JP4170429B2 - 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、本発明は磁性流体インキを利用してパターン形成し、薄膜を成長をさせることにより、一連のパターンを磁気パターンを変えることにより容易に変更できるため、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層の順またはp層、i層、n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1は、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断面図である。
まず、図1(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11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12となる金属薄膜を成膜する(図1(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1(C))、ポストベークして、レジスト膜13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1(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13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1(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12上にアモルファスシリコン層14を、p型、i型、n型の順または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1(F))。シリコン層の上に上部電極となる透明導電膜15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1(G))。最後にパッシベーション膜16を成膜して薄膜太陽電池セルパターンが完成する(図1(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。
これを解決する一手段として、フォブリンオイル等のフッ素系有機材料を基材上に印刷法等により塗布しパターン形成を行う方法が、本願出願人によって提案されている(特願平9−187228号)。本発明は、このフッ素系有機材料、特にパーフルオロポリエーテルに強磁性材料を混合した磁性流体インキを利用して基材上に磁性流体インキパターンをより容易に形成することにより、プロセスの一層の低コスト化を図るべく研究しなされたものでである。
【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、基材の一方の面に、第1の電極用薄膜、アモルファスシリコン薄膜、および第2の電極用薄膜を順次、成膜してなる太陽電池セルパターンの形成方法であって、基材と基材上に成膜された薄膜との両方あるいはいずれかの一方の上に、真空中で磁性流体インキを使用してパターンを形成した後、当該磁性流体インキのない部分に最初または次の薄膜パターンを形成する成膜工程をすくなくとも1つ有することを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成方法、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、基材の薄膜形成面と反対面側に、磁気的にパターンが記録されたパターニング用磁気基板を配置することで、基材の薄膜形成面側に、当該磁気基板の磁気パターンに従った磁性流体インキのパターンを形成することを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成方法、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】
上記課題を解決する本発明の要旨の第3は、薄膜を磁性流体インキのない部分に選択的に成長させることにより、薄膜パターンを形成することで、第1の電極用薄膜、アモルファスシリコン薄膜、および第2の電極用薄膜の成膜工程を、真空中で連続して行うことを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成方法、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。
【0009】
上記課題を解決する本発明の要旨の第4は、薄膜を磁性流体インキのない部分も含む全面に成長させた後、薄膜の不用部分を磁性流体インキとともに洗浄して選択的に除去することにより、薄膜パターンを形成することを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成方法、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。
【0010】
【発明の実施の形態】
低蒸気圧で耐熱性の高いフッ素系有機材料、例えば、フォブリンオイル等を真空中で基材上に印刷法等により塗布しパターン形成を行うことができる。
フォブリンオイルは、オウジモント社(米:AUSIMONT社)が開発したパーフルオロポリエーテルに属する化学薬品で、化学的に安定で不活性な完全フッ素化油、すなわち液状のフッ素樹脂ともいうべきものである。本来は、潤滑油、シール剤等に使用されている薬品である。
図5は、フォブリンオイルの化学構造を示す。図5(A)は側鎖をもつタイプで、6フッ化プロピレン(CF2 =CF−CF3 )と酸素により合成される。図5(B)は直鎖タイプを示し、4フッ化エチレン(CF2 =CF2 )と酸素により合成される。
なお、フォンブリンオイルのパターン形成は大気中で行うことも可能であるが水分等の悪影響を避けるため真空中で行うのが好ましい。
【0011】
フッ素系有機材料でパターンを形成した後、CVD法、スパッタリング法、蒸着法等を用い当該パターン上に真空薄膜を堆積させる。ここで真空薄膜とは、上記のような減圧下で形成される金属薄膜やアモルファスシリコン層、透明導電膜等の各種の薄膜をいう。こうすることによりフッ素系有機材料をマスク(言わばパターン形成材料の下側に設けられるマスク)として、フッ素系有機材料部分を避けて選択的に薄膜が堆積するかあるいは基材およびフッ素系有機材料上の全面に薄膜が堆積する。後者の場合、その後、塗布したフッ素系有機材料とこの上に堆積した薄膜を高フッ化有機溶剤で溶解または払拭することにより選択的に除去する。これらの方法により、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、これにより薄膜太陽電池セルパターンを従来の化学エッチング法を用いずに形成することが可能となる。
このようなフッ素系有機材料としては、フォブリンオイルに限らず基材上で安定な薄膜を形成するたことができるフッ素系材料、例えば、デュポン社製「KRYTOX 1525」等の安定なものを使用することもできる。
【0012】
以下に本発明の実施形態を説明する。
本発明の場合、フッ素系有機材料に強磁性物質を分散して、磁性流体インキとして使用することに特徴がある。強磁性物質の超微粒子を表面処理により親溶媒化して液中に分散させると、磁界や重力場のもとでも粒子相互の凝集や沈降が生じない安定なコロイド溶液が得られる。このコロイド溶液は、磁性をもった液体として磁界に感応する特有の挙動を示す。本発明では、このような磁性流体の特性を利用すべく、フッ素系有機材料、特に、前記のフォンブャンオイル中に超微粒子の強磁性物質を分散してインキ化したものである。
本発明で磁性流体インキの溶媒となるものは、有機フッ素化合物であり、特に直鎖型のパーフルオロポリエーテルであるフォンブリンオイルが特性として優れ、これを他の溶剤等で希釈しない原液状で使用することが好ましい。
【0013】
強磁性物質としては、強磁性酸化鉄(マグネタイト)粉末、マンガンフェライト、コバルトフェライトなどの酸化物磁性体、鉄、コバルトなどの金属磁性体、あるいは窒化鉄などの粉末が挙げられるが、製造の容易さからは、マグネタイト粉末が好ましい。磁性体粒子の粒径としては、200nmから5nmが好ましく、特に100nmから10nmが好ましい。3nm未満では粒子が磁性を示さなくなる場合がある。
【0014】
図2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断面図である。図2のように、本発明では、薄膜を堆積させたくない場所あるいは薄膜を除去する場所に、磁性流体インキパターンを基板上に配置させ、その後に薄膜を成長させるマスク成膜方法を採用している。
まず、図2(A)のように、ガラスあるいはプラスチック等の基材21上に、フッ素系有機材料からなる磁性流体インキをパターン状に配置する。この磁性流体インキパターンの配置は、基材21の薄膜形成面と反対面側に、パターニング用磁気基板20を設置し、当該パターニング用磁気基板20の磁気パターン20aによる磁力線により制御する。図2(A)では、基材21上に第1の電極となる金属薄層形成のための磁性流体インキパターン22aが形成された状況を示している。
