JP2012191069A - 太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スーパーストレート構造を有する薄膜太陽電池の製造方法を改善する。
【解決手段】透光性基板１０上に順に成膜された第１電極層（透明電極層）１１、吸収層（発電層）１３及び第２電極層（裏面電極層）１４を備えた太陽電池モジュールＩ_０であって、第１電極層（透明電極層）１１と第２電極層（裏面電極層）１４とは、それぞれ複数個に絶縁分離され、分離された一つの第１電極層（透明電極層）１１と第１電極層（透明電極層）１１と対向する第２電極層（裏面電極層）１４、第１電極層（透明電極層）１１及び第２電極層（裏面電極層）１４に挟まれた吸収層（発電層）１３からなる一つのセルが、隣接する他のセルと電気的に直列に接続され、第２電極層（裏面電極層）１４は、金属粉の集合体からなることを特徴とする太陽電池モジュールＩ_０。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの製造方法に関する。

従来、薄膜太陽電池の構造として、金属基板上に順番に裏面電極層／発電層／表面透明電極層を成膜したサブストレート構造が知られている。このサブストレート構造は、表面に形成した透明電極層側から光を入射させている。一方、透光性基板を光入射側とした構造（スーパーストレート構造）の薄膜太陽電池が報告されている。例えば、特許文献１に、透光性プラスチック基板上に、透明導電膜、光電変換層および裏面電極層が順次積層されてなる薄膜太陽電池が記載されている。スーパーストレート構造は、サブストレート構造と比較して部品数が低減するため、軽量化、コスト低減に効果がある。

特開２００５−１２９７１３号公報

太陽電池モジュールは、基本単位ユニットである太陽電池セルを複数個直列に接続することにより、所定の電圧を得ている。例えば、図５は、従来のスーパーストレート構造の薄膜太陽電池の製造工程を説明する図である。初めに、真空条件で透光性基板１０上に成膜した透明電極層１をレーザスクライブ工程（ＬＳ）により短冊状（透明電極層１ａ，１ｂ）に形成する（図５（ａ））。次に、スパッタリング法等によりバッファー層２および発電層３を形成し（図５（ｂ））、続いて、メカニカルスクライブ工程（ＭＳ）により発電層３の一部をストライプ状に除去し（図５（ｃ））、その後、裏面電極層４を形成し（図５（ｄ））、最後に、裏面電極層４をメカニカルスクライブ工程（ＭＳ）により短冊状に分割する（図５（ｅ））。

このように、従来のスーパーストレート構造の薄膜太陽電池の製造工程においても、集積型構造の形成には、長時間を要するメカニカルスクライブ工程（ＭＳ）が複数回必要である。さらに、裏面電極層４は真空成膜工程により形成されるため、製造コストを増大させる。
本発明の目的は、スーパーストレート構造を有する薄膜太陽電池の製造方法をさらに改善することにある。

本発明によれば、下記（１）乃至（１８）に係る発明が提供される。
（１）透光性基板上に順に成膜された第１電極層、吸収層及び第２電極層を備えた太陽電池モジュールであって、前記第１電極層と前記第２電極層とは、それぞれ複数個に絶縁分離され、分離された一つの前記第１電極層と当該第１電極層と対向する前記第２電極層、当該第１電極層及び当該第２電極層に挟まれた前記吸収層からなる一つのセルが、隣接する他のセルと電気的に直列に接続され、前記第２電極層は、金属粉の集合体からなることを特徴とする太陽電池モジュール。
（２）前記第２電極層の前記金属粉は、粒径１０μｍ以下の金属元素の粒子から構成されることを特徴とする前記（１）に記載の太陽電池モジュール。
（３）前記第２電極層の前記金属粉が、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）を含むことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の太陽電池モジュール。
（４）前記第２電極層は、前記金属粉を含む金属粉分散液を用いた湿式成膜法により前記吸収層上に成膜されたものであることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１に記載の太陽電池モジュール。
（５）前記吸収層は、当該吸収層に含まれる元素の少なくとも一部を含み且つ当該吸収層の他の部分と比べ電気抵抗が低い短絡層を有することを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれか１に記載の太陽電池モジュール。
（６）隣接する２個の前記セルにおいて、第１のセルの前記第１電極層と第２のセルの前記第２電極層とが、前記吸収層の前記短絡層を介して電気的に直列接続することを特徴とする前記（５）に記載の太陽電池モジュール。
（７）前記吸収層は、複数の前記セルの各前記第１電極層を覆う連続膜として形成されることを特徴とする前記（１）乃至（６）のいずれか１に記載の太陽電池モジュール。
（８）前記吸収層は、ＩＢ族元素、ＩＩＩＢ族元素、ＶＩＢ族元素を含む化合物半導体からなることを特徴とする前記（１）乃至（７）のいずれか１に記載の太陽電池モジュール。
（９）前記吸収層は、カルコパイライト構造を有するＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系半導体からなることを特徴とする前記（１）乃至（８）のいずれか１に記載の太陽電池モジュール。
（１０）前記吸収層は、化合物半導体を含む半導体分散液を用いた湿式成膜法により前記第１電極層上に成膜されたものであることを特徴とする前記（１）乃至（９）のいずれか１に記載の太陽電池モジュール。

