JP4194728B2 - 集積型薄膜太陽電池 - Google Patents
集積型薄膜太陽電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4194728B2 JP4194728B2 JP2000015737A JP2000015737A JP4194728B2 JP 4194728 B2 JP4194728 B2 JP 4194728B2 JP 2000015737 A JP2000015737 A JP 2000015737A JP 2000015737 A JP2000015737 A JP 2000015737A JP 4194728 B2 JP4194728 B2 JP 4194728B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode layer
- solar cell
- film solar
- integrated thin
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、同一基板上に複数の発電領域を直列に接続して成る集積型薄膜太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、薄膜太陽電池は、ガラス等の透光性の基板を使用したものと、金属基板等の非透光性の基板を使用したものとに大別される。また、別の視点から見れば、表面絶縁層を形成した金属基板やガラス等の絶縁表面を有する基板を使用したものと、ステンレスやアルミニウム等の金属基板のごとく導電表面を有する基板を使用したものとに分けられる。このうち、基板が絶縁表面を有する場合は、単一基板上に複数の光起電力素子を直列に接続することによって所望の光起電力を得る所謂集積化と呼ばれる加工が施される場合が多い。
【０００３】
上記絶縁表面を有する基板上に形成される薄膜太陽電池は、下部電極層,光電変換層および上部電極層を順次積層して形成されるのであるが、これを集積化するためには、各層形成時に夫々の層をパターニングする工程が必要となる。
【０００４】
また、光入射側である上部電極層としては、一般に酸化物透明導電膜が用いられる。ところが、この酸化物透明導電膜の抵抗に起因する直列抵抗によって太陽電池の電力損失が生じ、太陽電池電流‐電圧特性における曲線因子(Ｆ.Ｆ.)が低下してしまう。そこで、上述のような直列抵抗損失を抑えるために、単位セル内で電流の流れる距離を短くする(つまり集積化)を行なう必要がある。
【０００５】
上記集積化のためのパターニング工程には、マスク蒸着法,フォトエッチング法およびレーザ・スクライブ法等が使用されるが、コスト上,工程上,得られる太陽電池の出力上の何れの点においてもレーザ・スクライブ法が他の方法より優れているために、レーザ・スクライブ法が重点的に開発されている。
【０００６】
従来、上記レーザ・スクライブ法を用いて絶縁表面を有する基板上に集積化された薄膜太陽電池を作製する方法として、図７〜図９に示すような方法がある。この方法においては、先ず、図９(a)および図９(b)に示すように、基板１上に下部電極層２を形成する。そして、図９(c)に示すように、下部電極層２にレーザ光３を照射するレーザ・スクライブ方法によって、下部電極層２を第１のパターニングライン４で短冊状に絶縁分離する。
【０００７】
次に、図９(d)に示すように、非晶質半導体で代表される光電変換層５を積層する。そうした後に、図９(e)に示すように、第１のパターニングライン４に平行な第２のパターニングライン６の位置にレーザ光７を照射して、下地の下部電極層２を損傷することなく光電変換層５のみを選択的に除去する。
【０００８】
次に、図９(f)示すように、上部電極層８を積層する。そして、図９(g)示すように、第２のパターニングライン６に平行であって、第２のパターニングライン６に関して第１のパターニングライン４とは反対側に位置する第３のパターニングライン９の位置にレーザ光１０を照射して、下地の光電変換層５および下部電極層２を損傷することなく、上部電極層８のみを選択的に分割除去する。こうして、図７に示すような断面構造および図８に示すような平面形状の下部電極層２を有する集積型薄膜太陽電池が形成されるのである。
【０００９】
ところが、上述の方法の場合には、上記上部電極層８の分割工程の際に下地の光電変換層５にダメージを与え易く、そのために分割不良が生じて太陽電池特性の低下を招くという問題がある。
【００１０】
そこで、上述の問題を解決するために、特開平２‐２６４４８０号公報においては、上部電極層８を第３のパターニングライン９の位置でレーザ光によって除去するに先立って、下地の下部電極層２における第３のパターニングライン９に対応する位置を、両端部のみを残して除去するようにしている。こうすることによって、後に第３のパターニングライン９の位置で上部電極層８を分割する際に光電変換層５へのダメージがなく、この光電変換層５へのダメージによって分割不良が生じないのである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図９に示す従来のレーザ・スクライブ法を用いた集積型薄膜太陽電池の製造方法、および、特開平２‐２６４４８０号公報に開示された集積型太陽電池の製造方法には、以下のような問題がある。
【００１２】
先ず、上記図９に示す集積型薄膜太陽電池の製造方法においては、上述した３段階のパターニング工程のうち、上部電極層８のみを選択的に除去する第３のパターニングは、上部電極層８を短冊状に絶縁分離して単位セル毎に分割するために施されるものである。したがって、複数の光起電力素子を直列に形成する集積化の工程において第３のパターニング加工が不完全であると、最終的に得られる太陽電池の発電領域内部に生じる漏れ電流によって曲線因子(Ｆ.Ｆ.)が低下し、結果として太陽電池出力の低下を招くことになる。
【００１３】
従来、この第３のパターニングには、図９に示すようにレーザ・スクライブ法を用いる他に、マスク蒸着法やエッチング法が多く用いられている。
【００１４】
上記レーザ・スクライブ法においては、上記上部電極層８を成膜した後に、加工対象物を載せたステージを走査しながらレーザ光１０を照射し、上部電極層８を熱的または分子的に蒸発させて選択除去する。尚、その場合、加工対象物を載せたステージを固定してレーザ光１０を走査してもよいし、両者を併用してもよい。
【００１５】
しかしながら、その場合、下地の光電変換層５や下部電極層２を損傷すると、隣接セル間が下部電極層２まで完全に絶縁分離されてしまって、複数の光起電力素子が直列に接続されていない状態になる。または、直列抵抗損失を生じてしまう場合もある。さらには、下地の光電変換層５や下部電極層２を損傷しない場合であっても、光電変換層５にレーザ光１０に起因する熱的な影響が及んで低抵抗化することによって隣接セル間の絶縁分離が不完全なものとなり、漏れ電流が生じて太陽電池特性の低下を招くこともある。
【００１６】
一方、上記マスク蒸着法においては、成膜時に基板とマスクを密着させる必要があり、そのために光電変換層を損傷して漏れ電流を生じたり、太陽電池モジュールの大面積化が困難であると言う問題がある。さらに、上記マスクの位置決め精度が、レーザ・スクライブ法におけるレーザ加工に比べて低く、分離溝幅が太くなる。そのために、実際の発電には寄与しない(すなわち、発電有効面積の損失となる)直列接続部の面積を増大させる原因となる。
【００１７】
また、上記エッチング法においては、上記上部電極層を成膜した後に、スクリーン印刷等によってエッチングレジストをパターニング印刷し、エッチング液によって上部電極層を溶解除去してパターニングを行なう。この方法においては、上記印刷における位置決め精度がレーザ加工の場合に比べて低く、分離溝幅が太くなる。そのために、上記マスク蒸着法の場合と同様に、損失面積の増大を招くと共に、集積型薄膜太陽電池を大面積化する場合、安定した品質でのパターニング印刷が困難であるという問題がある。また、上記上部電極層は光入射側に在るために、太陽電池で用いられるような可視光領域の透過率の高いエッチングレジストを用いるか、あるいは、エッチング後にレジストを除去する必要がある。しかしながら、何れにしても太陽電池への入射光損失を招き、太陽電池特性を低下させる。それと同時に、一般に有機溶剤を溶媒として用いるレジスト液の取り扱いやエッチング液の処理等が必要であり、工業的に大量生産する場合には生産コストの増大を招き、環境への影響も懸念される等の問題もある。
【００１８】
何れにせよ、上記上部電極層８上からレーザ光１０を照射して上部電極層８を選択的に除去するレーザ・スクライブ法や、成膜時にマスクを用いて上部電極層のパターニングを行なうマスク蒸着法や、エッチングレジストをパターニング印刷した後に上部電極層のエッチング処理を行なうエッチング法においては、再現性よく良好な加工を行なうことが難しく、工業的に大量生産する場合には、歩留りの低下や生産コストの増大を招く恐れがあるのである。
