JP2008021713A

JP2008021713A - 集積型薄膜太陽電池およびその製造方法

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Publication number: JP2008021713A
Application number: JP2006190248A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Shimakawa; 伸一島川; Takayuki Negami; 卓之根上; Shigeo Hayashi; 茂生林; Takuya Sato; 琢也佐藤; Yasuhiro Hashimoto; 泰宏橋本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】Ｍｏを含む電極膜をレーザパターニングして製造しても電極膜同士の接触による短絡が抑制されており、低コストで製造可能な集積型薄膜太陽電池を提供する。
【解決手段】直列接続された２以上のユニットセルを絶縁性基板上に備える集積型薄膜太陽電池であって、前記半導体膜は、Ｉｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含み前記第１の電極膜に隣接する化合物半導体膜を有し、前記第１の電極膜は、モリブデンを含み、前記第１の電極膜の平坦部の厚さが０．３μｍ以下である集積型薄膜太陽電池。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列接続された２以上のユニットセルを絶縁性基板上に備える集積型薄膜太陽電池およびその製造方法に関し、詳しくは、Ｉｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含む化合物半導体層を光吸収層とする集積型薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。

薄膜で作製された太陽電池については、従来より、ガラス基板等の絶縁性基板に薄膜を積層し、薄膜を短冊状に分割して直列接続を行った、高電圧な集積型太陽電池が製造されている。このような集積型太陽電池では、基板上に第１の電極膜を積層してストライプ状の第１の分割溝により分割し、その上に半導体膜を積層して第１の分割溝に略平行に隣接した第２の分割溝により分割し、さらに第２の電極膜を積層して第２の分割溝に略平行に隣接した第３の分割溝により分割し、電極膜同士を接触させて直列接続を行っている。

従来の集積型直列接続太陽電池（例、非特許文献１〜３）の構造と製造方法について、Ｉｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含む化合物半導体薄膜（カルコパイライト構造半導体薄膜）であるＣｕＩｎＳｅ₂（ＣＩＳ）、Ｇａを固溶したＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ₂（ＣＩＧＳ）、またはＣｕＩｎＳ_２膜を光吸収層に用いた場合を例にし、図６を参照しながら説明する。図６（ａ）に示すように、絶縁性基板１上に第１の電極膜２となるモリブデン（Ｍｏ）等の膜をスパッタリング法によって形成した後、上記Ｍｏ等の膜をパターニングして短冊状の第１の電極膜２を形成する。次いで、図６（ｂ）に示すように、蒸着法、スパッタリング法または化学析出法等によってｐ型Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ₂薄膜と、II族とVI族を含むｎ型化合物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６（ｃ）に示すように、第１の電極膜の分割溝に隣接した位置に分割溝が形成されるように、ストライプ状に半導体膜３のパターニングを行う。その後、図６（ｄ）に示すように、第２の電極膜４として透明導電膜、例えばＺｎＯ膜やＩＴＯ膜を形成する。そして、図６（ｅ）に示すように、パターニングによって、半導体膜の分割溝に隣接した分割溝を形成して、第２の電極膜４を短冊状に分割する。図６（ｅ）の集積型薄膜太陽電池では、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と接続されることによって、各ユニットセル５が直列接続されている。
第１３回ユーロピアンフォトヴォルタイックソーラーカンファレンス(13th EUROPEAN PHOTOVOLTAIC SOLAR CONFERENCE), p.1451-1455 (1995). W．Jaegermann, T．Loher, C．Pettenkofer, "Surface Properties of Chalcopyrite Semiconductors", Crystal Research Technology, p.273 (1996). T．Wada, N．Kohara, T．Negami, M．Nishiatni, Jpan．J．Appl．Phys．Vol．35, p．L1253 (1996).

