JP2012114292A - Thin film photoelectric conversion device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜光電変換装置およびその製造方法の構造に関するものである。 The present invention relates to a structure of a thin film photoelectric conversion device and a manufacturing method thereof.
従来の薄膜太陽電池装置(薄膜光電変換装置)では、例えば表面側となる基板上に、光透過性を有する透明電極層と、薄膜半導体層からなる光電変換層とが形成され、裏面側には裏面電極層として反射導電膜が形成されて薄膜太陽電池セル(薄膜光電変換セル)が構成される。このような薄膜光電変換セルでは、表面側(透明電極側)からの光入射により光起電力を発生する。 In a conventional thin film solar cell device (thin film photoelectric conversion device), for example, a transparent electrode layer having optical transparency and a photoelectric conversion layer made of a thin film semiconductor layer are formed on a substrate on the front side, and on the back side A reflective conductive film is formed as a back electrode layer to form a thin film photovoltaic cell (thin film photoelectric conversion cell). In such a thin film photoelectric conversion cell, a photovoltaic force is generated by light incidence from the surface side (transparent electrode side).
そして、複数の薄膜光電変換セルが、隣り合うセル同士間で所定の距離を隔てて配置された状態で電気的に直列に接続されて薄膜光電変換装置が構成されている。 A plurality of thin film photoelectric conversion cells are electrically connected in series with a predetermined distance between adjacent cells to form a thin film photoelectric conversion device.
このような薄膜光電変換装置は以下に示すような方法により製造されている。まず、表面に凹凸によるテクスチャ構造を有する酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)などの透明導電性酸化物(Transparent Conductive Oxide:TCO)からなる透明電極層が形成された透光性絶縁基板において、レーザ照射により透明電極層の一部を切断・除去(レーザスクライブ処理)して分離溝を形成することにより、透明電極層をストライプ状に加工する。テクスチャ構造は、薄膜光電変換セルに入射した太陽光を散乱させ、薄膜半導体層での光利用効率を高める機能を有する。 Such a thin film photoelectric conversion device is manufactured by the following method. First, a transparent insulating substrate on which a transparent electrode layer made of a transparent conductive oxide (Transparent Oxide: TCO) such as tin oxide (SnO 2 ) or zinc oxide (ZnO) having a textured structure due to unevenness is formed on the surface. , The transparent electrode layer is processed into a stripe shape by cutting and removing a part of the transparent electrode layer by laser irradiation (laser scribing treatment) to form a separation groove. The texture structure has a function of scattering the sunlight incident on the thin film photoelectric conversion cell and increasing the light use efficiency in the thin film semiconductor layer.
次に、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法などにより透明電極層上に例えばアモルファスシリコンからなる光電変換層としての薄膜半導体層を形成する。その後、透明電極層が切断された場所と異なる箇所で、レーザ照射により薄膜半導体層の一部を切断、除去して分離溝を形成することにより薄膜半導体層をストライプ状に加工する。 Next, a thin film semiconductor layer as a photoelectric conversion layer made of, for example, amorphous silicon is formed on the transparent electrode layer by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. Thereafter, the thin film semiconductor layer is processed into stripes by forming a separation groove by cutting and removing a part of the thin film semiconductor layer by laser irradiation at a place different from the place where the transparent electrode layer is cut.
ついで、薄膜半導体層上に光反射性金属からなる裏面電極層をスパッタリング法などにより成膜する。その後、透明電極層および薄膜半導体層が切断された場所と異なる箇所で、レーザ照射により裏面電極層の一部を切断、除去して分離溝を形成することにより裏面電極層をストライプ状に加工する。そして、このような薄膜光電変換装置では、ストライプ状に加工された薄膜光電変換セルを電気的に直列に接続することで、高出力電圧を発生させている。 Next, a back electrode layer made of a light reflective metal is formed on the thin film semiconductor layer by sputtering or the like. Thereafter, the back electrode layer is processed into a stripe shape by forming a separation groove by cutting and removing a part of the back electrode layer by laser irradiation at a location different from the location where the transparent electrode layer and the thin film semiconductor layer are cut. . And in such a thin film photoelectric conversion apparatus, the high output voltage is generated by electrically connecting the thin film photoelectric conversion cells processed into stripes in series.
このような薄膜光電変換装置では、光電変換効率を向上させるため、タンデム型構造が活用される。タンデム型構造は、透明電極層と裏面電極層との間に形成される薄膜光電変換ユニットにおいて、薄膜半導体層の吸収波長域の異なる複数の薄膜光電変換ユニットを積層するものであり、広い波長域の光を吸収することで入射光をより有効に利用可能な構造である。タンデム型構造の例として、より広いバンドギャップを有するアモルファス(非晶質)シリコン層を光入射側の光電変換層として使用し、狭いバンドギャップを有する微結晶シリコン層を裏面側の光電変換層として用いる方法などが考えられている。 In such a thin film photoelectric conversion device, a tandem structure is utilized in order to improve photoelectric conversion efficiency. The tandem structure is a thin film photoelectric conversion unit formed between a transparent electrode layer and a back electrode layer, in which a plurality of thin film photoelectric conversion units having different absorption wavelength ranges of a thin film semiconductor layer are stacked, and a wide wavelength range is obtained. In this structure, incident light can be used more effectively by absorbing the light. As an example of a tandem structure, an amorphous silicon layer having a wider band gap is used as the photoelectric conversion layer on the light incident side, and a microcrystalline silicon layer having a narrow band gap is used as the photoelectric conversion layer on the back side. The method to be used is considered.
また、タンデム型の薄膜光電変換装置においては、光透過性および光反射性の双方を有し、且つ導電性を有する中間反射層を、積層された薄膜光電変換ユニットの間に介在させることがある。この中間反射層は、光入射側の光電変換ユニットを通過した光のうち、光入射側の光電変換ユニットでの吸収に適した波長の光を反射させることができる。このため、タンデム型の薄膜光電変換装置は、光入射側の光電変換ユニットの光電変換層の実効的な膜厚を増大させることができる、という効果を有する。 Moreover, in a tandem-type thin film photoelectric conversion device, an intermediate reflective layer having both light transmittance and light reflectivity and conductivity may be interposed between stacked thin film photoelectric conversion units. . The intermediate reflection layer can reflect light having a wavelength suitable for absorption by the light incident side photoelectric conversion unit out of the light that has passed through the light incident side photoelectric conversion unit. For this reason, the tandem-type thin film photoelectric conversion device has an effect that the effective film thickness of the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion unit on the light incident side can be increased.
中間反射層を有するタンデム型の薄膜光電変換装置では、ある薄膜光電変換セルの裏面電極と、この薄膜光電変換セルに隣接する薄膜光電変換セルの透明電極層とが電気的に接続される必要がある。この電気的な接続は、薄膜光電変換ユニットおよび中間反射層を貫通する分離溝を設け、この分離溝に接続電極材料を埋め込むことによって行われる。分離溝に埋め込む接続電極材料には、一般的に裏面電極層を構成する材料が用いられる。 In a tandem-type thin film photoelectric conversion device having an intermediate reflective layer, the back electrode of a thin film photoelectric conversion cell and the transparent electrode layer of the thin film photoelectric conversion cell adjacent to the thin film photoelectric conversion cell must be electrically connected. is there. This electrical connection is performed by providing a separation groove penetrating the thin film photoelectric conversion unit and the intermediate reflection layer and embedding a connection electrode material in the separation groove. As the connection electrode material embedded in the separation groove, a material constituting the back electrode layer is generally used.
