JP3017422B2

JP3017422B2 - 光起電力素子アレー及びその製造方法

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Publication number: JP3017422B2
Application number: JP7233083A
Authority: JP
Inventors: 克己中川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 2000-03-06
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: EP0763858A3; EP0763858A2; JPH0982998A; US6080928A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光起電力素子アレー及
びその製造方法に係る。より詳細には、透明層の導入に
伴う、歩留まり及び信頼性の低下を改善できる光起電力
素子アレー及びその製造方法に関する。その結果、高性
能で信頼性が高く、かつ、量産が容易な太陽電池として
機能する光起電力素子アレー及びその製造方法が得られ
る。

【０００２】

【従来の技術】人類のこれからのエネルギー源として、
その使用の結果発生する二酸化炭素の為に地球の温暖化
をもたらすと言われる石油や石炭、不測の事故により、
さらには正常な運転時に於いてすら放射線の危険が皆無
とは言えない原子力に全面的に依存していく事は問題が
多い。太陽電池は、太陽をエネルギー源としており地球
環境に対する影警が極めて少ないので、一層の普及が期
待されている。しかし現状に於いては、本格的な普及を
妨げている問題として以下のものが挙げられる。

【０００３】従来太陽光発電用としては、単結晶または
多結晶のシリコンが多く用いられてきた。しかしこれら
の太陽電池では結晶の成長に多くのエネルギーと時間を
要し、またその後も複雑な工程が必要となるため量産効
果があがりにくく、低価格での提供が困難であるという
問題点Ａがあった。

【０００４】この問題点Ａを解決するために、アモルフ
ァスシリコン（以下ａ−Ｓｉと記載）や、ＣｄＳ，Ｃｕ
ＩｎＳｅ₂などの化合物半導体を用いた、いわゆる薄膜
半導体太陽電池が盛んに研究、開発されてきた。これら
の太陽電池は、ガラス、ステンレススティール、アルミ
ニウムなどの安価な基板が利用でき、かつ、これらの基
板上に機能上必要なだけの半導体層を形成すればよく、
その製造工程も比較的簡単であり、使用する半導体の量
も少ないため、より低価格で生産できる可能性を持って
いる点が優れている。

【０００５】しかしながら、上記の太陽電池は、一般に
単体素子での出力電圧が低いため、殆どの用途に対して
は単体素子を直列接続して出力電圧を高める必要がある
という問題点Ｂがあった。

【０００６】この問題点Ｂを解決するために、薄膜半導
体太陽電池では同一の基板上に直列接続された素子のア
レーを作り込むことが必要となる。その解決法として
は、例えば次の３つの特許が挙げられる。（イ）米国特許第４，２５４，３８６号（出願日：１９
７９年６月１３日）には、絶縁性の基板上に分割された
複数の第１電極と、分割された薄膜半導体の光起電力層
（ｐｎ接合）と、分割された第２電極とからなる直列接
続光起電力素子アレーの構造が開示されている。（ロ）米国特許第４，２９２，０９２号（出願日：１９
８１年９月２９日）には、導電層や半導体光起電力層を
分割する手段として、レーザービームを使用する方法が
開示されている。（ハ）米国特許第４，６９７，０４１号（出願日：１９
８６年２月１０日）には、第１電極と第２電極の電気的
接続をとるための手段としてレーザービームを使用する
方法が開示されている。

【０００７】これらの方法によれば、各層の分割・直列
接続は容易に行なえるので、直列接続光起電力素子アレ
ーを低価格で生産できる可能性が指摘されている。

【０００８】しかしながら、上記（イ）〜（ハ）の特許
では、使用する基板は絶縁性のフィルムに限定され、基
板選択の自由度がないという問題点Ｃがあった。

【０００９】また、薄膜半導体を用いる場合、米国特許
第４，３６９，７３０号（出願日：１９８１年３月１６
日）に開示された可撓性のある長尺の基板を用いると、
ロール状に巻きながら使用できるため、太陽電池を連続
的に大量生産するのに適している。

【００１０】この場合の基板として、原理的には絶縁性
の樹脂のフィルムが使用出来るが、特性の良い薄膜半導
体を製造するには、少なくとも２００℃以上に基板を加
熱する必要がある。したがって、通常の樹脂フィルムは
熱のため溶けたり、変形したり、ガスを放出するため使
用が困難であるという問題点Ｄがあった。一方、ポリイ
ミドのような耐熱性に優れたフイルムは、フィルムへの
加工が困難なため価格も高くなるという問題点Ｅがあっ
た。

【００１１】このような問題点Ｄ及びＥを解決するため
に、可撓性のある長尺の基板としては、例えばステンレ
ススティール、アルミニウム等の金属の薄板が実用に供
されてきた。

【００１２】しかし、金属の基板を用いるとそれ自体が
導電性であるため、この表面に絶縁層を敷いてから直列
接続光起電力素子アレーを作る必要があった。その解決
策として、例えば、米国特許第４，４１０，５５８号
（出願日：１９８１年３月１６日）には、アルミニウム
からなる基板の上に、陽極酸化層を形成してから直列接
続光起電力素子アレーを作る技術が開示されている。

【００１３】一方、米国特許第４，４１９，５３３号
（出願日：１９８２年３月３日）には、光起電力素子の
効率を上げるために裏面反射層を設ける方法が開示され
ている。

【００１４】基板が光を通さない金属の場合、透明な第
２電極から入射した太陽光は光起電力素子層に吸収され
て、電力を発生するが一部の光、特に波長の長い光は光
起電力素子層に吸収されきれず、第２電極側に漏れてく
るという問題点Ｆがあった。そこで、第２電極に反射率
の高い金属を用いることにより、漏れてきた光を再度光
起電力素子層に戻して吸収させ、光の利用効率を高める
ことが提案されている。さらに第２電極に加えて、第２
電極と半導体光起電力素子層の間に、透明層をいれると
光学的な作用により、第２電極の反射率がさらに高ま
る。そのうえ第２電極及び／又はこの透明層の表面を光
の波長程度のピッチで凹凸構造にすると、太陽光が半導
体光起電力素子層の内部に閉じ込められ、半導体光起電
力素子層への吸収が著しく増加する。このような作用を
持つ第２電極と透明層を合わせて裏面反射層と呼ぶ。裏
面反射層は、直列接続光起電力素子アレーに対しても有
効である。

【００１５】しかし、一般に透明層は第１電極の一部と
見なされ、第１電極と一緒に溝を切らねばならず、ここ
での段差が高まる。その結果、光起電力素子層に欠陥が
入り易く、太陽電池としての歩留り・信頼性を損なう原
因となりやすかった。従って効率改善の観点からは、直
列接続光起電力素子アレーに裏面反射層を適用するのは
望ましい反面、現実には困難と考えられてきた。

【００１６】以下では、上述した従来の考え方で透明層
を導入して製造した光起電力素子アレーにおいて生じる
問題点を述べる。

【００１７】（１）透明層に形成された溝の段差部で欠
陥が発生し易い透明層は金属程ではないが、一般には半導体光起電力素
子層に比べはるかに抵抗が低いので、第１電極を電気的
に分離する為には第１電極と同じパターンの溝を形成し
なければならない。しかし透明層は一般に０．１〜１．
０μｍ程度の厚さがあり、特に半導体光起電力素子層と
してアモルファスシリコンを用いる場合の様に、半導体
の厚さが高々０．５μｍ程度の場合、段差部において被
覆性が悪く欠陥を生じ易くなる。

