JP2002118272A - 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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- JP2002118272A JP2002118272A JP2000307321A JP2000307321A JP2002118272A JP 2002118272 A JP2002118272 A JP 2002118272A JP 2000307321 A JP2000307321 A JP 2000307321A JP 2000307321 A JP2000307321 A JP 2000307321A JP 2002118272 A JP2002118272 A JP 2002118272A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 絶縁の信頼性を向上し、かつ透明電極層の全
面形成を可能とし、発電有効面積の増大を図った薄膜太
陽電池とその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板表面の第１電極層，光電変換層，透
明電極層（第２電極層）からなる光電変換部と、基板裏
面の第３・第４電極層からなる接続電極層とを互いに位
置をずらして単位部分にパターニングし、接続孔h1と集
電孔h2を介して、単位部分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1cと第４電極層1g
との間ならびに接続孔h1近傍部における第３電極層1cと
透明電極層1fとの間に電気絶縁層1eを設け、かつ第３電
極層1cと第４電極層1gとの間の電気絶縁層の少なくとも
一個所に、接続電極層の単位部分を構成する第３電極層
1cと第４電極層1gとを局所的に導電接続する導電接続部
1jを設け、有効発電領域拡大のために、接続孔近傍部に
透明電極層1fおよび第４電極層1gを形成する。
面形成を可能とし、発電有効面積の増大を図った薄膜太
陽電池とその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板表面の第１電極層，光電変換層，透
明電極層（第２電極層）からなる光電変換部と、基板裏
面の第３・第４電極層からなる接続電極層とを互いに位
置をずらして単位部分にパターニングし、接続孔h1と集
電孔h2を介して、単位部分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1cと第４電極層1g
との間ならびに接続孔h1近傍部における第３電極層1cと
透明電極層1fとの間に電気絶縁層1eを設け、かつ第３電
極層1cと第４電極層1gとの間の電気絶縁層の少なくとも
一個所に、接続電極層の単位部分を構成する第３電極層
1cと第４電極層1gとを局所的に導電接続する導電接続部
1jを設け、有効発電領域拡大のために、接続孔近傍部に
透明電極層1fおよび第４電極層1gを形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ユニットセルを
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。
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。
【０００２】
【従来の技術】現在、環境保護の立場から、クリーンな
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。
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。
【０００３】同一基板上に形成された複数の太陽電池素
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。
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。
【０００４】薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コスト
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。
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。
【０００５】従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いて
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。
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。
【０００６】上記の薄膜太陽電池は、電気絶縁性フィル
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。
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。
