JP2012238720A - 薄膜太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】透明表面電極層の低電気抵抗と低光吸収とを両立した光電変換効率に優れた薄膜太陽電池を得ること。
【解決手段】 透光性絶縁基板10上に、透明表面電極層11と、半導体膜からなり光電変換を行う光電変換層12と、裏面電極層13とがこの順で積層されるとともに前記透光性絶縁基板10上の層が分離溝により分割された複数の薄膜太陽電池セル2−1、2−2、2−3が所定の配列方向に配設され、隣接する前記薄膜太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、前記薄膜太陽電池セル内における前記透明表面電極層11の電気抵抗率と光透過率とが、前記透明表面電極層11における前記所定の配列方向での電流の流れ方向の上流側から下流側に向かって段階的または連続的に低くなる。
【選択図】図1−2
【解決手段】 透光性絶縁基板10上に、透明表面電極層11と、半導体膜からなり光電変換を行う光電変換層12と、裏面電極層13とがこの順で積層されるとともに前記透光性絶縁基板10上の層が分離溝により分割された複数の薄膜太陽電池セル2−1、2−2、2−3が所定の配列方向に配設され、隣接する前記薄膜太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、前記薄膜太陽電池セル内における前記透明表面電極層11の電気抵抗率と光透過率とが、前記透明表面電極層11における前記所定の配列方向での電流の流れ方向の上流側から下流側に向かって段階的または連続的に低くなる。
【選択図】図1−2
Description
本発明は、薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。
太陽光発電システムは、21世紀の地球環境を化石エネルギーの燃焼による二酸化炭素(CO2)ガスの増加から守るクリーンエネルギーとして期待されており、その生産量は世界中で爆発的に増加している。そして、現在の太陽電池の主流は、シリコンの塊をスライスした基板を太陽電池用基板として用いるバルク型太陽電池である。このため、世界中でシリコンウェハが不足するという事態が発生している。そこで、近年では、光電変換層(半導体層)が、シリコンウェハの供給量に律速されない薄膜からなる薄膜太陽電池の生産量が急速に伸びつつある。
薄膜太陽電池では光の入射する側の透明表面電極層には透明導電性酸化物材料が一般的に用いられる。しかしながら、薄膜太陽電池の面積が大きくなると、透明表面電極層での直列抵抗成分が増大し、これがジュール損失となり太陽電池の発電効率を低下させる。
そこで薄膜太陽電池では、複数の幅の狭い短冊状に分離された薄膜太陽電池セルを各々の長手方向が一致するように配置し、隣接する薄膜太陽電池セルの透明表面電極と裏面電極とを接触させることで電気的に直列接続して集積化する。これにより、全体として薄膜太陽電池モジュールとして動作させることで、透明表面電極層での電流密度を下げてジュール損失の増大を低減し、太陽電池の発電効率の低下を抑制している。
薄膜太陽電池の集積化では、レーザ光を用いたレーザスクライブ法により、透明表面電極層、光電変換層、裏面金属電極層のそれぞれに分離溝を形成して、薄膜太陽電池セルの分離および直列接続を行うことが一般的である(たとえば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術を用いたとしても、透明表面電極層におけるジュール損失を無視することはできない。透明表面電極層でのジュール損失を低減するためには、電気抵抗を低減する必要がある。電気抵抗を低減する手段としては、透明表面電極層の厚さを増やすか、あるいはその材料となる透明導電性酸化物材料の導電率を高める必要がある。
しかしながら、透明表面電極層の厚さを増やした場合は、透明表面電極層での光吸収量が増大して光電変換層に導かれる光量が減少するため、光電変換層で発生する電流量が減少する。また、透明導電性酸化物材料の導電率を高めるためには、アルミニウムやガリウム等の不純物濃度を高めることが一般的である。しかし、透明導電性酸化物材料の不純物濃度を高めると光吸収量が増大し、透明表面電極層の厚さを増やした場合と同様に光電変換層で発生する電流量が減少する。このように透明表面電極層の電気抵抗の低減と光吸収率の増大とはトレードオフの関係にあり、透明表面電極層の低電気抵抗と低光吸収とを両立させることは困難である、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、透明表面電極層の低電気抵抗と低光吸収とを両立した光電変換効率に優れた薄膜太陽電池およびその製造方法を得ること、を目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板上に、透明表面電極層と、半導体膜からなり光電変換を行う光電変換層と、裏面電極層とがこの順で積層されるとともに前記透光性絶縁基板上の層が分離溝により分割された複数の薄膜太陽電池セルが所定の配列方向に配設され、隣接する前記薄膜太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、前記薄膜太陽電池セル内における前記透明表面電極層の電気抵抗率と光透過率とが、前記透明表面電極層における前記所定の配列方向での電流の流れ方向の上流側から下流側に向かって段階的または連続的に低くなること、を特徴とする。
本発明によれば、透明表面電極層におけるジュール損失低減と光電変換層へ取り込む光量の増大とを両立させることができ、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池およびその製造方法を得ることができる、という効果を奏する。
以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池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。すなわち、以下の実施の形態で用いられる断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。
実施の形態1.
