JPH06342924A - 薄膜太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
薄膜太陽電池およびその製造方法Info
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- JPH06342924A JPH06342924A JP5220870A JP22087093A JPH06342924A JP H06342924 A JPH06342924 A JP H06342924A JP 5220870 A JP5220870 A JP 5220870A JP 22087093 A JP22087093 A JP 22087093A JP H06342924 A JPH06342924 A JP H06342924A
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
(57)【要約】
【目的】アモルファス半導体層を用いる薄膜太陽電池の
シート抵抗の高い透明電極における電力損失の低減を、
複雑なパターニングを必要としないで達成する。 【構成】光の反入射側にある絶縁性基板に多数の穴をあ
け、基板の裏面に設けた低シート抵抗の第三電極層と光
入射側の透明な第二電極層を、前記の穴を通じて接続す
る。直列接続のためには、一つのユニットセルの第三電
極層の延長部と隣接ユニットセルの第一電極層の延長部
を同様に基板にあけた穴を通じて接続する。
シート抵抗の高い透明電極における電力損失の低減を、
複雑なパターニングを必要としないで達成する。 【構成】光の反入射側にある絶縁性基板に多数の穴をあ
け、基板の裏面に設けた低シート抵抗の第三電極層と光
入射側の透明な第二電極層を、前記の穴を通じて接続す
る。直列接続のためには、一つのユニットセルの第三電
極層の延長部と隣接ユニットセルの第一電極層の延長部
を同様に基板にあけた穴を通じて接続する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アモルファスシリコン
等を主成分とする半導体薄膜を光電変換層とする薄膜太
陽電池およびその製造方法に関する。
等を主成分とする半導体薄膜を光電変換層とする薄膜太
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４、図５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。図４では、ガラスや透明高分子フィルムな
どの透光性絶縁基板11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41、42、43─
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21、22、23─を形成した
ものである。ここで、透明電極41、アモルファス半導体
層31および金属電極21の組合わせ、透明電極42、アモル
ファス半導体層32および金属電極22の組合わせ等が各ユ
ニットセルを構成する。そして、一つのユニットセルの
金属電極の延長部51、52、53─が隣接するユニットセル
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、各ユニットセ
ルは直列に接続される。
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４、図５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。図４では、ガラスや透明高分子フィルムな
どの透光性絶縁基板11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41、42、43─
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21、22、23─を形成した
ものである。ここで、透明電極41、アモルファス半導体
層31および金属電極21の組合わせ、透明電極42、アモル
ファス半導体層32および金属電極22の組合わせ等が各ユ
ニットセルを構成する。そして、一つのユニットセルの
金属電極の延長部51、52、53─が隣接するユニットセル
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、各ユニットセ
ルは直列に接続される。
【０００３】図４に示す太陽電池は基板11を通して入射
する光により発電するが、図５に示す太陽電池は反基板
側から入射する光により発電する、すなわちガラス板、
高分子フィルム、あるいは金属フィルムに絶縁膜を被覆
したものなどの絶縁性基板12上に、AlやAgなどの金属電
極21、22、23─を短冊状に形成し、その上に薄膜半導体
層領域31、32、33─を、次いで酸化すずやＩＴＯ、ZnＯ
などの透明電極41、42、43─を短冊状に形成したもので
同様に複数のユニットセルが直列接続されている。
する光により発電するが、図５に示す太陽電池は反基板
側から入射する光により発電する、すなわちガラス板、
高分子フィルム、あるいは金属フィルムに絶縁膜を被覆
したものなどの絶縁性基板12上に、AlやAgなどの金属電
極21、22、23─を短冊状に形成し、その上に薄膜半導体
層領域31、32、33─を、次いで酸化すずやＩＴＯ、ZnＯ
などの透明電極41、42、43─を短冊状に形成したもので
同様に複数のユニットセルが直列接続されている。
【０００４】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。大面積太陽電池において、
このような直列接続構造をとる理由の一つに、１枚の太
陽電池で高い出力電圧を得る目的がある。もう一つのよ
り基本的な理由は、透明電極中でのジュール損失を低減
する目的である。すなわち、直列接続構造を形成するこ
となく、全面に太陽電池の一つのユニットセルを形成す
ると、発生したキャリアが透明電極および裏面の金属電
極中を太陽電池端部に設けられるリード線取出し部まで
長い距離にわたって移動することになる。金属電極は一
般に抵抗が小さく、したがって金属電極中を電流が流れ
ることによるジュール損失は無視することができる。し
かしながら透明導電材料薄膜のシート抵抗は、通常５〜
30Ω／□と比較的大きく、透明電極層を長い距離電流が
流れることによるジュール損失は無視することができな
い。そのため従来技術では、大面積太陽電池を複数の短
冊状ユニットセルに分散し、そのユニットセルの幅を４
〜20mm程度とするのが一般的である。
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。大面積太陽電池において、
このような直列接続構造をとる理由の一つに、１枚の太
陽電池で高い出力電圧を得る目的がある。もう一つのよ
り基本的な理由は、透明電極中でのジュール損失を低減
する目的である。すなわち、直列接続構造を形成するこ
となく、全面に太陽電池の一つのユニットセルを形成す
ると、発生したキャリアが透明電極および裏面の金属電
極中を太陽電池端部に設けられるリード線取出し部まで
長い距離にわたって移動することになる。金属電極は一
般に抵抗が小さく、したがって金属電極中を電流が流れ
ることによるジュール損失は無視することができる。し
かしながら透明導電材料薄膜のシート抵抗は、通常５〜
30Ω／□と比較的大きく、透明電極層を長い距離電流が
流れることによるジュール損失は無視することができな
い。そのため従来技術では、大面積太陽電池を複数の短
冊状ユニットセルに分散し、そのユニットセルの幅を４
〜20mm程度とするのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際には、多
数の太陽電池でシステムを達成する場合も多く、必ずし
も１枚の太陽電池で高い出力電圧を出す必要がない場合
も多い。このような場合には、直列接続構造において次
の問題がある。一つは大面積太陽電池を複数のユニット
セルに分割するような構造とすると、ユニットセル間に
発電に寄与しない直線状のデッドスペース、すなわち図
４、図５では、51、52、53─が生ずることである。この
デッドスペースにより有効発電面積が減少し、太陽電池
出力が低下する。別の問題点は、上記のようにユニット
セルの適正な幅が決まっているため、基板面積が大きく
なるにつれて最適ユニットセル数は増加し、必然的に出
力は高電圧になることである。この最適ユニットセル数
を無視して低電圧出力の太陽電池を形成すると、著しく
最大出力をロスすることになってしまう。
数の太陽電池でシステムを達成する場合も多く、必ずし
も１枚の太陽電池で高い出力電圧を出す必要がない場合
も多い。このような場合には、直列接続構造において次
の問題がある。一つは大面積太陽電池を複数のユニット
セルに分割するような構造とすると、ユニットセル間に
発電に寄与しない直線状のデッドスペース、すなわち図
４、図５では、51、52、53─が生ずることである。この
デッドスペースにより有効発電面積が減少し、太陽電池
出力が低下する。別の問題点は、上記のようにユニット
セルの適正な幅が決まっているため、基板面積が大きく
なるにつれて最適ユニットセル数は増加し、必然的に出
力は高電圧になることである。この最適ユニットセル数
を無視して低電圧出力の太陽電池を形成すると、著しく
最大出力をロスすることになってしまう。
【０００６】もう一つの重要な問題は、一般にこうした
構造を形成するためには、金属電極層、薄膜半導体層、
透明電極層の各層を形成する毎にパターニングが必要と
なり、工程が煩雑になる。しかも、十分な位置精度で微
細なパターニングを行わないと、直列接続に要する発電
に寄与しない無効面積が増えてしまい、効率が低下す
る。さらに、図４の場合、薄膜半導体層、金属電極層、
図５の場合、薄膜半導体層、透明電極層のパターニング
においては、それより下の層に損傷を与えないようにカ
ットすることが必要となり、レーザを用いたパターニン
グでは難しい。しかし、フォトエッチングなどの湿式プ
ロセスの採用は、工程が複雑となり低コスト化が難し
い。
構造を形成するためには、金属電極層、薄膜半導体層、
透明電極層の各層を形成する毎にパターニングが必要と
なり、工程が煩雑になる。しかも、十分な位置精度で微
細なパターニングを行わないと、直列接続に要する発電
に寄与しない無効面積が増えてしまい、効率が低下す
る。さらに、図４の場合、薄膜半導体層、金属電極層、
図５の場合、薄膜半導体層、透明電極層のパターニング
においては、それより下の層に損傷を与えないようにカ
ットすることが必要となり、レーザを用いたパターニン
グでは難しい。しかし、フォトエッチングなどの湿式プ
ロセスの採用は、工程が複雑となり低コスト化が難し
い。
【０００７】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点を解決し、大面積基板上でも、複雑なパターニング
を必要とせずかつ集電による電力ロスが極めて小さい新
しい構造の太陽電池およびその製造方法を提供すること
である。
題点を解決し、大面積基板上でも、複雑なパターニング
を必要とせずかつ集電による電力ロスが極めて小さい新
しい構造の太陽電池およびその製造方法を提供すること
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の薄膜太陽電池は、絶縁性基板の一面上に
光電変換層である半導体層をはさんで基板側に第一電極
層、反対側に透明な第二電極層が設けられ、基板の他面
上に第三電極層が設けられ、第三電極層が第二電極層
と、基板、第一電極層、半導体層を貫通する接続孔を通
じ、第一電極層と実質的に絶縁された導体により接続さ
れたものとする。接続孔が等間隔で分散して設けられる
のが良い。第三電極層の第二電極層と接続される領域と
は分離された領域が、第一電極層と、少なくとも基板を
貫通する接続孔を通じ、その第一電極層と半導体層をは
さんで対向する第二電極層の領域と実質的に絶縁された
導体により接続されたことが有効であり、その場合、第
一電極層と第三電極層とを接続する導体の延長部が第二
電極層に接触し、その第二電極層の領域が前記第一電極
層と半導体層をはさんで対向する第二電極層の領域と線
状除去部により分離されののが良い。また別の本発明の
