JP2013229427A - 薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リーク源となるバリの発生を抑制できる薄膜太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】薄膜太陽電池の製造方法は、基板１００上に直列接続された複数個の光電変換素子１０７を形成する工程と、直列接続された複数個の光電変換素子１０７にストリング分離溝１５０を形成して複数のストリングＳ２を形成する工程とを備える。光電変換素子１０７は、アモルファスシリコン層２３０と膜厚ｔが３μｍを超える微結晶シリコン層３３０とを含む光電変換層１０３を有する。ストリングＳ２を形成する工程は、第２高調波レーザＬ２を用いて光電変換層１０３および裏面電極膜１０５を除去し、第一の幅ｗ１を有する第一の溝３０を形成する工程と、赤外線レーザＬ１を用いて第一の溝３０の底部３１の透明導電膜１０１を除去し、第一の幅ｗ１よりも狭い第二の幅ｗ２を有する第二の溝５０を形成する工程と、をこの順に含む。
【選択図】図１６

Description

本発明は、薄膜太陽電池の製造方法に関する。

薄膜太陽電池に関し、従来、絶縁基板の表面に、第１電極層、光電変換層および第２電極層が順次積層されてなる複数のセルが互いに電気的に直列接続されたストリングが複数配置され、各ストリングはストリング分離溝により分離された太陽電池において、ストリング分離溝は、第１電極層を除去して形成された第１溝と、光電変換層および第２電極層を第１溝の幅よりも広い幅で除去して形成された第２溝とからなり、ＹＡＧレーザの基本波を用いて第１電極層、光電変換層および第２電極層を除去し第１溝を形成する第１段階と、ＹＡＧレーザの第二高調波を用いて光電変換層および第２電極層を除去し第２溝を形成する第２段階と、によって形成されることが開示されている（たとえば、特許文献１，２および３参照）。

特開２０１０−５０２１３号公報 特開２０１０−６２３７３号公報 特開２０１０−７４０７１号公報

薄膜太陽電池では、高電圧を出力することを目的として集積型構造がとられており、複数のセルが直列接続されたストリングが形成される。透明基板上に複数のストリングが形成されることもある。複数のストリングは、セルの直列接続方向に延びるストリング分離溝によって、複数に分割される。この構成の薄膜太陽電池では、複数のストリングが、ストリング分離溝を挟んで隣り合うように並行して配置されることになる。このストリング分離溝は、透明基板上に形成された透明導電膜、光電変換層および裏面電極膜をレーザスクライブ加工することで形成される。ストリング分離溝により、各ストリング間の絶縁性が確保される。

従来の方法では、透光性絶縁基板上に第１電極層、光電変換層および第２電極層が順次積層された積層構造に対し、まず、ＹＡＧレーザの基本波（波長：１０６４ｎｍ）を透光性絶縁基板側から照射し、第１電極層、光電変換層および第２電極層を部分的に除去して第１溝を形成する。その後、第１導電層に対する透過性が高いＹＡＧレーザの第２高調波を透光性絶縁基板側から照射し、光電変換層および第２電極層を第１溝の幅よりも広い幅で除去して第２溝を形成する。このようにしてストリング分離溝を形成する。この加工は、第１溝より幅広い第２溝を後から形成することにより、第１溝の形成によって飛散して溝内面に付着した導電材料を除去し、第１電極層と第２電極層との短絡を回避することを目的としている。

また、薄膜太陽電池の高効率化技術の一つに、太陽光スペクトルを複数個に分割して受光するように、それぞれの波長帯領域に適した材料を用いて作製した太陽電池を組み合わせた積層型太陽電池がある。短波長光から、長波長光までのエネルギーを有効に活用することが出来るので、高効率化を期待することができる。現在、アモルファスシリコン層と微結晶シリコン層の２層からなるタンデム太陽電池が一般的であるが、より高効率化の太陽電池の開発に向け、さらに３層、４層からなる積層型太陽電池の開発が進められている。

しかし、微結晶シリコンを含む積層型太陽電池のような、光電変換層が一定以上の膜厚を有する薄膜太陽電池では、従来のレーザスクライブ加工で形成されたストリング分離溝にバリ（未加工部分）が発生する場合があることがわかった。バリが発生すると、このバリがリーク源となって、各ストリング間の絶縁性が低下する問題となる。

第２高調波レーザを用いたレーザ加工時には、光電変換層に含まれるアモルファスシリコン層でレーザ光を吸収し、アモルファスシリコン層が蒸発する際のエネルギーで微結晶シリコン層および裏面電極膜を同時に吹き飛ばして加工している。そのため微結晶シリコン層が厚くなればなるほど、アモルファスシリコン層での吸収するエネルギー量を増やす必要がある。微結晶シリコン層の膜厚が３μｍを超える厚膜の場合、従来の方法で第１電極層（透明導電膜）、光電変換層および第２電極層（裏面電極膜）の積層構造を赤外線レーザで一括にレーザ加工して第１溝を形成すると、その後の第２溝の形成時に、レーザ照射面積当りにおいて微結晶シリコン層を吹き飛ばすための十分なアモルファスシリコン層が存在せず、アモルファスシリコン層が蒸発する際に発生する微結晶シリコン層を吹き飛ばすための十分なエネルギー量が得られない。そのため、吹き飛ばされずに微結晶シリコン層と裏面電極層が残ってしまい、これがバリの発生の原因と考えられる。微結晶シリコン層の厚みが大きくなればなるほど、微結晶シリコン層を吹き飛ばすためにより大きなエネルギー量が必要となり、アモルファスシリコン層により大きなエネルギーを吸収させることが必要となるため、スクライブ加工がますます困難になる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、リーク源となるバリの発生を抑制し、高効率の薄膜太陽電池を高品質に実現できる、薄膜太陽電池の製造方法を提供することである。

