JP4975528B2 - 集積形太陽電池 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に薄膜太陽電池が直列接続された集積型太陽電池、およびその製造方法に関する。

薄膜太陽電池は基板上で加工できる。たとえば、基板上の薄膜太陽電池を分割して複数のユニットセルを形成し、それらのユニットセルを直列接続すること（集積化）も可能である。そのような集積化によって、出力電圧を高めることができる。従って、１枚の基板上に形成された太陽電池モジュールの出力電圧を、インバータに適した電圧にすることが可能である。また、ユニットセルに分割することによって出力電流を小さくすることができ、その結果、電流損を抑制できる。このような利点から薄膜太陽電池では、たとえば、特許文献１で示すような集積形構造がよく用いられている。

従来の集積形太陽電池の構造の一例について、図６（ａ）を参照して説明する。集積形太陽電池１００において、基板１０１上の第１電極膜１０２は第１分割溝１０６で分離されている。第２分割溝１０７は、第１電極膜１０２上の、ｐ形の第１半導体膜１０３とｎ形の第２半導体膜１０４とを分割する。第２電極膜１０５は、第２半導体膜１０４上および第２分割溝１０７内に形成されている。第３分割溝１０８は、第１半導体膜１０３、第２半導体膜１０４および第２電極膜１０５を分割する。第２分割溝１０８によって、隣接するユニットセル１０９間の第２電極膜１０５が分離される。

このように、第１分割溝１０６、第２分割溝１０７および第３分割溝１０８によって、基板１０１上の太陽電池はユニットセル１０９に分割される。第２分割溝１０７内において第１電極膜１０２と第２電極膜１０５とが接触しており、これによって各ユニットセル１０９が直列接続される。

従来の集積形太陽電池では、図６（ａ）に示すように、第１分割溝１０６内に第１半導体膜１０３が形成される。そのため、第１分割溝１０６を挟んで隣接する２つの第１電極膜１０２の間を、第１半導体膜１０３を介して電流が流れる。従って、従来の集積形太陽電池の等価回路は、図６（ｂ）に示される。図６（ｂ）の等価回路は、直列抵抗１２０と、電流源１２１と、接合によるダイオード１２２と、並列抵抗１２３とによって構成されている。並列抵抗１２３が小さいとシャント抵抗が低下するため、太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）や曲線因子（ＦＦ）が低下し、その結果、エネルギー変換効率が減少する。

第１半導体膜１０３の抵抗が高く、第１分割溝１０６の幅が広ければ、並列抵抗１２３は増大するため、変換効率の低下は小さくなる。しかし、変換効率の高い集積形太陽電池を作製するには、適正な第１半導体膜１０３を用いる必要があり、第１半導体膜１０３の抵抗値を過剰に高くすることはできない。また、第１分割溝１０６の幅を広くすると、発電に寄与しない面積が大きくなるため、短絡電流密度が減少し、エネルギー変換効率が低下する。

一方、分割溝によるロスを減少する方法として、特許文献２は、図７に示す構造を開示している。図７の構造では、第１分割溝１０６と第２分割溝１０７とが部分的に重なっているため、面積のロスは小さくなる。しかし、第１分割溝１０６内は、第１半導体膜１０３と第２電極膜１０５とによって満たされる。ここで、第１半導体膜１０３と第２電極膜１０５との接触抵抗は小さく、且つ第２電極膜１０５は第１半導体膜１０３よりも抵抗が小さい。そのため、第１分割溝１０６を挟んで隣接する２つの第１電極膜１０２間の抵抗は、図６（ａ）の太陽電池よりも小さくなり、その結果、太陽電池の変換効率が低下する。
特公平４−７２３９２号公報 特開２０００−２５２４９０号公報

