JP2007317885A - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 可視光が透過する部分を一部に有するとともに高い光電変換効率で経年変化がなく信頼性の高い太陽電池を実現する。
【解決手段】 太陽電池は、ガラス基板１上に形成された下部電極層２（Ｍｏ電極層）と、銅・インジウム・ガリウム・セレンを含むカルコパイライト型の光吸収層３（ＣＩＧＳ光吸収層）と、光吸収層３の上に、ＩｎＳ、ＺｎＳ、ＣｄＳ等で形成される高抵抗のバッファ層薄膜４と、ＺｎＯＡｌ等で形成される上部電極層５（ＴＣＯ）とから１つの単位となるセル（単位セル）が形成され、さらに、複数の単位セルを直列接続する目的で、上部電極層５と下部電極層２とを接続するコンタクト電極部６が形成され、コンタクト電極部６に隣接し、基板上の下部電極層２（Ｍｏ電極層）が形成されていない部位には、光吸収層３の一部が除去され上部電極層５（ＴＣＯ）が積層されたシースルー部７が形成されている。
【選択図】 図５
【解決手段】 太陽電池は、ガラス基板１上に形成された下部電極層２（Ｍｏ電極層）と、銅・インジウム・ガリウム・セレンを含むカルコパイライト型の光吸収層３（ＣＩＧＳ光吸収層）と、光吸収層３の上に、ＩｎＳ、ＺｎＳ、ＣｄＳ等で形成される高抵抗のバッファ層薄膜４と、ＺｎＯＡｌ等で形成される上部電極層５（ＴＣＯ）とから１つの単位となるセル（単位セル）が形成され、さらに、複数の単位セルを直列接続する目的で、上部電極層５と下部電極層２とを接続するコンタクト電極部６が形成され、コンタクト電極部６に隣接し、基板上の下部電極層２（Ｍｏ電極層）が形成されていない部位には、光吸収層３の一部が除去され上部電極層５（ＴＣＯ）が積層されたシースルー部７が形成されている。
【選択図】 図５
Description
本発明は、化合物系の太陽電池であるカルコパイライト型太陽電池に係わり、特にモノリシックな直列接続構造を有し可視光を一部透過する太陽電池とその製造方法に関する。
光を受光し電気エネルギーに変換する太陽電池は、半導体の厚さによりバルク系と薄膜系とに分類されている。このうち薄膜系の太陽電池は、半導体層が数１０μｍ〜数μｍ以下の厚さを持つ太陽電池であり、Ｓｉ薄膜系と化合物薄膜系に分類されている。そして化合物薄膜系には、II−ＶＩ 族化合物、カルコパイライト型等の種類があり、これまでいくつか製品化されてきた。この中で、カルコパイライト型の太陽電池は、使用されている物質から、別名ＣＩＧＳ（Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ）系薄膜太陽電池、ＣＩＧＳ太陽電池或いはＩ−III−ＶＩ族系と称されている。
カルコパイライト型太陽電池は、カルコパイライト化合物を光吸収層として形成された太陽電池であり、高効率、光劣化（経年変化）がない、耐放射線特性に優れ、光吸収波長領域が広く、光吸収係数が高い等の特徴を有し、現在量産に向けた研究が行われている。
一般的なカルコパイライト型太陽電池の断面構造を図１に示す。図１に示すように、カルコパイライト型太陽電池は、ガラス基板上に形成された下部電極薄膜と、銅・インジウム・ガリウム・セレンを含む光吸収層薄膜と、光吸収層薄膜の上にＩｎＳ、ＺｎＳ、ＣｄＳ等で形成される高抵抗のバッファ層薄膜と、ＺｎＯＡｌ等で形成される上部電極薄膜とから構成されている。尚、基板にソーダライムガラスを用いた場合には、基板内部からのアルカリ金属成分（Ｎａ）の光吸収層への浸出量を制御するためにＳiＯ２等を主成分とするアルカリ制御層を設ける場合もある。
上記カルコパイライト型太陽電池に太陽光等の光が照射されると、光吸収層内で電子（−）と正孔（＋）の対が発生し、電子（−）と正孔（＋）はｐ型半導体とｎ型半導体との接合面で、電子（−）がｎ型半導体へ正孔（＋）がｐ型半導体に集まり、その結果、ｎ型半導体とｐ型半導体との間に起電力が発生する。この状態で電極に導線を接続することにより、電流を外部に取り出すことができる。
図２に、カルコパイライト型太陽電池を製造する工程を示す。初めに、ソーダライムガラス等のガラス基板に下部電極となるＭｏ（モリブデン）電極をスパッタリングによって成膜する。次に図２（ａ）に示すように、Ｍｏ電極をレーザ光照射等によって除去することで分割する（第１のスクライブ）。
