JP5180781B2 - 光電変換装置の製造方法および光電変換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば薄膜太陽電池とされた光電変換装置の製造方法および光電変換装置に関し、特に、パルスレーザーによって中間コンタクト層が分離される中間コンタクト層分離溝を有する光電変換装置の製造方法および光電変換装置に関するものである。
従来より、薄膜太陽電池の光電変換効率を向上させるため、複数の光電変換層を積層した構造が知られている。例えば、アモルファスシリコン層および微結晶シリコン層を積層したタンデム型太陽電池が知られている。このタンデム型太陽電池は、光透過性基板上に、透明電極、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、及び裏面電極を順次積層することによって形成される。そして、アモルファスシリコン層と微結晶シリコン層との間に、電気的および光学的に接続された中間コンタクト層を設け、入射光の一部を反射させて更に光電変換効率向上を図る技術が知られている。
また、このようなタンデム型太陽電池では、複数の光電変換セルを直列接続することによって所望の電圧を得る高電圧化を図っている。複数の光電変換セルを直列接続する際には、アモルファスシリコン層、中間コンタクト層及び微結晶シリコン層を貫通する接続溝を形成し、この接続溝内に裏面電極を充填することによって、裏面電極と透明電極とを接続する。
一方、中間コンタクト層は、導電性を有しているため、裏面電極が充填された接続溝と電気的に接続されると、アモルファスシリコン層や微結晶シリコン層で発生した電流が中間コンタクト層を介して接続溝へと漏れてしまう。
そこで、レーザー加工によって中間コンタクト層を分離することで、中間コンタクト層から接続溝への電流の漏洩を防止する技術が提案されている（特許文献１及び２参照）。
特開２００２−２６１３０８号公報 特開２００６−３１３８７２号公報
しかしながら、レーザー加工によって中間コンタクト層を分離した場合であっても、以下の理由により、依然として中間コンタクト層から電流が漏洩するおそれがある。
中間コンタクト層を分離するようにレーザーを中間コンタクト層およびアモルファスシリコン層に照射すると、レーザーの熱エネルギーをアモルファスシリコン層が吸収し、このアモルファスシリコン層が溶融し、中間コンタクト層を伴って飛散し、中間コンタクト層分離溝が形成される。この中間コンタクト層分離溝を形成する際に、中間コンタクト層分離溝を形成する壁部（底壁を含む）では、アモルファスシリコン層が溶融し再結晶する。この再結晶化した領域は、当初のアモルファスシリコンから変質しているため、低抵抗化すると考えられる。このように低抵抗化した再結晶領域は、電流の新たな漏れ経路となり、電池性能の低下を来してしまう。
本発明者等が鋭意検討したところ、中間コンタクト層分離溝の加工深さに応じて再結晶化領域の低抵抗化が生じる場合に差があることを見出した。
具体的には、第１に、図５の左側に示すように中間コンタクト層分離溝１００ａが浅い場合、再結晶化領域１０１がアモルファスｎ層１０３に接続されてしまい、アモルファスｎ層１０３からドナー原子１０３ａが再結晶化領域１０１内に拡散し、再結晶化領域１０１が低抵抗化してしまう。第２に、図５の右側に示すように中間コンタクト層分離溝１００ｂが深い場合、再結晶化領域１０１がアモルファスｐ層１０５に接続されてしまい、アモルファスｐ層１０５からアクセプタ原子１０５ａが再結晶化領域１０１内に拡散し、再結晶化領域１０１が低抵抗化してしまう。なお、図５において、符号１０７はガラス基板、１０９は透明電極層、１１１はアモルファスｉ層、１１３は中間コンタクト層を示す。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、中間コンタクト層分離溝を介して電流が漏洩することを可及的に防止した光電変換装置の製造方法および光電変換装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の光電変換装置の製造方法および光電変換装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる光電変換装置の製造方法は、シリコンを主成分とする第１光電変換層を製膜する第１光電変換層製膜工程と、前記第１光電変換層上に、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続される中間コンタクト層を製膜する中間コンタクト層製膜工程と、レーザーを照射して、前記中間コンタクト層を除去するとともに、前記第１光電変換層まで到達する中間コンタクト層分離溝を形成して該中間コンタクト層を分離する中間コンタクト層分離工程と、前記中間コンタクト層上および前記中間コンタクト層分離溝内に、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層を製膜する第２光電変換層製膜工程とを有する光電変換装置の製造方法において、前記第１光電変換層は、ｉ層と、該ｉ層を挟むように製膜されたｐ層およびｎ層とから構成され、前記中間コンタクト層分離工程は、前記第１光電変換層の前記ｉ層にて終端するように前記中間コンタクト層分離溝を形成することを特徴とする。
レーザーを照射することによって与えられる熱エネルギーにより、中間コンタクト層および第１光電変換層が溶融、飛散し、レーザーの照射部分に溝が形成される。これにより、中間コンタクト層を分離する中間コンタクト層分離溝が形成される。ここで、中間コンタクト層分離溝を形成する壁部には、溶融されたシリコンが再結晶する再結晶化領域が少なからず存在する。
本発明では、中間コンタクト層分離溝の終端を、第１光電変換層のｉ層に位置させることとした。これにより、中間コンタクト層分離溝の周囲に存在する再結晶化領域がｎ層またはｐ層に接続されることを回避し、再結晶化領域にｎ層からドナー原子が拡散することが防止され、また、再結晶化領域にｐ層からアクセプタ原子が拡散することが防止される。したがって、再結晶化領域にｎ層のドナー原子やｐ層のアクセプタ原子が拡散して低抵抗化することが回避され、電流の漏れ経路となることが防止される。
なお、第１光電変換層としては、好適には、アモルファスシリコン層が用いられ、第２光電変換層としては、微結晶シリコン層が用いられる。中間コンタクト層としては、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）が好適に用いられる。
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記中間コンタクト層分離溝の終端位置は、前記ｉ層の膜厚方向における略中間位置でかつ、前記ｉ層の膜厚の中央位置から、前記第１光電変換層の下層となる透明電極または光透過性基板の表面における凹凸の程度と同等の範囲とされていることを特徴とする。
中間コンタクト層分離溝の終端位置をｉ層の膜厚方向における略中間位置とすることによって、ｉ層を挟むように製膜されたｐ層およびｎ層から中間コンタクト層分離溝の終端位置を遠ざけることができる。これにより、中間コンタクト層分離溝を形成する際に生じた再結晶化領域がｐ層またはｎ層に接続されることを可及的に防止することができる。
ｉ層の中間位置の範囲としては、第１光電変換層の下層となる透明電極や光透過性基板の表面における凹凸がｉ層の膜厚分布に影響を与えることを考慮して決定する。凹凸の程度と同等の範囲となるように、例えば凹凸の範囲がｉ層膜厚の±３０％の場合には、ｉ層の膜厚の中央位置からｉ層膜厚の±３０％の範囲に中間コンタクト層分離溝の終端位置を設定することが好ましい。
さらに、本発明の光電変換装置の製造方法では、前記中間コンタクト層分離溝の終端位置は、前記パルスレーザーの単位面積当たりの出力を示すパワー密度を調整することによって決定されることを特徴とする。
パルスレーザーのパワー密度（Ｊ／ｃｍ２）と加工深さとの間には、所定の関係があることを見出した。そこで、パルスレーザーのパワー密度を調整することによって、中間コンタクト層分離溝の終端位置を決定することとし、再現性良く所望深さの中間コンタクト層分離溝を加工することができる。
また、本発明の光電変換装置は、シリコンを主成分とする第１光電変換層と、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続された中間コンタクト層と、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層とを備え、前記中間コンタクト層を分離するように該中間コンタクト層を貫通するとともに前記第１光電変換層まで到達する中間コンタクト層分離溝が形成された光電変換装置において、前記第１光電変換層は、ｉ層と、該ｉ層を挟むように製膜されたｐ層およびｎ層とから構成され、前記中間コンタクト層分離溝は、前記第１光電変換層の前記ｉ層にて終端していることを特徴とする。
