JP4758495B2

JP4758495B2 - 薄膜太陽電池モジュール

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Publication number: JP4758495B2
Application number: JP2009119101A
Authority: JP
Inventors: 善之奈須野; 彰清水
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2027-07-13
Also published as: JP2009177222A

Description

本発明は、薄膜太陽電池モジュールに関する。

近年、ガスを原料としてプラズマＣＶＤ法により形成される薄膜光電変換装置が注目されている。このような薄膜光電変換装置の例として、シリコン系薄膜からなるシリコン系薄膜光電変換装置や、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ₂）化合物、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ₂）化合物からなる薄膜光電変換装置等が挙げられ、開発が推進され生産量の拡大が進められている。これらの光電変換装置の大きな特徴は、大面積の安価な基板上に、プラズマＣＶＤ装置又はスパッタ装置のような形成装置を用いて半導体層又は金属電極膜を積層させ、その後、同一基板上に作製した光電変換装置をレーザパターニング等により分離接続させることにより、光電変換装置の低コスト化と高性能化とを両立できる可能性を有している点である。

ところで、複数のセルを直列接続して構成される直列アレイを有する薄膜光電変換モジュールが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、所定条件下で直列アレイに流れる短絡電流が６００ｍＡ以下になるように光電変換装置を設計することによって、ホットスポット現象によるセルの破壊を十分に防止ことができる旨が記載されている。

特開２００１−６８７１３号公報

本発明者らは、鋭意研究を行ったところ、特許文献１に記載の方法では、ホットスポット現象によるセルの損傷を十分に抑制できなかったり、隣接するセル間を電気的に接続するコンタクトラインの損傷を十分に抑制できなかったりする場合があることを見出した。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、セルやコンタクトラインの損傷を抑制することができる薄膜太陽電池モジュールを提供するものである。

本発明の薄膜太陽電池モジュールは、双方向的に互いに並列接続された複数のセルストリングを備えるセルモジュールを備え、前記セルストリングは、コンタクトラインを通じて互いに直列接続された複数のセルを備え、前記セルは、表面電極、光電変換層及び裏面電極をこの順に重ねて備え、前記コンタクトラインは、隣接する２つの前記セルのうちの一方の表面電極と他方の裏面電極とを電気的に接続し、光源：キセノンランプ、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ²、ＡＭ：１．５、温度：２５℃という条件下における、前記セルモジュールの出力をＰ（Ｗ）、前記セルストリングの出力をＰｓ（Ｗ）、前記コンタクトラインの面積をＳc（ｃｍ²）としたときに、（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが１０．７（ｋＷ／ｃｍ²）以下であり、Ｐｓが１２Ｗ以下であり、Ｐが３８５Ｗ以下であることを特徴とする。

まず、本発明者らは、セルの損傷と関係するのは、セルストリングに流れる電流の大きさではなく、セルストリングからの出力であると考え、セルストリングの最大出力の上限を規定すべきであると発想した。そして、数多くの実験を行ったところ、セルストリングの出力を１２Ｗ以下にすることによって極めて不利な条件下においてもセルの損傷が抑制されることを見出した。

また、本発明者らは、セルストリングの１本のみが影になり、その他のセルストリングで発電が行われているような場合には、発生した電力が影になっているセルストリングに流れこみ、セルストリング中の隣接する２つのセルを直列接続するコンタクトラインを損傷させる場合があると発想した。そして、数多くの実験を行ったところ、Ｐが３８５Ｗ以下である場合には、（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃで定義されるコンタクトライン印加電力密度を１０．７（ｋＷ／ｃｍ²）以下にすることによってコンタクトラインの損傷が抑制されることが見出し、本発明の完成に到った。

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。
Ｐは、９０Ｗ以上であってもよい。この場合、コンタクトラインの損傷が比較的起こりやすいので本発明を適用するメリットが大きい。
前記コンタクトラインは、幅が４０μｍ以上２００μｍ以下であってもよい。
表面電極は、ＳｎＯ₂を含む材料からなる透明導電膜からなり、裏面電極は、透明導電膜と金属膜の積層構造を有してもよい。
ここで示した種々の実施形態は、互いに組み合わせることができる。

本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの構成を示す平面図である。図１中のＩ−Ｉ断面図である。（ａ）は、図１中の領域Ａの拡大図であり、（ｂ）は、（ａ）中のコンタクトラインを抜き出したものである。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールにおける「双方向的に互いに並列接続」という用語を説明するための図である。本発明の別の実施形態の薄膜太陽電池モジュールの構成を示す平面図である。本発明の別の実施形態の薄膜太陽電池モジュールの構成を示す平面図である。本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造に用いるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す断面図である。

以下，本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す内容は，例示であって，本発明の範囲は，図面や以下の記述中で示すものに限定されない。以下、スーパーストレート型構造の薄膜太陽電池モジュールを例に挙げて説明を進めるが、以下の説明は、サブストレート型構造の薄膜太陽電池モジュールについても基本的に当てはまる。但し、サブストレート型構造の場合、表面電極、光電変換層及び裏面電極を形成する順序が逆転し、裏面電極、光電変換層及び表面電極がこの順序で基板上に形成される。
スーパーストレート型構造の場合は基板側が表面側となり、サブストレート型構造の場合は基板側が裏面側となる。
また、第１及び第２光電変換層のｉ型半導体層がそれぞれ非晶質層であり且つ第３光電変換層のｉ型半導体層が微結晶層である場合を例にとって説明を進めるが、以下の説明は、これ以外の構成の薄膜太陽電池モジュール、例えば、第１〜第３光電変換層のｉ型半導体層が全て非晶質層又は全て結晶質層である構成の薄膜太陽電池モジュール、及び第１光電変換層のｉ型半導体層が非晶質層であり且つ第２及び第３光電変換層のｉ型半導体層がそれぞれ微結晶層である構成の薄膜太陽電池モジュール、第２光電変換層と第３光電変換層のうちの一方又は両方を省略した構成の薄膜太陽電池モジュール、第３光電変換層よりも下流側に別の光電変換層をさらに備える構成の薄膜太陽電池モジュールにも基本的に当てはまる。
また、各光電変換層のｐｉｎ接合がｐ型半導体層、ｉ型半導体層及びｎ型半導体層の順で並んでいる場合を例にとって説明を進めるが、以下の説明は、各光電変換層のｐｉｎ接合がｎ型半導体層、ｉ型半導体層及びｐ型半導体層の順で並んでいる場合にも基本的に当てはまる。

１．薄膜太陽電池モジュールの構成
図１、図２，図３（ａ），（ｂ）及び図４（ａ）〜（ｃ）用いて、本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールについて説明する。図１は、本実施形態の薄膜太陽電池モジュールの構成を示す平面図であり、図２は、図１中のＩ−Ｉ断面図であり、図３（ａ）は、図１中の領域Ａの拡大図であり、図３（ｂ）は、寸法表示のために図３（ａ）中のコンタクトライン１７を抜き出したものである。図４（ａ）〜（ｃ）は、「双方向的に互いに並列接続」という用語を説明するための図である。