【００１８】（２）透明層にレーザー加工で溝を形成す
るのが困難である通常、透明層は太陽電池の加工によく用いられるＹＡＧ
レーザー（発振波長＝１．０６μｍまたは０．５３μ
ｍ）に対して透明なため、溝の形成にはかなりのビーム
強度が必要となり、絶縁層が損傷を受け基板との短絡が
発生し易い。

【００１９】上記（１）及び（２）の理由から、透明層
の導入に伴う歩留り・信頼性の低下を改善する技術の開
発が望まれていた。

【００２０】透明層の導入に伴う歩留り・信頼性の低下
を改善する事を目ざし検討を行なった結果、問題を解決
したのみならず、透明層が入っていない場合より、優れ
た歩留り・信頼性を得る事が出来た。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、透明層の導
入に伴う歩留り・信頼性の低下を改善することによっ
て、高効率で低コストで信頼性が高い太陽電池として使
用できる、光起電力素子アレー及びその製造方法を提供
することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の光起電力素子ア
レーは、少なくとも、導電性の基板と、前記基板上に設
けられた絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられ、溝によ
って電気的に分割された複数の第１電極と、前記第１電
極の上に設けられた透明層と、前記透明層の上に設けら
れた半導体からなる光起電力層と、前記光起電力層の上
に設けられ、前記第１電極の溝とは平面方向に距離Ｘず
れ、かつ、前記第１電極の溝とは平行となる位置に、溝
によって電気的に分割された複数の第２電極と、前記光
起電力層における前記距離Ｘの範囲内に、前記透明層と
前記第２電極、又は前記第１電極と前記第２電極との間
に電気的接触部を設けてなる光起電力素子アレーであっ
て、前記透明層には溝が形成されておらず、かつ、前記
透明層は前記第１電極及び前記第１電極に形成された溝
を被覆していることを特徴とする。

【００２３】本発明の光起電力素子アレーの製造方法
は、少なくとも、導電性の基板上に絶縁層を堆積する工
程１と、前記絶縁層の上に導電層を堆積する工程２と、
前記導電層に溝を形成し、電気的に分割された複数の第
１電極を形成する工程３と、該溝内と、前記第１電極の
上に透明層を堆積する工程４と、前記透明層の上に半導
体からなる光起電力層を堆積する工程５と、前記光起電
力層の上に透明導電層を堆積する工程６と、前記透明導
電層の、前記第１電極の溝とは平面方向にに距離Ｘず
れ、かつ、前記第１電極の溝とは平行となる位置に溝を
形成し、電気的に分割された複数の第２電極を形成する
工程７と、前記光起電力層における前記距離Ｘの範囲内
に、前記第１電極と前記第２電極の電気的接触部を形成
する工程８からなることを特徴とする。本発明の光起電
力素子の製造方法は、少なくとも、導電性の基板と、前
記基板上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の上に設け
られ、溝によって電気的に分割された複数の第１電極
と、前記第１電極の上に設けられた透明層と、前記透明
層の上に設けられた半導体からなる光起電力層と、前記
光起電力層の上に設けられ、前記第１電極の溝とは平面
方向に距離Ｘずれ、かつ、前記第１電極の溝とは平行と
なる位置に、溝によって電気的に分割された複数の第２
電極と、前記光起電力層における前記距離Ｘの範囲内
に、前記透明層と前記第２電極、又は前記第１電極と前
記第２電極との間に電気的接触部を設けてなる光起電力
素子アレーであって、前記電気的接続部材は前記光起電
力層を貫通して前記透明層の少なくとも一部にまで形成
された溝に設けられており、かつ、前記透明層は前記第
１電極及び前記第１電極に形成された溝を被覆している
ことを特徴とする。

【００２４】

【作用】請求項１に係る発明では、透明層には溝が形成
されておらず、かつ、透明層は第１電極及び第１電極に
形成された溝を被覆しているため、以下に挙げる作用を
有する光起電力素子アレーが得られる。溝が形成されているのは第１電極だけなので、段差を
低く抑えられる。その結果、短絡が生じにくい。溝を形成するのに必要なレーザビームの強度を低く抑
えられる。その結果、短絡が生じにくい。従来よりは軽微ではあるが、第１電極の形成によって
生じた段差、及び絶縁層に生じた短絡、を透明層が完全
に覆うため、段差で欠陥が生じにくく、あるいは基板と
の短絡の影響を抑えることができる。

【００２５】請求項２に係る発明では、透明層の比抵抗
を６００Ωｃｍ以下としたため、この抵抗によって生じ
るエネルギーロスを、１ｃｍ²あたりの出力の１％以下
とすることができる。また、透明層の比抵抗を４Ωｃｍ
以上としたため、隣接する第１電極間のリークによるエ
ネルギーロスが出力エネルギーの１％以下とすることが
できる。その結果、透明層が第１電極の溝を跨っている
ことが、光電変換特性に与える影響を実質的に無視でき
る、光起電力素子アレーが得られる。

【００２６】請求項３に係る発明では、透明層の波長７
００ｎｍにおける透過率が８５％以上であるため、半導
体からなる光起電力層を透過した波長７００ｎｍ程度の
透過光を、損失なく第１電極の表面に導くことができ
る。また、透明層の波長５３０ｎｍにおける透過率が７
０％以下であるため、透明層を加工するためにＮｄ−Ｙ
ＡＧレーザーの第２高調波（波長０．５３μｍ）を利用
できる。その結果、透明層を加工するために必要とされ
るレーザービームの強度を低くできるため、第１電極や
絶縁層の損傷も軽減することが可能な、光起電力素子ア
レーが得られる。

【００２７】請求項４に係る発明では、透明層がセレン
化亜鉛であるため、好適に請求項３の作用を実現するこ
とができる、光起電力素子アレーが得られる。

【００２８】請求項５に係る発明では、前記光起電力層
の少なくとも一部が、非単結晶シリコン、又は非単結晶
シリコン合金からなるため、使用する半導体の量が少な
く、かつ高性能の太陽電池を、ロール状の基板の上に製
造できる。その結果、低コストで変換効率の高い、光起
電力素子アレーが得られる。

【００２９】請求項６に係る発明では、前記電気的接続
部が、少なくとも前記第２電極および前記光起電力層を
貫通して設けられた穴を、埋めるように配設された導電
性充填材からなるため、充填材を選択することにより、
該電気的接続部の抵抗による損失を十分に低減できる。
その結果、変換効率が高い、光起電力素子アレーが得ら
れる。

【００３０】請求項７に係る発明では、前記電気的接続
部が、少なくとも前記光起電力層に設けられた低抵抗化
変質部からなるため、前記電気的接続部を形成する工程
が簡略化できる。その結果、よりコストの低い、光起電
力素子アレーが得られる。

【００３１】請求項８に係る発明では、少なくとも、導
電性の基板上に絶縁層を堆積する工程１と、前記絶縁層
の上に導電層を堆積する工程２と、前記導電層に溝を形
成し、電気的に分割された複数の第１電極を形成する工
程３と、前記第１電極の上に透明層を堆積する工程４
と、前記透明層の上に半導体からなる光起電力層を堆積
する工程５と、前記光起電力層の上に透明導電層を堆積
する工程６と、前記透明導電層の、前記第１電極の溝と
は平面方向にに距離Ｘずれ、かつ、前記第１電極の溝と
は平行となる位置に溝を形成し、電気的に分割された複
数の第２電極を形成する工程７と、前記光起電力層にお
ける前記距離Ｘの範囲内に、前記第１電極と前記第２電
極の電気的接触部を形成する工程８からなるため、少な
くとも請求項１に記載の光起電力素子アレーを形成でき
る製造方法が得られる。