レーザーを照射することによって与えられる熱エネルギーにより、中間コンタクト層および第１光電変換層が溶融、飛散し、レーザーの照射部分に溝が形成される。これにより、中間コンタクト層を分離する中間コンタクト層分離溝が形成される。ここで、中間コンタクト層分離溝を形成する壁部には、溶融されたシリコンが再結晶する再結晶化領域が少なからず存在する。
本発明では、中間コンタクト層分離溝の終端を、第１光電変換層のｉ層に位置させることとした。これにより、中間コンタクト層分離溝の周囲に存在する再結晶化領域がｎ層またはｐ層に接続されることを回避し、再結晶化領域にｎ層からドナー原子が拡散することが防止され、また、再結晶化領域にｐ層からアクセプタ原子が拡散することが防止される。したがって、再結晶化領域にｎ層のドナー原子やｐ層のアクセプタ原子が拡散して低抵抗化することが回避され、電流の漏れ経路となることが防止される。
なお、第１光電変換層としては、好適には、アモルファスシリコン層が用いられ、第２光電変換層としては、微結晶シリコン層が用いられる。
中間コンタクト層としては、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）が好適に用いられる。
さらに、本発明の光電変換装置では、前記中間コンタクト層分離溝の終端位置は、前記ｉ層の膜厚方向における略中間位置でかつ、前記ｉ層の膜厚の中央位置から、前記第１光電変換層の下層となる透明電極または光透過性基板の表面における凹凸の程度と同等の範囲とされていることを特徴とする。
中間コンタクト層分離溝の終端位置をｉ層の膜厚方向における略中間位置とすることによって、ｉ層を挟むように製膜されたｐ層およびｎ層から中間コンタクト層分離溝の終端位置を遠ざけることができる。これにより、中間コンタクト層分離溝を形成する際に生じた再結晶化領域がｐ層またはｎ層に接続されることを可及的に防止することができる。
ｉ層の中間位置としては、第１光電変換層の下層となる透明電極や光透過性基板の表面における凹凸を考慮して、ｉ層の膜厚の中央位置からｉ層膜厚の±３０％の範囲にすることが好ましい。
本発明によれば、中間コンタクト層分離溝の終端を第１光電変換層のｉ層に位置させ、中間コンタクト層分離溝の周囲に存在する再結晶化領域がｎ層またはｐ層に接続されることを回避することとしたので、再結晶化領域が低抵抗化することを防止することができる。これにより、中間コンタクト層分離溝を形成する際に、新たな電流の漏れ経路が形成されることが防止され、光電変換装置の効率向上が実現される。
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、タンデム型とされたシリコン系薄膜太陽電池（光電変換装置）の縦断面が示されている。
太陽電池１０は、ガラス基板（透光性基板）１と、透明電極層２と、トップ層（第１光電変換層）９１と、中間コンタクト層９３と、ボトム層（第２光電変換層）９２と、裏面電極層４とを備えている。本実施形態において、トップ層９１は非晶質シリコン系半導体を主として有する光電変換層であり、ボトム層９２は結晶質シリコン系半導体を主として有する光電変換層である。
ここで、「シリコン系」とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイド（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、アモルファスシリコン系すなわち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系も含まれる。
上記構成の本実施形態の太陽電池１０は、以下のように製造される。
ガラス基板１としては、１ｍ四方の大きさとされたソーダフロートガラスが用いられる。具体的には、１．４ｍ×１．１ｍの大きさとされ、板厚が３．５〜４．５ｍｍのものが用いられる。ガラス基板１の端面は、熱応力や衝撃などによる破損防止のために、コーナー面取り加工やＲ面取り加工が施されていることが好ましい。
透明電極層２としては、例えば酸化錫膜（ＳｎＯ２）を主成分とする透明電極膜が好適に用いられる。この透明電極膜は、約５００ｎｍ〜８００ｎｍの膜厚とされ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理することによって得られる。この製膜処理の際に、透明電極膜の表面には適当な凹凸のあるテクスチャが形成される。透明電極層２として、透明電極膜と基板１との間にアルカリバリア膜（図示されず）を介在させても良い。アルカリバリア膜は、例えば５０ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚とされた酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）とされ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理することによって得られる。
