JP2000225547A

JP2000225547A - 導電膜除去方法及びその方法を用いた薄膜太陽電池

Info

Publication number: JP2000225547A
Application number: JP11031320A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Fukuoka; 裕介福岡; Hitoshi Sannomiya; 仁三宮
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】完全な絶縁分離部分を形成した導電性ガラス
基板を作成し、絶縁分離部の加工時間を短縮させる。【解決手段】表面全体に一定膜厚の導電膜が形成され
ているガラス基板をステージに保持する工程と、回転可
能な研磨治具を有する研磨装置を用いてガラス基板の外
周部を一定深さ研磨する工程と、ステージに保持された
ガラス基板を水平往復移動させる工程とを含み、ガラス
基板の外周部から所定幅の導電膜を機械的に除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電膜除去方法及
びその方法を用いた薄膜太陽電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に薄膜太陽電池の構造は、ガラス等
の透光性絶縁基板上にＳnＯ₂やＩＴＯ、ＺnＯ等の透明
導電膜（透明電極膜）が形成され、その上に非晶質半導
体のｐ層、ｉ層、ｎ層がこの順に積層されて光電変換層
が形成され、その上に金属薄膜裏面電極が積層された構
造と、金属基板電極の上に非晶質半導体のｎ層、ｉ層、
ｐ層の順に積層されて光電変換層が形成され、光電変換
層の上に透明導電膜が積層された構造とがある。

【０００３】これらの半導体層うち、ｐ−ｉ−ｎ層の順
に積層する方法は、透光性絶縁基板が太陽電池表面カバ
ーガラスを兼ねることができること、また、ＳｎＯ₂等
の耐プラズマ性透明導電膜が開発されて、この上に非晶
質半導体光電変換層をプラズマＣＶＤ法で積層すること
が可能となったこと等から多用されるようになり、現在
の主流となっている。

【０００４】この薄膜太陽電池の透明導電膜としては、
ＳnＯ₂が一般的であるが、ＺnＯも用いられるようにな
ってきており、太陽電池内部で光を有効に利用するた
め、これらの表面を凹凸化する技術も、特開平６−２０
４５２７号公報などに示された方法で可能となってきて
いる。

【０００５】また、薄膜太陽電池の大面積化を行うため
には、レーザを用いて集積化を行い、直列接続するのが
一般的な方法である。この構造はガラス基板等の透光性
絶縁基板上に透明導電膜を短冊状に形成し、その上に非
晶質半導体層、次いで裏面電極を順に積層する。そし
て、一つの透明電極膜、非晶質半導体層、裏面電極から
なる単位太陽電池の透明電極膜が隣接する単位太陽電池
（セル）の裏面電極と接触する構造となるように両電極
および非晶質半導体層のパターンを形成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単位太
陽電池を集積化して光エネルギーを増加する場合、パタ
ーンニングによって分離されたセル間にリーク電流が流
れるという問題がある。このリーク電流は、太陽電池周
辺部に存在する透明電極にも流れるので、従来、これを
防止するためにはレーザを用いて太陽電池の形成部分と
周辺電極部分の分離を行う方法がある。

【０００７】しかし、この方法は、十分な絶縁抵抗を得
るために１ｍｍ前後の太い加工幅が必要なため、加工に
時間がかかり生産性が著しく低下するという問題があ
る。次に、薄膜太陽電池に使用されるガラス基板は、一
般にフロートガラスで製法上厚みに±１０％程度の誤差
が生じ、レーザの焦点が変わるために十分な分離ができ
ないという問題もある。さらに、この太陽電池をモジュ
ール化した場合、絶縁信頼性が不十分なため、周辺電極
部分へのリーク電流が生じることから金属製のモジュー
ル構造材を周辺電極部分に配置できないという特性上の
問題があった。

