JP2013115128A - 薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】特性悪化を抑制可能な薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板１１上に裏面電極層１２を成膜する裏面電極層成膜工程と、裏面電極層１２にアルカリ金属を添加するアルカリ金属添加工程と、裏面電極層１２上に光吸収層１３を成膜する光吸収層成膜工程と、光吸収層１３を分割する分割溝１３ｘを形成し、分割溝１３ｘ内に裏面電極層１２の表面を露出させる分割溝形成工程と、分割溝１３ｘ内に露出した裏面電極層１２の表面において、裏面電極層１２と前記アルカリ金属とを合金化する合金化工程と、光吸収層１３上及び分割溝１３ｘ内に透明導電膜を成膜する透明導電膜成膜工程と、を有する。
【選択図】図７
【解決手段】基板１１上に裏面電極層１２を成膜する裏面電極層成膜工程と、裏面電極層１２にアルカリ金属を添加するアルカリ金属添加工程と、裏面電極層１２上に光吸収層１３を成膜する光吸収層成膜工程と、光吸収層１３を分割する分割溝１３ｘを形成し、分割溝１３ｘ内に裏面電極層１２の表面を露出させる分割溝形成工程と、分割溝１３ｘ内に露出した裏面電極層１２の表面において、裏面電極層１２と前記アルカリ金属とを合金化する合金化工程と、光吸収層１３上及び分割溝１３ｘ内に透明導電膜を成膜する透明導電膜成膜工程と、を有する。
【選択図】図７
Description
本発明は、複数のセルが直列接続された薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
近年、燃料が不要であり温室効果ガスを排出しない太陽光発電が注目されている。太陽光発電に用いられる太陽電池モジュールとしては、例えば、アモルファスシリコンや微結晶シリコン等の薄膜シリコン、ＣＩＳ系薄膜等の化合物系薄膜等を用いた薄膜太陽電池モジュールが知られている。
例えば、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールは、基板上に発電素子となる裏面電極層、光吸収層、及び透明導電膜が順次積層され、これらの層が複数の分割溝によって複数のセルに分割され、互いに直列接続された構造を有する。例えば、裏面電極層上の光吸収層を除去して分割溝を作製する方法としては、針を用いたメカニカルスクライブやレーザを用いたレーザスクライブが知られている（例えば、特許文献１参照）。
又、このようなＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの効率向上のために、光吸収層を形成する際に、光吸収層にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を添加する技術が知られている。光吸収層に添加されたナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属の一部は、裏面電極層に拡散し、裏面電極層中に残留する。つまり、裏面電極層は、ナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を含有することになる（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、上記の特許文献２に開示されているような、光吸収層にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を添加した薄膜太陽電池モジュールに対して、特許文献１に開示される方法で分割溝を形成した場合、薄膜太陽電池モジュールの特性の一つである曲線因子（ＦＦ：Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）が予想以上に悪化することを発明者らは発見した。
特性悪化の理由として、透明導電膜を形成する際、分割溝部分の透明導電膜に裏面電極層に含有されているナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属が拡散し、結果、分割溝部分の抵抗値が高くなることが原因であると、発明者らは考えた。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、特性悪化を抑制可能な太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを課題とする。
本薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、基板上に裏面電極層を成膜する裏面電極層成膜工程と、前記裏面電極層にアルカリ金属を添加するアルカリ金属添加工程と、前記裏面電極層上に光吸収層を成膜する光吸収層成膜工程と、前記光吸収層を分割する分割溝を形成し、前記分割溝内に前記裏面電極層の表面を露出させる分割溝形成工程と、前記分割溝内に露出した前記裏面電極層の表面において、前記裏面電極層と前記アルカリ金属とを合金化する合金化工程と、前記光吸収層上及び前記分割溝内に透明導電膜を成膜する透明導電膜成膜工程と、を有することを要件とする。
本薄膜太陽電池モジュールは、基板と、前記基板上に成膜された裏面電極層と、前記裏面電極層上に成膜された光吸収層と、前記光吸収層を分割し、前記裏面電極層の表面を露出させる分割溝と、前記光吸収層上及び前記分割溝内に成膜された透明導電膜と、を有し、前記裏面電極層にはアルカリ金属が添加されており、前記分割溝内に露出した前記裏面電極層の表面において、前記裏面電極層と前記アルカリ金属との合金が形成されていることを要件とする。
開示の技術によれば、特性悪化を抑制可能な太陽電池モジュール及びその製造方法を提供できる。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
なお、以下の実施の形態等は、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールを例にとって説明するが、本発明は、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール以外にも適用可能である。本発明を適用可能な薄膜太陽電池モジュールの一例を挙げれば、アモルファスシリコン系薄膜太陽電池モジュール、微結晶シリコン系薄膜太陽電池モジュール、ＣＩＳ系以外の化合物系薄膜太陽電池モジュール等である。
ＣＩＳ系以外の化合物系薄膜太陽電池モジュールとは、例えば、光吸収層が銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、及びカルコゲン元素（セレン（Ｓｅ）又は硫黄（Ｓ））を含有する化合物からなるＣＺＴＳ系薄膜太陽電池モジュールや、光吸収層がカドミウム（Ｃｄ）及びテルル（Ｔｅ）を含有する化合物からなるＣｄＴｅ系薄膜太陽電池モジュール等である。
［本実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの構造］
まず、本実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの構造について説明する。図１は、本実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールを例示する平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う部分断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
まず、本実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの構造について説明する。図１は、本実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールを例示する平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う部分断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
各図は、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの平面形状が矩形状である場合の例を示し、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールを平面視した場合（受光面側から視た場合）の短手方向をＸ方向、長手方向をＹ方向、厚さ方向をＺ方向としている。なお、説明の便宜上、平面図においても、断面図と対応するハッチングを施している。
図１〜図３を参照するに、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０は、基板１１と、裏面電極層１２と、光吸収層１３と、透明導電膜１４とを有し、基板１１上に、裏面電極層１２、光吸収層１３、及び透明導電膜１４が順次積層されている。以下、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０を構成する各要素について説明する。
基板１１は、裏面電極層１２、光吸収層１３、及び透明導電膜１４を形成する基体となる部分である。基板１１としては、例えば、青板ガラスや低アルカリガラス等のガラス基板、ステンレス等の金属基板、エポキシ樹脂等の樹脂基板等を用いることができる。基板１１の厚さは、例えば、数ｍｍ程度とすることができる。
