JP3239657B2 - 薄膜太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

薄膜太陽電池およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁性フィルムのよう
な可撓性基板上に形成された非晶質半導体薄膜よりなる
光電変換層を利用した薄膜太陽電池およびその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池はクリーンなエネルギーとして
注目されており、その技術の進歩はめざましいものがあ
る。特に、アモルファスシリコンを主材料とした光電変
換層は大面積の成膜が容易で低価格であるため、それを
用いた薄膜太陽電池に対する期待は大きい。従来の薄膜
太陽電池にはガラス基板が用いられていたが、厚型で重
く、割れやすい欠点があり、また屋外の屋根等への適用
化による作業性の改良等の理由により、薄型・軽量化の
要望が強くなっている。これらの要望に対し、可撓性の
あるプラスチックフィルムあるいは薄膜金属フィルムを
基板に用いた可撓性の薄膜太陽電池の実用化が進みつつ
ある。
【０００３】薄膜太陽電池は、基板の一面上に光電変換
層が両面に電極層を備えて形成される。この電極層のう
ち、光の入射側に存在するものは、ＩＴＯあるいはＺｎ
Ｏなどの透明導電材料よりなる透明電極層である。この
透明電極層はシート抵抗が大きいため、電流が透明電極
層を流れることによる電力ロスが大きくなってしまう。
そのため従来は、薄膜太陽電池を複数の幅のせまいユニ
ットセルに分割し、分割したユニットセルを隣接するユ
ニットセルと電気的に接続する直列接続構造をとってい
た。これに対し、本出願人らの出願に係る特願平４−３
４７３９４号、特願平５−６７９７６号、特願平５−７
８３８２号、特願平５−２２０８７０号の各明細書に記
載された薄膜太陽電池では、絶縁性基板に穴をあけ、こ
の穴を利用して光電変換層の反基板側にある透明電極層
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ユニットセルに分割
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太陽電池を得ることができた。
【０００４】図２は、上記特願平５−２２０８７６号明
細書の図２４に示された薄膜太陽電池に対応するもの
で、図２ (ａ) は光入射面側の平面図、図２ (ｂ) は基
板裏面の平面図であり、分りやすくするために透明電極
層５、光電変換層４、接続電極層２をハッチングして示
している。可撓性基板１および各層を貫通する接続孔に
は第一貫通孔１１と第二貫通孔１２の２種類がある。第
一貫通孔１１は、光電変換層４の下にある背後電極層と
接続電極層２とを、貫通孔内壁に付着する背後電極層お
よび接続電極層とにより接続するもので、各層成膜前に
基板に開けられる。第二接続孔１２は、透明電極層と接
続電極層とを、貫通孔内壁に付着する透明電極層および
接続電極層とにより接続するもので、背後電極層成膜後
に開けられる。基板上の各層は、平行なパターニングラ
イン７により四つのユニットセルに分割されている。基
板裏面の接続電極層は、表面のパターニングライン７と
対向しない位置にあるパターニングライン８により分割
されている。これにより各ユニットセルは、第一貫通孔
１１および第二貫通孔１２と接続電極層２とを介して直
列接続される。この装置では、第一貫通孔１１を通じて
透明電極層５が接続電極層２と接続されないように、第
一貫通孔１１の周辺部にはマスクを用いて透明電極層を
成膜しないため、光電変換層４が露出している。
【０００５】図３は、上記特願平５−２２０８７６号明
細書の図２７に示された薄膜太陽電池の断面図で、この
場合は、金属電極層３は貫通孔１１に埋められた印刷電
極２１により裏面の接続電極層２２と接続される。この
印刷電極２１を基板１に予め開けられた貫通孔１１に埋
めた後に、背後電極層３、光電変換層４、透明電極層５
を成膜するので、透明電極層５は背後電極層３および印
刷電極２１と光電変換層４内の非晶質半導体の高抵抗層
によって実質的に絶縁される。また、第一貫通孔１１は
印刷電極２１で閉塞されているので、透明電極層５を全
面的に形成することができる。なお、接続電極層２２も
印刷で形成され、透明電極層５との接続は貫通孔１２に