第１のスクライブの後、削り屑を水等で洗浄し、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）及びガリウム（Ｇａ）をスパッタリング等で付着させ、プリカーサを形成する。このプリカーサを炉に投入し、Ｈ２Ｓｅガスの雰囲気中でアニールすることにより、カルコパイライト型の光吸収層薄膜が形成される。このアニール工程は、通常気相セレン化もしくは単にセレン化と称されている。
次に、ＣｄＳ、ＺｎＯやＩｎＳ等のｎ型バッファ層を光吸収層上に積層する。バッファ層は、一般的なプロセスとしては、スパッタリングやＣＢＤ（ケミカル・バス・デポジション）等の方法によって形成される。次に図２（ｂ）に示すように、レーザ光照射や金属針等によりバッファ層及びプリカーサを除去することで分割する（第２のスクライブ）。図３には金属針によるスクライブの様子を示している。
その後、図２（ｃ）に示すように、上部電極としてＺｎＯＡｌ等の透明電極（ＴＣＯ：Transparent Conducting Oxides）をスパッタリング等で形成する。最後に図２（ｄ）に示すように、レーザ光照射や金属針等により上部電極（ＴＣＯ）、バッファ層及びプリカーサを分割する（第３のスクライブ）ことにより、ＣＩＧＳ系薄膜太陽電池が完成する。
ここで得られる太陽電池はセルと称せられるものであるが、実際に使用する際には、複数のセルをパッケージングし、モジュール（パネル）として加工する。セルは、各スクライブ工程により、複数の単位セルが直列接続することで構成されており、薄膜型太陽電池では、この直列段数（単位セルの数）を変更することにより、セルの電圧を任意に設計変更することが可能となる。これは、薄膜太陽電池のメリットの１つとなっている。
このような従来のカルコパイライト型太陽電池では、前述のように、第２のスクライブをおこなう技術として、メカニカルスクライブとレーザ光スクライブが用いられてきた。
メカニカルスクライブは、図３に示したように、先端がテーパー状になった金属針（ニードル）を所定の圧力にて押しつけながら移動させることによって、機械的にスクライブを行う技術である。（例えば特許文献１参照。）
また、レーザ光スクライブは、アークランプなどの連続放電ランプによってＮｄ：ＹＡＧ結晶を励起して発信したレーザ光（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光等）を光吸収層に照射することにより、光吸収層を除去し分割する技術である。（例えば特許文献２参照。）
さらに、従来、薄膜系の太陽電池では、各単位セル同士を離間させ、不透明な下部電極や光吸収層を除去することによって可視光の一部を透過させるシースルー構造の薄膜系太陽電池が実現されてきた。（例えば特許文献３参照）
室内に外光を取り入れるなどの効果を発揮するため、特許文献３に記載されているような、シースルー構造の薄膜系太陽電池とするには、透明電極上にアモルファスシリコン層と裏面電極層とを積層した後に、ウェットエッチングによって透孔または切り溝を設けることによって可視光の透過性（透光性）を確保していたため、通常の太陽電池を作成する工程以外にも、いくつかの追加の工程が必要になっていた。
一方、特許文献１や特許文献２に記載されているような従来の第２のスクライブ技術では、第１のスクライブと第２のスクライブと第３のスクライブとを、ある程度離間させる必要があった、この理由を図４を用いて説明する。図４（ａ）は、従来の太陽電池の各単位セル間の構造を示す断面図である。図示したように、従来は第１のスクライブと第２のスクライブと第３のスクライブ（素子分離スクライブ）とを離間させておこなっており、離間させた部位はデッドスペースとなっている。
デッドスペース部分では、上部電極と下部電極が電気的に接続されているため、ｎ型半導体とｐ型半導体の境界面に電子（−）、正孔（＋）を集めて蓄電することができない。
デッドスペースを無くすように第２のスクライブを、第１のスクライブに一部が重なるようにおこなった場合、図４（ｂ）に示すように、光吸収層にクラックが入って、リーク電流の原因となり、結果として、発電効率（変換効率）の低下につながっていた。
