JP2009164250A - Method of forming conduction separating portion of transparent conductive oxide film, and multi-junction photoelectric conversion device manufactured by using the same - Google Patents

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和孝 宇田
Eishiro Sasagawa
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming a conduction separating portion of a transparent conductive oxide film in which a decrease in power generation efficiency can be suppressed by dividing an intermediate contact layer without affecting a base layer and suppressing a current leak from the intermediate contact layer. <P>SOLUTION: Disclosed is the method of forming the conduction separating portion of the transparent conductive oxide film in which the conduction separating portion is formed on the transparent conductive oxide film forming the intermediate contact layer 11 of a thin-film solar cell module 1, the method being characterized in that an etchant for etching the transparent conductive oxide film is jetted in fine droplets by an ink jetting method to adhere to a position of the transparent conductive oxide film where an intermediate separating groove 23 is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、透明導電酸化膜の導電分離部形成方法およびこれを用いて製造された多接合型光電変換装置に関する。   The present invention relates to a method for forming a conductive separation portion of a transparent conductive oxide film and a multi-junction photoelectric conversion device manufactured using the same.

従来、多接合型光電変換装置、たとえば、アモルファスシリコン(a−Si)を用いた光電変換層であるトップセルおよび微結晶シリコン(μc−Si)を用いた光電変換層であるボトムセルからなる多接合型薄膜シリコン太陽電池において、トップセルとボトムセルとの間に挟まれる中間コンタクト層は、トップセルで吸収されなかった短波長光をトップセル側に反射させて、トップセルでの発電量を増やす効果を有している。この中間コンタクト層は、ZnO、ITO等の透明導電酸化物を主要な成分として形成される。   Conventionally, a multijunction photoelectric conversion device, for example, a multijunction comprising a top cell that is a photoelectric conversion layer using amorphous silicon (a-Si) and a bottom cell that is a photoelectric conversion layer using microcrystalline silicon (μc-Si). Type thin-film silicon solar cell, the intermediate contact layer sandwiched between the top cell and the bottom cell reflects the short wavelength light that is not absorbed by the top cell to the top cell side, thereby increasing the amount of power generated by the top cell. have. The intermediate contact layer is formed using a transparent conductive oxide such as ZnO or ITO as a main component.

この多接合型薄膜シリコン太陽電池は、複数が集積され、それぞれ直列接続された集積型のモジュールを構成している。すなわち、複数のシリコン太陽電池の各々は裏面電極層が隣り合うシリコン太陽電池の透明電極層と電気的に接続されている。
その接続は、トップセル、中間コンタクト層およびボトムセルを貫通する接続溝に裏面電極を構成する成分が充填されることで行なわれる。
中間コンタクト層を構成する透明導電酸化物は導電性を有している。したがって、中間コンタクト層と接続溝とも電気的に接続されることとなるので、トップセルおよびボトムセルで発生した電力が接続溝から中間コンタクト層を介して漏洩するという問題があった。
This multi-junction thin film silicon solar cell constitutes an integrated module in which a plurality are integrated and each connected in series. That is, each of the plurality of silicon solar cells is electrically connected to the transparent electrode layer of the silicon solar cell in which the back electrode layer is adjacent.
The connection is performed by filling the connection groove that penetrates the top cell, the intermediate contact layer, and the bottom cell with the components constituting the back electrode.
The transparent conductive oxide constituting the intermediate contact layer has conductivity. Therefore, since the intermediate contact layer and the connection groove are also electrically connected, there is a problem that power generated in the top cell and the bottom cell leaks from the connection groove through the intermediate contact layer.

このように電流が漏れるとその分発電性能が低下するため、中間コンタクト層を介した電流漏れを抑制する方法の提供が望まれていた。この方法としては、中間コンタクト層を分離する分離溝を加工するものが広く用いられている。
この分離溝は、発電ロスを抑えるために可能な限り細幅にすることが望ましい。このため、その加工は、たとえば、特許文献1および特許文献2に示されるように、中間コンタクト層に集光されたレーザ光を照射してそれを除去する方法が一般に用いられている。
When the current leaks in this way, the power generation performance is reduced correspondingly. Therefore, it has been desired to provide a method for suppressing the current leak through the intermediate contact layer. As this method, a method of processing a separation groove for separating the intermediate contact layer is widely used.
The separation groove is desirably as narrow as possible in order to suppress power generation loss. For this reason, as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example, a method of irradiating a laser beam condensed on the intermediate contact layer and removing it is generally used.

これらは、レーザ光によって中間コンタクト層およびトップセルを通って透明電極層に至る分離溝を形成する(特許文献1)、あるいは、中間コンタクト層からトップセルの一部を含む分離溝を形成する(特許文献2)ものである。
中間コンタクト層は透明であることから実質的にレーザ光を吸収するのはa−Siからなるトップセルである。レーザ光がトップセルのa−Siに吸収されることにより熱に変換され、局部的に非常に高温となる。これによりa−Siが溶融し結合していた水素などが分解することで発生する蒸発圧力によって、中間コンタクト層が飛散して分離溝が形成される。
These form separation grooves that reach the transparent electrode layer through the intermediate contact layer and the top cell by laser light (Patent Document 1), or form separation grooves that include a part of the top cell from the intermediate contact layer ( Patent Document 2).
Since the intermediate contact layer is transparent, the top cell made of a-Si substantially absorbs the laser beam. The laser light is absorbed by the a-Si of the top cell to be converted into heat, resulting in a very high temperature locally. As a result, the intermediate contact layer is scattered by the evaporation pressure generated by the decomposition of hydrogen or the like that has melted and bonded to the a-Si, thereby forming a separation groove.

また、対象が中間コンタクト層ではないが、膜をパターニングする方法として、たとえば、特許文献3あるいは特許文献4に示されるものが提案されている。
特許文献3に示されるものは、酸化物系透明導電材料にて形成された超微粒子を含む透明導電インクをノズルから吐出して、必要な部分にのみ透明導電層を形成する、言い換えると、後で除去するところには透明導電層を形成しないことによってパターンを形成するものである。
特許文献4に示されるものは、酸化スズのような金属酸化物膜にエッチングマスクとなる高分子ホットメルトインクをインクジェットで塗布し、金属粉およびエッチング液で水素を発生させて、マスクに覆われていない部分の金属酸化物膜を除去してパターンを形成するものである。
Further, although the target is not the intermediate contact layer, as a method for patterning the film, for example, a method shown in Patent Document 3 or Patent Document 4 has been proposed.
Patent Document 3 discloses that a transparent conductive ink containing ultrafine particles formed of an oxide-based transparent conductive material is ejected from a nozzle to form a transparent conductive layer only in a necessary portion. The pattern is formed by not forming the transparent conductive layer at the place to be removed.
In Patent Document 4, a polymer hot-melt ink that serves as an etching mask is applied to a metal oxide film such as tin oxide by inkjet, and hydrogen is generated with metal powder and an etching solution, which is covered with the mask. A portion of the metal oxide film not formed is removed to form a pattern.

特開2002−261308号公報JP 2002-261308 A 特開2006−313872号公報JP 2006-313872 A 特開平09−320363号公報JP 09-320363 A 特開2000−31131号公報JP 2000-31131 A

ところで、特許文献1および特許文献2に示されるようなレーザ光により分離溝を形成するものは、レーザ光がトップセルを形成するa−Siに吸収されることにより局部的に非常に高温となるので、溝の周縁部においてa−Siが原子拡散により構造変化を起こし変質し、発電性能が低下するとともにトップセル自体が低抵抗化し電流漏れ経路となる恐れがあった。特許文献2に示すものは、分離溝への熱の影響する範囲を小さくするものであるが、これでも十分とは言えず、新たな電流漏れ経路が発生しない分離溝の加工方法が求められていた。   By the way, what forms a separation groove | channel by the laser beam as shown in patent document 1 and patent document 2 becomes very high locally because a laser beam is absorbed by a-Si which forms a top cell. Therefore, a-Si has undergone a structural change due to atomic diffusion in the peripheral portion of the groove, resulting in deterioration of power generation performance, and the top cell itself may have a low resistance and become a current leakage path. Although what is shown in Patent Document 2 reduces the range affected by heat on the separation groove, this is not sufficient, and there is a need for a method of processing the separation groove that does not generate a new current leakage path. It was.

