JP2013012691A - Method for manufacturing thin film solar cell and 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薄膜太陽電池に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film solar cell and a thin film solar cell.
従来から、複数の光電変換層を有するタンデム型の薄膜太陽電池が知られている(例えば特許文献1参照)。この薄膜太陽電池の構成の一例を図8に示す。この薄膜太陽電池は、光が入射する透明基板101、透明電極102、第1光電変換層103、中間層104、第2光電変換層105、バッファ層106、及び裏面電極107が順に積層された構造を有する。第1光電変換層103は、700nm以下の光を吸収するアモルファスシリコンによって形成されている。また、第2光電変換層105は、1100nm以下の長波長側の光を吸収する微結晶シリコンによって形成され、太陽光に含まれる赤外領域の光も吸収可能である。
Conventionally, a tandem-type thin film solar cell having a plurality of photoelectric conversion layers is known (see, for example, Patent Document 1). An example of the configuration of this thin film solar cell is shown in FIG. This thin film solar cell has a structure in which a
また透明電極102のうち、裏面電極107側の面には、凹凸構造である、いわゆるテクスチャ102aが形成されている。テクスチャ102aは、薄膜太陽電池に入射した光を散乱させることによって、各光電変換層103,105内における実質的な光路長を長くし、吸収光量を増加させる。
In addition, a so-called
このようなテクスチャ102aは、その凸部の頭頂部から隣接する凸部の頭頂部までの長さである周期(以下、ピッチという)によって、散乱可能な光の波長が決まる。即ち、1つのパターンを有するテクスチャ102aによって、太陽光の全ての波長域の光を散乱させることはできない。このため、一般的に、テクスチャ102aのピッチは、第1光電変換層103に吸収される短波長側の波長域に応じたものとされている。従って、このテクスチャ102aのみでは、赤外領域等の長波長側の光を散乱させることができずに、光の損失が生じていた。
In such a
そこで、図9に示すように、透明基板111上の透明電極112に対して、ピッチが長い第1テクスチャ112aを形成し、その表面にピッチが短い第2テクスチャ112bを形成した薄膜太陽電池が提案されている。この構成では、第1光電変換層103で吸収されやすい波長の光と、第2光電変換層105で吸収されやすい波長の光を散乱させることができる。
Therefore, as shown in FIG. 9, a thin film solar cell in which a
上記した2つのテクスチャ112a,112bを有する透明電極112は、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電性を有する酸化膜(以下、導電酸化膜という)によって形成されることが多い。この導電酸化膜は、透光性であるとはいえ、例えば透明基板等と比べて光透過率が低い。そして、第1テクスチャ112aのように長いピッチのテクスチャを導電酸化膜に形成する場合には、その分だけ導電酸化膜を厚くせざるを得ず、透明電極112を介して、各光電変換層103,105側に透過する光量が減少することになる。即ち、入射光のうち、電池セル内で散乱させることができる波長の範囲が拡大されたとしても、各光電変換層103,105側に透過する光の量が低下するために、薄膜太陽電池における光の利用効率が高められにくい。
The
尚、こうした問題は、最大波長領域が異なる二つの光電変換層を有する薄膜太陽電池に限らず、単一の光電変換層を有する薄膜太陽電池であっても、上述したような透明電極が採用されるような場合には、共通して生じるものである。 Such problems are not limited to thin film solar cells having two photoelectric conversion layers having different maximum wavelength regions, and transparent electrodes as described above are employed even for thin film solar cells having a single photoelectric conversion layer. In such a case, it occurs in common.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光の利用効率を高めることができる薄膜太陽電池の製造方法及び薄膜太陽電池を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said problem, The objective is to provide the manufacturing method and thin film solar cell of a thin film solar cell which can improve the utilization efficiency of light.
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、複数の光電変換層を備えた薄膜太陽電池の製造方法において、透明基板に表面透明電極を形成する工程と、前記表面透明電極に、前記各光電変換層のうち第1の光電変換層の吸収波長域の光を散乱させる第1の周期の凹凸構造を形成する工程と、前記表面透明電極上に、前記各光電変換層を形成する工程と、前記光電変換層上に、透光性導電酸化物層を形成する工程と、前記透光性導電酸化物層に、前記各光電変換層のうち第2の光電変換層の吸収波長域の光を散乱させる第2の周期の凹凸構造を形成する工程とを有することを要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is a method of manufacturing a thin film solar cell including a plurality of photoelectric conversion layers, a step of forming a surface transparent electrode on a transparent substrate, and the surface transparent electrode. A step of forming an uneven structure having a first period that scatters light in an absorption wavelength region of the first photoelectric conversion layer among the photoelectric conversion layers, and the photoelectric conversion layers on the surface transparent electrode. A step of forming, a step of forming a translucent conductive oxide layer on the photoelectric conversion layer, and an absorption of a second photoelectric conversion layer among the photoelectric conversion layers in the translucent conductive oxide layer. And a step of forming a concavo-convex structure having a second period that scatters light in a wavelength region.
