JPH1070295A - 集積型薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents
集積型薄膜太陽電池の製造方法Info
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Abstract
晶質半導体光電変換層の膜質低下を防ぎ、集積化による
発電有効面積損失を低減する。 【解決手段】 絶縁表面を有する透光性基板1上に透明
導電膜電極3を設ける。第1のスクライブにより透明導
電膜電極3を分割する。次に非晶質半導体光電変換層3
を設ける。第2のスクライブにより非晶質半導体光電変
換層3を分割する。更に裏面電極層5、6を設ける。第
3のスクライブにより裏面電極層5、6を分割する際
に、裏面電極層5、6にレジストを塗布してレジスト膜
7を設け、レーザスクライブによりレジスト膜7の開溝
除去を行い、裏面電極層5、6をエッチング液により溶
解除去する。
Description
の製造方法に関する。
半導体光電変換層が設けられた薄膜太陽電池は、集積型
の構造を用いることにより、所定の電圧を比較的容易に
取り出すことができる。従来の集積型薄膜太陽電池の製
造方法は、例えば特開昭63−3470号公報に記載さ
れているように、薄膜の形成とそのスクライブを繰り返
しながら製造するものである。この従来の集積型薄膜太
陽電池の製造方法を図4を用いて説明する。
板のような絶縁表面を有する透光性基板1の表面上に透
明導電膜層3を蒸着法、CVD(Chemical Vapor Depos
ition)法やスパッタリング法を使用して成膜し、透明
導電膜電極とする。そして、レーザスクライブ法により
レーザ光11を照射し、透明導電膜層3を短冊状に分割
加工して各セル間を絶縁する。これを第1のスクライブ
という。また、第1のスクライブにより生じた溝を第1
のスクライブラインという。このように、基板1の表面
上に短冊状に透明導電膜層3が設けられる。
面上に非晶質半導体光電変換層4をCVD法等で積層す
る。光電変換層4を第1のスクライブと平行で近接した
位置において、透明導電膜層3を損傷させることなく、
レーザスクライブ法によりレーザ光12を照射して開溝
除去する。これを第2のスクライブという。また、第2
のスクライブにより生じた溝を第2のスクライブライン
という。このように、図4(b)に示すように光電変換
層4が分割される。
4と第2のスクライブライン上に裏面電極層10を積層
する。その後、レーザスクライブ法により、第2のスク
ライブラインと平行で近接した位置で、第2のスクライ
ブラインに対して第1のスクライブラインを挟む位置に
おいて、裏面電極層10を開溝除去する。これを第3の
スクライブという。また、第3のスクライブにより生じ
た溝を第3のスクライブラインという。
スクライブ法によって裏面電極層10を直接、開溝除去
する方法の他に、図4(d)に示すように印刷法によっ
てレジストを塗布してレジスト膜7を設け、その際にパ
ターニングを施して、図4(e)に示すようにエッチン
グ液によって裏面電極層10を溶解除去する方法、或い
はメタルマスクによって蒸着法やスパッタリング法で裏
面電極層10の形成と同時に絶縁分割を行う方法があ
る。このように、第3のスクライブにより短冊状にセル
が分割され、ユニットセルが直列接続される。
ライブ法による加工では、第2のスクライブラインと第
3のスクライブラインの間隔が小さくできるため、集積
セル全体の発電有効面積損失を低減することができる。
イブ法による加工により、裏面電極層10のみを選択的
に開溝除去するとき、照射するレーザ光の影響により非
晶質半導体光電変換層4の表面部が結晶化して比抵抗が
低下する。そのため、リークが発生する原因となる。ま
た、裏面電極層10と光電変換層4をレーザスクライブ
法により一括して開溝除去することも可能であるが、そ
の場合には、スクライブによる裏面電極層10の屑と透
明導電膜層3が短絡しやすい。そのため、漏れ電流が発
生する。このように、いずれの場合においてもシャント
抵抗が低下し、歩留まりが低下する要因となっていた。
着法、スパッタリング法等を用いる場合、成膜時にメタ
