JP2012049234A - Thin film solar battery and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜太陽電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a thin film solar cell and a method for manufacturing the same.
一般に薄膜太陽電池は、ガラス等の透光性絶縁基板上にSnO2やZnO、ITO等の透明導電膜が形成され、その上にシリコン系薄膜による発電層が形成される。またその上部には、AlやAg等を用いて金属裏面電極が形成される。特に発電層に用いられるシリコン系薄膜はプラズマCVD法や光CVD法を用いて作成される。この方法は大面積化が可能であるという利点を有する。 In general, in a thin film solar cell, a transparent conductive film such as SnO 2 , ZnO, or ITO is formed on a translucent insulating substrate such as glass, and a power generation layer made of a silicon thin film is formed thereon. A metal back electrode is formed on the top using Al, Ag or the like. In particular, a silicon-based thin film used for the power generation layer is formed using a plasma CVD method or a photo CVD method. This method has the advantage that the area can be increased.
薄膜太陽電池の大面積化は、基板上に透明導電膜を形成したのち、透明導電膜を短冊状に分離し、その上にシリコン系発電層、金属裏面電極を積層して行われる。この時、短冊状に分離された単位太陽電池は、金属裏面電極と隣り合う単位太陽電池の透明導電膜を介して直列に接続される。 To increase the area of the thin-film solar cell, a transparent conductive film is formed on a substrate, the transparent conductive film is separated into strips, and a silicon-based power generation layer and a metal back electrode are stacked thereon. At this time, the unit solar cells separated into strips are connected in series via the transparent conductive film of the unit solar cell adjacent to the metal back electrode.
従来の薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板に対し受光面側から、まず透明導電膜が形成される。次に、レーザスクライブによって第1分離溝が形成され透明導電膜が分離される。その後CVD法によりシリコン系薄膜による発電層が形成されると同時に第1分離溝にシリコン系薄膜を堆積させる。次に、レーザスクライブにより第2分離溝を形成した後、金属裏面電極を堆積させることで透明導電膜と金属裏面電極とを接続する。そして、レーザスクライブにより第3分離溝を形成し単位太陽電池同士を分離することで単位太陽電池の直列構造が完成する。 In a conventional thin-film solar cell, a transparent conductive film is first formed from the light-receiving surface side with respect to the translucent insulating substrate. Next, a first separation groove is formed by laser scribing to separate the transparent conductive film. Thereafter, a silicon-based thin film is deposited in the first separation groove simultaneously with the formation of a power generation layer by the silicon-based thin film by the CVD method. Next, after forming the second separation groove by laser scribing, the metal back electrode is deposited to connect the transparent conductive film and the metal back electrode. Then, the third separation groove is formed by laser scribing to separate the unit solar cells from each other, thereby completing the series structure of the unit solar cells.
ここで、発電層は受光面側からp層、i層、n層で構成される。発電層の材料としては通常非晶質シリコンが用いられるが、シリコンカーバイドやシリコンゲルマニウムといった非晶質シリコン系化合物や微結晶シリコン等が用いられることもある。また、p層、i層、n層は、同一の材料である必要はなく、複数の材料の組み合わせ及び最適化によって太陽電池の発電効率を向上させることができる。 Here, the power generation layer is composed of a p layer, an i layer, and an n layer from the light receiving surface side. As a material for the power generation layer, amorphous silicon is usually used, but amorphous silicon compounds such as silicon carbide and silicon germanium, microcrystalline silicon, and the like may be used. In addition, the p layer, the i layer, and the n layer do not need to be the same material, and the power generation efficiency of the solar cell can be improved by combining and optimizing a plurality of materials.
このような太陽電池構造においては、発電層に微結晶シリコン等の低抵抗層含む場合、透明導電膜を分離する分離溝(第1分離溝)にこの低抵抗層が堆積することとなり、この層を介して隣り合う単位太陽電池間にリーク電流が発生し、電力を無駄に消費してしまうという問題がある。 In such a solar cell structure, when the power generation layer includes a low resistance layer such as microcrystalline silicon, the low resistance layer is deposited in a separation groove (first separation groove) for separating the transparent conductive film. There is a problem that a leak current is generated between adjacent unit solar cells via the, thereby consuming power wastefully.