トップセルへ影響しないように分離溝を有する中間コンタクト層を形成するのに、特許文献3に示される方法を用いることが考えられる。
しかしながら、この方法はインクジェットを用いた吐出法により透明導電酸化膜を形成する方法であるが、溝幅が小さい分離溝を形成する場合、すなわち、透明導電酸化膜を形成しない領域が小さい場合には、膜形成部分がそれだけ大きくなるので、その製膜処理時間が多くかかるという問題がある。
In order to form an intermediate contact layer having a separation groove so as not to affect the top cell, it is conceivable to use the method disclosed in Patent Document 3.
However, this method is a method of forming a transparent conductive oxide film by an ink jet discharge method. However, when forming a separation groove with a small groove width, that is, when a region where a transparent conductive oxide film is not formed is small. However, since the film forming portion is increased accordingly, there is a problem that it takes a long time for the film forming process.

また、特許文献4に示される方法を用いることが考えられる。
しかしながら、この方法では、エッチング前にエッチングマスクを形成する工程およびエッチング後にエッチングマスクを取り除く工程が必要であり、その分余分な作業時間を要する。また、できるだけ溝幅が小さい分離溝を形成する場合、すなわち、透明導電酸化膜を形成しない領域が小さい場合には、エッチングマスクの範囲が広くなるので、その分一層形成・除去作業が多くなるので、分離溝に適用した場合、作業時間が多くかかるという問題がある。
また、中間コンタクト層が形成されている場合には、略同等な材料で構成された透明電極層が形成されているので、エッチング液に浸漬してエッチングを行う場合に、基板の周辺からこの透明電極層にエッチング液が作用し、透明電極層を損傷させるという問題がある。
It is also conceivable to use the method disclosed in Patent Document 4.
However, this method requires a step of forming an etching mask before etching and a step of removing the etching mask after etching, which requires extra work time. In addition, when forming a separation groove having a groove width as small as possible, that is, when a region where a transparent conductive oxide film is not formed is small, the range of the etching mask is widened. When applied to the separation groove, there is a problem that it takes a lot of work time.
Further, when an intermediate contact layer is formed, a transparent electrode layer composed of substantially the same material is formed. Therefore, when etching is performed by immersing in an etching solution, the transparent electrode layer is formed from the periphery of the substrate. There exists a problem that an etching liquid acts on an electrode layer and damages a transparent electrode layer.

本発明は、上記課題に鑑み、下地層に影響せずに中間コンタクト層を分割し、中間コンタクト層からの面方向への電流漏れを抑制し、発電効率の低下を抑制できる透明導電酸化膜の導電分離部形成方法および導電分離部形成装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a transparent conductive oxide film that can divide an intermediate contact layer without affecting the underlying layer, suppress current leakage in the surface direction from the intermediate contact layer, and suppress a decrease in power generation efficiency. It is an object of the present invention to provide a conductive separation portion forming method and a conductive separation portion forming apparatus.

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明にかかる透明導電酸化膜の導電分離部形成方法は、多接合型光電変換装置における中間コンタクト層を構成する透明導電酸化膜に導電分離部を形成する透明導電酸化膜の導電分離部形成方法であって、前記透明導電酸化膜を侵食するエッチング液をインクジェット法によって微小液滴状で噴射し、前記透明導電酸化膜の前記導電分離部を形成する位置に被着させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The method for forming a conductive separation portion of a transparent conductive oxide film according to the present invention is a method for forming a conductive separation portion of a transparent conductive oxide film in which a conductive separation portion is formed on a transparent conductive oxide film constituting an intermediate contact layer in a multi-junction photoelectric conversion device. An etching solution that erodes the transparent conductive oxide film is ejected in the form of fine droplets by an ink jet method, and is deposited on the transparent conductive oxide film at a position where the conductive separation portion is formed.

本発明によれば、エッチング液はインクジェット法によって噴射されるので、所定の位置に正確に被着させることができる。噴射されるエッチング液が透明導電酸化膜に被着すると、エッチング液は被着した部分の透明導電酸化膜を侵食し、凹部を形成する。
エッチング液は透明導電酸化膜の導電分離部を形成する位置に被着させられるので、導電分離部に沿って凹部が形成されることになる。このとき、被着されるエッチング液の量を調整することで、透明導電酸化膜を完全に除去した凹部を形成することができる。
According to the present invention, since the etching solution is ejected by the ink jet method, it can be accurately deposited at a predetermined position. When the sprayed etching solution is deposited on the transparent conductive oxide film, the etching solution erodes the deposited portion of the transparent conductive oxide film to form a recess.
Since the etching solution is deposited on the transparent conductive oxide film at a position where the conductive separation portion is formed, a concave portion is formed along the conductive separation portion. At this time, by adjusting the amount of the etching solution to be deposited, the concave portion from which the transparent conductive oxide film has been completely removed can be formed.

エッチング液の侵食は、化学反応であるので、反応時に発熱を伴うこともあるが、その場合でもレーザ光による発熱に比べて格段に小さいものを選択することができる。したがって、下地層に熱による影響を与えて、新たな電流漏れ経路を生じることなく、中間コンタクト層に導電分離部、すなわち、たとえば、溝状の分割溝を形成して、中間コンタクト層を分割することができる。これにより、中間コンタクト層からの面方向への電流漏れを抑制、あるいは防止できるので、多接合型光電変換装置の発電効率の低下を抑制できる。   Etching of the etching solution is a chemical reaction and may generate heat during the reaction. Even in this case, a material that is much smaller than the heat generated by the laser beam can be selected. Therefore, the intermediate contact layer is divided by forming a conductive separation portion, that is, for example, a groove-shaped division groove in the intermediate contact layer without causing a new current leakage path by affecting the underlayer due to heat. be able to. As a result, current leakage from the intermediate contact layer in the surface direction can be suppressed or prevented, and a decrease in power generation efficiency of the multi-junction photoelectric conversion device can be suppressed.

また、エッチング液は、微小液滴状で被着されるので、一滴のエッチング液が侵食する範囲は限定される。これにより、狭い範囲に形成される、たとえば、狭い幅を持つ溝状の導電分離部であってもマスキングを行うことなく直接エッチング液を被着させてエッチングを行うことができるので、エッチングマスクを形成する工程およびエッチングマスクを取り除く工程が不要となり、その分作業時間を削減できる。
このように、中間コンタクト層を製膜した後、狭い範囲に形成される導電分離部を形成できるので、中間コンタクト層の製膜に効率的な製膜方法を用いることができ、多接合型光電変換装置の製造に要する作業時間を削減できる。
Further, since the etching solution is deposited in the form of fine droplets, the range in which one drop of the etching solution erodes is limited. As a result, even in the case of a groove-shaped conductive separation portion having a narrow width, which is formed in a narrow range, etching can be performed by directly applying an etching solution without masking. The process of forming and the process of removing the etching mask are unnecessary, and the working time can be reduced accordingly.
As described above, after forming the intermediate contact layer, a conductive separation portion formed in a narrow range can be formed. Therefore, an efficient film forming method can be used for forming the intermediate contact layer, and a multi-junction photoelectric film can be used. The work time required for manufacturing the converter can be reduced.

なお、中間コンタクト層が結晶構造を有している場合、結晶粒界は結晶部分よりもエッチング液による侵食を受け易いので、結晶部分よりも早く侵食されることになる。このように、エッチングによる侵食は結晶粒界から進むので、結晶部分の侵食が終了する前に結晶粒界の侵食が終了する。これにより隣り合う結晶部分が分離され、接触しなくなるので、導電は断たれるあるいはし難くなることになる。この場合、透明導電酸化膜を完全に除去しない、すなわち、結晶部分が部分的に残っている状態でも中間コンタクト層からの電流漏れを抑制できるので、少ないエッチング液によって多接合型光電変換装置の発電効率の低下を抑制できる。
これは、透明導電酸化膜がたとえば、ZnO(酸化亜鉛)のように結晶が上下方向に延在する柱状結晶で形成されている場合に特に有効である。
In the case where the intermediate contact layer has a crystal structure, the crystal grain boundary is more easily eroded by the etching solution than the crystal part, and is eroded earlier than the crystal part. Thus, the erosion due to etching proceeds from the crystal grain boundary, so that the erosion of the crystal grain boundary ends before the erosion of the crystal portion ends. As a result, adjacent crystal parts are separated and are not in contact with each other, so that the conduction is cut off or becomes difficult. In this case, since the transparent conductive oxide film is not completely removed, that is, current leakage from the intermediate contact layer can be suppressed even when the crystal portion is partially left, the power generation of the multi-junction photoelectric conversion device can be performed with a small amount of etchant. Reduction in efficiency can be suppressed.
This is particularly effective when the transparent conductive oxide film is formed of columnar crystals such as ZnO (zinc oxide) in which the crystals extend in the vertical direction.