ルマスクを使用することにより成膜と同時に裏面電極層
10のパターニングを施すことも行われていた。しか
し、この場合、メタルマスクのエッジ部によって光電変
換層4が破損され、リークの発生や変換効率の低下の原
因となっていた。また、蒸着時に回り込みによるパター
ニングの不良が発生するのを防止するため、裏面電極層
10の絶縁部幅を大きく取らざるを得ず、発電有効面積
損失が大きくなるという欠点を有していた。
等を使用してパターニング印刷でレジストを塗布し、エ
ッチング液で裏面電極層10を溶解除去する方法は、確
実に裏面電極の分割ができるものの、印刷精度の限界か
ら集積モジュール全体の発電有効面積損失が大きくなっ
ていた。
光電変換層の膜質低下を防ぎ、集積化による発電有効面
積損失を低減する集積型薄膜太陽電池の製造方法を提供
することを目的とする。
め、本発明の第1の構成では、絶縁表面を有する透光性
基板上に透明導電膜電極を設け、第1のスクライブによ
り前記透明導電膜電極を分割し、次に非晶質半導体光電
変換層を設け、第2のスクライブにより前記半導体光電
変換層を分割し、更に裏面電極層を設け、第3のスクラ
イブにより前記裏面電極層を分割する集積型薄膜太陽電
池の製造方法において、前記第3のスクライブの際、前
記裏面電極層にレジストを塗布してレジスト膜を設けた
後に、レーザ光の照射によるスクライブで前記レジスト
膜を開溝除去し、前記裏面電極層をエッチング液により
溶解除去している。
光性基板上に透明導電膜電極が設けられる。そして第1
のスクライブにより透明導電膜電極が分割される。次に
非晶質半導体光電変換層が設けられる。そして第2のス
クライブにより非晶質半導体光電変換層が分割される。
更に裏面電極層が設けられる。裏面電極層にレジストが
塗布されてレジスト膜が設けられる。レーザ光の照射に
よるスクライブでレジスト膜が開溝除去される。そし
て、エッチング液により裏面電極層が溶解除去される。
このように、第3のスクライブが行われる。
の構成において、前記透光性基板にテクスチュア加工を
施した後に、前記透明導電膜電極を設けるようにしてい
る。
加工が施されてから、透明電極基板が設けられる。そし
て、上記第1の構成に従って集積型薄膜太陽電池が製造
される。基板にテクスチュア加工が施されることにより
入射した光が散乱され、非晶質半導体光電変換層を通過
する光の光路長をかせぐことができる。これにより、変
換効率が向上する。
の構成又は上記第2の構成において、前記裏面電極層は
透明導電膜層及び金属反射膜層から成るようにしてい
る。
長波長光感度の良いZnOやITO等を用いることによ
り、裏面反射金属膜層で反射された光の有効利用が図ら
れる。
の構成乃至第3の構成において、前記裏面電極層に銀を
使用し、波長450nm以上のレーザ光を照射すること
により前記レジスト膜を開溝除去している。
用される。レーザ光の波長が450nm以上の領域では
裏面電極層での反射率が90%以上となる。そのため、
レジスト膜の除去の際、レーザ光の波長を450nm以
上とすることにより、レーザ光が裏面電極層で反射さ
れ、非晶質半導体光電変換層に影響を及ぼさないように
なる。また、局所的な熱加熱による裏面電極層及び光電
変換層への影響が抑えられる。
の構成乃至第3の構成において、前記裏面電極層にアル
ミニウムを使用し、波長100nm以上のレーザ光を照
射することにより前記レジスト膜を開溝除去している。
ニウムが使用される。レーザ光の波長が100nm以上
の領域では裏面電極層での反射率が90%以上となる。
そのため、レジスト膜の除去の際、レーザ光の波長を1
00nm以上とすることにより、レーザ光が裏面電極層
で反射され、非晶質半導体光電変換層に影響を及ぼさな
いようになる。また、局所的な熱加熱による裏面電極層
及び光電変換層への影響が抑えられる。
図2を用いて説明する。図1は本実施形態の製造方法に
より製造されたシングルセル構造の集積型薄膜太陽電池
の断面斜視図である。図2はその製造工程を示す断面図
である。尚、図1及び図2において、図4と同一の部分
については同一の符号を付してある。
光性基板1として、厚さ1mm、屈折率1.5のガラス基
板が使用される。図2(b)に示すように、屈折率1.
