JP2001196615A - Integrated thin film solar battery - Google Patents

Integrated thin film solar battery

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JP2001196615A
JP2001196615A JP2000002578A JP2000002578A JP2001196615A JP 2001196615 A JP2001196615 A JP 2001196615A JP 2000002578 A JP2000002578 A JP 2000002578A JP 2000002578 A JP2000002578 A JP 2000002578A JP 2001196615 A JP2001196615 A JP 2001196615A
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Japan
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layer
photoelectric conversion
electrode layer
film solar
transparent electrode
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JP2000002578A
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Japanese (ja)
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Toru Sawada
徹 澤田
Toshinobu Nakada
年信 中田
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify integration using laser scribing without generating deterioration in transducer efficiency per effective area in an integrated thin film solar battery. SOLUTION: A transparent electrode layer 12, a crystalline silicon system photoelectric transducer unit layer 14, and a back face electrode layer 16 laminated on a transparent insulating substrate 11 are separated by plural separating grooves 13 and 17 so that plural photoelectric transducer cells can be formed, and the plural cells are electrically and serially connected through the plural connecting grooves 15 in this integrated thin film solar battery. The transparent electrode layer includes a primary thickness part 12 including at least either tin oxide or ITO as primary components and a zinc oxide coating layer 12a whose thickness ranges from 50 to 500 nm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は集積型薄膜太陽電池
に関し、特に、レーザスクライブを利用して製造される
集積型薄膜太陽電池において良好で安定した光電変換特
性を簡易に実現する技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an integrated thin-film solar cell, and more particularly to a technique for easily realizing good and stable photoelectric conversion characteristics in an integrated thin-film solar cell manufactured by using laser scribe. is there.

【0002】なお、本願明細書において「多結晶」と
「微結晶」と「結晶質」の用語は、薄膜系太陽電池の技
術分野に一般に用いられているように、部分的に非晶質
状態を含むものをも意味するものとする。
In the specification of the present application, the terms “polycrystalline”, “microcrystalline” and “crystalline” refer to a partially amorphous state as generally used in the technical field of thin-film solar cells. Is also meant.

【0003】[0003]

【従来の技術】半導体光電変換装置の代表例である太陽
電池としては、単結晶半導体ウェハを利用する単結晶系
太陽電池と半導体薄膜を利用する薄膜系太陽電池とがあ
る。そして、薄膜系太陽電池は、単結晶系太陽電池に比
べて、大面積化が容易でありかつ低コストで製造し得る
という利点を有している。
2. Description of the Related Art A solar cell which is a typical example of a semiconductor photoelectric conversion device includes a single crystal solar cell using a single crystal semiconductor wafer and a thin film solar cell using a semiconductor thin film. The thin-film solar cell has an advantage that the area can be easily increased and can be manufactured at low cost as compared with the single-crystal solar cell.

【0004】図2は、薄膜系太陽電池の典型的な一例を
模式的な断面図で示している。なお、本願の各図におい
て、図示されている層の厚さなどの寸法関係は図面の明
瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸
法関係を反映してはいない。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a typical example of a thin-film solar cell. In each drawing of the present application, the dimensional relationship such as the thickness of the illustrated layer is appropriately changed for clarification and simplification of the drawing, and does not reflect the actual dimensional relationship.

【0005】図2に示されているような薄膜系太陽電池
においては、絶縁基板1上に、第1電極層2、p型また
はn型の1導電型層3、実質的にi型の光電変換層4、
n型またはp型の逆導電型層5、および第2電極層6が
順に積層されている。すなわち、一般に薄膜系太陽電池
においては、光電変換ユニット10はp型層3または5
とn型層5または3との間に挟まれたi型層4を含んで
いる。比較的大きな厚さを有するi型層4が主として光
電変換作用を生じ、i型層4よりはるかに薄いp型層3
または5とn型層5または3は電界を生じるように作用
する。そして、p型層、i型層およびn型層を含む薄膜
光電変換ユニット10に関して、p型層とn型層が結晶
質か非晶質かにかかわらず、光電変換層たるi型層4が
結晶質のものを結晶質ユニットと称し、i型層が非晶質
のものを非晶質ユニットと称する。
In a thin-film solar cell as shown in FIG. 2, a first electrode layer 2, a p-type or n-type one conductivity type layer 3, a substantially i-type photoelectric layer are formed on an insulating substrate 1. Conversion layer 4,
An n-type or p-type reverse conductivity type layer 5 and a second electrode layer 6 are sequentially stacked. That is, in general, in a thin-film solar cell, the photoelectric conversion unit 10 includes the p-type layer 3 or 5.
And an n-type layer 4 sandwiched between the n-type layer 5 and 3. The i-type layer 4 having a relatively large thickness mainly causes a photoelectric conversion effect, and the p-type layer 3 which is much thinner than the i-type layer 4
Alternatively, 5 and n-type layer 5 or 3 act to generate an electric field. Regarding the thin-film photoelectric conversion unit 10 including the p-type layer, the i-type layer, and the n-type layer, the i-type layer 4 as the photoelectric conversion layer is formed regardless of whether the p-type layer and the n-type layer are crystalline or amorphous. A crystalline unit is referred to as a crystalline unit, and an i-type layer having an amorphous layer is referred to as an amorphous unit.

