JP6294694B2 - 太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池およびその製造方法に関する。さらに、本発明は太陽電池モジュールに関する。

エネルギー問題や地球環境問題が深刻化する中、化石燃料にかわる代替エネルギーとして、太陽電池が注目されている。太陽電池では、半導体接合等からなる光電変換部への光照射により発生したキャリア（電子および正孔）を外部回路に取り出すことにより、発電がおこなわれる。光電変換部で発生したキャリアを効率的に外部回路へ取出すために、太陽電池の光電変換部上に集電極が設けられたものが用いられている。

例えば、結晶シリコン基板上に、非晶質シリコン層と透明電極層を有するヘテロ接合太陽電池では、透明電極層上に、集電極として金属集電極が設けられる。金属集電極を形成するのは、透明電極層のみでは効率的にキャリアを取り出せないためである。但し、金属集電極は透明電極層とは違い光を通さないため、受光面側では遮光損を生む。そのため金属集電極の受光面に対する面積比は極力小さい方がよい。

一般に、ヘテロ接合太陽電池セルを作製した際の構造は図１(a)、(a’)、(b)に示すようなものとなる。通常、透明電極層はＣＶＤ法やスパッタ法により形成されるため、図１(a)に示すように、表面透明電極層１０１と裏面透明電極層１０２が製膜面と反対面側に回り込み、セル端部で接するため、透明電極層を介したリーク電流が発生する。このリーク電流はFFを低下させる原因となるため、例えばレーザーダイシング等によって端部除去を行う必要がある（図(a’)）。ダイシングによる端部絶縁処理は、特許文献１や特許文献２に開示されている。

また一方で、製膜段階でマスク製膜を実施することで、表面透明電極層と裏面透明電極層が接しないようにして絶縁処理を行う手法も、特許文献３に開示されている（図(b)）。さらに特許文献４では、透明電極層の端部をレーザー処理することで端部の透明電極層の抵抗を増大させ、リーク電流を低減させる手法が開示されている。本手法は光電変換部として使用されるシリコン系薄膜をマスク製膜した後、該シリコン系薄膜を覆うように透明電極層を光電変換部の片面のみに製膜し、透明電極層のシリコン系薄膜形成領域を再度マスクで覆って透明電極層の端部のみにプラズマ処理を行うことで端部のみ高抵抗化している。

特開２００６―３１０７７４号公報 特開平９−１２９９０４号公報 特開２００１−４４４６１号公報 特開２００３−１０１０４８号公報

しかしながら、特許文献１，２においてはレーザーダイシングによる端部絶縁処理が開示されているが、レーザーによる端部ダイシング工程を行うと、光電変換部にダメージが入る。また特許文献３では、透明電極層のマスク製膜について開示されているが、この場合、シリコン系薄膜などを最表面に有する光電変換部がむき出しになった領域が形成されるため、この領域は良好なパッシベーションがなされないと考えられる。さらに、レーザーによる絶縁処理や、表面の透明電極層のマスク製膜は太陽電池セルの有効領域が狭くなる。以上のような理由から、レーザーやマスクによる絶縁処理は、太陽電池セル性能低下に繋がると考えられる。

さらに特許文献４のようにシリコン系薄膜をマスク製膜すると有効面積が狭くなり、またマスクの使用により工程数が増大し生産性が低下すると考えられる。さらにプラズマによりセルにダメージが入り、性能低下する可能性が考えられる。

以上のように、これら一般的なヘテロ接合太陽電池の作製手法は、「表面と裏面の透明電極層が接する部分を除去する若しくは接するような製膜を実施しない」という概念のもと行われており、最終製品として、透明電極層が形成されていない絶縁領域が形成されたものが用いられており、端部透明電極層を除去することなく、表面と裏面の透明電極層が接した状態でセル性能を高めることについては、何ら検討されていなかった。

本発明は、上記のような太陽電池の光電変換部の端部絶縁処理に関わる従来技術の問題点を解決し、太陽電池の変換効率を向上させること、及び太陽電池の製造コストを低減することを目的とする。

本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討した結果、所定の透明電極層を用いることにより、太陽電池の変換効率が向上可能であり、さらに製造過程や長期使用での歩留まりが向上するため、低コストで太陽電池の製造が可能であることを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明の太陽電池は、一導電型単結晶シリコン基板の第一主面上に逆導電型シリコン系薄膜を有する光電変換部と、前記光電変換部の第一主面上に第一透明電極層と、前記光電変換部の第二主面上に第二透明電極層と、を有し、前記光電変換部の第一主面、第二主面および側面の全面を覆うように透明電極層が形成されており、前記透明電極層は、前記第一透明電極層と第二透明電極層を含み、前記光電変換部の周縁部において、前記第一透明電極層と第二透明電極層の少なくとも一部が接しており、前記第一透明電極層と第二透明電極層の少なくとも一方の抵抗が５００Ω／ｓｑより大きく１×１０^６Ω／ｓｑ以下である。

前記第一透明電極層と第二透明電極層の抵抗がいずれも５００Ω／ｓｑより大きく１×１０^６Ω／ｓｑ以下であることが好ましい。

前記光電変換部の第一主面上に、前記第一透明電極層と第一集電極をこの順に有し、
前記光電変換部の第二主面上に、前記第二透明電極層と第二集電極をこの順に有することが好ましい。

前記第一集電極の端部および第二集電極の端部が、いずれも前記周縁部よりも内側であることが好ましい。

前記第一集電極の端部と第二集電極の端部の光電変換部側面を介した距離をＬとしたとき、０．４ｍｍ＜Ｌ＜１０ｍｍを満たすことが好ましい。

また本発明の太陽電池を用いた太陽電池モジュールは、太陽電池と、他の太陽電池または外部回路と、を接続する配線材と、を有し、前記太陽電池は、光電変換部と、前記光電変換部の第一主面上に順に第一透明電極層および第一集電極と、前記光電変換部の第二主面上に第二透明電極層と、を有し、前記第一透明電極層および第二透明電極層が、前記光電変換部の第一主面、第二主面および側面の全面を覆うように形成されており、前記第一透明電極層および第二透明電極層は、前記光電変換部の第一主面、第二主面および側面の少なくとも一部において接しており、かつ、シート抵抗が５００Ω／ｓｑより大きく１×１０^６Ω／ｓｑ以下を満し、前記配線材は、前記太陽電池の第一主面上における前記第一集電極と電気的に接続されていることが好ましい。