5の酸化シリコン(SiO2)2を100nmの厚さと
なるように、常圧CVD法で基板1の温度を500℃と
して積層する。
に、図2(c)に示すように、透明導電膜層3を設け、
透明導電膜電極とする。透明導電膜層3は酸化スズ(S
nO2)でヘイズ率12〜15%のテクスチュア構造を
持ち1μmの厚さとなるように常圧CVD法で積層す
る。このとき、原料となるガスとして塩化スズ(SnC
l4)を250,000sccm、ドーピングガスとしてフ
ッ化水素(HF)を1,000sccm、酸化反応のために
水蒸気(H2O)を200sccmでそれぞれ流す。
3のシート抵抗は9Ω/□となる。これをレーザスクラ
イブ法やダイシング加工等により、図2(d)に示すよ
うに短冊状のユニットセルに絶縁分割する。本実施形態
では、Nd:YAGレーザの基本波(波長1.06μ
m)のレーザ光11を照射して、第1のスクライブライ
ンを開溝し、透明導電膜層3を絶縁分割加工する。
導体光電変換層4を積層する。光電変換層4の積層は、
まず、非晶質半導体のp層を12nmの厚さに積層す
る。この積層にはプラズマCVD装置(図示せず)が使
用される。基板1の温度を200℃とし、反応ガスとし
てモノシランガス(SiH4)を流量30sccm、メタン
ガス(CH4)を流量89sccm、水素ガス(H2)を流量
150sccmでそれぞれ流し、ドーピングガスとして1%
水素希釈のジボランガス(B2H6)を流量10sccmで使
用する。
うに前記プラズマCVD装置で積層する。このとき、前
記プラズマCVD装置において基板1の温度を200℃
に保持し、反応ガスとしてモノシランガス(SiH4)
を流量60sccm、水素ガスを流量20sccmで流す。
に前記プラズマCVD装置で積層する。このとき、前記
プラズマCVD装置において基板1の温度を200℃に
保持し、反応ガスとしてモノシランガス(SiH4)を
流量60sccm、水素ガス(H2)を流量3sccm、ドーピ
ングガスとして0.3%水素(H2)希釈のホスフィン
ガス(PH3)を流量18sccmで流す。このようにし
て、図2(e)に示すように、非晶質半導体光電変換層
4が設けられる。
スクライブラインと近接した位置に第1のスクライブラ
インと平行となるように、レーザ光12を照射して、非
晶質半導体光電変換層4を第2のスクライブにより分割
加工する。尚、照射するレーザ光12は、Nd:YAG
レーザ、エキシマレーザのいずれでもよいが、保守の容
易さや維持費の低さ等から、Nd:YAGレーザが工業
的に優位であると考えられる。本実施形態では、Nd:
YAGレーザの第2高調波(SHG、波長0.532μ
m)のレーザ光12を照射して第2のスクライブライン
を開溝し、非晶質半導体光電変換層4の分割加工を行
う。
膜層5として酸化亜鉛(ZnO)を50nmの厚さとな
るようにスパッタリング法によって積層する。尚、透明
導電膜層5にはITO(酸化インジウムと酸化スズの混
合物)を使用することも可能である。そして、図2
(h)に示すように、裏面金属反射膜層6として銀(A
g)を500nmの厚さとなるようにスパッタリング法
によって積層する。裏面金属反射膜層6で光が反射して
光電変換層4に照射するようになり、光の有効利用が図
られる。このように、裏面電極層は透明導電膜層5と裏
面金属反射膜層6から成る。
層は、スパッタリング法に限定されるものではなく、例
えば蒸着法によってそれぞれ積層することも可能であ
り、また一方をスパッタリング法で他方を蒸着法で積層
することも可能である。
2(i)に示すように、レジスト膜7が設けられる。
尚、レジスト膜7には耐酸、耐アルカリ性のあるレジス
トが使用され、例えば石油ピッチ系メッキレジストが使
用される。スクリーン印刷で非晶質半導体光電変換層4
に物理的なダメージを与えない条件で、基板1の金属反
射膜層6が設けられた面の全面に40μmの厚さとなる
ようにレジストを塗布する。
