特許 5872877 薄膜太陽電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5872877

(24)【登録日】2016年1月22日

(45)【発行日】2016年3月1日

(54)【発明の名称】薄膜太陽電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/076 20120101AFI20160216BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/06 510

【請求項の数】13

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-274509(P2011-274509)

(22)【出願日】2011年12月15日

(65)【公開番号】特開2013-65805(P2013-65805A)

(43)【公開日】2013年4月11日

【審査請求日】2014年7月16日

(31)【優先権主張番号】10-2011-0093029

(32)【優先日】2011年9月15日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】502032105

【氏名又は名称】エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100165191

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 章

(74)【代理人】

【識別番号】100151459

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 健一

(72)【発明者】

【氏名】ヨウ ドンジュ

(72)【発明者】

【氏名】リ ビュンキ

(72)【発明者】

【氏名】リ ホンミン

(72)【発明者】

【氏名】ワン スンテ

(72)【発明者】

【氏名】リ スンウン

【審査官】 吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１３５０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６０８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１４０３７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／００７５９３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３１／０２−３１／０７

Ｈ０１Ｌ ３１／１８−３１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の中央領域に位置し、第１光電変換部をそれぞれ含む少なくとも一つの第１セルと、
前記基板の端領域に位置し、第１光電変換部をそれぞれ含む少なくとも一つの第２セルと
を含み、
前記第１セルの前記第１光電変換部と前記第２セルの前記第１光電変換部は同一の層に位置し、同一の物質で形成され、前記第２セルの前記第１光電変換部は前記第１セルの前記第１光電変換部より高いバンドギャップエネルギーを有する、薄膜太陽電池モジュール。

【請求項2】

前記第１セルと前記第２セルの開放電圧の相対量｛(第２セルの開放電圧)/(第１セルの開放電圧)｝と短絡電流密度の相対量｛(第１セルの短絡電流密度)/(第２セルの短絡電流密度)｝は１００％乃至１２０％をそれぞれ満足する、請求項１記載の薄膜太陽電池モジュール。

【請求項3】

前記第１セルと前記第２セルの開放電圧の相対量｛(第２セルの開放電圧)/(第１セルの開放電圧)｝と短絡電流密度の相対量｛(第１セルの短絡電流密度)/(第２セルの短絡電流密度)｝は １０２％乃至１０５％をそれぞれ満足する、請求項１記載の薄膜太陽電池モジュール。

【請求項4】

前記第２セルの前記第１光電変換部の開放電圧は前記第１セルの前記第１光電変換部の開放電圧より高い、請求項１記載の薄膜太陽電池モジュール。

【請求項5】

前記第１セルの前記第１光電変換部の短絡電流密度は前記第２セルの前記第１光電変換部の短絡電流密度より高い、請求項１記載の薄膜太陽電池モジュール。

【請求項6】

前記第２セルは前記基板の端から４ｃｍ以内に位置する、請求項１記載の薄膜太陽電池モジュール。

【請求項7】

前記第１セルの前記第１光電変換部と前記第２セルの前記第１光電変換部は非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）を含む真性半導体層をそれぞれ含み、
前記第１セルの前記第1光電変換部の真性半導体層は前記第２セルの前記第１光電変換部の真性半導体層より高い濃度でゲルマニウムを含む、請求項１記載の薄膜太陽電池モジュール。

【請求項8】

前記第１セルの前記第１光電変換部の真性半導体層に含まれたゲルマニウム濃度は前記端領域に近くなるほど減少する、請求項７記載の薄膜太陽電池モジュール。

【請求項9】

前記第１セルの前記第１光電変換部の真性半導体層のバンドギャップエネルギーは前記端領域に近くなるほど増加する、請求項７記載の薄膜太陽電池モジュール。

【請求項10】

前記第１セルの前記第１光電変換部と前記第２セルの前記第１光電変換部は微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を含む真性半導体層をそれぞれ含み、
前記第１セルの前記第１光電変換部の真性半導体層は前記第２セルの前記第１光電変換部の真性半導体層より高い結晶化度を有する、請求項１記載の薄膜太陽電池モジュール。

