JP5111450B2 - 薄膜太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜太陽電池およびその製造方法に関し、特に、分離された複数の薄膜太陽電池セルが基板上に集積された薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものである。

従来から薄膜太陽電池では、太陽光スペクトルを幅広く有効利用して高い発電効率を得るために、バンドギャップの異なる材料からなる複数の光電気変換層（半導体層）を透光性絶縁基板上に積層したタンデム構造が採用されている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１に記載された薄膜太陽電池においては、光電気変換層（半導体層）に微結晶シリコン膜を用いた場合、十分に太陽光を吸収するには数μｍもの膜厚が要求される。したがって、このような光電気変換層（半導体層）を重ねたタンデム構造の場合は、光電気変換層（半導体層）の総膜厚は数μｍになる。

薄膜太陽電池のモジュール化工程では、基板上の表面電極層（透明電極層）の上に積層した発電層をレーザスクライビングでストライプ状の分離溝を形成して短冊状に分離した後、裏面電極層を形成する。ここで、上記のタンデム構造の場合、一例として、分離後のセル端部では高さが３．０μｍあり、セル直列方向におけるセル端部の側面角度（基板に対して垂直方向を０°とする）、すなわち分離溝の側面の角度は、０°であることが多く、この段差側面に裏面電極層を形成することになる。

ここで、裏面電極層はスパッタリング法で製膜されることが多く、この場合はセル端部の側面において裏面電極層の膜厚が不十分となることがある。この場合は、裏面電極層と表面電極層（透明電極層）との良好な導通がとれずにモジュールの直列抵抗成分が増加し、発電効率が低下するという問題が発生する。

上記のような直列抵抗成分の増加を抑制するために、半導体内での金属の拡散の異方性を利用してセル端部の側面における裏面電極層の薄膜化を解消する技術が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００５−０４５１２９号公報 特開２０００−２５２５０６号公報

しかしながら、上記特許文献２のように金属の拡散の異方性を利用するためには発電層が結晶質半導体であることが必要である。したがって、通常、発電層の一つに非晶質半導体が用いられるタンデム構造には、この方法は適用することができず、上述した問題を解消することができない。また、異方性を保つことは技術的に高度であり、高い歩留まりは得られにくい、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発電効率に優れた薄膜太陽電池およびその製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる透明電極層と、半導体膜からなり光電変換を行う発電層と、光を反射する導電膜からなる裏面電極層と、がこの順で積層されてなる複数の薄膜太陽電池セルが配設され、隣接する薄膜太陽電池セルの間に一方のセルの透明電極層に達する発電層の溝部を有して、前記溝部内で前記一方のセルの前記透明電極層と他方のセルの前記裏面電極層とが電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、前記溝部の前記他方のセル側の前記発電層の側部に前記溝部が延在する第１の方向に沿って前記発電層の上面から前記透明電極層へ向かって厚みが薄くなり前記透明電極層に達する傾斜部と、前記溝部内の前記一方のセルの前記透明電極層上から前記傾斜部の傾斜面上を経て前記他方のセルの前記裏面電極層に連続する導電膜と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、発電層上の裏面電極層と透明電極層とが、傾斜部上に形成された第１の裏面電極層と第２の裏面電極層と第３の裏面電極層とを介して電気的に接続されているため、隣接する薄膜太陽電池セル間での導通不良に起因した発電効率の低下を防止することができ、発電効率に優れた薄膜太陽電池を実現することができる、という効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。 図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの断面構造を説明するための図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ’方向における要部断面図である。 図１−３は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールを構成する薄膜太陽電池セルの構成を示す要部断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールにおけるセル分離部である第２の溝（接続溝）の周辺を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールにおける傾斜接続部を説明するための斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールにおける傾斜接続部を説明するための断面図である。 図５−１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明するための断面図である。 図５−２は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明するための断面図である。 図５−３は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明するための断面図である。 図５−４は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明するための断面図である。 図５−５は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明するための断面図である。 図５−６は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明するための断面図である。 図６は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程において、発電層が形成された中間体の構造における傾斜接続部の形成領域を示す要部斜視図である。 図７−１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程における傾斜接続部の形成領域を示す平面図である。 図７−２は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程におけるレーザ光照射後の加工形状を示す断面図であり、図６の線分Ｂ−Ｂにおける断面図である。 図７−３は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程におけるレーザ光のエネルギー強度分布を示す特性図である。 図７−４は、開口部および第２の溝（接続溝）が形成された状態を示す平面図である。 図８は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程においてレーザ光を照射する際のスリットの配置状態を示す平面図である。 図９は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程において裏面電極層および傾斜接続部が形成された状態を示す要部斜視図である。 図１０は、側面の傾斜角度を０°から９０°まで変化させてトレンチ（溝）を作製したトレンチ基板上にスパッタリング法で裏面電極層（Ａｇ膜）を形成した際の傾斜角度と段差被覆率との関係を示す特性図である。 図１１は、セル上面部の裏面電極層（Ａｇ膜）の膜厚ｔ_ｍａｘと、トレンチの底部側面の裏面電極層（Ａｇ膜）の膜厚ｔ_ｍｉｎと、傾斜角度θとの位置関係を模式的に示す断面図である。 図１２は、傾斜角度θ＝０°で形成したトレンチ上に裏面電極層（Ａｇ膜）をスパッタリング法により製膜した場合の裏面電極層（Ａｇ膜）５製膜状態を模式的に示す断面図である。 図１３は、セル上面部とトレンチ（溝）の底面部との間の電気抵抗値と、傾斜角度θとの関係を示す特性図である。

