを積層したものとなっている
が、導電体層８２、９２は必須ではない。また、この導
電体層としては、透明導電膜材料が好適に用いられるが
これも必須ではない。

【００２５】また、積層体を単位素子１５に区切る上部
分離溝１９は、第二電極層１３および二つのスタックセ
ル８、９を分離しているが、これも必須要件ではなく、
少なくとも第二電極層１３が分離されていればよい。

【００２６】上記の構成よりなる集積化薄膜タンデム太
陽電池１においては、第一スタックセル８と第二スタッ
クセル９との間の導電性の高い領域が、第一スタックセ
ル分離溝１７７に充填されて層状となった第二スタック
セル９の半導体によって限られた活性領域内に存在し、
接続溝７に充填された第２電極層構成物質と接触してい
ないので、従来の集積化薄膜タンデム太陽電池より高い
ＦＦ値が得られる。

【００２７】次に本発明の集積化薄膜タンデム太陽電池
の製造方法の例を図１に基づいて説明する。

【００２８】製造例１ ガラス基板３上にＳｎＯ_２、ＺｎＯ、ＩＴＯ等の透明導
電膜を堆積して第一電極層５を形成し、集積化のために
複数の発電領域に対応させて、この第一電極層５をレー
ザースクライブ法によって溶断して、分離溝１７を形成
する。これにより、例えばガラス基板３の一方向に沿っ
て、短冊状の発電領域が形成される。ここで大面積の集
積化薄膜太陽電池の場合には、一例として９１０×４５
５×４（ｍｍ）のヘイズ基板が用いられ、第一電極層５
の表面抵抗は１０Ω程度に設定される。

【００２９】レーザースクライブによって発生した溶断
残渣を除去するために水洗等の洗浄を行い、次に、この
複数の発電領域に対応して形成された第一電極層５上全
面にわたって、プラズマＣＶＤ法等により第一スタック
セル８の半導体層８１を堆積する。この第一スタックセ
ル８の半導体層８１には、例えばｐ−ｉ−ｎ構造を有す
る水素化アモルファスシリコン層が用いられる。

【００３０】この水素化アモルファスシリコン層は、例
えば次の方法により形成される。先ず上記基板を１０^-5
Ｔｏｒｒ以下の高真空チャンバーに入れ、１４０〜２０
０℃の基板温度下で、成膜ガスとしてシラン（Ｓｉ
Ｈ_４）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）、メタン（ＣＨ_４）、水
素（Ｈ_２）をチャンバーに導入し、反応圧を約１．０Ｔ
ｏｒｒとして、ＲＦ放電によって、ｐ型水素化アモルフ
ァスシリコンカーバイドを５０〜２００オングストロー
ムの膜厚に堆積する。次に成膜ガスとしてシランガス及
び水素（Ｈ_２）をチャンバーに導入し、反応圧を０．５
〜１．０ＴｏｒｒとしてＲＦ放電によって、ｉ型水素化
アモルファスシリコンを７００オングストローム程度の
膜厚に堆積する。さらに成膜ガスとしてシラン、フォス
フィン（ＰＨ_３）、水素（Ｈ_２）をチャンバーに導入
し、反応圧を約１．０Ｔｏｒｒとして、ＲＦ放電によっ
て、ｎ型微結晶シリコンを１００〜２００オングストロ
ーム程度の膜厚に堆積する。

【００３１】ここで示した第一スタックセル８の半導体
層８１の堆積条件はあくまで一例であり、例えば第一電
極層５側からｎ−ｉ−ｐ構造としてもよく、それ自体を
タンデム構造としてもよい。第一スタックセル８の半導
体層８１の主たる材料は、水素化アモルファスに限定さ
れず、アモルファス、多結晶または微結晶、およびこれ
らの組み合せのいずれでもよく、シリコン以外にもシリ
コンカーバイド、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウ
ム、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、Ｉ−Ｉ
ＩＩ−ＶＩ族化合物等が用いられ、さらにこれらを組み
合せたものでもよい。

