JP2011243938A - 薄膜太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の単位太陽電池を直列接続した構造を有する薄膜太陽電池において、集電孔の形成位置が制限されることを防止するとともに、従来に比べて電力損失の低減を図ることのできる薄膜太陽電池を提供する。
【解決手段】薄膜太陽電池１０において、絶縁性基板１１の表面側及び裏面側の各層（第一電極層１２、光電変換層１３、第二電極層１４、第三電極層１６、第四電極層１７）を線状に除去して分割することによって単位太陽電池（ＵＣ）が複数形成され、これらは複数の集電孔１９及び接続孔２０を介して直列接続されている。絶縁性基板１１の表面側の各層を線状に除去する第１線状除去部２１及び絶縁性基板の裏面側の各層を線状に除去する第二線状除去部２２の少なくとも一方が屈曲部を有して形成され、複数の集電孔１９は各単位太陽電池（ＵＣ）の第二電極層１４全体にわたって分散配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光を利用して電力を発生させる太陽電池に関し、特に、複数の単位太陽電池（ユニットセル）を直列接続した構造を有する薄膜太陽電池に関する。

近年、太陽電池は、地球環境問題を解決する手段の一つとして、注目を浴びている。中でも、アモルファスシリコンや微結晶シリコン，ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）や、ＣＩＧＣ（銅−インジウム−ガリウム−セレン）などの化合物、または、有機系の材料を光電変換層として使用する太陽電池は、その光電変換層を数百（ｎｍ）〜数（μｍ）程度の薄膜で形成することができ、従来の太陽電池と比べて材料使用量を大幅に低減できるため、特に太陽電池の低コスト化の観点から、注目を浴びている。このような太陽電池は、薄膜太陽電池と呼ばれている。また、薄膜太陽電池の利点の一つとしては、従来の結晶シリコン太陽電池とは異なり、様々な種類の基板上に形成できる点が挙げられる。

太陽電池は、単体では発生する電圧が低いため、一般に複数の単位太陽電池（ユニットセル）を直列に接続することで、発生電圧を高くする構造が採用される。薄膜太陽電池の場合には、一つの基板上に電極層や光電変換層を形成し、形成した各層をレーザパターニング等により分割して、複数のユニットセルを形成することによって、ユニットセルの直列接続構造を実現している場合が多い。例えば、特許文献１には、シート（フィルム）基板上に複数のユニットセルを形成し、該シート（フィルム）基板を貫通する集電孔及び接続孔を利用して、各ユニットセルを、直列に接続した構造の薄膜太陽電池が示されている。なお、このような太陽電池の構造は、ＳＣＡＦ（Series-Connection through Apertures formed on Film）構造と呼ばれている。

図９は、ＳＣＡＦ構造を有する従来の薄膜太陽電池の平面図であり、図１０は、ＳＣＡＦ構造を有する従来の薄膜太陽電池の製造方法を、工程順に示す断面図（図９のＸ−Ｘ断面図に相当する）である。ここで、図１０においては、薄膜太陽電池が光照射されて発電しているときに、同電位となる電極層については、同じハッチングを施してある。

図９と図１０に示すように、薄膜太陽電池７０は、絶縁性基板７１を備えており、この絶縁性基板７１の表面には、第一電極層７２，光電変換層７３及び第二電極層７４が順に積層された光電変換部７５が形成され、絶縁性基板７１の裏面には、第三電極層７６及び第四電極層７７が順に積層された裏面電極層７８が形成されている。図９と図１０に示す薄膜太陽電池７０では、第一電極層７２と光電変換層７３とが、絶縁性基板７１の表面側の同一範囲に積層されており、第三電極層７６と第四電極層７７とが、絶縁性基板７１の裏面側の同一範囲に積層されている。

また、絶縁性基板７１の表面において、図９の左右方向の両端には、第一電極層７２及び光電変換層７３の二層構造からなる部分が形成されている。この二層構造部を除く中央部全体では、さらに光電変換層７３上に第二電極層７４が積層されて、第一電極層７２，光電変換層７３及び第二電極層７４の三層構造からなる、光電変換部７５が形成されている。

そして、絶縁性基板７１の表面側及び裏面側の各層を、それぞれ線状に除去して複数に分割することによって、光電変換部７５の単位部分（以下「単位光電変換部」という）と、裏面電極層７８の単位部分（以下「単位裏面電極部」という）とからなるユニットセル（ＵＣ）が、絶縁性基板７１上に複数形成される。

