JP2009060062A

JP2009060062A - 薄膜太陽電池およびその製造方法

Info

Publication number: JP2009060062A
Application number: JP2007228483A
Authority: JP
Inventors: Yuko Taguchi; 遊子田口; Hiroto Uchida; 寛人内田; Hitoshi Ueda; 仁上田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2009-03-19

Abstract

【課題】半永久的に消えないマークであって、そのマークを用いて、製造工程、検査結果あるいは点検結果等の管理を統一した品質管理を可能とする薄膜太陽電池を提供する。
【解決手段】透光性基板２０上の一方の面に、透明電極層２１、光電変換層２２および裏面電極層２３を順次形成し、各層毎にパターニング線６、８および９を設けて複数の光電変換セル２を形成する薄膜太陽電池１であって、透光性基板２０の周縁の透明電極層２１、光電変換層２２および裏面電極層２３を除去した除去領域７より内側で、パターニング線６、８および９と重ならない領域であって、透光性基板２０における透明電極層２１側から１ｍｍ以上内方の深さに、レーザ加工による刻印４を有する薄膜太陽電池１としている。
【選択図】図３

Description

本発明は、薄膜太陽電池およびその製造方法に関し、特に基板に刻印を有する薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。

近年、地球温暖化が問題視されており、化石燃料に代わるクリーンなエネルギー源として太陽光発電が注目されている。太陽光発電を行うための薄膜太陽電池は、入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換セルを備える。例えば、薄膜太陽電池の場合、透光性基板の上に、透明電極層、光電変換層としての半導体層、裏面電極層をその順で成膜し、これらが光電変換セルとして機能する。しかしながら、一個の光電変換セルが発生させる電圧は極めて低いものであり、実用的な電圧を得ることは難しい。そこで、光電変換セルの薄膜に、パターニング線と呼ばれる複数の溝を設けることにより、多数の光電変換セルに分割し、かつこれら多数の光電変換セルを電気的に直列に接続し、実用的な電圧にまで高める工夫がなされている。

図９は、従来から公知の薄膜太陽電池１の構造を説明するための説明図である。薄膜太陽電池１は、透光性基板２０に、透明電極層２１、半導体層２２および裏面電極層２３を順次積層した構成を有する。さらに、各層２１、２２および２３には、各パターニング線として、透明電極層パターニング線８、半導体層パターニング線９および裏面電極層パターニング線６が形成されて、複数の光電変換セル２が形成されている。この複数の光電変換セル２が図９の紙面左右方向に直列に接続されている。

このような構造を有する薄膜太陽電池１は、化学的気相成長法（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）および／または物理的気相成長法（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）を利用して、各層２０、２１、２２および２３を、順に堆積して製造される。その後、この光電変換セル２は電極を接続し、透明樹脂とバックシートで封止されて、太陽電池として屋外で使用される。

上述のように、薄膜太陽電池１の製造には、多数の工程が存在する。各工程は、サイズや形状等により、所定の設定された製造条件下で行われなければならない。さらに、それらの製造条件は、製品完成後の検査結果と照合し、品質管理される必要がある。

また、太陽電池は、屋外に設置されることから、点検時にその製品の識別が容易にできることが望ましい。さらには、その点検時のデータ、製品完成後の検査結果、およびその製品の製造条件が統一して管理されることが望ましい。

上述の問題を解決するために、透光性基板の表面にマークを付し、以後の各工程において、そのマークを読み取り、読み取られたマークを利用して各製造工程の管理を行うことが提案されている。（例えば、特許文献１を参照。）
特開２００１−１０２６０４号公報（請求項１等）

しかし、上述の特許文献１に開示される従来技術には、次のような問題がある。それは、透光性基板の表面にマークを付した場合には、マークが摺れ、その結果、読み取りできなくなるという問題である。太陽電池は、野外で長期間使用されるため、風雨等により、表面に付されたマークに傷あるいは汚れが付着すると、マークの読み取りが困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、半永久的に消えないマークであって、そのマークを用いて、製造工程、検査結果あるいは点検結果等の管理を統一した品質管理を可能にする薄膜太陽電池を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明は、透光性基板上の一方の面に、透明電極層、光電変換層および裏面電極層を順次形成し、各層毎にパターニング線を設けて複数の光電変換セルを形成する薄膜太陽電池であって、透光性基板の周縁の透明電極層、光電変換層および裏面電極層を除去した除去領域より内側で、パターニング線と重ならない領域であって、透光性基板における透明電極層側から１ｍｍ以上内方の深さに、レーザ加工による刻印を有する薄膜太陽電池にしている。

