JP2013247165A - Thin-film solar battery module and manufacturing method therefor - Google Patents

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保聡 屋敷
Yasushi Orita
泰 折田
Ken Imamura
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film solar battery module in which management of a manufacturing process is easily performed, and which can achieve superior power generation characteristics with satisfactory reproducibility.SOLUTION: The thin-film solar battery module has a plurality of thin-film solar cells including a surface transparent conductive film, a photoelectric conversion layer formed of a semiconductor layer and a backside metal electrode laminated in this order on a translucent insulating substrate, and has the plurality of the thin-film solar cells electrically connected in series by connecting the backside metal electrode of one of the adjacent thin-film solar cells to the surface transparent conductive film of the other thin-film solar cell. The thin-film solar battery module also has an external lamination region having the same lamination structure as that of the thin-film solar cell formed in a flat region outside a formation region of the thin-film solar cells on the translucent insulating substrate, and has an inspection region in a part of the external lamination region, which is isolated from the other region in the external lamination region by an isolation groove that reaches the translucent insulating substrate from the top face of the backside metal electrode.

Description

本発明は、薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a thin film solar cell module and a method for manufacturing the same.

薄膜太陽電池モジュールにおいては、レーザースクライブにより透明電極膜や半導体層等を分離し、電気的に直列接続された太陽電池を広い面積の基板上に一括して作製する技術が開発されている(たとえば、特許文献1参照)。   In thin-film solar cell modules, a technique has been developed in which transparent electrode films, semiconductor layers, and the like are separated by laser scribing, and solar cells electrically connected in series are collectively manufactured on a large-area substrate (for example, , See Patent Document 1).

また、薄膜太陽電池における光の利用効率を高めるために、光入射側のガラス基板、または透明導電膜に凹凸形状を設けて光を散乱させることにより、発電層内部の光路長を増大させる技術が使用されている。このような凹凸形状を形成する方法として、たとえばガラス基板にサンドブラスト処理またはプラズマ処理を施した後、ウエットエッチング処理を施すことにより、微細な凸凹形状を形成することが考案されている(たとえば、特許文献2参照)。   In addition, in order to increase the light utilization efficiency in the thin-film solar cell, there is a technique for increasing the optical path length inside the power generation layer by scattering the light by providing an uneven shape on the light incident side glass substrate or transparent conductive film. It is used. As a method for forming such a concavo-convex shape, for example, it has been devised to form a fine concavo-convex shape by subjecting a glass substrate to a sand blast treatment or a plasma treatment and then a wet etching treatment (for example, a patent Reference 2).

また、上記の凹凸形状を形成する方法として、平坦なガラス基板上に酸化物からなる透明導電膜を形成し、エッチングにより透明導電膜の表面に凹凸形状を形成することが提案されている(たとえば、特許文献3参照)。   In addition, as a method for forming the uneven shape, it has been proposed to form a transparent conductive film made of an oxide on a flat glass substrate and form the uneven shape on the surface of the transparent conductive film by etching (for example, And Patent Document 3).

また、凹凸表面の支持体の一部に凹凸粗さの小さい層厚測定部位が形成された薄膜太陽電池が提案されている。層厚測定部位は、光電変換領域や集電電極の直下の非光電変換領域に設けることが示されている(たとえば、特許文献4参照)。   In addition, a thin film solar cell has been proposed in which a layer thickness measurement site having a small unevenness is formed on a part of a support having an uneven surface. It has been shown that the layer thickness measurement site is provided in a photoelectric conversion region or a non-photoelectric conversion region directly below the current collecting electrode (see, for example, Patent Document 4).

特許第3436858号公報Japanese Patent No. 3436858 特開2003−69059号公報JP 2003-69059 A 特許第4193960号公報Japanese Patent No. 4193960 国際公開第2010/101116号International Publication No. 2010/101116

しかしながら、従来の薄膜太陽電池モジュールでは、最終製品の検査によって得られる情報は太陽電池の出力特性である。すなわち、製造工程の途中の検査で膜厚を知ることはできたものの、加工プロセスのばらつきや電気的特性の加工条件依存性を知ることは容易でなかった。このため、最終製品の検査においては、発電特性が劣る薄膜太陽電池モジュールが混在しており、歩留まりが低下する、という問題があった。   However, in the conventional thin film solar cell module, the information obtained by the inspection of the final product is the output characteristics of the solar cell. That is, although it was possible to know the film thickness by inspection in the middle of the manufacturing process, it was not easy to know the variation in the machining process and the dependence of the electrical characteristics on the machining conditions. For this reason, in the inspection of the final product, there is a problem that thin film solar cell modules having inferior power generation characteristics are mixed, resulting in a decrease in yield.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造工程の管理を容易に行うことができ、良好な発電特性を再現性良く実現可能な薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and it is possible to easily manage a manufacturing process and obtain a thin film solar cell module capable of realizing good power generation characteristics with high reproducibility and a method for manufacturing the same. Objective.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池モジュールは、透光性絶縁基板上に、表面透明導電膜と半導体層からなる光電変換層と裏面金属電極とをこの順で含む薄膜太陽電池セルを複数備え、隣接する前記薄膜太陽電池セルのうち一方の前記薄膜太陽電池セルの前記裏面金属電極と他方の前記薄膜太陽電池セルの前記表面透明導電膜とが接続されて前記複数の薄膜太陽電池セルが電気的に直列接続された薄膜太陽電池モジュールであって、前記透光性絶縁基板上における前記薄膜太陽電池セルの形成領域外の平坦な領域に前記薄膜太陽電池セルと同じ積層構造が形成された外部積層領域を有し、前記外部積層領域の一部に、前記裏面金属電極の上面から前記透光性絶縁基板に達する分離溝により前記外部積層領域における他の領域と分離された検査領域を備えること、を特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a thin-film solar cell module according to the present invention comprises a light-transmitting insulating substrate, a photoelectric conversion layer composed of a surface transparent conductive film and a semiconductor layer, and a back metal electrode. A plurality of thin-film solar cells included in this order are provided, and the back surface metal electrode of one of the thin-film solar cells among the adjacent thin-film solar cells and the surface transparent conductive film of the other thin-film solar cell are connected A thin film solar cell module in which the plurality of thin film solar cells are electrically connected in series, and the thin film solar cell is formed on a flat region outside the formation region of the thin film solar cell on the translucent insulating substrate. The outer stacked region having the same stacked structure as the battery cell is formed, and the outer product is formed in a part of the outer stacked region by a separation groove that reaches the translucent insulating substrate from the upper surface of the back surface metal electrode. Providing the examination region isolated from other regions in the region, characterized by.

本発明によれば、製造工程の管理を容易に行うことができ、良好な発電特性を有する薄膜太陽電池モジュールが再現性良く得られるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to easily manage the manufacturing process, and it is possible to obtain a thin film solar cell module having good power generation characteristics with good reproducibility.

図1は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the thin-film solar cell module according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図であり、図1のA−A’線に沿った断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the thin-film solar cell module according to Embodiment 1 of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 1. 図3は、薄膜太陽電池モジュールの製造工程を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing manufacturing steps of the thin film solar cell module. 図4は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜太陽電池モジュールにおける検査領域(測定パターン)の一例を示す要部断面斜視図である。FIG. 4 is a cross-sectional perspective view of an essential part showing an example of an inspection region (measurement pattern) in the thin film solar cell module according to Embodiment 1 of the present invention. 図5は、図4におけるB−B’線に沿った断面図の一例であり、光電変換層の半導体層のPN接合の評価に使用できる測定パターン素子の構造の一例を示す断面図である。FIG. 5 is an example of a cross-sectional view taken along line B-B ′ in FIG. 4, and is a cross-sectional view showing an example of the structure of a measurement pattern element that can be used for evaluating the PN junction of the semiconductor layer of the photoelectric conversion layer. 図6は、図4におけるB−B’線に沿った断面図の一例であり、裏面金属電極層と表面透明導電膜とのコンタクト抵抗の評価に使用できる測定パターン素子の構造の一例を示す断面図である。FIG. 6 is an example of a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 4, and is a cross section showing an example of the structure of a measurement pattern element that can be used for evaluating the contact resistance between the back surface metal electrode layer and the front surface transparent conductive film. FIG. 図7は、図4におけるB−B’線に沿った断面図の他の一例であり、裏面金属電極層と表面透明導電膜とのコンタクト抵抗の評価に使用できる測定パターン素子の構造の他の一例を示す断面図である。FIG. 7 is another example of a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. 4, and shows another example of the structure of the measurement pattern element that can be used for evaluating the contact resistance between the back surface metal electrode layer and the surface transparent conductive film. It is sectional drawing which shows an example. 図8は、実施の形態1にかかる薄膜太陽電池モジュールにおける外部積層領域(非光電変換領域1)に形成されてレーザースクライブ装置におけるアライメントに使用する位置測定パターンを示す要部斜視断面図である。FIG. 8 is a perspective cross-sectional view of a main part showing a position measurement pattern formed in the outer laminated region (non-photoelectric conversion region 1) in the thin film solar cell module according to the first embodiment and used for alignment in the laser scribing apparatus. 図9は、図8のC−C’線に沿った断面図の一例である。FIG. 9 is an example of a cross-sectional view taken along line C-C ′ of FIG. 8. 図10は、レーザースクライブ装置におけるアライメントに使用する実施の形態2にかかる他の測定パターンを示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing another measurement pattern according to the second embodiment used for alignment in the laser scribing apparatus. 図11は、図10のD−D’線に沿った断面図の一例である。FIG. 11 is an example of a cross-sectional view taken along line D-D ′ of FIG. 10. 図12は、本発明の実施の形態3にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。FIG. 12: is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the thin film solar cell module concerning Embodiment 3 of this invention. 図13は、本発明の実施の形態3にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程および検査工程を示すフローチャートである。FIG. 13: is a flowchart which shows the manufacturing process and inspection process of a thin film solar cell module concerning Embodiment 3 of this invention. 図14は、結晶化度の異なる微結晶シリコン膜の上に微結晶シリコン膜を形成したときの結晶化度の下地依存性を示す特性図である。FIG. 14 is a characteristic diagram showing the base dependency of crystallinity when a microcrystalline silicon film is formed over microcrystalline silicon films having different crystallinity. 図15は、従来技術による薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。FIG. 15: is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the thin film solar cell module by a prior art. 図16は、従来技術による太陽電池の光学検査時におけるプローブ光の散乱の様子を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic diagram showing how probe light is scattered during optical inspection of a solar cell according to the prior art. 図17は、本発明の実施の形態3にかかる太陽電池モジュール製造時における光学検査時のプローブ光の散乱の様子を示す模式図である。FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a state of scattering of probe light at the time of optical inspection when the solar cell module according to Embodiment 3 of the present invention is manufactured. 図18は、自乗平均面粗さ(RMS)の定義を説明するための模式図である。FIG. 18 is a schematic diagram for explaining the definition of the root mean square roughness (RMS). 図19は、本発明の実施の形態4にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。FIG. 19: is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the thin film solar cell module concerning Embodiment 4 of this invention. 図20は、実施の形態4にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程および検査工程を示すフローチャートである。FIG. 20 is a flowchart illustrating a manufacturing process and an inspection process of the thin-film solar cell module according to the fourth embodiment. 図21は、透明導電膜をレーザーにより加工して平坦化した場合の透明導電膜材料の構造を示す模式図である。FIG. 21 is a schematic diagram showing the structure of the transparent conductive film material when the transparent conductive film is processed and flattened by a laser. 図22は、透明導電膜をレーザーにより加工して平坦化した場合の電流の導電経路を示す模式図である。FIG. 22 is a schematic diagram showing a current conduction path when a transparent conductive film is processed and flattened by a laser. 図23は、本発明の実施の形態5にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を模式的に示す断面図である。FIG. 23: is sectional drawing which shows typically schematic structure of the thin film solar cell module concerning Embodiment 5 of this invention.

以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。   Embodiments of a thin film solar cell module and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜太陽電池モジュール10の概略構成を示す平面図である。図2は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜太陽電池モジュール10の概略構成を示す断面図であり、図1のA−A’線に沿った断面図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a thin-film solar cell module 10 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the thin-film solar cell module 10 according to Embodiment 1 of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

薄膜太陽電池モジュール10は、ガラス基板や樹脂基板などの透光性絶縁基板11上に複数(ここでは7つ)の薄膜太陽電池セル(以下、単にセルという)Cが所定の方向(図中では、左右方向)に電気的に直列に接続されている。すなわち、セルC1〜セルC7が電気的に直列に接続されている。それぞれのセルCは、表面透明導電膜12、光電変換層13、裏面透明導電膜14および裏面金属電極層15が順に積層されて形成されている。あるセルCの表面透明導電膜12は、隣接する一方の(図2では左隣の)セルCの裏面金属電極層15と接続され、裏面金属電極層15は、隣接する他方(図2では右隣の)セルCの表面透明導電膜12と接続される。このような接続により、薄膜太陽電池モジュール10における全てのセルCが電気的に直列に接続されている。   The thin-film solar cell module 10 has a plurality of (herein, seven) thin-film solar cells (hereinafter simply referred to as cells) C arranged in a predetermined direction (in the figure) on a translucent insulating substrate 11 such as a glass substrate or a resin substrate. , In the left-right direction). That is, the cells C1 to C7 are electrically connected in series. Each cell C is formed by sequentially laminating a surface transparent conductive film 12, a photoelectric conversion layer 13, a back transparent conductive film 14, and a back metal electrode layer 15. The surface transparent conductive film 12 of a certain cell C is connected to the back metal electrode layer 15 of one adjacent cell C (the left adjacent in FIG. 2), and the back metal electrode layer 15 is connected to the other adjacent (right in FIG. 2) It is connected to the surface transparent conductive film 12 of the adjacent cell C. With such connection, all the cells C in the thin film solar cell module 10 are electrically connected in series.

