JP2012038902A - Manufacturing method of integrated photoelectric conversion device - Google Patents

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和孝 宇田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of an integrated photoelectric conversion device, in which a separation groove is provided for insulation between a transparent electrode layer and a rear surface electrode of a thin-film solar cell using a laser oscillator by a film surface side incidence method while suppressing a thermal effect on a base layer and a layer near a portion to be irradiated with a laser.SOLUTION: A manufacturing method of an integrated photoelectric conversion device comprises a separation groove formation step of forming a groove 12 for electrically separating at least a layer including a surface of a laminated body including a transparent electrode layer 2, a photoelectric conversion layer 3, and a rear surface electrode layer 4 that are supported by a substrate 1 by moving the substrate 1 and a laser oscillator including a focusing optical system relative to each other while intermittently performing laser irradiation with laser light with a pulse width of 1 nanosecond or less from the laser oscillator. In the separation groove formation step, the laser light irradiation is performed under a condition where the laser light has a circular cross-sectional shape and the product of the laser energy density (J/cm) and the number of times of the irradiation is 3 or more and 12 or less.

Description

本発明は、光電変換装置に関し、特に発電層として主にシリコンを用いる薄膜太陽電池に関する。また、本発明は、太陽電池モジュール及び太陽電池モジュール化に関し、特にレーザーを用いてパターニングを行う太陽電池モジュール及び太陽電池モジュール化に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device, and more particularly to a thin film solar cell that mainly uses silicon as a power generation layer. The present invention also relates to a solar cell module and a solar cell module, and more particularly to a solar cell module and a solar cell module that perform patterning using a laser.

光を受光して電力に変換する光電変換装置として、例えば発電層(光電変換層)にシリコン系薄膜などを積層させた薄膜太陽電池が知られている。薄膜太陽電池は、一般に、太陽光の入射側から順に、透明電極層、半導体層(光電変換層)及び裏面電極層が順次積層して構成されたセルを備える。上記各層が積層された積層体は、基板によって支持される。   As a photoelectric conversion device that receives light and converts it into electric power, for example, a thin film solar cell in which a silicon-based thin film or the like is stacked on a power generation layer (photoelectric conversion layer) is known. A thin film solar cell generally includes a cell configured by sequentially laminating a transparent electrode layer, a semiconductor layer (photoelectric conversion layer), and a back electrode layer in order from the sunlight incident side. The laminate in which the above layers are laminated is supported by the substrate.

薄膜太陽電池の光電変換層には、非晶質シリコン(アモルファスシリコン)や微結晶シリコンからなる薄膜系シリコン、CIGS(銅インジウムガリウムセレン化合物)、CdTe(カドミウムテルル化合物)が主に使用される。薄膜太陽電池の裏面電極層には、銀などの金属薄膜が用いられる。   For the photoelectric conversion layer of the thin film solar cell, thin film silicon made of amorphous silicon (amorphous silicon) or microcrystalline silicon, CIGS (copper indium gallium selenium compound), CdTe (cadmium tellurium compound) are mainly used. A metal thin film such as silver is used for the back electrode layer of the thin film solar cell.

薄膜太陽電池の構造は、基板と太陽光の入射方向との関係から、スーパーストレート型とサブストレート型に大別することができる。
スーパーストレート型では、図1に示すように、透明電極層1の光入射側にガラスなどの透明絶縁体からなる基板1が配置される。スーパーストレート型は、主に、薄膜系シリコン太陽電池やCdTe太陽電池などで採用されている。
サブストレート型では、図8に示すように、裏面電極層の光入射側と反対の側(非光入射側)にステンレスやガラスなどの基板が配置される。サブストレート型は、主に薄膜系シリコン太陽電池やCIGS太陽電池などで採用されている。
The structure of the thin-film solar cell can be broadly classified into a superstrate type and a substrate type from the relationship between the substrate and the incident direction of sunlight.
In the super straight type, as shown in FIG. 1, a substrate 1 made of a transparent insulator such as glass is disposed on the light incident side of the transparent electrode layer 1. The super straight type is mainly used for thin film silicon solar cells, CdTe solar cells, and the like.
In the substrate type, as shown in FIG. 8, a substrate such as stainless steel or glass is disposed on the side opposite to the light incident side (non-light incident side) of the back electrode layer. The substrate type is mainly employed in thin film silicon solar cells, CIGS solar cells and the like.

薄膜太陽電池は、電力ロスを抑制するためにセルを直列接続した集積化モジュール構造を採用する。その製造過程において、透明電極層、光電変換層、及び裏面電極層の各層に対して、レーザースクライブまたはメカニカルスクライブなどによる分離溝形成を行う。   Thin film solar cells employ an integrated module structure in which cells are connected in series to suppress power loss. In the manufacturing process, separation grooves are formed by laser scribe or mechanical scribe on the transparent electrode layer, the photoelectric conversion layer, and the back electrode layer.

スーパーストレート型の薄膜太陽電池モジュールの製造工程において、金属薄膜からなる裏面電極層の分離溝を形成する際、光入射側から透明な支持基板を通してレーザー光を照射する方法(基板側入射法)がよく用いられる。このときのレーザーのエネルギー密度は0.3〜0.4J/cm程度である。レーザー波長は、透明電極層での光吸収が小さく、且つ、光電変換層で吸収されやすい波長とされる。透明電極層を透過して光電変換層で吸収されたレーザー光は、熱に変換され、光電変換層で分解ガスの膨張力を発生する。この膨張力によって、透明電極層との界面から光電変換層及び裏面電極層が除去されて図16に示すような分離溝102が形成される。 In the manufacturing process of a super straight type thin film solar cell module, when forming a separation groove of a back electrode layer made of a metal thin film, a method of irradiating laser light from a light incident side through a transparent support substrate (substrate side incident method) is Often used. The energy density of the laser at this time is about 0.3 to 0.4 J / cm 2 . The laser wavelength is a wavelength that has a small light absorption in the transparent electrode layer and is easily absorbed in the photoelectric conversion layer. The laser light that has been transmitted through the transparent electrode layer and absorbed by the photoelectric conversion layer is converted to heat, and the expansion force of the decomposition gas is generated in the photoelectric conversion layer. With this expansion force, the photoelectric conversion layer and the back electrode layer are removed from the interface with the transparent electrode layer, and a separation groove 102 as shown in FIG. 16 is formed.

しかしながら、透明な支持基板に異物が付着していると、その異物でレーザー光が遮られてしまい、裏面電極層の分離溝の形成が阻害されることがある。裏面電極層に分離溝が形成されず、セル間が裏面電極層で連結された状態の薄膜太陽電池では、透明電極層と裏面電極層との間に短絡部分が生じるため、発電性能が低下する。   However, if foreign matter adheres to the transparent support substrate, the foreign matter may block the laser beam, which may hinder the formation of separation grooves in the back electrode layer. In a thin film solar battery in which no separation groove is formed in the back electrode layer and the cells are connected by the back electrode layer, a short-circuit portion is generated between the transparent electrode layer and the back electrode layer, so that power generation performance is reduced. .

裏面電極層の分離溝の別の形成方法として、裏面電極層の膜面側(非光入射側)からレーザー光を照射する方法(膜面側入射法)がある。膜面側入射法では裏面電極層である金属薄膜でレーザー光を吸収させる。金属薄膜はレーザー光の反射率が高いため、膜面側入射法では、基板側入射法よりも大きいレーザーエネルギー密度を必要とする。そのため、発熱によって金属薄膜が熔けてしまい、下地となる光電変換層の成分と熔けた金属とが合金化してしまうことがある。このような薄膜太陽電池は、光電変換層の電気抵抗が下がるため、透明電極層と裏面電極層との間で短絡状態になり、発電性能が低下するという問題が生じる。   As another method of forming the separation groove of the back electrode layer, there is a method of irradiating laser light from the film surface side (non-light incident side) of the back electrode layer (film surface side incidence method). In the film side incidence method, laser light is absorbed by a metal thin film which is a back electrode layer. Since the metal thin film has a high reflectance of the laser beam, the film surface side incidence method requires a larger laser energy density than the substrate side incidence method. For this reason, the metal thin film is melted by heat generation, and the component of the photoelectric conversion layer serving as a base may be alloyed with the molten metal. In such a thin film solar cell, since the electrical resistance of the photoelectric conversion layer is lowered, there is a problem that a short circuit state occurs between the transparent electrode layer and the back electrode layer, and power generation performance is deteriorated.

このような問題を解決する手段の1つとして、分離溝を形成させる金属薄膜の下部に配置される光活性層にイオンを注入して絶縁化させて、短絡を防止する方法がある。しかしながら、イオン注入によって透明電極層と裏面電極層との間を絶縁化するためには、イオン注入する位置の制御が必要となる。
また、別の手段として、特許文献1に開示されているように、金属薄膜に分離溝を形成させる際、レーザービームの重なり部において、予め下地の透明電極層を除去して絶縁部を設けて短絡を防止する方法がある。しかしながら、特許文献1に記載の方法では、レーザービームの位置合わせが困難である。
As one of means for solving such a problem, there is a method of preventing short circuit by injecting ions into a photoactive layer disposed under a metal thin film for forming a separation groove to insulate. However, in order to insulate between the transparent electrode layer and the back electrode layer by ion implantation, it is necessary to control the ion implantation position.
As another means, as disclosed in Patent Document 1, when forming the separation groove in the metal thin film, an insulating portion is provided by previously removing the underlying transparent electrode layer in the overlapping portion of the laser beam. There are ways to prevent short circuits. However, with the method described in Patent Document 1, it is difficult to align the laser beam.

特許第3402921号公報Japanese Patent No. 3402922

通常、膜面側入射法によるレーザースクライブで使用される集光レーザーは、レーザー断面のエネルギー分布がガウス分布である場合が多く、ガウス分布のレーザー周縁部はエネルギー密度が低い。そのため、ガウス分布の集光レーザーを用いてスーパーストレート型の薄膜太陽電池モジュールの裏面電極層に分離溝を形成する場合、裏面電極層を完全に除去できなかったり、裏面電極層や下地の光電変換層に熱的な影響を与えることが多い。特に、分離溝方向に長い短絡箇所が存在する場合は、影響が大きくなる。
このような問題を回避するため、レーザー断面のエネルギー分布が端部で急激に立ち上がった矩形レーザーを用いて、矩形レーザーの線状エッジをレーザーの移動方向に対して傾ける手法が用いられる。
しかしながら、上記の方法では、レーザー整形にマスクを用いるため、使用されるレーザーエネルギーが減少する。また、結像光学系を使用するために焦点深度が浅く、基板高さの上下変動に対する加工品質の堅牢性が低いという課題があった。
In general, a focused laser used in laser scribing by the film surface side incidence method often has a Gaussian distribution of energy in the laser cross section, and the laser peripheral portion of the Gaussian distribution has a low energy density. Therefore, when a separation groove is formed in the back electrode layer of a super-straight type thin film solar cell module using a Gaussian condensing laser, the back electrode layer cannot be completely removed or the back electrode layer or the underlying photoelectric conversion Often has a thermal effect on the layer. In particular, when there is a long short-circuited portion in the separation groove direction, the influence becomes large.
In order to avoid such a problem, a method of tilting the linear edge of the rectangular laser with respect to the moving direction of the laser using a rectangular laser in which the energy distribution of the laser cross section suddenly rises at the end is used.
However, in the above method, since a mask is used for laser shaping, the laser energy used is reduced. Further, since the imaging optical system is used, there is a problem that the depth of focus is shallow and the robustness of the processing quality against the vertical fluctuation of the substrate height is low.