しかしながら、上記のような方法で隣接する薄膜光電変換セル間を接続するため、接続電極材料と中間反射層とは接触することになる。前述の通り、中間反射層は導電性を有することから、分離溝の側壁部の中間反射層と接続電極材料間で電流リークが生じ、薄膜光電変換ユニットで生じた電力を有効に取り出すことができない。 However, since the adjacent thin film photoelectric conversion cells are connected by the method as described above, the connection electrode material and the intermediate reflection layer come into contact with each other. As described above, since the intermediate reflection layer has conductivity, current leakage occurs between the intermediate reflection layer on the side wall of the separation groove and the connection electrode material, and the power generated in the thin film photoelectric conversion unit cannot be effectively extracted. .
そこで、例えば中間反射層を形成した後にレーザスクライブ処理を施して分離溝を形成することで、中間反射層と接続電極材料間の接触を抑制する方法が考えられている。(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, for example, a method of suppressing contact between the intermediate reflective layer and the connection electrode material by forming a separation groove by performing laser scribing after forming the intermediate reflective layer is considered. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1の技術によれば、中間反射層の形成後に新たなレーザスクライブ処理が追加されるため、処理工数が増加する。このため、コスト増などの問題が生じる。また、このレーザスクライブ処理後に第2の薄膜光電変換ユニットが形成されることになるが、この薄膜光電変換ユニットはp型半導体層とi型半導体層(i型光電変換層)とn型半導体層とが積層された積層構造をしていることから、前記のレーザスクライブ処理の直後にはp型半導体層が形成されることになる。 However, according to the technique of Patent Document 1, a new laser scribing process is added after the formation of the intermediate reflection layer, which increases the number of processing steps. For this reason, problems, such as cost increase, arise. In addition, a second thin film photoelectric conversion unit is formed after the laser scribing process. The thin film photoelectric conversion unit includes a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer (i-type photoelectric conversion layer), and an n-type semiconductor layer. Therefore, a p-type semiconductor layer is formed immediately after the laser scribing process.
ここで、p型半導体層は、ボロン(B)などがドープされることにより、高い導電性を有している。このため、中間反射層の導電性に起因した分離溝の側壁部での電流リークをレーザスクライブ処理により抑制しているにも関わらず、その後に導電性の層を形成するため電流リークの抑制効果はあまり大きくならない。すなわち、分離溝の側壁部において第2の薄膜光電変換ユニットのp型半導体層と接続電極材料間の接触が存在するため、分離溝の側壁を介した電流リークの抑制効果はあまり大きくならない。 Here, the p-type semiconductor layer has high conductivity by being doped with boron (B) or the like. For this reason, although the current leakage at the side wall of the separation groove due to the conductivity of the intermediate reflection layer is suppressed by the laser scribing process, the conductive layer is formed after that, so that the current leakage is suppressed. Does not get too big. That is, since there is contact between the p-type semiconductor layer of the second thin film photoelectric conversion unit and the connection electrode material in the side wall portion of the separation groove, the effect of suppressing current leakage through the side wall of the separation groove is not so great.
また、薄膜光電変換ユニットを1つだけ備えるシングル型の薄膜太陽電池でも、薄膜光電変換ユニットを貫通して透明電極層に達する分離溝に接続電極材料が埋め込まれることにより、隣接する薄膜光電変換セルの裏面電極と透明電極層とが電気的に接続される。この場合も、分離溝の側壁部において薄膜光電変換ユニットのp型半導体層と接続電極材料間の接触が存在するため、電流リークが発生する。 In addition, even in a single-type thin film solar cell having only one thin film photoelectric conversion unit, adjacent thin film photoelectric conversion cells are embedded by connecting electrode materials embedded in separation grooves that penetrate the thin film photoelectric conversion unit and reach the transparent electrode layer. The back electrode and the transparent electrode layer are electrically connected. Also in this case, current leakage occurs because there is contact between the p-type semiconductor layer of the thin film photoelectric conversion unit and the connection electrode material in the side wall portion of the separation groove.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、裏面電極層と透明電極層間の接続部への電流リークの発生が防止され、簡便な方法で安価に実現可能な薄膜光電変換装置およ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 prevent current leakage from occurring in a connection portion between a back electrode layer and a transparent electrode layer, and to realize a thin film photoelectric conversion device that can be realized at low cost by a simple method. It aims at obtaining a manufacturing method.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光電変換装置は、透光性絶縁基板上に透光性を有する第1電極層と、p型半導体層とi型光電変換層とn型半導体層とをこの順で有して光電変換を行う1つ以上の光電変換ユニットと、第2電極層とをこの順で有する複数の光電変換セルが所定の方向に並列配置されるとともに、隣接する前記光電変換セル同士が電気的に直列接続された光電変換装置であって、隣接する第1および第2の前記光電変換セルにおいて、前記第1光電変換セルの前記第1電極層は、前記所定の方向において前記第2光電変換セルの前記第2電極層と重複する領域内まで延在した延在部を有し、前記第2光電変換セルの前記第2電極層は、前記第2光電変換セルの前記光電変換ユニットを貫通して埋設されるとともに前記第2光電変換セルの前記光電変換ユニット上の前記第2電極層と前記延在部とを電気的に接続する接続部を有し、前記第2光電変換セルは、前記所定の方向において前記接続部の前記第1光電変換セルと反対側に設けられ何れかの前記光電変換ユニットの前記p型半導体層から前記第1電極層までの各層を貫通して該各層を前記所定の方向において分離する溝部を有し、少なくとも前記溝部の側壁が前記i型光電変換層で覆われていること、を特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a photoelectric conversion device according to the present invention includes a light-transmitting first electrode layer, a p-type semiconductor layer, and an i-type photoelectric conversion on a light-transmitting insulating substrate. A plurality of photoelectric conversion cells having one layer and an n-type semiconductor layer in this order to perform photoelectric conversion and a plurality of photoelectric conversion cells having a second electrode layer in this order are arranged in parallel in a predetermined direction. The adjacent photoelectric conversion cells are electrically connected in series, and in the adjacent first and second photoelectric conversion cells, the first electrode of the first photoelectric conversion cell The layer has an extending portion that extends into a region overlapping with the second electrode layer of the second photoelectric conversion cell in the predetermined direction, and the second electrode layer of the second photoelectric conversion cell includes: Embedded through the photoelectric conversion unit of the second photoelectric conversion cell. And having a connection part for electrically connecting the second electrode layer on the photoelectric conversion unit of the second photoelectric conversion cell and the extension part, and the second photoelectric conversion cell And passing through each layer from the p-type semiconductor layer to the first electrode layer of any one of the photoelectric conversion units provided on the opposite side of the connection portion to the first photoelectric conversion cell in the direction. It has the groove part isolate | separated in a direction, and the side wall of the said groove part is covered with the said i-type photoelectric converting layer, It is characterized by the above-mentioned.
本発明によれば、隣接する光電変換セル間の接続部の側壁を介した光電変換電流の電流リークの発生が抑制された薄膜光電変換装置が得られる、という効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that a thin film photoelectric conversion device in which occurrence of current leakage of photoelectric conversion current through the side wall of the connection portion between adjacent photoelectric conversion cells is suppressed can be obtained.