以上のように、従来の集積形太陽電池では、分割溝の部分における抵抗値が小さいために、変換効率が低下するという問題があった。このような状況において、本発明の目的の１つは、分割溝によるエネルギー変換効率の低下を抑制できる新規な太陽電池、およびその製造方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の集積形太陽電池は、直列接続された複数のユニットセルを含む集積形太陽電池であって、基板と、前記基板上に順次積層された第１電極膜、第１半導体膜、第２半導体膜および第２電極膜を含み、前記第１半導体膜と前記第２半導体膜とは接合を形成しており、前記第１電極膜、前記第１半導体膜、前記第２半導体膜および前記第２電極膜は、それぞれ、ストライプ状に配置された複数の第１分割溝、複数の第２分割溝、複数の第３分割溝および複数の第４分割溝によって分割されており、前記第１分割溝、前記第２分割溝、前記第３分割溝および前記第４分割溝は互いに平行に形成されており、前記複数のユニットセルのそれぞれは、前記第１分割溝によって分割された前記第１電極膜と、前記第２分割溝によって分割された前記第１半導体膜と、前記第３分割溝によって分割された前記第２半導体膜と、前記第４分割溝によって分割された前記第２電極膜とを含む積層体によって構成されており、前記第１分割溝と前記第２分割溝とは少なくとも一部が重なっており、前記第１分割溝の内部において、１つのユニットセルに含まれる前記第１半導体膜の側面と、前記１つのユニットセルに含まれる前記第２半導体膜とが接触しており、前記第３分割溝内には前記第２電極膜が充填されており、前記第２電極膜は、前記第２半導体膜の上面と接触し、かつ、前記第３分割溝内において前記第２半導体膜の側面および隣接する前記第１電極膜の上面と接触している。

また、本発明の製造方法は、基板上の一方の側から他方の側に向かって順に配置され且つ直列接続された複数のユニットセルを含む集積形太陽電池の製造方法であって、
（ｉ）基板上に第１電極膜を形成する工程と、
（ii）前記第１電極膜を、ストライプ状に配置された複数の第１分割溝で分割する工程と、
（iii）前記第１電極膜上および前記第１分割溝内に第１半導体膜を形成する工程と、
（iv）前記複数の第１分割溝のそれぞれと少なくとも一部が重なるように且つ前記第１分割溝内の前記一方側に前記第１半導体膜が残るように形成される複数の第２分割溝によって、前記第１半導体膜を分割する工程と、
（ｖ）前記第１半導体膜上および前記第２分割溝内に、前記第１半導体膜と接合を形成する第２半導体膜を形成する工程と、
（vi）前記複数の第２分割溝のそれぞれの前記他方の側に沿うように配置され且つ前記第１電極膜に到達する複数の第３分割溝によって、前記第２半導体膜を分割する工程と、
（vii）前記第２半導体膜上および前記第３分割溝内に、第２電極膜を形成し、前記第３分割溝内において、前記第２半導体膜の側面および隣接する前記第１電極膜の上面と接触させる工程と、
（viii）前記第３分割溝のそれぞれの前記他方の側に沿うように配置された複数の第４分割溝によって、前記第２電極膜を分割する工程と、を含む。

本発明の集積形太陽電池では、基板上に形成された電極膜を分割する溝の内部に、接合が形成されている。この接合は、隣接するユニットセルの２つの電極膜の間を、変換効率を低下させる方向に電流が流れることを抑制する。そのため、本発明によれば、曲線因子等が高く、エネルギー変換効率が高い集積形太陽電池が得られる。

以下、本発明の実施形態について例を挙げて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。以下の説明では、特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や他の材料を適用してもよい。

［集積形太陽電池］
本発明の集積形太陽電池（集積形薄膜太陽電池）は、直列接続された複数のユニットセルを含む集積形太陽電池である。この太陽電池は、基板と、基板上に順次積層された第１電極膜、第１半導体膜、第２半導体膜および第２電極膜を含む。第１半導体膜と第２半導体膜とは、光起電力を発生する接合を形成している。これらの膜の材料の例については、後述する。

第１電極膜、第１半導体膜、第２半導体膜および第２電極膜は、それぞれ、ストライプ状に配置された複数の第１分割溝、複数の第２分割溝、複数の第３分割溝および複数の第４分割溝によって分割されている。第１分割溝、第２分割溝、第３分割溝および第４分割溝は、互いに平行に形成されている。

複数のユニットセルのそれぞれは、第１分割溝によって分割された第１電極膜と、第２分割溝によって分割された第１半導体膜と、第３分割溝によって分割された第２半導体膜と、第４分割溝によって分割された第２電極膜とを含む積層体によって構成されている。第１分割溝と第２分割溝とは、少なくとも一部が重なっている。第１分割溝の内部において、１つのユニットセルに含まれる第１半導体膜の側面と、その１つのユニットセルに含まれる第２半導体膜とが接触している。ここで、１つのユニットセルに含まれる第１および第２半導体膜とは、そのユニットセルにおいて光起電力発生のための接合を構成している半導体膜である。

各ユニットセルを分割する第２分割溝、第３分割溝および第４分割溝は、この順序で繰り返し配置されている。第２分割溝、第３分割溝および第４分割溝は一部が重なっていてもよいし、重なっていなくてもよい。