（１１）複数のセルを電気的に直列接続してなる太陽電池モジュールであって、前記セルは、透光性基板上に形成された第１電極層と、前記第１電極層上に直接又は他の層を介して成膜された吸収層と、前記吸収層上に金属粉の集合体により成膜された第２電極層と、を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
（１２）前記第２電極層の前記金属粉は、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）を含む粒径１０μｍ以下の金属元素の粒子から構成されることを特徴とする前記（１１）に記載の太陽電池モジュール。
（１３）前記第２電極層は、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）を含む粒径１０μｍ以下の金属元素の粒子を含む導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法により前記吸収層上に成膜されたものであることを特徴とする前記（１１）又は（１２）に記載の太陽電池モジュール。

（１４）太陽電池モジュールの製造方法であって、透光性基板上に透光性の第１導電膜を成膜する第１導電膜成膜工程と、成膜された前記第１導電膜の一部を除去し絶縁分離された複数の第１電極層を形成するパターニング工程と、分離形成された複数の前記第１電極層上にＩＢ族元素、ＩＩＩＢ族元素、ＶＩＢ族元素を含む化合物半導体層を成膜する化合物半導体層成膜工程と、成膜された前記化合物半導体層上の一部に少なくともＩＢ族元素を含む導電性ペースト層を形成する導電性ペースト層形成工程と、成膜された前記化合物半導体層を加熱し、化合物半導体の結晶からなる吸収層を形成すると共に、前記導電性ペースト層に含まれるＩＢ族元素を当該吸収層内に拡散させ、当該吸収層の他の部分と比べ電気抵抗が低い短絡層を形成する第１加熱工程と、成膜された前記吸収層上に、湿式成膜法を用い、分離された複数の第２導電膜を成膜する第２導電膜成膜工程と、分離成膜された複数の前記第２導電膜を加熱し絶縁分離された複数の第２電極層を形成するとともに前記第１電極層と当該第２電極層とを、前記短絡層を介して電気的に直列接続させる第２加熱工程と、を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
（１５）前記第２導電膜成膜工程は、粒径１０μｍ以下の金属元素の粒子を含む金属粉分散液を用い、所定の間隔を設けた複数の前記第２導電膜を前記吸収層上に印刷することにより成膜することを特徴とする前記（１４）に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
（１６）前記金属粉分散液は、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）を含む金属粉と、当該金属粉を分散させる分散媒を含有することを特徴とする前記（１５）に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
（１７）前記短絡層の前記化合物半導体に含まれるＩＢ族元素とＩＩＩＢ族元素との比（Ｉｂ／ＩＩＩｂ）が１．１５以上であることを特徴とする前記（１４）乃至（１６）のいずれか１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
（１８）前記化合物半導体層成膜工程は、前記化合物半導体を含む半導体分散液を用いた湿式成膜法により前記第１電極層上に前記化合物半導体層を成膜することを特徴とする前記（１４）乃至（１７）のいずれか１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

本発明によれば、スーパーストレート構造の薄膜太陽電池において、従来の真空成膜工程に替えて、第２電極層となる裏面電極層をスクリーン印刷法等により成膜可能となる。このため、メカニカルスクライブ工程が削減され、量産性の低下を防ぐことができる。
本発明によれば、部分的に短絡層を設けた吸収層を湿式成膜法により形成することにより、真空成膜工程を低減するとともに、メカニカルスクライブ工程が不要となる。

本実施の形態が適用される太陽電池モジュールの一例を説明する図である。 太陽電池モジュールの製造方法を説明するフローチャートである。 太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明する図である。 化合物半導体に含まれる（ＩＢ族元素／ＩＩＩＢ族元素）組成と抵抗率との関係を示すグラフである。 従来のスーパーストレート構造の薄膜太陽電池の製造工程を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するためのものであり、実際の大きさを表すものではない。

本実施の形態が適用される太陽電池モジュールは、一般に薄膜太陽電池として分類される太陽電池に適用することができる。このような薄膜太陽電池としては、例えば、水素化アモルファスシリコンを用いる薄膜シリコン型太陽電池、アモルファスと単結晶シリコンを組み合わせたＨＩＴ太陽電池、化合物半導体を用いる化合物太陽電池等が挙げられる。

さらに、化合物太陽電池としては、ＧａＡｓ系太陽電池、ＣＩＳ系（カルコパイライト系）太陽電池、Ｃｕ_２ＺｎＳｎＳ_４（ＣＺＴＳ）太陽電池、ＣｄＴｅ−ＣｄＳ系太陽電池等が挙げられる。

これらの中でも、ＣＩＳ系（カルコパイライト系）太陽電池は、光吸収層の材料として、シリコンの代わりに、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｅ、Ｓ等から成るカルコパイライト系と呼ばれるＩＢ−ＩＩＩＢ−ＶＩＢ族化合物を用いる。代表的なものとしては、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）_２、ＣｕＩｎＳ_２等が挙げられ、それぞれＣＩＧＳ、ＣＩＧＳＳ、ＣＩＳと略称される。

ＣＩＳ系（カルコパイライト系）太陽電池は、製造法や材料の組み合わせが豊富であり、また多結晶であるため、大面積化や量産化に好適であり、フレキシブルな製品が得られる。
以下、本実施の形態が適用される太陽電池モジュールを、薄膜太陽電池の一つであるＣＩＳ系（カルコパイライト系）太陽電池に適用した例に基づき説明する。

＜太陽電池モジュールＩ_０＞
図１は、本実施の形態が適用される太陽電池モジュールの一例を説明する図である。
図１（ａ）に示す太陽電池モジュールＩ_０は、共通の透光性基板１０上に形成された複数の単位素子（セル）（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，・・・）を電気的に直列に接続した集積型構造（モジュール）を有する薄膜太陽電池である。図１（ａ）に示すように、太陽電池モジュールＩ_０は、透光性基板１０上に順に成膜された第１電極層としての透明電極層１１、バッファー層１２、化合物半導体からなる吸収層としての発電層１３、第２電極層としての裏面電極層１４を備えている。

透明電極層１１と裏面電極層１４とは、それぞれ複数個に絶縁分離されている（透明電極層１１ａ，１１ｂ，・・・／裏面電極層１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，・・・）。絶縁分離された透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ，・・・）及び当該透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ，・・・）にそれぞれ対向し、分離溝１６によって絶縁分離された裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，・・・）と、これらの一対の電極層にそれぞれ挟まれたバッファー層１２及び発電層１３からなる複数のセル（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，・・・）が、互いに隣接する他のセルと電気的に直列に接続されている。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態では、発電層１３は、従来のスーパーストレート構造における化合物半導体層のように分割形成されておらず、複数の透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ，・・・）上に連続的な膜として形成されている。そして、発電層１３には、当該発電層１３を構成する化合物半導体に含まれる元素の少なくとも一部を含み且つ当該発電層１３の他の部分と比べ電気抵抗が低い短絡層１５（・・・，１５ｂ，１５ｃ，・・・）が形成されている。
また、本実施の形態では、第２電極層としての裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，・・・）は、金属粉の集合体から形成されている。短絡層１５（・・・，１５ｂ，１５ｃ，・・・）及び裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，・・・）については後述する。

（太陽電池モジュールＩ_０の構成要素）
（透光性基板１０）
透光性基板１０を構成する材料としては、例えば、透光性プラスチック材料、ガラス等が挙げられる。透光性プラスチック材料としては、例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルサルホン、ポエイフェニレンスルフィド、フッ素樹脂等が挙げられる。透光性基板１０の大きさは特に限定されない。本実施の形態では縦×横が８．５ｃｍ×８．５ｃｍであり、厚さは、０．５ｍｍ程度である。

（透明電極層１１）
透明電極層１１は、本実施の形態では、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯから選択された少なくとも１つを含む金属材料を用い、スパッタリングまたは蒸着法により成膜することが好ましい。透明電極層１１の厚さは、本実施の形態では、約０．６μｍである。

（バッファー層１２）
本実施の形態では、透明電極層１１と発電層１３との間にバッファー層１２を設けている。バッファー層１２を構成する材料は特に限定されないが、本実施の形態では、ＩｎＳ_３、ＺｎＳ等の硫化物を使用している。透明電極層１１と発電層１３との間にバッファー層１２を設けることにより、透明電極層１１と発電層１３との界面で発生する欠陥を抑制している。

（発電層１３）
発電層１３を構成する化合物半導体は、例えば、周期表ＩＢ族、ＩＩＩＢ族、ＶＩＢ族の元素を含むカルコパイライト型化合物半導体が挙げられる。本実施の形態では、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）及びセレン（Ｓｅ）を含むカルコパイライト構造を有するＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系半導体材料により構成されることが好ましい。