【００１９】
また、上記特開平２‐２６４４８０号公報に開示された集積型太陽電池の製造方法においては、上部電極層８をレーザ光１０によって除去するに先立って、下地の下部電極層２における第３のパターニングライン９に対応する位置を、両端部のみを残して除去するようにしている。その場合に、予め下地の下部電極層２を除去する方法としてレーザ・スクライブ法を用いる場合には、レーザ光によって幅広の加工を行なう際に複数回数の走査を必要とするために、製造タクトの大幅な低下を招くという問題がある。また、マスク蒸着法を用いる場合には、位置決め精度の低さ等の理由によって、非発電部面積の増大を招く等の問題がある。
【００２０】
そこで、この発明の目的は、上部電極層の分離加工を高歩留りで高速に行うことができる集積型薄膜太陽電池を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、絶縁表面を有する基板上に順次積層された下部電極層,光電変換層および上部電極層をパターニング加工して形成された複数の発電領域が,上記基板上において直列に接続されて成る集積型薄膜太陽電池において、互いに隣接する発電領域間で上記上部電極層を電気的に分離するパターニングラインの直下における上記下部電極層の部分に、周囲の下部電極層とは電気的に分離された絶縁分離領域を設けたことを特徴としている。
【００２２】
上記構成によれば、上部電極層を電気的に分離するパターニングラインの直下における下部電極層に、周辺と電気的に絶縁された絶縁分離領域が設けられている。したがって、上部電極層におけるパターニングラインに沿って上部電極層を絶縁分離する際の光電変換層に対するダメージは、上記絶縁分離領域の上部領域内に生ずることになり、上記発電領域として機能する部分には生じないことになる。その結果、従来のごとく上記光電変換層や下部電極層を損傷しないように慎重にレーザ光を操作する必要もなくなる。つまり、高歩留りで高速な加工を行うことが可能になるのである。
【００２３】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記上部電極層分離用のパターニングラインに沿って、上記上部電極層,光電変換層および下部電極層を貫通する分離溝を設けることが望ましい。
【００２４】
上記構成によれば、上記上部電極層を絶縁分離する際には、上記上部電極層,光電変換層および下部電極層を一括して溝状に除去すればよい。したがって、従来のごとく上記上部電極層のみを絶縁分離する場合に比して、再現性に優れた良好な特性の集積型薄膜太陽電池が得られる。
【００２５】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記分離溝を、下部電極層の絶縁分離領域内を通過して設けることが望ましい。
【００２６】
上記構成によれば、上記分離溝をレーザ光によって形成する場合、レーザ光の照射による加工溝周縁部への熱的な影響等が、上記絶縁分離領域内および上記絶縁分離領域の上部領域内に確実に制限される。その結果、上記熱的な影響等よる分離不良が防止されて、特性および歩留の向上が図られる。
【００２７】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記下部電極層の絶縁分離領域を、閉ループ状の絶縁線で囲まれた領域と成すことが望ましい。
【００２８】
上記構成によれば、上記絶縁分離領域をレーザ光で形成する場合は、レーザ光を１周させて閉曲線を描くだけでよい。したがって、ある幅を有する上記絶縁分離領域が、レーザ光を複数回の走査して上記下部電極層を除去して形成される場合に比して容易に形成される。こうして、全体としてレーザ光の走査回数が飛躍的に減少されて、加工時間の大幅な短縮が図られる。ここで、上記「閉ループ状の絶縁線」とは、閉ループの内側と外側とを電気的に絶縁するために閉ループ状に配設された絶縁性を有する線の概念である。
【００２９】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記分離溝の長さを、上記絶縁分離領域における上記パターニングラインの延在方向への長さよりも長くすることが望ましい。
【００３０】
上記構成によれば、上記分離溝の長さが上記絶縁分離領域よりも長いために、上記分離溝の両端部は上記絶縁分離領域の両端から突出することなる。したがって、上記分離溝をレーザ光で形成する場合に、レーザ加工精度にずれがあったとしても上記絶縁分離領域内において確実に絶縁分離が行われる。
【００３１】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記絶縁分離領域における上記パターニングラインの延在方向と直交する方向への幅を、１００μm以上且つ１mm以下にすることが望ましい。
【００３２】
上記構成によれば、上記絶縁分離領域の幅が１００μm以上であるため、隣接する発電領域間が良好に絶縁分離される。また、１mm以下であるため、非発電領域が実用上問題が無い程度の面積に抑えられる。
【００３３】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記パターニングラインの間隔を１５mm以下にすることが望ましい。
【００３４】
上記構成によれば、上記上部電極層のパターニングラインの間隔が１５mm以下であるため、透明導電膜で構成される上記上部電極層による抵抗損失が、実用上問題が無い程度に抑えられる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。尚、以下、非透光性基板上に作製した集積型薄膜太陽電池を例に説明するが、透光性基板上に作製した集積型薄膜太陽電池にも同様に適用できるものである。
【００３６】
＜第１実施の形態＞
図１は、本実施の形態の集積型薄膜太陽電池における縦断面図(図１(a))および上面透視図(図１(b))である。また、図２は、図１における下部電極層１２のパターニング形状を示す。また、図３は、図１に示す集積型薄膜太陽電池の製造プロセスを示す縦断面図である。以下、図１,図２および図３に基づいて、本実施の形態における集積型薄膜太陽電池について詳細に説明する。
【００３７】
本実施の形態においては、絶縁表面を有する不透光性基板として、例えばボリイミドを主成分とする高分子樹脂等の耐熱性を有する高分子樹脂を表面にコーティングしたステンレス基板１１を用いる。そして、図３(b)に示すように、基板１１の片面に、スパッタリング法によって、下部電極層１２として、Ａg,ＺnＯ等を連続して積層する。その場合、成膜手段はスパッタリング法のみに限られるものではなく、例えば蒸着法等によっても差し支えない。
【００３８】
次に、図３(c)に示すように、レーザ光１３を用いたレーザ・スクライブ法によって、下部電極層１２に分割溝１４を形成して短冊状のユニットセルに絶縁分割する(第１のパターニング)。さらに、図３(d)に示すように、下部電極層１２における後に上部電極層に対して分離溝を加工する位置の直下に矩形溝１５(図２参照)を形成し、矩形溝１５で囲まれて周辺と電気的に絶縁された矩形の絶縁分離領域を形成する。本実施形態においては、分割溝１４の幅を５０μmとする一方、その間隔を１０mmとする。また、矩形溝１５の幅を５０μmとする一方、その間隔(絶縁分離領域幅)を３００μmとしている。尚、レーザ光１３としては、Ｑスイッチドライブを用いた連続発振Ｎd:ＹＡＧレーザの第２高調波(ＳＨＧ：波長λ＝５３２nm)を使用した。
【００３９】
ここで、上記分割溝１４および矩形溝１５の形成は、照射レーザ光１３を上記絶縁分離領域の幅方向へ所定距離だけ移動する毎にオン/オフすることによって行う。本実施の形態においては、レーザ加工装置の光路中に高速メカニカルシャッタを設け、照射レーザ光１３の移動距離に応じて上記高速メカニカルシャッタを開閉することによって照射レーザ光１３のオン/オフを行なった。尚、照射レーザ光１３のオン/オフ制御は他の方法によって行うことも可能であり、例えばレーザ光路中に電気光学効果を利用した高速シャッタを設ける方法や、レーザ発振器のＱスイッチ制御信号を照射レーザ光の移動距離に応じて制御する方法等がある。
【００４０】
次に、図３(e)に示すように、光電変換層１６として、非晶質半導体薄膜や微結晶半導体薄膜等をプラズマＣＶＤ(化学蒸着)等の手段によって積層する。さらに、図３(f)に示すように、第１パターニングライン１４に平行であって近接した位置(第２パターニングライン)に、光電変換層１６上からレーザ光１７を照射して光電変換層１６を選択除去する。こうして、後に形成する上部電極層と下部電極層１２とを電気的に接続するための加工溝１８を形成する(第２のパターニング)。ここで、光電変換層１６として用いる半導体薄膜としては、水素化非晶質シリコンで代表されるシリコン系半導体や化合物半導体を用いる。