【０００７】このような光電変換素子とその直列接続
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。
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。
【０００８】図３は、上記特開平１０−２３３５１７号
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。
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。
【０００９】電気絶縁性でフレキシブルな樹脂からなる
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。
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。
【００１０】フィルムの材質としては、他に、ポリエチ
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。
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。
【００１１】次に、製造工程の概要につき以下に説明す
る。
る。
【００１２】先ず、フィルム基板にパンチを用いて、接
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。
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。
【００１３】電極層としては、銀（Ag）以外に、Al，C
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。
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。
【００１４】さらに第２電極層として表側に透明電極層
（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。
（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。
【００１５】次いで裏面全面に第４電極層として金属膜
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。
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。
【００１６】全ての薄膜太陽電池素子を一括して囲う周
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。
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。
【００１７】こうして、電力取り出し電極ｏ１−集電孔
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。
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。
【００１８】なお、第３電極層と第４電極層は電気的に
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。
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。
【００１９】図４は、構造の理解の容易化のために、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４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６６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。
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４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６６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。
【００２０】上記薄膜太陽電池の簡略化した製造工程を
図５（a）から（g）に示す。プラスチックフィルム７１
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。
図５（a）から（g）に示す。プラスチックフィルム７１
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。
【００２１】次に、第１電極層７４の上に、光電変換層
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。
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。
【００２２】なお、図５においては、集電孔ｈ２内にお
