JP2012114404A - Method and apparatus of manufacturing thin film solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜太陽電池の製造方法、及びその方法の実施のための製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film solar cell and a manufacturing apparatus for carrying out the method.
薄膜太陽電池の製造過程では、基板上に積層膜、即ち第一の電極膜、発電層(光電変換層、光吸収層)及び第二の電極膜を製膜する。シリコン系太陽電池であれば、透明基板上に透明導電膜、シリコン膜、裏面電極膜をこの順に重ねることが多い。CIGS系(または、CIS系、カルコパイライト系)太陽電池であれば、基板上に裏面電極膜、CIGS膜、透明導電膜をこの順に重ねることが通例である。 In the manufacturing process of the thin film solar cell, a laminated film, that is, a first electrode film, a power generation layer (a photoelectric conversion layer, a light absorption layer), and a second electrode film are formed on a substrate. In the case of a silicon-based solar cell, a transparent conductive film, a silicon film, and a back electrode film are often stacked in this order on a transparent substrate. In the case of a CIGS (or CIS, chalcopyrite) solar cell, it is usual to stack a back electrode film, a CIGS film, and a transparent conductive film on the substrate in this order.
従来の製造手順では、まず、基板上に第一の電極膜を製膜し、この電極膜にレーザ光を照射してこれを除去、膜をセル単位に分割する分離溝を形成する(P1加工)。次いで、第一の電極膜の上に発電層を製膜し、この発電層にレーザ光を照射してこれを除去、分離溝を形成する(P2加工)。先に第一の電極膜に形成した分離溝内には、発電層の構成材料が入り込む。さらに、発電層の上に第二の電極膜を製膜し、発電層にレーザ光を照射して発電層もろとも第二の電極膜を除去、分離溝を形成する(P3加工)。先に発電層に形成した分離溝内には、第二の電極膜の構成材料が入り込む。以上を経て、光起電力素子として機能する複数のセルを直列に接続した構造が完成する(例えば、下記特許文献を参照)。 In the conventional manufacturing procedure, first, a first electrode film is formed on a substrate, this electrode film is irradiated with a laser beam to remove it, and a separation groove for dividing the film into cell units is formed (P1 processing). ). Next, a power generation layer is formed on the first electrode film, and this power generation layer is irradiated with a laser beam to remove it and form a separation groove (P2 processing). The constituent material of the power generation layer enters the separation groove previously formed in the first electrode film. Further, a second electrode film is formed on the power generation layer, and the power generation layer is irradiated with laser light to remove the second electrode film together with the power generation layer, thereby forming a separation groove (P3 processing). The constituent material of the second electrode film enters the separation groove previously formed in the power generation layer. Through the above, a structure in which a plurality of cells functioning as photovoltaic elements are connected in series is completed (see, for example, the following patent document).
前記手順によれば、レーザ加工工程が少なくとも三回(P1、P2及びP3)訪れ、かつこれらレーザ加工工程間に発電層の製膜工程及び第二の電極膜の製膜工程が介在することとなる。従って、太陽電池製造ラインには、P1加工を行うレーザ加工機、蒸着装置、P2加工を行うレーザ加工機、蒸着装置、P3加工を行うレーザ加工機というように、少なくとも三基のレーザ加工機を配設する必要があった。 According to the above procedure, the laser processing step is visited at least three times (P1, P2 and P3), and the power generation layer forming step and the second electrode film forming step are interposed between these laser processing steps. Become. Therefore, the solar cell production line includes at least three laser processing machines such as a laser processing machine that performs P1 processing, a vapor deposition apparatus, a laser processing machine that performs P2 processing, a vapor deposition apparatus, and a laser processing machine that performs P3 processing. It was necessary to arrange.
また、製造した薄膜太陽電池製品において、セルとセルとの境界領域は、光起電力素子として機能しない非発電領域となる。具体的には、P1加工で形成した分離溝から、P2加工で形成した分離溝を跨いで、P3加工で形成した分離溝に至る範囲が該当する。薄膜太陽電池製品の発電効率を高めるには、この非発電領域を狭めることが不可欠である。しかし、非発電領域を狭めるためには、P1、P2及びP3加工において形成する三本の分離溝の溝幅をより細く、そして各分離溝間の距離をより小さく詰めなければならない。これにはレーザ加工精度を飛躍的に高めなくてはならないという難点があり、実現は容易ではない。 Moreover, in the manufactured thin film solar cell product, the boundary region between the cells is a non-power generation region that does not function as a photovoltaic element. Specifically, the range from the separation groove formed by P1 processing to the separation groove formed by P3 processing across the separation groove formed by P2 processing corresponds. In order to increase the power generation efficiency of thin film solar cell products, it is essential to narrow this non-power generation region. However, in order to narrow the non-power generation region, it is necessary to narrow the width of the three separation grooves formed in the P1, P2, and P3 processing, and to reduce the distance between the separation grooves. This has the drawback that the laser processing accuracy must be drastically improved, and it is not easy to realize.
本発明は、製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らせる、及び/または、発電効率の向上を見込めるような、新たな薄膜太陽電池の製造プロセスを提供しようとするものである。 The present invention aims to provide a new thin-film solar cell manufacturing process that can reduce the number of laser processing machines to be arranged in a production line and / or improve power generation efficiency.
本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法は、基板上の第一の電極膜、発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成するレーザ加工工程と、レーザ加工工程にて形成した分離溝の一方側の側縁部において第一の電極膜及び発電層を被覆する絶縁体を塗布する絶縁処理工程と、絶縁処理工程にて塗布した絶縁体に重ねて、分離溝の一方側の側縁部に位置する第二の電極膜と分離溝の他方側の側縁部に位置する第一の電極膜とを電気的に短絡する導電体を塗布する短絡処理工程とを具備する。 The method for manufacturing a thin film solar cell according to the present invention includes a laser processing step for forming a separation groove that divides a first electrode film, a power generation layer, and a second electrode film on a substrate into cell units, and a laser processing step. An insulating treatment step of applying an insulator covering the first electrode film and the power generation layer at one side edge of the formed separation groove, and one of the separation grooves overlaid on the insulator applied in the insulation treatment step A short-circuit treatment step of applying a conductor that electrically short-circuits the second electrode film located on the side edge portion on the side and the first electrode film located on the side edge portion on the other side of the separation groove. .
本製造方法によれば、第一の電極膜、発電層及び第二の電極膜の製膜工程をレーザ加工工程の前に配置することができる。つまり、レーザ加工工程の間に製膜工程を挟まなくてよくなる。結果、太陽電池製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことが可能となる。 According to this manufacturing method, the film forming process of the first electrode film, the power generation layer, and the second electrode film can be arranged before the laser processing process. That is, it is not necessary to sandwich a film forming process between laser processing processes. As a result, it is possible to reduce the number of laser processing machines to be arranged in the solar cell production line.
さらには、第一の電極膜を分割する分離溝、発電層を分割する分離溝及び第二の電極膜を分割する分離溝を一括に形成できることから、セルとセルとの境界領域に所在する分離溝の本数が一本となり、薄膜太陽電池製品における非発電領域を狭めることが容易になる。 Furthermore, since the separation groove that divides the first electrode film, the separation groove that divides the power generation layer, and the separation groove that divides the second electrode film can be formed at a time, the separation located in the boundary region between the cells is separated. The number of grooves becomes one, and it becomes easy to narrow the non-power generation region in the thin-film solar cell product.
前記絶縁処理工程では、前記絶縁体にレーザ光を照射して絶縁体の焼成、焼結、乾燥または硬化を行うことが好ましい。 In the insulating treatment step, it is preferable that the insulator is irradiated with laser light to be fired, sintered, dried or cured.