【００３２】請求項９に係る発明では、前記工程８で
は、少なくとも前記第２電極および前記光起電力層を貫
通して設けられた穴を、埋めるように導電性充填材を配
設すると同時に、前記第２電極の表面に集電電極を形成
するため、簡単な工程により第２電極のシート抵抗によ
る損失を減少させることができる。その結果、低コスト
で変換効率の高い光起電力素子アレーの製造方法が得ら
れる。

【００３３】請求項１０に係る発明では、前記工程８で
は、少なくとも前記光起電力層に設けられる低抵抗化変
質部を、レーザービームの照射によって形成するため、
前記電気的接続部を形成する工程が簡略化できる。その
結果、よりコストの低い、光起電力素子アレーの製造方
法が得られる。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明の趣旨を、本発明の考え方
に基づいて透明層を導入し、直列接続した光起電力素子
アレーの一部分の断面構造（図１）を、従来の考え方に
基づいて透明層を導入し、直列接続した光起電力素子
（図８）と比較しながら説明する。図１及び図８では、
金属の薄板からなる基板１０１又は８０１の上に、絶縁
層１０２又は６０２が基板全体を覆う様に堆積されてい
る。この上に第１電極１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、
又は８０３ａ、８０３ｂ、８０３ｃが堆積されている。
第１電極は溝１０４ａ、１０４ｂ、又は８０４ａ、８０
４ｂで完全に分離されている。第１電極１０３又は８０
３は光に対し透明でも良いし、金属の様に不透明でも良
い。さらにこの上に、前述した様に入射太陽光を有効利
用するため、透明層１０５又は８０５が堆積されてい
る。

【００３５】従来の考え方では、透明層８０５は半導体
光起電力素子層８０６からの出力電流をスムーズに流す
為抵抗は低めに設定されいた。そこで図８においては、
第１電極８０３ａ、８０３ｂ及び８０３ｃを電気的に分
離する為、抵抗の低い透明層８０５は第１電極８０３と
同じパターンで完全に分離されている。

【００３６】一方、本発明の構成では透明層１０５は全
く溝が形成されておらず、完全に第１電極１０３や溝１
０４を覆っている。

【００３７】さらに、透明層１０５又は８０５の上に
は、半導体からなる光起電力素子層１０６又は８０６が
堆積されている。半導体からなる光起電力層１０６・８
０６は、その内部にｐｎ接合、ｐｉｎ接合、及びショッ
トキー接合等を含み、光起電力を発生する。

【００３８】さらにその上には、透明な第２電極１０７
ａ、１０７ｂ及び１０７ｃ、又は８０７ａ、８０７ｂ及
び８０７ｃが堆積されている。第２電極は溝１０８ａ、
１０８ｂ、又は８０８ａ、８０８ｂによって完全に分離
されている。溝１０８又は８０８は、溝１０４又は８０
４とは平面方向にずらして設けられ、その間には微小な
幅Ｘの領域が設けられている。

【００３９】またさらに、第２電極１０７又は８０７
と、半導体からなる光起電力層１０６又は８０６を貫通
して設けられた溝（穴でもよい）の中に、導電性の充填
材１０９又は８０９が配置され、第１電極１０３と第２
電極１０７、又は、第１電極８０３と第２電極８０７、
が電気的に接続されている。

【００４０】次に、図１の直列接続した光起電力素子ア
レーの機能について説明する。半導体からなる光起電力
層１０６は、第２電極１０７側から入射する光を吸収し
て起電力を生じ、第１電極１０３ａと第２電極１０７
ａ、第１電極１０３ｂと第２電極１０７ｂ、第１電極１
０３ｃと第２電極１０７ｃの間には各々電位差Ｖが発生
する。ここで接続部１０９ａ、１０９ｂによって、第１
電極１０３ｂと第２電極１０７ａ、第１電極１０３ｃと
第２電極１０７ｂとは同電位とされているので、隣り合
う第１電極１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、及び隣り合
う第２電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃは、順次Ｖづ
つ昇圧してゆく。図１は簡単な起電力素子アレーの一部
を示したに過ぎないが、実際にはこのような構成が求め
られる出力電圧に応じて必要なだけの回数繰り返し設け
られている。

【００４１】ところで図８において、溝８０４は透明層
８０５の厚さの分だけ段差が大きく、段差部で短絡個所
８１０を生じ易い。ここで短絡８１０ａは等価回路的に
導電性の充填材８０９ａと同じ作用をするので実害はな
いが、短絡８１０ｂは第１電極８０３ｂと第２電極８０
７ｂの短絡と同等で、直列接続光起電力素子アレーの特
性を著しく損なう。また透明層８０５は透明な為レーザ
ーで溝を形成する際ビーム強度を高めなければならず、
ともすれば絶縁層８０２を傷め短絡８１１を生じ易い。

【００４２】一方、図１においては溝が形成されている
のは第１電極１０３だけなので、段差が低く短絡が生じ
にくく、また溝を形成するのに必要なビームの強度も低
くて良いので、絶縁層の短絡も生じにくい。さらに第１
電極１０３を形成して生じた段差や、絶縁層１０２に生
じた短絡（いずれも図８の場合より軽微ではあるが）を
完全に覆うため、段差で欠陥が生じにくく、あるいは基
板との短絡の影響を抑えることが出来る。ただし透明層
１０５は第１電極の溝１０４を跨がっている為、この間
をリーク電流が流れ直列接続光起電力素子アレーの特性
を損なう可能性がある。一方透明層１０５の抵抗が高い
と半導体光起電力層１０６と第１電極１０３の間を電流
が流れるのを阻害するので、これまた直列接続光起電力
素子アレーの特性を損なうことになる。

【００４３】ここで透明層１０５の持つべき特性につい
て考察する。今単位素子の最適動作点での特性を、ＡＭ
１．５１００ｍＷ／ｃｍ²照射下において、出力電圧
Ｖ_op＝０．６Ｖ、出力電流Ｊ_op＝１５ｍＡ／ｃｍ²が
（出力＝Ｖ_op・Ｊ_op＝９．０ｍＷ／ｃｍ²、すなわち、
変換効率＝９．０％）と仮定する。この時、（ｉ）透明
層１０５の比抵抗をρ（Ωｃｍ）、厚さをｄ（ｃｍ）と
すると、１ｃｍ²あたりの厚さ方向の抵抗はρ・ｄとな
る。この抵抗によって生じるエネルギーロスはＪ_op・ρ
・ｄとなり、これが１ｃｍ²あたりの出力Ｖ_op・Ｊ_opの
１％以下である為には、Ｊ_op・ρ・ｄ＜０．０１・Ｖ_op・Ｊ_op である必要がある。即ち、ｄ＝０．１μｍ（＝１０^-5ｃ
ｍ）として、 ρ＜０．０１・Ｖ_op／ｄ＝６００Ωｃｍとなる。

