JP2002076390A - Photovoltaic device and manufacturing method therefor - Google Patents
Photovoltaic device and manufacturing method thereforInfo
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Abstract
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、透光性基板上に形
成された複数のセル領域が直列に接続されている、いわ
ゆる集積型光起電力装置及びその製造方法に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called integrated photovoltaic device in which a plurality of cell regions formed on a light-transmitting substrate are connected in series, and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】いわゆるアモルファス集積型太陽電池
は、ガラス等の透光性基板の上に、ＳｎＯ2 やＺｎＯ等
の透明導電酸化物膜、少なくとも１つの接合を有するａ
−Ｓｉやａ−ＳｉＧｅ等の非晶質半導体または微結晶半
導体からなる光電変換層、ＡｇやＡｌ等の裏面電極を順
次積層し、形成中の各段階において基板以外の各層を複
数のセル領域に分離し、複数のセル領域を隣接するセル
領域間で直列に接続した光起電力装置である。各層を分
離して集積化するのに、レーザ等のエネルギービームが
一般に用いられている。2. Description of the Related Art A so-called amorphous integrated solar cell has a transparent conductive oxide film such as SnO 2 or ZnO and at least one junction on a light-transmitting substrate such as glass.
-A photoelectric conversion layer made of an amorphous semiconductor or a microcrystalline semiconductor such as Si or a-SiGe, and a back electrode such as Ag or Al are sequentially stacked, and each layer other than the substrate is formed in a plurality of cell regions at each stage during formation. A photovoltaic device in which a plurality of cell regions are separated and connected in series between adjacent cell regions. An energy beam such as a laser is generally used to separate and integrate the layers.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】集積型太陽電池では、
上述のようにレーザ等のエネルギービームを照射して分
離した透明導電酸化物膜の上に、厚み１μｍ以下の非常
に薄い半導体層が形成される。このため、透明導電酸化
物膜の分離された領域のエッジ部分で、厚みの薄い半導
体層が切断され、この部分で電流リークを生じるという
問題があった。また、集積型太陽電池では、透明導電酸
化物膜を出来るだけ低抵抗化したいという要望があっ
た。本発明の目的は、電流リークが生じにくく、かつ透
明導電酸化物膜の低抵抗化を図ることができる集積型の
光起電力装置及びその製造方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION In an integrated solar cell,
As described above, a very thin semiconductor layer having a thickness of 1 μm or less is formed on the transparent conductive oxide film separated by irradiation with an energy beam such as a laser. For this reason, there has been a problem that the thin semiconductor layer is cut at an edge portion of the separated region of the transparent conductive oxide film, and a current leak occurs at this portion. In addition, there has been a demand for integrated solar cells to reduce the resistance of a transparent conductive oxide film as much as possible. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an integrated photovoltaic device and a method for manufacturing the same, in which current leakage hardly occurs and the transparent conductive oxide film can have low resistance.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明の光起電力装置
は、透光性基板の上に、透明導電酸化物膜、少なくとも
１つの接合を有する非晶質半導体または微結晶半導体か
らなる光電変換層、及び裏面電極が順次積層されてお
り、透明導電酸化物膜、光電変換層、及び裏面電極が複
数のセル領域に分離され、かつ分離されたセル領域が、
隣接するセル領域間で直列に接続されている光起電力装
置であり、透明導電酸化物膜の分離された領域の両端
に、該透明導電酸化物膜が形成されていない分離部に向
かって厚みが薄くなるテーパ部が形成されており、該テ
ーパ部における結晶の配向性が該透明導電酸化物膜の他
の部分よりも高くなっているか、あるいは結晶粒径が該
透明導電酸化物膜の他の部分よりも大きくなっているこ
とを特徴としている。A photovoltaic device according to the present invention is a photoelectric conversion device comprising a transparent conductive oxide film, an amorphous semiconductor or a microcrystalline semiconductor having at least one junction on a light transmitting substrate. The layer, and the back electrode are sequentially stacked, the transparent conductive oxide film, the photoelectric conversion layer, and the back electrode are separated into a plurality of cell regions, and the separated cell region,
A photovoltaic device that is connected in series between adjacent cell regions and has a thickness at both ends of a separated region of the transparent conductive oxide film toward a separation portion where the transparent conductive oxide film is not formed. Is formed, and the crystal orientation of the tapered portion is higher than that of the other portion of the transparent conductive oxide film, or the crystal grain size is smaller than that of the transparent conductive oxide film. It is characterized by being larger than the part.
【０００５】本発明によれば、透明導電酸化物薄膜の分
離された領域の両端に、テーパ部が形成されているの
で、透明導電酸化物膜の分離された領域の両端にはなだ
らかな傾斜が形成され、エッジの状態にはならない。従
って、その上に、厚みの薄い半導体層が形成されても、
半導体層が切断されることはなく、電流リーク個所とな
らない。従って、漏れ電流は発生せず、出力特性の低下
を生じることがない。According to the present invention, since the tapered portions are formed at both ends of the separated region of the transparent conductive oxide thin film, a gentle slope is formed at both ends of the separated region of the transparent conductive oxide film. It is formed and does not become an edge state. Therefore, even if a thin semiconductor layer is formed thereon,
The semiconductor layer is not cut off and does not become a current leak portion. Therefore, no leakage current occurs and the output characteristics do not deteriorate.
【０００６】また、本発明によれば、テーパ部における
結晶の配向性が他の部分よりも高くなっているか、ある
いは結晶粒径が他の部分よりも大きくなっているので、
テーパ部における導電性が高くなる。従って、透明導電
酸化物膜の低抵抗化を図ることができる。透明導電酸化
物膜における結晶の配向性は、例えば、Ｘ線回折の（１
０１）ピークに対する（００２）ピークの比で表わされ
る、ｃ軸配向性により評価することができる。テーパ部
のｃ軸配向性は、テーパ部以外の他の部分のｃ軸配向性
より１．５倍以上高いことが好ましい。結晶の配向性が
高くなることにより、その部分の導電性が高くなるの
で、低抵抗化を図ることができる。According to the present invention, the crystal orientation in the tapered portion is higher than in other portions, or the crystal grain size is larger than in other portions.