本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法は、基板上に、直列接続された複数個の光電変換素子を形成する工程と、直列接続された複数個の光電変換素子にストリング分離溝を形成することによって、複数のストリングを形成する工程と、を備える。光電変換素子は、透明導電膜と、アモルファスシリコン層と膜厚が３μｍを超える微結晶シリコン層とを含む光電変換層と、裏面電極膜と、をこの順に有する。ストリングを形成する工程は、第２高調波レーザを用いて光電変換層および裏面電極膜を除去し、第一の幅を有する第一の溝を形成する工程と、赤外線レーザを用いて第一の溝の底部の透明導電膜を除去し、第一の幅よりも狭い第二の幅を有する第二の溝を形成する工程と、をこの順に含む。

上記薄膜太陽電池の製造方法において、第一の溝の側壁と第二の溝の側壁との距離は、第二の幅の１／２以上が望ましい。

上記薄膜太陽電池の製造方法において、第一の溝は、第一の溝の延びる方向に第２高調波レーザを複数回走査して形成されており、第ｎ回目（ｎは１以上の整数）の第２高調波レーザの走査によって第２高調波レーザ加工溝が形成され、第（ｎ＋１）回目の第２高調波レーザの走査時に、第２高調波レーザのビーム径の４０％以上が第２高調波レーザ加工溝の外部に照射されるのが望ましい。

上記薄膜太陽電池の製造方法において、第２高調波レーザの走査時にアモルファスシリコン層に照射される第２高調波レーザ（Ｌ２）の照射面積は０．０１２ｍｍ^２以上であることが望ましい。

上記薄膜太陽電池の製造方法において、第２高調波レーザの波長は、５０７ｎｍ以上５５７ｎｍ以下であってもよい。

上記薄膜太陽電池の製造方法において、赤外線レーザの波長は、１０１４ｎｍ以上１１１４ｎｍ以下であってもよい。

本発明の薄膜太陽電池の製造方法によると、リーク源となるバリの発生を抑制でき、要求される絶縁性を確保できるので、高効率の薄膜太陽電池を高品質に実現することができる。

本発明の実施の形態における薄膜太陽電池の製造方法が適用される薄膜太陽電池モジュールの模式背面図である。 図１中に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った模式断面図である。 図１中に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式断面図である。 光電変換層の一例の詳細を示す断面図である。 光電変換層の他の例の詳細を示す断面図である。 本発明の実施の形態における薄膜太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャートである。 図６に示すストリング分離溝を形成する工程の詳細を示すフローチャートである。 図７に示す第一の溝を形成する工程の詳細を示すフローチャートである。 図７に示す第二の溝を形成する工程の詳細を示すフローチャートである。 薄膜太陽電池の積層構造を示す模式断面図である。 第２高調波レーザにより形成される加工溝を示す模式断面図である。 第２高調波レーザの重なりを示す模式断面図である。 第一の溝の形成後の模式断面図である。 赤外線により形成される加工溝を示す模式断面図である。 赤外線レーザの重なりを示す模式断面図である。 第二の溝の形成後の模式断面図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態における薄膜太陽電池の製造方法が適用される薄膜太陽電池モジュール１の模式背面図である。図２は、図１中に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った模式断面図である。図３は、図１中に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式断面図である。図１ないし図３を参照して、本発明の実施の形態における薄膜太陽電池の製造方法が適用される薄膜太陽電池モジュール１について説明する。

この薄膜太陽電池モジュール１は、四角形のガラス基板１００と、ガラス基板１００の表面に透明導電膜１０１、光電変換層１０３および裏面電極膜１０５が順次積層されてなる薄膜光電変換素子（セル）１０７が複数互いに電気的に直列接続されたストリングＳ２と、ストリングＳ２における直列接続方向Ａの一端側のセル１０７ａの裏面電極膜１０５上にろう材を介して電気的に接合された２本の第１集電電極１１１および他端側のセル１０７ｂの裏面電極膜１０５上にろう材を介して電気的に接合された２本の第２集電電極１１２とを備える。第１および第２集電電極１１１，１１２としては、例えば銅線、アルミ線等が用いられる。

さらに、この薄膜太陽電池モジュール１は、ストリングＳ２が、同一のガラス基板１００上に、直列接続方向Ａに延びる複数（この場合７本）のストリング分離溝１５０を挟んで直列接続方向と直交する方向Ｂに複数（この場合８個）並列して配置されており、１組の第１集電電極１１１と第２集電電極１１２とによって隣接する４つのストリングＳ２を並列接続している。これにより、この薄膜太陽電池モジュール１は、４つのストリングＳ２が並列接続されたグループを２組備える。一方のグループは、第１集積セルストリング１１０を形成する。他方のグループは、第２集積セルストリング１２０を形成する。

