JP2002057357A - 薄膜太陽電池とその製造方法 - Google Patents
薄膜太陽電池とその製造方法Info
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Abstract
電池の性能低下の防止を図った薄膜太陽電池とその製造
方法を提供する。 【解決手段】 基板1の表面に第1電極層L,光電変換
層a,透明電極層uを順次積層してなる光電変換部と、
基板裏面に形成した接続電極層としての第3電極層b及
び第4電極層eと、第3電極層と第4電極層との間に形
成した電気絶縁層Iとを備え、光電変換部及び接続電極
層を互いに位置をずらして単位部分にパターニングして
なり、透明電極層形成領域内に形成した電気的直列接続
用の接続孔Hを介して、表面上の互いにパターニングさ
れて隣合う単位光電変換部分(ユニットセル)を電気的
に直列に接続してなる薄膜太陽電池において、第3電極
層bおよび第4電極層eを、単一金属または合金材料の
層と透明電極材料の層とからなる複層構造となし、かつ
透明電極材料の層を前記電気絶縁層側に形成する。
Description
複数個直列接続した薄膜太陽電池とその製造方法に関す
る。
エネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽
電池はその資源(太陽光)が無限であること、無公害で
あることから注目を集めている。
子が、直列接続されてなる太陽電池(光電変換装置)の
代表例は、薄膜太陽電池である。
の安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太
陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建
物の屋根や窓などにとりつけて利用される業務用,一般
住宅用にも需要が広がってきている。
いるものが一般的であった。近年、軽量化、施工性、量
産性においてプラスチックフィルムを用いたフレキシブ
ルタイプの太陽電池の研究開発が進められ実用化されて
いる。さらに、フレキシブルな金属材料に絶縁被覆した
フィルム基板を用いたものも開発されている。このフレ
キシブル性を生かし、ロールツーロール方式やステッピ
ングロール方式の製造方法により大量生産が可能となっ
た。
ム基板上に第1電極(以下、下電極ともいう)、薄膜半
導体層からなる光電変換層および第2電極(以下、透明
電極ともいう)が積層されてなる光電変換素子(または
セル)が複数形成されている。ある光電変換素子の第1
電極と隣接する光電変換素子の第2電極を電気的に接続
することを繰り返すことにより、最初の光電変換素子の
第1電極と最後の光電変換素子の第2電極とに必要な電
圧を出力させることができる。例えば、インバータによ
り交流化し商用電力源として交流100Vを得るために
は、薄膜太陽電池の出力電圧は100V以上が望まし
く、実際には数10個以上の素子が直列接続される。
は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングお
よびそれらの組み合わせ手順により形成される。上記太
陽電池の構成および製造方法の一例は、例えば特開平1
0−233517号公報や特願平11−19306号に
記載されている。
公報に記載された薄膜太陽電池の一例を示し、(a)は
平面図、(b)は(a)における線ABCDおよびBQ
Cに沿っての断面図であり、(c)は(a)におけるE
E断面図を示す。
長尺のフィルム基板上に、順次、第1電極層、光電変換
層、第2電極層が積層され、フィルム基板の反対側(裏
面)には第3電極層、第4電極層が積層され、裏面電極
が形成されている。光電変換層は例えばアモルファスシ
リコンのpin接合である。フィルム基板用材料として
は、ポリイミドのフィルム、例えば厚さ50μmのフィ
ルムが用いられている。
レンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(P
ES)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、またはア
ラミド系のフィルムなどを用いることができる。
る。
続孔h1を開け、基板の片側(表側とする)に第1電極
層として、スパッタにより銀を、例えば100nmの厚
さに成膜し、これと反対の面(裏側とする)には、第3
電極層として、同じく銀電極を成膜する。接続孔h1の
内壁で第1電極層と第3電極層とは重なり、導通する。
u,Ti等の金属をスパッタまたは電子ビーム蒸着等によ
り成膜しても良く、金属酸化膜と金属の多層膜を電極層
としても良い。成膜後、表側では、第1電極層を所定の
形状にレーザ加工して、下電極l1〜l6をパターニン
グする。下電極l1〜l6の隣接部は一本の分離線g2
を、二列の直列接続の光電変換素子間および周縁導電部
fとの分離のためには二本の分離線g2を形成し、下電
極l1〜l6は分離線により囲まれるようにする。再度
パンチを用いて、集電孔h2を開けた後、表側に、光電
変換層pとしてa-Si層をプラズマCVDにより成膜す
る。マスクを用いて幅W2の成膜とし、レーザ加工によ
り二列素子の間だけに第1電極層と同じ分離線を形成す
る。なお、前記幅W2は、接続孔h1にまたがってもよ
い。
(ITO層)を成膜する。但し、二つの素子列の間とこ
れに平行な基板の両側端部にはマスクを掛け接続孔h1
には成膜しないようにし、素子部のみに成膜する。透明
電極層としては、ITO(インシ゛ウムスス゛オキサイト゛)以外に、Sn
O2、ZnOなどの酸化物導電層を用いることができる。
