JP2012134373A - 薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リークの発生を低減して薄膜太陽電池の特性を安定させる。
【解決手段】基板上に形成された第１電極層に第１分離溝部を形成して、各々電気的に独立した複数の第１電極部を形成する工程(Ｓ１０１)と、複数の第１電極部のうちの隣接する第１電極部同士の各々に測定端子を接触させることにより、隣接する第１電極部同士の間の絶縁性を確認する絶縁試験工程(Ｓ１０２)、第１電極層上に光電変換層を形成する工程(Ｓ１０３)と、光電変換層にコンタクトライン用溝部を形成する工程(Ｓ１０４)、光電変換層上に第２電極層を形成するとともに、コンタクトライン用溝部内に第１電極層と第２電極層とを接続するコンタクトラインを形成する工程(Ｓ１０５)と、少なくとも第２電極層に第２分離溝部を形成する工程(Ｓ１０６)と、第２電極層から第１電極層まで達して、発電領域と非発電領域とを分離する第３分離溝部を形成する工程(Ｓ１０７)とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜太陽電池の製造方法および薄膜太陽電池に関する。

薄膜太陽電池の製造方法を開示した先行文献として特許文献１がある。特許文献１に記載された薄膜太陽電池の製造方法においては、まず、ガラス基板上に透明電極層を形成する。次に、透明電極層をレーザスクライブすることによりパターニングする。パターニングされた透明電極層は複数の領域に分割され、各領域は短冊状の形状を有して互いに電気的に絶縁されている。

その後、透明電極層において隣接する領域間の分離抵抗を測定して、隣接する領域間が絶縁されていることを確認する。その際、分離抵抗を図るための接触端子を透明電極層に直接接触させて測定を行なう。分離抵抗の測定後、透明電極層上に光電変換層などを積層して薄膜太陽電池を製造する。

特開２０００−１１４５５５号公報

薄膜太陽電池には、発電に寄与する発電領域と、発電に寄与しない非発電領域とが形成される。従来の薄膜太陽電池においては、接触端子が直接接触した部分の透明電極層は発電領域内に位置していた。

本発明者らは、接触端子が直接接触した部分の透明電極層の近傍では、他の部分に比較してリークが発生する割合が高くなることを発見した。薄膜太陽電池の製造方法においては、逆バイアスを印加してリークが発生している部分における発熱を確認する工程が含まれている。また、確認されたリーク発生箇所を修復または除去する工程も含まれている。しかし、リークの発生する部分が多くなると、修復または除去漏れによりリーク発生箇所が薄膜太陽電池の製品中に残存する可能性が高くなる。リーク発生箇所を含む薄膜太陽電池は特性が低下する。

本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであって、リークの発生を低減して安定した特性を有する薄膜太陽電池の製造方法および薄膜太陽電池を提供することを目的とする。

本発明に基づく薄膜太陽電池の製造方法は、基板上に形成された第１電極層に第１分離溝部を形成して、各々電気的に独立した複数の第１電極部を形成する工程と、複数の第１電極部のうちの隣接する第１電極部同士の各々に測定端子を接触させることにより、隣接する第１電極部同士の間の絶縁性を確認する絶縁試験工程とを備える。また、薄膜太陽電池の製造方法は、第１電極層上に光電変換層を形成する工程と、光電変換層にコンタクトライン用溝部を形成する工程とを備える。さらに、薄膜太陽電池の製造方法は、光電変換層上に第２電極層を形成するとともに、コンタクトライン用溝部内に第１電極層と第２電極層とを接続するコンタクトラインを形成する工程と、少なくとも第２電極層に第２分離溝部を形成する工程と、第２電極層から第１電極層まで達して、発電領域と非発電領域とを分離する第３分離溝部を形成する工程とを備える。薄膜太陽電池の製造方法においては、第１電極部において測定端子が接触した領域を非発電領域内に包含させる。

本発明の一形態においては、第３分離溝部をエッチングにより形成する。
好ましくは、光電変換層をｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層を順に積層して形成する。

