專利名稱：光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。尤其是涉及通過成膜制成發(fā)電層的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
作為接受光而轉(zhuǎn)換為電力的光電轉(zhuǎn)換裝置，周知例如在發(fā)電層(光電轉(zhuǎn)換層)層疊薄膜硅系的層而得到的薄膜系太陽電池。薄膜系太陽電池一般通過在基板上依次層疊透明電極層(第1透明電極層)、硅系半導(dǎo)體層(光電轉(zhuǎn)換層)、及包括背面透明電極層(第 2透明電極層)和金屬薄膜的背面電極層而構(gòu)成。背面透明電極層以氧化鋅(SiO)、氧化錫(SnO2)、氧化銦錫(ITO)等金屬氧化物為主成分。為了使背面透明電極層具有低電阻，而在上述金屬氧化物中添加氧化鎵或氧化鋁、 氟類等。但是，背面透明電極層與金屬電極相比具有高電阻，因此在光電轉(zhuǎn)換層中產(chǎn)生的電流流過背面透明電極層期間產(chǎn)生電力損失。因此，周知為了使向外部取出的電力增加而減小損失的集成結(jié)構(gòu)。集成結(jié)構(gòu)是指在1個基板上形成多個發(fā)電單元并將它們串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。分離槽及連接槽通過在與串聯(lián)連接方向垂直的方向上進行激光劃線而形成。為了提高集成型太陽電池的發(fā)電性能，金屬薄膜的反射率提高和背面電極層的低電阻化是重要的。因此，尤其是在薄膜硅系太陽電池、薄膜硅系串聯(lián)型太陽電池的金屬薄膜上，一般采用在寬范圍的波長下顯示高的反射率的^Vg薄膜。專利文獻1中公開了具備包括 Ag薄膜的背面電極層的光電轉(zhuǎn)換裝置。專利文獻專利文獻1 日本特公平5-18275號公報(第1頁第1欄第22行 同頁第2欄第 7行)

發(fā)明內(nèi)容
但是，由于Ag具有高的韌性，因此在對背面電極層進行激光蝕刻時容易產(chǎn)生毛刺。因此，產(chǎn)生了使激光蝕刻的條件最優(yōu)化而進行穩(wěn)定控制的需要。但是，Ag薄膜由于激光加工條件的最優(yōu)范圍較窄，魯棒性也較低，因此難以控制。專利文獻1中公開了除Ag薄膜以外將Cu薄膜用于背面電極層的內(nèi)容。Cu是韌性比Ag低的材料。因此，激光加工條件的最優(yōu)范圍比Ag薄膜的情況寬，相對于激光功率變動等可得到高的魯棒性。其結(jié)果是，對于具備Cu薄膜的背面電極層，激光蝕刻條件的最優(yōu)化及穩(wěn)定控制變得容易，能夠期待抑制激光加工時的毛刺的產(chǎn)生的效果。另一方面，Cu比Ag容易被氧化，通過成膜條件、元件結(jié)構(gòu)(層疊結(jié)構(gòu))得到的Cu薄膜的物理性能不同。因此，即使將專利文獻1所記載的Ag薄膜的成膜條件原封不動地適用于Cu薄膜，也得不到與具備包括Ag薄膜的背面電極層的光電轉(zhuǎn)換裝置同等的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明鑒于上述問題而創(chuàng)立，提供激光蝕刻容易且具有高的發(fā)電效率的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。
本發(fā)明人著眼于上述的Cu的物理性能的優(yōu)點，對于即使將Cu薄膜用于背面電極層時也具有高的發(fā)電效率的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法進行了努力研究。Cu雖然具有高的光反射率，但容易氧化，若被氧化，則光的反射率也下降。另外，應(yīng)用于光電轉(zhuǎn)換裝置時，由于層疊于以金屬氧化物為主成分的背面透明電極層上，因此成為更加容易被氧化的條件。另外，由于太陽電池設(shè)置于室外而暴露于自然環(huán)境，因此還要求耐候性。因此，為了形成具有高的發(fā)電效率的光電轉(zhuǎn)換裝置，重要的是在Cu薄膜形成工序中抑制氧化，并進一步抑制時效老化引起的氧化，確保Cu薄膜的高的光的反射率。為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，包括在基板上形成2個光電轉(zhuǎn)換層和背面電極層的工序，其中，所述背面電極層形成工序包括背面透明電極層形成工序和Cu薄膜形成工序，所述Cu薄膜形成工序依次包括排氣工序和成膜工序，所述排氣工序的到達壓力為2X10_Va以下，所述成膜工序的溫度為120°C以上且以下。根據(jù)本發(fā)明，在具有2個光電轉(zhuǎn)換層的光電轉(zhuǎn)換裝置(即所謂的串聯(lián)型太陽電池) 中，背面電極層側(cè)的光電轉(zhuǎn)換層的吸收帶域為波長650nm以上。因此，作為背面電極層，要求對于波長650nm以上的高反射率。Cu薄膜形成工序中的排氣工序的到達壓力優(yōu)選為2X10_4Pa以下。由此，排除氣氛中含有的水蒸氣、氧直至一定以下的濃度(500ppm)。因此，能夠抑制Cu薄膜的氧化，能夠確保高的光的反射率。成膜工序的溫度優(yōu)選為120°C以上且240°C以下。通過使成膜溫度為120°C以上， 確保了 Cu薄膜的高的光的反射率。因此，能夠使背面電極層的短路電流增大，提高模塊輸出。另一方面，成膜溫度超過240°C時，構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換層的例如非晶硅ρ層、η層的摻雜材料向i層擴散。由此，開路電壓降低，模塊輸出降低。模塊輸出在150°C以上且200°C以下成為更優(yōu)選的值。而且使成膜溫度小于120°C時，抑制了 Cu的成膜中的原子移動，在與背面透明電極層的界面、在Cu薄膜內(nèi)的結(jié)晶粒界上產(chǎn)生較多的空穴、缺陷，反射率降低，短路電流減少，模塊輸出降低。優(yōu)選，所述成膜工序包括施加初始靶投入電力密度的初始階段及維持穩(wěn)定靶投入電力密度的穩(wěn)定階段，所述初始靶投入電力密度為穩(wěn)定靶投入電力密度的10%以上且 50%以下。Cu薄膜在以金屬氧化物為主成分的背面透明電極層上通過濺射法而層疊。基于濺射法的成膜中，附著于基板的Cu的濺射粒子的能量較高。因此Cu與作為背面透明電極層的主成分的金屬氧化物的氧反應(yīng)，形成黑色或赤褐色的Cu氧化物，因此背面透明電極層受到損害。該界面被氧化的層變厚(即，損害變大)時，背面電極層的光的反射率大幅降低， 引起模塊效率的降低。為了避免該現(xiàn)象，需要減慢Cu薄膜的初始成膜速度，降低濺射粒子的能量，抑制與對界面的損害相關(guān)的Cu的氧化。從抑制氧化的觀點出發(fā)，優(yōu)選初始靶投入電力密度較低。另外，考慮到對背面透明電極層和Cu薄膜的界面造成的損害時，優(yōu)選初始靶投入電力密度為穩(wěn)定靶投入電力密度的50%以下。但是，初始靶投入電力密度低于穩(wěn)定靶投入電力密度的10%時，成膜速度過慢，將氣氛中的雜質(zhì)氣體取入到膜中，因此Cu薄膜的反射率降低。優(yōu)選所述初始靶投入電力密度的施加時間為總成膜時間的10%以上且30%以下。
初始靶投入電力密度的施加時間超過總成膜時間的30%時，由于生產(chǎn)節(jié)拍時間變長，因而生產(chǎn)性降低。另一方面，比10%短時必須提高初始靶投入電力密度，對上述界面的損害變大，反射率降低。優(yōu)選，所述成膜工序包括從初始靶投入電力密度向穩(wěn)定靶投入電力密度轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移階段，所述轉(zhuǎn)移階段的變化時間為所述總成膜時間的5%以上且10%以下。轉(zhuǎn)移階段的時間短于制出Cu膜的總成膜時間的5%時，在對上述界面造成的損害少的狀態(tài)下的Cu成膜結(jié)束前，造成損害的穩(wěn)定靶投入電力密度下的成膜開始，氧化進行。 另一方面，超過10%時，由于不能確保設(shè)計膜厚這樣的理由，不能維持生產(chǎn)節(jié)拍時間。背面電極層也可以在Cu薄膜上具備保護膜。形成保護膜的工序也可以包含于Cu 薄膜形成工序，該情況下，能夠不與大氣接觸地在Cu薄膜上層疊保護膜。保護膜用于保護 Cu薄膜以不與例如大氣中的水蒸氣、氧等接觸。該保護膜能夠通過在Cu薄膜上層疊而提高 Cu薄膜的耐腐蝕性。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供激光加工容易且發(fā)電效率高的光電轉(zhuǎn)換裝置。