上記本発明の太陽電池では、第１分割溝の内部において接合が形成されている。この接合は、第１分割溝を挟んで隣接する２つの第１電極膜の間を電流が流れることを抑制する。そのため、本発明の太陽電池はシャント抵抗が大きく、高いエネルギー変換効率を実現できる。

本発明の太陽電池では、第２分割溝が、第１分割溝内に形成されていてもよい。この構成によれば、発電に寄与しない部分の面積を減らすことができ、変換効率を向上できる。

本発明の太陽電池では、第１半導体膜がｐ形半導体からなり、第２半導体膜がｎ形半導体からなるものであってもよい。また、第１半導体膜がｎ形半導体からなり、第２半導体膜がｐ形半導体からなるものであってもよい。これらの場合、第１半導体膜と第２半導体膜とはｐｎ接合を構成する。

本発明の太陽電池では、第２半導体膜が２層以上の半導体層で構成されてもよい。また、第１半導体膜が２層以上の半導体層で構成されてもよい。たとえば、第１半導体膜がｐ形半導体からなり、第２半導体膜がｉ形半導体層およびｎ形半導体層からなり、第１分割溝の内部において、第１半導体膜の側面とｉ形半導体層とが接触していてもよい。また、第１半導体膜がｎ形半導体からなり、第２半導体膜がｉ形半導体層およびｐ形半導体層からなり、第１分割溝の内部において、第１半導体膜の側面とｉ形半導体層とが接触していてもよい。これらの場合、第１半導体膜と第２半導体膜とは、ｐｉｎ接合を構成する。

本発明の太陽電池では、第１半導体膜が、１１族元素と１３族元素と１６族元素とを含む化合物半導体層を含んでもよい。また、第１半導体膜が、１１族元素と１３族元素と１６族元素とを含む化合物半導体からなるものであってもよい。１１族元素としては、銅が挙げられる。１３族元素としてはインジウムおよびガリウムが挙げられる。１６族元素としては、セレンおよび硫黄が挙げられる。具体的には、ＣｕとＩｎとＳｅとからなる化合物半導体膜、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとからなる化合物半導体膜、またはこれらの半導体膜のＳｅの一部または全部を硫黄に置き換えた化合物半導体膜を用いることができる。たとえば、第１半導体膜として、膜厚が１μｍ〜３μｍの範囲にあるＣｕ(Ｉｎ,Ｇａ)Ｓｅ₂を用いてもよい。Ｃｕ(Ｉｎ,Ｇａ)Ｓｅ₂のキャリア濃度は、１０¹⁵〜１０¹⁷／ｃｍ³の範囲にある。そのような第１半導体膜を用いて従来の集積形太陽電池を作製した場合、第１分割溝内の並列抵抗成分は１ＫΩｃｍ²以下であり、高い太陽電池特性が得られない。これに対し、本発明の構造を用いた場合には、第１分割溝内の並列抵抗成分を大きくすることができ、高い変換効率を達成できる。

本発明の太陽電池では、第２半導体膜が、１２族元素と１６族元素とを含む化合物半導体層を含んでもよい。また、第２半導体膜が、１２族元素と１６族元素とを含む化合物半導体からなるものでもよい。このような第２半導体膜は、特に、第１半導体膜が１１族元素と１３族元素と１６族元素とを含む化合物半導体層を含む場合に好ましく用いられる。１２族元素と１６元素とを含む化合物半導体層としては、たとえば、ＺｎＯ層やＣｄＳ層が挙げられる。

本発明の太陽電池では、第１半導体膜および前記第２半導体膜が、１４族元素を主成分（含有率：９９原子％以上）とする半導体からなるものであってもよい。そのような半導体としては、非晶質Ｓｉ、微結晶Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣなどが挙げられる。微結晶シリコンなどの１４族元素を用いる場合、通常、第１半導体膜と第２半導体膜とによってｐｉｎ接合が形成される。すなわちこの場合には、第１半導体膜または第２半導体膜が、比較的抵抗が高いｉ層を含む。したがって、この構成によれば、第１分割溝内の抵抗を特に高くできる。

［集積形太陽電池の製造方法］
本発明の製造方法は、基板上の一方の側から他方の側に向かって順に配置され且つ直列接続された複数のユニットセルを含む集積形太陽電池の製造方法である。この製造方法は、以下の工程（ｉ）〜（viii）を含む。この製造方法によれば、本発明の太陽電池を製造できる。本発明の太陽電池について述べた事項については、以下の製造方法にも適用できる。そのため、製造方法の説明では、太陽電池の説明と重複する事項の記載を省略する。