フッ素系有機材料、特にパーフルオロポリエーテルによる磁性流体の場合は、蒸気圧が非常に低いため、乾燥による硬化や磁性粒子の凝集がなく安定であって、太陽電池セルパターン作製の一連の作業中、同一の磁性流体インキを反復して使用することができる。
【0015】
その後、基材21上全面に、第1の電極となる金属薄層23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2(B))。
一般に、フッ素系有機材料を使用した場合、スパッタリングでは、磁性流体インキ上を含めた基板全体に薄膜が堆積するが、CVD法あるいは蒸着法の場合は磁性流体インキ上には薄膜が堆積しない。従って、スパッタリングにより基板上全面に薄膜を堆積した場合は、磁性流体インキ部分上に堆積した薄膜部分を磁性流体インキと共に選択的に除去してパターン形成する操作が必要になる。一方、CVD法あるいは蒸着法の場合は、磁性流体インキ部分を避けて選択的に薄膜が形成されるので、磁性流体インキを移動させれば薄膜パターンが形成されていることになり、パターン形成のため、エッチング等の特別の操作を必要としない。本発明の場合は、磁性流体の反復利用という意味から選択的成長をさせるのが好ましいが、選択的除去の場合であってもパターン形成を容易にすることができる。図2は、選択的成長の場合を図示している。
【0016】
基板上の磁性流体インキを、選択的に除去する場合は、基材を高フッ化有機溶媒中に浸漬して行う超音波洗浄あるいは有機溶媒の塗布による溶解、払拭等による手段で、フッ素系有機材料を除去する。この際、超音波による振動あるいは払拭による圧力等により生じた薄膜に亀裂部分を生じさせ、これにより有機溶媒は亀裂部分より薄膜下に進入してフッ素系有機材料を除去することになる。高フッ化有機溶媒としては、フッ素系有機材料の低分子品を使用することができる。
洗浄後は基板全面に堆積した金属薄層のうち、基材上に直接堆積している部分のみが、パターン状に残存して電極パターンを形成する。フッ素系有機材料としてのフォブリンオイルは、フロン113、パーフルオロオクタン、フォブリンオイルの低分子品(オウジモント社製「ガルデン」)等の高フッ素化有機溶媒、フッ素化油には溶解するが、それ以外の水、有機溶媒、油脂類にはほとんど相溶しない。
【0017】
次に、電極パターン以外の部分であって、アモルファスシリコン層を形成しない部分または選択的に薄膜除去する部分に、再度フッ素系有機材料による磁性流体インキ22bをパターニング用磁気基板20によりパターン状に配置する。磁気パターン20bへの変更は、パターニング用磁気基板の磁気記録の書換えによるか、予め複数の異なる磁気パターンが形成されたパターニング用磁気基板20を準備しておいて基板を交換することにより行ってもよい。図2において左向きの矢印は、パターニング用磁気基板を交換することを意味している。
【0018】
当該基材上、すなわち電極パターン、基材が露出した部分に、3層(n型層、i型層、p型層)のアモルファスシリコン層24をCVD法等により順次堆積する(図2(C))。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磁性流体パターン22bの1回の配置により堆積することができる。CVD法による場合、磁性流体パターン上にはアモルファスシリコン層が形成されない選択成長がされる。なお、図2(C)では、アモルファスシリコン層24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。
【0019】
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。これによりフッ素系有機材料による磁性流体パターン22b以外の部分に堆積したアモルファスシリコン層が、パターン状に残存してアモルファスシリコン層24を形成する(図2(C))。
【0020】
続いて、第2の電極パターンを透明導電膜により形成するために、磁性流体インキパターン22cを電極パターンを形成しない部分または選択的に除去する部分に、パターニング用磁気基板20を使用して再度パターン状に配置する。この磁性流体インキの配置される部分が第2の電極パターン間の絶縁部を形成することになる。アモルファスシリコン層および基材の露出部分、磁性流体インキの配置された部分上の全面に透明導電膜25を成膜した後(図2(D))、選択的成長の場合はそのままの状態で、選択的除去の場合は高フッ化有機溶媒中に浸漬する超音波洗浄あるいは塗布による溶解、払拭等による手段で、磁性流体インキを除去することにより、磁性流体インキ上の透明導電膜は除去され、基材上には透明導電膜25からなる第2の電極パターンが形成される(図2(E))。
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。
【0021】
最後に、パッシベーション膜26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2(F))。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。
【0022】
薄膜太陽電池の基材21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。
【0023】
なお、上記のプロセスでは、全てフッ素系有機材料による磁性流体インキを配置するパターン形成法により行っているが、他のパターン形成方法を併用することも可能である。例えば、第1の電極パターンとアモルファスシリコン層のパターン形成を磁性流体インキを使用する本発明のパターン形成法で行い、第2の電極パターンの形成は、レジストマスクを使用するスパッタリング法または蒸着法で行う場合等である。特に、蒸着法の場合は、CVD法に較べて成膜圧力が低いので併用が容易である。また、選択的成長と選択的除去による成膜を組み合わせることも自由である。
【0024】
図3は、本発明の形成法による薄膜太陽電池セルパターンを示す断面図である。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による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25側から太陽光(矢印)を受けるp・i・n型のものであるが、セルパターンを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。また、単位のセルパターンを並列に接続することにより大電流のものとすることもできる。また、アモルファスシリコン層24の形成順序を変えて、n・i・p型の太陽電池とすることもできる。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。
【0025】
図4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24n、i型アモルファスシリコン層24i、p型アモルファスシリコン層24p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。
【0026】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図2を参照して説明する。
▲1▼<磁性流体インキの準備>
粒径20nmの酸化鉄(マグネタイト粉末)100gを、直鎖型パーフルオロポリエーテル〔平均分子量7250〕(アウジモント社製「foblinyr1800」)の原液100gに分散して磁性流体インキを準備した。この際、分散性を高めるため添加剤として、オレイン酸ナトリウムを10g添加し、レッドデビルで3時間攪拌し調整した。
得られた磁性流体インキの20°Cにおける動粘度は、500cpsであって、磁力線に対して鋭敏に流動する特性を示した。
【0027】
▲2▼<パターニング用磁気基板の準備>
幅10cmのオーディオ用磁気テープ(TDK株式会社製「MA(メタルテープ)」)に磁気ヘッドにより磁気記録を行った。パターニング用磁気基板20は、太陽電池セル基材側の下部電極パターン20a、アモルファスシリコン層パターン20b、上部透明電極パターン20cの3種について、それぞれの薄膜パターンが形成されない領域に磁気出力が得られるように形成し準備した。
このパターニング用磁気基板を厚さ1.1mmのガラス基板を介して、出力を測定したところ磁気記録部で、80ガウスの出力が得られた。
【0028】
▲3▼<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、上記、▲1▼で調整した磁性流体インキ22を基板21上に、ロールコータを用いて塗布した。塗布量は、下部電極パターン、アモルファスシリコン層パターン、上部電極パターンの薄膜パターン非形成領域の面積の平均値〔約10cm2 〕の面積に、約100μmの厚さの磁性流体インキ膜22aが形成されるように、予め計算された量〔約0.1cm3 〕が塗布されるようにした。