【００４１】
次に、図３(g)に示すように、上記上部電極層１９としてＩＴＯ(インジュウム錫酸化物)をスパッタリング法等によって成膜する。尚、上部電極層１９の成膜は、下部電極層１２の場合と同様に、蒸着法等の他の手段によって行っても差し支えない。但し、上部電極層１９の成膜領域は、図１(b)に示すように、光電変換層１６の領域よりも狭くする。こうして、上部電極層１９と下部電極層１２とが、加工溝１８以外の個所で直接に接触することを防止するのである。
【００４２】
次に、図３(h)に示すように、上記下部電極層１２における絶縁分離領域の幅方向中間部における第１パターニングライン１４に平行な位置(第３パターニングライン)に、上部電極層１９上からレーザ光２０を照射することによって、上部電極層１９,光電変換層１６および下部電極層１２を一括して除去し、上部電極層１９を絶縁分離するための分離溝２１を５０μm幅で形成する(第３のパターニング)。
【００４３】
その場合、図１(b)に示すように、上記分離溝２１の両端部を、下部電極層１２の矩形溝１５の両端よりも、発電有効領域外側に１００μmずつ突出させる。こうすることによって、レーザ加工装置の加工精度のずれによる加工不良を防止するのである。
【００４４】
以上の手順によって、図１(a)に示すような断面構造および図１(b)に示すような各層の平面形状を有する集積型薄膜太陽電池が形成される。尚、図１(b)から容易に分かるように、光電変換層１６の幅は下部電極層１２の幅よりも狭く、光電変換層１６の側端が矩形溝１５の両端に掛かるようにしている。したがって、分離溝２１によって発電有効領域が完全に分離される。その際に、分離溝２１の両端部は矩形溝１５の両端よりも突出しているので、レーザ加工精度にずれがあっても、矩形溝１５内で発電有効領域が完全に分離されるのである。また、上記上部電極層１９の側端は、光電変換層１６の側端の内側に位置している。したがって、上部電極層４と下部電極層２とが加工溝１８以外の個所で接触することはないのである。
【００４５】
本実施の形態によって形成した有効発電寸法３００mm×３００mmの集積型薄膜太陽電池の出力特性は、ＡＭ１.５(１００mＷ/cm2)において、曲線因子＝０.６６，最大出力＝８.３Ｗであった。
【００４６】
上述のように、本実施の形態においては、上記レーザ光１３を用いたレーザ・スクライブ法によって、下部電極層１２に分割溝１４を形成して短冊状のユニットセルに絶縁分割する際に、後に上部電極層１９を絶縁分離するための分離溝２１を形成する位置の直下に矩形溝１５を形成して、周辺と電気的に絶縁された絶縁分離領域を形成する。そして、上部電極層１９に分離溝２１を形成する場合には、下部電極層１２における上記絶縁分離領域の幅方向中間部で、レーザ光２０によって、上部電極層１９,光電変換層１６および下部電極層１２を一括して除去するようにしている。
【００４７】
このように、上記下部電極層１２に矩形溝１５によって周辺と電気的に絶縁された絶縁分離領域を形成するので、分離溝２１を上記絶縁分離領域内に形成することによって、加工ダメージの発生を絶縁分離領域内および絶縁分離領域の上部領域内に止めることができ、下地の光電変換層１６における上記発電領域として機能する部分にダメージを与えることはない。したがって、従来のごとく光電変換層１６や下部電極層１２を損傷しないように慎重にレーザ光２０を操作する必要もなく、高歩留りで高速な加工を行うことができる。さらに、レーザ光２０の照射による上記絶縁分離領域の周辺部への熱的な影響等による分離不良を防止でき、特性を向上することができる。すなわち、高効率な集積型薄膜太陽電池を、低コストで作製することができるのである。
【００４８】
また、上記分離溝２１を形成する場合は、レーザ光２０によって、上部電極層１９,光電変換層１６及び下部電極層１２を一括して除去するようにしている。したがって、従来のごとく上部電極層１９のみを絶縁分離する場合に比して、再現性に優れた良好な特性の集積型薄膜太陽電池を得ることができる。
【００４９】
また、上記絶縁分離領域を矩形溝１５によって矩形状に成しているので、レーザ光の複数回の走査を行った場合と同等以上の幅を有する上記絶縁分離領域を、レーザ光２０を１周させて矩形溝１５を形成するだけで容易に加工することができる。したがって、全体としてレーザ光の走査回数を飛躍的に減少させることができ、加工時間の大幅な短縮を図ることができるのである。
【００５０】
尚、上記分割溝１４の間隔(本実施の形態においては１０mm)は、広くした場合には、上部電極層１９としての透明導電膜(ＩＴＯ)の抵抗が金属の抵抗に比べて高いために抵抗損失が増大することになる。したがって、１５mm以下にすることが望ましい。さらには、上記絶縁分離領域幅(本実施形態においては３００μm)は、狭い場合には、レーザ光１３を照射したことによる上記絶縁分離領域の周辺部への熱的影響等のために上部電極層１９の電気的分離が不十分なものとなる。また、逆に広い場合には、非発電領域である集積加工部分の面積が増大して太陽電池特性の低下を招くことになる。したがって、１００μm以上且つ１mm以下にすることが望ましい。
【００５１】
＜第２実施の形態＞
図４は、本実施の形態の集積型薄膜太陽電池における縦断面図である。また、図５は、図４における下部電極層３２のパターニング形状を示す。また、図６は図４に示す集積型薄膜太陽電池の製造プロセスを示す縦断面図である。以下、図４,図５および図６に基づいて、本実施の形態における集積型薄膜太陽電池について詳細に説明する。
【００５２】
本実施の形態においては、絶縁表面を有する不透光性基板として、陽極酸化によって表面をアルマイトでコーティングしたアルミニウム基板３１を用いる。そして、図６(b)に示すように、基板３１の片面に、スパッタリング法によって、下部電極層３２として、Ａg,Ａl,ＺnＯ等を連続して積層する。
【００５３】
次に、図６(c)に示すように、レーザ光３３を用いたレーザ・スクライブ法によって、下部電極層３２に分割溝３４を形成して、短冊状のユニットセルに絶縁分割する(第１のパターニング)。さらに、上記第１実施の形態の場合と同様に、図６(d)に示すように、下部電極層３２における後に上部電極層に対して分離溝を加工する位置の直下に矩形溝３５(図５参照)を形成して、周辺と電気的に絶縁された絶縁分離領域を形成する。
【００５４】
次に、図６(e)および図６(f)に示すように、光電変換層３６および上部電極層３７を連続して成膜する。そして、図６(g)に示すように、第１パターニングライン３４に平行であって近接した位置(第２パターニングライン３８)に、上部電極層３７上からレーザ光３９を照射して上部電極層３７と下部電極層３２とを電気的に接続する(第２のパターニング)。
【００５５】
次に、図６(h)に示すように、上記第１実施の形態の場合と同様に、下部電極層３２における上記絶縁分離領域の幅方向中間部における第１パターニングライン３４に平行な位置(第３パターニングライン)に、上部電極層３７上からレーザ光４０を照射することによって、上部電極層３７,光電変換層３６および下部電極層３２を一括して除去し、上部電極層３７を絶縁分離するための分離溝４１を形成する(第３のパターニング)。
【００５６】
本実施の形態によって形成した有効発電寸法３００mm×３００mmの集積型薄膜太陽電池の出力特性は、ＡＭ１.５(１００mＷ/cm2)において、曲線因子＝０.６４，最大出力＝８.２Ｗであった。
【００５７】
尚、上記第２のパターニングおよび第３のパターニングの順序は上記に限るものではなく、逆に上部電極層３７の絶縁分離加工(第３のパターニング)を行なった後に、上部電極層３７と下部電極層３２の電気的接続加工(第２のパターニング)を行なってもよい。あるいは、単一のレーザ加工装置に２系統の光路を設けることによって、上記第２のパターニングと第３のパターニングを同時に行なってもよい。さらには、上記第２のパターニングと第３のパターニングを、異なる波長のレーザ光線で同時に行なうことも可能である。
【００５８】
上記各実施の形態においては、不透光性基板上に作製した集積型薄膜太陽電池について説明した。しかしながら、この発明は、ガラス等の透光性基板上に作製した集積型薄膜太陽電池に関しても適用できる。その場合には、上記下部電極層として、酸化物透明導電体膜あるいはそれらの積層膜を用いる。また、上記上部電極層として、反射金属電極膜あるいはそれらと酸化物透明導電体膜との積層膜を用いる。そして、上記透光性基板側(つまり、上記下部電極層側)を光入射側とすればよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の集積型薄膜太陽電池は、互いに隣接する発電領域間で上部電極層を電気的に分離するパターニングラインの直下における下部電極層の部分に、周囲とは電気的に分離された絶縁分離領域を設けたので、上記パターニングラインに沿って上部電極層を絶縁分離する際に生ずる光電変換層に対するダメージを上記絶縁分離領域の上部領域内に制限し、上記発電領域として機能する部分には及ばないようにすることが可能になる。したがって、従来のごとく上記光電変換層や下部電極層を損傷しないように慎重にレーザ光を操作する必要もなくなる。すなわち、この発明によれば、上記上部電極の絶縁分離加工を高歩留りで高速に行うことが可能になるのである。