【００３２】続いて、この第一スタックセル８の半導体
層８１上に、スパッタリング法により第一スタックセル
８の導電体層８２を堆積する。具体例としては、第一ス
タックセルの半導体層８１を堆積した基板をスパッタチ
ャンバーに入れ、１×１０^-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排
気し、スパッタガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を導入
して１〜５ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によっ
て酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）をドーピングしたＺ
ｎＯを８００〜１０００オングストロームの膜厚に堆積
する。ここで第一スタックセル８の導電体層８２の材料
としては、ＺｎＯの他にＳｎＯ_２やＩＴＯ等の透明導電
材料が用いられ、あるいはＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属で
もよく、さらにはこれらの積層体でもよい。上述したよ
うに、第一スタックセル８の導電体層８２は省略するこ
ともできる。

【００３３】続いて、すでに形成されている第一電極層
５の分離溝１７の中央で、レーザースクライブ法によっ
て第一スタックセル８を溶断し、第一スタックセル分離
溝１７７を形成する。そしてレーザースクライブ時に発
生した溶断残渣を除去するために水洗等の洗浄を行う。

【００３４】続いて第一スタックセル８上全体に、プラ
ズマＣＶＤ法により第二スタックセル９の半導体層９１
を堆積する。この第二スタックセル９の半導体層９１に
は、例えば、ｐ−ｉ−ｎ構造の水素化アモルファスシリ
コン層が用いられる。この水素化アモルファスシリコン
層を形成するには、先ず上記基板を１０^-5Ｔｏｒｒ以下
の高真空チャンバーに入れ、１４０〜２００℃の基板温
度下で、成膜ガスとしてシラン（ＳｉＨ_４）、ジボラン
（Ｂ_２Ｈ_６）、メタン（ＣＨ_４）、水素（Ｈ_２）をチャ
ンバーに導入し、反応圧を約１．０ＴｏｒｒとしてＲＦ
放電によって、ｐ型水素化アモルファスシリコンカーバ
イドを５０〜２００オングストロームの膜厚に堆積す
る。次に成膜ガスとしてシランガスのみをチャンバーに
導入し、反応圧を０．２〜０．７ＴｏｒｒとしてＲＦ放
電によって、ｉ型水素化アモルファスシリコンを３００
０オングストローム程度の膜厚に堆積する。さらに成膜
ガスとしてシラン、フォスフィン（ＰＨ_３）、水素（Ｈ
_２）をチャンバーに導入し、反応圧を約１．０Ｔｏｒｒ
としてＲＦ放電によって、ｎ型微結晶シリコンを１００
〜２００オングストローム程度の膜厚に堆積する。

【００３５】ここで示した第二スタックセル９の半導体
層９１の堆積条件はあくまで一例であり、例えば第一電
極層側からｎ−ｉ−ｐ構造でもよく、それ自体がタンデ
ム構造でもよい。第二スタックセル９の半導体層９１の
主たる材料は、水素化アモルファスシリコンに限定され
ず、アモルファス、多結晶または微結晶、およびこれら
の組み合せのいずれでもよく、シリコン以外にシリコン
カーバイド、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、Ｉ−ＩＩＩ−
ＶＩ族化合物等も用いられ、さらにこれらを組み合せて
もよい。

【００３６】この第二スタックセル９の半導体層９１上
に、スパッタリング法により第二スタックセルの導電体
層９２を堆積する。具体例としては、第二スタックセル
９の半導体層９１を堆積した基板をスパッタチャンバー
に入れ、１×１０^-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気し、ス
パッタガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を導入して１〜
５ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によって酸化ア
ルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）をドーピングしたＺｎＯを８
００〜１０００オングストロームの膜厚に堆積する。こ
こで第二スタックセル９の導電体層９２の材料は、Ｚｎ
Ｏの他にＳｎＯ_２やＩＴＯ等の透明導電材料や、Ａｌ、
Ａｇ、Ｃｒ等の金属でもよく、さらにはこれらの積層体
でもよい。上述したように、この第二スタックセル９の
導電体層９２は省略することもできる。

