JP2001053304A

JP2001053304A - 光電変換装置の製造方法

Info

Publication number: JP2001053304A
Application number: JP11228523A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hayashi; 克彦林; Hideo Yamagishi; 英雄山岸
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上に形成された薄膜の除去を安価な装置
で、容易かつ確実に行うことを可能とする、光電変換装
置の製造方法を提供すること。【解決手段】第１の電極、半導体層、および第２の電
極の積層体からなり、基板上に一方向に複数個直列に接
続され、集積化された複数の単位素子を構成し、この集
積化単位素子の接続終端部における第１の電極層の延長
部上の半導体層および第２の電極層を部分的に除去し、
そこに取り出し電極を形成することからなる光電変換装
置の製造方法において、第１の電極層の分割、半導体層
の接続用開口部の開口、第２の電極層の分割、および第
１の電極層の延長部上の半導体層および第２の電極層の
部分的除去の少なくとも１つを、ブラスト処理により行
うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換装置の製
造方法に係り、特に、基板上に形成される薄膜太陽電池
の薄膜、例えば取り出し電極部の除去方法の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】アモルファスシリコン等の薄膜太陽電池
は、基板上に薄膜半導体層を含む単位素子を直列に接続
して形成した集積化構造が一般的に取られている。図２
は、このような従来の集積化薄膜太陽電池４０の断面構
造を示している。

【０００３】図２に示すように、ガラス等の透光性基板
３上に、分割された第１の電極層５、第１の電極層５側
からｐ−ｉ−ｎ型の各半導体層が順次積層された薄膜半
導体層１１、第２の電極層１５が順次積層されて単位素
子１７が構成され、互いに隣設する単位素子１７の第１
の電極層５と第２の電極層１５とが電気的に接続される
ことで、基板３上で複数個の単位素子１７が直列接続さ
れている。

【０００４】このように構成される太陽電池４０の出力
は、直列に接続された両端部から取り出されるが、図中
右側端では、端部側の単位素子１７の第２の電極層１５
と電気的に接続された第１の電極層５が延設され、取り
出し電極４２が構成されている。ここで、延設部の第１
の電極層５と端部側の単位素子１７の第１の電極層５と
の間は溝４４によって分離されている。

【０００５】一方、図中左側端では、端部側の単位素子
１７の第１の電極層５がそのまま延設されて取り出し電
極４６が構成されている。そして、両側の取り出し電極
４２，４６に対して、超音波ハンダ２７等によって銅箔
等の導体が出力線２５（バスバー）として取り付けられ
ている。

【０００６】このような出力線２５を取り付ける目的
は、取り出し電極４２，４６を構成している第１の電極
層５が通常は導電性の金属酸化物であるため、電気抵抗
が高く、太陽電池４０の最終的な出力に悪影響を及ぼす
抵抗成分を軽減する必要があるからである。これは、屋
外設置用として一般的な図例の集積型薄膜太陽電池４０
では、その出力電流も大きいために不可避の構成要素と
なっている。

【０００７】そして、このような構造は、基板３上に複
数領域の第１の電極層５を形成した後、取り出し電極４
２，４６となる部分のみをマスクで被った状態で、薄膜
半導体層１１と第２の電極層１５を、プラズマＣＶＤお
よびスパッタリング等によって形成することが出来る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、マスクで被っ
て成膜すると、一般にマスク近傍において膜厚が薄くな
るという現象が見られる。例えば、図２に示す構造にお
いては、取り出し電極部４２，４６に隣設する２つの単
位素子１７の端部の薄膜半導体層１１の膜厚が、極端に
薄くなってしまう。そうすると、当該２つの単位素子１
７において第１の電極層５と第２の電極層１５との間が
短絡してしまい、この分の電圧が得られなくなり、結果
として集積化太陽電池全体の出力低下を来してしまう。

【０００９】従って、通常は当該２つの単位素子１７の
薄膜半導体層１１の膜厚に影響を及ぼさない程度に、取
り出し電極部４２，４６の幅を比較的広く確保するとい
う方法が取られているため、基板一枚当たりの発電に寄
与する領域の割合が低下してしまい、集積化薄膜太陽電
池の出力向上のネックとなっている。ここで、薄膜半導
体層１１の膜厚に影響を及ぼさないような取り出し電極
部４２，４６の幅は、経験則から約３〜５ｍｍ程度であ
る。