また、薄膜太陽電池モジュール10の一端辺(図1、図2では左端)側のセルC1の横は非光電変換領域1とされている。非光電変換領域1は、透光性絶縁基板11上にセルCと同じ積層構造が形成されており、その一部に検査領域である測定パターン素子2が配置されている。測定パターン素子2を含む非光電変換領域1の領域の積層構造の裏面金属電極層15上には、取り出し電極である表面電極層側バスバー電極21が形成されている。したがって、測定パターン素子2は、表面電極層側バスバー電極21の下部領域に形成されている。   Further, the side of the cell C1 on one end side (left end in FIGS. 1 and 2) of the thin film solar cell module 10 is a non-photoelectric conversion region 1. In the non-photoelectric conversion region 1, the same stacked structure as the cell C is formed on the translucent insulating substrate 11, and the measurement pattern element 2 that is an inspection region is arranged in a part thereof. On the back surface metal electrode layer 15 having a laminated structure of the non-photoelectric conversion region 1 including the measurement pattern element 2, a front electrode layer-side bus bar electrode 21 serving as an extraction electrode is formed. Therefore, the measurement pattern element 2 is formed in the lower region of the front electrode layer side bus bar electrode 21.

また、薄膜太陽電池モジュール10の他端辺(図1、図2では右端)側のセルC7の裏面金属電極層15上には、取り出し電極である裏面電極層側バスバー電極22が形成されている。なお、図1においては、表面電極層側バスバー電極21および裏面電極層側バスバー電極22の記載を省略している。   Further, on the back surface metal electrode layer 15 of the cell C7 on the other end side (the right end in FIGS. 1 and 2) side of the thin film solar cell module 10, a back electrode layer side bus bar electrode 22 as an extraction electrode is formed. . In FIG. 1, illustration of the front electrode layer side bus bar electrode 21 and the back electrode layer side bus bar electrode 22 is omitted.

薄膜太陽電池モジュール10において、裏面電極層側バスバー電極22の下の領域(セルC7)は発電に寄与している。しかし、表面電極層側バスバー電極21は、隣接するセルC1の表面透明導電膜12と金属電極層3を介して電気的に直接接続されている。したがって、表面電極層側バスバー電極21の下の領域はどのような形状となっていても薄膜太陽電池モジュール10の出力に影響を与えないことが分かる。このため、薄膜太陽電池モジュール10では、表面電極層側バスバー電極21の下の領域は非光電変換領域1となっている。   In the thin film solar cell module 10, the region (cell C7) under the back electrode layer side bus bar electrode 22 contributes to power generation. However, the surface electrode layer-side bus bar electrode 21 is electrically directly connected to the surface transparent conductive film 12 of the adjacent cell C <b> 1 via the metal electrode layer 3. Therefore, it can be seen that the area under the front electrode layer side bus bar electrode 21 does not affect the output of the thin-film solar cell module 10 in any shape. For this reason, in the thin film solar cell module 10, the area | region under the surface electrode layer side bus-bar electrode 21 is the non-photoelectric conversion area | region 1. FIG.

そこで、このような表面電極層側バスバー電極21の構造の特徴を利用し、表面電極層側バスバー電極21の下の領域にセルCと電気的に独立した電気的評価用の検査領域として測定パターン素子2を配置することによって、電極層の導電率やPN接合の評価、レーザースクライブ工程の仕上がり状態、表面透明導電膜12と裏面金属電極層15とのコンタクト抵抗等を詳細に評価することができる。   Therefore, the measurement pattern is used as an inspection region for electrical evaluation that is electrically independent of the cell C in the region below the surface electrode layer-side busbar electrode 21 by utilizing the feature of the structure of the surface electrode layer-side busbar electrode 21. By disposing the element 2, it is possible to evaluate in detail the conductivity of the electrode layer, the evaluation of the PN junction, the finished state of the laser scribing process, the contact resistance between the surface transparent conductive film 12 and the back surface metal electrode layer 15, and the like. .

図3は、薄膜太陽電池モジュールの製造工程を示すフローチャートである。以下、図3を参照して一般的な薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明する。まず、ガラス基板等の透光性絶縁基板11を洗浄する(ステップS10)。つぎに、表面透明導電膜12になる透明導電膜を透光性絶縁基板11上に成膜する(ステップS20)。透明導電膜には、たとえば酸化スズや酸化亜鉛、酸化インジウムなどの300〜400nm以上の波長の光に対して透光性を有し且つシート抵抗が10〜20Ω/□以下の低抵抗な材料が用いられる。透明導電膜の形成にはたとえばスパッタリング法や、プラズマCVD(chemical vapor deposition:化学気相成長法)法、MO−CVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長法)法、蒸着法、塗布法等が用いられる。   FIG. 3 is a flowchart showing manufacturing steps of the thin film solar cell module. Hereinafter, a manufacturing process of a general thin film solar cell module will be described with reference to FIG. First, the translucent insulating substrate 11 such as a glass substrate is cleaned (step S10). Next, a transparent conductive film that becomes the surface transparent conductive film 12 is formed on the translucent insulating substrate 11 (step S20). The transparent conductive film is made of, for example, a low-resistance material such as tin oxide, zinc oxide, or indium oxide that has translucency with respect to light having a wavelength of 300 to 400 nm or more and has a sheet resistance of 10 to 20Ω / □ or less. Used. For forming a transparent conductive film, for example, sputtering, plasma CVD (chemical vapor deposition), MO-CVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), vapor deposition, coating Laws are used.

つぎに、透明導電膜が形成された透光性絶縁基板11をエッチング剤が含有された水溶液中に浸すことにより透明導電膜をエッチングし、該透明導電膜の表面にテクスチャ構造として凹凸形状を形成する(ステップS30)。酸化亜鉛からなる透明導電膜に対しては、エッチング剤として燐酸、酢酸等が用いられる。酸化インジウムや酸化スズからなる透明導電膜に対しては、エッチング剤として硫酸、塩酸、王水、燐酸、臭化水素酸等が用いられる。   Next, the transparent conductive film is etched by immersing the translucent insulating substrate 11 on which the transparent conductive film is formed in an aqueous solution containing an etching agent, thereby forming an uneven shape as a texture structure on the surface of the transparent conductive film. (Step S30). For the transparent conductive film made of zinc oxide, phosphoric acid, acetic acid or the like is used as an etching agent. For a transparent conductive film made of indium oxide or tin oxide, sulfuric acid, hydrochloric acid, aqua regia, phosphoric acid, hydrobromic acid or the like is used as an etching agent.

つぎに、透明導電膜の一部を透光性絶縁基板11の長手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、透明導電膜を短冊状にパターニングし、複数の表面透明導電膜12に分離する。透明導電膜のパターニングは、レーザースクライブ法により、透光性絶縁基板11の長手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板11に達するストライプ状の第1の溝を形成することで行う(ステップS40)。   Next, a part of the transparent conductive film is cut and removed in a stripe shape in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the translucent insulating substrate 11, and the transparent conductive film is patterned into a strip shape, and a plurality of surface transparent conductive films 12 is separated. The transparent conductive film is patterned by forming a first stripe-shaped groove extending in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the translucent insulating substrate 11 and reaching the translucent insulating substrate 11 by a laser scribing method. (Step S40).

つぎに、第1の溝を含む表面透明導電膜12上に光電変換層13となる半導体層を成膜する(ステップS50)。各セルCでは、透光性絶縁基板11側からp型半導体層、i型半導体層、n型半導体層の3つの半導体層が積層された光電変換層13が1つの太陽電池素子として動作する。単層薄膜太陽電池では、上記半導体層の組み合わせの光電変換層13が1組、積層型薄膜太陽電池では複数組が積層される。この3つの半導体層はなるべくその内部に意図しない不純物(ゴミや想定外の元素)が入らないように、清浄な真空中で連続して形成されることが好ましい。   Next, a semiconductor layer to be the photoelectric conversion layer 13 is formed on the surface transparent conductive film 12 including the first groove (step S50). In each cell C, the photoelectric conversion layer 13 in which three semiconductor layers of a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer are stacked from the light-transmitting insulating substrate 11 side operates as one solar cell element. In the single-layer thin film solar cell, one set of the photoelectric conversion layers 13 of the combination of the semiconductor layers is stacked, and in the stacked thin film solar cell, a plurality of sets are stacked. The three semiconductor layers are preferably formed continuously in a clean vacuum so that unintended impurities (dust and unexpected elements) do not enter the semiconductor layers as much as possible.

単層薄膜太陽電池では、p型半導体層としてアモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファス酸化シリコン、微結晶シリコン、微結晶シリコンカーバイド、微結晶酸化シリコン等が、プラズマCVD法、ホットワイヤーCVD法等によって形成される。i型半導体層には、アモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファス酸化シリコン、アモルファスシリコンゲルマニウム等が、プラズマCVD法、ホットワイヤーCVD法等によって形成される。n型半導体層には、アモルファスシリコン、微結晶シリコン等が、プラズマCVD法、ホットワイヤーCVD法等によって形成される。   In single-layer thin-film solar cells, amorphous silicon, amorphous silicon carbide, amorphous silicon oxide, microcrystalline silicon, microcrystalline silicon carbide, microcrystalline silicon oxide, etc. are formed as a p-type semiconductor layer by plasma CVD, hot wire CVD, etc. Is done. In the i-type semiconductor layer, amorphous silicon, amorphous silicon carbide, amorphous silicon oxide, amorphous silicon germanium, or the like is formed by a plasma CVD method, a hot wire CVD method, or the like. In the n-type semiconductor layer, amorphous silicon, microcrystalline silicon, or the like is formed by a plasma CVD method, a hot wire CVD method, or the like.

積層型薄膜太陽電池は、前記の単層薄膜太陽電池に使用される半導体層の上に、i型半導体層がアモルファスシリコンゲルマニウム、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、微結晶ゲルマニウム等からなる太陽電池素子を1つ以上積層させた構造となる。積層型薄膜太陽電池の場合には、さらに各太陽電池素子の間に中間層と呼ばれる光学設計のための半透明層を挿入する場合もある。この中間層は、たとえば微結晶酸化シリコンや酸化亜鉛、酸化スズ等からなり、一部の入射光を前方に反射し、残りの光を後方へ透過する特性を有する。   The stacked thin film solar cell is a solar cell in which the i-type semiconductor layer is made of amorphous silicon germanium, microcrystalline silicon, microcrystalline silicon germanium, microcrystalline germanium, or the like on the semiconductor layer used in the single-layer thin film solar cell. It has a structure in which one or more elements are stacked. In the case of a laminated thin film solar cell, a semitransparent layer for optical design called an intermediate layer may be inserted between the solar cell elements. This intermediate layer is made of, for example, microcrystalline silicon oxide, zinc oxide, tin oxide or the like, and has a characteristic of reflecting some incident light forward and transmitting the remaining light backward.

つぎに、表面電極層形成と同様の材料および方法によって、光電変換層13上に裏面透明導電膜14を形成する(ステップS60)。このとき、裏面透明導電膜14は、裏面金属電極層15に使用される金属が光電変換層13の半導体層中に拡散するのを防ぐ役割がある。   Next, the back transparent conductive film 14 is formed on the photoelectric conversion layer 13 by the same material and method as those for forming the front electrode layer (step S60). At this time, the back transparent conductive film 14 has a role of preventing the metal used for the back metal electrode layer 15 from diffusing into the semiconductor layer of the photoelectric conversion layer 13.

つぎに、光電変換層13および裏面透明導電膜14に、表面透明導電膜12と同様にレーザースクライブによってパターニングを施す(ステップS70)。すなわち、光電変換層13および裏面透明導電膜14の一部を透光性絶縁基板11の長手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、光電変換層13および裏面透明導電膜14を短冊状にパターニングし、分離する。このパターニングは、第1の溝と異なる箇所に、透光性絶縁基板11の長手方向と略平行な方向に延在して表面透明導電膜12に達するストライプ状の第2の溝(接続溝)を形成することで行う。   Next, the photoelectric conversion layer 13 and the back surface transparent conductive film 14 are patterned by laser scribing similarly to the front surface transparent conductive film 12 (step S70). That is, a part of the photoelectric conversion layer 13 and the back surface transparent conductive film 14 is cut and removed in a stripe shape in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the translucent insulating substrate 11, so that the photoelectric conversion layer 13 and the back surface transparent conductive film 14 are removed. Are patterned into strips and separated. This patterning is performed in a striped second groove (connection groove) that extends in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the translucent insulating substrate 11 and reaches the surface transparent conductive film 12 at a location different from the first groove. This is done by forming

つぎに、第2の溝(接続溝)内および裏面透明導電膜14上に裏面金属電極層15を形成する(ステップS80)。裏面金属電極層15はたとえばスパッタリング法などにより、銀、アルミニウム、チタン等の金属により形成される。このとき、第2の溝(接続溝)の内壁に沿って裏面金属電極層15が形成される条件で裏面金属電極層15を形成する。これにより、第2の溝(接続溝)の内壁に裏面金属電極層15が被覆されて、裏面透明導電膜14上の裏面金属電極層15と表面透明導電膜12との電気的な接続が確保される。   Next, the back surface metal electrode layer 15 is formed in the second groove (connection groove) and on the back surface transparent conductive film 14 (step S80). Back metal electrode layer 15 is formed of a metal such as silver, aluminum, or titanium by, for example, sputtering. At this time, the back surface metal electrode layer 15 is formed under the condition that the back surface metal electrode layer 15 is formed along the inner wall of the second groove (connection groove). Thereby, the inner surface of the second groove (connection groove) is covered with the back surface metal electrode layer 15, and electrical connection between the back surface metal electrode layer 15 on the back surface transparent conductive film 14 and the surface transparent conductive film 12 is ensured. Is done.

つぎに、裏面金属電極層15、裏面透明導電膜14、光電変換層13の一部を透光性絶縁基板11の長手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して短冊状にパターニングして複数のセルCに分離する。パターニングは、レーザースクライブ法により、第1の溝および第2の溝(接続溝)とは異なる箇所に、透光性絶縁基板11の長手方向と略平行な方向に延在して表面透明導電膜12に達するストライプ状の第3の溝(分離溝)を形成することで行う(ステップS90)。以上により、電気的に直列接続された各セルCが形成される。   Next, a part of the back surface metal electrode layer 15, the back surface transparent conductive film 14, and the photoelectric conversion layer 13 is cut and removed in a stripe shape in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the translucent insulating substrate 11 and patterned into a strip shape. Then, it is separated into a plurality of cells C. The surface transparent conductive film is patterned by a laser scribing method, extending in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the translucent insulating substrate 11 at a location different from the first groove and the second groove (connection groove). This is performed by forming a striped third groove (separation groove) reaching 12 (step S90). Thus, the cells C electrically connected in series are formed.