などの低抵抗導電膜からなる層を成膜する。第4電極の
成膜により、集電孔h2の内壁で第2電極と第4電極と
が重なり、導通する。表側では、レーザ加工により下電
極と同じパターンの分離線を入れ、個別の第2電極u1
〜u6を形成し、裏側では第3電極と第4電極とを同時
にレーザ加工し、接続電極e12〜e56、および電力
取り出し電極o1,o2を個別化し、基板の周縁部では
表側の分離線g3と重なるように分離線g2を形成し、
隣接電極間には一本の分離線を形成する。
縁、および二列の直列接続太陽電池素子の隣接する境界
には(周縁導電部fの内側)分離線g3がある。分離線
g3の中にはどの層も無い。裏側では、全ての電極を一
括して囲う周縁、および二列の直列接続電極の隣接する
境界には(周縁導電部fの内側)分離線g2がある。分
離線g2の中にはどの層も無い。
h2−上電極u1、光電変換層、下電極l1−接続孔h
1−接続電極e12−上電極u2、光電変換層、下電極
l2−接続電極e23−・・・−上電極u6、光電変換
層、下電極l6−接続孔h1−電力取出し電極o2の順
の光電変換素子の直列接続が完成する。
は同一の電位であるので、以下の説明においては説明の
便宜上、併せて一層の接続電極層として扱うこともあ
る。
薄膜太陽電池の構成を簡略化して斜視図で示したもので
ある。図10において、基板61の表面に形成した単位
光電変換素子62および基板61の裏面に形成した接続
電極層63は、それぞれ複数の単位ユニットに完全に分
離され、それぞれの分離位置をずらして形成されてい
る。このため、素子62のアモルファス半導体部分であ
る光電変換層65で発生した電流は、まず透明電極層6
6に集められ、次に該透明電極層領域に形成された集電
孔67(h2)を介して背面の接続電極層63に通じ、
さらに該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の外側
に形成された直列接続用の接続孔68(h1)を介して
上記素子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に延び
ている下電極層64に達し、両素子の直列接続が行われ
ている。
図11(a)から(g)に示す。プラスチックフィルム7
1を基板として(工程(a))、これに接続孔78を形
成し(工程(b))、基板の両面に第1電極層(下電
極)74および第3電極層(接続電極の一部)73を形
成(工程(c))した後、接続孔78と所定の距離離れ
た位置に集電孔77を形成する(工程(d))。工程
(c)と工程(d)との間に、第1電極層(下電極)74
を所定の形状にレーザ加工して、下電極をパターニング
する工程があるが、ここではこの工程の図を省略してい
る。
となる半導体層75および第2電極層である透明電極層
76を順次形成するとともに(工程(e)および工程
(f))、第3電極層73の上に第4電極層(接続電極
層)79を形成する(工程(g))。この後、レーザビ
ームを用いて、基板71の両側の薄膜を分離加工して図
10に示すような直列接続構造を形成する。
おける透明電極層76と第4電極層79との接続をそれ
ぞれの層を重ねて2層で図示しているが、前記図9にお
いては、電気的に一層として扱い、1層で図示してい
る。
るSCAF(Series Connection through Apertures on
Film )型の薄膜太陽電池の構成においては、接続孔h
1および集電孔h2の2種類の孔を有し、接続孔h1を
発電領域の外側に配置する必要があるため、有効な面積
が減少する問題があった。この問題を解消するために、
基板を貫通する1種類の共通の接続孔内で、第1電極層
と第3電極層との接続および第2電極層と第4電極層と
の接続を電気絶縁層を介して行う構成が、本願発明と同
一出願人により提案されている(特開2000−776
90公開特許公報参照)。
記載された薄膜太陽電池の構成を、模式的に示す平面図
で、図8(a)は光電変換部が形成された表面の平面
図、図8(b)は接続電極層が形成された裏側の平面図
を示す。
電極層、Hは共通の接続孔、sはパターニングされた分
離部を示す。また、図8(b)において、eは接続電極
層としての第4電極層、sはパターニングされた分離
部、t1およびt2は接続電極層の端部の取出し電極を
示す。接続電極層は、第1接続電極層(第3電極層)お
よび第2接続電極層(第4電極層)からなり、この二つ
の電極層間に、図8には図示されていない電気絶縁層が
形成されている。
記公開特許公報に記載されているが、その概要は下記の
とおりである。先ず、接続孔Hが開けられた基板1の表
面に第1電極層を、裏面に第3電極層を製膜する。接続
孔Hの内壁で第1電極層と第3電極層とが重なり導通す
る。次に、第1電極層を所定の形状にレーザ加工して第
1電極層をパターニングした後、第3電極層も同様にレ
ーザ加工して第3電極層をパターニングする。
る。このとき、接続孔Hの内壁にも電気絶縁層を形成す
る。第1電極層上には、a―Siからなる光電変換層、
透明電極層を製膜し、裏側の電気絶縁層上には、第4電
極層の製膜を行なう。接続孔Hの内壁で透明電極層uと
第4電極層eとが重なり、導通する。次いで透明電極層
と第4電極層の積層をレーザ加工し、それぞれ透明電極
層u、電力取り出し電極t1、t2および第4電極層e
をパターニングする。
ニングライン間の一部をレーザ加工して電気絶縁層を一
部除去し、この絶縁層除去部で第3電極層と第4電極層
とを電気的に接続することにより、薄膜太陽電池の直列
接続を完成する。
Hのみを設けるにより直列接続が可能となり、発電領域
の外側に配置する必要があった従来の接続孔h1が不要