特許文献1においてp層に微結晶シリコンを用いた場合に前記のようなリークが発生することは指摘されており、その対策方法が示されている。特許文献1によると、透光性絶縁基板上に透明導電膜と微結晶シリコンp層とを製膜した後、同時にパターニングを行う方法でリーク電流の発生を防止できるとしている。つまり、透明導電膜の分離溝形成前に微結晶シリコンp層が製膜されているため、分離層形成後にその内部に微結晶シリコンが堆積されることが無く、分離溝内部に低抵抗の微結晶シリコンからなるリークパスが形成されることを防ぐことができる。 In Patent Document 1, it is pointed out that such a leak occurs when microcrystalline silicon is used for the p-layer, and a countermeasure method is shown. According to Patent Document 1, after a transparent conductive film and a microcrystalline silicon p layer are formed on a light-transmitting insulating substrate, the generation of leakage current can be prevented by patterning at the same time. That is, since the microcrystalline silicon p-layer is formed before the separation groove of the transparent conductive film is formed, the microcrystalline silicon is not deposited in the inside of the separation layer after the formation of the separation layer. Formation of a leak path made of crystalline silicon can be prevented.
特許文献1に記載の発明の構造では、p層に低抵抗材料を使用した場合にはリーク電流の防止が可能である。しかしながら、この構造ではi層やn層等、p層以外に低抵抗材料を用いた場合、それらによるリーク電流を防止することはできない。例えば、微結晶シリコンによるi層を用いた場合は分離溝が低抵抗材料で満たされることになる。 In the structure of the invention described in Patent Document 1, leakage current can be prevented when a low resistance material is used for the p layer. However, in this structure, when a low resistance material other than the p layer, such as the i layer or the n layer, is used, leakage current due to them cannot be prevented. For example, when an i layer made of microcrystalline silicon is used, the separation groove is filled with a low resistance material.
また、i層に非晶質シリコン、n層に微結晶シリコンを用いた場合、透明導電膜を分離する分離溝の縁の部分にリークパスが形成される。ここでi層は絶縁性を持つが、透明導電膜の切断面上部(分離溝の縁の近傍)においては膜の密着性が弱いことや導電性欠陥が生じやすいなどの問題があるため比較的抵抗の低い領域となっている。 When amorphous silicon is used for the i layer and microcrystalline silicon is used for the n layer, a leak path is formed at the edge of the separation groove for separating the transparent conductive film. Here, the i layer has an insulating property, but the upper part of the cut surface of the transparent conductive film (near the edge of the separation groove) has problems such as poor film adhesion and a tendency to cause conductive defects. It is a region with low resistance.
また、分離溝の壁面部は底面部と比較して膜が堆積しにくい。特に切断面上部では膜は底面部と比べてはるかに薄く堆積する。そのため、この領域においてはi層による絶縁が不十分になっている。さらに、i層が透明導電膜よりも薄い場合、透明導電膜上端部において透明導電膜とn層との距離は極小となり、透明導電膜上端部からi層を抜けて導電性のn層や裏面電極を介して流れるリーク電流が発生しやすくなる。通常、i層の厚さは100nm〜600nmであるのに対し、透明導電膜の厚さ1μm程度である。したがって、i層は透明導電膜よりもよりも薄いため、一般的にはリークパスによる問題を考慮しなければならない。 Also, the wall surface of the separation groove is less likely to deposit a film than the bottom surface. In particular, the film is deposited much thinner at the top of the cut surface than at the bottom. Therefore, in this region, insulation by the i layer is insufficient. Further, when the i layer is thinner than the transparent conductive film, the distance between the transparent conductive film and the n layer is minimal at the upper end portion of the transparent conductive film, and the conductive n layer or back surface passes through the i layer from the upper end portion of the transparent conductive film. Leakage current flowing through the electrode is likely to occur. Usually, the thickness of the i layer is 100 nm to 600 nm, whereas the thickness of the transparent conductive film is about 1 μm. Therefore, since the i layer is thinner than the transparent conductive film, in general, a problem due to a leak path must be considered.