以下に、本発明にかかる薄膜光電変換装置およ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、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。 Embodiments of a thin film photoelectric conversion device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.
実施の形態1.
図1−1は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜光電変換装置である薄膜太陽電池モジュール(以下、モジュールと呼ぶ)10の構成を示す平面図である。図1−2は、モジュール10を構成する薄膜光電変換セルである薄膜太陽電池セル(以下、セルと呼ぶ場合がある)C1の短手向における断面構造を説明するための図であり、図1−1の線分A−A’方向における要部断面図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1-1 is a plan view illustrating a configuration of a thin film solar cell module (hereinafter referred to as a module) 10 which is a thin film photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1-2 is a diagram for explaining a cross-sectional structure in a short direction of a thin film photovoltaic cell (hereinafter sometimes referred to as a cell) C1, which is a thin film photoelectric conversion cell constituting the module 10, and FIG. It is principal part sectional drawing in line segment AA 'of -1.
図1−1および図1−2に示すように、実施の形態1にかかるモジュール10は、透光性絶縁基板101上に形成された短冊状(矩形状)のセルC1を複数備え、これらのセルC1が電気的に直列に接続された構造を有する。セルC1は、図1−2に示すように透光性絶縁基板101上に、第1電極層となる透明電極層102、第1光電変換ユニット103、第2電極層となる裏面電極層104がこの順で積層されている。
As illustrated in FIGS. 1-1 and 1-2, the module 10 according to the first embodiment includes a plurality of strip-like (rectangular) cells C1 formed on a light-
透光性絶縁基板101としては、透光性を有する絶縁基板が用いられる。このような透光性絶縁基板101には、通常は光透過率の高い材質が用いられ、例えばガラス基板が使用される。ガラス基板としては無アルカリガラス基板を用いてもよく、また、安価な青板ガラス基板を用いてもよい。ただし、透光性絶縁基板101は必ずしもガラスである必要はなく、光を透過する絶縁性基板であれば、樹脂等の基板を用いることも可能である。
As the light-transmitting
透明電極層102は、透光性を有する透明導電膜からなる。隣接する2つのセルC1において、一方のセルC1の透明電極層102は、他方のセルC1の裏面電極層104と重複する領域まで延在する延在部を有し、他方のセルC1に跨って形成されている。透明電極層102は、例えば酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム錫(ITO:Indium Tin Oxide)、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウム(In2O3)のうちの少なくとも1種を含む透明導電性酸化膜(TCO:Transparent Conducting Oxide)、またはこれらを積層した透明導電膜で構成される。また、透明電極層102は、上述したTCO膜にドーパントとしてアルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ホウ素(B)、イットリウム(Y)、シリコン(Si)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、フッ素(F)から選択した少なくとも1種類以上の元素を用いた透光性の膜によって構成されてもよい。このような透明電極層102は、例えばCVD法、スパッタリング法、蒸着法等の方法を用いて形成される。
The
また、透明電極層102は、第1光電変換ユニット103側の表面に、図示しない凹凸形状が形成された表面テクスチャ構造を有する。このテクスチャ構造は、入射した太陽光を散乱させ、第1光電変換ユニット103で入射光をより効率的に吸収させ、光利用効率を高める機能を有する。表面テクスチャ構造の形成方法は特に限定されず、公知の手法を用いることができる。
Further, the
第1光電変換ユニット103は、pn接合またはpin接合を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が1層以上積層されて構成される。第1光電変換ユニット103は、図1−2に示すように、透明電極層102側からp型半導体層103a、i型(真性)光電変換層103b、n型半導体層103cを備えている。ここで、p型半導体層103a、は導電性を有するが、i型(真性)光電変換層103bは導電性を有していない。本実施の形態では、第1光電変換ユニット103は、透明電極層102側から、p型シリコン半導体層、i型非晶質シリコン光電変換層、n型シリコン半導体層を積層した構造を有している。このような第1光電変換ユニット103は、例えばプラズマCVD法を用いて形成することが可能である。
The first
本実施の形態では、第1光電変換ユニット103中のi型光電変換層103bとしてi型非晶質シリコン光電変換層を用いているが、i型光電変換層103bはi型非晶質シリコン系半導体材料で形成されてもよく、真性シリコン以外にもシリコンゲルマニウム(SiGe)、シリコンカーバイド(SiC)などの合金などを用いてもよい。また、p型半導体層103aは高い導電性と高い光透過性が求められ、例えばボロン(B)などを添加したシリコンカーバイド(SiC)などが使用される。
In this embodiment, an i-type amorphous silicon photoelectric conversion layer is used as the i-type
裏面電極層104は、裏面電極として機能するとともに、光電変換層で吸収されなかった光を反射して再度光電変換層に戻す反射層として機能するため、光電変換効率の向上に寄与する。したがって、裏面電極層104は、導電性と光反射性が求められ、導電率が高く光反射率が大きいほど好ましい。裏面電極層104は、例えば可視光反射率の高い銀(Ag)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)もしくはパラジウムなどの金属材料、またはこれらの金属材料の合金、これらの金属材料の窒化物、これらの金属材料の酸化物などにより形成することができる。なお、これらの裏面電極層104の具体的材料は特に限定されるものではなく、周知の材料から適宜に選択して用いることができる。また、裏面電極層104は、第1光電変換ユニット103との反応・原子拡散などを抑制するために、複数の電極層の積層構造とされてもよい。
The
また、モジュール10においては、薄膜太陽電池として必要な電圧を確保するために、透光性絶縁基板101上に形成されたセルC1を電気的に直列接続されている。
Moreover, in the module 10, in order to ensure a voltage required as a thin film solar cell, the cells C1 formed on the translucent insulating
透光性絶縁基板101上に形成された透明電極層102およびp型半導体層103aには、透光性絶縁基板101の短手方向と略平行な方向に延在するとともに透光性絶縁基板101に達するストライプ状の分離溝である第1の溝121が形成されている。第1の溝121は、セルC1の長手方向の全幅において形成されている。この第1の溝121の部分によって隣接するセルC1の透明電極層102は互いに分離されている。このようにして透明電極層102の一部は隣接するセルC1に跨るようにセル毎に分離されている。第1の溝121の部分には導電性を持たないi型光電変換層103bが埋め込まれている。i型光電変換層103bが埋め込まれた第1の溝121の部分の上およびp型半導体層103a上にはi型光電変換層103bが形成されている。
The
また、透明電極層102上に形成された第1光電変換ユニット103には、第1の溝121と異なる箇所において透光性絶縁基板101の短手方向と略平行な方向に延在するとともに透明電極層102に達するストライプ状の接続溝である第2の溝122が形成されている。この第2の溝122の部分に裏面電極層104が埋め込まれることで、裏面電極層104が透明電極層102に接続されている。そして、該透明電極層102が隣接するセルC1に跨っているため、隣り合う2つのセルC1の一方の裏面電極層104と他方の透明電極層102とが電気的に接続されている。すなわち、裏面電極層104は、第2の溝122に埋め込まれた接続部を有する。また、接続部は、第2の溝122の少なくとも側壁に形成されて他方のセルC1の透明電極層102と電気的に接続すればよい。なお、第2の溝122は、セルC1の長手方向の全幅において形成されていなくてもよい。
Further, the first
また、裏面電極層104、第1光電変換ユニット103には、第1の溝121および第2の溝122とは異なる箇所で、透明電極層102に達するストライプ状の分離溝である第3の溝123が形成されて、各セルC1が分離されている。このように、セルC1の透明電極層102が、隣接するセルC1の裏面電極層104と接続することによって、隣接するセルC1が電気的に直列接続している。なお、第3の溝123は、裏面電極層104の表面から透明電極層102に達して第1光電変換ユニット103をセル毎に分離していることが好ましいが、裏面電極層104のみが第3の溝123によって分離されている形態とすることも可能である。
Further, in the
つぎに、上記のように構成された本実施の形態にかかるモジュール10の製造方法について図2および図3−1〜図3−7を参照して説明する。図2は、実施の形態1にかかるモジュール10の製造方法を説明するためのフローチャートである。図3−1〜図3−7は、実施の形態1にかかるモジュール10の製造方法を説明するための断面図である。 Next, a manufacturing method of the module 10 according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. 2 and FIGS. 3-1 to 3-7. FIG. 2 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the module 10 according to the first embodiment. 3-1 to 3-7 are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the module 10 according to the first embodiment.