前記太陽電池は、封止材により封止されており、前記第一透明電極層および第二透明電極層に接するように前記太陽電池が前記封止材により封止されていることが好ましい。

前記光電変換部は、一導電型単結晶シリコン基板の第一主面上に逆導電型シリコン系薄膜を有し、前記一導電型単結晶シリコン基板の第二主面上に一導電型シリコン系薄膜を有することが好ましい。

また本発明の太陽電池の製造方法は、光電変換部と、前記光電変換部の第一主面上に第一透明電極層と、前記光電変換部の第二主面上に第二透明電極層と、を有し、光電変換部を準備する光電変換部準備工程の後、前記光電変換部の第一主面上に第一透明電極層を形成する工程と、前記光電変換部の第二主面上に第二透明電極層を形成する工程を含む、透明電極層形成工程を有し、前記透明電極層形成工程において、前記光電変換部の第一主面、第二主面または側面に、前記第一透明電極層と第二透明電極層が接する領域を有し、かつ、前記第一透明電極層および第二透明電極層により、前記光電変換部の第一主面、第二主面および側面の全面を覆うように形成され、前記透明電極層形成工程の後、前記第一透明電極層と第二透明電極層の短絡が除去される絶縁処理工程を有さないことが好ましい。

前記光電変換部を準備する光電変換部準備工程の後、前記光電変換部の第一主面上に第一透明電極層を形成する工程と、前記光電変換部の第二主面上に第二透明電極層を形成する工程を含む、透明電極層形成工程を有し、前記透明電極層形成工程において、前記光電変換部の第一主面、第二主面または側面に、前記第一透明電極層と第二透明電極層が接する領域を有し、かつ、前記第一透明電極層および第二透明電極層により、前記光電変換部の第一主面、第二主面および側面の全面を覆うように形成され、前記第一透明電極層と第二透明電極層が接する状態で、モジュール化が行われることにより、太陽電池モジュールが製造されることが好ましい。

本発明によれば、端部絶縁処理が不要なため、セル有効面積を最大限にすることができ、太陽電池の変換効率を向上することができる。また、従来技術のレーザーダイシング法やマスク製膜法では、工程自体のコストや歩留りの問題からコスト低下が難しかった。そのため、本手法を用いれば、高効率の太陽電池を安価に提供することができる。またセル全面が透明電極層で覆われているため、長期信頼性の観点からも非常に有用である。

第一主面および第二主面上に透明電極層を有する光電変換部を示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係るヘテロ接合太陽電池を示す模式的断面図である。 製膜面と反対面側に回り込んだ透明電極層を有する光電変換部を示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係る第一集電極と第二集電極の距離を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを示す模式的断面図である。

以下、本発明の一実施形態であるヘテロ接合結晶シリコン太陽電池（以下、「ヘテロ接合太陽電池」と記載する場合がある）を例として、本発明をより詳細に説明する。ヘテロ接合太陽電池は、一導電型の単結晶シリコン基板の表面に、単結晶シリコンとはバンドギャップの異なるシリコン系薄膜を有することで、拡散電位が形成された結晶シリコン系太陽電池である。シリコン系薄膜としては非晶質のものが好ましい。中でも、拡散電位を形成するための導電型非晶質シリコン系薄膜と結晶シリコン基板の間に、薄い真性の非晶質シリコン層を介在させたものは、変換効率の最も高い結晶シリコン太陽電池の形態の一つとして知られている。

図２は、本発明の一実施形態に係る結晶シリコン系太陽電池の模式的断面図である。結晶シリコン系太陽電池１１１は、光電変換部５０として、一導電型単結晶シリコン基板１の一方の面（光入射側の面）に、導電型シリコン系薄膜３ａをこの順に有する。一導電型単結晶シリコン基板１の他方の面（光入射側と反対側の面）には、導電型シリコン系薄膜３ｂを有することが好ましい。

光電変換部５０は、第一主面および第二主面上に、各々第一透明電極層１０１および第二透明電極層１０２を有する。光電変換部の第一主面、第二主面および側面の全面が透明電極層により覆われている。透明電極層は、第一透明電極層および第二透明電極層を含み、前記光電変換部の周縁部において、第一透明電極層と第二透明電極層の少なくとも一部が接している。すなわち、光電変換部は、第一透明電極層と第二透明電極層の少なくとも一方により覆われている。

ここで、「全面」とは、完全に１００％である場合の他、第一透明電極層と第二透明電極層が接触しうる範囲で、局所的に著しく膜厚が薄くなっている場合や、微小なピンホール等が生じている場合なども許容し得るものであり、光電変換部の表面の９５％以上の面積に透明電極層が形成されていることを意味する。後述のように、めっき液等から保護をより確実とする観点から、透明電極層は、９８％以上に形成されていることがより好ましい。理想的には１００％である。

また「接している」とは、接触するだけでなく、第一透明電極層と第二透明電極層の端面が一部重複して積層されているものも含む。本発明の一実施形態においては、第一透明電極層および第二透明電極層の各々が側面にも形成されており、第一透明電極層と第二透明電極層が側面で積層されている。

本明細書において、「周縁」とは、周端（主面の端縁）および周端から所定距離の領域を指し、周端からの距離は、好ましくは１．５ｍｍであり、より好ましくは０．５ｍｍであり、特に好ましくは０．１５ｍｍである。また、「周縁部」とは、第一の主面および第二の主面の周縁と側面とを含む領域を指す。また光電変換部５０の光入射側上（この場合、第一主面上）には、第一集電極７が形成されている。