次いで、▲2▼で準備した第1の電極パターン用のパターニング用磁気基板20を透明ガラス基板21の裏面に密着させると、磁気パターンに従って磁性流体インキが流動してパターンが形成された。
【0029】
磁性流体インキパターン形成後の上記基材21をパターニング用磁気基板が密着した状態で、スパッタリング装置内に導入し、Crをターゲットとして成膜し(図2(B))、磁性流体インキのない部分にCrの薄膜23を選択的に成長させて形成した。
なお、スパッタ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
成膜圧力 : 5mTorr
DCパワー: 2.5kW
Ar流量 : 100scm
堆積速度 : 20Å/sec
膜 厚 : 50nm
【0030】
▲4▼<アモルファスシリコン層の形成>
セル基材裏面に配置されたパターニング用磁気基板20をアモルファスシリコン層のパターン20bに切り換えると磁性流体インキ22は、磁気パターンの移動に伴って引きずられて流動し新たなパターン22bが形成された。
磁性流体インキパターンは同一パターンを使用して、磁性流体インキパターン以外の部分に、3層のアモルファスシリコン層24を選択的に堆積した。
【0031】
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24を形成した(図2(C))。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。
【0032】
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)
成膜温度 : 300°C
a−Si:H/H2 /PH3 流量=10/30/10sccm
成膜圧力 : 50mTorr
RFパワー: 50W
堆積速度 : 10Å/sec
膜 厚 : 500Å
▲2▼(a−Si:H(i層)成膜条件)
成膜温度 : 300°C
a−Si:H/H2 流量=10/50sccm
成膜圧力 : 50mTorr
RFパワー: 50W
堆積速度 : 10Å/sec
膜 厚 : 3000Å
▲3▼(B2 6 ドープa−Si:H(p層)成膜条件)
成膜温度 : 300°C
a−Si:H/H2 流量/B2 6 =10/30/5sccm
成膜圧力 : 50mTorr
RFパワー: 50W
堆積速度 : 10Å/sec
膜 厚 : 300Å
【0033】
▲5▼<透明電極パターンの形成>
セル基材裏面に配置されたパターニング用磁気基板20を透明電極パターン20cに切り換えると磁性流体インキ22は、磁気パターンの移動に伴って引きずられて流動し新たな磁性流体インキパターン22cが形成された。
【0034】
磁性流体インキパターン22c以外の部分(基材の露出した部分も含め)にITOによる透明導電膜層25を反応性スパッタリング法により、次の条件で成膜した(図2(D))。
(スパッタ条件)
ターゲット: In2 3 −SnO2 焼結ターゲット(SnO2 :10wt%)
成膜温度 : 250°C
成膜圧力 : 5mTorr
DCパワー: 2.0kW
Ar/O2 流量:100/3sccm
堆積速度 : 10Å/sec
膜 厚 : 1000Å
【0035】
成膜後の基材を、フォブリン除去剤(アウジモント社製「ガルデン」)中に浸漬し、超音波洗浄機で洗浄(出力100W、39KHz、3分間)することにより、基材上に塗布された磁性流体インキ22cは溶解除去され、基材ガラス上とアモルファスシリコン層上に形成された透明導電膜層のみが残存して上部電極が形成された(図2(E))。なお、透明導電膜25と第1の電極23とは、図2(G)中「=」で示される部分で接続されるので、単一セルが直列接合した連続的セルに形成されることになる。
【0036】
▲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26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2(F))。パッシベーション膜26は全面に形成するため、磁性流体インキ22は使用しなかった。なお、成膜条件は次のとおりである。
(SNX 膜成膜条件)
成膜温度 : 250°C
a−Si:H/N2 流量/NH3 =30/500/50sccm
成膜圧力 : 30mTorr
RFパワー: 250W
堆積速度 : 25Å/sec
膜 厚 : 500Å
【0037】
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。
【0038】
【発明の効果】
本発明の薄膜太陽電池セルパターンの形成法は、磁性流体インキを使用するので、マスク用のパターンの数種を繰り返して使用して薄膜を形成することを容易に行うことができる。特に、磁性流体の部分を避けて薄膜を選択成長させる場合は、同一または連続した真空装置内で、磁性流体パターン形成、薄膜パターン形成の操作を反復して行うことができるのでセルパターンの形成を効率的に行うことができ、設備投資、生産コスト、歩留りが改善され、太陽電池のコストの低減に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 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断面図である。
【図2】 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断面図である。
【図3】 本発明の形成法による薄膜太陽電池セルパターンを示す断面図である。
【図4】 アモルファスシリコン層を示す図である。
【図5】 フォブリンオイルの化学構造を示す図である。
【符号の説明】
11,21 基材
12,23 金属電極層
13 レジスト膜
14,24 アモルファスシリコン層
15,25 透明導電膜
16,26 パッシベーション膜
20 パターニング用磁気基板
20a,20b,20c 磁気パターン
22 磁性流体インキ
22a,22b,22c 磁性流体インキパターン
[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, in the present invention, a pattern is formed by using magnetic fluid ink, and a thin film is grown, so that a series of patterns can be easily changed by changing the magnetic pattern. However, it is advantageous for 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, and then a photovoltaic generation layer is formed in the order of n layer, i layer, and p layer or in the order of p layer, i layer, and n layer. Then, the structure which provides a 2nd electrode is 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. 1 is a cross-sectional view showing a thin film solar cell pattern manufacturing process according to a conventional method.
First, as shown in FIG. 1A, a substrate 11 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 12 is formed by vapor deposition, sputtering, or the like (FIG. 1B). 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. 1C), and post-baking. Then, a resist film 13 is formed. Next, the metal thin film is etched through the resist film (FIG. 1D). Etching is usually chemical etching using ferric chloride or the like, but laser patterning can also be used. Thereafter, when the resist film 13 is peeled off, a metal electrode pattern is formed on the substrate (FIG. 1E).