埋められるこの印刷電極２２で行われる。この印刷電極
と背後電極層３との絶縁は、貫通孔１２の内壁に付着し
た光電変換層４によって行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図２に示す従来の薄膜
太陽電池の一例では、フィルム基板１の横幅ａに対し、
透明電極層５の幅ｂは１１０ｍｍである。図の縦方向の
ユニットセルの幅ｃは１２ｍｍ、貫通孔１２の直径ｄは
１ｍｍ、パターニングライン７の幅ｅは２００μｍであ
る。従って、透明電極層５の成膜面積ロスは１5.３％、
貫通孔１２による面積ロスは1.１％、パターニングライ
ン７による面積ロスは1.４％で有効面積率は８２％であ
る。このように貫通孔１１の周辺に透明電極層５を設け
ないため、光電変換有効面積が小さい欠点があり、貫通
孔１１を多くしてこの貫通孔における抵抗ロスを低減す
ることができない。
【０００７】図３に示した構造では、透明電極層５は全
面に形成され、成膜面積ロスは生じないが、貫通孔１
１、１２に印刷電極を埋めることが難しく、埋めやすく
するためには貫通孔１１、１２を著しく大きくしなけれ
ばならず、それによって面積ロスが大きくなる。このほ
か、透明電極層を全面成膜し、第一貫通孔の周辺の透明
電極層を除去する方法も考えられるが、やはり技術的に
難しい。
【０００８】本発明の目的は、上述の問題を解決し、製
造容易な光電変換有効面積率の高い薄膜太陽電池および
その製造方法を提供することにある。
【０００９】
【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、本発明は、絶縁性の可撓性基板の一面上にそれぞ
れ基板側より背後電極層、接合を有する非晶質半導体層
および透明電極層よりなる複数の光電変換領域が配列さ
れ、基板の他面上に、隣接する二つの光電変換領域の互
いに近接した部分に対向して接続電極層が形成され、一
つの光電変換領域の背後電極層と接続電極層とが、背後
電極層、基板および接続電極層を貫通する第一貫通孔の
内壁に被着した背後電極層および接続電極層の延長部を
介して接続され、隣接する光電変換領域の透明電極層と
接続電極層とが、透明電極層、非晶質半導体層、背後電
極層および接続電極層を貫通する第二貫通孔の内壁に被
着した透明電極層および接続電極層の延長部を介して接
続されることにより、各光電変換領域が直列接続される
薄膜太陽電池において、第一貫通孔の周辺の接続電極層
の表面が非晶質半導体層によって覆われたものとする。
第一貫通孔の周辺の接続電極層の表面を覆う非晶質半導
体層が光電変換領域の非晶質半導体層と第一貫通孔の内
壁に被着した非晶質半導体層を介して連結されたことが
よい。第二貫通孔の内壁上に延長して透明電極層との接
続に与かる接続電極層が、基板の他面上に形成された接
続電極層上に積層された付加接続電極層であり、この付
加接続電極層は第一貫通孔の周辺部には形成されないこ
とが有効である。そのような薄膜太陽電池の本発明の製
造方法は、絶縁性の可撓性基板に複数の第一貫通孔を開
ける工程と、基板の一面上に背後電極層、他面上に接続
電極層を形成し、それぞれの延長部を第一貫通孔の内壁
上で連結させる工程と、背後電極層、基板および接続電
極層を貫通する複数の第二貫通孔を開ける工程と、背後
電極層を覆い、少なくとも第一貫通孔の内壁上から第一
貫通孔周辺の接続電極層表面上まで延長される非晶質半
導体層を形成する工程と、非晶質半導体層を覆う透明電
極層および第一貫通孔周辺部を除いて接続電極層を覆う
付加接続電極層を形成し、それぞれの延長部を第二貫通
孔の内壁上で連結させる工程とを備えたものとする。非
晶質半導体層の延長部の接続電極層表面上の広がりを貫
通孔の直径の寸法によって調整することがよい。
【００１０】
【作用】図２に示した従来の薄膜太陽電池で透明電極層
の成膜面積ロスが生ずるのは、透明電極層を全面に形成
すると、第一貫通孔を通じて裏面に達し、第一貫通孔を
通じて背後電極層と接続される接続電極層と接触し、そ
れによって透明電極層と背後電極層とが短絡するおそれ
があるからである。基板の裏面側の第一貫通孔の周辺部
に非晶質半導体層を形成して接触電極層を覆っておけ
ば、接合を有する非晶質半導体層内にあるｉ層ないし高
抵抗層が介在することにより、そのあと形成される透明
電極層が第一貫通孔を通じて基板裏面に達しても、接続