そして、一方のグループの第２集電電極１１２と他方のグループの第１集電電極１１１とがリード線によって電気的に接続されることにより２つのグループが直列接続され、一方のグループの第１集電電極１１１がリード線によって電気的に接続され、他方のグループの第２集電電極１１２がリード線によって電気的に接続されることにより、直列接続された２つのグループにより発電された高電圧の電流が取り出される。なお、図１において、符号Ｅは電流が流れる方向（電流方向）を表している。

図２および図３に示すように、薄膜太陽電池モジュール１は、前面（受光面）側に位置するガラス基板１００と、ガラス基板１００の背面側に形成された透明導電膜（表面側電極層）１０１と、透明導電膜１０１の背面側に形成された光電変換層１０３と、光電変換層１０３の背面側に形成された裏面電極膜１０５とを含んでいる。裏面電極膜１０５は、その背面側に設けられた封止材１６０によって覆われている。

図２に示すように、透明導電膜１０１、光電変換層１０３および裏面電極膜１０５には、一括して直列接続方向Ａ（図１中における横方向）に沿って延びるストリング分離溝１５０が設けられている。当該ストリング分離溝１５０は、上述した複数のストリングＳ２を分断するものであり、当該ストリング分離溝１５０を挟んで複数のストリングＳ２が並行して配置されている。第１集積セルストリング１１０と第２集積セルストリング１２０とを分断するストリング分離溝１５０は、複数のストリングＳ２を４つのストリングＳ２が並列接続された２組のグループに二分するものであり、特に中央分離溝と称される。

複数のストリングＳ２は、ガラス基板１００の外周端面（四辺の端面）よりも内側に形成されている。つまり、ガラス基板１００の表面の外周領域は、透明導電膜１０１、光電変換層１０３および裏面電極膜１０５が形成されていない非導電性表面領域１０８とされており、その幅は太陽電池の出力電圧に応じた寸法範囲に設定されている。

図３に示すように、第１集積セルストリング１１０に含まれる透明導電膜１０１、光電変換層１０３および裏面電極膜１０５は、それぞれ所定の形状にパターニングされている。透明導電膜１０１、光電変換層１０３および裏面電極膜１０５のそれぞれには、図１中に示す方向Ｂに沿って延びる第１分離溝１０２、第２分離溝１０４および第３分離溝１０６が設けられている。

透明導電膜１０１に設けられた第１分離溝１０２は、光電変換層１０３によって埋め込まれている。光電変換層１０３に設けられた第２分離溝１０４は、裏面電極膜１０５によって埋め込まれている。また、裏面電極膜１０５に設けられた第３分離溝１０６は、封止材１６０によって埋め込まれている。

第２分離溝１０４によって分断された個々の光電変換層１０３は、第１分離溝１０２によって分断された個々の透明導電膜１０１と、第３分離溝１０６によって分断された個々の裏面電極膜１０５とによって挟まれた状態にある。透明導電膜１０１とこれに隣り合う裏面電極膜１０５とは、光電変換層１０３を分断する第２分離溝１０４を埋め込むように構成された部分の裏面電極膜１０５（当該部分の裏面電極膜１０５は、特にコンタクトラインと称される）を介して接続されている。

これにより、個々の光電変換層１０３が、裏面電極膜１０５および透明導電膜１０１を介して相互に接続された状態となり、一つのストリングＳ２に含まれる複数個のセル１０７が、直列に接続されることになる。

図４は、光電変換層１０３の一例の詳細を示す断面図である。図４に示す光電変換層１０３は、タンデム型光電変換層と称され、第１の光電変換層２３０および第２の光電変換層３３０を有する。第１の光電変換層２３０においては、ガラス基板１００側から順にｐ型半導体層２３１、ｉ型半導体層２３２およびｎ型半導体層２３３が積層されて、ｐｉｎ接合が構成されている。第２の光電変換層３３０においては、ガラス基板１００側から順にｐ型半導体層３３１、ｉ型半導体層３３２およびｎ型半導体層３３３が積層されて、ｐｉｎ接合が構成されている。

タンデム型薄膜シリコン系太陽電池においては、光入射側から最も近いｐｉｎ接合はトップセル、光入射側から最も遠いｐｉｎ接合はボトムセルと称される。光電変換層１０３は、透明導電膜１０１側から、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層をこの順に積層したトップセル（第１の光電変換層２３０）と、トップセル上に、微結晶シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層をこの順に積層したボトムセル（第２の光電変換層３３０）とを、たとえばプラズマＣＶＤ法により積層したものを用いてもよい。微結晶シリコン層である第２の光電変換層３３０は、膜厚ｔを有する。

図５は、光電変換層１０３の他の例の詳細を示す断面図である。図５に示す光電変換層１０３は、図４に示す第１の光電変換層２３０および第２の光電変換層３３０に加え、第３の光電変換層４３０を有する。第３の光電変換層４３０においては、ガラス基板１００側から順にｐ型半導体層４３１、ｉ型半導体層４３２およびｎ型半導体層４３３が積層されて、ｐｉｎ接合が構成されている。

３つ以上のｐｉｎ接合を有する積層型光電変換装置においては、トップセルとボトムセルの間に位置するｐｉｎ接合はミドルセルと称される。光電変換層１０３の他の例は、透明導電膜１０１側から、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層をこの順に積層したトップセル（第１の光電変換層２３０）と、トップセル上に、微結晶シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層をこの順に積層したミドルセル（第３の光電変換層４３０）と、ミドルセル上に、微結晶シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層をこの順に積層したボトムセル（第２の光電変換層３３０）とを、たとえばプラズマＣＶＤ法により積層したものを用いてもよい。微結晶シリコン層である第３の光電変換層４３０および第２の光電変換層３３０は、膜厚ｔを有する。なお、光電変換層の数を３つ以上とすることもできる。

光電変換層２３０，３３０，４３０としては、半導体光電変換層を用いることができる。複数の光電変換層を設ける場合、各光電変換層は、全て同種のシリコン系半導体から構成されていてもよく、または、互いに異なる種類のシリコン系半導体から構成されていてもよい。第１の光電変換層２３０、第２の光電変換層３３０および第３の光電変換層４３０の各光電変換層は、それぞれ、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層を含んでおり、各半導体層は、シリコン系半導体から構成されていてもよい。

光電変換層に含まれる各半導体層は、全て同種のシリコン系半導体から構成されていてもよく、または、互いに異なる種類のシリコン系半導体から構成されていてもよい。たとえば、ｐ型半導体層とｉ型半導体層とを非晶質シリコンで形成し、ｎ型半導体層を微結晶シリコンで形成してもよい。また、たとえば、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とをシリコンカーバイドまたはシリコンゲルマニウムで形成し、ｉ型半導体層をシリコンで形成してもよい。なお、本明細書において、「非晶質シリコン」は「水素化非晶質シリコン」を含む概念であり、「微結晶シリコン」は「水素化微結晶シリコン」を含む概念である。

さらに、ｐ型、ｉ型およびｎ型の各半導体層は、単層構造であっても複数層構造であってもよい。複数層構造である場合、各層は、互いに異なる種類のシリコン系半導体から構成されていてもよい。

図６は、本発明の実施の形態における薄膜太陽電池モジュール１の製造方法を示すフローチャートである。本実施の形態における薄膜太陽電池モジュール１の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）において、基板１００を準備する。基板１００としては、透明性および絶縁性を有するものであればよい。たとえば、板状のガラスが好適に使用できる。次に工程（Ｓ２０）において、たとえば熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などを用いて成膜することにより、基板１００上に透明導電膜１０１を形成する。透明導電膜１０１としては、たとえばＳｎＯ_２（酸化錫）膜やＩＴＯ（インジウム錫酸化）膜などが好適に使用できる。

次に工程（Ｓ３０）において、たとえばレーザスクライブ法などを用いて透明導電膜１０１の一部を除去することで、複数の第１分離溝１０２を形成する。これにより透明導電膜１０１が複数個に分断される。使用するレーザ光としては、たとえばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）などが好適に利用できる。

次に工程（Ｓ４０）において、たとえばプラズマＣＶＤ法などを用いて成膜することにより、透明導電膜１０１上に光電変換層１０３を形成する。光電変換層１０３は、アモルファスシリコンからなるｉ層を含む光電変換層２３０と微結晶シリコンからなるｉ層を含む光電変換層３３０を備える。たとえば、光電変換層１０３は、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層をこの順に積層した第１の光電変換層２３０と、微結晶シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層をこの順に積層した第２の光電変換層３３０との積層を含む。このとき、第１分離溝１０２は、光電変換層１０３によって埋め込まれることになる。

次に工程（Ｓ５０）において、たとえばレーザスクライブ法などを用いて光電変換層１０３の一部を除去することで、複数の第２分離溝１０４を形成する。これにより光電変換層１０３が複数個に分断される。使用するレーザ光としては、たとえばＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）などが好適に利用できる。

次に工程（Ｓ６０）において、たとえばマグネトロンスパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法などを用いて成膜することにより、光電変換層１０３上に裏面電極膜１０５を形成する。裏面電極膜１０５としては、たとえばＺｎＯ（酸化亜鉛）膜／Ａｇ（銀）膜やＺｎＯ膜／Ａｌ（アルミニウム）膜、ＩＴＯ膜／Ａｇ膜、ＳｎＯ_２膜／Ａｇ膜などが好適に利用できる。また、その際、第２分離溝１０４は、裏面電極膜１０５によって埋め込まれることになり、これにより上述したコンタクトラインが形成される。

次に工程（Ｓ７０）において、たとえばレーザスクライブ法などを用いて裏面電極膜１０５の一部を除去することで、複数の第３分離溝１０６を形成する。これにより裏面電極膜１０５が複数個に分断される。使用するレーザ光としては、たとえばＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）などが好適に利用できる。

次に工程（Ｓ８０）において、レーザスクライブ法を用いて直列接続方向Ａに沿ってストリング分離溝１５０が形成される。これにより、基板１００上には、直列接続された複数個のセル１０７からなるストリングＳ２が形成される。形成されたこれらストリングＳ２は、当該ストリング分離溝１５０によって分断されている。