The conductivity in the tapered portion increases. Therefore, the resistance of the transparent conductive oxide film can be reduced. The crystal orientation in the transparent conductive oxide film can be determined, for example, by (1) in X-ray diffraction.
It can be evaluated by the c-axis orientation represented by the ratio of (002) peak to 01) peak. It is preferable that the c-axis orientation of the tapered portion is at least 1.5 times higher than the c-axis orientation of the other portions other than the tapered portion. The higher the crystal orientation, the higher the conductivity of that portion, so that the resistance can be reduced.
【０００７】透明導電酸化物膜の結晶粒径は、例えば、
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により測定することができ
る。テーパ部の結晶粒径は、テーパ部以外の他の部分に
おける結晶粒径が１５００Å以外のときに、テーパ部に
おける結晶粒径が２０００Å以上であることが好まし
い。テーパ部における結晶粒径を大きくすることによ
り、透明導電酸化物膜を低抵抗化することができ、光起
電力装置の出力特性を高めることができる。なお、本発
明において結晶粒径は、各結晶の面内方向における結晶
粒径の最大値である。The crystal grain size of the transparent conductive oxide film is, for example,
It can be measured by a transmission electron microscope (TEM). The crystal grain size of the tapered portion is preferably 2000 ° or more when the crystal grain size of the portion other than the tapered portion is other than 1500 °. By increasing the crystal grain size in the tapered portion, the resistance of the transparent conductive oxide film can be reduced, and the output characteristics of the photovoltaic device can be improved. In the present invention, the crystal grain size is the maximum value of the crystal grain size in the in-plane direction of each crystal.
【０００８】本発明におけるテーパ部での結晶の配向性
の向上または結晶粒径の増大は、テーパ部を加熱するこ
とによりもたらすことができるものである。具体的に
は、透明導電酸化物膜を分離するため、レーザ等のエネ
ルギービームを照射する際、テーパ部を形成するととも
に、テーパ部を加熱し、結晶の配向性を高めるか、ある
いは結晶粒径を増大させることができる。In the present invention, the improvement of the crystal orientation or the crystal grain size at the tapered portion can be brought about by heating the tapered portion. Specifically, when irradiating an energy beam such as a laser to separate the transparent conductive oxide film, a tapered portion is formed and the tapered portion is heated to increase the crystal orientation or to increase the crystal grain size. Can be increased.
【０００９】本発明において、テーパ部の幅は、３μｍ
以上であることが好ましい。テーパ部の幅を広くするこ
とにより、テーパ部における傾斜がなだらかになり、電
流リーク個所となりにくくなる。また、結晶の配向性が
高い領域または結晶粒径の大きな領域が多くなるので、
透明導電酸化物膜のより一層の低抵抗化を図ることがで
き、出力特性を向上させることができる。In the present invention, the width of the tapered portion is 3 μm
It is preferable that it is above. By increasing the width of the tapered portion, the inclination of the tapered portion becomes gentle, and it becomes difficult to cause a current leak. In addition, since the region where the crystal orientation is high or the region where the crystal grain size is large increases,
The resistance of the transparent conductive oxide film can be further reduced, and the output characteristics can be improved.
【００１０】また、テーパ部の厚みは、一旦その内側の
他の部分よりも厚くなった後、薄くなっていることが好
ましい。このように一旦厚みが厚くなる領域が形成され
ることにより、テーパ部の上方部分に丸みを持たせるこ
とができ、その上に形成される半導体層において、さら
に切断を生じにくくさせることができる。従って、電流
リーク個所の発生をさらに抑制することができ、出力特
性を向上させることができる。It is preferable that the thickness of the tapered portion once becomes thicker than other portions inside the tapered portion and then becomes thinner. By thus forming the region having a large thickness, the upper portion of the tapered portion can be rounded, and the semiconductor layer formed thereon can be made harder to cut. Therefore, the occurrence of a current leak portion can be further suppressed, and output characteristics can be improved.
【００１１】本発明において、透明導電酸化物膜は、例
えば、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）
等から形成させることができるが、特に酸化亜鉛はレー
ザ等のエネルギービームの照射により結晶の配向性が高
くなり、結晶粒径が大きくなりやすい。従って、透明導
電酸化物膜を酸化亜鉛から形成する場合に、特に本発明
の効果が顕著に発揮される。In the present invention, the transparent conductive oxide film is made of, for example, zinc oxide, tin oxide, indium tin oxide (ITO).
In particular, zinc oxide tends to have a high crystal orientation and a large crystal grain size when irradiated with an energy beam such as a laser. Therefore, when the transparent conductive oxide film is formed from zinc oxide, the effect of the present invention is particularly remarkably exhibited.
【００１２】本発明においては、裏面電極との接続部に
近い側のテーパ部の幅が他方のテーパ部の幅よりも狭い
ことが好ましい。例えば、裏面電極との接続部に近い側
のテーパ部の幅は、他方のテーパ部の幅よりも１０％以
上狭いことが好ましい。裏面電極との接続部に近い側の
テーパ部は、裏面電極に直接に接続されているので、こ
の部分で半導体層が切断されて裏面電極と接しても、漏
れ電流とはならない。従って、この部分のテーパ部の幅
が狭く、テーパ部の傾斜が急であってもほとんど影響が
ない。また、この部分のテーパ部の幅を狭くすることに
より、セルの有効面積を大きくすることができるので、
出力特性を高めることができる。In the present invention, it is preferable that the width of the tapered portion on the side closer to the connection with the back electrode is smaller than the width of the other tapered portion. For example, it is preferable that the width of the tapered portion closer to the connection portion with the back electrode is at least 10% narrower than the width of the other tapered portion. Since the tapered portion on the side closer to the connection with the back electrode is directly connected to the back electrode, even if the semiconductor layer is cut at this portion and comes into contact with the back electrode, no leakage current occurs. Therefore, even if the width of the tapered portion in this portion is small and the inclination of the tapered portion is steep, there is almost no effect. Further, by reducing the width of the tapered portion in this portion, the effective area of the cell can be increased.