【００３７】続いて、すでに形成されている第一電極層
５の分離溝１７の近傍で、第一スタックセル８および第
二スタックセル９をレーザースクライブ法によって溶断
し、第二スタックセル９の上面から第一スタックセル８
中を経て第一電極層５の上面に至る接続溝７を形成す
る。そしてレーザースクライブ時に発生した溶断残渣を
除去するために洗浄を行う。

【００３８】次に、上述と同様のスパッタリング法や真
空蒸着法によって、第二電極層１３としてＡｌ、Ａｇ、
Ｃｒ等の金属を全面に堆積する。

【００３９】続いて、接続溝７に対して第一電極層５お
よび第一スタックセル８の分離溝１７とは反対側の、接
続溝７の近傍で、第二電極層１３、第二スタックセル
９、および第一スタックセル８をレーザースクライブ法
によって溶断して上部分離溝１９を形成する。これによ
って、ガラス基板３上に第一電極層５と第二電極層１３
および２本の分離溝１９とによって囲まれる領域からな
る単位素子１５が、第一電極層５を介して複数個直列に
接続形成された集積化薄膜タンデム太陽電池が得られ
る。なお、すでに述べたように、上部分離溝１９の形成
には各スタックセル８、９を分離しなくてもよく、少な
くとも第二電極層１３を分離すればよい。

【００４０】最後に、レーザースクライブによって発生
した溶断残渣を除去するために洗浄を行い、必要に応じ
てエポキシ樹脂等の適当なパッシベーション層を塗布形
成しておく。

【００４１】上記した本発明の製造方法によれば、電極
層５上の分離溝１７内で第一スタックセル８を溶断し、
第一スタックセル分離溝１７の形成を行っているので、
第一スタックセル８と第二スタックセル９との間の導電
性の高い領域が、接続溝７において第２電極層と接触せ
ず、高いＦＦ値を有する集積化薄膜タンデム太陽電池が
得られる。また、第一電極層５の溶断残渣の付着による
ピンホールのほとんどは、第一スタックセル８を形成す
るためのスクライブ後の洗浄時に発生するので、その上
に第二スタックセル９が形成されることにより第一電極
層５と第二電極層１３との短絡が防止され、この点でも
従来の集積化薄膜タンデム太陽電池より高いＦＦ値が得
られる。

【００４２】製造例２ 前述の製造例１と同様の手順で、第二スタックセル９の
半導体層９１の堆積までを行う。この第二スタックセル
９の半導体層９１上に、スパッタリング法により第二ス
タックセル９の導電体層９２を堆積する。具体的には、
第二スタックセル９の半導体層９１を堆積した基板をス
パッタチャンバーに入れ、１×１０^-6Ｔｏｒｒ以上の高
真空に排気し、スパッタガスとしてアルゴンガス（Ａ
ｒ）を導入して１〜５ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ
放電によって酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）をドーピ
ングしたＺｎＯを約５００オングストロームの膜厚に堆
積する。ここで第二スタックセル９の導電体層９２の材
料としては、ＺｎＯの他にＳｎＯ_２やＩＴＯ等の透明導
電材料でもよく、さらにはこれらの積層体でもよい。ま
た、この第二スタックセル９の導電体層９２は省略する
こともできる。

