JP3237471B2 - 薄膜光電変換装置 - Google Patents

薄膜光電変換装置

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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜太陽電池のよう
に、基板上に積層した各層をパターニングして形成され
る複数の光電変換領域が各領域の電極層相互を接続する
ことによって直列あるいは並列接続される薄膜光電変換
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】原料ガスのグロー放電分解や光CVDに
より形成される非晶質半導体薄膜は、気相成長法で形成
できるために、大面積化が容易であること、また、形成
温度が低いために樹脂フィルムのような可とう性を有す
る基板に形成できるという特徴を有している。こうした
非晶質薄膜を光電変換層に用いた薄膜光電変換装置は、
光電変換領域を直列に電気的に接続することにより取出
し電圧を設定している。あるいは、必要に応じて光電変
換領域を並列に電気的に接続することにより取出し電流
を設定している。このような直並列接続を行うには、薄
膜太陽電池を構成する各層を分離して複数の光電変換領
域にする必要がある。このような光電変換領域の寸法
は、光の入射側に設けられる透明電極層を形成するSn
2 やZnO等の透明導電性材料の膜のシート抵抗が高
いため限定される。これに対し、特開平6−34292
4号公報に開示された薄膜光電変換装置では、反光入射
側にある絶縁性基板に穴をあけ、この穴を利用して透明
電極層を基板裏面の接続電極層と接続することにより、
高シート抵抗の透明電極層を流れる電流の径路の距離を
短縮できる。これにより寸法の限定された光電変換領域
に分割することなく低電圧、大電流型にも構成でき、ジ
ュール損失が少なく、デッドスペースの部分が縮小して
有効発電面積が増加した薄膜光電変換装置を得ることが
できた。そして各光電変換領域間の接続は、基板裏面の
接続電極層によって行う。図3は上記公報に図25とし
て示されている直列接続型の薄膜光電変換領域である。
図3(a)は光入射側の平面図で、可とう性の絶縁性基
板1上に積層された金属第一電極層、非晶質半導体光電
変換層および透明第二電極層はレーザパターニングのパ
ターニングライン21および22により複数(図では6
個)の光電変換領域3に分離されている。各単位太陽電
池の両端部では第二電極層が除去されて斜線を引いて示
した光電変換層4が露出している。図3(b)は基板裏
面側の平面図で、接続電極層となる金属第三電極層5が
レーザパターニングのパターニングライン61および6
2により複数の領域に分離され、端部には長い接続領域
51が形成されている。そして、この第三電極層5との
接続のために第一貫通孔71と第二貫通孔72が多数明
けられている。第一貫通孔71は、単位太陽電池3の第
二電極層、光電変換層および第一電極層、可とう性基板
1ならびに第三電極層5を貫通しており、内部への電極
層の回り込みにより第二電極層と第三電極層とを接続す
るためのものである。第二貫通孔72は第二電極層が除
去されて光電変換層4が露出している領域に明けられ、
光電変換層4、第一電極層、基板1および第三電極層5
を貫通しており、内部への電極層の回り込みにより第一
電極層と第三電極層とを接続するためのものである。表
面側のパターニングライン22と裏面側のパターニング
ライン62との位置、貫通孔71、72の位置が基板の
幅方向(図の上下方向)でずれていることにより、各光
電変換領域3は第二電極層は貫通孔71、72により第
三電極層5を介して隣接単位太陽電池の第一電極層と接
続される。その結果、基板幅方向に一列に並ぶ各光電変
換領域は直列接続され、各列間は第三電極層の接続領域
51を介して接続される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図2のようにレーザパ
ターニングにより光電変換領域3の分離を行う光電変換
装置では,パターニングラインが交差する部分20ある
いは60において、後から交差して分離したパターニン
グラインの分離が不完全となり、不良が発生する場合が
あるという問題があった。このような不良は、特に電位
的に差のある隣接列の光電変換領域3の電極層間の短絡
を招く際、光電変換装置の出力特性に影響を与える。
【0004】本発明の目的は、上述の問題を解決し、パ
ターニングラインの交差する部分に不良が発生すること
のない薄膜光電変換装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1に記載の本発明は、絶縁性基板の表面上
に電極層ではさまれた光電変換層を形成し、各層を異な
る二つの方向に平行に線状に除去して複数の光電変換領
域に分離し、隣接光電変換領域の電極層相互間を導体に
よって接続してなる薄膜光電変換装置において、各層の
線状除去領域の交差する個所に基板を含めての貫通孔を
有するものとする。請求項2に記載の第二の本発明は、
絶縁性基板の表面上に電極層ではさまれた光電変換層を
備えた光電変換領域の複数個と、基板の裏面上に被着し
た導体層を異なる二つの方向に平行に線状に除去して形
成される複数の接続電極層とを有し、隣接光電変換領域
の電極層相互間が、基板に明けられた貫通孔を通して基
板表面上の電極層のいずれかと接続される接続電極層に
よって接続される薄膜光電変換装置において、導体層の
線状除去領域の交差する個所に基板を含めての貫通孔を
有するものとする。これらの場合、絶縁性基板の表面あ
るいは裏面上の介の線状除去領域の交差する個所の基板
を含めての貫通孔が打抜きで明けられたものであること
がよい。請求項4に記載の第三の本発明は、絶縁性基板
の表面上に電極層ではさまれた光電変換層を形成し、各
層を異なる二つの方向に平行に線状に除去して複数の光
電変換領域に分離し、隣接光電変換領域の電極層相互間
を導体によって接続してなる薄膜光電変換装置におい
て、一方向の線状除去領域は二つの光電変換領域間に3
本以上形成され、他方向の線状除去領域は、一方向の線
状除去領域の外側の2本に交差するが、内側の線状除去
領域には交差しないように断続的に形成されたものとす
る。その場合、一方向の線状除去領域は、他方向の線状
除去領域によって分離され、直列接続される光電変換領
域の列間を分離をするものであることがよい。請求項6
に記載された第四の本発明は、絶縁性基板の表面上に電
極層ではさまれた光電変換層を備えた光電変換領域の複
数個と、基板の裏面上に被着した導体層を異なる二つの
方向に平行に線状に除去して形成される複数の接続電極
層とを有し、隣接光電変換領域の電極層相互間が、基板
に明けられた貫通孔を通して基板表面上の電極層のいず
れかと接続される接続電極層によって接続される薄膜光
電変換装置において、一方向の線状除去領域は二つの接
続電極層間に3本以上形成され、他方向の線状除去領域
は、一方向の線状除去領域の外側の2本に交差するが、
内側の線状除去領域には交差しないように断続的に形成
されたものとする。その場合、一方向の線状除去領域
は、他方向の線状除去領域によって分離され、基板表面
上に一列に配置された光電変換領域を直列接続する接続
電極層の列間を分離するものであることがよい。
【0006】
【作用】絶縁性基板の表面上に積層した各層を分離して
光電変換領域にするため、あるいは裏面上に被着した導
体層を分離して接続電極層とするための線状除去領域、
すなわちパターニングラインの交差個所に基板を含めて
の貫通孔を明ければ、その部分での層がなくなるため、
分離の不良がなくなる。この貫通孔は、特にフィルム基
板を用いる場合に打ち抜きにより容易に明けることがで
きる。あるいは、一方向のパターニングラインを3本以
上形成し、外側の2本には他方向のパターニングライン
を交差させる。しかし、内側のパターニングラインは他
方向のパターニングラインと交差させないため、交差個
所に不良が生じても、内側のパターニングラインにより
分離が確保される。ただし、他方向のパターニングライ
ンによる分離不良は残るおそれがあるので、他方向のパ
ターニングラインによる分離は、不良の影響の少ない直
接接続される電位差の少ない隣接光電変換領域間あるい
はその接続に用いる接続電極層間の分離に適用すること
が望まれる。
【0007】
【実施例】以下、図を引用して本発明の実施例について
説明する。図2は、本発明の実施例の薄膜光電変換装置
の可とう性基板上に形成される薄膜のみを示し(a)は
光入射面、(b)は裏面の平面図で、図3と共通の部分
には同一の符号が付されている。この薄膜光電変換装置
では、15個の光電変換領域3が直列接続されている。
各光電変換領域列の端部には、同一の層構成であるが幅
の狭い領域が接続領域31として形成されている。表面
の光電変換領域を接続するために、裏面には15個の接
続電極5と各列端部の幅の狭い接続領域51が形成され
ている。表面側のパターニングライン21は裏面側のパ
ターニングライン61とそれぞれ表裏で対向する位置に
加工される。一方、図の左右方向のパターニングライン
22は、隣の列の光電変換領域3の裏面側で第三電極層
5を分離するパターニングライン62の延長線と表裏で
対向する位置に加工される。従ってパターニングライン
21、22の交点とパターニングライン61、62の交
点とは表裏で対向している。図2のA部およびB部の拡
大図である図1(a)、(b)に示すように、本発明の
一実施例では、両面がレーザパターニング終了後、この
パターニングラインの交点にパンチにより絶縁孔8を明
ける。この実施例では各パターニングラインの幅は約2
00μm、絶縁孔8の直径は500μmであるがこれに
限定されるものではない。またこの実施例では、表裏の
パターニングラインの交点が対向しているが、必ずしも
対向していなくてもよい。表裏それぞれのパターニング
ラインの交点に別個に絶縁孔8を明けても差し支えな
い。ただし図のようにパターニングすることにより、
3.7mmのピッチで基板幅方向に3個ずつ明けられる
第一貫通孔71と、同様に3.7mmのピッチで基板幅
方向に2個ずつ明けられる第二貫通孔72とは、基板長
手方向には別の列に位置するため、同種の貫通孔を同一
加工治具を用いて基板長手方向に連続して加工でき、作
業能率が高くなる。
【0008】図4(a)、(b)は、本発明の別の実施
例の薄膜光電変換装置の図2のA部およびB部の拡大図
である。この場合直列接続される隣接光電変換領域3を
分離するパターニングライン22は図1と同様である
が、直列接続される光電変換領域3の各列を分離するパ
ターニングライン21の代わりに3本のパターニングラ
イン23、24、25を加工する。裏面側でもパターニ
ングライン61の代わりにて3本のパターニングライン
63、64、65を加工する。これらの加工は、基板の
長手方向に平行なパターニングライン22、62の加工
のあとで行い、両側のパターニングライン23、25お
よび63、65は、パターニングライン22および62
と交差するが、中央のパターニングライン24、64は
これらと交差しない。この結果、電位の差の多い各列の
光電変換領域3を分離する基板幅方向のパターニングラ
インを基板長手方向のパターニングラインの加工のあと
で加工することによって交差部分に不良が生じても、中
央に健全なパターニングライン24、64が存在するこ
とにより分離に支障がない。電位の差の少ない隣接光電
変換領域を分離するパターニングライン22、62に不
良が生じても、その影響は小さい。この実施例ではパタ
ーニングラインが3本であるが、4本以上加工し、外側
の2本のみを他方向のパターニングラインと交差させて
もよい。上記の実施例では、基板の両面においていずれ
もパターニングラインの交差個所における分離不良を絶
縁孔を明ける方法で防ぐか、あるいは3本以上のパター
ニングラインを形成する方法で防いでいるが、両面にお
いてそれらの別個の方法で組み合わせて実施してもよ
い。
【0009】また上記の実施例では、分離された光電変
換領域の接続を基板裏面側の接続電極を用いているが、
基板裏面上で導電テープなどを用いて接続される光電変
換領域の分離にも本発明を実施することができる。
【0010】
【発明の効果】本発明によれば、パターニングラインの
交差個所に生ずる分離不良を交差個所を貫通する絶縁孔
を明けることによって無くすことができる。あるいは、
一方向には3本以上のパターニングラインを形成して内
側に他方向のパターニングラインと交差しないものを残
すことにより無くすことができる。これにより、少なく
とも一方の方向のパターニングラインによる分離不良は
防止でき、電位差の大きい領域間の分離を保持すること
ができる。この結果、薄膜光電変換装置、特にフィルム
基板を用いた薄膜太陽電池の分離不良による良品率の低
下を防ぐことが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の薄膜光電変換装置における
図2のA部、B部に対応する部分を拡大して(a)、
(b)に示す平面図
【図2】本発明の実施される薄膜光電変換装置の基板上
の薄膜のみを示す(a)は表面側の平面図、(b)は裏
面側の平面図
【図3】従来の薄膜光電変換装置一例を示し(a)は表
面側の平面図、(b)は裏面側の平面図
【図4】本発明の別の実施例の薄膜光電変換装置におけ
る図2のA部、B部に対応する部分を拡大して(a)、
(b)に示す平面図
【符号の説明】
21、22、23、24、25 パターニングライン 3 光電変換領域 4 光電変換層 5 第三電極層 61、62、63、64、65 パターニングライン 71 第一貫通孔 72 第二貫通孔 8 絶縁孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板の表面上に電極層ではさまれた
    光電変換層を形成し、各層を異なる二つの方向に平行に
    線状に除去して複数の光電変換領域に分離し、隣接光電
    変換領域の電極層相互間を導体によって接続してなる薄
    膜光電変換装置において、各層の線状除去領域の交差す
    る個所に基板を含めての貫通孔を有することを特徴とす
    る薄膜光電変換装置。
  2. 【請求項2】絶縁性基板の表面上に電極層ではさまれた
    光電変換層を備えた光電変換領域の複数個と、基板の裏
    面上に被着した導体層を異なる二つの方向に平行に線状
    に除去して形成される複数の接続電極層とを有し、隣接
    光電変換領域の電極層相互間が、基板に明けられた貫通
    孔を通して基板表面上の電極層のいずれかと接続される
    接続電極層によって接続される薄膜光電変換装置におい
    て、導体層の線状除去領域の交差する個所に基板を含め
    ての貫通孔を有することを特徴とする薄膜光電変換装
    置。
  3. 【請求項3】絶縁性基板の表面あるいは裏面上の層の線
    状除去領域の交差する個所の基板を含めての貫通孔が打
    抜きで明けられたものである請求項1あるいは2記載の
    薄膜光電変換装置。
  4. 【請求項4】絶縁性基板の表面上に電極層ではさまれた
    光電変換層を形成し、各層を異なる二つの方向に平行に
    線状に除去して複数の光電変換領域に分離し、隣接光電
    変換領域の電極層相互間を導体によって接続してなる薄
    膜光電変換装置において、一方向の線状除去領域は二つ
    の光電変換領域間に3本以上形成され、他方向の線状除
    去領域は、一方向の線状除去領域の外側の2本に交差す
    るが、内側の線状除去領域には交差しないように断続し
    て形成されたことを特徴とする薄膜光電変換装置。
  5. 【請求項5】一方向の線状除去領域は、他方向の線状除
    去領域によって分離され、直列接続される光電変換領域
    の列間を分離するものである請求項4記載の薄膜光電変
    換装置。
  6. 【請求項6】絶縁性基板の表面上に電極層ではさまれた
    光電変換層を備えた光電変換領域の複数個と、基板の裏
    面上に被着した導体層を異なる二つの方向に平行に線状
    に除去して形成される複数の接続電極層とを有し、隣接
    光電変換領域の電極層相互間が、基板に明けられた貫通
    孔を通して基板表面上の電極層のいずれかと接続される
    接続電極層によって接続される薄膜光電変換装置におい
    て、一方向の線状除去領域は二つの接続電極層間に3本
    以上形成され、他方向の線状除去領域は、一方向の線状
    除去領域の外側の2本に交差するが、内側の線状除去領
    域には交差しないように断続して形成されたことを特徴
    とする薄膜光電変換装置。
  7. 【請求項7】一方向の線状除去領域は、他方向の線状除
    去領域によって分離され、基板表面上に一列に配置され
    た光電変換領域を直列接続する接続電極層の列間を分離
    するものである請求項6記載の薄膜光電変換装置。
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