JP2011523228A - 薄膜太陽電池の選択的除去および接触 - Google Patents
薄膜太陽電池の選択的除去および接触 Download PDFInfo
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Abstract
本発明は、ＣＩＧＳベースの薄膜太陽電池モジュール（１７）からなる薄膜太陽電池デバイスの製造方法を提供する。最初の縦方向の薄膜太陽電池セグメント（１８）に隣接するモジュール（１７）の周縁領域（２１）における少なくとも周辺エリア（２２）において背面コンタクト（５）を露出させるための、少なくとも前面コンタクト（１５）とＣＩＧＳ層（７）からなる多層構造（１３）の選択的除去によるエッジ削除は、少なくとも第一の接触手段（２７）を背面コンタクト（５）に取り付けることによってモジュール（１７）を接触させることを許容する。好ましくは、同時に行われる薄膜太陽電池モジュール（１７）上に配置されたブラスチングチェンバー（３２）中でのブラスチング剤の供給と破片の収集を使ったブラスチング動作が、選択的除去のために使用される。
Description
本発明は、薄膜太陽電池の製造に関し、特にそのような太陽電池のエッジ削除と電気的接触に関する。
太陽電池は、最小の環境的インパクトでもって電力を作成する手段を提供する。商業的な成功となるためには、太陽電池は、効率的であり、低コストであり、持続性があり、その他の環境的問題を引き起こすことを回避する必要がある。
今日支配的な太陽電池技術は、結晶シリコンに基づいている。それは上述した要求の多くを満たすが、結晶シリコン太陽電池は、大規模な発電が費用効率的となるほど低コストでは容易に作成できない。それらはまた。それらを製造するのに比較的大量のエネルギーを要求し、それは環境的な不利点である。
薄膜技術に基づいた太陽電池が開発されている。それらは相当なコスト削減の潜在性を供するが、一般に、結晶シリコン太陽電池よりも低い変換効率と短い持続性を有する。非常に有望な薄膜太陽電池技術は半導体ＣＩＧＳ層に基づいており、それは動作において高い効率（小さなプロトタイプモジュールで１６．６％）と持続性を実証している。しかしながら、この技術は、商業的に低コストでセルを作成できることをまだ実証していない。ＣＩＧＳは、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２化合物を形成する、半導体材料の中で典型的な合金元素、即ちＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、ＳｅとＳの略語である。一般的に、ＣＩＧＳ層はまた硫黄からもなり、即ちＣｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓｅ１−ｙＳｙ）２である。
典型的なＣＩＧＳ太陽電池は、板ガラスまたは金属フォイルのような基板材料上のＣＩＧＳ層からなり、それはモリブデンの層で被覆されている。この層は、太陽電池の背面コンタクトとしての役目を果たす。ＣＩＧＳ成長には、典型的はＣｄＳの５０ｎｍのバッファー層と、オプションでＺｎＯの高抵抗薄層および透明な導電性酸化物、例えばアルミニウムドープされたＺｎＯ（ＺＡＯ）で作られた前面コンタクトの蒸着によるｐｎジャンクションの形成が続く。ＣｄＳのバッファー層は、例えばＺｎＯｚＹ１−ｚ層に置き換えられても良い。
ＣＩＧＳベースの薄膜太陽電池は、元素Ｃｕ、Ｉｎ、ＧａとＳｅの高真空共蒸発によって一般的に製造される。例として、複数の直列に接続された縦方向の太陽電池からなる薄膜太陽電池モジュールを製造するための従来技術方法は、
−縦方向のセグメントに分割された、モリブデン被覆された基板を提供するステップと、
−インライン作成装置を使ってモリブデン被覆された基板上にＣＩＧＳ層を蒸着し、その後ＣＩＧＳ層上にバッファー層と高抵抗層を蒸着するステップと、
−一般的に機械的触針を使って半導体層に溝を形成して、モリブデン被覆中の縦方向のセグメントと平行で重複する縦方向のセグメントを形成するステップと、
−セグメント化された半導体層の上表面上に前面コンタクトを蒸着するステップと、
−機械的触針を使って前面コンタクトとその下にある半導体層のパターニング、即ちそれらの中に溝を形成することによって直列に接続された縦方向のセグメントのアレイを提供するステップと、
からなる。
−縦方向のセグメントに分割された、モリブデン被覆された基板を提供するステップと、
−インライン作成装置を使ってモリブデン被覆された基板上にＣＩＧＳ層を蒸着し、その後ＣＩＧＳ層上にバッファー層と高抵抗層を蒸着するステップと、
−一般的に機械的触針を使って半導体層に溝を形成して、モリブデン被覆中の縦方向のセグメントと平行で重複する縦方向のセグメントを形成するステップと、
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−機械的触針を使って前面コンタクトとその下にある半導体層のパターニング、即ちそれらの中に溝を形成することによって直列に接続された縦方向のセグメントのアレイを提供するステップと、
からなる。
