JP2010010602A - 光起電力装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の光起電力装置では、隣り合う太陽電池セル同士を直列接続するためのスリットを形成する必要があり、リードタイムの短縮や生産性の向上が図り難いという問題があった。
【解決手段】本発明の光起電力装置では、絶縁性基板８上に裏面電極層９、半導体光活性層１０、透明表面電極層５及び集電配線層４が形成される。直列接続領域Ｗ２では、裏面電極層９と透明表面電極層５を電気的に接続する導電性材料１３が配置される。この構造により、面電極層９と透明表面電極層５とを電気的に接続するスリットが不要となり、リードタイムが短縮され、生産性が向上される。また、製造コストも改善される。
【選択図】図３

Description

本発明は、光起電力装置およびその製造方法に関する。

従来の薄膜光電変換装置の製造方法の一実施例として、図５に示す製造方法が知られている。図５（Ａ）〜図５（Ｅ）は、薄膜光電変換装置の製造方法を説明するための断面図である。

先ず、図５（Ａ）に示す如く、ガラス基板２１を準備する。ガラス基板２１上に、プラズマＣＶＤ法により酸化スズ膜を６００ｎｍ形成する。そして、レーザスクライブ法により酸化スズ膜に分離溝２２を形成し、その分離溝２２により、透明電極層２３が形成される。

次に、図５（Ｂ）に示す如く、ガラス基板２１上に、プラズマＣＶＤ法により非晶質シリコン系光電変換ユニット層２４を形成する。その後、非晶質シリコン系光電変換ユニット層２４上に、プラズマＣＶＤ法により非晶質シリコン系光電変換ユニット層２５を形成する。

次に、図５（Ｃ）に示す如く、レーザスクライブ法により非晶質シリコン系光電変換ユニット層２４、２５に接続用溝２６を形成する。この接続用溝２６により、ガラス基板２１上に複数の光電変換用のセル領域が形成される。

次に、図５（Ｄ）に示す如く、ガラス基板２１上に、スパッタ法により裏面電極用の膜２７を形成する。裏面電極用の膜２７としては、スズ添加酸化インジウム膜、銀膜を順次堆積することで、形成される。

最後に、図５（Ｅ）に示す如く、レーザスクライブ法により非晶質シリコン系光電変換ユニット層２４、２５に分離溝２８を形成する。そして、分離溝２８により、上記セル領域に対応する裏面電極２９が形成される。この工程により、ガラス基板２１上には複数のセル領域が直列接続される（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−３３０５１３号公報（第３−４頁、第１図）

従来の薄膜光起電力装置の製造方法では、レーザスクライブ法により非晶質シリコン系光電変換ユニット層２４、２５に接続用溝２６を形成する。その後、接続用溝２６を埋設するように、非晶質シリコン系光電変換ユニット層２５上に裏面電極用の膜２７を形成する。つまり、従来では、接続用溝２６を形成するためレーザスクライブ法を用い、接続用溝２６を埋設する工程が必要となり、工程数が短縮できないという問題がある。そのため、リードタイムが短縮し難く、生産性が向上し難いという問題がある。更に、接続用溝２６を形成するためにレーザスクライブ法を用いることで、製造コストも低減し難いという問題がある。

上述した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の光起電力装置では、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成された第１電極層と、前記第１電極層を被覆するように前記絶縁性基板上に形成された半導体光活性層と、前記半導体光活性層上に形成された第２電極層とを有する光起電力装置において、前記半導体光活性層及び前記第２電極層は、第１のスリットにより複数のセル領域に区分され、前記第１電極層は、第２のスリットにより前記セル領域に対応した複数の領域に区分され、隣り合う一方の前記セル領域に対応する前記第１電極層は、隣り合う他方の前記セル領域側まで延在し、前記第１電極層の延在領域と前記他方のセル領域の前記第２電極層とが対向する直列接続領域とを有し、前記直列接続領域では、前記延在する第１電極層上に導電性材料が形成され、前記導電性材料が前記半導体光活性層よりも厚くなり、前記半導体光活性層から露出する前記導電性材料と前記他方のセル領域の第２電極層とが接続することを特徴とする。従って、本発明では、直列接続領域には、接続用のスリットは配置されることなく、導電性材料により第１電極層と第２電極層とが直列接続することで、生産性が向上し、製造コストが抑制される。