圖1是表示通過本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法制造的光電轉(zhuǎn)換裝置的構(gòu)成的概略圖。圖2是說明制造太陽電池板的一實施方式的概略圖。圖3是說明制造太陽電池板的一實施方式的概略圖。圖4是說明制造太陽電池板的一實施方式的概略圖。圖5是說明制造太陽電池板的一實施方式的概略圖。圖6是表示排氣工序的到達壓力引起的薄膜的光的反射率的波長分散的坐標圖。 (a)表示使用Cu薄膜的情況，(b)表示使用Ag薄膜的情況。圖7是表示Cu薄膜成膜時的成膜溫度引起的光的反射率的波長分散的坐標圖。圖8是對于本實施方式的串聯(lián)型太陽電池模塊表示成膜溫度和短路電流的關(guān)系的坐標圖。圖9是對于本實施方式的串聯(lián)型太陽電池模塊表示成膜溫度和開路電壓的關(guān)系的坐標圖。圖10是對于本實施方式的串聯(lián)型太陽電池模塊表示成膜溫度和形狀因子的關(guān)系的坐標圖。圖11是對于本實施方式的串聯(lián)型太陽電池模塊表示成膜溫度和模塊輸出的關(guān)系的坐標圖。圖12是表示Cu薄膜成膜時的靶投入電力密度控制曲線的坐標圖。圖13是表示金屬薄膜成膜時的靶投入電力密度控制引起的反射率的波長分散的坐標圖。(a)表示使用Cu薄膜的情況，(b)表示使用Ag薄膜的情況。圖14是表示Cu薄膜的膜厚引起的光的反射率的波長分散的坐標圖。圖15是表示本實施方式的串聯(lián)型太陽電池模塊的Cu薄膜的膜厚和短路電流的關(guān)系的坐標圖。
圖16是表示本實施方式的串聯(lián)型太陽電池模塊的Cu薄膜的膜厚和開路電壓的關(guān)系的坐標圖。圖17是表示本實施方式的串聯(lián)型太陽電池模塊的Cu薄膜的膜厚和形狀因子的關(guān)系的坐標圖。圖18是表示本實施方式的串聯(lián)型太陽電池模塊的Cu薄膜的膜厚和模塊輸出的關(guān)系的坐標圖。圖19是表示Ti膜的膜厚引起的Cu薄膜/Ti膜的光的反射率的波長分散的坐標圖。
具體實施例方式圖1是表示通過本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法制造的光電轉(zhuǎn)換裝置的構(gòu)成的概略圖。光電轉(zhuǎn)換裝置100是串聯(lián)型硅系太陽電池，具備基板1、透明電極層2、作為光電轉(zhuǎn)換層3的第1電池層91 (非晶硅系)及第2電池層92 (結(jié)晶硅系)、中間接觸層5、及背面電極層4。此處，硅系是包括硅(Si)、碳化硅(SiC)及鍺硅(SiGe)的總稱。結(jié)晶硅系是指非晶硅系以外的硅系，還包括微晶硅及多晶硅。舉出制造太陽電池板的工序為例說明本實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。圖 2至圖5是表示本實施方式的太陽電池板的制造方法的概略圖。(1)圖 2 的(a)使用浮法堿玻璃基板(例如1. 4mX 1. ImX板厚3. 5mm 4. 5mm)作為基板1。基板端面優(yōu)選為了防止熱應(yīng)力、沖擊等造成的破損而進行拐角倒角、倒圓角加工。(2)圖 2 的(b)作為透明電極層2，將以氧化錫(SnO2)為主成分的膜厚約500nm以上且SOOnm以下的透明導(dǎo)電膜在熱CVD裝置中約500°C下成膜。此時，在透明導(dǎo)電膜的表面形成具有適當?shù)陌纪沟募y理。作為透明電極層2，除了透明導(dǎo)電膜外，還可以在基板1和透明導(dǎo)電膜之間形成堿性阻擋膜(未圖示)。堿性阻擋膜通過熱CVD裝置在約50(TC下進行成膜處理，制成 50nm 150nm 氧化硅膜(SiO2)。(3)圖 2 的(c)然后，將基板1設(shè)置于X-Y工作臺上，將YAG激光的第1諧波(1064nm)按照圖中箭頭所示從透明電極膜的膜面?zhèn)日丈?。調(diào)整激光功率以適合加工速度，使基板1和激光向與發(fā)電電池的串聯(lián)連接方向垂直的方向相對移動，對透明電極膜激光蝕刻出寬度為約6mm 15mm的規(guī)定寬度的長方形狀以形成槽10。(4)圖 2 的(d)作為第1電池層91，通過等離子體CVD裝置對由非晶硅薄膜構(gòu)成的ρ層、i層及η 層進行成膜。以SiH4氣體及H2氣體為主原料，在減壓氣氛301 以上且1000 以下、基板溫度約200°C下，在透明電極層2上從太陽光入射的一側(cè)開始按照非晶硅ρ層31、非晶硅 i層32、非晶硅η層33的順序進行成膜。非晶硅ρ層31以非晶B摻雜硅為主，膜厚為IOnm 以上且30nm以下。非晶硅i層32的膜厚為200nm以上且;350nm以下。非晶硅η層33以在非晶硅中含有微晶硅的P摻雜硅為主，膜厚為30nm以上且50nm以下。在非晶硅ρ層31 和非晶硅i層32之間，為了提高界面特性也可以設(shè)置緩沖層。