【0006】ここで、結晶質i型層は非晶質i型層に比
べて長波長の光まで吸収することができ、結晶質薄膜光
電変換ユニットは非晶質薄膜光電ユニットに比べて長波
長の光をも光電変換に利用し得るという利点を有してい
る。
Here, the crystalline i-type layer can absorb light having a longer wavelength than the amorphous i-type layer, and the crystalline thin-film photoelectric conversion unit has a longer wavelength than the amorphous thin-film photoelectric unit. Has the advantage that this light can also be used for photoelectric conversion.

【0007】しかし、非晶質薄膜光電変換ユニットに含
まれる非晶質i型光電変換層の厚さは一般に約0.3μ
m以下でも十分であるのに対して、結晶質シリコンの光
吸収係数を考えれば、結晶質薄膜光電変換ユニットに含
まれる結晶質i型光電変換層は一般に約2μm以上の厚
さが必要とされる。すなわち、結晶質薄膜光電変換ユニ
ットに含まれる結晶質i型光電変換層は、非晶質薄膜光
電変換ユニットに含まれる非晶質i型光電変換層の約数
倍以上の厚さが必要とされる。
However, the thickness of the amorphous i-type photoelectric conversion layer included in the amorphous thin-film photoelectric conversion unit is generally about 0.3 μm.
m or less is sufficient, but considering the light absorption coefficient of crystalline silicon, the crystalline i-type photoelectric conversion layer included in the crystalline thin film photoelectric conversion unit generally needs to have a thickness of about 2 μm or more. You. That is, the thickness of the crystalline i-type photoelectric conversion layer included in the crystalline thin-film photoelectric conversion unit is required to be about several times or more the thickness of the amorphous i-type photoelectric conversion layer included in the amorphous thin-film photoelectric conversion unit. You.

【0008】そこで、特開平11−145499は、従
来133Pa(1Torr)以下の圧力下で行なわれて
いたプラズマCVDによる結晶質i型光電変換層の堆積
を400Pa(3Torr)以上の高い圧力下でシラン
系ガスに対する水素ガスの流量比を50倍以上に大きく
した状態で行なうことによって、高品質の結晶質i型光
電変換層が高速度で堆積され得ることを開示している。
Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-145499 discloses a method of depositing a crystalline i-type photoelectric conversion layer by plasma CVD under a pressure of 133 Pa (1 Torr) or less under a high pressure of 400 Pa (3 Torr) or more. It discloses that a high-quality crystalline i-type photoelectric conversion layer can be deposited at a high speed by performing the process with the flow ratio of hydrogen gas to system gas increased to 50 times or more.

【0009】ところで、薄膜太陽電池の製造において
は、一般に、CVD法やスパッタリングなどによる薄膜
の堆積ステップとレーザスクライブ法などによるパター
ニングステップの適宜の繰返しや組合せを含む製造プロ
セスによって、所望の構造が形成される。すなわち、通
常は1枚の絶縁基板上に複数の光電変換セルが電気的に
直列接続された集積型構造が採用され、屋外用途のため
の電力用太陽電池では、たとえば0.4m×0.8mを
超えるような大面積の基板が用いられ、高い出力電圧を
生じ得る装置にされる。
In the manufacture of thin-film solar cells, a desired structure is generally formed by a manufacturing process including an appropriate repetition or combination of a deposition step of a thin film by a CVD method or sputtering and a patterning step by a laser scribe method or the like. Is done. That is, usually, an integrated structure in which a plurality of photoelectric conversion cells are electrically connected in series on one insulating substrate is employed. In a power solar cell for outdoor use, for example, 0.4 m × 0.8 m Is used, and a device capable of generating a high output voltage is used.