【請求項11】

前記第２セルの前記第１光電変換部の結晶化度は前記第１セルの前記第１光電変換部の結晶化度に比べて７％乃至１０％が低い、請求項１０記載の薄膜太陽電池モジュール。

【請求項12】

前記第１セルの前記第１光電変換部の真性半導体層に接触する少なくとも一つのシード層と、
前記第２セルの前記第１光電変換部の真性半導体層に接触する少なくとも一つのシード層をさらに含む、請求項１０記載の薄膜太陽電池モジュール。

【請求項13】

前記第１セルの前記第１光電変換部と接触する少なくとも一つのシード層は前記第２セルの前記第１光電変換部と接触する少なくとも一つのシード層より高い結晶化度を有する、請求項１２記載の薄膜太陽電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は薄膜太陽電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

最近石油や石炭のような既存エネルギー資源の枯渇が予測されながらこれらを代替する代替エネルギーに対する関心が高くなり、これによって太陽エネルギーから電気エネルギーを生産する太陽電池が注目されている。

【0003】

シリコンウェハなどを利用する単結晶バルクシリコンは現在商用化になっているが製造単価が高くて積極的な活用ができない状況である。

【0004】

このような問題を解決するために近来には薄膜太陽電池に関する研究が活発に成り立っている。特に非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を利用した薄膜太陽電池は大面積の太陽電池モジュールを低価で製作することができる技術として注目されている。
〔先行技術文献〕
〔特許文献〕
〔特許文献１〕米国特許出願公開第２００８／０１２１２６４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、効率が向上した薄膜太陽電池モジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するために本発明の一側面による太陽電池モジュールは、基板と、基板の中央領域に位置し、少なくとも一つの光電変換部を含む少なくとも一つの第１セルと、基板の端領域に位置し、少なくとも一つの光電変換部を含む少なくとも一つの第２セルを含み、互いに同一である層に位置する光電変換部において、少なくとも一つの第２セルの少なくとも一つの光電変換部は少なくとも一つの第１セルの少なくとも一つの光電変換部より高いバンドギャップエネルギーを有する。

【0007】

少なくとも一つの第１セルと少なくとも一つの第２セルの電圧相対量｛(第２セルの電圧)/(第１セルの電圧)｝と電流相対量｛(第１セルの電流)/(第２セルの電流)｝は１００％ 乃至１２０％をそれぞれ満足し、望ましくは、少なくとも一つの第１セルと少なくとも一つの第２セルの電圧相対量｛(第２セルの電圧)/(第１セルの電圧)｝と電流相対量｛(第１セルの電流)/(第２セルの電流)｝が１０２％乃至１０５％をそれぞれ満足する。

【0008】

少なくとも一つの第２セルの電圧は少なくとも一つの第１セルの電圧より高く、少なくとも一つの第１セルの電流は少なくとも一つの第２セルの電流より高い。

【0009】

少なくとも一つの第２セルは基板の端から４ｃｍ以内に位置することができる。

【0010】

互いに同一である層に位置する少なくとも一つの第１セルの少なくとも一つの光電変換部と少なくとも一つの第２セルの少なくとも一つの光電変換部は非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）を含む真性半導体層をそれぞれ含むことができる。この時、 少なくとも一つの第１セルの少なくとも一つの真性半導体層は少なくとも一つの第２セルの少なくとも一つの真性半導体層より高い濃度でゲルマニウムを含む。

【0011】

そして少なくとも一つの第１セルのそれぞれの真性半導体層に含まれたゲルマニウム濃度は端領域に近くなるほど減少することができ、少なくとも一つの第１セルのそれぞれの真性半導体層のバンドギャップエネルギーは端領域に近くなるほど増加することができる。

【0012】

互いに同一である層に位置する少なくとも一つの第１セルの少なくとも一つの光電変換部と少なくとも一つの第２セルの少なくとも一つの光電変換部は微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を含む真性半導体層をそれぞれ含むことができる。この時、少なくとも一つの第１セルの少なくとも一つの真性半導体層は少なくとも一つの第２セルの少なくとも一つの真性半導体層より高い結晶化度を有することができ、少なくとも一つの第２セルの結晶化度は少なくとも一つの第１セルの結晶化度に比べ７％乃至１０％が低いことがある。

