JPH0472392B2 - - Google Patents

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JPH0472392B2
JPH0472392B2 JP56085541A JP8554181A JPH0472392B2 JP H0472392 B2 JPH0472392 B2 JP H0472392B2 JP 56085541 A JP56085541 A JP 56085541A JP 8554181 A JP8554181 A JP 8554181A JP H0472392 B2 JPH0472392 B2 JP H0472392B2
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    • Y10S438/94—Laser ablative material removal

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は太陽電池に関し、特に直列接続型太
陽電池および直列接続タンデム接合型太陽電池の
製造法に関する。
光起電力装置すなわち太陽電池は太陽輻射を有
用な電気エネルギに変換することができるが、こ
のエネルギ変換は太陽電池の分野で光起電力効果
として知られているものの結果として生ずる。す
なわち太陽電池に入射した太陽輻射は半導体材料
の能動領域に吸収されて電子と正孔を発生する。
この電子と正孔は太陽電池内の整流接合のような
内蔵電界により分離され、これによつて電池の光
電圧および光電流を発生する。
太陽電池の面積が大きくなるとその太陽輻射入
射電極の直列抵抗もまた増大し、太陽による電池
の照射中に発生する電流を取出すためにグリツド
電極を大きく複雑にする必要が生じる。太陽電池
素子を細長い条片状に製作してこれを直列に接続
するとグリツド形状の複雑化の要求が軽減される
が、今まで直列接続型または直列接続タンデム接
合型の太陽電池素子の薄い細条を作るには、長時
間の写真食刻処理が必要であつた。この写真食刻
処理はしばしば半導体材料にピンホールを生成
し、これが太陽電池の一部または全体の不良や劣
化の原因となつていた。また写真食刻法は大量連
続処理には適用困難で、直列接続型太陽電池の製
造原価を極めて上昇させる。このため数多くの液
体処理段階を用いない直列接続型および直列接続
タンデム接合型太陽電池素子の製造法が極めて望
まれる。
次に、この発明による、直列接続型および直列
接続タンデム接合型の太陽電池をレーザ罫書きを
用いて製造する方法を説明する。この方法は特に
透明基板上に被着された透明導電性酸化物（以後
TCOと呼ぶ）をレーザビームで罫書いてその部
分に基板の表面を露出させる１群の間隙を形成し
て複数の細条にした後、その透明基板とTCO細
条の上に半導体材料を被着するものである。その
TCOが装置の上部接触を形成する。次に、この
装置を上記の罫書き位置に隣接してかつ平行に再
びレーザビームで罫書いて、下のTCOを傷つけ
ることなくその半導体材料層中に１群の間隙を形
成して同層を細条に分割し、然る後TCOと半導
体材料の細条の全面に背面金属接触を設け、最後
に最初２回のレーザビームによる罫書き（以下、
レーザ罫書きという）に平行に隣接ししかも適当
に離してこの接触のレーザ罫書きまたは切断を行
なつて１群の背面電極細条を形成し、直列に接続
された装置を得る。直列接続型太陽電池とタンデ
ム接合型太陽電池の各パネルを並列に接続して任
意の電圧電流を得ることができる。この太陽電池
の製造に用いる半導体材料、透明導電性酸化物
（TCO）および背面電極は、積層された各層を１
つのレーザでそのエネルギを低下させつつ罫書く
ことができるように、または波長を異にする複数
のレーザを使つて他の層に影響なく１つの層だけ
を罫書くことができるように、選ぶ。他の層に影
響なく１つの層だけを罫書くために、たとえば、
時間が約10〜20ナノ秒と極めて短くかつパルス周
波数が約0.2〜5MHzと高いレーザパルスを使用す
ることもできる。
以下添付図面を参照しつつこの発明をさらに詳
細に説明する。
第１図は互いに接続された複数個のタンデム接
合型太陽電池素子から成るタンデム接合型太陽電