【0010】図3は、従来の集積型薄膜太陽電池の典型
的一例の構造を模式的な断面図で示している。この集積
型薄膜太陽電池においては、透明絶縁基板11上に透明
電極層12、シリコンなどからなる半導体光電変換層1
4、および裏面電極層16が順次積層されており、レー
ザスクライブによって半導体層14に設けられた接続用
開口溝15を介して互いに左右に隣接し合う光電変換セ
ルが電気的に直列接続されている。透明電極層12とし
ては、一般に酸化錫、ITO(インジウム錫酸化物)な
どの透明導電性酸化物(TCO)の膜またはこれらの積
層が用いられ得る。また、裏面電極層16としては、A
g、Al、Crなどの金属膜が用いられ得る。なお、裏
面電極層16は、TCO膜と金属膜の積層として形成さ
れてもよい。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a typical example of a conventional integrated thin-film solar cell. In this integrated thin-film solar cell, a transparent electrode layer 12 and a semiconductor photoelectric conversion layer 1 made of silicon or the like are formed on a transparent insulating substrate 11.
4 and the back electrode layer 16 are sequentially laminated, and photoelectric conversion cells adjacent to each other on the left and right sides are electrically connected in series via a connection opening groove 15 provided in the semiconductor layer 14 by laser scribing. . As the transparent electrode layer 12, a film of a transparent conductive oxide (TCO) such as tin oxide, ITO (indium tin oxide) or the like, or a laminate thereof can be generally used. Further, as the back electrode layer 16, A
Metal films such as g, Al, and Cr can be used. The back electrode layer 16 may be formed as a laminate of a TCO film and a metal film.

【0011】図3に示されているような構造を有する集
積型薄膜太陽電池は、一般に次のような方法によって作
製される。まず、ガラス基板11上にTCO膜が透明電
極層12として堆積され、その透明電極層12を複数の
短冊状の光電変換セルに対応する複数の領域に分離する
ために、レーザスクライブ法によって透明電極分離溝1
3が形成される。このとき、レーザビームの焦点は、透
明電極層12を局所的に吹飛ばすのに適するように調節
される。こうして形成された透明電極分離溝13は、図
3の紙面に直交する方向に直線状に延びている。
An integrated thin-film solar cell having a structure as shown in FIG. 3 is generally manufactured by the following method. First, a TCO film is deposited as a transparent electrode layer 12 on a glass substrate 11, and the transparent electrode layer 12 is separated by a laser scribe method in order to separate the transparent electrode layer 12 into a plurality of regions corresponding to a plurality of strip-shaped photoelectric conversion cells. Separation groove 1
3 is formed. At this time, the focal point of the laser beam is adjusted so as to be suitable for blowing off the transparent electrode layer 12 locally. The transparent electrode separation groove 13 thus formed extends linearly in a direction perpendicular to the plane of FIG.

【0012】そして、複数の領域に分離された透明電極
層12を覆うように、プラズマCVDを用いて、pin
接合を含むシリコン系半導体光電変換ユニット層14が
堆積される。この半導体層14には左右に隣接する光電
変換セルを電気的に直列接続するための接続用開口溝1
5がレーザスクライブ法によって形成される。このと
き、レーザビームの焦点は、半導体層14を局所的に吹
飛ばすのに適するように調節される。こうして形成され
た接続用溝15も、図3の紙面に垂直な方向に直線状に
延びている。
Then, a pin is formed by plasma CVD so as to cover the transparent electrode layer 12 separated into a plurality of regions.
A silicon-based semiconductor photoelectric conversion unit layer 14 including a junction is deposited. The semiconductor layer 14 has a connection opening groove 1 for electrically connecting the left and right adjacent photoelectric conversion cells in series.
5 is formed by a laser scribe method. At this time, the focus of the laser beam is adjusted so as to be suitable for blowing off the semiconductor layer 14 locally. The connection groove 15 thus formed also extends linearly in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

【0013】続いて、これらの接続用溝15を埋めかつ
半導体層14を覆うように、Ag、Al、Crなどの金
属膜の単層または複層が裏面電極層16として堆積され
る。透明電極層12の場合と同様に、裏面電極層16を
複数の光電変換セルに対応する複数の領域に分離するよ
うに、裏面電極分離溝17がレーザスクライブ法によっ
て形成される。このとき、反射率の高い金属電極層16
にレーザ光エネルギを直接吸収させるのは困難なので、
半導体層14にレーザ光エネルギを吸収させて、局所的
に半導体層14とともに金属層16が吹飛ばされる。こ
うして形成された裏面電極分離溝17も図3の紙面に直
交する方向に直線状に延びており、かつ好ましくは第1
電極層12に至る深さを有している。このようにして、
図3に示されているような集積型薄膜太陽電池が形成さ
れる。
Subsequently, a single layer or a multiple layer of a metal film of Ag, Al, Cr or the like is deposited as the back electrode layer 16 so as to fill the connection grooves 15 and cover the semiconductor layer 14. Similarly to the case of the transparent electrode layer 12, the back electrode separation groove 17 is formed by a laser scribe method so as to separate the back electrode layer 16 into a plurality of regions corresponding to a plurality of photoelectric conversion cells. At this time, the metal electrode layer 16 having a high reflectance
It is difficult to directly absorb laser light energy
The semiconductor layer 14 absorbs the laser light energy, and the metal layer 16 is blown off together with the semiconductor layer 14 locally. The back surface electrode separation groove 17 thus formed also extends linearly in a direction orthogonal to the paper surface of FIG.
It has a depth that reaches the electrode layer 12. In this way,
An integrated thin-film solar cell as shown in FIG. 3 is formed.