また、前記短絡処理工程にて導電体を塗布する際、その導電体が前記分離溝の他方側の側縁部に位置する第二の電極膜に短絡してしまうことがあり得る。さすれば、セルとセルとを直列接続する構造が損なわれ、発電性能が損なわれる。そこで、短絡処理工程にて、必要に応じ、前記導電体と前記分離溝の他方側の側縁部に位置する第二の電極膜との短絡を断絶する凹溝を形成することが好ましい。 Moreover, when apply | coating a conductor in the said short circuit process process, the conductor may short-circuit to the 2nd electrode film located in the side edge part of the other side of the said isolation | separation groove | channel. If it does so, the structure which connects a cell and a cell in series will be impaired, and electric power generation performance will be impaired. Therefore, in the short-circuiting process, it is preferable to form a concave groove that cuts off the short-circuit between the conductor and the second electrode film located on the other side edge of the separation groove, if necessary.
前記絶縁処理工程にて、前記レーザ加工工程で形成した分離溝の略全域を埋めるように絶縁体を塗布し、前記短絡処理工程にて、前記絶縁体を切削して凹溝を形成しこの凹溝内に前記分離溝の他方側の側縁部に位置する第一の導電膜を露出させるとともに、この凹溝を介して前記導電体を前記第一の導電膜に短絡させるようにすれば、絶縁体及び導電体のそれぞれの塗布位置の制御に対する要求精度が低下する。 In the insulation treatment step, an insulator is applied so as to fill substantially the entire separation groove formed in the laser processing step, and in the short-circuit treatment step, the insulator is cut to form a concave groove. If the first conductive film located on the other side edge of the separation groove is exposed in the groove, and the conductor is short-circuited to the first conductive film through the concave groove, The required accuracy for controlling the application positions of the insulator and the conductor is lowered.
あるいは、前記絶縁処理工程にて、前記レーザ加工工程で形成した分離溝の略全域を埋めるように絶縁体を塗布し、前記短絡処理工程にて、前記分離溝の他方側の側縁部に位置する発電層及び第二の導電膜を切削して凹溝を形成しこの凹溝内に前記分離溝の他方側の側縁部に位置する第一の導電膜を露出させるとともに、この凹溝を介して前記導電体を前記第一の導電膜に短絡させるようにしてもよい。 Alternatively, in the insulating treatment step, an insulator is applied so as to fill substantially the entire separation groove formed in the laser processing step, and in the short-circuiting step, the insulating groove is positioned on the other side edge portion of the separation groove. The power generation layer and the second conductive film are cut to form a concave groove, and the first conductive film located at the side edge portion on the other side of the separation groove is exposed in the concave groove. The conductor may be short-circuited to the first conductive film.
本製造方法を実施するための製造装置としては、基板上の第一の電極膜、発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成するレーザ加工工程用のレーザ光照射手段と、レーザ加工工程にて形成した分離溝の一方側の側縁部において第一の電極膜及び発電層を被覆する絶縁体を塗布する絶縁処理工程用の塗布手段と、絶縁処理工程にて塗布した絶縁体に重ねて、分離溝の一方側の側縁部に位置する第二の電極膜と分離溝の他方側の側縁部に位置する第一の電極膜とを電気的に短絡する導電体を塗布する短絡処理工程用の塗布手段とを具備するものが考えられる。このような製造装置であれば、レーザ加工加工工程、絶縁処理工程及び短絡処理工程をまとめて実行することが可能である。 As a manufacturing apparatus for carrying out this manufacturing method, a laser beam irradiation means for a laser processing step for forming a separation groove that divides a first electrode film, a power generation layer and a second electrode film on a substrate into cell units. And an application means for applying an insulating process for applying an insulator covering the first electrode film and the power generation layer at one side edge of the separation groove formed in the laser processing process, and applying in the insulating process process. Conductive to electrically short-circuit the second electrode film located at one side edge of the separation groove and the first electrode film located at the other side edge of the separation groove, overlaid on the insulator The thing provided with the application means for the short circuit process process which apply | coats a body is considered. With such a manufacturing apparatus, it is possible to execute a laser processing step, an insulation treatment step, and a short-circuit treatment step collectively.
前記製造装置は、前記絶縁処理工程にて前記絶縁体にレーザ光を照射して絶縁体の焼成、焼結、乾燥または硬化を行うレーザ光照射手段を具備することが好ましい。 It is preferable that the manufacturing apparatus includes a laser beam irradiation unit that irradiates the insulator with a laser beam in the insulating treatment step to perform firing, sintering, drying, or curing of the insulator.
前記製造装置は、前記短絡処理工程にて前記導電体と前記分離溝の他方側の側縁部に位置する第二の電極膜との短絡を断絶する凹溝を形成するレーザ光照射手段を具備するものであってもよい。 The manufacturing apparatus includes a laser beam irradiation unit that forms a concave groove that cuts off a short circuit between the conductor and the second electrode film located on the other side edge of the separation groove in the short-circuiting process. You may do.
前記製造装置は、前記短絡処理工程にて前記絶縁体を切削して凹溝を形成しこの凹溝内に前記分離溝の他方側の側縁部に位置する第一の導電膜を露出させるレーザ光照射手段を具備するものであってもよい。 The manufacturing apparatus is a laser that cuts the insulator in the short-circuit processing step to form a groove, and exposes the first conductive film located on the other side edge of the separation groove in the groove. A light irradiation means may be provided.
あるいは、前記製造装置が、前記短絡処理工程にて前記分離溝の他方側の側縁部に位置する発電層及び第二の導電膜を切削して凹溝を形成するレーザ光照射手段を具備していてもよい。 Alternatively, the manufacturing apparatus includes laser light irradiation means for cutting the power generation layer and the second conductive film located on the other side edge of the separation groove in the short-circuit processing step to form a concave groove. It may be.
本発明によれば、薄膜太陽電池の製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことができ、及び/または、薄膜太陽電池製品の発電効率の向上を見込める。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the number of the laser processing machines which should be arrange | positioned in the manufacturing line of a thin film solar cell can be reduced, and / or the improvement of the electric power generation efficiency of a thin film solar cell product can be anticipated.
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。以下に述べる各実施形態は、主としてシリコン系薄膜太陽電池の製造を念頭に置いている。但し、CIGS系や有機薄膜系等の太陽電池の製造に本発明を適用することを妨げるものではない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each of the embodiments described below is primarily intended for the production of silicon-based thin film solar cells. However, it does not prevent application of the present invention to the manufacture of solar cells such as CIGS type and organic thin film type.
<第一実施形態>図1ないし図7に示す本実施形態の薄膜太陽電池の製造方法には、以下の工程が含まれる。
(a)透明導電膜の製膜
(b)シリコン膜の製膜
(c)裏面電極膜の製膜
(d)透明導電膜、シリコン膜及び裏面電極膜の分離溝形成
(e)分離溝内での透明導電膜と裏面電極膜との間の絶縁
(f)分離溝内での透明導電膜と裏面電極膜との間の短絡
図1に示すように、製膜工程(a)では、第一の電極膜たる透明導電膜1(特に、TCO膜)を、CVD法等により透明基板0上に蒸着する。但し、今日では、太陽電池等の製造用に予め透明導電膜1が製膜されたガラス基板が市販されている。そのような基板を入手できる場合、(a)の工程は省略することができる。
<First Embodiment> The method of manufacturing a thin film solar cell of this embodiment shown in FIGS. 1 to 7 includes the following steps.
