JP2013004772A - 薄膜太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】透明電極層の有効面積を広げて薄膜太陽電池の出力を増加させるとともに、第２の貫通孔における絶縁性を確保して薄膜太陽電池を製造する際の不良率を低下させることが可能な薄膜太陽電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁性基板２の一方の面には、裏面電極層３ａと光電変換層４と透明電極層５とが当該順で積層され、他方の面には、背面電極層３ｂ，６が成膜され、両電極層とが、絶縁性基板を貫通する第２の貫通孔８を介して電気的に接続するように構成し、さらに、裏面電極層の上に積層する光電変換層と透明電極層との間、または裏面電極層と光電変換層との間で、第２の貫通孔の少なくとも周囲を囲む領域に保護層１１を設け、この保護層が形成している領域で第２の貫通孔周囲の透明電極をレーザにより除去し、両電極層とが電気的に絶縁されているようにする。
【選択図】図３
【解決手段】絶縁性基板２の一方の面には、裏面電極層３ａと光電変換層４と透明電極層５とが当該順で積層され、他方の面には、背面電極層３ｂ，６が成膜され、両電極層とが、絶縁性基板を貫通する第２の貫通孔８を介して電気的に接続するように構成し、さらに、裏面電極層の上に積層する光電変換層と透明電極層との間、または裏面電極層と光電変換層との間で、第２の貫通孔の少なくとも周囲を囲む領域に保護層１１を設け、この保護層が形成している領域で第２の貫通孔周囲の透明電極をレーザにより除去し、両電極層とが電気的に絶縁されているようにする。
【選択図】図３
Description
本発明は、フィルム基板上に金属電極層と光電変換層と透明電極層とを積層してなる薄膜太陽電池に関するものである。
図９は、従来の薄膜太陽電池の平面図である。また、図１０は、図９のＡ−Ａ線断面図であり、図１０（ａ）のＣ部拡大図を図１０（ｂ）に示す。図１１は、図９のＢ−Ｂ線断面図であり、図１１（ａ）のＤ部拡大図を図１１（ｂ）に示す。
図１０及び図１１に示すように、従来の薄膜太陽電池２１は、絶縁性基板２２を備えている。そして、薄膜太陽電池２１の受光面側をＦとし、反受光面側をＲとすると、絶縁性基板２２の受光面側Ｆと反受光面側Ｒとの両面には、金属電極層２３が形成されている。ここで、絶縁性基板２２の受光面側Ｆの一方の面上の金属電極層２３は、裏面電極層２３ａとして機能し、絶縁性基板２２の反受光面側Ｒである他方の面上の金属電極層２３は、第１の背面電極層２３ｂとして機能する。
また、図１０及び図１１に示すように、裏面電極層２３ａには、光電変換層２４と透明電極層２５とが当該順で積層されている。一方、第１の背面電極層２３ｂには、第２の背面電極層２６が積層されている。
また、図１０に示すように、絶縁性基板２２には、絶縁性基板２２を貫通する第１の貫通孔２７が設けられ、透明電極層２５と第２の背面電極層２６とが、第１の貫通孔２７を介して電気的に接続されている。また、図１１に示すように、絶縁性基板２２には、絶縁性基板２２を貫通する第２の貫通孔２８が設けられ、裏面電極層２３ａと第１の背面電極層２３ｂとが、第２の貫通孔２８を介して電気的に接続されている。
図９に示すように、絶縁性基板２２の受光面側Ｆの一方の面に積層されたすべての層（裏面電極層２３ａ、光電変換層２４、透明電極層２５）は、第１のパターニングライン２９で分割され、絶縁性基板２２の反受光面側Ｒである他方の面に積層されたすべての層（第１の背面電極層２３ｂ、第２の背面電極層２６）は、第２のパターニングライン３０で分割されている。これにより、絶縁性基板２２上の積層された層が、複数のユニットセルに分割される。
ここで、第１のパターニングライン２９及び第２パターニングライン３０は、絶縁性基板２２において互い違いに配置されている。絶縁性基板２２の受光面側Ｆと反受光面側Ｒとの両面の電極層の分離位置を互いにずらし、且つ絶縁性基板２２の両面の電極層を第２の貫通孔２８で接続することにより、隣接するユニットセルが直列で接続される構造となっている。
一方、特許文献１には、従来の薄膜太陽電池の別の例が開示されている。特許文献１の薄膜太陽電池において、電気絶縁性樹脂からなるフィルム基板の一方の面には、第１電極層と、光電変換層と、第２電極層とが積層され、フィルム基板の反対側（裏面）には、第３電極層と、第４電極層とが積層されている。
また、特許文献２には、従来の薄膜太陽電池の更に別の例が開示されている。特許文献２の薄膜太陽電池においては、接続孔が、導電性の材料からなる印刷電極で塞がれている（特に、段落００３５及び図２７参照）。
しかしながら、上述の図９ないし図１１の構成では、以下のような問題が生じる。