裏面電極層１２は、基板１１上に形成されている。裏面電極層１２は、Ｙ方向に沿って設けられた分割溝１２ｘにより分割されている。分割溝１２ｘの幅は、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。裏面電極層１２としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）を用いることができる。裏面電極層１２として、セレン（Ｓｅ）や硫黄（Ｓ）に対する耐食性を有するチタン（Ｔｉ）やクローム（Ｃｒ）等を用いてもよい。裏面電極層１２の厚さは、例えば、数１０ｎｍ〜数μｍ程度とすることができる。裏面電極層１２は、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０の一方の電極となる層である。
光吸収層１３は、ｐ型半導体からなる層であり、裏面電極層１２上及び分割溝１２ｘ内に形成されている。光吸収層１３は、Ｙ方向に沿って設けられた分割溝１３ｘにより分割されている。分割溝１３ｘの幅は、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。光吸収層１３は、照射された太陽光等を光電変換する部分である。光吸収層１３が光電変換することにより生じた起電力は、裏面電極層１２及び透明導電膜１４にそれぞれはんだ等で取り付けられた電極リボン（銅箔リボン）から外部に電流として取り出すことができる。
光吸収層１３としては、例えば、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），セレン（Ｓｅ）からなる化合物や、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），ガリウム（Ｇａ），セレン（Ｓｅ），硫黄（Ｓ）からなる化合物等を用いることができる。前記化合物の一例を挙げれば、ＣｕＩｎＳｅ２、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）２等である。光吸収層１３の厚さは、例えば、数μｍ〜数１０μｍ程度とすることができる。
光吸収層１３には、ナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を添加することができる。光吸収層１３にＮａ等のアルカリ金属を添加することにより、光電変換効率を向上できる。なお、Ｎａに代えて、リチウム（Ｌｉ）やカリウム（Ｋ）等のアルカリ金属を添加しても同様の効果を奏する。
なお、光吸収層１３の表面にバッファ層（図示せず）を形成してもよい。バッファ層は、光吸収層１３からの電流の漏出を防止する機能を有する高抵抗の層である。バッファ層の材料としては、例えば、亜鉛化合物、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化インジウム（ＩｎＳ）等を用いることができる。バッファ層の厚さは、例えば、５〜５０ｎｍ程度とすることができる。
透明導電膜１４は、ｎ型半導体からなる透明な層であり、光吸収層１３上及び分割溝１３ｘ内に形成されている。透明導電膜１４としては、例えば、酸化亜鉛系薄膜（ＺｎＯ）やＩＴＯ薄膜等を用いることができる。酸化亜鉛系薄膜（ＺｎＯ）を用いる場合には、硼素（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等をドーパントとして添加することにより、低抵抗化でき好適である。透明導電膜１４の厚さは、例えば、数μｍ〜数１０μｍ程度とすることができる。光吸収層１３と透明導電膜１４とは、ｐｎ接合を形成している。透明導電膜１４は、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０の他方の電極となる層である。
光吸収層１３及び透明導電膜１４は、Ｙ方向に沿って設けられた分割溝１４ｘにより分割されている。分割溝１４ｘの幅は、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。分割溝１４ｘにより分割された各部分は複数のセル１９を構成している。所定のセル１９の分割溝１３ｘ内に形成されている透明導電膜１４は、分割溝１３ｘを介して隣接するセル１９の裏面電極層１２と電気的に接続されている。つまり、分割溝１４ｘにより分割された複数のセル１９は、直列に接続されている。
基板１１のＸ方向の両外縁部には、裏面電極層１２及び光吸収層１３が形成されてなく基板１１の表面が露出している第１のエッジスペース１１ａが形成されている。又、第１のエッジスペース１１ａの内側には、光吸収層１３が形成されてなく裏面電極層１２の表面が露出している第２のエッジスペース１１ｂが形成されている。第２のエッジスペース１１ｂは、前述の電極リボン（銅箔リボン）を裏面電極層１２に取付けるために設けられている。第１のエッジスペース１１ａの幅は、１０ｍｍ以上とすることが好ましい。第２のエッジスペース１１ｂの幅は、１ｍｍ以上とすることが好ましい。