分離溝は、裏面電極層を分離して透明電極層と裏面電極層との間を絶縁させるために形成される。そのため、裏面電極層のみが除去されればよいはずであるが、分離溝の加工条件によっては、裏面電極層の金属薄膜が熔けて光電変換層のシリコン層と合金化し、光電変換層が低抵抗化してしまうことがある。従って、透明電極層と裏面電極層との間を絶縁させるためには、透明電極層が露出するまで照射を繰り返して分離溝を形成させる必要がある。   The separation groove is formed to separate the back electrode layer and insulate between the transparent electrode layer and the back electrode layer. Therefore, only the back electrode layer should be removed, but depending on the processing conditions of the separation groove, the metal thin film of the back electrode layer melts and alloyes with the silicon layer of the photoelectric conversion layer, and the photoelectric conversion layer has a low resistance. It may become. Therefore, in order to insulate between the transparent electrode layer and the back electrode layer, it is necessary to repeat the irradiation until the transparent electrode layer is exposed to form the separation groove.

スーパーストレート型の薄膜太陽電池モジュールの裏面電極層に膜面側入射法によって分離溝を形成する場合、レーザーエネルギー密度が低すぎると、光電変換層を完全に除去できず、透明電極層が露出しない部分が生じる。また、照射回数を少なくした場合でも光電変換層を完全に除去できず、透明電極層が露出しない部分が生じる。このように透明電極層が露出しない部分が生じたタンデム型薄膜太陽電池モジュールでは、面積3.8cmの1段のセルに暗中で直流電圧0.1Vを印加した場合、1つの発電セルの絶縁抵抗が5kΩ以下となる。良好なモジュール性能のためには5kΩ以上が求められる。 When the separation groove is formed on the back electrode layer of the super straight type thin film solar cell module by the film side incidence method, if the laser energy density is too low, the photoelectric conversion layer cannot be completely removed and the transparent electrode layer is not exposed. A part arises. Further, even when the number of irradiations is reduced, the photoelectric conversion layer cannot be completely removed, and a portion where the transparent electrode layer is not exposed occurs. In the tandem-type thin film solar cell module in which the transparent electrode layer is not exposed as described above, when a DC voltage of 0.1 V is applied to a single cell having an area of 3.8 cm 2 in the dark, one power generation cell is insulated. Resistance becomes 5 kΩ or less. For good module performance, 5 kΩ or more is required.

また、マスクを用いず、集光光学系を用いてガウス分布のエネルギー分布のままレーザーを照射した場合、レーザー光の裾野部分では、金属薄膜が蒸発に至らず、熔けて溝内に流れ込むため、金属とシリコンとの合金化が促進される。このように合金化された層を有するタンデム型薄膜太陽電池モジュールでは、1つの発電セルの絶縁抵抗が1kΩ以下の低抵抗となる。   In addition, when the laser is irradiated with the energy distribution of the Gaussian distribution using a condensing optical system without using a mask, the metal thin film does not reach evaporation at the base part of the laser light, and melts and flows into the groove. Alloying of metal and silicon is promoted. In a tandem-type thin film solar cell module having such an alloyed layer, the insulation resistance of one power generation cell is a low resistance of 1 kΩ or less.

サブストレート型の薄膜太陽電池モジュールにおいて、透明電極層の分離溝の形成は、透明電極層側からのメカニカルスクライブにより行われる。レーザーを用いた透明電極層の加工はほとんどなされていない。メカニカルスクライブとは、ダイアモンド等の針を透明電極層に一定の圧力で押し当てながら、針または基板を移動させて罫書きを行う方法である。このとき、図17に示すように、透明電極層、及び光電変換層は、光電変換層と裏面電極層との界面で剥離、除去されることで分離溝が形成される。この方法は、基板上の微小突起や削り屑の排出不良などにより針圧の変化が生じたとき、移動速度が適正でない場合に、針飛びを起こして透明電極の分離溝形成が途切れて発電性能を低下させることがある。   In the substrate type thin film solar cell module, the separation groove of the transparent electrode layer is formed by mechanical scribing from the transparent electrode layer side. The processing of the transparent electrode layer using a laser is hardly performed. Mechanical scribing is a method in which a scribing is performed by moving a needle or a substrate while pressing a needle such as diamond against the transparent electrode layer with a constant pressure. At this time, as shown in FIG. 17, the transparent electrode layer and the photoelectric conversion layer are separated and removed at the interface between the photoelectric conversion layer and the back electrode layer, thereby forming a separation groove. In this method, when the needle pressure changes due to minute protrusions on the substrate or defective discharge of shavings, when the moving speed is not appropriate, needle jumping occurs and the formation of separation grooves in the transparent electrode is interrupted, resulting in power generation performance. May be reduced.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、レーザー発振器を用い、膜面側入射法によって薄膜太陽電池の電極層に分離溝を形成する場合に、レーザー被照射部付近の層及び下地層への熱影響を抑えつつ、透明電極層と裏面電極層との間を絶縁化する分離溝を形成する集積型光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and when a separation groove is formed in an electrode layer of a thin film solar cell by a film surface side incidence method using a laser oscillator, the vicinity of a laser irradiated portion is provided. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an integrated photoelectric conversion device in which a separation groove for insulating between a transparent electrode layer and a back electrode layer is formed while suppressing thermal influence on the layer and the base layer.

上記課題を解決するために、本発明は、光の入射側から順に、透明電極層、光電変換層、及び裏面電極層が積層された積層体が、前記透明電極層または前記裏面電極層のいずれか一方の側から基板で支持された集積型光電変換装置の製造方法であって、前記積層体の前記基板で支持される側と反対側の表面に、集光光学系を備えたパルス幅が1ナノ秒以下であるレーザー発振器を用いてレーザー光を断続的に照射しながら、前記基板とレーザー発振器とを相対的に移動させて、少なくとも前記表面を含む層を電気的に分離する溝を形成する分離溝形成工程を備え、前記分離溝形成工程において、前記レーザー光の断面形状が円形であり、レーザーエネルギー密度(J/cm)と照射回数(ショット)との積が3以上12以下となる条件で前記レーザー光を照射する集積型光電変換装置の製造方法を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a laminate in which a transparent electrode layer, a photoelectric conversion layer, and a back electrode layer are stacked in order from the light incident side, either the transparent electrode layer or the back electrode layer. A method of manufacturing an integrated photoelectric conversion device supported by a substrate from one side, wherein a pulse width including a condensing optical system is provided on a surface opposite to the side of the stacked body supported by the substrate. While intermittently irradiating laser light with a laser oscillator of 1 nanosecond or less, the substrate and the laser oscillator are moved relatively to form a groove for electrically separating at least the layer including the surface. A separation groove forming step, wherein in the separation groove forming step, the cross-sectional shape of the laser beam is circular, and the product of the laser energy density (J / cm 2 ) and the number of irradiations (shot) is 3 or more and 12 or less. On the condition To provide a manufacturing method of an integrated photoelectric conversion device for irradiating a serial laser beam.

本発明によれば、積層体の基板で支持される側と反対側(膜面側)からレーザー光を照射することで、基板面側から照射した場合に生じるバリの発生を防止できる。それによって、複数回レーザーを照射することが可能となる。また、基板の光入射面に異物があった場合でも、異物の影響を受けずに裏面電極層の分離溝を形成することができる。
レーザー発振器は集光光学系を備え、レーザーの断面が円形である。マスク結像光学系を使用しないため、レーザーパワーのロスを抑制し、レーザーパワーを有効利用することができる。また、焦点深度を深く取れるので、基板の高さ変動に対して焦点がぼけにくく、加工品質の良い溝を形成することが可能となる。また、レーザー発振器は、パルス幅が1ナノ秒以下のものを使用する。ピコ秒レーザーなどのパルス幅が短いレーザーを用いることで、レーザー照射周辺付近での熱影響を抑制できる。例えば、スーパーストレート型のシリコン系薄膜太陽電池では、裏面電極層の金属と光電変換層(例えばシリコン)との合金化が抑制されるため、透明電極層を露出させるまで照射する必要がなくなり、少ないパルス照射回数で溝を加工することが可能となる。
According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of burrs that occur when irradiation is performed from the substrate surface side by irradiating laser light from the side (film surface side) opposite to the side supported by the substrate of the laminate. This makes it possible to irradiate the laser multiple times. Further, even if there is a foreign substance on the light incident surface of the substrate, the separation groove of the back electrode layer can be formed without being affected by the foreign substance.
The laser oscillator includes a condensing optical system, and the laser has a circular cross section. Since no mask imaging optical system is used, laser power loss can be suppressed, and laser power can be used effectively. In addition, since the depth of focus can be increased, it is possible to form a groove with high processing quality because it is difficult to focus on fluctuations in the height of the substrate. A laser oscillator having a pulse width of 1 nanosecond or less is used. By using a laser with a short pulse width such as a picosecond laser, the thermal effect in the vicinity of the laser irradiation can be suppressed. For example, in a super straight type silicon-based thin film solar cell, since alloying between the metal of the back electrode layer and the photoelectric conversion layer (for example, silicon) is suppressed, it is not necessary to irradiate until the transparent electrode layer is exposed, and there are few Grooves can be processed by the number of pulse irradiations.

レーザーエネルギー密度と照射回数との積は、3以上12以下(J/cm・ショット)とされる。レーザーエネルギー密度と照射回数との積を上記範囲とすることで、電気的に分離したい層(裏面電極層など)を含む除去すべき層を除去しつつ、下地となる層やレーザー照射周辺付近でのレーザー照射による熱影響を抑えることができる。除去すべき層の膜厚の変動を考慮した上で、堅牢性の高い加工条件とするためには、レーザーエネルギー密度と照射回数との積が、5以上10以下(J/cm・ショット)とされることが好ましい。 The product of the laser energy density and the number of irradiations is 3 or more and 12 or less (J / cm 2 · shot). By making the product of the laser energy density and the number of irradiations within the above range, while removing the layer to be removed including the layer to be electrically separated (such as the back electrode layer), the underlying layer and the vicinity of the laser irradiation The thermal effect of laser irradiation can be suppressed. The product of the laser energy density and the number of times of irradiation is 5 or more and 10 or less (J / cm 2 · shot) in order to obtain processing conditions with high robustness in consideration of fluctuations in the thickness of the layer to be removed. It is preferable that

前記光電変換層が、結晶質シリコンp層、結晶質シリコンi層及びシリコンn層を備える場合、前記分離溝形成工程において、前記結晶質シリコンi層のレーザー被照射面側にある層を除去し、前記結晶質シリコンi層が露出するよう溝を形成することが好ましい。
結晶質シリコンi層は、結晶質シリコンp層及びシリコンn層と比較して導電率が低い層である。そのため、結晶質シリコンi層が露出するよう溝を形成することで、電気的に分離したい層を完全に分離しつつ、透明電極層と裏面電極層との間の高い絶縁抵抗を得ることができる。「結晶質シリコンi層が露出する」とは、溝の底面が実質的に結晶質シリコンi層で構成されていれば良く、結晶質シリコンi層が膜厚方向に一部除去されて初期の膜厚よりも薄くなった状態であっても良い。
When the photoelectric conversion layer includes a crystalline silicon p layer, a crystalline silicon i layer, and a silicon n layer, the layer on the laser irradiated surface side of the crystalline silicon i layer is removed in the separation groove forming step. It is preferable to form a groove so that the crystalline silicon i layer is exposed.
The crystalline silicon i layer is a layer having a lower conductivity than the crystalline silicon p layer and the silicon n layer. Therefore, by forming the groove so that the crystalline silicon i layer is exposed, a high insulation resistance between the transparent electrode layer and the back electrode layer can be obtained while completely separating the layer to be electrically separated. . “The crystalline silicon i layer is exposed” means that the bottom surface of the groove is substantially composed of the crystalline silicon i layer, and the crystalline silicon i layer is partly removed in the film thickness direction. It may be in a state of being thinner than the film thickness.

