JP2011222695A - 薄膜太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】大面積の薄膜太陽電池の製造途中において、正確に薄膜太陽電池の出力を測定する。
【解決手段】基板上に形成された第１電極層に第１分離溝部を形成する工程(Ｓ１０１)と、第１電極層上に光電変換層を形成する工程(Ｓ１０２)と，光電変換層にコンタクトライン用溝部を形成する工程(Ｓ１０３)と、光電変換層上に第２電極層を形成するとともに、コンタクトライン用溝部内に第１電極層と第２電極層とを接続するコンタクトラインを形成する工程(Ｓ１０４)とを備えている。また、少なくとも第２電極層に第２分離溝部を形成する工程(Ｓ１０５)と、第２分離溝部により発電領域と分離された出力取出し領域において、第２電極層に測定端子を接触させることにより、発電領域の出力を測定する工程(Ｓ１０６)とを備えている。さらに、出力取出し領域において、光電変換層および第２電極層に導通用溝部を形成する工程(Ｓ１０７)と、導通用溝部内に導電性材料を埋設する工程(Ｓ１０８)とを備えている。
【選択図】図１
【解決手段】基板上に形成された第１電極層に第１分離溝部を形成する工程(Ｓ１０１)と、第１電極層上に光電変換層を形成する工程(Ｓ１０２)と，光電変換層にコンタクトライン用溝部を形成する工程(Ｓ１０３)と、光電変換層上に第２電極層を形成するとともに、コンタクトライン用溝部内に第１電極層と第２電極層とを接続するコンタクトラインを形成する工程(Ｓ１０４)とを備えている。また、少なくとも第２電極層に第２分離溝部を形成する工程(Ｓ１０５)と、第２分離溝部により発電領域と分離された出力取出し領域において、第２電極層に測定端子を接触させることにより、発電領域の出力を測定する工程(Ｓ１０６)とを備えている。さらに、出力取出し領域において、光電変換層および第２電極層に導通用溝部を形成する工程(Ｓ１０７)と、導通用溝部内に導電性材料を埋設する工程(Ｓ１０８)とを備えている。
【選択図】図１
Description
本発明は、薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。
薄膜太陽電池の一般的な構造としては、ガラスなどの絶縁透光性基板上にＳｎＯ2、ＩＴＯ(Indium-Tin Oxide)またはＺｎＯなどの透明導電膜が第１電極層として形成されている。第１電極層上に半導体のｐ層、ｉ層およびｎ層がこの順に積層されることにより光電変換層が形成されている。光電変換層上に裏面電極層として第２電極層が形成されている。
薄膜太陽電池の第２電極層としては、ＡｇまたはＡｌなど反射率の高い材料からなる層の上にＺｎＯまたはＩＴＯなどの透明電極層が積層された積層構造とされるのが一般的である。第２電極層を上記の構成にすることにより、太陽電池の変換効率の向上を図っている。
薄膜太陽電池を大面積化するために、レーザ照射を用いて太陽電池の集積化を行ない、個々の太陽電池を直列接続することが一般的になっている。集積化薄膜太陽電池を開示した先行文献として、特許文献１がある。特許文献１に記載された集積化薄膜太陽電池においては、薄膜太陽電池の変換効率を向上させるために、発電に寄与しない非発電領域を削減している。太陽電池の出力取り出し領域の面積を低減するために、レーザスクライブ法を用いて導通溝を形成している。
図２４は、特許文献１に記載された集積化薄膜太陽電池の構造を示す平面図である。図２５は、図２４のＸＸＶ−ＸＸＶ線矢印方向から見た図である。
図２４，２５に示すように、ガラス基板１上に第１電極層として透明導電膜２が形成されている。レーザ照射を用いて第１電極層２に第１分離溝部５が形成されている。第１電極層２上に光電変換層３が形成されている。
レーザ照射を用いて光電変換層３にコンタクトライン用溝部６が形成されている。光電変換層３上に第２電極層４が形成されている。コンタクトライン用溝部６内に第１電極層２と第２電極層４とを接続するコンタクトラインが形成されている。第２電極層４および光電変換層３に第２分離溝部７が形成されている。第２分離溝７により発電領域と出力取出し領域Ｐ，Ｎとが分離されている。
正極側および負極側出力取出し領域Ｐ，Ｎにおいて、光電変換層３および第２電極層４に導通用溝部８が形成されている。導通用溝部８を導電性材料９で埋設することにより出力取出し電極１０が形成されている。なお、薄膜太陽電池の周囲の絶縁を図るために、絶縁領域３０が設けられている。
薄膜太陽電池の製造においては、製造途中において上記の発電領域の発電特性の確認が行なわれる。特許文献１に記載された集積化薄膜太陽電池においては、第２分離溝部７と導通用溝部８とを同一の工程において形成した後、出力取出し電極１０を形成する前に発電領域の出力を測定している。
本発明者が、上述の技術について検討を行なった結果、以下のような課題または課題の源泉を見出した。上記のように発電領域の出力を測定する中間出力測定工程において測定した結果と、薄膜太陽電池の完成後の最終出力測定工程において測定した結果とに差が出ることがある。具体的には、中間出力測定工程において規定の出力が得られずに不良品と判断された薄膜太陽電池のうち、最終出力測定工程において規定の出力が得られる良品が含まれたり、最終出力測定の出力予想値より、大きい出力が測定されることがある。
この原因として、薄膜太陽電池の出力を測定する際の測定器のプローブと薄膜太陽電池との接触位置のばらつきによる測定誤差があることが分かった。特に、図２４に示す薄膜太陽電池の長さＹが大きくなるほど、言い換えると、基板１の大きさが大きくなるほどこの問題が起きやすくなる。
図２６は、課題を説明するための比較図であって、薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、点接触端子が正極側出力取出し領域Ｐの正規の位置で第２電極層と接触している状態を示す断面図である。薄膜太陽電池の出力は、図２４に示す正極側出力取出し領域Ｐおよび負極側出力取出し領域Ｎのそれぞれにおいて、測定器のプローブを第２電極層４に接触させることにより測定する。