本発明に基づく薄膜太陽電池は、基板と、基板上に形成された第１電極層と、第１電極層上に形成された光電変換層と、光電変換層上に形成された第２電極層と、第１電極層を分離する第１分離溝部とを備える。また、薄膜太陽電池は、第１電極層と第２電極層とを接続するコンタクトラインと、少なくとも第２電極層を分離する第２分離溝部と、第２電極層から第１電極層まで達して、発電領域と非発電領域とを分離する第３分離溝部とを備える。第１電極層は、第１分離溝部により分離されて各々電気的に独立した複数の第１電極部を含む。複数の第１電極部の各々は、互いに隣接する第１電極部同士の間の絶縁性を確認するために当接される測定端子との接触領域を有する。接触領域は、非発電領域内に位置している。

本発明の一形態においては、接触領域には、第３分離溝部の形成領域とは重なっていない部分がある。

好ましくは、光電変換層は、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層が順に積層された積層構造を有する。

好ましくは、非発電領域は、発電領域の周囲を囲むように位置し、非発電領域の内縁は、基板の縁から、６．４ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲に位置する。

本発明によれば、リークの発生を低減して薄膜太陽電池の特性を安定させることができる。

本発明の実施形態１の薄膜太陽電池の製造方法における工程を示すフロー図である。 同実施形態に係る基板の外観を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。 図２のＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。 Ｓ１０１工程前の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。 Ｓ１０１工程前の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。 レーザ加工装置において基板を支持した状態を示す断面図である。 図７の基板を矢印ＶＩＩＩから見た平面図である。 Ｓ１０１工程後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。 Ｓ１０１工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。 同実施形態において、第１分離溝部が形成された基板を絶縁試験機に配置した状態を示す平面図である。 同実施形態に係る絶縁試験機の接触端子の形状を示す断面図である。 同実施形態において、透明電極層に測定端子を接触させている状態を示す断面図である。 Ｓ１０３工程後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。 Ｓ１０３工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。 Ｓ１０４工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。 Ｓ１０５工程後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。 Ｓ１０５工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。 Ｓ１０６工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。 Ｓ１０７工程後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。 Ｓ１０７工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。 同実施形態において、リークの抑制を目的としたレーザ照射後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。 電極形成後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。 実施形態２において、リークの抑制を目的としたレーザ照射後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。 本発明の実施形態３において、Ｓ１０１工程後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。 同実施形態において、Ｓ１０１工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。 同実施形態においてレーザ加工装置において基板を支持した状態を示す断面図である。 図２７の基板を矢印ＸＸＶＩＩＩから見た平面図である。

以下、本発明の実施形態１に係る薄膜太陽電池の製造方法および薄膜太陽電池について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１の薄膜太陽電池の製造方法における工程を示すフロー図である。

図１に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池の製造方法においては、まず、基板上に形成された第１電極層に第１分離溝部を形成する(Ｓ１０１)。第１分離溝部により第１電極層には、各々電気的に独立した複数の第１電極部が形成される。この複数の第１電極部のうちの隣接する第１電極部同士の間の絶縁性を確認する(Ｓ１０２)。第１電極層上に光電変換層を形成する(Ｓ１０３)。光電変換層にコンタクトライン用溝部を形成する(Ｓ１０４)。光電変換層上に第２電極層を形成する(Ｓ１０５)。少なくとも第２電極層に第２分離溝部を形成する(Ｓ１０６)。第２分離溝部により光電変換層を分離することにより、薄膜太陽電池セルを直列接続することが可能になる。発電領域と非発電領域とを分離する第３分離溝部を形成する(Ｓ１０７)。

以下、各工程ごとに詳細に説明する。
図２は、本実施形態に係る基板の外観を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。図４は、図２のＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。

図２〜４に示すように、基板１として、厚さ４ｍｍ、基板サイズ１０００ｍｍ×１４００ｍｍのガラス基板を用いた。本実施形態においては、基板１としてガラス基板を用いたが、基板１の材質は、透光性および絶縁性を有するものであれば特に限られない。基板１の角部には、長さＷＭのＣ面取りが施された面取部１ａが形成されている。

図５は、Ｓ１０１工程前の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。図６は、Ｓ１０１工程前の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。

図５，６に示すように、基板１上に、熱ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法によりＳｎＯ₂を主成分とする第１電極層である透明電極層２を形成する。透明電極層２の材質としてはＳｎＯ₂に限られず、薄膜太陽電池の導電膜として用いられるものであればよい。透明電極層２の基板１上の膜厚は、７００ｎｍとした。本実施形態においては、透明電極層２は、面取部１ａ上および基板１の側面上にも形成されている。