前記光電変換層が、化合物半導体n層、及び化合物半導体p層を備える場合、前記分離溝形成工程において、前記化合物半導体p層のレーザー被照射面側にある層を除去し、前記化合物半導体p層が露出するよう溝を形成することが好ましい。
光電変換層に化合物半導体が用いられる場合、化合物半導体n層は窓層、化合物半導体p層が主な光吸収層となる。そのため、化合物半導体p層が露出するよう溝を形成することで、電気的に分離したい層を完全に分離しつつ、透明電極層と裏面電極層との間の高い絶縁抵抗を得ることができる。「化合物半導体p層が露出する」とは、溝の底面が実質的に化合物半導体p層で構成されていれば良く、化合物半導体p層が膜厚方向に一部除去されて初期の膜厚よりも薄くなった状態であっても良い。
When the photoelectric conversion layer includes a compound semiconductor n layer and a compound semiconductor p layer, in the separation groove forming step, the layer on the laser irradiated surface side of the compound semiconductor p layer is removed, and the compound semiconductor p layer It is preferable to form a groove so that is exposed.
When a compound semiconductor is used for the photoelectric conversion layer, the compound semiconductor n layer is a window layer and the compound semiconductor p layer is a main light absorption layer. Therefore, by forming the groove so that the compound semiconductor p layer is exposed, a high insulation resistance between the transparent electrode layer and the back electrode layer can be obtained while completely separating the layer to be electrically separated. “The compound semiconductor p layer is exposed” means that the bottom surface of the groove is substantially composed of the compound semiconductor p layer, and the compound semiconductor p layer is partially removed in the film thickness direction from the initial film thickness. May be in a thinned state.

前記レーザーエネルギー密度(J/cm)と前記照射回数(ショット)との積が3以上12以下、かつ、前記透明電極層と前記裏面電極層との間の絶縁抵抗が5kΩ以上となる条件で前記レーザー光を照射しても良い。 On the condition that the product of the laser energy density (J / cm 2 ) and the number of irradiation times (shot) is 3 or more and 12 or less, and the insulation resistance between the transparent electrode layer and the back electrode layer is 5 kΩ or more. You may irradiate the said laser beam.

本発明によれば、レーザーエネルギー密度と照射回数との積を定めて、その範囲内の条件でレーザー照射することによって、レーザー被照射部付近の層及び下地層への熱影響を抑えつつ、透明電極層と裏面電極層との間を絶縁化する分離溝を形成することができる。上記方法は、サブストレート型薄膜太陽電池の透明電極層の分離溝形成において、メカニカルスクライブ方の代替手法として使用することができる。また、本発明に係る集積型光電変換装置の製造方法は、メカニカルスクライブ法で生じた溝分離の不良部分の補修にも使用可能である。   According to the present invention, the product of the laser energy density and the number of times of irradiation is determined, and the laser irradiation is performed under the conditions within the range, thereby suppressing the thermal influence on the layer near the laser irradiated portion and the underlying layer, and transparent. A separation groove that insulates between the electrode layer and the back electrode layer can be formed. The above method can be used as an alternative method of mechanical scribing in forming a separation groove of a transparent electrode layer of a substrate type thin film solar cell. Further, the method for manufacturing an integrated photoelectric conversion device according to the present invention can be used for repairing a defective portion of groove separation caused by a mechanical scribe method.

第1実施形態に係る集積型光電変換装置の製造方法により製造される集積型光電変換装置の構成を表す概略図である。It is the schematic showing the structure of the integrated photoelectric conversion apparatus manufactured by the manufacturing method of the integrated photoelectric conversion apparatus which concerns on 1st Embodiment. 本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the manufacturing method of the solar cell panel of this embodiment. 本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the manufacturing method of the solar cell panel of this embodiment. 照射回数を説明する図である。It is a figure explaining the frequency | count of irradiation. 本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the manufacturing method of the solar cell panel of this embodiment. 本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the manufacturing method of the solar cell panel of this embodiment. 本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the manufacturing method of the solar cell panel of this embodiment. 第2実施形態に係る集積型光電変換装置の製造方法により製造される集積型光電変換装置の構成を表す概略図である。It is the schematic showing the structure of the integrated photoelectric conversion apparatus manufactured by the manufacturing method of the integrated photoelectric conversion apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 本実施形態に係るサブストレート型の薄膜太陽電池モジュールの概略図である。It is the schematic of the substrate type thin film solar cell module which concerns on this embodiment. 実施例1で作製したスーパーストレート型の薄膜太陽電池モジュールの概略図である。1 is a schematic view of a super straight type thin film solar cell module manufactured in Example 1. FIG. 実施例1におけるレーザー発振器のパルス幅と絶縁抵抗との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pulse width of the laser oscillator in Example 1, and insulation resistance. 照射回数とレーザーエネルギー密度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the frequency | count of irradiation, and a laser energy density. レーザーエネルギー密度と照射回数との積と、絶縁抵抗との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the product of a laser energy density and the frequency | count of irradiation, and insulation resistance. 分離溝を加工した後の薄膜太陽電池モジュールを膜面側から観察した写真である。It is the photograph which observed the thin film solar cell module after processing a separation groove from the film surface side. 分離溝を加工した後の薄膜太陽電池モジュールを膜面側から観察した写真である。It is the photograph which observed the thin film solar cell module after processing a separation groove from the film surface side. 従来法によって作製されたスーパーストレート型薄膜太陽電池モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the super straight type thin film solar cell module produced by the conventional method. 従来法によって作製されたサブストレート型薄膜太陽電池モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the substrate type thin film solar cell module produced by the conventional method.

以下に、本発明に係る集積型光電変換装置の製造方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る集積型光電変換装置の製造方法により製造される集積型光電変換装置の構成を表す概略図である。光電変換装置100は、スーパーストレート型のタンデム型シリコン系太陽電池であり、基板1、透明電極層2、太陽電池光電変換層3としての第1セル層91(非晶質シリコン系)及び第2セル層92(結晶質シリコン系)、中間コンタクト層5、及び裏面電極層4を備える。なお、ここで、シリコン系とはシリコン(Si)やシリコンカーバイト(SiC)やシリコンゲルマニウム(SiGe)を含む総称である。また、結晶質シリコン系とは、非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコンや多結晶シリコンも含まれる。
Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing an integrated photoelectric conversion device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an integrated photoelectric conversion device manufactured by the method for manufacturing an integrated photoelectric conversion device according to the first embodiment. The photoelectric conversion device 100 is a super straight type tandem silicon solar cell, and includes a substrate 1, a transparent electrode layer 2, a first cell layer 91 (amorphous silicon system) as a solar cell photoelectric conversion layer 3, and a second one. A cell layer 92 (crystalline silicon), an intermediate contact layer 5, and a back electrode layer 4 are provided. Here, the silicon-based is a generic name including silicon (Si), silicon carbide (SiC), and silicon germanium (SiGe). Further, the crystalline silicon system means a silicon system other than the amorphous silicon system, and includes microcrystalline silicon and polycrystalline silicon.

第1実施形態に係る光電変換装置の製造方法を、太陽電池パネルを製造する工程を例に挙げて説明する。図2、図3、図5及び図6は、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。   A method for manufacturing a photoelectric conversion device according to the first embodiment will be described by taking a process for manufacturing a solar cell panel as an example. 2, FIG. 3, FIG. 5 and FIG. 6 are schematic views showing a method for manufacturing a solar cell panel of the present embodiment.

(1)図2(a)
基板1として、面積が1mを越える大型のソーダフロートガラス基板(例えば1.4m×1.1m×板厚:3.0mm〜4.5mm)を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやR面取り加工されていることが望ましい。
(1) FIG. 2 (a)
As the substrate 1, a large soda float glass substrate (for example, 1.4 m × 1.1 m × plate thickness: 3.0 mm to 4.5 mm) having an area exceeding 1 m 2 is used. The end face of the substrate is preferably subjected to corner chamfering or R chamfering to prevent damage due to thermal stress or impact.

(2)図2(b)
透明電極層2として、酸化錫(SnO)を主成分とする膜厚約500nm以上800nm以下の透明導電膜を、熱CVD装置にて約500℃で製膜する。この際、透明電極膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。また、透明電極層2は酸化亜鉛膜(ZnO)を主成分とする膜厚約200nm以上900nm以下の透明導電膜としても良い。透明電極層2として、透明電極膜に加えて、基板1と透明電極膜との間にアルカリバリア膜(図示されず)を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜(SiO)を50nm〜150nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。
(2) FIG. 2 (b)
As the transparent electrode layer 2, a transparent conductive film having a thickness of about 500 nm to 800 nm and having tin oxide (SnO 2 ) as a main component is formed at about 500 ° C. with a thermal CVD apparatus. At this time, a texture with appropriate irregularities is formed on the surface of the transparent electrode film. Further, the transparent electrode layer 2 may be a transparent conductive film having a thickness of about 200 nm to 900 nm mainly composed of a zinc oxide film (ZnO). As the transparent electrode layer 2, an alkali barrier film (not shown) may be formed between the substrate 1 and the transparent electrode film in addition to the transparent electrode film. As the alkali barrier film, a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed at a temperature of about 500 ° C. in a thermal CVD apparatus at 50 nm to 150 nm.

(3)図2(c)
その後、透明電極層2に分離溝を形成するために、基板1をX−Yテーブルに設置して、YAGレーザーの第1高調波(1064nm)を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セル7の直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板1とレーザー光を相対移動して、溝10を形成するように幅約6mmから15mmの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。なおレーザー光の照射方向は、基板1側から行ってもよい。
(3) FIG. 2 (c)
Thereafter, in order to form a separation groove in the transparent electrode layer 2, the substrate 1 is placed on an XY table, and the first harmonic (1064 nm) of the YAG laser is applied to the transparent electrode film as indicated by the arrow in the figure. Irradiate from the film surface side. The laser power is adjusted so as to be suitable for the processing speed, and the transparent electrode film is moved relative to the direction perpendicular to the series connection direction of the power generation cells 7 to move the substrate 1 and the laser beam to form the groove 10. Thus, laser etching is performed in a strip shape having a predetermined width of about 6 mm to 15 mm. Note that the direction of laser light irradiation may be performed from the substrate 1 side.

