JP2003258274A

JP2003258274A - 薄膜太陽電池用下部電極の製造方法

Info

Publication number: JP2003258274A
Application number: JP2002050631A
Authority: JP
Inventors: Torayoshi Iwata; 虎義岩田; Kazuhiro Tachibana; 一洋橘
Original assignee: Nissha Printing Co Ltd
Current assignee: Nissha Printing Co Ltd
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】金属薄膜のパターニングを容易に行うことが
でき、基板上に絶縁層が形成されていても絶縁性が損な
われることがない薄膜太陽電池用下部電極の製造方法を
提供する。【解決手段】絶縁性を有する基板１上に水溶性インキ
からなる線状のパターン層３を形成した後、少なくとも
モリブデンを含む金属薄膜４を全面的に形成し、次いで
水洗を行ってパターン層３とともにパターン層３の上に
位置する金属薄膜４を除去し、金属薄膜４の一部を線状
に除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、容易にパターニ
ングすることができる薄膜太陽電池用下部電極の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｉｂ族元素、ＩＩＩｂ族元素およ
びＶＩｂ族元素からなる化合物半導体膜（カルコパイラ
イト構造化合物半導体膜）であるＣｕＩｎＳｅ_２（ＣＩ
Ｓ）膜あるいはＧａを固溶させたＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ
ｅ_２（ＣＩＧＳ）膜を光吸収層に用いた薄膜太陽電池
（ＣＩＳ太陽電池またはＣＩＧＳ太陽電池ともいう）が
ある。薄膜太陽電池は、高いエネルギー変換効率を示
し、光照射等による効率の劣化がないという利点を有し
ている。

【０００３】薄膜太陽電池の構成について一例を図４
（ｅ）に示す。薄膜太陽電池は、基板１１と、基板１１
上に積層された下部電極を構成するＭｏからなる金属薄
膜１２と、ＣＩＳ膜またはＣＩＧＳ膜からなる半導体膜
１３と、窓層を形成するＺｎＯ膜１４および上部電極を
構成する透明導電膜１５とから構成される。

【０００４】このような構成の薄膜太陽電池において
は、基板上に複数のユニットセルを直列接続した集積型
構造が一般的である。

【０００５】従来の集積型構造の薄膜太陽電池用下部電
極の製造方法について、図４を参照しながら一例を説明
する。

【０００６】まず、図４（ａ）に示すように、絶縁性を
有する基板１１上に、Ｍｏからなる金属薄膜１２をスパ
ッタリング法によって全面的に形成した後、レーザ光を
照射することによって上記Ｍｏ膜を線状に除去して短冊
形状の下部電極を形成する。

【０００７】次いで、図４（ｂ）に示すように、蒸着
法、スパッタリング法または化学浴析出法によって、Ｃ
ＩＳ膜またはＣＩＧＳ膜からなる半導体膜１３と、Ｚｎ
Ｏ膜１４とを順次、全面的に形成する。

【０００８】次いで、図４（ｃ）に示すように、レーザ
光を照射することによって、半導体膜１３およびＺｎＯ
膜１４を線状に除去する。

【０００９】次いで、図４（ｄ）に示すように、ＩＴＯ
膜などからなる透明導電膜１５を全面的に形成する。

【００１０】次いで、図４（ｅ）に示すように、メカニ
カルスクライブ法によって透明導電膜１５を線状に除去
して短冊形状の上部電極を形成する。

【００１１】このようにして、薄膜太陽電池が形成され
る。図４（ｅ）の薄膜太陽電池では、各ユニットセルの
上部電極が、隣接するユニットセルの下部電極と接続す
ることによって、各ユニットセルが直列接続している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、薄膜太陽電池
用下部電極の製造方法では、レーザ光を金属薄膜に照射
してパターニングをする際に、金属薄膜を構成するＭｏ
膜の硬度が高いため、金属薄膜のパターニングが困難で
あるという問題点があった。

【００１３】また、金属薄膜をメカニカルスクライブ法
によってパターニングすることも試みたが、やはり金属
薄膜を構成するＭｏ膜の硬度が高いため、金属薄膜のパ
ターニングが困難であるという問題点があった。

【００１４】また、絶縁性を有する基材として金属板表
面にＳｉＯ_２膜などからなる絶縁層を形成したものを使
用した場合、レーザ光照射やメカニカルスクライブ法に
よって確実に下部電極をパターン化しようとすると、絶
縁層までパターン化されてしまい、絶縁性が損なわれて
しまうという問題点があった。

【００１５】したがって、この発明は、上記のような問
題点を解消し、金属薄膜のパターニングを容易に行うこ
とができ、基板上に絶縁層が形成されていても絶縁性が
損なわれることがない薄膜太陽電池用下部電極の製造方
法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明の薄膜太陽電池
用下部電極の製造方法は、以上の目的を達成するため
に、つぎのように構成した。