上記のような集積型薄膜太陽電池については、量産化にあたり、低コスト化が望まれている。また、図６（ａ）、（ｃ）及び図６（ｅ）の工程において、薄膜のパターニングは、レーザビームの照射によるパターニング（レーザパターニング）や、カッターナイフやニードルのようなものでのメカニカルパターニングが行われている。しかし、第１の電極膜であるＭｏ膜をレーザパターニングした場合には、Ｍｏ膜の分割溝のエッジ部において、盛り上がりが発生し（図３（ｂ）参照）、第２の電極膜と接触して短絡を起こすことがあるという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、Ｍｏを含む電極膜をレーザパターニングして製造しても電極膜同士の接触による短絡が抑制されており、低コストで製造可能な集積型薄膜太陽電池を提供することを目的とする。

本発明は、直列接続された２以上のユニットセルを絶縁性基板上に備える集積型薄膜太陽電池であって、前記絶縁性基板上に順次積層された、第１の電極膜、ｐｎ接合を含む半導体膜、および第２の電極膜を含み、前記第１の電極膜、前記半導体膜、および前記第２の電極膜は、それぞれ、互いに略平行な第１、第２および第３の分割溝で分割されて２以上のユニットセルを構成しており、隣接する２つの前記ユニットセルは、一方のユニットセルの第２の電極膜が前記第２の分割溝を介して他方のユニットセルの前記第１の電極膜と接続されることによって、直列接続されており、前記半導体膜は、Ｉｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含み前記第１の電極膜に隣接する化合物半導体膜を有し、前記第１の電極膜は、モリブデンを含み、前記第１の電極膜の平坦部の厚さが０．３μｍ以下である集積型薄膜太陽電池である。

本発明の集積型薄膜太陽電池は、好ましくは、前記第１の電極膜の分割溝のエッジ部の高さが１．３μｍ以下であり、前記エッジ部の高さと第１の電極膜の平坦部の高さとの差が１μｍ以下であるという構成を有する。

さらに、本発明の集積型薄膜太陽電池は、前記第１の電極膜と前記化合物半導体膜との界面に、モリブデンおよびセレンで構成される化合物の層が５０ｎｍ以下の膜厚で形成されていることが好ましい。また、前記第１の電極膜のシート抵抗が、０．７Ω／□以上であることが好ましい。

また本発明は、直列接続された２以上のユニットセルを絶縁性基板上に備える集積型薄膜太陽電池の製造方法であって、前記絶縁性基板上に、モリブデンを含む第１の電極膜を０．３μｍ以下の膜厚で形成する工程、レーザパターニングにより前記第１の電極膜に第１の分割溝を形成する工程、前記第１の電極膜上に、Ｉｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含むｐ型化合物半導体膜を成膜し、次いでｎ型半導体膜を成膜して、ｐｎ接合を含む半導体膜を形成する工程、前記第１の分割溝と略平行な第２の分割溝を、前記半導体膜に形成する工程、前記半導体膜上に、第２の電極膜を形成する工程、および前記第１および第２の分割溝と略平行な第３の分割溝を、前記第２の電極膜に形成する工程を含む製造方法である。

Ｍｏを含む第１の電極膜の膜厚を０．３μｍ以下にしても、シート抵抗は０．７〜３Ω／□程度であり、直列抵抗による影響は小さい。そのため、第１の電極膜の膜厚を従来よりも薄くすることによって、材料コストの低減が可能になる。また、第１の電極膜の膜厚が薄いために、第１の電極膜を分割する際のレーザパターニングにおいて、レーザパワーを低くすることができる。これにより、基板への熱ダメージが低減され、分割溝のエッジ部の盛り上がりの高さが低くなるため、電極膜同士による接触による短絡が防止できる。従って、本発明によれば、低コストで量産性が良く、短絡が少なく特性が高い太陽電池を提供できる。