発明者らの実験によると、第１のスクライブにレーザ光スクライブを使用し、第２のスクライブにメカニカルスクライブを使用して、第１のスクライブの一部に第２のスクライブが重なるようにスクライブを行ってカルコパイライト型太陽電池を作成した場合には、平均として変換効率が約９．５％であった。スクライブの工程以外は同じプロセスで作成したカルコパイライト型太陽電池は、デッドスペースが大きいにもかかわらず、その変換効率が約１０％であった。原因を探るべく、第１のスクライブの一部に第２のスクライブが重なるように作成したカルコパイライト型太陽電池を解析したところ、シャント抵抗が低く、内部でリークが発生しており、結果としてＦＦ（フィルファクター）値が低下していることが判明した。
このように、従来のスクライブ技術では、第１のスクライブと第２のスクライブとをある程度離間させることは各単位セルを絶縁させるうえで必須であり、デッドスペースを減少させることが困難であったため、変換効率を向上させることが困難であった。
また、単位セルを接続する部分が薄くなっていると、外部からの力や経年変化によって破損しやすく、信頼性の低下を招く。
透明上部電極の厚さを厚くすれば、単位セルを接続する部分での厚み不足をある程度補うことができるが、ＴＣＯは完全に透明ではないため透明上部電極の厚さを厚くすると、光吸収層に到達する光量が減ってしまい、発電効率が低下してしまう。
更に、上記した共通の課題の他に、金属針やレーザ光を用いたスクライブでは、スクライブの強弱の調整が難しいため、強いと下部電極（Ｍｏ電極）を破損してしまう。また、弱い場合、光吸収層が除去しきれず残ってしまい高抵抗層となるため、上部の透明電極（ＴＣＯ）と下部のＭｏ電極とのコンタクト抵抗が極端に悪化するという問題があった。
また、金属針を用いた場合、摩耗による金属針の交換等、メンテナンスが面倒であるという問題があった。
また、金属針を用いた場合、摩耗による金属針の交換等、メンテナンスが面倒であるという問題があった。
上記課題を解決するため、本発明に係る太陽電池は、ガラス基板と、前記ガラス基板上に形成され導電層を分割してなる複数の下部電極と、前記複数の下部電極上に形成され複数に分割されたカルコパイライト型の光吸収層と、前記光吸収層上に形成された透明な導電層である複数の上部電極と、前記分割された下部電極層間のガラス基板が露出する部分であって前記光吸収層が除去されその上に上部電極層が形成されているシースルー部と、前記下部電極と光吸収層と上部電極にて構成される単位セルを直列接続すべく前記光吸収層の一部を光吸収層より導電性を高めるように改質してなるコンタクト電極部とを有する構成とした。
本発明に係る太陽電池の基本構成は、上記したように基板上に下部電極、光吸収層および上部電極を積層して構成されるが、これら各層は本発明に係る太陽電池を構成する必須の構成要素であり、各層間に必要に応じて、バッファ層、アルカリパッシベーション膜、反射防止膜などが介在したものも本発明の太陽電池に含まれる。
前記コンタクト電極部は改質によってそのＣｕ／Ｉｎ比率が、光吸収層のＣｕ／Ｉｎ比率よりも高くなることで、ｐ型半導体から変質し、電極として機能する。また、下部電極がモリブデン（Ｍｏ）からなる場合には、モリブデンが含まれた合金に改質されている。
また本発明に係る太陽電池の製造方法は、ガラス基板上に下部電極となる導電層を形成する導電層形成工程と、前記導電層を複数の下部電極に分割する第１のスクライブ工程と、前記下部電極上にカルコパイライト型の光吸収層を形成する光吸収層形成工程と、前記光吸収層上部から前記第１のスクライブ工程で分割した部分が一部含まれるようにレーザ光を照射し、第１のスクライブ部で分割した部分の上部の光吸収層を除去し、同時に前記下部電極上部の光吸収層の導電率が高くなるように改善するコンタクト電極部形成工程と、前記光吸収層とコンタクト電極部の上に上部電極となる透明導電層を形成する透明導電層形成工程と、前記透明導電層を複数の上部電極に分割する第２のスクライブ工程とを備える。
尚、光吸収層形成工程の後にバッファ層形成工程を設ける場合には、バッファ層の上からレーザ光を照射する。