［本実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造方法］
次に、本実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造方法について説明する。図４〜図９は、本実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造工程を例示する図である。なお、図４〜図９は、図２のＡ−Ａ断面に対応する部分断面図である。
次に、本実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造方法について説明する。図４〜図９は、本実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造工程を例示する図である。なお、図４〜図９は、図２のＡ−Ａ断面に対応する部分断面図である。
まず、図４に示す工程では、基板１１上に裏面電極層１２を成膜する。具体的には、始めに、基板１１を準備する。基板１１としては、例えば、青板ガラスや低アルカリガラス等のガラス基板、ステンレス等の金属基板、エポキシ樹脂等の樹脂基板等を用いることができる。基板１１の厚さは、例えば、数ｍｍ程度とすることができる。
続いて、基板１１上に、例えばスパッタ法等により、裏面電極層１２を成膜する。裏面電極層１２としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）を用いることができる。裏面電極層１２として、セレン（Ｓｅ）や硫黄（Ｓ）に対する耐食性を有するチタン（Ｔｉ）やクローム（Ｃｒ）等を用いてもよい。裏面電極層１２の厚さは、例えば、数１０ｎｍ〜数μｍ程度とすることができる。
次に、図５に示す工程では、裏面電極層１２をＹ方向に沿って分割する分割溝１２ｘを形成する。分割溝１２ｘ内には、基板１１の表面が露出する。分割溝１２ｘは、例えば、ＹＡＧレーザ等を用いてパルス状のレーザ光を裏面電極層１２の一部に照射することにより、レーザ光が照射された部分の裏面電極層１２が除去されて形成される。分割溝１２ｘの幅は、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。
次に、図６に示す工程では、裏面電極層１２上及び分割溝１２ｘ内に光吸収層１３を成膜する。光吸収層１３は、例えば、スパッタ法や蒸着法等により銅（Ｃｕ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ）等を含むプリカーサ膜を形成し、セレン（Ｓｅ）雰囲気中、硫黄（Ｓ）雰囲気中、又は、セレン（Ｓｅ）及び硫黄（Ｓ）雰囲気中で熱処理することにより成膜できる（セレン化／硫化過程）。
光吸収層１３は、銅（Ｃｕ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），及びセレン（Ｓｅ）を蒸着することにより成膜してもよい。又、光吸収層１３は、銅（Ｃｕ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），及び硫黄（Ｓ）を蒸着することにより成膜してもよい。又、光吸収層１３は、銅（Ｃｕ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），及びセレン（Ｓｅ）と硫黄（Ｓ）を蒸着することにより成膜してもよい。
本実施の形態では、光吸収層１３にはナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）等のアルカリ金属を添加する。以降は、アルカリ金属としてＮａを用いる場合を例に説明する。
光吸収層１３にＮａを添加するには、例えば、裏面電極層１２上にプリカーサ膜を形成する時点で、スパッタターゲット或いは蒸着源にプリカーサ膜材料（例えば、ＣｕＧａ）と共にＮａを含ませればよい。例えば、ＮａＦを含むＣｕＧａ合金のスパッタターゲットを使用して、裏面電極層１２上にＮａを含んだＣｕＧａ膜を成膜し、その上に、Ｉｎスパッタターゲットを使用してＩｎ膜を成膜する。これにより、Ｎａを含んだプリカーサ膜が形成できる。
その後、セレン化／硫化過程において、プリカーサ膜に含まれるＮａが光吸収層１３に拡散することにより、結晶品質の良い光吸収層１３が形成される。但し、スパッタターゲットに含有させるＮａはＮａＦには限定されず、Ｎａ単体やその他のＮａ化合物であってもよい。又、ＣｕＧａ合金のスパッタターゲットにＮａを含有させる代わりに、ＩｎスパッタターゲットやＣｕスパッタターゲットにＮａやＮａＦ等のＮａ化合物を含有させてもよい。更に、蒸着源にＮａを添加したり、Ｎａを蒸着源としてもよい。