Output characteristics can be improved.
【００１３】このように対向する一方のテーパ部の幅
を、他方のテーパ部の幅より狭くなるように形成するに
は、強度分布のピークを幅の狭いテーパ部側にずらせた
エネルギービームを照射して、分離部を形成する方法が
挙げられる。In order to form the width of one of the opposed tapered portions to be smaller than the width of the other tapered portion, an energy beam having an intensity distribution peak shifted to the narrower tapered portion side is irradiated. Then, a method of forming a separation portion is given.
【００１４】すなわち、本発明の光起電力装置の製造方
法は、裏面電極との接続部に近い側のテーパ部の幅が、
他方のテーパ部の幅より狭い光起電力装置を製造する方
法であり、幅の狭いテーパ部を形成すべき領域側に強度
分布のピークをずらせたエネルギービームを照射して、
透明導電酸化物膜に分離部を形成し、透明導電酸化物膜
を分離することを特徴としている。That is, according to the method of manufacturing a photovoltaic device of the present invention, the width of the tapered portion on the side close to the connection with the back electrode is
It is a method of manufacturing a photovoltaic device narrower than the width of the other taper portion, by irradiating an energy beam having shifted the peak of the intensity distribution to the region side where the narrow taper portion is to be formed,
A separation portion is formed in the transparent conductive oxide film to separate the transparent conductive oxide film.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】（第１の実施例）図１は、本発明
に従う第１の実施例の光起電力装置を示す断面図であ
る。透光性基板であるガラス基板１の上には、透明導電
酸化物膜２、光電変換層６、及び裏面電極７が順次積層
されている。光電変換層６は、ｐ型の非晶質炭化シリコ
ン（ａ−ＳｉＣ）層３、真性の非晶質シリコン（ａ−Ｓ
ｉ）層４、及びｎ型の微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）層
５を順次積層することにより構成されている。(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing a photovoltaic device of a first embodiment according to the present invention. On a glass substrate 1, which is a light-transmitting substrate, a transparent conductive oxide film 2, a photoelectric conversion layer 6, and a back electrode 7 are sequentially laminated. The photoelectric conversion layer 6 includes a p-type amorphous silicon carbide (a-SiC) layer 3 and an intrinsic amorphous silicon (a-S
i) A layer 4 and an n-type microcrystalline silicon (μc-Si) layer 5 are sequentially laminated.
【００１６】ガラス基板１のサイズは、３０ｃｍ×４０
ｃｍであり、厚みは５ｍｍである。透明導電酸化物２
は、厚み８０００Åの酸化亜鉛（ＺｎＯ）の膜から形成
されている。この酸化亜鉛膜は、公知のＤＣマグネトロ
ンスパッタ法により、基板温度３００℃、Ａｒガス流量
４００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ガス流量１０ｓｃｃｍ、圧力１Ｐ
ａの雰囲気で、大きさ３００ｃｍ2 の３％Ａｌ2Ｏ3 ド
ープＺｎＯターゲットを用い、０．１ｋＷの電力を印加
して形成されている。The size of the glass substrate 1 is 30 cm × 40
cm and a thickness of 5 mm. Transparent conductive oxide 2
Is formed from a zinc oxide (ZnO) film having a thickness of 8000 °. This zinc oxide film is formed by a known DC magnetron sputtering method at a substrate temperature of 300 ° C., an Ar gas flow rate of 400 sccm, an O 2 gas flow rate of 10 sccm, and a pressure of 1 P.
It is formed in an atmosphere of a by using a 3% Al 2 O 3 -doped ZnO target having a size of 300 cm 2 and applying a power of 0.1 kW.
【００１７】透明導電酸化物膜２を形成した後、所定の
位置にレーザ光を照射して、分離部８を形成し、透明導
電酸化物膜２を複数のセル領域に分割している。レーザ
照射による加工は、室温状態において波長１．０６μ
ｍ、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを用い
て、下地のガラス基板１に熱的影響がでない強度である
４×１０7 Ｗ／ｃｍ2 のレーザパワー強度で、１０ｍｍ
／秒の加工速度でレーザを走査し、集積するセル領域が
３５段となるように透明導電酸化物膜２を分割してい
る。After the transparent conductive oxide film 2 is formed, a predetermined position is irradiated with a laser beam to form a separation portion 8, and the transparent conductive oxide film 2 is divided into a plurality of cell regions. Processing by laser irradiation has a wavelength of 1.06μ at room temperature.
m, using a Nd: YAG laser having a pulse frequency of 3 kHz and a laser power intensity of 4 × 10 7 W / cm 2 , which is an intensity that does not thermally affect the underlying glass substrate 1, and is 10 mm.
The transparent conductive oxide film 2 is divided by scanning a laser at a processing speed of / sec so that the cell area to be integrated is 35 steps.
【００１８】図５は、このときに用いたレーザ光の強度
分布プロファイルを示す図である。図５に示すように、
このとき用いたレーザ光２０は、スポット幅が広くかつ
強度の小さいレーザ光と、スポット幅が狭くかつ強度の
大きいレーザ光の２種類のレーザ光を重ねることにより
得られるレーザ光である。このような強度分布を有する
レーザ光を用いて透明導電酸化物膜２を分離することに
より、分離された透明酸化物膜２の両端には、分離部８
に向かって厚みが薄くなるテーパ部１１及び１２が形成
される。図５に示すレーザ光２０のスポット径ｄ1 は１
５０μｍである。FIG. 5 is a diagram showing an intensity distribution profile of the laser beam used at this time. As shown in FIG.