【００４３】続いて、レーザースクライブ法によって第
一スタックセル８および第二スタックセル９を同時に溶
断し、すでに形成されている第一電極層５および第一ス
タックセル８の分離溝１７に隣接した接続溝７を形成す
る。そしてレーザースクライブ時に発生した溶断残渣を
除去するために洗浄を行った後、多層膜からなる第二電
極層１３を全面に形成する。すなわち、上述と同様のス
パッタリング法や真空蒸着法を用いて、ＺｎＯ、ＳｎＯ
_２、ＩＴＯ等の透明導電体層とＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の金
属層とを順次堆積する。具体例としては、第二スタック
セルの導電体層を堆積した基板をスパッタチャンバーに
入れ、１×１０^-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気し、スパ
ッタガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を導入して１〜５
ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によってＡｌ_２Ｏ
_３をドーピングしたＺｎＯを約５００オングストローム
の膜厚に堆積する。次に、この基板をスパッタチャンバ
ー内において、１×１０^-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気
し、スパッタガスとしてアルゴンガスＡｒを導入して１
〜５ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によって金属
層としてＡｇを約３０００オングストロームの膜厚に堆
積する。ここでＺｎＯとＡｇは真空を破らずに連続的に
堆積することが望ましいが、一旦真空を破り、別のチャ
ンバーや装置で堆積してもよい。また、金属層は例えば
ＡｇとＡｌの積層体等の多層構造でもよく、膜厚につい
ては材料にもよるが、１０００オングストローム以上あ
ればよい。また、ＲＦスパッタに代えて、ＤＣスパッタ
を用いてもよい。

【００４４】次に製造例１と同様にして、接続溝７に対
して第一電極層５の分離溝１７とは反対側の領域の接続
溝７の近傍で、少なくとも第二電極層１３を複数の発電
領域に対応させてレーザースクライブ法によって溶断し
て上部分離溝１９を形成する。これによって、ガラス基
板３上に第一電極層５、第二電極層１３、および２本の
上部分離溝１９によって囲まれる領域からなる単位素子
１５が複数個直列に接続形成される。

【００４５】最後に、レーザースクライブ法によって発
生した溶断残渣を除去するために洗浄を行い、必要に応
じてエポキシ樹脂等の適当なパッシベーション層を塗布
形成しておく。

【００４６】上記において、半導体層の上に堆積される
ＺｎＯの膜厚は、６００〜１２００オングストローム、
好ましくは８００〜１０００オングストロームの範囲に
設定するとよい。これは、ガラス基板３側から入射した
光を第二電極層１３側で効率よく反射させて、「光の閉
じ込め効果」を得るためである。従って、第二電極層１
３を金属のみで形成した製造例１では、第二スタックセ
ル９の導電体層９２としてＺｎＯを８００〜１０００オ
ングストロームの膜厚に堆積し、第二電極層１３を透明
導電体層と金属層との２層構造とした製造例２では、第
二スタックセル９の導電体層９２としてのＺｎＯと、第
二電極層１３としてのＺｎＯを、例えば、それぞれ５０
０オングストロームずつ堆積して合計１０００オングス
トロームとすればよい。

【００４７】以上で詳細に説明した本発明の集積化薄膜
タンデム太陽電池は、従来品の問題点を解決して、大幅
な性能の向上を実現するものである。すなわち、従来品
では第一スタックセル８と第二スタックセル間９の間の
導電性の高い領域が、第一電極層５と第二電極層１３と
をつなぎ、電極層を構成する物質が充填された接続溝７
と接触しており、第二スタックセル９の出力が充分取り
出せないという問題や、第一電極層５の分離溝１７近傍
でのスタックセルの膜剥離（ピンホール発生）により、
第一電極層と第二電極層とが容易に短絡してしまうとい
う問題があったが、本発明はこれらの問題を解決し、Ｆ
Ｆ値と変換効率の大幅な向上を実現した。例えば、ＡＭ
１．５の擬似太陽光下でのＦＦ値と変換効率を比較する
と、従来品ではＦＦ値が０．６１〜０．６８、変換効率
が７．３〜９．０％であったのに対して、発明品ではＦ
Ｆ値が０．６８〜０．７１、変換効率が８．８〜１０．
４％となり、大幅な改善効果が得られたことが確認され
た。