また、特許文献1の構造では、本来CVD装置内で一連の工程でp層、i層、n層を製膜して形成する発電層を、p層製膜時点で1回大気中に曝してしまう。このため、特許文献1に記載の発明は、従来の太陽電池と比べてp層とi層との間で界面欠陥が増加し、太陽電池の抵抗が増加するという問題がある。 In the structure of Patent Document 1, a power generation layer formed by forming a p-layer, an i-layer, and an n-layer by a series of steps in a CVD apparatus is exposed to the atmosphere once at the time of p-layer formation. End up. For this reason, the invention described in Patent Document 1 has a problem that the interface defect increases between the p layer and the i layer as compared with the conventional solar cell, and the resistance of the solar cell increases.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、透明導電膜の分離溝に低抵抗材料が堆積することを防ぎ、リーク電流の発生を抑えた薄膜太陽電池及びその製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is possible to obtain a thin-film solar cell and a method for manufacturing the same, which prevent a low-resistance material from being deposited in a separation groove of a transparent conductive film and suppress the occurrence of leakage current. Objective.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、透明導電膜と発電層と金属電極とを含む単位太陽電池を透光性絶縁基板上に複数備え、発電層を部分的に除去して透明導電膜と金属電極とを接させて複数の単位太陽電池を直列に接続させた薄膜太陽電池であって、透光性絶縁基板上で透明導電膜同士を隔てる分離溝の内部に、絶縁材料で形成された絶縁分離層を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes a plurality of unit solar cells each including a transparent conductive film, a power generation layer, and a metal electrode on a light-transmitting insulating substrate, and the power generation layer is partially provided. A thin film solar cell in which a plurality of unit solar cells are connected in series by contacting a transparent conductive film and a metal electrode, and the transparent conductive film is separated from each other on the translucent insulating substrate. And an insulating separation layer formed of an insulating material.
本発明によれば、透明導電膜間に低抵抗材料が堆積することを防いでリーク電流を低減し、無駄な電力消費を抑えて薄膜太陽電池の変換効率を高めることができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to prevent the low resistance material from being deposited between the transparent conductive films, reduce the leakage current, suppress the wasteful power consumption, and increase the conversion efficiency of the thin film solar cell.
以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a thin film solar cell and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる薄膜太陽電池の実施の形態1の断面図である。図1は複数の薄膜太陽電池が分離溝によって単位太陽電池に分離され、さらに電気的に直列に接続された構造を模式的に示している。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view of Embodiment 1 of a thin-film solar cell according to the present invention. FIG. 1 schematically shows a structure in which a plurality of thin-film solar cells are separated into unit solar cells by separation grooves and further electrically connected in series.
透光性絶縁基板1として厚さ1mm程度のガラス基板が用いられている。なお、透光性絶縁基板1はガラス基板に限定されることはなく、高分子フィルムなど透光性及び耐熱性に優れる材料であれば適用可能である。 As the translucent insulating substrate 1, a glass substrate having a thickness of about 1 mm is used. The translucent insulating substrate 1 is not limited to a glass substrate, and any material that is excellent in translucency and heat resistance, such as a polymer film, is applicable.