次に工程（Ｓ９０）において、たとえばレーザスクライブ法あるいはブラスト加工法などを用いて、基板１００の周縁に沿って透明導電膜１０１、光電変換層１０３および裏面電極膜１０５の一部を除去することで、周縁分離溝を形成する。なお、レーザスクライブ法を使用する場合のレーザ光としては、たとえばＹＡＧレーザの基本波（１０６４ｎｍ）などが好適に利用できる。

次に工程（Ｓ１００）において、電気検査を実施する。当該電気検査には、ストリングＳ２内において隣り合うセル１０７間に分離不良および導通不良が発生していないかという検査や、第１集積セルストリング１１０と第２集積セルストリング１２０との間に分離不良が発生していないかといった検査、ソーラシミュレータなどを用いた第１集積セルストリング１１０および第２集積セルストリング１２０の交流微弱白色電流−直流電圧特性（いわゆるＩＶ特性）が所望のものとなっているかといった検査などが含まれる。

当該電気検査を実施することにより、仕掛品に不良品が混入することを防止できる。なお、不良品については、場合によってはリペアなどを行なってその修復を行なうことも可能である。

以上の工程（Ｓ１０）〜（Ｓ１００）が終了した後、モジュール化工程が実施され、図１ないし図３に示す薄膜太陽電池モジュール１の製造が完了する。

図７は、図６に示すストリング分離溝１５０を形成する工程（Ｓ８０）の詳細を示すフローチャートである。図８は、図７に示す第一の溝３０を形成する工程（Ｓ１９０）の詳細を示すフローチャートである。図９は、図７に示す第二の溝５０を形成する工程（Ｓ２９０）の詳細を示すフローチャートである。以下、これら図７ないし図９および図１０ないし図１６を参照して、本実施の形態におけるストリング分離溝１５０の形成について、詳細に説明する。

図１０は、薄膜太陽電池の積層構造を示す模式断面図である。図１０には、図６に示す工程（Ｓ７０）終了後の薄膜太陽電池の、ストリング分離溝１５０が形成されるべき領域付近が、拡大して示されている。図１０に示すように、薄膜太陽電池は、ガラス基板１００上に透明導電膜１０１、光電変換層１０３および裏面電極膜１０５が積層されて形成されている。光電変換層１０３として、アモルファスシリコンと微結晶シリコンとの積層型太陽電池を用いている。

図４に示す光電変換層１０３の一例に用いた微結晶シリコン層としての第２の光電変換層３３０の膜厚ｔは、３μｍ超、好ましくは３．５μｍ以上である。図５に示す光電変換層１０３の他の例に用いた微結晶シリコン層としての第２の光電変換層３３０および第３の光電変換層４３０の合計の膜厚ｔは、３μｍ超、好ましくは３．５μｍ以上である。このように微結晶シリコンの膜厚が比較的大きい場合、ストリング分離溝１５０の形成の際に、バリが発生しやすくなる。本実施の形態の製造方法は、微結晶シリコンの膜厚の大きい薄膜太陽電池にストリング分離溝１５０を形成する際のバリの発生を抑制可能とするものである。

図１０に示す薄膜太陽電池の積層構造に対し、図７に示す工程（Ｓ１９０）において、第一の溝３０を形成する。具体的には、図８に示す工程（Ｓ１９１）において、薄膜太陽電池の積層構造に対し裏面電極膜１０５側から第２高調波レーザＬ２を走査する。図１１は、第２高調波レーザＬ２により形成される加工溝２０を示す模式断面図である。図１１に示すように、レーザ光源１１で発生する赤外線レーザＬ１が非線形光学結晶１２を通過することにより、波長が半分になり、第２高調波レーザＬ２になる。第２高調波レーザＬ２は、レーザ光源１１で発生する赤外線レーザＬ１の波長を半分にしたものである。同一の励起源であるレーザ光源１１からの光路を切り替えることにより、単一のレーザ光源１１から赤外線レーザＬ１と第２高調波レーザＬ２との両方を取り出すことができる。

レーザ光源１１としては、ＬＤ（Laser Diode）励起のＮｄ（ネオジム）：ＹＡＧレーザが好適に利用できる。または、ＹＶ０４（イットリウム・バナデート）、ＹＬＦ（リチウム・イットリウム・フロライド）などの他のレーザ光源を利用してもよい。これらのレーザ光源１１からは、波長１０６４ｎｍ±５０ｎｍの赤外線レーザＬ１が発生する。赤外線レーザＬ１の波長は、１０１４ｎｍ以上１１１４ｎｍ以下である。赤外線レーザＬ１が非線形光学結晶１２を通過すると、波長が半分の５３２ｎｍ±２５ｎｍである第２高調波レーザＬ２となる。第２高調波レーザＬ２の波長は、５０７ｎｍ以上５５７ｎｍ以下である。

第２高調波レーザＬ２の加工点出力は、０．５Ｗ以上が好ましく、望ましくは２Ｗである。０．５Ｗ以上では、スクライブ加工するのに十分なエネルギー量を得ることができる。Ｑ−スイッチ周波数は５ｋＨｚから３０ｋＨｚの範囲内であり、望ましくは１０ｋＨｚから２５ｋＨｚがよい。第２高調波レーザＬ２は、図１１に示す紙面垂直方向に走査され、光電変換層１０３および裏面電極膜１０５をスクライブ加工により除去して、第２高調波レーザ加工溝としての加工溝２０を形成する。加工溝２０の幅ｐ１は、たとえば、１７５μｍである。ここで、加工溝２０の幅とは、第２高調波レーザＬ２の照射により形成される加工溝２０の側壁２２，２２間の間隔であり、加工溝２０が延びる方向に直交する方向に測定した加工溝２０の幅を指す。

