JP2010251430A - Integrated photovoltaic element and method of manufacturing the same - Google Patents

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直樹 北垣
Makoto Miyamoto
真 宮本
Yuji Yamazaki
祐司 山崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the efficiency of current collection regarding an integrated photovoltaic element or the like applicable to a thin film solar cell. <P>SOLUTION: The integrated photovoltaic element I for which a plurality of cells are connected in series includes: a substrate 10; a plurality of back surface electrode layers 11 formed on the substrate 10 and divided by first patterning having the shape of being projected to the side of another adjacent cell; a plurality of semiconductor layers 12 formed on the back surface electrode layers 11 so as to straddle two adjacent back surface electrode layers 11 and divided by division grooves 15; an electrode layer (transparent electrode layer) 13 formed on the divided semiconductor layers 12, respectively; and a current collecting end part 14 formed by second patterning in the shape following the first patterning dividing the back surface electrode layers 11 at least at a part of the semiconductor layers 12 to collect a current from another adjacent cell. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、集積型光発電素子等に関し、より詳しくは、薄膜系太陽電池に適用可能な集積型光発電素子等に関する。   The present invention relates to an integrated photovoltaic device and the like, and more particularly to an integrated photovoltaic device applicable to a thin film solar cell.

従来、薄膜型の太陽電池は、パターニングにより基板上に複数の太陽電池セルが分割形成され、これらを直列に接続した集積型構造を形成する製造方法が採用されている(特許文献1,2参照)。集積型構造を有する太陽電池モジュールは、太陽電池セルを複数個直列に接続することにより、所定の電圧が得られている。   Conventionally, a thin-film solar cell employs a manufacturing method in which a plurality of solar cells are dividedly formed on a substrate by patterning and an integrated structure is formed by connecting them in series (see Patent Documents 1 and 2). ). A solar cell module having an integrated structure has a predetermined voltage obtained by connecting a plurality of solar cells in series.

特公昭58−021827号公報Japanese Examined Patent Publication No. 58-021827 特公昭62−005353号公報Japanese Examined Patent Publication No. 62-005353

ところで、例えばCIS系等の薄膜系太陽電池は、通常、以下の手順により製造される。
図3は、従来のCIS薄膜系太陽電池の製造工程を説明する図である。初めに、絶縁性の基板1上に短冊状の裏面電極層2を形成した後(図3(a))、スパッタリング法等により半導体層3を形成し、(図3(b))、続いて、メカニカルパターン法により半導体層3の一部をストライプ状に除去し(図3(c))、その後、透明電極層4を形成し(図3(d))、最後に、透明電極層4を分割溝5により短冊状に分割し、集積型構造が形成される(図3(e))。
By the way, for example, a CIS-based thin film solar cell is usually manufactured by the following procedure.
FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of a conventional CIS thin film solar cell. First, after the strip-shaped back electrode layer 2 is formed on the insulating substrate 1 (FIG. 3A), the semiconductor layer 3 is formed by sputtering or the like (FIG. 3B), and then Then, a part of the semiconductor layer 3 is removed in a stripe shape by a mechanical pattern method (FIG. 3C), and then a transparent electrode layer 4 is formed (FIG. 3D), and finally the transparent electrode layer 4 is formed. Dividing into strips by the dividing grooves 5, an integrated structure is formed (FIG. 3E).

ここで、従来の製造工程におけるメカニカルパターン法では、その性質上、半導体層3を直線的にスクライブしている。このため、直線状に形成された集電端部と隣接するセルとの間の距離が大きくなり、集電効率が低く、発電効率が増大しない。
本発明の目的は、集積型光発電素子の集電効率を高めることにある。
Here, in the mechanical pattern method in the conventional manufacturing process, the semiconductor layer 3 is scribed linearly due to its property. For this reason, the distance between the current collecting end portion formed in a straight line and the adjacent cell is increased, the current collecting efficiency is low, and the power generation efficiency is not increased.
An object of the present invention is to increase the current collection efficiency of an integrated photovoltaic device.

かくして、以下の請求項(1)〜請求項(10)に係る発明が提供される。
請求項1に係る発明は、複数のセルが直列に接続された集積型光発電素子であって、基板と、前記基板上に形成され、隣接する他のセル側に突き出る形状を有する第1のパターニングにより分割された複数の裏面電極層と、隣接する2個の前記裏面電極層を跨ぐように当該裏面電極層上に形成され、且つ分割溝によって分割された複数の半導体層と、分割された前記半導体層上にそれぞれ形成された電極層と、少なくとも前記半導体層の一部に前記裏面電極層を分割する前記第1のパターニングに倣う形状の第2のパターニングにより形成され、隣接する他のセルから電流を集電する集電端部と、を有することを特徴とする集積型光発電素子である。
Thus, the invention according to the following claims (1) to (10) is provided.
The invention according to claim 1 is an integrated photovoltaic device in which a plurality of cells are connected in series, and has a substrate and a shape formed on the substrate and protruding toward the other adjacent cells. A plurality of back electrode layers divided by patterning, and a plurality of semiconductor layers formed on the back electrode layer so as to straddle two adjacent back electrode layers and divided by dividing grooves Another cell adjacent to each other, formed by an electrode layer formed on each of the semiconductor layers, and a second patterning of a shape following the first patterning for dividing the back electrode layer into at least a part of the semiconductor layer An integrated photovoltaic device having a current collecting end for collecting current from the current collector.

請求項2に係る発明は、前記集電端部の前記第2のパターニングは、当該集電端部と隣接する他のセルとの集電距離を縮めるように、当該他のセル側に突き出る形状を有することを特徴とする請求項1に記載の集積型光発電素子である。
請求項3に係る発明は、前記集電端部は、前記半導体層と比べて電気抵抗が低い金属を含み、且つ当前記裏面電極層と前記電極層とを電気的に結合することを特徴とする請求項1又は2に記載の集積型光発電素子である。
請求項4に係る発明は、前記半導体層は、IB族元素、IIIB族元素、VIB族元素から選ばれるいずれか1種を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の集積型光発電素子である。
請求項5に係る発明は、前記半導体層は、カルコパイライト構造を有するCu−In−Se系半導体を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の集積型光発電素子である。
請求項6に係る発明は、前記集電端部は、銀を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の集積型光発電素子である。
請求項7に係る発明は、前記集電端部は、さらにガラスフリットを含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の集積型光発電素子である。
The invention according to claim 2 is such that the second patterning of the current collecting end portion protrudes toward the other cell side so as to reduce a current collecting distance between the current collecting end portion and another adjacent cell. The integrated photovoltaic device according to claim 1, comprising:
The invention according to claim 3 is characterized in that the current collecting end portion includes a metal having a lower electric resistance than the semiconductor layer, and electrically connects the back electrode layer and the electrode layer. The integrated photovoltaic device according to claim 1 or 2.
The invention according to claim 4 is characterized in that the semiconductor layer contains any one selected from group IB elements, group IIIB elements, and group VIB elements. This is an integrated photovoltaic device.
The invention according to claim 5 is the integrated photovoltaic device according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor layer includes a Cu-In-Se-based semiconductor having a chalcopyrite structure. It is.
The invention according to claim 6 is the integrated photovoltaic device according to any one of claims 1 to 5, wherein the current collecting end portion contains silver.
The invention according to claim 7 is the integrated photovoltaic device according to any one of claims 1 to 6, wherein the current collecting end portion further includes a glass frit.