【０００８】本発明は、以上の事情を考慮してなされた
ものであり、例えば、完全な絶縁分離部分を形成した導
電性ガラス基板を作成し、絶縁分離部の加工時間が短縮
できる導電膜除去方法を提供し、さらに、単位太陽電池
の導電性ガラス基板として適用した場合、光電変換電力
による単位太陽電池間または基板周辺部分のコレクタ電
極へのリーク電流の発生が防止できる薄膜太陽電池を提
供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、表面全体に一
定膜厚の導電膜が形成されているガラス基板をステージ
に保持する工程と、回転可能な研磨治具を有する研磨装
置を用いてガラス基板の外周部を一定深さ研磨する工程
と、ステージに保持されたガラス基板を水平往復移動さ
せる工程とを含み、ガラス基板の外周部から所定幅の導
電膜を機械的に除去することを特徴とする導電膜除去方
法である。

【００１０】また、本発明は、薄膜太陽電池の製造工程
に、本発明の導電膜除去方法を適用して、表面全体に一
定膜厚の導電膜が形成されているガラス基板の外周部か
ら所定幅の導電膜が機械的に除去された薄膜太陽電池を
提供できる。

【００１１】よって、本発明によれば、表面全体に一定
膜厚の導電膜が形成されたガラス基板の外周部から所定
幅の導電膜を機械的に除去できるので、完全な絶縁分離
部分を形成した導電性ガラス基板を作成し、絶縁分離部
の加工時間が短縮できる。さらに、単位太陽電池の導電
性ガラス基板として適用した場合、光電変換電力による
単位太陽電池間または基板周辺部分のコレクタ電極への
リーク電流の発生が防止できる。また、従来のレーザに
よるスクライブ加工部分の面積が減少するので、加工時
間が短縮される。さらに、レーザ加工だけで完全に絶縁
分離できない部分も完全に絶縁分離することができる。

【００１２】前記研磨工程は、回転可能な砥石からなる
研磨治具によってなされることがことが好ましい。前記
研磨工程は、１００番〜２０００番の粗さの砥石からな
る研磨治具によってなされることが好ましい。前記研磨
工程は、砥粒を含む研磨治具によってなされることが好
ましい。前記研磨工程は、ガラス基板と接触する部分が
ゴムからなる研磨治具によってなされることが好まし
い。前記研磨工程は、砥粒と水とを混ぜてガラス基板の
外周部に吹き付ける工程をさらに含むことが好ましい。
前記研磨工程は、１００番〜２０００番の粗さの砥粒を
含む研磨治具によってなされることが好ましい。これら
の構成によれば、ガラス基板の硬度に合わせて研磨する
ことができ、導電膜除去によるゴミの発生を少なくする
ことができる。

【００１３】前記研磨工程は、研磨治具を上昇方向また
は下降方向に垂直移動させる垂直駆動シリンダの駆動圧
力を調整する圧力調整部と、研磨深さを検出する検出部
とを有する導電膜除去装置を用いて、ガラス基板の歪み
誤差を吸収する工程と、導電膜表面から設定された深さ
まで研磨する工程をさらに含むことが好ましい。この構
成によれば、ガラス基板の周辺部から所定幅の導電膜の
除去中にガラス基板の微小なワレカケの発生の防止がで
きる。

【００１４】前記研磨工程は、研磨治具を上昇方向また
は下降方向に垂直移動させる垂直駆動シリンダの駆動圧
力を調整する圧力調整部と、研磨深さを検出する検出部
とを有する導電膜除去装置を用いて、研磨治具の重量を
打ち消すように圧力調整してガラス基板に接触させる工
程をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、ガ
ラス基板の周辺部から所定幅の導電膜を除去中にガラス
基板の微小なワレカケの発生の防止ができる。

【００１５】前記研磨工程は、ステージを水平方向に往
復移動させる駆動アクチュエータを用いて、ステージに
保持されたガラス基板を研磨治具に対し相対的に往復水
平移動させる工程をさらに含むことが好ましい。この構
成によれば、ガラス基板の研磨精度を上げることができ
る。