尚、光吸収層形成工程の後にバッファ層形成工程を設ける場合には、バッファ層の上からレーザ光を照射する。
本発明によれば、第１のスクライブをおこなった領域に一部が重なるようにレーザ光（例えば周波数５ｋＨｚ）を照射し、光吸収層の導電率が高まるように改質するコンタクト電極を形成すると共に、一部の光吸収層を除去することにより、可視光の透過性を有するようにしたので、リーク電流を引き起こさずにデッドスペースを減少させることが可能となり、光電変換効率が高く、一部が可視光を透過するので利用範囲が広い太陽電池を得ることができる。
（実施例１）
本発明に係る太陽電池は、ガラス基板１上に形成された下部電極層２（Ｍｏ電極層）と、銅・インジウム・ガリウム・セレンを含むカルコパイライト型の光吸収層３（ＣＩＧＳ光吸収層）と、光吸収層３の上に、ＩｎＳ、ＺｎＳ、ＣｄＳ等で形成される高抵抗のバッファ層薄膜４と、ＺｎＯＡｌ等で形成される上部電極層５（ＴＣＯ）とから１つの単位となるセル（単位セル）が形成され、さらに、複数の単位セルを直列接続する目的で、上部電極層５と下部電極層２とを接続するコンタクト電極部６が形成される。
本発明に係る太陽電池は、ガラス基板１上に形成された下部電極層２（Ｍｏ電極層）と、銅・インジウム・ガリウム・セレンを含むカルコパイライト型の光吸収層３（ＣＩＧＳ光吸収層）と、光吸収層３の上に、ＩｎＳ、ＺｎＳ、ＣｄＳ等で形成される高抵抗のバッファ層薄膜４と、ＺｎＯＡｌ等で形成される上部電極層５（ＴＣＯ）とから１つの単位となるセル（単位セル）が形成され、さらに、複数の単位セルを直列接続する目的で、上部電極層５と下部電極層２とを接続するコンタクト電極部６が形成される。
このコンタクト電極部６は、後述するように、光吸収層３のＣｕ／Ｉｎ比率よりも、Ｃｕ／Ｉｎ比率が大きく、言い換えると、Ｉｎが少なく構成されており、ｐ型半導体である光吸収層に対してｐ＋（プラス）型もしくは導電体の特性を示している。
また、コンタクト電極部６に隣接し、基板上の下部電極層２（Ｍｏ電極層）が形成されていない部位には、光吸収層３の一部が除去され上部電極層５（ＴＣＯ）が積層されたシースルー部７が形成されている。光吸収層３の一部が除去された部分を上部電極層５で完全に埋めることはできず空間が残る。シースルー部７は、透明な上部電極層（ＴＣＯ）とガラス基板と空間で構成されるため、可視光を透過することができる。
次に、本発明に係るカルコパイライト型の太陽電池の製造方法を図６示す。まず、ソーダライムガラス等のガラス基板に下部電極となるＭｏ（モリブデン）電極をスパッタリング等によって成膜する。次に、Ｍｏ電極をレーザ光照射等によって分割する。（第１のスクライブ）
下部電極を分割するレーザ光には、波長が２４８ｎｍであるエキシマレーザ光や、３５５ｎｍであるＮｄ：ＹＡＧレーザ光の第３高調波などが望ましい。また、レーザ光の加工幅としては、８０〜１００μｍより大きく確保することが望ましく、これにより、隣り合うＭｏ電極間の絶縁を確保することが可能となる。本発明では、Ｍｏ電極間に後述するシースルー部７を形成するため、シースルー部の必要となる幅によって、加工幅を調節する。
そして、第１のスクライブ後に、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）をスパッタリングや蒸着等で付着させ、プリカーサと呼ばれる層を形成する。このプリカーサを炉に投入し、Ｈ２Ｓｅガスの雰囲気中で４００℃から６００℃程度の温度でアニールすることにより、光吸収層薄膜を得る。このアニールの工程は、通常、気相セレン化もしくは、単に、セレン化と呼ばれる。
光吸収層を形成する工程には、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅを蒸着にて形成したあとアニールをおこなう方法など、いくつかの技術が開発されている。本実施例においては、気相セレン化を用いて説明したが、本発明は、光吸収層を形成する工程は限定されない。