工程（ｉ）では、基板上に第１電極膜を形成する。工程（ii）では、第１電極膜を、ストライプ状に配置された複数の第１分割溝で分割する。

工程（iii）では、第１電極膜上および第１分割溝内に第１半導体膜を形成する。気相成膜法や化学析出法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂａｔｈ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって第１半導体膜を形成することによって、第１電極膜上および第１分割溝内に第１半導体膜を形成できる。

工程（iv）では、複数の第２分割溝によって、第１半導体膜を分割する。複数の第２分割溝は、複数の第１分割溝のそれぞれと少なくとも一部が重なるように形成される。また、複数の第２分割溝は、第１分割溝内の上記一方側に第１半導体膜が残るように形成される。第２分割溝の一部のみが第１分割溝と重なってもよい。また、第２分割溝のすべてが、第１分割溝の内部に形成されてもよい。

工程（ｖ）では、第１半導体膜上および第２分割溝内に、第１半導体膜と接合を形成する第２半導体膜を形成する。第１半導体膜と第２半導体膜によって、ｐｎ接合やｐｉｎ接合が構成される。

工程（vi）では、複数の第３分割溝によって、第２半導体膜を分割する。複数の第３分割溝は、複数の第２分割溝のそれぞれの上記他方の側に沿うように配置される。また、第３分割溝は、第１電極膜に到達するように形成される。

工程（vii）では、前記第２半導体膜上および第３分割溝内に、第２電極膜を形成する。第３分割溝内に充填された第２電極膜は、隣接するユニットセルの第１電極膜と接続される。

工程（viii）では、第４分割溝によって、第２電極膜を分割する。第４分割溝は、第３分割溝のそれぞれの上記他方の側に沿うように配置される。このようにして、複数のユニットセルが直列接続された集積形太陽電池が製造される。

上記工程において、電極膜および半導体膜は、その材料に応じた方法で形成でき、たとえば、蒸着法、スパッタ法およびＣＶＤ法といった気相成膜法や、化学析出法で形成できる。また、上記工程において、各分割溝は、たとえばメカニカルスクライブ法やレーザーパターニング法によって形成できる。

［実施形態１］
本発明の集積形太陽電池の一例について、図面を参照しながら説明する。実施形態１の集積形太陽電池１０の断面図を図１（ａ）に示す。また、第１分割溝１５近傍の拡大図を図１（ｂ）に示す。

図１を参照して、本発明の集積型太陽電池１０は、直列接続された複数のユニットセル２０と、複数のユニットセル２０が設けられた基板２１とを含む。各ユニットセル２０は、基板２１上に順に積層された第１電極膜１１、第１半導体膜１２、第２半導体膜１３および第２電極膜１４を少なくとも含む。

基板２１は、第１電極膜１１と接触する側の表面が絶縁性である基板である。基板２１としては、たとえば、ガラス基板や、表面に絶縁膜が形成された金属基板を使用できる。

第１電極膜１１および第２電極膜１４は、太陽電池に一般的に使用される電極材料で形成できる。たとえば、光入射側の電極は透明導電膜で形成でき、他方の電極は金属で形成できる。電極に用いられる金属としては、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｇ等が挙げられる。電極に用いられる透明導電膜としては、酸化インジウム−錫（ＩＴＯ）、ＳｎＯ₂、または、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ等をドープしたＺｎＯ等が挙げられる。一例では、光入射側の電極（透明導電膜）の厚さをたとえば０．４μｍ〜２μｍとし、他方の電極（金属膜）の厚さをたとえば０．１μｍ〜１μｍとしてもよい。

第１半導体膜１２および第２半導体膜１３の材料については特に限定されず、太陽電池に一般的に使用される半導体膜を適用できる。好ましい一例では、第１半導体膜１２として、１１族元素と１３族元素と１６族元素とを含む化合物半導体膜からなるｐ形半導体膜を用い、第２半導体膜１３として１２族元素と１６族元素とを含む化合物半導体膜からなるｎ形半導体膜を用いる。この構成によれば、変換効率が高い集積型太陽電池が得られる。なお、ｐ形の第１半導体膜１２としては、たとえば、ＣｕＩｎＳｅ₂、Ｃｕ(Ｉｎ,Ｇａ)Ｓｅ₂、ＣｕＩｎＳ₂等からなる半導体を使用できる。また、ｎ形の第２半導体膜１３としては、たとえば、ＣｄＳ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、Ｚｎ（Ｏ，ＯＨ）、Ｚｎ（Ｏ，ＯＨ，Ｓ）等からなる半導体を使用することができる。また、一例では、ｐ形の第１半導体膜１２の厚さをたとえば０．５μｍ〜３μｍの範囲とし、ｎ形の第２半導体膜１３の厚さを０．０１μｍ〜０．１μｍの範囲としてもよい。