まず、透光性絶縁基板101として例えばガラス基板を用意する。そして、透光性絶縁基板101の一面側に、導電性の高い透明電極層102を公知の方法で形成する(ステップS10、図3−1)。例えば、透光性絶縁基板101上に酸化亜鉛(ZnO)膜からなる透明電極層102をスパッタリング法により形成する。また、成膜方法として、CVD法などの他の成膜方法を用いてもよい。
First, for example, a glass substrate is prepared as the translucent insulating
つぎに、第1光電変換ユニット103のうちp型半導体層103aを公知の方法で透明電極層102上に形成する(ステップS20、図3−1)。例えばp型半導体層103aとしてp型シリコン半導体層をプラズマCVD法によって透明電極層102上に形成する。
Next, the p-
次に、透明電極層102およびp型半導体層103aの一部を透光性絶縁基板101の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、透明電極層102およびp型半導体層103aを短冊状にパターニングし、透明電極層102およびp型半導体層103aを複数に分離する。透明電極層102およびp型半導体層103aのパターニングは、レーザスクライブ法で透光性絶縁基板101と透明電極層102との界面より上方(透明電極層102側)を全て一括除去することにより、透光性絶縁基板101の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板101に達するストライプ状の第1の溝121を形成することで行う(ステップS30、図3−2)。なお、第1の溝121の形成は、写真製版などで形成したレジストマスクを用いてエッチングする方法や、メタルマスクを用いた蒸着法などの方法でも可能である。
Next, a part of the
次に、第1の溝121内を含むp型半導体層103a上にi型光電変換層103bを公知の方法で形成する(ステップS40、図3−3)。例えばi型光電変換層103bとしてi型非晶質シリコン光電変換層をプラズマCVD法によって形成する。これにより、第1の溝121内にはi型光電変換層103bが埋設される。
Next, the i-type
次に、i型光電変換層103b上にn型半導体層103cを公知の方法で形成する(ステップS50、図3−4)。例えばn型半導体層103cとしてn型シリコン半導体層をプラズマCVD法によって形成する。これにより、透明電極層102側からp型半導体層103a、i型光電変換層103b、n型半導体層103cが積層された第1光電変換ユニット103が構成される。
Next, the n-
そして、このようにして積層形成された第1光電変換ユニット103に、レーザスクライブによってパターニングを施す。すなわち、第1光電変換ユニット103の一部を透光性絶縁基板101の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、第1光電変換ユニット103を短冊状にパターニングし、第1光電変換ユニット103を複数に分離する。第1光電変換ユニット103のパターニングは、レーザスクライブ法で透明電極層102とp型半導体層103aとの界面より上方(p型半導体層103a側)を全て一括除去することにより、第1の溝121と異なる箇所に透光性絶縁基板101の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層102に達するストライプ状の第2の溝122を形成することで行う(ステップS60、図3−5)。第2の溝122の形成後、第2の溝122内に付着している飛散物を高圧水洗浄、メガソニック洗浄、あるいはブラシ洗浄により除去する。
Then, patterning is performed on the first
次に、第2の溝122内を含む第1光電変換ユニット103上に裏面電極層104を公知の方法で形成する(ステップS70、図3−6)。例えば、高反射率を有する銀(Ag)膜からなる裏面電極層104をスパッタリング法により形成する。このとき、第2の溝122中にも裏面電極層104が埋設されて透明電極層102に接続する。これにより、裏面電極層104は第2の溝122中において透明電極層102に電気的に接続される。また、成膜方法として、蒸着法などの他の成膜方法を用いてもよい。
Next, the
裏面電極層104の形成後、少なくとも裏面電極層104をパターニングして複数のセルC1毎に分離する。ここでは、裏面電極層104、第1光電変換ユニット103の一部を透光性絶縁基板101の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して短冊状にパターニングすることにより、複数のセルC1に分離する。パターニングは、レーザスクライブ法で透明電極層102とp型半導体層103aとの界面より上方(p型半導体層103a側)を全て一括除去することにより、第1の溝121および第2の溝122とは異なる箇所に透光性絶縁基板101の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層102に達するストライプ状の第3の溝123を形成することで行う(ステップS80、図3−7)。
After the
なお、反射率の高い裏面電極層104にレーザを直接吸収させるのは困難なので、半導体層(第1光電変換ユニット103)にレーザ光エネルギーを吸収させて、半導体層(第1光電変換ユニット103)とともに裏面電極層104を局所的に吹き飛ばすことによって複数のセルC1に対応させて分離する。ここでは、裏面電極層104、第1光電変換ユニット103を貫通する第3の溝123を形成しているが、裏面電極層104のみに分離溝を形成して裏面電極層104を複数のセルC1に分離してもよい。以上により、図1−2に示すようなセルC1を有するモジュール10が得られる。
In addition, since it is difficult to directly absorb the laser in the
なお、上記においては、第1の溝121、第2の122、第3の123の形成にレーザを用いているが、これらの形成方法は特に制約は受けない。また、これらの溝の領域は光電変換に対する無効領域となるため、これらの溝の形成方法としては、できる限り小さな領域の溝が形成可能であり、安価な方法であることが好ましい。
In the above description, a laser is used to form the
上述したように実施の形態1においては、p型半導体層103aの形成後に、透明電極層102およびp型半導体層103aを貫通して透光性絶縁基板101に達する第1の溝121が形成され、p型半導体層103aがセル内で分断される。そして、第1の溝121内には、導電性を持たないi型光電変換層103bが埋設される。これにより、第1光電変換ユニット103において発生した光電変換電流が、第2の溝122の側面でp型半導体層103aを介して裏面電極層104と透明電極層102間の電気的接続部である第2の溝122内に埋設された裏面電極層104に漏れることを抑制することができる。
As described above, in the first embodiment, after the p-
なお、上記においては第1の溝121は、深さ方向の全てをi型光電変換層103bで埋められた場合について説明したが、第1の溝121の全てをi型光電変換層103bで埋めることは必須ではない。i型光電変換層103bは、第1の溝121内において透明電極層102の側面とp型半導体層103aの側面とに接して覆っていればよい。例えば透明電極層102の厚みがi型光電変換層103bの厚みよりも厚い場合は、i型光電変換層103bは第1の溝121内を深さ方向の途中までしか埋めない。しかしながら、i型光電変換層103bが導電性の透明電極層102およびp型半導体層103aの側面を接して覆うことで、これらの側面を介した電流リークの発生を防ぐことができる。以降の実施の形態においても同様である。
In the above description, the
実施の形態2.
