JP2010171127A - 薄膜太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性および出力特性に優れた薄膜太陽電池を得ること。
【解決手段】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、半導体薄膜からなり光電変換を行う光電変換層と、光を反射する導電層を含む第２電極層と、が順次積層されてなる複数の薄膜太陽電池セルが配設されるとともに、隣接する前記薄膜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、前記第２電極層は、前記光電変換層上に順次積層された銀膜からなる導電性反射膜と、窒化チタン膜からなり前記導電性反射膜の保護膜である表面保護膜と、を含み、前記直列接続された複数の薄膜太陽電池セルのうち、両端の前記薄膜太陽電池セルは、前記表面保護膜上に、導電性接着剤または導電性粒子含有樹脂からなる導電性接着層を介して、前記薄膜太陽電池セルからの電力の取り出し用の取り出し配線が配設されている。
【選択図】 図１−３

Description

本発明は、薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものである。

従来、一般的な薄膜太陽電池は、透明基板上に透明電極層、ｐ型半導体薄膜、ｉ型半導体薄膜、ｎ型半導体薄膜、裏面電極層が順次形成された複数の太陽電池セルを直列に接続して集積化した構造を有する。このような薄膜太陽電池において、透明基板側から入射した光により発生した電気は、直列に接続された太陽電池セルの両端部から取り出される。この両端部には、バスバー配線と呼ばれる、例えば、はんだ被覆銅線が、超音波はんだ、導電性接着材等により取付けられている。

このような薄膜太陽電池として、例えば、半導体層をレーザースクライブ加工することによりバスバー配線の取り付け部を加工し、超音波はんだが接続しやすい透明電極を露出させて配線接続を行う技術がある（たとえば、特許文献１参照）。

また、例えば、レーザースクライブにより裏面電極層を除去加工するときに、透明電極層、ｐ型半導体薄膜、ｉ型半導体薄膜、ｎ型半導体薄膜、裏面電極層へレーザーが照射されることで生じる損傷軽減と、反射膜と表面保護膜との２層からなる裏面電極層の腐食防止と、を考慮して、銀反射膜：１５０〜３５０ｎｍとチタン表面保護膜：１０〜２０ｎｍとの組み合わせと、銀反射膜：３０〜８０ｎｍとアルミニウム表面保護膜：２００〜３５０ｎｍとの組み合わせの裏面電極層が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特許第３６１３８５１号公報 特許第４０６１３１７号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術によれば、バスバー電極の取り付け部を形成するために透明電極層上の半導体層をレーザースクライブ加工すると、透明電極層もレーザー光に晒され損傷を受けるため、接続部の配線抵抗が増大する、という問題がある。また、透明電極層の表面の加工損傷が無くても、裏面電極層の材料の構成、バスバー電極の配線接続方法を適切に選択しないと、接続部の裏面電極層とバスバー配線間の抵抗が大きくなる、という問題がある。さらに、裏面電極層の構成によっては、裏面電極層の形成後の製造工程における熱処理、例えば裏面保護用のバックシートのラミネート処理の際の熱処理により裏面電極層を構成する反射膜と保護膜とが相互拡散する、または合金化するなどにより接続抵抗が増大する、という問題がある。

また、バスバー電極の接続に超音波はんだを用いる場合には、接合時の加熱による半導体薄膜の結晶性への悪影響や、はんだによる裏面電極の食われ（侵食）といった劣化が生じ、接続抵抗が増大する、という問題がある。

一方、上記特許文献２の技術によれば、銀反射膜およびチタン表面保護膜の組み合わせの裏面電極層では、チタンは酸化されやすく不安定であり、耐久性の観点において問題がある。また、銀反射膜およびアルミニウム表面保護膜の組み合わせの裏面電極層では、銀とアルミニウムとが相互拡散して抵抗が高くなる、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、信頼性および出力特性に優れた薄膜太陽電池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、半導体薄膜からなり光電変換を行う光電変換層と、光を反射する導電層を含む第２電極層と、が順次積層されてなる複数の薄膜太陽電池セルが配設されるとともに、隣接する前記薄膜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、前記第２電極層は、前記光電変換層上に順次積層された銀膜からなる導電性反射膜と、窒化チタン膜からなり前記導電性反射膜の保護膜である表面保護膜と、を含み、前記直列接続された複数の薄膜太陽電池セルのうち、両端の前記薄膜太陽電池セルは、前記表面保護膜上に、導電性接着剤または導電性粒子含有樹脂からなる導電性接着層を介して、前記薄膜太陽電池セルからの電力の取り出し用の取り出し配線が配設されていること、を特徴とする。

