CN102113128A - 太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池在基板的一个面上形成有将第一电极层、半导体层、第二电极层按此顺序重叠起来的光电转换体，所述太阳能电池具有第一电极层与第二电极层的连接部分，光电转换体具有多个分区单元，所述多个分区单元通过已去除半导体层与第二电极层的划痕线在电气上被分区，彼此相邻的分区单元之间被电连接，其特征在于，所述太阳能电池的制造方法包括：缺陷区域确定工序，确定光电转换体中存在结构缺陷的区域；以及修复工序，对光电转换体照射激光并形成已去除半导体层与第二电极层的三条修理线，由三条修理线与一条划痕线来包围存在结构缺陷的区域，去除或分离结构缺陷，在光电转换体的区域α中形成三条修理线之中的一条修理线，所述区域α是结构缺陷与连接部分之间的区域，且包含有半导体层与基板的接触部位。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池的制造方法。更详细而言，本发明涉及能够通过激光去除半导体层和第二电极层并形成修理线，通过该修理线与划痕线，确实地从正常区域中去除、分离结构缺陷区域的太阳能电池的制造方法。进一步详细而言，本发明涉及通过将为了从正常区域中去除、分离结构缺陷区域而使用的面积控制在最小限度，从而能够将光电转换效率的降低控制在最小限度的太阳能电池的制造方法。
本申请基于2008年8月29日于日本申请的特愿2008-222171号主张优先权，在此援用其内容。
背景技术
从有效利用能量的观点出发，近年来，太阳能电池正越来越被广泛而普遍地利用。特别是利用硅单晶的太阳能电池，其优异的每单位面积的能量转换效率得以发挥。但是，由于利用硅单晶的太阳能电池使用将硅单晶结晶块切割而得到的硅片，因此，硅单晶结晶块的制造需要耗费大量能量。所以，利用硅单晶的太阳能电池的制造成本高。特别是，如果想要通过利用硅单晶的太阳能电池来实现在室外等设置的大面积的太阳能电池，就目前来说是相当花费成本的。
因此，利用了可更廉价制造的非晶(非晶质)硅薄膜的太阳能电池，作为低成本的太阳能电池正在普及。
非晶硅太阳能电池具有被称为pin结的层结构的半导体膜，该半导体膜是通过p型和n型的硅膜将接收光时产生电子和空穴的非晶硅膜(i型)夹住的层结构。在该半导体膜的两个面上，分别形成有电极。
接收太阳光而产生的电子和空穴，因p型与n型半导体的电位差而活跃地移动。通过连续地重复这种移动，在形成于半导体膜的两个面上的电极上，产生电位差。
在上述的非晶硅太阳能电池的具体结构的一例中，在作为受光面侧的玻璃基板上形成有透明导电氧化物(TCO)等透明电极来作为下部电极，在该下部电极之上形成有非晶硅(半导体膜)与Ag薄膜等(上部电极)。在这种包括具有上部电极、下部电极以及半导体膜的光电转换体的非晶硅太阳能电池中，存在如下问题，即如果只是在基板上以大面积均匀地对各层进行成膜，就会造成电位差小的问题以及电阻值的问题。因此，在光电转换体上形成有多个分区单元。这些分区单元是以按照各规定尺寸对光电转换体在电气上进行分区，仅电连接彼此相邻的分区单元的方式来构成的。具体而言，通过对在基板上以大面积均匀形成的光电转换体，使用激光等，形成被称为划痕线的槽，从而形成多个薄长方形状的分区单元。进而，以串联方式电连接相邻的分区单元。
可是，已知上述结构的非晶硅太阳能电池在制造阶段会产生一些结构缺陷。例如，在形成非晶硅膜时，由于混入颗粒或产生气孔，有时会造成上部电极与下部电极局部短路。另外，当通过由激光等形成的划痕线将形成在基板上的光电转换体的一部分分割为多个分区单元时，也会出现形成上部电极的金属膜沿着该划痕线熔化，熔化后的金属膜与下部电极接触，导致上部电极与下部电极局部短路的情况。