物理的ダメージを与え、リークの発生や変換効率の低下
の原因となるという欠点があるので、レジストの塗布に
スプレー法やスピンコート法を使用することも可能であ
る。この場合には、レジスト膜7の塗厚がこれより薄く
なる。また、レジストの粘度は、スクリーン印刷の場合
には1,000〜100,000cP程度の粘度が必要となるが、スプ
レー印刷法やスピンコート法を用いる場合には、更に低
粘度のレジストを使用する必要がある。
スクライブラインと反対側で、第2のスクライブライン
と近接した位置で、Qスイッチ発振Nd:YAGレーザ
の第2高調波(SHG、波長0.532μm)のレーザ
光13をレジスト膜7の膜面から発振周波数5kHz、
レーザ照射スピード40mm/sec、加工面出力150W
/mm2で照射し、レジスト膜7のみを開溝除去する。
尚、スプレー法やスピンコート法を使用してレジスト膜
7を設けた場合、膜厚が異なるので、レーザ光13の照
射条件が異なる。
上とすることにより、裏面金属反射膜層6でレーザ光1
3の反射率が90%以上となる。そのため、レーザ光1
3が裏面金属反射膜層6で反射され光電変換層4に影響
が及びにくくなる。また、局所的な熱加熱による裏面金
属反射膜層6及び光電変換層4への影響が抑えられる。
モニア水:水(体積比1:1:10)のエッチング液
(SC1)で、酸化亜鉛(ZnO)の透明導電膜層5と
銀(Ag)の裏面金属反射膜層6を溶解除去する。これ
により、図2(k)に示すように、第3のスクライブラ
インを形成してパターニングを施す。このようにユニッ
トセルに分割され、図1に示すようにユニットセルが直
列に接続されたシングルセル構造の集積型薄膜太陽電池
となる。尚、図1において図2と同一の部分については
同一の符号を付し、説明を省略する。
00mmサイズの集積型薄膜太陽電池の特性は、AM1.
5(100mW/cm2)において、短絡電流が0.5
22A、開放電圧が26.4V、曲線因子が0.72、
変換効率が11%であった。
法以外に、スプレー法やスピンコート法等も使用できる
ので、レジスト膜7の膜厚を薄くすることができる。こ
れにより、製造に使用されるレジストの量を減らすこと
ができる。また、裏面電極層5、6の分割加工後にレジ
スト膜7を剥離する場合、レジスト膜7を溶解するため
に必要な有機溶剤等の使用量を抑えることが可能とな
る。そのため、製造コストが低減され、廃液処理等の負
担が軽減できる。また、環境に対する影響を抑制するこ
とができる。
質シリコン(a-Si:H)が使用されていたが、非晶質シリ
コンゲルマニウム(a-SiGe:H)、非晶質シリコンカーバ
イド(a-SiC:H)や非晶質シリコンスズ(a-SiSn:H)等
の非晶質シリコン系の半導体も使用できる。これらをp
in構造とすることにより比較的良好な特性が得られ
る。
態を図3を用いて説明する。絶縁表面を有する透光性基
板1として、上記第1の実施形態と同様に強化ガラス基
板を使用する。図3(a)に示すように、基板1に酸化
シリコン(SiO2)膜2と酸化スズ(SnO2)の透明
導電膜層3を上記第1の実施形態と同様に積層し、レー
ザ光11による第1のスクライブを行う。尚、図3にお
いて図2と同一の部分については同一の符号を付してあ
る。
の非晶質半導体光電変換層8を積層する。まず、p層を
10nmの厚さとなるように積層する。この積層にはプ
ラズマCVD装置(図示せず)が使用される。基板1の
温度を200℃とし、反応ガスにはモノシランガス(S
iH4)を流量30sccm、メタンガス(CH4)を流量3
5.6sccm、水素ガス(H2)を流量160sccmで流
し、ドーピングガスとして0.6%水素希釈のジボラン
ガス(B2H6)を流量0.06sccmで使用する。このと
きの反応圧力は0.32Torrである。
うに積層する。このとき、上記プラズマCVD装置にお
いて基板1の温度は200℃で保持し、反応圧力は0.