一導電型単結晶シリコン基板１と導電型シリコン系薄膜３ａ，３ｂとの間には、真性シリコン系薄膜２ａ，２ｂを有することが好ましい。光電変換部５０の裏面側上には集電極８が形成されていることが好ましい。

まず、本発明の結晶シリコン系太陽電池における、一導電型単結晶シリコン基板１について説明する。一般的に単結晶シリコン基板は、導電性を持たせるために、シリコンに対して電荷を供給する不純物を含有している。単結晶シリコン基板は、シリコン原子に電子を導入するための原子（例えばリン）を含有させたｎ型と、シリコン原子に正孔を導入する原子（例えばボロン）を含有させたｐ型がある。すなわち、本発明における「一導電型」とは、ｎ型またはｐ型のどちらか一方であることを意味する。

ヘテロ接合太陽電池では、単結晶シリコン基板へ入射した光が最も多く吸収される入射側のへテロ接合を逆接合として強い電場を設けることで、電子・正孔対を効率的に分離回収することができる。そのため、光入射側のヘテロ接合は逆接合であることが好ましい。一方で、正孔と電子とを比較した場合、有効質量および散乱断面積の小さい電子の方が、一般的に移動度が大きい。以上の観点から、ヘテロ接合太陽電池に用いられる単結晶シリコン基板１は、ｎ型単結晶シリコン基板であることが好ましい。単結晶シリコン基板１は、光閉じ込めの観点から、表面にテクスチャ構造を有することが好ましい。

テクスチャが形成された一導電型単結晶シリコン基板１の表面に、シリコン系薄膜が製膜される。シリコン系薄膜の製膜方法としては、プラズマＣＶＤ法が好ましい。プラズマＣＶＤ法によるシリコン系薄膜の形成条件としては、基板温度１００〜３００℃、圧力２０〜２６００Ｐａ、高周波パワー密度０．００４〜０．８Ｗ／ｃｍ^２が好ましく用いられる。シリコン系薄膜の形成に使用される原料ガスとしては、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６等のシリコン含有ガス、またはシリコン系ガスとＨ_２との混合ガスが好ましく用いられる。

導電型シリコン系薄膜３は、一導電型または逆導電型のシリコン系薄膜である。例えば、一導電型単結晶シリコン基板１としてｎ型が用いられる場合、一導電型シリコン系薄膜、および逆導電型シリコン系薄膜は、各々ｎ型、およびｐ型となる。ｐ型またはｎ型シリコン系薄膜を形成するためのドーパントガスとしては、Ｂ_２Ｈ_６またはＰＨ_３等が好ましく用いられる。また、ＰやＢといった不純物の添加量は微量でよいため、予めＳｉＨ_４やＨ_２で希釈された混合ガスを用いることが好ましい。導電型シリコン系薄膜の製膜時に、ＣＨ_４、ＣＯ_２、ＮＨ_３、ＧｅＨ_４等の異種元素を含むガスを添加して、シリコン系薄膜を合金化することにより、シリコン系薄膜のエネルギーギャップを変更することもできる。

シリコン系薄膜としては、非晶質シリコン薄膜、微結晶シリコン（非晶質シリコンと結晶質シリコンとを含む薄膜）等が挙げられる。中でも非晶質シリコン系薄膜を用いることが好ましい。例えば、一導電型単結晶シリコン基板１としてｎ型単結晶シリコン基板を用いた場合の光電変換部５０の好適な構成としては、ｐ型非晶質シリコン系薄膜３ａ／ｉ型非晶質シリコン系薄膜２ａ／ｎ型単結晶シリコン基板１／ｉ型非晶質シリコン系薄膜２ｂ／ｎ型非晶質シリコン系薄膜３ｂの順の積層構成が挙げられる。この場合、前述の理由から、ｐ層側を光入射面とすることが好ましい。

真性シリコン系薄膜２ａ，２ｂとしては、シリコンと水素で構成されるｉ型水素化非晶質シリコンが好ましい。単結晶シリコン基板上に、ＣＶＤ法によってｉ型水素化非晶質シリコンが製膜されると、単結晶シリコン基板への不純物拡散を抑えつつ表面パッシベーションを有効に行うことができる。また、膜中の水素量を変化させることで、エネルギーギャップにキャリア回収を行う上で有効なプロファイルを持たせることができる。

ｐ型シリコン系薄膜は、ｐ型水素化非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコンカーバイド層、またはｐ型非晶質シリコンオキサイド層であることが好ましい。不純物拡散の抑制や直列抵抗低下の観点ではｐ型水素化非晶質シリコン層が好ましい。一方、ｐ型非晶質シリコンカーバイド層およびｐ型非晶質シリコンオキサイド層は、ワイドギャップの低屈折率層であるため、光学的なロスを低減できる点において好ましい。

ヘテロ接合太陽電池１１１の光電変換部５０は、導電型シリコン系薄膜３ａ、３ｂ上に各々、第一透明電極層１０１と第二透明電極層１０２を備える。上述のように、第一透明電極層と第二透明電極層は、少なくともいずれか一方が、光電変換部の第一主面、第二主面および側面を覆うように形成されている。

また第一透明電極層と第二透明電極層の少なくとも一方は、光電変換部の側面にも形成されている。また、第一透明電極層と第二透明電極層は、各々第二主面および第一主面の周縁に回りこむように形成されていても良い。また図１（ａ）に示すように、例えばＣＶＤやＰＶＤを用いた手法によって太陽電池セルを作製する場合、セル端部から製膜物質が回りこむため、第一透明電極層と第二透明電極層は少なくとも一部が接するように形成される。