請求項8に係る発明は、直列に接続された複数のセルを有する集積型光発電素子の製造方法であって、基板上に裏面電極層を成膜する裏面電極層成膜工程と、成膜された前記裏面電極層を分割し、隣接する2個の当該裏面電極層が互いに突き出るような形状の第1のパターニングを形成する第1のパターニング工程と、分割された前記裏面電極層上の一部に、前記第1のパターニングに倣う形状の第2のパターニングにより導電性ペースト層を形成する第2のパターニング工程と、形成された前記導電性ペースト層を覆いつつ隣接する2個の前記裏面電極層を跨ぐように当該裏面電極層上に半導体層を成膜する半導体層成膜工程と、成膜された前記半導体層上に電極層を成膜する電極層成膜工程と、形成された前記半導体層と前記電極層の一部を除去し分割溝を形成する第3のパターニング工程と、形成された前記導電性ペースト層を加熱し、当該導電性ペースト層に含まれる導電性粒子を少なくとも前記半導体層中に拡散させ、前記裏面電極層と前記電極層とを電気的に結合し且つ隣接する他のセルから電流を集電する集電端部を形成する集電端部形成工程と、を有することを特徴とする集積型光発電素子の製造方法である。   The invention according to claim 8 is a method of manufacturing an integrated photovoltaic device having a plurality of cells connected in series, the back electrode layer forming step for forming the back electrode layer on the substrate, and the film formation A first patterning step of dividing the back electrode layer thus formed and forming a first pattern having a shape such that two adjacent back electrode layers protrude from each other; and a first pattern on the split back electrode layer A second patterning step in which a conductive paste layer is formed by second patterning in a shape following the first patterning, and two adjacent back electrodes covering the formed conductive paste layer A semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer on the back electrode layer so as to straddle the layer, an electrode layer forming step of forming an electrode layer on the formed semiconductor layer, and the formed One of the semiconductor layer and the electrode layer A third patterning step of removing the substrate and forming the divided grooves, and heating the formed conductive paste layer to diffuse at least the conductive particles contained in the conductive paste layer into the semiconductor layer, A current collecting end forming step of forming a current collecting end for electrically connecting the electrode layer and the electrode layer and collecting current from other adjacent cells; It is a manufacturing method of a power generation element.

請求項9に係る発明は、前記導電性ペースト層は、前記裏面電極層上に導電性ペーストを印刷することにより形成することを特徴とする請求項8に記載の集積型光発電素子の製造方法である。
請求項10に係る発明は、前記半導体層成膜工程により成膜された前記半導体層の上に誘電体層を成膜することを特徴とする請求項8又は9に記載の集積型光発電素子の製造方法である。
The invention according to claim 9 is characterized in that the conductive paste layer is formed by printing a conductive paste on the back electrode layer. It is.
The invention according to claim 10 is characterized in that a dielectric layer is formed on the semiconductor layer formed by the semiconductor layer forming step. It is a manufacturing method.

請求項1に係る発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、集積型光発電素子の集電効率が高められる。   According to the first aspect of the present invention, the current collection efficiency of the integrated photovoltaic device can be increased as compared with the case where the present invention is not adopted.

請求項2に係る発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、集積型光発電素子において隣接するセルからの集電効率が高まる。   According to the second aspect of the present invention, the efficiency of collecting current from adjacent cells in the integrated photovoltaic device is increased as compared with the case where the present invention is not adopted.

請求項3に係る発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、集積型光発電素子において隣接するセルからの導電性が向上する。   According to the invention of claim 3, the conductivity from the adjacent cells in the integrated photovoltaic device is improved as compared with the case where the present invention is not adopted.

請求項4に係る発明によれば、ケイ素系半導体層と比べて、集積型光発電素子の発電効率が高い。   According to the invention of claim 4, the power generation efficiency of the integrated photovoltaic device is higher than that of the silicon-based semiconductor layer.

請求項5に係る発明によれば、化合物半導体層型光発電素子において発電効率が高い。   According to the invention of claim 5, the power generation efficiency is high in the compound semiconductor layer type photovoltaic device.

請求項6に係る発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、集積型光発電素子において集電端部の導電性が高い。   According to the invention which concerns on Claim 6, compared with the case where this invention is not employ | adopted, the electrical conductivity of a current collection edge part is high in an integrated photovoltaic device.

請求項7に係る発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、集積型光発電素子において集電端部の形成が容易である。   According to the invention which concerns on Claim 7, compared with the case where this invention is not employ | adopted, formation of a current collection edge part is easy in an integrated photovoltaic device.

請求項8に係る発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、集電効率が高められた集積型光発電素子が得られる。   According to the eighth aspect of the present invention, an integrated photovoltaic device with improved current collection efficiency can be obtained compared to the case where the present invention is not adopted.

請求項9に係る発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、集積型光発電素子において集電端部の形成が容易である。   According to the ninth aspect of the present invention, it is easier to form the current collecting end portion in the integrated photovoltaic device than in the case where the present invention is not adopted.

請求項10に係る発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、半導体層と電極層との界面で発生する欠陥が抑制される。   According to the invention which concerns on Claim 10, the defect which generate | occur | produces in the interface of a semiconductor layer and an electrode layer is suppressed compared with the case where this invention is not employ | adopted.

本実施の形態が適用される集積型光発電素子の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the integrated photovoltaic device to which this Embodiment is applied. 本実施の形態が適用される集積型光発電素子の製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the integrated photovoltaic device to which this Embodiment is applied. 従来のCIS薄膜系太陽電池の製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the conventional CIS thin film type solar cell.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するためのものであり、実際の大きさを表すものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the summary. Further, the drawings to be used are for explaining the present embodiment and do not represent the actual size.

本発明が適用される集積型光発電素子は、一般に薄膜系太陽電池として分類される太陽電池に適用することができる。このような薄膜系太陽電池としては、例えば、水素化アモルファスシリコンを用いる薄膜シリコン型太陽電池、アモルファスと単結晶シリコンを組み合わせたHIT太陽電池、化合物半導体を用いる化合物太陽電池等が挙げられる。
さらに、化合物太陽電池としては、GaAs系太陽電池、CIS系(カルコパイライト系)太陽電池、CuZnSnS(CZTS)太陽電池、CdTe−CdS系太陽電池等が挙げられる。
The integrated photovoltaic device to which the present invention is applied can be applied to solar cells generally classified as thin-film solar cells. Examples of such a thin film solar cell include a thin film silicon solar cell using hydrogenated amorphous silicon, a HIT solar cell combining amorphous and single crystal silicon, and a compound solar cell using a compound semiconductor.
Furthermore, examples of the compound solar cell include a GaAs-based solar cell, a CIS-based (chalcopyrite) solar cell, a Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS) solar cell, and a CdTe—CdS-based solar cell.