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 14 is formed on the metal electrode layer 12 by laminating three layers in the order of p-type, i-type, and n-type or in the order of n-type, i-type, and p-type. The amorphous silicon layer is patterned by coating (FIG. 1F). After forming the transparent conductive film 15 to be the upper electrode on the silicon layer, patterning is performed again to form a transparent electrode pattern (FIG. 1G). Finally, a passivation film 16 is formed to complete a thin film solar cell pattern (FIG. 1H).
[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.
As a means for solving this problem, a method of forming a pattern by applying a fluorine-based organic material such as foblin oil on a substrate by a printing method or the like has been proposed by the present applicant (Japanese Patent Application No. Hei 9-187228). issue). The present invention uses a ferrofluid ink in which a ferromagnetic material is mixed with this fluorine-based organic material, particularly perfluoropolyether, to more easily form a ferrofluid ink pattern on a substrate, thereby further improving the process. It was researched to reduce costs.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The first of the gist of the present invention for solving the above problems is a solar cell formed by sequentially forming a first electrode thin film, an amorphous silicon thin film, and a second electrode thin film on one surface of a substrate. A cell pattern forming method comprising: forming a pattern using a magnetic fluid ink in a vacuum on a substrate and / or a thin film formed on the substrate; A method of forming a thin-film solar cell pattern, characterized in that it has at least one film forming step for forming a first or next thin-film pattern in a portion without magnetic fluid ink. Since it is this formation method, a thin film photovoltaic cell pattern can be mass-produced at low cost.
[0007]
The second of the gist of the present invention for solving the above-mentioned problems is that a patterning magnetic substrate on which a pattern is magnetically recorded is arranged on the side opposite to the thin film forming surface of the base material, thereby forming the thin film forming surface of the base material. The method of forming a thin-film solar battery cell pattern is characterized in that a magnetic fluid ink pattern is formed on the side according to the magnetic pattern of the magnetic substrate. Since it is this formation method, a thin film photovoltaic cell pattern can be mass-produced at low cost.
[0008]
The third of the gist of the present invention for solving the above problems is to form a thin film pattern by selectively growing the thin film in a portion without the magnetic fluid ink, so that the first electrode thin film, the amorphous silicon thin film, And a method of forming a thin-film solar battery cell pattern, wherein the film-forming step of the second electrode thin film is continuously performed in a vacuum. Since it is this formation method, a thin film photovoltaic cell pattern can be mass-produced at low cost.
[0009]
The fourth of the gist of the present invention for solving the above-mentioned problem is that after growing the thin film on the entire surface including the portion without the magnetic fluid ink, the unnecessary portion of the thin film is washed with the magnetic fluid ink and selectively removed. The method for forming a thin-film solar battery cell pattern is characterized by forming a thin-film pattern. Since it is this formation method, a thin film photovoltaic cell pattern can be mass-produced at low cost.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A pattern can be formed by applying a fluorine-based organic material having a low vapor pressure and high heat resistance, for example, foblin oil or the like on a substrate in a vacuum by a printing method or the like.