【００４４】（ｉｉ）一方隣接する第１電極間のリーク
抵抗は、第１電極間の溝の幅をＬとすると、第１電極の
溝に平行な長さ１ｃｍあたり、ρ・Ｌ／ｄである。ここ
をリークする電流はＶ_op・ｄ／（ρ・Ｌ）であり、エネ
ルギーロスはＶ_op ²・ｄ／（ρ・Ｌ）となる。一方、第
１電極の幅をＷとすると、Ｗｃｍ×１ｃｍの面積から発
生する出力エネルギーはＷ・Ｖ_op・Ｊ_opである。リーク
によるエネルギーロスが出力エネルギーの１％以下であ
るためには、Ｖ_op ²・ｄ／（ρ・Ｌ）＜０．０１・Ｗ・Ｖ_op・Ｊ_op である必要がある。即ちＬ＝１００μｍ（１０^-2ｃ
ｍ）、Ｗ＝１ｃｍとして、 ρ＞Ｖ_op・ｄ／（０．０１・Ｌ・Ｗ・Ｊ_op）＝４Ωｃｍとなる。

【００４５】すなわち４Ωｃｍ＜ρ＜６００Ωｃｍであ
れば、（ｉ）、（ｉｉ）の条件は共に満たせる事になり
特性への影響は実質的に無視し得る。

【００４６】また図１とは別の本発明の実施形として、
図２の構成について説明する。ここでは第２電極２０７
・半導体光起電力層２０６に加えて、透明層２０５をも
貫通して設けられた溝（穴でもよい）の中に、導電性の
充填材２０９が配置され、第１電極２０３ｂと第２電極
２０７ａおよび第１電極２０３ｃと第２電極２０７ｂを
電気的に接続している。すなわちここでは、第１電極２
０３と第２電極２０７を直接接続しており、透明層２０
５の抵抗による接続部で発生しうるエネルギーロスを完
全に抑える事が出来る。また透明層２０５の半ばまで溝
が形成されていても良く、溝の加工のラティチュードが
広い。

【００４７】以下では、本発明の効果を示すために行な
った実験及びその結果について説明する。

【００４８】（実験１）図２で、基板２０１として大き
さ１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ０．２ｍｍのステンレスス
ティールを用いた。この基坂は十分な可撓性を持ってい
る。この上に絶縁層２０２として、スパッタ法により、
石英ガラスをターゲットとして、厚さ０．５μｍのＳｉ
Ｏ_x膜を堆積した。この膜の比抵抗は約１０¹⁵Ωｃｍ以
上で測定不能であった。絶縁層２０２の上にスパッタ法
にて第１電極２０３としてＡｇを厚さ０．１μｍ堆積し
た。その後、Ｎｄ−ＹＡＧレーザービーム（第２高調
波）で幅１００μｍの溝２０３を切り、Ａｇの層を幅約
１ｃｍ毎に１０分割した。さらにこの上に、スパッタ法
にてＺｎＯをターゲットとしＡｒとＯ₂を雰囲気ガスと
して、透明層２０５としてＺｎＯを０．５μｍ堆積し
た。この時同時にガラス基板上に、ＺｎＯを堆積しこの
ＺｎＯの比抵抗を測定した。

【００４９】次いでグロー放電分解によって、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈの半導体光起電力層２０６を堆積した。ここで半
導体光起電力層２０６は、リン（Ｐ）がドープされた厚
さ約２０ｎｍのｎ層、不純物がドープされていない厚さ
５００ｎｍ（＝０．５μｍ）のｉ層、ホウ素（Ｂ）がド
ープされた厚さ約１０ｎｍのｐ層とからなっている。さ
らにこの上に第２電極２０７として、ＲＦスパッタ法に
よりＩＴＯ（酸化インジウム・錫）を約６５ｎｍ堆積し
た。この第２電極２０７は、反射防止膜を兼ねる様に厚
さが設定されている。次いでＮｄ−ＹＡＧレーザービー
ム（基本波）で、幅１００μｍの溝２０８を切りＩＴＯ
の層を幅約１ｃｍ毎に１０分割した。

【００５０】溝２０４ａと溝２０８ａおよび溝２０４ｂ
と溝２０８ｂは約３００μｍ（＝Ｘ）ずらした。最後に
溝２０４ａと溝２０８ａおよび溝２０４ｂと溝２０８ｂ
の間を、Ｎｄ−ＹＡＧレーザービーム（第２高調波）で
照射し第１電極２０３に達する溝２０９を形成した。こ
の溝にＡｇべーストをスクリーン印刷により充填した。

【００５１】こうして１０段に直列接続された光起電力
素子アレーを作製した。同様に透明層２０５を堆積する
時の雰囲気中のＯ₂の割合を変化させながら６枚の試料
を作製した。

【００５２】このようにして作製した試料の光電変換特
性を、ＡＭ−１．５のソーラーシミュレーターの下で測
定し、変換効率を評価した（表１）。またこれとは別
に、ＩＴＯをマスクを用いて堆積した面積１ｃｍ²の単
体素子を作製し、標準試料として変換効率を評価した。
本実験の試料の様な直列接続アレーでは、第１電極や第
２電極に設けた溝（図２では２０４や２０９）の面積
や、これらの溝の間の幅Ｘの領域の面積の様な損失が生
じるので、溝や電気的接続部が理想的に形成出来たとし
ても、太陽電池としての変換効率は標準試料より若干低
くなる。

【００５３】

【表１】 ◎＝標準試料と同等（変換効率が標準試料の９５％以上）、 ○＝標準試料とほぼ同等（９５〜８０％）、 △＝特性劣る（８５〜５０％）、

【００５４】ここで比抵抗の低いＺｎＯを使用した場合
は、隣接する単位素子間のリークのためＶ_OCが低くなっ
たと考えられる。一方比抵抗の高いＺｎＯを使用した場
合は、ＺｎＯを電流が流れる際のエネルギーロスの影響
が現れたと考えられる。こうしてＺｎＯの比抵抗を制御
する事によって、特性を最適化する事が出来た。

【００５５】（実験２）次に、透明層２０５の歩留りへ
の影響を調べた。実験１の結果に基づきＯ₂流量比＝２
％としてＺｎＯを堆積し実験１の試料１を作製した。次
いで図８に示すような、透明層８０５を堆積した後透明
層８０５・第１電極８０３を合わせてレーザービームで
溝８０４を形成した以外は試料１と同様な試料２を作製
した。さらに透明層を堆積しなかった以外は試料１と同
様な試料３を作製した。

【００５６】それぞれの試料を各１０枚作製し、実験１
と同様にして特性と歩留りを評価した（表２）。ここで
歩留りとは、ＦＦ（曲線因子）が４５％以上あった試料
の割合を意味する。ＦＦは、同一の半導体光起電力層を
使用した標準素子で６０％程度であったが、素子に欠陥
があると低下する。また各試料１０枚のうち、特性の高
かった順に上位３位までの試料の特性の平均を調べた。
この特性は欠陥の影響を殆ど受けていないと考えて良
い。

【００５７】

【表２】 ◎＝標準試料と同等（変換効率が標準試料の９５％以上）、 ○＝標準試料とほぼ同等（９５〜８０％）、 △＝特性劣る（８５〜５０％）、

【００５８】表２から、試料２は、試料１ばがりか試料
３よりも歩留りが劣っている。これは前述した様に、試
料２では透明層８０５に溝を形成したためと思われる。
一方、透明層８０５に溝を形成しなかった試料１は、最
も歩留りが高かった。また、透明層８０５を堆積しなか
った試料３では、出力電流が少なく特性は劣っていた。