次のステップは、この薄膜太陽電池モジュールから有用な薄膜太陽電池デバイスを作ることである。太陽電池モジュールの電気的絶縁とハーメチックシールを信頼性をもって行うことができるようになるために、周縁領域中の薄膜太陽電池モジュールのガラス基板の上にある全ての薄膜層は、所謂「エッジ削除」動作で通常完全に除去される。レーザーアブレーションとサンドブラストおよび研削が現在使用されているエッジ削除方法である。エッジ削除は、太陽電池モジュールの薄膜層の腐食を防止する、周縁領域におけるガラスに対するハーメチックシールを得ることができるようにする。電気的絶縁もまた、電流漏洩および短絡を防止するために必要である。
更には、エッジ削除動作には通常、例えば導電性糊および銅ストリップと、それにケーブルが接続されることができるジャンクションボックスの積層、フレーム化および載置を使った、太陽電池の導電性の最上部層（前面コンタクト）の接触、所謂「エッジタビング」が続く。所謂「タブワイヤ」が、例えば基板に開けられた穴を通してまたは基板のエッジを介してジャンクションボックスまで導かれることができる。
挑戦的なエッジ削除およびエッジタビング動作は、信頼性のある薄膜太陽電池デバイスを作るために重要な事項である。薄膜太陽電池デバイスの現行の開発は、低コストで高性能な太陽電池デバイスを得るために高スループットをもった効率的なプロセスを要求する。コストを下げるための手段には、太陽電池モジュールの表面積の増加が含まれる。従って、維持されたかまたは好ましくは向上された正確さと清潔さをもって、エッジ削除動作における高い除去率が要求される。最終的な太陽電池デバイスの持続性と性能は、もしエッジ削除ステップからの残存物が接触と積層まで太陽電池モジュール上に残されていれば、著しく削減され得る。このため、処理時間を増大しスループットを制限する洗浄動作が通常要求される。加えて、加工動作からの埃は有害であり得るので、安全に収集されて廃棄処分される必要がある。
従来技術は、薄膜太陽電池デバイスの製造のための方法を提供することができるようになることについて、特に薄膜太陽電池デバイスの効率的で信頼性のある処理のために好適なエッジ削除および薄膜太陽電池の接触にための方法とデバイスを提供することについて、欠点を有する。
本発明の目的は、従来技術の欠点を克服することである。これは、独立請求項に規定された方法とデバイスによって達成される。
本発明による方法は、背面コンタクトと、薄膜太陽電池モジュールを形成している多層構造からなる薄膜太陽電池デバイスで、多層構造は少なくともＣＩＧＳ層と前面コンタクトからなるもの、の製造に関する。方法は、背面コンタクトと多層構造を基板上に蒸着するステップと、薄膜太陽電池モジュールの周縁領域における少なくとも第一の周辺エリアにおいて多層構造を選択的に除去することによるエッジ削除であって、それにより第一の周辺エリアの少なくとも第一の縦方向部分において背面コンタクトを露出させるステップと、第一の接触手段を露出させられた背面コンタクトに接続するステップと、からなる。
好ましくは、選択的除去は、研磨材媒体を使ったブラスチングすることからなる。ブラスチングすることは、好ましくは、その中で同時にブラスチング剤が供給されて破片が収集される、多層構造上に配置されたブラスチングチェンバーを使うことによって、マスク無しで、即ちマスクを使用せずになされる。
薄膜太陽電池モジュールは、複数の直列に接続された薄膜太陽電池セグメントからなっていても良い。背面コンタクトは好ましくは、最初の薄膜太陽電池セグメントに隣接する周縁領域の第一の縦方向部分と直列に接続されたセグメントの最後の薄膜太陽電池セグメントに隣接する周縁領域の第二の縦方向部分において露出させられる。薄膜太陽電池モジュールは好ましくは、最初と最後の薄膜太陽電池セグメントに隣接する露出させられた背面コンタクトに第一と第二の接触手段をそれぞれ接続することによって、両端において接触される。
接触手段の露出させられた背面コンタクトへの接続は、例えば、超音波圧接、熱圧着、電気スポット溶着、導電性接着剤または糊等を使って行うことができる。
発明の一実施形態による薄膜太陽電池デバイスは、少なくとも最初の縦方向の薄膜太陽電池セグメントを有する薄膜太陽電池モジュールからなる。前記縦方向の薄膜太陽電池セグメントは少なくとも基板上の背面コンタクトと多層構造からなり、多層構造は少なくともＣＩＧＳ層と前面コンタクトからなる。第一の接触手段が、好ましくは直接、最初の薄膜太陽電池セグメントに隣接する第一の周辺エリアの第一の縦方向部分において基板とは反対側の背面コンタクトに接続される。
薄膜太陽電池デバイスは好ましくは、最初の薄膜太陽電池セグメントに始まり最後の薄膜太陽電池セグメントで終わる複数の直列に接続された縦方向の薄膜太陽電池セグメントからなる。第二の接触手段が、最後の薄膜太陽電池セグメントに隣接する第二の周辺エリアの第二の縦方向部分において基板とは反対側の背面コンタクトに直接接続される。薄膜太陽電池デバイスは、薄膜太陽電池モジュールの周縁領域において露出させられた基板に対してシールされても良い。
太陽電池を背面コンタクト上で接触させることの一つの利点は、これがより信頼性がありおよび／またはより費用効率の良い接触配置を許容することである。
発明のおかげで、比較的クリーンな表面を残す本発明のブラスチング動作のために、信頼性があり費用効率の良い薄膜太陽電池デバイスを提供することが可能である。
