JP2004327850A - Integrated solar cell - Google Patents

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solar cell
insulating layer
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integrated solar
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Japanese (ja)
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Shinichi Shimakawa
伸一 島川
Takayuki Negami
卓之 根上
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solar cell which can be easily manufactured with a high versatility, and to provide a method for manufacturing the cell. <P>SOLUTION: The solar cell comprises a substrate 11 including an insulating layer 11b and a plurality of unit cells 15 formed on the upper side of the insulating layer 11b to be connected in series. The unit cell 15 includes a semiconductor layer which contains a Group Ib element, a Group IIIb element, and a Group VIb element and which functions as a light absorbing layer. The substrate 11 has a base 11a containing FGe, Cr and Al, and an insulating layer 11b positioned on the base 11a. The insulating layer is formed by heating and oxiding the base 11a. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積型太陽電池およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなる化合物半導体薄膜(カルコパイライト構造半導体薄膜)であるCuInSe(CIS)、またはこれにGaを固溶したCu(In,Ga)Se(CIGS)、あるいはCuInSを光吸収層に用いたCIS系薄膜太陽電池モジュールの構造および製造方法について、報告がなされている(例えば、非特許文献1参照)。このようなCIS系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。
【0003】
CIS系の集積型太陽電池を製造するための従来の方法について、図5を参照しながら一例を説明する。まず、図5(a)に示すように、ガラスなどの絶縁性基板1上に第1の電極膜2をスパッタリング法によって形成した後、連続発振のレーザビームL1を照射することによって、第1の電極膜2をストライプ状に除去して短冊状の第1の電極膜2を形成する。その後、図5(b)に示すように、p型Cu(In,Ga)Se薄膜とn型CdS薄膜との積層膜からなる半導体膜3を形成する。その後、図5(c)に示すように、メカニカルスクライブ法によって半導体膜3を短冊状に分割する。その後、図5(d)に示すように、第2の電極膜4として透明導電膜を形成する。最後に、図5(e)に示すように、メカニカルスクライブ法によって、第2の電極膜4を短冊状に分割する。図5(e)の集積型太陽電池では、各ユニットセル5の第2の電極膜4が、隣接するユニットセル5の第1の電極膜2と接続することによって、各ユニットセル5が直列接続している。なお図5(c)や図5(e)の工程において、メカニカルスクライブ法ではなくレーザビームを用いて分割することも可能である。
このような集積型の薄膜太陽電池においては、ステンレス基板などの可撓性基板を用いることによって汎用性が高くなる。また、可撓性基板を用いた場合には、ロールに巻かれた基板を引き出してその上に太陽電池を連続的に形成することができるため、製造上有利である。
【0004】
【非特許文献1】
第13回 ユーロピアン フォトヴォルテック ソーラー カンファレンス(13TH EUROPEAN PHOTOVOLTAIC SOLAR CONFERENCE)1995 P.1451−1455
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属製フレキシブル基板(たとえばステンレス基板)のように絶縁性でない基板を用いた場合には、集積型太陽電池を構成するために基板の表面に絶縁性を付与することが必要である。基板表面が絶縁性でないと、ユニットセル同士が短絡するため、集積型太陽電池を構成することは不可能になる。
【0006】
また、金属製基板上に絶縁膜を形成する場合でも、半導体膜を形成する際の高温に耐えきれず、熱応力によって絶縁膜が基板から剥離することがある。
【0007】