請求項1に記載の発明によれば、光の利用効率を高めるために、第1の光電変換層の吸収波長域の光を散乱させる凹凸構造と、第2の光電変換層の吸収波長域の光を散乱させる凹凸構造とを形成する工程を設けた。その際、それらの凹凸構造を、それぞれ異なる位置に形成した。即ち、それらの凹凸構造の両方を表面透明電極に形成しないので、各凹凸構造の両方のスペースを確保するために表面透明電極を厚くする必要が無い。このため、光の利用効率の向上のためにそれらの凹凸構造を形成する場合であっても、光電変換層側に透過する光量を低下させないような電池構造とすることができるので、凹凸構造による光の利用効率の向上効果を十分に発揮することができる。 According to the first aspect of the present invention, in order to increase the light utilization efficiency, the uneven structure that scatters light in the absorption wavelength region of the first photoelectric conversion layer and the absorption wavelength region of the second photoelectric conversion layer. A step of forming an uneven structure for scattering light was provided. At that time, those concavo-convex structures were formed at different positions. That is, since both of the concavo-convex structures are not formed on the surface transparent electrode, it is not necessary to increase the thickness of the surface transparent electrode in order to secure a space for both of the concavo-convex structures. For this reason, even when forming such an uneven structure to improve the light utilization efficiency, a battery structure that does not reduce the amount of light transmitted to the photoelectric conversion layer side can be obtained. The effect of improving the light utilization efficiency can be sufficiently exhibited.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の薄膜太陽電池の製造方法において、前記透光性導電酸化物層に前記第2の周期の凹凸構造を形成する工程は、前記透光性導電酸化物層に、構成粒子が前記第2の周期に沿って配列する薄膜を形成し、該薄膜が形成された前記透光性導電酸化物層をウェットエッチングすることを要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a thin film solar cell according to the first aspect, the step of forming the concavo-convex structure having the second period on the translucent conductive oxide layer includes the translucency. The gist is to form a thin film in which constituent particles are arranged along the second period on the conductive oxide layer, and wet-etch the light-transmitting conductive oxide layer on which the thin film is formed.
請求項2に記載された発明によれば、構成粒子が第2の周期に沿って配列する薄膜を介して透光性導電酸化物をウェットエッチングするため、各構成粒子の位置に、凸部、又は該凸部の間に設けられる凹部を、第2の周期で形成することができる。このため、薄膜を介さずにウェットエッチングする場合に比べ、短時間で寸法精度のよい凹凸構造を形成することができる。 According to the invention described in claim 2, in order to wet-etch the translucent conductive oxide through the thin film in which the constituent particles are arranged along the second period, a convex portion is provided at the position of each constituent particle. Or the recessed part provided between this convex part can be formed in a 2nd period. For this reason, it is possible to form a concavo-convex structure with good dimensional accuracy in a short time as compared with the case of performing wet etching without using a thin film.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の薄膜太陽電池の製造方法において、前記透光性導電酸化物層のうち、前記第2の周期の凹凸構造が形成された面に、金属からなる反射層を形成する工程をさらに備え、前記薄膜は、前記反射層と同一の材料、又は前記反射層の光反射率以上の光反射率を有する金属からなることを要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a thin-film solar cell according to the second aspect, a metal is formed on a surface of the translucent conductive oxide layer on which the concavo-convex structure of the second period is formed. The method further comprises the step of forming a reflective layer comprising: the thin film is made of the same material as the reflective layer, or a metal having a light reflectance equal to or higher than the light reflectance of the reflective layer.
請求項3に記載の発明によれば、薄膜は、反射層と同一の材料、又は反射層の光反射率以上の光反射率を有する金属からなるため、凹凸構造に薄膜の構成粒子が残留し、その構成粒子上に反射層が形成されても、反射層の光反射率が低下するのを抑制することができる。 According to the invention described in claim 3, since the thin film is made of the same material as the reflective layer or a metal having a light reflectance equal to or higher than the light reflectance of the reflective layer, the constituent particles of the thin film remain in the concavo-convex structure. Even if a reflective layer is formed on the constituent particles, the light reflectance of the reflective layer can be suppressed from decreasing.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜太陽電池の製造方法において、前記第2の周期の凹凸構造は、前記透光性導電酸化物層のうち、前記第2の光電変換層に接触する面に形成されたことを要旨とする。 Invention of Claim 4 is a manufacturing method of the thin film solar cell of any one of Claims 1-3, The uneven | corrugated structure of a said 2nd period is the translucent conductive oxide layer. The gist is that it is formed on the surface in contact with the second photoelectric conversion layer.
請求項4に記載の発明によれば、第2の光電変換層の吸収波長域の光を散乱させる第2の周期の凹凸構造は、その第2の光電変換層に接触する面に形成されるため、その凹凸構造で散乱させた光を第2の光電変換層によって吸収させやすくすることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the concave-convex structure having the second period that scatters the light in the absorption wavelength region of the second photoelectric conversion layer is formed on the surface in contact with the second photoelectric conversion layer. Therefore, the light scattered by the uneven structure can be easily absorbed by the second photoelectric conversion layer.
