JP4156078B2 - Method for forming thin film solar cell pattern - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、薄膜太陽電池のパターニング工程に関する発明である。太陽電池の普及促進に伴い、太陽電池の低コスト化の要求が高まっている。このため、薄膜太陽電池生産工程の一つであるセルパターニングの生産コストの低減が重要になっている。薄膜太陽電池セルのパターニング法として、レーザーパターニング、化学エッチング等の方法があるが、いずれも生産コストが高い。
これに対し、本発明は酸化マグネシウムを印刷法により金属電極上に塗布し、その上にアモルファスシリコン(a−Si:H)層を堆積させることにより、酸化マグネシウムがa−Si:Hの水素により還元され簡単に剥離可能となる特性を利用してパターン形成するため、マスク製造やマスク交換作業を必要とせず生産コストの低減に有利である。
【0002】
【従来の技術】
従来、太陽電池を構成する半導体材料としては、シリコン半導体が主流となっている。しかし、実用化されているシリコン半導体の多くは単結晶であるため、大面積化が困難である。また、単結晶であるため高価であり製造コストが高く発電コストが割高となってしまう等の問題がある。
一方、アモルファスシリコンを使用した薄膜太陽電池は可視域での吸収係数が大きく発電コスト低減を望める太陽電池として注目されている。最も実用的な構成としては、例えば基板上に第1の電極を形成した上に、n層、i層、p層の順に光起電力発生層を形成した後、第2の電極を設ける構成が取られる。これらの太陽電池の基板としては、導電性の金属材料またはガラス、プラスチックフィルム等の絶縁性の基板を使用することができる。
【0003】
図4は、従来法による薄膜太陽電池製造プロセスを示す断面図である。
まず、図4(A)のように、ガラスやプラスチックフィルムのような基材21を準備する。次いで、基材上に第1の電極を形成するために蒸着、スパッタリング等により金属電極層22となる金属薄膜を成膜する(図4(B))。金属材料としては導電性のものであればよく、アルミ、銅、クロム、銀等が用いられる。金属薄膜を電極パターン形状にパターン形成するために、当該金属薄膜上に感光性レジスト材料を塗布して、プリベーク、マスクアライメント、フォトマスク露光、現像処理を行い(図4(C))、ポストベークして、レジスト膜23を形成する。次に、レジスト膜を介して金属薄膜のエッチングを行う(図4(D))。エッチングは通常塩化第2鉄等による化学エッチングが採用されるが、レーザーによるパターニングを採用することもできる。その後、レジスト膜23を剥離すれば、基材上には金属電極パターンが形成されている(図4(E))。
通常、このレジスト材料の塗布から、露光、現像、エッチング、レジスト剥離の一連の工程を「パターニング」といっている。
【0004】
次に、金属電極層22上にアモルファスシリコン層24を、n型、i型、p型の順に3層積層して形成し、再び感光性レジスト材料を塗布してアモルファスシリコン層のパターニングを行う(図4(F))。シリコン層の上に上部電極となる透明導電膜25を形成した後、再びパターニングを行って透明電極パターンの形成を行う(図4(G))。最後にパッシベーション膜26を成膜して薄膜太陽電池セルパターンが完成する(図4(H))。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来法による薄膜太陽電池の化学的エッチングによる製法では「パターニング」を繰り返して行う必要があり、太陽電池の製造コストを高くしていた。これは、レーザーパターニング等の場合も同様である。
そこで、本発明では、酸化マグネシウムからなる層を部分的に設けるか水酸化マグネシウムゾル溶液を印刷法により金属電極上に塗布し、その後、a−Si:H薄膜を堆積させる方法を行う。水酸化マグネシウムは焼成工程により酸化マグネシウム(MgO)となり、a−Si:Hに含まれる水素により還元されて脆弱化し、水、弱酸等で簡単に剥離可能となる。これを太陽電池のパターン形成に適用することにより、高スループットでa−Si:H層のパターン形成し製造コストの低減を図ろうとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の要旨の第1は、基材上に金属電極をパターン状に形成した後、当該基材上であってアモルファスシリコン層を除去する部分に酸化マグネシウムからなる層を部分的に形成した後、当該酸化マグネシウム層上を含む全面にアモルファスシリコン薄膜を堆積させ、アモルファスシリコンに含まれる水素により還元されて脆弱化した酸化マグネシウム層部分を除去することによりアモルファスシリコン層をパターン形成する工程を含むことを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成法、にある。かかる形成方法であるため薄膜太陽電池セルパターンを低コストで量産することができる。
【0007】
上記課題を解決する本発明の要旨の第2は、多価アルコールまたはその誘導体と結合したマグネシウム水酸化物の微粒子を、少なくとも1個の水酸基を有する有機化合物を含む有機溶媒中に分散させてなるゾル溶液を金属電極パターンが形成された基材上に塗布して乾燥し酸化マグネシウムからなる層を部分的に形成した後、当該酸化マグネシウム層上を含む全面にアモルファスシリコン薄膜を堆積させ、アモルファスシリコンに含まれる水素により還元されて脆弱化した酸化マグネシウム層部分を除去することによりアモルファスシリコン層をパターン形成する工程を含むことを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成法、にある。かかる形成方法であるため薄膜太陽電池セルパターンを低コストで量産することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
次に好ましい発明の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
微粒子状態の酸化マグネシムウ(MgO)層をパターン形成する部分に下地層として形成しておき、当該部分にa−Si:H層を堆積すると、MgOがa−Si:H層中の水素により還元され、水、弱酸により容易に剥離可能となる。このMgOとして市販の酸化マグネシウム微粒子を使用することができる。
市販のものが凝集性が高く、有機溶媒への分散が困難であって、均一性の高い塗布層が得られない場合には、ゾル状態のマグネシウム水酸化物微粒子溶液を準備し、当該ゾルを基板上に印刷等の手段で塗布する工程から開始する必要がある。以下、まず、マグネシウム水酸化物微粒子ゾル溶液の準備から説明することとする。
【0009】
<マグネシウム水酸化物微粒子ゾル溶液の準備>
当該ゾル溶液は、多価アルコール又はその誘導体と結合したマグネシウム水酸化物の微粒子(マグネシウム複合水酸化物微粒子)を、少なくとも1個の水酸基を有する有機化合物、またはこれらを含む有機溶媒中に分散させたゾル溶液である。上記マグネシウム複合水酸化物粒子は、水の存在下においてマグネシウム水酸化物となるマグネシウム化合物を、水と多価アルコール又はその誘導体中において、適当な触媒によってマグネシウム水酸化物に加水分解することによって生じ、これをその生成媒体から取り出すことによって得られる。