この発明によれば、第２電極層として、銀膜からなる導電性反射膜と窒化チタン膜からなる表面保護膜とを組み合わせ、また、この窒化チタン膜表面と取り出し配線との接続に導電性接着剤または導電性粒子含有樹脂からなる導電性接着層を用いることで、環境負荷に対しても安定な、信頼性の高い低抵抗の配線接続を実現できる、という効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態にかかる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にかかる薄膜太陽電池モジュールの構成を模式的に説明するための斜視図である。 図１−３は、本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュールの断面構造を説明するための図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ’方向における要部断断面図である。 図２−１は、本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明するための斜視図である。 図２−２は、本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明するための斜視図である。 図２−３は、本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明するための斜視図である。 図２−４は、本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明するための斜視図である。 図２−５は、本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明するための斜視図である。 図２−６は、本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明するための斜視図である。 図２−７は、本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明するための斜視図である。 図３は、実施例および比較例のサンプルにおける接続抵抗を示す特性図である。 図４は、窒化チタン膜の成膜における、窒素ガスの流量比（混合比）と、成膜した窒化チタンの抵抗率と、窒化チタン膜の成膜速度と、の関係を示す特性図である。

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
図１−１は、本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池である薄膜太陽電池モジュール（以下、モジュールと呼ぶ）１の概略構成を示す平面図である。図１−２は、モジュール１の構成を模式的に説明するための斜視図である。図１−３は、モジュール１の断面構造を説明するための図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ’方向における要部断断面図である。

図１−２、図１−３に示すように、実施の形態にかかるモジュール１は、透光性絶縁基板２上に形成された短冊状（矩形状）の太陽電池セル（以下、セルと呼ぶ）Ｃを複数備え、これらのセルＣが電気的に直列に接続された構造を有する。セルＣは、図１−２、図１−３に示すように、透光性絶縁基板２上に第１電極層である透明電極層３と、光電変換層４と、第２電極層である裏面電極層５と、がこの順で順次積層された構造を有する。また、直列に接続された複数のセルＣのうち両端部に位置するセルＣの裏面電極層５上には、導電性接着層６を介して、直列に接続された複数のセルＣからの電力の取り出し用のバスバー配線７が設けられている。

透光性絶縁基板２上に形成された透明電極層３には、透光性絶縁基板２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２に達するストライプ状の第１の溝Ｄ１が形成されている。この第１の溝Ｄ１の部分に光電変換層４が埋め込まれることで、透明電極層３が隣接するセルＣに跨るようにセル毎に分離されて形成されている。

また、透明電極層３上に形成された光電変換層４には、第１の溝Ｄ１と異なる箇所において透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在するとともに透明電極層３に達するストライプ状の第２の溝（接続溝）Ｄ２が形成されている。この第２の溝（接続溝）Ｄ２の部分に裏面電極層５が埋め込まれることで、裏面電極層５が透明電極層３に接続される。そして、該透明電極層３が隣接するセルＣに跨っているため、隣り合う２つのセルの一方の裏面電極層５と他方の透明電極層３とが電気的に接続されている。

また、裏面電極層５および光電変換層４には、第１の溝Ｄ１および第２の溝（接続溝）Ｄ２とは異なる箇所で、透明電極層３に達するストライプ状の第３の溝（分離溝）Ｄ３が形成されて、各セルＣが分離されている。このように、セルＣの透明電極層３が、隣接するセルＣの裏面電極層５と接続することによって、隣接するセルＣが電気的に直列接続している。