次に、ＣｄＳ、ＺｎＯやＩｎＳ等のｎ型の半導体であるバッファ層を光吸収層上に積層する。バッファ層は、一般的なプロセスとしては、スパッタリング等のドライプロセスやＣＢＤ（ケミカル・バス・デポジション）等のウェットプロセスによって形成される。バッファ層は、後に述べる透明上部電極の改良により、省略することも可能である。
次に、レーザ光を照射することにより、光吸収層の改質と一部の光吸収層の除去をおこなう。改質した光吸収層がコンタクト電極部６である。なお、レーザ光は、バッファ層にも照射されるが、バッファ層自体が光吸収層に比べて極めて薄く形成されており、発明者らの実験によってもバッファ層の有無による影響はみられない。
本発明では、レーザ光は、第１のスクライブで形成された下部電極の分割線（スクライブライン）上に一部が重なるように走査される。レーザ光が走査されたスクライブライン上の光吸収層は、その一部が熱エネルギーによって溶融し、ガラス基板との表面張力により凝集することでガラス基板上から除去される。
その後、さらに、上部電極となるＺｎＯＡｌ等の透明な上部電極（ＴＣＯ）をスパッタリング等で形成する。最後に、レーザ光照射や金属針等によりＴＣＯ、バッファ層並びにプリカーサを除去することにより分割をおこなう。（素子分離のスクライブ、第３のスクライブ）。この場合も絶縁のために、加工幅は８０〜１００μｍ程度確保することが望ましい。
図７（ａ）に、光吸収層の表面側からレーザ光を照射した後のコンタクト電極とシースルー部の表面を拡大撮影したＳＥＭ写真を示す。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）のレーザ光照射部位をさらに拡大したＳＥＭ写真である。
コンタクト電極部６については、図８によって、さらに詳しく分析する。図８に示すように、粒子状に成長した光吸収層に対し、コンタクト電極部は、レーザ光のエネルギーにより光吸収層の表面が溶解し再結晶化していることがわかる。
さらに詳しく分析するために、図９を用いて、本発明で形成されたコンタクト電極について、レーザ光照射前の光吸収層と比較しながら検証する。図９（ａ）に、レーザ光コンタクト形成工程を実施しない光吸収層の成分分析結果を、（ｂ）にレーザ光コンタクト形成工程をおこなったレーザ光コンタクト部の成分分析結果を示す。
なお、分析にはＥＰＭＡ(Electron Probe Micro-Analysis)を用いた。ＥＰＭＡは、加速した電子線を物質に照射し、電子線を励起することにより生じる特性Ｘ線のスペクトルを分析することにより構成元素を検出し、さらに、それぞれの構成元素の比率（濃度）を分析するものである。
なお、分析にはＥＰＭＡ(Electron Probe Micro-Analysis)を用いた。ＥＰＭＡは、加速した電子線を物質に照射し、電子線を励起することにより生じる特性Ｘ線のスペクトルを分析することにより構成元素を検出し、さらに、それぞれの構成元素の比率（濃度）を分析するものである。
図９から、光吸収層に対し、コンタクト電極では著しくインジウム（Ｉｎ）が減少していることがわかる。この減少幅を、ＥＰＭＡ装置にて正確にカウントしてみたところ、１／３．６１であった。同様に、銅（Ｃｕ）に注目してその減少幅をカウントしてみたところ、１／２．３７であった。
このように、レーザ光を照射することによって、Ｉｎが著しく減少し、比率では、Ｃｕに対して、Ｉｎがより大きく減少していることがわかる。
その他の特徴として、光吸収層ではほとんど検出されなかったモリブデン（Ｍｏ）が検出されるようになったことである。
この変化の理由について考察する。発明者によるシミュレーションによると、例えば、波長が３５５ｎｍのレーザ光を０．１Ｊ／ｃｍ２で照射した際には、光吸収層の表面温度は６，０００℃程度に上昇する。もちろん、光吸収層の内部（下部）側では温度が低くなるが、実施例に用いた光吸収層は１μｍであり、光吸収層の内部でも、かなりの高温になっていると言える。
この変化の理由について考察する。発明者によるシミュレーションによると、例えば、波長が３５５ｎｍのレーザ光を０．１Ｊ／ｃｍ２で照射した際には、光吸収層の表面温度は６，０００℃程度に上昇する。もちろん、光吸収層の内部（下部）側では温度が低くなるが、実施例に用いた光吸収層は１μｍであり、光吸収層の内部でも、かなりの高温になっていると言える。
