JP2013149697A - 集積化太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発電効率の優れた集積化構造を少ない工程で形成でき、生産効率が優れた薄膜太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】基板10上に第１の電極層12を形成し、第１の電極層12に基板10の表面が底部に露出した分離溝21を形成し、第１の電極層12および分離溝21に露出した基板10の表面を覆うように、光電変換層13および第２の電極層16を順次積層して積層体Sを形成し、分離溝21に平行かつ第１の電極層12表面位置に至る深さの開口溝部22を形成する。開口溝部22を両壁α、βから離間した位置に積層体Ｓの一部24が残置されるように形成し、開口溝部22を隔てて互いに隣接する光電変換素子を電気的に接続する接続部40を形成する。
【選択図】図１
【解決手段】基板10上に第１の電極層12を形成し、第１の電極層12に基板10の表面が底部に露出した分離溝21を形成し、第１の電極層12および分離溝21に露出した基板10の表面を覆うように、光電変換層13および第２の電極層16を順次積層して積層体Sを形成し、分離溝21に平行かつ第１の電極層12表面位置に至る深さの開口溝部22を形成する。開口溝部22を両壁α、βから離間した位置に積層体Ｓの一部24が残置されるように形成し、開口溝部22を隔てて互いに隣接する光電変換素子を電気的に接続する接続部40を形成する。
【選択図】図１
Description
本発明は、集積化構造を有する薄膜太陽電池の製造方法に関し、特に、発電効率および生産効率の観点から優れた集積化構造を少ない工程で形成でき、生産効率が優れた集積化太陽電池の製造方法に関する。
下部電極（裏面電極）と光吸収により電荷を発生する光電変換半導体層と上部電極との積層構造を有する光電変換素子が、太陽電池等の用途に使用されている。
従来、バルクの単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉ、あるいは薄膜のアモルファスＳｉを用いたＳｉ系太陽電池が主流であったが、Ｓｉに依存しない化合物半導体系太陽電池の研究開発がなされている。化合物半導体系太陽電池としては、ＧａＡｓ系等のバルク系と、IＢ族元素とIIIＢ族元素とVIＢ族元素とからなるＣＩＳ（Ｃｕ−Ｉｎ−Ｓｅ）系あるいはＣＩＧＳ（Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ）系等の薄膜系とが知られている。ＣＩＳ系あるいはＣＩＧＳ系は、光吸収率が高く、高エネルギー変換効率であることが報告されている。
太陽電池の高出力化を図るためには、１枚の基板上に複数の光電変換素子（太陽電池セル）を多数直列接続して配列する集積化が必要である。
化合物半導体系太陽電池の集積化方法としては、三段階のスクライブ処理を行う方法がよく知られている。この方法は図１６のａに示すように、絶縁基板１１０上に電極層１１２を成膜した後、電極層１１２をスクライブして第１の分離溝Ｐ１を形成し、図１６のｂに示すように光電変換層１１３、バッファ層１１４および窓層１１５を順次成膜してこれらを貫通して電極層１１２表面に至る分離溝Ｐ２を形成し、図１６のｃに示すように、透光性導電層（上部電極）１１６を形成し、上部電極１１６から下部電極層表面に至る分離溝Ｐ３を形成するものである。このようにして、隣接セル間は分離溝Ｐ３により分離され、隣接セル間は分離溝Ｐ２に埋め込まれた透光性導電層材料により直列接続された集積化構造が形成される。
このような集積化構造では、第１の分離溝Ｐ１〜第３の分離溝Ｐ３が必要であるため、太陽電池セルの接続に必要なセル間の距離を長くしなければならず、単位面積当たりの発電効率が低下するという問題点がある。そこで、他の集積化方法が提案されている（例えば、特許文献１、２および３）。
特許文献１には、基板上に下地電極、光電変換層、透明電極を一括して成膜し、それぞれ深さの異なる３つのスクライビングを一括して行う集積化光電変換装置の製造方法が開示されている。この特許文献１には、一括成膜および一括スクライビングが一層ごとにスクライビングを行う方法に比べて簡単であり、工程数が少なくてすみ、従って、製造に要する時間を短縮することが出来ることが記載されている。
特許文献２には、基板上に下地電極、光電変換層、透明電極を一括して成膜し、その後、単一のスクライブ処理を行う方法が開示されている。特許文献２では、スクライブ処理において、底部に下地電極を分離する細幅の溝を有する一本の溝部を形成し、その後、その溝部の一方の側壁および下地電極を分離する細幅の溝に絶縁体を堆積させ、その上に導体を接続してセル間を電気的に接続させる方法が開示されている。これにより、接続に必要なセル間の距離を短くすることができ、単位面積当たりの発電効率を高くすることができることが開示されている。
また、特許文献３では、基板上に所定形状の複数の透明電極を形成した後、光電変換層および電極層を形成し、その後、レーザビームの照射により接続溝および絶縁溝を形成し、接続溝に導電性ペーストを充填して接続部を形成することにより集積化太陽電池を製造する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１においては、溝を３つ形成するためセル間の距離を短縮させることは難しく、発電効率を増加させることはできない。
特許文献２においては、溝が１つであるため、セル間の距離を短縮できるように思われるが、実際には絶縁体の形成に用いられる感光性ポリマー（絶縁性インク）が広がるため、スクライブの幅を広くする必要がある。このため、単位面積当たりのセルの面積が小さくなり、十分な発電効率の向上はできない。
特許文献２においては、溝が１つであるため、セル間の距離を短縮できるように思われるが、実際には絶縁体の形成に用いられる感光性ポリマー（絶縁性インク）が広がるため、スクライブの幅を広くする必要がある。このため、単位面積当たりのセルの面積が小さくなり、十分な発電効率の向上はできない。
また、ＣＩＧＳ系のように、下部電極層としてＭｏ等の金属電極が用いられ、光電変換層の堆積が高温下でなされる場合には、下部電極が熱履歴により硬度が増加するため、特許文献１、２のように光電変換層の堆積後に下部電極層をスクライブする場合、パワーの大きなレーザビームを照射する必要があり、下部電極層下の基板を傷めてしまう恐れがある。
特許文献３記載の集積化構造では、光電変換層と上部電極の断面に導電性材料が接する構造になるため、光電変換層内での電流リークの原因となり、発電効率が低下する。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、発電効率の優れた集積化構造を少ない工程で形成できる、生産効率が優れた集積化太陽電池の製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明は集積化太陽電池の製造方法であって、基板上に複数の光電変換素子が配列され直列接続されてなる集積化太陽電池の製造方法であって、
少なくとも表面が絶縁性である基板上に第１の電極層を形成し、
該第１の電極層に前記基板の表面が底部に露出した分離溝を形成して該第１の電極層を複数の領域に分離し、
前記第１の電極層および前記分離溝に露出された前記基板の表面を覆うように、光電変換層および第２の電極層を順次積層して積層体を形成し、
前記分離溝に平行かつ前記第１の電極層表面位置に至る深さの開口溝部であって、該開口溝部の溝幅方向において該溝部の両壁から離間した位置に前記積層体の一部が残置された開口溝部を形成し、
前記開口溝部を隔てて互いに隣接する光電変換素子のうち一方の素子の第２の電極層と、他方の素子の第１の電極層とを電気的に接続する接続部を、前記開口溝部の前記積層体の前記一部より前記一方の素子側に導電性インクを滴下することにより形成することを特徴とする。
少なくとも表面が絶縁性である基板上に第１の電極層を形成し、
該第１の電極層に前記基板の表面が底部に露出した分離溝を形成して該第１の電極層を複数の領域に分離し、
前記第１の電極層および前記分離溝に露出された前記基板の表面を覆うように、光電変換層および第２の電極層を順次積層して積層体を形成し、
前記分離溝に平行かつ前記第１の電極層表面位置に至る深さの開口溝部であって、該開口溝部の溝幅方向において該溝部の両壁から離間した位置に前記積層体の一部が残置された開口溝部を形成し、
前記開口溝部を隔てて互いに隣接する光電変換素子のうち一方の素子の第２の電極層と、他方の素子の第１の電極層とを電気的に接続する接続部を、前記開口溝部の前記積層体の前記一部より前記一方の素子側に導電性インクを滴下することにより形成することを特徴とする。
さらに、前記接続部を覆う被覆絶縁部を形成することが好ましい。
前記接続部の形成工程において、前記積層体の前記一部を、前記導電性インクの前記他方の素子側への拡がりを抑制するストッパ部として用いることが好ましい。