請求項5に記載の発明は、透明基板と、前記透明基板上に形成された表面透明電極と、前記表面透明電極上に形成された複数の光電変換層と、前記光電変換層上に形成された透光性導電酸化物層とを備え、前記表面透明電極には、前記各光電変換層のうち第1の光電変換層の吸収波長域の光を散乱させる第1の周期の凹凸構造が形成され、前記透光性導電酸化物層には、前記各光電変換層のうち第2の光電変換層の吸収波長域の光を散乱させる第2の周期の凹凸構造が形成されていることを要旨とする。 The invention according to claim 5 is formed on the transparent substrate, the surface transparent electrode formed on the transparent substrate, the plurality of photoelectric conversion layers formed on the surface transparent electrode, and the photoelectric conversion layer. The surface transparent electrode has an uneven structure with a first period that scatters light in the absorption wavelength region of the first photoelectric conversion layer among the photoelectric conversion layers. The light-transmitting conductive oxide layer is formed with an uneven structure having a second period that scatters light in the absorption wavelength region of the second photoelectric conversion layer among the photoelectric conversion layers. And
請求項5に記載の発明によれば、光の利用効率を高めるために、薄膜太陽電池に、複数の光電変換層の吸収波長域にそれぞれ対応させた凹凸構造を設けた。その際、第1の光電変換層の吸収波長域の光を散乱させる凹凸構造と、第2の光電変換層の吸収波長域の光を散乱させる凹凸構造とを、それぞれ異なる位置に形成した。即ち、それらの凹凸構造の両方を表面透明電極に形成しないため、各凹凸構造の両方のスペースを確保するために表面透明電極を厚くする必要が無い。このため、光の利用効率の向上のためにそれらの凹凸構造を形成する場合であっても、光電変換層側に透過する光量を低下させないような電池構造とすることができるので、凹凸構造による光の利用効率の向上効果を十分に発揮することができる。 According to invention of Claim 5, in order to improve the utilization efficiency of light, the thin film solar cell was provided with the uneven structure corresponding to the absorption wavelength range of a some photoelectric converting layer, respectively. At that time, the concavo-convex structure that scatters light in the absorption wavelength region of the first photoelectric conversion layer and the concavo-convex structure that scatters light in the absorption wavelength region of the second photoelectric conversion layer were formed at different positions. That is, since both of these concavo-convex structures are not formed on the surface transparent electrode, it is not necessary to increase the thickness of the surface transparent electrode in order to secure both spaces of each concavo-convex structure. For this reason, even when forming such an uneven structure to improve the light utilization efficiency, a battery structure that does not reduce the amount of light transmitted to the photoelectric conversion layer side can be obtained. The effect of improving the light utilization efficiency can be sufficiently exhibited.
(第1実施形態)
以下、本発明の薄膜太陽電池の製造方法及び薄膜太陽電池を具現化した第1実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, the manufacturing method of the thin film solar cell of this invention and 1st Embodiment which actualized the thin film solar cell are demonstrated with reference to FIGS.
まず、本実施形態の薄膜太陽電池の構造及び動作について図1を参照して説明する。図1に示す薄膜太陽電池セル10は、薄膜太陽電池を構成する1つのセルである。薄膜太陽電池は、このセルを直列に接続して集積化した状態で、モジュール化されている。
First, the structure and operation of the thin film solar cell of this embodiment will be described with reference to FIG. A thin film