The laser beam 20 used at this time is a laser beam obtained by superimposing two types of laser beams, a laser beam having a large spot width and a small intensity, and a laser beam having a small spot width and a large intensity. By separating the transparent conductive oxide film 2 using a laser beam having such an intensity distribution, the separating portions 8 are provided at both ends of the separated transparent oxide film 2.
The tapered portions 11 and 12 whose thickness becomes thinner toward are formed. The spot diameter d 1 of the laser beam 20 shown in FIG.
50 μm.
【００１９】図２は、テーパ部１１及び１２を拡大して
示す断面図である。図２に示されるように、テーパ部１
１及び１２には、一旦その内側の他の部分よりも厚みが
厚くなった隆起部１１ａ及び１２ａがそれぞれ形成され
ている。この隆起部は、レーザ光を照射して加工する
際、テーパ部となる部分が半溶融状態となるため、表面
張力により盛り上がり形成される部分である。隆起部１
１ａ及び１２ａの厚みは、１．１μｍである。FIG. 2 is a sectional view showing the tapered portions 11 and 12 in an enlarged manner. As shown in FIG.
Protrusions 11a and 12a which are once thicker than other portions inside are formed on 1 and 12, respectively. When being processed by irradiating a laser beam, the protruding portion is a portion which is swelled by surface tension because a portion to be a tapered portion is in a semi-molten state. Ridge 1
The thickness of 1a and 12a is 1.1 μm.
【００２０】このような隆起部が存在することにより、
テーパ部の上方部分が丸みを帯びた形状となり、その上
に形成される光電変換層６中の半導体層に切断が生じに
くくなり、漏れ電流の発生が抑制される。また、テーパ
部は、なだらかな傾斜を有するので、この部分でも段差
が形成されることがなく、光電変換層６中の半導体層に
切断が生じにくくなり、漏れ電流の発生を抑制すること
ができる。Due to the presence of such a ridge,
The upper portion of the tapered portion has a rounded shape, and the semiconductor layer in the photoelectric conversion layer 6 formed thereon is less likely to be cut, thereby suppressing generation of leakage current. In addition, since the tapered portion has a gentle slope, no step is formed even in this portion, so that the semiconductor layer in the photoelectric conversion layer 6 is hardly cut, and the generation of leakage current can be suppressed. .
【００２１】テーパ部１１及び１２における酸化亜鉛の
結晶粒径を、ＴＥＭで観察し測定したところ５０００Å
であった。テーパ部以外の他の部分の透明導電酸化物膜
２中の結晶粒径は１０００Åであった。また、テーパ部
１１及び１２におけるｃ軸配向性は４であり、他の部分
のｃ軸配向性は２であった。従って、テーパ部１１及び
１２においては、結晶の配向性が他の部分より高くなっ
ており、結晶粒径も他の部分より大きくなっていること
がわかる。テーパ部１１及び１２の幅Ｗは、１０μｍで
あった。The crystal grain size of zinc oxide in the tapered portions 11 and 12 was observed and measured by TEM to find that it was 5000 °.
Met. The crystal grain size in the transparent conductive oxide film 2 other than the tapered portion was 1000 °. The c-axis orientation of the tapered portions 11 and 12 was 4, and the c-axis orientation of the other portions was 2. Therefore, it can be seen that in the tapered portions 11 and 12, the crystal orientation is higher than the other portions, and the crystal grain size is larger than the other portions. The width W of the tapered portions 11 and 12 was 10 μm.
【００２２】次に、光電変換層６を構成するｐ型ａ−Ｓ
ｉＣ層３、ｉ型ａ−Ｓｉ層４、及びｎ型μｃ−Ｓｉ層５
を、プラズマＣＶＤ法により以下の表１に示す条件で形
成する。平行平板のプラズマＣＶＤ装置を用い、放電電
極面積１５００ｃｍ2 、電極間隔４０ｍｍとして形成す
る。Next, the p-type aS constituting the photoelectric conversion layer 6 is formed.
iC layer 3, i-type a-Si layer 4, and n-type μc-Si layer 5
Is formed by the plasma CVD method under the conditions shown in Table 1 below. Using a parallel plate plasma CVD apparatus, a discharge electrode area is 1500 cm 2 and an electrode interval is 40 mm.
【００２３】[0023]
【表１】 [Table 1]
【００２４】次に光電変換層６を、レーザ光の照射によ
り分離する。分離する個所は、図１に示す裏面電極７と
透明導電酸化物膜２との接続部９となる個所である。室
温で波長０．５３μｍ、パルス周波数３ｋＨｚのＹＡＧ
レーザの第２高調波を用いて、良好な加工性が得られる
２×１０7 Ｗ／ｃｍ2 のレーザパワー密度、１０ｍｍ／
秒の加工速度で加工し、光電変換層６を分離した。Next, the photoelectric conversion layer 6 is separated by laser light irradiation. The part to be separated is a part to be a connection part 9 between the back electrode 7 and the transparent conductive oxide film 2 shown in FIG. YAG with a wavelength of 0.53 μm and a pulse frequency of 3 kHz at room temperature
Laser power density of 2 × 10 7 W / cm 2 for obtaining good workability by using the second harmonic of laser, 10 mm /
The photoelectric conversion layer 6 was separated at a processing speed of seconds.
【００２５】次に、裏面電極７を形成した。裏面電極７
は、厚み４０００Åのアルミニウム膜により形成した。
ＤＣマグネトロンスパッタ法により、基板温度２００℃
で、Ａｒガス流量４００ｓｃｃｍ、圧力１Ｐａの雰囲気
下で、大きさ３００ｃｍ2 のＡｌターゲットを用い、
０．１ｋＷの電力を印加して形成した。Next, a back electrode 7 was formed. Back electrode 7
Was formed by a 4000-mm thick aluminum film.
Substrate temperature 200 ° C by DC magnetron sputtering
In an atmosphere of an Ar gas flow rate of 400 sccm and a pressure of 1 Pa, using an Al target having a size of 300 cm 2 ,
It was formed by applying a power of 0.1 kW.
