JP5143136B2 - 薄膜太陽電池素子の製造方法 - Google Patents

薄膜太陽電池素子の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5143136B2
JP5143136B2 JP2009533154A JP2009533154A JP5143136B2 JP 5143136 B2 JP5143136 B2 JP 5143136B2 JP 2009533154 A JP2009533154 A JP 2009533154A JP 2009533154 A JP2009533154 A JP 2009533154A JP 5143136 B2 JP5143136 B2 JP 5143136B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transparent electrode
electrode layer
layer
solar cell
photoelectric conversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009533154A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2009038083A1 (ja
Inventor
幹雄 山向
泰 折田
弘也 山林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2009533154A priority Critical patent/JP5143136B2/ja
Publication of JPWO2009038083A1 publication Critical patent/JPWO2009038083A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5143136B2 publication Critical patent/JP5143136B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022466Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0463PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate characterised by special patterning methods to connect the PV cells in a module, e.g. laser cutting of the conductive or active layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/075Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
    • H01L31/076Multiple junction or tandem solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

この発明は、入射光を電気に変換する光電変換層と光を多重反射させて光電変換層に十分に吸収させるための透明電極層とを複数段に備えた積層型の薄膜太陽電池素子の製造方法に関する。
太陽光発電システムは21世紀の地球環境を化石エネルギーの燃焼によるCO2ガスの増加から守るクリーンエネルギーとして期待されており、その生産量は世界中で爆発的に増加している。このため、世界中でシリコンウエハが不足するという事態が発生しており、近年、シリコンウエハの供給量に律速されない薄膜太陽電池の生産量が急速に伸びつつある。
従来、薄膜太陽電池では、太陽光スペクトルを幅広く有効利用すべく、バンドギャップの異なる材料から成る複数の光電変換層(半導体層)を絶縁透光性基板上に積層したタンデム構造が採用されている。又、入射光を太陽電池内で多重反射させて光路を伸ばし光電変換層に十分に吸収させるという「光の閉じ込め効果」を起こし、太陽電池の発電効率の向上を図る検討が成されている。このため、薄膜太陽電池素子の内部で、裏面電極層と光電変換層の間、及び、積層された複数の光電変換層の間に、透明電極層を挿入した構造の検討が進められている(特許文献1及び2参照。)。
特開2002−222972号公報 特開2002−208715号公報
上記の先行例(特許文献1及び2)に係る薄膜太陽電池素子に於いては、光閉じ込めを目的として挿入される透明電極層は光電変換層(半導体層)と密接して形成される。透明電極材料は概ね酸化物系であり、これらの薄膜を半導体層上にCVD法、スパッタリング法、又は真空蒸着法等で直接成膜した場合に、界面部分に絶縁層(半導体層の酸化物)が生成される。このため、この絶縁層に起因する接触抵抗が生じて、太陽電池素子の内部では直列抵抗成分が増大し、短絡電流密度が低下して発電効率が低下すると言う問題点があった。