ここで、ヘテロ接合太陽電池では透明電極層のみでは電流取り出し効率が悪い（ＦＦが低下する）。これは導電性物質とはいえ、金属に比べると抵抗率が数桁大きい透明電極のみでは、シリーズ抵抗（Ｒｓ）が大きくなりすぎるためである。そこで、Ｒｓ増大を抑制し、高いＦＦを維持するため、ヘテロ接合太陽電池では集電極（典型的には櫛型の金属電極）が利用されている。通常は集電極部分を増大させるとシャドウロス（遮光損）により電流が低下するため、あまり集電極面積を広くとらない。そのため、許容される透明電極層の抵抗値も適切な値が求められ、例えば特開２０１２−２２７２８１号公報に記載のように、一般的には１Ω／ｓｑ〜５００Ω／ｓｑ程度であり、中でも２０Ω／ｓｑ〜２００Ω／ｓｑ程度の低抵抗のものが好ましく用いられている。

このように、従来では、シリーズ抵抗を低減させるために、透明電極層として低抵抗のものが用いられてきた。従って、第一主面と第二主面の透明電極層が各々接するように形成された場合、低抵抗の透明電極層を通じて電流が流れるため、表面と裏面が電気的に絶縁されない。すなわち短絡が生じるために、特性が低下する。このため、周縁部にレーザーを照射して絶縁領域を形成する必要がある。あるいは上述のように、第一主面と第二主面の透明電極層が接しないように、マスク等で各主面の周端を覆って、周端以外の領域に透明電極層を形成する方法が用いられている。このように、従来では、光電変換部の第一主面、第二主面および側面の少なくとも一部に、透明電極層を有さない絶縁領域が形成されてきた。

これに対し、本発明においては、第一透明電極層または第二透明電極層の少なくとも一方のシート抵抗が５００Ω／ｓｑより大きく１×１０^６Ω／ｓｑ以下を満たす。シート抵抗が上記範囲を満たすことにより、第一透明電極層と第二透明電極層が接した状態であっても、短絡を抑制できる。従って、マスクによる絶縁処理や、レーザー照射による絶縁処理を行うことなく、使用することが出来る。

中でも、第一主面上または第二主面上の透明電極層の少なくとも一方のシート抵抗が５００Ω／ｓｑより大きく１×１０^６Ω／ｓｑ以下を満たすことが好ましく、第一主面上および第二主面上の透明電極層のシート抵抗がいずれも５００Ω／ｓｑより大きく１×１０^６Ω／ｓｑ以下を満たすことがより好ましい。

なお「主面上の透明電極層」とは、例えば、第一主面上における第一透明電極層と、第二透明電極層が第一主面の周縁に回り込んだ部分を意味するものとする。さらに第一透明電極層および第二透明電極層のシート抵抗がいずれも５００Ω／ｓｑより大きく１×１０^６Ω／ｓｑ以下が特に好ましい。上記範囲を満たすことで、よりリーク電流を抑制できる。

シート抵抗は、６×１０^２Ω／ｓｑ以上１×１０^６Ω／ｓｑ以下であることがより好ましく、１×１０^３Ω／ｓｑ以上１×１０^６Ω／ｓｑ以下であることがさらに好ましく、５×１０^３Ω／ｓｑ以上１×１０^６Ω／ｓｑ以下であることが特に好ましい。透明電極層のシート抵抗は、ロレスター等の四端子法測定によって求めることが出来る。

シート抵抗を上記範囲にする方法として、例えばドーパント濃度の制御や、酸素欠損の制御によって、透明電極層物質そのもののキャリア密度や移動度を変調させる方法や、製膜する膜厚を薄膜化することでシート抵抗を増大させる方法がある。中でも薄膜化は、物性コントロールよりも容易にシート抵抗増大が可能であり、目的の抵抗値を得やすい手法であるといえる。

すなわち周縁部においては、第一透明電極層と第二透明電極層が接する領域が存在するため、第一透明電極層と第二透明電極層の合計膜厚は５〜１５０ｎｍが好ましい。従って、第一透明電極層または第二透明電極層の少なくとも一方は、膜厚が３ｎｍ〜１００ｎｍが好ましく、５ｎｍ〜５０ｎｍがより好ましい。また周縁部において、透明電極層の膜厚が５ｎｍ〜３０ｎｍが好ましく、５ｎｍ〜１０ｎｍがより好ましい。第一透明電極層および第二透明電極層の膜厚が、いずれも５ｎｍ〜１２０ｎｍが好ましい。

ここでヘテロ接合太陽電池の電流値を増大させるために最も効率的な手法は、取り込める光の量を大きくすることである。特に透明電極層は光吸収するため、薄ければ薄い程光吸収を抑制可能であるものの、上記のように透明電極層には適切な抵抗値が求められるため、薄膜化が困難とされてきた。また一般にヘテロ接合太陽電池において、透明電極層は反射防止膜としても機能するため、光入射側および光入射側と反対側にそれぞれ８０〜１２０ｎｍ程度の膜厚が利用されている。そのため上記抵抗値の問題を含め、薄膜化するという手法は従来実施されてこなかった。

本発明においては、通常より高い抵抗値の透明電極層を用いるために、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度と薄い透明電極層を使用することができる。薄膜化に伴う反射率の最適化については、例えば、別途透光性物質を製膜することで、最適な反射防止効果を得ることが可能である。また後述のように、透過率が高い透明電極層を作製できるため、光の取り込み量を向上させることができる。

本発明における透明電極層１００は、導電性酸化物を主成分とすることが好ましい。導電性酸化物としては、例えば、酸化亜鉛や酸化インジウム、酸化錫を単独または混合して用いることができる。導電性、光学特性、および長期信頼性の観点から、酸化インジウムを含んだインジウム系酸化物が好ましい。

本発明において、透明電極層１００は、酸化インジウムを主成分とするものが好ましく用いられる。ここで「主成分とする」とは、含有量が５０重量％より多いことを意味し、７０重量％以上が好ましく、８５重量％以上がより好ましい。また透明電極層は利用状況に応じて、Ｓｎ，Ｗ，Ａｓ，Ｚｎ，Ｇｅ,Ｃａ，Ｓｉ，Ｃ等の少なくとも一種の金属を金属ドーパントとして含むことが好ましい。中でも金属ドーパントとしてＳｎを用いた酸化インジウム錫（ＩＴＯ）がより好ましく用いられる。