【0013】

薄膜太陽電池モジュールは少なくとも一つの第１セルの少なくとも一つの真性半導体層に接触する少なくとも一つのシード層及び少なくとも一つの第２セルの少なくとも一つの真性半導体層に接触する少なくとも一つのシード層をさらに含むことができ、少なくとも一つの第１セルの少なくとも一つのシード層は少なくとも一つの第２セルの少なくとも一つのシード層より高い結晶化度を有することができる。

【0014】

このような特徴によれば、基板の中央領域に位置する少なくとも一つの第１セルの少なくとも一つの光電変換部に比べ基板の端領域に位置する少なくとも一つの第２セルの少なくとも一つの光電変換部のバンドギャップエネルギーが大きくなるので、少なくとも一つの第２セルの電圧は少なくとも一つの第１セルに比べ相対的に増加し、少なくとも一つの第２セルの電流は少なくとも一つの第１セルに比べて相対的に減少する。

【0015】

したがって、少なくとも一つの第１セルの少なくとも一つの光電変換部と少なくとも一つの第２セルの少なくとも一つの光電変換部のバンドギャップエネルギーを調節し電圧相対量及び電流相対量が１００％以上１２０％以下になるようにすれば、薄膜太陽電池の効率が増加する。

【発明の効果】

【0016】

このような特徴によれば、基板の中央領域に位置する少なくとも一つの第１セルの少なくとも一つの光電変換部に比べて基板の端領域に位置する少なくとも一つの第２セルの少なくとも一つの光電変換部のバンドギャップエネルギーが大きくなるので、少なくとも一つの第２セルの電圧は少なくとも一つの第１セルに比べて相対的に増加し、少なくとも一つの第２セルの電流は少なくとも一つの第１セルに比べて相対的に減少する。

【0017】

したがって、少なくとも一つの第１セルの少なくとも一つの光電変換部と少なくとも一つの第２セルの少なくとも一つの光電変換部のバンドギャップエネルギーを調節し電圧相対量及び電流相対量が１００％以上１２０％以下になるようにすれば、薄膜太陽電池の効率が増加する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの平面図である。

【図2】第１セルと第２セルの電流-電圧（Ｉ−Ｖ）曲線を示すグラフである。

【図3】電圧相対量と効率の関係を示すグラフである。

【図4】電流相対量と効率の関係を示すグラフである。

【図5】図１の薄膜太陽電池モジュールに使われるセル構造を示す断面図として、２重接合型光電変換部を有するセルの断面図である。

【図6】図１の薄膜太陽電池モジュールに使われるセル構造を示す断面図として、３重接合型光電変換部を有するセルの断面図である。

【図7】光電変換部に含有されたゲルマニウム（Ｇｅ）濃度とバンドギャップエネルギーの関係を示すグラフである。

【図8】基板位置による光電変換部のゲルマニウム濃度を示すグラフである。

【図9】基板位置による光電変換部のバンドギャップエネルギーを示すグラフである。

【図10】図１の薄膜太陽電池モジュールに使われる３重接合型セル構造を示す断面図として、シード層を含むセルの断面図である。

【図11】シード層の結晶化度による結晶質シリコンの結晶化度を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下では添付した図面を参照して本発明の実施の形態に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし本発明はいろいろ異なる形態に具現されることができ、ここで説明する実施の形態に限定されない。そして図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通じて類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。

【0020】

図で多くの層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」あると言う時、これは他の部分「真上に」ある場合だけではなくその中間に他の部分がある場合も含む。反対に何れの部分が他の部分「真上に」あると言う時には中間に他の部分がないことを意味する。

【0021】

また何れの部分が他の部分上に「全体的」に形成されていると言う時には他の部分の全体面(または全面)に形成されていることだけでなく端一部には形成されないことも含む。

【0022】

以下、添付図面を参照し本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールに対して説明する。

【0023】

先ず、図１を参照すれば、本発明に係る薄膜太陽電池モジュール１０は基板１００と基板１００の上部に配置される複数の薄膜太陽電池２００を含む。

【0024】

基板１００は中央領域Ａ１及び前記中央領域Ａ１の端に位置する端領域Ａ２を含み、複数の薄膜太陽電池２００は中央領域Ａ１と端領域Ａ２にそれぞれ位置する。

【0025】

以下、本発明を説明するにおいて、中央領域Ａ１に位置する複数の薄膜太陽電池は第１セル（Ｃ１）（ｃｅｌｌ）といって、端領域Ａ２に位置する複数の薄膜太陽電池は第２セル（Ｃ２）という。