また、本発明の光起電力装置の製造方法では、絶縁性基板上に少なくとも第１電極層、半導体光活性層、第２電極層が堆積され、光起電力領域となる複数のセル領域が形成され、隣り合う前記セル領域同士の前記第１電極層と前記第２電極層とが直列接続される光起電力装置の製造方法において、前記直列接続領域では、前記半導体光活性層よりも厚い導電性材料を前記第１電極層上に形成した後、前記第１電極層上に前記半導体光活性層を堆積することで、前記半導体光活性層から前記導電性材料の一部を露出させ、前記導電性材料の一部と前記第２電極層とが接続するように、前記半導体光活性層上に前記第２電極層を形成することを特徴とする。従って、本発明では、第１電極層上に導電性材料を所望の膜厚で形成した後に、半導体光活性層を堆積することで、スリット形成工程を省略でき、リードタイムの短縮を実現できる。

本発明では、導電性材料を形成した後に、半導体光活性層を堆積することで、導電性材料の一部が、半導体光活性層から露出する。この構造により、第２電極層と導電性材料とは容易に電気的に接続し、生産性が向上し、製造コストが抑制される。

また、本発明では、半導体光活性層から露出する導電性材料の一部を被覆するように、第２電極層が形成される。この構造により、光起電力装置の外観に導電性材料が露出することを防止できる。

また、本発明では、導電性材料の形状を利用して、隣り合う太陽電池セル同士を直列接続することで、接続用スリットを形成し、接続用スリットを埋設する工程が省略され、リードタイムが短縮される。

以下に、本発明の第１の実施の形態である光起電力装置について、図１を参照し、詳細に説明する。図１（Ａ）は、本実施の形態の光起電力装置を説明するための平面図である。図１（Ｂ）は、光起電力装置を構成する電極構造を説明するための断面図である。

図１（Ａ）に示す如く、光起電力装置１では、例えば、紙面Ｙ軸方向に延在する太陽電池セルが、紙面Ｘ軸方向に複数配置される。隣り合う太陽電池セル同士が直列接続されることで、光起電力装置１は、所望の出力が実現される。そして、光起電力装置１の紙面Ｘ軸方向の両端部には、リード端子２、３が配置される。リード端子２、３は、光起電力装置１の裏面電極層９（図１（Ｂ）参照）、透明表面電極層５（図１（Ｂ）参照）と接続する。

集電配線層４が、例えば、Ａｇ層からなり、透明表面電極層５上に形成される。集電配線層４は、例えば、紙面Ｘ軸方向に区分して配置された太陽電池セル毎に対応して配置される。具体的には、集電配線層４は、紙面Ｙ軸方向（基板の短辺方向）に延在する主配線層６と、主配線層６から紙面Ｘ軸方向（基板の長辺方向）に延在する複数の枝配線層７とを有する。集電配線層４は、その材料より遮光膜となるため、太陽電池セル上に位置する枝配線層７は、櫛歯形状となり、太陽電池セルで発生する光電流を効率的に収集する。

図１（Ｂ）に示す如く、絶縁性基板８は、ガラス基板、樹脂膜等の絶縁膜により表面が被覆された金属基板、フィルム基板等からなる。金属基板は、例えば、ポリイミドコートが施されたステンレス基板からなる。また、フィルム基板は、例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルプチラール等の耐熱性に優れたフィルム素材からなる。

裏面電極層９が、絶縁性基板８上に形成される。裏面電極層９の膜厚は、例えば、０．１〜１．０μｍである。そして、裏面電極層９は、タングステン、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅等の金属膜からなる。尚、裏面電極層９は、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）等からなる透明電極の場合でもよい。

半導体光活性層１０が、裏面電極層９を被覆するように、絶縁性基板８上に形成される。半導体光活性層１０の膜厚は、例えば、０．３〜１．０μｍである。そして、半導体光活性層１０は、アモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイト、アモルファスシリコンゲルマニウム等を用いて形成され、半導体光活性層１０には、ＰＮ接合やＰＩＮ接合が形成される。

透明表面電極層５が、半導体光活性層１０上に形成される。透明表面電極層５の膜厚は、例えば、０．０３〜３．０μｍである。そして、透明表面電極層５は、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化スズ等からなる。尚、透明表面電極層５は、透光性に優れた膜であればよく、必ずしも、無色透明である必要はない。