【００６０】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記上部電極層分離用のパターニングラインに沿って、上記上部電極層,光電変換層および下部電極層を貫通する分離溝を設ければ、上記上部電極層,光電変換層および下部電極層を一括して溝状に除去することによって上記上部電極層を絶縁分離できる。その場合に、加工ダメージは上記光電変換層における上記発電領域として機能する部分には及ばないようにすることが可能になる。したがって、従来のごとく上記上部電極層のみを絶縁分離する場合に比して、再現性に優れた良好な特性の集積型薄膜太陽電池を得ることができる。
【００６１】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記分離溝を上記絶縁分離領域内を通過して設ければ、上記分離溝をレーザ光によって形成する場合に、加工溝周縁部への熱的な影響等を上記絶縁分離領域内および上記絶縁分離領域の上部領域内に確実に制限できる。したがって、上記熱的な影響等よる分離不良を防止して、特性および歩留の向上を図ることができる。
【００６２】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記下部電極層の絶縁分離領域を閉ループ状の絶縁線で囲まれた領域とすれば、上記絶縁分離領域をレーザ光で形成する場合は、レーザ光を１周させて閉曲線を描くだけでよい。したがって、ある幅を有する絶縁分離領域を、レーザ光を複数回の走査して上記下部電極層を除去して形成する場合に比して容易に形成できる。すなわち、この発明によれば、全体としてレーザ光の走査回数を飛躍的に減少して、加工時間の大幅な短縮を図ることができるのである。
【００６３】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記分離溝の長さを上記絶縁分離領域における上記パターニングラインの延在方向への長さよりも長くすれば、上記分離溝の両端部を上記絶縁分離領域の両端から突出させることができる。したがって、上記分離溝をレーザ光で形成する場合に、レーザ加工精度にずれがあっても上記絶縁分離領域内において確実に絶縁分離を行うことができる。すなわち、この発明によれば、レーザ加工装置の加工精度や位置再現性によらずに、安定した加工を行うことができる。
【００６４】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記絶縁分離領域における上記パターニングラインの延在方向と直交する方向への幅を１００μm以上且つ１mm以下にすれば、隣接する発電領域間を良好に絶縁分離でき、且つ、非発電領域の面積を実用上問題が無い程度に抑えることができる。
【００６５】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記パターニングラインの間隔を１５mm以下にすれば、透明導電膜で構成される上記上部電極層による抵抗損失を実用上問題が無い程度に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の集積型薄膜太陽電池における縦断面図および上面透視図である。
【図２】 図１における下部電極層のパターニング形状を示す図である。
【図３】 図１に示す集積型薄膜太陽電池の製造プロセスを示す縦断面図である。
【図４】 図１とは異なる集積型薄膜太陽電池における縦断面図である。
【図５】 図４における下部電極層のパターニング形状を示す図である。
【図６】 図４に示す集積型薄膜太陽電池の製造プロセスを示す縦断面図である。
【図７】 従来の集積型薄膜太陽電池における縦断面図である。
【図８】 図７における下部電極層のパターニング形状を示す図である。
【図９】 図７に示す集積型薄膜太陽電池の製造プロセスを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１,３１…基板、
１２,３２…下部電極層、 １４,３４…分割溝、
１５,３５…矩形溝、 １６,３６…光電変換層、
１８…加工溝、 １９,３７…上部電極層、
２１,４１…分離溝、
３８…第２パターニングライン(上部電極層/下部電極層接続ライン)。
【発明の属する技術分野】
この発明は、同一基板上に複数の発電領域を直列に接続して成る集積型薄膜太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、薄膜太陽電池は、ガラス等の透光性の基板を使用したものと、金属基板等の非透光性の基板を使用したものとに大別される。また、別の視点から見れば、表面絶縁層を形成した金属基板やガラス等の絶縁表面を有する基板を使用したものと、ステンレスやアルミニウム等の金属基板のごとく導電表面を有する基板を使用したものとに分けられる。このうち、基板が絶縁表面を有する場合は、単一基板上に複数の光起電力素子を直列に接続することによって所望の光起電力を得る所謂集積化と呼ばれる加工が施される場合が多い。
【０００３】
上記絶縁表面を有する基板上に形成される薄膜太陽電池は、下部電極層,光電変換層および上部電極層を順次積層して形成されるのであるが、これを集積化するためには、各層形成時に夫々の層をパターニングする工程が必要となる。
【０００４】
また、光入射側である上部電極層としては、一般に酸化物透明導電膜が用いられる。ところが、この酸化物透明導電膜の抵抗に起因する直列抵抗によって太陽電池の電力損失が生じ、太陽電池電流‐電圧特性における曲線因子(Ｆ.Ｆ.)が低下してしまう。そこで、上述のような直列抵抗損失を抑えるために、単位セル内で電流の流れる距離を短くする(つまり集積化)を行なう必要がある。
【０００５】
上記集積化のためのパターニング工程には、マスク蒸着法,フォトエッチング法およびレーザ・スクライブ法等が使用されるが、コスト上,工程上,得られる太陽電池の出力上の何れの点においてもレーザ・スクライブ法が他の方法より優れているために、レーザ・スクライブ法が重点的に開発されている。
【０００６】
従来、上記レーザ・スクライブ法を用いて絶縁表面を有する基板上に集積化された薄膜太陽電池を作製する方法として、図７〜図９に示すような方法がある。この方法においては、先ず、図９(a)および図９(b)に示すように、基板１上に下部電極層２を形成する。そして、図９(c)に示すように、下部電極層２にレーザ光３を照射するレーザ・スクライブ方法によって、下部電極層２を第１のパターニングライン４で短冊状に絶縁分離する。
【０００７】
次に、図９(d)に示すように、非晶質半導体で代表される光電変換層５を積層する。そうした後に、図９(e)に示すように、第１のパターニングライン４に平行な第２のパターニングライン６の位置にレーザ光７を照射して、下地の下部電極層２を損傷することなく光電変換層５のみを選択的に除去する。
【０００８】
次に、図９(f)示すように、上部電極層８を積層する。そして、図９(g)示すように、第２のパターニングライン６に平行であって、第２のパターニングライン６に関して第１のパターニングライン４とは反対側に位置する第３のパターニングライン９の位置にレーザ光１０を照射して、下地の光電変換層５および下部電極層２を損傷することなく、上部電極層８のみを選択的に分割除去する。こうして、図７に示すような断面構造および図８に示すような平面形状の下部電極層２を有する集積型薄膜太陽電池が形成されるのである。
【０００９】
ところが、上述の方法の場合には、上記上部電極層８の分割工程の際に下地の光電変換層５にダメージを与え易く、そのために分割不良が生じて太陽電池特性の低下を招くという問題がある。
【００１０】
そこで、上述の問題を解決するために、特開平２‐２６４４８０号公報においては、上部電極層８を第３のパターニングライン９の位置でレーザ光によって除去するに先立って、下地の下部電極層２における第３のパターニングライン９に対応する位置を、両端部のみを残して除去するようにしている。こうすることによって、後に第３のパターニングライン９の位置で上部電極層８を分割する際に光電変換層５へのダメージがなく、この光電変換層５へのダメージによって分割不良が生じないのである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図９に示す従来のレーザ・スクライブ法を用いた集積型薄膜太陽電池の製造方法、および、特開平２‐２６４４８０号公報に開示された集積型太陽電池の製造方法には、以下のような問題がある。