薄膜太陽電池は、絶縁性基板の一面上に光電変換層であ
る半導体層をはさんで基板側に第一電極層、反対側に透
明な第二電極層が設けられ、基板の他面上に第三電極層
が設けられ、第三電極層が第二電極層と、基板、第一電
極層、半導体層を貫通する接続孔を通じ、第一電極層と
実質的に絶縁された導体により接続されてなる単位太陽
電池が基板を共通にして複数個形成され、一つの単位太
陽電池の第一電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の第
三電極層の延長部と、基板を貫通する接続孔を通じ、そ
の単位太陽電池の第二電極層と実質的に絶縁された導体
により接続されることにより、各単位太陽電池が直列接
続されたものとする。単位太陽電池が一方向に互いに隣
接して配列され、各単位太陽電池の第三電極層と隣接単
位太陽電池の第三電極層の延長部が前記配列方向と直角
に隣接するか、配列方向に隣接することが目的に叶って
いる。後者の場合、単位太陽電池の配列方向における第
三電極層の延長部を含めての幅が、基板の反対側の第一
電極層、半導体層および第二電極層からなる積層体の幅
と実質的に等しいことが良い。また、単位太陽電池が複
数列に配置され、二列の単位太陽電池が、両列の端部に
共通に配置され一方の列の端部単位太陽電池の第一電極
層、他方の列の端部単位太陽電池の第二電極層とそれぞ
れ基板を貫通する接続孔を通じて接続された第三電極
層、により直列に接続されたことが有効である。出力取
出のための端子がいずれも第三電極層の反基板側に設け
られたことも良い。
めに、本発明の薄膜太陽電池は、絶縁性基板の一面上に
光電変換層である半導体層をはさんで基板側に第一電極
層、反対側に透明な第二電極層が設けられ、基板の他面
上に第三電極層が設けられ、第三電極層が第二電極層
と、基板、第一電極層、半導体層を貫通する接続孔を通
じ、第一電極層と実質的に絶縁された導体により接続さ
れたものとする。接続孔が等間隔で分散して設けられる
のが良い。第三電極層の第二電極層と接続される領域と
は分離された領域が、第一電極層と、少なくとも基板を
貫通する接続孔を通じ、その第一電極層と半導体層をは
さんで対向する第二電極層の領域と実質的に絶縁された
導体により接続されたことが有効であり、その場合、第
一電極層と第三電極層とを接続する導体の延長部が第二
電極層に接触し、その第二電極層の領域が前記第一電極
層と半導体層をはさんで対向する第二電極層の領域と線
状除去部により分離されののが良い。また別の本発明の
薄膜太陽電池は、絶縁性基板の一面上に光電変換層であ
る半導体層をはさんで基板側に第一電極層、反対側に透
明な第二電極層が設けられ、基板の他面上に第三電極層
が設けられ、第三電極層が第二電極層と、基板、第一電
極層、半導体層を貫通する接続孔を通じ、第一電極層と
実質的に絶縁された導体により接続されてなる単位太陽
電池が基板を共通にして複数個形成され、一つの単位太
陽電池の第一電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の第
三電極層の延長部と、基板を貫通する接続孔を通じ、そ
の単位太陽電池の第二電極層と実質的に絶縁された導体
により接続されることにより、各単位太陽電池が直列接
続されたものとする。単位太陽電池が一方向に互いに隣
接して配列され、各単位太陽電池の第三電極層と隣接単
位太陽電池の第三電極層の延長部が前記配列方向と直角
に隣接するか、配列方向に隣接することが目的に叶って
いる。後者の場合、単位太陽電池の配列方向における第
三電極層の延長部を含めての幅が、基板の反対側の第一
電極層、半導体層および第二電極層からなる積層体の幅
と実質的に等しいことが良い。また、単位太陽電池が複
数列に配置され、二列の単位太陽電池が、両列の端部に
共通に配置され一方の列の端部単位太陽電池の第一電極
層、他方の列の端部単位太陽電池の第二電極層とそれぞ
れ基板を貫通する接続孔を通じて接続された第三電極
層、により直列に接続されたことが有効である。出力取
出のための端子がいずれも第三電極層の反基板側に設け
られたことも良い。
【０００９】半導体層がアモルファス半導体薄膜よりな
ること、第一あるいは第三電極層が金属薄膜よりなるこ
とが有効である。第二電極層あるいは第一電極層を接続
する導体が第二電極層、第三電極層あるいは第一電極層
の接続孔内への延長部であることが良く、そのためには
第三電極層が印刷より形成された導体であることも良
い。また、第二電極層を接続する導体が、印刷により形
成された、第二電極層上の集電電極の接続孔内への延長
部であることも良い。第一電極層を接続する導体が、基
板、第一電極層、半導体層および第二電極層を貫通する
導体と第二電極層上の導体と第二電極層および半導体層
を貫通する導体とからなることも有効である。電極層を
接続する導体が接続孔に充填された低融点合金であるこ
と、電極層を接続する導体と第一電極層との実質的な絶
縁が両者の間に介在する高抵抗率の半導体層によって行
われることが有効である。このような薄膜太陽電池の製
造方法は、接続孔の明けられた絶縁性基板の一面上に第
一電極層を被着したのち、レーザ光の照射により小孔の
内壁および周辺の環状部の第一電極層を除去し、次いで
基板の一面側から半導体層および第二電極層を順次積層
し、さらに他面側から第三電極層を形成するか、あるい
は絶縁性基板の一面上に第一電極層を被着したのち接続
孔を明け、次いで基板の一面側から半導体層および第二
電極層を順次積層し、さらに他面側から第三電極層を形
成するものとする。後者の場合、半導体層および第二電
極層積層前に第一電極層を接続する導体を一部の接続孔
内に形成することも良い方法である。さらに、接続する
両電極相互を接続孔を通じてろう付けすることも良い。
電極層の分離をレーザ加工による線状除去部により行う
こと、その際、基板をはさんで存在する二つの電極層の
線状除去部を同時に形成することが有効である。
ること、第一あるいは第三電極層が金属薄膜よりなるこ
とが有効である。第二電極層あるいは第一電極層を接続
する導体が第二電極層、第三電極層あるいは第一電極層
の接続孔内への延長部であることが良く、そのためには
第三電極層が印刷より形成された導体であることも良
い。また、第二電極層を接続する導体が、印刷により形
成された、第二電極層上の集電電極の接続孔内への延長
部であることも良い。第一電極層を接続する導体が、基
板、第一電極層、半導体層および第二電極層を貫通する
導体と第二電極層上の導体と第二電極層および半導体層
を貫通する導体とからなることも有効である。電極層を
接続する導体が接続孔に充填された低融点合金であるこ
と、電極層を接続する導体と第一電極層との実質的な絶
縁が両者の間に介在する高抵抗率の半導体層によって行
われることが有効である。このような薄膜太陽電池の製
造方法は、接続孔の明けられた絶縁性基板の一面上に第
一電極層を被着したのち、レーザ光の照射により小孔の
内壁および周辺の環状部の第一電極層を除去し、次いで
基板の一面側から半導体層および第二電極層を順次積層
し、さらに他面側から第三電極層を形成するか、あるい
は絶縁性基板の一面上に第一電極層を被着したのち接続
孔を明け、次いで基板の一面側から半導体層および第二
電極層を順次積層し、さらに他面側から第三電極層を形
成するものとする。後者の場合、半導体層および第二電
極層積層前に第一電極層を接続する導体を一部の接続孔
内に形成することも良い方法である。さらに、接続する
両電極相互を接続孔を通じてろう付けすることも良い。
電極層の分離をレーザ加工による線状除去部により行う
こと、その際、基板をはさんで存在する二つの電極層の
線状除去部を同時に形成することが有効である。
【００１０】
【作用】絶縁性基板の一面上に積層された第一電極層お
よび半導体層を貫通する導体によりその上の透明な第二
電極層が基板の他面上の第三電極層と接続されるので、
第一、第三電極層から半導体層に透明電極層を通じて光
が入射することによって発生するキャリアを取り出すこ
とができる。そして、予め小孔を明けた絶縁性基板の上
に各層を成膜する際には、小孔内壁上にも各層の薄膜が
生ずる。このうち最初に形成する第一電極層を小孔周辺
も含めてレーザ光の照射により除去すれば、小孔の内壁
上に延びる高抵抗率の半導体層により、第二電極層とそ
の上に重なる第三電極層の各延長部と第一電極層とは絶
縁され、第二電極層と第三電極層の延長部は接触により
接続される。シート抵抗の高い透明導電材料膜を電流の
流れる距離は接続孔までで、端子あるいは隣接ユニット
セルまでの長い径路は、シート抵抗の低い第三電極層を
通ることになり、電力ロスが低減する。あるいは、小孔
を明ける前に第一電極層を成膜すればそのあと明けた小
孔の内壁には第一電極層は存在しないので、レーザ光の
照射の必要がなくなる。そして、各単位太陽電池を上記
のように構成し、一つの単位太陽電池の第一電極層の延
長部を絶縁性基板を貫通する導体により他面上の分離さ
れた第三電極層と接続し、その第三電極層を隣接する単
位太陽電池の第三電極層と接続すれば、大面積の基板の
両面に形成された複数の単位太陽電池を容易に直列に接
続することができる。その場合、第三電極層を基板の反
対側の単位太陽電池とずらして形成し、幅半分を一つの
単位太陽電池の第一電極と、あとの幅半分を隣接単位太
陽電池の第二電極と接続すれば各電極層のレーザ光によ
る直線状の除去により直列接続構造が形成できる。
よび半導体層を貫通する導体によりその上の透明な第二
電極層が基板の他面上の第三電極層と接続されるので、
第一、第三電極層から半導体層に透明電極層を通じて光
が入射することによって発生するキャリアを取り出すこ
とができる。そして、予め小孔を明けた絶縁性基板の上
に各層を成膜する際には、小孔内壁上にも各層の薄膜が
生ずる。このうち最初に形成する第一電極層を小孔周辺
も含めてレーザ光の照射により除去すれば、小孔の内壁
上に延びる高抵抗率の半導体層により、第二電極層とそ
の上に重なる第三電極層の各延長部と第一電極層とは絶
縁され、第二電極層と第三電極層の延長部は接触により
接続される。シート抵抗の高い透明導電材料膜を電流の
流れる距離は接続孔までで、端子あるいは隣接ユニット
セルまでの長い径路は、シート抵抗の低い第三電極層を
通ることになり、電力ロスが低減する。あるいは、小孔
を明ける前に第一電極層を成膜すればそのあと明けた小
孔の内壁には第一電極層は存在しないので、レーザ光の
照射の必要がなくなる。そして、各単位太陽電池を上記
のように構成し、一つの単位太陽電池の第一電極層の延
長部を絶縁性基板を貫通する導体により他面上の分離さ
れた第三電極層と接続し、その第三電極層を隣接する単
位太陽電池の第三電極層と接続すれば、大面積の基板の
両面に形成された複数の単位太陽電池を容易に直列に接
続することができる。その場合、第三電極層を基板の反
対側の単位太陽電池とずらして形成し、幅半分を一つの
単位太陽電池の第一電極と、あとの幅半分を隣接単位太
陽電池の第二電極と接続すれば各電極層のレーザ光によ
る直線状の除去により直列接続構造が形成できる。
【００１１】基板を貫通する接続孔を通じての接続も、
接続孔内に堆積する電極層の延長部によるほかに、低融
点合金あるいは印刷導体で行うことができ工程は簡単で
ある。さらに、端子を光入射面と反対側に設けることが
できるので、面積効率が向上する。
接続孔内に堆積する電極層の延長部によるほかに、低融
点合金あるいは印刷導体で行うことができ工程は簡単で
ある。さらに、端子を光入射面と反対側に設けることが
できるので、面積効率が向上する。
【００１２】
【実施例】以下、図を引用して本発明の実施例について
述べる。図１(a) 、(b) に示す実施例では、絶縁性基板
１の表面上に銀よりなる厚さ1400Åの第一電極層２、ｐ
ｉｎ接合を有するアモルファス半導体層３、ＩＴＯより
なる厚さ2000Åの透明第二電極層４が積層され、裏面上
にチタンよりなる厚さ5000Åの第三電極層５が形成され
ている。そして第三電極層５と第二電極層４は、基板に
開けられた接続孔６の内面に高抵抗のアモルファス半導
体層３と共に延び、それによって第一電極層２と絶縁さ
れている第二電極層４が第三電極層５と接続することに
よって電気的に接続されている。この構造は次のように
して作製された。まず絶縁性基板１に第一電極層２とし
てスパッタ法にて銀を1400Åの厚さに形成する。その