なお、図では、３つのセルＣを直列接続した例で記載したが、セルＣの接続段数は３段に限るわけではなく、直列接続する段数は、システム設計から適宜決定される。

透明電極層３は、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によって構成される。また、透明電極層３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、透明電極層３は、表面に凹凸が形成された表面テクスチャ構造を有してもよい。このテクスチャ構造は、入射した太陽光を散乱させ、光電変換層４での光利用効率を高める機能を有する。

光電変換層４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薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される。本実施の形態では、光電変換層４として、透明電極層３側から第１導電型半導体層であるｐ型の水素化非結晶炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化非結晶シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化非結晶シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）が積層された積層膜が形成されている。

なお、他の光電変換層４としては、例えば第１導電型半導体層であるｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層が積層された積層膜や、透明電極層３側から第１導電型半導体層であるｐ型の水素化アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層が積層された積層膜が挙げられる。

また、これ以外にも光電変換層４は、例えば薄膜多結晶シリコンや非晶質シリコンと微結晶シリコン等とのタンデム構造の積層膜、あるいは、銅、インジウム、セレンの積層膜、硫化カドミウム系半導体薄膜などでも良い。

また、複数の薄膜半導体層が積層されて光電変換層４が構成される場合には、それぞれのＰＩＮ接合間に一酸化微結晶シリコン（μｃ−ＳｉＯ）やアルミニウム添加酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）などの中間層を挿入して、ＰＩＮ接合間の電気的、光学的接続を改善してもよい。

裏面電極層５は、光電変換層４と異なる形状・位置でパターニングされており、図１−２に示すように、光電変換層４上に光電変換層４側からバリアー層５１、金属電極として高反射率を有する銀（Ａｇ）膜からなる導電性反射膜５２、窒化チタン（ＴｉＮ）膜からなり導電性反射膜５２の保護膜である表面保護膜５３が積層された構成を有する。バリアー層５１としては、例えばアルミ添加酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜が用いられる。なお、バリアー層５１は必要に応じて設ければよい。

導電性接着層６は、通常のペースト状の導電性接着剤や、例えば異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）などの導電性粒子含有樹脂を用いる。導電性接着層６として導電性接着剤や導電性粒子含有樹脂を用いることにより、はんだを用いるときのように接合時の加熱による半導体薄膜の結晶性への悪影響や、はんだによる裏面電極層５の食われ（侵食）といった劣化の発生、などによる接続抵抗の増大や、セルＣの破壊が生じない。したがって、導電性接着層６に起因した接続抵抗の増大を防止することができる。

バスバー配線７は、例えば銅線またははんだ被覆銅線などを用いることができる。ここで、バスバー配線７は、例えば細長い略長方形の断面を有する導電性を有する板等からなる配線を総称するものである。

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

以上のように構成された実施の形態にかかる薄膜太陽電池によれば、裏面電極層５において、銀（Ａｇ）膜からなる導電性反射膜５２を窒化チタン（ＴｉＮ）膜からなる表面保護膜５３により覆っているため、導電性反射膜５２の銀（Ａｇ）膜の酸化や硫化を抑制することができ、銀（Ａｇ）膜の腐食による裏面電極層５としての機能低下を十分抑制することができ、環境負荷に対して安定な耐久性に優れた薄膜太陽電池が得られる。また、窒化チタン（ＴｉＮ）膜は低抵抗な表面保護膜であるため、この窒化チタン膜（ＴｉＮ）表面とバスバー配線との接続においても、バスバー配線７の取り付けに起因した接続部の配線抵抗の増大が無い。

また、窒化チタン（ＴｉＮ）はチタン（Ｔｉ）などと比較して安定しているため、裏面電極層５の形成後の製造工程における熱処理において導電性反射膜５２と表面保護膜５３とが相互拡散する、または合金化する、などにより接続抵抗が増大することがない。すなわち、裏面電極層５として、銀（Ａｇ）膜からなる導電性反射膜５２と窒化チタン（ＴｉＮ）膜からなる表面保護膜５３とを組み合わせることにより、低抵抗な薄膜太陽電池が得られる。