エッチングによって形成される導電分離部の大きさは、透明導電酸化膜の膜厚とエッチング液の被着量とで調整することができる。エッチング液の被着量は、液滴の大きさ、エッチング成分の含有量、噴射回数等で調整される。   The size of the conductive separation portion formed by etching can be adjusted by the film thickness of the transparent conductive oxide film and the deposition amount of the etching solution. The deposition amount of the etching solution is adjusted by the size of the droplet, the content of the etching component, the number of jets, and the like.

また、上記発明では、前記エッチング液として、希釈した酸またはアルカリ溶液が用いられることとしてもよい。   In the above invention, a diluted acid or alkali solution may be used as the etching solution.

透明導電酸化物は、一般に酸溶液、アルカリ溶液に溶ける(侵食される)ことが知られているので、対象とする透明導電酸化物に対して適当な酸溶液またはアルカリ溶液を選択する。
酸としては、塩酸、酢酸、燐酸、クエン酸、蓚酸、硝酸、硫酸等が、アルカリとしては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム(アンモニア水)等が用いられる。
なお、エッチング速度を調整するために酸溶液またはアルカリ溶液にアルコール、たとえば、IPA(イソプロピルアルコール)等の溶媒を加えるようにしてもよい。
The transparent conductive oxide is generally known to be dissolved (corroded) in an acid solution or an alkali solution. Therefore, an appropriate acid solution or alkali solution is selected for the transparent conductive oxide of interest.
As the acid, hydrochloric acid, acetic acid, phosphoric acid, citric acid, oxalic acid, nitric acid, sulfuric acid and the like are used, and as the alkali, sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonium hydroxide (ammonia water) and the like are used.
In order to adjust the etching rate, a solvent such as an alcohol such as IPA (isopropyl alcohol) may be added to the acid solution or the alkali solution.

また、上記発明では、前記エッチング液には、粘度を調整する粘度調整材が加えられていることを特徴とすることとしてもよい。   In the invention described above, a viscosity adjusting material for adjusting the viscosity may be added to the etching solution.

このようにすると、たとえば、インクジェット法に適さない粘度のエッチング液でも粘度調整材を加えることによって用いることができる。また、エッチング液は粘度によって被着時の拡がりが規定できるので、エッチング液の被着範囲を調整でき、導電分離部の大きさを調整できる。
粘度調整材としては、たとえば、PVA(ポリビニールアルコール)等が用いられる。
If it does in this way, even if it is an etching liquid of the viscosity which is not suitable for an inkjet method, it can be used by adding a viscosity modifier. Moreover, since the spreading | diffusion at the time of deposition can be prescribed | regulated by an etching liquid with a viscosity, the deposition range of an etching liquid can be adjusted and the magnitude | size of a conductive isolation | separation part can be adjusted.
As the viscosity adjusting material, for example, PVA (polyvinyl alcohol) or the like is used.

また、上記発明では、前記インクジェット法による前記エッチング液の噴射は、同時に複数箇所で行われることが好適である。   Moreover, in the said invention, it is suitable for the injection of the said etching liquid by the said inkjet method to be performed in multiple places simultaneously.

このようにすると、導電分離部の加工が同時に複数箇所で行われるので、作業時間を低減することができる。すなわち、導電分離部の加工を効率的に行うことができる。   If it does in this way, since the process of the electroconductive isolation | separation part is simultaneously performed in multiple places, work time can be reduced. That is, the conductive separation portion can be processed efficiently.

この場合、エッチング液の供給は、たとえば、多接合型光電変換装置における中間コンタクト層を構成する透明導電酸化膜が最上面に製膜された基板を保持部に保持し、透明導電酸化膜を侵食するエッチング液を微小液滴状として噴射するノズルが取り付けられたインクジェットヘッドを保持部材に対向し、保持部材の面内で相対的に位置変更可能に設置した装置を用いて、ノズルからエッチング液を噴射させて行う。そして、インクジェットヘッドと保持部との相対位置関係を変化させて所定の導電分離部を形成する。
インクジェットヘッドを複数備える、および/またはインクジェットヘッドにノズルを複数備えるようにすることによって、同時に複数箇所でエッチング液の噴射を行うことができる。
In this case, the etching solution is supplied, for example, by holding the substrate on which the transparent conductive oxide film constituting the intermediate contact layer in the multi-junction photoelectric conversion device is formed on the uppermost surface and eroding the transparent conductive oxide film. Using an apparatus in which an inkjet head attached with a nozzle that ejects the etching liquid in the form of fine droplets is opposed to the holding member and can be relatively repositioned within the surface of the holding member, the etching liquid is discharged from the nozzle. Do this by spraying. Then, a predetermined conductive separation portion is formed by changing the relative positional relationship between the inkjet head and the holding portion.
By providing a plurality of inkjet heads and / or providing a plurality of nozzles in the inkjet head, it is possible to spray the etching solution at a plurality of locations at the same time.

また、本発明にかかる多接合型光電変換装置は、上述の透明導電酸化膜の導電分離部形成方法を用いて製造されていることを特徴とする。   A multi-junction photoelectric conversion device according to the present invention is manufactured using the above-described method for forming a conductive separation portion of a transparent conductive oxide film.

下地層に熱による影響を与えて、新たな電流漏れ経路を生じることなく、中間コンタクト層に導電分離部、すなわち、たとえば、溝状の分割溝を形成して、中間コンタクト層を分割することができる透明導電酸化膜の導電分離部形成方法を用いているので、中間コンタクト層からの電流漏れを抑制、あるいは防止でき、多接合型光電変換装置の発電効率の低下を抑制できる。   It is possible to divide the intermediate contact layer by forming a conductive separation portion, that is, for example, a groove-shaped dividing groove in the intermediate contact layer without causing a new current leakage path by affecting the underlayer by heat. Since the method for forming a conductive separation part of a transparent conductive oxide film is used, current leakage from the intermediate contact layer can be suppressed or prevented, and a decrease in power generation efficiency of the multijunction photoelectric conversion device can be suppressed.

本発明によれば、透明導電酸化膜を侵食するエッチング液をインクジェット法によって微小液滴状で噴射し、透明導電酸化膜の導電分離部を形成する位置に被着させるので、下地層に影響せずに中間コンタクト層を分割することができる。
これにより、中間コンタクト層からの電流漏れを抑制、あるいは防止できるので、多接合型光電変換装置の発電効率の低下を抑制できる。
According to the present invention, the etching solution that erodes the transparent conductive oxide film is ejected in the form of fine droplets by the ink jet method, and is deposited on the position where the conductive separation portion of the transparent conductive oxide film is formed. The intermediate contact layer can be divided without.
Thereby, current leakage from the intermediate contact layer can be suppressed or prevented, so that reduction in power generation efficiency of the multi-junction photoelectric conversion device can be suppressed.

以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
〔第一実施形態〕
本発明の第一実施形態にかかる透明導電酸化膜の導電分離部形成方法について図1から図7を参照して説明する。
図1は、本実施形態にかかる導電分離部形成方法を用いて製造された薄膜太陽電池モジュール(多接合型光電変換装置)1の断面を概略的に示す部分断面図である。薄膜太陽電池モジュール1は基板3上で薄膜太陽電池セル5がタンデム型に直列接続された構造とされている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First embodiment]
A method for forming a conductive separation portion of a transparent conductive oxide film according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing a cross section of a thin film solar cell module (multi-junction photoelectric conversion device) 1 manufactured by using the conductive separation portion forming method according to the present embodiment. The thin film solar cell module 1 has a structure in which thin film solar cells 5 are connected in series in a tandem manner on a substrate 3.