ここで、発電層１３を構成する材料としてＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系半導体材料を採用する場合、透明電極層１１側に、ｎ型半導体を形成しやすいＩｎとＳｅとの混合物からなるｎ型半導体形成用前駆体層を成膜し、次に、裏面電極層１４側に、ｐ型半導体を形成しやすいＣｕとＳｅとの混合物からなるｐ型半導体形成用前駆体層を成膜することが好ましい。この場合、ｐ型半導体形成用前駆体層とｎ型半導体形成用前駆体層とが相互に溶融拡散することにより、良好な結晶性を有する発電層１３が生成し、ｐｎ接合を形成される。
発電層１３の厚さは、本実施の形態では、０．３μｍ〜５μｍの範囲内である。

（短絡層１５）
短絡層１５は、発電層１３を構成する元素の一部を含み、且つ裏面電極層１４と隣接する他のセルの透明電極層１１とを電気的に短絡している。本実施の形態では、短絡層１５には、発電層１３を構成する化合物半導体の元素である周期表ＩＢ族、ＩＩＩＢ族、ＶＩＢ族の元素が、発電層１３とは異なる組成比で含まれている。

ここで、短絡層１５に含まれる元素の組成比と電気的な抵抗率ρ（Ωｃｍ）との関係について図４を用いて説明する。尚、図４は、平成元年度新エネルギー・産業技術総合開発機構委託業務成果報告書「新型太陽電池の実用化解析に関する調査研究ＩＩ−化合物薄膜太陽電池−」第５０頁から引用した。

図４は、化合物半導体に含まれる（ＩＢ族元素／ＩＩＩＢ族元素）組成と抵抗率との関係を示すグラフである。図４において、横軸は、ＩＢ族元素のＣｕ（銅）とＩＩＩＢ族元素のＩｎ（インジウム）との組成比（Ｃｕ／Ｉｎ）を表し、縦軸は、抵抗率ρ（Ωｃｍ）を表す。図４に示すように、化合物半導体に含まれるＣｕ元素とＩｎ元素との組成比（Ｃｕ／Ｉｎ）が０．９以下の場合は、抵抗率ρ（Ωｃｍ）が１０^４Ωｃｍ以上の高抵抗率を示す発電領域Ａとなる。一方、Ｃｕ元素とＩｎ元素との組成比（Ｃｕ／Ｉｎ）が１．１５以上の場合は、抵抗率ρ（Ωｃｍ）が約１０^−１Ωｃｍ以下の低抵抗率を示す短絡領域Ｂとなる（ケミカルシャント）。この結果に従えば、ＩＩＩＢ族元素に対するＩＢ族元素の割合を調整することにより、化合物半導体の抵抗率ρ（Ωｃｍ）を化学的に調整することが可能となる。

具体的には、本実施の形態では、短絡層１５に含まれるＩＢ族元素（Ｃｕ）とＩＩＩＢ族元素（Ｉｎ）との比（Ｉｂ／ＩＩＩｂ）が１．１５以上、好ましくは１．２以上となるように構成されている。短絡層１５の製造方法については後述する。
尚、本実施の形態では、ＩＢ族元素として、Ｃｕ元素以外に銀（Ａｇ）元素を使用することができる。周期表においてＣｕ元素と同族（ＩＢ族）に属するＡｇ元素は、Ｃｕ元素と同じ数の最外殻電子を有することから、Ｃｕ元素とＩｎ元素との組成比（Ｃｕ／Ｉｎ）と同様に、Ａｇ元素とＩｎ元素との組成比（Ａｇ／Ｉｎ）を調整することにより、化合物半導体の抵抗率ρ（Ωｃｍ）を短絡領域Ｂにおける低抵抗率ρ（Ωｃｍ）の範囲に調整することが可能となる。

（裏面電極層１４）
裏面電極層１４は、金属粉の集合体から構成されている。ここで金属粉とは、金属元素の粒子を意味する。金属粉は、金属粒子または金属酸化物粒子を含み、それらは集団で金属粉を形成している。金属粉を用いると、例えばスクリーン印刷により裏面電極層１４を形成することが可能である。スクリーン印刷により形成された裏面電極層１４の金属粉の一部は発電層１３に接触する。さらに、裏面電極層１４中の金属粉同士が接触し、平面方向に電子が伝播する。
金属粉に含まれる金属元素としては、例えば、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ及びＰｔ等が挙げられる。また、これらの金属の合金も金属粒子として例示される。本実施の形態では、これらの中でも、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）が好ましい。裏面電極層１４は、上述した金属元素の粒子を含む金属粉分散液を使用する湿式成膜方法により、発電層１３上に成膜される。裏面電極層１４の成膜方法については後述する。
金属粉分散液に含まれる金属元素の粒径は、通常、数ｎｍ〜数μｍの範囲から選択され、特に限定されない。本実施の形態では１０μｍ以下が好ましい。また、例えば、厚さ１μｍ×長さ１０μｍ程度の板状金属粉も使用可能である。