上記従来の技術が有する問題を解決すべく、本発明は、汎用性が高く製造が容易な太陽電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の太陽電池は、絶縁層を含む基板と、前記絶縁層の上方に形成され直列接続された複数のユニットセルとを備える集積型太陽電池であって、前記ユニットセルは、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とを含む半導体からなり光吸収層として機能する半導体層を含み、前記基板は、FeとCrとAlとを含む基体と前記基体上に配置された前記絶縁層とを備え、前記絶縁層は前記基体を熱酸化することによって形成された絶縁層であることを特徴とする。
【0009】
上記太陽電池は、前記絶縁層と前記ユニットセルとの間に配置された絶縁膜をさらに備えてもよい。
【0010】
上記太陽電池では、前記基体におけるAlの含有率が2原子%以上であってもよい。
【0011】
上記太陽電池では、前記基体が希土類元素を含んでもよい。
【0012】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とを含む半導体からなり光吸収層として機能する半導体層を含む複数のユニットセルを備える集積型太陽電池の製造方法であって、(i)FeとCrとAlとを含む基体を熱酸化することによって、前記基体の少なくとも一主面に絶縁層を形成する工程と、(ii)前記絶縁層の上方に、直列接続された複数の前記ユニットセルを形成する工程とを含むことを特徴とする。
【0013】
上記製造方法では、前記(i)の工程において、800℃以上の温度で熱酸化を行ってもよい。
【0014】
上記製造方法では、前記基体におけるAlの含有率が2原子%以上であってもよい。
【0015】
上記製造方法では、前記基体が希土類元素を含んでもよい。
【0016】
上記製造方法では、前記(i)の工程ののちであって前記(ii)の工程の前に、前記絶縁層上に絶縁膜を形成する工程をさらに含んでもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の集積型薄膜太陽電池、およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【0018】
本発明の集積型太陽電池、およびその製造方法を図1を参照しながら説明する。まず、図1(a)に示すように、鉄を主成分とする基体11aを用意する。基体11aは、鉄(Fe)を主成分(50原子%以上であり、通常70原子%以上)とし、さらに微量の添加元素を含む鉄板である。添加元素としては、少なくともクロム(Cr)とアルミニウム(Al)とを含み、さらにイットリウム(Y)などの希土類元素を含んでもよい。Crの含有率は、たとえば10原子%以上35原子%以下である。また、Alの含有率は、たとえば2原子%以上10原子%以下である。基体11aとしては、たとえば、20原子%のCrと5原子%のAlとを含む鉄基板を用いることができる。また、基体11aがCrを含むことによって、基体の耐食性および耐久性が向上する。また、基体11aは、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属を含んでもよい。基体11aがアルカリ金属を含むことによって、半導体膜13中のCIS膜やCIGS膜の成長を促進させることができる。基体11aは可撓性を有することが好ましく、その厚さは、30μm〜200μmの範囲であることが好ましい。
【0019】
次に、基体11aを熱酸化することによって、図1(b)に示すように、基体11aの少なくとも一主面に絶縁層11bを形成する(工程(i))。熱酸化後の基板11は、基体11aの部分と、それが酸化されて絶縁層11bとなった部分とを含む。熱酸化は、酸素を含む雰囲気中で行われ、800℃以上の温度で行うことが好ましい。絶縁層11bの厚さは、たとえば0.1μm〜3μmであり、0.4μm以上であることが好ましい。
【0020】
熱酸化工程に用いられる電気炉の一例を、図2に模式的に示す。図2の電気炉30は、ヒータ31を備える。電気炉30の内部は、所望の雰囲気(たとえば酸素リッチ雰囲気)にすることが可能である。ロールに巻かれた基体11aは、ロール32から送り出され、ヒータ31で加熱されながらゆっくりと移動する。基体11aは、ヒータ31によって800〜1100℃の温度で1時間程度加熱され、これによって酸化膜(絶縁層)が形成される。たとえばアルミニウムの酸化膜(Alなどの酸化アルミニウム膜)を形成する場合には、1000℃程度で約1時間加熱すると、1μm程度の膜厚の酸化膜が形成される。この酸化膜によって表面が絶縁性の基板が形成される。なお、この酸化膜は、酸化鉄や酸化クロムを含む場合がある。酸化膜が形成された基板11は、ロール33によって巻き取られる。
【0021】
次に、図1(c)に示すように、絶縁層11bの上方に、直列接続された複数のユニットセル15を形成する(工程(ii))。このようにして、本発明の集積型太陽電池10を製造できる。
【0022】
ユニットセル15の形成方法の一例について、図3を参照しながら説明する。まず、図3(a)に示すように、基板11の絶縁層11b上に、ストライプ状のレジストパターン21を形成する。レジストパターン21は、レジスト液をストライプ状に配置したのち定着(硬化)させることによって形成できる。レジストパターン21の幅は、50μm〜200μmの範囲であり、その間隔(ピッチ)は3mm〜8mmの範囲で且つほぼ等間隔である。
【0023】
次に、図3(b)に示すように、レジストパターン21を覆うように第1の電極膜12を形成する。このとき、レジストパターン21上に形成された第1の電極膜12は、レジストパターン21の厚さだけ浮いた形で形成される。
【0024】
