JP4904320B2 - 集積型薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、集積型薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。
従来の集積型薄膜太陽電池として、例えば特許文献１には、透光性絶縁基板の表面に透明電極層、光電変換層および金属電極層が順次積層されてなる薄膜光電変換素子が複数個互いに電気的に接続されたストリング（サブモジュール）を、ストリング分離溝（サブモジュール分離溝）を介して直列接続方向と直交する方向に複数並べて配置した集積型薄膜太陽電池が開示されている。
以下、本明細書において、集積型薄膜太陽電池を太陽電池と略称し、薄膜光電変換素子をセルと称する場合がある。
以下、本明細書において、集積型薄膜太陽電池を太陽電池と略称し、薄膜光電変換素子をセルと称する場合がある。
この太陽電池は、複数のストリングにおける直列接続方向両側のセル上に、集電電極（電流取り出し用電極）が半田にて接合されている。この集電電極としては、金属線または金属箔が用いられている。
また、特許文献２には、前記構造の太陽電池の集電電極にリード線が電気的に接続され、各ストリングを直列接続する方法が開示されている。
また、特許文献２には、前記構造の太陽電池の集電電極にリード線が電気的に接続され、各ストリングを直列接続する方法が開示されている。
このような従来の太陽電池において、各ストリングの両側のセル上へ集電電極を接合する方法は、予め集電電極をセルの直列接続方向と直交する方向の寸法よりも短い長さに切り揃え、各集電電極を各セル上に半田付けする方法が一般的である。
しかしながら、このような接合方法は、ストリングの数が多くなると、作業者が半田付けで取り扱う集電電極の数も増加するため、集電電極の半田付け作業が煩雑となる。それに加え、セルの前記寸法を変更すると、それに応じた長さの集電電極を使用しなければならず、長さの異なる集電電極を作製する必要があった。
しかしながら、このような接合方法は、ストリングの数が多くなると、作業者が半田付けで取り扱う集電電極の数も増加するため、集電電極の半田付け作業が煩雑となる。それに加え、セルの前記寸法を変更すると、それに応じた長さの集電電極を使用しなければならず、長さの異なる集電電極を作製する必要があった。
本発明は、簡易かつ低コストな方法で集電電極を有する集積型薄膜太陽電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
かくして、本発明によれば、透光性絶縁基板上に第１電極層、光電変換層および第２電極層が順次積層されてなる薄膜光電変換素子を、複数個互いに電気的に直列接続してストリングを形成するストリング形成工程と、前記ストリング中に複数個接続された薄膜光電変換素子に直列接続方向に１つまたは複数のストリング分離溝を形成すべく光ビーム照射を行うストリング分離溝形成工程と、ストリング中に複数個接続された薄膜光電変換素子のうち直列接続方向の両端の薄膜光電変換素子の第２電極層上に集電電極を電気的に接合する集電電極接合工程とを含み、前記集電電極接合工程は、ストリング分離溝で分割された各薄膜光電変換素子上に、直列接続方向と直交する方向に延びる集電電極を連続的に接合する第１段階と、前記集電電極における任意のストリング分離溝に位置する部分を切断する第２段階とを含む集積型薄膜太陽電池の製造方法が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記集積型薄膜太陽電池の製造方法によって製造された集積型薄膜太陽電池であって、透光性絶縁基板の表面に透光性第１電極層、光電変換層および第２電極層が順次積層されてなる薄膜光電変換素子が複数互いに電気的に直列接続されたストリングを備え、前記ストリングは、同一の前記透光性絶縁基板上に、直列接続方向に延びる１本以上のストリング分離溝を挟んで直列接続方向と直交する方向に複数並列して配置され、前記複数のストリングにおける直列接続方向の両端の薄膜光電変換素子の第２電極層上に集電電極が電気的に接合された集積型薄膜太陽電池が提供される。
本発明の集積型薄膜太陽電池の製造方法によれば、集電電極接合工程が、全てのストリングにおける直列接続方向両側の薄膜光電変換素子上に、直列接続方向と直交する方向に延びる集電電極を１本ずつ連続的に接合する第１段階と、各集電電極における任意の前記ストリング分離溝に位置する部分を切断する第２段階とに分けられているため、以下の効果を奏する。
（１）ストリングの数が多くなっても、作業者が第１段階で取り扱う集電電極の数は２本であるため、作業者による集電電極の接合作業を効率よく行うことができる。
（２）単セルの直列接続方向と直交する方向の寸法に関係なく、第１段階では集電電極を連続的に接合し、第２段階で集電電極を切断するため、単セルの前記寸法に応じた長さの集電電極を作製する必要がなく、単セルのサイズ、数等に応じて効率よく集電電極を形成することができる。
（１）ストリングの数が多くなっても、作業者が第１段階で取り扱う集電電極の数は２本であるため、作業者による集電電極の接合作業を効率よく行うことができる。
（２）単セルの直列接続方向と直交する方向の寸法に関係なく、第１段階では集電電極を連続的に接合し、第２段階で集電電極を切断するため、単セルの前記寸法に応じた長さの集電電極を作製する必要がなく、単セルのサイズ、数等に応じて効率よく集電電極を形成することができる。
本発明の集積型薄膜太陽電池の製造方法は、透光性絶縁基板上に第１電極層、光電変換層および第２電極層が順次積層されてなる薄膜光電変換素子を、複数個互いに電気的に直列接続してストリングを形成するストリング形成工程と、前記ストリング中に複数個接続された薄膜光電変換素子に直列接続方向に１つまたは複数のストリング分離溝を形成すべく光ビーム照射を行うストリング分離溝形成工程と、ストリング中に複数個接続された薄膜光電変換素子のうち直列接続方向の両端の薄膜光電変換素子の第２電極層上に集電電極を電気的に接合する集電電極接合工程とを含み、前記集電電極接合工程は、ストリング分離溝で分割された各薄膜光電変換素子上に、直列接続方向と直交する方向に延びる集電電極を連続的に接合する第１段階と、前記集電電極における任意のストリング分離溝に位置する部分を切断する第２段階とを含むことを特徴とする。
つまり、本発明は、同一の前記透光性絶縁基板上に直列接続方向に延びる複数のストリングが並列して配置された集積型薄膜太陽電池の製造工程において、各ストリングの直列接続方向の両端に電流取り出し用の集電電極を接合する方法に特徴を有する。
以下、本発明の集積型薄膜太陽電池の製造方法およびこれによって製造される集積型薄膜太陽電池の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、実施形態は本発明の一例であり、本発明は実施形態によって限定されるものではない。
以下、本発明の集積型薄膜太陽電池の製造方法およびこれによって製造される集積型薄膜太陽電池の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、実施形態は本発明の一例であり、本発明は実施形態によって限定されるものではない。
（実施形態１）
図１（ａ）は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態１を示す概略平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の集積型薄膜太陽電池を直列接続方向（矢印Ａ方向）から見た部分的な拡大側面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）の集積型薄膜太陽電池を直列接続方向と直交する方向（矢印Ｂ方向）から見た部分的な拡大正面図である。また、図２は実施形態１の集積型薄膜太陽電池における各ストリングの接続状況を示す概略平面図である。
図１（ａ）は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態１を示す概略平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の集積型薄膜太陽電池を直列接続方向（矢印Ａ方向）から見た部分的な拡大側面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）の集積型薄膜太陽電池を直列接続方向と直交する方向（矢印Ｂ方向）から見た部分的な拡大正面図である。また、図２は実施形態１の集積型薄膜太陽電池における各ストリングの接続状況を示す概略平面図である。
この集積型薄膜太陽電池（太陽電池）は、四角形の透光性絶縁基板１と、絶縁基板１の表面に透光性第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４が順次積層されてなる薄膜光電変換素子（セル）１５が複数互いに電気的に直列接続されたストリングＳ２と、ストリングＳ２における直列接続方向Ａの一端側のセル１５ａの第２電極層４上にろう材を介して電気的に接合された２本の第１集電電極１６および他端側のセル１５ｂの第２電極層４上にろう材を介して電気的に接合された２本の第２集電電極１７とを備える。第１および第２集電電極１６、１７としては、例えば銅線、銅箔等が用いられる。
さらに、この太陽電池は、ストリングＳ２が、同一の絶縁基板１上に、直列接続方向Ａに延びる複数（この場合７本）のストリング分離溝８を挟んで直列接続方向と直交する方向Ｂに複数（この場合８個）並列して配置されており、１組の第１集電電極１６と第２集電電極１７とによって隣接する４つのストリングＳ２を並列接続している。これにより、この太陽電池は、４つのストリングＳ２が並列接続されたグループを２組備える。
そして、一方のグループの第２集電電極１７と他方のグループの第１集電電極１６とがリード線Ｌ１によって電気的に接続されることにより２つのグループが直列接続され、一方のグループの第１集電電極１６がリード線Ｌ２によって電気的に接続され、他方のグループの第２集電電極１７がリード線Ｌ３によって電気的に接続されることにより、直列接続された２つのグループにより発電された高電圧の電流が取り出される。なお、図１および図２において、符号Ｅは電流が流れる方向（電流方向）を表している。
そして、一方のグループの第２集電電極１７と他方のグループの第１集電電極１６とがリード線Ｌ１によって電気的に接続されることにより２つのグループが直列接続され、一方のグループの第１集電電極１６がリード線Ｌ２によって電気的に接続され、他方のグループの第２集電電極１７がリード線Ｌ３によって電気的に接続されることにより、直列接続された２つのグループにより発電された高電圧の電流が取り出される。なお、図１および図２において、符号Ｅは電流が流れる方向（電流方向）を表している。
＜ストリング＞
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ストリングＳ２は、矢印Ａ方向に隣接する２つのセル１５の間に第２電極層４および光電変換層３が除去されて形成された素子分離溝９を有している。この素子分離溝９は、一つのセル１５の第２電極４および光電変換層３と、隣接する他のセル１５の第２電極４および光電変換層３とを電気的に分離するよう、矢印Ｂ方向に延びて形成されており、その溝幅（矢印Ａ方向）は１０〜２００μｍ程度が好ましい。
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ストリングＳ２は、矢印Ａ方向に隣接する２つのセル１５の間に第２電極層４および光電変換層３が除去されて形成された素子分離溝９を有している。この素子分離溝９は、一つのセル１５の第２電極４および光電変換層３と、隣接する他のセル１５の第２電極４および光電変換層３とを電気的に分離するよう、矢印Ｂ方向に延びて形成されており、その溝幅（矢印Ａ方向）は１０〜２００μｍ程度が好ましい。
このストリングＳ２において、一つのセル１５の第１電極層２は、その一端（電流方向Ｅの下流側端部）が素子分離溝９を横切って隣接する他のセル１５の領域まで延びた延出部２ａを有し、かつ隣接する第１電極層２とは分離ライン１０によって電気的に絶縁されている。
また、一つのセル１５の第２電極層４の一端（電流方向Ｅの上流側端部）は、光電変換層３を貫通する直列用導電部４ａを介して隣接するセル１５の第１電極層２の延出部２ａと電気的に接続している。なお、直列用導電部４ａは、第２電極層４と同一工程にて同一材料で形成することができる。
また、一つのセル１５の第２電極層４の一端（電流方向Ｅの上流側端部）は、光電変換層３を貫通する直列用導電部４ａを介して隣接するセル１５の第１電極層２の延出部２ａと電気的に接続している。なお、直列用導電部４ａは、第２電極層４と同一工程にて同一材料で形成することができる。
また、複数のストリングＳ２において、第１集電電極１６が接合された４つのセル１５ａ同士および第２集電電極１７が接合された４つのセル１５ｂ同士は、ストリング分離溝８によって完全に分離されている。
ストリング分離溝８は、第１電極層２を除去して形成された第１溝８ａと、光電変換層３および第２電極層４を第１溝８ａの幅よりも広い幅で除去して形成された第２溝８ｂとからなり、かつ、第１溝８ａの全体は第２溝８ｂの内側領域に配置されている。このストリング分離溝８によって、各セル１５の第１電極層２と第２電極層４とが短絡すること防止している。この第１溝８ａの溝幅（矢印Ｂ方向）としては１０〜１０００μｍ程度が好ましく、第２溝８ｂの溝幅（矢印Ｂ方向）としては２０〜１５００μｍ程度が好ましい。
ストリング分離溝８は、第１電極層２を除去して形成された第１溝８ａと、光電変換層３および第２電極層４を第１溝８ａの幅よりも広い幅で除去して形成された第２溝８ｂとからなり、かつ、第１溝８ａの全体は第２溝８ｂの内側領域に配置されている。このストリング分離溝８によって、各セル１５の第１電極層２と第２電極層４とが短絡すること防止している。この第１溝８ａの溝幅（矢印Ｂ方向）としては１０〜１０００μｍ程度が好ましく、第２溝８ｂの溝幅（矢印Ｂ方向）としては２０〜１５００μｍ程度が好ましい。
また、複数のストリングＳ２は、透光性絶縁基板１の外周端面（四辺の端面）よりも内側に形成されている。つまり、絶縁基板１の表面の外周領域は、第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４が形成されていない非導電性表面領域１２とされており、その幅は太陽電池の出力電圧に応じた寸法範囲に設定されている。
〔透光性絶縁基板および第１電極層〕
透光性絶縁基板１としては、以降の膜形成プロセスにおける耐熱性および透光性を有するガラス基板、ポリイミド等の樹脂基板等が使用可能である。
また、第１電極層２は、透明導電膜からなり、好ましくは、ＺｎＯまたはＳｎＯ2を含む材料からなる透明導電膜からなる。ＳｎＯ2を含む材料は、ＳｎＯ2自体であってもよく、ＳｎＯ2と別の酸化物の混合物（例えば、ＳｎＯ2とＩｎ2Ｏ3の混合物であるＩＴＯ）であってもよい。
透光性絶縁基板１としては、以降の膜形成プロセスにおける耐熱性および透光性を有するガラス基板、ポリイミド等の樹脂基板等が使用可能である。
また、第１電極層２は、透明導電膜からなり、好ましくは、ＺｎＯまたはＳｎＯ2を含む材料からなる透明導電膜からなる。ＳｎＯ2を含む材料は、ＳｎＯ2自体であってもよく、ＳｎＯ2と別の酸化物の混合物（例えば、ＳｎＯ2とＩｎ2Ｏ3の混合物であるＩＴＯ）であってもよい。
〔光電変換層〕
光電変換層３を構成する各半導体層の材料は、特に限定されず、例えば、シリコン系半導体、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ2）化合物半導体、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2）化合物半導体等からなる。以下、各半導体層がシリコン系半導体からなる場合を例にとって説明を進める。「シリコン系半導体」とは、非晶質又は微結晶シリコン、又は非晶質又は微結晶シリコンに炭素やゲルマニウム又はその他の不純物が添加された半導体（シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム等）を意味する。また、「微結晶シリコン」とは、結晶粒径が小さい（数十から千Å程度）結晶シリコンと、非晶質シリコンとの混合相の状態のシリコンを意味する。微結晶シリコンは、例えば、結晶シリコン薄膜をプラズマＣＶＤ法などの非平衡プロセスを用いて低温で作製した場合に形成される。
光電変換層３を構成する各半導体層の材料は、特に限定されず、例えば、シリコン系半導体、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ2）化合物半導体、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2）化合物半導体等からなる。以下、各半導体層がシリコン系半導体からなる場合を例にとって説明を進める。「シリコン系半導体」とは、非晶質又は微結晶シリコン、又は非晶質又は微結晶シリコンに炭素やゲルマニウム又はその他の不純物が添加された半導体（シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム等）を意味する。また、「微結晶シリコン」とは、結晶粒径が小さい（数十から千Å程度）結晶シリコンと、非晶質シリコンとの混合相の状態のシリコンを意味する。微結晶シリコンは、例えば、結晶シリコン薄膜をプラズマＣＶＤ法などの非平衡プロセスを用いて低温で作製した場合に形成される。
光電変換層３は、第１電極２側から順にｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層が積層されてなる。なお、ｉ型半導体層を省略してもよい。
ｐ型半導体層には、ボロン、アルミニウム等のｐ型不純物原子がドープされており、ｎ型半導体層にはリン等のｎ型不純物原子がドープされている。ｉ型半導体層は、完全にノンドープである半導体層であってもよく、微量の不純物を含む弱ｐ型または弱ｎ型で光電変換機能を十分に備えている半導体層であってもよい。なお、本明細書において、「非晶質層」及び「微結晶層」は、それぞれ、非晶質および微結晶の半導体層を意味する。
また、光電変換層３は、ｐｉｎ構造が複数重ねられたタンデム型でもよく、例えば、第１電極２上にa-Si:Ｈｐ層、a-Si:Ｈｉ層、a-Si:Ｈｎ層をこの順に積層した上部半導体層と、上部半導体層上にμc-Si:Ｈｐ層、μc-Si:Ｈｉ層、μc-Si:Ｈｎ層をこの順に積層した下部半導体層とから構成されてもよい。また、ｐｉｎ構造を上部半導体層、中部半導体層および下部半導体層からなる３層構造の光電変換層３としてもよく、例えば、上部および中部半導体層にアモルファスシリコン（a-Si）、下部半導体層に微結晶シリコン（μc-Si）を用いた３層構造でも構わない。光電変換層３の材料および積層構造の組み合わせは、特に限定されるものではない。
ｐ型半導体層には、ボロン、アルミニウム等のｐ型不純物原子がドープされており、ｎ型半導体層にはリン等のｎ型不純物原子がドープされている。ｉ型半導体層は、完全にノンドープである半導体層であってもよく、微量の不純物を含む弱ｐ型または弱ｎ型で光電変換機能を十分に備えている半導体層であってもよい。なお、本明細書において、「非晶質層」及び「微結晶層」は、それぞれ、非晶質および微結晶の半導体層を意味する。
また、光電変換層３は、ｐｉｎ構造が複数重ねられたタンデム型でもよく、例えば、第１電極２上にa-Si:Ｈｐ層、a-Si:Ｈｉ層、a-Si:Ｈｎ層をこの順に積層した上部半導体層と、上部半導体層上にμc-Si:Ｈｐ層、μc-Si:Ｈｉ層、μc-Si:Ｈｎ層をこの順に積層した下部半導体層とから構成されてもよい。また、ｐｉｎ構造を上部半導体層、中部半導体層および下部半導体層からなる３層構造の光電変換層３としてもよく、例えば、上部および中部半導体層にアモルファスシリコン（a-Si）、下部半導体層に微結晶シリコン（μc-Si）を用いた３層構造でも構わない。光電変換層３の材料および積層構造の組み合わせは、特に限定されるものではない。
〔第２電極層〕
第２電極層４の構成や材料は、特に限定されないが、一例では、第２電極４は、透明導電膜と金属膜とが光電変換層上に積層した積層構造を有する。透明導電膜は、ZnO、ITO、SnO2などからなる。金属膜は、銀、アルミニウム等の金属からなる。なお、第２電極層４はAg、Al等の金属膜のみでも良いが、ZnO、ITO、SnO2等の透明導電膜を光電変換層３側に配置した方が、光電変換層３で吸収されなかった光を裏面電極層４で反射する反射率が向上し、高い変換効率の薄膜太陽電池を得ることができる点で好ましい。
第２電極層４の構成や材料は、特に限定されないが、一例では、第２電極４は、透明導電膜と金属膜とが光電変換層上に積層した積層構造を有する。透明導電膜は、ZnO、ITO、SnO2などからなる。金属膜は、銀、アルミニウム等の金属からなる。なお、第２電極層４はAg、Al等の金属膜のみでも良いが、ZnO、ITO、SnO2等の透明導電膜を光電変換層３側に配置した方が、光電変換層３で吸収されなかった光を裏面電極層４で反射する反射率が向上し、高い変換効率の薄膜太陽電池を得ることができる点で好ましい。
〔その他の構成〕
図示しないが、この太陽電池において、透光性絶縁基板１上には全てのストリングＳ２および非導電性表面領域８を完全に覆うように裏面封止材が接着層を介して積層されている。接着層としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）からなる封止樹脂シートを用いることができる。裏面封止材としては、例えば、ＰＥＴ／アルミニウム／ＰＥＴの積層フィルムを用いることができる。なお、接着層および裏面封止材には、第１および第２集電電極６、７と接続される前記リード線Ｌ１〜Ｌ３の先端を外部へ導出するための小孔が予め形成されている。
また、裏面封止材上には、各リード線Ｌ１〜Ｌ３と電気的に接続される出力線および端子を有する端子ボックス（図１２参照）が取り付けられる。
また、裏面封止材および接着層にて封止された太陽電池の外周部にはフレーム（例えば、アルミニウム製）が取り付けられる。
図示しないが、この太陽電池において、透光性絶縁基板１上には全てのストリングＳ２および非導電性表面領域８を完全に覆うように裏面封止材が接着層を介して積層されている。接着層としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）からなる封止樹脂シートを用いることができる。裏面封止材としては、例えば、ＰＥＴ／アルミニウム／ＰＥＴの積層フィルムを用いることができる。なお、接着層および裏面封止材には、第１および第２集電電極６、７と接続される前記リード線Ｌ１〜Ｌ３の先端を外部へ導出するための小孔が予め形成されている。
また、裏面封止材上には、各リード線Ｌ１〜Ｌ３と電気的に接続される出力線および端子を有する端子ボックス（図１２参照）が取り付けられる。
また、裏面封止材および接着層にて封止された太陽電池の外周部にはフレーム（例えば、アルミニウム製）が取り付けられる。
＜集積型薄膜太陽電池の製造方法について＞
この集積型薄膜太陽電池は、上述のストリング形成工程と、ストリング分割工程と、集電電極接合工程とを含む製造方法により製造することができる。
以下、図１〜図５等を参照しながら集積型薄膜太陽電池の製造方法について詳しく説明する。
この集積型薄膜太陽電池は、上述のストリング形成工程と、ストリング分割工程と、集電電極接合工程とを含む製造方法により製造することができる。
以下、図１〜図５等を参照しながら集積型薄膜太陽電池の製造方法について詳しく説明する。
〔ストリング形成工程〕
ストリング形成工程は、透光性絶縁基板１の表面に第１電極層、光電変換層および第２電極層を順次積層して積層膜を形成する成膜工程と、積層膜における第２電極層および光電変換層を除去して直列接続方向と直交する方向（矢印Ｂ方向）に延びる素子分離溝９を複数本形成する工程とを有する。
ストリング形成工程は、透光性絶縁基板１の表面に第１電極層、光電変換層および第２電極層を順次積層して積層膜を形成する成膜工程と、積層膜における第２電極層および光電変換層を除去して直列接続方向と直交する方向（矢印Ｂ方向）に延びる素子分離溝９を複数本形成する工程とを有する。
成膜工程では、まず、透光性絶縁基板１の表面全面に、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法により膜厚600〜1000ｎｍの透明導電膜を形成し、透明導電膜を部分的に光ビームによって除去して分離ライン１０を形成することにより所定パターンの第１電極層２を形成する。この際、ＹＡＧレーザの基本波（波長：1064ｎｍ）を透光性絶縁基板１側から照射することにより、透明導電膜は所定幅で短冊状に分離され、分離ライン１０が所定間隔で形成される。
この後、得られた基板を純水で超音波洗浄し、その後、ｐ-ＣＶＤにより分離ライン１０を完全に埋め込むように光電変換膜を第１電極層２上に形成する。例えば、第１電極２上にa-Si:Ｈｐ層、a-Si:Ｈｉ層（膜厚150nmから400nm程度）、a-Si:Ｈｎ層をこの順に積層して上部半導体層を形成し、上部半導体層上にμc-Si:Ｈｐ層、μc-Si:Ｈｉ層（膜厚1.5μmから3μｍ程度）、μc-Si:Ｈｎ層をこの順に積層して下部半導体層を形成する。
その後、タンデム構造の光電変換膜を部分的に光ビームによって除去して、直列用導電部４ａを形成するための、コンタクトラインを形成することにより所定パターンの光電変換層３を形成する。この際、ＹＡＧレーザの第二高調波（波長：532nｍ）を透光性絶縁基板１側から照射することにより、光電変換膜は所定幅で短冊状に分離される。なお、レーザとしてＹＡＧレーザの第二高調波の代りにＹＶＯ4レーザの第二高調波（波長：532ｎｍ）を用いても構わない。
その後、タンデム構造の光電変換膜を部分的に光ビームによって除去して、直列用導電部４ａを形成するための、コンタクトラインを形成することにより所定パターンの光電変換層３を形成する。この際、ＹＡＧレーザの第二高調波（波長：532nｍ）を透光性絶縁基板１側から照射することにより、光電変換膜は所定幅で短冊状に分離される。なお、レーザとしてＹＡＧレーザの第二高調波の代りにＹＶＯ4レーザの第二高調波（波長：532ｎｍ）を用いても構わない。
次に、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法によりコンタクトラインを完全に埋め込むように導電膜を光電変換層３上に形成し、導電膜および光電変換層３を部分的に光ビームによって除去して素子分離溝９を形成することにより所定パターンの第２電極層４を形成する。これにより、図３に示すように、透光性絶縁基板１上に複数のセル５が直列用導電部４ａにて直列接続したストリングＳ１が形成される。この時点では、ストリングＳ１は未だ複数に分割されていないため、１つのセル５は矢印Ｂ方向に長く延びている。
この工程では、導電膜を透明導電膜（ZnO、ITO、SnO2等）と金属膜（Ag、Al等）の２層構造にすることができる。透明導電膜の膜厚としては10〜200ｎｍ、金属膜の膜厚としては100〜500ｎｍとすることができる。
また、第２電極層４のパターニングでは、光ビームによる第１電極層２へのダメージを避けるため、第１導電層２に対する透過性が高いＹＡＧレーザの第二高調波またはＹＶＯ4レーザの第二高調波を透光性絶縁基板１側から照射することにより、導電膜は所定幅で短冊状に分離され、素子分離溝９が形成される。この際、第１電極層２へのダメージを最小限に抑え、かつ、第２電極層４の加工後の銀電極のバリ発生を抑制する加工条件を選択することが好ましい。
また、第２電極層４のパターニングでは、光ビームによる第１電極層２へのダメージを避けるため、第１導電層２に対する透過性が高いＹＡＧレーザの第二高調波またはＹＶＯ4レーザの第二高調波を透光性絶縁基板１側から照射することにより、導電膜は所定幅で短冊状に分離され、素子分離溝９が形成される。この際、第１電極層２へのダメージを最小限に抑え、かつ、第２電極層４の加工後の銀電極のバリ発生を抑制する加工条件を選択することが好ましい。
〔ストリング分離溝形成工程〕
ストリング分離溝形成工程では、光ビームによってストリングＳ１のセル５を部分的に除去して、矢印Ａ方向に延びるストリング分離溝８を所定間隔（好ましくは等間隔）で複数本形成する。これにより、図４（ａ）に示すように、ストリングＳ１が複数に分割され、複数の細長いストリングＳ２が形成される。各ストリングＳ２は、図４（ｂ）に示すように、ストリング分離溝８によって電気的に絶縁されている。
ストリング分離溝形成工程では、光ビームによってストリングＳ１のセル５を部分的に除去して、矢印Ａ方向に延びるストリング分離溝８を所定間隔（好ましくは等間隔）で複数本形成する。これにより、図４（ａ）に示すように、ストリングＳ１が複数に分割され、複数の細長いストリングＳ２が形成される。各ストリングＳ２は、図４（ｂ）に示すように、ストリング分離溝８によって電気的に絶縁されている。
このストリング分離溝形成工程は、第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４を除去可能な第１溝形成用光ビームを透光性絶縁基板１側から照射しながら直列接続方向Ａに移動させて第１溝８ａを形成する第１段階と、光電変換層３および第２電極層２を除去可能な第２溝形成用光ビームを透光性絶縁基板１側から照射しながら直列接続方向Ａに移動させて前記第２溝を形成する第２段階とを有する。この場合、第１溝形成用光ビームとしてはＹＡＧレーザの基本波（波長：1064nm）を用いることができ、第２溝形成用光ビームとしては第１導電層２に対する透過性が高いＹＡＧレーザの第二高調波またはＹＶＯ4レーザの第二高調波を用いることができる。
なお、ストリング分離溝形成工程の後または前に、透光性絶縁基板１の外周端面から内側へ所定幅で、透光性絶縁基板１の表面の外周部に形成されている薄膜光電変換素子部分である第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４を、例えばＹＡＧレーザの基本波を用いて除去して非導電性表面領域１２を全周に形成する。これによって、非導電性表面領域１２に囲まれた複数列のストリングＳ２が形成される。
〔集電電極接合工程〕
集電電極接合工程は、図５（ａ）および（ｂ）に示す、全てのストリングＳ２における直列接続方向Ａの両側のセル１５ａ、１５ｂ上に、直列接続方向Ａと直交する方向Ｂに延びる集電電極６、７を１本ずつ連続的に接合する第１段階と、各集電電極６、７における任意のストリング分離溝８に位置する部分を切断する第２段階（図１参照）とを含む。
集電電極接合工程は、図５（ａ）および（ｂ）に示す、全てのストリングＳ２における直列接続方向Ａの両側のセル１５ａ、１５ｂ上に、直列接続方向Ａと直交する方向Ｂに延びる集電電極６、７を１本ずつ連続的に接合する第１段階と、各集電電極６、７における任意のストリング分離溝８に位置する部分を切断する第２段階（図１参照）とを含む。
集電電極接合工程の第１段階では、まず、矢印Ｂ方向の両側のストリングＳ２に達する長さの集電部材６、７を２本用意する。これら集電部材６、７としては、銅線、銅箔等の可撓性を有する導電性部材を用いる。そして、両側のストリングＳ２のセル１５ａ、１５ｂの第２電極層４上にろう材（例えば、銀ペースト）を塗布し、集電電極６、７を加圧接着し、例えば３００℃程度に加熱することにより、電気的に接続し固定する。このとき、矢印Ｂ方向に並ぶ各セル１５ａの少なくとも１箇所（好ましくは２箇所以上）に集電電極６を接合し、かつ矢印Ｂ方向に並ぶ各セル１５ｂの少なくとも１箇所に集電電極７を接合する。
この際、図５（ｂ）に示すように、例えば、集電電極７における任意のストリング分離溝８に位置する部分を撓ませた状態にして集電電極７を各セル５ｂに接合する。集電電極６も同様である。この際、任意のストリング分離溝８を覆うように、例えば布や不織布等の柔らかい隙間形成部材をセル５ｂ、５ｂ上に載置しておき、隙間形成部材の上から集電電極７を各セル５ｂに接合し、接合後に隙間形成部材を抜き取ることにより、集電電極７に撓み部分を所定の撓み度合いで容易に形成することができる。なお、実施形態１の場合、集電電極６、７を撓ませる位置となる任意のストリング分離溝８は、矢印Ｂ方向の中間のストリング分離溝８である。
次の第２段階では、直列接続方向Ａと直交する方向Ｂに隣接する切断後の２つの集電電極（図１（ａ）、（ｂ）参照）の間の間隔Ｗ１が、ストリング分離溝８の溝幅Ｗ２（第２溝８ｂの溝幅）よりも広くなるように行われる。例えば、間隔Ｗ１は０．５〜１０ｍｍ程度とすることができる。
この際、集電電極６、７における任意のストリング分離溝８に位置する近傍部分、すなわち、集電電極６、７における撓み部分の２箇所を切断するか、あるいは１箇所を切断して切断した集電電極の端部を折り曲げることにより、前記間隔Ｗ１をストリング分離溝８の溝幅Ｗ２よりも広くすることができる。
この際、集電電極６、７における任意のストリング分離溝８に位置する近傍部分、すなわち、集電電極６、７における撓み部分の２箇所を切断するか、あるいは１箇所を切断して切断した集電電極の端部を折り曲げることにより、前記間隔Ｗ１をストリング分離溝８の溝幅Ｗ２よりも広くすることができる。
集電電極６、７の２箇所を切断する場合、図６に示すように、例えば、通常のニッパのような切断工具を用いて、ストリング分離溝８の溝幅W２よりも広い間隔W１で１箇所ずつ切断すればよい。あるいは、図７（ａ）に示すような、間隔Ｗ１と同程度の間隔で切断歯を２箇所有する切断工具Ｔを用いて、図７（ｂ）に示すように、１度に集電電極６、７を切断すればよい。
集電電極６、７の１箇所を切断する場合、図８に示すように、例えば、通常のニッパのような切断工具を用いてストリング分離溝８に直上を切断し、図９に示すように、切断して分離した隣接する集電電極１７、１７の端部を折り曲げて端部間の間隔Ｗ１がストリング分離溝８の溝幅W２よりも広くなるようにすればよい。
この集電電極接合工程によって、個々に電気的に絶縁分離していたストリングＳ２が所定複数個ずつ並列接続される。この工程によれば、１本の集電電極６、７をセル１５ａ、１５ｂに接合した後、任意の箇所を切断することにより個々の集電電極１６、１７に分離するため、集電電極を所定長さに切り揃え、個々の集電電極をセルに接合していく方法よりも効率よく接合作業を行なうことができる。
この集電電極接合工程によって、個々に電気的に絶縁分離していたストリングＳ２が所定複数個ずつ並列接続される。この工程によれば、１本の集電電極６、７をセル１５ａ、１５ｂに接合した後、任意の箇所を切断することにより個々の集電電極１６、１７に分離するため、集電電極を所定長さに切り揃え、個々の集電電極をセルに接合していく方法よりも効率よく接合作業を行なうことができる。
〔その他の工程〕
次に、太陽電池の裏面側（非受光面側）に接着層の材料として透明なＥＶＡシートおよび裏面封止材を重ね、真空ラミネート装置を用いて接着層を介して裏面封止材を太陽電池に接着して封止する。この時、裏面封止材として、ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴの積層フィルムを用いることが好ましい。
その後、太陽電池のシステム電圧が所望の電圧となるように、各集電電極１６、１７にリード線Ｌ１を図２のように電気的に接続しかつ端子ボックス３０（図１２参照）の出力線であるリード線Ｌ２、Ｌ３と電気的に接続し、端子ボックス３０を裏面封止材に接着し、シリコーン樹脂で端子ボックス３０内を充填する。そして、太陽電池の外周部にアルミフレームを取り付けて製品化を完了させる。
その後、太陽電池のシステム電圧が所望の電圧となるように、各集電電極１６、１７にリード線Ｌ１を図２のように電気的に接続しかつ端子ボックス３０（図１２参照）の出力線であるリード線Ｌ２、Ｌ３と電気的に接続し、端子ボックス３０を裏面封止材に接着し、シリコーン樹脂で端子ボックス３０内を充填する。そして、太陽電池の外周部にアルミフレームを取り付けて製品化を完了させる。
（実施形態２）
図１０は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態２を示す概略平面図である。なお、図１０中の構成要素において、図１〜図９中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態２の太陽電池は、隣接するストリングＳ２の集電電極２６、２７は相互に分離しており、そのため複数のストリングＳは個々に電気的に絶縁分離している。
この実施形態２の場合、例えば、図１１に示すように、隣接する２つのストリングＳ２の集電電極２６と集電電極２７にリード線Ｌ４を接続して３つのストリングＳ２を直列接続して１つのグループとし、２つのグループをリード線Ｌ５、Ｌ６にて並列接続することができる。
その他にも、図示省略するが、隣接する２つのストリングＳ２の集電電極２６と集電電極２７にリード線Ｌ４を接続して２つのストリングＳ２を直列接続して１つのグループとし、３つのグループをリード線Ｌ５、Ｌ６にて並列接続することができる。あるいは、図示省略するが、隣接する２つのストリングＳ２の集電電極２６と集電電極２７にリード線Ｌ４を接続して全てのストリングＳ２を直列接続する、または、全てのストリングＳをリード線Ｌ５、Ｌ６にて並列接続することができる。
図１０は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態２を示す概略平面図である。なお、図１０中の構成要素において、図１〜図９中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態２の太陽電池は、隣接するストリングＳ２の集電電極２６、２７は相互に分離しており、そのため複数のストリングＳは個々に電気的に絶縁分離している。
この実施形態２の場合、例えば、図１１に示すように、隣接する２つのストリングＳ２の集電電極２６と集電電極２７にリード線Ｌ４を接続して３つのストリングＳ２を直列接続して１つのグループとし、２つのグループをリード線Ｌ５、Ｌ６にて並列接続することができる。
その他にも、図示省略するが、隣接する２つのストリングＳ２の集電電極２６と集電電極２７にリード線Ｌ４を接続して２つのストリングＳ２を直列接続して１つのグループとし、３つのグループをリード線Ｌ５、Ｌ６にて並列接続することができる。あるいは、図示省略するが、隣接する２つのストリングＳ２の集電電極２６と集電電極２７にリード線Ｌ４を接続して全てのストリングＳ２を直列接続する、または、全てのストリングＳをリード線Ｌ５、Ｌ６にて並列接続することができる。
このように、個々のストリングＳ２を絶縁分離することにより、実施形態１の場合よりも太陽電池のシステム電圧の設定自由度が高くなるため、様々な用途（例えば、大規模発電用、家庭発電用、車載電源用、携帯機器電源用等）に応じた電圧の太陽電池に適用し易くなる。また、実施形態１の場合よりも、１本の集電電極の切断箇所が増加するが、接合時は１本の集電電極を取り扱うため、従来のように各セル毎に集電電極を取り扱うよりも作業効率が向上する。
なお、図１２に示すように、実際には、所望のシステム電圧が得られるようにリード線Ｌ４を端子ボックス３０の出力線（リード線Ｌ５、Ｌ６）と電気的に接続し、端子ボックス３０の端子３１、３２から所望の電圧の電流が取り出される。
実施形態２の太陽電池において、上述の構成以外は実施形態１と同様であり、実施形態１の製造方法に準じて製造することができる。
なお、図１２に示すように、実際には、所望のシステム電圧が得られるようにリード線Ｌ４を端子ボックス３０の出力線（リード線Ｌ５、Ｌ６）と電気的に接続し、端子ボックス３０の端子３１、３２から所望の電圧の電流が取り出される。
実施形態２の太陽電池において、上述の構成以外は実施形態１と同様であり、実施形態１の製造方法に準じて製造することができる。
１ 透光性絶縁基板
２ 透光性第１電極層
２ａ 延出部
３ 光電変換層
４ 第２電極層
４ａ 直列用導電部
５、５ａ、５ｂ、１５、１５ａ、１５ｂ 薄膜光電変換素子（セル）
６、７、１６、１７、２６、２７ 集電電極
８ ストリング分離溝
８ａ 第１溝
８ｂ 第２溝
９ 素子分離溝
１０ 分離ライン
Ａ 直列接続方向
Ｂ 直列接続方向と直交する方向
Ｅ 電流方向
Ｌ１〜Ｌ６ リード線
Ｓ１、Ｓ２ ストリング
Ｗ１ 間隔
Ｗ２ 溝幅
２ 透光性第１電極層
２ａ 延出部
３ 光電変換層
４ 第２電極層
４ａ 直列用導電部
５、５ａ、５ｂ、１５、１５ａ、１５ｂ 薄膜光電変換素子（セル）
６、７、１６、１７、２６、２７ 集電電極
８ ストリング分離溝
８ａ 第１溝
８ｂ 第２溝
９ 素子分離溝
１０ 分離ライン
Ａ 直列接続方向
Ｂ 直列接続方向と直交する方向
Ｅ 電流方向
Ｌ１〜Ｌ６ リード線
Ｓ１、Ｓ２ ストリング
Ｗ１ 間隔
Ｗ２ 溝幅
Claims (6)
- 透光性絶縁基板上に第１電極層、光電変換層および第２電極層が順次積層されてなる薄膜光電変換素子を、複数個互いに電気的に直列接続してストリングを形成するストリング形成工程と、
前記ストリング中に複数個接続された薄膜光電変換素子に直列接続方向に１つまたは複数のストリング分離溝を形成すべく光ビーム照射を行うストリング分離溝形成工程と、
ストリング中に複数個接続された薄膜光電変換素子のうち直列接続方向の両端の薄膜光電変換素子の第２電極層上に集電電極を電気的に接合する集電電極接合工程とを含み、
前記集電電極接合工程は、ストリング分離溝で分割された各薄膜光電変換素子上に、直列接続方向と直交する方向に延びる集電電極を連続的に接合する第１段階と、前記集電電極における任意のストリング分離溝に位置する部分を切断する第２段階とを含むことを特徴とする集積型薄膜太陽電池の製造方法。 - 前記集電電極は可撓性を有し、
前記集電電極接合工程の第１段階は、集電電極における任意のストリング分離溝に位置する部分を撓ませた状態にして行われる請求項１に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。 - 前記集電電極接合工程の第１段階において、直列接続方向と直交する方向に並ぶ各薄膜光電変換素子上に集電電極を少なくとも１箇所接合する請求項１または２に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
- 前記集電電極接合工程の第２段階は、直列接続方向と直交する方向に隣接する切断後の２つの集電電極の間の間隔が、前記ストリング分離溝の溝幅よりも広くなるように行われる請求項１〜３のいずれか１つに記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
- 前記集電電極接合工程の第２段階において、各集電電極における任意のストリング分離溝に位置する近傍部分の２箇所を切断するか、あるいは１箇所を切断して切断した集電電極の端部を折り曲げることにより、前記間隔をストリング分離溝の溝幅よりも広くする請求項４に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
- 前記集電電極接合工程の第２段階の後に、集積型薄膜太陽電池のシステム電圧が所望の電圧となるように、各集電電極にリード線を電気的に接続して配線する請求項１〜５のいずれか１つに記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
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