図１（ｂ）は、太陽電池モジュールＩ_０における電子の流れを説明する図である。図中の直線状の矢印は、電子の流れを示す。図１（ｂ）に示すように、スーパーストレート構造を有する太陽電池モジュールＩ_０では、電子は、透光性基板１０上に分割形成された透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ，・・・）を流れ、発電層１３の一部に形成された短絡層１５（・・・１５ｂ，１５ｃ，・・・）を介して発電層１３上に分離形成された裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，・・・）に流れる。この場合、分離溝１６によって各セルの電子の流れが遮断される。これにより、第１のセルとしての単位セルＩａの透明電極層１１ａと、第２のセルとしての単位セルＩｂの裏面電極層１４ｂとが電気的に直列に接続される。

前述したように、本実施の形態では、発電層１３の一部に形成された短絡層１５の抵抗率ρ（Ωｃｍ）が約１０^−１Ωｃｍ以下（化学的抵抗低下による短絡：ケミカルシャント）となるように調整されている。一方、発電層１３の短絡層１５以外の部分は、その抵抗率ρ（Ωｃｍ）が１０^４Ωｃｍ以上（発電領域）となっている。
このため、本実施の形態が適用される太陽電池モジュールＩ_０では、透明電極層１１と裏面電極層１４との接触部を形成することなく、透明電極層１１内を流れる電子は、発電層１３の一部に形成された短絡層１５から隣接するセル中に流れる。これにより、メカニカルスクライブ工程により発電層１３を分割することなく、複数のセル（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，・・・）を電気的に直列に接続した集積型構造（モジュール）を有する薄膜太陽電池が得られる。

このように、本実施の形態では、ケミカルシャントの原理を応用し、発電層１３をメカニカルスクライブ工程により分割することなく、その一部に短絡層１５を設けている。これにより、電子が裏面電極層１４から透明電極層１１内に流れるインターコネクト面積が拡大し、電気的に直列に接続した集積型構造（モジュール）の電気抵抗が低減する。
また、発電層１３をメカニカルスクライブ工程により分割する必要がなく、量産性が向上するとともに、分割された発電層１３の端面からの劣化が抑制される。

＜太陽電池モジュールＩ_０の製造方法＞
次に、太陽電池モジュールＩ_０の製造方法を、図２及び図３を用いて説明する。
図２は、太陽電池モジュールＩ_０の製造方法を説明するフローチャートである。図３は、太陽電池モジュールＩ_０の製造方法の一例を説明する図である。図１と同じ構成については同じ符号を用い、その説明を省略する。

先ず、図３（ａ）に示すように、前述した材料からなる透光性基板１０上に第１導電膜を連続的に成膜し（ステップ１００：透明電極層成膜（第１導電膜成膜工程））、成膜した第１導電膜の一部をパターニングにより除去し（ステップ２００：レーザスクライブ（パターニング工程））、複数に分割された透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ）を形成する。第１導電膜の成膜方法は、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法等が挙げられる。本実施の形態では、スパッタリング法を採用している。本実施の形態では、パターニング工程は、例えば、ネオジウムＹＡＧレーザ等の赤外領域（１，０６４ｎｍ）のビームを使用するレーザスクライブ法（ＬＳ）を採用している。

次に、図３（ｂ）に示すように、分割形成した透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ）上にバッファー層１２を成膜し、さらに、バッファー層１２上に、ＩＢ族元素、ＩＩＩＢ族元素、ＶＩＢ族元素を含む化合物半導体層１３０を成膜する（ステップ３００：化合物半導体層成膜（化合物半導体層成膜工程））。
バッファー層１２の成膜方法としては、スパッタリング法、化学溶液成長法等が挙げられる。本実施の形態では、化学溶液成長法等の湿式成膜を採用している。

本実施の形態では、化合物半導体層１３０は、複数のｐ型半導体形成用前駆体層とｎ型半導体形成用前駆体層とを積層させて成膜する。即ち、本実施の形態では、化合物半導体としてＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系半導体材料を採用し、透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ）側にｎ型半導体を形成しやすいＩｎとＳｅとの混合物からなるｎ型半導体形成用前駆体層を成膜し、後述する裏面電極層１４側にｐ型半導体を形成しやすいＣｕとＳｅとの混合物からなるｐ型半導体形成用前駆体層を成膜する。ｐ型半導体形成用前駆体層とｎ型半導体形成用前駆体層とは、後述する加熱工程において相互に溶融拡散することにより、良好な結晶性を有する半導体からなる発電層１３が生成し、ｐｎ接合を形成させることができる。