また、第１半導体膜１２および第２半導体膜１３の材料として、他の半導体、たとえばアモルファスシリコン薄膜、多結晶シリコン薄膜、微結晶シリコン薄膜等を使用してもよい。また、異なる半導体膜を積層して用いてもよい。アモルファスシリコン薄膜を使用する場合、その厚さを、たとえば０．３μｍ〜０．８μｍの範囲としてもよい。多結晶シリコン薄膜を使用する場合、その厚さを、たとえば１μｍ〜２０μｍの範囲としてもよい。微結晶シリコン薄膜を使用する場合、その厚さを、たとえば０．５μｍ〜２０μｍの範囲としてもよい。

複数のユニットセル２０のそれぞれは、第１分割溝１５によって分割された第１電極膜１１と、第２分割溝１６によって分割された第１半導体膜１２と、第３分割溝１７によって分割された第２半導体膜１３と、第４分割溝１８によって分割された第２電極膜１４とを含む積層体によって構成されている。

第１分割溝１５は、第１電極膜１１を貫通している。第２分割溝１６は、第１半導体膜１２を貫通している。第２分割溝１６は、第１分割溝１５に沿って且つ第１分割溝１５と部分的に重なるように形成されている。第３分割溝１７は、第２半導体膜１３を貫通し、且つ第２分割溝１６に沿って形成されている。第４分割溝１８は、第２電極膜１４を貫通し、且つ第３分割溝１７に沿って形成されている。

なお、本発明の太陽電池において、第１、第２、第３および第４分割溝の幅は、たとえばそれぞれ１０〜２００μｍ、１０〜２００μｍ、１０〜２００μｍおよび５〜１００μｍの範囲としてもよい。また、第１分割溝と第２分割溝とが重なっている幅Ｄ（図１（ｂ）参照）は、たとえば、１〜１９０μｍの範囲としてもよい。また、第１電極膜と第１半導体膜の側面との距離Ｌ（図１（ｂ）参照）は、たとえば１〜１９０μｍの範囲としてもよい。

本発明の太陽電池において、各ユニットセル２０の幅は、たとえば２〜１０ｍｍとしてもよい。また、一枚の基板２０上に形成されるユニットセル２０の数は特に限定されず、要求される発電量に応じて設定される。

本発明の太陽電池では、第１分割溝１５内において、第１半導体膜１２の側面と第２半導体膜１３とが接触している。これによって、図１（ｂ）に示すように、第１分割溝１５内において、第１半導体膜１２と第２半導体膜１３によってダイオード７１が形成される。ダイオード７１は、ｐｎ接合ダイオード、またはｐｉｎ接合ダイオードである。

集積形太陽電池１０の等価回路を図１（ｃ）に示す。この等価回路は、直列抵抗２５と、電流源２６と、接合によるダイオード２７と、並列抵抗２８と、ダイオード７１とによって構成されている。ユニットセル２０のメインのダイオード２７の極性と第１分割溝１５内のダイオード７１の極性とは同じであり、ダイオード電流密度は等しい。そのため、第１分割溝１５内の並列抵抗は太陽電池特性に影響を及ぼさなくなる。そのため、集積形太陽電池の開放電圧Ｖｏｃや曲線因子ＦＦなどが増加し、変換効率が向上する。

［実施形態２］
本発明の集積形太陽電池の他の一例の構造を、図２に示す。図２の太陽電池では、第２分割溝１６が第１分割溝１５内に形成されている。この構成においても、第１分割溝１５内において、第１半導体膜１２と第２半導体膜１３とが接合を形成する。そのため、第１分割溝１５で分割された第１電極膜１１間の並列抵抗が増加し、ユニットセル２０のシャント抵抗が増大する。その結果、変換効率が向上する。また、図２の構成の太陽電池では、第１分割溝１５内に第２分割溝１６が包含される。そのため、第１分割溝１５と第２分割溝１６の合計面積を縮小でき、発電に寄与しない部分の面積を縮小できる。その結果、短絡電流を増加させて、変換効率を向上できる。