【００２６】次に、裏面電極７を、レーザ光の照射によ
り分離した。分離する個所は、図１に示す分離部１０で
あり、裏面電極７と共に、光電変換層６も同時に除去し
分離した。室温で波長０．５３μｍ、パルス周波数３ｋ
ＨｚのＹＡＧレーザの第２高調波を用いて、良好な加工
性を得られる２×１０7 Ｗ／ｃｍ2 のレーザパワー密
度、１０ｍｍ／秒の加工速度で分離加工した。以上のよ
うにして、３５段集積型の非晶質起電力装置を作製し
た。Next, the back electrode 7 was separated by laser light irradiation. The part to be separated is the separating part 10 shown in FIG. 1. The photoelectric conversion layer 6 was also removed together with the back electrode 7 and separated. 0.53μm wavelength, 3k pulse frequency at room temperature
Using a second harmonic of a YAG laser at a frequency of 2 Hz, the laser beam was separated and processed at a laser power density of 2 × 10 7 W / cm 2 and a processing speed of 10 mm / sec at which good processability was obtained. As described above, a 35-stage integrated amorphous electromotive force device was manufactured.
【００２７】（第２の実施例）上記第１の実施例におい
て、透明導電酸化物膜２をレーザ光照射により分離する
際、基板の温度を３００℃に加熱して行なった。この結
果、図３に示すように、隆起部を有しないテーパ部１１
及び１２が形成された。その他は、上記第１の実施例と
同様にして、光電変換層６及び裏面電極７を形成し、各
層をレーザ光照射により分離し、３５段集積型の非晶質
起電力装置を作製した。(Second Embodiment) In the first embodiment, when the transparent conductive oxide film 2 is separated by irradiating a laser beam, the temperature of the substrate is increased to 300 ° C. As a result, as shown in FIG.
And 12 were formed. Other than that, the photoelectric conversion layer 6 and the back surface electrode 7 were formed in the same manner as in the first embodiment, and the respective layers were separated by laser beam irradiation, thereby producing a 35-stage integrated type of electromotive force generator.
【００２８】（従来例）上記第１の実施例において、透
明導電酸化物膜２をレーザ光照射により分離する際、照
射するレーザ光として、図６に示すような従来のエネル
ギー強度分布を有するレーザ光２１を用いる以外は上記
第１の実施例と同様にして、光起電力装置を作製した。
また、図６に示すレーザ光２１のスポット径ｄ2 は、１
００μｍである。従来例において形成された透明導電酸
化物膜２の両端には、図４に示すようにほぼ垂直方向の
端面を有する端部１３及び１４が形成された。(Conventional Example) In the first embodiment, when the transparent conductive oxide film 2 is separated by laser light irradiation, a laser having a conventional energy intensity distribution as shown in FIG. A photovoltaic device was manufactured in the same manner as in the first embodiment except that the light 21 was used.
The spot diameter d 2 of the laser beam 21 shown in FIG.
00 μm. At both ends of the transparent conductive oxide film 2 formed in the conventional example, ends 13 and 14 having end faces in a substantially vertical direction were formed as shown in FIG.
【００２９】なお、全ての実施例及び比較例において光
電変換層６及び裏面電極７を分離加工するのに用いたレ
ーザ光は、図６に示すようなエネルギー強度分布を有す
るレーザ光である。The laser beam used to separate and process the photoelectric conversion layer 6 and the back electrode 7 in all Examples and Comparative Examples is a laser beam having an energy intensity distribution as shown in FIG.
【００３０】（電池特性の評価）第１の実施例、第２の
実施例、及び従来例の各光起電力装置について、ＡＭ−
１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2 、２５℃の条件下で、開放
電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（Ｆ．
Ｆ．）、及び最大出力（Ｐｍａｘ）を測定し、その結果
を表２に示した。(Evaluation of Battery Characteristics) Each of the photovoltaic devices of the first embodiment, the second embodiment, and the conventional example has an AM-
Under the conditions of 1.5, 100 mW / cm 2 and 25 ° C., open-circuit voltage (Voc), short-circuit current (Isc), and fill factor (F.
F. ) And the maximum output (Pmax) were measured, and the results are shown in Table 2.
【００３１】[0031]
【表２】 [Table 2]
【００３２】表２から明らかなように、本発明に従う第
１の実施例及び第２の実施例の光起電力装置は、従来例
の光起電力装置に比べ、開放電圧及び曲線因子が向上し
ており、出力特性が高まっていることがわかる。これ
は、透明導電酸化物膜の両端にテーパ部が形成されたこ
とにより、この部分における電流リークが防止され、漏
れ電流が低減したことによるものと考えられる。As is clear from Table 2, the open-circuit voltage and the fill factor of the photovoltaic devices of the first and second embodiments according to the present invention are improved as compared with the conventional photovoltaic device. It can be seen that the output characteristics have been enhanced. This is considered to be due to the fact that the taper portions were formed at both ends of the transparent conductive oxide film, thereby preventing current leakage in this portion and reducing the leakage current.
【００３３】（テーパ部の幅についての検討）上記第１
の実施例において、透明導電酸化物膜５を分離するため
のレーザ光のエネルギー強度分布を変化させ、テーパ部
の幅の異なる光起電力装置を作製し、テーパ部の幅が出
力特性に与える特性について検討した。具体的には、図
５に示すスポット径の広い方のビーム強度と、スポット
径の狭い方のビーム強度の両方を変化させ、レーザスポ
ットの端から２５μｍ付近とレーザスポットの中央のエ
ネルギー強度比を１／６から１／３まで変化させたレー
ザ光を用い、透明導電酸化物膜を分離加工して、テーパ
部の幅の異なる光起電力装置を作製した。得られた各光
起電力装置について、最大出力を測定した。(Study on the width of the tapered portion)
In the embodiment, the energy intensity distribution of the laser beam for separating the transparent conductive oxide film 5 is changed to manufacture a photovoltaic device having different tapered portions, and the characteristics of the tapered portion giving the output characteristics. Was considered. Specifically, both the beam intensity of the larger spot diameter and the beam intensity of the smaller spot diameter shown in FIG. 5 are changed, and the energy intensity ratio between 25 μm from the end of the laser spot and the center of the laser spot is changed. Using a laser beam changed from 1/6 to 1/3, the transparent conductive oxide film was separated and processed to produce photovoltaic devices having different tapered portions. The maximum output was measured for each of the obtained photovoltaic devices.