薄膜太陽電池セル10は、太陽光の入射面に透明基板11を備える。この透明基板11には、表面透明電極12、光電変換層15、裏面電極18及び保護層19が光の入射方向(図中2点鎖線で示す矢印方向)に順に積層されている。尚、図1中、各層の厚さの比は、実際の厚さの比とは必ずしも一致しない。
The thin film
透明基板11は、各種ガラスや透明樹脂等の絶縁性の材料から形成されている。表面透明電極12は、透光性導電酸化物(TCO:Transparent Conductive Oxide)の薄膜から形成される。表面透明電極12に用いられる透光性導電酸化物としては、例えばアルミニウム含有酸化亜鉛(AZO)、ガリウム含有酸化亜鉛(GZO)、酸化インジウムスズ(ITO)、フッ素含有酸化スズ(FTO)等がある。
The
表面透明電極12の各面のうち、光電変換層15側の面には、入射光の利用効率を高めるために、複数の凸部を有する凹凸構造、即ち第1テクスチャ12aが形成されている。上記凸部は、略角錐又は円錐状の形状をなし、凸部の頭頂部から、その凸部に隣接する別の凸部の頭頂部までの長さ(以下、第1ピッチ(周期))は、おおよそ100nm以上150nm以下(1000Å〜1500Å)の範囲に含まれる。
Of each surface of the surface
光電変換層15は、第1の光電変換層であるトップセル13と、第2の光電変換層であるボトムセル14とからなる。
トップセル13は、アモルファスシリコンからなり、光の入射側(透明基板11側)から順に、p型不純物が添加されたp型半導体層、不純物の添加されていないi型半導体層、及びn型不純物が添加されたn型半導体層を積層した構造を有する(図示略)。このトップセル13は、700nm以下の波長域(第1波長域)の光を吸収する。
The
The
ボトムセル14は、微結晶シリコンの薄膜からなり、光の入射側(透明基板11側)から順に、p型不純物が添加されたp型半導体層、不純物の添加されていないi型半導体層、及びn型不純物が添加されたn型半導体層を積層した構造を有する(図示略)。このボトムセル14は、1100nm以下の波長域(第2波長域)の光を吸収する。
The
このトップセル13は、下地となる表面透明電極12に第1テクスチャ12aが形成されているために、表面透明電極12側の面と、その反対側の面とに、第1テクスチャ12aに沿った第1ピッチの凹凸構造を有している。また、p型半導体層、i型半導体層、n型半導体層の各面にも、第1ピッチの凹凸構造を有している。さらに、ボトムセル14は、下地となるトップセル13に第1ピッチの凹凸構造が形成されているために、トップセル13側の面と、その反対側の面とに、第1ピッチの凹凸構造を有している。また、ボトムセル14のp型半導体層、i型半導体層、n型半導体層の各面にも、第1ピッチの凹凸構造を有している。
Since the
裏面電極18は、透明電極として機能する透光性導電酸化層としての透光性導電酸化物層16及び反射層として機能する金属層17の2層構造からなる。透光性導電酸化物層16は、表面透明電極12と同様に、アルミニウム含有酸化亜鉛(AZO)、ガリウム含有酸化亜鉛(GZO)、酸化インジウムスズ(ITO)、フッ素含有酸化スズ(FTO)等の透光性導電酸化物から構成される。また、金属層17は、銀やアルミニウム、銅等の高い光反射率を有する材料から形成されている。
The
透光性導電酸化物層16は、ボトムセル14との接触面に、ボトムセル14の接触面に沿った、第1ピッチの凹凸構造を有している。また、透光性導電酸化物層16は、金属層17との接触面に、第1ピッチよりも大きいピッチで形成された凹凸構造、即ち第2テクスチャ16aを有している。第2テクスチャ16aの凸部もまた、略角錐又は円錐状の形状をなし、凸部の頭頂部から、該凸部に隣接する別の凸部の頭頂部までの長さ(以下、第2ピッチ(周期))は、おおよそ0.5μm〜2μmの範囲である。
The translucent
また、金属層17は、透光性導電酸化物層16との接触面と、その反対側の面とに、透光性導電酸化物層16の第2テクスチャ16aに沿った、第2ピッチの凹凸構造を有している。
Further, the
さらに保護層19は、チタン、酸化チタン、ニッケル−バナジウム合金等、水分等に対するバリア性を有する材料から形成されている。保護層19のうち、金属層17との接触面とその反対側の面とは、下地となる金属層17の凹凸構造に沿った、第2ピッチの凹凸構造を有している。
Further, the
次に、この薄膜太陽電池セル10の動作について説明する。透明基板11側から入射した太陽光は、表面透明電極12に入射する。その際、トップセル13で吸収可能な上記第1波長域の光の一部は、表面透明電極12の第1テクスチャ12aによって屈折する。これにより、光電変換層15の表面に対して垂直に入射するよりもその光路長が長くなり、トップセル13に吸収されやすくなる。また、上記第1波長域の光の別の一部は、第1テクスチャ12aの凸部又は凹部の側面に反射することで進行方向を変え、別の凸部又は凹部の側面に再び入射する。そして、その入射光の一部が表面透明電極12を透過して、光電変換層15に入射する。
Next, operation | movement of this thin film
また、光電変換層15のうち、裏面電極18との接触面と、光電変換層15内のp層、i層及びn層とに形成された第1ピッチの凹凸構造も、上記第1波長域の光を屈折させたり、一度凸部で反射した光を光電変換層15内に再入射させる。従って、第1テクスチャ12aを形成することで、表面透明電極12と光電変換層15との界面等で反射されて吸収されずに損失する光量が少なくなり、光電変換層15内への第1波長域の閉じ込め効果が向上され、その光吸収率を増大することができる。
Further, in the
また、ボトムセル14で吸収されずに透光性導電酸化物層16に到達した上記第2波長域の光の一部は、第2テクスチャ16aを構成する凸部又は凹部の側面に反射され、光電変換層15内に再入射する。また、透光性導電酸化物層16を透過した光は、金属層17との界面で反射される。従って、光電変換層15内への第2波長域の光の閉じ込め効果が向上され、その光吸収率を増大することができる。また、薄膜太陽電池セル10を、ボトムセル14と、第2テクスチャ16aが形成された裏面電極18とが隣り合うような構造にしたため、第2テクスチャ16a等によって反射された第2波長域の光が、ボトムセル14によって吸収されやすくなる。
In addition, a part of the light in the second wavelength region that has reached the translucent
