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，特別是涉及太陽(yáng)能電池的制造方法。
背景技術(shù)：
作為接受光而轉(zhuǎn)換為電的光電轉(zhuǎn)換裝置，眾所周知有例如在發(fā)電層(光電轉(zhuǎn)換層)層疊薄膜硅系的膜的薄膜系太陽(yáng)能電池。一般來(lái)說(shuō)，薄膜系太陽(yáng)能電池構(gòu)成為在基板上依次層疊透明電極層(第一透明電極層)、硅系半導(dǎo)體層(光電轉(zhuǎn)換層)、以及背面電極層。透明電極層以氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO2)、以及氧化銦錫(ITO)等金屬氧化物為主要成分。背面電極層由Ag、Al等金屬膜構(gòu)成。Ag的光反射特性優(yōu)于Al。在平滑的玻璃基板層疊Ag膜的情況下，能夠得到理想的高反射率(R =約98% )。在薄膜系太陽(yáng)能電池的領(lǐng)域中，為了提高電池性能，已經(jīng)設(shè)法提高開(kāi)路電壓、短路電流。例如，提出有層疊具有不同吸收波長(zhǎng)的光電轉(zhuǎn)換層的串聯(lián)型太陽(yáng)能電池的方案。通過(guò)將光電轉(zhuǎn)換層設(shè)為串聯(lián)型，從而能夠有效地吸收入射光，并且能夠增加短路電流以及開(kāi)路電壓。例如，提出有如下方法的方案:通過(guò)在上部光電轉(zhuǎn)換層與下部光電轉(zhuǎn)換層之間設(shè)置最優(yōu)膜厚的透明導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)(中間反射層)等向各層界面插入新的材料層，來(lái)提高電池性能。另外，還提出有對(duì)光電轉(zhuǎn)換層的透光側(cè)的結(jié)構(gòu)(背面結(jié)構(gòu))進(jìn)行改進(jìn)的方法的方案。例如，在專利文獻(xiàn)I中記載有在光電轉(zhuǎn)換層與背面電極層之間設(shè)置透明電極層的光電轉(zhuǎn)換裝置。通過(guò)夾裝透明電極層，能夠防止半導(dǎo)體膜與金屬膜之間的合金化。由此，由于金屬膜能夠維持高反射率，因此能夠抑制光電轉(zhuǎn)換效率的降低。例如，在專利文獻(xiàn)2中記載有在光電轉(zhuǎn)換層與背面電極層之間設(shè)置有低折射率的透光性緩沖層的光電轉(zhuǎn)換裝置。在專利文獻(xiàn)2中，背面電極層(背面電極)為Ag膜。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特公昭60-41878號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求書(shū))專利文獻(xiàn)2:日本專利第3342257號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求1、段落
)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題如專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2所提出的光電轉(zhuǎn)換裝置那樣，著眼于層構(gòu)成的背面結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案不能充分地降低金屬膜中的光吸收損失。作為背面結(jié)構(gòu)，在光電轉(zhuǎn)換層的上部依次層疊背面?zhèn)鹊耐该麟姌O層和背面電極層(金屬膜)的情況下，金屬膜的基板側(cè)表面的形狀仿效與金屬膜接觸的背面?zhèn)韧该麟姌O層的表面的形狀。即，當(dāng)在背面?zhèn)韧该麟姌O層的表面存在微小的凹凸時(shí)，金屬膜仿效其微小凹凸而形成。因在金屬膜的表面存在微小凹凸而在金屬膜表面產(chǎn)生基于表面等離激兀共振的光吸收(以后，記載為表面等離激元吸收)。當(dāng)產(chǎn)生表面等離激元吸收時(shí)，由于從基板側(cè)入射并透過(guò)光電轉(zhuǎn)換層而到達(dá)背面電極層的光被金屬膜與背面?zhèn)韧该麟姌O層的界面吸收，因此能夠減少向光電轉(zhuǎn)換層反射的反射光。其結(jié)果是，被光電轉(zhuǎn)換層吸收的光量減少，發(fā)電電流降低(即，轉(zhuǎn)換效率降低)。本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供能夠抑制在背面電極層產(chǎn)生表面等離激元吸收的、轉(zhuǎn)換效率高的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。用于解決問(wèn)題的方法為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其在基板上依次層疊第一透明電極層、光電轉(zhuǎn)換層、第二透明電極層、以及由金屬膜構(gòu)成的背面電極層，其中，在將水蒸氣分壓控制在0.6 %以下的制膜室內(nèi)形成第二透明電極層。本申請(qǐng)的發(fā)明人進(jìn)行深入研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn):通過(guò)優(yōu)化背面結(jié)構(gòu)的表面形狀，從而能夠增大發(fā)電電流。在對(duì)第二透明電極層進(jìn)行制膜時(shí)，為了通過(guò)補(bǔ)充第二透明電極層的氧缺失來(lái)確保透明性，向制膜室內(nèi)導(dǎo)入氧。