JP2011077074A - Thin-film solar cell and method for producing the same - Google Patents

Thin-film solar cell and method for producing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film solar cell using a flexible glass substrate having small thickness, strong brittleness and high breakability wherein the glass substrate is prevented from being damaged and broken. <P>SOLUTION: The problem is solved by the thin-film solar cell 10 comprising at least a glass substrate 1 with a thickness of 30 to 200 μm, a damage prevention layer 7 formed on at least one surface of the glass substrate 1, an electrode layer 2 provided on the glass substrate 1 or the damage prevention layer 7, and a chalcopyrite compound semiconductor layer 3 provided on the electrode layer 2. A metal oxide layer, a metal nitride layer, a metal oxynitride layer, or a metal carbide layer is preferable as the damage prevention layer 7. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜太陽電池及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、可撓性を有し、変換効率が高い薄膜太陽電池において、基板として用いるガラス基板の破損を防いだ薄膜太陽電池及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, in a thin film solar cell having flexibility and high conversion efficiency, a thin film solar cell that prevents damage to a glass substrate used as a substrate and a method for manufacturing the same About.

高い変換効率を持つCIGS(Cu(In,Ga)Se)系のカルコパイライト(chalcopyrite)化合物半導体層を光吸収層として備える太陽電池(以下、CIGS系太陽電池という。)が多方面で研究されている。このCIGS系太陽電池は、通常、ソーダライムガラス基板上に形成されている。しかし、ガラス基板はフレキシブル性に欠けて割れ易く且つハンドリングし難いという難点がある。こうした問題を解決するため、ステンレススチールシート及びカーボンシート等の金属シート、又は、ポリイミド等のポリマーフィルムを基板として用いることが検討されている(特許文献1,2を参照)。 A solar cell (hereinafter referred to as a CIGS solar cell) including a CIGS (Cu (In, Ga) Se 2 ) -based chalcopyrite compound semiconductor layer having a high conversion efficiency as a light absorption layer has been studied in various fields. ing. This CIGS solar cell is usually formed on a soda lime glass substrate. However, the glass substrate has a drawback that it lacks flexibility and is easily broken and difficult to handle. In order to solve these problems, it has been studied to use a metal sheet such as a stainless steel sheet and a carbon sheet, or a polymer film such as polyimide as a substrate (see Patent Documents 1 and 2).

CIGS系太陽電池では、450℃以上の高温プロセスが必要で、温度を下げると変換効率の低下を招くとされている。金属シートを基板に用いた場合は、耐熱性の点で問題はないが、基板が導電性であるために、複数の太陽電池セルを形成し、それらを電気的に直列につないだ、いわゆるモノリシック型の太陽電池を形成するには、配線がショートし易いという不都合が生じるおそれがある。あえてモノリシック型の太陽電池を形成する場合には、金属シート上にSiO等の絶縁膜を形成する必要がある。 In CIGS solar cells, a high temperature process of 450 ° C. or higher is required, and lowering the temperature is thought to cause a reduction in conversion efficiency. When a metal sheet is used for the substrate, there is no problem in terms of heat resistance, but because the substrate is conductive, a plurality of solar cells are formed and electrically connected in series, so-called monolithic In order to form a solar cell of a type, there is a possibility that the inconvenience that the wiring easily short-circuits. When a monolithic solar cell is intentionally formed, it is necessary to form an insulating film such as SiO 2 on the metal sheet.

また、ポリマーフィルムを基板に用いた場合は、耐熱性に問題があり、ポリイミド等の耐熱性フィルムを採用した場合であっても、プロセス温度は最高でも400℃程度に限定され、変換効率の高い太陽電池を形成することができない。   In addition, when a polymer film is used for the substrate, there is a problem with heat resistance, and even when a heat resistant film such as polyimide is adopted, the process temperature is limited to about 400 ° C. at the maximum, and the conversion efficiency is high. A solar cell cannot be formed.

一方で、ロール巻きされたフレキシブル基板を用いることができれば、太陽電池の製造工程を効率化でき、製造コストを低減することができる。こうした要求に対し、特許文献3では、ロール・トウ・ロールプロセスに好ましく適用できるマイカ含有基板が提案されているが、そうした基板は特殊であり、コスト高をもたらすという難点がある。   On the other hand, if a rolled flexible substrate can be used, the manufacturing process of a solar cell can be made efficient and manufacturing cost can be reduced. In response to such demands, Patent Document 3 proposes a mica-containing substrate that can be preferably applied to a roll-to-roll process, but such a substrate is special and has a drawback of increasing costs.

特開2001−339081号公報JP 2001-339081 A 特開2000−114399号公報JP 2000-114399 A 特開2007−35677号公報JP 2007-35677 A 特開2006−192658号公報JP 2006-192658 A 特開2006−208611号公報JP 2006-208611 A

こうした現状を鑑みれば、厚さが薄いフレキシブルなガラス基板を用いれば、絶縁性、耐熱性及びコストに優れるものと考えられるので、フレキシブルなCIGS系太陽電池を得るには望ましいと言える。   In view of such a current situation, it can be said that it is desirable to obtain a flexible CIGS solar cell because a flexible glass substrate having a small thickness is considered to be excellent in insulation, heat resistance and cost.

しかしながら、厚さが薄いフレキシブルなガラス基板は、脆性が強く、且つ破損し易いという問題がある。特にガラス基板に傷又はクラックがある場合には、ガラス基板に外力が加わるとそれらを起点として破損し易い。そうした傷又はクラックは、薄膜太陽電池の製造工程中にその表面、裏面又はエッジ等に生じ易い。また、カルコパイライト化合物半導体層を形成する際、高い変換効率を得るためには500〜600℃程度の高温を必要とするため、この高温プロセス中に、表面、裏面又はエッジ等に存在する傷又はクラックを起点としてガラス基板が破損し易く、また、高温プロセスでガラス基板に歪みが残ると、高温プロセス終了後に傷又はクラックを起点としてガラス基板が破損し易い。   However, a flexible glass substrate having a small thickness has a problem that it is highly brittle and easily damaged. In particular, when there are scratches or cracks in the glass substrate, when an external force is applied to the glass substrate, the glass substrate is easily damaged. Such scratches or cracks are likely to occur on the front surface, back surface or edge of the thin film solar cell during the manufacturing process. In addition, when forming a chalcopyrite compound semiconductor layer, a high temperature of about 500 to 600 ° C. is required to obtain high conversion efficiency. Therefore, during this high temperature process, The glass substrate is likely to be damaged starting from the crack, and if the glass substrate remains strained in the high temperature process, the glass substrate is likely to be damaged starting from the scratch or crack after the high temperature process is completed.

なお、関連する技術として、例えば特許文献4には、ガラス基板の割れ防止する技術として、ガラス基板面にアクリルカバーを設けたり、接着層付きフィルムを貼り合わせたりしている。また、特許文献5には、ガラス基板の端部を覆う傷付き防止層を有してなるガラス基板が提案され、端部に傷を発生させないようにしてガラス基板の割れの発生を防いでいる。   As a related technique, for example, in Patent Document 4, an acrylic cover is provided on the glass substrate surface or a film with an adhesive layer is bonded to the glass substrate surface as a technique for preventing the glass substrate from cracking. Further, Patent Document 5 proposes a glass substrate having an anti-scratch layer that covers the edge of the glass substrate, and prevents the glass substrate from cracking so as not to cause damage to the edge. .

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、厚さが薄く、脆性が強く、破損し易いフレキシブルなガラス基板を用いた薄膜太陽電池において、ガラス基板の破損及び割れ等を防いだ薄膜太陽電池を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そうした薄膜太陽電池を、製造プロセスを制限したり工程歩留まりの低下を生じさせたりせずに、低コストで製造できる製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to break the glass substrate in a thin-film solar cell using a flexible glass substrate that is thin, strong in brittleness, and easily damaged. It is another object of the present invention to provide a thin film solar cell that prevents cracks and the like. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of manufacturing such a thin-film solar cell at a low cost without restricting the manufacturing process or causing a reduction in process yield.

上記課題を解決するための本発明に係る薄膜太陽電池は、厚さ30〜200μmのガラス基板と、前記ガラス基板の少なくとも一方の面に成膜された破損防止層と、前記ガラス基板上又は前記破損防止層上に設けられた電極層と、前記電極層上に設けられたカルコパイライト化合物半導体層とを少なくとも有することを特徴とする。   A thin-film solar cell according to the present invention for solving the above-described problems includes a glass substrate having a thickness of 30 to 200 μm, a breakage prevention layer formed on at least one surface of the glass substrate, and the glass substrate or the It has at least an electrode layer provided on the damage prevention layer and a chalcopyrite compound semiconductor layer provided on the electrode layer.