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３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。
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３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。
【００２３】ところで、上記図３〜５に示したいわゆる
ＳＣＡＦ（Series Connection through Apertures on F
ilm ）型の薄膜太陽電池の構成においては、光電変換層
形成領域内に、接続孔ｈ１および集電孔ｈ２の２種類の
貫通孔を有するが、接続孔ｈ１は、透明電極層の外側、
即ち、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。
ＳＣＡＦ（Series Connection through Apertures on F
ilm ）型の薄膜太陽電池の構成においては、光電変換層
形成領域内に、接続孔ｈ１および集電孔ｈ２の２種類の
貫通孔を有するが、接続孔ｈ１は、透明電極層の外側、
即ち、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。
【００２４】前記問題を解消するために、基板裏面の貫
通孔（接続孔および集電孔）周辺部まで光電変換層を延
長して形成し、この光電変換層により、接続電極層とし
ての第３電極層と透明電極層との短絡防止を可能とする
ことによって、透明電極層の全面形成を可能とし、発電
有効面積の増大を図った構成が、本願発明と同一出願人
により提案されている（特開平８−１８６２７９号公報
参照）。
通孔（接続孔および集電孔）周辺部まで光電変換層を延
長して形成し、この光電変換層により、接続電極層とし
ての第３電極層と透明電極層との短絡防止を可能とする
ことによって、透明電極層の全面形成を可能とし、発電
有効面積の増大を図った構成が、本願発明と同一出願人
により提案されている（特開平８−１８６２７９号公報
参照）。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特開平
８−１８６２７９号公報に記載された改良型ＳＣＡＦの
薄膜太陽電池においては、下記のような問題があった。
８−１８６２７９号公報に記載された改良型ＳＣＡＦの
薄膜太陽電池においては、下記のような問題があった。
【００２６】前記改良型ＳＣＡＦにおいては、前記短絡
防止のために、接続孔近傍部をマスクした上で接続電極
層としての第４電極層を形成する必要があり、このマス
ク形成の位置合わせに問題があった。
防止のために、接続孔近傍部をマスクした上で接続電極
層としての第４電極層を形成する必要があり、このマス
ク形成の位置合わせに問題があった。
【００２７】なぜならば、薄膜太陽電池の製造過程にお
いては、基板温度の変化があり、基板の熱膨張・収縮の
影響により、精度よくマスクを位置合わせすることが困
難となり、これが原因で絶縁不良が発生する問題があっ
た。
いては、基板温度の変化があり、基板の熱膨張・収縮の
影響により、精度よくマスクを位置合わせすることが困
難となり、これが原因で絶縁不良が発生する問題があっ
た。
【００２８】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、この発明の課題は、従来のＳ
ＣＡＦ構造に比べて発電有効面積の増大を図り、かつ前
記改良型ＳＣＡＦにおける絶縁不良発生の問題を解消し
た薄膜太陽電池とその製造方法を提供することにある。
るためになされたもので、この発明の課題は、従来のＳ
ＣＡＦ構造に比べて発電有効面積の増大を図り、かつ前
記改良型ＳＣＡＦにおける絶縁不良発生の問題を解消し
た薄膜太陽電池とその製造方法を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、請求項１の発明によれば、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、前記光電変換層形成領域内に形成した
接続孔ならびに集電孔を介して、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電極層と第４電極層との間ならびに前記接
続孔近傍部における第３電極層と透明電極層（第２電極
層）との間を電気絶縁する電気絶縁層を設け、かつ前記
第３電極層と第４電極層との間を電気絶縁する電気絶縁
層の少なくとも一個所に、前記接続電極層の単位部分を
構成する第３電極層と第４電極層とを局所的に導電接続
する導電接続部を設け、有効発電領域拡大のために、前
記接続孔近傍部に透明電極層（第２電極層）および第４
電極層を形成してなるものとする。
め、請求項１の発明によれば、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、前記光電変換層形成領域内に形成した
接続孔ならびに集電孔を介して、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電極層と第４電極層との間ならびに前記接
