JP2015126163A - Cigs solar cell and manufacturing method therefor - Google Patents

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誠喜 寺地
Seiki Terachi
誠喜 寺地
太一 渡邉
Taichi Watanabe
太一 渡邉
智宏 鞍田
Tomohiro Kurata
智宏 鞍田
祐輔 山本
Yusuke Yamamoto
祐輔 山本
由考 椙田
Yoshitaka Sugita
由考 椙田
洸人 西井
Hiroto Nishii
洸人 西井
和典 河村
Kazunori Kawamura
和典 河村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CIGS solar cell in which the surface state on the back (base material side) of a cell after manufacturing is excellent, and electrical interconnection of the cells using the back can be maintained stably over a long term, and to provide a manufacturing method therefor.SOLUTION: On one side of a long base material 1 having conductivity, a back electrode layer 2 and a surface electrode consisting of a CIGS photoelectric conversion layer 3, a buffer layer 4, and a transparent conductive layer 5 are laminated sequentially by using a roll-to-roll process. In such a CIGS solar cell, a protective layer P having a thickness of 10 nm or more composed of at least one kind of metal selected from a group of molybdenum, tungsten, niobium, tantalum and titanium or an alloy thereof is formed on the other side of the long base material 1.

Description

本発明は、光電変換層として、Cu,In,Ga,Seからなる化合物半導体層を備えるCIGS太陽電池セルとその製法に関するものである。   The present invention relates to a CIGS solar cell including a compound semiconductor layer made of Cu, In, Ga, and Se as a photoelectric conversion layer and a method for manufacturing the CIGS solar cell.

アモルファスシリコン太陽電池や化合物薄膜太陽電池に代表される薄膜型太陽電池は、従来の結晶型シリコン太陽電池と比較すると、材料コストや製造コストの大幅な削減が可能である。このため、近年、これらの研究開発が急速に進められており、なかでも、周期表上で11族(I族),13族(III族),16族(VI族)の元素を構成物質とした化合物薄膜太陽電池であって、光吸収層(光電変換層)が、銅(Cu),インジウム(In),ガリウム(Ga),セレン(Se)合金からなるCIGS太陽電池は、優れた太陽光変換効率を有するため、薄膜太陽電池の中でも、特に注目されている。   Thin film solar cells represented by amorphous silicon solar cells and compound thin film solar cells can significantly reduce material costs and manufacturing costs as compared to conventional crystalline silicon solar cells. For this reason, in recent years, these research and development have been promoted rapidly, and among them, elements of Group 11 (Group I), Group 13 (Group III), and Group 16 (Group VI) on the periodic table as constituent substances. The CIGS solar cell in which the light absorption layer (photoelectric conversion layer) is made of a copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), or selenium (Se) alloy is an excellent solar light. Since it has conversion efficiency, it attracts particular attention among thin film solar cells.

上記CIGS太陽電池に関し、本出願人らは、太陽電池セルの製造に、ロール状に巻回された長尺基板を用いた、ロールトゥロールプロセス(Roll to Roll Process)を採用することにより、高品質な太陽電池セル(CIGS光電変換層)を効率的に製造できる方法を提案している(特許文献1,2を参照)。   With regard to the CIGS solar cell, the present applicants have adopted a roll-to-roll process (Roll to Roll Process) using a long substrate wound in a roll shape for the production of solar cells. The method which can manufacture a quality photovoltaic cell (CIGS photoelectric conversion layer) efficiently is proposed (refer patent documents 1 and 2).

図6は、上記提案に係るCIGS太陽電池セルの概略構成図であり、図4は、このCIGS太陽電池セルのロールトゥロールプロセスによる製造工程(装置)の概略構成図である。   FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a CIGS solar cell according to the above proposal, and FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a manufacturing process (apparatus) by a roll-to-roll process of this CIGS solar cell.

このCIGS太陽電池セルは、図6に示すように、支持体(長尺基材1)と、裏面電極層2と、化合物半導体膜(CIGS光電変換層3)と、バッファ層4と、透明導電層5と、取り出し電極(図示省略)等から構成されている。なお、上記CIGS光電変換層3は、後述するように、Cu,In,Ga,Seを順次蒸着(積層)することにより、形成されている。また、この図は、長尺状(リボン状または帯状)のCIGS太陽電池セルの一部を示しており、この長尺状セルは、製造完了後に一定長で切断され、電極どうしを接続(連結)して、太陽電池モジュールが構成される。   As shown in FIG. 6, the CIGS solar cell includes a support (long substrate 1), a back electrode layer 2, a compound semiconductor film (CIGS photoelectric conversion layer 3), a buffer layer 4, and a transparent conductive material. The layer 5 is composed of an extraction electrode (not shown) and the like. The CIGS photoelectric conversion layer 3 is formed by sequentially depositing (stacking) Cu, In, Ga, and Se as described later. In addition, this figure shows a part of a long (ribbon-shaped or strip-shaped) CIGS solar cell, and this long-shaped cell is cut at a fixed length after the manufacture is completed, and the electrodes are connected (coupled). ) To form a solar cell module.

上記長尺状のCIGS太陽電池セルを製造する工程は、図4のように、複数の加工用減圧室(11,12,13,14)を、連続加工ができるように一列状に連結して構成されており、その両端側には、加工用の基材(リボン状の長尺基材1)を供給する巻出し機Aを備える基材供給側減圧室Xと、加工後の長尺基材1を回収して巻き取る巻取り機Bを備える基材回収側減圧室Yとが配置されている。なお、図中の白抜き矢印は長尺基材1の流れ方向を示す。また、符号21は裏面電極層形成用のスパッタ装置、符号26はバッファ層形成用のスパッタ装置、符号27は透明導電層形成用のスパッタ装置である。   As shown in FIG. 4, the process of manufacturing the long CIGS solar cell is performed by connecting a plurality of processing decompression chambers (11, 12, 13, 14) in a line so that continuous processing can be performed. The base material supply side decompression chamber X provided with the unwinding machine A that supplies the base material for processing (ribbon-like long base material 1) is formed on both ends thereof, and the long base after processing. A base material recovery side decompression chamber Y including a winder B that recovers and winds the material 1 is disposed. In addition, the white arrow in a figure shows the flow direction of the elongate base material 1. FIG. Reference numeral 21 denotes a sputtering apparatus for forming the back electrode layer, reference numeral 26 denotes a sputtering apparatus for forming the buffer layer, and reference numeral 27 denotes a sputtering apparatus for forming the transparent conductive layer.

そして、上記各加工用減圧室は、巻出し機A側〔基材流れ方向(白抜き矢印)の上流側〕から、裏面電極形成用の減圧室11,化合物半導体層形成用の減圧室12,バッファ層形成用の減圧室13,透明導電層形成用の減圧室14の順に配置され、各加工用減圧室11〜14の間には、これら各減圧室11〜14を所要圧力に保つための差動排気装置Z1,Z2,Z3(矢印は排気を示す)がそれぞれ配設されており、異なる環境圧力(雰囲気)が要求されるプロセス(工程)間で長尺基材1を途切れずに、巻取り機Bの巻取り力で移動させ、その加工・成膜(積層)を連続して行うことができるようになっている。 And each said decompression chamber for processing is the decompression chamber 11 for back electrode formation, the decompression chamber 12 for compound semiconductor layer formation from the unwinding machine A side [upstream side of a base material flow direction (white arrow)], The decompression chamber 13 for forming the buffer layer and the decompression chamber 14 for forming the transparent conductive layer are arranged in this order, and the decompression chambers 11 to 14 are maintained at a required pressure between the respective decompression chambers 11 to 14 for processing. Differential exhaust devices Z 1 , Z 2 , Z 3 (arrows indicate exhaust) are provided, and the long base 1 is interrupted between processes (steps) that require different environmental pressures (atmospheres). Instead, it is moved by the winding force of the winder B, and the processing and film formation (lamination) can be performed continuously.

また、上記化合物半導体層(本例ではCIGS光電変換層)を形成する工程(減圧室12)の中には、図5にその拡大模式図を示すように、上記CIGS光電変換層形成用の複数の蒸着源22,23,24,25が、長尺基材1の流れ方向に沿って並んで配置されている。そして、減圧室11(裏面電極形成工程)から差動排気装置Z3を介して減圧室12内に導入された長尺基材1が、その加工対象面(図では、裏面電極が形成された下面側)を、各蒸着源22〜25のノズルと対面させた状態で、これらの上を所定速度で走行することにより、上記各蒸着源22〜25内のセットされた蒸着材料(本例では、Cu,In,Ga,Se)が、長尺基材1上に、層状に順次積層される。 Further, in the step of forming the compound semiconductor layer (in this example, the CIGS photoelectric conversion layer) (the decompression chamber 12), as shown in an enlarged schematic view of FIG. 5, a plurality of CIGS photoelectric conversion layer forming plurals are formed. The vapor deposition sources 22, 23, 24, and 25 are arranged side by side along the flow direction of the long base material 1. And the long base material 1 introduced into the decompression chamber 12 from the decompression chamber 11 (back electrode forming step) via the differential exhaust device Z 3 is processed surface (in the figure, the back electrode is formed). With the lower surface side facing the nozzles of the respective vapor deposition sources 22 to 25, the vapor deposition materials set in the respective vapor deposition sources 22 to 25 (in this example, in this example) are run on these at a predetermined speed. , Cu, In, Ga, Se) are sequentially laminated in layers on the long base material 1.

なお、上記のように、CIGS光電変換層3を真空蒸着により積層形成する場合、各蒸着源22,23,24,25内の蒸着材料の温度(蒸散温度)は、例えば、Cuが約1150℃,Inが約950℃,Gaが約1000℃,Seが約200℃、に設定される。これらの温度設定は、各蒸着材料の融点と蒸気圧(すなわち、時間あたりの蒸着量または蒸着速度)を勘案して調整される。   As described above, when the CIGS photoelectric conversion layer 3 is formed by vacuum vapor deposition, the temperature of the vapor deposition material in each vapor deposition source 22, 23, 24, 25 (transpiration temperature) is, for example, about 1150 ° C. for Cu. , In is set to about 950 ° C., Ga is set to about 1000 ° C., and Se is set to about 200 ° C. These temperature settings are adjusted in consideration of the melting point and vapor pressure of each vapor deposition material (that is, the vapor deposition amount or vapor deposition rate per hour).

特開2012−195461号公報JP 2012-195461 A 特開2013−115119号公報JP 2013-115119 A

ところで、上記のようなロールトゥロールプロセスを用いたCIGS太陽電池セルの製造においては、耐熱性と、CIGS膜とのCTE(熱膨脹係数,線膨脹係数)マッチングおよびコストの観点から、支持基板(長尺基材1)として、フェライト系のステンレス(SUS)基材またはアロイ箔が、好適に使用される。   By the way, in the manufacture of CIGS solar cells using the roll-to-roll process as described above, from the viewpoint of heat resistance, CTE (thermal expansion coefficient, linear expansion coefficient) matching with the CIGS film, and cost, a supporting substrate (long As the scale substrate 1), a ferritic stainless steel (SUS) substrate or alloy foil is preferably used.

しかしながら、上記SUS基材等を用いたロールトゥロールプロセスによるCIGS太陽電池セルの製造において、セルの製造完了後に、光電変換層等が積層される長尺基材(SUS基板)の一方の面(加工対象面、図4,5では下面)とは反対側の他方の面(非加工面、図4,5では上面)の表面状態(外観)が荒れ、セルどうしの連結(電気的接続)の際、この面に対する半田や金属ペースト等の密着(相溶性または濡れ)が悪く、安定した電気的接続を維持できない場合があった。   However, in the manufacture of CIGS solar cells by the roll-to-roll process using the SUS substrate and the like, one side of the long substrate (SUS substrate) on which the photoelectric conversion layer and the like are stacked after the manufacture of the cell is completed ( The surface state (appearance) of the other surface (non-processed surface, upper surface in FIGS. 4 and 5) opposite to the surface to be processed (lower surface in FIGS. 4 and 5) is rough, and the cells are connected (electrically connected). At this time, the adhesion (compatibility or wetting) of solder or metal paste to this surface is poor, and stable electrical connection may not be maintained.

そこで、これらの不具合の原因を、本発明者らが追求したところ、その原因は、完成したCIGS太陽電池セルの長尺基材の裏面(非加工面)に意図せず形成された「脆い層」(腐食層)であることがわかった。また、発明者らは、この「脆い層」の分析により、その腐食層が、高温のセレン(Se)ガスに触れたことにより生じるセレン化合物であることを突き止めた。   Then, when the present inventors pursued the cause of these malfunctions, the cause was "the brittle layer formed unintentionally on the back surface (non-processed surface) of the long base material of the completed CIGS solar cell. "(Corrosion layer). In addition, the inventors have determined from the analysis of the “brittle layer” that the corrosive layer is a selenium compound produced by exposure to high-temperature selenium (Se) gas.

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、製造後のセルの裏面(基材側)の表面状態が良好で、この裏面を用いたセルどうしの電気的な接続を、長期に渡り安定して維持することのできるCIGS太陽電池セルおよびその製法を提供することをその目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the surface state of the back surface (base material side) of the manufactured cell is good, and electrical connection between the cells using this back surface has been made for a long time. It is an object of the present invention to provide a CIGS solar cell that can be stably maintained and a method for producing the same.

上記目的を達成するため、本発明は、導電性を有する長尺基材の一方の面に、裏面電極層と、CIGS光電変換層と、バッファ層と、透明導電層からなる表面電極とが、ロールトゥロールプロセスを用いて順次積層されてなるCIGS太陽電池セルであって、上記長尺基材の他方の面に、周期表4〜6族の元素のうち、モリブデン,タングステン,ニオブ,タンタル,チタンからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属またはその合金からなる厚さ10nm以上の保護層が形成されているCIGS太陽電池セルを第1の要旨とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a surface electrode composed of a back electrode layer, a CIGS photoelectric conversion layer, a buffer layer, and a transparent conductive layer on one surface of a long substrate having conductivity. It is a CIGS solar cell that is sequentially laminated using a roll-to-roll process, and the other surface of the long base material has molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, among the elements of groups 4 to 6 of the periodic table. A CIGS solar cell in which a protective layer made of at least one metal selected from the group consisting of titanium or an alloy thereof having a thickness of 10 nm or more is formed.

また、同じ目的を達成するために、本発明は、導電性を有する長尺基材の表面に裏面電極層を形成する工程と、上記裏面電極層の露出面上にCIGS光電変換層を形成する工程と、上記CIGS光電変換層の露出面上にバッファ層を形成する工程と、上記バッファ層の露出面上に透明導電層からなる表面電極を形成する工程とを備え、ロールトゥロールプロセスにより、上記各層を長尺基材の一方の面側に順次積層するCIGS太陽電池セルの製法であって、上記CIGS光電変換層を形成する工程に先だって、上記長尺基材の他方の面側に、周期表4〜6族の元素のうち、モリブデン,タングステン,ニオブ,タンタル,チタンからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属またはその合金からなる厚さ10nm以上の保護層を形成する太陽電池セルの製法を第2の要旨とする。   In order to achieve the same object, the present invention forms a back electrode layer on the surface of a long conductive substrate, and forms a CIGS photoelectric conversion layer on the exposed surface of the back electrode layer. A step, a step of forming a buffer layer on the exposed surface of the CIGS photoelectric conversion layer, and a step of forming a surface electrode made of a transparent conductive layer on the exposed surface of the buffer layer. It is a manufacturing method of a CIGS solar cell in which each of the above layers is sequentially laminated on one surface side of the long base material, and prior to the step of forming the CIGS photoelectric conversion layer, on the other surface side of the long base material, Among the elements of groups 4 to 6 of the periodic table, a thick layer that forms a protective layer having a thickness of 10 nm or more made of at least one metal selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, and titanium, or an alloy thereof. The process of the battery cells to the second aspect.

すなわち、先にも述べたように、本発明者らは、CIGS太陽電池セルの製造の際、このセルの裏面(光電変換層を積層しない、他方の面)の状態に着目して研究を行うことにより、前記裏面の面荒れや電気的接続の不良をもたらす「脆い層」(SUS基板の腐食層)が、化合物半導体層(CIGS光電変換層)形成工程におけるSeの蒸着時に生成していることを突き止めた。この裏面側のSe層の生成は、Seの融点が他の蒸着材料より低く、減圧室内におけるSeの蒸気圧(蒸気分圧)が高いことに起因して、このSe蒸気が、長尺基材の加工(蒸着)対象面の裏側まで到達(いわゆる「裏回り」)してしまうことが、原因と考えられる。   That is, as described above, the present inventors conduct research while paying attention to the state of the back surface (the other surface on which the photoelectric conversion layer is not stacked) of the CIGS solar battery cell. As a result, a “brittle layer” (corrosion layer of SUS substrate) that causes surface roughness of the back surface and poor electrical connection is generated during the deposition of Se in the compound semiconductor layer (CIGS photoelectric conversion layer) formation step. I found out. The Se layer on the back side is generated because Se has a lower melting point than other deposition materials and Se vapor pressure (vapor partial pressure) in the decompression chamber is high. It is thought that the reason is that it reaches the back side of the surface to be processed (vapor deposition) (so-called “backside”).

そこで、本発明者らは、試作を重ねた結果、上記CIGS光電変換層の作製(蒸着)前に、予め、長尺基材の裏面側に、上記Se蒸気の影響を受けにくい(浸食されにくい)物質からなる保護膜を形成しておくことによって、上記「脆い層」(腐食層)の発生を抑えられることを見出し、本発明に到達した。   Therefore, as a result of repeated trial production, the present inventors are less susceptible to the influence of the Se vapor on the back surface side of the long base material in advance (not easily eroded) before the production (evaporation) of the CIGS photoelectric conversion layer. ) It has been found that by forming a protective film made of a substance, the occurrence of the “brittle layer” (corrosion layer) can be suppressed, and the present invention has been achieved.

本発明のCIGS太陽電池セルおよびその製法によれば、上記長尺基材の加工対象面とは反対側の他方の面(裏面)が、Se蒸気と反応しにくい、モリブデン,タングステン,ニオブ,タンタル,チタンからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属またはその合金からなる厚さ10nm以上の保護層に覆われているため、Se蒸気の濃度の濃い減圧加工室内を通過しても、この長尺基材の裏面が上記Se蒸気により腐食されることがない。これにより、上記CIGS太陽電池セルは、上記化合物半導体層(CIGS光電変換層)形成工程を経てもその裏面に乱れがなく、半田や金属ペースト等を用いたセルどうしの電気的接続が、長期に渡り安定して維持される。したがって、本発明のCIGS太陽電池セルおよびその製法により得られたCIGS太陽電池セルは、外観に優れた、長寿命の太陽電池セルとすることができる。   According to the CIGS solar cell of the present invention and the manufacturing method thereof, molybdenum, tungsten, niobium, and tantalum, the other surface (back surface) opposite to the surface to be processed of the long base material hardly reacts with Se vapor. Since it is covered with a protective layer made of at least one metal selected from the group consisting of titanium or an alloy thereof having a thickness of 10 nm or more, even if it passes through a vacuum processing chamber having a high Se vapor concentration, The back surface of the scale substrate is not corroded by the Se vapor. As a result, the CIGS solar battery cell is not disturbed on its back surface even after the compound semiconductor layer (CIGS photoelectric conversion layer) formation step, and electrical connection between cells using solder, metal paste, or the like is long-lasting. It is maintained stably across. Therefore, the CIGS solar cell obtained by the CIGS solar cell of the present invention and the production method thereof can be a long-life solar cell excellent in appearance.

なお、本発明においては、上記保護層の保護効果を確実にするために、厚さ10nm以上という下限を設けている。厚さ10nm未満の保護層は、上記Se蒸気がこの層を透して浸透してしまい、その保護効果が充分ではない。また、保護層の厚さの上限は特に設けていないが、厚くなり過ぎると完成した太陽電池セルの可撓性(フレキシブル性)を損なう点(物性面)、および、層厚が厚く(金属量が多く)なるほど材料費が嵩む点(コスト面)等を考慮すると、50nm〜10μm程度が好適である。   In the present invention, a lower limit of 10 nm or more is provided in order to ensure the protective effect of the protective layer. In the protective layer having a thickness of less than 10 nm, the Se vapor penetrates through this layer, and the protective effect is not sufficient. In addition, the upper limit of the thickness of the protective layer is not particularly provided, but if it becomes too thick, the flexibility (flexibility) of the completed solar cell is impaired, and the layer thickness is thick (the amount of metal) In view of the point (cost) that the material cost increases as the amount increases, a thickness of about 50 nm to 10 μm is preferable.

本発明のCIGS太陽電池セルの構成を説明する模式的断面図である。It is typical sectional drawing explaining the structure of the CIGS photovoltaic cell of this invention. 本発明の第1実施形態におけるCIGS太陽電池セルの製造工程を説明する概略構成図である。It is a schematic block diagram explaining the manufacturing process of the CIGS photovoltaic cell in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態において長尺基材の裏面に金属製保護層を形成する工程を説明する概略構成図である。It is a schematic block diagram explaining the process of forming a metal protective layer in the back surface of a long base material in 2nd Embodiment of this invention. CIGS太陽電池セルの製造工程を説明する概略構成図である。It is a schematic block diagram explaining the manufacturing process of a CIGS photovoltaic cell. CIGS太陽電池セルの製造工程における化合物半導体層形成(蒸着)工程を説明する図である。It is a figure explaining the compound semiconductor layer formation (vapor deposition) process in the manufacturing process of a CIGS solar cell. 従来のCIGS太陽電池セルの模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the conventional CIGS solar cell.

つぎに、本発明を実施するための形態について説明する。
なお、参照する各断面図において、各部分(層)は模式的に示したものであり、実際の厚み,大きさ等とは異なっている。
Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described.
In each cross-sectional view to be referred to, each portion (layer) is schematically shown and is different from an actual thickness, size, and the like.

本発明の第1実施形態におけるCIGS太陽電池セルは、図1に示すように、図示下側から順に、導電性を有する長尺基材(支持体)1,裏面電極層2,化合物半導体膜(CIGS光電変換層3),バッファ層4および透明導電層(表面電極)5が、この順に順次積層することにより形成されており、その基本的な構成は、従来の一般的な太陽電池セルと同様である。この実施形態のCIGS太陽電池セルの構造的特徴は、上記長尺基材1の裏面側(図示下側)に、従来例にはない、厚さ10nm以上の保護層Pが形成されている点である。また、この保護層Pは、周期表4〜6族の元素のうち、モリブデン(Mo),タングステン(W),ニオブ(Nb),タンタル(Ta),チタン(Ti)からなる群から選ばれた少なくとも1種の金属またはその合金から構成されており、後記するセレン(Se)の蒸気がこの長尺基材1に浸透して腐食が生じるのを防いでいる。   As shown in FIG. 1, the CIGS solar cell according to the first embodiment of the present invention has a conductive long base (support) 1, back electrode layer 2, compound semiconductor film (in order from the lower side in the figure). The CIGS photoelectric conversion layer 3), the buffer layer 4 and the transparent conductive layer (surface electrode) 5 are formed by sequentially laminating in this order, and the basic configuration is the same as that of a conventional general solar battery cell. It is. The structural feature of the CIGS solar cell of this embodiment is that a protective layer P having a thickness of 10 nm or more, which is not in the conventional example, is formed on the back surface side (the lower side in the drawing) of the long base material 1. It is. The protective layer P was selected from the group consisting of molybdenum (Mo), tungsten (W), niobium (Nb), tantalum (Ta), and titanium (Ti) among the elements of groups 4 to 6 of the periodic table. It is composed of at least one metal or an alloy thereof, and prevents selenium (Se) vapor described later from penetrating into the long base material 1 and causing corrosion.

そして、その製法の一例は、図2に示す工程図にように、先の提案(図4)の減圧室12の手前(上流側)に、新たに、保護層P形成用の減圧室10を設け、そこで長尺基材1の他方の面(非加工面)に保護層Pをスパッタリング等により形成するようになっている。   As an example of the manufacturing method, as shown in the process diagram of FIG. 2, a decompression chamber 10 for forming the protective layer P is newly provided before (upstream side) the decompression chamber 12 of the previous proposal (FIG. 4). The protective layer P is formed on the other surface (non-processed surface) of the long base material 1 by sputtering or the like.

つぎに、上記太陽電池セルの構成を、その作製順(積層順)に各層ごとに詳しく説明すると、まず、作製基盤となる長尺基材1は、その素材(材料)として、ガラス,ポリイミド等の透光性基材や、シリカアルミナ等のセラミック,ステンレススチール(SUS),チタン(Ti)等の不透光性金属基材の中で薄いもの(箔状のもの)を用いることができる。この長尺基材1は、後記する裏面電極層2,CIGS光電変換層3,バッファ層4,透明導電層5等を、構造的・強度的に支持しうるものであれば、材質や厚さは特に限定されない。また、それらの素材の表面に、金属膜,透明導電膜,絶縁膜などを被覆したものであってもよい。   Next, the configuration of the solar battery cell will be described in detail for each layer in the production order (stacking order). First, the long base material 1 serving as a production base is made of glass, polyimide, or the like as the material (material). Among these translucent base materials, ceramics such as silica alumina, and non-translucent metal base materials such as stainless steel (SUS) and titanium (Ti), a thin one (foil-like one) can be used. The long base material 1 can be made of any material or thickness as long as it can support the back electrode layer 2, the CIGS photoelectric conversion layer 3, the buffer layer 4, the transparent conductive layer 5 and the like described later in terms of structure and strength. Is not particularly limited. Moreover, the surface of those materials may be coated with a metal film, a transparent conductive film, an insulating film, or the like.

長尺基材1の好ましい厚さ(全厚)は、30μm以上5mm以下であり、これらの要求物性を満たす基板材料として、本実施形態では上記SUSを好適に使用する。このSUSは、箔状に成形することが容易であるため、フレキシブルな光電変換装置を形成するのに好適で、しかも、後述の裏面電極層2等を形成した後でも適度な強度を有するために反りが少なく、耐熱性に優れ、なおかつ安価であるので、より好ましい。本実施の形態においては、厚さ50μmの長尺SUS基材(箔)を用いている。   A preferable thickness (total thickness) of the long base material 1 is 30 μm or more and 5 mm or less, and the SUS is suitably used in the present embodiment as a substrate material satisfying these required physical properties. Since this SUS is easy to be formed into a foil shape, it is suitable for forming a flexible photoelectric conversion device, and also has an appropriate strength even after forming a back electrode layer 2 and the like described later. It is more preferable because it is less warped, has excellent heat resistance, and is inexpensive. In the present embodiment, a long SUS substrate (foil) having a thickness of 50 μm is used.

上記長尺基材1の裏面側に形成される保護層Pは、長尺基材1におけるCIGS光電変換層3等の形成面(加工対象面)とは異なる面側に、全面にわたって形成されている。この保護層Pは、通常、スパッタリングにより形成されるが、それ以外に、真空蒸着,メッキ法,エアロゾルデポジション等を用いて形成することができる。また、金属箔を加熱圧延して接合したり、貼り合わせることにより形成可能である。そして、先にも述べたように、Mo,W,Nb,Ta,Tiからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属またはその合金からなる単層または複層に形成されている。   The protective layer P formed on the back surface side of the long base material 1 is formed over the entire surface on a different surface side from the formation surface (processing target surface) of the CIGS photoelectric conversion layer 3 and the like in the long base material 1. Yes. The protective layer P is usually formed by sputtering, but can be formed by other methods such as vacuum deposition, plating, aerosol deposition, and the like. Moreover, it can form by heat-rolling metal foil and joining or bonding. As described above, it is formed in a single layer or multiple layers made of at least one metal selected from the group consisting of Mo, W, Nb, Ta, and Ti or an alloy thereof.

なお、上記保護層Pは、上記第1実施形態のように、各層の形成途中(ただし、光電変換層の蒸着より前)で真空一貫によりオンラインで形成する方法の他に、上記工程とは別工程で、長尺基材1の裏面に予め加工しておく方法(後記の第2実施形態を参照)等を採用してもよい。また、上記保護層Pを複層にすると、長尺基材1に当接するように形成された第1の層を、いわば接着層として機能させ、長尺基材1と保護層Pとをより強固に密着させることができ、好適である。また、上記保護層Pは、長尺基材1の表裏両面のうち、表面粗さが粗い方の面に形成することが、密着性の点で好ましい。   In addition, the protective layer P is different from the above steps in addition to the method of forming the protective layer P online in a vacuum consistently during the formation of each layer (but before vapor deposition of the photoelectric conversion layer) as in the first embodiment. You may employ | adopt the method (refer 2nd Embodiment mentioned later) etc. which are previously processed in the back surface of the elongate base material 1 at a process. Further, when the protective layer P is formed of a plurality of layers, the first layer formed so as to be in contact with the long base material 1 functions as an adhesive layer, so that the long base material 1 and the protective layer P are more It can be firmly adhered, which is preferable. Moreover, it is preferable from the point of adhesiveness to form the said protective layer P in the surface whose surface roughness is rough among the front and back both surfaces of the elongate base material 1. FIG.

また、上記Se蒸気に対する耐性を考慮すると、上記周期表4〜6族の元素群のなかでも、保護層Pを単層で形成する場合はモリブデン(Mo)およびチタン(Ti)が、複層で形成する場合はMo層(外側の表層)/Cr層(基材に接する下地層)の積層が、好適に選択される。   In consideration of the resistance to Se vapor, among the elements of Groups 4 to 6 in the periodic table, when the protective layer P is formed as a single layer, molybdenum (Mo) and titanium (Ti) are formed in a multilayer. When forming, lamination | stacking of Mo layer (outer surface layer) / Cr layer (underlayer which touches a base material) is selected suitably.

そして、上記保護層Pは、上記各方法を用いて10nm以上の厚さに形成されており、好ましくは10nm〜500μm、より好ましくは10nm〜100μmの厚さに形成されている。なお、上記保護層Pの厚さは、後記のSe蒸気に対する耐性を考慮して決定されるもので、保護層Pの厚さが10nm未満の場合は、Se蒸気の長尺基材1に対する浸透を充分に防ぐことができない傾向がみられる。逆に、保護層Pの厚さが500μmを超える場合は、Se蒸気に対する浸透防止力は充分であるが、製造(積層)完了後のCIGS太陽電池セルの可撓性(フレキシブル性)が充分でなく、ロールトゥロールプロセスによるセル製造やその後の太陽電池モジュールの製造の際のハンドリングが低下し、その性能に悪影響を及ぼすおそれがある。   And the said protective layer P is formed in thickness of 10 nm or more using said each method, Preferably it is formed in thickness of 10 nm-500 micrometers, More preferably, it is 10 nm-100 micrometers. The thickness of the protective layer P is determined in consideration of the resistance to Se vapor described later. When the thickness of the protective layer P is less than 10 nm, the penetration of Se vapor into the long substrate 1 is performed. There is a tendency that cannot be sufficiently prevented. On the other hand, when the thickness of the protective layer P exceeds 500 μm, the penetration preventing power against Se vapor is sufficient, but the flexibility (flexibility) of the CIGS solar cell after the completion of manufacture (lamination) is sufficient. In addition, handling during the cell production by the roll-to-roll process and the subsequent production of the solar cell module may be lowered, and the performance may be adversely affected.

つぎに、上記長尺基材1の上側に積層形成される裏面電極層2は、導電性の材料からなり、Ti,Ni,Cr,Ag,Al,Cu,Au,Moなどの金属や、ITO,ZnO,SnO2等の透明導電膜を、単層または複数積層させたものを用いることができる。裏面電極層2は、電極としての役割を担っているので、電気伝導性が高い方が好ましく、微量の不純物を添加することで電気伝導性を向上させたものを用いることもできる。上記裏面電極材料のなかでも、Mo(モリブデン)は、後述のCIGS光電変換層3との密着性に優れるため、好ましく用いられる。この裏面電極層2の形成方法としては、先に述べたスパッタリングの他、CVD法,蒸着法,ゾルゲル法,スプレー法,電析法および化学的析出法などの方法が用いられる。 Next, the back electrode layer 2 formed on the upper side of the long base 1 is made of a conductive material, such as Ti, Ni, Cr, Ag, Al, Cu, Au, Mo, or ITO. , ZnO, SnO 2, or the like can be used as a single layer or a plurality of laminated layers. Since the back electrode layer 2 plays a role as an electrode, it is preferable that the back electrode layer 2 has high electrical conductivity, and it is also possible to use a layer whose electrical conductivity is improved by adding a small amount of impurities. Among the back electrode materials, Mo (molybdenum) is preferably used because it has excellent adhesion to the CIGS photoelectric conversion layer 3 described later. As a method for forming the back electrode layer 2, methods such as CVD, vapor deposition, sol-gel method, spray method, electrodeposition method, and chemical deposition method are used in addition to the sputtering described above.

また、裏面電極層2は、その表面(CIGS光電変換層3側の上面)に凹凸形状が形成されていることが好ましい。裏面電極層2の表面に凹凸形状が形成されていることにより、光散乱効果によるCIGS光電変換層3の特性向上や、CIGS光電変換層3の剥離防止効果が期待できる。この裏面電極層2の厚さは、特に限定されないが、全厚50nm以上3μm以下とすることが好ましい。本実施の形態においては、CrとMoをこの順で積層させたものを用いており、それぞれの膜厚は400nm(全厚800nm)としている。   Moreover, it is preferable that the back surface electrode layer 2 has an uneven shape on the surface (upper surface on the CIGS photoelectric conversion layer 3 side). By forming the concavo-convex shape on the surface of the back electrode layer 2, an improvement in the characteristics of the CIGS photoelectric conversion layer 3 due to a light scattering effect and an effect of preventing the CIGS photoelectric conversion layer 3 from peeling off can be expected. The thickness of the back electrode layer 2 is not particularly limited, but the total thickness is preferably 50 nm or more and 3 μm or less. In this embodiment, Cr and Mo are laminated in this order, and each film thickness is 400 nm (total thickness is 800 nm).

上記裏面電極層2上に積層されるCIGS光電変換層3は、少なくともCu,In,Ga,Seを含むものである。このCIGS光電変換層3の形成方法としては、先に述べた蒸着法の他、スパッタ法,CVD法,ゾルゲル法,スプレー法,電析法および化学的析出法などの方法を、単独でまたは組み合わせて使用することができる。また、これらの形成方法と、熱処理を組み合わせて用いることもできる。   The CIGS photoelectric conversion layer 3 laminated on the back electrode layer 2 contains at least Cu, In, Ga, and Se. As a method for forming the CIGS photoelectric conversion layer 3, in addition to the vapor deposition method described above, a sputtering method, a CVD method, a sol-gel method, a spray method, an electrodeposition method, and a chemical deposition method may be used alone or in combination. Can be used. Further, these forming methods and heat treatment can be used in combination.

そして、上記CIGS光電変換層3が、p型の導電性を示すことによって、n型半導体を用いる後述のバッファ層4との間で、pn半導体接合ができる。これにより、CIGS光電変換層3が光電変換機能を発現する。CIGS光電変換層3の厚さは、この光電変換層3に入射する光を充分に吸収でき、かつ、剥離が生じない程度の厚さを有していればよく、好ましくは500nm以上10μm以下である。本発明の実施の形態においては、CIGS光電変換層3の厚さを3μmとしている。   The CIGS photoelectric conversion layer 3 exhibits p-type conductivity, whereby a pn semiconductor junction can be formed between the CIGS photoelectric conversion layer 3 and a buffer layer 4 described later using an n-type semiconductor. Thereby, CIGS photoelectric conversion layer 3 expresses a photoelectric conversion function. The CIGS photoelectric conversion layer 3 may have a thickness that can sufficiently absorb light incident on the photoelectric conversion layer 3 and does not cause peeling, and is preferably 500 nm to 10 μm. is there. In the embodiment of the present invention, the thickness of the CIGS photoelectric conversion layer 3 is 3 μm.

つぎに、CIGS光電変換層3上に積層されるバッファ層4は、本実施の形態では、厚さ50nmのCdSからなる層と、厚さ50nmのZnOからなる層の2層からなっており、上記光電変換層3とpn接合できるように、高抵抗のn型半導体が好ましく用いられている。このような高抵抗のn型半導体としては、上記CdS,ZnOの他、ZnMgO、Zn(O,S),ZnO等を用いることができる。   Next, the buffer layer 4 laminated on the CIGS photoelectric conversion layer 3 is composed of two layers of a layer made of CdS having a thickness of 50 nm and a layer made of ZnO having a thickness of 50 nm in the present embodiment. A high-resistance n-type semiconductor is preferably used so that a pn junction can be formed with the photoelectric conversion layer 3. As such a high-resistance n-type semiconductor, ZnMgO, Zn (O, S), ZnO, or the like can be used in addition to the above CdS and ZnO.

また、バッファ層4の厚さは、5〜200nmであることが好ましく、バッファ層4が複層からなる場合であっても、それぞれの厚みが5〜200nmであることが好ましい。なお、バッファ層4として複数の層を重ねたものを用いると、CIGS光電変換層3とpn接合をより良好にすることができるため好ましい。しかし、pn接合が充分に良好である場合には、必ずしも複層設けなくてもよい。   Moreover, it is preferable that the thickness of the buffer layer 4 is 5-200 nm, and even if it is a case where the buffer layer 4 consists of a multilayer, it is preferable that each thickness is 5-200 nm. In addition, it is preferable to use a stack of a plurality of layers as the buffer layer 4 because the CIGS photoelectric conversion layer 3 and the pn junction can be improved. However, when the pn junction is sufficiently good, it is not always necessary to provide multiple layers.

上記バッファ層4の形成方法としては、先に述べたスパッタリングの他、例えば、真空中では、分子線エピタキシー法,電子線蒸着法,抵抗加熱蒸着法,プラズマCVD法,有機金属蒸着法等を用いることができる。また、大気中では、大気圧プラズマ法等を、さらに、水溶液中では、CBD法,電解めっき法等を用いることができる。   As the method for forming the buffer layer 4, in addition to the sputtering described above, for example, in vacuum, a molecular beam epitaxy method, an electron beam evaporation method, a resistance heating evaporation method, a plasma CVD method, an organometallic evaporation method, or the like is used. be able to. Further, atmospheric pressure plasma method or the like can be used in the atmosphere, and CBD method, electrolytic plating method or the like can be used in the aqueous solution.

上記バッファ層4上に形成される透明導電層(表面電極)5は、太陽電池の光入射側に位置するため、できるだけ光の透過率が高い材料が用いられ、例えば、ITO,酸化錫および酸化亜鉛等の透明導電性膜の単層、または、複数積層させたものが用いられる。また、導電性を高める目的で、あるいは、バンドアライメントを調整する目的で、これらの材料に少量のドーピング材料を含ませたものも好適に用いられる。このようなものとしては、例えば、Al:ZnO(AZO),B:ZnO(BZO),Ga:ZnO(GZO),Sn:In23(ITO),F:SnO2(FTO),Zn:In23,Ti:In2Oe,Zr:In23,W:In23等が用いられる。 Since the transparent conductive layer (surface electrode) 5 formed on the buffer layer 4 is located on the light incident side of the solar cell, a material having as high a light transmittance as possible is used. For example, ITO, tin oxide and oxide A single layer of a transparent conductive film such as zinc or a laminate of a plurality of layers is used. In addition, for the purpose of improving conductivity or adjusting the band alignment, those containing a small amount of a doping material in these materials are also preferably used. For example, Al: ZnO (AZO), B: ZnO (BZO), Ga: ZnO (GZO), Sn: In 2 O 3 (ITO), F: SnO 2 (FTO), Zn: In 2 O 3 , Ti: In 2 Oe, Zr: In 2 O 3 , W: In 2 O 3 and the like are used.

また、透明導電層5は、CIGS光電変換層3で発生するキャリアを取り出すための導電性経路の役割も担っているため、電気伝導性が高いことが好ましい。これらの観点から、とりわけITOが、室温形成において容易に結晶化し、電気伝導性を高くすることができる性質と、良好な光透過性とを兼ね備えているため、好適に用いられる。光透過性および電気伝導性の観点から、透明電極の厚さは、50〜2000nmであることが好ましく、本発明の実施の形態においては、上記透明導電層5の厚さを200nmとしている。   Moreover, since the transparent conductive layer 5 also plays a role of a conductive path for taking out carriers generated in the CIGS photoelectric conversion layer 3, it is preferable that the transparent conductive layer 5 has high electrical conductivity. From these viewpoints, ITO is particularly preferably used because it has both the property of easily crystallizing at room temperature formation and high electrical conductivity and good light transmission. From the viewpoint of light transmittance and electrical conductivity, the thickness of the transparent electrode is preferably 50 to 2000 nm. In the embodiment of the present invention, the thickness of the transparent conductive layer 5 is 200 nm.

なお、図示は省略しているが、上記透明導電層5の上側には、前記裏面電極層2と同様の材料および形成方法を用いて、取り出し電極が形成される。ただし、CIGS光電変換層3(および層4,層5)を一様に覆うと、光電変換層3に光が入射せず、光電変換機能を発現しなくなるため、取り出し電極の形状としては、櫛形,格子状など、表面を一様に覆わないグリッド形状(パターン形状)であることが好ましい。   Although not shown, an extraction electrode is formed above the transparent conductive layer 5 using the same material and formation method as the back electrode layer 2. However, if the CIGS photoelectric conversion layer 3 (and the layers 4 and 5) are uniformly covered, light does not enter the photoelectric conversion layer 3 and the photoelectric conversion function does not appear. A grid shape (pattern shape) that does not cover the surface uniformly, such as a lattice shape, is preferable.

つぎに、上記構成のCIGS太陽電池セルを、ロールトゥロールプロセスにより製造する方法について説明する。図2は、本実施形態におけるCIGS太陽電池セルの製造工程(製造装置)を説明する概略構成図である。   Below, the method to manufacture the CIGS photovoltaic cell of the said structure by a roll to roll process is demonstrated. FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a manufacturing process (manufacturing apparatus) of the CIGS solar battery cell in the present embodiment.

この実施形態における、長尺状のCIGS太陽電池セルを製造する工程も、従来例と同様、複数の加工用減圧室(11,12,13,14)を、連続加工ができるように一列状に連結して構成されており、その両端側には、加工用の基材(リボン状の長尺基材1)を供給する巻出し機Aを備える基材供給側減圧室Xと、加工後の長尺基材1を回収して巻き取る巻取り機Bを備える基材回収側減圧室Yとが配置されている。そして、本実施形態の製法では、減圧室11の手前(ライン上流側)に減圧室10を新たに設け、そこで長尺基材1の裏面側に保護層Pを形成するようにしている。これが大きな特徴である。   In this embodiment, as in the conventional example, the process of manufacturing the long CIGS solar cells is also arranged in a row so that the plurality of processing decompression chambers (11, 12, 13, 14) can be continuously processed. The substrate supply side decompression chamber X provided with an unwinding machine A for supplying a processing base material (ribbon-like long base material 1) to both ends thereof, and a post-processing A base material recovery side decompression chamber Y including a winder B that recovers and winds the long base material 1 is disposed. And in the manufacturing method of this embodiment, the decompression chamber 10 is newly provided before the decompression chamber 11 (line upstream side), and the protective layer P is formed in the back surface side of the elongate base material 1 there. This is a major feature.

上記長尺状のCIGS太陽電池セルを製造する工程(装置)について詳しく説明すると、各加工用減圧室10〜14の間には、先の提案例と同様、これら各減圧室10〜14を所要圧力に保つための差動排気装置Z1,Z2,Z3,Z4がそれぞれ配設されており、異なる環境圧力(雰囲気)が要求されるプロセス(工程)間で長尺基材1を途切れずに移動させ、その加工・成膜(積層)を連続して行うことができるようになっている。 The process (apparatus) for producing the long CIGS solar battery cell will be described in detail. Between the processing decompression chambers 10-14, the decompression chambers 10-14 are required between the processing decompression chambers 10-14. Differential exhaust devices Z 1 , Z 2 , Z 3 , and Z 4 for maintaining the pressure are respectively provided, and the long base material 1 is placed between processes (steps) that require different environmental pressures (atmospheres). It can be moved without interruption, and the processing and film formation (stacking) can be performed continuously.

そして、上記各加工用減圧室は、巻出し機A側〔基材流れ方向(白抜き矢印)の上流側〕から、裏面電極形成用の減圧室11,化合物半導体層形成用の減圧室12,バッファ層形成用の減圧室13,透明導電層形成用の減圧室14の順に配置され、本実施形態では、上記裏面電極形成用の減圧室11の上流側(基材供給側減圧室Xとの間)に、従来例にはない、保護層形成用の減圧室10が介在配置されている。これが本実施形態のCIGS太陽電池セルの製造装置の特徴である。以下に、各工程を形成(積層)順に説明する。   And each said decompression chamber for processing is the decompression chamber 11 for back electrode formation, the decompression chamber 12 for compound semiconductor layer formation from the unwinding machine A side [upstream side of a base material flow direction (white arrow)], The decompression chamber 13 for forming the buffer layer and the decompression chamber 14 for forming the transparent conductive layer are arranged in this order, and in this embodiment, the upstream side of the decompression chamber 11 for forming the back electrode (with the base material supply side decompression chamber X). In the middle), a decompression chamber 10 for forming a protective layer, which is not in the conventional example, is disposed. This is a feature of the CIGS solar cell manufacturing apparatus of the present embodiment. Below, each process is demonstrated in order of formation (lamination | stacking).

(a)基材供給工程
基材供給工程は、図2に示すように、上記基材供給側減圧室Xの中に収容された巻出し機Aを用いて、リールあるいはロール等に巻回されたリボン状の長尺基材1を、ガイドローラー等の案内に従って各減圧室の所定位置に繰り出す。なお、上記減圧室Xは、連絡管等を介して後記する保護層形成用の減圧室10と連通している。また、この減圧室Xには、別途設置された真空ポンプ等の真空源(図示省略)が接続されており、他の減圧室と同様、減圧室X内が所定の圧力に保たれるようになっている。
(A) Substrate supply step As shown in FIG. 2, the substrate supply step is wound around a reel or a roll using an unwinder A accommodated in the substrate supply side decompression chamber X. The ribbon-like long base material 1 is fed out to a predetermined position in each decompression chamber according to a guide roller or the like. The decompression chamber X communicates with a decompression chamber 10 for forming a protective layer, which will be described later, via a communication pipe or the like. In addition, a vacuum source (not shown) such as a vacuum pump installed separately is connected to the decompression chamber X so that the interior of the decompression chamber X is maintained at a predetermined pressure like the other decompression chambers. It has become.

上記基材供給工程から供給される長尺基材1としては、ステンレススチール(SUS),チタン(Ti)等、良導電性金属基材が用いられる。この長尺基材1は、幅5〜30mm,長さ1〜100m(厚さ約30〜100μm)のリボン状で、上記巻出し機Aにセットできるリールやロール等に巻回されて、準備される。なお、長尺基材1は、後記の(d)化合物半導体層形成工程における高温環境での引っ張りに耐え得る、この製法(ロールトゥロールプロセス)に適した物性、例えば、可とう性,ヤング率,靭性,引張強度等が求められる。   As the long base material 1 supplied from the base material supply step, a highly conductive metal base material such as stainless steel (SUS) or titanium (Ti) is used. The long base material 1 is in the form of a ribbon having a width of 5 to 30 mm and a length of 1 to 100 m (thickness of about 30 to 100 μm), and is wound around a reel or a roll that can be set on the unwinding machine A to prepare Is done. The long base material 1 has physical properties suitable for this manufacturing method (roll-to-roll process), such as flexibility and Young's modulus, which can withstand pulling in a high-temperature environment in the (d) compound semiconductor layer forming step described later. , Toughness, tensile strength, etc. are required.

(b)保護層形成工程
つぎに、上記巻出し機Aから供給された長尺基材1は、減圧室10内に導入され、加工対象面とは反対側の他面(図2では上面でありロールの巻き内面)に、スパッタリングにより保護層(P)が形成される。上記減圧室10の中には、保護層形成用の材料(ターゲット)を保持する第一スパッタリング装置20(デポダウン方式)と、長尺基材1のターゲットに対する距離を一定に維持するためのガイドローラー等の基材位置安定手段(図示省略)とが配置されており、長尺基材1が第一スパッタリング装置20のターゲットホルダ(図中点線で表示)に対して所定の距離を保った状態で走行できるようになっている。
(B) Protective layer formation process Next, the elongate base material 1 supplied from the unwinding machine A is introduced into the decompression chamber 10, and the other surface opposite to the surface to be processed (on the upper surface in FIG. 2). A protective layer (P) is formed by sputtering on the inner surface of the roll. In the decompression chamber 10, a first sputtering apparatus 20 (depot down type) that holds a material for forming a protective layer (target), and a guide roller for keeping the distance of the long base 1 to the target constant. In the state where the long substrate 1 is kept at a predetermined distance from the target holder (indicated by a dotted line in the figure) of the first sputtering apparatus 20. You can run.

上記保護層形成用のターゲット材料としては、先に述べたように、Mo,W,Nb,Ta,Tiからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属材料またはその合金材料が用いられ、上記減圧室10内を0.1〜1.0Paに減圧した状態で、巻出し機Aから繰り出された長尺基材1を第一スパッタリング装置20の下を走行させ、DCスパッタリング法により、この長尺基材1の裏面(ロールの巻き内面)に、上記保護層形成用のターゲット材料からなる層(膜厚約100〜1000nm程度)を連続的に形成する。   As the target material for forming the protective layer, as described above, at least one metal material selected from the group consisting of Mo, W, Nb, Ta, and Ti or an alloy material thereof is used. In a state where the pressure in the chamber 10 is reduced to 0.1 to 1.0 Pa, the long base 1 fed from the unwinding machine A is run under the first sputtering apparatus 20 and this long length is obtained by a DC sputtering method. A layer (thickness of about 100 to 1000 nm) made of the target material for forming the protective layer is continuously formed on the back surface (rolled inner surface of the roll) of the substrate 1.

なお、上記例では、保護層を単層(一層)形成する例を示したが、減圧室10内に複数のスパッタリング装置を、基材の流れに沿って直列に配置すれば、二層以上の複層の保護層を作製することも可能である。   In the above example, the protective layer is formed as a single layer (single layer). However, if a plurality of sputtering devices are arranged in series along the flow of the base material in the decompression chamber 10, two or more layers are formed. It is also possible to produce a multilayer protective layer.

(c)裏面電極層形成工程
上記裏面側に保護層が形成された長尺基材1は、ついで、その表(おもて)面側の加工対象面に、太陽電池セルを形成する。まず、裏面電極層形成工程は、減圧室11内で、上記長尺基材1の一面(図2では下面でありロールの巻き外面)に、スパッタリングにより裏面電極(層)を形成する。上記減圧室11中には、裏面電極層形成用の材料(ターゲット)を保持する第二スパッタリング装置21と、長尺基材1のターゲットに対する距離を一定に維持するためのガイドローラー等の基材位置安定手段(図示省略)とが配置されている。
(C) Back surface electrode layer formation process The elongate base material 1 in which the protective layer was formed in the said back surface side then forms a photovoltaic cell in the process target surface at the surface (front) surface side. First, in the back electrode layer forming step, a back electrode (layer) is formed by sputtering on one surface of the long base material 1 (the lower surface in FIG. 2 is a wound outer surface of a roll) in the decompression chamber 11. In the decompression chamber 11, a base material such as a second sputtering device 21 that holds a material for forming the back electrode layer (target) and a guide roller for maintaining the distance of the long base material 1 to the target constant. Position stabilizing means (not shown) is arranged.

上記裏面電極層形成用のターゲット材料としては、Mo,W,Cr,Ti等の金属材料が用いられ、上記減圧室11内を0.6〜1.0Paに減圧した状態で、長尺基材1を第二スパッタリング装置21上を走行させ、DCスパッタリング法により、この長尺基材1の表面に、上記裏面電極層形成用のターゲット材料からなる層(膜厚約100〜1000nm程度)を連続的に形成する。   As the target material for forming the back electrode layer, a metal material such as Mo, W, Cr, Ti or the like is used, and in the state where the inside of the decompression chamber 11 is decompressed to 0.6 to 1.0 Pa, a long base material is used. 1 is run on the second sputtering apparatus 21, and a layer (thickness of about 100 to 1000 nm) made of the target material for forming the back electrode layer is continuously formed on the surface of the long base 1 by DC sputtering. Form.

(d)化合物半導体層形成工程
化合物半導体層形成工程は、前記従来の方法でも説明したが、減圧室12内で、上記裏面電極層の上に、真空蒸着により複数の材料(材料層)を順次積層し、化合物半導体層(CIGS光電変換層)を形成する工程である。
(D) Compound semiconductor layer forming step The compound semiconductor layer forming step is also described in the conventional method. In the decompression chamber 12, a plurality of materials (material layers) are sequentially deposited on the back electrode layer by vacuum deposition. It is a process of laminating and forming a compound semiconductor layer (CIGS photoelectric conversion layer).

上記減圧室12の中には、上記化合物半導体層形成用の複数の蒸着源のノズル(本実施形態においては22〜25の4つ。なお、蒸着装置本体は、減圧室外に設置される場合もある。)と、長尺基材1の走行位置を案内するガイドローラー等の基材位置安定手段(図示省略)とが配置されており、図5(従来例)に示すように、差動排気装置Z3を介して減圧室12内に導入された長尺基材1が、その蒸着対象面を上記蒸着源22〜25の各ノズルと対面させた状態(下向き)で、各蒸着源22〜25と所定の距離離れた位置を走行できるように構成されている。 In the decompression chamber 12, nozzles of a plurality of deposition sources for forming the compound semiconductor layer (four in this embodiment, 22 to 25. Note that the deposition apparatus main body may be installed outside the decompression chamber. And a substrate position stabilizing means (not shown) such as a guide roller for guiding the traveling position of the long substrate 1 is arranged, and as shown in FIG. 5 (conventional example), differential exhaust The elongate base material 1 introduced into the decompression chamber 12 via the apparatus Z 3 is in a state (downward) in which the deposition target surface faces each nozzle of the deposition sources 22 to 25. It is comprised so that it can drive | work the position away from predetermined distance 25.

なお、各蒸着源22〜25のノズルは、長尺基材1との距離をそれぞれ個別に制御できる高さ調節手段を備えている。そして、蒸着源の内部には、後述する蒸着材料と、この蒸着材料を加熱・蒸発させるための加熱器等(図示省略)が配設されており、そのノズルの上部開口にはそれぞれ、シャッター等(図示省略)の蒸発量制御手段が取り付けられている。   In addition, the nozzle of each vapor deposition source 22-25 is provided with the height adjustment means which can control the distance with the elongate base material 1, respectively. The vapor deposition source is provided with a vapor deposition material, which will be described later, and a heater (not shown) for heating and evaporating the vapor deposition material. A shutter or the like is provided in each upper opening of the nozzle. Evaporation amount control means (not shown) is attached.

上記減圧室12内におけるCIGS光電変換層3の蒸着方法を、Cu(In,Ga)Se2(CIGS系化合物)からなる薄膜を形成する場合を例に、具体的に説明すると、まず、前準備として、各蒸着源(22〜25)内に、その蒸着順序に合わせてCu,In,Ga,Seの蒸着材料を順次セットする(他の減圧室のセッティングも行う)。蒸着材料のセットが完了したら、長尺基材1を巻出し機Aから巻取り機Bまで、各減圧室を経由して成膜装置全体に挿通させ、この成膜装置の作業用開口を全て閉じ、別途設置された真空ポンプ等の真空源(図示省略)を作動させて、加工用の各減圧室10〜14および基材操作用の減圧室X,Yを減圧する。なお、各減圧室間には、先に述べた差動排気装置Z1,〜Z4が介在配置されているため、それぞれの加工に適した1Pa以下の圧力に個別に制御される。 The vapor deposition method of the CIGS photoelectric conversion layer 3 in the decompression chamber 12 will be described in detail by taking a case of forming a thin film made of Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS compound) as an example. In the respective vapor deposition sources (22 to 25), Cu, In, Ga, and Se vapor deposition materials are sequentially set in accordance with the vapor deposition order (setting of other decompression chambers is also performed). When the deposition material setting is completed, the long base material 1 is inserted from the unwinder A to the winder B through the entire film forming apparatus through each decompression chamber, and all the working openings of the film forming apparatus are opened. A vacuum source (not shown) such as a vacuum pump that is closed and installed separately is operated to decompress the processing decompression chambers 10 to 14 and the decompression chambers X and Y for base material operation. Since the differential exhaust devices Z 1 to Z 4 described above are interposed between the decompression chambers, the pressure is individually controlled to a pressure of 1 Pa or less suitable for each processing.

各減圧室の減圧完了後、減圧室X内において長尺基材1を300〜600℃(この例では550℃以上)まで加温し、上記巻取り機Bを作動させると、上記減圧室10(保護層形成工程),11(裏面電極層形成工程)を経由して、その上面側に保護層(P)が、その下面側に裏面電極層(2)が形成された状態(成膜後)の長尺基材1が、この減圧室12に供給され、ガイドローラー等の基材位置安定手段に案内されて、各蒸着源22〜25のノズルから所定距離離れた上側の位置を走行する(図2,図5参照)。   After the decompression of each decompression chamber is completed, when the long base material 1 is heated to 300 to 600 ° C. (550 ° C. or more in this example) in the decompression chamber X and the winder B is operated, the decompression chamber 10 (Protective layer forming step), 11 (Back electrode layer forming step) After the protective layer (P) is formed on the upper surface side and the back electrode layer (2) is formed on the lower surface side (after film formation) ) Is supplied to the decompression chamber 12, and is guided by a base position stabilizing means such as a guide roller, and travels an upper position that is a predetermined distance away from the nozzles of the respective vapor deposition sources 22 to 25. (See FIGS. 2 and 5).

また、この減圧室12内では、上記蒸着源22〜25内にセットされた各蒸着材料が、蒸着源に備わる加熱手段等(図示省略)により、材料の蒸散に適した温度〔例えば、一番目の蒸着源(Cu)1150℃,二番目の蒸着源(In)950℃,三番目の蒸着源(Ga)1000℃,四番目の蒸着源(Se)200℃〕に予め昇温されており、各蒸着源22〜25の内部にその蒸気が充満した状態になっている。そして、上記裏面電極層付き長尺基材1を、ガイドローラー等に沿って蒸着源22〜25のノズル列の上を走行させた状態で、上記各蒸着源22〜25のシャッターを開放することにより、走行する長尺基材1の表面に、各蒸着源22〜25のノズルから、加熱蒸散した蒸発材料の蒸気粒子(原子,分子)が順次付着・堆積し、この長尺基材1の下面(裏面電極層の表面)に、カルコパイライト系化合物からなる薄膜(CIGS光電変換層3)が連続して形成される。   Further, in the decompression chamber 12, each vapor deposition material set in the vapor deposition sources 22 to 25 is heated to a temperature suitable for transpiration of the material by a heating means (not shown) provided in the vapor deposition source [for example, the first The deposition source (Cu) 1150 ° C., the second deposition source (In) 950 ° C., the third deposition source (Ga) 1000 ° C., the fourth deposition source (Se) 200 ° C.] The vapor sources 22 to 25 are filled with the vapor. And in the state which made the said long base material 1 with a back surface electrode layer run on the nozzle row | line | column of vapor deposition sources 22-25 along a guide roller etc., the shutter of each said vapor deposition source 22-25 is open | released. As a result, vapor particles (atoms, molecules) of the evaporation material heated and evaporated from the nozzles of the respective vapor deposition sources 22 to 25 are sequentially attached and deposited on the surface of the long base 1 that travels. A thin film (CIGS photoelectric conversion layer 3) made of a chalcopyrite compound is continuously formed on the lower surface (the surface of the back electrode layer).

得られたCIGS光電変換層(3)の膜厚は、太陽電池セルの素子特性の観点から、1.5〜3.0μmの範囲にあることが望ましい。そして、上記裏面電極層の上にCIGS光電変換層が形成された後の長尺基材1は、減圧室12と減圧室13の間に配置された差動排気装置Z2を経由して、この減圧室12とは異なる雰囲気(圧力)に制御されている減圧室13(後記のバッファ層形成工程)に搬送される。 The film thickness of the obtained CIGS photoelectric conversion layer (3) is preferably in the range of 1.5 to 3.0 μm from the viewpoint of the element characteristics of the solar battery cell. The elongate base material 1 after CIGS photoelectric conversion layer is formed on the back electrode layer, through the differential exhaust system Z 2, which are disposed between the vacuum chamber 12 vacuum chamber 13, It is transferred to a decompression chamber 13 (buffer layer forming step described later) that is controlled to an atmosphere (pressure) different from that of the decompression chamber 12.

ここで、従来法(図4参照)では、長尺基材1の裏面側に保護層(P)が形成されていなかったため、本実施形態のように、長尺基材1としてSUS基材(箔)を用いた場合、減圧室12内に存在するSeガスにより上記長尺基材1の裏面が腐食(セレン化合物が生成)され、先にも述べたような、基材1の裏面の面荒れや電気的接続の不良をもらたす「脆い層」の発生が見られた。   Here, in the conventional method (see FIG. 4), since the protective layer (P) is not formed on the back surface side of the long base material 1, the SUS base material (as the long base material 1) is used as in the present embodiment. When the foil is used, the Se gas present in the decompression chamber 12 corrodes the back surface of the long base material 1 (generates a selenium compound), and the back surface surface of the base material 1 as described above. The occurrence of a “brittle layer” that caused roughness and poor electrical connection was observed.

これに対して、本実施形態におけるCIGS太陽電池セルの製造では、上記長尺基材1の裏面が、上記Mo,W,Nb,Ta,Tiからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属またはその合金からなる保護層(P,単層または複層)に覆われているため、上記基材1の裏面は、減圧室12内に存在するSeガスに直接触れることなく、これによる腐食(セレン化合物の生成)が防止されている。したがって、本実施形態におけるCIGS太陽電池セルは、裏面側の表面状態(外観)が荒れが少なく、この裏面に対する半田や金属ペースト等の密着も良いため、この面を用いてセルどうしを連結(モジュール化)した際も、セル間の電気的接続が長期にわたり安定して維持される。これにより、長寿命な太陽電池セル(太陽電池モジュール)とすることができる。   On the other hand, in the manufacture of CIGS solar cells in the present embodiment, the back surface of the long base 1 is at least one metal selected from the group consisting of Mo, W, Nb, Ta, Ti, or Since it is covered with a protective layer (P, single layer or multiple layers) made of the alloy, the back surface of the substrate 1 does not directly contact the Se gas existing in the decompression chamber 12, and thus corrodes (selenium). Compound formation) is prevented. Therefore, the CIGS solar cells in this embodiment are less rough on the surface side (appearance) on the back surface side, and good adhesion of solder, metal paste, etc. to the back surface can be achieved. ), The electrical connection between the cells is stably maintained for a long time. Thereby, it can be set as a long-life solar cell (solar cell module).

なお、上記例では、一つの蒸着物質に対して一つの蒸着源を設ける例をあげたが、一つの蒸着物質に対して複数の蒸着源を組み合わせた蒸着ユニットを対応させれば、三段階法やバイレイヤー法といった、より高品質な化合物半導体層(CIGS光電変換層)を形成できる方法を採用することもできる。   In the above example, one vapor deposition source is provided for one vapor deposition material. However, if a vapor deposition unit in which a plurality of vapor deposition sources is combined with one vapor deposition material, the three-stage method is used. A method that can form a higher quality compound semiconductor layer (CIGS photoelectric conversion layer) such as a bilayer method can also be employed.

(e)バッファ層形成工程
続くバッファ層形成工程は、上記減圧室12(化合物半導体層形成工程)を経由した長尺基材1の一面(下面)に、減圧室13内で、前記(c)裏面電極層形成工程と同様のスパッタリングによりバッファ層(4)を形成する。減圧室13の中には、バッファ層形成用の材料(ターゲット)を保持する第三スパッタリング装置26と、長尺基材1のターゲットに対する距離を一定に維持するためのガイドローラー等の基材位置安定手段(図示省略)とが配置されており、長尺基材1が、第三スパッタリング装置26のターゲットホルダ(図中点線で表示)に対して所定の距離を保った状態で走行できるようになっている。
(E) Buffer layer forming step In the subsequent buffer layer forming step, in the decompression chamber 13 on the one surface (lower surface) of the long substrate 1 via the decompression chamber 12 (compound semiconductor layer formation step), the above (c) A buffer layer (4) is formed by sputtering similar to the back electrode layer forming step. In the decompression chamber 13, a third sputtering apparatus 26 that holds a buffer layer forming material (target), and a substrate position such as a guide roller for maintaining the distance of the long substrate 1 to the target constant. Stabilizing means (not shown) is arranged so that the long base material 1 can run while maintaining a predetermined distance with respect to the target holder (indicated by a dotted line in the figure) of the third sputtering apparatus 26. It has become.

上記バッファ層形成用のターゲット材料としては、n型半導体特性を有する化合物が用いられ、その具体例としては、ZnO、(Zn,Mg)O、Zn(O,S)等の酸化亜鉛系の化合物があげられる。バッファ層の形成は、減圧室13内を0.1〜0.5Paに減圧した状態で、CIGS光電変換層付き長尺基材1を、第三スパッタリング装置26上を走行させ、DCスパッタリング法により、この長尺基材1の表面に、上記バッファ層形成用のターゲット材料からなる層(膜厚約5〜200nm程度)を連続的に形成する。   As the target material for forming the buffer layer, a compound having n-type semiconductor characteristics is used. Specific examples thereof include zinc oxide compounds such as ZnO, (Zn, Mg) O, and Zn (O, S). Can be given. The buffer layer is formed by running the long base material 1 with the CIGS photoelectric conversion layer on the third sputtering device 26 in a state where the pressure in the decompression chamber 13 is reduced to 0.1 to 0.5 Pa, and by DC sputtering. A layer (thickness of about 5 to 200 nm) made of the target material for forming the buffer layer is continuously formed on the surface of the long base 1.

(f)透明導電層(表面電極)形成工程
つぎの透明導電層形成工程は、上記減圧室13(バッファ層形成工程)を経由した長尺基材1の一面(下面)に、減圧室14内で、上記(e)バッファ層形成工程と同様のスパッタリングにより、導電性酸化物からなる透明導電層(表面電極)5を形成する。上記減圧室14内には、透明導電層形成用の材料(ターゲット)を保持する第四スパッタリング装置27と、長尺基材1のターゲットに対する距離を一定に維持するためのガイドローラー等の基材位置安定手段(図示省略)とが配置されており、長尺基材1が第四スパッタリング装置27のターゲットホルダ(図中点線で表示)に対して所定の距離を保った状態で走行できるようになっている。
(F) Transparent conductive layer (surface electrode) forming step The next transparent conductive layer forming step is performed in the decompression chamber 14 on one surface (lower surface) of the long base material 1 via the decompression chamber 13 (buffer layer forming step). Thus, the transparent conductive layer (surface electrode) 5 made of a conductive oxide is formed by sputtering similar to the step (e) of forming the buffer layer. In the decompression chamber 14, a fourth sputtering device 27 that holds a material (target) for forming a transparent conductive layer, and a substrate such as a guide roller for maintaining the distance of the long substrate 1 to the target constant. Position stabilizing means (not shown) is arranged so that the long base material 1 can travel while maintaining a predetermined distance with respect to the target holder (indicated by a dotted line in the figure) of the fourth sputtering device 27. It has become.

上記透明導電層形成用のターゲット材料としては、酸化インジウム錫(ITO),酸化インジウム亜鉛(IZO),酸化亜鉛アルミニウム(Al:ZnO)等の光透過率が80%を超える金属酸化物が用いられ、減圧室14内を0.1〜0.5Paに減圧した状態で、バッファ層付き長尺基材1を、第四スパッタリング装置27上を走行させ、DCスパッタリング法により、この長尺基材1の表面に、上記透明導電層形成用のターゲット材料からなる透明電極層(膜厚約50〜200nm程度)を連続的に形成する。   As the target material for forming the transparent conductive layer, a metal oxide having a light transmittance exceeding 80%, such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), zinc aluminum oxide (Al: ZnO), or the like is used. In the state where the inside of the decompression chamber 14 is reduced to 0.1 to 0.5 Pa, the long base material 1 with the buffer layer is run on the fourth sputtering device 27, and this long base material 1 is obtained by the DC sputtering method. A transparent electrode layer (having a film thickness of about 50 to 200 nm) made of the target material for forming the transparent conductive layer is continuously formed on the surface.

(g)基材回収工程
基材回収工程は、上記透明導電層形成後の長尺基材1(リボン状太陽電池セル)を、基材回収側減圧室Yの中に収容された巻取り機Bを用いて、リールあるいはロール等に巻回して回収する。上記減圧室Yの内部には、上記長尺基材1を所定の速度(ラインスピード)で巻き取ることのできる巻取り機Bと、長尺基材1の走行位置を案内するガイドローラー等とが配置されている。なお、この減圧室Yは、連絡管を介して透明導電層形成用の減圧室14と連通しているため、その内部の圧力は減圧室14と同じ(0.1〜0.5Pa)になっている。
(G) Base material recovery step The base material recovery step is a winder in which the long base material 1 (ribbon-like solar cells) after the formation of the transparent conductive layer is accommodated in the base material recovery side decompression chamber Y. Using B, it is wound around a reel or a roll and collected. Inside the decompression chamber Y, a winder B that can wind the long base material 1 at a predetermined speed (line speed), a guide roller that guides the traveling position of the long base material 1, and the like Is arranged. Since the decompression chamber Y communicates with the decompression chamber 14 for forming the transparent conductive layer through the connecting pipe, the internal pressure is the same as the decompression chamber 14 (0.1 to 0.5 Pa). ing.

以上の各工程を経ることにより、幅5〜30mm(基材幅)、長さ1〜100mの長尺状(リボン状または帯状)の太陽電池セルが得られる。なお、この長尺状の太陽電池セルを、基材長手方向に所定長さ(1cm〜10m)に切断することにより、太陽電池モジュール製造用のストリップ状の太陽電池セルを作製することができる。   By passing through the above steps, a solar cell having a long shape (ribbon shape or strip shape) having a width of 5 to 30 mm (base material width) and a length of 1 to 100 m is obtained. In addition, the strip-shaped photovoltaic cell for solar cell module manufacture can be produced by cut | disconnecting this elongate photovoltaic cell to predetermined length (1 cm-10 m) in a base-material longitudinal direction.

また、上記のCIGS太陽電池セルの製造方法(装置)によれば、形成材料や成膜条件等の異なる各形成工程間で、基材や成膜後の基材を装置(減圧下)から取り出す必要がなく、各減圧室10〜14の減圧−加圧(大気圧下への開放)を繰り返す作業や、工程間の待ち時間(ロスタイム)もない。さらに、製造途中の各薄膜が大気(外気)に触れて酸化したり、その膜等の表面に不純物が付着したりするおそれもない。これにより、上記CIGS太陽電池セルの製造方法(装置)は、高品質な長尺状太陽電池セルを効率良く作製することができる。   In addition, according to the above-described CIGS solar cell manufacturing method (apparatus), the base material and the base material after film formation are taken out from the apparatus (under reduced pressure) between the different formation processes such as the formation material and film formation conditions. There is no need, and there is no work of repeating the decompression-pressurization (opening to atmospheric pressure) of each decompression chamber 10 to 14, and there is no waiting time (loss time) between processes. Furthermore, there is no possibility that each thin film in the course of production will be oxidized by contact with the atmosphere (outside air) or impurities will adhere to the surface of the film. Thereby, the manufacturing method (apparatus) of the said CIGS photovoltaic cell can produce a high quality elongate photovoltaic cell efficiently.

つぎに、上記長尺基材1裏面側の保護層Pを、他のCIGS光電変換層形成工程より前に、別工程で予め形成しておく方法について説明する。   Next, a method in which the protective layer P on the back side of the long base material 1 is formed in a separate step in advance before another CIGS photoelectric conversion layer forming step will be described.

図3は、第2実施形態において長尺基材の裏面に金属製保護層を形成する工程を説明する概略構成図であり、図4は、第2実施形態におけるCIGS光電変換層形成工程(前記従来例の方法を兼用する)を説明する図である。なお、従来例および第1実施形態と同様の機能を有する構成部材には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a process of forming a metal protective layer on the back surface of the long base material in the second embodiment, and FIG. 4 is a CIGS photoelectric conversion layer forming process (described above) in the second embodiment. It is a figure explaining the method of a prior art example. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structural member which has a function similar to a prior art example and 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本発明の第2実施形態におけるCIGS太陽電池セルの製法が、前記第1実施形態の製法と異なる点は、長尺基材1の裏面側〔CIGS光電変換層3等の形成面(加工対象面)とは反対の面側であり、図においては、基材ロールの巻き内(内周)面側である〕に金属製保護層Pを形成する工程(図3)が、他のCIGS光電変換層形成工程(裏面電極形成用の減圧室11,化合物半導体層形成用の減圧室12,バッファ層形成用の減圧室13,透明導電層形成用の減圧室14)とは別に設けられた、保護層形成用の減圧室10’内で、スパッタリング(デポアップ方式)により行われるようになっている点である。   The manufacturing method of the CIGS solar cell in the second embodiment of the present invention is different from the manufacturing method of the first embodiment in that the back surface side of the long base material 1 [formation surface of CIGS photoelectric conversion layer 3 and the like (surface to be processed) ) On the opposite surface side, and in the figure, on the inner (inner periphery) surface side of the base roll] the step of forming the metal protective layer P (FIG. 3) is another CIGS photoelectric conversion. Protection provided separately from the layer forming step (the decompression chamber 11 for forming the back electrode, the decompression chamber 12 for forming the compound semiconductor layer, the decompression chamber 13 for forming the buffer layer, and the decompression chamber 14 for forming the transparent conductive layer) The point is that it is performed by sputtering (depot up method) in the decompression chamber 10 'for layer formation.

上記保護層形成用の減圧室10’は、基材供給工程(減圧室X’)と基材回収工程(減圧室Y’)との間に、これら減圧室X’,Y’と等圧となるように設けられており、別途設置された真空ポンプ等の真空源(図示省略)により、各減圧室10’,X’,Y’内が所定の圧力に保たれるようになっている。なお、図3中の符号A’はリールあるいはロール等に巻回されたリボン状の長尺基材1を懸架する巻出し機を、符号B’は加工(保護層P形成)後の長尺基材1(巻き内面に保護層P付き)をリールあるいはロール等に巻回して回収する巻取り機を示す。   The decompression chamber 10 ′ for forming the protective layer has an equal pressure with the decompression chambers X ′ and Y ′ between the base material supply step (the decompression chamber X ′) and the base material recovery step (the decompression chamber Y ′). Each decompression chamber 10 ′, X ′, Y ′ is maintained at a predetermined pressure by a vacuum source (not shown) such as a separately installed vacuum pump. In FIG. 3, symbol A ′ denotes an unwinder for suspending a ribbon-like long base material 1 wound around a reel or a roll, and symbol B ′ denotes a long length after processing (protection layer P formation). The winding machine which winds and collect | recovers the base material 1 (with the protective layer P on the winding inner surface) on a reel or a roll etc. is shown.

また、上記減圧室10’内には、保護層形成用の材料(ターゲット)を保持するスパッタリング装置20’(デポアップ方式)と、長尺基材1のターゲットに対する距離を一定に維持するためのガイドローラー等の基材位置安定手段(図示省略)とが配置されており、長尺基材1が上記スパッタリング装置20’のターゲットホルダ(図中点線で表示)に対して所定の距離を保った状態で走行できるようになっている。   Further, in the decompression chamber 10 ′, a sputtering apparatus 20 ′ (depot up type) for holding a protective layer forming material (target) and a guide for keeping the distance of the long substrate 1 to the target constant. A base material position stabilizing means (not shown) such as a roller is disposed, and the long base material 1 is kept at a predetermined distance from the target holder (indicated by a dotted line in the figure) of the sputtering apparatus 20 ′. It can be run by.

そして、上記保護層形成用のターゲット材料としては、第1実施形態と同様、Mo,W,Nb,Ta,Tiからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属材料またはその合金材料が用いられ、上記減圧室10’内を0.1〜1.0Paに減圧した状態で、巻出し機A’から繰り出された長尺基材1をスパッタリング装置20’の上を走行させ、DCスパッタリング法により、この長尺基材1の下面(ロールの巻き内面)に、上記保護層形成用のターゲット材料からなる層(膜厚約100〜1000nm程度)を連続的に形成し、巻取り機B’で、再度ロール状に巻回する。   As the target material for forming the protective layer, as in the first embodiment, at least one metal material selected from the group consisting of Mo, W, Nb, Ta, and Ti or an alloy material thereof is used. In a state where the inside of the decompression chamber 10 ′ is depressurized to 0.1 to 1.0 Pa, the long base material 1 fed from the unwinding machine A ′ is run on the sputtering apparatus 20 ′, and by DC sputtering method, On the lower surface of the long substrate 1 (winding inner surface of the roll), a layer (thickness of about 100 to 1000 nm) made of the target material for forming the protective layer is continuously formed. Wind again in a roll.

なお、長尺基材1としては、第1実施形態と同様、後記のCIGS光電変換層形成工程(図4)で使用する長尺基材1(幅5〜30mm,長さ1〜100m,厚さ約30〜100μmのリボン状SUS基材)が、好適に用いられる。また、上記例では、保護層Pを単層(一層)形成する例を示したが、減圧室10内に複数のスパッタリング装置を、基材の流れに沿って直列に配置すれば、二層以上の複層の保護層を作製することも可能である。   In addition, as the long base material 1, as in the first embodiment, the long base material 1 (width 5 to 30 mm, length 1 to 100 m, thickness used in the CIGS photoelectric conversion layer forming step (FIG. 4) described later. A ribbon-like SUS substrate having a thickness of about 30 to 100 μm is preferably used. Moreover, although the example which forms the single layer (one layer) of the protective layer P was shown in the said example, if a several sputtering apparatus is arrange | positioned in series along the flow of a base material in the decompression chamber 10, it will be two or more layers. It is also possible to produce a multilayer protective layer.

ついで、その裏面(ロールの巻き内面)に保護層Pが形成された長尺基材1を用いて、図4に示す構成図のように、前記第1実施形態と同様のCIGS光電変換層形成工程〔(c)裏面電極層形成工程,(d)化合物半導体層形成工程,(e)バッファ層形成工程,(f)透明導電層(表面電極)形成工程〕を経ることにより、幅5〜30mm(基材幅)、長さ1〜100mの長尺状(リボン状または帯状)の太陽電池セルを得ることができる。   Next, using the long base material 1 on which the protective layer P is formed on the back surface (rolled inner surface of the roll), CIGS photoelectric conversion layer formation similar to that of the first embodiment is formed as shown in the configuration diagram of FIG. By passing through the steps [(c) back electrode layer forming step, (d) compound semiconductor layer forming step, (e) buffer layer forming step, (f) transparent conductive layer (surface electrode) forming step], the width is 5 to 30 mm. (Substrate width) A long (ribbon or strip) solar cell having a length of 1 to 100 m can be obtained.

上記第2実施形態のCIGS太陽電池セルの製法においても、上記長尺基材1の裏面〔CIGS光電変換層3等の形成面(加工対象面)とは反対の面〕が、上記Mo,W,Nb,Ta,Tiからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属またはその合金からなる保護層(P,単層または複層)に覆われているため、上記長尺基材1の裏面は、化合物半導体層形成工程(減圧室12)内に存在するSeガスに直接触れることなく、これによる腐食(セレン化合物の生成)が防止されている。したがって、本実施形態におけるCIGS太陽電池セルも、基材裏面側の表面状態(外観)が荒れが少なく、この裏面に対する半田や金属ペースト等の密着も良いため、この面を用いてセルどうしを連結(モジュール化)した際も、セル間の電気的接続が長期にわたり安定して維持される。これにより、長寿命な太陽電池セル(太陽電池モジュール)とすることができる。   Also in the manufacturing method of the CIGS solar battery cell of the second embodiment, the back surface of the long base material 1 (the surface opposite to the formation surface (processing target surface) of the CIGS photoelectric conversion layer 3 and the like) is the Mo, W , Nb, Ta, Ti are covered with a protective layer (P, single layer or multiple layers) made of at least one kind of metal selected from the group consisting of Nb, Ta, Ti, or an alloy thereof. Corrosion (generation of selenium compound) is prevented without directly touching Se gas present in the compound semiconductor layer forming step (decompression chamber 12). Therefore, the CIGS solar cell in this embodiment also has a rough surface state (appearance) on the back side of the base material, and adhesion of solder, metal paste, etc. to the back side is good. Even when modularized, electrical connection between cells is stably maintained for a long time. Thereby, it can be set as a long-life solar cell (solar cell module).

つぎに、実施例について、比較例と併せて説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。   Next, examples will be described together with comparative examples. However, the present invention is not limited to this.

実施例品および比較例品は、幅15mm,厚さ50μmの長尺状SUS基材(SUS430:JFEスチール社製)を準備し、前記実施形態(図2)に記載の製造装置を用いて、ロールトゥロールプロセスにより、その工程(形成過程)中に一度も装置から出さずに、真空一貫で長尺状のCIGS太陽電池セル(供試品)を作製した。なお、これら一連の工程は、加工速度(ラインスピード)1m/分で実施した(各実施例,各比較例で共通)。   An example product and a comparative product prepared a long SUS base material (SUS430: manufactured by JFE Steel Co., Ltd.) having a width of 15 mm and a thickness of 50 μm, and using the manufacturing apparatus described in the above embodiment (FIG. 2), A roll-to-roll process produced a CIGS solar cell (test sample) that was consistent in vacuum and never taken out of the apparatus during the process (formation process). These series of steps were performed at a processing speed (line speed) of 1 m / min (common to each example and each comparative example).

また、得られた長尺状のCIGS太陽電池セルは、供試品の裏面(基板側)の表面状態を目視により観察し、その「外観(荒れ具合)」を官能評価するとともに、長尺状セルを一定長で切断して得られる短冊状の太陽電池セルを、複数並べて連結(電気的に接続)し、その後これらの両側をEVAおよびガラスで挟み込んでラミネートすることにより、1組の太陽電池モジュールを作製した。そして、この太陽電池モジュールの太陽光(疑似光)下における電圧−電流特性から「直列抵抗成分Rs」を計算により求めた。   In addition, the obtained long CIGS solar cell has a long shape while observing the surface state of the back surface (substrate side) of the test product by visual observation and performing sensory evaluation on its “appearance (roughness)”. A plurality of strip-shaped solar cells obtained by cutting the cells at a certain length are connected side by side and connected (electrically connected), and then both sides are sandwiched between EVA and glass and laminated to form a set of solar cells. A module was produced. And "series resistance component Rs" was calculated | required from the voltage-current characteristic under sunlight (pseudo-light) of this solar cell module by calculation.

ついで、上記測定後の太陽電池モジュールに、モジュールを−45℃と+80℃の環境に交互に晒す(1サイクル)ことを繰り返す、サーマルサイクル試験(耐久試験)を10サイクル施し、その後に、上記と同様の「直列抵抗成分Rs」を再び計測して、耐久試験前(初期値)に対する変化率(機能低下率)を計算により求め、評価した。さらに、上記サーマルサイクル試験(耐久試験)後のモジュールを分解して、各供試品におけるセル間の電気接続部(半田部)に異常の発生がないかどうかを、目視および触診により評価した。   Next, the solar cell module after the above measurement was subjected to 10 cycles of a thermal cycle test (endurance test) in which the module was repeatedly exposed to an environment of -45 ° C. and + 80 ° C. (1 cycle). The same “series resistance component Rs” was measured again, and the rate of change (function reduction rate) with respect to that before the durability test (initial value) was obtained by calculation and evaluated. Furthermore, the module after the thermal cycle test (endurance test) was disassembled, and it was evaluated by visual inspection and palpation whether there was any abnormality in the electrical connection part (solder part) between the cells in each test sample.

〔実施例1〕
前記第2実施形態に記載の製法により、減圧室10’内で、長尺状SUS基材の裏面(図3、装置では下面でありロールの巻き内面)側に、スパッタリングにより、保護層として厚さ50nmのMo(モリブデン)層を形成した。続いて、加工装置(図4参照)に、上記長尺状SUS基材をセットし、減圧室11,12,13,14の順に通過させ、上記長尺状SUS基材の表(おもて)面(ロールの巻き外面)側に、裏面電極層,CIGS光電変換層,バッファ層,表面電極層を、この順で連続して形成(積層)し、完成した長尺状CIGS太陽電池セルをロールに巻き取った。各工程の加工条件は、以下のとおりである。
[Example 1]
By the manufacturing method described in the second embodiment, in the decompression chamber 10 ′, the back surface of the long SUS substrate (FIG. 3, the lower surface in the apparatus, the wound inner surface of the roll) is thickened as a protective layer by sputtering. A 50 nm thick Mo (molybdenum) layer was formed. Subsequently, the long SUS base material is set in a processing apparatus (see FIG. 4), and is passed through the decompression chambers 11, 12, 13, and 14 in this order. ) A back electrode layer, a CIGS photoelectric conversion layer, a buffer layer, and a surface electrode layer are successively formed (laminated) in this order on the surface (rolling outer surface of the roll) side, and a completed long CIGS solar cell is obtained. It was wound up on a roll. The processing conditions for each step are as follows.

・裏面電極層
0.8Paに減圧された減圧室11内において、スパッタリングにより、まず、厚さ300nmのCr層を形成し、ついで、同じく厚さ300nmのMo層を連続的に形成し、複層の裏面電極層を形成した。
-Back electrode layer In the decompression chamber 11 decompressed to 0.8 Pa, first, a Cr layer having a thickness of 300 nm is first formed by sputtering, and then a Mo layer having a thickness of 300 nm is continuously formed. A back electrode layer was formed.

・CIGS光電変換層
圧力1×10-3Pa,室内温度550℃に設定された減圧室12内において、Cu,In,Ga,Seを蒸着源とし、Cu,In,Ga,Seのモル構成比が、Cu/(Ga+In)≒0.85,Ga/(Ga+In)≒0.3になるように、厚さ2.2μmのCIGS光電変換層を形成した。
CIGS photoelectric conversion layer In the decompression chamber 12 set to a pressure of 1 × 10 −3 Pa and an indoor temperature of 550 ° C., the molar composition ratio of Cu, In, Ga, and Se using Cu, In, Ga, and Se as an evaporation source However, a CIGS photoelectric conversion layer having a thickness of 2.2 μm was formed so that Cu / (Ga + In) ≈0.85, Ga / (Ga + In) ≈0.3.

・バッファ層
0.2Paに減圧された減圧室13内で、Zn(O,S)(ZnO 80wt%,ZnS 20wt%)を材料として、スパッタリングにより、厚さ100nmのバッファ層を形成した。
Buffer layer A buffer layer having a thickness of 100 nm was formed by sputtering using Zn (O, S) (ZnO 80 wt%, ZnS 20 wt%) as a material in the decompression chamber 13 decompressed to 0.2 Pa.

・透明導電層(表面電極)
0.4Paに減圧された減圧室14内で、ITOを材料として、スパッタリングにより、厚さ200nmの透明導電層を形成した。
・ Transparent conductive layer (surface electrode)
In the decompression chamber 14 decompressed to 0.4 Pa, a transparent conductive layer having a thickness of 200 nm was formed by sputtering using ITO as a material.

〔実施例2〕
上記製造装置を用いて、減圧室10’内で、長尺状SUS基材の裏面(ロールの巻き内面)側に、スパッタリングにより、保護層として厚さ50nmのW(タングステン)層を形成したこと以外、上記実施例1と同様にして、実施例2の長尺状CIGS太陽電池セルを作製した。
[Example 2]
A W (tungsten) layer having a thickness of 50 nm was formed as a protective layer by sputtering on the back surface (rolled inner surface of the roll) of the long SUS substrate in the decompression chamber 10 ′ using the above manufacturing apparatus. Except for the above, a long CIGS solar cell of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 above.

〔実施例3〕
上記製造装置を用いて、減圧室10’内で、長尺状SUS基材の裏面(ロールの巻き内面)側に、スパッタリングにより、保護層として厚さ50nmのNb(ニオブ)層を形成した以外、上記実施例1と同様にして、実施例3の長尺状CIGS太陽電池セルを作製した。
Example 3
Other than forming a 50 nm thick Nb (niobium) layer as a protective layer by sputtering on the back surface (rolling inner surface of the roll) side of the long SUS substrate in the decompression chamber 10 ′ using the above manufacturing apparatus. In the same manner as in Example 1, the long CIGS solar battery cell of Example 3 was produced.

〔実施例4〕
上記製造装置を用いて、減圧室10’内で、長尺状SUS基材の裏面(ロールの巻き内面)側に、スパッタリングにより、保護層として厚さ50nmのTa(タンタル)層を形成したこと以外、上記実施例1と同様にして、実施例4の長尺状CIGS太陽電池セルを作製した。
Example 4
Using the above manufacturing apparatus, a Ta (tantalum) layer having a thickness of 50 nm was formed as a protective layer on the back surface (rolling inner surface of the roll) side of the long SUS substrate by sputtering in the decompression chamber 10 ′. Except for the above, a long CIGS solar cell of Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 above.

〔実施例5〕
上記製造装置を用いて、減圧室10’内で、長尺状SUS基材の裏面(ロールの巻き内面)側に、スパッタリングにより、保護層として厚さ50nmのTi(チタン)層を形成したこと以外、上記実施例1と同様にして、実施例5の長尺状CIGS太陽電池セルを作製した。
Example 5
Using the above manufacturing apparatus, a 50 nm thick Ti (titanium) layer was formed as a protective layer on the back surface (rolled inner surface of the roll) side of the long SUS substrate by sputtering in the decompression chamber 10 ′. Except for the above, a long CIGS solar cell of Example 5 was produced in the same manner as in Example 1 above.

〔実施例6〕
上記製造装置を用いて、減圧室10’内で、長尺状SUS基材の裏面(ロールの巻き内面)側に、2つのスパッタリング装置により、保護層として、厚さ50nmのCr(クロム)層(基材に接する下地層)と、これに積層される厚さ50nmのMo(モリブデン)層(外側の表層)とからなる複層の保護層を形成したこと以外、上記実施例1と同様にして、実施例6の長尺状CIGS太陽電池セルを作製した。
Example 6
Using the above manufacturing apparatus, a Cr (chromium) layer having a thickness of 50 nm is formed as a protective layer on the back surface (rolled inner surface of the roll) side of the long SUS substrate by the two sputtering devices in the decompression chamber 10 ′. The same as in Example 1 except that a multi-layer protective layer composed of a (underlying layer in contact with the substrate) and a 50 nm thick Mo (molybdenum) layer (outer surface layer) laminated thereon was formed. Thus, a long CIGS solar battery cell of Example 6 was produced.

〔比較例1〕
図4に記載の従来型の製造装置を用いて、長尺状SUS基材の裏面(ロールの巻き内面)側に、何も加工を施さなかった(保護層を形成しなかった)こと以外、上記実施例1と同様にして、比較例1の長尺状CIGS太陽電池セルを作製した。
[Comparative Example 1]
Using the conventional manufacturing apparatus shown in FIG. 4, except that no processing was performed on the back surface (rolled inner surface of the roll) of the long SUS substrate (the protective layer was not formed), In the same manner as in Example 1, a long CIGS solar battery cell of Comparative Example 1 was produced.

〔比較例2〕
前記実施形態(図2)に記載の製造装置を用いて、減圧室10’内で、長尺状SUS基材の裏面(ロールの巻き内面)側に、スパッタリングにより、保護層として厚さ5nmのMo(モリブデン)層を形成したこと以外、上記実施例1と同様にして、比較例2の長尺状CIGS太陽電池セルを作製した。
[Comparative Example 2]
Using the manufacturing apparatus described in the above embodiment (FIG. 2), a 5 nm thick protective layer is formed by sputtering on the back surface (rolling inner surface of the roll) of the long SUS substrate in the decompression chamber 10 ′. A long CIGS solar cell of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the Mo (molybdenum) layer was formed.

〔比較例3〕
前記実施形態(図2)に記載の製造装置を用いて、減圧室10’内で、長尺状SUS基材の裏面(ロールの巻き内面)側に、スパッタリングにより、保護層として厚さ50nmのCu(銅)層を形成したこと以外、上記実施例1と同様にして、比較例3の長尺状CIGS太陽電池セルを作製した。
[Comparative Example 3]
Using the manufacturing apparatus described in the embodiment (FIG. 2), a 50 nm thick protective layer is formed by sputtering on the back surface (rolling inner surface of the roll) of the long SUS substrate in the decompression chamber 10 ′. A long CIGS solar cell of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that a Cu (copper) layer was formed.

〔太陽電池モジュールの製造〕
得られた各長尺CIGS太陽電池セルの裏面(基板側)の表面状態を確認した後、これを定長(この例では長さ100mm,幅15mm)で切断し、得られた短冊状の太陽電池セルをそれぞれ7個接続して、100mm角の太陽電池モジュールを作製した。なお、セルどうしの電気的接続は、まず、予め透明導電層(表面電極)のセル長手方向に沿う両端縁部に、真空蒸着法により、複層〔Cu層(上面側)/Cr層(表面電極),それぞれ幅1mm,厚さ100nm〕からなる取り出し電極を形成し、つぎに、基材1の裏面側に形成された保護層(比較例の保護層および保護層がない場合を含む)のセル長手方向に沿う両端縁部に、半田による接続部を形成した。そして、一つの短冊状太陽電池セルの表面の取り出し電極(Cu層部)と、隣接して配置された(並べられた)他の短冊状太陽電池セルの接続部(半田部)との重なり幅が1mmとなるよう、各短冊状太陽電池セルの長辺どうしを揃えて配置し、その状態で接続部を230℃で30秒間加熱して、上記半田の溶融・固着により、これら短冊状太陽電池セル間の電気的接続を行った(保護層のないSUS基板の裏面と直接半田付けする場合も同様)。
[Manufacture of solar cell modules]
After confirming the surface state of the back surface (substrate side) of each obtained long CIGS solar cell, this was cut at a fixed length (in this example, length 100 mm, width 15 mm), and the obtained strip-shaped sun Seven battery cells were connected to each other to produce a 100 mm square solar battery module. In addition, the electrical connection between the cells is first performed in advance on both end edges along the longitudinal direction of the cell of the transparent conductive layer (surface electrode) by a vacuum deposition method [multilayer [Cu layer (upper surface side) / Cr layer (surface Electrode), each having a width of 1 mm and a thickness of 100 nm], and then a protective layer formed on the back side of the substrate 1 (including the case of no protective layer and protective layer in the comparative example) Connection portions by solder were formed at both edge portions along the cell longitudinal direction. And the overlap width of the take-out electrode (Cu layer part) on the surface of one strip-shaped solar battery cell and the connection part (solder part) of another strip-shaped solar battery cell arranged adjacent (arranged) The long sides of each strip solar cell are aligned so that the thickness is 1 mm, and in this state, the connecting portion is heated at 230 ° C. for 30 seconds, and the above-described solder solar cells are melted and fixed. The cells were electrically connected (the same applies when soldering directly to the back surface of the SUS substrate without the protective layer).

<直列抵抗成分Rsの測定>
上記太陽電池モジュールを、各実施例,比較例ごとにそれぞれ20個準備し、ソーラーシミュレーター(セルテスター,山下電装社製、YSS−150)を用いて、擬似太陽光(AM1.5)を、100mm角(モジュールの大きさ)以上の照射面積になるように調整して照射し、照射中に得られるモジュールの電圧−電流特性(グラフ)から、直列抵抗成分Rsを計算により求めた。なお、測定は、モジュールを−45℃と+80℃の環境に交互に10回暴露するサーマルサイクル試験(耐久試験)の前と後に、各1回測定を行い、その変化率(機能低下率)を比較している。また、その上昇率が10%以下のものを「良」、上昇率が10%を超えるものを「不良」と評価した。
<Measurement of series resistance component Rs>
Twenty solar cell modules were prepared for each of the examples and comparative examples, and using a solar simulator (Cell Tester, Yamashita Denso Co., Ltd., YSS-150), simulated sunlight (AM1.5) was 100 mm. Irradiation was performed so that the irradiation area was equal to or greater than the corner (module size), and the series resistance component Rs was obtained by calculation from the voltage-current characteristics (graph) of the module obtained during irradiation. Measurement is performed once before and after the thermal cycle test (endurance test) in which the module is alternately exposed to the environment of -45 ° C. and + 80 ° C. 10 times, and the rate of change (function deterioration rate) is calculated. Comparing. In addition, those having an increase rate of 10% or less were evaluated as “good”, and those having an increase rate exceeding 10% were evaluated as “bad”.

なお、実験結果を示す「表1」には、上記「直列抵抗成分Rs」の測定中〔擬似太陽光(AM1.5)の照射中〕に得られるモジュールの「光電変換効率η」と、この光電変換効率ηのサーマルサイクル試験(耐久試験)前後における変化率とを、参考値として記載している。   In addition, in “Table 1” showing the experimental results, the “photoelectric conversion efficiency η” of the module obtained during the measurement of the “series resistance component Rs” [during irradiation with pseudo sunlight (AM1.5)], and this The change rate before and after the thermal cycle test (endurance test) of the photoelectric conversion efficiency η is described as a reference value.

<基材裏面の外観の評価>
長尺状のCIGS太陽電池セルの製造後(モジュール作製前)に、供試品の裏面(基板側)の表面状態を観察し、その「外観(表面の荒れ具合)」を評価した。評価は、裏面の状態が平坦で乱れがないものを「良」、膨れや剥がれ等の表面荒れがあるものを「不良」とした。
<Evaluation of the appearance of the back of the substrate>
After the production of the long CIGS solar cells (before the module production), the surface state of the back surface (substrate side) of the specimen was observed, and the “appearance (surface roughness)” was evaluated. In the evaluation, the case where the state of the back surface was flat and not disturbed was judged as “good”, and the case where the surface was rough such as swelling or peeling was judged as “bad”.

<セル間の電気接続部(半田部)の評価>
上記サーマルサイクル試験(耐久試験)の後に、太陽電池モジュールを分解して、各短冊状太陽電池セル間の電気接続部(半田部)に手で力を加え、接続部間に剥離がないかどうかを確認した。評価は、力を加えても接続部間(半田部)に剥離が生じない(密着している)ものを「良」、力を加えると容易に剥離するものを「不良」とした。
<Evaluation of electrical connection part (solder part) between cells>
After the above thermal cycle test (endurance test), disassemble the solar cell module, apply force by hand to the electrical connection (solder part) between the strip-shaped solar cells, and check if there is no separation between the connections It was confirmed. In the evaluation, “good” indicates that peeling does not occur between the connection portions (solder portions) even when a force is applied (solder portion), and “bad” indicates that peeling easily occurs when a force is applied.

上記各評価の結果を、下記の「表1」にまとめて示す。   The results of the above evaluations are summarized in “Table 1” below.

上記の結果より、予め保護層が形成された長尺基材(SUS)を使用した実施例1〜6のCIGS太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールは、サーマルサイクル試験前後の直列抵抗成分Rsの変化率、および、参考値である「光電変換率η」の変化率が、それぞれ10%以下で、耐久性(耐候性)に優れる太陽電池モジュールであることが実証された。これに対して、比較例1〜3のCIGS太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールは、上記直列抵抗成分Rs(および参考値である「光電変換率η」)の変化率が10%を超える低下を示すことに加え、基材裏面や接続部に、目視で確認できる程度の外観異常が発生していることが分かった。   From the above results, the solar cell module using the CIGS solar cells of Examples 1 to 6 using the long base material (SUS) in which the protective layer is formed in advance has the series resistance component Rs before and after the thermal cycle test. The rate of change and the rate of change of the reference value “photoelectric conversion rate η” were each 10% or less, and it was proved that the solar cell module was excellent in durability (weather resistance). On the other hand, in the solar cell module using the CIGS solar cells of Comparative Examples 1 to 3, the change rate of the series resistance component Rs (and the reference value “photoelectric conversion rate η”) is more than 10%. In addition to the above, it was found that an appearance abnormality that can be visually confirmed occurred on the back surface of the base material and the connection portion.

本発明のCIGS太陽電池セルは、長寿命で、種々の環境下で使用することができる。   The CIGS solar cell of the present invention has a long life and can be used in various environments.

1 長尺基材
2 裏面電極層
3 CIGS光電変換層
4 バッファ層
5 透明導電層
P 保護層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Long base material 2 Back surface electrode layer 3 CIGS photoelectric conversion layer 4 Buffer layer 5 Transparent conductive layer P Protective layer

Claims (2)

導電性を有する長尺基材の一方の面に、裏面電極層と、CIGS光電変換層と、バッファ層と、透明導電層からなる表面電極とが、ロールトゥロールプロセスを用いて順次積層されてなるCIGS太陽電池セルであって、上記長尺基材の他方の面に、周期表4〜6族の元素のうち、モリブデン,タングステン,ニオブ,タンタル,チタンからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属またはその合金からなる厚さ10nm以上の保護層が形成されていることを特徴とするCIGS太陽電池セル。   A back electrode layer, a CIGS photoelectric conversion layer, a buffer layer, and a surface electrode composed of a transparent conductive layer are sequentially laminated on one surface of a long conductive substrate using a roll-to-roll process. CIGS solar battery cell, wherein at least one selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, and titanium among elements of groups 4 to 6 of the periodic table is formed on the other surface of the long base material. A CIGS solar cell, wherein a protective layer made of a metal or an alloy thereof and having a thickness of 10 nm or more is formed. 導電性を有する長尺基材の表面に裏面電極層を形成する工程と、上記裏面電極層の露出面上にCIGS光電変換層を形成する工程と、上記CIGS光電変換層の露出面上にバッファ層を形成する工程と、上記バッファ層の露出面上に透明導電層からなる表面電極を形成する工程とを備え、ロールトゥロールプロセスにより、上記各層を長尺基材の一方の面側に順次積層するCIGS太陽電池セルの製法であって、
上記CIGS光電変換層を形成する工程に先だって、上記長尺基材の他方の面側に、周期表4〜6族の元素のうち、モリブデン,タングステン,ニオブ,タンタル,チタンからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属またはその合金からなる厚さ10nm以上の保護層を形成することを特徴とするCIGS太陽電池セルの製法。
A step of forming a back electrode layer on the surface of the conductive long base material, a step of forming a CIGS photoelectric conversion layer on the exposed surface of the back electrode layer, and a buffer on the exposed surface of the CIGS photoelectric conversion layer A step of forming a layer and a step of forming a surface electrode made of a transparent conductive layer on the exposed surface of the buffer layer, and each layer is sequentially applied to one surface side of the long substrate by a roll-to-roll process. It is a manufacturing method of the CIGS solar cell to laminate,
Prior to the step of forming the CIGS photoelectric conversion layer, the other surface of the long substrate is selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, and titanium among the elements of groups 4 to 6 of the periodic table. A method for producing a CIGS solar cell, comprising forming a protective layer made of at least one metal or an alloy thereof having a thickness of 10 nm or more.
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