JP5681845B2 - 薄膜太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、共通の基板に複数の薄膜太陽電池モジュールが電気的に直列接続される薄膜太陽電池モジュールの製造方法に関する。さらに、付随する薄膜太陽電池モジュールと製造工程の処理に適する製造ラインに関する。
薄膜太陽電池モジュールは、光起電力セルモジュールとも言われ、マイクロメートル範囲の厚みの光活性層を備える。光活性層に用いられる半導体材料は、非晶質または微細結晶である。電池を含む非晶質または微細結晶の半導体材料からなる層の組合せが可能であり、いわゆる二層電池(タンデム電池)や三層電池(トリプル電池)と言われる。可能な半導体材料として、Si、GeおよびCdTeやCu(In、Ga)Se(短縮してCISやCIGSと書く)のようなSiとGeの複合した半導体がある。単結晶や巨視的な厚さの多結晶半導体層に作成される太陽電池モジュールより変換効率が低いにもかかわらず、薄膜太陽電池モジュールは、その作成に用いる材料の純度のグレードが低くてすみ、また、経済的や技術的な理由で、太陽電池モジュールの代替手段として用いられる。
高い抵抗損失を発生させることになる太陽電池の電極内で横方向に放電することなしに、表面積あたりの経済効果の高いモジュールを使用できるように、通常、薄膜太陽電池モジュールは複数のセグメントに分割される。この分割された形状のセグメントは、数ミリから数センチの幅で、一端が揃うようにして、ほぼ平行に並ぶ。連続した基板上の細い分離線によって、太陽電池の薄層構造の個々の層に形成されたセグメントは分断される。分離線は、一つには隣接した層が互いに電気的に絶縁するように通り、もう一つには後につけられた層が、接触線に沿って、裏に隠れた層に電気的に接続できるという事実である。個々のセグメントの連続的な接続を、適切な分離線の配置により、このような方法で達成できる。
分離線の形成についての先行技術によると、層を形成した後に、その都度、分離線を形成する。通常、層の形成は真空条件下で行い、分離線の構成は空間的に隔てられた大気条件下で行うので、先行技術による製造工程では、複雑な製造工程の段取りを必要とする。さらに、真空状態の出し入れを伴う頻繁な装填と取り出しは、太陽電池層の間に汚染物質を組み込む危険がある。構造を形成する処理の間に取り除かれて、層に付着する物質は、そのような汚染物質になりうる。
従って、この発明が示すのは、薄膜太陽電池モジュールの製造方法を簡素かつより効果的とすることを課題とする。この発明の他の課題として、このような製造方法により製造された薄膜太陽電池モジュールを規定することと、そのような薄膜太陽電池モジュールを製造する製造ラインを作ることを課題とする。
これらの課題は独立した請求項の特徴によって解決される。有利な形態と発展は、従属した請求項の目的である。
この発明の第1の観点によると、共通の基板に配置され、電気的に直列に接続する複数のセグメントを含む薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、基板に少なくとも1つの電極と、1つの光活性層配列を形成する工程と、および/または、複数のセグメントを形成するためにつける、および/または、つけられる層の構造化工程とを含む製造方法により、課題は解決される。構造化工程が行われる前に、少なくとも1つの電極と、1つの光活性層配列がつけられる。
従って初めに、層を堆積する少なくとも2つの処理のグループが、分割のための構造化工程が行われる前に実行される。比較できる条件下(例えば、真空条件下と大気条件下)で各々で実行される処理工程の組合せは、工程管理を容易にし、薄膜太陽電池モジュールの場合において層と層の間の汚染物質の混入を減らすのに適している。
有利な処理の形態では、既につけられた層の構造化は、レーザー光の手段、および/または機械による切り込み、および/または選択性エッチングの方法で分離線を形成することによって行われる。特に好ましいのは、レーザー光で直接、1つ以上の層を局所的に取り除き、あるいは、少なくとも1つの層の物理的性質、特に導電性を変化させるように、1つ以上の層が局所的に加熱される。
他の有利な処理の形態では、既につけられた層の構造化は、レーザー放射を通して接触線を形成することによって行われる。特に好ましくは、レーザー放射は、1つの層の上に置かれた異なる材料の層を局所的に加熱して、もとの材料の物理的性質と異なった性質にし、特に導電性を形成するように当てられる。
他の有利な処理の形態では、電気的に絶縁する材料の絶縁線は、1つの分離線の範囲に形成される。特に好ましくは、絶縁線はインクジェットプリント処理でつけられる。
他の有利な処理の形態によると、共に形成される層の構造化工程は、可溶性材料の被覆線の助けを用いて後から行われる。特に好ましくは、被覆線はインクジェットプリント処理でつけられる。
本発明の第1の観点による前述の有利な形態は、一方が他方の上につけられる少なくとも2つの層を有する中でも、(1つの)層の構造化を処理するのに適した構造化手段を定める。ゆえにそれらは、本願に係る方法の理想的な構造化の手段である。
本発明の第2の観点によると、電気的に直列に接続する複数のセグメントを含む薄膜太陽電池モジュールが、請求項1ないしのいずれか1項の方法で製造されることにより、課題は解決される。
本発明の第3の観点によると、電気的に直列に接続する複数のセグメントを含む薄膜太陽電池モジュールであって、絶縁材料の絶縁線が分離線の領域につけられ、分離線がセグメントの構成のために薄膜太陽電池モジュールの第1の電極を分断し、第2の電極で覆われる、薄膜太陽電池モジュールによって、課題は解決される。好ましくは絶縁線は、絶縁性ポリマーを含む。
本発明の第4の観点によると、電気的に直列に接続する複数のセグメントを含む薄膜太陽電池モジュールであって、基板の方に向かう導電性酸化物の電極が分離線で電気的に分断され、電極は分離線の領域の中では局部的に分離線の外側と異なる物理的性質を有する、薄膜太陽電池モジュールにより、課題は解決する。
好ましくは、分離線の領域にある局部的に異なる物理的性質は、分離線の領域にある電極の再結晶化後のドーピングの変化、または分離線の範囲の電極に隣接する光活性層配列から酸化物の要素が形成されることによって、得られる。特に好ましくは、光活性層配列はSiを含み、分離線はSi酸化物を含む。
本発明の第5の観点によると、電気的に直列に接続する複数のセグメントを含む薄膜太陽電池モジュールであって、第1電極と、光活性層配列と、第2電極と、を備え、セグメントを直列に接続するのための第2電極から第1電極に電気的な接続が経由する接触線を備え、接触線は、光活性層配列の領域において、光活性層配列と第2電極を導電する、導電性材料組成および/または導電性の合金の要素を含む、薄膜太陽電池モジュールによって、課題は解決する。好ましくは、光活性層配列はSiを含み、接触線は珪素化合物を含む。
本発明の第6の観点によると、電気的に直列に接続する複数のセグメントを含む薄膜太陽電池モジュールであって、セグメントの構成のために薄膜太陽電池モジュールの第1電極を分断し、第2電極への電気的接続を回復するために第2電極を分断する分離線の領域において、導電性粘着ストリップまたは導電性ペーストのストランドがつけられる、薄膜太陽電池モジュールによって、課題は解決する。
第2ないし第6の観点の薄膜太陽電池モジュールにおいて、異なる層(電極と光活性層配列)は、少なくとも2つの層が既につけられた後に、直列接続が形成されるように構造化される。この層をつける処理工程の組合せの結果、薄膜太陽電池モジュールにおいて、例えば頻繁な装填と取り出しの工程による汚染物質はより少なくなる。それは層の品質の向上をもたらし、結果として電池の効果が高くなる。さらに、これらの薄膜太陽電池モジュールの形態において、層の構造化の処理工程は組み合わされうる。それは、互いに関連する異なる層における構造化工程をよりよい位置づけに導く。この結果、直列接続の小さい接続領域をもたらし、従って電池部分の表面効率が高くなる。
本発明の第7の観点によると、課題は、ガラス基板に薄膜太陽電池モジュールを製造するための製造ラインであって、第1の真空ロックと、少なくとも2つのコーティング場と、第2の真空ロックとを有し、ガラス基板は、第1の真空ロックを経由してコーティング設備に装填されたのち、第2の真空ロックを経由して取り出される前に、連続する真空条件下で最小の2つのコーティング場を通ることが可能なように設計されたコーティング設備を含む、製造ラインによって、課題は解決される。製造ラインは、第1の観点に従って、関連する利点によりプロセスの実施を可能にする。
以下、実施形態の例によって5つの図を用いてさらに詳細に本発明を説明する。
先行技術における薄膜太陽電池モジュールの層の構造を示す構成図である。 本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一部を示す断面図である。(a)ないし(d)についてであり、それ以降の工程は図2Bへ記載する。 本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一部を示す断面図である。(e)ないし(h)についてであり、図2Aの工程の続きである。 本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一部を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一部を示す断面図である。(a)ないし(d)についてであり、それ以降の工程は図4Bへ記載する。 本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造工程の一部を示す断面図である。(e)および(f)についてであり、図4Aの工程の続きである。 本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造装置を示す概略図である。
図1は、先行技術における太陽電池モジュールの層の構造を示す構成図である。基板1に、第一電極2、光活性層配列3および第二電極(背面電極)4がつけられる。第一電極2、光活性層配列3および第二電極4は、分離線10、11および12により横方向に遮られる。この3つの分離線10、11および12は、順に、別の場所に分けて配置され、分離線10より左側を第一セグメント5に区切り、分離線12より右側を第2セグメント7に区切り、そして、分離線10と分離線12の間に接触区域6を設ける。
通常は、薄膜太陽電池モジュールの第一電極2と第二電極4および光活性層配列3は真空工程に適用される。真空工程が適しているのは、例えば、プラズマスパッタリングや電子ビーム蒸着などのPVD過程(物理気相成長)やCVD過程(化学気相成長)、さらにLPCVD(低圧CVD)やPECVD(プラズマCVD)などがある。
グループ第四類に属する非晶質または微細結晶の半導体、例えば、a−Si、a−SiGe、μC−Siや複合した半導体、例えばCdTeやCu(In、Ga)Se(短縮してCISやCIGSと書く)は、半導体材料の光活性層配列3を活性化させることができる。光活性層配列3は上記と異なる層の組合せでもよい。さらに、導電性酸化物および/または導電性半導体層からなる部分的に反射する層(中間反射板)は光活性層配列3として存在することがある。
光活性層配列3は、分類すると、少なくとも1つのp型とnドープ型の半導体層を持っており、すなわちダイオード接続のことである。薄膜太陽電池モジュールの基板がシリコンの場合、たいていは、ある延展された不純物を含まない真性の層(i層)によって、p型の層とnドープ型の層に分けられる。吸収スペクトルの異なる多数の積み重ねたpin層に利用する波長スペクトルは、上部の層に供給されることが好ましい。Si二層(タンデム)電池は、a−Siのpin層の積み重ねと、μC−Siのpin層の積み重ねと、が好まれる。Si三層(トリプル)電池は、さらにa−Si(Ge)のpin層の積み重ねが加わる。このアプリケーションでは明らかに示していることで、光活性層配列3はpin層やnip層(ダイオード接続)に限定されていないが、これら二層(タンデム)電池や三層(トリプル)電池のような多種多様な構成を含む。
例によって、pドープ型の層は、光の方向へ向けられる。製造工程に関しては、光活性層配列3の配列の異なるドープ層が形成される配列に従って、いわゆるpin電池とnip電池の間に差ができる。pin電池の場合、(成長した)基板1は透明であり、末端モジュールにはまた太陽の方に向けられるキャリア基板が形成される。このためには典型的には(シート上の)ガラスが用いられる。nip電池の場合、ガラスか(金属)フィルムが成長基板として用いられる。作動中に太陽光を通過するキャリア基板は、製造工程を終えるまでモジュールに重ねられない。nip層の積み重ねは、成長基板に結合したままである。
提示する実施形態の全ての例はpin電池の場合を示す。例は一部であり、この限りではない。本明細書の範囲で述べる全ての製造工程は、pin電池およびnip電池どちらにも適用可能である。
図1に示すpin電池の例では、太陽の方向を向いており、前面電極とも呼ばれる第一電極2は、通常、例えば、SnO、ZnO、ITO(インジウムスズ酸化物)の透明導電性酸化物(TCO)で形成される。太陽と逆の方向を向いており、背面電極とも呼ばれる第二電極4は、同様にTCO層もしくは、Ag、Al、Moなどの金属で形成され、また、TCOと金属の組合せの層で形成される。
上述した本明細書に述べる製造工程を、nip電池に拡張するのであれば、第一電極2と第二電極4は、正反対に対応して機能することに注意すべきである。最初に形成される第一電極2は、nip電池の場合、金属層から構成されて、作動中に太陽の方から引き離される背面電極になりうる。それに応じて、最後に形成される第二電極4は、透明に形成されて太陽に向けられる前面電極を構成する。
図1に示す先行技術の薄膜太陽電池モジュールの製造方法によれば、まず、ガラスなどの基板1の上に例えばTCOからなる前面電極2が付けられる。そして、前面電極2に、適した波長、例えば1064nmのレーザー光放射か、溝作成装置か、選択されたエッチングのいずれかにより、分離線10が作成される。この分離線10は、(図では、紙面に垂直に)モジュールの幅いっぱいに伸びる。レーザー光は、基板1を通って、また層の側から当てられる。分離線10は、前面電極2の厚みである5ないし1000μmの深さ全体にわたって、典型的には10ないし50μmの幅で、前面電極2を分離する。前面電極2の構成が完了した後に、光活性層配列3は形成され、生成した分離線11により構造化される。光電変換の材料がシリコンであれば、光活性層配列3にある分離線11は、通常、532nmの波長のレーザー放射により生成される。最後に、背面電極4が形成される。背面電極4は、分離線11の領域にある前面電極2と直接に接触する。分離線12は、第二セグメント7の背面電極4から第一セグメント5の背面電極4を電気的に分離するために生成される。従来、532nmの波長のように光活性層配列3では吸収されるが、前面電極2に吸収されない波長は、基板1を通してレーザー光を当てるのに適している。532nmの波長はまた、分離線12の範囲にある光活性層配列3を気化させ、金属製の背面電極4を溶解して除去、または同様に気化させる。図1において流れの向きを象徴する矢印により明らかなように、層の形成と構造化の交互の工程は、2つのセグメント5と7を直列接続に導く。
プロセス技術の観点からみると、問題は、真空条件下で行われる層の堆積の工程が、分離線10、11、12を構成するために、大気(空気環境下や保護されたガス環境下)条件下で行われる層の構造化の工程と交互に起こり、完全に異なる工程場所で行われることである。処理の運営における費用の上昇の他に、頻繁に必要である装填と取り出しの操作により層の間へ汚染物質が置かれる危険を伴う。
さらに、接触区域6は太陽電池の利益を減少させる、不活性な領域なので、薄層太陽電池では、接触区域6をできるだけ狭く形成することが望まれる。層を形成するために基板を他の工程室へ送る間に行われる、層の分離構造化の工程は、分離線10、11、12が互いに位置の正確さを欠くことになる。各々の分離線10、11、12の位置は、結果として、不可避の位置決め誤差がセグメントの直列接続を正しく行うのに害を及ぼさない幅となることを優先して選ばれる。
図2Aおよび図2Bに、本発明の実施の形態1に係る薄膜太陽電池モジュールの製造方法について具体的に示す。
図2A(a)に示すように、第一電極2と光活性層配列3は基板1に形成される。例えば基板1はシートガラスであり、第一電極2はTCOからなる前面電極であり、光活性層配列3は、pドープ型の層、真性の層と多結晶のnドープ型の層、または微結晶のシリコンである。基板1を真空ロックから取り除くことなく、前面電極2と光活性層配列3は連続して真空ロックでコーティング処理が施される。また、前面電極2としてTCO層を基板1にすでに形成された状態であっても可能である。この場合、真空工程は、光活性層配列3だけに適用されることがある。
真空ロックから基板1を取り除いた後の最初の構造化工程は、分離線20の形成のために光活性層配列3は100μmより大きく代表的な大きさは150μmの幅の溝で分断される。これは層の側面からか基板1を通して、532nmの波長のレーザー放射により行われる。その結果、図2A(b)に示すような層構造となる。
それから、分離線20で区分けした領域で、代表的には10ないし40μmの幅の溝で、追加して分離線21を形成する(図2A(c)参照)。1046nmまたは355nmの波長のレーザー放射が分離線21を形成するのに適している。分離線21は、分離線20に関して中心に位置させず、むしろ分離線20の左側の範囲にオフセットするのが有利である。その結果、分離線20と分離線21の左端はそれぞれが20ないし30μmの幅を開けて置かれる。分離線20のように分離線21は、層の側から、または基板1側から、直接レーザー放射を用いて生成できる。
分離線20と分離線21を形成するのに必要なレーザー放射は、基板1の上を移動する1つのプロセスヘッドから供給されることが好ましい。その結果、2つの分離線20と21の位置は相互に可能な限り正確に、分離線の全長にわたって一定に位置することが、保証される。
そして、図2A(d)に示すように、絶縁線22は、電気的に孤立するストランドのように、分離線21に沿って形成される。都合のよいことに、絶縁線22は分離線21を満たし、分離線20の両側におよそ約20ないし30μmの幅で突き出る。その結果、分離線20の左側は孤立して不動態化する。しかし、分離線20内の前面電極2の充分な領域、典型的には20ないし50μmの幅、は絶縁線22に覆われないことが重要である。絶縁線22の代表的な高さは5ないし50μmである。
インクジェット印刷の工程は、絶縁線22を形成するのに特に適している。形成したのち硬化する電気的に絶縁する重合体は、絶縁材料として用いた後に、硬くなる。
絶縁線22の高さと幅の比率は、絶縁に用いる材料をつける技術と材料の流れ特性の両方により規定される。好ましくは、エッジと基板に垂直な断面のない表面が形成される。その結果、後に形成される背面電極4によって絶縁線22は容易に覆い隠される。図2A(d)では、例えば、かなり高く丸みをおびた輪郭が示され、代案として、絶縁線22の平坦な輪郭は点線で示される。
さらに、光活性層配列3の上の分離線20の右側の領域に、可溶性の塗料の保護線23は、基板1の全幅にわたって同様に形成される(図2B(e)参照)。再び、インクジェット印刷の工程がこれのために提案される。できるだけ箱状に形成された形が、保護線23にとって有利である。図2B(e)に理想的な形を示す。保護線23の幅は通常50μmで、分離線20の右端までの距離は20から50μmである。保護線23の高さは重要ではないが、背面電極4の厚みより大きくなるように形成される。背面電極4はまだ形成されていない。絶縁線22と保護線23の双方を、層の側から同じプロセスヘッドで形成するのが有利である。また、全ての構造化工程は、したがって分離線20と21の形成ならびに絶縁線22および保護線23の積層のためのレーザー光の照射は、一つのプロセスヘッドで層の側から操作することが考えられる。このようにして、個々の構造の互いの相対的な位置づけが可能な限り確実に行われる。絶縁線22と保護線23がレーザーによる構造化の後に形成されるとしたら、この第2のプロセスヘッドは、光学的検知システムに結合されることが可能であり、それによって分離線20または分離線21が検出された位置からトラッキングされる。
