JP5980923B2 - Thin film solar cell and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、薄膜太陽電池セルおよびその製造方法に関するものである。特に、多接合型の薄膜太陽電池セルおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film solar cell and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a multi-junction thin film solar cell and a manufacturing method thereof.

結晶系半導体基板と導電性半導体薄膜層とを組み合わせて構成されるヘテロ接合を有する太陽電池セルの研究開発が盛んに行なわれている。特に大規模発電用途として開発された集光用太陽電池セルや、宇宙空間で大きな電力を発生させる目的で開発された人工衛星用太陽電池セルなどに関しては、入射した太陽光を高効率に変換させるため、結晶系半導体基板としてＧａＡｓ基板やＧｅ基板が用いられ、これらの種類の基板上にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）などを利用して、ＧａＡｓ系やＧａＰ系などの半導体薄膜層を幾重にも堆積して太陽電池を形成したものを、ヘテロ接合を介して直列に堆積して形成することにより、多接合太陽電池セルを形成している。近年、この多接合太陽電池セルから結晶系半導体基板を取り除いて作製する多接合型の薄膜化合物太陽電池の開発も開始されており、特開２００４−３２７８８９号（特許文献１）には化合物太陽電池の製造方法が提案されている。   Research and development of solar cells having a heterojunction configured by combining a crystalline semiconductor substrate and a conductive semiconductor thin film layer has been actively conducted. In particular, solar cells for concentrators developed for large-scale power generation applications, solar cells for artificial satellites developed for the purpose of generating large power in outer space, etc., convert incident sunlight with high efficiency. Therefore, a GaAs substrate or a Ge substrate is used as a crystalline semiconductor substrate, and GaAs-based or GaP-based semiconductor thin film layers are layered by using MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) on these types of substrates. A multi-junction solar cell is formed by depositing and forming a solar cell by depositing in series via a heterojunction. In recent years, development of a multi-junction thin-film compound solar cell manufactured by removing a crystalline semiconductor substrate from the multi-junction solar cell has been started, and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-327889 (Patent Document 1) discloses a compound solar cell. The manufacturing method of this is proposed.

従来の薄膜太陽電池では、複数の化合物半導体層が積層されたセル本体の受光面側に表面電極が設けられ、セル本体の受光面とは反対側の面の全面に裏面電極が設けられた構造とされている。   In a conventional thin film solar cell, a structure in which a surface electrode is provided on the light receiving surface side of a cell body in which a plurality of compound semiconductor layers are stacked, and a back electrode is provided on the entire surface opposite to the light receiving surface of the cell body It is said that.

従来の薄膜太陽電池セルは、以下のように製造される。
図２７に示す工程１において、半導体基板である基板１上に組成の異なる複数の化合物半導体層によって少なくとも１つのＰＮ接合が形成されたセル本体が製造される。すなわち、基板１上に基板１に近い側から順に、エッチング液の染み込みを押さえるエッチングストップ層２、コンタクト層３、第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層４、エミッタ層４とＰＮ接合を形成するベース層５、バッファ層６が積層される。Conventional thin-film solar cells are manufactured as follows.
In step 1 shown in FIG. 27, a cell body in which at least one PN junction is formed by a plurality of compound semiconductor layers having different compositions on a substrate 1 which is a semiconductor substrate is manufactured. That is, the etching stop layer 2, the contact layer 3, the emitter layer 4 made of a compound semiconductor of the first conductivity type, and the PN junction with the emitter layer 4 are sequentially formed on the substrate 1 from the side closer to the substrate 1. A base layer 5 and a buffer layer 6 to be formed are stacked.

以下、ここでは上述の少なくともコンタクト層３、エミッタ層４およびベース層５を合わせたものを「セル本体」と称する。図２７に示した例では、セル本体の構成要素の１つであるベース層５の表面を覆うようにバッファ層６が形成されている。セル本体は、このようにバッファ層６を含んでいる場合がある。   Hereinafter, a combination of at least the contact layer 3, the emitter layer 4, and the base layer 5 is referred to as a “cell body”. In the example shown in FIG. 27, the buffer layer 6 is formed so as to cover the surface of the base layer 5 which is one of the components of the cell body. The cell body may include the buffer layer 6 as described above.

続いて図２８に示す工程２において、バッファ層６上の露出している化合物半導体層の裏面全面に電極材料を蒸着することによって裏面電極７が形成され、密着性の向上および接触抵抗の低減を図るために焼成される。   Subsequently, in step 2 shown in FIG. 28, the back electrode 7 is formed by vapor-depositing an electrode material on the entire back surface of the exposed compound semiconductor layer on the buffer layer 6, thereby improving the adhesion and reducing the contact resistance. Baking for the purpose of illustration.

次に図２９に示す工程３において、裏面電極７上に基材８が形成される。基材８は、表面電極の焼成温度以上の耐熱性を有する材料とされる。たとえば基材８は、フィルム状のポリイミドとされる。ポリイミドフィルムとして販売されている材料を接着剤などを用いて貼り付けることは、接着剤自体の耐熱性の問題から技術的に不可能である。フィルム状のポリイミドは、樹脂状のポリイミドを塗布、焼成することによって形成される。そして、ポリイミドフィルムの厚みは１５μｍ以下とされる。このような方法で基材８を形成することにより、基材８の形成より後に表面電極２０の焼成を行なうことができる。   Next, in step 3 shown in FIG. 29, the base material 8 is formed on the back electrode 7. The base material 8 is a material having heat resistance equal to or higher than the firing temperature of the surface electrode. For example, the base material 8 is a film-like polyimide. It is technically impossible to attach a material sold as a polyimide film using an adhesive or the like due to the heat resistance problem of the adhesive itself. The film-like polyimide is formed by applying and baking a resinous polyimide. And the thickness of a polyimide film shall be 15 micrometers or less. By forming the base material 8 by such a method, the surface electrode 20 can be fired after the base material 8 is formed.

図３０に示す工程４では基材８上に補強材９が取り付けられる。補強材９としては、たとえば半導体基板やガラス板など、後工程でのエッチングや有機洗浄などの処理に耐えうる材料の板を利用することができる。補強材９と基材８との接続には、たとえば熱発泡シートを利用することができる。なぜなら熱発泡シートなどは後工程でのエッチングや有機洗浄などの処理に耐えうる材料であるからである。   In step 4 shown in FIG. 30, the reinforcing material 9 is attached on the base material 8. As the reinforcing material 9, a plate made of a material that can withstand a process such as etching or organic cleaning in a later process such as a semiconductor substrate or a glass plate can be used. For the connection between the reinforcing material 9 and the base material 8, for example, a thermal foam sheet can be used. This is because a heat-foamed sheet or the like is a material that can withstand a process such as etching or organic cleaning in a later process.

こうして、補強材９付きの太陽電池素子が得られる。
図３１に示す工程５において、補強材９付きの太陽電池素子から基板１が分離される。分離する方法の一例としては、補強材９を貼り合わせた太陽電池素子をエッチャントに浸漬する。こうすることにより、エッチングストップ層２にてエッチングが止まるため、セル本体を含む構造物を残し、基板１のみをエッチングにより除去することができる。これにより、基板１と化合物半導体層とが分離され、太陽電池素子のフレキシブル性が発現する。In this way, a solar cell element with the reinforcing material 9 is obtained.
In step 5 shown in FIG. 31, the substrate 1 is separated from the solar cell element with the reinforcing material 9. As an example of the separation method, the solar cell element to which the reinforcing material 9 is bonded is immersed in an etchant. By doing so, since the etching stops at the etching stop layer 2, it is possible to leave the structure including the cell body and remove only the substrate 1 by etching. Thereby, the board | substrate 1 and a compound semiconductor layer are isolate | separated, and the flexibility of a solar cell element expresses.

さらに図３２に示す工程６では、エッチングなどによりエッチングストップ層２が除去される。図３３に示す工程７では、コンタクト層３の表面上にフォトレジストなどの第１の保護膜１０が形成される。図３４に示す工程８では、コンタクト層３上の第１の保護膜１０が露光などにより所定の形状に加工される。   Further, in step 6 shown in FIG. 32, the etching stop layer 2 is removed by etching or the like. In step 7 shown in FIG. 33, a first protective film 10 such as a photoresist is formed on the surface of the contact layer 3. In step 8 shown in FIG. 34, the first protective film 10 on the contact layer 3 is processed into a predetermined shape by exposure or the like.