なお、実施形態２の構成では、第１分割溝１５内に、図２の左側から第１半導体膜１２／第２半導体膜１３／第１半導体膜１２という順序で半導体膜が配置されている。このうち、本発明の効果に寄与する接合を構成するのは、左側の第１半導体膜１２／第２半導体膜１３の接合である。これら２つの半導体膜は、１つのユニットセルに属し、そのユニットセルにおいて発電に寄与する接合を構成する半導体膜である。

実施形態１および２において、各ユニットセル２０は、基板２１の一方の側（図面左側）から他方の側（図面右側）に順に配置されている。いずれの実施形態においても、第２分割溝１６、第３分割溝１７および第４分割溝１８は、基板２１の一方の側（図面左側）から他方の側（図面右側）に向かって繰り返し順に配置されている。実施形態１では、第１分割溝１５、第２分割溝１６、第３分割溝１７および第４分割溝１８は、上記一方の側から上記他方の側に向かって繰り返し順に配置されている。実施形態２では、第２分割溝１６は、第１分割溝１５内に形成されている。

以下に、本発明の集積形太陽電池を製造した一例について述べる。図３（ａ）〜（ｅ）および図４（ｆ）〜（ｈ）は、図１に示す太陽電池１０の製造工程を示す断面図である。なお、以下の図３および図４において、図面左側を「一方の側」と呼び、図面右側を「他方の側」と呼ぶ場合がある。

まず、図３（ａ）に示すように、基板２１上にＭｏからなる第１電極膜１１（厚さ約０．４μｍ）を、スパッタリングによって形成した。スパッタは、Ｍｏをターゲットとして、Ａｒガス雰囲気中でＤＣ１ｋＷを印加することによって行った。基板２１としては、絶縁層で被覆されたステンレス基板を用いた。絶縁層は、ガラスを主成分として形成し、その膜厚は約０．３ｍｍとした。ステンレス基板の厚さは約０．５ｍｍであった。

次に、図３（ｂ）に示すように、ＹＡＧの２倍高調波レーザを用いて、第１電極膜１１を貫通する第１分割溝１５を、ストライプ状に形成した。このときの上面図を、図５（ａ）に示す。第１分割溝１５の幅は、約６０μｍであった。

次に、図３（ｃ）に示すように、第１電極膜１１上および第１分割溝１５内に、Ｃｕ(Ｉｎ,Ｇａ)Ｓｅ₂層（厚さ：約２μｍ）およびＣｄＳ層（厚さ：約７０ｎｍ）からなる第１半導体膜１２を形成した。Ｃｕ(Ｉｎ,Ｇａ)Ｓｅ₂層は、最高基板温度を約５６０℃とし、Ｃｕ，Ｉｎ，ＧａおよびＳｅをそれぞれの蒸着源から独立に蒸着することによって形成した。ＣｄＳ層は、化学浴析出法を用いて形成した。具体的には、硝酸カドミウムとチオ尿素とアンモニアとを含む水溶液を約８０℃に温め、その中に基板を浸漬することによってＣｕ(Ｉｎ,Ｇａ)Ｓｅ₂層の表面にＣｄＳ層を形成した。

次に、図３（ｄ）に示すように、第１半導体膜１２を貫通する第２分割溝１６を形成した。このときの上面図を図５（ｂ）に示す。第２分割溝１６は、第１分割溝１５と部分的に重なるように形成した。また、第２分割溝１６は、第１分割溝１５内の一方の側（図３（ｄ）の左側）に第１半導体膜１２が残るように形成した。第２分割溝１６は、メカニカルパターニング法によって形成した。第２分割溝１６の幅は約６０μｍであった。第１分割溝１５と第２分割溝とが重なっている幅は、約３０μｍであった。

次に、図３（ｅ）に示すように、第１半導体膜１２上および第２分割溝１６内に、ＺｎＯからなる第２半導体膜１３（厚さ：約８０ｎｍ）を、スパッタ法によって形成した。スパッタは、ＺｎＯ焼結体をターゲットとして、Ａｒガス雰囲気中でＲＦ４００Ｗを印加することによって行った。

次に、図４（ｆ）に示すように、第２半導体膜１３を貫通するように第３分割溝１７を形成した。第３分割溝１７は、第２分割溝１６の他方の側（図４（ｆ）の右側）に沿うように形成した。このときの上面図を図５（ｃ）に示す。第３分割溝１７は、メカニカルパターニング法によって形成した。第３分割溝１７の幅は、約３０μｍであった。