この発明によれば、ガラス基板の少なくとも一方の面に破損防止層が成膜されているので、厚さが薄く、脆性が強く、破損し易いフレキシブルなガラス基板を用いた場合であっても、ガラス基板の破損及び割れ等を防いだ薄膜太陽電池を提供することができる。なお、ガラス基板はソーダライムガラス基板であっても無アルカリガラス基板であってもよい。   According to this invention, since the damage prevention layer is formed on at least one surface of the glass substrate, the thickness is thin, the brittleness is strong, and even when a flexible glass substrate that is easily damaged is used, It is possible to provide a thin film solar cell that prevents breakage and cracking of a glass substrate. The glass substrate may be a soda lime glass substrate or a non-alkali glass substrate.

本発明に係る薄膜太陽電池において、(1)前記破損防止層として、前記ガラス基板の電極層側の面に金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物層又は金属炭化物層が成膜され、(2)前記(1)の場合において、前記破損防止層として、前記ガラス基板の電極層側の面と反対面にさらに樹脂層が設けられ、又は、(3)前記破損防止層として、前記ガラス基板の電極層側の面と反対面に金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物層又は金属炭化物層が成膜されている。   In the thin film solar cell according to the present invention, (1) a metal oxide layer, a metal nitride layer, a metal oxynitride layer, or a metal carbide layer is formed on the electrode layer side surface of the glass substrate as the damage prevention layer. (2) In the case of (1), a resin layer is further provided on the surface opposite to the electrode layer side surface of the glass substrate as the damage prevention layer, or (3) as the damage prevention layer, A metal oxide layer, a metal nitride layer, a metal oxynitride layer, or a metal carbide layer is formed on the surface opposite to the electrode layer side surface of the glass substrate.

これら(1)〜(3)の発明において、前記ガラス基板の電極層側の面又は前記ガラス基板の電極層側の面と反対面にそれぞれの破損防止層を成膜し又は設けたので、それぞれの破損防止層がガラス基板面の傷及びクラックの発生を防ぐように作用する。その結果、そうした傷及びクラックに基づいたガラス基板の割れ及び破損を防ぐことができる。   In the inventions of these (1) to (3), since the respective damage prevention layers are formed or provided on the electrode layer side surface of the glass substrate or the surface opposite to the electrode layer side surface of the glass substrate, The anti-breakage layer acts to prevent generation of scratches and cracks on the glass substrate surface. As a result, it is possible to prevent breakage and breakage of the glass substrate based on such scratches and cracks.

上記課題を解決する本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法は、厚さ30〜200μmのガラス基板の少なくとも一方の面に破損防止層を成膜する工程と、前記ガラス基板上又は破損防止層上に電極層を形成する工程と、前記電極層上にカルコパイライト化合物半導体層を形成する工程と、を少なくとも有することを特徴とする。   The method for manufacturing a thin-film solar cell according to the present invention for solving the above-described problems includes a step of forming a damage prevention layer on at least one surface of a glass substrate having a thickness of 30 to 200 μm, and the glass substrate or the damage prevention layer. At least a step of forming an electrode layer and a step of forming a chalcopyrite compound semiconductor layer on the electrode layer.

本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法において、前記破損防止層として、前記ガラス基板の電極層側の面及び/又は電極層側の面と反対面に、金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物層又は金属炭化物層を成膜する。   In the method for manufacturing a thin-film solar cell according to the present invention, as the damage prevention layer, a metal oxide layer, a metal nitride layer, a surface on the electrode layer side of the glass substrate and / or a surface opposite to the surface on the electrode layer side, A metal oxynitride layer or a metal carbide layer is formed.

本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法において、前記カルコパイライト化合物半導体層の形成工程後に、前記ガラス基板の電極層側の面と反対面に樹脂層を設ける、ように構成する。   In the method for manufacturing a thin film solar cell according to the present invention, a resin layer is provided on the surface opposite to the electrode layer side surface of the glass substrate after the step of forming the chalcopyrite compound semiconductor layer.

本発明に係る薄膜太陽電池及びその製造方法によれば、ガラス基板の少なくとも一方の面に破損防止層を成膜しているので、厚さが薄く、脆性が強く、破損し易いフレキシブルなガラス基板を用いた場合であっても、ガラス基板の破損及び割れ等を防いだ薄膜太陽電池を提供することができる。   According to the thin film solar cell and the method for manufacturing the same according to the present invention, since the damage prevention layer is formed on at least one surface of the glass substrate, the flexible glass substrate is thin, strong in brittleness, and easily damaged. Even if it is a case, the thin film solar cell which prevented the failure | damage of the glass substrate, a crack, etc. can be provided.

本発明に係る薄膜太陽電池の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the thin film solar cell concerning this invention. 本発明に係る薄膜太陽電池の他の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another example of the thin film solar cell which concerns on this invention. 本発明に係る薄膜太陽電池の他の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another example of the thin film solar cell which concerns on this invention. 本発明に係る薄膜太陽電池の他の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another example of the thin film solar cell which concerns on this invention. 本発明に係る薄膜太陽電池の製造工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing process of the thin film solar cell which concerns on this invention.

以下、本発明に係る薄膜太陽電池及びその製造方法について詳細に説明する。なお、本発明は、その技術的特徴を包含する限り、図面の形態及び以下の記載内容に限定されるものではない。   Hereinafter, the thin film solar cell and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail. Note that the present invention is not limited to the form of the drawings and the following description as long as the technical features are included.

[薄膜太陽電池]
本発明に係る薄膜太陽電池10は、図1〜4に示すように、厚さ30〜200μmのガラス基板1と、ガラス基板1の少なくとも一方の面に成膜された破損防止層7と、ガラス基板1上又は破損防止層7上に設けられた電極層2と、電極層2上に設けられたカルコパイライト化合物半導体層3と、カルコパイライト化合物半導体層3上に設けられたバッファ層4と、バッファ層4上に設けられた透明電極層5とを有している。また、透明電極層5上には集電電極6が設けられている。
[Thin film solar cell]
1-4, the thin film solar cell 10 according to the present invention includes a glass substrate 1 having a thickness of 30 to 200 μm, a damage prevention layer 7 formed on at least one surface of the glass substrate 1, and a glass. An electrode layer 2 provided on the substrate 1 or the breakage prevention layer 7, a chalcopyrite compound semiconductor layer 3 provided on the electrode layer 2, a buffer layer 4 provided on the chalcopyrite compound semiconductor layer 3, And a transparent electrode layer 5 provided on the buffer layer 4. A collecting electrode 6 is provided on the transparent electrode layer 5.

図1に示す薄膜太陽電池10は、ガラス基板1、破損防止層7、電極層2、カルコパイライト化合物半導体層3、バッファ層4、透明電極層5、及び集電電極6がその順で積層されている実施例である。図2に示す薄膜太陽電池10は、図1の薄膜太陽電池10において、ガラス基板1の電極層側の面と反対面にさらに破損防止層7を設けた実施例である。図3に示す薄膜太陽電池10は、図1の薄膜太陽電池10において、ガラス基板1の電極層側の面の破損防止層7を成膜せず、ガラス基板1の電極層側の面と反対面に破損防止層7を設けた実施例である。図4に示す薄膜太陽電池10は、図1の薄膜太陽電池10において、電極層2とカルコパイライト化合物半導体層3との間にドープ層8を設けた実施例である。   A thin film solar cell 10 shown in FIG. 1 includes a glass substrate 1, a damage prevention layer 7, an electrode layer 2, a chalcopyrite compound semiconductor layer 3, a buffer layer 4, a transparent electrode layer 5, and a collecting electrode 6 stacked in that order. This is an embodiment. A thin film solar cell 10 shown in FIG. 2 is an example in which a damage preventing layer 7 is further provided on the surface opposite to the electrode layer side surface of the glass substrate 1 in the thin film solar cell 10 of FIG. The thin film solar cell 10 shown in FIG. 3 is the same as the thin film solar cell 10 of FIG. 1, but does not form the damage prevention layer 7 on the electrode layer side surface of the glass substrate 1 and is opposite to the electrode layer side surface of the glass substrate 1. This is an example in which a damage prevention layer 7 is provided on the surface. A thin film solar cell 10 shown in FIG. 4 is an example in which a doped layer 8 is provided between the electrode layer 2 and the chalcopyrite compound semiconductor layer 3 in the thin film solar cell 10 of FIG.

