[发明专利]薄膜太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜太阳能电池及其制造方法，特别是涉及与光捕获(light trapping)技术有关的薄膜太阳能电池及其制造方法。

背景技术

当前，作为用于薄膜太阳能电池的光捕获技术，在使光从透明绝缘基板侧入射的薄膜太阳能电池的情况下，使用在形成于透明绝缘基板上的透明导电膜表面形成凹凸结构的方法。一般已知，形成该凹凸结构的光捕获技术由于光反射率的降低、光散射效果，薄膜太阳能电池的光转换效率得以提高。详细地说，从透明绝缘基板侧入射进来的光，在具有凹凸形状的透明导电膜和光电转换层之间的界面散射之后入射到光电转换层中，因此大致倾斜地入射到光电转换层中。而且，通过使光倾斜地入射到光电转换层中，光的实质性的光路得以延长，光的吸收增大，因此光电动势元件的光电转换特性得以提高，输出电流增加。

以往，作为形成凹凸结构的透明导电膜，熟知氧化锡(SnO₂)透明导电膜。一般，形成在SnO₂透明导电膜上的凹凸结构，是通过根据热CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)法使数10～数100nm直径的晶粒在膜表面生长来形成的。但是，为了在该SnO₂膜表面形成良好的凹凸结构，需要进行500～600℃的高温工艺，另外还要求1μm左右的膜厚，因此成为制造成本增大的因素之一。

为此，近年来从等离子体耐性优良并且资源丰富这样的观点出发，作为替换SnO₂的材料，氧化锌(ZnO)正在被普及。但是，在ZnO的情况下，存在为了在表面形成良好的凹凸结构而要求2μm左右的膜厚这样的问题。因此，作为即使在通过低温形成使ZnO膜成为薄膜的情况下也具有良好的光捕获效果的凹凸结构的形成方法，提出如下技术：在玻璃基板上通过溅射法形成透明导电膜，通过酸来进行蚀刻，从而在表面形成凹凸结构。通过该方法，期待太阳能电池装置的成本降低。在下述专利文献1中，示出如下方法：将层叠在高反射金属膜上的氧化锌膜表面浸渍在包含二价羧酸的溶液中，根据通过化学反应所析出的物质来形成凹凸结构。

另外，例如在专利文献2中示出通过在平板玻璃上载置粉末玻璃进行熔融来形成凹凸结构的方法。另外，在专利文献3、4中示出通过喷砂加工在透明绝缘基板的表面形成凹凸结构的方法。

专利文献1：日本特开平6-196734号公报

专利文献2：日本特开昭62-98677号公报

专利文献3：日本特开平9-199745号公报

专利文献4：日本特开平7-122764号公报

非专利文献1：Yoshiyuki Nasuno et al.，“Effects of SubstrateSurface Morphology on Microcrystalline Silicon Solar Cells”，Jpn.J.Appl.Phys.，The Japan Society of Applie Physics，1 April2001，vol40，pp.L303-L305.

发明内容

然而，通过根据上述的酸进行蚀刻来在膜表面形成凹凸结构的技术，存在如下问题：由于蚀刻偏差，在局部形成起因于急剧突起的针孔，由此发生短路等，因此使薄膜太阳能电池的成品率、可靠性下降。在专利文献1中，所形成的凹凸形状的长宽比变大，在凹凸中形成急剧的斜面，因此在元件中引起泄漏(leak)，存在使可靠性、成品率下降这样的问题。另外，在如专利文献2、专利文献3、4那样使粒子附着的方法、机械性的加工方法中，容易形成与如上所述的非晶质膜等光电转换层的膜厚相比阶差大的凹凸，Rmax等的表面粗糙度变大。因此，在光电转换层中产生大的残差，产生断线等，存在使薄膜太阳能电池的性能下降的问题。

另外，在将这些以纹理状形成的透明电极用作基板侧电极的技术中，在转换效率的提高上存在极限(例如参照非专利文献1)。这是由于，以纹理状形成的透明电极，导致在其上形成的半导体薄膜中诱发结构缺陷。如果增大透明电极的凹凸，则能够增大半导体层的光吸收。然而，透明电极的凹凸的增大，使在半导体薄膜中诱发的结构缺陷增大，使输出电压下降。因而，通过在透明电极上形成凹凸结构来提高转换效率上存在极限。从这种背景出发，希望提供用于提高转换效率的新技术。

本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于得到一种可靠性、光电转换特性优良的薄膜太阳能电池及其制造方法，防止光散射用的纹理结构所引起的可靠性、光电转换特性的下降，具有良好的光捕获效果。