次に、図４（ｇ）に示すように、第２半導体膜１３上および第３分割溝１７内に、ＩＴＯからなる第２電極膜１４（厚さ：約４００ｎｍ）を、スパッタ法によって形成した。スパッタは、ＳｎＯ₂を１０ｗｔ％含有したＩＴＯ焼結体をターゲットに用い、Ａｒ雰囲気中でＲＦ４００Ｗを印加することによって行った。

最後に、図４（ｈ）に示すように、第２電極膜１４と第２半導体膜１３と第１半導体膜１２とを貫通するように、第４分割溝１８を形成した。このときの上面図を図５（ｄ）に示す。第４分割溝１８は、第３分割溝１７の他方の側（図４（ｈ）の右側）に沿うように形成した。第４分割溝１８は、メカニカルパターニング法によって形成した。以上の方法によって、本発明の集積形太陽電池を製造した。

ここで、比較例として、図６に示す従来構造の集積形太陽電池を作製した。比較例の基板、第１電極膜、第１半導体膜、第２半導体膜、第２電極膜および第１分割溝は、それぞれ、上記実施例と同じ材料・プロセスで形成した。ここで、比較例の構造では、第１半導体膜と第２半導体膜とが１つの分割溝で分割される。そのため、図６における第３分割溝は、それぞれ、図４における第４分割溝に相当する。

本発明の集積形太陽電池と比較例の集積形太陽電池とを、各々４枚作製した。そして、それらの太陽電池に、光強度が１ｋＷ／ｍ²である疑似太陽光を照射し、電流−電圧特性を測定した。電流−電圧特性から評価した太陽電池特性を、表１に示す。表１において、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ、ＦＦは、それぞれ、開放電圧、短絡電流、曲線因子を表す。また、ＲｓおよびＲｓｈは、それぞれ、ダイオード特性のシリーズ抵抗とシャント抵抗を表している。

表１に示すように、本発明の太陽電池は、比較例の太陽電池に比べて、効率が平均で約１％高かった。本発明の太陽電池は、Ｖｏｃの平均値およびＦＦの平均値が比較例よりも高かった。また、本発明の太陽電池のシャント抵抗は４５０Ωｃｍ²以上であったのに対し、比較例のそれは４００Ωｃｍ²以下であった。

本発明の太陽電池においてシャント抵抗が増大したのは、第１分割溝内に存在する接合によって、隣接する２つの第１電極の間の抵抗が増大したためである。シャント抵抗の増大によって開放電圧および曲線因子が増加し、本発明の太陽電池の変換効率が比較例の太陽電池よりも高くなった。以上のように、本発明によれば、エネルギー変換効率の高い集積形太陽電池が得られる。

この実施例では、第２半導体膜１３としてＺｎＯ膜を用いたが、ＣｄＳ層とＺｎＯ層の積層膜を用いても同様の効果が得られる。この場合は、Ｃｕ(Ｉｎ,Ｇａ)Ｓｅ₂からなる第１半導体膜１２を形成した後、第２分割溝によって第１半導体膜１２を分割し、その後、第２半導体膜１３としてＣｄＳ層とＺｎＯ層とを順に堆積させる。

また、実施例の太陽電池において、第１半導体膜１２としてｐ形Ｓｉ薄膜（アモルファスまたは微結晶）を用い、第２半導体膜１３としてｉ形とｎ形の２層のＳｉ薄膜（アモルファスまたは微結晶）を用いても同様の効果が得られることは明らかである。この場合、ｐ形のＳｉ薄膜とｉ形のＳｉ薄膜とが接触する。この構成では、基板としてガラス等の透光性基板を用い、第１電極膜１１としてＳｎＯ₂等の透光性導電膜を用い、第２電極膜１４としてＡｇまたはカーボン等の膜を用いることが好ましい。

なお、第２半導体膜１３の抵抗率は、第１半導体膜１２と第２電極膜１４との短絡を防止するために１ＭΩｃｍ以上であることが好ましい。

本発明は、集積形の薄膜太陽電池に利用できる。

本発明の集積形太陽電池の一例について、（ａ）断面図、（ｂ）一部拡大図、（ｃ）等価回路を示す図である。 本発明の集積形太陽電池の他の一例を示す断面図である。 本発明の集積型太陽電池の製造方法における各工程を示す断面図である。 図３に続く工程を示す断面図である。 図３および図４の一部の工程における上面図である。 従来の集積形太陽電池の一例について、（ａ）断面図および（ｂ）等価回路を示す図である。 従来の集積形太陽電池の他の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 集積形太陽電池
１１ 第１電極膜
１２ 第１半導体膜
１３ 第２半導体膜
１４ 第２電極膜
１５ 第１分割溝
１６ 第２分割溝
１７ 第３分割溝
１８ 第４分割溝
２０ ユニットセル
２１ 基板