【００５９】したがって、上述した実験１及び２の結果
から、本発明の構成とすることによって、従来より高い
歩留りで、変換効率の高い、光起電力素子アレーが得ら
れることが分かった。

【００６０】以下では、本発明を実施をするのに好適な
各構成要素および製造方法等について説明をする。

【００６１】（基板）本発明に係る基板としては、各種
の金属が用いられる。中でもステンレス板、亜鉛鋼板、
アルミニューム板、銅板等は、価格も比較的低廉で好適
である。これらの金属板は、一定の形状に切断して用い
ても良いし、長尺のシート状の形態で用いても良い。こ
の場合にはコイル状に巻く事ができるので連続生産に適
合性がよく、保管や輸送も容易になる。基板の表面は研
磨しても良いが、例えばブライトアニール処理されたス
テンレス板の様に仕上がりの良い場合にはそのまま用い
ても良い。

【００６２】（絶縁層）本発明に係る絶縁層としては、
光が照射される条件下でも、少なくとも１０¹⁰Ωｃｍ以
上、好ましくは１０¹²Ωｃｍ以上の比抵抗を持つ必要が
ある。また電極や半導体の堆積で加わる温度（通常２０
０℃以上）や、さらにレーザービーム加工において加わ
る温度（瞬間的には１０００℃程度になると予想され
る）に耐える必要がある。この制約のため無機物の中か
ら選択せざるを得ない。また絶縁層の熱伝導率はレーザ
ーによる加工性に大きな影響を与える。絶縁層として
は、ダイヤモンド膜、シリコン膜・炭化シリコン膜（Ｃ
の組成比０．２以下）、アルミナ膜、窒化シリコン膜、
フッ化カルシウム、酸化シリコン等がある。これらの膜
はスパッタリング、プラズマＣＶＤ、イオンプレーティ
ング等の方法で基板の上に堆積出来る。

【００６３】（金属層）本発明に係る金属層である第１
電極としては、例えばＡｇやＡｌの様に、反射率の高い
金属を用いる事が好ましい。しかし前述した様に波長
０．５μｍより短い光に対しては反射率は高い必要は無
く、むしろこの範囲では反射率は低い方がＹＡＧレーザ
ービーム（第２高調波）の吸収が良く、レーザー加工に
とって都合が良い。この点からＣｕは好都合な材料であ
る。また硬度を上げる、高湿度下での安定性を高める等
の目的でＣｕを合金化する事も出来る。合金の相手金属
としては、Ａｇ，Ａｌ，Ｂｅ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｚｎ等があ
り、組成として０．１重量％から３０重量％位までの範
囲で、反射率の特性を大きく損なうことなく、好適に使
用出来る。これらの膜はメッキ、スパッタリング、プラ
ズマＣＶＤ、イオンプレーティング等の方法で基板の上
に堆積出来る。また前述したように半導体層中へ入射太
陽光を閉じ込めるためは、金属層表面を凹凸構造にする
事が望ましい。金属の堆積時の基板温度を高める事によ
って凹凸構造を発達させる事が出来る。

【００６４】（透明層）本発明に係る透明層の材料とし
ては、例えば、酸化錫（ＳｎＯ_x）、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ_x）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、カドミウムスタネ
イト（Ｃｄ₂ＳｎＯ ₄）等の金属酸化物を用いる事ができ
る。これらの材料は、実験１で説明した様な堆積時の雰
囲気中の酸素濃度の調整、あるいはドーパントの導入に
よって比抵抗を制御出来る。ドーパントとしては、ノン
ドープで比抵抗が高いＳｎＯ_xに対しては比抵抗を下げ
る為、フッ素（Ｆ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アン
チモン（Ｓｂ）が効果的である。またノンドープで比抵
抗が低いＺｎＯ_xに対しては比抵抗を上げる為、銅（Ｃ
ｕ）が効果的である。金属層の場合と同様に、半導体層
中へ入射太陽光を閉じ込めるため、透明層表面を凹凸構
造にしても良い。透明層の堆積時の基板温度を高める事
によって凹凸構造を発達させる事が出来る。また、透明
層の比抵抗に関してはすでに詳しく説明した。

【００６５】また、本発明者は透明層の材質についてさ
らに考察し、図２の構成の直列接続光起電力素子アレー
を作製するのに好適な透明層を想起するに至った。すな
わち前述した様に第１電極と透明層は、半導体光起電力
層で吸収し切れなかった光を再度半導体に戻す機能が求
められるが、一般に半導体材料は波長の短い光ほど、強
く吸収する傾向があり、例えば太陽電池用の薄膜半導体
として良く用いられる厚さ０．５μｍ程度の水素化アモ
ルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の場合、波長が０．
５μｍより短い光は殆ど吸収してしまい、実際上第１電
極２０３までは到達しない。しかしこれより波長が長く
なると次第に透過する光の割合が増え、波長０．７μｍ
程度では５０％以上の光が透過する。

【００６６】透明層が透過光を損失なく第１電極表面に
導く為、透明層の材料はこのような波長の光に対して透
過率が高い事が望ましい。透過光の損失を極力除くた
め、透明層の材料としてＳｎＯ_xやＺｎＯ_xが用いられる
事が多い。これらの金属酸化物では、確かに波長０．７
μｍでは透過率は８５％程度またはそれ以上で、透過光
損失改善の観点からは優れている。しかしこれらの金属
酸化物は、殆どの可視光に対して８５％以上の透過率を
示すためレーザー加工を行なう上で不都合である。

【００６７】現在太陽電池の製造においては、殆どＮｄ
−ＹＡＧレーザーが用いられている。Ｎｄ−ＹＡＧレー
ザーでは基本波は波長１．０６μｍであり、この波長で
使用されることも多いが、波長０．５３μｍの第２高調
波を利用する事も出来る。Ｎｄ−ＹＡＧレーザーの第２
高調波を利用すれば、更に次のような特徴が出る。前述
した様に、波長０．５３μｍ程度の光は多くの場合、半
導体光起電力層１０５で殆ど吸収されてしまうので、透
明層の材料はこれより波長が短い光に対して高い透過率
を持っている必要は無い。逆に、このような光に対し、
透過率が低ければ（吸収が多ければ）それだけＮｄ−Ｙ
ＡＧレーザーの第２高調波の吸収が増え、透明層２０５
を加工する場合に必要とされるレーザービームの強度が
低くて良く、結局第１電極２０３や絶縁層２０２の損傷
も少なくて済む。この様な材料としては酸化セレンがあ
げられる。

【００６８】（レーザー加工）本発明に係るレーザー加
工では、例えば、ＹＡＧレーザー（主発振波長＝１．０
６μｍ）、ＣＯ₂レーザー（主発振波長＝１０．６μ
ｍ）、エキシマーレーザー（主発振波長＝０．１９μｍ
等）が使用できる。各々発振波長が異なり特徴がある
が、太陽電池の加工用としては、出力の大きさ、安定
性、装置の価格が比較的低廉である等の理由により、Ｙ
ＡＧレーザーが最も使われている。