(4)図2(d)
第1セル層91として、非晶質シリコン薄膜からなるp層、i層及びn層を、プラズマCVD装置により製膜する。SiHガス及びHガスを主原料にして、減圧雰囲気:30Pa以上1000Pa以下、基板温度:約200℃にて、透明電極層2上に太陽光の入射する側から非晶質シリコンp層31、非晶質シリコンi層32、非晶質シリコンn層33の順で製膜する。非晶質シリコンp層31は非晶質のBドープシリコンを主とし、膜厚10nm以上30nm以下である。非晶質シリコンi層32は、膜厚200nm以上350nm以下である。非晶質シリコンn層33は、非晶質シリコンに微結晶シリコンを含有するPドープシリコンを主とし、膜厚30nm以上50nm以下である。非晶質シリコンp層31と非晶質シリコンi層32の間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
(4) FIG. 2 (d)
As the first cell layer 91, a p layer, an i layer, and an n layer made of an amorphous silicon thin film are formed by a plasma CVD apparatus. Using SiH 4 gas and H 2 gas as main raw materials, the amorphous silicon p layer 31 from the side on which sunlight is incident on the transparent electrode layer 2 at a reduced pressure atmosphere: 30 Pa to 1000 Pa and a substrate temperature: about 200 ° C. Then, an amorphous silicon i layer 32 and an amorphous silicon n layer 33 are formed in this order. The amorphous silicon p layer 31 is mainly made of amorphous B-doped silicon and has a thickness of 10 nm to 30 nm. The amorphous silicon i layer 32 has a thickness of 200 nm to 350 nm. The amorphous silicon n layer 33 is mainly P-doped silicon containing microcrystalline silicon in amorphous silicon, and has a thickness of 30 nm to 50 nm. A buffer layer may be provided between the amorphous silicon p layer 31 and the amorphous silicon i layer 32 in order to improve interface characteristics.

次に、第1セル層91の上に、プラズマCVD装置により、減圧雰囲気:3000Pa以下、基板温度:約200℃、プラズマ発生周波数:40MHz以上100MHz以下にて、第2セル層92としての結晶質シリコンp層41、結晶質シリコンi層42、及び、結晶質シリコンn層43を順次製膜する。結晶質シリコンp層41はBドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚10nm以上50nm以下である。結晶質シリコンi層42は微結晶シリコンを主とし、膜厚は1.2μm以上3.0μm以下である。結晶質シリコンn層43はPドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚20nm以上50nm以下である。なお、結晶質シリコンn層は、非晶質シリコンn層に置換しても良い。   Next, a crystalline material as the second cell layer 92 is formed on the first cell layer 91 by a plasma CVD apparatus at a reduced pressure atmosphere: 3000 Pa or less, a substrate temperature: about 200 ° C., and a plasma generation frequency: 40 MHz or more and 100 MHz or less. A silicon p layer 41, a crystalline silicon i layer 42, and a crystalline silicon n layer 43 are sequentially formed. The crystalline silicon p layer 41 is mainly made of B-doped microcrystalline silicon and has a thickness of 10 nm to 50 nm. The crystalline silicon i layer 42 is mainly made of microcrystalline silicon and has a film thickness of 1.2 μm or more and 3.0 μm or less. The crystalline silicon n layer 43 is mainly made of P-doped microcrystalline silicon and has a thickness of 20 nm to 50 nm. The crystalline silicon n layer may be replaced with an amorphous silicon n layer.

微結晶シリコンを主とするi層膜をプラズマCVD法で形成するにあたり、プラズマ放電電極と基板1の表面との距離dは、3mm以上10mm以下にすることが好ましい。3mmより小さい場合、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離dを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。10mmより大きい場合、十分な製膜速度(1nm/s以上)を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。   In forming the i-layer film mainly composed of microcrystalline silicon by the plasma CVD method, the distance d between the plasma discharge electrode and the surface of the substrate 1 is preferably 3 mm or more and 10 mm or less. If it is smaller than 3 mm, it is difficult to keep the distance d constant from the accuracy of each component device in the film forming chamber corresponding to the large substrate, and there is a possibility that the discharge becomes unstable because it is too close. When it is larger than 10 mm, it is difficult to obtain a sufficient film forming speed (1 nm / s or more), and the uniformity of the plasma is lowered and the film quality is lowered by ion bombardment.

第1セル層91と第2セル層92の間に、接触性を改善するとともに電流整合性を取るために半反射膜となる中間コンタクト層5を設ける。中間コンタクト層5として、膜厚:20nm以上100nm以下のGaまたはAlがドープされたZnO膜を、ターゲット:GaドープZnO焼結体またはAlドープZnO焼結体を用いてスパッタリング装置により製膜する。また、中間コンタクト層5を設けない場合もある。   An intermediate contact layer 5 serving as a semi-reflective film is provided between the first cell layer 91 and the second cell layer 92 in order to improve the contact property and achieve current matching. As the intermediate contact layer 5, a ZnO film doped with Ga or Al having a film thickness of 20 nm to 100 nm is formed by sputtering using a target: Ga-doped ZnO sintered body or Al-doped ZnO sintered body. Further, the intermediate contact layer 5 may not be provided.

(5)図2(e)
基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)光を、図の矢印に示すように、光電変換層3に照射して分離溝を形成する。パルス発振:10kHzから20kHzとして、加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層2のレーザーエッチングラインの約100μmから150μmの横側を、溝11を形成するようにレーザーエッチングする。この分離溝は、透明電極層2と後に形成される裏面電極層4との電気的接続を得るための開溝である。このときのレーザー照射方向は、光電変換層3の膜面側から行ってもよいが、膜厚が厚いために多数の照射回数が必要である。それに対して、基板1側から照射する場合は、1〜2ショットの少ない照射回数で膜除去可能である。この場合は光電変換層3の非晶質シリコン系の第1セル層91で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層3をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。このとき、基板1側に異物があって、レーザー光が遮られて分離溝が一部途切れることがあったとしても、透明電極層2と裏面電極層4との間の接触抵抗にほとんど影響を与えないので問題にならない。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
(5) FIG. 2 (e)
The substrate 1 is placed on an XY table, and the second harmonic (532 nm) light of the laser diode pumped YAG laser is irradiated to the photoelectric conversion layer 3 as shown by the arrows in the figure to form separation grooves. Pulse oscillation: 10 kHz to 20 kHz, laser power is adjusted so as to be suitable for the processing speed, and laser etching is performed so that grooves 11 are formed on the lateral side of the laser etching line of the transparent electrode layer 2 from about 100 μm to 150 μm. To do. This separation groove is an open groove for obtaining an electrical connection between the transparent electrode layer 2 and the back electrode layer 4 to be formed later. Although the laser irradiation direction at this time may be performed from the film surface side of the photoelectric conversion layer 3, a large number of irradiations are required because the film thickness is large. On the other hand, when irradiation is performed from the substrate 1 side, the film can be removed with a small number of irradiations of 1 to 2 shots. In this case, since the photoelectric conversion layer 3 can be etched using the high vapor pressure generated by the energy absorbed by the amorphous silicon-based first cell layer 91 of the photoelectric conversion layer 3, further stable laser etching processing can be performed. Can be done. At this time, even if there is a foreign substance on the substrate 1 side and the laser beam is blocked and the separation groove is partially interrupted, the contact resistance between the transparent electrode layer 2 and the back electrode layer 4 is almost affected. It doesn't matter because it doesn't give. The position of the laser etching line is selected in consideration of positioning tolerances so as not to intersect with the etching line in the previous process.

(6)図3(a)
裏面電極層4としてAg膜/Ti膜を、スパッタリング装置により、減圧雰囲気、製膜温度:150℃から200℃にて製膜する。本実施形態では、Ag膜:150nm以上500nm以下、これを保護するものとして防食効果の高いTi膜:10nm以上20nm以下を、この順に積層する。あるいは、裏面電極層4を、25nmから100nmの膜厚を有するAg膜と、15nmから500nmの膜厚を有するAl膜との積層構造としても良い。また、タンデム型太陽電池など600nm以上の長波長側反射光が必要なものにおいては、約100nm〜450nmの膜厚を有するCu膜と、約5nm〜150nmの膜厚を有するTi膜との積層構造としても良い。また、裏面電極層4を150nmから500nmの膜厚を有するAg膜やAl膜としても良い。
n層43と裏面電極層4との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層3と裏面電極層4との間に、スパッタリング装置により、膜厚:50nm以上100nm以下のGaまたはAlがドープされたZnO膜を製膜して設けても良い。
(6) FIG. 3 (a)
An Ag film / Ti film is formed as the back electrode layer 4 by a sputtering apparatus at a reduced pressure atmosphere and at a film forming temperature of 150 ° C. to 200 ° C. In this embodiment, an Ag film: 150 nm or more and 500 nm or less, and a Ti film having a high anticorrosion effect: 10 nm or more and 20 nm or less are stacked in this order to protect them. Alternatively, the back electrode layer 4 may have a laminated structure of an Ag film having a thickness of 25 nm to 100 nm and an Al film having a thickness of 15 nm to 500 nm. In addition, in the case where a long wavelength side reflected light of 600 nm or more is required, such as a tandem solar cell, a laminated structure of a Cu film having a thickness of about 100 nm to 450 nm and a Ti film having a thickness of about 5 nm to 150 nm It is also good. Further, the back electrode layer 4 may be an Ag film or Al film having a thickness of 150 nm to 500 nm.
For the purpose of reducing the contact resistance between the n layer 43 and the back electrode layer 4 and improving the light reflection, Ga or Al having a film thickness of 50 nm or more and 100 nm or less is formed between the photoelectric conversion layer 3 and the back electrode layer 4 by a sputtering apparatus. Alternatively, a ZnO film doped with may be formed.

(7)図3(b)
基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザー光を、図の矢印に示すように、裏面電極層4の膜面側からパルス照射しながら、基板を移動させて裏面電極層4の分離溝加工を行う。透明電極層2のレーザーエッチングラインの250μmから400μmの横側を、分離溝12を形成するようにレーザーエッチングする。
(7) FIG. 3 (b)
The substrate 1 is placed on an XY table, and the laser beam is irradiated from the film surface side of the back electrode layer 4 while irradiating laser light as shown by the arrows in the figure, and the substrate is moved to separate the grooves on the back electrode layer 4. Processing. Laser etching is performed so that the separation groove 12 is formed on the lateral side of the transparent electrode layer 2 from 250 μm to 400 μm of the laser etching line.

レーザーの使用波長は266〜1064nmの範囲で適宜選択される。例えば、レーザーの出力安定性やコストの面からは第2高調波(波長532nm)が有利である。また、裏面電極層4に銅を用いる場合、短波長(355nm以下)の光を吸収しやすいため、第3高調波(波長355nm)や第4高調波(波長266nm)のレーザーが加工に有利である。   The operating wavelength of the laser is appropriately selected within the range of 266 to 1064 nm. For example, the second harmonic (wavelength 532 nm) is advantageous in terms of laser output stability and cost. Further, when copper is used for the back electrode layer 4, it is easy to absorb light with a short wavelength (355 nm or less), and therefore a third harmonic (wavelength 355 nm) or fourth harmonic (wavelength 266 nm) laser is advantageous for processing. is there.