(A) Film formation of transparent conductive film (b) Film formation of silicon film (c) Film formation of back electrode film (d) Separation groove formation of transparent conductive film, silicon film and back electrode film (e) In the separation groove Insulation between the transparent conductive film and the back electrode film (f) Short circuit between the transparent conductive film and the back electrode film in the separation groove As shown in FIG. A transparent conductive film 1 (in particular, a TCO film) as an electrode film is deposited on the
製膜工程(b)では、発電層たるシリコン膜2(非晶質半導体膜、非晶質半導体膜と微結晶半導体膜との重層等)を、CVD法等により透明導電膜1上に蒸着する。このとき、シリコン膜2の構成材料が、先に透明導電膜1に形成した分離溝11内に入り込む。
In the film forming step (b), a silicon film 2 (an amorphous semiconductor film, a multilayer of an amorphous semiconductor film and a microcrystalline semiconductor film) as a power generation layer is deposited on the transparent
製膜工程(c)では、第二の電極膜たる裏面電極膜(特に、メタル膜)3を、スパッタリング法等によりシリコン膜2上に蒸着する。
In the film forming step (c), a back electrode film (particularly a metal film) 3 as a second electrode film is deposited on the
図2に示すように、レーザ加工工程(d)では、レーザ光41、42を照射して、透明導電膜1、シリコン膜2及び裏面電極膜3をセル単位に分割する複数本の分離溝11、21を切削形成する。レーザ光41、42は、例えば波長1064nmの近赤外レーザや、波長532nmの第二高調波可視光(緑色)レーザとする。レーザ光41、42は、透明基板0側から、透明基板0を透過させて照射する。波長1064nmのレーザ光41は、主として透明導電膜11を切削する。翻って、波長532nmのレーザ光42は、透明導電膜1には殆ど吸収されず、専らシリコン層2に吸収される。レーザ光42のエネルギを吸収したシリコン膜2は、その上に重なっている裏面電極膜3もろとも吹き飛ぶ。よって、裏面電極膜3とシリコン膜2とをともに貫く深底の分離溝21が、一括に形成されることとなる。裏面電極膜3及びシリコン膜を貫く分離溝21の溝幅は、透明導電膜1に形成されこれに連通する分離溝11の溝幅よりも大きい。波長532nmのレーザ光42の照射位置(または、レーザ光軸)は、波長1064nmのレーザ光41のそれに重ね合わせる。レーザ光41とレーザ光42とは、同時に照射することも、何れか一方を先に照射して他方を後に照射することもできる。分離溝11、21を形成するためのレーザ光を、裏面電極膜3側から照射しても構わない。
As shown in FIG. 2, in the laser processing step (d), a plurality of
図3に示すように、絶縁処理工程(e)では、(d)で形成した分離溝11、21の一方側(図中右方。以下同じ)の側縁部において、透明導電膜1及びシリコン膜2を被覆する絶縁体6を塗布する。絶縁体6は、分離溝21の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3と、分離溝11の同じ側の側縁部に位置する透明導電膜1との電気的な短絡を阻止するためのものである。絶縁体6の塗布は、液体吐出装置であるディスペンサやインクジェットノズル(ヘッド)等81を塗布手段として用いて行う。この塗布手段は、裏面電極膜3側から液体またはペースト状の絶縁体6を分離溝11、21内に向けて吐出する。吐出された絶縁体6は、一部が分離溝11内に入り込み、残りが分離溝21の一方側の側縁部に位置するシリコン膜2の上を覆う。分離溝11に入り込んだ絶縁体6は、図3中右方に示しているように、分離溝11を完全に埋めてしまってもよいし、図3中左方に示しているように、分離溝11を完全には埋めない状態となってもよい。
As shown in FIG. 3, in the insulating treatment step (e), the transparent
その後、塗布した絶縁体6を硬化させる。図4に示すように、本実施形態では、絶縁体6にレーザ光43を照射することで、この絶縁体6を焼成(または、焼結)することとしている。レーザ光43は、例えば波長1064nmの近赤外レーザや、波長532nmの第二高調波可視光レーザ、波長10.6μmの炭酸ガスレーザの如き長波長のレーザ等とする。このレーザ光43は、図4中左方に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、図4中右方に示しているように裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。
Thereafter, the applied
図5に示すように、短絡処理工程(f)では、(e)で塗布した絶縁体6に重ねて、当該絶縁体6を被覆する導電体7(特に、銀)を塗布する。導電体7は、分離溝21の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3と、分離溝11の他方側(図中左方。以下同じ)の側縁部に位置する透明導電膜1とを電気的に短絡するためのものである。導電体7の塗布もまた、液体吐出装置であるディスペンサやインクジェットノズル等82を塗布手段として用いて行う。この塗布手段は、裏面電極膜3側から液体またはペースト状の導電体7を分離溝21内に向けて吐出する。吐出された導電体7は、絶縁体6に覆い被さるようにして、分離溝21の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3に接する。さらに、導電体7は、図5中右方に示しているように、分離溝11の他方側の側縁部に位置する透明電極膜1に覆い被さることでこれに接するか、あるいは図5中左方に示しているように、分離溝11内に入り込むことで分離溝11の他方側の側縁部に位置する透明電極膜1に接する。何れにせよ、分離溝21の他方側の側縁部に位置する裏面電極膜3と導電体7との間には間隙を形成して、両者が短絡しないよう保つ必要がある。
As shown in FIG. 5, in the short-circuit treatment step (f), a conductor 7 (particularly, silver) that covers the
その後、塗布した導電体7を硬化させる。図6に示すように、本実施形態では、導電体7にレーザ光44を照射することで、この導電体7を焼成(または、焼結)することとしている。レーザ光44は、例えば波長1064nmの近赤外レーザや、波長532nmの第二高調波可視光レーザとする。このレーザ光44は、図6中左方に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、図6中右方に示しているように裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。
Thereafter, the applied
以上の工程(a)ないし(f)を経て、図7中矢印で表しているように、(f)で塗布した導電体7を通じた電荷の通り道が完成する。非発電領域は、(d)で形成した分離溝21の溝幅の範囲となる。
Through the above steps (a) to (f), as shown by arrows in FIG. 7, a path for electric charges through the
本実施形態の製造方法に含まれる工程(d)ないし(f)は、一基の製造装置によって実施することが可能である。レーザ加工工程(d)、絶縁処理工程(e)及び短絡処理工程(f)を実施するための製造装置は、透明導電膜1、シリコン膜2及び裏面電極膜3に分離溝11、21を形成するレーザ光41、42を照射する分離溝11、21形成用のレーザ光照射手段と、形成した分離溝11、21の一方側の側縁部において透明導電膜1及びシリコン膜2を被覆する絶縁体6を塗布する絶縁体6の塗布手段と、塗布した絶縁体6を焼成する焼成用のレーザ光照射手段と、焼成した絶縁体6に重ねて分離溝21の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3と分離溝11の他方側の側縁部に位置する透明導電膜1とを電気的に短絡する導電体7を塗布する導電体7の塗布手段とを具備する。
Steps (d) to (f) included in the manufacturing method of the present embodiment can be performed by a single manufacturing apparatus. The manufacturing apparatus for carrying out the laser processing step (d), the insulation treatment step (e) and the short-circuit treatment step (f) forms the
分離溝11、12形成用のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長1064nm及び波長532nm(第二高調波)のパルスレーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるパルスレーザを基板0の被加工面に製膜された積層膜1、2、3に向けて出射させる加工ノズル51とを組み合わせてなる。光学系は、光ファイバ、ミラー、レンズ等の任意の光学要素を用いて構成することができる。既に述べた通り、波長1064nmのレーザ光41は透明導電膜1に分離溝11を切削形成するものであり、波長532nmのレーザ光42は裏面電極膜3及びシリコン膜2を貫く分離溝21を切削形成するものである。波長1064nmのレーザ光41と波長532nmのレーザ光42とは、図2に示しているように同一の加工ノズル51から出射させてもよく、別個の加工ノズルから出射させてもよい。
