JP2012169360A - 薄膜太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光劣化によって生じる発電層の発電効率低下を防止可能な光電変換効率に優れた薄膜太陽電池およびその製造方法を得ること。
【解決手段】透光性絶縁基板１上に、透明導電材料からなる第１電極層２と、非晶質シリコン膜を含み光電変換を行う第１発電層３と、第２電極層７とをこの順で有し、前記第１電極層２が第１の溝８ａによって島化されて隣接するセル間に跨るように配置され、前記第１発電層３と前記第２電極層７とのそれぞれが第２の溝８ｂによって島化されてセル分離された複数の太陽電池セルＣ１が配設されるとともに、前記第２の溝８ｂを介して隣接する前記太陽電池セルＣ１同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、前記非晶質シリコン膜に接して設けられ、膜中の水素濃度が前記非晶質シリコン膜よりも高く、１００℃以下の温度で水素脱離が生じる水素含有絶縁膜９を備える。
【選択図】図１−２

Description

本発明は、薄膜太陽電池およびその製造方法に関し、特に、光劣化による発電効率低下を自然回復することが可能な薄膜太陽電池に関するものである。

積層型薄膜太陽電池の発電層（光電変換層）に用いられる非晶質シリコン（Ｓｉ）層には、Staebler-Wronski効果といわれる光劣化現象が生じることが一般に知られている。光劣化現象のメカニズムはいまだ明確化されていないが、Ｓｉ−Ｈ_２結合を有する非晶質Ｓｉ層に光照射すると、Ｓｉダングリングボンドが生成されることにより発電効率が下がるといわれている。

一方、このように光劣化した発電層をアニールすると、発電効率が回復することが知られている。アニールによる回復は、光照射によって生成したＳｉダングリングボンドが消滅するためと考えられる。

また、従来の積層型薄膜太陽電池においては、例えば光劣化によって低下した発電効率を回復するために、受光面以外に断熱材を取り付けることによって電気的エネルギーに変換されなかった太陽光エネルギーを熱に変換させ、積層型薄膜太陽電池素子の温度をアニーリングが効果的に起こる温度にまで上昇させ、高温に保つことにより発電効率を回復させることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

このように受光面以外に断熱材を取り付けた積層型薄膜太陽電池においては、発電層を高温に保てるため光劣化回復のためのアニール効果が期待できる。アニールによるＳｉダングリングボンドの低減は、非晶質Ｓｉ層の水素によってＳｉダングリングボンドがターミネート（終端処理）され、Ｓｉ−Ｈ結合が形成されることによると考えられる。

ここで、Ｓｉ−Ｈ結合生成のための水素には、非晶質Ｓｉ層中に含まれる水素が用いられる。したがって、アニールによる光劣化回復を効果的に実施するためには、積層型薄膜太陽電池設置後に、非晶質Ｓｉ層中の水素が太陽エネルギーにより非晶質Ｓｉ層中に拡散されてＳｉダングリングボンドをターミネートする必要がある。ここで、アニール温度が高い場合には水素の拡散速度が速くなり、拡散した水素によって速やかにＳｉダングリングボンドが水素ターミネートされてＳｉ−Ｈ結合が形成される。

また、従来の非単結晶シリコン系薄膜太陽電池では、大気雰囲気下及び水の存在下で安定な貴金属、大気雰囲気下で不動態を形成する卑金属、大気雰囲気下および水の存在下で安定な酸化物のうちの少なくとも一種を含む材料からなる耐湿性保護膜を、銀系裏面電極層の上面および側面に形成することにより銀系裏面電極の変質・劣化を防ぎ長期信頼性を確保することが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

このように銀系裏面金属層の上面や側面に貴金属、卑金属、または酸化物を含む耐湿性保護膜を取り付けたＳｉ系薄膜太陽電池においては、耐湿性を向上させて長期信頼性を確保できる効果が期待できる。

特開平７−２０２２３０号公報 特開平２００１−５３３０５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された積層型薄膜太陽電池おいては、高温では発電効率が低下する、という問題がある。したがって、積層型薄膜太陽電池の温度を過度に上げることなく水素を拡散させる必要がある。