【００１７】つまり、この発明の薄膜太陽電池用下部電
極の製造方法は、絶縁性を有する基板上に水溶性インキ
からなる線状のパターン層を形成した後、少なくともモ
リブデンを含む金属薄膜を全面的に形成し、次いで水洗
を行ってパターン層とともにパターン層の上に位置する
金属薄膜を除去し、金属薄膜の一部を線状に除去するよ
うに構成した。

【００１８】また、上記の発明において、水溶性インキ
が、アクリル系樹脂またはセルロース系樹脂をバインダ
ーとするように構成してもよい。

【００１９】また、上記の発明において、パターン層
を、ディスペンサを用いて形成するように構成してもよ
い。

【００２０】また、上記の発明において、パターン層
を、スクリーン印刷法によって形成するように構成して
もよい。

【００２１】また、上記の発明において、パターン層の
乾燥時の高さが１０〜１５μｍであるように構成しても
よい。

【００２２】また、上記の発明において、水洗工程が、
超音波またはブラシによる洗浄を併用したものであるよ
うに構成してもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】図面を参照しながらこの発明の実
施の形態について詳しく説明する。

【００２４】図１は、この発明の薄膜太陽電池用下部電
極の製造方法の一工程を示す断面図である。図２は、こ
の発明の薄膜太陽電池用下部電極の製造方法によって得
た薄膜太陽電池用下部電極を用いて薄膜太陽電池を製造
する各工程の一実施例を示す断面図である。図３は、こ
の発明の薄膜太陽電池用下部電極の製造方法によって得
た薄膜太陽電池用下部電極を示す平面図である。図中、
１は基板、２は絶縁層、３はパターン層、４は金属薄
膜、５は半導体膜、６はＺｎＯ膜、７は透明導電膜であ
る。

【００２５】この発明の薄膜太陽電池用下部電極の製造
方法は、絶縁性を有する基板１上に水溶性インキからな
る線状のパターン層３を形成した後、少なくともモリブ
デンを含む金属薄膜４を全面的に形成し、次いで水洗を
行ってパターン層３とともにパターン層３の上に位置す
る金属薄膜４を除去し、金属薄膜４の一部を線状に除去
する方法である（図１参照）。

【００２６】まず、絶縁性を有する基板１上に、水溶性
インキからなる線状のパターン層３を形成する（図１
（ａ）参照）。

【００２７】絶縁性を有する基板１としては、たとえ
ば、ガラス基板、ポリイミド基板などを用いることがで
きる。また、ステンレスなどの金属板の上に、ＳｉＯ_２
などの絶縁層２を形成したものを用いることもできる。

【００２８】水溶性インキとしては、たとえば、アクリ
ル系樹脂、セルロース系樹脂、ポリビニルアルコール系
樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポ
リエステル系樹脂、アルキッド系樹脂などをバインダー
とし、硫酸バリウムなどを顔料とし、アルコール系など
の溶剤を用いたものとするとよい。また、必要に応じて
硬化剤、分散剤、消泡剤、レベリング剤などの添加剤な
どを加えてもよい。

【００２９】水溶性インキを用いて、基板１上に線状の
パターン層３を形成する。形成方法としては、ディスペ
ンサを用いる方法、スクリーン印刷法、インクジェット
法などを用いるのが好ましい。

【００３０】ディスペンサを用いる方法とは、液体材料
をノズル先端から任意の流量で吐出するように制御でき
るとともに、ノズルをＸＹＺ軸方向に移動させることに
よって任意のパターンに塗布できるように制御できる装
置であるディスペンサを用いてインキをパターン状に塗
布する方法である。このようなディスペンサを供給する
メーカとして、たとえば、株式会社サンエイテック、岩
下エンジニアリング株式会社、武蔵エンジニアリングな
どがある。ディスペンサを用いる方法は、直線的なパタ
ーンを形成するのに適している。また、スクリーン印刷
法は、生産性に優れているので、量産を行う場合に適し
ているという利点がある。また、インクジェット法は、
直線だけでなく、種々の形状のパターン化を行うのが容
易であるという利点がある。

【００３１】この発明でいう線状のパターンとは、たと
えば、幅１００±１０μｍ程度の線状のものをいう。線
幅は小さくするほど、薄膜太陽電池の効率を高めること
ができるが、あまり線幅を小さくすると、下部電極間の
導通が生じるおそれがある。

【００３２】パターン層３は、膜厚５〜３０μｍ程度で
形成するのが好ましい。膜厚が５μｍに満たないと、後
の水洗工程においてパターン層３を除去することが困難
になる。また、３０μｍを越えると、パターン層３の精
度を保つことが困難になる。特に、膜厚が１０〜１５μ
ｍであるのが好ましい。この範囲にあると、パターン層
３を精度よく形成することができるとともに後の水洗工
程においてパターン層３を完全に除去することが容易に
できる。