となって、薄膜太陽電池の有効面積の増大が図れる。
Hのみにより直列接続が可能な改良型SCAFの薄膜太
陽電池においても、下記のような問題があった。
付着しているゴミ等によりピンホールが発生し、本来電
気絶縁性が維持されなければならないはずの電極層間が
電気的に短絡する問題が発生する。その理由は、各電極
層の形成時点でピンホール内にも電極層が延長して形成
されたり、またピンホールに導電性物質の微小粉末や脱
落片が入り込んで、短絡を起こすためと推定される。ピ
ンホール径が小さい場合には、このピンホールによる局
所短絡部は、通常、ユニットセルへの数ボルトの逆バイ
アスの電圧印加処理により、電気的に分離することがで
きる。その理由は、逆バイアスの電圧印加処理によるジ
ュール熱の発生により、ピンホール内の導電性物質が焼
却除去されるものと推定される。上記電圧印加処理によ
り、ユニットセル特性は改善するが、あまりピンホ−ル
の数が多い場合や大きなピンホールが存在すると、電圧
印加処理を行っても回復できないことがある。特に大電
流型の薄膜太陽電池の場合には、ユニットセル面積が大
きくなるため(発電電流はユニットセル面積に比例する
ので)、面積に比例してピンホールの数が増大し、ユニ
ットセル内にこのような回復できないピンホ−ルが残存
する確率が高くなる。また、大きなピンホールがユニッ
トセル内に存在すると、電圧印加処理時に流れる電流が
大きなピンホール部に集中するために、その他の小さな
ピンホ−ルも電圧印加処理で回復できなくなる。従っ
て、ユニットセル面積が大きくなると、上記理由によ
り、薄膜太陽電池の性能が低下する問題が発生してい
た。
るためになされたもので、この発明の課題は、ユニット
セル内の局所的短絡に伴う薄膜太陽電池の性能低下の防
止を図った薄膜太陽電池とその製造方法を提供すること
にある。
め、請求項1の発明は、電気絶縁性を有する基板の表面
に下電極層としての第1電極層,光電変換層,透明電極
層(第2電極層)を順次積層してなる光電変換部と、前
記基板の裏面に形成した接続電極層としての第3電極層
および第4電極層と、前記第3電極層と第4電極層との
間に形成した電気絶縁層とを備え、前記光電変換部およ
び接続電極層を互いに位置をずらして単位部分にパター
ニングしてなり、前記透明電極層形成領域内に形成した
電気的直列接続用の接続孔を介して、前記表面上の互い
にパターニングされて隣合う単位光電変換部分(ユニッ
トセル)を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池に
おいて、前記第3電極層および第4電極層を、単一金属
または合金材料の層と透明電極材料の層とからなる複層
構造となし、かつ前記透明電極材料の層を前記電気絶縁
層側に形成してなるものとする。
方法としては、請求項2の発明が好適である。即ち、請
求項1記載の薄膜太陽電池の製造方法であって、以下の
1)ないし10)の工程を含むこととする。 1)基板に接続孔を開け、スパッタ法により、基板表面
に第1電極層を形成し、裏面に単一金属または合金材料
の層と透明電極材料の層との複層構造からなる第3電極
層を形成する工程。 2)第1電極層および第3電極層を、レーザ加工法によ
りパターニングする工程 3)第3電極層の透明電極材料の層およびパターニング
部の上に、スパッタ法により電気絶縁層を形成する工程 4)電気絶縁層を、サンドブラスト加工法によりパター
ニングする工程 5)第1電極層および第1電極層のパターニング部の上
に、プラズマCVD法により光電変換層を形成する工程 6)光電変換層の上に、スパッタ法により透明電極層を
形成する工程 7)電気絶縁層および電気絶縁層のパターニング部の上
に、スパッタ法により、透明電極材料の層と単一金属ま
たは合金材料の層との複層構造からなる第4電極層を形
成する工程 8)透明電極層および光電変換層を、レーザ加工法によ
りパターニングする工程9)第4電極層を、サンドブラ
スト法によりパターニングする工程 10)薄膜太陽電池のユニットセル内の局所的短絡を回
復するために、各ユニットセルに電圧印加処理を行う工
程。
層を、銀,アルミニウム,クロムまたはニッケル等の単
一金属または合金材料の層と、酸化インジウム、酸化亜
鉛、酸化錫等の透明電極材料の層とからなる複層構造と
なし、かつ前記透明電極材料の層を前記電気絶縁層側に
形成することにより、電気絶縁層のピンホールを介して
の電極間のコンタクト抵抗が高抵抗化され、後工程の電
圧印加処理によって、短絡不良個所が容易に回復できる
ようになり、これにより、セル性能低下の問題が解消で
きる。その理由は、下記による。
電圧印加により不良箇所(ピンホ−ル等のリ−ク箇所)
に電流が流れ、ジュ−ル熱により、不良箇所が溶融・絶
縁することによる。ジュ−ル熱は、W=V2/R=R・I
2により計算できるが、抵抗が小さいと電流が高くなり
すぎて、電圧印加装置の保護回路が働き、所定の電圧を
印加できないようになっており、不良箇所については、
実質定電流印加状態となる。
−ル径が小さい)程ジュ−ル熱の発生量が大きいので、
電圧印加処理で特性回復が容易となる。前記透明電極材
料は、抵抗率およびコンタクト抵抗が金属膜(Ag、Al)
に比べて高いので、電極/絶縁層/電極構造において、電
気絶縁層のピンホ−ルにより両側電極が電気的に接続さ
れた場合には、透明電極材料を使用した場合の方が、電
圧印加処理による回復が容易となる。
発明によれば、後工程の電圧印加処理によって、短絡不
良個所が容易に回復できる。
発明が好適である。即ち、前記請求項1記載の薄膜太陽
電池において、前記第3電極層および第4電極層は、複