次に、本実施形態における薄膜太陽電池の製造方法について図2〜図4を参照して説明する。尚、薄膜太陽電池セル10を製造する工程では、透明基板11の上に、表面透明電極12、光電変換層15、裏面電極18及び保護層19を、順に積層していく。また集積型の薄膜太陽電池を製造する際には、必要に応じて、各層を成膜した後に、YAG等のレーザー光によってセル毎に分割するパターニングを行うものとする。
Next, the manufacturing method of the thin film solar cell in this embodiment is demonstrated with reference to FIGS. In the process of manufacturing the thin-film
まず図2(a)に示すように、透明基板11の一面に、表面透明電極12を形成する。下地となる透明基板11としては、例えば、ソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボレートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、石英ガラス等の各種ガラス基板によって形成することができる。又は、透明基板11を、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル等の各種透光性樹脂によって形成することもできる。
First, as shown in FIG. 2A, the surface
表面透明電極12を形成する際は、材料となる導電性酸化物のターゲットを、アルゴン等の不活性ガスから生成されたプラズマによってスパッタする。
次に、この表面透明電極12に対し、第1テクスチャ12aを形成する工程を行う。本実施形態では、フッ化水素アンモニウム、フッ化アンモニウム及びそれらの混合液等のフッ素系、塩酸、硫酸及び硝酸の混合液等のエッチング液を用いたウェットエッチングを行う。まず、表面透明電極12を最上層に有する薄膜太陽電池セル10の前駆体を、エッチング液を満たした液槽内を走行するベルトに載せ、液槽内で搬送させる。そして、液槽から上記前駆体を取り出すと、水等で洗浄する洗浄工程と、乾燥工程とを行う。その結果、図2(b)に示すように、表面透明電極12の表面には、第1ピッチを有する第1テクスチャ12aが形成される。
When the surface
Next, a process of forming the
次に、プラズマCVDにより、アモルファスシリコンからなるトップセル13を、p層、i層、n層の順に成膜する。このとき、モノシラン(SiH4)ガス、水素ガス(H2)、及びジボランガス(B2H6)を原料ガスとし、真空槽内に原料ガスのプラズマを発生させて、SiH3等のラジカル種を生成する。そして、表面透明電極12上に、そして、ホウ素の添加されたアモルファスシリコンからなるp型半導体層を成膜する。次いで、例えばモノシランガスを原料ガスとして、不純物が添加されていないアモルファスシリコンからなるi型半導体層を、上記p型半導体層上に成膜する。さらに、例えばモノシランガス、水素ガス、及びホスフィン(PH3)を原料ガスとして、リンが添加されたアモルファスシリコンからなるn型半導体層を成膜する。
Next, the
次に、プラズマCVDにより、微結晶シリコンからなるボトムセル14を、p層、i層、n層の順に成膜する。このとき、トップセル13の各層を形成する工程と同一の原料ガスがそれぞれ用いられるが、例えば原料ガスのうち水素ガスの流量比を相対的に大きくする。原料ガスのうち水素ガスの割合が増えると、プラズマ中で、SiH3ラジカルに対する水素原子の割合が増え、アモルファスと結晶が混在した微結晶シリコンが成長しやすくなる。
Next, the
その結果、図2(c)に示すように、表面透明電極12に、トップセル13及びボトムセル14が順に積層される。上述したように、トップセル13及びボトムセル14は、表面透明電極12を下地としているために、表面透明電極12との接触面と、ボトムセル14の上面と、各p層、i層、n層の各面とは、第1テクスチャ12aに沿った凹凸構造を有している。
As a result, as shown in FIG. 2C, the
次に、光電変換層15の上に、透光性導電酸化物層16を形成する。この際、導電性酸化物のターゲットを、アルゴン等の不活性ガスから生成されたプラズマによってスパッタする。例えばAZOからなる透光性導電酸化物層16を形成する場合、ターゲットは、例えばアルミニウムを0.1重量%〜10重量%の割合で添加した酸化亜鉛である。
Next, the translucent
このように、光電変換層15に透光性導電酸化物層16を単に成膜した状態では、図3(a)に示すように、透光性導電酸化物層16のうち、光電変換層15との接触面と、その反対側の面とは、下地となる光電変換層15の凹凸構造に沿って、第1ピッチの凹凸構造を有している。
As described above, in the state where the light-transmitting
次に、この透光性導電酸化物層16に対し、第2テクスチャ16aを形成する工程を行う。本実施形態では、フッ化水素アンモニウム、フッ化アンモニウム及びそれらの混合液等のフッ素系、塩酸、硫酸及び硝酸の混合液等のエッチング液を用いたウェットエッチングを行う。ウェットエッチングの作業自体は、表面透明電極12を処理対象としたウェットエッチングと同様に行われるが、そのエッチング液の組成や、前駆体をエッチング液に浸す時間等の条件が異なる。その結果、図3(b)に示すように、透光性導電酸化物層16の上面には、上述した第2ピッチを有する第2テクスチャ16aが形成される。
Next, a step of forming the
次に、第2テクスチャ16aが形成された透光性導電酸化物層16に対し、図4に示すように、金属層17をスパッタ等の各種蒸着法により成膜する。このように形成された金属層17は、下地となる透光性導電酸化物層16の第2テクスチャ16aに沿って、第2ピッチの凹凸構造を有している。
Next, as shown in FIG. 4, a
金属層17を形成すると、その上に、チタン、酸化チタン、ニッケル‐バナジウム合金等の材料からなる保護層19を、スパッタ法により形成する。
この薄膜太陽電池セル10を集積化する場合には、各薄膜太陽電池セル10をリードフレーム等によって直列に接続する。そして、電気的に接続した薄膜太陽電池セル10を、各強化ガラス、EVA(エチレンビニルアセテート)等の封止材、耐候性フィルム等で挟み込み、モジュール化する。
When the
When integrating the thin film