図4は、本発明の実施の形態2にかかる薄膜光電変換装置である薄膜太陽電池モジュール20の構成を示す断面図である。モジュール20は、図1−1に示す平面構成を有する。また、図4は、図1−1の線分A−A’方向における要部断面図である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4: is sectional drawing which shows the structure of the thin film solar cell module 20 which is a thin film photoelectric conversion apparatus concerning Embodiment 2 of this invention. The module 20 has a planar configuration shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part in the direction of line AA ′ in FIG.
図4に示すように、実施の形態2にかかるモジュール20は、透光性絶縁基板101上に形成された短冊状(矩形状)のセルC2を複数備え、これらのセルC2が電気的に直列に接続された構造を有する。セルC2は、図4に示すように透光性絶縁基板101上に、透明電極層102、第1光電変換ユニット103’、裏面電極層104がこの順で積層されている。なお、実施の形態1にかかるセルC1と同様の構成については、実施の形態1と同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 4, the module 20 according to the second embodiment includes a plurality of strip-shaped (rectangular) cells C2 formed on a light-transmitting
実施の形態2にかかるモジュール20が実施の形態1にかかるモジュール10と異なる点は、モジュールを構成する第1光電変換ユニット103’がp型半導体層103aとi型光電変換層103bとの間に非導電性(i型)のバッファ層111を備えることである。バッファ層111には、例えば非晶質シリコン膜や非晶質シリコンカーバイド膜を用いることができる。
The module 20 according to the second embodiment is different from the module 10 according to the first embodiment in that the first
上記のように構成された実施の形態2にかかるモジュール20の製造方法について図5−1〜図5−3を参照して説明する。図5−1〜図5−3は、実施の形態2にかかるモジュール20の製造方法を説明するための断面図である。 A method for manufacturing the module 20 according to the second embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the module 20 according to the second embodiment.
まず、実施の形態1の場合と同様に、透光性絶縁基板101の一面側に、透明電極層102およびp型半導体層103aを公知の方法で順次形成する。そして、p型半導体層103a上にバッファ層111をプラズマCVD法などによって形成する(図5−1)。
First, as in the case of the first embodiment, the
次に、実施の形態1の場合と同様にレーザスクライブ法により、透光性絶縁基板101の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板101に達するストライプ状の第1の溝121を形成する(図5−2)。これにより、バッファ層111、p型半導体層103a、透明電極層102が複数に分離される。
Next, in the same manner as in the first embodiment, a stripe-shaped first extending in a direction substantially parallel to the transversal direction of the translucent insulating
次に、第1の溝121内を含むバッファ層111上に、i型光電変換層103bを公知の方法で形成する(図5−3)。例えばi型光電変換層103bとしてi型非晶質シリコン光電変換層をプラズマCVD法によって形成する。これにより、第1の溝121内にはi型光電変換層103bが埋設される。
Next, the i-type
その後は、実施の形態1の場合と同様にしてn型半導体層103cを形成し、第2の溝122を形成し、裏面電極層104を形成し、第3の溝123を形成することにより図4に示すようなセルC2を有するモジュール20が得られる。
Thereafter, the n-
上述したように実施の形態2においては、バッファ層111の形成後にバッファ層111、p型半導体層103aおよび透明電極層102を貫通して透光性絶縁基板101に達する第1の溝121が形成され、p型半導体層103aがセル内で分断される。そして、第1の溝121内には、導電性を持たないi型光電変換層103bが埋設される。これにより、第1光電変換ユニット103において発生した光電変換電流が、第2の溝122の側面でp型半導体層103aを介して裏面電極層104と透明電極層102間の接続部である第2の溝122内に埋設された裏面電極層104に漏れることを抑制することができる。
As described above, in the second embodiment, after the
また、実施の形態2においては、p型半導体層103a上にバッファ層111を形成した後に第1の溝121を形成する。これにより、第1の溝121を形成する工程中に生じるp型半導体層103aの酸化を抑制することができ、酸化に起因したp型半導体層103aの導電率の低下を回避することができる。この場合におけるバッファ層111としては、シリコン酸化膜(SiO膜)などからなる酸化物層が好ましく、微結晶シリコン酸化膜(μc−SiO膜)などのように光導電率が高くバンドギャップが大きいものがより好ましい。酸化膜からなるバッファ層111を用いることによって、第1の溝121を形成する際にバッファ層111の最表面が自然酸化される場合においても、膜特性や界面部への影響を小さくすることができる。さらに、バッファ層111としてバンドギャップの広い酸化膜を用いることにより、開放端電圧(Voc)も向上させることが可能である。
In the second embodiment, the
実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3にかかる薄膜光電変換装置であるタンデム型の薄膜太陽電池モジュール30の構成を示す断面図である。モジュール30は、図1−1に示す平面構成を有する。また、図6は、図1−1の線分A−A’方向における要部断面図である。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6: is sectional drawing which shows the structure of the tandem-type thin film solar cell module 30 which is a thin film photoelectric conversion apparatus concerning Embodiment 3 of this invention. The module 30 has a planar configuration shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part in the direction of the line AA ′ in FIG.
図6に示すように、実施の形態3にかかるモジュール30は、透光性絶縁基板101上に形成された短冊状(矩形状)のセルC3を複数備え、これらのセルC3が電気的に直列に接続された構造を有する。セルC3は、図6に示すように透光性絶縁基板101上に、透明電極層102、第1光電変換ユニット103、中間反射層112、第2光電変換ユニット105、裏面電極層104がこの順で積層されている。なお、実施の形態1にかかるセルC1と同様の構成については、実施の形態1と同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 6, the module 30 according to the third embodiment includes a plurality of strip-shaped (rectangular) cells C3 formed on the translucent insulating
実施の形態3にかかるモジュール30が実施の形態1にかかるモジュール10と異なる点は、第1光電変換ユニット103と裏面電極層104との間に中間反射層112と第2光電変換ユニット105とを有することである。
The module 30 according to the third embodiment is different from the module 10 according to the first embodiment in that the
第2光電変換ユニット105は、pn接合またはpin接合を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が1層以上積層されて構成される。第2光電変換ユニット105は、図6に示すように、中間反射層112側からp型半導体層105a、i型(真性)光電変換層105b、n型半導体層105cを備えている。ここで、p型半導体層105aは導電性を有するが、i型(真性)光電変換層105bは導電性を有していない。本実施の形態では、第2光電変換ユニット105は、中間反射層112側から、p型シリコン半導体層、i型微結晶シリコン光電変換層、n型シリコン半導体層を積層した構造を有している。このような第2光電変換ユニット105は、例えばプラズマCVD法を用いて形成することが可能である。
The second
モジュール30においては、第1光電変換ユニット103中の光電変換層としてはi型非晶質シリコン光電変換層を、第2光電変換ユニット105中の光電変換層としてはi型微結晶シリコン光電変換層を用いている。i型非晶質シリコン光電変換層とi型微結晶シリコン光電変換層とでは、吸収する光の波長域が異なっている。例えば、非晶質シリコン光電変換層では550nm程度の波長の光を効率的に吸収し、微結晶シリコン光電変換層では900nm程度の波長の光を効率的に吸収する。したがって、吸収する光の波長域の異なる複数の光電変換ユニットを積層させることで幅広い波長域の光を有効に活用して光電変換効率を向上させることができる。
In the module 30, an i-type amorphous silicon photoelectric conversion layer is used as the photoelectric conversion layer in the first
中間反射層112は、光透過性および光反射性の双方を有し、且つ第1光電変換ユニット103と第2光電変換ユニット105との間の電気的な接続を妨げないように導電性を有する。この中間反射層112は、光入射側の第1光電変換ユニット103を通過した光のうち、第1光電変換ユニット103が吸収する波長の光を反射させることができ、第2光電変換層105bが吸収する波長の光は透過させることができる。中間反射層112は、このような特性を持つことで、第1光電変換ユニット103の光電変換層の実効的な膜厚を増大させることができる、という効果を有する。
The
中間反射層112には、例えば酸化錫(SnO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化シリコン(SiO2)のような透明導電性酸化膜を用いることができる。また、中間反射層112はこれらの材料に限定されず、導電性を有し且つ上記の光学特性を有していれば酸化膜以外の材料も用いることができる。なお、中間反射層112の形成は必須ではなく、不要であれば形成されていなくても構わない。
For the intermediate
上記のように構成された実施の形態3にかかるモジュール30の製造方法について図7−1〜図7−5を参照して説明する。図7−1〜図7−5は、実施の形態3にかかるモジュール30の製造方法を説明するための断面図である。 A method of manufacturing the module 30 according to the third embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. 7-1 to 7-5. 7A to 7E are cross-sectional views for explaining a method for manufacturing the module 30 according to the third embodiment.