【００１０】またこのような状況を考慮してマスクの寸
法を設計しても、成膜時にマスクがずれたりするため、
寸法精度が得られないという問題もある。

【００１１】このようなマスクで覆って成膜する際に生
ずる問題を避けるための方法として、マスクを用いずに
全面に薄膜半導体層１１と第２の電極層１５を形成し、
レーザースクライブにより、これら両者を除去する方法
が提案されている（特開平９―８３００１号公報）。

【００１２】しかし、レーザースクライブ装置は高価で
あるため、製造コストが高くなり、またレーザースクラ
イブでは、例えば取り出し電極部のように幅広くスクラ
イブすることが困難であるという問題がある。

【００１３】なお、太陽電池モジュールの発電部と周辺
部（金属製フレームが取付けられる部分）との間の絶縁
分離を図るため、レーザースクライブにより、取り出し
電極部の外側のフレームに沿った部分に分離溝を形成す
ることが行われているが、この場合にも同様の問題があ
る。

【００１４】本発明は、上記事情の下になされ、基板上
に形成された薄膜の除去を安価な装置で、容易かつ確実
に行うことを可能とする、光電変換装置の製造方法を提
供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、基板上に複数の領域に分割して設けられ
た第１の電極層上に、２つの第１の電極層上にまたがっ
て一方の第１の電極層上に開口した接続用開口部を有す
る半導体層を設け、この半導体層上に、接続用開口部を
介して一方の第１の電極層と電気的に接続した、複数に
分割された第２の電極層を設けることにより、第２の電
極層と他方の第１の電極層に挟まれた領域よりなる、一
方向に複数個直列に接続され、集積化された複数の単位
素子を構成し、この集積化単位素子の接続終端部におけ
る第１の電極層の延長部上の半導体層および第２の電極
層を部分的に除去し、そこに取り出し電極を形成するこ
とからなる光電変換装置の製造方法において、前記第１
の電極層の分割、前記半導体層の接続用開口部の開口、
前記第２の電極層の分割、および前記第１の電極層の延
長部上の半導体層および第２の電極層の部分的除去の少
なくとも１つを、ブラスト処理により行うことを特徴と
する光電変換装置の製造方法を提供する。

【００１６】以上のように構成される本発明の方法によ
ると、従来、レーザースクライブにより行われていた、
種々の工程における薄膜の選択的除去の少なくとも１工
程を、ブラスト処理により行っているため、安価な装置
により、低コストで光電変換装置を製造することが可能
である。

【００１７】なお、ブラスト処理による薄膜の除去のコ
ストは、レーザースクライブの場合の約５分の１と低
く、たとえ１工程であってもブラスト処理に置き換える
ことにより、製造コストの低減が可能である。

【００１８】本発明において、ブラスト処理の採用は、
理論的にはこれまでレーザースクライブにより行われて
いたすべての工程において可能であるが、実際には、セ
ル毎に分割するためのスクライブのような微細な加工に
は、適用し難い場合もある。

【００１９】これに対し、取り出し電極形成のための、
第１の電極層の延長部上の半導体層および第２の電極層
の部分的除去のように、４００〜３０００μｍという幅
広の領域を除去する場合には、非常に好適に使用するこ
とが出来る。そのような幅広の領域をレーザースクライ
ブにより除去することは非常に困難である。

【００２０】ブラスト処理は、処理領域の上方に配置さ
れたノズルから粒子を処理領域に吹き付けることにより
行われる。使用される粒子は、１０〜２００μｍの粒径
のものであることが好ましい。粒子材質としては、アル
ミナ、カーボランダム、ガラスビーズ、金属粉、合成樹
脂を挙げることが出来る。特に、薄膜表面の汚染を避け
るため、ドライアイスや氷からなる微粒子を用いること
が好ましい。ドライアイスや氷からなる微粒子は、処理
後に昇華または融解して、非処理面から容易に除去出来
るので、太陽電池のように、高度に汚染を防止する必要
のある素子の加工に、好適に用いることが出来る。

【００２１】ブラスト処理の条件は、例えば、次のよう
なものである。

【００２２】粒子量：１０〜１０００ｇ／分空気圧力：２〜５Ｋｇｆ／ｃｍ^２処理時間：５〜３０秒／場所微細な領域をブラスト処理する場合には、除去すべき領
域以外の領域をマスクで覆った状態で行うことが出来
る。