図２６に示すように、第２分離溝部７と導通用溝部８とを形成した薄膜太陽電池の正極側および負極側出力取出し領域Ｐ，Ｎは、幅Ｗの範囲となり、約１ｍｍの範囲である。正極側出力取出し領域Ｐは、第１電極層２と第２電極層４とが接続されている幅ＷBの範囲と、４つの導通用溝部８が形成されている幅ＷCの範囲と、残りの幅ＷDの範囲とに区分けされる。ここで、幅Ｗは、薄膜太陽電池の出力に寄与しない領域の幅であるため、薄膜太陽電池の単位面積当たりの出力を向上するために幅Ｗを狭くする必要がある。
レーザ照射で形成した導通用溝部８の幅Ｗ8は約１００μｍであり、隣接する導通用溝部８同士の間隔ＷAは約１００μｍである。４つの導通用溝部８が形成されているため、幅ＷCは約７００μｍである。幅ＷBは約１５０μｍであり、幅ＷDは約１５０μｍである。
測定器のプローブである点接触端子２０Ａにより薄膜太陽電池の出力を正確に測定するためには、幅ＷBの範囲において点接触端子２０Ａと第２電極層４とを接触させる必要がある。
図２７は、課題を説明するための比較図であって、薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、点接触端子が発電領域で薄膜太陽電池と接触している状態を示す断面図である。図２７に示すように、点接触端子２０Ａが、発電領域において第２電極層４と接触した場合、直列に接続された太陽電池セルの１段分の出力を測定することができなくなる。そのため、中間測定工程における測定結果は、太陽電池セルの１段分を除いた出力となるため規定値を満足しない場合がある。
図２８は、課題を説明するための比較図であって、薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、点接触端子が幅ＷCの範囲で第２電極層と接触している状態を示す断面図である。図２８に示すように、幅ＷCの範囲においては、第１電極層２と第２電極層４とは接続されていない。
そのため、図２４に示すように、正極側出力取出し領域Ｐの延在方向の端部Ｐ1または端部Ｐ2に、導通用溝部８が形成されていない部分がある場合は、その部分を通じて幅ＷCの範囲と幅ＷBの範囲とが繋がっていることにより、薄膜太陽電池の出力が測定される。この場合は、薄膜太陽電池の出力を取出す経路が長くなるため抵抗が高くなり、中間測定工程における測定結果が低下する。
一方、正極側出力取出し領域Ｐの延在方向の端部Ｐ1または端部Ｐ2に、導通用溝部８が形成されていない部分がない場合は、点接触端子２０Ａと接触している第２電極層４と第１電極層２とが接続されていないため、薄膜太陽電池の出力を測定することができない。
図２９は、課題を説明するための比較図であって、薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、面接触端子が正極側出力取出し領域Ｐの正規の位置で第２電極層と接触している状態を示す断面図である。図２９に示すように、測定器のプローブである面接触端子２２Ａを用いて薄膜太陽電池の出力を正確に測定する場合には、面接触端子２２Ａが幅ＷBの範囲の第２電極４と少なくとも一部において接触する必要がある。
図３０は、課題を説明するための比較図であって、薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、面接触端子の一部が正極側出力取出し領域Ｐ側の発電領域で第２電極層と接触している状態を示す断面図である。図３０に示すように、面接触端子２２Ａの少なくとも一部が、発電領域において第２電極層４と接触した場合、直列に接続された太陽電池セルの１段分の出力を測定することができなくなる。そのため、中間測定工程における測定結果は、太陽電池セルの１段分を除いた出力となるため規定値を満足しない場合がある。
図３１は、課題を説明するための比較図であって、薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、面接触端子が正極側出力取出し領域Ｐの幅ＷCの範囲および幅ＷDの範囲で第２電極層と接触している状態を示す断面図である。図２８に示すように、幅ＷCの範囲および幅ＷDの範囲においては、第１電極層２と第２電極層４とは接続されていない。
そのため、図２４に示すように、正極側出力取出し領域Ｐの延在方向の端部Ｐ1または端部Ｐ2に、導通用溝部８が形成されていない部分がある場合は、その部分を通じて幅ＷCの範囲と幅ＷBの範囲とが繋がっていることにより、薄膜太陽電池の出力が測定される。この場合は、薄膜太陽電池の出力を取出す経路が長くなるため抵抗が高くなり、中間測定工程における測定結果が低下する。
一方、正極側出力取出し領域Ｐの延在方向の端部Ｐ1または端部Ｐ2に、導通用溝部８が形成されていない部分がない場合は、面接触端子２２Ａと接触している第２電極層４と第１電極層２とが接続されていないため、薄膜太陽電池の出力を測定することができない。
図３２は、格子状に分離されている薄膜太陽電池を示す平面図である。図３３は、図３２のＸＸＸＩＩＩ−ＸＸＸＩＩＩ線矢印方向から見た一の例の断面図である。図３４は、図３２のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線矢印方向から見た他の例の断面図である。
図３２，３３に示すように、一の例の薄膜太陽電池は、第２分離溝部７と第２分離溝部７に直交する溝部１１とにより、第２電極層４および光電変換層３が格子状に分離されている。図３２，３４に示すように、他の例の薄膜太陽電池は、第２分離溝部７と第２分離溝部７に直交する溝部１１とにより、第２電極層４、光電変換層３および第１電極層２が格子状に分離されている。
図３１に示すように面接触端子２２Ａが幅ＷBの範囲における第２電極層４と接触していない場合、一の例の薄膜太陽電池および他の例の薄膜太陽電池において、正極側出力取出し領域Ｐの延在方向の両端部以外では、面接触端子２２Ａと接触している第２電極層４と第１電極層２とが接続されていないため、薄膜太陽電池の出力を測定することができない。