後、金属製のパンチにより穴６をあける。この穴の径
は、太陽電池の有効面積を減らさないように、直径１mm
以下であることが望ましい。このような小さい穴をあけ
る方法として、金属製のドリルを用いる方法や熱を加え
た針を用いる方法や、レーザによる穴あけ法がある。そ
の上にアモルファス半導体層３をプラズマＣＶＤ法にて
成膜し、さらにその上に第二電極層４として透明導電材
料であるＩＴＯの膜をスパッタ法にて2000Åの厚さに形
成した。最後に、反対面に第三電極層５として、スパッ
タ法によりチタン (Ti) を5000Åの厚さに形成した。こ
の際、第三電極層５は接続孔６内に堆積されたアモルフ
ァス半導体層３および第二電極層４の下端に接触するば
かりでなく、接触孔６内に延びて第二電極層４と接触す
ることにより、第三電極層５と第二電極層４とは良好に
電気的に接続される。第三電極層４としては、Ti以外に
耐食性良好なステンレス鋼、アルミニウムを用いること
ができる。本構造を用いると、第二電極層４の透明導電
材料膜のシート抵抗が高くても、接続孔６周辺で発生す
る電流は下地の低抵抗な第三電極層５を流れるので、透
明電極のシート抵抗に対応して接続孔６の間隔を適正化
することにより、パターニングなしで大面積太陽電池を
製作できる。そして、絶縁性基板１表面上の第一電極層
２の端部に形成された露出部と基板裏面上の第三電極層
５から起電力をとり出すことができる。図２はそのよう
な太陽電池を示し、直径１mmの接続孔６が最近距離20mm
となるように多数明けられ、第一電極層２の端部および
第三電極層５の端部にそれぞれ＋端子20、−端子50が設
けられている。
述べる。図１(a) 、(b) に示す実施例では、絶縁性基板
１の表面上に銀よりなる厚さ1400Åの第一電極層２、ｐ
ｉｎ接合を有するアモルファス半導体層３、ＩＴＯより
なる厚さ2000Åの透明第二電極層４が積層され、裏面上
にチタンよりなる厚さ5000Åの第三電極層５が形成され
ている。そして第三電極層５と第二電極層４は、基板に
開けられた接続孔６の内面に高抵抗のアモルファス半導
体層３と共に延び、それによって第一電極層２と絶縁さ
れている第二電極層４が第三電極層５と接続することに
よって電気的に接続されている。この構造は次のように
して作製された。まず絶縁性基板１に第一電極層２とし
てスパッタ法にて銀を1400Åの厚さに形成する。その
後、金属製のパンチにより穴６をあける。この穴の径
は、太陽電池の有効面積を減らさないように、直径１mm
以下であることが望ましい。このような小さい穴をあけ
る方法として、金属製のドリルを用いる方法や熱を加え
た針を用いる方法や、レーザによる穴あけ法がある。そ
の上にアモルファス半導体層３をプラズマＣＶＤ法にて
成膜し、さらにその上に第二電極層４として透明導電材
料であるＩＴＯの膜をスパッタ法にて2000Åの厚さに形
成した。最後に、反対面に第三電極層５として、スパッ
タ法によりチタン (Ti) を5000Åの厚さに形成した。こ
の際、第三電極層５は接続孔６内に堆積されたアモルフ
ァス半導体層３および第二電極層４の下端に接触するば
かりでなく、接触孔６内に延びて第二電極層４と接触す
ることにより、第三電極層５と第二電極層４とは良好に
電気的に接続される。第三電極層４としては、Ti以外に
耐食性良好なステンレス鋼、アルミニウムを用いること
ができる。本構造を用いると、第二電極層４の透明導電
材料膜のシート抵抗が高くても、接続孔６周辺で発生す
る電流は下地の低抵抗な第三電極層５を流れるので、透
明電極のシート抵抗に対応して接続孔６の間隔を適正化
することにより、パターニングなしで大面積太陽電池を
製作できる。そして、絶縁性基板１表面上の第一電極層
２の端部に形成された露出部と基板裏面上の第三電極層
５から起電力をとり出すことができる。図２はそのよう
な太陽電池を示し、直径１mmの接続孔６が最近距離20mm
となるように多数明けられ、第一電極層２の端部および
第三電極層５の端部にそれぞれ＋端子20、−端子50が設
けられている。
【００１３】図３は別の実施例における接続孔６付近を
拡大した断面図である。高分子フィルムを用いた絶縁性
基板１には、接続孔６がＣＯ2 レーザもしくはパンチン
グ装置によって加工、形成されている。次にこの接続孔
付高分子フィルム１の一方の面にアルミニウム薄膜を30
0mm の厚さでスパッタ成膜して第一電極層２とし、次い
でこのAl薄膜上から接続孔６の部分に直径0.９mmのスポ
ット径のレーザ光を照射し、接続孔６の内壁上に付着し
たAl膜および周辺のAl膜を除去した。さらに、この第一
電極層２の上にアモルファス半導体からなる薄膜半導体
層３をプラズマＣＶＤ法により、またZnＯ膜からなる透
明第二電極層４をスパッタ法によりそれぞれ500nm 、１
μｍの厚さに形成した。これらアモルファス半導体層３
並びに透明電極層４は、図に示したように、一部が高分
子フィルム１の接続孔６の内壁ならびに高分子フィルム
の他方の面の接続孔周辺に付着する。最後に、高分子フ
ィルムの他方の面にスパッタ法によりAl薄膜を300nm の
厚さで成膜し、第三電極層５を形成した。この第三電極
層５も、同様に一部が接続孔６の内壁ならびに高分子フ
ィルムの反対側すなわち透明電極側の接続孔周辺に付着
する。このようにして接続孔６の内壁および周辺上にお
いて第二電極層４と第三電極層５とが接触し、電気的に
導通状態になる。一方、第一電極層２はレーザ光照射に
より接続孔６近傍が除去され、接続孔内壁および周辺上
の第二電極層４、第三電極層５とは高抵抗率のアモルフ
ァス半導体層３により電気的に絶縁されている。本実施
例においては、基板上で発電に寄与しないデッドスペー
スの部分は、接続孔６および第一電極層２の一部をレー
ザ光照射により除去した部分の面積のみであり、従来技
術のような直列接続構造に比べて有効発電面積が５％以
上増加し、その分発電電力が増加した。
拡大した断面図である。高分子フィルムを用いた絶縁性
基板１には、接続孔６がＣＯ2 レーザもしくはパンチン
グ装置によって加工、形成されている。次にこの接続孔
付高分子フィルム１の一方の面にアルミニウム薄膜を30
0mm の厚さでスパッタ成膜して第一電極層２とし、次い
でこのAl薄膜上から接続孔６の部分に直径0.９mmのスポ
ット径のレーザ光を照射し、接続孔６の内壁上に付着し
たAl膜および周辺のAl膜を除去した。さらに、この第一
電極層２の上にアモルファス半導体からなる薄膜半導体
層３をプラズマＣＶＤ法により、またZnＯ膜からなる透
明第二電極層４をスパッタ法によりそれぞれ500nm 、１
μｍの厚さに形成した。これらアモルファス半導体層３
並びに透明電極層４は、図に示したように、一部が高分
子フィルム１の接続孔６の内壁ならびに高分子フィルム
の他方の面の接続孔周辺に付着する。最後に、高分子フ
ィルムの他方の面にスパッタ法によりAl薄膜を300nm の
厚さで成膜し、第三電極層５を形成した。この第三電極
層５も、同様に一部が接続孔６の内壁ならびに高分子フ
ィルムの反対側すなわち透明電極側の接続孔周辺に付着
する。このようにして接続孔６の内壁および周辺上にお
いて第二電極層４と第三電極層５とが接触し、電気的に
導通状態になる。一方、第一電極層２はレーザ光照射に
より接続孔６近傍が除去され、接続孔内壁および周辺上
の第二電極層４、第三電極層５とは高抵抗率のアモルフ
ァス半導体層３により電気的に絶縁されている。本実施
例においては、基板上で発電に寄与しないデッドスペー
スの部分は、接続孔６および第一電極層２の一部をレー
ザ光照射により除去した部分の面積のみであり、従来技
術のような直列接続構造に比べて有効発電面積が５％以
上増加し、その分発電電力が増加した。
【００１４】図６(a) 〜(g) には、本発明のさらに別の
実施例の薄膜太陽電池の製造方法の工程の流れを示す。
この実施例では、図６(a) に示す厚さ60μｍポリエーテ
ルサルフォンフィルムを用いた基板１の上にAgよりなる
第一電極層２を形成〔図６(b) 〕、このあと接続孔６を
パンチング装置を用いて明けている〔図６(c) 〕。そし
て、ａ−Si：Ｈ膜３の形成〔図６(d) 〕およびZnＯ透明
電極層４の形成〔図６(e) 〕を行い、次いで裏面側への
第三電極層５の形成を行う〔図６(f) 〕。さらに、貫通
孔６での電気的な接続をより確実なものにするため、図
６(g) に示すように裏面の第三電極層５を形成した後、
良導電性であるはんだのような低融点合金10を貫通孔６
に流し込む。なお、このような接続孔６中を第一電極層
と絶縁されて通る導体も用いて光入射側の透明電極層４
と第三電極層５と接続することも可能である。
実施例の薄膜太陽電池の製造方法の工程の流れを示す。
この実施例では、図６(a) に示す厚さ60μｍポリエーテ
ルサルフォンフィルムを用いた基板１の上にAgよりなる
第一電極層２を形成〔図６(b) 〕、このあと接続孔６を
パンチング装置を用いて明けている〔図６(c) 〕。そし
て、ａ−Si：Ｈ膜３の形成〔図６(d) 〕およびZnＯ透明
電極層４の形成〔図６(e) 〕を行い、次いで裏面側への
第三電極層５の形成を行う〔図６(f) 〕。さらに、貫通
孔６での電気的な接続をより確実なものにするため、図
６(g) に示すように裏面の第三電極層５を形成した後、
良導電性であるはんだのような低融点合金10を貫通孔６
に流し込む。なお、このような接続孔６中を第一電極層
と絶縁されて通る導体も用いて光入射側の透明電極層４
と第三電極層５と接続することも可能である。
【００１５】図６に示した実施例では、接続孔６の内壁
および周辺に付着する第一電極層２を除去する工程は不
要である。しかし、金属電極同志が貫通孔６の部分でシ
ョートするのを防ぐため、図７、図８にその断面構造を
示すように基板１に第一電極層２を形成した後、レーザ
やエッチングにより太陽電池を形成する面の穴の周辺の
電極層を除去 (図７) 、あるいはそのパターンが閉曲線
となるように溝状部分91を削除し (図８) 、穴の近傍と
他の部分を電気的に分離する構造も有効である。
および周辺に付着する第一電極層２を除去する工程は不
要である。しかし、金属電極同志が貫通孔６の部分でシ
ョートするのを防ぐため、図７、図８にその断面構造を
示すように基板１に第一電極層２を形成した後、レーザ
やエッチングにより太陽電池を形成する面の穴の周辺の
電極層を除去 (図７) 、あるいはそのパターンが閉曲線
となるように溝状部分91を削除し (図８) 、穴の近傍と
他の部分を電気的に分離する構造も有効である。
【００１６】上述の実施例の太陽電池では、基板面積に
かかわらず直列接続数は１であり、低電圧、大電流型の
薄膜太陽電池を実現することが可能である。所定の高い
出力電圧を得るためには、一般には複数の太陽電池を必
要数だけ直列接続すれば良い。また用途によっては、従
来の直列接続型よりは低電圧であるが、一つのユニット
セルの電圧よりは高い電圧を一つの基板上で実現した太
陽電池を要求される場合も考えられる。この場合、従来
の技術と本発明を組み合わせ、太陽電池全体を所定電圧
から決まる複数のユニットセルに分割し、このユニット
セル相互間は従来例と同様の方法で直列に接続する。
かかわらず直列接続数は１であり、低電圧、大電流型の
薄膜太陽電池を実現することが可能である。所定の高い
出力電圧を得るためには、一般には複数の太陽電池を必
要数だけ直列接続すれば良い。また用途によっては、従
来の直列接続型よりは低電圧であるが、一つのユニット
セルの電圧よりは高い電圧を一つの基板上で実現した太
陽電池を要求される場合も考えられる。この場合、従来
の技術と本発明を組み合わせ、太陽電池全体を所定電圧
から決まる複数のユニットセルに分割し、このユニット
セル相互間は従来例と同様の方法で直列に接続する。
【００１７】図９(a) 、(b) は図１に示す構造のユニッ
トセルと組合わせて直列接続構造を得るための構造で、
第一電極層２と第三電極層５が、貫通孔61内の連結部に
よって接続されている。この構造を作製するには、絶縁
性基板１に最初に接続孔61をあけ、次に裏面上の第三電
極層５、表面上の第一電極層２を形成すれば、両層が接
続孔内で重なることにより連結部７が形成される。その
あと、アモルファス半導体層３、第二電極層４を積層し
た。
トセルと組合わせて直列接続構造を得るための構造で、
第一電極層２と第三電極層５が、貫通孔61内の連結部に