なお、光吸収層１３に添加されたＮａ等のアルカリ金属の一部は、裏面電極層１２に拡散し、裏面電極層１２中に残留する。つまり、裏面電極層１２は、Ｎａ等のアルカリ金属を含有することになる。
光吸収層１３にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を添加する方法として、上記方法に代えて、裏面電極層１２に直接アルカリ金属を添加してもよい。例えば、図４に示す工程において、Ｎａ含有のＭｏターゲットを用いてスパッタ法で裏面電極層１２を形成することにより、裏面電極層１２中にＮａを添加できる。これにより、光吸収層１３を成膜する際に裏面電極層１２に含有されるＮａの一部が光吸収層１３に拡散するため、結晶品質が良い光吸収層１３が形成される。
さらに、光吸収層１３にナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属を添加する他の方法として、基板にＮａ等のアルカリ金属を含むガラス基板を用いて、ガラス基板中のアルカリ金属を、光吸収層１３に拡散させてもよい。具体的には、光吸収層１３を成膜する際のセレン化／硫化過程において、ガラス基板中のアルカリ金属は、裏面電極層１２に拡散するとともに、裏面電極層１２に拡散したアルカリ金属の一部が、光吸収層１３に拡散し、結果、結晶品質の良い光吸収層１３が形成される。
このように、本発明に係る『裏面電極層にアルカリ金属を添加するアルカリ金属添加工程』は、単独の工程として存在する必要はなく、例えば、光吸収層１３を成膜する工程等の一部に含まれていても良い。
なお、必要に応じ、光吸収層１３の表面にバッファ層を成膜してもよい。バッファ層は、例えば、ＣｄＳ，ＩｎＳ，Ｉｎ（Ｏ，Ｓ，ＯＨ）等の結晶や、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ，ＯＨ），ＺｎＯ，ＺｎＳやそれらの結晶等の材料を用いて、溶液成長法（ＣＢＤ法）や有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、アトミックレイヤーデポジション法（ＡＬＤ法）等により、光吸収層１３の表面に成膜できる。バッファ層の厚さは、例えば、５〜５０ｎｍ程度とすることができる。
次に、図７に示す工程では、光吸収層１３をＹ方向に沿って分割する分割溝１３ｘを形成する。分割溝１３ｘ内には、裏面電極層１２の表面が露出する。分割溝１３ｘは、例えば、ＹＡＧレーザ等を用いてパルス状のレーザ光を光吸収層１３の一部に照射することにより、レーザ光が照射された部分の光吸収層１３が除去されて形成される。分割溝１３ｘの幅は、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。
ＹＡＧレーザを用いる場合、波長を１０６４ｎｍ、パルス幅を１２ｎｓｅｃ以上とすることが好ましい。又、ＹＡＧレーザは、基本波長（１０６４ｎｍ）以外に、パルス幅が１２ｎｓｅｃ以上の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）等を用いてもよい。
上記のレーザを使用することにより、光吸収層１３を除去して分割溝１３ｘを形成する際に、分割溝１３ｘ内に露出した裏面電極層１２の表面において、裏面電極層１２と裏面電極層１２に含有されたＮａとが合金化する。形成される合金は、例えば、Ｎａ２ＭｏＯ４、Ｎａ２Ｍｏ２Ｏ７、Ｎａ２Ｍｏ３Ｏ６、Ｎａ４ＭｏＯ５等である。
このように、裏面電極層１２と裏面電極層１２に含有されたＮａとが合金化するためには、上記のようなパルス幅（パルス幅≧１２ｎｓｅｃ）のレーザを用いる必要がある。なお、裏面電極層１２と裏面電極層１２に含有されたＮａとが合金化することの特有の効果については、後述の実施例において説明する。
次に、図８に示す工程では、光吸収層１３上及び分割溝１３ｘ内に透明導電膜１４を成膜する。透明導電膜１４は、例えば、硼素（Ｂ）やガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドーパントとして添加した酸化亜鉛系薄膜（ＺｎＯ）や、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）薄膜等の透明かつ低抵抗な膜を、ＭＯＣＶＤ法やスパッタ法等により成膜できる。透明導電膜１４の厚さは、例えば、数μｍ〜数１０μｍ程度とすることができる。
次に、図９に示す工程では、光吸収層１３及び透明導電膜１４をＹ方向に沿って分割する分割溝１４ｘを形成する。分割溝１４ｘ内には、裏面電極層１２の表面が露出する。分割溝１４ｘは、例えば、ＹＡＧレーザ等を用いてパルス状のレーザ光を光吸収層１３及び透明導電膜１４の一部に照射することにより、レーザ光が照射された部分の光吸収層１３及び透明導電膜１４が除去されて形成される。分割溝１４ｘの幅は、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。なお、レーザを用いずに、針等を用いて機械的に分割溝１４ｘを形成してもよい（メカニカルスクライブ）。以上の工程により、図１〜３に示したＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０が完成する。