これらの中でも、CIS系(カルコパイライト系)太陽電池は、光吸収層の材料として、シリコンの代わりに、Cu、In、Ga、Al、Se、S等から成るカルコパイライト系と呼ばれるIB−IIIB−VIB族化合物を用いる。代表的なものとしては、Cu(In,Ga)Se、Cu(In,Ga)(Se,S)、CuInS等が挙げられ、それぞれCIGS、CIGSS、CISと略称される。
CIS系(カルコパイライト系)太陽電池は、製造法や材料の組み合わせが豊富であり、また多結晶であるため、大面積化や量産化に好適であり、フレキシブルな製品が得られやすい。
以下、本実施の形態が適用される集積型光発電素子を、薄膜系太陽電池の一つであるCIS系(カルコパイライト系)太陽電池に適用した例に基づき説明する。
Among these, a CIS (chalcopyrite) solar cell is IB-IIIB- called a chalcopyrite system made of Cu, In, Ga, Al, Se, S, etc., instead of silicon, as a material of the light absorption layer. Group VIB compounds are used. Typical examples include Cu (In, Ga) Se 2 , Cu (In, Ga) (Se, S) 2 , CuInS 2 and the like, which are abbreviated as CIGS, CIGSS, and CIS, respectively.
CIS-based (chalcopyrite-based) solar cells have abundant manufacturing methods and combinations of materials, and are polycrystalline, so that they are suitable for large area and mass production, and flexible products are easily obtained.
Hereinafter, an integrated photovoltaic device to which the present embodiment is applied will be described based on an example in which it is applied to a CIS (chalcopyrite) solar cell that is one of thin film solar cells.

図1は、本実施の形態が適用される集積型光発電素子の一例を説明する図である。図1(a)は、平面図である。図1(b)は、X−X断面図である。図1(c)は、Y−Y断面図である。
図1(a)〜図1(c)に示すように、集積型光発電素子Iは、共通の基板10上に形成された複数の単位セル素子(セル)(Ia,Ib,・・・)を有する。これらの単位セル素子は分割溝15により所定の間隔を隔て分離されている。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an integrated photovoltaic device to which the present embodiment is applied. FIG. 1A is a plan view. FIG.1 (b) is XX sectional drawing. FIG. 1C is a YY sectional view.
As shown in FIGS. 1A to 1C, the integrated photovoltaic device I includes a plurality of unit cell elements (cells) (Ia, Ib,...) Formed on a common substrate 10. Have These unit cell elements are separated at a predetermined interval by the dividing groove 15.

次に、複数の単位セル素子(Ia,Ib,・・・)は、それぞれ、基板10上に分割溝16によって分割形成された複数の裏面電極層11と、隣接する2個の裏面電極層11を跨ぐように裏面電極層11上に化合物半導体を用いて形成され、隣接する他のセルと分割溝15によって分割された半導体層(=発電層)12と、分割された半導体層12上にそれぞれ形成された電極層としての透明電極層13と、を備えている。さらに、少なくとも半導体層12の一部に形成され、且つ裏面電極層11と透明電極層13とを電気的に結合し、隣接する他の単位セル素子から電流を集電する集電端部14と、が設けられている。複数の単位セル素子(Ia,Ib,・・・)は、集電端部14により電気的に直列に接続されている。   Next, each of the plurality of unit cell elements (Ia, Ib,...) Includes a plurality of back electrode layers 11 formed by dividing grooves 16 on the substrate 10 and two adjacent back electrode layers 11. Formed on the back electrode layer 11 using a compound semiconductor so as to straddle the semiconductor layer (= power generation layer) 12 divided by other adjacent cells and the dividing groove 15, and on the divided semiconductor layer 12, respectively. And a transparent electrode layer 13 as the formed electrode layer. Further, a current collecting end portion 14 which is formed at least in a part of the semiconductor layer 12 and electrically couples the back electrode layer 11 and the transparent electrode layer 13 and collects current from other adjacent unit cell elements; , Is provided. The plurality of unit cell elements (Ia, Ib,...) Are electrically connected in series by the current collecting end 14.

裏面電極層11は、図1(a)に示すように、鍵状に屈曲した屈曲形状部160をなす第1のパターニングにより形成された分割溝16によって分割される。そして、単位セル素子Iaから隣接する単位セル素子Ib側に突き出る形状を有している。
また、集電端部14は、裏面電極層11を分割する第1のパターニングの分割溝16に倣う形状の第2のパターニングにより形成される。そして、裏面電極層11と同様に、単位セル素子Iaから隣接する単位セル素子Ib側に突き出るように、鍵状に屈曲した屈曲形状部140を有している。
集電端部14が、単位セル素子Iaから隣接する単位セル素子Ib側に突き出るように、鍵状に屈曲した屈曲形状部140を有することにより、隣接する他のセルと集電端部14との距離を縮めることができる。これにより、電流の集電率が高められ、光発電素子の発電効率が増大する。
尚、裏面電極層11を分割する分割溝16のパターニング形状と集電端部14のパターニング形状は、図1(a)に示す鍵状の屈曲形状に限定されず適宜形成することができる。この場合、集電端部14のパターニング形状は、半導体層12の面積を極端に低減させないことが必要である。
As shown in FIG. 1A, the back electrode layer 11 is divided by the dividing groove 16 formed by the first patterning that forms the bent shape portion 160 bent in a key shape. And it has the shape which protrudes from the unit cell element Ia to the adjacent unit cell element Ib side.
The current collecting end portion 14 is formed by second patterning having a shape following the dividing groove 16 of the first patterning for dividing the back electrode layer 11. Then, similarly to the back electrode layer 11, it has a bent portion 140 bent in a key shape so as to protrude from the unit cell element Ia to the adjacent unit cell element Ib.
By having the bent shape portion 140 bent in a key shape so that the current collecting end portion 14 protrudes from the unit cell element Ia to the adjacent unit cell element Ib side, the current collecting end portion 14 Can be shortened. Thereby, the current collection rate is increased, and the power generation efficiency of the photovoltaic device is increased.
In addition, the patterning shape of the dividing groove 16 that divides the back electrode layer 11 and the patterning shape of the current collecting end portion 14 are not limited to the key-like bent shape shown in FIG. In this case, it is necessary that the patterning shape of the current collecting end portion 14 does not extremely reduce the area of the semiconductor layer 12.

次に、集積型光発電素子Iの構成要素について説明する。
基板10を構成する材料としては、例えば、ステンレス等の金属フィルム、有機フィルム、ガラス等が挙げられる。基板10の大きさは特に限定されないが、本実施の形態では縦×横が10cm×10cmであり、厚さは、0.5mmである。
裏面電極層11を構成する材料としては、金属が好ましく、例えば、Mo、Ti、Cr、Al、Ag、Au、CuおよびPtから選択された少なくとも1つの金属またはこれらの合金が挙げられる。裏面電極層11は、本実施の形態では、厚さ0.3μm程度の金属薄膜である。裏面電極層11は、例えば、蒸着法、スパッタ法、CVD法(化学気相成長法:Chemical Vapor Deposition)等によって基板10上に成膜された後、後述するようにパターニングにより分割形成される。
Next, components of the integrated photovoltaic element I will be described.
As a material which comprises the board | substrate 10, metal films, such as stainless steel, an organic film, glass etc. are mentioned, for example. Although the magnitude | size of the board | substrate 10 is not specifically limited, In this Embodiment, length x width is 10 cm x 10 cm, and thickness is 0.5 mm.
The material constituting the back electrode layer 11 is preferably a metal, for example, at least one metal selected from Mo, Ti, Cr, Al, Ag, Au, Cu and Pt, or an alloy thereof. In the present embodiment, back electrode layer 11 is a metal thin film having a thickness of about 0.3 μm. The back electrode layer 11 is formed on the substrate 10 by, for example, a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method (Chemical Vapor Deposition), or the like, and then divided by patterning as will be described later.

