JPH04120773A - 薄膜太陽電池の素子構造 - 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】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は、１基板上に複数個の発電領域が接続されて成
る薄膜太陽電池の素子構造に関する。

（ロ）　従来の技術 アモルファスシリコン太陽電池で代表される薄膜太陽電
池は、基板材料にガラスなどの安価な材料が使用できる
ことや、その半導体材料の形成方法が比較的大面積の形
成に適していること、さらには、パターン形状の工夫に
より１つの基板から高電圧が得られることなど、から広
く普及している。

然し乍ら、１基板から高電圧を得る所謂集積型薄膜太陽
電池では、工程上、半導体薄膜や金属膜、さらには透明
導電膜等を微細にパターニングする必要があるため、そ
のパターニング精度が太陽電池の効率に大きな影響を及
ぼすことになる。

前記集積型薄膜太陽電池については、特公昭６１−２６
０６８３号公報に詳しく記載されている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 第５図は、従来の集積型薄膜太陽電池の素子構造である
。この太陽電池では、まず、ガラス等の透光性絶縁基板
（ＩＩ）上にＩＴＯやＳｎＯ，膜等の透明導電膜を蒸着
法やスパッタ法などの形成法により被着し、第１電極（
１２）とする。

次に、第１電極（１２）上に　プラズマＣＶＤ法等によ
る周知の方法により半導体膜（１３）である非晶質シリ
コンをＰ層、１層そしてＮ層の順で重畳形成する。この
際、相隣接する発電領域を電気的に接続するため、前記
第１ｔ極（１２）の一部に半導体膜（１３）から露出す
る部分、即ち露出部（１２ａ）が設けられるように、該
半導体膜（１３）をパターニングする。次に、半導体膜
（１３）上に、第２電極としての金属膜（１４）を形成
する。第２電極のパターニングは、隣接する発電領域を
電気的に接続するように第１電極（１２）の前記露出部
（１２ａ）と接触するように行う。最後に、太陽電池を
保護するための保護膜（１５）をコートする。

このような構造で問題となる部分としては、前述の第１
ｔ［ｉの露出部（１２ａ）がある。この露出部は、上記
電気的接続を十分に確保するため、十分な面積を取る必
要があるものの、その一方、かかる面積の増加は、太Ｆ
ｊ％を池の変換効率の低下を弓き起こす。

さらに問題となる部分として、半導体膜（１３）の一部
に第２電極で被われない露出部（１３ａ）が発生するこ
とである。露出部（１３ａ）は、第２を極（１４）と第
１電極（１２）との間のショートを防止するために、十
分大きくする必要がある。しかしながら、かかる半導体
膜（１３）の露出２部（１３ａ）中で発生した光キャリ
ヤは、前記画電極（１４）（１２）に該半導体膜（１３
）が挟まれていないために、十分外部に取り出されず、
結局、太陽電池の変換効率の低下を引き起こすことにな
る。

以上のような各露出部（１２ａ）（１３ａ）を通常、デ
ッドエリアと称している。

従って、前記変換効率を向上させるには、太陽電池の構
造面において、前記デッドエリアを極力少なくすること
が必要である。

本発明は、かかる課題に鑑み、従来のエツチング工程に
よるパターニングを不要とするとともに、前記デッドエ
リアを極めて小さくし得る薄膜太陽電池の素子構造を提
供するものである。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明の薄膜太陽電池の素子構造の特徴とするところは
、第１図で示される実施例によれば支持基板（１）上に
形成された第１の導電膜（５）、光感度を有する半導体
膜（６）、第２の導電膜（７）をこの順序で重畳形成さ
れて成る、多数個配列された発電領域（８）、隣り合う
前記第１導電膜（５）と前記第２の導電膜（７）を接続
する接続部材（３）、前記接続部材と一方の発電領域の
間に埋設された第１の絶縁膜（２）、前記接続部材と他
方の発電領域の間に埋設された第２の絶縁膜（４）を具
備した薄膜太陽電池に於て、 前記第１の絶縁膜（２）の高さは、前記第１の導電膜（
５）と前記半導体膜（６）との膜厚の和よりも十分大き
く、且つ前記第２の絶縁膜（４）の高さは、前記第１の
導電膜（５）と半導体膜（６）及び第２の導電膜（７）
の膜厚の和よりも十分大きいことにある。

（ホ）作用 前述のように　前記接続部材と前記半導体膜との間に配
置された第１の絶縁膜の高さを前記第１の導電膜と前記
半導体膜それぞれの膜厚の和よりも大きいものとするこ
とによって、これら膜をパターニングすることができる
。即ち、前記第１の絶縁膜をパターン化した後に　前記
第１の導電膜と前記半導体膜を形成すると、これら膜は
、いずれも当該絶縁部材の高さに基ずく段差により、断
線（以下簡単のためこの現象を「膜切れ」と称する）が
発生する。

さらに、同様に　第２の絶縁膜の高さを、前記第１の導
電膜、前記半導体膜及び第２の導電膜の夫々の膜厚の和
よりも大きく設定することによって、これら膜は、前記
第２の絶縁膜の段差により「膜切れ」現象を生じる。

このため、通常のエツチングによるパターニングと同様
な効果を　この「膜切れ」現象を利用することによって
得ることができる。この結果、前記絶縁部材の極近傍ま
で、太陽電池の発電領域とすることができる。

（へ）　実施例 第１図乃至第４図は、本発明薄膜太陽電池の１実施例を
示す素子構造図で、その太陽電池を製造工程別に示した
ものである。

第２図に示される第１工程では、ガラスや石英等からな
る透光性の支持基板（１）上に第１の絶縁膜（２）とし
て絶縁性ペーストをスクリーン印刷法によってパターン
形成する。具体的な材料としては、Ｓｉｎ、などのペー
スト性絶縁物を用いる。実施例では、前記第１の絶縁膜
（２）の線幅を３０μｍ、その膜厚を１μｍとした。前
記膜厚は、後工程で成膜する第１の導電膜及び半導体膜
に「膜切れ」を生じさせるのに十分なものであればよい
。

第３図に示される第２工程では、後工程で形成される発
電領域間を接続するため断面がＬ型の接続部材（３）を
形成する。この接続部材（３）は、スフノーン印刷法に
よって、前記第１の絶縁膜（２）の一方の側壁と接する
ようにパターン形成する。この接続部材（３）の代表的
な材料としては、銀ペーストがある。前記り型の線幅は
７０μｍとし、その膜厚は、前記り型の内、凸状の厚い
部分を約１〜２μｍとし、薄い部分を約０．５μｍとし
た。

次に第４図に示される第３工程では、第１工程で説明し
た方法と同様の方法により、接続部材（３）の前記凸状
の側壁に接するように第２の絶縁膜（４）を形成する。

第２の絶縁膜（４）の膜厚の設定に際しては、該第２の
絶縁膜（４）の支持基板（］）の表面からの高さを、そ
の段差により後工程で形成する第１の導電膜（５）、半
導体膜（６）及び第２の導電膜（７）に「膜切れ」を生
じさせるように設計する。

そのため、上記高さを前記第１の導電膜（５）。

半導体膜（６）、第２の導電膜（７）のそれぞれの膜厚
の和よりも大きくなるように設計する。実施例では、前
記絶縁部材（４）の膜厚は４μｍとし、その線幅は３０
μｍとした。

最後に第１図に示された第４工程では、ＩＴＯやＳｎｏ
！膜などの透明導電膜からなる第１の導電膜（５）、非
晶質シリコンなどの光感度を有する半導体膜（６）及び
金属膜からなる第２の導電膜（７）を順次、積層形成す
る。これにより、発電領域（８）が形成される。

第１の導電膜（５）は、スパッタ法や熱ＣＶＤ法などに
よって形成される透明導電膜であり、第２の導電膜（７
）は、蒸着法などで形成されたＡＩ　（アルミニュウム
）やＡｇ（ｉｉ）などである。前記非晶質シリコンは、
プラズマＣｖＤ法やスパッタ法によって形成される通常
の半導体膜である。

実施例では第１の導電膜（５）を０．５μｍ、半導体膜
（６）を０．５μｍ、第２の導電膜（７）を２７１ｍと
することにより、これらの和を３μｍとし、前記第２の
絶縁膜（４）の高さ４μｍよりも小さくなるように設定
した。

斯る第４工程では、本発明の特徴である、第１及び第２
の絶縁膜（２）（４）の高さによる段差によって、第１
の導電膜（５）、半導体膜（６）及び第２の導電膜（７
）に「膜切れ」を生ぜしめることによって、パターニン
グを行うものである。この場合、接続部材（３）の凸部
にも前記「膜切れ」に伴うこれら膜の一部が残存するが
、前記段差が十分であるために、前記接続部材（３）と
第２の導１１１！（７）との接続に何ら支障はない。

又、本発明における第１及び第２の絶縁膜（２）（４）
は、絶縁すべき部分の、配列された、一方の発電領域の
第１の導電膜（５）と接続部材（３）との間、あるいは
、他方の発電領域の第２の導電膜（７）と接続部材（３
）との間に夫々充填されるとともに、両方の発電領域の
半導体膜（６）と接続部材（３）との間にも充填されて
いる。これは、接続部材（３）と前記半導体膜（６）と
の接触により、該半導体薄膜の側壁でリーク電流が流れ
ることを防止するためである。

本実施例による１０ｃｍＸ１０ｃｍの基板上に形成され
た集積型薄膜太陽電池の代表的な出力特性として、９９
０ｍＷのものが得られた。これは、従来のパターニング
を必要とする薄膜太陽電池の特性値９００ｍＷと比較し
て、十分な変換効率の向上である。

このように、本発明による薄膜太陽電池の素子構造によ
れば、素子を構成する薄膜の膜厚を制御することにより
、当該薄膜太陽電池の電極及び半導体層を従来のエツチ
ングによるパターニングを行うことなく集積型薄膜太陽
電池を形成し得る。

従って、前述の如きデッドエリアを極めて小さくするこ
とができ、薄膜太陽電池の変換効率の向上が計れる （ト）　　発明の効果 本発明の薄膜太陽電池の素子構造によれば、その素子を
構成する薄膜の膜厚を制御することにより、当該薄膜太
陽電池の電極及び半導体層を従来のエツチングによるパ
ターニングを行うことなく集積型薄膜太陽電池を得るこ
とができる。

又、本発明薄膜太陽電池によれば、発電に寄与しない部
分が占める面積の割合が極めて小さくすることができ、
太陽電池の変換効率の向上が計れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明薄膜太陽電池の素子構造を説明するため
の素子構造断面図、第２図乃至第４図は前記素子構造の
製造工程を説明するための製造工程別断面図、第５図は
従来の薄膜太陽電池の素子構造断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）支持基板上に形成された第１の導電膜、光感度を
   有する半導体膜、第２の導電膜をこの順序で重畳形成さ
   れて成る、多数個配列された発電領域、隣り合う前記第
   １導電膜と前記第２の導電膜を接続する接続部材、前記
   接続部材と一方の発電領域の間に埋設された第１の絶縁
   膜、前記接続部材と他方の発電領域の間に埋設された第
   ２の絶縁膜、を具備した薄膜太陽電池の素子構造に於て
   、前記第１の絶縁膜の高さは、前記第１の導電膜と前記
   半導体膜との膜厚の和よりも十分大きく、且つ前記第２
   の絶縁膜の高さは、前記第１の導電膜と半導体膜及び第
   ２の導電膜の膜厚の和よりも十分大きいことを特徴した
   薄膜太陽電池の素子構造。