よって接続されている。この構造を作製するには、絶縁
性基板１に最初に接続孔61をあけ、次に裏面上の第三電
極層５、表面上の第一電極層２を形成すれば、両層が接
続孔内で重なることにより連結部７が形成される。その
あと、アモルファス半導体層３、第二電極層４を積層し
た。
【００１８】この実施例では、図９(a) の断面図のよう
に第一電極層２の成膜時にマスクを用い、上部のアモル
ファス半導体層３、第二電極層４よりひとまわり小さく
した。これは、端部による第一電極層２と第二電極層４
と絶縁を取るためである。また、これと同じ効果を得る
方法として、第一電極層２を上部のアモルファス半導体
層３、第二電極層４よりもひとまわり小さいところで、
レーザ等により端部と電気的に分離する方法がある。
に第一電極層２の成膜時にマスクを用い、上部のアモル
ファス半導体層３、第二電極層４よりひとまわり小さく
した。これは、端部による第一電極層２と第二電極層４
と絶縁を取るためである。また、これと同じ効果を得る
方法として、第一電極層２を上部のアモルファス半導体
層３、第二電極層４よりもひとまわり小さいところで、
レーザ等により端部と電気的に分離する方法がある。
【００１９】図10(a) 、(b) は図１、図９の構造を併せ
持った直列接続構造の高い出力電圧が得られる薄膜太陽
電池を示し、絶縁性基板１に明けられた接続孔には６、
61の２種類がある。接続孔61では図９におけるように第
一電極層２と第三電極層５が接続され、接続孔６では図
１におけるように第二電極層４と第三電極層５が接続さ
れている。この構造で、領域81にあるユニットセルの第
三電極層５に接続されている第二電極層４とアモルファ
ス半導体層３を介して対向する第一電極層２は、領域82
で第三電極層５に接続され、その第三電極層５が領域83
の隣接ユニットセルの第三電極層５とつながっているた
め、領域81のユニットセルに領域83のユニットセルが直
列接続される。この薄膜太陽電池は次の工程で製造し
た。
持った直列接続構造の高い出力電圧が得られる薄膜太陽
電池を示し、絶縁性基板１に明けられた接続孔には６、
61の２種類がある。接続孔61では図９におけるように第
一電極層２と第三電極層５が接続され、接続孔６では図
１におけるように第二電極層４と第三電極層５が接続さ
れている。この構造で、領域81にあるユニットセルの第
三電極層５に接続されている第二電極層４とアモルファ
ス半導体層３を介して対向する第一電極層２は、領域82
で第三電極層５に接続され、その第三電極層５が領域83
の隣接ユニットセルの第三電極層５とつながっているた
め、領域81のユニットセルに領域83のユニットセルが直
列接続される。この薄膜太陽電池は次の工程で製造し
た。
【００２０】基板１に40cm角の可とう性を有するポリエ
チレンナフタレートフィルムを用い、接続孔61として直
径１mmの穴を15mm間隔で金属製のパンチにより打ちぬ
き、その一面上に耐食性のある図示しない第四電極層と
してスパッタ法によりステンレス鋼を2500Åの厚さに成
膜し、反対面にも第一電極層２としてスパッタ法にて銀
を1400Åの厚さに形成した。これにより、第一電極層２
と第四電極層は電気的に接続される。そのあと、金属製
のパンチやドリルにより穴６をあけ、この穴６の近傍で
第一電極層２の線状部91を除去する工程をレーザ法によ
り行った。この上に、発電層であるアモルファス半導体
層３をプラズマＣＶＤ法を用いて形成し、その上に透明
第二電極層４であるZmＯ膜をスパッタ法により２μｍの
厚さに成膜した。そして、再度基板の裏面にスパッタ法
で第三電極層５としてのステンレス鋼を第四電極層に重
ねて成膜し、接続孔６、61の内面上に延びているアモル
ファス半導体層３および第二電極層４と接触させ、これ
らと電気的に接続した。最後に、レーザ法にて第二電極
層４の線状部分92および第三電極層５の線状部分93を表
裏の同一位置で除去した。
チレンナフタレートフィルムを用い、接続孔61として直
径１mmの穴を15mm間隔で金属製のパンチにより打ちぬ
き、その一面上に耐食性のある図示しない第四電極層と
してスパッタ法によりステンレス鋼を2500Åの厚さに成
膜し、反対面にも第一電極層２としてスパッタ法にて銀
を1400Åの厚さに形成した。これにより、第一電極層２
と第四電極層は電気的に接続される。そのあと、金属製
のパンチやドリルにより穴６をあけ、この穴６の近傍で
第一電極層２の線状部91を除去する工程をレーザ法によ
り行った。この上に、発電層であるアモルファス半導体
層３をプラズマＣＶＤ法を用いて形成し、その上に透明
第二電極層４であるZmＯ膜をスパッタ法により２μｍの
厚さに成膜した。そして、再度基板の裏面にスパッタ法
で第三電極層５としてのステンレス鋼を第四電極層に重
ねて成膜し、接続孔６、61の内面上に延びているアモル
ファス半導体層３および第二電極層４と接触させ、これ
らと電気的に接続した。最後に、レーザ法にて第二電極
層４の線状部分92および第三電極層５の線状部分93を表
裏の同一位置で除去した。
【００２１】この構造を用いることにより、従来の高精
度なパターニング工程は、不必要なものとなる。また、
従来の構造のように第二電極層４のシート抵抗による出
力低下が大きくないので、太陽電池セル幅により出力が
大きく変動することがなく、太陽電池の電流、電圧値を
無駄なく設定できる。本実施例では、直列接続を得るた
めにＹＡＧレーザにより分離加工を行った。加工レーザ
としては、基本波である1.06μｍのパルスレーザを用
い、図10の第二電極である透明電極の線状に除去した部
分92については、図11(a) 、(b) に示すように、第二電
極層４だけでなく、下地のアモルファス半導体層３も同
時に加工することもできる。この場合については、加工
手段として、同じＹＡＧレーザでもアモルファス半導体
層３が吸収しやすい第二高調波を用いたり、ナイフや超
音波チップによる機械接触加工を用いることができる。
これらを用いると透明な第二電極層４のみを選択的に加
工する必要がないので、安定した第二電極層４の電気的
分離が行える。また、機械接触加工を用いると、レーザ
加工に比べて装置コストが低くできるという利点もあ
る。
度なパターニング工程は、不必要なものとなる。また、
従来の構造のように第二電極層４のシート抵抗による出
力低下が大きくないので、太陽電池セル幅により出力が
大きく変動することがなく、太陽電池の電流、電圧値を
無駄なく設定できる。本実施例では、直列接続を得るた
めにＹＡＧレーザにより分離加工を行った。加工レーザ
としては、基本波である1.06μｍのパルスレーザを用
い、図10の第二電極である透明電極の線状に除去した部
分92については、図11(a) 、(b) に示すように、第二電
極層４だけでなく、下地のアモルファス半導体層３も同
時に加工することもできる。この場合については、加工
手段として、同じＹＡＧレーザでもアモルファス半導体
層３が吸収しやすい第二高調波を用いたり、ナイフや超
音波チップによる機械接触加工を用いることができる。
これらを用いると透明な第二電極層４のみを選択的に加
工する必要がないので、安定した第二電極層４の電気的
分離が行える。また、機械接触加工を用いると、レーザ
加工に比べて装置コストが低くできるという利点もあ
る。
【００２２】図12(a) 、(b) は、図４の構造で第一電極
層２の線状部91を線状に除去する工程を第三電極層５成
膜後に行うものである。この製造工程では、第一電極層
２とアモルファス半導体層３の成膜の間にレーザ加工を
行わないので、レーザ加工に伴うピンホール等の不良の
発生が無く、また全ての膜を形成した後に行うので他の
第二電極層４の線状部92と第三電極層５の線状部93を除
去する工程と同時に行えるという利点がある。
層２の線状部91を線状に除去する工程を第三電極層５成
膜後に行うものである。この製造工程では、第一電極層
２とアモルファス半導体層３の成膜の間にレーザ加工を
行わないので、レーザ加工に伴うピンホール等の不良の
発生が無く、また全ての膜を形成した後に行うので他の
第二電極層４の線状部92と第三電極層５の線状部93を除
去する工程と同時に行えるという利点がある。
【００２３】図13(a) 、(b) では、第二電極層４の成膜
の際、接続孔61をマスクで覆い、第二電極層４が接続孔
の内部に延びないようにして、第二電極層４の第三電極
層５および第一電極層との接続を防いだ。これにより、
線状部92の除去の必要がない。また、この構造の線状部
91のように第一電極層２、アモルファス半導体層３およ
び第二電極層４の３層同時に除去する際には、除去時に
第一電極層２と第二電極層４が電気的に接続してしま
い、太陽電池の性能を低下させる原因になることがあ
る。そこで、線状部91の個所で予め第一電極層を幅広く
加工した後に、アモルファス半導体層３、第二電極層４
および第三電極層５を順次形成し、そのあと、第一電極
層２を幅広く開けた部分の第二電極層４およびアモルフ
ァス半導体層３を同時に加工する。この時重要なこと
は、除去した線状部91の接続孔61より遠い側に第一電極
層４を露出させないことである。この構造を採ると、線
状部91除去時に隣接ユニットセルの第一電極層２を第三
電極層４と電気的に接続することがない。
の際、接続孔61をマスクで覆い、第二電極層４が接続孔
の内部に延びないようにして、第二電極層４の第三電極
層５および第一電極層との接続を防いだ。これにより、
線状部92の除去の必要がない。また、この構造の線状部
91のように第一電極層２、アモルファス半導体層３およ
び第二電極層４の３層同時に除去する際には、除去時に
第一電極層２と第二電極層４が電気的に接続してしま
い、太陽電池の性能を低下させる原因になることがあ
る。そこで、線状部91の個所で予め第一電極層を幅広く
加工した後に、アモルファス半導体層３、第二電極層４
および第三電極層５を順次形成し、そのあと、第一電極
層２を幅広く開けた部分の第二電極層４およびアモルフ
ァス半導体層３を同時に加工する。この時重要なこと
は、除去した線状部91の接続孔61より遠い側に第一電極
層４を露出させないことである。この構造を採ると、線
状部91除去時に隣接ユニットセルの第一電極層２を第三
電極層４と電気的に接続することがない。
【００２４】図14(a) 、(b) は、図11の構造を形成後、
接続孔61を通じての第二電極層２と第三電極層５および
接続孔６を通じての第二電極層４と第三電極層５の電気
的接続を強化する目的で、接続孔61と接続孔６を通して
第一電極層２と第三電極層５および第二電極層４と第三
電極層５のはんだ10によるろう付けを超音波はんだごて
13を用いて行っている。超音波はんだ付けは、透明電極
層４に対するはんだの濡れを良くする効果がある。ま
た、このようなはんだ10による接続孔61および接続孔６
の電気的接続の強化は、図10、図12の構造にも適用でき
る。
接続孔61を通じての第二電極層２と第三電極層５および
接続孔６を通じての第二電極層４と第三電極層５の電気
的接続を強化する目的で、接続孔61と接続孔６を通して
第一電極層２と第三電極層５および第二電極層４と第三
電極層５のはんだ10によるろう付けを超音波はんだごて
13を用いて行っている。超音波はんだ付けは、透明電極
層４に対するはんだの濡れを良くする効果がある。ま
た、このようなはんだ10による接続孔61および接続孔６
の電気的接続の強化は、図10、図12の構造にも適用でき
る。
【００２５】図15(a) 、(b) および図16(a) 、(b) は、
図１および図９の構造で、直径１mmの超音波はんだごて
を用い、基板１に接続孔６をあけると同時に、第一電極
層２と第三電極層５および第二電極層４と第三電極層５
をはんだ10によりろう付けした薄膜太陽電池の断面構造
図である。図15では環状溝94、図16では環状溝95のトリ
ミングにより、第一電極層２と第二電極層４との絶縁を
とっている。この方法によれば、アモルファス半導体層
３の成膜前に接続孔６あるいは６、61を開けずに済むた
め、接続孔に関係する成膜時の基板の形状変化等による
アモルファス半導体層３の膜はがれ等の問題が無い。ま
た、穴あけと接続が１ステップでできるので製造工程が
簡単である。
図１および図９の構造で、直径１mmの超音波はんだごて
を用い、基板１に接続孔６をあけると同時に、第一電極
層２と第三電極層５および第二電極層４と第三電極層５
をはんだ10によりろう付けした薄膜太陽電池の断面構造