薄膜太陽電池モジュール1には、透光性の基板3(少なくとも1辺1m以上、たとえば:1.4m×1.1m×3mm〜4mmのソーダガラス基板)上に、酸化錫膜(SnO)を主成分とする透明、かつ、導電性を有する層である透明電極層7が製膜されている。
透明電極層7の上には、pin構造を有するアモルファスシリコン(a−Si)から構成される光電変換層であるトップセル9が製膜されている。トップセル9は、中間コンタクト層11より高抵抗であり、かつ、特定の波長域の光から光起電力効果により電力を発生させる。
The thin-film solar cell module 1 has a tin oxide film (SnO 2 ) on a translucent substrate 3 (at least 1 m on a side, for example: 1.4 m × 1.1 m × 3 mm to 4 mm soda glass substrate). A transparent electrode layer 7 which is a transparent and conductive layer as a main component is formed.
On the transparent electrode layer 7, a top cell 9 which is a photoelectric conversion layer made of amorphous silicon (a-Si) having a pin structure is formed. The top cell 9 has a higher resistance than the intermediate contact layer 11 and generates electric power from light in a specific wavelength region by the photovoltaic effect.

トップセル9の上には、基板3側から入射した光の一部を反射し一部を透過させる機能を有する中間コンタクト層11が製膜されている。中間コンタクト層11は、たとえば、ガリウムGaをドープした酸化亜鉛(GZO;透明導電酸化物)膜を主成分として構成されている。   On the top cell 9, an intermediate contact layer 11 having a function of reflecting a part of light incident from the substrate 3 side and transmitting a part thereof is formed. The intermediate contact layer 11 is composed, for example, of a zinc oxide (GZO; transparent conductive oxide) film doped with gallium Ga as a main component.

中間コンタクト層11の上には、pin構造を有する微結晶シリコン(μc−Si)から構成される光電変換層であるボトムセル13が製膜されている。ボトムセル13は、トップセル9が変換する光の波長域とは異なる波長域の光を吸収して電力を発生させる。
ボトムセル13の上には、銀(Ag)やチタン(Ti)またはアルミニウム(Al)などの金属材料、或いは、ITO、ZnOなどの導電性酸化膜と銀やチタンまたはアルミニウムなどの金属材料の積層構造からなる裏面電極層15が形成されている。
On the intermediate contact layer 11, a bottom cell 13 which is a photoelectric conversion layer made of microcrystalline silicon (μc-Si) having a pin structure is formed. The bottom cell 13 absorbs light in a wavelength range different from the wavelength range of light converted by the top cell 9 to generate electric power.
On the bottom cell 13, a laminated structure of a metal material such as silver (Ag), titanium (Ti) or aluminum (Al), or a conductive oxide film such as ITO or ZnO and a metal material such as silver, titanium or aluminum. A back electrode layer 15 made of is formed.

薄膜太陽電池モジュール1には、透明電極層7の上に開口を有し基板3の上に底面を有し、透明電極層7を分割する透明電極分離溝17と、裏面電極層15とボトムセル13との界面に開口を有し、透明電極膜7とトップセル9との界面に底面を有する接続溝19と、裏面電極層15の表面に開口を有し、透明電極膜7とトップセル9との界面に底面を有するセル分離溝21と、中間コンタクト層11を分離する中間分離溝(導電分離部)23と、が設けられている。
これら透明電極分離溝17、接続溝19、セル分離溝21および中間分離溝23は互いに平行に設けられ、図1の紙面に対して垂直な方向に延在している。
The thin-film solar cell module 1 includes a transparent electrode separation groove 17 that has an opening on the transparent electrode layer 7 and a bottom surface on the substrate 3, and divides the transparent electrode layer 7, a back electrode layer 15, and a bottom cell 13. Having an opening at the interface between the transparent electrode film 7 and the top cell 9, a connection groove 19 having a bottom surface at the interface between the transparent electrode film 7 and the top cell 9, and an opening at the surface of the back electrode layer 15. A cell separation groove 21 having a bottom surface at the interface and an intermediate separation groove (conductive separation portion) 23 for separating the intermediate contact layer 11 are provided.
The transparent electrode separation groove 17, the connection groove 19, the cell separation groove 21, and the intermediate separation groove 23 are provided in parallel to each other and extend in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

透明電極分離溝17には、トップセル9を構成する材料が埋め込まれており、分割された透明電極層7同士を電気的に絶縁している。
セル分離溝21は、透明電極分離溝17とは別の場所に設けられている。セル分離溝21は隣り合う薄膜太陽電池セル5間で、トップセル9、中間コンタクト層11、ボトムセル13および裏面電極層15を分割している。
セル分離溝21は隣り合う薄膜太陽電池セル5間で、裏面電極層15同士および中間コンタクト層11同士を電気的に絶縁している。
A material constituting the top cell 9 is embedded in the transparent electrode separation groove 17, and the divided transparent electrode layers 7 are electrically insulated from each other.
The cell separation groove 21 is provided at a location different from the transparent electrode separation groove 17. The cell separation groove 21 divides the top cell 9, the intermediate contact layer 11, the bottom cell 13, and the back electrode layer 15 between the adjacent thin film solar cells 5.
The cell separation grooves 21 electrically insulate the back electrode layers 15 and the intermediate contact layers 11 between the adjacent thin film solar cells 5.

接続溝19は、透明電極分離溝17とセル分離溝21との間に設けられている。接続溝19は裏面電極層15を構成する材料で埋められており、裏面電極層15と隣の薄膜太陽電池セル5の透明電極層7とを電気的に接続している。すなわち、隣り合う薄膜太陽電池セル5同士を電気的に直列に接続している。   The connection groove 19 is provided between the transparent electrode separation groove 17 and the cell separation groove 21. The connection groove 19 is filled with a material constituting the back electrode layer 15 and electrically connects the back electrode layer 15 and the transparent electrode layer 7 of the adjacent thin-film solar battery cell 5. That is, the adjacent thin film photovoltaic cells 5 are electrically connected in series.

中間分離溝23は、透明電極分離溝17と接続溝19との間に設けられている。中間分離溝23は中間コンタクト層11を分離している。中間分離溝23は中間コンタクト層11とボトムセル13との界面に開口を有し、中間コンタクト層11とボトムセル13との界面に底面を有している。中間分離溝23には、ボトムセル13を構成する材料が埋め込まれており、分割された中間コンタクト層11同士を電気的に絶縁している。   The intermediate separation groove 23 is provided between the transparent electrode separation groove 17 and the connection groove 19. The intermediate separation groove 23 separates the intermediate contact layer 11. The intermediate separation groove 23 has an opening at the interface between the intermediate contact layer 11 and the bottom cell 13 and has a bottom surface at the interface between the intermediate contact layer 11 and the bottom cell 13. A material constituting the bottom cell 13 is embedded in the intermediate separation groove 23 to electrically insulate the divided intermediate contact layers 11 from each other.

以下、この薄膜太陽電池モジュール1の製造工程について中間分離溝23の形成方法を主体に説明する。
まず、基板3上に透明電極層7として酸化錫(SnO)を主成分とする膜を膜厚約500nm〜800nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。このとき、透明電極層7の表面は適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。
また、基板3と透明電極層7との間にアルカリバリア膜(図示省略)を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜(SiO)を50nm〜150nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。
Hereinafter, the manufacturing process of the thin film solar cell module 1 will be described mainly with respect to the method for forming the intermediate separation groove 23.
First, a film mainly composed of tin oxide (SnO 2 ) is formed on the substrate 3 as the transparent electrode layer 7 at a film thickness of about 500 nm to 800 nm and about 500 ° C. using a thermal CVD apparatus. At this time, a texture with appropriate unevenness is formed on the surface of the transparent electrode layer 7.
Further, an alkali barrier film (not shown) may be formed between the substrate 3 and the transparent electrode layer 7. As the alkali barrier film, a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed at a temperature of about 500 ° C. in a thermal CVD apparatus at 50 nm to 150 nm.