従来の集積型薄膜太陽電池では、第１の電極膜の膜厚は、０．４〜２μｍ程度であり、０．３μｍ以下という膜厚は通常採用される厚みではなかった。発電特性が低下する恐れがあるので、従来のデバイス構造および膜厚を大きく変更することが避けられてきたためであり、特に、Ｍｏを含む第１の電極膜の膜厚については、以下のように考えられていた。Ｉｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含む化合物半導体薄膜（カルコパイライト構造半導体薄膜）を用いた薄膜太陽電池の場合には、第１の電極膜にはＭｏ、第２の電極膜にはＩＴＯや低抵抗なＺｎＯなどの透明電極膜が用いられている。金属電極であるＭｏ膜のシート抵抗値は従来０．１〜０．６Ω／□程度であるところ、透明電極膜のシート抵抗値は１０〜２０Ω／□程度と、金属電極のＭｏに比べて１桁以上高い。そのため、電気抵抗の点からは、Ｍｏ膜の抵抗が多少変化しても、透明電極膜に比べて低抵抗なために影響は少ない。上記のように従来のＭｏ膜の膜厚は０．４〜２μｍ程度であり、電気抵抗の点からは薄膜化は可能であるといえる。しかし、ＣＩＳまたはＣＩＧＳ薄膜とＭｏ膜の界面には、通常、Ｍｏとセレン（Ｓｅ）の化合物層であるＭｏＳｅ₂層が形成されることが太陽電池の高効率化に必要とされてきている。一般的には、ＣｕＩｎＳｅ₂とＭｏの接触は、０．８ｅＶの高さのバリアーを有するショットキー型と報告されているが、界面に形成されるＭｏＳｅ₂層は、そのヘテロ接触をショットキー型からオーミック型に改善すると考えられている（非特許文献２参照）。通常このＭｏＳｅ₂層の膜厚は０．１μｍ以上である（非特許文献３参照）。ＭｏＳｅ２は層状化合物で高抵抗であるため、１Ω／□以下のシート抵抗を得るには、Ｍｏ膜に一定の膜厚、例えば０．４μｍ以上の膜厚が必要と考えられていた。

しかし本発明者らは、Ｍｏを含む前記第１の電極膜の平坦部の厚さを０．３μｍ以下に設計しても特性低下が発生しないことを見出した。さらに、本発明者らは、Ｍｏを含む前記第１の電極膜の平坦部の厚さを０．３μｍ以下に設計すれば、レーザパターニングにより第１の電極膜に分割溝を形成しても、当該分割溝のエッジ部の盛り上がりが大きくならず（エッジ部の高さが１．３μｍ以下、エッジ部の高さと第１の電極膜の平坦部の高さとの差が１μｍ以下となる）、電極間の接触の可能性を低減できる、すなわち、短絡を抑制できることを見出し、本発明完成に至った。このような第１の電極膜が薄層化は、材料コストの低減となり、集積型薄膜太陽電池の低コスト化にも貢献するものである。

以下に、本発明の太陽電池の構造と製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態において、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。当該太陽電池では、光吸収層として、Ｉｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含む化合物半導体膜が用いられている。図１に、その構造の断面図を示す。

絶縁性基板は、従来のガラス基板だけでなく、表面に高抵抗の絶縁膜が形成された基板または表面が絶縁処理された基板であってもよい。図１に示すように、絶縁性基板１０上に第１の電極膜１１としてＭｏ膜が形成され、そのＭｏ膜はユニットセル幅に合わせて分割されている。このＭｏ膜の膜厚は０．３μｍ以下（好ましくは０．１μｍ以上）である。また、高さ３０１で定義されるＭｏ膜の分割溝１１ｐ（第１の分割溝）のエッジ部の高さ（図３参照）は、１．３μｍ以下が望ましい。また、高さ３０２で定義される当該エッジ部の高さ３０１とＭｏ膜の平坦部の高さとの差（すなわち、エッジ部の盛り上がりの高さ；図３参照）は、１μｍ以下が望ましい。その上にｐ型半導体膜として、Ｉｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含む化合物半導体膜（カルコパイライト構造半導体薄膜）、例えば、ＣｕＩｎＳｅ₂（ＣＩＳ）膜またはＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ₂（ＣＩＧＳ）膜が積層されている。さらにｎ型半導体膜として、例えば、ＣｄＳ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、Ｚｎ（Ｏ，ＯＨ）、Ｚｎ（Ｏ，ＯＨ，Ｓ）等の少なくともII族とVI族の元素を含む化合物層が薄く形成され、ｐｎ接合を含む半導体膜１２が形成されている。半導体膜１２の分割溝１２ｐ（第２の分割溝）は、第１の電極膜１１の分割溝１１ｐに略平行に隣接するようにストライプ状に形成されている。さらに半導体膜１２の上に、第２の電極膜１３が形成されており、第２の電極膜１３は、半導体膜１２の分割溝１２ｐを介して、第１の電極膜１１に接触している。第２の電極膜１３の分割溝１３ｐ（第３の分割溝）は、分割溝１１ｐおよび分割溝１２ｐと略平行に分割溝１２ｐに隣接するように形成されている（分割溝１３ｐの深さは、第１の電極膜１１に達する深さであってもよい）。このようにして、各太陽電池ユニットの第２の電極膜１３は、隣接する太陽電池ユニットセル１４の第１の電極膜と接続されており、これによって隣接する太陽電池ユニットが直列接続されている。第２の電極膜としてはＩＴＯ膜、低抵抗のＺｎＯ膜等が望ましい。またＭｏ膜上にＣＩＳ膜またはＣＩＧＳ膜を形成する際にＭｏ膜との界面にＭｏおよびＳｅで構成される化合物層５０１が形成されるが、膜厚が５０ｎｍ以下（例えば、２０ｎｍ〜５０ｎｍ）であるために、図１および図２では省略し、図５で示している。