ガラス基板上には短冊状にパターニングされた透明導電膜2が積層されている。透明導電膜2の材料としては、ZnOやSnO2、ITOなどの材料を用いることが可能である。透明導電膜2は入射光を散乱させ、光路長を増大させて光の利用効率を高めるために、その表面は凹凸構造(テクスチャ構造)を取っている。透明導電膜2は透光性絶縁基板1上に積層された後、レーザスクライブ法で分離溝11が形成され、短冊状に分割される。一例を挙げると、透明導電膜2の厚さは1μm程度であり、分離溝11の幅は50μm程度である。
A transparent
隣り合う透明導電膜2の合間には絶縁樹脂を材料として絶縁分離層5が設けられている。本実施の形態においては、シルクスクリーン印刷法を用いてポリイミド樹脂を分離溝11に埋め込むことによって絶縁分離層5が形成されている。ここで用いる絶縁材料については、耐熱性及び絶縁性に優れるものであれば良く、例えばフッ素樹脂などで代用可能である。絶縁分離層5は、選択的に分離溝11のみに堆積させることや、後述するように分離溝11の上端部(分離溝11の縁の部分)21を完全に覆うことを考慮し、ここではスクリーン印刷法を用いて形成しているが、スパッタリング法やCVD法を用いて形成することも可能である。
An
図1に示すように、埋め込んだ絶縁分離層5の一部は分離溝11から透明導電膜2の表面に部分的にはみ出しており、分離溝11の上端部21を完全に絶縁分離層5で覆っている。分離溝11の上端部21では、膜の堆積が安定して行われず、膜の剥離やひずみの発生の原因となるため、リークパスが形成されやすい。そのため絶縁分離層5は分離溝11の上端部21を完全に覆うことが好ましい。
As shown in FIG. 1, a part of the buried insulating
発電層3は、受光面(ガラス基板)側からp層、i層、n層の3層で構成されている。ここではp層は非晶質シリコンカーバイド、i層は非晶質シリコンであり、n層には微結晶シリコンが用いられている。なお、発電効率を向上させるためにp層とi層との間に微結晶シリコンカーバイドからなる緩衝層を含むようにしてもよい。一例として、発電層3を構成する各層の膜厚はそれぞれp層10nm、i層300nm、n層30nmである。これらの各層は、例えばプラズマCVD法によって堆積させられたものである。後述するように、本実施の形態では、発電層3を堆積させる時点で分離溝11が絶縁分離層5で満たされているため、分離溝11内には発電層3に用いた各材料は堆積していない。発電層3は前述した構造に限定されることはなく、非晶質シリコン系化合物や微結晶シリコン等の材料を用いて構成されたものであっても良い。
The
薄膜太陽電池の最上部には、金属電極としての金属裏面電極4が設置されている。金属裏面電極4としては、Agが用いられており、一例として膜厚は500nm程度である。金属裏面電極4はAgに限定されることはなく、Alなどの反射率の高い材料を用いて構成されたものであっても良い。金属裏面電極4は、光を閉じ込めることにより太陽光を有効に発電に寄与させている。また、裏面反射効率を上げるために、金属裏面電極4と発電層3との間に透明電極膜による光散乱層を設けることも可能である。
A metal back
金属裏面電極4は、分離溝12を通して透明導電膜2と接続されている。すなわち、分離溝12は、金属裏面電極4と透明導電膜2とが接する接続部をなしている。透明導電膜2と発電層3と金属裏面電極4とを含む複数の単位太陽電池は、発電層3が部分的に除去されて透明導電膜2と金属裏面電極4とが接した接続部によって、透光性絶縁基板1上で直列に接続されている。分離溝12は、金属裏面電極4の形成前にレーザスクライブによって形成される。
The metal back
比較のため、従来の薄膜太陽電池の構造を図2−1に示す。なお、本実施の形態に係る薄膜太陽電池と同様の構成要素については同じ符号を付し、説明は省略する。透光性絶縁基板1上に透明導電膜2が形成されている。透明導電膜2はレーザスクライブによって形成された分離溝11によって分割されている。透明導電膜2及び分離溝11上には、CVD法によってシリコン系薄膜の発電層3が形成されている。発電層3にはレーザスクライブによって分離溝12が形成されている。発電層3及び分離溝12上にはスパッタリング法によって金属裏面電極4が堆積されている。隣接する単位太陽電池は、分離溝12において金属裏面電極4及び透明導電膜2が接触することによって直列に接続されている。金属裏面電極4及び発電層3にはレーザスクライブによって分離溝13が形成されており、分離溝12を含む領域(非発電領域)と分離溝12を含まない領域(発電領域)とを備えた単位太陽電池のセルに分割されている。すなわち、従来の薄膜太陽電池は、絶縁分離層5を備えていない点で、本実施の形態に係る薄膜太陽電池と相違する。
For comparison, the structure of a conventional thin film solar cell is shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component similar to the thin film solar cell which concerns on this Embodiment, and description is abbreviate | omitted. A transparent