半導体層12は、例えば、周期表IB族、IIIB族、VIB族の元素を含むカルコパイライト型化合物半導体が挙げられる。本実施の形態では、銅(Cu)、インジウム(In)及びセレン(Se)を含むカルコパイライト構造を有するCu−In−Se系半導体材料により構成されることが好ましい。
半導体層12の厚さは、本実施の形態では、0.3μm〜5μmの範囲内である。
Examples of the semiconductor layer 12 include chalcopyrite type compound semiconductors containing elements of the IB group, IIIB group, and VIB group of the periodic table. In this embodiment mode, it is preferably formed using a Cu—In—Se semiconductor material having a chalcopyrite structure including copper (Cu), indium (In), and selenium (Se).
In the present embodiment, the thickness of the semiconductor layer 12 is in the range of 0.3 μm to 5 μm.

透明電極層13を構成する金属材料は特に限定されず、例えば、InにSnをドーパントとして添加したITO(Indium Tin Oxide)等の酸化インジウム系金属材料;ドーパントを添加したSnO等の酸化スズ系金属材料;ZnOにAlをドーパントとして添加したAZO、ZnOにGaをドーパントとして添加したGZO、ZnOにInをドーパントとして添加したIZO等の酸化亜鉛系金属材料等が挙げられる。
本実施の形態では、ITO、SnO、ZnOから選択された少なくとも1つを含む金属材料を用い、スパッタリングまたは蒸着法により成膜することが好ましい。透明電極層13の厚さは、本実施の形態では、約0.6μmである。
Metallic material constituting the transparent electrode layer 13 is not particularly limited, for example, an In 2 O 3 on the ITO with the addition of Sn as a dopant (Indium Tin Oxide) of indium oxide-based metal material such as, for SnO 2 or the like with the addition of dopant Examples include tin oxide-based metal materials; AZO in which Al is added to ZnO as a dopant, GZO in which Ga is added to ZnO as a dopant, and zinc oxide-based metal materials such as IZO in which Zn is added as an dopant.
In this embodiment, it is preferable to use a metal material containing at least one selected from ITO, SnO 2 , and ZnO and form the film by sputtering or evaporation. The thickness of the transparent electrode layer 13 is about 0.6 μm in the present embodiment.

集電端部14は、後述する透明電極層13の表面に塗布した導電性ペーストに含まれる金属を半導体層12に拡散させることにより形成され、且つ裏面電極層11と隣接する他のセルの透明電極層13とを電気的に結合している。ここで導電性ペーストに含まれる金属は、後述するように、半導体層12と比べて低い電気抵抗を有する金属である。
集電端部14の厚さは、通常、少なくとも前述した半導体層12と同程度の厚さを有し、本実施の形態では、0.5μm〜20μmの範囲である。集電端部14の幅は、通常、30μm〜150μmの範囲であり、好ましくは、50μm〜100μmの範囲である。集電端部14の幅が過度に狭いと、短絡部における電気抵抗が増大する傾向がある。また、集電端部14の幅が過度に広いと、受光部の面積が狭くなるため、変換効率が低下する傾向がある。
The current collecting end portion 14 is formed by diffusing a metal contained in a conductive paste applied to the surface of the transparent electrode layer 13 to be described later into the semiconductor layer 12 and is transparent to other cells adjacent to the back electrode layer 11. The electrode layer 13 is electrically coupled. Here, the metal contained in the conductive paste is a metal having a lower electrical resistance than the semiconductor layer 12 as described later.
The thickness of the current collecting end 14 is usually at least as thick as the semiconductor layer 12 described above, and is in the range of 0.5 μm to 20 μm in the present embodiment. The width | variety of the current collection end part 14 is the range of 30 micrometers-150 micrometers normally, Preferably, it is the range of 50 micrometers-100 micrometers. If the width of the current collecting end portion 14 is excessively narrow, the electric resistance at the short circuit portion tends to increase. Moreover, since the area of a light-receiving part will become narrow if the width | variety of the current collection end part 14 is too wide, there exists a tendency for conversion efficiency to fall.

尚、本実施の形態では、半導体層12と透明電極層13との間に誘電体層としてのバッファー層を設けることもできる。この場合、バッファー層を構成する材料は特に限定されないが、本実施の形態では、InS、ZnS等の硫化物を用いることが好ましい。半導体層12と透明電極層13の間にバッファー層を設けることにより、半導体層12と透明電極層13との界面で発生する欠陥を抑制することができる。 In the present embodiment, a buffer layer as a dielectric layer may be provided between the semiconductor layer 12 and the transparent electrode layer 13. In this case, the material constituting the buffer layer is not particularly limited, in the present embodiment, it is preferable to use a InS 3, sulfides such as ZnS. By providing a buffer layer between the semiconductor layer 12 and the transparent electrode layer 13, defects generated at the interface between the semiconductor layer 12 and the transparent electrode layer 13 can be suppressed.

次に、集積型光発電素子Iの製造方法について説明する。
図2は、集積型光発電素子Iの製造方法の一例を説明する図である。図1と同じ構成については同じ符号を用い、その説明を省略する。
先ず、図2(a)に示すように、前述した材料からなる基板10を用意し、基板10上に、例えばスパッタリングにより金属薄膜からなる裏面電極層11aを連続的に成膜する(裏面電極層成膜工程)。
続いて、図2(b)に示すように、連続的に成膜された裏面電極層11aの一部を第1のパターニングにより除去し、複数の分割溝16によって複数に分割された裏面電極層11を形成する(第1のパターニング工程)。前述した図1(a)に示すように、第1のパターニングにより、成膜された裏面電極層11aは分割され、隣接する2個の裏面電極層11が互いに突き出る形状を有するように形成される。本実施の形態では、第1のパターニング工程は、例えば、ネオジウムYAGレーザ等の赤外領域(1,064nm)のビームを使用するレーザスクライブ法を採用している。
Next, a method for manufacturing the integrated photovoltaic element I will be described.
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a manufacturing method of the integrated photovoltaic element I. The same components as those in FIG.
First, as shown in FIG. 2A, a substrate 10 made of the above-described material is prepared, and a back electrode layer 11a made of a metal thin film is continuously formed on the substrate 10 by sputtering, for example (back electrode layer). Film forming step).
Subsequently, as shown in FIG. 2B, a part of the continuously formed back electrode layer 11 a is removed by the first patterning, and the back electrode layer divided into a plurality by the plurality of dividing grooves 16. 11 is formed (first patterning step). As shown in FIG. 1A described above, the formed back electrode layer 11a is divided by the first patterning, and two adjacent back electrode layers 11 are formed so as to protrude from each other. . In the present embodiment, the first patterning step employs a laser scribing method using a beam in the infrared region (1,064 nm) such as a neodymium YAG laser.

続いて、図2(c)に示すように、分割形成された裏面電極層11上の一部に、前述した第1のパターニングに倣う形状の第2のパターニングにより導電性ペースト層14aを形成する(第2のパターニング工程)。本実施の形態では、導電性ペースト層14aは、分割形成された裏面電極層11上にスクリーン印刷法により導電性ペーストを塗布することにより形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 2C, a conductive paste layer 14a is formed on a part of the back electrode layer 11 formed in a divided manner by the second patterning that follows the first patterning described above. (Second patterning step). In the present embodiment, the conductive paste layer 14a is formed by applying a conductive paste on the separately formed back electrode layer 11 by a screen printing method.