層構造からなる電極層に代えて、透明電極材料の単一層
としたものとする(請求項3の発明)。また、請求項2
記載の薄膜太陽電池の製造方法において、前記第3電極
層および第4電極層は、複層構造からなる電極層に代え
て、透明電極材料の単一層とする(請求項4の発明)。
のピンホ−ル以外に、光電変換層のピンホ−ル等が原因
で発生する第1電極層と第2電極層の短絡事故をも低減
するためには、請求項5または6の発明が好ましい。即
ち、前記請求項1または3記載の薄膜太陽電池におい
て、さらに前記第1電極層を透明電極材料から形成して
なるものとする(請求項5の発明)。
製造方法であって、以下の1)ないし8)の工程を含む
こととする(請求項6の発明)。 1)基板に接続孔を開け、スパッタ法により、基板表面
に第1電極層を形成する工程。 2)基板裏面に、スパッタ法により、リフトオフマスク
によりパターニングして第3電極層を形成する工程 3)第3電極層および第3電極層のパターニング部の上
に、スパッタ法により、リフトオフマスクによりパター
ニングして電気絶縁層を形成する工程 4)第1電極層上に、プラズマCVD法により光電変換
層および透明電極層を順次形成する工程 5)電気絶縁層および電気絶縁層のパターニング部の上
に、スパッタ法により、第4電極層を形成する工程 6)第1電極層,透明電極層および光電変換層を、サン
ドブラスト法によりパターニングする工程 7)第4電極層を、サンドブラスト法によりパターニン
グする工程 8)薄膜太陽電池のユニットセル内の局所的短絡を回復
するために、各ユニットセルに電圧印加処理を行う工
程。
従来困難であった第1電極層、光電変換層、第2電極層
のサンドブラスト法による同時分割が可能となり、引き
続き第4電極層もサンドブラスト法によりパターニング
するので、製膜プロセスが簡略化する利点がある。
池において、透明電極材料から形成した第1電極層を透
過した光を、基板において有効に反射させて、太陽電池
の効率の向上を図るために、請求項7または8の発明が
好適である。即ち、請求項5記載の薄膜太陽電池におい
て、前記電気絶縁性を有する基板は、高反射率を有する
金属材料表面を透光性絶縁材料により被覆してなるもの
とする(請求項7の発明)。また、請求項6記載の薄膜
太陽電池の製造方法において、前記電気絶縁性を有する
基板は、高反射率を有する金属材料表面を透光性絶縁材
料により被覆してなるものとする(請求項8の発明)。
透光性基板を透過させて、第3電極層において有効に反
射させるために、請求項9または10の発明が好適であ
る。即ち、請求項1記載の薄膜太陽電池において、前記
電気絶縁性を有する基板は透光性材料からなり、また前
記第1電極層は透明電極材料からなり、さらに前記第3
電極層は、高反射率を有する単一金属または合金材料の
層と透明電極材料の層との複層構造からなるるものと
し、かつ第4電極層は、透明電極材料の層と単一金属ま
たは合金材料の層との複層構造からなるか,もしくは透
明電極材料の単一層としたものとする(請求項9の発
明)。
方法であって、以下の1)ないし7)の工程を含むこと
とする(請求項10の発明)。 1)基板に接続孔を開け、スパッタ法により、基板表面
に第1電極層を形成する工程。 2)基板裏面に、スパッタ法により、リフトオフマスク
によりパターニングして第3電極層を形成する工程 3)第3電極層および第3電極層のパターニング部の上
に、スパッタ法により、リフトオフマスクによりパター
ニングして電気絶縁層を形成する工程 4)第1電極層上に、プラズマCVD法により光電変換
層および透明電極層を順次形成する工程 5)電気絶縁層および電気絶縁層のパターニング部の上
に、スパッタ法により、リフトオフマスクによりパター
ニングして第4電極層を形成する工程 6)第1電極層,透明電極層および光電変換層を、レー
ザ加工法によりパターニングする工程 7)薄膜太陽電池のユニットセル内の局所的短絡を回復
するために、各ユニットセルに電圧印加処理を行う工
程。
施態様として下記請求項11の発明が好ましい。即ち、
請求項1,3,5,7および9のいずれかに記載の薄膜
太陽電池において、前記透明電極材料は、ITO(イン
ジウムスズオキサイド)、酸化インジウム、酸化亜鉛、
酸化錫などの酸化物導電材とする。
2または13の発明によっても、前記課題を達成するこ
とができる。即ち、電気絶縁性を有する基板の表面に下
電極層としての第1電極層,光電変換層,透明電極層
(第2電極層)を順次積層してなる光電変換部と、前記
基板の裏面に形成した接続電極層としての第3電極層お
よび第4電極層と、前記第3電極層と第4電極層との間
に形成した電気絶縁層とを備え、前記光電変換部および
接続電極層を互いに位置をずらして単位部分にパターニ
ングしてなり、前記透明電極層形成領域内に形成した電
気的直列接続用の接続孔を介して、前記表面上の互いに
パターニングされて隣合う単位光電変換部分(ユニット
セル)を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池にお
いて、前記第4電極層は、導電性ペーストを印刷してな
るものとする(請求項12の発明)。
造方法であって、以下の1)ないし9)の工程を含むこ
ととする(請求項13の発明)。 1)基板に接続孔を開け、スパッタ法により、基板表面
に第1電極層を形成する工程。 2)基板裏面に、スパッタ法により、リフトオフマスク
によりパターニングして第3電極層を形成する工程 3)第1電極層を、レーザ加工法によりパターニングす
る工程 4)第3電極層および第3電極層のパターニング部の上
に、スパッタ法により、リフトオフマスクによりパター