一方、より低温で多量の水素が拡散する非晶質Ｓｉ層は、低温で動き易い水素、すなわち遊離水素やＳｉ−Ｈ_２結合の水素を有するため、発電効率が低い、光劣化が起こり易い、などの問題がある。すなわち、光劣化回復を効率的に行うための低温拡散水素を多く含む非晶質Ｓｉ層は、発電効率が悪く、劣化し易い、という問題がある。

また、上記特許文献２に記載された非単結晶シリコン系薄膜太陽電池において、貴金属、卑金属、酸化膜には一定量以上の水素が含有されていない場合や、また薄膜太陽電池設置後の太陽光による熱エネルギーでは含有水素が熱脱離しない場合がある。このため、アニールを行うことによって耐湿性保護膜中の水素がＳｉダングリングボンドをターミネートすることによる光劣化回復効果は期待できない。

また、積層型薄膜太陽電池においては、通常レーザスクライブなどで裏面金属層にパターンニングを行う。この際、側面に貴金属や卑金属の耐湿性保護膜を成膜すると、前面透明電極と裏面電極間に導通がある状態となる。このため、貴金属や卑金属の耐湿性保護膜を裏面金属層のみに成膜する必要がある。しかし、このような構成の薄膜太陽電池の作製は、プロセス上困難である、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光劣化によって生じる発電層の発電効率低下を防止可能な光電変換効率に優れた薄膜太陽電池およびその製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板上に、透明導電材料からなる第１電極層と、非晶質シリコン膜を含み光電変換を行う第１発電層と、第２電極層とをこの順で有し、前記第１電極層が第１分離溝によって島化されて隣接するセル間に跨るように配置され、前記第１発電層と前記第２電極層とのそれぞれが第２分離溝によって島化されてセル分離された複数の太陽電池セルが配設されるとともに、前記第２分離溝を介して隣接する前記太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、前記非晶質シリコン膜に接して設けられ、膜中の水素濃度が前記非晶質シリコン膜よりも高く、１００℃以下の温度で水素脱離が生じる水素含有絶縁膜を備えること、を特徴とする薄膜太陽電池。

本発明によれば、光劣化に起因した発電層の発電効率の低下を自然回復することにより光劣化に起因した発電効率の低下が防止された光電変換効率に優れた薄膜太陽電池が得られる、という効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。 図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。 図２は、昇温脱離分析により測定したＳｉＮ膜の水素放出スペクトルの一例を示す特性図である。 図３は、図２における１００℃付近の水素放出スペクトルを拡大して示す特性図である。 図４−１は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図４−２は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図４−３は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図４−４は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図５は、本発明の実施の形態１にかかる積層型薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。 図６は、本発明の実施の形態１にかかる他の積層型薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。 図７は、本発明の実施の形態２にかかる積層型薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。 図８は、本発明の実施の形態３にかかる積層型薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。 図９は、本発明の実施の形態３にかかる積層型薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。

以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。

実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池である積層型薄膜太陽電池モジュール（以下、モジュールと呼ぶ）１００の概略構成を示す平面図である。図１−２は、モジュール１００の概略構成を示す要部断面図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ’における要部断面図である。

図１−１および図１−２に示すように、実施の形態１にかかるモジュール１００は、透光性絶縁基板１上に形成された短冊状（矩形状）の積層型薄膜太陽電池セル（以下、セルと呼ぶ場合がある）Ｃ１を複数備え、これらのセルＣ１が電気的に直列に接続された構造を有する。セルＣ１は、図１−２に示すように透光性絶縁基板１上に、第１電極層となる前面透明電極層２、非晶質シリコン（Ｓｉ）からなる第１発電層３（以下、非晶質Ｓｉ発電層３と呼ぶ）、第２発電層４、第３発電層５、裏面透明電極層６、第２電極層となる裏面反射電極層７、水素含有絶縁膜９が順次積層された構造を有する。

