JP4579436B2

JP4579436B2 - Thin film photoelectric conversion module

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Publication number: JP4579436B2
Application number: JP2001060565A
Authority: JP
Inventors: 智巳目黒; 克彦林
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2021-03-05
Also published as: JP2002261313A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜光電変換モジュールに係り、特には、ハイブリッド型構造を採用し且つ中間反射層を有する薄膜光電変換モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、薄膜光電変換モジュールは、複数の薄膜光電変換セルをガラス基板上で相互に直列接続した構造を有している。それぞれの薄膜光電変換セルは、一般的には、ガラス基板上への前面透明電極層、薄膜光電変換ユニット、及び金属裏面電極層の成膜とパターニングとを順次行うことにより形成されている。
【０００３】
このような薄膜光電変換モジュールには、光電変換効率を向上させることが求められている。タンデム型構造は、前面透明電極層と金属裏面電極層との間に吸収波長域が互いに異なる複数の薄膜光電変換ユニットを積層するものであり、入射光をより有効に利用可能とする構造として知られている。
【０００４】
タンデム型構造の１種であるハイブリッド型構造では、それら薄膜光電変換ユニット間で、薄膜光電変換ユニットの主要部である光電変換層の結晶性が異なっている。例えば、ハイブリッド型構造の薄膜光電変換モジュールにおいては、光入射側（または前面側）の薄膜光電変換ユニットの光電変換層としてより大きなバンドギャップを有する非晶質シリコン層が使用され、裏面側の薄膜光電変換ユニットの光電変換層としてより小さなバンドギャップを有するポリシリコン層が使用される。
【０００５】
ところで、タンデム型の薄膜光電変換モジュールでは、積層された複数の薄膜光電変換ユニットの間に光透過性及び光反射性の双方を有し且つ導電性の中間反射層を介在させることがある。この中間反射層を設けた場合、前面側の光電変換層に入射した光を中間反射層で反射させることができるため、前面側の光電変換層の実効的な膜厚を増大させること、換言すれば、前面側の薄膜光電変換ユニットの出力電流密度を増大させることができる。
【０００６】
したがって、上述したハイブリッド型の薄膜光電変換モジュールで中間反射層を用いた場合、膜厚の増加に応じて光劣化が顕著となる非晶質シリコン層を十分に薄く形成しつつ、非晶質シリコン層を有する薄膜光電変換ユニットとポリシリコン層を有する薄膜光電変換ユニットとの間で出力電流密度をバランスさせることができる。すなわち、モジュールの出力特性を向上させることが可能であると考えられる。
【０００７】
しかしながら、中間反射層を有するハイブリッド型の薄膜光電変換モジュールでは、以下に説明するように必ずしも期待されるほどの出力特性が実現されている訳ではない。
【０００８】
タンデム型の薄膜光電変換モジュールにおいて、ある薄膜光電変換セルの金属裏面電極層とそれに隣接する薄膜光電変換セルの透明前面電極層との電気的接続は、複数の薄膜光電変換ユニット及びそれらの間に介在する中間反射層を貫通する接続溝を設け、この接続溝に金属裏面電極層を構成する材料で埋め込むことによって実現されている。すなわち、接続溝を埋め込む金属と中間反射層とは接触することとなる。
【０００９】
この中間反射層は上述のように導電性を有しており、したがって、電極層の役割も果たしている。また、タンデム型構造において、単一の薄膜光電変換セルを構成する複数の薄膜光電変換ユニットは互いに直列接続されているとみなすことができる。そのため、上記の構造では、金属裏面電極層と中間反射層との間に介在する薄膜光電変換ユニットで生じた電力を有効に取り出すことができない。
【００１０】
このような問題は、本出願人による特開平９−１２９９０３号公報及び特開平９−１２９９０６号公報に開示されるように、中間反射層を分離溝で分割して、その発電に寄与する部分を接続溝を埋め込む金属から電気的に絶縁することにより回避可能であると考えられる。実際、タンデム型構造を形成する一対の薄膜光電変換ユニットの光電変換層としてそれぞれ非晶質半導体層を用いた場合には、そのような分離溝を設けることにより、中間反射層の発電に寄与する部分から接続溝内を埋め込む金属を介して電流がリークする（所謂、サイドリーク）のを防止可能であることが確認されている。したがって、中間反射層を有するハイブリッド型のモジュールにおいても、上述した手法を採用することにより、サイドリークが防止され、十分な出力特性を実現可能となることが期待される。
【００１１】
しかしながら、ハイブリッド型のモジュールでは、中間反射層に上述した分離溝を形成しても、必ずしも期待されるほどの出力特性が実現される訳ではないことが判明した。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、中間反射層を有するハイブリッド型構造を採用し且つ高い出力特性を容易に実現し得る薄膜光電変換モジュールを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するに当たり、本発明者らは、まず、中間反射層に上記の分離溝を設けた場合に得られる効果が、それぞれの薄膜光電変換ユニットに非晶質光電変換層を用いたタンデム型構造とハイブリッド型構造との間で大きく異なる理由について詳細に調べた。その結果、以下の事実が主な要因の１つであることが判明した。
【００１４】
一般に、タンデム型の薄膜光電変換モジュールの製造では、接続溝の形成にレーザを使用している。例えば、接続溝の形成に際しては、透明基板の透明前面電極層が形成された面に順次積層された第１の薄膜光電変換ユニット、中間反射層、及び第２の薄膜光電変換ユニットに対して、透明基板側からレーザビームのスキャンを行う。そのようなレーザビームは透明前面電極層や中間反射層では殆ど吸収されず、主として第１及び第２の薄膜光電変換ユニットで吸収される。その結果、第１及び第２の薄膜光電変換ユニットは、そのレーザビーム照射部で溶断または昇華される。また、中間反射層のレーザビーム照射部に対応する部分は、その下地層である第１の薄膜光電変換ユニットの溶断または昇華に伴って生じた熱及び／または運動エネルギーによって除去される。以上のようにして、第１の薄膜光電変換ユニット、中間反射層、及び第２の薄膜光電変換ユニットの積層構造を分割する接続溝が形成される。
【００１５】
このような方法では、第１及び第２の薄膜光電変換ユニットの双方を良好に溶断または昇華することが重要である。一般的なタンデム型構造では、非晶質シリコン層のように上記のレーザビームに対する光吸収率が高い非晶質光電変換層がそれぞれの薄膜光電変換ユニットに使用されるため、比較的低いレーザパワーで接続溝を形成することができた。
【００１６】
しかしながら、結晶質シリコン層のような結晶質光電変換層は、非晶質シリコン層のような非晶質光電変換層に比べ、上記のレーザビームに対する光吸収率が著しく低い。そのため、ハイブリッド型の薄膜光電変換モジュールの製造においては、上記のレーザパワーでは、第２の薄膜光電変換ユニットを十分に溶断または昇華することが困難となる。それゆえ、レーザパワーを高めることが必要となるが、この場合、透明前面電極層などがダメージを受けてしまう。
【００１７】
本発明者らは、上記要因を考慮してハイブリッド型薄膜光電変換モジュールの構造について詳細な検討を行ったところ、透明前面電極層を分割する分離溝と第１の光電変換ユニット及び中間反射層を分割するサイドリーク防止用の分離溝とが連結して第１の分離溝を構成している場合、第２の薄膜光電変換ユニットの光電変換層は結晶質であるにもかかわらず、この第１の分離溝内で非晶質が占める割合は非常に高く、非晶質は第１の分離溝内だけでなく、第２の薄膜光電変換ユニットの第１の分離溝上部及びその近傍にまで及ぶことが判明した。
【００１８】
本発明者らは、従来技術では上記第１の分離溝と接続溝とが離間して設けられていることに着目し、第１の分離溝に接続溝を隣接させれば、接続溝を形成するためのレーザビーム照射を第２の薄膜光電変換ユニットの非晶質の割合が高い部分に対して行うことができ、したがって、透明前面電極層などにダメージを与えない程度の比較的低いレーザパワーで第２の薄膜光電変換ユニットを十分に溶断または昇華することが可能となり、しかも、発電に有効な面積を増大させることが可能となることを見出し、本発明を為すに至ったものである。
【００１９】
すなわち、本発明によると、透明基板と、前記透明基板の一方の主面上に並置され且つ互いに直列に接続された複数のハイブリッド型薄膜光電変換セルとを具備し、前記複数の薄膜光電変換セルは、前記透明基板の一方の主面上に順次積層された透明前面電極層、非晶質光電変換層を備えた第１の薄膜光電変換ユニット、導電性を有するとともに光透過性及び光反射性の双方を有する中間反射層、結晶質光電変換層を備えた第２の薄膜光電変換ユニット、及び裏面電極層で構成され、前記複数の薄膜光電変換セルの隣り合った各２つの間では、前記中間反射層と前記第２の薄膜光電変換ユニットとの界面の位置に開口を有し且つ底面が前記透明基板の主面で構成された第１の分離溝が設けられ、この第１の分離溝は前記第２の薄膜光電変換ユニットを構成する材料で埋め込まれ、前記第１の分離溝から離れた位置に、前記裏面電極層の上面の位置に開口を有し且つ底面が前記透明前面電極層の前記第１の薄膜光電変換ユニット側の界面で構成された第２の分離溝が設けられ、前記第１の分離溝と前記第２の分離溝との間に、前記第２の薄膜光電変換セルと前記裏面電極層との界面の位置に開口を有し且つ底面が前記透明前面電極層の前記第１の薄膜光電変換ユニット側の界面でまたは前記透明前面電極層の前記第１の薄膜光電変換ユニット側の界面と前記透明基板の前記主面とで構成された接続溝が前記第１の分離溝と隣接して設けられ、この接続溝は前記裏面電極層を構成する材料で埋め込まれることによって前記隣り合った各２つの薄膜光電変換セルの一方の裏面電極層と他方の透明前面電極層とを電気的に接続したことを特徴とする薄膜光電変換モジュールが提供される。
【００２０】
また、本発明によると、透明基板と前記透明基板の一方の主面上に並置され且つ互いに直列接続された複数のハイブリッド型薄膜光電変換セルとを具備し、前記複数の薄膜光電変換セルは、前記透明基板の一方の主面上に順次積層された透明前面電極層、非晶質光電変換層を備えた第１の薄膜光電変換ユニット、導電性を有するのとともに光透過性及び光反射性の双方を有する中間反射層、結晶質光電変換層を備えた第２の薄膜光電変換ユニット、及び裏面電極層で構成された薄膜光電変換モジュールの製造方法であって、前記透明基板の一方の主面上に、前記透明電極層と前記第１の薄膜光電変換ユニットと前記中間反射層とを含み且つ第１の分離溝で分割された第１の積層構造を形成する工程と、前記第１の積層構造上に前記第１の分離溝を埋め込むように前記第２の薄膜光電変換ユニットを形成する工程と、前記第１の薄膜光電変換ユニットと前記中間反射層と前記第２の薄膜光電変換ユニットとを含む第２の積層構造を分割して前記第１の分離溝と隣接する接続溝を形成する工程と、前記第２の積層構造上に前記接続溝を埋め込むように前記裏面電極層を形成する工程と、前記第２の積層構造と前記裏面電極層とを含む第３の積層構造を分割して第２の分離溝を前記第１の分離溝と前記第２の分離溝との間に前記接続溝が介在するように形成する工程とを含むことを特徴とする薄膜光電変換モジュールの製造方法が提供される。