接著，在第1電池層91上，通過等離子體CVD裝置，在減壓氣氛3000Pa以下、基板溫度約200°C、等離子體發(fā)生頻率40MHz以上且100MHz以下，依次制成作為第2電池層 92的結(jié)晶硅ρ層41、結(jié)晶硅i層42、及結(jié)晶硅η層43。結(jié)晶硅ρ層41以B摻雜的微晶硅為主，膜厚為IOnm以上且50nm以下。結(jié)晶硅i層42以微晶硅為主，膜厚為1. 2 μ m以上且 3. Oym以下。結(jié)晶硅η層43以P摻雜的微晶硅為主，膜厚為20nm以上且50nm以下。在通過等離子體CVD法形成以微晶硅為主的i層膜時，優(yōu)選將等離子體放電電極和基板1的表面的距離d設(shè)為3mm以上且IOmm以下。在小于3mm時，由于與大型基板對應(yīng)的成膜室內(nèi)的各構(gòu)成設(shè)備的精度而難以保持距離d為一定，并且過于接近而可能導(dǎo)致放電不穩(wěn)定。大于IOmm時，難以得到充分的成膜速度(lnm/s以上)，并且等離子體的均勻性下降而因離子沖擊導(dǎo)致膜質(zhì)下降。在第1電池層91和第2電池層92之間，為了改善接觸性并且取得電流耦合性而設(shè)有作為半反射膜的中間接觸層5。作為中間接觸層5，使用靶( 摻雜ZnO燒結(jié)體通過濺射裝置制成膜厚20nm以上且IOOnm以下的GZO(( 摻雜SiO)膜。另外，也存在不設(shè)置中間接觸層5的情況。(5)圖 2 的(e)將基板1設(shè)置于X-Y工作臺，將激光二極管激勵YAG激光的第2高次諧波(532nm) 按照圖中箭頭所示從光電轉(zhuǎn)換層3的膜面?zhèn)日丈洹ＴO(shè)定脈沖振蕩10kHz 20kHz，調(diào)整激光功率以使加工速度合適，對透明電極層2的激光蝕刻線的約IOOym 150μπι的橫側(cè)進行激光蝕刻以形成連接槽11。該激光也可以從基板1側(cè)照射，該情況下能夠利用通過被光電轉(zhuǎn)換層3的非晶硅系的第1電池層91吸收的能量產(chǎn)生的高的蒸氣壓而對光電轉(zhuǎn)換層3 進行蝕刻，能夠進行更加穩(wěn)定的激光蝕刻加工。激光蝕刻線的位置以不與前工序的蝕刻線交叉的方式考慮定位公差而選定。(6)圖 3 的(a)本實施方式中，作為背面電極層4，從基板側(cè)起依次具備背面透明電極層51及Cu 薄膜52。形成該背面電極層4的工序包括背面透明電極層形成工序和Cu薄膜形成工序。 各工序均使用濺射法。在形成背面透明電極層的工序中，通過濺射裝置制成背面透明電極層51。背面透明電極層51以減少光電轉(zhuǎn)換層3和Cu薄膜52的接觸電阻并提高光反射為目的而設(shè)置。 背面透明電極層51是以金屬氧化物為主成分的透明導(dǎo)電膜，例如形成為膜厚50nm以上且 IOOnm以下的GZO (Ga摻雜SiO)膜。Cu薄膜形成工序包括在Cu薄膜52成膜前使腔室內(nèi)為真空的排氣工序、和施加電力而進行成膜的成膜工序。為了抑制氣氛中的水蒸氣及氧造成的Cu薄膜52的氧化，設(shè)定排氣工序的到達壓力為2X10_Va以下，然后，導(dǎo)入Ar氣體以使與到達壓力的分壓比(到達壓力/Ar氣體)為5X10—4。設(shè)定成膜工序的溫度為120°C以上且以下，制成Cu薄膜 膜厚IOOnm以上且450nm以下。成膜工序的靶投入電力密度控制曲線構(gòu)成為包括施加初始靶投入電力密度的初始階段；從初始靶投入電力密度轉(zhuǎn)移到穩(wěn)定靶投入電力密度的轉(zhuǎn)移階段；及維持穩(wěn)定靶投入電力密度的穩(wěn)定階段。成膜工序中制成Cu膜的總成膜時間由生產(chǎn)節(jié)拍決定。因此，決定用于到達目標膜厚的成膜速度。該成膜速度與靶投入電力密度具有比例關(guān)系，因此按照目標成膜速度而決定靶投入電力密度。但是，在控制靶投入電力密度的情況下，與不進行控制的情況相比，由于較低地設(shè)定初始的靶功率，所以成膜速度也下降?？紤]這一點而決定穩(wěn)定靶投入電力密度。初始靶投入電力密度設(shè)定為穩(wěn)定靶投入電力密度的10%以上且50%以下，施加總成膜時間的10%以上且30%以下的時間。轉(zhuǎn)移階段在總成膜時間的5%以上且10%以下的時間內(nèi)使電力密度從初始靶投入電力密度變化至穩(wěn)定靶投入電力密度。初始靶投入電力密度超過穩(wěn)定靶投入電力密度的50%時，向背面透明電極層51和Cu薄膜52的界面施加的損害變大，不能確保高的反射率。