その後、基板3をX−Yテーブルに設置して、YAGレーザの第1高調波(1064nm)を、透明電極層7の膜面側から入射する。
加工速度に適切となるようにレーザパワーを調整して、透明電極層7を薄膜太陽電池セル5の直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板3とレーザ光とを相対移動して、透明電極分離溝17を形成する。透明電極分離溝17は、所定幅(たとえば、約6mm〜15mm)の短冊状にレーザエッチングされる。
Thereafter, the substrate 3 is placed on an XY table, and the first harmonic (1064 nm) of the YAG laser is incident from the film surface side of the transparent electrode layer 7.
The laser power is adjusted so as to be suitable for the processing speed, and the transparent electrode layer 7 is moved relative to the direction perpendicular to the serial connection direction of the thin-film solar cells 5 by moving the substrate 3 and the laser light relatively transparent. An electrode separation groove 17 is formed. The transparent electrode separation groove 17 is laser etched into a strip shape having a predetermined width (for example, about 6 mm to 15 mm).

次いで、プラズマCVD装置により、減圧雰囲気:30〜1000Pa、基板温度:約200℃にてトップセル9を構成するp層膜/i層膜/n層膜を順次製膜する。
トップセル9は、SiHガスとHガスとを主原料に、透明電極層7の上に製膜される。このとき、透明電極分離溝17は、pin型アモルファスSiで埋められる。
トップセル9は、太陽光の入射する側からp層、i層、n層がこの順で積層される。これらの層の構成および厚さは、たとえば、p層:ホウ素(B)をドープしたアモルファスSiCを主成分とし膜厚10nm〜30nm、i層:アモルファスSiを主成分とし膜厚200nm〜350nm、n層:リン(P)をドープした微結晶Siを主成分とし膜厚30nm〜50nmである。
またp層膜とi層膜との間には界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
Next, a p-layer film / i-layer film / n-layer film constituting the top cell 9 is sequentially formed by a plasma CVD apparatus at a reduced pressure atmosphere: 30 to 1000 Pa and a substrate temperature: about 200 ° C.
The top cell 9 is formed on the transparent electrode layer 7 using SiH 4 gas and H 2 gas as main raw materials. At this time, the transparent electrode separation groove 17 is filled with pin-type amorphous Si.
In the top cell 9, a p layer, an i layer, and an n layer are stacked in this order from the sunlight incident side. The structure and thickness of these layers are, for example, p layer: amorphous SiC doped with boron (B) as a main component and a film thickness of 10 nm to 30 nm, i layer: amorphous Si as a main component, and a film thickness of 200 nm to 350 nm, n Layer: Mainly composed of microcrystalline Si doped with phosphorus (P) and having a film thickness of 30 nm to 50 nm.
A buffer layer may be provided between the p-layer film and the i-layer film in order to improve the interface characteristics.

次に、トップセル9の上に、Ga(ガリウム)をドープしたZnO(GZO)膜を膜厚:20nm〜100nm、たとえば、スパッタリング装置により製膜し、中間コンタクト層11を形成する。   Next, a ZnO (GZO) film doped with Ga (gallium) is formed on the top cell 9 with a film thickness of 20 nm to 100 nm, for example, by a sputtering apparatus, and the intermediate contact layer 11 is formed.

その後、基板3をテーブル25に設置(中間コンタクト層11が上面に位置する)し、テーブル25の上方に設置されたインクジェットヘッド27のノズル29からエッチング液を噴射する。
エッチング液としては、0.05〜30wt%の塩酸水溶液あるいは0.1〜60wt%の酢酸水溶液が用いられる。
なお、エッチング液の粘度が低く、ノズル29から効果的に噴射しづらい場合には、たとえば、PVA(ポリビニルアルコール)などを加えて粘度を調整してもよい。
Thereafter, the substrate 3 is placed on the table 25 (the intermediate contact layer 11 is located on the upper surface), and an etching solution is sprayed from the nozzle 29 of the ink jet head 27 placed above the table 25.
As the etching solution, 0.05 to 30 wt% hydrochloric acid aqueous solution or 0.1 to 60 wt% acetic acid aqueous solution is used.
In addition, when the viscosity of an etching liquid is low and it is difficult to inject from the nozzle 29 effectively, you may adjust a viscosity by adding PVA (polyvinyl alcohol) etc., for example.

このエッチング液が中間コンタクト層11の表面に被着すると、エッチング液は被着した部分のGZOを侵食する。たとえば、塩酸水溶液を用いた場合、ZnO+2HCl→ZnCl+HOという反応となり、水に溶解するZnClと水とが形成される。
生成熱が発生するが、水の蒸発潜熱に消費されて、これによる温度上昇は僅かであるので、トップセル9のアモルファスSiを変質させる恐れはない。
When this etching solution is deposited on the surface of the intermediate contact layer 11, the etching solution erodes the deposited portion of GZO. For example, when an aqueous hydrochloric acid solution is used, a reaction of ZnO + 2HCl → ZnCl 2 + H 2 O results in the formation of ZnCl 2 and water that dissolve in water.
Although generated heat is generated, it is consumed by the latent heat of vaporization of water, and the temperature rise due to this is slight. Therefore, there is no possibility of changing the amorphous Si of the top cell 9.

通常の産業用インクジェットヘッドノズルの液適量(1滴の重量)は、30〜100ng程度である。たとえば、15wt%の塩酸水溶液を用い、100ngの液滴をZnO膜に噴射被着させて反応させたとき、径が約10μmの開孔31を形成可能である。中間コンタクト層11の膜厚を侵食できるだけの液滴を噴射すことにより、開孔31は図3に示されるようにトップセル9との界面に至る厚さに形成される。   The appropriate amount of liquid (weight of one drop) of a normal industrial inkjet head nozzle is about 30 to 100 ng. For example, when a 15 wt% hydrochloric acid aqueous solution is used and 100 ng droplets are sprayed and deposited on a ZnO film and reacted, an opening 31 having a diameter of about 10 μm can be formed. By ejecting droplets that can erode the thickness of the intermediate contact layer 11, the opening 31 is formed to a thickness that reaches the interface with the top cell 9, as shown in FIG.

トップセル9を構成するアモルファスSiは、希塩酸には溶けないので、溝がトップセル9の内部まで形成される、すなわち、トップセル9が損傷されることはない。エッチング液が過剰に供給されると、トップセル9表面に沿ってエッチングは開孔31の径が大きくなる方向へ進行することになる。塩酸に含まれる塩化水素ガスおよび反応で生成した水は蒸発し、自然と塩化水素ガスが少なくなるので、直ぐに反応は停止し、大きな影響はない。   Since amorphous Si constituting the top cell 9 does not dissolve in dilute hydrochloric acid, the groove is formed up to the inside of the top cell 9, that is, the top cell 9 is not damaged. If the etching solution is supplied excessively, the etching proceeds in the direction in which the diameter of the opening 31 is increased along the surface of the top cell 9. The hydrogen chloride gas contained in hydrochloric acid and the water produced by the reaction evaporate, and the hydrogen chloride gas naturally decreases, so the reaction stops immediately and there is no significant effect.