図2−2は、図2−1に示した従来の薄膜太陽電池の分離溝11の拡大図である。ここで、発電層3は、p層3a、i層3b及びn層3cによるpin接合を備えている。i層3bは絶縁性を持つが、分離溝11の上端部21においては、膜の密着性が弱いことや導電性欠陥が生じやすいことなどの問題があるため、比較的抵抗の低い領域となっている。また、壁面部は底面部と比較して堆積が進行しにくく、特に分離溝11の上端部21では分離溝11の底面部と比較してはるかに薄くしか堆積しない。そのため、この領域においては、i層3bによる絶縁が不十分になっている。さらにi層3bが透明導電膜2よりも薄い場合、分離溝11の上端部21において透明導電膜2とn層3cとの距離は極小となり、透明導電膜2からi層3bを抜けて導電性のn層3cや金属裏面電極4を介して流れるリーク電流(図中に矢印で示す)が発生しやすくなる。通常、i層3bの厚さは100nm〜600nmであり、透明導電膜2の厚さである1μmよりも小さいため、上記のリークパスによる問題は無視できない。
FIG. 2B is an enlarged view of the
図3は、本実施の形態に係る薄膜太陽電池の製造工程を示す工程図である。図3は、透明導電膜2と発電層3と金属裏面電極4とを含む単位太陽電池を透光性絶縁基板1上に複数形成する手順を示しており、発電層3を部分的に除去して透明導電膜2と金属裏面電極4とを接させて複数の単位太陽電池を直列に接続させる。なお、以下の説明で示す各膜の材料や寸法は一例であり、本発明をこれらに限定するものではない。
FIG. 3 is a process diagram showing a manufacturing process of the thin-film solar battery according to the present embodiment. FIG. 3 shows a procedure for forming a plurality of unit solar cells including the transparent
まず透光性絶縁基板1としてのガラス基板上に透明導電膜2を1μm堆積させる(図3(a))。透明導電膜2としてはZnO膜を用いる。透明導電膜2としては他にSnO2やITOといった材料を使用しても良い。
First, 1 μm of a transparent
次に、レーザスクライブによって分離溝11を形成し、透明導電膜2を短冊状に分離する(図3(b))。この時生成する分離溝11の幅は50μm程度とする。
Next, the
次に、シルクスクリーン印刷によって分離溝11にポリイミド樹脂を堆積させる。この際、ポリイミド樹脂が、透明導電膜2の上端面部を覆うようにする。その後、オーブンを用いておよそ300℃で1時間程度熱して硬化させ、透明導電膜2を絶縁分離する絶縁分離層5を形成する(図3(c))。
Next, a polyimide resin is deposited on the
次に、プラズマCVD装置を用いて発電層3を形成する(図3(d))。発電層3には、p層に非晶質シリコンカーバイド、i層に非晶質シリコン、n層に微結晶シリコンを用いる。この時、p層は10nm、i層は300nm、n層は30nmの膜厚で堆積させる。発電層3は上記構造の他、非晶質シリコン系化合物や微結晶シリコンを用いて構成することもできる。また、非晶質i層を用いた発電層の上に微結晶i層を用いた発電層を積層したタンデム型構造を取ることもできる。必要であれば、発電層3を積層させた後、そのn層の表面に透明導電膜を形成することで、裏面で反射された光を散乱させて有効利用できる。
Next, the
発電層3を形成した後、レーザスクライブによる分離工程を経て分離溝12を形成する(図3(e))。これにより、透明導電膜2と金属裏面電極4とを接させて、隣り合う単位太陽電池を直列に接続できる状態になる。
After the
その後スパッタリング法を用いてAgを堆積させ金属裏面電極4を形成する(図3(f))。裏面の電極は反射率が比較的高い金属であれば良く、Alなどを用いても良い。また、光を散乱させて有効に利用するために、n層の表面に透明導電膜を先に形成してから金属裏面電極4を形成しても良い。
Thereafter, Ag is deposited by sputtering to form the metal back electrode 4 (FIG. 3F). The electrode on the back surface may be a metal having a relatively high reflectance, and Al or the like may be used. Further, in order to scatter light and use it effectively, the metal back
最後にレーザスクライブにより分離溝13を形成する(図3(g))。分離溝13は分離溝12から100μm程度離れた場所に形成し、幅は50μm程度とする。
Finally, the
このようにして、ガラス基板、透明導電膜、非晶質p層、非晶質i層、微結晶n層及び裏面電極を集積した構造の薄膜太陽電池が完成する。薄膜太陽電池は、分離溝13によって単位太陽電池に分離されており、非発電領域の分離溝12において金属裏面電極4が透明導電膜2と接して接続部をなしている。これにより、隣接する単位太陽電池は直列接続されている。