最後に、モジュール化工程を実施する。すなわち、アルミニウムや銅からなるバスバー電極をはんだや超音波加工、導電性接着剤等で両端のセルCの電流引き出し部に接続して、封止材、バックシート、フレームによりモジュール化する(ステップS100)。上述したように、前記の各工程の間には、透光性絶縁基板11内の太陽電池素子を直列接続するためのレーザースクライブやメカニカルスクライブによる分離工程が行われる。   Finally, a modularization process is performed. That is, the bus bar electrode made of aluminum or copper is connected to the current drawing portion of the cell C at both ends by solder, ultrasonic processing, conductive adhesive or the like, and is modularized by a sealing material, a back sheet, and a frame (step S100). ). As described above, a separation step by laser scribe or mechanical scribe for connecting the solar cell elements in the translucent insulating substrate 11 in series is performed between the above steps.

以上のような製造フローの実施後には、縦長の短冊状に配置された各セルCが電気的に直列接続された薄膜太陽電池モジュールが形成されている。ここで、形成された各セルCを用いてセルCの電気的評価をする場合には、直列接続された隣接するセルCの影響や、縦長に形成された表面透明導電膜12および裏面金属電極層15の抵抗値の影響が大きくなり、光電変換層13の半導体層の解析が十分に行えない。また、表面透明導電膜12および裏面金属電極層15との接続部分のコンタクト抵抗の評価を行うことはできない。   After execution of the manufacturing flow as described above, a thin film solar cell module in which the cells C arranged in a vertically long strip shape are electrically connected in series is formed. Here, when electrical evaluation of the cell C is performed using each formed cell C, the influence of the adjacent cells C connected in series, the vertically transparent front surface conductive film 12 and the back surface metal electrode The influence of the resistance value of the layer 15 becomes large, and the semiconductor layer of the photoelectric conversion layer 13 cannot be sufficiently analyzed. Further, the contact resistance of the connection portion between the front transparent conductive film 12 and the back metal electrode layer 15 cannot be evaluated.

そこで、本実施の形態では、図3の製造フローにおいて、透明導電膜のエッチング(ステップS30)の後、裏面透明導電膜形成(ステップS70)の後、裏面電極形成(ステップS90)の後に行われるレーザースクライブ工程(ステップS40、ステップS70、ステップS90)における各層の加工時に、電気特性を測定する評価用素子を非光電変換領域1に形成する。すなわち、図4に示すように、透光性絶縁基板11上におけるセルCの形成領域の外部領域であって薄膜太陽電池モジュール10の一端辺側のセルC1の横の非光電変換領域1に、セルCと同じ積層構造が形成された外部積層領域を設け、該外部積層領域の積層膜を小領域に切り出して電気的に独立した評価用のパターンである検査領域として測定パターン素子2を形成することで、評価用素子を設置する。図4は、実施の形態1にかかる薄膜太陽電池モジュール10における測定パターン素子2の一例を示す要部断面斜視図である。測定パターン素子2は、裏面金属電極層15の上面から透光性絶縁基板11に達する分離溝31により、外部積層領域(非光電変換領域1)における他の領域と分離されている。したがって、評価用素子は、外部積層領域(非光電変換領域1)における他の領域と電気的に分離されている。   Therefore, in the present embodiment, in the manufacturing flow of FIG. 3, the transparent conductive film is etched (step S30), the back transparent conductive film is formed (step S70), and the back electrode is formed (step S90). At the time of processing each layer in the laser scribing process (step S40, step S70, step S90), an evaluation element for measuring electrical characteristics is formed in the non-photoelectric conversion region 1. That is, as shown in FIG. 4, in the non-photoelectric conversion region 1 next to the cell C1 on the one end side of the thin-film solar cell module 10, which is outside the formation region of the cell C on the translucent insulating substrate 11. An external laminated region in which the same laminated structure as that of the cell C is formed is provided, and the laminated film in the external laminated region is cut into small regions, and the measurement pattern element 2 is formed as an inspection region which is an electrically independent evaluation pattern. Thus, an evaluation element is installed. FIG. 4 is a main-part cross-sectional perspective view showing an example of the measurement pattern element 2 in the thin-film solar cell module 10 according to the first embodiment. The measurement pattern element 2 is separated from other regions in the outer stacked region (non-photoelectric conversion region 1) by a separation groove 31 reaching the translucent insulating substrate 11 from the upper surface of the back surface metal electrode layer 15. Therefore, the evaluation element is electrically separated from the other regions in the outer laminated region (non-photoelectric conversion region 1).

測定パターン素子2の構造は種々考えられ、図4では、その一例を示している。また、図5は、図4におけるB−B’線に沿った断面図の一例であり、光電変換層13の半導体層のPN接合の評価に使用できる測定パターン素子2の構造の一例を示す断面図である。また、図6は、図4におけるB−B’線に沿った断面図の一例であり、裏面金属電極層15と表面透明導電膜12とのコンタクト抵抗の評価に使用できる測定パターン素子2の構造の一例を示す断面図である。   Various structures of the measurement pattern element 2 can be considered, and FIG. 4 shows an example thereof. FIG. 5 is an example of a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. 4, and is a cross-section illustrating an example of the structure of the measurement pattern element 2 that can be used for evaluating the PN junction of the semiconductor layer of the photoelectric conversion layer 13. FIG. FIG. 6 is an example of a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 4, and the structure of the measurement pattern element 2 that can be used for evaluating the contact resistance between the back surface metal electrode layer 15 and the surface transparent conductive film 12. It is sectional drawing which shows an example.

評価用の測定パターン素子2を構成する各層は、セルCと同一の工程で積層される。そして、分離溝31を含む測定パターン素子2を形成するための溝の加工は上述したセルCの形成工程において同時に行われる。このため、測定パターン素子2を形成するためのマスク形成やエッチングなどの追加工程は必要ない。   Each layer constituting the measurement pattern element 2 for evaluation is laminated in the same process as the cell C. And the process of the groove | channel for forming the measurement pattern element 2 containing the isolation | separation groove | channel 31 is performed simultaneously in the formation process of the cell C mentioned above. For this reason, an additional process such as mask formation or etching for forming the measurement pattern element 2 is not necessary.

また、測定パターン素子2は、裏面金属電極層15の上面から透光性絶縁基板11に達して測定パターン素子2内の光電変換層13から裏面金属電極層15までの層を複数の小領域、すなわち測定部2aと測定部2bとに分割する分離溝32が形成されている。分離溝32の加工は上述したセルCの形成工程において同時に行われる。このため、測定パターン素子2を形成するためのマスク形成やエッチングなどの追加工程は必要ない。   Further, the measurement pattern element 2 reaches the translucent insulating substrate 11 from the upper surface of the back surface metal electrode layer 15, and the layers from the photoelectric conversion layer 13 to the back surface metal electrode layer 15 in the measurement pattern element 2 are divided into a plurality of small regions, That is, a separation groove 32 that is divided into the measurement unit 2a and the measurement unit 2b is formed. The processing of the separation groove 32 is simultaneously performed in the above-described process of forming the cell C. For this reason, an additional process such as mask formation or etching for forming the measurement pattern element 2 is not necessary.

図5に示す測定パターン素子2の場合は、半導体層のPN接合に対して最も近い電極層を用いて半導体層を縦方向(積層方向)に流れる電流を測定することで電気的特性を評価できるため、ダイオード特性や、C−V(capacitance voltage、容量-電圧)測定による接合容量の変化を計測し、p型半導体層、n型半導体層のドーピング濃度や、i型半導体層中の空乏層領域幅を評価することが可能である。PN層のC−V測定は、階段接合モデルで表される(式1)。このため、測定結果を式1で解析することにより、半導体層各層のドーピング濃度や、拡散電位の数値を評価することができる。   In the case of the measurement pattern element 2 shown in FIG. 5, the electrical characteristics can be evaluated by measuring the current flowing in the semiconductor layer in the vertical direction (stacking direction) using the electrode layer closest to the PN junction of the semiconductor layer. Therefore, the change in junction capacitance due to diode characteristics and CV (capacitance voltage) measurement is measured, the doping concentration of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, and the depletion layer region in the i-type semiconductor layer It is possible to evaluate the width. The CV measurement of the PN layer is expressed by a step junction model (Formula 1). For this reason, by analyzing the measurement result using Equation 1, the doping concentration of each semiconductor layer and the numerical value of the diffusion potential can be evaluated.

Figure 2013247165
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また、光を照射しない場合のセルCの電流電圧特性は、ダイオードの式(式2)とシリーズ抵抗、シャント抵抗を用いた等価回路で表せる。   Further, the current-voltage characteristic of the cell C when no light is irradiated can be expressed by an equivalent circuit using a diode equation (Equation 2), a series resistor, and a shunt resistor.

Figure 2013247165
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この場合、飽和電流が小さいほど素子の接合界面での再結合が少なく、良好なダイオードを形成しているといえる。また、ダイオード因子の値もダイオードでの再結合電流を反映するため、半導体層の製造条件の管理に用いることができる。   In this case, it can be said that the smaller the saturation current, the smaller the recombination at the junction interface of the elements, and the better the diode. In addition, since the value of the diode factor reflects the recombination current in the diode, it can be used for managing the manufacturing conditions of the semiconductor layer.

これらは、太陽電池の電圧、曲線因子を決定する重要なパラメータであるが、モジュールで行うには、一つのセルの面積が大きすぎるため、電極層の抵抗の影響が大きく、従来は正しく評価できなかった。   These are important parameters that determine the voltage and fill factor of the solar cell. However, since the area of a single cell is too large for a module, the influence of the resistance of the electrode layer is large. There wasn't.

これに対して、本実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュール10では、非光電変換領域1に、セルCと同じ積層構造が形成された外部積層領域を設け、該外部積層領域に小面積の測定パターン素子2を設けているため、電極層の抵抗の影響を抑制してセルCの電気特性を正しく測定、評価することができる。一つの測定用の電極サイズ、すなわち1つの測定パターン素子2の大きさはおおよそ3mm角以上あればよく、好ましくは表面電極層側バスバー電極21の設置領域に収まるサイズの5mm角程度がよい。   On the other hand, in the thin film solar cell module 10 according to the present embodiment, the non-photoelectric conversion region 1 is provided with an external stacked region in which the same stacked structure as the cell C is formed, and a small area measurement is performed in the external stacked region. Since the pattern element 2 is provided, it is possible to correctly measure and evaluate the electric characteristics of the cell C while suppressing the influence of the resistance of the electrode layer. The size of one measurement electrode, that is, the size of one measurement pattern element 2 may be approximately 3 mm square or more, and preferably about 5 mm square that fits in the installation region of the surface electrode layer side bus bar electrode 21.

また、図6に示す測定パターン素子2においては、隣り合う裏面金属電極層15同士が表面透明導電膜12と2箇所で接触して電気的に繋がっている。このときの隣り合う裏面金属電極層間の抵抗Releは式3で表される。   In the measurement pattern element 2 shown in FIG. 6, the adjacent back surface metal electrode layers 15 are in contact with and electrically connected to the surface transparent conductive film 12 at two locations. The resistance Rele between the adjacent back surface metal electrode layers at this time is expressed by Equation 3.

Figure 2013247165
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さらに、図7に示すように、裏面金属電極層15と表面透明導電膜12とが接触する2点間の距離を図6と変えたパターンを同時に配置して連立方程式を解くことで、表面透明導電膜12の抵抗Rtcoを算出することができる。図7は、図4におけるB−B’線に沿った断面図の他の一例であり、裏面金属電極層15と表面透明導電膜12とのコンタクト抵抗の評価に使用できる測定パターン素子2の構造の他の一例を示す断面図である。   Furthermore, as shown in FIG. 7, by simultaneously arranging a pattern in which the distance between two points where the back surface metal electrode layer 15 and the surface transparent conductive film 12 are in contact with those in FIG. The resistance Rtco of the conductive film 12 can be calculated. FIG. 7 is another example of a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 4, and the structure of the measurement pattern element 2 that can be used for evaluating the contact resistance between the back surface metal electrode layer 15 and the surface transparent conductive film 12. It is sectional drawing which shows another example.

一般的に金属電極の抵抗値は、金属電極と透明導電膜とのコンタクト抵抗や透明導電膜に比べて非常に小さい。このため、隣り合う裏面金属電極層間の抵抗Releは無視できるとすると、式3は式4に近似され、先に算出した表面透明導電膜12の抵抗Rtcoを代入することで、コンタクト抵抗Rcontを算出することができる。   In general, the resistance value of a metal electrode is very small compared to the contact resistance between the metal electrode and the transparent conductive film or the transparent conductive film. Therefore, if the resistance Rele between the adjacent backside metal electrode layers can be ignored, Equation 3 is approximated to Equation 4, and the contact resistance Rcont is calculated by substituting the previously calculated resistance Rtco of the surface transparent conductive film 12. can do.

Figure 2013247165
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このコンタクト抵抗Rcontは、レーザースクライブ工程による表面透明導電膜12へのダメージや、加工サイズの変動、裏面金属電極層15の加工孔(第2の溝(接続溝))に対するカバレッジ(被覆状態)により変化するため、レーザースクライブ工程、裏面金属電極層15形成工程の評価が可能となる。このコンタクト抵抗Rcontを測定する測定パターン素子2の構造においては、裏面金属電極層15と表面透明導電膜12との接触位置間の距離を大きく動かした方が誤差が少なくなるため、長方形のパターンを用いてもよい。   This contact resistance Rcont is caused by damage to the surface transparent conductive film 12 due to the laser scribing process, variation in processing size, and coverage (covering state) with respect to the processing hole (second groove (connection groove)) of the back surface metal electrode layer 15. Since it changes, evaluation of a laser scribing process and a back surface metal electrode layer 15 formation process is attained. In the structure of the measurement pattern element 2 for measuring the contact resistance Rcont, the error is reduced when the distance between the contact positions of the back surface metal electrode layer 15 and the front surface transparent conductive film 12 is largely changed. It may be used.

コンタクト抵抗Rcontが所定の規定値より大きくなった場合は、光電変換層13の半導体層をスクライブする際のレーザーパワーが強すぎることにより、表面透明導電膜12にダメージが生じている。この場合には、レーザースクライブのフォーカス位置やパワー密度を下げることで、コンタクト抵抗Rcontを規定値へ戻すことができる。また、電流電圧特性が一次直線で近似できない場合は、表面透明導電膜12と裏面金属電極層15の間に半導体層が残って電気的な障壁となっている。この場合には、レーザースクライブのパワー密度を上げるように製造工程の条件を選択することで、表面透明導電膜12と裏面金属電極層15の間の半導体層の残存を無くすことができる。   When the contact resistance Rcont is larger than a predetermined specified value, the surface transparent conductive film 12 is damaged because the laser power when the semiconductor layer of the photoelectric conversion layer 13 is scribed is too strong. In this case, the contact resistance Rcont can be returned to the specified value by lowering the focus position and power density of the laser scribe. When the current-voltage characteristics cannot be approximated by a linear line, a semiconductor layer remains between the front transparent conductive film 12 and the back metal electrode layer 15 to form an electrical barrier. In this case, the semiconductor layer remaining between the front transparent conductive film 12 and the back metal electrode layer 15 can be eliminated by selecting the manufacturing process conditions so as to increase the power density of the laser scribe.

