JP2771655B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池の製造方法

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JP2771655B2 JP1337369A JP33736989A JP2771655B2 JP 2771655 B2 JP2771655 B2 JP 2771655B2 JP 1337369 A JP1337369 A JP 1337369A JP 33736989 A JP33736989 A JP 33736989A JP 2771655 B2 JP2771655 B2 JP 2771655B2
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は太陽光や人工照明の下で発電動作する太陽電
池の製造方法に関する。
(ロ) 従来の技術 近年、太陽電池はクリーンなエネルギー源として多く
の関心が寄せられており、特にアモルファスシリコン
(以下a−Siと記す)等の薄膜太陽電池は低コスト化に
有利なことから電力用の最有力候補として、現在、変換
効率の向上や低コスト化の研究に盛んに行なわれてい
る。こうした状況のなかで、集積型薄膜太陽電池のパタ
ーニングプロセスとして、受光面電極膜上に、絶縁ペー
スト及び導電性ペーストからなる絶縁パターン及び導電
パターンをスクリーン印刷し乾燥、焼成後レーザを上記
パターン上にパルス光で照射することにより、絶縁パタ
ーン上で分離、導電パターン上で接続を行なう(特開昭
62−33477号公報)方法や、接続は導電パターンとレー
ザ、分離はエッチング(米国特許第4.724,011号)を用
いる方法等が開発されている。
(ハ) 発明が解決しようとする課題 しかるに接続はレーザ、分離はエッチングを用いる方
法は、レーザパターン方法とエッチング工程が複雑で低
コスト化には不利であることや、また上記2つの方法と
も接続は、導電パターンと裏面電極との間に高抵抗なa
−Si膜が存在するため、レーザパワーが弱すぎると導電
パターンと裏面電極間の抵抗が高くなり、高出力が得ら
れず、信頼性もよくないという欠点があった。さらに接
続に用いられているレーザはパルス光であり、接続は点
で行なわれているため、発電の際には、レーザ光により
形成されたホールのみに電流が集中するため、発熱によ
り導電パターンのダメージが信頼性を低くする可能性が
あり、また逆にレーザパワーを強くすると、導電パター
ンを突きぬけて下層の受光面電極膜をも破壊してしまう
という欠点もあった。
本発明はこのような欠点を解決せんとするものであ
る。
(ニ) 課題を解決するための手段 本発明は、上記課題を解決するために、基板の絶縁表
面に複数の第1電極を整列配置し、上記第1電極の隣接
対向間隔部の一方に近接して結合用導電パターンを形成
し、当該導電パターン及び第1電極を含んで上記基板上
に半導体膜を設け、上記導電パターンを覆う半導体膜に
対して露出面側からエネルギビームを照射して被照射部
位の半導体膜部分を連続的に除去し当該導電パターンを
半導体膜から露出せしめた後、斯る導電パターンを含め
て半導体膜上に第2電極を配置することを特徴とする。
(ホ) 作用 上述の如く第2電極を形成する前に、導電パターン上
の半導体膜部分がレーザビームの照射により連続的に除
去され当該導電パターンを露出した後、斯る導電パター
ンを含めて半導体膜上に第2電極を配置することによっ
て、第2電極は連続的に直接接触する。
(ヘ) 実施例 以下第1図乃至第7図を参照して、本発明製造方法を
太陽電池の製造方法に適用した実施例につき詳述する。
第1図の工程では、厚さ1mm〜5mm、面積10cm×10cm〜
50cm×50cm程度の透明なガラス等の絶縁材料からなる基
板(1)上全面に、厚さ約2000Å〜5000Åの酸化錫(Sn
O2)、酸化インジウム錫(ITO)に代表される透光性導
電酸化物(TCO)の単層型或いはそれらの積層型の透明
電極膜が被着された後、隣接間隔部(ab)(bc)がレー
ザビーム(LB)の照射により除去されて、第1電極とし
て個別の各透明電極膜(2a)(2b)(2c)…が分離形成
される。使用されるレーザ装置は基板(1)にほとんど
吸収されることのない波長が適当であり、上記ガラスに
対しては0.35μm〜2.5μmの波長のパルス出力型が好
ましい。斯る好適な実施例は、波長約1.06μmエネルギ
密度13J/cm2、パルス繰返し周波数3KHzのQスイッチ付
きNd:YAGレーザであり、隣接間隔部(ab)の間隔は約50
〜100μmに設定される。
第2図の工程では、先の工程で分割配置された透明電
