JP2013149699A - 集積化太陽電池の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】より発電効率の優れた集積化太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】基板10ａ上に、少なくとも第１の電極層12および光電変換層13を積層した後に、積層面側から第１の電極層12が露出する深さの第１の素子分離溝21を形成し、第１の素子分離溝21に、その少なくとも一方の壁面αを覆うように絶縁材を塗布して絶縁部30を形成し、絶縁部30の一部に第１の電極層12を露出させる導通用溝23を形成し、導通用溝23に導電材を充填し、第１の分離溝21を挟んで隣接する一方の素子20aの第２の電極層16と他方の素子20bの第１の電極層12とを電気的に接続する導電部40を形成し、第１の素子分離溝21であって導通用溝23よりも他方の素子20b側の部分、もしくは第１の素子分離溝21外の他方の素子20b側の部分に、第１の電極層21を露出させる深さの第２の素子分離溝24を形成する。
【選択図】図２Ａ

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、特に高い発電効率を有する集積化太陽電池の製造方法に関する。
２つの電極層とその２つの電極層間に挟まれた光吸収により電荷を発生する光電変換半導体層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り、光電変換素子間の接続（集積化）方法については種々の形態が提案されている。
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には、接続セル間の距離を短縮させるとともに、セル間のリークや短絡の発生を抑制する構成として、光電変換層形成後、セルを分離する分離溝を形成し、この分離溝に絶縁部を形成し、この絶縁部の一部を除去して導通用の溝を形成した後に、光電変換層上および導通用の溝中を埋め込むように第２の導電層を形成し、絶縁部上において第２の導電層をセル間で分離する溝部を形成する集積化太陽電池の製造方法が開示されている。
特許文献４には、光電変換層上にバッファ層を形成した後、部分的にレーザ照射を行うことにより一部コンタクト層へと変質させて隣接セル間の接続させ、コンタクト層端部に素子分離スクライブを形成する集積化太陽電池の製造方法が開示されている。
特許文献５には、第１の電極層にスクライブを行い複数の領域に分割後、半導体層および第２の電極層を順次積層し、レーザスクライブを用いず、超音波スクライブ法により第２の電極層と半導体層とを切断し、切断部に溶融金属を充填し、切断部の第１の電極層分割部とは反対側で第２の電極層を分断する集積化太陽電池の製造方法が開示されている。
特開２００１−７３５９号公報 特表２００９−５１２１９７号公報 特開２０１０−０６２１８５号公報 特開２００７−３１７８６８号公報 特開昭６４−４９２７８号公報
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、単位面積当たりのセルの面積を十分に大きくすることができないため、発電効率を増加させることができない。
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３においては、溝全体に絶縁層を満たしているので、余計に絶縁材料が必要になり、かつ時間がかかる。また、セル間の分離の為に第二導電層に設けた分離溝に対して特に処理をせず切ったままにしているので、分離溝中にゴミが付着したり、マイグレーションが生じ易くなる等の問題が生じる。
特許文献４は、レーザ照射により光電変換層の一部がレーザ照射されない部分と比較して低抵抗なコンタクト層を形成するが、このようにして形成されるコンタクト層は金属等と比べると抵抗率が高く、接続部における電力のロスとなってしまい、結果として発電効率が十分に向上できない。
特許文献５においては、超音波スクライブ法を用いている為に、基板表面の絶縁層や、光電変換部を破壊する恐れがあるだけでなく、溶融金属を用いる為、高温にしなければならず、製造コストが上がり、セル間の切断部を絶縁材料で埋めてもいない為、セル間の間隙にゴミが付着したり、マイグレーションが生じ易くなる等の問題が生じる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、より発電効率の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。
本発明の第１の集積化太陽電池の製造方法によれば、基板上に、第１の電極層、光電変換層および第２の電極層をこの順に備えた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、少なくとも第１の電極層および光電変換層を積層した後に、積層面側から第１の電極層が露出する深さの第１の素子分離溝を形成する工程、
この第１の素子分離溝に、その少なくとも一方の壁面を覆うように絶縁材を塗布して絶縁部を形成する工程、
絶縁部の一部に第１の電極層を露出させる導通用溝を形成する工程、
導通用溝に導電材を充填し、前記第１の分離溝を挟んで隣接する一方の素子の第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導電部を形成する工程、および、
第１の素子分離溝内であって導通用溝よりも他方の素子側の部分、もしくは第１の素子分離溝外の前記他方の素子側の部分に、第１の電極層を露出させる深さの第２の素子分離溝を形成する工程を含むことを特徴とする。
なお、第１の素子分離溝の形成後、その溝底部に露出している第１の電極層の一部に、この溝に平行な第１の電極層を分離する電極層分離溝を形成する工程を含んでもよい。
なお、第１の素子分離溝は、光電変換層の積層後、さらに第２の電極層を積層した後に形成してもよいし、光電変換層の積層後、第２の電極層を積層する前に形成してもよい。
第１の素子分離溝を、光電変換層の積層後、第２の電極層を積層する前に形成する場合には、導電部を形成する工程を、第２の電極層を形成すると同時に該第２の電極層の材料を前記導通用溝に充填して導電部を形成する工程とすることが好ましい。
本発明の第１の集積化太陽電池の製造方法においては、第１の電極層を基板上に積層した後、光電変換層を積層する前に、第１の電極層を複数の領域に分離する電極層分離溝を形成する工程を含んでいてもよい。
本発明の第１の集積化太陽電池の製造方法においては、第２の素子分離溝に絶縁材を埋め込む工程をさらに含むことが好ましい。
第２の素子分離溝に埋め込まれる絶縁材は、金属のマイグレーション防止剤を含むものであることが望ましい。さらには、絶縁性および防湿性に優れるものが好ましい。具体的にはソルダーレジストに類する絶縁材料が挙げられる。
第１の電極層を分離する電極層分離溝の形成には、レーザスクライブ法を用いることが好ましい。
第１および第２の素子分離溝の形成には、レーザスクライブ法およびメカニカルスクライブ法のいずれかを用いることが好ましい。
本発明の第２の集積化太陽電池の製造方法は、基板上に、第１の電極層、光電変換層および第２の電極層をこの順に備えた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の電極層を複数の領域に分離する、基板の表面が底部に露出する電極層分離溝を形成する工程、
第１の電極層および電極層分離溝に露出された基板の表面を覆うように、光電変換層を積層した後に、積層面側から前記第１の電極層が露出する深さの第１の素子分離溝を形成する工程、
第１の素子分離溝に、その少なくとも一方の壁面を覆うように導電材を塗布して、第１の素子分離溝を挟んで隣接する一方の素子の第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導電部を形成する工程、および