【００１６】前記研磨工程は、回転可能な所定幅の研磨
治具をガラス基板両端部に位置するよう２組配置した導
電膜除去装置を用いて、ステージに保持されたガラス基
板を往復水平移動させ、ガラス基板両端部から所定幅の
導電膜を除去する工程をさらに含むことが好ましい。こ
の構成によれば、ガラス基板両端部の導電膜を効率よく
除去することができるので、導電性ガラス基板の生産性
が向上する。

【００１７】前記研磨工程は、回転可能な所定幅の研磨
治具をガラス基板両端部に位置するよう２組配置した導
電膜除去装置を２台用いて、一方の導電膜除去装置によ
ってガラス基板の一方の両端部から所定幅の導電膜を除
去する工程と、他方の導電膜除去装置にガラス基板を移
動させる工程と、他方の導電膜除去装置によってガラス
基板の他方の両端部から所定幅の導電膜を除去する工程
とをさらに含むことが好ましい。この構成によれば、ガ
ラス基板の４辺の周辺部から導電膜を効率よく除去する
ことができるので、導電性ガラス基板の生産性がさらに
向上する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図に示す実施例に基づいて
本発明を詳述する。なお、本発明はこれによって限定さ
れることはない。

【００１９】図１は本実施例の導電膜除去装置の概略構
造を示す側面図と正面図である。図１の（ａ）は装置の
側面図を示し、（ｂ）は装置の正面図を示す。図１の
（ａ）及び（ｂ）に示すように、１は透明導電膜（透明
電極）を形成したガラス基板からなる薄膜太陽電池を設
置するステージを示す。ステージ１へのガラス基板９の
保持は真空による吸着、ガイド部品による圧着などの公
知の方法が用いられる。

【００２０】２は薄膜太陽電池のガラス基板周辺部分の
所定幅の透明導電膜を回転可能な研磨治具で研磨しなが
ら除去する研磨治具を示す。研磨治具２は、例えば、１
００番から２０００番の粗さの砥石で構成されることが
好ましい。また、ガラス基板に接触する部分をゴム製で
作成してもよい。導電膜除去装置は、砥粒（研磨材）を
水と混合し、研磨部分に吹き付けるブロアー（図に示さ
ない）を設けた構成にすることが好ましい。研磨材とし
て、例えば、１００番〜２０００番の粗さの砥粒が用い
られることが好ましい。

【００２１】３は研磨治具を回転させる回転駆動モータ
を示す。回転駆動モータ３としては、スピンドルモータ
として回転速度が一定に制御できるものであればよい。
４は研磨治具２及び回転駆動モータ３を垂直移動ベアリ
ング５を介して垂直方向に移動させる垂直駆動シリンダ
を示し、垂直駆動シリンダ４は、エアーで上昇圧力と下
降圧力を調整することにより研磨治具２及び回転駆動モ
ータ３の垂直移動だけでなく、加工中の研磨圧力を一定
に制御することができる。

【００２２】６はステージ１に保持されたガラス基板９
を水平移動ベアリング７を介して水平方向に往復運動さ
せる水平駆動アクチュエータを示し、水平駆動アクチュ
エータ６は回転する研磨治具２に対し相対的にガラス基
板を水平方向に移動させる。研磨深さを検出する検出部
として、磁気エンコーダ、差動トランスなどの長さを精
密測定する研磨深さ測定機が垂直移動ベアリング５の近
辺に備えている。

【００２３】本実施例の導電膜除去装置は、コンピュー
タを用いて、シーケンス的に回転駆動モータ３、垂直駆
動シリンダ４、水平駆動アクチュエータ６などの各駆動
部、検出部などを制御している。

【００２４】図２は本実施例の薄膜太陽電池の概略構造
を示す断面図である。図２において、予め透明導電膜１
０を形成したガラス基板９を用いる。このガラス基板９
には透明導電膜１０がガラス片側表面と全周囲端面に形
成されている。次にレーザを用いて透明導電膜１０のパ
ターンニングを行う。透明導電膜１０は、短冊状に分離
されて第１の開溝部１０ａが形成される。この後、基板
を純水で洗浄し、光電変換層１１を形成する。光電変換
層１１は、Ｈｐ層、Ｈｉ層、Ｈｎ層からなり、合計の積
層厚は、１００ｎｍ〜６００ｎｍ程度である。