【0026】

大面積の薄膜太陽電池モジュールは通常１．１×１．３m²、１．１×１．４m²、２．２×２．６m²の大きさで市場で流通しており、１．１×１．３m²及び１．１×１．４m²の薄膜太陽電池モジュールは１００個以上のセル（ｃｅｌｌ）を含む。

【0027】

本発明は第１セル（Ｃ１）と第２セル（Ｃ２）の特性を制御し大面積モジュールの効率を向上するためのもので、本発明の説明において第２セル（Ｃ２）は基板の端で４ｃｍ以内の端領域Ａ２に位置するセルで定義し、第１セル（Ｃ１）は端領域Ａ２の間の中央領域Ａ１に位置したセルで定義する。したがって、第１セル（Ｃ１）は第２セル（Ｃ２）を除いた残りの全体セルである。

【0028】

以上では端領域Ａ２が基板の端で４ｃｍであることを例にあげて説明するが、モジュールの大きさが増加することによって端領域Ａ２の寸法も増加することができる。

【0029】

図２は第１セルと第２セルの電流-電圧（Ｉ−Ｖ）曲線を示すグラフである。図２で、 実線は第１セル（Ｃ１）の電流-電圧曲線を示し、点線は第２セル（Ｃ２）の電流-電圧曲線を示す。

【0030】

図３は電圧相対量と効率の関係を示すグラフであり、図４は電流相対量と効率の関係を示すグラフとして、電圧相対量は｛(第２セルの電圧)/(第１セルの電圧)｝を百分率で示すことで、電流相対量は｛(第１セルの電流)/(第２セルの電流)｝を百分率で示すことである。

【0031】

図３及び図４を参照すれば、電圧相対量と電流相対量がそれぞれ１００％以上１２０％ 以下の時のモジュールの効率が増加しモジュールパワーも最大化できることが分かる。

【0032】

以下では電圧相対量と電流相対量がそれぞれ前記した範囲を満足する薄膜太陽電池モジュールに対して説明する。

【0033】

図５は図１の薄膜太陽電池モジュールに使われるセル構造を示す断面図として、２重接合型光電変換部を有するセルの断面図である。

【0034】

以下の実施の形態を説明するにおいて、第１セルと第２セルは互いに同一である構造に形成されるので、以下では第１セルの断面構造に対してだけ説明する。

【0035】

図５に示したように、第１セル（Ｃ１）は基板１００上に順次に積層される第１電極１１０、光電変換部（ＰＶ)及び第２電極１２０を含む。

【0036】

第１電極１１０は透明な導電性物質、例えば酸化スズ（ＳｎＯ₂）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、またはインジウムスズオキサイド（ＩＴＯ）の内で選択された少なくとも一つの物質で成ることができる。また、透明な導電性物質に一つ以上の不純物を混合した混合物質から成り得る。

【0037】

第１電極１１０上に位置する光電変換部（ＰＶ）は基板１００の入射面に入射される光を電気に変換する機能を持つもので、単一接合型、２重接合型または３重接合型構造の内の一つであることがあり、本実施の形態では２重接合型光電変換部に対して説明する。

【0038】

本実施の形態の光電変換部（ＰＶ）は第１電極１１０ 上に位置する第１光電変換部（ＰＶ１）と、 第１光電変換部（ＰＶ１）と第２電極１２０の間に位置する第２光電変換部（ＰＶ２）をさらに含む。

【0039】

第１光電変換部（ＰＶ１）は非晶質シリコン(amorphous silicon： ａ−Ｓｉ)を含み、近紫外線、紫、青などのような短波長帯域の光を主に吸収する。

【0040】

このような第１光電変換部（ＰＶ１）は第１電極１２０上に順次に積層された第１ｐ型半導体層（ＰＶ１−１）、第１真性半導体層（ＰＶ１−２）、そして第１ｎ型半導体層（ＰＶ１−３）を含む。