金属ドーパント量が低ければ低い程、酸化物の抵抗率は大きくなるため、透明電極層１００の金属ドーパント量は、０．１〜１５重量％が好ましく、０．１〜５重量％がより好ましい。

本発明における透明電極層１００は、波長４００〜９００ｎｍにおける透過率が６５％以上であることが好ましく、７０％以上がより好ましく、７５％以上が特に好ましい。この範囲とすることにより、光吸収を抑制することができ、光閉じ込め効果をより向上させることができる。特に、光入射面側の透明電極層は、透過率が高いことが好ましく、上記範囲を満たすことがより好ましい。

本発明においては、光電変換部の第一主面、第二主面および側面の全面を覆うように透明電極層が形成されることで、後述のように、特に集電極をめっき法により形成する場合など、めっき液等に浸漬させた際に、光電変換部をめっき液等からより保護することができる。

透明電極層１００の製膜方法は、特に限定されないが、スパッタ法等の物理気相堆積法や、有機金属化合物と酸素または水との反応を利用した化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法等が好ましい。いずれの製膜方法においても、熱やプラズマ放電によるエネルギーを利用することもできる。

透明電極層１００作製時の基板温度は、適宜設定される。例えば、シリコン系薄膜として非晶質シリコン系薄膜が用いられる場合、２００℃以下が好ましい。基板温度を２００℃以下とすることにより、非晶質シリコン層からの水素の脱離や、それに伴うシリコン原子へのダングリングボンドの発生を抑制でき、結果として変換効率を向上させることができる。

透明電極層の物性は、導電性酸化物の材料及び組成、製膜条件（製膜方法、基板温度、導入ガスの種類及び導入量、製膜圧力、パワー密度等）などを変更することにより、適宜に調整され得る。一般に、ドーパント量が多いほど、また結晶性が高いほど、抵抗値は低くなる。

ＩＴＯ膜の製膜を例に挙げると、例えば、錫を０．５〜１０重量％含有するターゲットを用い、酸素の導入量は、全ガス導入量に対して０．３体積％〜１０体積％、パワー密度０．２ｍＷ／ｃｍ^２〜１．２ｍＷ／ｃｍ^２の条件で製膜が行われることが好ましい。より好ましくは錫を０．７〜７重量％含有するターゲットを用い、さらに好ましくは錫を１〜５重量％含有するターゲットを用いるとよい。

なお、本実施形態においては、光電変換部の側面において、第一透明電極層と第二透明電極層が接する形態について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示すように、第一透明電極層および第二透明電極層が、各々、第二主面の周縁および第一主面の周縁まで回り込み、光電変換部の第一主面、第二主面および側面のいずれにおいて接していてもよい。

本発明においては、第一透明電極層の第一主面上に第一集電極７を有することが好ましい。また第二透明電極層の第二主面上に第二集電極８を有することが好ましい。

ここで、第一主面が光入射面側の場合、上述のように、集電極の面積が大きいと、遮光損が大きくなり、光取りこみ量が低減するため、曲率因子（ＦＦ）が低下する。従って、通常、光入射面側の集電極は、櫛形のものが用いられる。

この際、集電極の幅と間隔を最適化することで本発明のように透明電極層が高抵抗の場合であっても、使用することができる。例えば、後述のように、めっき法により集電極を形成する場合、より細線な幅の集電極を形成することができるため、集電極による遮光ロスを抑制したまま効率よく電流を取り出すことができる。

第一集電極の端部および第二集電極の端部は、電流回収及び電流リーク低減の観点から、いずれも前記周縁部よりも内側であることが好ましい。ここで「集電極の端部」とは、図４に示すように集電極が形成された領域の最も端を意味する。また「周縁部よりも内部」とは、光電変換部の周端を外側とした場合、中心に近い側を意味する。

図４（ａ）（ｃ）に示すように、第一集電極および第二集電極が各々櫛形の場合、第一集電極の端部と、第二集電極の端部の、光電変換部の側面を介した距離をＬとすると、Ｌ＝０．５ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。この範囲とすることで、金属電極端部同士の直列抵抗を高抵抗化させることが期待できる。中でも、電極間距離が長くなればなるほど高抵抗化することから、Ｌ＝２ｍｍ〜１０ｍｍが好ましく、５ｍｍ〜１０ｍｍがより好ましい。
なお、図４（ａ）（ｂ）のように、第一集電極を構成するフィンガー電極端部が連結している場合、該連結部から第二集電極までの距離を求めてもいいし、図４（ｃ）（ｄ）のように連結部が無い場合は、フィンガー端部から第二集電極までの距離を求めてもいい。

ここで、「第一集電極の端部と、第二集電極の端部の光電変換部の側面を介した距離Ｌ」とは、第一集電極端部と第二集電極端部の平均距離を意味する。例えば、図４にしめすように、太陽電池が擬似四角形の場合、各々向かい合う４本の長辺と短辺により形成されている。この場合、計８辺存在する距離の平均値を意味するものとする。

また１辺の中でもＬが長い箇所と短い箇所がある場合は、その平均距離を求めて該１辺の距離とし、上記擬似四角形の場合は、８辺の各々について同様に求めることができる。
第一集電極を櫛形にした場合（各々の細線の電極をフィンガー電極という）、各フィンガー電極間の距離および電極幅は、透明電極層の抵抗に応じて最適値を選択することができる。

第二集電極は、裏面側の電極として用いられるため、グリッド電極でも良いし、スパッタ等により全面に製膜した電極でも良い。第二集電極として全面製膜したものを用いた場合、図４（ｂ）（ｄ）に示すように、製膜された領域の最も端を第二集電極の端部とすることができる。

上述のように、第二透明電極層１０２上には、第二集電極（裏面金属電極８）が形成されることが好ましい。裏面金属電極８としては、近赤外から赤外域の反射率が高く、かつ導電性や化学的安定性が高い材料を用いることが望ましい。このような特性を満たす材料としては、銀やアルミニウム等が挙げられる。裏面金属電極層の製膜方法は、特に限定されないが、スパッタ法や真空蒸着法等の物理気相堆積法や、スクリーン印刷等の印刷法等が適用可能である。