各ユニットセル（ＵＣ）において、第二電極層７４と、裏面電極層７８（第三電極層７６，第四電極層７７）とは、集電孔７９を通じて電気的に接続されている。そして、絶縁性基板７１の表面側において、単位光電変換部を形成するための第一線状除去部８１と、絶縁性基板７１の裏面側の単位裏面電極部を形成するための第二線状除去部８２とは、絶縁性基板７１を介して互いに所定の距離が違って形成されている。このため、隣接する二つのユニットセル（ＵＣ）の、一方のユニットセル（ＵＣ_ｎ）の接続孔８０を設けた箇所では、絶縁性基板７１を挟んだ反対面の裏面電極層７８で、他方のユニットセル（ＵＣ_ｎ＋１）の第二電極層７４と集電孔７９を通じて電気的に接続される。このことで、ユニットセル（ＵＣ_ｎ）を、接続孔８０と裏面電極層７８とを介して、その隣接するユニットセル（ＵＣ_ｎ＋１）に電気的に直列接続するように構成できる。

次に、図１０を参照して、従来の薄膜太陽電池の製造方法を、工程順に説明する。
まず、図１０（ａ）に示すように、絶縁性基板７１の所定位置に、複数の接続孔８０を形成する。絶縁性基板７１としては、例えば、ポリイミド系、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）系、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）系、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系又はアラミド系のフィルムを用いることができる。接続孔８０は円形であり、その直径は１ｍｍのオーダーである。接続孔８０は、パンチ等の機械的手段で形成することができる。

次に、図１０（ｂ）に示すように、絶縁性基板７１の表面に、第一電極層７２を成膜し、その後、絶縁性基板７１の裏面に、第三電極層７６を成膜する。このとき、接続孔８０の内周面で第一電極層７２と第三電極層７６とが重なって互いに導通する。

次に、図１０（ｃ）に示すように、絶縁性基板７１に複数の集電孔７９を形成する。接続孔８０と同様、集電孔７９は円形で、その直径は１ｍｍのオーダーであり、パンチ等の機械的手段で形成することができる。

次に、図１０（ｄ）に示すように、第一電極層７２の上に光電変換層７３を成膜する。この光電変換層７３は、薄膜の半導体層であり、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜を用いることができる。

次に、図１０（ｅ）に示すように、光電変換層７３の上に第二電極層７４を成膜する。この第二電極層７４は、透明電極層であり、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜を用いることができる。ここで、第二電極層７４の成膜時には、接続孔８０及びその周辺領域をマスクなどで覆って、接続孔８０の形成部には、第二電極層７４が成膜されないようにする。

次に、図１０（ｆ）に示すように、絶縁性基板７１の裏面に成膜された、第三電極層７６の上に、第四電極層７７を成膜する。この第四電極層７７は、低抵抗導電層であり、低抵抗の金属膜を用いるとよい。このとき、集電孔７９の内周面で、第二電極層７４と第四電極層７７とが重なって、互いに導通する。

以上の工程により、絶縁性基板７１の表面側には、第一電極層７２，光電変換層７３及び第二電極層７４が積層された、光電変換部７５が形成され、絶縁性基板７１の裏面側には、第三電極層７６及び第四電極層７７が積層された、裏面電極層７８が形成される。

次に、図１０（ｇ）に示すように、絶縁性基板７１の表面側の各層を、線状に除去することによって、第一線状除去部８１を形成し、絶縁性基板７１の裏面側の各層を線状に除去することによって、第二線状除去部８２を形成する。これにより、絶縁性基板７１の表面側に積層された光電変換部７５と、絶縁性基板７１の裏面側に積層された裏面電極層７８が、複数の単位部分に分割され、絶縁性基板７１内には、光電変換部７５の単位部分（単位光電変換部）と、裏面電極層の単位部分（単位裏面電極層）とからなるユニットセル（ＵＣ）が、絶縁性基板７１上に複数形成される。上述したように、各ユニットセル（ＵＣ）において、第二電極層７４と第四電極層７７（すなわち、裏面電極層７８）とが、集電孔７９を通じて電気的に接続されるとともに、隣接する二つのユニットセル（ＵＣ）の一方のユニットセル（ＵＣ_ｎ）の第一電極層７２と、他方のユニットセル（ＵＣ_ｎ＋１）の第三電極層７６（すなわち、裏面電極層７８）とが、接続孔８０を通じて電気的に接続される構成にできる。