該導電部の一部、もしくは第１の素子分離溝外の前記他方の素子側の部分に、第１の電極層を露出する深さの第２の素子分離溝を形成する工程を含むことを特徴とする。
なお、第１の素子分離溝は、光電変換層の積層後、さらに第２の電極層を積層した後に形成してもよいし、光電変換層の積層後、第２の電極層を積層する前に形成してもよい。
第１の素子分離溝を、光電変換層の積層後、第２の電極層を積層する前に形成する場合には、前記導電部を形成した後に、前記光電変換層上および前記導電部上に該第２の電極層を積層することが好ましい。
本発明の第２の集積化太陽電池の製造方法においては、第２の素子分離溝に絶縁材を埋め込む工程をさらに含むことが好ましい。
第１の電極層を分離する電極層分離溝の形成にレーザスクライブ法を用いることが好ましい。
第１および第２の素子分離溝の形成にレーザスクライブ法およびメカニカルスクライブ法のいずれかを用いることが好ましい。
本発明の第１の集積化太陽電池の製造方法によれば、セル間および各セル内における短絡やリークを効果的に防止して発電効率の高い集積化太陽電池を製造することができる。
本発明の第２の集積化太陽電池の製造方法によれば、セル間の電気的な接続性を向上させることができ、発電効率の高い集積化太陽電池を製造することができる。
本発明の実施形態の製造方法で製造される集積化太陽電池の模式的平面図である。 本発明の第１の実施形態の製造方法で製造される集積化太陽電池１の要部を示す模式的拡大斜視図である。 変更例の集積化太陽電池１’の要部を示す模式的拡大斜視図である。 第１の実施形態の製造方法の工程ａ〜ｃを示す模式的断面図である。 第１の実施形態の製造方法の工程ｄ〜ｆを示す模式的断面図である。 第１の実施形態の製造方法の工程ｇ〜ｈを示す模式的断面図である。 第１の実施形態の製造方法変更例の工程ｇ’〜ｈ’を示す模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態の製造方法で製造される集積化太陽電池２の要部を示す模式的拡大斜視図である。 第２の実施形態の製造方法の工程ａ〜ｄを示す模式的断面図である。 第２の実施形態の製造方法の工程ｅ〜ｇを示す模式的断面図である。 第２の実施形態の製造方法の工程ｈ〜ｉを示す模式的断面図である。 第２の実施形態の製造方法変更例の工程ｈ’〜ｉ’を示す模式的断面図である。 本発明の第３の実施形態の製造方法で製造される集積化太陽電池３の要部を示す模式的拡大斜視図である。 変更例の集積化太陽電池３’の要部を示す模式的拡大斜視図である。 第３の実施形態の製造方法の工程ａ〜ｃを示す模式的断面図である。 第３の実施形態の製造方法の工程ｄ〜ｆを示す模式的断面図である。 第３の実施形態の製造方法の工程ｇ〜ｈを示す模式的断面図である。 第３の実施形態の製造方法変更例の工程ｇ’〜ｈ’を示す模式的断面図である。 本発明の第４の実施形態の製造方法で製造される集積化太陽電池４要部を示す模式的拡大斜視図である。 変更例の集積化太陽電池４’の要部を示す模式的拡大斜視図である。 第４の実施形態の製造方法の工程ａ〜ｄを示す模式的断面図である。 第４の実施形態の製造方法の工程ｅ〜ｆを示す模式的断面図である。 第４の実施形態の製造方法変更例の工程ｅ’〜ｆ’を示す模式的断面図である。 第４の実施形態の製造方法他の変更例の工程ｅ”〜ｆ”を示す模式的断面図である。 本発明の第５の実施形態の製造方法で製造される集積化太陽電池５要部を示す模式的拡大斜視図である。 変更例の集積化太陽電池５’の要部を示す模式的拡大斜視図である。 第５の実施形態の製造方法の工程ａ〜ｅを示す模式的断面図である。 第５の実施形態の製造方法の工程ｆ〜ｇを示す模式的断面図である。 第５の実施形態の製造方法変更例の工程ｆ’〜ｇ’を示す模式的断面図である。 第５の実施形態の製造方法他の変更例の工程ｆ”〜ｇ”を示す模式的断面図である。
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。各図において、各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
図１は以下に説明する各実施形態に共通する、集積化太陽電池の模式的平面図である。
図１に示すように、本発明の製造方法により製造される集積化太陽電池は、例えば、矩形状の基板１０上に短冊状の複数の光電変換素子（セル）２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…が直列接続されてなる。太陽電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…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おり、セル間に設けられた接続部領域５０においてセル間は直列接続されている。なお、セル並び方向の両端には電力取り出し用の電極（図示せず）が形成される。ここで接続部領域５０とは、セル間を分離する分離機能とともにセル間を電気的に直列接続する接続機能を担う構造が形成されている領域である。
各セルは基本的に第１の電極層、光電変換層および第２の電極層からなるが、それ以外の層を含んでいてもよい。以下の実施形態においては、化合物半導体を光電変換層１３として備え、第１の電極層が金属からなる裏面電極層１２であり、第２の電極層が透明電極層１６であり、光電変換層１３と透明電極層１６との間にバッファ層１４を備えたサブストレート型の構造を例に挙げて説明する。
本構成の集積化太陽電池１では、太陽電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…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、セル並び方向の両端に設けられた図示しない電力取り出し用の電極から、太陽電池１の外部に取り出すことができる。なお、集積化太陽電池１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。
以下に説明する各実施形態はそれぞれセル間の接続部領域５０における構造およびその形成方法が異なる。以下、各実施形態を説明する。
「第１の実施形態」
図２Ａは、第１の実施形態の製造方法で製造される集積化太陽電池１の要部を示す模式的斜視図であり、図１の平面図における破線部ＩＩについての斜視図である。なお、図２Ｂは本実施形態の設計変更例の集積化太陽電池１’についての図２Ａに対応する位置の模式的斜視図である。
集積化太陽電池１は、図２Ａに示すように表層が絶縁層１０ａである基板１０上に、裏面電極層１２、光電変換層１３、バッファ層１４および透明電極層１６が順に積層され、その積層体に設けられたストライプ状の第１の素子分離溝２１により、複数のセルに分離されている。
第１の素子分離溝２１は裏面電極層１２の表面位置に至る深さを有しており、溝幅は例えば、５０〜１００μｍ程度である。
第１の素子分離溝２１の底面の裏面電極層１２の一部には、セル間で裏面電極層１２を分離するための電極層分離溝２２が形成されている。電極層分離溝２２は基板の表面に至る深さで、第１の素子分離溝２１とほぼ平行に配置されており、溝幅は例えば１０〜３０μｍ程度である。
第１の素子分離溝２１内には、その少なくとも一方の壁面αを覆い、かつ溝幅方向に延びる絶縁部３０が形成されている。絶縁部３０は電極層分離溝２２を埋め込むように形成されている。
また、絶縁部３０の一部であって、他方の壁面β側のセル２０ｂの裏面電極層上には導通用溝２３が形成されており、一方の壁面α側のセル２０ａの透明電極層からこの導通用溝２３を通ってセル２０ｂの裏面電極層１２に至って形成されている導電部４０により、隣接するセル（ここでは、セル２０ａと２０ｂ）の一方のセル（ここでは、２０ａ）の透明電極層１６と、他方のセル（ここでは、２０ｂ）の裏面電極層１２とを電気的に接続されている。導通用溝２３幅はたとえば、１０〜３０μｍ程度である。