ニングして電気絶縁層を形成する工程 5)第1電極層および第1電極層のパターニング部の上
に、プラズマCVD法により光電変換層を形成する工程 6)光電変換層の上に、スパッタ法により透明電極層を
形成する工程 7)第1電極層のパターニング部上の透明電極層および
光電変換層を、レーザ加工法によりパターニングする工
程 8)電気絶縁層および電気絶縁層のパターニング部の上
に、導電ペーストを用いたスクリーン印刷法により、第
4電極層を形成する工程 9)薄膜太陽電池のユニットセル内の局所的短絡を回復
するために、各ユニットセルに電圧印加処理を行う工
程。
は、第4電極層を印刷電極とすることにより、電気絶縁
層のピンホールが原因で発生する短絡事故を低減するこ
とができる。その理由は以下のとおりである。印刷電極
に用いる導電ペーストは、接着剤(バインダー)に、約
数十μmの大きさの導電性金属片(フィラー)が混合さ
れたものであり、この金属片が電極層または光電変換層
と接触することにより、電気的な接続が行われる。この
金属片は、スパッタで形成される金属電極層のように、
電気絶縁層の微小なピンホールに入りにくく、そのため
短絡事故を起こす可能性が低減される。この場合、第3
電極層は、電気絶縁層形成前に形成されるので、金属電
極層とすることができる。
発明の実施態様として下記請求項14の発明が好まし
い。即ち、前記請求項1,3,5,7,9,11および
12のいずれかに記載の薄膜太陽電池において、前記電
気絶縁層の材料は、窒化シリコンまたは酸化シリコンと
する。
態について以下に述べる。
たは2の発明に関わる実施例を示す。図1(a)は薄膜
太陽電池の透視平面図、図1(b)は図1(a)におけ
るxXに沿っての断面図である。また、図2(a)〜
(d)は薄膜太陽電池の製造工程を示し、製造工程最終
段に係る図2(d)は、図1(b)と同一である。
に係る薄膜太陽電池を説明する。
樹脂からなる長尺の基板1に、パンチを用いて直径1mm
の貫通孔(接続孔H)を開けた。その後、銀および酸化
亜鉛の積層をスパッタ法により基板長手方向に連続的に
製膜し、基板の一面に下電極層(第1電極層)を形成
し、次いで反対面に銀、酸化亜鉛の順番で第3電極層を
形成した。続いて、YAG:Ndレ−ザの第2高調波を用い
て、第1電極層および第3電極層をパターニングし、個
別の第1電極層Lおよび第3電極層bに分割した。接続
孔Hの内壁では、第1電極層と第3電極層は重なり導通
した(図2(a))。
よび第3電極層のレ−ザ加工によるパターニング部上に
酸化シリコンからなる電気絶縁層Iを形成した。このと
き、接続孔Hの内壁も電気絶縁層Iにより被覆される。
次に、サンドブラスト加工法を用いて、第3電極層のレ
−ザ加工ラインと平行に電気絶縁層Iを線状に除去した
(図2(b))。
電極層および第1電極層のレ−ザ加工部上に、a−Si
からなる光電変換層aをマスク形成した。ここでマスク
形成とは、薄膜の形成不要部分をマスク材で被覆した上
で、薄膜形成することを意味する。この光電変換層のマ
スク形成を行うために、ロールツーロールで間欠的に基
板を送るステップ搬送を採用した。そして、引き続き、
光電変換層上に透明電極層u(第2電極層)を、電気絶
縁層Iおよび電気絶縁層加工ライン上には酸化亜鉛、銀
の順番で第4電極層をそれぞれスパッタ法を用いてマス
ク形成した(図2(c))。
極層uおよび光電変換層aを、YAG:Ndレ−ザの第2高
調波を用いて加工除去するとともに、第4電極層をサン
ドブラスト法を用いて加工除去した(図2(d))。
層を形成した薄膜太陽電池を製作した。本実施例では、
電気絶縁層Iと金属電極層との間に透明電極材料の層を
挟むことにより、電気絶縁層Iのピンホ−ルが原因で発
生する第3電極層と第4電極層の短絡を低減することが
できた。
発明に関わる実施例の薄膜太陽電池の製造工程を示す。
以下に、図3(a)〜(d)の製造工程に従って本実施
例に係る薄膜太陽電池を説明する。
脂からなる長尺の基板1に、パンチを用いて直径1mmの
貫通孔(接続孔H)を開けた。その後、銀および酸化亜
鉛の積層をスパッタ法により基板長手方向に連続的に製
膜し、基板の一面に下電極層(第1電極層)を形成し、
次いで反対面に酸化インジウム層からなる第3電極層を
形成した。そして、YAG:Ndレ−ザの第2高調波を用い
て、第1電極層および第3電極層をパターニングし個別
の第1電極層Lおよび第3電極層bに分割した。接続孔
Hの内壁では、第1電極層と第3電極層は重なり導通し
た(図3(a))。
よび第3電極層のレ−ザ加工部上に窒化シリコンからな
る電気絶縁層Iを形成した。このとき、接続孔Hの内壁
も電気絶縁層Iにより被覆される。次に、サンドブラス
ト加工法を用いて、第3電極層のレーザ加工ラインと平
行に電気絶縁層Iを線状に除去した(図3(b))。
電極層および第1電極層のレーザ加工部上に、a−Si
からなる光電変換層aをマスク形成した。この光電変換
層のマスク形成を行うために、ロールツーロールで間欠
的に基板を送るステップ搬送を採用した。そして、引き
続き、光電変換層上に透明電極層u(第2電極層)を、
電気絶縁層Iおよび電気絶縁層加工ライン上には酸化イ
ンジウムからなる第4電極層をそれぞれスパッタ法を用
いてマスク形成した(図3(c))。
極層および光電変換層を、YAG:Ndレ−ザの第2高調波
を用いて加工除去するとともに、第4電極層をサンドブ
ラスト法を用いて分割した(図3(d))。
透明電極層とした薄膜太陽電池を製作した。本実施例で
は、第3電極層および第4電極層を透明電極材料の層と
することにより、電気絶縁層Iのピンホ−ルが原因で発