上記の先行例(特許文献2)では、この様な絶縁層の生成を抑制するために、酸素濃度を低くしたスパッタリングプロセスで透明電極膜(ITO)を形成しようとしている。しかし、スパッタターゲット(ITO)中に含まれる酸素原子に起因する酸化反応(半導体層の表面)を抑制することは困難であり、効果は殆ど期待できない。
本発明は、上記の問題点を解決するために成されたものであり、その主目的は、より高い発電効率の薄膜太陽電池素子を実現することにある。
この発明の主題は、表面透明電極層とシリコンを主成分とする半導体層膜から成る光電変換層と、裏面金属電極層と、が積層された薄膜太陽電池素子の製造方法であって、積層された層間において光電変換層に接するように、酸化物を主成分とする透明電極層を形成する工程を有し、透明電極層を形成する工程は、光電変換層の上に透明電極層を形成する第1工程と、透明電極層に貫通穴を形成する第2工程と、貫通穴の底面の酸化シリコン膜を除去する第3工程と、透明電極層の貫通穴に、光電変換層とは材質が異なる非酸化物から成る導電部材を充填する第4工程と、透明電極層及び導電部材上に、導電部材とは材質が異なる層を透明電極層及び導電部材に接して形成する第5工程と、を有することを特徴とする。
本発明の主題によれば、前記光電変換層と前記透明電極層における前記光電変換層側に対し反対側に接する層との間に挿入された透明電極層に、導電部材で充填された貫通穴を電気伝導路として形成しているので、前記光電変換層と前記反対側に接する層との界面に生成する絶縁層(半導体層の酸化物)に起因する接触抵抗の影響を低減させて、発生した電流を最大限に取り出すことが出来る。
又、本発明の主題によれば、最も安価で且つ容易な方法で以って、上述の貫通穴を透明電極層に作成することが出来ると言う効果が見込まれる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本発明の実施の形態1に係る薄膜太陽電池素子に於ける、1セルの縦断面図及び鳥瞰図である。 実施の形態1に係る薄膜太陽電池素子で得られる短絡電流密度と電気伝導路の総面積との関係を示す図である。 実施の形態2に於ける薄膜太陽電池素子の1セルの作製フローを示す縦断面図である。 実施の形態2に於ける薄膜太陽電池素子の1セルの作製フローを示す縦断面図である。 実施の形態3に係る、電気伝導路用の微細孔の作製フローを示す縦断面図である。 実施の形態4に於ける、マスク微粒子の透明電極層表面への付着方法を示す図である。 実施の形態4に於ける、マスク微粒子及び透明電極層の各々の帯電荷量のPH値依存性を示す図である。 実施の形態4に於ける、マスク微粒子の透明電極層表面への付着状態を示す上面図である。
(実施の形態1)
本実施の形態の特徴点は、発電領域内に光の閉じ込めのための裏面及び中間透明電極層を有するタンデム構造の薄膜太陽電池素子に於いて、裏面及び各中間透明電極層の各々に、透明電極材料と異なる導電性材料から成る電気伝導路を設けた点にある。以下、図面を参照して、本件特徴点について記載する。
図1(a)は、本発明の実施の形態1に係る薄膜太陽電池素子の1つのセルの構造を示す縦断面図である。図1(a)に於いて、例えばガラス基板から成る絶縁透光性基板1の上面上には、表面電極層(表面透明電極層に該当)2、第1光電変換層3、中間透明電極層4、第2光電変換層7、裏面透明電極層8、及び裏面金属電極層9が順次に積層されている。そして、中間透明電極層4と第1光電変換層3との界面、及び裏面透明電極層8と第2光電変換層7との界面には、第1絶縁層5及び第2絶縁層10が各々生成している。ここで、絶縁透光性基板1の裏側から太陽光が入射すると、第1及び第2光電変換層3,7で自由キャリアが生成して、電流が発生する。この第1及び第2光電変換層3,7の各々は、結晶シリコン系半導体膜又は非晶質シリコン系半導体膜のp−i−n型の3層構造から成る。又、中間透明電極層4及び裏面透明電極層8の各々は、酸化物系の透明導電膜から成り、具体的には、酸化亜鉛、ITO又はSnO2の何れかを含む材料から成る透明導電膜である。そして、中間透明電極層4及び裏面透明電極層8の各々の膜厚は、150nm以上、200nm以内の範囲内に設定されている。この範囲内に設定されているときに、発電領域に入射した光が各透明電極層4,8で効率良く反射されることが、知られている。
第1絶縁層5及び第2絶縁層10は、酸化物系の透明導電膜である中間透明電極層4及び裏面透明電極層8を形成する際や形成後にシリコン系半導体膜の表面が酸化されることによって意図せずにできるシリコン酸化膜である。図1(a)ではわかりやすいように、厚みを有する様に第1絶縁層5及び第2絶縁層10を示したが、実際には第1絶縁層5及び第2絶縁層10は透明導電層に比べて非常に薄い。この絶縁層ができることにより、第1光電変換層3と第2光電変換層7との間の抵抗、及び、第2光電変換層7と裏面金属電極層9との間の抵抗が、増加してしまう。
そこで、中間透明電極層4には、当該中間透明電極層4を貫通する第1電気伝導路6が形成されている。しかも、第1電気伝導路6は、中間透明電極層4の直下の第1絶縁層5をも貫通して、第1光電変換層3の上面に接続されている。従って、第1電気伝導路6は、中間透明電極層4と第1絶縁層5とを介して対向する第1及び第2光電変換層3,7の双方を互いに電気的に接続している。