前記接続部を形成する前に、前記開口溝部の前記一方の素子側の壁面の少なくとも一部に、該壁面の高さ方向に亘る絶縁部を形成し、
前記接続部を前記絶縁部上に形成することが好ましい。
前記接続部を前記絶縁部上に形成することが好ましい。
前記分離溝をレーザスクライブにより形成することが好ましい。
前記開口溝部を、該開口溝部となる領域に、前記積層体の一部が残るように所定の間隔で２本の溝をメカニカルスクライブにより形成することにより形成することが好ましい。
前記接続部を、インクジェット法により前記導電性インクを滴下することにより形成することが好ましい。
本発明の集積化太陽電池の製造方法によれば、第１の電極層形成後、光電変換層等を積層する前に、第１の電極層に分離溝を形成して複数の領域に分割するようにしているため、光電変換層等の積層工程において熱履歴により硬化するような材料を第１の電極層に用いた場合であっても、熱履歴を受ける前の状態であるため比較的小さいパワーで分離溝を形成することができる。
第１の電極層を分離した後は、光電変換層、第２の電極層を形成した後に、開口溝部を形成するので、集積化構造を少ない工程で作製することができ、優れた生産効率を実現することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
「第１の実施形態」
図１は、本発明の第１の実施形態の製造方法により製造される集積化太陽電池１を示す模式的断面図である。図２は、図１に示す集積化太陽電池１の要部の模式的平面図であり、図３は、本実施形態の集積化太陽電池の変形例の要部の模式的平面図である。
図１は、本発明の第１の実施形態の製造方法により製造される集積化太陽電池１を示す模式的断面図である。図２は、図１に示す集積化太陽電池１の要部の模式的平面図であり、図３は、本実施形態の集積化太陽電池の変形例の要部の模式的平面図である。
図１および図２に示すように、集積化太陽電池１は、表層が絶縁層１０ａである基板１０と、基板１０の絶縁層１０ａ上に形成され、ライン状の開口溝部２２を挟んで、基板１０の長手方向Ｌに電気的に直列に接続された複数の太陽電池セル（光電変換素子）２０ａ〜２０ｄと、一方の端部の太陽電池セル２０ａに接続される第１の導電部材５０と、他方の端部の太陽電池セル２０ｄに接続される第２の導電部材５２とを有している。
太陽電池セル２０ａ〜２０ｄは、開口溝部２２により分離されており、第１の電極層である裏面電極層１２、光電変換層１３、バッファ層１４および第２の電極層である透明電極層１６を有する。太陽電池セル２０ａ〜２０ｂは、開口溝部２２を挟んで互いに隣接するセルの一方のセルの透明電極と他方のセルの裏面電極とを電気的に接続する接続部として導電層４０が形成されることにより、隣接するセル間が直列接続されて集積化されている。例えば、太陽電池セル２０ａと太陽電池セル２０ｂとでは、太陽電池セル２０ａの透明電極層１６と太陽電池セル２０ｂの裏面電極層１２とが導電層４０により電気的に接続されている。
また、導電層４０を覆うように被覆絶縁部４２が形成されている。
また、導電層４０を覆うように被覆絶縁部４２が形成されている。
なお、本実施形態では、便宜的に４つの太陽電池セル２０ａ〜２０ｄが直列接続されたものを例にして説明するが、太陽電池セルの接続数は、特に限定されるものではない。また、太陽電池セルにおいて、バッファ層１４、光電変換層１３の構成によっては、必ずしも設ける必要はない。また、バッファ層１４と透明電極層１６との間に窓層（絶縁層）が備えられていてもよい。
図２に示すように、本実施形態の基板１０は、その形状および大きさ等は適用される集積化太陽電池１の大きさ等に応じて適宜決定されるものであり、例えば、一辺の長さが１ｍを超える四角形状または矩形状である。
太陽電池セル２０ａ〜２０ｄおよび第１、第２の導電部材５０、５２は、基板１０上において、長手方向Ｌ（配列方向）と直交する幅方向Ｗ（延在方向）に長く伸びた短冊状に形成されている。
太陽電池セル２０ａ〜２０ｄおよび第１、第２の導電部材５０、５２は、基板１０上において、長手方向Ｌ（配列方向）と直交する幅方向Ｗ（延在方向）に長く伸びた短冊状に形成されている。
裏面電極層１２は、基板１０の長手方向Ｌに、所定の間隔に複数設けられた分離溝２１により、隣り合う裏面電極層１２と互いに分離されている。なお、分離溝２１は、基板１０の表面（絶縁層１０ａ）に達する溝であり、その幅は、例えば、５０μｍである。この分離溝２１には光電変換層１３が埋め込まれている。
開口溝部２２は、分離溝２１に平行にかつ、ほぼ裏面電極層１２の表面位置となる深さに形成されている。また、開口溝部２２の溝幅方向において溝部の両壁α、β、すなわち、溝部を隔てて互いに隣接するセルの一方のセル２０ａの壁面αおよび他方のセル２０ｂの壁面βから離間した位置に積層体の一部、ここでは光電変換層１３の一部が後述するストッパ部２４として残置されている。換言すると、開口溝部２２はストッパ部２４およびストッパ部２４を挟む２つの凹部（溝）２２ａおよび２２ｂからなるものである。開口溝部の幅は例えば、５０μｍから１００μｍである。
なお、開口溝部２２は、一方のセル２０ａの裏面電極が第１の溝２２ａに露出せず、かつ、他方のセル２０ｂの裏面電極が第１の溝２２ａに少なくとも一部露出する位置に形成されている。このとき、分離溝２１が開口溝部２２の一方の壁面αの位置に少なくとも一部重なっていることが好ましい。分離溝２１は、壁面αよりも一方のセル２０ａ側（一方のセル２０ａの下）に位置していてもよいが、光電変換に寄与しないロス部分を抑制するためには壁面α近傍に位置していることが望まれる。
ストッパ部２４は、裏面電極層１２に導電層４０が接続される他方のセル２０ｂの裏面電極層１２上に位置しており、導電層４０を接触させるように、この裏面電極層１２は一方の凹部２２ａ側の底部に露出していることを要する。
図２に示すように、導電層４０は、太陽電池セル２０ａの基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されている。また、この導電層４０を覆うようにして被覆絶縁部４２も、基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されている。
なお、太陽電池セル２０ａ〜２０ｄを電気的に直列に接続することができればよく、導電層４０は、基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されていなくてもよい。太陽電池セル２０ａ〜２０ｄを電気的に直列に接続するには、幅方向Ｗにおいて少なくとも一部で導電層４０を用いて接続されていればよいため、例えば、図３に示すように、太陽電池セル２０ａに対して、幅方向Ｗで、例えば、３箇所導電層４０ａを形成し、各導電層４０ａを覆うように被覆絶縁部４２ａが形成されるものであってもよい。
直列接続された太陽電池セルの両端に配置されている第１の導電部材５０および第２の導電部材５２は、太陽電池セルで発生した電力を外部に取り出すためのものである。
第１の導電部材５０および第２の導電部材５２は、例えば、細長い帯状の部材であり、基板１０の幅方向に略直線状に伸びて、それぞれ右端、あるいは左端の裏面電極層１２上に接続されている。また、図１に示すように、第１の導電部材５０および第２の導電部材５２は、例えば、銅リボン５０ａ、５２ａがインジウム銅合金の被覆材５０ｂ、５２ｂで被覆されたものである。第１の導電部材５０および第２の導電部材５２は、超音波半田、導電性接着剤、あるいは導電性テープ等により裏面電極層１２に接続されている。
第１の導電部材５０と第２の導電部材５２とは、錫メッキ銅リボンでもよい。
第１の導電部材５０と第２の導電部材５２とは、錫メッキ銅リボンでもよい。
本構成の集積化太陽電池１では、太陽電池セル２０ａ〜２０ｄに、透明電極層１６側から光が入射されると、この光が透明電極層１６およびバッファ層１４を通過し、光電変換層１３で起電力が発生し、例えば、透明電極層１６から裏面電極層１２に向かう電流が発生する。集積化太陽電池１で発生した電力を、第１の導電部材５０と第２の導電部材５２から、太陽電池１の外部に取り出すことができる。なお、本実施形態において、第１の導電部材５０が負極であり、第２の導電部材５２が正極であるが、第１の導電部材５０と第２の導電部材５２とは極性が逆であってもよく、太陽電池セル２０ａ〜２０ｄの層構成、接続構成等に応じて適宜変わるものである。
以下に、第１の実施形態の製造方法を図４および図５に基づいて説明する。図４および図５は製造工程を示す一部の模式断面図であり、一部セル２０ａ、２０ｂおよびその間の開口溝部を含む集積化構造の要部を示している。
まず、所定の大きさの少なくとも表面が絶縁性である基板１０を用意する。この基板１０は、例えば、アルミニウム基材の表面に陽極酸化膜１０ａを備えたものである。
図４のａに示すように、基板１０の表面に第１の電極層として裏面電極層１２を形成する。