【００２５】次に、第１の開溝部１０ａと同様にレーザ
を用いて第２の開溝部１１ａを形成する。第２の開溝部
１１ａは、第１の開溝部１０ａから１００μｍ程度離れ
た場所に形成する。この後、裏面電極膜１２を形成す
る。

【００２６】裏面電極膜１２は反射率の高い金属である
ＡｌやＡｇを用いている。その膜厚としては１００ｎｍ
〜１μｍ程度である。簡単に構成するために裏面電極１
２を単層としているが、反射光を有効に利用するために
透明導電膜を光電変換層１１の上に形成してもよい。次
に、レーザスクライブにより第３の開溝部１２ａを形成
する。第３の開溝部１２ａは第２の開溝部１１ａから１
００μｍ程度離れた場所に５０μｍ程度の幅で形成す
る。

【００２７】この後、図１に示す導電膜除去装置によ
り、ガラス基板９の周辺部９ａの約８ｍｍ幅の導電膜を
研磨して除去した。この場合、光電変換層１１、裏面電
極膜１２を形成した後に研磨除去を行ったが、光電変換
層１１を形成するプロセス以前、あるいは光電変換層１
１の形成後のプロセスなどで研磨除去を行っても構わな
い。

【００２８】但し、この場合、研磨により発生する異物
を除去するために清浄化プロセスが必要となる。今回使
用した砥石の概要は、直径１５０ｍｍ、幅８ｍｍのアル
ミ製円筒外周部の３ｍｍ厚層に４００番のダイヤモンド
砥粒を成形したものを用いた。この砥石の回転数は、駆
動モータ３により、１０００ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍ
程度で一定速度で回転駆動される。

【００２９】図３は本実施例の研磨治具を垂直移動させ
る垂直駆動シリンダのエアシステムを示す概略図であ
る。加工圧力は、研磨治具（砥石）２の重量に加え、垂
直移動ベアリング５、これを支える機構部品の重量が加
算され、求める加工圧力を超過する場合がある。これを
解決するために、実際には、図３に示すエアシステム
で、上昇／下降力制御用レギュレータ４ａ、４ｂが設け
られている。

【００３０】上昇／下降力制御用レギュレータ４ａ、４
ｂは、研磨治具２を上昇方向または下降方向に垂直移動
させる垂直駆動シリンダの駆動圧力を調整する圧力調整
部として機能し、ガラス基板９への加工圧力を制御す
る。加工圧力は、駆動シリンダ４により１００ｇ〜１５
００ｇ程度に調整する。さらに、研磨治具（砥石）２の
回転数及び加工圧力は、ガラス基板９に微小なワレカケ
が発生しない範囲に設定する。

【００３１】これにより、研磨治具の重量を打ち消すよ
うに圧力調整してガラス基板に接触させることができ、
ガラス基板の歪み誤差を吸収することができる。導電膜
表面から設定された深さまで研磨することができる。

【００３２】研磨治具２に対するガラス基板の往復移動
は駆動アクチュエータ６で毎秒１ｃｍ〜３０ｃｍ程度に
調整される。また、往復移動の回数は表面電極が研磨除
去されるように１回〜数回に設定する。この場合は、研
磨治具２が固定でガラス基板９が往復移動する機構とし
たが、ガラス基板が固定で研磨治具２が移動する機構で
も構わない。さらに研磨中は、研磨治具２及びガラス基
板９に冷却と研磨屑の除去を目的に冷却水を加工部分に
供給する構成にすることが望ましい。

【００３３】次に、ゴムライニング治具と砥粉による導
電膜除去について説明する。砥石２に替えて、直径１５
０ｍｍのアルミ製円筒の周辺に約５ｍｍ厚さでゴムをラ
イニングした幅約８ｍｍの研磨治具に変更した。研磨材
として４００番の砥粒を水に混ぜ、撹拌したものを準備
し、ゴム製研磨治具２がガラス基板９に接触する部分に
供給し、導電膜の除去を行った。