図である。図15では環状溝94、図16では環状溝95のトリ
ミングにより、第一電極層２と第二電極層４との絶縁を
とっている。この方法によれば、アモルファス半導体層
３の成膜前に接続孔６あるいは６、61を開けずに済むた
め、接続孔に関係する成膜時の基板の形状変化等による
アモルファス半導体層３の膜はがれ等の問題が無い。ま
た、穴あけと接続が１ステップでできるので製造工程が
簡単である。
【００２６】直列接続構造の薄膜太陽電池は、次の方法
を用いれば、図６に示した製造工程と同一工程で製造す
ることができる。大面積の基板１上に図６(a) 〜(f) の
形成手順に従って太陽電池構造を形成したあと、図17に
その平面図を示すように、形成された各層を一定間隔で
線状に除去して溝96を形成することにより、電気的に絶
縁された複数個の単位太陽電池 (以下、ユニットセルと
呼ぶ) 84、85、─88に分割する。本実施例では、ＹＡＧ
レーザを用いてこの除去を行った。また、同図および断
面図の図18に示すように、第一電極層２の薄膜半導体層
３および第二電極層４により覆われていない領域 (非被
覆領域) 14、15を予め形成しておき、そこにも貫通孔61
開けておく。そして、太陽電池が形成されている面とは
反対側に形成する第三電極導電層５についても、図に示
すように少なくとも非被覆領域14、15に開けられた接続
孔61の部分まで含むように形成する。スパッタなどの通
常の成膜法を用いて膜堆積を行うと、貫通孔61の内壁に
堆積した第三電極層５により、第一電極層２と第三電極
層５の電気的接続が実現される。このあと、図19に示す
ように第三電極層５を、反対面側に形成されたユニット
セルと表裏になるようにレーザなどで線状に除去して溝
97を形成し、分割する。ただし、このとき表面側の非被
覆領域の反対面の第三電極層５は隣のユニットセルの貫
通孔を含む領域の第三電極層５と連結されるように分割
を行う。この結果、非被覆領域を介して相隣り合うユニ
ットセル83、─88の一方の透明電極４が、他方のユニッ
トセルの第一電極層２と直列に接続されることとなり、
最終的には基板上の複数個のユニットセルが順次直列接
続された構造が形成される。この直列接続部である非被
覆領域は必ずしも両端に必要はなく、図20に示すように
太陽電池の中間に複数個こうした非被覆領域16を作れ
ば、ユニットセルの長さが長くなっても、第三電極層５
を流れる電流によるジュール損失を回避することが可能
になる。
を用いれば、図６に示した製造工程と同一工程で製造す
ることができる。大面積の基板１上に図６(a) 〜(f) の
形成手順に従って太陽電池構造を形成したあと、図17に
その平面図を示すように、形成された各層を一定間隔で
線状に除去して溝96を形成することにより、電気的に絶
縁された複数個の単位太陽電池 (以下、ユニットセルと
呼ぶ) 84、85、─88に分割する。本実施例では、ＹＡＧ
レーザを用いてこの除去を行った。また、同図および断
面図の図18に示すように、第一電極層２の薄膜半導体層
３および第二電極層４により覆われていない領域 (非被
覆領域) 14、15を予め形成しておき、そこにも貫通孔61
開けておく。そして、太陽電池が形成されている面とは
反対側に形成する第三電極導電層５についても、図に示
すように少なくとも非被覆領域14、15に開けられた接続
孔61の部分まで含むように形成する。スパッタなどの通
常の成膜法を用いて膜堆積を行うと、貫通孔61の内壁に
堆積した第三電極層５により、第一電極層２と第三電極
層５の電気的接続が実現される。このあと、図19に示す
ように第三電極層５を、反対面側に形成されたユニット
セルと表裏になるようにレーザなどで線状に除去して溝
97を形成し、分割する。ただし、このとき表面側の非被
覆領域の反対面の第三電極層５は隣のユニットセルの貫
通孔を含む領域の第三電極層５と連結されるように分割
を行う。この結果、非被覆領域を介して相隣り合うユニ
ットセル83、─88の一方の透明電極４が、他方のユニッ
トセルの第一電極層２と直列に接続されることとなり、
最終的には基板上の複数個のユニットセルが順次直列接
続された構造が形成される。この直列接続部である非被
覆領域は必ずしも両端に必要はなく、図20に示すように
太陽電池の中間に複数個こうした非被覆領域16を作れ
ば、ユニットセルの長さが長くなっても、第三電極層５
を流れる電流によるジュール損失を回避することが可能
になる。
【００２７】図17、図19、図20に示した直列接続構造の
薄膜太陽電池を製造する場合、半導体層３の形成におい
ては、直列接続を行うための端部の貫通孔61部分に非被
覆領域14、15を形成することが必要である。そのために
は、半導体層３の形成時にマスクをつけての成膜などを
行う。しかし、通常の薄膜半導体ではその端のところま
で中央部と同じ性能の素子構造を形成するのは難しい。
アモルファスシリコンからなる半導体層の場合を例に取
ると、ｐ層、ｉ層、ｎ層が積層された接合が基本的な素
子構造となるが、変換効率を向上させるためには不純物
の相互汚染を防ぐためにこれらを順次、別の成膜室で形
成することが行われる。この時、どの成膜室でも縁の部
分で位置ずれがないように基板を設置し、接合構造を作
るのは事実上不可能である。また、グロー放電分解など
の方法で膜形成を行う場合、マスクの近傍では膜厚、膜
特性が中央部分と大きく異なるため、位置合わせが正確
にできたとしても、縁の部分では設計通りの接合構造の
形成はできない。このため、この部分で半導体層３が単
なる抵抗体となり、第一電極２と第二電極４が事実上短
絡してしまうなどの問題が生ずる。こうした問題を避け
ようとすると、半導体層３の各積層膜およびその上に形
成する第二電極層４を、図18に示すようにその形成順に
従って次第に小さくして行く事が必要となる。しかし、
それでは太陽電池の発電有効面積が大きくならない。
薄膜太陽電池を製造する場合、半導体層３の形成におい
ては、直列接続を行うための端部の貫通孔61部分に非被
覆領域14、15を形成することが必要である。そのために
は、半導体層３の形成時にマスクをつけての成膜などを
行う。しかし、通常の薄膜半導体ではその端のところま
で中央部と同じ性能の素子構造を形成するのは難しい。
アモルファスシリコンからなる半導体層の場合を例に取
ると、ｐ層、ｉ層、ｎ層が積層された接合が基本的な素
子構造となるが、変換効率を向上させるためには不純物
の相互汚染を防ぐためにこれらを順次、別の成膜室で形
成することが行われる。この時、どの成膜室でも縁の部
分で位置ずれがないように基板を設置し、接合構造を作
るのは事実上不可能である。また、グロー放電分解など
の方法で膜形成を行う場合、マスクの近傍では膜厚、膜
特性が中央部分と大きく異なるため、位置合わせが正確
にできたとしても、縁の部分では設計通りの接合構造の
形成はできない。このため、この部分で半導体層３が単
なる抵抗体となり、第一電極２と第二電極４が事実上短
絡してしまうなどの問題が生ずる。こうした問題を避け
ようとすると、半導体層３の各積層膜およびその上に形
成する第二電極層４を、図18に示すようにその形成順に
従って次第に小さくして行く事が必要となる。しかし、
それでは太陽電池の発電有効面積が大きくならない。
【００２８】図21(a) 〜(g) はこの点を改善した実施例
を製造工程の流れに従って示したものである。基板１と
しては膜厚60μｍのアラミドフィルムを用いた〔図21
(a) 〕。この基板１に距離をおいてそれぞれ複数個の穴
61をパンチを用いて開けた〔図21(b) 〕。この上に第一
電極層２およびそれと反対側の面に第四電極層54となる
Agをスパッタにより数百nm厚で形成する〔図21(c) 〕。
形成する順序はどちらが先でもかまわない。貫通孔61の
内部での成膜時の周り込みにより、第一電極層２と第四
電極層54の間の電気的な接続は実用上十分なだけの低い
値となる。また、成膜法もスパッタに限ったことはな
く、蒸着法でもよい。さらに図22に示すように、この第
四電極層54は必ずしも裏面全面に形成する必要はなく貫
通領域を含むように部分的に形成するだけでもよい。上
で述べた方法と同じ方法で基板の中央の広い部分に複数
個の穴６を開けた〔図21(d) 〕。
を製造工程の流れに従って示したものである。基板１と
しては膜厚60μｍのアラミドフィルムを用いた〔図21
(a) 〕。この基板１に距離をおいてそれぞれ複数個の穴
61をパンチを用いて開けた〔図21(b) 〕。この上に第一
電極層２およびそれと反対側の面に第四電極層54となる
Agをスパッタにより数百nm厚で形成する〔図21(c) 〕。
形成する順序はどちらが先でもかまわない。貫通孔61の
内部での成膜時の周り込みにより、第一電極層２と第四
電極層54の間の電気的な接続は実用上十分なだけの低い
値となる。また、成膜法もスパッタに限ったことはな
く、蒸着法でもよい。さらに図22に示すように、この第
四電極層54は必ずしも裏面全面に形成する必要はなく貫
通領域を含むように部分的に形成するだけでもよい。上
で述べた方法と同じ方法で基板の中央の広い部分に複数
個の穴６を開けた〔図21(d) 〕。
【００２９】こうした工程を経たうえで、光電変換層と
なる薄膜半導体層３を形成する。本実施例では通常のグ
ロー放電分解により堆積される水素化アモルファスシリ
コン(ａ−Si：Ｈ) 系の材料を用いてｎ−ｉ−ｐ接合を
形成した〔図21(e) 〕。この場合は半導体層３全面成膜
なので、縁の問題はない。その上に、マスクを用いて貫
通孔63の部分を除いてスパッタ法により第二電極層であ
る透明電極層４を形成した。最後に、太陽電池を形成し
た面とは反対側の基板面に金属膜などの低抵抗導電膜か
らなる第三電極層５を最終的に形成する。この第三電極
層５は第四電極層54に接触し電気的に接続される。本実
施例では材料としてはAlを用い、スパッタで膜形成を行
った〔図21(g) 〕。
なる薄膜半導体層３を形成する。本実施例では通常のグ
ロー放電分解により堆積される水素化アモルファスシリ
コン(ａ−Si：Ｈ) 系の材料を用いてｎ−ｉ−ｐ接合を
形成した〔図21(e) 〕。この場合は半導体層３全面成膜
なので、縁の問題はない。その上に、マスクを用いて貫
通孔63の部分を除いてスパッタ法により第二電極層であ
る透明電極層４を形成した。最後に、太陽電池を形成し
た面とは反対側の基板面に金属膜などの低抵抗導電膜か
らなる第三電極層５を最終的に形成する。この第三電極
層５は第四電極層54に接触し電気的に接続される。本実
施例では材料としてはAlを用い、スパッタで膜形成を行
った〔図21(g) 〕。
【００３０】以上のようにして形成した太陽電池は、図
21(g) に示されるように貫通孔６、63の部分で膜形成時
の回り込みがある。そのため、透明電極層４と最後に形
成した裏面金属層５が穴の部分で電気的に接続される。
接続孔６および63の面内分布や密度を適当に設定し、一
つの穴を通して流れる電流を接触抵抗による電圧降下が
無視できるようにする。この場合、貫通孔での電気的な
接続をより確実なものにするためには、図６(g) に示し
たように裏面の電極層を形成した後、はんだなどの良電
動体を穴に流し込む。この方法では、第一電極層２と第
三電極層５との接続のための貫通孔の形成、およびその
貫通孔を通じて後工程で第三電極層５が重ねられる第四
電極層54の形成を初めに行うことにより、図18に示した
ように半導体層３を第一電極層２よりの小さな領域に作
らなければならないという制約がなくなる。このため、
半導体層の接合形成で問題となる周辺部の不良による短
絡などの欠陥発生はなくなる。また、太陽電池の有効面
積を規定するのは第二電極層４だけとなり、位置合わせ
上の制約が少なく、有効面積を大きくするのが容易にな
る。さらに、第四電極層54を半導体層３形成前に成膜す
るため、成膜時にアモルファス半導体層の特性低下を招
くおそれがなく、基板温度の制約が小さい。そのため、
第四電極層54を、例えばスパッタ法などにより250 ℃以
上の基板温度で形成することができる。基板温度が高い
ほどフィルムと電極の接着強度が増加するものについて
は、これは大きな利点である。
21(g) に示されるように貫通孔６、63の部分で膜形成時
の回り込みがある。そのため、透明電極層４と最後に形
成した裏面金属層５が穴の部分で電気的に接続される。
接続孔６および63の面内分布や密度を適当に設定し、一