こうした各薄膜太陽電池10によれば、厚さが薄く、脆性が強く、破損し易いフレキシブルなガラス基板1を用いた場合であっても、ガラス基板の電極層側の面及び/又は電極層側の面と反対面に傷及びクラックが生じ難い。その結果、ガラス基板に外力が加わった場合であっても、その傷又はクラックを起点として破損し難い。さらに、本発明に係る薄膜太陽電池10では、そうした傷及びクラックは、破損防止層7をガラス基板1上に成膜したことにより、薄膜太陽電池10の製造工程中にその電極層側の面、電極層側の面と反対面、又はエッジ等に生じ難い。その結果、例えばカルコパイライト化合物半導体層3を形成する際の高温プロセス中に、傷又はクラックを起点としたガラス基板の破損は起こらず、また、高温プロセスでガラス基板1に歪みが残っても、高温プロセス終了後に傷又はクラックを起点としたガラス基板1の破損も起こらない。   According to each of these thin-film solar cells 10, even when the flexible glass substrate 1 is thin, brittle, and easily damaged, the surface on the electrode layer side and / or the electrode layer side of the glass substrate Scratches and cracks are unlikely to occur on the surface opposite to the surface. As a result, even when an external force is applied to the glass substrate, it is difficult to break from the scratch or crack as a starting point. Further, in the thin film solar cell 10 according to the present invention, such scratches and cracks are caused by forming the damage prevention layer 7 on the glass substrate 1, so that the surface on the electrode layer side during the manufacturing process of the thin film solar cell 10, It hardly occurs on the surface opposite to the surface on the electrode layer side or on the edge. As a result, for example, during the high temperature process when forming the chalcopyrite compound semiconductor layer 3, no damage to the glass substrate starting from scratches or cracks occurs, and even if distortion remains in the glass substrate 1 in the high temperature process, The glass substrate 1 is not damaged starting from scratches or cracks after completion of the high temperature process.

[薄膜太陽電池の構成]
図1〜図4で例示した実施例1〜4の薄膜太陽電池10の構成を、薄膜太陽電池10の製造工程順に説明する。
[Configuration of thin film solar cell]
The structure of the thin film solar cell 10 of Examples 1 to 4 illustrated in FIGS. 1 to 4 will be described in the order of the manufacturing process of the thin film solar cell 10.

ガラス基板1は、ソーダライムガラス基板であっても無アルカリガラス基板であってもよく、特に限定されない。いずれのガラス基板も、金属基板又は樹脂基板と比べて絶縁性と耐熱性の両方を備えるので好ましく用いられる。また、その厚さは30〜200μmであることが好ましい。この厚さ範囲のガラス基板1は、フレキシブルで、ロール巻きも可能であり、ロール巻きした態様で製造工程に供給することができる。また、こうしたガラス基板1を用いることで、完成した後の薄膜太陽電池10にもフレキシブル性を持たせることができるので、曲面を有する構造物上へも敷設することができる。   The glass substrate 1 may be a soda lime glass substrate or a non-alkali glass substrate, and is not particularly limited. Any glass substrate is preferably used because it has both insulation and heat resistance compared to a metal substrate or a resin substrate. Moreover, it is preferable that the thickness is 30-200 micrometers. The glass substrate 1 in this thickness range is flexible, can be rolled, and can be supplied to the manufacturing process in a rolled form. Moreover, since the thin film solar cell 10 after completion can be given flexibility by using such a glass substrate 1, it can also be laid on a structure having a curved surface.

ガラス基板1の厚さが30μm未満では、ガラス基板自体の製造が難しくなってコスト高になるとともに、薄すぎること自体によって破損するおそれがあり、ハンドリングが難しくなる。一方、ガラス基板1の厚さが200μmを超えると、フレキシブル性が失われ、曲げた際に破損し易くなる。なお、フレキシブル性とハンドリング性、及び入手の容易さの観点からは、厚さが50〜100μmのものが好ましい。   If the thickness of the glass substrate 1 is less than 30 μm, the production of the glass substrate itself becomes difficult and the cost is increased, and if it is too thin, the glass substrate 1 may be damaged by itself and handling becomes difficult. On the other hand, when the thickness of the glass substrate 1 exceeds 200 μm, flexibility is lost, and the glass substrate 1 is easily damaged when bent. In addition, from a viewpoint of flexibility, handling property, and availability, a thickness of 50 to 100 μm is preferable.

電極層2は、ガラス基板1上、又は後述の破損防止層7がガラス基板1上に成膜されている場合にはその破損防止層7上、に設けられる。電極層2としては、モリブデン等からなる金属層又は、ITO(インジウム錫オキサイド)等からなる透明導電層を好ましく適用できる。この電極層2は、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法等で形成することができ、その厚さは、通常、0.1〜1μm程度である。   The electrode layer 2 is provided on the glass substrate 1 or on the damage prevention layer 7 when a damage prevention layer 7 described later is formed on the glass substrate 1. As the electrode layer 2, a metal layer made of molybdenum or the like, or a transparent conductive layer made of ITO (indium tin oxide) or the like can be preferably applied. The electrode layer 2 can be formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, or the like, and the thickness is usually about 0.1 to 1 μm.

破損防止層7は、図1及び図2に示すように、ガラス基板1の少なくとも一方の面(片面又は両面)に成膜されている。こうした破損防止層7をガラス基板1の少なくとも一方の面に成膜することによって、厚さが薄く、脆性が強く、破損し易いフレキシブルなガラス基板1を用いた場合であっても、ガラス基板1の破損及び割れ等を防いだ薄膜太陽電池を製造することができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the breakage prevention layer 7 is formed on at least one surface (one surface or both surfaces) of the glass substrate 1. By forming such a breakage prevention layer 7 on at least one surface of the glass substrate 1, the glass substrate 1 can be used even when the flexible glass substrate 1 is thin, brittle, and easily broken. It is possible to manufacture a thin film solar cell that prevents breakage, cracking, and the like.

具体的には、(1)ガラス基板1の電極層2側の面のみに金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物層又は金属炭化物層が成膜される態様、(2)ガラス基板1の電極層2側の面に金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物層又は金属炭化物層が成膜され、且つガラス基板1の電極層2側の面と反対面に樹脂層が設けられる態様、又は、(3)ガラス基板1の電極層2側の面と反対面のみに金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物層又は金属炭化物層が成膜される態様を挙げることができる。これら(1)〜(3)において、ガラス基板1の電極層2側の面又は電極層2側の面と反対面にそれぞれの破損防止層7を成膜し又は設けたので、それぞれの破損防止層7がガラス基板1の電極層2側の面乃至電極層2側の面と反対面の傷及びクラックの発生を防ぐように作用する。その結果、そうした傷又はクラックに基づいたガラス基板1の割れ及び破損を防ぐことができる。   Specifically, (1) a mode in which a metal oxide layer, a metal nitride layer, a metal oxynitride layer, or a metal carbide layer is formed only on the surface of the glass substrate 1 on the electrode layer 2 side, (2) glass A metal oxide layer, a metal nitride layer, a metal oxynitride layer or a metal carbide layer is formed on the surface of the substrate 1 on the electrode layer 2 side, and a resin is disposed on the surface opposite to the surface of the glass substrate 1 on the electrode layer 2 side. (3) A metal oxide layer, a metal nitride layer, a metal oxynitride layer, or a metal carbide layer is formed only on the surface opposite to the surface on the electrode layer 2 side of the glass substrate 1 Embodiments can be mentioned. In these (1) to (3), each damage prevention layer 7 is formed or provided on the surface of the glass substrate 1 on the electrode layer 2 side or on the surface opposite to the surface on the electrode layer 2 side. The layer 7 acts to prevent generation of scratches and cracks on the surface of the glass substrate 1 on the electrode layer 2 side or on the surface opposite to the surface on the electrode layer 2 side. As a result, it is possible to prevent the glass substrate 1 from being cracked and broken based on such scratches or cracks.

なお、本願において、「成膜」とは、金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物層又は金属炭化物層を、RFスパッタリング及びDCスパッタリング等のスパッタリング法、又はプラズマCVD等のCVD法等によってガラス基板1上に形成する薄膜形成態様の意味である。また、「設け」とは、成膜を含む薄膜形成態様をいい、塗布形成態様又は印刷形成態様等を含む意味である。   In the present application, “film formation” means a metal oxide layer, a metal nitride layer, a metal oxynitride layer, or a metal carbide layer, a sputtering method such as RF sputtering and DC sputtering, or a CVD method such as plasma CVD. It means the thin film formation mode formed on the glass substrate 1 by the above. Further, “providing” refers to a thin film formation aspect including film formation, and means to include a coating formation aspect or a print formation aspect.