薄膜太陽電池７０に光が照射されて、各ユニットセル（ＵＣ）の光電変換層７３内でキャリア（電子及び正孔）が生成されると、一方のキャリアはｐｎ接合内の電界により、第二電極層（透明電極層）７４へと流れる。第二電極層７４は、集電孔７９の内周面において第四電極層７７（裏面電極層７８）と導通しているため、第二電極層７４に流れたキャリアは集電孔７９を通じて、絶縁性基板７１の裏面側へと移動する。ここで、光電変換層７３は、実質的には絶縁層とみなすことができるため、第一電極層７２と第二電極層７４とは、実質的に絶縁されている。絶縁性基板７１の裏面側に移動したキャリアは、そのまま接続孔８０まで移動する。接続孔８０の形成部には、第二電極層７４が形成されておらず、接続孔８０の内周面では、第一電極層７２と第三電極層７６（裏面電極層７８）とが導通しているため、キャリアは接続孔８０を通じて再び絶縁性基板７１の表面側へと移動する。その後、キャリアは絶縁性基板７１の表面側において、隣接するユニットセル（ＵＣ）の光電変換層７３へと移動する。このように、ＳＣＡＦ構造を有する従来の薄膜太陽電池７０は、集電孔７９及び接続孔８０を介して複数のユニットセル（ＵＣ）が直列に接続された構造となっている。

特開平１０−２３３５１７号公報

上記従来の薄膜太陽電池は、各ユニットセルにおいて、透明電極層である第二電極層と、裏面電極層とが、集電孔を通じて電気的に接続されており、高抵抗である透明電極層における電力損失（集電ロス）が、ある程度低減されている。

しかし、上記従来の薄膜太陽電池においては、図９に示すように、各ユニットセル（ＵＣ）を構成する単位光電変換部と、単位裏面電極層とが、ユニットセルの配列方向（図の上下方向）にズレており、各ユニットセル（ＵＣ）における集電孔及び接続孔の形成位置が、制限されていた。このため、集電効率の面から、集電孔及び接続孔の形成位置が、必ずしも適正化されてはおらず、改善が必要であった。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、薄膜太陽電池において、集電孔や接続孔の形成位置が制限されることを防止するとともに、従来に比べて電力損失の低減を図ることのできる、薄膜太陽電池を提供することを目的とする。

本発明の一側面による薄膜太陽電池は、絶縁性基板の表面側に、第一電極層、光電変換層及び透明な第二電極層が、順に積層された光電変換部が設けられるとともに、前記絶縁性基板の裏面側に裏面電極層が設けられた、単位太陽電池が同一の前記絶縁性基板上に複数形成され、各単位太陽電池において前記第二電極層と前記裏面電極層とが前記絶縁性基板を貫通する複数の集電孔を通じて電気的に接続され、隣接する二つの単位太陽電池のうち、一方の単位太陽電池の第一電極層の一部と、他方の単位太陽電池の裏面電極層の一部とが前記絶縁性基板を挟んで対向する重複領域を有するように、前記第一電極層と前記裏面電極層の少なくとも一方が張り出し部を有して形成され、前記重複領域で、隣接する二つの単位太陽電池の一方の第一電極層と、他方の裏面電極層とが、前記絶縁性基板を貫通する少なくとも一つの接続孔を通じて電気的に接続されることによって、複数の前記単位太陽電池が直列接続されている。

ここで、前記接続孔の形成部周辺に前記第二電極層の形成されていない領域を設け、前記張り出し部を前記第二電極層の形成されていない領域内に位置させるようにしてもよい。または、前記第二電極層は、接続孔が設けられる第一領域と集電孔が設けられる第二領域とを有し、前記第一領域と第二領域とは電気的に分離し、前記張り出し部を前記第一領域内に位置させるようにしてもよい。

また、前記複数の集電孔を、前記各単位太陽電池の第二電極層全体にわたって分散配置してもよい。この場合、好ましくは、前記複数の集電孔を千鳥格子状に配置することで、該複数の集電孔を前記各単位太陽電池の第二電極層内にほぼ均等に分散させる。

上記において、単位太陽電池は、絶縁性基板の表面側及び裏面側の各層を、線状に除去して該各層を複数に分割することによって、単位光電変換部と単位裏面電極部とからなるように構成してもよいし、各層を複数に分割する手段は、特に線状である必要はなく、製膜時にマスクを用いて分割箇所を設けるようにしてもよい。