【００３３】次いで、少なくともモリブデンを含む金属
薄膜４を全面的に形成する（図１（ｂ）参照）。金属薄
膜４を形成するには、真空蒸着法、スパッタリング法、
イオンプレーティング法などで形成するとよい。金属薄
膜４は、膜厚４００〜５００ｎｍで形成するのが一般的
である。

【００３４】次いで、水洗を行ってパターン層３ととも
にパターン層３の上に位置する金属薄膜４を除去する
（図１（ｃ）参照）。水洗工程は、流水によって水溶性
インキからなるパターン層３を膨潤させ、パターン層３
を溶解することによって、パターン層３とパターン層３
の上に位置する金属薄膜４を除去し、金属薄膜４を複数
の帯状パターンとすることによって互いの導通が失われ
るようにする工程である。水洗は、単に流水によってパ
ターン層３を膨潤・除去する方法のほか、超音波を併用
して膨潤に要する時間を短縮する方法、あるいは、ブラ
シなどの機械的応力を併用してパターン層３の除去を促
進する方法などがある。パターン層３および金属薄膜４
が除去されれば、純水によってすすぎを行い、続いて乾
燥を行うとよい。

【００３５】以上のようにして、金属薄膜４の一部を線
状に除去し、薄膜太陽電池用下部電極を得ることができ
る。

【００３６】このようにして得た薄膜太陽電池用下部電
極の上には、通常、半導体膜５、ＺｎＯ膜６、透明導電
膜７などを順次形成して薄膜太陽電池を得ることができ
る。これらの層を形成するには、たとえば、次のように
して行うことができる（図２参照）。

【００３７】まず、下部電極４上に、半導体膜５を形成
する（図２（ｄ）参照）。半導体膜５は、たとえば、蒸
着法、スパッタリング法、化学析出法などによって形成
することができる。

【００３８】半導体膜５としては、たとえば組成式がＡ
ＢＣ_２（ただし、ＡはＩｂ族元素、ＢはＩＩＩｂ族元
素、ＣはＶＩｂ族元素）で表される半導体膜を用いるこ
とができる。ここで、Ｉｂ族元素であるＡとしては、Ｃ
ｕなどを用いることができる。また、ＩＩＩｂ族元素で
あるＢとしては、Ｉｎ、Ｇａなどを用いることができ
る。また、ＶＩｂ族元素であるＣとしては、Ｓｅ、Ｓな
どを用いることができる。具体的には、半導体膜５に
は、たとえば、ＣｕＩｎＳｅ_２薄膜や、これにさらにＧ
ａが固溶したＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２膜を用いること
ができる。なお、半導体膜５として、基板１側からＣｕ
ＩｎＳｅ_２膜（またはＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ _２膜）と
ＣｕＩｎ_３Ｓｅ_５膜（またはＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）_３Ｓｅ
_５薄膜）とが積層された薄膜を用いてもよい。この場合
には、ＣｕＩｎ_３Ｓｅ_５膜（またはＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）
_３Ｓｅ_５膜）がさらにＩＩ族元素を含んでもよい。

【００３９】また、必要に応じて、バッファ層（図示せ
ず）を半導体膜５上に形成してもよい。バッファ層とし
ては、たとえば、ＣｄＳ薄膜やＺｎ（Ｏ，Ｓ）薄膜を用
いることができる。

【００４０】また、必要に応じて、ＺｎＯ膜６を形成し
てもよい（図２（ｄ）参照）。

【００４１】次いで、半導体膜５の一部を線状に除去す
る（図２（ｅ）参照）。除去方法としては、通常のレー
ザパターニング法やメカニカルスクライブ法を用いると
よい。バッファ層やＺｎＯ膜６を形成した場合は、半導
体膜５の除去とともにバッファ層やＺｎＯ膜６を除去
し、パターニングするとよい。

【００４２】このようにして、半導体膜５を分割するこ
とにより、光吸収層を形成することができる。ここで、
半導体膜５の一部を線状に除去して形成される溝５ａ
は、半導体膜５を分割して光吸収層を形成するととも
に、溝５ａによって下部電極を構成する金属薄膜４の一
部が露出するようにする。

【００４３】次いで、透明導電膜７を、半導体膜５また
はＺｎＯ膜６上、および、半導体膜５が除去されて露出
している下部電極を構成する金属薄膜４上に全面的に形
成する（図２（ｆ）参照）。ここで、透明導電膜７は、
溝５ａの部分にも形成され、この溝５ａの部分を通じて
下部電極を構成する金属薄膜４と電気的に接続する。