第1実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)第1実施形態では、光の利用効率を高めるために、薄膜太陽電池を、トップセル13及びボトムセル14から構成された光電変換層15を備える構造とした。さらに、薄膜太陽電池の表面透明電極12には、トップセル13の吸収波長域(第1波長域)の光を散乱させる第1の周期の凹凸構造である第1テクスチャ12aを形成し、裏面電極18を構成する透光性導電酸化物層16には、ボトムセル14の吸収波長域(第2波長域)の光を散乱させる第2テクスチャ16aを形成した。即ち、第1テクスチャ12a及び第2テクスチャ16aの両方を、表面透明電極12に形成せずに、それぞれ異なる位置に形成したため、各凹凸構造の両方のスペースを確保するために表面透明電極12を厚くする必要が無い。このため、第1テクスチャ12a及び第2テクスチャ16aをセル内に形成する場合であっても、表面透明電極12で損失される光量を低下させることができるので、凹凸構造による光の利用効率の向上効果を十分に発揮することができる。
According to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In 1st Embodiment, in order to improve the utilization efficiency of light, it was set as the structure provided with the photoelectric converting
(2)第2実施形態では、第2テクスチャ16aを、透光性導電酸化物層16のうち、ボトムセル14に接触する面に形成した。従って、第2テクスチャ16aで散乱された第2波長域の光を、該第2波長域を吸収波長域とするボトムセル14によって吸収させやすくすることができる。
(2) In the second embodiment, the
(第2実施形態)
以下、本発明の薄膜太陽電池の製造方法及び薄膜太陽電池を具現化した第2実施形態について、図3及び図5〜図6を参照して説明する。尚、第2実施形態は、第1実施形態の薄膜太陽電池の製造方法のうち、第2テクスチャ16aを形成する工程を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the manufacturing method of the thin film solar cell of this invention and 2nd Embodiment which actualized the thin film solar cell are demonstrated with reference to FIG.3 and FIG.5-6. In addition, since 2nd Embodiment is a structure which only changed the process of forming the
第2テクスチャ16aを形成する工程では、光電変換層15に透光性導電酸化物層16を積層した後(図3(a)参照)、図5(a)に示すように、透光性導電酸化物層16のうち、第1ピッチの凹凸構造を有する面に、銀、金、アルミニウム、銅等の金属からなる薄膜22を、100Å以下の厚さに成膜する。薄膜22をその厚さに成膜すると、図5(b)に示すように、薄膜22の構成粒子22Pが、間隙を有した状態で透光性導電酸化物層16上に分布した状態となる。この際、構成粒子22Pの間隔は、上述した第2ピッチとほぼ同程度となる。尚、図5(a)では、便宜上、凹凸構造を大きく図示している。
In the step of forming the
薄膜22を形成すると、薄膜太陽電池セル10の前駆体をエッチング溶液に曝して、透光性導電酸化物層16をウェットエッチングする。このときエッチング溶液は、フッ化水素アンモニウム、フッ化アンモニウム及びそれらの混合液等のフッ素系、塩酸、硫酸及び硝酸の混合液等を用いることができる。また、ウェットエッチングの工程は、第1実施形態の透光性導電酸化物層16を処理対象としたウェットエッチングの工程と同一であるが、エッチング液の組成及び前駆体をエッチング液に浸す時間等の条件が異なる。
When the
その結果、図6(b)に示すように、薄膜22の構成粒子22Pと透光性導電酸化物層16の接触面から浸食が開始され、構成粒子22Pを中心として、クレーター状に凹部が形成される。これにより、構成粒子22Pの周囲の凸部は浸食され、透光性導電酸化物層16の表面のうち、浸食されていない箇所が、新たな凸部となる。このとき、構成粒子22Pの一部は浸食により消滅する。このように構成粒子22Pの周囲に凹部が形成される現象は、構成粒子22Pが何らかの触媒作用を及ぼしているものと想定される。従って、このようにウェットエッチングが実施されることにより、図6(a)に示すように第1テクスチャ12aよりもピッチが大きい第2テクスチャ16aを、比較的短時間で、しかもドライエッチング装置等の高価な装置を用いることなく形成することができる。このようにウェットエッチングが完了すると、水等による洗浄工程と乾燥工程とを行う。
As a result, as shown in FIG. 6B, erosion starts from the contact surface between the
さらに、その前駆体に対し、銀、アルミニウム、銅からなる金属層17が成膜されるが、薄膜22を構成する材料と、金属層17との材料とを同一とする。または、薄膜22を構成する材料を、金属層17を構成する材料よりも高い光反射率を有する材料とする。例えば、金属層17がアルミニウムからなる場合には、薄膜22を銀から形成する。このようにすると、金属層17が成膜される段階で、透光性導電酸化物層16に薄膜22の構成粒子22Pが残留していた場合でも、金属層17の光反射率に悪影響を及ぼさないようにすることができる。
Further, a
従って、第2実施形態によれば、第1実施形態に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
(3)第2実施形態では、透光性導電酸化物層16に第2テクスチャ16aを形成する工程は、透光性導電酸化物層16に、構成粒子22Pが第2ピッチに沿って配列する薄膜22を形成し、該薄膜22が形成された透光性導電酸化物層16をウェットエッチングするようにした。これにより、各構成粒子22Pの位置に、凸部の間に設けられるクレーター状の凹部を形成して、第2ピッチに沿った凹凸構造を形成することができる。従って、薄膜22を介さずにウェットエッチングする場合に比べ、短時間で寸法精度のよい第2テクスチャ16aを形成することができる。
Therefore, according to the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects described in the first embodiment.