透明電極層１０１上に、第一集電極７が形成される。第一集電極７の形成材料には、バインダー樹脂等を含有するペースト等を好ましく用いることができる。また、スクリーン印刷法により形成された第一集電極の導電性を十分向上させるためには、熱処理により第一集電極を硬化させることが望ましい。したがって、ペーストに含まれるバインダー樹脂としては、上記乾燥温度にて硬化させることができる材料を用いることが好ましく、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂等が適用可能である。

第一集電極７は、櫛形等の所定形状にパターン化されていることが好ましい。第一集電極７は、インクジェット法、スクリーン印刷法、導線接着法、スプレー法、真空蒸着法、スパッタ法、めっき法等の公知技術によって作製できる。中でも、より細線化が可能であることからめっき法により形成することが好ましい。

第一集電極は、１層でも複数層でもよいが、特にめっき法により第一集電極を形成する場合、複数層を有することが好ましい。この際、例えば、予め下地層を作製した後、該下地層上にめっき法により金属電極を形成することができる。下地層を形成する方法としては、生産性の観点からスクリーン印刷法が適している。スクリーン印刷法では、金属粒子を含む印刷ペースト、および集電極のパターン形状に対応した開口パターンを有するスクリーン版を用いて、集電極パターンを印刷する方法が好ましく用いられる。

また無電界めっき法などにより下地層を形成してもよい。該下地層上に、めっき法により金属電極を形成することができる。この場合、細線化が可能になる。中でも、より細線化が可能となる点から、下地層を主面の全面に形成した後、レジスト層を形成、その後遮光してレジストに開口部を形成し、レジストを保護層として使用してレジスト開口部にめっき法により金属電極を形成することが好ましい。

以上のようにして形成した第一集電極を用いることにより、高抵抗な透明電極層を使用した場合であっても、抵抗のロスを低減した太陽電池を作製できる。

ここで、めっき法により集電極を形成する場合、非中性酸性溶液が使用される。このような溶液にシリコン層がさらされると、ライフタイムの低下といった問題がある。一方、本発明においては、光電変換部の全面が透明電極層で覆われているため、該溶液がシリコン層と接触するのを防止することができる。

なお、第一集電極は、パターン形状に対応したマスクを用いて、蒸着法やスパッタ法により形成されてもよい。

以上のようにして太陽電池を作製することができる。ここで、上述のように、従来では、第一透明電極層と第二透明電極層との短絡を除去するために、第一透明電極層と第二透明電極層の各々が製膜面とは反対面側に回りこむように製膜して集電極形成後にレーザーで周縁部の絶縁処理を行ったり、マスクを用いて第一透明電極層と第二透明電極層を製膜することで絶縁処理を行っていたが、本発明においては、透明電極層の抵抗が高いため、絶縁処理を行わずに太陽電池として使用できる。

本発明の太陽電池は、実用に供するに際して、モジュール化されることが好ましい。
この際、太陽電池モジュールは、太陽電池と、他の太陽電池または外部回路と、を接続する配線材と、を有することが好ましい。配線材は、太陽電池の第一主面上における第一集電極と電気的に接続されていることが好ましい。

太陽電池のモジュール化は、適宜の方法により行われる。例えば、図５に示すように、第一集電極と第二集電極の各々に配線材９３等のインターコネクタを介して第一集電極が接続されることによって、複数の太陽電池セル１１１が直列または並列に接続され、封止材９２、ガラス板などの受光面側保護材９４およびＡｌ等の裏面側保護材９１により封止されることによりモジュール化が行われることが好ましい。この際、集電極としては、フィンガー電極とバスバー電極を有するものを用いても良いし、フィンガー電極のみであってもよい。バスバー電極を有する場合、配線材はバスバー電極に接続されるが、フィンガー電極のみの場合は、該フィンガー電極に直接配線材が接続される。

配線材と集電極とは、導電性樹脂接着剤もしくは半田などにより接続させることができる。この際、本発明のような高抵抗な透明電極層が用いられることにより、従来のような低抵抗な透明電極層を使用した際に生じうる短絡をより防止することができる。

本発明の太陽電池は、封止材により封止されることが好ましく、この際、全面に形成される透明電極層が封止材と接するように形成されることが好ましい。透明電極層が複数層有する場合、最表面の層が封止材と接することが好ましく、透明電極層が第一透明電極層及び第二透明電極層により形成される場合、第一透明電極層と第二透明電極層が封止材と接することが好ましい。

モジュール封止の際に用いられる封止材９２の材料としては、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ），エチレンーエチルアクリレート共重合樹脂（ＥＥＡ），ポリビニルブチラール樹脂（ＰＶＢ），シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透光性の樹脂が適宜使用される。封止によってセルと封止材は直接接する。従って、従来ではレーザーにより絶縁処理を行う、もしくはマスクにより透明電極層を製膜して絶縁処理を行うことにより、シリコン層が剥き出しになったセルが用いられており、封止材がシリコン層と接触しており、封止材からの湿分がセル内部へ侵入して信頼性が低下する虞があったが、本発明においては、図５に示すようにセル全面が透明電極層で覆われているため、例えば封止材からの湿分によってシリコン部分への湿分の侵入を防ぐことができ、信頼性の向上がより期待できる。

また、シリコン部分への拡散が比較的生じやすい銅などの金属を電極として用いた場合であっても、本発明のように透明電極層により覆われていることで、金属成分がシリコン部分へ侵入することをより防止することができる。また全面透明電極層で覆われていることにより、側面近傍へ入射した光の取り込みも可能となる。これにより、変換効率向上が期待される。

以下、図２に示すヘテロ接合太陽電池に関する実施例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、各実施例においては、以下の方法で測定を行った。

（評価方法）
[光電変換特性]
ソーラーシミュレータにより、ＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ^２の光量で照射して
、開放端電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）および変換効率（
Ｅｆｆ）を測定した。