次に、図3(c)に示すように、レジストパターン21およびレジストパターン21上に形成された第1の電極膜12を除去する。レジストパターン21上に形成された第1の電極膜12は、レジストパターン21を除去することによって同時に除去される。このようにして、第1の電極膜12を短冊状に分割できる。
【0025】
レジスト液が水溶性の化合物(水溶性の樹脂など)を含む場合やレジスト液が水溶性インクである場合には、水を含む液体(たとえば水)を用いることによってレジストパターン21を除去できる。また、レジスト液が有機溶媒に可溶な高分子化合物を含む場合には、有機溶媒を用いることによってレジストパターン21を除去できる。
【0026】
レジストパターン21を除去する方法の1つとして、液体中で超音波洗浄を行う方法が挙げられる。ただし、レジスト液の粘性が高い場合は、ブラシを用いた洗浄などのように、機械的な手段を用いた洗浄方法でもよい。
【0027】
次に、図3(d)に示すように、第1の電極膜12上にpn接合を含む半導体膜13を形成する。そして、図3(e)に示すように、半導体膜13の一部をストライプ状に除去して溝13aを形成することによって、半導体膜13を短冊状に分割する。溝13aは、溝13aによって第1の電極膜12の一部が露出するような位置に形成され、たとえば、溝12aに隣接されるように形成される。半導体膜13の一部の除去は、メカニカルスクライブ法やレーザスクライブ法で行うことができる。
【0028】
半導体膜13は、p形の半導体層(光吸収層)とn形の半導体層とを含む。p形の半導体としては、たとえば、カルコパイライト構造半導体を用いることができ、具体的には、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とを含む半導体を用いることができる。より具体的には、CuInSe(CIS)、またはこれにGaを固溶したCu(In,Ga)Se(CIGS)、あるいはこれらのSeの一部を硫黄(S)で置き換えた半導体を用いることができる。これらは、蒸着法またはスパッタリング法によって形成できる。また、n形の半導体としては、たとえば、CdS、ZnO、Zn(O,OH)、Zn(O,OH,S)、ZnMgO等の少なくともII族元素とVIb族元素とを含む化合物を用いることができる。これらは、化学浴析出法またはスパッタリング法で形成できる。
【0029】
次に、図3(f)に示すように、半導体膜13上および半導体膜13が除去された露出した第1の電極膜12上に第2の電極膜14を形成する。第2の電極膜14は溝13aの部分にも形成され、この溝13aの部分を通じて第1の電極膜12と第2の電極膜14とが電気的に接続される。最後に、図3(g)に示すように、第2の電極膜14の一部をストライプ状に除去して溝14aを形成することによって、第2の電極膜14を短冊状に分割する。この工程では、図3(g)に示すように、第2の電極膜14とともに半導体膜13の一部を除去してもよい。第2の電極膜14には、ZnO膜、ZnO:Al膜、ITO膜などの透明導電膜を用いることができ、スパッタリング法やCVD法などによって形成できる。
【0030】
このようにして、直列接続された複数のユニットセル(太陽電池ユニットセル)15が基板11上に形成された集積型の太陽電池10を製造できる。各ユニットセル15の第2の電極膜14は、隣接するユニットセル15の第1の電極膜12と接続されており、これによって隣接するユニットセルが直列接続されている。本発明の太陽電池では、基板中に含まれる元素(Al)を酸化させることによって絶縁層を形成しているため、基板と絶縁層との密着性がよく、絶縁層が基板から剥離しない。
【0031】
なお、本発明の太陽電池では、絶縁層11bと第1の電極膜12との間に配置された絶縁膜をさらに備えてもよい。そのような太陽電池10aを図4に示す。
太陽電池10aの製造方法は、絶縁膜41を形成することを除いて太陽電池10の製造方法と同じである。
【0032】
絶縁膜41は、絶縁層11bを形成したのちに形成される。絶縁層11bは熱酸化によって形成されるが、基板を均一に加熱できなかった場合は、表面酸化によって形成した絶縁層、たとえばアルミニウムの酸化層(Alなどの酸化アルミニウム膜)が凹凸を伴った形で形成される。基板の凹凸が大きいと半導体膜を形成したときにピンホールが発生しやすい原因となる。このような場合には、基板の凹凸を埋めて表面を平坦にするために、絶縁膜41を形成することが好ましい。絶縁膜41を形成する方法としてはゾル・ゲル法やめっき法がある。ここではゾル・ゲル法によって酸化膜、たとえばアルミニウムの酸化膜(Al膜)を形成する方法の一例を説明する。
【0033】
まず、金属アルコキシドとして、たとえばアルミニウムブトキシド(Al(OC)を用意し、これにアルコールを加えて混合溶液を調製する。この混合溶液に、加水分解に必要な水と、触媒としての酸のアルコール溶液とを添加して出発溶液を調製する。この出発溶液を室温〜80℃の温度とし、この溶液に基板を浸しながら、撹拌を行いアルコキシドの加水分解と重縮合を行わせる。出発溶液中では、金属酸化物の粒子が生成して溶液はゾルになり、さらに反応が進むと全体が固まったゲルになる。その後、基板を引きあげて、基板を乾燥する。その後、200℃以上の温度で基板上のゲルを焼結させることによって、アルミニウムの酸化膜(Al膜)を形成する。
【0034】
絶縁膜41と、絶縁層11bとが同じ材料で形成される場合には、両者の結合性が高く、且つ平坦な基板が得られる。たとえば、絶縁層11bがアルミニウムの酸化膜(Al膜)からなる場合には、ゾル・ゲル法によってアルミニウムの酸化膜(Al膜)を形成することによって、絶縁層11bと結合性が高い絶縁膜41を形成できる。
【0035】