破損防止層7をガラス基板1の電極層2側の面に形成する場合には、その破損防止層7上に薄膜太陽電池10(電極層2、カルコパイライト化合物半導体層3、バッファ層4,透明電極層5等で構成される)を形成するので、破損防止層7が、カルコパイライト化合物半導体層3を形成する際の500〜600℃程度の高温に対する耐熱性を有することが好ましい。こうした耐熱性を有する破損防止層7としては、金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物層又は金属炭化物層等を挙げることができる。好ましくは絶縁性のある破損防止層7であるが、導電性があっても構わない。なお、一般的に、金属酸化物層、金属窒化物層又は金属酸窒化物層は絶縁性を有する場合が多く、金属炭化物層は導電性又は半導体性を有する場合が多い。   When the damage prevention layer 7 is formed on the surface of the glass substrate 1 on the electrode layer 2 side, the thin film solar cell 10 (electrode layer 2, chalcopyrite compound semiconductor layer 3, buffer layer 4, transparent layer is formed on the damage prevention layer 7. It is preferable that the breakage prevention layer 7 has heat resistance to a high temperature of about 500 to 600 ° C. when the chalcopyrite compound semiconductor layer 3 is formed. Examples of the heat-resistant breakage prevention layer 7 include a metal oxide layer, a metal nitride layer, a metal oxynitride layer, and a metal carbide layer. The insulating layer 7 is preferably an insulating layer, but may be conductive. In general, a metal oxide layer, a metal nitride layer, or a metal oxynitride layer often has an insulating property, and a metal carbide layer often has a conductivity or a semiconductor property.

金属酸化物としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル及びシリケートガラス(SiO−NaO系)等を挙げることができ、金属窒化物としては、窒化珪素、窒化チタン及び窒化アルミニウム等を挙げることができ、金属酸窒化物としては、酸窒化珪素及び酸窒化アルミニウム等を挙げることができ、金属炭化物としては、炭化珪素、炭化アルミニウム及び炭化チタン等を挙げることができる。これらの無機化合物層の他、ポリイミドのように比較的耐熱性のあるポリマー材料も使用できるが、ポリマー材料で破損防止層7を形成した後に薄膜太陽電池10(電極層2、カルコパイライト化合物半導体層3等)を形成する場合は、カルコパイライト化合物半導体層3の形成温度を、そのポリマー材料の耐熱性に応じた温度(例えば400以下乃至500℃以下)にしなければならないという制限がある。 Examples of the metal oxide include silicon oxide, titanium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, and silicate glass (SiO 2 —Na 2 O system), and examples of the metal nitride include silicon nitride. Examples of the metal oxynitride include silicon oxynitride and aluminum oxynitride. Examples of the metal carbide include silicon carbide, aluminum carbide, and titanium carbide. be able to. In addition to these inorganic compound layers, a relatively heat-resistant polymer material such as polyimide can also be used. However, after the damage prevention layer 7 is formed of a polymer material, the thin film solar cell 10 (electrode layer 2, chalcopyrite compound semiconductor layer) 3), the formation temperature of the chalcopyrite compound semiconductor layer 3 must be limited to a temperature (for example, 400 ° C. to 500 ° C.) corresponding to the heat resistance of the polymer material.

一方、図3に示すように、破損防止層7をガラス基板1の電極層2側の面と反対面に形成する場合には、電極層2側の面と反対面には薄膜太陽電池10(電極層2、カルコパイライト化合物半導体層3等)は形成しないので、ガラス基板1上に各層(電極層2、カルコパイライト化合物半導体層3等)を形成する前に破損防止層7を電極層2側の面と反対面に形成してもよいし、各層を形成した後に破損防止層7を電極層2側の面と反対面に形成してもよい。   On the other hand, as shown in FIG. 3, when the damage prevention layer 7 is formed on the surface opposite to the surface on the electrode layer 2 side of the glass substrate 1, the thin film solar cell 10 ( Since the electrode layer 2 and the chalcopyrite compound semiconductor layer 3 etc. are not formed, the damage prevention layer 7 is placed on the electrode layer 2 side before forming each layer (electrode layer 2, chalcopyrite compound semiconductor layer 3 etc.) on the glass substrate 1. The anti-breakage layer 7 may be formed on the surface opposite to the surface on the electrode layer 2 side after forming each layer.

前者(ガラス基板1上に各層を形成する前に破損防止層7を電極層2側の面と反対面に形成)の場合には、カルコパイライト化合物半導体層3の高温プロセスに曝されるので、破損防止層7は耐熱性であることが必要である。一方、後者(ガラス基板1上に各層を形成した後に破損防止層7を電極層2側の面と反対面に形成)の場合には、薄膜太陽電池10の製造工程中でのガラス基板1の破損を防止する効果はないが、完成した薄膜太陽電池10の破損を防ぐことができる。この場合、破損防止層7に耐熱性が必要ないので、可撓性があり、より安価で汎用性のあるポリマー材料からなる樹脂層を使用できる。   In the case of the former (formation of the breakage prevention layer 7 on the surface opposite to the surface on the electrode layer 2 side before forming each layer on the glass substrate 1), since it is exposed to the high temperature process of the chalcopyrite compound semiconductor layer 3, The breakage prevention layer 7 needs to be heat resistant. On the other hand, in the latter case (after each layer is formed on the glass substrate 1, the damage prevention layer 7 is formed on the surface opposite to the surface on the electrode layer 2 side), the glass substrate 1 during the manufacturing process of the thin film solar cell 10 Although there is no effect of preventing breakage, breakage of the completed thin film solar cell 10 can be prevented. In this case, since the heat resistance is not required for the breakage prevention layer 7, a resin layer made of a polymer material that is flexible, inexpensive, and versatile can be used.

図3に示すように、ガラス基板1の電極層2側の面と反対面に破損防止層7として形成される樹脂層は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリイミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びエチレン−ビニルアルコール共重合体等のポリマー材料からなるものを挙げることができる。樹脂層は、ガラス基板1の電極層2側の面と反対面に塗布、印刷等で成膜形成したものであってもよいし、ガラス基板1の電極層2側の面と反対面に樹脂フィルムをラミネート形成したものであってもよい。   As shown in FIG. 3, the resin layer formed as the damage prevention layer 7 on the surface opposite to the electrode layer 2 side of the glass substrate 1 is polyethylene, polypropylene, polystyrene, nylon, polyethylene terephthalate, vinyl chloride, polyimide, ethylene. -What consists of polymer materials, such as a vinyl acetate copolymer and an ethylene vinyl alcohol copolymer, can be mentioned. The resin layer may be formed by coating, printing, or the like on the surface opposite to the surface on the electrode layer 2 side of the glass substrate 1, or resin on the surface opposite to the surface on the electrode layer 2 side of the glass substrate 1. It may be a laminate of films.

基板の傷付き及び破損を防止する効果は破損防止層7の厚さが厚いほど高くなる。破損防止層7が金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物層又は金属炭化物層の無機化合物層である場合には、その厚さは0.1〜10μmが好ましい。破損防止層7の厚さが0.1μm未満では、基板の傷付き及び破損を防止する効果が小さくなり、一方、破損防止層7の膜厚が厚すぎると、膜形成に材料と時間を要し、さらに、膜の内部応力が基板を変形させてしまうので、10μm以下が適当である。基板の破損を十分に防止し、かつ、基板を変形させない点から、その厚さは0.5〜3μmがより好ましい。また、破損防止層7が樹脂層(樹脂フィルムを含む)である場合には、その厚さは10〜100μmであることが好ましい。厚さが10μm未満の樹脂層(樹脂フィルム)は、強度がなく、基板の傷付き及び破損を防止する機能が不十分であり、一方、厚さが100μmを超えると、樹脂層(樹脂フィルム)自体が硬い板状となり、ガラス基板と接着すると太陽電池セルのフレキシブル性が損なわれてしまう。   The effect of preventing damage and breakage of the substrate increases as the thickness of the breakage prevention layer 7 increases. When the damage preventing layer 7 is an inorganic compound layer such as a metal oxide layer, a metal nitride layer, a metal oxynitride layer, or a metal carbide layer, the thickness is preferably 0.1 to 10 μm. If the thickness of the breakage prevention layer 7 is less than 0.1 μm, the effect of preventing the substrate from being scratched and broken is reduced. On the other hand, if the thickness of the breakage prevention layer 7 is too thick, it takes materials and time to form the film. Furthermore, since the internal stress of the film deforms the substrate, 10 μm or less is appropriate. The thickness is more preferably 0.5 to 3 μm from the viewpoint of sufficiently preventing the substrate from being damaged and not deforming the substrate. Moreover, when the damage prevention layer 7 is a resin layer (a resin film is included), it is preferable that the thickness is 10-100 micrometers. A resin layer (resin film) having a thickness of less than 10 μm is not strong and has insufficient functions to prevent damage and breakage of the substrate. On the other hand, if the thickness exceeds 100 μm, the resin layer (resin film) If it itself becomes a hard plate shape and adhere | attaches with a glass substrate, the flexibility of a photovoltaic cell will be impaired.