また、前記第一電極層と前記裏面電極層の少なくとも一方に形成する前記張り出し部は、屈曲部として形成することができる。

本発明による薄膜太陽電池によれば、絶縁性基板の表面側の第一電極層と、絶縁性基板の裏面側の裏面電極層の少なくとも一方が、張り出し部を有した単位太陽電池として形成されるので、単位太陽電池を構成する、単位光電変換部と単位裏面電極層との形成位置のズレを、本発明による適切な形状とすることで、各単位太陽電池において、集電孔や接続孔を所望の位置に形成することができる。

ここで、接続孔の形成部周辺に、第二電極層の形成されない領域を設けて、前記屈曲部を、該第二電極層の形成されていない領域内に配置し、又は、第二電極層を、接続孔の存在する第一領域と、接続孔の存在しない第二領域とに、電気的に分離して、前記屈曲部を前記第一領域内に配置するようにすれば、前記屈曲部を加工する際に、例えば光電変換層に損傷を与えても、第一電極層と第二電極層とが導通してリークパスが形成されることない。これにより、各層の除去加工に伴う薄膜太陽電池の出力低下が未然に防止される。

また、複数の集電孔を、各単位太陽電池の第二電極層の全体にわたって分散配置するようにすれば、電流が高抵抗の第二電極層を流れる経路が短縮されるとともに、電流の流れの均一性が向上して電力損失を大幅に低減できる。

本発明の第一実施形態による薄膜太陽電池の平面図である。 本発明の第二実施形態による薄膜太陽電池の平面図である。 本発明の第二実施形態による薄膜太陽電池の分解斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第三実施形態による薄膜太陽電池の平面図である。 本発明の第四実施形態による薄膜太陽電池の平面図である。 図６のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第五実施形態による薄膜太陽電池の平面図である。 従来の薄膜太陽電池の平面図である。 従来の薄膜太陽電池の製造方法を工程順に示した図であり、図９のＸ−Ｘ断面図に相当する図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第一実施形態による薄膜太陽電池１０の平面図である。薄膜太陽電池１０はＳＣＡＦ構造を有しており、その基本的な構成は、図９，図１０に示された従来の薄膜太陽電池７０と同じである。すなわち、薄膜太陽電池１０は、可撓性を有する絶縁性基板１１を備える。絶縁性基板１１の表面側には、第一電極層１２，光変換層１３及び第二電極層１４が順に積層された光電変換部１５が設けられ、絶縁性基板１１の裏面側には第三電極層１６及び第四電極層１７が順に積層された裏面電極層１８が設けられている。

絶縁性基板１１の表面側及び裏面側の各層は、例えばレーザによるパターニング加工によって線状に除去されて複数に分割されており、これにより、絶縁性基板１１内には、単位光電変換部と単位裏面電極部とからなる単位太陽電池（ユニットセル：ＵＣ）が複数形成されている。ここで、絶縁性基板１１の表面側の各層が、線状に除去された部分が第一線状除去部２１であり、絶縁性基板１１の裏面側の各層が、線状に除去された部分が第二線状除去部２２である。

このように、本実施例においては、単位太陽電池として、絶縁性基板の表面側及び裏面側の各層を、線状に除去して各層を複数に分割することによって、単位光電変換部と単位裏面電極部とからなるように構成する例を示したが、各層を複数に分割する手段は、これに限定するものではなく、製膜時にマスクを用いて分割箇所を設けるようにしてもよい。また、分離部の形状は、線状である必要はなく、電気的に分離がされているのであれば、形状は自由に選ぶことができる。

各ユニットセル（ＵＣ）において、第二電極層１４と第四電極層１７とは、複数の集電孔１９を通じて電気的に接続されており、隣接するユニットセル（ＵＣ）の、一方のユニットセル（ＵＣ_ｎ）の接続孔２０を設けた箇所の第一電極層１２の直列接続部と、他方のユニットセル（ＵＣ_ｎ＋１）の第三電極層１６の屈曲部として形成されている張り出し部とは、接続孔２０を通じて電気的に接続されている。これにより、各ユニットセル（ＵＣ）の直列接続構造が実現される。なお、ユニットセル（ＵＣ）の第一電極層１２の直列接続部とは、基板表面に形成された第一電極層１２のうち、光電変換部１５を構成しない領域（すなわち、三層構造となっていない領域）、又はその一部をいい、ユニットセル（ＵＣ）の第三電極層１６の張り出し部とは、基板裏面に形成された第三電極層１６のうち、基板表面側の光電変換部１５に対応する領域以外の領域又はその一部をいう。