次に、透明電極層２に第１分離溝部を形成する(Ｓ１０１)。本実施形態においては、レーザ照射装置を用いて第１分離溝部を形成した。

図７は、レーザ加工装置において基板を支持した状態を示す断面図である。図８は、図７の基板を矢印ＶＩＩＩから見た平面図である。なお、図７においては、レーザ加工装置の基板支持部のみを図示している。

図７，８に示すように、本実施形態においては、レーザ加工装置の基板支持部は、透明電極層２が形成された基板１の長手方向の両端部を透明電極層２側から支持する基板受け部９を含む。また、基板支持部は、基板受け部９に支持された基板１が自重でたわまないようにするために、基板１の主表面を互いに間隔を置いて透明電極層２側から支持する複数の基板支持ピン１０を含む。

基板受け部９は、基板１の長手方向の両端部１１と接している。本実施形態においては、基板１の縁から約５ｍｍまでの部分と基板受け部９とが接している。基板支持ピン１０は、基板１のレーザ光が照射される位置とは重ならないように配置されている。

上記のように基板１を支持した状態で、レーザ光１２を基板１側から入射させる。本実施形態においては、レーザ光１２としてＹＡＧレーザの基本波を用いた。ただし、レーザ光１２としては、ファイバーレーザまたはＹＶＯ₄レーザ光の基本波を用いてもよい。レーザ光１２は、上記の基板１の長手方向の両端部１１の内側に照射される。

図９は、Ｓ１０１工程後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。図１０は、Ｓ１０１工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。

図９，１０に示すように、レーザ光１２を基板１側から入射させることにより第１分離溝部５，５Ａが形成されて、透明電極層２は短冊状に分離される。具体的には、レーザ光１２を基板１の長手方向に平行な方向に互いに間隔ＷＰ₅を置いて複数回走査して照射することにより、複数の第１分離溝部５が形成される。さらに、基板１の長手方向の両端から所定の距離の位置を、基板１の短手方向に平行な方向に通過するようにレーザ光１２を走査して照射することにより、２本の第１分離溝部５Ａが形成される。

本実施形態においては、第１分離溝部５を９１本形成した。第１分離溝部５の幅を０．０６ｍｍとし、隣接する第１分離溝部５同士の間隔ＷＰ₅を１０．７３５ｍｍとした。また、第１分離溝部５Ａを基板１の両端からそれぞれ７ｍｍの位置に形成した。第１分離溝部５，５Ａが形成されることにより、透明電極層２には、各々電気的に独立した複数の第１電極部２ａが形成される。

次に、隣接する第１電極部２ａ同士の間の絶縁性を確認する(Ｓ１０２)。図１１は、本実施形態において、第１分離溝部が形成された基板を絶縁試験機に配置した状態を示す平面図である。図１２は、本実施形態に係る絶縁試験機の接触端子の形状を示す断面図である。

図１１に示すように、絶縁試験機には、基板１の位置決め用のピン１４が３本設けられている。基板１は、３本のピン１４と接するように絶縁試験機に配置される。具体的には、１本のピン１４と基板１の短手側の端部とが接し、２本のピン１４と基板１の長手側の端部とが接するように配置される。このように基板１が配置されることにより、基板１が絶縁試験機上において位置決めされる。ただし、ピン１４の本数および配置は、基板１を位置決めできるものであれば特に限定されない。

１本のピン１４と接している側の第１分離溝部５Ａの基板１の縁からの距離をＬ₁とする。上述したように本実施形態においては、距離Ｌ₁は７ｍｍである。絶縁試験の際には、第１分離溝部５Ａより僅かに基板１の内側の位置に、後述する測定端子を接触させる。具体的には、基板１の縁からの距離Ｌ₂から距離Ｌ₃までの接触領域Ｓに、測定端子を接触させる。本実施形態においては、距離Ｌ₂を８ｍｍとし、距離Ｌ₃を１１ｍｍとした。

このように、測定端子を接触させる接触領域Ｓを基板１の位置決め基準となっている１本のピン１４の近くに設定することにより、基板１の寸法公差の影響を低減して、測定端子を位置精度良く基板１上の透明電極層２に接触させることができる。