【0014】ところで、このような集積型薄膜太陽電池
においては、透明基板11上の透明電極層12を分離す
る透明電極分離溝13はその透明電極層12上に堆積さ
れる半導体層14で埋められていて、その半導体層14
を介して基板11に平行な方向に不要な接触をしてい
る。また、複数のセルを接続するための接続用溝15内
に形成される導電体は光電変換ユニット層14内のp
型、i型およびn型のすべての半導体層の側面と接触し
ている。しかし、薄膜太陽電池における光電変換ユニッ
ト層14の厚みは非常に薄く、特に非晶質シリコン系光
電変換ユニット層ではその非晶質シリコン層自体の抵抗
が高いので、上述のような不要な接触部分を経由して電
流が流れることはほとんどなく、ほぼ完全に光電変換ユ
ニット層の厚み方向に電流が流れるので、上述のような
不要な接触は光電変換ユニットの性能に悪影響を及ぼす
ことはほとんどない。
In such an integrated thin-film solar cell, the transparent electrode separating groove 13 for separating the transparent electrode layer 12 on the transparent substrate 11 is filled with a semiconductor layer 14 deposited on the transparent electrode layer 12. The semiconductor layer 14
Unnecessary contact is made in the direction parallel to the substrate 11 via the. In addition, the conductor formed in the connection groove 15 for connecting a plurality of cells is formed of p in the photoelectric conversion unit layer 14.
It is in contact with the side surfaces of all the semiconductor layers of the type, i-type and n-type. However, the thickness of the photoelectric conversion unit layer 14 in the thin-film solar cell is extremely thin, and particularly in the case of an amorphous silicon-based photoelectric conversion unit layer, the resistance of the amorphous silicon layer itself is high. And almost no current flows through the photoelectric conversion unit layer in the thickness direction of the photoelectric conversion unit layer. Therefore, the unnecessary contact as described above hardly adversely affects the performance of the photoelectric conversion unit.

【0015】すなわち、図1に示されているような集積
型薄膜太陽電池において、有効発電領域は透明電極12
と裏面電極16とが重複している領域Aであり、領域B
は発電にはほとんど寄与しない。
That is, in the integrated type thin-film solar cell as shown in FIG.
And the back electrode 16 are in the area A, and the area B
Does little to generate electricity.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上述のようにレーザス
クライブを用いて形成された集積型薄膜太陽電池におい
ては、接続用溝15や裏面電極分離溝17を形成すると
きのレーザビームの強度や焦点調節の変動に依存して有
効面積当りの光電変換効率が変化するという事実があ
る。すなわち、集積型薄膜太陽電池において有効面積当
りで最良の変換効率を得るためには、そのレーザビーム
照射条件の許容範囲は極めて限定され、その限定された
条件を正確に維持することが容易ではない。
As described above, in the integrated type thin film solar cell formed by using the laser scribe, the intensity and focus of the laser beam when forming the connection groove 15 and the back electrode separation groove 17 are described. There is the fact that the photoelectric conversion efficiency per effective area changes depending on the variation of the adjustment. That is, in order to obtain the best conversion efficiency per effective area in the integrated thin film solar cell, the allowable range of the laser beam irradiation condition is extremely limited, and it is not easy to accurately maintain the limited condition. .

【0017】このような状況に鑑み、本発明は、レーザ
スクライブを利用して製造される集積型薄膜太陽電池に
おいて、良好で安定した光電変換特性を簡易に実現する
ことを目的としている。
In view of such circumstances, an object of the present invention is to easily realize good and stable photoelectric conversion characteristics in an integrated thin-film solar cell manufactured by using laser scribe.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、透明絶
縁基板上に順に積層された透明電極層、少なくとも1の
半導体光電変換ユニット層、および裏面電極層が複数の
短冊状の光電変換セルを形成するように実質的に直線状
で互いに平行な複数の分離溝によって分離されていて、
かつそれら複数のセルはそれらの分離溝に平行な複数の
接続用溝を介して互いに電気的に直列接続された集積型
薄膜太陽電池において、透明電極層は、錫酸化物とイン
ジウム錫酸化物の少なくとも一方を主成分として含む主
要厚さ部分と、50〜500nmの範囲内の厚さの酸化
亜鉛被覆層とを含むことを特徴としている。
According to the present invention, a strip-shaped photoelectric conversion cell comprising a plurality of transparent electrode layers, at least one semiconductor photoelectric conversion unit layer, and a back electrode layer sequentially laminated on a transparent insulating substrate is provided. Are separated by a plurality of separation grooves that are substantially linear and parallel to each other to form
And in the integrated thin-film solar cell in which the plurality of cells are electrically connected to each other in series through the plurality of connection grooves parallel to the separation grooves, the transparent electrode layer is made of tin oxide and indium tin oxide. It is characterized by including a main thickness portion containing at least one as a main component and a zinc oxide coating layer having a thickness in the range of 50 to 500 nm.