ここで、インジウムの融点は１５６℃、沸点は２，０７２℃、さらに、銅の融点は１，０８４℃、沸点は２，５９５℃である。このため、銅にくらべ、インジウムの方が、光吸収層のより深いところまで沸点に達していると推察される。また、モリブデンの融点は２，６１０℃であるため、下部電極に存在するある程度のモリブデンが、溶融して光吸収層側に取り込まれていると推察される。
まず、銅とインジウムの比率の変化による特性の変化について考える。図１０に、Ｃｕ／Ｉｎ比率による特性の変化を示す。図１０（ａ）は、Ｃｕ／Ｉｎ比率による光吸収層のキャリア濃度の違いを、図１０（ｂ）は、Ｃｕ／Ｉｎ比率による抵抗率の変化を示している。
図１０（ａ）に示すように、ｐ型半導体の性質を有する光吸収層として用いるためには、そのＣｕ／Ｉｎ比率を０．９５〜０．９８程度に制御することが必要とされている。図９に示したように、レーザ光を照射するコンタクト電極部形成工程を経たコンタクト電極では、計測された銅とインジウムの量から、Ｃｕ／Ｉｎ比率が１よりも大きな値に変化している。したがって、コンタクト電極としては、ｐ＋（プラス）型、または、金属に変化しているものと考えられる。ここで、図１０（ｂ）に着目すると、Ｃｕ／Ｉｎ比率が１よりも大きな値になるにしたがって、急激に抵抗率が低くなっていることがわかる。具体的には、Ｃｕ／Ｉｎ比率が０．９５〜０．９８のときには抵抗率が１０４Ωｃｍ程度であるのに対し、Ｃｕ／Ｉｎ比率が１．１に変化した場合には０．１Ωｃｍ程度に急激に減少する。
次に、溶融して光吸収層側に取り込まれたモリブデンについて考察する。
モリブデンは、周期表の６族に属する金属元素であり、比抵抗が５．４×１０−６Ωｃｍの特性を示す。光吸収層が溶融し、モリブデンを取り込む形で再結晶化することで、抵抗率が減少することになる。
モリブデンは、周期表の６族に属する金属元素であり、比抵抗が５．４×１０−６Ωｃｍの特性を示す。光吸収層が溶融し、モリブデンを取り込む形で再結晶化することで、抵抗率が減少することになる。
以上の２つの理由から、コンタクト電極がｐ＋（プラス）型または金属に変質し、光吸収層よりも低抵抗化していると考えられる。
さらに、シースルー部について分析する。
本発明におけるシースルー部は、下部電極であるモリブデンが除去されている部分の光吸収層、すなわち、ガラス基板上部に直接光吸収層が接触している部位に作成される。レーザ光により高温になった光吸収層は、その一定温度に達すると溶融し、ガラス基板とのぬれ性によって凝集する。光吸収層が凝集することによってガラス基板が露出する。
本発明におけるシースルー部は、下部電極であるモリブデンが除去されている部分の光吸収層、すなわち、ガラス基板上部に直接光吸収層が接触している部位に作成される。レーザ光により高温になった光吸収層は、その一定温度に達すると溶融し、ガラス基板とのぬれ性によって凝集する。光吸収層が凝集することによってガラス基板が露出する。
図１１に、異なったレーザ光周波数によりシースルー部を形成した際に撮影した表面ＳＥＭ写真を示す。なお、図１１では、ガラス上に直接光吸収層を形成したものを用いた。
図１１に示すように、レーザ光の周波数が２．０ｋＨｚと５．０ｋＨｚの場合には連続した直線状にシースルー部が作成されている。それに対して、レーザ光の周波数が１０．０ｋＨｚを越えるとシースルー部がとぎれて連続した直線状では無くなる。これは、周波数が高くなることにより、１パルスあたりの熱量が減少し、十分な熱が光吸収層に与えられなかったためと考えられる。このように、シースルー部を形成するためには、５．０ｋＨｚ以下、より具体的には、連続光から５．０ｋＨｚの周波数のレーザ光を用いることが望ましい。
次に、透明電極層の積層について説明する。
従来のスクライブでは、第１のスクライブで形成されたスクライブラインからある程度離間させてデッドスペースを形成するように第２のスクライブをおこなう必要があったが、本発明では、第１のスクライブで形成したスクライブラインに一部が重なるように光吸収層が改質されたコンタクト電極が形成されるため、デッドスペースを形成することなく、モノリシックな直列接続構造を得ることが可能となる。また、本発明のシースルー部を作成する際には、コンタクト電極を形成するレーザ光照射によって一度に作成することができるため、特別な工程を追加する必要がない。