【0010】
マグネシウム複合水酸化物微粒子の調製例の1例を以下に示す。
表1:マグネシウム複合水酸化物微粒子の調製例
純水 50重量部
エチレングリコール 150重量部
酢酸マグネシウム(四水和物) 21重量部
アンモニア水(28容量%) 6重量部
上記表1に示すような組成物を含む混合溶液を1時間、常温で撹拌することによりマグネシウム複合水酸化物が生成する。これを適当な方法でその生成媒体から分離してマグネシウム複合水酸化物の粒状の微粒子が得られる。
【0011】
以上の例は1例であり、一般的には使用するマグネシウム化合物は、水の存在下にマグネシウム水酸化物を生じるマグネシウム化合物であれば、いかなるマグネシウム化合物でもよい。また、マグネシウム化合物100重量部当たり、多価アルコールまたはその誘導体を約50〜950重量部及び水を約25〜1500重量部の割合で使用し、適当な触媒によりマグネシウム化合物を加水分解する。また、触媒は、マグネシウム化合物の加水分解を促進するものであればいかなるものでもよく、例えば、マグネシウム化合物がマグネシウム塩である場合、塩基性化合物が用いられ、マグネシウム化合物1当量に対して等量以上、好ましくは1〜5当量程度使用する。この触媒が上記例のようにアンモニア水の如く水溶液である場合には、アンモニア水溶液中の水分は上記表における水として使用することができる。
【0012】
マグネシウム化合物については、表1中の酢酸マグネシウムの代わりに、例えば、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウムに代表される強酸マグネシウム塩、または燐酸マグネシウム、燐酸水素マグネシウム、燐酸二水素マグネシウム、炭酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、クエン酸水素マグネシウム、ギ酸マグネシウムに代表される弱酸マグネシウム塩、或いはステアリン酸マグネシウム、ミリスチン酸マグネシウムに代表されるような脂肪族カルボン酸マグネシウム塩を用いてもよい。
【0013】
また、表1において、マグネシウム複合水酸化物微粒子を形成し、且つ溶媒を兼ねるエチレングリコールは、多価アルコールまたはその誘導体の好ましい1例であり、このエチレングリコールの代わりに、例えば、ジエチレングリコール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、トリエチレングリコールに代表される2価のアルコール及びその誘導体、或いはグリセリンに代表されるような3価以上の多価アルコール、これらの混合液、更にはこれらを含む有機溶媒を用いてもよい。溶媒としての水は、マグネシウム複合水酸化物の微粒子を生成する上で不可欠な物質であるが、アンモニア水中に含まれる水を利用することを前提として特に添加しなくてもよい場合があることはいうまでもない。
【0014】
更に、このアンモニア水中のアンモニアは、水酸化マグネシウムの生成を促進させる触媒としての機能を担うが、このアンモニアの代わりに、酢酸アンモニウム、アミド硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、硼酸アンモニウム、クエン酸二アンモニウム、燐酸二水素アンモニウム、燐酸水素二アンモニウム、燐酸三アンモニウム、ギ酸アンモニウム、酒石酸アンモニウムに代表される各種アンモニウム塩、またはヒドロキシルアミン、エタノールアミン、メタノールアミンに代表されるアミン類を用いてもよい。
【0015】
前述のようにして生成したマグネシウム複合水酸化物を含む混合溶液から、マグネシウム複合水酸化物を分離する方法は特に限定されず、例えば、濾過、デカンテーション、遠心分離等、任意の方法でよい。なお、前記表1において生成したマグネシウム複合水酸化物微粒子の分離には、冷却遠心分離装置を用いた。
【0016】
以上の如くして得られたマグネシウム複合水酸化物微粒子は、少なくとも1個の水酸基を有する有機化合物、またはこれを含む有機溶媒中に分散させて本発明で使用するゾル溶液を得る。マグネシウム複合水酸化物に対する有機溶媒の使用量は任意に設定可能であるが、このパラメーター設定値により塗布膜厚が制御されるので注意を要する。例えば、得られるゾル溶液の塗布適性を考慮して、分散媒体である有機溶媒はマグネシウム複合水酸化物100重量部当たり100〜500重量部の割合で使用することが好ましい。固形分が低過ぎると、緻密で且つ連続した保護層が形成されにくく、また、固形分が高過ぎると、複合微粒子の凝集沈澱が生じたり、形成される塗膜層の均一性が低下する傾向にあるので好ましくない。ゾル溶液の1例を下記表2に示す。
【0017】
表2:ゾル溶液の調製例
マグネシウム複合水酸化物 5重量部
エタノール 10重量部
複合水酸化物の分散方法は、単なる撹拌、強制撹拌、ボールミル、サンドミル、超音波分散等の慣用の分散手段でよく、これらの分散手段によって容易に均一なゾル溶液が得られる。
【0018】
ゾル溶液の分散媒体としての上記エタノールは一例であって、少なくとも1個の水酸基を有する化合物であればよい。例えば、上記エタノールに代えて、メタノール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、1−ブタノール、2−ブタノールに代表される1価のアルコール、またはエチレングリコール、ジエチレングリコール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、トリエチレングリコールに代表される2価のアルコール及びその誘導体、或いはグリセリンに代表されるような3価以上の多価アルコール、そして更にこれらの混合溶媒、或いはこれらの水酸基含有有機溶媒の少なくとも1種を含む有機溶媒を用いてもよい。
【0019】
上記のように簡単な分散手段によって前記マグネシウム複合水酸化物の微粒子が、有機溶媒中に容易に分散する理由としては次の如く考えられる。即ち、マグネシウム複合水酸化物の微粒子の調製をエチレングリコールの如き多価アルコールまたはその誘導体中で行うため、加水分解によって生じた個々のマグネシウム・アコ錯体に、多価アルコールまたはその誘導体が、例えば、水素結合等の如き状態で結合または配位し、1種のキレート錯体を形成し、触媒により加水分解反応が進行して錯体濃度が増大するに従って、このキレート錯体はお互いに会合してマグネシウム複合水酸化物の微粒子となる。この微粒子(錯体の会合)がマグネシウム・アコ錯体からではなく、多価アルコールまたはその誘導体からなるキレート錯体から行われるために、錯体濃度の増大に伴って起こりやすい微粒子凝集体(錯体の凝集)が少なくなる。
【0020】
また、このキレート錯体の会合体である微粒子は、水酸基含有有機溶媒中に分散させると、水酸基含有有機溶媒がその水酸基によって吸着し、個々のマグネシウム複合水酸化物の微粒子は、その微粒子表面に前記の水酸基含有有機溶媒からなる一種の保護膜が形成された微粒子となり、この保護膜の存在により、ゾル溶液の液媒体である有機溶媒との親和性が向上し、且つ有機溶媒中における微粒子同士の凝集が抑制され、微粒子が容易に安定に有機溶媒中に分散するものと考えられる。この効果だけで考えれば、水酸基を有する有機化合物ならば全て適用性があるが、ゾル溶液塗布後の乾燥工程において有機溶媒を除去して純粋な酸化マグネシウム膜を作製するためには、比較的低沸点の多価アルコールまたはその誘導体およびゾル溶液の溶媒としては比較的低沸点の有機溶媒を用いるのが好ましい。