透光性絶縁基板１上に形成された前面透明電極層２には、透光性絶縁基板１の短手方向と略平行な方向に延在するとともに透光性絶縁基板１に達するストライプ状の第１の溝８ａが形成されている。この第１の溝８ａの部分に非晶質Ｓｉ発電層３が埋め込まれることで、前面透明電極層２が隣接するセルＣ１に跨るようにセル毎に分離されて形成されている。

また、前面透明電極層２上に形成された非晶質Ｓｉ発電層３、第２発電層４および第３発電層５には、第１の溝８ａと異なる箇所において透光性絶縁基板１の短手方向と略平行な方向に延在するとともに前面透明電極層２に達するストライプ状の第２の溝（接続溝）８ｂが形成されている。この第２の溝（接続溝）８ｂの部分に裏面透明電極層６および裏面反射電極層７が埋め込まれることで、裏面透明電極層６および裏面反射電極層７が前面透明電極層２に接続される。そして、該前面透明電極層２が隣接するセルＣ１に跨っているため、隣り合う２つのセルＣ１の一方の裏面反射電極層７と他方の前面透明電極層２とが電気的に接続されている。

また、裏面反射電極層７、裏面透明電極層６、第３発電層５、第２発電層４および非晶質Ｓｉ発電層３には、第１の溝８ａおよび第２の溝（接続溝）８ｂとは異なる箇所で、前面透明電極層２に達するストライプ状の第３の溝（分離溝）８ｃが形成されて、各セルＣ１が分離されている。このように、セルＣ１の前面透明電極層２が、隣接するセルＣ１の裏面反射電極層７と接続することによって、隣接するセルＣ１が電気的に直列接続している。

前面透明電極層２は、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）などの透明導電性酸化膜や、これらの透明導電性酸化膜にアルミニウム（Ａｌ）を添加した膜などの透光性の膜によって構成される。また、前面透明電極層２は、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）から選択した少なくとも１種類以上の元素を用いたＺｎＯ膜、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ_２膜、またはこれらを積層して形成した透明導電膜であってもよく、光透過性を有している透明導電膜であればよい。また、前面透明電極層２は、表面に凹凸が形成された表面テクスチャ構造を有する（図示せず）。このテクスチャ構造は、入射した太陽光を散乱させ、発電層での光利用効率を高める機能を有する。

非晶質Ｓｉ発電層３は、ＰＮ接合またはＰＩＮ接合を有し、入射する光により発電を行う非晶質Ｓｉ層が１層以上積層されて構成される。非晶質Ｓｉ発電層３は、例えば前面透明電極層２側から第１導電型非晶質Ｓｉ層であるｐ型の非晶質Ｓｉ層、真性非晶質Ｓｉ層、第２導電型非晶質Ｓｉ層であるｎ型の非晶質Ｓｉ層が積層された積層膜とされる。非晶質Ｓｉ発電層３の非晶質Ｓｉには、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、水素化アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）などが挙げられる。

第２発電層４および第３発電層５は、微結晶シリコン系薄膜からなる発電層であり、ＰＮ接合またはＰＩＮ接合を有し、入射する光により発電を行う微結晶シリコン系薄膜層が１層以上積層されて構成される。第２発電層４および第３発電層５は、それぞれ非晶質Ｓｉ発電層３側から第１導電型微結晶Ｓｉ層であるｐ型の微結晶Ｓｉ層、真性微結晶Ｓｉ層、第２導電型微結晶Ｓｉ層であるｎ型の微結晶Ｓｉ層が積層された積層膜とされる。なお、第２発電層４および第３発電層５は、これに限定されるものでなはい。また、非晶質Ｓｉ発電層３と第２発電層４と第３発電層５とは、バンドギャップの異なる材料により形成される。

裏面透明電極層６は、第３発電層５と裏面反射電極層７との密着力向上のためと第３発電層５のシリコンへの金属拡散を防止するために、第３発電層５と裏面反射電極層７との間に設けられ、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）等の透明導電膜により構成される。