如此，在光电转换体中，如果产生夹着半导体膜的上部电极与下部电极局部短路的结构缺陷，则会成为引起发电电压下降和光电转换效率降低等问题的原因。因此，在现有的非晶硅太阳能电池的制造工序中，通过检测这种短路等结构缺陷的工序以及去除产生结构缺陷的部位的工序等来修复问题。为了使产生结构缺陷的部位绝缘，例如，如图8所示，以往是通过激光照射，跨越划痕线119(119a、119b)，形成去除了以下三层，即透明导电性膜(下部电极)、背面电极(上部电极)以及半导体接合层(半导体膜)的修理线(R’1～R’4)，去除或分离结构缺陷A。
但是，当跨越使透明导电性膜(下部电极)与背面电极(上部电极)电导通的划痕线119(119a、119b)来进行结构缺陷A的去除时，为了确实地绝缘，需要进行以下三层，即透明性导电膜(下部电极)、半导体接合层(半导体膜)以及背面电极(上部电极)的去除。为了去除这三层，需要多次照射激光，因此导致工序增加。进而，太阳能电池的光电转换体有可能产生损伤。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够抑制对太阳能电池中不存在缺陷的正常区域产生的恶劣影响，确实地从正常区域中去除或分离缺陷部位的太阳能电池的制造方法。
为了解决上述课题，本发明提供了如下所示的太阳能电池的制造方法。
(1)本发明的太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池在基板的一个面上形成有至少将第一电极层、半导体层、第二电极层按此顺序重叠起来的光电转换体，所述太阳能电池具有所述第一电极层与所述第二电极层的连接部分，所述光电转换体具有多个分区单元，所述多个分区单元通过已去除所述半导体层与所述第二电极层的划痕线按照各规定尺寸在电气上被分区，彼此相邻的所述分区单元之间被电连接，所述太阳能电池的制造方法包括：缺陷区域确定工序，确定所述光电转换体中存在结构缺陷的区域；以及修复工序，对所述光电转换体照射激光并形成已去除所述半导体层与所述第二电极层的至少三条修理线，由所述至少三条修理线与一条所述划痕线来包围存在所述结构缺陷的区域，去除或分离所述结构缺陷。在所述光电转换体中，在区域α中形成所述至少三条修理线之中的一条修理线，所述区域α是所述结构缺陷与所述连接部分之间的区域，且包含有所述半导体层与所述基板的接触部位。
(2)在上述(1)所述的太阳能电池的制造方法中，也可以在所述区域α的内部，在所述结构缺陷与所述接触部位之间的区域β中，形成所述一条修理线。
(3)在上述(1)所述的太阳能电池的制造方法中，也可以在所述区域α的内部，在所述接触部位与所述连接部分之间的区域γ中，形成所述一条修理线。
根据上述(1)的技术方案，能够在区域α中形成一条修理线，所述区域α是在结构缺陷与第一电极层和第二电极层的连接部分之间，且包含有半导体层与基板相接触的部位，通过该修理线和其他至少两条修理线以及划痕线，确实地去除、分离存在结构缺陷的区域。另外，相比以往，从正常区域中被去除或分离的区域减少，由于修理线通过激光仅去除半导体层与第二电极层这两层即可，因此，相比以往，能够减少激光去除的工序数，抑制对太阳能电池的正常区域造成恶劣影响。因此，能够制造出没有结构缺陷、且光电转换效率优异的太阳能电池。
根据上述(2)和(3)的技术方案，相比上述(1)的技术方案，能够进一步缩小从正常量区域中被去除或分离的区域，不会使作为太阳能电池的特性大幅降低、且也不损坏外观，就能够修复缺陷部位。因此，能够制造出没有结构缺陷、且光电转换效率优异的太阳能电池。
附图说明
图1是示出本发明的太阳能电池的一例的主要部分的放大立体图；
图2A是图1的太阳能电池的部分剖视图；
图2B是图2A的Z部的部分放大图；
图3是示出本发明的一个实施方式的太阳能电池的制造方法的概要的流程图；
图4是示出结构缺陷的存在例的太阳能电池的剖视图；
图5是示出缺陷区域确定工序的情况的说明图；
图6A是形成三条修理线(R1～R3)时的剖视图；