レーザー発振器には、YAGレーザーのナノ秒レーザー、ピコ秒レーザーやフェムト秒レーザーのシングルモード発振のものを使用する。分離溝12を形成させる際、マスクは用いず、集光光学系を用いて断面形状が円形のレーザー光を照射する。レーザー光は、分離溝12の溝幅より細く集光される。具体的に、レーザー光は20〜60μm程度に絞られる。   As the laser oscillator, a YAG laser nanosecond laser, picosecond laser, or femtosecond laser having a single mode oscillation is used. When the separation groove 12 is formed, a laser beam having a circular cross section is irradiated using a condensing optical system without using a mask. The laser beam is condensed to be narrower than the groove width of the separation groove 12. Specifically, the laser beam is focused to about 20 to 60 μm.

レーザーエネルギー密度は、レーザーエネルギー密度と照射回数との積が3以上12以下(J/cm・ショット)の範囲となるよう適宜設定される。
レーザー光の照射回数は、5回以下が好ましく、3〜4回が更に好ましい。照射回数とは、図4に示すように、レーザーの重なりによって同一箇所に照射される回数を意味する。連続した溝を形成するには、2回以上の照射が必要である。照射回数は、(1回照射時の加工痕長さ)/(1パルス毎の基板またはレーザーの移動幅)で表される。加工痕長さとは、1つの集光されたレーザーの断面の直径を意味する。
発振周波数は、5kHz〜200kHzとされる。基板またはレーザーの移動速度は、50mm/s〜2000mm/sとされる。これは基板サイズや加工所要時間に応じて適宜選定される例えばレーザー発振周波数80kHz、基板の移動速度800mm/sのとき1パルス毎の基板の移動幅は10μm、加工痕の径が30μmであれば、3回照射加工、また、例えばレーザー発振周波数10kHz、基板の移動速度50mm/sのとき1パルス毎の基板の移動幅は5μm、加工痕の径が20μmであれば、4回照射加工などと適宜調整される。
The laser energy density is appropriately set so that the product of the laser energy density and the number of irradiations is in the range of 3 to 12 (J / cm 2 · shot).
The number of times of laser light irradiation is preferably 5 times or less, and more preferably 3 to 4 times. As shown in FIG. 4, the number of times of irradiation means the number of times of irradiation to the same location due to overlapping of lasers. Two or more irradiations are required to form a continuous groove. The number of times of irradiation is represented by (processing mark length at the time of one irradiation) / (movement width of substrate or laser for each pulse). The processing mark length means the diameter of the cross section of one focused laser beam.
The oscillation frequency is 5 kHz to 200 kHz. The moving speed of the substrate or laser is 50 mm / s to 2000 mm / s. For example, if the laser oscillation frequency is 80 kHz, the movement speed of the substrate is 800 mm / s, the movement width of the substrate per pulse is 10 μm, and the diameter of the machining trace is 30 μm. For example, if the laser oscillation frequency is 10 kHz, the substrate moving speed is 50 mm / s, the substrate moving width per pulse is 5 μm, and the diameter of the processing mark is 20 μm. Adjust as appropriate.

図3(b)で示すように、裏面電極層4及び導電率の高い第2セル層92の結晶質シリコンn層43を除去し、比較的導電率が低い結晶質シリコンi層42が露出するよう分離溝12を形成すると良い。   As shown in FIG. 3B, the crystalline silicon n layer 43 of the back electrode layer 4 and the second cell layer 92 having a high conductivity is removed, and the crystalline silicon i layer 42 having a relatively low conductivity is exposed. The separation groove 12 may be formed as described above.

(8)図3(c)と図5(a)
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部をレーザーエッチングし、直列接続部分で短絡することを防止する。即ちパネルの絶縁性能を確保するために基板周端部の絶縁加工を行う。基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、基板1側から照射する。レーザー光が透明電極層2と光電変換層3で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層4が爆裂して、裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2が除去される。パルス発振:1kHz以上50kHz以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板1の端部から5mmから20mmの位置を、図3(c)に示すように、X方向絶縁溝15を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図3(c)では、光電変換層3が直列に接続された方向に切断したX方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝15位置には裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2の膜研磨除去をした周囲膜除去領域14に相当する領域がある状態(図5(a)参照)が表れるべきであるが、基板1の端部への加工の説明の便宜上、この位置にY方向断面を表して形成された絶縁溝をX方向絶縁溝15として説明する。このとき、Y方向絶縁溝は後工程で基板1周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
(8) FIG. 3 (c) and FIG. 5 (a)
The power generation region is divided, and the film edge around the substrate edge is laser-etched to prevent a short circuit at the serial connection portion. That is, in order to ensure the insulation performance of the panel, insulation processing is performed on the peripheral edge of the substrate. The substrate 1 is placed on an XY table, and the second harmonic (532 nm) of the laser diode pumped YAG laser is irradiated from the substrate 1 side. The laser light is absorbed by the transparent electrode layer 2 and the photoelectric conversion layer 3, and the back electrode layer 4 explodes using the high gas vapor pressure generated at this time, and the back electrode layer 4 / photoelectric conversion layer 3 / transparent electrode layer 2 is removed. Pulse oscillation: 1 kHz or more and 50 kHz or less, the laser power is adjusted so as to be suitable for the processing speed, and the position of 5 mm to 20 mm from the end of the substrate 1 is placed in the X-direction insulating groove as shown in FIG. Laser etching is performed to form 15. In addition, in FIG.3 (c), since it becomes X direction sectional drawing cut | disconnected in the direction in which the photoelectric converting layer 3 was connected in series, the back surface electrode layer 4 / photoelectric conversion is originally in the position of the insulating groove 15 Although there should be a state (see FIG. 5A) corresponding to the peripheral film removal region 14 where the layer 3 / transparent electrode layer 2 has been polished and removed, description of processing to the end of the substrate 1 For the sake of convenience, the insulating groove formed to represent the Y-direction cross section at this position will be described as the X-direction insulating groove 15. At this time, the Y-direction insulating groove does not need to be provided because the film surface polishing removal processing of the peripheral film removal region of the substrate 1 is performed in a later process.

絶縁溝15は基板1の端より5mmから15mmの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール6内部への外部からの水分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。   The insulating groove 15 has an effective effect in suppressing moisture permeation from the outside into the solar cell module 6 from the end of the solar cell panel by terminating the etching at a position of 5 mm to 15 mm from the end of the substrate 1. This is preferable.

尚、以上までの工程におけるレーザー光はYAGレーザーとしているが、YVO4レーザーやファイバーレーザーなどが同様に使用できるものがある。   In addition, although the laser beam in the above process is made into a YAG laser, there exists what can use a YVO4 laser, a fiber laser, etc. similarly.

(9)図5(a:太陽電池膜面側から見た図、b:受光面の基板側から見た図)
後工程のEVA等を介したバックシート24との健全な接着・シール面を確保するために、基板1周辺(周囲膜除去領域14)の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域14を形成する。基板1の端から5〜20mmで基板1の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、X方向は前述の図3(c)工程で設けた絶縁溝15よりも基板端側において、Y方向は基板端側部付近の溝10よりも基板端側において、裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。
研磨屑や砥粒は基板1を洗浄処理して除去する。
(9) FIG. 5 (a: view seen from the solar cell film side, b: view seen from the substrate side of the light receiving surface)
Since the laminated film around the substrate 1 (peripheral film removal region 14) has a step and is easy to peel off in order to ensure a sound adhesion / seal surface with the back sheet 24 via EVA or the like in a later process, The film is removed to form a peripheral film removal region 14. In removing the film over the entire circumference of the substrate 1 at 5 to 20 mm from the end of the substrate 1, the X direction is closer to the substrate end than the insulating groove 15 provided in the step of FIG. The back electrode layer 4 / photoelectric conversion layer 3 / transparent electrode layer 2 are removed by using grinding stone polishing, blast polishing, or the like on the substrate end side with respect to the groove 10 near the side portion.
Polishing debris and abrasive grains are removed by cleaning the substrate 1.

(10)図6(a)(b)
直列に並んだ一方端の発電セル7の裏面電極層4と、他方端部の発電セル7に接続した集電用セルの裏面電極層4ととから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱23の部分から電力が取出せるように処理する。集電用銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール6の全体を覆い、基板1からはみ出さないようにEVA(エチレン酢酸ビニル共重合体)等による接着充填材シートを配置する。
接着充填材シートの上に、防水効果の高いバックシート24を設置する。バックシート24は本実施形態では防水防湿効果が高いようにPETシート/Al箔/PETシートの3層構造よりなる。
バックシート24の端子箱23の取付け部分には、開口貫通窓を設けて集電用銅箔を取出す。この開口貫通窓部分では、バックシート24と裏面電極層4の間に絶縁材を複数層で設置して外部からの水分などの侵入を抑制する。
バックシート24までを所定位置に配置したものを、ラミネータ装置により減圧雰囲気で内部の脱気を行い約150〜160℃でプレスしながら、接着充填材シート(EVA)を架橋させて密着させ、密封処理をする。
なお、接着充填材シートはEVAに限定されるものではなく、PVB(ポリビニルブチラール)など類似の機能を保有する接着充填材を利用することが可能である。この場合は、圧着する手順、温度や時間など条件を適正化して処理を行う。
(10) FIGS. 6 (a) and 6 (b)
A solar cell is obtained by collecting current from the back electrode layer 4 of the power generation cell 7 at one end and the back electrode layer 4 of the current collecting cell connected to the power generation cell 7 at the other end using a copper foil. It processes so that electric power can be taken out from the part of the terminal box 23 of a panel back side. In order to prevent short circuit with each part, the copper foil for current collection arrange | positions an insulating sheet wider than copper foil width.
After the current collecting copper foil or the like is disposed at a predetermined position, an adhesive filler sheet made of EVA (ethylene vinyl acetate copolymer) or the like is disposed so as to cover the entire solar cell module 6 and not protrude from the substrate 1. .
A back sheet 24 having a high waterproofing effect is installed on the adhesive filler sheet. In this embodiment, the back sheet 24 has a three-layer structure of PET sheet / Al foil / PET sheet so that the waterproof and moisture-proof effect is high.
An opening through window is provided at the attachment portion of the terminal box 23 of the back sheet 24 to take out the copper foil for current collection. In the opening through window portion, an insulating material is provided in a plurality of layers between the back sheet 24 and the back electrode layer 4 to suppress intrusion of moisture and the like from the outside.
The one with the back sheet 24 in place is degassed in a reduced pressure atmosphere with a laminator and pressed at about 150 to 160 ° C., and the adhesive filler sheet (EVA) is cross-linked and tightly sealed. Process.
The adhesive filler sheet is not limited to EVA, and an adhesive filler having a similar function such as PVB (polyvinyl butyral) can be used. In this case, the processing is performed by optimizing the conditions such as the pressure bonding procedure, temperature and time.