然而，通過(guò)導(dǎo)入氧而產(chǎn)生第二透明電極層的電阻變大、表面平滑性也受損的問(wèn)題。 根據(jù)上述發(fā)明，通過(guò)將制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓控制在0.6 %以下，能夠防止第二透明電極層的串聯(lián)電阻的增大，并且能夠提高表面的平滑性。當(dāng)防止第二透明電極層的電阻增大時(shí)，能夠在形成光電轉(zhuǎn)換裝置時(shí)防止形狀因子的減小。并且，當(dāng)提高第二透明電極層的表面的平滑性時(shí)，由于金屬膜表面中的基于表面等離激元共振的光吸收減少，因此能夠在形成光電轉(zhuǎn)換裝置時(shí)增加短路電流。因此，在上述光電轉(zhuǎn)換裝置中，轉(zhuǎn)換效率提高。在上述發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，優(yōu)選的是，在降低所述制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓之后，向所述制膜室內(nèi)導(dǎo)入水蒸氣，以使得所述制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓在0.6%以下。對(duì)于真空裝置而言，一般優(yōu)選使制膜室內(nèi)的水分盡可能地少。與此相反，本申請(qǐng)發(fā)明人提出以下方案:向制膜室內(nèi)導(dǎo)入水蒸氣，以此作為將制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓控制在允許范圍內(nèi)的方法之一。當(dāng)在將制膜室內(nèi)抽真空的狀態(tài)下進(jìn)行制膜時(shí)，在制膜過(guò)程中，制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓發(fā)生變化。根據(jù)上述一個(gè)實(shí)施方式，由于在將制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓暫時(shí)設(shè)在允許范圍以下，之后導(dǎo)入水蒸氣，以便形成所期望的分壓，因此能夠使制膜條件穩(wěn)定化。由此，能夠使第二透明電極層的品質(zhì)穩(wěn)定化。在上述發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，優(yōu)選具備如下的工序:在40°C以上且110°C以下對(duì)所述背面電極層進(jìn)行了制膜之后，在160°C以上且220°C以下對(duì)其進(jìn)行退火處理。根據(jù)上述發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，將金屬膜的制膜溫度設(shè)為40°C以上且110°C以下、優(yōu)選60°C以上且100°C以下，由此能夠抑制第二透明電極層與背面電極層的界面平滑性的惡化。進(jìn)而，如上所述，當(dāng)在160°C以上且220°C以下、優(yōu)選180°C以上且210°C以下對(duì)層疊的背面電極層進(jìn)行退火處理時(shí)，能夠減小串聯(lián)電阻值的偏差，并提高第二透明電極層與背面電極層之間的電連接性。
另外，本發(fā)明提供一種光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其在基板上依次層疊第一透明電極層、光電轉(zhuǎn)換層、第二透明電極層、以及由金屬膜構(gòu)成的背面電極層，其中，在40°C以上且110°C以下對(duì)所述背面電極層進(jìn)行了制膜之后，在160°C以上且220°C以下對(duì)其進(jìn)行退火處理。根據(jù)上述發(fā)明，金屬膜的制膜溫度為40°C以上且110°C以下，優(yōu)選為60°C以上且IOO0C以下，退火處理的溫度為160°C以上且220°C以下，優(yōu)選為180°C以上且210°C以下。由此，由于能夠防止第二透明電極層與背面電極層的界面平滑性的惡化，并且能夠減小串聯(lián)電阻值的偏差，因此能夠穩(wěn)定地提高光電轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效率。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)一邊控制水蒸氣分壓一邊形成第二透明電極層，能夠形成兼具透明性、表面平滑性、以及低阻性的層。并且，在低溫條件下對(duì)背面電極層進(jìn)行了制膜之后，在適當(dāng)?shù)臈l件下對(duì)其進(jìn)行退火處理，由此能夠防止第二透明電極層與背面電極層之間的界面平滑性的惡化，并且能夠減小串聯(lián)電阻的偏差。因此，能夠制造難以產(chǎn)生表面等離激元吸收的、高效率的光電轉(zhuǎn)換裝置。