图6B是形成三条修理线(R1～R3)时的顶视图；
图6C是形成四条修理线(R1～R4)时的顶视图；
图7A是形成三条修理线(R1～R3)时的剖视图；
图7B是形成三条修理线(R1～R3)时的顶视图；
图7C是形成四条修理线(R1～R4)时的顶视图；
图8是示出现有的缺陷修复工序的一例的顶视图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明所涉及的太阳能电池的制造方法的一个实施方式进行说明。此外，本实施方式是为了更好地理解发明宗旨而具体进行说明，只要没有特别指定，并不限定本发明。另外，在以下说明所使用的附图中，为了易于理解本发明的特征，有时会为了方便而放大表示主要部分，各结构要素的尺寸比率等并不限于与实际相同。
图1是示出通过本发明的太阳能电池的制造方法制造的非晶硅型太阳能电池的一例的主要部分的放大立体图。另外，图2A是示出图1的太阳能电池的层结构的部分剖视图。太阳能电池10具有透明的绝缘性基板11以及形成在基板11的一个面11a上的光电转换体12。基板11可由诸如玻璃或透明树脂等太阳光的透射性优异且具有耐久性的绝缘材料构成。太阳光S射入该基板11的另一个面11b侧。
在光电转换体12中，从基板11侧开始顺序层压有第一电极层(下部电极)13、半导体层14以及第二电极层(上部电极)15。第一电极层(下部电极)13可以由透明的导电材料，例如TCO、铟锡氧化物(ITO)等透光性金属氧化物构成。另外，第二电极层(上部电极)15可以由Ag、Cu等导电性金属膜构成。
例如，如图2B所示，半导体层14具有在p型非晶硅膜17与n型非晶硅膜18之间夹着i型非晶硅膜16的pin结结构。而且，当太阳光射入该半导体层14时产生电子和空穴，因p型非晶硅膜17与n型非晶硅膜18的电位差，电子(以及空穴)活跃地移动。通过这样连续地反复，在第一电极层(下部电极)13与第二电极层(上部电极)15之间产生电位差。该现象被称为光电转换。
光电转换体12通过划痕线19，被分割成例如外形为薄长方形状的多个分区单元21、21……。这些分区单元21、21……通过划痕线19在电气上被分区，但彼此相邻的分区单元21之间例如以串联方式电连接。据此，由于光电转换体12处于以串联方式电连接所有分区单元21、21……的状态，因此能够获取高电位差的电流。划痕线19可以是通过例如在基板11的一个面11a上均匀地形成光电转换体12之后，利用激光等在光电转换体12上以规定间隔形成槽而形成的。
此外，优选地，在构成这种光电转换体12的一部分的第二电极层(上部电极)15之上，进一步形成由绝缘性树脂等构成的保护层(未图示)。
下面，对用于制造如上述结构的太阳能电池的制造方法进行说明。图3是阶段性示出本发明的太阳能电池的制造方法的流程图。其中，特别对于从结构缺陷的检测到结构缺陷的修复的工序，进行详细说明。
首先，如图1所示，在透明基板11的一个面11a上形成光电转换体12(光电转换体形成工序：P1)。光电转换体12例如可以形成为：从基板11侧开始顺序层压第一电极层(下部电极)13、半导体层14、第二电极层(上部电极)15。
如图4所示，当形成这样的光电转换体12时，有时会产生因混入半导体层14的污染而引起的结构缺陷A1，以及因半导体层14中产生的微小气孔而引起的结构缺陷A2等问题。此类结构缺陷A(A1、A2)使第一电极层13与第二电极层15之间局部短路(漏电)，降低了发电效率。
接着，通过向光电转换体12照射的激光等，在光电转换体12上形成划痕线19。据此，在光电转换体12上形成如图1所示的薄长方形状的多个分区单元21、21……(分区单元形成工序：P2)。