従来の構成では、第２の貫通孔２８において透明電極層２５と第２の背面電極層２６とが接触しないように、透明電極層２５を形成する際には、第２の貫通孔２８の近傍にマスク処理を行っていた。したがって、図１１（ｂ）に示すように、第２の貫通孔２８の近傍には、透明電極層２５が形成されないので、従来の構成では、透明電極層２５の有効面積が制限されていた。第２の貫通孔２８は、第１の背面電極層２３ｂ及び第２の背面電極層２６の電気抵抗を考慮して一定間隔をあけて配置されるので、絶縁性基板２２上において透明電極層２５が形成できない領域が一定の間隔で設けられることになる。したがって、透明電極層２５の有効面積が小さくなり、これに比例して薄膜太陽電池２１の出力も低下してしまうという問題があった。
従来の構成では、第２の貫通孔２８において透明電極層２５と第２の背面電極層２６とが接触しないように、透明電極層２５を形成する際には、第２の貫通孔２８の近傍にマスク処理を行っていた。したがって、図１１（ｂ）に示すように、第２の貫通孔２８の近傍には、透明電極層２５が形成されないので、従来の構成では、透明電極層２５の有効面積が制限されていた。第２の貫通孔２８は、第１の背面電極層２３ｂ及び第２の背面電極層２６の電気抵抗を考慮して一定間隔をあけて配置されるので、絶縁性基板２２上において透明電極層２５が形成できない領域が一定の間隔で設けられることになる。したがって、透明電極層２５の有効面積が小さくなり、これに比例して薄膜太陽電池２１の出力も低下してしまうという問題があった。
また、第２の貫通孔２８の近傍をマスク処理するので、絶縁性基板２２上の透明電極層２５などとマスクとが接触することにより絶縁性基板２２上の透明電極層２５などが損傷する可能性があった。このように絶縁性基板２２上にある層が損傷すると、リーク電流などが増加することになり、薄膜太陽電池２１を製造する際の不良率が増加してしまうという問題もあった。
また、特許文献２に開示された技術では、接続孔を導電性のある材料で塞いでいるので、接続孔における絶縁性が十分でなく、リーク電流が増加してしまうという問題があった。
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、透明電極層の有効面積を広げて薄膜太陽電池の出力を増加させるとともに、第２の貫通孔における絶縁性を確保して薄膜太陽電池を製造する際の不良率を低下させることが可能な薄膜太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、絶縁性基板の一方の面に、裏面電極層、保護層、光電変換層、透明電極層が当該順で積層され、前記絶縁性基板の他方の面には、背面電極層が成膜され、前記絶縁性基板の両面に積層した層に対して互い違いにパターニングラインを形成することにより前記絶縁性基板が複数のユニットセルに分割され、前記透明電極層と前記背面電極層とが、前記絶縁性基板を貫通する第１の貫通孔を介して電気的に接続され、前記裏面電極層と前記背面電極層とが、前記絶縁性基板を貫通する第２の貫通孔を介して電気的に接続され、隣接するユニットセルが直列接続されている薄膜太陽電池において、
前記光電変換層と前記透明電極層との間、または前記裏面電極層と前記光電変換層との間であって、前記第２の貫通孔の少なくとも周囲を囲む領域に保護層を設け、前記保護層が形成している領域で第２の貫通孔周囲の透明電極をレーザにより除去することで、透明電極層と背面電極層とが電気的に絶縁されていることを特徴とする。
前記光電変換層と前記透明電極層との間、または前記裏面電極層と前記光電変換層との間であって、前記第２の貫通孔の少なくとも周囲を囲む領域に保護層を設け、前記保護層が形成している領域で第２の貫通孔周囲の透明電極をレーザにより除去することで、透明電極層と背面電極層とが電気的に絶縁されていることを特徴とする。
また、前記背面電極層は、第１の背面電極層と第２の背面電極層とを当該順で前記絶縁性基板の他方の面上に積層する構成であってもよく、この場合、前記透明電極層と前記第２の背面電極層とが、前記絶縁性基板を貫通する第１の貫通孔を介して電気的に接続され、前記裏面電極層と前記第１の背面電極層とが、前記絶縁性基板を貫通する第２の貫通孔を介して電気的に接続され、第２の貫通孔周囲の透明電極をレーザにより除去することで、透明電極層と第２の背面電極層とが電気的に絶縁されている構造である。
そして、本発明の薄膜太陽電池によれば、前記絶縁性基板が、フィルム材料から形成され、フィルム材料が、ポリイミド又はポリアミドイミド又はポリエチレンナフタレート、の耐熱性フィルムである。
また、本発明の薄膜太陽電池によれば、前記光電変換層が、アモルファス半導体或いは微結晶を含むアモルファス半導体、色素増感形太陽電池、有機太陽電池のなかのいずれかである。