裏面反射電極層７は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）およびクロム（Ｃｒ）のうち少なくとも一つの材料からなる。また、これらの材料からなる層が積層されてもよい。

また、非晶質Ｓｉ発電層３を切断した第３の溝（分離溝）８ｃを埋めるように水素含有絶縁膜９がセルＣ１全体を覆って形成視されている。これにより、第３の溝（分離溝）８ｃを埋めた水素含有絶縁膜９は、第３の溝（分離溝）８ｃにおいて非晶質Ｓｉ発電層３の側壁に接する。水素含有絶縁膜９の材料は、膜中水素濃度が非晶質Ｓｉ発電層３よりも高い膜である、使用中に太陽光によるセルＣ１の温度上昇を利用して水素含有絶縁膜９中の水素を非晶質Ｓｉ発電層３に拡散させるために太陽光で昇温可能な１００℃程度以下の温度で水素脱離が起こる膜である、との条件を満たせば特に限定されない。このような水素含有絶縁膜９としては、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯ膜などを用いることができる。

非晶質Ｓｉ発電層３の水素濃度は成膜条件によって異なるので、使用する非晶質Ｓｉ発電層３の膜質によって必要とされる水素濃度は異なる。例えば、水素濃度が１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度の非晶質Ｓｉを非晶質Ｓｉ発電層３として用いる場合は、膜中水素濃度が１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の水素含有絶縁膜９を用いればよい。

図２は、昇温脱離分析により測定したＳｉＮ膜の水素放出スペクトル１１の一例を示す特性図である。図２に示すＳｉＮ膜からなる水素含有絶縁膜９の水素濃度は、水素放出スペクトル１１の積分値から算出でき、約２×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。

図３は、図２における１００℃付近の水素放出スペクトル１１を拡大して示す特性図である。図３によれば水素放出開始温度１２より約９０℃で水素放出の開始が確認される。なお、所望の水素濃度を得るために、水素含有絶縁膜９成膜後に水素注入を行い、所定の値に水素濃度を調節した膜を用いてもよい。

ここで、このような実施の形態１にかかるモジュール１００の動作の概略について説明する。透光性絶縁基板１の裏面（セルＣ１が形成されていない方の面）から太陽光が入射すると、非晶質Ｓｉ発電層３、第２発電層４、第３発電層５で自由キャリアが生成され、電流が発生する。各セルＣ１で発生した電流は前面透明電極層２と裏面反射電極層７とを介して隣接するセルＣ１に流れ込み、モジュール１００全体の発電電流を生成する。

つぎに、上記のように構成された実施の形態１にかかるモジュール１００の製造方法について説明する。図４−１〜図４−４は、実施の形態１にかかるモジュール１００の製造工程の一例を説明するための断面図であり、図１−２に対応する断面図である。図５は、実施の形態１にかかるモジュール１００の製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。

まず、透光性絶縁基板１を用意し、基板を洗浄する（ステップＳ１００）。ここでは、透光性絶縁基板１として平板状の白板ガラスを用いる。この透光性絶縁基板１の一面上に前面透明電極層２として例えばＺｎＯ膜をスパッタリング法により成膜する（ステップＳ１１０）。また、透明導電膜を構成する材料として、ＺｎＯ膜の他にＩＴＯ、ＳｎＯ_２などの透明導電性酸化膜や、導電率向上のためにこれらの透明導電性酸化膜にＡｌなどの金属を添加した膜を用いることができる。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。

その後、希塩酸で前面透明電極層２の表面をエッチングして粗面化し、前面透明電極層２の表面に小さな凹凸を形成してテクスチャ構造を形成する（ステップＳ１２０）。ただし、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の前面透明電極層２をＣＶＤ法により形成した場合には自己組織的に透明導電膜の表面に凹凸が形成されるため、希塩酸を用いたエッチングによる凹凸の形成は必要ない。