【0041】

第１ｐ型半導体層（ＰＶ１−１）はシリコン（Ｓｉ）を含む原料ガスにホウ素、ガリウム、インジウムなどのような３価元素の不純物を含むガスを混合して形成されることができる。本実施の形態で第１ｐ型半導体層（ＰＶ１−１）はａ−Ｓｉまたはａ−Ｓｉ：Ｈに形成されることができる。

【0042】

第１真性半導体層（ＰＶ１−２）はキャリアの再結合率を減らし光を吸収するためのもので、電子と正孔のようなキャリアがここで主に生成される。このような第１真性半導体層（ＰＶ１−２）はａ−Ｓｉまたはａ−Ｓｉ：Ｈで形成されることができ、 約２００ｎｍ乃至３００ｎｍの厚さを有することができる。

【0043】

第１ｎ型半導体層（ＰＶ１−３）はシリコンを含む原料ガスにりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、 アンチモン（Ｓｂ）などのように ５価元素の不純物を含むガスを混合して形成されることができる。

【0044】

このような第１光電変換部（ＰＶ１）はプラズマ化学気相成長(plasma enhanced chemical vapor deposition、ＰＥＣＶＤ)のような化学気相成長(chemical vapor deposition、ＣＶＤ)によって形成されることができる。

【0045】

第１光電変換部（ＰＶ１）の第１ｐ型半導体層（ＰＶ１−１）及び第１ｎ型半導体層（ＰＶ１−３）のような半導体層は第１真性半導体層（ＰＶ１−２）を間に置いてｐ−ｎ接合を形成し、これによる光起電力効果(photovoltatic effect)によって第１真性半導体層（ＰＶ１−２）で生成された電子と正孔は接触電位差によって分離して互いに異なる方向に移動する。

【0046】

例えば、正孔は第１ｐ型半導体層（ＰＶ１−１）を通じて第１電極１１０ の方に移動し、電子は第１ｎ型半導体層（ＰＶ１−３）を通じて第２電極１２０の方へ移動する。

【0047】

第２光電変換部（ＰＶ２）は微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を含み、赤色から近赤外線までの長波長帯域の光を主に吸収する。

【0048】

第２光電変換部（ＰＶ２）は第１光電変換部（ＰＶ１）の第１ｎ型半導体層（ＰＶ１−３）上に順次形成された第２ｐ型半導体層（ＰＶ２−１）、第２真性半導体層（ＰＶ２−２）、そして第２ｎ型半導体層（ＰＶ２−３）を含み、この半導体層は第１光電変換部（ＰＶ１）と同様にＰＥＣＶＤのようなＣＶＤにより形成されることができる。

【0049】

第２ｐ型半導体層（ＰＶ２−１）はシリコンを含む原料ガスにホウ素、ガリウム、 インジウムなどのような３価元素の不純物を含むガスを混合して形成される。

【0050】

第２真性半導体層（ＰＶ２−２）はキャリアの再結合率を減らし光を吸収するためのものである。これにより、 第２真性半導体層（ＰＶ２−２）は印加される長波長帯域の光を主に吸収し電子と正孔をここで主に生成する。

【0051】

本実施の形態で、第２真性半導体層（ＰＶ２−２）は微結晶シリコン（μｃ− Ｓｉ）またはドーピングされた微結晶シリコン（μｃ− Ｓｉ：Ｈ）に形成され、第２真性半導体層（ＰＶ２−２）の厚さは長波長成分の太陽光を充分に吸収するために第１真性半導体層（ＰＶ１−２）の厚さより厚いことがある。

【0052】

第２ｎ型半導体層（ＰＶ２−３）はシリコンを含む原料ガスにりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含むガスを混合して形成されることができる。

【0053】

第２光電変換部（ＰＶ２）の第２ｐ型半導体層（ＰＶ２−１）及び第２ｎ型半導体層（ＰＶ２−３）は第２真性半導体層（ＰＶ２−２）を間に置いてｐ−ｎ接合を形成し、これによって生成された正孔は第２ｐ型半導体層（ＰＶ２−１）を通じて第１電極１１０の方に移動し収集され、生成された電子は第２ｎ型半導体層（ＰＶ２−３）を通じて第２電極１２０の方に移動し収集される。