電極層との短絡が防がれる。このような基板裏面側の非
晶質半導体層は、例えばプラズマＣＶＤ法により基板表
面上に非晶質半導体層を形成する場合、貫通孔を通じて
プラズマを基板裏面側にも回すことにより容易に形成で
きる。しかも、基板裏面側に成膜される非晶質半導体層
の広がりの外径は、図４に示すように貫通孔の内径との
間に直線的な関係がある。従って広がり面積が大きくな
りすぎて、例えば接触電極層と、第二貫通孔内での透明
電極層との連結および接触電極層での抵抗ロスの低減の
ためなどに形成される付加接続電極層との接触面積を減
少することがないように、その広がり外径を調整するこ
とが可能である。付加接続電極層を形成する際、第一貫
通孔の中に入って透明電極層と短絡することを防止する
ため、第一貫通孔周辺への成膜を避ける。
【００１１】
【実施例】以下、図２、図３と共通の部分に同一の符号
を付した図を引用して本発明の実施例について述べる。
図１は本発明の一実施例の薄膜太陽電池を示し、 (ａ)
は上面図、 (ｂ) は下面図、 (ｃ) は (ａ) のＡ−Ａ線
拡大断面図である。この装置は、次のようにして製造さ
れる。ポリミド、アラミド、ポリエチレンテレフタレー
ト (ＰＥＴ) 、ポリエチレンナフタレート (ＰＥＮ) あ
るいはポリエーテルサルホン (ＰＥＳ)よりなる厚さ１
０〜２００μｍの可撓性基板１に第一貫通孔１１を開
け、表面に金属よりなる背後電極層３、裏面に金属より
なる接続電極層２を形成したのち、第二貫通孔１２を開
ける。従って、第一貫通孔１１の内壁には背後電極層３
と接続電極層２の接続電極層２の延長部が形成されてい
るが、第二貫通孔１２の内部にはこれらの電極層は形成
されていない。次に、背後電極層３上にアモルファスシ
リコン等よりなるｐｉｎ構造の非晶質半導体層４を形成
する。この際、同時に基板裏面の貫通孔１１、１２外周
部にも非晶質半導体層４が形成される。非晶質半導体層
４形成についで、透明電極層５を形成する。ここで、貫
通孔１１、１２の内壁にも透明電極層が付着するが、基
板裏面に形成された非晶質半導体層４のｉ層により、透
明電極層５と接続電極層２とが短絡されることはない。
このあと、基板裏面の接続電極層２および非晶質半導体
層４の上に付加接続電極層６を形成する。この付加接続
電極層６は、接続電極層２と同一の材料、例えばクロ
ム、モリブデン、ニッケルあるいはチタンからなるが、
第一貫通孔１１の近傍には形成されない。このように付
加接続電極６を選択的に形成するには、マスクを用いて
も良いし、印刷電極法を用いてもよい。パターニングラ
イン７は、基板表面の透明電極層５、非晶質半導体層４
および背後電極層３を複数の光電変換領域に分離するも
のである。また、基板裏面，のパターニングライン８
は、接続電極層２、６を表面上の一つの光電変換領域と
隣接光電変換領域の接続領域において他と分離するもの
である。
【００１２】図５は、図２に示した従来の薄膜太陽電池
と同一の寸法の可撓性基板１上に作製された本発明の実
施例の薄膜太陽電池であり、図２と同様に各層をハッチ
ングして区別している。図１とはユニットセルの直列接
続方向が９０°異なっている。この場合は、図２におけ
る透明電極層５の成膜面積ロスがないため、有効面積率
は９7.５％に向上した。このように貫通孔１１の周辺部
にも透明電極層５を形成できるよになったのは、基板裏
面側に形成される非晶質半導体層４による。この場合
は、５０μｍ厚の基板を用いて１ｍｍの直径の貫通孔を
開けたので、図４に示すように基板裏面での非晶質半導
体層４の広がり外径は３ｍｍであった。
【００１３】図６はこの発明の別の実施例の薄膜太陽電
池を示す。図１の装置と異なる点は、一つのユニットセ
ル内部に三つ以上の第一貫通孔１１を有する点である。
これにより、従来例では第一貫通孔を多く設けると面積
効率を低くしてしまうのに対して、本発明にすれば第一
貫通孔１１を１ユニットに３個以上設けても面積効率を
失うことが無い。このため、従来例に比較して背後電極
層３、接続電極層２、６内部を流れる電流の抵抗ロスが
緩和されることになる。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、基板裏面側に設ける接
続電極層を貫通孔周辺で覆う非晶質半導体層を形成する
ことにより、そのあと成膜される透明電極層が貫通孔を