次に、製造方法の１例について、図２と図３を参照して説明する。まず絶縁性基板１０上に第１の電極膜１１としてＭｏ膜をスパッタリング法によって形成する。このときの膜厚は、従来０．４〜２．０μｍであったものを、０．３μｍ以下（好ましくは０．１μｍ以上）とする。その後、連続発振するレーザビームを照射してＭｏ膜の一部を除去して溝１１ｐを形成することにより、第１の電極膜１１を短冊状に分割する。この時の分割溝１１ｐのエッジ部１１ｅの高さ３０１は、１．３μｍ以下で、かつエッジ部１１ｅの高さとＭｏ膜の平坦部の高さとの差３０２が１μｍ以下になることが望ましい。従来のＭｏ膜の膜厚（０．４〜２μｍ）では、分割溝１１ｐのエッジ部１１ｅの高さは、１．３μｍを超える（図２（ａ）、図３（ａ）参照）。

その後、第１の電極膜１１を覆うように、ｐ型半導体膜として、Ｉｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含む化合物半導体膜（カルコパイライト構造半導体薄膜）、例えばＣｕＩｎＳｅ₂（ＣＩＳ）膜あるいはＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ₂（ＣＩＧＳ）膜を、蒸着法またはスパッタリング法により成膜する。蒸着法の場合、まず第１段階でＩｎ、ＧａおよびＳｅを蒸着する。さらに第２段階でＣｕ、ＧａおよびＳｅを蒸着し、結晶成長を促進する。さらに最終段階でＩｎ、ＧａおよびＳｅを蒸着して形成する。ＣＩＳ膜またはＣＩＧＳ膜の形成の際に、Ｍｏ膜との界面に、ＭｏとＳｅで構成される化合物層５０１が形成される（図５参照）。さらにｎ型半導体膜として、例えば、ＣｄＳ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、Ｚｎ（Ｏ，ＯＨ）、Ｚｎ（Ｏ，ＯＨ，Ｓ）等の少なくともII族とVI族の元素を含む化合物層を、化学析出法もしくはスパッタリング法で成膜することにより、ｐｎ接合を含む半導体膜１２とする（図２（ｂ））。

その後、図２（ｂ）に示すように、半導体膜１２をストライプ状にパターニングして、第１の電極膜１１の分割溝１１ｐに略平行に隣接した分割溝１２ｐを形成する。半導体膜１２上に第２の電極膜１３を形成後、第２の電極膜１３の一部をメカニカルパターニングまたはレーザパターニングによって、ストライプ状に除去して分割溝１３ｐを形成する。分割溝１３ｐは、分割溝１２ｐに略平行に隣接するように形成される。なお、このとき第２の電極膜１３の一部とともに、半導体膜１２の一部もストライプ状に除去してもよい。図２（ｃ）に示すように、直列接続された２以上の太陽電池ユニットセル１４が基板上に集積され、集積型薄膜太陽電池が形成される。各太陽電池ユニットの第２の電極膜１３は、隣接する太陽電池ユニットセル１４の第１の電極膜１１と接続されており、これによって隣接する太陽電池ユニットが直列接続されている。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これら実施例により何ら限定されるものではない。