つの穴を通して流れる電流を接触抵抗による電圧降下が
無視できるようにする。この場合、貫通孔での電気的な
接続をより確実なものにするためには、図６(g) に示し
たように裏面の電極層を形成した後、はんだなどの良電
動体を穴に流し込む。この方法では、第一電極層２と第
三電極層５との接続のための貫通孔の形成、およびその
貫通孔を通じて後工程で第三電極層５が重ねられる第四
電極層54の形成を初めに行うことにより、図18に示した
ように半導体層３を第一電極層２よりの小さな領域に作
らなければならないという制約がなくなる。このため、
半導体層の接合形成で問題となる周辺部の不良による短
絡などの欠陥発生はなくなる。また、太陽電池の有効面
積を規定するのは第二電極層４だけとなり、位置合わせ
上の制約が少なく、有効面積を大きくするのが容易にな
る。さらに、第四電極層54を半導体層３形成前に成膜す
るため、成膜時にアモルファス半導体層の特性低下を招
くおそれがなく、基板温度の制約が小さい。そのため、
第四電極層54を、例えばスパッタ法などにより250 ℃以
上の基板温度で形成することができる。基板温度が高い
ほどフィルムと電極の接着強度が増加するものについて
は、これは大きな利点である。
【００３１】直列接続するためには、図23(a) に光入射
面側、同図(b) に裏面側を示すようにレーザパターニン
グする。このパターンは図18、図19と同様であるが、非
被覆領域14、アモルファス半導体層３が露出している点
が異なる。この構造では、第三電極層５のパターニング
加工に際し、図23(b) に示したようなパターンの形成が
必要となり、例えばレーザを用いて加工する場合Ｘ−Ｙ
方向の二次元的な掃引が必要となる。これは、装置のコ
ストアップにつながるだけでなく、加工速度の低下にも
つながる。そこで、この問題を解決するための実施例を
図24(a) 、(b) に示す。図24(a) 光入射面側の平面図を
示し、図24(b) は第三電極層５の面の平面図である。第
一電極層２と第三電極層５と接続する貫通孔61と、第二
電極層４と第三電極層５とを接続するための貫通孔６を
これらの図に示されるように形成する。すなわち、ユニ
ットセルが直列に接続される方向に対して直交する方向
に平行な直線で一つのユニットセルを二つの領域に分
け、その一方の領域内に第一、第三電極層接続用の貫通
孔61を、他の領域に第二、第三電極層接続用の貫通孔６
を形成する。こうした構造を取ることにより、両面とも
直線パターンで分割することにより、直列接続が形成さ
れる。このため、パターニング装置が非常に単純にな
り、処理速度も速くなる。この場合、裏面側の第三電極
層５の領域は、表面側の単位太陽電池とその直列接続方
向の幅の半分だけずれていて、両端では半幅だけはみ出
している。この部分はなくても太陽電池の特性にはほと
んど影響しないが、例えば出力取出しのためのリード線
の接続に利用することができる。
面側、同図(b) に裏面側を示すようにレーザパターニン
グする。このパターンは図18、図19と同様であるが、非
被覆領域14、アモルファス半導体層３が露出している点
が異なる。この構造では、第三電極層５のパターニング
加工に際し、図23(b) に示したようなパターンの形成が
必要となり、例えばレーザを用いて加工する場合Ｘ−Ｙ
方向の二次元的な掃引が必要となる。これは、装置のコ
ストアップにつながるだけでなく、加工速度の低下にも
つながる。そこで、この問題を解決するための実施例を
図24(a) 、(b) に示す。図24(a) 光入射面側の平面図を
示し、図24(b) は第三電極層５の面の平面図である。第
一電極層２と第三電極層５と接続する貫通孔61と、第二
電極層４と第三電極層５とを接続するための貫通孔６を
これらの図に示されるように形成する。すなわち、ユニ
ットセルが直列に接続される方向に対して直交する方向
に平行な直線で一つのユニットセルを二つの領域に分
け、その一方の領域内に第一、第三電極層接続用の貫通
孔61を、他の領域に第二、第三電極層接続用の貫通孔６
を形成する。こうした構造を取ることにより、両面とも
直線パターンで分割することにより、直列接続が形成さ
れる。このため、パターニング装置が非常に単純にな
り、処理速度も速くなる。この場合、裏面側の第三電極
層５の領域は、表面側の単位太陽電池とその直列接続方
向の幅の半分だけずれていて、両端では半幅だけはみ出
している。この部分はなくても太陽電池の特性にはほと
んど影響しないが、例えば出力取出しのためのリード線
の接続に利用することができる。
【００３２】図25(a) 、(b) は、所定の大きさの基板か
ら高い電圧を取り出す場合の実施例を示し、同図(a) に
示すように除去部96と直角の除去部98によりユニットセ
ルを二列につくり、同図(b) に示すように裏面の第三電
極層５も一端の領域55を除いて除去部99により二分す
る。ただし、二列のユニットセルの貫通孔６、61の位置
を逆にすることにより８個のユニットセルが直列接続さ
れる。
ら高い電圧を取り出す場合の実施例を示し、同図(a) に
示すように除去部96と直角の除去部98によりユニットセ
ルを二列につくり、同図(b) に示すように裏面の第三電
極層５も一端の領域55を除いて除去部99により二分す
る。ただし、二列のユニットセルの貫通孔６、61の位置
を逆にすることにより８個のユニットセルが直列接続さ
れる。
【００３３】図26に示す実施例では、両面とも２本の除
去部98、99で分割され、三列の直列接続されたユニット
セルが各々直列に接続されている。この構造は四列以上
の場合に容易に拡張できることはいうまでもない。な
お、図19に示した構造をもつ場合にも、第三電極層５の
パターンの形状は直線とはならないが同じように適用可
能である。
去部98、99で分割され、三列の直列接続されたユニット
セルが各々直列に接続されている。この構造は四列以上
の場合に容易に拡張できることはいうまでもない。な
お、図19に示した構造をもつ場合にも、第三電極層５の
パターンの形状は直線とはならないが同じように適用可
能である。
【００３４】これらの構造を形成するための製造方法
は、基本的には図22に述べた順番でできる。ただし、基
板を貫通させる位置は、最後に何列に分割するのかによ
り図25、図26のように決定する必要がある。また、第二
電極層４の形成に関してはやはり貫通孔61を形成する領
域にマスクなどにより膜が形成されないようにする必要
がある。第三電極層５は反対面の第一電極層２よりも大
きく形成する。その後、第一電極層２、半導体層三、第
二電極層４をレーザビームやエッチングにより同時に除
去してユニットセルへの分割を行う。第三電極層につい
ては、列同士を接続するのに必要な端の部分の電極を除
き、ユニットセルが直列接続されるようにレーザビーム
やエッチングを用いて分割する。
は、基本的には図22に述べた順番でできる。ただし、基
板を貫通させる位置は、最後に何列に分割するのかによ
り図25、図26のように決定する必要がある。また、第二
電極層４の形成に関してはやはり貫通孔61を形成する領
域にマスクなどにより膜が形成されないようにする必要
がある。第三電極層５は反対面の第一電極層２よりも大
きく形成する。その後、第一電極層２、半導体層三、第
二電極層４をレーザビームやエッチングにより同時に除
去してユニットセルへの分割を行う。第三電極層につい
ては、列同士を接続するのに必要な端の部分の電極を除
き、ユニットセルが直列接続されるようにレーザビーム
やエッチングを用いて分割する。
【００３５】このように、高い出力電圧を得る構造が特
別に工数を増やすことなくこれが実現される。したがっ
て、一列だけで高い電圧を取り出す場合に比べ、単位太
陽電池の幅あ極端に狭くして分割数を上げる必要はな
く、設計上の余裕度ならびに有効面積の改善が実現され
る。図27(a) 〜(h) は本発明の別の実施例の直列接続構
造の製造方法の工程の流れを示す。先ず、絶縁性可とう
性基板１〔図27(a) 〕に貫通孔61を前述の実施例と同様
の方法で開ける。この貫通孔61の直径は、0.１mm以上10
mm以下、好ましくは0.１mm以上５mm以下とする。その後
に、印刷法によりコンタクト用の印刷電極17を形成する
〔図27(b) 〕。印刷面は基板のどちらの面から一方でも
良いし、両面から印刷を行っても良い。この時、この実
施例で重要なことはこの印刷法により接続孔を塞ぐこと
である。この穴開け工程の後に、第一電極２を金属のス
パッタ法や蒸着法により形成し〔図27(c) 〕、その後、
貫通孔６を開ける〔図27(d) 〕。次いで半導体層３〔27
(e) 〕、透明電極層４〔図27(f) 〕を順次形成する。そ
の後、貫通孔６を充填する印刷電極パターン18を両面印
刷または片面印刷により形成して、第二電極層の透明電
極層４と第三電極層となる印刷電極18を接続し〔図27
(g) 〕、最後に第一電極層２、半導体層３、透明電極層
４を除去部91で分離加工してこの薄膜太陽電池を完成す
る〔図27(h) 〕。印刷電極18の形成と分離加工の最終の
２工程の順番については、これを入れ替えても良い。ま
た最初の穴61開け工程、その穴61を印刷電極17により塞
ぐ工程を、第一電極２形成後に行うことも可能である。
この方法によれば、印刷電極17により、貫通孔61を塞ぐ
ことにより、この貫通孔61上も光電変換領域とすること
が可能となる。また、透明電極４との接続を印刷電極18
で行うことにより、各電極層の延長部で接続を行う場合
に比べて、第一電極２との短絡などの不良の発生が大き
く減少した。なお貫通孔61は、第一電極２が金属電極で
あって低抵抗であるため、必要最低限の数を設ければよ
い。
別に工数を増やすことなくこれが実現される。したがっ
て、一列だけで高い電圧を取り出す場合に比べ、単位太
陽電池の幅あ極端に狭くして分割数を上げる必要はな
く、設計上の余裕度ならびに有効面積の改善が実現され
る。図27(a) 〜(h) は本発明の別の実施例の直列接続構
造の製造方法の工程の流れを示す。先ず、絶縁性可とう
性基板１〔図27(a) 〕に貫通孔61を前述の実施例と同様
の方法で開ける。この貫通孔61の直径は、0.１mm以上10
mm以下、好ましくは0.１mm以上５mm以下とする。その後
に、印刷法によりコンタクト用の印刷電極17を形成する
〔図27(b) 〕。印刷面は基板のどちらの面から一方でも
良いし、両面から印刷を行っても良い。この時、この実
施例で重要なことはこの印刷法により接続孔を塞ぐこと
である。この穴開け工程の後に、第一電極２を金属のス
パッタ法や蒸着法により形成し〔図27(c) 〕、その後、
貫通孔６を開ける〔図27(d) 〕。次いで半導体層３〔27
(e) 〕、透明電極層４〔図27(f) 〕を順次形成する。そ
の後、貫通孔６を充填する印刷電極パターン18を両面印
刷または片面印刷により形成して、第二電極層の透明電
極層４と第三電極層となる印刷電極18を接続し〔図27
(g) 〕、最後に第一電極層２、半導体層３、透明電極層
４を除去部91で分離加工してこの薄膜太陽電池を完成す
る〔図27(h) 〕。印刷電極18の形成と分離加工の最終の
２工程の順番については、これを入れ替えても良い。ま
た最初の穴61開け工程、その穴61を印刷電極17により塞
ぐ工程を、第一電極２形成後に行うことも可能である。
この方法によれば、印刷電極17により、貫通孔61を塞ぐ
ことにより、この貫通孔61上も光電変換領域とすること
が可能となる。また、透明電極４との接続を印刷電極18
で行うことにより、各電極層の延長部で接続を行う場合
に比べて、第一電極２との短絡などの不良の発生が大き
く減少した。なお貫通孔61は、第一電極２が金属電極で
あって低抵抗であるため、必要最低限の数を設ければよ
い。
【００３６】図28に貫通孔６の数を減らす実施例を示
し、透明電極層４の上面への印刷により集電電極19を形
成、その端部を貫通孔６内に充填された印刷電極18に接
触させる。図29に示す実施例では、印刷電極17の表面形
状が粗いため、半導体層３にピンホールが生じ、透明電
極層４と第一電極層２が短絡した場合、貫通孔61の上部
の周辺部分95をレーザにより除去したものである。な
お、この実施例では貫通孔６に設けられる集電電極19が
放射状であるが、短いため、貫通孔６の数が多い。
し、透明電極層４の上面への印刷により集電電極19を形
成、その端部を貫通孔６内に充填された印刷電極18に接