さらに、導通用溝２３よりも他方の壁面β側にセル間を分離する第２の素子分離溝２４が形成されている。第２の素子分離溝の幅はたとえば、１０〜３０μｍ程度である。
本実施形態においては、導電部４０、第１の素子分離溝２１および第２の素子分離溝２４が形成されている領域が素子分離機能および素子直列接続機能を担う接続部領域５０である。
本実施形態においては、図２Ａにその一部を示すように、導電部４０は、接続部領域５０において基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されている。しかしながら、接続部領域５０において、セル間は電気的に直列に接続されていればよく、導電部は必ずしも基板１０の幅方向Ｗ全域に形成されていなくてもよい。セル間を電気的に直列に接続するには、セルの長さ方向（基板の幅方向Ｗ）において少なくとも一部に導電部が形成されていればよく、図２Ｂに示すように、セル間において、セル長さ方向（基板の幅方向Ｗ）に部分的に導電部４０ａが形成されているものであってもよい。例えば、基板の幅方向Ｗに３箇所程度導電部４０ａが断続的に設けられていてもよい。
以下に、第１の実施形態の製造方法を図３〜図６に基づいて説明する。図３〜図５は第１の実施形態の製造工程を示す模式断面図、図６は本実施形態の別の一部変更例の製造工程を示す模式断面図であり、それぞれ一部セル２０ａ、２０ｂおよびその間の接続部領域５０を含む集積化構造の要部を示している。
まず、少なくとも表面が絶縁性である所定の大きさの基板１０を用意する。例えば、金属基材表面に絶縁層１０ａを備えた基板１０を用いる。
図３のａに示すように、基板１０の表面に裏面電極層１２、光電変換層１３、バッファ層１４および第２の電極層１６を順次積層する。
このように本実施形態では、裏面電極層１２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３のｂに示すように、積層面側から裏面電極層１２が露出する深さの第１の素子分離溝２１を形成する。素子分離溝２１はメカニカルスクライブ法により形成することが好ましい。
さらに、図３のｃに示すように、第１の素子分離溝２１の底面に露出した裏面電極層１２の一部に裏面電極層１２をセル間で分離する電極層分離溝２２を形成する。このとき、電極層分離溝２２は、素子分離溝２１を挟んで隣接するセルの一方のセル（図３においてはセル２０ａ）側に形成される。電極層分離溝２２はレーザスクライブ法により形成することが好ましい。
次に、図４のｄに示すように、第１の素子分離溝２１の一方の壁面αを覆うように、かつ、電極層分離溝２２を埋め込むように絶縁材を塗布し、硬化させて絶縁部３０を形成する。例えば、絶縁材として、光硬化型あるいは熱硬化型の絶縁性インクを用い、インクジェット法により壁面α近傍に絶縁性インクを打滴すればインクは壁面αを覆うと共に、溝幅方向の他方の壁面β側に広がる。その後、インクに応じた光照射あるいは加熱により硬化させればよい。第１の素子分離溝２１の幅とインク吐出量を調整することにより、絶縁部の大きさは調整することができる。本実施形態に示すように一方の壁面α側から他方の壁面βに向けて徐々に高さが小さくなる絶縁部であってもよいし、第１の素子分離溝２１が充填される大きさの絶縁部を形成してもよい。
次に、図４のｅに示すように、絶縁部３０に、素子分離溝２１を挟んで隣接する両セル２０ａ、２０ｂのうちの他方のセル２０ｂに連続する裏面電極層１２を露出させる導通用溝２３を形成する。導通用溝２３は、壁面α寄りに設けられている電極層分離溝２２よりも他方の壁面β側に、第１の素子分離溝２１に略平行に形成される。導通用溝２３は、レーザスクライブあるいはメカニカルスクライブ法により形成することができる。なお、図２Ｂに示したように、導電部を溝の長さ方向に断続的に形成する場合には、導通用溝として貫通孔を断続的に形成してもよい。
次に図４のｆに示すように、絶縁部３０で覆われた壁面αを有するセル２０ａの透明電極層１６から絶縁部３０上および導通用溝２３に亘って導電材を塗布し、硬化させることにより、一方のセル２０ａの透明電極層１６と他方のセル２０ｂの裏面電極層１２とを電気的に接続する導電部４０を形成する。例えば、導電材として、光硬化型あるいは熱硬化型の導電性インク（導電ペースト）を用い、インクジェット法により壁面αの上方位置から導通用溝２３の範囲に打滴後、光照射あるいは加熱により硬化させればよい。
なお、この導電部の形成工程においては、図４のｆに示すように、滴下された導電材は他方のセル２０ｂの壁面β側に広がる。一方のセル２０ａの透明電極層１６に接続されている導電部４０が壁面βに接触していると、セル間の短絡を生じ、光電変換率が低下してしまう恐れがある。
そこで、図５のｇに示すように、セル間を分離する第２の素子分離溝２４を導通用溝２３の形成位置よりもさらに他方の壁面β側に形成する。この第２の素子分離溝２４により、セル間の短絡を抑制することが可能となる。なお、ここで、図６のｇ’に示すように、第２の素子分離溝２４’を第１の素子分離溝２１の外部となる他方の壁面βよりもセル２０ｂ側に形成してもよい。
なお、セル間の第１の素子分離溝２１の幅が十分に広くすれば、滴下された導電材が広がっても壁面βに接触しないようにすることができるが、セルの有効面積が狭くなる。一方、本発明のように、導電層を形成後に、第２の素子分離溝２４を形成することとすれば、導電部の形成工程において導電部が壁面βに接触して形成されても構わないため、第１の素子分離溝２１の幅を狭くすることができ、結果として単位面積当たりのセルの有効面積を大きくすることができる。
以上のようにして、図２Ａに示す集積化太陽電池を製造することができる。
さらに、図５のｈおよび図６のｈ’に示すように、第２の素子分離溝２４、２４‘に絶縁材３４を埋め込んでもよい。このとき、絶縁材３４により導電部４０を覆うことが好ましい。第２の素子分離溝２４が絶縁材３４で充填されることにより、セル間の短絡がより効果的に防止できる。また、導電部４０が絶縁材により覆われることにより、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生じる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。具体的には、ソルダーレジストに類する絶縁材料が好ましい。
「第２の実施形態」
図７は、第２の実施形態の製造方法で製造される集積化太陽電池２の要部を示す模式的斜視図であり、図１の平面図における破線部ＩＩについての斜視図である。
集積化太陽電池２は、図７に示すように表層が絶縁層１０ａである基板１０上に、第１の電極層１２、光電変換層１３、バッファ層１４および第２の電極層１６が順に積層され、その積層体に設けられたストライプ状の第１の素子分離溝２１により、複数のセルに分離されている。
本実施形態の集積化太陽電池２において、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電極層分離溝２２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、電極層分離溝２２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、１０〜３０μｍである。この電極層分離溝２２には光電変換層１３が埋め込まれている。
第１の素子分離溝２１は裏面電極層１２の表面位置に至る深さを有しており、溝幅は例えば、５０〜１００μｍ程度である。第１の素子分離溝２１は、その一方の壁面αの近傍に電極層分離溝２２が位置するように、電極層分離溝２２とほぼ平行に配置形成されている。本実施形態においては、第１の素子分離溝２１は、その底面に電極層分離溝２２に埋め込まれた光電変換層が露出する位置に配置されているが、第１の素子分離溝２１は一部壁面αと重なる位置あるいは壁面αを有するセル２０ａ側に位置していてもよい。但し、本実施形態のように、第１の素子分離溝２１と電極層分離溝２２の位置を重ねることにより、接続部領域５０を短縮することができて好ましい。