第１のスリット１１が、例えば、レーザスクライブにより、半導体光活性層１０と透明表面電極層５とを貫通するように形成される。第１のスリット１１は、図１（Ａ）に示すように、例えば、紙面Ｙ軸方向に延在し、紙面Ｘ軸方向に一定間隔で配置されることで、半導体光活性層１０と透明表面電極層５とを短冊状に区分する。そして、第１のスリット１１により、半導体光活性層１０と透明表面電極層５とは、紙面Ｘ軸方向へと複数の太陽電池セルとして区分される。尚、第１のスリット１１は空間状態のままでもよく、あるいは、第１のスリット１１内に絶縁性樹脂等が埋設される場合でもよい。

第２のスリット１２が、例えば、レーザスクライブにより、裏面電極層９を貫通するように形成される。第２のスリット１２は、図１（Ａ）に示すように、例えば、紙面Ｙ軸方向に延在し、紙面Ｘ軸方向に一定間隔で配置されることで、裏面電極層９を短冊状に区分する。そして、区分された複数の裏面電極層９は、それぞれ上記太陽電池セルに対応し、透明表面電極層５と裏面電極層９とにより半導体光活性層１０を挟み込む構造となる。一方、区分された裏面電極層９の一部は、隣り合う太陽電池セルまで延在し、隣り合う太陽電池セルの透明表面電極層５の一部と対向する領域を有する。尚、詳細は後述するが、この対向領域は、隣り合う太陽電池セルが直列接続するための領域となる。

上述したように、第１のスリット１１により区分される個々の太陽電池セル（領域Ｗ１と領域Ｗ２とを合わせた領域）では、有効領域（領域Ｗ１）と無効領域（領域Ｗ２）とを有する。有効領域は、太陽光等の光エネルギーを光電流へと変換する領域である。一方、無効領域は、光エネルギーを光電流へと変換しない領域であり、隣り合う太陽電池セルが、直列接続するための直列接続領域として機能する。以下、領域Ｗ２は、直列接続領域と呼ぶ。

直列接続領域Ｗ２では、裏面電極層９上に銀（Ａｇ）樹脂ペーストが塗布され、硬化し、導電性材料１３として用いられる。導電性材料１３の膜厚は、例えば、５．０μｍ程度であり、半導体光活性層１０の膜厚よりも５倍以上となる。そして、裏面電極層９上に導電性材料１３が形成された状態にて、半導体光活性層１０が形成されることで、丸印１４、１５にて示すように、導電性材料１３の一部が、半導体光活性層１０から露出する。この構造により、半導体光活性層１０上に形成される透明表面電極層５と導電性材料１３とは電気的に接続する。そして、隣り合う太陽電池セル間の裏面電極層９と透明表面電極層５とが電気的に接続し、絶縁性基板８上の複数の太陽電池セル同士が直列接続される。その結果、絶縁性基板８上に配置される太陽電池セルの数により光起電力装置１の所望の出力が実現される。尚、導電性材料１３は、直列接続領域Ｗ２に対応し、図１（Ａ）に示すように、例えば、紙面Ｙ軸方向に延在し、紙面Ｘ軸方向に一定間隔で配置される。

本実施の形態では、予め、導電性材料１３を形成した後、半導体光活性層１０を形成することで、透明表面電極層５と裏面電極層９とを接続するための、半導体光活性層１０に形成されるスリットは不要となる。更に、丸印１４、１５にて示すように、露出する導電性材料１３の一部は、透明表面電極層５により完全に被覆される。この構造により、光起電力装置１の外観上に導電性材料１３が露出することを防止し、露出防止加工工程を、別途、行う必要もない。例えば、上記有効領域（領域Ｗ１）は黒色であり、直列接続領域Ｗ２の導電性材料（Ａｇ樹脂）１３は白色である。そのため、受光面側から導電性材料（Ａｇ樹脂）１３が露出することを防止することで、受光面側を、ほぼ、黒色により統一でき、デザイン上の制約を減らすことができる。

尚、上述したように、導電性材料１３を形成した後に、絶縁性基板８上に半導体光活性層１０を堆積することで、丸印１４、１５にて示す領域にて、導電性材料（Ａｇ樹脂）１３の表面を半導体光活性層１０の薄い膜が被覆する場合もある。この場合、導電性材料（Ａｇ樹脂）１３の表面には、その材質特性により凹凸が形成される。更に、上記アモルファスシリコン等の半導体光活性層１０は、結晶方位性を有し、その堆積方向も上記凹凸面の影響を受け、薄膜の半導体光活性層１０にはクラックが発生し易くなる。その結果、クラック内は、少なくとも導電性材料（Ａｇ樹脂）１３や透明表面電極５により埋設される。そして、透明表面電極５と導電性材料１３とは、そのクラックを介して電気的に接続するため、上記直列接続が実現される。