そののち、図2B(f)に示すように、背面電極4が例えばZnO層で形成され、続いて例えばAgおよび/またはAl層が真空蒸着かスプレーコーティングで形成される。一方の絶縁線22と他方の保護線23である異なる輪郭によっては、絶縁線22は連続した層で被われるが、あって背面電極4を覆い隠すものであり、保護線23は背面電極4で全く被われないか不完全にしか被われない。
可溶性のニスの被覆線23は、適切な溶剤で取り除かれ、分離線24は背面電極4に残ったままとなる。この拡張で保護線23の形成は、まだ形成されていない層(この場合は背面電極)の構造化処理である。
薄膜太陽電池モジュールにおけるこの処理の結果を図2B(g)に示す。分割の結果、左側の第一セグメント5と、右側の第二セグメント7と、それらの間にある接触区域6と、が図示されている。さらに、流れの向きを象徴する矢印によって、第一セグメント5から第二セグメント7への直列接続が行われることが図示される。
背面電極4によって覆われ、そして完全に背面電極4によって封止される絶縁線33により、薄膜太陽電池モジュールは特徴づけられる。前述の構造化された要素の典型的な寸法と大きさは接触領域の幅に結びつくが、接触領域の幅は200μmより少ないので、その結果、薄膜太陽電池モジュールの効率的な利用となる。
図2B(h)は、薄膜太陽電池モジュールの代替となる実施形態を示す。この実施形態では、分離線20は図2A(b)に関連する完全な幅の広さを示すものではない。むしろ、分離線25は幅狭く形成され、分離線21は中央に位置し、分離線26は追加して形成される。この光活性層配列3を分断する2つの分離線は、完全に小さい幅で取り除くことができ、相当する低いレーザー力を要求されるので、技術工程を有利にするという見方がある。
図2Aおよび図2Bに示すこの工程に有利なことは、2つの層または層配列(図2A(a)参照)が、最初の構造化の工程の前に形成が行われることである。異なる工程場所の移動や層の形成のために不可避な真空ロックへの装填と取り出しの操作の回数は、少なく抑えられる。さらに、全ての構造化工程は、一つの処理ステーションで連続してまとめて行われる。その結果、もはや各構造化工程の前に基板1を再配置する必要がない。選択的には、全ての構造化工程を1つのプロセスヘッドを用いてある程度同時に実行することさえできる。構造化のスループットを向上するために、さらに、これら多くのプロセスヘッドは平行して、かつ次々に、異なるセグメントの間で接触領域の処理に使用できる。これらのプロセスヘッドは、別々のレーザーとして用意されるか、分離したレーザーとして供給される。あるいはビームスプリッターにより異なるプロセスヘッドにその光が送られる共通のレーザーから供給され得る。
図2Aおよび図2Bの類似した方法であって、本願に係るプロセスの実施の形態を図3に示す。図2Aおよび図2Bに関して述べた可能な材料は、本実施の形態に拡張できる。
図3aに示すように、この場合、最初の構造化工程が次に行われる前に、前面電極2と光活性層配列3と背面電極4は基板1に積層される。図3bに示すように、最初の構造化工程として、分離線30は、光活性層配列3と背面電極4に導入される。図1の分離線12で説明したように、分離線30は、適切な波長、例えば532nmの波長のレーザー光放射により行われる。
そして図3cに示すように分離線31は作られる。適切な波長、例えば200nmから10μmの範囲のレーザー光を層の側から放射することによって、背面電極4と光活性層3の層が、気化されることなく、局部的に溶融される。このようにして基板の側からレーザー光を当てることが可能である。このとき波長は、例えば、300nmから2μmが適している。
珪素化合物、例えば金属と同程度の導電性を有するAgAlSi、または、SiとAgのような高い導電性を有する共晶混合物、のいずれかが、溶融中に拡散プロセスによって生ずる。この理由としては、この場所で背面電極4から前面電極2へ電流が流れるからである。接触線31の領域に、前面電極へのオーム性の接触があることが好ましい。接触線31の形成の工程は、実施の形態の例の材料系に限られない。光活性層3と背面電極4から局部的に溶けて形成された成分の混合物はまた、他の系統で導電性複合体または合金を生じるために用いられる。
それから、分離線31の左側に、前面電極2を分断するように分離線32が形成される。分離線32を形成するために、前面電極に吸収される波長、例えば1064nmのレーザー光が、基板1から導入される。レーザーパワーと処理時間は、前面電極2が局部的に熱せられ再結晶過程に励起されるが、物理的に材料が除去されないように選択される。図2Aおよび図2Bに関連して述べた分離線20および21、または本実施の形態の例に挙げた分離線30と比較すると、分離線32では、材料は従って除去されないが、むしろ属性が変化し、特に伝導率が変化する。溝は形成されない。上部に置かれた層の前面電極2、光活性層3および背面電極4は影響されないか、または無視できる程度にしか影響されない。このとき、パルスレーザー放射を利用することは有効である。これによって、導入される熱の全量が周りへ消散する前に、前面電極2を短時間で局部的に加熱することができる。このようにして、周りを暖めることなく、局部的に高い温度レベルが短時間で達成される。パルスの持続時間はマイクロ秒以下で、特にナノ秒からピコ秒の範囲の時間がここでは適している。これによって引き起こされる分離線32の領域にある前面電極2のTCO材料のマイクロ構造の変化は、この領域における導電性の明らかな減少をもたらす。その理由は、ドーパントはTCO層の導電性にとって本質的な要素であり、再結晶化の過程の結果として結晶に組み込まれないからである。導電率の低下につながる2つめの可能なメカニズムは、前面電極2の材料と光活性層配列3に重なる材料を混ぜる。前面電極2のTCO材料の酸素は、光活性層配列3のシリコンとともに、電気的に絶縁した酸化シリコン(SiOやSiO)を形成する。この操作はシリコン酸化物の高いエンタルピーにより決定的な影響を受ける。ここで、前面電極2の上にある光活性層配列3も熱せられるように、レーザー放射のパラメータ(波長、パワー、持続時間)を選択することが有利である。また、同時に2つの波長のレーザー放射を用いることが考えられる。すなわち、一方はむしろ前面電極2に吸収され、他方はむしろ光活性層配列3に吸収されるようにする。しかしながら、今度もまた材料が取り除かれることはない。電流は第一セグメント5から接触領域6を通って第二セグメント7まで正しい方向に流れ、反対方向に作用しないために、背面電極4は変化すべきでない。
ドーパントの分離、もしくはシリコン酸化物の形成の、どちらの場合も、前面電極2は電気的に分断されるか、その導電性が充分に減少する。この分離線32の形成の工程は、実施の形態の例の材料系に限られない。例えば、CI(G)Sを主成分にした光活性層配列3の場合は酸化銅、カドミウムを含む光活性層配列3の場合は酸化カドミウムで分離線32が形成される。そして、これらは前面電極2を電気的に分断するか、または分離線32の領域で導電性を充分に減少させる。
結果は図3dに示される。図3dではまた、第一セグメント5、第二セグメント7および間にある接触領域6の領域が示され、第一セグメント5と第二セグメント7の直列接続における電流の流れは矢印で象徴される。結果として薄膜太陽電池モジュールは、背面電極4におけるシリコンを含む接触線31により特徴づけられるか、前面電極1における再結晶化もしくは酸化シリコンを含む分離線32により特徴づけられる。
また、最初の実施形態の例のように、ここでも全ての構造化工程が一緒にまとめられることは有利である。さらに、少なくとも2つの構造化手段、すなわち層の側から行う分離線30および接触線31の作成は、1つのプロセスヘッドで実現できる。残る構造化手段、分離線32の作成は、薄膜太陽電池モジュールの同じ位置の基板の側から、第1のプロセスヘッドに平行に案内される第2のプロセスヘッドで実施できる。構造化手段の群が実行される前に、全ての層が生成されることはとりわけ有利である。そのうえ、構造化のスループットを向上するために、複数のプロセスヘッドを平行して使用することができる。
処理の代替的な実施の形態として、既にTCO層が前面電極2として備わり、分離線32が伝統的な技術により形成された基板1から始めることが考えられる。この場合、光活性層配列3と背面電極4は、予め構造化された前面電極2に形成される。したがって全ての構造化手段がもはや一緒に結合されないとしても、この工程は従来技術に対して利点を提供する。その場合、各層の生成に構造化手段が続く。
図4Aおよび図4Bは、薄膜太陽電池モジュールを製造するプロセスの、他の2つの実施形態の例を示す。
図3に示す実施形態の例として、まず前面接点2、光活性層配列3、背面接点4が基板1に形成される(図4A(a)参照)。それから背面電極4と光活性層配列3に、分離線40が作られる(図4A(b)参照)。そして背面電極4と、分離線40から横に間隔をおいた光活性層配列3の間に、接触線41が形成される。この処理工程までに、図3に関連して説明された処理と全く同じように処理が実行される。その理由は、詳細にはそこに与えられた説明を参照されたい。
次に、図4A(d)に表されるように、分離線42が作られる。分離線42は、基板以外の全部の層構造、したがって、前面電極2、光活性層配列3および背面電極4を分断する。好ましくは、分離線42は、基板を通して、適した波長(1064nmや355nm)のレーザー光の放射で実施される。代わりに、高い放射エネルギーを用いて背面側から実施できる。全ての層が同時に除去されるのと、または、同じ波長もしくは異なる波長のレーザー光が交互の工程で放射に用いられて、数段階の工程で層が除去される、の両方が考えられる。例えば、第1の工程では、分離線40の形成において、光活性層配列3と背面電極4が除去され、第2の工程では分離線10(図1参照)または分離線20(図2Aおよび図2B参照)が形成されて、前面電極2が除去される。
最終的に、分離線42による背面電極4の望まれない分断を電気的に再度閉じるために、導電性粘着ストリップ43が分離線42につけられる。導電性粘着ストリップ43は、例えば、導電性ポリマーからなる。それをつける際に、粘着ストリップ42が分離線40に横たわらないように注意しなければならない。その目的は、第一セグメント5と第二セグメント7に隣り合う背面電極4の正確な電気的分離のためである。分離線40と分離線42の間隔は約100μmである。しかしながら、そのような位置決めで導電性粘着ストリップ43をおくことは技術的に実行可能である。導電性粘着ストリップ43を薄膜太陽電池モジュールの全幅にわたってつける必要はない。幅を覆って拡がる導電性粘着ストリップ43のセグメントが電流ブリッジになれば充分である。
この製造工程から結果として生じる薄膜太陽電池モジュールは、図4B(e)に描かれる。今度もまた、隣り合う第一セグメント5と第二セグメント7およびその間の接触区域6が登場し、セグメントの直列接続の電流の流れが矢印で象徴される。
分離線42に分離された背面電極4を接続するための代替の方法が、図4B(f)に示される。粘着ストリップ43の代わりに、導電性ペーストの導電性ストランド44がつけられる。ペーストが分離線42に入り込まないか、無視できる程度にしか入り込まないように、ペーストの粘度が選択される。硬化する導電性ポリマーである導電性ペーストをつけるのは、インクジェット印刷技術により行われる。たとえ連続する形態がよりよい電気的接続であり、また分離線42の保護シールとして有利であるとしても、導電性粘着ストリップの場合のように、導電性ストランド44は、モジュールの幅いっぱいに連続する必要はない。
これらの2つの代替工程から結果として生じる薄膜太陽電池モジュールは、シリコンを含む接触線41と、背面電極4につけられた導電性粘着ストランド43または粘着性ストランド44によって特徴づけられる。
図5は、本実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造工程を実行するために適切な機械としての製造ラインを示す。
製造ラインは、ガラス基板51の受け入れのための第一搬送システム50を有する。この第一搬送システム50は、洗浄場所52から第一真空ロック53を経由して接続されるコーティング設備54へ導かれる。コーティング設備54は、第二搬送システム55、第一PVD/(LP)CVDコーティング場56、複数のPECVDコーティング場57および第二PVD/(LP)CVDコーティング場58を備える。第二PVD/(LP)CVDコーティング場58と接続して第二真空ロック59があり、そこから第三搬送システム60が出ている。この第三搬送システム60は、幾つかの可動なプロセスヘッド62を有する構造化装置61に導く。第三搬送システム60にのって組立装置61を通過した後に、完成された薄膜太陽電池モジュール63は製造ラインから離れる。
提示される製造ラインでの薄膜太陽電池モジュールの製造における起点は、第一搬送システム50によって渡されるガラス基板51である。好ましくは、製造ラインは、従来の幅3.21mの平らなガラスシートを収容して処理できるように設計される。場合によっては、製造ラインは板ガラス製造ラインに直接結合できることが好ましい。洗浄場所52での洗浄後のガラス基板51は、大気に接触することなしに第一真空ロック53へ直に渡される。その理由の1つは、微塵から保護し、クリーンルーム環境を省くことができるからである。
その後の第一PVD/(LP)CVDコーティング場56で電極が形成される。CVD(化学気相成長法)コーティングは、低圧過程(LPCVD:低圧CVD)で行われうる。さらに(ドライ)エッチング装置を第一PVD/(LP)CVDコーティング場56と統合することができる。好ましくは、第一PVD/(LP)CVDコーティング場56を同じラインの工程として連続して作動する。
その後、異なるPECVDコーティング場57で光活性層配列が形成される。これらPECVDコーティング場57は、備え付けのコーティング場として設計されるのが好ましい。代替的には、これらの場所の中の1つの備え付けの処理で電極が形成されてもよい。その場合、第一PVD/(LP)CVDコーティング場56を省略できる。さらに、例えば、ガラス製造者における製造工程でのコーティングによって、ガラス基板51が予め前面電極を備えることもあり得る。その場合もまた、第一PVD/(LP)CVDコーティング場56を省略できる。もし前面電極がPVDコーティング工程で製造されるなら、接続される(ドライ)エッチング工程は前面電極に必要な表面粗し加工に使用できる。対応する工程の場は、第一PVD/(LP)CVDコーティング場56に統合されるか、PECVDコーティング場57の1つである。コーティング場56、57および58の配置のため、コーティング設備54の真空の中の第二搬送システム55として安価な直線ローラ駆動が利用できる。
シリコン直列電池を製造するために、水素終端のアモルファスのp−、i−およびn−ドープa−Si:H層、および/または、マイクロ結晶構造のp−、i−およびn−ドープSi層、および/または、a−Si(Ge):H基材の他の吸収層が、PECVDコーティング場57で続いて形成される。さらに、製造ラインは、真空状態を崩すことなく、PECVDコーティング場57の後に第二PVD/(LP)CVDコーティング場58へガラス基板を通過させ、例えばスパッタリング工程などで背面電極の金属層を形成する。好ましくは、第二PVD/(LP)CVDコーティング場58は連続コーティング工程のために直線的に配置され、CVDコーティングの場合の低圧条件下で操作できる。また、異なる金属、例えばAgやAlやMoなどを堆積するために、複数の第二PVD/(LP)CVDコーティング場58を配置することが考えられる。
それからガラス基板51は第二真空ロック59を経由して真空から取り出され、第三搬送システム60で、製造ラインの構造化装置61へと運ばれる。
同様に、示された製造ラインは、複合半導体(CdTe、CIS)を基礎とした薄膜太陽電池モジュールの製造にも使用される。
図2Aおよび図2Bないし図4Aおよび図4Bに関して述べられた工程は、層を形成する処理工程と、構造化すなわち分離、絶縁、被覆および配線接続を構成する処理工程をまとめるグループ化が可能であることによって特徴付けられる。それは、コーティング設備54における層の堆積に必要な処理ステーションの結合と、構造化装置61における構造化に必要な構造化装置の結合に反映される。レーザー、レーザー透過光学系、インクジェットプリントヘッドおよび粘着ストリップをつける装置が構造化装置として用いられる。ここで、関連する処理工程に必要な構造化の装置をできるだけ多く1つのプロセスヘッド62に統合することが有利である。これは例えば、相互に精密に位置決めされるべき、異なる分離線を形成する異なる波長のレーザーにあてはまる。この結合については、プロセスヘッドの有利な形態に関して図2Aおよび図2Bないし図4Aおよび図4Bで述べたことにも向けられる。スループットの向上のために、ガラス基板51の異なる平行な領域が処理可能である、複数の等しいプロセスヘッド62が対象として考えられる。
例えば図2Aおよび図2Bに合わせて説明された薄膜太陽電池モジュールを製造するために、基板が構造化装置61から取り除かれた後に、もし背面電極4の形成がまだ必要であれば、PVD/(LP)CVDコーティング場58をコーティング設備54に統合する代わりに、任意に分けて構成することができる。このPECVDコーティング場57とPVD/(LP)CVDコーティング場56を組み合わせてコーティング設備54に組み入れることは、これには影響されない。
こうして完成した薄膜太陽電池モジュール63が得られる。続いては、カプセル化、端の切り落とし、追加接続など、の周辺の製造工程のみ、薄膜太陽電池モジュール63の最終準備のために必要である。これらの工程は、製造ラインの外で独立して、または、製造ラインと統合して行うことができる。
1 基板
2 第一電極(前面電極)
3 光活性層配列
4 第二電極(背面電極)
5 第一セグメント
6 接触区域
7 第二セグメント
10、11、12 分離線
20、21 分離線
22 絶縁線
23 被覆線
24、25、26 分離線
30 分離線
31 接触線
32 分離線
40 分離線
41 接触線
42 分離線
43 導電性粘着ストリップ
44 導電性ストランド
50 第一搬送システム
51 ガラス基板
52 洗浄部
53 第一真空ロック
54 コーティング設備
55 第二搬送システム
56 第一PVD/(LP)CVDコーティング場
57 PECVDコーティング場
58 第二PVD/(LP)CVDコーティング場
59 第二真空ロック
60 第三搬送システム
61 構造化装置
62 プロセスヘッド
63 薄層太陽電池モジュール

Claims (6)

  1. 電気的に直列接続され共通の基板(1)に配置された複数のセグメント(5,7)を含む薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、
    少なくとも1つの電極(2)と、1つの光活性層配列(3)と、更なる電極(4)であって前記光活性層配列が前記電極と前記更なる電極との間に配置される、更なる電極と、を形成するために前記基板に層を形成する工程と、
    前記複数のセグメントを構造化するために、形成された前記層を構造化する工程と、を備え、
    前記構造化する工程が実行される前に、最小限1つの前記電極と1つの前記光活性層配列と前記更なる電極とが形成され、
    既に形成された前記層についての前記層を構造化する工程は、
    前記複数のセグメントを直列に接続するための前記更なる電極と前記電極との電気的接続において経由する接触線(41)を作成する工程と、