続孔近傍部における第３電極層と透明電極層（第２電極
層）との間を電気絶縁する電気絶縁層を設け、かつ前記
第３電極層と第４電極層との間を電気絶縁する電気絶縁
層の少なくとも一個所に、前記接続電極層の単位部分を
構成する第３電極層と第４電極層とを局所的に導電接続
する導電接続部を設け、有効発電領域拡大のために、前
記接続孔近傍部に透明電極層（第２電極層）および第４
電極層を形成してなるものとする。
【００３０】上記構成により、接続孔近傍部分における
第３電極層と透明電極層との短絡が確実に防止でき、透
明電極層の全面形成を可能とし、従来のＳＣＡＦ構造に
比べて発電有効面積の増大を図ることができる。
第３電極層と透明電極層との短絡が確実に防止でき、透
明電極層の全面形成を可能とし、従来のＳＣＡＦ構造に
比べて発電有効面積の増大を図ることができる。
【００３１】また、前記請求項１の発明の実施態様とし
ては、下記請求項２の発明が好ましい。即ち、請求項１
記載の薄膜太陽電池において、前記電気絶縁層は、酸化
シリコンまたは窒化シリコンからなるものとする。
ては、下記請求項２の発明が好ましい。即ち、請求項１
記載の薄膜太陽電池において、前記電気絶縁層は、酸化
シリコンまたは窒化シリコンからなるものとする。
【００３２】さらに、上記構成の薄膜太陽電池を製造す
る方法としては、請求項３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８）の工程を含むこととする。 １）基板に接続孔を開け、基板表面に第１電極層を形成
し、裏面に第３電極層を形成する工程。 ２）前記基板に集電孔を開ける工程。 ３）第１電極層ならびに接続孔および集電孔内面上に、
光電変換層を形成する工程。 ４）第３電極層の上ならびに接続孔および集電孔内面の
光電変換層上に、導電接続部を形成する部分にマスクし
た後に、電気絶縁層を形成する工程。 ５）光電変換層の上ならびに接続孔および集電孔内面の
電気絶縁層上に、透明電極層を形成する工程 ６）電気絶縁層上および電気絶縁層内のマスク部分なら
びに接続孔および集電孔内面の透明電極層上に、第４電
極層および導電接続部を形成する工程 ７）透明電極層，光電変換層および第１電極層を、レー
ザ加工法によりパターニングする工程 ８）第４電極層，電気絶縁層および第３電極層を、レー
ザ加工法によりパターニングする工程 また、前記請求項３の発明とは異なる製造方法として、
下記請求項４または５の発明のようにすることもでき
る。即ち、前記請求項３記載の薄膜太陽電池の製造方法
において、前記第４工程における導電接続部を形成する
部分へのマスクを省略し、第４工程の後に、前記電気絶
縁層内の導電接続部を形成する部分をレーザ加工法によ
りパターニング形成する工程を含むこととする（請求項
４の発明）。
る方法としては、請求項３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８）の工程を含むこととする。 １）基板に接続孔を開け、基板表面に第１電極層を形成
し、裏面に第３電極層を形成する工程。 ２）前記基板に集電孔を開ける工程。 ３）第１電極層ならびに接続孔および集電孔内面上に、
光電変換層を形成する工程。 ４）第３電極層の上ならびに接続孔および集電孔内面の
光電変換層上に、導電接続部を形成する部分にマスクし
た後に、電気絶縁層を形成する工程。 ５）光電変換層の上ならびに接続孔および集電孔内面の
電気絶縁層上に、透明電極層を形成する工程 ６）電気絶縁層上および電気絶縁層内のマスク部分なら
びに接続孔および集電孔内面の透明電極層上に、第４電
極層および導電接続部を形成する工程 ７）透明電極層，光電変換層および第１電極層を、レー
ザ加工法によりパターニングする工程 ８）第４電極層，電気絶縁層および第３電極層を、レー
ザ加工法によりパターニングする工程 また、前記請求項３の発明とは異なる製造方法として、
下記請求項４または５の発明のようにすることもでき
る。即ち、前記請求項３記載の薄膜太陽電池の製造方法
において、前記第４工程における導電接続部を形成する
部分へのマスクを省略し、第４工程の後に、前記電気絶
縁層内の導電接続部を形成する部分をレーザ加工法によ
りパターニング形成する工程を含むこととする（請求項
４の発明）。
【００３３】さらに、前記請求項３または４記載の薄膜
太陽電池の製造方法において、前記レーザ加工法による
パターニングを含む少なくともひとつの工程を、レーザ
加工法に代えて、サンドブラスト法によりパターニング
する工程とする（請求項５の発明）。
太陽電池の製造方法において、前記レーザ加工法による
パターニングを含む少なくともひとつの工程を、レーザ
加工法に代えて、サンドブラスト法によりパターニング
する工程とする（請求項５の発明）。
【００３４】
【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施例に
ついて以下に述べる。
ついて以下に述べる。
【００３５】図１および２は、この発明の実施例を示
し、図１は薄膜太陽電池の平面図、図２（ａ）〜（ｈ）