最後に、図示していないが、集電配線層４が形成された透明表面電極層５上には、保護用の樹脂層として、透光性に優れた絶縁樹脂層が形成される場合でもよい。そして、上記絶縁樹脂層が、光起電力装置１上を被覆することで、太陽電池セルへの水分の浸入が防止される。尚、光起電力装置１自体が、防水パッケージに封入された状態にて使用される場合には、上記絶縁樹脂層が形成される場合でも、形成されない場合でもよい。

上述したように、本実施の形態では、絶縁性基板８上に裏面電極層９、半導体光活性層１０、透明表面電極層５と順次形成し、透明表面電極層５側から光が入射する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、絶縁性基板８側から光が入射する場合には、絶縁性基板８側から透明表面電極層５、半導体光活性層１０、裏面電極層９とが順次形成される。この構造においても、透明表面電極層５と裏面電極層９との接続に導電性材料１３を用いることで、同様な効果を得ることができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

次に、本発明の第２の実施の形態である光起電力装置の製造方法について、図２〜図４を参照し、詳細に説明する。図２〜図４は、本実施の形態の光起電力装置の製造方法を説明するための断面図である。尚、図２〜図４では、図１に示す光起電力装置の製造方法について説明し、同一の構成部材は同一の符番とする。

図２に示す如く、先ず、絶縁性基板８を準備する。絶縁性基板８としては、ステンレス基板の表面にポリイミドコートを施す。次に、絶縁性基板８の表面側（ポリイミドコート側）から、例えば、スパッタリング法により、金属膜を形成する。金属膜上に、ＹＡＧレーザ光（波長１．０６μｍ）を、直線的に走査し、第２のスリット１２を形成する。第２のスリット１２は、太陽電池セルの形状に応じて、一定間隔で配置される。そして、金属膜は、第２のスリット１２により短冊状に区分され、複数の裏面電極層９が形成される。尚、金属膜としては、タングステン、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅等が用いられ、その膜厚は、例えば、０．１〜１．０μｍである。尚、第１の実施の形態にて説明したように、絶縁性基板８として、ガラス基板、フィルム基板等を用いる場合でもよい。

次に、直列接続領域Ｗ２に位置する裏面電極層９上にＡｇペーストを塗布し、硬化させ導電性材料１３を形成する。このとき、導電性材料１３の膜厚は、例えば、５μｍ程度であり、半導体光活性層１０の膜厚に対し５倍以上となる。そして、第１の実施の形態において上述したように、直列接続領域Ｗ２は、隣り合う太陽電池セルの裏面電極層９と透明表面電極層５（図３参照）とを電気的に接続する領域である。そのため、導電性材料１３も第２のスリット１２近傍に一定間隔にて配置される。

図３に示す如く、裏面電極層９を被覆するように、例えば、ＣＶＤ法により、絶縁性基板８上に半導体光活性層１０を形成する。半導体光活性層１０として、アモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイト、アモルファスシリコンゲルマニウム等を堆積する。半導体光活性層１０には、ＰＮ接合やＰＩＮ接合が形成される。そして、半導体光活性層１０の膜厚は、例えば、０．３〜１．０μｍであり、丸印１４、１５にて示す領域では、導電性材料１３の一部が、半導体光活性層１０から露出する。

次に、露出する導電性材料１３の一部を被覆するように、例えば、ＣＶＤ法により、半導体光活性層１０上に透明表面電極層５を形成する。透明表面電極層５は、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化スズ等からなる。そして、丸印１４、１５にて示すように、透明表面電極層５と導電性材料１３とが電気的に接続し、隣り合う太陽電池セル間の裏面電極層９と透明表面電極層５とが直列接続される。

この製造方法により、直列接続領域Ｗ２では、隣り合う太陽電池セル間の裏面電極層９と透明表面電極層５とを接続するためのスリット形成工程を省略することができる。その結果、スリットを形成するためのレーザスクライブ工程、あるいは、エッチング工程を省略でき、リードタイムを短縮し、製造コストを低減することができる。また、導電性材料１３の膜厚と半導体光活性層１０の膜厚の調整により確実に裏面電極層９と透明表面電極層５とを電気的に接続でき、生産性も向上させることができる。