また、実施の形態にかかる薄膜太陽電池によれば、導電性接着剤または導電性粒子含有樹脂を用いて、裏面電極層５の表面保護膜５３とバスバー配線７とを接続しているため、透明電極層３の損傷などのバスバー配線７の取り付けに起因した接続部の配線抵抗の増大が無い。

また、裏面電極層５の表面保護膜５３とバスバー配線７との接続に導電性接着剤または導電性粒子含有樹脂を用いるため、はんだを用いた場合のようなバスバー配線７の接合時の光電変換層４の耐熱温度以上の加熱による光電変換層４の薄膜半導体層の結晶性への悪影響や、裏面電極層５の食われ（侵食）といった劣化が生じず、これらに起因した接続抵抗の増大や、セルＣの破壊が無い。これにより、薄膜太陽電池の最終的な出力低下を最小限に留め、且つ安全性を確保することが可能である。

したがって、実施の形態にかかる薄膜太陽電池によれば、信頼性および出力特性に優れた薄膜太陽電池を実現することができる。

つぎに、上記のように構成された実施の形態にかかるモジュール１の製造方法について説明する。図２−１〜図２−７は、実施の形態にかかるモジュール１の製造工程を説明するための斜視図であり、図１−２に対応する図である。

はじめに透光性絶縁基板２を準備する。透光性絶縁基板２としては、例えば平板状のガラス基板を用いる（以下ガラス基板２と記載）。本実施の形態では、ガラス基板２として無アルカリガラス基板を用いた場合について説明する。また、ガラス基板２として安価な青板ガラス基板を用いてもよいが、この場合には基板からのアルカリ成分の拡散を防止するためにプラズマ化学気相成長（ＰＣＶＤ）法によりアンダーコート層としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を１００ｎｍ程度の膜厚で形成するのがよい。

次に、ガラス基板２の一面側に、第１電極層となる透明電極層３を形成する（図２−１）。透明電極層３としては、例えば酸化錫を１μｍ〜２μｍの膜厚でスパッタリング法により堆積形成し、必要に応じて熱処理、表面加工を施す。なお、透明電極層３の形成方法はスパッタリング法に限定されるものではなく、真空蒸着法、イオンプレーティング法などの物理的方法や、スプレー法、ディップ法、ＣＶＤ法などの化学的方法を用いても良い。

その後、希塩酸で透明電極層３の表面をエッチングして粗面化し、透明電極層３の表面に小さな凹凸を形成する。ただし、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の透明電極層３をＣＶＤ法により形成した場合には自己組織的に透明電極層３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、透明電極層３の一部を透光性絶縁基板２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、透明電極層３を短冊状にパターニングし、複数の透明電極層３に分離する（図２−２）。透明電極層３のパターニングは、レーザースクライブ法により、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板２に達するストライプ状の第１の溝Ｄ１を形成することで行う。そして、この時に発生する除去粉塵を高圧水洗浄、メガソニック洗浄、あるいはブラシ洗浄等で洗浄除去する。

なお、このようにガラス基板２上に基板面内で互いに分離された複数の透明電極層３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Ｄ１を含む透明電極層３上に光電変換層４をプラズマＣＶＤ法により形成する（図２−３）。本実施の形態では、光電変換層４として、例えば透明電極層３側からｐ型の水素化非結晶炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層、ｉ型の水素化非結晶シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、ｎ型の水素化非結晶シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層を順次積層形成して、ｐ−ｉ−ｎ接合型の半導体薄膜を形成する。各層の膜厚は、例えば、ｐ型の水素化非結晶炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層が２０ｎｍ、ｉ型の水素化非結晶シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層が３００ｎｍ、ｎ型の水素化非結晶シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）が３０ｎｍである。

次に、このようにして積層形成された光電変換層４に、透明電極層３と同様にレーザースクライブによってパターニングを施す（図２−４）。すなわち、光電変換層４の一部を透光性絶縁基板２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、光電変換層４を短冊状にパターニングし、分離する。光電変換層４のパターニングは、レーザースクライブ法により、第１の溝Ｄ１と異なる箇所に、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層３に達するストライプ状の第２の溝（接続溝）Ｄ２を形成することで行う。このとき、透明電極層３にダメージを与えないように、光電変換層４（ｐ−ｉ−ｎ接合型の半導体薄膜）のみを溶断して、第２の溝（接続溝）Ｄ２を形成する。