本実施形態の薄膜太陽電池モジュール１は、基板２上にセルモジュール１ａを備える。セルモジュール１ａは、双方向的に互いに並列接続された複数のセルストリング２１を備える。本明細書において、「双方向的に互いに並列接続」とは、一方のセルストリング２１で発生した電流が他方のセルストリング２１に流入可能であり、その逆も成り立つような状態を意味する。図４（ａ）のように複数のセルストリング２１がブロッキングダイオード３１を介さずに並列接続されている場合、例えば、セルストリングＡで発生した電流は、セルストリングＢに流入可能であり、セルストリングＢで発生した電流は、セルストリングＡに流入可能である。このような関係がセルストリングＡ〜Ｄの任意の２つの組み合わせで成り立つ。従って、セルストリングＡ〜Ｄは、双方向的に互いに並列接続されている。一方、図４（ｂ）のように複数のセルストリング２１がブロッキングダイオード３１を介して並列接続されている場合、例えば、セルストリングＡで発生した電流は、ブロッキングダイオード３１にブロックされてセルストリングＢに流入できず、セルストリングＢで発生した電流は、ブロッキングダイオード３１にブロックされてセルストリングＡに流入できない。このような関係がセルストリングＡ〜Ｄの任意の２つの組み合わせで成り立つ。従って、セルストリングＡ〜Ｄは、双方向的に互いに並列接続されていない。また、図４（ｃ）のようにセルストリングＡとＢの組と、ＣとＤの組がそれぞれブロッキングダイオード３１を介さずに並列接続されていて且つこれら２つの組は、ブロッキングダイオード３１を介して並列接続されている。この場合、セルストリングＡとＢは、双方向的に互いに並列接続されており、セルストリングＣとＤは、双方向的に互いに並列接続されている。しかし、例えば、セルストリングＡとＣは、双方向的に互いに並列接続されていない。
基板２としては、プラズマＣＶＤ形成プロセスにおける耐熱性及び透光性を有するガラス基板、ポリイミド等の樹脂基板等が使用可能である。

複数のセルストリング２１は、並列分割ライン２５で互いに分離され、且つ共通電極２３を通じて互いに並列に電気的に接続されている。隣接する２本の並列分割ライン２５間の間隔は、一定であっても一定でなくてもよい。従って、複数のセルストリング２１の出力は、同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。

セルストリング２１は、コンタクトライン１７を通じて互いに直列接続された複数のセル２７を備える。複数のセル２７は、表面電極分割ライン１３と、裏面電極分割ライン２９で互いに分離されている。各セル２７は、表面電極３、光電変換層（第１〜第３光電変換層５，７，９）及び裏面電極１１を有している。

表面電極は、例えば透明導電膜からなり、好ましくは、ＳｎＯ₂を含む材料からなる透明導電膜からなる。ＳｎＯ₂を含む材料は、ＳｎＯ₂自体であってもよく、ＳｎＯ₂と別の酸化物の混合物（例えば、ＳｎＯ₂とＩｎ₂Ｏ₃の混合物であるＩＴＯ）であってもよい。ＳｎＯ₂を含む材料中のＳｎＯ₂の割合は、例えば、３〜１００ｗｔ％であり、具体的には例えば、３，５，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，９５、９９又は１００ｗｔ％である。この割合は、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよく、何れか１つ以上であってもよい。

第１光電変換層５は、ｐ型半導体層５ａ、ｉ型非晶質層からなるバッファ層５ｂ、ｉ型非晶質層５ｃ及びｎ型半導体層５ｄをこの順に重ねて備える。第２光電変換層７は、ｐ型半導体層７ａ、ｉ型非晶質層からなるバッファ層７ｂ、ｉ型非晶質層７ｃ及びｎ型半導体層７ｄをこの順に重ねて備える。第３光電変換層９は、ｐ型半導体層９ａ、ｉ型微結晶層９ｂ及びｎ型半導体層９ｃをこの順に重ねて備える。バッファ層５ｂ、７ｂは、省略することもできる。ｐ型半導体層には、ボロン、アルミニウム等のｐ型不純物原子がドープされており、ｎ型半導体層にはリン等のｎ型不純物原子がドープされている。ｉ型半導体層は、完全にノンドープである半導体層であってもよく、微量の不純物を含む弱ｐ型又は弱ｎ型で光電変換機能を十分に備えている半導体層であってもよい。なお、本明細書において、「半導体層」とは、非晶質又は微結晶の半導体層を意味し、「非晶質層」及び「微結晶層」は、それぞれ、非晶質及び微結晶の半導体層を意味する。
光電変換層を構成する各半導体層の材料は、特に限定されず、例えば、シリコン系半導体、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ₂）化合物半導体、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ₂）化合物半導体等からなる。以下、各半導体層がシリコン系半導体からなる場合を例にとって説明を進める。「シリコン系半導体」とは、非晶質又は微結晶シリコン、又は非晶質又は微結晶シリコンに炭素やゲルマニウム又はその他の不純物が添加された半導体（シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム等）を意味する。また、「微結晶シリコン」とは、結晶粒径が小さい（数十から千Å程度）結晶シリコンと、非晶質シリコンとの混合相の状態のシリコンを意味する。微結晶シリコンは、例えば、結晶シリコン薄膜をプラズマＣＶＤ法などの非平衡プロセスを用いて低温で作製した場合に形成される。

裏面電極１１の構成や材料は、特に限定されないが、一例では、裏面電極１１は、透明導電膜と金属膜の積層構造を有する。透明導電膜は、ＳｎＯ₂、ＩＴＯ、ＺｎＯなどからなる。金属膜は、銀、アルミニウム等の金属からなる。透明導電膜と金属膜は、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法により形成される。

コンタクトライン１７は、隣接する２つの前記セル２７のうちの一方の表面電極３と他方の裏面電極１１とを電気的に接続する。コンタクトライン１７は、光電変換層分割ライン１５内に導電体（例：裏面電極の材料）が充填されて形成されている。

薄膜太陽電池モジュール１は、図１に示すように、１枚の基板２上に１つのセルモジュール１ａを備えてもよいが、図５に示すように、１枚の基板２上にブロッキングダイオード３１を介して並列接続された複数のセルモジュール１ａを備えてもよい。この場合、一のセルモジュール１ａには、別のセルモジュール１ａからの電力が流れ込まない。従って、一のセルモジュール１ａ中のセルストリング２１と、別のセルモジュール１ａ中のセルストリング２１とは、双方向的に互いに並列接続されていない。

また、薄膜太陽電池モジュール１は、図６に示すように、複数の光電変換ユニット３３を備えてもよい。各光電変換ユニット３３は、基板２上に１又は複数のセルストリングを有している。また、図６に示すように、別々の光電変換ユニット３３に属する（つまり、別々の基板２上の）複数のセルストリングが、双方向的に互いに並列接続されている。この場合、セルモジュール１ａは、複数の基板２をまたいで構成される。

本実施形態の薄膜太陽電池モジュール１は、光源：キセノンランプ、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ²、ＡＭ：１．５、温度：２５℃という条件（以下、「標準条件」と称する。）下において、セルモジュール１ａの出力をＰ（Ｗ）、セルストリング２１の出力をＰｓ（Ｗ）、コンタクトライン１７の面積をＳc（ｃｍ²）としたときに、コンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが１０．７（ｋＷ／ｃｍ²）以下であり、Ｐｓが１２Ｗ以下であり、Ｐが３８５Ｗ以下である（この３つの条件を合わせて「基本条件」と呼ぶ。）。以下、「出力」とは、標準条件下での出力を意味する。

基本条件が満たされているかどうかは、次の方法で判断する。まず、セルモジュール１ａの数が複数である場合は、任意の１つのセルモジュール１ａを選択する。次に、選択したセルモジュール１ａ中の任意の１つのセルストリング２１を選択する。また、コンタクトライン１７の数が複数である場合は、選択したセルストリング２１中の任意の１つのコンタクトライン１７を選択する。そして、選択したセルモジュール１ａ、セルストリング２１及びコンタクトライン１７において基本条件が満たされているかどうかの判断を行う。