Fobrin oil is a chemical belonging to perfluoropolyether developed by Audimont (USA: AUSIMINT), and is a chemically stable and inert fully fluorinated oil, that is, liquid fluororesin. . Originally, it is a chemical used in lubricants, sealants and the like.
FIG. 5 shows the chemical structure of foblin oil. FIG. 5A shows a type having a side chain, which is synthesized from hexafluoropropylene (CF 2 = CF-CF 3 ) and oxygen. FIG. 5B shows a straight-chain type, which is synthesized from tetrafluoroethylene (CF 2 = CF 2 ) and oxygen.
The pattern formation of the fomblin oil can be performed in the air, but it is preferably performed in a vacuum in order to avoid adverse effects such as moisture.
[0011]
After forming a pattern with a fluorine-based organic material, a vacuum thin film is deposited on the pattern using a CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like. Here, the vacuum thin film refers to various thin films such as a metal thin film, an amorphous silicon layer, and a transparent conductive film formed under reduced pressure as described above. In this way, the fluorine organic material is used as a mask (that is, a mask provided on the lower side of the pattern forming material) so that a thin film is selectively deposited avoiding the fluorine organic material portion or on the substrate and the fluorine organic material. A thin film is deposited on the entire surface. In the latter case, the applied fluorinated organic material and the thin film deposited thereon are then selectively removed by dissolving or wiping with a highly fluorinated organic solvent. By these methods, it is possible to form 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), and thereby a thin film solar cell pattern can be formed by a conventional chemical etching method. It becomes possible to form without using.
As such a fluorine-based organic material, a fluorine-based material capable of forming a stable thin film on a substrate, not limited to foblin oil, for example, a stable material such as “KRYTOX 1525” manufactured by DuPont is used. You can also
[0012]
Embodiments of the present invention will be described below.
The present invention is characterized in that a ferromagnetic material is dispersed in a fluorine-based organic material and used as a magnetic fluid ink. When ultrafine particles of a ferromagnetic material are made solvophilic by surface treatment and dispersed in a liquid, a stable colloidal solution in which particles do not aggregate or settle even under a magnetic field or gravitational field can be obtained. This colloidal solution exhibits a unique behavior of being sensitive to a magnetic field as a magnetic liquid. In the present invention, in order to take advantage of the characteristics of such a magnetic fluid, an ultrafine ferromagnetic material is dispersed in a fluorine-based organic material, in particular, the above-mentioned von Buyan oil, to make an ink.
The solvent used in the magnetic fluid ink in the present invention is an organic fluorine compound, and in particular, fomblin oil, which is a linear perfluoropolyether, has excellent characteristics, and it is a raw liquid that is not diluted with other solvents. It is preferable to use it.
[0013]
Examples of the ferromagnetic substance include ferromagnetic iron oxide (magnetite) powder, magnetic oxides such as manganese ferrite and cobalt ferrite, magnetic metal such as iron and cobalt, and powders such as iron nitride, but are easy to manufacture. From this, magnetite powder is preferable. The particle diameter of the magnetic particles is preferably from 200 nm to 5 nm, particularly preferably from 100 nm to 10 nm. If it is less than 3 nm, the particles may not exhibit magnetism.
[0014]
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a thin-film solar cell pattern according to the present invention. As shown in FIG. 2, the present invention employs a mask film forming method in which a ferrofluid ink pattern is disposed on a substrate at a place where a thin film is not desired to be deposited or a place where the thin film is removed, and then the thin film is grown. Yes.
First, as shown in FIG. 2A, magnetic fluid ink made of a fluorine-based organic material is arranged in a pattern on a substrate 21 such as glass or plastic. The arrangement of the magnetic fluid ink pattern is controlled by a magnetic substrate 20 for patterning disposed on the side opposite to the thin film forming surface of the base material 21 and the magnetic lines of force of the magnetic pattern 20a of the magnetic substrate 20 for patterning. FIG. 2A shows a situation in which a magnetic fluid ink pattern 22a for forming a metal thin layer to be the first electrode is formed on the base material 21.
In the case of magnetic fluids made of fluorine-based organic materials, especially perfluoropolyether, the vapor pressure is very low, so there is no curing due to drying or aggregation of magnetic particles, and it is stable. The same magnetic fluid ink can be used repeatedly.
[0015]
Thereafter, a thin metal layer 23 serving as a first electrode is formed on the entire surface of the base material 21 by selective growth by vapor deposition, CVD, or sputtering (FIG. 2B).
In general, when a fluorine-based organic material is used, a thin film is deposited on the entire substrate including the magnetic fluid ink by sputtering, but no thin film is deposited on the magnetic fluid ink by the CVD method or the vapor deposition method. Therefore, when a thin film is deposited on the entire surface of the substrate by sputtering, it is necessary to selectively remove the thin film portion deposited on the magnetic fluid ink portion together with the magnetic fluid ink to form a pattern. On the other hand, in the case of the CVD method or the vapor deposition method, a thin film is selectively formed avoiding the magnetic fluid ink portion. Therefore, if the magnetic fluid ink is moved, a thin film pattern is formed. Therefore, no special operation such as etching is required. In the case of the present invention, it is preferable to perform selective growth from the viewpoint of repeated use of magnetic fluid, but pattern formation can be facilitated even in the case of selective removal. FIG. 2 illustrates the case of selective growth.