【0054】

光電変換部（ＰＶ）上に位置する第２電極１２０は金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）の内から選択される一つの金属から成り得、光電変換部（ＰＶ）で吸収さできなかった光を光電変換部（ＰＶ）の方に反射する反射層をさらに含むことができる。

【0055】

このような構造のセルを有する薄膜太陽電池モジュールにおいて、第１セルと第２セルの電圧相対量｛(第２セルの電圧)/(第１セルの電圧)｝と電流相対量｛(第１セルの電流)/(第２セルの電流)｝は１００％乃至２０％をそれぞれ満足し、望ましくは、第１セルと第２セルの電圧相対量｛(第２セルの電圧)/(第１セルの電圧)｝と電流相対量｛(第１セルの電流)/(第２セルの電流)｝が１０２％乃至１０５％をそれぞれ満足する。

【0056】

電圧相対量と電流相対量が前記した範囲を満足するようにするために、本実施の形態では第１セル（Ｃ１）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）と第２セル（Ｃ２）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）のバンドギャップエネルギーが互いに異なる大きさに形成される。

【0057】

さらに具体的に説明すれば、第２セル（Ｃ２）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）のバンドギャップエネルギーは第１セル（Ｃ１）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）のバンドギャップエネルギーより大きく形成される。したがって、第２セル（Ｃ２）の電圧は第１セル（Ｃ１）の電圧より高く、第１セル（Ｃ１）の電流は第２セル（Ｃ２）の電流より大きい。

【0058】

ここで、第２セル（Ｃ２）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）のバンドギャップエネルギーを第１セル（Ｃ１）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）のバンドギャップエネルギーより大きく形成するため、第１セル（Ｃ１）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）の結晶化度を第２セル（Ｃ１）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）の決定化度より高く形成する。

【0059】

第２真性半導体層（ＰＶ２−２）の結晶化度はラマン(Raman)散乱を利用して測定し、 下の表１は第２真性半導体層（ＰＶ２−２）の結晶化度による電圧相対量、電流相対量及び効率を示す。

【0060】

【表1】

【0061】

表１を参照すれば、電圧相対量と電流相対量がそれぞれ１００％未満の場合と１２０％を超過する場合には効率が大きく低下し、電圧相対量と電流相対量がそれぞれ１００％以上１２０％ 以下の場合には効率が良いことが分かった。

【0062】

特に、電圧相対量と電流相対量がそれぞれ１０２％以上１０５％以下の場合効率が一番良いことが分かるが、表１を参照すれば、電圧相対量と電流相対量がそれぞれ１０２％以上１０５％以下を満足する場合には第２セル（Ｃ２）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）の結晶化度が第１セル（Ｃ１）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）の結晶化度に比べて７％乃至１０％低いことが分かる。したがって、第２セル（Ｃ２）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）の結晶化度を第１セル（Ｃ１）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）の結晶化度に比べ ７％乃至１０％低く形成するのが望ましい。

【0063】

図６は図１の薄膜太陽電池モジュールに使われるセル構造を示す断面図として、３重接合型光電変換部を有するセルの断面図である。

【0064】

３重接合型光電変換部を有するセルにおいて、第１光電変換部は非晶質シリコンを含み、第２光電変換部は非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）または微結晶シリコンを含み、第３光電変換部は微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）または微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）を含むことができる。

【0065】

これに、本実施の形態では第１光電変換部（ＰＶ１）が非晶質シリコンを含み、第２光電変換部（ＰＶ２）が非晶質シリコンゲルマニウムを含み、 第３光電変換部（ＰＶ３）が微結晶シリコンを含む場合を例であげて説明する。

【0066】

第１光電変換部乃至第３光電変換部（ＰＶ１、ＰＶ２、ＰＶ３）が前述の図５の実施の形態と同じくそれぞれｐ−ｉ−ｎ構造に形成されるので、以下では第３光電変換部に対してだけ説明する。