【００６９】ＹＡＧレーザーでは１．０６μｍの主発振
波長の他に、非線形光学素子を併用すると第２高調波
（発振波長＝０．５３μｍ）を利用する事も出来る。Ｙ
ＡＧレーザーは、連続発振動作も出来るが、高いピーク
パワーを得るためにＱスイッチパルス発振動作で使用す
る事が多い。Ｑスイッチパルス発振の周波数は通常数ｋ
Ｈｚから数十ｋＨｚ程度であり、一つのパルスの継続時
間は１００ｎｓｅｃ前後である。発振のモードは、ＴＥ
Ｍ００モードがビーム内の強度分布がきれいで使い易
い。

【００７０】レーザー加工用光学形の概要を図６に示
す。６０１はレーザー本体である。この中に必要に応じ
てＱスイッチ、非線形光学素子が組み込まれている。６
０２は電源でレーザーの励起光源を点灯する。６０３は
冷却装置で冷却水を循環している。６０４は出力された
レーザービームで、ダイクロイックミラー６０５によっ
て９０度折り曲げられレンズ６０６にて試料６０７上に
集光される。試料６０７はステージ６０８の上に取りつ
けられ、ステージ６０８はコントローラ６０９により、
決められた速度で水平方向に移動し、試料表面をビーム
が走査する。大型の試料の場合は、ポリゴンミラーを利
用して、ビームの方を移働しても良い。照明光源６１０
からの光がレンズ６１１でコリメートされ、ダイクロイ
ックミラー６１２で９０度折り曲げられ試料６０７を照
明する。加工の状況はＩＶＴカメラ６１４によって撮影
され、モニター６１５でその場で観察が出来る。

【００７１】

【実施例】以下、実施例により、本発明に係る光起電力
素子アレー及びその製造方法について更に詳しく説明す
るが、本発明はこれらの実施例により限定されるもので
はない。

【００７２】（実施例１）本例では、図３に示すよう
な、第２電極３０７の上にグリッド電極３１０を設けた
光起電力素子アレーの場合を説明する。図３（ａ）は断
面図、図３（ｂ）は平面図である。また、図３の光起電
力素子アレーは、グリッド電極３１０以外の部分は図２
の光起電力素子アレーと同等であり、各構成要素の番号
の下２桁は共通とした。

【００７３】以下では、本例の光起電力素子アレーを、
作製手順にしたがって説明する。

【００７４】（１）基板３０１として大きさ１０ｃｍ×
３０ｃｍ、厚さ０．２ｍｍのステンレススティールを用
いた。この基板をＤＣマグネトロンスパッタ装置にセッ
トし、まず多結晶シリコンターゲットを用いて、アルゴ
ン（Ａｒ）、エチレン（Ｃ₂Ｈ₄）、水素（Ｈ₂）を雰囲
気ガスとして、厚さ１．０μｍのＳｉＣ膜を堆積し絶縁
層３０２とした。引き続きＡｇターゲットを用いて、Ａ
ｒを雰囲気ガスとして、厚さ０．１μｍのＡｇ膜を堆積
し第１電極３０３を堆積した。

【００７５】（２）上記（１）で作製した試料を、図６
のレーザー加工機のステージ６０７にセットした。Ｎｄ
−ＹＡＧレーザーを発振させつつ、ステージ６０９を移
動してレーザービームを走査し、幅１００μｍの溝５０
４を切りＺｎＯ及びＡｇの層を幅約３ｃｍ毎に１０分割
した。さらに酸化亜鉛（ＺｎＯ）ターゲットを用いて、
Ａｒを雰囲気ガスとして、厚さ０．３μｍのＺｎＯ膜を
堆積し透明層３０５とした。

【００７６】（３）上記透明層３０５の上に、アモルフ
ァスシリコン半導体からなる光起電力層３０６を堆積し
た。平行平板容量結合型グロー放電装置に試料をセット
し、まずシラン（ＳｉＨ₄）、フォスフィン（ＰＨ₃）、
水素（Ｈ₂）を流して圧力を１Ｔｏｒｒに調整し、試料
を２５０℃に加熱して、電極間に高周波電圧を印加しグ
ロー放電プラズマを生起し、リン（Ｐ）がドープされた
厚さ約２０ｎｍのｎ層（図示せず）を堆積した。次いで
シラン（ＳｉＨ₄）、水素（Ｈ₂）を流して圧力を１Ｔｏ
ｒｒに調整し、試料を２００℃に加熱して、電極間に高
周波電圧を印加しグロー放電プラズマを生起し、厚さ４
００ｎｍ（＝０．４μｍ）のｉ層（図示せず）を堆積し
た。さらにシラン（ＳｉＨ₄）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）、
水素（Ｈ₂）を流して圧力を１Ｔｏｒｒに調整し、試料
を１５０℃に加熱して、電極間に高周波電圧を印加しグ
ロー放電プラズマを生起し、ボロン（Ｂ）がドープされ
た厚さ約１０ｎｍのｐ層（図示せず）を堆積した。電子
線回折実験を行なったところｐ層は微結晶化している事
が分かった。

【００７７】（４）上記ｐ層の上に、第２電極３０７と
して、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、ＩＴＯ
（酸化インジウム・錫）ターゲットを使用しＡｒを雰囲
気ガスとして第２電極３０７としてＩＴＯ膜を約６５ｎ
ｍ堆積した。この第２電極３０７は反射防止膜を兼ねる
様に厚さが設定されている。

【００７８】（５）上記（４）で作製した試料を、再び
図６のレーザー加工機に試料をセットし、第２電極の溝
３０８を形成した。Ｎｄ−ＹＡＧレーザーを発振させつ
つ、ステージ６０９を移動してレーザービームを走査
し、幅１００μｍの溝５０７を切りＩＴＯの層を幅約３
ｃｍ毎に１０分割した。また溝３０８は溝３０４と約３
００μｍ（＝Ｘ）ずらして形成した。最後に溝３０４と
溝３０８の間を、Ｎｄ−ＹＡＧレーザービーム（第２高
調波）で照射し、第１電極３０３に到達する溝を形成し
た。

【００７９】（６）上記（５）で作製した「第１電極３
０３に到達する溝」を、スクリーン印刷することによっ
てＡｇぺーストを溝に充填し、透明層５０９と第２電極
５０７の間を電気的に接続した。

【００８０】（７）また、Ａｇぺーストのバターンを、
図３（ｂ）に示すような櫛の歯状としてグリッド電極３
１０を形成した。グリッド電極３１０は、この部分が影
を作る分出力電流を損なうが、一方では第２電極のＩＴ
Ｏの抵抗が十分低くない分を補い、ロス無しに出力電流
を集める機能がある。そのため本例の様に、第１電極３
０３や第２電極３０７の幅Ｗを広くすることができる。

【００８１】上述した工程（１）〜（７）によって、１
０段に直列接続した光起電力素子アレー（試料１）を作
製した。

【００８２】この試料１を、ＡＭ−１．５照度１００ｍ
Ｗ／ｃｍ²のソーラーシュミレーターを用いて評価した
ところ、面積１ｃｍ²の直列接続した単体素子とほぼ同
等の変換効率を示した。一方、比較のため透明層３０５
にも溝を形成して作製した試料では、歩留りが著しく低
下した。また、透明層３０５を堆積しなかった試料で
は、変換効率が低下していた。

