JP2002373995A - Manufacturing method for solar cell - Google Patents
Manufacturing method for solar cellInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、基板上に太陽電池のセ
ルを複数並設したものを電気的に直列接続した薄膜構造
による太陽電池の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell having a thin film structure in which a plurality of solar cells are arranged in parallel on a substrate and electrically connected in series.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、ＣＩＧＳ系などの化合物半導体
薄膜による太陽電池にあっては、図１に示すように、ガ
ラスなどの基板１上に薄膜構造による太陽電池のセル１
０を複数並設し、各セル１０の受光面に透明電極層６を
設けて、その透明電極層６によって、各セル１０間の直
列接続のために形成した溝部Ｍ１において隣接するセル
１０の下部電極２と電気的に接続するようにしている。
図中、８はマイナス側の外部引出し電極を、９はプラス
側の外部引出し電極をそれぞれ示している。2. Description of the Related Art In general, in a solar cell using a compound semiconductor thin film such as a CIGS system, as shown in FIG.
0 are arranged in parallel, a transparent electrode layer 6 is provided on the light receiving surface of each cell 10, and the transparent electrode layer 6 forms a lower portion of the adjacent cell 10 in a groove M1 formed for series connection between the cells 10. The electrode 2 is electrically connected.
In the drawing, reference numeral 8 denotes a negative-side external extraction electrode, and reference numeral 9 denotes a positive-side external extraction electrode.
【０００３】しかして、各隣接するセル１０間の電気的
な接続を行わせるに際して透明電極層６を用いること
は、発電効率を上げるために、太陽光をいかに多く吸収
するかということと、電気抵抗分を小さくして電力損失
をいかに抑制するかということとの相反する特性を期待
するものとなっている。[0003] The use of the transparent electrode layer 6 in making electrical connection between the adjacent cells 10 depends on how much sunlight is absorbed in order to increase power generation efficiency. It is expected to have characteristics that conflict with how to reduce power loss by reducing the resistance.
【０００４】すなわち、光の透過率を上げて各セル１０
の発電効率を上げるためには透明電極層６を極力薄くす
る必要があるが、反面、透明電極層６を薄くすると電気
抵抗分が大きくなって電力損失が問題になってしまう。
また、透明電極層６を厚くしてその電気抵抗分を小さく
すると、光の透過率が悪くなってしまうことになる。That is, by increasing the light transmittance, each cell 10
In order to increase the power generation efficiency, it is necessary to make the transparent electrode layer 6 as thin as possible. On the other hand, if the transparent electrode layer 6 is made thinner, the electric resistance increases and power loss becomes a problem.
In addition, if the transparent electrode layer 6 is made thicker and its electric resistance is made smaller, the light transmittance becomes worse.
【０００５】また、透明電極層６を薄くすると、各セル
１０間における電気的な接続強度が問題になり、特に、
溝部Ｍ１における透明電極層６の肩部が断線しやすくな
ってしまう。If the transparent electrode layer 6 is made thin, the electrical connection strength between the cells 10 becomes a problem.
The shoulder of the transparent electrode layer 6 in the groove M1 is easily broken.
【０００６】そのため、従来では、図２に示すように、
光の透過率を上げて各セル１０の発電効率を上げるべく
透明電極層６を薄くしても電力損失をきたすことなく、
また各セル１０間における電気的な接続強度を充分に保
持することができるように、透明電極層６の上にＡｌ，
Ｔｉ，Ａｕなどからなる金属配線７を施すことによって
集電電極、補助電極およびプラス側の外部引出し電極を
形成するようにしている（特開２０００−２９９４８６
号公報参照）。また、マイナス側の外部引出し電極８と
しては、下部電極５上に直接にＮｉ−Ａｕなどからなる
金属配線を別途に施すようにしている。Therefore, conventionally, as shown in FIG.
Even if the transparent electrode layer 6 is thinned in order to increase the light transmittance and increase the power generation efficiency of each cell 10, without causing power loss,
In addition, Al and Al are formed on the transparent electrode layer 6 so that the electrical connection strength between the cells 10 can be sufficiently maintained.
A current collecting electrode, an auxiliary electrode, and a positive external lead-out electrode are formed by applying a metal wiring 7 made of Ti, Au, or the like (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-299486).