【0021】
以上の方法に対して、水酸化マグネシウムの形成時に多価アルコールまたはその誘導体を使用しないで作製したゾル溶液から形成された酸化マグネシウム膜の表面は、約200nmサイズの凹凸が観察され、表面粗度が大きいのに対して、本方法の如く多価アルコールまたはその誘導体の存在下に水酸化マグネシウムを形成させたゾル溶液から作製した酸化マグネシウム膜の表面は凹凸が著しく小さく、比較的平坦に仕上がっている。この現象の理由は次の如く考えられる。即ち、例えば、エチレングリコールは沸点が196°Cの溶媒であり、従って水酸化マグネシウム−エチレングリコール錯体の遠心分離後の凝集物は粘性のあるクリーム状である。一方、多価アルコールまたはその誘導体を使用しないで形成した水酸化マグネシウムは、基本的に水酸化マグネシウム単独の凝集物に過ぎないために、遠心分離後の凝集体には粘性があまりない。つまり、エチレングリコール添加のゾル溶液は、該ゾル溶液の塗布後に微粒子凝集体のレベリング効果が発揮され、乾燥後の酸化マグネシウムの表面が平坦になるものと思われる。また、本発明のゾル溶液におけるマグネシウム複合水酸化物微粒子は、多価アルコールまたはその誘導体を使用しないで作製した水酸化マグネシウム微粒子に比べて、錯体であるため粒子が会合しにくく、従って粒子が凝集しにくい。そのためゾル溶液の濃度を比較的高めても、ゾル溶液が安定であり、保存性、塗布適性、乾燥等の工程において有利である。
【0022】
また、前述のゾル溶液の溶媒としては、前述のアルコール系有機溶媒の代わりに、水の使用、或いは水酸基を有しない溶媒、例えば、トルエン、ヘキサン等を使用すると、マグネシウム複合水酸化物の微粒子は溶媒中に安定して分散することが困難となり、凝集沈殿が生じ易くなるので、ゾル溶液の溶媒としては、前記の如き水酸基を有する有機溶媒、またはこれを少なくとも1種含有する有機溶媒の使用が好ましい。
【0023】
<マグネシウム水酸化物微粒子ゾル溶液を使用するパターン形成>
次に、当該マグネシウム水酸化物ゾル溶液を使用した薄膜太陽電池形成方法を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明による薄膜太陽電池セルパターンの形成法を説明する図である。まず、図1(A)のように、ガラスあるいはプラスチック等の基材11を準備し、当該基材上全面に、第1の電極となる金属薄層12を、蒸着法による選択成長、CVD法あるいはスパッタ法により薄膜形成する(図1(B))。その後、通常のフォトリソグラフィの手法により金属薄膜のパターン形成を行う(図1(C))。なお、当該電極層はマスクデポジションの方法によりパターン状に形成してもよい。
【0024】
次いで、マグネシウム水酸化物微粒子ゾル液をアモルファスシリコン薄膜を除去すべき場所に基材を横切る細い溝状に塗布する。塗布の方法には、スクリーン印刷法とか活版印刷法によることができる。塗布によって形成された湿潤塗膜を加熱して乾燥すると、マグネシウム水酸化物は酸化され酸化マグネシウムの微粒子からなるMgO層パターン13を形成する(図1(D))。上記乾燥は湿潤被膜中の有機溶媒成分が実質的に揮散する温度及び時間で行えばよく、例えば、
350°C以上の温度で30分〜3時間程度行えば十分である。
当該基材上、すなわち電極金属薄層12、MgO層パターン上に、3層(n型層、i型層、p型層)のアモルファスシリコン層14をCVD法等により順次堆積する(図1(E))。この3層のアモルファスシリコン層は、ほぼ同一形状を有すれば良いのでMgO層は同一のものでよい。なお、図1(E)以下においてアモルファスシリコン層14は、一つの層のように図示されているが、実際は前記3層が積層されたものである。
【0025】
こうすることによりMgO層パターン13上にa−Si:H層薄膜が堆積する。MgO層上にa−Si:H層が堆積するとシリコン層中に含まれる水素によりMgO層が還元されて脆弱な薄膜となる。この脆弱化した部分を弱い酸等でエッチングすれば、MgO層は、第1電極または基材上から剥離除去されてパターン化したアモルファスシリコン層を得る(図1(F))。
以上の工程により、比較的に精度が要求されない(例えば、太陽電池に要求されるライン&スペース200μm以下の)薄膜パターンを形成することができ、薄膜太陽電池セルパターンを従来の化学エッチング法等を用いずに形成することが可能となる。
【0026】
アモルファスシリコン層の形成は各種の方法が知られているが、多用される方法はシランガス(SiH4 )を真空炉中に導入し、電界を印加しプラズマ放電することにより基材上にアモルファスシリコン薄膜を形成する方法である。このとき、シランガスに不純物を添加しない場合はi型層が、ジボラン(B2 6 )を不純物として添加するとp型層が、フォスヒン(PH3 )を添加するとn型層を形成することができる。すなわち、ガスの切替えによって、n・i・p層の接合を形成できる。このようにn・i・p型はガスの切替えだけで1つの反応層で形成することができるが、各層を分離した反応室で行うラインで連続的に形成することもできる。この場合には残留不純物が悪影響を及ぼすことが少ない効果がある。
【0027】
続いて、第2の電極パターンを透明導電膜15により形成する。これには、基材上全面に透明導電膜を成膜した後、通常の方法でパターニングして第2の電極パターンとする(図1(G))。
透明導電膜に用いる材料としては、In2 3 、SnO2 、In2 2 −SnO2 (ITO)、TiO2 があり、これらをスパッタリングや電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着、イオンプレーティング等で形成することができる。
【0028】
最後に、パッシベーション膜16をCVDによる真空成膜法等により全面に形成することにより、薄膜太陽電池セルパターンが完成する(図1(H))。
パッシベーション膜材料としては、Si3 4 ,SiO2 等が好適に用いられるが、耐候性に優れ透明なフッ素樹脂塗料やフッ化物重合体等の高分子樹脂の塗布膜であっても良い。
【0029】
薄膜太陽電池の基材11としては、ガラスの他、各種の材質を使用することができる。例えば、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ、ポリアクリレート、ポリアリレート等の樹脂フィルムであってもよい。また、導電性のものを使用して第1の電極を兼ねることもできる。この場合には、ステンレススチール、アルミニウム、銅、チタン、亜鉛めっき鋼板、カーボンシート等を使用することができる。
【0030】
図1(H)は、本発明の形成法で得られる薄膜太陽電池セルパターンを示している。本発明の形成法による薄膜太陽電池は、従来の化学的エッチングによるパターン形成法のものと構造または性能において何等変わることはない。図示のものは2単位のセルパターンが直列接合し、透明導電膜15側から太陽光を受けるp・i・n型のものであるが、セルパターンをさらに連続的に接合することにより大電圧を得ることができる。このような太陽電池により得られる電流は直流であるが、インバーターにより変換して家庭用交流電源とすることができる。
【0031】