図３５に示す工程９では、所定の形状に加工された第１の保護膜１０をマスクとして、コンタクト層３がエッチングなどにより除去される。図３６に示す工程１０では、不要となった第１の保護膜１０が有機洗浄などにより除去される。   In step 9 shown in FIG. 35, the contact layer 3 is removed by etching or the like using the first protective film 10 processed into a predetermined shape as a mask. In step 10 shown in FIG. 36, the unnecessary first protective film 10 is removed by organic cleaning or the like.

図３７に示す工程１１では、コンタクト層３とエミッタ層４の表面上にフォトレジストなどの第２の保護膜１１が形成される。図３８に示す工程１２では、太陽電池素子の所定形状（チップ形状）に対応したセル形成領域を確定するように、エミッタ層４上の第２の保護膜１１が露光などにより所定の形状に加工される。   In step 11 shown in FIG. 37, a second protective film 11 such as a photoresist is formed on the surfaces of the contact layer 3 and the emitter layer 4. In step 12 shown in FIG. 38, the second protective film 11 on the emitter layer 4 is processed into a predetermined shape by exposure or the like so as to determine a cell formation region corresponding to the predetermined shape (chip shape) of the solar cell element. Is done.

図３９に示す工程１３では、所定の形状に加工された第２の保護膜１１をマスクとして、エミッタ層４およびベース層５がエッチング除去され、ウエハ上に存在する素子が電気的に分離される。図４０に示す工程１４では不要となった第２の保護膜１１が有機洗浄などにより除去される。   In step 13 shown in FIG. 39, the emitter layer 4 and the base layer 5 are removed by etching using the second protective film 11 processed into a predetermined shape as a mask, and elements existing on the wafer are electrically separated. . In step 14 shown in FIG. 40, the second protective film 11 that has become unnecessary is removed by organic cleaning or the like.

図４１に示す工程１５では、コンタクト層３およびエミッタ層４の表面上にフォトレジストなどの第３の保護膜１２が形成される。図４２に示す工程１６では、コンタクト層３上の第３の保護膜１２に露光などを施すことにより所定の開口部が形成される。   In step 15 shown in FIG. 41, a third protective film 12 such as a photoresist is formed on the surfaces of the contact layer 3 and the emitter layer 4. In step 16 shown in FIG. 42, a predetermined opening is formed by exposing the third protective film 12 on the contact layer 3 to exposure or the like.

図４３に示す工程１７では、所定の開口部を介して露出したコンタクト層３上および第３の保護膜１２上に、真空蒸着などで電極材料を蒸着することにより、表面電極２０が形成される。図４４に示す工程１８では不要となった第３の保護膜１２とともに第３の保護膜１２上の表面電極２０が有機洗浄などにより除去される。こうして、第３の保護膜１２の開口部であった領域のみに選択的に表面電極２０が形成される。このような表面電極形成工程によって、前工程により形成したコンタクト層３の平面的領域よりも内側に収まるように、表面電極の平面的領域が設定される。   In step 17 shown in FIG. 43, the surface electrode 20 is formed by vapor-depositing an electrode material on the contact layer 3 and the third protective film 12 exposed through a predetermined opening by vacuum vapor deposition or the like. . The surface electrode 20 on the third protective film 12 is removed together with the third protective film 12 that is no longer necessary in the step 18 shown in FIG. 44 by organic cleaning or the like. In this way, the surface electrode 20 is selectively formed only in the region that was the opening of the third protective film 12. By such a surface electrode forming step, the planar region of the surface electrode is set so as to be inside the planar region of the contact layer 3 formed by the previous step.

図４５に示す工程１９では、基材８に取り付けられていた補強材９が剥離される。基材８と補強材９との接続に、たとえば熱発泡シートなどが用いられていた場合には、そのシートの発泡温度以上に加熱することにより、容易に補強材９を剥離することができる。   In step 19 shown in FIG. 45, the reinforcing material 9 attached to the base material 8 is peeled off. In the case where, for example, a thermally foamed sheet or the like is used for connecting the base material 8 and the reinforcing material 9, the reinforcing material 9 can be easily peeled by heating to a temperature equal to or higher than the foaming temperature of the sheet.

その後、図示されていないが、表面側には反射防止膜が形成され、表面電極２０と反射防止膜との間の密着性の向上および接触抵抗の低減を図るために３００℃程度の温度で焼成がなされる。   After that, although not shown, an antireflection film is formed on the surface side, and firing is performed at a temperature of about 300 ° C. in order to improve the adhesion between the surface electrode 20 and the antireflection film and reduce the contact resistance. Is made.

図４６に示す工程２０では、工程１３によって素子分割されていた部分を切断することによって、太陽電池が切り出される。   In step 20 shown in FIG. 46, the solar cell is cut out by cutting the portion that has been divided into elements in step 13.

上述の従来の製造方法では、工程７〜工程１０にてコンタクト層３上に形成した第１の保護膜１０を所定の形状に加工してエッチングマスクとして利用し、コンタクト層３を所定の形状に加工するが、コンタクト層３上に表面電極２０を形成した後に、コンタクト層３を所定の形状に加工してもよい。この場合、表面電極がエッチングマスクとして機能する。   In the conventional manufacturing method described above, the first protective film 10 formed on the contact layer 3 in Step 7 to Step 10 is processed into a predetermined shape and used as an etching mask, and the contact layer 3 is formed into a predetermined shape. The contact layer 3 may be processed into a predetermined shape after the surface electrode 20 is formed on the contact layer 3. In this case, the surface electrode functions as an etching mask.

また、上記の従来の製造方法では、工程１０にてコンタクト層３を所定の形状に加工し、工程１３にて素子分割を実施した後に、工程１８にて表面電極２０を形成するという順序で記載したが、素子分割を実施した後にコンタクト層３を所定の形状に加工し、表面電極２０を形成してもよい。コンタクト層３を所定の形状に加工し、表面電極２０を形成した後で素子分割を実施してもよい。   Further, in the above-described conventional manufacturing method, the contact layer 3 is processed into a predetermined shape in Step 10, the element division is performed in Step 13, and then the surface electrode 20 is formed in Step 18. However, the surface electrode 20 may be formed by processing the contact layer 3 into a predetermined shape after the element division. The element division may be performed after the contact layer 3 is processed into a predetermined shape and the surface electrode 20 is formed.

特開２００４−３２７８８９号JP 2004-327889 A

従来の製造方法を利用することにより、薄膜太陽電池は比較的安定して製造できるが、従来の製造方法には以下に示す欠点が存在していた。   By using the conventional manufacturing method, the thin film solar cell can be manufactured relatively stably, but the conventional manufacturing method has the following drawbacks.

主にＭＯＣＶＤなどを用いて形成されるエッチングストップ層、コンタクト層、第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層、前記エミッタ層とＰＮ接合を形成するベース層、バッファ層などには、わずかではあるが未成長の部分や、穴状の欠陥（ピンホール）が局所的に存在する場合がある。以下これらを「不都合な箇所」と呼ぶものとする。   An etching stop layer, contact layer, emitter layer made of a compound semiconductor of the first conductivity type, a base layer that forms a PN junction with the emitter layer, a buffer layer, etc. In some cases, however, an ungrown portion or a hole-like defect (pinhole) exists locally. These are hereinafter referred to as “inconvenient places”.

不都合な箇所が化合物半導体上に存在していた場合、従来の製造方法における様々な工程によってそのサイズが大きくなったり、さらに深い位置まで進行したりする場合もある。これらの不都合な箇所がたとえ１ヶ所でも表面電極の直下に存在していた場合、表面電極を焼成する際や、他の太陽電池と接続するために溶接や半田付けをした際や、実際の使用時に熱的なストレスが加わった際など、主に太陽電池セルに熱的な負荷を加えることによって、これらの不都合な箇所に沿って電極材料が拡散し、エミッタ層とベース層との間のＰＮ接合が短絡してしまったり、最悪の場合は表面電極と裏面電極とが短絡してしまうおそれがある。   When an inconvenient location exists on the compound semiconductor, the size may increase or the depth may be further increased by various processes in the conventional manufacturing method. If even one of these inconvenient places exists directly under the surface electrode, when firing the surface electrode, welding or soldering to connect with other solar cells, or in actual use By applying a thermal load to the solar cell mainly when thermal stress is applied, the electrode material diffuses along these inconvenient points, and the PN between the emitter layer and the base layer There is a possibility that the junction is short-circuited or, in the worst case, the front electrode and the back electrode are short-circuited.

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、半導体層の中に局所的に不都合な箇所が存在していたとしても、安定的に電気エネルギーへの変換が図られる薄膜太陽電池セルを提供することを目的とする。さらに、そのような薄膜太陽電池セルの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and even if there are locally inconvenient locations in the semiconductor layer, the thin film solar cell can be stably converted into electric energy. The purpose is to provide a cell. Furthermore, it aims at providing the manufacturing method of such a thin film photovoltaic cell.

上記目的を達成するため、本発明に基づく薄膜太陽電池セルは、少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、互いに対向する第１主面および第２主面を有するセル本体と、上記セル本体の第１主面上に形成された第１電極と、上記セル本体の第２主面上に形成された第２電極とを備え、上記第１電極と上記第２電極とは、上記セル本体を平面的に見て互いに重複しない位置に形成されている。   In order to achieve the above object, a thin-film solar cell according to the present invention has a cell main body having at least one PN junction and having a first main surface and a second main surface facing each other, and a first of the cell main body. A first electrode formed on one main surface; and a second electrode formed on a second main surface of the cell body, wherein the first electrode and the second electrode are formed by planarizing the cell body. They are formed at positions that do not overlap each other.

本発明によれば、第１電極と第２電極とが互いに重複しない位置に形成されているので、たとえ第１電極の直下の部分に不都合な箇所が存在したとしても、電気的な短絡を防ぐことが可能となる。したがって、化合物半導体層の中に局所的に不都合な箇所が存在していたとしても、安定的に電気エネルギーへの変換が図られる薄膜太陽電池セルとすることができる。   According to the present invention, since the first electrode and the second electrode are formed at positions that do not overlap each other, even if an inconvenient location exists in a portion immediately below the first electrode, an electrical short circuit is prevented. It becomes possible. Therefore, even if a locally inconvenient location exists in the compound semiconductor layer, a thin-film solar battery cell that can be stably converted into electric energy can be obtained.

本発明に基づく実施の形態１における薄膜太陽電池セルの断面図である。It is sectional drawing of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 1 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態１における薄膜太陽電池セルの上面図である。It is a top view of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 1 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態１における薄膜太陽電池セルの下面図である。It is a bottom view of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 1 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１の説明図である。It is explanatory drawing of the process 1 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２の説明図である。It is explanatory drawing of the process 2 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程３の説明図である。It is explanatory drawing of the process 3 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程４の説明図である。It is explanatory drawing of the process 4 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程５の説明図である。It is explanatory drawing of the process 5 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程６の説明図である。It is explanatory drawing of the process 6 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程７の説明図である。It is explanatory drawing of the process 7 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程８の説明図である。It is explanatory drawing of the process 8 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程９の説明図である。It is explanatory drawing of the process 9 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１０の説明図である。It is explanatory drawing of the process 10 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１１の説明図である。It is explanatory drawing of the process 11 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１２の説明図である。It is explanatory drawing of the process 12 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１３の説明図である。It is explanatory drawing of the process 13 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１４の説明図である。It is explanatory drawing of the process 14 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１５の説明図である。It is explanatory drawing of the process 15 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１６の説明図である。It is explanatory drawing of the process 16 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１７の説明図である。It is explanatory drawing of the process 17 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１８の説明図である。It is explanatory drawing of the process 18 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１９の説明図である。It is explanatory drawing of the process 19 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２０の説明図である。It is explanatory drawing of the process 20 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２１の説明図である。It is explanatory drawing of the process 21 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２２の説明図である。It is explanatory drawing of the process 22 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２３の説明図である。It is explanatory drawing of the process 23 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in Embodiment 2 based on this invention. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１の説明図である。It is explanatory drawing of the process 1 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２の説明図である。It is explanatory drawing of the process 2 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程３の説明図である。It is explanatory drawing of the process 3 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程４の説明図である。It is explanatory drawing of the process 4 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程５の説明図である。It is explanatory drawing of the process 5 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程６の説明図である。It is explanatory drawing of the process 6 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程７の説明図である。It is explanatory drawing of the process 7 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程８の説明図である。It is explanatory drawing of the process 8 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程９の説明図である。It is explanatory drawing of the process 9 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１０の説明図である。It is explanatory drawing of the process 10 of the manufacturing method of a thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１１の説明図である。It is explanatory drawing of the process 11 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１２の説明図である。It is explanatory drawing of the process 12 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１３の説明図である。It is explanatory drawing of the process 13 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１４の説明図である。It is explanatory drawing of the process 14 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１５の説明図である。It is explanatory drawing of the process 15 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１６の説明図である。It is explanatory drawing of the process 16 of the manufacturing method of a thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１７の説明図である。It is explanatory drawing of the process 17 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１８の説明図である。It is explanatory drawing of the process 18 of the manufacturing method of a thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１９の説明図である。It is explanatory drawing of the process 19 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art. 従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２０の説明図である。It is explanatory drawing of the process 20 of the manufacturing method of the thin film photovoltaic cell based on a prior art.

（実施の形態１）
図１を参照して、本発明に基づく実施の形態１における薄膜太陽電池セルについて説明する。図１に示すように、本実施の形態における薄膜太陽電池セル１０１は、少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、互いに対向する第１主面および第２主面を有するセル本体３０と、セル本体３０の第１主面上に形成された第１電極としての表面電極２０と、セル本体３０の第２主面上に形成された第２電極としての裏面電極７とを備える。前記第１電極と前記第２電極とは、セル本体３０を平面的に見て互いに重複しない位置に形成されている。(Embodiment 1)
With reference to FIG. 1, the thin film photovoltaic cell in Embodiment 1 based on this invention is demonstrated. As shown in FIG. 1, a thin-film solar battery 101 in the present embodiment has at least one PN junction, a cell main body 30 having a first main surface and a second main surface facing each other, and a cell main body 30 includes a surface electrode 20 as a first electrode formed on the first main surface 30 and a back electrode 7 as a second electrode formed on the second main surface of the cell body 30. The first electrode and the second electrode are formed at positions that do not overlap each other when the cell body 30 is viewed in plan.

図１において、第１主面はセル本体３０の上側の面、第２主面はセル本体３０の下側の面である。表面電極２０は、第１主面の全面を覆うのではなく局所的に形成されている。裏面電極７も、第２主面の全面を覆うのではなく局所的に形成されている。図１においては、上側の面が受光面である。   In FIG. 1, the first main surface is the upper surface of the cell body 30, and the second main surface is the lower surface of the cell body 30. The surface electrode 20 is formed locally rather than covering the entire first main surface. The back electrode 7 is also formed locally rather than covering the entire surface of the second main surface. In FIG. 1, the upper surface is the light receiving surface.

薄膜太陽電池セル１０１の上面図を図２に示す。薄膜太陽電池セル１０１の下面図を図３に示す。図２および図３からも、第１電極としての表面電極２０と第２電極としての裏面電極７とは、互いに重複しない位置に形成されていることがわかる。   A top view of the thin-film solar battery cell 101 is shown in FIG. A bottom view of the thin-film solar battery cell 101 is shown in FIG. 2 and 3 also show that the front electrode 20 as the first electrode and the back electrode 7 as the second electrode are formed at positions that do not overlap each other.

薄膜太陽電池セル１０１に含まれるセル本体３０は、コンタクト層３と、エミッタ層４と、ベース層５と、バッファ層６とを備える。エミッタ層４とベース層５との間ではＰＮ接合が形成されている。本来、セル本体にとって、最低限含まれるものは、コンタクト層３、エミッタ層４およびベース層５であって、バッファ層６は必須の構成要素ではない。セル本体３０がバッファ層６を含んでいるのはあくまで一例に過ぎない。セル本体３０は、コンタクト層３、エミッタ層４およびベース層５に加えて他の層を含んでいてもよい。   A cell body 30 included in the thin-film solar battery 101 includes a contact layer 3, an emitter layer 4, a base layer 5, and a buffer layer 6. A PN junction is formed between the emitter layer 4 and the base layer 5. Essentially, the cell body includes at least the contact layer 3, the emitter layer 4, and the base layer 5, and the buffer layer 6 is not an essential component. The cell body 30 includes the buffer layer 6 only as an example. The cell body 30 may include other layers in addition to the contact layer 3, the emitter layer 4, and the base layer 5.

本実施の形態では、第１電極と第２電極とが互いに重複しない位置に形成されているので、たとえ第１電極の直下の部分に不都合な箇所、すなわち、エピタキシャル層の未成長の部分や、穴状の欠陥（ピンホール）が存在したとしても、電気的な短絡を防ぐことが可能となる。したがって、化合物半導体層の中に局所的に不都合な箇所が存在していたとしても、長期信頼性に優れ、安定的に電気エネルギーへの変換が図られる薄膜太陽電池セルとすることができる。   In the present embodiment, since the first electrode and the second electrode are formed at positions that do not overlap each other, even if it is an inconvenient location in the portion immediately below the first electrode, that is, an ungrown portion of the epitaxial layer, Even if a hole-like defect (pinhole) exists, an electrical short circuit can be prevented. Therefore, even if a locally inconvenient location exists in the compound semiconductor layer, a thin-film solar cell that is excellent in long-term reliability and can be stably converted into electric energy can be obtained.

なお、薄膜太陽電池セル１０１は、セル本体３０に沿うように配置され、セル本体３０を支持する基材８を含むことが好ましい。この構成を採用することにより、基材８が支持体となってセル本体の姿勢を安定させることができる。   In addition, it is preferable that the thin film photovoltaic cell 101 is arrange | positioned so that the cell main body 30 may be followed, and the base material 8 which supports the cell main body 30 is included. By employ | adopting this structure, the base material 8 becomes a support body and the attitude | position of a cell main body can be stabilized.

基材８は、ポリイミドを主材料とすることが好ましい。この構成を採用することにより、ポリイミドを塗布して焼成することによって基材を形成することが可能となるので、容易に作製することができる。   The base material 8 is preferably made of polyimide as a main material. By adopting this configuration, a base material can be formed by applying and baking polyimide, and thus can be easily manufactured.

念のために、異なる表現をすると、本発明に基づく薄膜太陽電池セルは、少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、互いに対向する第１主面および第２主面を有するセル本体３０と、セル本体３０の第１主面上に形成された第１電極と、セル本体３０の第２主面上に形成された第２電極とを備え、前記第１電極と前記第２電極とは、セル本体３０を平面的に見て互いに重複しない位置に形成され、かつ、セル本体３０を支持する基材８が、前記第２主面上で前記第２電極が形成されない部分と前記第２電極上とに形成されている。   For the sake of convenience, the thin film solar cell according to the present invention, when expressed in a different manner, has at least one PN junction and has a cell main body 30 having a first main surface and a second main surface facing each other, and a cell. A first electrode formed on the first main surface of the main body 30 and a second electrode formed on the second main surface of the cell main body 30, the first electrode and the second electrode being a cell The base member 8 that is formed in a position that does not overlap with each other when the main body 30 is viewed in plan, and the portion on which the second electrode is not formed on the second main surface and the second electrode And formed.

この構成において、基材８は、ポリイミドを主材料とすることが好ましい。理由は上述したとおりである。   In this configuration, the base material 8 is preferably made of polyimide as a main material. The reason is as described above.

本実施の形態では、薄膜太陽電池セルを対象に説明してきたが、より詳しくは、薄膜化合物太陽電池セルであってもよい。薄膜化合物太陽電池セルにおいては、本発明の効果を特に顕著に得ることができる。   In the present embodiment, the thin film solar battery cell has been described, but more specifically, the thin film compound solar battery cell may be used. In the thin film compound solar cell, the effect of the present invention can be obtained particularly remarkably.

（実施の形態２）
図４〜図２６を参照して、本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法について説明する。(Embodiment 2)
With reference to FIGS. 4 to 26, a method for manufacturing a thin-film solar battery according to Embodiment 2 of the present invention will be described.

本実施の形態における薄膜太陽電池セルの製造方法は、実施の形態１で説明した薄膜太陽電池セルを得るためのものである。この薄膜太陽電池セルの製造方法は、単結晶からなる半導体基板を準備する工程と、前記半導体基板の表面にエッチングストップ層を形成する工程と、前記エッチングストップ層上に、コンタクト層、第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層および前記エミッタ層とＰＮ接合を形成するベース層を有するセル本体を形成する工程と、前記セル本体上に局所的に第２電極を形成する工程と、前記第２電極上に前記セル本体を支持する基材を形成する工程と、前記セル本体と前記半導体基板とを分離する工程と、分離された前記セル本体の露出面に第１電極を形成する工程と含み、前記第１電極と前記第２電極とが、前記セル本体を平面的に見て互いに重複しない位置に形成される。   The manufacturing method of the thin film photovoltaic cell in this Embodiment is for obtaining the thin film photovoltaic cell demonstrated in Embodiment 1. FIG. The method for manufacturing the thin-film solar cell includes a step of preparing a semiconductor substrate made of a single crystal, a step of forming an etching stop layer on the surface of the semiconductor substrate, a contact layer on the etching stop layer, a first layer Forming a cell body having an emitter layer made of a conductive compound semiconductor and a base layer forming a PN junction with the emitter layer, forming a second electrode locally on the cell body, Forming a base material for supporting the cell body on two electrodes, separating the cell body and the semiconductor substrate, and forming a first electrode on the exposed surface of the separated cell body; In addition, the first electrode and the second electrode are formed at positions that do not overlap each other when the cell body is seen in a plan view.

図４に示す工程１において、基板１の上に、基板１上に基板１に近い側から順に、エッチング液の染み込みを押さえるエッチングストップ層２、コンタクト層３、第１の化合物半導体からなるエミッタ層４、エミッタ層４とＰＮ接合を形成するベース層５、バッファ層６が積層される。こうして、単結晶薄膜からなる化合物半導体層が形成される。基板１は、たとえばウエハ状の形態を有し、エッチングストップ層２、コンタクト層３、エミッタ層４、ベース層５、バッファ層６といった化合物半導体層がエピタキシャル成長法により順次積層される。この時点では、エッチングストップ層２、コンタクト層３、エミッタ層４、ベース層５およびバッファ層６はセル本体３０をなす。基板１としては、Ｇｅ，ＧａＰ，ＧａＡｓなどのいずれかの種類のウエハを用いることができる。   In step 1 shown in FIG. 4, an etching stop layer 2, a contact layer 3, and an emitter layer made of a first compound semiconductor are provided on the substrate 1 in order from the side close to the substrate 1 on the substrate 1 so as to suppress penetration of the etching solution. 4. A base layer 5 and a buffer layer 6 that form a PN junction with the emitter layer 4 are stacked. Thus, a compound semiconductor layer made of a single crystal thin film is formed. The substrate 1 has, for example, a wafer shape, and compound semiconductor layers such as an etching stop layer 2, a contact layer 3, an emitter layer 4, a base layer 5, and a buffer layer 6 are sequentially stacked by an epitaxial growth method. At this point, the etching stop layer 2, the contact layer 3, the emitter layer 4, the base layer 5, and the buffer layer 6 form the cell body 30. As the substrate 1, any kind of wafer such as Ge, GaP, and GaAs can be used.

化合物半導体層としては、以下のようなものを用いることができる。エッチングストップ層２としてはたとえばＩｎＧａＰ層であってよい。コンタクト層３としてはたとえばＡｌＩｎＰ層であってよい。エミッタ層４としてはたとえばＮ型のＩｎＧａＰ層であってよい。ベース層５としてはたとえばＰ型のＩｎＧａＰ層であってよい。バッファ層６としてはたとえばＡｌＩｎＰ層であってよい。   The following can be used as the compound semiconductor layer. The etching stop layer 2 may be, for example, an InGaP layer. The contact layer 3 may be, for example, an AlInP layer. The emitter layer 4 may be, for example, an N-type InGaP layer. For example, the base layer 5 may be a P-type InGaP layer. The buffer layer 6 may be an AlInP layer, for example.

なお、ここではセル本体を、エッチングストップ層２、コンタクト層３、エミッタ層４、ベース層５およびバッファ層６の５層構造としたが、これに限るものでない。セル本体は、少なくともコンタクト層３、エミッタ層４およびベース層５を合わせたものであればよく、これら以外の層を含んでいてもよい。セル本体は、たとえば、コンタクト層３、エミッタ層４、ベース層５およびバッファ層６の４層構造であってもよい。セル本体は、６層以上の構造であってもよい。セル本体は、エッチングストップ層２、コンタクト層３、エミッタ層４、ベース層５、バッファ層６の他に、ＢＳＦ（Back Surface Field：裏面電界層）、窓層、多接合型太陽電池のトンネル接合層、多接合型太陽電池の他のエミッタ層、他のベース層などの化合物半導体層を含むことができる。すなわち、基板１の上に形成されたセル本体は、組成の異なる複数の化合物半導体層からなり、複数の化合物半導体層によって少なくとも１つのＰＮ接合が形成された構成であればよい。また、複数の化合物半導体層は、少なくともコンタクト層エッチング用の第２のエッチング液でエッチングされ易くかつメサエッチング用の第３のエッチング液でされにくい層と、第２のエッチング液でエッチングされにくくかつ第３のエッチング液でエッチングされ易い層とを含むものであればよい。前者の層はコンタクト層３であり、後者の層はエミッタ層４、ベース層５である。   Here, the cell body has a five-layer structure of the etching stop layer 2, the contact layer 3, the emitter layer 4, the base layer 5, and the buffer layer 6, but the present invention is not limited to this. The cell main body only needs to combine at least the contact layer 3, the emitter layer 4, and the base layer 5, and may include layers other than these. The cell body may have, for example, a four-layer structure including a contact layer 3, an emitter layer 4, a base layer 5, and a buffer layer 6. The cell body may have a structure of six layers or more. In addition to the etching stop layer 2, the contact layer 3, the emitter layer 4, the base layer 5, and the buffer layer 6, the cell body includes a BSF (Back Surface Field), a window layer, and a tunnel junction of a multijunction solar cell. Compound semiconductor layers such as layers, other emitter layers of multi-junction solar cells, and other base layers can be included. In other words, the cell body formed on the substrate 1 may be composed of a plurality of compound semiconductor layers having different compositions, and at least one PN junction may be formed by the plurality of compound semiconductor layers. The plurality of compound semiconductor layers are at least easily etched with the second etching solution for etching the contact layer and difficult to be etched with the third etching solution for mesa etching, and are not easily etched with the second etching solution, and What is necessary is just to include the layer easy to be etched with the third etching solution. The former layer is a contact layer 3, and the latter layer is an emitter layer 4 and a base layer 5.

セル本体は、２以上のＰＮ接合を含むものであってもよく、ＰＮ接合は、エミッタ層４とベース層５との間に形成されるので、１つのセル本体の中にエミッタ層４およびベース層５が含まれる数は１組とは限らない。セル本体は、エミッタ層４とベース層５とが接する構造を、厚み方向に２回以上繰り返すように積み重ねられた多層構造であってもよい。そのような多層構造についても、１つのセル本体とみなすことができる。   The cell body may include two or more PN junctions. Since the PN junction is formed between the emitter layer 4 and the base layer 5, the emitter layer 4 and the base are formed in one cell body. The number of layers 5 is not necessarily one set. The cell body may have a multilayer structure in which the structure in which the emitter layer 4 and the base layer 5 are in contact with each other is repeated so as to be repeated twice or more in the thickness direction. Such a multilayer structure can also be regarded as one cell body.

図５に示す工程２において、バッファ層６上に第１の保護膜１０が塗布されて形成される。第１の保護膜１０はフォトレジストであれば、処理が容易であり、確実である。   In step 2 shown in FIG. 5, the first protective film 10 is formed on the buffer layer 6 by coating. If the first protective film 10 is a photoresist, the processing is easy and reliable.

図６に示す工程３において、フォトリソグラフィ処理などによりガラスマスクを用いて裏面電極用のパターニングをすることにより、第１の保護膜１０に開口部が形成される。表面電極および裏面電極の形成処理のマージンを考慮して、表面電極の幅よりも若干広めに第１の保護膜１０の開口部を形成する。   In Step 3 shown in FIG. 6, an opening is formed in the first protective film 10 by patterning for the back electrode using a glass mask by photolithography or the like. The opening of the first protective film 10 is formed slightly wider than the width of the front surface electrode in consideration of the margin for forming the front surface electrode and the back surface electrode.

図７に示す工程４では、セル本体が電極形成装置に投入され、第１の保護膜１０上および第１の保護膜１０の開口部に露出するバッファ層６上に裏面電極７が形成される。裏面電極７の形成は、主材料がＡｌ、Ａｇなどの電極材料をセル本体の最外表面にスクリーン印刷で塗布することによって行なわれる。あるいはこれらの電極材料を蒸着することによって行なわれる。   In step 4 shown in FIG. 7, the cell body is put into the electrode forming apparatus, and the back electrode 7 is formed on the first protective film 10 and on the buffer layer 6 exposed at the opening of the first protective film 10. . The back electrode 7 is formed by applying an electrode material such as Al or Ag as a main material to the outermost surface of the cell body by screen printing. Alternatively, these electrode materials are deposited.

図８に示す工程５において、電極材料を積層したセル本体がアセトンなどの有機溶剤に浸漬される。第１の保護膜１０であるフォトレジストが有機溶剤に溶解され、フォトレジスト上に付着した電極材料がフォトレジストとともに除去される。この結果、第１の保護膜１０の開口部であった領域のみに選択的に電極材料が残る。こうして、バッファ層６上の局所的領域に裏面電極７が形成される。   In step 5 shown in FIG. 8, the cell body on which the electrode material is laminated is immersed in an organic solvent such as acetone. The photoresist which is the first protective film 10 is dissolved in an organic solvent, and the electrode material attached on the photoresist is removed together with the photoresist. As a result, the electrode material remains selectively only in the region that was the opening of the first protective film 10. Thus, the back electrode 7 is formed in a local region on the buffer layer 6.

このような方法により裏面電極７が化合物半導体層に局所的に形成されるが、裏面電極７が形成される領域は後に形成する表面電極の直下以外の領域である必要がある。裏面電極７が形成された後、熱処理が施されることによって、裏面電極７が焼成される。この処理により化合物半導体層表面と裏面電極７との間の接触抵抗を低減することができ、化合物半導体層表面と裏面電極７との間の密着力を向上させることができる。   Although the back electrode 7 is locally formed in the compound semiconductor layer by such a method, the region where the back electrode 7 is formed needs to be a region other than the region directly below the surface electrode to be formed later. After the back electrode 7 is formed, the back electrode 7 is baked by heat treatment. By this treatment, the contact resistance between the compound semiconductor layer surface and the back electrode 7 can be reduced, and the adhesion between the compound semiconductor layer surface and the back electrode 7 can be improved.

図９に示す工程６において、裏面電極７上に高耐熱性の裏面フィルムによる基材８が形成される。基材８としての裏面フィルムは、３００℃以上の耐熱性を有する材料とされ、たとえばポリイミドが用いられる。基材８は、ポリイミドを主材料とすることが好ましい。ポリイミドによる基材８の形成方法としては、常温においてワニス状の樹脂をスピンコート法などにより、裏面電極７上に塗布した後、焼成する方法が挙げられる。ポリイミドのワニスを塗布および焼成することによって形成する場合、ポリイミドの膜厚を制御する必要がある。なぜならば、ポリイミドの膜厚が２０μｍ以上の場合、ポリイミド膜中に気泡が混入してしまい、平坦な膜が焼成できず、しかもポリイミド膜の反りも激しいため、セル本体にダメージを与えてしまうおそれがあるからである。特に本発明のように裏面電極７が局所的に形成され、凹凸を伴う場合はなおさらである。ポリイミドの膜厚を薄くしていくと、２０μｍ以下の範囲内では、気泡の混入は無くなり、膜の反りも減少していく。ポリイミドの膜厚が７μｍ程度であると、反り量が最も少なくなり、それよりも薄くなると反りの方向が逆転し、再び反り量が大きくなっていく。したがって、ポリイミドの反り量とセル本体に対する基材としての弾性を考慮した結果、ポリイミドの膜厚としては、５〜１５μｍの範囲がセル本体を作製する上で適当であり、特に１０μｍ程度の膜厚が最適である。   In step 6 shown in FIG. 9, a substrate 8 made of a highly heat-resistant back film is formed on the back electrode 7. The back film as the substrate 8 is made of a material having heat resistance of 300 ° C. or higher, and for example, polyimide is used. The base material 8 is preferably made of polyimide as a main material. Examples of the method for forming the base material 8 using polyimide include a method in which a varnish-like resin is applied on the back electrode 7 at room temperature by a spin coating method and then baked. When it is formed by applying and baking a polyimide varnish, it is necessary to control the film thickness of the polyimide. This is because when the polyimide film thickness is 20 μm or more, bubbles are mixed in the polyimide film, the flat film cannot be baked, and the polyimide film is warped too much, which may damage the cell body. Because there is. This is especially true when the back electrode 7 is locally formed and has irregularities as in the present invention. When the film thickness of the polyimide is decreased, bubbles are not mixed and the warpage of the film is reduced within a range of 20 μm or less. When the film thickness of the polyimide is about 7 μm, the amount of warpage is the smallest, and when it is thinner than that, the direction of warpage is reversed and the amount of warpage increases again. Therefore, as a result of considering the amount of warpage of the polyimide and the elasticity as the base material with respect to the cell main body, the film thickness of the polyimide is suitably in the range of 5 to 15 μm for producing the cell main body, particularly about 10 μm. Is the best.

なお、ここでは、ワニス状のポリイミドを焼成することにより膜を形成する方法を挙げたが、これ以外にも熱融着型のフィルムを用いて加熱しながら圧着する方法がある。これにより、薄膜太陽電池の基材として裏面フィルムが支持体の役目を果たすように形成される。しかも、裏面フィルムの膜厚を１５μｍ以下とすることにより、反りの少ない基材を形成でき、セル本体の反りをコントロールして、セル本体の反りが低減される。裏面電極の厚みを３μｍとした場合、裏面電極形成後には、電極が存在する部分と存在しない部分とで３μｍの段差が生じるが、裏面フィルムによる基材の形成により段差は少なくなり、工程６が完了した段階では約１μｍの段差となる。   In addition, although the method of forming a film | membrane by baking a varnish-like polyimide was mentioned here, there exists the method of crimping | bonding, heating using the heat sealing | fusion type film besides this. Thereby, it forms so that a back film may play the role of a support body as a base material of a thin film solar cell. Moreover, by setting the film thickness of the back film to 15 μm or less, it is possible to form a base material with little warpage, control the warpage of the cell body, and reduce the warpage of the cell body. When the thickness of the back electrode is 3 μm, after the back electrode is formed, a step of 3 μm occurs between the portion where the electrode is present and the portion where the electrode is not present. When completed, the level difference is about 1 μm.

図１０に示す工程７においては、化合物半導体層を補強するための補強材９が裏面フィルムによる基材８の上に貼り付けられる。補強材９としては、ＵＶ光を照射することにより粘着力が低下する粘着材のついたＰＥＴフィルムや、熱を加えることにより粘着力が低下する粘着材のついた熱発泡フィルムなどを用いることが好ましい。これらを用いることにより、補強材９を、基材８としての裏面フィルムに直接取り付けることができる。上述のとおり、基材８上には約１μｍの段差が存在するが、補強材９として粘着材のついたフィルムを用いる場合、その程度の凹凸ならば段差を気にすることなく、全面に対して一様に問題なく接着することができる。   In step 7 shown in FIG. 10, a reinforcing material 9 for reinforcing the compound semiconductor layer is attached on the base material 8 made of a back film. As the reinforcing material 9, it is possible to use a PET film with an adhesive material whose adhesive strength is reduced by irradiating UV light, a thermally foamed film with an adhesive material whose adhesive strength is reduced by applying heat, or the like. preferable. By using these, the reinforcing material 9 can be directly attached to the back film as the base material 8. As described above, there is a step of about 1 μm on the substrate 8, but when a film with an adhesive material is used as the reinforcing material 9, if the unevenness of that degree is used, the entire surface can be seen without worrying about the step. Can be bonded without any problem.

図１１に示す工程８において、第１のエッチング液を用いて、基板１がエッチングされて、除去される。第１のエッチング液は、基板材料によって使い分けられる。基板材料がＧｅである場合、第１のエッチング液としては、フッ酸：過酸化水素水：水＝１：１：４の混合物を用いるとよい。エッチングストップ層２は第１のエッチング液によりエッチングされにくい層であるため、基板１がエッチングされて、エッチングストップ層２が露出すると、エッチングの進行が止まる。これにより、化合物半導体層のみを残して基板１だけを分離することができる。   In step 8 shown in FIG. 11, the substrate 1 is etched and removed using the first etching solution. The first etchant is properly used depending on the substrate material. When the substrate material is Ge, a mixture of hydrofluoric acid: hydrogen peroxide: water = 1: 1: 4 is preferably used as the first etching solution. Since the etching stop layer 2 is a layer that is difficult to be etched by the first etching solution, the progress of the etching stops when the substrate 1 is etched and the etching stop layer 2 is exposed. Thereby, only the substrate 1 can be separated leaving only the compound semiconductor layer.

図１２に示す工程９において、エッチングストップ層２が第２のエッチング液によりエッチングされて除去される。この結果、コンタクト層３が最外表面に露出する。   In step 9 shown in FIG. 12, the etching stop layer 2 is etched away with the second etching solution. As a result, the contact layer 3 is exposed on the outermost surface.

図１３に示す工程１０において、セル本体の最外表面を化学処理（コンタクト層エッチング）から保護するために、コンタクト層３上に第２の保護膜１１が塗布されて形成される。第２の保護膜１１は後の工程で化合物半導体層をエッチングする第２のエッチング液に対する耐性を有するものとされ、フォトレジストであれば、処理が容易であり、確実である。   In step 10 shown in FIG. 13, a second protective film 11 is applied and formed on the contact layer 3 in order to protect the outermost surface of the cell body from chemical treatment (contact layer etching). The second protective film 11 has resistance to a second etching solution that etches the compound semiconductor layer in a later step, and if it is a photoresist, the processing is easy and reliable.

図１４に示す工程１１において、ガラスマスクを用いて表面電極用のパターニングをすることにより、第２の保護膜１１に開口部が形成される。第２の保護膜１１は、次工程のコンタクト層エッチング時にエッチングマスクとして作用する。このパターニングをしようとする際には、ガラスマスク越しに第２の保護膜１１が全面に形成されたセル本体を顕微鏡などで見ると、裏面電極７の段差が視認できるので、裏面電極７のパターニング位置を把握することができる。こうして、第２の保護膜１１のパターンの位置を、裏面電極７のパターンの位置と合わせることにより、表面電極の直下の部分に裏面電極が存在しない構造を実現することができる。   In step 11 shown in FIG. 14, an opening is formed in the second protective film 11 by patterning for the surface electrode using a glass mask. The second protective film 11 acts as an etching mask when the contact layer is etched in the next process. When attempting this patterning, when the cell body having the second protective film 11 formed on the entire surface through the glass mask is viewed with a microscope or the like, the step of the back electrode 7 can be visually recognized. The position can be grasped. Thus, by aligning the position of the pattern of the second protective film 11 with the position of the pattern of the back electrode 7, it is possible to realize a structure in which the back electrode does not exist in a portion immediately below the front electrode.

図１５に示す工程１２において、コンタクト層のエッチングが行なわれる。化合物半導体層をエッチングできる第２のエッチング液にセル本体が浸漬され、パターニングされた第２の保護膜１１をエッチングマスクとしてコンタクト層３がエッチングされる。第２のエッチング液はアルカリ溶液とされる。このエッチングの結果、エミッタ層４の一部が最外表面に露出する。   In step 12 shown in FIG. 15, the contact layer is etched. The cell body is immersed in a second etching solution capable of etching the compound semiconductor layer, and the contact layer 3 is etched using the patterned second protective film 11 as an etching mask. The second etching solution is an alkaline solution. As a result of this etching, a part of the emitter layer 4 is exposed on the outermost surface.

図１６に示す工程１３において、コンタクト層３のエッチングの際にエッチングマスクとして用いた第２の保護膜１１が有機洗浄などにより剥離される。   In step 13 shown in FIG. 16, the second protective film 11 used as an etching mask when the contact layer 3 is etched is peeled off by organic cleaning or the like.

図１７に示す工程１４において、セル本体の最外表面をメサエッチングから保護するために、第３の保護膜１２が塗布されて形成される。第３の保護膜１２の材料は後の工程で化合物半導体層をエッチングするエッチング液に対する耐性を有するものとされる。第３の保護膜１２は、フォトレジストで形成することとすれば、処理が容易であり、確実である。   In step 14 shown in FIG. 17, a third protective film 12 is applied and formed to protect the outermost surface of the cell body from mesa etching. The material of the third protective film 12 has resistance to an etchant that etches the compound semiconductor layer in a later step. If the third protective film 12 is formed of a photoresist, the processing is easy and reliable.

図１８に示す工程１５において、ガラスマスクを用いて第３の保護膜１２をパターニングすることにより、第３の保護膜１２に太陽電池素子の領域を確定するための開口部が形成される。第３の保護膜１２は、後工程のメサエッチング時にエッチングマスクとして作用する。   In step 15 shown in FIG. 18, the third protective film 12 is patterned using a glass mask, whereby an opening for defining the region of the solar cell element is formed in the third protective film 12. The third protective film 12 acts as an etching mask at the time of subsequent mesa etching.

図１９に示す工程１６において、化合物半導体層をエッチングできる第３のエッチング液にセル本体が浸漬され、第３の保護膜１２をエッチングマスクとしてセル本体がメサエッチングされる。第３の保護膜１２のパターンに沿ってエミッタ層４およびベース層５がエッチングされる。第３のエッチング液はアルカリ溶液および酸溶液とされる。メサエッチングにより、太陽電池素子領域を確定することができる。   In step 16 shown in FIG. 19, the cell body is immersed in a third etching solution capable of etching the compound semiconductor layer, and the cell body is mesa-etched using the third protective film 12 as an etching mask. The emitter layer 4 and the base layer 5 are etched along the pattern of the third protective film 12. The third etching solution is an alkaline solution and an acid solution. The solar cell element region can be determined by mesa etching.

図２０に示す工程１７において、エッチングマスクとして用いた第３の保護膜１２が有機洗浄などにより剥離される。   In step 17 shown in FIG. 20, the third protective film 12 used as an etching mask is removed by organic cleaning or the like.

図２１に示す工程１８において、表面電極のパターニングを行なうために、エッチングされたセル本体の外表面全体に、フォトレジストからなる第４の保護膜１３が塗布されて形成される。   In step 18 shown in FIG. 21, in order to perform patterning of the surface electrode, a fourth protective film 13 made of photoresist is applied and formed on the entire outer surface of the etched cell body.

図２２に示す工程１９において、ガラスマスクを用いて第４の保護膜１３をパターニングすることにより、第４の保護膜１３に表面電極のパターニング予定領域に対応するよう開口部が形成される。このとき、前工程でパターニングされたコンタクト層３上に開口部が形成されるように、第４の保護膜１３のパターニングが行なわれる。   In step 19 shown in FIG. 22, by patterning the fourth protective film 13 using a glass mask, an opening is formed in the fourth protective film 13 so as to correspond to the patterning area of the surface electrode. At this time, the fourth protective film 13 is patterned so that an opening is formed on the contact layer 3 patterned in the previous step.

図２３に示す工程２０において、補強材９を取り付けられたセル本体が電極形成装置に投入される。第４の保護膜１３上および開口部内に表面電極２０が形成される。表面電極２０の形成は、主材料がＡｌ、Ａｇなどの電極材料をセル本体の最外表面にスクリーン印刷で塗布することによって行なわれる。あるいは、これらの電極材料を蒸着することによって行なわれる。   In step 20 shown in FIG. 23, the cell body to which the reinforcing material 9 is attached is put into the electrode forming apparatus. A surface electrode 20 is formed on the fourth protective film 13 and in the opening. The surface electrode 20 is formed by applying an electrode material such as Al or Ag as a main material to the outermost surface of the cell body by screen printing. Alternatively, it is performed by depositing these electrode materials.

図２４に示す工程２１において、電極材料を積層したセル本体がアセトンなどの有機溶剤に浸漬される。第４の保護膜１３であるフォトレジストが有機溶剤に溶解され、第４の保護膜１３上に付着していた電極材料が第４の保護膜１３とともに除去される。この結果、第４の保護膜１３の開口部であった領域のみに選択的に電極材料が残る。こうして、コンタクト層３上に表面電極２０が形成される。こうして、セル本体を含む薄膜化合物太陽電池が補強材９の上に載った構造のものが得られる。   In step 21 shown in FIG. 24, the cell body on which the electrode material is laminated is immersed in an organic solvent such as acetone. The photoresist which is the fourth protective film 13 is dissolved in an organic solvent, and the electrode material adhering to the fourth protective film 13 is removed together with the fourth protective film 13. As a result, the electrode material selectively remains only in the region that was the opening of the fourth protective film 13. Thus, the surface electrode 20 is formed on the contact layer 3. Thus, a structure in which the thin film compound solar cell including the cell body is placed on the reinforcing material 9 is obtained.

図２５に示す工程２２において、薄膜化合物太陽電池から補強材９が剥離される。剥離方法としては、粘着材としてＵＶ剥離型の材料を用いている場合、ＵＶ照射装置によりＵＶ光を照射することによって、補強材９をセル本体から剥離する。また、粘着材として熱発泡型の材料を用いている場合、オーブンやホットプレートなどにより加熱することによって、補強材９をセル本体から剥離する。   In step 22 shown in FIG. 25, the reinforcing material 9 is peeled from the thin film compound solar cell. As a peeling method, when a UV peeling type material is used as the adhesive material, the reinforcing material 9 is peeled from the cell body by irradiating UV light with a UV irradiation device. In the case where a heat-foaming type material is used as the adhesive material, the reinforcing material 9 is peeled from the cell body by heating with an oven or a hot plate.

表面電極２０側の表面に図示しない反射防止膜を形成する。その後に、表面電極２０と反射防止膜とが焼成される。このように熱処理を施すことにより、コンタクト層３と表面電極２０との間の接触抵抗を低減することができ、さらに、コンタクト層３と表面電極２０および反射防止膜との間の密着性を向上させることができる。次に、図２６に示す工程２３において、それまで１枚のウエハ内で集合して作製されていた薄膜化合物太陽電池が複数の太陽電池素子に分離される。分離の方法としては、薄膜化合物太陽電池がステージに真空吸着などで固定され、メサエッチングにより形成された開口部がスクライバで切断される。このようにして、複数の太陽電池素子、すなわち、実施の形態１で説明したような薄膜太陽電池セルが得られる。   An antireflection film (not shown) is formed on the surface on the surface electrode 20 side. Thereafter, the surface electrode 20 and the antireflection film are baked. By performing the heat treatment in this way, the contact resistance between the contact layer 3 and the surface electrode 20 can be reduced, and the adhesion between the contact layer 3 and the surface electrode 20 and the antireflection film is improved. Can be made. Next, in step 23 shown in FIG. 26, the thin-film compound solar cells that have been assembled in a single wafer are separated into a plurality of solar cell elements. As a separation method, the thin film compound solar cell is fixed to the stage by vacuum suction or the like, and the opening formed by mesa etching is cut by a scriber. In this way, a plurality of solar battery elements, that is, the thin-film solar battery as described in the first embodiment is obtained.

本実施の形態における薄膜太陽電池セルの製造方法によれば、化合物半導体層の中に局所的に不都合な箇所が存在していたとしても、長期信頼性に優れ、安定的に電気エネルギーへの変換が図られる薄膜太陽電池セルを得ることができる。   According to the method for manufacturing a thin-film photovoltaic cell in the present embodiment, even if a locally inconvenient location exists in the compound semiconductor layer, it is excellent in long-term reliability and stably converted into electric energy. Can be obtained.

なお、基材８にポリイミドなどの高耐熱性のフィルムを用いることにより、フィルム自体が支持体の役目を果たす。本実施の形態で得られる薄膜太陽電池セルには、裏面電極７が存在する部分と、存在しない部分とが存在するが、基材８によって支持されているので、外力が加わっても薄膜太陽電池セルは割れにくい。薄膜太陽電池セルの反りは裏面電極の有無よりもフィルムの厚みによって定まるので、基材８としてのフィルムを形成する際に、フィルムの厚みをセル全体に厚みに応じて調節することにより、セルの反りを低減することができる。   In addition, by using a highly heat-resistant film such as polyimide for the substrate 8, the film itself serves as a support. The thin film solar cell obtained in the present embodiment has a portion where the back electrode 7 exists and a portion where it does not exist, but since it is supported by the base material 8, the thin film solar cell is applied even if an external force is applied. The cell is difficult to break. Since the warpage of the thin-film solar cell is determined by the thickness of the film rather than the presence or absence of the back electrode, when the film as the substrate 8 is formed, by adjusting the thickness of the film according to the thickness of the entire cell, Warpage can be reduced.

本実施の形態では、図１６に示した工程１３にてコンタクト層３を所定の形状に加工し、図２０に示した工程１７にて素子分割を実施した後に、図２４に示した工程２１にて表面電極２０を形成する順序に従って記載したが、順序はこれに限らない。たとえば素子分割を実施した後にコンタクト層３を所定の形状に加工し、その後で表面電極２０を形成してもよい。コンタクト層３を所定の形状に加工し、表面電極２０を形成した後で素子分割を実施してもよい。また、素子分割を実施した後に表面電極２０を形成し、表面電極２０をマスクにしてコンタクト層３を除去してもよい。表面電極２０を形成して、表面電極２０をマスクにしてコンタクト層３を除去した後に素子分割を実施してもよい。   In the present embodiment, the contact layer 3 is processed into a predetermined shape in the step 13 shown in FIG. 16, and the element is divided in the step 17 shown in FIG. 20, and then the step 21 shown in FIG. However, the order is not limited to this. For example, the contact layer 3 may be processed into a predetermined shape after the element division, and then the surface electrode 20 may be formed. The element division may be performed after the contact layer 3 is processed into a predetermined shape and the surface electrode 20 is formed. Alternatively, the surface electrode 20 may be formed after the element division, and the contact layer 3 may be removed using the surface electrode 20 as a mask. The element division may be performed after forming the surface electrode 20 and removing the contact layer 3 using the surface electrode 20 as a mask.

本発明が解決しようとする課題は、化合物材料特有の問題にとどまらず、自立型でない薄膜材料を用いた太陽電池セルで共通する課題であり、この課題の解決のためには本発明が有効である。   The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems peculiar to compound materials, but is a problem common to solar cells using thin film materials that are not self-supporting. The present invention is effective for solving this problem. is there.

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。   In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、薄膜太陽電池セルおよびその製造方法に利用することができる。   The present invention can be used for a thin-film solar battery cell and a manufacturing method thereof.

１ 基板、２ エッチングストップ層、３ コンタクト層、４ エミッタ層、５ ベース層、６ バッファ層、７ 裏面電極、８ 基材、９ 補強材、１０ 第１の保護膜、１１ 第２の保護膜、１２ 第３の保護膜、１３ 第４の保護膜、２０ 表面電極、３０ セル本体、１０１ 薄膜太陽電池セル。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate, 2 Etching stop layer, 3 Contact layer, 4 Emitter layer, 5 Base layer, 6 Buffer layer, 7 Back electrode, 8 Base material, 9 Reinforcing material, 10 1st protective film, 11 2nd protective film, 12 3rd protective film, 13th 4th protective film, 20 surface electrode, 30 cell main body, 101 thin film photovoltaic cell.

Claims (9)

少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、受光面側の第１主面および受光面とは反対側の第２主面を有するセル本体と、
前記セル本体の第１主面上に形成された第１電極と、
前記セル本体の第２主面上に形成された第２電極とを備え、
前記第１電極と前記第２電極とは、前記セル本体を平面的に見て、互いに重複しない位置に形成され、かつ前記第１電極と前記第２電極とが交互となる部分を有する、薄膜太陽電池セル。 A cell body having at least one PN junction and having a first main surface on the light receiving surface side and a second main surface opposite to the light receiving surface;
A first electrode formed on a first main surface of the cell body;
A second electrode formed on the second main surface of the cell body,
The first electrode and the second electrode are thin films that are formed at positions that do not overlap each other when the cell main body is viewed in a plan view, and have portions where the first electrode and the second electrode alternate. Solar cell. 前記セル本体および前記第２電極に接して沿うように配置され、前記セル本体を支持する基材を含み、前記第２主面の前記第２電極に覆われない部分と前記第２電極との段差よりも前記基材の受光面とは反対側の面における段差が小さい、請求項１に記載の薄膜太陽電池セル。   A portion of the second main surface that is disposed so as to be in contact with the cell main body and the second electrode, includes a base material that supports the cell main body, and is not covered with the second electrode, and the second electrode. The thin film photovoltaic cell according to claim 1, wherein a step on a surface opposite to the light receiving surface of the base material is smaller than the step. 前記基材は、ポリイミドを主材料とする、請求項２に記載の薄膜太陽電池セル。   The thin film photovoltaic cell according to claim 2, wherein the base material is mainly made of polyimide. 薄膜化合物太陽電池セルである、請求項１から３のいずれかに記載の薄膜太陽電池セル。   The thin film photovoltaic cell according to any one of claims 1 to 3, which is a thin film compound photovoltaic cell. 請求項１に記載の薄膜太陽電池セルの製造方法であって、
単結晶からなる半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の表面にエッチングストップ層を形成する工程と、
前記エッチングストップ層上に、コンタクト層、第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層および前記エミッタ層とＰＮ接合を形成するベース層を有するセル本体を形成する工程と、
前記セル本体上に局所的に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極に覆われていない前記セル本体上および前記第２電極上に前記セル本体を支持する基材を形成する工程と、
前記セル本体と前記半導体基板とを分離する工程と、
分離された前記セル本体の露出面に第１電極を形成する工程と含み、
前記第１電極と前記第２電極とが、前記セル本体を平面的に見て互いに重複しない位置に形成される、
薄膜太陽電池セルの製造方法。 It is a manufacturing method of the thin film photovoltaic cell according to claim 1,
Preparing a semiconductor substrate made of a single crystal;
Forming an etching stop layer on the surface of the semiconductor substrate;
Forming a cell body having a contact layer, an emitter layer made of a compound semiconductor of a first conductivity type, and a base layer forming a PN junction with the emitter layer on the etching stop layer;
Forming a second electrode locally on the cell body;
Forming a base material that supports the cell body on the cell body and on the second electrode not covered with the second electrode;
Separating the cell body and the semiconductor substrate;
Forming a first electrode on the exposed surface of the separated cell body; and
The first electrode and the second electrode are formed at positions that do not overlap each other when the cell body is viewed in plan view.
A method for manufacturing a thin-film solar cell. 前記基材は、ポリイミドを主材料とする、請求項５に記載の薄膜太陽電池セルの製造方法。   The said base material is a manufacturing method of the thin film photovoltaic cell of Claim 5 which uses a polyimide as a main material. 少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、受光面側の第１主面および受光面とは反対側の第２主面を有するセル本体と、
前記セル本体の第１主面上に形成された第１電極と、
前記セル本体の第２主面上に形成された第２電極とを備え、
前記第１電極と前記第２電極とは、前記セル本体を平面的に見て、互いに重複しない位置に形成され、かつ前記第１電極と前記第２電極とが交互となる部分を有し、かつ、前記セル本体を支持する基材が、前記第２主面上で前記第２電極が形成されない部分と前記第２電極上とに接して形成されている、薄膜太陽電池セル。 A cell body having at least one PN junction and having a first main surface on the light receiving surface side and a second main surface opposite to the light receiving surface;
A first electrode formed on a first main surface of the cell body;
A second electrode formed on the second main surface of the cell body,
Wherein the first electrode and the second electrode, a look at the cell body in a plane, are formed at positions that do not overlap each other, and have a portion between the first electrode and the second electrode is alternately And the base material which supports the said cell main body is formed in contact with the part on which the said 2nd electrode is not formed on the said 2nd main surface, and the said 2nd electrode, and is formed. 前記基材はポリイミドを主材料とする、請求項７に記載の薄膜太陽電池セル。   The thin film photovoltaic cell according to claim 7, wherein the base material is mainly made of polyimide. 薄膜化合物太陽電池セルである、請求項７または８に記載の薄膜太陽電池セル。   The thin film solar cell according to claim 7 or 8, which is a thin film compound solar cell.
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