【００２３】また、広範囲な領域をブラスト処理する場
合、ＸＹロボットに取付けられたノズルを用い、ノズル
をＸＹ方向に移動させて行うことが出来る。或いは、処
理される試料の側をＸＹ方向に移動させて行うことも可
能である。

【００２４】或いは、処理される領域に沿って、多数個
のノズルを配列させてブラスト処理を行い、被処理領域
を一度に除去することも出来る。

【００２５】なお、太陽電池モジュールの発電部とフレ
ームとの間の絶縁分離を図るために周辺部に形成される
分離溝を、ブラスト処理により形成することも可能であ
る。この場合、取り出し電極部の薄膜の除去と、周辺絶
縁のための薄膜の除去とを同一のブラスト処理装置によ
り行うことが出来、そうすることにより、効率よく、光
電変換装置を製造することが可能である。

【００２６】取り出し電極部の薄膜の除去と、周辺絶縁
のための薄膜の除去とを同一のブラスト処理装置により
行う場合には、取り出し電極部の薄膜の除去のためのブ
ラスト処理強度を、周辺絶縁のための薄膜の除去のため
のブラスト処理強度よりも低くして行うことが好まし
い。

【００２７】更にまた、取り出し電極形成のためのハン
ダ付け時に、ハンダが基板の端面に回り込み、正極と負
極とが短絡する場合があるが、これを防止するため、基
板の周端部の少なくとも第２の電極層１５、望ましくは
第２の電極層１５、半導体層１１、および第１の電極層
５の全てを除去した絶縁代を形成することが好ましい。
この絶縁代の形成もまた、ブラスト処理により行うこと
が出来る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
集積化薄膜太陽電池の製造方法について説明する。本発
明の集積化薄膜太陽電池は、以下のような工程によって
形成される。

【００２９】（１）先ずガラス等の透光性基板の上に、
酸化錫（ＳｎＯ_２）や酸化インジウム錫（ＩＴＯ）ある
いは酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透明導電性を有する金属酸
化物からなる、基板の一方向に延びた複数個の短冊状の
第１の電極層を、隣設し合う領域間の分離帯によって隔
てられた状態で、基板のほぼ全面にわたって形成する。

【００３０】この第１の電極層の形成には、一旦絶縁性
透明基板上全面に金属酸化物層を被着した後、レーザー
スクライブやブラスト処理によって分離帯部分を除去す
る方法が採用される。

【００３１】（２）続いて、この第１の電極層上に、ｐ
型の水素化非晶質炭化シリコン（以下ｐ型のａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈと記す）、ｉ型の水素化非晶質シリコン（以下ｉ
型のａ−Ｓｉ：Ｈと記す）、ｎ型の水素化非晶質シリコ
ン（以下ｎ型のａ−Ｓｉ：Ｈと記す）の３層を順次堆積
して半導体層を形成する。

【００３２】（３）その後、レーザースクライブ法やブ
ラスト処理によって半導体層の一部を除去して接続用開
口部を設ける。この段階において、一つの半導体層領域
は二つの第１の電極層にまたがって形成された構造とな
る。

【００３３】（４）続いて、この複数の半導体層領域の
上に、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などの金属材
料からなる第２の電極層を形成する。

【００３４】（５）そして、前記の接続用開口部に沿っ
てレーザースクライブ法やブラスト処理により、少なく
とも第２の電極層の一部を除去した分割溝を形成する。

【００３５】（６）次いで、接続終端部近傍の取り出し
電極部における第２の電極層および半導体層を、ブラス
ト処理により除去する。また、その外側における第２の
電極層、半導体層および第１の電極層を、ブラスト処理
により除去し、発電部と周縁部とを絶縁分離する分離溝
を形成する。

【００３６】更に、この分離溝の外側の周端部における
第２の電極層、半導体層および第１の電極層を、全周に
わたり、ブラスト処理により除去する。

【００３７】（７）続いて、第１の電極の取出し電極部
上に、超音波ハンダ等の接合材や導電性樹脂等の接着材
によってハンダメッキ銅箔等の導電体が取り付けられる
ことで、第１の電極層と導電体との間の電気的接続が取
られて、これら導電体が取り出し電極となる。取り出し
電極を設けた太陽電池としてはこの状態で完成である
が、必要に応じてパシベーション樹脂等が塗布された
り、基板周囲に枠部材が取り付けられる。