经过如上所示工序而形成的太阳能电池10在接着经过缺陷区域确定工序(P3)和/或缺陷修复工序(P4)之后，经过形成保护层等的工序(P5)，从而得以完成。在缺陷区域确定工序(P3)中，确定出各个分区单元21内存在由上述A1～A2所代表的结构缺陷A的区域D。在缺陷修复工序(P4)中，从正常区域中去除或分离由上述缺陷区域确定工序(P3)所检测出的存在结构缺陷A的区域D，从而进行修复。以下，对这样的缺陷区域确定工序(P3)和缺陷修复工序(P4)的具体例进行说明。
<缺陷区域确定工序(P3)>
缺陷区域确定工序(P3)只要是能够确定出存在缺陷的部位的工序，就不特别限定，例如，可以基于电阻值的测量、曲线因子(FF，fill factor)的测量、利用CCD摄像机等的摄像等，来确定存在缺陷的部位。
在通过电阻值的测量来确定存在结构缺陷A的分区单元21s以及存在结构缺陷A的区域D时，例如，如图5所示，首先，沿着薄长方形状的分区单元21的长度方向L设定若干个测量点。然后，在彼此相邻的分区单元21、21之间测量电阻值。基于该测量值的分布(电阻值的下降)，能够确定出存在结构缺陷A的分区单元21s以及存在结构缺陷A的区域D。此时，也可以采用如下方法：使用沿着分区单元21的长度方向L按规定间隔排列有多个探针的测量装置，通过探针的一次上下移动来完成多个分区单元21、21……之间的电阻值的测量的方法，或者使探针沿着分区单元21的长度方向L进行扫描，在规定的测量点，反复进行探针的上下移动来测量的方法等。
当如此进行结构缺陷A的确定时，电阻值的测量也可以采用以下任意一种方式：利用将施加规定值的偏置电压与测量电流值这两者兼任的一组两根探针而进行的两探针式、或者使施加规定值的偏置电流所使用的探针与测量电压值所使用的探针不同而进行的由两组四根探针构成的四探针式。基于上述电压值与电流值，来计算出电阻值。另外，在其他的检测方法中，也可以基于预先确定的多个阈值来变更端子的测量间隔。例如，确定电阻值的阈值X、Y、Z(X＞Y＞Z)，当电阻值为阈值X以上时，按每10个端子进行测量(端子的测量间隔＝10)，当电阻值变为阈值X以下时，按每5个端子进行测量(端子的测量间隔＝5)，当电阻值变为阈值Y以下时，按每2个端子进行测量(端子的测量间隔＝2)，当电阻值变为阈值Z以下时，按每个端子进行测量(端子的测量间隔＝1)。当电阻值增大时，相反地，每当超过阈值时就扩大测量间隔来进行测量。当存在结构缺陷A时，由于电阻值缓慢地变化(下降)，因此通过这样按照每个阈值来变更测量间隔，就能够迅速且准确地检测出结构缺陷A的位置。
基于FF测量的缺陷区域确定工序(P3)也同样地，对彼此相邻的分区单元21、21之间的FF值进行比较，从而能够将FF值特别降低的区域确定为存在结构缺陷A的区域D。
基于CCD摄像机的摄像的缺陷区域确定工序(P3)是例如在CCD摄像机上组合高倍率镜头来进行的。为了根据拍摄到的图像来对结构缺陷A的位置进行判定，可以由人基于目视来进行判定，另外也可以利用计算机，通过对作为被检查物的分区单元的图像数据与预先拍摄到的没有缺陷的分区单元的图像数据进行比较，来进行判定。
在如上所示的缺陷区域确定工序中，如果在太阳能电池中发现存在结构缺陷A的区域(在P3中为是)，则进行将在下面说明的缺陷修复工序(P4)。另一方面，如果在太阳能电池中未发现存在结构缺陷A的分区单元21s(在P3中为否)，则直接作为良品，经过形成保护层等的工序P5等成为产品。此外，通过多次进行上述的缺陷区域确定工序(P3)，能够更详细地确定出存在结构缺陷A的区域D。此时，优选地，电阻值的测量间隔比全部工序中的电阻值的测量间隔更细。
另外，对电阻值的测量、FF的测量、利用CCD摄像机的摄像进行适当的组合，也能够确定出存在结构缺陷A的区域D。例如，在进行电阻值的分布和/或FF的测量来大致圈出存在结构缺陷A的区域D之后，进一步地，通过利用CCD摄像机等图像拍摄单元来拍摄该被圈出的区域，从而能够在分区单元内确定出存在结构缺陷A的准确位置。虽然在拍摄具有大面积的被检查物来确定缺陷区域时需要很长时间，但如上述那样，基于在短时间内可测量的电阻值的分布等，预先将应拍摄的区域圈到小面积的区域，从而能够在极短时间内迅速地确定出结构缺陷A的准确位置。