図1−1は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜太陽電池である薄膜太陽電池モジュール(以下、モジュールと呼ぶ)1の概略構成を模式的に示す平面図である。図1−2は、モジュール1を構成する薄膜太陽電池セル(以下、セルと呼ぶ場合がある)2の短手向(配列方向)における断面構造および透明表面電極層中の電流密度分布を説明するための図である。図1−2における断面構造は、図1−1の線分A−Aにおける要部断面図である。
図1−1は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜太陽電池である薄膜太陽電池モジュール(以下、モジュールと呼ぶ)1の概略構成を模式的に示す平面図である。図1−2は、モジュール1を構成する薄膜太陽電池セル(以下、セルと呼ぶ場合がある)2の短手向(配列方向)における断面構造および透明表面電極層中の電流密度分布を説明するための図である。図1−2における断面構造は、図1−1の線分A−Aにおける要部断面図である。
図1−1および図1−2に示すように、本実施の形態にかかるモジュール1は、短冊状(矩形状)のスクライブ部3をはさむ形で、透光性絶縁基板10上に短冊状(矩形状)のセル2(図1−2においては、セル2−1、セル2−2、セル2−3を記載)が、それぞれの長手方向を一致させる形で複数配置された構造を持つ。そして、これらの配列されたセル2が電気的に直列に接続されることにより、全体として薄膜太陽電池モジュールとして機能する。
セル2は、図1−2に示すように透光性絶縁基板10上に、透明表面電極層11と、光電変換層12と、裏面電極層13と、が順に積層された構成を有する。ここで、光入射側(透光性絶縁基板10側)の面を表面といい、表面とは反対側(裏面電極層13側)の面を裏面とする。
透光性絶縁基板10は、例えば高光透過率のガラス基板や、ポリイミドなどの透光性の有機フィルム材料などの透光性及び絶縁性を有する材料によって構成される。
透明表面電極層11は、酸化錫(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、ITO(Indium Tin Oxide)などの透明導電性酸化物材料や、これらの透明導電性酸化物材料にアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)などの金属を添加した材料などによって構成される。また、透明表面電極層11は、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)、窒素(N)から選択した少なくとも1種類以上の元素を用いたZnO膜、ITO膜、SnO2膜、またはこれらを積層して形成した透明導電膜であってもよく、光透過性を有している透明導電膜であればよい。また、透明表面電極層11は、表面に凹凸が形成された表面テクスチャ構造を有することが好ましい。このテクスチャ構造は、入射した太陽光を散乱させ、光電変換層12での光利用効率を高める機能を有する。
ここで、本実施の形態にかかる透明表面電極層11は、その膜厚が透光性絶縁基板10の面方向における矩形状のセル2の長手方向(図1−1および図1−2におけるX方向)において、電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かうにしたがって徐々に厚くなる階段状とされている。すなわち、透明表面電極層11の膜厚は、各セル2内において、セル2の短手方向(セル2の配列方向)での電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かうにしたがって段階的に徐々に厚くなる。例えば、図1−2に示すセル2−2においては、透明表面電極層11の膜厚は、セル2−3側からセル2−1側に向かって階段状に徐々に厚く形成されている。
このような構成とすることにより、各セル2内において、透明表面電極層11の電気抵抗率はセル2の短手方向(セル2の配列方向)での電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かって階段状に徐々に低くなる。また、各セル2内において、透明表面電極層11の光透過率はセル2の短手方向(セル2の配列方向)での電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かって階段状に徐々に低くなる。なお、導電性を向上させるために添加される金属不純物の濃度は、透明表面電極層11の面方向において略均一である。ここで、上流側とは、各セル2の透明表面電極層11を電流が流れる際の電流の流れの上流側を意味する。
透明表面電極層11を構成する透明導電性酸化物材料は一般的にその導電率と光透過率とがトレードオフの関係にあり、高導電率と高光透過率とを両立させることは困難である。一方、透明表面電極層11を流れる電流の電流密度は、図1−2に示すようにセル2の短手方向(セル2の配列方向)において電流の流れ方向4の上流側では低く、下流側に向かって高くなっていく。
そこで、本実施の形態にかかる透明表面電極層11では、膜厚をセル2の短手方向(セル2の配列方向)において階段状に変化させて、透明表面電極層11の電気抵抗と光吸収量とを電流の流れ方向4において変化させる。すなわち、各セル2の透明表面電極層11において、電流密度が相対的に低くジュール損失による光電変換効率低下への影響が小さい上流側の領域では、透明表面電極層11の膜厚を薄くすることで透明表面電極層11での光吸収量を少なくして、光電変換層12に導かれる光量を増大させる。一方、各セル2の透明表面電極層11において、電流密度が相対的に高くジュール損失による効率低下への影響が大きくなる下流側の領域では、透明表面電極層11の膜厚を厚くして電気抵抗を低減させる。これにより、セル2を一体として見た場合のジュール損失低減と光電変換層12へ取り込む光量の増大とを両立させることができ、モジュール1の光電変換効率の向上を実現することができる。
光電変換層12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層または複数層以上積層されて構成される。このような光電変換層12としては、水素化アモルファスシリコン、水素化微結晶シリコン、水素化アモルファスシリコンゲルマニウム、水素化微結晶シリコンゲルマニウム、水素化アモルファス炭化シリコン、水素化微結晶炭化シリコン、水素化アモルファス酸化シリコン、水素化微結晶酸化シリコン、などを用いることができる。また、これらの薄膜半導体層の積層体を用いることができる。
光電変換層12として複数の薄膜半導体層を積層する場合には、表面側からバンドギャップが大きい順番に積層していく必要がある。さらに異なる薄膜半導体層の層間には、酸化錫、酸化亜鉛、ITOなどの透明導電性酸化物材料や、これらの透明導電性酸化物材料にアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)といった金属を添加した材料や、ホウ素(B)やリン(P)などの不純物をドーピングして導電性を向上させた水素化微結晶シリコンや水素化微結晶炭化シリコンや水素化微結晶酸化シリコンなどのシリコン化合物、あるいは上記材料の積層体を中間層として挿入してもよい。
