JPH10209477A - 集積型薄膜光電変換装置の製造方法 - Google Patents
集積型薄膜光電変換装置の製造方法Info
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- JPH10209477A JPH10209477A JP9005378A JP537897A JPH10209477A JP H10209477 A JPH10209477 A JP H10209477A JP 9005378 A JP9005378 A JP 9005378A JP 537897 A JP537897 A JP 537897A JP H10209477 A JPH10209477 A JP H10209477A
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Abstract
のない集積型薄膜光電変換装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 周縁分離溝を含む集積型薄膜光電変換装
置の製造方法であって、周縁溝(9,9a)は正極側セ
ルおよび負極側セルと周縁領域(10)との間の微小短
絡領域(10a)によって途切れており、その状態で水
洗されて乾燥された後に、その微小短絡領域(10a)
が除去される。それらの微小短絡領域(10a)の代わ
りに、リード(10b)を半田付けで設けてもよい。さ
らに、それらの短絡手段を設けることなく、光遮蔽ガー
ドを有する水洗装置(20A)内で水洗工程を行なって
もよい。さらにまた、光遮蔽ガードを有しない水洗装置
であって水洗チャンバの前段に集積型光電変換装置の全
面を瞬時に濡らす噴水スプレーを備えた水洗装置(20
B)で水洗してもよい。
Description
装置の製造方法に関し、特に、その光電変換装置が光起
電力を生じ得る状態になった後における水洗工程に関す
るものである。
変換する光電変換装置である太陽電池の実用化は近年本
格的に進められており、単結晶シリコンや多結晶シリコ
ン等を利用した結晶系太陽電池は屋外の電力用太陽電池
として既に実用化されている。他方、非結晶シリコン系
の薄膜太陽電池は、その製造のための原材料が少なくて
済みかつ大面積の集積型太陽電池が絶縁基板上に直接作
製可能なことから、低コストの太陽電池として注目され
ている。しかし、非結晶系薄膜太陽電池は屋外用として
は未だ開発段階にあり、既に普及している電卓などの民
生機器の電源用途における実績をもとにして、屋外用途
に発展させるために研究開発が進められている。
やスパッタリング法などによる薄膜の堆積ステップとレ
ーザスクライブ法などによるパターニングステップの適
宜の繰返しや組合せを含む製造プロセスによって、所望
の構造が形成される。通常は1枚の絶縁基板上に複数の
光電変換セルが電気的に直列接続された集積型構造が採
用され、屋外用途のための電力用太陽電池では、たとえ
ば0.4m×0.4mを超える大面積の基板が用いられ
る。
構造を模式的な断面図で示している。なお、本願の各図
において、図面の明瞭化のために寸法関係は適宜に変更
されていて実際の寸法関係を反映しておらず、他方、同
一の参照符号は同一部分を表わしている。図5の集積型
薄膜太陽電池1においては、絶縁基板2上に第1電極層
3,アモルファスシリコンなどからなる半導体光電変換
層5,および第2電極層7が順次積層されており、パタ
ーニングによって半導体層5に設けられた接続用開口溝
6を介して、互いに左右に隣接し合う光電変換セルが電
気的に直列に接続されている。第1電極層3としては、
一般に酸化錫(SnO2 ),酸化亜鉛(ZnO),酸化
インジウム錫(ITO)等の透明導電膜が用いられ、ま
た、第2電極層7としては銀(Ag),アルミニウム
(Al),クロム(Cr)等の金属膜が用いられる。
積型薄膜太陽電池1は、一般に次のような方法によって
作製される。まず、ガラス基板2上にSnO2 ,Zn
O,ITO等の透明導電膜が第1電極層3として堆積さ
れ、その第1電極層3を複数の光電変換セルに対応する
複数の領域に分離するために、レーザスクライブ法によ
って下部電極分離溝4が形成される。すなわち、これら
の下部電極分離溝4は、図5の紙面に直交する方向に直
線状に延びている。そして、複数の領域に分離された第
1電極層3を覆うように、プラズマCVD法を用いて、
pin接合を含む非晶質シリコンの半導体光電変換層5
が堆積される。この半導体層5には、左右に隣接する光
電変換セルを電気的に直列接続するための接続用開口溝
6がレーザスクライブ法によって形成される。これらの
接続用開口溝6も、図5の紙面に垂直な方向に直線状に
延びている。続いて、これらの接続用溝6を埋めかつ半
導体層5を覆うように、Ag,Al,Cr等の金属膜の
単層または複層が第2電極層7として堆積される。第1
電極層3の場合と同様に、第2電極層7を複数の光電変
換セルに対応する複数の領域に分離するように、上部電
極分離溝8がレーザスクライブ法によって形成される。
これらの上部電極分離溝8も図5の紙面に直交する方向
に直線状に延びており、かつ好ましくは第1電極層5に
至る深さを有している。このようにして、図5に示され
ているような集積型薄膜太陽電池が完成する。
薄膜太陽電池の製造においては、光入射側の透明電極3
やその反対側の裏面金属電極7を形成するときに、絶縁
基板2の端面や下面に透明導電材料や金属材料がまわり
込んで付着する。このため、集積化される個々の光電変
換セルが基板上面で互いに分離されていても、基板端面
や基板下面に付着した透明導電材料や金属材料を介して
互いに導通し、その集積型薄膜太陽電池の出力特性が低
下させられる。
に示されているように、集積型薄膜太陽電池の裏面金属
電極7および上部分離溝8を含むセル集積領域とその周
縁に沿った周縁領域10とを互いに電気的に分離する絶
縁ラインとしての周縁分離溝9がフォトリソグラフィ法
等によって作製される。すなわち、周縁分離溝9を形成
することによって、基板端面や基板下面に付着した透明
導電材料や金属材料による光電変換セル相互間の短絡が
防止され、集積型太陽電池の出力特性,絶縁特性,およ
び耐電圧特性が改善される。フォトリソグラフィ法によ
って形成される周縁分離溝は、一般に0.1mm〜1.
0mmの範囲内の幅を有し、このスクライブラインによ
ってセル集積領域と周縁領域10とが電気的に分離され
る。なお、図6においては図面の明瞭化のために12段
の直列接続されたセルが例示されているが、実際にはさ
らに多くの段数のセルが形成され得る。
に、集積型太陽電池の裏面金属電極7上を封止する前
に、その集積型太陽電池を清浄にすることを目的として
水洗浄が行なわれる。このような水洗浄の間に、その集
積型太陽電池は製造工程室内の光を受けて発電し、起電
力を発生する。ここで、実用向けの集積型太陽電池はた
とえば63段のセル集積段数を有し、その1段当りに約
0.85Vの開放電圧を有している。すなわち、このよ
うな集積型太陽電池の正極側と負極側では、電位差が約
53Vにもなる。
がある状態で、図7に示されているように、洗浄工程に
おいて絶縁ライン9aの一部を覆うように水滴11がい
ずれかのセルに付着すれば、周縁領域10はその水滴1
1の付着した段のセルと短絡し、その段のセルの電位に
等しくなる(なお、図7において、図面の明瞭化のため
に周縁分離溝9aはその幅が拡大されて示されてい
る)。その結果、水滴11より正極側の段のセルと周縁
領域10との間では、セルが周縁領域10に対して高電
位になる。他方、水滴11より負極側の段のセルと周縁
領域10との間では、セルに対して周縁領域10の方が
高電位になる。
8に示されているように別の新たな水滴12,13が絶
縁ライン9aを覆うように付着すれば、それらの水滴1
2,13中には電位差が存在するので、周縁領域10と
セルとの間で低電位側から高電位側に向かってたとえば
銀の金属電極層から銀のマイグレーションが発生し、樹
枝状の銀結晶14,15が成長する。このような銀のマ
イグレーションが起こる速度は、水滴のようなイオンパ
スが形成された場合には、電界強度が数百V/mmであ
れば、その成長速度が0.1mm/秒に近い大きな値と
なる。このようにして、洗浄工程において金属電極層か
ら金属マイグレーションが発生し、セル集積領域と周縁
領域10との間に絶縁不良が生じる。
ンベアで洗浄チャンバ内へ搬送されるので、水洗が開始
される際には、前方からの水の飛沫が集積型太陽電池セ
ル上に付着する。そして、そのような飛沫による水滴
が、図8を参照して説明されたように、周縁分離溝9a
内で金属イオンマイグレーションを生じさせる。しか
も、このマイグレーションによる樹枝状金属結晶の成長
速度が十分に速いので、集積型太陽電池全体を水が覆っ
てすべてのセルが同電位になる前に、セルと周縁部10
との間の電位差に起因して、金属マイグレーションによ
る金属樹枝状晶の短絡通路が形成されてしまう。すなわ
ち、金属電極層からのイオンマイグレーションによって
セル集積領域と周縁領域とが導通させられ、集積型太陽
電池の出力特性,絶縁特性,および耐電圧特性が低下さ
せられる原因となっている。
の課題に鑑み、本発明は、集積型薄膜光電変換装置の周
縁分離溝中にイオンマイグレーションによる短絡を生じ
させることのない洗浄工程を可能にし、それによって、
出力特性,絶縁特性,および耐電圧特性の優れた集積型
薄膜光電変換装置の製造方法を提供することを目的とし
ている。
る集積型薄膜光電変換装置の製造方法は、絶縁性基板上
に順次積層された第1電極層,半導体光電変換層,およ
び第2電極層を含む積層体を備え、第1と第2の電極層
の少なくとも一方は金属層を含み、積層体は周縁分離溝
によって光電変換セル集積領域と周縁領域とに分離され
ており、セル集積領域は複数の光電変換セルを形成する
ように分割されかつそれらの複数のセルの少なくとも一
部は電気的に直列接続されている集積型薄膜光電変換装
置の製造方法であって、その光電変換装置の水洗工程に
おいては直列接続された複数のセルのうちの正極および
負極のセルまたはそれらに近いセルと周縁領域との間は
周縁分離溝によって完全には分離されずに電気的にショ
ートさせられており、その水洗工程の完了後に正極と負
極のセルまたはそれらに近いセルと周縁領域との間にも
完全な周縁分離溝を形成することによってその電気的シ
ョートを除去することを特徴としている。
光電変換装置の製造方法は、その光電変換装置の水洗工
程において、直列接続された複数のセルのうちの正極お
よび負極のセルまたはそれらに近いセルと周縁領域との
間は導電体によって電気的にショートさせられており、
その水洗工程の完了後にその電気的にショートさせる導
電体を除去することを特徴としている。
光電変換装置の製造方法は、その光電変換装置の水洗工
程において、光から遮蔽された水洗チャンバ内で水洗が
行なわれることを特徴としている。
光電変換装置の製造方法は、その光電変換装置の水洗工
程において、光電変換装置が水洗チャンバ内に導入され
る前に周縁分離溝全体が実質的に同時に水によって濡ら
されることを特徴としている。
施の形態に対応した種々の実施例を説明する。
基板2上に透明電極層3,半導体光電変換層5,および
裏面金属電極層7が形成された。このとき、基板2とし
て、910mm×455mmの面積と4mmの厚さを有
するガラス基板が用いられた。ガラス基板2上には、熱
CVD法によって透明導電膜層3が形成された。そし
て、波長0.53μmのYAGレーザの第2高調波を上
方から照射してスクライブライン4を形成することによ
って、透明導電膜層3は複数の短冊状の領域に分割され
た。
℃の基板温度と0.5〜1.0Torrの反応圧力の下
に、モノシラン,メタンおよびジボランを含む第1の混
合ガス、モノシランおよび水素を含む第2の混合ガス、
さらにモノシラン,水素およびホスフィンを含む第3の
混合ガスをこの順序で容量結合型グロー放電分解装置内
で分解することにより、p型,i型およびn型の非晶質
半導体層が積層された。このpin半導体層5には、ガ
ラス基板2を介して、透明電極3にダメージを与えない
ように前述のレーザ光を照射することによって接続用溝
6が形成された。
リング法によって300nm厚さの銀層が形成された。
この銀層7と半導体光電変換層5には、フォトリソグラ
フィ法を用いて、上部電極分離溝8が形成された。これ
によって、基板2上で複数の光電変換セルが直列接続さ
れた集積型非晶質シリコン太陽電池が形成された。
集積領域と周縁領域10とを分離するために、周縁分離
溝9,9aがフォトリソグラフィ法によって形成され
た。ただし、正極端側のセルおよび負極端側セルと周縁
領域10とが同電位になるように、周縁分離溝9aは部
分的に途切れている。すなわち、正極端側および負極端
側のセルは、周縁分離溝9aが途切れた微小領域10a
によって周縁領域10と連続している。
が電気的に接続されており、2つの短絡領域10aの間
にある各段のセルと周縁領域10とが同電位になる。こ
の後に、集積型太陽電池の両端には正極と負極の出力取
出し電極が設けられた。これらの取出し電極として、半
田めっきされた銅箔が用いられ、ガラス基板との接着は
超音波半田付け法によって行なわれた。
状態で、裏面金属電極7の表面を清浄にする目的で水洗
浄が行なわれた。水洗浄後に乾燥を行ない、周縁領域1
0とセル集積領域の正負極とを導通させていた微小短絡
領域10aを新たにフォトリソグラフィまたはレーザを
用いてカットし、その後にこの集積型薄膜太陽電池の出
力特性および絶縁特性が測定された。
いて28枚の集積型薄膜太陽電池のサンプルが作製され
た。他方、比較例として、図1に示されているような微
小な短絡領域10aが残されていないことを除けば実施
例1と同じ条件で水洗工程を経て製造されたサンプル5
4枚が作製さた。これらの実施例1と比較例による集積
型薄膜太陽電池において出力特性と絶縁特性を比較した
ところ、出力特性に関しては大きな相違は見られなかっ
た。しかしながら、絶縁特性に関しては、実施例1によ
るサンプルではセル集積領域と周縁領域との間で1MΩ
以上の抵抗を有していて絶縁不良は見られなかったが、
比較例によるサンプルでは54枚中の43枚が1MΩ未
満の低い抵抗を有し、絶縁不良が見られた。また、その
絶縁不良が見られた比較例のサンプルのいずれにおいて
も、マイグレーションによる銀結晶のパスができたこと
による絶縁不良であった。
太陽電池も、基本的には実施例1の場合と同様に作製さ
れた。ただし実施例2における集積型太陽電池では、実
施例1における場合のように残存させられた微小短絡領
域10aを含んでおらず、周縁分離溝9はセル集積領域
を周縁領域10から完全に分離している。他方、この実
施例2においては、正極側セルおよび負極側セルと周縁
領域とが同一電位になるように、図2に示されているよ
うなリード線10bが半田付けされた。この状態で実施
例1の場合と同様に水洗工程を行なって乾燥させた後
に、これらのリード線10bを取外し、積層型薄膜太陽
電池の出力特性および絶縁特性が測定された。このよう
な実施例2による水洗工程を経た50枚の集積型薄膜太
陽電池について調べた結果、出力特性に関しては前述の
比較例のものと大きな相違は見られなかったが、実施例
2によるいずれの太陽電池もセル集積領域と周縁領域と
の間で1MΩ以上の十分な抵抗を有しており、絶縁不良
は見出されなかった。
型薄膜太陽電池の水洗工程を説明するための模式的な断
面図である。
の図1に示された状態の太陽電池や実施例2の図2に示
された状態の太陽電池のみならず、先行技術の図6に示
された状態の太陽電池の水洗のためにも好ましく用いら
れ得る。
水洗チャンバ21を含んでいる。それらの複数の水洗チ
ャンバ21に続いて乾燥チャンバ22が設けられてい
る。乾燥チャンバ22は、たとえば矢印22aで表され
ているような温風乾燥機を設けることができる。集積型
薄膜太陽電池1はコンベア23によって搬送され、複数
の水洗チャンバ21を通過した後に乾燥チャンバ22に
おいて乾燥させられる。水洗チャンバ21内において
は、上方からの水洗スプレー(図示せず)を設けてもよ
く、さらにそれに加えて下方からの水洗スプレー(図示
せず)を設けてもよい。また、コンベア23はメッシュ
状または梯子状のものを用いてもよい。各水洗チャンバ
21や乾燥チャンバ22の境界には、好ましくは、たと
えば短冊状に切断されたゴムまたはポリマーのシートか
らなるカーテン24が設けられてもよい。
22は、光を遮断する光遮蔽ガード25によって包囲さ
れている。したがって、図3に示されているような水洗
装置において集積型薄膜太陽電池を水洗すれば、その水
洗工程中に太陽電池が光起電力を生じることがないの
で、周縁分離溝9のいずれかの位置に部分的に水滴が付
着したとしても、セル集積領域と周縁領域との間に電位
差が生じていないのでイオンマイグレーションによる短
絡を生じることがない。
の場合と同様の製造条件で図6に示されているような集
積型太陽電池が16枚作製された。これら16枚の太陽
電池について図3に示されているような水洗工程を行な
った後に絶縁特性を測定したが、イオンマイグレーショ
ンの発生による絶縁不良を生じたものは1枚も存在しな
かった。
工程に用いられる水洗装置を示す模式的な断面図であ
る。図4の水洗装置20Bは図3のものに類似している
が、光遮蔽ガード25が設けられていない。その代わり
に、最初の水洗チャンバ21の前段に付加的な噴水ノズ
ル26が設けられている。
ては、実施例3の図3における場合と同様に、図6に示
されているような先行技術による集積型薄膜太陽電池の
水洗にも好ましく用いられ得る。
ては、集積型太陽電池1が最初の水洗チャンバ21内に
搬送される前段において、その太陽電池1が噴水ノズル
26の直下に搬送されたことを光センサ等(図示せず)
によって検知し、その瞬間に噴水ノズル26から水を噴
射させ、周縁分離溝9の全領域が瞬間的に同時に濡らさ
れることになる。すなわち、集積型太陽電池1が光を受
けて起電力を発生している状態であっても、周縁分離溝
9の全領域が同一瞬時に濡らされるので、セル集積領域
と周縁領域10との全体が瞬時に同電位となる。その結
果、濡れた周縁分離溝9内において電位差が存在しない
ので、イオンマイグレーションが生じることがなく、セ
ル集積領域と周縁領域とが金属の樹枝状晶によって短絡
されることがない。
で図6に示されているような14枚の集積型太陽電池を
製造し、図4に示されているような水洗工程を施した
が、イオンマイグレーションの発生による絶縁不良を生
じた集積型太陽電池は1枚も見出されなかった。
板上に透明電極,半導体光電変換層および金属電極が順
次積層された集積型光電変換装置について説明された
が、たとえば絶縁被膜を有するステンレス基板上に金属
電極、半導体光電変換層および透明電極が順次積層され
た集積型光電変換装置にも本発明の製造方法が適用し得
ることはいうまでもない。
離溝を有する集積型薄膜太陽電池の水洗工程において金
属イオンマイグレーションによる絶縁不良を防止するこ
とができ、電流リークのない集積型薄膜太陽電池を製造
し得る方法を提供することができる。
積型薄膜太陽電池の状態を示す模式的な平面図である。
積型薄膜太陽電池の状態を示す模式的な平面図である。
得る水洗装置の一例を示す模式的な断面図である。
得る水洗装置を示す模式的な断面図である。
断面図である。
的な平面図である。
溝上に局所的な水滴が付着した状態を示す模式的な平面
図である。
溝内に金属樹枝状晶が成長した状態を示す模式的な平面
図てある。
Claims (4)
- 【請求項1】 絶縁性基板上に順次積層された第1電極
層,半導体光電変換層,および第2電極層を含む積層体
を備え、前記第1と第2の電極層の少なくとも一方は金
属層を含み、前記積層体は周縁分離溝によって光電変換
セル集積領域と周縁領域とに分離されており、前記セル
集積領域は複数の光電変換セルを形成するように分割さ
れかつそれらの複数のセルの少なくとも一部は電気的に
直列接続されている集積型薄膜光電変換装置の製造方法
であって、 前記光電変換装置の水洗工程においては前記直列接続さ
れた複数のセルのうちの正極と負極のセルまたはそれら
に近いセルと前記周縁領域との間は前記周縁分離溝によ
って完全には分離されずに電気的にショートさせられて
おり、 前記水洗工程の完了後に前記正極と負極のセルまたはそ
れらに近いセルと前記周縁領域との間にも完全な分離溝
を形成することによって前記電気的ショートを除去する
ことを特徴とする集積型薄膜光電変換装置の製造方法。 - 【請求項2】 絶縁性基板上に順次積層された第1電極
層,半導体光電変換層,および第2電極層を含む積層体
を備え、前記第1と第2の電極層の少なくとも一方は金
属層を含み、前記積層体は周縁分離溝によって光電変換
セル集積領域と周縁領域とに分離されており、前記セル
集積領域は複数の光電変換セルを形成するように分割さ
れかつそれらの複数のセルの少なくとも一部は電気的に
直列接続されている集積型薄膜光電変換装置の製造方法
であって、 前記光電変換装置の水洗工程においては前記直列接続さ
れた複数のセルのうちの正極と負極のセルまたはそれら
に近いセルと前記周縁領域との間は導電体によって電気
的にショートさせられており、 前記水洗工程の完了後に前記ショートさせる導電体を除
去することを特徴とする集積型薄膜光電変換装置の製造
方法。 - 【請求項3】 絶縁性基板上に順次積層された第1電極
層,半導体光電変換層,および第2電極層を含む積層体
を備え、前記第1と第2の電極層の少なくとも一方は金
属層を含み、前記積層体は周縁分離溝によって光電変換
セル集積領域と周縁領域とに分離されており、前記セル
集積領域は複数の光電変換セルを形成するように分割さ
れかつそれらの複数のセルの少なくとも一部は電気的に
直列接続されている集積型薄膜光電変換装置の製造方法
であって、 前記光電変換装置の水洗工程においては光から遮蔽され
た水洗チャンバ内で水洗が行なわれることを特徴とする
集積型薄膜光電変換装置の製造方法。 - 【請求項4】 絶縁性基板上に順次積層された第1電極
層,半導体光電変換層,および第2電極層を含む積層体
を備え、前記第1と第2の電極層の少なくとも一方は金
属層を含み、前記積層体は周縁分離溝によって光電変換
セル集積領域と周縁領域とに分離されており、前記セル
集積領域は複数の光電変換セルを形成するように分割さ
れかつそれらの複数のセルの少なくとも一部は電気的に
直列接続されている集積型薄膜光電変換装置の製造方法
であって、 前記光電変換装置の水洗工程においては前記光電変換装
置が水洗チャンバ内に導入される前に前記周縁分離溝全
体が実質的に同時に水によって濡らされることを特徴と
する集積型薄膜光電変換装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00537897A JP3762013B2 (ja) | 1997-01-16 | 1997-01-16 | 集積型薄膜光電変換装置の製造方法 |
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JP00537897A JP3762013B2 (ja) | 1997-01-16 | 1997-01-16 | 集積型薄膜光電変換装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10209477A true JPH10209477A (ja) | 1998-08-07 |
JP3762013B2 JP3762013B2 (ja) | 2006-03-29 |
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ID=11609516
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EP1073095A2 (en) * | 1999-07-29 | 2001-01-31 | Kaneka Corporation | Method for cleaning photovoltaic module and cleaning apparatus |
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