この時、隣接するｐ−ｉ−ｎ接合型の半導体薄膜間の短絡に注意する必要があり、第２の溝（接続溝）Ｄ２の形成後、第２の溝（接続溝）Ｄ２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等で洗浄除去する。

次に、光電変換層４上に裏面電極層５を形成する（図２−５）。すなわち、光電変換層４上および第２の溝（接続溝）Ｄ２内に、バリアー層５１としての１００ｎｍ厚のアルミ添加酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜、導電性反射膜５２としての２００ｎｍ厚の銀（Ａｇ）膜、表面保護膜５３としての２０ｎｍ厚の窒化チタン（ＴｉＮ）膜を順次、反応性ＤＣスパッタリング法により成膜する。また、成膜方法としては、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。

裏面電極層５の形成後、裏面電極層５および光電変換層４の一部を透光性絶縁基板２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Ｃに分離する（図２−６）。パターニングは、レーザースクライブ法により、第１の溝Ｄ１および第２の溝（接続溝）Ｄ２とは異なる箇所に、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層３に達するストライプ状の第３の溝（分離溝）Ｄ３を形成することで行う。

なお、反射率の高い裏面電極層５にレーザーを直接吸収させるのは困難なので、光電変換層４にレーザ光エネルギーを吸収させて、光電変換層４とともに裏面電極層５を局所的に吹き飛ばすことによって複数のセルＣに対応させて分離される。これにより、複数のセルＣが電気的に直列に接続されたモジュール構造が透光性絶縁基板２上において得られる。このようなモジュール構造においては、電気的に直列に接続された複数のセルのうち、両端のセルＣがそれぞれ正極、負極となる。光電変換層４として、透光性絶縁基板２側からｐ型の半導体薄膜、ｉ型の半導体薄膜、ｎ型の半導体薄膜を形成した本実施の形態の場合は、図２−６において左側のセルＣ１が正極、右側のセルＣ２が負極となる。

次に、両端のセルＣ１、Ｃ２の裏面電極層５の表面保護膜５３上において、バスバー配線７を配設する部分に、導電性接着層６として導電性接着剤または導電性粒子含有樹脂を部分的に塗布またはシートを貼り付ける。そして、該導電性接着層６上にバスバー配線７として例えば銅線またははんだ被覆銅線を配置し、必要に応じて加熱加圧処理を施す。これにより、両端セルＣ１、Ｃ２の表面保護膜５３の表面と、バスバー配線７とを導電性接着層６により接続する（図２−７）。上記の処理を経て、モジュール１が得られる。

なお、導電性接着層６として、例えば導電性粒子含有樹脂を使用した場合は、熱圧着温度が２００℃未満のため、非晶質や微結晶である光電変換層４としての半導体薄膜の耐熱温度（２００℃）以上に温度加熱されて、半導体薄膜の特性劣化の要因となることがない。また、導電性接着層６も、その硬化温度を２００℃未満とすることができ、硬化時間をプロセスに適合させて短時間処理できる材料を選択することにより、導電性接着層６として使用することができる。

これに対して、導電性接着層６として超音波はんだを使用する場合は、その融点が２１７℃〜２１８℃であるため、一般的に、はんだごての先温度を２５０℃程度としてはんだ接続を行う。この温度は、上記の光電変換層４としての半導体薄膜の耐熱温度以上であり、本構造の薄膜太陽電池では適用が困難である。

その後、バックシート（図示せず）の一部を開口し、出力タブ配線（図示せず）の一方を通して、他方をバスバー配線７に接続する。次いで、モジュール１に耐環境性を持たせるために、接着剤として粘着シート、例えばＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）フィルムを用いて、例えば複層のポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ：Polyethylene terephthalate）からなるバックシートを太陽光の入射側に接着して真空ラミネートする。そして、バックシート上に端子ボックス（図示せず）を接着し、先の出力タブを端子ボックスの各端子と接続する。バックシートを接着したモジュール１は、端面を防水樹脂（図示せず）、例えばシリコーン樹脂で封止した後、アルミフレーム（図示せず）で周囲を覆われる。