図2は、アモルファスシリコン層を示す図である。この部分が光起電力層となる部分で、基板側からn型アモルファスシリコン層14n、i型アモルファスシリコン層14i、p型アモルファスシリコン層14pが積層されている。太陽光は透明導電膜を透過して光子が吸収され、一対の電子と正孔ができるが、シリコン基板内部に存在する電界によって電子はn型へ、正孔はp型へ移動するため、n型からp型へ向かう電流が生じる。この電流を外部へとり出して利用する。
【0032】
図3は、第1の電極をパターン形成する際のマスクを示す図である。図3の斜線部分12mがマスクされて白地の部分に金属電極層が残存する。また、狭い点線の幅部分13pの位置に対応する基板上にMgO層パターン13が電極パターンに接触または多少オーバーラップして形成され、当該MgO層上のa−Si:H層が除去されて、除去された部分に透明導電膜15が形成されるので、図1(H)のように太陽電池の直列接続構造を形成することができる。
なお、透明電極パターンのフォトマスク形状も第1の電極パターンと同様であるが、透明電極を残す部分は、図1(G)のように第1の電極とはずらした位置になる。
【0033】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図1〜図3を参照して説明する。
(1)<第1の電極パターンの形成>
清浄な透明ガラス基板(コーニング社「♯1737」)厚さ:1.1mm、サイズ10cm□、を準備し、スパッタリング装置内に導入し、Crをターゲットとして金属薄膜を全面に形成した後(図1(B))、通常のフォトリソグラフ法により、電極パターン形状を有するクロム薄膜12を形成した(図1(C))。フォトマスクパターン形状としては、図3のものを使用した。なお、図3において、A=40mm、B=10mmとした。クロム薄膜12の膜厚は5000Åであった。
【0034】
クロムのスパッタおよびパターニングの条件は以下のとおりである。
(スパッタ条件)
ターゲット : Cr(純度:99.99%)
成膜温度 : 350°C
スパッタ圧力 : 5mTorr
DCパワー : 2.5kW
Ar流量 : 100sccm
堆積速度 : 20Å/sec
(パターニング)
パターン形成法: フォトリソグラフィ法
パターン形状 : ラインアンドスペース(ライン幅40mm、スペース10mm)
【0035】
(2)<MgO層の形成>
次いで、前記表2で調整したゾル液を基材上のa−Si:H層を除去する細い幅部分に、版の凸部にゾル液を付着させる活版印刷法で印刷した。印刷後、温度350°C、時間1.0時間の条件で乾燥して、酸化マグネシウムの微粒子からなる厚さ、0.2μmのMgO層パターン13を形成した(図1(D))。
版形状 : ラインアンドスペース(凸部がラインでライン幅1mm、スペース49mm)
【0036】
(3)<アモルファスシリコン層の形成>
つづいて、基材を真空反応炉中に導入して、CVD法によりアモルファスシリコン層14を形成した。これは、クロム薄膜12をパターン成膜した部分およびMgO層パターン13が形成された部分の上全面に3層のアモルファスシリコン層14を順次堆積した(図1(E))。
この工程は基板側から最初に、▲1▼n型のアモルファスシリコン層〔a−Si:H(n)層〕を形成した後、▲2▼ノンドープのi型のアモルファスシリコン層〔a−Si:H(i)層〕を形成し、最後に、▲3▼p型のアモルファスシリコン層〔a−Si:H(p)層〕を形成することにより行った。
▲1▼のn型には、オフラインのシリコンウェハーを粉砕したものに、燐(P)を3重量%ドーピングしたものを使用し、▲3▼のp型には、同じくシリコンウェハーを粉砕し、ボロン(B)を10重量%ドーピングしたものを使用した。
【0037】
各成膜条件は次のとおりである。
▲1▼(Pドープa−Si:H(n層)成膜条件)

Figure 0004156078
▲2▼(a−Si:H(i層)成膜条件)
Figure 0004156078
▲3▼(B2 6 ドープa−Si:H(p層)成膜条件)
Figure 0004156078
【0038】
(4)<エッチング処理>
次に、アモルファスシリコン層下のMgO層パターン13をエッチング液により除去した(図1(F))。これは前記のように水素で還元されたMgO層を酸で処理することにより除去することができる。
(エッチング条件)
エッチング液 : 80%酢酸溶液水溶液
エッチング時間: 10分
【0039】
(5)<透明電極パターンの形成>
基材上全面にITOによる透明導電膜15を反応性スパッタリング法により、全面に成膜した後、通常の方法でエッチングしてパターン形成した(図1(G))。
(スパッタ条件)
Figure 0004156078
(パターニング)
Figure 0004156078
【0040】
成膜後は、透明導電膜15がMgO層、アモルファスシリコン層が除去された部分にも堆積するため、透明導電膜と基材上のクロム電極とが接合して、セル間の直列接続がなされる(図1(G))。
【0041】
(6)<パッシベーション膜の形成>
最後にパッシベーション膜16を、CVDによる真空成膜法によりSNX 膜を形成して薄膜太陽電池を完成した(図1(H))。なお、成膜条件は次のとおりである。
(SNX 膜成膜条件)
Figure 0004156078
【0042】
上記で作製された薄膜太陽電池にAM−1(赤道上での太陽輻射スペクトルを再現した標準光源)を照射したところ、初期における太陽電池変換効率は8%程度であった。
【0043】
【発明の効果】
本発明を薄膜太陽電池セルパターン形成に適用することで工程数が大幅に削減され、低コスト化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による薄膜太陽電池セルパターンの形成法を説明する図である。
【図2】 アモルファスシリコン層を示す図である。
【図3】 第1の電極をパターン形成する際のマスクを示す図である。
【図4】 従来法による薄膜太陽電池セルパターン製造プロセスを示す図である。
【符号の説明】
11 基材
12 金属薄層またはクロム薄膜
13 MgO層パターン
14 アモルファスシリコン層
15 透明導電膜
16 パッシベーション膜
21 基材
22 金属電極層
23 レジスト膜
24 アモルファスシリコン層
25 透明導電膜
26 パッシベーション膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a patterning process for a thin film solar cell. With the spread of solar cells, there is an increasing demand for cost reduction of solar cells. For this reason, reduction of the production cost of the cell patterning which is one of the thin film solar cell production processes is important. Thin film solar cell patterning methods include laser patterning, chemical etching, and the like, all of which have high production costs.