【００２１】
なお、ここで使用する用語「結晶質」は、多結晶及び微結晶を包含する。また、用語「多結晶」及び「微結晶」は、部分的に非晶質を含むものをも意味するものとする。
【００２２】
本発明において、透明基板としては、ガラス基板のように非晶質の透明基板を用いることが好ましい。また、中間反射層としては、例えば、１．０×１０^-3Ωｃｍ〜１．０×１０^-2Ωｃｍの比抵抗を有する薄膜、特には実質的にＺｎＯなどのような酸化物からなる薄膜を用いることができる。さらに、非晶質光電変換層としては非晶質シリコン層などを用いることができ、結晶質光電変換層としては多結晶シリコン層などを用いることができる。
【００２３】
本発明において、接続溝は、例えば、透明基板側から第２の積層構造に対して第１の分離溝と実質的に平行にレーザビームのスキャンを行うことによって形成することができる。この場合、レーザビームのスキャンを、レーザビームのビームスポットが第１の分離溝の側壁の一方を跨るように行えば、第１の分離溝と接続溝との間に残留物を残すことなく確実に接続溝を形成することができる。なお、このような方法で接続溝を形成する場合、接続溝の底面の一部は透明基板の主面で構成されることがある。
【００２４】
また、本発明において、上記複数の薄膜光電変換セルのそれぞれの隣り合う２つの間で、第２の分離溝と接続溝とは隣接していることが好ましい。この場合、発電に有効な面積を増大させることが可能となる。また、この場合、透明基板側から第３の積層構造に対して第１の分離溝と実質的に平行にレーザビームのスキャンを行って第２の分離溝を形成するに当たり、そのレーザスキャンを、レーザビームのビームスポットが接続溝の側壁の一方を跨るように行えば、レーザパワーを第２の薄膜光電変換ユニットを溶断及び／または昇華するのに十分な程度に高めたとしても、透明前面電極層などのダメージを防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、各図において同様の部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２６】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る薄膜光電変換モジュール１を概略的に示す平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す薄膜光電変換モジュール１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。なお、図１（ｂ）には、モジュール１の一部のみが描かれている。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る薄膜光電変換モジュール１は、透明基板２上に複数の薄膜光電変換セル１０を集積した構造を有している。これら薄膜光電変換セル１０は帯状の形状を有しており、互いに直列接続されて直列アレイ１１を構成している。なお、この直列アレイ１１の両端には、リボン状の銅箔等からなる一対の電極バスバー１２が取り付けられている。
【００２８】
本実施形態に係るモジュール１について、図１（ｂ）を参照しながら、さらに詳しく説明する。
図１（ｂ）に示すように、モジュール１の薄膜光電変換セル１０は、透明基板２上に、透明前面電極層３、非晶質光電変換層を備えた第１の薄膜光電変換ユニット４ａ、中間反射層５、結晶質光電変換層を備えた第２の薄膜光電変換ユニット４ｂ、及び裏面電極層６を順次積層した構造を有している。すなわち、このモジュール１は、透明基板２側から入射する光を、ハイブリッド型構造を形成する光電変換ユニット４ａ，４ｂによって光電変換するものである。
【００２９】
本実施形態において、薄膜光電変換モジュール１には、上記薄膜を分割する第１及び第２の分離溝２１，２２と接続溝２３とが設けられている。これら第１及び第２の分離溝２１，２２並びに接続溝２３は、互いに平行であって、紙面に対して垂直な方向に延在している。なお、隣り合うセル１０間の境界は、第１及び第２の分離溝２１，２２によって規定されている。
【００３０】
第１の分離溝２１は、透明前面電極層３と薄膜光電変換ユニット４ａと中間反射層５とを含む第１の積層構造をそれぞれのセル１０に対応して分割しており、中間反射層５と薄膜光電変換ユニット４ｂとの界面の位置に開口を有し且つ基板２の表面を底面としている。この第１の分離溝２１は、薄膜光電変換ユニット４ｂを構成する非晶質によって埋め込まれており、隣り合う透明前面電極層３同士を電気的に絶縁するのとともに、中間反射層５を接続溝２３を埋め込む金属などの導電性材料から電気的に絶縁している。
【００３１】
第２の分離溝２２は、第１の分離溝２１から離れた位置に設けられている。第２の分離溝２２は、薄膜光電変換ユニット４ａと中間反射層５と薄膜光電変換ユニット４ｂと裏面電極層６とを含む第３の積層構造をそれぞれのセル１０に対応して分割しており、裏面電極層６の露出面に開口を有し且つ透明前面電極層３の表面を底面としている。この第２の分離溝２２は、隣り合うセル１０間で裏面電極層６同士を電気的に絶縁している。
【００３２】
接続溝２３は、第１の分離溝２１と第２の分離溝２２との間に及び第１の分離溝２１と隣接して設けられている。接続溝２３は、薄膜光電変換ユニット４ａと中間反射層５と薄膜光電変換ユニット４ｂとを含む第２の積層構造を分割しており、薄膜光電変換ユニット４ｂと裏面電極層６との界面の位置に開口を有し且つ透明前面電極層３の表面を底面としている。この接続溝２３は、裏面電極層６を構成する金属などの導電性材料で埋め込まれており、隣り合うセル１０の一方の裏面電極層６と他方の透明前面電極層３とを電気的に接続している。すなわち、接続溝２３及びそれを埋め込む金属などの導電性材料は、基板２上に並置されたセル１０同士を直列接続する役割を担っている。なお、図１（ｂ）では、第２の分離溝２２と接続溝２３とは隣接して設けられているが、これらは離間されていてもよい。
【００３３】
次に、上述したモジュール１の各構成要素について説明する。
透明基板２としては、例えば、ガラス板や透明樹脂フィルムなどを用いることができる。これらはいずれも結晶質ではないので、透明基板２としてガラス板などを用いた場合、図１（ｂ）に示す構造を採用することによって得られる効果がより顕著となる。
【００３４】
透明前面電極層３は、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ₂膜、或いはＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物層等で構成することができ、通常、これらの膜は多結晶体として成膜される。透明前面電極層３は単層構造でも多層構造であってもよい。透明前面電極層３は、蒸着法、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等それ自体既知の気相堆積法を用いて形成することができる。
【００３５】
透明前面電極層３の表面には、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を形成することが好ましい。透明前面電極層３の表面にこのようなテクスチャ構造を形成することにより、光電変換ユニット４への光の入射効率を向上させることができる。表面テクスチャ構造を形成する方法に特に制限はなく、公知の様々な方法を用いることができる。
【００３６】
薄膜光電変換ユニット４ａは非晶質光電変換層を備えており、例えば、透明前面電極層３側からｐ型シリコン系半導体層、シリコン系光電変換層、及びｎ型シリコン系半導体層を順次積層した構造を有する。これらｐ型半導体層、非晶質光電変換層、及びｎ型半導体層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００３７】
一方、薄膜光電変換ユニット４ｂは結晶質光電変換層を備えており、例えば、中間反射層５側からｐ型シリコン系半導体層、シリコン系光電変換層、及びｎ型シリコン系半導体層を順次積層した構造を有する。これらｐ型半導体層、結晶質光電変換層、及びｎ型半導体層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００３８】
これら薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂを構成するｐ型半導体層は、例えば、シリコンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、ボロンやアルミニウム等のｐ導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。また、非晶質光電変換層及び結晶質光電変換層は、非晶質シリコン系半導体材料及び結晶質シリコン系半導体材料でそれぞれ形成することができ、そのような材料としては、真性半導体のシリコン（水素化シリコン等）やシリコンカーバイド及びシリコンゲルマニウム等のシリコン合金等を挙げることができる。また、光電変換機能を十分に備えていれば、微量の導電型決定不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型のシリコン系半導体材料も用いられ得る。さらに、ｎ型半導体層は、シリコンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、燐や窒素等のｎ導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。
【００３９】
以上のように構成される薄膜光電変換ユニット４ａと薄膜光電変換ユニット４ｂとでは互いに吸収波長域が異なっている。例えば、薄膜光電変換ユニット４ａの薄膜光電変換層を非晶質シリコンで構成し、薄膜光電変換ユニット４ｂの薄膜光電変換層を結晶質シリコンで構成した場合には、前者に５５０ｎｍ程度の光成分を最も効率的に吸収させ、後者に９００ｎｍ程度の光成分を最も効率的に吸収させることができる。
【００４０】
薄膜光電変換ユニット４ａの厚さは、０．０１μｍ〜０．５μｍの範囲内にあることが好ましく、０．１μｍ〜０．３μｍの範囲内にあることがより好ましい。本実施形態に係るモジュール１では、外部から薄膜光電変換ユニット４ａに入射した光を中間反射層５で反射させることができるため、薄膜光電変換ユニット４ａの実効的な膜厚を増大させることができる。したがって、光劣化を抑制するために薄膜光電変換ユニット４ａの膜厚を薄くしたとしても、十分に高い出力電流密度を維持することができる。
【００４１】
一方、薄膜光電変換ユニット４ｂの厚さは、０．１μｍ〜１０μｍの範囲内にあることが好ましく、０．１μｍ〜５μｍの範囲内にあることがより好ましい。すなわち、薄膜光電変換ユニット４ｂの厚さは、薄膜光電変換ユニット４ａの厚さの数倍から１０倍程度であることが好ましい。これは、非晶質光電変換層に比べ、結晶質光電変換層は光吸収係数が小さいためである。
【００４２】