同様に、裏面透明電極層8には、当該裏面透明電極層8を貫通する第2電気伝導路16が形成されている。そして、第2電気伝導路16は、裏面透明電極層8の直下の第2絶縁層10をも貫通して、第2光電変換層7の上面に接続されている。従って、第2電気伝導路16は、裏面透明電極層8と第2絶縁層10とを介して対向する第2光電変換層7と裏面電極層9とを、互いに電気的に接続している。
以上の第1及び第2電気伝導路6,16の存在により、第1光電変換層3で発生した電流が、第1絶縁層5の影響を受けることなく、第1電気伝導路6を通って第2光電変換層7に流れる。この発生電流は、第2光電変換層7で発生した電流と合わせて、第2電気伝導路16を通って、第2絶縁層10の影響を受けることなく、裏面電極層9にまで到達し、裏面電極層9から取り出される。ここで、第1及び第2電気伝導路6,16は、実施の形態2で後述する様に、中間透明電極層4と裏面透明電極層8とに各々の層を貫通する微細孔を形成した上で、その上から導電性材料の薄膜を形成して微細孔を導電部材によって埋める方法で以って作成される。微細孔は、例えば、その直径が0.2μm〜10μmの円形穴である。両電気伝導路6,16と成る導電部材は、比抵抗が10-4Ωcm以下であり(各透明電極層4,8の比抵抗も10-4Ωcm以下にあるので、両電気伝導路6,16の素材の比抵抗も各透明電極層4,8の比抵抗と同様の値に設定される。)、酸素を含まない非酸化物系から成り、酸素の存在しない雰囲気中で形成が可能であり、仮に酸素に晒されても酸化しない、若しくは酸化しても導電性を維持する、導電性材料で形成される。例えば、その様な導電性材料として、白金、金、クロム、ルテニウム、等の金属や、窒化チタン等の導電性窒化物が挙げられる。多数の電気伝導路を透明電極内に形成する際には、分布がおおよそ一様と成る様にすると良い。
又、図1(b)には、図1(a)の構造であって、裏面電極層9を除いた薄膜太陽電池素子の1セルを斜め上から見た斜視図を示す。裏面透明電極層8に、電気伝導路16が形成されている様子が理解される。尚、1セルは、連続する光電変換層によって形成された太陽電池の単位発電素子であり、通常の太陽電池では、例えば0.01m2程度の面積を有している。通常の太陽電池では、このセルが複数直列に接続される。
図2(a)及び図2(b)の各々は、図1(a)及び図1(b)で示した薄膜太陽電池素子の1セル当たりの電気伝導路の総面積Sdを、0から7μm2の範囲、及び、100μm2から600μm2の範囲で変化させたときの薄膜太陽電池素子に於ける、1セル当たりの短絡電流密度Jscと電気伝導路の総面積Sdとの関係を示す図である。ここでは、1)光照射時に1セル当たりの光電変換層が発生する最大電流密度を5mA/cm2、2)透明電極層の厚さを100nm、3)セルの並列抵抗成分を100Ω、4)電気伝導路の比抵抗を10-4Ωcm、5)絶縁層の比抵抗を1012Ωcm、6)1セルを一辺5mmの正方形として1セル当たりの総面積を25mm2と仮定して、太陽電池素子の等価回路を用いて、短絡電流密度Jscを概算している。
図2の(a)で、短絡電流密度Jscは、総面積Sdが0から0.5μm2の範囲内で急激に増加し、総面積Sdが2.5μm2よりも大きくなると、5mA/cm2で飽和している。即ち、電気伝導路を各透明電極層に設けることで、太陽電池の発生する電流をフルに取り出すことが出来る。他方、図2の(b)は、総面積Sdを100μm2から600μm2の範囲で変化させた場合の短絡電流密度Jscと総面積Sdとの関係を示す。図2の(b)より、総面積Sdが100μm2よりも大きくなると、短絡電流密度Jscは総面積Sdの増加に伴って減少している。これは、透明電極層に形成された電気伝導路によって入射光が遮蔽されて入射光の半導体層への進入が妨げられ、発電層で発生する電流量が低下するためである。
以上の様に、薄膜太陽電池素子の透明電極層に、面積25mm2の1セル当たりの総面積Sdが2.5μm2≦Sd≦100μm2の範囲内で電気伝導路を形成することにより、最大の短絡電流密度(発電効率)を実現することが出来る。ここで、電気伝導路を図1の様に1セル当たりに複数個形成する場合[例えば、図1の(b)では第2電気伝導路16の数は9個]には、電気伝導路の1つ当たりの面積には制限はない。1セルで合計した面積[図1の(b)では9個の合計面積]が2.5μm2≦Sd≦100μm2の範囲に入る様に調整して、電気伝導路を形成すれば良い。つまり、セルの面積に対する貫通穴の総面積比率は、1×10-7以上、4×10-6以下の範囲内の値とすると良い。電気伝導路は、1セルの面積当たりの総面積比率が上記の範囲内であれば、特にその個数に制限はない。
尚、以上に述べた構造上の特徴点を、発電領域内に、2個以上の中間透明電極層と、各中間透明電極層上に積層された対応する2個以上の光電変換層とが存在する場合にも、適用可能であり、同等の作用効果が得られる。
又、本実施の形態は第1光電変換層3と第2光電変換層7とが層の厚み方向に重なり合うタンデム型の太陽電池としたが、光電変換層を1つのみとして、その光電変換層と裏面金属電極層との間の透明電極層に上記の様な電気伝導路を設けても、同様な効果が得られる。又、タンデム型の太陽電池に於いて、第1光電変換層3と第2光電変換層7との間の中間透明電極層のみに上記の様な電気伝導路を設けても、同様な効果が得られる。