なお、前述の図７に示す工程では、光吸収層１３を除去して分割溝１３ｘを形成するとともに、分割溝１３ｘ内に露出した裏面電極層１２の表面において、裏面電極層１２と裏面電極層１２に含有されたＮａとを合金化している。しかしながら、分割溝１３ｘの形成とＮａの合金化とは、個別の工程で行ってもよい。
例えば、メカニカルスクライブで分割溝１３ｘを形成後、パルス幅が１２ｎｓｅｃ以上の基本波長（１０６４ｎｍ）、又は第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）のＹＡＧレーザを用いて分割溝１３ｘ内の裏面電極層１２にレーザ光を照射し、分割溝１３ｘ内に露出した裏面電極層１２の表面において、裏面電極層１２と裏面電極層１２に含有されたＮａとを合金化してもよい。
又、パルス幅が１２ｎｓｅｃ未満の短パルス幅（例えば、数ｎｓｅｃ程度）のパルスレーザを用いて分割溝１３ｘを形成後、パルス幅が１２ｎｓｅｃ以上の基本波長（１０６４ｎｍ）、又は第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）のＹＡＧレーザを用いて分割溝１３ｘ内の裏面電極層１２にレーザ光を照射し、分割溝１３ｘ内に露出した裏面電極層１２の表面において、裏面電極層１２と裏面電極層１２に含有されたＮａとを合金化してもよい。
〈実施例〉
実施例として、分割溝１３ｘを形成する条件を変えた場合の、それぞれのＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの性能を比較した。
実施例として、分割溝１３ｘを形成する条件を変えた場合の、それぞれのＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの性能を比較した。
まず、以下の４種類のサンプル（サンプル１〜４）を作製した。サンプル１は、比較例に係るサンプルであり、金属針を利用したメカニカルスクライブで分割溝１３ｘを形成したＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールである（以降、比較例１とする）。サンプル２は、比較例に係るサンプルであり、パルス幅９ｎｓｅｃのレーザで分割溝１３ｘを形成したＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールである（以降、比較例２とする）。
サンプル３は、本実施例に係るサンプルであり、パルス幅１２ｎｓｅｃのレーザで分割溝１３ｘを形成したＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールである（以降、実施例１とする）。サンプル４は、本実施例に係るサンプルであり、パルス幅１５ｎｓｅｃのレーザで分割溝１３ｘを形成したＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールである（以降、実施例２とする）。なお、サンプル１〜４において、分割溝１３ｘ以外は全て同一条件で作製されている。
作製したサンプル１〜４について、薄膜太陽電池モジュールとしての性能比較をした結果を表１及び図１０に示す。
表１及び図１０を参照するに、メカニカルスクライブによって分割溝１３ｘを形成したサンプル１（比較例１）では、曲線因子ＦＦがサンプル２（比較例２）及びサンプル３（実施例１）に比べて低く、結果、変換効率Ｅｆｆも、１３．０％を下回る結果となっている。又、サンプル２（比較例２）でも、サンプル３（実施例１）及びサンプル４（実施例２）に比べて、曲線因子ＦＦが低く、そのため変換効率Ｅｆｆも低い。
ここで、発明者らは、サンプル１（比較例１）及びサンプル２（比較例２）の曲線因子ＦＦ及び変換効率Ｅｆｆの向上を阻害する要因として、以下の理由があると考えた。
例えば、光吸収層１３成膜時にＮａ等のアルカリ金属を光吸収層１３に添加した場合、裏面電極層１２にもＮａが一部拡散する。又、基板１１にガラス基板を用いた場合は、ガラス基板中のアルカリ金属が、裏面電極層１２を介して光吸収層１３に拡散するため、アルカリ金属の一部は、裏面電極層１２中に残留することになる。又、ガラス基板以外から光吸収層１３にアルカリ金属を添加した場合でも、光吸収層１３成膜時に光吸収層１３から裏面電極層１２に対して、アルカリ金属の一部が拡散する。