次に、前面透明電極層２の一部を透光性絶縁基板１の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、短冊状にパターニングし、複数の前面透明電極層２に分離する。前面透明電極層２のパターニングは、レーザスクライブ法により、透光性絶縁基板１の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板１に達するストライプ状の第１の溝８ａを形成することで行う（図４−１、ステップＳ１３０）。なお、このように透光性絶縁基板１上に基板面内で互いに分離された複数の前面透明電極層２を得るには、写真製版などで形成したレジストマスクを用いてエッチングする方法や、メタルマスクを用いた蒸着法などの方法でも可能である。

次に、第１の溝８ａを含む前面透明電極層２上に非晶質Ｓｉ発電層３、第２発電層４、第３発電層５をプラズマＣＶＤ法により順次成膜する（ステップＳ１４０）。

次に、このようにして積層形成された非晶質Ｓｉ発電層３、第２発電層４、第３発電層５に、前面透明電極層２と同様にレーザスクライブによってパターニングを施す（図４−２、ステップＳ１５０）。すなわち、非晶質Ｓｉ発電層３、第２発電層４、第３発電層５の一部を透光性絶縁基板１の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、非晶質Ｓｉ発電層３、第２発電層４、第３発電層５を短冊状にパターニングし、分離する。非晶質Ｓｉ発電層３、第２発電層４、第３発電層５のパターニングは、レーザスクライブ法により、第１の溝８ａと異なる箇所に、透光性絶縁基板１の短手方向と略平行な方向に延在して前面透明電極層２に達するストライプ状の第２の溝（接続溝）８ｂを形成することで行う。第２の溝（接続溝）８ｂの形成後、第２の溝（接続溝）８ｂ内に付着している飛散物を高圧水洗浄、メガソニック洗浄、あるいはブラシ洗浄により除去する。

次に、第３発電層５上および第２の溝（接続溝）８ｂ内に裏面透明電極層６として例えば酸化スズ（ＳｎＯ_２）膜を真空蒸着により成膜する（ステップＳ１６０）。このとき、第２の溝（接続溝）８ｂ内を裏面透明電極層６が被覆していれば、第２の溝（接続溝）８ｂ内のすべてを裏面透明電極層６で満たす必要はない。また、裏面透明電極層６の成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。

つぎに、裏面透明電極層６上に裏面反射電極層７として例えば銀（Ａｇ）をスパッタリング法により成膜する（ステップＳ１７０）。このとき、第２の溝（接続溝）８ｂ内の裏面透明電極層６を裏面反射電極層７が被覆していれば、第２の溝（接続溝）８ｂ内のすべてを裏面反射電極層７で満たす必要はない。また、裏面反射電極層７の成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。

つぎに、裏面反射電極層７、裏面透明電極層６、第３発電層５、第２発電層４および非晶質Ｓｉ発電層３の一部を透光性絶縁基板１の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して短冊状にパターニングして複数のセルＣ１に分離する。パターニングは、レーザスクライブ法により、第１の溝８ａおよび第２の溝（接続溝）８ｂとは異なる箇所に、透光性絶縁基板１の短手方向と略平行な方向に延在して前面透明電極層２に達するストライプ状の第３の溝（分離溝）８ｃを形成することで行う（図４−３、ステップＳ１８０）。

つぎに、裏面反射電極層７上、第２の溝（接続溝）８ｂ内および第３の溝（分離溝）８ｃ内に水素含有絶縁膜９として例えばＳｉＮ膜をスパッタリング法により成膜する（図４−４、ステップＳ１９０）。これにより、水素含有絶縁膜９が第３の溝（分離溝）８ｃ内において非晶質Ｓｉ発電層３の側壁１０と接する。

以上により、図１−１および図１−２に示すようなセルＣ１を有する実施の形態１にかかるモジュール１００が完成する。なお、この後は、所定の配線およびラミネートが行われて（ステップＳ２００）、製品化される。