The laser beam irradiation means for forming the
絶縁体6の塗布手段は、裏面電極膜3側から絶縁体6を分離溝11、21内に向けて吐出する、ディスペンサまたはインクジェットノズル等81を有してなる。
The application means for the
絶縁体6焼成用のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長1064nmまたは532nmのパルスレーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるパルスレーザを基板0の被加工面に塗布された絶縁体6に向けて出射させる加工ノズル52とを組み合わせてなる。これらの光学系及び加工ノズル52は、分離溝11、21形成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル51と共通化しても構わない。
The laser beam irradiation means for firing the
導電体7の塗布手段は、裏面電極膜3側から導電体7を分離溝11、21内に向けて吐出する、ディスペンサまたはインクジェットノズル等82を有してなる。
The means for applying the
導電体7焼成用のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長1064nmまたは532nmのパルスレーザまたはCW(連続波)レーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるレーザを基板0の被加工面に塗布された絶縁体6に向けて出射させる加工ノズル53とを組み合わせてなる。これらの光学系及び加工ノズル53は、分離溝11、21形成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル51や、絶縁体6焼成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル52と共通化しても構わない。
The laser beam irradiation means for firing the
加工ノズル51、52、53、ディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82はそれぞれ、基板0に対して相対変位可能に設ける。典型的には、薄膜1、2、3に形成する分離溝11、21が延伸するY軸方向に往復走行でき、かつY軸方向とは直交するX軸方向(光起電力素子として機能するセルが並ぶ方向、セルとセルとを分かつ分離溝11、21が並ぶ方向)にピッチ送り移動できるリニアモータ台車等に、加工ノズル51、52、53及びディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82を支持させる。分離溝11、21によって多数のセルを区画する都合上、これら加工ノズル51、52、53及びディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82はX軸方向に複数基配列させて設置することが望ましい。因みに、不動の基板0に対して加工ノズル51、52、53及びディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82をX軸方向及び/またはY軸方向に移動させるのに替えて、基板0自体を加工ノズル51、52、53及びディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82に対してX軸方向及び/またはY軸方向に移動させ得る機構を実装することも考えられる。
The processing nozzles 51, 52, 53, dispensers or
本実施形態によれば、基板上0の第一の電極膜1、発電層2及び第二の電極膜3をセル単位に分割する分離溝11、21を形成するレーザ加工工程(d)と、レーザ加工工程にて形成した分離溝11、21の一方側の側縁部において第一の電極膜1及び発電層2を被覆する絶縁体6を塗布する絶縁処理工程(e)と、絶縁処理工程にて塗布した絶縁体6に重ねて、分離溝21の一方側の側縁部に位置する第二の電極膜3と分離溝11の他方側の側縁部に位置する第一の電極膜1とを電気的に短絡する導電体7を塗布する短絡処理工程(f)とを具備する薄膜太陽電池の製造方法を実施することとしたため、第一の電極膜1、発電層2及び第二の電極膜3の製膜工程(a、b、c)をレーザ加工工程(d)の前に配置することができる。つまり、レーザ加工工程の間に製膜工程を挟まなくてよくなる。結果、太陽電池製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことが可能となり、製造ラインが占有するスペースの縮小につながる。製造ラインがシンプルになれば、製造ラインの中途で製品基板0が滞留することが少なくなり、タクトタイムの短縮、製造コストの削減に資する。
According to this embodiment, the laser processing step (d) for forming the
加えて、セルとセルとの境界領域に形成する分離溝11、21の本数が、従来の三本から一本に減少する。これにより、薄膜太陽電池製品における非発電領域を縮小、即ち有効発電領域を拡大して、発電効率を一層向上させることも可能となる。
In addition, the number of
本実施形態の製造方法による留意点としては、短絡処理工程(f)において、塗布する導電体7を分離溝21の他方側の側縁部に位置する第二の電極膜3に短絡させてはならないことが挙げられる。導電体7と分離溝21の他方側の側縁部に位置する第二の電極膜3とが短絡してしまうと、一つのセルにおける第一の電極膜1と第二の電極膜3とが短絡することとなり、当該セルが太陽電池として機能しなくなって発電性能の低下を招くからである。
As a point to be noted with the manufacturing method of the present embodiment, in the short-circuit treatment step (f), the
塗布した導電体7が分離溝21の他方側の側縁部に位置する第二の電極膜3に短絡してしまった場合には、図8に示すように、短絡処理工程(f)の一部として、導電体7と第二の電極膜3との短絡を断絶する凹溝31を形成する追加処置を遂行する。この凹溝31は、短絡箇所における導電体7及び/または第二の導電膜3を切削してなるものである。図示例では、導電体7及び第二の導電膜3だけでなく発電層2をも切削している。凹溝31は、短絡箇所にレーザ光45を照射して形成する。レーザ光45は、例えば波長1064nmの近赤外レーザや、波長532nmの第二高調波可視光レーザとする。このレーザ光45は、図8中左方に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、図8中右方に示しているように裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。
When the applied
レーザ加工装置が具備するべき、凹溝31形成用のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長1064nmまたは532nmのパルスレーザまたは連続波レーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるレーザを導電体7と第二の電極膜3との短絡箇所に向けて出射させる加工ノズル54とを組み合わせてなる。これらの光学系及び加工ノズル54は、分離溝11、21形成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル51や、絶縁体6焼成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル52、及び/または、導電体7焼成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル53と共通化しても構わない。
The laser beam irradiation means for forming the
<第二実施形態>図9ないし図14に示す本実施形態の薄膜太陽電池の製造方法には、以下の工程が含まれる。
(a)透明導電膜の製膜
(b)シリコン膜の製膜
(c)裏面電極膜の製膜
(d)透明導電膜、シリコン膜及び裏面電極膜の分離溝形成
(e’)分離溝内での透明導電膜と裏面電極膜との間の絶縁
(f’)分離溝内での透明導電膜と裏面電極膜との間の短絡
製膜工程(a、b、c)、分離溝を形成するレーザ加工工程(d)については、図1及び図2に示し、第一実施形態の説明にて述べた通りである。
<Second Embodiment> The method for manufacturing a thin-film solar cell of this embodiment shown in FIGS. 9 to 14 includes the following steps.
(A) Film formation of transparent conductive film (b) Film formation of silicon film (c) Film formation of back electrode film (d) Formation of separation groove of transparent conductive film, silicon film and back electrode film (e ') In separation groove Insulation (f ′) between the transparent conductive film and the back electrode film in the short circuit between the transparent conductive film and the back electrode film in the separation groove (a, b, c), forming the separation groove The laser processing step (d) to be performed is as shown in FIGS. 1 and 2 and described in the description of the first embodiment.