図３５は、課題を説明するための比較図であって、薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、面接触端子が負極側出力取出し領域Ｎの正規の位置で第２電極層と接触している状態を示す断面図である。図３５に示すように、負極側出力取出し領域Ｎは、第１電極層２と第２電極層４とが接続されている幅ＷMの範囲と、４つの導通用溝部８が形成されている幅ＷNの範囲と、残りの幅ＷOの範囲とに区分けされる。
薄膜太陽電池の出力を正確に測定する場合には、面接触端子２２Ｂが幅ＷMの範囲の第２電極４と少なくとも一部に接触する必要がある。
図３６は、課題を説明するための比較図であって、薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、面接触端子の一部が負極側出力取出し領域Ｎ側の発電領域で第２電極層と接触している状態を示す断面図である。図３６に示すように、面接触端子２２Ｂが負極側出力取出し領域Ｎ側の近傍に位置する発電領域で第２電極層と接触している場合には、薄膜太陽電池の出力を測定することができる。ただし、発電エリアＳの範囲において面接触端子２２Ｂが接触している場合には、面接触端子２２Ｂの接触の仕方によって、セルをリークさせて薄膜太陽電池の特性を低下させることがある。そのため、発電エリアＳにおいて面接触端子２２Ｂを接触させないことが生産上および装置構成上好ましい。
図３７は、課題を説明するための比較図であって、薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、面接触端子が負極側出力取出し領域Ｎの幅ＷNの範囲および幅ＷOの範囲で第２電極層と接触している状態を示す断面図である。図３７に示すように、幅ＷNの範囲および幅ＷOの範囲においては、第１電極層２と第２電極層４とは接続されていない。
そのため、図３２に示すように、負極側出力取出し領域Ｎの延在方向の両端部に、導通用溝部８が形成されていない部分がある場合は、その部分を通じて幅ＷNの範囲と幅ＷMの範囲とが繋がっていることにより、薄膜太陽電池の出力が測定される。この場合は、薄膜太陽電池の出力を取出す経路が長くなるため抵抗が高くなり、中間測定工程における測定結果が低下する。
一方、負極側出力取出し領域Ｎの延在方向の両端部に、導通用溝部８が形成されていない部分がない場合は、面接触端子２２Ｂと接触している第２電極層４と第１電極層２とが接続されていないため、薄膜太陽電池の出力を測定することができない。また、上記の一の例の薄膜太陽電池および他の例の薄膜太陽電池において、負極側出力取出し領域Ｎの延在方向の両端部以外では、面接触端子２２Ｂと接触している第２電極層４と第１電極層２とが接続されていないため、薄膜太陽電池の出力を測定することができない。
このように、薄膜太陽電池の製造工程の途中において、集積化された大面積の薄膜太陽電池に出力測定用のプローブを精度良く接触させて、正確に発電領域の出力を計測することは容易ではなかった。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、出力取出し領域の面積を低減して変換効率の向上を図った大面積の薄膜太陽電池の製造途中において、正確に薄膜太陽電池の出力を測定することができる、薄膜太陽電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に基づく薄膜太陽電池の製造方法は、基板上に形成された第１電極層に第１分離溝部を形成する工程と、第１電極層上に光電変換層を形成する工程と、光電変換層にコンタクトライン用溝部を形成する工程とを備えている。また、薄膜太陽電池の製造方法は、光電変換層上に第２電極層を形成するとともに、コンタクトライン用溝部内に第１電極層と第２電極層とを接続するコンタクトラインを形成する工程と、少なくとも第２電極層に第２分離溝部を形成する工程とを備えている。さらに、薄膜太陽電池の製造方法は、第２分離溝により発電領域と分離された出力取出し領域において、第２電極層に測定端子を接触させることにより、発電領域の出力を測定する工程と、出力取出し領域において、光電変換層および第２電極層に導通用溝部を形成する工程と、導通用溝部内に導電性材料を埋設する工程とを備えている。
本発明によれば、出力取出し領域の面積を低減して変換効率の向上を図った薄膜太陽電池の製造途中において、正確に薄膜太陽電池の出力を測定することができる。
以下、本発明に基づいた実施形態１における薄膜太陽電池の製造方法について図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰返さない。
実施形態１
図１は、本発明の実施形態１の薄膜太陽電池の製造方法における工程を示すフロー図である。
図１は、本発明の実施形態１の薄膜太陽電池の製造方法における工程を示すフロー図である。
図１に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池の製造方法においては、まず、基板上に形成された第１電極層に第１分離溝部を形成する(Ｓ１０１)。第１電極層上に光電変換層を形成する(Ｓ１０２)。光電変換層にコンタクトライン用溝部を形成する(Ｓ１０３)。光電変換層上に第２電極層を形成する(Ｓ１０４)。少なくとも第２電極層に第２分離溝部を形成する。第２分離溝部により光電変換層を分離することにより、セルを直列接続することが可能になる。また、第２分離溝部により、直列接続されたセルを含む発電領域と正極側および負極側出力取出し領域とが分離される。(Ｓ１０５)。正極側および負極側出力取出し領域において、第２電極層に測定端子を接触させることにより、発電領域の出力を測定する(Ｓ１０６)。正極側および負極側出力取出し領域において、光電変換層および第２電極層に導通用溝部を形成する(Ｓ１０７)。導通用溝部を導電性材料で埋設することにより出力取出し電極を形成する(Ｓ１０８)。
本実施形態の薄膜太陽電池の製造方法の特徴は、上記Ｓ１０６工程をＳ１０７工程より先に行なうことである。なお、各工程の間に他の工程が行われてもよい。