次に、上記薄膜太陽電池１０の各構成要素について更に説明する。
絶縁性基板１１を構成するプラスチック基板としては、例えば、ポリイミド系、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）系、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）系、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系又はアラミド系のフィルムを用いることができる。なお、可撓性を必要としない場合には、ガラス基板等を用いてもよい。

第一電極層１２及び第三電極層１６は、数百（ｎｍ）の厚さの銀（Ａｇ）の層であり、スパッタ法によって形成されている。また、図では省略しているが、第一電極層１２の表面には、入射した光を散乱させて光電変換層１３での吸収量を増加させるため、テクスチャー形状が形成されていてもよい。なお、本実施形態では、第一電極層１２として銀（Ａｇ）電極を用いているが、これに限定されるものではない。例えば銀（Ａｇ）電極の表面にプラズマ耐性のある二酸化チタン（ＴｉＯ_２）を積層した積層膜や、二酸化スズ（ＳｎＯ_２）膜や、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜等を第一電極層１２としてもよい。また、最適なテクスチャー形状を形成できる材料を適用して、第一電極層１２を形成してもよい。

光電変換層１３は、薄膜半導体層であり、本実施形態では、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）とアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）との二層タンデム構造としている。但し、これに限定されるものではなく、光電変換層１３の材質として、アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、アモルファスシリコンオキサイド（ａ−ＳｉＯ）、アモルファスシリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）、微結晶シリコンカーバイド（μｃ−ＳｉＣ）、微結晶シリコンオキサイド（μｃ−ＳｉＯ）、微結晶シリコンナイトライド（μｃ−ＳｉＮ）等を用いてもよい。また、化合物系や有機系の材質を用いてもよい。なお、光電変換層１３を構成する各層は、プラズマ化学気相成長（プラズマＣＶＤ）法、スパッタ法、蒸着法、触媒化学気相成長（Ｃａｔ−ＣＶＤ）法、光化学気相成長（光ＣＶＤ）法などを用いて成膜することができる。

第二電極層１４は、透明電極層であり、スパッタ法を用いて成膜した酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜を用いている。但し、これに限定されるものではなく、二酸化スズ（ＳｎＯ_２）膜や酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜などを用いることもできる。

第四電極層１７は、金属膜などからなる低抵抗導電膜であり、本実施形態では、スパッタ法を用いて成膜したニッケル（Ｎｉ）膜を用いている。但し、これに限定されるものではなく、ニッケル以外の材料を用いて第四電極層１７を形成することもできる。

集電孔１９は、各ユニットセル（ＵＣ）の第二電極層１４の全体に、分散させて設けられており、接続孔２０は、各ユニットセル（ＵＣ）について６個（片側に３個一列）設けられている。集電孔１９及び接続孔２０は、パンチ等の機械的手段によって形成される。本実施形態において、集電孔１９及び接続孔２０はともに円形であり、各集電孔１９は各接続孔２０よりも小径に形成されている。このように接続孔２０よりも小径の集電孔１９を第二電極層１４の全体に分散配置することにより、第二電極層１４での電力損失を抑制するとともに、集電孔１９による発電面積の低下を抑制している。但し、これらに限定されるものではなく、集電孔１９及び接続孔２０の形状、大きさ及び個数は、薄膜太陽電池１０の仕様等に応じて適宜設定することができる。

なお、本実施形態による薄膜太陽電池１０の製造方法は、図１０に示す従来の薄膜太陽電池の製造方法と基本的に同じであるので、その説明は省略する。
ここで、従来の薄膜太陽電池（図９参照）と対比しつつ、本実施形態による薄膜太陽電池１０の特徴のうちのいくつかを説明する。

まず、絶縁性基板１１の表面側の各層が除去された第一線状除去部２１は、従来の薄膜太陽電池と同様に直線状に形成されているが、絶縁性基板１１の裏面側の各層が除去された第二線状除去部２２は、屈曲部２２ａを有して形成されている点である。具体的には、本実施形態における第二線状除去部２２は、図１の左右方向の両側において９０°の方向に２回折れ曲がった屈曲構造を有している。これは、各ユニットセル（ＵＣ）を構成する単位光電変換部の位置と単位裏面電極層の位置とを、絶縁性基板１１を挟んで、ほぼ一致させるようにするためである。換言すれば、本実施形態における第二線状除去部２２は、絶縁性基板１１を挟んで各ユニットセル（ＵＣ）を構成する、単位光電変換部と単位裏面電極層とを、ほぼ一致させるように屈曲部２２ａを有して形成されている。