【0067】

第３光電変換部（ＰＶ３）は第３ｐ型半導体層（ＰＶ３−１）、第３真性半導体層（ＰＶ３−２）及び第３ｎ型半導体層（ＰＶ３−３）を含む。

【0068】

３重接合型の光電変換部（ＰＶ）は第１光電変換部（ＰＶ１）と第２光電変換部（Ｐ２）で吸収されない光が入射されるので、第３真性半導体層（ＰＶ３−２）には少ない量の光が入射する。したがって、第３真性半導体層（ＰＶ３−２）の厚さが第２真性半導体層（ＰＶ２−２）より厚いと十分な光吸収をすることができる。これに、本実施の形態では第３真性半導体層（ＰＶ３−２）を２μｍ乃至３μｍの厚さで形成した。参照のため、図５の実施の形態では第２真性半導体層（ＰＶ２−２）を１．５μｍの厚さで形成した。

【0069】

一方、示さなかったが、第２光電変換部（ＰＶ２）と第３光電変換部（ＰＶ３）の間には中間反射膜が位置することもできる。

【0070】

このような構造のセルで、第１セル（Ｃ１）と第２セル（Ｃ２）の電圧及び電流を調節し電圧相対量及び電流相対量を調節するため、図５の実施の形態と類似の方法で第１セル（Ｃ１）の第３真性半導体層（ＰＶ３−２）と第２セル（Ｃ２）の第３真性半導体層（ＰＶ３−２）の結晶化度を調節し、第３真性半導体層（ＰＶ３−２）の結晶化度による電圧相対量、電流相対量及び効率を下の表２に示した。

【0071】

表２を参照すれば、図５に示した実施の形態の結果を示す表１と同様の結果を示すことが分かる。

【0072】

すなわち、電圧相対量と電流相対量がそれぞれ１００％ 未満の場合と１２０％を超過する場合には効率が大きく低下し、電圧相対量と電流相対量がそれぞれ１００％以上１２０％以下の場合には効率が良いことが分かった。

【0073】

また、電圧相対量と電流相対量がそれぞれ１０２％以上１０５％以下の場合効率が一番優秀であり、このために、第２セル（Ｃ２）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）の結晶化度を第１セル（Ｃ１）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）の結晶化度に比べて７％乃至１０％低く形成するのが望ましいことが分かった。

【0074】

【表2】

【0075】

以上では第３光電変換部（ＰＶ３）の第３真性半導体層（ＰＶ３−２）の結晶化度を第１セル（Ｃ１）と第２セル（Ｃ２）で互いに異なるように形成することを例にあげて説明したが、電圧相対量及び電流相対量を調節するために第２真性半導体層（ＰＶ２−２）に含有されたゲルマニウム（Ｇｅ）の濃度を調節し第１セル（Ｃ１）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）と第２セル（Ｃ２）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）のバンドギャップエネルギーを調節することも可能である。

【0076】

図７は光電変換部に含有されたゲルマニウム（Ｇｅ）濃度とバンドギャップエネルギーの関係を示すグラフを示したもので、図７を参照すれば第２真性半導体層（ＰＶ２−２）に含有されたゲルマニウムの濃度によってバンドギャップエネルギーの調節が可能であることが分かる。

【0077】

したがって、ＰＥＣＶＤを利用し第２真性半導体層（ＰＶ２−２）を蒸着する時、工程変数である電極間のギャップ、Ｈ２、ＳｉＨ４、ＧｅＨ４を含む工程ガスの流量、ガス比（ＧｅＨ４／ＳｉＨ４）などを変化させれば、図８に示したように基板位置によって第２真性半導体層（ＰＶ２−２）のゲルマニウム濃度を異なるように形成することができる。

【0078】

したがって、第２真性半導体層（ＰＶ２−２）のゲルマニウム濃度を図８に示したグラフによって形成すれば、図９に示したように、第２真性半導体層（ＰＶ２−２）は基板位置によって他の大きさのバンドギャップエネルギーを有するようになる。

【0079】

図９はエリプソメータ(ellipsometer)を使って基板位置による第２真性半導体層（ＰＶ２−２）のバンドギャップを測定したことで、第２セル（Ｃ２）のバンドギャップが第１セル（Ｃ１）のバンドギャップに比べて高く測定されたことが分かる。

【0080】

そして基板位置によって第２真性半導体層（ＰＶ２−２）に含有されたゲルマニウム濃度を調節する時、図９に示したように第１セル（Ｃ１）のそれぞれの第２真性半導体層（ＰＶ２−２）のバンドギャップエネルギーが端領域に位置した第２セル（Ｃ２）と近くなるほど増加するように調節することができる。