以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用することができる。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、汎用性が高く製造が容易な太陽電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の集積型太陽電池の製造方法について一例を示す工程断面図である。
【図2】本発明の製造方法で用いる製造装置の一例を模式的に示す図である。
【図3】本発明の集積型太陽電池の製造方法について一例の一部の工程を示す断面図である。
【図4】本発明の集積型太陽電池の一例を示す断面図である。
【図5】従来の集積型太陽電池の製造方法について一例を示す工程断面図である。
【符号の説明】
10、10a 太陽電池
11 基板
11a 基体
11b 絶縁層
12 第1の電極膜
12a、13a、14a 溝
13 半導体膜
14 第2の電極膜
15 ユニットセル
21 レジストパターン
30 電気炉
31 ヒータ
32、33 ロール
41 絶縁膜
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an integrated solar cell and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, CuInSe 2 (CIS), which is a compound semiconductor thin film (chalcopyrite structure semiconductor thin film) composed of a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element, or Cu (In, Ga) Se in which Ga is dissolved in the compound semiconductor thin film 2 (CIGS) or a structure and a manufacturing method of a CIS-based thin film solar cell module using CuInS 2 for the light absorbing layer have been reported (for example, see Non-Patent Document 1). In such a CIS-based thin film solar cell, an integrated structure in which a plurality of unit cells are connected in series on a substrate is generally used.
[0003]
An example of a conventional method for manufacturing a CIS-based integrated solar cell will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 5A, a first electrode film 2 is formed on an insulating substrate 1 made of glass or the like by a sputtering method, and then the first electrode film 2 is irradiated with a continuous wave laser beam L1, thereby forming a first electrode film. The electrode film 2 is removed in a stripe shape to form a strip-shaped first electrode film 2. Thereafter, as shown in FIG. 5B, a semiconductor film 3 composed of a laminated film of a p-type Cu (In, Ga) Se 2 thin film and an n-type CdS thin film is formed. Thereafter, as shown in FIG. 5C, the semiconductor film 3 is divided into strips by a mechanical scribe method. After that, as shown in FIG. 5D, a transparent conductive film is formed as the second electrode film 4. Finally, as shown in FIG. 5E, the second electrode film 4 is divided into strips by a mechanical scribe method. In the integrated solar cell of FIG. 5E, the second electrode film 4 of each unit cell 5 is connected to the first electrode film 2 of the adjacent unit cell 5 so that each unit cell 5 is connected in series. are doing. Note that in the steps of FIG. 5C and FIG. 5E, it is also possible to divide using a laser beam instead of the mechanical scribe method.