[抵抗値測定]
無アルカリガラス上に、各実施例および比較例の透明電極層と同一の製膜条件でＩＴＯ膜を形成した。このサンプルを用いて、ロレスタ（三菱油化株式会社製 四端子四深針法）によりシート抵抗測定を実施した。
［集電極間距離］
第一集電極と第二集電極間の距離は、レーザー顕微鏡による観察及びＳＥＭによる断面観察により求めた。

（実施例１）
実施例１のヘテロ接合太陽電池を、以下のようにして製造した。

一導電型単結晶シリコン基板として、入射面の面方位が（１００）で、厚みが２００μｍのｎ型単結晶シリコンウェハを用い、このシリコンウェハを２重量％のＨＦ水溶液に３分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜が除去された後、超純水によるリンスが２回行われた。このシリコン基板を、７０℃に保持された５／１５重量％のＫＯＨ／イソプロピルアルコール水溶液に１５分間浸漬し、ウェハの表面をエッチングすることでテクスチャが形成された。その後に超純水によるリンスが２回行われた。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ パシフィックナノテクノロジー社製）により、ウェハの表面観察を行ったところ、ウェハの表面はエッチングが最も進行しており、（１１１）面が露出したピラミッド型のテクスチャが形成されていた。

エッチング後のウェハがＣＶＤ装置へ導入され、その光入射側に、真性シリコン系薄膜２ａとしてｉ型非晶質シリコンが５ｎｍの膜厚で製膜された。ｉ型非晶質シリコンの製膜条件は、基板温度：１５０℃、圧力：１２０Ｐａ、ＳｉＨ_４／Ｈ_２流量比：３／１０、投入パワー密度：０．０１１Ｗ／ｃｍ^２であった。

ｉ型非晶質シリコン層２ａ上に、逆導電型シリコン系薄膜３ａとしてｐ型非晶質シリコンが７ｎｍの膜厚で製膜された。ｐ型非晶質シリコン層３ａの製膜条件は、基板温度が１５０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ_４／Ｂ_２Ｈ_６流量比が１／３、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ^２であった。なお、上記でいうＢ_２Ｈ_６ガス流量は、Ｈ_２によりＢ_２Ｈ_６濃度が５０００ｐｐｍまで希釈された希釈ガスの流量である。

次にウェハの裏面側に、真性シリコン系薄膜２ｂとしてｉ型非晶質シリコン層が６ｎｍの膜厚で製膜された。ｉ型非晶質シリコン層２ｂの製膜条件は、上記のｉ型非晶質シリコン層２ａの製膜条件と同様であった。ｉ型非晶質シリコン層２ｂ上に、一導電型シリコン系薄膜３ｂとしてｎ型非晶質シリコン層が４ｎｍの膜厚で製膜された。ｎ型非晶質シリコン層３ｂの製膜条件は、基板温度：１５０℃、圧力：６０Ｐａ、ＳｉＨ_４／ＰＨ_３流量比：１／２、投入パワー密度：０．０１Ｗ／ｃｍ^２であった。なお、上記でいうＰＨ_３ガス流量は、Ｈ_２によりＰＨ_３濃度が５０００ｐｐｍまで希釈された希釈ガスの流量である。

この上にＩＴＯが第一透明電極層１０１として２０ｎｍの膜厚で製膜された。ターゲットとして酸化インジウム錫を用い、基板温度：室温、圧力：０．２Ｐａのアルゴン雰囲気中で、０．５Ｗ／ｃｍ^２のパワー密度を印加して透明電極層の製膜が行われた。続けて第二透明電極層１０３として、ＩＴＯを同条件で８０ｎｍ製膜し、第二透明電極層１０３上に裏面金属電極８として、スパッタ法により銀が５００ｎｍの膜厚で形成された。第一透明電極層１００上には、スクリーン印刷法を用いて銀ペーストにて金属集電極が形成された。金属集電極形成後、１９０度で一時間アニール処理を行い、本発明のヘテロ接合太陽電池が作製された。

この際、第一透明電極層は側面および裏面の周縁部に回りこみ、第二透明電極層は側面および表面の周縁部に回り込んでいた。すなわち、周縁部において第一透明電極層を覆うように第二透明電極層が形成されており、第一透明電極層、第二透明電極層の抵抗は、各々６５０Ω／ｓｑおよび１５０Ω／ｓｑであった。

（比較例１）
セル完成後、レーザー加工機によりセル外周部のシリコンウェハが０．５ｍｍの幅で除去された点を除いて、実施例１と同様にして集電極形成までが行われた。

（比較例２）
第一透明電極層１０１の膜厚が１００ｎｍであることを除いて、実施例１と同様にして集電極形成までが行われた。この際、第一透明電極層、第二透明電極層における透明電極層の抵抗は、各々１３０Ω／ｓｑおよび１５０Ω／ｓｑであった。

（比較例３）
セル完成後、レーザー加工機によりセル外周部のシリコンウェハが０．５ｍｍの幅で除去された点を除いて、比較例２と同様にして集電極形成までが行われた。集電極パターンは透明電極層の抵抗に応じて設計されるため、実施例１と比較例１が同パターンであり、比較例２と比較例３が同パターンとなるように集電極を形成した。

上記実施例および比較例の光学変換特性を測定し、実施例１と比較例２を基準として、比較例１と比較例３の特性の変化を求めた。結果を表１に示す。

端部絶縁処理によるセル特性の変化を示すのが、比較例２と比較例３である。比較例２と比較例３を比べると、端部絶縁処理によりＦＦ値が向上した。これは、比較例２では透明電極層の抵抗が低く、絶縁処理を行っていないために表面と裏面で短絡が生じていたが、レーザーによる絶縁処理により短絡が除去されたためと考えられる。一方で、電流値は比較例３の方が小さくなった。これは、比較例３では、レーザーによる絶縁処理により有効面積が狭くなったためと考えられる。