図４に示す如く、透明表面電極層５上に、ＹＡＧレーザ光（波長１．０６μｍ）を、直線的に走査し、第１のスリット１１を形成する。第１のスリット１１は、一定間隔で配置され、半導体光活性層１０と透明表面電極層５とを貫通するように形成される。そして、半導体光活性層１０と透明表面電極層５とは、第１のスリット１１により短冊状に区分され、複数の太陽電池セル（領域Ｗ１と領域Ｗ２とを合わせた領域）が形成される。そして、図１にて上述したように、太陽電池セルには、太陽光等の光エネルギーを光電流へと変換する有効領域（領域Ｗ１）と、上記光電流への変換を行わない直列接続領域Ｗ２とを有する。

次に、透明表面電極層５上に、例えば、スパッタリング法により、金属膜を形成する。金属膜は、Ａｇ層であり、選択的にエッチング加工され、集電配線層４が形成される。集電配線層４は遮光膜であり、集電配線層４の主配線層６は、主に、直列接続領域Ｗ２上を延在し、集電配線層４の枝配線層７は、有効領域（領域Ｗ１）上に櫛歯形状に配置される。

最後に、図示していないが、集電配線層４が形成された透明表面電極層５上には、保護用の樹脂層として、透光性に優れた絶縁樹脂層が形成され、光起電力装置１が完成する。

本発明の実施の形態における光起電力装置を説明するための（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図である。 本発明の実施の形態における光起電力装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態における光起電力装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態における光起電力装置の製造方法を説明するための断面図である。 従来の実施の形態における光電変換装置の製造方法を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図、（Ｄ）断面図、（Ｅ）断面図である。

符号の説明

１ 光起電力装置
４ 集電配線層
５ 透明表面電極層
８ 裏面電極層
９ 裏面電極層
１０ 半導体光活性層
１３ 導電性材料

Claims (6)

1. 絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成された第１電極層と、前記第１電極層を被覆するように前記絶縁性基板上に形成された半導体光活性層と、前記半導体光活性層上に形成された第２電極層とを有する光起電力装置において、
   前記半導体光活性層及び前記第２電極層は、第１のスリットにより複数のセル領域に区分され、前記第１電極層は、第２のスリットにより前記セル領域に対応した複数の領域に区分され、
   隣り合う一方の前記セル領域に対応する前記第１電極層は、隣り合う他方の前記セル領域側まで延在し、前記第１電極層の延在領域と前記他方のセル領域の前記第２電極層とが対向する直列接続領域とを有し、
   前記直列接続領域では、前記延在する第１電極層上に導電性材料が形成され、前記導電性材料が前記半導体光活性層よりも厚くなり、前記半導体光活性層から露出する前記導電性材料と前記他方のセル領域の第２電極層とが接続することを特徴とする光起電力装置。
2. 前記導電性材料は、前記第２電極層により被覆されることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
3. 前記導電性材料は、銀ペーストが硬化した材料であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光起電力装置。
4. 前記銀ペースト上に堆積された前記半導体光活性層には、前記半導体光活性層を貫通するクラックが形成され、前記クラックは、少なくとも前記銀ペーストまたは前記第２電極層を構成する導電材料により埋設されることを特徴とする請求項３に記載の光起電力装置。
5. 絶縁性基板上に少なくとも第１電極層、半導体光活性層、第２電極層が堆積され、光起電力領域となる複数のセル領域が形成され、隣り合う前記セル領域同士の前記第１電極層と前記第２電極層とが直列接続される光起電力装置の製造方法において、
   前記直列接続領域では、前記半導体光活性層よりも厚い導電性材料を前記第１電極層上に形成した後、前記第１電極層上に前記半導体光活性層を堆積することで、前記半導体光活性層から前記導電性材料の一部を露出させ、
   前記導電性材料の一部と前記第２電極層とが接続するように、前記半導体光活性層上に前記第２電極層を形成することを特徴とする光起電力装置の製造方法。
6. 前記直列接続領域では、前記半導体光活性層に対しレーザ加工またはエッチング加工により、前記第１電極層と前記第２電極層とが電気的に接続するためのスリットを形成しないことを特徴とする請求項５に記載の光起電力装置の製造方法。

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