化合物半導体層１３０の成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、気相セレン化法、スパッタリング法、ハイブリッドスパッタ法、湿式成膜法等が挙げられる。本実施の形態では、湿式成膜法を採用している。即ち、予め、化合物半導体であるｐ型半導体形成用前駆体とｎ型半導体形成用前駆体を含む所定の半導体分散液をそれぞれ調製し、塗布又は印刷等の手法によりバッファー層１２上に前述した２種類の半導体形成用前駆体層を積層し、化合物半導体層１３０を成膜する。あるいは、２種類の前駆体粒子（例えば、Ｃｕ−Ｓｅ粒子、およびＩｎ−Ｓｅ粒子）を混合した半導体分散液を１層以上成膜しても良い。各前駆体粒子のサイズは１μｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下が良い。

次に、図３（ｃ）に示すように、化合物半導体層１３０の一部に、スクリーン印刷法により、少なくともＩＢ族元素を含む導電性ペースト層１５０を形成する（ステップ４００：導電性ペースト塗布（導電性ペースト層形成工程））。
ここで、導電性ペースト層１５０を構成する導電性ペーストとしては、通常、熱可塑性ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂をバインダとし、これに銀、銅、アルミニウム等の金属の微粉末やカーボンブラック等の導電性微粉末を添加し、種々の有機溶媒にこれらバインダ、導電性微粒子を溶解、分散させて調製されたものとして定義される。金属の微粉末としては、例えば、銅粒子、ニッケル粒子、アルミニウム粒子等の表面の一部が、例えば、銀、金等の他の金属で被覆された複合金属粉も使用される。また、中でも銀については、例えば、酸化第１銀、酸化第２銀、炭酸銀、酢酸銀、アセチルアセトン銀錯体等の粒子状銀化合物が好ましい。
このような導電性ペーストとしては、市販されている従来公知のものを使用することができる。本実施の形態では、例えば、藤倉化成株式会社製Ａｇペースト：ドータイトＸＡ−９０５３を使用している。

続いて、図３（ｄ）に示すように、導電性ペースト層１５０が形成された化合物半導体層１３０を加熱し、化合物半導体の結晶からなる発電層１３を形成すると共に、導電性ペースト層１５０に含まれるＩＢ族元素を化合物半導体層１３０に拡散させ、後述する裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）と透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ）とを短絡する短絡層１５（１５ｂ，１５ｃ）を形成する（ステップ５００：化合物半導体加熱（第１加熱工程））。
化合物半導体層１３０を加熱する温度は、本実施の形態では３００℃以上、好ましくは３５０℃、さらに好ましくは６００℃以下、特に好ましくは５５０℃以下である。

このような第１加熱工程において、化合物半導体層１３０のｐ型半導体形成用前駆体層とｎ型半導体形成用前駆体層とは相互に相互拡散することにより、良好な結晶性を有する半導体からなる発電層１３が生成する。また、複数の前駆体粒子を混合した半導体分散液の塗膜を加熱することにより、複数の前駆体粒子が相互拡散し、良好な結晶性を有する半導体からなる発電層１３が得られる。
この場合、半導体層はｐ型となるが、バッファー層１２から、半導体層中に、半導体層をｎ型に変えるＺｎ、Ｃｄ等のＩＩＢ族元素が拡散し、ｐｎ接合が形成される。この際、バッファー層１２から半導体層中にＩＩＢ族元素が過度に拡散しないように、予めＩＩＢ族元素の遊離しやすさを制御する必要がある。例えば、バッファー層１２に一般的に使用されるＩＩＢ族元素の主要化合物としては、硫化物が挙げられる。また、硫化物より結合が強くＩＩＢ族元素の熱的安定性が高い酸化物を用いることができる。さらに、酸化物と硫化物の複合金属カルコゲナイドを使用しても良い。

さらに、導電性ペースト層１５０に含まれるＣｕ元素やＡｇ元素等のＩＢ族元素が金属イオンとして化合物半導体層１３０に拡散することにより、化合物半導体層１３０に導電性ペーストが拡散した部分のみ、ＩＢ族元素の組成比が増大する。その結果、化合物半導体層１３０に含まれるＩＢ族元素とＩＩＩＢ族元素との組成（ＩＢ族元素／ＩＩＩＢ族元素）が、低抵抗率を得る範囲（図４に示す短絡領域Ｂ）にシフトし、抵抗率ρ（Ωｃｍ）が約１０^−１Ωｃｍ以下（ケミカルシャント）の短絡層１５（１５ｂ，１５ｃ）が形成される。

続いて、図３（ｅ）に示すように、全体として透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ）を覆う連続膜として形成され且つ電気抵抗が低い短絡層１５（１５ｂ，１５ｃ）が設けられている発電層１３上に、湿式成膜法により、絶縁分離された複数の第２導電膜としての裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を成膜する（ステップ６００：裏面電極層印刷（第２導電膜成膜工程））。
本実施の形態において、「第２導電膜成膜工程」とは、メカニカルスクライブにより裏面電極層を分割すべき部分が印刷されないように（即ち、分離溝１６を形成するように）、スクリーン印刷等の手法により絶縁分離した複数の裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を成膜することを意味する。これにより、従来技術において裏面電極層を分割するメカニカルスクライブ工程が不要となる。さらに、スクリーン印刷等の湿式成膜方法は、真空を必要としないので、真空成膜工程を削減することができる。