【００４８】

【実施例】以下、本発明の詳細を具体的実施例に基づい
て説明する。

【００４９】実施例１ ９１０×４５５ｍｍ、厚さ４ｍｍの青板ガラス基板３上
の片面全体に、第一電極層５としてＳｎＯ_２を、ヘイズ
率１５％、表面抵抗１０オームになるように８０００オ
ングストロームの膜厚に堆積した。この第一電極層５を
複数の発電領域に対応させてレーザースクライブ法によ
って溶断して分離溝１７を形成した。これにより、基板
３の一方向に沿って、複数の短冊状の発電領域が形成さ
れた。

【００５０】溶断残渣を除去するために洗浄を行い、続
いて、この第一電極層５上にわたって、第一スタックセ
ル層８の半導体層８１としてｐ−ｉ−ｎ構造の水素化ア
モルファスシリコン層をプラズマＣＶＤ法により形成し
た。すなわち、まず１０^-5Ｔｏｒｒ以下の高真空チャン
バー中、１６０℃の基板温度下で、成膜ガスとしてＳｉ
Ｈ_４、Ｂ_２Ｈ_６、ＣＨ_４及びＨ_２を用い、反応圧を１．
０Ｔｏｒｒとして、ＲＦ放電によってｐ型水素化アモル
ファスシリコンカーバイドを５０オングストロームの膜
厚に堆積した。次に成膜ガスとしてＳｉＨ_４及びＨ_２を
用い、反応圧を１．０Ｔｏｒｒとして、ＲＦ放電によっ
てｉ型水素化アモルファスシリコンを７００オングスト
ロームの膜厚に堆積した。さらに成膜ガスとしてＳｉＨ
_４、ＰＨ_３及びＨ_２を用い、反応圧を１．０Ｔｏｒｒと
して、ＲＦ放電によってｎ型微結晶シリコンを２００オ
ングストロームの膜厚に堆積した。

【００５１】続いて、この半導体層８１上に、第一スタ
ックセル８の導電体層８２をスパッタリング法により堆
積した。すなわち、１×１０^-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に
排気したスパッタチャンバー中、スパッタガスとしてＡ
ｒを用い、３ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によ
って、Ａｌ_２Ｏ_３をドーピングしたＺｎＯを８００オン
グストロームの膜厚に堆積した。

【００５２】次に、すでに形成されている第一電極層５
の分離溝１７の中央で、レーザースクライブ法によって
第一スタックセル８を溶断して第一スタックセル分離溝
１７７を形成し、溶断残渣を除去するために洗浄を行っ
た。

【００５３】この第一スタックセル８上にわたって、第
二スタックセル９の半導体層９１としてｐ−ｉ−ｎ構造
の水素化アモルファスシリコン層をプラズマＣＶＤ法に
より堆積した。すなわち、まず１０^-5Ｔｏｒｒ以下の高
真空チャンバー中、１６０℃の基板温度下で、成膜ガス
としてＳｉＨ_４、Ｂ_２Ｈ_６、ＣＨ_４及びＨ_２を用い、反
応圧を１．０Ｔｏｒｒとして、ＲＦ放電によってｐ型水
素化アモルファスシリコンカーバイドを５０オングスト
ロームの膜厚に堆積した。次に成膜ガスとしてＳｉＨ_４
を用い、反応圧を０．３Ｔｏｒｒとして、ＲＦ放電によ
ってｉ型水素化アモルファスシリコンを３０００オング
ストロームの膜厚に堆積した。さらに成膜ガスとしてＳ
ｉＨ_４、ＰＨ_３及びＨ_２を用い、反応圧を１．０Ｔｏｒ
ｒとして、ＲＦ放電によってｎ型微結晶シリコンを２０
０オングストロームの膜厚に堆積した。

【００５４】この半導体層９１上に、第二スタックセル
９の導電体層９２をスパッタリング法により堆積した。
すなわち、１×１０^-6Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気した
スパッタチャンバー中、スパッタガスとしてＡｒを用
い、３ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、ＲＦ放電によって、
Ａｌ_２Ｏ_３をドーピングしたＺｎＯを８００オングスト
ロームの膜厚に堆積した。