初始靶投入電力密度的施加時間超過總成膜時間的 30%，或轉(zhuǎn)移階段的靶投入電力密度的施加時間超過總成膜時間的10%時，不能維持生產(chǎn)節(jié)拍時間。在Cu薄膜形成工序中，也可以在相同腔室內(nèi)不暴露于大氣，而在Cu薄膜52上制成保護膜。本實施方式中，保護膜使用對于Cu的防腐蝕效果高的Ti。保護膜的膜厚設(shè)定為 5nm以上且150nm以下。作為防腐蝕效果高的膜，除此以外可列舉Cr_0等金屬氧化膜，但由于為氧化物，在同一腔室中進行成膜時在氣氛中放出氧，成為Cu薄膜的氧化要因。另外，采用其他腔室時成本提高。作為金屬使用Cr、Al、Ti。其中，Ti可在表面生成致密的TiO2鈍化膜，因此防腐蝕效果最好。Cr、Al與Cu合金化而反射特性降低。膜厚低于5nm時，不能得到期望的防腐蝕效果。比150nm厚時，容易產(chǎn)生應(yīng)力引起的剝離。(7)圖 3 的(b)將基板1設(shè)置于X-Y工作臺，將激光二極管激勵YAG激光的第2高次諧波(532nm) 按照圖中箭頭所示從基板1側(cè)照射。激光被光電轉(zhuǎn)換層3吸收，利用此時產(chǎn)生的較高的氣體蒸氣壓使背面電極層4爆裂而被除去。設(shè)定脈沖振蕩1kHz以上且IOOkHz以下，調(diào)整激光功率以適合加工速度，對透明電極層2的激光蝕刻線的250 μ m 400 μ m的橫側(cè)進行激光蝕刻以形成槽12。(8)圖 3 的(c)和圖 4 的(a)劃分發(fā)電區(qū)域，對基板端周邊的膜端部進行激光蝕刻，除去在串聯(lián)連接部分容易短路的影響。將基板1設(shè)置于X-Y工作臺，從基板1側(cè)照射激光二極管激勵YAG激光的第 2高次諧波(532nm)。激光由透明電極層2和光電轉(zhuǎn)換層3吸收，利用此時產(chǎn)生的高的氣體蒸氣壓使背面電極層4爆裂，除去背面電極層4/光電轉(zhuǎn)換層3/透明電極層2。設(shè)定脈沖振蕩1kHz以上且IOOkHz以下，調(diào)整激光功率以使加工速度合適，如圖3的(c)所示，對距離基板1的端部5mm 20mm的位置進行激光蝕刻以形成X方向絕緣槽15。此外，圖3 (c) 中，由于成為光電轉(zhuǎn)換層3在串聯(lián)連接的方向上切斷的X方向剖面圖，本來應(yīng)該表示在絕緣槽15位置存在進行了背面電極層4/光電轉(zhuǎn)換層3/透明電極層2的膜研磨除去后的周圍膜除去區(qū)域14的狀態(tài)(參照圖4(a))，但為了便于說明對基板1的端部的加工，將在該位置表示Y方向截面而形成的絕緣槽作為X方向絕緣槽15進行說明。此時，由于在后工序中進行基板1周圍膜除去區(qū)域的膜面研磨除去處理，因此不需要設(shè)置Y方向絕緣槽。由于絕緣槽15在距離基板1的端部5mm 15mm的位置使蝕刻結(jié)束，所以對于抑制外部濕分從太陽電池板端部向太陽電池模塊6內(nèi)部的浸入，呈現(xiàn)出有效的效果，因此優(yōu)選。另外，到以上為止的工序中的激光采用YAG激光，但有時能夠同樣地使用YV04激光、光纖激光等。
(9)圖4(a 從太陽電池膜面?zhèn)扔^察的圖、b 從受光面的基板側(cè)觀察的圖)為了確保經(jīng)由后工序的EVA等的與背板M的牢固的粘接/密封面，由于基板1周邊(周圍膜除去區(qū)域14)的層疊膜存在臺階差并且容易剝離，因此除去該膜而形成周圍膜除去區(qū)域14。在距離基板1的端部5mm 20mm處在基板1的整個周圍上除去膜時，X方向在比前述的圖3(c)工序中設(shè)置的絕緣槽15靠近基板端側(cè)、Y方向在比基板端側(cè)部附近的槽10靠近基板端側(cè)，使用砂輪研磨、噴射研磨等而除去背面電極層4/光電轉(zhuǎn)換層3/透明電極層2。對基板1進行洗凈處理而除去研磨屑、磨粒。(10)圖 4關(guān)于端子箱23的安裝部分，在背板M上設(shè)置開口貫通窗以取出集電板。在該開口貫通窗部分設(shè)置多層絕緣材料而抑制來自外部的濕分等的浸入。以從串聯(lián)排列的一端的太陽電池發(fā)電電池和另一端部的太陽電池發(fā)電電池使用 Cu箔進行集電，并從太陽電池板背側(cè)的端子箱23的部分取出電力的方式進行處理。關(guān)于 Cu箔，為了防止Cu箔與各部分之間的短路而配置比Cu箔寬度寬的絕緣板。在將集電用Cu箔等配置在規(guī)定位置后，以覆蓋太陽電池模塊6的整體且不從基板 1超出的方式配置EVA (乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)等形成的粘接填充材料板。