次に図４のｂに示すように、裏面電極層１２に基板１０の表面が底部に露出する分離溝２１を形成し、裏面電極層１２を複数の領域に分離する。この分離溝２１の形成はレーザスクライブにより行うことが好ましい。
裏面電極層１２が熱履歴を受ける前に分離溝２１を形成するので、裏面電極層がＭｏ等の熱履歴により硬化する材料からなる場合であっても、比較的低いパワーでスクライブを行うことができる。レーザを用いた場合には、比較的大きいパワーを用いる場合には基板を損傷させてしまうという問題があるが、本発明の製造方法では基板を損傷させるという問題は生じない。
次に図４のｂに示すように、裏面電極層１２に基板１０の表面が底部に露出する分離溝２１を形成し、裏面電極層１２を複数の領域に分離する。この分離溝２１の形成はレーザスクライブにより行うことが好ましい。
裏面電極層１２が熱履歴を受ける前に分離溝２１を形成するので、裏面電極層がＭｏ等の熱履歴により硬化する材料からなる場合であっても、比較的低いパワーでスクライブを行うことができる。レーザを用いた場合には、比較的大きいパワーを用いる場合には基板を損傷させてしまうという問題があるが、本発明の製造方法では基板を損傷させるという問題は生じない。
次に図４のｃに示すように、裏面電極層１２および分離溝２１の底部に露出した基板１０の表面を覆うように、光電変換層１３、バッファ層１４および第２の電極層としての透明電極層１６を順次積層して積層体Ｓを形成する。
このように、光電変換層１３から透明電極層１６の積層工程中にスクライブ工程が不要であることから、製造工程を煩雑化させることなく、生産効率を向上させることができる。
このように、光電変換層１３から透明電極層１６の積層工程中にスクライブ工程が不要であることから、製造工程を煩雑化させることなく、生産効率を向上させることができる。
次に、図５のｄに示すように、分離溝２１に平行かつ裏面電極層１２の表面位置に至る深さの開口溝部２２を形成する。このとき、開口溝部２２の溝幅方向においてこの開口溝部２２の両壁α、βから離間した位置に積層体Ｓの一部２４を残すように開口溝部２２を形成する。例えば、所望の開口溝部形成位置に、積層体Ｓ上方から所定の間隔で裏面電極層１２の表面位置に至る深さの２本の凹部（溝）２２ａ、２２ｂをレーザもしくはメカニカルスクライブにより形成することにより、この２本の溝２２ａ、２２ｂ間に積層体Ｓの一部２４が残置された開口溝部２２を形成することができる。なお、形成された開口溝部２２の積層体の一部２４を挟む第１及び第２の溝２２ａ、２２ｂには、裏面電極層１２が露出しており、部分的に分離溝２１に埋め込まれた光電変換層１３が露出している。ここでは、開口溝部２２の一方の壁面αを有するセル２０ａの裏面電極層１２が第１の溝２２ａに露出しないように開口溝部形成位置を制御する。
なお、本実施形態においては、開口溝部２２に積層体の一部２４として光電変換層１３の部分が残されたものとなっているが、この一部２４には、バッファ層１４透明電極層１６が残っていてもよい。
次に、図５のｅに示すように、例えば、インクジェット法を用いて、導電層４０となる導電性インク（導電性ペースト）を、一方の太陽電池セル２０ａの透明電極層１６から、第１の溝２２ａ内にある他方の太陽電池セル２０ｂの裏面電極層１２に及ぶ範囲に打滴する。この場合、導電性インクは、第１の溝２２ａ内に打滴されるため、ストッパ部２４により堰きとめられて第２の溝２２ｂ側に広がることが抑制される。すなわち、導電性インクが他方の太陽電池セル２０ｂの壁面βに接触するのを防止する。また、第１の溝２２ａには一方のセル２０ａの裏面電極層１２は露出していないので、隣接するセル２０ａ、２０ｂ間の短絡（ショート）は防止されている。
導電性インクを打滴した後、導電性インクに応じた熱硬化処理、光硬化処理を施す。これにより導電接続部としての導電層４０が形成される。
導電性インクを打滴した後、導電性インクに応じた熱硬化処理、光硬化処理を施す。これにより導電接続部としての導電層４０が形成される。
次に、導電層４０を覆うように被膜絶縁部４２を形成する。例えば、インクジェット法を用いて、絶縁性インクを導電層４０上に打滴し、絶縁性インクに応じた熱硬化処理、光硬化処理を施す。これにより被膜絶縁部４２が形成される。
被膜絶縁部４２は導電層４０を覆うように形成されていればよいが、本実施形態においては、ストッパ部２４を超えて第２の溝２２ｂの一部に広がって形成されている。さらには、被膜絶縁部４２が開口溝部３２全体に充填されていてもよい。
被膜絶縁部４２は導電層４０を覆うように形成されていればよいが、本実施形態においては、ストッパ部２４を超えて第２の溝２２ｂの一部に広がって形成されている。さらには、被膜絶縁部４２が開口溝部３２全体に充填されていてもよい。
なお、この被膜絶縁部４２は必ずしも備えられていなくてもよい。しかしながら、導電性インクとして金属粒子を含むペーストを用いた場合には、導電層４０を被膜絶縁部４２で覆うことにより金属粒子のマイグレーションを防止することができ、マイグレーションによる効率の低下を防止することができる。特に金属粒子が銀（Ａｇ）である場合、マイグレーションの発生が顕著であり、マイグレーションを防止することにより効率低下防止の効果は高い。そのため、絶縁材としては、マイグレーション防止効果を有するものを用いることが好ましい。
また、被膜絶縁部４２により、隣接するセル間の短絡をより確実に防止することが可能となる。
また、被膜絶縁部４２により、隣接するセル間の短絡をより確実に防止することが可能となる。
以上のようにして、図１に示すように複数の太陽電池セル２０ａ〜２０ｄが接続された集積化太陽電池１を製造することができる。
本実施形態の製造方法により製造された集積化太陽電池１は、開口溝部２２によりセル間が接続されるので、３つの分離溝を備えた集積化太陽電池と比較して、単位面積当たりの太陽電池セルの面積を大きくして発電効率を向上させることができる。特に、開口溝部２２に、ストッパ部２４を設けて導電性インクの広がりを抑制しているので、開口溝部２２の幅を短縮させることができ、単位面積当たりの発電効率をより向上させることができる。
また、本実施形態の製造方法においては、裏面電極のスクライブ工程後、太陽電池セルを構成する他の層を有する積層体Ｓを連続的に形成し、開口溝部２２およびストッパ部２４を形成して太陽電池セルに分離して、各太陽電池セルを電気的に接続することにより、比較的少ない工程で集積化構造を実現することができ、図１６に示した３つのスクライブ工程を要する場合と比較して、生産効率を高くすることができる。また、光電変換層の形成前に裏面電極のスクライブを行うようにしたことから、裏面電極のスクライブに必要なパワーを抑制することができ、高出力パワーによる基板の損傷を防止することができるため、歩留まりを向上させることができる。
「第２の実施形態」
図６は、本発明の第２の実施形態の製造方法により製造される集積化太陽電池２を示す模式的断面図である。図７は、図６に示す集積化太陽電池２の要部の模式的平面図であり、図８は、本実施形態の集積化太陽電池の変形例２’の要部の模式的平面図である。
図６は、本発明の第２の実施形態の製造方法により製造される集積化太陽電池２を示す模式的断面図である。図７は、図６に示す集積化太陽電池２の要部の模式的平面図であり、図８は、本実施形態の集積化太陽電池の変形例２’の要部の模式的平面図である。
図６および図７に示すように、集積化太陽電池２は、表層が絶縁層１０ａである基板１０と、基板１０の絶縁層１０ａ上に形成され、ライン状の開口溝部２２を挟んで、基板１０の長手方向Ｌに電気的に直列に接続された複数の太陽電池セル（光電変換素子）２０ａ〜２０ｄと、一方の端部の太陽電池セル２０ａに接続される第１の導電部材５０と、他方の端部の太陽電池セル２０ｄに接続される第２の導電部材５２とを有している。
太陽電池セル２０ａ〜２０ｄは、開口溝部２２により分離されており、第１の電極層である裏面電極層１２、光電変換層１３、バッファ層１４および第２の電極層である透明電極層１６を有する。太陽電池セル２０ａ〜２０ｂは、開口溝部２２を挟んで互いに隣接するセルの一方のセルの透明電極と他方のセルの裏面電極とを電気的に接続する接続部として導電層４０が形成されることにより、隣接するセル間が直列接続されて集積化されている。例えば、太陽電池セル２０ａと太陽電池セル２０ｂとでは、太陽電池セル２０ａの透明電極層１６と太陽電池セル２０ｂの裏面電極層１２とが導電層４０により電気的に接続されている。
本実施形態においては、開口溝部２２の一方の壁面αを覆うように絶縁部４４が形成されており、導電層４０は絶縁部４４により壁面αに接触することなくその壁面αを有するセル側の透明電極層１６に接続するように形成されている。本実施形態では導電層４０が壁面αに接触しないので、その壁面αを有する太陽電池セルの内部リーク電流の発生が防止される。