Reference). Further, as the external lead electrode 8 on the negative side, a metal wiring made of Ni—Au or the like is separately provided directly on the lower electrode 5.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、基板上に太陽電池のセルを複数並設して、各セル
の受光面に透明電極層を設けて、その透明電極層によっ
て隣接するセルの下部電極と電気的に接続するととも
に、その透明電極層の上に金属配線によって集電電極、
補助電極、外部引出し電極を形成するに際して、蒸着や
スパッタリングによって金属配線７を施すようにするの
では、図３に示すように、各セル１０間の直列接続のた
めに形成した溝部Ｍ１の側面に金属粒子を充分に付着さ
せることが困難で、その溝部Ｍ１における透明電極層６
の肩部が断線しやすいものになることである。そして、
電気的な導通を確保するべく、溝部Ｍ１の側面に金属粒
子を充分に付着させるようにすると電極層が必要以上に
厚くなってしまうことである。The problem to be solved is that a plurality of cells of a solar cell are arranged on a substrate, a transparent electrode layer is provided on a light receiving surface of each cell, and adjacent cells are provided by the transparent electrode layer. While electrically connecting to the lower electrode of the cell to be collected, and a current collecting electrode,
In forming the auxiliary electrode and the external lead-out electrode, if the metal wiring 7 is formed by vapor deposition or sputtering, as shown in FIG. It is difficult to sufficiently adhere the metal particles, and the transparent electrode layer 6 in the groove M1 is difficult.
Is to be easily broken. And
If metal particles are sufficiently adhered to the side surface of the groove M1 in order to secure electrical conduction, the electrode layer becomes unnecessarily thick.
【０００８】また、蒸着やスパッタリングによるので
は、真空下でそれを行う必要があり、そのためにプロセ
スタクト時間が長くなってしまうという問題がある。Further, in the case of using vapor deposition or sputtering, it is necessary to perform the process under a vacuum, which causes a problem that the process tact time becomes long.
【０００９】そして、さらに、蒸着のソース金属やスパ
ッタリングのターゲット金属によるのでは、透明電極層
６に対する接着性やハンダの接着性などを充分に満足す
ることができないという問題がある。Further, there is a problem that the adhesion to the transparent electrode layer 6 and the adhesion to solder cannot be sufficiently satisfied by using the source metal for vapor deposition or the target metal for sputtering.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明による太陽電池の
製造方法にあっては、基板上に太陽電池のセルを複数並
設して、各セルの受光面に透明電極層を設けて、その透
明電極層によって隣接するセルの下部電極と電気的に接
続するとともに、その透明電極層の上に金属配線によっ
て集電電極、補助電極、外部引出し電極を形成するに際
して、各セル間の直列接続のために形成した溝部におけ
る導通性の問題を生ずることなく、真空下でのプロセス
を何ら用いることなく、また透明電極層に対する接着性
やハンダの接着性などを充分に満足できる材料をもって
金属配線を施すことができるようにするべく、導電性の
ペーストを用いたスクリーン印刷によってその各電極を
一括して形成するようにしている。In the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, a plurality of solar cell cells are arranged on a substrate, and a transparent electrode layer is provided on a light receiving surface of each cell. The transparent electrode layer is electrically connected to the lower electrode of the adjacent cell, and when forming a current collecting electrode, an auxiliary electrode, and an external extraction electrode by metal wiring on the transparent electrode layer, a series connection between the cells is performed. The metal wiring is made of a material that can sufficiently satisfy the adhesiveness to the transparent electrode layer and the adhesiveness of the solder without using a process under vacuum without causing a problem of conductivity in the formed groove portion. In order to enable this, each electrode is formed collectively by screen printing using a conductive paste.