実施例１
実施例１では、本発明の太陽電池の構造と製造方法についての一例として、第１の電極膜としてＭｏ膜を用い、膜厚を変化させて集積型太陽電池（モジュール）を作製した場合について説明する。

Ｍｏ膜の膜厚を０．１、０．２、０．３、０．４μｍと変化させた場合のモジュールを各２枚作製し、太陽電池特性を比較した結果について説明する。絶縁性基板として青板ガラス基板を用いて、ＤＣスパッタリングによってＭｏ膜の膜厚が０．１、０．２、０．３、０．４μｍのサンプルを作製した。この時、パワーは１ｋＷ、スパッタ圧力（Ａｒ圧力）は８ｍＴｏｒｒ（１．０６６Ｐａ）に設定し、成膜レートを一定にして成膜時間を変化させてそれぞれの膜厚に調整した。その後の形成プロセスは上述した通りである。半導体膜１２は、ｐ型として膜厚約１．７μｍのＣＩＧＳ膜を、ｎ型として膜厚８０ｎｍのＣｄＳ膜を形成し、さらに高抵抗の５０〜１００ｎｍ厚のＺｎＯ膜を積層して作成した。次いで第２の電極膜として４００ｎｍ厚のＩＴＯ膜を形成して、集積型太陽電池（モジュール）とした。開口面積は９１．１４ｃｍ²であり、モジュールのピッチ幅は３ｍｍとした。Ｍｏ膜の膜厚以外の形成条件やデバイス構造は実施形態１で記述した通りである。結果を表１に示す。

表１には、太陽電池の性能を示すエネルギー変換効率Ｅｆｆ（％）、発電する電流を示す短絡電流Ｉｓｃ（ｍＡ）、開放端電圧Ｖｏｃ（Ｖ）、曲線因子ＦＦを示した。さらに測定した電流−電圧特性から、太陽電池の等価回路モデル（図４参照）（引用文献：浜川・桑野共著「太陽エネルギー工学」Ｐ．２６−２８１９９４培風館）の式（１）にフィッティングさせて、並列抵抗（シャント抵抗）Ｒｓｈ、および直列抵抗Ｒｓを算出して比較した。

表１から明らかなように、Ｍｏ膜の膜厚が０．３μｍ以下でもエネルギー変換効率についてほとんど変化がない。また、膜厚０．３μｍ以下のサンプルでは、２つとも１２％以上の効率が得られている。これに対し、Ｍｏ膜の膜厚が０．４μｍの場合は一つのサンプルは効率１０％と低い値となっている。この原因は、Ｒｓｈの低下である。これはＭｏ膜の膜厚が大きいため、分割溝１１ｐ形成の際のレーザパターニングで分割溝のエッジ部１１ｅの盛り上がりの一部が半導体膜１２の膜厚以上に形成されて、第２の電極膜であるＩＴＯ透明電極とＭｏ膜とがピンホール的に接触して短絡したために並列抵抗（シャント抵抗）Ｒｓｈが低下し、効率が低くなったと思われる。膜厚０．４μｍの場合は、分割溝のエッジ部１１ｅの盛り上がりのため、第２の電極膜であるＩＴＯ透明電極とＭｏ膜の短絡が生じる確率が増加すると考えられる。Ｍｏ膜の膜厚の違いによる分割溝のエッジ部１１ｅの盛り上がりについてはレーザパターニングの加工条件との関係を実施例２で詳述する。さらに直列抵抗Ｒｓについては膜厚が厚くなるほど、低下する傾向にある。しかし、他のパラメータが変化せず、直列抵抗Ｒｓが０．５Ω・ｃｍ²程度低くなっても１２％以上の変換効率が得られている。さらに、従来は、ＭｏＳｅ₂が１００ｎｍ（０．１μｍ）程度形成されるために、Ｍｏ膜厚は０．４μｍ以上必要と言われてきたが、この結果から、膜厚０．１μｍでもＭｏ膜とＣＩＧＳ膜はオーミック型の接触がおこなわれていると思われる。そのため、高抵抗なＭｏＳｅ₂膜が、従来言われてきた膜厚と異なり、５０ｎｍ以下の範囲の膜厚で形成され、残りのＭｏが電気伝導に寄与していると思われる。ＭｏＳｅ₂層は高抵抗な膜であるために、必要以上に形成されると高抵抗化の原因となるところ、Ｍｏ膜の膜厚を従来の膜厚より低下させることによって、必要以上のＭｏＳｅ₂層５０１の形成が防止されている。さらに膜厚を０．３μｍ以下にした場合は、青板ガラスに含まれるアルカリ成分、特にナトリウム（Ｎａ）の一部がＭｏ膜を通して、ＣＩＧＳ膜の結晶成長を促進し、キャリア濃度（アクセプタ濃度）を増加させる傾向にある。このこともＭｏ膜厚が０．３μｍ以下で変換効率が高かった要因と考えられる。この結果より、第１の電極膜の膜厚は０．３μｍ以下とすべきであり、さらに分割溝のエッジ部１１ｅの高さと第１の電極膜の平坦部の高さとの差３０２は、１μｍ以下が望ましい。