極膜(2a)(2b)(2c)…の一方の隣接間隔部(ab)
(bc)…の近傍に偏って該隣接間隔部(ab)(bc)…に
近い側から導電パターン(3ab)(3bc)…呼び絶縁パタ
ーン(4ab)(4bc)…が各々一本づつ平行に帯状に形成
される。例えば上記導電パターン(3ab)(3bc)…は銀
(Ag)ペーストやその他の金属ペーストをスクリーン印
刷手法により高さ約10〜20μm、幅約100〜150μmにパ
ターニングされた後、約550℃の温度にて焼成される。
また絶縁パターン(4ab)(4bc)…としては後工程で形
成され半導体光活性層として動作する非晶質半導体膜に
拡散したりすることのない材料、例えば二酸化シリコン
(SiO2)粉末をペースト状にしたSiO2ペーストやその他
の無機材料が選択され、上記Agペーストと同様スクリー
ン印刷手法により所定の箇所に高さ約10〜20μm、幅約
100〜150μmにパターニングされ、これも同様に約550
℃の温度にて焼成される。
この様にAgペーストの焼成温度とSiO2ペーストの焼成
温度とが等しい場合、両者の焼成は基本的には同一に行
なわれる。然し、両者を同時に焼成するに際しては、両
者を同時にスクリーン印刷できないために、先ずAgペー
スト或いはSiO2ペーストのスクリーン印刷を行ない、次
にこのペーストに対し予備焼成或は予備乾燥を施した
後、残りのSiO2ペースト或いはAgペーストをスクリーン
印刷する必要がある。
第3図の工程では、各透明電極膜(2a)(2b)(2c)
…、上記導電パターン(3ab)(3bc)…及び絶縁パター
ン(4ab)(4bc)…の表面を含んで基板(1)上のほぼ
全面に光電変換に有効に寄与する厚さ4000Å〜7000Åの
非晶質シリコン(a−Si)等の非晶質半導体膜(5)が
モノシラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、四弗化シリ
コン(SiF4)、モノフロロシラン(SiH3F)等のシリコ
ン化合物ガスを主ガスとし適宜価電子制御用のジボラン
(B2H6)、ホスフィン(PH3)のドーピングガスが添加
された反応ガス中でのプラズマCVD法や光CVD法により形
成される。斯る半導体膜(5)は上記B2H6やPH3の添加
によりその内部に膜面に平行なpin接合を含み、従って
より具体的には、上記シリコン化合物ガスにB2H6、更に
はメタン(CH4)、エタン(C2H6)等の水酸化炭素ガス
の添加によりプラズマCVD法や光CVD法によりp型の非晶
質シリコンカーバイド(a−SiC)が被着され、次いで
i型(ノンドープ)のa−Si及びn型のa−Si或いは微
結晶シリコン(μc−Si)が順次積層被着される。
尚、半導体光活性層として動作する半導体は上記a−
Si系の半導体に限らず硫化カドミウム(CdS)、テルル
化カドミウム(CdTe)、セレン(Se)等の膜状半導体で
あっても良いが、工業的には上記a−Si、a−SiC、更
には非晶質シリコンゲルマニウム(a−SiGe)、非晶質
シリコン錫(a−SiSn)等に代表されるa−Si系半導体
が好ましい。
第4図の工程では、上記導電パターン(3ab)(3bc)
を覆う非常質半導体膜(5)に対して、その露出面側か
らレーザビーム或いは電子ビームの如きエネルギビーム
を照射して、被照射部位の半導体膜部分(5)′が上記
エネルギビームの走査方向に連続的、即ち線状に除去さ
れる。使用されるエネルギビームは例えば波長1.06μm
のQスイッチ付きNd:YAGレーザからパルス状に出射され
るレーザビームであり、上記半導体膜部分(5)′が連
続的に除去されるべくレーザパルスの一部が重なるよう
に走査させる。このとき照射されるレーザビーム(L
B1)は、半導体膜に直接照射されると共に下層に膜厚十
分な導電パターン(3ab)(3bc)が存在することから、
多少大きなエネルギ密度を持ったとしても、更に下層の
透明電極膜(2a)(2b)(2c)…を直撃するに至らな
い。その結果、非晶質半導体膜(5a)(5b)(5c)は導
電パターン(3ab)(3bc)表面を連続的に露出せしめた
状態で個別に分割される。
第5図の工程では、半導体膜(5)及びこの半導体膜
(5)から露出した導電パターン(3ab)(3bc)を含ん
で基板(1)のほぼ全面にAl、Ti、TiAg、Ni等の単層或
いは積層構造の第2電極としての裏面電極膜(6)が被
着される。
第6図の最終工程では、絶縁パターン(4ab)(4bc)
…の表面上に位置する非晶質半導体(5a)(5b)(5c)
及び裏面電極膜(6)の積層体部分にこの積層体部分の
表面側からレーザビーム(LB2)が照射される。斯る絶
縁パターン(4ab)(4bc)…上の積層体部分に照射され
るレーザビーム(LB2)は、斯る積層体部分を除去する
に足りる十分なエネルギ密度を備えている。即ち、レー
ザビーム(LB2)が照射される積層体部分は複数の光電
変換領域(7a)(7b)(7c)…に跨って一様に連なった
裏面電極膜(6)及び個別の半導体膜(5a)(5b)(5
c)の積層体を上記各領域(7a)(7b)(7c)…毎に分
割せんがために除去される箇所であり、多少大きなエネ
ルギ密度を持ったとしても上記積層体部分の直下には厚
み(高さ)が十分な絶縁パターン(4ab)(4bc)…が存
在する経過、斯る絶縁パターン(4ab)(4bc)…の表面
を僅かに除去するだけであり、下層への第2レーザビー
ム(LB2)の到達は阻止される。この第2のレーザビー
ム(LB2)の照射によって、上記積層体を電気的に且つ
物理的に分離する分離溝(8ab)(8bc)…が形成され
る。
その結果、相隣り合う光電変換領域(7a)(7b)(7
c)…の裏面電極膜(6a)(6b)…と透明電極膜(2b)
(2c)…は、上記分離溝(8ab)(8bc)…より裏面電極
膜(6a)(6b)(6c)…の隣接間隔部(ab)(bc)…に
近い側において導電パターン(3ab)(3bc)…を介して
直接結合することとなる。
斯る製造方法に基づき製造された太陽電池に対して、
その出力特性を測定したところ、透明電極膜(2b)(2
c)上の導電パターン(3ab)(3bc)と、隣接する光電
変換領域の裏面電極膜(6a)(6b)とを、半導体膜
(5)及び裏面電極膜(6)積層後レーザビームの照射
を施した従来の結合(密着)構造を持つ太陽電池に比し
て、フィルファクタ及び開放電圧の向上が確認され、短
絡電流についてはほぼ同等の値が得られた。その結果、
出力電力の上昇が図れた。斯る特性改善は、導電パター
ンと裏面電極膜の結合構造が溶着による間接的なもので
はなく、直接的なものによるところが大きい。
第7図は本発明製造方法を実施した太陽電池に対する
信頼性試験をまとめたものである。信頼性試験は、初期
値の出力電力に対する出力電力の時間的変動を示してい
る。信頼性試験は、90℃の高温試験、60℃、95%の恒温
恒湿試験、−40℃の低温試験、−20℃〜80℃の温度サイ
クル試験である。信頼性試験の結果は、−40℃の低温試
験では1000時間経過後若干の出力特性の低下が見られた
他は、初期値より出力特性が向上した。施る出力特性の
向上は、高温処理に基づくアニーリング効果によるもの
と思われる。
第8図及び第9図は本発明製造方法の他の実施例を示
している。即ち、この実施例では、絶縁ペーストからな
る絶縁ペーストが省略され、透明電極膜(2a)(2b)上
には導電ペーストからなる導電パターン(3ab)(3bc)
…のみが形成されている。
その後、第9図の工程では、裏面電極膜の選択パター
ニングをレーザビームの照射により施すことができない
ので、当該裏面電極膜(6a)(6b)(6c)…のパターニ
ングは、膜形成時に、不要部をマスクで覆う方法により
同時に行なわれる。マスク法によるパターニングは微細
加工性の点で問題があるが、裏面電極膜(6a)(6b)
(6c)…に対しては微細加工が施されなくても、光電変
換領域(7a)(7b)(7c)…の有効面積を減少するもの
ではない。
この方法によっても初期特性の向上と、高い信頼性試
験の結果が得られた。
(ト) 発明の効果 本発明は以上の説明から明らかな如く、第2電極は導
電パターンと連続的に直接接触するので、信頼性の高い
高出力特性の太陽電池を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第6図は本発明製造方法の一実施例を工程順
示し、第1図乃至第3図、第5図及び第6図は断面図、
第4図は一部断面斜視図、第7図は信頼性特性図、第8
図及び第9図は本発明製造方法の他の実施例の要部の工
程を示す断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板の絶縁表面に複数の第1電極を整列配
    置し、上記第1電極の隣接対向間隔部の一方に近接して
    結合用導電パターンを形成し、当該導電パターン及び第
    1電極を含んで上記基板上に半導体膜を設け、上記導電
    パターンを覆う半導体膜に対して露出面側からエネルギ
    ビームを照射して被照射部位の半導体膜部分を連続的に
    除去し当該導電パターンを半導体膜から露出せしめた
    後、斯る導電パターンを含めて半導体膜上に第2電極を
    配置することを特徴とする太陽電池の製造方法。
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