【００１２】
先ず、上記図９に示す集積型薄膜太陽電池の製造方法においては、上述した３段階のパターニング工程のうち、上部電極層８のみを選択的に除去する第３のパターニングは、上部電極層８を短冊状に絶縁分離して単位セル毎に分割するために施されるものである。したがって、複数の光起電力素子を直列に形成する集積化の工程において第３のパターニング加工が不完全であると、最終的に得られる太陽電池の発電領域内部に生じる漏れ電流によって曲線因子(Ｆ.Ｆ.)が低下し、結果として太陽電池出力の低下を招くことになる。
【００１３】
従来、この第３のパターニングには、図９に示すようにレーザ・スクライブ法を用いる他に、マスク蒸着法やエッチング法が多く用いられている。
【００１４】
上記レーザ・スクライブ法においては、上記上部電極層８を成膜した後に、加工対象物を載せたステージを走査しながらレーザ光１０を照射し、上部電極層８を熱的または分子的に蒸発させて選択除去する。尚、その場合、加工対象物を載せたステージを固定してレーザ光１０を走査してもよいし、両者を併用してもよい。
【００１５】
しかしながら、その場合、下地の光電変換層５や下部電極層２を損傷すると、隣接セル間が下部電極層２まで完全に絶縁分離されてしまって、複数の光起電力素子が直列に接続されていない状態になる。または、直列抵抗損失を生じてしまう場合もある。さらには、下地の光電変換層５や下部電極層２を損傷しない場合であっても、光電変換層５にレーザ光１０に起因する熱的な影響が及んで低抵抗化することによって隣接セル間の絶縁分離が不完全なものとなり、漏れ電流が生じて太陽電池特性の低下を招くこともある。
【００１６】
一方、上記マスク蒸着法においては、成膜時に基板とマスクを密着させる必要があり、そのために光電変換層を損傷して漏れ電流を生じたり、太陽電池モジュールの大面積化が困難であると言う問題がある。さらに、上記マスクの位置決め精度が、レーザ・スクライブ法におけるレーザ加工に比べて低く、分離溝幅が太くなる。そのために、実際の発電には寄与しない(すなわち、発電有効面積の損失となる)直列接続部の面積を増大させる原因となる。
【００１７】
また、上記エッチング法においては、上記上部電極層を成膜した後に、スクリーン印刷等によってエッチングレジストをパターニング印刷し、エッチング液によって上部電極層を溶解除去してパターニングを行なう。この方法においては、上記印刷における位置決め精度がレーザ加工の場合に比べて低く、分離溝幅が太くなる。そのために、上記マスク蒸着法の場合と同様に、損失面積の増大を招くと共に、集積型薄膜太陽電池を大面積化する場合、安定した品質でのパターニング印刷が困難であるという問題がある。また、上記上部電極層は光入射側に在るために、太陽電池で用いられるような可視光領域の透過率の高いエッチングレジストを用いるか、あるいは、エッチング後にレジストを除去する必要がある。しかしながら、何れにしても太陽電池への入射光損失を招き、太陽電池特性を低下させる。それと同時に、一般に有機溶剤を溶媒として用いるレジスト液の取り扱いやエッチング液の処理等が必要であり、工業的に大量生産する場合には生産コストの増大を招き、環境への影響も懸念される等の問題もある。
【００１８】
何れにせよ、上記上部電極層８上からレーザ光１０を照射して上部電極層８を選択的に除去するレーザ・スクライブ法や、成膜時にマスクを用いて上部電極層のパターニングを行なうマスク蒸着法や、エッチングレジストをパターニング印刷した後に上部電極層のエッチング処理を行なうエッチング法においては、再現性よく良好な加工を行なうことが難しく、工業的に大量生産する場合には、歩留りの低下や生産コストの増大を招く恐れがあるのである。
【００１９】
また、上記特開平２‐２６４４８０号公報に開示された集積型太陽電池の製造方法においては、上部電極層８をレーザ光１０によって除去するに先立って、下地の下部電極層２における第３のパターニングライン９に対応する位置を、両端部のみを残して除去するようにしている。その場合に、予め下地の下部電極層２を除去する方法としてレーザ・スクライブ法を用いる場合には、レーザ光によって幅広の加工を行なう際に複数回数の走査を必要とするために、製造タクトの大幅な低下を招くという問題がある。また、マスク蒸着法を用いる場合には、位置決め精度の低さ等の理由によって、非発電部面積の増大を招く等の問題がある。
【００２０】
そこで、この発明の目的は、上部電極層の分離加工を高歩留りで高速に行うことができる集積型薄膜太陽電池を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、絶縁表面を有する基板上に順次積層された下部電極層,光電変換層および上部電極層をパターニング加工して形成された複数の発電領域が,上記基板上において直列に接続されて成る集積型薄膜太陽電池において、互いに隣接する発電領域間で上記上部電極層を電気的に分離するパターニングラインの直下における上記下部電極層の部分に、周囲の下部電極層とは電気的に分離された絶縁分離領域を設けたことを特徴としている。
【００２２】
上記構成によれば、上部電極層を電気的に分離するパターニングラインの直下における下部電極層に、周辺と電気的に絶縁された絶縁分離領域が設けられている。したがって、上部電極層におけるパターニングラインに沿って上部電極層を絶縁分離する際の光電変換層に対するダメージは、上記絶縁分離領域の上部領域内に生ずることになり、上記発電領域として機能する部分には生じないことになる。その結果、従来のごとく上記光電変換層や下部電極層を損傷しないように慎重にレーザ光を操作する必要もなくなる。つまり、高歩留りで高速な加工を行うことが可能になるのである。
【００２３】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記上部電極層分離用のパターニングラインに沿って、上記上部電極層,光電変換層および下部電極層を貫通する分離溝を設けることが望ましい。
【００２４】
上記構成によれば、上記上部電極層を絶縁分離する際には、上記上部電極層,光電変換層および下部電極層を一括して溝状に除去すればよい。したがって、従来のごとく上記上部電極層のみを絶縁分離する場合に比して、再現性に優れた良好な特性の集積型薄膜太陽電池が得られる。
【００２５】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記分離溝を、下部電極層の絶縁分離領域内を通過して設けることが望ましい。
【００２６】
上記構成によれば、上記分離溝をレーザ光によって形成する場合、レーザ光の照射による加工溝周縁部への熱的な影響等が、上記絶縁分離領域内および上記絶縁分離領域の上部領域内に確実に制限される。その結果、上記熱的な影響等よる分離不良が防止されて、特性および歩留の向上が図られる。
【００２７】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記下部電極層の絶縁分離領域を、閉ループ状の絶縁線で囲まれた領域と成すことが望ましい。
【００２８】
上記構成によれば、上記絶縁分離領域をレーザ光で形成する場合は、レーザ光を１周させて閉曲線を描くだけでよい。したがって、ある幅を有する上記絶縁分離領域が、レーザ光を複数回の走査して上記下部電極層を除去して形成される場合に比して容易に形成される。こうして、全体としてレーザ光の走査回数が飛躍的に減少されて、加工時間の大幅な短縮が図られる。ここで、上記「閉ループ状の絶縁線」とは、閉ループの内側と外側とを電気的に絶縁するために閉ループ状に配設された絶縁性を有する線の概念である。
【００２９】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記分離溝の長さを、上記絶縁分離領域における上記パターニングラインの延在方向への長さよりも長くすることが望ましい。
【００３０】
上記構成によれば、上記分離溝の長さが上記絶縁分離領域よりも長いために、上記分離溝の両端部は上記絶縁分離領域の両端から突出することなる。したがって、上記分離溝をレーザ光で形成する場合に、レーザ加工精度にずれがあったとしても上記絶縁分離領域内において確実に絶縁分離が行われる。
【００３１】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記絶縁分離領域における上記パターニングラインの延在方向と直交する方向への幅を、１００μm以上且つ１mm以下にすることが望ましい。
【００３２】
上記構成によれば、上記絶縁分離領域の幅が１００μm以上であるため、隣接する発電領域間が良好に絶縁分離される。また、１mm以下であるため、非発電領域が実用上問題が無い程度の面積に抑えられる。