上述したように、実施の形態にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、裏面電極層５において、銀（Ａｇ）膜からなる導電性反射膜５２を窒化チタン（ＴｉＮ）膜からなる表面保護膜５３により覆っているため、導電性反射膜５２の銀（Ａｇ）膜の酸化や硫化を抑制することができ、銀（Ａｇ）膜の腐食による裏面電極層５としての機能低下を十分抑制することができ、環境負荷に対して安定な耐久性に優れた薄膜太陽電池が得られる。また、窒化チタン（ＴｉＮ）膜は低抵抗な表面保護膜であるため、この窒化チタン膜（ＴｉＮ）表面とバスバー配線との接続においても、バスバー配線７の取り付けに起因した接続部の配線抵抗の増大が無い。

また、窒化チタン（ＴｉＮ）はチタン（Ｔｉ）などと比較して安定しているため、裏面電極層５の形成後の製造工程における熱処理において導電性反射膜５２と表面保護膜５３とが相互拡散する、または合金化する、などにより接続抵抗が増大することがない。すなわち、裏面電極層５として、銀（Ａｇ）膜からなる導電性反射膜５２と窒化チタン（ＴｉＮ）膜からなる表面保護膜５３とを組み合わせることにより、低抵抗な薄膜太陽電池が得られる。

また、実施の形態にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、導電性接着剤または導電性粒子含有樹脂を用いて、裏面電極層５の表面保護膜５３とバスバー配線７とを接続しているため、透明電極層３の損傷などのバスバー配線７の取り付けに起因した接続部の配線抵抗の増大が無い。

また、裏面電極層５の表面保護膜５３とバスバー配線７との接続に導電性接着剤または導電性粒子含有樹脂を用いるため、バスバー配線７の接合時において、光電変換層４の耐熱温度以上の加熱による光電変換層４の薄膜半導体層の結晶性への悪影響や、裏面電極層５の食われ（侵食）といった劣化が生じず、これらに起因した接続抵抗の増大や、セルＣの破壊が無い。これにより、薄膜太陽電池の最終的な出力低下を最小限に留め、且つ安全性を確保することが可能である。

したがって、実施の形態にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、信頼性および出力特性に優れた薄膜太陽電池を作製することができる。

次に、実施の形態にかかる薄膜太陽電池の特性および信頼性を調べるために、以下の実験を行った。

まず、ガラス基板に銀（Ａｇ）薄膜を２００ｎｍの膜厚で成膜し、連続して窒化チタン（ＴｉＮ）薄膜を２０ｎｍの膜厚で積層して、１本の細長い配線を形成した。次に、この細長い配線を、長手方向における略中央部で分断して、２本の配線パターンを形成した。この２本の配線パターンの長手方向において対向する端面同士を、導電性粒子含有樹脂を接着剤として用いて、はんだ被覆銅線で接続した。また、２本の配線パターンの長手方向におけるそれぞれの他端にも、導電性粒子含有樹脂を接着剤として用いてはんだ被覆銅線を接続し、抵抗測定できるようにリードを形成した。

これを、多結晶系太陽電池のモジュールにおいて一般的に使用されるＥＶＡフィルムを接着剤として用いて、複層のＰＥＴからなるバックシートをガラス基板における配線パターンの形成側の面に接着して真空ラミネートした。そして、端面をシリコーン樹脂で端面封止してサンプルを３つ作製し、実施例１、実施例２、実施例３のサンプルとした。

また、比較対照として、ガラス基板にアルミニウム（Ａｌ）薄膜を３００ｎｍの膜厚で積層、分断して２本の配線パターンを形成したこと以外は、実施例の場合と同様にしてサンプルを２つ作製し、比較例１、比較例２のサンプルとした。