【００３４】図７は、以上のようにして測定されたテー
パ部の幅と最大出力との関係を示す図である。図７に示
すテーパ部の幅“０”は、上記従来例についての測定結
果である。なお、ここで作製した光起電力装置のテーパ
部における結晶粒径は、いずれも３０００Åであった。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the width of the tapered portion and the maximum output measured as described above. The width “0” of the tapered portion shown in FIG. 7 is a measurement result for the above conventional example. The crystal grain size in the tapered portion of each of the photovoltaic devices manufactured here was 3000 °.
【００３５】図７に示す結果から明らかなように、テー
パ部の幅が３μｍである光起電力装置において出力特性
の向上が認められており、テーパ部の幅が１０μｍとな
るまでの間、テーパ部の幅の増加に比例して出力特性が
向上していることがわかる。As is clear from the results shown in FIG. 7, the output characteristics of the photovoltaic device having a tapered portion width of 3 μm have been improved, and the tapered portion has a tapered width of 10 μm. It can be seen that the output characteristics are improved in proportion to the increase in the width of the portion.
【００３６】（テーパ部における結晶粒径についての検
討）透明導電酸化物膜を分離するためのレーザ光を、図
５に示すような強度分布にし、エネルギー密度だけを変
化させて、テーパ部における結晶粒径を変化させ、その
他は上記第１の実施例と同様にして光起電力装置を作製
し、その最大出力を測定した。なお、テーパ部の幅は、
いずれも７μｍであった。(Examination of Crystal Grain Size at Tapered Portion) The laser beam for separating the transparent conductive oxide film has an intensity distribution as shown in FIG. A photovoltaic device was manufactured in the same manner as in the first example except that the particle size was changed, and the maximum output was measured. The width of the tapered portion is
Each was 7 μm.
【００３７】図８は、テーパ部における結晶粒径と最大
出力との関係を示す図である。図８に示すように、テー
パ部における結晶粒径が２０００Åを超えると急激に最
大出力が向上することがわかる。なお、レーザ光が照射
されないテーパ部以外の領域の結晶粒径は、１０００Å
であった。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the crystal grain size at the tapered portion and the maximum output. As shown in FIG. 8, it can be seen that the maximum output sharply increases when the crystal grain size at the tapered portion exceeds 2000 °. The crystal grain size in the region other than the tapered portion where the laser beam is not irradiated is 1000 mm.
Met.
【００３８】（テーパ部以外の他の部分における結晶粒
径についての検討）上記第１の実施例において、透明導
電酸化物膜を形成する際の基板温度を変えてレーザ光が
照射されない透明導電酸化物膜のテーパ部以外の他の部
分における結晶粒径を変化させた。この結果、テーパ部
以外の他の部分における結晶粒径が１５００Å以下のと
きに、本発明による出力特性の向上が顕著に認められ
た。従って、テーパ部以外の他の部分における結晶粒径
は、１５００Å以下であることが好ましいことがわか
る。(Study on Crystal Grain Size in Parts Other Than Tapered Portion) In the first embodiment, the transparent conductive oxide film was not irradiated with laser light by changing the substrate temperature when forming the transparent conductive oxide film. The crystal grain size in other portions than the tapered portion of the object film was changed. As a result, when the crystal grain size in the portion other than the tapered portion was 1500 ° or less, the output characteristics of the present invention were remarkably improved. Therefore, it is understood that the crystal grain size in the other portion than the tapered portion is preferably 1500 ° or less.
【００３９】（テーパ部におけるｃ軸配向性についての
検討）上記第１の実施例において、透明導電酸化物膜を
形成する際の雰囲気圧力を変化させて、ｃ軸配向性が異
なるテーパ部を形成した。この結果、テーパ部における
ｃ軸配向性が、テーパ部以外の他の部分のｃ軸配向性よ
り１．５倍以上高い場合に、特に出力特性が向上するこ
とがわかった。(Study on c-axis Orientation in Tapered Portion) In the first embodiment, a tapered portion having a different c-axis orientation is formed by changing the atmospheric pressure when the transparent conductive oxide film is formed. did. As a result, it was found that the output characteristics were particularly improved when the c-axis orientation in the tapered portion was 1.5 times or more higher than the c-axis orientation in portions other than the tapered portion.
【００４０】（第３の実施例）上記第１の実施例におい
て、透明導電酸化物膜を分離する際に照射するレーザ光
のエネルギー強度分布を、図１０に示すレーザ光２２の
ように、そのピーク２２ａが中心から距離Ｌ2 ずれたレ
ーザ光を用いた。図１０に点線で示すレーザ光２０は、
左右対称のエネルギー強度分布を有するものであり、第
１の実施例において用いたのと同様のものである。その
ピーク２０ａは、レーザスポットの中心に位置してお
り、レーザスポットの両端からそれぞれ等しい距離Ｌ1
隔てた位置にある。このようなレーザ光２０は、上述の
ように、スポット幅が広くかつ強度の小さいレーザ光
と、スポット幅が狭くかつ強度の大きいレーザ光の２種
類のレーザ光を重ねることにより合成されるものであ
る。実線で示すピーク２２ａが中心からずれたレーザ光
２２は、スポット幅が狭くかつ強度の大きいレーザ光の
位置を中心からずらせることにより合成することができ
る。(Third Embodiment) In the first embodiment, the energy intensity distribution of the laser beam irradiated when separating the transparent conductive oxide film is changed as shown in FIG. peak 22a was used the distance L 2 shifted laser beam from the center. The laser light 20 indicated by the dotted line in FIG.