図9に示すように、絶縁処理工程(e’)では、(d)で形成した分離溝11、21の一方側の側縁部において、透明導電膜1及びシリコン膜2を被覆する絶縁体6を塗布する。第一実施形態との相異は、第一実施形態では分離溝21の他方側の側縁部と絶縁体6との間に空隙を設けておくのに対し、本実施形態では分離溝21の他方側の側縁部と絶縁体6との間に空隙を設けず、分離溝11、21を絶縁体6によって埋めてしまう点にある。即ち、第一実施形態と比較して、絶縁体6の塗布位置の制御の要求精度が低い。また、絶縁体6が、分離溝11、21の他方側の側縁部において透明導電膜1及びシリコン膜2を覆ってしまってもよい。絶縁体6の塗布は、液体吐出装置であるディスペンサやインクジェットノズル等81を塗布手段として用いて行う。この塗布手段は、裏面電極膜3側から液体またはペースト状の絶縁体6を分離溝11、21内に向けて吐出する。吐出された絶縁体6は、分離溝11、21内に入り込みつつ、分離溝21の両側縁部に位置するシリコン膜2を被覆する。
As shown in FIG. 9, in the insulating treatment step (e ′), the
その後、第一実施形態と同様に、塗布した絶縁体6を硬化させる。図10に示すように、絶縁体6にレーザ光43を照射することで、この絶縁体6を焼成(または、焼結)する。レーザ光43は、図10中左方に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、図10中右方に示しているように裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。
Thereafter, the applied
図11及び図12に示すように、短絡処理工程(f’)では、まず、絶縁体6にレーザ光46を照射して絶縁体6を切削し凹溝61を形成することにより、凹溝61内に分離溝11の他方側の側縁部に位置する透明導電膜1を露出させる。レーザ光46は、例えば波長1064nmの近赤外レーザや、波長532nmの緑色レーザとする。レーザ光46は、図11中左方に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、図11中右方に示しているように裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。加えて、凹溝61は、図11中右方に示しているように絶縁体6のみを切削して形成してもよいし、図11中左方に示しているように絶縁体6とともに透明導電膜1をも切削して形成してもよい。
As shown in FIGS. 11 and 12, in the short-circuit treatment step (f ′), first, the
しかして、凹溝61内及び先に塗布した絶縁体6に重ねて、当該絶縁体6を被覆する導電体7を塗布する。この導電体7は、凹溝61を介して、分離溝21の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3と、分離溝11の他方側の側縁部に位置する(そして、凹溝61内に露出する)透明導電膜1とを電気的に短絡するものとなる。導電体7の塗布は、液体吐出装置であるディスペンサやインクジェットノズル等82を塗布手段として用いて行う。この塗布手段は、裏面電極膜3側から液体またはペースト状の導電体7を分離溝21及び凹溝61内に向けて吐出する。吐出された導電体7は、絶縁体6に覆い被さるようにして、分離溝21の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3に接する。さらに、導電体7は、図12中右方に示しているように、凹溝61の底にある透明電極膜1に覆い被さることでこれに接するか、あるいは図12中左方に示しているように、凹溝61の他方側の側端にある透明電極膜1に接する。何れにせよ、分離溝21の他方側の側縁部に位置する裏面電極膜3と導電体7とが短絡しないように保つ必要はある。
Then, the
その後、塗布した導電体7を硬化させる。図13に示すように、本実施形態では、導電体7にレーザ光44を照射することで、この導電体7を焼成(または、焼結)することとしている。レーザ光44は、例えば波長1064nmの近赤外レーザや、波長532nmの第二高調波可視光レーザとする。このレーザ光44は、図13中左方に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、図13中右方に示しているように裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。
Thereafter, the applied
以上の工程(a)ないし(f’)を経て、図14中矢印で表しているように、(f’)で塗布した導電体7を通じた電荷の通り道が完成する。非発電領域は、(d)で形成した分離溝21の溝幅の範囲となる。
Through the above steps (a) to (f ′), as shown by an arrow in FIG. 14, a path for electric charges through the
本実施形態の製造方法に含まれる工程(d)ないし(f’)は、一基の製造装置によって実施することが可能である。レーザ加工工程(d)、絶縁処理工程(e’)及び短絡処理工程(f’)を実施するための製造装置は、透明導電膜1、シリコン膜2及び裏面電極膜3に分離溝11、21を形成するレーザ光41、42を照射する分離溝11、21形成用のレーザ光照射手段と、形成した分離溝11、21の一方側の側縁部において透明導電膜1及びシリコン膜2を被覆する絶縁体6を塗布する絶縁体6の塗布手段と、塗布した絶縁体6を焼成する焼成用のレーザ光照射手段と、絶縁体6に凹溝61を形成するレーザ光照射手段と、絶縁体6に重ねて分離溝21の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3と分離溝11の他方側の側縁部に位置する透明導電膜1とを電気的に短絡する導電体7を塗布する導電体7の塗布手段とを具備する。
Steps (d) to (f ′) included in the manufacturing method of the present embodiment can be performed by a single manufacturing apparatus. The manufacturing apparatus for carrying out the laser processing step (d), the insulation treatment step (e ′) and the short-circuit treatment step (f ′) has
分離溝11、12形成用のレーザ光照射手段、絶縁体6の塗布手段、絶縁体6焼成用のレーザ光照射手段、導電体7の塗布手段及び導電体7焼成用のレーザ光照射手段はそれぞれ、第一実施形態と同様に構成することができる。
Laser beam irradiating means for forming the
凹溝61形成用のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長1064nmまたは532nmのパルスレーザまたは連続波レーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるレーザを基板0の被加工面に塗布された絶縁体6に向けて出射させる加工ノズル55とを組み合わせてなる。これらの光学系及び加工ノズル55は、分離溝11、21形成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル51や、絶縁体6焼成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル52、及び/または、導電体7焼成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル53と共通化しても構わない。
The laser beam irradiation means for forming the
加工ノズル51、52、53、55、ディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82はそれぞれ、基板0に対して相対変位可能に設ける。典型的には、薄膜1、2、3に形成する分離溝11、21が延伸するY軸方向に往復走行でき、かつY軸方向とは直交するX軸方向にピッチ送り移動できるリニアモータ台車等に、加工ノズル51、52、53、55及びディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82を支持させる。分離溝11、21によって多数のセルを区画する都合上、これら加工ノズル51、52、53、55及びディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82はX軸方向に複数基配列させて設置することが望ましい。因みに、不動の基板0に対して加工ノズル51、52、53、55及びディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82をX軸方向及び/またはY軸方向に移動させるのに替えて、基板0自体を加工ノズル51、52、53、55及びディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82に対してX軸方向及び/またはY軸方向に移動させ得る機構を実装することも考えられる。
The processing nozzles 51, 52, 53, 55, dispensers or
本実施形態によれば、基板上0の第一の電極膜1、発電層2及び第二の電極膜3をセル単位に分割する分離溝11、21を形成するレーザ加工工程(d)と、レーザ加工工程にて形成した分離溝11、21の一方側の側縁部において第一の電極膜1及び発電層2を被覆する絶縁体6を塗布する絶縁処理工程(e’)と、絶縁処理工程にて塗布した絶縁体6に重ねて、分離溝21の一方側の側縁部に位置する第二の電極膜3と分離溝11の他方側の側縁部に位置する第一の電極膜1とを電気的に短絡する導電体7を塗布する短絡処理工程(f’)とを具備する薄膜太陽電池の製造方法を実施することとしたため、第一の電極膜1、発電層2及び第二の電極膜3の製膜工程(a、b、c)をレーザ加工工程(d)の前に配置することができる。つまり、レーザ加工工程の間に製膜工程を挟まなくてよくなる。結果、太陽電池製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことが可能となり、製造ラインが占有するスペースの縮小につながる。製造ラインがシンプルになれば、製造ラインの中途で製品基板0が滞留することが少なくなり、タクトタイムの短縮、製造コストの削減に資する。
According to this embodiment, the laser processing step (d) for forming the
加えて、前記絶縁処理工程(e’)にて、前記レーザ加工工程(d)で形成した分離溝11、21の略全域を埋めるように絶縁体6を塗布し、前記短絡処理工程(f’)にて、前記絶縁体6を切削して凹溝61を形成しこの凹溝61内に前記分離溝11の他方側の側縁部に位置する第一の導電膜1を露出させるとともに、この凹溝61を介して前記導電体7を前記第一の導電膜1に短絡させるようにしているので、ディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82による絶縁体6及び導電体7の塗布位置の制御の精度が必ずしも高くなくても、十分な発電性能を発揮する太陽電池を作製することが可能となる。
In addition, in the insulation treatment step (e ′), an
本実施形態の製造方法による留意点としては、短絡処理工程(f’)において、塗布する導電体7を分離溝21の他方側の側縁部に位置する第二の電極膜3に短絡させてはならないことが挙げられる。導電体7と分離溝21の他方側の側縁部に位置する第二の電極膜3とが短絡してしまうと、一つのセルにおける第一の電極膜1と第二の電極膜3とが短絡することとなり、当該セルが太陽電池として機能しなくなって発電性能の低下を招くからである。
As a point to be noted with the manufacturing method of the present embodiment, in the short-circuit treatment step (f ′), the
塗布した導電体7が分離溝21の他方側の側縁部に位置する第二の電極膜3に短絡してしまった場合には、図15に示すように、短絡処理工程(f’)の一部として、導電体7と第二の電極膜3との短絡を断絶する凹溝31を形成する追加処置を遂行する。この凹溝31は、短絡箇所における導電体7及び/または第二の導電膜3を切削してなるものである。図示例では、導電体7及び第二の導電膜3だけでなく発電層2をも切削している。凹溝31は、短絡箇所にレーザ光45を照射して形成する。レーザ光45は、例えば波長1064nmの近赤外レーザや、波長532nmの第二高調波可視光レーザとする。このレーザ光45は、図15中左方に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、図15中右方に示しているように裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。
When the applied
レーザ加工装置が具備するべき、凹溝31形成用のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長1064nmまたは532nmのパルスレーザまたは連続波レーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるレーザを導電体7と第二の電極膜3との短絡箇所に向けて出射させる加工ノズル54とを組み合わせてなる。これらの光学系及び加工ノズル54は、分離溝形成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル51や、絶縁体6焼成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル52、凹溝61形成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル55、及び/または、導電体7焼成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル53と共通化しても構わない。
The laser beam irradiation means for forming the
<第三実施形態>図16ないし図20に示す本実施形態の薄膜太陽電池の製造方法には、以下の工程が含まれる。
(a)透明導電膜の製膜
(b)シリコン膜の製膜
(c)裏面電極膜の製膜
(d)透明導電膜、シリコン膜及び裏面電極膜の分離溝形成
(e’)分離溝内での透明導電膜と裏面電極膜との間の絶縁
(f’’)分離溝内での透明導電膜と裏面電極膜との間の短絡
製膜工程(a、b、c)、分離溝を形成するレーザ加工工程(d)については、図1及び図2に示し、第一実施形態の説明にて述べた通りである。また、絶縁処理工程(e’)については、図9及び図10に示し、第二実施形態の説明にて述べた通りである。
<Third Embodiment> The method for manufacturing a thin-film solar cell of this embodiment shown in FIGS. 16 to 20 includes the following steps.