In such an integrated thin-film solar cell, versatility is enhanced by using a flexible substrate such as a stainless steel substrate. Further, when a flexible substrate is used, the substrate wound around a roll can be pulled out and a solar cell can be continuously formed thereon, which is advantageous in manufacturing.
[0004]
[Non-patent document 1]
The 13th European Photovoltaic Solar Conference (13TH EUROPEAN PHOTOVOLTAIC SOLAR CONFERENCE) 1995 p. 1451-1455
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a non-insulating substrate such as a metal flexible substrate (for example, a stainless steel substrate) is used, it is necessary to impart insulation to the surface of the substrate in order to constitute an integrated solar cell. If the substrate surface is not insulative, the unit cells are short-circuited, so that it is impossible to form an integrated solar cell.
[0006]
In addition, even when an insulating film is formed over a metal substrate, the insulating film may not be able to withstand high temperatures when the semiconductor film is formed, and may be separated from the substrate by thermal stress.
[0007]
An object of the present invention is to provide a solar cell that is highly versatile and easy to manufacture, and a method for manufacturing the same, in order to solve the above-mentioned problems of the related art.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a solar cell of the present invention is an integrated solar cell including a substrate including an insulating layer, and a plurality of unit cells formed above the insulating layer and connected in series, The unit cell includes a semiconductor layer made of a semiconductor containing a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element, and functions as a light absorption layer. The substrate has a base containing Fe, Cr, and Al, and a base on the base. And the insulating layer disposed, wherein the insulating layer is an insulating layer formed by thermally oxidizing the base.
[0009]
The solar cell may further include an insulating film disposed between the insulating layer and the unit cell.
[0010]
In the above solar cell, the Al content in the substrate may be 2 atomic% or more.
[0011]
In the solar cell, the base may include a rare earth element.
[0012]
In addition, the method for manufacturing a solar cell according to the present invention is directed to an integrated solar cell including a plurality of unit cells including a semiconductor layer including a semiconductor including a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element and functioning as a light absorption layer. (I) forming an insulating layer on at least one principal surface of the base by thermally oxidizing a base containing Fe, Cr, and Al; and (ii) forming an insulating layer on the insulating layer. And forming a plurality of the unit cells connected in series.
[0013]
In the above manufacturing method, the thermal oxidation may be performed at a temperature of 800 ° C. or more in the step (i).
[0014]
In the above manufacturing method, the Al content in the substrate may be 2 atomic% or more.
[0015]
In the above manufacturing method, the base may include a rare earth element.
[0016]
The manufacturing method may further include a step of forming an insulating film on the insulating layer after the step (i) and before the step (ii).
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an integrated thin-film solar cell of the present invention and a method of manufacturing the same will be described with reference to the drawings. In the following description, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0018]
The integrated solar cell of the present invention and a method of manufacturing the same will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 1A, a base 11a containing iron as a main component is prepared. The base 11a is an iron plate containing iron (Fe) as a main component (50 at% or more, usually 70 at% or more) and further containing a small amount of an additional element. The additional element contains at least chromium (Cr) and aluminum (Al), and may further contain a rare earth element such as yttrium (Y). The Cr content is, for example, not less than 10 atomic% and not more than 35 atomic%. The Al content is, for example, not less than 2 atomic% and not more than 10 atomic%. As the base 11a, for example, an iron substrate containing 20 atomic% of Cr and 5 atomic% of Al can be used. Further, when the base 11a contains Cr, the corrosion resistance and durability of the base are improved. Further, the base 11a may contain an alkali metal such as sodium or potassium. When the base 11a contains an alkali metal, the growth of the CIS film and the CIGS film in the semiconductor film 13 can be promoted. The substrate 11a preferably has flexibility, and its thickness is preferably in the range of 30 μm to 200 μm.