なお、本実施形態では、便宜的に４つの太陽電池セル２０ａ〜２０ｄが直列接続されたものを例にして説明するが、太陽電池セルの接続数は、特に限定されるものではない。また、太陽電池セルにおいて、バッファ層１４は、光電変換層１３の構成によっては、必ずしも設ける必要はない。また、バッファ層１４と透明電極層１６との間に窓層（絶縁層）が備えられていてもよい。
図７に示すように、本実施形態の基板１０は、その形状および大きさ等は適用される集積化太陽電池２の大きさ等に応じて適宜決定されるものであり、例えば、一辺の長さが１ｍを超える四角形状または矩形状である。
太陽電池セル２０ａ〜２０ｄおよび第１、第２の導電部材５０、５２は、基板１０上において、長手方向Ｌ（配列方向）と直交する幅方向Ｗ（延在方向）に長く伸びた短冊状に形成されている。
太陽電池セル２０ａ〜２０ｄおよび第１、第２の導電部材５０、５２は、基板１０上において、長手方向Ｌ（配列方向）と直交する幅方向Ｗ（延在方向）に長く伸びた短冊状に形成されている。
裏面電極層１２は、基板１０の長手方向Ｌに、所定の間隔に複数設けられた分離溝２１により、隣り合う裏面電極層１２と互いに分離されている。なお、分離溝２１は、基板１０の表面（絶縁層１０ａ）に達する溝であり、その幅は、例えば、５０μｍである。この分離溝２１には光電変換層１３が埋め込まれている。
開口溝部２２は、分離溝２１に平行にかつ、ほぼ裏面電極層１２の表面位置となる深さに形成されている。また、開口溝部２２の溝幅方向において溝部の両壁α、β、すなわち、溝部を隔てて互いに隣接するセルの一方のセル２０ａの壁面αおよび他方のセル２０ｂの壁面βから離間した位置に積層体の一部、ここでは光電変換層１３の一部が後述するストッパ部２４として残置されている。換言すると、開口溝部２２はストッパ部２４およびストッパ部２４を挟む２つの凹部（溝）２２ａおよび２２ｂからなるものである。開口溝部の幅は例えば、５０μｍから１００μｍである。
なお、開口溝部２２は、図６に示すように、分離溝２１が開口溝部２２の一方の壁面α近傍からストッパ部２４の壁面α側に位置するように形成されていることが好ましい。分離溝２１は、壁面αよりも一方のセル２０ａ側（一方のセル２０ａの下）に位置していてもよいが、光電変換に寄与しないロス部分を抑制するためには壁面α近傍に位置していることが望まれる。
ストッパ部２４は、裏面電極層１２に導電層４０が接続される他方のセル２０ｂの裏面電極層１２上もしくは分離溝２１に埋め込まれている光電変換層上に位置していればよい。ただし、ストッパブ２４の他方の壁面β側の凹部２２ｂには、導電層４０を接触させるため他方のセル２０ｂの裏面電極層１２が露出していることを要する。
図７に示すように、絶縁部４４および導電層４０は、太陽電池セル２０ａの基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されている。
なお、太陽電池セル２０ａ〜２０ｄを電気的に直列に接続することができればよく、導電層４０は、基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されていなくてもよい。太陽電池セル２０ａ〜２０ｄを電気的に直列に接続するには、幅方向Ｗにおいて少なくとも一部で導電層４０を用いて接続されていればよいため、例えば、図８示すように、太陽電池セル２０ａに対して、幅方向Ｗで、例えば、３箇所導電層４０ａが形成されたものであってもよい。
なお、絶縁部４４についても導電層４０ａが壁面αに接触しないように形成されていれば、幅方向Ｗに連続的に形成されていなくても構わない。
なお、絶縁部４４についても導電層４０ａが壁面αに接触しないように形成されていれば、幅方向Ｗに連続的に形成されていなくても構わない。
直列接続された太陽電池セルの両端に配置されている第１の導電部材５０および第２の導電部材５２は、太陽電池セルで発生した電力を外部に取り出すためのものである。
第１の導電部材５０および第２の導電部材５２は、例えば、細長い帯状の部材であり、基板１０の幅方向に略直線状に伸びて、それぞれ右端、あるいは左端の裏面電極層１２上に接続されている。また、図６に示すように、第１の導電部材５０および第２の導電部材５２は、例えば、銅リボン５０ａ、５２ａがインジウム銅合金の被覆材５０ｂ、５２ｂで被覆されたものである。第１の導電部材５０および第２の導電部材５２は、超音波半田、導電性接着剤、あるいは導電性テープ等により裏面電極層１２に接続されている。
第１の導電部材５０と第２の導電部材５２とは、錫メッキ銅リボンでもよい。
第１の導電部材５０と第２の導電部材５２とは、錫メッキ銅リボンでもよい。
本構成の集積化太陽電池２では、太陽電池セル２０ａ〜２０ｄに、透明電極層１６側から光が入射されると、この光が透明電極層１６およびバッファ層１４を通過し、光電変換層１３で起電力が発生し、例えば、透明電極層１６から裏面電極層１２に向かう電流が発生する。集積化太陽電池２で発生した電力を、第１の導電部材５０と第２の導電部材５２から、太陽電池２の外部に取り出すことができる。なお、本実施形態において、第１の導電部材５０が負極であり、第２の導電部材５２が正極であるが、第１の導電部材５０と第２の導電部材５２とは極性が逆であってもよく、太陽電池セル２０ａ〜２０ｄの層構成、接続構成等に応じて適宜変わるものである。
以下に、第２の実施形態の製造方法を図４および図９に基づいて説明する。図４および図９は製造工程を示す一部の模式断面図であり、一部セル２０ａ、２０ｂ間の開口溝部となる部分を示している。
第２の実施形態の製造方法は、図４に示すステップａからｃについては第１の実施形態の製造方法と同一であり、上記第１の実施形態の製造方法についての説明を援用するものとし、ここでは、図９のｄ以降の製造工程について説明する。
第２の実施形態の製造方法は、図４に示すステップａからｃについては第１の実施形態の製造方法と同一であり、上記第１の実施形態の製造方法についての説明を援用するものとし、ここでは、図９のｄ以降の製造工程について説明する。
図４のａからｃのステップの後、図９のｄに示すように、分離溝２１に平行かつ裏面電極層１２の表面位置に至る深さの開口溝部２２を形成する。このとき、開口溝部２２の溝幅方向においてこの開口溝部２２の両壁α、βから離間した位置に積層体Ｓの一部２４が残置されるように開口溝部２２を形成する。例えば、所望の開口溝部形成位置に、積層体Ｓ上方から所定の間隔で２本の凹部（溝）２２ａ、２２ｂをレーザもしくはメカニカルスクライブにより形成することにより、この２本の溝２２ａ、２２ｂ間に積層体Ｓの一部が残置された開口溝部２２を形成することができる。本実施形態では、開口溝部２２は、第２の溝２２ｂが第１の溝２２ａよりも幅広となるように形成する。
なお、形成された開口溝部２２の積層体の一部２４を挟む第１及び第２の溝２２ａ、２２ｂには、裏面電極層１２が露出しており、部分的に分離溝２１に埋め込まれた光電変換層１３が露出している。なお、第１の溝２２ａ側の底部には一方のセル２０ａの裏面電極が露出しないように開口溝部を形成している。なお、第１の溝２２ａの底部全域にわたって分離溝２１に埋め込まれた光電変換層１３が露出する構成であってもよい。また、本実施形態においては、積層体の一部２４として光電変換層１３の部分が残置されたものとなっているが、この一部２４には、バッファ層１４、透明電極層１６が残っていてもよい。
次に、図９のｅに示すように、例えば、インクジェット法を用いて、絶縁部４４となる絶縁性インクを、開口溝部２２の一方の壁面αが覆われるように、壁面α近傍および第１の溝２２ａ内に打滴する。この場合、絶縁性インクは、ストッパ部２４より第１の溝２２ａ側に打滴されるため、ストッパ部２４により堰きとめられて第２の溝２２ｂ側に広がることが抑制される。
絶縁性インクを打滴した後、インク材料に応じた熱硬化処理、光硬化処理を施すことにより絶縁部４４を形成する。
絶縁性インクを打滴した後、インク材料に応じた熱硬化処理、光硬化処理を施すことにより絶縁部４４を形成する。
次に、図９のｆに示すように、一方のセル２０ａの透明電極層１６から他方のセル２０ｂの裏面電極層１２に接触するように絶縁部４４上に導電層４０を形成する。例えば、インクジェット法を用いて、導電性インク（導電性ペースト）を一方のセル２０ａの透明電極層１６から絶縁部４４上およびストッパ部２４を超えて第２の溝３２ｂ内に露出されている他方のセル２０ｂの裏面電極１２に及ぶ範囲に打滴する。この場合、第２の溝３２ｂは第１の溝３２ａよりも広いため、導電性インクは太陽電池セル２０ｂの壁面βまで広がることが抑制され、太陽電池セル２０ｂの壁面βに接触することはない。これにより、太陽電池セル２０ｂの内部リークが防止される。
その後、導電性インクに応じた熱硬化処理、光硬化処理を施す。これにより、太陽電池セル２０ａの透明電極３０と太陽電池セル２０ｂの裏面電極１２とを電気的に接続する導電層４０が形成される。導電層４０はストッパ部２４を超えて太陽電池セル２０ｂの裏面電極１２に接続されている。
本実施形態では導電層４０を絶縁部４４上に形成するため、導電層４０が壁面αに接触しないので、その壁面αを有する太陽電池セルの内部リーク電流の発生が防止される。