【００８３】したがって、本発明の光起電力素子アレー
の構成は、優れたものである事が分かった。

【００８４】（実施例２）本例では、図４に示すとお
り、電気的接続部として光起電力層に低抵抗化変質部を
設けた光起電力素子アレーの場合を説明する。

【００８５】以下では、本例の光起電力素子アレーを作
製手順にしたがって説明する。（１）基板４０１としては、大きさ１０ｃｍ×１０ｃ
ｍ、厚さ０．２ｍｍのステンレススティールを用いた。
この基板をＥＣＲ放電装置にセットし、エチレン（Ｃ₂
Ｈ₄）、水素（Ｈ₂）を流しながら、周波数２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を導入し、基板温度を５００℃として、
厚さ０．７μｍのダイヤモンド膜を堆積し絶縁層４０２
とした。引き続き銅（Ｃｕ）ターゲットを用いて、Ａｒ
を雰囲気ガスとして、厚さ０．１μｍのＣｕ膜を堆積し
第１電極４０３を堆積した。次にこの試料を図６のレー
ザー加工機を用いて、幅１００μｍの溝４０４を切りＣ
ｕの層を幅約１ｃｍ毎に１０分割した。第１電極として
Ｃｕを用いたので、レーザー加工に必要なビーム強度は
実施例１の場合に比べ低い値で良かった。さらに酸化亜
鉛（ＺｎＯ）ターゲットを用いてＡｒを雰囲気ガスとし
て、厚さ０．５μｍのＺｎＯ膜を堆積し透明層４０５と
した。

【００８６】（２）上記透明層４０５の上に、ｉ層とし
てゲルマン（ＧｅＨ₄）をＳｉＨ₄、Ｈ₂に加えて流して
作製したアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−Ｓｉ
Ｇｅ：Ｈ）を用いた他は実施例１と同様にして、半導体
光起電力層３０６、第２電極４０７を堆積し、第２電極
に溝４０８を形成した。

【００８７】（３）上記（２）で作製した試料の透明層
４０６と第２電極４０７の間を、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー
のレーザービーム（第２高調波）で照射し、ａ−ＳｉＧ
ｅ：Ｈを結晶化して低抵抗化し、電気的に接続した。

【００８８】この構成では、スクリーン印刷工程が不要
となり、製造工程をさらに簡素化することができる。ま
た、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈはａ−Ｓｉ：Ｈに比べ、太陽光の
より長波長の部分まで利用できるので、大きな出力電流
がえられる。

【００８９】上述した工程（１）〜（３）によって、１
０段に直列接続した光起電力素子アレー（試料２）を作
製した。

【００９０】この試料２を、ＡＭ−１．５照度１００ｍ
Ｗ／ｃｍ²のソーラーシュミレーターを用いて評価した
ところ、面積１ｃｍ²の直列接続していない単体素子と
全く同等の変換効率を示した。

【００９１】（実施例３）本例では、ロール・ツー・ロ
ール装置を用いて、図５に示す構成の光起電力素子アレ
ーを製造する場合を説明する。

【００９２】以下では、本例の光起電力素子アレーを、
作製手順にしたがって説明する。（１）基板としては、幅１０ｃｍ、厚さ０．１ｍｍ、長
さ３００ｍのステンレススティールを、アルカリ性の洗
浄液（温度６０℃）で洗浄し、イオン交換水でリンス・
温風乾燥した後、コイル状に巻いた物を使用した。

【００９３】（２）基板上に絶縁層５０２から透明層５
０５までを、図７に示すロール・ツー・ロール・スパッ
タリング装置を用いて堆積した。ここで、ステンレスス
ティール基板のロール７０６を送りだし室７０１にセッ
トし、一定の速度で送りだし、巻き取り室７０６でロー
ル７０９に巻き取る。途中でまず堆積室７０２で、多結
晶シリコンターゲット７１０に電源７１２から直流電圧
を印加し、アルゴン（Ａｒ）・エチレン（Ｃ₂Ｈ₄）・水
素（Ｈ₂）を雰囲気ガスとして、基板７０８の裏面から
ヒーター７１１で基板が３００℃となる様加熱しつつ、
厚さ１．０μｍのＳｉＣ膜を堆積し絶縁層５０２とし
た。引き続き堆積室７０３内でＣｕターゲットを用い
て、Ａｒを雰囲気ガスとして、厚さ０．１μｍのＣｕ膜
を堆積し第１電極５０３を堆積した。堆積室７０３内の
構成は、堆積室７０２と同様である。

【００９４】（３）レーザー加工室７０４において、上
記透明層５０５の表面に対して、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー
７１３のレーザービーム７１５を、回転ポリゴンミラー
７１４で基板の幅方向に走査ししつつ、ポリゴンミラー
の回転角とパルス発振のタイミングを同期させて基板の
長手方向に伸びる幅１００μｍの溝５０４を切り、Ｃｕ
の層を約１ｃｍ毎に１０分割した。

【００９５】（４）堆積室７０５内において、酸化亜鉛
（ＺｎＯ）ターゲットを用いて、Ａｒを雰囲気ガスとし
て、厚さ０．５μｍのＺｎＯ膜を堆積し透明層５０９と
した。

【００９６】（５）続いて米国特許第４，３６９，７３
０号に開示されるような、ロール・ツー・ロール方式の
グロー放電堆積装置を用いて、タンデム型の光起電力素
子層５０６を堆積した。

【００９７】タンデム型の光起電力素子層５０６は、ｉ
層としてゲルマン（ＧｅＨ₄）をＳｉＨ₄・Ｈ₂に加えて
流して堆積したアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ
−ＳｉＧｅ：Ｈ）を使用したボトムセルと、ｉ層として
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を使用したトッ
プセルを積層したものである。

【００９８】タンデム型の光起電力素子では、入射太陽
光のうち、波長が５００ｎｍより短い部分は主としてト
ップセルで吸収し、トップセルで吸収し切れなかった波
長が５００ｎｍより長い部分をボトムセルで効率よく利
用することができる。また、２つのセルが直列化されて
いるので、高い出力電圧がえられる。

【００９９】（６）上記工程（５）の後、再びロール・
ツー・ロール方式のスパッタリング装置（堆積室は１室
のみ）で、ＩＴＯ（酸化インジウム・錫）ターゲットを
使用し、Ａｒを雰囲気ガスとして、第２電極５０７とし
てＩＴＯ膜を約６５ｎｍ堆積した。

【０１００】（７）その後隣接のレーザー加工室で、第
２電極７０７の表面をＮｄ−ＹＡＧレーザーのレーザー
ビームで基板の幅方向に走査し、基板の長手方向に伸び
る、幅１００μｍの溝５０８を切りＩＴＯの層を幅約１
ｃｍ毎に１０分割した。また溝５０８は溝５０４と約３
００μｍ（＝Ｘ）ずらして形成した。またこれと同時
に、レーザー加工室で別のＮｄ−ＹＡＧレーザーのレー
ザービーム（第２高調波）で、基板の幅方向に走査し第
１電極５０３と第２電極５０７の間を電気的に接続し
た。レーザー加工が終了したロールは、長さ１０ｃｍ毎
に切り取った。

【０１０１】上述した工程（１）〜（７）によって、１
０段に直列接続した１０ｃｍ×１０ｃｍの光起電力素子
アレー（試料３）を作製した。

【０１０２】この試料３を、ＡＭ−１．５照度１００ｍ
Ｗ／ｃｍ²のソーラーシュミレーターを用いて評価した
ところ、作製した試料の９６％が、面積１ｃｍ²の直列
接続した単体素子とほぼ同等の変換効率を示した。