本実施の形態において、裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を成膜する際に使用する金属粉分散液は、所定の流動性を有する分散媒又は分散剤（以下、「分散媒等」と記す）と分散媒等中に分散する金属粉（金属元素の粒子）を含んでいる。金属粉分散液中に含まれる金属粉は前述した通りである。本実施の形態では、金属粉の金属元素としては、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）が好ましい。金属粉分散液の種類としては、例えば、溶液、コロイド、懸濁液等が挙げられる。
湿式成膜法としては、印刷が挙げられる。具体的には、インクジェット印刷、空気圧式噴霧、スクリーン印刷、パッド印刷、レーザ印刷、ドットマトリックス印刷、感熱式印刷、リソグラフィ等が挙げられる。本実施の形態では、スクリーン印刷を採用し、発電層１３上に絶縁分離した複数の裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を成膜している。これにより、金属粉分散液中に含まれる金属粉の集合体からなる裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）が形成される。

本実施の形態が適用される太陽電池モジュールＩ_０において、金属粉の集合体からなる裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）は、従来、スパッタリング等の真空成膜法により成膜した導電膜と比較して、透光性基板１０側から発電層１３に入射する入射光を反射する反射層としての機能が増大することが期待できる。さらに、後述するように、裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の外側に塗布するエチレン−酢酸ビニル樹脂（ＥＶＡ樹脂）との接着性が改良されると考えられる。
尚、本実施の形態では、前述した導電性ペースト層１５０を形成する際に使用する導電性ペーストを使用し、スクリーン印刷により、発電層１３上に絶縁分離された複数の裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を成膜することも可能である。

次に、発電層１３上に塗布された複数の裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を加熱乾燥し、成膜工程で使用した金属粉分散液中の分散媒を除去する（ステップ７００：裏面電極層加熱（第２加熱工程））。本実施の形態では、加熱温度は、１００℃以上であり、好ましくは１５０℃以上であり、さらに好ましくは２５０℃以下であり、特に好ましくは２００℃以下である。

最後に、図３（ｆ）に示すように、スーパーストレート構造に形成された太陽電池モジュールＩ_０の裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）側にエチレン−酢酸ビニル樹脂（ＥＶＡ樹脂）を塗布し、さらにバックシートを載せて加熱圧着する。

上述したように、本実施の形態では、短絡層１５（１５ｂ，１５ｃ）は発電層１３とバッファー層１２に拡散し透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ）に達することにより、裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）と透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ）とを電気的に短絡させている。本実施の形態が適用される太陽電池モジュールＩ_０の製造方法は、従来から行われているＣＩＳ薄膜太陽電池の製造工程と比べ、真空成膜工程を採用することなく、大気圧においてバッファー層１２と発電層１３と裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）とが連続的に一貫成膜できる。また、従来、発電層１３と裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を分割するメカニカルスクライブ工程を採用する必要がない。このため、化合物半導体を含む発電層１３が大気に暴露される機会が低減し、太陽電池の性能低下が防止される。また、通常、長時間を要するメカニカルスクライブ工程を削減することにより量産性の低下を防ぐことができる。さらに、メカニカルスクライブ後に生じる切削された端面からの劣化が抑制される。

また、本実施の形態が適用される太陽電池モジュールＩ_０は、裏面電極層１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）と透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ）とを電気的に短絡させる短絡層１５（１５ｂ，１５ｃ）を設けることにより、透明電極層１１（１１ａ，１１ｂ）の厚さを薄くすることが可能となり、製造コストの低減と共に、光透過率の向上及び発電効率の増大が期待できる。即ち、従来の集積型の太陽電池モジュールでは、インターコネクトの抵抗を低下させるために、変換効率の低下をある程度犠牲にして、透明電極層を厚く形成する必要があった。しかし、本実施の形態における太陽電池モジュールＩ_０のように、化合物半導体層１３０の導電性ペーストが塗布された部分のみに、ＩＢ族元素とＩＩＩＢ族元素との組成が、低抵抗率が得られる範囲にシフトした短絡層１５（１５ｂ，１５ｃ）を設けることにより、上述した問題が解決される。

尚、以上の説明は、本発明の実施の形態を説明するための一例に過ぎず、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。
本発明は複数の元素から構成される半導体層と、これを挟む２つの電極層を備える太陽電池モジュールや、このような構造を有する太陽電池モジュールの製造方法に応用することができる。例えば、Ｃｄ−Ｔｅ系に代表されるＩＩＩ−Ｖ族半導体、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系に代表されるＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｓ系化合物に代表されるＩ−ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族半導体、ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族半導体、Ｓｉ−Ｇｅ系等の２種類以上の元素からなるＩＶ族半導体に適用することも可能である。