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、絶縁性基板に第２の貫通孔を形成するステップと、前記絶縁性基板の一方の面に裏面電極層を形成するとともに、前記絶縁性基板の他方の面に第１の背面電極層を形成するステップと、前記裏面電極層及び前記第１の背面電極層を形成した後に、前記絶縁性基板に第１の貫通孔を形成するステップと、前記裏面電極層の上に光電変換層を積層するステップと、前記光電変換層の上で、前記第２の貫通孔の少なくとも周囲を囲む領域に保護層を積層するステップと、前記保護層が一部に積層された前記光電変換層上に透明電極層を積層するとともに、前記絶縁性基板の他方の面側から第２の背面電極層を積層するステップと、
前記絶縁性基板の両面に積層した層に対して互い違いにパターニングラインを形成して、前記絶縁性基板を複数のユニットセルに分割するステップと、前記透明電極を前記第２貫通孔を囲う形で分離するステップを含む。ここで、前記パターニングラインを形成するステップと分離するステップの順は逆でも良い。
前記絶縁性基板の両面に積層した層に対して互い違いにパターニングラインを形成して、前記絶縁性基板を複数のユニットセルに分割するステップと、前記透明電極を前記第２貫通孔を囲う形で分離するステップを含む。ここで、前記パターニングラインを形成するステップと分離するステップの順は逆でも良い。
そして、前記保護層は、前記光電変換層と前記透明電極層の間に設けても良いが、
前記裏面電極層と前記光電変換層の間に設けてもよい。すなわち、絶縁性基板に第２の貫通孔を形成するステップと、前記絶縁性基板の一方の面に裏面電極層を形成するとともに、前記絶縁性基板の他方の面に第１の背面電極層を形成するステップと、前記裏面電極層及び前記第１の背面電極層を形成した後に、前記絶縁性基板に第１の貫通孔を形成するステップと、前記裏面電極層の上で、前記第２の貫通孔の少なくとも周囲を囲む領域に保護層を積層するステップと、前記保護層が一部に積層された前記裏面電極層の上に光電変換層を積層するステップと、前記光電変換層上に透明電極層を積層するとともに、前記絶縁性基板の他方の面側から第２の背面電極層を積層するステップと、前記絶縁性基板の両面に積層した層に対して互い違いにパターニングラインを形成して、前記絶縁性基板を複数のユニットセルに分割するステップと、前記透明電極層を前記第２の貫通孔の周囲で分割するステップを含んでも良い。
前記裏面電極層と前記光電変換層の間に設けてもよい。すなわち、絶縁性基板に第２の貫通孔を形成するステップと、前記絶縁性基板の一方の面に裏面電極層を形成するとともに、前記絶縁性基板の他方の面に第１の背面電極層を形成するステップと、前記裏面電極層及び前記第１の背面電極層を形成した後に、前記絶縁性基板に第１の貫通孔を形成するステップと、前記裏面電極層の上で、前記第２の貫通孔の少なくとも周囲を囲む領域に保護層を積層するステップと、前記保護層が一部に積層された前記裏面電極層の上に光電変換層を積層するステップと、前記光電変換層上に透明電極層を積層するとともに、前記絶縁性基板の他方の面側から第２の背面電極層を積層するステップと、前記絶縁性基板の両面に積層した層に対して互い違いにパターニングラインを形成して、前記絶縁性基板を複数のユニットセルに分割するステップと、前記透明電極層を前記第２の貫通孔の周囲で分割するステップを含んでも良い。
また、前記保護層に波長532nmの光吸収率２０％以上のポリイミドなどの樹脂材料から形成されている。
さらに、前記透明電極を波長193nm〜532nmのレーザにより第２の貫通孔を囲う形で分離加工を行うようにすると良い。
さらに、前記透明電極を波長193nm〜532nmのレーザにより第２の貫通孔を囲う形で分離加工を行うようにすると良い。
本発明に係る薄膜太陽電池によれば、絶縁性基板の一方の面には、裏面電極層と光電変換層と透明電極層とが当該順で積層され、前記絶縁性基板の他方の面には、背面電極層が成膜され、前記絶縁性基板の両面に積層した層に対して互い違いにパターニングラインを形成することにより前記絶縁性基板が複数のユニットセルに分割され、前記透明電極層と前記第２の背面電極層とが、前記絶縁性基板を貫通する第１の貫通孔を介して電気的に接続され、前記裏面電極層と前記背面電極層とが、前記絶縁性基板を貫通する第２の貫通孔を介して電気的に接続され、隣接するユニットセルが直列接続されている薄膜太陽電池において、前記光電変換層と前記透明電極層との間、または前記裏面電極層と前記光電変換層との間であって、前記第２の貫通孔の少なくとも周囲を囲む領域に保護層を設けるようにしたので、前記透明電極が前記第２の貫通孔の周囲をレーザで分離でき、透明電極層の有効面積を広げて薄膜太陽電池の出力を増加させることができる。
また、本発明の薄膜太陽電池によれば、前記絶縁性基板が、フィルム材料から形成されているので、搬送用のロールで絶縁性基板を搬送する方式（例えば、ロールツーロール（Roll to Roll）方式）で製造することができ、効率的に薄膜太陽電池の製造を行うことができる。