It has a symmetrical energy intensity distribution and is the same as that used in the first embodiment. The peak 20a is located at the center of the laser spot, and has the same distance L 1 from both ends of the laser spot.
It is located at a distance. As described above, such a laser beam 20 is synthesized by superimposing two types of laser beams, a laser beam having a wide spot width and a small intensity, and a laser beam having a narrow spot width and a large intensity. is there. The laser beam 22 whose peak 22a indicated by the solid line is shifted from the center can be synthesized by shifting the position of the laser beam having a narrow spot width and a high intensity from the center.
【００４１】図９は、図１０に示すようなピークが中心
からずれたエネルギー強度分布を有するレーザ光２２を
透明導電酸化物膜２の分離加工に用いた光起電力装置を
示す断面図である。図９に示すように、レーザ光の強度
分布のピークに近い方で形成されたテーパ部１１は、他
方のテーパ部１２に比べ、その傾斜が急になっている。
従って、テーパ部１１の幅は、テーパ部１２よりも狭く
なっている。テーパ部１１は、裏面電極７が、隣接する
セル領域の透明導電酸化物膜２と直列に接続される接続
部９に近い側のテーパ部である。従って、テーパ部１１
は、電流リークによる漏れ電流の発生には直接影響を与
える部分でない。従って、テーパ部１１の幅を狭くして
も、電流リークの発生には直接影響しない。テーパ部１
１の幅を狭くすることにより、発電に有効なセル領域Ｒ
の面積を増加することができる。従って、テーパ部１１
の幅をテーパ部１２の幅よりも狭くすることにより、出
力特性をさらに向上させることができる。テーパ部１１
の幅を、テーパ部１２の幅より１０％以上狭くすること
により、このようなセルの有効面積増加による出力特性
の向上が顕著に認められるようになる。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a photovoltaic device using a laser beam 22 having an energy intensity distribution whose peak deviates from the center as shown in FIG. 10 for separating the transparent conductive oxide film 2. . As shown in FIG. 9, the slope of the tapered portion 11 formed closer to the peak of the intensity distribution of the laser light is steeper than that of the other tapered portion 12.
Therefore, the width of the tapered portion 11 is smaller than that of the tapered portion 12. The tapered portion 11 is a tapered portion on the side closer to the connection portion 9 where the back electrode 7 is connected in series with the transparent conductive oxide film 2 in the adjacent cell region. Therefore, the tapered portion 11
Is not a part that directly affects the generation of leakage current due to current leakage. Therefore, even if the width of the tapered portion 11 is reduced, it does not directly affect the occurrence of current leakage. Taper part 1
1, the cell region R effective for power generation is reduced.
Area can be increased. Therefore, the tapered portion 11
Is narrower than the width of the tapered portion 12, the output characteristics can be further improved. Tapered part 11
Is narrowed by 10% or more than the width of the tapered portion 12, the improvement of the output characteristics due to such an increase in the effective area of the cell becomes remarkable.
【００４２】上記実施例においては、透明導電酸化物膜
として、ＤＣマグネトロンスパッタより形成した酸化亜
鉛（ＺｎＯ）の薄膜を示したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、例えば、酸化亜鉛からなる透明導電
酸化物膜を、ＭＯＣＶＤで形成してもよいし、酸化錫か
ら形成した透明導電酸化物膜を用いてもよい。In the above embodiment, a thin film of zinc oxide (ZnO) formed by DC magnetron sputtering was shown as the transparent conductive oxide film, but the present invention is not limited to this. May be formed by MOCVD, or a transparent conductive oxide film formed of tin oxide may be used.
【００４３】また、上記実施例では、ｐ型の非晶質炭化
シリコン層、真性の非晶質シリコン層、及びｎ型の微結
晶シリコン層から形成した光電変換層を例に示したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、その他の半導
体薄膜で形成した光電変換層であってもよいし、ｐｉｎ
接合を複数含むような積層型の光電変換層であってもよ
い。特に、積層型の光電変換層は、半導体各層の厚みが
薄いので、電流のリーク個所が発生しやすい。このた
め、特に本発明の効果が顕著に発揮される光起電力装置
である。In the above embodiment, the photoelectric conversion layer formed of the p-type amorphous silicon carbide layer, the intrinsic amorphous silicon layer, and the n-type microcrystalline silicon layer has been described as an example.
The present invention is not limited to this, and a photoelectric conversion layer formed of another semiconductor thin film may be used.
A stacked photoelectric conversion layer including a plurality of junctions may be used. In particular, since the thickness of each semiconductor layer in the stacked photoelectric conversion layer is small, a leak portion of current is likely to occur. Therefore, a photovoltaic device in which the effects of the present invention are particularly remarkably exhibited.
【００４４】[0044]
【発明の効果】本発明によれば、電流リークの発生を防
止し、かつ透明導電酸化物膜の低抵抗化を図ることがで
きるので、出力特性を向上させることができる。According to the present invention, current leakage can be prevented and the resistance of the transparent conductive oxide film can be reduced, so that the output characteristics can be improved.
【図１】本発明に従う第１の実施例の光起電力装置を示
す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a photovoltaic device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明に従う第１の実施例の光起電力装置にお
けるテーパ部を示す拡大断面図。FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a tapered portion in the photovoltaic device of the first embodiment according to the present invention.
【図３】本発明に従う第２の実施例の光起電力装置にお
けるテーパ部を示す拡大断面図。FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a tapered portion in a photovoltaic device of a second embodiment according to the present invention.
【図４】従来例の光起電力装置における透明導電酸化物
膜の端部を示す拡大断面図。FIG. 4 is an enlarged sectional view showing an end of a transparent conductive oxide film in a conventional photovoltaic device.
【図５】本発明に従う光起電力装置の製造工程において
透明導電酸化物膜を分離加工するのに用いられるレーザ
光のエネルギー強度分布を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an energy intensity distribution of a laser beam used for separating and processing a transparent conductive oxide film in a manufacturing process of the photovoltaic device according to the present invention.