生する第3電極層と第4電極層の短絡を低減することが
できた。
発明に関わる実施例の薄膜太陽電池の製造工程を示す。
以下に、図4(a)〜(d)の製造工程に従って本実施
例に係る薄膜太陽電池を説明する。
樹脂からなる長尺の基板1に、パンチを用いて直径1mm
の貫通孔(接続孔H)を開けた。その後、酸化インジウ
ム、酸化亜鉛層をスパッタ法により基板長手方向に間欠
的ステップ製膜し、基板の一面に下電極層(第1電極
層)を形成し、次いで反対面に酸化インジウム層からな
る第3電極層をリフトオフマスクを用いてパターン形成
した。このパターン形成により、第3電極層は個別の第
3電極層bに分割されている。また、接続孔Hの内壁で
は、第1電極層と第3電極層は重なり導通した(図4
(a))。
電極層および第3電極層の形成されていない基板上に酸
化シリコンからなる電気絶縁層Iをリフトオフマスクを
用いてパターン形成した。このパターン形成により、電
気絶縁層Iは個別に分割されている。またこのとき、接
続孔Hの内壁も電気絶縁層Iにより被覆される(図4
(b))。
て、第1電極層上に、a−Siからなる光電変換層a、
透明電極層u(第2電極層)を、電気絶縁層Iおよび電
気絶縁層の形成されていない第3電極層上には酸化イン
ジウムからなる第4電極層をそれぞれスパッタ法を用い
てマスク形成した(図4(c))。
層(第2電極層)を一括してサンドブラスト法を用いて
加工した。これにより、光電変換部を個別に分割した。
同様に、第4電極層をサンドブラスト法を用いて分割し
た(図4(d))。
とした薄膜太陽電池を製作した。本実施例では、第1電
極層を透明電極材料の層とすることにより、光電変換層
のピンホ−ルが原因で発生する第1電極層と第2電極層
の短絡を低減することができた。
により、従来困難であった第1電極層、光電変換層、第
2電極層のサンドブラスト法による同時分割が可能とな
り、引き続き第4電極層もサンドブラスト法によりパタ
ーニングすることにより、製膜プロセスを連続して行え
るようになり、プロセスが簡略化できた。
発明に関わる実施例の薄膜太陽電池の製造工程を示す。
図5(a)〜(d)の製造工程は、基板1が異なる以外
は、図4(a)〜(d)と同一であるので、製造工程の
説明は省略する。
ウム基板の表面を、透光性絶縁材料、例えばアラミド樹
脂により被覆したものを用いる。
した第1電極層を透過した光を、アルミニウム基板1に
おいて反射し、第1電極層で反射できなかった分の反射
ロスを低減して、太陽電池の効率の向上を図ることがで
きた。
の発明に関わる実施例の薄膜太陽電池の製造工程を示
す。以下に、図6(a)〜(d)の製造工程に従って本
実施例に係る薄膜太陽電池を説明する。
からなる長尺の基板1に、パンチを用いて直径1mmの貫
通孔(接続孔H)を開けた。その後、酸化インジウムお
よび酸化亜鉛の積層をスパッタ法により基板長手方向に
間欠的にマスク製膜し、基板の一面に下電極層(第1電
極層)を形成し、次いで反対面に銀および酸化亜鉛の積
層からなる第3電極層を同様にリフトオフマスクにより
パターン形成した。このパターン形成により、第3電極
層を個別の第3電極層bに分割した。接続孔Hの内壁で
は、第1電極層と第3電極層は重なり導通した(図6
(a))。
電極層および第3電極層の形成されていない基板上に窒
化シリコンからなる電気絶縁層Iをリフトオフマスクに
よりパターン形成した。このパターン形成により、電気
絶縁層Iは個別に分割される。またこのとき、接続孔H
の内壁も電気絶縁層Iにより被覆される(図6
(b))。
電極層上に、a−Siからなる光電変換層a、透明電極
層u(第2電極層)を形成し、電気絶縁層Iおよび電気
絶縁層の形成されていない第3電極層上には酸化インジ
ウムからなる第4電極層をそれぞれスパッタ法を用いて
リフトオフマスクによりパターン形成した。このパター
ン形成により、第4電極層は、個別に分割される(図6
(c))。
層(第2電極層)からなる光電変換部をパターニング
し、YAG:Ndレ−ザの第2高調波を用いて一括して個別
に分割した(図6(d))。
電池を製作した。本実施例では、第1電極層および基板
を透光性にし、第3電極層を高反射率金属電極とするこ
とにより、第1電極層および基板を透過した光を第3電
極層で反射させ、第1電極層で反射できなかった分の反
射ロスを低減して太陽電池の効率が向上できた。
3の発明に関わる実施例の薄膜太陽電池の製造工程を示
す。以下に、図7(a)〜(d)の製造工程に従って本
実施例に係る薄膜太陽電池を説明する。
脂からなる長尺の基板1に、パンチを用いて直径1mmの
貫通孔(接続孔H)を開けた。その後、アルミおよび酸
化亜鉛をスパッタ法により基板長手方向に間欠的ステッ
プ製膜し、基板の一面に下電極層(第1電極層)を形成
し、次いで反対面にアルミからなる第3電極層をリフト
オフマスクによりパターン形成した。このパターン形成
により、第3電極層は個別の第3電極層bに分割され
る。また、YAG:Ndレ−ザの第2高調波を用いて、第1
電極層を個別の第1電極層lに分割した。接続孔Hの内
壁では、第1電極層と第3電極層は重なり導通した(図
7(a))。
電極層および第3電極層の形成されていない基板上に酸
化シリコンからなる電気絶縁層Iをリフトオフマスクに
よりパターン形成した。このパターン形成により、電気
絶縁層Iは個別に分割されている。またこのとき、接続
孔Hの内壁も電気絶縁層Iにより被覆される。続いて、
連続してプラズマCVD法を用いて、第1電極層および
第1電極層レ−ザ加工部上に、a−Siからなる光電変
換層a、透明電極層u(第2電極層)をスパッタ法を用
いてマスク形成した(図7(b))。