(実施の形態2)
図3の(a)〜(d)及び図4の(e)〜(h)は,実施の形態1で記載した構造を有する薄膜太陽電池素子を形成する製造方法のフローを示す工程縦断面図である。
先ず、図3の(a)に示す様に、絶縁透光性基板1の上面上に、表面電極層2、第1光電変換層3、中間透明電極層4を積層する。尚、中間透明電極層4の積層に際して、第1絶縁層5が両層3,4の界面間に挿入・形成される。ここで、表面電極層2と中間透明電極層4としては、酸化亜鉛、ITO又はSnO2を含む材料が、又、第1光電変換層(発電層)3としては、結晶シリコン系半導体膜、又は、非晶質シリコン系半導体膜のp−i−n型の三層構造から成ることが望ましい。
次に、図3の(b)に示す様に、中間透明電極層4に数ミクロンサイズの微細孔12を形成し、更に、微細孔12が形成された中間透明電極層4のパターンをエッチングマスクとして、各微細孔12の底面直下に位置する絶縁層5の部分をCF4、SF6等のフッ素系ガス中でのプラズマ処理によりエッチングで除去して、微細孔12と連続する第1絶縁層5の微細孔5Hを形成する。
次に、図3の(c)に示す様に、微細孔12及び中間透明電極層4の上方から、導電性膜層13を十分に厚く成膜して、微細孔12,5Hを導電膜で完全に埋める。ここで、上面に微細孔12の形状の影響が見えなくなる程度に、導電性膜層13を十分に厚く形成する。尚、導電性膜層13の素材としては、白金、金、クロム、ルテニウム、窒化チタン、等が望ましい。
そして、図3の(d)に示す様に、導電性膜層13を、中間透明電極層4の上面4USが現れるまで、全面エッチバックにより除去し、以って、第1電気伝導路6を形成する。
ここで、全面エッチバックは例えばイオンミリングやRIE等の方法を用いることが出来る。又、透明電極面が露出することは、例えば、エッチング中に光を導電性膜層13の表面に照射して、その表面反射の強度の変化によって検出することが出来る。
次に、図4の(e)に示す様に、第2光電変換層7、裏面透明電極層8を積層する。裏面透明電極層8の積層の際に、第2絶縁層10が両層7,8の界面間に挿入・形成される。ここでも、裏面透明電極層8としては、酸化亜鉛、ITO又はSnO2を含む材料が用いられ、第2光電変換層7としては、結晶シリコン系半導体膜又は非晶質シリコン系半導体膜のp−i−n型の三層構造から成ることが望ましい。
次に、図4の(f)に示す様に、裏面透明電極層8にミクロンサイズの微細孔14を形成し、更に、微細孔14が形成された裏面透明電極層8のパターンをマスクとして、微細孔14の底面の直下に位置する第2絶縁層10の部分をCF4、SF6等のフッ素系ガス中でのプラズマ処理によりエッチング除去して、微細孔14と空間的に連続する第2絶縁層10の微細孔10Hを形成する。
その上で、図4の(g)に示す様に、微細孔14及び裏面透明電極層8の上方から、導電性膜層15を十分に厚く成膜して、各微細孔14,10Hを導電膜で完全に埋める。ここでも、導電性膜層15としては、白金、金、クロム、ルテニウム、窒化チタン等が望ましい。
次に、図4の(h)に示す様に、裏面透明電極層8の上面が現れるまで、導電性膜層15を全面エッチバックして除去し、第2電気伝導路16を形成する。
最後に、裏側電極層17を裏面透明電極層8及び第2電気伝導路16の上面上に形成する。裏側電極層17としては、銀或いはアルミニウムが望ましい。
以上の工程を経ることで、図1に例示した薄膜太陽電池素子の1セルの構造を形成することが出来る。
(実施の形態3)
図5は、実施の形態2で記載した、電気伝導路用の微細孔[図3の(b)中の微細孔12、図4の(f)中の微細孔14]を透明電極層に最も容易に、且つ、低いコストで形成する製造方法の作製フローを示す工程縦断面図である。ここでは、代表例として、中間透明電極層4に微細孔12を形成する方法を以下に記載する。
実施の形態1で記載した様に、最大の短絡電流密度を実現するにあたり、セルの面積当たりの電気伝導路の総面積比率が1×10-7以上、4×10-6以下と成る範囲内で作成する必要がある。このためには、数ミクロンサイズの微細孔を、例えば、微細孔の横断面形状が正方形と看做したときにはその一辺の長さが10μm以下の微細孔を、或いは、直径10μm以下の微細孔を、透明電極層に形成することが要求される。勿論、1セル当たりに電気伝導路を1個しか設けない場合に於いても、例えば、直径10μm以下の微細孔を形成する必要がある。又、微細孔のサイズは、少なくとも透明導電膜の厚みと同程度以上の直径を有することが望ましい。透明導電膜の厚みより小さくなると、微細孔内に伝導路と成る膜が充填されにくくなるからである。透明導電膜は上で述べた様に150nm以上、200nm以内の範囲内に設定されているので、微細孔の内径は0.2μm以上にすると良い。
通常、この様な微細孔を作成するには、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングすることが一般的である。しかし、薄膜太陽電池素子の場合、1.5m角(表面積が1.5m×1.5mとなる)規模の大面積を有するガラス板を絶縁透光性基板として用いて、その上に複数の太陽電池セルが形成されるのが一般的である。この様なガラス板に於いては、表面うねりが大きく(30cm当たり0.05μm以上)、フォトリソグラフィー技術を用いて直径が10μm以下の超微細孔を精度良く形成することが出来ない。