従来のスクライブでは、第１のスクライブで形成されたスクライブラインからある程度離間させてデッドスペースを形成するように第２のスクライブをおこなう必要があったが、本発明では、第１のスクライブで形成したスクライブラインに一部が重なるように光吸収層が改質されたコンタクト電極が形成されるため、デッドスペースを形成することなく、モノリシックな直列接続構造を得ることが可能となる。また、本発明のシースルー部を作成する際には、コンタクト電極を形成するレーザ光照射によって一度に作成することができるため、特別な工程を追加する必要がない。
このように、光吸収層を改質したコンタクト電極部を第１のスクライブで形成したスクライブラインに一部を重ねることにより発電領域を増加させ、さらに、シースルー部によって可視光を透過させることが可能となった。その結果、光電変換効率が高いシースルー構造のカルコパイライト型太陽電池を得ることができた。
なお、本実施例では、基板材料として平坦なガラスを用いたが、表面に凹凸を備えたテクスチャ構造のガラス基板や、カーボン基板等も用いることができる。その場合、レーザ光による熱で溶融した光吸収層に対する“ぬれ性”が小さい素材を用いることが肝要である。
また、シースルー部の面積を増加させるために、隣り合う下部電極をさらに広く離間させ、レーザ光加工の面積を増加させることもできる。その場合は、レーザ光の加工幅に限界があるため、複数回レーザ光を走査させて、シースルー部の面積を増加させても良い。
１…ガラス基板、２…下部電極層２（Ｍｏ電極層）、３…光吸収層、４…バッファ層、５…上部電極層（ＴＣＯ）、６…コンタクト電極部、７…シースルー部。
Claims (6)
- ガラス基板と、
前記ガラス基板上に形成され導電層を分割してなる複数の下部電極と、
前記複数の下部電極上に形成され複数に分割されたカルコパイライト型の光吸収層と、
前記光吸収層上に形成された透明な導電層である複数の上部電極と、
前記分割された下部電極層間のガラス基板が露出する部分であって前記光吸収層が除去されその上に上部電極層が形成されているシースルー部と、
前記下部電極と光吸収層と上部電極にて構成される単位セルを直列接続すべく前記光吸収層の一部を光吸収層より導電性を高めるように改質してなるコンタクト電極部とを有することを特徴とする太陽電池。 - 請求項１に記載の太陽電池において、前記コンタクト電極部は、そのＣｕ／Ｉｎ比率が、光吸収層のＣｕ／Ｉｎ比率よりも高いことを特徴とする太陽電池。
- 請求項１または請求項２に記載の太陽電池において、前記コンタクト電極部は、モリブデンが含まれた合金であることを特徴とする太陽電池。
- 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の太陽電池において、前記光吸収層と上部電極との間にはバッファ層が形成されていることを特徴とする太陽電池。
- ガラス基板上に下部電極となる導電層を形成する導電層形成工程と、
前記導電層を複数の下部電極に分割する第１のスクライブ工程と、
前記下部電極上にカルコパイライト型の光吸収層を形成する光吸収層形成工程と、
前記光吸収層上部から前記第１のスクライブ工程で分割した部分が一部含まれるようにレーザ光を照射し、第１のスクライブ部で分割した部分の上部の光吸収層を除去し、同時に前記下部電極上部の光吸収層の導電率が高くなるように改善するコンタクト電極部形成工程と、
前記光吸収層とコンタクト電極部の上に上部電極となる透明導電層を形成する透明導電層形成工程と、
前記透明導電層を複数の上部電極に分割する第２のスクライブ工程とを備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 請求項５に記載の太陽電池の製造方法において、前記光吸収層形成工程の後にバッファ層形成工程を設け、前記コンタクト電極部形成工程は、バッファ層の上からレーザ光を照射することを特徴とする太陽電池の製造方法。
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