また、本発明の薄膜太陽電池の製造方法によれば、絶縁性基板に第２の貫通孔を形成するステップと、前記絶縁性基板の一方の面に裏面電極層を形成するとともに、前記絶縁性基板の他方の面に第１の背面電極層を形成するステップと、前記裏面電極層及び前記第１の背面電極層を形成した後に、前記絶縁性基板に第１の貫通孔を形成するステップと、前記裏面電極層の上に光電変換層を積層するステップと、前記光電変換層の上で、前記第２の貫通孔の少なくとも周囲を囲む領域に保護層を積層するステップと、前記保護層が一部に積層された前記光電変換層上に透明電極層を積層するとともに、前記絶縁性基板の他方の面側から第２の背面電極層を積層するステップと、前記絶縁性基板の両面に積層した層に対して互い違いにパターニングラインを形成して、前記絶縁性基板を複数のユニットセルに分割するステップと、前記透明電極が前記第２の貫通孔を囲う形で分離されることで、前記透明電極と前記裏面電極が絶縁する工程を含むか、あるいは、第１の貫通孔を形成するステップの後が、前記裏面電極層の上で、前記第２の貫通孔の少なくとも周囲を囲む領域に保護層を積層するステップと、前記保護層が一部に積層された前記裏面電極層の上に光電変換層を積層するステップと、前記光電変換層上に透明電極層を積層するとともに、前記絶縁性基板の他方の面側から第２の背面電極層を積層するステップと、前記絶縁性基板の両面に積層した層に対して互い違いにパターニングラインを形成して、前記絶縁性基板を複数のユニットセルに分割するステップと、前記透明電極層を前記第２の貫通孔の周囲で分割するステップを含むので、従来のように第２の貫通孔の近傍にマスク処理を行う必要がなくなり、薄膜太陽電池の製造時の歩留まりが向上する。加えて、第２の貫通孔の近傍にマスク処理を行う必要がなくなるので、マスクと基板上の層とが接触して基板上の層が損傷することもなくなる。これにより、薄膜太陽電池においてリーク電流が増加することもなくなり、薄膜太陽電池を製造する際の不良率を低下させることができる。
しかも、第２の貫通孔の周囲で少なくとも透明電極が分離されて、発電領域荷における透明電極層と背面電極層が分離されるため第２の貫通孔における絶縁性も確保することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図１は、実施形態に係る薄膜太陽電池の平面図である。図２の（ａ）は、図１のＥ−Ｅ線断面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＨ部の拡大図である。また、図３の（ａ）は、図１のＧ−Ｇ線断面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＪの拡大図である。
図１は、実施形態に係る薄膜太陽電池の平面図である。図２の（ａ）は、図１のＥ−Ｅ線断面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＨ部の拡大図である。また、図３の（ａ）は、図１のＧ−Ｇ線断面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＪの拡大図である。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る薄膜太陽電池１は、複数の第１の貫通孔７と、第２の貫通孔８が設けられており、薄膜太陽電池１の表面側（受光面側）が第１のパターニングライン９で、複数に分割した単位太陽電池を形成している。この第１のパターニングライン９は、第１の貫通孔７と第２の貫通孔８とのまとまりで区切るように、構成している。そして、薄膜太陽電池１の表面側（非受光面側）は、第１のパターニングライン９で区切られた第１の貫通孔７と第２の貫通孔８に対して、第１の貫通孔７と第２の貫通孔８を分離する位置に第２パターニングライン１０が設けられて分割する構成となっている。
図１で示す本発明の実施形態に係る薄膜太陽電池１と、従来の図１０に示す薄膜太陽電池２１との平面図での相違点は、図１０では、薄膜太陽電池２１の両側に透明電極層２５を成膜しない領域が存在したが、図１においては、そのような箇所は無く、全面に透明電極層（５）が存在する点にある。
次に、本発明の実施形態に係る薄膜太陽電池１の断面構造について、図２と図３により、説明する。
本実施形態に係る薄膜太陽電池１は、絶縁性基板２を備えている。この絶縁性基板２は、フィルム材料から形成されており、例えば、ポリイミドやポリアミドイミド又はポリエチレンナフタレート、あるいはアラミド等の材料から形成されている。
本実施形態に係る薄膜太陽電池１は、絶縁性基板２を備えている。この絶縁性基板２は、フィルム材料から形成されており、例えば、ポリイミドやポリアミドイミド又はポリエチレンナフタレート、あるいはアラミド等の材料から形成されている。
図２に示すように、絶縁性基板２の両面には、Ａｇ等の金属からなる金属電極層３が形成されている。ここで、絶縁性基板２のＦ側である受光側面上の金属電極層３は、裏面電極層３ａとして機能し、絶縁性基板２のＲ側である非受光側面上の金属電極層３は、第１の背面電極層３ｂとして機能する。
そして、裏面電極層３ａ上には、光電変換層４と透明電極層５を当該順で積層し、絶縁性基板２の他方の面上の第１の背面電極層３ｂ上には、第２の背面電極層６を積層する。図２（ｂ）の第１の貫通孔７においては、その孔の内面において、透明電極層５と第２の背面電極層６が電気的に接続している。
次に、第２の貫通孔８においては、図３に示すように、絶縁性基板２のＦ側である受光側面上にある裏面電極層３ａには、光電変換層４と保護層（絶縁層）１１と透明電極層５とが当該順で積層されている。保護層１１は、第２の貫通孔８と同等の穴を有して、透明電極層５上の第２の貫通孔８の周囲に、所定の幅を有して配置している。そして、保護層１１は、円径で中央付近に第２の貫通孔８と同等の穴を有しても良いし、矩形であっても良い。図４には、本発明の実施形態における第２の貫通孔８付近の拡大平面図を示す。図４においては、第２の貫通孔８の周囲を取り巻くように、矩形で、中央に第２の貫通孔８と同等の穴を有する保護層１１が表面の透明電極層５の下に配置されている。さらに、第２の貫通孔８の外周でかつ、保護層１１が配置されている範囲内には、第３のパターニングライン（分離溝）１２を設ける。
この第３のパターニングライン１２は、図３（ｂ）に示すように、透明電極層５をレーザ加工などで除去し、保護層１１によって、その下に位置する光電変換層４や裏面電極層３ａは、露出および分離加工がされないように構成している。図３（ｂ）に示す断面構造が、本発明に係る第１の実施形態の特徴部分である。
ここで、光電変換層４としては、アモルファス半導体やアモルファス化合物半導体、色素増感形太陽電池、又は有機太陽電池を用いることができる。
また、図１に示すように、絶縁性基板２のＦ側である受光側面上に積層された層（裏面電極層３ａ、光電変換層４、透明電極層５）は、レーザ加工による第１のパターニングライン９により複数に分割されている。
また、図１に示すように、絶縁性基板２のＦ側である受光側面上に積層された層（裏面電極層３ａ、光電変換層４、透明電極層５）は、レーザ加工による第１のパターニングライン９により複数に分割されている。
そして、絶縁性基板２のＲ側である非受光側面上に積層された層（第１の背面電極層３ｂ、第２の背面電極層６）も同様に、レーザ加工による第２のパターニングライン１０により複数に分割されている。ここで、第１のパターニングライン９及び第２パターニングライン１０は、絶縁性基板２において互い違いに配置されている。
図１及び図２に示すように、絶縁性基板２には、絶縁性基板２を貫通する第１の貫通孔７が設けられている。透明電極層５と第２の背面電極層６とは、第１の貫通孔７の側壁部上で互いに重なり合うような形で接続している。これにより、絶縁性基板２のＦ側である受光側面上の各層とＲ側である非受光側面上の各層とからなるユニットセル（単位太陽電池）が形成されている。
また、図１及び図３に示すように、絶縁性基板２には、絶縁性基板２を貫通する第２の貫通孔８が設けられている。裏面電極層３ａと第１の背面電極層３ｂとは、第２の貫通孔８の側壁部を介して電気的に接続されている。すなわち、隣接し合うユニットセルが第２の貫通孔８により電気的に接続されている。詳細には、第１及び第２の貫通孔７，８は、第１及び第２の背面電極層３ｂ，６→第１の貫通孔７→透明電極層５→光電変換層４→裏面電極層３ａ→第２の貫通孔８→第１の背面電極層３ｂの順に接続するために利用されている。
以上のように、隣接し合うユニットセルを電気的に直列接続することにより、薄膜太陽電池１が構成されている。
そして、本実施形態の特徴としては、図３に示すように、透明電極5の発電部は第２の貫通孔８の周囲において第３のパターニングライン１２において分離されている。
そして、本実施形態の特徴としては、図３に示すように、透明電極5の発電部は第２の貫通孔８の周囲において第３のパターニングライン１２において分離されている。
以上のような構成から、透明電極層５と第２の背面電極層６とは、第２の貫通孔８周囲の透明電極５に設けられた第３のパターニングライン１２により電気的に絶縁されている。
次に、本発明の実施形態に係る薄膜太陽電池の製造方法について図面を参照して説明する。図５は、本実施形態に係る薄膜太陽電池１を製造する際のフローチャートである。
本実施形態に係る薄膜太陽電池１は、絶縁性基板２として上述したようなフィルム材料を用いる。薄膜太陽電池１を製造する方法としては、ロールツーロール方式やインクジェットによる印刷技術を用いる。例えば、ロールツーロール方式は、フィルム材料の基板が複数のロール（搬送手段）によって搬送され、連続して配置された成膜室内において基板上に連続的に薄膜を成膜する方式である。
本実施形態に係る薄膜太陽電池１は、絶縁性基板２として上述したようなフィルム材料を用いる。薄膜太陽電池１を製造する方法としては、ロールツーロール方式やインクジェットによる印刷技術を用いる。例えば、ロールツーロール方式は、フィルム材料の基板が複数のロール（搬送手段）によって搬送され、連続して配置された成膜室内において基板上に連続的に薄膜を成膜する方式である。
薄膜太陽電池１を製造する際には、図５に示すように、まずステップＳ１において、絶縁性基板２の前処理を行う。具体的には、絶縁性基板２をプラズマ中に曝す事によって表面を洗浄する等の前処理を行う。
次に、ステップＳ２において、絶縁性基板２に第２の貫通孔８を形成する。第２の貫通孔８はパンチング（穿孔法）により形成する。第２の貫通孔８の形状としては、直径が１ｍｍの円形としている。第２の貫通孔８は、円形の直径を０．０５−１ｍｍの範囲で設定され、穿孔数は設計に応じて調整することができる。
次に、ステップＳ３において、スパッタリング処理を行うことにより絶縁性基板２の両面に裏面電極層３ａ及び第１の背面電極層３ｂを形成する。この際、裏面電極層３ａ及び第１の背面電極層３ｂが第２の貫通孔８を介して電気的に接続することになる。
その後、ステップＳ４において、絶縁性基板２の両面に形成した層をレーザ加工により直線状に除去して１次パターングライン（図示せず）を形成する。この際、絶縁性基板２の両面に形成するラインは、互いにずらして形成される。
そして、ステップＳ５において、絶縁性基板２に第１の貫通孔７を形成する。第１の貫通孔７はパンチングにより形成する。
次に、ステップＳ６において、絶縁性基板２の裏面電極層３ａ上に光電変換層４を形成し、その後、ステップＳ７において、保護層１１（絶縁層）を形成し、更にステップＳ８で保護層１１（絶縁層）上および保護層１１が配置されていない光電変換層４上に透明電極層５を形成する。
次に、ステップＳ６において、絶縁性基板２の裏面電極層３ａ上に光電変換層４を形成し、その後、ステップＳ７において、保護層１１（絶縁層）を形成し、更にステップＳ８で保護層１１（絶縁層）上および保護層１１が配置されていない光電変換層４上に透明電極層５を形成する。
次に、ステップＳ９において、絶縁性基板２の第１の背面電極層３ｂ上に第２の背面電極層６を形成する。
次に、ステップＳ１０において、ステップＳ４で形成した１次パターニングライン上の光電変換層４及び透明電極層５を、レーザ加工により再度直線状に除去して第１のパターニングライン９を形成する。
次に、ステップＳ１０において、ステップＳ４で形成した１次パターニングライン上の光電変換層４及び透明電極層５を、レーザ加工により再度直線状に除去して第１のパターニングライン９を形成する。
さらに、ステップＳ１１において、ステップＳ４で形成した１次パターニングライン上の第２の背面電極層６を、レーザ加工により再度直線状に除去して第２のパターニングライン１０を形成する。
ステップＳ１２において、ステップ８において形成した透明電極をステップＳ２で形成した第２貫通孔周囲をレーザ加工により分離する。これにより第３のパターニングライン１２で囲われた部分の外側の透明電極層５と金属電極層３が分離され、第１及び第２のパターニングライン９，１０により絶縁性基板２上の層が複数のユニットセルに分離され、薄膜太陽電池１の直列接続が完成する。
ステップＳ１２において、ステップ８において形成した透明電極をステップＳ２で形成した第２貫通孔周囲をレーザ加工により分離する。これにより第３のパターニングライン１２で囲われた部分の外側の透明電極層５と金属電極層３が分離され、第１及び第２のパターニングライン９，１０により絶縁性基板２上の層が複数のユニットセルに分離され、薄膜太陽電池１の直列接続が完成する。
本発明の実施形態に係る薄膜太陽電池１によれば、絶縁性基板２のＦ側である受光側面には、裏面電極層３ａと光電変換層４と透明電極層５とが当該順で積層され、絶縁性基板２Ｒ側である非受光側の面には、第１の背面電極層３ｂと第２の背面電極層６とが当該順で積層され、絶縁性基板２の両面に積層した層に対して互い違いに第１及び第２のパターニングライン９，１０を形成することにより絶縁性基板２が複数のユニットセルに分割され、透明電極層５と第２の背面電極層６とが、絶縁性基板２を貫通する第１の貫通孔７を介して電気的に接続され、裏面電極層３ａと第１の背面電極層３ｂとが、絶縁性基板２を貫通する第２の貫通孔８を介して電気的に接続され、隣接するユニットセルが直列接続されている薄膜太陽電池１において、透明電極５が第２の貫通孔８の周囲において分離もしくは除去されることで、発電領域における透明電極と裏面電極３や背面電極６と分離される。
次に、別の実施例である本発明の第２の実施形態に係る薄膜太陽電池１１について、図６により説明する。
図６（ａ）は、図１におけるＧ−Ｇ断面に相当する第２の実施形態に係る薄膜太陽電池１１の断面であり、図６（ａ）のK部分の拡大断面図を図６（ｂ）に示す。
第１の実施形態である図３（ｂ）との相違点は、保護層１１ａが、裏面電極層２３ａの上に存在し、その後、光電変換層４と透明電極層５を、当該順で積層していることである。このため、第３のパターニングライン１２ａは、透明電極層５だけで無く、光電変換層４も一緒に分離されている。
図６（ａ）は、図１におけるＧ−Ｇ断面に相当する第２の実施形態に係る薄膜太陽電池１１の断面であり、図６（ａ）のK部分の拡大断面図を図６（ｂ）に示す。
第１の実施形態である図３（ｂ）との相違点は、保護層１１ａが、裏面電極層２３ａの上に存在し、その後、光電変換層４と透明電極層５を、当該順で積層していることである。このため、第３のパターニングライン１２ａは、透明電極層５だけで無く、光電変換層４も一緒に分離されている。
このように、第２の貫通孔８部の周囲において、透明電極層５を分離して発電領域における透明電極と裏面電極３や背面電極６と分離できる構成であれば、保護層１１、１１ａは、光電変換層４と透明電極層５の間にあっても良いし、裏面電極層２３ａと光電変換層４の間のいずれに配置しても良い。
本発明の第２の実施形態に係る薄膜太陽電池の製造方法について、図７に薄膜太陽電池１１を製造する際のフローチャートを示す。本発明の第１の実施形態に係る薄膜太陽電池１を製造する際のフローチャートである図５との相違点は、ステップＳ６とステップＳ７の、光電変換層４の形成と保護層１１、１１ａの形成する工程が入れ替わったことである。図７では、保護層１１ａの形成工程をステップＳ６としているが、保護層１１ａの形成工程は、ステップＳ３の裏面電極層３ａ及び第１の背面電極層３ｂを形成の後から、ステップＳ７の光電変換層４の形成の間に実施すれば良い。
次に、第３のパターニングライン１２、１２ａの形成手段について説明する。透明電極５と裏面電極３ａと背面電極３ｂと分離する手段として、レーザを用いる。しかし、透明電極膜は図８の例のように、照射する光の波長が長いと、透過率が高く（例えば波長５３２nmのＹＡＧ−ＳＨＧで透過率７５％）なる。透過したレーザ光が下層の光電変換層４に照射されると光電変換層は熱的ダメージを受ける。熱的ダメージとは、熱により結晶化して抵抗率が低くなり、絶縁性が低下することである。
本発明では光電変換層４の熱的ダメージを軽減するため、光電変換層４と透明電極層５の間に絶縁材料を使用した保護層１１を入れた層構造とした。絶縁材料には耐真空性、耐熱、耐発塵性、耐脱ガス性を備えた、液体のポリイミドを用い、光電変換層４上の図４に示す保護層１１の範囲にディスペンサー法で塗布した。絶縁材料の塗布方法はこれに限らない。
上記層構造で波長５３２nm(ＹＡＧ−ＳＨＧ)レーザにより透明電極層５の加工を実施した。結果、透明電極層５の加工ラインの内側と外側の分離抵抗は数ＭΩあった。保護層１２がない場合は、裏面電極層３ａと光電変換層４が溶融し、分離抵抗は１００Ωであり、十分な絶縁分離がなされていることを確認した。
本発明では光電変換層４の熱的ダメージを軽減するため、光電変換層４と透明電極層５の間に絶縁材料を使用した保護層１１を入れた層構造とした。絶縁材料には耐真空性、耐熱、耐発塵性、耐脱ガス性を備えた、液体のポリイミドを用い、光電変換層４上の図４に示す保護層１１の範囲にディスペンサー法で塗布した。絶縁材料の塗布方法はこれに限らない。
上記層構造で波長５３２nm(ＹＡＧ−ＳＨＧ)レーザにより透明電極層５の加工を実施した。結果、透明電極層５の加工ラインの内側と外側の分離抵抗は数ＭΩあった。保護層１２がない場合は、裏面電極層３ａと光電変換層４が溶融し、分離抵抗は１００Ωであり、十分な絶縁分離がなされていることを確認した。
以上のように、本発明により、透明電極層５を貫通孔８の周囲で分離する工程を含むので、従来のように第２の貫通孔の近傍にマスク処理を行う必要がなくなり、薄膜太陽電池１の製造時の歩留まりが向上する。
加えて、第２の貫通孔８の近傍にマスク処理を行う必要がなくなるので、マスクと絶縁性基板２上の層とが接触して絶縁性基板２上の層が損傷することもなくなる。これにより、薄膜太陽電池１においてリーク電流が増加することもなくなり、薄膜太陽電池１を製造する際の不良率を低下させることができる。
加えて、第２の貫通孔８の近傍にマスク処理を行う必要がなくなるので、マスクと絶縁性基板２上の層とが接触して絶縁性基板２上の層が損傷することもなくなる。これにより、薄膜太陽電池１においてリーク電流が増加することもなくなり、薄膜太陽電池１を製造する際の不良率を低下させることができる。
１，１１，２１ 薄膜太陽電池
２，２２ 絶縁性基板
３，２３ 金属電極層
３ａ，２３ａ 裏面電極層
３ｂ，２３ｂ 第１の背面電極層
４，２４ 光電変換層
５，２５ 透明電極層
６，２６ 第２の背面電極層
７，２７ 第１の貫通孔
８，２８ 第２の貫通孔
９，２９ 第１のパターニングライン
１０，３０ 第２のパターニングライン
１１，１１ａ 保護層
１２，１２ａ 第３のパターニングライン
２，２２ 絶縁性基板
３，２３ 金属電極層
３ａ，２３ａ 裏面電極層
３ｂ，２３ｂ 第１の背面電極層
４，２４ 光電変換層
５，２５ 透明電極層
６，２６ 第２の背面電極層
７，２７ 第１の貫通孔
８，２８ 第２の貫通孔
９，２９ 第１のパターニングライン
１０，３０ 第２のパターニングライン
１１，１１ａ 保護層
１２，１２ａ 第３のパターニングライン
Claims (8)
- 絶縁性基板の一方の面には、裏面電極層と光電変換層と透明電極層とが当該順で積層され、前記絶縁性基板の他方の面には、背面電極層が成膜され、前記絶縁性基板の両面に積層した層に対して互い違いにパターニングラインを形成することにより前記絶縁性基板が複数のユニットセルに分割され、前記透明電極層と前記背面電極層とが、前記絶縁性基板を貫通する第１の貫通孔を介して電気的に接続され、前記裏面電極層と前記背面電極層とが、前記絶縁性基板を貫通する第２の貫通孔を介して電気的に接続され、隣接するユニットセルが直列接続されている薄膜太陽電池において、
前記光電変換層と前記透明電極層との間、または前記裏面電極層と前記光電変換層との間であって、前記第２の貫通孔の少なくとも周囲を囲む領域に保護層を設け、前記保護層が形成している領域で第２の貫通孔周囲の透明電極をレーザにより除去することで、透明電極層と背面電極層とが電気的に絶縁されていることを特徴とした薄膜太陽電池。 - 前記絶縁性基板が、フィルム材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
- 前記フィルム材料が、ポリイミド又はポリアミドイミド又はポリエチレンナフタレート、の耐熱性フィルムであることを特徴とする請求項２に記載の薄膜太陽電池。
- 前記光電変換層が、アモルファス半導体或いはアモルファス化合物半導体、色素増感形太陽電池、有機太陽電池のなかのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の薄膜太陽電池。
- 絶縁性基板に第２の貫通孔を形成するステップと、
前記絶縁性基板の一方の面に裏面電極層を形成するとともに、前記絶縁性基板の他方の面に第１の背面電極層を形成するステップと、
前記裏面電極層及び前記第１の背面電極層を形成した後に、前記絶縁性基板に第１の貫通孔を形成するステップと、
前記裏面電極層の上に光電変換層を積層するステップと、
前記光電変換層の上で、前記第２の貫通孔の少なくとも周囲を囲む領域に保護層を積層するステップと、
前記保護層が一部に積層された前記光電変換層上に透明電極層を積層するとともに、前記絶縁性基板の他方の面側から第２の背面電極層を積層するステップと、
前記絶縁性基板の両面に積層した層に対して互い違いにパターニングラインを形成して、前記絶縁性基板を複数のユニットセルに分割するステップと
前記透明電極層を前記第２の貫通孔の周囲で分割するステップを含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 - 絶縁性基板に第２の貫通孔を形成するステップと、
前記絶縁性基板の一方の面に裏面電極層を形成するとともに、前記絶縁性基板の他方の面に第１の背面電極層を形成するステップと、
前記裏面電極層及び前記第１の背面電極層を形成した後に、前記絶縁性基板に第１の貫通孔を形成するステップと、
前記裏面電極層の上で、前記第２の貫通孔の少なくとも周囲を囲む領域に保護層を積層するステップと、
前記保護層が一部に積層された前記裏面電極層の上に光電変換層を積層するステップと、
前記光電変換層上に透明電極層を積層するとともに、前記絶縁性基板の他方の面側から第２の背面電極層を積層するステップと、
前記絶縁性基板の両面に積層した層に対して互い違いにパターニングラインを形成して、前記絶縁性基板を複数のユニットセルに分割するステップと、
前記透明電極層を前記第２の貫通孔の周囲で分割するステップを含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 - 前記保護層に絶縁材料で且つ、波長532nmの光吸収率２０％以上のポリイミド樹脂をもちいることを特徴とする請求項５または６に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
- 前記透明電極層の分離を、波長193nm〜532nmのレーザを用いて行うことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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