[0016]
When the magnetic fluid ink on the substrate is selectively removed, the fluorine-based organic can be removed by means such as ultrasonic cleaning performed by immersing the base material in a highly fluorinated organic solvent, or dissolution or wiping by applying an organic solvent. Remove material. At this time, a crack portion is generated in the thin film caused by vibration by ultrasonic waves or pressure by wiping, and thereby the organic solvent enters the thin film from the crack portion and removes the fluorine-based organic material. As the highly fluorinated organic solvent, a low molecular product of a fluorine-based organic material can be used.
After cleaning, only the portion directly deposited on the base material of the thin metal layer deposited on the entire surface of the substrate remains in a pattern to form an electrode pattern. Fobrin oil as a fluorinated organic material is soluble in highly fluorinated organic solvents, such as Freon 113, perfluorooctane, and low molecular weight products of Fobrin oil ("Galden" manufactured by AUDIMONT). It is almost incompatible with other water, organic solvents, and fats.
[0017]
Next, the magnetic fluid ink 22b made of a fluorine-based organic material is again arranged in a pattern by the patterning magnetic substrate 20 in a portion other than the electrode pattern, where the amorphous silicon layer is not formed or where the thin film is selectively removed. To do. The change to the magnetic pattern 20b may be performed by rewriting the magnetic recording on the patterning magnetic substrate, or by preparing the patterning magnetic substrate 20 on which a plurality of different magnetic patterns are formed in advance and replacing the substrate. Good. In FIG. 2, the left-pointing arrow means that the patterning magnetic substrate is replaced.
[0018]
Three layers (n-type layer, i-type layer, and p-type layer) of amorphous silicon layer 24 are sequentially deposited on the base material, that is, on the exposed portion of the electrode pattern and base material by CVD or the like (FIG. 2C )). Since the three amorphous silicon layers only have to have substantially the same shape, they can be deposited by one arrangement of the magnetic fluid pattern 22b. In the case of the CVD method, selective growth is performed in which an amorphous silicon layer is not formed on the magnetic fluid pattern. In FIG. 2C, the amorphous silicon layer 24 is illustrated as a single layer, but actually, the three layers are laminated.
[0019]
Various methods are known for the formation of an amorphous silicon layer. The most frequently used method is to introduce a silane gas (SiH 4 ) into a vacuum furnace, apply an electric field, and perform plasma discharge to form an amorphous silicon thin film on the substrate. It is a method of forming. At this time, when no impurity is added to the silane gas, the i-type layer can form a p-type layer when diborane (B 2 H 6 ) is added as an impurity, and an n-type layer when phosphine (PH 3 ) is added. . 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. As a result, the amorphous silicon layer deposited on the portion other than the magnetic fluid pattern 22b made of the fluorine-based organic material remains in a pattern to form an amorphous silicon layer 24 (FIG. 2C).
[0020]
Subsequently, in order to form the second electrode pattern with a transparent conductive film, the magnetic fluid ink pattern 22c is again patterned on the part where the electrode pattern is not formed or the part where it is selectively removed using the patterning magnetic substrate 20. Arrange in a shape. The portion where the magnetic fluid ink is disposed forms an insulating portion between the second electrode patterns. After the transparent conductive film 25 is formed on the entire surface of the amorphous silicon layer and the exposed portion of the base material, the portion where the magnetic fluid ink is disposed (FIG. 2D), in the case of selective growth, In the case of selective removal, the transparent conductive film on the magnetic fluid ink is removed by removing the magnetic fluid ink by means such as ultrasonic cleaning immersed in a highly fluorinated organic solvent, dissolution by application, wiping, etc. A second electrode pattern made of the transparent conductive film 25 is formed on the substrate (FIG. 2E).
Materials used for the transparent conductive film include In 2 O 3 , SnO 2 , In 2 O 2 —SnO 2 (ITO), and TiO 2 , and these can be used for sputtering, electron beam evaporation, resistance heating evaporation, ion plating, etc. Can be formed.
[0021]
Finally, a passivation film 26 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. 2F). As the passivation film material, Si 3 N 4 , SiO 2 or the like is preferably used, but it may be a coating film of a polymer resin such as a transparent fluororesin paint or a fluoride polymer having excellent weather resistance.
[0022]
Various materials other than glass can be used as the base material 21 of the thin film solar cell. 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.
[0023]
In the above processes, all are performed by a pattern forming method in which magnetic fluid ink made of a fluorine-based organic material is disposed, but other pattern forming methods can be used in combination. For example, the pattern formation of the first electrode pattern and the amorphous silicon layer is performed by the pattern formation method of the present invention using magnetic fluid ink, and the formation of the second electrode pattern is performed by a sputtering method or a vapor deposition method using a resist mask. For example. In particular, the vapor deposition method is easy to use together because the film forming pressure is lower than that of the CVD method. It is also free to combine selective growth and film formation by selective removal.
[0024]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a thin-film solar battery cell pattern formed by the forming method of the present invention. The structure or performance of the thin film solar cell according to the forming method of the present invention is not different from that according to the conventional chemical etching pattern forming method. The one shown is a p-i-n type in which two unit cell patterns are joined in series and receive sunlight (arrows) from the transparent conductive film 25 side. A voltage can be obtained. Moreover, it can also be set as a thing of a large current by connecting the unit cell pattern in parallel. Further, the formation order of the amorphous silicon layer 24 can be changed to provide an n.i.p type solar cell. 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.
[0025]
FIG. 4 is a diagram showing an amorphous silicon layer. This portion is a photovoltaic layer, and an n-type amorphous silicon layer 24n, an i-type amorphous silicon layer 24i, and a p-type amorphous silicon layer 24p 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.