(導電性ペースト)
ここで、導電性ペースト層14aの成膜に使用する導電性ペーストとしては、通常、熱合成樹脂等の樹脂をバインダとし、これに銀、銅、アルミニウム等の金属の微粉末やカーボンブラック等の導電性粒子及びガラスフリットを添加し、種々の有機溶媒にこれらバインダ、導電性粒子、ガラスフリットを溶解、分散させて調製されたものとして定義される。
(Conductive paste)
Here, as the conductive paste used for forming the conductive paste layer 14a, a resin such as a heat-synthetic resin is usually used as a binder, and a fine powder of metal such as silver, copper, or aluminum, carbon black, or the like is used. It is defined as one prepared by adding conductive particles and glass frit and dissolving and dispersing these binder, conductive particles and glass frit in various organic solvents.

バインダとしては、従来、焼成タイプの樹脂組成物として用いられてきた熱分解性を有するものであれば特に限定されずに用いることができる。具体的には、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリビニルアルコール類、ポリビニルピロリドン類、アクリル樹脂、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、ポリビニルブチラール等のブチラール樹脂誘導体、フェノール変性アルキド樹脂、ひまし油脂肪酸変性アルキド樹脂のようなアルキド樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、単独又は2種以上を混合して使用することができる。   Any binder can be used without particular limitation as long as it has thermal decomposability that has been used as a fired resin composition. Specifically, for example, cellulose derivatives such as methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohols, polyvinyl pyrrolidones, acrylic resins, vinyl acetate-acrylate copolymers, butyral resin derivatives such as polyvinyl butyral, phenol-modified alkyds, etc. Examples thereof include resins, alkyd resins such as castor oil fatty acid-modified alkyd resins, thermoplastic polyester resins, and epoxy resins. These resin can be used individually or in mixture of 2 or more types.

導電性粒子は、ペーストに導電性を付与する成分であり、通常用いられている導電性粒子を用いることができる。具体的には、例えば、銀粉末、酸化銀、炭酸銀、酢酸銀等の焼成によって銀単体が析出するような粉末、銅、ニッケル等が挙げられる。また、銀、金等の他の金属で被覆された複合金属粉も使用される。これらは単独又は2種以上混合して使用することができる。
導電性粒子は、銀粉又は焼成により銀を析出する粉末を含み、導電性粒子に対して銀が70〜100質量%含有していることが好ましい。中でも、例えば、酸化第1銀、酸化第2銀、炭酸銀、酢酸銀、アセチルアセトン銀錯体等の粒子状銀化合物が好ましい。
このような導電性粒子の粒子形状は、特に制限されることなく、リン片粉、球状粉、不定形粉又はこれらを混合したものでもよい。また、その平均粒径(D50)は、20μm以下のものであればよく、0.1〜10μmであることが好ましい。平均粒径が過度に大きいと、有機バインダ(ビヒクル)中の分散性が低下し、操作や印刷性が低下する傾向がある。
The conductive particles are components that impart conductivity to the paste, and commonly used conductive particles can be used. Specifically, for example, powders such as silver powder, silver oxide, silver carbonate, silver acetate, etc., from which silver alone precipitates, copper, nickel and the like can be mentioned. Moreover, composite metal powder coated with other metals such as silver and gold is also used. These can be used alone or in admixture of two or more.
It is preferable that electroconductive particle contains the powder which deposits silver by silver powder or baking, and silver contains 70-100 mass% with respect to electroconductive particle. Among them, for example, particulate silver compounds such as first silver oxide, second silver oxide, silver carbonate, silver acetate, and acetylacetone silver complex are preferable.
The particle shape of such conductive particles is not particularly limited, and flake powder, spherical powder, amorphous powder, or a mixture thereof may be used. Moreover, the average particle diameter (D50) should just be a 20 micrometer or less, and it is preferable that it is 0.1-10 micrometers. When the average particle size is excessively large, the dispersibility in the organic binder (vehicle) decreases, and the operation and printability tend to decrease.

また、ガラスフリットとは、通常、珪砂,長石,石灰等の天然原料や工業原料の配合物を高温で熔解し、その後、急冷して得られるフレーク状又は粉末状のガラスのことを言う。
ガラスフリットとしては特に限定されず、例えば、PbO−B−SiO系等のPb系ガラスフリット;Bi−B−SiO−CeO−LiO−NaO系等のPbフリー系ガラスフリットが挙げられる。ガラスフリットの形状は特に限定されず、例えば、球状、不定形等を用いることができる。ガラスフリットの粒径は特に限定されないが、作業性の観点から、平均粒子径は0.01μm〜10μmの範囲が好ましく、0.05μm〜1μmの範囲がさらに好ましい。
ガラスフリットの添加量は、通常、導電性粒子100重量部に対し、0.1重量部〜10重量部であり、好ましくは1〜5重量部である。
The glass frit usually refers to glass in the form of flakes or powders obtained by melting a mixture of natural raw materials such as silica sand, feldspar, and lime and industrial raw materials at a high temperature and then rapidly cooling them.
Is not particularly restricted but includes glass frit, for example, PbO-B 2 O 3 Pb-based glass frits -SiO 2 system and the like; Bi 2 O 3 -B 2 O 3 -SiO 2 -CeO 2 -LiO 2 -NaO 2 system Pb-free glass frit such as The shape of the glass frit is not particularly limited, and for example, a spherical shape, an irregular shape, or the like can be used. The particle size of the glass frit is not particularly limited, but from the viewpoint of workability, the average particle size is preferably in the range of 0.01 μm to 10 μm, and more preferably in the range of 0.05 μm to 1 μm.
The addition amount of the glass frit is usually 0.1 to 10 parts by weight, preferably 1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conductive particles.

ここで、本実施の形態では、導電性ペーストに含まれる導電性粒子は、半導体層12と比べて低い電気抵抗を有し、後述する加熱処理により、少なくとも半導体層12の一部に拡散し、集電端部14を形成する。
半導体層12の一部に拡散し集電端部14を形成するこのような金属の電気抵抗は、通常、1×10−3Ωcm以下の範囲であり、好ましくは、1×10−4Ωcm以下である。
集電端部14に含まれる金属の電気抵抗が過度に大きいと、短絡部の電気抵抗が充分には低下しないため発電ロスが発生する傾向がある。
Here, in the present embodiment, the conductive particles contained in the conductive paste have a lower electrical resistance than the semiconductor layer 12 and are diffused into at least a part of the semiconductor layer 12 by heat treatment described below. A current collecting end 14 is formed.
The electric resistance of such a metal that diffuses into a part of the semiconductor layer 12 to form the current collecting end 14 is usually in the range of 1 × 10 −3 Ωcm or less, preferably 1 × 10 −4 Ωcm or less. It is.
If the electric resistance of the metal contained in the current collecting end portion 14 is excessively large, the electric resistance of the short-circuit portion is not sufficiently reduced, so that power generation loss tends to occur.

有機溶剤としては、バインダを溶解することができるものであればよく、特に限定されない。具体的には、例えば、ジオキサン、ヘキサン、トルエン、エチルセロソルブ、シクロヘキサノン、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジアセトンアルコール、テルピネオール、ベンジルアルコール等が挙げられる。これらは単独又は2種以上を混合して使用することができる。   The organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the binder. Specific examples include dioxane, hexane, toluene, ethyl cellosolve, cyclohexanone, butyl cellosolve, butyl cellosolve acetate, butyl carbitol acetate, diethylene glycol diethyl ether, diacetone alcohol, terpineol, and benzyl alcohol. These can be used individually or in mixture of 2 or more types.

尚、導電性ペーストには、添加剤として、可塑剤、消泡剤、分散剤、レベリング剤、安定剤、密着促進剤などを、必要に応じて配合することができる。これらのうち、可塑剤としては、フタル酸エステル類、グリコール酸エステル類、リン酸エステル類、セバチン酸エステル類、アジピン酸エステル類、クエン酸エステル類などを用いることができる。
このような導電性ペーストとしては、市販されている従来公知のものを使用することができる。本実施の形態では、例えば、ナミックス株式会社製Agペースト:XFP5383−2を使用している。
In addition, a plasticizer, an antifoamer, a dispersing agent, a leveling agent, a stabilizer, an adhesion promoter, etc. can be mix | blended with an electrically conductive paste as an additive as needed. Among these, as the plasticizer, phthalic acid esters, glycolic acid esters, phosphoric acid esters, sebacic acid esters, adipic acid esters, citrate esters, and the like can be used.
As such a conductive paste, a conventionally known paste that is commercially available can be used. In the present embodiment, for example, Ag paste manufactured by NAMICS Co., Ltd .: XFP5383-2 is used.

次に、図2(d)に示すように、第1のパターニング工程により分割された複数の裏面電極層11の表面と第2のパターニング工程により形成された導電性ペースト層14aを覆いつつ、隣接する2個の裏面電極層11を跨ぐように裏面電極層11上に半導体層12aを成膜する(半導体層成膜工程)。
続いて、図2(e)に示すように、成膜された半導体層12a上に透明電極層13aを成膜する(電極層成膜工程)。
本実施の形態では、半導体層12aは、複数のp型半導体形成用前駆体層とn型半導体形成用前駆体層とを積層させて成膜することが好ましい。即ち、本実施の形態では、化合物半導体としてCu−In−Se系半導体材料を採用し、裏面電極層11側にp型半導体を形成しやすいCuとSeとの混合物からなるp型半導体形成用前駆体層を成膜し、次に、透明電極層13a側にn型半導体を形成しやすいInとSeとの混合物からなるn型半導体形成用前駆体層を成膜することが好ましい。p型半導体形成用前駆体層とn型半導体形成用前駆体層とは、後述する加熱処理工程において相互に溶融拡散することにより、良好な結晶性を有する半導体からなる半導体層12が生成し、pn接合を形成させることができる。
Next, as shown in FIG. 2D, the front surface of the plurality of back electrode layers 11 divided by the first patterning step and the conductive paste layer 14a formed by the second patterning step are covered and adjacent to each other. The semiconductor layer 12a is formed on the back electrode layer 11 so as to straddle the two back electrode layers 11 to be formed (semiconductor layer forming step).
Subsequently, as shown in FIG. 2E, a transparent electrode layer 13a is formed on the formed semiconductor layer 12a (electrode layer forming step).
In the present embodiment, the semiconductor layer 12a is preferably formed by stacking a plurality of p-type semiconductor forming precursor layers and n-type semiconductor forming precursor layers. That is, in this embodiment, a Cu-In-Se-based semiconductor material is used as the compound semiconductor, and a p-type semiconductor forming precursor made of a mixture of Cu and Se that can easily form a p-type semiconductor on the back electrode layer 11 side. It is preferable to form a body layer, and then form an n-type semiconductor forming precursor layer made of a mixture of In and Se, which easily forms an n-type semiconductor, on the transparent electrode layer 13a side. The p-type semiconductor forming precursor layer and the n-type semiconductor forming precursor layer are melt-diffused with each other in a heat treatment step to be described later, thereby generating a semiconductor layer 12 made of a semiconductor having good crystallinity, A pn junction can be formed.

続いて、図2(f)に示すように、スクリーン印刷により裏面電極層11上に成膜された導電性ペースト層14aを加熱処理し、導電性ペースト層14aに含まれる導電性粒子を少なくとも半導体層12a中に拡散させ、裏面電極層11と透明電極層13とを電気的に結合する集電端部14を形成する(集電端部形成工程)。
導電性ペースト層14aを加熱処理する温度は、特に限定されないが、本実施の形態では、通常、300℃〜600℃、好ましくは、350℃〜500℃である。
Subsequently, as shown in FIG. 2F, the conductive paste layer 14a formed on the back electrode layer 11 by screen printing is subjected to heat treatment, and the conductive particles contained in the conductive paste layer 14a are at least converted into semiconductors. A current collecting end portion 14 is formed to diffuse in the layer 12a and electrically couple the back electrode layer 11 and the transparent electrode layer 13 (current collecting end forming step).
Although the temperature which heat-processes the conductive paste layer 14a is not specifically limited, In this Embodiment, it is 300 to 600 degreeC normally, Preferably, it is 350 to 500 degreeC.

このような加熱処理過程において、導電性ペースト層14a中の導電性粒子が半導体層12a中に拡散すると考えられる。
本実施の形態では、集電端部14は半導体層12aに拡散し透明電極層13に達することにより、裏面電極層11と透明電極層13とを電気的に結合している。
尚、このような加熱処理により半導体層12aも加熱され、半導体層12aのp型半導体形成用前駆体層とn型半導体形成用前駆体層とは相互に溶融拡散することにより、良好な結晶性を有する半導体からなる半導体層12が生成する。
In such a heat treatment process, it is considered that the conductive particles in the conductive paste layer 14a diffuse into the semiconductor layer 12a.
In the present embodiment, the current collecting end portion 14 diffuses into the semiconductor layer 12 a and reaches the transparent electrode layer 13, thereby electrically connecting the back electrode layer 11 and the transparent electrode layer 13.
The semiconductor layer 12a is also heated by such heat treatment, and the p-type semiconductor forming precursor layer and the n-type semiconductor forming precursor layer of the semiconductor layer 12a are melted and diffused to each other, thereby providing good crystallinity. Thus, the semiconductor layer 12 made of a semiconductor having n is generated.

次に、図2(g)に示すように、形成された半導体層12と透明電極層13aの一部をパターニングにより除去し、複数の分割溝15によって分割された複数の単位セル素子(Ia,Ib,・・・)を形成し、集積型光発電素子Iを得る(第3のパターニング工程)。本実施の形態では、第3のパターニング工程は、例えば、金属刃、カッターナイフ、金属針又はニードル等を用いて半導体層12と透明電極層13aとの一部を短冊状に切り分けるメカニカルスクライブ法を採用している。   Next, as shown in FIG. 2G, a part of the formed semiconductor layer 12 and the transparent electrode layer 13a is removed by patterning, and a plurality of unit cell elements (Ia, Ib,...) Are formed to obtain an integrated photovoltaic device I (third patterning step). In the present embodiment, the third patterning step uses, for example, a mechanical scribing method in which a part of the semiconductor layer 12 and the transparent electrode layer 13a is cut into a strip shape using a metal blade, a cutter knife, a metal needle, a needle, or the like. Adopted.

上述したように、本実施の形態が適用される集積型光発電素子Iの製造方法は、従来から行われているCIS薄膜系太陽電池の製造工程と比べ、例えばスクリーン印刷により導電性ペーストを印刷することにより、半導体層12の一部の電気抵抗を低下させ、透明電極層13と裏面電極層11を電気的に短絡し、集積化を可能にするものである。
スクリーン印刷等の印刷手法を採用することにより、パターニング形状の自由度が生じる。このため、従来直線状に形成されていた集電端部の形状を、隣接する他のセル側に突出した形状とすることにより、隣接セルと集電端部との距離が縮まる。これにより、電流の集電率を高め、光発電素子の発電効率が上がる。
また、メカニカルスクライブ工程を経ることなく、半導体層12と透明電極層13とが連続的に一貫成膜できるので、化合物半導体を含む半導体層12が大気に暴露される機会が低減し、太陽電池の性能低下が防止される。
さらに、通常、長時間を要するメカニカルスクライブ工程を削減することにより量産性の低下が防げる。さらに、メカニカルスクライブ後に生じる切削された端面からの劣化が抑制される。
As described above, the manufacturing method of the integrated photovoltaic device I to which the present embodiment is applied is a method in which a conductive paste is printed by screen printing, for example, as compared with a conventional manufacturing process of a CIS thin film solar cell. By doing so, the electrical resistance of a part of the semiconductor layer 12 is lowered, and the transparent electrode layer 13 and the back electrode layer 11 are electrically short-circuited to enable integration.
By adopting a printing method such as screen printing, a degree of freedom of patterning shape is generated. For this reason, the distance between an adjacent cell and a current collection end is reduced by making the shape of the current collection end, which has been conventionally formed in a straight line, into a shape protruding toward the other adjacent cell. Thereby, the current collection rate is increased, and the power generation efficiency of the photovoltaic device is increased.
Moreover, since the semiconductor layer 12 and the transparent electrode layer 13 can be continuously and continuously formed without passing through the mechanical scribing step, the opportunity for the semiconductor layer 12 including the compound semiconductor to be exposed to the air is reduced, and the solar cell Performance degradation is prevented.
Furthermore, a reduction in mass productivity can be prevented by reducing the mechanical scribing process that usually takes a long time. Furthermore, deterioration from the cut end face that occurs after mechanical scribing is suppressed.

また、本実施の形態が適用される集積型光発電素子Iは、裏面電極層11と透明電極層13とを電気的に短絡させる集電端部14を設けることにより、透明電極層13の厚さが薄くなり、製造コストの低減と共に、光透過率の向上及び発電効率の増大が期待できる。
即ち、従来の集積型の光発電素子では、インターコネクトの抵抗を低下させるために、変換効率の低下をある程度犠牲にして、透明電極層を厚く形成する必要がある。
しかし、本実施の形態における集積型光発電素子Iのように、裏面電極層11の導電性ペーストが塗布された部分のみに、半導体層12に導電性ペースト中の導電性粒子が拡散した集電端部14を設けることにより、上述した問題が解決される。
In addition, the integrated photovoltaic device I to which the present exemplary embodiment is applied has a current collecting end portion 14 that electrically short-circuits the back electrode layer 11 and the transparent electrode layer 13, thereby providing a thickness of the transparent electrode layer 13. Therefore, it can be expected that the manufacturing cost is reduced and the light transmittance is improved and the power generation efficiency is increased.
That is, in the conventional integrated photovoltaic device, in order to reduce the interconnect resistance, it is necessary to form a thick transparent electrode layer at the expense of some reduction in conversion efficiency.
However, like the integrated photovoltaic device I in the present embodiment, the current collector in which the conductive particles in the conductive paste are diffused into the semiconductor layer 12 only in the portion where the conductive paste of the back electrode layer 11 is applied. By providing the end portion 14, the above-described problem is solved.

尚、以上の説明は、本発明の実施の形態を説明するための一例に過ぎず、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。
本発明は複数の元素から構成される半導体層と、これを挟む2つの電極層を備える光発電素子や、このような構造を有する光発電素子の製造方法に応用することができる。例えば、Cd−Te系に代表されるIII−V族半導体、Cu−In−Se系に代表されるI−III−VI族半導体、Cu−Zn−Sn−S系化合物に代表されるI−II−IV−VI族半導体、II−IV−V族半導体、Si−Ge系等の2種類以上の元素からなるIV族半導体に適用することも可能である。
In addition, the above description is only an example for demonstrating embodiment of this invention, and this invention is not limited to this embodiment.
The present invention can be applied to a photovoltaic device including a semiconductor layer composed of a plurality of elements and two electrode layers sandwiching the semiconductor layer, and a method for manufacturing a photovoltaic device having such a structure. For example, a III-V group semiconductor typified by a Cd-Te system, an I-III-VI group semiconductor typified by a Cu-In-Se system, and an I-II typified by a Cu-Zn-Sn-S system compound The present invention can also be applied to an IV group semiconductor composed of two or more elements such as an -IV-VI group semiconductor, an II-IV-V group semiconductor, and a Si-Ge group.

以下に、実施例に基づき本実施の形態をさらに詳細に説明する。尚、本実施の形態は以下の実施例に限定されない。   Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail based on examples. The present embodiment is not limited to the following examples.

(実施例1)
以下の操作により、図1に示す集積型光発電素子Iを調製した。ガラス製の基板10上に成膜した裏面電極層11aとしてのMo(モリブデン)層をレーザスクライブ法により分割した。次に、分割形成した裏面電極層11aの表面の一部に、スクリーン印刷法により導電性ペースト層14aを形成した。導電性ペーストには、ナミックス株式会社製AgペーストXFP5383−2を使用した。
続いて、スパッタリング法により、第1In−Se層、第1Cu−Se層、第2In−Se層、第2Cu−Se層、第3In−Se層とを順に積層してなる半導体層12aを成膜し、その上に透明電極層13aとしてAl−Zn−O層を成膜した。
Example 1
The integrated photovoltaic device I shown in FIG. 1 was prepared by the following operation. A Mo (molybdenum) layer as the back electrode layer 11a formed on the glass substrate 10 was divided by a laser scribing method. Next, the conductive paste layer 14a was formed on a part of the surface of the separately formed back electrode layer 11a by screen printing. As the conductive paste, Ag paste XFP5383-2 manufactured by NAMICS CORPORATION was used.
Subsequently, a semiconductor layer 12a formed by sequentially stacking a first In—Se layer, a first Cu—Se layer, a second In—Se layer, a second Cu—Se layer, and a third In—Se layer is formed by sputtering. An Al—Zn—O layer was formed thereon as the transparent electrode layer 13a.

次に、窒素ガス中で400℃、2時間程度加熱し、化合物半導体の結晶からなる半導体層12を形成すると共に、導電性ペースト層14aに含まれる導電性粒子を半導体層12中に拡散させ、裏面電極層11と透明電極層13aとを電気的に結合する集電端部14を形成した。
続いて、形成された半導体層12と透明電極層13aの一部をパターニングにより除去し、複数の分割溝15によって分割された複数の単位セル素子(Ia,Ib,・・・)を有する集積型光発電素子Iを調製した。
Next, heating is performed in nitrogen gas at 400 ° C. for about 2 hours to form the semiconductor layer 12 made of a compound semiconductor crystal, and the conductive particles contained in the conductive paste layer 14a are diffused in the semiconductor layer 12, A current collecting end portion 14 for electrically coupling the back electrode layer 11 and the transparent electrode layer 13a was formed.
Subsequently, a part of the formed semiconductor layer 12 and the transparent electrode layer 13a is removed by patterning, and an integrated type having a plurality of unit cell elements (Ia, Ib,...) Divided by a plurality of dividing grooves 15. A photovoltaic device I was prepared.

調製した集積型光発電素子I内の単位セル素子(Ia,Ib,・・・)が直列に接続されているかどうかを調べるため、集積型光発電素子Iの両端の電圧と、単位セル素子(Ia,Ib,・・・)の裏面電極層11と透明電極層13との間の電圧を測定した。
その結果、集積型光発電素子Iの両端の電圧が1650mVであり、単位セル素子(Ia,Ib,・・・)の各セルの電圧がそれぞれ410mVであった。これにより、本発明による集積化方法により集積化が可能であることが分かった。
In order to check whether or not the unit cell elements (Ia, Ib,...) In the prepared integrated photovoltaic element I are connected in series, the voltage across the integrated photovoltaic element I and the unit cell element ( The voltage between the back electrode layer 11 and the transparent electrode layer 13 of Ia, Ib,.
As a result, the voltage at both ends of the integrated photovoltaic element I was 1650 mV, and the voltage of each cell of the unit cell elements (Ia, Ib,...) Was 410 mV. As a result, it has been found that integration is possible by the integration method according to the present invention.

1,10…基板、2,11,11a…裏面電極層、3,12,12a…半導体層、4,13,13a…透明電極層、14…集電端部、14a…導電性ペースト層、15…分割溝、I…集積型光発電素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,10 ... Board | substrate, 2, 11, 11a ... Back electrode layer, 3, 12, 12a ... Semiconductor layer, 4, 13, 13a ... Transparent electrode layer, 14 ... Current collecting edge part, 14a ... Conductive paste layer, 15 ... Dividing grooves, I ... Integrated photovoltaic elements

Claims (10)

複数のセルが直列に接続された集積型光発電素子であって、
基板と、
前記基板上に形成され、隣接する他のセル側に突き出る形状を有する第1のパターニングにより分割された複数の裏面電極層と、
隣接する2個の前記裏面電極層を跨ぐように当該裏面電極層上に形成され、且つ分割溝によって分割された複数の半導体層と、
分割された前記半導体層上にそれぞれ形成された電極層と、
少なくとも前記半導体層の一部に前記裏面電極層を分割する前記第1のパターニングに倣う形状の第2のパターニングにより形成され、隣接する他のセルから電流を集電する集電端部と、
を有することを特徴とする集積型光発電素子。
An integrated photovoltaic device in which a plurality of cells are connected in series,
A substrate,
A plurality of back electrode layers formed on the substrate and divided by a first patterning having a shape protruding to the side of another adjacent cell;
A plurality of semiconductor layers formed on the back electrode layer so as to straddle two adjacent back electrode layers, and divided by a dividing groove;
An electrode layer formed on each of the divided semiconductor layers;
A current collecting end for collecting current from other adjacent cells, formed by second patterning following the first patterning to divide the back electrode layer into at least part of the semiconductor layer;
An integrated photovoltaic device comprising:
前記集電端部の前記第2のパターニングは、当該集電端部と隣接する他のセルとの集電距離を縮めるように、当該他のセル側に突き出る形状を有することを特徴とする請求項1に記載の集積型光発電素子。   The second patterning of the current collecting end portion has a shape protruding toward the other cell side so as to reduce a current collecting distance between the current collecting end portion and another cell adjacent thereto. Item 8. The integrated photovoltaic device according to Item 1. 前記集電端部は、前記半導体層と比べて電気抵抗が低い金属を含み、且つ前記裏面電極層と前記電極層とを電気的に結合することを特徴とする請求項1又は2に記載の集積型光発電素子。   The said current collection edge part contains the metal whose electrical resistance is low compared with the said semiconductor layer, and electrically couple | bonds the said back surface electrode layer and the said electrode layer. Integrated photovoltaic device. 前記半導体層は、IB族元素、IIIB族元素、VIB族元素から選ばれるいずれか1種を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の集積型光発電素子。   4. The integrated photovoltaic device according to claim 1, wherein the semiconductor layer includes any one selected from a group IB element, a group IIIB element, and a group VIB element. 5. 前記半導体層は、カルコパイライト構造を有するCu−In−Se系半導体を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の集積型光発電素子。   5. The integrated photovoltaic device according to claim 1, wherein the semiconductor layer includes a Cu—In—Se based semiconductor having a chalcopyrite structure. 前記集電端部は、銀を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の集積型光発電素子。   The integrated photovoltaic device according to claim 1, wherein the current collecting end portion contains silver. 前記集電端部は、さらにガラスフリットを含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の集積型光発電素子。   The integrated photovoltaic device according to any one of claims 1 to 6, wherein the current collecting end portion further includes a glass frit. 直列に接続された複数のセルを有する集積型光発電素子の製造方法であって、
基板上に裏面電極層を成膜する裏面電極層成膜工程と、
成膜された前記裏面電極層を分割し、隣接する2個の当該裏面電極層が互いに突き出るような形状の第1のパターニングを形成する第1のパターニング工程と、
分割された前記裏面電極層上の一部に、前記第1のパターニングに倣う形状の第2のパターニングにより導電性ペースト層を形成する第2のパターニング工程と、
形成された前記導電性ペースト層を覆いつつ隣接する2個の前記裏面電極層を跨ぐように当該裏面電極層上に半導体層を成膜する半導体層成膜工程と、
成膜された前記半導体層上に電極層を成膜する電極層成膜工程と、
形成された前記半導体層と前記電極層の一部を除去し分割溝を形成する第3のパターニング工程と、
形成された前記導電性ペースト層を加熱し、当該導電性ペースト層に含まれる導電性粒子を少なくとも前記半導体層中に拡散させ、前記裏面電極層と前記電極層とを電気的に結合し且つ隣接する他のセルから電流を集電する集電端部を形成する集電端部形成工程と、
を有することを特徴とする集積型光発電素子の製造方法。
A method of manufacturing an integrated photovoltaic device having a plurality of cells connected in series,
A back electrode layer film forming step of forming a back electrode layer on the substrate;
A first patterning step of dividing the filmed back electrode layer to form a first pattern having a shape such that two adjacent back electrode layers protrude from each other;
A second patterning step of forming a conductive paste layer on a part of the divided back electrode layer by a second patterning of a shape following the first patterning;
A semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer on the back electrode layer so as to straddle two adjacent back electrode layers while covering the formed conductive paste layer;
An electrode layer forming step of forming an electrode layer on the formed semiconductor layer;
A third patterning step of removing a part of the formed semiconductor layer and the electrode layer to form a dividing groove;
The formed conductive paste layer is heated, conductive particles contained in the conductive paste layer are diffused into at least the semiconductor layer, and the back electrode layer and the electrode layer are electrically coupled and adjacent to each other. A current collecting end forming step for forming a current collecting end collecting current from other cells;
A method of manufacturing an integrated photovoltaic device, comprising:
前記導電性ペースト層は、前記裏面電極層上に導電性ペーストを印刷することにより形成することを特徴とする請求項8に記載の集積型光発電素子の製造方法。   9. The method of manufacturing an integrated photovoltaic device according to claim 8, wherein the conductive paste layer is formed by printing a conductive paste on the back electrode layer. 前記半導体層成膜工程により成膜された前記半導体層の上に誘電体層を成膜することを特徴とする請求項8又は9に記載の集積型光発電素子の製造方法。   10. The method for manufacturing an integrated photovoltaic device according to claim 8, wherein a dielectric layer is formed on the semiconductor layer formed by the semiconductor layer forming step.
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