【００３３】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記パターニングラインの間隔を１５mm以下にすることが望ましい。
【００３４】
上記構成によれば、上記上部電極層のパターニングラインの間隔が１５mm以下であるため、透明導電膜で構成される上記上部電極層による抵抗損失が、実用上問題が無い程度に抑えられる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。尚、以下、非透光性基板上に作製した集積型薄膜太陽電池を例に説明するが、透光性基板上に作製した集積型薄膜太陽電池にも同様に適用できるものである。
【００３６】
＜第１実施の形態＞
図１は、本実施の形態の集積型薄膜太陽電池における縦断面図(図１(a))および上面透視図(図１(b))である。また、図２は、図１における下部電極層１２のパターニング形状を示す。また、図３は、図１に示す集積型薄膜太陽電池の製造プロセスを示す縦断面図である。以下、図１,図２および図３に基づいて、本実施の形態における集積型薄膜太陽電池について詳細に説明する。
【００３７】
本実施の形態においては、絶縁表面を有する不透光性基板として、例えばボリイミドを主成分とする高分子樹脂等の耐熱性を有する高分子樹脂を表面にコーティングしたステンレス基板１１を用いる。そして、図３(b)に示すように、基板１１の片面に、スパッタリング法によって、下部電極層１２として、Ａg,ＺnＯ等を連続して積層する。その場合、成膜手段はスパッタリング法のみに限られるものではなく、例えば蒸着法等によっても差し支えない。
【００３８】
次に、図３(c)に示すように、レーザ光１３を用いたレーザ・スクライブ法によって、下部電極層１２に分割溝１４を形成して短冊状のユニットセルに絶縁分割する(第１のパターニング)。さらに、図３(d)に示すように、下部電極層１２における後に上部電極層に対して分離溝を加工する位置の直下に矩形溝１５(図２参照)を形成し、矩形溝１５で囲まれて周辺と電気的に絶縁された矩形の絶縁分離領域を形成する。本実施形態においては、分割溝１４の幅を５０μmとする一方、その間隔を１０mmとする。また、矩形溝１５の幅を５０μmとする一方、その間隔(絶縁分離領域幅)を３００μmとしている。尚、レーザ光１３としては、Ｑスイッチドライブを用いた連続発振Ｎd:ＹＡＧレーザの第２高調波(ＳＨＧ：波長λ＝５３２nm)を使用した。
【００３９】
ここで、上記分割溝１４および矩形溝１５の形成は、照射レーザ光１３を上記絶縁分離領域の幅方向へ所定距離だけ移動する毎にオン/オフすることによって行う。本実施の形態においては、レーザ加工装置の光路中に高速メカニカルシャッタを設け、照射レーザ光１３の移動距離に応じて上記高速メカニカルシャッタを開閉することによって照射レーザ光１３のオン/オフを行なった。尚、照射レーザ光１３のオン/オフ制御は他の方法によって行うことも可能であり、例えばレーザ光路中に電気光学効果を利用した高速シャッタを設ける方法や、レーザ発振器のＱスイッチ制御信号を照射レーザ光の移動距離に応じて制御する方法等がある。
【００４０】
次に、図３(e)に示すように、光電変換層１６として、非晶質半導体薄膜や微結晶半導体薄膜等をプラズマＣＶＤ(化学蒸着)等の手段によって積層する。さらに、図３(f)に示すように、第１パターニングライン１４に平行であって近接した位置(第２パターニングライン)に、光電変換層１６上からレーザ光１７を照射して光電変換層１６を選択除去する。こうして、後に形成する上部電極層と下部電極層１２とを電気的に接続するための加工溝１８を形成する(第２のパターニング)。ここで、光電変換層１６として用いる半導体薄膜としては、水素化非晶質シリコンで代表されるシリコン系半導体や化合物半導体を用いる。
【００４１】
次に、図３(g)に示すように、上記上部電極層１９としてＩＴＯ(インジュウム錫酸化物)をスパッタリング法等によって成膜する。尚、上部電極層１９の成膜は、下部電極層１２の場合と同様に、蒸着法等の他の手段によって行っても差し支えない。但し、上部電極層１９の成膜領域は、図１(b)に示すように、光電変換層１６の領域よりも狭くする。こうして、上部電極層１９と下部電極層１２とが、加工溝１８以外の個所で直接に接触することを防止するのである。
【００４２】
次に、図３(h)に示すように、上記下部電極層１２における絶縁分離領域の幅方向中間部における第１パターニングライン１４に平行な位置(第３パターニングライン)に、上部電極層１９上からレーザ光２０を照射することによって、上部電極層１９,光電変換層１６および下部電極層１２を一括して除去し、上部電極層１９を絶縁分離するための分離溝２１を５０μm幅で形成する(第３のパターニング)。
【００４３】
その場合、図１(b)に示すように、上記分離溝２１の両端部を、下部電極層１２の矩形溝１５の両端よりも、発電有効領域外側に１００μmずつ突出させる。こうすることによって、レーザ加工装置の加工精度のずれによる加工不良を防止するのである。
【００４４】
以上の手順によって、図１(a)に示すような断面構造および図１(b)に示すような各層の平面形状を有する集積型薄膜太陽電池が形成される。尚、図１(b)から容易に分かるように、光電変換層１６の幅は下部電極層１２の幅よりも狭く、光電変換層１６の側端が矩形溝１５の両端に掛かるようにしている。したがって、分離溝２１によって発電有効領域が完全に分離される。その際に、分離溝２１の両端部は矩形溝１５の両端よりも突出しているので、レーザ加工精度にずれがあっても、矩形溝１５内で発電有効領域が完全に分離されるのである。また、上記上部電極層１９の側端は、光電変換層１６の側端の内側に位置している。したがって、上部電極層４と下部電極層２とが加工溝１８以外の個所で接触することはないのである。
【００４５】
本実施の形態によって形成した有効発電寸法３００mm×３００mmの集積型薄膜太陽電池の出力特性は、ＡＭ１.５(１００mＷ/cm2)において、曲線因子＝０.６６，最大出力＝８.３Ｗであった。
【００４６】
上述のように、本実施の形態においては、上記レーザ光１３を用いたレーザ・スクライブ法によって、下部電極層１２に分割溝１４を形成して短冊状のユニットセルに絶縁分割する際に、後に上部電極層１９を絶縁分離するための分離溝２１を形成する位置の直下に矩形溝１５を形成して、周辺と電気的に絶縁された絶縁分離領域を形成する。そして、上部電極層１９に分離溝２１を形成する場合には、下部電極層１２における上記絶縁分離領域の幅方向中間部で、レーザ光２０によって、上部電極層１９,光電変換層１６および下部電極層１２を一括して除去するようにしている。
【００４７】
このように、上記下部電極層１２に矩形溝１５によって周辺と電気的に絶縁された絶縁分離領域を形成するので、分離溝２１を上記絶縁分離領域内に形成することによって、加工ダメージの発生を絶縁分離領域内および絶縁分離領域の上部領域内に止めることができ、下地の光電変換層１６における上記発電領域として機能する部分にダメージを与えることはない。したがって、従来のごとく光電変換層１６や下部電極層１２を損傷しないように慎重にレーザ光２０を操作する必要もなく、高歩留りで高速な加工を行うことができる。さらに、レーザ光２０の照射による上記絶縁分離領域の周辺部への熱的な影響等による分離不良を防止でき、特性を向上することができる。すなわち、高効率な集積型薄膜太陽電池を、低コストで作製することができるのである。
【００４８】
また、上記分離溝２１を形成する場合は、レーザ光２０によって、上部電極層１９,光電変換層１６及び下部電極層１２を一括して除去するようにしている。したがって、従来のごとく上部電極層１９のみを絶縁分離する場合に比して、再現性に優れた良好な特性の集積型薄膜太陽電池を得ることができる。
【００４９】
また、上記絶縁分離領域を矩形溝１５によって矩形状に成しているので、レーザ光の複数回の走査を行った場合と同等以上の幅を有する上記絶縁分離領域を、レーザ光２０を１周させて矩形溝１５を形成するだけで容易に加工することができる。したがって、全体としてレーザ光の走査回数を飛躍的に減少させることができ、加工時間の大幅な短縮を図ることができるのである。
【００５０】
尚、上記分割溝１４の間隔(本実施の形態においては１０mm)は、広くした場合には、上部電極層１９としての透明導電膜(ＩＴＯ)の抵抗が金属の抵抗に比べて高いために抵抗損失が増大することになる。したがって、１５mm以下にすることが望ましい。さらには、上記絶縁分離領域幅(本実施形態においては３００μm)は、狭い場合には、レーザ光１３を照射したことによる上記絶縁分離領域の周辺部への熱的影響等のために上部電極層１９の電気的分離が不十分なものとなる。また、逆に広い場合には、非発電領域である集積加工部分の面積が増大して太陽電池特性の低下を招くことになる。したがって、１００μm以上且つ１mm以下にすることが望ましい。