<缺陷修复工序>
在缺陷修复工序(P4)中，对已被确定出准确位置的太阳能电池的结构缺陷A(A1、A2)进行修复。在缺陷修复工序(P4)中，对经过上述缺陷区域确定工序(P3)而确定出的存在结构缺陷A的区域D，照射激光，去除存在结构缺陷A的区域D的半导体层14与第二电极层15。在该缺陷修复工序(P4)中，由于在缺陷区域确定工序(P3)中已确定出分区单元21内的结构缺陷A的准确的存在位置，因此能够仅去除包含结构缺陷A的最小限度的范围。
图6A、图6B、图6C是示意性地示出通过激光照射形成修理线R时的例子的图。图6A是形成三条修理线(R1～R3)时的剖视图，图6B是形成三条修理线(R1～R3)时的顶视图。另外，图6C是形成四条修理线(R1～R4)时的顶视图。此外，图6A也是图6B中的L-L的剖视图。
首先，如图6A、图6B、图6C所示，在光电转换体12中，在区域α中通过激光形成一条修理线R1，所述区域α是在结构缺陷A与第一电极层13和第二电极层15的连接部分C之间，且包含有半导体层14与基板11相接触的部位B。修理线R1是通过从第二电极层15侧照射激光，去除第二电极层15与半导体层14而形成的。此外，如图6A、图6B、图6C所示的激光照射模式所示，也可以在包含于区域α中的、结构缺陷A与部位B之间的区域β中，形成一条修理线R1。这样，通过在结构缺陷A与部位B之间的区域β中形成修理线R1，能够进一步减少被去除或分离的光电转换体的区域。
接着，如图6B所示，形成两条修理线R2、R3，以使结构缺陷A与光电转换体12绝缘。修理线R2、R3能够与修理线R1同样地使用激光来形成。即，由三条修理线R1、R2、R3与划痕线19b来包围结构缺陷A，使存在结构缺陷A的区域D与光电转换体12绝缘。
如此，在本申请中，通过在区域α内形成一条修理线R1，由包括该修理线的三条修理线R1～R3与一条划痕线19b来包围结构缺陷A，能够确实地使存在结构缺陷A的区域D与光电转换体12绝缘。因此，能够抑制因局部短路而引起的问题的产生，有效地抑制因结构缺陷A而造成的光电转换特性的劣化。特别是，通过在区域β中形成修理线R1，能够进一步缩小从光电转换体12中被去除或分离的区域，不会使作为太阳能电池的特性大幅降低、且也不损坏外观，就能够修复缺陷部位。
在图6A、图6B中，图示了由修理线R1～R3与划痕线S 1来分离存在结构缺陷A的区域D时的情况，但如图6C所示，在相邻的分区单元21n中，同样也能够通过激光形成第四修理线R4，由修理线R1～R4来包围结构缺陷A，从而使结构缺陷A与光电转换体12绝缘。
另外，在形成修理线R1～R3或R1～R4之后，向存在结构缺陷A的区域D内照射激光，也能够去除该区域D。进而，当多个结构缺陷A处于临近位置时，这些多个结构缺陷A也能够以由三条修理线R1～R3与划痕线19b或者由四条修理线R1～R4来包围的方式，被集中去除或分离。
作为激光，只要是能够去除第二电极层15和半导体层14，就没有特别限定，例如能够通过绿色激光等来进行。
图7A、图7B、图7C是示意性地示出通过激光照射形成修理线R时的另一例子的图。图7A是形成三条修理线(R1～R3)时的剖视图。图7B是形成三条修理线(R1～R3)时的顶视图。图7C是形成四条修理线(R1～R4)时的顶视图。此外，图7A也是图7B中的M-M的剖视图。
首先，如图7A所示，在光电转换体12中，在区域α中通过激光形成一条修理线R1，所述区域α是在结构缺陷A1与第一电极层13和第二电极层15的连接部分C之间，且包含有半导体层14与基板11相接触的部位B。修理线R1是如上所述通过从第二电极层15侧照射激光，去除第二电极层15与半导体层14而形成的。