これらの評価を、より簡易に正確に行うためには、上記測定パターン素子2を平坦な基板上に形成することが好ましい。大きな凹凸形状を有する表面透明導電膜12上に形成した測定パターン素子2に電圧を印加した際には、凸部の頂点に電界が集中するため、測定パターン素子2を破壊して式1では表せない複雑なCV特性が測定されることがある。これを防ぐためには、理想状態に近い平坦な基板上に測定パターン素子2を形成するとよい。   In order to perform these evaluations more easily and accurately, it is preferable to form the measurement pattern element 2 on a flat substrate. When a voltage is applied to the measurement pattern element 2 formed on the surface transparent conductive film 12 having a large concavo-convex shape, the electric field concentrates at the apex of the convex portion, so that the measurement pattern element 2 is destroyed and expressed in Equation 1. No complex CV characteristics may be measured. In order to prevent this, the measurement pattern element 2 is preferably formed on a flat substrate close to an ideal state.

たとえば、図2の製造フローにおいて、透光性絶縁基板11上に透明導電膜を成膜した後に、透光性絶縁基板11上の外部積層領域(非光電変換領域1)における表面電極層側バスバー電極21の配置位置を保護フィルムやテープ等でマスクしてからエッチングして凹凸形状を形成する。これにより、透明導電膜の一部(測定パターン素子2における表面透明導電膜12)に平坦部を残しつつ、発電部(セルC)の表面透明導電膜12には凹凸形状を形成することができる。   For example, in the manufacturing flow of FIG. 2, after forming a transparent conductive film on the translucent insulating substrate 11, the surface electrode layer side bus bar in the outer laminated region (non-photoelectric conversion region 1) on the translucent insulating substrate 11. Masking the arrangement position of the electrode 21 with a protective film, tape, or the like, and then etching to form an uneven shape. Thereby, an uneven | corrugated shape can be formed in the surface transparent conductive film 12 of an electric power generation part (cell C), leaving a flat part in a part (surface transparent conductive film 12 in the measurement pattern element 2) of a transparent conductive film. .

透明導電膜に凹凸形状を形成する手法としては、大きく分けてドライプロセスとウェットプロセスとが挙げられる。まず、ドライプロセスによって加工する場合について説明する。ドライプロセスとは、気体との化学反応や、分子等との物理的な接触によって表面を加工するプロセスである。この場合、気体や分子が透明導電膜の表面に接触しないようにすれば平坦な表面が得られる。   As a method for forming a concavo-convex shape in a transparent conductive film, a dry process and a wet process can be roughly classified. First, the case where it processes by a dry process is demonstrated. The dry process is a process in which a surface is processed by chemical reaction with a gas or physical contact with molecules. In this case, a flat surface can be obtained by preventing gas and molecules from coming into contact with the surface of the transparent conductive film.

ブラスト処理や、アルゴンイオンによるプラズマエッチングのように、表面に細かな物質・分子を当てることにより物理的に加工する場合は、これらの飛来を遮る板等のマスクを透明導電膜の前面に配置することにより、透明導電膜の表面に平坦面が得られる。   When physical processing is performed by applying fine substances or molecules to the surface, such as blasting or plasma etching with argon ions, a mask such as a plate that blocks these flying is placed on the front surface of the transparent conductive film. Thereby, a flat surface is obtained on the surface of the transparent conductive film.

四炭化フッ素等のフッ素系化合物ガス、水素、炭化水素等の気体と透明導電膜との化学反応の場合は、活性状態の上記気体の分子が透明導電膜の表面に到達すると化学反応により表面が加工される(たとえば参考文献:『特願2008−161341号公報』参照)。したがって、圧力が低い等、反応種の寿命が長くなる加工条件によっては、透明導電膜の表面にマスクを置くだけでは、反応性の気体が回り込んで透明導電膜の表面が意図せず加工されてしまう可能性がある。このような場合には、粘着フィルムやテープのような、保護したい面に密着するマスクを用意する必要がある。   In the case of a chemical reaction between a gas such as fluorine-containing compound gas such as tetrafluorocarbon, hydrogen, or hydrocarbon and a transparent conductive film, the surface of the gas is activated by the chemical reaction when the active gas molecules reach the surface of the transparent conductive film. (For example, see Reference: “Japanese Patent Application No. 2008-161341”). Therefore, depending on the processing conditions that increase the lifetime of the reactive species, such as low pressure, the reactive gas can enter the surface of the transparent conductive film unintentionally by simply placing a mask on the surface of the transparent conductive film. There is a possibility that. In such a case, it is necessary to prepare a mask that adheres to the surface to be protected, such as an adhesive film or a tape.

つぎに、ウェットプロセスによって加工する場合について説明する。ウェットプロセスは、エッチング剤を含む水溶液中に透明導電膜の形成された基板を浸すことによって加工する方法である。酸化亜鉛からなる透明導電膜に対しては、エッチング剤として燐酸、酢酸等が用いられる。酸化インジウムや酸化スズからなる透明導電膜に対しては、エッチング剤として硫酸、塩酸、王水、燐酸、臭化水素酸等が用いられる。   Next, the case of processing by a wet process will be described. The wet process is a method of processing by immersing a substrate on which a transparent conductive film is formed in an aqueous solution containing an etching agent. For the transparent conductive film made of zinc oxide, phosphoric acid, acetic acid or the like is used as an etching agent. For a transparent conductive film made of indium oxide or tin oxide, sulfuric acid, hydrochloric acid, aqua regia, phosphoric acid, hydrobromic acid or the like is used as an etching agent.

基板を水溶液に浸すため、前記の気体の化学反応を利用した場合と同様に、水溶液の回りこみによる意図しないエッチングが起こりやすい。したがって、ウェットプロセスの場合も、平坦部に密着して保護できる、酸などの化学薬品に対して耐性のある保護シート等をマスクとして使用する必要がある。   Since the substrate is immersed in the aqueous solution, unintended etching due to the wraparound of the aqueous solution is likely to occur as in the case of using the chemical reaction of the gas. Therefore, also in the case of a wet process, it is necessary to use as a mask a protective sheet or the like that can be in close contact with the flat portion and is resistant to chemicals such as acids.

上述したように、実施の形態1においては、電気的評価用素子として、セルCの形成領域の外部領域であって薄膜太陽電池モジュール10の非光電変換領域1における表面電極層側バスバー電極21の下部領域に、セルCと電気的に独立した電気的評価用の測定パターン素子2が形成される。この電気的評価用素子を用いて各種電気的特性を測定することにより、電極層の導電率やPN接合の評価、レーザースクライブ工程の仕上がり状態、表面透明導電膜12と裏面金属電極層15とのコンタクト抵抗等の電気的特性を詳細に評価することができる。   As described above, in the first embodiment, as the electrical evaluation element, the surface electrode layer-side busbar electrode 21 in the non-photoelectric conversion region 1 of the thin film solar cell module 10 that is an external region of the cell C formation region. A measurement pattern element 2 for electrical evaluation that is electrically independent of the cell C is formed in the lower region. By measuring various electrical characteristics using this electrical evaluation element, the electrical conductivity and PN junction of the electrode layer, the finished state of the laser scribe process, the surface transparent conductive film 12 and the back metal electrode layer 15 Electrical characteristics such as contact resistance can be evaluated in detail.

また、大面積について電気的特性を測定・評価すると、部分的な欠陥が含まれる可能性が大きく、この場合には該欠陥の影響を受けて本来の積層膜の電気的特性が正確に行えない場合がある。また、大面積について電気的特性を測定・評価する場合には、電極層の抵抗が無視できない大きさとなり、測定・解析に悪影響を及ぼすことがある。しかしながら、実施の形態1においては、小面積の検査領域で電気的特性を測定・評価する評価できるので、部分的な欠陥による測定・解析への悪影響を抑制できる。   In addition, when measuring and evaluating the electrical characteristics of a large area, there is a high possibility that a partial defect is included. In this case, the electrical characteristics of the original laminated film cannot be accurately performed due to the influence of the defect. There is a case. Further, when measuring / evaluating electrical characteristics for a large area, the resistance of the electrode layer becomes a non-negligible magnitude, which may adversely affect measurement / analysis. However, in the first embodiment, since it is possible to evaluate by measuring and evaluating the electrical characteristics in a small-area inspection region, it is possible to suppress adverse effects on measurement and analysis due to partial defects.

また、実施の形態1においては、検査領域は発電に寄与しない表面電極層側バスバー電極21の下に設けられるので、薄膜太陽電池モジュールにおける発電性能の低下が発生しない。また、検査領域が大きいとセルCとバスバー電極との接続面積が少なくなる可能性があるが、実施の形態1における評価領域は表面電極層側バスバー電極21内に収まる程度の小領域であり、セルCとバスバー電極との接続に及ぼす影響は非常に小さい。   Moreover, in Embodiment 1, since the test | inspection area | region is provided under the surface electrode layer side bus-bar electrode 21 which does not contribute to electric power generation, the power generation performance fall in a thin film solar cell module does not generate | occur | produce. Further, if the inspection area is large, the connection area between the cell C and the bus bar electrode may be reduced, but the evaluation area in the first embodiment is a small area that can be accommodated in the front electrode layer side bus bar electrode 21. The influence on the connection between the cell C and the bus bar electrode is very small.

また、実施の形態1においては、表面電極層側バスバー電極21の下に測定パターン素子2の溝があるので、表面電極層側バスバー電極21と外部積層領域(非光電変換領域1)の積層膜との間に発生する熱膨張差に起因する応力を緩和する効果もある。   Moreover, in Embodiment 1, since the groove | channel of the measurement pattern element 2 exists under the surface electrode layer side bus-bar electrode 21, the laminated film of the surface electrode layer side bus-bar electrode 21 and an external lamination area | region (non-photoelectric conversion area | region 1). There is also an effect of relieving the stress caused by the difference in thermal expansion occurring between the two.

したがって、実施の形態1によれば、薄膜太陽電池モジュールの発電効率を損なうことなく、従来は評価が難しかった各層、工程ごとの電気的評価を行うことができ、製造途中の加工プロセスのばらつきや電気的特性の加工条件依存性を容易に知ることができ、製造工程の管理を容易に行うことができる。これにより、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池モジュールを再現性良く得られる。   Therefore, according to the first embodiment, it is possible to perform electrical evaluation for each layer and process, which has conventionally been difficult to evaluate, without impairing the power generation efficiency of the thin-film solar cell module. The dependence of electrical characteristics on processing conditions can be easily known, and the manufacturing process can be easily managed. Thereby, the thin film solar cell module excellent in photoelectric conversion efficiency can be obtained with good reproducibility.

実施の形態2.
図8は、実施の形態1にかかる薄膜太陽電池モジュールにおける外部積層領域(非光電変換領域1)に形成されてレーザースクライブ装置におけるアライメントに使用する位置測定パターンを示す要部斜視断面図である。図9は、図8のC−C’線に沿った断面図の一例である。上述した薄膜太陽電池モジュールの製造工程においては、大きく分けて4回のレーザースクライブ工程がある。表面透明電極層になる透明導電膜の形成後に行われるレーザースクライブ工程、裏面透明導電膜の形成後に行われるレーザースクライブ工程、裏面金属電極の形成後に2回行われるレーザースクライブ工程では、それぞれスクライブする対象が異なる。すなわち、透明導電膜の形成後と裏面金属電極の形成後2回目のレーザースクライブ工程では、透明導電膜を加工する。裏面透明導電膜の形成後と裏面金属電極の形成後1回目のレーザースクライブ工程では、シリコン膜を加工する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a perspective cross-sectional view of a main part showing a position measurement pattern formed in the outer laminated region (non-photoelectric conversion region 1) in the thin film solar cell module according to the first embodiment and used for alignment in the laser scribing apparatus. FIG. 9 is an example of a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. In the manufacturing process of the thin film solar cell module described above, there are roughly four laser scribing processes. In the laser scribe process performed after the formation of the transparent conductive film that becomes the surface transparent electrode layer, the laser scribe process performed after the formation of the back transparent conductive film, and the laser scribe process performed twice after the formation of the back metal electrode, the objects to be scribed Is different. That is, the transparent conductive film is processed in the second laser scribing step after the formation of the transparent conductive film and the back surface metal electrode. In the first laser scribing step after forming the back transparent conductive film and after forming the back metal electrode, the silicon film is processed.

したがって、レーザースクライブ工程では、少なくとも2つの異なるレーザー光源を使用する必要がある。このため、レーザースクライブ工程ごとにアライメントを行い、加工予定位置と実加工位置との位置ずれがなくなるように調整する必要がある。   Therefore, at least two different laser light sources need to be used in the laser scribe process. For this reason, it is necessary to perform alignment for each laser scribing process so that the positional deviation between the planned processing position and the actual processing position is eliminated.