In this manner, a thin film solar cell having a structure in which a glass substrate, a transparent conductive film, an amorphous p layer, an amorphous i layer, a microcrystalline n layer, and a back electrode are integrated is completed. The thin film solar cell is separated into unit solar cells by the
本実施の形態においては、透光性絶縁基板1上に堆積させた透明導電膜2をパターニングして分離溝11を形成した後、スクリーン印刷で分離溝11に絶縁材料を堆積させて絶縁分離層5を形成してから発電層3、金属裏面電極4を形成する。透明導電膜2間の分離溝11が絶縁材料によって満たされ、分離溝11の縁を完全に覆うことにより、分離溝11内に微結晶シリコン等の低抵抗材料が堆積せず、隣り合う単位太陽電池の透明導電膜2を絶縁分離層5によって絶縁できる。これにより、透明導電膜2間のリーク電流を低減し、無駄な電力消費を抑えて薄膜太陽電池の変換効率を高めることができる。
In the present embodiment, the transparent
また、絶縁分離層5を形成する工程は、従来の薄膜太陽電池の製造工程とは独立した工程である。すなわち、絶縁分離層5を形成するにあたって、発電層3を途中で大気に曝す必要はない。したがって、分離溝11に絶縁分離層5を形成しても薄膜太陽電池としての特性に影響を与えることはなく、発電層3の内部の抵抗が増大するという問題は発生しない。よって、薄膜太陽電池の歩留まりの向上を図ることが可能となる。
Moreover, the process of forming the
実施の形態2.
実施の形態2では、図1の構造を実現するために以下に説明する製造方法を実施する。なお、以下の説明で示す各膜の材料や寸法は一例であり、本発明をこれらに限定するものではない。まず、実施の形態1と同様に、透光性絶縁基板1としての1mmのガラス基板上に透明導電膜2としてZnO膜を1μm堆積させる(図3(a))。その後、レーザスクライブによって分離溝11を形成する(図3(b))。
In the second embodiment, a manufacturing method described below is performed to realize the structure of FIG. In addition, the material and dimension of each film | membrane shown by the following description are examples, and this invention is not limited to these. First, similarly to Embodiment 1, a 1 μm ZnO film is deposited as a transparent
次に、インクジェット印刷によって分離溝11にポリイミド樹脂を堆積させる。ここで用いる絶縁材料としては、ポリイミド樹脂以外にもフッ素樹脂のように絶縁性、耐熱性を備えた樹脂を使用できる。堆積させたポリイミド樹脂を、オーブンで300℃、1時間熱して焼成することにより絶縁分離層5を形成させる。
Next, a polyimide resin is deposited on the
絶縁分離層5を形成した後、プラズマCVDによって発電層3を形成する(図3(d))。発電層3を形成する際には、p層として非晶質シリコンカーバイドを10nm、i層として非晶質シリコンを300nm、n層として微結晶シリコンを30nm堆積させる。発電層3には、ここで用いた材料以外にも、シリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム、微結晶シリコンなどを適宜組み合わせて用いることができる。その後、レーザスクライブによって分離溝12を形成する(図3(e))。さらに、スパッタリング法により金属裏面電極4を堆積させる(図3(f))。金属裏面電極4の材料としてはAgを用いる。最後にレーザスクライブによって分離溝13を形成して単位太陽電池のセルに分割し、所望の太陽電池構造が完成する(図3(g))。
After forming the insulating
本実施の形態においては、透光性絶縁基板1上に堆積させた透明導電膜2をパターニングして分離溝11を形成した後、インクジェット印刷で分離溝11に絶縁材料を堆積させて絶縁分離層5を形成してから発電層3、金属裏面電極4を形成する。透明導電膜2間の分離溝11が絶縁材料によって満たされ、分離溝11の縁が完全に覆われることにより、分離溝11内に微結晶シリコン等の低抵抗材料が堆積せず、隣り合う単位太陽電池の透明導電膜2を絶縁分離層5によって絶縁できる。これにより、透明導電膜2間のリーク電流を低減し、無駄な電力消費を抑えて薄膜太陽電池の変換効率を高めることができる。
In the present embodiment, the transparent
実施の形態3.