図２は、図１のＳ１０１工程前の状態を示す断面図である。図２に示すように、基板である、たとえば、厚さ４ｍｍ、基板サイズ１０００ｍｍ×１４００ｍｍのガラス基板１上に、熱ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法によりＳｎＯ2を主成分とする第１電極層２が形成されている。本実施形態においては、基板としてガラス基板を用いたが、基板の材質は、透光性および絶縁性を有するものであれば特に限られない。また、第１電極層２の材質としては、ＳｎＯ2に限られず、薄膜太陽電池の導電膜として用いられるものであればよい。
図３は、図１のＳ１０１工程後の状態を示す断面図である。図３に示すように、たとえば、ＹＡＧレーザの基本波を用いて第１電極層２をパターニングした。レーザ光をガラス基板１側から入射させることにより、第１電極層２は短冊状に分離され、第１電極層２に第１分離溝部５が形成されている。この後、第１分離溝部５が形成された基板を純水で超音波洗浄した。なお、酸化錫（ＳｎＯ2）を除去するレーザとしては、ファイバーレーザまたはＹＶＯ4レーザ光の基本波を用いてもよい。
図４は、図１のＳ１０２工程後の状態を示す断面図である。図４に示すように、第１電極層２上に、たとえば、ａ−Ｓｉ：Ｈｐ層、ａ−Ｓｉ：Ｈｉ層、ａ−Ｓｉ：Ｈｎ層が順に積層された非晶質光電変換層と、μｃ−Ｓｉ：Ｈｐ層、μｃ−Ｓｉ：Ｈｉ層、μｃ−Ｓｉ：Ｈｎ層が順に積層された微結晶光電変換層とが積層された光電変換層３が形成されている。
なお、光電変換層３の変形例としては、たとえば、第１電極層２側から、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層をこの順に積層したトップセル（第１光電変換層）と、トップセル上に、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層をこの順に積層したミドルセル（第２光電変換層）と、ミドルセル上に、微結晶シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層をこの順に積層したボトムセル（第３光電変換層）とを、たとえばプラズマＣＶＤ法により積層したものを用いてもよい。なお、光電変換層の数を３つ以上とすることもできる。
２つの光電変換層を設けた場合の第１光電変換層から第２光電変換層の各光電変換層、または、３つの光電変換層を設けた場合の第１光電変換層から第３光電変換層の各光電変換層は、全て同種のシリコン系半導体から構成されていてもよく、もしくは、互いに異なる種類のシリコン系半導体から構成されていてもよい。第１光電変換層から第３光電変換層の各光電変換層は、それぞれ、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層を含んでおり、各半導体層は、シリコン系半導体から構成されていてもよい。光電変換層に含まれる各半導体層は、全て同種のシリコン系半導体から構成されていてもよく、または、互いに異なる種類のシリコン系半導体から構成されていてもよい。
たとえば、ｐ型半導体層とｉ型半導体層とを非晶質シリコンで形成し、ｎ型半導体層を微結晶シリコンで形成してもよい。また、たとえば、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とをシリコンカーバイドまたはシリコンゲルマニウムで形成し、ｉ型半導体層をシリコンで形成してもよい。さらに、ｐ型、ｉ型およびｎ型の各半導体層は、単層構造であっても複層構造であってもよい。複層構造である場合、各層は、互いに異なる種類のシリコン系半導体から構成されていてもよい。なお、本明細書において、「非晶質シリコン」は「水素化非晶質シリコン」を含む概念であり、「微結晶シリコン」は「水素化微結晶シリコン」を含む概念である。
図５は、図１のＳ１０３工程後の状態を示す断面図である。図５に示すように、ＹＶＯ4レーザの第２高調波を用いて光電変換層３をパターニングした。レーザ光をガラス基板１側から入射させることにより、光電変換層３にコンタクトライン用溝部６が形成されている。本実施形態においては、ＹＶＯ4レーザの第２高調波を用いたが、ＹＡＧレーザの第２高調波を用いてパターニングを行なってもよい。
図６は、図１のＳ１０４工程後の状態を示す断面図である。図６に示すように、光電変換層３上に、たとえば、マグネトロンスパッタ法により、ＺｎＯ／Ａｇからなる第２電極層４を形成した。第２電極層４は、ＺｎＯの膜厚を約５０ｎｍ、Ａｇの膜厚を約１５０ｎｍとして形成した。このとき、コンタクトライン用溝部６内に第１電極層２と第２電極層４とを接続するコンタクトラインが形成されている。
本実施形態においては、第２電極層４としてＺｎＯ／Ａｇを用いたが、ＺｎＯの代わりにＩＴＯ(Indium Tin Oxide)またはＳｎＯ2などの透光性の高い膜を用いていもよい。また、Ａｇの代わりにＡｌなどの反射率の高い金属を用いてもよい。第２電極層４においては、ＺｎＯなどの透明導電膜を設けなくてもよいが、透明導電膜を設けることにより薄膜太陽電池の変換効率を向上させることができる。
図７は、図１のＳ１０５工程後の状態を示す断面図である。図７に示すように、ＹＶＯ4レーザの第２高調波を用いて第２電極層４をパターニングした。レーザ光をガラス基板１側から入射させることにより、光電変換層３および第２電極層４に第２分離溝部７が形成されている。本実施形態においては、光電変換層３にも第２分離溝部７を形成したが、第２電極層４にのみ第２分離溝部７を形成してもよい。この工程においては、第１電極層２へのダメージを抑えつつ、第２電極層４を構成する銀のバリの発生を抑制する加工条件を選択することが好ましい。
図８は、薄膜太陽電池の周囲に絶縁領域を形成した状態を示す断面図である。図８に示すように、薄膜太陽電池の周囲の絶縁を図るために、ＹＡＧレーザの基本波を用いてガラス基板１上の縁に形成されていた積層体を除去した。その結果、薄膜太陽電池の周囲に絶縁領域３０が形成されている。本実施形態においては、ＹＡＧレーザを用いたが、ブラストなどの機械的処理方法を用いてもよい。