実施例２
実施例２では、本発明の太陽電池の構造と製造方法についての一例として、第１の電極膜としてのＭｏ膜の膜厚を変化させ、レーザパターニングによって分割溝１１ｐを形成した場合について説明する。

Ｍｏ膜厚を０．１、０．２、０．３、０．４、０．８μｍと変化させた時、分割溝１１ｐのエッジ部１１ｅの高さとＭｏ膜の平坦部の高さとの差３０２がどのように変化したかを実験した結果を示す。レーザパターニングのパワーは、分割溝１１ｐを形成するために変化させた。絶縁性基板として青板ガラス基板を用い、ＤＣスパッタリングによってＭｏ膜の膜厚が０．１、０．２、０．３、０．４、０．８μｍのサンプルを作製した。さらにＮｄ：ＹＡＧレーザ｛第２高調波（波長５３２ｎｍ）｝を、繰り返し周波数２ｋＨｚ、加工速度３０ｍｍ／ｓｅｃの条件で照射してＭｏ膜を加工した。表２の各数値は、μｍ単位で測定した５箇所の分割溝のエッジ部１１ｅの高さとＭｏ膜の平坦部の高さとの差３０２の平均値を示したものである。

表２の結果では、Ｍｏ膜の膜厚が０．１μｍの時に分割に必要なパワーは６０ｍＷであり、０．４μｍの時は８０ｍＷである。表２中、×は分割して絶縁が得られない場合（加工不十分）を表している。Ｍｏ膜厚が０．３μｍ以下の場合は、レーザのパワーがどの条件でも、分割溝のエッジ部１１ｅの高さとＭｏ膜の平坦部の高さとの差３０２が低く、図１のように、Ｍｏ膜が第２の電極膜である透明電極に接触する可能性は低い。反対にＭｏ膜の膜厚が従来通りの０．４μｍ以上であれば、図３（ｂ）のようにＭｏ膜が透明電極に接触して短絡を起こし、Ｒｓｈが低下して、太陽電池モジュールの性能が低下する可能性がある。つまり、膜厚が大きくなると、分割溝のエッジ部１１ｅの高さとＭｏ膜の平坦部の高さとの差３０２が大きくなるために、短絡しやすくなる。

レーザパターニングの際の加工パワーとＭｏ膜のシート抵抗は反比例の関係にある。一般に、シート抵抗が低い場合は熱伝導性が高い。そのため、材料を加工するための必要なレーザビームのエネルギーは、熱伝導性の高い材料の場合には、加工点でのエネルギー密度が低下する傾向にあるために高くなる。表２に示したＭｏ膜のシート抵抗はＭｏ膜の膜厚が０．１μｍのときは２．４Ω／□、０．２μｍのときは１．２Ω／□、０．３μｍのときは０．７８Ω／□、０．４μｍのときは０．５８Ω／□、０．８μｍのときは０．２６Ω／□である。Ｍｏ膜の膜厚が厚くなるとシート抵抗が低下するために、分割溝１１ｐを形成するための必要な加工パワー（レーザパワー）は大きくなる。表２からもその傾向がはっきりしている。（なお、上記において、シート抵抗は、四端子測定法を用いて測定した。）