以上のような実施の形態１にかかるモジュール１００においては、電気エネルギーに変換されなかった太陽光によってモジュール１００が加熱されることにより、水素含有絶縁膜９中の水素が非晶質Ｓｉ発電層３の側壁１０を通して非晶質Ｓｉ発電層３中に拡散する。すなわち、太陽光によって水素含有絶縁膜９の温度が水素放出開始温度１２以上に上昇することにより、水素含有絶縁膜９からの水素脱離が生じる。そして、第３の溝（分離溝）８ｃ内において水素含有絶縁膜９から脱離した水素は、第３の溝（分離溝）８ｃ内において水素含有絶縁膜９が接する非晶質Ｓｉ発電層３の側壁１０を介して非晶質Ｓｉ発電層３内に拡散する。これにより、モジュール１００では、第３の溝（分離溝）８ｃ内における非晶質Ｓｉ発電層３の側壁１０を介して非晶質Ｓｉ発電層３に水素を取り込むことが可能となる。

そして、水素含有絶縁膜９から非晶質Ｓｉ発電層３に取り込まれた水素が、非晶質Ｓｉ発電層３の光劣化によって生成したＳｉダングリングボンドをターミネートすることにより、光劣化で低下した発電効率を自然回復させる、という効果を有する。すなわち、非晶質Ｓｉ発電層３に初期的に含有される水素の濃度や水素拡散温度に依存することなく、光劣化によって生成したＳｉダングリングボンドの水素ターミネートを実現できる。そして、Ｓｉダングリングボンドを水素でターミネートすることにより、キャリアトラップが減少し、光劣化により低下した発電効率を回復させることができる。

また、実施の形態１にかかるモジュール１００においては、１００℃以下で水素を放出する水素含有絶縁膜９を用いる。このため、太陽光により積層型薄膜太陽電池の温度が自然に上昇する現象を利用して水素含有絶縁膜９中の水素を非晶質Ｓｉ発電層３に拡散させることができる。これにより、断熱材などで光電変換層を覆うことなく、太陽光による積層型薄膜太陽電池の温度上昇によってＳｉダングリングボンドの水素ターミネートを効率的に実現し、温度上昇による発電効率の低下を最低限に抑えて、光劣化により低下した発電効率を自然回復させることができる。

したがって、実施の形態１によれば、光劣化に起因した非晶質Ｓｉ発電層３の発電効率の低下を自然回復することにより、光劣化に起因した発電効率の低下が防止され、高い光電変換効率が得られる高品質の積層型薄膜太陽電池が実現されている。

なお、第２の溝（接続溝）８ｂや第３の溝（分離溝）８ｃのような深い形状の溝にスパッタリング法などにより水素含有絶縁膜９を成膜する際には、例えば図６に示す空洞１３のような隙間が生成することがある。図６は、実施の形態１にかかる他のモジュールを構成するセルＣ１’の短手方向における断面構造を説明する要部断面図である。しかし、水素含有絶縁膜９が第３の溝（分離溝）８ｃ内において非晶質Ｓｉ発電層３の側壁１０を覆っていれば問題ない。したがって、図６に示すように第２の溝（接続溝）８ｂや第３の溝（分離溝）８ｃが水素含有絶縁膜９で完全に埋まっていない構成でも構わない。

また、上記においては、発電層を３層積層した積層型薄膜太陽電池を例に挙げたが、発電層の積層数は２層以上であれば何層でもよい。また、上記においては積層型の薄膜太陽電池であるモジュール１００について説明したが、本発明はこれに限定されず、発電層に非晶質Ｓｉを用いた薄膜太陽電池であれば、シングルセル型の薄膜太陽電池でも同様に適用可能である。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２にかかるモジュールの概略構成を示す要部断面図である。実施の形態２にかかるモジュールは、水素含有絶縁膜９の形状が異なること以外は、実施の形態１にかかるモジュール１００と同じ構成を有する。

実施の形態１にかかるモジュール１００においては、水素含有絶縁膜９は第３の溝（分離溝）８ｃが完全に埋まるように成膜されている。しかしながら、水素含有絶縁膜９は、図７に示すように第３の溝（分離溝）８ｃ内の全てを埋めずに、第３の溝（分離溝）８ｃや裏面反射電極層７を覆うように成膜してもよい。