エッチング量は、酸の濃度、液滴の体積(あるいは重量)により反応量が決まるので、これらを調整することによってエッチングの深さや開口面積を制御することができる。
したがって、中間コンタクト層11の膜厚および中間分離溝23の幅によって、噴射するエッチング液の酸の濃度、液滴の体積(あるいは重量)を適宜設定する。
たとえば、20wt%HCl水溶液をエッチング液とすると、100ngには3×1014個のHCl分子を含む。これがZnOとすべて反応する場合、反応式 ZnO+2HCl→ZnCl+HOから1.5×1014個(体積にして3×10−9cc)のZnOが反応に供されることになる。厚さが100nmのZnOに対して、直径約200μmの開口に相当する。実際には、反応熱により、生成した水の蒸発や塩化水素ガスの揮発によりエッチング液の能力減少を伴う、このほか周囲温度、基板移動時の気流による乾燥の影響を受ける。開口面積を大きくするには、液滴の体積、または濃度を増加させることで対応可能である。なお、中間分離溝23の幅は、小さいほど、薄膜太陽電池モジュール1の発電ロスを抑制できるので好ましい。
Since the amount of etching is determined by the acid concentration and the volume (or weight) of the droplets, the etching depth and the opening area can be controlled by adjusting them.
Accordingly, the acid concentration of the spraying etchant and the volume (or weight) of the droplets are appropriately set according to the film thickness of the intermediate contact layer 11 and the width of the intermediate separation groove 23.
For example, when a 20 wt% HCl aqueous solution is used as an etchant, 100 ng contains 3 × 10 14 HCl molecules. When all of this reacts with ZnO, 1.5 × 10 14 (3 × 10 −9 cc in volume) ZnO from the reaction formula ZnO + 2HCl → ZnCl 2 + H 2 O will be subjected to the reaction. This corresponds to an opening having a diameter of about 200 μm with respect to ZnO having a thickness of 100 nm. Actually, the reaction heat is accompanied by a decrease in the ability of the etching solution due to evaporation of the generated water and volatilization of hydrogen chloride gas. Increasing the opening area can be achieved by increasing the volume or concentration of the droplet. In addition, since the power generation loss of the thin film solar cell module 1 can be suppressed, the width | variety of the intermediate separation groove 23 is so preferable that it is small.

続いて、開孔31の径より若干小さい距離だけ、インクジェットヘッド27を移動させ、その位置でノズル29からエッチング液を噴射させると、隣接位置に開孔31を形成でき、これを繰り返すことで、図4に示されるように中間分離溝23を形成することができる。
なお、中間コンタクト層9とノズル29との相対位置を移動させればよいので、インクジェットヘッド27を固定してテーブル25あるいは基板3を移動するようにしてもよい。また、インクジェットヘッド27およびテーブル25あるいは基板3をともに移動させるようにしてもよい。
Subsequently, when the inkjet head 27 is moved by a distance slightly smaller than the diameter of the opening 31 and the etching solution is sprayed from the nozzle 29 at that position, the opening 31 can be formed in the adjacent position, and this is repeated. As shown in FIG. 4, an intermediate separation groove 23 can be formed.
Since the relative position between the intermediate contact layer 9 and the nozzle 29 may be moved, the table 25 or the substrate 3 may be moved with the inkjet head 27 fixed. Further, the inkjet head 27 and the table 25 or the substrate 3 may be moved together.

このとき、図5に示されるようにインクジェットヘッドにノズル29を複数、たとえば、2個近接して併設するようにしてもよい。このようにすると、中間分離溝23は図4と同条件であればそれよりも幅広に形成されるので、中間コンタクト層11をより確実に分離させることができる。   At this time, as shown in FIG. 5, a plurality of, for example, two nozzles 29 may be provided adjacent to the inkjet head. In this case, the intermediate separation groove 23 is formed wider than that under the same conditions as in FIG. 4, so that the intermediate contact layer 11 can be more reliably separated.

このように、エッチング液はインクジェット法を用いて、具体的には、ノズル29から微小液滴状で噴射されるので、所定の位置に正確に被着させることができるし、一滴のエッチング液が侵食する範囲は限定される。
これにより、幅の狭い中間分離溝23を正確に所定の位置に形成することができるし、かつ、従来フォトリソ法などで使用していたマスキングを行わずに中間分離溝23を形成することができる。
したがって、中間コンタクト層11を確実に分離することができるし、エッチングマスクを形成する工程およびエッチングマスクを取り除く工程が不要となり、その分作業時間を削減できる。
In this way, the etching solution is ejected in the form of fine droplets from the nozzle 29 using the ink jet method, so that it can be accurately applied to a predetermined position, and a single drop of etching solution can be applied. The range of erosion is limited.
As a result, the narrow intermediate separation groove 23 can be accurately formed at a predetermined position, and the intermediate separation groove 23 can be formed without performing masking that has been used in the conventional photolithography method or the like. .
Therefore, the intermediate contact layer 11 can be reliably separated, and the process of forming the etching mask and the process of removing the etching mask are not required, and the working time can be reduced accordingly.

このようにして、1本の中間分離溝23が形成されると、インクジェットヘッド27をセルピッチSPだけ移動させて、上述の手順によって隣の中間分離溝23を形成する(図2参照)。これを繰り返して、中間コンタクト層11に所定数、たとえば、90本の中間分離溝23を形成する。
このとき、図6に示されるように、セルピッチSPの倍数の距離を開けて、複数、たとえば、3個のインクジェットヘッド27を設けてもよい。このようにすると、各インクジェットヘッドによって同時並行して中間分離溝23の加工が行えるので、作業時間を短縮することができる。
たとえば、加工すべき溝本数が90本で、セルピッチが10mmとすると、インクジェットヘッド27を相互の間隔が300mmとなるように設置し、同時に加工すれば、1個のインクジェットヘッド27で30本加工すればよく、作業時間はインクジェットヘッド27が1個の場合に比べて三分の一にできる。
When one intermediate separation groove 23 is thus formed, the inkjet head 27 is moved by the cell pitch SP, and the adjacent intermediate separation groove 23 is formed by the above-described procedure (see FIG. 2). By repeating this, a predetermined number, for example, 90 intermediate separation grooves 23 are formed in the intermediate contact layer 11.
At this time, as shown in FIG. 6, a plurality of, for example, three inkjet heads 27 may be provided with a distance that is a multiple of the cell pitch SP. In this way, since the intermediate separation groove 23 can be processed simultaneously and in parallel by the respective ink jet heads, the working time can be shortened.
For example, if the number of grooves to be processed is 90 and the cell pitch is 10 mm, the inkjet heads 27 are installed so that the distance between them is 300 mm. What is necessary is that the working time can be reduced to one-third as compared with the case where the number of the inkjet heads 27 is one.

また、図7に示されるように、1つのインクジェットヘッド27にセルピッチSPの距離だけ隔てて、複数、たとえば、3個のノズル29を設けてもよい。このようにすると、各ノズル29によって同時並行して中間分離溝23の加工が行えるので、作業時間を短縮することができる。
たとえば、上記と同様な例では、間隔10mmで3個のノズル29を備えた場合、インクジェットヘッド27の1回の移動で、3本の中間分離溝23が加工できるので、作業時間はノズル29が1個備えられているものに比べて三分の一にできる。
複数のインクジェットヘッド27を設け、各インクジェットヘッド27に複数のノズル29を設けるようにすれば、さらに高速な加工ができる。
Further, as shown in FIG. 7, a plurality of, for example, three nozzles 29 may be provided in one inkjet head 27 separated by a distance of the cell pitch SP. In this way, since the intermediate separation groove 23 can be processed simultaneously by the nozzles 29, the working time can be shortened.
For example, in the same example as described above, when the three nozzles 29 are provided at an interval of 10 mm, the three intermediate separation grooves 23 can be processed by one movement of the inkjet head 27. It can be reduced to 1/3 compared to the one provided.
If a plurality of ink jet heads 27 are provided, and a plurality of nozzles 29 are provided in each ink jet head 27, higher speed processing can be performed.

本実施形態では、エッチング液として塩酸溶液を用いているが、これは酢酸、燐酸、クエン酸、蓚酸、硝酸、硫酸等の溶液を用いてもよい。また、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム(アンモニア水)等のアルカリ溶液を用いてもよい。
なお、エッチング速度を調整するために酸溶液またはアルカリ溶液にアルコール、たとえば、IPA(イソプロピルアルコール)等の溶媒を加えるようにしてもよい。
また、中間コンタクト層11の透明導電酸化物としてはZnOとしているが、これはITO、SnOであってもよい。また、これらを母材とし、他の酸化物を加えた複合酸化物であってもよい。
なお、ITOには、塩酸水溶液や塩酸水溶液にFeClを添加した水溶液などがエッチング液として用いることができる。
In this embodiment, a hydrochloric acid solution is used as an etching solution, but a solution of acetic acid, phosphoric acid, citric acid, oxalic acid, nitric acid, sulfuric acid, or the like may be used. Moreover, you may use alkaline solutions, such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and ammonium hydroxide (ammonia water).
In order to adjust the etching rate, a solvent such as an alcohol such as IPA (isopropyl alcohol) may be added to the acid solution or the alkali solution.
Further, although the transparent conductive oxide of the intermediate contact layer 11 is ZnO, it may be ITO or SnO 2 . Alternatively, a composite oxide in which these are used as a base material and another oxide is added may be used.
For ITO, an aqueous hydrochloric acid solution or an aqueous solution obtained by adding FeCl 3 to an aqueous hydrochloric acid solution can be used as an etching solution.