本発明の薄膜太陽電池10には、Ia族元素を含む層(本願ではドープ層8という。)を必要に応じて設けることもできる。ドープ層8は、図4に示すように、後述のカルコパイライト化合物半導体層3にIa族元素をドープするために設けられる層である。Ia族元素は、Li,Na及びK等の元素であり、これらの元素が拡散してカルコパイライト化合物半導体層3にドープすると、薄膜太陽電池10を構成した後における変換効率が高まる。ドープ層8としては、例えばソーダライムガラスのようなNaの酸化物層、及び、NaF及びNaS等の化合物層を挙げることができ、蒸着法、スパッタリング法又はCVD法で形成することができる。このドープ層8の厚さは、通常、0.005〜0.2μm程度である。 In the thin film solar cell 10 of the present invention, a layer containing a group Ia element (referred to as a doped layer 8 in the present application) can be provided as necessary. As shown in FIG. 4, the doped layer 8 is a layer provided for doping a chalcopyrite compound semiconductor layer 3 described later with a group Ia element. Group Ia elements are elements such as Li, Na, and K, and when these elements diffuse and are doped into the chalcopyrite compound semiconductor layer 3, the conversion efficiency after the thin film solar cell 10 is configured is increased. Examples of the doped layer 8 include an oxide layer of Na such as soda lime glass and a compound layer such as NaF and Na 2 S, and can be formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or a CVD method. . The thickness of the doped layer 8 is usually about 0.005 to 0.2 μm.

ガラス基板1としてソーダライムガラス基板を用いた場合には、そのソーダライムガラス基板中のNaが拡散してカルコパイライト化合物半導体層3に含まれことになるので、ドープ層8を設けなくてもよい。一方、ソーダライムガラス基板中から不定量のNaがカルコパイライト化合物半導体層3に拡散しないように、あえてNaの拡散を遮断する遮断層をソーダライムガラス基板とカルコパイライト化合物半導体層3との間の任意の位置に設けてもよい。遮断層を設ける位置としては、ソーダライムガラス基板と電極層2との間であってもよいし、電極層2とカルコパイライト化合物半導体層3との間であってもよい。また、破損防止層7が設けられている場合には、ソーダライムガラス基板と破損防止層7との間であってもよいし、破損防止層7と電極層2との間であってもよい。遮断層としては、例えばアルミニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム等の酸化物又は窒化物、あるいは、チタン、ジルコニウム、タンタル、タングステン、ハフニウム等の金属からなる層を挙げることができ、蒸着法、スパッタリング法又はCVD法で形成することができる。遮断層を電極層2とカルコパイライト化合物半導体層3の間に設ける場合は、導電性を確保するために、遮断層は金属から成る層であることが好ましい。この遮断層の厚さは、通常、0.05〜1μm程度である。   When a soda lime glass substrate is used as the glass substrate 1, Na in the soda lime glass substrate diffuses and is contained in the chalcopyrite compound semiconductor layer 3, so that the dope layer 8 may not be provided. . On the other hand, in order to prevent indefinite amount of Na from diffusing into the chalcopyrite compound semiconductor layer 3 from the soda lime glass substrate, a blocking layer for blocking the diffusion of Na is provided between the soda lime glass substrate and the chalcopyrite compound semiconductor layer 3. You may provide in arbitrary positions. The position where the blocking layer is provided may be between the soda lime glass substrate and the electrode layer 2 or between the electrode layer 2 and the chalcopyrite compound semiconductor layer 3. Further, when the breakage prevention layer 7 is provided, it may be between the soda lime glass substrate and the breakage prevention layer 7 or between the breakage prevention layer 7 and the electrode layer 2. . Examples of the barrier layer include oxides or nitrides such as aluminum, silicon, titanium, and zirconium, or layers made of metals such as titanium, zirconium, tantalum, tungsten, and hafnium. It can be formed by a CVD method. When the blocking layer is provided between the electrode layer 2 and the chalcopyrite compound semiconductor layer 3, the blocking layer is preferably a layer made of metal in order to ensure conductivity. The thickness of this blocking layer is usually about 0.05 to 1 μm.

カルコパイライト化合物半導体層3は、電極層2上(ドープ層8が設けられている場合にはその上。図4参照。)に形成される。カルコパイライト化合物半導体層3は、いわゆる光吸収層であり、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とを含む半導体からなる層である。具体的には、Cuと、In及びGaの一方又は両方と、Se及びSの一方又は両方とを含むカルコパイライト化合物半導体層3を好ましく挙げることができる。一例としては、CuInSe2、CuIn(Se,S)2、Cu(In,Ga)Se2、又は、Cu(In,Ga)(Se,S)2を例示できる。 The chalcopyrite compound semiconductor layer 3 is formed on the electrode layer 2 (if the doped layer 8 is provided, see FIG. 4). The chalcopyrite compound semiconductor layer 3 is a so-called light absorption layer, and is a layer made of a semiconductor containing a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element. Specifically, a chalcopyrite compound semiconductor layer 3 containing Cu, one or both of In and Ga, and one or both of Se and S can be preferably exemplified. As an example, CuInSe 2 , CuIn (Se, S) 2 , Cu (In, Ga) Se 2 , or Cu (In, Ga) (Se, S) 2 can be exemplified.

カルコパイライト化合物半導体層3の形成方法としては各種の方法を適用可能であるが、例えばCu(In,Ga)Se2の場合には、基板温度を例えば300℃程度とし、Se、In、Gaを例えば10-4〜10-5Pa程度の圧力範囲に制御しながら共蒸着法で堆積し、その後基板温度を例えば600℃程度に上げて、SeとCuを例えば10-4〜10-5Pa程度の圧力範囲に制御しながら堆積し、さらにその後基板温度を例えば600℃程度に保ったまま、同様の圧力制御下でIn、Ga及びSeを堆積させることができる。こうしてCu(In,Ga)Se2からなる化カルコパイライト合物半導体層3を形成できる。カルコパイライト化合物半導体層3の形成は、上記の共蒸着法の他にも、Cu、In、Gaを例えば10-3〜10-5Pa程度の圧力範囲に制御しながらスパッタリング法で金属の層を堆積させた後、Seを含む雰囲気で基板温度を例えば600℃程度として、金属の層をセレン化物に変換する方法でも可能である。 Various methods can be applied as the method for forming the chalcopyrite compound semiconductor layer 3. For example, in the case of Cu (In, Ga) Se 2 , the substrate temperature is set to about 300 ° C., and Se, In, and Ga are changed. For example, deposition is performed by a co-evaporation method while controlling the pressure range to about 10 −4 to 10 −5 Pa, and then the substrate temperature is raised to, for example, about 600 ° C., and Se and Cu are, for example, about 10 −4 to 10 −5 Pa. It is possible to deposit In, Ga and Se under the same pressure control while keeping the substrate temperature at, for example, about 600 ° C. Thus, the chalcopyrite compound semiconductor layer 3 made of Cu (In, Ga) Se 2 can be formed. The chalcopyrite compound semiconductor layer 3 can be formed by sputtering, while controlling Cu, In, and Ga within a pressure range of about 10 −3 to 10 −5 Pa, in addition to the above co-evaporation method. After the deposition, a method of converting the metal layer into selenide by setting the substrate temperature to, for example, about 600 ° C. in an atmosphere containing Se is also possible.

バッファ層4は、pn接合を形成するためにカルコパイライト化合物半導体層3上に設けられる半導体層である。バッファ層4としては、例えばCdS、又はZnを含む化合物からなる層を挙げることができる。Znを含む化合物としては、Zn(O,S)及びZnMgO等を例示できる。バッファ層4は、溶液成長(CBD)法、スパッタリング法又はCVD法で形成でき、その厚さは特に限定されないが、通常、0.01〜0.1μm程度である。   The buffer layer 4 is a semiconductor layer provided on the chalcopyrite compound semiconductor layer 3 in order to form a pn junction. Examples of the buffer layer 4 include a layer made of a compound containing CdS or Zn. Examples of the compound containing Zn include Zn (O, S) and ZnMgO. The buffer layer 4 can be formed by a solution growth (CBD) method, a sputtering method or a CVD method, and its thickness is not particularly limited, but is usually about 0.01 to 0.1 μm.

また、バッファ層4の一部として、さらに第2の半導体層を積層させてもよい。そうした第2の半導体層としては、ZnO、又はZnOを含む材料からなる層を挙げることができる。この層もスパッタリング法又はCVD法で形成でき、その厚さは特に限定されないが、通常、0.01〜0.1μm程度である。   Further, a second semiconductor layer may be further stacked as a part of the buffer layer 4. As such a second semiconductor layer, a layer made of ZnO or a material containing ZnO can be given. This layer can also be formed by sputtering or CVD, and its thickness is not particularly limited, but is usually about 0.01 to 0.1 μm.

透明電極層5は、バッファ層4上に形成される。透明電極層5としては、Al等のIII族元素をドープしたZnO、ITO(インジウム錫オキサイド)を挙げることができ、スパッタリング法又はCVD法で形成できる。その厚さは特に限定されないが、通常、0.1〜1μmである。   The transparent electrode layer 5 is formed on the buffer layer 4. Examples of the transparent electrode layer 5 include ZnO and ITO (indium tin oxide) doped with a group III element such as Al, and can be formed by a sputtering method or a CVD method. Although the thickness is not specifically limited, Usually, it is 0.1-1 micrometer.