【００３４】図４は本実施例の導電膜除去方法を適用し
た薄膜太陽電池の表面を示す平面図である。９ａは透明
導電膜を研磨除去したガラス基板の周辺部を示し、１３
は薄膜太陽電池の集積部を示す。

【００３５】本発明の導電膜除去方法により製作した薄
膜太陽電池（基板サイズ６５０ｍｍ×４５５ｍｍ）の特
性について、砥石により導電膜を除去した特性は、スペ
クトルＡＭ１.５（１００ｍＷ／ｃｍ2）において、出力
電流Ｉsc：０.５２５Ａ、出力電圧Ｖoc：６４.５Ｖ、出
力曲線因子Ｆ.Ｆ.：０.７２、出力電力Ｐmax２４.３Ｗ
である。

【００３６】ゴム製研磨治具により透明電極膜を除去し
た特性は、出力電流Ｉsc：０.５２０Ａ、出力電圧Ｖo
c：６４.０Ｖ、出力曲線因子Ｆ.Ｆ.：０.７２、出力電
力Ｐmax２４.０Ｗであった。

【００３７】図５は本実施例の導電膜除去装置を１台設
置した薄膜太陽電池製造ラインの一部を示す斜視図であ
る。図５に示すように、回転する研磨治具をガラス基板
両端部に２組組み配置した導電膜除去装置を設置するこ
とで、ガラス基板両端部の導電膜を効率よく除去するこ
とができるので、薄膜太陽電池の生産性が向上する。

【００３８】図６は本実施例の導電膜除去装置を２台設
置した薄膜太陽電池製造ラインの一部を示す平面図であ
る。図６に示すように、回転する研磨治具をガラス基板
両端部に２組組み配置した導電膜除去装置を２台方向を
変えて設置することで、ガラス基板の４辺の周辺部から
導電膜を効率よく除去することができるので、薄膜太陽
電池の生産性がさらに向上する。なお、本実施例では光
電変換層が単層であるが、タンデム構造あるいはトリプ
ル構造のように積層されたものでもよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、表面全体に一定膜厚の
導電膜が形成されたガラス基板の外周部から所定幅の導
電膜を機械的に除去できるので、完全な絶縁分離部分を
形成した導電性ガラス基板を作成し、絶縁分離部の加工
時間が短縮できる。さらに、単位太陽電池の導電性ガラ
ス基板として適用した場合、光電変換電力による単位太
陽電池間または基板周辺部分のコレクタ電極へのリーク
電流の発生が防止できる。また、従来のレーザによるス
クライブ加工部分の面積が減少するので、加工時間が短
縮される。さらに、レーザ加工だけで完全に絶縁分離で
きない部分も完全に絶縁分離することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の導電膜除去装置の概略構造を示す側
面図と正面図である。