(3) In the second embodiment, in the step of forming the
(4)第2実施形態では、透光性導電酸化物層16のうち、第2テクスチャ16aを形成するための薄膜22を、金属層17と同一の材料、又は金属層17の光反射率以上の光反射率を有する金属から形成した。このため、第2テクスチャ16aが形成された面に薄膜22の構成粒子22Pが残留し、その構成粒子22P上に金属層17が形成されても、金属層17の光反射率が低下するのを抑制することができる。
(4) In 2nd Embodiment, the
(第3実施形態)
以下、本発明の薄膜太陽電池の製造方法及び薄膜太陽電池を具現化した第3実施形態について、図3、図5及び図7を参照して説明する。尚、第3実施形態は、第1実施形態の薄膜太陽電池の製造方法のうち、第2テクスチャ16aを形成する工程を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the manufacturing method of the thin film solar cell and the third embodiment in which the thin film solar cell is embodied will be described with reference to FIGS. 3, 5, and 7. In addition, since 3rd Embodiment is a structure which only changed the process of forming the
第2テクスチャ16aを形成する工程では、光電変換層15に透光性導電酸化物層16を成膜した後(図3(a)参照)、図5(a)に示すように、第1ピッチを有する凹凸構造を有する面に、銀、アルミニウム、銅等の金属、又は二酸化ケイ素、二酸化チタン等の酸化物からなる薄膜22を、100Å以下の厚さに成膜する。薄膜22をその厚さに成膜すると、図5(b)に示すように、薄膜22の構成粒子22Pが、間隙を有した状態で透光性導電酸化物層16上に分布した状態となる。この際、構成粒子22Pの間隔は、上述した第2ピッチとほぼ同程度となる。
In the step of forming the
薄膜22を形成すると、薄膜太陽電池セル10の前駆体をエッチング溶液に曝して、透光性導電酸化物層16をウェットエッチングする。このときエッチング溶液は、フッ化水素アンモニウム、フッ化アンモニウム及びそれらの混合液等のフッ素系、塩酸、硫酸及び硝酸の混合液等を用いることができる。また、ウェットエッチングの工程は、第1実施形態の表面透明電極12を処理対象としたウェットエッチングの工程と同一であるが、エッチング液の組成及び前駆体をエッチング液に浸す時間は、おおよそ45秒〜90秒程度である。
When the
その結果、図7(a)に示すように、薄膜22の構成粒子22Pが透光性導電酸化物層16に対するマスクとして機能して、構成粒子22Pに覆われていない露出領域が浸食される。これにより、図7(b)に示すように、構成粒子22Pの周囲の凸部は浸食され、第1テクスチャ12aよりもピッチが大きい第2テクスチャ16aが形成される。
As a result, as shown in FIG. 7A, the
薄膜22が、金属層17と同一の材料で形成されていない場合、又は金属層17よりも低い光反射率以上の光反射率を有する材料から形成されている場合、透光性導電酸化物層16から、構成粒子22Pを除去するために、硝酸等による洗浄工程を行う。その後、水等による洗浄工程と乾燥工程とを行う。また、薄膜22が、金属層17と同一の材料で形成されている場合、又は金属層17の光反射率以上の光反射率を有する材料から形成されている場合、水等による洗浄工程及び乾燥工程を行う。
When the
そして、第2テクスチャ16aが形成された透光性導電酸化物層16に対し、金属層17をスパッタ法により成膜する。
従って、第3実施形態によれば、第1実施形態に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
And the
Therefore, according to the third embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects described in the first embodiment.
(5)第3実施形態では、透光性導電酸化物層16に第2テクスチャ16aを形成する工程は、透光性導電酸化物層16に、構成粒子22Pが第2ピッチに沿って配列する薄膜22を形成し、該薄膜22が形成された透光性導電酸化物層16をウェットエッチングするようにした。このため、各構成粒子22Pをマスクとして機能させ、構成粒子22Pによって被覆されていない箇所をエッチングして、構成粒子22Pの位置に新たな凸部を形成し、第2ピッチに沿った凹凸構造を形成することができる。このため、薄膜22を介さずにウェットエッチングする場合に比べ、短時間で寸法精度のよい第2テクスチャ16aを形成することができる。
(5) In the third embodiment, in the step of forming the
(6)第2実施形態では、透光性導電酸化物層16のうち、第2テクスチャ16aを形成するための薄膜22を、金属層17と同一の材料、又は金属層17の光反射率以上の光反射率を有する金属から形成した。このため、凹凸構造に薄膜22の構成粒子22Pが残留し、その構成粒子22P上に金属層17が形成されても、金属層17の光反射率が低下するのを抑制することができる。
(6) In 2nd Embodiment, the
尚、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・第1実施形態では、第1テクスチャ12a及び第2テクスチャ16aを形成する工程で、ウェットエッチング法を用いるようにしたが、フッ素系や塩素系のガスと、酸素含有ガスや炭素含有ガスとを組み合わせたドライエッチング法により、エッチング反応と堆積反応と発生させてもよい。また、レーザーにより凹凸構造を形成したり、ナノインプリント等により機械的に凹凸構造を形成してもよい。
In addition, you may change each said embodiment as follows.