は薄膜太陽電池の製造工程を示す。図２は、図１におけ
るＸ−Ｘに沿う断面図を模式的に示し、集電孔を１箇所
省略して示す。
し、図１は薄膜太陽電池の平面図、図２（ａ）〜（ｈ）
は薄膜太陽電池の製造工程を示す。図２は、図１におけ
るＸ−Ｘに沿う断面図を模式的に示し、集電孔を１箇所
省略して示す。
【００３６】以下に、図１および図２により、本実施例
に係る薄膜太陽電池を説明する。
に係る薄膜太陽電池を説明する。
【００３７】基板１ａとしては、本実施例では、膜厚50
μmのポリイミドフィルムを用いた。基板材料として
は、上記以外にPEN,PES,PETまたはアラミドなどの絶縁
性プラスチックフィルムを用いることもできる。また、
基板の膜厚は50μmのものを用いたがこの厚さに限定さ
れるものではない。
μmのポリイミドフィルムを用いた。基板材料として
は、上記以外にPEN,PES,PETまたはアラミドなどの絶縁
性プラスチックフィルムを用いることもできる。また、
基板の膜厚は50μmのものを用いたがこの厚さに限定さ
れるものではない。
【００３８】先ず、所定の位置に複数個の接続孔ｈ１の
列を形成した（図２（ａ））。その後、基板表面に第１
電極層１ｂ、基板裏面に第３電極層１ｃとしてAgをスパ
ッタにより数百nm厚で形成した（図２（ｂ））。
列を形成した（図２（ａ））。その後、基板表面に第１
電極層１ｂ、基板裏面に第３電極層１ｃとしてAgをスパ
ッタにより数百nm厚で形成した（図２（ｂ））。
【００３９】前記電極材料としては、Ag以外に、AlやAg
/透明導電層などの多層構造膜などを用いることもでき
る。第１電極層１ｂ，第３電極層１ｃのどちらを先に形
成してもよいが、好ましくは第１電極層１ｂが先の方が
よい。
/透明導電層などの多層構造膜などを用いることもでき
る。第１電極層１ｂ，第３電極層１ｃのどちらを先に形
成してもよいが、好ましくは第１電極層１ｂが先の方が
よい。
【００４０】この後、所定の位置に集電孔ｈ２を所定数
開けた（図２（ｃ））。実施例では集電孔列の間隔を5m
mとしたが、この間隔は太陽電池パターンにより任意の
値とすることができる。なお、この場合の孔形状は必ず
しも円である必要はなく、例えば太陽電池特性を向上さ
せる為には集電孔ｈ２の面積はできるだけ小さく、しか
も周辺の長さができる限り長くなる形状がよい。
開けた（図２（ｃ））。実施例では集電孔列の間隔を5m
mとしたが、この間隔は太陽電池パターンにより任意の
値とすることができる。なお、この場合の孔形状は必ず
しも円である必要はなく、例えば太陽電池特性を向上さ
せる為には集電孔ｈ２の面積はできるだけ小さく、しか
も周辺の長さができる限り長くなる形状がよい。
【００４１】引き続き、光電変換層１ｄとして薄膜半導
体層を形成した（図２（ｄ））。本実施例では通常のプ
ラズマＣＶＤ法により堆積される水素化アモルファスシ
リコン(a-Si:H)系の材料を用いて、1つ以上のn-i-p接合
を形成した。
体層を形成した（図２（ｄ））。本実施例では通常のプ
ラズマＣＶＤ法により堆積される水素化アモルファスシ
リコン(a-Si:H)系の材料を用いて、1つ以上のn-i-p接合
を形成した。
【００４２】その後、光電変換層１ｄを形成した面とは
反対の面に、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法によ
り、絶縁膜１ｅで示す酸化シリコンの電気絶縁層を数百
nm厚で形成した（図２（ｅ））。
反対の面に、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法によ
り、絶縁膜１ｅで示す酸化シリコンの電気絶縁層を数百
nm厚で形成した（図２（ｅ））。
【００４３】本実施例では絶縁膜厚200nmとしたが、接
続孔ｈ１，集電孔ｈ２内を完全に覆えれば良く、この厚
さに限定されるものではない。また、電気絶縁層の材料
としては、酸化シリコン以外に、窒化シリコンを用いる
こともできる。この電気絶縁層形成時には、導電接続部
を形成する部分１ｊをマスクした。マスクとは別の方法
として、絶縁膜１ｅを全面に形成した後、レーザ加工に
より、導電接続部を形成する部分１ｊを形成することも
できる。
続孔ｈ１，集電孔ｈ２内を完全に覆えれば良く、この厚
さに限定されるものではない。また、電気絶縁層の材料
としては、酸化シリコン以外に、窒化シリコンを用いる
こともできる。この電気絶縁層形成時には、導電接続部
を形成する部分１ｊをマスクした。マスクとは別の方法
として、絶縁膜１ｅを全面に形成した後、レーザ加工に
より、導電接続部を形成する部分１ｊを形成することも
できる。
【００４４】その後、光電変換層１ｄ上に第３電極層１
ｆとして透明電極層を形成した。この層にはITO，ZnOな
どの酸化物導電膜を用いることができるが、本実施例で
はスパッタによるITO膜を製膜した（図２（ｆ））。
ｆとして透明電極層を形成した。この層にはITO，ZnOな
どの酸化物導電膜を用いることができるが、本実施例で
はスパッタによるITO膜を製膜した（図２（ｆ））。
【００４５】次に透明電極層１ｆを形成した面とは反対
側の基板面に金属膜などからなる第４電極層１ｇを製膜
した（図２（ｇ））。本実施例では材料としてNiを用い
たが、Niに限定されるものではない。製膜方法はスパッ
タである。
側の基板面に金属膜などからなる第４電極層１ｇを製膜
した（図２（ｇ））。本実施例では材料としてNiを用い
たが、Niに限定されるものではない。製膜方法はスパッ
タである。
【００４６】図２（ｇ）の工程後に、基板の表面および
裏面を、切断部１ｉおよび１ｈで示すように、レーザ加
工によって、それぞれ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た。この
パターニングは、サンドブラスト法により行なうことも
できる。
裏面を、切断部１ｉおよび１ｈで示すように、レーザ加
工によって、それぞれ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た。この
パターニングは、サンドブラスト法により行なうことも
できる。
【００４７】上記プロセスにより、任意のユニットセル
Ｕｎに隣接し合う裏面電極En-1,nと裏面電極En,n+1はEn
-1,n−Un−En,n+1なる直列接続をなし、所定の多段直列
接続された太陽電池を形成することができた。
Ｕｎに隣接し合う裏面電極En-1,nと裏面電極En,n+1はEn
-1,n−Un−En,n+1なる直列接続をなし、所定の多段直列
接続された太陽電池を形成することができた。
【００４８】上記実施例によれば、電気絶縁層１ｅによ
り、接続孔近傍部分における第３電極層１ｃと透明電極
層１ｆとの短絡が確実に防止できて絶縁の信頼性が向上
し、また、透明電極層１ｆの全面形成が可能となるの
で、従来のＳＣＡＦ構造に比べて発電有効面積を飛躍的
に増大することが可能となった。また、前記各電極層を
マスクレスで製膜できるので、その分、製造プロセスも
簡略となった。
り、接続孔近傍部分における第３電極層１ｃと透明電極
層１ｆとの短絡が確実に防止できて絶縁の信頼性が向上
し、また、透明電極層１ｆの全面形成が可能となるの
で、従来のＳＣＡＦ構造に比べて発電有効面積を飛躍的
に増大することが可能となった。また、前記各電極層を
マスクレスで製膜できるので、その分、製造プロセスも
簡略となった。
【００４９】
【発明の効果】この発明によれば前述のように、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、前記光電変換層形
成領域内に形成した接続孔ならびに集電孔を介して、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電極層と第４電極層と
の間ならびに前記接続孔近傍部における第３電極層と透
明電極層（第２電極層）との間を電気絶縁する電気絶縁
層を設け、かつ前記第３電極層と第４電極層との間を電
気絶縁する電気絶縁層の少なくとも一個所に、前記接続
電極層の単位部分を構成する第３電極層と第４電極層と
を局所的に導電接続する導電接続部を設け、前記接続孔
近傍部に透明電極層（第２電極層）および第４電極層を
形成してなるものとしたので、接続孔近傍部分における
第３電極層と透明電極層との短絡が確実に防止でき、絶
縁の信頼性を向上しつつも、透明電極層の全面形成を可
能とし、従来のＳＣＡＦ構造に比べて発電有効面積の増
大を図ることができる。
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、前記光電変換層形
成領域内に形成した接続孔ならびに集電孔を介して、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電極層と第４電極層と
の間ならびに前記接続孔近傍部における第３電極層と透
明電極層（第２電極層）との間を電気絶縁する電気絶縁
層を設け、かつ前記第３電極層と第４電極層との間を電
気絶縁する電気絶縁層の少なくとも一個所に、前記接続
電極層の単位部分を構成する第３電極層と第４電極層と
を局所的に導電接続する導電接続部を設け、前記接続孔
近傍部に透明電極層（第２電極層）および第４電極層を
形成してなるものとしたので、接続孔近傍部分における
第３電極層と透明電極層との短絡が確実に防止でき、絶
縁の信頼性を向上しつつも、透明電極層の全面形成を可
能とし、従来のＳＣＡＦ構造に比べて発電有効面積の増
大を図ることができる。
【図１】この発明の実施例に関わる薄膜太陽電池の平面
図
図
【図２】図１の薄膜太陽電池の製造工程を模式的に示す
図
図
【図３】従来のＳＣＡＦ型薄膜太陽電池の構成図
【図４】従来のＳＣＡＦ型薄膜太陽電池の概略構成を示
す斜視図
す斜視図
【図５】従来のＳＣＡＦ型薄膜太陽電池の製造工程の概
略を示す図
略を示す図
１ａ：基板、１ｂ：第１電極層（下電極層）、１ｃ：第
３電極層、１ｄ：光電変換層、１ｅ：電気絶縁層（絶縁
膜層）、１ｆ：第２電極層（透明電極層）、１ｇ：第４
電極層、１ｊ：導電接続部、１ｈ，１ｉ：切断部、ｈ
１：接続孔、ｈ２：集電孔、Ｕ：ユニットセル。
３電極層、１ｄ：光電変換層、１ｅ：電気絶縁層（絶縁
膜層）、１ｆ：第２電極層（透明電極層）、１ｇ：第４
電極層、１ｊ：導電接続部、１ｈ，１ｉ：切断部、ｈ