これにより、各ユニットセル（ＵＣ）において、集電孔１９の形成位置が制限されることなく（片寄ることなく）、薄膜太陽電池の製造条件等に応じて、所望の位置に所望の個数の集電孔１９を形成することが可能となり、集電効率を向上させることができる。

なお、第二線状除去部２２の形状は、本実施形態の形状に限るものではなく、例えば斜め方向に折れ曲がった屈曲構造を有するようにしたり、曲線を含んだ形状としたりしてもよい。また、第二線状除去部２２を直線状に形成し、第一線状除去部２１が屈曲部を有するようにしてもよく、第一線状除去部２１及び第二線状除去部２０が屈曲部を有するようにしてもよい。

次に、複数の集電孔１９が各ユニットセル（ＵＣ）の第二電極層１４の全体に分散配置されている点である。これにより、抵抗の高い第二電極層１４を電流が流れる経路を大幅に短縮することでき、第二電極層１４における電力損失（集電ロス）を低減できる。

本実施形態において、複数の集電孔１９は、各ユニットセル（ＵＣ）の第二電極層１４の範囲内にほぼ一定間隔で格子状に配置されている。このように、集電孔１９が第二電極層１４の全体にほぼ均等に配置されると、抵抗の高い第二電極層１４を電流が流れる経路を大幅に短縮できるとともに電流の流れの均一性をも向上できるので、集電ロスをさらに効果的に低減できる。

本実施形態では、複数の集電孔１９が、各ユニットセル（ＵＣ）の第二電極層１４内に千鳥格子状に配置されている。この場合、薄膜太陽電池１０の幅方向に一定間隔で並ぶ集電孔１９の列を、該幅方向に直交する方向に一定間隔で複数設けるとともに、奇数列と偶数列とを前記幅方向に前記一定間隔の半分だけずらずことによって複数の集電孔１９を千鳥格子状に配置するのが好ましい。

ところで、第二線状除去部２２のように屈曲部を有する線状除去部を、例えばレーザによるパターニング加工によって形成する場合には、レーザによるＸ−Ｙ方向の二次元的な掃引が必要となる。すなわち、加工中にレーザの進行方向を変化させる必要がある。このような場合、屈曲部の加工精度を確保するためにはレーザの進行速度を低下させなければならず、この結果、レーザの加減速領域が発生することになる。

レーザによるパターニング加工は、一定の周波数でパルス的にレーザを照射して照射部にある部材を除去するため、同一箇所に必要以上のパルス照射が行われると、照射部の周囲に損傷を与えるおそれがある。上記第１実施形態においては、第二線状除去部２２の屈曲部２２ａの加工時にレーザの加減速領域が発生することになるため、このレーザの加減速領域においてパルス照射が他の領域よりも多くなり、その結果、基板表面側の光電変換層１３が損傷してリークが発生するおそれがある。このようなリークは、基板表面側の光電変換層１３に過度のエネルギーが入射されることにより、光電変換層１３が結晶化し又は破壊されて第一電極層１２と第二電極層１４とが導通することで発生する。このため、第一線状除去部２１が屈曲部を有する場合には、このようなリークが発生するおそれはさらに高くなる。

このような事態を防止するため、レーザの加減速領域においてシャッタ等によってレーザを遮断することも考えられるが、この方法ではレーザ加工装置のコストアップを招き、また、シャッタ等の開閉速度がレーザの発振周波数に追随できず、加工精度を確保することが困難になる。なお、レーザによる加工以外の方法、例えば超音波振動子やサンドブラストによる加工においても、屈曲部を形成する際には、加工の加減速領域が発生して光電変換層１３に過度な力やエネルギーが印加されることになるため、レーザによる加工と同様に光電変換層１３が損傷してリークが発生するおそれがある。

そこで、このようなリークの発生及びそのおそれを未然に防止するため、上記第１実施形態による薄膜太陽電池１０を以下のように改良した（第二〜第五実施形態）。なお、以下の実施形態は、基板上に形成された各層を線状に除去する線状除去部を屈曲させた目的等を問わず、線状除去部が屈曲部を有する全ての薄膜太陽電池に適用できるものである。