なお、測定端子を基板１の長手方向における両端部に接触させる場合は、第１分離溝部５と第１分離溝部５Ａとの交点Ｔ₁および交点Ｔ₂をカメラなどを用いて画像認識させることにより、アライメント処理を行なう。そのようにして、基板１上の座標位置を特定し、測定端子の基板１上の透明電極層２への接触位置を調整する。このようにした場合にも、測定端子を位置精度良く基板１上の透明電極層２に接触させることができる。

図１２に示すように、本実施形態に係る測定端子１５は、透明電極層２との接触性を向上するためにその先端に凹凸形状を有している。具体的には、断面が三角形状を有する凹凸が測定端子１５の先端部に形成されている。

本実施形態の測定端子１５は、隣接する第１電極部２ａ同士間において、所定値のバイアス電圧を印加する端子と電流値の測定を行なう端子との２組４本の端子を有する４端子式の測定端子である。

ただし、測定端子の形式は４端子式に限られず、１本の端子で所定値のバイアス電圧を印加するとともに電流値の測定も行なえる１組２本の端子を有する２端子式の測定端子を用いてもよい。また、端子が破損することを想定して、１つの第１電極部２ａに接触する端子に予備の端子を含めてもよい。その場合、上記の接触領域Ｓ内に測定端子１５を接触させることができるように、測定端子１５の形状および大きさを選定する必要がある。

図１３は、本実施形態において、透明電極層に測定端子を接触させている状態を示す断面図である。図１３に示すように、第１分離溝部５を間に挟んで互いに隣接する第１電極部２ａ同士の各々に測定端子１５を接触させる。この状態で、隣接する第１電極部２ａ同士間において、逆バイアス電圧を印加しつつ電流値を測定する。印加した電圧値と測定された電流値とから隣接する第１電極部２ａ同士間の抵抗値を算出する。

このように、複数の第１電極部２ａのうちの隣接する第１電極部２ａ同士の各々に測定端子１５を接触させることにより絶縁試験を行なって、複数の第１電極部２ａの各々が電気的に独立していることを確認する。

絶縁試験において、絶縁が不十分である箇所が見つかった場合には、その部分の修復または除去が行なわれ、絶縁試験の正常品のみが次工程に送られる。次工程では、まず、絶縁試験後の基板１を純水で超音波洗浄する。

図１４は、Ｓ１０３工程後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。図１５は、Ｓ１０３工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。

図１４，１５に示すように、透明電極層２上に、たとえば、ａ−Ｓｉ：Ｈｐ層、ａ−Ｓｉ：Ｈｉ層、ａ−Ｓｉ：Ｈｎ層が順に積層された非晶質光電変換層と、μｃ−Ｓｉ：Ｈｐ層、μｃ−Ｓｉ：Ｈｉ層、μｃ−Ｓｉ：Ｈｎ層が順に積層された微結晶光電変換層とが積層された光電変換層３を形成する(Ｓ１０３)。

なお、光電変換層３の変形例としては、たとえば、透明電極層２側から、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層をこの順に積層したトップセル（第１光電変換層）と、トップセル上に、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層をこの順に積層したミドルセル（第２光電変換層）と、ミドルセル上に、微結晶シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層をこの順に積層したボトムセル（第３光電変換層）とを、たとえばプラズマＣＶＤ法により積層したものを用いてもよい。なお、光電変換層の数を３つ以上とすることもできる。

２つの光電変換層を設けた場合の第１光電変換層から第２光電変換層の各光電変換層、または、３つの光電変換層を設けた場合の第１光電変換層から第３光電変換層の各光電変換層は、全て同種のシリコン系半導体から構成されていてもよく、もしくは、互いに異なる種類のシリコン系半導体から構成されていてもよい。第１光電変換層から第３光電変換層の各光電変換層は、それぞれ、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層を含んでおり、各半導体層は、シリコン系半導体から構成されていてもよい。光電変換層に含まれる各半導体層は、全て同種のシリコン系半導体から構成されていてもよく、または、互いに異なる種類のシリコン系半導体から構成されていてもよい。