(11)図6(a)
太陽電池モジュール6の裏側に端子箱23を接着剤で取付ける。
(12)図6(b)
銅箔と端子箱23の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱23の内部を封止剤(ポッティング剤)で充填して密閉する。これで太陽電池パネル50が完成する。
(13)図6(c)
図6(b)までの工程で形成された太陽電池パネル50について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、AM1.5、全天日射基準太陽光(1000W/m2)のソーラシミュレータを用いて行う。なお、発電検査は、太陽電池パネル50が完全に完成した後に行ってもよいし、アルミフレーム枠の取り付け前に行ってもよい。
(14)図6(d)
発電検査(図6(c))に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
(11) FIG. 6 (a)
The terminal box 23 is attached to the back side of the solar cell module 6 with an adhesive.
(12) FIG. 6 (b)
The copper foil and the output cable of the terminal box 23 are connected by solder or the like, and the inside of the terminal box 23 is filled with a sealing agent (potting agent) and sealed. Thus, the solar cell panel 50 is completed.
(13) FIG. 6 (c)
A power generation inspection and a predetermined performance test are performed on the solar cell panel 50 formed in the steps up to FIG. The power generation inspection is performed using a solar simulator of AM 1.5 and global solar radiation standard sunlight (1000 W / m 2). The power generation inspection may be performed after the solar battery panel 50 is completely completed, or may be performed before the aluminum frame frame is attached.
(14) FIG. 6 (d)
Before and after the power generation inspection (FIG. 6C), a predetermined performance inspection is performed including an appearance inspection.

(15)図7
太陽電池モジュール6に強度を付加するとともに取付け座となるアルミフレーム枠を、太陽電池モジュール6の周囲に取り付ける。太陽電池モジュール6とアルミフレーム枠103L,103Sとの間にはゴム製のガスケット等を介して、弾力性を保持しながら確実に保持することが好ましい。
これで、太陽電池パネル50が完成する。
(15) FIG.
An aluminum frame frame that adds strength to the solar cell module 6 and serves as a mounting seat is attached around the solar cell module 6. It is preferable to securely hold the solar cell module 6 and the aluminum frame frames 103L and 103S through rubber gaskets or the like while maintaining elasticity.
Thus, the solar cell panel 50 is completed.

<第2実施形態>
図8は、第2実施形態に係る集積型光電変換装置の製造方法により製造される集積型光電変換装置200の構成を表す概略図である。光電変換装置200は、サブストレート型のタンデム型シリコン系太陽電池であり、太陽光の入射側から順に、透明電極層2、太陽電池光電変換層3としての第1セル層91(非晶質シリコン系)及び第2セル層92(結晶質シリコン系)、中間コンタクト層5、及び裏面電極層4を備える。上記各層が積層された積層体は、裏面電極層側から基板21で支持されている。
Second Embodiment
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of an integrated photoelectric conversion apparatus 200 manufactured by the integrated photoelectric conversion apparatus manufacturing method according to the second embodiment. The photoelectric conversion device 200 is a substrate-type tandem silicon solar cell, and the first cell layer 91 (amorphous silicon) as the transparent electrode layer 2 and the solar cell photoelectric conversion layer 3 in this order from the sunlight incident side. System) and a second cell layer 92 (crystalline silicon system), an intermediate contact layer 5, and a back electrode layer 4. The laminate in which the above layers are laminated is supported by the substrate 21 from the back electrode layer side.

基板21としては、ステンレスやポリイミドなどからなる非透光性基板や、第1実施形態と同様のガラス基板を使用する。   As the substrate 21, a non-translucent substrate made of stainless steel or polyimide, or a glass substrate similar to that of the first embodiment is used.

基板21上に、裏面電極層4、中間コンタクト層5、第2セル層92、第1セル層91、透明電極層2を順に製膜する。分離溝22を形成する工程以外は、第1実施形態に従う。   On the substrate 21, the back electrode layer 4, the intermediate contact layer 5, the second cell layer 92, the first cell layer 91, and the transparent electrode layer 2 are formed in this order. The first embodiment is followed except for the step of forming the separation groove 22.

図9に、本実施形態に係るサブストレート型の薄膜太陽電池モジュールの概略図を示す。図9(a)は正面図、図9(b)は断面図である。本実施形態では、透明電極層2を製膜した後、矢印で示すように、透明電極層2の基板で支持された側と反対側(膜面側)から透明電極層2にパルス照射しながら、基板を相対移動させる。本実施形態では、透明電極層2、第1セル層91及び第2セル層92の導電率の高い結晶質シリコンp層43を除去し、比較的導電率が低い結晶質シリコンi層42が露出するよう分離溝22を形成すると良い。レーザー光の照射条件は、第1実施形態と同様とする。これにより、図9に示すような、複数の発電セル7がモジュール接続部80を介して電気的に直列に接続された薄膜太陽電池モジュールを作製する。   FIG. 9 shows a schematic diagram of a substrate-type thin film solar cell module according to the present embodiment. FIG. 9A is a front view, and FIG. 9B is a cross-sectional view. In this embodiment, after forming the transparent electrode layer 2, as indicated by the arrow, while irradiating the transparent electrode layer 2 with a pulse from the side opposite to the side of the transparent electrode layer 2 supported by the substrate (film surface side), , Move the substrate relative to each other. In this embodiment, the crystalline silicon p layer 43 having a high conductivity of the transparent electrode layer 2, the first cell layer 91, and the second cell layer 92 is removed, and the crystalline silicon i layer 42 having a relatively low conductivity is exposed. The separation groove 22 is preferably formed so as to do so. The laser light irradiation conditions are the same as those in the first embodiment. As a result, a thin-film solar battery module in which a plurality of power generation cells 7 are electrically connected in series via the module connection portion 80 as shown in FIG.

第1実施形態及び第2実施形態では、太陽電池として、タンデム型太陽電池について説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。例えば、単層アモルファスシリコン薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。   In 1st Embodiment and 2nd Embodiment, although the tandem-type solar cell was demonstrated as a solar cell, this invention is not limited to this example. For example, the present invention can be similarly applied to a single-layer amorphous silicon thin film solar cell.

<第3実施形態>
第3実施形態に係る集積型光電変換装置の製造方法により製造される集積型光電変換装置は、光電変換層として化合物半導体膜を用いたスーパーストレート型の薄膜太陽電池である。本実施形態に係る集積型光電変換装置は、基板上に、太陽光の入射側から順に、透明電極層、太陽電池光電変換層としての窓層(第1実施形態の第1セル層91に相当)及び主たる光吸収層(第1実施形態の第2セル層92に相当)、及び裏面電極層を備える。
<Third Embodiment>
The integrated photoelectric conversion device manufactured by the integrated photoelectric conversion device manufacturing method according to the third embodiment is a super straight type thin film solar cell using a compound semiconductor film as a photoelectric conversion layer. The integrated photoelectric conversion device according to the present embodiment corresponds to the transparent electrode layer and the window layer as the solar cell photoelectric conversion layer in order from the sunlight incident side on the substrate (corresponding to the first cell layer 91 of the first embodiment). ), A main light absorption layer (corresponding to the second cell layer 92 of the first embodiment), and a back electrode layer.

基板は、第1実施形態と同様に透光性基板が使用される。
透明電極層は、膜厚が約150nm〜900nmのAlドープZnO膜などとされる。
窓層は、膜厚が約20nm〜150nmのn型CdS膜、n型ZnO/CdS膜、n型ZnMgO膜、またはn型ZnSOH膜とされる。
主たる光吸収層は、p型CIGS、p型CZTS(銅、亜鉛、錫、硫黄系カルコパイライト)、及びp型CdTe膜とされる。主たる光吸収層の膜厚は、いずれも1μm〜3μm程度とされる。
裏面電極層は、膜厚が約150nm〜500nmのモリブデン(Mo)などの金属薄膜とされる。
As the substrate, a translucent substrate is used as in the first embodiment.
The transparent electrode layer is an Al-doped ZnO film having a thickness of about 150 nm to 900 nm.
The window layer is an n-type CdS film, an n-type ZnO / CdS film, an n-type ZnMgO film, or an n-type ZnSOH film having a thickness of about 20 nm to 150 nm.
The main light absorption layers are p-type CIGS, p-type CZTS (copper, zinc, tin, sulfur-based chalcopyrite), and p-type CdTe films. The thickness of the main light absorption layer is about 1 μm to 3 μm.
The back electrode layer is a metal thin film such as molybdenum (Mo) having a thickness of about 150 nm to 500 nm.

本実施形態では、第1実施形態と同様に、裏面電極層の膜面側からレーザー光をパルス照射しながら、基板を相対移動させ、裏面電極層を除去し、主たる光吸収層が露出するよう、または、主たる光吸収層の途中まで溝を形成すると良い。   In this embodiment, as in the first embodiment, the substrate is relatively moved while irradiating laser light from the film surface side of the back electrode layer, the back electrode layer is removed, and the main light absorption layer is exposed. Alternatively, it is preferable to form a groove halfway through the main light absorption layer.

<第4実施形態>
第4実施形態に係る集積型光電変換装置の製造方法により製造される集積型光電変換装置は、光電変換層として化合物半導体膜を用いたサブストレート型の薄膜太陽電池である。本実施形態に係る集積型光電変換装置は、太陽光の入射側から順に、透明電極層、太陽電池光電変換層としての窓層(第1実施形態の第1セル層91に相当)及び主たる光吸収層(第1実施形態の第2セル層92に相当)、及び裏面電極層を備える。上記各層が積層された積層体は、裏面電極層側から基板で支持されている。
<Fourth embodiment>
The integrated photoelectric conversion device manufactured by the integrated photoelectric conversion device manufacturing method according to the fourth embodiment is a substrate-type thin film solar cell using a compound semiconductor film as a photoelectric conversion layer. The integrated photoelectric conversion device according to this embodiment includes a transparent electrode layer, a window layer as a solar cell photoelectric conversion layer (corresponding to the first cell layer 91 of the first embodiment), and main light sequentially from the sunlight incident side. An absorption layer (corresponding to the second cell layer 92 of the first embodiment) and a back electrode layer are provided. The laminate in which the above layers are laminated is supported by the substrate from the back electrode layer side.

基板は、第2実施形態と同様にガラスなどの透光性基板またはステンレスなどの非透光性基板が使用される。
透明電極層、窓層、主たる光吸収層、及び裏面電極層は、第3実施形態と同様とする。
As in the second embodiment, a transparent substrate such as glass or a non-transparent substrate such as stainless steel is used as the substrate.
The transparent electrode layer, the window layer, the main light absorption layer, and the back electrode layer are the same as those in the third embodiment.

本実施形態では、第2実施形態と同様に、透明電極層の膜面側からレーザー光をパルス照射しながら、基板を相対移動させ、透明電極層、窓層を除去し、主たる光吸収層が露出するよう、または、主たる光吸収層の途中まで溝を形成すると良い。   In the present embodiment, as in the second embodiment, the substrate is relatively moved while irradiating laser light from the film surface side of the transparent electrode layer, the transparent electrode layer and the window layer are removed, and the main light absorption layer is A groove may be formed so as to be exposed or partway in the main light absorption layer.