その後、ガラス基板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、透明電極層２の膜面側（図において上方側）から照射する。加工速度に対して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を発電セル５の直列接続方向に対して垂直な方向（図において紙面垂直方向）へ、ガラス基板１とレーザー光を相対移動させて、透明電極分離溝１２を形成する。これにより、透明電極層２が幅約６ｍｍ〜１５ｍｍの所定幅とされた短冊状にレーザーエッチングされる。
次に、プラズマＣＶＤ装置により、減圧雰囲気を３０〜１０００Ｐａとし、基板温度を約２００℃とした条件にて、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層膜／ｉ層膜／ｎ層膜を順次製膜してトップ層９１を形成する（第１光電変換層製膜工程）。トップ層９１は、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとを主原料としたプロセスガスによって、透明電極層２の上に製膜される。太陽光の入射する側（ガラス基板１側）からｐ層、ｉ層、ｎ層がこの順で積層される。
トップ層９１は、本実施形態では、アモルファスｐ層としてＢドープしたアモルファスＳｉＣを主とした膜厚１０ｎｍ〜３０ｎｍ、アモルファスｉ層としてアモルファスＳｉを主とした膜厚２００ｎｍ〜３５０ｎｍ、アモルファスｎ層としてアモルファスＳｉに微結晶Ｓｉを含有するｐドープしたＳｉ層を主とした膜厚３０ｎｍ〜５０ｎｍから構成されている。また、ｐ層膜とｉ層膜の間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
次に、中間コンタクト層９３としてＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を、トップ層９１上に製膜する（中間コンタクト層製膜工程）。ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜は、２０ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚とされ、スパッタリング装置により製膜される。中間コンタクト層９３によって、トップ層９１とボトム層９２との間における接触性を改善するとともに電流整合性を得ることができる。また、中間コンタクト層９３は、半反射膜とされており、ガラス基板１から入射した光の一部を反射させることによってトップ層９１における光電変換効率の向上を実現している。
次に、ガラス基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、波長５３２ｎｍとされ、ナノ秒オーダ（１〜１００ｎｓ）のパルス幅を有するＹＶＯ４パルスレーザー（以下「ナノ秒パルスレーザー」という。）を、透明電極層２の膜面側（図において上方側）から照射する。このナノ秒パルスレーザーによって、透明電極分離溝１２と接続溝１６との間に中間コンタクト層分離溝１４を形成する（中間コンタクト層分離工程）。中間コンタクト層分離溝１４は、図２に示されているように、トップ層９１のｉ層９１ｉにて終端している。この中間コンタクト層分離工程については、後に詳述する。
次に、中間コンタクト層９３の上および中間コンタクト層分離溝１４内に、プラズマＣＶＤ装置によって、減圧雰囲気を３０００Ｐａ以下、基板温度を約２００℃、プラズマ発生周波数を４０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚとした条件で、微結晶シリコン薄膜からなる微結晶ｐ層膜／微結晶ｉ層膜／微結晶ｎ層膜を順次製膜してボトム層９２を形成する（第２光電変換層製膜工程）。
ボトム層９２は、本実施形態では、微結晶ｐ層としてＢドープした微結晶ＳｉＣを主とした膜厚１０ｎｍ〜５０ｎｍ、微結晶ｉ層として微結晶Ｓｉを主とした膜厚１．２μｍ〜３．０μｍ、微結晶ｎ層としてｐドープした微結晶Ｓｉを主とした膜厚２０ｎｍ〜５０ｎｍから構成されている。