接着，如图7B所示，同样地，通过激光形成两条修理线R2、R3，以使结构缺陷A与光电转换体12绝缘。即，由三条修理线R1、R2、R3与划痕线19b来包围结构缺陷A，使存在结构缺陷A的区域D与光电转换体12绝缘。
此外，如图7A、图7B、图7C所示的激光照射模式所示，也可以在包含于区域α中的、部位B与连接部分C之间的区域γ中，形成一条修理线R1。这样，通过在部位B与连接部分C之间的区域γ中形成修理线R1，与如图8所示的跨越两条划痕线119a、119b照射激光的现有技术相比，能够缩小被去除或分离的光电转换体的面积。特别是，当结构缺陷A位于部位B的附近时，在照射激光时，有可能在部位B产生损伤，但是，通过执行图7A、图7B、图7C所示的激光照射模式，即使在结构缺陷A位于部位B的附近时，也不会对光电转换体造成损伤，能够确实地去除或分离存在结构缺陷A的区域D。因此，能够抑制因局部短路而引起的问题的产生，有效地抑制因结构缺陷A而造成的光电转换特性的劣化。
另外，如图7C所示，与上述图6C同样地，也能够在相邻的分区单元21n中形成第四修理线R4，由修理线R1～R4来包围结构缺陷A，从而使结构缺陷A与光电转换体12绝缘。进而，向存在结构缺陷A的区域D内照射激光，也能够去除该区域，还能够集中去除或分离多个结构缺陷A。
如上所述，经过缺陷区域确定工序(P3)、缺陷修复工序(P4)，确定并去除或分离了存在于分区单元21的结构缺陷A的太阳能电池被发送到保护层的形成工序(P5)，进行后续工序的处理。
根据如上所述的本发明的太阳能电池的制造方法，能够在缺陷修复工序中仅去除包含结构缺陷A的最小限度的区域，不会使作为太阳能电池的特性大幅降低、且不损坏外观，就能够修复缺陷部位。
根据本发明，相比以往能够减少激光去除的工序数，抑制对太阳能电池的正常区域造成恶劣影响。因此，能够制造出没有结构缺陷、且光电转换效率优异的太阳能电池。
符号说明
10 太阳能电池
11 基板
12 光电转换体
13 第一电极层
14 半导体层
15 第二电极层
16 i型非晶硅膜
17 p型非晶硅膜
18 n型非晶硅膜
19(19a、19b) 划痕线
21 分区单元
A(A1、A2) 结构缺陷
B 第一电极层13与半导体层14被电连接的部位
C 第一电极层与第二电极层的连接部分
D 存在结构缺陷A的区域
R(R1～R4) 修理线
Claims (3)
1.一种太阳能电池的制造方法，
所述太阳能电池在基板的一个面上形成有至少将第一电极层、半导体层、第二电极层按此顺序重叠起来的光电转换体，
所述太阳能电池具有所述第一电极层与所述第二电极层的连接部分，
所述光电转换体具有多个分区单元，所述多个分区单元通过已去除所述半导体层与所述第二电极层的划痕线按照各规定尺寸在电气上被分区，
彼此相邻的所述分区单元之间被电连接，
其特征在于，所述太阳能电池的制造方法包括：
缺陷区域确定工序，确定所述光电转换体中存在结构缺陷的区域；以及
修复工序，对所述光电转换体照射激光并形成已去除所述半导体层与所述第二电极层的至少三条修理线，由所述至少三条修理线与一条所述划痕线来包围存在所述结构缺陷的区域，去除或分离所述结构缺陷，
在所述光电转换体中，在区域α中形成所述至少三条修理线之中的一条修理线，所述区域α是所述结构缺陷与所述连接部分之间的区域，且包含有所述半导体层与所述基板的接触部位。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，在所述区域α的内部，在所述结构缺陷与所述接触部位之间的区域β中，形成所述一条修理线。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，在所述区域α的内部，在所述接触部位与所述连接部分之间的区域γ中，形成所述一条修理线。
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