ここで、分割溝１３ｘを形成した後、図８に示す工程において透明導電膜１４を成膜した際、分割溝１３ｘを透明導電膜１４が埋めることになる。上述したように、裏面電極層１２中にはアルカリ金属が含まれているため、分割溝１３ｘ部分において、裏面電極層１２中のアルカリ金属が、分割溝１３ｘ部分の透明導電膜１４に拡散する。このため、分割溝１３ｘ部分の透明導電膜１４の抵抗率が高くなり、結果、直列抵抗の増加による曲線因子ＦＦの悪化に繋がり、ひいては変換効率Ｅｆｆの悪化に繋がるものと、発明者らは考えた。
又、アルカリ金属拡散による曲線因子ＦＦ及び変換効率Ｅｆｆの悪化は、スパッタ法で透明導電膜１４を形成する場合に比べて、ＭＯＣＶＤ法で透明導電膜１４を成膜した場合の方が、成膜処理温度が高いため、その現象は顕著であると考えられる。
上記の考察より、発明者らは、分割溝１３ｘ部分において、裏面電極層１２と裏面電極層１２に含有されるアルカリ金属とを合金化することにより、アルカリ金属が透明導電膜１４に拡散することを防止することが可能となり、結果、曲線因子ＦＦ及び変換効率Ｅｆｆの向上に繋がるものと考えた。
表１及び図１０に示すサンプル２（比較例２）の曲線因子ＦＦ及び変換効率Ｅｆｆにより、アルカリ金属と裏面電極層１２とを合金化するためには、分割溝１３ｘの形成をレーザで行うだけでは不十分であることがわかる。
又、表１及び図１０に示すサンプル３（実施例１）及びサンプル４（実施例２）の曲線因子ＦＦ及び変換効率Ｅｆｆにより、レーザのパルス幅を一定以上（１２ｎｓｅｃ以上）とすることによってアルカリ金属を合金化することが可能となり、その結果、透明導電膜１４へのアルカリ金属の拡散を抑制できることがわかる。
次に、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）によって、サンプル１（比較例１）及びサンプル４（実施例２）の分割溝１３ｘ部分における、Ｎａ、Ｚｎ、Ｍｏの濃度を測定した。その結果を図１１及び図１２に示す。図１１は、サンプル１（比較例１）についてのアルカリ金属と裏面電極層との合金化によるアルカリ金属の透明導電膜への拡散抑制の効果を例示する図である。図１２は、サンプル４（実施例２）についてのアルカリ金属と裏面電極層との合金化によるアルカリ金属の透明導電膜への拡散抑制の効果を例示する図である。
図１１及び図１２を参照すると、サンプル１（比較例１）に比べてサンプル４（実施例２）では、ＺｎＯと記載された透明導電膜１４部分に含まれるＮａ量が減少している。又、Ｍｏと記載された裏面電極層１２部分に含まれるＮａ量は、サンプル１（比較例１）に比べてサンプル４（実施例２）の方が多い。このことから、裏面電極層１２中のＮａが合金化することにより、透明導電膜１４へのＮａの拡散が抑制されていることがわかる。
このように、本実施の形態及び実施例では、光吸収層１３を除去して分割溝１３ｘを形成する際に、分割溝１３ｘ内に露出した裏面電極層１２の表面において、裏面電極層１２と裏面電極層１２に含有されたアルカリ金属（Ｎａ）とを合金化する。その結果、裏面電極層１２に含有されたアルカリ金属（Ｎａ）が透明導電膜１４へ拡散して透明導電膜１４の抵抗率が高くなることが抑制され、曲線因子ＦＦ及び変換効率Ｅｆｆを向上することが可能となる。但し、前述のように、分割溝１３ｘの形成とＮａの合金化とは、個別の工程で行ってもよい。
なお、裏面電極層１２と裏面電極層１２に含有されたアルカリ金属（Ｎａ）とを合金化するためには、分割溝１３ｘ内に露出する裏面電極層１２の表面にレーザ光を照射する必要がある。又、この際に使用するレーザの波長は１０６４ｎｍの赤外光であり、かつ、パルス幅が１２ｎｓｅｃ以上である必要がある。但し、基本波長（１０６４ｎｍ）以外に、パルス幅が１２ｎｓｅｃ以上の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）等を用いてもよい。
以上、好ましい実施の形態及び実施例について詳説したが、上述した実施の形態及び実施例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
１０ ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール
１１ 基板
１１ａ 第１のエッジスペース
１１ｂ 第２のエッジスペース
１２ 裏面電極層
１２ｘ、１３ｘ、１４ｘ 分割溝
１３ 光吸収層
１４ 透明導電膜
１９ セル
１１ 基板
１１ａ 第１のエッジスペース
１１ｂ 第２のエッジスペース
１２ 裏面電極層
１２ｘ、１３ｘ、１４ｘ 分割溝
１３ 光吸収層
１４ 透明導電膜
１９ セル
Claims (16)
- 基板上に裏面電極層を成膜する裏面電極層成膜工程と、
前記裏面電極層にアルカリ金属を添加するアルカリ金属添加工程と、
前記裏面電極層上に光吸収層を成膜する光吸収層成膜工程と、
前記光吸収層を分割する分割溝を形成し、前記分割溝内に前記裏面電極層の表面を露出させる分割溝形成工程と、
前記分割溝内に露出した前記裏面電極層の表面において、前記裏面電極層と前記アルカリ金属とを合金化する合金化工程と、