【０１０３】したがって、本発明の構成からなる直列接
続した光起電力素子アレーは量産性にも富んでいること
が分かった。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
透明層を第１電極の上に積層する事により、半導体から
なる光起電力層を透過した入射太陽光を有効に利用する
事ができるので、変換効率が高められる。

【０１０５】しかも、第１電極に形成された溝の段差に
よる欠陥の発生を防止し、また第１電極の形成に伴い絶
縁層に生じうる短絡の影響も抑えられるので、変換効率
が高く、歩留り・信頼性が高い直列接続光起電力素子ア
レーを加工性良く製造する事ができる。

【０１０６】したがって、本発明は太陽光発電の普及に
大いに寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る直列接続した光起電力素子アレー
の１例を示す模式的断面図である。

【図２】本発明に係る直列接続した光起電力素子アレー
の別の１例を示す模式的断面図である。

【図３】本発明に係る直列接続した光起電力素子アレー
のさらに別の１例を示す模式図である。

【図４】本発明に係る直列接続した光起電力素子アレー
のさらに別の１例を示す模式的断面図である。

【図５】本発明に係る直列接続した光起電力素子アレー
のさらに別の１例を示す模式的断面図である。

【図６】本発明に係るＮｄ−ＹＡＧレーザー加工機の概
略図である。

【図７】本発明に係る直列接続した光起電力素子アレー
を製造するのに好適なロール・ツー・ロール方式のスパ
ッタリング装置の概略図である。

【図８】従来の直列接続光起電力素子アレーの１例の断
面構造の一部を示す図である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、８０１金
属基板、１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、８０２絶
縁層、１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、８０３第
１電極、１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、８０４第
１電極を分離する溝、１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、８０５透
明層、１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、８０６半
導体光起電力層、１０７、２０７、３０７、４０７、５０７、８０７第
２電極、１０８、２０８、３０８、４０８、５０８、８０８第
２電極を分離する溝、１０９、２０９、３０９、４０９、５０９、５１０、８
０９電気接続部、６０１、７１３ＹＡＧレーザー、６０７試料、６１０照明光源、６１４ＩＴＶカメラ、７０１送りだし室、７０２、７０３、７０５堆積室、７０６巻き取り室、７０７基板コイル、７１０ターゲット、７１４回転ポリゴンミラー。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、導電性の基板と、前記基板上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられ、溝によって電気的に分割さ
れた複数の第１電極と、前記第１電極の上に設けられた透明層と、前記透明層の上に設けられた半導体からなる光起電力層
と、前記光起電力層の上に設けられ、前記第１電極の溝とは
平面方向に距離Ｘずれ、かつ、前記第１電極の溝とは平
行となる位置に、溝によって電気的に分割された複数の
第２電極と、前記光起電力層における前記距離Ｘの範囲内に、前記透
明層と前記第２電極、又は前記第１電極と前記第２電極
との間に電気的接触部を設けてなる光起電力素子アレー
であって、前記透明層には溝が形成されておらず、かつ、前記透明
層は前記第１電極及び前記第１電極に形成された溝を被
覆していることを特徴とする光起電力素子アレー。
【請求項２】前記透明層の比抵抗が、４Ωｃｍ以上６
００Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載
の光起電力素子アレー。
【請求項３】前記透明層は、波長７００ｎｍにおける
透過率が８５％以上であり、かつ、波長５３０ｎｍにお
ける透過率が７０％以下であることを特徴とする請求項
１乃至２のいずれか１項に記載の光起電力素子アレー。
【請求項４】前記透明層が、セレン化亜鉛であること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光
起電力素子アレー。
【請求項５】前記光起電力層の少なくとも一部が、非
単結晶シリコン、又は非単結晶シリコン合金からなるこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
光起電力素子アレー。
【請求項６】前記電気的接続部が、少なくとも前記第
２電極および前記光起電力層を貫通して設けられた穴
を、埋めるように配設された導電性充填材からなること
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光
起電力素子アレー。
【請求項７】前記電気的接続部が、少なくとも前記光
起電力層に設けられた低抵抗化変質部からなることを特
徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光起電
力素子アレー。
【請求項８】少なくとも、導電性の基板上に絶縁層を
堆積する工程１と、前記絶縁層の上に導電層を堆積する工程２と、前記導電層に溝を形成し、電気的に分割された複数の第
１電極を形成する工程３と、該溝内と、前記第１電極の上に透明層を堆積する工程４
と、前記透明層の上に半導体からなる光起電力層を堆積する
工程５と、前記光起電力層の上に透明導電層を堆積する工程６と、前記透明導電層の、前記第１電極の溝とは平面方向に距
離Ｘずれ、かつ、前記第１電極の溝とは平行となる位置
に溝を形成し、電気的に分割された複数の第２電極を形
成する工程７と、前記光起電力層における前記距離Ｘの範囲内に、前記第
１電極と前記第２電極の電気的接触部を形成する工程
８、からなることを特徴とする光起電力素子アレーの製造方
法。
【請求項９】前記工程８では、少なくとも前記第２電
極および前記光起電力層を貫通して設けられた穴を、埋
めるように導電性充填材を配設すると同時に、前記第２
電極の表面に集電電極を形成することを特徴とする請求
項８に記載の光起電力素子アレーの製造方法。
【請求項１０】前記工程８では、少なくとも前記光起
電力層に設けられる低抵抗化変質部を、レーザービーム
の照射によって形成することを特徴とする請求項８に記
載の光起電力素子アレーの製造方法。
【請求項１１】少なくとも、導電性の基板と、前記基板上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられ、溝によって電気的に分割さ
れた複数の第１電極と、前記第１電極の上に設けられた透明層と、前記透明層の上に設けられた半導体からなる光起電力層
と、前記光起電力層の上に設けられ、前記第１電極の溝とは
平面方向に距離Ｘずれ、かつ、前記第１電極の溝とは平
行となる位置に、溝によって電気的に分割された複数の
第２電極と、前記光起電力層における前記距離Ｘの範囲内に、前記透
明層と前記第２電極、又は前記第１電極と前記第２電極
との間に電気的接触部を設けてなる光起電力素子アレー
であって、前記電気的接続部材は前記光起電力層を貫通して前記透
明層の少なくとも一部にまで形成された溝に設けられて
おり、かつ、前記透明層は前記第１電極及び前記第１電
極に形成された溝を被覆していることを特徴とする光起
電力素子アレー。
【請求項１２】前記透明層の比抵抗が、４Ωｃｍ以上
６００Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１１に
記載の光起電力素子アレー。
【請求項１３】前記透明層は、波長７００ｎｍにおけ
る透過率が８５％以上であり、かつ、波長５３０ｎｍに
おける透過率が７０％以下であることを特徴とする請求
項１１又は１２に記載の光起電力素子アレー。
【請求項１４】前記透明層が、セレン化亜鉛であるこ
とを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記
載の光起電力素子アレー。
【請求項１５】前記光起電力層の少なくとも一部が、
非単結晶シリコン、又は非単結晶シリコン合金からなる
ことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に
記載の光起電力素子アレー。
【請求項１６】前記電気的接続部が、少なくとも前記
第２電極および前記光起電力層を貫通して設けられた穴
を、埋めるように配設された導電性充填材からなること
を特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載
の光起電力素子アレー。
【請求項１７】前記電気的接続部が、少なくとも前記
光起電力層に設けられた低抵抗化変質部からなることを
特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の
光起電力素子アレー。