以上のようにして、図６に示すように複数の太陽電池セル２０ａ〜２０ｄが接続された集積化太陽電池２を製造することができる。
本実施形態の製造方法により製造された集積化太陽電池２は、開口溝部２２によりセル間が接続されるので、３つの分離溝を備えた集積化太陽電池と比較して、単位面積当たりの太陽電池セルの面積を大きくして発電効率を向上させることができる。
また、本実施形態の製造方法においては、裏面電極のスクライブ工程後、太陽電池セルを構成する他の層を有する積層体Ｓを連続的に形成した後、開口溝部２２およびストッパ部２４を形成して、太陽電池セルに分離し、各太陽電池セルを接続することにより、集積化構造を比較的少ない工程で実現することができ、これにより、生産効率を高くすることができる。また、光電変換層の形成前に裏面電極のスクライブを行うようにしたことから、裏面電極のスクライブに必要なパワーを抑制することができ、高出力パワーによる基板の損傷を防止することができるため、歩留まりを向上させることができる。
さらに、図１０のｇに示すように、導電層４０を覆う被膜絶縁部４２を形成し、被膜絶縁部４２を備えた集積化太陽電池としてもよい。被膜絶縁部４２を備えた場合、第１の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
「第３の実施形態」
図１１は、本発明の第３の実施形態の製造方法により製造される集積化太陽電池３を示す模式的断面図である。図１２は、図１１に示す集積化太陽電池３の要部の模式的平面図であり、図１３は、本実施形態の集積化太陽電池の変形例３’の要部の模式的平面図である。
図１１は、本発明の第３の実施形態の製造方法により製造される集積化太陽電池３を示す模式的断面図である。図１２は、図１１に示す集積化太陽電池３の要部の模式的平面図であり、図１３は、本実施形態の集積化太陽電池の変形例３’の要部の模式的平面図である。
図１１および図１２に示すように、集積化太陽電池３は、表層が絶縁層１０ａである基板１０と、基板１０の絶縁層１０ａ上に形成され、ライン状の開口溝部２２を挟んで、基板１０の長手方向Ｌに電気的に直列に接続された複数の太陽電池セル（光電変換素子）２０ａ〜２０ｄと、一方の端部の太陽電池セル２０ａに接続される第１の導電部材５０と、他方の端部の太陽電池セル２０ｄに接続される第２の導電部材５２とを有している。
太陽電池セル２０ａ〜２０ｄは、開口溝部２２により分離されており、第１の電極層である裏面電極層１２、光電変換層１３、バッファ層１４および第２の電極層である透明電極層１６を有する。太陽電池セル２０ａ〜２０ｂは、開口溝部２２を挟んで互いに隣接するセルの一方のセルの透明電極と他方のセルの裏面電極とを電気的に接続する接続部として導電層４０が形成されることにより、隣接するセル間が直列接続されて集積化されている。例えば、太陽電池セル２０ａと太陽電池セル２０ｂとでは、太陽電池セル２０ａの透明電極層１６と太陽電池セル２０ｂの裏面電極層１２とが導電層４０により電気的に接続されている。
本実施形態においては、開口溝部２２の一方の壁面αを覆うように絶縁部４４が形成されており、導電層４０は絶縁部４４により壁面αに接触することなくその壁面αを有するセル側の透明電極層１６に接続するように形成されている。本実施形態では導電層４０が壁面αに接触しないので、その壁面αを有する太陽電池セルの内部リーク電流の発生が防止される。
なお、本実施形態では、便宜的に４つの太陽電池セル２０ａ〜２０ｄが直列接続されたものを例にして説明するが、太陽電池セルの接続数は、特に限定されるものではない。また、太陽電池セルにおいて、バッファ層１４は、光電変換層１３の構成によっては、必ずしも設ける必要はない。また、バッファ層１４と透明電極層１６との間に窓層（絶縁層）が備えられていてもよい。
図１２に示すように、本実施形態の基板１０は、その形状および大きさ等は適用される集積化太陽電池３の大きさ等に応じて適宜決定されるものであり、例えば、一辺の長さが１ｍを超える四角形状または矩形状である。
太陽電池セル２０ａ〜２０ｄおよび第１、第２の導電部材５０、５２は、基板１０上において、長手方向Ｌ（配列方向）と直交する幅方向Ｗ（延在方向）に長く伸びた短冊状に形成されている。
太陽電池セル２０ａ〜２０ｄおよび第１、第２の導電部材５０、５２は、基板１０上において、長手方向Ｌ（配列方向）と直交する幅方向Ｗ（延在方向）に長く伸びた短冊状に形成されている。
裏面電極層１２は、基板１０の長手方向Ｌに、所定の間隔に複数設けられた分離溝２１により、隣り合う裏面電極層１２と互いに分離されている。なお、分離溝２１は、基板１０の表面（絶縁層１０ａ）に達する溝であり、その幅は、例えば、５０μｍである。この分離溝２１には光電変換層１３が埋め込まれている。
開口溝部２２は、分離溝２１に平行にかつ、ほぼ裏面電極層１２の表面位置となる深さに形成されている。また、開口溝部２２の溝幅方向において溝部の両壁α、β、すなわち、溝部を隔てて互いに隣接するセルの一方のセル２０ａの壁面αおよび他方のセル２０ｂの壁面βから離間した位置に積層体の一部、ここでは光電変換層１３の一部が後述するストッパ部２４として残置されている。換言すると、開口溝部２２はストッパ部２４およびストッパ部２４を挟む２つの凹部（溝部）２２ａおよび２２ｂからなるものである。開口溝部の幅は例えば、５０μｍから１００μｍである。
なお、開口溝部２２は、他方のセル２０ｂの裏面電極が少なくとも一部第１の溝２２ａに露出する位置に形成されている。このとき、分離溝２１が開口溝部２２の一方の壁面α近傍に位置していることが好ましい。分離溝２１は、壁面αよりも一方のセル２０ａ側（一方のセル２０ａの下）に位置していてもよいが、光電変換に寄与しないロス部分を抑制するためには壁面α近傍に位置していることが望まれる。
ストッパ部２４は、裏面電極層１２に導電層４０が接続される他方のセル２０ｂの裏面電極１２上に位置しており、導電層４０を接触させるように、この裏面電極層１２は一方の凹部２２ａ側の底部に露出していることを要する。
図１２に示すように、絶縁部４４および導電層４０は、太陽電池セル２０ａの基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されている。
なお、太陽電池セル２０ａ〜２０ｄを電気的に直列に接続することができればよく、導電層４０は、基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されていなくてもよい。太陽電池セル２０ａ〜２０ｄを電気的に直列に接続するには、幅方向Ｗにおいて少なくとも一部で導電層４０を用いて接続されていればよいため、例えば、図１３に示すように、太陽電池セル２０ａに対して、幅方向Ｗで、例えば、３箇所導電層４０ａが形成されたものであってもよい。
なお、絶縁部４４についても導電層４０ａが壁面αに接触しないように形成されていれば、幅方向Ｗに連続的に形成されていなくても構わない。
なお、絶縁部４４についても導電層４０ａが壁面αに接触しないように形成されていれば、幅方向Ｗに連続的に形成されていなくても構わない。
直列接続された太陽電池セルの両端に配置されている第１の導電部材５０および第２の導電部材５２は、太陽電池セルで発生した電力を外部に取り出すためのものである。
第１の導電部材５０および第２の導電部材５２は、例えば、細長い帯状の部材であり、基板１０の幅方向に略直線状に伸びて、それぞれ右端、あるいは左端の裏面電極層１２上に接続されている。また、図１１に示すように、第１の導電部材５０および第２の導電部材５２は、例えば、銅リボン５０ａ、５２ａがインジウム銅合金の被覆材５０ｂ、５２ｂで被覆されたものである。第１の導電部材５０および第２の導電部材５２は、超音波半田、導電性接着剤、あるいは導電性テープ等により裏面電極層１２に接続されている。
第１の導電部材５０と第２の導電部材５２とは、錫メッキ銅リボンでもよい。
第１の導電部材５０と第２の導電部材５２とは、錫メッキ銅リボンでもよい。
本構成の集積化太陽電池２では、太陽電池セル２０ａ〜２０ｄに、透明電極層１６側から光が入射されると、この光が透明電極層１６およびバッファ層１４を通過し、光電変換層１３で起電力が発生し、例えば、透明電極層１６から裏面電極層１２に向かう電流が発生する。集積化太陽電池２で発生した電力を、第１の導電部材５０と第２の導電部材５２から、太陽電池２の外部に取り出すことができる。なお、本実施形態において、第１の導電部材５０が負極であり、第２の導電部材５２が正極であるが、第１の導電部材５０と第２の導電部材５２とは極性が逆であってもよく、太陽電池セル２０ａ〜２０ｄの層構成、接続構成等に応じて適宜変わるものである。
以下に、第３の実施形態の製造方法を図４および図１４に基づいて説明する。図４および図１４は製造工程を示す一部の模式断面図であり、一部セル２０ａ、２０ｂ間の開口溝部となる部分を示している。
第３の実施形態の製造方法は、図４に示すステップａからｃについては第１の実施形態の製造方法と同一であり、上記第１の実施形態の製造方法についての説明を援用するものとし、ここでは、図１４のｄ以降の製造工程について説明する。
第３の実施形態の製造方法は、図４に示すステップａからｃについては第１の実施形態の製造方法と同一であり、上記第１の実施形態の製造方法についての説明を援用するものとし、ここでは、図１４のｄ以降の製造工程について説明する。
図４のａからｃのステップの後、図１４のｄに示すように、分離溝２１に平行かつ裏面電極層１２の表面位置に至る深さの開口溝部２２を形成する。このとき、開口溝部２２の溝幅方向においてこの開口溝部２２の両壁α、βから離間した位置に積層体Ｓの一部２４を残すように開口溝部２２を形成する。例えば、所望の開口溝部形成位置に、積層体Ｓ上方から所定の間隔で裏面電極層１２の表面位置に至る深さの２本の凹部（溝）２２ａ、２２ｂをレーザもしくはメカニカルスクライブにより形成することにより、この２本の溝２２ａ、２２ｂ間に積層体Ｓの一部２４が残置された開口溝部２２を形成することができる。本実施形態では、開口溝部２２は、第１の溝２２ａが第２の溝２２ｂよりも幅広となるように形成する。
なお、形成された開口溝部２２の積層体の一部２４を挟む第１及び第２の溝２２ａ、２２ｂには、裏面電極層１２が露出しており、部分的に分離溝２１に埋め込まれた光電変換層１３が露出している。本実施形態においては、積層体の一部２４として光電変換層１３の部分が残置されたものとなっているが、この一部２４には、バッファ層１４、透明電極層１６が残っていてもよい。
次に、図１４のｅに示すように、例えば、インクジェット法を用いて、絶縁部４４となる絶縁性インクを、開口溝部２２の一方の壁面αが覆われるように、壁面α近傍に打滴し、インク材料に応じた熱硬化処理、光硬化処理を施すことにより絶縁部４４を形成する。
次に、図１４のｆに示すように、一方のセル２０ａの透明電極層１６から他方のセル２０ｂの裏面電極層１２に接触するように絶縁部４４上に導電層４０を形成する。例えば、インクジェット法を用いて、導電性インク（導電性ペースト）を、絶縁部４４上を介して一方のセル２０ａの透明電極層１６から第１の溝２２ａ内に露出している、他方のセル２０ｂの裏面電極層１２に及ぶ範囲に打滴する。この場合、導電性ペーストは、第１の溝２２ａ内に打滴されるため、ストッパ部２４により堰きとめられて第２の溝２２ｂ側に広がることが抑制される。すなわち、導電性インクが他方の太陽電池セル２０ｂの壁面βに接触することを防止することができる。これにより太陽電池セル２０ｂの内部リークが防止される。
その後、導電性インクに応じた熱硬化処理、光硬化処理を施す。これにより、太陽電池セル２０ａの透明電極３０と太陽電池セル２０ｂの裏面電極１２とを電気的に接続する導電層４０が形成される。本実施形態においては、導電層４０はストッパ部２４により規制されている。
本実施形態では導電層４０を絶縁部４４上に形成するため、導電層４０が壁面αに接触しないので、その壁面αを有する太陽電池セルの内部リーク電流の発生が防止される。
以上のようにして、図１１に示すように複数の太陽電池セル２０ａ〜２０ｄが接続された集積化太陽電池３を製造することができる。
本実施形態の製造方法により製造された集積化太陽電池３は、開口溝部２２によりセル間が接続されるので、３つの分離溝を備えた集積化太陽電池と比較して、単位面積当たりの太陽電池セルの面積を大きくして発電効率を向上させることができる。特に、開口溝部２２に、ストッパ部２４を設けて導電性インクの広がりを抑制しているので、開口溝部２２の幅を短縮させることができ、単位面積当たりの発電効率をより向上させることができる。
また、本実施形態の製造方法においては、裏面電極のスクライブ工程後、太陽電池セルを構成する他の層を有する積層体Ｓを連続的に形成した後、開口溝部２２およびストッパ部２４を形成して、太陽電池セルに分離し、各太陽電池セルを接続することにより、集積化構造を比較的少ない工程で実現することができ、これにより、生産効率を高くすることができる。また、光電変換層の形成前に裏面電極のスクライブを行うようにしたことから、裏面電極のスクライブに必要なパワーを抑制することができ、高出力パワーによる基板の損傷を防止することができるため、歩留まりを向上させることができる。
さらに、図１５のｇに示すように、導電層４０を覆う被膜絶縁部４２を形成し、被膜絶縁部４２を備えた集積化太陽電池としてもよい。被膜絶縁部４２を備えた場合、第１の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
上記各実施形態において、レーザスクライビングに用いられるレーザビームは、例えば、パルス発振されたものである。このとき、除去部端が盛り上がらないために、レーザビームのパルス幅は１００ｎｓ以下が好ましく、より好ましくは４０ｎｓ以下である。レーザスクライビングに用いられるレーザビームは、波長が１．０６μｍでパルス幅が４０ｎｓ以下のレーザダイオード励起によるＮｄ：ＹＡＧレーザまたはＮｄ：ＹＶＯ４レーザを用いることができる。
更に、レーザスクライビングに用いられるレーザビームには、レーザ結晶にＮｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４を用いたレーザダイオード励起によるレーザの高調波（第２高調波（波長が約０．５３μｍ）、第３高調波（波長が約０．３５５μｍ））を用いることもできる。
更に、レーザスクライビングに用いられるレーザビームには、レーザ結晶にＮｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４を用いたレーザダイオード励起によるレーザの高調波（第２高調波（波長が約０．５３μｍ）、第３高調波（波長が約０．３５５μｍ））を用いることもできる。
なお、メカニカルスクライビングには、メカニカルスクライビングに用いられる公知の装置を利用することができる。
レーザスクライブにより１０〜３０μｍ幅のスクライブ溝、メカニカルスクライブにより３０〜１００μｍ幅のスクライブ溝を好適に形成することができる。
なお、基板１０としてフレキシブル基板を用いた場合、ロールトゥーロール方式および枚葉式を組み合わせて形成することができる。
例えば、基板１０上に裏面電極層１２を形成し、分離溝２１を形成し、光電変換層１３を形成する工程をロールトゥーロール方式で行い、その後、所定の大きさに切断し、バッファ層１４および透明電極層１６の形成を枚葉式で実施する。
また、例えば、基板１０上に裏面電極層１２を形成し、分離溝２１を形成し、光電変換層１３およびバッファ層１４を形成する工程をロールトゥーロール方式で行い、その後、所定の大きさに切断し透明電極層１６（透明電極３０）の形成を枚葉式で実施する。
さらには、例えば、基板１０上に裏面電極層１２を形成し、分離溝２１を形成し、光電変換層１３、バッファ層１４および透明電極層１６をロールトゥーロール方式で形成した後、所定の大きさに切断し、上述の集積化工程を枚葉式で実施する。
また、例えば、基板１０上に裏面電極層１２を形成し、分離溝２１を形成し、光電変換層１３およびバッファ層１４を形成する工程をロールトゥーロール方式で行い、その後、所定の大きさに切断し透明電極層１６（透明電極３０）の形成を枚葉式で実施する。
さらには、例えば、基板１０上に裏面電極層１２を形成し、分離溝２１を形成し、光電変換層１３、バッファ層１４および透明電極層１６をロールトゥーロール方式で形成した後、所定の大きさに切断し、上述の集積化工程を枚葉式で実施する。
なお、基板１０としてフレキシブル基板を使用しない場合、すべての工程は枚葉式で行う。
以下に上述の各実施形態に好適な基板および各層の具体例について説明する。
（基板）
基板１０としては、ガラス、ポリイミド等の絶縁基板、表面に絶縁層が形成されたステンレス等の金属基板など、少なくとも表面が絶縁層であれば特に制限されない。
可撓性基板としては、Ａｌを主成分とするＡｌ基材の少なくとも一方の面側にＡｌ２Ｏ３を主成分とする陽極酸化膜（絶縁膜）が形成された陽極酸化基板、Ｆｅを主成分とするＦｅ材の少なくとも一方の面側にＡｌを主成分とするＡｌ材が複合された複合基材の少なくとも一方の面側にＡｌ２Ｏ３を主成分とする陽極酸化膜が形成された陽極酸化基板、Ｆｅを主成分とするＦｅ材の少なくとも一方の面側にＡｌを主成分とするＡｌ膜が成膜された基材の少なくとも一方の面側にＡｌ２Ｏ３を主成分とする陽極酸化膜が形成された陽極酸化基板などが好ましい。さらに、陽極酸化膜上に、ソーダライムガラス（ＳＬＧ）層が設けられたものであってもよい。ソーダライムガラス層を備えることにより、光電変換層にＮａを拡散させることができる。光電変換層がＮａを含むことにより、光電変換効率をさらに向上させることができる。
基板１０としては、ガラス、ポリイミド等の絶縁基板、表面に絶縁層が形成されたステンレス等の金属基板など、少なくとも表面が絶縁層であれば特に制限されない。