第１回目の第２高調波レーザＬ２の走査が終了すると、図８に示す工程（Ｓ１９２）において、現時点で形成された加工溝２０の幅ｐ１が、第一の溝３０の幅として設定された幅ｗ１と等しいかどうかが判断される。加工溝２０の幅ｐ１が第一の溝３０の幅ｗ１よりも小さく、加工溝２０の幅ｐ１が第一の溝３０の幅ｗ１と等しくなければ、工程（Ｓ１９１）に戻り、第２回目の第２高調波レーザＬ２の走査が実施される。第一の溝３０は、第一の溝３０の延びる方向に第２高調波レーザＬ２を複数回走査して形成される。第一の溝３０の幅とは、後述する図１３に示す第一の溝３０の側壁３２，３２間の間隔であり、第一の溝３０が延びる方向に直交する方向に測定した第一の溝３０の幅を指す。

図１２は、第２高調波レーザＬ２の重なりを示す模式断面図である。最終的に要求される第一の溝３０の幅ｗ１を確保するために、第２回目の第２高調波レーザＬ２の走査においては、加工溝２０から第２高調波レーザＬ２が加工溝２０の幅方向にずらされる。第２回目以降の第２高調波レーザＬ２は、一部が加工溝２０の内部に照射され、残りの一部が光電変換層１０３および裏面電極膜１０５のスクライブ加工に利用される。このとき、第２高調波レーザＬ２のビーム径ｄ２の４０％以上が、加工溝２０の外部に照射されることが好ましい。図１２に示す寸法ａは、第２高調波レーザＬ２が照射される側の加工溝２０の側壁２２と、第２高調波レーザＬ２の周縁部との間の距離である。第２高調波レーザＬ２のビーム径ｄ２と寸法ａとの間には、ａ≦０．６×ｄ２の関係が成立することが好ましい。

第２高調波レーザＬ２が、レーザ光の中心において最も光の強度が大きく、レーザ光の中心から端部へ向かって光の強度が小さくなる、ガウシアン型のレーザである場合、寸法ａが大きくなると、レーザ光の強度の小さい部分で第２回目の光電変換層１０３および裏面電極膜１０５のスクライブ加工が行なわれることになる。寸法ａを大きくすると、第（ｎ＋１）回目（ｎは１以上の整数）の第２高調波レーザＬ２の走査時に、レーザ光の強度の大きい部分は、第ｎ回目までの第２高調波レーザＬ２の走査によって形成された加工溝２０の内部に照射されることになり、レーザ光の吸収層であるアモルファスシリコン層に十分にエネルギーを吸収させられなくなる。第２高調波レーザＬ２の重なりが６０％以下であると、第（ｎ＋１）回目のスクライブ加工を実施するために加工溝２０の外部に照射されるレーザ光の強度が小さくなく、レーザ光の吸収層であるアモルファスシリコン層に十分にエネルギーを吸収させられる。重なりが大きい場合、微結晶シリコン層の膜厚が大きいと、第（ｎ＋１）回目のスクライブ加工時に求める加工形状が得られない可能性がある。

そこで、第２高調波レーザＬ２のビーム径ｄ２と寸法ａとの間に上述した関係が成立するように第２高調波レーザＬ２の照射位置を規定することにより、第（ｎ＋１）回目のスクライブ加工時に光電変換層１０３のアモルファスシリコン層に吸収される第２高調波レーザＬ２の強度を十分に大きくできる。したがって、第（ｎ＋１）回目のスクライブ加工時に所望の加工溝２０の加工形状を得ることができ、レーザスクライブ加工の加工精度を向上することができる。

また、スクライブ加工に利用される第２高調波レーザＬ２の照射面積は、０．０１２ｍｍ^２以上であることが好ましい。そのため、第２回目以降の第２高調波レーザＬ２の照射の際に、アモルファスシリコン層に照射される第２高調波レーザＬ２の照射面積を０．０１２ｍｍ^２以上にすることが好ましい。たとえば照射面積を０．０１２２５ｍｍ^２としてもよい。これだけの照射面積があると、アモルファスシリコン層に十分にエネルギーを吸収させることができるので、アモルファスシリコン層が蒸発する際のエネルギーで微結晶シリコン層をより確実に吹き飛ばすことができ、レーザスクライブ加工を良好に実施することができる。

第２回目の第２高調波レーザＬ２の走査が終了すると、図８に示す工程（Ｓ１９２）における、加工溝２０の幅ｐ１と第一の溝３０の幅ｗ１とを比較する判断が再度行なわれる。加工溝２０の幅ｐ１が第一の溝の幅ｗ１と等しくなったと判断されれば、図７に示す工程（Ｓ１９０）の第一の溝３０の加工が終了する。

図１３は、第一の溝３０の形成後の模式断面図である。図１３に示すように、光電変換層１０３と裏面電極膜１０５とが裏面電極膜１０５側からレーザスクライブ加工されることにより、幅ｗ１を有する第一の溝３０が形成される。第一の溝３０は、図１３の紙面垂直方向に延びている。第一の溝３０は、底部３１と、一対の側壁３２，３２とを有する。第一の溝３０の底部３１は、透明導電膜１０１の表面に形成されている。