池完成品の断面図を示す。タンデム接合型太陽電
池１０は基板３２上に直列に接続された一連のタ
ンデム接合型太陽電池素子２０，２１，２２を含
んでいる。この電池素子は例えば米国特許第
4064521号或いは1979年８月28日付米国特許願第
70513号（特開昭56−33889号公報対応）および
1980年１月４日付米国特許願第109637号（米国特
許第4272641号）の各明細書記載の水素化無定形
シリコン材料で製造することができる。無定形シ
リコンはまた水素とシランにハロゲンのような変
性剤を加えて製することもでき、或いは蒸着また
はスパツタしたシリコンまたはCdS，CdSe，
CdTe，Cu2Ｓ等の他の半導体材料を使用するこ
ともできる。
各タンデム接合型太陽電池素子２０，２１，２
２は入射電極となる透明導電性酸化物（TCO）
細条３４と、トンネル接合４０で隔てられた半導
体材料の２つ以上の能動層３８，４２を含んでい
る。これらの能動層は、それぞれ能動層３８ａ，
３８ｂ，３８ｃと、これと導電型の異なる能動層
４２ａ，４２ｂ，４２ｃとより成る。これらの半
導体層およびトンネル接合を総称して能動領域４
３ということにする。この能動領域４３はその領
域内の整流接合すなわちPN接合または表面の整
流接合すなわちシヨツトキ障壁を有し、半導体材
料の１枚の層または上述のように複数層から成り
得る。このタンデム接合型太陽電池素子は背面電
極４４と直列導体４６に接続されている。
レーザ罫書きはTCO層３４と半導体層３８，
４２を細条に形成するのに用いられる。TCOの
細条は半導体材料の細条に隣接してこれに平行で
ある。レーザ罫書き法はまた半導体材料３８のた
だ１つの能動領域の細条群が直列に接続された太
陽電池構体の製造に用いることもできる。透明入
射電極、半導体材料および背面電極材料はこの装
置を単一波長で入射電極の罫書きに要するエネル
ギから順次低くなる可変エネルギのレーザビーム
で罫書きし得るように選択すべきである。これら
の材料はまたある周波数のレーザ光で例えば無定
形シリコンのような１種の材料の罫書きはできる
がTCOのような他の材料の罫書きができないよ
うに選択することもできる。
太陽電池素子完成品１０の構成を述べたが、次
に第２ａ図ないし第２ｆ図についてその製造工程
を説明する。この工程の説明は水素化無定形シリ
コン太陽電池の製造について行う。
第２ａ図はガラス、プラスチツク等の基板３２
を示す。第２ｂ図はこの基板３２に入射電極とし
て酸化インジウム錫、酸化錫等のTCO材料３４
を被着したところを示す。このTCOは蒸着、ス
パツタその他当業者に公知の方法で被着する。ま
た酸化錫等の透明電極材料で被覆されたガラス基
板３２を市販で入手することもできる。透明導電
性電極材料３４の厚さは約6.5nm、面抵抗は約
150Ω／□以下、できれば約100Ω／□以下とする
必要がある。
第２ｃ図に示すようにTCO層３４を持つ基板
３２をレ−ザ罫書きすることによりTCO３４中
に基板３２の面を露出する１群の間隙を設けて複
数のTCO細条にする。このレーザはTCO材料を
罫書きし得る任意のものでよく、例えば平均出力
約4.5WのＱ切換モードで動作してパルス周波数
約36KHzで波長1.06μの光を発射する罫書き速度
約20cm／秒の連続励起式ネオジムYAGレーザと
することができる。
次に第２ｄ図に示すように、その入射出細条上
に能動領域４３を被着する。このTCO層３４と
能動半導体領域４３を持つ基板３２に再び第２ｅ
図に示すように前の罫書きに隣接してそれに平行
に透明電極までレーザ罫書きして１群の間隙を形
成し、複数の能動領域細条を作る。水素化無定形
シリコンやサーメツトをTCO細条３４までこれ
を傷付けないように罫書くには、例えばパルス周
波数36KHzで動作する罫書き速度20cm／秒の
1.06μ連続励起式ネオジムYAGレーザを出力1.7W
に調節したもので充分である。
次に第２ｆ図に示すように、チタン、アルミニ
ウム、インジウム等の背面電極材料のこの太陽電
池素子細条上に例えば基板３２の面の垂線に対し
て約30°乃至45°方向から斜めに蒸着し、各素子を
直列に接続する細条４６を形成する。最後にこの
太陽電池構体に公知の方法で接触５２，５４を接
続する。
また背面電極材料を第３ａ図に示すように半導
体材料細条の背面全体に亘つて公知の方法で蒸
着、スパツタまたは被着した後、第２ｅ図の溝す
なわち、間隙を形成するレーザ罫書きに平行にレ
ーザ罫書きを行い、第３ｂ図のように第２ｅ図の
溝に隣接した溝を形成することもできる。半導体
またはTCOの層を切らずに背面電極を罫書いて
溝を形成するには、同じパルス周波数および罫書
き速度で出力約1.3Wの連続励起式ネオジムYAG
レーザの罫書きで充分である。この方法は横幅方
向の面抵抗が充分高く、例えば1010Ω／□以上あ
り、隣の半導体細条の２つの壁面に接する背面電
極が例えば水素化無定形シリコンやサーメツト等
の電池素子を短絡しないような半導体材料に適用
することができる。能動領域の形成に半導体材料
その他の面抵抗の低い材料を用いるときは、細条
を直列に接続する前にその能動領域の端縁を適当
な誘電材料で遮蔽する必要がある。
次にこの発明を例をあげて説明するが、この発
明の細部に限定されないことを理解すべきであ
る。当業者に自明の改変はすべてこの発明の技術
的範囲に属する。
例 １ トリプレツクス・ガラス社（Triplex Glass
Co. Ltd.）製の厚さ約250nm、面抵抗約10Ω／□
の酸化インジウム錫被覆7.6×7.6cmガラス基板
を、出力4.5W、パルス周波数36KHz、罫書き速
度20cm／秒、レンズ焦点距離約27mmのＱ切換型ネ
オジムYAG連続励起式レーザで罫書きして、幅
約５mmの酸化インジウム錫細条間に幅約0.02mmの
溝を形成した。下層のガラスは点々と深さ数100
Åまで僅かに熔融した。レーザ罫書き後その罫書
き領域の導電性を測定したところ、僅かに導電性
があることが判つた。この基板を濃塩酸１部と水
２部の溶液に45秒間浸漬してその僅かに導電性が
ある領域を除去した。
然る後米国特許第4167051号明細書記載の方法
によりこの基板および酸化インジウム錫細条の上
に、白金約12％容を含む厚さ約15nmのPtSiO2サ
ーメツト層と、厚さ約36nmのP+型水素化無定形
シリコン層と、厚さ約590nmの未ドープ水素化無
定形シリコン層と、厚さ36nmのN+型水素化無定
形シリコン最終層とを含む能動半導体領域を被着
した。
この無定形シリコンは、シリコン、水素および
適当な導電型変更剤を含む雰囲気中のグロー放電
により被着した。またサーメツトは、PtとSiO2
の同時スパツタにより形成した。
この能動半導体領域を上述のレーザで罫書きし
て最初のレーザ罫書きから位置をずらしてそれに
平行は溝をその領域に形成した。このレーザは出
力1.7W、焦点距離48mm、前記同様のパルス周波
数および罫書き速度で動作させた。罫書き溝の幅
は約0.03mmであつた。罫書き深さは酸化インジウ
ム錫に達していたが、これに食込むことはなかつ
た。
次にこの細条、能動領域および透明基板を厚さ
約100nmのチタン背面電極で被覆し、これに電力
約1.3W、焦点距離約75mm、パルス周波数および
罫書き速度上記の通りで働かせたレーザにより第
３回の罫書きを行い、前の罫書きに隣接して平行
な溝を形成した。この電極の端部に銀エポキシセ
メントで銅リボンを接着し、最後に各電池素子に
5Vの逆バイアスを印加して短絡及び分路を除去
した。
この手順で製造した電池素子をAM1太陽光と
等価の強度を持つ光を用いて試験した。この素子
12個から成る太陽電池はVOC9.3Vで１素子に付約
0.775V、短絡電流JSC約5.3mA／cm2、フイルフア
クタFF約0.51、効率約2.1％であつた。
例 ２ 例１で述べた手順に従つて直列接続型太陽電池
を製造したが、この場合は背面接触金属をインジ
ウムとし、これを酸化インジウム錫層に沿つて半
導体装置の能動領域に蒸着した。次に出力1.3W
のレーザを用いてこのインジウム層に水素化無定
形シリコン材料にレーザ罫書きした溝に隣接して
それに平行に溝を罫書いた。電極を取付け、短絡
を除去した後、この細条型電池素子を10個直列連
結した太陽電池を約AM1の太陽光の強度を持つ
試験光に露出したとき、開路電圧7.9V、短絡電
流4.6mA／cm2、フイルフアクタ0.51、効率1.9％を
示した。
例 ３ 面抵抗約10Ω／□の酸化インジウム錫被膜を持
つ7.6×7.6cmのガラス基板に例１で述べた手順で
レーザ罫書きを行つた。
次にこの基板と酸化インジウム錫の細条の上に
白金サーメツトと、無定形シリコン層と、トンネ
ル接合と、第２の無定形シリコン層とから成るタ
ンデム接合構体を被着した。サーメツトの厚さは
約7.5nm、であつた。この白金サーメツト上にＰ
型領域を持つ厚さ約30nmの第１の無定形シリコ
ン層と、厚さ約76nmの真性領域と、厚さ約38nm
のＮ型領域とを被着し、その無定形シリコン層上
に厚さ約7.5nmの白金サーメツトのトンネル接合
を被着し、このトンネル接合上に厚さがそれぞれ
30nm，408nm，45nmのＰ型領域、真性領域およ
びＮ型領域を被着した。無定形シリコン領域はグ
ロー放電、白金サーメツトは白金とSiO2の同時
スパツタによつて被着した。出力1.7W以外例１
に述べた条件で働かされるレーザを用いて前の罫
書きに隣接平行して溝を形成するように罫書い
た。この罫書き溝は第２ｅ図の酸化インジウム錫
層の溝に隣接平行である。電極に銀エポキシ接着
剤により銅リボンを接着し、逆バイアス電圧を印
加して短絡を除いた。
２個ずつ垂直にタンデム接続した素子を水平に
10個合計20個の電池素子を含む太陽電池を強度約
AM1の光に露出したとき、開路電圧11.8Vを示し
た。
【図面の簡単な説明】
第１図は複数個のタンデム接合太陽電池素子か
らこの発明によつて製造されたタンデム接合型水
素化無定形シリコン太陽電池の断面図、第２ａ図
ないし第２ｆ図はこの発明の１実施例により一連
の相互接続された太陽電池素子を製造する過程を
示す斜視図、第３ａ図および第３ｂ図は第２ａ図
ないし第２ｆ図に示す過程の終了後太陽電池素子
を相互接続するこの発明の方法の他の実施例を示
す斜視図である。 ３２……透明基板、３４……透明電極、４３…
…能動領域、４６……背面電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 透明基板上の透明電極を充分なエネルギのレ
    ーザビームで罫書いて、上記基板の面を露出させ
    る第１の群をなす間隙によつて互いに隔てられた
    複数個の透明電極細条を形成する第１の罫書き段
    階と；上記透明電極細条と上記第１の群をなす中
    間間隙との上に半導体材料の能動領域を形成する
    段階と；上記能動領域を、上記最初の罫書き位置
    に隣接しかつその位置と平行な位置において、上
    記能動領域の下側に在る上記透明電極細条を実質
    的に傷つけることなくレーザビームで罫書いて、
    上記第１の群をなす間隙とは非重畳関係を保ち上
    記透明電極細条の一部を露出させる第２の群をな
    す間隙によつて互いに隔てられた複数の能動領域
    細条を形成する第２の罫書き段階と；各々上記能
    動領域細条の上記基板から遠い方の表面を覆いか
    つ隣接する上記第２の群をなす間隙の１つまで延
    びて隣接する透明電極細条の露出部上に接触す
    る、複数個の背面電極細条を形成する段階と；よ
    り成る太陽電池の製造法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の製造法であつ
    て、上記背面電極細条の形成段階が、上記能動領
    域細条と上記第２の群をなす間隙とを導電性材料
    の連続層で被覆する段階と、上記導電性材料の連
    続層を、上記第２の罫書き位置と平行にかつそれ
    よりずれた位置において、その下側にある材料を
    実質的に傷つけることなくレーザビームで罫書い
    て、上記導電性材料の連続層を上記複数の背面電
    極細条となるように分割する第３の群をなす間隙
    を形成する第３の罫書き段階と、より成る太陽電
    池の製造法。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の製造法であつ
    て、上記背面電極細条の形成段階が、上記能動領
    域細条と上記露出した透明電極細条の部分との上
    に導電性材料を傾斜蒸着させることによつて行な
    われる、太陽電池の製造法。
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