[0026]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
(1) <Preparation of magnetic fluid ink>
A magnetic fluid ink was prepared by dispersing 100 g of iron oxide (magnetite powder) having a particle diameter of 20 nm in a stock solution of linear perfluoropolyether [average molecular weight 7250] (“foblinyr 1800” manufactured by Augmont). At this time, 10 g of sodium oleate was added as an additive to improve dispersibility, and the mixture was stirred for 3 hours with red devil.
The obtained magnetic fluid ink had a kinematic viscosity at 20 ° C. of 500 cps, and showed a characteristic of flowing sharply with respect to the magnetic field lines.
[0027]
(2) <Preparation of patterning magnetic substrate>
Magnetic recording was performed on a magnetic tape for audio having a width of 10 cm (“MA (metal tape)” manufactured by TDK Corporation) with a magnetic head. As for the magnetic substrate 20 for patterning, magnetic output is obtained in the region where the respective thin film patterns are not formed for the three types of the lower electrode pattern 20a, the amorphous silicon layer pattern 20b, and the upper transparent electrode pattern 20c on the solar cell substrate side. Formed and prepared.
When the output of this patterning magnetic substrate was measured through a glass substrate having a thickness of 1.1 mm, an output of 80 Gauss was obtained at the magnetic recording portion.
[0028]
(3) <Formation of first electrode pattern>
A clean transparent glass substrate (Corning “# 1737”) thickness: 1.1 mm, size 10 cm □ was prepared, and the magnetic fluid ink 22 prepared in the above (1) was applied onto the substrate 21 using a roll coater. And applied. The coating amount is such that the magnetic fluid ink film 22a having a thickness of about 100 μm is formed in the area of the average value [about 10 cm 2 ] of the area of the lower electrode pattern, the amorphous silicon layer pattern, and the thin film pattern non-formation area of the upper electrode pattern. In such a manner, a pre-calculated amount [about 0.1 cm 3 ] was applied.
Next, when the patterning magnetic substrate 20 for the first electrode pattern prepared in (2) was brought into close contact with the back surface of the transparent glass substrate 21, the magnetic fluid ink flowed according to the magnetic pattern to form a pattern.
[0029]
After the magnetic fluid ink pattern is formed, the base material 21 is introduced into the sputtering apparatus with the magnetic substrate for patterning in close contact, and a film is formed using Cr as a target (FIG. 2B). Then, a Cr thin film 23 was selectively grown.
The sputtering conditions are as follows.
(Sputtering conditions)
Target: Cr (Purity: 99.99%)
Deposition temperature: 350 ° C
Deposition pressure: 5 mTorr
DC power: 2.5kW
Ar flow rate: 100scm
Deposition rate: 20cm / sec
Film thickness: 50nm
[0030]
(4) <Amorphous silicon layer formation>
When the patterning magnetic substrate 20 arranged on the back surface of the cell base material is switched to the amorphous silicon layer pattern 20b, the magnetic fluid ink 22 is dragged along with the movement of the magnetic pattern to form a new pattern 22b.
The same magnetic fluid ink pattern was used, and three amorphous silicon layers 24 were selectively deposited on portions other than the magnetic fluid ink pattern.
[0031]
Subsequently, the base material was introduced into a vacuum reactor, and an amorphous silicon layer 24 was formed by a CVD method (FIG. 2C). 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.
[0032]
Each film forming condition is as follows.
(1) (P-doped a-Si: H (n layer) film forming conditions)
Deposition temperature: 300 ° C
a-Si: H / H 2 / PH 3 flow rate = 10/30/10 sccm
Deposition pressure: 50 mTorr
RF power: 50W
Deposition rate: 10cm / sec
Film thickness: 500mm
(2) (a-Si: H (i layer) film forming conditions)
Deposition temperature: 300 ° C
a-Si: H / H 2 flow rate = 10/50 sccm
Deposition pressure: 50 mTorr
RF power: 50W
Deposition rate: 10cm / sec
Film thickness: 3000mm
(3) (B 2 H 6 doped a-Si: H (p layer) film forming conditions)
Deposition temperature: 300 ° C
a-Si: H / H 2 flow rate / B 2 H 6 = 10/30/5 sccm
Deposition pressure: 50 mTorr
RF power: 50W
Deposition rate: 10cm / sec
Film thickness: 300mm
[0033]
(5) <Transparent electrode pattern formation>
When the patterning magnetic substrate 20 disposed on the back surface of the cell base material is switched to the transparent electrode pattern 20c, the magnetic fluid ink 22 is dragged along with the movement of the magnetic pattern to form a new magnetic fluid ink pattern 22c. .
[0034]
A transparent conductive layer 25 made of ITO was formed on the portion other than the magnetic fluid ink pattern 22c (including the exposed portion of the base material) by the reactive sputtering method under the following conditions (FIG. 2D).
(Sputtering conditions)
Target: In 2 O 3 —SnO 2 sintered target (SnO 2 : 10 wt%)
Deposition temperature: 250 ° C
Deposition pressure: 5 mTorr
DC power: 2.0kW
Ar / O 2 flow rate: 100/3 sccm
Deposition rate: 10cm / sec
Film thickness: 1000mm
[0035]
The base material after film formation was dipped in a foblin remover (Audimont “Galden”) and washed with an ultrasonic cleaner (output 100 W, 39 KHz, 3 minutes) to be applied onto the base material. The magnetic fluid ink 22c was dissolved and removed, and only the transparent conductive film layer formed on the base glass and the amorphous silicon layer remained to form the upper electrode (FIG. 2E). In addition, since the transparent conductive film 25 and the first electrode 23 are connected at a portion indicated by “=” in FIG. 2G, a single cell is formed in a continuous cell joined in series. Become.