【００１１】[0011]
【実施例】本発明による太陽電池の製造方法にあって
は、図４に示すように、ガラス基板１上にＭｏ薄膜から
なる下部電極（マイナス電極）層２を成膜して、レーザ
スクライブ加工によって下部電極分離用の溝Ｌを形成す
る第１の工程（ａ）と、下部電極層２の上からカルコパ
イライト系の化合物半導体（ＣＩＧＳ）薄膜からなる光
吸収層３、ヘテロ接合のためのＣｄＳまたはＺｎＳ薄膜
からなるバッファ層４およびＺｎＯ薄膜からなるバッフ
ァ層５を順次積層して、下部電極分離用の溝Ｌから横方
に所定に離れた位置にメカニカルスクライブ加工によっ
て隣接するセルの下部電極層２と電気的に接続するため
の溝部Ｍ１を形成する第２の工程（ｂ）と、バッファ層
５の上からＺｎＯＡｌ薄膜からなる透明電極（プラス電
極）層６を形成したうえで、スクリーン印刷により金属
配線７を施すことによって集電電極、補助電極、プラス
側の外部引出し電極およびマイナス側の外部引出し電極
を一括して形成する第３の工程（ｃ）と、メカニカルス
クライブ加工によって下部電極面にまで至る上、下部電
極分離用の溝部Ｍ２およびマイナス電極分離用の溝部Ｍ
３を形成する第４の工程（ｄ）とをとるようにしてい
る。In the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, as shown in FIG. 4, a lower electrode (negative electrode) layer 2 made of a Mo thin film is formed on a glass substrate 1 by laser scribing. A first step (a) of forming a groove L for separating a lower electrode, a light absorbing layer 3 made of a chalcopyrite-based compound semiconductor (CIGS) thin film from above the lower electrode layer 2, and a CdS for heterojunction. Alternatively, a buffer layer 4 made of a ZnS thin film and a buffer layer 5 made of a ZnO thin film are sequentially laminated, and the lower electrode layer of an adjacent cell is mechanically scribed at a position laterally separated from the lower electrode separating groove L by a predetermined mechanical scribing process. A second step (b) of forming a groove M1 for electrical connection with the second electrode 2 and a transparent electrode (plus electrode) layer 6 made of a ZnOAl thin film from above the buffer layer 5; A third step (c) of collectively forming a current collecting electrode, an auxiliary electrode, a positive external lead electrode and a negative external lead electrode by applying a metal wiring 7 by screen printing, and a mechanical scribe The groove M2 for separating the lower electrode and the groove M for separating the negative electrode are formed on the lower electrode surface by processing.
And a fourth step (d) of forming a third layer.
【００１２】図５ないし図７は、このようにして製造さ
れた太陽電池を示している。FIGS. 5 to 7 show a solar cell manufactured in this manner.
【００１３】透明電極層６は１μｍ程度の非常に薄い膜
をもって形成され、太陽光の透過率が充分なレベルをも
って得られるようにしている。The transparent electrode layer 6 is formed of a very thin film of about 1 μm so that a sufficient transmittance of sunlight can be obtained.
【００１４】そして、透明電極層６を薄くすることによ
って増大した電気抵抗分を補償するべく、その透明電極
層６の上に、スクリーン印刷によって金属配線による集
電電極７１、補助電極７２、プラス側の外部引出し電極
７３およびマイナス側の外部引出し電極７４が３μｍ程
度の膜厚をもって形成される。In order to compensate for the increased electric resistance due to the thinning of the transparent electrode layer 6, a current collecting electrode 71, an auxiliary electrode 72, and a positive electrode 72 made of metal wiring are formed on the transparent electrode layer 6 by screen printing. The external extraction electrode 73 and the negative external extraction electrode 74 are formed with a thickness of about 3 μm.
【００１５】したがって、透明電極層６の上に金属配線
を施すことによって透明電極層６の電気抵抗分を補償す
るようにしているので、透明電極層６を従来の１／４〜
１／６程度にまで非常に薄くすることが可能となり、光
の透過率が良くなって各セル１０の発電効率を充分に高
めることができるようになる。そして、透明電極層３を
薄くすることによって電気抵抗分が増大しても、金属配
線が施されているので、ほとんど電力損失を生ずること
なく各セル１０の発電電力をとり出すことができるよう
になる。Therefore, since the electrical resistance of the transparent electrode layer 6 is compensated for by providing a metal wiring on the transparent electrode layer 6, the transparent electrode layer 6 can be formed to be 1/4 to the conventional one.
It is possible to make the thickness extremely thin to about 1/6, and the light transmittance is improved, so that the power generation efficiency of each cell 10 can be sufficiently increased. Even if the electric resistance is increased by making the transparent electrode layer 3 thin, since the metal wiring is provided, the generated power of each cell 10 can be taken out with little power loss. Become.
【００１６】集電電極７１は、所定パターンをもって形
成される。その集電電極７１の所定パターンとしては、
ここでは補助電極７２を基部とした櫛歯状になるように
している。The current collecting electrodes 71 are formed in a predetermined pattern. As the predetermined pattern of the current collecting electrode 71,
Here, the auxiliary electrode 72 has a comb-like shape based on the base.
【００１７】また、プラス側の外部引出し電極７３とし
ては、ここでは補助電極７２と一体的に形成している。The plus-side external lead electrode 73 is formed integrally with the auxiliary electrode 72 here.
【００１８】図８はスクリーン印刷によって電極パター
ンを形成する状態を示しており、スクリーン８０の上か
らスキージー８１によってＡｇを主成分とする導電性の
ペースト８２をセル１０の表面にのせていくことによっ
て、所定のパターンによる電極配線が施される。FIG. 8 shows a state in which an electrode pattern is formed by screen printing. A conductive paste 82 containing Ag as a main component is placed on the surface of the cell 10 by a squeegee 81 from above the screen 80. The electrode wiring is provided in a predetermined pattern.
【００１９】具体的には、乳剤を１５μｍの厚さに塗布
したステンレス２５０メッシュのスクリーン８０を用い
て、クリアランスが２ｍｍ、スキージー速度が７０ｍｍ
／秒、スキージー落ち込みが０．２５〜０．３７５ｍｍ
になるように設定し、キュア温度１５０℃、キュア時間
６０分で、膜厚が３０μｍ以上となるようにスクリーン
印刷を行う。Specifically, using a stainless steel 250 mesh screen 80 coated with the emulsion to a thickness of 15 μm, the clearance was 2 mm, and the squeegee speed was 70 mm.
/ Sec, squeegee drop is 0.25 to 0.375 mm
The screen printing is performed so that the film thickness becomes 30 μm or more at a curing temperature of 150 ° C. and a curing time of 60 minutes.
【００２０】このようなスクリーン印刷によって金属配
線を施すに際して、導電性のペーストを隣接するセルの
下部電極層と電気的に接続するための溝部Ｍ１に容易に
埋めることができる。When metal wiring is applied by such screen printing, a conductive paste can be easily filled in the groove M1 for electrically connecting to the lower electrode layer of the adjacent cell.
【００２１】したがって、溝部Ｍ１を埋めるように金属
配線を施すことにより、溝部４における透明電極層６の
断線しやすい肩部が補強されて、各セル１０間における
直列接続のための導通性を確保できるようになる。Therefore, by providing the metal wiring so as to fill the groove M1, the shoulder of the transparent electrode layer 6 in the groove 4 where the transparent electrode layer 6 is easily broken is reinforced, and the conductivity for series connection between the cells 10 is secured. become able to.
【００２２】また、その溝部Ｍ１４を埋めるように金属
配線を施すことにより、その電気的な接続部分の抵抗値
が有効に低減される。Further, by providing a metal wiring so as to fill the trench M14, the resistance value of the electrical connection portion is effectively reduced.
【００２３】そして、何ら真空下での処理を行う必要の
ないスクリーン印刷によって金属配線を施すようにして
いるので、プロセスアクト時間が短くなる。Since the metal wiring is formed by screen printing which does not require any processing under vacuum, the process act time is shortened.
【００２４】また、スクリーン印刷に際して、Ａｇを主
成分とする導電性のペースト８２に、透明電極層６に対
する接着性や外部引出し電極７３，７４にリード１１を
接続する際におけるハンダの接着性を向上させる材料、
例えばＮｉ，Ｓｎ，Ｃｕ等を添加する。Further, at the time of screen printing, the adhesive property of the conductive paste 82 containing Ag as a main component to the transparent electrode layer 6 and the solder adhesive property when the lead 11 is connected to the external lead electrodes 73 and 74 are improved. Material to be
For example, Ni, Sn, Cu or the like is added.
【００２５】それにより、透明電極層６上に集電電極７
１、補助電極７２および外部引出し電極７３，７４を接
着性良く形成させることができ、またリード１１による
モジュール化された太陽電池同士の接続を接着性良く行
わせることができるようになる。Thus, the current collecting electrode 7 is formed on the transparent electrode layer 6.
1. The auxiliary electrode 72 and the external extraction electrodes 73 and 74 can be formed with good adhesiveness, and the modularized solar cells can be connected with the leads 11 with good adhesiveness.
【００２６】[0026]
【効果】以上、本発明による太陽電池の製造方法にあっ
ては、基板上に太陽電池のセルを複数並設して、各セル
の受光面に透明電極層を設けて、その透明電極層によっ
て隣接するセルの下部電極と電気的に接続するととも
に、その透明電極層の上に金属配線によって集電電極、
補助電極、外部引出し電極を形成するに際して、導電性
のペーストを用いたスクリーン印刷によってその各電極
を一括して形成するようにしており、各セル間の直列接
続のために形成した溝部における導通性を容易に確保す
ることができ、また透明電極層に対する接着性やハンダ
の接着性などを充分に満足できる材料をもって金属配線
を施すことができるという利点を有している。As described above, in the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, a plurality of solar cell cells are arranged on a substrate, and a transparent electrode layer is provided on a light receiving surface of each cell. While being electrically connected to the lower electrode of the adjacent cell, a current collecting electrode is provided on the transparent electrode layer by metal wiring,
When forming the auxiliary electrode and the external lead electrode, each electrode is collectively formed by screen printing using a conductive paste, and the conductivity in the groove formed for series connection between each cell is And the metal wiring can be formed with a material that sufficiently satisfies the adhesiveness to the transparent electrode layer and the adhesiveness of solder.