以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。

実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池である薄膜太陽電池モジュール（以下、モジュールと呼ぶ）１の概略構成を示す平面図である。図１−２は、モジュール１の断面構造を説明するための図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ’方向における要部断面図である。図１−３は、モジュール１を構成する薄膜太陽電池セル（以下、セルと呼ぶ）Ｃの構成を示す要部断面図である。

図１−１、図１−２に示すように、実施の形態１にかかるモジュール１は、透光性絶縁基板２上に形成された短冊状（矩形状）のセルＣを複数備え、これらのセルＣが電気的に直列に接続された構造を有する。図１−２では、セルＣとして第１セルＣ１と第２セルＣ２とを例示している。セルＣは、図１−２、図１−３に示すように、透光性絶縁基板２上に第１電極層である透明電極層３と、発電層４と、第２電極層である裏面電極層５と、がこの順で順次積層された構造を有する。

透光性絶縁基板２上に形成された透明電極層３には、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向（第１の方向）に延在するとともに透光性絶縁基板２に達するストライプ状の第１の溝Ｄ１が形成されている。この第１の溝Ｄ１の部分に発電層４が埋め込まれることで、透明電極層３が隣接するセルＣに跨るようにセル毎に分離されて形成されている。

また、透明電極層３上に形成された発電層４には、第１の溝Ｄ１と異なる箇所において透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向（第１の方向）に延在するとともに透明電極層３に達するストライプ状の第２の溝（接続溝）Ｄ２が形成されている。後述するように、この第２の溝（接続溝）Ｄ２の内壁部（側壁部、底辺部）に裏面電極層５が形成されることで、この側壁部に形成された裏面電極層５を介して、発電層４上の裏面電極層５が透明電極層３に接続される。そして、該透明電極層３が隣接するセルＣに跨っているため、隣り合う２つのセルの一方の裏面電極層５と他方の透明電極層３とが電気的に接続されている。

また、裏面電極層５および発電層４には、第１の溝Ｄ１および第２の溝（接続溝）Ｄ２とは異なる箇所において透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向（第１の方向）に延在するとともに透明電極層３に達するストライプ状の第３の溝（分離溝）Ｄ３が形成されて、各セルＣが分離されている。このように、セルＣの透明電極層３が、隣接するセルＣの裏面電極層５と接続することによって、隣接するセルＣが電気的に直列接続している。

透光性絶縁基板２としては、例えば白板ガラス等の高光透過率のガラス材料や、ポリイミド等の透光性の有機フィルム材料を用いることができる。

透明電極層３は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）などの透明導電性酸化膜によって構成される。また、透明電極層３は、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）から選択した少なくとも１種類以上の元素を用いたＺｎＯ膜、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ_２膜、またはこれらを積層して形成した透明導電膜であってもよく、光透過性を有している透明導電膜であればよい。また、透明電極層３は、表面に凹凸が形成された表面テクスチャ構造を有することが好ましい。このテクスチャ構造は、入射した太陽光を散乱させ、発電層４での光利用効率を高める機能を有する。