図4は、本発明にかかる薄膜太陽電池の実施の形態3の構成を示す図である。さらなるリーク電流の低減のために、本実施の形態においては、分離溝13でのリーク電流の発生を防止する構造となっている。なお、以下の説明で示す各膜の材料や寸法は一例であり、本発明をこれらに限定するものではない。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the third embodiment of the thin-film solar cell according to the present invention. In order to further reduce the leakage current, the present embodiment has a structure that prevents the leakage current from occurring in the
通常、分離溝を形成する場合はレーザスクライブを用いるが、レーザスクライブによって溝を形成した場合、削られた物質が粒状になって溝の壁面に付着する。分離溝13を形成する際には、透明導電膜2上に堆積している金属裏面電極4及び発電層3は透明導電膜2に達するまで削られるため、分離溝13が完成する直前には透明導電膜2の微小片が導電性のある粒子として飛散することとなり、隣接する太陽電池の発電層を短絡してしまうという問題が発生する。
Normally, laser scribe is used to form the separation groove, but when the groove is formed by laser scribe, the scraped material becomes granular and adheres to the wall surface of the groove. When forming the
本実施の形態においては、図4(a)に示すように、透明導電膜2の分割後に堆積させる絶縁分離層5を上記実施の形態1、2と比較して広い範囲に堆積させた構造を取っている。一例として、絶縁分離層5の幅を400μmとする。これは図4(b)に示すように、分離溝13が形成される領域にまで絶縁分離層5が達する長さである。したがって、非発電領域の透明導電膜2と発電層3との間には、絶縁分離層5が存在している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, a structure in which the insulating
薄膜太陽電池の製造工程は実施の形態1と同様である。すなわち、透光性絶縁基板1としてのガラス基板上に透明導電膜2としてZnOを1μm堆積させた後、レーザスクライブによって分離溝11を形成して透明導電膜2を分割する。そして、スクリーン印刷によって分離溝11にポリイミド樹脂を充填し、焼成工程を経て絶縁分離層5を形成する。絶縁分離層5の形成後、p層として非晶質シリコンカーバイドを10nm、i層として非晶質シリコンを300nm、n層として微結晶シリコンを30nmを有する発電層3をプラズマCVDによって堆積させる。その後レーザスクライブによって発電層3に分離溝12を形成した後、スパッタリング法により金属裏面電極4を形成する。最後に、発電層3及び金属裏面電極4にレーザスクライブで分離溝13を形成して単位太陽電池のセルに分割する。以上の手順により、図4(b)に示した断面構造を有する薄膜太陽電池が完成する。
The manufacturing process of the thin film solar cell is the same as that of the first embodiment. That is, after depositing 1 μm of ZnO as the transparent
上記製造方法において、分離溝11、12、13は幅50μmであり、分離溝同士はそれぞれ100μm離して形成する。なお、これらの合計は350μmであり、絶縁分離層5の幅400μmよりも狭い。
In the above manufacturing method, the
通常、削られた透明導電膜2は密度が低いため分離溝13の内部に飛散する。本実施の形態においては、分離溝13を形成する時点で、透明導電膜2の直上には絶縁性の樹脂が絶縁分離層5として堆積している。したがって、本実施の形態では、分離溝13が完成する直前には、透明導電膜2の直上で絶縁分離層5を形成する縁性樹脂も粒子となって飛散する。飛散した絶縁性の粒子の一部が発電層3に付着することにより、発電層3に導電性の粒子が付着する確率は低下する。よって、本実施の形態では、絶縁分離層5の充填という工程を追加することで、透明導電膜2を隔てる分離溝11、及び単位太陽電池を隔てる分離溝13の2ヶ所においてリークを防止できる。また、非発電領域(図4(b)のA部)において発電層3の導電層(p層)は、透明導電層2と接しないため、導電層(p層)を介したリークを減少させ、無駄な電力消費を抑えることができる。
Usually, the shaved transparent
以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池及びその製造方法は、レーザスクライブで形成する分離溝でのリーク電流の発生を防止するのに有用であり、特に、単位太陽電池の発電効率の低下を抑えた薄膜太陽電池モジュールの製造に適している。 As described above, the thin film solar cell and the manufacturing method thereof according to the present invention are useful for preventing the occurrence of leakage current in the separation groove formed by laser scribing, and in particular, the reduction in power generation efficiency of the unit solar cell. It is suitable for the manufacture of thin film solar cell modules with reduced