可撓性基板としては、Ａｌを主成分とするＡｌ基材の少なくとも一方の面側にＡｌ２Ｏ３を主成分とする陽極酸化膜（絶縁膜）が形成された陽極酸化基板、Ｆｅを主成分とするＦｅ材の少なくとも一方の面側にＡｌを主成分とするＡｌ材が複合された複合基材の少なくとも一方の面側にＡｌ２Ｏ３を主成分とする陽極酸化膜が形成された陽極酸化基板、Ｆｅを主成分とするＦｅ材の少なくとも一方の面側にＡｌを主成分とするＡｌ膜が成膜された基材の少なくとも一方の面側にＡｌ２Ｏ３を主成分とする陽極酸化膜が形成された陽極酸化基板などが好ましい。さらに、陽極酸化膜上に、ソーダライムガラス（ＳＬＧ）層が設けられたものであってもよい。ソーダライムガラス層を備えることにより、光電変換層にＮａを拡散させることができる。光電変換層がＮａを含むことにより、光電変換効率をさらに向上させることができる。
（第１の電極層）
第１の電極層（裏面電極）１２は、例えば、Ｍｏ、Ｃｒ、またはＷ、およびこれらを組み合わせたものにより構成されることが好ましく、特にＭｏで構成されることが好ましい。この裏面電極層１２は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。
また、裏面電極層１２の形成方法は、特に制限されるものではなく、例えば、電子ビーム蒸着法、スパッタ法等の気相成膜法により形成することができる。
第１の電極層（裏面電極）１２は、例えば、Ｍｏ、Ｃｒ、またはＷ、およびこれらを組み合わせたものにより構成されることが好ましく、特にＭｏで構成されることが好ましい。この裏面電極層１２は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。
また、裏面電極層１２の形成方法は、特に制限されるものではなく、例えば、電子ビーム蒸着法、スパッタ法等の気相成膜法により形成することができる。
裏面電極層１２は、一般的に厚さが８００ｎｍ程度であるが、裏面電極層１２は、厚さが２００ｎｍ〜１０００ｎｍ（１μｍ）であることが好ましい。このように裏面電極層１２の膜厚を一般的なものよりも薄くすることにより、裏面電極層１２の材料費を削減でき、さらには裏面電極層１２の形成速度も速くすることができる。
（光電変換層）
光電変換層１３の主成分としては特に制限されず、高い光電変換効率が得られることから、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体であることが好ましく、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることがより好ましい。
光電変換層１３の主成分としては特に制限されず、高い光電変換効率が得られることから、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体であることが好ましく、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることがより好ましい。
光電変換層１３の主成分としては、ＣｕおよびＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、Ａｌ，ＧａおよびＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、Ｓ，Ｓｅ，およびＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることが好ましい。
上記化合物半導体としては、ＣｕＡｌＳ2，ＣｕＧａＳ2，ＣｕＩｎＳ2，ＣｕＡｌＳｅ2，ＣｕＧａＳｅ2，ＡｇＡｌＳ2，ＡｇＧａＳ2，ＡｇＩｎＳ2，ＡｇＡｌＳｅ2，ＡｇＧａＳｅ2，ＡｇＩｎＳｅ2，ＡｇＡｌＴｅ2，ＡｇＧａＴｅ2，ＡｇＩｎＴｅ2，Ｃｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ2，Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）2，Ｃｕ1-zＩｎ1-xＧａxＳｅ2-yＳy（式中、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦２，０≦ｚ≦１）（ＣＩ（Ｇ）Ｓ），Ａｇ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2，およびＡｇ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）2等が挙げられる。
また、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４，Ｃｕ２ＺｎＳｎＳｅ４，Ｃｕ２ＺｎＳｎ（Ｓ，Ｓｅ）４，であってもよい。
Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体以外の半導体としては、ＧａＡｓ等のＩＩＩｂ族元素およびＶｂ族元素からなる半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）、およびＣｄＴｅ,（Ｃｄ，Ｚｎ）Ｔｅ等のＩＩｂ族元素およびＶＩｂ族元素からなる半導体（ＩＩ−ＶＩ族半導体）等が挙げられる。
Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体以外の半導体としては、ＧａＡｓ等のＩＩＩｂ族元素およびＶｂ族元素からなる半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）、およびＣｄＴｅ,（Ｃｄ，Ｚｎ）Ｔｅ等のＩＩｂ族元素およびＶＩｂ族元素からなる半導体（ＩＩ−ＶＩ族半導体）等が挙げられる。
光電変換層１３の成膜方法も特に制限はなく、真空蒸着法、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法等により成膜することができる。ＣＩＧＳ系半導体層の成膜方法としては、多源同時蒸着法、セレン化法、スパッタ法、ハイブリッドスパッタ法、カノケミカルプロセス法等が知られている。その他のＣＩＧＳ成膜法としては、スクリーン印刷法、近接昇華法、ＭＯＣＶＤ法、及びスプレー法（ウェット成膜法）などが挙げられる。いかなる成膜方法を用いてもよい。
（バッファ層）
バッファ層１４は、透明電極層１６の形成時の光電変換層１３を保護すること、透明電極層１６に入射した光を光電変換層１３まで透過させるために形成されたものである。
バッファ層１４は、例えば、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、又はＺｎＳ（Ｏ、
ＯＨ）およびこれらの組み合わせたものにより構成される。
バッファ層１４は、その厚さが、１０ｎｍ〜２μｍであることが好ましく、１５〜２００ｎｍがより好ましい。このバッファ層２６は、例えば、ＣＢＤ（ケミカルバスデポジション）法、溶液成長法等により形成される。
バッファ層１４は、透明電極層１６の形成時の光電変換層１３を保護すること、透明電極層１６に入射した光を光電変換層１３まで透過させるために形成されたものである。
バッファ層１４は、例えば、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、又はＺｎＳ（Ｏ、
ＯＨ）およびこれらの組み合わせたものにより構成される。
バッファ層１４は、その厚さが、１０ｎｍ〜２μｍであることが好ましく、１５〜２００ｎｍがより好ましい。このバッファ層２６は、例えば、ＣＢＤ（ケミカルバスデポジション）法、溶液成長法等により形成される。
（絶縁層（窓層））
既述の通り、上記実施形態においては、バッファ層１４と透明導電層１６との間に絶縁層（所謂、窓層）を備えていてもよい。この絶縁層は、光励起された電子、ホールの再結合を阻害し、発電効率向上に寄与するものである。絶縁層の組成も特に制限ないが、ｉ−ＺｎＯ、ｉ−ＡｌＺｎＯ（ＡＺＯ）等が好ましい。膜厚は特に制限されず、１０ｎｍ〜２μｍが好ましく、１５〜２００ｎｍがより好ましい。成膜方法は、特に制限されないが、スパッタ法やＭＯＣＶＤ法が適している。一方で、バッファ層１４を液相法により製造する場合、製造プロセスを簡易にするためには液相法を用いることも好ましい。
既述の通り、上記実施形態においては、バッファ層１４と透明導電層１６との間に絶縁層（所謂、窓層）を備えていてもよい。この絶縁層は、光励起された電子、ホールの再結合を阻害し、発電効率向上に寄与するものである。絶縁層の組成も特に制限ないが、ｉ−ＺｎＯ、ｉ−ＡｌＺｎＯ（ＡＺＯ）等が好ましい。膜厚は特に制限されず、１０ｎｍ〜２μｍが好ましく、１５〜２００ｎｍがより好ましい。成膜方法は、特に制限されないが、スパッタ法やＭＯＣＶＤ法が適している。一方で、バッファ層１４を液相法により製造する場合、製造プロセスを簡易にするためには液相法を用いることも好ましい。
（第２の電極層）