在EVA上設(shè)置防水效果好的背板24。背板M在本實施方式中由PET板/Al箔/ PET板的3層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，以使得防水防濕效果好。直到背板M配置于規(guī)定位置而成的構(gòu)件，通過層壓裝置在減壓氣氛中進行內(nèi)部的脫氣，且在約150°C 160°C下進行沖壓并使EVA交聯(lián)而貼緊。(11)圖 5 的(a)將端子箱23利用粘接劑安裝在太陽電池模塊6的背側(cè)。(12)圖 5 的(b)利用焊錫等將Cu箔和端子箱23的輸出線纜連接，利用密封劑(灌封劑)填充端子箱23的內(nèi)部而進行密閉。由此完成太陽電池板50。(13)圖 5 的(C)對于直到圖5 (b)為止的工序中所形成的太陽電池板50進行發(fā)電檢查并進行規(guī)定的性能試驗。發(fā)電檢查使用AMI. 5、全天日照標準太陽光(1000W/m2)的太陽模擬器而進行。(14)圖 5 的(d)在發(fā)電檢查(圖5(c))前后以外觀檢查為代表進行規(guī)定的性能檢查。以下說明上述的背面電極層的形成條件的決定根據(jù)。(排氣工序的到達壓力)改變排氣工序的到達壓力，在玻璃基板上制成Cu薄膜或Ag薄膜，制作試驗片。在成膜中使用濺射裝置。排氣工序的到達壓力分別設(shè)為lX10’a、2X10_Va、5X10_5Pa，其他成膜條件對于各試驗片共通。測定如上所述制作的各試驗片的反射率。圖6表示改變排氣工序的到達壓力時的金屬薄膜的光的反射率的波長分散，(a) 為Cu薄膜，(b)為Ag薄膜。在該圖中，橫軸為波長，縱軸為反射率。Ag薄膜在任意的到達壓力下都確保了高的反射率。另一方面，Cu薄膜在到達壓力高于2X10_4Pa時反射率降低。Cu比細容易氧化，因此需要進行適宜的到達真空度的設(shè)定。為了抑制Cu薄膜的氧化，優(yōu)選設(shè)定到達壓力/Ar氣體的分壓比為5X 10_4以下。由此，能夠使氣氛中的水蒸氣、氧的量為500ppm以下。根據(jù)上述結(jié)果，通過使到達壓力為2X 以下，能夠進一步抑制Cu薄膜的氧化，制成高反射率的Cu薄膜。使排氣工序的到達壓力為2X 10_4Pa以下時，Cu薄膜及Ag薄膜都在650nm以上的波長下得到穩(wěn)定的反射率。在串聯(lián)型太陽電池中，由于到達背面電極層的波長為650nm以上，所以可確認Cu薄膜能夠適用于串聯(lián)型太陽電池。(成膜溫度)在玻璃基板上制成膜厚200nm的Cu薄膜而制作試驗片。對于成膜，使用濺射裝置， 使到達壓力為2X10_Va以下進行排氣后，作為濺射氣體而導(dǎo)入Ar氣體，產(chǎn)生放電而進行成膜。此時，使成膜溫度分別為ioo°c、iio°c、i2(rc、i7(rc、24(rc、25(rc。其他成膜條件在各試驗片中共通。測定如上所述制作的各試驗片的反射率。圖7中表示制成膜厚200nm的Cu薄膜時的成膜溫度引起的反射率的波長分散。 在該圖中，橫軸為波長，縱軸為反射率。在650nm以上的波長下設(shè)定成膜溫度為120°C以上時，能夠制成反射率為97%以上的Cu薄膜。與上述同樣制成Cu薄膜而制作形成有背面電極層的串聯(lián)型太陽電池的模塊，并確認其性能。以下示出模塊的構(gòu)成。透明電極層為膜厚500nm 800nm的Sn02。由非晶硅構(gòu)成的第1電池層中，設(shè)ρ 層的膜厚為IOnm 30nm，i層的膜厚為200nm 350nm，n層的膜厚為30nm 50nm。中間接觸層為膜厚20nm IOOnm的GZO膜。由結(jié)晶硅構(gòu)成的第2電池層，ρ層的膜厚為IOnm 50nm、i層的膜厚為1. 2 μ m 3. 0 μ m，η層的膜厚為20nm 50nm。背面透明電極層為膜厚50nm IOOnm的GZO膜。保護膜為膜厚5nm 150nm的 Ti膜。圖8 圖11中表示在Cu薄膜形成工序中在80°C 260°C下改變成膜溫度時的串聯(lián)型太陽電池模塊的短路電流、開路電壓、形狀因子、及模塊輸出。該圖中，橫軸為成膜溫度，縱軸分別為短路電流、開路電壓、形狀因子、及模塊輸出的額定值。提高成膜溫度時短路電流及開路電壓增大，模塊輸出及形狀因子也提高。另一方面，成膜溫度超過240°c時，開路電壓顯著降低，模塊輸出降低。這可以認為是由于第1電池層的P層及η層的摻雜材料擴散到i層。