通じて裏面側に達しても、接続電極層との短絡が生ずる
おそれがなくなるため、透明電極層を基板上のほぼ全面
に形成される。これにより発電有効面積率を１５％以上
向上させることができた。同時に、有効面積を損なわな
いため、モジュールの設計の縛りが無くなり、例えば金
属電極の抵抗ロス等の問題を大幅に解決することが可能
になった。また、フィルムの印刷法による孔埋め、非晶
質半導体上での透明電極のみの除去といった技術的な問
題点も存在しない製造容易な薄膜太陽電池が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の薄膜太陽電池を示し、
(ａ) が上面図、 (ｂ) が下面図、(ｃ) が (ａ) のＡ−
Ａ線部分矢視断面図
【図２】従来の薄膜太陽電池を示し、 (ａ) が上面図、
(ｂ) が下面図
【図３】別の従来の薄膜太陽電池の断面図
【図４】基板裏面に形成される非晶質半導体層の外径と
貫通孔内径との関係線図
【図５】本発明の別の実施例の薄膜太陽電池を示し、
(ａ) が上面図、 (ｂ) は下面図
【図６】本発明のさらに別の実施例の薄膜太陽電池を示
し、 (ａ) が上面図、 (ｂ) が下面図
【符号の説明】
１ 可撓性基板 ２ 接続電極層 ３ 背後電極層 ４ 非晶質半導体層 ５ 透明電極層 ６ 付加接続電極層 ７、８ パターニングライン １１ 第一貫通孔 １２ 第二貫通孔

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】絶縁性の可撓性基板の一面上にそれぞれ基
    板側より背後電極層、接合を有する非晶質半導体層およ
    び透明電極層よりなる複数の光電変換領域が配列され、
    基板の他面上に、隣接する二つの光電変換領域の互いに
    近接した部分に対向して接続電極層が形成され、一つの
    光電変換領域の背後電極層と接続電極層とが、背後電極
    層、基板および接続電極層を貫通する第一貫通孔の内壁
    に被着した背後電極層および接続電極層の延長部を介し
    て接続され、隣接する光電変換領域の透明電極層と接続
    電極層とが、透明電極層、非晶質半導体層、背後電極
    層、基板および接続電極層を貫通する第二貫通孔の内壁
    に被着した透明電極層および接続電極層の延長部を介し
    て接続されることにより、各光電変換領域が直列接続さ
    れる薄膜太陽電池において、第一貫通孔の周辺の接続電
    極層の表面が非晶質半導体層によって覆われたことを特
    徴とする薄膜太陽電池。
  2. 【請求項２】第一貫通孔の周辺の接続電極層の表面を覆
    う非晶質半導体層が光電変換領域の非晶質半導体層と第
    一貫通孔の内壁に被着した非晶質半導体層を介して連結
    される請求項１記載の薄膜太陽電池。
  3. 【請求項３】第二貫通孔の内壁上に延長して透明電極層
    との接続に与かる接続電極層が、基板の他面上に形成さ
    れた接続電極層上に積層された付加接続電極層であり、
    この付加接続電極層は、第一貫通孔の周辺部には形成さ
    れない請求項１あるいは２記載の薄膜太陽電池。
  4. 【請求項４】絶縁性の可撓性基板に複数の第一貫通孔を
    開ける工程と、基板の一面上に背後電極層、他面上に接
    続電極層を形成し、それぞれの延長部を第一貫通孔の内
    壁上で連結させる工程と、背後電極層、基板および接続
    電極層を貫通する複数の第二貫通孔を開ける工程と、背
    後電極層を覆い、少なくとも第一貫通孔の内壁上から第
    一貫通孔周辺の接続電極層表面上まで延長される非晶質
    半導体層を形成する工程と、非晶質半導体層を覆う透明
    電極層および第一貫通孔周辺部を除いて接続電極層を覆
    う付加接続電極層を形成し、それぞれの延長部を第二貫
    通孔の内壁上で連結させる工程とを備えたことを特徴と
    する請求項３記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  5. 【請求項５】非晶質半導体層の延長部の接続電極層表面
    上の広がり寸法を貫通孔の直径の寸法によって調整する
    請求項４記載の薄膜太陽電池の製造方法。
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