【００３８】

【実施例】次に、本発明の太陽電池構造を、具体的実施
例に基づいて説明する。図１は、本発明の１実施例に係
る集積化薄膜太陽電池１ａの断面構造例を表している。
ガラス基板３上には、基板３の一方向に延びたＳｎＯ_２
による複数個の短冊状の第１の電極層５が、隣設し合う
領域間の分離帯７によって隔てられた状態で基板３のほ
ぼ全面にわたって形成されている。これには、先ず基板
３全面にＳｎＯ_２を堆積した後に、レーザースクライブ
によって分離帯７の部分を溶断して形成される。

【００３９】そして、第１の電極層５の上面側には、二
つの第１の電極層５にまたがって、一方の第１の電極層
５上に開口した接続用開口部９を設けた半導体層１１が
設けられている。この半導体層１１は、例えば第１の電
極層５側から、膜厚１５０Åのｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ１１
ｐ、同３２００Åのｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ１１ｉ、同３００
Åのｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ１１ｎの３つの層が、プラズマＣ
ＶＤ法によって順次形成されたものであり、接続用開口
部９については、レーザースクライブ法によって半導体
層１１を部分的に溶断することで形成される。

【００４０】そして、この半導体層１１の上面側には、
接続用開口部９を介して一方の第１の電極層５と電気的
に接続した状態で、分割溝１３によって複数領域に分離
された第２の電極層１５が設けられることにより、第２
の電極層１５と他方の第１の電極層５に挟まれた領域よ
りなる単位素子１７が構成される。ここでも、分割溝１
３の形成にはレーザースクライブ法が用いられる。この
ようにして、複数個の単位素子１７が一方向に直列に接
続された構造となる。

【００４１】次に、図の右側に相当する一方の接続終端
部にあっては、終端部側の単位素子１７の第２の電極層
１５と電気的に接続され、かつこの単位素子１７の第１
の電極層５と絶縁された第１の電極層５が延設されてい
る。ここで第１の電極層５と第２の電極層１５との電気
的接続は、半導体層１１に形成された接続用開口部９に
よって取られている。

【００４２】そして、この第１の電極層５の延設部１９
上には単位素子１７から連続した半導体層１１と第２の
電極層１５が除去され、第１の電極層５の延設部１９の
表面に達する取り出し電極用溝２３が長手方向に形成さ
れ、この溝２３を介してハンダメッキ銅箔２５と延設さ
れた第１の電極層５とが、超音波ハンダ２７によって電
気的に接続されている。この溝２３は、ＸＹロボットに
取付けられたノズルを用い、ノズルをＸＹ方向に移動さ
せて、ブラスト処理することにによって形成される。

【００４３】ブラスト処理の具体的条件は、次の通りで
ある。

【００４４】粒子材質：アルミナ粒子粒径：２５μｍ粒子量：１００ｇ／分空気圧力：３Ｋｇｆ／ｃｍ^２処理時間：１０秒一方、図の左側に相当する他方の接続終端部にあって
も、同様に、終端部側の単位素子１７の第１の電極層５
が延設されるとともに、この第１の電極層５の延設部１
９上の半導体層１１と第２の電極層１５とが除去され
て、第１の電極層５の延設部１９の表面に達する取り出
し電極用溝２３が形成され、この溝２３を介してハンダ
メッキ銅箔２５と延設された第１の電極層５とが、超音
波ハンダ２７によって電気的に接続されている。こちら
側の溝２３も、上述と同様のブラスト処理によって形成
される。

【００４５】このように、溝２３はブラスト処理によっ
て形成されるので、取り出し電極を形成するに十分に広
い幅で容易に形成することが出来る。

【００４６】同様にして、取り出し電極部の外側の領域
における、第１の電極層５の延設部１９、半導体層１
１、および第２の電極層１５が、上述と同様のブラスト
処理により除去されて、発電部と周縁部とを絶縁分離す
るための分離溝２９が形成される。

【００４７】本例は半導体層１１として、非晶質シリコ
ンを用いた例であるが、この他の薄膜半導体としては、
銅／インジウム／セレン、硫化カドミウム、薄膜多結晶
シリコンなどが例示でき、第２の電極層１５としては、
前記のＡｌやＡｇのような金属や、ＳｎＯ_２等の前述の
金属酸化物材料、およびそれらの積層体などが例示でき
る。