そこで、図8および図9に示した位置測定パターンでは、各レーザースクライブ工程において加工位置を調整する際に用いるパターンであり、透光性絶縁基板11上の外部積層領域(非光電変換領域1)の特定の位置に四角形状に設けられている。このパターンでは、初期透明導電膜スクライブ跡51(透明導電膜の形成後のレーザースクライブ工程に対応)、半導体層スクライブ跡52(裏面透明導電膜の形成後のレーザースクライブ工程に対応)、裏面金属電極層スクライブ跡53(裏面金属電極の形成後1回目のレーザースクライブ工程に対応)、後期透明導電膜スクライブ跡54(裏面金属電極の形成後2回目のレーザースクライブ工程に対応)の各スクライブ跡パターンが形成されている。このスクライブ跡パターンの各線の距離や平行度を光学顕微鏡やレーザー顕微鏡、触針式段差計などによる検査により測定して算出することで、透光性絶縁基板11の直交する一辺方向および他辺方向(図8におけるx軸方向、y軸方向)のレーザースクライブの位置ずれを検出できる。   Therefore, the position measurement patterns shown in FIGS. 8 and 9 are patterns used when adjusting the processing position in each laser scribing process, and are the external laminated region (non-photoelectric conversion region 1) on the translucent insulating substrate 11. Are provided in a quadrangular shape at specific positions. In this pattern, the initial transparent conductive film scribe mark 51 (corresponding to the laser scribe process after forming the transparent conductive film), the semiconductor layer scribe mark 52 (corresponding to the laser scribe process after forming the back transparent conductive film), the back surface metal electrode Each scribe trace pattern of layer scribe trace 53 (corresponding to the first laser scribe process after the formation of the back metal electrode) and late transparent conductive film scribe trace 54 (corresponding to the second laser scribe process after the formation of the back metal electrode) Is formed. By measuring and calculating the distance and parallelism of each line of the scribe trace pattern by inspection with an optical microscope, a laser microscope, a stylus type step gauge, etc., the one side direction and the other side direction of the translucent insulating substrate 11 orthogonal to each other Laser scribe misalignment in the x-axis direction and y-axis direction in FIG. 8 can be detected.

すなわち、透明導電膜の形成後のレーザースクライブ工程時に、初期透明導電膜スクライブ跡51を形成しておく。その後、半導体層(光電変換層13)および裏面透明導電膜14の形成後に半導体層のレーザースクライブを行う前に、半導体層スクライブ跡52を形成し、初期透明導電膜スクライブ跡51との距離および角度のずれを検査し、その結果に基づいてスクライブ装置の調整を行う。以下、同様にして以降の薄膜太陽電池モジュールの製造工程中のスクライブ工程でレーザースクライブを行う前に、裏面金属電極層スクライブ跡53、後期透明導電膜スクライブ跡54を形成し、検査することで、その結果に基づいてスクライブ装置の調整を行う。これにより、レーザースクライブ工程時におけるスクライブ位置のアライメントを行うことができる。   That is, the initial transparent conductive film scribe mark 51 is formed during the laser scribing process after the formation of the transparent conductive film. Thereafter, before the laser scribing of the semiconductor layer is performed after the formation of the semiconductor layer (photoelectric conversion layer 13) and the back surface transparent conductive film 14, the semiconductor layer scribe trace 52 is formed, and the distance and angle with the initial transparent conductive film scribe trace 51 are formed. The scribe device is adjusted based on the result. Hereinafter, in the same manner, before performing laser scribing in the subsequent scribing process in the manufacturing process of the thin film solar cell module, by forming and inspecting the back surface metal electrode layer scribe trace 53 and the late transparent conductive film scribe trace 54, The scribing device is adjusted based on the result. Thereby, alignment of the scribe position at the time of a laser scribe process can be performed.

図10は、レーザースクライブ装置におけるアライメントに使用する実施の形態2にかかる他の位置測定パターンを示す平面図である。図11は、図10のC−C’線に沿った断面図の一例である。レーザースクライブの位置ずれをより単純に評価する場合は、上記のような四角形状のパターンでなくてもよい。たとえば図10および図11に示すように、各レーザースクライブ工程の前に、一定の角度および長さの線をレーザースクライブで描画し、これらの位置関係から位置ずれを評価することもできる。   FIG. 10 is a plan view showing another position measurement pattern according to the second embodiment used for alignment in the laser scribing apparatus. FIG. 11 is an example of a cross-sectional view taken along line C-C ′ of FIG. 10. When the positional deviation of the laser scribe is evaluated more simply, the square pattern as described above may not be used. For example, as shown in FIG. 10 and FIG. 11, before each laser scribing step, a line having a certain angle and length is drawn by laser scribing, and the positional deviation can be evaluated from these positional relationships.

したがって、実施の形態2によれば、薄膜太陽電池モジュールの発電効率を損なうことなく、また工程数を増やすことなく、レーザースクライブ工程時におけるスクライブ位置のアライメントを行うことができ、製造途中の加工プロセスのばらつきを容易に知ることができ、製造工程の加工管理を容易に行うことができる。これにより、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池モジュールを再現性良く得られる。   Therefore, according to the second embodiment, the scribe position can be aligned at the time of the laser scribe process without impairing the power generation efficiency of the thin-film solar cell module and without increasing the number of processes. It is possible to easily know the variation in the manufacturing process, and it is possible to easily manage the manufacturing process. Thereby, the thin film solar cell module excellent in photoelectric conversion efficiency can be obtained with good reproducibility.

実施の形態3.
図12は、本発明の実施の形態3にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。図12では、非光電変換領域1の近傍を示している。実施の形態1、2で述べたように、薄膜太陽電池モジュールの端部近傍のバスバー電極が配置される領域は非光電変換領域1とされ、太陽電池の出力に関係しない。したがって、この非光電変換領域1においては光を散乱させる必要はなく、透光性絶縁基板11の表面透明導電膜が形成される側の表面が平坦な平坦部とされても、太陽電池の出力には影響を与えない。この平坦部を電気的検査だけでなく、それぞれの成膜プロセスの光学検査工程に用いることができ、簡易な光学モデルで正確な検査を行うことができる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 12: is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the thin film solar cell module concerning Embodiment 3 of this invention. FIG. 12 shows the vicinity of the non-photoelectric conversion region 1. As described in the first and second embodiments, the region where the bus bar electrode in the vicinity of the end portion of the thin-film solar cell module is disposed is the non-photoelectric conversion region 1 and is not related to the output of the solar cell. Therefore, it is not necessary to scatter light in the non-photoelectric conversion region 1, and even if the surface on the side where the surface transparent conductive film of the translucent insulating substrate 11 is formed is a flat portion, the output of the solar cell Has no effect. This flat portion can be used not only for electrical inspection but also for optical inspection steps of the respective film forming processes, and accurate inspection can be performed with a simple optical model.

なお、実施の形態3にかかる薄膜太陽電池モジュールは、セルCの形成部における透光性絶縁基板11の表面にテクスチャ構造が形成されるとともに非光電変換領域1における透光性絶縁基板11の表面が平坦部とされていること以外は、基本的な構造は実施の形態1にかかる薄膜太陽電池モジュール10と同様である。したがって、図12においては、薄膜太陽電池モジュール10と同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。また、図示および説明は省略するが、実施の形態1、2で述べた溝部である測定パターン素子2や位置測定パターンが形成されている。   In the thin-film solar cell module according to the third embodiment, the texture structure is formed on the surface of the translucent insulating substrate 11 in the formation part of the cell C, and the surface of the translucent insulating substrate 11 in the non-photoelectric conversion region 1. The basic structure is the same as that of the thin film solar cell module 10 according to the first embodiment except that is a flat portion. Therefore, in FIG. 12, detailed description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol as the thin film solar cell module 10. FIG. Although illustration and description are omitted, the measurement pattern element 2 and the position measurement pattern which are the grooves described in the first and second embodiments are formed.

透光性絶縁基板11としてのガラス基板にテクスチャ構造を形成するには、ブラスト処理等の物理的なテクスチャ形成加工方法や、フッ素ガス、四フッ化炭素ガス等を用いた化学的な作用によるテクスチャ形成加工方法が有効である。このような加工を行う際に、所望の領域を粘着シート等のマスクでマスキングした後にテクスチャ加工を行うことにより、容易に平坦な領域を作製可能である。その後、マスクを取り外し、ガラス基板の洗浄、検査を行う。テクスチャ加工時に同時に平坦部も形成されるため、工程を増加させること無く、透光性絶縁基板11の表面に平坦な非光電変換領域1を形成することが可能である。   In order to form a texture structure on the glass substrate as the translucent insulating substrate 11, a physical texture forming method such as blasting or a texture by chemical action using fluorine gas, carbon tetrafluoride gas or the like. The forming method is effective. When such processing is performed, a flat region can be easily produced by performing texture processing after masking a desired region with a mask such as an adhesive sheet. Thereafter, the mask is removed, and the glass substrate is cleaned and inspected. Since a flat portion is also formed at the same time as texture processing, it is possible to form a flat non-photoelectric conversion region 1 on the surface of the light-transmitting insulating substrate 11 without increasing the number of steps.

以下に、実施の形態3にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程および検査工程について説明する。図13は、実施の形態3にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程および検査工程を示すフローチャートである。   Below, the manufacturing process and inspection process of the thin film solar cell module concerning Embodiment 3 are demonstrated. FIG. 13 is a flowchart showing a manufacturing process and an inspection process of the thin-film solar cell module according to the third embodiment.

まず、透光性絶縁基板11として表面にテクスチャ構造が形成されたガラス基板(テクスチャ付きガラス基板)を洗浄した後に(ステップS110)、表面透明導電膜12になる透明導電膜を実施の形態1の場合と同様に透光性絶縁基板11上に成膜する(ステップS120)。透明導電膜の膜厚や組成は、光の透過率に大きな影響を与える。このため、透明導電膜の成膜後に分光器や分光エリプソメトリーによって透明導電膜の膜厚や組成等を光学検査し(ステップS130)、透明導電膜の成膜工程に問題ないことを確認する。   First, after the glass substrate (textured glass substrate) having a texture structure formed on the surface is washed as the light-transmitting insulating substrate 11 (step S110), the transparent conductive film that becomes the surface transparent conductive film 12 is formed according to the first embodiment. As in the case, a film is formed on the translucent insulating substrate 11 (step S120). The film thickness and composition of the transparent conductive film have a great influence on the light transmittance. For this reason, after film formation of the transparent conductive film, the film thickness, composition, etc. of the transparent conductive film are optically inspected by a spectroscope or spectroscopic ellipsometry (step S130), and it is confirmed that there is no problem in the film formation process of the transparent conductive film.

ここで、透明導電膜の成膜工程に問題がある場合には、次回の透明導電膜の成膜工程からは工程の見直しを行って成膜工程の条件を変更する。たとえば、形成された透明導電膜の屈折率が高い場合には、成膜方法がスパッタリング法やプラズマCVD法であれば成長雰囲気の酸素濃度を増加させるなどして、酸素組成を増加させることで、屈折率を下げることが可能である。   Here, when there is a problem in the film formation process of the transparent conductive film, the process is reviewed from the next film formation process of the transparent conductive film to change the conditions of the film formation process. For example, when the refractive index of the formed transparent conductive film is high, if the film formation method is a sputtering method or a plasma CVD method, the oxygen concentration in the growth atmosphere is increased, and the oxygen composition is increased. It is possible to lower the refractive index.

つぎに、実施の形態1の場合と同様にレーザースクライブ法により透明導電膜を短冊状にパターニングし、複数の表面透明導電膜12に分離する(ステップS140)。   Next, similarly to the case of the first embodiment, the transparent conductive film is patterned into a strip shape by the laser scribing method and separated into a plurality of surface transparent conductive films 12 (step S140).

光閉じ込め構造であるテクスチャ構造は既にガラス基板の表面に形成されているため、表面透明導電膜12の形成後は実施の形態1の場合と同様に光電変換層13の半導体層の成膜を行う(ステップS150)。   Since the texture structure which is a light confinement structure has already been formed on the surface of the glass substrate, after the formation of the surface transparent conductive film 12, the semiconductor layer of the photoelectric conversion layer 13 is formed in the same manner as in the first embodiment. (Step S150).

つぎに、光電変換層13の半導体層の光学検査を行い(ステップS160)、半導体層の成膜工程に問題ないことを確認する。p型半導体層、i型半導体層、n型半導体層、積層型の場合はさらに中間層のそれぞれの膜厚を検査するためには、光透過率および光反射率の測定だけでは困難であり、分光エリプソメトリによる測定、解析で各層の膜厚や屈折率、結晶化率を求める必要がある。さらに、半導体層内部の光の制御には中間層および、その前後の膜の屈折率を知る必要がある。これらの光学検査により各層の仕上がり状態を検査し、検査結果が所定の値から大きくずれている場合には、成膜装置の点検や、次工程の条件の変更等を実施できることが重要である。半導体層の光学検査については後述する。   Next, an optical inspection of the semiconductor layer of the photoelectric conversion layer 13 is performed (step S160), and it is confirmed that there is no problem in the film formation process of the semiconductor layer. In the case of a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, and a stacked type, in order to inspect the film thickness of each intermediate layer, it is difficult only by measuring light transmittance and light reflectance, It is necessary to obtain the film thickness, refractive index, and crystallization ratio of each layer by measurement and analysis using spectroscopic ellipsometry. Furthermore, to control the light inside the semiconductor layer, it is necessary to know the refractive index of the intermediate layer and the films before and after the intermediate layer. When the finished state of each layer is inspected by these optical inspections, and the inspection result is greatly deviated from a predetermined value, it is important to be able to inspect the film forming apparatus and change the conditions of the next process. The optical inspection of the semiconductor layer will be described later.

つぎに、表面電極層形成と同様の材料および方法によって、実施の形態1の場合と同様に光電変換層13上に裏面透明導電膜14を形成する(ステップS170)。   Next, the back transparent conductive film 14 is formed on the photoelectric conversion layer 13 in the same manner as in the first embodiment by using the same material and method as those for forming the surface electrode layer (step S170).

つぎに、裏面透明導電膜14の光学検査を行い(ステップS180)、裏面透明導電膜14の成膜工程に問題ないことを確認する。   Next, an optical inspection of the back transparent conductive film 14 is performed (step S180), and it is confirmed that there is no problem in the film forming process of the back transparent conductive film 14.

つぎに、光電変換層13および裏面透明導電膜14に、実施の形態1の場合と同様にレーザースクライブによってパターニングを施す(ステップS190)。すなわち、光電変換層13および裏面透明導電膜14の一部を透光性絶縁基板11の長手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、光電変換層13および裏面透明導電膜14を短冊状にパターニングし、分離する。   Next, the photoelectric conversion layer 13 and the back surface transparent conductive film 14 are patterned by laser scribing in the same manner as in the first embodiment (step S190). That is, a part of the photoelectric conversion layer 13 and the back surface transparent conductive film 14 is cut and removed in a stripe shape in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the translucent insulating substrate 11, so that the photoelectric conversion layer 13 and the back surface transparent conductive film 14 are removed. Are patterned into strips and separated.

つぎに、実施の形態1の場合と同様に裏面金属電極層15を形成する(ステップS200)。   Next, the back metal electrode layer 15 is formed in the same manner as in the first embodiment (step S200).