第２の電極層（透明電極層）１６は、例えば、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ等がドープされたＺｎＯ、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）またはＳｎＯ２およびこれらを組み合わせたものにより構成することができる。透明電極層１６は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。また、透明電極層１６の厚さは、特に制限されるものではなく、５０ｎｍ〜２μｍ、さらには０．３〜１μｍが好ましい。
また、透明電極層１６の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタ法等の気相成膜法により形成することができる。
なお、透明電極層１６上に、ＭｇＦ２等の反射防止膜が形成されていても良い。
第２の電極層（透明電極層）１６は、例えば、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ等がドープされたＺｎＯ、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）またはＳｎＯ２およびこれらを組み合わせたものにより構成することができる。透明電極層１６は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。また、透明電極層１６の厚さは、特に制限されるものではなく、５０ｎｍ〜２μｍ、さらには０．３〜１μｍが好ましい。
また、透明電極層１６の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタ法等の気相成膜法により形成することができる。
なお、透明電極層１６上に、ＭｇＦ２等の反射防止膜が形成されていても良い。
（絶縁性インク）
絶縁部４２および４４を形成するための絶縁性インクとしては、例えば、絶縁インクＩＪＰＲ（太陽インキ）、インクジェット対応ポリイミドインク リクソンコート（ＪＮＣ）、インクジェット対応ＵＶ硬化インク リクソンコート（ＪＮＣ）、絶縁インクＤＰＥＩ（ダイセル化学工業）を用いることができる。
絶縁部４２および４４を形成するための絶縁性インクとしては、例えば、絶縁インクＩＪＰＲ（太陽インキ）、インクジェット対応ポリイミドインク リクソンコート（ＪＮＣ）、インクジェット対応ＵＶ硬化インク リクソンコート（ＪＮＣ）、絶縁インクＤＰＥＩ（ダイセル化学工業）を用いることができる。
（導電性インク）
導電層４０を形成するための導電性インクとしては、例えば、銀ペースト（ＮＰＳ−Ｊ（品番、ハリマ化成社製）、透明導電性インク（ＣｌｅａｒＯｈｍ（登録商標）（ＪＮＣ）、銀ナノインク（ダイセル化学工業）、Ｃａｂｏｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｉｎｋ ＣＣＩ−３００を用いることができる。
導電層４０を形成するための導電性インクとしては、例えば、銀ペースト（ＮＰＳ−Ｊ（品番、ハリマ化成社製）、透明導電性インク（ＣｌｅａｒＯｈｍ（登録商標）（ＪＮＣ）、銀ナノインク（ダイセル化学工業）、Ｃａｂｏｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｉｎｋ ＣＣＩ−３００を用いることができる。
以上は、主として太陽電池セルの光電変換層として、化合物半導体を用いた場合に適する材料および層構成について説明した。
本発明は、太陽電池セルの光電変換層として、上述のような化合物半導体系以外を用いてもよい。例えば、光電変換層として、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系薄膜型光電変換層、タンデム構造系薄膜型光電変換層（ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅタンデム構造光電変換層）、直列接続構造（ＳＣＡＦ）系薄膜型光電変換層（ａ−Ｓｉ直列接続構造光電変換層）、薄膜シリコン系薄膜型光電変換層、色素増感系薄膜型光電変換層、または有機系薄膜型光電変換層を用いてもよい。そして、光電変換層の種類に応じた層構成の太陽電池セルを構成すればよい。
本発明は、太陽電池セルの光電変換層として、上述のような化合物半導体系以外を用いてもよい。例えば、光電変換層として、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系薄膜型光電変換層、タンデム構造系薄膜型光電変換層（ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅタンデム構造光電変換層）、直列接続構造（ＳＣＡＦ）系薄膜型光電変換層（ａ−Ｓｉ直列接続構造光電変換層）、薄膜シリコン系薄膜型光電変換層、色素増感系薄膜型光電変換層、または有機系薄膜型光電変換層を用いてもよい。そして、光電変換層の種類に応じた層構成の太陽電池セルを構成すればよい。
上記実施形態においては、基板上に設けられる第１の電極層を裏面電極として不透明な材料から構成し、光電変換層の上に形成される第２の電極が透明な構造のサブサブストレート型と呼ばれる構造の太陽電池について説明したが、第１の電極層を透明電極とし、第２の電極層を不透明な電極で構成するスーパーストレート型の太陽電池に対しても本発明は適用可能である。
但し、本発明の製造方法は、第１の電極層が金属等からなり、熱履歴により硬化するようなものである構成のサブストレート型の構造の太陽電池の製造の際に、高い効果を奏するものである。
但し、本発明の製造方法は、第１の電極層が金属等からなり、熱履歴により硬化するようなものである構成のサブストレート型の構造の太陽電池の製造の際に、高い効果を奏するものである。
１、２、３ 集積化太陽電池
１０ 基板
１０ａ 絶縁層
１２ 裏面電極層（第１の電極層）
１３ 光電変換層
１４ バッファ層
１６ 透明電極層
２０ａ〜２０ｄ 太陽電池セル（光電変換素子）
２１ 分離溝
２２ 開口溝部
２４ ストッパ部
４０ 導電層（接続部）
４２ 被覆絶縁部
４４ 絶縁部
Ｓ 積層体
１０ 基板
１０ａ 絶縁層
１２ 裏面電極層（第１の電極層）
１３ 光電変換層
１４ バッファ層
１６ 透明電極層
２０ａ〜２０ｄ 太陽電池セル（光電変換素子）
２１ 分離溝
２２ 開口溝部
２４ ストッパ部
４０ 導電層（接続部）
４２ 被覆絶縁部
４４ 絶縁部
Ｓ 積層体
Claims (7)
- 基板上に複数の光電変換素子が配列され直列接続されてなる集積化太陽電池の製造方法であって、
少なくとも表面が絶縁性である基板上に第１の電極層を形成し、
該第１の電極層に前記基板の表面が底部に露出した分離溝を形成して該第１の電極層を複数の領域に分離し、
前記第１の電極層および前記分離溝に露出された前記基板の表面を覆うように、光電変換層および第２の電極層を順次積層して積層体を形成し、
前記分離溝に平行かつ前記第１の電極層表面位置に至る深さの開口溝部であって、該開口溝部の溝幅方向において該溝部の両壁から離間した位置に前記積層体の一部が残置された開口溝部を形成し、
前記開口溝部を隔てて互いに隣接する光電変換素子のうち一方の素子の第２の電極層と、他方の素子の第１の電極層とを電気的に接続する接続部を、前記開口溝部の前記積層体の前記一部より前記一方の素子側に導電性インクを滴下することにより形成することを特徴とする集積化太陽電池の製造方法。 - 前記接続部を覆う被覆絶縁部を形成することを特徴とする請求項１項記載の集積化太陽電池の製造方法。
- 前記接続部の形成工程において、前記積層体の前記一部を、前記導電性インクの前記他方の素子側への拡がりを抑制するストッパ部として用いることを特徴とする請求項１または２記載の集積化太陽電池の製造方法。
- 前記接続部を形成する前に、前記開口溝部の前記一方の素子側の壁面の少なくとも一部に、該壁面の高さ方向に亘る絶縁部を形成し、
前記接続部を前記絶縁部上に形成することを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の集積化太陽電池の製造方法。 - 前記分離溝をレーザスクライブにより形成することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の集積化太陽電池の製造方法。
- 前記開口溝部を、該開口溝部となる領域に、前記積層体の一部が残るように所定の間隔で２本の溝をメカニカルスクライブにより形成することにより形成することを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の集積化太陽電池の製造方法。
- 前記接続部を、インクジェット法により前記導電性インクを滴下することにより形成することを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の集積化太陽電池の製造方法。
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