In contrast, according to the present invention, magnesium oxide is applied onto a metal electrode by a printing method, and an amorphous silicon (a-Si: H) layer is deposited thereon, so that the magnesium oxide is a-Si: H hydrogen. Since the pattern is formed using the characteristics that can be easily removed by being reduced, mask manufacturing and mask replacement work are not required, which is advantageous in reducing the production cost.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a silicon semiconductor has been the mainstream as a semiconductor material constituting a solar cell. However, since many silicon semiconductors in practical use are single crystals, it is difficult to increase the area. Moreover, since it is a single crystal, there are problems such as high cost, high manufacturing costs, and high power generation costs.
On the other hand, a thin film solar cell using amorphous silicon has been attracting attention as a solar cell that has a large absorption coefficient in the visible region and can reduce power generation costs. As the most practical configuration, for example, a first electrode is formed on a substrate, a photovoltaic generation layer is formed in the order of an n layer, an i layer, and a p layer, and then a second electrode is provided. Taken. As a substrate for these solar cells, a conductive metal material or an insulating substrate such as glass or plastic film can be used.
[0003]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a thin film solar cell manufacturing process according to a conventional method.
First, as shown in FIG. 4A, a base material 21 such as glass or a plastic film is prepared. Next, in order to form the first electrode on the base material, a metal thin film that becomes the metal electrode layer 22 is formed by vapor deposition, sputtering, or the like (FIG. 4B). The metal material may be any conductive material, and aluminum, copper, chromium, silver or the like is used. In order to form a metal thin film into an electrode pattern shape, a photosensitive resist material is applied on the metal thin film, and pre-baking, mask alignment, photomask exposure, and development processing are performed (FIG. 4C), and post-baking. Then, a resist film 23 is formed. Next, the metal thin film is etched through the resist film (FIG. 4D). Etching is usually chemical etching using ferric chloride or the like, but laser patterning can also be used. Thereafter, if the resist film 23 is peeled off, a metal electrode pattern is formed on the substrate (FIG. 4E).
Usually, a series of steps from application of the resist material to exposure, development, etching, and resist removal is referred to as “patterning”.
[0004]
Next, an amorphous silicon layer 24 is formed by laminating three layers in the order of n-type, i-type, and p-type on the metal electrode layer 22, and a photosensitive resist material is applied again to pattern the amorphous silicon layer ( FIG. 4 (F)). After forming the transparent conductive film 25 to be the upper electrode on the silicon layer, patterning is performed again to form a transparent electrode pattern (FIG. 4G). Finally, a passivation film 26 is formed to complete a thin film solar cell pattern (FIG. 4H).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the manufacturing method by chemical etching of a thin film solar cell according to the conventional method, it is necessary to repeatedly perform “patterning”, which increases the manufacturing cost of the solar cell. The same applies to laser patterning and the like.
Therefore, in the present invention, a method of partially providing a layer made of magnesium oxide or applying a magnesium hydroxide sol solution on a metal electrode by a printing method and then depositing an a-Si: H thin film is performed. Magnesium hydroxide is converted to magnesium oxide (MgO) by the firing step, and is reduced and weakened by hydrogen contained in a-Si: H, and can be easily peeled off with water, weak acid, or the like. By applying this to the pattern formation of solar cells, an a-Si: H layer pattern is formed at a high throughput to reduce the manufacturing cost.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The first of the gist of the present invention for solving the above-mentioned problems is that a metal electrode is formed in a pattern on a base material, and then a layer made of magnesium oxide is partially formed on the base material where the amorphous silicon layer is removed. After the formation, the amorphous silicon thin film is deposited on the entire surface including the magnesium oxide layer, and the amorphous silicon layer is patterned by removing the weakened magnesium oxide layer reduced by hydrogen contained in the amorphous silicon. A method of forming a thin-film solar battery cell pattern, comprising the step of: Since it is this formation method, a thin film photovoltaic cell pattern can be mass-produced at low cost.
[0007]
A second aspect of the present invention for solving the above problems is obtained by dispersing magnesium hydroxide fine particles bonded to a polyhydric alcohol or a derivative thereof in an organic solvent containing an organic compound having at least one hydroxyl group. A sol solution is applied onto a substrate on which a metal electrode pattern is formed and dried to partially form a layer made of magnesium oxide, and then an amorphous silicon thin film is deposited on the entire surface including the magnesium oxide layer to form amorphous silicon. A method for forming a thin-film solar cell pattern, comprising a step of patterning an amorphous silicon layer by removing a weakened magnesium oxide layer portion reduced by hydrogen contained in the substrate. Since it is this formation method, a thin film photovoltaic cell pattern can be mass-produced at low cost.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments.
When a fine-grained magnesium oxide (MgO) layer is formed as a base layer in a pattern forming portion and an a-Si: H layer is deposited on the portion, MgO is reduced by hydrogen in the a-Si: H layer. It can be easily peeled off by water or weak acid. As this MgO, commercially available magnesium oxide fine particles can be used.
If a commercially available product is highly cohesive and difficult to disperse in an organic solvent and a highly uniform coating layer cannot be obtained, prepare a magnesium hydroxide fine particle solution in a sol state, It is necessary to start from the step of applying the material onto the substrate by printing or the like. Hereinafter, the preparation of the magnesium hydroxide fine particle sol solution will be described first.
[0009]
<Preparation of magnesium hydroxide fine particle sol solution>
The sol solution is obtained by dispersing magnesium hydroxide fine particles (magnesium composite hydroxide fine particles) bonded to a polyhydric alcohol or a derivative thereof in an organic compound having at least one hydroxyl group or an organic solvent containing these. Sol solution. The magnesium composite hydroxide particles are produced by hydrolyzing a magnesium compound that becomes magnesium hydroxide in the presence of water into magnesium hydroxide with water and a polyhydric alcohol or derivative thereof using an appropriate catalyst. This is obtained by taking it out of its production medium.
[0010]
An example of preparation of magnesium composite hydroxide fine particles is shown below.
Table 1:Preparation example of magnesium composite hydroxide fine particles
50 parts by weight of pure water
150 parts by weight of ethylene glycol
Magnesium acetate (tetrahydrate) 21 parts by weight
Ammonia water (28% by volume) 6 parts by weight
Magnesium composite hydroxide is produced by stirring a mixed solution containing the composition shown in Table 1 above at room temperature for 1 hour. By separating this from the production medium by an appropriate method, granular fine particles of magnesium composite hydroxide are obtained.