発電層４は、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合を有し、入射する光により光電変換を行って発電を行う薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される。このような発電層４としてはアモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、水素化アモルファスシリコンゲルマニウム層、微結晶シリコンゲルゲルマニウム層等の半導体層、あるいはこれら半導体層の積層体を用いることができる。また、本実施の形態では、発電層４として、バンドギャップの異なる材料からなる３層の発電層（半導体層）を透明電極層３上に積層したタンデム構造とされている。すなわち、発電層４は、図１−３に示すように、透明電極層３側から第１発電層６、第１中間層７、第２発電層８、第２中間層９、第３発電層１０が積層されている。

第１発電層６、第２発電層８および第３発電層１０としては、例えば結晶シリコン系半導体膜、または非晶質シリコン系半導体膜が用いられ、それぞれ透明電極層３側からｐ型−ｉ型−ｎ型の三層構造の半導体膜からなる。すなわち、各発電層は、透明電極層３側から第１導電型半導体層であるｐ型半導体層、第２導電型半導体層であるｉ型半導体層、第３導電型半導体層であるｎ型半導体層が積層された積層膜が形成されている。第１発電層６から第３発電層１０までの総膜厚は２〜４μｍ程度である。

なお、各発電層は、上記に限定されず、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、水素化アモルファスシリコンゲルマニウム層、微結晶シリコンゲルゲルマニウム層等の半導体層を用いることができる。また、本実施の形態では、発電層４が第１発電層６、第２発電層８および第３発電層１０の３層の単位発電層が積層された積層構造を有する場合を示しているが、発電層４を構成する単位発電層の積層数はこれに限定されない。

第１中間層７、第２中間層９は、該中間層を挟む発電層間の電気的、光学的接続を改善する機能を有する。このような第１中間層７、第２中間層９は、例えば一酸化微結晶シリコン（μｃ−ＳｉＯ）などの酸化シリコン系の材料や、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、またはアルミニウム添加酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）などのこれらを含む材料が用いられる。

裏面電極層５は、発電層４と異なる形状・位置でパターニングされており、金属電極として光反射率が高く、かつ電気伝導率の高い材料により構成される。このような材料としては、例えば、銀（Ａｇ）またアルミニウム（Ａｌ）が好ましい。また、発電層への金属の拡散を防止するために、必要に応じて裏面電極層５と発電層４との間に透明導電膜からなるバリアー層を設けてもよい。バリアー層としては、例えばアルミ添加酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜が用いられる。

ここで、本実施の形態にかかるモジュール１では、裏面電極層５は、セルＣの端部側面である第２の溝（接続溝）Ｄ２の側壁部に、第１の裏面電極層５ａと第２の裏面電極層５ｂと第３の裏面電極層５ｃとからなり、該第２の溝（接続溝）Ｄ２の延在方向に沿った方向（接続溝方向）に傾斜を有する傾斜接続部５１を備える。図２は、モジュール１におけるセル分離部である第２の溝（接続溝）Ｄ２の周辺を示す斜視図である。図３は、傾斜接続部５１を説明するための斜視図である。図４は、傾斜接続部５１を説明するための断面図である。

図３および図４に示すように、発電層４は、第２の溝（接続溝）Ｄ２の側壁部に、第２の溝（接続溝）Ｄ２に沿った方向（接続溝方向）に延在し、所定の大きさの傾斜角度θを有する傾斜部４ａを有する。ここで、傾斜角度θとは、透光性絶縁基板２の面内方向に対する垂直方向と傾斜部４ａとがなす角度であり、基板に対して垂直方向を０°とする。傾斜部４ａは、第２の溝（接続溝）Ｄ２に沿った方向（接続溝方向）において発電層４の上面から透明電極層３へ向かって厚みが薄くなり、透明電極層３に達する。このような傾斜部４ａは、透明電極層３上の発電層４の厚みを第２の溝（接続溝）Ｄ２に沿った方向において徐々に薄くすることによって形成されている。

図３および図４に示すように傾斜部４ａ上には、第１の裏面電極層５ａが形成されており、該第１の裏面電極層５ａは、発電層４上に形成された第２の裏面電極層５ｂに接続している。また、図３および図４に示すように傾斜接続部５１においては、第２の溝（接続溝）Ｄ２に沿った方向（接続溝方向）において傾斜部４ａに隣接する発電層４の一部が完全に除去されており、透明電極層３上に第３の裏面電極層５ｃが直接形成されている。

したがって、第１の裏面電極層５ａと第２の裏面電極層５ｂと第３の裏面電極層５ｃとは電気的に接続されている。これにより、透明電極層３と裏面電極層５とが電気接続しており、第２の溝（接続溝）Ｄ２を挟んで隣接する第２セルＣ２の裏面電極層５と第１セルＣ１の透明電極層３とが電気接続している。

ここで、本実施の形態にかかるモジュール１では、傾斜角度θは５０°である。また、第１の裏面電極層５ａと第２の裏面電極層５ｂと第３の裏面電極層５ｃを含む裏面電極層５はスパッタリング法等により十分な膜厚を有して形成されたスパッタリング膜であり、電気抵抗が低く、セルＣ１で発生した電流を低損失でセルＣ２まで流すことができる。また、図３および図４においてｘの長さは１０ｃｍ、ｙの長さは９０ｃｍである。なお、ここでは、傾斜接続部５１は一つとされているが、第２の溝（接続溝）Ｄ２の側壁部において複数設けてもよい。

つぎに、このような実施の形態１にかかるモジュール１の動作の概略について説明する。透光性絶縁基板２の裏面（セルＣが形成されていない方の面）から太陽光が入射すると、第１発電層６、第２発電層８および第３発電層１０で自由キャリアが生成され、電流が発生する。各セルＣで発生した電流は透明電極層３と裏面電極層５とを介して隣接するセルＣに流れ込み、モジュール１全体の発電電流を生成する。例えば、第１セルＣ１で発生した電流Ｉは透明電極層３を通り、第２セルＣ２の側面に位置する傾斜接続部５１を介して第２セルＣ２の裏面電極層５に流れる。

以上のように構成された実施の形態１にかかる薄膜太陽電池によれば、第１セルＣ１で発生した電流Ｉは第２セルＣ２の側面に位置する傾斜接続部５１を介して第２セルＣ２の裏面電極層５に流れることができる。これにより、例えば発電層４の厚みが厚い場合においてもセルＣ２の端部の側壁部（第２の溝（接続溝）Ｄ２の側壁部）の裏面電極層５の膜厚不足により生じるセルＣ２の裏面電極層５とセルＣ１の透明電極層３との導通不良に起因した発電効率の低下を防止することができる。

したがって、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池によれば、発電効率に優れた薄膜太陽電池を実現することができる。

なお、上記においては傾斜接続部５１を介した裏面電極層５と透明電極層３との電気的接続とともに第２の溝（接続溝）Ｄ２の内壁部（側壁部、底辺部）に形成された裏面電極層５によっても裏面電極層５と透明電極層３との電気的接続が図られている例について説明したが、本発明における裏面電極層５と透明電極層３との電気的接続の観点からは第２の溝（接続溝）Ｄ２および該第２の溝（接続溝）Ｄ２の内壁部（側壁部、底辺部）に形成された裏面電極層５を省略し、傾斜接続部５１のみで裏面電極層５と透明電極層３との電気的接続を実現することが可能である。

つぎに、上記のように構成された実施の形態１にかかるモジュール１の製造方法について図５−１〜図５−６を参照して説明する。図５−１〜図５−６は、実施の形態１にかかるモジュール１の製造工程を説明するための斜視図である。

はじめに透光性絶縁基板２を準備する。透光性絶縁基板２としては、例えば平板状のガラス基板を用いる（以下ガラス基板２と記載する場合がある）。本実施の形態では、ガラス基板２として無アルカリガラス基板を用いた場合について説明する。また、ガラス基板２として安価な青板ガラス基板を用いてもよいが、この場合には基板からのアルカリ成分の拡散を防止するためにプラズマ化学気相成長（ＰＣＶＤ）法によりアンダーコート層としてＳｉＯ_２膜を１００ｎｍ程度の膜厚で形成するのがよい。

次に、ガラス基板２の一面側に、第１の電極層となる透明電極層３を形成する（図５−１）。透明電極層３としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜をＤＣスパッタリング法で堆積形成する。また、透明電極層３には、表面に凹凸形状を形成し、表面テクスチャ構造を形成することが好ましい。

なお、本実施の形態では透明電極層３としてＺｎＯ膜を用いるが、透明電極層３はこれに限定されることなく、光透過性を有している透明導電膜であればＺｎＯ膜以外に、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）の何れかを主成分とする材料からなる膜を使用しても良い。

また、上記においてはＤＣスパッタリング法により透明電極層３を形成する場合について説明したが、透明電極層３の形成方法はこれに限定されるものではなく、真空蒸着法、イオンプレーティング法などの物理的方法や、スプレー法、ディップ法、ＣＶＤ法などの化学的方法を用いても良い。

次に、透明電極層３の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、透明電極層３を短冊状にパターニングし、複数の透明電極層３に分離する（図５−２）。透明電極層３のパターニングは、レーザスクライブ法により、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板２に達するストライプ状の第１の溝Ｄ１を形成することで行う。なお、このようにガラス基板２上に基板面内で互いに分離された複数の透明電極層３を得るには、写真製版などで形成したレジストマスクを用いてエッチングする方法や、メタルマスクを用いた蒸着法などの方法でも可能である。

次に、第１の溝Ｄ１を含む透明電極層３上に発電層４をプラズマＣＶＤ法により形成する。ここで、発電層４としてはバンドギャップの異なる材料からなる３層の発電層（薄膜半導体層）を形成し、透明電極層３側から第１発電層６、第１中間層７、第２発電層８、第２中間層９、第３発電層１０を積層形成する（図５−３）。第１発電層６、第２発電層８および第３発電層１０は、それぞれｐ−ｉ−ｎ型の三層構造で形成する。また、発電層４の総膜厚、すなわち第１発電層６から第３発電層１０までの総膜厚は、２〜４μｍ程度である。

次に、発電層４に、レーザ照射によってパターニングを施す（図５−４）。発電層４のパターニングは、レーザスクライブ法により、第１の溝Ｄ１と異なる箇所に、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層３に達するストライプ状の第２の溝（接続溝）Ｄ２を形成することで行う。

以下、この工程について詳細に説明する。図６は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池モジュールの製造工程において、発電層４が形成された中間体の構造（図５−３）における傾斜接続部の形成領域Ｐを示す要部斜視図である。図７−１は、傾斜接続部の形成領域Ｐを示す平面図である。図７−２は、レーザ光照射後の加工形状を示す断面図であり、図６の線分Ｂ−Ｂにおける断面図である。図７−３は、レーザ光のエネルギー強度分布を示す特性図である。図７−４は、開口部および第２の溝（接続溝）Ｄ２が形成された状態を示す平面図である。

まず、図６および図７−１に示すように発電層４まで形成された中間体における発電層４の表面の傾斜接続部の形成領域Ｐにレーザ光Ｌを照射する。レーザにはパルス幅がナノ秒より短いフェムト秒レーザを使用し、図７−３に示すようにガウス分布を有するエネルギー強度分布のレーザ光Ｌを照射する。フェムト秒レーザによる加工の場合は、横方向の熱影響が極めて少ないためレーザ光のエネルギー強度分布が忠実に加工形状に反映されるという特徴がある。したがって、加工形状を制御し易い。また、レーザ光Ｌの波長は、５３２ｎｍとする。これにより、透明電極層３を削らずに発電層４のみを削ることができる。

また、レーザ光Ｌを照射する際は、図８に示すように発電層４上に２本のスリット１１を配置することによって、照射されるレーザ光Ｌのビーム幅をセル直列方向：３０μｍ、分離溝に沿った（接続溝方向）方向：１００μｍに調整する。図８は、レーザ光Ｌを照射する際のスリット１１の配置状態を示す平面図である。

このようにスリット１１を用いてレーザ光Ｌを傾斜接続部の形成領域Ｐに照射することにより、レーザ光Ｌのエネルギー強度分布を反映して図７−２に示すような側壁が傾斜形状を有する開口部１２が透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向（接続溝方向）に形成される。これにより、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向（接続溝方向）に所定の大きさの傾斜角度θ（基板に対して垂直方向を０°とする）を有する傾斜部４ａが発電層４に形成される。本実施の形態では、この傾斜角度θは一番小さくても５０°であった。また、このレーザ加工によって発電層４が完全に削られた領域は、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向（接続溝方向）では５０μｍ、セル直列方向では３０μｍであった。

なお、ここでは、ガウス分布を有するエネルギー強度分布のレーザ光Ｌを照射することにより開口部１２を形成する場合について説明したが、その他にもレーザ光Ｌを透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向（接続溝方向）において照射時間を変えて照射するとともに深く削る地点ほど照射時間を長くする方法、レーザ光Ｌを透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向（接続溝方向）において照射強度を変えて照射するとともに深く削る地点ほど照射強度を大きくする方法、またはレーザ光Ｌを透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向（接続溝方向）において照射回数を変えて照射するとともに深く削る地点ほど照射回数を多くする方法などを用いてもよい。

このようにして傾斜接続部の形成領域Ｐに開口部１２を形成した後、前記のレーザ加工で発電層４が完全に削られた領域と部分的に重なるように、ビーム幅直径２０μｍ、エネルギー強度分布一定、加工速度一定でレーザ光Ｌを発電層４の表面に照射する。そして、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向における発電層４の一端から他端までレーザ光Ｌをスキャンして発電層４を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去することにより、発電層４を短冊状にパターニングし、分離する。これにより、図７−４に示すように第２の溝（接続溝）Ｄ２が得られる。第２の溝（接続溝）Ｄ２の形成後、第２の溝（接続溝）Ｄ２内に付着している飛散物を高圧水洗浄、メガソニック洗浄、あるいはブラシ洗浄により除去する。

なお、この工程では、レーザはパルス幅１０ｎｓｅｃのものを用いたが、フェムト秒レーザを用いてもよい。また、上記においては開口部１２を先に形成する場合について説明したが、開口部１２を形成する工程と第２の溝（接続溝）Ｄ２を形成する工程とは、どちらの工程を先に行ってもよい。

次に、発電層４上、開口部１２内および第２の溝（接続溝）Ｄ２内に第２の電極層となる裏面電極層５をスパッタリング法により例えば３００ｎｍの厚さで形成する（図５−５）。裏面電極層５としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜をスパッタリング法で堆積形成する。これにより、図９に示すように、裏面電極層５および傾斜接続部５１が形成される。すなわち、開口部１２の底部に第３の裏面電極層５ｃが形成され、傾斜部４ａ上には第１の裏面電極層５ａが形成され、発電層４上に第２の裏面電極層５ｂが形成され、第１の裏面電極層５ａと第２の裏面電極層５ｂと第３の裏面電極層５ｃとが電気的に接続される。図９は、裏面電極層５および傾斜接続部５１が形成された状態を示す要部斜視図である。

ここで、傾斜部４ａ上および開口部１２の底部においても、発電層４上の裏面電極層５と同じ膜厚で第１の裏面電極層５ａおよび第３の裏面電極層５ｃを形成することができた。本実施の形態では裏面電極層５としてアルミニウム（Ａｌ）膜を形成するが、裏面電極層５はこれに限定されるものではなく、金属電極として高反射率を有する銀（Ａｇ）を用いてもよく、またこれらを積層して形成してもよい。

裏面電極層５の形成後、裏面電極層５、発電層４の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して短冊状にパターニングして複数のセルＣに分離する（図５−６）。パターニングは、レーザスクライブ法により、第１の溝Ｄ１および第２の溝（接続溝）Ｄ２とは異なる箇所に、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層３に達するストライプ状の第３の溝（分離溝）Ｄ３を形成することで行う。なお、反射率の高い裏面電極層５にレーザを直接吸収させるのは困難なので、半導体層（発電層４）にレーザ光エネルギーを吸収させて、半導体層（発電層４）とともに裏面電極層５を局所的に吹き飛ばすことによって複数のセルＣに対応させて分離される。以上により、図１−１〜図１−３に示すようなセルＣを有するモジュール１が完成する。

上述したように実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、セルＣ２の端部の側壁部（第２の溝（接続溝）Ｄ２の側壁部）に傾斜接続部５１を形成するため、第１セルＣ１で発生した電流Ｉは第２セルＣ２の側面に位置する傾斜接続部５１を介して第２セルＣ２の裏面電極層５に流れることができる。これにより、セルＣ２の端部の側壁部（第２の溝（接続溝）Ｄ２の側壁部）の裏面電極層５の膜厚不足により生じるセルＣ２の裏面電極層５とセルＣ１の透明電極層３との導通不良に起因した発電効率の低下を防止することができる。

また、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、裏面電極層５をスパッタリング法等で形成する際に、傾斜接続部５１において裏面電極層５を底面部（第３の裏面電極層５ｃ）まで上面部の裏面電極層５（第２の裏面電極層５ｂ）と同じ膜厚で被覆することが可能となり、セルＣの端部側面の底部での裏面電極層５の電気抵抗の増大を抑制し、発電領域（発電層４）で発生した電流を最大限に取り出すことが可能となる。また、セル直列方向においては、セルＣの端部側面に傾きを形成する必要がないため、第２の溝（接続溝）Ｄ２の幅を狭くすることができ、発電領域（発電層４）を広げることができる。これらの結果、モジュールの発電効率を増加させることができる。

また、傾斜接続部５１の側面の傾斜方向が第２の溝（接続溝）Ｄ２の延在方向に沿っているので、セル直列方向に傾きを形成した時に生じる分離幅の増大が起こらないためセル直列方向に比べて加工精度が低くてもよく、加工精度の低いたとえばレーザ加工などを用いても第２の溝（接続溝）Ｄ２の幅を広げることなく傾斜接続部５１を形成することが容易である。

したがって、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、発電効率に優れた薄膜太陽電池を作製することができる。

なお、上記においては傾斜接続部５１を介した裏面電極層５と透明電極層３との電気的接続とともに第２の溝（接続溝）Ｄ２の内壁部（側壁部、底辺部）に形成された裏面電極層５によっても裏面電極層５と透明電極層３との電気的接続が図られている例について説明したが、本発明における裏面電極層５と透明電極層３との電気的接続の観点からは第２の溝（接続溝）Ｄ２および該第２の溝（接続溝）Ｄ２の内壁部（側壁部、底辺部）に形成された裏面電極層５を省略し、傾斜接続部５１のみで裏面電極層５と透明電極層３との電気的接続を実現することが可能である。

実施の形態２．
図１０は、側面の傾斜角度θ（基板に対して垂直方向を０°とする）を０°から９０°まで変化させてトレンチ（溝）を加工・作製したトレンチ基板上に、スパッタリング法で裏面電極層（Ａｇ膜）５を形成した際の傾斜角度θと段差被覆率との関係を示す特性図である。ここで、トレンチ基板は、図示しない透光性絶縁基板上にセルＣと同様に透明電極層３および発電層４を積層形成してセルを作製し、該発電層４に対して透明電極層３に達するトレンチ（溝）を形成してある。トレンチ（溝）の深さは３μｍであり、裏面電極層（Ａｇ膜）５は目標膜厚２００ｎｍで製膜している。

図１１は、セル上面部の裏面電極層（Ａｇ膜）５の膜厚ｔ_ｍａｘと、トレンチの底部側面の裏面電極層（Ａｇ膜）５の膜厚ｔ_ｍｉｎと、傾斜角度θとの位置関係を模式的に示す断面図である。段差被覆率は、膜厚ｔ_ｍａｘと膜厚ｔ_ｍｉｎとの比（ｔ_ｍｉｎ／ｔ_ｍａｘ）である。図１２は、裏面電極層（Ａｇ膜）５の製膜状態の一例として、傾斜角度θ＝０°で形成したトレンチ上に裏面電極層（Ａｇ膜）５をスパッタリング法により製膜した場合の裏面電極層（Ａｇ膜）５の製膜状態を模式的に示す断面図である。

図１０において、θが０°から２０°まで増加した場合に、段差被覆率は急激に増加している。これは、トレンチの側壁に側面角度を持たせることで、飛来したスパッタ粒子がトレンチの側面の底部まで入り込みやすくなり、トレンチの底部における裏面電極層（Ａｇ膜）５の製膜がより促進されたためである。

また、図１３は、セル上面部とトレンチ（溝）の底面部との間の電気抵抗値と、傾斜角度θとの関係を示す特性図である。図１３において、傾斜角度θの増加に伴い、電気抵抗値が急激に減少しているのが分かる。これは、裏面電極層（Ａｇ膜）５が高い段差被覆率で製膜されたためである。

以上のように、薄膜太陽電池の発電層４の分離を行う際に、トレンチ（溝）の側面に２０°以上の傾斜角度を有する構造にすることで、裏面電極層５の段差被覆率を向上させ、電気抵抗を下げることが可能となる。また、実施の形態１のセルＣにおいて傾斜接続部５１の第１の裏面電極層５ａの傾斜角度θが９０°では第２の溝（接続溝）Ｄ２に沿った方向に傾きのある第１の裏面電極層５ａが得られない。しかし、傾斜角度θが８９．９°であれば、発電層４の高さが３μｍのときに、傾斜接続部５の底辺の長さは１．８ｍｍとなり、モジュール１における第２の溝（接続溝）Ｄ２に沿った方向の長さ１ｍに比べて十分短いため、傾きの形成が可能である。したがって、傾斜接続部５１の第１の裏面電極層５ａの傾斜角度θを２０°≦θ≦８９．９°にすることによって、セルＣの上面部の裏面電極層５（第２の裏面電極層５ｂ）と傾斜接続部５１の底面部（第３の裏面電極層５ｃ）との間の電気抵抗を下げることが可能となる。

以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池は、発電効率に優れた薄膜太陽電池の実現に有用である。

１ 薄膜太陽電池モジュール（モジュール）
２ 透光性絶縁基板（ガラス基板）
３ 透明電極層
４ 発電層
４ａ 傾斜部
５ 裏面電極層
５ａ 第１の裏面電極層
５ｂ 第２の裏面電極層
５ｃ 第３の裏面電極層
６ 第１発電層
７ 第１中間層
８ 第２発電層
９ 第２中間層
１０ 第３発電層
１１ スリット
１２ 開口部
Ｃ 薄膜太陽電池セル（セル）
Ｃ１ 第１セル
Ｃ２ 第２セル
Ｄ１ 第１の溝
Ｄ２ 第２の溝（接続溝）
Ｄ３ 第３の溝（分離溝）
Ｉ 電流
Ｌ レーザ光
Ｐ 傾斜接続部の形成領域
θ 傾斜角度

Claims (5)

1. 透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる透明電極層と、半導体膜からなり光電変換を行う発電層と、光を反射する導電膜からなる裏面電極層と、がこの順で積層されてなる複数の薄膜太陽電池セルが配設され、隣接する薄膜太陽電池セルの間に一方のセルの透明電極層に達する発電層の溝部を有して、前記溝部内で前記一方のセルの前記透明電極層と他方のセルの前記裏面電極層とが電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、
   前記溝部の前記他方のセル側の前記発電層の側部に前記溝部が延在する第１の方向に沿って前記発電層の上面から前記透明電極層へ向かって厚みが薄くなり前記透明電極層に達する傾斜部と、
   前記溝部内の前記一方のセルの前記透明電極層上から前記傾斜部の傾斜面上を経て前記他方のセルの前記裏面電極層に連続する導電膜と、
   を備えることを特徴とする薄膜太陽電池。
2. 前記透光性絶縁基板の面内方向に対する垂直方向と前記傾斜部とのなす傾斜角度が、２０°以上８９．９°以下であること、
   を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
3. 透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる透明電極層と、半導体膜からなり光電変換を行う発電層と、光を反射する導電膜からなる裏面電極層と、がこの順で積層されてなる複数の薄膜太陽電池セルが配設され、隣接する薄膜太陽電池セルの間に一方のセルの前記透明電極層に達する前記発電層の溝部を有して、前記溝部内で前記一方のセルの前記透明電極層と他方のセルの前記裏面電極層とが電気的に直列接続された薄膜太陽電池の製造方法であって、
   前記透光性絶縁基板上に、基板面内で互いに分離された複数の前記透明電極層を形成する第１工程と、
   前記透明電極層上および前記透光性絶縁基板上に、前記発電層を形成する第２工程と、
   第１の方向において前記発電層の上面から前記透明電極層へ向かって厚みが薄くなり前記透明電極層に達する傾斜部を有するとともに前記傾斜部に隣接する領域の前記透明電極層が露出した開口部を前記透明電極層上の前記他方のセル側の前記発電層に形成する第３工程と、
   前記開口部が前記第１の方向に沿って延在する前記溝部内の前記他方のセル側の側部に位置するように隣接する薄膜太陽電池セルの間の前記発電層に前記溝部を形成する第４工程と、
   前記発電層上および前記傾斜部上を含む前記開口部内に前記光を反射する導電膜を形成して、前記開口部内の前記一方のセルの前記透明電極層上から前記傾斜部の傾斜面上を経て前記他方のセルの前記発電層上に連続する前記光を反射する導電膜からなる前記裏面電極層を形成する第５工程と、
   を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
4. 前記透光性絶縁基板の面内方向に対する垂直方向と前記傾斜部とのなす傾斜角度を、２０°以上８９．９°以下とすること、
   を特徴とする請求項３に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
5. 前記第３工程では、エネルギー強度が中心では高く、前記第１の方向において中心から外方に行くにしたがって低くなるエネルギー強度分布を有するレーザ光を前記発電層に照射することにより前記開口部を形成すること、
   を特徴とする請求項３に記載の薄膜太陽電池の製造方法。

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