たとえば、ｐ型半導体層とｉ型半導体層とを非晶質シリコンで形成し、ｎ型半導体層を微結晶シリコンで形成してもよい。また、たとえば、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とをシリコンカーバイドまたはシリコンゲルマニウムで形成し、ｉ型半導体層をシリコンで形成してもよい。さらに、ｐ型、ｉ型およびｎ型の各半導体層は、単層構造であっても複層構造であってもよい。複層構造である場合、各層は、互いに異なる種類のシリコン系半導体から構成されていてもよい。なお、本明細書において、「非晶質シリコン」は「水素化非晶質シリコン」を含む概念であり、「微結晶シリコン」は「水素化微結晶シリコン」を含む概念である。

図１６は、Ｓ１０４工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。図１６に示すように、ＹＡＧレーザの第２高調波を用いて光電変換層３をパターニングする。レーザ光を基板１側から入射させることにより、光電変換層３にコンタクトライン用溝部６を形成する(Ｓ１０４)。本実施形態においては、ＹＡＧレーザの第２高調波を用いたが、ＹＶＯ₄レーザの第２高調波を用いてパターニングを行なってもよい。

コンタクトライン用溝部６は、第１分離溝部５と平行になるように形成されている。本実施形態においては、コンタクトライン用溝部６の幅を０．０６ｍｍとし、コンタクトライン用溝部６を９０本形成した。また、互いに隣接するコンタクトライン用溝部６同士間の中心間距離ＷＰ₆を１０．７３５ｍｍとした。さらに、図１６に示す第１分離溝部５の右端とコンタクトライン用溝部６の左端との間の距離を０．０７ｍｍとした。

図１７は、Ｓ１０５工程後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。図１８は、Ｓ１０５工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。

図１７，１８に示すように、光電変換層３上に、たとえば、スパッタリング法により、ＺｎＯ／Ａｇからなる第２電極層４を形成する(Ｓ１０５)。第２電極層４は、ＺｎＯの膜厚を約５０ｎｍ、Ａｇの膜厚を約１５０ｎｍとして形成した。このとき、コンタクトライン用溝部６内に透明電極層２と第２電極層４とを接続するコンタクトラインが形成されている。第２電極層４の形成方法としては、上記以外に、たとえば従来公知の蒸着法またはイオンプレーティング法などを用いてもよい。

本実施形態においては、第２電極層４としてＺｎＯ／Ａｇを用いたが、ＺｎＯの代わりにＩＴＯ(Indium Tin Oxide)またはＳｎＯ₂などの透光性の高い膜を用いていもよい。また、Ａｇの代わりにＡｌなどの反射率の高い金属を用いてもよい。第２電極層４においては、ＺｎＯなどの透明導電膜を設けなくてもよいが、透明導電膜を設けることにより薄膜太陽電池の変換効率を向上させることができる。透明導電膜は複数の層からなる積層構造を有していてもよい。この場合、すべての層が同一の材料から形成されていてもよく、少なくとも１層が他の層と異なる材料から形成されていてもよい。

図１９は、Ｓ１０６工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。図１９に示すように、ＹＡＧレーザの第２高調波を用いて第２電極層４をパターニングする。レーザ光を基板１側から入射させることにより、光電変換層３および第２電極層４に第２分離溝部７を形成する(Ｓ１０６)。

本実施形態においては、光電変換層３にも第２分離溝部７を形成するが、第２電極層４にのみ第２分離溝部７を形成してもよい。この工程においては、透明電極層２へのダメージを抑えつつ、第２電極層４を構成する銀のバリの発生を抑制する加工条件を選択することが好ましい。本実施形態においては、ＹＡＧレーザの第２高調波を用いたが、ＹＶＯ₄レーザの第２高調波を用いてパターニングを行なってもよい。

第２分離溝部７は、第１分離溝部５と平行になるように形成されている。本実施形態においては、第２分離溝部７の幅を０．０６ｍｍとし、第２分離溝部７を９０本形成した。また、互いに隣接する第２分離溝部７同士間の中心間距離ＷＰ₇を１０．７３５ｍｍとした。さらに、図１９に示すコンタクトライン用溝部６の右端と第２分離溝部７の左端との間の距離を０．０７ｍｍとした。第２分離溝部７が形成されることにより、複数の薄膜光電変換素子が電気的に直列に接続されたストリングが形成される。

図２０は、Ｓ１０７工程後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。図２１は、Ｓ１０７工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。