Claims (9)

1. 直列接続された複数のユニットセルを含む集積形太陽電池であって、
   基板と、前記基板上に順次積層された第１電極膜、第１半導体膜、第２半導体膜および第２電極膜を含み、
   前記第１半導体膜と前記第２半導体膜とは接合を形成しており、
   前記第１電極膜、前記第１半導体膜、前記第２半導体膜および前記第２電極膜は、それぞれ、ストライプ状に配置された複数の第１分割溝、複数の第２分割溝、複数の第３分割溝および複数の第４分割溝によって分割されており、
   前記第１分割溝、前記第２分割溝、前記第３分割溝および前記第４分割溝は互いに平行に形成されており、
   前記複数のユニットセルのそれぞれは、前記第１分割溝によって分割された前記第１電極膜と、前記第２分割溝によって分割された前記第１半導体膜と、前記第３分割溝によって分割された前記第２半導体膜と、前記第４分割溝によって分割された前記第２電極膜とを含む積層体によって構成されており、
   前記第１分割溝と前記第２分割溝とは少なくとも一部が重なっており、
   前記第１分割溝の内部において、１つのユニットセルに含まれる前記第１半導体膜の側面と、前記１つのユニットセルに含まれる前記第２半導体膜とが接触しており、
   前記第３分割溝内には前記第２電極膜が充填されており、
   前記第２電極膜は、前記第２半導体膜の上面と接触し、かつ、前記第３分割溝内において前記第２半導体膜の側面および隣接する前記第１電極膜の上面と接触している、集積形太陽電池。
2. 前記第２分割溝が、前記第１分割溝内に形成されている請求項１に記載の集積形太陽電池。
3. 前記第１半導体膜がｐ形半導体からなり、前記第２半導体膜がｎ形半導体からなる請求項１または２に記載の集積形太陽電池。
4. 前記第２半導体膜が２層以上の半導体層で構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の集積形太陽電池。
5. 前記第１半導体膜がｐ形半導体からなり、
   前記第２半導体膜がｉ形半導体層およびｎ形半導体層からなり、
   前記第１分割溝の内部において、第１半導体膜の側面と前記ｉ形半導体層とが接触している請求項４に記載の集積形太陽電池。
6. 前記第１半導体膜が、１１族元素と１３族元素と１６族元素とを含む化合物半導体層を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の集積形太陽電池。
7. 前記第２半導体膜が、１２族元素と１６族元素とを含む化合物半導体層を含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の集積形太陽電池。
8. 前記第１半導体膜および前記第２半導体膜が、１４族元素を主成分とする半導体からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の集積形太陽電池。
9. 基板上の一方の側から他方の側に向かって順に配置され且つ直列接続された複数のユニットセルを含む集積形太陽電池の製造方法であって、
   （ｉ）基板上に第１電極膜を形成する工程と、
   （ii）前記第１電極膜を、ストライプ状に配置された複数の第１分割溝で分割する工程と、
   （iii）前記第１電極膜上および前記第１分割溝内に第１半導体膜を形成する工程と、
   （iv）前記複数の第１分割溝のそれぞれと少なくとも一部が重なるように且つ前記第１分割溝内の前記一方側に前記第１半導体膜が残るように形成される複数の第２分割溝によって、前記第１半導体膜を分割する工程と、
   （ｖ）前記第１半導体膜上および前記第２分割溝内に、前記第１半導体膜と接合を形成する第２半導体膜を形成する工程と、
   （vi）前記複数の第２分割溝のそれぞれの前記他方の側に沿うように配置され且つ前記第１電極膜に到達する複数の第３分割溝によって、前記第２半導体膜を分割する工程と、
   （vii）前記第２半導体膜上および前記第３分割溝内に、第２電極膜を形成し、前記第３分割溝内において、前記第２半導体膜の側面および隣接する前記第１電極膜の上面と接触させる工程と、
   （viii）前記第３分割溝のそれぞれの前記他方の側に沿うように配置された複数の第４分割溝によって、前記第２電極膜を分割する工程と、を含む集積形太陽電池の製造方法。

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