図２は、本発明の第二実施形態による薄膜太陽電池３０の平面図であり、図３は、図２の分解斜視図を示し、図４は、図２のＡ−Ａ断面図である。なお、図２，図３，図４において、図１と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付して示す。また、本実施形態による薄膜太陽電池３０の製造方法も、図１０に示す従来の薄膜太陽電池の製造方法と基本的に同じであり、その説明は省略する。また、図３においては、図３（ａ）が全体構成を示し、図３（ｂ）は、絶縁性基板１１上に形成されている、第一電極層１２と光電変換層１３と、第二電極層の積層構造を示す。また、図３（ｃ）は、絶縁性基板１１であり、図３（ｄ）は、絶縁性基板１１の裏面側に形成された、裏面電極層１８の形状を示す。

上記第一実施形態による薄膜太陽電池１０との相違は、第二実施形態による薄膜太陽電池３０においては、第二線状除去部２２の屈曲部２２ａが、平面視において、接続孔２０の形成部周辺に設けられた第二電極層１４の形成されていない領域内に位置している点である。ここで、第二電極層１４の形成されていない領域とは、絶縁性基板１１の表面側において、第二電極層１４が成膜されていない領域、及びこの領域に対応する絶縁性基板１１の裏面側の領域のことをいい、本実施形態において、屈曲部２２ａを形成しているのは、後者の裏面側の領域が該当する。

なお、本実施形態では第二線状除去部２２が屈曲部２２ａを有しているが、第二線状除去部２２に代えて又は加えて、第一線状除去部２１が屈曲部を有する場合には、第一線状除去部２１の屈曲部が、接続孔２０の形成部周辺に設けられた第二電極層１４の形成されていない領域内に位置するように構成すればよい。

このような構成とすれば、薄膜太陽電池の製造時に、たとえ線状除去部の屈曲部において、レーザ加工等による光電変換層の結晶化や損傷が発生したとしても、屈曲部は第二電極層の形成されていない領域内に位置しているため、第一電極層と第二電極層とが、導通してリークパスが形成されることがない。

下記表１は、第一実施形態による薄膜太陽電池１０と、第二実施形態による薄膜太陽電池３０のＩＶ特性を示している。このＩＶ特性は、製造した薄膜太陽電池に逆バイアス処理を施し、その後、日射強度＝１ＳＵＮ（１０００Ｗ／ｍ^２）という条件の下で、ソーラシミュレータを用いて測定したものである。なお、下記表１においては、第二実施形態による薄膜太陽電池３０の開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）及び熱交換率（Ｅｆｆ）の値を１として規格化している。

表１に示すように、第一実施形態による薄膜太陽電池１０は、第二実施形態による薄膜太陽電池３０に比べて、開放電圧（Ｖｏｃ）及び曲線因子（ＦＦ）が低くなっており、出力が低いことが確認できる。これは、第一実施形態による薄膜太陽電池１０には、逆バイアス処理を施しても、除去することができない比較的大きなリークが存在するために生じた差であると考えられる。両薄膜太陽電池は、同じ工程で製造したものであり、第二線状除去部２２の屈曲部２２ａの形成位置のみが異なっている。よって、第一実施形態による薄膜太陽電池１０では第二線状除去部２２の屈曲部２２ａ近傍でリークが発生したと考えられ、このようなリークを確実に防止できる第二実施形態による薄膜太陽電池３０の方が好ましいと言える。

図５は、本発明の第三実施形態による薄膜太陽電池４０の平面図である。第二実施形態による薄膜太陽電池３０との相違は、第三実施形態による薄膜太陽電池４０においては、接続孔２０の個数が増えている点、及び、接続孔２０が直線状ではなく、交互に位置がずらされてジグザグに配置されている点である。具体的には、接続孔２０は、隣接する二つのユニットセル（ＵＣ）の一方の第一電極層１２の一部と、他方の第三電極層１６の一部との重複領域にほぼ均等に配置されている。このように構成することにより、隣接するユニットセル間における電流の流れの均一性が向上して、集電ロスを低減できる。

図６は、本発明の第四実施形態による薄膜太陽電池５０の平面図であり、図７は、図６のＢ−Ｂ断面図である。第二実施形態による薄膜太陽電池３０との相違は、第四実施形態による薄膜太陽電池５０においては、接続孔２０の形成部周辺にも第二電極層１４が成膜されている点、第二電極層１４が接続孔２０の存在する領域と、接続孔２０の存在しない領域とに電気的に分離されている点、及び、平面視において、第二線状除去部２２の屈曲部２２ａが、接続孔２０の存在する領域内に位置している点である。ここで、接続孔２０の存在する領域とは、絶縁性基板１１の表面側において、第二電極層１４を電気的に分離する分離部２３の内側の領域及びこの領域に対応する絶縁性基板１１の裏面側の領域のことをいい、本実施形態において、屈曲部２２ａを形成しているのは、後者の裏面側の領域が該当する。なお、本実施形態では第二線状除去部２２が屈曲部２２ａを有しているが、第二線状除去部２２に代えて又は加えて第一線状除去部２１が屈曲部を有する場合には、第一線状除去部２１の屈曲部が接続孔２０の存在する領域内に位置するように構成すればよい。

本実施形態による薄膜太陽電池５０は、従来の薄膜太陽電池の製造方法おける第二電極層を成膜する工程（図１０（ｅ））において、マスクを使用せずに第二電極層１４を成膜し、その後、例えばレーザによるパターニング加工によって、接続孔２０の形成部の周囲を線状に除去して、分離部２３を形成することで製造することができる。なお、第二電極層１４を成膜する際に分離部２３を形成するためのマスクを用いてもよい。

このような構造とすれば、薄膜太陽電池の製造時に線状除去部の屈曲部において、レーザ加工等による光電変換層１３の結晶化や損傷が発生したとしても、屈曲部が形成される部分の第二電極層１４は元々接続孔２０を通じて第一電極層１２と電気的に接続しており、また、第二電極層１４は、分離部２３によって接続孔２０を含む領域と接続孔２０を含まない領域とに分離されているため、光電変換層１３の損傷部等がリークの発生箇所とはならない。なお、本実施形態による薄膜太陽電池５０も、第二実施形態による薄膜太陽電池３０と同様のリークの少ないＩＶ特性が得られることを確認できた。

図８は、本発明の第五実施形態による薄膜太陽電池６０の平面図であり、図６の本発明の第四実施形態による薄膜太陽電池５０との相違点は、分離部２３aの面積が小さく、屈曲部２２ｂが、接続孔２０の存在する領域である分離部２３a内に位置し、屈曲部２２ｃは、第一線状除去部２１が存在する領域に位置していることである。このような構成にすることでも、リークの発生を抑制できる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

１０…薄膜太陽電池、１１…絶縁性基板、１２…第一電極層、１３…光電変換層、１４…第二電極層（透明電極層）、１５…光電変換部、１６…第三電極層、１７…第四電極層、１８…裏面電極層、１９…集電孔、２０…接続孔、２１…第一線状除去部、２２…第二線状除去部、２２ａ…屈曲部、２３…分離部，３０…薄膜太陽電池、４０…薄膜太陽電池、５０…薄膜太陽電池、ＵＣ…ユニットセル（単位太陽電池）

Claims (4)

1. 絶縁性基板の表面側に第一電極層、光電変換層及び透明な第二電極層が順に積層された光電変換部が設けられるとともに前記絶縁性基板の裏面側に裏面電極層が設けられた、
   単位太陽電池が同一の前記絶縁性基板上に複数形成され、
   各単位太陽電池において前記第二電極層と前記裏面電極層とが前記絶縁性基板を貫通する複数の集電孔を通じて電気的に接続され、
   隣接する二つの単位太陽電池のうち、一方の単位太陽電池の第一電極層の一部と他方の単位太陽電池の裏面電極層の一部とが前記絶縁性基板を挟んで対向する重複領域を有するように前記第一電極層と前記裏面電極層の少なくとも一方が張り出し部有して形成され、
   前記重複領域で、隣接する二つの単位太陽電池の一方の第一電極層と他方の裏面電極層とが前記絶縁性基板を貫通する少なくとも一つの接続孔を通じて電気的に接続されることによって複数の前記単位太陽電池が直列接続された薄膜太陽電池。
2. 前記接続孔の形成部周辺には前記第二電極層の形成されていない領域が設けられ、
   前記張り出し部が前記第二電極層の形成されていない領域内に位置している、請求項１に記載の薄膜太陽電池。
3. 前記第二電極層は、接続孔が設けられる第一領域と集電孔が設けられる第二領域とを有し、前記第一領域と第二領域とは電気的に分離され、
   前記張り出し部が前記第一領域内に位置している、請求項１に記載の薄膜太陽電池。
4. 前記複数の集電孔が前記各単位太陽電池の前記第二電極層全体にわたって分散配置されている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池。