In the first embodiment, the wet etching method is used in the step of forming the
・各ウェットエッチング工程において、前駆体が浸されたエッチング液に超音波を伝播させたり、前駆体が浸されたエッチング液に気泡を発生させたり、前駆体に対しエッチング液をスプレー状に滴下して、上記凹凸構造を形成してもよい。 ・ In each wet etching process, ultrasonic waves are propagated in the etching solution in which the precursor is immersed, bubbles are generated in the etching solution in which the precursor is immersed, or the etching solution is dropped on the precursor in a spray form. Thus, the concavo-convex structure may be formed.
・上記各実施形態では、薄膜太陽電池セル10を、太陽光の入射面に透明基板11を備えるタイプにしたが、この透明基板11を省略し、太陽光の入射面に透光性導電酸化物層を備えるタイプ等にしてもよい。
In each of the above embodiments, the thin-film
・薄膜太陽電池セル10を、第1光電変換層103及び第2光電変換層105の間に、中間層を介在させる構造としてもよい。
・上記各実施形態では、第2テクスチャ16aを、透光性導電酸化物層16に形成したが、ボトムセル14のうち、透光性導電酸化物層16側の面に形成するなど、他の位置に形成するようにしてもよい。
The thin film
In each of the above embodiments, the
・上記各実施形態では、薄膜太陽電池セル10を、透光性導電酸化物層16に、金属層17と保護層19とを積層した構造としたが、透光性導電酸化物層16に、反射性を有するEVA(エチレンビニルアセテート)からなる白色シートを積層した構造としてもよい。
In each of the above embodiments, the thin-film
・上記各実施形態では、本発明の薄膜太陽電池を、2接合型の電池に具体化したが、ミドルセルを含む3接合型など、光電変換層15を3層以上からなる構成にしてもよい。
In each of the above embodiments, the thin-film solar battery of the present invention is embodied as a two-junction type battery, but the
11…透明基板、12…表面透明電極、13…第1の光電変換層を構成するトップセル、14…第2の光電変換層を構成するボトムセル、15…光電変換層、16…透光性導電酸化物層、12a…第1の周期の凹凸構造としての第1テクスチャ、16a…第2の周期の凹凸構造としての第2テクスチャ、22…薄膜、22P…構成粒子。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
透明基板に表面透明電極を形成する工程と、
前記表面透明電極に、前記各光電変換層のうち第1の光電変換層の吸収波長域の光を散乱させる第1の周期の凹凸構造を形成する工程と、
前記表面透明電極上に、前記各光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層上に、透光性導電酸化物層を形成する工程と、
前記透光性導電酸化物層に、前記各光電変換層のうち第2の光電変換層の吸収波長域の光を散乱させる第2の周期の凹凸構造を形成する工程とを有することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 In the method for manufacturing a thin-film solar cell including a plurality of photoelectric conversion layers,
Forming a surface transparent electrode on a transparent substrate;
Forming a concavo-convex structure of a first period that scatters light in the absorption wavelength region of the first photoelectric conversion layer among the photoelectric conversion layers in the surface transparent electrode;
Forming each of the photoelectric conversion layers on the surface transparent electrode;
Forming a light-transmitting conductive oxide layer on the photoelectric conversion layer;
Forming an uneven structure having a second period for scattering light in the absorption wavelength region of the second photoelectric conversion layer among the photoelectric conversion layers in the light-transmitting conductive oxide layer. A method for manufacturing a thin film solar cell.
前記透光性導電酸化物層に、構成粒子が前記第2の周期に沿って配列する薄膜を形成し、該薄膜が形成された前記透光性導電酸化物層をウェットエッチングする請求項1に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 The step of forming the concavo-convex structure of the second period in the translucent conductive oxide layer includes:
The thin film in which constituent particles are arranged along the second period is formed on the transparent conductive oxide layer, and the transparent conductive oxide layer on which the thin film is formed is wet-etched. The manufacturing method of the thin film solar cell of description.
前記薄膜は、前記反射層と同一の材料、又は前記反射層の光反射率以上の光反射率を有する金属からなる請求項2に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 A step of forming a reflective layer made of metal on the surface of the translucent conductive oxide layer on which the concavo-convex structure of the second period is formed;
The method of manufacturing a thin film solar cell according to claim 2, wherein the thin film is made of the same material as the reflective layer, or a metal having a light reflectance equal to or higher than the light reflectance of the reflective layer.
前記透明基板上に形成された表面透明電極と、
前記表面透明電極上に形成された複数の光電変換層と、
前記光電変換層上に形成された透光性導電酸化物層とを備え、
前記表面透明電極には、前記各光電変換層のうち第1の光電変換層の吸収波長域の光を散乱させる第1の周期の凹凸構造が形成され、
前記透光性導電酸化物層には、前記各光電変換層のうち第2の光電変換層の吸収波長域の光を散乱させる第2の周期の凹凸構造が形成されていることを特徴とする薄膜太陽電池。 A transparent substrate;
A surface transparent electrode formed on the transparent substrate;
A plurality of photoelectric conversion layers formed on the surface transparent electrode;
A translucent conductive oxide layer formed on the photoelectric conversion layer,
The surface transparent electrode is formed with a concavo-convex structure having a first period that scatters light in the absorption wavelength region of the first photoelectric conversion layer among the photoelectric conversion layers,
The translucent conductive oxide layer is provided with a concavo-convex structure having a second period that scatters light in the absorption wavelength region of the second photoelectric conversion layer among the photoelectric conversion layers. Thin film solar cell.
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