[0019]
Next, as shown in FIG. 1B, an insulating layer 11b is formed on at least one main surface of the base 11a by thermally oxidizing the base 11a (step (i)). The substrate 11 after the thermal oxidation includes a portion of the base 11a and a portion where the substrate 11a is oxidized to become the insulating layer 11b. The thermal oxidation is performed in an atmosphere containing oxygen, and is preferably performed at a temperature of 800 ° C. or higher. The thickness of the insulating layer 11b is, for example, 0.1 μm to 3 μm, and preferably 0.4 μm or more.
[0020]
FIG. 2 schematically shows an example of an electric furnace used in the thermal oxidation step. The electric furnace 30 of FIG. The inside of the electric furnace 30 can be set to a desired atmosphere (for example, an oxygen-rich atmosphere). The substrate 11a wound on the roll is sent out from the roll 32, and moves slowly while being heated by the heater 31. The base 11a is heated by the heater 31 at a temperature of 800 to 1100 ° C. for about one hour, thereby forming an oxide film (insulating layer). For example, in the case of forming an aluminum oxide film (an aluminum oxide film such as Al 2 O 3 ), heating at about 1000 ° C. for about 1 hour forms an oxide film having a thickness of about 1 μm. The oxide film forms a substrate having an insulating surface. Note that this oxide film may include iron oxide and chromium oxide in some cases. The substrate 11 on which the oxide film is formed is taken up by a roll 33.
[0021]
Next, as shown in FIG. 1C, a plurality of unit cells 15 connected in series are formed above the insulating layer 11b (step (ii)). Thus, the integrated solar cell 10 of the present invention can be manufactured.
[0022]
An example of a method for forming the unit cell 15 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 3A, a stripe-shaped resist pattern 21 is formed on the insulating layer 11b of the substrate 11. The resist pattern 21 can be formed by arranging a resist solution in a stripe shape and then fixing (curing) the resist solution. The width of the resist pattern 21 is in the range of 50 μm to 200 μm, and the interval (pitch) is in the range of 3 mm to 8 mm and substantially equal.
[0023]
Next, as shown in FIG. 3B, the first electrode film 12 is formed so as to cover the resist pattern 21. At this time, the first electrode film 12 formed on the resist pattern 21 is formed so as to float by the thickness of the resist pattern 21.
[0024]
Next, as shown in FIG. 3C, the resist pattern 21 and the first electrode film 12 formed on the resist pattern 21 are removed. The first electrode film 12 formed on the resist pattern 21 is simultaneously removed by removing the resist pattern 21. Thus, the first electrode film 12 can be divided into strips.
[0025]
When the resist liquid contains a water-soluble compound (such as a water-soluble resin) or when the resist liquid is a water-soluble ink, the resist pattern 21 can be removed by using a liquid containing water (for example, water). When the resist solution contains a polymer compound soluble in an organic solvent, the resist pattern 21 can be removed by using an organic solvent.
[0026]
As one of the methods of removing the resist pattern 21, there is a method of performing ultrasonic cleaning in a liquid. However, when the viscosity of the resist solution is high, a cleaning method using mechanical means such as cleaning using a brush may be used.
[0027]
Next, as shown in FIG. 3D, a semiconductor film 13 including a pn junction is formed on the first electrode film 12. Then, as shown in FIG. 3E, the semiconductor film 13 is divided into strips by removing a part of the semiconductor film 13 in a stripe shape to form a groove 13a. The groove 13a is formed at a position where a part of the first electrode film 12 is exposed by the groove 13a, and is formed, for example, so as to be adjacent to the groove 12a. Part of the semiconductor film 13 can be removed by a mechanical scribe method or a laser scribe method.