表２の結果より、第１の電極膜の膜厚は０．３μｍ以下とすべきであり、分割溝のエッジ部１１ｅの高さと第１の電極膜の平坦部の高さとの差３０２は、１μｍ以下が望ましい。さらに、第１の電極膜のシート抵抗が０．７Ω／□以上であることが望ましく、０．７〜３Ω／□であることがより望ましい。

本発明によれば、材料コストが低減され、電極膜同士の短絡が防止された、特性の良い太陽電池を提供できる。

本発明の太陽電池の一例を示す断面図である。本発明の太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。本発明の太陽電池と従来の太陽電池の課題を示す断面図である。本発明の太陽電池の特性評価に用いた等価回路図である。本発明の太陽電池において形成される、ＭｏとＳｅの化合物層を示した断面図である。従来の太陽電池の製造方法についての一例を示す断面図である。

符号の説明

１絶縁性基板
２第１の電極膜
３半導体膜
４第２の電極膜
１０絶縁性基板
１１第１の電極膜
１１ｅ第１の電極膜の分割溝のエッジ部
１１ｐ第１の電極膜の分割溝（第１の分割溝）
１２半導体膜
１２ｐ半導体膜の分割溝（第２の分割溝）
１３第２の電極膜
１３ｐ第２の電極膜の分割溝（第３の分割溝）
１４太陽電池ユニットセル
３０１第１の分割溝のエッジ部の高さ
３０２第１の分割溝のエッジ部の高さと第１の電極膜の平坦部の高さとの差
５０１ＭｏおよびＳｅで構成される化合物層

Claims

直列接続された２以上のユニットセルを絶縁性基板上に備える集積型薄膜太陽電池であって、
前記絶縁性基板上に順次積層された、第１の電極膜、ｐｎ接合を含む半導体膜、および第２の電極膜を含み、
前記第１の電極膜、前記半導体膜、および前記第２の電極膜は、それぞれ、互いに略平行な第１、第２および第３の分割溝で分割されて２以上のユニットセルを構成しており、
隣接する２つの前記ユニットセルは、一方のユニットセルの第２の電極膜が前記第２の分割溝を介して他方のユニットセルの前記第１の電極膜と接続されることによって、直列接続されており、
前記半導体膜は、Ｉｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含み前記第１の電極膜に隣接する化合物半導体膜を有し、
前記第１の電極膜は、モリブデンを含み、
前記第１の電極膜の平坦部の厚さが０．３μｍ以下である集積型薄膜太陽電池。
前記第１の電極膜の分割溝のエッジ部の高さが１．３μｍ以下であり、前記エッジ部の高さと第１の電極膜の平坦部の高さとの差が１μｍ以下である請求項１に記載の集積型薄膜太陽電池。
前記第１の電極膜と前記化合物半導体膜との界面に、モリブデンおよびセレンで構成される化合物の層が５０ｎｍ以下の膜厚で形成されている請求項１に記載の集積型薄膜太陽電池。
前記第１の電極膜のシート抵抗が、０．７Ω／□以上である請求項１に記載の集積型薄膜太陽電池。
直列接続された２以上のユニットセルを絶縁性基板上に備える集積型薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記絶縁性基板上に、モリブデンを含む第１の電極膜を０．３μｍ以下の膜厚で形成する工程、
レーザパターニングにより前記第１の電極膜に第１の分割溝を形成する工程、
前記第１の電極膜上に、Ｉｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含むｐ型化合物半導体膜を成膜し、次いでｎ型半導体膜を成膜して、ｐｎ接合を含む半導体膜を形成する工程、
前記第１の分割溝と略平行な第２の分割溝を、前記半導体膜に形成する工程、
前記半導体膜上に、第２の電極膜を形成する工程、および
前記第１および第２の分割溝と略平行な第３の分割溝を、前記第２の電極膜に形成する工程を含む製造方法。