【００５５】続いて、すでに形成されている第一電極層
５の分離溝１７の近傍で、第一スタックセル８および第
二スタックセル９をレーザースクライブ法によって溶断
し、第二スタックセル９の上面から第一電極層５の上面
に至る接続溝７を形成し、溶断残渣を除去するために洗
浄を行った。

【００５６】次に、上記と同様のスパッタリング法によ
って、第二電極層１３としてＡｇを２５００オングスト
ロームの膜厚に堆積した。

【００５７】続いて、接続溝７に対して第一電極層５お
よび第一スタックセル８の分離溝１７とは反対側の、接
続溝７の近傍で、第二電極層１３、第二スタックセル
９、および第一スタックセル８をレーザースクライブ法
によって溶断して上部分離溝１９を形成し、第二電極層
１３を複数の発電領域に対応させて分割した。これによ
り、単位素子１５が第一電極層５を介して直列に接続さ
れて複数個形成された集積化薄膜タンデム太陽電池が得
られた。

【００５８】最後に、溶断残渣を除去するための洗浄を
行い、エポキシ樹脂によりパッシベーション層を塗布形
成した。

【００５９】この集積化薄膜タンデム太陽電池の、ＡＭ
１．５の擬似太陽光下でのＦＦ値と変換効率は、ＦＦ値
が０．６８、変換効率が８．８であり、第一スタックセ
ル分離溝１７７を形成する以外は上記と同様にして製造
した従来技術による集積化薄膜タンデム太陽電池のＦＦ
値０．６１、変換効率７．３％と比較して、大幅な向上
が見られた。

【００６０】実施例２ 上記実施例１と同様の手順で、第二スタックセル９の半
導体層９１の堆積までを行った。この半導体層９１上
に、第二スタックセル９の導電体層９２をスパッタリン
グ法により堆積した。すなわち、１×１０^-6Ｔｏｒｒ以
上の高真空に排気したスパッタチャンバー中、スパッタ
ガスとしてＡｒを用い、３ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、
ＲＦ放電によってＡｌ_２Ｏ_３をドーピングしたＺｎＯを
５００オングストロームの膜厚に堆積した。

【００６１】続いて、実施例１と同様にして、第一スタ
ックセル８および第二スタックセル９をレーザースクラ
イブ法によって同時に溶断して接続溝７を形成した。そ
して溶断残渣を除去するために洗浄を行った後、第二電
極層１３として、全面にＺｎＯ層と金属層よりなる多層
膜を全面に形成した。すなわち、１×１０^-6Ｔｏｒｒ以
上の高真空に排気したスパッタチャンバー中、スパッタ
ガスとしてＡｒを用い、３ｍＴｏｒｒの圧力のもとで、
ＲＦ放電によって、Ａｌ_２Ｏ_３をドーピングしたＺｎＯ
を５００オングストロームの膜厚に堆積した。次に、ス
パッタリング条件をこれと同じにして、上記金属層とし
てＡｇを２５００オングストロームの膜厚に堆積した。

【００６２】次に実施例１と同様にして、上部分離溝１
９を形成し、ガラス基板３上に単位素子１５が複数個直
列に接続形成された集積化薄膜タンデム太陽電池を得
た。

【００６３】最後に、溶断残渣を除去するために洗浄を
行い、エポキシ樹脂によりパッシベーション層を塗布形
成した。

【００６４】この集積化薄膜タンデム太陽電池の、ＡＭ
１．５の擬似太陽光下でのＦＦ値と変換効率は、ＦＦ値
が０．６８、変換効率が８．８％であり、第一スタック
セル分離溝１７７を形成する以外は上記と同様にして製
造した従来技術による集積化薄膜タンデム太陽電池のＦ
Ｆ値０．６１、変換効率７．３％と比較して、大幅な向
上が見られた。