そこで、図5に於いては、先ず、図5の(a)に示す様に、絶縁透光性基板1の上に積層された、表面透明電極層2、第1光電変換層3、第1絶縁層5及び中間透明電極層4の内で、最上層の中間透明電極層4の表面上に、作りたい微細孔の直径と同じ粒径のマスク微粒子18を付着させる。ここで、マスク微粒子18を液体中で付着させる場合は、その液体中で正に帯電し易い材料が望ましい。例えば、液体が水系である場合にポリスチレンやガラス等の絶縁物、或いは、アルミナや酸化ケイ素等の酸化物セラミックスから成っていても良い。この様な材料は、酸素中のプラズマに晒すと、燃えて無くなる性質を有するため、後述の2次マクスを形成するためのマスク材料として適している。
次に、図5の(b)に示す様に、各マスク微粒子18を被覆する様に、マスク微粒子18の表面上及び隣り合うマスク微粒子18間の中間透明電極層4の表面上に、ハードマスク層19を形成する。
その上で、マスク微粒子18を酸素中のプラズマに晒して燃やしてマスク微粒子18を除去することで(これに伴い、マスク微粒子18の表面上に形成されているハードマスク層19の部分は脱落して除去される。)、図5の(c)に示す様に、二次マスク層20を中間透明電極層4の表面上に形成する。尚、二次マスク層20(従ってハードマスク層19)の材料としては、チタン又はアルミニウムを使用することで、より精度良い加工が可能と成る。
最後に、二次マスク層20をマスクとして用いて、図5の(d)に示す様に、中間透明電極層4と第1絶縁層5とを加工して、微細孔12及び微細孔12と空間的に連続した第1絶縁層5の微細孔5Hを作成する。ここで、中間透明電極層4に対しては、弱酸系水溶液のエッチャントで、例えば蓚酸水溶液等で、選択的にエッチングすることが出来る。又、第1絶縁層5に対しては、フッ素系ガスプラズマ中でのドライエッチングで加工する。その後、二次マスク層20を除去する。
以上、本実施の形態で記載した工程を適用することで、直径10μm以下の微細孔を最も容易に作製することが出来る。しかも、表面うねりが大きな絶縁透光性基板上でも、直径10μm以下の超微細孔を精度良く作成することが可能となる。加えて、フォトリソグラフィー技術を用いること無く、薄膜太陽電池素子を製造することが出来る。
(実施の形態4)
図6は、実施の形態3で記載した、電気伝導路用の微細孔の作製フロー(図5の工程(a))に於いて、マクス微粒子18を透明電極層に付着させる方法を示す図である。先ず、作製する微細孔の直径と同じ粒径のマスク微粒子18を分散させた液体21を準備し、液体21の中に、透明電極層が最上層として形成された基板22を浸す。それにより、コロイド状に成ったマクス微粒子18に透明電極層とは異極性の電荷を帯電させて、クーロン力により誘引してマクス微粒子18を基板22の透明電極層上に付着させる。尚、液体21としては、マスク微粒子18がコロイド状に分散することが容易な様に、イオン濃度が調整された水溶液を用いると良い。
ここで、ポリスチレン製のマクス微粒子と、ITOの透明電極とを用いた場合の例を、図6に示す。ポリスチレンとITOの各々に帯電する電荷量は、溶液のPH値に対して、図6に示す様な挙動を示す。図6より、溶液のPH値を6.5〜7.0の範囲内とした場合に、図6中のa及びbの大きさ(電荷量の絶対値)がほぼ等しくなる。この場合、マスク微粒子の電荷量とITO電極の電荷量とが適度に釣り合っており、且つ、双方に異極性の電荷量を最大に帯電させることが出来ている。
その結果、マスク微粒子を最も効率良く透明電極層に引き寄せて、透明電極層の表面上に選択的に付着させることが可能となる。又、微粒子どうしはクーロン斥力で互いに反発されるため、途中で凝集すること無く、図8に示す様に、相互に等しい距離を保って中間透明電極層4の表面上にマスク微粒子18を均一に付着させることが出来る。
(付記)
以上、本発明の実施の形態を詳細に開示し記述したが、以上の記述は本発明の適用可能な局面を例示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、記述した局面に対する様々な修正や変形例を、この発明の範囲から逸脱することの無い範囲内で考えることが可能である。
又、上記の実施の形態では、微結晶シリコン系半導体層膜又は非晶質系シリコン半導体膜のp−i−n型の三層構造を有する光電変換層としたが、シリコンを主成分とする光電変換層であれば同様な効果が得られ、例えばシリコンにゲルマニウムやその他の元素が添加された光電変換層であっても良い。
本発明は、太陽光発電システムに適用して好適である。

Claims (6)

  1. 表面透明電極層とシリコンを主成分とする半導体層膜から成る光電変換層と、裏面金属電極層と、が積層された薄膜太陽電池素子の製造方法であって、
    積層された層間において前記光電変換層に接するように、酸化物を主成分とする透明電極層を形成する工程を有し、
    前記透明電極層を形成する工程は、