中間反射層５は、ＺｎＯ膜、ＳｉＯ₂膜、ＳｎＯ₂膜、ＩｎＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜、Ｙ₂Ｏ₃膜、及びＴｉＯ₂膜のような透明酸化物層等で構成することができ、好ましくはＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物層で構成され、これらの膜は多結晶体として成膜されることが多い。中間反射層５は、蒸着法、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等それ自体既知の気相堆積法を用いて形成することができる。なお、中間反射層５の比抵抗は、不純物をドープすることや酸化度を変化させることなどによって調節可能であり、好ましくは、１．０×１０^-3Ωｃｍ〜１．０×１０^-2Ωｃｍの範囲内にある。
【００４３】
中間反射層５の厚さは、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内にあることが好ましく、２０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。これは、中間反射層５が過剰に薄い場合には十分な光反射性が得られず、過剰に厚い場合には十分な光透過性が得られないことがあるためである。
【００４４】
裏面電極層６は電極としての機能を有するだけでなく、透明基板２から光電変換ユニット４ａ，４ｂに入射し裏面電極層６に到達した光を反射して光電変換ユニット４ａ，４ｂ内に再入射させる反射層としての機能も有している。裏面電極層６は、銀やアルミニウム等の金属材料を用いて、蒸着法やスパッタリング法等により、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の厚さに形成することができる。また、裏面電極層６は、光電変換ユニット４ｂ側の面に、例えば金属からなる導電性薄膜と光電変換ユニット４ｂとの間の接着性を向上させるために、ＺｎＯのような非金属材料からなる透明導電性薄膜（図示せず）をさらに有することができる。
【００４５】
本実施形態によると、上述したモジュール１は、例えば以下に示す方法により製造することができる。図２を参照しながら説明する。
図２（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る薄膜光電変換モジュール１の製造方法を概略的に示す断面図である。
【００４６】
図２（ｇ）に示すモジュール１の製造に際しては、まず、図２（ａ）に示すように、一方の主面上に透明前面電極層３が連続膜として設けられた透明基板２を準備する。次に、図２（ｂ）に示すように、透明前面電極層３上に薄膜光電変換ユニット４ａ及び中間反射層をそれぞれ連続膜として順次成膜する。
【００４７】
次いで、図２（ｃ）に示すように、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブにより、透明前面電極層３と光電変換ユニット４ａと中間反射層５とを含む第１の積層構造を分割する。これにより、第１の分離溝２１で分割された第１の積層構造を得る。なお、中間反射層５などのレーザスクライブに伴って生じる導電性の微細粉は、超音波洗浄などによって必要に応じて除去する。
【００４８】
次に、図２（ｄ）に示すように、中間反射層５上に薄膜光電変換ユニット４ｂを連続膜として成膜する。この薄膜光電変換ユニット４ｂの成膜に伴い、第１の分離溝２１は、薄膜光電変換ユニット４ｂを構成する材料で埋め込まれる。
【００４９】
一般に、中間反射層５は結晶質であるため、成膜条件を適宜設定することにより、その上に形成される薄膜光電変換ユニット４ｂの光電変換層を結晶質とすることができる。しかしながら、透明基板２１は非晶質であるなどの理由から、通常、第１の分離溝２１内では結晶成長が生じ難い。そのため、第１の分離溝２１を埋め込む材料に非晶質が占める割合が高くなるのは勿論のこと、薄膜光電変換ユニット４ｂの分離溝２１上方に位置する部分及びその近傍でも非晶質の割合が高くなる。したがって、薄膜光電変換ユニット４ｂには、非晶質を比較的高い割合で含む非晶質部４ｂ₁と、ほぼ結晶質のみで構成される結晶質部４ｂ₂とが形成される。
【００５０】
なお、薄膜光電変換ユニット４ｂの成膜工程または後工程の際に、薄膜光電変換ユニット４ｂの一部が薄膜４ａ，５を伴って分離溝２１及び周囲の領域とともに剥離することがある。このような剥離は、成膜条件などを適宜調節することにより防止することができる。
【００５１】
その後、図２（ｅ）に示すように、薄膜光電変換ユニット４ａと中間反射層５と薄膜光電変換ユニット４ｂとを含む第２の積層構造に、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブによって接続溝２３を形成する。本実施形態では、接続溝２３を第１の分離溝２１に隣接させるため、接続溝２３を形成するためのレーザビーム照射を結晶質部４ｂ₂よりも遥かに光吸収率の高い非晶質部４ｂ₁に対して行うことができる。したがって、透明前面電極層３などにダメージを与えない程度の比較的低いレーザパワーで接続溝２３を形成することができる。
【００５２】
次に、図２（ｆ）に示すように、光電変換ユニット４ｂ上に裏面電極層６を形成する。この裏面電極層６の形成に伴い、接続溝２３は金属などの導電性材料で埋め込まれ、接続溝２３を埋め込む導電性材料を介して裏面電極層６と透明前面電極層３とが電気的に接続される。
【００５３】
次いで、図２（ｇ）に示すように、薄膜光電変換ユニット４ａと中間反射層５と薄膜光電変換ユニット４ｂと裏面電極層６とを含む第３の積層構造に、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブによって第２の分離溝２２を形成する。さらに、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブによって発電領域を確定し、セル１０が形成する列の両端部に一対の電極バスバー１２を設ける。以上のようにして、図１（ａ），（ｂ）及び図２（ｇ）に示す構造を得る。
【００５４】
なお、以上の方法によって作製したモジュール１には、通常、その裏面側に封止樹脂層（図示せず）を介して有機保護フィルム（図示せず）を設ける。この封止樹脂層は、透明基板２上に形成された各薄膜光電変換セル１０を封止するものであり、有機保護フィルムをこれらセル１０に接着することが可能な樹脂が用いられる。そのような樹脂としては、例えば、ＥＶＡ（エチレン・ビニルアセテート共重合体）等を用いることができる。また、有機保護フィルムとしては、ポリフッ化ビニルフィルム（例えば、テドラーフィルム（登録商標名））等が用いられる。これら封止樹脂／有機保護フィルムは、真空ラミネート法により薄膜光電変換モジュール１の裏面側に同時に貼着することができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態に係るモジュール１では、分離溝２１が中間反射層５と接続溝２３を埋め込む導電性材料とを電気的に絶縁している。したがって、それらの間にリーク電流が発生するのを防止することができる。また、本実施形態によると、接続溝２３を第１の分離溝２１に隣接させるため、接続溝２３を形成するためのレーザビーム照射を結晶質部４ｂ₂よりも遥かに光吸収率の高い非晶質部４ｂ₁に対して行うことができる。したがって、透明前面電極層３などにダメージを与えない程度の比較的低いレーザパワーで接続溝２３を形成することができる。さらに、本実施形態によると、接続溝２３を第１の分離溝２１に隣接させるため、発電に有効な面積を増加させることができる。
【００５６】
上記実施形態では、透明前面電極層３の分割と薄膜光電変換ユニット４ａ及び中間反射層５の分割とを単一の工程で行ったが、それらの分割は別々の工程で行ってもよい。また、上記実施形態では、第２の分離溝２２と接続溝２３とを隣接させたが、それらは離間させて設けてもよい。但し、隣接して設けた場合、発電に有効な面積を増加させる上で有利である。
【００５７】
第２の分離溝２２及び接続溝２３は、図３に示す方法で形成することが好ましい。
図３（ａ）は、図１（ａ），（ｂ）及び図２（ｇ）に示す薄膜光電変換モジュール１の接続溝２３の形成方法の一例を概略的に示す断面図である。また、図３（ｂ）は、図１（ａ），（ｂ）及び図２（ｇ）に示す薄膜光電変換モジュール１の第２の分離溝２２の形成方法の一例を概略的に示す断面図である。なお、図３（ａ）において参照番号３３は接続溝２３が形成されるべき領域を示し、図３（ｂ）において参照番号３２は第２の分離溝２２が形成されるべき領域を示している。
【００５８】
接続溝２３を形成するに当たり、図３（ａ）に示すように、レーザビーム３０のスキャンをレーザビーム３０のビームスポットが第１の分離溝２１の側壁の一方を跨るように行えば、レーザビーム３０の光軸と第１の分離溝２１との相対位置が図中横方向に多少変動したとしても、第１の分離溝２１と接続溝２３との間に残留物を残すことなく確実に接続溝２３を形成することができる。なお、このような方法で接続溝２３を形成した場合、通常、図３（ｂ）に示すように、接続溝２３の底面の一部は透明基板２の主面で構成される。
【００５９】
また、第２の分離溝２２を形成するに当たり、図３（ｂ）に示すように、レーザビーム３０のスキャンを、レーザビーム３０のビームスポットが接続溝２３の側壁の一方（第１の分離溝２１とは反対側の側壁）を跨るように行えば、レーザビーム３０の光軸と接続溝２３との相対位置が図中横方向に多少変動したとしても、第２の分離溝２２と接続溝２３との間に残留物を残すことなく確実に第２の分離溝２２を形成することができる。
【００６０】
ところで、分離溝や接続溝を形成するためのレーザとしては一般にパルスレーザが使用されており、したがって、レーザビーム３０のパワーの調節はパルスの周期を変化させることにより行われている。そのため、第２の分離溝２２を形成するには、ビームスポットの一部を１周期前のビームスポットの位置に部分的に重ねなければならない。
【００６１】
しかしながら、第２の分離溝２２を形成する際に透明前面電極層３がダメージを受けるのを防止する目的でレーザビーム３０のパワーを低下させた場合、パルスの周期が長くなるため、極端な場合には、第２の分離溝２２は形成されずに複数の孔の列が形成されることとなる。また、仮に第２の分離溝２２が形成されたとしても、期待される絶縁分離性を実現することが困難となることがある。
【００６２】
それに対し、第２の分離溝２２を形成するに当たり、図３（ｂ）に示すようにレーザビーム３０のスキャンを行った場合、レーザビーム３０の一部は接続溝２３を埋め込む金属材料などに照射される。接続溝２３を埋め込む金属材料は、レーザビーム３０の一部を反射するのに加え、薄膜光電変換ユニット４ａと薄膜光電変換ユニット４ｂとの間の熱伝導及びそれらと裏面電極層６との間の熱伝導を媒介する。そのため、レーザビーム３０のパワーが高い場合であっても、透明前面電極層３などがダメージを受けるのを防止しつつ均一な加熱を実現すること，すなわち、絶縁分離性に優れた第２の分離溝２２を確実に形成すること，が可能となる。
【００６３】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００６４】
（実施例）
以下に示す方法により、図１（ａ），（ｂ）に示す薄膜光電変換モジュール１を作製した。以下、図２（ａ）〜（ｇ）を参照しながら説明する。
【００６５】
まず、図２（ａ）に示すように、一方の主面にＳｎＯ₂膜３を有する１２７ｍｍ×１２７ｍｍのガラス基板を準備した。次に、図２（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法によりＳｎＯ₂膜３上に厚さ０．２５μｍの薄膜光電変換ユニット４ａを成膜し、さらに、スパッタリング法により薄膜光電変換ユニット４ａ上に厚さ３０ｎｍのＺｎＯ層５を成膜した。なお、この光電変換ユニット４ａは、光電変換層としてノンドープの非晶質シリコン層を有しており、ｐ−ｉ−ｎ接合を形成している。
【００６６】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＹＡＧＩＲパルスレーザを用いレーザパワーを０．４Ｗとして基板２の一辺に平行にレーザスキャンすることにより、ＳｎＯ₂膜３と薄膜光電変換ユニット４ａとＺｎＯ層５との積層構造へのスクライブを行った。これにより、これら薄膜の積層構造を複数の帯状パターンへと分割する幅７０μｍの分離溝２１を形成した。
【００６７】
その後、超音波洗浄及び乾燥を行い、さらに、図２（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法によりＺｎＯ層５上に厚さ３．０μｍの薄膜光電変換ユニット４ｂを成膜した。なお、この光電変換ユニット４ｂは、光電変換層としてノンドープの多結晶シリコン層を有している。
【００６８】
続いて、図２（ｅ）に示すように、ＹＡＧＳＨＧパルスレーザを用いレーザパワーを０．５Ｗとして基板２の一辺に平行にレーザスキャンすることにより、これら薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ及びＺｎＯ膜５の積層構造へのスクライブを行い、この積層構造を複数の帯状パターンへと分割する幅６０μｍの接続溝２３を形成した。なお、接続溝２３を形成する際、ビームスポットが分離溝２１の側壁の一方を跨るように、レーザビームの光軸と分離溝２１の中心との距離を５０μｍに設定した。
【００６９】
その後、図２（ｆ）に示すように、薄膜光電変換ユニット４ｂ上に、スパッタリング法によりＺｎＯ膜及びＡｇ膜を順次成膜して裏面電極層６を形成した。次いで、図２（ｇ）に示すように、ＹＡＧＳＨＧパルスレーザを用いレーザパワーを０．７Ｗとして基板２の一辺に平行にレーザスキャンすることにより、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ、ＺｎＯ膜５、及び裏面電極層６の積層構造を複数の帯状パターンへと分割する幅６０μｍの分離溝２２を形成した。なお、分離溝２２を形成する際、ビームスポットが接続溝２３の側壁の一方を跨るように、レーザビームの光軸と接続溝２３の中心との距離を４５μｍに設定した。
【００７０】
続いて、ＹＡＧパルスレーザを用いて基板２の周囲に沿ってレーザスキャンすることにより、ＳｎＯ₂膜３、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ、ＺｎＯ膜５、及び裏面電極層６に溝を形成して発電領域を確定した。以上のようにして、それぞれ１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズを有し且つ互いに直列接続された１０段の薄膜光電変換セル１０を形成した。さらに、セル１０が形成する直列アレイ１１の両端部に一対の電極バスバー１２を設けることにより、図１（ａ），（ｂ）に示すモジュール１を得た。
【００７１】
次に、上述した方法で作製したモジュール１について、測定温度を２５℃として、ＡＭ１．５のスペクトルを有する放射照度１００ｍＷ／ｃｍ²のソーラーシュミレータにより出力特性を調べた。なお、光源としては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、及びフィルタを組み合わせたものを用いた。その結果、このモジュール１の各セル１０の開放電圧Ｖ_ocは１．３５０Ｖであり、短絡電流Ｉ_scは１２２．４ｍＡであり、フィルファクタＦ．Ｆ．は６８．５％であり、発電効率Ｅｆｆ．は１１．３％であった。また、引き続き、各構成素子の光電流を、分光感度特性から計算により求めた。その結果、トップ光起電力素子のＪ_scは１２．９２ｍＡ／ｃｍ²であり、ボトム光起電力素子のＪ_scは１２．４２ｍＡ／ｃｍ²であることが分かった。
【００７２】
（比較例）
図４は、比較例に係る薄膜光電変換モジュールを概略的に示す断面図である。図４に示す薄膜光電変換モジュール１０１は、分離溝２１と接続溝２３とが離間され且つ分離溝２２と接続溝２３とが離間されていること以外は、図１（ｂ）に示す薄膜光電変換モジュール１と同様の構造を有している。
【００７３】
本比較例では、図４に示すモジュール１０１を、以下に示す方法により作製した。
まず、上記実施例で説明したのと同様の方法により、図２（ｄ）に示す構造を得た。次に、ＹＡＧＳＨＧパルスレーザを用いレーザパワーを０．６Ｗとして基板２の一辺に平行にレーザスキャンすることにより、これら薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ及びＺｎＯ膜５の積層構造へのスクライブを行い、この積層構造を複数の帯状パターンへと分割する幅６０μｍの接続溝２３を形成した。なお、接続溝２３を形成する際、上記実施例とは異なり、ビームスポットが分離溝２１から一定の距離を隔てて位置するように、レーザビームの光軸と分離溝２１の中心との距離を１００μｍに設定した。
【００７４】
次いで、上記実施例で図２（ｆ）に関して説明したのと同様の方法により、薄膜光電変換ユニット４ｂ上に裏面電極層６を連続膜として成膜した。その後、ＹＡＧＳＨＧパルスレーザを用いレーザパワーを０．８Ｗとして基板２の一辺に平行にレーザスキャンすることにより、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ、ＺｎＯ膜５、及び裏面電極層６の積層構造を複数の帯状パターンへと分割する幅６０μｍの分離溝２２を形成した。なお、分離溝２２を形成する際、上記実施例とは異なり、ビームスポットが接続溝２３から一定の距離を隔てて位置するように、レーザビームの光軸と接続溝２３の中心との距離を１００μｍに設定した。
【００７５】
その後、上記実施例で説明したのと同様の方法により、発電領域を確定した。以上のようにして、互いに直列接続された１０段の薄膜光電変換セル１０を形成した。さらに、セル１０が形成する直列アレイの両端部に一対の電極バスバーを設けることにより、図４に示すモジュール１０１を得た。
【００７６】
このような方法により得られた比較例に係るモジュール１０１についても、上記実施例と同条件で出力特性を調べた。その結果、このモジュール１の各セル１０の開放電圧Ｖ_ocは１．３４８Ｖであり、短絡電流Ｉ_scは１２１．２ｍＡであり、フィルファクタＦ．Ｆ．は６８％であり、発電効率Ｅｆｆ．は１１．１％であった。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ハイブリッド型構造において、各セルに対応して透明前面電極層を分割する溝と中間反射層から各セルを直列接続する接続部へのサイドリークを防止する溝とが単一の分離溝を構成し且つこの分離溝に接続溝が隣接した構造を採用している。そのため、透明前面電極層などに殆どダメージを与えることなく接続溝を形成すること及び発電に有効な面積を増大させることが可能となる。
すなわち、本発明によると、中間反射層を有するハイブリッド型構造を採用し且つ高い出力特性を容易に実現し得る薄膜光電変換モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る薄膜光電変換モジュールを概略的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示す薄膜光電変換モジュールのＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る薄膜光電変換モジュールの製造方法を概略的に示す断面図。
【図３】（ａ）は図１（ａ），（ｂ）及び図２（ｇ）に示す薄膜光電変換モジュールの接続溝の形成方法の一例を概略的に示す断面図、（ｂ）は図１（ａ），（ｂ）及び図２（ｇ）に示す薄膜光電変換モジュールの第２の分離溝の形成方法の一例を概略的に示す断面図。
【図４】比較例に係る薄膜光電変換モジュールを概略的に示す断面図。
【符号の説明】
１，１０１…薄膜光電変換モジュール
２…透明基板
３…透明前面電極層
４ａ，４ｂ…薄膜光電変換ユニット
４ｂ₁…非晶質部
４ｂ₂…結晶質部
５…中間反射層
６…裏面電極層
１０…薄膜光電変換セル
１１…直列アレイ
１２…電極バスバー
２１，２２…分離溝
２３…接続溝
３０…レーザビーム
３２，３３…領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film photoelectric conversion module, and more particularly to a thin film photoelectric conversion module that employs a hybrid structure and has an intermediate reflective layer.
[0002]
[Prior art]
Usually, the thin film photoelectric conversion module has a structure in which a plurality of thin film photoelectric conversion cells are connected in series on a glass substrate. Each thin film photoelectric conversion cell is generally formed by sequentially forming and patterning a front transparent electrode layer, a thin film photoelectric conversion unit, and a metal back electrode layer on a glass substrate.
[0003]
Such a thin film photoelectric conversion module is required to improve the photoelectric conversion efficiency. The tandem structure is a structure in which a plurality of thin-film photoelectric conversion units having different absorption wavelength ranges are laminated between a front transparent electrode layer and a metal back electrode layer, and is known as a structure that allows more effective use of incident light. It has been.
[0004]
In a hybrid structure that is a kind of tandem structure, the crystallinity of the photoelectric conversion layer, which is the main part of the thin film photoelectric conversion unit, differs among the thin film photoelectric conversion units. For example, in a thin film photoelectric conversion module having a hybrid structure, an amorphous silicon layer having a larger band gap is used as the photoelectric conversion layer of the thin film photoelectric conversion unit on the light incident side (or front side), and the thin film on the back side is used. A polysilicon layer having a smaller band gap is used as the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion unit.
[0005]
By the way, in a tandem-type thin film photoelectric conversion module, an intermediate reflective layer having both light transmittance and light reflectivity and having a conductive property may be interposed between a plurality of stacked thin film photoelectric conversion units. When this intermediate reflective layer is provided, the light incident on the front photoelectric conversion layer can be reflected by the intermediate reflective layer, which increases the effective film thickness of the front photoelectric conversion layer, in other words, For example, the output current density of the thin film photoelectric conversion unit on the front side can be increased.
[0006]
Therefore, when the intermediate reflective layer is used in the hybrid thin film photoelectric conversion module described above, the amorphous silicon layer in which the photodegradation becomes remarkable as the film thickness increases is formed sufficiently thin. The output current density can be balanced between the thin film photoelectric conversion unit having a layer and the thin film photoelectric conversion unit having a polysilicon layer. That is, it is considered that the output characteristics of the module can be improved.
[0007]
However, in the hybrid thin-film photoelectric conversion module having the intermediate reflection layer, output characteristics as expected are not necessarily realized as described below.
[0008]
In the tandem-type thin film photoelectric conversion module, the electrical connection between the metal back electrode layer of a thin film photoelectric conversion cell and the transparent front electrode layer of a thin film photoelectric conversion cell adjacent thereto is made between a plurality of thin film photoelectric conversion units and them. This is realized by providing a connection groove penetrating the intermediate reflection layer interposed and embedding the connection groove with a material constituting the metal back electrode layer. That is, the metal filling the connection groove and the intermediate reflection layer come into contact with each other.
[0009]
This intermediate reflection layer has conductivity as described above, and therefore also serves as an electrode layer. In the tandem structure, a plurality of thin film photoelectric conversion units constituting a single thin film photoelectric conversion cell can be regarded as being connected in series with each other. Therefore, with the above structure, it is not possible to effectively take out the electric power generated in the thin film photoelectric conversion unit interposed between the metal back electrode layer and the intermediate reflection layer.
[0010]
Such a problem is caused by dividing the intermediate reflective layer by a separation groove as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-129903 and 9-129906 by the present applicant, and a portion that contributes to power generation. It is considered that this can be avoided by electrically insulating the metal filling the connection groove. In fact, when an amorphous semiconductor layer is used as the photoelectric conversion layer of each of the pair of thin film photoelectric conversion units forming the tandem structure, it contributes to the power generation of the intermediate reflection layer by providing such a separation groove. It has been confirmed that it is possible to prevent current leakage (so-called side leakage) through the metal filling the connection groove from the portion. Therefore, even in a hybrid module having an intermediate reflection layer, it is expected that by adopting the above-described method, side leakage is prevented and sufficient output characteristics can be realized.
[0011]
However, it has been found that, in the hybrid type module, even if the above-described separation groove is formed in the intermediate reflection layer, the expected output characteristics are not always realized.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a thin film photoelectric conversion module that employs a hybrid structure having an intermediate reflection layer and can easily realize high output characteristics.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In solving the above-mentioned problems, the present inventors firstly obtained the effect obtained when the above-mentioned separation groove is provided in the intermediate reflection layer, and the tandem using an amorphous photoelectric conversion layer for each thin film photoelectric conversion unit. The reason for the large difference between mold structure and hybrid structure was investigated in detail. As a result, the following facts were found to be one of the main factors.
[0014]
In general, in the manufacture of a tandem-type thin film photoelectric conversion module, a laser is used to form a connection groove. For example, when forming the connection groove, for the first thin film photoelectric conversion unit, the intermediate reflection layer, and the second thin film photoelectric conversion unit sequentially stacked on the surface of the transparent substrate on which the transparent front electrode layer is formed, Laser beam scanning is performed from the transparent substrate side. Such a laser beam is hardly absorbed by the transparent front electrode layer or the intermediate reflective layer, but is mainly absorbed by the first and second thin film photoelectric conversion units. As a result, the first and second thin film photoelectric conversion units are fused or sublimated at the laser beam irradiation section. In addition, the portion of the intermediate reflective layer corresponding to the laser beam irradiation portion is removed by heat and / or kinetic energy generated by fusing or sublimation of the first thin film photoelectric conversion unit as the underlying layer. As described above, the connection groove for dividing the laminated structure of the first thin film photoelectric conversion unit, the intermediate reflection layer, and the second thin film photoelectric conversion unit is formed.
[0015]
In such a method, it is important to fuse or sublimate both the first and second thin film photoelectric conversion units satisfactorily. In a general tandem structure, an amorphous photoelectric conversion layer having a high light absorption rate for the laser beam, such as an amorphous silicon layer, is used for each thin film photoelectric conversion unit. The connection groove could be formed with.
[0016]
However, a crystalline photoelectric conversion layer such as a crystalline silicon layer has a remarkably low optical absorptance with respect to the laser beam as compared with an amorphous photoelectric conversion layer such as an amorphous silicon layer. Therefore, in the manufacture of a hybrid thin film photoelectric conversion module, it is difficult to sufficiently melt or sublimate the second thin film photoelectric conversion unit with the above laser power. Therefore, it is necessary to increase the laser power. In this case, the transparent front electrode layer and the like are damaged.
[0017]
The present inventors have conducted a detailed study on the structure of the hybrid thin-film photoelectric conversion module in consideration of the above factors. As a result, the separation groove for dividing the transparent front electrode layer, the first photoelectric conversion unit, and the intermediate reflection layer are provided. When the separation groove for preventing side leakage to be divided is connected to form the first separation groove, the first thin film photoelectric conversion unit has a crystalline conversion layer even though the photoelectric conversion layer is crystalline. The ratio of amorphous in the separation groove is very high, and the amorphous extends not only in the first separation groove but also to the upper part of the first separation groove of the second thin film photoelectric conversion unit and its vicinity. It has been found.
[0018]
The inventors pay attention to the fact that the first separation groove and the connection groove are provided apart from each other in the prior art. If the connection groove is adjacent to the first separation groove, the connection groove is formed. Laser beam irradiation can be performed on a portion of the second thin film photoelectric conversion unit where the amorphous ratio is high, and therefore, a relatively low laser power that does not damage the transparent front electrode layer or the like. Thus, the inventors have found that the second thin film photoelectric conversion unit can be sufficiently melted or sublimated, and that the area effective for power generation can be increased, and the present invention has been achieved.
[0019]
That is, according to the present invention, a transparent substrate and , Juxtaposed on one main surface of the transparent substrate and in series with each other In A plurality of thin film photoelectric conversion cells connected to each other, wherein the plurality of thin film photoelectric conversion cells are sequentially laminated on one main surface of the transparent substrate, a transparent front electrode layer, an amorphous photoelectric conversion layer A first thin film photoelectric conversion unit having electrical conductivity When The plurality of thin film photoelectric conversion cells, each comprising an intermediate reflection layer having both light transmission and light reflection properties, a second thin film photoelectric conversion unit having a crystalline photoelectric conversion layer, and a back electrode layer Between each two adjacent A first separation groove having an opening at a position of an interface between the intermediate reflection layer and the second thin film photoelectric conversion unit and having a bottom surface made of the main surface of the transparent substrate. The separation groove is embedded with a material constituting the second thin film photoelectric conversion unit, and the upper surface of the back electrode layer is located away from the first separation groove. Position of The transparent front electrode layer having an opening in the bottom surface of The first thin film photoelectric conversion unit ~ side A second separation groove constituted by an interface between the second thin film photoelectric conversion cell and the back electrode layer between the first separation groove and the second separation groove. Position of The transparent front electrode layer having an opening in the bottom surface of The first thin film photoelectric conversion unit ~ side At the interface Or the interface between the transparent front electrode layer on the first thin film photoelectric conversion unit side and the main surface of the transparent substrate. A configured connection groove is provided adjacent to the first separation groove, and the connection groove is embedded with a material constituting the back electrode layer to thereby form the adjacent groove. Each A thin film photoelectric conversion module is provided in which one back electrode layer and the other transparent front electrode layer of two thin film photoelectric conversion cells are electrically connected.
[0020]
Further, according to the present invention, it comprises a transparent substrate and a plurality of hybrid thin film photoelectric conversion cells juxtaposed on one main surface of the transparent substrate and connected in series with each other, the plurality of thin film photoelectric conversion cells, A transparent front electrode layer sequentially laminated on one main surface of the transparent substrate, a first thin film photoelectric conversion unit having an amorphous photoelectric conversion layer, and having conductivity and light transmissive and light reflective properties A method of manufacturing a thin film photoelectric conversion module comprising an intermediate reflection layer having both, a second thin film photoelectric conversion unit having a crystalline photoelectric conversion layer, and a back electrode layer, wherein one main surface of the transparent substrate Forming a first laminated structure including the transparent electrode layer, the first thin film photoelectric conversion unit, and the intermediate reflective layer and divided by a first separation groove; and Said first separation on the structure Forming the second thin film photoelectric conversion unit so as to embed the first thin film photoelectric conversion unit, and dividing the second laminated structure including the first thin film photoelectric conversion unit, the intermediate reflection layer, and the second thin film photoelectric conversion unit Forming a connection groove adjacent to the first separation groove, forming the back electrode layer so as to embed the connection groove on the second stacked structure, and the second stacked structure. And the back electrode layer are divided to form a second separation groove so that the connection groove is interposed between the first separation groove and the second separation groove. And a process for producing a thin film photoelectric conversion module.
[0021]
The term “crystalline” used here includes polycrystals and microcrystals. In addition, the terms “polycrystal” and “microcrystal” are intended to mean those partially containing an amorphous material.
[0022]
In the present invention, the transparent substrate is preferably an amorphous transparent substrate such as a glass substrate. Further, as the intermediate reflection layer, for example, 1.0 × 10 ^-3 Ωcm to 1.0 × 10 ^-2 A thin film having a specific resistance of Ωcm, particularly a thin film substantially made of an oxide such as ZnO can be used. Further, an amorphous silicon layer or the like can be used as the amorphous photoelectric conversion layer, and a polycrystalline silicon layer or the like can be used as the crystalline photoelectric conversion layer.
[0023]
In the present invention, the connection groove can be formed, for example, by scanning the laser beam from the transparent substrate side with respect to the second laminated structure substantially parallel to the first separation groove. In this case, if the laser beam is scanned so that the beam spot of the laser beam straddles one of the side walls of the first separation groove, it is ensured that no residue remains between the first separation groove and the connection groove. A connection groove can be formed in this. In addition, when forming a connection groove | channel by such a method, a part of bottom face of a connection groove | channel may be comprised with the main surface of a transparent substrate.
[0024]
In the present invention, it is preferable that the second separation groove and the connection groove are adjacent to each other between two adjacent ones of the plurality of thin film photoelectric conversion cells. In this case, it is possible to increase the effective area for power generation. Further, in this case, when forming the second separation groove by scanning the laser beam from the transparent substrate side substantially parallel to the first separation groove with respect to the third stacked structure, the laser scan is performed, If the beam spot of the laser beam crosses one of the side walls of the connection groove, the transparent front electrode can be used even if the laser power is increased to a degree sufficient to melt and / or sublimate the second thin film photoelectric conversion unit. Damage to the layers can be prevented.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. In the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0026]
FIG. 1A is a plan view schematically showing a thin film photoelectric conversion module 1 according to an embodiment of the present invention. Moreover, FIG.1 (b) is sectional drawing along the AA line of the thin film photoelectric conversion module 1 shown to Fig.1 (a). FIG. 1B shows only a part of the module 1.
[0027]
As shown in FIG. 1A, the thin film photoelectric conversion module 1 according to this embodiment has a structure in which a plurality of thin film photoelectric conversion cells 10 are integrated on a transparent substrate 2. These thin film photoelectric conversion cells 10 have a strip shape and are connected in series to form a series array 11. A pair of electrode bus bars 12 made of ribbon-like copper foil or the like is attached to both ends of the series array 11.
[0028]
The module 1 according to this embodiment will be described in more detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 1B, the thin film photoelectric conversion cell 10 of the module 1 includes a first thin film photoelectric conversion unit 4a having a transparent front electrode layer 3 and an amorphous photoelectric conversion layer on a transparent substrate 2. The intermediate reflection layer 5, the second thin film photoelectric conversion unit 4 b provided with the crystalline photoelectric conversion layer, and the back electrode layer 6 are sequentially stacked. That is, the module 1 performs photoelectric conversion of light incident from the transparent substrate 2 side by the photoelectric conversion units 4a and 4b that form a hybrid structure.
[0029]
In the present embodiment, the thin film photoelectric conversion module 1 is provided with first and second separation grooves 21 and 22 and a connection groove 23 for dividing the thin film. The first and second separation grooves 21 and 22 and the connection groove 23 are parallel to each other and extend in a direction perpendicular to the paper surface. The boundary between adjacent cells 10 is defined by the first and second separation grooves 21 and 22.
[0030]
The first separation groove 21 divides the first laminated structure including the transparent front electrode layer 3, the thin film photoelectric conversion unit 4 a, and the intermediate reflection layer 5 corresponding to each cell 10. The thin film photoelectric conversion unit 4b has an opening at the interface and the surface of the substrate 2 is the bottom surface. The first separation groove 21 is embedded with an amorphous material constituting the thin film photoelectric conversion unit 4b, electrically insulates the adjacent transparent front electrode layers 3 from each other, and connects the intermediate reflection layer 5 to the connection groove. It is electrically insulated from a conductive material such as a metal to be embedded.
[0031]
The second separation groove 22 is provided at a position away from the first separation groove 21. The second separation groove 22 divides the third laminated structure including the thin film photoelectric conversion unit 4 a, the intermediate reflection layer 5, the thin film photoelectric conversion unit 4 b, and the back electrode layer 6 corresponding to each cell 10. The exposed surface of the back electrode layer 6 has an opening, and the surface of the transparent front electrode layer 3 is the bottom surface. The second separation grooves 22 electrically insulate the back electrode layers 6 between the adjacent cells 10.
[0032]
The connection groove 23 is provided between the first separation groove 21 and the second separation groove 22 and adjacent to the first separation groove 21. The connection groove 23 divides the second laminated structure including the thin film photoelectric conversion unit 4a, the intermediate reflection layer 5, and the thin film photoelectric conversion unit 4b, and the position of the interface between the thin film photoelectric conversion unit 4b and the back electrode layer 6 And the surface of the transparent front electrode layer 3 is the bottom surface. The connection groove 23 is embedded with a conductive material such as a metal constituting the back electrode layer 6, and electrically connects one back electrode layer 6 and the other transparent front electrode layer 3 of the adjacent cells 10. is doing. In other words, the connection groove 23 and a conductive material such as a metal filling the connection groove 23 serve to connect the cells 10 juxtaposed on the substrate 2 in series. In FIG. 1B, the second separation groove 22 and the connection groove 23 are provided adjacent to each other, but they may be separated from each other.
[0033]
Next, each component of the module 1 described above will be described.
As the transparent substrate 2, for example, a glass plate or a transparent resin film can be used. Since these are not crystalline, when a glass plate or the like is used as the transparent substrate 2, the effect obtained by adopting the structure shown in FIG.
[0034]
The transparent front electrode layer 3 is made of an ITO film, SnO ₂ A film or a transparent conductive oxide layer such as a ZnO film can be used, and these films are usually formed as a polycrystal. The transparent front electrode layer 3 may have a single layer structure or a multilayer structure. The transparent front electrode layer 3 can be formed by a vapor deposition method known per se such as a vapor deposition method, a CVD method, or a sputtering method.
[0035]
It is preferable to form a surface texture structure including fine irregularities on the surface of the transparent front electrode layer 3. By forming such a texture structure on the surface of the transparent front electrode layer 3, the light incident efficiency to the photoelectric conversion unit 4 can be improved. There is no restriction | limiting in particular in the method of forming a surface texture structure, A well-known various method can be used.
[0036]
The thin film photoelectric conversion unit 4a includes an amorphous photoelectric conversion layer. For example, a p-type silicon-based semiconductor layer, a silicon-based photoelectric conversion layer, and an n-type silicon-based semiconductor layer are sequentially stacked from the transparent front electrode layer 3 side. It has a structure. These p-type semiconductor layer, amorphous photoelectric conversion layer, and n-type semiconductor layer can all be formed by a plasma CVD method.
[0037]
On the other hand, the thin film photoelectric conversion unit 4b includes a crystalline photoelectric conversion layer. For example, a p-type silicon-based semiconductor layer, a silicon-based photoelectric conversion layer, and an n-type silicon-based semiconductor layer are sequentially stacked from the intermediate reflection layer 5 side. It has a structure. These p-type semiconductor layer, crystalline photoelectric conversion layer, and n-type semiconductor layer can all be formed by a plasma CVD method.
[0038]
The p-type semiconductor layers constituting these thin film photoelectric conversion units 4a and 4b are formed, for example, by doping silicon or a silicon alloy such as silicon carbide or silicon germanium with p conductivity type determining impurity atoms such as boron or aluminum. be able to. The amorphous photoelectric conversion layer and the crystalline photoelectric conversion layer can be formed of an amorphous silicon-based semiconductor material and a crystalline silicon-based semiconductor material, respectively. And silicon alloys such as silicon carbide and silicon germanium. In addition, if the photoelectric conversion function is sufficiently provided, a weak p-type or weak n-type silicon-based semiconductor material containing a small amount of a conductivity type determining impurity may be used. Furthermore, the n-type semiconductor layer can be formed by doping silicon or a silicon alloy such as silicon carbide or silicon germanium with n-conductivity determining impurity atoms such as phosphorus or nitrogen.
[0039]
The thin film photoelectric conversion unit 4a and the thin film photoelectric conversion unit 4b configured as described above have different absorption wavelength ranges. For example, when the thin film photoelectric conversion layer of the thin film photoelectric conversion unit 4a is made of amorphous silicon and the thin film photoelectric conversion layer of the thin film photoelectric conversion unit 4b is made of crystalline silicon, the former has an optical component of about 550 nm. It can be absorbed most efficiently, and the latter can absorb light components of about 900 nm most efficiently.
[0040]
The thickness of the thin film photoelectric conversion unit 4a is preferably in the range of 0.01 μm to 0.5 μm, and more preferably in the range of 0.1 μm to 0.3 μm. In the module 1 according to this embodiment, since the light incident on the thin film photoelectric conversion unit 4a from the outside can be reflected by the intermediate reflection layer 5, the effective film thickness of the thin film photoelectric conversion unit 4a can be increased. . Therefore, even if the film thickness of the thin film photoelectric conversion unit 4a is reduced in order to suppress photodegradation, a sufficiently high output current density can be maintained.
[0041]
On the other hand, the thickness of the thin film photoelectric conversion unit 4b is preferably in the range of 0.1 μm to 10 μm, and more preferably in the range of 0.1 μm to 5 μm. That is, the thickness of the thin film photoelectric conversion unit 4b is preferably about several to 10 times the thickness of the thin film photoelectric conversion unit 4a. This is because the crystalline photoelectric conversion layer has a smaller light absorption coefficient than the amorphous photoelectric conversion layer.
[0042]
The intermediate reflection layer 5 is made of a ZnO film, SiO ₂ Membrane, SnO ₂ Film, InO ₂ Film, Al ₂ O _Three Membrane, Y ₂ O _Three Film and TiO ₂ It can be composed of a transparent oxide layer such as a film, and is preferably composed of a transparent conductive oxide layer such as a ZnO film, and these films are often formed as polycrystals. The intermediate reflection layer 5 can be formed by a vapor deposition method known per se such as a vapor deposition method, a CVD method, or a sputtering method. The specific resistance of the intermediate reflective layer 5 can be adjusted by doping impurities, changing the degree of oxidation, etc., preferably 1.0 × 10 6. ^-3 Ωcm to 1.0 × 10 ^-2 It is in the range of Ωcm.
[0043]
The thickness of the intermediate reflective layer 5 is preferably in the range of 10 nm to 100 nm, and more preferably in the range of 20 nm to 70 nm. This is because sufficient light reflectivity may not be obtained if the intermediate reflective layer 5 is excessively thin, and sufficient light transmittance may not be obtained if the intermediate reflective layer 5 is excessively thick.
[0044]
The back electrode layer 6 not only has a function as an electrode, but also reflects light that has entered the photoelectric conversion units 4a and 4b from the transparent substrate 2 and reached the back electrode layer 6 to reenter the photoelectric conversion units 4a and 4b. It also has a function as a reflective layer. The back electrode layer 6 can be formed to a thickness of, for example, about 200 nm to 400 nm by a vapor deposition method, a sputtering method, or the like using a metal material such as silver or aluminum. The back electrode layer 6 is made of a non-metallic material such as ZnO on the surface on the photoelectric conversion unit 4b side in order to improve the adhesion between the conductive thin film made of metal and the photoelectric conversion unit 4b, for example. A transparent conductive thin film (not shown) can be further included.
[0045]
According to the present embodiment, the above-described module 1 can be manufactured, for example, by the following method. This will be described with reference to FIG.
2A to 2G are cross-sectional views schematically showing a method for manufacturing the thin film photoelectric conversion module 1 according to an embodiment of the present invention.
[0046]
When manufacturing the module 1 shown in FIG. 2G, first, as shown in FIG. 2A, a transparent substrate 2 having a transparent front electrode layer 3 provided as a continuous film on one main surface is prepared. . Next, as shown in FIG. 2B, the thin film photoelectric conversion unit 4a and the intermediate reflection layer are sequentially formed on the transparent front electrode layer 3 as continuous films.
[0047]
Next, as shown in FIG. 2C, the first laminated structure including the transparent front electrode layer 3, the photoelectric conversion unit 4a, and the intermediate reflection layer 5 is divided by laser scribing using a YAG laser or the like. Thereby, the first laminated structure divided by the first separation groove 21 is obtained. In addition, the conductive fine powder produced by laser scribing such as the intermediate reflection layer 5 is removed as necessary by ultrasonic cleaning or the like.
[0048]
Next, as shown in FIG. 2D, the thin film photoelectric conversion unit 4b is formed on the intermediate reflective layer 5 as a continuous film. Along with the film formation of the thin film photoelectric conversion unit 4b, the first separation groove 21 is embedded with a material constituting the thin film photoelectric conversion unit 4b.
[0049]
In general, since the intermediate reflection layer 5 is crystalline, the photoelectric conversion layer of the thin film photoelectric conversion unit 4b formed thereon can be made crystalline by appropriately setting the film forming conditions. However, because the transparent substrate 21 is amorphous, ordinarily, crystal growth hardly occurs in the first separation groove 21. For this reason, the ratio of amorphous to the material filling the first separation groove 21 is high, and the ratio of amorphous also in the portion located in the vicinity of the separation groove 21 of the thin film photoelectric conversion unit 4b and in the vicinity thereof. Becomes higher. Therefore, the thin film photoelectric conversion unit 4b includes an amorphous part 4b containing amorphous at a relatively high rate. ₁ And a crystalline part 4b composed of substantially crystalline material. ₂ And are formed.
[0050]
In addition, in the film forming process or the subsequent process of the thin film photoelectric conversion unit 4b, a part of the thin film photoelectric conversion unit 4b may be peeled off together with the separation grooves 21 and the surrounding area together with the thin films 4a and 5. Such peeling can be prevented by appropriately adjusting the film forming conditions.
[0051]
Thereafter, as shown in FIG. 2E, the connection groove 23 is formed on the second laminated structure including the thin film photoelectric conversion unit 4a, the intermediate reflection layer 5, and the thin film photoelectric conversion unit 4b by laser scribing using a YAG laser or the like. Form. In the present embodiment, in order to make the connection groove 23 adjacent to the first separation groove 21, the laser beam irradiation for forming the connection groove 23 is performed on the crystalline portion 4b. ₂ Amorphous part 4b with much higher light absorption than ₁ Can be done against. Therefore, the connection groove 23 can be formed with a relatively low laser power that does not damage the transparent front electrode layer 3 and the like.
[0052]
Next, as shown in FIG. 2F, the back electrode layer 6 is formed on the photoelectric conversion unit 4b. Along with the formation of the back electrode layer 6, the connection groove 23 is filled with a conductive material such as metal, and the back electrode layer 6 and the transparent front electrode layer 3 are electrically connected via the conductive material filling the connection groove 23. Connected.
[0053]
Next, as shown in FIG. 2G, a laser using a YAG laser or the like in the third laminated structure including the thin film photoelectric conversion unit 4a, the intermediate reflection layer 5, the thin film photoelectric conversion unit 4b, and the back electrode layer 6. A second separation groove 22 is formed by scribing. Further, a power generation region is determined by laser scribing using a YAG laser or the like, and a pair of electrode bus bars 12 are provided at both ends of a row formed by the cells 10. As described above, the structure shown in FIGS. 1A, 1B and 2G is obtained.
[0054]
In addition, the module 1 produced by the above method is usually provided with an organic protective film (not shown) on the back side thereof via a sealing resin layer (not shown). This sealing resin layer seals each thin film photoelectric conversion cell 10 formed on the transparent substrate 2, and a resin capable of adhering an organic protective film to these cells 10 is used. As such a resin, for example, EVA (ethylene / vinyl acetate copolymer) can be used. Moreover, as an organic protective film, a polyvinyl fluoride film (for example, Tedlar film (registered trademark)) or the like is used. These sealing resin / organic protective films can be simultaneously attached to the back side of the thin film photoelectric conversion module 1 by a vacuum laminating method.
[0055]
As described above, in the module 1 according to the present embodiment, the separation groove 21 electrically insulates the intermediate reflective layer 5 and the conductive material filling the connection groove 23. Therefore, it is possible to prevent a leak current from occurring between them. Further, according to the present embodiment, in order to make the connection groove 23 adjacent to the first separation groove 21, the laser beam irradiation for forming the connection groove 23 is performed on the crystalline portion 4b. ₂ Amorphous part 4b with much higher light absorption than ₁ Can be done against. Therefore, the connection groove 23 can be formed with a relatively low laser power that does not damage the transparent front electrode layer 3 and the like. Furthermore, according to the present embodiment, since the connection groove 23 is adjacent to the first separation groove 21, an area effective for power generation can be increased.
[0056]
In the said embodiment, although division | segmentation of the transparent front electrode layer 3 and division | segmentation of the thin film photoelectric conversion unit 4a and the intermediate | middle reflective layer 5 were performed by the single process, those division | segmentation may be performed by a separate process. In the above embodiment, the second separation groove 22 and the connection groove 23 are adjacent to each other, but they may be provided apart from each other. However, providing adjacently is advantageous in increasing the effective area for power generation.
[0057]
The second separation groove 22 and the connection groove 23 are preferably formed by the method shown in FIG.
FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing an example of a method of forming the connection groove 23 of the thin film photoelectric conversion module 1 shown in FIGS. 1A, 1B, and 2G. 3B is a cross-sectional view schematically showing an example of a method for forming the second separation groove 22 of the thin film photoelectric conversion module 1 shown in FIGS. 1A, 1B, and 2G. It is. In FIG. 3A, reference numeral 33 indicates a region where the connection groove 23 is to be formed, and in FIG. 3B, reference numeral 32 indicates a region where the second separation groove 22 is to be formed. .
[0058]
In forming the connection groove 23, as shown in FIG. 3A, the laser beam 30 is scanned so that the beam spot of the laser beam 30 straddles one of the side walls of the first separation groove 21. Even if the relative position between the optical axis 30 and the first separation groove 21 slightly varies in the horizontal direction in the figure, the connection is ensured without leaving any residue between the first separation groove 21 and the connection groove 23. A groove 23 can be formed. In addition, when the connection groove 23 is formed by such a method, a part of the bottom surface of the connection groove 23 is usually constituted by the main surface of the transparent substrate 2 as shown in FIG.
[0059]
In forming the second separation groove 22, as shown in FIG. 3B, the laser beam 30 is scanned with one of the side walls of the connection groove 23 (first separation groove). If the relative position between the optical axis of the laser beam 30 and the connection groove 23 slightly varies in the lateral direction in the figure, the second separation groove 22 and the connection groove The second separation groove 22 can be reliably formed without leaving any residue between the second separation groove 22 and the second separation groove 22.
[0060]
By the way, a pulse laser is generally used as a laser for forming the separation groove and the connection groove. Therefore, the power of the laser beam 30 is adjusted by changing the pulse period. Therefore, in order to form the second separation groove 22, a part of the beam spot must be partially overlapped with the position of the beam spot one cycle before.
[0061]
However, if the power of the laser beam 30 is reduced for the purpose of preventing the transparent front electrode layer 3 from being damaged when the second separation groove 22 is formed, the period of the pulse becomes long. In this case, the second separation groove 22 is not formed, and a plurality of rows of holes are formed. Even if the second separation groove 22 is formed, it may be difficult to achieve the expected insulation separation.
[0062]
On the other hand, when the second separation groove 22 is formed, when the laser beam 30 is scanned as shown in FIG. 3B, a part of the laser beam 30 is irradiated to a metal material or the like that fills the connection groove 23. Is done. In addition to reflecting a part of the laser beam 30, the metal material that fills the connection groove 23 is thermally conductive between the thin film photoelectric conversion unit 4 a and the thin film photoelectric conversion unit 4 b and between the thin film photoelectric conversion unit 4 and the back electrode layer 6. Mediates heat conduction. Therefore, even when the power of the laser beam 30 is high, uniform heating can be realized while preventing the transparent front electrode layer 3 and the like from being damaged, that is, the second separation excellent in insulation separation. It is possible to reliably form the groove 22.
[0063]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
[0064]
(Example)
The thin film photoelectric conversion module 1 shown in FIGS. 1A and 1B was produced by the method described below. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS.
[0065]
First, as shown in FIG. 2A, SnO is formed on one main surface. ₂ A 127 mm × 127 mm glass substrate having the film 3 was prepared. Next, as shown in FIG. 2B, SnO2 is formed by plasma CVD. ₂ A thin film photoelectric conversion unit 4a having a thickness of 0.25 μm was formed on the film 3, and a ZnO layer 5 having a thickness of 30 nm was further formed on the thin film photoelectric conversion unit 4a by a sputtering method. The photoelectric conversion unit 4a has a non-doped amorphous silicon layer as a photoelectric conversion layer, and forms a pin junction.
[0066]
Next, as shown in FIG. 2C, by using a YAG IR pulse laser and setting the laser power to 0.4 W and performing laser scanning in parallel with one side of the substrate 2, SnO ₂ Scribing to the laminated structure of the film 3, the thin film photoelectric conversion unit 4a, and the ZnO layer 5 was performed. As a result, a separation groove 21 having a width of 70 μm was formed to divide the laminated structure of these thin films into a plurality of strip patterns.
[0067]
Thereafter, ultrasonic cleaning and drying were performed. Further, as shown in FIG. 2D, a thin film photoelectric conversion unit 4b having a thickness of 3.0 μm was formed on the ZnO layer 5 by plasma CVD. This photoelectric conversion unit 4b has a non-doped polycrystalline silicon layer as a photoelectric conversion layer.
[0068]
Subsequently, as shown in FIG. 2 (e), the thin film photoelectric conversion units 4a and 4b and the ZnO film are obtained by performing laser scanning in parallel with one side of the substrate 2 using a YAG SHG pulse laser with a laser power of 0.5 W. 5 was formed, and a connection groove 23 having a width of 60 μm was formed to divide the stacked structure into a plurality of band-like patterns. When forming the connection groove 23, the distance between the optical axis of the laser beam and the center of the separation groove 21 was set to 50 μm so that the beam spot straddled one of the side walls of the separation groove 21.
[0069]
Thereafter, as shown in FIG. 2F, a back electrode layer 6 was formed by sequentially forming a ZnO film and an Ag film on the thin film photoelectric conversion unit 4b by sputtering. Next, as shown in FIG. 2 (g), thin film photoelectric conversion units 4a and 4b, ZnO film 5 are obtained by performing laser scanning in parallel with one side of the substrate 2 using a YAG SHG pulse laser with a laser power of 0.7 W. In addition, a separation groove 22 having a width of 60 μm was formed to divide the laminated structure of the back electrode layer 6 into a plurality of strip patterns. When forming the separation groove 22, the distance between the optical axis of the laser beam and the center of the connection groove 23 was set to 45 μm so that the beam spot straddled one of the side walls of the connection groove 23.
[0070]
Subsequently, by scanning the laser along the periphery of the substrate 2 using a YAG pulse laser, SnO ₂ Grooves were formed in the film 3, the thin film photoelectric conversion units 4a and 4b, the ZnO film 5, and the back electrode layer 6 to determine the power generation region. As described above, 10-stage thin film photoelectric conversion cells 10 each having a size of 100 mm × 100 mm and connected in series to each other were formed. Furthermore, by providing a pair of electrode bus bars 12 at both ends of the series array 11 formed by the cells 10, a module 1 shown in FIGS. 1A and 1B was obtained.
[0071]
Next, for the module 1 manufactured by the method described above, the measurement temperature is 25 ° C., and the irradiance is 100 mW / cm having an AM1.5 spectrum. ² The output characteristics were investigated using a solar simulator. As the light source, a combination of a xenon lamp, a halogen lamp, and a filter was used. As a result, the open circuit voltage V of each cell 10 of this module 1 _oc Is 1.350 V and the short circuit current I _sc Is 122.4 mA and the fill factor F.I. F. Is 68.5%, and the power generation efficiency Eff. Was 11.3%. Further, the photocurrent of each component was obtained by calculation from the spectral sensitivity characteristics. As a result, the top photovoltaic element J _sc Is 12.92 mA / cm ² J of the bottom photovoltaic element _sc Is 12.42 mA / cm ² It turns out that.
[0072]
(Comparative example)
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a thin film photoelectric conversion module according to a comparative example. The thin film photoelectric conversion module 101 shown in FIG. 4 is the same as the thin film photoelectric conversion module shown in FIG. 1B except that the separation groove 21 and the connection groove 23 are separated and the separation groove 22 and the connection groove 23 are separated. It has the same structure as module 1.
[0073]
In this comparative example, the module 101 shown in FIG. 4 was produced by the following method.
First, the structure shown in FIG. 2D was obtained by the same method as described in the above example. Next, by using a YAG SHG pulse laser and setting the laser power to 0.6 W and performing laser scanning parallel to one side of the substrate 2, scribing to the laminated structure of these thin film photoelectric conversion units 4a and 4b and the ZnO film 5 is performed. A connection groove 23 having a width of 60 μm was formed to divide this laminated structure into a plurality of belt-like patterns. When forming the connection groove 23, unlike the above embodiment, the distance between the optical axis of the laser beam and the center of the separation groove 21 is set so that the beam spot is located at a certain distance from the separation groove 21. Set to 100 μm.
[0074]
Next, the back electrode layer 6 was formed as a continuous film on the thin film photoelectric conversion unit 4b by the same method as described in the above example with reference to FIG. Thereafter, a laser scanning is performed in parallel with one side of the substrate 2 using a YAG SHG pulse laser with a laser power of 0.8 W. A separation groove 22 having a width of 60 μm was formed to be divided into a belt-like pattern. When forming the separation groove 22, unlike the above embodiment, the distance between the optical axis of the laser beam and the center of the connection groove 23 is set so that the beam spot is located at a certain distance from the connection groove 23. Set to 100 μm.
[0075]
Thereafter, the power generation region was determined by the same method as described in the above example. As described above, 10-stage thin film photoelectric conversion cells 10 connected in series with each other were formed. Furthermore, a module 101 shown in FIG. 4 was obtained by providing a pair of electrode bus bars at both ends of the series array formed by the cells 10.
[0076]
For the module 101 according to the comparative example obtained by such a method, the output characteristics were examined under the same conditions as in the above example. As a result, the open circuit voltage V of each cell 10 of this module 1 _oc Is 1.348V and the short circuit current I _sc Is 121.2 mA and the fill factor F.I. F. Is 68%, and the power generation efficiency Eff. Was 11.1%.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the hybrid structure, the groove for dividing the transparent front electrode layer corresponding to each cell and the groove for preventing side leakage from the intermediate reflective layer to the connection part for connecting each cell in series Constitutes a single separation groove and a connection groove is adjacent to the separation groove. Therefore, it is possible to form connection grooves and increase the effective area for power generation with little damage to the transparent front electrode layer and the like.
That is, according to the present invention, there is provided a thin film photoelectric conversion module that employs a hybrid structure having an intermediate reflective layer and can easily realize high output characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view schematically showing a thin film photoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross section taken along line AA of the thin film photoelectric conversion module shown in FIG. Figure.
2A to 2G are cross-sectional views schematically showing a method for manufacturing a thin-film photoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention.
3A is a cross-sectional view schematically showing an example of a method for forming a connection groove of the thin film photoelectric conversion module shown in FIGS. 1A, 1B, and 2G, and FIG. Sectional drawing which shows roughly an example of the formation method of the 2nd isolation | separation groove | channel of the thin film photoelectric conversion module shown to 1 (a), (b) and FIG.2 (g).
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a thin film photoelectric conversion module according to a comparative example.
[Explanation of symbols]
1,101 ... Thin film photoelectric conversion module
2 ... Transparent substrate
3. Transparent front electrode layer
4a, 4b ... Thin film photoelectric conversion unit
4b ₁ ... Amorphous part
4b ₂ ... Crystalline part
5. Intermediate reflection layer
6 ... Back electrode layer
10. Thin film photoelectric conversion cell
11 ... Series array
12 ... Electrode busbar
21, 22 ... separation groove
23 ... Connection groove
30 ... Laser beam
32, 33 ... area

Claims

Comprising a transparent substrate, and a plurality of hybrid type thin film photoelectric conversion cells are juxtaposed on one main surface of the transparent substrate were and are connected in series to each other,
The plurality of thin film photoelectric conversion cells have a transparent front electrode layer sequentially stacked on one main surface of the transparent substrate, a first thin film photoelectric conversion unit including an amorphous photoelectric conversion layer, and conductivity. that the intermediate reflective layer having both light transmissive and light reflective properties both second thin film photoelectric conversion unit including a crystalline photoelectric conversion layer, and is composed of a back electrode layer,
Between each adjacent two of the plurality of thin film photoelectric conversion cells,
A first separation groove having an opening at the interface position between the intermediate reflection layer and the second thin film photoelectric conversion unit and having a bottom surface made of the main surface of the transparent substrate is provided. The groove is embedded with a material constituting the second thin film photoelectric conversion unit,
The first separation groove has an opening at a position on the top surface of the back electrode layer, and a bottom surface is formed by an interface of the transparent front electrode layer on the first thin film photoelectric conversion unit side . 2 separation grooves are provided,
Between the first isolation groove and the second separating groove, and the bottom has an opening at the interface position between the second thin film photoelectric conversion cell and the back electrode layer of the transparent front electrode layer A connection groove formed at the interface on the first thin film photoelectric conversion unit side or on the first thin film photoelectric conversion unit side interface of the transparent front electrode layer and the main surface of the transparent substrate is the first groove. provided adjacent the isolation trench, one of the back electrode layer and the other transparent front electrode of the connection grooves each two thin-film photoelectric conversion cells were Tsu if adjacent said by being filled with the material constituting the back electrode layer A thin film photoelectric conversion module characterized in that the layers are electrically connected.

2. The thin film photoelectric conversion module according to claim 1, wherein the second separation groove and the connection groove are adjacent to each other between two adjacent ones of the plurality of thin film photoelectric conversion cells.

The thin film photoelectric conversion module according to claim 1, wherein a part of a bottom surface of the connection groove is formed by a main surface of the transparent substrate.