集電電極6は、透明電極層5上に形成された導電性の良い金属層である。集電電極6としては、Au、Ag、Cu、Al及びNi等を挙げることができ、蒸着又はスパッタリング法で形成できる。その厚さは特に限定されないが、通常、0.5〜1μmである。あるいは、これらの金属粉体と樹脂と溶剤とを含むペースト状の材料をスクリーン印刷法により塗布した後、乾燥して形成でき、さらに、例えば500〜600℃程度で焼成することにより抵抗値を下げることも可能であり、この場合の厚さは、通常、10〜100μmである。   The collecting electrode 6 is a metal layer with good conductivity formed on the transparent electrode layer 5. Examples of the collecting electrode 6 include Au, Ag, Cu, Al, and Ni, and can be formed by vapor deposition or sputtering. Although the thickness is not specifically limited, Usually, it is 0.5-1 micrometer. Alternatively, a paste-like material containing these metal powder, resin, and solvent can be applied by screen printing and then dried to further reduce the resistance value by firing, for example, at about 500 to 600 ° C. In this case, the thickness is usually 10 to 100 μm.

こうした構成からなる本発明に係る薄膜太陽電池10は、図1〜図4に示すように、ガラス基板1の少なくとも一方の面に破損防止層7を成膜しているので、厚さが薄く、脆性が強く、破損し易いフレキシブルなガラス基板1を用いた場合であっても、ガラス基板1の破損及び割れ等を防いだ薄膜太陽電池10を提供することができる。なお、本発明の薄膜太陽電池は、図5で説明する薄膜太陽電池セルを直列接続した薄膜太陽電池20であってもよい。   As shown in FIGS. 1 to 4, the thin-film solar cell 10 according to the present invention having such a configuration is formed with the damage prevention layer 7 on at least one surface of the glass substrate 1. Even when the flexible glass substrate 1 that is brittle and easily damaged is used, the thin film solar cell 10 can be provided in which the glass substrate 1 is prevented from being damaged or broken. In addition, the thin film solar cell 20 which connected the thin film solar cell demonstrated in FIG. 5 in series may be sufficient as the thin film solar cell of this invention.

[薄膜太陽電池の製造方法]
次に、薄膜太陽電池の製造方法について説明する。本発明に係る薄膜太陽電池10の製造方法は、図5に示すように、厚さ30〜200μmのガラス基板1の少なくとも一方の面に破損防止層7を成膜する工程と、そのガラス基板1上又は破損防止層7上に電極層2を形成する工程と、その電極層2上にカルコパイライト化合物半導体層3を形成する工程と、を少なくとも有している。破損防止層7として、ガラス基板1の電極層側の面及び/又は電極層側の面と反対面に、金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物層又は金属炭化物層を成膜する、又は、カルコパイライト化合物半導体層3の形成工程後に、ガラス基板1の電極層2側の面と反対面に樹脂層を設ける。
[Method for Manufacturing Thin Film Solar Cell]
Next, the manufacturing method of a thin film solar cell is demonstrated. As shown in FIG. 5, the method for manufacturing the thin-film solar cell 10 according to the present invention includes a step of forming a damage prevention layer 7 on at least one surface of a glass substrate 1 having a thickness of 30 to 200 μm, and the glass substrate 1. It includes at least a step of forming the electrode layer 2 on the upper or damage prevention layer 7 and a step of forming the chalcopyrite compound semiconductor layer 3 on the electrode layer 2. A metal oxide layer, a metal nitride layer, a metal oxynitride layer, or a metal carbide layer is formed on the electrode layer side surface of the glass substrate 1 and / or the surface opposite to the electrode layer side surface as the damage prevention layer 7. Alternatively, after the step of forming the chalcopyrite compound semiconductor layer 3, a resin layer is provided on the surface of the glass substrate 1 opposite to the surface on the electrode layer 2 side.

以下、図5(A)〜(E)の工程順に説明する。   Hereinafter, the steps will be described in the order of the steps of FIGS.

先ず、図5(A)に示す工程は、厚さ30〜200μmのガラス基板1上に破損防止層7を形成する工程、破損防止層7上に電極層2を形成する工程、及び、電極層2の一部をストライプ状に除去し、電極層2を短冊状に複数分割する工程をその順で含んでいる。電極層2を短冊状に複数分割する方法としては、レーザースクライブ法を用いる。   First, the step shown in FIG. 5A includes a step of forming the breakage prevention layer 7 on the glass substrate 1 having a thickness of 30 to 200 μm, a step of forming the electrode layer 2 on the breakage prevention layer 7, and an electrode layer. 2 includes a step of removing a part of 2 in a stripe shape and dividing the electrode layer 2 into a plurality of strips in that order. A laser scribing method is used as a method of dividing the electrode layer 2 into a plurality of strips.

次に、図5(B)に示す工程は、複数分割された電極層2上(ストライプ状に除去された部分も含む。)にその全体を覆うようにカルコパイライト化合物半導体層3を形成する工程、及び、カルコパイライト化合物半導体層3上にバッファ層4を形成する工程をその順で含んでいる。   Next, in the step shown in FIG. 5B, the chalcopyrite compound semiconductor layer 3 is formed on the electrode layer 2 divided into a plurality of parts (including the portion removed in a stripe shape) so as to cover the whole. And the step of forming the buffer layer 4 on the chalcopyrite compound semiconductor layer 3 in that order.

次に、図5(C)に示す工程は、カルコパイライト化合物半導体層3とバッファ層4とを短冊状に複数分割する工程を含んでいる。このときのストライプ状の除去位置は、無駄な領域を作らないようにするという観点から、図5(A)で行った除去位置に隣接した位置であることが好ましい。カルコパイライト化合物半導体層3とバッファ層4とを短冊状に複数分割する方法としては、図5(A)で行った方法と異なり、金属針によるメカニカルスクライブ法を用いる。   Next, the step shown in FIG. 5C includes a step of dividing the chalcopyrite compound semiconductor layer 3 and the buffer layer 4 into a plurality of strips. The striped removal position at this time is preferably a position adjacent to the removal position performed in FIG. 5A from the viewpoint of avoiding a useless area. As a method of dividing the chalcopyrite compound semiconductor layer 3 and the buffer layer 4 into a plurality of strips, a mechanical scribing method using a metal needle is used, unlike the method performed in FIG.

次に、図5(D)に示す工程は、複数分割されたバッファ層4上(ストライプ状に除去された部分も含む。)にその全体を覆うように透明電極層5を形成する工程、及び、カルコパイライト化合物半導体層3とバッファ層4と透明電極層5とを短冊状に複数分割する工程を含んでいる。このときのストライプ状の除去位置は、無駄な領域を作らないようにするという観点から、図5(B)で行った除去位置に隣接した位置であることが好ましい。カルコパイライト化合物半導体層3とバッファ層4と透明電極層5とを短冊状に複数分割する方法としては、図5(C)で行った方法と同様、金属針によるメカニカルスクライブ法を用いる。こうして、各薄膜太陽電池セル9,9,9が、電極層2と透明電極層5とで直列に接続されたものとなる。   Next, the step shown in FIG. 5D is a step of forming the transparent electrode layer 5 on the buffer layer 4 divided into a plurality of parts (including a portion removed in a stripe shape) so as to cover the whole, and And a step of dividing the chalcopyrite compound semiconductor layer 3, the buffer layer 4, and the transparent electrode layer 5 into a plurality of strips. The striped removal position at this time is preferably a position adjacent to the removal position performed in FIG. 5B from the viewpoint of avoiding a useless area. As a method of dividing the chalcopyrite compound semiconductor layer 3, the buffer layer 4, and the transparent electrode layer 5 into a plurality of strips, a mechanical scribing method using a metal needle is used as in the method performed in FIG. Thus, the thin film solar cells 9, 9, 9 are connected in series with the electrode layer 2 and the transparent electrode layer 5.

最後に、図5(E)に示す工程は、直列接続した両端に部分にある積層体(カルコパイライト化合物半導体層3とバッファ層4と透明電極層5とからなる積層体)を除去し、露出した電極層2上に集電電極6を形成する工程、及び、その後にガラス基板1の電極層2側の面と反対面に破損防止層7を形成する工程を含んでいる。こうして、薄膜太陽電池セル9を直列接続した集積型の薄膜太陽電池20を製造できる。   Finally, in the step shown in FIG. 5E, the stacked body (laminated body composed of the chalcopyrite compound semiconductor layer 3, the buffer layer 4, and the transparent electrode layer 5) at both ends connected in series is removed and exposed. A step of forming the current collecting electrode 6 on the electrode layer 2 and a step of forming the damage prevention layer 7 on the surface opposite to the surface of the glass substrate 1 on the electrode layer 2 side thereafter. Thus, an integrated thin film solar cell 20 in which the thin film solar cells 9 are connected in series can be manufactured.

特に本発明では、厚さ30〜200μmのフレキシブルなガラス基板1を用いるので、ガラス基板1をロール巻き状態で製造工程に供給できる。ロール巻き状態での供給は、製造工程を容易にすることができる。具体的には、図5(A)に示す破損防止層7の形成工程と電極層2の形成工程と複数分割工程とは、ロール・トウ・ロールで行うのが好ましい。その後においては、そのままロール・トウ・ロールで行ってもよいし、枚葉に切断した後、個々の枚葉を各工程に供給して順次行ってもよい。   In particular, in the present invention, since the flexible glass substrate 1 having a thickness of 30 to 200 μm is used, the glass substrate 1 can be supplied to the manufacturing process in a rolled state. Supplying in a rolled state can facilitate the manufacturing process. Specifically, the breakage prevention layer 7 forming step, the electrode layer 2 forming step, and the plural division step shown in FIG. 5A are preferably performed by roll-to-roll. After that, it may be performed by roll, toe, and roll as it is, or after cutting into single sheets, individual sheets may be supplied to each step and sequentially performed.

以上説明した薄膜太陽電池10の製造方法によれば、薄膜太陽電池10を構成する各層(電極層2、カルコパイライト化合物半導体層3等)を形成する前のガラス基板1上に破損防止層7を形成する(図5(A)参照)。そのため、薄膜太陽電池10の製造工程中に、ガラス基板1の電極層2側の面に傷及びクラックが生じるのを防ぐことができる。その結果、製造工程中での傷又はクラックに起因した割れ及び破損を防ぐことができる。   According to the manufacturing method of the thin film solar cell 10 described above, the breakage prevention layer 7 is formed on the glass substrate 1 before forming each layer (electrode layer 2, chalcopyrite compound semiconductor layer 3 and the like) constituting the thin film solar cell 10. It is formed (see FIG. 5A). Therefore, it is possible to prevent scratches and cracks from occurring on the surface of the glass substrate 1 on the electrode layer 2 side during the manufacturing process of the thin film solar cell 10. As a result, it is possible to prevent cracks and breakage due to scratches or cracks in the manufacturing process.

また、破損防止層7をガラス基板1の電極層2側の面と反対面に形成した場合(図5(E)参照)、その電極層2側の面と反対面の破損防止層7は、薄膜太陽電池10の製造工程中でのガラス基板1の破損を防止する効果はないが、完成した後の薄膜太陽電池10の破損を防ぐことができる。   Moreover, when the damage prevention layer 7 is formed on the surface opposite to the surface on the electrode layer 2 side of the glass substrate 1 (see FIG. 5E), the damage prevention layer 7 on the opposite surface to the surface on the electrode layer 2 side is Although there is no effect of preventing the glass substrate 1 from being damaged during the manufacturing process of the thin film solar cell 10, the thin film solar cell 10 after completion can be prevented from being damaged.

薄膜太陽電池10の製造方法において、破損防止層7をガラス基板1の電極層2側の面及び/又は電極層2側の面と反対面に成膜し又は設けることによって、厚さが薄く、脆性が強く、破損し易いフレキシブルなガラス基板1を用いた場合であっても、ガラス基板1の破損及び割れ等を防いだ薄膜太陽電池を製造することができる。   In the method for manufacturing the thin-film solar cell 10, the damage prevention layer 7 is formed on or provided on the surface of the glass substrate 1 on the electrode layer 2 side and / or on the surface opposite to the electrode layer 2 side, thereby reducing the thickness. Even when the flexible glass substrate 1 that is brittle and easily damaged is used, it is possible to manufacture a thin film solar cell that prevents the glass substrate 1 from being damaged or cracked.

実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。なお、以下の実施例は一例であって、本発明は下記の実施例に限定されない。   The present invention will be described in more detail with reference to examples. In addition, the following Examples are examples and this invention is not limited to the following Examples.

[実施例1]
図4に示す態様に係るCIGS型薄膜太陽電池10を作製し、その破損の有無、変換効率等を評価した。
[Example 1]
The CIGS thin film solar cell 10 according to the embodiment shown in FIG. 4 was produced, and the presence / absence of breakage, conversion efficiency, and the like were evaluated.

ガラス基板1として厚さ100μmの無アルカリガラス基板(日本電気硝子株式会社製)を用意し、その上に、破損防止層7として厚さ1μmの酸化ケイ素層をRFスパッタリング法で成膜した。次いで、破損防止層7上に、電極層2として厚さ0.5μmのMo層をDCスパッタリング法で成膜した。続いて、電極層2上に、ドープ層8として厚さ100nmのNaF層を真空蒸着法で成膜した。続いて、基板温度を350℃として、In、Ga及びSeを電離真空計で圧力を制御しながら堆積させた後、基板温度を600℃に上げ、Cu及びSeを堆積させ、さらに、基板温度を600℃に保ったまま、In、Ga及びSeを堆積させて、カルコパイライト化合物半導体層3(光吸収層)として厚さ1.7μmのCIGS(Cu(In,Ga)Se)膜を成膜した。次に、そのCIGS膜上に、高抵抗バッファ層4として厚さ50nmのCdS膜を溶液成長法(CBD法)で成膜した。さらに、そのバッファ層4上に、透明電極層5としてドーパントを含まない厚さ0.1μmの高抵抗ZnO層をRFスパッタ法で成膜した後、厚さ0.6μmのZnO:AlをRFスパッタ法で成膜し、そのZnO:Al上に、集電用電極6として厚さ0.5μmのAu電極を真空蒸着法で成膜した。こうして、有効面積0.96cmの薄膜太陽電池10を完成させた。 A non-alkali glass substrate (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) having a thickness of 100 μm was prepared as the glass substrate 1, and a silicon oxide layer having a thickness of 1 μm was formed thereon as the damage preventing layer 7 by RF sputtering. Next, a Mo layer having a thickness of 0.5 μm was formed as the electrode layer 2 on the breakage prevention layer 7 by a DC sputtering method. Subsequently, a NaF layer having a thickness of 100 nm was formed as a doped layer 8 on the electrode layer 2 by a vacuum deposition method. Subsequently, the substrate temperature was set to 350 ° C., In, Ga, and Se were deposited while controlling the pressure with an ionization vacuum gauge, then the substrate temperature was raised to 600 ° C., Cu and Se were deposited, and the substrate temperature was further increased. While maintaining the temperature at 600 ° C., In, Ga and Se are deposited to form a 1.7 μm thick CIGS (Cu (In, Ga) Se 2 ) film as the chalcopyrite compound semiconductor layer 3 (light absorption layer). did. Next, a 50 nm thick CdS film was formed as a high resistance buffer layer 4 on the CIGS film by a solution growth method (CBD method). Further, a 0.1 μm-thick high-resistance ZnO layer not containing a dopant is formed as a transparent electrode layer 5 on the buffer layer 4 by RF sputtering, and then 0.6 μm-thick ZnO: Al is RF-sputtered. Then, an Au electrode having a thickness of 0.5 μm was formed as a collecting electrode 6 on the ZnO: Al by vacuum deposition. Thus, the thin film solar cell 10 having an effective area of 0.96 cm 2 was completed.

完成した薄膜太陽電池10の変換効率をAir Mass(AM)=1.5、100mW/cmの模擬太陽電池も用いて測定したところ、14〜16%であった。この変換効率は、CIGS成膜時の基板温度が400℃程度に限定される樹脂(ポリイミド)基板の11〜13%程度に比べて高い値であった。また、薄膜太陽電池を構成するガラス基板1に顕著な傷及びクラックが生じることがなく、ガラス基板1の割れ及び破損が生じなかった。 When the conversion efficiency of the completed thin film solar cell 10 was measured using an air mass (AM) = 1.5 and a simulated solar cell of 100 mW / cm 2 , it was 14 to 16%. This conversion efficiency was higher than that of about 11 to 13% of the resin (polyimide) substrate in which the substrate temperature during CIGS film formation was limited to about 400 ° C. Moreover, the remarkable damage | wound and crack did not arise in the glass substrate 1 which comprises a thin film solar cell, and the crack and damage of the glass substrate 1 did not arise.

[実施例2]
実施例1において、破損防止層7として厚さ1μmの窒化ケイ素(Si)層に変更した他は、実施例1と同様にして、実施例2の薄膜太陽電池を作製した。なお、窒化ケイ素(Si)層は、Siターゲットを用い、Arガス雰囲気下でRFスパッタリング法で形成した。実施例1と同様、完成した薄膜太陽電池の変換効率は実施例1と同程度であり、さらに、薄膜太陽電池を構成するガラス基板も顕著な傷及びクラックが生じることがなく、ガラス基板の割れ及び破損も生じなかった。
[Example 2]
A thin film solar cell of Example 2 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the damage prevention layer 7 was changed to a silicon nitride (Si 3 N 4 ) layer having a thickness of 1 μm. Note that the silicon nitride (Si 3 N 4 ) layer was formed by RF sputtering in an Ar gas atmosphere using a Si 3 N 4 target. As in Example 1, the conversion efficiency of the completed thin film solar cell is about the same as that of Example 1, and the glass substrate constituting the thin film solar cell is also free from significant scratches and cracks. And no damage occurred.

[実施例3]
実施例1において、破損防止層7として厚さ1μmの酸窒化ケイ素(SiO)層に変更した他は、実施例1と同様にして、実施例3の薄膜太陽電池を作製した。なお、酸窒化ケイ素(SiO)層は、Siターゲットを用い、Arガスに酸素と窒素を50:50の割合で導入して反応性スパッタリング法で形成した。実施例1と同様、完成した薄膜太陽電池の変換効率は実施例1と同程度であり、さらに、薄膜太陽電池を構成するガラス基板も顕著な傷及びクラックが生じることがなく、ガラス基板の割れ及び破損も生じなかった。
[Example 3]
A thin film solar cell of Example 3 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the breakage prevention layer 7 was changed to a silicon oxynitride (SiO x N y ) layer having a thickness of 1 μm. The silicon oxynitride (SiO x N y ) layer was formed by a reactive sputtering method using a Si target and introducing oxygen and nitrogen into Ar gas at a ratio of 50:50. As in Example 1, the conversion efficiency of the completed thin film solar cell is about the same as that of Example 1, and the glass substrate constituting the thin film solar cell is also free from significant scratches and cracks. And no damage occurred.

[実施例4]
実施例1において、破損防止層7として厚さ1μmの炭化チタン(TiC)層に変更した他は、実施例1と同様にして、実施例4の薄膜太陽電池を作製した。なお、炭化チタン(TiC)層は、TiCターゲットを用い、Arガス雰囲気下でRFスパッタリング法で形成した。実施例1と同様、完成した薄膜太陽電池の変換効率は実施例1と同程度であり、さらに、薄膜太陽電池を構成するガラス基板も顕著な傷及びクラックが生じることがなく、ガラス基板の割れ及び破損も生じなかった。
[Example 4]
A thin film solar cell of Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the titanium carbide (TiC) layer having a thickness of 1 μm was used as the damage prevention layer 7 in Example 1. Note that the titanium carbide (TiC) layer was formed by RF sputtering in an Ar gas atmosphere using a TiC target. As in Example 1, the conversion efficiency of the completed thin film solar cell is about the same as that of Example 1, and the glass substrate constituting the thin film solar cell is also free from significant scratches and cracks. And no damage occurred.

[実施例5]
実施例1〜4では厚さ100μmのガラス基板を用いたが、ここでは、それ以外の30μm、50μm、200μm、300μmの厚さのガラス基板を入手し、そのガラス基板を用いて実施例1と同様の薄膜太陽電池を作製した。
[Example 5]
In Examples 1 to 4, a glass substrate having a thickness of 100 μm was used, but here, other glass substrates having a thickness of 30 μm, 50 μm, 200 μm, and 300 μm were obtained, and Example 1 and A similar thin film solar cell was produced.

入手したままのガラス基板のフレキシブル性と強度を表1に示した。フレキシブル性は、ガラス基板を100mm×10mmの短冊状に切り出し、その長手方向の両端を支えた状態でガラス基板の中央に荷重をかけて曲げて評価した。厚さ30μm〜200μmのガラス基板は比較的柔軟性があって曲がりが生じたが、厚さ300μmのガラス基板は硬く、強く曲げようとしたところ割れが生じた。また、厚さ30μmのガラス基板は、かなり薄く、取り扱いにくく割れやすかった。一方、表1に示すように、破損防止層7をガラス基板の電極層側の面に形成した各薄膜太陽電池は、ガラス基板に割れ及び破損がなかった。また、厚さ30μmのガラス基板に破損防止層7を設けることによって、ハンドリングが容易となり、工程中の割れ等が生じにくくなった。   Table 1 shows the flexibility and strength of the glass substrate as obtained. The flexibility was evaluated by cutting a glass substrate into a strip of 100 mm × 10 mm, bending the glass substrate with a load while supporting both ends in the longitudinal direction. The glass substrate having a thickness of 30 μm to 200 μm was relatively flexible and bent, but the glass substrate having a thickness of 300 μm was hard and cracked when attempting to bend strongly. Further, the glass substrate having a thickness of 30 μm was quite thin and difficult to handle and easily broken. On the other hand, as shown in Table 1, each thin-film solar cell in which the breakage prevention layer 7 was formed on the surface of the glass substrate on the electrode layer side did not break or break the glass substrate. In addition, by providing the breakage prevention layer 7 on a glass substrate having a thickness of 30 μm, handling becomes easy and cracks during the process are less likely to occur.

Figure 2011077074
Figure 2011077074

1 ガラス基板
2 電極層
3 カルコパイライト化合物半導体層
4 バッファ層
5 透明電極層
6 集電電極
7 破損防止層(電極層側の面、電極層側の面と反対面)
8 ドープ層
9 ユニットセル
10,20 薄膜太陽電池(薄膜太陽電池シート)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass substrate 2 Electrode layer 3 Chalcopyrite compound semiconductor layer 4 Buffer layer 5 Transparent electrode layer 6 Current collection electrode 7 Damage prevention layer (surface on the electrode layer side, surface opposite to the surface on the electrode layer side)
8 Doped layer 9 Unit cell 10,20 Thin film solar cell (thin film solar cell sheet)

Claims (7)

厚さ30〜200μmのガラス基板と、前記ガラス基板の少なくとも一方の面に成膜された破損防止層と、前記ガラス基板上又は前記破損防止層上に設けられた電極層と、前記電極層上に設けられたカルコパイライト化合物半導体層とを少なくとも有することを特徴とする薄膜太陽電池。   A glass substrate having a thickness of 30 to 200 μm, a breakage prevention layer formed on at least one surface of the glass substrate, an electrode layer provided on the glass substrate or on the breakage prevention layer, and the electrode layer And a chalcopyrite compound semiconductor layer provided on the thin film solar cell. 前記破損防止層として、前記ガラス基板の電極層側の面に金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物層又は金属炭化物層が成膜されている、請求項1に記載の薄膜太陽電池。   The thin film solar according to claim 1, wherein a metal oxide layer, a metal nitride layer, a metal oxynitride layer, or a metal carbide layer is formed on the surface of the glass substrate on the electrode layer side as the damage prevention layer. battery. 前記破損防止層として、前記ガラス基板の電極層側の面と反対面に樹脂層が設けられている、請求項2に記載の薄膜太陽電池。   The thin film solar cell according to claim 2, wherein a resin layer is provided on the surface opposite to the electrode layer side surface of the glass substrate as the damage prevention layer. 前記破損防止層として、前記ガラス基板の電極層側の面と反対面に金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物又は金属炭化物層が成膜されている、請求項1又は2に記載の薄膜太陽電池。   The metal oxide layer, the metal nitride layer, the metal oxynitride, or the metal carbide layer is formed on the surface opposite to the surface on the electrode layer side of the glass substrate as the breakage prevention layer. The thin film solar cell described. 厚さ30〜200μmのガラス基板の少なくとも一方の面に破損防止層を成膜する工程と、前記ガラス基板上又は破損防止層上に電極層を形成する工程と、前記電極層上にカルコパイライト化合物半導体層を形成する工程と、を少なくとも有することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。   Forming a damage prevention layer on at least one surface of a glass substrate having a thickness of 30 to 200 μm; forming an electrode layer on the glass substrate or on the damage prevention layer; and a chalcopyrite compound on the electrode layer A method of manufacturing a thin film solar cell, comprising: forming a semiconductor layer. 前記破損防止層として、前記ガラス基板の電極層側の面及び/又は電極層側の面と反対面に、金属酸化物層、金属窒化物層、金属酸窒化物又は金属炭化物層を成膜する、請求項5に記載の薄膜太陽電池。   As the damage prevention layer, a metal oxide layer, a metal nitride layer, a metal oxynitride layer, or a metal carbide layer is formed on the surface on the electrode layer side of the glass substrate and / or the surface opposite to the surface on the electrode layer side. The thin film solar cell according to claim 5. 前記カルコパイライト化合物半導体層の形成工程後に、前記ガラス基板の電極層側の面と反対面に樹脂層を設ける、請求項5又は6に記載の薄膜太陽電池の製造方法。   The manufacturing method of the thin film solar cell of Claim 5 or 6 which provides a resin layer in the surface opposite to the surface by the side of the electrode layer of the said glass substrate after the formation process of the said chalcopyrite compound semiconductor layer.
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