JP5048843B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2008年09月22日に、日本国に出願された特願2008−242541号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
太陽光によって発生した電子とホールとが、p型・n型半導体の電位差によって活発に移動し、この移動が連続的に繰り返されることで半導体膜両面の電極に電位差が生じる。
このような構造欠陥が生じている箇所を構造体から絶縁させて修復するためには、たとえば特許文献1に記載されているように、レーザをこの箇所に照射して、構造欠陥が生じている箇所を絶縁させていた。この際、図15に示すように、基板側からl種類のレーザLを照射して光電変換層と第2導電層との2層が除去されたリペア線(R1〜R4)を形成していた。このリペア線(R1〜R4)がスクライブ線119(119a,119b)を越える(横断する)ように形成することで、構造欠陥Aの除去あるいは分離をしていた。
そこで、この領域Dを確実に絶縁させるためには、例えば特許文献2に開示されているような技術を用いて、第1導電層113と光電変換層114と第2導電層115との3層を除去する必要があった(図16A,16B参照)。
また、構造欠陥の原因が第1導電層113にある場合、この構造欠陥を修復するためには、第1導電層113と共に、光電変換層114および第2導電層115も一緒に除去せざるを得なかった。
したがって、第1導電層と第2導電層とが局所的に短絡する構造欠陥を修復するために、レーザの照射により第1導電層と共に光電変換層および第2導電層も一緒に除去することが必要な場合であっても、太陽電池における特性の劣化を軽減できる。
図1は、本発明に係る太陽電池の製造方法により製造される、アモルファスシリコン型の太陽電池の一例を示す要部拡大斜視図である。また、図2は、図1に示す太陽電池の層構成を示す断面図である。
図1に示す太陽電池10は、光透過性を有する絶縁性の基板11と、この基板11の一面11aに形成された構造体12と、を有する。
また、光電変換層14は、アモルファスシリコンのpin構造もしくはnip構造に、マイクロクリスタルシリコンのpin構造もしくはnip構造を積層したタンデム構造とすることも可能である。
また、第2導電層15は、TCOと、金属または合金との積層構造とすることも可能である。TCOは、たとえばAZO、GZO、またはITO等である。金属または合金は、たとえばAgまたはAg合金[たとえばSn(錫)とAu(金)とを含有したAg]である。
構造体12をなす第2導電層15の上に、さらに絶縁性の樹脂などからなる保護層(図示せず)を形成するのが好ましい。
図3は、本発明の太陽電池の製造方法を段階的に示したフローチャートである。このうち、特に構造欠陥の検出から修復に至る工程について詳述する。
この構造体12の形成途中で、図4に示すように、光電変換層14にコンタミネーションが混入する構造欠陥A1や、光電変換層14に微細なピンホールが生じる構造欠陥A2などの不具合が発生する場合がある。これらの構造欠陥A(A1,A2)は、第1導電層13と第2導電層15との間を局所的に短絡(リーク)させ、太陽電池10の発電効率を低下させる。
欠陥領域特定工程(P3)では、それぞれの区画素子内で上述したA1〜A2に代表される構造欠陥が存在する領域(欠陥領域D)を特定する。
欠陥修復工程(P4)では、この欠陥領域特定工程で検出された、欠陥が存在する領域を除去あるいは分離して、区画素子(構造体)の修復を行なう。
以下、このような欠陥領域特定工程と欠陥修復工程との具体例を述べる。
欠陥領域特定工程としては、欠陥箇所が特定されれば特に限定されるものではないが、たとえば抵抗値の測定、FF(fill factor :曲線因子)の測定、CCDカメラ等による撮像などが挙げられる。
なお、上述した欠陥領域特定工程を複数回行なうことで、より詳細に構造欠陥が存在する部位を特定できる。この際、抵抗値の測定間隔は、前工程における抵抗値の測定間隔よりも細かく行なうことが好ましい。
区画素子21において構造欠陥の正確な位置が特定されたら、次に太陽電池の構造欠陥A(A1,A2)を修復する(欠陥修復工程:P4)。この欠陥修復工程では、上述した欠陥領域特定工程にて特定された構造欠陥Aが存在する領域Dにレーザを照射し、この構造欠陥Aの存在する領域Dの第1導電層13と光電変換層14と第2導電層15とを取り除く。さらに、このレーザの照射による第1導電層の除去によって生じた新たな構造欠陥(光電変換層14の壁面(端部)に付着した第1導電層)を除去する。
第1の欠陥修復方法は、構造体12に対して第1レーザを照射する工程αに引き続き、構造体12に対してレーザの照射位置を変えずに、第2レーザを照射する工程βを行なう。この際、第2レーザとしては、第1レーザのフォーカス位置が基板11から離れるように、第1レーザがデフォーカスされたレーザが用いられる。
第2の欠陥修復方法は、構造体12に対して第1レーザを照射する工程αに引き続き、レーザの照射位置を変えて第2レーザを構造体12に照射する工程βを行なう。この際、第2レーザとしては、第1の欠陥修復方法と同様のレーザが用いられる。
第3の欠陥修復方法は、構造体12に対して第1レーザを照射する工程αに引き続き、レーザの照射位置を変えずに第2レーザを照射し、さらに、レーザの照射位置を変えてこの第2レーザを照射する工程βを行なう。この際、第2レーザとしては、第1の欠陥修復方法と同様のレーザが用いられる。
第4の欠陥修復方法は、構造体12に対して第1レーザを照射する工程αに引き続き、レーザの照射位置を変えて第1レーザとは周波数の異なる第3レーザを照射する工程βを行なう。この際、第3レーザのフォーカス位置は、第1レーザのフォーカス位置よりも更に基板11から離れるように、デフォーカスされている。
第5の欠陥修復方法は、構造体12に対して第1レーザをする照射前に、第1レーザとはフォーカス位置が異なり、基板11から離れるようにデフォーカスされた第4レーザを照射し、そして、構造体12に対して第1レーザを照射する工程αを行なった後、引き続き、構造体12に対して第2レーザを照射する工程βを行なう。この際、第2レーザとしては、第1の欠陥修復方法と同様のレーザが用いられる。
以下、それぞれの方法について説明する。
図6A〜6Dは、レーザ照射により、構造欠陥が存在する領域を除去又は分離するリペア線R11を形成した後、このリペア線R11に生じた新たな構造欠陥をクリーニングする工程の一例を模式的に示した図である。図6A〜6Dに示す構造体12は、スクライブ線(図示せず)によって、たとえば外形が短冊状の多数の区画素子に分割されている。
第1レーザGL1としては、第1導電層13と光電変換層14と第2導電層15との3層を除去できれば特に限定されるものではなく、たとえば、SHG(Second Harmonic Generation)グリーンレーザ(緑色レーザ)を用いることができる。図6Aに示すように、第1レーザGL1のフォーカス位置F1は、基板11の一面側11aにあり、かつ構造体12から離れた位置にある。すなわち、第1レーザGL1は、構造体12に対してデフォーカスされている。
これにより、図6Bに示すように、構造体12を構成する3層(第1導電層13、光電変換層14及び第2導電層15)が除去されたリペア線R11を一度に形成できる。
そこで、図6Cに示すように、これら光電変換層14及び第2導電層15の端部12aに、第2レーザGL2をパルス状に照射しながら、短冊状の区画素子21の長手方向に沿って移動していく。レーザ照射の際、第2レーザGL2の照射位置は、第1レーザGL1の照射位置から変えずに行なう。この第2レーザGL2としては、第1レーザGL1のフォーカス位置F1が基板11から離れるように、第1レーザGL1がデフォーカスされたレーザが用いられる。すなわち、第2レーザGL2のフォーカス位置F2は、第1レーザGL1のフォーカス位置F1よりも更に基板11(構造体12)から離れている。第1レーザGL1のフォーカス位置F1と第2レーザGL2のフォーカス位置F2との差を示すデフォーカス距離差D1は、たとえば1.0mmである。
そこで、次にバリの生じる虞がない欠陥修復方法を、第2の欠陥修復方法として説明する。
図7A〜7C及び図8A〜8Bは、レーザ照射により、構造欠陥が存在する領域を除去又は分離するリペア線R11を形成した後、このリペア線R11に生じた新たな構造欠陥を、新たなレーザ照射によりクリーニングする工程の一例を模式的に示した図である。図7A〜7C及び図8A〜8Bに示す構造体12もまた、スクライブ線(図示せず)によって、たとえば外形が短冊状の多数の区画素子に分割されている。
第1レーザGL1としては、第1導電層13と光電変換層14と第2導電層15との3層を除去できれば特に限定されるものではなく、たとえば、SHGグリーンレーザ(緑色レーザ)を用いることができる。図7Aに示すように、上述した第1の欠陥修復方法と同様に第1レーザGL1は、そのフォーカス位置F1が構造体12から離れるように、基板11の一面11a側にてデフォーカスされている。なお、第1レーザGL1として、SHGレーザではない緑色レーザを使用することも勿論可能である。
これにより、図7Bに示すように、構造体12を構成する3層(第1導電層13、光電変換層14及び第2導電層15)が除去されたリペア線R11を一度に形成できる。
そこで、図7Cに示すように、第2レーザGL2を、光電変換層14及び第2導電層15の一方の端部12aにパルス状に照射しながら、短冊状の区画素子21の長手方向に沿って移動していく。この際、図7Cの実線矢印で示すように、第2レーザGL2の照射位置を基板11の平面方向に移動して、レーザ照射を行なう。この第2レーザGL2としては、第1レーザGL1のフォーカス位置F1が基板11から離れるように、第1レーザGL1がデフォーカスされたレーザが用いられる。すなわち、第2レーザGL2のフォーカス位置F2は、第1レーザGL1のフォーカス位置F1よりも更に基板11(構造体12)から離れている。第1レーザGL1のフォーカス位置F1と第2レーザGL2のフォーカス位置F2との差を示すデフォーカス距離差D2は、たとえば1.0mmである。
さらに、図8Aに示すように、第2レーザGL2の照射位置を同図中において実線矢印で示すように基板11の平面方向に(図7Cとは逆方向の平面方向に)移動して、光電変換層14及び第2導電層15の他方の端部12aにパルス状にレーザ光を照射しながら、短冊状の区画素子21の長手方向に沿って第2レーザGL2の照射位置を移動していく。
なお、この第2レーザGL2の照射は、少なくとも構造欠陥が存在しない側の区画素子の、光電変換層14及び第2導電層15の端部12aに行なえば良い。
図9A〜9C及び図10A〜10Cは、レーザ照射により、構造欠陥が存在する領域を除去又は分離するリペア線R11を形成した後、このリペア線R11に生じた新たな構造欠陥を、新たなレーザ照射によりクリーニングする工程の他の一例を模式的に示した図である。図9A〜9C及び図10A〜10Cに示す構造体12もまた、スクライブ線(図示せず)によって、たとえば外形が短冊状の多数の区画素子に分割されている。
第1レーザGL1としては、第1導電層13と光電変換層14と第2導電層15の3層を除去できれば特に限定されるものではなく、たとえばSHGグリーンレーザ(緑色レーザ)を用いることができる。図9Aに示すように、上述した第1の欠陥修復方法と同様に第1レーザGL1は、そのフォーカス位置F1が構造体12から離れるように、基板11の一面11a側にてデフォーカスされている。なお、第1レーザGL1として、SHGレーザではない緑色レーザを使用することも勿論可能である。
これにより、図9Bに示すように、構造体12を構成する3層(第1導電層13、光電変換層14、第2導電層15)が除去されたリペア線R11を一度に形成できる。
そこで、図9Cに示すように、第2レーザGL2を、光電変換層14及び第2導電層15の端部12aにパルス状に照射しながら、短冊状の区画素子21の長手方向に沿って移動していく。このレーザ照射の際、第2レーザGL2の照射位置は、第1レーザGL1の照射位置から変えずに行なう。この第2レーザGL2としては、第1レーザGL1のフォーカス位置F1が基板11から離れるように、第1レーザGL1がデフォーカスされたレーザが用いられる。すなわち、第2レーザGL2のフォーカス位置F2は、第1レーザGL1のフォーカス位置F1よりも更に基板11(構造体12)から離れている。第1レーザGL1のフォーカス位置F1と第2レーザGL2のフォーカス位置F2との差を示すデフォーカス距離差D3は、たとえば1.0mmである。
ところが、第2導電層15の端部に、第2導電層15の一部が蒸発せずに残った、いわゆるバリ15sが生じる場合がある。
そこで、引き続き、図10Aに示すように、第2レーザGL2を、光電変換層14及び第2導電層15の一方の端部12aにパルス状に照射しながら、短冊状の区画素子21の長手方向に沿って移動していく。このレーザ照射の際、図10Aの実線矢印で示すように、第2レーザGL2の照射位置を基板11の平面方向に移動して、レーザ照射を行なう。
さらに、引き続き、図10Bに示すように、第2レーザGL2の照射位置を、同図中において実線矢印で示すように基板11の平面方向に(図10Aとは逆方向の平面方向に)移動して、光電変換層14及び第2導電層15の他方の端部12aにパルス状に照射しながら、短冊状の区画素子21の長手方向に沿って第2レーザGL2の照射位置を移動していく。
なお、この第2レーザGL2の照射は、少なくとも構造欠陥が存在しない側の区画素子の、光電変換層14及び第2導電層15の端部12aにて行なえば良い。
この際、上述した第1及び第2の欠陥修復方法と同様に、第2レーザは、光電変換層14及び第2導電層15のみを除去する条件となっているので、新たに第1導電層13の一部が蒸発して、この蒸発した第1導電層13の一部が再度リペア線R15に付着するようなことがなくなる。
図11A〜11C及び図12A〜12Bは、レーザ照射により、構造欠陥が存在する領域を除去又は分離するリペア線R11を形成した後、このリペア線R11に生じた新たな構造欠陥を、新たなレーザ照射によりクリーニングする工程のさらに他の一例を模式的に示した図である。
図11A〜11C及び図12A〜12Bに示す構造体12もまた、スクライブ線(図示せず)によって、たとえば外形が短冊状の多数の区画素子に分割されている。
第1レーザGL1としては、第1導電層13と光電変換層14と第2導電層15との3層を除去できれば特に限定されるものではなく、たとえばSHGグリーンレーザ(緑色レーザ)を用いることができる。図11Aに示すように、上述した第1の欠陥修復方法と同様に第1レーザGL1は、そのフォーカス位置F1が構造体12から離れるように、基板11の一面11a側においてデフォーカスされている。なお、第1レーザGL1として、SHGレーザではない緑色レーザを使用することも勿論可能である。
これにより、図11Bに示すように、構造体12を構成する3層(第1導電層13、光電変換層14及び第2導電層15)が除去されたリペア線R11を一度に形成できる。
そこで、図11Cに示すように、第3レーザGL3を、光電変換層14及び第2導電層15の一方の端部12aにパルス状に照射しながら、短冊状の区画素子21の長手方向に沿って移動していく。この際、図11Cの実線矢印で示すように、第3レーザGL3の照射位置を基板11の平面方向に移動して、レーザ照射を行なう。この第3レーザGL3としては、周波数が第1レーザGL1とは異なり、かつ第1レーザGL1のフォーカス位置F1が基板11から離れるように、第1レーザGL1がデフォーカスされたレーザが用いられる。すなわち、第3レーザGL3のフォーカス位置F2は、第1レーザGL1のフォーカス位置F1よりも更に基板11(構造体12)から離れている。第1レーザGL1のフォーカス位置F1と第3レーザGL3のフォーカス位置F2との差を示すデフォーカス距離差D4は、たとえば1.0mmである。
そうすると、図12Aに示すように、蒸発した第1導電層13の一部13sが付着した光電変換層14及び第2導電層15の端部12aのうち、一方だけが除去されたリペア線r16を形成できる。
YAGレーザの場合には、IRレーザ光は基本波(波長1064nm)である。
なお、この第3レーザGL3の照射は、少なくとも構造欠陥が存在しない側の区画素子の、光電変換層14及び第2導電層15の端部12aにて行なえば良い。
この際、第3レーザGL3は、その波長に応じて上述した第1〜第3の欠陥修復方法と同様にデフォーカスすることで、光電変換層14及び第2導電層15のみを除去する条件となっている。そのため、新たに第1導電層13の一部が蒸発して、この蒸発した第1導電層13の一部が再度リペア線R16に付着するようなことがなくなる。
図13A〜13C及び図14A〜14Cは、2段階のレーザ照射により構造欠陥が存在する領域を除去又は分離するリペア線R11を形成した後、このリペア線R11に生じた新たな構造欠陥を、新たなレーザ照射によりクリーニングする工程の一例を模式的に示した図である。図13A〜13C及び図14A〜14Cに示す構造体12もまた、スクライブ線(図示せず)によって、たとえば外形が短冊状の多数の区画素子に分割されている。
これにより、図13Bに示すように、光電変換層14と第2導電層15とが除去された溝部r11を形成できる。
これにより、図13Cに示すように、構造体12を構成する3層(第1導電層13、光電変換層14及び第2導電層15)が除去されたリペア線R11を形成できる。
そこで、図14Aに示すように、これら光電変換層14及び第2導電層15の一方の端部12aに、第2レーザGL2をパルス状に照射しながら、短冊状の区画素子21の長手方向に沿って移動していく。このレーザ照射の際、図11Aの実線矢印で示すように、第2レーザGL2の照射位置を基板11の平面方向に移動して、レーザ照射を行なう。この第2レーザGL2としては、第1レーザGL1のフォーカス位置F1が基板11から離れるように、第1レーザGL1がデフォーカスされたレーザが用いられる。すなわち、第2レーザGL2のフォーカス位置F2は、第1レーザGL1のフォーカス位置F1よりも更に基板11(構造体12)から離れている。第1レーザGL1のフォーカス位置F1と第2レーザGL2のフォーカス位置F2との差を示すデフォーカス距離差D6は、たとえば1.0mmである。
さらに、図14Bに示すように、第2レーザGL2の照射位置を同図中において実線矢印で示すように基板11の平面方向に(図14Aとは逆方向の平面方向に)移動して、光電変換層14及び第2導電層15の他方の端部12aにパルス状にレーザ光を照射しながら、短冊状の区画素子21の長手方向に沿って移動していく。
なお、この第2レーザGL2の照射は、少なくとも構造欠陥が存在しない側の区画素子の、光電変換層14及び第2導電層15の端部12aにて行なえば良い。
この際、上述した第1〜第3の欠陥修復方法と同様に、第2レーザGL2は、光電変換層14及び第2導電層15のみを除去する条件となっているので、新たに第1導電層13の一部が蒸発して、この蒸発した第1導電層13の一部が再度リペア線R17に付着するようなことがなくなる。
GL2 第二レーザ
GL3 第三レーザ
GL4 第四レーザ
10 太陽電池
11 基板
11a 一面
11b 他面
12 構造体
12a 端部
13 第1導電層
14 光電変換層
15 第2導電層
15s バリ
Claims (4)
- 基板と、この基板上に、第1導電層、光電変換層、及び第2導電層が順に重ねられた構造体と、を有し、
この構造体が所定のサイズごとに電気的に区画されて複数の区画素子を成し、互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された太陽電池の製造方法であって、
前記複数の区画素子から構造欠陥が存在する領域を特定する欠陥領域特定工程と、
前記領域又はその周囲にレーザ光線を照射し、前記構造欠陥を除去する修復工程と、を備え、
前記修復工程は、
前記構造体に第1レーザを照射し、前記領域を除去又は分離する工程αと、
前記除去又は分離によって生じた前記構造体の端部に、第2レーザを照射して、前記端部をクリーニングする工程βと、
を含み、
前記第2レーザは、そのフォーカス位置が前記基板から離れるように前記第1レーザをデフォーカスしたレーザを用いる
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記工程βは、前記基板の平面方向に前記第2レーザの照射位置を移動し、前記構造欠陥が存在しない側の前記構造体の端部に、前記第2レーザを照射することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記工程βは、前記第2レーザの照射に代えて、レーザ光線の周波数が前記第1レーザとは異なり、かつ、そのフォーカス位置が前記第1レーザに比して前記基板から離れるようにデフォーカスされた第3レーザを照射することを特徴とする請求項2に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記工程αは、前記第1レーザの照射前に、フォーカス位置が前記第1レーザに比して前記基板から離れるようにデフォーカスした第4レーザを前記構造体に照射して溝部を形成する工程を更に有し、
前記溝部の形成後、前記構造体の前記溝部に、前記第1レーザを照射することを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池の製造方法。
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