JP2013065607A - 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６が成膜され、両電極層とが、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するように構成し、さらに、少なくとも前記第２の貫通孔８を取囲んだ領域の前記透明電極層５を、紫外線パルスレーザにより除去する透明電極層除去部１２を有して、前記第２の貫通孔部８において、透明電極層５と背面電極層６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１２は、従来の薄膜太陽電池の平面図である。また、図１３は、図１２のＡ−Ａ線断面図であり、図１３（ａ）のＣ部拡大図を図１３（ｂ）に示す。図１４は、図１２のＢ−Ｂ線断面図であり、図１４（ａ）のＤ部拡大図を図１４（ｂ）に示す。
図１３及び図１４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１３及び図１４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１３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１４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１２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）。
そして、特許文献３には、ガラス基板等の透光性基板上に透光性導電膜を形成し、透光性基板の下側または上側から、エキシマレーザを照射して、パターニング用開溝を形成することが開示されている。また、エキシマレーザを用い、シリンドリカルレンズにより線状のレーザ光源を作り、瞬時に線状パターニングを行い、生産性向上を図ることも開示されている。
さらに、特許文献４には、ＫｒＦエキシマレーザを透光性電極膜上より照射して、開溝を形成することが開示されている（段落００１８参照）。
特開２００１−２９８２０３号公報 特開平６−３４２９２４号公報 特開昭６２−４２４６５号公報 特開２００５−１０１３８４号公報
まず、上述の図１２ないし図１４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１４（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。
そして、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。
さらに、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。
また、絶縁性表面を有する基板上に、裏面電極膜とｎ ｉ ｐ 接合を含む非晶質シリコン、微結晶シリコン等の薄膜半導体膜からなる光電変換層と透光性導電膜とを積層してなる光電変換素子の製造で、成膜の分離溝加工をレーザにより行なう場合で、特に透光性電極膜にエキシマレーザを照射して開溝を形成すると、特許文献４（段落００１８参照）で開示されているように、透光性電極膜の下地層である光電変換層表面が微結晶化（低抵抗化）する。このため、特許文献４に開示されているように、後工程でエッチングが必要になってしまう。
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、少なくとも前記第２の貫通孔を取囲んだ領域の前記透明電極層を、紫外線パルスレーザにより除去する透明電極層除去部を有し、前記第２の貫通孔部において、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紫外線パルス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第２の貫通孔の周囲の前記透明電極層を紫外線パルスレーザにより除去するステップを含む。
そして、本発明の薄膜太陽電池の製造方法によれば、前記第２の貫通孔の周囲の前記透明電極層を紫外線パルスレーザにより除去したときのラマン分光測定によるラマンシフトとして、４８０から４９０ｃｍ-1のピーク値をＩａとし、５１０から５２０ｃｍ-1のピーク値をＩｃとした時に、Ｉｃ／Ｉａ＜２でレーザ加工を行なうことが好ましい。また、より好ましくは、Ｉｃ／Ｉａ＜１．５でレーザ加工を行なうことが良い。
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、少なくとも前記第２の貫通孔を取囲んだ領域の前記透明電極層を、紫外線パルスレーザにより除去する透明電極層除去部を有し、前記第２の貫通孔部において、透明電極層と背面電極層とが電気的に絶縁するようにでき、従来のように、第２の貫通孔を含む近傍をマスクして透明電極層を積層しない領域を作る場合と比べて、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、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ることで、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。
さらに、少なくとも前記第２の貫通孔を取囲んだ領域の前記透明電極層の除去加工として、除去加工部の光電変換層の結晶化の影響が無く実施が可能であり、従来のように、加工後の結晶化部をさらにエッチング加工するなどの後工程を必要としない。