微結晶シリコン薄膜、特に微結晶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ガラス基板１の表面との距離ｄは、３ｍｍ〜１０ｍｍ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。
次に、ガラス基板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、ボトム層９２の膜面側（図において上方側）から照射する。パルス発振：１０〜２０ｋＨｚ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、透明電極分離溝１２から側方に約５０〜３５０μｍ離間した位置に、接続溝１６を形成する。また、レーザーはガラス基板１側から照射しても良く、この場合はトップ層９１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中間コンタクト層９３及びボトム層９２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。
次に、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、約１５０〜２００℃にて順次製膜する。裏面電極層４は、本実施形態では、Ａｇ膜を約１５０〜５００ｎｍの膜厚とし、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜を１０〜２０ｎｍの膜厚でこの順に積層する。あるいは約２５ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜と、約１５ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚を有するＡｌ膜との積層構造としても良い。ｎ層と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的として、ボトム層９２と裏面電極層４との間にＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を膜厚５０〜１００ｎｍで、スパッタリング装置によって製膜しても良い。
次に、ガラス基板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、ガラス基板１側（図において下方側）から照射する。レーザー光がトップ層９１及びボトム層９２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。レーザーのパルス発振周波数を１〜１０ｋＨｚとして加工速度が適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極分離溝１２から側方に約２５０〜４００μｍ離間した位置に、セル分割溝１８を形成するようにレーザーエッチングする。
上記工程の後、裏面電極４を覆うように、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等の接着充填材シートを介して防水効果の高いバックシートを貼付する工程等を経て、太陽電池が製造される。
以下に、上述した中間コンタクト層分離工程について詳述する。
当該工程に用いられるレーザーは、１ｎｓ〜１００ｎｓのパルス幅を有するナノ秒パルスレーザーである。具体的には、発振周波数１２ｋＨｚ、ビームスポット径９０μｍ、とされたＹＶＯ４レーザー（波長５３２ｎｍ）が好適に用いられる。加工速度（即ちガラス基板１に対するレーザーの送り速度）は、例えば、８００ｍｍ／ｓ程度とされる。
なお、レーザーとしては、ＹＡＧレーザーの第２高周波（５３２ｎｍ）やファイバーレーザーを用いてもよい。
図２に示されているように、中間コンタクト層分離溝１４の終端位置（底部）は、トップ層９１のｉ層９１ｉ内に位置している。すなわち、中間コンタクト層分離溝１４の終端位置１４Ｌは、トップ層９１のｎ層９１ｎおよびｐ層９１ｐ内に位置していない。これにより、アモルファスシリコンが溶融凝固して中間コンタクト層分離溝１４を形成する壁部（底部を含む）に形成された再結晶化領域１５を、ｎ層９１ｎ及びｐ層９１ｐに対して離間させることができる。したがって、この再結晶化領域１５にｎ層９１ｎやｐ層９１ｐのドーパントが拡散されることが防止され、ドーパントによる再結晶化領域の低抵抗化を回避することができる。なお、再結晶化領域１５は、透過型電子顕微鏡等で確認することができる。