図９は、図１のＳ１０６工程中の状態を示す断面図である。図９に示すように、中間測定としてソーラーシミュレータ装置を用いて薄膜太陽電池の測定を行った。このとき、正極側出力取出し領域Ｐの第２電極層４に点接触端子２０Ａを接触させ、負極側出力取出し領域Ｎの第２電極層４に点接触端子２０Ｂを接触させて発電領域の出力の測定を行なった。
正極側出力取出し領域Ｐの第２電極層４にコンタクトラインを通じて接続されている第１電極層２は、正極側出力取出し領域Ｐの第２電極層４に第２分離溝部７を間に挟んで対向する第２電極層４に接続されていない。
一方、負極側出力取出し領域Ｎの第２電極層４にコンタクトラインを通じて接続されている第１電極層２は、負極側出力取出し領域Ｎの第２電極層４に第２分離溝部７を間に挟んで対向する第２電極層４にコンタクトラインを通じて接続されている。
このため、正極側出力取出し領域Ｐの第２電極層４に点接触端子２０Ａを接触させ、負極側出力取出し領域Ｎの第２電極層４に第２分離溝部７を間に挟んで対向する第２電極層４に点接触端子２０Ｂを接触させた場合においても、発電領域の出力を測定することが可能である。
その理由は、上述したように、負極側出力取出し領域Ｎの第２電極層４と、負極側出力取出し領域Ｎの第２電極層４に第２分離溝部７を間に挟んで対向する第２電極層４とは、電気的に接続されているため同電位になっているからである。
上記のように、正極側または負極側にかかわらず、出力取出し領域の第２電極層４にコンタクトラインを通じて接続されている第１電極層２が、出力取出し領域の第２電極層４に第２分離溝部７を間に挟んで対向する第２電極層４にコンタクトラインを通じて接続されている構造においては、この対向する第２電極層４に点接触端子２０を接触させた場合も発電領域の出力を測定できる。この場合には、発電領域に含まれるセルがリークしないようにするために、点接触端子２０Ｂと薄膜太陽電池との接触圧力の調整または端子降下速度を低速に制御する必要がある。この接触圧力および端子降下速度の制御は、装置に備えられた全ての端子について適用しなければならないため、出力測定工程のタクト時間が長くなる要因となり、セルに直接端子を接触させることは好ましくはない。
図１０は、図１のＳ１０７工程後の状態を示す断面図である。図１０に示すように、ＹＶＯ4レーザの第２高調波を用いて、正極側出力取出し領域Ｐおよび負極側出力取出し領域Ｎにおいて第２電極層４をパターニングした。レーザ光をガラス基板１側から入射させることにより、光電変換層３および第２電極層４に導通用溝部８が形成されている。本実施形態においては、ＹＶＯ4レーザの第２高調波を用いたが、ＹＡＧレーザの第２高調波を用いてパターニングを行なってもよい。
図１１は、図１のＳ１０８工程後の状態を示す断面図である。図１１に示すように、導通用溝部８を超音波半田によって埋設した。超音波半田の上部に半田めっき銅箔を形成することにより、出力取出し電極を形成した。
図１２は、薄膜太陽電池を封止した状態を示す断面図である。図１２に示すように、ガラス基板１とは反対側の裏面側に、透明なエチレンビニルアルコールを主原料とする接着部材３１を挟んで封止部材３２を配置した状態で、真空ラミネート装置を用いて薄膜太陽電池を封止した。封止部材３２としては、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタラート)／Ａｌ／ＰＥＴからなる積層フィルムを用いた。
最後に、薄膜太陽電池に端子ボックスを接続し、最終出力測定として薄膜太陽電池の出力をソーラーシミュレータ装置によって測定した。上記のように、製造した薄膜太陽電池セル６００００枚において、中間出力測定と最終出力測定との測定結果に齟齬は一枚も認められなかった。この理由を、以下に説明する。
図１３(Ａ)は、従来の薄膜太陽電池の中間出力測定工程の状態を示す断面図であり、(Ｂ)は、本実施形態の薄膜太陽電池の中間出力測定工程の状態を示す断面図である。
図１３(Ａ)に示すように、従来の薄膜太陽電池の中間出力測定工程においては、第２分離溝部７と導通用溝部８を形成した後に、中間出力測定を行なっている。そのため、正確な測定を行なうためには、点接触端子２０Ａを幅ＷBの領域の第２電極層４に接触させなければならない。上述の通り、幅ＷBは、約１５０μｍであり、この位置に点接触端子２０Ａを精度良く接触させることは容易ではない。
図１３(Ｂ)に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池の中間出力工程においては、導通用溝部８が形成される前に中間出力測定を行なっている。そのため、正確な測定を行なうためには、点接触端子２０Ａを幅Ｗの領域の第２電極層４に接触させればよい。上述の通り、幅Ｗは、約１ｍｍであり、この位置に点接触端子２０Ａを接触させることは、さほど難しいことではない。よって、点接触端子２０Ａと薄膜太陽電池との接触位置のばらつきによる測定誤差を低減することができる。その結果、中間出力測定において、正確に測定を行なうことができる。
本実施形態の薄膜太陽電池の製造方法においては、上記のように中間出力測定と最終出力測定との測定結果に差がないため、製造工程のムダを削減して、製造コストの低減を図ることができる。
以下、本発明の実施形態２に係る薄膜太陽電池およびその製造方法について説明する。
実施形態２
図１４は、本発明の実施形態２に係る薄膜太陽電池の構造を示す平面図である。図１４においては、簡単のため、出力取出し電極を図示していない。
実施形態２
図１４は、本発明の実施形態２に係る薄膜太陽電池の構造を示す平面図である。図１４においては、簡単のため、出力取出し電極を図示していない。
図１４に示すように、本発明の実施形態２に係る薄膜太陽電池においては、導通用溝部８が第２分離溝部７の長さ方向に所定の間隔を置いて不連続に形成されている。その他の構成については、実施形態１の薄膜太陽電池の構造と同様であるため、説明を繰返さない。
導通用溝部８の非形成領域２１の長さＭは、中間出力測定を行なう際に用いる端子２０の薄膜太陽電池との接触部の大きさより大きいことが好ましい。このようにすることにより、中間出力測定を行なう際に、端子２０を非形成領域２１の第２電極層４に接触させて測定することにより、発電領域の出力を正確に測定することができる。