第１の素子分離溝２１には、その少なくとも一方の壁面αを覆い、かつ溝幅方向に延びる絶縁部３０が形成されている。
また、絶縁部３０の一部であって、他方の壁面β側のセル２０ｂの裏面電極層上には導通用溝２３が形成されており、一方の壁面α側のセル２０ａの透明電極層からこの導通用溝２３を通ってセル２０ｂの裏面電極層１２に至って形成されている導電部４０により、隣接するセル（ここでは、セル２０ａと２０ｂ）の一方のセル（ここでは、セル２０ａ）の透明電極層１６と、他方のセル（ここでは、セル２０ｂ）の裏面電極層１２とを電気的に直列接続されている。導通用溝２３幅はたとえば、１０〜３０μｍ程度である。
さらに、導通用溝２３よりも他方の壁面β側にセル間を分離する第２の素子分離溝２４が形成されている。第２の素子分離溝の幅はたとえば、１０〜３０μｍ程度である。
本実施形態においては、導電部４０、第１の素子分離溝２１および第２の素子分離溝２４が形成されている領域が素子分離機能および素子直列接続機能を担う接続部領域５０である。
本実施形態においては、図７にその一部を示すように、導電部４０は、接続部領域５０において基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されている。しかしながら、接続部領域５０において、セル間は電気的に直列に接続されていればよく、必ずしも基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されていなくてもよい。セル間を電気的に直列に接続するには、セルの長さ方向（基板の幅方向Ｗ）において少なくとも一部に導電部が形成されていればよく、セル間において、セル長さ方向（基板の幅方向Ｗ）に、例えば３箇所程度、断続的に導電部が設けられていたのでもよい。
以下に、第２の実施形態の製造方法を図８〜図１１に基づいて説明する。図８〜図１０は第２実施形態の製造工程を示す模式断面図、図１１は本実施形態の一部設計変更例の製造工程を示す模式断面図であり、それぞれ一部セル２０ａ、２０ｂおよびその間の接続部領域５０を含む集積化構造の要部を示している。
まず、少なくとも表面が絶縁性である所定の大きさの基板１０を用意する。例えば、金属基材表面に絶縁層１０ａを備えた基板１０を用いる。
図８のａに示すように、基板１０の表面に裏面電極層１２を形成する。
次に、図８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電極層分離溝２２を形成し、裏面電極層１２を複数の領域に分離する。この電極層分離溝２２の形成はレーザスクライブにより行うことが好ましい。
本実施形態では、裏面電極層１２が光電変換層等を形成する際の熱履歴を受ける前に電極層分離溝２２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。裏面電極層が硬化した後では、比較的高いパワーを要するため高価なレーザスクライブ装置が必要となり、また、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恐れがある。通常スクライブ処理の後には洗浄を行うが、透明電極層まで積層した後に電極層分離溝をスクライブ形成した場合、このスクライブ形成時に生じるバリやゴミは十分を除去しきれず、装置としての品質が低下する恐れがある。本実施形態の製造方法によれば、これらの問題を発生せず、安価に品質の良好な集積化太陽電池を製造することができる。
次に図８のｃに示すように、裏面電極層１２および電極層分離溝２２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および透明電極層１６を順次積層する。
次に、図８のｄに示すように、積層面側から電極層分離溝２２に略平行かつ裏面電極層１２を露出する深さの第１の素子分離溝２１を形成する。素子分離溝２１はメカニカルスクライブ法により形成することが好ましい。本工程においては、第１の素子分離溝２１を、その一方の壁面αの近傍に電極層分離溝２２が位置するものとなるように形成する。ここで形成される第１の素子分離溝２１の底面には、電極層分離溝２２に埋め込まれた光電変換層および壁面β側のセルに連続する裏面電極層１２が露出する。
次に、図９のｅに示すように、第１の素子分離溝２１の一方の壁面αを覆うのように絶縁材を塗布し、硬化させて絶縁部３０を形成する。例えば、絶縁材として、光硬化型あるいは熱硬化型の絶縁性インクを用い、インクジェット法により壁面α近傍に絶縁性インクを打滴すればインクは壁面αを覆うと共に、溝幅方向に他方の壁面βまで広がる。その後、インクに応じた光照射あるいは加熱により硬化させればよい。第１の素子分離溝２１の幅とインク吐出量を調整することにより、絶縁部の大きさは調整することができる。本実施形態に示すように一方の壁面α側から他方の壁面βに向けて徐々に高さが小さくなる絶縁部であってもよいし、第１の素子分離溝２１が充填される大きさの絶縁部を形成してもよい。
次に、図９のｆに示すように、絶縁部３０に、素子分離溝２１を挟んで隣接する両セル２０ａ、２０ｂのうちの他方のセル２０ｂに連続する裏面電極層１２を露出させる導通用溝２３を形成する。導通用溝２３は、壁面α寄りに設けられている電極層分離溝２２よりも他方の壁面β側に、第１の素子分離溝２１に略平行に形成される。導通用溝２３は、レーザスクライブあるいはメカニカルスクライブ法により形成することができる。なお、導電部を溝の長さ方向に部分的にあるいは断続的に形成する場合には、導通用溝として貫通孔を部分的にあるいは断続的に形成してもよい。
次に図９のｇに示すように、絶縁部３０で覆われた壁面αを有するセル２０ａの透明電極層１６から絶縁部３０上および導通用溝２３に亘って導電材を塗布し、硬化させることにより、一方のセル２０ａの透明電極層１６と他方のセル２０ｂの裏面電極層１２とを電気的に接続する導電部４０を形成する。例えば、導電材として、光硬化型あるいは熱硬化型の導電性インク（導電ペースト）を用い、インクジェット法により壁面αの上方位置から導通用溝２３の範囲に打滴後、光照射あるいは加熱により硬化させればよい。
なお、この導電部の形成工程においては、図９のｇに示すように、滴下された導電材は他方のセル２０ｂの壁面β側に広がる。一方のセル２０ａの透明電極層１６が接続されている導電部が壁面βに接触していると、セル間の短絡を生じ、光電変換率が低下してしまう恐れがある。
そこで、図１０のｈに示すように、セル間を分離する第２の素子分離溝２４を導通用溝２３の形成位置よりもさらに他方の壁面β側に形成する。この第２の素子分離溝２４により、セル間の短絡を抑制することが可能となる。なお、ここで、図１１のｈに示すように、第２の素子分離溝２４’を他方の壁面βよりもセル２０ｂ側の第１の素子分離溝２１の外部に形成してもよい。
なお、セル間の第１の素子分離溝２１の幅が十分に広くすれば、滴下された導電材が広がっても壁面βに接触しないようにすることができるが、セルの有効面積が狭くなる。一方、本発明のように、導電層を形成後に、第２の素子分離溝２４を形成することとすれば、導電部の形成工程において導電部が壁面βに接触して形成されても構わないため、第１の素子分離溝２１の幅を狭くすることができ、結果として単位面積当たりのセルの有効面積を大きくすることができる。
以上のようにして、図７に示す集積化太陽電池を製造することができる。
さらに、図１０のｉおよび図１１のｉ’に示すように、第２の素子分離溝２４、２４’に絶縁材３４を埋め込んでもよい。このとき、絶縁材３４により導電部４０を覆うことが好ましい。第２の素子分離溝２４、２４’が絶縁材３４で充填されることにより、セル間の短絡がより効果的に防止できる。また、導電部４０が絶縁材により覆われることにより、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生じる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。
「第３の実施形態」
図１２Ａは、第３の実施形態の製造方法で製造される集積化太陽電池３の要部を示す模式的斜視図であり、図１の平面図における破線部ＩＩについての斜視図である。なお、図１２Ｂは本実施形態の設計変更例の集積化太陽電池３’についての図１２Ａに対応する位置の模式的斜視図である。
集積化太陽電池３は、図１２Ａに示すように表層が絶縁層１０ａである基板１０上に、第１の電極層１２、光電変換層１３、およびバッファ層１４を順に備え、その積層体に設けられたストライプ状の第１の素子分離溝２１により、複数のセル領域に分離されている。
第１の素子分離溝２１は裏面電極層１２の表面位置に至る深さを有しており、溝幅は例えば、５０〜１００μｍ程度である。
第１の素子分離溝２１の底面の裏面電極層１２の一部には、セル間で裏面電極層１２を分離するための電極層分離溝２２が形成されている。電極層分離溝２２は基板の表面に至る深さで、第１の素子分離溝２１とほぼ平行に配置されており、溝幅はたとえば１０〜３０μｍ程度である。
第１の素子分離溝２１内には、その少なくとも一方の壁面αを覆い、かつ溝幅方向に延びる絶縁部３０が形成されている。この絶縁部３０は素子分離溝２１の少なくとも一方の壁面αを覆うように形成されている。この絶縁部の一部であって、他方の壁面β側のセル２０ｂの裏面電極層上には導通用溝２３が形成されている。
そして、バッファ層１４上および第１の素子分離溝２１に形成されている絶縁部３０上に亘り透明電極層１６が形成されており、絶縁部３０に設けられた導通用溝２３中にも透明電極層材料が充填されている。この導通用溝２３に充填された透明導電層材料により、隣接するセル（ここでは、セル２０ａと２０ｂ）の一方のセル（ここではセル２０ａ）の透明電極層１６と、他方のセル（ここではセル２０ｂ）の裏面電極層１２とが電気的に接続する導電部４１が構成されている。通用溝２３幅はたとえば、１０〜３０μｍ程度である。
さらに、第１の素子分離溝２１の他方の壁面β側のセル２０ｂ側の部分にセル間を分離する第２の素子分離溝２４が形成されている。第２の素子分離溝２４の幅はたとえば、１０〜３０μｍ程度である。
本実施形態においては、導電部４１、第１の素子分離溝２１および第２の素子分離溝２４が形成されている領域が素子分離機能および素子直列接続機能を担う接続部領域５０である。
本実施形態においては、導電部４１は、接続部領域５０において基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されている。しかしながら、接続部領域５０において、セル間は電気的に直列に接続されていればよく、導電部は必ずしも基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されていなくてもよい。セル間を電気的に直列に接続するには、セルの長さ方向（基板の幅方向Ｗ）において少なくとも一部に導電部が形成されていればよく、セル長さ方向（基板の幅方向Ｗ）に部分的に導電部が形成されているものであってもよい。例えば、基板の幅方向Ｗに３箇所程度接続部が断続的に設けられていてもよい。
なお、図１２Ｂに本実施形態の設計変更例として示す集積化太陽電池３’のように、上述の集積化太陽電池３の第２の素子分離溝２４に絶縁材３４が埋め込まれていてもよい。絶縁材３４を備えることにより、セル間の短絡を防止する効果がより高くなり好ましい。
以下に、第３の実施形態の製造方法を図１３〜図１６に基づいて説明する。図１３〜図１５は第３実施形態の製造工程を示す模式断面図、図１６は本実施形態の他の一部設計変更例の製造工程を示す模式断面図であり、それぞれ一部セル２０ａ、２０ｂおよびその間の接続部領域を含む集積化構造の要部を示している。
まず、少なくとも表面が絶縁性である所定の大きさの基板１０を用意する。例えば、金属基材表面に絶縁層１０ａを備えた基板１０を用いる。
そして、図１３のａに示すように、基板１０の表面に裏面電極層１２、光電変換層１３、バッファ層１４を順次積層する。
次に、図１３のｂに示すように、積層面側から裏面電極層１２が露出する深さの第１の素子分離溝２１を形成する。素子分離溝２１はメカニカルスクライブ法により形成することが好ましい。
さらに、図１３のｃに示すように、第１の素子分離溝２１の底面に露出した裏面電極層１２の一部に裏面電極層１２をセル間で分離する電極層分離溝２２を形成する。このとき、電極層分離溝２２は、素子分離溝２１を挟んで隣接するセルの一方のセル（図１３においてはセル２０ａ）側に形成される。電極層分離溝２２はレーザスクライブ法により形成することが好ましい。
次に、図１４のｄに示すように、第１の素子分離溝２１の一方の壁面αを覆うように、かつ、電極層分離溝２２を埋め込むように絶縁材を塗布し、硬化させて絶縁部３０を形成する。例えば、絶縁材として、光硬化型あるいは熱硬化型の絶縁性インクを用い、インクジェット法により壁面α近傍に絶縁性インクを打滴すればインクは壁面αを覆うと共に、溝幅方向の他方の壁面β側に広がる。その後、インクに応じた光照射あるいは加熱により硬化させればよい。第１の素子分離溝２１の幅とインク吐出量を調整することにより、絶縁部の大きさは調整することができる。本実施形態に示すように一方の壁面α側から他方の壁面βに向けて徐々に高さが小さくなる絶縁部であってもよいし、第１の素子分離溝２１が充填される大きさの絶縁部を形成してもよい。
次に、図１４のｅに示すように、絶縁部３０の一部に、素子分離溝２１を挟んで隣接する両セル２０ａ、２０ｂのうちの他方のセル２０ｂに連続する裏面電極層１２を露出させる導通用溝２３を形成する。導通用溝２３は、壁面α寄りに設けられている電極層分離溝２２よりも他方の壁面β側に、第１の素子分離溝２１に略平行に形成される。導通用溝２３は、レーザスクライブあるいはメカニカルスクライブ法により形成することができる。なお、導通用溝２３として、第１の素子分離溝２１の長さ方向に断続的に貫通孔を形成してもよい。
次に図１４のｆに示すように、表面全域を覆うように、バッファ層１４上および絶縁部３０上に亘って透明電極層１６を形成する。このとき、絶縁部３０に設けられている導通用溝２３中にも透明導電層材料が充填されて導電部４１が形成される。
さらに、図１５のｇに示すように、第１の素子分離溝２１の外部であって、第１の素子分離溝２１の他方の壁面βよりもセル２０ｂ側に第２の素子分離溝２４を形成する。この第２の素子分離溝２４により、セル間の短絡を抑制することが可能となる。なお、図１６のｇ’に示すように、第２の素子分離溝２４’を、第１の素子分離溝２１中において、導通用溝２３の形成位置よりも他方の壁面β側に形成してもよい。
以上のようにして、図１２Ａに示す集積化太陽電池３を製造することができる。
さらに、図１５のｈあるいは図１６のｈに示すように、第２の素子分離溝２４、２４’には絶縁材３４を埋め込んでもよい。図１５のｈに示すように、第２の素子分離溝２４を絶縁材３４で充填することにより、図１２Ｂに示す設計変更例の集積化太陽電池３’を製造することができる。このように第２の素子分離溝２４中に絶縁材３４を充填することによりセル間の短絡をより効果的に防止することができる。
絶縁材３４としては、特にソルダーレジストのような表面を保護する成分を含んだ絶縁性インクをもちいるのが好ましい。特開２０１０−１８７０２６号公報等において開示されているような、一般に上部電極被膜材として用いられているＥＶＡ等とは異なり、マイグレーション防止剤が含まれており、耐久性に優れる。
「第４の実施形態」
図１７Ａは、第４の実施形態の製造方法で製造される集積化太陽電池４の要部を示す模式的斜視図であり、図１の平面図における破線部ＩＩについての斜視図である。なお、図１７Ｂは本実施形態の設計変更例の集積化太陽電池４’についての図１７Ａに対応する位置の模式的斜視図である。
集積化太陽電池４は、図１７Ａに示すように表層が絶縁層１０ａである基板１０上に、第１の電極層１２、光電変換層１３、バッファ層１４および第２の電極層１６が順に積層され、その積層体に設けられたストライプ状の第１の素子分離溝２１により、複数のセルに分離されている。
本実施形態の集積化太陽電池４において、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電極層分離溝２２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、電極層分離溝２２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、１０〜３０μｍである。この電極層分離溝２２には光電変換層１３が埋め込まれている。
第１の素子分離溝２１は裏面電極層１２の表面位置に至る深さを有しており、溝幅は例えば、５０〜１００μｍ程度である。第１の素子分離溝２１は、その一方の壁面αの近傍に電極層分離溝２２が位置するように、電極層分離溝２２とほぼ平行に配置形成されている。本実施形態においては、第１の素子分離溝２１の底面に電極層分離溝２２に埋め込まれた光電変換層が露出する位置に配置されているが、第１の素子分離溝２１は一部壁面αと重なる位置あるいは壁面αを有するセル２０ａ側に位置していてもよい。但し、第１の素子分離溝２１に一方の壁面α側のセル２０ａにおける短絡を防止するために裏面電極が露出しないようにする。
第１の素子分離溝２１には、一方の壁面αを覆い、かつ溝幅方向に延びる導電部４０が形成されており、この素子分離溝２１に形成されている導電部４０により、隣接するセル（ここでは、セル２０ａと２０ｂ）の一方のセル（ここではセル２０ａ）の透明電極層１６と、他方のセル（ここではセル２０ｂ）の裏面電極層１２とが電気的に直列接続されている。
また、接続部領域５０には、導電部４０を第１の素子分離溝２１の両壁間で分断する第２の素子分離溝２６が形成されている。第２の素子分離溝の幅はたとえば、１０〜３０μｍ程度である。
本実施形態においては、導電部４０は、接続部領域５０において基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されている。しかしながら、接続部領域５０において、セル間は電気的に直列に接続されていればよく、必ずしも基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されていなくてもよい。セル間を電気的に直列に接続するには、セルの長さ方向（基板の幅方向Ｗ）において少なくとも一部に導電部が形成されていればよく、セル間において、セル長さ方向（基板の幅方向Ｗ）に、例えば３箇所程度、断続的に導電部が設けられていたのでもよい。
なお、図１７Ｂに本実施形態の設計変更例として示す集積化太陽電池４’のように、上述の集積化太陽電池４の第２の素子分離溝２６に絶縁材３４が埋め込まれ、さらに導電部４０全体が絶縁材３４で覆われていてもよい。第２の素子分離溝２６に絶縁材３４が充填されることにより、セル間の短絡を防止する効果がより高くなり好ましい。
以下に、第４の実施形態の製造方法を図１８〜図２１に基づいて説明する。図１８、１９は第４実施形態の製造工程を示す模式断面図、図２０、２１はそれぞれ本実施形態のさらに別の設計変更例の製造工程を示す模式断面図であり、それぞれ一部セル２０ａ、２０ｂおよびその間の接続部領域を含む集積化構造の要部を示している。
まず、少なくとも表面が絶縁性である所定の大きさの基板１０を用意する。例えば、金属基材表面に絶縁層１０ａを備えた基板１０を用いる。
図１８のａに示すように、基板１０の表面に裏面電極層１２を形成する。
次に、図１８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電極層分離溝２２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２２の形成はレーザスクライブにより行うことが好ましい。
本実施形態では、裏面電極層１２が光電変換層等を形成する際の熱履歴を受ける前に電極層分離溝２２を形成するので、第１の電極層が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。裏面電極層が硬化した後では、比較的高いパワーを要するため高価なレーザスクライブ装置が必要となり、また、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恐れがある。通常スクライブ処理の後には洗浄を行うが、透明電極層まで積層した後に電極層分離溝をスクライブ形成した場合、このスクライブ形成時に生じるバリやゴミを十分に除去しきれず、装置としての品質が低下する恐れがある。本実施形態の製造方法によれば、これらの問題を発生せず、安価に品質の良好な集積化太陽電池を製造することができる。
次に図１８のｃに示すように、裏面電極層１２および電極層分離溝２２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および透明電極層１６を順次積層した後、電極層分離溝２２に略平行かつ裏面電極層１２を露出する深さの第１の素子分離溝２１を形成する。素子分離溝２１はメカニカルスクライブ法により形成することが好ましい。本工程においては、第１の素子分離溝２１を、その一方の壁面αの近傍に電極層分離溝２２が位置し、壁面α側のセル２０ａの裏面電極層１２が第１の素子分離溝２１の底面に露出しないように形成する。ここで形成される第１の素子分離溝２１の底面には、電極層分離溝２２に埋め込まれた光電変換層および壁面β側のセルに連続する裏面電極層１２が露出する。
次に、図１８のｄに示すように、第１の素子分離溝２１の一方の壁面αを覆うように導電材を塗布し、硬化させて導電層４２を形成する。例えば、導電材として、光硬化型あるいは熱硬化型の導電性インク（導電ペースト）を用い、インクジェット法により壁面α近傍に導電性インクを打滴すればインクは溝幅方向に他方の壁面βまで広がる。その後、インクに応じた光照射あるいは加熱により硬化させればよい。
次に、図１９のｅに示すように、一方の壁面αから他方の壁面βまで延びて形成されている導電層４２のセル壁面間における電気的な接続を分断するために第２の素子分離溝２６を形成する。導電層４２の、壁面α側の透明電極層１６と第１の素子分離溝２１底部の裏面電極層１２に接続する導電部４０を壁面α側に残すように、第２の素子分離溝２６を形成する。
この第２の素子分離溝２６により隣接するセル間の短絡を防止して、良好な直列接続を形成することができる。
以上のようにして図１７Ａに示す集積化太陽電池４を製造することができる。
なお、第２の素子分離溝２６の形成位置は図１９のｅに示すような導電層４２の溝方向中央付近に限るものではない。例えば、図２０のｅ’に示すように導電部４０の他方の壁面β側の端部に第２の素子分離溝２６’を形成してもよいし、さらには、図２１のｅ”に示すように他方の壁面βよりもセル２０ｂ側の第１の素子分離溝２１の外部に第２の素子分離溝２６”を形成してもよい。
さらに、図１９のｆ、図２０のｆ’および図２１のｆ”に示すように、第２の素子分離溝２６、２６’、２６”に絶縁材３４を埋め込んでもよい。このとき、絶縁材３４により導電部４０を覆うことが好ましい。第２の素子分離溝が絶縁材３４で充填されることにより、セル間の短絡がより効果的に防止できる。また、導電部４０が絶縁材により覆われることにより、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生じる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。