本発明に係る第一実施形態を示す薄膜太陽電池の平面図である。 本発明に係る図１の断面図であり、（ａ）はＥ−Ｅ線断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＨの拡大図である。 本発明に係る図１の断面図であり、（ａ）はＧ−Ｇ線断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＪの拡大図（第１の実施形態）である。 本発明に係る実施形態を示す第２の貫通孔拡大平面図である。 本発明に係る第二実施形態を示す薄膜太陽電池の平面図である。 本発明の実施形態に係る加工装置を示す図である。 本発明の実施形態に係る別の加工装置を示す図である。 本発明の実施形態に係る薄膜太陽電池を製造する際のフローチャートである。 アモルファスＳｉからなる光電変換層にエキシマレーザを照射した時の状態におけるラマン分光測定結果 光電変換層へ照射するＫｒＦレーザのパワー密度とＩｃ／Ｉａの関係図 Ｉｃ／Ｉａと抵抗値の関係図 従来の薄膜太陽電池の平面図。 （ａ）は図１２のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣの拡大図である。 （ａ）は図１２のＢ−Ｂ線断面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＤの拡大図である
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、第一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１２に示す薄膜太陽電池２１との平面図での相違点は、図１２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。
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（側壁部）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３には、光電変換層４と透明電極層５とが当該順で積層されている。そして、第２の貫通孔８の外周において、透明電極層５が除去された透明電極層除去部１２を設ける。この透明電極層除去部１２は、透明電極層５に接してあるいは図示しない界面層を介して積層されている光電変換層４の一部までを除去することで、導電性を有する透明電極層５を完全に取り除くように構成している。
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、透明電極層除去部１２が形成されている。図４の例においては、透明電極層除去部１２が、第２の貫通孔８と同心円状までの範囲を除去してなる形状をしているが、これに限定されるものでなく、第２の貫通孔８とは中心が異なる円や楕円、正方形、矩形あるいは多角形のような形状からなる範囲を除去するように構成してもよく、特に形成形状は限定されない。
すなわち、図３（ｂ）の構成によって、絶縁性基板２のＦ側で、第２の貫通孔８周囲の透明電極層５と、第２の貫通孔８の孔の内面（側壁部）から絶縁性基板２のＲ側である非受光側面上につながって形成されている、第２の背面電極層６と、電気的に絶縁分離する。
また、本発明の別の実施形態（第二実施形態）に係る薄膜太陽電池の平面図を図５に示す。
図５における薄膜太陽電池１１に関し、第一実施形態に係る薄膜太陽電池である図１との相違点は、複数の第１の貫通孔７からなる列と平行な位置に、複数の第２の貫通孔１０８が、列をなして形成されている点である。そして、各第２の貫通孔１０８には、その周囲の透明電極層を除去した透明電極層除去部１１２が設けられている。
本発明における透明電極層除去部１２は、図３（ｂ）に示すように、透明電極層５をパルス発振の紫外線レーザを用い、レーザ除去加工することで、形成する。
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２（ｂ）に示す絶縁性基板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、図１に示すように、ＹＡＧレーザやＹＡＧレーザ第二高調波などを用いた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、図１に示す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、透明電極層５の発電部は第２の貫通孔８の周囲において透明電極層除去部１２を形成することにより、第２の貫通孔８の側壁部を通じてつながる背面電極層６と、電気的に絶縁分離されている。
次に、本発明に係る特徴部分の形成方法について、図６により説明する。
本発明の薄膜太陽電池１によれば、第２の貫通孔８の外周において、透明電極層５が除去された透明電極層除去部１２を設けるために、パルスレーザを用い、照射するレーザ１パルスまたは複数パルスによって透明電極層除去部１２の透明電極層５除去を行なう。レーザしては、ＡｒＦ，ＫｒＣｌ，ＫｒＦ，ＸｅＢｒ，ＸｅＣｌ，ＸｅＦなどのエキシマレーザや、Ｆ２レーザなどの紫外線パルスレーザを用いることができる。このように、発振波長３８０ｎｍ以下の紫外光を用いた、レーザアブレーション加工とすることにより、加工部における発電層（透明電極層５）の変質によるショートを防ぐことも可能となる。
図６では、エキシマレーザ発振機４０からの紫外線レーザ光４１をマスク４２に当ててレーザビーム形状を変更し、反射ミラー４３と凸レンズ４４を通して、被加工物である薄膜太陽電池１の第２の貫通孔８周囲の透明電極層５に、レーザ光を照射する。図６において、マスク４２は、透明電極層除去部１２と同形状の穴が開いており、マスク４２で形状変更したレーザ光４１ａは、凸レンズ４４により、加工サイズに集光して透明電極層除去部１２に照射する。