圖1是表示由本發(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)成的概要圖。圖2是對(duì)使用本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法來(lái)制造太陽(yáng)能電池板的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明的概要圖。圖3是對(duì)使用本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法來(lái)制造太陽(yáng)能電池板的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明的概要圖。圖4是對(duì)使用本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法來(lái)制造太陽(yáng)能電池板的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明的概要圖。圖5是對(duì)使用本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法來(lái)制造太陽(yáng)能電池板的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明的概要圖。圖6是對(duì)使用本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法來(lái)制造太陽(yáng)能電池板的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明的概要圖。圖7是示出實(shí)施例1以及參考例I的表面積增加率的圖。圖8是示出水蒸氣分壓與短路電流之間的關(guān)系的圖。圖9是示出水蒸氣分壓與開(kāi)路電壓之間的關(guān)系的圖。圖10是示出水蒸氣分壓與形狀因子之間的關(guān)系的圖。圖11是示出水蒸氣分壓與轉(zhuǎn)換效率之間的關(guān)系的圖。圖12是示出水蒸氣分壓與串聯(lián)電阻之間的關(guān)系的圖。圖13是放大了圖8的縱軸的圖。圖14是放大了圖1O的縱軸的圖。圖15是放大了圖11的縱軸的圖。圖16是放大了圖12的縱軸的圖。圖17是示出實(shí)施例3的反射率的圖。
圖18是示出退火溫度與短路電流之間的關(guān)系的圖。圖19是示出退火溫度與開(kāi)路電壓之間的關(guān)系的圖。圖20是示出退火溫度與形狀因子之間的關(guān)系的圖。圖21是示出退火溫度與轉(zhuǎn)換效率之間的關(guān)系的圖。圖22是示出退火溫度與串聯(lián)電阻之間的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式圖1是示出由本發(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)成的概要圖。光電轉(zhuǎn)換裝置100是串聯(lián)型硅系太陽(yáng)能電池，其具備:基板1、第一透明電極層2、作為太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換層3的第一單元層91 (非晶硅系)和第二單元層92 (晶體硅系)、中間接觸層93、第二透明電極層5、以及背面電極層4。此外，在此，硅系是包含硅(Si)、碳化硅(SiC)、鍺化硅(SiGe)的統(tǒng)稱。并且，晶體硅系表示非晶硅系以外的硅系，也包含微晶硅、多晶硅。<第一實(shí)施方式>以制造太陽(yáng)能電池板的工序?yàn)槔瑢?duì)第一實(shí)施方式所涉及的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖2 圖6是示出本實(shí)施方式的太陽(yáng)能電池板的制造方法的概要圖。(I)圖 2 (a)作為基板1，使用面積超過(guò)Im2的大型的浮法堿玻璃基板(例如1.4mX1.1mX板厚:3.0mm 6.0mm)?；宥嗣鎯?yōu)選進(jìn)行倒棱、R倒角加工，以便防止熱應(yīng)力、碰撞等所導(dǎo)致的破損。(2)圖 2 (b)作為第一透明電極層2，利用熱CVD裝置將以氧化錫(SnO2)為主要成分的膜厚約500nm以上且SOOnm以下的透明導(dǎo)電膜在約500°C進(jìn)行制膜。此時(shí)，在透明電極膜的表面形成具有適當(dāng)凹凸的紋理(texture)。作為第一透明電極層2，也可以在透明電極膜的基礎(chǔ)上在基板I與透明電極膜之間形成堿屏蔽膜(未圖示)。堿屏蔽膜利用熱CVD裝置將氧化硅膜(SiO2)在約500°C進(jìn)行制膜處理為50nm 150nm。(3)圖 2 (C)然后，將基板I設(shè)置于X-Y臺(tái)上，如附圖的箭頭所示，從透明電極膜的膜面?zhèn)日丈鋂AG激光的第一高次諧波(1064nm)。調(diào)整激光功率以使其與加工速度相適，使基板I和激光朝向與發(fā)電電池7的串聯(lián)連接方向垂直的方向相對(duì)移動(dòng)，以形成槽10的方式將透明電極膜激光蝕刻為寬度約為6mm 15mm的規(guī)定寬度的長(zhǎng)條狀。(4)圖 2 (d)作為第一單元層91，利用等離子體CVD裝置對(duì)由非晶硅薄膜構(gòu)成的P層、i層以及η層進(jìn)行制膜。以SiH4氣體以及H2氣體為主要原料，在減壓氣氛為30Pa以上且IOOOPa以下、基板溫度為約200°C的條件下，在第一透明電極層2上從太陽(yáng)光入射的一側(cè)按照非晶硅P層31、非晶硅i層32、以及非晶硅η層33的順序進(jìn)行制膜。非晶硅P層31以B摻雜的非晶硅為主，其膜厚在IOnm以上且30nm以下。非晶硅i層32的膜厚在200nm以上且350nm以下。非晶娃η層33以在非晶娃中含有微晶娃的P摻雜娃為主，其膜厚在30nm以上且50nm以下。為了提高界面特性，也可以在非晶硅P層31與非晶硅i層32之間設(shè)置緩沖層。