図２０，２１に示すように、基板１の縁からの距離ＷＰ₈から所定の幅で、第２電極層４から透明電極層２まで達する第３分離溝部１６を形成する(Ｓ１０７)。言い換えると、第３分離溝部１６は、基板１の縁に沿うように形成される。第３分離溝部１６の形成には、ＹＡＧレーザの基本波を用いた。

本実施形態においては、距離ＷＰ₈を１２ｍｍとし、測定端子１５を接触させる接触領域Ｓは、第３分離溝部１６の形成領域と重なっている。言い換えると、絶縁試験工程において、透明電極層２上に測定端子１５が接触した部分は、第３分離溝部１６が形成されることにより除去される。

図２２は、本実施形態において、リークの抑制を目的としたレーザ照射後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。第３分離溝部１６を形成した際に、透明電極層２が飛散して光電変換層３の側面に付着することがある。その場合、第２電極層４と透明電極層２とが短絡してリークが発生する恐れがある。

そこで、図２２に示すように、基板１の長手方向における両端部に位置する第３分離溝部１６の側面を構成している第２電極層４と光電変換層３とを、第３分離溝部１６の側面から長さＷＴだけ内側まで除去して追加溝部１７を形成する。この追加溝部１７の形成は、ＹＡＧレーザの第２高調波を照射することにより行なった。この際、透明電極層２へのダメージを抑えつつ、第２電極層４にバリが発生することを抑制することが可能な加工条件を選択することが好ましい。本実施形態においては、幅ＷＴを０．２ｍｍとしている。なお、レーザ光としては、ＹＶＯ₄レーザ光の第２高調波を用いてもよい。

本実施形態においては、第３分離溝部１６および追加溝部１７を形成することにより、発電に寄与する発電領域Ｘと発電領域Ｘの周囲に位置して発電に寄与しない非発電領域Ｙとが分離される。また、図２２に示すように、測定端子１５との接触領域Ｓは非発電領域Ｙ内に包含されている。

本実施形態においては、非発電領域Ｙの内縁は基板１の縁から１２．２ｍｍの位置であるが、非発電領域Ｙの内縁は基板１の縁から６．４ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲に位置することが好ましい。非発電領域Ｙの内縁と基板１の縁との距離が６．４ｍｍより小さい場合は、発電領域Ｘと非発電領域Ｙとの絶縁距離が確保できない。また、非発電領域Ｙの内縁と基板１の縁との距離が３０ｍｍより大きい場合は、発電領域Ｘの面積が小さくなりすぎて、薄膜太陽電池の出力が低下する。

なお、本実施形態においては第３分離溝部１６をレーザ照射により形成したが、第３分離溝部１６をブラスト処理など機械的な加工またはエッチングにより形成してもよい。第３分離溝部１６の加工条件としては、基板１にマイクロクラックが形成されない条件を選択することが好ましい。第３分離溝部１６をエッチングにより形成した場合には、追加溝部１７を形成する必要はない。そのため、エッチングによって第３分離溝部１６を形成することにより、発電領域Ｘの面積を広くすることができる。

その後、逆バイアス処理装置の正負両極端子を、隣接した薄膜太陽電池セルの第２電極層４に各々接触させて逆電圧を印加することにより、各薄膜光電変換素子内のリークを修復する。その際、絶縁試験時の測定端子１５との接触によって、リークの発生、および、透明電極層２と光電変換層３との間の剥離が生じていていないことを確認した。

図２３は、電極形成後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。図２３に示すように、薄膜太陽電池セルの直列接続方向の上流側と下流側の第２電極層４上にそれぞれ、銀ペーストなどの導電性ペーストを介して電流取り出し用の電極８を形成する。

電極８を形成した後の第２電極層４の表面上に、透明なエチレンビニルアルコールを主原料とする接着部材を挟んで封止部材を配置した状態で、真空ラミネート装置を用いて薄膜太陽電池を封止した。封止部材としては、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタラート)／Ａｌ／ＰＥＴからなる積層フィルムを用いた。その後、得られた薄膜太陽電池の裏面封止材に端子ボックスを接着し、端子ボックス内をシリコーン樹脂で充填し、アルミニウムフレームを取り付けることによって、薄膜太陽電池を完成させた。

上記のように、リークが発生しやすい位置である測定端子１５が直接接触した部分の透明電極層２を除去することにより、リークの発生を低減して安定した特性を有する薄膜太陽電池を製造することができる。