【図１】従来の化合物半導体薄膜による太陽電池の一構
成例を示す正断面図である。FIG. 1 is a front sectional view showing one configuration example of a conventional solar cell using a compound semiconductor thin film.
【図２】従来の化合物半導体薄膜による太陽電池の他の
構成例を示す正断面図である。FIG. 2 is a front sectional view showing another configuration example of a conventional solar cell using a compound semiconductor thin film.
【図３】蒸着またはスパッタリングによって太陽電池の
透明電極層の上に金属配線を施したときの各セル間の直
列接続のために設けた溝部における金属配線の形成状態
を示す部分的な接断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a formation state of a metal wiring in a groove provided for series connection between cells when a metal wiring is formed on a transparent electrode layer of a solar cell by vapor deposition or sputtering. It is.
【図４】本発明によって太陽電池を製造する際の工程を
示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a process for manufacturing a solar cell according to the present invention.
【図５】本発明によって製造された太陽電池の構成例を
示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a configuration example of a solar cell manufactured according to the present invention.
【図６】その本発明による太陽電池の部分的な拡大斜視
図である。FIG. 6 is a partially enlarged perspective view of the solar cell according to the present invention.
【図７】その本発明による太陽電池の正断面図である。FIG. 7 is a front sectional view of the solar cell according to the present invention.
【図８】スクリーン印刷によって電極パターンを形成す
る状態を示す簡略図である。FIG. 8 is a simplified diagram showing a state in which an electrode pattern is formed by screen printing.
１ 基板 ２ 下部電極層 ３ 光吸収層 ６ 透明電極層 ７ 金属配線 ７１ 集電電極 ７２ 補助電極 ７３ プラス側の外部引出し電極 ７４ マイナス側の外部引出し電極 １０ セル Ｍ１ セル間接続用の溝部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Lower electrode layer 3 Light absorption layer 6 Transparent electrode layer 7 Metal wiring 71 Current collecting electrode 72 Auxiliary electrode 73 Positive external lead electrode 74 Negative external lead electrode 10 Cell M1 Groove for connection between cells
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米澤 諭 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 酒井 宏 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5F051 EA02 FA02 FA10 FA13 FA14 FA15 FA18 FA24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Satoshi Yonezawa 1-10-1, Shinsayama, Sayama City, Saitama Prefecture Inside Honda Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Sakai 1-10-1, Shinsayama, Sayama City, Saitama Prefecture Hong F-term in DA Engineering Co., Ltd. (reference) 5F051 EA02 FA02 FA10 FA13 FA14 FA15 FA18 FA24
Claims (3)
て、各セルの受光面に透明電極層を設けて、その透明電
極層によって隣接するセルの下部電極と電気的に接続す
るとともに、その透明電極層の上に金属配線によって集
電電極、補助電極、外部引出し電極を形成するようにし
た太陽電池の製造方法にあって、導電性のペーストを用
いたスクリーン印刷によってその各電極を一括して形成
したことを特徴とする太陽電池の製造方法。1. A plurality of solar cells are arranged in parallel on a substrate, a transparent electrode layer is provided on a light receiving surface of each cell, and the transparent electrode layer electrically connects to a lower electrode of an adjacent cell. In a method for manufacturing a solar cell in which a current collecting electrode, an auxiliary electrode, and an external lead electrode are formed by metal wiring on the transparent electrode layer, each electrode is formed by screen printing using a conductive paste. A method for manufacturing a solar cell, which is formed in a lump.
の透明電極層に対する接着性やハンダの接着性を向上さ
せる材料を添加したペーストを用いたことを特徴とする
請求項１の記載による太陽電池の製造方法。2. A paste according to claim 1, wherein a paste containing Ag as a main component and a material such as Ni, Sn, Cu or the like for improving the adhesion to the transparent electrode layer or the adhesion of the solder is used. Method for manufacturing solar cells.
縁層を順次に薄膜形成し、隣接するセルの下部電極層と
電気的に接続するための溝部を形成したうえで、透明電
極層を形成して、その透明電極層上に前記溝部を埋める
ように金属配線を施すプロセスをとるようにしたことを
特徴とする請求項１の記載による太陽電池の製造方法。3. A lower electrode layer, a light absorbing layer and an insulating layer are sequentially formed on a substrate in a thin film, and a groove for electrically connecting to a lower electrode layer of an adjacent cell is formed. 2. A method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein a process of forming metal wiring on said transparent electrode layer so as to fill said groove is performed.
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