「第５の実施形態」
図２２Ａは、第５の実施形態の製造方法で製造される集積化太陽電池５の要部を示す模式的斜視図であり、図１の平面図における破線部ＩＩについての斜視図である。なお、図２２Ｂは本実施形態の設計変更例の集積化太陽電池５’についての図２２Ａに対応する位置の模式的斜視図である。
集積化太陽電池５は、図２２Ａに示すように表層が絶縁層１０ａである基板１０上に、第１の電極層１２、光電変換層１３およびバッファ層１４を順に備え、その積層体に設けられたストライプ状の第１の素子分離溝２１により、複数のセル領域に分離されている。
本実施形態の集積化太陽電池５において、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電極層分離溝２２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、電極層分離溝２２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、１０〜３０μｍである。この電極層分離溝２２には光電変換層１３が埋め込まれている。
第１の素子分離溝２１は裏面電極層１２の表面位置に至る深さを有しており、溝幅は例えば、５０〜１００μｍ程度である。第１の素子分離溝２１は、その一方の壁面αの近傍に電極層分離溝２２が位置するように、電極層分離溝２２とほぼ平行に配置形成されている。本実施形態においては、第１の素子分離溝２１の底面に電極層分離溝２２に埋め込まれた光電変換層が露出する位置に配置されているが、第１の素子分離溝２１は一部壁面αと重なる位置あるいは壁面αを有するセル２０ａ側に位置していてもよい。但し、第１の素子分離溝２１に一方の壁面α側のセル２０ａにおける短絡を防止するために裏面電極が露出しないようにする。
第１の素子分離溝２１には、一方の壁面αを覆い、かつ溝幅方向に延びる導電部４０が形成されており、バッファ層１４上および第１の素子分離溝２１に形成されている絶縁部３０上に亘って透明電極層１６が形成されている。この素子分離溝２１に形成されている導電部４０により、隣接するセル（ここでは、セル２０ａと２０ｂ）の一方のセル（ここではセル２０ａ）の透明電極層１６と、他方のセル（ここではセル２０ｂ）の裏面電極層１２とが電気的に直列接続されている。
そして、接続部領域５０には、導電部４０を第１の素子分離溝２１の両壁間で分断する第２の素子分離溝２６が形成されている。第２の素子分離溝の幅はたとえば、１０〜３０μｍ程度である。
本実施形態において、導電部４０は、接続部領域５０において基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されている。しかしながら、接続部領域５０において、セル間は電気的に直列に接続されていればよく、必ずしも基板１０の幅方向Ｗ全域に亘り形成されていなくてもよい。セル間を電気的に直列に接続するには、セルの長さ方向（基板の幅方向Ｗ）において少なくとも一部に導電部が形成されていればよく、セル間において、セル長さ方向（基板の幅方向Ｗ）に、例えば３箇所程度、断続的に導電部が設けられていたのでもよい。
なお、図２２Ｂに本実施形態の設計変更例として示す集積化太陽電池５’のように、上述の集積化太陽電池５の第２の素子分離溝２６に絶縁材３６が埋め込まれていてもよい。第２の素子分離溝２６に絶縁材３６が充填されることにより、セル間の短絡を防止する効果がより高くなり好ましい。
以下に、第４の実施形態の製造方法を図２３〜図２６に基づいて説明する。図２３、２４は第５の実施形態の製造工程を示す模式断面図、図２５、２６はそれぞれ本実施形態のさらに別の設計変更例の製造工程を示す模式断面図であり、それぞれ一部セル２０ａ、２０ｂおよびその間の接続部領域を含む集積化構造の要部を示している。
まず、少なくとも表面が絶縁性である所定の大きさの基板１０を用意する。例えば、金属基材表面に絶縁層１０ａを備えた基板１０を用いる。
図２３のａに示すように、基板１０の表面に裏面電極層１２を形成する。
次に、図２３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電極層分離溝２２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２２の形成はレーザスクライブにより行うことが好ましい。
本実施形態では、裏面電極層１２が光電変換層等を形成する際の熱履歴を受ける前に電極層分離溝２２を形成するので、第１の電極層が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。裏面電極層が硬化した後では、比較的高いパワーを要するため高価なレーザスクライブ装置が必要となり、また、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恐れがある。通常スクライブ処理の後には洗浄を行うが、透明電極層まで積層した後に電極層分離溝をスクライブ形成した場合、このスクライブ形成時に生じるバリやゴミを十分に除去しきれず、装置としての品質が低下する恐れがある。本実施形態の製造方法によれば、これらの問題を発生せず、安価に品質の良好な集積化太陽電池を製造することができる。
次に図２３のｃに示すように、裏面電極層１２および電極層分離溝２２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およびバッファ層１４を順次積層した後、電極層分離溝２２に略平行かつ裏面電極層１２を露出する深さの第１の素子分離溝２１を形成する。素子分離溝２１はメカニカルスクライブ法により形成することが好ましい。本工程においては、第１の素子分離溝２１を、その一方の壁面αの近傍に電極層分離溝２２が位置し、壁面α側のセル２０ａの裏面電極層１２が第１の素子分離溝２１の底面に露出しないように形成する。ここで形成される第１の素子分離溝２１の底面には、電極層分離溝２２に埋め込まれた光電変換層および壁面β側のセルに連続する裏面電極層１２が露出する。
次に、図２３のｄに示すように、第１の素子分離溝２１の一方の壁面αを覆うように導電材を塗布し、硬化させて導電層４２を形成する。例えば、導電材として、光硬化型あるいは熱硬化型の導電性インク（導電ペースト）を用い、インクジェット法により壁面α近傍に導電性インクを打滴すればインクは溝幅方向に他方の壁面βまで広がる。その後、インクに応じた光照射あるいは加熱により硬化させればよい。
次に、図２３のｅに示すように、表面全域を覆うように、バッファ層１４上および導電層４２上に亘って透明電極層１６を形成する。
次に、図２４のｆに示すように、一方の壁面αから他方の壁面βまで延びて形成されている導電層４２のセル壁面間における電気的な接続を分断するために第２の素子分離溝２６を形成する。導電層４２の、壁面α側の透明電極層１６と第１の素子分離溝２１底部の裏面電極層１２に接続する導電部４０を壁面α側に残すように、第２の素子分離溝２６を形成する。
この第２の素子分離溝２６により隣接するセル間の短絡を防止して、良好な直列接続を形成することができる。
以上のようにして図２２Ａに示す集積化太陽電池４を製造することができる。
なお、第２の素子分離溝２６の形成位置は図２４のｆに示すような導電層４２の溝方向中央付近に限るものではない。例えば、図２５のｆ’に示すように導電部４０の他方の壁面β側の端部に第２の素子分離溝２６’を形成してもよいし、さらには、図２６のｆ”に示すように他方の壁面βよりもセル２０ｂ側の第１の素子分離溝２１の外部に第２の素子分離溝２６”を形成してもよい。
さらに、図２４のｇ、図２５のｇ’および図２６のｇ”に示すように、第２の素子分離溝２６、２６’、２６”に絶縁材３６を埋め込んでもよい。第２の素子分離溝が絶縁材３６で充填されることにより、セル間の短絡がより効果的に防止できる。
以上説明した、各実施形態の製造方法において、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。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。
また、各実施形態において、溝の形成にはレーザスクライブ法もしくはメカニカルスクライブ法を適宜用いることができ、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。
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。
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。
（裏面電極層）
裏面電極層１２は、例えば、Ｍｏ、Ｃｒ、またはＷ、およびこれらを組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、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。
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１４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し得るものである。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。
（透明電極層）
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。
（絶縁材）
絶縁部３０を形成するための絶縁材としては、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。絶縁材３４および３６についても同様である。
（導電材）
導電部４０を形成するための導電材としては、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。
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の電極層が透明な構造の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。
１、２、３、４、５ 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（第２の電極層）
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ… 太陽電池セル（光電変換素子）
２１ 第１の素子分離溝
２２ 電極層分離溝
２３ 導通用溝
２４ 第２の素子分離溝
３０ 絶縁部
３４ 絶縁材
４０ 導電部

Claims (13)

  1. 基板上に、第１の電極層、光電変換層および第２の電極層をこの順に備えた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、少なくとも第１の電極層および光電変換層を積層した後に、積層面側から前記第１の電極層が露出する深さの第１の素子分離溝を形成する工程、
    前記第１の素子分離溝に、その少なくとも一方の壁面を覆うように絶縁材を塗布して絶縁部を形成する工程、
    該絶縁部の一部に前記第１の電極層を露出させる導通用溝を形成する工程、
    該導通用溝に導電材を充填し、前記第１の分離溝を挟んで隣接する一方の素子の第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導電部を形成する工程、および、
    前記第１の素子分離溝内であって前記導通用溝よりも前記他方の素子側の部分、もしくは前記第１の素子分離溝外の前記他方の素子側の部分に、前記第１の電極層を露出させる深さの第２の素子分離溝を形成する工程を含むことを特徴とする集積化太陽電池の製造方法。
  2. 前記第１の素子分離溝の形成後、該第１の素子分離溝底部に露出している前記第１の電極層の一部に、該第１の分離溝に平行な第１の電極層を分離する電極層分離溝を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の集積化太陽電池の製造方法。
  3. 前記光電変換層の積層後、さらに前記第２の電極層を積層した後に、前記第１の素子分離溝を形成することを特徴とする請求項１記載の集積化太陽電池の製造方法。
  4. 前記光電変換層積層後、前記第２の電極層を積層する前に、前記第１の素子分離溝を形成するものとし、
    前記導電部を形成する工程が、前記第２の電極層を形成すると同時に前記導電材として該第２の電極層の材料を前記導通用溝に充填する工程であ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。
  5. 前記第１の電極層を前記基板上に積層した後、前記光電変換層を積層する前に、前記第１の電極層を複数の領域に分離する電極層分離溝を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の集積化太陽電池の製造方法。
  6. 前記第２の素子分離溝に絶縁材を埋め込む工程をさらに含む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。
  7. 前記絶縁材が、マイグレーション防止剤を含むものであることを特徴とする請求項６記載の集積化太陽電池の製造方法。
  8. 基板上に、第１の電極層、光電変換層および第２の電極層をこの順に備えた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の電極層を複数の領域に分離する、前記基板の表面が底部に露出する電極層分離溝を形成する工程、
    前記第１の電極層および前記電極層分離溝に露出された前記基板の表面を覆うように、光電変換層を積層した後に、積層面側から前記第１の電極層が露出する深さの第１の素子分離溝を形成する工程、
    前記第１の素子分離溝に、その少なくとも一方の壁面を覆うように導電材を塗布して、前記第１の素子分離溝を挟んで隣接する一方の素子の第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導電部を形成する工程、および
    該導電部の一部、もしくは前記第１の素子分離溝外の前記他方の素子側の部分に、前記第１の電極層を露出する深さの第２の素子分離溝を形成する工程を含むことを特徴とする集積化太陽電池の製造方法。
  9. 前記光電変換層の積層後、前記第２の電極層を積層した後に、前記第１の素子分離溝を形成することを特徴とする請求項８記載の集積化太陽電池の製造方法。
  10. 前記導電部を形成した後、該導電部上および前記光電変換層上に前記第２の電極層を形成することを特徴とする請求項８記載の集積化太陽電池の製造方法。
  11. 前記第２の素子分離溝に絶縁材を埋め込む工程をさらに含むことを特徴とする請求項８または９記載の集積化太陽電池の製造方法。
  12. 前記第１の電極層を分離する電極層分離溝の形成にレーザスクライブ法を用いることを特徴とする請求項１から１１いずれか１項記載の集積化太陽電池の製造方法。
  13. 前記第１および第２の素子分離溝の形成にレーザスクライブ法およびメカニカルスクライブ法のいずれかを用いることを特徴とする請求項１から１２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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