電変換層、透明電極層(第2電極層)をレ−ザ加工法を
用いて分割した(図7(c))。
層の形成されていない第3電極層上に、第4電極層を、
銀を添加した導電性ペ−ストによりスクリ−ン印刷法を
用いて形成した。このとき、導電性ペ−ストは接続孔H
に入り、第2電極層と電気的に接続した(図7
(d))。
膜太陽電池を製作した。本実施例では、第4電極層を印
刷電極とすることにより、電気絶縁層のピンホ−ルが原
因で発生する第3電極層と第4電極層の短絡事故を低減
することができた。
縁性を有する基板の表面に下電極層としての第1電極
層,光電変換層,透明電極層(第2電極層)を順次積層
してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続
電極層としての第3電極層および第4電極層と、前記第
3電極層と第4電極層との間に形成した電気絶縁層とを
備え、前記光電変換部および接続電極層を互いに位置を
ずらして単位部分にパターニングしてなり、前記透明電
極層形成領域内に形成した電気的直列接続用の接続孔を
介して、前記表面上の互いにパターニングされて隣合う
単位光電変換部分(ユニットセル)を電気的に直列に接
続してなる薄膜太陽電池において、第3電極層と第4電
極層に透明電極材料を適用することによって、第3電極
層と第4電極層とのコンタクト抵抗を高抵抗化し、電気
絶縁層のピンホ−ルが原因で発生する短絡事故を低減す
ることができる。
することにより、第1電極層と第2電極層(透明電極
層)のコンタクト抵抗を高抵抗化し、光電変換層のピン
ホール等が原因で発生する第1電極層と第2電極層の短
絡事故をも低減することができる。
ことにより、電気絶縁層のピンホ−ルが原因で発生する
第3電極層と第4電極層の短絡事故を低減することがで
きる。
平面図および部分断面図
の製造工程を示す図
陽電池の製造工程を示す図
陽電池の製造工程を示す図
陽電池の製造工程を示す図
陽電池の製造工程を示す図
平面図および下平面図
示す斜視図
概略を示す図
電極層、u:第2電極層(透明電極層)、H:接続孔、
I:電気絶縁層、L:第1電極層。
Claims (14)
- 【請求項1】 電気絶縁性を有する基板の表面に下電極
層としての第1電極層,光電変換層,透明電極層(第2
電極層)を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の
裏面に形成した接続電極層としての第3電極層および第
4電極層と、前記第3電極層と第4電極層との間に形成
した電気絶縁層とを備え、前記光電変換部および接続電
極層を互いに位置をずらして単位部分にパターニングし
てなり、前記透明電極層形成領域内に形成した電気的直
列接続用の接続孔を介して、前記表面上の互いにパター
ニングされて隣合う単位光電変換部分(ユニットセル)
を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池において、 前記第3電極層および第4電極層を、単一金属または合
金材料の層と透明電極材料の層とからなる複層構造とな
し、かつ前記透明電極材料の層を前記電気絶縁層側に形
成してなることを特徴とする薄膜太陽電池。 - 【請求項2】 請求項1記載の薄膜太陽電池の製造方法
であって、以下の1)ないし10)の工程を含むことを
特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 1)基板に接続孔を開け、スパッタ法により、基板表面
に第1電極層を形成し、裏面に単一金属または合金材料
の層と透明電極材料の層との複層構造からなる第3電極
層を形成する工程。 2)第1電極層および第3電極層を、レーザ加工法によ
りパターニングする工程 3)第3電極層の透明電極材料の層およびパターニング
部の上に、スパッタ法により電気絶縁層を形成する工程 4)電気絶縁層を、サンドブラスト加工法によりパター
ニングする工程 5)第1電極層および第1電極層のパターニング部の上
に、プラズマCVD法により光電変換層を形成する工程 6)光電変換層の上に、スパッタ法により透明電極層を
形成する工程 7)電気絶縁層および電気絶縁層のパターニング部の上
に、スパッタ法により、透明電極材料の層と単一金属ま
たは合金材料の層との複層構造からなる第4電極層を形
成する工程 8)透明電極層および光電変換層を、レーザ加工法によ
りパターニングする工程 9)第4電極層を、サンドブラスト法によりパターニン
グする工程 10)薄膜太陽電池のユニットセル内の局所的短絡を回
復するために、各ユニットセルに電圧印加処理を行う工
程。 - 【請求項3】 請求項1記載の薄膜太陽電池において、
前記第3電極層および第4電極層は、複層構造からなる
電極層に代えて、透明電極材料の単一層としたことを特
徴とする薄膜太陽電池。 - 【請求項4】 請求項2記載の薄膜太陽電池の製造方法
において、前記第3電極層および第4電極層は、複層構
造からなる電極層に代えて、透明電極材料の単一層とし
たことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1または3記載の薄膜太陽電池に
おいて、さらに前記第1電極層を透明電極材料から形成
してなることを特徴とする薄膜太陽電池。 - 【請求項6】 請求項5記載の薄膜太陽電池の製造方法
であって、以下の1)ないし8)の工程を含むことを特
徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 1)基板に接続孔を開け、スパッタ法により、基板表面
に第1電極層を形成する工程。 2)基板裏面に、スパッタ法により、リフトオフマスク