【００６５】

【発明の効果】上述したように本願発明によれば、以下
のような優れた効果が得られる。

【００６６】請求項１の集積化薄膜タンデム太陽電池
は、第一スタックセルと第二スタックセルとの間の導電
性の高い領域が、第一スタックセル分離溝に充填されて
層状となった第二スタックセルの半導体によって限られ
た活性領域内に存在し、接続溝において電極層と接触し
ていないので、ＦＦ値が従来の集積化薄膜タンデム太陽
電池に比べて大幅に改善され、変換効率の向上が実現さ
れる。

【００６７】また、請求項２の製造方法によれば、ＦＦ
値が従来のものに比べて大幅に改善された上記請求項１
の集積化薄膜タンデム太陽電池が得られる。さらに、第
二スタックセルの形成前に、第一電極層上の分離溝内で
第一スタックセルを溶断して、第一スタックセル分離溝
を形成するので、第一電極層の溶断残渣の付着による第
一スタックセルおよび第二スタックセルの剥離（ピンホ
ール発生）に起因する第一電極層と第二電極層との短絡
を防止することができ、これによってもＦＦ値が従来の
集積化薄膜タンデム太陽電池に比べて改善され、変換効
率の向上が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の集積化薄膜タンデム太陽電池の構造を
表す断面図である。

【図２】従来の集積化薄膜タンデム太陽電池の構造を表
す断面図である。

【図３】集積化薄膜タンデム太陽電池の製造プロセス条
件の検討に用いられる小面積薄膜太陽電池の構造を表す
断面図である。

【符号の説明】

１ 集積化薄膜タンデム太陽電池 ３ ガラス基板 ５ 第一電極層 ７ 接続溝 ８ 第一スタックセル ８１ 第一スタックセル８の半導体層 ８２ 第一スタックセル８の導電体層 ９ 第二スタックセル ９１ 第二スタックセル９の半導体層 ９２ 第二スタックセル９の導電体層 １３ 第二電極層 １５ 単位素子 １７ 分離溝 １７７ 第一スタックセル分離溝 １９ 上部分離溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に第一電極層、第一スタックセル、
   第二スタックセルおよび第二電極層からなる単位素子が
   複数個形成され、前記第一電極層がこの第一電極層の上
   面から前記基板の上面に至る分離溝を有し、前記第二電
   極層が、前記第二スタックセルおよび前記第一スタック
   セル中を経て前記第一電極層の上面に至る接続溝を介し
   て前記第一電極層に接続され、前記第一電極層が隣接す
   る単位素子の第一電極層と連続していることにより、前
   記複数の単位素子が直列に接続されている集積化薄膜タ
   ンデム太陽電池であって、 前記第一スタックセルが、前記第一電極層の分離溝中に
   おいて、この第一スタックセルの上面から前記基板の上
   面に至る第一スタックセル分離溝によって分離されてい
   ることを特徴とする集積化薄膜タンデム太陽電池。
2. 【請求項２】基板上に第一電極層、第一スタックセル、
   第二スタックセルおよび第二電極層からなる単位素子が
   複数個直列に接続形成された集積化薄膜タンデム太陽電
   池の製造方法であって、 基板上に、発電領域の境界となるべき箇所で分離溝によ
   って分離された第一電極層を形成し、 前記分離溝を含む第一電極層上に第一スタックセルを形
   成し、 前記第一スタックセルを前記分離溝中において分離し
   て、前記第一スタックセルの上面から前記基板に至る第
   一スタックセル分離溝を形成し、 前記第一スタックセル分離溝を含む第一スタックセル上
   に第二スタックセルを形成し、 前記第一電極層上に形成された前記第一スタックセルお
   よび第二スタックセルを分離して、前記第二スタックセ
   ルの上面から前記第一電極層に至る接続溝を形成し、 前記接続溝を含む前記第二スタックセル上に第二電極層
   を形成し、 単位素子相互の境界となるべき箇所で、少なくとも前記
   第二電極層は分離して、前記第一電極層は分離しないこ
   とを特徴とする集積化薄膜タンデム太陽電池の製造方
   法。