以下に、本実施形態に係る光電変換装置の製造方法の実施例を説明する。
(実施例1)
ガラス基板1(5cm×5cm×板厚:4mm)を用いて、図1に示すようなスーパーストレート型のタンデム型薄膜太陽電池モジュールを作製した。
透明電極層2:酸化錫膜、平均膜厚800nm
非晶質シリコンp層31:平均膜厚10nm
非晶質シリコンi層32:平均膜厚300nm
非晶質シリコンn層33:平均膜厚40nm
結晶質シリコンp層41:平均膜厚20nm
結晶質シリコンi層42:膜厚1.9〜2.9μm
結晶質シリコンn層43:平均膜厚50nm
裏面電極層4:Ag膜/平均膜厚250nm
Below, the Example of the manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus which concerns on this embodiment is described.
Example 1
Using a glass substrate 1 (5 cm × 5 cm × plate thickness: 4 mm), a super straight tandem thin film solar cell module as shown in FIG. 1 was produced.
Transparent electrode layer 2: tin oxide film, average film thickness 800 nm
Amorphous silicon p-layer 31: average film thickness 10 nm
Amorphous silicon i layer 32: Average film thickness 300 nm
Amorphous silicon n layer 33: Average film thickness 40 nm
Crystalline silicon p layer 41: Average film thickness 20 nm
Crystalline silicon i layer 42: film thickness of 1.9 to 2.9 μm
Crystalline silicon n layer 43: Average film thickness 50 nm
Back electrode layer 4: Ag film / average film thickness 250 nm

裏面電極層4を積層させるまでは、第1実施形態と同様の工程で作製した。裏面電極層4の分離溝12の形成には、レーザー発振器として、パルス幅:100n秒、10n秒、1(0.9〜1.3)n秒、15p(ピコ)秒、300f(フェムト)秒のシングルモード発振のレーザーを使用した。レーザー光の照射条件は、波長532nm、発振周波数5kHz〜100kHz、基板の移動速度50mm/秒〜800mm/秒とした。レーザー径が20μm〜60μmの円となるよう集光させたレーザー光を裏面電極層4の膜面側から照射した。レーザー光断面のエネルギー分布は、ガウス分布のままであり、マスクによるビーム整形を行わずに加工を行った。図10に、実施例1で作製したスーパーストレート型の薄膜太陽電池モジュールの概略図を示す。図10(a)は正面図、図10(b)は断面図である。なお、図10は、上記で作製した薄膜太陽電池モジュールの構成を説明するための図であり、大きさを正確に反映させたものでない。裏面電極層4及び結晶質シリコンn層43を除去し、結晶質シリコンi層42が露出されるまで照射を繰り返して分離溝12を形成させた。これにより、図10に示すような、発電セル7がモジュール接続部80を介して電気的に直列に接続された薄膜太陽電池モジュールを作製した。実施例1では、1つの発電セル7の面積は、3.8cmとした。 Until the back electrode layer 4 was laminated, it was fabricated in the same process as in the first embodiment. The separation groove 12 of the back electrode layer 4 is formed by using a laser oscillator as a pulse width: 100 nsec, 10 nsec, 1 (0.9 to 1.3) nsec, 15 p (pico) sec, 300 f (femto) sec. A single mode laser was used. The laser light irradiation conditions were a wavelength of 532 nm, an oscillation frequency of 5 kHz to 100 kHz, and a substrate moving speed of 50 mm / second to 800 mm / second. A laser beam condensed so as to be a circle having a laser diameter of 20 μm to 60 μm was irradiated from the film surface side of the back electrode layer 4. The energy distribution of the laser beam cross section remained a Gaussian distribution, and processing was performed without performing beam shaping with a mask. FIG. 10 shows a schematic diagram of a super straight type thin film solar cell module manufactured in Example 1. FIG. FIG. 10A is a front view, and FIG. 10B is a cross-sectional view. In addition, FIG. 10 is a figure for demonstrating the structure of the thin film solar cell module produced above, and does not reflect the magnitude | size correctly. The back electrode layer 4 and the crystalline silicon n layer 43 were removed, and irradiation was repeated until the crystalline silicon i layer 42 was exposed to form the separation grooves 12. As a result, a thin-film solar cell module in which the power generation cells 7 were electrically connected in series via the module connection portion 80 as shown in FIG. 10 was produced. In Example 1, the area of one power generation cell 7 was 3.8 cm 2 .

上記で作製したタンデム型薄膜太陽電池モジュールを用い、透明電極層2と裏面電極層4との間に、0.1Vの直流電圧を暗中で3秒印加して、1つの発電セルの絶縁抵抗を絶縁試験器により計測した。
図11に、レーザー発振器のパルス幅と絶縁抵抗との関係を示す図である。同図において、横軸はパルス幅(秒)、縦軸は絶縁抵抗であり、1つの発電セル7における透明電極層2と裏面電極層4との間の絶縁抵抗の最大値を示す。図11によれば、パルス幅が1n秒以下で高い絶縁抵抗が得られた。パルス幅が1n秒よりも低い範囲では、パルス幅がn秒、p秒、f秒であっても絶縁抵抗値に大きな差はなかった。これは、透明電極層2と裏面電極層4との間で、漏れ(シャント)電流経路をほとんど生じることなく、セル固有の抵抗まで絶縁化されていることを意味する。
Using the tandem-type thin film solar cell module produced above, a direct current voltage of 0.1 V is applied between the transparent electrode layer 2 and the back electrode layer 4 in the dark for 3 seconds to obtain the insulation resistance of one power generation cell. It measured with the insulation tester.
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the pulse width of the laser oscillator and the insulation resistance. In the figure, the horizontal axis represents the pulse width (seconds), and the vertical axis represents the insulation resistance, which indicates the maximum value of the insulation resistance between the transparent electrode layer 2 and the back electrode layer 4 in one power generation cell 7. According to FIG. 11, high insulation resistance was obtained with a pulse width of 1 nsec or less. In the range where the pulse width was lower than 1 nsec, there was no significant difference in the insulation resistance value even if the pulse width was n sec, p sec and f sec. This means that there is little leakage (shunt) current path between the transparent electrode layer 2 and the back electrode layer 4 and the insulation is made up to the inherent resistance of the cell.

別に行われた試験により、実施例1で作製したタンデム型薄膜太陽電池モジュールの発電性能は、IV曲線の形状因子(FF)が0.68〜0.70となり、再現性よく高い値が得られることが確認された。これは、分離溝12の加工の際の下地への熱影響が抑制され、下地となる膜の変質が非常に少ないことを意味する。
以上より、レーザー発振器のパルス幅は、1n秒以下であることが好ましいことがわかった。このときのレーザー加工条件を表1に示す。

Figure 2012038902
As a result of a separate test, the power generation performance of the tandem-type thin film solar cell module produced in Example 1 has an IV curve shape factor (FF) of 0.68 to 0.70, and a high value is obtained with good reproducibility. It was confirmed. This means that the thermal influence on the base during the processing of the separation groove 12 is suppressed, and the quality of the film serving as the base is very little.
From the above, it was found that the pulse width of the laser oscillator is preferably 1 nsec or less. Table 1 shows the laser processing conditions at this time.
Figure 2012038902

次に、以下の照射条件で裏面電極層4及び結晶質シリコンn層43を除去し、結晶質シリコンi層42が露出されるまで照射を繰り返して分離溝12を形成させて、タンデム型薄膜太陽電池モジュールを作製した。   Next, the back electrode layer 4 and the crystalline silicon n-layer 43 are removed under the following irradiation conditions, and irradiation is repeated until the crystalline silicon i-layer 42 is exposed to form the separation groove 12. A battery module was produced.

図12に、分離溝12を形成するのに要したレーザーの照射回数とレーザーエネルギー密度との関係を示す。同図において、横軸は照射回数、縦軸はレーザーエネルギー密度である。△プロットは照射エネルギーを高く設定した場合であり、反射率の高い裏面金属膜が容易に除去できる反面、余剰のエネルギーにより下地に熱影響を与えやすくなる。他方、■プロットは裏面電極が除去され結晶質シリコンi層が露出して分離溝が形成されるための最小のエネルギー条件である。図12によれば、照射回数が多いと、低いレーザーエネルギー密度でも分離溝12の加工が可能である。しかしながら、照射回数が多くなると、それに伴って加工時間も長くなる。また、パルス幅の短いレーザーを使用した場合であっても、レーザーの照射回数が多いと、下地膜への熱影響が大きくなる。そのため、照射回数は少ない方が良く、具体的には照射回数は、5ショット以下、好ましくは2〜4ショットとするのが良い。また、本発明者らは、図12から、△プロットを結ぶ曲線より下で、且つ、■プロットを結ぶ曲線よりも上の領域であれば、透明電極層2と裏面電極層4との間の絶縁抵抗が5kΩ以上となることを見出した。   FIG. 12 shows the relationship between the number of laser irradiations required to form the separation groove 12 and the laser energy density. In the figure, the horizontal axis represents the number of irradiations and the vertical axis represents the laser energy density. The Δ plot shows a case where the irradiation energy is set high, and the back metal film having a high reflectance can be easily removed, but the surplus energy tends to have a thermal effect on the ground. On the other hand, the ▪ plot is the minimum energy condition for removing the back electrode and exposing the crystalline silicon i layer to form a separation groove. According to FIG. 12, if the number of times of irradiation is large, the separation groove 12 can be processed even with a low laser energy density. However, as the number of times of irradiation increases, the processing time increases accordingly. Even when a laser with a short pulse width is used, if the number of times of laser irradiation is large, the thermal effect on the base film increases. Therefore, it is better that the number of times of irradiation is small. Specifically, the number of times of irradiation is 5 shots or less, preferably 2 to 4 shots. In addition, the inventors of FIG. 12 indicate that the region between the transparent electrode layer 2 and the back electrode layer 4 is below the curve connecting the Δ plots and above the curve connecting the ■ plots. It has been found that the insulation resistance is 5 kΩ or more.

上記タンデム型薄膜太陽電池モジュールを用い、レーザーエネルギー密度を1.3〜5J/cm、照射回数を2〜6ショットで加工し、透明電極層2と裏面電極層4との間に、0.1Vの直流電圧を暗中で3秒印加して、1つの発電セル7の絶縁抵抗を絶縁試験器により計測した。
図13に、レーザーエネルギー密度と照射回数との積と、絶縁抵抗との関係を示す。同図において、横軸はレーザーエネルギー密度と照射回数との積、縦軸は絶縁抵抗である。図13において、レーザーエネルギー密度と照射回数との積が3以上12以下(J/cm・ショット)であれば、透明電極層2と裏面電極層4との間の絶縁抵抗が5kΩ以上となった。レーザーエネルギー密度と照射回数との積が、3(J/cm・ショット)以下の場合、裏面電極層4が除去されないことがあった。また、レーザーエネルギー密度と照射回数との積が、12(J/cm・ショット)以上の場合は、結晶質シリコンi層42の膜厚にもよるがi層膜の残りが薄くなり、下地のP層に含まれるB(ホウ素)がi層膜に拡散することによりi層膜の抵抗が低下し、セルの絶縁抵抗が下がる傾向となった。
Using the tandem-type thin film solar cell module, the laser energy density is 1.3 to 5 J / cm 2 , the number of irradiations is 2 to 6 shots, and between the transparent electrode layer 2 and the back electrode layer 4, 0. A DC voltage of 1 V was applied for 3 seconds in the dark, and the insulation resistance of one power generation cell 7 was measured with an insulation tester.
FIG. 13 shows the relationship between the product of the laser energy density and the number of irradiations and the insulation resistance. In the figure, the horizontal axis represents the product of the laser energy density and the number of irradiations, and the vertical axis represents the insulation resistance. In FIG. 13, if the product of the laser energy density and the number of irradiations is 3 or more and 12 or less (J / cm 2 · shot), the insulation resistance between the transparent electrode layer 2 and the back electrode layer 4 is 5 kΩ or more. It was. When the product of the laser energy density and the number of irradiations is 3 (J / cm 2 · shot) or less, the back electrode layer 4 may not be removed. When the product of the laser energy density and the number of irradiations is 12 (J / cm 2 · shot) or more, the rest of the i-layer film becomes thin depending on the film thickness of the crystalline silicon i-layer 42, When B (boron) contained in the P layer diffuses into the i layer film, the resistance of the i layer film decreases, and the insulation resistance of the cell tends to decrease.