【図２】本実施例の薄膜太陽電池の概略構造を示す断面
図である。

【図３】本実施例の研磨治具を垂直移動させる垂直駆動
シリンダのエアシステムを示す概略図である。

【図４】本実施例の導電膜除去方法を適用した薄膜太陽
電池の表面を示す平面図である。

【図５】本実施例の導電膜除去装置を１台設置した薄膜
太陽電池製造ラインの一部を示す斜視図である。

【図６】本実施例の導電膜除去装置を２台設置した薄膜
太陽電池製造ラインの一部を示す平面図である。

【符号の説明】

１ステージ２研磨治具（砥石、ゴム製研磨治具）３回転駆動モータ４垂直駆動シリンダ４ａ上昇力制御用レギュレータ４ｂ下降力制御用レギュレータ５垂直移動ベアリング６水平駆動アクチュエータ７水平移動ベアリング９ガラス基板９ａガラス基板の周辺部（導電膜除去部）１０透明導電膜１０ａ第１の開溝部（スクライブライン）１１光電変換層１１ａ第２の開溝部（スクライブライン）１２裏面電極膜１２ａ第３の開溝部（スクライブライン）１３薄膜太陽電池の集積部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面全体に一定膜厚の導電膜が形成され
ているガラス基板をステージに保持する工程と、回転可
能な研磨治具を有する研磨装置を用いてガラス基板の外
周部を一定深さ研磨する工程と、ステージに保持された
ガラス基板を水平往復移動させる工程とを含み、ガラス
基板の外周部から所定幅の導電膜を機械的に除去するこ
とを特徴とする導電膜除去方法。
【請求項２】前記研磨工程は、回転可能な砥石からな
る研磨治具によってなされることを特徴とする請求項１
記載の導電膜除去方法。
【請求項３】前記研磨工程は、１００番〜２０００番
の粗さの砥石からなる研磨治具によってなされることを
特徴とする請求項１記載の導電膜除去方法。
【請求項４】前記研磨工程は、砥粒を含む研磨治具に
よってなされることを特徴とする請求項１記載の導電膜
除去方法。
【請求項５】前記研磨工程は、ガラス基板と接触する
部分がゴムからなる研磨治具によってなされることを特
徴とする請求項１記載の導電膜除去方法。
【請求項６】前記研磨工程は、砥粒と水とを混ぜてガ
ラス基板の外周部に吹き付ける工程をさらに含むことを
特徴とする請求項１記載の導電膜除去方法。
【請求項７】前記研磨工程は、１００番〜２０００番
の粗さの砥粒を含む研磨治具によってなされることを特
徴とする請求項１記載の導電膜除去方法。
【請求項８】前記研磨工程は、研磨治具を上昇方向ま
たは下降方向に垂直移動させる垂直駆動シリンダの駆動
圧力を調整する圧力調整部と、研磨深さを検出する検出
部とを有する導電膜除去装置を用いて、ガラス基板の歪
み誤差を吸収する工程と、導電膜表面から設定された深
さまで研磨する工程とをさらに含むことを特徴とする請
求項１記載の導電膜除去方法。
【請求項９】前記研磨工程は、研磨治具を上昇方向ま
たは下降方向に垂直移動させる垂直駆動シリンダの駆動
圧力を調整する圧力調整部と、研磨深さを検出する検出
部とを有する導電膜除去装置を用いて、研磨治具の重量
を打ち消すように圧力調整してガラス基板に接触させる
工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の導電
膜除去方法。
【請求項１０】前記研磨工程は、ステージを水平方向
に往復移動させる水平駆動アクチュエータを用いて、ス
テージに保持されたガラス基板を研磨治具に対し相対的
に往復水平移動させる工程をさらに含むことを特徴とす
る請求項１記載の導電膜除去方法。
【請求項１１】前記研磨工程は、回転可能な所定幅の
研磨治具をガラス基板両端部に位置するよう２組配置し
た導電膜除去装置を用いて、ステージに保持されたガラ
ス基板を往復水平移動させ、ガラス基板両端部から所定
幅の導電膜を除去する工程をさらに含むことを特徴とす
る請求項１記載の透明電極膜除去方法。
【請求項１２】前記研磨工程は、回転可能な所定幅の
研磨治具をガラス基板両端部に位置するよう２組配置し
た導電膜除去装置を２台用いて、一方の導電膜除去装置
によってガラス基板の一方の両端部から所定幅の導電膜
を除去する工程と、他方の導電膜除去装置にガラス基板
を移動させる工程と、他方の導電膜除去装置によってガ
ラス基板の他方の両端部から所定幅の導電膜を除去する
工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の透
明電極膜除去方法。
【請求項１３】表面全体に一定厚さの導電膜が形成さ
れているガラス基板からなり、請求項１から請求項１２
記載の導電膜除去方法を用いて、ガラス基板の外周部か
ら所定幅の導電膜が機械的に除去されたことを特徴とす
る薄膜太陽電池。