また、比較対照として、ガラス基板に銀（Ａｇ）薄膜を２００ｎｍの膜厚で成膜し、連続してアルミニウム（Ａｌ）薄膜を１００ｎｍの膜厚で積層、分断して２本の配線パターンを形成したこと以外は、実施例の場合と同様にしてサンプルを２つ作製し、比較例３、比較例４のサンプルとした。

また、比較対照として、ガラス基板に銀（Ａｇ）薄膜を２００ｎｍの膜厚で成膜し、連続してチタン（Ｔｉ）薄膜を１００ｎｍの膜厚で積層、分断して２本の配線パターンを形成したこと以外は、実施例の場合と同様にしてサンプルを１つ作製し、比較例５のサンプルとした。

以上のように作製した、実施例、比較例１〜比較例５の各サンプルに対して、以下のいずれかの条件下において接続抵抗（２本の配線パターンの長手方向における両端間における抵抗）を、上述した２本のリードを用いて測定した。その結果を図３に示す。図３は、実施例および比較例のサンプルにおける接続抵抗を示す特性図である。

条件１：ガラス基板上に２つの配線パターンを作製した直後の「配線接続直後」
条件２：バックシートを真空ラミネートした後の「真空ラミネート後」
条件３：シリコーン樹脂で端面封止した後の「端面封止後」
条件４：端面封止後において、製造プロセス処理の最高温度の状況を模擬する環境負荷とした「１５０℃、１ｈｒの熱処理後」
条件５：端面封止後において、「高温高湿試験（８５℃、８５％、２４ｈｒ）の処理後」
条件６：「端面封止後」において、「ヒートサイクル（−４５℃〜１０５℃）４８回の処理」

図３より、比較例１および比較例２のサンプルの場合は、接続抵抗は各条件において０．２以下であり、低抵抗が得られることが分かる。しかしながら、比較例１および比較例２のサンプルで使用しているアルミニウム（Ａｌ）薄膜は、銀（Ａｇ）と比較して反射率が低く、裏面電極層として使用するには反射率が不十分であるため、一般的に裏面電極層には用いられない。

また、比較例３〜比較例５の各サンプルの場合は、真空ラミネート（条件２）、端面封止（条件３）の製造工程で接続抵抗が増大すること、さらに環境負荷（条件４）を掛けると接続抵抗がさらに増大することがわかる。

一方、実施例１〜実施例３の各サンプルの場合は、真空ラミネート（条件２）、端面封止（条件３）の製造工程でも接続抵抗が増大せず、さらに環境負荷を掛けても、接続抵抗は比較例１および比較例２と同程度と小さく、且つ、接続抵抗は殆ど変化しないことがわかる。このことより、裏面電極層として導電性反射膜および表面保護膜とが積層された構成を有する薄膜太陽電池において、バスバー配線と接続する表面保護膜として窒化チタンが好適であることが実験的に確認された。

また、薄膜太陽電池の裏面電極層を銀（Ａｇ）と窒化チタン（ＴｉＮ）との積層構成とした場合に、セルＣの光電変換効率とレーザースクライブ加工性とにも問題のないことを確認した。

上記の実施例における窒化チタン（ＴｉＮ）膜は、マグネトロンＤＣスパッタリング装置を使用して、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ_２）との混合ガス中で反応性スパッタリングを実施することにより形成した。このような窒化チタン（ＴｉＮ）膜の成膜における、窒素（Ｎ_２）ガスの流量比（混合比）（Ｎ_２／（Ｎ_２＋Ａｒ）と、成膜した窒化チタン（ＴｉＮ）の抵抗率と、窒化チタン（ＴｉＮ）膜の成膜速度と、の関係について図４に示す。図４は、窒化チタン（ＴｉＮ）膜の成膜における、窒素（Ｎ_２）ガスの流量比（混合比）と、成膜した窒化チタン（ＴｉＮ）の抵抗率と、窒化チタン（ＴｉＮ）膜の成膜速度と、の関係を示す特性図である。図４においては、成膜した窒化チタン（ＴｉＮ）の抵抗率を白丸で、窒化チタン（ＴｉＮ）膜の成膜速度を黒丸で記している。