つぎに、実施の形態1の場合と同様に、レーザースクライブ法により裏面金属電極層15、裏面透明導電膜14、光電変換層13の一部を透光性絶縁基板11の長手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して短冊状にパターニングして複数のセルCに分離する(ステップS210)。以上により、電気的に直列接続された各セルCが形成される。   Next, as in the case of the first embodiment, the back metal electrode layer 15, the back transparent conductive film 14, and the photoelectric conversion layer 13 are partially parallel to the longitudinal direction of the translucent insulating substrate 11 by laser scribing. The strips are cut and removed in the direction of stripes and patterned into strips to be separated into a plurality of cells C (step S210). Thus, the cells C electrically connected in series are formed.

なお、ここでは説明していないが、各レーザースクライブ工程では、実施の形態1、2で述べた溝部である測定パターン素子2や位置測定パターンの形成およびスクライブ位置のアライメントが行われる。   Although not described here, in each laser scribing step, the measurement pattern element 2 and the position measurement pattern which are the grooves described in the first and second embodiments are formed and the scribe position is aligned.

つぎに、測定パターン素子2および位置測定パターンを用いて、光学検査によるスクライブ位置の最終確認や実施の形態1で述べた電気的検査が行われる(ステップS220)。最後に、モジュール化工程を実施する。すなわち、アルミニウムや銅からなるバスバー電極をはんだや超音波加工、導電性接着剤等で両端のセルCの電流引き出し部に接続して、封止材、バックシート、フレームによりモジュール化する(ステップS230)。   Next, the final confirmation of the scribe position by optical inspection and the electrical inspection described in the first embodiment are performed using the measurement pattern element 2 and the position measurement pattern (step S220). Finally, a modularization process is performed. That is, the bus bar electrode made of aluminum or copper is connected to the current extraction part of the cell C at both ends by solder, ultrasonic processing, conductive adhesive or the like, and modularized by the sealing material, the back sheet, and the frame (step S230). ).

つぎに、半導体層の光学検査について説明する。単接合型の薄膜太陽電池においては、p型半導体層、真性半導体層、n型半導体層の3層分の成膜プロセスを経由する。また、積層型薄膜太陽電池であれば、積層の数だけ上記3層からなる太陽電池素子が形成され、接合型では6層、中間接合層を用いる場合は7層、3接合型では9層に加え中間接合層分のプロセスを経由する。これらの半導体層の形成後、その後の裏面透明導電膜14の形成後における膜厚、屈折率の検査工程は、安定して高品質な製品を製造する上で非常に重要な工程である。   Next, optical inspection of the semiconductor layer will be described. In a single-junction thin film solar cell, a film formation process for three layers of a p-type semiconductor layer, an intrinsic semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer is performed. In the case of a stacked thin-film solar cell, solar cell elements composed of the above three layers are formed as many as the number of stacked layers. In the junction type, six layers are formed, and in the case of using an intermediate junction layer, seven layers are formed. In addition, it goes through the process for the intermediate bonding layer. The film thickness and refractive index inspection process after the formation of these semiconductor layers and the subsequent formation of the back surface transparent conductive film 14 is a very important process for stably producing a high-quality product.

たとえば、p型半導体層の膜厚が薄すぎる場合は、半導体層中の電界が低下し、出力電圧が低下する。一方、p型半導体層の膜厚が厚すぎる場合は、p型半導体層で吸収された光は電流へ変換されないために、電流の低下を招く。一般的に、このp型半導体層の膜厚は10nm〜20nmの間で制御され、その膜厚が設定値から30%程度ずれるだけで発電性能に影響を与える。   For example, when the film thickness of the p-type semiconductor layer is too thin, the electric field in the semiconductor layer is lowered and the output voltage is lowered. On the other hand, when the film thickness of the p-type semiconductor layer is too thick, the light absorbed by the p-type semiconductor layer is not converted into a current, leading to a decrease in current. Generally, the film thickness of the p-type semiconductor layer is controlled between 10 nm and 20 nm, and the power generation performance is affected only by the film thickness being deviated by about 30% from the set value.

発明者の検討においては、p型半導体層にアモルファスシリコンカーバイド、i型半導体層にアモルファスシリコン、n型半導体層に微結晶シリコンを用いた単接合型の薄膜太陽電池において、p型半導体層の膜厚が10nmから7nmへ薄くなった場合には出力電圧が850mVから820mVまで低下する。たとえば140個程度の同じセルCが直列接続された薄膜太陽電池モジュールでこのようなp型半導体層の膜厚に起因した出力電圧の低下が起きた場合には、本来は119Vの出力電圧が得られるはずが、得られる出力電圧は116Vとなり、約3%の電圧低下となる。さらに、半導体層中の電界が低下する影響で、曲線因子が低下し、最大出力は3%以上低下する。   In the inventors' investigation, in a single-junction thin film solar cell using amorphous silicon carbide for the p-type semiconductor layer, amorphous silicon for the i-type semiconductor layer, and microcrystalline silicon for the n-type semiconductor layer, the film of the p-type semiconductor layer When the thickness decreases from 10 nm to 7 nm, the output voltage decreases from 850 mV to 820 mV. For example, in a thin film solar cell module in which about 140 identical cells C are connected in series, when the output voltage drops due to the film thickness of the p-type semiconductor layer, an output voltage of 119V is originally obtained. The output voltage obtained is 116V, which is about 3% voltage drop. Furthermore, due to the effect of the electric field in the semiconductor layer being lowered, the fill factor is lowered and the maximum output is reduced by 3% or more.

n型半導体層に使用される微結晶シリコン、中間層として使用される微結晶酸化シリコンや酸化亜鉛においては、膜厚だけでなく、結晶性、屈折率などが太陽電池性能に影響を与える。なお、本明細書においては、結晶シリコンとアモルファスシリコンとの混合からなる膜を微結晶シリコン系膜と定義する。n型半導体層は、出力電圧に影響を及ぼすだけでなく、多接合型太陽電池においては2層目(次層)の太陽電池素子との接合を形成する機能を有する。このため、n型半導体層に使用される微結晶シリコンにおける膜厚の増加や結晶性の低下により、シリーズ抵抗が増加し、曲線因子が低下する。   In microcrystalline silicon used for an n-type semiconductor layer and microcrystalline silicon oxide or zinc oxide used as an intermediate layer, not only the film thickness but also crystallinity, refractive index, etc. affect solar cell performance. Note that in this specification, a film made of a mixture of crystalline silicon and amorphous silicon is defined as a microcrystalline silicon film. The n-type semiconductor layer not only affects the output voltage, but also has a function of forming a junction with the second-layer (next-layer) solar cell element in a multi-junction solar cell. For this reason, the series resistance increases and the fill factor decreases due to an increase in film thickness and a decrease in crystallinity in microcrystalline silicon used for the n-type semiconductor layer.

また、n型半導体層の上に中間層である微結晶酸化シリコン層が形成される場合には、n型半導体層の結晶性によって微結晶酸化シリコン層の結晶性も変化する。微結晶酸化シリコン層は、同一条件で成膜したとしても、下地の結晶化度によって、成長初期層の結晶化度が大きく異なる。このため、n型半導体層の結晶性が設計どおりの結晶性となるように制御する必要がある。   In the case where a microcrystalline silicon oxide layer which is an intermediate layer is formed over the n-type semiconductor layer, the crystallinity of the microcrystalline silicon oxide layer also varies depending on the crystallinity of the n-type semiconductor layer. Even if the microcrystalline silicon oxide layer is formed under the same conditions, the crystallinity of the initial growth layer varies greatly depending on the crystallinity of the base. For this reason, it is necessary to control the crystallinity of the n-type semiconductor layer so that it is as designed.

図14は、結晶化度の異なる微結晶シリコン膜の上に同条件で2層目の微結晶シリコン膜を形成したときの結晶化度の下地依存性(2層目の微結晶シリコン系膜の結晶化度における下地の結晶化度依存性)を示す特性図である。図14では、膜厚50nm時点での2層目の微結晶シリコン系膜の結晶化度を示している。ここで、結晶化度とは、Raman散乱分光測定において得られたスペクトルのうち、結晶シリコン由来のピーク強度と、アモルファスシリコン由来のピーク強度とから式5を用いて計算される指標である。   FIG. 14 shows the base dependency of the crystallinity when the second microcrystalline silicon film is formed under the same conditions on the microcrystalline silicon films having different crystallinity (the second microcrystalline silicon film has FIG. 6 is a characteristic diagram showing a crystallinity dependency of a ground crystallinity). FIG. 14 shows the crystallinity of the second microcrystalline silicon film at the film thickness of 50 nm. Here, the degree of crystallinity is an index calculated using Equation 5 from the peak intensity derived from crystalline silicon and the peak intensity derived from amorphous silicon in the spectrum obtained by Raman scattering spectroscopy.

Figure 2013247165
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また、分光エリプソメトリーによる薄膜の構造解析においては、測定対象の薄膜の光学モデルを結晶シリコン系膜の光学モデルと、アモルファスシリコン系膜の光学モデルの混合で表し、その寄与率で結晶化度を定義することもできる。   In the structural analysis of thin films by spectroscopic ellipsometry, the optical model of the thin film to be measured is expressed as a mixture of the optical model of the crystalline silicon film and the optical model of the amorphous silicon film, and the degree of crystallinity is determined by the contribution ratio. It can also be defined.

図14の結果によれば、同じ成長条件で同膜厚成長させた微結晶シリコン膜であっても、下地の膜がアモルファス膜の場合は結晶化度が0.4と低く、下地が微結晶膜であり、その結晶化度が高くなるに従い、上に成長させた微結晶シリコン膜の結晶化度は1から4.3まで変化することが分かる。微結晶シリコン膜の導電性はその結晶化度によって10−6S/cm台から10S/cm台まで大きく変化するため、太陽電池モジュール出力への影響は非常に大きい。 According to the result of FIG. 14, even when the microcrystalline silicon film is grown under the same growth conditions and with the same film thickness, when the base film is an amorphous film, the crystallinity is as low as 0.4. It can be seen that as the crystallinity of the film increases, the crystallinity of the microcrystalline silicon film grown thereon changes from 1 to 4.3. Since the conductivity of the microcrystalline silicon film varies greatly from the 10 −6 S / cm level to the 10 S / cm level depending on the degree of crystallinity, the influence on the output of the solar cell module is very large.

しかしながら、これらの層の膜厚を非破壊で検査することは難しく、光反射率や分光エリプソメトリーによって測定しようとしても、図15に示すような従来の薄膜太陽電池モジュールの構造では、図16に示すように入射光61が透光性絶縁基板11の表面の凹凸構造を反映した光電変換層13の表面の凹凸構造により散乱されてしまうため、反射光62が測定器63に届かなくなる。このため、分光エリプソメトリーであれば、光の散乱を考慮した光学モデルを構築する必要が有り、テクスチャ構造もばらつきを持つため、正しく膜厚や光学特性を検査をすることが困難であった。図15は、従来技術による薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。図16は、従来技術による太陽電池の光学検査時におけるプローブ光の散乱の様子を示す模式図である。   However, it is difficult to inspect the film thickness of these layers in a nondestructive manner. Even if an attempt is made to measure by light reflectance or spectroscopic ellipsometry, the structure of the conventional thin film solar cell module as shown in FIG. As shown, the incident light 61 is scattered by the concavo-convex structure on the surface of the photoelectric conversion layer 13 reflecting the concavo-convex structure on the surface of the translucent insulating substrate 11, so that the reflected light 62 does not reach the measuring device 63. For this reason, in the case of spectroscopic ellipsometry, it is necessary to construct an optical model in consideration of light scattering, and the texture structure also varies, making it difficult to correctly inspect the film thickness and optical characteristics. FIG. 15: is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the thin film solar cell module by a prior art. FIG. 16 is a schematic diagram showing how probe light is scattered during optical inspection of a solar cell according to the prior art.

一方、平坦な透光性絶縁基板11上における光学検査であれば、図17に示すように、反射光62は入射光61と同じ方向に反射され、測定器63に戻っていくため、それぞれの材料を積層させた光学モデルで表すことができ、解析が容易になる。図17は、実施の形態3にかかる太陽電池モジュール製造時における光学検査時のプローブ光の散乱の様子を示す模式図である。   On the other hand, in the case of an optical inspection on the flat translucent insulating substrate 11, the reflected light 62 is reflected in the same direction as the incident light 61 and returns to the measuring device 63 as shown in FIG. It can be expressed by an optical model in which materials are laminated, and analysis becomes easy. FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a state of scattering of probe light during an optical inspection when the solar cell module according to the third embodiment is manufactured.

たとえば、参考文献:『特開2010−205892号公報』には、半導体層の下地表面の自乗平均面粗さ(RMS値)と光学測定によって算出された膜厚の実膜厚との誤差を評価した結果が以下の表1のように示されている。RMS値は、図18に示す平均線Z0と測定点Ziのデータを用いて下記式6にて算出される値である。図18は、自乗平均面粗さ(RMS)の定義を説明するための模式図である。   For example, reference document “Japanese Patent Laid-Open No. 2010-205892” evaluates an error between the root mean square surface roughness (RMS value) of a semiconductor layer and the actual film thickness calculated by optical measurement. The results are shown in Table 1 below. The RMS value is a value calculated by the following equation 6 using the data of the average line Z0 and the measurement point Zi shown in FIG. FIG. 18 is a schematic diagram for explaining the definition of the root mean square roughness (RMS).

Figure 2013247165
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Figure 2013247165
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表1からわかるように、下地表面の凹凸形状のRMS値が25nmの場合に、光学測定によって算出された膜厚と実際の膜厚とに10%の測定誤差が生じる。また、より高出力な薄膜太陽電池とするために、RMS値が100nmを超えるような凹凸形状も利用されるようになっており、さらに測定誤差は大きくなっている。参考文献『特開2010−205892』においては、発電領域に隣接した、導電層の除去されるべき限られた部分にレーザー加工装置等によりRMS値の小さな測定部位を形成するため、発電領域に影響を与えないように設置できる測定部位の幅は200〜300μmに制限される。さらに、有効面積を増やすためには、今後いっそう導電層除去部位の領域は狭くなると考えられる。膜厚だけでなく、屈折率や結晶性の評価が必要な際に、分光エリプソメトリーによる測定を行うためには一般的には2〜3mm程度の幅の測定領域が必要であり、従来技術では対応することが困難となる。   As can be seen from Table 1, when the RMS value of the concavo-convex shape on the base surface is 25 nm, a measurement error of 10% occurs between the film thickness calculated by optical measurement and the actual film thickness. Further, in order to obtain a high-power thin film solar cell, a concavo-convex shape having an RMS value exceeding 100 nm is also used, and the measurement error is further increased. In the reference document “Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-205892”, a measurement part having a small RMS value is formed by a laser processing apparatus or the like in a limited part of the conductive layer adjacent to the power generation area where the conductive layer is to be removed. The width of the measurement site that can be installed so as not to give a limit is limited to 200 to 300 μm. Furthermore, in order to increase the effective area, it is considered that the region of the conductive layer removal site will become narrower in the future. When it is necessary to evaluate not only the film thickness but also the refractive index and crystallinity, a measurement area with a width of about 2 to 3 mm is generally required for measurement by spectroscopic ellipsometry. It becomes difficult to respond.

これに対して、本実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュールにおいては、透光性絶縁基板11の両端部の表面が平坦とされており、少なくとも外部積層領域において測定パターン素子2が形成された領域は平坦とされている。これにより、発電性能を低下させることなく様々の検査・測定を行うことが可能である。また、表面電極層側バスバー電極21は、数アンペアの電流を集電し、損失を発生することなく無く外部に取り出すように、4〜5mm程度のバスバー電極幅が必要となる。このため、検査に必要な測定パターン素子2の領域を十分に確保することができる。   On the other hand, in the thin film solar cell module according to the present embodiment, the surfaces of both end portions of the translucent insulating substrate 11 are flat, and the measurement pattern element 2 is formed at least in the outer laminated region. Is flat. As a result, various inspections and measurements can be performed without reducing the power generation performance. The surface electrode layer side bus bar electrode 21 needs a bus bar electrode width of about 4 to 5 mm so as to collect a current of several amperes and take it out without generating a loss. For this reason, the area | region of the measurement pattern element 2 required for a test | inspection can fully be ensured.

本実施の形態にかかる薄膜太陽電池モジュールにおいては、最終的に、透光性絶縁基板11の両端の平坦部は表面電極層側バスバー電極21の下に残ったままとなる。しかし、この部分は薄膜太陽電池セルCと同じ構造を持ちながら、電気的には独立した領域であるため、薄膜太陽電池セルCには悪影響を与えない。   In the thin film solar cell module according to the present embodiment, finally, the flat portions at both ends of the translucent insulating substrate 11 remain below the surface electrode layer-side bus bar electrode 21. However, since this portion has the same structure as the thin film solar cell C but is an electrically independent region, the thin film solar cell C is not adversely affected.

したがって、実施の形態3にかかる薄膜太陽電池モジュールによれば、薄膜太陽電池セルCを構成する各層の膜厚、屈折率、結晶性を追加の加工工程なしにシンプルな光学モデルで誤差10%以下で評価することができる。   Therefore, according to the thin-film solar battery module according to the third embodiment, the thickness, refractive index, and crystallinity of each layer constituting the thin-film solar battery cell C are 10% or less with a simple optical model without additional processing steps. Can be evaluated.

実施の形態4.
図19は、本発明の実施の形態4にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す要部断面図である。実施の形態4にかかる薄膜太陽電池モジュールが実施の形態3にかかる薄膜太陽電池モジュールと異なる点は、テクスチャー構造の凹凸形状が表面透明導電膜12に設けられている点である。このように、平坦な透光性絶縁基板11上に表面透明導電膜12が形成され、この表面透明導電膜12に凹凸形状が設けられた場合においても、実施の形態3の場合と同様に発電効率を損なうことなく、光学評価を行うことができる。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 19: is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the thin film solar cell module concerning Embodiment 4 of this invention. The difference between the thin-film solar cell module according to the fourth embodiment and the thin-film solar cell module according to the third embodiment is that the surface transparent conductive film 12 has an uneven shape with a texture structure. Thus, even when the surface transparent conductive film 12 is formed on the flat translucent insulating substrate 11 and the surface transparent conductive film 12 is provided with an uneven shape, the power generation is performed in the same manner as in the third embodiment. Optical evaluation can be performed without impairing efficiency.

以下に、実施の形態4にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程および検査工程について説明する。図20は、実施の形態4にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程および検査工程を示すフローチャートである。まず、透光性絶縁基板11としてのガラス基板を洗浄した後に(ステップS310)、表面透明導電膜12になる透明導電膜を実施の形態1の場合と同様に透光性絶縁基板11上に成膜する(ステップS320)。   Below, the manufacturing process and inspection process of the thin film solar cell module concerning Embodiment 4 are demonstrated. FIG. 20 is a flowchart illustrating a manufacturing process and an inspection process of the thin-film solar cell module according to the fourth embodiment. First, after cleaning the glass substrate as the translucent insulating substrate 11 (step S310), a transparent conductive film to be the surface transparent conductive film 12 is formed on the translucent insulating substrate 11 as in the first embodiment. Film is formed (step S320).

透明導電膜の膜厚や組成は、光の透過率に大きな影響を与える。このため、透明導電膜の成膜後に分光器や分光エリプソメトリーによって透明導電膜の膜厚や組成等を光学検査し(ステップS330)、透明導電膜の成膜工程に問題ないことを確認する。ここで、透明導電膜の成膜工程に問題がある場合には、次回の透明導電膜の成膜工程からは工程の見直しを行って成膜工程の条件を変更する。   The film thickness and composition of the transparent conductive film have a great influence on the light transmittance. For this reason, after film formation of a transparent conductive film, the film thickness, composition, etc. of a transparent conductive film are optically inspected by a spectroscope or spectroscopic ellipsometry (step S330), and it is confirmed that there is no problem in the film formation process of a transparent conductive film. Here, when there is a problem in the film formation process of the transparent conductive film, the process is reviewed from the next film formation process of the transparent conductive film to change the conditions of the film formation process.

つぎに、検査領域が設けられる外部積層領域(非光電変換領域1)の透明導電膜の表面を平坦に保つためにこの領域にマスクを取り付けてマスキングを行う(ステップS340)。つぎに、透明導電膜が形成された透光性絶縁基板11をエッチング剤が含有された水溶液中に浸すことにより透明導電膜をエッチングし、該透明導電膜の表面にテクスチャ構造として凹凸形状を形成する(ステップS350)。すなわち、所望の領域を粘着シート等のマスクでマスキングした後にテクスチャ加工を行うことにより、透明導電膜の表面に容易に平坦な領域を作製可能である。その後、マスクを取り外す。その後の、ステップS360〜ステップS460は、図13に示したステップS130〜ステップS230と同様である。   Next, in order to keep the surface of the transparent conductive film in the outer laminated region (non-photoelectric conversion region 1) where the inspection region is provided, a mask is attached to this region and masking is performed (step S340). Next, the transparent conductive film is etched by immersing the translucent insulating substrate 11 on which the transparent conductive film is formed in an aqueous solution containing an etching agent, thereby forming an uneven shape as a texture structure on the surface of the transparent conductive film. (Step S350). That is, it is possible to easily produce a flat region on the surface of the transparent conductive film by performing texture processing after masking a desired region with a mask such as an adhesive sheet. Then remove the mask. Subsequent steps S360 to S460 are the same as steps S130 to S230 shown in FIG.

また、参考文献『特開2010−205892』のように、レーザースクライブでセル同士が分離される領域に平坦部を設ける製造工程の場合は、電極や半導体層が除去される部分は太陽電池モジュールにおいて裏面電極と表面透明電極層とがコンタクトし、セルが直列接続される箇所でもある。   In addition, in the case of a manufacturing process in which a flat portion is provided in a region where cells are separated by laser scribing as in a reference document “Japanese Patent Laid-Open No. 2010-205892,” a portion where an electrode or a semiconductor layer is removed is a solar cell module. It is also a place where the back electrode and the surface transparent electrode layer are in contact and the cells are connected in series.

図21は、透明導電膜をレーザーにより加工して平坦化した場合の透明導電膜材料の構造を示す模式図である。図21に示すように、一度、表面透明導電膜12として透明導電膜材料結晶部12aが形成された後にレーザースクライブで表面の平坦化加工を行うと、良好な結晶を形成していた透明導電膜材料結晶部12aの表面が、レーザーが照射された瞬間に溶融して蒸発した後に急冷却される。このため、透明導電膜材料結晶部12aの最表面には結晶性が低い残渣層である透明導電膜材料溶融部12bが形成され、導電性が局所的に低下する。非晶質性の透明導電膜と結晶性の透明導電膜とでは、抵抗値がおおよそ1〜2桁異なる。このため、ごく薄い非晶質性の透明導電膜(透明導電膜材料溶融部12b)であっても、薄膜太陽電池モジュール全体の抵抗値に与える影響は大きく、太陽電池モジュールの光電変換効率の低下の原因となる。   FIG. 21 is a schematic diagram showing the structure of the transparent conductive film material when the transparent conductive film is processed and flattened by a laser. As shown in FIG. 21, once the transparent conductive film material crystal portion 12a is formed as the surface transparent conductive film 12, the surface of the transparent conductive film formed a good crystal when the surface is flattened by laser scribing. The surface of the material crystal part 12a is rapidly cooled after being melted and evaporated at the moment when the laser is irradiated. For this reason, the transparent conductive film material fusion | melting part 12b which is a residue layer with low crystallinity is formed in the outermost surface of the transparent conductive film material crystal | crystallization part 12a, and electroconductivity falls locally. The amorphous transparent conductive film and the crystalline transparent conductive film differ in resistance value by about 1 to 2 digits. For this reason, even if it is a very thin amorphous transparent conductive film (transparent conductive film material melting part 12b), the influence which it has on the resistance value of the whole thin film solar cell module is large, and the photoelectric conversion efficiency of a solar cell module falls. Cause.

図22は、透明導電膜をレーザーにより加工して平坦化した場合の電流の導電経路を示す模式図である。図22に示すように、透明導電膜材料溶融部12bに裏面金属電極層15をコンタクトさせた場合の抵抗値Rは式7で表される。   FIG. 22 is a schematic diagram showing a current conduction path when a transparent conductive film is processed and flattened by a laser. As shown in FIG. 22, the resistance value R when the back surface metal electrode layer 15 is brought into contact with the transparent conductive film material melting portion 12 b is expressed by Equation 7.

Figure 2013247165
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式7において、Rtco、Rcont、Rmetalは、材料および同条件で作製した結晶の場合は同じ値であるが、加工により追加されたRmelt分の抵抗が加算され、それぞれのセルにおけるシリーズ抵抗が増加する。この結果、各セルを直列接続したモジュール全体の抵抗は大きくなる。   In Equation 7, Rtco, Rcont, and Rmetal have the same value in the case of the material and the crystal produced under the same conditions, but the resistance for Rmelt added by processing is added to increase the series resistance in each cell. . As a result, the resistance of the entire module in which the cells are connected in series is increased.

一方、本実施の形態においては、電流の伝導経路に関しては、参考文献『特開2010−205892』のようにレーザースクライブでセル同士が分離される領域に平坦部を設ける加工を行わないため、発電された電流は、低抵抗な電流経路を伝達して取り出される。   On the other hand, in the present embodiment, the current conduction path is not processed by providing a flat portion in a region where cells are separated by laser scribing as in the reference “Japanese Patent Laid-Open No. 2010-205892”. The generated current is taken out through a low resistance current path.

したがって実施の形態4においては、裏面金属電極層15と表面透明導電膜12とがコンタクトする箇所の表面透明導電膜12の結晶性に起因した出力特性の低下が発生せず、良好な光電変換効率が得られる。   Therefore, in the fourth embodiment, the output characteristics are not deteriorated due to the crystallinity of the surface transparent conductive film 12 where the back surface metal electrode layer 15 and the surface transparent conductive film 12 are in contact with each other. Is obtained.

実施の形態5.
電気的に直列接続された薄膜太陽電池セルCの端部に隣接した領域に外部積層領域および検査領域が形成されて、この領域の上に設けられた裏面電極層側バスバー電極22が裏面金属電極層15と接続されてもよい。図23は、本発明の実施の形態5にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を模式的に示す断面図である。レーザースクライブによるセルCの分離工程において、セルCの直列接続方向において左右対称形になるような構造にすると、薄膜太陽電池モジュールの内部で2つのサブモジュールSMが並列接続された薄膜太陽電池モジュールが作製可能である。サブモジュールSMは、実施の形態3にかかる薄膜太陽電池モジュールである。すなわち、電気的に直列接続された隣接する薄膜太陽電池セルC間の領域および電気的に直列接続された前記薄膜太陽電池セルCの端部に隣接した領域に外部積層領域および検査領域が複数形成されている。
Embodiment 5 FIG.
An external lamination region and an inspection region are formed in a region adjacent to the end of the thin film solar cell C electrically connected in series, and the back electrode layer side bus bar electrode 22 provided on this region is a back metal electrode. It may be connected to the layer 15. FIG. 23: is sectional drawing which shows typically schematic structure of the thin film solar cell module concerning Embodiment 5 of this invention. In the separation process of the cells C by laser scribing, if the structure is symmetrical in the series connection direction of the cells C, a thin film solar cell module in which two submodules SM are connected in parallel inside the thin film solar cell module is obtained. It can be produced. The submodule SM is a thin film solar cell module according to the third embodiment. That is, a plurality of external lamination regions and inspection regions are formed in a region between adjacent thin film solar cells C electrically connected in series and a region adjacent to an end portion of the thin film solar cells C electrically connected in series. Has been.

この構造では、セルCの直列接続方向における中心部が裏面電極層側バスバー電極22の配置部となり、またサブモジュールSM同士の並列接続のコネクタ部を兼ねている。また、透光性絶縁基板11上のセルCの直列接続方向における中心部近傍および両端部近傍が平坦部とされている。   In this structure, the central portion of the cells C in the series connection direction serves as an arrangement portion for the back electrode layer side bus bar electrode 22 and also serves as a connector portion for connecting the sub modules SM in parallel. Further, the vicinity of the center portion and the vicinity of both end portions in the serial connection direction of the cells C on the translucent insulating substrate 11 are flat portions.

裏面電極層側バスバー電極21の下部をレーザースクライブで加工して所定の検査パターンを形成しておくことによって、実施の形態1〜4の場合と同様にその領域を電気的特性や光学的特性の検査に使用することができる。この構造の場合、透光性絶縁基板11上のセルCの直列接続方向における中心部近傍および両端部近傍に平坦な部分が作られるため、大きな透光性絶縁基板11の中央部と周辺部との両方を検査することができるようになり、各製造工程での透光性絶縁基板11における面内ばらつき(面内均一性)の検査も可能となる。また、この構造は同様な構造を複数設けることにより、2以上の並列回路も構成可能である。   By processing the lower part of the back electrode layer side bus bar electrode 21 with laser scribing to form a predetermined inspection pattern, the region of the electrical characteristics and optical characteristics can be made similar to the case of the first to fourth embodiments. Can be used for inspection. In the case of this structure, since flat portions are formed in the vicinity of the center portion and in the vicinity of both end portions in the series connection direction of the cells C on the light-transmitting insulating substrate 11, the central portion and the peripheral portion of the large light-transmitting insulating substrate 11 Both can be inspected, and in-plane variation (in-plane uniformity) in the translucent insulating substrate 11 in each manufacturing process can be inspected. Further, by providing a plurality of similar structures, two or more parallel circuits can be configured.

また、上記のような構造は、透光性絶縁基板11に凹凸構造を設ける場合、または表面透明導電膜12に凹凸構造を設ける場合のどちらの場合にも適応可能である。   The structure as described above can be applied to either the case where the light-transmitting insulating substrate 11 is provided with an uneven structure or the case where the surface transparent conductive film 12 is provided with an uneven structure.

以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池モジュールは、製造工程の管理を容易に行って良好な発電特性を再現性良く製造するために有用である。   As described above, the thin-film solar cell module according to the present invention is useful for easily managing the manufacturing process and manufacturing good power generation characteristics with good reproducibility.

1 非光電変換領域
2 測定パターン素子
3 金属電極層
10 薄膜太陽電池モジュール
11 透光性絶縁基板
12 表面透明導電膜
12a 透明導電膜材料結晶部
12b 透明導電膜材料溶融部
13 光電変換層
14 裏面透明導電膜
15 裏面金属電極層
21 表面電極層側バスバー電極
22 コネクタ部兼裏面電極層側バスバー電極
22 裏面電極層側バスバー電極
31 分離溝
41 測定プローブ
51 初期透明導電膜スクライブ跡
52 半導体層スクライブ跡
53 裏面金属電極層スクライブ跡
54 後期透明導電膜スクライブ跡
55 後期透明導電膜スクライブ跡(セル分離溝)
61 入射光
62 反射光
63 測定器
C セル
SM サブモジュール
Z0 平均線
Zi 測定点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Non-photoelectric conversion area | region 2 Measurement pattern element 3 Metal electrode layer 10 Thin film solar cell module 11 Translucent insulated substrate 12 Surface transparent conductive film 12a Transparent conductive film material crystal | crystallization part 12b Transparent conductive film material fusion | melting part 13 Photoelectric conversion layer 14 Back surface transparent Conductive film 15 Back surface metal electrode layer 21 Front surface electrode layer side bus bar electrode 22 Connector / back surface electrode layer side bus bar electrode 22 Back surface electrode layer side bus bar electrode 31 Separation groove 41 Measurement probe 51 Initial transparent conductive film scribing mark 52 Semiconductor layer scribing mark 53 Back surface metal electrode layer scribe mark 54 Late transparent conductive film scribe mark 55 Late transparent conductive film scribe mark (cell separation groove)
61 Incident light 62 Reflected light 63 Measuring instrument C Cell SM Submodule Z0 Average line Zi Measuring point

Claims (12)

透光性絶縁基板上に、表面透明導電膜と半導体層からなる光電変換層と裏面金属電極とをこの順で含む薄膜太陽電池セルを複数備え、隣接する前記薄膜太陽電池セルのうち一方の前記薄膜太陽電池セルの前記裏面金属電極と他方の前記薄膜太陽電池セルの前記表面透明導電膜とが接続されて前記複数の薄膜太陽電池セルが電気的に直列接続された薄膜太陽電池モジュールであって、
前記透光性絶縁基板上における前記薄膜太陽電池セルの形成領域外の平坦な領域に前記薄膜太陽電池セルと同じ積層構造が形成された外部積層領域を有し、
前記外部積層領域の一部に、前記裏面金属電極の上面から前記透光性絶縁基板に達する分離溝により前記外部積層領域における他の領域と分離された検査領域を備えること、
を特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
On the translucent insulating substrate, a plurality of thin-film solar cells including a surface transparent conductive film, a photoelectric conversion layer composed of a semiconductor layer, and a back metal electrode in this order are provided, and one of the adjacent thin-film solar cells The thin-film solar battery module in which the back-surface metal electrode of the thin-film solar battery cell and the surface transparent conductive film of the other thin-film solar battery cell are connected and the thin-film solar battery cells are electrically connected in series. ,
An outer laminated region in which the same laminated structure as the thin-film solar cell is formed in a flat region outside the formation region of the thin-film solar cell on the translucent insulating substrate;
A part of the outer laminated region includes an inspection region separated from other regions in the outer laminated region by a separation groove reaching the translucent insulating substrate from the upper surface of the back surface metal electrode,
A thin-film solar cell module.
前記検査領域上に、前記直列接続された複数の薄膜太陽電池セルのうち一端の前記薄膜太陽電池セルの前記表面透明導電膜に前記外部積層領域において電気的に接続された取り出し電極が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モジュール。
An extraction electrode electrically connected to the surface transparent conductive film of the thin film solar cell at one end among the plurality of thin film solar cells connected in series is formed on the inspection region. Being
The thin film solar cell module according to claim 1.
前記検査領域内に、前記裏面金属電極の上面から前記透光性絶縁基板に達して前記検査領域内の前記光電変換層と前記裏面金属電極とを複数の小領域に分割する他の分離溝が形成されていること、
を特徴とする請求項1または2に記載の薄膜太陽電池モジュール。
In the inspection region, there is another separation groove that reaches the light-transmissive insulating substrate from the upper surface of the back surface metal electrode and divides the photoelectric conversion layer and the back surface metal electrode in the inspection region into a plurality of small regions. Being formed,
The thin film solar cell module according to claim 1 or 2.
透光性絶縁基板上に表面透明導電膜、半導体層からなる光電変換層、裏面金属電極層をこの順で有する複数の薄膜太陽電池セルが電気的に直列接続された薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記透光性絶縁基板上における前記薄膜太陽電池セルの形成領域に前記表面透明導電膜、前記光電変換層、前記裏面金属電極層を積層し、それぞれを薄膜太陽電池セルごとに分離して前記電気的に直列接続された複数の薄膜太陽電池セルを前記薄膜太陽電池セルの形成領域に形成する第1工程と、
前記透光性絶縁基板上における前記薄膜太陽電池セルの形成領域外の平坦な領域に前記薄膜太陽電池セルと同じ積層構造が形成された外部積層領域を形成し、前記外部積層領域の一部に前記裏面金属電極の上面から前記透光性絶縁基板に達する分離溝を形成することにより前記外部積層領域における他の領域と分離された検査領域を形成する第2工程と、
前記検査領域を電気的に測定し評価する第3工程と、
を含むことを特徴とする薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
A method of manufacturing a thin film solar cell module in which a plurality of thin film solar cells having a surface transparent conductive film, a photoelectric conversion layer composed of a semiconductor layer, and a back metal electrode layer in this order are electrically connected in series on a translucent insulating substrate Because
The surface transparent conductive film, the photoelectric conversion layer, and the back metal electrode layer are stacked on the light-transmitting insulating substrate in a region where the thin-film solar cell is formed, and each thin-film solar cell is separated and the electric A first step of forming a plurality of thin film solar cells connected in series in the formation region of the thin film solar cells;
Forming an outer laminated region in which the same laminated structure as the thin film solar cell is formed in a flat region outside the forming region of the thin film solar cell on the translucent insulating substrate, and a part of the outer laminated region; A second step of forming an inspection region separated from other regions in the outer laminated region by forming a separation groove reaching the translucent insulating substrate from the upper surface of the back surface metal electrode;
A third step of electrically measuring and evaluating the inspection area;
The manufacturing method of the thin film solar cell module characterized by including.
前記第2工程は、前記第1工程と同時に同一工程で行われること、
を特徴とする請求項4に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
The second step is performed in the same step as the first step;
The manufacturing method of the thin film solar cell module of Claim 4 characterized by these.
前記第1工程は、前記透光性絶縁基板の表面またはその上に形成された前記表面透明導電膜の表面を凹凸形状に加工する凹凸加工工程を含み、
前記凹凸加工工程では、前記外部積層領域における少なくとも前記検査領域を形成する領域の前記透光性絶縁基板の表面またはその上に形成された前記表面透明導電膜の表面を平坦に保ちながら他の領域の表面を凹凸形状に加工すること、
を特徴とする請求項5に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
The first step includes a concavo-convex processing step of processing the surface of the translucent insulating substrate or the surface of the surface transparent conductive film formed thereon into a concavo-convex shape,
In the concavo-convex processing step, another region while keeping the surface of the translucent insulating substrate in the region where at least the inspection region is formed in the outer laminated region or the surface of the surface transparent conductive film formed thereon is flat. To process the surface of
The manufacturing method of the thin film solar cell module of Claim 5 characterized by these.
前記第2工程は、
前記検査領域内に前記裏面金属電極の上面から前記表面透明導電膜に達する他の分離溝を形成して前記検査領域内の前記光電変換層と前記裏面金属電極とを第1領域と第2領域とに分割する工程と、
前記第1領域の前記裏面金属電極を前記第1領域の前記表面透明導電膜に電気的に直接接続させる工程と、
前記第2領域の前記裏面金属電極を前記第2領域の前記表面透明導電膜に電気的に直接接続させる工程と、
を有し、
前記第3工程では、前記第1領域の前記裏面金属電極から前記表面透明導電膜、前記第2領域の前記裏面金属電極の間を流れる電流を検査し、評価すること、
を特徴とする請求項4〜6のいずれか1つに記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
The second step includes
Another separation groove reaching the surface transparent conductive film from the upper surface of the back surface metal electrode is formed in the inspection region, and the photoelectric conversion layer and the back surface metal electrode in the inspection region are connected to the first region and the second region. Dividing the process into
Electrically connecting the back surface metal electrode of the first region to the surface transparent conductive film of the first region;
Electrically connecting the back surface metal electrode of the second region to the surface transparent conductive film of the second region;
Have
In the third step, the current flowing between the back surface metal electrode in the first region and the back surface metal electrode in the second region is examined and evaluated.
The manufacturing method of the thin film solar cell module as described in any one of Claims 4-6 characterized by these.
前記第2工程は、
前記検査領域内に前記裏面金属電極の上面から前記表面透明導電膜に達する他の分離溝を形成して前記検査領域内の前記光電変換層と前記裏面金属電極とを第3領域と第4領域とに分割する工程と、
前記第3領域の前記裏面金属電極を前記第3領域の前記表面透明導電膜に電気的に直接接続させる工程と、
を有し、
前記第3工程では、前記第4領域の前記裏面金属電極から前記光電変換層、前記表面透明導電膜、前記第3領域の前記裏面金属電極の間を流れる電流を測定し、評価すること、
を特徴とする請求項4〜6のいずれか1つに記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
The second step includes
Another separation groove reaching the surface transparent conductive film from the upper surface of the back surface metal electrode is formed in the inspection region, and the photoelectric conversion layer and the back surface metal electrode in the inspection region are connected to the third region and the fourth region. Dividing the process into
Electrically connecting the back surface metal electrode of the third region to the surface transparent conductive film of the third region;
Have
In the third step, the current flowing between the photoelectric conversion layer, the surface transparent conductive film, and the back surface metal electrode of the third region from the back surface metal electrode of the fourth region is measured and evaluated,
The manufacturing method of the thin film solar cell module as described in any one of Claims 4-6 characterized by these.
前記第1工程では、前記透光性絶縁基板上における前記薄膜太陽電池セルの形成領域に形成した前記表面透明導電膜、前記光電変換層、前記裏面金属電極層のそれぞれを薄膜太陽電池セルごとに分離する分離工程を含み、
前記それぞれの分離工程の最初に、規定形状の溝を外部積層領域の積層構造に形成し、各分離工程で形成された前記規定形状の溝同士の位置関係を検査して、その後の各分離工程での位置条件を決定すること、
を特徴とする請求項4〜8のいずれか1つに記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
In the first step, each of the surface transparent conductive film, the photoelectric conversion layer, and the back metal electrode layer formed in the formation region of the thin film solar cell on the translucent insulating substrate is provided for each thin film solar cell. Including a separation step of separating,
At the beginning of each of the separation steps, a groove having a prescribed shape is formed in the laminated structure of the external lamination region, and the positional relationship between the grooves of the prescribed shape formed in each separation step is inspected, and each subsequent separation step Determining the position condition at
The manufacturing method of the thin film solar cell module as described in any one of Claims 4-8 characterized by these.
前記第2工程では、前記電気的に直列接続された前記薄膜太陽電池セル間の領域および前記電気的に直列接続された前記薄膜太陽電池セルの端部に隣接した領域に前記外部積層領域および前記検査領域が複数形成され、
前記第3工程では、前記複数の検査領域を電気的に測定し評価すること、
を特徴とする請求項4〜9のいずれか1つに記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
In the second step, the outer stacked region and the region between the thin film solar cells electrically connected in series and the region adjacent to the end of the thin film solar cells electrically connected in series Multiple inspection areas are formed,
In the third step, electrically measuring and evaluating the plurality of inspection regions;
The method for producing a thin-film solar cell module according to any one of claims 4 to 9.
前記検査領域上に、前記直列接続された複数の薄膜太陽電池セルのうち一端の前記薄膜太陽電池セルの前記表面透明導電膜または前記裏面金属電極層に前記外部積層領域において電気的に接続される取り出し電極を形成すること、
を特徴とする請求項4〜10のいずれか1つに記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
On the inspection region, among the plurality of thin film solar cells connected in series, electrically connected to the surface transparent conductive film or the back metal electrode layer of the thin film solar cell at one end in the outer stacked region. Forming an extraction electrode;
The manufacturing method of the thin film solar cell module as described in any one of Claims 4-10 characterized by these.
前記第2工程では、前記外部積層領域に形成された前記積層構造の各層の形成後に前記各層を光学的に測定し、評価すること、
を特徴とする請求項4〜11のいずれか1つに記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
In the second step, optically measuring and evaluating each layer after forming each layer of the stacked structure formed in the outer stacked region;
The manufacturing method of the thin film solar cell module as described in any one of Claims 4-11 characterized by these.
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