接著，利用等離子體CVD裝置，在減壓氣氛為3000Pa以下、基板溫度為約200°C、等離子體產(chǎn)生頻率為40MHz以上且IOOMHz以下的條件下，在第一單元層91之上依次對(duì)作為第二單元層92的晶體硅P層41、晶體硅i層42、以及晶體硅η層43進(jìn)行制膜。晶體硅ρ層41以B摻雜的微晶娃為主,其膜厚在IOnm以上且50nm以下。晶體娃i層42以微晶娃為主，其膜厚在1.2 μ m以上且3.0 μ m以下。晶體硅η層43以P摻雜的微晶硅為主，其膜厚在20nm以上且50nm以下。此外，晶體娃η層也可以置換為非晶娃η層。當(dāng)利用等離子體CVD法來(lái)形成以微晶硅為主的i層膜時(shí)，等離子體放電電極與基板I的表面之間的距離d優(yōu)選在3mm以上且IOmm以下。在比3mm小的情況下，從與大型基板對(duì)應(yīng)的制膜室內(nèi)的各構(gòu)成機(jī)器精度來(lái)看，難以使距離d保持為恒定，并且過(guò)近還有使放電變得不穩(wěn)定的擔(dān)憂。在比IOmm大的情況下，難以得到足夠的制膜速度(lnm/s以上)，并且等離子體的均勻性降低，會(huì)因離子碰撞而導(dǎo)致膜質(zhì)降低。為了改善接觸性并且獲取電流整合性，在第一單元層91與第二單元層92之間設(shè)置成為半反射膜的中間接觸層93。利用濺射裝置，使用Ga摻雜ZnO燒結(jié)體或者Al摻雜ZnO燒結(jié)體作為靶，對(duì)膜厚在20nm以上且IOOnm以下的Ga摻雜的ZnO膜或者Al摻雜的ZnO膜進(jìn)行制膜，作為中間接觸層93。此外，有時(shí)也不設(shè)置中間接觸層93。(5)圖 2 (e)將基板I設(shè)置于X-Y臺(tái)上，如附圖的箭頭所示那樣，從光電轉(zhuǎn)換層3的膜面?zhèn)日丈浼す舛O管激發(fā)YAG激光的第二高次諧波(532nm)。在脈沖振蕩為IOkHz 20kHz下，調(diào)整激光功率以使其與加工速度相適，以形成槽11的方式對(duì)第一透明電極層2的激光蝕刻線的約100 μ m 150 μ m的側(cè)面進(jìn)行激光蝕刻。并且該激光也可以從基板I側(cè)照射，在該情況下，由于能夠利用由被光電轉(zhuǎn)換層3吸收的能量產(chǎn)生的高蒸汽壓而蝕刻光電轉(zhuǎn)換層3，因此能夠進(jìn)行更穩(wěn)定的激光蝕刻加工。以激光蝕刻線的位置不與前工序中的蝕刻線交叉的方式考慮并選定定位公差。(6)圖 3 (a)在第二單元層92的晶體硅η層43上依次形成第二透明電極層5以及背面電極層4。此外，由于圖3主要是用于說(shuō)明槽的形成方法的圖，因此省略關(guān)于與背面電極層4同時(shí)形成槽的第二透明電極層5的記載。作為第二透明電極層5，利用濺射裝置對(duì)GZO膜進(jìn)行制膜。制膜條件設(shè)定為:靶為Ga摻雜ZnO燒結(jié)體，減壓氣氛為0.67Pa，放電氣體為氬氣，膜厚在50nm以上且150nm以下，制膜溫度在20°C以上且90°C以下，優(yōu)選在20°C以上且60°C以下。第二透明電極層5的制膜在制膜室內(nèi)進(jìn)行。在制膜過(guò)程中，將制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓控制在0.6%以下。作為控制方法，例如，在制膜開(kāi)始之前，將制膜室內(nèi)抽真空，使水蒸氣分壓為0.6%以下后，使用分壓計(jì)對(duì)制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓進(jìn)行監(jiān)視，以使得水蒸氣分壓不超過(guò)0.6%。例如，在制膜開(kāi)始之前，對(duì)制膜室內(nèi)抽真空，使水蒸氣分壓為規(guī)定值以下，然后，向制膜室內(nèi)導(dǎo)入作為放電氣體的水蒸氣，以達(dá)到所期望的水蒸氣分壓(0.6%以下的任意值)。此外，水蒸氣分壓的控制方法并不局限于上述的方法，只要是能夠?qū)⒅颇ぶ械闹颇な覂?nèi)的水蒸氣分壓維持在0.6%以下的方法即可。作為背面電極層4，利用濺射裝置，在放電氣體為氬氣、制膜溫度為約150°C的條件下，對(duì)Ag膜進(jìn)行制膜?；蛘?，作為背面電極層4，也可以依次層疊有Ag膜200nm 500nm、以及保護(hù)Ag膜且防腐蝕效果高的Ti膜IOnm 20nm，從而形成Ag膜/Ti膜的層疊膜。在該情況下，采用在基板側(cè)設(shè)置Ag膜的層構(gòu)成。(7)圖 3 (b)將基板I設(shè)置于X-Y臺(tái)上，如附圖的箭頭所示那樣，從基板I側(cè)照射激光二極管激發(fā)YAG激光的第二高次諧波(532nm)。激光被光電轉(zhuǎn)換層3吸收，利用此時(shí)產(chǎn)生的較高的氣體蒸汽壓，使背面電極層4爆裂而被除去。在脈沖振蕩為IkHz以上且50kHz以下的條件下，調(diào)整激光功率以使其與加工速度相適，以形成槽12的方式對(duì)第一透明電極層2的激光蝕刻線的250 μ m 400 μ m的側(cè)面進(jìn)行激光蝕刻。(8)圖 3(c)與圖 4(a)劃分發(fā)電區(qū)域并激光蝕刻基板端周邊的膜端部，防止在串聯(lián)連接部分發(fā)生短路。將基板I設(shè)置于X-Y臺(tái)上，從基板I側(cè)照射激光二極管激發(fā)YAG激光的第二高次諧波(532nm)。激光被第一透明電極層2與光電轉(zhuǎn)換層3吸收，利用此時(shí)產(chǎn)生的較高的氣體蒸汽壓，使背面電極層4爆裂，背面電極層4/光電轉(zhuǎn)換層3/第一透明電極層2被除去。在脈沖振蕩為IkHz以上且50kHz以下的條件下，調(diào)整激光功率以使其與加工速度相適，如圖3(c)所示，以形成X方向絕緣槽15的方式對(duì)距離基板I的端部5mm 20mm的位置進(jìn)行激光蝕亥IJ。