【0081】

このように、第１セル（Ｃ１）の第２真性半導体層（ＰＶ２−２）が第２セル（Ｃ２）の真性半導体層（ＰＶ２−２）に比べて高い濃度でゲルマニウムを含めば、第２セル（Ｃ２）は第１セル（Ｃ２）に比べて高いバンドギャップエネルギーを有する。

【0082】

下記の表３は第２真性半導体層（ＰＶ２−２）のバンドギャップエネルギーによる電圧相対量、電流相対量及び効率を示したもので、表３を参照すると、第１セル（Ｃ１）が第２セル（Ｃ２）に比べて低いバンドギャップエネルギーを有するようにすれば電圧相対量及び電流相対量を１００％より高く有することができ、これを通じて相対的に高い効率を得ることができた。

【0083】

【表3】

【0084】

したがって、基板の位置によって第２真性半導体層（ＰＶ２−２）のゲルマニウム濃度を調節すれば、第１セル（Ｃ１）と第２セル（Ｃ２）の電圧相対量及び電流相対量が１００％以上１２０％以下を満足するように形成することができる。

【0085】

以上では非晶質シリコンゲルマニウムを含む第２光電変換部（ＰＶ２）のゲルマニウム濃度を調節することに対して説明したが、第２光電変換部（ＰＶ２）と第３光電変換部（ＰＶ３）のバンドギャップエネルギーを一緒に調節することも可能である。

【0086】

この場合、非晶質シリコンゲルマニウムを含む第２光電変換部（ＰＶ２）のゲルマニウム濃度を調節する一方、微結晶シリコンを含む第３光電変換部（ＰＶ３）の結晶化度を一緒に調節することができる。

【0087】

図１０は図１の薄膜太陽電池モジュールに使われる３重接合型セル構造を示す断面図として、シード層を含むセルの断面図である。

【0088】

本実施の形態が前述の構造の３重接合型セルと異なることは微結晶シリコンを含む第３ｐ型半導体層（ＰＶ３−１）と第３真性半導体層（ＰＶ３−２） の間に微結晶にされたシード層（ＰＶ３−４）を形成したことであり、他の構造は前述の実施の形態と同様に構成されることができる。

【0089】

以下の実施の形態では３重接合型セルを例にあげて説明するが、前記シード層（ＰＶ３−４）は図５に示した２重接合型セルで第２ｐ型半導体層（ＰＶ２−１）と第２真性半導体層（ＰＶ２−２）の間に形成されることもできる。

【0090】

シード層（ＰＶ３−４）は蒸着初期に結晶性を充分に備えており後続蒸着する第３真性半導体層（ＰＶ３−２）の結晶成長を手伝ってくれる役目をする。

【0091】

したがって、図１1に示したように、シード層（ＰＶ３−４）の結晶化度が高ければ後続蒸着する第３真性半導体層（ＰＶ３−２）の結晶化度が高くなり、シード層（ＰＶ３−４）の結晶化度が低ければ後続蒸着する第３真性半導体層（ＰＶ３−２）の結晶化度が低くなる。

【0092】

そして、シード層（ＰＶ３−４）の結晶化度は第３真性半導体層（ＰＶ３−２）の結晶化度と線形的に比例する。

【0093】

これを利用し、本実施の形態では基板位置によってシード層（ＰＶ３−４）の結晶化度を調節した。

【0094】

【表4】

【0095】

前記表４は基板の位置によってシード層（ＰＶ３−４）の結晶化度を調節し第３真性半導体層（ＰＶ３−２）の結晶化度を調節した結果を示すものである。

【0096】

基板位置によるシード層（ＰＶ３−４）の結晶化度は工程変数である電極間ギャップ、圧力、ガス流量及びガス比などを調節することによって調節することができる。

【0097】

このように、シード層（ＰＶ３−４）の結晶化度を調節し第３真性半導体層（ＰＶ３−２）の結晶化度を調節することで、第１セルと第２セルの電圧相対量及び電流相対量がそれぞれ１００％乃至１２０％を満足するようにできる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】