【0019】このような酸化亜鉛被覆層は、薄膜太陽電
池の集積化に利用されるレーザスクライブの際に透明電
極層を保護するように作用し得るとともに、その上に結
晶質半導体光電変換ユニット層が堆積される場合にその
結晶成長を促進するのに作用し得る。
Such a zinc oxide coating layer can act to protect the transparent electrode layer at the time of laser scribing used for integration of a thin-film solar cell, and furthermore, the crystalline semiconductor photoelectric conversion unit layer Can act to promote its crystal growth as it is deposited.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態のより具体的
な例として、以下において、本発明の実施例が比較例と
ともに図1を参照しつつ説明される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As a more specific example of an embodiment of the present invention, an embodiment of the present invention will be described below together with a comparative example with reference to FIG.

【0021】(実施例1)本発明の実施例として、図1
に概略的に示されているような形態を有する集積型結晶
質薄膜太陽電池が作製された。まず、400mm×30
0mmの面積と4mmの厚さを有する白板ガラス基板1
1上に、透明電極層として、熱CVD法による厚さ約6
00nmの酸化錫膜12とスパッタ法による厚さ約20
0nmの酸化亜鉛被覆膜12aが形成された。この透明
電極層12,12aに対して、ガラス基板11側からレ
ーザスクライブ用のYAGレーザビームを照射すること
によって、約10mm間隔で透明電極分離溝13が形成
された。
(Embodiment 1) As an embodiment of the present invention, FIG.
An integrated crystalline thin-film solar cell having a configuration as schematically shown in FIG. First, 400mm x 30
White glass substrate 1 having an area of 0 mm and a thickness of 4 mm
1 on which a transparent electrode layer having a thickness of about 6
00 nm tin oxide film 12 and a thickness of about 20
A 0 nm zinc oxide coating film 12a was formed. By irradiating the transparent electrode layers 12 and 12a with a laser scribing YAG laser beam from the glass substrate 11 side, transparent electrode separation grooves 13 were formed at intervals of about 10 mm.

【0022】次に、基板11がプラズマCVD成膜用チ
ャンバ内に移され、厚さ6nmのp型微結晶シリコン
層、厚さ2.3μmのノンドープ多結晶シリコン層、お
よび厚さ約10nmのn型微結晶シリコン層を堆積する
ことによって、結晶質半導体光電変換ユニット層14が
形成された。このときのプラズマCVDによる成膜温度
は、250℃であった。この半導体層14も、透明電極
層12,12aの場合と同様にYAGレーザを用いてレ
ーザスクライブされ、それによって接続用溝15が形成
された。
Next, the substrate 11 is transferred into a plasma CVD film forming chamber, and a p-type microcrystalline silicon layer having a thickness of 6 nm, a non-doped polycrystalline silicon layer having a thickness of 2.3 μm, and an n layer having a thickness of about 10 nm are formed. The crystalline semiconductor photoelectric conversion unit layer 14 was formed by depositing the type microcrystalline silicon layer. The film forming temperature at this time by plasma CVD was 250 ° C. This semiconductor layer 14 was also laser scribed using a YAG laser similarly to the case of the transparent electrode layers 12 and 12a, thereby forming the connection groove 15.

【0023】その後、裏面電極層16として、厚さ90
nmの酸化亜鉛膜、厚さ300nmのAg膜、および厚
さ約6nmのTi膜がスパッタ法によって堆積された。
こうして形成された裏面電極層16は、半導体層14の
場合と同様にレーザスクライブされ、それによって裏面
電極分離溝17が形成された。なお、この薄い酸化亜鉛
膜はAg膜の表面の光反射率を高く維持しかつAg原子
が半導体層14内に拡散することを防止するために望ま
しいものであり、他方Ti膜はAg膜が大気中の硫黄成
分などによる腐食を防止するために望ましいものであ
る。
Thereafter, as the back electrode layer 16, a thickness of 90
A zinc oxide film having a thickness of 300 nm, an Ag film having a thickness of 300 nm, and a Ti film having a thickness of about 6 nm were deposited by sputtering.
The back electrode layer 16 thus formed was laser scribed similarly to the case of the semiconductor layer 14, thereby forming the back electrode separation groove 17. Note that this thin zinc oxide film is desirable in order to maintain a high light reflectance on the surface of the Ag film and to prevent Ag atoms from diffusing into the semiconductor layer 14, while a Ti film is a film in which the Ag film is in the air. This is desirable in order to prevent corrosion due to sulfur components and the like.

【0024】以上のようにして、受光面内で28段の短
冊状セルが直列接続された集積型太陽電池が10枚作製
された。このうちグループA1に含まれる5枚の太陽電
池においては溝を形成する目的膜の位置をレーザビーム
の断面が最小となる焦点位置からビーム源側へ3mmだ
けずらし、他のグループB1に含まれる5枚の太陽電池
においては4mmだけずらしてレーザスクライブされ
た。
As described above, ten integrated solar cells in which 28 steps of strip-shaped cells were connected in series in the light receiving surface were manufactured. Of the five solar cells included in the group A1, the position of the target film for forming the groove is shifted by 3 mm from the focal position where the cross section of the laser beam is minimized toward the beam source, and the five solar cells included in the other group B1 The laser scribes were performed with a shift of 4 mm for one solar cell.

【0025】これらグループA1とB1の計10枚の集
積型薄膜太陽電池に対してソーラシミュレータを用いて
AM1.5の光を25℃において1kW/m2のエネル
ギ密度で照射したときの光電変換特性はグループA1と
B1との間で明瞭な差はなく、平均光電変換特性として
は、開放端電圧が13.8V、短絡電流が0.815
A、曲線因子が0.714、そして有効面積当りの実効
変換効率が7.55%であった。
Photoelectric conversion characteristics when a total of 10 integrated thin-film solar cells of groups A1 and B1 were irradiated with AM1.5 light at 25 ° C. and 1 kW / m 2 energy density using a solar simulator. There is no clear difference between the groups A1 and B1, and the average photoelectric conversion characteristics are that the open-circuit voltage is 13.8 V and the short-circuit current is 0.815
A, the fill factor was 0.714, and the effective conversion efficiency per effective area was 7.55%.

【0026】(比較例)透明電極層に含まれる酸化亜鉛
被覆膜12aの厚さが10nmに低減されたことを除い
て、実施例と同様にして、グループA1に対応するグル
ープA2の太陽電池5枚とグループB1に対応するグル
ープB2の太陽電池5枚が比較例として作製された。こ
れらグループA2とB2の計10枚の集積型薄膜太陽電
池に対して実施例の場合と同様の条件で光照射したとき
の平均光電変換特性は、開放端電圧が13.5V、短絡
電流が0.802A、曲線因子が0.685、そして有
効面積当りの実効変換効率が6.97%であった。
Comparative Example A solar cell of group A2 corresponding to group A1 in the same manner as in the example except that the thickness of the zinc oxide coating film 12a contained in the transparent electrode layer was reduced to 10 nm. Five solar cells and five solar cells of group B2 corresponding to group B1 were produced as comparative examples. The average photoelectric conversion characteristics when a total of 10 integrated thin-film solar cells of groups A2 and B2 were irradiated with light under the same conditions as in the example were as follows: open-end voltage: 13.5 V, short-circuit current: 0 .802A, the fill factor was 0.685, and the effective conversion efficiency per effective area was 6.97%.

【0027】上述の実施例と比較例との比較において、
実施例による10枚の太陽電池は、比較例による10枚
の太陽電池に比べて、いずれの光電変換特性も優れてい
ることがわかる。また、比較例におけるグループA2と
B2との間において、レーザスクライブの目的膜がビー
ム焦点により近く設定されたグループA2の太陽電池の
方がグループB2に比べて光電変換特性が低下している
傾向にあった。
In comparison between the above embodiment and the comparative example,
It can be seen that the ten solar cells according to the examples have better photoelectric conversion characteristics than the ten solar cells according to the comparative example. Further, between the groups A2 and B2 in the comparative example, the photovoltaic conversion characteristics of the solar cell of the group A2 in which the target film of the laser scribe is set closer to the beam focus tend to be lower than that of the group B2. there were.

【0028】このように実施例による集積型薄膜太陽電
池が比較例のものに比べて優れた光電変換特性を発揮し
得る理由としては、以下のような事情を考えることがで
きる。
The reason why the integrated thin-film solar cell according to the embodiment can exhibit excellent photoelectric conversion characteristics as compared with that of the comparative example can be considered as follows.

【0029】薄膜太陽電池において透明電極材料として
使用される透明導電性酸化物(TCO)は、その透明度
が高くかつ導電性も高いことが望まれる。しかし、TC
Oにおいては、その酸化度が高いほど透明度は高くなる
が、導電性は低下する傾向にある。そして、同じ透明度
の下では、酸化亜鉛に比べて酸化錫やITOの方が優れ
た導電性を有している。したがって、従来から、透明電
極層として酸化亜鉛層が単独で用いられることはなく、
単独では酸化錫層またはITO層が用いられている。
It is desired that a transparent conductive oxide (TCO) used as a transparent electrode material in a thin-film solar cell has high transparency and high conductivity. However, TC
In O, the higher the degree of oxidation, the higher the transparency, but the conductivity tends to decrease. Under the same transparency, tin oxide and ITO have better conductivity than zinc oxide. Therefore, conventionally, a zinc oxide layer is not used alone as a transparent electrode layer,
A tin oxide layer or an ITO layer is used alone.