図３には、中間コンタクト層分離溝１４の終端位置１４Ｌの設定の考え方が図示されている。
同図において、中央に位置する太線が中間コンタクト層分離槽１４の終端位置１４Ｌを示す。したがって、同図において上下方向が膜厚方向を意味する。
同図において終端位置１４Ｌの下方に位置する三角波形状の凹凸線９１ｉ−Ｌは、アモルファスｉ層９１ｉとアモルファスｐ層９１ｐとの界面を示す。この凹凸は、透明電極層２の表面に形成されたテクスチャ構造の凹凸が反映されたものである。この凹凸線９１ｉ−Ｌの略中央に示されている破線９１ｉ−Ｌａｖは、凹凸線９１ｉ−Ｌの膜厚方向の平均値を示した平均線である。
同図において終端位置１４Ｌの上方に位置する三角波形状の凹凸線９１ｉ−Ｕは、アモルファスｉ層９１ｉとアモルファスｐ層９１ｐとの界面を示す。この凹凸は、透明電極層２の表面に形成されたテクスチャ構造の凹凸が反映されたものである。この凹凸線２Ｌの略中央に示されている破線９１ｉ−Ｕａｖは、凹凸線９１ｉ−Ｕの膜厚方向の平均値を示した平均線である。
中間コンタクト層分離溝１４の終端位置１４Ｌは、凹凸線９１ｉ−Ｌ，Ｕの凹凸の程度を考慮して決定する。例えば、アモルファスｉ層９１ｉの膜厚（破線９１ｉ−Ｌａｖ，Ｕａｖ間の距離）に対して±３０％の凹凸が有る場合には、終端位置１４Ｌの位置は、この凹凸の程度と同等となるように、アモルファスｉ層９１ｉの膜厚の中央位置からｉ層膜厚の±３０％の範囲に設定する。
中間コンタクト層分離溝１４の終端位置１４Ｌは、本発明者等が鋭意検討した結果、本実施形態で用いられるシリコン系材料（より具体的にはアモルファスシリコン）に対して、ビームエネルギー密度によって調整できることを見出した。すなわち、ナノ秒パルスレーザーのビームエネルギー密度と加工深さとの間には一定の関係があることを見出した。この関係が図４に示されている。加工深さをｙ（ｎｍ）、ビームエネルギー密度をｘ（Ｊ／ｃｍ２）とすると
ｙ = -1373.4ｘ2 + 1700ｘ - 226.95 ・・・（１）
という二次式に表される関係がある。
中間コンタクト層９３が７０ｎｍ厚、トップ層９１が２５０ｎｍ厚（ｐ層１５ｎｍ，ｉ層２００ｎｍ，ｎ層３５ｎｍ）の場合には、アモルファスｎ層９１ｎに終端位置１４Ｌが位置しないためには、加工深さは７０＋３５＝１０５ｎｍ以上が必要となる。一方、アモルファスｐ層９１ｐに終端位置１４Ｌが位置しないためには、加工深さは７０＋３５＋２００＝３０５ｎｍ以下が必要となる。
このような加工深さ範囲、即ち１０５〜３０５ｎｍの範囲の加工深さでは、上式（１）は精度良く近似される。
したがって、１０５〜３０５ｎｍの加工深さを実現するためには、図４に示されているように、０．２４Ｊ／ｃｍ２（１２ｋＨｚ，０．１８Ｗ）〜０．６Ｊ／ｃｍ２（１２ｋＨｚ，０．４５Ｗ）の範囲のエネルギー密度にナノ秒パルスレーザーの出力を調整すればよい。ただし、安定化出力の観点から、０．３〜０．４Ｊ／ｃｍ２の範囲にてナノ秒パルスレーザーの出力を調整するのが好ましい。
上述した本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
中間コンタクト層分離溝１４の終端１４Ｌを、トップ層９１のアモルファスｉ層９１ｉに位置させることとした。これにより、中間コンタクト層分離溝１４の周囲に存在する再結晶化領域１５がアモルファスｎ層９１ｎまたはアモルファスｐ層１４ｐに接続されることを回避し、再結晶化領域１５にｎ層からドナー原子が拡散することが防止され、また、再結晶化領域１５にｐ層からアクセプタ原子が拡散することが防止される。したがって、再結晶化領域１５にｎ層のドナー原子やｐ層のアクセプタ原子が拡散して低抵抗化することが回避され、電流の漏れ経路となることが防止される。
中間コンタクト層分離溝１４の終端位置１４Ｌをアモルファスｉ層９１ｉの膜厚方向における略中間位置とすることによって、アモルファスｉ層９１ｉを挟むように製膜されたアモルファスｐ層９１ｐおよびアモルファスｎ層９１ｎから中間コンタクト層分離溝１４の終端位置１４Ｌを遠ざけることができる。これにより、中間コンタクト層分離溝１４を形成する際に生じた再結晶化領域１５がアモルファスｐ層９１ｐまたはアモルファスｎ層９１ｎに接続されることを可及的に防止することができる。
ナノ秒パルスレーザーのパワー密度（Ｊ／ｃｍ２）と加工深さとの間には、所定の関係があることを見出し、この関係に基づいてナノ秒パルスレーザーのパワー密度を調整することによって、中間コンタクト層分離溝１４の終端位置１４Ｌを決定することとした。これにより、再現性良く所望深さの中間コンタクト層分離溝１４を加工することができる。