なお、比較例として、基板１の縁からの距離Ｌ₂を８ｍｍ、距離Ｌ₃を１３ｍｍまでとした接触領域Ｓを有する薄膜太陽電池を製造した。製造方法は、実施形態１の薄膜太陽電池と同様である。この場合、接触領域Ｓの一部が発電領域内に含まれる。

比較例の薄膜太陽電池においては、逆バイアス処理時にサーモビューアを用いてリーク箇所の観察をした結果、測定端子１５が接触した部分の一部で、リークが発生し、また、剥離が生じていた。

このことからも、本実施形態に係る薄膜太陽電池の製造方法および薄膜太陽電池においては、リークの発生を低減して薄膜太陽電池の特性を安定させることができるが確認された。

以下、本発明の実施形態２に係る薄膜太陽電池の製造方法および薄膜太陽電池について説明する。

(実施形態２)
本実施形態の薄膜太陽電池は、主に追加溝部１７の形成位置が実施形態１の薄膜太陽電池と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

本発明の実施形態２に係る薄膜太陽電池においては、基板１の縁からの距離Ｌ₂を８ｍｍ、距離Ｌ₃を１２ｍｍとした接触領域Ｓを設定した。

図２４は、実施形態２において、リークの抑制を目的としたレーザ照射後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。

図２４に示すように、本実施形態においては、基板１の縁からの距離ＷＰ₉から所定の幅で、第２電極層４から基板１まで達する追加溝部１７を形成する。本実施形態においては、距離ＷＰ₉を１３ｍｍとした。

具体的には、基板１側からＹＡＧレーザの基本波を用いて透明電極層２、光電変換層３および第２電極層４に溝部を形成する。その後、リークの原因となる可能性のある透明電極層２上の光電変換層３および第２電極層４にＹＡＧレーザの第２高調波を用いて溝部を形成することにより、追加溝部１７を形成した。なお、ＹＡＧレーザの基本波の代わりに
ファイバレーザやＹＶＯ₄レーザ光の基本波を用いてもよく、ＹＡＧレーザの第２高調波の代わりにＹＶＯ₄レーザ光の第２高調波を用いてもよい。

本実施形態においては、第３分離溝部１６および追加溝部１７を形成することにより、発電に寄与する発電領域Ｘと発電領域Ｘの周囲に位置して発電に寄与しない非発電領域Ｙとが分離される。また、図２４に示すように、測定端子１５との接触領域Ｓは非発電領域Ｙ内に包含されている。

接触領域Ｓには、第３分離溝部１６と重なっていない非重複部分１８がある。ただし、追加溝部１７により非重複部分１８は発電領域Ｘから分離されている。そのため、非重複部分１８が薄膜太陽電池の発電特性に影響を与えることを防止できる。

本実施形態においては、リークが発生しやすい位置である測定端子１５が直接接触した部分の透明電極層２を発電領域から分離することにより、リークの発生を低減して安定した特性を有する薄膜太陽電池を製造することができる。

以下、本発明の実施形態３に係る薄膜太陽電池の製造方法および薄膜太陽電池について説明する。

(実施形態３)
本実施形態の薄膜太陽電池は、主に透明電極層２の形成範囲が実施形態１，２の薄膜太陽電池と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

図２５は、本発明の実施形態３において、Ｓ１０１工程後の基板の状態を図２に示すＡ−Ａ’線矢印方向から見た図である。図２６は、本実施形態において、Ｓ１０１工程後の基板の状態を図２に示すＢ−Ｂ’線矢印方向から見た図である。

本実施形態においては、基板１上に透明電極層２としてＳｎＯ₂を７００ｎｍの膜厚で形成した後に、１０００ｍｍ×１４００ｍｍの大きさに基板１を切断した。この際、基板１の周囲に面取りを施した。図２５，２６に示すように、面取部１ａ上および基板１の側面上には透明電極層２が形成されていない。

そのため、第１分離溝部を形成する工程においては、第１分離溝部５のみを形成し、第１分離溝部５Ａは形成しない。なぜなら、第１分離溝部５Ａを形成しなくても、第１分離溝部５により形成される複数の第１電極部２ａが各々電気的に独立させることができるからである。

図２７は、本実施形態においてレーザ加工装置において基板を支持した状態を示す断面図である。図２８は、図２７の基板を矢印ＸＸＶＩＩＩから見た平面図である。なお、図２７においては、レーザ加工装置の基板支持部のみを図示している。