発明の更なる利点は、従来技術の太陽電池デバイスよりも良くシールされた薄膜太陽電池デバイスを提供することである。これは、背面コンタクトでの接触と薄膜太陽電池の層の効果的な除去によって達成される。本発明の薄膜太陽電池モジュールの加工された表面は、洗浄されたかまたは未処理の基板表面よりも良いシール材料への接着を提供する。
発明の好ましい実施形態がここで添付の図面を参照して記載される。
図１ａ、１ｂを参照すると、本発明による薄膜太陽電池デバイスは、基板２上に薄膜太陽電池を形成している層化構造からなる。例として層化構造は、基板２上の背面コンタクト層５と、ＣＩＧＳ層７と、オプションのバッファー層９と、オプションの高抵抗層１１と、前面コンタクト層１５からなる。そのような薄膜太陽電池の製造においては、例えば板ガラスまたは金属フォイルで作られた基板２は、例えばモリブデンの層で被覆される。この層は、薄膜太陽電池の背面コンタクト５としての役目を果たす。ＣＩＧＳ層７の成長には、オプションで、例えばＣｄＳまたはＺｎＯｚＳ１−ｚで形成されたバッファー層と、オプションで例えばＺｎＯで形成された高抵抗薄層１１、および透明な導電性酸化物、例えばＺＡＯ（アルミニウムドープされたＺｎＯ）で形成された前面コンタクト１５の蒸着によるｐｎジャンクションの形成が続く。好ましくは、複数の薄膜太陽電池セグメント１８が直列に接続されて、薄膜太陽電池モジュール１７を形成する。図１ｂは、エッジ削除動作前の、複数の直列に接続された縦方向の薄膜太陽電池セグメント１８からなる薄膜太陽電池モジュール１７を概略的に描いている。そして、層化構造は基板２の本質的に全体を覆う。
従来技術によるエッジ削除動作では、基板上の層化構造は、薄膜太陽電池モジュールのエッジに隣接する周縁エリアにおいて、即ち図１ｂに描かれているような薄膜太陽電池モジュールの破線の外部において、完全に除去される。エッジ削除動作の後、薄膜太陽電池モジュールは、発電する薄膜太陽電池デバイスを形成する回路の一部となるために、最初と最後の縦方向の薄膜太陽電池セグメントの上に接触させられる。本発明は、エッジ削除動作と薄膜太陽電池モジュールの接触を達成するための改良された方法を提供する。
薄膜太陽電池デバイスは、使用中には構造の反対側の層を通してではなく基板を通して光が入射するように構築されるので、ＣＩＧＳ型の薄膜太陽電池は、基板に隣接するコンタクトが（上述したような）「背面コンタクト」ではなく「前面コンタクト」と呼ばれるべきようなやり方で構築されても良い。本発明は、光がＣＩＧＳ側から入射する、即ち基板２とＣＩＧＳ層７の間に背面コンタクト５をもった、薄膜太陽電池デバイスとの関係で記載されるが、本発明はこのデザインに限定はされない。
図は実寸大ではなく、図の明確さのために相対的寸法は常に正確ではないので、例えばいくつかの層はその他に対して薄過ぎるように示されている。
加えて、薄膜太陽電池デバイスの層化構造、即ち背面コンタクト層５、オプションのバッファー層９およびオプションの高抵抗層１１、の材料は、当業者が認識するように、その他の材料または材料の組み合わせで置き換えられても良い。更に、追加の層が層化構造に追加されても良い。
図２を参照すると、本発明は、薄膜太陽電池デバイスの製造方法を提供する。薄膜太陽電池デバイスは、背面コンタクト５と、薄膜太陽電池モジュール１７を形成する多層構造１３からなり、多層構造１３は少なくともＣＩＧＳ層７と前面コンタクト１５からなる。薄膜太陽電池モジュールは、少なくとも最初の薄膜太陽電池セグメント１８からなる。方法は、
−背面コンタクト５と多層構造１３を基板２上に蒸着するステップと、
−薄膜太陽電池モジュール１７の周縁領域２１中の少なくとも第一の周辺エリア２２において多層構造１３を選択的に除去して、第一の周辺エリア２２の少なくとも第一の縦方向部分３において背面コンタクト５を露出させることによるエッジ削除のステップと、
−第一の周辺エリア２２の第一の縦方向部分３において第一の接触手段２７を露出させられた背面コンタクト５に接続するステップと、
からなる。
−背面コンタクト５と多層構造１３を基板２上に蒸着するステップと、
−薄膜太陽電池モジュール１７の周縁領域２１中の少なくとも第一の周辺エリア２２において多層構造１３を選択的に除去して、第一の周辺エリア２２の少なくとも第一の縦方向部分３において背面コンタクト５を露出させることによるエッジ削除のステップと、
−第一の周辺エリア２２の第一の縦方向部分３において第一の接触手段２７を露出させられた背面コンタクト５に接続するステップと、
からなる。
好ましくは、本発明の薄膜太陽電池モジュール１７は、最初の薄膜太陽電池セグメント１８に始まり最後の薄膜太陽電池セグメント２０で終わる複数の直列に接続された縦方向の薄膜太陽電池セグメント１８からなる。
本発明の一実施形態では、選択的に除去するステップはブラスチングすることからなる。ブラスチングすることは、多層構造１３を選択的に除去することと背面コンタクト５を露出させることに適応されている。このブラスチングすることによる選択的除去は、薄膜太陽電池モジュール１７の異なる層の異なる性質によって可能とされる。例えば、背面コンタクト５は、半導体材料からなる比較的砕けやすい多層構造１３よりもしなやかなモリブデンで作られても良い。言い換えると、背面コンタクト５の腐食抵抗性は多層構造１３の腐食抵抗性よりも高い。