このように構成された実施の形態２にかかるモジュールにおいては、第３の溝（分離溝）８ｃ内の全てを水素含有絶縁膜９で覆う必要がないため成膜の負荷が減少し、製造時間の削減および低コスト化を図ることができる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３にかかるモジュールの概略構成を示す要部断面図である。実施の形態３にかかるモジュールは、水素含有絶縁膜９の形成位置が異なること以外は、実施の形態１にかかるモジュール１００と同じ構成を有する。

実施の形態１にかかるモジュール１００においては、水素含有絶縁膜９は第３の溝（分離溝）８ｃ内に成膜することで、水素含有絶縁膜９中の水素を非晶質Ｓｉ発電層３の側壁１０を介して非晶質Ｓｉ発電層３に拡散させる構造としている。しかしながら、水素含有絶縁膜９は、図８に示すように第１の溝８ａ内を埋めるように形成されてもよい。このような構成においても、水素含有絶縁膜９と非晶質Ｓｉ発電層３とを接触させることができる。

つぎに、このように構成された実施の形態３にかかるモジュールの製造方法について図９を参照して説明する。図９は、実施の形態３にかかるモジュール１００の製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図９においては、図５に示したフローチャートと同じ工程については、同じフロー番号を付してある。

まず、実施の形態１の場合と同様にしてステップＳ１００〜ステップＳ１３０を実施する。すなわち、レーザスクライブ法により、透光性絶縁基板１の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板１に達するストライプ状の第１の溝８ａを形成することで前面透明電極層２のパターニングを行う。

次に、前面透明電極層２上および第１の溝８ａ内に水素含有絶縁膜９として例えばＳｉＮ膜をスパッタリング法により成膜する（ステップＳ１３１）。次に、水素含有絶縁膜９上にレジストを塗布し、露光し、現像することにより、レジストのパターンを形成する（ステップＳ１３２）。ここで、レジストのパターンは、第１の溝８ａ上の領域に形成する。そして、このレジストのパターンをエッチングマスクとして水素含有絶縁膜９のエッチングを行い、不要な水素含有絶縁膜９を除去する（ステップＳ１３３）。その後、レジストのパターンを除去する（ステップＳ１３４）。これにより、水素含有絶縁膜９は、第１の溝８ａ内を埋めた状態で残存する。

つぎに、実施の形態１の場合と同様にして、前面透明電極層２上および水素含有絶縁膜９上に非晶質Ｓｉ発電層３、第２発電層４、第３発電層５をプラズマＣＶＤ法により順次成膜する（ステップＳ１４０）。なお、ここでは第１の溝８ａ内は水素含有絶縁膜９で埋められているので、第１の溝８ａ内に非晶質Ｓｉ発電層３は形成されない。そして、第１の溝８ａ内に埋められた水素含有絶縁膜９と非晶質Ｓｉ発電層３とが接触する。

その後、実施の形態１の場合と同様にしてステップＳ１５０〜ステップＳ１８０を実施することにより、図８に示すような構成を有する実施の形態３にかかるモジュールが完成する。なお、この後は、所定の配線およびラミネートが行われて（ステップＳ２００）、製品化される。

このような実施の形態３にかかるモジュールにおいては、電気エネルギーに変換されなかった太陽光によってモジュールが加熱されることにより、第１の溝８ａ内に設けられた水素含有絶縁膜９中の水素が非晶質Ｓｉ発電層の底部１４を介して非晶質Ｓｉ発電層３中に拡散する。これにより、非晶質Ｓｉ発電層の底部１４を介して非晶質Ｓｉ発電層３に水素を取り込むことが可能となる。

そして、水素含有絶縁膜９から非晶質Ｓｉ発電層３に取り込まれた水素が、非晶質Ｓｉ発電層３の光劣化によって生成したＳｉダングリングボンドをターミネートすることにより、光劣化で低下した発電効率を自然回復させる、という効果を有する。すなわち、非晶質Ｓｉ発電層３に初期的に含有される水素の濃度や水素拡散温度に依存することなく、光劣化によって生成したＳｉダングリングボンドの水素ターミネートを実現できる。そして、Ｓｉダングリングボンドを水素でターミネートすることにより、キャリアトラップが減少し、光劣化により低下した発電効率を回復させることができる。