[0011]
The above example is one example, and the magnesium compound generally used may be any magnesium compound as long as it produces a magnesium hydroxide in the presence of water. Further, about 50 to 950 parts by weight of polyhydric alcohol or a derivative thereof and about 25 to 1500 parts by weight of water are used per 100 parts by weight of the magnesium compound, and the magnesium compound is hydrolyzed with an appropriate catalyst. The catalyst may be any catalyst that promotes hydrolysis of the magnesium compound. For example, when the magnesium compound is a magnesium salt, a basic compound is used, and the equivalent amount or more with respect to 1 equivalent of the magnesium compound. Preferably, about 1 to 5 equivalents are used. When this catalyst is an aqueous solution such as aqueous ammonia as in the above example, the water in the aqueous ammonia solution can be used as the water in the above table.
[0012]
For the magnesium compound, instead of magnesium acetate in Table 1, for example, a strong acid magnesium salt represented by magnesium chloride, magnesium nitrate, and magnesium sulfate, or magnesium phosphate, magnesium hydrogen phosphate, magnesium dihydrogen phosphate, magnesium carbonate, citric acid, A weak acid magnesium salt represented by magnesium oxide, magnesium hydrogen citrate and magnesium formate, or an aliphatic carboxylic acid magnesium salt represented by magnesium stearate and magnesium myristate may be used.
[0013]
In Table 1, ethylene glycol that forms magnesium composite hydroxide fine particles and also serves as a solvent is a preferred example of a polyhydric alcohol or a derivative thereof. Instead of this ethylene glycol, for example, diethylene glycol, 2- Divalent alcohols and their derivatives represented by methoxyethanol, 2-ethoxyethanol and triethylene glycol, trihydric or higher polyhydric alcohols such as glycerin, mixed liquids thereof, and organics containing these A solvent may be used. Water as a solvent is an indispensable substance for producing fine particles of magnesium composite hydroxide, but it may not be necessary to add water on the assumption that water contained in ammonia water is used. Needless to say.
[0014]
In addition, ammonia in the ammonia water functions as a catalyst for promoting the production of magnesium hydroxide. Instead of this ammonia, ammonium acetate, ammonium amidosulfate, ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, ammonium borate, dicitrate Various ammonium salts typified by ammonium, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium formate, and ammonium tartrate, or amines typified by hydroxylamine, ethanolamine, and methanolamine may be used.
[0015]
The method for separating the magnesium composite hydroxide from the mixed solution containing the magnesium composite hydroxide produced as described above is not particularly limited, and may be any method such as filtration, decantation, and centrifugation. A cooling centrifuge was used to separate the magnesium composite hydroxide fine particles produced in Table 1.
[0016]
The magnesium composite hydroxide fine particles obtained as described above are dispersed in an organic compound having at least one hydroxyl group or an organic solvent containing the same to obtain a sol solution used in the present invention. The amount of the organic solvent used with respect to the magnesium composite hydroxide can be arbitrarily set, but care must be taken because the coating film thickness is controlled by this parameter setting value. For example, considering the applicability of the resulting sol solution, the organic solvent as the dispersion medium is preferably used at a ratio of 100 to 500 parts by weight per 100 parts by weight of the magnesium composite hydroxide. When the solid content is too low, it is difficult to form a dense and continuous protective layer, and when the solid content is too high, the composite fine particles tend to aggregate and precipitate, and the uniformity of the formed coating layer tends to decrease. Therefore, it is not preferable. An example of the sol solution is shown in Table 2 below.
[0017]
Table 2:Example of preparation of sol solution
Magnesium composite hydroxide 5 parts by weight
10 parts by weight of ethanol
The dispersion method of the composite hydroxide may be a conventional dispersion means such as simple stirring, forced stirring, ball mill, sand mill, ultrasonic dispersion or the like, and a uniform sol solution can be easily obtained by these dispersion means.
[0018]
The ethanol as a dispersion medium of the sol solution is an example, and any compound having at least one hydroxyl group may be used. For example, instead of the above ethanol, monovalent alcohol represented by methanol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, or ethylene glycol, diethylene glycol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxy Dihydric alcohol represented by ethanol, triethylene glycol and derivatives thereof, trihydric or higher polyhydric alcohol represented by glycerin, and a mixed solvent thereof, or at least one of these hydroxyl group-containing organic solvents An organic solvent containing seeds may be used.
[0019]
The reason why the magnesium composite hydroxide fine particles are easily dispersed in the organic solvent by the simple dispersing means as described above is considered as follows. That is, since the preparation of the magnesium composite hydroxide fine particles is carried out in a polyhydric alcohol such as ethylene glycol or a derivative thereof, a polyhydric alcohol or a derivative thereof is added to each magnesium aco complex generated by hydrolysis, for example, Bonded or coordinated in a state such as hydrogen bond to form one kind of chelate complex, and as the complex concentration increases as the hydrolysis reaction proceeds by the catalyst, the chelate complexes associate with each other to form magnesium complex water. It becomes oxide fine particles. Since these fine particles (complex association) are not made from a magnesium-aco complex, but from a chelate complex made of a polyhydric alcohol or a derivative thereof, fine particle aggregates (aggregation of the complex) that tend to occur as the complex concentration increases. Less.
[0020]
Further, when the fine particles, which are aggregates of this chelate complex, are dispersed in a hydroxyl group-containing organic solvent, the hydroxyl group-containing organic solvent is adsorbed by the hydroxyl group, and the individual magnesium composite hydroxide fine particles are deposited on the fine particle surface. In other words, the presence of this protective film improves the affinity with the organic solvent, which is the liquid medium of the sol solution, and improves the affinity between the fine particles in the organic solvent. Aggregation is suppressed and the fine particles are considered to be easily and stably dispersed in the organic solvent. Considering only this effect, all organic compounds having a hydroxyl group have applicability. However, in order to produce a pure magnesium oxide film by removing the organic solvent in the drying process after applying the sol solution, it is relatively low. As the solvent for the boiling polyhydric alcohol or derivative thereof and the sol solution, it is preferable to use an organic solvent having a relatively low boiling point.
[0021]
In contrast to the above method, the surface of the magnesium oxide film formed from the sol solution prepared without using polyhydric alcohol or its derivative at the time of forming magnesium hydroxide was observed to have unevenness of about 200 nm size, and the surface roughness On the other hand, the surface of the magnesium oxide film prepared from the sol solution in which magnesium hydroxide is formed in the presence of polyhydric alcohol or its derivative as in this method has extremely small unevenness and is relatively flat. Yes. The reason for this phenomenon is considered as follows. That is, for example, ethylene glycol is a solvent having a boiling point of 196 ° C. Therefore, the aggregate after centrifugation of the magnesium hydroxide-ethylene glycol complex is in the form of a viscous cream. On the other hand, magnesium hydroxide formed without using a polyhydric alcohol or a derivative thereof is basically only an aggregate of magnesium hydroxide alone, and therefore the aggregate after centrifugation has little viscosity. That is, it is considered that the sol solution added with ethylene glycol exhibits the leveling effect of the fine particle aggregate after application of the sol solution, and the surface of the magnesium oxide after drying becomes flat. Further, the magnesium composite hydroxide fine particles in the sol solution of the present invention are a complex compared to the magnesium hydroxide fine particles prepared without using a polyhydric alcohol or a derivative thereof, so that the particles are less likely to be associated. Hard to do. Therefore, even if the concentration of the sol solution is relatively increased, the sol solution is stable, which is advantageous in processes such as storage stability, applicability, and drying.