裏面電極層13は、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、金(Au)、銅(Cu)、ネオジウム(Nd)、クロム(Cr)等の高い導電性と光反射性とを併せ持つ金属材料、および金属材料の混合物を、単層あるいは積層して使用することができる。また、反射率を向上させるため、上記金属材料と光電変換層12との層間に酸化錫、酸化亜鉛、ITOなどの透明導電性酸化物材料や、これらの透明導電性酸化物材料にアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)といった金属を添加した材料からなる透明導電層を挿入してもよい。
透光性絶縁基板10上に形成された透明表面電極層11には、透光性絶縁基板10の短手方向(図1−1におけるY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10に達するストライプ状(線形状)の第1分離溝20が形成されている。そして、この第1分離溝20の部分に光電変換層12が埋め込まれることで、透明表面電極層11が隣接するセル2に跨るように分離されて形成されている。
また、透明表面電極層11上に形成された光電変換層12には、第1分離溝20と異なる箇所において透光性絶縁基板10の短手方向(図1−1におけるY方向)と略平行な方向に延在するとともに透明表面電極層11に達するストライプ状(線形状)の第2分離溝21が形成されている。
また、裏面電極層13および光電変換層12には、第1分離溝20および第2分離溝21とは異なる箇所で、透明表面電極層11に達するストライプ状(線形状)の第3分離溝22が形成されて、各セル2(例えば、セル2−1、セル2−2、セル2−3)が分離されている。そして、第2分離溝21の部分に裏面電極層13が埋め込まれることで、裏面電極層13が透明表面電極層11に接続される。そして、透明表面電極層11が隣接するセル2に跨っているため、隣り合う2つのセル2の一方の裏面電極層13と他方の透明表面電極層11とが電気的に接続されている。このように、セル2の透明表面電極層11が、隣接するセル2の裏面電極層13と接続することによって、隣接するセル2同士が電気的に直列接続している。これにより、例えば隣接するセル2−1、セル2−2、セル2−3の順で電気的に直列接続されている。
また、上述した透明表面電極層11を分離する第1分離溝20と、光電変換層12を分離する第2分離溝21と、光電変換層12および裏面電極層13を分離する第3分離溝22との3本の分離溝から、短冊状(矩形状)のスクライブ部3(例えば、スクライブ部3−1、スクライブ部3−2)が構成されている。
このように、モジュール1は、短冊状(矩形状)のセル2が、同じく短冊状(矩形状)のスクライブ部3にはさまれた形でそれぞれの長手方向(延在方向)を一致させる形態で複数配置された構造を持つ。そして、このように配列されたセル2が電気的に直列に接続されることにより、全体としてモジュール1として機能する。なお、モジュール1においては、セル2の長手方向、セル2の延在方向および透光性絶縁基板10の短手方向は同一方向であり、図1−1におけるY方向である。同様に、セル2の短手方向(セル2の配列方向)および透光性絶縁基板10の長手方向は同一方向であり、図1−1におけるX方向である。
このような本実施の形態にかかるモジュール1の動作の概略について説明する。透光性絶縁基板10の裏面(セル2が形成されていない方の面)から太陽光が入射すると、光電変換層12で自由キャリアが生成され、電流が発生する。各セル2で発生した電流はセル2内およびスクライブ部3内を図1−2に示す電流の流れ方向4に流れ、透明表面電極層11と裏面電極層13とを介して隣接するセル2に流れ込み、モジュール1全体の発電電流を生成する。
次に、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1の製造方法について説明する。図2−1〜図2−8は、実施の形態1にかかるモジュール1の製造工程の一例を説明するための要部断面図である。図2−1〜図2−8は、図1−2の要部断面図に対応している。
まず、透光性絶縁基板10を用意する。ここでは、透光性絶縁基板10として例えば縦1.1メートル、横1.4メートル、厚さ4ミリのガラス基板を用いる。
つぎに、透光性絶縁基板10上に、透明表面電極層11として、たとえば導電率向上のためにアルミニウム(Al)を不純物として添加した酸化亜鉛(ZnO)膜をスパッタリング法などの物理的気相成長法や化学的気相成長法(CVD法)により成膜する。この際、透光性絶縁基板10上の全面に略均一な膜厚で酸化亜鉛(ZnO)膜を成膜した後、成膜工程を複数回に分け、かつマスク等を使用することにより酸化亜鉛(ZnO)膜を部分毎に成膜することで、透明表面電極層11が階段形状となるようにする(図2−1、図2−2、図2−3)。添加するアルミニウム濃度はたとえば0.5〜5重量%の範囲とし、最終的な透明表面電極層11の膜厚はたとえば200nm〜1μm程度とすることが望ましい。
透明表面電極層11には、表面に小さな凹凸を形成して表面テクスチャ構造を形成することが好ましい。小さな凹凸は、溶媒を用いたウェットエッチング法やプラズマエッチング方法を用いて形成される。ただし、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)等の透明表面電極層11をCVD法により形成した場合には自己組織的に透明表面電極層11の表面に凹凸が形成されるため、エッチング等による凹凸の形成は必要ない。
次に、透明表面電極層11の一部を透光性絶縁基板10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、透明表面電極層11を短冊状にパターニングし、複数の透明表面電極層11に分離する(図2−4)。透明表面電極層11のパターニングは、レーザ光30を用いたレーザスクライブ法により、透光性絶縁基板10の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板10に達するストライプ状(線形状)の第1分離溝20を形成することで行う。レーザ光30には、たとえば波長1064nmのYAGレーザを用いる。スクライブ幅は、例えば30μm〜100μmとする。また短冊状(矩形状)のセル2の短手方向(セル2の配列方向)の幅がたとえば5mm〜20mm程度になるようにスクライブラインのピッチを調整する。レーザスクライブの後、加工残渣やレーザによる変質層除去のため洗浄工程を用いてもよい。
次に、第1分離溝20内および透明表面電極層11上に、PN接合またはPIN接合を有する1層または複数層の薄膜半導体層からなる光電変換層12をCVD法により形成する(図2−5)。また、光電変換層12として複数の薄膜半導体層を積層する場合は、異なる薄膜半導体層の層間にスパッタリングまたはCVD法により中間導電体層を形成してもよい。たとえば光電変換層12を水素化アモルファスシリコンや水素化アモルファスシリコンゲルマニウム等のアモルファス系膜とした場合は、その膜厚は50nm〜300nm程度とし、水素化微結晶シリコンや水素化微結晶シリコンゲルマニウム等の微結晶系膜とした場合は、その膜厚は500nm〜3μm程度とすることが望ましい。また、異なる光電変換層を積層する場合、光電変換層間に中間導電体層として例えば屈折率1.5〜2.0、導電率1.0×10−7〜1.0−5S/cm、膜厚50nm〜100nm程度の微結晶酸化シリコン層を挿入してもよい。