この時、レーザ光学系は固定とし、図示しない被加工物を載置するステージを動かしても良いし、あるいは、被加工物の位置を固定とし、反射ミラー４３を複数枚用いて、レーザビーム位置を移動するようにしても良い。また、凸レンズ４４は、必ずしも必要ではない。例えば、図５のように第２の貫通孔１０８が隣接して多く設ける場合などでは、エキシマレーザ発振機４０からのレーザビームサイズの範囲で一回で同時に加工できる複数の透明電極層除去部１１２を形成する位置に相当する複数の穴をマスク４２に設けて、同時に複数の透明電極層除去部１１２を形成することもできる。
また、本発明に係る特徴部分の別の形成方法として、図７のような加工を行うことも可能である。
図７においては、図５に示すような、複数の第２の貫通孔１０８が列をなして形成されている場合に、矩形の穴を有するマスク４２ａを用い、シリンドリカル凹レンズ４４ａで、図７に示すように、第２の貫通孔１０８の２つの周囲の透明電極層５を除去する透明電極層除去部１１２ａが形成できるようにすることもできる。
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８は、本実施形態に係る薄膜太陽電池１（１１，１１ａ）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。
薄膜太陽電池１を製造する際には、図８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、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Ｓ８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Ｓ９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。
そして、ステップＳ１１において、ステップ７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の貫通孔周囲をレーザ加工により除去する。これにより第２の貫通孔周囲の透明電極層除去部１２に対し、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２のＲ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、透明電極層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。
本発明の第１実施形態に係る薄膜太陽電池１の製造方法によれば、絶縁性基板２に第２の貫通孔８を形成するステップと、絶縁性基板２の一方の面２ａに裏面電極層３ａを形成するとともに、絶縁性基板２の他方の面２ｂに第１の背面電極層３ｂを形成するステップと、裏面電極層３ａ及び第１の背面電極層３ｂを形成した後に、絶縁性基板２に第１の貫通孔７を形成するステップと、絶縁性基板２の一方の面２ａ側から光電変換層４と透明電極層５とを当該順で積層するとともに、絶縁性基板２の他方の面２ｂ側から第２の背面電極層６を積層するステップと、絶縁性基板２の両面２ａ，２ｂ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を形成して、絶縁性基板２を複数のユニットセルに分割するステップと、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。
そして、透明電極層５を分離する透明電極層除去部１２の形成を、少なくとも1つの貫通孔周囲の透明電極を１パルスあるいは複数パルス連続ショットで行うものとすると、処理時間が短くなる。
更にこのパルスレーザを、ＡｒＦ，ＫｒＣｌ，ＫｒＦ，ＸｅＢｒ，ＸｅＣｌ，ＸｅＦなどのエキシマレーザや、Ｆ２レーザなどの紫外線パルスレーザとすることで、熱の影響よりも分子を切断して除去するアブレーションの効果が強くなり、ショートを防ぐレーザ加工を実現することができる。
本発明では、透明電極層５を分離する透明電極層除去部１２の形成において、この透明電極層除去部１２が、透明電極層５に接してあるいは図示しない界面層を介して積層されている光電変換層４を所定の深さまでを除去することで、導電性を有する透明電極層５を完全に取り除くように構成するため、透明電極層除去部１２のレーザ加工条件によっては、レーザ加工した光電変換層表面が結晶化することでの低抵抗化現象が起こり、第２の貫通孔８周囲の透明電極層除去部１２外周の透明電極層５と、第２の貫通孔８の側壁部を通じてつながる背面電極層６とが、完全に電気的絶縁分離されず、リークが起こるという問題が発生する。
すなわち、レーザ照射により、熱影響を受けると、光電変換層が結晶化し、抵抗値が下がることになる。エキシマレーザなどの紫外線レーザを用いたレーザ加工では、アブレーションの効果が強く、熱加工の影響は低いとされているが、レーザのエネルギーが高い時や、複数回レーザパルスをショットした場合などには、熱影響による光電変換層が結晶化することが起こる。
ここで、光電変換層の結晶化した部分とは、光電変換層にレーザが照射されることによって、少なくとも光電変換層の一部が、アモルファス状態から結晶化(部分的な結晶化や微結晶化も含む)された部分を言い、光電変換層を成膜する時の条件により、光電変換層を部分的に結晶化させる部分としての微結晶層とは区別される。
光電変換層の結晶化は、ラマン分光測定を行なうことで評価できる。図９に、アモルファスＳｉからなる光電変換層にエキシマレーザを照射した時の状態におけるラマン分光測定結果を示す。図９（ａ）は、光電変換層に１７５ｍＪ／ｃｍ２のレーザパワー密度でＫｒＦレーザを照射した時で、図９（ｂ）は２００ｍＪ／ｃｍ２、図９（ｃ）は２２５ｍＪ／ｃｍ２、図９（ｄ）は２５０ｍＪ／ｃｍ２のパワー密度でＫｒＦレーザを光電変換層に照射した時のラマン分光測定結果である。また、図９（ｅ）は、比較のためにレーザ加工をしない場合を示した。図９での縦軸はラマン散乱強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｉｙ）で、横軸がラマンシフト（ｃｍ-1）として示す。