ＦＦ値と電流値の積をパラメータすると、比較例２と比較例３では、端部絶縁処理後の方がセル性能は高くなった。これは端部絶縁処理によるＦＦ値の向上が、セル有効面積縮小による電流低減よりも大きく寄与しているからと考えられる。

一方で実施例１と比較例１を比較すると、端部絶縁処理によるＦＦ値の変化が観測されなかった。これは実施例１では、透明電極層部分が高抵抗のため、第一透明電極層と第二透明電極層が積層されているにも拘らずリーク電流が抑えられているためと考えられる。すなわち、端部絶縁処理が必要ないことを示している。電流値とＦＦ値の積をパラメータとすると、端部絶縁処理を行っていない実施例１の方がセル性能が高くなった。これは、比較例１では、端部絶縁処理により有効面積が減少し、それに伴い電流値低減が影響したためと考えられる。

以上より、本発明のような高抵抗の透明電極層を用いることにより、絶縁処理なしでもリーク電流等を抑制できる太陽電池を作製できると考えられる。

次に、太陽電池セルの端部における表面側の第一集電極と、裏面側の第二集電極の端部距離Ｌについて、以下に示す実験例１〜４において計算により端部距離Ｌと並列抵抗Ｒｓｈの関係を求めた。

表２は端部距離Ｌとセル性能をまとめたものである。サンプルは実施例１と同様に作製し、端部距離Ｌを変化させるように集電極形成を行った。表より、端部距離Ｌが１ｍｍの時、最も高い性能を示した。１ｍｍよりも短い場合、Ｉｓｃは変化しないが、Ｌを短くするにつれてＦＦが低下した。これはＬを短くするほど表裏に電流が流れやすくなるためと考えられる。一方で、１ｍｍよりも長い場合、Ｌを長くするにつれてＩｓｃ、ＦＦ共に低下した。これは、Ｌが長くなるにつれてキャリアの回収効率が低減するためと考えられる。以上より、０．５〜１．５ｍｍがより好ましいと考えられる。

１．一導電型単結晶シリコン基板
２．真性シリコン系薄膜
３．導電型シリコン系薄膜
１００．透明電極層
１０１．第一透明電極層
１０２．第二透明電極層
７．第一集電極
８．第二集電極
９１．裏面側保護材
９２．封止材
９３．配線材
９４．受光面側保護材
１１１．太陽電池

Claims (9)

1. 一導電型単結晶シリコン基板の第一主面上に逆導電型シリコン系薄膜を有する光電変換部と、前記光電変換部の第一主面上に第一透明電極層と、前記光電変換部の第二主面上に第二透明電極層と、を有する太陽電池であって、
   前記光電変換部の第一主面、第二主面および側面の全面を覆うように透明電極層が形成されており、
   前記透明電極層は、前記第一透明電極層と第二透明電極層を含み、
   前記光電変換部の周縁部において、前記第一透明電極層と第二透明電極層の少なくとも一部が接しており、
   前記第一透明電極層と第二透明電極層の少なくとも一方の抵抗が５００Ω／ｓｑより大きく１×１０⁶Ω／ｓｑ以下である、太陽電池。
2. 前記第一透明電極層と第二透明電極層の抵抗がいずれも５００Ω／ｓｑより大きく１×１０⁶Ω／ｓｑ以下である、請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記光電変換部の第一主面上に、前記第一透明電極層と第一集電極をこの順に有し、前記光電変換部の第二主面上に、前記第二透明電極層と第二集電極をこの順に有する、請求項１または２に記載の太陽電池。
4. 前記第一集電極の端部および第二集電極の端部が、いずれも前記周縁部よりも内側である、請求項３に記載の太陽電池。
5. 前記第一集電極の端部と第二集電極の端部の光電変換部側面を介した距離をＬとしたとき、０．４ｍｍ＜Ｌ＜１０ｍｍを満たす、請求項３または４に記載の太陽電池。
6. 太陽電池と、他の太陽電池または外部回路と、を接続する配線材と、を有する太陽電池モジュールであって、
   前記太陽電池は、光電変換部と、前記光電変換部の第一主面上に順に第一透明電極層および第一集電極と、前記光電変換部の第二主面上に第二透明電極層と、を有し、
   前記第一透明電極層および第二透明電極層が、前記光電変換部の第一主面、第二主面および側面の全面を覆うように形成されており、
   前記第一透明電極層および第二透明電極層は、前記光電変換部の第一主面、第二主面および側面の少なくとも一部において接しており、かつ、シート抵抗が５００Ω／ｓｑより大きく１×１０⁶Ω／ｓｑ以下を満し、
   前記配線材は、前記太陽電池の第一主面上における前記第一集電極と電気的に接続されている、太陽電池モジュール。
7. 前記太陽電池は、封止材により封止されており、
   前記第一透明電極層および第二透明電極層に接するように前記太陽電池が前記封止材により封止されている、請求項６に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記光電変換部は、一導電型単結晶シリコン基板の第一主面上に逆導電型シリコン系薄膜を有し、前記一導電型単結晶シリコン基板の第二主面上に一導電型シリコン系薄膜を有する、請求項６または７に記載の太陽電池モジュール。
9. 光電変換部と、前記光電変換部の第一主面上に第一透明電極層と、前記光電変換部の第二主面上に第二透明電極層と、を有する太陽電池の製造方法であって、
   光電変換部を準備する光電変換部準備工程の後、
   前記光電変換部の第一主面上に第一透明電極層を形成する工程と、前記光電変換部の第二主面上に第二透明電極層を形成する工程を含む、透明電極層形成工程を有し、
   前記透明電極層形成工程において、前記光電変換部の第一主面、第二主面または側面に、前記第一透明電極層と第二透明電極層が接する領域を有し、かつ、前記第一透明電極層および第二透明電極層により、前記光電変換部の第一主面、第二主面および側面の全面を覆うように形成され、
   前記透明電極層形成工程の後、前記第一透明電極層と第二透明電極層の短絡が除去される絶縁処理工程を有さない、太陽電池の製造方法。