触させる。図29に示す実施例では、印刷電極17の表面形
状が粗いため、半導体層３にピンホールが生じ、透明電
極層４と第一電極層２が短絡した場合、貫通孔61の上部
の周辺部分95をレーザにより除去したものである。な
お、この実施例では貫通孔６に設けられる集電電極19が
放射状であるが、短いため、貫通孔６の数が多い。
【００３７】図30(a) 〜(e) には、本発明の別の実施例
の製造方法の工程図を示す。この方法では、基板１に第
一電極層２を形成し〔図30(a) 〕、そのあと貫通孔６、
61を形成する〔図30(b) 〕。この上部に半導体層３〔図
３(c) 〕、透明電極層４を順次形成したのち、貫通孔61
の周囲で第一電極層２との接続のための接続孔24および
除去部91形成のための各層の除去ならびに透明電極層４
と第一電極層２の短絡防止のための除去部95形成のため
の透明電極層４の除去を行う。そのあと接続孔24を充填
する印刷電極17および印刷電極18の形成により直列接続
を完成させる。この方法の特徴は、印刷プロセスを最終
工程に集約できるため、工程の簡略化が可能となる点で
ある。
の製造方法の工程図を示す。この方法では、基板１に第
一電極層２を形成し〔図30(a) 〕、そのあと貫通孔６、
61を形成する〔図30(b) 〕。この上部に半導体層３〔図
３(c) 〕、透明電極層４を順次形成したのち、貫通孔61
の周囲で第一電極層２との接続のための接続孔24および
除去部91形成のための各層の除去ならびに透明電極層４
と第一電極層２の短絡防止のための除去部95形成のため
の透明電極層４の除去を行う。そのあと接続孔24を充填
する印刷電極17および印刷電極18の形成により直列接続
を完成させる。この方法の特徴は、印刷プロセスを最終
工程に集約できるため、工程の簡略化が可能となる点で
ある。
【００３８】図31(a) 〜(e) には、本発明のさらに別の
実施例の製造方法の工程図を示す。この方法では、基板
１上に第一電極層２〔図31(a) 〕、半導体層３〔図31
(b) 〕および透明電極層４を積層したのち、貫通孔６、
61の形成、接続孔24のための透明電極層４、半導体層３
の除去、除去部91のための透明電極層４、半導体層３、
第一電極層２の除去および除去部95のための透明電極層
４の除去を行う〔図31(c) 〕。次いで、印刷により貫通
孔６の上部に第一電極層２との短絡を防ぐ絶縁層25を形
成する〔図31(d) 〕。そのあと、印刷法により、透明電
極層４、第一電極層１と接続する印刷電極18および第一
電極層と接続するための印刷電極17を形成する〔図31
(e) 〕。この実施例では、穴開け、各層の除去ならびに
ペーストを用いた印刷を各層の積層ののち一括して行う
ことが可能なため、欠陥の少ない膜形成が可能となる。
実施例の製造方法の工程図を示す。この方法では、基板
１上に第一電極層２〔図31(a) 〕、半導体層３〔図31
(b) 〕および透明電極層４を積層したのち、貫通孔６、
61の形成、接続孔24のための透明電極層４、半導体層３
の除去、除去部91のための透明電極層４、半導体層３、
第一電極層２の除去および除去部95のための透明電極層
４の除去を行う〔図31(c) 〕。次いで、印刷により貫通
孔６の上部に第一電極層２との短絡を防ぐ絶縁層25を形
成する〔図31(d) 〕。そのあと、印刷法により、透明電
極層４、第一電極層１と接続する印刷電極18および第一
電極層と接続するための印刷電極17を形成する〔図31
(e) 〕。この実施例では、穴開け、各層の除去ならびに
ペーストを用いた印刷を各層の積層ののち一括して行う
ことが可能なため、欠陥の少ない膜形成が可能となる。
【００３９】従来の基板上に各層を積層して形成した薄
膜太陽電池では、最上層の上に出力端子を設け、リード
線を接続して出力を取出している。従って、最上層が透
明電極層で、その面から光を入射させる場合、出力端子
の占める面積な光電変換面積が減少し、また光電変換す
る半導体層に悪影響を及ばさないためには、接続部と光
電変換層との距離を離す必要があった。これに対し、本
発明による薄膜太陽電池は、反光入射面側に設けられる
第三電極層から出力を取り出すことができるため、それ
らの欠点を除くことができる。図32、33はそのような実
施例を示し、図21に示した実施例と同様、絶縁性基板１
の上面に第一電極層２に形成すると共に下面に第四電極
層54が形成されている。その他の構造は図10に示された
直列接続構造の太陽電池と同様であるが、第二電極層４
に接続されている第三電極層５の領域上の一出力端子50
および第一電極層２に第四電極層54を介して接続されて
いる第三電極５の領域の上に＋出力端子20がいずれも基
板１の反光入射面側に設けられている。この構造では、
図から明らかなように、出力端子20、50の位置が、表面
の光電変換層３の下部に存在することが許されるため、
端子により光の入射を遮ることがなく、発電有効面積が
増大し、また、出力端子20、50の位置の自由度が広が
り、例えば量産時の良品率を高める効果がある。さらに
リード線との接続を、塵埃や熱に弱い半導体層３と基板
１を介した反対側で行うことが出来るために、接続によ
る電池への悪影響を低減することも出来る。
膜太陽電池では、最上層の上に出力端子を設け、リード
線を接続して出力を取出している。従って、最上層が透
明電極層で、その面から光を入射させる場合、出力端子
の占める面積な光電変換面積が減少し、また光電変換す
る半導体層に悪影響を及ばさないためには、接続部と光
電変換層との距離を離す必要があった。これに対し、本
発明による薄膜太陽電池は、反光入射面側に設けられる
第三電極層から出力を取り出すことができるため、それ
らの欠点を除くことができる。図32、33はそのような実
施例を示し、図21に示した実施例と同様、絶縁性基板１
の上面に第一電極層２に形成すると共に下面に第四電極
層54が形成されている。その他の構造は図10に示された
直列接続構造の太陽電池と同様であるが、第二電極層４
に接続されている第三電極層５の領域上の一出力端子50
および第一電極層２に第四電極層54を介して接続されて
いる第三電極５の領域の上に＋出力端子20がいずれも基
板１の反光入射面側に設けられている。この構造では、
図から明らかなように、出力端子20、50の位置が、表面
の光電変換層３の下部に存在することが許されるため、
端子により光の入射を遮ることがなく、発電有効面積が
増大し、また、出力端子20、50の位置の自由度が広が
り、例えば量産時の良品率を高める効果がある。さらに
リード線との接続を、塵埃や熱に弱い半導体層３と基板
１を介した反対側で行うことが出来るために、接続によ
る電池への悪影響を低減することも出来る。
【００４０】図32と図33とは次の点で相違している。図
32では、第一電極層２と接続されている第三電極層５の
領域と透明電極層４との分離を線状の除去部92で行って
いる。これに対して図33では、貫通孔61の周辺部の環状
の除去部95で行っている。これにより発電有効面積がさ
らに増大することにする。なお、これらの実施例では基
板１の下面に第四電極層54を設けているが、第三電極層
５のみの場合も同様に実施できることはいうまでもな
い。
32では、第一電極層２と接続されている第三電極層５の
領域と透明電極層４との分離を線状の除去部92で行って
いる。これに対して図33では、貫通孔61の周辺部の環状
の除去部95で行っている。これにより発電有効面積がさ
らに増大することにする。なお、これらの実施例では基
板１の下面に第四電極層54を設けているが、第三電極層
５のみの場合も同様に実施できることはいうまでもな
い。
【００４１】基板１に高分子フィルムを用いる場合、材
料としてはポリエチレンテレナフタレート、ポリイミド
などを用いることができる。第一電極層２には、AlやAg
の膜のほかにAg／透明導電材料の多層膜などを用いるこ
とができ、成膜法もスパッタ法に限らず、蒸着法でもよ
い。透明第二電極層４の材料には、ZnＯのほかにＩＴＯ
やSnＯ2 などの酸化物導電材料を用いるのが一般的であ
る。第三電極層５の材料には、Ti、ステンレス鋼、Alの
ほかにAgやCrを用いることができる。接続孔６あるいは
61を明けるのには、エネルギービームを用いた加工によ
ることもできる。また、接続孔６、61の形状も必ずしも
円である必要はなく、例えば面積効率を改善するために
は面積はできるだけ小さく、しかも周辺の長さができる
だけ長くなる形状が望ましい。あるいは、デザインや穴
明け治具の構造により図34に示すような種々の形状が考
えられる。薄膜半導体層３としては、プラズマＣＶＤ法
により堆積される水素化アモルファスシリコン (ａ−S
i：Ｈ) 系の材料のようなアモルファス半導体層を用い
てｐｉｎ接合を形成したもののほかに、CdTe／CdＳやCu
InSe2 ／CdＳなどの接合を利用してもよい。
料としてはポリエチレンテレナフタレート、ポリイミド
などを用いることができる。第一電極層２には、AlやAg
の膜のほかにAg／透明導電材料の多層膜などを用いるこ
とができ、成膜法もスパッタ法に限らず、蒸着法でもよ
い。透明第二電極層４の材料には、ZnＯのほかにＩＴＯ
やSnＯ2 などの酸化物導電材料を用いるのが一般的であ
る。第三電極層５の材料には、Ti、ステンレス鋼、Alの
ほかにAgやCrを用いることができる。接続孔６あるいは
61を明けるのには、エネルギービームを用いた加工によ
ることもできる。また、接続孔６、61の形状も必ずしも
円である必要はなく、例えば面積効率を改善するために
は面積はできるだけ小さく、しかも周辺の長さができる
だけ長くなる形状が望ましい。あるいは、デザインや穴
明け治具の構造により図34に示すような種々の形状が考
えられる。薄膜半導体層３としては、プラズマＣＶＤ法
により堆積される水素化アモルファスシリコン (ａ−S
i：Ｈ) 系の材料のようなアモルファス半導体層を用い
てｐｉｎ接合を形成したもののほかに、CdTe／CdＳやCu
InSe2 ／CdＳなどの接合を利用してもよい。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、薄膜太陽電池の反光入
射側にある絶縁性基板に穴をあけ、この穴を利用して透
明第二電極層を基板裏面の第三電極層と接続することに
より、高シート抵抗の透明電極層を流れる電流の径路の
距離を短縮できる。これにより寸法の限定された単位太
陽電池に分割することなく低電圧、大電流型にも構成で
きる、ジュール損失が少なく、デッドスペースの部分が
縮小して有効発電面積が増加した薄膜太陽電池を得るこ
とができた。従って低電圧、大電流型の薄膜太陽電池を
構成するのに極めて有効である。さらに、単位太陽電池
の一部に第一電極層の露出する領域を形成し、それと基
板を貫通する導体に接続される分離された第三電極層を
隣接単位太陽電池の第三電極層と連結することにより、
精密なパターニング技術を用いることなく直列接続構造
も容易に形成できる。
射側にある絶縁性基板に穴をあけ、この穴を利用して透
明第二電極層を基板裏面の第三電極層と接続することに
より、高シート抵抗の透明電極層を流れる電流の径路の
距離を短縮できる。これにより寸法の限定された単位太
陽電池に分割することなく低電圧、大電流型にも構成で
きる、ジュール損失が少なく、デッドスペースの部分が
縮小して有効発電面積が増加した薄膜太陽電池を得るこ
とができた。従って低電圧、大電流型の薄膜太陽電池を
構成するのに極めて有効である。さらに、単位太陽電池
の一部に第一電極層の露出する領域を形成し、それと基
板を貫通する導体に接続される分離された第三電極層を
隣接単位太陽電池の第三電極層と連結することにより、
精密なパターニング技術を用いることなく直列接続構造
も容易に形成できる。
【００４３】また、基板を通ずる接続孔による接続も、
両面の電極層の延長部の利用のほか、はんだなどの低融
点合金、印刷導体などの利用で簡単にできるため、本発
明により得られる効果は極めて大きい。
両面の電極層の延長部の利用のほか、はんだなどの低融
点合金、印刷導体などの利用で簡単にできるため、本発
明により得られる効果は極めて大きい。
【図１】本発明の一実施例の薄膜太陽電池を示し、(a)
が断面図、(b) が平面図
が断面図、(b) が平面図
【図２】本発明の別の実施例の薄膜太陽電池の断面図
【図３】図２の薄膜太陽電池の接続孔部の拡大断面図