なお、本実施形態において図１に示した太陽電池は、第１セル層９１及び第２セル層９２から成る発電層が２つ積層されたタンデム構造とされているが、本発明はタンデム構造に限定されるものではなく、中間コンタクト層分離溝をレーザー加工する際にシリコン系材料が再結晶化する場合に広く適用できるものであり、例えば、発電層が３つ積層され、各発電層間に中間コンタクト層が設けられたトリプル構造に対しても用いることができる。
また、本実施形態では、中間コンタクト層分離溝１４を加工するレーザーとしてナノ秒パルスレーザーを用いることとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、１０〜７５０ｐｓのパルス幅を有するピコ秒パルスレーザーを用いても良い。
本発明の一実施形態にかかるタンデム型太陽電池を示した縦断面図である。 中間コンタクト層分離工程において中間コンタクト層分離溝を形成した状態を示した縦断面図である。 アモルファスｉ層の膜厚変化に対して中間コンタクト層分離溝の終端位置を決定する考え方を模式的に示した概念図である。 ナノ秒パルスレーザーのエネルギー密度と加工深さの関係を示したグラフである。 中間コンタクト層分離溝の深さによって再結晶化領域が低抵抗化する状態を模式化した縦断面図である。
符号の説明
１ ガラス基板
２ 透明電極層
４ 裏面電極層
５ 発電セル
１０ 太陽電池（光電変換装置）
１４ 中間コンタクト層分離溝
１５ 再結晶化領域
９１ トップ層（第1光電変換層）
９２ ボトム層（第２光電変換層）
９３ 中間コンタクト層

Claims (3)

  1. シリコンを主成分とする第１光電変換層を製膜する第１光電変換層製膜工程と、
    前記第１光電変換層上に、該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続される中間コンタクト層を製膜する中間コンタクト層製膜工程と、
    レーザーを照射して、前記中間コンタクト層を除去するとともに、前記第１光電変換層まで到達する中間コンタクト層分離溝を形成して該中間コンタクト層を分離する中間コンタクト層分離工程と、
    前記中間コンタクト層上および前記中間コンタクト層分離溝内に、該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層を製膜する第２光電変換層製膜工程と、
    を有する光電変換装置の製造方法において、
    前記第１光電変換層は、ｉ層と、該ｉ層を挟むように製膜されたｐ層およびｎ層とから構成され、
    前記中間コンタクト層分離工程は、前記第１光電変換層の前記ｉ層にて終端するように前記中間コンタクト層分離溝を形成し、
    前記中間コンタクト層分離溝の終端位置は、前記ｉ層の膜厚方向における略中間位置でかつ、前記ｉ層の膜厚の中央位置から、前記第１光電変換層の下層となる透明電極または光透過性基板の表面における凹凸の程度と同等の範囲とされていることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  2. 前記中間コンタクト層分離溝の終端位置は、前記パルスレーザーの単位面積当たりの出力を示すパワー密度を調整することによって決定されることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
  3. シリコンを主成分とする第１光電変換層と、
    該第１光電変換層に対して電気的および光学的に接続された中間コンタクト層と、
    該中間コンタクト層に対して電気的および光学的に接続されるとともに、シリコンを主成分とする第２光電変換層と、を備え、
    前記中間コンタクト層を分離するように該中間コンタクト層を貫通するとともに前記第１光電変換層まで到達する中間コンタクト層分離溝が形成された光電変換装置において、
    前記第１光電変換層は、ｉ層と、該ｉ層を挟むように製膜されたｐ層およびｎ層とから構成され、
    前記中間コンタクト層分離溝は、前記第１光電変換層の前記ｉ層にて終端し、
    前記中間コンタクト層分離溝の終端位置は、前記ｉ層の膜厚方向における略中間位置でかつ、前記ｉ層の膜厚の中央位置から、前記第１光電変換層の下層となる透明電極または光透過性基板の表面における凹凸の程度と同等の範囲とされていることを特徴とする光電変換装置。
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