したがって、実施の形態３によれば、光劣化に起因した非晶質Ｓｉ発電層３の発電効率の低下を自然回復することにより、光劣化に起因した発電効率の低下が防止され、高い光電変換効率が得られる高品質の積層型薄膜太陽電池が実現されている。

なお、実施の形態２にかかるモジュールの構成と実施の形態３にかかるモジュールの構成とを組み合わせてもよい。

以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池は、光劣化によって生じる発電層の発電効率低下の防止に有用である。

１ 透光性絶縁基板
２ 前面透明電極層
３ 第１発電層
４ 第２発電層
５ 第３発電層
６ 裏面透明電極層
７ 裏面反射電極層
８ａ 第１の溝
８ｂ 第２の溝（接続溝）
８ｃ 第３の溝（分離溝）
９ 水素含有絶縁膜
１０ 側壁
１１ 水素放出スペクトル
１２ 水素放出開始温度
１３ 空洞
１４ 非晶質Ｓｉ発電層の底部

Claims (8)

1. 透光性絶縁基板上に、透明導電材料からなる第１電極層と、非晶質シリコン膜を含み光電変換を行う第１発電層と、第２電極層とをこの順で有し、前記第１電極層が第１分離溝によって島化されて隣接するセル間に跨るように配置され、前記第１発電層と前記第２電極層とのそれぞれが第２分離溝によって島化されてセル分離された複数の太陽電池セルが配設されるとともに、前記第２分離溝を介して隣接する前記太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、
   前記非晶質シリコン膜に接して設けられ、膜中の水素濃度が前記非晶質シリコン膜よりも高く、１００℃以下の温度で水素脱離が生じる水素含有絶縁膜を備えること、
   を特徴とする薄膜太陽電池。
2. 前記水素含有絶縁膜が、少なくとも前記第２分離溝内における前記非晶質シリコン膜の側壁を覆って配置されること、
   を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
3. 前記水素含有絶縁膜が、前記第１分離溝内に配置されること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の薄膜太陽電池。
4. 前記第１発電層と前記第２電極層との間に前記第１発電層と異なるバンドギャップを有する第２発電層を１層以上さらに備えること、
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池。
5. 隣接する薄膜太陽電池セル間が電気的に直列接続するように、透光性絶縁基板上に透明導電性材料膜からなる第１電極層と非晶質シリコン膜を含み光電変換を行う第１発電層と第２電極層とをこの順で積層形成する第１工程と、
   前記第２電極層の表面から前記第１電極層まで達する第１分離溝を形成して複数の薄膜太陽電池セルにセル分離する第２工程と、
   を含み、
   前記第１工程中または前記第２工程の後において、膜中の水素濃度が前記非晶質シリコン膜よりも高く、１００℃以下の温度で水素脱離が生じる水素含有絶縁膜を前記非晶質シリコン膜に接するように形成すること、
   を特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
6. 前記第２工程の後に、少なくとも前記第１分離溝内における前記非晶質シリコン膜の側壁を覆って前記水素含有絶縁膜が形成されること、
   を特徴とする請求項５に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
7. 前記第１工程は、
   前記透光性絶縁基板上に透明導電性材料膜を形成し、前記透明導電性材料膜に第２分離溝を形成してパターニングすることにより、隣接するセル間に跨るように島化された前記第１電極層を形成する工程と、
   前記第２分離溝内に前記水素含有絶縁膜を配置する工程と、
   前記第２分離溝内に配置された前記水素含有絶縁膜上および前記第１電極層上に前記第１発電層を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
8. 前記第１工程では、前記第１発電層と前記第２電極層との間に前記第１発電層と異なるバンドギャップを有する第２発電層を１層以上さらに形成すること、
   を特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池の製造方法。

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