[0028]
The semiconductor film 13 includes a p-type semiconductor layer (light absorbing layer) and an n-type semiconductor layer. As the p-type semiconductor, for example, a chalcopyrite structure semiconductor can be used, and specifically, a semiconductor containing a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element can be used. More specifically, CuInSe 2 (CIS), Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) in which Ga is dissolved in Ga, or a semiconductor in which part of these Se is replaced by sulfur (S) is used. be able to. These can be formed by a vapor deposition method or a sputtering method. Further, as the n-type semiconductor, for example, a compound containing at least a group II element and a group VIb element such as CdS, ZnO, Zn (O, OH), Zn (O, OH, S), and ZnMgO may be used. it can. These can be formed by a chemical bath deposition method or a sputtering method.
[0029]
Next, as shown in FIG. 3F, a second electrode film 14 is formed on the semiconductor film 13 and on the exposed first electrode film 12 from which the semiconductor film 13 has been removed. The second electrode film 14 is also formed in the groove 13a, and the first electrode film 12 and the second electrode film 14 are electrically connected through the groove 13a. Finally, as shown in FIG. 3G, the second electrode film 14 is divided into strips by removing a part of the second electrode film 14 in a stripe shape to form a groove 14a. In this step, a part of the semiconductor film 13 may be removed together with the second electrode film 14, as shown in FIG. As the second electrode film 14, a transparent conductive film such as a ZnO film, a ZnO: Al film, and an ITO film can be used, and can be formed by a sputtering method, a CVD method, or the like.
[0030]
In this way, an integrated solar cell 10 in which a plurality of unit cells (solar cell unit cells) 15 connected in series are formed on the substrate 11 can be manufactured. The second electrode film 14 of each unit cell 15 is connected to the first electrode film 12 of the adjacent unit cell 15, whereby the adjacent unit cells are connected in series. In the solar cell of the present invention, since the insulating layer is formed by oxidizing the element (Al) contained in the substrate, the adhesion between the substrate and the insulating layer is good, and the insulating layer does not peel off from the substrate.
[0031]
Note that the solar cell of the present invention may further include an insulating film disposed between the insulating layer 11b and the first electrode film 12. Such a solar cell 10a is shown in FIG.
The method for manufacturing the solar cell 10a is the same as the method for manufacturing the solar cell 10 except that the insulating film 41 is formed.
[0032]
The insulating film 41 is formed after forming the insulating layer 11b. Although the insulating layer 11b is formed by thermal oxidation, when the substrate cannot be heated uniformly, the insulating layer formed by surface oxidation, for example, an oxide layer of aluminum (an aluminum oxide film such as Al 2 O 3 ) has irregularities. It is formed in an accompanying form. If the unevenness of the substrate is large, pinholes are likely to be generated when the semiconductor film is formed. In such a case, it is preferable to form the insulating film 41 in order to fill the unevenness of the substrate and flatten the surface. As a method for forming the insulating film 41, there are a sol-gel method and a plating method. Here, an example of a method of forming an oxide film, for example, an aluminum oxide film (Al 2 O 3 film) by a sol-gel method will be described.
[0033]
First, for example, aluminum butoxide (Al (OC 4 H 9 ) 3 ) is prepared as a metal alkoxide, and an alcohol is added thereto to prepare a mixed solution. To this mixed solution, water necessary for hydrolysis and an alcohol solution of an acid as a catalyst are added to prepare a starting solution. This starting solution is heated to a temperature of room temperature to 80 ° C., and while the substrate is immersed in this solution, stirring is performed to cause hydrolysis and polycondensation of the alkoxide. In the starting solution, metal oxide particles are formed and the solution becomes a sol, and as the reaction proceeds further, the whole becomes a solidified gel. Thereafter, the substrate is pulled up and the substrate is dried. Thereafter, an aluminum oxide film (Al 2 O 3 film) is formed by sintering the gel on the substrate at a temperature of 200 ° C. or higher.
[0034]
When the insulating film 41 and the insulating layer 11b are formed of the same material, a flat substrate having high connectivity between the two can be obtained. For example, when the insulating layer 11b is made of an aluminum oxide film (Al 2 O 3 film), the aluminum oxide film (Al 2 O 3 film) is formed by a sol-gel method, thereby bonding with the insulating layer 11b. The insulating film 41 having high property can be formed.