【0030】しかし、酸化錫やITOは酸化亜鉛に比べ
て化学的および熱的に不安定であり、たとえば酸化錫の
透明電極層上に半導体層をプラズマCVD法で堆積する
際に、水素プラズマによる還元作用などによって酸化錫
透明電極層がダメージを受けることがある。したがっ
て、従来から、望まれる場合には酸化錫やITOの透明
電極層の表面を安定な酸化亜鉛被膜で保護することも行
なわれている。しかし、この場合は酸化錫やITOの透
明電極層の表面のみをプラズマから保護してやれば足り
るので、酸化亜鉛保護膜の厚さは、せいぜい5nmから
10nmまでの厚さにされている。すなわち、上述の比
較例の太陽電池は従来例として最大厚さの酸化亜鉛保護
膜を有しているものに相当する。
However, tin oxide and ITO are chemically and thermally unstable as compared with zinc oxide. For example, when a semiconductor layer is deposited on a transparent electrode layer of tin oxide by a plasma CVD method, hydrogen plasma is used. The tin oxide transparent electrode layer may be damaged by a reducing action or the like. Therefore, conventionally, if desired, the surface of a transparent electrode layer of tin oxide or ITO is protected with a stable zinc oxide film. However, in this case, it is sufficient to protect only the surface of the transparent electrode layer of tin oxide or ITO from the plasma, and thus the thickness of the zinc oxide protective film is at most 5 nm to 10 nm. That is, the solar cell of the comparative example described above corresponds to a conventional example having a zinc oxide protective film having a maximum thickness.

【0031】ところが、半導体層分割溝や裏面電極分離
溝をレーザスクライブで形成する場合には、レーザビー
ムは透明電極層を通過して照射される。したがって、レ
ーザスクライブの際に透明電極層を熱劣化から保護する
ためにはその表面のみを保護するだけでは足らないと考
えられる。そして、酸化錫層が熱劣化すれば、その抵抗
率の上昇によって太陽電池の光電変換特性を低下させる
と考えられる。さらに、表面保護層が不十分であれば、
その表面から部分的に昇華した酸化錫が裏面電極分離溝
内の側壁に付着し、透明電極と裏面電極との間でリーク
電流を生じると考えられる。
However, when the semiconductor layer dividing groove and the back surface electrode separating groove are formed by laser scribing, the laser beam is irradiated through the transparent electrode layer. Therefore, in order to protect the transparent electrode layer from thermal degradation during laser scribing, it is considered that it is not sufficient to protect only the surface thereof. Then, if the tin oxide layer is thermally degraded, it is considered that the photoelectric conversion characteristics of the solar cell are deteriorated due to an increase in the resistivity. Furthermore, if the surface protective layer is insufficient,
It is considered that tin oxide partially sublimated from the surface adheres to the side wall in the back electrode separation groove, and a leak current is generated between the transparent electrode and the back electrode.

【0032】このような状況の下において、本発明にお
けるように従来では考えられなかった大きな厚さの範囲
の酸化亜鉛被膜を含めて透明電極層を形成することによ
って、レーザスクライブ中にその透明電極層の熱劣化と
部分的な昇華を効果的に抑制することができたと考えら
れる。
Under such circumstances, by forming a transparent electrode layer including a zinc oxide film having a large thickness range which has not been considered conventionally as in the present invention, the transparent electrode layer is formed during laser scribing. It is considered that thermal degradation and partial sublimation of the layer could be effectively suppressed.

【0033】また、本発明は、結晶質薄膜太陽電池にお
いて特に顕著な効果が得られると考えられる。これは、
非晶質シリコン層に比べて結晶質シリコン層の方がレー
ザビームの吸収効率が小さく、さらに結晶質光電変換層
は前述のように非晶質光電変換層より大きな厚さを有す
るので、半導体層分割溝や裏面電極分離溝を形成するた
めに大きなエネルギ密度のレーザビームを必要とし、通
常では透明電極層に熱損傷を生じる可能性が増大するか
らである。
Further, it is considered that the present invention has a particularly remarkable effect in a crystalline thin film solar cell. this is,
The crystalline silicon layer has a lower laser beam absorption efficiency than the amorphous silicon layer, and the crystalline photoelectric conversion layer has a larger thickness than the amorphous photoelectric conversion layer as described above. This is because a laser beam having a large energy density is required to form the division groove and the back electrode separation groove, and the possibility of causing thermal damage to the transparent electrode layer usually increases.