【図６】従来例の光起電力装置の製造工程において透明
導電酸化物膜を分離加工するのに用いられるレーザ光の
エネルギー強度分布を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an energy intensity distribution of laser light used for separating and processing a transparent conductive oxide film in a manufacturing process of a conventional photovoltaic device.
【図７】テーパ部の幅と最大出力との関係を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a width of a tapered portion and a maximum output.
【図８】テーパ部における結晶粒径と最大出力との関係
を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a crystal grain size in a tapered portion and a maximum output.
【図９】本発明に従う第３の実施例の光起電力装置を示
す断面図。FIG. 9 is a sectional view showing a photovoltaic device according to a third embodiment of the present invention.
【図１０】本発明に従う第３の実施例の光起電力装置の
製造工程において透明導電酸化物膜を分離加工するのに
用いられるレーザ光のエネルギー強度分布を示す図。FIG. 10 is a diagram showing an energy intensity distribution of a laser beam used for separating and processing a transparent conductive oxide film in a manufacturing process of a photovoltaic device of a third embodiment according to the present invention.
１…ガラス基板 ２…透明導電酸化物膜 ３…ｐ型ａ−ＳｉＣ層 ４…ｉ型ａ−Ｓｉ層 ５…ｎ型μｃ−Ｓｉ層 ６…光電変換層 ７…裏面電極 ８…分離部 ９…接続部 １０…分離部 １１…テーパ部 １１ａ…テーパ部の隆起部 １２…テーパ部 １２ａ…テーパ部の隆起部 Ｗ…テーパ部の幅 REFERENCE SIGNS LIST 1 glass substrate 2 transparent conductive oxide film 3 p-type a-SiC layer 4 i-type a-Si layer 5 n-type μc-Si layer 6 photoelectric conversion layer 7 back electrode 8 separation part 9 Connection portion 10 Separation portion 11 Tapered portion 11a Projected portion of tapered portion 12 Tapered portion 12a Projected portion of tapered portion W Width of tapered portion
Claims (9)
少なくとも１つの接合を有する非晶質半導体または微結
晶半導体からなる光電変換層、及び裏面電極が順次積層
されており、前記透明導電酸化物膜、前記光電変換層、
及び前記裏面電極が複数のセル領域に分離され、かつ分
離されたセル領域が、隣接するセル領域間で直列に接続
されている光起電力装置であって、 前記透明導電酸化物膜の分離された領域の両端に、該透
明導電酸化物膜が形成されていない分離部に向かって厚
みが薄くなるテーパ部が形成されており、該テーパ部に
おける結晶の配向性が該透明導電酸化物膜の他の部分よ
りも高くなっているか、あるいは結晶粒径が該透明導電
酸化物膜の他の部分よりも大きくなっていることを特徴
とする光起電力装置。1. A transparent conductive oxide film on a transparent substrate,
A photoelectric conversion layer made of an amorphous semiconductor or a microcrystalline semiconductor having at least one junction, and a back electrode are sequentially stacked, and the transparent conductive oxide film, the photoelectric conversion layer,
And the back electrode is separated into a plurality of cell regions, and the separated cell regions are connected in series between adjacent cell regions, wherein the transparent conductive oxide film is separated. At both ends of the region, a tapered portion whose thickness is reduced toward a separation portion where the transparent conductive oxide film is not formed is formed, and the crystal orientation in the tapered portion is determined by the transparent conductive oxide film. A photovoltaic device, wherein the photovoltaic device is higher than other portions or has a crystal grain size larger than other portions of the transparent conductive oxide film.
を分離するためのエネルギービームの照射によって形成
されることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装
置。2. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the tapered portion is formed by irradiating an energy beam for separating the transparent conductive oxide film.
とを特徴とする請求項１または２に記載の光起電力装
置。3. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the width of the tapered portion is 3 μm or more.
他の部分よりも厚くなった後薄くなっていることを特徴
とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光起電力装
置。4. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the thickness of the tapered portion is once thicker than other portions inside the tapered portion and then becomes thinner. apparatus.
０Å以上であり、前記テーパ部以外の他の部分における
結晶粒径が１５００Å以下であることを特徴とする請求
項１〜４のいずれか１項に記載の光起電力装置。5. The crystal grain size in the tapered portion is 200.
5. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the crystal grain size is 0 ° or more, and the crystal grain size in a portion other than the tapered portion is 1500 ° or less. 6.
おける（１０１）ピークに対する（００２）ピークの
比）が、前記テーパ部以外の他の部分のｃ軸配向性より
１．５倍以上高いことを特徴とする請求項１〜５のいず
れか１項に記載の光起電力装置。6. The c-axis orientation of the tapered portion (the ratio of the (002) peak to the (101) peak in X-ray diffraction) is 1.5 times the c-axis orientation of portions other than the tapered portion. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the photovoltaic device is higher.
成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか
１項に記載の光起電力装置。7. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the transparent conductive oxide film is formed from zinc oxide.
パ部の幅が、他方のテーパ部の幅よりも１０％以上狭い
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の
光起電力装置。8. The method according to claim 1, wherein the width of the tapered portion on the side closer to the connection with the back electrode is at least 10% narrower than the width of the other tapered portion. A photovoltaic device as described.
明導電酸化物膜を分離する請求項８に記載の光起電力装
置の製造方法であって、 前記幅の狭いテーパ部を形成すべき領域側に強度分布の
ピークをずらせたエネルギービームを照射して、前記分
離部を形成し、前記透明導電酸化物膜を分離することを
特徴とする光起電力装置の製造方法。9. The method of manufacturing a photovoltaic device according to claim 8, wherein the transparent conductive oxide film is separated by irradiating an energy beam. A method for manufacturing a photovoltaic device, comprising: irradiating an energy beam having a shifted distribution peak to form the separation portion and separate the transparent conductive oxide film.
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