まず、透光性絶縁基板101の一面側に、透明電極層102、p型半導体層103a、i型光電変換層103b、n型半導体層103c、中間反射層112、p型半導体層105aを例えばプラズマCVD法を用いて透明電極層102上に順次形成する(図7−1)。
First, the
次に、レーザスクライブ法により、透光性絶縁基板101の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板101に達するストライプ状の第1の溝121を形成する(図7−2)。これにより、透明電極層102、p型半導体層103a、i型光電変換層103b、n型半導体層103c、中間反射層112およびp型半導体層105aの各層は複数に分離される。
Next, stripe-shaped
ここで、第1の溝121の形成時には中間反射層112上にはp型半導体層105aが形成されているため、第1の溝121形成時における中間反射層112の酸化などの影響を抑制することができる。従来では中間反射層112に酸化錫(SnO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化シリコン(SiO2)のような透明導電性酸化膜を用いていた。しかし、本実施の形態では、p型半導体層105a第1の溝121形成時における中間反射層112の酸化などの影響をp型半導体層105aにより抑制できるため、導電性を有し且つ上記の光学特性を所持していれば酸化膜以外の材料も中間反射層112に用いることができ、材料の選択幅が広がるという効果がある。
Here, since the p-
次に、第1の溝121内を含むp型半導体層105a上に、i型光電変換層105bおよびn型半導体層105cを公知の方法で順次形成する(図7−3)。例えばi型光電変換層105bとしてi型非晶質シリコン光電変換層をプラズマCVD法によって形成する。これにより、第1の溝121内にはi型光電変換層105bが埋設される。また、n型半導体層105cとしてn型シリコン半導体層をプラズマCVD法によって形成する。
Next, the i-type
次に、レーザスクライブ法により、透光性絶縁基板101の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層102に達するストライプ状の第2の溝122を形成する(図7−4)。これにより、p型半導体層103a、i型光電変換層103b、n型半導体層103c、中間反射層112、p型半導体層105a、i型光電変換層105bおよびn型半導体層105cの各層が複数に分離される。
Next, a stripe-shaped
その後は、実施の形態1の場合と同様にして裏面電極層104を形成し、第3の溝123を形成することにより図6に示すようなセルC3を有するモジュール30が得られる。
Thereafter, the
上述したように実施の形態3においては、第2光電変換ユニット105のp型半導体層105aの形成後に、透明電極層102、p型半導体層103a、i型光電変換層103b、n型半導体層103c、中間反射層112およびp型半導体層105aを貫通して透光性絶縁基板101に達する第1の溝121が形成され、p型半導体層103a、中間反射層112およびp型半導体層105aがセル内で分断される。そして、第1の溝121内には、導電性を持たないi型光電変換層105bが埋設される。
As described above, in the third embodiment, after the p-
これにより、第1光電変換ユニット103において発生した光電変換電流が、第2の溝122の側面でp型半導体層103aを介して裏面電極層104と透明電極層102間の接続部である第2の溝122内に埋設された裏面電極層104に漏れることを抑制することができる。また、第2光電変換ユニット105において発生した光電変換電流が、第2の溝122の側面でp型半導体層105aを介して第2の溝122内に埋設された裏面電極層104に漏れることを抑制することができる。また、第1光電変換ユニット103と第2光電変換ユニット105との間に流れる光電変換電流が第2の溝122の側面で中間反射層112を介して第2の溝122内に埋設された裏面電極層104に漏れることを抑制することができる。
Thereby, the photoelectric conversion current generated in the first
本実施の形態にかかるモジュール30のように2つの光電変換ユニットが中間反射層を介して積層されたタンデム型の薄膜太陽電池の場合は、実施の形態1において示したように第1光電変換ユニット103のp型半導体層103aを形成した後に第1の溝121を形成して該第1の溝121内にi型光電変換層103bを埋設した場合であっても、従来のように透明電極層102を形成した後に第1の溝を形成して該溝内にp型半導体層が埋設される場合よりも、第2の溝122内に埋設された裏面電極層104へのリーク電流発生の抑制効果は得られる。しかしながら、この場合は第2の溝122の側面で中間反射層112およびp型半導体層105aを介してリーク電流が発生するため、第2の溝122内に埋設された裏面電極層104へのリーク電流発生の抑制効果はあまり大きくならない。
In the case of a tandem-type thin-film solar cell in which two photoelectric conversion units are stacked via an intermediate reflection layer as in the module 30 according to the present embodiment, the first photoelectric conversion unit as shown in the first embodiment. Even when the
そこで、裏面電極層104と接触する最上層の光電変換ユニットである第2光電変換ユニット105のp型半導体層105aを形成した後に第1の溝121を形成して該第1の溝121内にi型光電変換層105bを埋設することにより、リークを生じさせる導電性の膜が第1の溝121内に埋設されないため、リーク電流発生の抑制効果が最も大きくなる。すなわち、裏面電極層104と接触する最上層の光電変換ユニットのp型半導体層を形成した後に第1の溝121を形成して該第1の溝121内にi型光電変換層を埋設することにより、リークを生じさせる導電性の膜が第1の溝121内に埋設されないため、リーク電流発生の抑制効果が大きくなる。
Therefore, after forming the p-
また、実施の形態3においては、第1の溝121の形成時に中間反射層112がセル内において分離されるため中間反射層112を分離するための独立した工程が不要であり、工程数を増やすことなく中間反射層112によるリーク電流の発生を抑制することができる。
In the third embodiment, since the intermediate
なお、モジュール30は第1光電変換ユニット103と第2光電変換ユニット105との2つの光電変換ユニットが積層された構成とされているが、光電変換ユニットの積層数はこれに限定されない、すなわち、3つ以上の光電変換ユニットを積層した積層構造を採用してもよい。
The module 30 has a configuration in which two photoelectric conversion units of the first
図8は、モジュール30の変形例であるモジュール40の構成を示す断面図である。モジュール40は、図1−1に示す平面構成を有する。また、図8は、図1−1の線分A−A’方向における要部断面図である。図8に示すように、モジュール40は、透光性絶縁基板101上に形成された短冊状(矩形状)のセルC4を複数備え、これらのセルC4が電気的に直列に接続された構造を有する。なお、上記の実施の形態と同様の構成については、同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a module 40 that is a modification of the module 30. The module 40 has a planar configuration shown in FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part in the direction of the line A-A ′ in FIG. As shown in FIG. 8, the module 40 includes a plurality of strip-shaped (rectangular) cells C4 formed on the light-transmitting