また、別の本発明は、複数の光電変換セルの接続方向に沿って、除去領域の内側に、裏面電極層と光電変換層とを貫く絶縁スクライブ線を、さらに有し、刻印は、その絶縁スクライブ線よりも内側に配置されている薄膜太陽電池としている。

また、別の本発明は、透光性基板上の一方の面に、透明電極層、光電変換層および裏面電極層を順次形成し、各層毎にパターニング線を設けて複数の光電変換セルを形成する薄膜太陽電池の製造方法において、透光性基板の周縁の透明電極層、光電変換層および裏面電極層を除去する除去領域より内側にあって、光電変換セルに沿って並べる複数のパターニングと重ならない領域であって、透光性基板における透明電極層側から１ｍｍ以上内方の深さに、レーザを集光させて刻印を形成する刻印形成工程を含む薄膜太陽電池の製造方法としている。

また、別の本発明は、透光性基板上に、透明電極層、光電変換層、裏面電極層を形成した後に、複数の光電変換セルの接続方向に沿って、除去領域の内側に、裏面電極層と光電変換層とを貫く絶縁スクライブ線を形成する絶縁スクライブ線形成工程を、さらに含み、刻印形成工程は、刻印を、絶縁スクライブ線よりも内側に配置する薄膜太陽電池の製造方法としている。

本発明によれば、半永久的に消えないマークであって、そのマークを用いて、製造工程、検査結果あるいは点検結果等の管理を統一した品質管理が可能となる。

以下、本発明に係る薄膜太陽電池の好適な実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態に何ら限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池１の斜視図である。図２は、図１の薄膜太陽電池１の太陽光を受光する側とは逆の面（以後、裏面という。）から見た図である。また、「幅方向」とは、図２に示す斜視図における短辺方向を、「長さ方向」とは、図２に示す斜視図における長辺方向をそれぞれ言う。以後、特に言及しない限り、上記文言の定義は、同様の意味である。

本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池１の裏面は、封止用樹脂で覆われている。また、薄膜太陽電池の裏面は、光電変換セル２が形成されている部分と、周縁部分７とに大別される。透光性基板の周縁部分７の裏面側には、光電変換セル２が形成されていないため、封止用樹脂の層が透光性基板と接している。

透光性基板としては、絶縁性かつ透光性であり、後述の各層を積層する工程に耐えうる基板であればどのようなものでもよく、例えば、ガラス基板が好適に用いられる。また、封止用樹脂には、絶縁性の高い材料として、たとえば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等が好適に用いられる。

薄膜太陽電池１に形成されている光電変換セル２は、透明性基板に、透明電極層、光電変換層としての半導体層、そして裏面電極層がその順に堆積されている。また、裏面電極層は、半導体層と共に、長さ方向に沿って、複数本の溝（以後、裏面電極層パターニング線６と言う。）により、幅方向に分離されている。これらの複数本の裏面電極層パターニング線６により、複数の光電変換セル２が形成されている。また、裏面電極層と半導体層は、裏面電極層パターニング線６の長さ方向両端において、裏面電極層パターニング線６と直行する２本のスリット状の絶縁スクライブ線５によって、分離されている。また、幅方向両端の裏面電極層には、長さ方向に沿ってバス電極３が形成されている。

図３は、薄膜太陽電池１を図２におけるＢ−Ｂ線で切断した時の左側の断面図である。なお、右側の構造については、左側と左右対称の構造であるため、その図示を省略する。図４は、薄膜太陽電池１を図２におけるＣ−Ｃ線で切断した時の左側の断面図である。図３と同様に、右側の構造については、左側と同様の構造であるため省略する。

透光性基板２０の裏面（図４では、紙面上方向）には、まず、透明電極層パターニング線８により分離された複数の透明電極層２１が形成されている。透明電極層２１には、さらに、半導体層２２が形成されている。半導体層２２は、透明電極層２１の裏面側に積層されている。

半導体層２２は、具体的にはｐ型アモルファスシリコンからなるｐ層、ノンドープアモルファスシリコンからなるｉ層、そしてｎ型アモルファスシリコンからなるｎ層をこの順で透明電極層２１の裏面側に積層した層である。また、半導体層２２は、半導体層パターニング線９により分離されている。

裏面電極層２３は、半導体層２２の上面（裏面側）に積層されている。そのため、裏面電極層２３は、半導体パターニング線９にて、透明電極層２１と接続している。また、裏面電極層２３には、裏面電極層２３と半導体層２２とを連通して、裏面電極層パターニング線６が形成されている。

また、幅方向両端の裏面電極層２３上には、バス電極３が接続されている。バス電極３は、はんだあるいは導電性のペーストにより裏面電極層２３に電気的に接続されている。透光性基板２０に堆積された光電変換セル２部は、封止用樹脂２４により封止される。

透光性基板２０の内部には、刻印４が形成されている。刻印４は、透光性基板２０の厚さ方向において、透光性基板２０の内部であって、透明電極層２１と透光性基板２０とが接する面から、１ｍｍ以上離れた位置に形成されている。これは、後述する方法により刻印４を形成する際に、レーザにより透明電極層２１部に傷が付かないようにするためにである。

さらに、刻印４は、透光性基板２０の幅方向において、周縁部分７よりも内側かつ、最も周縁部分７に近い裏面電極層パターニング線６よりも外側に、透光性基板２０の長さ方向において、絶縁スクライブ線５より内側に形成されている。なお、その他の好適な位置については後述する。このような位置に刻印４を形成することにより、刻印４を読み取りやすくすることができる。なぜなら、刻印４の裏面側に、周縁部分７あるいは各スパターニング線６、８、９および絶縁スクライブ線５が存在すると、刻印４を光学的に読み取る際に、光の乱反射が生じ、読み取りにくくなるためである。

次に、透光性基板２０の内部に刻印４を形成する方法を含めて、薄膜太陽電池１の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施の形態の薄膜太陽電池１の製造工程を説明するためのフローチャートである。

まず、透光性基板２０に透明電極層２１を成膜する（ステップＳ１０１）。若しくは、透明電極２１層が既に形成されている基板を購入しても良い。そして、次に、透光性基板２０の内部に刻印４を形成する（ステップＳ１０２：刻印形成工程）。

本実施の形態では、透光性基板２０として、好適にガラス基板を用いる。例えば、ステップＳ１０１では、長さ１５００ｍｍ×幅１０００ｍｍ×厚さ５ｍｍのガラス基板に、透明電極層２１として、酸化錫を主成分とする酸化錫膜が６００〜９００ｎｍの厚さで成膜される。

図６は、刻印４の形成方法を説明するための説明図である。

刻印４を形成するためには、透光性基板２０の透明電極層２１が形成されていない側の面から、可視光域あるいは赤外光域波長を有するレーザ光１００を、透光性基板２０の内部に入射する。具体的には、ＹＡＧレーザ装置にて、波長５３２ｎｍ、出力数Ｗのレーザ光１００を、刻印４を形成する位置へ集光する。このような条件でレーザ光１００を透光性基板２０内の所望の領域内にて走査し、点および／または線から成る刻印４を形成する。

また、レーザ光１００の焦点は、透光性基板２０の内部であって、透明電極層２１と透光性基板２０とが接する面から１ｍｍ以上離れた位置に合わせるのが好ましい。なぜなら、刻印４の形成の際、刻印４の位置を通過したレーザ光１００が透明電極層２１を損傷するのを防止するためである。

刻印４の形態としては、二次元コード、バーコード、記号、文字あるいは数字等の形態を採用することができる。二次元コードは、製造番号、各工程の処理日時、各工程での設定値、測定データ、判定若しくは材料の管理番号等の多岐にわたる情報を含むことができる。本実施の形態では、好適な一例として４ｍｍ×４ｍｍサイズ内に表示された二次元バーコードを刻印４として形成する。

また、後述のＳ１０３〜Ｓ１１１までの各工程の一部または全部において、読取装置により刻印４が読み取られる。読取装置により読み取られた情報、例えば次工程の各設定値等の指示に基づき、各工程を支障なく実行する。

図５に戻って、刻印４形成後の製造工程を説明すると、レーザ光を照射することにより、透明電極層２１に、透明電極層パターニング線８を形成する（ステップＳ１０３）。次に、透明電極層２１の上に、半導体層２２を成膜する（ステップＳ１０４）。半導体層２２を成膜するには、まず、温度２００℃、約１００Ｐａの減圧下において、水素、モノシラン（ＳｉＨ_４）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）を流入して、ボロンがシリコン中にドープされたアモルファスシリコンからなるｐ層を形成する。次に、温度約２００℃、約７０Ｐａの減圧下において、水素およびモノシランを流入し、ノンドープアモルファスシリコンから成るｉ層を成膜する。最後に、温度約２００℃、約１００Ｐａの減圧下において、水素、モノシランおよびフォスフィン（ＰＨ_３）を流入し、リンがシリコン中にドープされたアモルファスシリコンからなるｎ層を成膜する。

次に、レーザ光を照射することにより、半導体層パターニング線９を複数本形成する（ステップＳ１０５）。半導体層パターニング線９は、長手方向に、線幅８０〜１２０μｍで設けられ、透明電極層２１がその底部で露出している。半導体層２２は、上記の半導体層パターニング線９により、短冊状に分離される。

次に、裏面電極層２３として、銀膜を成膜する（ステップＳ１０６）。裏面電極層２３としての銀膜は、例えば、ＰＶＤ法により成膜される。具体的には、銀ターゲットを用いて、温度１００〜２００℃、約０．１〜１．０Ｐａの減圧下にて、マグネトロンスパッタリング装置を用いて、成膜できる。裏面電極層２３は、半導体層２２の裏面側に成膜される。

次に、裏面電極層２３と半導体層２２とを切断する裏面電極層パターニング線６を形成する（ステップＳ１０７）。裏面電極層パターニング線６は、レーザ光を照射することにより形成される。裏面電極層パターニング線６は、線幅６０〜１２０μｍの溝であり、光電変換セル２の長手方向に複数本形成される。

次に、光電変換セルの長手方向の両端部に、各パターニング線６、８および９に直行し、幅方向へのびる絶縁スクライブ線５を形成する（ステップＳ１０８：絶縁スクライブ線形成工程）。絶縁スクライブ線５は、裏面電極２３と半導体層２２を貫いている。絶縁スクライブ線５は、線幅６０〜１２０μｍであり、レーザ光を照射して形成される。

次に、周縁部分７の光電変換セル２を除去し、絶縁領域を形成する（ステップＳ１０９）。周縁部分７の光電変換セル２を除去する手段としては、ブラスト、研磨（砥石あるいはバフ等を用いた研磨）を含むあらゆる手段を用いることができるが、好適にはガラスビーズあるいはＳｉＣを用いる。

次に、透光性基板２０の幅方向の両端の裏面電極層２３の上部に、光電変換によって発生した電流を外部に取り出すためのバス電極３を形成する（ステップＳ１１０）。最後に、封止用樹脂２４により、封止を行う（ステップＳ１１１）。具体的には、ＥＶＡ等の封止材と防水性のバックシート（不図示）とを加温して、封止を行う。

以上、薄膜太陽電池１の好適な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されることなく、種々変形を施した形態にて実施可能である。

例えば、本実施の形態では、透光性基板２０に透明電極層２１を成膜した後に、刻印４を形成したが、透明電極層２１の形成前あるいは透明電極層スクライブ線８の形成以降に刻印４を形成しても良い。また、複数の工程毎に、刻印４を形成してもよい。複数の工程の後に刻印４を形成することにより、各工程の情報を個別に記録することができる。

また、図３および図４に示す刻印４の位置以外にも、次に示すように、別の位置に刻印４を形成することができる。

図７は、刻印４を形成する位置を示すため、薄膜太陽電池１の表面から内部を透過的に示した図である。

図７に斜線領域の（但し、絶縁スクライブ線５、各種パターニング線６、８および９を除く）のように、周縁部分７に幅方向で最も近い裏面電極層パターニング線６ａと周縁部分７に挟まれた領域のみならず、周縁部分７から２番目に近いパターニング線（図７では、透明電極層パターニング線８、および半導体層パターニング線９）と上記裏面電極層パターニング線６ａの間の領域に刻印４を形成しても良い。例えば、図７に示すように、刻印４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの各位置に刻印４を形成することができる。図７の斜線領域でも、特に、刻印４ｂで示す位置が好ましい。刻印４ｂは、周縁部分７における絶縁処理の影響がない位置に存在するため、情報の読み取りがより正確かつ容易となるからである。また、刻印４ｂの次に、刻印４ａの位置が好ましい。絶縁スクライブ線５とその外側の周縁部分７との距離は比較的短いため、絶縁スクライブ線５より内側にある刻印４ａの位置の方が、刻印４ａの形成が容易であり、かつ絶縁粗面化処理の影響も受けないことから、情報の読み取りが容易だからである。

また、本実施の形態では、刻印４の面を、透光性基板２０の表面と平行になるように刻印４を形成したが、透光性基板２０の表面に対して鋭角の角度θをなすように、透光性基板２０の内方から周縁部分７側に刻印４の面を傾けるように刻印４を形成しても良い。