此外，由于圖3(c)是在串聯(lián)連接光電轉(zhuǎn)換層3的方向上截取的X方向剖面圖，因此本來(lái)應(yīng)該示出在絕緣槽15的位置上具有與經(jīng)研磨除去背面電極層4/光電轉(zhuǎn)換層3/第一透明電極層2的膜后的周圍膜除去區(qū)域14相當(dāng)?shù)膮^(qū)域的狀態(tài)(參照?qǐng)D4(a))，但為了便于對(duì)基板I的端部的加工進(jìn)行說(shuō)明，在該位置表示Y方向剖面而形成的絕緣槽以X方向絕緣槽15的形式來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。由于在后工序中進(jìn)行基板I周圍膜除去區(qū)域的膜面研磨除去處理，因此此時(shí)無(wú)需設(shè)置Y方向絕緣槽。通過(guò)使絕緣槽15在距離基板I的端部5mm 15mm的位置結(jié)束蝕刻，由此對(duì)于抑制來(lái)自外部的水分從太陽(yáng)能電池板端部浸入太陽(yáng)能電池模塊6內(nèi)部呈現(xiàn)有效的效果，故優(yōu)選。此外，雖然以上的工序中的激光均為YAG激光，但同樣能夠使用YV04激光、纖維激光等。(9)圖4(a:從太陽(yáng)能電池膜面?zhèn)扔^察的圖，b:從受光面的基板側(cè)觀察的圖)為了確保與夾裝后工序的EVA等的背板24形成穩(wěn)固的粘合密封面，基板I周邊(周圍膜除去區(qū)域14)的層疊膜具有段差且容易剝離，因此除去該膜而形成周圍膜除去區(qū)域14。當(dāng)在距離基板I的端部5mm 20mm的遍布基板I的整個(gè)周圍的區(qū)域除去膜時(shí),在X方向上的靠近所述的圖3(c)工序中設(shè)置的絕緣槽15的基板端側(cè)，使用磨石研磨、噴砂研磨等來(lái)除去背面電極層4/光電轉(zhuǎn)換層3/第一透明電極層2，在Y方向上的靠近基板端側(cè)部附近的槽10的基板端側(cè)，使用磨石研磨、噴砂研磨等來(lái)除去背面電極層4/光電轉(zhuǎn)換層3/第一透明電極層2。研磨屑、磨粒通過(guò)對(duì)基板I進(jìn)行清洗處理而除去。(10)圖 4(a) (b)使用銅箔從以串聯(lián)的方式排列的一方端部的發(fā)電電池7的背面電極層4、以及與另一方端部的發(fā)電電池7連接的集電用電池的背面電極層4集電，按照從太陽(yáng)能電池板背側(cè)的端子箱23的部分取出電力的方式進(jìn)行處理。為了防止集電用銅箔和各部的短路，配置比銅箔寬度寬的絕緣片。在集電用銅箔等配置于規(guī)定位置之后，以覆蓋太陽(yáng)能電池模塊6的整體且不從基板I露出的方式配置由EVA(乙烯醋酸乙烯酯共聚物)等形成的粘合填充材料片。在粘合填充材料片之上設(shè)置防水效果高的背板24。為了提高防水防濕效果，在本實(shí)施方式中背板24由PET片/Al箔/PET片三層結(jié)構(gòu)形成。在背板24的端子箱23的安裝部分設(shè)置開(kāi)口貫通窗而取出集電用銅箔。在該開(kāi)口貫通窗部分中，通過(guò)在背板24與背面電極層4之間設(shè)置多層絕緣材料，來(lái)抑制來(lái)自外部的水分等的侵入。將背板24配置于規(guī)定位置后，利用層壓裝置將其在減壓氣氛下進(jìn)行內(nèi)部的脫氣，邊在約150°C 約160°C進(jìn)行壓制，邊使粘合填充材料片(EVA)交聯(lián)而密接，從而進(jìn)行密封處理。此外，粘合填充材料片并不局限于EVA，也能夠利用保有PVB (聚乙烯醇縮丁醛)等類似功能的粘合填充材料。在該情況下，使壓接的順序、溫度、時(shí)間等條件優(yōu)化并進(jìn)行處理。(11)圖 5 (a)利用粘合劑在太陽(yáng)能電池模塊6的背側(cè)安裝端子箱23。(12)圖 5(b)利用焊錫等連接銅箔與端子箱23的輸出電纜，并用密封劑(封裝劑(pottingagent))填充端子箱23的內(nèi)部并進(jìn)行密封。至此,完成太陽(yáng)能電池板50。(13)圖 5 (C)對(duì)圖5(b)的工序中形成的太陽(yáng)能電池板50進(jìn)行發(fā)電檢查以及規(guī)定的性能試驗(yàn)。發(fā)電檢查使用AMl.5、全天日照標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光(1000W/m2)的太陽(yáng)模擬器(solar simulator)來(lái)進(jìn)行。此外，發(fā)電檢查可以在太陽(yáng)能電池板50完全地完成之后進(jìn)行，也可以在安裝鋁框之前進(jìn)行。(14)圖 5(d)在發(fā)電檢查(圖5(c))前后，進(jìn)行以外觀檢查為首的規(guī)定的性能檢查。(15)圖 6對(duì)太陽(yáng)能電池模塊6施加強(qiáng)度，并且將作為安裝底座的鋁框安裝于太陽(yáng)能電池模塊6的周圍。優(yōu)選在太陽(yáng)能電池模塊6與鋁框103LU03S之間借助橡膠制的墊片(gasket)等保持彈性并且被可靠地保持。至此，完成太陽(yáng)能電池板50。(平滑性、透明性以及薄片電阻(sheetresistance))實(shí)施例1使用DC濺射裝置在玻璃基板上對(duì)摻雜0.5重量％ Ga的ZnO膜(GZ0膜)進(jìn)行制膜。在制膜之前，將制膜室內(nèi)抽真空2.5小時(shí)，然后從水蒸氣罐調(diào)節(jié)可變式泄漏閥的開(kāi)度，由此將制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓設(shè)為0.3%。然后,在祀為Ga摻雜ZnO燒結(jié)體、放電氣體為気氣以及水蒸氣(0.2體積％ )、膜厚為lOOnm、制膜溫度為60°C的條件下進(jìn)行制膜。參考例I作為放電氣體，導(dǎo)入氧氣(0.5體積％)來(lái)代替水蒸氣，在玻璃基板上對(duì)膜厚為50nm、70nm、以及IOOnm的GZO膜進(jìn)行制膜。上述以外的條件與實(shí)施例1相同。關(guān)于實(shí)施例1以及參考例I，使用AFM(Digital Instruments公司制、NanoScopeD-3100)，在視場(chǎng)角為2 μ mX 2 μ m、分辨率為512像素、Z范圍為100nm/div或者500nm/div、輕敲模式(tapping mode)下，在同一試料的任意兩個(gè)視野中觀察表面形狀。根據(jù)得到的AFM圖像來(lái)求得表面積增加率的平均值。圖7示出實(shí)施例1以及參考例I的表面積增加率。在該圖中，縱軸為表面積增加量AS，橫軸為GZO膜厚。根據(jù)圖7，實(shí)施例1中的表面積不比參考例I增加。根據(jù)上述結(jié)果，作為放電氣體，不添加氧氣而添加水蒸氣，由此確認(rèn)改善GZO膜的表面平滑性。另外，關(guān)于實(shí)施例1以及參考例1，使用分光光度計(jì)來(lái)測(cè)定透射率以及反射率。在400nm 1300nm的波長(zhǎng)區(qū)域中，實(shí)施例1的透光率與光反射率之和顯示出與參考例I相等的值。另外，關(guān)于實(shí)施例1以及參考例1，利用四端子電阻測(cè)定器來(lái)測(cè)定GZO膜的薄片電阻。實(shí)施例1的GZO膜的薄片電阻顯示出比參考例I下降的傾向。(太陽(yáng)能電池性能)實(shí)施例2使用玻璃基板I (140cmX IlOcmX板厚4mm),按照上述實(shí)施方式來(lái)制作串聯(lián)型太陽(yáng)能電池單元。透明電極層2:氧化錫膜，平均膜厚為700nm非晶娃P層:平均膜厚為20nm非晶娃i層:平均膜厚為300nm非晶娃η層:平均膜厚為40nm中間接觸層93 =GZO膜/平均膜厚為50nm晶體硅ρ層:平均膜厚為30nm晶體硅i層:平均膜厚為2000nm晶體娃η層:平均膜厚為30nm第二透明電極層5 =GZO膜/平均膜厚為IOOnm背面電極層4 =Ag膜/平均膜厚為300nm使用DC濺射裝置，在靶為Ga摻雜ZnO燒結(jié)體、減壓氣氛為0.67Pa、放電氣體為氬氣以及水蒸氣、制膜溫度為60°C的條件下，對(duì)第二透明電極層5進(jìn)行制膜。對(duì)制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓進(jìn)行測(cè)定，并適當(dāng)?shù)貙?dǎo)入適量的水蒸氣，以使得制膜過(guò)程中的制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓為0.1% 0.9%。利用DC濺射裝置，在減壓氣氛為0.67Pa、靶為Ag、放電氣體為氬氣、制膜溫度約為135°C的條件下，對(duì)背面電極層4進(jìn)行制膜。參考例2除了第二透明電極層5的制膜條件不同以外，與實(shí)施例2相同地制作串聯(lián)型太陽(yáng)能電池單元。在第二透明電極層5的制膜中，將制膜前的制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓設(shè)為0.1% 0.3%之后，導(dǎo)入氧氣(0.5體積％ )來(lái)代替水蒸氣，作為放電氣體。參考例3
除了第二透明電極層5的制膜條件不同以外，與實(shí)施例2相同地制作串聯(lián)型太陽(yáng)能電池單元。在第二透明電極層5的制膜中，在制膜前對(duì)制膜室內(nèi)抽真空24小時(shí)，使制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓為0.1%以下之后，導(dǎo)入氧氣(I體積％ )來(lái)代替水蒸氣，作為放電氣體。關(guān)于實(shí)施例2、參考例2以及參考例3，對(duì)短路電流(Jsc)、開(kāi)路電壓(Voc)、形狀因子(FF)、轉(zhuǎn)換效率(Eff)、以及串聯(lián)電阻(Rs)進(jìn)行測(cè)定。圖8 圖12示出上述測(cè)定結(jié)果。在圖8中，橫軸為水蒸氣分壓，縱軸為Jsc。在圖9中，橫軸為水蒸氣分壓，縱軸為Voc。在圖10中，橫軸為水蒸氣分壓，縱軸為FF。在圖11中，橫軸為水蒸氣分壓，縱軸為Eff。在圖12中，橫軸為水蒸氣分壓，縱軸為Rs。實(shí)施例2、參考例2以及參考例3的短路電流以及形狀因子在水蒸氣分壓超過(guò)0.6%時(shí)顯示出大大降低的傾向。開(kāi)路電壓顯示出依存于水蒸氣分壓的顯著變化。實(shí)施例
2、參考例2以及參考例3的轉(zhuǎn)換效率也在水蒸氣分壓超過(guò)0.6%時(shí)降低。另外，實(shí)施例2、參考例2以及參考例3的串聯(lián)電阻在水蒸氣分壓超過(guò)0.6%時(shí)顯示出增大的傾向。根據(jù)上述結(jié)果可知，制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓優(yōu)選在0.6%以下。圖13 圖16示出根據(jù)圖8以及圖10放大了圖12的縱軸的圖表。根據(jù)圖13，當(dāng)在0.6%以下的范圍內(nèi)增加水蒸氣分壓時(shí)，顯示出短路電流增加的傾向。并且，在實(shí)施例2、參考例2以及參考例3中，顯示出導(dǎo)入的氧量越少、短路電流越增加的傾向。特別是，在將水蒸氣分壓控制在0.5%而制作的實(shí)施例2中，與參考例3相比，增加1.04倍。這對(duì)于短路電流的改善而言是較大的值。根據(jù)圖14，在0.6%以下的范圍內(nèi)增加水蒸氣分壓，由此顯示出形狀因子降低的傾向。另一方面，轉(zhuǎn)換效率增加(圖15)。這被認(rèn)為是由短路電流值被大大改善所致。根據(jù)圖16，即使在0.6%以下的范圍內(nèi)增加水蒸氣分壓，也顯示出能夠防止串聯(lián)電阻增大的效果。根據(jù)上述結(jié)果，依照本實(shí)施方式而進(jìn)行制膜，由此確認(rèn)能形成具有透明性、表面形狀的平滑性高、低電阻的第二透明電極層?！吹诙?shí)施方式〉除了第二透明電極層5以及背面電極層4的形成條件不同以外，與第一實(shí)施方式相同。作為第二透明電極層5，利用濺射裝置對(duì)GZO膜進(jìn)行制膜。制膜條件是:靶為Ga摻雜ZnO燒結(jié)體，減壓氣氛為0.67Pa，放電氣體為氬氣、氧氣(0.5體積％ )，膜厚在50nm以上且150nm以下，制膜溫度在60°C以下。作為背面電極層4，利用濺射裝置，在放電氣體為氬氣、制膜溫度為40°C以上且110°C以下、優(yōu)選在60°C以上且100°C以下的條件下，對(duì)膜厚在200nm以上且500nm以下的Ag膜進(jìn)行制膜?；蛘撸鳛楸趁骐姌O層4，也可以依次層疊Ag膜200nm 500nm、保護(hù)Ag膜且防腐蝕效果高的Ti膜IOnm 20nm,從而形成Ag膜/Ti膜的層疊膜。在該情況下，采用在基板側(cè)設(shè)置Ag膜的層構(gòu)成。在對(duì)Ag膜進(jìn)行制膜之后，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行溫度為160°C 220°C、處理時(shí)間為0.5小時(shí) 2小時(shí)的退火處理。
(光學(xué)反射特性)實(shí)施例3使用DC濺射裝置，在玻璃基板上對(duì)摻雜0.5重量％ Ga的ZnO膜(GZ0膜)進(jìn)行制膜。制膜條件是:靶為Ga摻雜ZnO燒結(jié)體，制膜溫度為60°C，減壓氣氛為0.67Pa，放電氣體為氬氣以及氧氣(0.5體積％ )。在制膜前對(duì)制膜室內(nèi)抽真空，使制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓為
0.2%。利用DC濺射裝置，在減壓氣氛為0.67Pa、靶為Ag、放電氣體為氬氣、制膜溫度為IOO0C的條件下，在GZO膜之上對(duì)背面電極層4進(jìn)行制膜。在制膜后，在氮?dú)鈿夥障略跍囟葹?60°C、180°C、200°C、或者220°C的條件下進(jìn)行45分鐘的退火處理。參考例4除了背面電極層4的制膜溫度不同以外，與實(shí)施例3相同地進(jìn)行制作。制膜溫度為 135。。。關(guān)于實(shí)施例3以及參考例4，對(duì)波長(zhǎng)300nm 1500nm下的反射率進(jìn)行測(cè)定。實(shí)施例3與參考例4顯示出大致相同的反射率。圖17示出實(shí)施例3的反射率。根據(jù)圖17,實(shí)施例3顯示出退火處理溫度越高、反射率越提高的傾向。(太陽(yáng)能電池性能)實(shí)施例4使用玻璃基板I (140cmX IlOcmX板厚4mm),按照上述實(shí)施方式來(lái)制作串聯(lián)型太陽(yáng)能電池單元。透明電極層2:氧化錫膜，平均膜厚為700nm非晶娃ρ層:平均膜厚為20nm非晶娃i層:平均膜厚為300nm非晶硅η層:平均膜厚為40nm中間接觸層93 =GZO膜/平均膜厚為50nm晶體娃ρ層:平均膜厚為30nm晶體硅i層:平均膜厚為2000nm晶體娃η層:平均膜厚為30nm第二透明電極層5 =GZO膜/平均膜厚為IOOnm背面電極層4 =Ag膜/平均膜厚為300nm使用DC濺射裝置，在靶為Ga摻雜ZnO燒結(jié)體、減壓氣氛為0.67Pa、放電氣體為氬氣以及氧氣(0.5體積％)、制膜溫度為60°C的條件下，對(duì)第二透明電極層5進(jìn)行制膜。在制膜前將制膜室內(nèi)抽真空，使制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓為0.2%。利用DC濺射裝置，在減壓氣氛為0.67Pa、靶為Ag、放電氣體為氬氣、制膜溫度為100°c的條件下，對(duì)背面電極層4進(jìn)行制膜。在制膜后，在氮?dú)鈿夥障略跍囟葹?60°C、180°C、200°C、或者220°C的條件下進(jìn)行45分鐘的退火處理。參考例5除了背面電極層的制膜溫度不同以外，與實(shí)施例3相同地制作串聯(lián)型太陽(yáng)能電池單元。制膜溫度為135°C。關(guān)于實(shí)施例4以及參考例5，對(duì)短路電流(Jsc)、開(kāi)路電壓(Voc)、形狀因子(FF)、轉(zhuǎn)換效率(Eff)、以及串聯(lián)電阻(Rs)進(jìn)行測(cè)定。圖18 圖22示出上述測(cè)定結(jié)果。在圖18中，橫軸為退火溫度，縱軸表示Jsc。在圖19中，橫軸為退火溫度，縱軸為Voc。在圖20中，橫軸為退火溫度，縱軸為FF。在圖21中，橫軸為退火溫度，縱軸為Eff。在圖22中，橫軸為退火溫度，縱軸為Rs。與參考例5相比，實(shí)施例4的短路電流較高，與退火溫度無(wú)關(guān)。雖然參考例5中的開(kāi)路電壓以及形狀因子為恒定而與退火溫度無(wú)關(guān)，但在實(shí)施例4中在退火溫度為200°C時(shí)出現(xiàn)極大值。并且，實(shí)施例4的轉(zhuǎn)換效率在退火溫度為200°C時(shí)出現(xiàn)極大值。