【0034】また、本発明では酸化亜鉛被覆層が従来よ
りはるかに厚く堆積されるので、その結晶化が十分進行
し、これがその上に堆積される結晶質光電変換ユニット
層の結晶化をも促進し、その良質の結晶質光電変換ユニ
ット層も変換効率を改善するように作用すると考えられ
る。
In the present invention, since the zinc oxide coating layer is deposited much thicker than before, the crystallization proceeds sufficiently, and this also promotes the crystallization of the crystalline photoelectric conversion unit layer deposited thereon. However, it is considered that the high-quality crystalline photoelectric conversion unit layer also acts to improve the conversion efficiency.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上の次第で、本発明によれば、有効面
積当りの変換効率の低下を招くことなく容易に集積化し
得る薄膜太陽電池を提供することができる。また、本発
明におけるような酸化亜鉛被覆層を利用すれば、半導体
層分割溝や裏面電極分離溝の形成のために用いられるレ
ーザビームの強度が多少強すぎる場合や焦点深さが変動
した場合でも変換効率の低下を防ぎ得る。すなわち、本
発明によれば、スクライブ用レーザビームの強度範囲や
焦点深さ範囲の許容度が大きくなることになる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a thin-film solar cell which can be easily integrated without lowering the conversion efficiency per effective area. Further, if a zinc oxide coating layer as in the present invention is used, even if the intensity of the laser beam used for forming the semiconductor layer dividing groove or the back electrode separating groove is somewhat too strong or the focal depth fluctuates. The conversion efficiency can be prevented from lowering. That is, according to the present invention, the tolerance of the intensity range and the focal depth range of the scribe laser beam is increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施例による集積型薄膜太陽電池
の集積構造を示す模式的な断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an integrated structure of an integrated thin-film solar cell according to one embodiment of the present invention.

【図2】 薄膜太陽電池の基本的な積層構造を示す模式
的な断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a basic laminated structure of a thin-film solar cell.

【図3】 従来の集積型薄膜太陽電池の集積構造を示す
模式的な断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an integrated structure of a conventional integrated thin-film solar cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁基板、2 第1電極層、3 1導電型層、4
実質的に真性の光電変換層、5 逆導電型層、6 裏面
電極層、10 薄膜光電変換ユニット層、11透明絶縁
基板、12 透明電極層、12a 酸化亜鉛被覆層、1
3 透明電極分離溝、14 薄膜光電変換ユニット層、
15 接続用開口溝、16 裏面電極層、17 裏面電
極分離溝、A 有効発電領域、B 発電不能領域。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate, 2 1st electrode layer, 3 1 conductivity type layer, 4
Substantially intrinsic photoelectric conversion layer, 5 reverse conductivity type layer, 6 back electrode layer, 10 thin film photoelectric conversion unit layer, 11 transparent insulating substrate, 12 transparent electrode layer, 12a zinc oxide coating layer, 1
3 transparent electrode separation groove, 14 thin film photoelectric conversion unit layer,
15 Opening groove for connection, 16 Back electrode layer, 17 Back electrode separation groove, A effective power generation area, B Non-power generation area.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 透明絶縁基板上に順に積層された透明電
極層、少なくとも1の半導体光電変換ユニット層、およ
び裏面電極層が複数の短冊状の光電変換セルを形成する
ように実質的に直線状で互いに平行な複数の分離溝によ
って分離されていて、かつそれら複数のセルは前記分離
溝に平行な複数の接続用溝を介して互いに電気的に直列
接続された集積型薄膜太陽電池であって、 前記透明電極層は、錫酸化物とインジウム錫酸化物の少
なくとも一方を主要成分として含む主要厚さ部分と、5
0〜500nmの範囲内の厚さの酸化亜鉛被覆層とを含
むことを特徴とする集積型薄膜太陽電池。
1. A transparent electrode layer, at least one semiconductor photoelectric conversion unit layer, and a back electrode layer, which are sequentially laminated on a transparent insulating substrate, are substantially linear so as to form a plurality of rectangular photoelectric conversion cells. An integrated thin-film solar cell which is separated by a plurality of separation grooves parallel to each other, and the plurality of cells are electrically connected to each other in series via a plurality of connection grooves parallel to the separation groove. The transparent electrode layer has a main thickness portion containing at least one of tin oxide and indium tin oxide as a main component;
A zinc oxide coating layer having a thickness in the range of 0 to 500 nm.
【請求項2】 前記酸化亜鉛被覆層に接して、前記半導
体光電変換ユニット層に含まれる結晶質半導体層が成長
させられていることを特徴とする請求項1に記載の集積
型薄膜太陽電池。
2. The integrated thin-film solar cell according to claim 1, wherein a crystalline semiconductor layer included in said semiconductor photoelectric conversion unit layer is grown in contact with said zinc oxide coating layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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