本実施形態の薄膜太陽電池は、短冊状に分離されているが、格子状に分離されていてもよい。薄膜太陽電池が格子状に分離されている場合には、導通用溝部８の長さ方向に並ぶ格子状の薄膜太陽電池セルの各列ごとの正極側出力取出し領域Ｐおよび負極側出力取出し領域Ｎに、非形成領域２１が形成されている必要がある。
図１５は、本実施形態の薄膜太陽電池の製造工程において、マスクを用いて導通用溝部を形成する状態を示す平面図である。本実施形態の薄膜太陽電池の製造方法としては、導通用溝部８を形成する工程において、正極側出力取出し領域Ｐおよび負極側出力取出し領域Ｎにおける第２電極層４上に間隔を置いてマスク１２を形成した後、連続的にレーザ照射して導通用溝部８を形成する。
マスク１２は、非形成領域２１の第２電極層４上に形成される。マスク１２の材料としては、レーザを透過させず、また、レーザに耐性を有する材料であれば特に限定されない。非形成領域２１の形成は、第２分離溝部７の形成工程において行なってもよいし、第２分離溝部７の形成工程の後に行なってもよい。レーザとしては、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザの第２高調波などが使用できる。
よって、本実施形態の薄膜太陽電池の製造方法は以下の工程を含む。ガラス基板１上に形成された第１電極層２に第１分離溝部５を形成する。第１電極層２上に光電変換層３を形成する。光電変換層３にコンタクトライン用溝部６を形成する。光電変換層３上に第２電極層４を形成するとともに、コンタクトライン用溝部６内に第１電極層２と第２電極層２とを接続するコンタクトラインを形成する。少なくとも第２電極層４に第２分離溝部７を形成する。第２分離溝部７により発電領域と分離された正極側および負極側出力取出し領域Ｐ，Ｎにおいて、光電変換層３および第２電極層４を貫通し、内部を導電性材料９により埋設される導通用溝部８を第２分離溝部７の長さ方向に間隔を置いて不連続に形成する。第２分離溝部７により光電変換層３を分離することにより、セルを直列接続することが可能になる。正極側および負極側出力取出し領域Ｐ，Ｎにおける第２電極層４に測定端子を接触させることにより、発電領域の出力を測定する。導通用溝部８を導電性材料９で埋設することにより出力取出し電極１０を形成する。この工程を経て、薄膜太陽電池が完成される。
本実施形態の変形例として、導通用溝部８を形成する工程において、レーザプログラムにより不連続にレーザ照射して導通用溝部８を形成してもよい。レーザ発振器のＱスイッチを制御する(いわゆる電気マスク)ことにより、不連続にレーザ照射することにより、導通用溝部８および非形成領域２１を形成することができる。
図１６は、図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線矢印方向から見た断面図である。図１６に示すように、非形成領域２１を含む断面においては、導通用溝部８が形成されていない。
図１４，１６に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池は、ガラス基板１上に第１電極層２が形成されている。第１電極層２上に光電変換層３が形成されている。光電変換層３上に第２電極層４が形成されている。第１電極層２を分離する第１分離溝部５が形成されている。第１電極層２と第２電極層４とを接続するコンタクトラインが形成されている。少なくとも第２電極層４を分離する第２分離溝部７が形成されている。第２分離溝部７により発電領域と正極側および負極側出力取出し領域Ｐ，Ｎとが分離されている。正極側および負極側出力取出し領域Ｐ，Ｎにおいて、光電変換層３および第２電極層４を貫通し、内部を導電性材料９により埋設された導通用溝部８が形成されている。導通用溝部８が第２分離溝部７の長さ方向に間隔を置いて不連続に形成されている。
本実施形態の構成により、端子２０と薄膜太陽電池との接触位置のばらつきによる測定誤差を低減することができる。その結果、中間出力測定において、正確に測定を行なうことができる。
以下、本発明の実施形態３に係る薄膜太陽電池について説明する。
実施形態３
図１７は、本発明の実施形態３に係る薄膜太陽電池の構造を示す断面図である。図１７に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池においては、導通用溝部８は、平面的に見て、コンタクトライン用溝部６の間に挟まれるように隣接するコンタクトライン用溝部６同士の間に形成されている。
実施形態３
図１７は、本発明の実施形態３に係る薄膜太陽電池の構造を示す断面図である。図１７に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池においては、導通用溝部８は、平面的に見て、コンタクトライン用溝部６の間に挟まれるように隣接するコンタクトライン用溝部６同士の間に形成されている。
具体的には、正極側出力取出し領域Ｐにおける導通用溝部８を挟むように、薄膜太陽電池の中央側にコンタクトライン用溝部６が形成され、薄膜太陽電池の外側にコンタクトライン用溝部１３が形成されている。負極側出力取出し領域Ｎにおける導通用溝部８を挟むように、薄膜太陽電池の中央側にコンタクトライン用溝部６が形成され、薄膜太陽電池の外側にコンタクトライン用溝部１４が形成されている。
よって、本実施形態の薄膜太陽電池は、ガラス基板１上に第１電極層２が形成されている。第１電極層２上に光電変換層３が形成されている。光電変換層３上に第２電極層４が形成されている。第１電極層２を分離する第１分離溝部５が形成されている。第１電極層２と第２電極層４とを接続するコンタクトライン用溝部６，１３，１４が形成されている。少なくとも第２電極層４を分離する第２分離溝部７が形成されている。第２分離溝部７により発電領域と正極側および負極側出力取出し領域Ｐ，Ｎとが分離されている。正極側および負極側出力取出し領域Ｐ，Ｎにおいて、光電変換層３および第２電極層４を貫通し、内部を導電性材料９により埋設された導通用溝部８が形成されている。導通用溝部８を導電性材料９で埋設することにより出力取出し電極１０が形成されている。導通用溝部８は、平面的に見て、コンタクトライン用溝部６，１３，１４の間に挟まれるように隣接するコンタクトライン用溝部６とコンタクトライン用溝部１３またはコンタクトライン用溝部１４との間に形成されている。