【００４８】また上記実施例は、基板３側から光が入射
するタイプのものであるが、これとは逆に、第２の電極
層１５側から光が入射するタイプでも可能である。そし
てこの場合には、第２の電極層１５にＳｎＯ_２等の透明
導電性材料を使用すること、および基板３に透光性を有
しないものが使用できることは、言うまでもない。

【００４９】また、以上の図１を参照して説明した集積
化薄膜太陽電池においては、基板３上に第１の電極層５
を形成する際に、ＣＶＤ法やスパッタリング法によって
ＳｎＯ_２等が先ず基板３の全面に被着され、その後にレ
ーザースクライブ法によって分離帯７が形成される。従
って、ＣＶＤによって被着した後には、基板３の全周に
わたってその端面３３にも、第１の電極層５の形成材料
であるＳｎＯ_２等の金属酸化物が回り込んで被着されて
いる。このような状況において、ハンダメッキ銅箔２５
のハンダ付け時にハンダが基板３の端面に回り込んでし
まうと、結局は、集積化薄膜太陽電池１ａ〜１ｃの両積
層帯部２１の第１の電極層５，５の間、すなわち正極と
負極とが短絡することになる。

【００５０】これを防止するため、図１に示すように、
基板３の端部直近の少なくとも第２の電極層１５、望ま
しくは第２の電極層１５、半導体層１１、および第１の
電極層５の全てを除去した絶縁代３３を形成しておくと
よい。この除去は、上述したブラスト処理によって簡便
に行うことができる。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、レーザ
ースクライブに代わって、ブラスト処理によって取り出
し電極用溝等を形成するため、非常に安価な装置で、低
コストで、薄膜に幅広の開口、溝等を容易に形成するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る集積化薄膜太陽電池を
示す断面図。

【図２】従来の集積化薄膜太陽電池を示す断面図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，４０… 集積化薄膜太陽電池３… 基板５… 第１の電極層７… 分離帯９… 接続用開口部１１… 半導体層１３… 分割溝１５… 第２の電極層１７… 単位素子１９… 延設部２３… 取り出し電極用溝２５… ハンダメッキ銅箔２７… 超音波ハンダ２９…分離溝３３…絶縁代４２，４６…取り出し電極４４…溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に複数の領域に分割して設けられた
第１の電極層上に、２つの第１の電極層上にまたがって
一方の第１の電極層上に開口した接続用開口部を有する
半導体層を設け、この半導体層上に、前記接続用開口部
を介して一方の第１の電極層と電気的に接続した、複数
に分割された第２の電極層を設けることにより、第２の
電極層と他方の第１の電極層に挟まれた領域よりなる、
一方向に複数個直列に接続され、集積化された複数の単
位素子を構成し、この集積化単位素子の接続終端部にお
ける第１の電極層の延長部上の半導体層および第２の電
極層を部分的に除去し、そこに取り出し電極を形成する
ことからなる光電変換装置の製造方法において、前記第１の電極層の分割、前記半導体層の接続用開口部
の開口、前記第２の電極層の分割、および前記第１の電
極層の延長部上の半導体層および第２の電極層の部分的
除去の少なくとも１つを、ブラスト処理により行うこと
を特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項２】前記第１の電極層の延長部上の半導体層お
よび第２の電極層の部分的除去をブラスト処理により行
うことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置の製
造方法。
【請求項３】前記基板の周縁部に、発電部と周辺部とを
絶縁分離するための分離溝を、ブラスト処理により形成
することを特徴とする請求項１または２に記載の光電変
換装置の製造方法。
【請求項４】前記ブラスト処理は、ドライアイス粒子ま
たは氷粒子を吹き付けることにより行うことを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかの項に記載の光電変換装置の
製造方法。
【請求項５】前記ブラスト処理は、ＸＹロボットに取付
けられたノズルを用い、ノズルをＸＹ方向に移動させて
行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記
載の光電変換装置の製造方法。
【請求項６】前記ブラスト処理は、処理予定領域上に複
数のノズルを配置して行うことを特徴とする請求項１〜
４のいずれかの項に記載の光電変換装置の製造方法。