によりパターニングして第3電極層を形成する工程 3)第3電極層および第3電極層のパターニング部の上
に、スパッタ法により、リフトオフマスクによりパター
ニングして電気絶縁層を形成する工程 4)第1電極層上に、プラズマCVD法により光電変換
層および透明電極層を順次形成する工程 5)電気絶縁層および電気絶縁層のパターニング部の上
に、スパッタ法により、第4電極層を形成する工程 6)第1電極層,透明電極層および光電変換層を、サン
ドブラスト法によりパターニングする工程 7)第4電極層を、サンドブラスト法によりパターニン
グする工程 8)薄膜太陽電池のユニットセル内の局所的短絡を回復
するために、各ユニットセルに電圧印加処理を行う工
程。 - 【請求項7】 請求項5記載の薄膜太陽電池において、
前記電気絶縁性を有する基板は、高反射率を有する金属
材料表面を透光性絶縁材料により被覆してなるものとし
たことを特徴とする薄膜太陽電池。 - 【請求項8】 請求項6記載の薄膜太陽電池の製造方法
において、前記電気絶縁性を有する基板は、高反射率を
有する金属材料表面を透光性絶縁材料により被覆してな
るものとしたことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方
法。 - 【請求項9】 請求項1記載の薄膜太陽電池において、
前記電気絶縁性を有する基板は透光性材料からなり、ま
た前記第1電極層は透明電極材料からなり、さらに前記
第3電極層は、高反射率を有する単一金属または合金材
料の層と透明電極材料の層との複層構造からなるるもの
とし、かつ第4電極層は、透明電極材料の層と単一金属
または合金材料の層との複層構造からなるか,もしくは
透明電極材料の単一層としたことを特徴とする薄膜太陽
電池。 - 【請求項10】 請求項9記載の薄膜太陽電池の製造方
法であって、以下の1)ないし7)の工程を含むことを
特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 1)基板に接続孔を開け、スパッタ法により、基板表面
に第1電極層を形成する工程。 2)基板裏面に、スパッタ法により、リフトオフマスク
によりパターニングして第3電極層を形成する工程 3)第3電極層および第3電極層のパターニング部の上
に、スパッタ法により、リフトオフマスクによりパター
ニングして電気絶縁層を形成する工程 4)第1電極層上に、プラズマCVD法により光電変換
層および透明電極層を順次形成する工程 5)電気絶縁層および電気絶縁層のパターニング部の上
に、スパッタ法により、リフトオフマスクによりパター
ニングして第4電極層を形成する工程 6)第1電極層,透明電極層および光電変換層を、レー
ザ加工法によりパターニングする工程 7)薄膜太陽電池のユニットセル内の局所的短絡を回復
するために、各ユニットセルに電圧印加処理を行う工
程。 - 【請求項11】 請求項1,3,5,7および9のいず
れかに記載の薄膜太陽電池において、前記透明電極材料
は、ITO(インジウムスズオキサイド)、酸化インジ
ウム、酸化亜鉛、酸化錫などの酸化物導電材としたこと
を特徴とする薄膜太陽電池。 - 【請求項12】 電気絶縁性を有する基板の表面に下電
極層としての第1電極層,光電変換層,透明電極層(第
2電極層)を順次積層してなる光電変換部と、前記基板
の裏面に形成した接続電極層としての第3電極層および
第4電極層と、前記第3電極層と第4電極層との間に形
成した電気絶縁層とを備え、前記光電変換部および接続
電極層を互いに位置をずらして単位部分にパターニング
してなり、前記透明電極層形成領域内に形成した電気的
直列接続用の接続孔を介して、前記表面上の互いにパタ
ーニングされて隣合う単位光電変換部分(ユニットセ
ル)を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池におい
て、 前記第4電極層は、導電性ペーストを印刷してなるもの
としたことを特徴とする薄膜太陽電池。 - 【請求項13】 請求項12記載の薄膜太陽電池の製造
方法であって、以下の1)ないし9)の工程を含むこと
を特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 1)基板に接続孔を開け、スパッタ法により、基板表面
に第1電極層を形成する工程。 2)基板裏面に、スパッタ法により、リフトオフマスク
によりパターニングして第3電極層を形成する工程 3)第1電極層を、レーザ加工法によりパターニングす
る工程 4)第3電極層および第3電極層のパターニング部の上
に、スパッタ法により、リフトオフマスクによりパター
ニングして電気絶縁層を形成する工程 5)第1電極層および第1電極層のパターニング部の上
に、プラズマCVD法により光電変換層を形成する工程 6)光電変換層の上に、スパッタ法により透明電極層を
形成する工程 7)第1電極層のパターニング部上の透明電極層および
光電変換層を、レーザ加工法によりパターニングする工
程 8)電気絶縁層および電気絶縁層のパターニング部の上
に、導電ペーストを用いたスクリーン印刷法により、第
4電極層を形成する工程 9)薄膜太陽電池のユニットセル内の局所的短絡を回復
するために、各ユニットセルに電圧印加処理を行う工
程。 - 【請求項14】 請求項1,3,5,7,9,11およ
び12のいずれかに記載の薄膜太陽電池において、前記
電気絶縁層の材料は、窒化シリコンまたは酸化シリコン
としたことを特徴とする薄膜太陽電池。
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