【００５１】
＜第２実施の形態＞
図４は、本実施の形態の集積型薄膜太陽電池における縦断面図である。また、図５は、図４における下部電極層３２のパターニング形状を示す。また、図６は図４に示す集積型薄膜太陽電池の製造プロセスを示す縦断面図である。以下、図４,図５および図６に基づいて、本実施の形態における集積型薄膜太陽電池について詳細に説明する。
【００５２】
本実施の形態においては、絶縁表面を有する不透光性基板として、陽極酸化によって表面をアルマイトでコーティングしたアルミニウム基板３１を用いる。そして、図６(b)に示すように、基板３１の片面に、スパッタリング法によって、下部電極層３２として、Ａg,Ａl,ＺnＯ等を連続して積層する。
【００５３】
次に、図６(c)に示すように、レーザ光３３を用いたレーザ・スクライブ法によって、下部電極層３２に分割溝３４を形成して、短冊状のユニットセルに絶縁分割する(第１のパターニング)。さらに、上記第１実施の形態の場合と同様に、図６(d)に示すように、下部電極層３２における後に上部電極層に対して分離溝を加工する位置の直下に矩形溝３５(図５参照)を形成して、周辺と電気的に絶縁された絶縁分離領域を形成する。
【００５４】
次に、図６(e)および図６(f)に示すように、光電変換層３６および上部電極層３７を連続して成膜する。そして、図６(g)に示すように、第１パターニングライン３４に平行であって近接した位置(第２パターニングライン３８)に、上部電極層３７上からレーザ光３９を照射して上部電極層３７と下部電極層３２とを電気的に接続する(第２のパターニング)。
【００５５】
次に、図６(h)に示すように、上記第１実施の形態の場合と同様に、下部電極層３２における上記絶縁分離領域の幅方向中間部における第１パターニングライン３４に平行な位置(第３パターニングライン)に、上部電極層３７上からレーザ光４０を照射することによって、上部電極層３７,光電変換層３６および下部電極層３２を一括して除去し、上部電極層３７を絶縁分離するための分離溝４１を形成する(第３のパターニング)。
【００５６】
本実施の形態によって形成した有効発電寸法３００mm×３００mmの集積型薄膜太陽電池の出力特性は、ＡＭ１.５(１００mＷ/cm2)において、曲線因子＝０.６４，最大出力＝８.２Ｗであった。
【００５７】
尚、上記第２のパターニングおよび第３のパターニングの順序は上記に限るものではなく、逆に上部電極層３７の絶縁分離加工(第３のパターニング)を行なった後に、上部電極層３７と下部電極層３２の電気的接続加工(第２のパターニング)を行なってもよい。あるいは、単一のレーザ加工装置に２系統の光路を設けることによって、上記第２のパターニングと第３のパターニングを同時に行なってもよい。さらには、上記第２のパターニングと第３のパターニングを、異なる波長のレーザ光線で同時に行なうことも可能である。
【００５８】
上記各実施の形態においては、不透光性基板上に作製した集積型薄膜太陽電池について説明した。しかしながら、この発明は、ガラス等の透光性基板上に作製した集積型薄膜太陽電池に関しても適用できる。その場合には、上記下部電極層として、酸化物透明導電体膜あるいはそれらの積層膜を用いる。また、上記上部電極層として、反射金属電極膜あるいはそれらと酸化物透明導電体膜との積層膜を用いる。そして、上記透光性基板側(つまり、上記下部電極層側)を光入射側とすればよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の集積型薄膜太陽電池は、互いに隣接する発電領域間で上部電極層を電気的に分離するパターニングラインの直下における下部電極層の部分に、周囲とは電気的に分離された絶縁分離領域を設けたので、上記パターニングラインに沿って上部電極層を絶縁分離する際に生ずる光電変換層に対するダメージを上記絶縁分離領域の上部領域内に制限し、上記発電領域として機能する部分には及ばないようにすることが可能になる。したがって、従来のごとく上記光電変換層や下部電極層を損傷しないように慎重にレーザ光を操作する必要もなくなる。すなわち、この発明によれば、上記上部電極の絶縁分離加工を高歩留りで高速に行うことが可能になるのである。
【００６０】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記上部電極層分離用のパターニングラインに沿って、上記上部電極層,光電変換層および下部電極層を貫通する分離溝を設ければ、上記上部電極層,光電変換層および下部電極層を一括して溝状に除去することによって上記上部電極層を絶縁分離できる。その場合に、加工ダメージは上記光電変換層における上記発電領域として機能する部分には及ばないようにすることが可能になる。したがって、従来のごとく上記上部電極層のみを絶縁分離する場合に比して、再現性に優れた良好な特性の集積型薄膜太陽電池を得ることができる。
【００６１】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記分離溝を上記絶縁分離領域内を通過して設ければ、上記分離溝をレーザ光によって形成する場合に、加工溝周縁部への熱的な影響等を上記絶縁分離領域内および上記絶縁分離領域の上部領域内に確実に制限できる。したがって、上記熱的な影響等よる分離不良を防止して、特性および歩留の向上を図ることができる。
【００６２】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記下部電極層の絶縁分離領域を閉ループ状の絶縁線で囲まれた領域とすれば、上記絶縁分離領域をレーザ光で形成する場合は、レーザ光を１周させて閉曲線を描くだけでよい。したがって、ある幅を有する絶縁分離領域を、レーザ光を複数回の走査して上記下部電極層を除去して形成する場合に比して容易に形成できる。すなわち、この発明によれば、全体としてレーザ光の走査回数を飛躍的に減少して、加工時間の大幅な短縮を図ることができるのである。
【００６３】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記分離溝の長さを上記絶縁分離領域における上記パターニングラインの延在方向への長さよりも長くすれば、上記分離溝の両端部を上記絶縁分離領域の両端から突出させることができる。したがって、上記分離溝をレーザ光で形成する場合に、レーザ加工精度にずれがあっても上記絶縁分離領域内において確実に絶縁分離を行うことができる。すなわち、この発明によれば、レーザ加工装置の加工精度や位置再現性によらずに、安定した加工を行うことができる。
【００６４】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記絶縁分離領域における上記パターニングラインの延在方向と直交する方向への幅を１００μm以上且つ１mm以下にすれば、隣接する発電領域間を良好に絶縁分離でき、且つ、非発電領域の面積を実用上問題が無い程度に抑えることができる。
【００６５】
また、この発明の集積型薄膜太陽電池は、上記パターニングラインの間隔を１５mm以下にすれば、透明導電膜で構成される上記上部電極層による抵抗損失を実用上問題が無い程度に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の集積型薄膜太陽電池における縦断面図および上面透視図である。
【図２】 図１における下部電極層のパターニング形状を示す図である。
【図３】 図１に示す集積型薄膜太陽電池の製造プロセスを示す縦断面図である。
【図４】 図１とは異なる集積型薄膜太陽電池における縦断面図である。
【図５】 図４における下部電極層のパターニング形状を示す図である。
【図６】 図４に示す集積型薄膜太陽電池の製造プロセスを示す縦断面図である。
【図７】 従来の集積型薄膜太陽電池における縦断面図である。
【図８】 図７における下部電極層のパターニング形状を示す図である。
【図９】 図７に示す集積型薄膜太陽電池の製造プロセスを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１,３１…基板、
１２,３２…下部電極層、 １４,３４…分割溝、
１５,３５…矩形溝、 １６,３６…光電変換層、
１８…加工溝、 １９,３７…上部電極層、
２１,４１…分離溝、
３８…第２パターニングライン(上部電極層/下部電極層接続ライン)。
Claims (7)
- 絶縁表面を有する基板上に順次積層された下部電極層,光電変換層および上部電極層をパターニング加工して形成された複数の発電領域が、上記基板上において直列に接続されて成る集積型薄膜太陽電池において、
互いに隣接する発電領域間で上記上部電極層を電気的に分離するパターニングラインの直下における上記下部電極層の部分に、周囲の下部電極層とは電気的に分離された絶縁分離領域を設けたことを特徴とする集積型薄膜太陽電池。 - 請求項１に記載の集積型薄膜太陽電池において、