ブラスチングすることは、ブラスチング剤服用量装置を使うことによって、予め決められた服用量の系列で、または連続したやり方で、ブラスチング剤３６をブラスチングチェンバー３２に提供することによってなされることができる。
本発明の一実施形態では、多層構造１３は機械的触針を使って選択的に除去される。層化構造中の層の異なる機械的性質、即ちアブレーション抵抗性のために、背面コンタクトは少なくとも部分的に基板２上に残される。
本発明の一実施形態では、多層構造１３はレーザー加工を使って選択的に除去される、即ち多層構造１３はレーザーアブレーションによって除去される。背面コンタクトはレーザーの設定を制御することによって少なくとも部分的に残される。
本発明の方法の一実施形態では、多層構造１３を選択的に除去することによるエッジ削除のステップは更に、第二の周辺エリア２３の第二の縦方向部分４において背面コンタクトを露出させるステップからなり、第一と第二の縦方向部分３、４は薄膜太陽電池モジュール１７の反対側にある。更には、接続するステップは、第二の周辺エリア２３の第二の縦方向部分４において背面コンタクト５に第二の接触手段２９を、好ましくは直接、接続することからなる。
本発明の一実施形態では、多層構造１３と背面コンタクト５を除去することによって第三の周辺エリア２４において基板２が露出させられて、薄膜太陽電池デバイスのシールのために好適な表面を提供する。
図３の（ａ）−（ｅ）は、本発明の方法の一実施形態の断面図を描いている。図３（ａ）では、周縁領域２１における基板２の一部が描かれている。図３（ｂ）では、少なくとも背面コンタクト５と多層構造１３からなる層化構造が蒸着されている。例として、層化構造は、基板２の本質的に全体を覆う。図３（ｃ）を参照すると、薄膜太陽電池モジュール１７の周縁領域２１における少なくとも第一の周辺エリア２２において多層構造１３を選択的に除去して、第一の周辺エリア２２の第一の縦方向部分３において背面コンタクト５を露出させることによって、エッジ削除動作が行われる。図３（ｄ）に描かれているように、背面コンタクト５は、例として、その後周縁領域２１の第三の周辺エリア２４において除去されて、基板２を露出させる。これは、薄膜太陽電池デバイスのシールのために好適な表面を提供する。図３（ｅ）に描かれているように、薄膜太陽電池モジュール１７は、第一の接触手段２７を直接接続することによって接触されて、第一の周辺エリア２２の第一の縦方向部分３において背面コンタクト５を露出させる。
周縁領域において基板２を露出させる背面コンタクト５の除去は、図３（ｄ）を参照して記載されたのとは別のやり方で達成されても良い。例えば、第一の周辺エリア２２は、薄膜太陽電池モジュール１７のエッジまで伸びていなくても良い。そして、除去するステップは、周縁領域２１の第三の周辺エリアにおいて背面コンタクト５と多層構造１３の両方を除去することからなる。
図４の（ａ）−（ｃ）は、本発明の方法の一実施形態の上面図を描いている。図４（ａ）を参照すると、薄膜太陽電池モジュール１７は、最初の薄膜太陽電池セグメント１８に始まり最後の薄膜太陽電池セグメント２０で終わる複数の直列に接続された縦方向の薄膜太陽電池セグメント１８からなる。背面コンタクト５と多層構造１３は、基板２の本質的に全体上に蒸着されており、層化構造のパターニングによって個々の薄膜太陽電池が形成されている。薄膜太陽電池モジュール１７の周縁領域２１は、破線によって示されている。上述したように、層化構造は、一般的には周縁領域２１において完全に除去される。しかしながら、発明によると、層化構造は、周縁領域２１において選択的に除去される。図４（ｂ）を参照すると、多層構造１３は、周縁領域２における第一の周辺エリア２２において選択的に除去されて、背面コンタクト５を露出させる。例として、第一の周辺エリア２２は、薄膜太陽電池モジュール１７の全サイド上の周縁エッジに沿って伸びている。図４（ｃ）に描かれているように、背面コンタクト５は、その後第三の周辺エリア２４において除去されて、基板２を露出させ、第一の周辺エリア２２の第一と第二の縦方向部分３、４において背面コンタクト５を残す。第一の縦方向部分３は、最初の薄膜太陽電池セグメント１８に少なくとも部分的に沿って伸びており、第二の縦方向部分４は、最後の薄膜太陽電池セグメント２０に少なくとも部分的に沿って伸びている。
図５の（ａ）−（ｃ）は、本発明の方法の一実施形態の上面図を描いている。図５（ａ）を参照すると、薄膜太陽電池モジュール１７は、最初の薄膜太陽電池セグメント１８に始まり最後の薄膜太陽電池セグメント２０で終わる複数の直列に接続された縦方向の薄膜太陽電池セグメント１８からなる。背面コンタクト５と多層構造１３は、基板２の本質的に全体上に蒸着されており、層化構造のパターニングによって個々の薄膜太陽電池セグメント１８が形成されている。薄膜太陽電池モジュール１７の周縁領域２１は、破線によって示されている。図５（ｂ）に描かれているように、多層構造１３と背面コンタクト５は、第三の周辺エリア２４において除去されて、基板２を露出させる。第三の周辺エリア２４は、薄膜太陽電池モジュール１７の全サイド上の周縁エッジに沿って伸びている。図５（ｃ）を参照すると、多層構造１３は、第一と第二の周辺エリア２２、２３において選択的に除去されて、背面コンタクト５をそれぞれ第一と第二の周辺エリア２２、２３の少なくとも第一と第二の縦方向部分３、４において露出させる。第一の縦方向部分３は、最初の薄膜太陽電池セグメント１８に少なくとも部分的に沿って伸びており、第二の縦方向部分４は、最後の薄膜太陽電池セグメント２０に少なくとも部分的に沿って伸びている。
典型的には、薄膜太陽電池デバイスの長方形のジオメトリーが好ましいが、例えば同心円状に配置されたセグメント１８のようなその他の代替案も可能である。接触のために選択されたエリアにおいて背面コンタクト５を露出させることに加えて、基板２の表面が露出させられ、それは薄膜太陽電池デバイスのシールのために好適な表面を提供する。背面コンタクト５に対してシールすることは可能であるが、シールは漏洩と短絡の両方を防止するべきであるので、非導電性の基板２に対してシールする方がより便利である。
図６ａを参照すると、本発明による方法の一実施形態では、蒸着するステップは、
−（Ａ１）モリブデンで作られた背面コンタクト層５を蒸着するステップと、
−（Ａ２）例えば、背面コンタクト層中に溝を形成することによって、背面コンタクト層５をパターニングして、第一の縦方向のセグメントを形成するステップと、
−（Ａ３）背面コンタクト層５の上にＣＩＧＳ層７を蒸着するステップと、
−（Ａ４）ＣＩＧＳ層７の上にＣｄＳで作られたバッファー層９を蒸着するステップと、
−（Ａ５）触針を使ってＣＩＧＳ層７とバッファー層９をパターニングして、背面コンタクト層５中の第一の縦方向のセグメントと平行で重複する第二の縦方向のセグメントを形成するステップと、
−（Ａ６）バッファー層の上にＺｎＯで作られた高抵抗層１１を蒸着するステップと、
−（Ａ７）高抵抗層１１の上に透明な導電性酸化物で作られた前面コンタクト層１５を蒸着して、多層構造１３を形成するステップと、
−（Ａ８）触針を使って多層構造１３をパターニングして、縦方向の薄膜太陽電池セグメント１８のアレイを形成するステップと、
からなる。
−（Ａ１）モリブデンで作られた背面コンタクト層５を蒸着するステップと、
−（Ａ２）例えば、背面コンタクト層中に溝を形成することによって、背面コンタクト層５をパターニングして、第一の縦方向のセグメントを形成するステップと、
−（Ａ３）背面コンタクト層５の上にＣＩＧＳ層７を蒸着するステップと、
−（Ａ４）ＣＩＧＳ層７の上にＣｄＳで作られたバッファー層９を蒸着するステップと、
−（Ａ５）触針を使ってＣＩＧＳ層７とバッファー層９をパターニングして、背面コンタクト層５中の第一の縦方向のセグメントと平行で重複する第二の縦方向のセグメントを形成するステップと、
−（Ａ６）バッファー層の上にＺｎＯで作られた高抵抗層１１を蒸着するステップと、
−（Ａ７）高抵抗層１１の上に透明な導電性酸化物で作られた前面コンタクト層１５を蒸着して、多層構造１３を形成するステップと、
−（Ａ８）触針を使って多層構造１３をパターニングして、縦方向の薄膜太陽電池セグメント１８のアレイを形成するステップと、
からなる。
図６ｂを参照すると、発明による方法の別の実施形態では、蒸着するステップは、
−（Ａ１）モリブデンで作られた背面コンタクト層５を蒸着するステップと、
−（Ａ２）背面コンタクト層５をパターニングして、第一の縦方向のセグメントを形成するステップと、
−（Ａ３）背面コンタクト層５の上にＣＩＧＳ層７を蒸着するステップと、
−（Ａ４）ＣＩＧＳ層７の上にＣｄＳで作られたバッファー層９を蒸着するステップと、
−（Ａ５’）バッファー層９の上にＺｎＯで作られた高抵抗層１１を蒸着するステップと、
−（Ａ６’）触針を使ってＣＩＧＳ層７とバッファー層９と高抵抗層１１をパターニングして、背面コンタクト層５中の第一の縦方向のセグメントと平行で重複する第二の縦方向のセグメントを形成するステップと、
−（Ａ７’）高抵抗層１１の上に透明な導電性酸化物で作られた前面コンタクト層１５を蒸着して、多層構造１３を形成するステップと、
−（Ａ８’）触針を使って多層構造１３をパターニングして、縦方向の薄膜太陽電池セグメントのアレイを形成するステップと、
からなる。
−（Ａ１）モリブデンで作られた背面コンタクト層５を蒸着するステップと、
−（Ａ２）背面コンタクト層５をパターニングして、第一の縦方向のセグメントを形成するステップと、
−（Ａ３）背面コンタクト層５の上にＣＩＧＳ層７を蒸着するステップと、
−（Ａ４）ＣＩＧＳ層７の上にＣｄＳで作られたバッファー層９を蒸着するステップと、
−（Ａ５’）バッファー層９の上にＺｎＯで作られた高抵抗層１１を蒸着するステップと、
−（Ａ６’）触針を使ってＣＩＧＳ層７とバッファー層９と高抵抗層１１をパターニングして、背面コンタクト層５中の第一の縦方向のセグメントと平行で重複する第二の縦方向のセグメントを形成するステップと、
−（Ａ７’）高抵抗層１１の上に透明な導電性酸化物で作られた前面コンタクト層１５を蒸着して、多層構造１３を形成するステップと、
−（Ａ８’）触針を使って多層構造１３をパターニングして、縦方向の薄膜太陽電池セグメントのアレイを形成するステップと、
からなる。
図７の（ａ）−（ｃ）は、図６ａ、６ｂを参照して記載された方法の実施形態の主要なステップを描いている。図７（ａ）では、縦方向のセグメントにパターン化されたモリブデン被覆、即ち背面コンタクト５が、基板２に設けられる。ＣＩＧＳ層７は、高真空共蒸発によって蒸着される。バッファー層９と高抵抗層１１が、それからＣＩＧＳ層上に蒸着される。図７（ｂ）を参照すると、その後半導体層、即ちＣＩＧＳ層７、バッファー層９および高抵抗層１１が、一般的には機械的触針を使ってパターン化されて、モリブデン被覆の縦方向のセグメントと平行で重複する縦方向のセグメントを形成する。前面コンタクト１５は、セグメント化された半導体層の上表面上に蒸着される。図７（ｃ）に描かれているように、機械的触針を使って前面コンタクトとその下にある半導体層をパターニングすることによって、直列に接続された縦方向のセグメントのアレイが得られる。
発明による方法の一実施形態では、方法は更に、少なくとも薄膜太陽電池モジュール１７の中央部分における多層構造１３をマスクして、少なくとも周縁領域２１中の第一の周辺エリア２２をマスクされないまま残すステップからなる。発明による方法の一実施形態では、マスクするステップは、少なくとも薄膜太陽電池モジュール１７の多層構造１３より高い腐食抵抗性を有する材料で作られたマスクを配置するステップからなる。好ましくは、ゴム材料が使われ、マスクは、薄膜太陽電池モジュール１７の上表面に対して押し付けられる。発明による方法の別の実施形態では、マスクするステップは、フォトレジスト、エポキシ、パリレン（parylene）等のようなリトグラフィーでパターン化可能な材料で作られたマスク層を蒸着するステップからなる。マスクは、リトグラフィーでパターン化されてマスクを規定する。多層構造１３の選択的除去に続いて、例えば溶剤中でマスクを溶解して濯ぐことによって、マスクが除去される。
発明による方法の一実施形態では、ブラスチングすることを使った選択的に除去するステップは、マスク無しで、即ちマスクを使用せずに行われる。図８は、ブラスチングされるべき領域を規定する平面状フレーム３３と、ブラスチングされるべき表面にブラスチング剤３６を供給するための手段、即ち少なくとも最初の薄膜太陽電池セグメント１８からなる薄膜太陽電池モジュール１７と、ブラスチング動作から結果として出る破片３７を収集するための手段と、からなる移動可能なブラスチングチェンバー３２を概略的に描いている。ブラスチングチェンバー３２は、多層構造１３と接触するようになること無しに薄膜太陽電池モジュール１７の上表面と本質的に平行に平面状フレーム３３と共に配置される。図８では、ブラスチングされた領域は、薄膜太陽電池セグメント１８の層化構造の落ち込んだ領域によって示されている。ブラスチング動作では、ブラスチング剤３６が薄膜太陽電池モジュール１７の表面に供給される。ブラスチング剤３６は、ブラスチングされるべきサンプル、即ち多層構造１３上に突き当たり、サンプルの破片３７を除去する。破片３７と表面に既に突き当たったブラスチング剤３６を同時に収集することによって、サンプルはブラスチング動作の残存物が無いように保たれる。この種のブラスチング設備は、米国特許第６，９７７，７８０号に開示されている。もしブラスチングチェンバー３２および／または薄膜太陽電池モジュール１７を動かすための高精度手段が使われれば、多層構造１３は高精度で除去されることができる。
ブラスチングすることを使った材料除去は、ブラスチングチェンバー３２と薄膜太陽電池モジュール１７の間の相対的速度に依って、選択的であるかまたは基板２を露出させるかのどちらかであっても良い。
本発明のマスク無しのアプローチを使った選択的除去は、薄膜太陽電池モジュールのエッジ削除を行う効率的で信頼性のある方法を提供する。マスクするステップは必要なく、薄膜太陽電池の表面とブラスチングされたサンプルと環境は、従来のブラスチングする方法を使った時よりも本質的にクリーンである。
図９を参照すると、発明による方法の一実施形態では、接続するステップは、例えば導電性ストリップまたはワイヤの形の接触手段２７を、溶接、はんだ付け、電気スポット溶着、熱圧着、超音波圧接、糊付け等を使って、露出させられた背面コンタクト５に接続することからなる。これらの技術は、背面コンタクト５の、通常接触のために使われる前面コンタクト１５と比較して異なる性質のために使われることができる。図９は、露出させられた背面コンタクト５に取り付けられた導電性ストリップ２７をもった配置を描いている。好ましくは、第一の接触手段２７が、直列に接続された縦方向の薄膜太陽電池セグメント１８に分割された薄膜太陽電池モジュール１７の一つの縦方向のエッジに隣接する露出させられた背面コンタクト５に接続され、第二の接触手段２９が、多層薄膜太陽電池モジュール１７の対向する縦方向のエッジに隣接する露出させられた背面コンタクト５に接続される。
図１０ａを参照すると、発明による方法の一実施形態では、接続するステップは、例えば導電性糊２８を使って導電性ストリップを取り付けることによって、最初の縦方向の薄膜太陽電池セグメント１８に隣接する露出させられた背面コンタクト５に第一の接触手段２７を取り付け、最後の縦方向の薄膜太陽電池セグメント２０に隣接する露出させられた背面コンタクト５に第二の接触手段２９を取り付けることからなる。
図１０ｂを参照すると、発明による方法の別の実施形態では、接続するステップは、例えば導電性糊２８で第二の接触手段２９を、縦方向の薄膜太陽電池セグメントの前面コンタクト１５に取り付けることからなる。図１０ｂに描かれているように、第一の接触手段２７は、最初の縦方向の薄膜太陽電池セグメント１８に隣接する露出させられた背面コンタクト５に接続され、第二の接触手段２９は、最後の薄膜太陽電池セグメント２０に取り付けられる。
薄膜太陽電池モジュールを接触させる接触手段２７、２９を接続するステップは、多くのやり方で達成されても良く、図１０ｃと図１０ｄは更なる例を描いている。図１０ｃは、モジュール１７の反対の端において縦方向の薄膜太陽電池セグメント１８、２０に隣接する各露出させられた背面コンタクト５に適用された導電性ジョイント２８に導体ワイヤ２７、２９を取り付けることによって接触された薄膜太陽電池モジュール１７を描いている。導電性ジョイントは、例えば背面コンタクト上に設けられた導電性糊等であっても良い。図１０ｄは、導電性糊を使わずに、即ち熱圧着のような方法を使って、アレイの反対の端における各露出させられた背面コンタクトに導電性ストリップを取り付けることによって接触させられた薄膜太陽電池セグメントアレイを描いている。
上記の接触手段２７、２９の接続との関係で使われている「直接」という用語は、上述した導電性糊のような接触手段２７、２９を取り付けるために使われたあらゆる層以外には接触手段２７、２９と背面コンタクトの間に中間層が無いこと、即ち背面コンタクト５上に残された多層構造１３がないこと、として解釈されるべきである。
本発明による薄膜太陽電池デバイスの製造、接触およびパッケージ化の方法の一例は、以下のステップからなる。
（ａ）モリブデンの背面コンタクト５を長方形ガラス基板２上に蒸着すること。
（ｂ）背面コンタクト５をパターニングして、基板２のエッジと平行に伸びる縦方向の薄膜太陽電池セグメントを規定すること。
（ｃ）インライン作成装置中で元素Ｃｕ、Ｉｎ、ＧａおよびＳｅの高真空共蒸発を使ってＣＩＧＳ層７を背面コンタクト５上に蒸着すること。
（ｄ）ＣｄＳのバッファー層９をＣＩＧＳ層７上に蒸着すること。
（ｅ）機械的触針またはレーザーアブレーションを使ってＣＩＧＳ層７とバッファー層９をパターニングして、背面コンタクト５の第一の縦方向のセグメントと平行で重複する第二の縦方向のセグメントを形成すること。
（ｆ）ＺｎＯの高抵抗層１１をパターン化されたバッファー層９上に蒸着すること。
（ｇ）透明な導電性酸化物の前面コンタクト１５を高抵抗層１１上に蒸着して、薄膜太陽電池として機能することが意図された多層構造１３を形成すること。
（ｈ）機械的触針またはレーザーアブレーションを使って多層構造１３をパターニングして、縦方向の薄膜太陽電池セグメント１８のアレイを形成すること。
（ｉ）マスク無しのブラスチングによって第一の周辺エリア２２において多層構造１３を選択的に除去し、それにより少なくとも第一の周辺エリア２２の第一の縦方向部分３において背面コンタクト５を露出させること。
（ｊ）マスク無しのブラスチングによって第三のエリア２４において多層構造１３と背面コンタクト５を除去し、それにより第三のエリア２４において基板２を露出させること。
（ｋ）例えば熱圧着を使って、少なくとも第一の接触手段２７を、縦方向部分３に接続すること。
（ｌ）熱と圧力を印加することによって多層構造１３と前面ガラスの間にポリマーフィルムを積層すること。フィルムは、電流漏洩と短絡を防止して、薄膜太陽電池デバイスをより強健にする。
（ｍ）ジャンクションボックスを基板２上に配置すること。
（ｎ）薄膜太陽電池モジュール１７のエッジあるいは基板または前面ガラスを通って伸びている穴を通して、第一の接触手段２７を、ジャンクションボックスに接続すること。
図１１は、本発明による薄膜太陽電池モジュール１７の断面図を概略的に描いている。薄膜太陽電池モジュール１７は、背面コンタクト層５と少なくとも最初の薄膜太陽電池セグメント１８を形成している多層構造１３で被覆された基板２からなり、多層構造１３は少なくともＣＩＧＳ層７と、前面コンタクト層１５と、オプションのバッファー層９および／または高抵抗層１１からなる。背面コンタクト５は、薄膜太陽電池モジュール１７の第一の周辺エリア２２の第一の縦方向部分３において多層構造１３の外側に伸びる。更に薄膜太陽電池モジュール１７は、少なくとも背面コンタクト層５に接続された第一の接触手段２７からなり、それは薄膜太陽電池モジュール１７への第一の電気的接続を確立するのに使われることができる。
図１２は、薄膜太陽電池デバイスの層化構造がパターン化されて直列に接続された縦方向の薄膜太陽電池セグメント１８が形成されている、本発明の一実施形態を概略的に描いている。背面コンタクト層５の少なくとも第一の部分３は、デバイスの一端において縦方向のセグメント１８に沿って多層構造１３の外側に伸びる。背面コンタクト層５の第二の部分４は、デバイスの他端において縦方向の薄膜太陽電池セグメント２０に沿って多層構造１３の外側に伸びている。第一の接触手段２７と第二の接触手段２９は、それぞれ背面コンタクト層５の第一の部分３と第二の部分４に接続される。第一の接触手段２７と第二の接触手段２９は、薄膜太陽電池デバイスへの第一および第二の接続を確立し、それらは薄膜太陽電池デバイスから電力を抽出するのに使われることができる。