図14及び図15に、分離溝12を加工した後の薄膜太陽電池モジュールを膜面側から観察した写真を示す。
図14は、パルス幅が300f秒のレーザーを用い、レーザーエネルギー密度2.9(J/cm)で、裏面電極層4の膜面側から2回照射したときの写真である。
図15は、パルス幅が300f秒のレーザーを用い、レーザーエネルギー密度1.9(J/cm)で、裏面電極層4の膜面側から4回照射したときの写真である。
図14では、結晶質シリコンi層42が露出しているが、裏面電極層4及び結晶質シリコンn層43が完全に除去されていなかった。一方、図15では結晶質シリコンi層42が露出した部分が連続した溝をして形成されていた。
FIG. 14 and FIG. 15 show photographs of the thin film solar cell module after processing the separation groove 12 observed from the film surface side.
FIG. 14 is a photograph when a laser having a pulse width of 300 fs is used and irradiated twice from the film surface side of the back electrode layer 4 at a laser energy density of 2.9 (J / cm 2 ).
FIG. 15 is a photograph when a laser having a pulse width of 300 fsec is used and irradiated with the laser energy density of 1.9 (J / cm 2 ) four times from the film surface side of the back electrode layer 4.
In FIG. 14, the crystalline silicon i layer 42 is exposed, but the back electrode layer 4 and the crystalline silicon n layer 43 are not completely removed. On the other hand, in FIG. 15, the portion where the crystalline silicon i layer 42 is exposed is formed as a continuous groove.

上記結果及び裏面電極層4や結晶質シリコンi層42の膜厚変動を考慮すると、堅牢性の高い加工条件として、レーザーエネルギー密度と照射回数の積は、5〜10(J/cm・ショット)が望ましい。 Considering the above results and film thickness fluctuations of the back electrode layer 4 and the crystalline silicon i layer 42, the product of the laser energy density and the number of irradiation times is 5 to 10 (J / cm 2 · shot) as a processing condition with high robustness. ) Is desirable.

(実施例2)
ステンレス基板(厚さ200μm)を用いて、図8に示すような、サブストレート型のタンデム型薄膜太陽電池モジュールを作製した。
透明電極層2:酸化亜鉛膜、平均膜厚600nm
非晶質シリコンp層31:平均膜厚20nm
非晶質シリコンi層32:平均膜厚280nm
非晶質シリコンn層33:平均膜厚50nm
結晶質シリコンp層41:平均膜厚20nm
結晶質シリコンi層42:膜厚1.9〜2.9μm
結晶質シリコンn層43:平均膜厚50nm
裏面電極層4:Al膜/平均膜厚250nm
(Example 2)
Using a stainless steel substrate (thickness: 200 μm), a substrate type tandem thin film solar cell module as shown in FIG. 8 was produced.
Transparent electrode layer 2: zinc oxide film, average film thickness 600 nm
Amorphous silicon p-layer 31: average film thickness 20 nm
Amorphous silicon i layer 32: Average film thickness 280 nm
Amorphous silicon n layer 33: Average film thickness 50 nm
Crystalline silicon p layer 41: Average film thickness 20 nm
Crystalline silicon i layer 42: film thickness of 1.9 to 2.9 μm
Crystalline silicon n layer 43: Average film thickness 50 nm
Back electrode layer 4: Al film / average film thickness 250 nm

使用するレーザー発振器及びレーザー光の照射条件は、実施例1と同様とした。本実施例では、集光光学系を用いて断面形状が円形のレーザーを透明電極層2の膜面側からパルス照射し、基板を移動させて裏面電極層4の分離溝加工を行った。1つの発電セル7の面積は、3.8cmとした。 The laser oscillator used and the irradiation conditions of the laser light were the same as those in Example 1. In this example, a laser having a circular cross-sectional shape was irradiated from a film surface side of the transparent electrode layer 2 using a condensing optical system, and the substrate was moved to process the separation groove of the back electrode layer 4. The area of one power generation cell 7 was 3.8 cm 2 .

実施例1と同様に、上記で作製したタンデム型薄膜太陽電池モジュールを用い、透明電極層2と裏面電極層4との間の絶縁抵抗を計測した。その結果、サブストレート型のタンデム型薄膜太陽電池モジュールの1つの発電セルの透明電極層と裏面電極層との間の絶縁抵抗は、図13とほぼ同様の結果が得られた。
透明電極膜は昇華性があり、可視光を透過するので、第1セル層(非晶質シリコン層)で光吸収されるときに非晶質シリコンとともに除去される。サブストレート型の場合、不透明な金属薄膜がないのでより小さいレーザーエネルギーで透明電極膜が除去されやすい。しかしながら、第1セル層を共に除去することから、結果として実施例1とほぼ同様な加工条件が適切であった。
In the same manner as in Example 1, the insulation resistance between the transparent electrode layer 2 and the back electrode layer 4 was measured using the tandem-type thin film solar cell module produced above. As a result, the insulation resistance between the transparent electrode layer and the back electrode layer of one power generation cell of the substrate type tandem thin film solar cell module was almost the same as that shown in FIG.
Since the transparent electrode film is sublimable and transmits visible light, it is removed together with the amorphous silicon when it is absorbed by the first cell layer (amorphous silicon layer). In the case of the substrate type, since there is no opaque metal thin film, the transparent electrode film is easily removed with smaller laser energy. However, since the first cell layer is removed together, as a result, substantially the same processing conditions as in Example 1 were appropriate.

1、21 基板
2 透明電極層
3 光電変換層
4 裏面電極層
5 中間コンタクト層
6 太陽電池モジュール
7 発電セル
12、22 分離溝
31 非晶質シリコンp層
32 非晶質シリコンi層
33 非晶質シリコンn層
41 結晶質シリコンp層
42 結晶質シリコンi層
43 結晶質シリコンn層
80 モジュール接続部
91 第1セル層
92 第2セル層
100、200 光電変換装置
1, 21 Substrate 2 Transparent electrode layer 3 Photoelectric conversion layer 4 Back electrode layer 5 Intermediate contact layer 6 Solar cell module 7 Power generation cell 12, 22 Separation groove 31 Amorphous silicon p layer 32 Amorphous silicon i layer 33 Amorphous Silicon n layer 41 Crystalline silicon p layer 42 Crystalline silicon i layer 43 Crystalline silicon n layer 80 Module connection portion 91 First cell layer 92 Second cell layer 100, 200 Photoelectric conversion device

Claims (4)

光の入射側から順に、透明電極層、光電変換層、及び裏面電極層が積層された積層体が、前記透明電極層または前記裏面電極層のいずれか一方の側から基板で支持された集積型光電変換装置の製造方法であって、
前記積層体の前記基板で支持される側と反対側の表面に、集光光学系を備えたパルス幅が1ナノ秒以下であるレーザー発振器を用いてレーザー光を断続的に照射しながら、前記基板とレーザー発振器とを相対的に移動させて、少なくとも前記表面を含む層を電気的に分離する溝を形成する分離溝形成工程を備え、
前記分離溝形成工程において、前記レーザー光の断面形状が円形であり、レーザーエネルギー密度(J/cm)と照射回数(ショット)との積が3以上12以下となる条件で前記レーザー光を照射する集積型光電変換装置の製造方法。
An integrated type in which a laminated body in which a transparent electrode layer, a photoelectric conversion layer, and a back electrode layer are stacked in order from the light incident side is supported by a substrate from either the transparent electrode layer or the back electrode layer. A method for manufacturing a photoelectric conversion device, comprising:
While intermittently irradiating a laser beam with a laser oscillator having a pulse width of 1 nanosecond or less on the surface opposite to the side supported by the substrate of the laminate, A separation groove forming step of forming a groove for electrically separating at least the layer including the surface by relatively moving the substrate and the laser oscillator;
In the separation groove forming step, the laser beam is irradiated under the condition that the cross-sectional shape of the laser beam is circular and the product of the laser energy density (J / cm 2 ) and the number of times of irradiation (shot) is 3 or more and 12 or less. For manufacturing an integrated photoelectric conversion device.
前記光電変換層が、結晶質シリコンp層、結晶質シリコンi層及びシリコンn層を備え、
前記分離溝形成工程において、前記結晶質シリコンi層のレーザー被照射面側にある層を除去し、前記結晶質シリコンi層が露出するよう溝を形成する請求項1に記載の集積型光電変換装置の製造方法。
The photoelectric conversion layer includes a crystalline silicon p layer, a crystalline silicon i layer, and a silicon n layer,
2. The integrated photoelectric conversion according to claim 1, wherein in the separation groove forming step, a layer on the laser irradiated surface side of the crystalline silicon i layer is removed, and a groove is formed so that the crystalline silicon i layer is exposed. Device manufacturing method.
前記光電変換層が、化合物半導体n層、及び化合物半導体p層を備え、
前記分離溝形成工程において、前記化合物半導体p層のレーザー被照射面側にある層を除去し、前記化合物半導体p層が露出するよう溝を形成する請求項1に記載の集積型光電変換装置の製造方法。
The photoelectric conversion layer includes a compound semiconductor n layer and a compound semiconductor p layer,
2. The integrated photoelectric conversion device according to claim 1, wherein in the separation groove forming step, a layer on the laser irradiated surface side of the compound semiconductor p layer is removed, and a groove is formed so that the compound semiconductor p layer is exposed. Production method.
前記レーザーエネルギー密度(J/cm)と前記照射回数(ショット)との積が3以上12以下、かつ、前記透明電極層と前記裏面電極層との間の絶縁抵抗が5kΩ以上となる条件で前記レーザー光を照射する請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の集積型光電変換装置の製造方法。 On the condition that the product of the laser energy density (J / cm 2 ) and the number of irradiation times (shot) is 3 or more and 12 or less, and the insulation resistance between the transparent electrode layer and the back electrode layer is 5 kΩ or more. The method for manufacturing an integrated photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser light is irradiated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014093376A (en) * 2012-11-01 2014-05-19 Kaneka Corp Thin film photoelectric conversion device manufacturing method
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