次に、光電変換層12の一部を透光性絶縁基板10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、光電変換層12を短冊状にパターニングし、複数の光電変換層12に分離する(図2−6)。光電変換層12のパターニングは、レーザ光31を用いたレーザスクライブ法により、第1分離溝20と異なる箇所に、透光性絶縁基板10の短手方向と略平行な方向に延在して透明表面電極層11に達するストライプ状(線形状)の第2分離溝21を形成することで行う。レーザ光31には、たとえば波長1064nmのYAGレーザの2次高調波である532nmのレーザ光を用いる。スクライブ幅は、たとえば30μm〜100μmとする。隣接する第2分離溝21と第2分離溝21との間隔は、たとえば30μm〜100μmとする。レーザスクライブの後、加工残渣やレーザによる変質層除去のため洗浄工程を用いてもよい。
つぎに、第2分離溝21内および光電変換層12上に裏面電極層13として例えば銀(Ag)をスパッタリング法により成膜する(図2−7)。裏面電極層13の膜厚は、たとえば100nm〜500nmとする。このとき、第2分離溝21内が裏面電極層13により埋め込まれる条件で裏面電極層13を形成する。これにより、第2分離溝21内に裏面電極層13が形成されて、光電変換層12上の裏面電極層13と透明表面電極層11との電気的な接続が確保される。
ここで、光電変換層12と裏面電極層13との層間に、スパッタリング法やCVD法によって形成された透明導電層を挿入してもよい。すなわち、光電変換層12の形成後に、透明導電層としてアルミニウムを不純物として添加した酸化亜鉛膜をスパッタリング法により成膜し、裏面電極層13と光電変換層12の層間に配置してもよい。添加するアルミニウム濃度はたとえば0.5〜5重量%の範囲とし、最終的な透明導電層の膜厚は50nm〜100nmとする。この場合は、透明導電層上に裏面電極層13を形成する。
最後に、光電変換層12および裏面電極層13の一部を透光性絶縁基板10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、光電変換層12および裏面電極層13を短冊状にパターニングし、分離する(図2−8)。光電変換層12および裏面電極層13のパターニングは、レーザ光32を用いたレーザスクライブ法により、第1分離溝20および第2分離溝21と異なる箇所に、透光性絶縁基板10の短手方向と略平行な方向に延在して透明表面電極層11に達するストライプ状(線形状)の第3分離溝22を形成することで行う。加工方法は第2分離溝21の形成と同様であり、隣接する第3分離溝22と第3分離溝22との間隔は、たとえば30μm〜100μmとする。レーザスクライブの後、加工残渣やレーザによる変質層除去のため洗浄工程を用いてもよい。
以上により、図1−1および図1−2に示すような本実施の形態にかかるモジュール1が完成する。
上述したように、実施の形態1にかかるモジュール1では、透明表面電極層11の膜厚をセル2の短手方向(セル2の配列方向)に対して階段状に変化させて、透明表面電極層11の電気抵抗と光吸収量とを電流の流れ方向4において変化させる。すなわち、各セル2の透明表面電極層11において、電流密度が相対的に低くジュール損失による光電変換効率低下への影響が小さい上流側の領域では、透明表面電極層11の膜厚を薄くすることで透明表面電極層11での光吸収量を少なくして、光電変換層12に導かれる光量を増大させる。一方、各セル2の透明表面電極層11において、電流密度が相対的に高くジュール損失による効率低下への影響が大きくなる下流側の領域では、透明表面電極層11の膜厚を厚くして電気抵抗を低減させる。これにより、セル2を一体として見た場合のジュール損失低減と光電変換層12へ取り込む光量の増大とを両立させることができ、光電変換効率の向上を実現することができる。
したがって、実施の形態1にかかるモジュール1によれば、透明表面電極層11の低電気抵抗と低光吸収とを両立した、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池モジュールが得られる。
実施の形態2.
図3は、実施の形態2にかかるモジュール101の断面構造および透明表面電極層中の電流密度分布を説明するための図である。図3における断面構造は、実施の形態1における図1−2に対応する。また、実施の形態2にかかるモジュール101の平面図は、図1−1を参照することとする。なお、図3においては図1−2と同じ部材については、同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。実施の形態2にかかるモジュール101が実施の形態1にかかるモジュール1と異なる点は、透明表面電極層11の代わりに、その膜厚が電流の流れ方向4の下流側に向かうにしたがって連続的に徐々に厚くなる傾斜形状を有する透明表面電極層11aを有する点である。
図3は、実施の形態2にかかるモジュール101の断面構造および透明表面電極層中の電流密度分布を説明するための図である。図3における断面構造は、実施の形態1における図1−2に対応する。また、実施の形態2にかかるモジュール101の平面図は、図1−1を参照することとする。なお、図3においては図1−2と同じ部材については、同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。実施の形態2にかかるモジュール101が実施の形態1にかかるモジュール1と異なる点は、透明表面電極層11の代わりに、その膜厚が電流の流れ方向4の下流側に向かうにしたがって連続的に徐々に厚くなる傾斜形状を有する透明表面電極層11aを有する点である。
すなわち、図3に示すように、本実施の形態にかかるモジュール101は、短冊状(矩形状)のスクライブ部3をはさむ形で、透光性絶縁基板10上に短冊状(矩形状)のセル2a(図3においては、セル2a−1、セル2a−2、セル2a−3を記載)が、それぞれの長手方向を一致させる形で複数配置された構造を持つ。そして、これらの配列されたセル2aが電気的に直列に接続されることにより、全体として薄膜太陽電池モジュールとして機能する。セル2aは、図3に示すように透光性絶縁基板10上に、透明表面電極層11aと、光電変換層12と、裏面電極層13と、が順に積層された構成を有する。
透明表面電極層11aは、透明表面電極層11と同様の材料により構成されるが、その膜厚方向における形状が透明表面電極層11と異なる。透明表面電極層11aは、その膜厚が透光性絶縁基板10の面方向におけるセル2の長手方向(図3におけるX方向)において、電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かうにしたがって連続的に徐々に厚くなる傾斜形状とされている。
このような構成とすることにより、各セル2内において、透明表面電極層11aの電気抵抗率はセル2の短手方向(セル2の配列方向)での電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かって連続的に徐々に低くなる。また、各セル2内において、透明表面電極層11aの光透過率はセル2の短手方向(セル2の配列方向)での電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かって連続的に徐々に低くなる。なお、導電性を向上させるために添加される金属不純物の濃度は、透明表面電極層11aの面方向において略均一である。
本実施の形態にかかる透明表面電極層11aでは、膜厚をセル2の短手方向(セル2の配列方向)において連続的に変化させて、透明表面電極層11aの電気抵抗と光吸収量とを電流の流れ方向4において変化させる。すなわち、各セル2の透明表面電極層11aにおいて、電流密度が相対的に低くジュール損失による光電変換効率低下への影響が小さい上流側の領域では、透明表面電極層11aの膜厚を薄くすることで透明表面電極層11aでの光吸収量を少なくして、光電変換層12に導かれる光量を増大させる。一方、各セル2の透明表面電極層11aにおいて、電流密度が相対的に高くジュール損失による効率低下への影響が大きくなる下流側の領域では、透明表面電極層11aの膜厚を厚くして電気抵抗を低減させる。これにより、セル2を一体として見た場合のジュール損失低減と光電変換層12へ取り込む光量の増大とを両立させることができ、モジュール101の光電変換効率の向上を実現することができる。
次に、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101の製造方法について説明する。図4−1〜図4−6は、実施の形態2にかかるモジュール101の製造工程の一例を説明するための要部断面図である。図4−1〜図4−6は、図3の要部断面図に対応している。
まず、透光性絶縁基板10を用意する。ここでは、透光性絶縁基板10として例えば縦1.1メートル、横1.4メートル、厚さ4ミリのガラス基板を用いる。
つぎに、透光性絶縁基板10上に、透明表面電極層11aとして、たとえば導電率向上のためにアルミニウム(Al)を不純物として添加した酸化亜鉛(ZnO)膜をスパッタリング法や化学的気相成長法(CVD法)により成膜する。この際、透光性絶縁基板10上の全面に略均一な膜厚で酸化亜鉛(ZnO)膜を成膜した後、この酸化亜鉛(ZnO)膜に対してサンドブラスト法により傾斜加工を施して、透明表面電極層11aがセル2の短手方向(セル2の配列方向)(図3におけるX方向)において、傾斜形状となるようにする(図4−1)。
図5は、透光性絶縁基板10上に形成した酸化亜鉛(ZnO)膜に対するサンドブラスト法による傾斜加工の一例を模式的に示す断面図である。図5に示すように、透光性絶縁基板10上に形成した酸化亜鉛(ZnO)膜11a’に対して、研磨剤5を透光性絶縁基板10の短手方向(図3における紙面と垂直方向)と同一方向に延在するカーテン状にして吹きつけ、これと同時に透光性絶縁基板10または研磨剤5を透光性絶縁基板10の長手方向(図3におけるX方向)において部分的に揺動させる。これにより、酸化亜鉛(ZnO)膜11a’に対して吹き付けられる研磨剤5の量を透光性絶縁基板10の長手方向(図3におけるX方向)で周期的に変化させて酸化亜鉛(ZnO)膜11a’を所望の傾斜形状に加工することができる。
また、上述した加工方法において、研磨剤5の吹き付け量を透光性絶縁基板10の長手方向(図3におけるX方向)において階段状に変化させることで、実施の形態1の透明表面電極層11と同様の階段形状に加工することができる。また、サンドブラスト法に代わり、溶媒を用いたウェットエッチング法により透明表面電極層11aの形状を加工してもよい。なお、この後、溶媒を用いたウェットエッチング法やプラズマエッチング法を用いて、透明表面電極層11aの表面に表面テクスチャ構造を形成してもよい。
次に、透明表面電極層11aの一部を透光性絶縁基板10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、透明表面電極層11aを短冊状にパターニングし、複数の透明表面電極層11aに分離する(図4−2)。透明表面電極層11aのパターニングは、実施の形態1の場合と同様にして、レーザ光30を用いたレーザスクライブ法により、透光性絶縁基板10の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板10に達するストライプ状(線形状)の第1分離溝20を形成することで行う。レーザスクライブの後、加工残渣やレーザによる変質層除去のため洗浄工程を用いてもよい。
次に、第1分離溝20内および透明表面電極層11a上に、実施の形態1の場合と同様にして、PN接合またはPIN接合を有する1層または複数層の薄膜半導体層からなる光電変換層12をCVD法により形成する(図4−3)。また、光電変換層12として複数の薄膜半導体層を積層する場合は、異なる薄膜半導体層の層間にスパッタリングまたはCVD法により中間導電体層を形成してもよい。
次に、光電変換層12の一部を透光性絶縁基板10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、光電変換層12を短冊状にパターニングし、複数の光電変換層12に分離する(図4−4)。光電変換層12のパターニングは、実施の形態1の場合と同様にして、レーザ光31を用いたレーザスクライブ法により、第1分離溝20と異なる箇所に、透光性絶縁基板10の短手方向と略平行な方向に延在して透明表面電極層11aに達するストライプ状(線形状)の第2分離溝21を形成することで行う。レーザスクライブの後、加工残渣やレーザによる変質層除去のため洗浄工程を用いてもよい。
つぎに、実施の形態1の場合と同様にして、第2分離溝21内および光電変換層12上に裏面電極層13として例えば銀(Ag)をスパッタリング法により成膜する(図4−5)。なお、光電変換層12と裏面電極層13との層間に、スパッタリング法やCVD法によって形成された透明導電層を挿入してもよい。
最後に、光電変換層12および裏面電極層13の一部を透光性絶縁基板10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、光電変換層12および裏面電極層13を短冊状にパターニングし、分離する(図4−6)。光電変換層12および裏面電極層13のパターニングは、実施の形態1の場合と同様にして、レーザ光32を用いたレーザスクライブ法により、第1分離溝20および第2分離溝21と異なる箇所に、透光性絶縁基板10の短手方向と略平行な方向に延在して透明表面電極層11aに達するストライプ状(線形状)の第3分離溝22を形成することで行う。レーザスクライブの後、加工残渣やレーザによる変質層除去のため洗浄工程を用いてもよい。
以上により、図3に示すような本実施の形態にかかるモジュール101が完成する。なお、各層を構成する材料および各層の形成方法については実施の形態1と同じであるため、実施の形態2においてはその詳細な説明を省略する。
上述したように、実施の形態2にかかるモジュール101では、透明表面電極層11aの膜厚をセル2の短手方向(セル2の配列方向)に対して連続的に変化させて、透明表面電極層11aの電気抵抗と光吸収量とを電流の流れ方向4において変化させる。すなわち、各セル2の透明表面電極層11aにおいて、電流密度が相対的に低くジュール損失による光電変換効率低下への影響が小さい上流側の領域では、透明表面電極層11aの膜厚を薄くすることで透明表面電極層11aでの光吸収量を少なくして、光電変換層12に導かれる光量を増大させる。一方、各セル2の透明表面電極層11aにおいて、電流密度が相対的に高くジュール損失による効率低下への影響が大きくなる下流側の領域では、透明表面電極層11aの膜厚を厚くして電気抵抗を低減させる。これにより、セル2を一体として見た場合のジュール損失低減と光電変換層12へ取り込む光量の増大とを両立させることができ、光電変換効率の向上を実現することができる。
したがって、実施の形態2にかかるモジュール101によれば、透明表面電極層11aの低電気抵抗と低光吸収とを両立した、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池モジュールが得られる。
実施の形態3.
図6は、実施の形態3にかかるモジュール201の断面構造および透明表面電極層中の電流密度分布を説明するための図である。図6における断面構造は、実施の形態1における図1−2に対応する。また、実施の形態3にかかるモジュール201の平面図は、図1−1を参照することとする。なお、図6においては図1−2と同じ部材については、同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。実施の形態3にかかるモジュール201が実施の形態1にかかるモジュール1と異なる点は、透明表面電極層11の代わりに、導電性を向上させるために透明表面電極層11を構成する透明導電性酸化物材料に添加される金属不純物の濃度が電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かうにしたがって段階的にまたは連続的に徐々に高くなる濃度分布を有する透明表面電極層11bを備える点である。
図6は、実施の形態3にかかるモジュール201の断面構造および透明表面電極層中の電流密度分布を説明するための図である。図6における断面構造は、実施の形態1における図1−2に対応する。また、実施の形態3にかかるモジュール201の平面図は、図1−1を参照することとする。なお、図6においては図1−2と同じ部材については、同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。実施の形態3にかかるモジュール201が実施の形態1にかかるモジュール1と異なる点は、透明表面電極層11の代わりに、導電性を向上させるために透明表面電極層11を構成する透明導電性酸化物材料に添加される金属不純物の濃度が電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かうにしたがって段階的にまたは連続的に徐々に高くなる濃度分布を有する透明表面電極層11bを備える点である。
すなわち、図6に示すように、本実施の形態にかかるモジュール201は、短冊状(矩形状)のスクライブ部3をはさむ形で、透光性絶縁基板10上に短冊状(矩形状)のセル2b(図6においては、セル2b−1、セル2b−2、セル2b−3を記載)が、それぞれの長手方向を一致させる形で複数配置された構造を持つ。そして、これらの配列されたセル2bが電気的に直列に接続されることにより、全体として薄膜太陽電池モジュールとして機能する。セル2bは、図6に示すように透光性絶縁基板10上に、透明表面電極層11bと、光電変換層12と、裏面電極層13と、が順に積層された構成を有する。ここで、光入射側(透光性絶縁基板10側)の面を表面といい、表面とは反対側(裏面電極層13側)の面を裏面とする。
透明表面電極層11bは、透明表面電極層11と同様の材料により構成されるが、その膜厚方向における形状および不純物の濃度分布が透明表面電極層11と異なる。透明表面電極層11bは、その膜厚が透光性絶縁基板10の面方向において略均一である。また、透明表面電極層11bは、導電性を向上させるために透明表面電極層11bを構成する透明導電性酸化物材料に添加されるアルミニウムやガリウムなどの金属不純物の濃度が、透光性絶縁基板10の面方向におけるセル2の短手方向(セル2の配列方向)(図3におけるX方向)において、電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かうにしたがって段階的にまたは連続的に徐々に高くなる濃度分布を有する。すなわち、透明表面電極層11bは、各セル2b内において、セル2bの短手方向での電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かうにしたがって段階的にまたは連続的に徐々に高くなる濃度分布を有する。
このような構成とすることにより、各セル2内において、透明表面電極層11bの電気抵抗率はセル2の短手方向(セル2の配列方向)での電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かって連続的に徐々に低くなる。また、各セル2内において、透明表面電極層11bの光透過率はセル2の短手方向(セル2の配列方向)での電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かって連続的に徐々に低くなる。
本実施の形態にかかる透明表面電極層11bでは、上述した金属不純物の濃度をセル2の短手方向(セル2の配列方向)において連続的に変化させて、透明表面電極層11bの電気抵抗と光吸収量とを電流の流れ方向4において変化させる。すなわち、各セル2の透明表面電極層11bにおいて、電流密度が相対的に低くジュール損失による光電変換効率低下への影響が小さい上流側の領域では、透明表面電極層11bの金属不純物の濃度を低くすることで透明表面電極層11bでの光吸収量を少なくして、光電変換層12に導かれる光量を増大させる。一方、各セル2の透明表面電極層11bにおいて、電流密度が相対的に高くジュール損失による効率低下への影響が大きくなる下流側の領域では、透明表面電極層11aの金属不純物の濃度を高くして電気抵抗を低減させる。これにより、セル2を一体として見た場合のジュール損失低減と光電変換層12へ取り込む光量の増大とを両立させることができ、モジュール201の光電変換効率の向上を実現することができる。なお、透明表面電極層11bにおける金属不純物の濃度をセル2の短手方向(セル2の配列方向)に対して階段状に変化させてもよく、この場合も同様の効果が得られる。
次に、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201の製造方法について説明する。図7−1〜図7−6は、実施の形態3にかかるモジュール201の製造工程の一例を説明するための要部断面図である。図7−1〜図7−6は、図6の要部断面図に対応している。
まず、透光性絶縁基板10を用意する。ここでは、透光性絶縁基板10として例えば縦1.1メートル、横1.4メートル、厚さ4ミリのガラス基板を用いる。
つぎに、透光性絶縁基板10上に、透明表面電極層11bとして、たとえば導電率向上のためにアルミニウム(Al)を不純物として添加した酸化亜鉛(ZnO)膜をスパッタリング法や化学的気相成長法(CVD法)により成膜する(図7−1)。この際、透光性絶縁基板10上の全面に略均一な膜厚で酸化亜鉛(ZnO)膜を成膜する。また、各セル2b内において、セル2bの短手方向での電流の流れ方向4の上流側から下流側に向かうにしたがって連続的にアルミニウムの濃度が徐々に高くなるように透明表面電極層11bを形成する。
図8は、透明表面電極層11bの成膜方法の一例を模式的に示す断面図である。図8に示す透明表面電極層11bの成膜においてはプラズマスパッタリング法を使用し、スパッタリングターゲット6としてアルミニウム濃度が異なる透明導電性酸化物材料をアレイ状に配置する。図8におけるスパッタリングターゲット6では、透光性絶縁基板10の長手方向(図8におけるX方向)に対して、第1ターゲット部6a、第2ターゲット部6b、第3ターゲット部6cがこの順で配置されている。また、スパッタリングターゲット6はアルミニウム濃度が異なる酸化亜鉛(ZnO)からなり、第1ターゲット部6a、第2ターゲット部6b、第3ターゲット部6cの順でアルミニウム濃度が高くなっている。
そして、透光性絶縁基板10を長手方向に移動させながら成膜を行う移動成膜法により成膜を行う。この際、透光性絶縁基板10の移動速度を摂動させることで、不純物濃度が異なるターゲット下を通過する時間が変わるようにして、不純物濃度が透光性絶縁基板10の長手方向において所定のパターンで繰り返し変化するように透明表面電極層11bを形成する。ここでの所定のパターンとは、透光性絶縁基板10の長手方向(図8におけるX方向)において、矢印Bの方向に連続的に透明表面電極層11bのアルミニウムの濃度が徐々に高くなるパターンである。
ここで、透光性絶縁基板10がスパッタリングターゲット6に対向する領域のプラズマ7中を移動する際に透光性絶縁基板10の表面に透明表面電極層11bが成膜されるが、透光性絶縁基板10の移動速度を周期的に変動させることで、成膜される透明表面電極層11b中のアルミニウム濃度が透光性絶縁基板10を長手方向において連続的に変化するように制御する。
また、コリメーションスパッタリング法等を用いることで、透光性絶縁基板10の表面に入射するスパッタリング粒子の速度成分のうち、透光性絶縁基板10に対する垂直成分が大きくなるよう指向させることで、不純物濃度分布をより精細に制御することが好ましい。なお、この後、溶媒を用いたウェットエッチング法やプラズマエッチング法を用いて、透明表面電極層11aの表面に表面テクスチャ構造を形成してもよい。
次に、透明表面電極層11bの一部を透光性絶縁基板10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、透明表面電極層11bを短冊状にパターニングし、複数の透明表面電極層11bに分離する(図7−2)。透明表面電極層11bのパターニングは、実施の形態1の場合と同様にして、レーザ光30を用いたレーザスクライブ法により、透光性絶縁基板10の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板10に達するストライプ状(線形状)の第1分離溝20を形成することで行う。レーザスクライブの後、加工残渣やレーザによる変質層除去のため洗浄工程を用いてもよい。
次に、第1分離溝20内および透明表面電極層11b上に、実施の形態1の場合と同様にして、PN接合またはPIN接合を有する1層または複数層の薄膜半導体層からなる光電変換層12をCVD法により形成する(図7−3)。また、光電変換層12として複数の薄膜半導体層を積層する場合は、異なる薄膜半導体層の層間にスパッタリングまたはCVD法により中間導電体層を形成してもよい。
次に、光電変換層12の一部を透光性絶縁基板10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、光電変換層12を短冊状にパターニングし、複数の光電変換層12に分離する(図7−4)。光電変換層12のパターニングは、実施の形態1の場合と同様にして、レーザ光31を用いたレーザスクライブ法により、第1分離溝20と異なる箇所に、透光性絶縁基板10の短手方向と略平行な方向に延在して透明表面電極層11bに達するストライプ状(線形状)の第2分離溝21を形成することで行う。レーザスクライブの後、加工残渣やレーザによる変質層除去のため洗浄工程を用いてもよい。
つぎに、実施の形態1の場合と同様にして、第2分離溝21内および光電変換層12上に裏面電極層13として例えば銀(Ag)をスパッタリング法により成膜する(図7−5)。なお、実施の形態1の場合と同様に、光電変換層12と裏面電極層13との層間に、スパッタリング法やCVD法によって形成された透明導電層を挿入してもよい。
最後に、光電変換層12および裏面電極層13の一部を透光性絶縁基板10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、光電変換層12および裏面電極層13を短冊状にパターニングし、分離する(図7−6)。光電変換層12および裏面電極層13のパターニングは、実施の形態1の場合と同様にして、レーザ光32を用いたレーザスクライブ法により、第1分離溝20および第2分離溝21と異なる箇所に、透光性絶縁基板10の短手方向と略平行な方向に延在して透明表面電極層11bに達するストライプ状(線形状)の第3分離溝22を形成することで行う。レーザスクライブの後、加工残渣やレーザによる変質層除去のため洗浄工程を用いてもよい。
以上により、図6に示すような本実施の形態にかかるモジュール201が完成する。なお、各層を構成する材料および各層の形成方法については実施の形態1と同じであるため、実施の形態2においてはその詳細な説明を省略する。
上述したように、実施の形態3にかかるモジュール201では、透明表面電極層11bにおける金属不純物の濃度をセル2の短手方向(セル2の配列方向)に対して連続的に変化させて、透明表面電極層11bの電気抵抗と光吸収量とを電流の流れ方向4において変化させる。すなわち、各セル2の透明表面電極層11bにおいて、電流密度が相対的に低くジュール損失による光電変換効率低下への影響が小さい上流側の領域では、透明表面電極層11bの金属不純物の濃度を低くすることで透明表面電極層11bでの光吸収量を少なくして、光電変換層12に導かれる光量を増大させる。一方、各セル2の透明表面電極層11bにおいて、電流密度が相対的に高くジュール損失による効率低下への影響が大きくなる下流側の領域では、透明表面電極層11aの金属不純物の濃度を高くして電気抵抗を低減させる。これにより、セル2を一体として見た場合のジュール損失低減と光電変換層12へ取り込む光量の増大とを両立させることができ、光電変換効率の向上を実現することができる。
したがって、実施の形態3にかかるモジュール201によれば、透明表面電極層11bの低電気抵抗と低光吸収とを両立した、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池モジュールが得られる。
なお、透明表面電極層11bにおける金属不純物の濃度をセル2の短手方向(セル2の配列方向)に対して階段状に変化させてもよく、この場合も同様の効果が得られる。
上述した実施の形態では、透光性絶縁基板上に短冊状(矩形状)のセルがそれぞれの長手方向を一致させる形で複数配置された場合について説明したが、セル内における透明表面電極層の電気抵抗率と光透過率とが、透明表面電極層におけるセルの配列方向での電流の流れ方向の上流側から下流側に向かって段階的または連続的に低くなる構造であれば、上述した本発明の効果が得られる。
以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池は、透明表面電極層11bの低電気抵抗と低光吸収とを両立した、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池の実現に有用である。
1 薄膜太陽電池モジュール(モジュール)
2、2−1、2−2、2−3 薄膜太陽電池セル(セル)
2a、2a−1、2a−2、2a−3 薄膜太陽電池セル(セル)
2b、2b−1、2b−2、2b−3 薄膜太陽電池セル(セル)
3 スクライブ部
4 電流の流れ方向
5 研磨剤
6 スパッタリングターゲット
6a 第1ターゲット部
6b 第2ターゲット部
6c 第3ターゲット部
7 プラズマ
10 透光性絶縁基板
11 透明表面電極層
11a 透明表面電極層
11a’ 酸化亜鉛(ZnO)膜
11b 透明表面電極層
12 光電変換層
13 裏面金属電極層
20 第1分離溝
21 第2分離溝
22 第3分離溝
30、31、32 レーザ光
101 薄膜太陽電池モジュール(モジュール)
201 薄膜太陽電池モジュール(モジュール)
2、2−1、2−2、2−3 薄膜太陽電池セル(セル)
2a、2a−1、2a−2、2a−3 薄膜太陽電池セル(セル)
2b、2b−1、2b−2、2b−3 薄膜太陽電池セル(セル)
3 スクライブ部
4 電流の流れ方向
5 研磨剤
6 スパッタリングターゲット
6a 第1ターゲット部
6b 第2ターゲット部
6c 第3ターゲット部
7 プラズマ
10 透光性絶縁基板
11 透明表面電極層
11a 透明表面電極層
11a’ 酸化亜鉛(ZnO)膜
11b 透明表面電極層
12 光電変換層
13 裏面金属電極層
20 第1分離溝
21 第2分離溝
22 第3分離溝
30、31、32 レーザ光
101 薄膜太陽電池モジュール(モジュール)
201 薄膜太陽電池モジュール(モジュール)
Claims (9)
- 透光性絶縁基板上に、透明表面電極層と、半導体膜からなり光電変換を行う光電変換層と、裏面電極層とがこの順で積層されるとともに前記透光性絶縁基板上の層が分離溝により分割された複数の薄膜太陽電池セルが所定の配列方向に配設され、隣接する前記薄膜太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、
前記薄膜太陽電池セル内における前記透明表面電極層の電気抵抗率と光透過率とが、前記透明表面電極層における前記所定の配列方向での電流の流れ方向の上流側から下流側に向かって段階的または連続的に低くなること、
を特徴とする薄膜太陽電池。 - 前記透明表面電極層の導電性を向上させるために前記透明表面電極層に含有される不純物の濃度が、前記透明表面電極層の面方向において略均一であり、
前記透明表面電極層の膜厚が、前記所定の配列方向での電流の流れ方向の上流側から下流側に向かって段階的または連続的に厚くなること、
を特徴とする請求項1に記載の薄膜太陽電池。 - 前記透明表面電極層の膜厚が、前記透明表面電極層の面方向において略均一であり、
前記透明表面電極層の導電性を向上させるために前記透明表面電極層に含有される不純物の濃度が、前記所定の配列方向での電流の流れ方向の上流側から下流側に向かって段階的または連続的に高くなること、
を特徴とする請求項1に記載の薄膜太陽電池。 - 透光性絶縁基板上に、透明表面電極層と、半導体膜からなり光電変換を行う光電変換層と、裏面電極層とがこの順で積層されるとともに前記透光性絶縁基板上の層が分離溝により短冊状に分割された複数の薄膜太陽電池セルが所定の配列方向に配設され、隣接する前記薄膜太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記薄膜太陽電池セルの領域内における前記透明表面電極層の電気抵抗率と光透過率とが、前記透明表面電極層における前記所定の配列方向での電流の流れ方向の上流側から下流側に向かって段階的または連続的に低くなるように前記透光性絶縁基板上に前記透明表面電極層を形成する透明表面電極層形成工程を含むこと、
を特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 - 前記透明表面電極層形成工程では、前記透明表面電極層を物理的気相成長法または化学的気相成長法により成膜形成し、
前記透明表面電極層の成膜を部分的に複数回繰り返して前記透明表面電極層の膜厚を前記所定の配列方向において階段状に変化させることにより前記透明表面電極層の電気抵抗率と光透過率とを制御すること、
を特徴とする請求項4に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 - 前記透明表面電極層形成工程では、前記透明表面電極層を物理的気相成長法または化学的気相成長法により成膜形成し、
前記透明表面電極層を略均一な膜厚に成膜した後に、前記透明表面電極層の膜厚を前記所定の配列方向において階段状または傾斜状に変化させる加工を行うことにより前記透明表面電極層の電気抵抗率と光透過率とを制御すること、
を特徴とする請求項4に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 - 前記透明表面電極層形成工程では、前記透明表面電極層の導電性を向上させるために前記透明表面電極層に含有させる不純物の濃度を前記所定の配列方向において段階的または連続的に制御することにより前記透明表面電極層の電気抵抗率と光透過率とを制御すること、
を特徴とする請求項4に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 - 前記透明表面電極層を前記不純物の濃度が異なる複数の領域を有するスパッタリングターゲットを使用したスパッタリング法により成膜形成し、
移動速度を変動させて前記透光性絶縁基板を移動させながら成膜を行うことにより前記透明表面電極層中の前記不純物の濃度分布を制御すること、
を特徴とする請求項7に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 - 前記透明表面電極層形成工程の後に、
前記透明表面電極層を第1分離溝で分離して複数に分割する工程と、
前記透明表面電極層上および前記第1分離溝内に光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層に第2分離溝を形成して前記光電変換層を短冊状に分割する工程と、
前記第2分離溝内および前記光電変換層上に裏面電極層を形成する工程と、
前記裏面電極層に第3分離溝を形成して前記裏面電極層を短冊状に分割して所定の配列方向に配設された薄膜太陽電池セルに分割する工程と、
を含むことを特徴とする請求項4〜8のいずれか1つに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011106613A JP2012238720A (ja) | 2011-05-11 | 2011-05-11 | 薄膜太陽電池およびその製造方法 |
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JP (1) | JP2012238720A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20230017543A1 (en) * | 2020-10-09 | 2023-01-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solar cell, multi-junction solar cell, solar cell module, and photovoltaic power generation system |
WO2024143268A1 (ja) * | 2022-12-27 | 2024-07-04 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 太陽光発電システム |
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2011
- 2011-05-11 JP JP2011106613A patent/JP2012238720A/ja not_active Withdrawn
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