[0022]
Further, as the solvent of the sol solution described above, instead of the alcohol organic solvent described above, use of water or a solvent having no hydroxyl group, for example, toluene, hexane, etc., the magnesium composite hydroxide fine particles are obtained. Since it becomes difficult to stably disperse in a solvent and aggregation precipitation is likely to occur, the use of an organic solvent having a hydroxyl group as described above or an organic solvent containing at least one of them as the solvent of the sol solution. preferable.
[0023]
<Pattern formation using magnesium hydroxide fine particle sol solution>
Next, a thin film solar cell formation method using the magnesium hydroxide sol solution will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a method for forming a thin-film solar cell pattern according to the present invention. First, as shown in FIG. 1A, a base material 11 such as glass or plastic is prepared, and a thin metal layer 12 to be a first electrode is formed on the entire surface of the base material by selective growth by a vapor deposition method, a CVD method. Alternatively, a thin film is formed by sputtering (FIG. 1B). Thereafter, a metal thin film pattern is formed by a normal photolithography technique (FIG. 1C). The electrode layer may be formed in a pattern by a mask deposition method.
[0024]
Next, the magnesium hydroxide fine particle sol solution is applied in a narrow groove shape across the substrate to the place where the amorphous silicon thin film is to be removed. The coating method can be a screen printing method or a letterpress printing method. When the wet coating film formed by coating is heated and dried, the magnesium hydroxide is oxidized to form an MgO layer pattern 13 composed of fine particles of magnesium oxide (FIG. 1D). The drying may be performed at a temperature and a time at which the organic solvent component in the wet film is substantially volatilized.
It is sufficient to carry out at a temperature of 350 ° C. or more for about 30 minutes to 3 hours.
Three layers (n-type layer, i-type layer, p-type layer) of amorphous silicon layers 14 are sequentially deposited on the substrate, that is, on the electrode metal thin layer 12 and the MgO layer pattern by the CVD method or the like (FIG. 1 ( E)). Since the three amorphous silicon layers only have to have substantially the same shape, the MgO layers may be the same. In FIG. 1E and thereafter, the amorphous silicon layer 14 is illustrated as a single layer, but in reality, the three layers are laminated.
[0025]
As a result, an a-Si: H layer thin film is deposited on the MgO layer pattern 13. When the a-Si: H layer is deposited on the MgO layer, the MgO layer is reduced by hydrogen contained in the silicon layer to become a fragile thin film. If this weakened portion is etched with a weak acid or the like, the MgO layer is peeled off from the first electrode or the substrate to obtain a patterned amorphous silicon layer (FIG. 1F).
Through the above-described steps, a thin film pattern that requires relatively little accuracy (for example, a line and space of 200 μm or less required for a solar cell) can be formed. It becomes possible to form without using.
[0026]
Various methods are known for the formation of an amorphous silicon layer, but the most frequently used method is silane gas (SiHFour) Is introduced into a vacuum furnace, an electric field is applied, and plasma discharge is performed to form an amorphous silicon thin film on the substrate. At this time, when no impurity is added to the silane gas, the i-type layer is diborane (B2H6) As an impurity, the p-type layer becomes phosphine (PHThree) Can be added to form an n-type layer. That is, the junction of the n · i · p layer can be formed by switching the gas. As described above, the n, i, and p types can be formed by one reaction layer only by switching the gas, but can also be continuously formed by a line that is performed in a reaction chamber in which each layer is separated. In this case, there is an effect that the residual impurities are less adversely affected.
[0027]
Subsequently, a second electrode pattern is formed by the transparent conductive film 15. For this purpose, a transparent conductive film is formed on the entire surface of the substrate, and then patterned by a normal method to form a second electrode pattern (FIG. 1G).
As a material used for the transparent conductive film, In2OThree, SnO2, In2O2-SnO2(ITO), TiO2These can be formed by sputtering, electron beam evaporation, resistance heating evaporation, ion plating, or the like.
[0028]
Finally, a passivation film 16 is formed on the entire surface by a vacuum film formation method using CVD or the like, thereby completing a thin film solar battery cell pattern (FIG. 1 (H)).
As a passivation film material, SiThreeNFour, SiO2However, it may be a coating film of a polymer resin such as a transparent fluororesin paint or a fluoride polymer having excellent weather resistance.
[0029]
As the substrate 11 of the thin film solar cell, various materials can be used in addition to glass. For example, a resin film such as polyimide, polyester, polyethylene terephthalate, epoxy, polyacrylate, polyarylate may be used. Further, a conductive material can also be used as the first electrode. In this case, stainless steel, aluminum, copper, titanium, galvanized steel sheet, carbon sheet, etc. can be used.
[0030]
FIG. 1 (H) shows a thin film solar cell pattern obtained by the forming method of the present invention. The thin film solar cell according to the formation method of the present invention is not changed in structure or performance from that of the conventional pattern formation method by chemical etching. The one shown in the figure is a p-i-n type in which two unit cell patterns are connected in series and receive sunlight from the transparent conductive film 15 side, but a large voltage can be obtained by further joining the cell patterns. Obtainable. Although the current obtained by such a solar cell is a direct current, it can be converted by an inverter into a household AC power source.
[0031]
FIG. 2 is a diagram showing an amorphous silicon layer. This portion is a photovoltaic layer, and an n-type amorphous silicon layer 14n, an i-type amorphous silicon layer 14i, and a p-type amorphous silicon layer 14p are stacked from the substrate side. Sunlight passes through the transparent conductive film and photons are absorbed to form a pair of electrons and holes. However, since the electric field existing inside the silicon substrate moves electrons to n-type and holes to p-type, n Current flows from the mold to the p-type. This current is taken out and used.
[0032]
FIG. 3 is a diagram showing a mask used for pattern formation of the first electrode. The hatched portion 12m in FIG. 3 is masked, and the metal electrode layer remains on the white background portion. Further, the MgO layer pattern 13 is formed on the substrate corresponding to the position of the narrow dotted line width portion 13p in contact with or slightly overlapping the electrode pattern, and the a-Si: H layer on the MgO layer is removed, Since the transparent conductive film 15 is formed in the removed portion, a series connection structure of solar cells can be formed as shown in FIG.
Note that the photomask shape of the transparent electrode pattern is the same as that of the first electrode pattern, but the portion where the transparent electrode remains is shifted from the first electrode as shown in FIG.