図１８は、本実施形態の薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、面接触端子が正極側出力取出し領域Ｐの正規の位置で第２電極層と接触している状態を示す断面図である。図１８に示すように、本実施形態においては、中間出力測定を行なう前に導通用溝部８が形成されている。ただし、幅ＷBの範囲および幅ＷDの範囲においては、第２電極層４と第１電極層２とが電気的に接続されている。
そのため、中間出力測定において正確に測定するためには面接触端子２２Ａを、幅ＷBの範囲または幅ＷDの範囲の第２電極層４に接触させる必要がある。
図１９は、本実施形態の薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、面接触端子が正極側出力取出し領域Ｐの幅ＷCの範囲および幅ＷDの範囲で第２電極層と接触している状態を示す断面図である。図１９に示すように、幅ＷDの範囲においては、第１電極層２と第２電極層４とが接続されている。
そのため、面接触端子２２Ａが正極側出力取出し領域Ｐの幅ＷCの範囲および幅ＷDの範囲で第２電極層４と接触している場合においても、発電領域の出力を正確に測定することができる。これは、負極側出力取出し領域Ｎにおいても同様である。このように、コンタクトライン用溝部１３，１４を形成し、そのコンタクトライン用溝部１３，１４内にコンタクトラインが形成されていることにより、端子２０と薄膜太陽電池との接触位置のばらつきによる測定誤差を低減することができる。他の構成については実施の形態１または２と同様であるため説明を繰返さない。
以下、本発明の実施形態４に係る薄膜太陽電池について説明する。
実施形態４
図２０は、本発明の実施形態４に係る薄膜太陽電池の構造を示す断面図である。図２０に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池においては、コンタクトライン用溝部は、平面的に見て、複数の導通用溝部のそれぞれを挟むように全ての複数の導通用溝部の両側に形成されている。
実施形態４
図２０は、本発明の実施形態４に係る薄膜太陽電池の構造を示す断面図である。図２０に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池においては、コンタクトライン用溝部は、平面的に見て、複数の導通用溝部のそれぞれを挟むように全ての複数の導通用溝部の両側に形成されている。
具体的には、正極側出力取出し領域Ｐにおける導通用溝部８を挟むように、薄膜太陽電池の中央側にコンタクトライン用溝部６が形成され、薄膜太陽電池の外側にコンタクトライン用溝部１３が形成され、隣接する導通用溝部８同士の間にコンタクトライン用溝部１５が形成されている。本実施形態においては、正極側出力取出し領域Ｐにおける導通用溝部８が４つ形成されているため、正極側出力取出し領域Ｐにおけるコンタクトライン用溝部１５は３つ形成されている。コンタクトライン用溝部１５の形成は、コンタクトライン用溝部６の工程と同じ工程で行うことが生産性を考慮すると好ましい。
本実施形態においては、負極側出力取出し領域Ｎにおける導通用溝部８を挟むように、薄膜太陽電池の中央側にコンタクトライン用溝部６が形成され、薄膜太陽電池の外側にコンタクトライン用溝部１４が形成され、隣接する導通用溝部８同士の間にコンタクトライン用溝部１５が形成されている。本実施形態においては、負極側出力取出し領域Ｎにおける導通用溝部８が４つ形成されているため、負極側出力取出し領域Ｎにおけるコンタクトライン用溝部１５は３つ形成されている。
よって、本実施形態の薄膜太陽電池は、ガラス基板１上に第１電極層２が形成されている。第１電極層２に第１分離溝部５が形成されている。第１電極層２上に光電変換層３が形成されている。光電変換層３上に第２電極層４が形成されている。第１電極層２を分離する第１分離溝部５が形成されている。第１電極層２と第２電極層４とを接続するコンタクトライン用溝部６，１３，１４，１５が形成されている。少なくとも第２電極層４を分離する第２分離溝部７が形成されている。第２分離溝部７により発電領域と正極側および負極側出力取出し領域Ｐ，Ｎとが分離されている。正極側および負極側出力取出し領域Ｐ，Ｎにおいて、光電変換層３および第２電極層４を貫通し、内部を導電性材料９により埋設された複数の導通用溝部８が形成されている。複数の導通用溝部８を導電性材料９で埋設することにより出力取出し電極１０が形成されている。コンタクトライン用溝部６，１３，１４，１５は、平面的に見て、複数の導通用溝部８のそれぞれを挟むように全ての複数の導通用溝部８の両側に形成されている。
図２１は、本実施形態の薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、点接触端子が正極側出力取出し領域Ｐの正規の位置で第２電極層と接触している状態を示す断面図である。図２１に示すように、本実施形態においては、中間出力測定を行なう前に導通用溝部８が形成されている。ただし、幅ＷBの範囲、幅ＷCの範囲および幅ＷDの範囲においては、第２電極層４と第１電極層２とが電気的に接続されている。
そのため、中間出力測定において正確に測定するためには点接触端子２０Ａを、幅Ｗの範囲の第２電極層４に接触させればよい。
図２２は、本実施形態の薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、点接触端子が正極側出力取出し領域Ｐの幅ＷDの範囲で第２電極層と接触している状態を示す断面図である。図２３は、本実施形態の薄膜太陽電池における中間出力測定工程において、点接触端子が正極側出力取出し領域Ｐの幅ＷCの範囲で第２電極層と接触している状態を示す断面図である。