このとき、第一の溝３０の側壁３２には、バリは観測されない。第２高調波レーザＬ２を用いたレーザスクライブ加工後の第一の溝３０の側壁３２には、リーク源となるバリは観察されず、加工形状は良好である。

続いて図７に示す工程（Ｓ２９０）において、第二の溝５０を形成する。具体的には、図９に示す工程（Ｓ２９１）において、第一の溝３０の内部の透明導電膜１０１に対し裏面電極膜１０５側から赤外線レーザＬ１を照射し、第一の溝３０の底部３１に対し赤外線レーザＬ１を走査する。図１４は、赤外線レーザＬ１により形成される加工溝４０を示す模式断面図である。

赤外線レーザＬ１の加工点出力は１０Ｗ以上が好ましく、望ましくは１４Ｗがよい。１０Ｗ以上では、透明導電膜１０１を完全に取り除くための十分なエネルギーを得ることができる。Ｑ−スイッチ周波数は５０ｋＨｚから１５０ｋＨｚの範囲内であり、望ましくは１００ｋＨｚがよい。赤外線レーザＬ１は、図１４に示す紙面垂直方向に走査され、第一の溝３０の底部３１の透明導電膜１０１をスクライブ加工により除去して、赤外線レーザ加工溝としての加工溝４０を形成する。加工溝４０の幅ｐ２は、たとえば、５２μｍである。ここで、加工溝４０の幅とは、赤外線レーザＬ１の照射により形成される加工溝４０の側壁４２，４２間の間隔であり、加工溝４０が延びる方向に直交する方向に測定した加工溝４０の幅を指す。

第１回目の赤外線レーザＬ１の走査が終了すると、図９に示す工程（Ｓ２９２）において、現時点で形成された加工溝４０の幅ｐ２が、第二の溝５０の幅として設定された幅ｗ２と等しいかどうかが判断される。加工溝４０の幅ｐ２が第二の溝５０の幅ｗ２よりも小さく、加工溝４０の幅ｐ２が第二の溝５０の幅ｗ２と等しくなければ、工程（Ｓ２９１）に戻り、第２回目の赤外線レーザＬ１の走査が実施される。第二の溝５０は、第二の溝５０の延びる方向に赤外線レーザＬ１を複数回走査して形成される。第二の溝５０の幅とは、後述する図１６に示す第二の溝５０の側壁５２，５２間の間隔であり、第二の溝５０が延びる方向に直交する方向に測定した第二の溝５０の幅を指す。

図１５は、赤外線レーザＬ１の重なりを示す模式断面図である。最終的に要求される第二の溝５０の幅ｗ２を確保するために、第２回目の赤外線レーザＬ１の走査においては、加工溝４０から赤外線レーザＬ１が加工溝４０の幅方向にずらされる。

第２回目の赤外線レーザＬ１の走査が終了すると、図９に示す工程（Ｓ２９２）における、加工溝４０の幅ｐ２と第二の溝５０の幅ｗ２とを比較する判断が再度行なわれる。加工溝４０の幅ｐ２が第二の溝の幅ｗ２と等しくなったと判断されれば、図７に示す工程（Ｓ２９０）の第二の溝５０の加工が終了する。このようにして、第一の溝３０の内部に第一の溝３０の幅ｗ１よりも狭い幅ｗ２を有する第二の溝５０が形成され、ストリング分離溝１５０の形成が完了する。

図１６は、第二の溝５０の形成後の模式断面図である。図１６に示すように、透明導電膜１０１が裏面電極膜１０５側からレーザスクライブ加工されることにより、第一の溝３０の内側に幅ｗ２を有する第二の溝５０が形成される。第二の溝５０は、図１６の紙面垂直方向に延びている。第二の溝５０は、底部と、一対の側壁５２，５２とを有する。第二の溝５０の底部は、基板１００の表面に形成されている。

このようにして形成された第一の溝３０の側壁３２には、バリは観測されない。赤外線レーザＬ１を用いたレーザスクライブ加工後の第一の溝３０の側壁３２には、リーク源となるバリは全く観察されず、加工形状は良好である。

このとき、図１６に示す第一の溝３０の側壁３２と第二の溝５０の側壁５２との距離ｒが第二の溝５０の幅ｗ２の１／２の長さ以上であるように、溝の幅ｗ１、ｗ２および第一の溝３０の内部における第二の溝５０が配置されることが好ましい。このとき、第二の溝５０の幅ｗ２と距離ｒとの間には、ｒ≧０．５×ｗ２の関係が成立する。距離ｒを十分に大きくすることにより、赤外線レーザＬ１で透明導電膜１０１をレーザスクライブ加工する際に昇華する透明導電膜１０１の形成材料が光電変換層１０３の側壁３２に再付着してリーク源となる不具合の発生を抑制することができる。

さらに、本実施の形態の製造方法によりストリング分離溝１５０を形成することで、第一の溝３０および第二の溝５０を、それぞれ所望の幅ｗ１、ｗ２を有するように形成することができる。ストリング分離溝１５０の加工精度を向上することにより、絶縁性を確保できるとともに、薄膜太陽電池モジュール１の発電効率をより向上することができる。