[0035]
As described above, the embodiments of the present invention have been described by way of examples. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to other embodiments based on the technical idea of the present invention.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a solar cell having high versatility and easy to manufacture can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process sectional view showing one example of a method for manufacturing an integrated solar cell of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of a manufacturing apparatus used in the manufacturing method of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing some steps of an example of the method for manufacturing an integrated solar cell of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing an example of the integrated solar cell of the present invention.
FIG. 5 is a process cross-sectional view showing one example of a conventional integrated solar cell manufacturing method.
[Explanation of symbols]
10, 10a Solar cell 11 Substrate 11a Base 11b Insulating layer 12 First electrode film 12a, 13a, 14a Groove 13 Semiconductor film 14 Second electrode film 15 Unit cell 21 Resist pattern 30 Electric furnace 31 Heater 32, 33 Roll 41 Insulation film

Claims (9)

絶縁層を含む基板と、前記絶縁層の上方に形成され直列接続された複数のユニットセルとを備える集積型太陽電池であって、
前記ユニットセルは、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とを含む半導体からなり光吸収層として機能する半導体層を含み、
前記基板は、FeとCrとAlとを含む基体と前記基体上に配置された前記絶縁層とを備え、
前記絶縁層は前記基体を熱酸化することによって形成された絶縁層であることを特徴とする集積型太陽電池。
An integrated solar cell including a substrate including an insulating layer, and a plurality of unit cells formed above the insulating layer and connected in series,
The unit cell includes a semiconductor layer including a semiconductor including a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element, and serving as a light absorption layer;
The substrate includes a base including Fe, Cr, and Al, and the insulating layer disposed on the base,
The integrated solar cell, wherein the insulating layer is an insulating layer formed by thermally oxidizing the base.
前記絶縁層と前記ユニットセルとの間に配置された絶縁膜をさらに備える請求項1に記載の集積型太陽電池。The integrated solar cell according to claim 1, further comprising: an insulating film disposed between the insulating layer and the unit cell. 前記基体におけるAlの含有率が2原子%以上である請求項1に記載の集積型太陽電池。The integrated solar cell according to claim 1, wherein the Al content in the substrate is 2 atomic% or more. 前記基体が希土類元素を含む請求項1に記載の集積型太陽電池。The integrated solar cell according to claim 1, wherein the base includes a rare earth element. Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とを含む半導体からなり光吸収層として機能する半導体層を含む複数のユニットセルを備える集積型太陽電池の製造方法であって、
(i)FeとCrとAlとを含む基体を熱酸化することによって、前記基体の少なくとも一主面に絶縁層を形成する工程と、
(ii)前記絶縁層の上方に、直列接続された複数の前記ユニットセルを形成する工程とを含むことを特徴とする集積型太陽電池の製造方法。
A method for manufacturing an integrated solar cell including a plurality of unit cells including a semiconductor layer which functions as a light absorption layer and includes a semiconductor including a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element,
(I) forming an insulating layer on at least one principal surface of the base by thermally oxidizing the base including Fe, Cr, and Al;
(Ii) forming a plurality of the unit cells connected in series above the insulating layer.
前記(i)の工程において、800℃以上の温度で熱酸化を行う請求項5に記載の集積型太陽電池の製造方法。The method for manufacturing an integrated solar cell according to claim 5, wherein in the step (i), thermal oxidation is performed at a temperature of 800 ° C or higher. 前記基体におけるAlの含有率が2原子%以上である請求項5に記載の集積型太陽電池の製造方法。The method for manufacturing an integrated solar cell according to claim 5, wherein the Al content in the substrate is 2 atomic% or more. 前記基体が希土類元素を含む請求項5に記載の集積型太陽電池の製造方法。The method for manufacturing an integrated solar cell according to claim 5, wherein the base contains a rare earth element. 前記(i)の工程ののちであって前記(ii)の工程の前に、前記絶縁層上に絶縁膜を形成する工程をさらに含む請求項5に記載の集積型太陽電池の製造方法。The method of manufacturing an integrated solar cell according to claim 5, further comprising a step of forming an insulating film on the insulating layer after the step (i) and before the step (ii).
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