進而使成膜溫度小于120°C時，短路電流顯著降低，模塊輸出降低。這可以認為是由于Cu的成膜中的原子移動被抑制，在與背面透明電極層的界面、在Cu薄膜內(nèi)的結(jié)晶粒界上產(chǎn)生較多的空穴、缺陷，反射率大幅下降。根據(jù)上述結(jié)果，使成膜溫度為120°C以上且240°C以下時可得到優(yōu)良的模塊效率。 由于模塊輸出在150°C 200°C時為最大，因此優(yōu)選通過設(shè)為150°C以上且200°C以下而得到優(yōu)良的模塊效率。(靶投入電力密度控制曲線)圖12中例示形成Cu薄膜的工序中的成膜工序的靶投入電力密度的控制曲線。在該圖中，橫軸為成膜時間(額定值)，縱軸為靶投入電力密度(額定值)?？刂魄€包括施加初始靶投入電力密度的初始階段、從初始靶投入電力密度向穩(wěn)定靶投入電力密度轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移階段、及維持穩(wěn)定靶投入電力密度的穩(wěn)定階段?？刂魄€1中，設(shè)定初始階段的初始靶投入電力密度為穩(wěn)定靶投入電力密度的20%，在總成膜時間的20%的時間內(nèi)施加電力。轉(zhuǎn)移階段中，在總成膜時間的10%的時間內(nèi)從初始靶投入電力密度提高至穩(wěn)定靶投入電力密度，進行成膜?？刂魄€2中，設(shè)定初始階段的初始靶投入電力密度為穩(wěn)定靶投入電力密度的 40%，在總成膜時間的10%的時間內(nèi)施加電力。在轉(zhuǎn)移階段中，在總成膜時間的10%的時間內(nèi)從初始靶投入電力密度提高至穩(wěn)定靶投入電力密度，進行成膜。此外，將從成膜開始到成膜結(jié)束的期間、以一定的靶投入電力密度進行成膜的情況作為“無控制”。使用濺射裝置，在玻璃基板上改變靶投入電力密度的控制曲線，將制作Cu薄膜或 Ag薄膜后的片作為試驗片，測定反射率?？刂魄€以外的成膜條件在各試驗片上是共通的。圖13中表示金屬薄膜成膜時的靶投入電力密度控制的有無引起的Cu薄膜的光的反射率的波長分散。(a)為Cu薄膜，(b)為Ag薄膜。該圖中，橫軸為波長，縱軸為反射率。 在制出了 Ag薄膜的試驗片上，與靶投入電力密度控制的有無無關(guān)，都能夠確保高的光的反射率。另一方面，在制出了 Cu薄膜的試驗片上，不控制靶投入電力密度時，反射率降低。由于Cu比Ag容易氧化，所以確認了為了抑制氧化需要控制靶投入電力密度。在制出了 Cu薄膜的試驗片上，控制曲線1比控制曲線2更能確保高的光的反射率。這是由于，在成膜工序的初始階段降低靶投入電力密度并延長施加時間，從而對背面透明電極層和Cu薄膜的界面造成的損害較小，抑制了氧化。在以金屬氧化物為主成分的背面透明電極層上層疊Cu薄膜而應(yīng)用的情況下，在界面上Cu薄膜成為容易氧化的狀態(tài)，但根據(jù)上述結(jié)果，能夠抑制界面上的Cu薄膜的氧化。(Cu薄膜的膜厚的影響)在玻璃基板上制出膜厚不同的Cu薄膜而制作試驗片。對于成膜，使用濺射裝置， 使到達壓力為2X10_4Pa以下而排氣后，作為濺射氣體而導(dǎo)入Ar氣體，產(chǎn)生放電而進行成膜。Cu薄膜的膜厚設(shè)定為80nm、100nm、200nm、400nm、450nm。測定了如上所述制作的試驗片的光的反射率。圖14中表示改變Cu薄膜的膜厚時的光的反射率的波長分散。該圖中，橫軸為波長，縱軸為反射率。膜厚為IOOnm以上時，能夠確保高的反射率。雖然未圖示，但對于Ag薄膜，不為200nm以上時，不能確保高的反射率。與上述同樣制出Cu薄膜而制作形成有背面電極層的串聯(lián)型太陽電池的模塊，確認了其性能。模塊的構(gòu)成與上述討論成膜溫度時相同。圖15 圖18中，表示改變Cu薄膜的膜厚時的串聯(lián)型太陽電池模塊的短路電流、 開路電壓、形狀因子、及模塊輸出。該圖中，橫軸為Cu薄膜的膜厚，縱軸分別為短路電流、開路電壓、形狀因子、及模塊輸出的額定值。增大Cu薄膜的膜厚時短路電流及開路電壓增大， 模塊輸出及形狀因子也提高。另一方面，Cu薄膜的膜厚超過450nm時，由于激光蝕刻引起的加工精度降低，所以形狀因子降低。根據(jù)上述結(jié)果，使Cu薄膜的厚度為IOOnm以上且450nm 以下時，可得到優(yōu)良的模塊效率。(激光加工條件的確認)使用上述試驗片，觀察激光蝕刻時的毛刺的產(chǎn)生。使激光蝕刻時的脈沖振蕩為 13kHz時的激光功率，對于具備Ag的背面電極層，0. 24W 0. 26W的范圍為最優(yōu)。