1 透光性絶縁基板
2 透明導電膜
3 発電層
3a p層
3b i層
3c n層
4 金属裏面電極
5 絶縁分離層
11、12、13 分離溝
21 上端部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Translucent
Claims (7)
前記透光性絶縁基板上で前記透明導電膜同士を隔てる分離溝の内部に、絶縁材料で形成された絶縁分離層を有することを特徴とする薄膜太陽電池。 A plurality of unit solar cells each including a transparent conductive film, a power generation layer, and a metal electrode are provided on a translucent insulating substrate, and the power generation layer is partially removed to bring the transparent conductive film and the metal electrode into contact with each other. A thin film solar cell in which a plurality of unit solar cells are connected in series,
A thin film solar cell comprising an insulating separation layer formed of an insulating material inside a separation groove separating the transparent conductive films on the light-transmitting insulating substrate.
前記透光性絶縁基板上に間隔を空けて形成した複数の前記透明導電膜同士の合間に、絶縁材料で絶縁分離層を形成する絶縁分離工程と、
前記絶縁分離層及び前記透明導電膜の上に発電層を形成する工程とを有することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 A plurality of unit solar cells each including a transparent conductive film, a power generation layer, and a metal electrode are provided on a translucent insulating substrate, and the power generation layer is partially removed to bring the transparent conductive film and the metal electrode into contact with each other. A method of manufacturing a thin-film solar cell in which a plurality of unit solar cells are connected in series,
An insulating separation step of forming an insulating separation layer with an insulating material between the plurality of transparent conductive films formed on the translucent insulating substrate at intervals;
And a step of forming a power generation layer on the insulating separation layer and the transparent conductive film.
前記金属電極側から前記透明導電膜まで達する溝を形成して、前記複数の単位太陽電池を形成する分割工程とを有し、
前記絶縁分離工程においては、前記透明導電膜上にはみ出るように前記透明導電膜同士の間に前記絶縁材料を堆積させ、
前記分割工程においては、前記透明導電膜上に前記絶縁材料が存在する部分に前記溝を形成することを特徴とする請求項4から6のいずれか1項記載の薄膜太陽電池の製造方法。 Depositing the metal electrode on the power generation layer;
Forming a groove reaching from the metal electrode side to the transparent conductive film to form the plurality of unit solar cells,
In the insulating separation step, the insulating material is deposited between the transparent conductive films so as to protrude on the transparent conductive film,
The method for manufacturing a thin-film solar cell according to claim 4, wherein in the dividing step, the groove is formed in a portion where the insulating material is present on the transparent conductive film.
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