このエッチング作業が終了すると、中間コンタクト層11の表面を水によって洗浄する。これによって、残渣として残留しているZnClを溶かして除去することができる。
なおZnClは、融点が317℃であり高温真空中でガス化して除去することもできる。
また、エッチング液として酢酸溶液を用いた場合に残渣として残る酢酸亜鉛も水洗浄で除去可能である。
なお、水洗浄がトップセル9の酸化をもたらす場合には、たとえば、IPA(イソプロピルアルコール)による洗浄を、インクジェット法を用いて行い、70℃程度の温風で自己蒸発させ乾燥させてもよい。この場合には、IPAに溶解するエッチング液を用いることになる。
When this etching operation is completed, the surface of the intermediate contact layer 11 is washed with water. Thus, ZnCl 2 remaining as a residue can be dissolved and removed.
ZnCl 2 has a melting point of 317 ° C. and can be removed by gasification in a high temperature vacuum.
Further, zinc acetate remaining as a residue when an acetic acid solution is used as an etching solution can be removed by washing with water.
In the case where water washing brings about oxidation of the top cell 9, for example, washing with IPA (isopropyl alcohol) may be performed using an ink jet method and self-evaporated with hot air of about 70 ° C. and dried. In this case, an etching solution that dissolves in IPA is used.

次に、中間コンタクト層11の上に、プラズマCVD装置により、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz〜100MHzにて、ボトムセル13としての微結晶シリコン薄膜からなる微結晶p層膜/微結晶i層膜/微結晶n層膜を順次製膜する。
ボトムセル13を構成する各層は、微結晶p層:ホウ素(B)をドープした微結晶SiCを主成分とし膜厚10nm〜50nm、微結晶i層:微結晶Siを主成分とし膜厚1.2μm〜3.0μm、微結晶n層:リン(P)をドープした微結晶Siを主成分とし膜厚20nm〜50nmである。
Next, a microcrystalline silicon thin film as a bottom cell 13 is formed on the intermediate contact layer 11 with a plasma CVD apparatus at a reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, a substrate temperature: about 200 ° C., and a plasma generation frequency: 40 MHz to 100 MHz. Crystal p layer film / microcrystal i layer film / microcrystal n layer film are sequentially formed.
Each layer constituting the bottom cell 13 has a microcrystalline p layer: a microcrystalline SiC doped with boron (B) as a main component and a film thickness of 10 nm to 50 nm, and a microcrystalline i layer: a microcrystalline Si as a main component, a film thickness of 1.2 μm. .About.3.0 .mu.m, microcrystalline n layer: mainly composed of microcrystalline Si doped with phosphorus (P) and having a thickness of 20 nm to 50 nm.

微結晶シリコン薄膜、特に微結晶i層膜をプラズマCVD法で形成するにあたり、プラズマ放電電極と基板3の表面との距離dは、3mm以上10mm以下にすることが好ましい。3mmより小さい場合、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離dを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。10mmより大きい場合、十分な製膜速度(1nm/s以上)を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。   In forming a microcrystalline silicon thin film, particularly a microcrystalline i-layer film, by plasma CVD, the distance d between the plasma discharge electrode and the surface of the substrate 3 is preferably 3 mm or more and 10 mm or less. If it is smaller than 3 mm, it is difficult to keep the distance d constant from the accuracy of each component device in the film forming chamber corresponding to the large substrate, and there is a possibility that the discharge becomes unstable because it is too close. When it is larger than 10 mm, it is difficult to obtain a sufficient film forming speed (1 nm / s or more), and the uniformity of the plasma is lowered and the film quality is lowered by ion bombardment.

その後、基板3をX−Yテーブルに設置して、レーザダイオード励起YAGレーザの第2高調波(532nm)を用いて基板面側から入射する。パルス発振周波数を10〜20kHzとして加工速度に適切となるようにレーザパワーを調整して、透明電極分離溝17の横側約100〜150μmの位置に接続溝19を形成するようにレーザエッチングする。   Thereafter, the substrate 3 is set on an XY table, and is incident from the substrate surface side using the second harmonic (532 nm) of the laser diode pumped YAG laser. Laser etching is performed so that the connection groove 19 is formed at a position of about 100 to 150 μm on the lateral side of the transparent electrode separation groove 17 by adjusting the laser power so that the pulse oscillation frequency is 10 to 20 kHz and the processing speed is appropriate.

ボトムセル13の上に、裏面電極層15としてAg膜/Ti膜をスパッタリング装置により製膜する。裏面電極層15は、Ag膜:200〜500nm、これを保護するものとして防食効果の高いTi膜:10〜20nmをこの順に積層する。ボトムセル13のn層と裏面電極層15との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、ボトムセル13と裏面電極層15との間にGZO膜を膜厚:50〜100nm、スパッタリング装置により製膜して設けても良い。また、Ti膜に変えてAl膜:250nm以上350nm以下としてもよい。TiをAlとすることで、防食効果を保持しつつ、材料コストを低減することが可能となる。   An Ag film / Ti film is formed as a back electrode layer 15 on the bottom cell 13 by a sputtering apparatus. The back electrode layer 15 is formed by laminating an Ag film: 200 to 500 nm, and a Ti film having a high anticorrosive effect: 10 to 20 nm for protecting the Ag film in this order. For the purpose of reducing contact resistance between the n layer of the bottom cell 13 and the back electrode layer 15 and improving light reflection, a GZO film is formed between the bottom cell 13 and the back electrode layer 15 with a film thickness of 50 to 100 nm using a sputtering apparatus. May be provided. Moreover, it is good also as Al film | membrane: 250 nm or more and 350 nm or less instead of Ti film | membrane. By using Ti as Al, it is possible to reduce the material cost while maintaining the anticorrosion effect.

その後、基板3をX−Yテーブルに設置して、レーザダイオード励起YAGレーザの第2高調波(532nm)を用いて基板3側から入射する。レーザ光がトップセル9で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層15が爆裂して除去される。パルス発振:1kHz〜10kHzとして加工速度に適切となるようにレーザパワーを調整して、透明電極分離溝17の横側約250〜400μmの位置にセル分離溝21を形成するようにレーザエッチングする。   Thereafter, the substrate 3 is set on an XY table and is incident from the substrate 3 side using the second harmonic (532 nm) of the laser diode pumped YAG laser. The laser light is absorbed by the top cell 9, and the back electrode layer 15 is exploded and removed using the high gas vapor pressure generated at this time. Laser etching is performed so that the cell separation groove 21 is formed at a position of about 250 to 400 μm on the lateral side of the transparent electrode separation groove 17 by adjusting the laser power so that the processing speed is appropriate as pulse oscillation: 1 kHz to 10 kHz.

このようにして形成された薄膜太陽電池モジュール1は、トップセル(下地層)9に影響せずに中間コンタクト層11を分割することができるので、中間コンタクト層11からの面方向への電流漏れを抑制、あるいは防止できる。これにより、薄膜太陽電池モジュール1の発電効率の低下を抑制することができる。   Since the thin film solar cell module 1 formed in this way can divide the intermediate contact layer 11 without affecting the top cell (underlayer) 9, current leakage from the intermediate contact layer 11 in the plane direction Can be suppressed or prevented. Thereby, the fall of the power generation efficiency of the thin film solar cell module 1 can be suppressed.

〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について図8〜図10を参照して説明する。
本実施形態の基本構成は、第一実施形態と同様であるが、第一実施形態とは、中間分離溝23の形成方法が異なっている。よって、本実施形態においては、相違点を主体として説明し、その他の重複するものについては説明を省略する。
なお、第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the method for forming the intermediate separation groove 23 is different from that of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, the difference will be mainly described, and description of other overlapping items will be omitted.
In addition, about the component same as 1st embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

中間コンタクト層を形成するZnO膜は膜断面で見ると、図9に示されるように上下方向に延在する柱状結晶となっている。
このとき、柱状結晶の隙間である結晶粒界は、欠陥が多く結晶性が悪いため、エッチング速度が結晶部分より速い。この中間コンタクト層11にエッチング液を被着すると、結晶粒界部分が、結晶部分に比べて速くエッチングされるので、結晶部分が残っていても結晶粒界部分は図10に示されるようにエッチングされる。
The ZnO film forming the intermediate contact layer is a columnar crystal extending in the vertical direction as shown in FIG.
At this time, the crystal grain boundary, which is the gap between the columnar crystals, has many defects and poor crystallinity, so that the etching rate is faster than the crystal part. When the etching solution is applied to the intermediate contact layer 11, the crystal grain boundary part is etched faster than the crystal part. Therefore, even if the crystal part remains, the crystal grain boundary part is etched as shown in FIG. Is done.

結晶粒界部分がエッチングされると、結晶粒33は、それぞれ孤立した状態、または結晶粒界が深く削られた状態となる。言い換えると、結晶粒33間に隙間ができる。なお、結晶粒33の粒径は、0.1〜0.3μm程度である。
すなわち、エッチング液が被着した部分には、結晶粒33間に隙間がある凹陥部35が形成されることになる。凹陥部35では、隣り合う結晶粒33同士が分離され、接触しなくなるので、導電は断たれるあるいはし難くなることになる。
When the crystal grain boundary portion is etched, the crystal grains 33 are in an isolated state or a crystal grain boundary is deeply cut. In other words, a gap is formed between the crystal grains 33. The grain size of the crystal grains 33 is about 0.1 to 0.3 μm.
That is, a recessed portion 35 having a gap between the crystal grains 33 is formed in a portion where the etching solution is deposited. In the recessed portion 35, the adjacent crystal grains 33 are separated from each other and are not in contact with each other, so that the conduction is cut off or becomes difficult.

本実施形態にかかる透明導電酸化膜の導電分離部形成方法は、第一実施形態と同様に行われるが、ノズル29から噴射されるエッチング液に含まれるエッチングに関与する物質の量を少なくするようにしている。
たとえば、5wt%(第一実施形態では15wt%)の塩酸水溶液を用い、100ngの液滴をZnO膜に噴射被着させて反応させたとき、径が約10μmの凹陥部35を形成可能である。
この凹陥部35を形成して、それを連ねることで中間分離溝23を形成している。この場合、図8に示されるように複数列の凹陥部35によって中間分離溝23を形成するようにしてもよい。
The method for forming a conductive separation portion of a transparent conductive oxide film according to the present embodiment is performed in the same manner as in the first embodiment, but the amount of a substance involved in etching contained in the etching solution sprayed from the nozzle 29 is reduced. I have to.
For example, when a hydrochloric acid aqueous solution of 5 wt% (15 wt% in the first embodiment) is used and a 100 ng droplet is sprayed and deposited on a ZnO film, the recess 35 having a diameter of about 10 μm can be formed. .
The recess 35 is formed and connected to form the intermediate separation groove 23. In this case, as shown in FIG. 8, the intermediate separation grooves 23 may be formed by a plurality of rows of recessed portions 35.

このように、本実施形態では、少ないエッチング液によって中間コンタクト層11を実質的に分離することができるので、中間コンタクト層11からの面方向への電流漏れを抑制できる。また、中間分離溝23の形成に要する作業時間も短縮できる。さらに、除去するZnClも少なくなるので、洗浄の負担も軽減することができる。
これにより、薄膜太陽電池モジュール1の発電効率の低下を抑制することができる。
Thus, in this embodiment, since the intermediate contact layer 11 can be substantially separated by a small amount of etching solution, current leakage from the intermediate contact layer 11 in the surface direction can be suppressed. In addition, the work time required for forming the intermediate separation groove 23 can be shortened. Further, since the amount of ZnCl 2 to be removed is reduced, the burden of cleaning can be reduced.
Thereby, the fall of the power generation efficiency of the thin film solar cell module 1 can be suppressed.

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明の第一実施形態にかかる導電分離部形成方法を用いて製造された薄膜太陽電池モジュールの断面を概略的に示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows roughly the cross section of the thin film solar cell module manufactured using the electrically conductive isolation | separation part formation method concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる導電分離部形成方法の実施状況を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the implementation condition of the conductive isolation | separation part formation method concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる導電分離部形成方法で形成された開孔を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the opening formed with the electrically conductive isolation | separation part formation method concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる導電分離部形成方法で形成された中間分離溝を示す部分平面図である。It is a partial top view which shows the intermediate | middle separation groove formed with the electrically conductive separation part formation method concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる導電分離部形成方法で形成された中間分離溝の別の態様を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows another aspect of the intermediate | middle separation groove formed with the electrically conductive separation part formation method concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる導電分離部形成方法で中間分離溝が形成される状態を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows the state in which an intermediate | middle separation groove is formed with the electrically conductive separation part formation method concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる導電分離部形成方法で中間分離溝が形成される別の状態を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows another state in which an intermediate | middle separation groove is formed with the electrically conductive separation part formation method concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態にかかる導電分離部形成方法で形成された中間分離溝を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows the intermediate separation groove formed with the electrically conductive separation part formation method concerning 2nd embodiment of this invention. 中間コンタクト層の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of an intermediate contact layer. 本発明の第二実施形態にかかる導電分離部形成方法で中間分離溝が形成された状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in which the intermediate separation groove was formed with the conductive separation part formation method concerning 2nd embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 薄膜太陽電池モジュール
3 基板
11 中間コンタクト層
23 中間分離溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin film solar cell module 3 Substrate 11 Intermediate contact layer 23 Intermediate separation groove

Claims (5)

多接合型光電変換装置における中間コンタクト層を構成する透明導電酸化膜に導電分離部を形成する透明導電酸化膜の導電分離部形成方法であって、前記透明導電酸化膜を侵食するエッチング液をインクジェット法によって微小液滴状で噴射し、前記透明導電酸化膜の前記導電分離部を形成する位置に被着させることを特徴とする透明導電酸化膜の導電分離部形成方法。   A method for forming a conductive separation portion of a transparent conductive oxide film that forms a conductive separation portion on a transparent conductive oxide film that constitutes an intermediate contact layer in a multi-junction photoelectric conversion device, wherein an etching solution that erodes the transparent conductive oxide film is inkjetted A method for forming a conductive separation portion of a transparent conductive oxide film, wherein the conductive separation portion is ejected in the form of fine droplets by a method and deposited on the transparent conductive oxide film at a position where the conductive separation portion is formed. 前記エッチング液として、希釈した酸またはアルカリ溶液が用いられることを特徴とする請求項1記載の透明導電酸化膜の導電分離部形成方法。   The method for forming a conductive separation portion of a transparent conductive oxide film according to claim 1, wherein a diluted acid or alkali solution is used as the etching solution. 前記エッチング液には、粘度を調整する粘度調整材が加えられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の透明導電酸化膜の導電分離部形成方法。   The method for forming a conductive separation portion of a transparent conductive oxide film according to claim 1, wherein a viscosity adjusting material for adjusting the viscosity is added to the etching solution. 前記インクジェット法による前記エッチング液の噴射は、同時に複数箇所で行われることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の透明導電酸化膜の導電分離部形成方法。   The method for forming a conductive separation portion of a transparent conductive oxide film according to any one of claims 1 to 3, wherein the jetting of the etching solution by the ink jet method is performed at a plurality of locations at the same time. 請求項1から請求項4のいずれか1項の透明導電酸化膜の導電分離部形成方法を用いて製造されていることを特徴とする多接合型光電変換装置。
A multijunction photoelectric conversion device manufactured using the method for forming a conductive separation portion of a transparent conductive oxide film according to any one of claims 1 to 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012151282A (en) * 2011-01-19 2012-08-09 Mitsubishi Electric Corp Manufacturing method of thin film solar cell
CN114361267A (en) * 2021-12-13 2022-04-15 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 Double-layer TCO film structure of SHJ solar cell and preparation method thereof
WO2024151518A1 (en) * 2023-01-10 2024-07-18 University Of Washington Selective dissolution of thin film layers in series interconnection of thin film photovoltaic modules

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