    前記光電変換層の上に前記透明電極層を形成する第1工程と、
    前記透明電極層に貫通穴を形成する第2工程と、
    前記貫通穴の底面の酸化シリコン膜を除去する第3工程と、
    前記透明電極層の前記貫通穴に、前記光電変換層とは材質が異なる非酸化物から成る導電部材を充填する第4工程と、
    前記透明電極層及び前記導電部材上に、前記導電部材とは材質が異なる層を前記透明電極層及び前記導電部材に接して形成する第5工程と、を有することを特徴とする、
    薄膜太陽電池素子の製造方法。
  2. 請求項1に記載の薄膜太陽電池素子の製造方法であって、
    前記第4工程は、
    前記透明電極層の上に前記光電変換層とは材質が異なる非酸化物から成る導電材料の膜を前記貫通穴を埋めて形成する工程と、
    前記透明電極層の上面が現れるまで前記導電材料の膜をエッチバックする工程と、を有することと特徴とする、
    薄膜太陽電池素子の製造方法。
  3. 請求項1又は2に記載の薄膜太陽電池素子の製造方法であって、
    前記第5工程は、前記透明電極層及び前記導電部材上に前記裏面金属電極層を形成する工程であることを特徴とする、
    薄膜太陽電池素子の製造方法。
  4. 請求項1又は2に記載の薄膜太陽電池素子の製造方法であって、
    前記光電変換層は第1の光電変換層及び第2の光電変換層を有し、
    前記第1工程は前記第1の光電変換層の上に前記透明電極層を形成する工程であり、
    前記第5工程は、前記透明電極層及び前記導電部材上に前記第2の光電変換層を形成する工程であることを特徴とする、
    薄膜太陽電池素子の製造方法。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載の薄膜太陽電池素子の製造方法であって、
    前記第2工程は、
    前記透明電極層上に粒子を付着させる工程と、
    前記粒子をマスクとして2次マスク層を前記透明電極層上に形成する工程と、
    前記2次マスク層を用いて前記透明電極層をエッチングする工程とを備えることを特徴とする、
    薄膜太陽電池素子の製造方法。
  6. 請求項5に記載の薄膜太陽電池素子の製造方法であって、
    前記透明電極層上に粒子を付着させる工程は、
    前記粒子を分散させた液体中に前記透明電極層を浸して付着させる工程であることを特徴とする、
    薄膜太陽電池素子の製造方法。
JP2009533154A 2007-09-18 2008-09-17 薄膜太陽電池素子の製造方法 Expired - Fee Related JP5143136B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009533154A JP5143136B2 (ja) 2007-09-18 2008-09-17 薄膜太陽電池素子の製造方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007240480 2007-09-18
JP2007240480 2007-09-18
PCT/JP2008/066757 WO2009038083A1 (ja) 2007-09-18 2008-09-17 薄膜太陽電池素子及びその製造方法
JP2009533154A JP5143136B2 (ja) 2007-09-18 2008-09-17 薄膜太陽電池素子の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2009038083A1 JPWO2009038083A1 (ja) 2011-01-06
JP5143136B2 true JP5143136B2 (ja) 2013-02-13

Family

ID=40467893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009533154A Expired - Fee Related JP5143136B2 (ja) 2007-09-18 2008-09-17 薄膜太陽電池素子の製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20110220189A1 (ja)
EP (1) EP2192619A4 (ja)
JP (1) JP5143136B2 (ja)
CN (1) CN101803038B (ja)
WO (1) WO2009038083A1 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9070818B2 (en) 2009-07-17 2015-06-30 Soitec Methods and structures for bonding elements
US20110048518A1 (en) * 2009-08-26 2011-03-03 Molecular Imprints, Inc. Nanostructured thin film inorganic solar cells
CN102290454A (zh) * 2010-06-21 2011-12-21 杜邦太阳能有限公司 多电极光伏面板