[0033]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
(1) <Formation of first electrode pattern>
A clean transparent glass substrate (Corning “# 1737”) thickness: 1.1 mm, size 10 cm □ was prepared, introduced into a sputtering apparatus, and a metal thin film was formed on the entire surface using Cr as a target (FIG. 1). (B)) A chromium thin film 12 having an electrode pattern shape was formed by a normal photolithographic method (FIG. 1C). The photomask pattern shape shown in FIG. 3 was used. In FIG. 3, A = 40 mm and B = 10 mm. The film thickness of the chromium thin film 12 was 5000 mm.
[0034]
The conditions for chromium sputtering and patterning are as follows.
(Sputtering conditions)
Target: Cr (Purity: 99.99%)
Deposition temperature: 350 ° C
Sputtering pressure: 5 mTorr
DC power: 2.5kW
Ar flow rate: 100 sccm
Deposition rate: 20cm / sec
(Patterning)
Pattern formation method: photolithography method
Pattern shape: Line and space (line width 40 mm, space 10 mm)
[0035]
(2) <Formation of MgO layer>
Next, the sol solution prepared in Table 2 was printed on the narrow width portion where the a-Si: H layer on the substrate was removed by a letterpress printing method in which the sol solution was attached to the convex portions of the plate. After printing, drying was performed under conditions of a temperature of 350 ° C. and a time of 1.0 hour to form a 0.2 μm thick MgO layer pattern 13 made of magnesium oxide fine particles (FIG. 1D).
Plate shape: Line and space (convex part is line, line width is 1mm, space is 49mm)
[0036]
(3) <Amorphous silicon layer formation>
Subsequently, the base material was introduced into a vacuum reactor, and an amorphous silicon layer 14 was formed by a CVD method. In this process, three amorphous silicon layers 14 were sequentially deposited on the entire surface of the portion where the chromium thin film 12 was formed and the portion where the MgO layer pattern 13 was formed (FIG. 1E).
In this step, after (1) an n-type amorphous silicon layer [a-Si: H (n) layer] is first formed from the substrate side, (2) a non-doped i-type amorphous silicon layer [a-Si: H (i) layer] was formed, and finally, (3) a p-type amorphous silicon layer [a-Si: H (p) layer] was formed.
For the n-type of (1), an offline silicon wafer is crushed and 3% by weight of phosphorus (P) is used. For the p-type of (3), the silicon wafer is also crushed, What doped 10 weight% of boron (B) was used.
[0037]
Each film forming condition is as follows.
(1) (P-doped a-Si: H (n layer) film forming conditions)
Figure 0004156078
(2) (a-Si: H (i layer) film forming conditions)
Figure 0004156078
▲ 3 ▼ (B2H6Doped a-Si: H (p layer) film forming conditions)
Figure 0004156078
[0038]
(4) <Etching treatment>
Next, the MgO layer pattern 13 under the amorphous silicon layer was removed with an etching solution (FIG. 1F). This can be removed by treating the MgO layer reduced with hydrogen with acid as described above.
(Etching conditions)
Etching solution: 80% acetic acid solution aqueous solution
Etching time: 10 minutes
[0039]
(5) <Formation of transparent electrode pattern>
A transparent conductive film 15 made of ITO was formed on the entire surface of the substrate by a reactive sputtering method, and then etched to form a pattern by a normal method (FIG. 1G).
(Sputtering conditions)
Figure 0004156078
(Patterning)
Figure 0004156078
[0040]
After the film formation, the transparent conductive film 15 is also deposited on the portion where the MgO layer and the amorphous silicon layer have been removed, so that the transparent conductive film and the chromium electrode on the base material are joined to form a series connection between the cells. (FIG. 1G).
[0041]
(6) <Formation of passivation film>
Finally, the passivation film 16 is SN by a vacuum film formation method using CVD.XA thin film solar cell was completed by forming a film (FIG. 1 (H)). The film forming conditions are as follows.
(SNXFilm deposition conditions)
Figure 0004156078
[0042]
When the thin film solar cell produced above was irradiated with AM-1 (a standard light source reproducing the solar radiation spectrum on the equator), the solar cell conversion efficiency in the initial stage was about 8%.
[0043]
【The invention's effect】
By applying the present invention to the formation of a thin-film solar battery cell pattern, the number of steps can be greatly reduced, which can contribute to cost reduction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a method of forming a thin-film solar battery pattern according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an amorphous silicon layer.
FIG. 3 is a diagram showing a mask when patterning a first electrode.
FIG. 4 is a diagram showing a thin-film solar cell pattern manufacturing process according to a conventional method.
[Explanation of symbols]
11 Base material
12 Metal thin layer or chromium thin film
13 MgO layer pattern
14 Amorphous silicon layer
15 Transparent conductive film
16 Passivation film
21 Base material
22 Metal electrode layer
23 Resist film
24 Amorphous silicon layer
25 Transparent conductive film
26 Passivation film

Claims (2)

基材上に金属電極をパターン状に形成した後、当該基材上であってアモルファスシリコン層を除去する部分に酸化マグネシウムからなる層を部分的に形成した後、当該酸化マグネシウム層上を含む全面にアモルファスシリコン薄膜を堆積させ、アモルファスシリコンに含まれる水素により還元されて脆弱化した酸化マグネシウム層部分を除去することによりアモルファスシリコン層をパターン形成する工程を含むことを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成法。After forming a metal electrode in a pattern on the base material, after partially forming a layer made of magnesium oxide on the base material where the amorphous silicon layer is to be removed, the entire surface including the magnesium oxide layer A thin film solar cell pattern comprising a step of depositing an amorphous silicon thin film and patterning the amorphous silicon layer by removing a weakened magnesium oxide layer reduced by hydrogen contained in the amorphous silicon Forming method. 多価アルコールまたはその誘導体と結合したマグネシウム水酸化物の微粒子を、少なくとも1個の水酸基を有する有機化合物を含む有機溶媒中に分散させてなるゾル溶液を金属電極パターンが形成された基材上に塗布して乾燥し酸化マグネシウムからなる層を部分的に形成した後、当該酸化マグネシウム層上を含む全面にアモルファスシリコン薄膜を堆積させ、アモルファスシリコンに含まれる水素により還元されて脆弱化した酸化マグネシウム層部分を除去することによりアモルファスシリコン層をパターン形成する工程を含むことを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成法。A sol solution obtained by dispersing magnesium hydroxide fine particles bonded to a polyhydric alcohol or a derivative thereof in an organic solvent containing an organic compound having at least one hydroxyl group is formed on a substrate on which a metal electrode pattern is formed. After coating and drying to partially form a layer made of magnesium oxide, an amorphous silicon thin film is deposited on the entire surface including the magnesium oxide layer and reduced by hydrogen contained in the amorphous silicon to weaken the magnesium oxide layer. A method for forming a thin-film solar cell pattern, comprising the step of patterning an amorphous silicon layer by removing a portion.
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