【図４】従来の直列接続薄膜太陽電池の断面図
【図５】別の従来の直列接続型薄膜太陽電池の断面図
【図６】本発明の別の実施例の薄膜太陽電池の製造工程
を(a) から(g) の順に示す断面図
を(a) から(g) の順に示す断面図
【図７】本発明の実施例の第一電極層の接続孔近傍部分
を示す断面図
を示す断面図
【図８】本発明の他の実施例の第一電極層の接続孔近傍
部分を示す断面図
部分を示す断面図
【図９】本発明の実施例の実施例の直列接続のための構
造を示し、(a) が断面図、(b)が平面図
造を示し、(a) が断面図、(b)が平面図
【図10】本発明の一実施例の直列接続薄膜太陽電池を示
し、(a) が断面図、(b) が平面図
し、(a) が断面図、(b) が平面図
【図11】本発明の実施例の薄膜太陽電池の直列接続部の
一例を示し、(a) が断面図、(b) が平面図
一例を示し、(a) が断面図、(b) が平面図
【図12】本発明の実施例の薄膜太陽電池の直列接続部の
他の例を示し、(a) が断面図、(b) が平面図
他の例を示し、(a) が断面図、(b) が平面図
【図13】本発明の実施例の薄膜太陽電池の直列接続部の
他の例を示し、(a) が断面図、(b) が平面図
他の例を示し、(a) が断面図、(b) が平面図
【図14】本発明の実施例の薄膜太陽電池の直列接続部の
他の例を示し、(a) が断面図、(b) が平面図
他の例を示し、(a) が断面図、(b) が平面図
【図15】図１の構造の別の例を示し、(a) が断面図、
(b) が平面図
(b) が平面図
【図16】図９の構造の別の例を示し、(a) が断面図、
(b) が平面図
(b) が平面図
【図17】本発明の別の実施例の直列接続薄膜太陽電池の
平面図
平面図
【図18】図17の薄膜太陽電池の断面図
【図19】図17と図18の薄膜太陽電池の下面図
【図20】本発明の異なる実施例の直列接続型薄膜太陽電
池の平面図
池の平面図
【図21】本発明の他の実施例の直列接続型薄膜太陽電池
の製造工程を(a) から(g) の順に示す断面図
の製造工程を(a) から(g) の順に示す断面図
【図22】図21(c) の工程の別の例を示す断面図
【図23】本発明の別の実施例の直列接続型薄膜太陽電池
を示し(a) が平面図、(b) が下面図
を示し(a) が平面図、(b) が下面図
【図24】本発明の別の実施例の直列接続型薄膜太陽電池
を示し(a) が平面図、(b) が下面図
を示し(a) が平面図、(b) が下面図
【図25】本発明の別の実施例の直列接続型薄膜太陽電池
を示し(a) が平面図、(b) が下面図
を示し(a) が平面図、(b) が下面図
【図26】本発明の別の実施例の直列接続型薄膜太陽電池
を示し(a) が平面図、(b) が下面図
を示し(a) が平面図、(b) が下面図
【図27】本発明のさらに異なる実施例の直列接続型薄膜
太陽電池の製造工程を(a) から(h) の順に示す断面図
太陽電池の製造工程を(a) から(h) の順に示す断面図
【図28】本発明の別の実施例の直列接続型薄膜太陽電池
を示し、(a) が平面図、(b) が(a) のＡ−Ａ線断面図
を示し、(a) が平面図、(b) が(a) のＡ−Ａ線断面図
【図29】本発明の別の実施例の直列接続型薄膜太陽電池
を示し、(a) が平面図、(b) が(a) のＢ−Ｂ線断面図
を示し、(a) が平面図、(b) が(a) のＢ−Ｂ線断面図
【図30】本発明の別の実施例の直列接続型薄膜太陽電池
の製造工程を(a) から(e) の順に示す断面図
の製造工程を(a) から(e) の順に示す断面図
【図31】本発明の別の実施例の直列接続型薄膜太陽電池
の製造工程を(a) から(e) の順に示す断面図
の製造工程を(a) から(e) の順に示す断面図
【図32】本発明の実施例の薄膜太陽電池の断面図
【図33】本発明の実施例の薄膜太陽電池の断面図
【図34】接続孔の形状の種々の例を(a) ないし(f) に示
す平面図
す平面図
１ 絶縁性基板 ２ 第一電極層 ３ アモルファス半導体層 ４ 第二電極層 ５ 第三電極層 ５４ 第四電極層 ６、61 接続孔 84、85、86、87、88 ユニットセル 91、92、93、94、95、96、97、98、99 除去部 １０ 低融点合金 14、15、16 非被覆領域 17、18 印刷電極 19 集電電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 清雄 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (28)
- 【請求項１】絶縁性基板の一面上に光電変換層である半
導体層をはさんで基板側に第一電極層、反対側に透明な
第二電極層が設けられ、基板の他面上に第三電極層が設
けられ、第三電極層が第二電極層と基板、第一電極層、
半導体層を貫通する接続孔を通じ、第一電極層と実質的
に絶縁された導体により接続されたことを特徴とする薄
膜太陽電池。 - 【請求項２】接続孔が等間隔で分散して設けられた請求
項１記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項３】第三電極層の第二電極層と接続される領域
とは分離された領域が、第一電極層と、少なくとも基板
を貫通する接続孔を通じ、その第一電極層と半導体層を
はさんで対向する第二電極層の領域と実質的に絶縁され
た導体により接続された請求項１あるいは２記載の薄膜
太陽電池。 - 【請求項４】第一電極層と第三電極層とを接続する導体
の延長部が第二電極層に接触し、その第二電極層の領域
が前記第一電極層と半導体層をはさんで対向する第二電
極層の領域と線状除去部により分離された請求項３記載
の薄膜太陽電池。 - 【請求項５】絶縁性基板の一面上に光電変換層である半
導体層をはさんで基板側に第一電極層、反対側に透明な
第二電極層が設けられ、基板の他面上に第三電極層が設
けられ、第三電極層が第二電極層と、基板、第一電極
層、半導体層を貫通する接続孔を通じ、第一電極層と実
質的に絶縁された導体により接続されてなる単位太陽電
池が基板を共通にして複数個形成され、一つの単位太陽
電池の第一電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の第三
電極層の延長部と、基板を貫通する接続孔を通じ、その
単位太陽電池の第二電極層と実質的に絶縁された導体に
より接続されることにより、各単位太陽電池が直列接続
されたことを特徴とする薄膜太陽電池。 - 【請求項６】単位太陽電池が一方向に互いに隣接して配
列され、各単位太陽電池の第三電極層と隣接単位太陽電
池の第三電極層の延長部が前記配列方向と直角方向に隣
接する請求項５記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項７】単位太陽電池が一方向に互いに隣接して配
置され、各単位太陽電池の第三電極層と隣接単位太陽電
池の第三電極層の延長部が前記配列方向に隣接する請求
項５記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項８】単位太陽電池の配列方向における第三電極
層の延長部を含めての幅が、基板の反対側の第一電極
層、半導体層および第二電極層からなる積層体の幅と実
質的に等しい請求項７記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項９】単位太陽電池が複数列に配置され、二列の
単位太陽電池が、両列の端部に共通に配置され一方の列
の端部単位太陽電池の第一電極層、他方の列の端部単位
太陽電池の第二電極層とそれぞれ基板を貫通する接続孔
を通じて接続された第三電極層、により直列に接続され
た請求項７あるいは８記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項10】第三電極層の延長部と接続される第二電極
層の近傍が露出する請求項５ないし９のいずれかに記載
の薄膜太陽電池。 - 【請求項11】第三電極層の延長部と接続される第二電極
層の近傍が半導体層で被覆された請求項５ないし９のい
ずれかに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項12】出力取出しのための端子がいずれも第三電
極層の反基板側に設けられた請求項３ないし11のいずれ
かに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項13】半導体層がアモルファス半導体薄膜よりな
る請求項１ないし12のいずれかに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項14】第一あるいは第三電極層が金属薄膜よりな
る請求項１ないし13のいずれかに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項15】第二電極層を接続する導体が第二電極層の
接続孔内への延長部である請求項１ないし14のいずれか
に記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項16】第三電極層を接続する導体が第三電極層の
接続孔内への延長部である請求項１ないし15のいずれか
に記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項17】第三電極層が印刷により形成された導体よ
りなる請求項16記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項18】第二電極層を接続する導体が、印刷により
形成された、第二電極層上の集電電極の接続孔内への延
長部である請求項１ないし15のいずれかに記載の薄膜太
陽電池。 - 【請求項19】第一電極層を接続する導体が第一電極層の
接続孔内への延長部である請求項３ないし18のいずれか
に記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項20】第一電極層を接続する導体が、基板、第一
電極層、半導体層および第二電極層を貫通する導体と第
二電極層上の導体と第二電極層および半導体層を貫通す
る導体とからなる請求項３ないし18のいずれかに記載の
薄膜太陽電池。 - 【請求項21】電極層を接続する導体が接続孔に充填され
た低融点合金である請求項１ないし15および19、20のい
ずれかに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項22】第二電極層を接続する導体と第一電極層と
の実質的な絶縁が両者の間に介在する高抵抗率の半導体
層の延長部によって行われる請求項１ないし21のいずれ
かに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項23】接続孔の明けられた絶縁性基板の一面上に
第一電極層を被着したのち、レーザ光の照射により小孔
の内壁および周辺の環状部の第一電極層を除去し、次い
で基板の一面側から半導体層および第二電極層を順次積
層し、さらに他面側から第三電極層を形成することを特
徴とする請求項１ないし22のいずれかに記載の薄膜太陽
電池の製造方法。 - 【請求項24】絶縁性基板の一面上に第一電極層を被着し
たのち接続孔を明け、次いで基板の一面側から半導体層
および第二電極層を順次積層し、さらに他面側から第三
電極層を形成することを特徴とする請求項１ないし22の
いずれかに記載の薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項25】半導体層および第二電極層を形成する前に
第一電極層を接続する導体を一部の接続孔内に形成する
請求項24記載の薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項26】接続する両電極相互を接続孔を通じてろう
付けする請求項１ないし22のいずれかに記載の薄膜太陽
電池の製造方法。 - 【請求項27】電極層の分離をレーザ加工による線状除去
部により行う請求項１ないし22のいずれかに記載の薄膜
太陽電池の製造方法。 - 【請求項28】基板をはさんで存在する二つの電極層の線
状除去部を同時に形成する請求項27記載の薄膜太陽電池
の製造方法。
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