    前記電極、前記光活性層配列及び前記更なる電極を分断する分離線(42)を作成する工程と、
    前記接触線を作成する工程の後に前記更なる電極の前記電気的接続を回復するために、前記分離線の領域内の前記更なる電極に導電性ペーストのストランド(44)又は導電性の粘着ストリップ(43)を形成する工程と、を備える、
    ことを特徴とする薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
  2. 前記電極(2)は、少なくとも1つの透明な導電性酸化物の層および/または金属の層で形成されることを特徴とする請求項1に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
  3. 前記光活性層配列(3)は、少なくとも1つの個々の層が、非結晶か微細結晶のSiおよび/または非結晶か微細結晶のSiGeおよび/または複合半導体で形成されていて、複合半導体は特にCdTeかCISかCIGSであることを特徴とする請求項1または2に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
  4. 前記光活性層配列(3)は、非結晶Siであるpドープ型の層と真性の層とnドープ型の層、および/または、微細結晶Siであるpドープ型の層と真性の層とnドープ型の層、および/または、非結晶Si(Ge)であるpドープ型の層と真性の層とnドープ型の層で形成されることを特徴とする請求項3に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
  5. 前記層を形成する工程は、PVD過程、特にスパッタリング工程、および/または、CVD過程、特にPECVD過程、を介して実行されることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
  6. 前記基板(1)はガラスであることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102598293B (zh) * 2009-09-04 2014-12-17 株式会社爱发科 太阳能电池模块的制造方法及太阳能电池模块的制造装置
GB2474665B (en) * 2009-10-22 2011-10-12 M Solv Ltd Method and apparatus for dividing thin film device into separate cells
KR101114079B1 (ko) * 2010-01-06 2012-02-22 엘지이노텍 주식회사 태양광 발전장치 및 이의 제조방법
TWI494284B (zh) * 2010-03-19 2015-08-01 Corning Inc 強化玻璃之機械劃割及分離
US8864005B2 (en) 2010-07-16 2014-10-21 Corning Incorporated Methods for scribing and separating strengthened glass substrates
GB2483922B (en) 2010-09-25 2013-11-20 M Solv Ltd Method and apparatus for dividing thin film device into separate cells
CN102610691A (zh) * 2010-10-12 2012-07-25 上方能源技术(杭州)有限公司 薄膜太阳能电池模组的制备方法及其设备
EP2442360A3 (de) * 2010-10-15 2017-05-03 Wilhelm Stein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen in einem Dünnschichtfotovoltaikmodul und Dünnschichtfotovoltaikmodul
DE102010052863A1 (de) * 2010-12-01 2012-06-06 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls und ein Solarmodul
FR2972299B1 (fr) 2011-03-01 2016-11-25 Commissariat Energie Atomique Procédé pour la mise en série électrique monolithique de cellules photovoltaïques d'un module solaire et module photovoltaïque mettant en œuvre ce procédé
DE102011104020A1 (de) * 2011-06-11 2012-12-13 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Herstellung einer Kontaktschicht eines Solarmoduls und auf diese Weise hergestelltes Solarmodul
KR101258185B1 (ko) * 2011-07-22 2013-04-25 광주과학기술원 태양전지 모듈 및 이의 제조방법
WO2013045117A1 (de) * 2011-09-27 2013-04-04 Wilhelm Stein Fotovoltaikmodul, verfahren und herstellungsanlage zur herstellung eines fotovoltaikmoduls
FR2985606B1 (fr) 2012-01-11 2014-03-14 Commissariat Energie Atomique Procede pour realiser un module photovoltaique avec deux etapes de gravure p2 et p3 et module photovoltaique correspondant.
FR2985607B1 (fr) * 2012-01-11 2018-01-26 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede pour realiser un module photovoltaique avec deux etapes de gravure p1 et p3 et module photovoltaique correspondant.
AU2013255707A1 (en) * 2012-05-03 2014-11-13 Nexcis Laser etching a stack of thin layers for a connection of a photovoltaic cell
US10351460B2 (en) 2012-05-22 2019-07-16 Corning Incorporated Methods of separating strengthened glass sheets by mechanical scribing
DE102012107149A1 (de) * 2012-08-03 2014-02-06 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren zur Strukturierung einer CIGS-Absorberschicht
CN104813480B (zh) 2012-10-16 2017-03-01 索莱克赛尔公司 用于光伏太阳能电池和模块中的单片集成旁路开关的系统和方法
CN103489964A (zh) * 2013-10-15 2014-01-01 山东禹城汉能光伏有限公司 一种bipv薄膜太阳能电池的制作方法
EP3238284B1 (en) * 2014-12-23 2021-10-06 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Method of making an array of interconnected solar cells
NL2014040B1 (en) * 2014-12-23 2016-10-12 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Method of making a curent collecting grid for solar cells.
CN108231935A (zh) * 2016-12-20 2018-06-29 北京汉能创昱科技有限公司 太阳能电池组件及其制备方法
TWM545367U (zh) * 2017-02-24 2017-07-11 Nano Bit Tech Co Ltd 光伏電池裝置、光伏電池及其光伏模組
US11978816B2 (en) * 2017-11-30 2024-05-07 China Triumph International Engineering Co., Ltd. Thin film device with additional conductive lines and method for producing it
WO2021188675A1 (en) * 2020-03-20 2021-09-23 Garmin Switzerland Gmbh Photovoltaic cells with improved insulation visibility
WO2021188668A1 (en) * 2020-03-20 2021-09-23 Garmin Switzerland Gmbh Improved photovoltaic cells for a portable electronic device
JP2023522296A (ja) 2020-03-20 2023-05-30 ガーミン スウィッツァランド ゲーエムベーハー 携帯電子装置用のマルチセル光起電力

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB157588A (en) 1919-11-04 1921-01-27 Walter Chipperfield Improvements in the construction and operation of inking devices for use with rotary duplicating machines
GB1575888A (en) * 1977-09-08 1980-10-01 Photon Power Inc Solar cell array
US4726849A (en) * 1985-08-07 1988-02-23 Sanyo Electric Co., Ltd Photovoltaic device and a method of manufacturing thereof
DE3604917A1 (de) * 1986-02-17 1987-08-27 Messerschmitt Boelkow Blohm Verfahren zur herstellung eines integrierten verbandes in reihe geschalteter duennschicht-solarzellen
JPS63283077A (ja) * 1987-05-14 1988-11-18 Fuji Electric Co Ltd 太陽電池の製造方法
DE3727826A1 (de) * 1987-08-20 1989-03-02 Siemens Ag Serienverschaltetes duennschicht-solarmodul aus kristallinem silizium
US4746618A (en) * 1987-08-31 1988-05-24 Energy Conversion Devices, Inc. Method of continuously forming an array of photovoltaic cells electrically connected in series
US4873201A (en) * 1987-12-10 1989-10-10 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method for fabricating an interconnected array of semiconductor devices
JP3035565B2 (ja) 1991-12-27 2000-04-24 株式会社半導体エネルギー研究所 薄膜太陽電池の作製方法
US5468974A (en) * 1994-05-26 1995-11-21 Lsi Logic Corporation Control and modification of dopant distribution and activation in polysilicon
DE19651655C2 (de) * 1996-07-28 2002-10-02 Rwe Solar Gmbh Verschaltete Solarzellen, insbesondere seriell verschaltete Dünnschicht-Solarmodule, und Verfahren zu ihrer Herstellung
CN1142597C (zh) * 1998-03-25 2004-03-17 Tdk株式会社 太阳能电池组件
JP4168413B2 (ja) * 1998-07-27 2008-10-22 シチズンホールディングス株式会社 太陽電池の製造方法
JP2000058886A (ja) * 1998-08-14 2000-02-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 太陽電池モジュール及びその製造方法
ES2360031T3 (es) * 1999-09-28 2011-05-31 Kaneka Corporation Método de control del proceso de fabricacioón de un aparato de conversión fotoeléctrica.
JP4329183B2 (ja) 1999-10-14 2009-09-09 ソニー株式会社 単一セル型薄膜単結晶シリコン太陽電池の製造方法、バックコンタクト型薄膜単結晶シリコン太陽電池の製造方法および集積型薄膜単結晶シリコン太陽電池の製造方法
US20030044539A1 (en) * 2001-02-06 2003-03-06 Oswald Robert S. Process for producing photovoltaic devices
WO2005024920A1 (en) * 2003-09-09 2005-03-17 Csg Solar, Ag Improved method of forming openings in an organic resin material
JP2005101384A (ja) * 2003-09-26 2005-04-14 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置及びその製造方法
US9251923B2 (en) * 2004-04-30 2016-02-02 Nissan Chemical Industries, Ltd. Varnish containing good solvent and poor solvent
DE102004061865A1 (de) 2004-09-29 2006-03-30 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmhalbleiterchips
JP2006222384A (ja) * 2005-02-14 2006-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 集積型薄膜太陽電池及びその製造方法
US7438175B2 (en) * 2005-06-10 2008-10-21 Applied Materials, Inc. Linear vacuum deposition system
JP2008544485A (ja) * 2005-06-10 2008-12-04 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 直線真空堆積システム
US7296673B2 (en) 2005-06-10 2007-11-20 Applied Materials, Inc. Substrate conveyor system
JP5100071B2 (ja) * 2005-09-27 2012-12-19 株式会社半導体エネルギー研究所 成膜装置、成膜方法、及び光電変換装置の作製方法
US7666766B2 (en) 2005-09-27 2010-02-23 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Film formation apparatus, method for forming film, and method for manufacturing photoelectric conversion device
US20070079866A1 (en) * 2005-10-07 2007-04-12 Applied Materials, Inc. System and method for making an improved thin film solar cell interconnect
JP4867396B2 (ja) 2006-03-01 2012-02-01 セイコーエプソン株式会社 半導体装置及びその製造方法
CN1866546A (zh) * 2006-05-18 2006-11-22 威海蓝星玻璃股份有限公司 一种太阳能电池及其制备方法

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