セルC4は、セルC3の構成において第2光電変換ユニット105にバッファ層111を適用した第2光電変換ユニット105’を有する。すなわち、モジュール40は、実施の形態2の場合と同様に、第1の溝121を形成する直前に酸化膜からなるバッファ層111を形成する方法によって形成されている。これにより、第1の溝121を形成する工程中に生じるp型半導体層105aの酸化を抑制することができ、酸化に起因したp型半導体層105aの導電率の低下を回避することができる。
The cell C4 includes a second photoelectric conversion unit 105 'in which the
図9は、モジュール30の変形例であるモジュール50の構成を示す断面図である。モジュール50は、図1−1に示す平面構成を有する。また、図9は、図1−1の線分A−A’方向における要部断面図である。図9に示すように、モジュール50は、透光性絶縁基板101上に形成された短冊状(矩形状)のセルC5を複数備え、これらのセルC5が電気的に直列に接続された構造を有する。なお、上記の実施の形態と同様の構成については、同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a module 50 that is a modification of the module 30. The module 50 has a planar configuration shown in FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of the main part in the direction of line A-A ′ in FIG. As shown in FIG. 9, the module 50 includes a plurality of strip-shaped (rectangular) cells C5 formed on a light-transmitting
セルC5は、セルC3において第2光電変換ユニット105の後段側に中間反射層113と第3光電変換ユニット106を挿入した構成を有する。中間反射層113は、中間反射層112と同様に光透過性および光反射性の双方を有し、且つ導電性を有する。第3光電変換ユニット106は、pn接合またはpin接合を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が1層以上積層されて構成される。第3光電変換ユニット106は、図9に示すように、中間反射層113側からp型半導体層106a、i型(真性)光電変換層106b、n型半導体層106cを備えている。ここで、p型半導体層106aは導電性を有するが、i型(真性)光電変換層106bは導電性を有していない。
The cell C5 has a configuration in which the
モジュール50においては、第1の溝121内に導電性を持たないi型(真性)光電変換層であるi型光電変換層106bが埋設されている。すなわち、裏面電極層104と接触する最上層の光電変換ユニットである第3光電変換ユニット106のp型半導体層106aを形成した後に第1の溝121を形成して該第1の溝121内にi型光電変換層106bを埋設することにより、リークを生じさせる導電性の膜が第1の溝121内に埋設されないため、良好なリーク電流発生の抑制効果を得ることができる。
In the module 50, an i-type
上述した実施の形態において説明したように、シングル型の薄膜太陽電池の場合は、透明電極層102と光電変換ユニットのp型半導体層とが一括除去されて第1の溝121が形成され、該第1の溝121には光電変換ユニットのi型光電変換層が埋設される。これにより、簡便な方法で安価に、光電変換電流が第2の溝122の側壁を介して第2の溝122内に埋設された裏面電極層104に漏れることを抑制して、光電変換効率を向上させることができる。
As described in the above-described embodiment, in the case of a single-type thin film solar cell, the
また、光入射側から2段(光入射側から前段、後段)の光電変換ユニットとが積層された積層型の薄膜太陽電池の場合は、透明電極層102と前段の光電変換ユニットの全層の一部と後段の光電変換ユニットのp型半導体層の一部とが一括除去されて第1の溝121が形成され、該第1の溝121に後段の光電変換ユニットのi型光電変換層が埋設される。これにより、簡便な方法で安価に、光電変換電流が第2の溝122の側壁を介して第2の溝122内に埋設された裏面電極層104に漏れることを抑制して、光電変換効率を向上させることができる。
Further, in the case of a stacked thin film solar cell in which two stages of photoelectric conversion units from the light incident side (front and rear stages from the light incident side) are stacked, the
また、光電変換ユニットが3段(光入射側から前段、中段、後段)とされる積層型の薄膜太陽電池の場合は、後段の光電変換ユニットのp型半導体層の形成後に、後段の光電変換ユニットのp型半導体層から透明電極層102までの各層の一部が一括除去されて第1の溝121が形成され、該第1の溝121には後段の光電変換ユニットのi型光電変換層が埋設される。また、中段の光電変換ユニットのp型半導体層の形成後に、中段の光電変換ユニットのp型半導体層から透明電極層102までの各層の一部が一括除去されて第1の溝121が形成され、第1の溝121には中段の光電変換ユニットのi型光電変換層が埋設されてもよい。これにより、簡便な方法で安価に、光電変換電流が第2の溝122の側壁を介して第2の溝122内に埋設された裏面電極層104に漏れることを抑制して、光電変換効率を向上させることができる。
In the case of a stacked thin film solar cell having three stages of photoelectric conversion units (front, middle, and rear from the light incident side), after the formation of the p-type semiconductor layer of the subsequent photoelectric conversion unit, the subsequent photoelectric conversion is performed. Part of each layer from the p-type semiconductor layer of the unit to the
また、最上層(裏面電極層104側)の光電変換ユニットにおける光電変換層が微結晶シリコンにより形成されている場合は、溝121内に埋設される部分の光電変換層は下地や形状の影響を受けるため結晶化率などの膜質が悪化する。このため、光照射時においても導電性が低くなり、リーク電流発生の抑制効果は高くなる。
In addition, when the photoelectric conversion layer in the photoelectric conversion unit on the uppermost layer (on the
以上のように、本発明にかかる薄膜光電変換装置は、分離溝の側壁を介した電流リークの発生が防止された薄膜光電変換装置を簡便な方法で安価に実現する場合に有用である。 As described above, the thin film photoelectric conversion device according to the present invention is useful when a thin film photoelectric conversion device in which the occurrence of current leakage through the side wall of the separation groove is prevented is realized by a simple method at low cost.
10、20、30、40、50 薄膜太陽電池モジュール(モジュール)
101 透光性絶縁基板
102 透明電極層
103、103’ 光電変換ユニット
103a p型半導体層
103b i型(真性)光電変換層
103c n型半導体層
104 裏面電極層
105、105’ 光電変換ユニット
105a p型半導体層
105b i型(真性)光電変換層
105c n型半導体層
106 光電変換ユニット
106a p型半導体層
106b i型(真性)光電変換層
106c n型半導体層
111 バッファ層
112、113 中間反射層
121 第1の溝
122 第2の溝
123 第3の溝
C1、C2、C3、C4、C5 薄膜太陽電池セル(セル)
10, 20, 30, 40, 50 Thin film solar cell module (module)
DESCRIPTION OF
Claims (9)
隣接する第1および第2の前記光電変換セルにおいて、
前記第1光電変換セルの前記第1電極層は、前記所定の方向において前記第2光電変換セルの前記第2電極層と重複する領域内まで延在した延在部を有し、
前記第2光電変換セルの前記第2電極層は、前記第2光電変換セルの前記光電変換ユニットを貫通して埋設されるとともに前記第2光電変換セルの前記光電変換ユニット上の前記第2電極層と前記延在部とを電気的に接続する接続部を有し、
前記第2光電変換セルは、前記所定の方向において前記接続部の前記第1光電変換セルと反対側に設けられ何れかの前記光電変換ユニットの前記p型半導体層から前記第1電極層までの各層を貫通して該各層を前記所定の方向において分離する溝部を有し、少なくとも前記溝部の側壁が前記i型光電変換層で覆われていること、
を特徴とする薄膜光電変換装置。 One or more photoelectric elements that perform photoelectric conversion by having a light-transmitting first electrode layer, a p-type semiconductor layer, an i-type photoelectric conversion layer, and an n-type semiconductor layer in this order on a light-transmitting insulating substrate. A thin film photoelectric conversion device in which a plurality of photoelectric conversion cells having a conversion unit and a second electrode layer in this order are arranged in parallel in a predetermined direction, and the adjacent photoelectric conversion cells are electrically connected in series. There,
In the adjacent first and second photoelectric conversion cells,
The first electrode layer of the first photoelectric conversion cell has an extending portion that extends to a region overlapping with the second electrode layer of the second photoelectric conversion cell in the predetermined direction,
The second electrode layer of the second photoelectric conversion cell is embedded through the photoelectric conversion unit of the second photoelectric conversion cell and the second electrode on the photoelectric conversion unit of the second photoelectric conversion cell. A connecting portion for electrically connecting the layer and the extending portion;
The second photoelectric conversion cell is provided on the opposite side of the connection portion from the first photoelectric conversion cell in the predetermined direction, and extends from the p-type semiconductor layer of any one of the photoelectric conversion units to the first electrode layer. Having a groove portion that penetrates each layer and separates each layer in the predetermined direction, and at least a sidewall of the groove portion is covered with the i-type photoelectric conversion layer;
A thin film photoelectric conversion device.
を特徴とする請求項1に記載の薄膜光電変換装置。 The groove portion penetrates each layer from the p-type semiconductor layer to the first electrode layer of the photoelectric conversion unit located closest to the second electrode layer, and separates the layers in the predetermined direction;
The thin film photoelectric conversion device according to claim 1.
を特徴とする請求項2に記載の薄膜光電変換装置。 The photoelectric conversion unit located closest to the second electrode layer among the photoelectric conversion units separated by the groove is provided between the p-type semiconductor layer and the i-type photoelectric conversion layer, and is formed by the groove. Comprising a non-conductive layer separated in a predetermined direction;
The thin film photoelectric conversion device according to claim 2.
を特徴とする請求項3に記載の薄膜光電変換装置。 The non-conductive layer is made of a material containing oxygen;
The thin film photoelectric conversion device according to claim 3.
を特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の薄膜光電変換装置。 A plurality of the photoelectric conversion units are stacked, provided between the stacked photoelectric conversion units, have conductivity, and have light transmittance and light reflectivity with respect to light of a predetermined wavelength, and the groove has the predetermined direction. Comprising an intermediate layer separated in
The thin film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein:
前記透光性絶縁基板上に、前記第1電極層を形成する第1工程と、
前記第1電極層上に直接または1以上の前記光電変換ユニットを介して前記p型半導体層を形成する第2工程と、
前記第2工程で形成した最上層の前記p型半導体層から前記透光性絶縁基板に達する第1溝部を形成して前記所定の方向において分離された複数の前記透明電極層および前記第1電極層を形成する第3工程と、
少なくとも前記第1溝部の側壁を覆うように前記i型光電変換層を前記第1溝部内および前記最上層のp型半導体層上に形成する第4工程と、
前記i型光電変換層上に前記n型半導体層を形成する第5工程と、
前記第4工程で形成した前記n型半導体層から前記第1電極層に達する第2溝部を前記第1溝部と異なる位置に形成する第6工程と、
前記第2溝部内において前記第1電極層と電気的に接続するように前記第2溝部の前記第1溝部と反対側の位置において前記光電変換セル毎に分離された前記第2電極層を前記第2溝部内および前記n型半導体層上に形成する第7工程と、
を含むこと、
を特徴とする薄膜光電変換装置の製造方法。 One or more light-transmitting first electrode layers, a p-type semiconductor layer, an i-type photoelectric conversion layer, and an n-type semiconductor layer are provided in this order on the light-transmitting insulating substrate. A plurality of photoelectric conversion cells in which a photoelectric conversion unit and a second electrode layer are stacked in this order are arranged in parallel in a predetermined direction, and the adjacent thin-film solar cells are electrically connected in series. A method of manufacturing a thin film photoelectric conversion device,
A first step of forming the first electrode layer on the translucent insulating substrate;
A second step of forming the p-type semiconductor layer on the first electrode layer directly or via one or more photoelectric conversion units;
A plurality of the transparent electrode layers and the first electrodes separated in the predetermined direction by forming a first groove portion reaching the translucent insulating substrate from the uppermost p-type semiconductor layer formed in the second step A third step of forming a layer;
A fourth step of forming the i-type photoelectric conversion layer in the first groove and on the uppermost p-type semiconductor layer so as to cover at least a side wall of the first groove;
A fifth step of forming the n-type semiconductor layer on the i-type photoelectric conversion layer;
A sixth step of forming a second groove portion reaching the first electrode layer from the n-type semiconductor layer formed in the fourth step at a position different from the first groove portion;
The second electrode layer separated for each of the photoelectric conversion cells at the position opposite to the first groove portion of the second groove portion so as to be electrically connected to the first electrode layer in the second groove portion. A seventh step of forming in the second groove and on the n-type semiconductor layer;
Including
A method of manufacturing a thin film photoelectric conversion device characterized by the above.
前記第3工程では、前記第1溝部として前記非導電性層から前記透光性絶縁基板に達する溝部を形成すること、
を特徴とする請求項6に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。 In the second step, a non-conductive layer is formed on the uppermost p-type semiconductor layer,
In the third step, forming a groove reaching the light-transmissive insulating substrate from the nonconductive layer as the first groove,
A method for producing a thin film photoelectric conversion device according to claim 6.
を特徴とする請求項7に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。 The non-conductive layer is made of a material containing oxygen;
The manufacturing method of the thin film photoelectric conversion apparatus of Claim 7 characterized by these.
前記第3工程では、前記第1溝部により前記中間層を前記所定の方向において分離すること、
を特徴とする請求項6〜8のいずれか1つに記載の薄膜光電変換装置の製造方法。 In the second step, an intermediate layer having electrical conductivity and light transmittance and light reflectivity with respect to light of a predetermined wavelength is formed between the photoelectric conversion units laminated,
In the third step, the intermediate layer is separated in the predetermined direction by the first groove portion;
The method for producing a thin-film photoelectric conversion device according to claim 6, wherein:
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KR20140101491A (en) * | 2013-02-08 | 2014-08-20 | 엘지전자 주식회사 | Solar cell |
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- 2010-11-25 JP JP2010262770A patent/JP2012114292A/en active Pending
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