刻印４が透光性基板２０の表面に対して鋭角の角度θを有して形成されている場合、刻印４を形成するために、レーザ光１００を透光性基板２０の内側から周縁部分７の方に向けて照射することになる。この結果、レーザ光１００の焦点位置から透明電極層２１までの距離を長くすることができる。したがって、レーザ光１００の焦点位置がずれたとしても、透明電極層２１あるいはその上に成膜されている半導体層２２に傷が付く危険性を低減できる。また、薄膜太陽電池１を屋外に設置するために取り付けたフレーム等により、薄膜太陽電池１の端部が外から下方を見て直接見えないような場合であっても、読取装置に角度をつけて刻印４の情報を読み取ることができる。

また、本実施の形態では、刻印４として二次元バーコードを用いて、１つの刻印４に複数種の情報を格納しているが、多数の刻印４を形成し、１つの刻印４に単一種類の情報を格納するようにしてもよい。また、１つのみの刻印４を形成する場合に、例えば、製造番号のみを付し、その他の詳細な情報、例えば、製造条件などの情報は、製造番号と関連付けた情報として、別のコンピュータ内に保管し、適宜コンピュータにアクセスすることにより、情報を閲覧できるようにしても良い。

また、本実施の形態では、各工程の一部または全部に刻印４の読取装置を設置する例にて説明したが、たとえば数字や文字から成る刻印４を用いて、目視によって情報を確認しても良い。また、刻印４を読み取ることによって、各工程の加工条件を刻印４の指示によって変化させ、かつ各加工条件を記録するような工程管理に限らず、刻印４を、各加工条件の指示または各加工条件の記録のどちらか一方のみに利用しても良い。

本発明は、太陽光発電の分野に利用可能である。

本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池の斜視図である。図１に示す薄膜太陽電池を、図１中のＡ−Ａ線で切断した時の断面図である。図２に示す薄膜太陽電池を、図２中のＢ−Ｂ線で切断した時の断面図である。図２に示す薄膜太陽電池を、図２中のＣ−Ｃ線で切断した時の断面図である。図１に示す薄膜太陽電池の製造工程を説明するためのフローチャートである。図５に示す製造工程において、刻印を形成する工程を説明するための図である。図１に示す薄膜太陽電池において、刻印を形成することができる領域を示すための図である。本発明の実施の形態の変形例として、刻印の面を透光性基板の表面に対して傾斜させて刻印を形成する例を説明するための図である。従来技術を説明するための図である。

符号の説明

１薄膜太陽電池
２光電変換セル
４刻印
５絶縁スクライブ線
６裏面電極層パターニング線（パターニング線）
７周縁部分（除去領域）
８透明電極層パターニング線（パターニング線）
９半導体層パターニング線（パターニング線）
２０透光性基板
２１透明電極層
２２半導体層（光電変換層）
２３裏面電極層

Claims

透光性基板上の一方の面に、透明電極層、光電変換層および裏面電極層を順次形成し、各層毎にパターニング線を設けて複数の光電変換セルを形成する薄膜太陽電池であって、
上記透光性基板の周縁の上記透明電極層、上記光電変換層および上記裏面電極層を除去した除去領域より内側で、
上記パターニング線と重ならない領域であって、
上記透光性基板における上記透明電極層側から１ｍｍ以上内方の深さに、
レーザ加工による刻印を有することを特徴とする薄膜太陽電池。
前記複数の光電変換セルの接続方向に沿って、前記除去領域の内側に、前記裏面電極層と前記光電変換層とを貫く絶縁スクライブ線を、さらに有し、
前記刻印は、その絶縁スクライブ線よりも内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
透光性基板上の一方の面に、透明電極層、光電変換層および裏面電極層を順次形成し、各層毎にパターニング線を設けて複数の光電変換セルを形成する薄膜太陽電池の製造方法において、
上記透光性基板の周縁の上記透明電極層、上記光電変換層および上記裏面電極層を除去する除去領域より内側にあって、上記光電変換セルに沿って並べる複数の上記パターニングと重ならない領域であって、上記透光性基板における上記透明電極層側から１ｍｍ以上内方の深さに、レーザを集光させて刻印を形成する刻印形成工程を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
前記透光性基板上に、前記透明電極層、前記光電変換層、前記裏面電極層を形成した後に、前記複数の光電変換セルの接続方向に沿って、前記除去領域の内側に、前記裏面電極層と前記光電変換層とを貫く絶縁スクライブ線を形成する絶縁スクライブ線形成工程を、さらに含み、
前記刻印形成工程は、前記刻印を、上記絶縁スクライブ線よりも内側に配置することを特徴とする請求項３に記載の薄膜太陽電池の製造方法。