図４より、窒化チタン（ＴｉＮ）膜の成膜速度は窒素（Ｎ_２）ガス流量比（Ｎ_２／（Ｎ_２＋Ａｒ）が４０体積％以上で安定していること、成膜した窒化チタン（ＴｉＮ）の抵抗率は窒素（Ｎ_２）ガス流量比が高い程、低抵抗となることがわかる。

また、窒素（Ｎ_２）ガス流量比が体積％、７０体積％において成膜した窒化チタン（ＴｉＮ）について、オージェ電子分光（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）により、チタン（Ｔｉ）と窒素（Ｎ_２）との組成割合を比較したところ、両者に差がないことが確認された。これらのことから、窒素（Ｎ_２）ガス流量比が４０体積％の条件において、ほぼ安定な窒化チタンが形成されていると判断することができ、窒素（Ｎ_２）ガス流量比が４０体積％以上の条件で、反応性ＤＣスパッタリング法により窒化チタン（ＴｉＮ）を形成することにより、ほぼ安定な窒化チタンが得られると言える。なお、上記の実施例１〜実施例３では、７０体積％の窒素ガス流量比において窒化チタン（ＴｉＮ）を形成した。

以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池は、特に耐久性が要求される環境下での使用に有用である。

１ モジュール
２ 透光性絶縁基板（ガラス基板）
３ 透明電極層
４ 光電変換層
５ 裏面電極層
６ 導電性接着層
７ バスバー配線
５１ バリアー層
５２ 導電性反射膜
５３ 表面保護膜
Ｃ 太陽電池セル（セル）
Ｃ１ 太陽電池セル（セル）
Ｃ２ 太陽電池セル（セル）
Ｄ１ 第１の溝
Ｄ２ 第２の溝（接続溝）
Ｄ３ 第３の溝（分離溝）

Claims (4)

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、半導体薄膜からなり光電変換を行う光電変換層と、光を反射する導電層を含む第２電極層と、が順次積層されてなる複数の薄膜太陽電池セルが配設されるとともに、隣接する前記薄膜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、
   前記第２電極層は、前記光電変換層上に順次積層された銀膜からなる導電性反射膜と、窒化チタン膜からなり前記導電性反射膜の保護膜である表面保護膜と、を含み、
   前記直列接続された複数の薄膜太陽電池セルのうち、両端の前記薄膜太陽電池セルは、前記表面保護膜上に、導電性接着剤または導電性粒子含有樹脂からなる導電性接着層を介して、前記薄膜太陽電池セルからの電力の取り出し用の取り出し配線が配設されていること、
   を特徴とする薄膜太陽電池。
2. 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、第１電極層と、半導体薄膜からなり光電変換を行う光電変換層と、第２電極層と、をこの順で形成して複数の前記薄膜太陽電池セルを形成する第１工程と、
   前記直列接続された複数の薄膜太陽電池セルのうち、両端の前記薄膜太陽電池セルの前記第２電極層上に、前記薄膜太陽電池セルからの電力の取り出し用の取り出し配線を、導電性接着層を介して配設する第２工程と、
   を含み、
   前記第１工程では、銀膜からなる導電性反射膜と窒化チタン膜からなり前記導電性反射膜の保護膜である表面保護膜とを前記光電変換層上に順次積層して前記第２電極層を形成する工程を含み、
   前記第２工程では、導電性接着剤または導電性粒子含有樹脂からなる導電性接着層を介して、前記薄膜太陽電池セルからの電力の取り出し用の取り出し配線を前記表面保護膜上に配設すること、
   を特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
3. 前記光電変換層として、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層と第３導電型半導体層とが前記第１電極層側から順次積層されてなる半導体膜を形成すること、
   を特徴とする請求項２に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
4. 前記第１工程では、スパッタリングターゲットとしてチタンターゲットを使用し、スパッタリングガスとしてアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスを使用し、前記混合ガスにおける窒素ガスの混合比を４０体積％以上としたスパッタリング法により前記窒化チタン膜を形成すること、
   を特徴とする請求項２に記載の薄膜太陽電池の製造方法。

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