與此相對， 對于具備Cu薄膜的背面電極層，0. 20W 0. 30W的范圍為最優(yōu)。因此，在對具備Cu薄膜的背面電極層進行激光蝕刻時不產(chǎn)生毛刺，能夠穩(wěn)定地進行加工。根據(jù)上述結(jié)果，激光加工條件的最優(yōu)范圍比Ag薄膜的情況更寬，相對于激光功率變動等可得到高的魯棒性。(保護膜)使用濺射裝置，在玻璃基板上制出Cu薄膜后，將在同一腔室內(nèi)層疊Ti后的片作為試驗片，測定從基板側(cè)入射光時的反射率。設(shè)定到達壓力為2X 10_4Pa，成膜溫度為200°C。 設(shè)定Ti膜的膜厚為3nm、5nm、10nm、50nm、100nm、150nm。反射率根據(jù)JIS R 3106測定。標準試件為白板。圖19中表示將改變了 Ti膜的膜厚的試驗片在大氣中200°C下加熱處45分鐘時的 Cu薄膜/Ti膜的光的反射率的波長分散。膜厚為3nm時，反射率降低。膜厚比50nm厚時與 Cu薄膜的緊貼力的穩(wěn)定性降低，應(yīng)力引起的剝離的概率為生產(chǎn)片數(shù)的1%。進而比150nm 厚時，以5%的概率發(fā)生剝離。根據(jù)上述結(jié)果，作為用于防止Cu薄膜腐蝕的保護膜使用Ti 膜，使Ti膜的膜厚為5nm以上且150nm以下，由此能夠不發(fā)生剝離地確保Cu薄膜的高反射
率。
標號說明
1基板
2透明電極層
3光電轉(zhuǎn)換層
4背面電極層
5中間接觸層
6太陽電池模塊
10,12槽
11連接槽
14周圍膜除去區(qū)域
15絕緣槽
23端子箱
24背板
31非晶硅P層
32非晶硅i層
33非晶硅η層
41結(jié)晶硅P層
42結(jié)晶娃i層
43結(jié)晶硅η層
50太陽電池板
51背面透明電極層
52Cu薄膜
91第1電池層
92第2電池層
100光電轉(zhuǎn)換裝置(串聯(lián)型硅系太陽電池)
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，包括在基板上形成2個光電轉(zhuǎn)換層和背面電極層的工序，其中，所述背面電極層形成工序包括背面透明電極層形成工序和Cu薄膜形成工序， 所述Cu薄膜形成工序依次包括排氣工序和成膜工序， 所述排氣工序的到達壓力為2X10_4Pa以下， 所述成膜工序的溫度為120°C以上且以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其中，所述成膜工序包括施加初始靶投入電力密度的初始階段及維持穩(wěn)定靶投入電力密度的穩(wěn)定階段，所述初始靶投入電力密度為所述穩(wěn)定靶投入電力密度的10%以上且50%以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其中，所述初始靶投入電力密度的施加時間為總成膜時間的10%以上且30%以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其中， 所述成膜工序包括從初始靶投入電力密度向穩(wěn)定靶投入電力密度轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移階段， 所述轉(zhuǎn)移階段的變化時間為所述總成膜時間的5%以上且10%以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其中， 所述背面電極層具備保護膜。
全文摘要
本發(fā)明提供激光蝕刻容易且具有高的發(fā)電效率的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。光電轉(zhuǎn)換裝置(100)的制造方法包括在基板(1)上形成2個光電轉(zhuǎn)換層(3)和背面電極層(4)的工序，該光電轉(zhuǎn)換裝置(100)的制造方法中，所述背面電極層形成工序包括背面透明電極層形成工序和Cu薄膜形成工序，所述Cu薄膜形成工序依次包括排氣工序和成膜工序，所述排氣工序的到達壓力為2×10-4Pa以下，所述成膜工序的溫度為120℃以上且240℃以下。
文檔編號H01L31/04GK102341915SQ20108001002
公開日2012年2月1日 申請日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者堀岡龍治, 山下信樹, 山口賢剛 申請人:三菱重工業(yè)株式會社