セルモジュール１ａの出力Ｐは、３８５Ｗ以下であれば特に限定されないが、９０Ｗ以上が好ましい。セルモジュール１ａの出力Ｐが３８５Ｗ以下であれば、コンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが１０．７（ｋＷ／ｃｍ²）以下である場合に、コンタクトライン１７の損傷が抑制される。また、セルモジュール１ａの出力Ｐが９０Ｗ以上の場合には、コンタクトライン１７が損傷しやすくなるので、基本条件を満たすように薄膜太陽電池モジュール１の設計を行うことの必要性が大きくなる。セルモジュール１ａの出力Ｐは、具体的には、例えば、５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０，１９０，２００，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，２８０，２９０，３００，３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０，３７０，３８０又は３８５Ｗである。セルモジュール１ａの出力Ｐは、ここで例示した数値の何れか１つ以下であってもよく、何れか２つの間の範囲内であってもよい。

セルストリング２１の出力Ｐｓは、ホットスポット現象によるセルの損傷（例えば、表面電極３と第１光電変換層５との間の膜剥離）を抑制するという観点からは小さい方がいい。セルストリング２１の出力Ｐｓの上限は、後述するセルホットスポット耐性試験により求まり、１２Ｗであった。セルストリング２１の出力Ｐｓは、１２Ｗ以下であれば特に限定されず、具体的には、例えば、１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１又は１２Ｗである。セルストリング２１の出力Ｐｓは、ここで例示した数値の何れか１つ以下であってもよく、何れか２つの間の範囲内であってもよい。セルストリング２１の出力Ｐｓは、（セルモジュール１ａの出力Ｐ／セルモジュール１ａの有効発電部面積）×セルストリング２１の面積によって算出することができる。

セルモジュール１ａの出力Ｐが一定である場合、セルストリング２１の出力Ｐｓを小さくするには、セルストリング１ａに含まれるセルストリング２１の数を増やせばよい。セルストリング２１の数を増やすには、並列分割ライン２５の数を増やせばよい。言い換えると、セルモジュール１ａの並列分割段数を増やせばよい。並列分割段数は、並列分割ライン２５の数＋１になる。

セルストリング２１の出力Ｐｓの上限のみを考慮すれば、並列分割段数は多ければ多いほど有利である。しかし、並列分割段数を増やすと、以下の理由により、コンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが増大し、コンタクトライン１７が損傷されやすくなる。

（１）他のセルストリング２１からの印加電力の増大
１本のセルストリング２１が影になった場合、他の全てのセルストリング２１で発生した電力が影になったセルストリング２１に印加される。影になったセルストリング２１に印加される電力の値は、（セルモジュール１ａの出力Ｐ）−（影になったセルストリング２１の出力Ｐｓ）となる。（Ｐ−Ｐｓ）の値は、セルストリング２１のＰｓの値が小さいほど大きくなるので、並列分割段数を増やして各セルストリング２１の出力Ｐｓを減らすと、影になったセルストリング２１に印加される電力が増大する。

（２）コンタクトライン１７の面積減少
並列分割段数を増やすと、図３（ｂ）に示すコンタクトライン１７の長さＬが短くなり、その結果、コンタクトライン１７の面積Ｓｃが小さくなる。

（３）コンタクトライン印加電力密度の増大
上記の通り、並列分割段数を増やすとＰ−Ｐｓの値が増大し且つコンタクトライン１７の面積Ｓｃが小さくなる。従って、コンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが増大し、コンタクトライン１７が損傷されやすくなる。

コンタクトライン１７の損傷を抑制するには、コンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃをその上限以下にする必要がある。コンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃの上限は、後述する逆方向過電流耐性試験により求まり、１０．７（ｋＷ／ｃｍ²）であった。コンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃは、１０．７（ｋＷ／ｃｍ²）以下であれば特に限定されず、具体的には、例えば、１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１０．５又は１０．７（ｋＷ／ｃｍ²）である。コンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃは、ここで例示した数値の何れか１つ以下であってもよく、何れか２つの間の範囲内であってもよい。

ところで、コンタクトライン１７の面積Ｓｃは、図３（ｂ）に示すように、コンタクトライン１７の長さＬ×幅Ｗによって求まる。コンタクトライン１７の長さＬ及び幅Ｗは、それぞれ、セル光入射面（基板２）側から光学顕微鏡を用いて観察することにより測定することができる。

コンタクトライン１７の幅Ｗは、特に限定されないが、例えば、２０〜３００μｍであり、４０〜２００μｍが好ましい。コンタクトライン１７の幅Ｗが狭くなると面積Ｓｃが小さくなりコンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが大きくなり、コンタクトライン１７の幅Ｗが広くなると有効発電面積が減少するところ、コンタクトライン１７の幅Ｗが４０〜２００μｍであればコンタクトライン印加電力密度（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが大きくなりすぎず且つ広い有効発電面積が確保できる。コンタクトライン１７の幅Ｗは、具体的には、例えば、２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０，１９０，２００，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，２８０，２９０又は３００μｍである。コンタクトライン１７の幅Ｗは、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

２．プラズマＣＶＤ装置
次に、図７を用いて、上記の薄膜太陽電池モジュールに含まれる半導体層を形成するためのプラズマＣＶＤ装置について説明する。図７は、本実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造に用いられるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す断面図である。

図７に示す構成は、例示であり、別の構成の装置を用いて半導体層を形成してもよい。また、プラズマＣＶＤ以外の方法により半導体層を形成してもよい。ここでは、成膜室の数が１つであるシングルチャンバのプラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明を進めるが、その説明は、成膜室の数が複数であるマルチチャンバのプラズマＣＶＤ装置についても同様に当てはまる。

図７に示すように、本実施形態に用いられるプラズマＣＶＤ装置は、半導体層を内部で形成するための密閉可能な成膜室１０１と、成膜室１０１に置換ガスを導入するためのガス導入部１１０と、成膜室１０１から置換ガスを排気するためのガス排気部１１６とを備える。

より具体的には、図７のプラズマＣＶＤ装置は、密閉可能な成膜室１０１内に、カソード電極１０２及びアノード電極１０３が設置された平行平板型の電極構造を有する。カソード電極１０２とアノード電極１０３との電極間距離は、所望の処理条件に従って決定され、数ｍｍから数十ｍｍ程度とするのが一般的である。成膜室１０１外には、カソード電極１０２に電力を供給する電力供給部１０８と、電力供給部１０８とカソード電極１０２及びアノード電極１０３との間のインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路１０５が設置されている。

電力供給部１０８は、電力導入線１０６ａの一端に接続される。電力導入線１０６ａの他端は、インピーダンス整合回路１０５に接続されている。インピーダンス整合回路１０５には電力導入線１０６ｂの一端が接続され、該電力導入線１０６ｂ他端は、カソード電極１０２に接続されている。電力供給部１０８は、ＣＷ（連続波形）交流出力あるいはパルス変調（オンオフ制御）された交流出力のいずれを出力するものであっても良く、これらを切換えて出力できるものでも良い。

電力供給部１０８から出力される交流電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚが一般的であるが、これに限られるものではなく、数ｋＨｚからＶＨＦ帯、さらにマイクロ波帯の周波数を使用しても良い。