上記上部電極層分離用のパターニングラインに沿って、上記上部電極層,光電変換層および下部電極層を貫通する分離溝を設けたことを特徴とする集積型薄膜太陽電池。 - 請求項２に記載の集積型薄膜太陽電池において、
上記分離溝は、下部電極層の絶縁分離領域内を通過して設けられていることを特徴とする集積型薄膜太陽電池。 - 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の集積型薄膜太陽電池において、
上記下部電極層の絶縁分離領域は、閉ループ状の絶縁線で囲まれた領域であることを特徴とする集積型薄膜太陽電池。 - 請求項２あるいは請求項３に記載の集積型薄膜太陽電池において、
上記分離溝の長さは、上記絶縁分離領域における上記パターニングラインの延在方向への長さよりも長くなっていることを特徴とする集積型薄膜太陽電池。 - 請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載の集積型薄膜太陽電池において、
上記絶縁分離領域における上記パターニングラインの延在方向と直交する方向への幅は、１００μm以上且つ１mm以下であることを特徴とする集積型薄膜太陽電池。 - 請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の集積型薄膜太陽電池において、
上記パターニングラインの間隔は１５mm以下であることを特徴とする集積型薄膜太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000015737A JP4194728B2 (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 集積型薄膜太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000015737A JP4194728B2 (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 集積型薄膜太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001210851A JP2001210851A (ja) | 2001-08-03 |
| JP4194728B2 true JP4194728B2 (ja) | 2008-12-10 |
Family
ID=18542982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000015737A Expired - Fee Related JP4194728B2 (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 集積型薄膜太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4194728B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4474108B2 (ja) * | 2002-09-02 | 2010-06-02 | 株式会社 日立ディスプレイズ | 表示装置とその製造方法および製造装置 |
| JP4660354B2 (ja) | 2005-01-18 | 2011-03-30 | 新光電気工業株式会社 | 導電性薄膜の加工方法及び装置 |
| JP5100971B2 (ja) * | 2005-03-10 | 2012-12-19 | 三菱重工業株式会社 | 太陽電池パネルの製造方法 |
| JP5230153B2 (ja) * | 2007-09-18 | 2013-07-10 | 三菱重工業株式会社 | 光電変換装置の製造方法 |
| KR101520044B1 (ko) * | 2009-01-30 | 2015-05-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법 |
| KR20110032939A (ko) | 2009-09-24 | 2011-03-30 | 삼성전자주식회사 | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
| JP7546213B2 (ja) * | 2020-06-23 | 2024-09-06 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 太陽電池、及び太陽電池の製造方法 |
| CN113649701B (zh) * | 2021-08-13 | 2024-03-15 | 苏州迈为科技股份有限公司 | 一种太阳能电池激光清边方法及装置 |
-
2000
- 2000-01-25 JP JP2000015737A patent/JP4194728B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001210851A (ja) | 2001-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100502057C (zh) | 太阳能电池及其制造方法和修复方法、太阳能电池模块 | |
| JP3035565B2 (ja) | 薄膜太陽電池の作製方法 | |
| KR100803475B1 (ko) | 어레이 기판 및 그 제조 방법 | |
| US4650524A (en) | Method for dividing semiconductor film formed on a substrate into plural regions by backside energy beam irradiation | |
| JP4022038B2 (ja) | 薄膜太陽電池パネルの製造方法及び製造装置 | |
| JP4194728B2 (ja) | 集積型薄膜太陽電池 | |
| JPH0851229A (ja) | 集積型太陽電池およびその製造方法 | |
| JPH11126916A (ja) | 集積形薄膜太陽電池及びその製造方法 | |
| JPH0476227B2 (ja) | ||
| JPS60227484A (ja) | 半導体装置作製方法 | |
| JP2000261020A (ja) | 集積型薄膜太陽電池 | |
| JPH0566754B2 (ja) | ||
| JP2001119048A (ja) | 集積型薄膜太陽電池の製造方法 | |
| JPH0521822A (ja) | 光起電力装置の製造方法 | |
| JPH069251B2 (ja) | 光電変換半導体装置作製方法 | |
| US20140174520A1 (en) | Thin film photovoltaic cell and method of manufacture of same | |
| JP3685964B2 (ja) | 光電変換装置 | |
| JPS61280680A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2648064B2 (ja) | 光半導体装置の製造方法 | |
| JP2000208794A (ja) | 薄膜太陽電池等のパタ―ン状薄膜層のレ―ザパタ―ニング方法および装置 | |
| JP2000049371A (ja) | 光起電力装置及びその製造方法 | |
| JPH11191630A (ja) | 光起電力装置の製造方法及び光起電力装置 | |
| JP2001237442A (ja) | 太陽電池およびその製造方法 | |
| KR101528506B1 (ko) | 어레이 기판 및 이의 제조방법 | |
| JPH0691269B2 (ja) | 非晶質シリコン太陽電池の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061024 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080909 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080916 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080924 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111003 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131003 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |