JPH0291978A - 薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、アモルファスシリコン等の半導体膜を複数
の光電変換領域に分割し、上下電極膜を介して直列接続
させる薄膜太陽電池の製造方法に関し、特に上下電極膜
の分割部のリークを確実に防止できる薄膜太陽電池の製
造方法に関するものである。

［従来の技術］ 第４図は、例えば特開昭６２−３３４７７号公報に記載
された、従来の製造方法による薄膜太陽電池を示す断面
図であり、特開昭５９−９６７７８号公報又は米国特許
箱４，２８１，２０８号明細書等に記載された製造方法
の改良に関するものである。

図において、（１）はガラス等の透光性材料からなる絶
縁基板であり、１１〜５ｍｍの厚さ、並びに数１０ｃｍ
の幅及び長さを有している。（２）は絶縁基板（１）上
に形成された酸化インジウム錫（ＩＴｏ）等からなる透
明電極膜であり、　２０００人〜５０００人の厚さを有
している。（３）は透明電極膜（２）の幅方向に形成さ
れた５０μ１１１〜１００μ−幅の溝部であり、透明電
極膜（２）を複数の領域に分割している。

（４）及び（５）は透明電極１１！（２）上に溝部〈３
）と平行に形成された帯状の導電部材及び絶縁部材であ
り、例えば導電部材（４）は銀、絶縁部材（５）は耐熱
性の二酸化シリコンがらなり、それぞれ１０μ輸〜２０
μ面の厚さ、及び１００μｖＡ〜２００μ−の幅を有し
ている。

（６）は透明電極膜（２）、導電部材（３）及び絶縁部
材（４）上に形成されたＰＩＮ接合を有する半導体膜で
あり、例えばアモルファスシリコンがらなり、４０００
人〜７０００人の厚さを有している。

（７）は半導体膜（６）上に形成された金属電極膜であ
り、例えばアルミニウムにチタン又はチタン銀合金が積
層されており、４０００人〜２μ論の厚さを有している
。（８）は導電部材（４）に溶着接合された金属電極膜
（７）の溶融部であり、半導体１１！（６）を複数の光
電変換領域（光発電領域）に分割している。（９）は金
属電極Ｊｌｌ（７）及び半導体膜（６）を貫通して絶縁
部材（５）の上面まで形成された溝部であり、金属電極
膜（７）を複数の領域に分割している。

次に、第４図に示した従来の薄膜太陽電池の製造方法に
ついて説明する。

まず、絶縁基板（１）の上面に透明電極膜（２）を形成
し、この透明型ｇ！Ｊ［１（２）にエネルギビームを照
射して溝部（３）を形成し、透明電極膜（２）を所定幅
の複数の領域に分割する。このとき、エネルギビームと
しては、例えば波長が約１．０６μｍ且つスポット径が
約５０μ顛のＹＡＧレーザが用いられ、絶縁基板（１）
の裏面又は表面側から照射される。

次に、分割された透明電極膜（２）の各領域上に、溝部
（３）に近接して且つ溝部（３）と平行に導電部材（４
）及び絶縁部材（５）を１本ずつ形成する。このとき、
溝部（３）に近い側に導電部材（４）を配置し、導電部
材（４）としては銀ペーストを、絶縁部材（５）として
は二酸化シリコンペーストを用い、それぞれスクリーン
印刷法でパターニングした後、約５５０°Ｃで焼成する
。

次に、導電部材（４）及び絶縁部材（５）並びに透明電
極膜（２）の上面に光電変喚用の半導体膜（６）を形成
し、更に半導体膜（６）の上面に金属電極膜（７）を形
成する。

次に、導電部材（４）の上部に位置する金属電極膜（７
）の上面にエネルギビームを照射し、金属電極膜（７）
及び半導体膜（６）を溶融して溶融部く８）を形成し、
溶融部〈８）を介して金属電極膜（７）及び導電部材（
４）を溶着接合する。この結果、半導体ｆｙ４（６）は
、所定幅の複数の光電変換領域に分割される。

同様に、絶縁部材（５）の上部に位置する金属電極膜（
７）の上面にエネルギビームを照射し、金属電極膜（７
）及び半導体膜（６）に溝部（９）を形成して金属電極
膜（７）を所定幅の複数の領域に分割する。

こうして、半導体膜（６）は複数の光電変換領域に分割
され、且つ各光電変換領域の上下に金属電極膜（７）及
び透明電極膜（２）が分割形成される。

又、導電部材（４）及び溶融部（８）を介して、金属電
極膜（７）は一方向に隣接する光電変換領域の透明電極
ｌ１１（２）に結合され、透明電極膜（２）は他方向に
隣接する金属電極膜（７）に結合される。この結果、半
導体膜（６）の各光電変換領域は直列接続されることに
なる。従って、絶縁基板（１）ｆｌｌ！ｌがら入射する
光により各光電変ｔａ領領域光起電力を発生し、薄膜太
陽電池の両端から直列的に相加された電力が出力される
。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の薄膜太陽電池の製造方法は以上のように、透明電
極膜（２）の数１０倍〜数１００倍の膜厚を有する導電
部材（４）及び絶縁部材（５）の上に金属電極膜（７）
を形成しているので、急峻な段差に対してステップカバ
リッジ（ｓｔｅｐ　　ｃｏνｅｒａｇｅ）を十分満足さ
せるために、金属電極膜（７）の厚さを大きくする必１
（あった、従って、エネルギビームを照射しても金属電
極膜（７）が完全に蒸発揮散せず、金属の一部が溶融し
て直下の半導体Ｊ！！（６）に溶は込んだり、周囲に飛
散してリークが発生するという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、金属電極膜の分割工程におけるリーク等の悪
影響を確実に防止できる薄膜太陽電池の製造方法を得る
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る薄膜太陽電池の製造方法は、絶縁基板上
に金属電極膜を形成する第１の工程と、金属電極膜に溝
部を形成して金属電極膜を複数の領域に分割する第２の
工程と、金属電極膜上にＰＩＮ接合を有する半導体膜を
形成する第３の工程と、半導体膜上に透明電極膜を形成
する第４の工程と、透明電極膜上に溝部と平行に帯状の
導電部材及び絶縁部材を近接して形成する第５の工程と
、導電部材上に第１のエネルギビームを照射して、導電
部材とこの導電部材の直下の透明電極膜、半導体膜及び
金属電極膜とを溶融し、溶融部を介して透明電極膜と金
属電極膜とを接合する第６の工程と、絶縁部材上に第２
のエネルギビームを照射して、絶縁部材とこの絶縁部材
の直下の透明電極膜及び半導体膜との一部を除去し、透
明電極膜を複数の領域に分割する第７の工程とを備えた
ものである。

［作用］ この発明においては、悪影響を発生し易い金属型ｉｓの
分割工程を最初に実行し、その後、金属電極膜上に半導
体膜及び透明電極膜を形成し、最後に、透明電極膜上に
導電部材及び絶縁部材を形成してエネルギビームを照射
し、金属型ｆ！膜及び透明電極膜の接合工程並びに透明
電極膜の分割工程を実行する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による最終工程直前の薄膜太陽
電池を示す断面図、第２図はこの発明の一実施例により
完成されたｒｉ膜太陽電池を示す断面図であり、（１）
、（２）、（４）及び（６）は前述と同様のものである
。又、（３＾）、（５＾）、（７＾）、（８八）及び（
９八）は、それぞれ、（３）、（５）、（７）、（８）
及びく９）に対応している。

次に、第１図及び第２図を参照しながら、この発明の一
実施例について説明する。

ＬＬへ１１ まず、絶縁基板（１）上に金属電極膜（７＾）を形成す
る。この場合、絶縁基板（１）は、例えば厚さが０．８
ｍｍ、面積が２０ｃｍＸ　３０ｃ論のガラス基板であり
、金属電極Ｊｌ！ｌ（７＾）は、例えば厚さが約１００
０人〜３０００人のＳＵＳスパッタ膜である。尚、金属
電極膜（７＾）は、後述する最終工程（第６及び第７の
工程）におけるエネルギビームの照射に耐えられるだけ
の高い融点の金属であることが望ましい。

第」ｙと１１− 次に、金属電極膜（７＾）が下面となるように絶縁基板
（１）を保持し、絶縁基板（１）の上方からエネルギビ
ームを照射して金属電極膜（７＾）に幅方向の溝部（３
＾）を形成し、金属電極膜〈７＾）を所定幅の複数の領
域に分割する。このとき、溝部（３八）の周辺には、絶
縁基板（１）が存在するのみで他の材料が介在していな
いので、金属型ｆ！ｌ（７＾）の溶融による悪影響は全
く発生しない。

尚、ここで用いられるエネルギビームは、前述と同様に
、例えば波長が１．０６μｍのＹＡＧレーザであり、分
割後の金属型！＆膜（７＾）の領域幅は、面積が２０ｃ
ｎ　Ｘ　３０ｃｍの絶縁基板（１）に対して、７ＩＩｌ
ｔ向〜１５Ｉである。

又、溝部（３＾）を形成する場合、金属電極膜（７八）
が上面となるように絶縁基板（１）を保持し、絶縁基板
（１）の上方又は下方からエネルギビームを照射しても
よいが、金属蒸気が重く蒸散し難く、且つ溶融した金属
が周辺に飛散し易いため、きれいな溝部（３＾）を形成
することは難しい。

１１へ！１ 次に、絶縁基板（１）上全面の金属型ｆｌ！膜（７八）
上に、ＰＩＮ接合を有するアモルファスシリコンからな
る半導体膜（６）を形成する。ここで、半導体膜（６）
は、金属電極＃（７＾）側からＮ層、■屑及びＰ層の順
に、Ｐ−ＣＶＤ法により形成され、成膜後の厚さはＮＩ
ＰＩｍ合わせて３０００人〜６０００人である。

第Ａ３ケエ」１ 続いて、半導体１１１（６）上に、ＩＴＯからなる厚さ
約２０００人の透明電極膜（２）をスパッタ法により形
成する。このとき、透明電極膜（２）の下層には、溝部
（３＾）が存在するのみで著しい段差がないので、ステ
ップカバリッジの問題は全く発生しない。

ＬＬへｌｌ そして、透明電極膜（２）上に、溝部（３＾）と平行に
帯状の導電部材（４）及び絶縁部材（５八）を近接して
形成する。このとき、金属電極膜（７＾）の分割領域の
各一端に対応して、溝部（３＾）に近い側に導電部材（
４）が、又、この導電部材（４）と平行に絶縁部材（５
＾）が、それぞれ１本ずつ形成される。

導電部材（４）は、例えば銀ペーストをスクリーン印刷
法で塗布した後に焼成することにより形成され、絶縁部
材（５＾）は、例えばポリイミド樹脂をスクリーン印刷
法により塗布することにより形成される。又、導電部材
（４）及び絶縁部材（５＾）の寸度は、それぞれ、幅が
約１００μ鏑〜２００μ蹟、厚さが約１０μ輪〜２０μ
階である。

ｌ［匹Ｌ１ 最後に、導電部材（４）上に第１のエネルギビームＬ１
を照射して（第１図参照）、導電部材（４）と、この導
電部材（４）の直下の透明電極膜（２）及び半導体膜（
６）を溶融混合し、更に、その直下の金属電極膜（７＾
）の一部を溶融する（第２図参照）。

コノトキ、導電部材（４）、透明型ｗ：１ｒＰＡ（２）
及び半導体膜（６）の溶融混合物により形成される溶融
部（８＾）は、はとんどが導電部材（４）の組成即ち銀
で構成されており、大きな導電性を示す、従って、溶融
部（８＾）を介して透明電極Ｍ（２）と金属電極膜（７
＾）とは溶着接合される。又、これにより、半導体膜（
６）は、複数の光電変換領域に分割される。

尚、第１のエネルギビームＬ１は、例えば、波長が１．
０６μ−のＹＡＧパルスレーザである。

第７ｆ１．二１− 又、絶縁部材（５＾）上に第２のエネルギビームし２を
照射して（第１図参照）、絶縁部材（５＾）の中央部に
約５０μｍ幅の分割溝（９＾）を形成すると共に、絶縁
部材（５八）の直下の透明電極膜（２）を、約５０μ鹸
幅に亘って除去する（第２図参照）、このとき、図示し
たように、透明型ｆｉｌｌ！（２）の直下に位置する半
導体膜（６）の一部又は全部を透明電極膜（２）と共に
除去してもよい、この結果、透明電極膜（２）は所定幅
の複数の領域に分割される。

又、第２のエネルギビームＬ２の照射部においては、絶
縁部材（５＾）及び透明電極膜（２）が蒸散すると共に
、周辺の絶縁部材（５＾）が溶融されて分割溝（９＾）
の一部を埋める。従って、もし、第２のエネルギビーム
Ｌ２の照射部の透明電極膜（２）が完全に除去されずに
部分的に残っていたとしても、圧倒的に量の多い絶縁部
材（５＾）の溶融物と混合されるので、分割された透明
電極膜（２）の各領域間は、リークが発生することがな
く電気的に高絶縁状態が保たれる。

尚、第２のエネルギビームＬ２は、絶縁部材（５＾）と
共に透明電極膜（２）の一部を除去することのみを目的
としているため、第１のエネルギビームＬｌよりエネル
ギ量が小さく設定されており、例えば波長が１０．６μ
鰺の炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ、又は波長が１．０６μ
糟のＹＡＧパルスレーザである。

以上の最終工程（第６及び第７の工程）は、各エネルギ
ビームＬ１及びＬ２のエネルギ量を同時に制御すること
ができれば、同時に実行してもよい。

こうして、半導体膜（６）の各光電変換領域の上下には
、それぞれ分割された金属電極膜（７＾）及び透明電極
膜（２）の各分割領域が対応して配置され、且つ、金属
電極［（７Ａ）の各分割領域は、一方向に隣接する光電
変換領域上の透明電極膜（２）の分割領域に溶融部（８
＾）を介して電気的に結合される。

従って、前述と同様に、１枚の絶縁基板（１）上に、複
数の光電変換領域（光発電領域）が直列接続された薄膜
太陽電池が形成される。この場合、外部光は透明電極膜
（２）側から各光電変換領域に入射される。

尚、上記実施例では、分割される各領域幅が７１１１ｆ
ｉ〜１５ＩＩＩｍの場合について説明したが、領域幅を
２０１〜５０ｍｍにすることもできる。この場合、透明
電極膜（２）の各分割領域毎の抵抗成分が増大するので
、これを抑制するため、第３図のように、導電部材（４
）と一体の櫛形電［！　（１０）を複数本設けられる。

櫛形電極（１０）は、透明電極膜（２）の幅方向に対し
て直角方向に延長され、又、幅が約５０μＩＩｌ〜１０
０μｍ、且つ隣接間隔が約５１〜１０＠輪に設定されて
おり、外部光の入射を妨げないようになっている。

又、絶縁部材（５＾）として透光性材料を用いれば、絶
縁部材（５＾）の直下の半導体膜（６）にも光が入射す
るので、光発電に寄与する太陽電池の有効面積が向上す
る。

更に、絶縁基板（１）がガラス基板の場合について説明
したが、溝部（３＾）を形成する第２の工程において、
金属電極膜（７＾）の表面側からエネルギビームを照射
する場合は、絶縁基板（１）が不透明材料であってもよ
い。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、絶縁基板上に金属電極
膜を形成する第１の工程と、金属電極膜に溝部を形成し
て金属電ｆｉ！膜を複数の領域に分割する第２の工程と
、金属電極膜上にＰＩＮ接合を有する半導体膜を形成す
る第３の工程と、半導体膜上に透明電極膜を形成する第
４の工程と、透明型ＷＩＷ：４上に溝部と平行に帯状の
導電部材及び絶縁部材を近接して形成する第５の工程と
、導電部材上に第１のエネルギビームを照射して、導電
部材とこの導電部材の直下の透明電極膜、半導体膜及び
金属型［！膜とを溶融し、溶融部を介して透明電極膜と
金属電ｆｉ！膜とを接合する第６の工程と、絶縁部材上
に第２のエネルギビームを照射して、絶縁部材とこの絶
縁部材の直下の透明電極膜上導体膜との一部を除去し、
透明電極膜を複数の領域に分割する第７の工程とを設け
、悪影響を発生し易い金属電極膜の分割工程を最初に実
行し、透明電極膜上に導電部材及び絶縁部材を形成して
エネルギビームを照射する工程を最後に実行するように
したので、′ステップカバリッジの問題を解消すると共
に、−ヒ下電極膜の各分割部のリークを確実に防止でき
る薄膜太陽電池の製造方法が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の最終工程直前の薄膜太陽
電池を示す断面図、第２図はこの発明の一実施例により
完成された薄膜太陽電池を示す断面図、第３図はこの発
明の他の実施例の最終工程直前の薄膜太陽電池を示す断
面図、第４図は従来の製造方法により完成された薄膜太
陽電池を示す断面図である。 （１・・・絶縁基板　　　　（２）・・・透明電極膜（
３Δ・・・溝部　　　　　　（４）・・・導電部材（５
＾・・・絶縁部材　　　　（６）・・・半導体膜（７＾
・・・金属電極膜　　　（８＾）・・・溶融部（９＾・
・・分割溝 Ｌｌ・・・第１のエネルギビーム Ｌ２・・・第２のエネルギビーム 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 児１図 χ２図 ９Ａ−一分割Ｓ幕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 絶縁基板上に金属電極膜を形成する第１の工程と、 前記金属電極膜に溝部を形成して前記金属電極膜を複数
   の領域に分割する第２の工程と、 前記金属電極膜上にＰＩＮ接合を有する半導体膜を形成
   する第３の工程と、 前記半導体膜上に透明電極膜を形成する第４の工程と、 前記透明電極膜上に前記溝部と平行に帯状の導電部材及
   び絶縁部材を近接して形成する第５の工程と、 前記導電部材上に第１のエネルギビームを照射して、前
   記導電部材とこの導電部材の直下の前記透明電極膜、前
   記半導体膜及び前記金属電極膜とを溶融し、溶融部を介
   して前記透明電極膜と前記金属電極膜とを接合する第６
   の工程と、 前記絶縁部材上に第２のエネルギビームを照射して、前
   記絶縁部材とこの絶縁部材の直下の前記透明電極膜及び
   前記半導体膜との一部を除去し、前記透明電極膜を複数
   の領域に分割する第７の工程と、 を備えた薄膜太陽電池の製造方法。