一方、アノード電極１０３は電気的に接地されており、アノード電極１０３上には、基板１０７が設置される。基板１０７は、例えば表面電極３が形成された基板２である。基板１０７は、カソード電極１０２上に載置されても良いが、プラズマ中のイオンダメージによる膜質低下を低減するためアノード電極１０３上に設置されることが一般的である。

成膜室１０１には、ガス導入部１１０が設けられている。ガス導入部１１０からは、希釈ガス、材料ガス、ドーピングガス等のガス１１８が導入される。希釈ガスとしては、水素ガスを含むガス、材料ガスとしてはシラン系ガス、メタンガス、ゲルマンガス等が挙げられる。ドーピングガスとしては、ジボランガス等のｐ型不純物ドーピングガス、ホスフィンガス等のｎ型不純物ドーピングガスが挙げられる。

また、成膜室１０１には、ガス排気部１１６と圧力調整用バルブ１１７とが直列に接続され、成膜室１０１内のガス圧力が略一定に保たれる。ガス圧力は、成膜室内のガス導入部１１０及びガス排気口１１９の近傍で測定すると若干の誤差を生じるため、ガス導入部１１０及びガス排気口１１９から離れた位置で測定することが望ましい。この状態でカソード電極１０２に電力を供給することにより、カソード電極１０２とアノード電極１０３との間にプラズマを発生させ、ガス１１８を分解し、基板１０７上に半導体層を形成することができる。

ガス排気部１１６は、成膜室１０１内のガス圧力を１．０×１０^-4Ｐａ程度の圧力に高真空排気できるものであってもよいが、装置の簡易化、低コスト化及びスループット向上の観点から、０．１Ｐａ程度の圧力とする排気能力を有するものを用いても良い。成膜室１０１の容積は、半導体デバイスの基板サイズの大型化に伴い大容量化している。このような成膜室１０１を高真空排気する場合、高性能なガス排気部１１６が必要となり、装置の簡易化及び低コスト化の観点から望ましくなく、簡易な低真空用のガス排気部１１６を使用することがより望ましい。

簡易な低真空用のガス排気部１１６としては、例えばロータリーポンプ、メカニカルブースターポンプ、ソープションポンプ等が挙げられ、これらを単独又は２以上の組合せで用いることが好ましい。

本実施形態で用いるプラズマＣＶＤ装置の成膜室１０１は例えば約１ｍ³のサイズとすることができる。典型的なガス排気部１１６としては、メカニカルブースターポンプとロータリーポンプとを直列に接続したものを使用することができる。

３．薄膜太陽電池モジュールの製造方法
次に、図１、図２、図３（ａ），（ｂ）及び図７用いて、本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造方法について説明する。

以下、図７に示すような成膜室の数が１つであるシングルチャンバのプラズマＣＶＤ装置を用いて半導体層を形成する場合を例にとって説明を進めるが、以下の説明は、マルチチャンバのプラズマＣＶＤ装置を用いて半導体層を形成する場合にも基本的に当てはまる。但し、マルチチャンバのプラズマＣＶＤ装置では、ｐ型、ｉ型及びｎ型の半導体層を別々の成膜室内で形成することができるため、後述するガス置換工程が省略可能である。

本実施形態の製造方法では、第１光電変換層５、第２光電変換層７及び第３光電変換層９を同一の成膜室で形成する。同一の成膜室で形成するとは、同一の成膜室内にある同一又は異なる電極を用いて第１から第３光電変換層５，７，９を形成することであり、同一の成膜室内の同一電極を用いて第１から第３光電変換層５，７，９を形成することが望ましい。また、第１から第３光電変換層５，７，９を途中で大気解放することなく連続して形成することが生産効率向上の点から望ましい。さらに、第１から第３光電変換層５，７，９を形成する際の基板温度は、同一であることが生産効率向上の点から望ましい。

以下、薄膜太陽電池モジュール１の製造方法を詳述する。以下に示す方法は、例示であって、薄膜太陽電池モジュール１は、以下に示す方法以外の方法で製造してもよい。

３−１．表面電極形成工程
まず、基板２上に表面電極３を形成する。

基板２としては、プラズマＣＶＤ形成プロセスにおける耐熱性及び透光性を有するガラス基板、ポリイミド等の樹脂基板等が使用可能である。

表面電極３としては、ＳｎＯ₂を含む材料からなる透明導電膜等が使用可能である。これらは、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法により形成することができる。

３−２．表面電極分割ライン形成工程
次に、図１のＸ方向に（基板２の長辺方向に、セルモジュール１ａ中の複数のセルストリング２１が並ぶ方向に）延びる表面電極分割ライン１３を表面電極３に形成することによって表面電極３を複数の帯状パターンに分割する。表面電極分割ライン１３は、例えばＹＡＧレーザーの基本波を用いて表面電極３をスクライブすることによって形成することができる。

３−３．第１光電変換層形成工程
次に、得られた基板上に第１光電変換層５を形成する。上記の通り、第１光電変換層５は、ｐ型半導体層５ａ、バッファ層５ｂ、ｉ型非晶質層５ｃ及びｎ型半導体層５ｄを有するので、各半導体層を順次形成する。

ｐ型半導体層５ａの形成前（つまり、第１光電変換層５の形成前）と、ｉ型非晶質層５ｃの形成前には、成膜室１０１内の不純物の濃度を低減するために、成膜室１０１内を置換ガスにより置換するガス置換工程を実施する。成長室内１０１には、前工程で導入された不純物や基板搬入時に外部から混入する不純物が残留しており、この不純物が半導体層に取り込まれると半導体層の品質が悪化するので、予め成長室１０１内の不純物濃度を低減させておく。ガス置換工程は、ｐ型半導体層７ａの形成前（つまり、第２光電変換層７の形成前）と、ｉ型非晶質層７ｃの形成前と、ｐ型半導体層９ａの形成前（つまり、第３光電変換層９の形成前）と、ｉ型微結晶層９ｂの形成前にも行われる。なお、それぞれのガス置換工程は、同一条件で実施してもよく、互いに異なる条件で実施してもよい。

なお、マルチチャンバのプラズマＣＶＤ装置を使用する場合は、ガス置換工程を行う代わりに成膜室を変えることによって成膜室内の不純物濃度を低減させることができる。一般に、ｐ型半導体層５ａとバッファ層５ｂが第１成膜室で形成され、ｉ型非晶質層５ｃが第２成膜室で形成され、ｎ型半導体層５ｄが第３成膜室で形成される。また、ｐ型半導体層７ａ、バッファ層７ｂ及びｐ型半導体層９ａは、第１成膜室で形成され、ｉ型非晶質層７ｃ及びｉ型微結晶層９ｂは、第２成膜室で形成され、ｎ型半導体層７ｄ及びｎ型半導体層９ｃは、第３成膜室で形成される。ｐ型非晶質層とバッファ層は、別々の成膜室で形成してもよい。
以下、第１光電変換層５の形成工程について詳述する。

３−３（１）ガス置換工程
成膜室１０１内に表面電極３を形成した基板２を設置し、その後、成膜室１０１を置換ガスで置換するガス置換工程を実施する。このガス置換工程は、半導体層が形成される基板を成膜室１０１に搬入したときに成膜室１０１外から混入する不純物の濃度を低減するために行われる。また、薄膜太陽電池モジュールを繰り返し製造する場合には、第１から第３光電変換層が繰り返し形成されるため、前に形成した第３光電変換層９のｎ型半導体層９ｃが成膜室１０１内の内壁及び電極等に付着しているため、その第３光電変換層９のｎ型半導体層９ｃから放出される不純物、特に第３光電変換層９のｎ型半導体層９ｃの導電型を決定する不純物の第１光電変換層５のｐ型半導体層５ａへの混入が問題となる。そこで、ｐ型半導体層５ａを形成する前にガス置換工程を行って、ｐ型半導体層５ａへのｎ型不純物の混入量を低減する。

これにより、第１光電変換層５のｐ型半導体層５ａとして良質な半導体層を形成することができる。ここで、ｐ型半導体層５ａには、通常、ｐ導電型不純物を１×１０²⁰ｃｍ^-3程度含ませるので、混入したｎ導電型不純物濃度が二桁少ない１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度以下であれば、良好な光電変換特性が得られる。

ガス置換工程は、例えば、成膜室１０１内に置換ガスとして例えば水素ガスを導入し（置換ガス導入工程）、成膜室１０１内の圧力が所定の圧力（例えば１００Ｐａから１０００Ｐａ程度）に達したときに水素ガスの導入を停止し、さらに、成膜室１０１内の圧力が所定の圧力（例えば１Ｐａから１０Ｐａ程度）になるまで排気する（排気工程）一連のサイクルによって実施することができる。このサイクルは、複数回繰り返しても良い。

上記１サイクルに要する時間は数秒から数十秒程度とすることができる。具体的には、置換ガス導入工程を１〜５秒間かけて行ない、排気工程を３０〜６０秒間かけて行うことができる。このような短い時間で行っても、複数回繰り返すことにより、成膜室内の不純物濃度を低減することができる。よって本実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造方法は量産装置に適用した場合にも実用的である。

本実施形態においては、成膜室１０１の内部における置換ガス導入後圧力及び置換ガス排気後圧力をあらかじめ設定し、置換ガス導入工程においては成膜室１０１からの排気を停止し、成膜室１０１の内部の圧力が該置換ガス導入後圧力以上となったときに置換ガスの導入を停止して置換ガス導入工程を終了させ、排気工程においては置換ガスの導入を停止し、成膜室１０１の内部の圧力が該置換ガス排気後圧力以下となったときに排気を停止して排気工程を終了させることが好ましい。

サイクルの繰り返し回数を増加させることにより、また、置換ガス排気後圧力Ｍに対する置換ガス導入後圧力ｍの比率（Ｍ／ｍ）を小さくすることにより、成膜室１０１内に存在する不純物の濃度をより低減することができる。

また、本実施形態においては、置換ガスとして水素ガスを使用する場合を例に説明しているが、別の実施形態においては、置換ガスとして、シランガス等の、ｉ型層の形成に用いられるガスのいずれかを使用しても良い。ｉ型層の形成に用いられるガスは、ｐ型、ｉ型及びｎ型の半導体層の形成のいずれにも使用される。従って、置換ガスとしてｉ型層の形成に用いられるガスを用いる場合、このガスから半導体層中に不純物が混入することがなくなるため好ましい。

また、別の実施形態においては、半導体層の膜質に影響を与えない不活性ガス等を置換ガスとして使用しても良い。特に、原子量の大きなガスは、成膜室１０１内を排気した際に成膜室１０１内に残り易く、置換ガスとして適している。不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガス、ネオンガス、キセノンガス等が挙げられる。

また、置換ガスは、ｉ型層の形成に用いられるガスのいずれか１種以上と、１種以上の不活性ガスとの混合ガスであってもよい。

３−３（２）ｐ型半導体層形成工程
次に、ｐ型半導体層５ａを形成する。以下、ｐ型半導体層５ａの形成工程について説明する。

まず、成膜室１０１内を０．００１Ｐａまで排気し、基板温度を２００℃以下に設定することができる。その後、ｐ型半導体層５ａを形成する。成膜室１０１内に混合ガスを導入し、排気系に設けられた圧力調整用バルブ１１７により成膜室１０１内の圧力を略一定に保つ。成膜室１０１内の圧力は、例えば２００Ｐａ以上３６００Ｐａ以下とする。成膜室１０１内に導入される混合ガスとしては、例えばシランガス、水素ガス及びジボランガスを含むガスを使用でき、さらに光吸収量を低減するために炭素原子を含むガス（例えばメタンガス）を含ませることができる。シランガスに対する水素ガスの流量は、５倍以上３００倍以下とすることができ、ｐ型非晶質層を形成する場合には５倍から３０倍が好ましく、ｐ型微結晶層を形成する場合には３０倍から３００倍程度が好ましい。

成膜室１０１内の圧力が安定した後、カソード電極１０２に数ｋＨｚ〜８０ＭＨｚの交流電力を投入し、カソード電極１０２とアノード電極１０３との間にプラズマを発生させ、非晶質又は微結晶のｐ型半導体層５ａを形成する。カソード電極１０２の単位面積あたりの電力密度は、ｐ型非晶質層を形成する場合には０．０１Ｗ／ｃｍ²以上０．３Ｗ／ｃｍ²以下とすることが好ましく、ｐ型微結晶層を形成する場合には、０．０２Ｗ／ｃｍ²以上０．５Ｗ／ｃｍ²以下とすることが好ましい。

上記のようにして所望の厚さのｐ型半導体層５ａを形成した後、交流電力の投入を停止し、成膜室１０１内を真空排気する。

ｐ型半導体層５ａの厚さは、ｉ型非晶質層５ｃに十分な内部電界を与える点で、２ｎｍ以上が好ましく、５ｎｍ以上がより好ましい。また、ｐ型半導体層５ａの厚さは、非活性層の入射側の光吸収量を抑えることが必要である点で、５０ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以下がより好ましい。

３−３（３）バッファ層形成工程
次に、バッファ層５ｂとしてｉ型非晶質層を形成する。まず、成膜室１０１内のバックグラウンド圧力を０．００１Ｐａ程度に真空排気する。基板温度は２００℃以下に設定することができる。次に、成膜室１０１内に混合ガスを導入し、圧力調整用バルブ１１７により成膜室１０１内の圧力を略一定に保つ。成膜室１０１内の圧力は、例えば２００Ｐａ以上３０００Ｐａ以下とする。成膜室１０１内に導入される混合ガスとしては、例えばシランガス及び水素ガスを含むガスを使用することができ、さらに光吸収量を低減するために炭素原子を含むガス（例えばメタンガス）を含ませることができる。シランガスに対する水素ガスの流量は、数倍から数十倍程度が望ましい。

成膜室１０１内の圧力が安定した後、カソード電極１０２に数ｋＨｚ〜８０ＭＨｚの交流電力を投入し、カソード電極１０２とアノード電極１０３との間にプラズマを発生させ、バッファ層５ｂであるｉ型非晶質層を形成する。カソード電極１０２の単位面積あたりの電力密度は、０．０１Ｗ／ｃｍ²以上０．３Ｗ／ｃｍ²以下とすることができる。

上記のようにして、バッファ層５ｂとして所望の厚さのｉ型非晶質層を形成した後、交流電力の投入を停止し、成膜室１０１内を真空排気する。

バッファ層５ｂであるｉ型非晶質層を形成することにより、成膜室１０１内の雰囲気中のボロン原子濃度が低下し、次に形成されるｉ型非晶質層５ｃへのボロン原子の混入を低減することができる。

バッファ層５ｂであるｉ型非晶質層の厚さは、ｐ型半導体層５ａからｉ型非晶質層５ｃへのボロン原子の拡散を抑えるために２ｎｍ以上が望ましい。一方、光吸収量を抑えｉ型非晶質層５ｃへ到達する光を増大させるためにはできる限り薄いことが望ましい。バッファ層５ｂの厚さは、通常５０ｎｍ以下とされる。

３−３（４）ガス置換工程
次に、「３−３（１）ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。

成膜室１０１内の内壁及び電極等には前工程で形成したｐ型半導体層５ａが付着しているため、ｐ型半導体層５ａから放出される不純物、特にｐ型半導体層５ａの導電型を決定する不純物のｉ型非晶質層５ｃへの混入が問題となるが、ｉ型非晶質層５ｃを形成する前にガス置換工程を行うことによって、ｉ型非晶質層５ｃへの上記不純物の混入量を低減することができる。これにより、ｉ型非晶質層５ｃとして良質な半導体層を形成することができる。

３−３（５）ｉ型非晶質層形成工程
次に、ｉ型非晶質層５ｃを形成する。まず、成膜室１０１内のバックグラウンド圧力を０．００１Ｐａ程度に真空排気する。基板温度を２００℃以下に設定することができる。次に、成膜室１０１内に混合ガスを導入し、圧力調整用バルブ１１７により成膜室１０１内の圧力を略一定に保つ。成膜室１０１内の圧力は、例えば２００Ｐａ以上３０００Ｐａ以下とする。成膜室１０１内に導入される混合ガスとしては、例えばシランガス及び水素ガスを含むガスを使用することができる。シランガスに対する水素ガスの流量は、数倍から数十倍程度が好ましく、５倍以上３０倍以下がさらに好ましく、良好な膜質のｉ型非晶質層５ｃを形成することができる。

成膜室１０１内の圧力が安定した後、カソード電極１０２に数ｋＨｚ〜８０ＭＨｚの交流電力を投入し、カソード電極１０２とアノード電極１０３との間にプラズマを発生させ、ｉ型非晶質層５ｃを形成する。カソード電極１０２の単位面積あたりの電力密度は０．０１Ｗ／ｃｍ²以上０．３Ｗ／ｃｍ²以下とすることができる。

上記のようにして所望の厚さのｉ型非晶質層５ｃを形成した後、交流電力の投入を停止し、成膜室１０１内を真空排気する。

ｉ型非晶質層５ｃの厚さは、光吸収量、光劣化による光電変換特性の低下を考慮して、０．０５μｍから０．２５μｍの値に設定されることが好ましい。

３−３（６）ｎ型半導体層形成工程
次に、ｎ型半導体層５ｄを形成する。まず、成膜室１０１内のバックグラウンド圧力を０．００１Ｐａ程度に真空排気する。基板温度は２００℃以下、例えば１５０℃に設定することができる。次に、成膜室１０１内に混合ガスを導入し、圧力調整用バルブ１１７により成膜室１０１内の圧力を略一定に保つ。成膜室１０１内の圧力は、例えば２００Ｐａ以上３６００Ｐａ以下とする。成膜室１０１内に導入される混合ガスとしては、シランガス、水素ガス及びホスフィンガスを含むガスを使用することができる。シランガスに対する水素ガスの流量は、５倍以上３００倍以下とすることができ、ｎ型非晶質層を形成する場合には５倍から３０倍が好ましく、ｎ型微結晶層を形成する場合には３０倍から３００倍程度が好ましい。

成膜室１０１内の圧力が安定した後、カソード電極１０２に数ｋＨｚ〜８０ＭＨｚの交流電力を投入し、カソード電極１０２とアノード電極１０３との間にプラズマを発生させ、非晶質又は微結晶のｎ型半導体層５ｄを形成する。カソード電極１０２の単位面積あたりの電力密度は、ｎ型非晶質層を形成する場合には０．０１Ｗ／ｃｍ²以上０．３Ｗ／ｃｍ²以下とすることが好ましく、ｎ型微結晶層を形成する場合には、０．０２Ｗ／ｃｍ²以上０．５Ｗ／ｃｍ²以下とすることが好ましい。

ｎ型半導体層５ｄの厚さは、ｉ型非晶質層５ｃに十分な内部電界を与えるため２ｎｍ以上が好ましい。一方、非活性層であるｎ型半導体層５ｄの光吸収量を抑えるためにはできる限り薄いことが好ましく、通常５０ｎｍ以下とされる。

以上により、ｉ型非晶質層５ｃを備える第１光電変換層５を形成することができる。

３−４．第２光電変換層形成工程
次に、得られた基板上に第２光電変換層７を形成する。上記の通り、第２光電変換層７は、ｐ型半導体層７ａ、バッファ層７ｂ、ｉ型非晶質層７ｃ及びｎ型半導体層７ｄを有するので、各半導体層を順次形成する。
以下、第２光電変換層７の形成工程について詳述する。

３−４（１）ガス置換工程
次に、「３−３（１）ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。このガス置換工程を実施することにより、ｎ型半導体層５ｄ形成時に成膜室１０１内の内壁及び電極等に付着したｎ型半導体層から放出される不純物、特にｎ型半導体層５ｄの導電型を決定する不純物のｐ型半導体層７ａへの混入量を低減することができる。これにより、ｐ型半導体層７ａとして良質な半導体層を形成することができる。ここで、ｐ型半導体層７ａにはｐ導電型不純物を１×１０²⁰ｃｍ^-3程度含ませているので、混入したｎ導電型不純物濃度が二桁少ない１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度以下であれば、良好な光電変換特性が得られる。

３−４（２）ｐ型半導体層形成工程
次に、ｐ型半導体層７ａを形成する。ｐ型半導体層７ａは、第１光電変換層５のｐ型半導体層５ａと同様の方法により形成することができる。

３−４（３）バッファ層形成工程
次に、第１光電変換層５のバッファ層５ｂと同様の方法により、バッファ層７ｂを形成する。

３−４（４）ガス置換工程
次に、「３−３（１）ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。このガス置換工程は、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃを形成する前に行われるガス置換工程と同様の効果を得ることができる。

３−４（５）ｉ型非晶質層形成工程
次に、ｉ型非晶質層７ｃを形成する。

ｉ型非晶質層７ｃの厚みは、光吸収量、光劣化による光電変換特性の低下を考慮して、０．１μｍから０．７μｍの値に設定されることが好ましい。

また、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃの禁制帯幅は、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃの禁制帯幅よりも狭いことが望ましい。このような禁制帯幅とすることにより、第１光電変換層５で吸収できなかった波長帯の光を第２光電変換層７で吸収することができ、入射光を有効に利用することができるからである。

ｉ型非晶質層７ｃの禁制帯幅を狭くするために、膜形成時の基板温度を高く設定することができる。基板温度を高くすることにより膜中に含有される水素原子濃度を減らし、禁制帯幅の狭いｉ型非晶質層７ｃを形成することができる。すなわち、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃ形成時の基板温度を、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ形成時の基板温度より高くすれば良い。これにより、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ中の水素原子濃度を、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃ中の水素原子濃度よりも高くすることができ、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃの禁制帯幅が、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃの禁制帯幅より大きい積層型薄膜太陽電池モジュールを製造することができる。

また、ｉ型非晶質層７ｃ形成時に成膜室１０１に導入される混合ガスの水素ガス／シランガス流量比を小さくすることにより、ｉ型非晶質層７ｃ中に含有される水素原子濃度を減らし、禁制帯幅の狭いｉ型非晶質層７ｃを形成することができる。すなわち、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃ形成時の混合ガスの水素ガス／シランガス流量比を、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ形成時より小さくすれば良い。これにより、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ中の水素原子濃度を、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃ中の水素原子濃度よりも高くすることができ、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃの禁制帯幅が、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃの禁制帯幅より大きい積層型薄膜太陽電池モジュールを製造することができる。

さらに、ｉ型非晶質層を連続放電プラズマにより形成する場合と、パルス放電プラズマにより形成する場合で、ｉ型非晶質層の禁制帯幅を調整することも可能である。ｉ型非晶質層を連続放電プラズマにより形成するとパルス放電プラズマにより形成した場合より、成膜されるｉ型非晶質層中に含まれる水素原子濃度を多くすることができる。

従って、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃを連続放電プラズマにより形成し、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃをパルス放電プラズマにより形成できるように、プラズマ発生用の供給電力を切換えることにより、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃの禁制帯幅が、第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃの禁制帯幅より大きい積層型薄膜太陽電池モジュールを製造することができる。

上記第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ及び第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃ形成時の基板温度の設定、水素ガス／シランガス流量比の設定及び連続放電／パルス放電の切換は、それぞれ別々に設定しても良いし、各設定を併用しても良い。特に、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ及び第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃ形成時の基板温度が同一である場合、水素ガス／シランガス流量比の設定及び連続放電／パルス放電の切換を併用すると、ｉ型非晶質層中に含有される水素原子濃度を大きく変化させることができ望ましい。

３−４（６）ｎ型半導体層形成工程
次に、ｎ型半導体層７ｄを形成する。ｎ型半導体層７ｄは、第１光電変換層５のｎ型半導体層５ｄと同様の方法により形成することができる。

３−５．第３光電変換層形成工程
次に、得られた基板上に第３光電変換層９を形成する。上記の通り、第３光電変換層９は、ｐ型半導体層９ａ、ｉ型微結晶層９ｂ及びｎ型半導体層９ｃを有するので、各半導体層を順次形成する。
以下、第３光電変換層９の形成工程について詳述する。

３−５（１）ガス置換工程
まず、「３−３（１）ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。このガス置換工程は、第２光電変換層７形成前に行われるガス置換工程と同様の効果を有する。

３−５（２）ｐ型半導体層形成工程
次に、ｐ型半導体層９ａを形成する。ｐ型半導体層９ａは、第１光電変換層５のｐ型半導体層５ａと同様の方法により形成することができる。

３−５（３）ガス置換工程
次に、「３−３（１）ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。このガス置換工程は、第１光電変換層５のｉ型非晶質層５ｃ及び第２光電変換層７のｉ型非晶質層７ｃを形成する前に行われるガス置換工程と同様の効果を有する。

３−５（４）ｉ型微結晶層形成工程
次に、ｉ型微結晶層９ａを形成する。ｉ型微結晶層９ｂは、例えば以下の形成条件において形成することができる。基板温度は２００℃以下とすることが望ましい。形成時の成膜室１０１内の圧力は、２４０Ｐａ以上３６００Ｐａ以下であることが望ましい。また、カソード電極１０２の単位面積あたりの電力密度は０．０２Ｗ／ｃｍ²以上０．５Ｗ／ｃｍ²以下とすることが望ましい。

成膜室１０１内に導入される混合ガスとしては、例えば、シランガス、水素ガスを含むガスを使用できる。シランガスに対する水素ガスの流量は、３０倍から数百倍程度が望ましく、３０倍から３００倍程度がさらに望ましい。

ｉ型微結晶層９ｂの厚さは、十分な光吸収量を確保するため０．５μｍ以上が好ましく、１μｍ以上がより好ましい。一方、ｉ型微結晶層９ｂの厚さは、良好な生産性を確保する点で２０μｍ以下が好ましく１５μｍ以下がより好ましい。

このようにして、ラマン分光法により測定される、４８０ｎｍ^-1におけるピークに対する５２０ｎｍ^-1におけるピークのピーク強度比Ｉ520／Ｉ480が３以上１０以下である良好な結晶化率を有するｉ型微結晶層９ｂを形成できる。

３−５（５）ｎ型半導体層形成工程
次に、ｎ型半導体層９ｃを形成する。ｎ型半導体層９ｃは、第１光電変換層５のｎ型半導体層５ｄと同様の方法により形成することができる。

３−６．光電変換層分割ライン形成工程
次に、図１のＸ方向に延び且つ表面電極分割ライン１３からずれた位置に光電変換層分割ライン１５を第１〜第３光電変換層５，７，９に形成することによって第１〜第３光電変換層５，７，９を複数の帯状パターンに分割する。光電変換層分割ライン１５は、例えばＹＡＧレーザーの第二高調波を用いて第１〜第３光電変換層５，７，９をスクライブすることによって形成することができる。

コンタクトライン１７は、光電変換層分割ライン１５内に導電体（例：裏面電極の材料）が充填されて形成されるので、光電変換層分割ライン１５の幅が、コンタクトライン１７の幅に一致する。

３−７．裏面電極形成工程
次に、第３光電変換層９上に裏面電極１１を形成する。裏面電極１１は、第３光電変換層９側から順に透明導電膜と金属膜と有しているので、これらを順次形成する。

透明導電膜は、ＳｎＯ₂、ＩＴＯ、ＺｎＯなどからなる。金属膜は、銀、アルミニウム等の金属からなる。透明導電膜と金属膜は、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法により形成される。透明導電膜は、省略することもできる。

裏面電極１１を形成する際に、裏面電極１１の材料が光電変換層分割ライン１５内に入り込んでコンタクトライン１７が形成される。

３−８．裏面電極分割ライン形成工程
次に、図１のＸ方向に延びる裏面電極分割ライン２９を裏面電極１１及び第１〜第３光電変換層５，７，９に形成することによって裏面電極１１及び第１〜第３光電変換層５，７，９を複数の帯状パターンに分割する。裏面電極分割ライン２９は、３本のライン１３，１５，２９が表面電極分割ライン１３、光電変換層分割ライン１５及び裏面電極分割ライン２９の順で並ぶように形成する。

裏面電極分割ライン２９は、例えばＹＡＧレーザーの第二高調波を用いて裏面電極１１及び第１〜第３光電変換層５，７，９をスクライブすることによって形成することができる。

ここまでの工程によって、互いに直列接続された複数のセル２７を有する帯状のセルストリング２１が得られる。

３−９．並列分割ライン形成工程
次に、図１のＹ方向に（基板２の短辺方向に、セルストリング２１中の複数のセル２７が並ぶ方向に）延びる並列分割ライン２５を帯状のセルストリング２１に形成することによって帯状のセルストリング２１を複数のセルストリング２１に分割する。

並列分割ライン２５は、例えばＹＡＧレーザーの第二高調波を用いて裏面電極１１及び第１〜第３光電変換層５，７，９をスクライブし、さらにＹＡＧレーザーの基本波を用いて表面電極３をスクライブすることによって形成することができる。

３−１０．共通電極形成工程
次に、複数のセルストリング２１が互いに並列接続されるように共通電極２３を取り付け、本実施形態の薄膜太陽電池モジュール１の作製を完了する。

４．セルホットスポット耐性試験
以下の方法でセルホットスポット耐性試験を行った。
まず、図１、図２、図３（ａ），（ｂ）を用いて説明した上記実施形態の薄膜太陽電池モジュールと同様の構成を有するサンプル（但し、並列分割ライン２５及び共通電極２３は無し）を表１の材料で数多く作成した。各サンプルの直列段数は、３０段とした。

作製さいた各サンプルについてＲＢ電流（逆方向に５Ｖから８Ｖの電圧をかけた時の電流である。印加する電圧は、ＲＢ電流が表２の値になるように適宜変化させた。）の測定及びＩ−Ｖ測定を行った。

次に、上記サンプルの中から、ＲＢ電流が互いに異なるサンプルを抽出した。抽出したサンプルを並列分割することにより、評価対象のセルストリング２１の出力を５〜５０Ｗにした。

次に、セルストリング２１中の面積が最小のセル２７について、ホットスポット耐性試験を行い、剥離面積５％未満を合格ラインとして、合否判定した。ホットスポット耐性試験は、IEC61646 1stEDITIONに準拠した方法で行った。IEC61646 1stEDITIONの合格ラインは１０％であるが、外観を良くするという観点で合格ラインを厳しくした。
剥離面積は、基板２側からサンプル表面を撮影し、得られた画像のコントラストを大きくして白黒の画像を得て、この画像中の白部分の面積の割合を算出した。膜剥離が起こった部分は、通常、輝度が大きくなるので、上記方法で得られた白部分の面積の割合は、膜剥離が起こった部分の面積（剥離面積）の割合に対応する。

得られた結果を表２に示す。表２は、セルストリング２１の出力又はＲＢ電流が互いに異なる５４種類のサンプルについて剥離面積の測定を行った結果である。

表２を参照すると、セルストリング２１の出力が同じであっても、ＲＢ電流が非常に小さいもの（0.019mA/cm²）及び非常に大きいもの（6.44mA/cm²）のどちらの場合でも膜剥離が起こりにくく、ＲＢ電流が中程度の大きさのもの（0.31〜2.06mA/cm²)の場合に膜剥離が起こりやすいことが分かった。

また、セルストリングの出力が１２Ｗ以下である場合には、ＲＢ電流の値によらず、剥離面積を５％以下に抑えることができることが分かった。

５．逆方向過電流耐性試験
次に、以下の方法で逆方向過電流耐性試験を行った。
まず、図１、図２、図３（ａ），（ｂ）を用いて説明した上記実施形態の薄膜太陽電池モジュールと同様の構成を有するサンプルを表１の材料で作製した。各サンプルの直列段数は、３０段とした。
次に、作製したサンプルに過電流を逆方向（ここでいう逆方向は太陽電池が光を受けて電流が流れる方向とは逆という意味であり、光が照射されていない時の太陽電池をダイオードとみた場合は順方向である。）に流したときにコンタクトライン１７が損傷したかどうか調べることによって逆方向過電流耐性試験を行った。

ここで流す電流値はＩＥＣ６１７３０の規定に準ずると、耐過電流仕様値の１．３５倍を流す必要がある。今回は、７０Ｖで５．５Ａ流した。

ここで、１セルモジュールに対して上記条件で電流を流すと、各並列セルストリングに対して均等に分割された電流が流れると考えがちだが、実際は、ストリング毎に抵抗値が異なるため、特定のセルストリングに集中して電流が流れることがある。この状態をワーストケースと想定し、セルストリング１つに７０Ｖ×５．５Ａ＝３８５Ｗが印加されたときに問題が無いようにしなければならない。そこで、１本のセルストリング２１に７０Ｖ×５．５Ａ＝３８５Ｗの電力を印加して試験を行った。

試験は、コンタクトライン１７の長さＬ又は幅Ｗが互いに異なる２０種類のサンプルを作製して行った。コンタクトライン１７が損傷したかどうかは、目視で判定した。コンタクトライン２１に沿って半楕円状に裏面電極１１の変色または剥離が生じた場合に、コンタクトライン１７が損傷したと判断した。得られた結果を表３に示す。

表３によると、コンタクトライン１７の幅Ｗが２０μｍ及び４０μｍである場合には、それぞれ、コンタクトライン１７の長さＬを１８ｃｍ以上及び９ｃｍ以上にすることによってコンタクトライン１７の損傷を防ぐことができることが分かった。言い換えると、コンタクトライン１７の面積Ｓｃを２０μｍ×１８ｃｍ又は４０μｍ×９ｃｍ＝０．０３６ｃｍ²以上にすればいいことが分かった。

さらに、セルストリング２１に印加した電力が３８５Ｗであることから、（セルストリング２１に印加した電力）／（コンタクトライン１７の面積Ｓｃ）≒１０．７ｋＷ／ｃｍ²となり、コンタクトライン２１に印加される電力密度が１０．７ｋＷ／ｃｍ²以下である場合に、コンタクトライン１７の損傷を防ぐことができることが分かった。

１：薄膜太陽電池モジュール１ａ：セルモジュール２：基板３：表面電極５：第１光電変換層７：第２光電変換層９：第３光電変換層１１：裏面電極
５ａ：ｐ型半導体層５ｂ：バッファ層５ｃ：ｉ型非晶質層５ｄ：ｎ型半導体層
７ａ：ｐ型半導体層７ｂ：バッファ層７ｃ：ｉ型非晶質層７ｄ：ｎ型半導体層
９ａ：ｐ型半導体層９ｂ：ｉ型微結晶層９ｄ：ｎ型半導体層
１３：表面電極分割ライン１５：光電変換層分割ライン１７：コンタクトライン２１：セルストリング２３：共通電極２５：並列分割ライン２７：セル２９：裏面電極分割ライン３１：ブロッキングダイオード３３：光電変換ユニット
１０１：成膜室１０２：カソード電極１０３：アノード電極１０５：インピーダンス整合回路１０６ａ：電力導入線１０６ｂ：電力導入線１０７：基板１０８：電力供給部１１０：ガス導入部１１６：ガス排気部１１７：圧力調整用バルブ１１８：ガス１１９：ガス排気口

Claims

複数のセルストリングを備えるセルモジュールを備え、前記セルストリングは、コンタクトラインを通じて互いに直列接続された複数のセルを備え、
前記セルは、表面電極、複数の光電変換層及び裏面電極をこの順に重ねて備え、前記コンタクトラインは、隣接する２つの前記セルのうちの一方の表面電極と他方の裏面電極とを電気的に接続し、
前記セルストリングは、各セルストリングで発生した電流が互いに流入可能なように電気的に接続され、
光源：キセノンランプ、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ²、ＡＭ：１．５、温度：２５℃という条件下における、前記セルモジュールの出力をＰ（Ｗ）、前記セルストリングの出力をＰｓ（Ｗ）、前記コンタクトラインの面積をＳｃ（ｃｍ²）としたときに、（Ｐ−Ｐｓ）／Ｓｃが１（ｋＷ／ｃｍ²）以上１０．７（ｋＷ／ｃｍ²）以下であり、Ｐが９０Ｗ以上１６０Ｗ以下であり、
前記セルストリング中の各セルのＲＢ電流値が０．０１９ｍＡ／ｃｍ ² 以上０．０８４ｍＡ／ｃｍ ² 以下または２．２９ｍＡ／ｃｍ ² 以上６．４４ｍＡ／ｃｍ ² 以下の場合、該セルストリングの出力Ｐｓを５０Ｗ以下とし、
前記セルストリング中の各セルのＲＢ電流値が０．０８４ｍＡ／ｃｍ ² より大きく２．２９ｍＡ／ｃｍ ² より小さい場合、該セルストリングの出力Ｐｓを３０Ｗ以下としたことを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
前記コンタクトラインは、幅が４０μｍ以上２００μｍ以下である請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
前記表面電極は、ＳｎＯ₂を含む材料からなる透明導電膜からなり、
前記裏面電極は、透明導電膜と金属膜の積層構造を有する請求項１または２に記載の薄膜太陽電池モジュール。