図２７，２８に示すように、本実施形態においては、複数の基板支持ピン１０のみで基板１を支持している。そのため、実施形態１のように基板受け部９と基板１とが接触する部分が存在しないため、第１分離溝部５Ａを形成する必要がない。

本実施形態においては、図１１に示す第１分離溝部５と第１分離溝部５Ａとの交点Ｔ₁，Ｔ₂が存在しないため、アライメントマークを非発電領域に別途形成しておいてもよい。

本実施形態においては、基板１の縁からの距離Ｌ₂を５ｍｍ、距離Ｌ₃を１０ｍｍとした接触領域Ｓを設定した。実施形態１と同様に、基板１の縁からの距離ＷＰ₈から所定の幅で、第２電極層４から透明電極層２まで達する第３分離溝部１６を形成することにより、接触領域Ｓを非発電領域に包含させた。

本実施形態においても、リークが発生しやすい位置である測定端子１５が直接接触した部分の透明電極層２を除去することにより、リークの発生を低減して安定した特性を有する薄膜太陽電池を製造することができる。

なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 基板、１ａ 面取部、２ 透明電極層、２ａ 第１電極部、３ 光電変換層、４ 第２電極層、５，５Ａ 第１分離溝部、６ コンタクトライン用溝部、７ 第２分離溝部、８ 電極、９ 基板受け部、１０ 基板支持ピン、１１ 両端部、１２ レーザ光、１４ ピン、１５ 測定端子、１６ 第３分離溝部、１７ 追加溝部、１８ 非重複部分。

本発明は、薄膜太陽電池の製造方法に関する。

本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであって、リークの発生を低減して安定した特性を有する薄膜太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。

Claims (7)

1. 基板上に形成された第１電極層に第１分離溝部を形成して、各々電気的に独立した複数の第１電極部を形成する工程と、
   前記複数の第１電極部のうちの隣接する第１電極部同士の各々に測定端子を接触させることにより、前記隣接する第１電極部同士の間の絶縁性を確認する絶縁試験工程と、
   前記第１電極層上に光電変換層を形成する工程と、
   前記光電変換層にコンタクトライン用溝部を形成する工程と、
   前記光電変換層上に第２電極層を形成するとともに、前記コンタクトライン用溝部内に前記第１電極層と前記第２電極層とを接続するコンタクトラインを形成する工程と、
   少なくとも前記第２電極層に第２分離溝部を形成する工程と、
   前記第２電極層から前記第１電極層まで達して、発電領域と非発電領域とを分離する第３分離溝部を形成する工程と
   を備え、
   前記第１電極部において前記測定端子が接触した領域を前記非発電領域内に包含させる、薄膜太陽電池の製造方法。
2. 前記第３分離溝部をエッチングにより形成する、請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
3. 前記光電変換層をｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層を順に積層して形成する、請求項１または２に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
4. 基板と、
   前記基板上に形成された第１電極層と、
   前記第１電極層上に形成された光電変換層と、
   前記光電変換層上に形成された第２電極層と、
   前記第１電極層を分離する第１分離溝部と、
   前記第１電極層と前記第２電極層とを接続するコンタクトラインと、
   少なくとも前記第２電極層を分離する第２分離溝部と、
   前記第２電極層から前記第１電極層まで達して、発電領域と非発電領域とを分離する第３分離溝部と
   を備え、
   前記第１電極層は、前記第１分離溝部により分離されて各々電気的に独立した複数の第１電極部を含み、
   前記複数の第１電極部の各々は、互いに隣接する第１電極部同士の間の絶縁性を確認するために当接される測定端子との接触領域を有し、
   前記接触領域は、前記非発電領域内に位置する、薄膜太陽電池。
5. 前記接触領域には、前記第３分離溝部の形成領域とは重なっていない部分がある、請求項４に記載の薄膜太陽電池。
6. 前記光電変換層は、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層が順に積層された積層構造を有する、請求項４または５に記載の薄膜太陽電池。
7. 前記非発電領域は、前記発電領域の周囲を囲むように位置し、
   前記非発電領域の内縁は、前記基板の縁から、６．４ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲に位置する、請求項４から６のいずれかに記載の薄膜太陽電池。

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