図２１に示すように点接触端子２０Ａが幅ＷBの範囲の第２電極層４に接触している場合、図２２に示すように点接触端子２０Ａが幅ＷDの範囲の第２電極層４に接触している場合、図２３に示すように点接触端子２０Ａが幅ＷCの範囲の第２電極層４に接触している場合の、いずれの場合にも発電領域の出力を正確に測定することができる。
このように、コンタクトライン用溝部１３，１４，１５を形成し、そのコンタクトライン用溝部１３，１４，１５内にコンタクトラインが形成されていることにより、端子２０と薄膜太陽電池との接触位置のばらつきによる測定誤差を低減することができる。他の構成については実施の形態１および２と同様であるため説明を繰返さない。
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
１ ガラス基板、２ 第１電極層、３ 光電変換層、４ 第２電極層、５ 第１分離溝部、６，１３，１４，１５ コンタクトライン用溝部、７ 第２分離溝部、８ 導通用溝部、９ 導電性部材、１０ 出力取出し電極、１２ マスク、２０ 端子、２０Ａ，２０Ｂ 点接触端子、２１ 非形成領域、２２Ａ 面接触端子、３０ 絶縁領域、３１ 接着部材、３２ 封止部材。
Claims (8)
- 基板上に形成された第１電極層に第１分離溝部を形成する工程と、
前記第１電極層上に光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層にコンタクトライン用溝部を形成する工程と、
前記光電変換層上に第２電極層を形成するとともに、前記コンタクトライン用溝部内に前記第１電極層と前記第２電極層とを接続するコンタクトラインを形成する工程と、
少なくとも前記第２電極層に第２分離溝部を形成する工程と、
前記第２分離溝部により発電領域と分離された出力取出し領域において、前記第２電極層に測定端子を接触させることにより、前記発電領域の出力を測定する工程と、
前記出力取出し領域において、前記光電変換層および前記第２電極層に導通用溝部を形成する工程と、
前記導通用溝部内に導電性材料を埋設する工程と
を備える、薄膜太陽電池の製造方法。 - 基板と、
前記基板上に形成された第１電極層と、
前記第１電極層上に形成された光電変換層と、
前記光電変換層上に形成された第２電極層と、
前記第１電極層を分離する第１分離溝部と、
前記第１電極層と前記第２電極層とを接続するコンタクトラインと、
少なくとも前記第２電極層を分離する第２分離溝部と、
前記第２分離溝部により発電領域と分離された出力取出し領域と、
前記出力取出し領域において、前記光電変換層および前記第２電極層を貫通し、内部を導電性材料により埋設された導通用溝部と
を備え、
前記導通用溝部が前記第２分離溝部の長さ方向に間隔を置いて不連続に形成されている、薄膜太陽電池。 - 基板上に形成された前記第１電極層に第１分離溝部を形成する工程と、
前記第１電極層上に光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層にコンタクトライン用溝部を形成する工程と、
前記光電変換層上に第２電極層を形成するとともに、前記コンタクトライン用溝部内に前記第１電極層と前記第２電極層とを接続するコンタクトラインを形成する工程と、
少なくとも前記第２電極層に第２分離溝部を形成する工程と、
前記第２分離溝部により発電領域と分離された出力取出し領域において、前記光電変換層および前記第２電極層を貫通し、内部を導電性材料により埋設される導通用溝部を前記第２分離溝部の長さ方向に間隔を置いて不連続に形成する工程と、
前記出力取出し領域における前記第２電極層に測定端子を接触させることにより、前記発電領域の出力を測定する工程と
前記導通用溝部内に導電性材料を埋設する工程と
を備える、薄膜太陽電池の製造方法。 - 前記導通用溝部を形成する工程において、前記出力取出し領域における前記第２電極層上に所定の間隔を置いてマスクを形成した後、連続的にレーザ照射して前記導通用溝部を形成する、請求項３に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
- 前記導通用溝部を形成する工程において、レーザプログラムにより不連続にレーザ照射して前記導通用溝部を形成する、請求項３に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
- 前記出力を測定する工程において前記測定端子を接触させる前記第２電極層に接続されている前記第１電極層は、前記測定端子を接触させる前記第２電極層に前記第２分離溝部を間に挟んで対向する前記第２電極層に接続されていない、請求項１，３，４および５のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
- 基板と、
前記基板上に形成された第１電極層と、
前記第１電極層上に形成された光電変換層と、
前記光電変換層上に形成された第２電極層と、
前記第１電極層を分離する第１分離溝部と、
前記第１電極層と前記第２電極層とを接続するコンタクトライン用溝部と、
少なくとも前記第２電極層を分離する第２分離溝部と、
前記出力取出し領域において、前記光電変換層および前記第２電極層を貫通し、内部を導電性材料により埋設された導通用溝部と、
を備え、
前記導通用溝部は、平面的に見て、前記コンタクトライン用溝部の間に挟まれるように隣接する前記コンタクトライン用溝部同士の間に形成されている、薄膜太陽電池。 - 基板と、
前記基板上に形成された第１電極層と、
前記第１電極層上に形成された光電変換層と、
前記光電変換層上に形成された第２電極層と、
前記第１電極層を分離する第１分離溝部と、
前記第１電極層と前記第２電極層とを接続するコンタクトライン用溝部と、
少なくとも前記第２電極層を分離する第２分離溝部と、
前記出力取出し領域において、前記光電変換層および前記第２電極層を貫通し、内部を導電性材料により埋設された複数の導通用溝部と、
を備え、
前記コンタクトライン用溝部は、平面的に見て、前記複数の導通用溝部のそれぞれを挟むように全ての前記複数の導通用溝部の両側に形成されている、薄膜太陽電池。
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