発明は、最も現実的で好ましい実施形態であると現在考えられているものとの関係で記載されたが、発明は開示された実施形態に限定されるべきではないことが理解されるべきであり、逆に、それは添付された請求項内の様々な変形と等価配置をカバーすることが意図されている。
Claims (19)
- 背面コンタクト（５）と、薄膜太陽電池モジュール（１７）を形成している多層構造（１３）からなる薄膜太陽電池デバイスで、多層構造（１３）は少なくともＣＩＧＳ層（７）と前面コンタクト（１５）からなるもの、を製造する方法であって、
背面コンタクト（５）と多層構造（１３）を基板（２）上に蒸着するステップと、
少なくとも第一の周辺エリア（２２）において多層構造（１３）を選択的に除去して、第一の周辺エリア（２２）の少なくとも第一の縦方向部分（３）において背面コンタクト（５）を露出させるステップと、
第一の接触手段（２７）を露出させられた背面コンタクト（５）に接続するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 選択的に除去するステップはブラスチングすることを含み、ブラスチングすることは、多層構造（１３）を選択的に除去することと背面コンタクト（５）を露出させることに適応されている、請求項１による方法。
- ブラスチングすることはマスクを使用せずに行われる、請求項２による方法。
- ブラスチングするステップは、薄膜太陽電池モジュール（１７）の上表面に隣接した所定の位置にブラスチングチェンバー（３２）を配置することと、ブラスチングチェンバー（３２）内でブラスチング剤（３６）が供給され破片（３７）が収集されるにつれて薄膜太陽電池モジュール（１７）とブラスチングチェンバー（３２）をお互いに対して動かすことを含む、請求項２または３による方法。
- ブラスチングするステップは、予め決められた服用量の系列でブラスチング剤（３６）をブラスチングチェンバー（３２）に提供するステップを含む、請求項４による方法。
- 多層構造（１３）を選択的に除去することによるエッジ削除のステップは更に、第二の周辺エリア（２３）の第二の縦方向部分（４）において背面コンタクトを露出させるステップを含み、第一と第二の縦方向部分（３、４）は薄膜太陽電池モジュール（１７）の反対側にある、請求項１−５のいずれかによる方法。
- 接続するステップは、第二の周辺エリア（２３）の第二の縦方向部分（４）において背面コンタクト（５）に第二の接触手段（２９）を接続することを含む、請求項６による方法。
- 少なくとも第三の周辺エリア（２４）において多層構造（１３）と背面コンタクト（５）を除去して、基板（２）を露出させるステップを更に含む、請求項１による方法。
- 少なくとも第三の周辺エリア（２４）において背面コンタクト（５）を除去して、基板（２）を露出させるステップを更に含む、請求項１または６による方法。
- 直列に接続された縦方向の薄膜太陽電池セグメント（１８）を形成する多層構造（１３）と背面コンタクト（５）のパターニングのステップを更に含む、請求項６による方法。
- 第一の縦方向部分（３）は、少なくとも部分的に最初の縦方向の薄膜太陽電池セグメント（１８）に沿って伸び、第二の縦方向部分（４）は、少なくとも部分的に最後の縦方向の薄膜太陽電池セグメント（２０）に沿って伸びる、請求項１０による方法。
- 接触手段（２７、２９）を背面コンタクト（５）に接続するステップは超音波圧接を含む、請求項１または７による方法。
- 接触手段（２７、２９）を背面コンタクト（５）に接続するステップは熱圧着を含む、請求項１または７による方法。
- 接触手段（２７、２９）を背面コンタクト（５）に接続するステップは電気スポット溶着を含む、請求項１または７による方法。
- ブラスチングすることを使った選択的除去は、薄膜太陽電池モジュール（１７）とブラスチングチェンバー（３２）の間の相対的運動の速度を変化させることによって制御される、請求項４または５による方法。
- 少なくとも最初の縦方向の薄膜太陽電池セグメント（１８）を有する薄膜太陽電池モジュールを含み、前記縦方向の薄膜太陽電池セグメント（１８）は少なくとも基板（２）上の背面コンタクト（５）と多層構造（１３）を含み、多層構造（１３）は少なくともＣＩＧＳ層（７）と前面コンタクト（１５）を含む薄膜太陽電池デバイスであって、
最初の薄膜太陽電池セグメント（１８）に隣接する第一の周辺エリア（２２）の第一の縦方向部分（３）において基板（２）とは反対側の背面コンタクト（５）に第一の接触手段（２７）が接続されている、ことを特徴とする薄膜太陽電池デバイス。 - 薄膜太陽電池モジュール（１７）は、最初の薄膜太陽電池セグメント（１８）に始まり最後の薄膜太陽電池セグメント（２０）で終わる複数の直列に接続された縦方向の薄膜太陽電池セグメント（１８）を含む、請求項１６による薄膜太陽電池デバイス。
- 最後の薄膜太陽電池セグメント（２０）に隣接する第二の周辺エリア（２３）の第二の縦方向部分（４）において基板（２）とは反対側の背面コンタクト（５）に第二の接触手段（２９）が直接接続されている、請求項１７による薄膜太陽電池デバイス。
- 薄膜太陽電池デバイスは、周縁領域（２１）において基板（２）にシールされている、請求項１６−１９のいずれかによる薄膜太陽電池デバイス。
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