在退火溫度為200°C的條件下制作的實(shí)施例4的轉(zhuǎn)換效率與在相同的退火溫度的條件下制作的參考例5相比，成為高達(dá)1.06倍的值。實(shí)施例4的串聯(lián)電阻在退火溫度為200°C時(shí)出現(xiàn)極小值。并且，與參考例5相比，實(shí)施例4的串聯(lián)電阻的偏差小?！吹谌龑?shí)施方式〉除了背面電極層4的形成條件不同以外，與第一實(shí)施方式相同。在本實(shí)施方式中，利用濺射裝置，在放電氣體為氬氣、制膜溫度為40°C以上且110°C以下、優(yōu)選60°C以上且100°C以下的條件下，對(duì)膜厚在200nm以上且500nm以下的Ag膜進(jìn)行制膜，作為背面電極層4。或者，也可以依次層疊Ag膜200nm 500nm、以及保護(hù)Ag膜且防腐蝕效果高的Ti膜IOnm 20nm，從而形成Ag膜/Ti膜的層疊膜，作為背面電極層
4。在該情況下，采用在基板側(cè)設(shè)置Ag膜的層構(gòu)成。在對(duì)Ag膜進(jìn)行制膜之后，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行溫度為160°C 220°C、處理時(shí)間為
0.5小時(shí) 2小時(shí)的退火處理。根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)在適當(dāng)溫度下對(duì)Ag膜進(jìn)行制膜，從而能夠防止Ag粒子的粗大化，因此能夠形成為具有仿效第二透明電極層5的表面形狀的表面的Ag膜。由此，能夠防止第二透明電極層5與背面電極層4之間的界面的平滑性的惡化。另外，通過(guò)在適當(dāng)溫度下對(duì)在適當(dāng)溫度下制膜的Ag膜進(jìn)行退火處理，能夠減小串聯(lián)電阻的偏差。由此能夠穩(wěn)定地提高轉(zhuǎn)換效率。在第一實(shí)施方式至第三實(shí)施方式中，對(duì)作為太陽(yáng)能電池的串聯(lián)型太陽(yáng)能電池進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于該例。例如，也能夠同樣應(yīng)用于以微晶硅為首的晶體硅太陽(yáng)能電池、鍺化硅太陽(yáng)能電池、單一型太陽(yáng)能電池、以及三層型太陽(yáng)能電池等其他種類的薄膜太陽(yáng)能電池。例如，通過(guò)使用藥品的化學(xué)性除去、剝離來(lái)除去背面電極層4而使第二透明電極層5露出，使用AFM或者FESEM而進(jìn)行觀察，由此能夠確認(rèn)第一實(shí)施方式至第三實(shí)施方式所涉及的太陽(yáng)能電池中的第二透明電極層5的背面電極層4側(cè)表面的形狀。

I 基板2第一透明電極層3光電轉(zhuǎn)換層4背面電極層5第二透明電極層
6太陽(yáng)能電池模塊7發(fā)電電池31非晶硅ρ層32非晶硅i層33非晶硅η層41晶體硅ρ層42晶體硅i層43晶體硅η層91第一單元層92第二單元層93中間接觸層100光電轉(zhuǎn)換裝置
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其在基板上依次層疊第一透明電極層、光電轉(zhuǎn)換層、第二透明電極層、以及由金屬膜構(gòu)成的背面電極層，其中， 在將水蒸氣分壓控制在0.6%以下的制膜室內(nèi)形成第二透明電極層。
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，其特征在于， 在降低所述制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓之后，向所述制膜室內(nèi)導(dǎo)入水蒸氣，以使得所述制膜室內(nèi)的水蒸氣分壓在0.6%以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其特征在于， 在40°C以上且110°C以下對(duì)所述背面電極層進(jìn)行了制膜之后，在160°C以上且220°C以下對(duì)其進(jìn)行退火處理。
4.一種光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其在基板上依次層疊第一透明電極層、光電轉(zhuǎn)換層、第二透明電極層、以及由金屬膜構(gòu)成的背面電極層，其中， 在40°C以上且110°C以下對(duì)所述背面電極層進(jìn)行了制膜之后，在160°C以上且220°C以下對(duì)其進(jìn)行退火處理。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種抑制在背面電極層產(chǎn)生表面等離激元吸收的、轉(zhuǎn)換效率高的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。一種光電轉(zhuǎn)換裝置(100)的制造方法，其在基板(1)上依次層疊第一透明電極層(2)、光電轉(zhuǎn)換層(3)、第二透明電極層(5)、以及由金屬膜構(gòu)成的背面電極層(4)，其中，在將水蒸氣分壓控制在0.6％以下的制膜室內(nèi)利用濺射法形成第二透明電極層(5)。
文檔編號(hào)H01L31/04GK103081116SQ201180016208
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者渡邊俊哉, 坂井智嗣, 淺原裕司 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社