１，１ａ，１ｂ，１１，１１ａ，１１ｂ…透明電極層、２，１２…バッファー層、３，１３…発電層、４，１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…裏面電極層、１０…透光性基板、１５，１５ｂ，１５ｃ…短絡層、１６…分離溝、Ｉ_０…太陽電池モジュール

Claims (18)

1. 透光性基板上に順に成膜された第１電極層、吸収層及び第２電極層を備えた太陽電池モジュールであって、
   前記第１電極層と前記第２電極層とは、それぞれ複数個に絶縁分離され、
   分離された一つの前記第１電極層と当該第１電極層と対向する前記第２電極層、当該第１電極層及び当該第２電極層に挟まれた前記吸収層からなる一つのセルが、隣接する他のセルと電気的に直列に接続され、
   前記第２電極層は、金属粉の集合体からなる
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記第２電極層の前記金属粉は、粒径１０μｍ以下の金属元素の粒子から構成されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第２電極層の前記金属粉が、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記第２電極層は、前記金属粉を含む金属粉分散液を用いた湿式成膜法により前記吸収層上に成膜されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記吸収層は、当該吸収層に含まれる元素の少なくとも一部を含み且つ当該吸収層の他の部分と比べ電気抵抗が低い短絡層を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
6. 隣接する２個の前記セルにおいて、第１のセルの前記第１電極層と第２のセルの前記第２電極層とが、前記吸収層の前記短絡層を介して電気的に直列接続することを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記吸収層は、複数の前記セルの各前記第１電極層を覆う連続膜として形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記吸収層は、ＩＢ族元素、ＩＩＩＢ族元素、ＶＩＢ族元素を含む化合物半導体からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記吸収層は、カルコパイライト構造を有するＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系半導体からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
10. 前記吸収層は、化合物半導体を含む半導体分散液を用いた湿式成膜法により前記第１電極層上に成膜されたものであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
11. 複数のセルを電気的に直列接続してなる太陽電池モジュールであって、
    前記セルは、
    透光性基板上に形成された第１電極層と、
    前記第１電極層上に直接又は他の層を介して成膜された吸収層と、
    前記吸収層上に金属粉の集合体により成膜された第２電極層と、
    を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
12. 前記第２電極層の前記金属粉は、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）を含む粒径１０μｍ以下の金属元素の粒子から構成されることを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
13. 前記第２電極層は、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）を含む粒径１０μｍ以下の金属元素の粒子を含む導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法により前記吸収層上に成膜されたものであることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の太陽電池モジュール。
14. 太陽電池モジュールの製造方法であって、
    透光性基板上に透光性の第１導電膜を成膜する第１導電膜成膜工程と、
    成膜された前記第１導電膜の一部を除去し絶縁分離された複数の第１電極層を形成するパターニング工程と、
    分離形成された複数の前記第１電極層上にＩＢ族元素、ＩＩＩＢ族元素、ＶＩＢ族元素を含む化合物半導体層を成膜する化合物半導体層成膜工程と、
    成膜された前記化合物半導体層上の一部に少なくともＩＢ族元素を含む導電性ペースト層を形成する導電性ペースト層形成工程と、
    成膜された前記化合物半導体層を加熱し、化合物半導体の結晶からなる吸収層を形成すると共に、前記導電性ペースト層に含まれるＩＢ族元素を当該吸収層内に拡散させ、当該吸収層の他の部分と比べ電気抵抗が低い短絡層を形成する第１加熱工程と、
    成膜された前記吸収層上に、湿式成膜法を用い、分離された複数の第２導電膜を成膜する第２導電膜成膜工程と、
    分離成膜された複数の前記第２導電膜を加熱し絶縁分離された複数の第２電極層を形成するとともに前記第１電極層と当該第２電極層とを、前記短絡層を介して電気的に直列接続させる第２加熱工程と、
    を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
15. 前記第２導電膜成膜工程は、粒径１０μｍ以下の金属元素の粒子を含む金属粉分散液を用い、所定の間隔を設けた複数の前記第２導電膜を前記吸収層上に印刷することにより成膜することを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
16. 前記金属粉分散液は、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）を含む金属粉と、当該金属粉を分散させる分散媒を含有することを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
17. 前記短絡層の前記化合物半導体に含まれるＩＢ族元素とＩＩＩＢ族元素との比（Ｉｂ／ＩＩＩｂ）が１．１５以上であることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
18. 前記化合物半導体層成膜工程は、前記化合物半導体を含む半導体分散液を用いた湿式成膜法により前記第１電極層上に前記化合物半導体層を成膜することを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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