[0036]
<6><Formation of Passivation Film>
Finally, an SN X film was formed as a passivation film 26 by a vacuum film forming method using CVD, thereby completing a thin film solar cell (FIG. 2F). Since the passivation film 26 is formed on the entire surface, the magnetic fluid ink 22 was not used. The film forming conditions are as follows.
(SN X film formation conditions)
Deposition temperature: 250 ° C
a-Si: H / N 2 flow rate / NH 3 = 30/500/50 sccm
Deposition pressure: 30 mTorr
RF power: 250W
Deposition rate: 25kg / sec
Film thickness: 500mm
[0037]
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%.
[0038]
【The invention's effect】
Since the method for forming a thin-film solar battery pattern of the present invention uses magnetic fluid ink, it is possible to easily form a thin film by repeatedly using several types of mask patterns. In particular, when a thin film is selectively grown while avoiding the magnetic fluid portion, the cell pattern can be formed because the magnetic fluid pattern formation and thin film pattern formation operations can be repeated in the same or continuous vacuum apparatus. This can be done efficiently, and the capital investment, production cost, and yield can be improved, and the cost of solar cells can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a thin film solar cell pattern manufacturing process according to a conventional method.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a thin-film photovoltaic cell pattern according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a thin-film photovoltaic cell pattern formed by the forming method of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an amorphous silicon layer.
FIG. 5 shows the chemical structure of foblin oil.
[Explanation of symbols]
11, 21 Base material 12, 23 Metal electrode layer 13 Resist film 14, 24 Amorphous silicon layer 15, 25 Transparent conductive film 16, 26 Passivation film 20 Magnetic substrate for patterning 20a, 20b, 20c Magnetic pattern 22 Magnetic fluid ink 22a, 22b 22c Magnetic fluid ink pattern

Claims (8)

基材の一方の面に、第1の電極用薄膜、アモルファスシリコン薄膜、および第2の電極用薄膜を順次、成膜してなる太陽電池セルパターンの形成方法であって、
基材と基材上に成膜された薄膜との両方あるいはいずれかの一方の上に、真空中で磁性流体インキを使用してパターンを形成した後、当該磁性流体インキのない部分に最初または次の薄膜パターンを形成する成膜工程をすくなくとも1つ有することを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。
A method for forming a solar cell pattern, in which a first electrode thin film, an amorphous silicon thin film, and a second electrode thin film are sequentially formed on one surface of a substrate,
After forming a pattern using a ferrofluid ink in a vacuum on a substrate and / or a thin film formed on the substrate, the first or A method for forming a thin-film photovoltaic cell pattern, comprising at least one film-forming step for forming the next thin-film pattern .
基材の薄膜形成面と反対面側に、磁気的にパターンが記録されたパターニング用磁気基板を配置することで、基材の薄膜形成面側に、当該磁気基板の磁気パターンに従った磁性流体インキのパターンを形成することを特徴とする請求項1記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。 On the opposite side with a thin film forming surface of the substrate, by disposing the magnetic substrate patterning magnetically pattern is recorded, the film forming surface of the substrate, the magnetic fluid according to the magnetic pattern of the magnetic substrate 2. The method for forming a thin-film solar cell pattern according to claim 1 , wherein an ink pattern is formed . 薄膜を磁性流体インキのない部分に選択的に成長させることにより、薄膜パターンを形成することで、
第1の電極用薄膜、アモルファスシリコン薄膜、および第2の電極用薄膜の成膜工程を、真空中で連続して行うことを特徴とする請求項1および請求項2記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。
By selectively growing the thin film on the part without the magnetic fluid ink, by forming the thin film pattern,
3. The thin film solar cell pattern according to claim 1, wherein the first electrode thin film, the amorphous silicon thin film, and the second electrode thin film are continuously formed in a vacuum. Forming method.
薄膜を磁性流体インキのない部分も含む全面に成長させた後、薄膜の不用部分を磁性流体インキとともに洗浄して選択的に除去することにより、薄膜パターンを形成することを特徴とする請求項1および請求項2記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。After a thin film is grown on the entire surface including even part without magnetic fluid ink, by selectively removing the unnecessary portion of the thin film was washed with magnetic fluid ink, according to claim 1, characterized in that to form a thin film pattern And a method for forming a thin-film photovoltaic cell pattern according to claim 2 . 磁性流体インキがフッ素系有機材料に強磁性微粒子を分散したものであることを特徴とする請求項1から請求項4記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。  5. The method for forming a thin-film solar cell pattern according to claim 1, wherein the magnetic fluid ink is obtained by dispersing ferromagnetic fine particles in a fluorine-based organic material. フッ素系有機材料が、側鎖型または直鎖型のパーフルオロポリエーテルであることを特徴とする請求項5記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。  6. The method for forming a thin-film solar cell pattern according to claim 5, wherein the fluorine-based organic material is a side chain type or a linear type perfluoropolyether. パターニング用磁気基板の磁気記録内容を変更すること、または磁気記録内容が異なるパターニング用磁気基板に交換することにより磁性流体インキパターンを変えることを特徴とする請求項2記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。3. The thin film solar cell according to claim 2, wherein the pattern of the magnetic fluid ink is changed by changing the magnetic recording contents of the patterning magnetic substrate or by replacing the magnetic recording contents with a different patterning magnetic substrate. Pattern formation method. 洗浄を低分子の高フッ化有機溶媒を用いて行うことを特徴とする請求項4記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。5. The method for forming a thin-film solar cell pattern according to claim 4, wherein the cleaning is performed using a low-molecular high-fluorination organic solvent.
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