なお、以上の工程を経て形成されたストリング分離溝１５０によって第１集積セルストリング１１０と第２集積セルストリング１２０とが電気的に十分に絶縁されているか否かの分離不良検査は、第１集積セルストリング１１０と第２集積セルストリング１２０との間の絶縁抵抗値を測定することで行なわれる。

当該分離不良検査においては、測定された絶縁抵抗値と予め定めた閾値とを比較することにより、ストリング分離溝１５０によって第１集積セルストリング１１０と第２集積セルストリング１２０とが電気的に十分に絶縁されているか否かの判別が行なわれる。より具体的には、たとえば測定された絶縁抵抗値が予め定めた閾値以上である場合に、当該仕掛品が良品であると判別し、測定された絶縁抵抗値が予め定めた閾値未満である場合に、当該仕掛品が不良品であると判別する。

上記分離不良検査を実施することにより、ストリング分離溝１５０の分離不良に起因する不良モードのうち、製造段階において既に短絡が顕在化している不良モードのみならず、製造段階において短絡が未だ顕在化しておらず、製品出荷後の使用段階において短絡が顕在化する不良モードについても、これをより確実に判別することが可能になる。そのため、製品としての薄膜太陽電池モジュールに当該分離不良を含むものが混入することをより確実に防止できる。なお、不良品については、場合によってはリペアなどを行なってその修復を行なうことも可能である。

予め定める閾値の大きさとしては、製造する薄膜太陽電池モジュールの仕様や、分離不良検査の際に印加する電圧の大きさ、実機での不具合の状態と絶縁抵抗値との関係などを考慮して適宜設定すればよい。一例として、印加する電圧の大きさを２５０Ｖとした場合に、上記を考慮して絶縁抵抗値の閾値を１００ＭΩ（すなわち、電流値が０Ａ以上２．５μＡ以下）とすれば、分離不良の判別を高い精度で行なえることが確認されている。

上記分離不良検査においては、第１集積セルストリング１１０に接続された一対の引き出し用端子のうちから選択された一方の極性の端子と、第２集積セルストリング１２０に接続された一対の引き出し用端子のうちから選択された上記一方の極性とは異なる極性の端子との間に電圧が印加されればよい。

隣接するストリングＳ２同士が電気的に接続されているストリングＳ２については、両端の電極層が分離されない形態も存在し、絶縁分離の精度はそれほど要求されない。しかし、第１集積セルストリング１１０と第２集積セルストリング１２０とを分離するストリング分離溝１５０（中央分離溝）は、第１集積セルストリング１１０と第２集積セルストリング１２０とを確実に電気的に分離する必要がある。そのため、本実施の形態のストリング分離溝１５０は、より絶縁分離の精度が求められる中央分離溝として、特に有利に適用され得る。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 薄膜太陽電池モジュール、１１ レーザ光源、２０，４０ 加工溝、２２，４２ 側壁、３０ 第一の溝、３１ 底部、３２ 側壁、５０ 第二の溝、５２ 側壁、１００ ガラス基板、１０１ 透明導電膜、１０３ 光電変換層、１０５ 裏面電極膜、１１０，１２０ 集積セルストリング、１５０ ストリング分離溝、Ｌ１ 赤外線レーザ、Ｌ２ 第２高調波レーザ、Ｓ２ ストリング。

Claims (6)

1. 基板上に、直列接続された複数個の光電変換素子を形成する工程と、
   直列接続された複数個の前記光電変換素子にストリング分離溝を形成することによって、複数のストリングを形成する工程と、を備え、
   前記光電変換素子は、透明導電膜と、アモルファスシリコン層と膜厚が３μｍを超える微結晶シリコン層とを含む光電変換層と、裏面電極膜と、をこの順に有し、
   前記ストリングを形成する工程は、第２高調波レーザを用いて前記光電変換層および前記裏面電極膜を除去し、第一の幅を有する第一の溝を形成する工程と、赤外線レーザを用いて前記第一の溝の底部の前記透明導電膜を除去し、前記第一の幅よりも狭い第二の幅を有する第二の溝を形成する工程と、をこの順に含む、薄膜太陽電池の製造方法。
2. 前記第一の溝の側壁と前記第二の溝の側壁との距離は、前記第二の幅の１／２以上である、請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
3. 前記第一の溝は、前記第一の溝の延びる方向に前記第２高調波レーザを複数回走査して形成されており、
   第ｎ回目（ｎは１以上の整数）の前記第２高調波レーザの走査によって第２高調波レーザ加工溝が形成され、
   第（ｎ＋１）回目の前記第２高調波レーザの走査時に、前記第２高調波レーザのビーム径の４０％以上が前記第２高調波レーザ加工溝の外部に照射される、請求項１または請求項２に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
4. 前記第２高調波レーザの走査時に前記アモルファスシリコン層に照射される前記第２高調波レーザの照射面積は０．０１２ｍｍ^２以上である、請求項１から請求項３のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
5. 前記第２高調波レーザの波長は、５０７ｎｍ以上５５７ｎｍ以下である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
6. 前記赤外線レーザの波長は、１０１４ｎｍ以上１１１４ｎｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製造方法。

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