１：接続孔、ｈ２：集電孔、Ｕ：ユニットセル。
Claims (5)
- 【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、前記光電変換層形成領域内に形成した接続孔ならび
に集電孔を介して、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電極層と第４電極層との間ならびに前記接続孔
近傍部における第３電極層と透明電極層（第２電極層）
との間を電気絶縁する電気絶縁層を設け、かつ前記第３
電極層と第４電極層との間を電気絶縁する電気絶縁層の
少なくとも一個所に、前記接続電極層の単位部分を構成
する第３電極層と第４電極層とを局所的に導電接続する
導電接続部を設け、有効発電領域拡大のために、前記接
続孔近傍部に透明電極層（第２電極層）および第４電極
層を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において、
前記電気絶縁層は、酸化シリコンまたは窒化シリコンか
らなることを特徴とする薄膜太陽電池。 - 【請求項３】 請求項１または２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、基板表面に第１電極層を形成
し、裏面に第３電極層を形成する工程。 ２）前記基板に集電孔を開ける工程。 ３）第１電極層ならびに接続孔および集電孔内面上に、
光電変換層を形成する工程。 ４）第３電極層の上ならびに接続孔および集電孔内面の
光電変換層上に、導電接続部を形成する部分にマスクし
た後に、電気絶縁層を形成する工程。 ５）光電変換層の上ならびに接続孔および集電孔内面の
電気絶縁層上に、透明電極層を形成する工程 ６）電気絶縁層上および電気絶縁層内のマスク部分なら
びに接続孔および集電孔内面の透明電極層上に、第４電
極層および導電接続部を形成する工程 ７）透明電極層，光電変換層および第１電極層を、レー
ザ加工法によりパターニングする工程 ８）第４電極層，電気絶縁層および第３電極層を、レー
ザ加工法によりパターニングする工程 - 【請求項４】 請求項３記載の薄膜太陽電池の製造方法
において、前記第４工程における導電接続部を形成する
部分へのマスクを省略し、第４工程の後に、前記電気絶
縁層内の導電接続部を形成する部分をレーザ加工法によ
りパターニング形成する工程を含む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３または４記載の薄膜太陽電池の
製造方法において、前記レーザ加工法によるパターニン
グを含む少なくともひとつの工程を、レーザ加工法に代
えて、サンドブラスト法によりパターニングする工程と
することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000307321A JP4534331B2 (ja) | 2000-10-06 | 2000-10-06 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002118272A true JP2002118272A (ja) | 2002-04-19 |
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| JP (1) | JP4534331B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011198784A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Fuji Electric Co Ltd | 薄膜太陽電池およびその製造方法 |
| WO2012172827A1 (ja) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | 富士電機株式会社 | 薄膜太陽電池及びその製造方法 |
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| JPH11345989A (ja) * | 1998-05-29 | 1999-12-14 | Matsushita Battery Industrial Co Ltd | 太陽電池の製造方法 |
| JP2000077690A (ja) * | 1998-08-27 | 2000-03-14 | Fuji Electric Co Ltd | 光電変換装置およびその製造方法 |
-
2000
- 2000-10-06 JP JP2000307321A patent/JP4534331B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| WO2012172827A1 (ja) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | 富士電機株式会社 | 薄膜太陽電池及びその製造方法 |
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