(A) Film formation of transparent conductive film (b) Film formation of silicon film (c) Film formation of back electrode film (d) Formation of separation groove of transparent conductive film, silicon film and back electrode film (e ') In separation groove Insulation (f ″) between the transparent conductive film and the back electrode film in the short circuit between the transparent conductive film and the back electrode film in the separation groove (a, b, c), The laser processing step (d) to be formed is as shown in FIGS. 1 and 2 and described in the description of the first embodiment. Further, the insulating treatment step (e ′) is as shown in FIGS. 9 and 10 and described in the description of the second embodiment.
図16及び図17に示すように、短絡処理工程(f’’)では、まず、分離溝21の他方側の側縁部に位置するシリコン膜2及び裏面電極膜3にレーザ光47を照射してシリコン膜2及び裏面電極膜3を切削し凹溝22を形成することにより、この凹溝22内に分離溝11の他方側の側縁部に位置する透明導電膜1を露出させる。レーザ光47は、例えば波長1064nmの近赤外レーザや、波長532nmの緑色レーザとする。レーザ光47は、図16中左方に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、図16中右方に示しているように裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。加えて、凹溝22は、図16中右方に示しているようにシリコン膜2及び裏面電極膜3に限り切削して(透明導電膜1を切削せずに)形成してもよいし、図16中左方に示しているようにシリコン膜2及び裏面電極膜3とともに透明導電膜1をも切削して形成してもよい。
As shown in FIGS. 16 and 17, in the short-circuit processing step (f ″), first, the
しかして、凹溝22内及び先に塗布した絶縁体6に重ねて、当該絶縁体6を被覆する導電体7を塗布する。この導電体7は、凹溝22を介して、分離溝21の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3と、分離溝11の他方側の側縁部に位置する(そして、凹溝22内に露出する)透明導電膜1とを電気的に短絡するものとなる。導電体7の塗布は、液体吐出装置であるディスペンサやインクジェットノズル等82を塗布手段として用いて行う。この塗布手段は、裏面電極膜3側から液体またはペースト状の導電体7を分離溝21及び凹溝22内に向けて吐出する。吐出された導電体7は、絶縁体6に覆い被さるようにして、分離溝21の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3に接する。さらに、導電体7は、図17中右方に示しているように、凹溝22の底にある透明電極膜1に覆い被さることでこれに接するか、あるいは図17中左方に示しているように、凹溝22の他方側の側端にある透明電極膜1に接する。なお、図示例ではそうなっていないが、凹溝22の他方側、即ち分離溝21から遠い側の側縁部に位置する裏面電極膜3と導電体7とが短絡しないように導電体7を塗布してもよい。さすれば、図19に示す凹溝31の切削形成手順が不要となる。
Then, the
その後、塗布した導電体7を硬化させる。図18に示すように、本実施形態では、導電体7にレーザ光44を照射することで、この導電体7を焼成(または、焼結)することとしている。レーザ光44は、例えば波長1064nmの近赤外レーザや、波長532nmの第二高調波可視光レーザとする。このレーザ光44は、図18中左方に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、図18中右方に示しているように裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。
Thereafter, the applied
さらに、塗布した導電体7が凹溝22の他方側の側縁部に位置する第二の電極膜3に短絡してしまっているので、図19に示すように、短絡処理工程(f’’)の一部として、導電体7と第二の電極膜3との短絡を断絶する凹溝31を形成する追加処置を遂行する。この凹溝31は、短絡箇所における導電体7及び/または第二の導電膜3を切削してなるものである。図示例では、導電体7及び第二の導電膜3だけでなく発電層2をも切削している。凹溝31は、短絡箇所にレーザ光45を照射して形成する。レーザ光45は、例えば波長1064nmの近赤外レーザや、波長532nmの第二高調波可視光レーザとする。このレーザ光45は、図19中左方に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、図19中右方に示しているように裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。
Furthermore, since the applied
以上の工程(a)ないし(f’’)を経て、図20中矢印で表しているように、(f’’)で塗布した導電体7を通じた電荷の通り道が完成する。非発電領域は、(d)で形成した分離溝21及び(f’’)で形成した凹溝22の溝幅の範囲となる。
Through the above steps (a) to (f ″), as shown by an arrow in FIG. 20, a path for charges through the
本実施形態の製造方法に含まれる工程(d)ないし(f’’)は、一基の製造装置によって実施することが可能である。レーザ加工工程(d)、絶縁処理工程(e’)及び短絡処理工程(f’’)を実施するための製造装置は、透明導電膜1、シリコン膜2及び裏面電極膜3に分離溝11、21を形成するレーザ光41、42を照射する分離溝11、21形成用のレーザ光照射手段と、形成した分離溝11、21の一方側の側縁部において透明導電膜1及びシリコン膜2を被覆する絶縁体6を塗布する絶縁体6の塗布手段と、塗布した絶縁体6を焼成する焼成用のレーザ光照射手段と、絶縁体6に凹溝22を形成するレーザ光照射手段と、絶縁体6に重ねて分離溝21の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3と分離溝11の他方側の側縁部に位置する透明導電膜1とを電気的に短絡する導電体7を塗布する導電体7の塗布手段とを具備する。
Steps (d) to (f ″) included in the manufacturing method of the present embodiment can be performed by a single manufacturing apparatus. The manufacturing apparatus for carrying out the laser processing step (d), the insulation treatment step (e ′), and the short-circuit treatment step (f ″) includes a
分離溝11、12形成用のレーザ光照射手段、絶縁体6の塗布手段、絶縁体6焼成用のレーザ光照射手段、導電体7の塗布手段及び導電体7焼成用のレーザ光照射手段はそれぞれ、第一実施形態と同様に構成することができる。
Laser beam irradiating means for forming the
凹溝22形成用のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長1064nmまたは532nmのパルスレーザまたは連続波レーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるレーザを基板0の被加工面に塗布された絶縁体6に向けて出射させる加工ノズル56とを組み合わせてなる。これらの光学系及び加工ノズル56は、分離溝11、21形成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル51や、絶縁体6焼成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル52、及び/または、導電体7焼成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル53と共通化しても構わない。
The laser beam irradiation means for forming the
凹溝31形成用のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長1064nmまたは532nmのパルスレーザまたは連続波レーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるレーザを導電体7と第二の電極膜3との短絡箇所に向けて出射させる加工ノズル54とを組み合わせてなる。これらの光学系及び加工ノズル54は、分離溝形成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル51や、絶縁体6焼成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル52、凹溝22形成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル56、及び/または、導電体7焼成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル53と共通化しても構わない。
The laser beam irradiation means for forming the
加工ノズル51、52、53、54、56、ディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82はそれぞれ、基板0に対して相対変位可能に設ける。典型的には、薄膜1、2、3に形成する分離溝11、21が延伸するY軸方向に往復走行でき、かつY軸方向とは直交するX軸方向にピッチ送り移動できるリニアモータ台車等に、加工ノズル51、52、53、54、56及びディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82を支持させる。分離溝11、21によって多数のセルを区画する都合上、これら加工ノズル51、52、53、54、56及びディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82はX軸方向に複数基配列させて設置することが望ましい。因みに、不動の基板0に対して加工ノズル51、52、53、54、56及びディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82をX軸方向及び/またはY軸方向に移動させるのに替えて、基板0自体を加工ノズル51、52、53、54、56及びディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82に対してX軸方向及び/またはY軸方向に移動させ得る機構を実装することも考えられる。
The processing nozzles 51, 52, 53, 54, 56, dispensers or
本実施形態によれば、基板上0の第一の電極膜1、発電層2及び第二の電極膜3をセル単位に分割する分離溝11、21を形成するレーザ加工工程(d)と、レーザ加工工程にて形成した分離溝11、21の一方側の側縁部において第一の電極膜1及び発電層2を被覆する絶縁体6を塗布する絶縁処理工程(e’)と、絶縁処理工程にて塗布した絶縁体6に重ねて、分離溝21の一方側の側縁部に位置する第二の電極膜3と分離溝11の他方側の側縁部に位置する第一の電極膜1とを電気的に短絡する導電体7を塗布する短絡処理工程(f’’)とを具備する薄膜太陽電池の製造方法を実施することとしたため、第一の電極膜1、発電層2及び第二の電極膜3の製膜工程(a、b、c)をレーザ加工工程(d)の前に配置することができる。つまり、レーザ加工工程の間に製膜工程を挟まなくてよくなる。結果、太陽電池製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことが可能となり、製造ラインが占有するスペースの縮小につながる。製造ラインがシンプルになれば、製造ラインの中途で製品基板0が滞留することが少なくなり、タクトタイムの短縮、製造コストの削減に資する。
According to this embodiment, the laser processing step (d) for forming the
加えて、前記絶縁処理工程(e’)にて、前記レーザ加工工程(d)で形成した分離溝11、21の略全域を埋めるように絶縁体6を塗布し、前記短絡処理工程(f’’)にて、前記絶縁体6を切削して凹溝22を形成しこの凹溝22内に前記分離溝11の他方側の側縁部に位置する第一の導電膜1を露出させるとともに、この凹溝22を介して前記導電体7を前記第一の導電膜1に短絡させるようにしているので、ディスペンサまたはインクジェットノズル等81、82による絶縁体6及び導電体7の塗布位置の制御の精度が必ずしも高くなくても、十分な発電性能を発揮する太陽電池を作製することが可能となる。
In addition, in the insulation treatment step (e ′), an
本実施形態の製造方法による留意点としては、短絡処理工程(f’’)において、塗布する導電体7を凹溝22の他方側の側縁部に位置する第二の電極膜3に短絡させてはならないことが挙げられる。導電体7と凹溝22の他方側の側縁部に位置する第二の電極膜3とが短絡してしまうと、一つのセルにおける第一の電極膜1と第二の電極膜3とが短絡することとなり、当該セルが太陽電池として機能しなくなって発電性能の低下を招くからである。
As a point to be noted with the manufacturing method of the present embodiment, in the short-circuit processing step (f ″), the
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、塗布した絶縁体6や導電体7をレーザ焼成(または、焼結)によって硬化させていたが、これらをレーザ焼成以外の手法によって硬化させることも可能である。導電体6や導電体7の材質によっては、レーザ焼成以外の方法で乾燥、固化または定着させる方が有利となることがある。
The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. In the above-described embodiment, the applied
例えば、絶縁体6または導電体7を混成した塗布剤を速乾性を有するものとして塗布後に自然乾燥させたり、紫外線を照射してUV硬化させたり、ヒータ等で加熱して熱乾燥または熱硬化させたりする手法が考えられる。今日、絶縁体6についてはUV硬化や熱硬化等が多く、導電体7については熱乾燥や自然乾燥等が多い。このような場合、レーザ加工工程、絶縁処理工程及び短絡処理工程を実施する製造装置には、絶縁体6及び/または導電体7の焼成用のレーザ光照射手段に替えて、紫外線照射ライト、LED、ヒータまたは乾燥機等を実装することとなる。
For example, the coating agent in which the
塗布した絶縁体6及び/または導電体7を乾燥その他の方法で固化させる設備(乾燥炉等)を、レーザ光照射手段を備える製造装置の外部に設けてもよい。
Equipment (such as a drying furnace) that dries and solidifies the applied
絶縁処理工程(e)、(e’)や短絡処理工程(f)、(f’)、(f’’)において、レーザ光以外の手段とレーザ光とを組み合わせたダブルキュア、デュアルキュアを行い、塗布した絶縁体6及び/または導電体7を固化させるようにしてもよい。即ち、UV硬化、熱硬化、乾燥等によって絶縁体6及び/または導電体7をある程度固化させた後、仕上げとして絶縁体6及び/または導電体7にレーザ光を照射するのである。このような場合、絶縁処理工程及び短絡処理工程を実施する製造装置には、絶縁体6及び/または導電体7をUV硬化等させるための手段と、絶縁体6及び/または導電体7にレーザ光を照射するレーザ光照射手段とをともに実装することとなる。
In the insulation treatment steps (e), (e ′) and the short-circuit treatment steps (f), (f ′), (f ″), double cure or dual cure is performed by combining means other than laser light and laser light. The applied
絶縁処理工程及び短絡処理工程に先んじて、前処理工程を行ってもよい。図21及び図22に示す変形例では、分離溝11、21を形成するレーザ加工工程の後、分離溝11、21の他方側の側縁部に絶縁体6を塗布して固化させる工程、その絶縁体に重ねて導電体7を塗布して固化させる工程を行う。これら前処理工程を実施した状態を、図21に示している。しかる後、上記各実施形態と同様に、絶縁処理工程として絶縁体6を塗布して固化させ、短絡処理工程として導電体を塗布して固化させる。これら絶縁処理工程及び短絡処理工程を実施した状態を、図22に示している。前処理工程で塗布した導電体7は、短絡処理工程による、分離溝21の一方側の側縁部にある第二の電極膜2と分離溝11の他方側の側縁部にある第一の電極膜1との短絡接続に寄与する。前処理工程で塗布した絶縁体6は、前処理工程(x2)で塗布した導電体7と、分離溝21の他方側の側縁部にある第二の導電膜2との短絡を阻止する。
Prior to the insulating treatment step and the short-circuit treatment step, a pretreatment step may be performed. In the modification shown in FIGS. 21 and 22, after the laser processing step for forming the
図23ないし図25に示す変形例では、分離溝11、21を形成するレーザ加工工程に先んじて、内に第一の電極膜1を露出させる凹溝23のレーザスクライブによる形成を行い、その凹溝23内に導電体7を塗布する。そして、導電体7を埋設した凹溝23の一方側の側縁部に、分離溝11、21を形成する。これら前処理工程及びレーザ加工工程を実施した状態を、図23に示している。その上で、分離溝11、21の少なくとも一方側の側縁部を被覆する絶縁体6を塗布して固化させる絶縁処理工程、その絶縁体に重ねて導電体7を塗布して固化させる短絡処理工程を行う。これら絶縁処理工程及び短絡処理工程を実施した状態を、図24に示している。前処理工程で塗布した導電体7は、短絡処理工程による、分離溝21の一方側の側縁部にある第二の電極膜2と分離溝11の他方側の側縁部にある第一の電極膜1との短絡接続に寄与する。さらに、図25に示しているように、凹溝23の他方側の側縁部にある第二の導電膜2と、短絡処理工程で塗布した導電体7との短絡を断絶する凹溝31をレーザスクライブにより形成する追加処理を行う。
In the modification shown in FIG. 23 to FIG. 25, prior to the laser processing step for forming the
上記実施形態では、シリコン系薄膜太陽電池の製造を念頭に置いていたが、本発明に係る製造方法をCIGS系薄膜太陽電池等の製造に適用することも当然に可能である。CIGS系太陽電池を製造する場合、第一の電極膜1がMo等の裏面電極膜、発電層2がCIGS、CIGSS、CIS、CZTS等の半導体膜、第二の電極膜3がTCO等の透明導電膜となる。この場合、発電層2だけを切削するP2加工や、第二の電極膜3だけを切削するP3加工が容易ではないが、発電層2及び第二の電極膜3を一挙に切削することが許される本発明の採用により、当該太陽電池の量産化に資する。
In the said embodiment, although manufacturing of the silicon type thin film solar cell was considered, it is naturally possible to apply the manufacturing method concerning this invention to manufacture of a CIGS type thin film solar cell. When manufacturing a CIGS solar cell, the
有機薄膜太陽電池を製造する場合には、発電層2が導電性ポリマー、フラーレンその他の有機薄膜半導体等となる。換言すれば、第一の電極膜、発電層及び第二の電極膜はそれぞれ、一意には特定されない。シリコン系太陽電池の例及びCIGS系太陽電池の例から明らかなように、第一の電極膜1と第二の電極膜3とのうち何れが透明導電膜であり何れが裏面電極膜であるかも、限定されないことは言うまでもない。
In the case of manufacturing an organic thin film solar cell, the
レーザ加工工程、絶縁処理工程及び短絡処理工程の各々で用いるレーザ光の波長もまた、上記実施形態のそれには限定されない。パルスレーザであるか連続波レーザであるかも問われない。 The wavelength of the laser beam used in each of the laser processing step, the insulation treatment step, and the short-circuit treatment step is not limited to that in the above embodiment. It may be a pulse laser or a continuous wave laser.
また、第一の電極膜と発電層の間や、発電層と第二の電極膜との間に、別途中間層を敷設することもあり得る。 In addition, an intermediate layer may be separately provided between the first electrode film and the power generation layer, or between the power generation layer and the second electrode film.
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、薄膜太陽電池パネルの製造に適用することができる。 The present invention can be applied to the production of thin film solar cell panels.
0…基板
1…第一の電極膜
11…分離溝
2…発電層
21…分離溝
22…凹溝
3…第二の電極膜
31…凹溝
6…絶縁体
61…凹溝
7…導電体
DESCRIPTION OF
Claims (10)
レーザ加工工程にて形成した分離溝の一方側の側縁部において第一の電極膜及び発電層を被覆する絶縁体を塗布する絶縁処理工程と、
絶縁処理工程にて塗布した絶縁体に重ねて、分離溝の一方側の側縁部に位置する第二の電極膜と分離溝の他方側の側縁部に位置する第一の電極膜とを電気的に短絡する導電体を塗布する短絡処理工程と
を具備する薄膜太陽電池の製造方法。 A laser processing step of forming a separation groove for dividing the first electrode film, the power generation layer and the second electrode film on the substrate into cell units;
An insulating treatment step of applying an insulator covering the first electrode film and the power generation layer at the side edge portion on one side of the separation groove formed in the laser processing step;
A second electrode film located on one side edge of the separation groove and a first electrode film located on the other side edge of the separation groove are stacked on the insulator applied in the insulation treatment step. The manufacturing method of a thin film solar cell which comprises the short-circuiting process of apply | coating the conductor which electrically short-circuits.
前記短絡処理工程にて、前記絶縁体を切削して凹溝を形成しこの凹溝内に前記分離溝の他方側の側縁部に位置する第一の導電膜を露出させるとともに、この凹溝を介して前記導電体を前記第一の導電膜に短絡させる請求項1または2記載の薄膜太陽電池の製造方法。 In the insulation treatment step, an insulator is applied so as to fill substantially the entire separation groove formed in the laser processing step,
In the short-circuiting step, the insulator is cut to form a concave groove, and the first conductive film located on the other side edge of the separation groove is exposed in the concave groove, and the concave groove The manufacturing method of the thin film solar cell of Claim 1 or 2 which short-circuits the said conductor to said 1st electrically conductive film through this.
前記短絡処理工程にて、前記分離溝の他方側の側縁部に位置する発電層及び第二の導電膜を切削して凹溝を形成しこの凹溝内に前記分離溝の他方側の側縁部に位置する第一の導電膜を露出させるとともに、この凹溝を介して前記導電体を前記第一の導電膜に短絡させる請求項1または2記載の薄膜太陽電池の製造方法。 In the insulation treatment step, an insulator is applied so as to fill substantially the entire separation groove formed in the laser processing step,
In the short-circuit processing step, the power generation layer and the second conductive film located on the other side edge of the separation groove are cut to form a concave groove, and the other side of the separation groove is formed in the concave groove. The manufacturing method of the thin film solar cell of Claim 1 or 2 which short-circuits the said conductor to a said 1st electrically conductive film through this recessed groove while exposing the 1st electrically conductive film located in an edge part.
基板上の第一の電極膜、発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成するレーザ加工工程用のレーザ光照射手段と、
レーザ加工工程にて形成した分離溝の一方側の側縁部において第一の電極膜及び発電層を被覆する絶縁体を塗布する絶縁処理工程用の塗布手段と、
絶縁処理工程にて塗布した絶縁体に重ねて、分離溝の一方側の側縁部に位置する第二の電極膜と分離溝の他方側の側縁部に位置する第一の電極膜とを電気的に短絡する導電体を塗布する短絡処理工程用の塗布手段と、
を具備する薄膜太陽電池製造装置。 It is for implementing the manufacturing method of the thin film solar cell of Claim 1, 2, 3, 4 or
A laser beam irradiation means for a laser processing step for forming a separation groove for dividing the first electrode film, the power generation layer and the second electrode film on the substrate into cell units;
A coating means for an insulation treatment process for coating an insulator covering the first electrode film and the power generation layer at one side edge of the separation groove formed in the laser processing process;
A second electrode film located on one side edge of the separation groove and a first electrode film located on the other side edge of the separation groove are stacked on the insulator applied in the insulation treatment step. Application means for a short-circuiting process for applying an electrical short-circuiting conductor;
A thin-film solar cell manufacturing apparatus comprising:
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KR101934434B1 (en) * | 2012-10-11 | 2019-01-02 | 엘지이노텍 주식회사 | Solar cell and method of fabricating the same |
WO2022114268A1 (en) * | 2020-11-26 | 2022-06-02 | 한국과학기술연구원 | Solar cell including perovskite |
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2011
- 2011-07-05 JP JP2011149375A patent/JP2012114404A/en not_active Withdrawn
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