【００４４】透明導電膜７としては、たとえばＩＴＯ
（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）を用いることが
できる。透明導電膜７を形成するには、真空蒸着法、ス
パッタリング法、イオンプレーティング法などで形成す
るとよい。

【００４５】次いで、透明導電膜７の一部を線状に除去
することによって透明導電膜７を短冊形状に分割し、上
部電極を形成する。透明導電膜７の一部を除去する方法
としては、通常のレーザパターニング法やメカニカルス
クライブ法がある。透明導電膜７の一部を線状に除去し
て溝７ａを形成し、透明導電膜７を短冊形状に分割す
る。溝７ａは、溝５ａに隣接するように形成される。な
お、このとき透明導電膜７の一部とともに、半導体膜５
の一部も線状に除去してもよい。

【００４６】このようにして、直列接続された２以上の
太陽電池ユニットセルが基板１上に形成された薄膜太陽
電池を形成できる。各太陽電池ユニットセルの上部電極
は、隣接する太陽電池ユニットセルの下部電極と接続さ
れ、隣接する太陽電池ユニットセルが直列接続されるこ
ととなる。

【００４７】

【実施例】厚さ０．７ｍｍのステンレス板を基板とし、
その上に厚さ１〜２μｍのＳｉＯ _２膜を絶縁層として形
成して、絶縁性を有する基板とした。その上に、アクリ
ル系樹脂をバインダーとし硫酸バリウムを顔料とした水
溶性インキを、ノズル内径１００μｍ、速度１００ｍｍ
／秒、接触角度３０°の条件でディスペンサを用い、乾
燥時の幅０．１ｍｍ、高さ１０μｍの線状のパターン層
を形成した。

【００４８】次いで、モリブデンを主成分とする金属薄
膜をスパッタリング法で全面的に形成した。

【００４９】次いで、超音波を併用して水洗を約３分間
行ってパターン層とともにパターン層の上に位置する金
属薄膜を除去し、金属薄膜の一部を線状に除去し、下部
電極を形成した。

【００５０】このようにして得た下部電極は、パターン
層の上に位置する金属薄膜が完全に除去され、各下部電
極間およびステンレス板との間の絶縁性が確実に確保さ
れるものであった。

【００５１】

【発明の効果】この発明は、前記した構成からなるの
で、次のような効果を有する。

【００５２】この発明の薄膜太陽電池用下部電極の製造
方法は、絶縁性を有する基板上に水溶性インキからなる
線状のパターン層を形成した後、少なくともモリブデン
を含む金属薄膜を全面的に形成し、次いで水洗を行って
パターン層とともにパターン層の上に位置する金属薄膜
を除去し、金属薄膜の一部を線状に除去するように構成
したので、下部電極膜のパターニングを容易に行うこと
ができ、基板上に絶縁層が形成されていても絶縁性が損
なわれることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の薄膜太陽電池用下部電極の製造方法
の一工程を示す断面図である。

【図２】この発明の薄膜太陽電池用下部電極の製造方法
によって得た薄膜太陽電池用下部電極を用いて薄膜太陽
電池を製造する各工程の一実施例を示す断面図である。

【図３】この発明の薄膜太陽電池用下部電極の製造方法
によって得た薄膜太陽電池用下部電極を示す平面図であ
る。

【図４】従来の薄膜太陽電池用下部電極の製造方法の各
工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１基板２絶縁層３パターン層４金属薄膜５半導体膜６ＺｎＯ膜７透明導電膜１１基板１２金属薄膜１３半導体膜１４ＺｎＯ膜１５透明導電膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性を有する基板上に水溶性インキか
らなる線状のパターン層を形成した後、少なくともモリ
ブデンを含む金属薄膜を全面的に形成し、次いで水洗を
行ってパターン層とともにパターン層の上に位置する金
属薄膜を除去し、金属薄膜の一部を線状に除去すること
を特徴とする薄膜太陽電池用下部電極の製造方法。
【請求項２】水溶性インキが、アクリル系樹脂または
セルロース系樹脂をバインダーとするものである請求項
１記載の薄膜太陽電池用下部電極の製造方法。
【請求項３】パターン層を、ディスペンサを用いて形
成する請求項１記載の薄膜太陽電池用下部電極の製造方
法。
【請求項４】パターン層を、スクリーン印刷法によっ
て形成する請求項１〜２のいずれかに記載の薄膜太陽電
池用下部電極の製造方法。
【請求項５】パターン層の乾燥時の高さが１０〜１５
μｍである請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜太陽電
池用下部電極の製造方法。
【請求項６】水洗工程が、超音波またはブラシによる
洗浄を併用したものである請求項１〜５のいずれかに記
載の薄膜太陽電池用下部電極の製造方法。