前記光吸収層上及び前記分割溝内に透明導電膜を成膜する透明導電膜成膜工程と、を有する薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記アルカリ金属添加工程では、前記アルカリ金属としてナトリウム（Ｎａ）を添加する請求項１記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記分割溝形成工程と前記合金化工程とは同一工程であり、
前記光吸収層にレーザ光を照射して前記分割溝を形成するとともに、前記レーザ光により前記裏面電極層と前記アルカリ金属とを合金化する請求項１又は２記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記レーザ光の波長は１０６４ｎｍであり、かつ、前記レーザ光のパルス幅は１２ｎｓｅｃ以上である請求項３記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記基板は前記アルカリ金属を含むガラス基板であり、
前記アルカリ金属添加工程では、前記ガラス基板中の前記アルカリ金属を前記裏面電極層に拡散する請求項１乃至４の何れか一項記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記光吸収層成膜工程では、前記アルカリ金属が添加された光吸収層を成膜し、
前記アルカリ金属添加工程では、前記光吸収層に添加された前記アルカリ金属を前記裏面電極層に拡散する請求項１乃至４の何れか一項記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記アルカリ金属添加工程では、前記裏面電極層に直接前記アルカリ金属を添加する請求項１乃至４の何れか一項記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記裏面電極層を分割する第２の分割溝を形成し、前記第２の分割溝内に前記基板の表面を露出させる工程と、
前記光吸収層及び前記透明導電膜を分割する第３の分割溝を形成し、前記第３の分割溝内に前記裏面電極層の表面を露出させ、前記分割溝、前記第２の分割溝、及び前記第３の分割溝で分割された複数のセルが直列接続された構造を形成する工程と、を更に有する請求項１乃至７の何れか一項記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記裏面電極層は、モリブデン（Ｍｏ）を含有する請求項１乃至８の何れか一項記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記光吸収層は、少なくとも銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、及びセレン（Ｓｅ）を含有する請求項１乃至９の何れか一項記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記光吸収層は、少なくとも銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、及びカルコゲン元素（セレン（Ｓｅ）又は硫黄（Ｓ））を含有する請求項１乃至９の何れか一項記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
- 基板と、
前記基板上に成膜された裏面電極層と、
前記裏面電極層上に成膜された光吸収層と、
前記光吸収層を分割し、前記裏面電極層の表面を露出させる分割溝と、
前記光吸収層上及び前記分割溝内に成膜された透明導電膜と、を有し、
前記裏面電極層にはアルカリ金属が添加されており、
前記分割溝内に露出した前記裏面電極層の表面において、前記裏面電極層と前記アルカリ金属との合金が形成されている薄膜太陽電池モジュール。 - 前記アルカリ金属はナトリウム（Ｎａ）である請求項１２記載の薄膜太陽電池モジュール。
- 前記裏面電極層は、モリブデン（Ｍｏ）を含有する請求項１２又は１３記載の薄膜太陽電池モジュール。
- 前記光吸収層は、少なくとも銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、及びセレン（Ｓｅ）を含有する請求項１２乃至１４の何れか一項記載の薄膜太陽電池モジュール。
- 前記光吸収層は、少なくとも銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、及びカルコゲン元素（セレン（Ｓｅ）又は硫黄（Ｓ））を含有する請求項１２乃至１４の何れか一項記載の薄膜太陽電池モジュール。
Priority Applications (5)
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