JP2013055215A (ja) * 2011-09-05 2013-03-21 Dainippon Printing Co Ltd 太陽電池および太陽電池モジュール
CN103208567B (zh) * 2013-03-20 2017-03-08 映瑞光电科技(上海)有限公司 一种叠层式led芯片及其制造方法
CN104300017B (zh) * 2014-10-17 2017-03-29 中国科学技术大学 具有多孔高电阻层的薄膜太阳能电池
JP6993784B2 (ja) 2017-03-17 2022-01-14 株式会社東芝 太陽電池、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システム
CN111354808A (zh) * 2018-12-20 2020-06-30 广东汉能薄膜太阳能有限公司 一种太阳能芯片及其制备方法
JP2020167243A (ja) * 2019-03-29 2020-10-08 パナソニック株式会社 太陽電池セル集合体、及び、太陽電池セルの製造方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6024078A (ja) * 1983-07-20 1985-02-06 Toshiba Corp 光起電力装置
JPH02143569A (ja) * 1988-11-25 1990-06-01 Agency Of Ind Science & Technol 光電変換素子
JPH02237172A (ja) * 1989-03-10 1990-09-19 Mitsubishi Electric Corp 多層構造太陽電池
JPH0410351U (ja) * 1990-05-16 1992-01-29
JPH04127580A (ja) * 1990-09-19 1992-04-28 Hitachi Ltd 多接合型アモルファスシリコン系太陽電池
JP2003008036A (ja) * 2001-06-26 2003-01-10 Sharp Corp 太陽電池及びその製造方法
JP2004071716A (ja) * 2002-08-02 2004-03-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd タンデム型光起電力素子及びその製造方法
JP2004146425A (ja) * 2002-10-22 2004-05-20 Fujikura Ltd 電極基板、光電変換素子、並びに色素増感太陽電池
WO2005081324A1 (ja) * 2004-02-20 2005-09-01 Sharp Kabushiki Kaisha 光電変換装置用基板、光電変換装置、積層型光電変換装置
JP2006107911A (ja) * 2004-10-05 2006-04-20 Mitsubishi Electric Corp 電子放出装置およびその製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6077722A (en) * 1998-07-14 2000-06-20 Bp Solarex Producing thin film photovoltaic modules with high integrity interconnects and dual layer contacts
JP2002208715A (ja) 2001-01-09 2002-07-26 Fuji Electric Co Ltd 光起電力素子およびその製造方法
JP2002222972A (ja) 2001-01-29 2002-08-09 Sharp Corp 積層型太陽電池
US8455753B2 (en) * 2005-01-14 2013-06-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Solar cell and semiconductor device, and manufacturing method thereof
JP5081389B2 (ja) * 2006-02-23 2012-11-28 三洋電機株式会社 光起電力装置の製造方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6024078A (ja) * 1983-07-20 1985-02-06 Toshiba Corp 光起電力装置
JPH02143569A (ja) * 1988-11-25 1990-06-01 Agency Of Ind Science & Technol 光電変換素子
JPH02237172A (ja) * 1989-03-10 1990-09-19 Mitsubishi Electric Corp 多層構造太陽電池
JPH0410351U (ja) * 1990-05-16 1992-01-29
JPH04127580A (ja) * 1990-09-19 1992-04-28 Hitachi Ltd 多接合型アモルファスシリコン系太陽電池
JP2003008036A (ja) * 2001-06-26 2003-01-10 Sharp Corp 太陽電池及びその製造方法
JP2004071716A (ja) * 2002-08-02 2004-03-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd タンデム型光起電力素子及びその製造方法
JP2004146425A (ja) * 2002-10-22 2004-05-20 Fujikura Ltd 電極基板、光電変換素子、並びに色素増感太陽電池
WO2005081324A1 (ja) * 2004-02-20 2005-09-01 Sharp Kabushiki Kaisha 光電変換装置用基板、光電変換装置、積層型光電変換装置
JP2006107911A (ja) * 2004-10-05 2006-04-20 Mitsubishi Electric Corp 電子放出装置およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101803038B (zh) 2012-02-29
JPWO2009038083A1 (ja) 2011-01-06
EP2192619A4 (en) 2013-10-30
US20110220189A1 (en) 2011-09-15
EP2192619A1 (en) 2010-06-02
CN101803038A (zh) 2010-08-11
WO2009038083A1 (ja) 2009-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5143136B2 (ja) 薄膜太陽電池素子の製造方法
JP5324222B2 (ja) ナノ構造およびそれを実施する光起電力セル
TW201001729A (en) Photovoltaic cell and methods for producing a photovoltaic cell
KR20130084218A (ko) 나노구조체 및 이를 구현하는 광전지
CN109417101B (zh) 具有区分开的p型和n型区架构的太阳能电池的金属化
WO2010129163A9 (en) Photovoltaic cells and methods to enhance light trapping in semiconductor layer stacks
WO2012017914A1 (ja) 太陽電池の製造方法
JP6134759B2 (ja) 集光太陽束下で使用される太陽光発電部品
TWI474489B (zh) 包含有具後接面之薄積層的光伏電池及其製造方法
JP2010045332A (ja) 薄膜形太陽電池及びその製造方法
TW200952200A (en) Thin film type solar cell and method for manufacturing the same
JP2013544024A (ja) 電極及びその製造方法
JP2013537364A (ja) 太陽光発電装置及びその製造方法
JP2011018683A (ja) 薄膜太陽電池およびその製造方法
TW200929584A (en) Thin film type solar cell and method for manufacturing the same
WO2012160764A1 (ja) 光電変換素子
WO2015113317A1 (zh) 光电转换结构、应用其的太阳能电池与其的制造方法
TW201304172A (zh) 光電變換元件
WO2015015694A1 (ja) 光起電力装置
TW201701490A (zh) 具差異化p型及n型區域架構之太陽能電池的金屬化
JPH11261086A (ja) 光起電力装置及び太陽電池モジュール
JP2014183073A (ja) 光電変換素子および光電変換素子の製造方法
KR101055980B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그의 제조방법
WO2014118863A1 (ja) 光起電力装置
TWI387117B (zh) 太陽能電池裝置及其製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120703

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120820

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121023

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121120

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151130

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5143136

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees