JPH06104465A

JPH06104465A - 薄膜太陽電池およびその製造方法

Info

Publication number: JPH06104465A
Application number: JP4251745A
Authority: JP
Inventors: Takuro Ihara; 卓郎井原
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1994-04-15

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザスクライビングによるアモルファス半導
体層の損傷を避けるために半導体層とその上の金属電極
層を同一パターンとする場合、レーザコンタクト法で半
導体層の側面に形成する単位セルの直列接続のための導
電化層の外気との反応を防止する。【構成】アモルファス半導体層側面の導電化ののち、そ
の側面の露出する半導体層および金属電極層の単位セル
間の間隙をガスの透過しない金属で充填すると共にその
金属層で金属電極層の表面を覆って直列接続部の外気と
の反応を防ぐ。この金属層は、機械的に弱いアモルファ
ス半導体層縁部の補強にもなるので、特に透明高分子フ
ィルムを基板として用いる場合の半導体層の脱落を防止
する効果が生ずる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透光性絶縁基板上にあ
って基板側に透明電極、反基板側に金属電極を備えたア
モルファス半導体層からなる単位セルの複数個が、透明
電極を隣接セルの金属電極に接続することによって直列
接続される薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】原料ガスのグロー放電分解などにより形
成されるアモルファスシリコンのようなアモルファス半
導体膜は、気相成長であるため大面積化が容易で、低コ
スト太陽電池の光電変換膜として期待されている。こう
した大面積のアモルファス太陽電池から効率よく電力を
取り出すためのよく知られた構造として、図２に示され
るように複数の単位太陽電池セルを直列接続したものが
ある。これは、ガラスや透明高分子フィルムなどの透光
性絶縁基板１上に、酸化すずやＩＴＯ、ZnＯなどの透明
導電材料の薄膜からなる透明電極21、22、23──を短冊
状に形成し、その上に光起電力発生部であるアモルファ
ス半導体層領域31、32、33──を、次いでAlやAgなどの
金属薄膜からなる金属電極41、42、43──を形成したも
のである。透明電極21、アモルファス半導体層31および
金属電極41の組合わせ、透明電極22、アモルファス半導
体層32および金属電極42の組合わせ等が各単位セルを構
成する。そして、一つの単位セルの金属電極の延長部9
1、92、93──が隣接する単位セルの透明電極の縁部と
接触するように両電極およびアモルファス半導体層のパ
ターンが形成されて、各単位セルは直列に接続される。

【０００３】このような太陽電池の直列接続構造の形成
は最も一般的には、各層をそれぞれ全面に被着したの
ち、その都度レーザスクライビング法によりパターニン
グすることにより行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、そのような一
般的な直列接続形成法では、アモルファス半導体層の形
成工程と金属電極形成工程の間にアモルファス半導体層
のレーザスクライビング工程が入る。この場合、アモル
ファス半導体層のレーザスクライビング工程において発
生する微小な破片や、雰囲気中のほこり等により、例え
ば図２のアモルファス半導体層32に傷６がつき、その後
金属電極42を形成する際に、この傷の部分６を通して同
一単位セルの透明電極22と金属電極42が接触する、いわ
ゆる短絡発生の確率が高い。特に絶縁基板１としてガラ
スではなく、可撓性を有する高分子フィルムを用いる場
合には、アモルファス半導体層のレーザスクライビング
時にフィルム自身が多少損傷し、レーザスクライビング
部周辺のアモルファス半導体層の一部脱落が起こる。こ
のアモルファス半導体層が脱落した部分は傷と同様にシ
ョート発生の原因となる。

【０００５】このようなアモルファス半導体層のレーザ
スクライビング工程により生ずる問題を回避する方法と
して次のような方法が考えられる。レーザコンタクト法
と呼ぶこの方法では、アモルファス半導体層を形成後パ
ターニングを行わずに続けてその上に金属電極膜を形成
する。そして最後に、レーザビームを照射して金属電極
およびアモルファス半導体層を蒸発させて除去し、除去
部の側面を合金化あるいは結晶化することにより良導電
化して直列接続部を構成する。このレーザコンタクト法
によれば短絡発生の確率は大幅に低減する。しかしなが
ら逆に次のような問題が起こる。

【０００６】(1) 直列接続部が露出して直接大気に触れ
る構造であるため、大気中の湿気等と反応して短時間の
うちに直列抵抗が増大する。その結果太陽電池特性が低
下する。 (2) レーザコンタクト法でのレーザ強度は、アモルファ
ス半導体層や金属電極膜のレーザスクライブでの強度の
４〜５倍とする必要がある。そのため、直列接続部近傍
は他の部分に比べて機械的強度が弱く、特に可撓性高分
子フィルムを基板とする場合には、フィルムの曲がり等
によってアモルファス半導体層端部が脱落する問題が発
生する。

【０００７】本発明の目的は、上記の問題を解決し、短
絡の発生、直列抵抗の経時的増加あるいは薄膜の一部脱
落などが生じるおそれのない薄膜太陽電池およびその製
造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板上に基
板側から透明電極、アモルファス半導体層および金属電
極層を積層してなる単位セルの複数個が一線上に配列さ
れ、アモルファス半導体層と金属電極層は同一パターン
で透明電極の直上より一方にずれており、一つのセルの
金属電極の端部がアモルファス半導体層の側面の導電化
された層を介してその直下に位置する隣接セルの透明電
極の端部と電気的に接続され、金属電極の表面がセル間
に生ずる金属電極側面およびアモルファス半導体層側面
間の間隙も充填する金属保護層によって被覆されたもの
とする。そして、金属保護層および金属電極層が金属電
極の隣接セルの透明電極と接続される端部と反対側の端
部の近傍の上で分割されたことが有効である。また、透
光性絶縁基板が可撓性であるときに有効である。

【０００９】本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、透光
性絶縁基板上に複数の単位セルの透明電極を間隙を介し
て一線上に配列し、その透明電極上にアモルファス半導
体層および金属電極層を順次積層し、積層された両層を
各透明電極の一方の端部近傍の上でレーザ光の照射によ
り透明電極の配列方向に直角に線状に除去すると共に、
透明電極の前記端部に近い方のアモルファス半導体層の
側面を導電化し、ついでアモルファス半導体層および金
属電極層の除去部を充填する金属保護層で金属電極層を
被覆したのち、レーザ光を照射して金属保護層および金
属電極層を隣接セルの透明電極と接続される端部と反対
側の端部の近傍で透明電極の配列方向に直角に線状に除
去するものとする。そして、金属電極層と金属保護層の
合計の厚さが5000Å以下であること、また金属電極層が
Alよりなり、厚さが500 Å以上であること、金属保護層
もAlよりなり、厚さが1000Å以上であることが効果的で
ある。さらに、透光性絶縁基板に透明高分子フィルムを
用いることも有効である。

【００１０】

【作用】アモルファス半導体層と金属電極層は同一パタ
ーンであって、連続成膜後にパターニングされるため、
パターニング時にアモルファス半導体層ないしその下の
基板に傷がつくことがなく、緻密でガスが透過しない金
属保護層で、そのパターニング時に金属電極層とアモル
ファス半導体層の除去された部分を充填すると共に金属
電極層表面を保護するため、単位セル直列接続部と大気
との接触がしゃ断され、直列抵抗の経時的増加が防止さ
れる。同時にアモルファス半導体の機械的保護の役目も
はたす。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の直列接続型薄膜
太陽電池の製造工程を示し、図２と共通の部分には同一
の符号が付されている。以下図について順次説明する。同図(a) ：透明高分子フィルム基板１上にZnＯ₂膜から
なる透明電極層20を4000Åの厚さで形成する。同図(b) ：透明電極層20をレーザスクライブ法でパター
ニングして一列に配列された透明電極21、22、23──と
する。レーザ光源には波長1.06μｍのＹＡＧレーザを用
いた。同図(c) ：光起電力発生部であるアモルファス半導体層
30を約3000〜5000Åの厚さで形成する。同図(d) ：スパッタ法によるAl薄膜からなる金属電極層
40を約1000Åの厚さで積層する。同図(e) ：金属電極上からレーザ光を照射し、金属電極
層とアモルファス半導体層30を蒸発させ除去し、透明電
極21、22、23──の配列方向と直角の線状の間隙７を形
成し、除去されたアモルファス半導体層の縁部に、アモ
ルファス半導体とAlの溶融、合金化により形成される導
電化層51、52、53──を形成する (レーザコンタクト
法) 。このレーザ光源としては波長0.53μｍのＹＡＧレ
ーザを用いた。またこの際、単位セルのアモルファス半
導体層31、32、33──、金属電極41、42、43──が生ず
る。同図(f) ：その上にスパッタ法によるAl薄膜からなる金
属保護層60をスパッタ法約1000Åの厚さで形成する。同図(g) ：金属層60、各金属電極41、42、43──、各ア
モルファス半導体層31、32、33──に通常のレーザスク
ライブ法により間隙７と平行の線状間隙８を形成してパ
ターニングする。これにより、金属保護層60は61、62、
63──に分割される。レーザ光源としては波長0.53μｍ
のＹＡＧレーザを用い、その強度は図(e) におけるレー
ザコンタクト法の場合の約１／４の強度とした。

【００１２】図３、図４は、図１に示した本発明の実施
例の製造工程によって作成した薄膜太陽電池の初期出力
特性並びに耐湿性を調べた結果と、二つの従来例薄膜太
陽電池Ａ、Ｂについての結果とを示す。Ａは、実施例と
同じ透明高分子フィルムを基板とし、透明電極層、アモ
ルファス半導体層、Alよりなる金属電極層の形成とレー
ザスクライブを交互に繰り返して形成した太陽電池であ
る。またＢは、実施例から金属保護層２の形成を除き、
図１の(f) までの工程で作製した太陽電池である。

【００１３】なお、図３ではＩ−Ｖ特性は従来例Ａで規
格化している。また図４の耐湿性試験の条件は50℃、湿
度60％で100 時間毎に恒温恒湿槽からサンプルを取り出
して出力を測定し、各々初期の出力で規格化した図であ
る。図３からわかるように実施例は従来例Ａに比べて初
期特性に優れている。特にリーク電流が少なく、曲線因
子と開回路電圧が向上している。これはアモルファス半
導体層30の形成後、続けて金属電極層40の形成を行うた
め、アモルファス半導体表面に傷等が発生しにくく、そ
のためリーク電流が抑えられる結果であると考えられ
る。実施例と従来例Ｂは、図３の初期特性でみる限りは
性能上の差はない。しかし、図４の耐湿性試験では顕著
な差が見られる。従来例Ｂでは、レーザコンタクト法に
よって形成された導電化性層51、52、53──が大気に露
出しているのに対し、実施例では、形成された導電化接
続層51、52、53──が金属保護層60によって直ちに被覆
される。保護層60の金属薄膜は水蒸気や酸素を通さない
ため、直列接続部の大気との反応による変質、すなわち
直列抵抗の増加が防止される結果耐湿性が向上している
と考えられる。

【００１４】以上に示したように、本実施例によれば、
初期の特性と耐湿性に優れた薄膜太陽電池が得られる。
さらに、高分子フィルムを基板１とした太陽電池を、基
板側とその反対側が交互に約25Ｒの曲率半径で凸となる
ように繰り返し曲げると、従来例Ｂでは導電化接続層5
1、52、53──近傍で膜の脱落が起こるが、実施例では
金属保護層61、62、63──の膜強度によりこの脱落が防
止されることが確認されている。

【００１５】Al薄膜からなる形成する金属電極層40およ
び金属保護層60の膜厚には、適当な値がある。金属電極
層40は、レーザコンタクト法により、Alがアモルファス
半導体層と合金して導電化層を形成するためには500 Å
以上の膜厚であることが好ましい。また、金属保護層60
は直列接続部を保護する機械的強度の点から1000Å以上
の膜厚であることが好ましい。一方、図１(g) の工程
で、金属保護層60および各金属電極をレーザスクライビ
ングして線状間隙８をパターニングするためには、両層
の膜厚の合計を5000Å以下にする必要があり、これ以上
厚くすると間隙８がアモルファス半導体層まで達せず、
金属電極31、32、33──の一部が残って隣接する単位セ
ル間の短絡が発生する。なお、この線状間隙８の形成
は、金属保護層の金属が高抵抗率で、金属保護層を通る
単位セル間のリーク電流が微小のときには省略できる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、レーザコンタクト法に
よりアモルファス半導体層側面に形成される導電化接続
層をガスを通さない金属層によって保護することによ
り、水蒸気などによる接続部分の直列抵抗の増加がなく
なり、また接続部が金属保護層により機械的に強化され
るので、特に可撓性基板を用いる場合のアモルファス半
導体の脱落のおそれのない薄膜太陽電池が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の薄膜太陽電池の製造工程を
(a) ないし(g) の順に示す断面図

【図２】従来の薄膜太陽電池の一例の構造を示す断面図

【図３】本発明の一実施例と比較例の薄膜太陽電池の初
期出力特性線図

【図４】本発明の一実施例と比較例の薄膜太陽電池の耐
湿試験における出力変化線図

【符号の説明】

１基板２０透明電極層２１透明電極２２透明電極２３透明電極３０アモルファス半導体層３１アモルファス半導体層３２アモルファス半導体層３３アモルファス半導体層４０金属電極層４１金属電極４２金属電極４３金属電極５１導電化層５２導電化層５３導電化層６０金属保護層６１金属保護層６２金属保護層６３金属保護層７線状間隙８線状間隙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性絶縁基板上に基板側から透明電極、
アモルファス半導体層および金属電極層を積層してなる
単位セルの複数個が一線上に配列され、アモルファス半
導体層と金属電極層は同一パターンで透明電極の直上よ
り一方にずれており、一つのセルの金属電極の端部がア
モルファス半導体層の側面の導電化された層を介してそ
の直下に位置する隣接セルの透明電極の端部と電気的に
接続され、金属電極の表面がセル間に生ずる金属電極側
面およびアモルファス半導体層側面間の間隙も充填する
金属保護層によって被覆されたことを特徴とする薄膜太
陽電池。
【請求項２】金属保護層および金属電極層が金属電極の
隣接セルの透明電極と接続される端部と反対側の端部の
近傍で分割された請求項１記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】透光性絶縁基板が可撓性である請求項１あ
るいは２記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】透光性絶縁基板上に複数の単位セルの透明
電極を間隙を介して一線上に配列し、その透明電極上に
アモルファス半導体層および金属電極層を順次積層し、
積層された両層を各透明電極の一方の端部近傍の上でレ
ーザ光の照射により透明電極の配列方向に直角に線状に
除去すると共に、透明電極の前記端部に近い方のアモル
ファス半導体層の側面を導電化し、ついでアモルファス
半導体層および金属電極層の除去部を充填する金属保護
層で金属電極層を被覆したのち、レーザ光を照射して金
属保護層および金属電極層を隣接セルの透明電極と接続
される端部と反対側の端部の近傍で透明電極の配列方向
に直角に線状に除去することを特徴とする薄膜太陽電池
の製造方法。
【請求項５】金属電極層と金属保護層の合計の厚さが50
00Å以下である請求項４記載の薄膜太陽電池の製造方
法。
【請求項６】金属電極層がアルミニウムよりなり、厚さ
が500 Å以上である請求項４あるいは５記載の薄膜太陽
電池の製造方法。
【請求項７】金属保護層がアルミニウムよりなり、厚さ
が1000Å以上である請求項６記載の薄膜太陽電池のせ
ほ。
【請求項８】透光性絶縁基板に透明高分子フィルムを用
いる請求項４ないし７のいずれかに記載の薄膜太陽電池
の製造方法。