ラマンシフトにおいて、４８０から４９０ｃｍ-1付近がアモルファスＳｉ相の状態を示し、５１０から５２０ｃｍ-1付近が結晶Ｓｉ相を示す。
光電変換層へのＫｒＦレーザをパワー密度１７５ｍＪ／ｃｍ２とした図９（ａ）においては、結晶Ｓｉ相の存在を示す５１０から５２０ｃｍ-1のピークが確認できないので、レーザ加工による低抵抗化現象が起こっていないと判断できる。
これに比べ、光電変換層へのＫｒＦレーザをパワー密度２００ｍＪ／ｃｍ２とした図９（ｂ）では、５１０から５２０ｃｍ-1でピークが出る場合と出ない場合があり、結晶化への影響が起こり始める付近の条件と考える。そして、さらに照射するＫｒＦレーザのパワー密度を高くし、パワー密度２２５ｍＪ／ｃｍ２とした図９（ｃ）と、パワー密度２５０ｍＪ／ｃｍ２とした図９（ｄ）においては、５２０ｃｍ-1付近でピークが確認できる。すなわち、レーザ加工によって、光電変換層に結晶Ｓｉ化の現象が起こり始めていることを示す。
ラマン分光測定におけるラマンシフトで、アモルファスＳｉ相の状態を示す４８０から４９０ｃｍ-1のピーク値をＩａとし、５１０から５２０ｃｍ-1のピーク値をＩｃとすると、これらの比であるＩｃ／Ｉａを、結晶化に対する指標として表すことができる。
光電変換層へ照射するＫｒＦレーザのパワー密度と、図９によるＩｃ／Ｉａの関係を図１０に示す。図１０から、光電変換層へ照射するレーザのパワー密度とＩｃ／Ｉａの関係は、直線関係が得られている。
次に、光電変換層の上に透明電極層を積層した長さ１ｃｍの試験片に対し、長さ１ｃｍで幅１００μｍの領域の透明電極層をＫｒＦレーザで除去し、その除去した１００μｍ幅の両側の透明電極層間における抵抗を測定した。その結果を図１１に示す。図１１からも、Ｉｃ／Ｉａの値が大きくなると、抵抗が小さくなり、絶縁が不十分になることが分かる。
以上の結果から、図９のラマン分光測定の結果で、光電変換層表面への結晶化の影響が出始める時は、ＫｒＦレーザのパワー密度２００ｍＪ／ｃｍ２から２２５ｍＪ／ｃｍ２の間となる。すなわち、Ｉｃ／Ｉａ＜２の条件、好ましくは、Ｉｃ／Ｉａ＜１．５の条件が良いことになる。
実際の薄膜太陽電池を用い、第２の貫通孔の周囲の透明電極層を除去する実験を行なった。その結果を表１に示す。照射レーザはＫｒＦを用いた。


レーザのパワー密度２５０ｍＪ／ｃｍ２以上で、加工箇所に黒色の変色が確認できた。したがって、表１におけるパワー密度２２５ｍＪ／ｃｍ２以下の条件での加工を行う必要があり、上述のラマン分光測定の結果と一致した。
また、照射するパワー密度を低くし、パワー密度２００ｍＪ／ｃｍ２までは、１パルスの照射で加工が可能であったが、パワー密度１７５ｍＪ／ｃｍ２とすると、１パルスでは、透明電極層をすべて除去することができなかった。しかし、２パルスを照射することで、透明電極層をすべて除去した良好な加工が行なえた。
さらに照射するパワー密度を低くし、パワー密度１５０ｍＪ／ｃｍ２にすると、数パルスでは透明電極層への変化が見られなかった。
以上から、紫外線パルスレーザを用い、薄膜太陽電池における第２の貫通孔周囲の透明電極層除去を行なうことができた。そして、レーザの照射条件は、ラマン分光測定によるラマンシフトで４８０から４９０ｃｍ-1のピーク値をＩａとし、５１０から５２０ｃｍ-1のピーク値をＩｃとしたＩｃ／Ｉａ＜２となるレーザ照射強度での加工が好ましいという結果を得た。
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
８，２８，１０８ 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
１２，１１２ 透明電極層除去部

Claims (7)

  1. 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、
    少なくとも前記第２の貫通孔を取囲んだ領域の前記透明電極層を、紫外線パルスレーザにより除去する透明電極層除去部を有し、
    前記第２の貫通孔部において、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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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
    前記第２の貫通孔の周囲の前記透明電極層を紫外線パルスレーザにより除去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。
  6. 請求項５に記載の薄膜太陽電池の製造方法において、
    前記第２の貫通孔の周囲の前記透明電極層を紫外線パルスレーザにより除去したときのラマン分測定によるラマンシフトとして、４８０から４９０ｃｍ-1のピーク値をＩａとし、５１０から５２０ｃｍ-1のピーク値をＩｃとした時に、Ｉｃ／Ｉａ＜２でレーザ加工を行なうことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
  7. 請求項１に記載の薄膜太陽電池を製造する方法として、
    前記第２の貫通孔の周囲の前記透明電極層を紫外線パルスレーザにより除去したときのラマン分測定によるラマンシフトとして、４８０から４９０ｃｍ-1のピーク値をＩａとし、５１０から５２０ｃｍ-1のピーク値をＩｃとした時に、Ｉｃ／Ｉａ＜２でレーザ加工を行なうことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
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