12Torrである。反応ガスとしてモノシランガス(Si
H4)を流量60sccm、水素ガス(H2)を流量20sccm
で流す。
に積層する。上記プラズマCVD装置において基板1の
温度を200℃に保持し、反応ガスとしてモノシランガ
ス(SiH4)を流量60sccm、水素ガス(H2)を流量
20sccm、ドーピングガスは2%水素希釈ホスフィンガ
ス(PH3)を流量0.35sccmで流す。このようにし
て、第1段目の非晶質半導体光電変換層8を積層する。
の非晶質半導体光電変換層9を積層する。このとき、第
2段目の非晶質半導体光電変換層9において、p層とi
層を第1段目の非晶質半導体光電変換層8での積層と同
じ条件でp層、i層の順に積層する。その後、n層を1
00nmの厚さとなるように積層する。
ンガス(SiH4)を流量30sccm、水素ガス(H2)を
流量160sccm、ドーピングガスは0.6%水素希釈の
ホスフィンガス(PH3)を流量10sccmで流す。この
ときの反応圧力は0.32Torrである。このようにし
て、第2段目の非晶質半導体光電変換層9を積層する。
12の照射により第2のスクライブを行う。これによ
り、第1段目及び第2段目の非晶質半導体光電変換層
8、9を所定のセルに分割する。そして、図3(e)に
示すように、透明導電膜層5及び裏面金属反射膜層6を
設ける。上記第1の実施形態と同様に、レジストを裏面
金属反射膜層6の設けられた面に全面塗布してレジスト
膜7を設け、レジスト膜7をレーザ光によりパターニン
グを行った後に、エッチング液(SC1)により透明導
電膜層5と裏面金属反射膜層6を溶解除去する。このよ
うに、第3のスクライブを行う。
300mm×300mmサイズの集積型薄膜太陽電池の特性
は、AM1.5(100mW/cm2)において、短絡
電流が0.309A、開放電圧が44.4V、曲線因子
が0.72、変換効率が11%であった。
態を図2を用いて説明する。本実施形態では上記第1の
実施形態とほぼ同様となっている。図2(a)〜(g)
に示す製造の工程は上記第1の実施形態と同様であり、
説明を省略する。ただし、図2(h)において、裏面金
属反射膜層6にはアルミニウム(Al)が使用される。
その後、図2(i)に示すように石油ピッチ系メッキレ
ジスト膜7がスクリーン印刷で40μmの厚さとなるよ
うに設けられる。
チ発振Nd:YAGレーザの第2高調波(SHG、波長
0.532μm)のレーザ光13をレジスト膜7の膜面
から発振周波数5kHz、レーザ照射スピード40mm/
sec、加工面出力150W/mm2で照射し、レジスト膜7
のみを開溝除去する。そして、図2(k)に示すよう
に、前述したエッチング液(SC1)を使用して、裏面
電極層5、6を溶解除去する。尚、レジストの塗布にス
プレー印刷法やスピンコート法を使用した場合、レジス
ト膜7の塗厚がスクリーン印刷法を使用したときより薄
くなるため、レーザ光13の照射条件が異なる。
にはNd:YAGレーザのSHG波を使用したが、波長
100nm以上であれば、アルミニウム(Al)の反射
率が90%以上となるので、レジスト膜7の開溝除去の
際に光電変換層4にレーザ光13の照射が防止される。
例えば、Nd:YAGレーザの第4高調波(FHG、波
長0.266μm)やエキシマレーザ(例えば、XeC
l、波長0.308μm)等を使用することができる。
ただし、前述したように、保守の容易さや維持費の低さ
等の点から、Nd:YAGレーザが工業的に優位である
と考えられる。
ように第1段目及び第2段目の非晶質半導体光電変換層
8、9を設けたタンデム構造としても、裏面金属反射膜
層6をアルミニウム(Al)とすることができる。
態を説明する。絶縁表面を有する透光製基板として、厚
さ1mm、屈折率1.5のガラス基板を使用する。基板の
表面にサンドブラスト加工を施してテクスチュア構造を
形成する。そして、基板に透明導電膜層として酸化亜鉛
(ZnO)を300nmの厚さとなるようにスパッタリ
ング法により積層する。
法に限らず、例えばMOCVD法やゾルゲル法等でもよ
い。その後、シングルセル構造とするときは上記第1の
実施形態の該当する部分で同様に製造でき、一方、タン
デム構造とするときは上記第2の実施形態の該当する部
分で同様に製造できるので説明を省略する。
ことにより、入射した光が散乱され、光電変換層を通過
する光の光路長が大きくなり、薄膜太陽電池の変換効率
が向上する。
は高精度の加工が行えるので、溝幅を小さくした裏面電
極層の分割を行うことができる。これにより、集積モジ
ュール全体の発電有効面積損失が低減できる。また、裏
面電極はエッチング液により溶解除去するので、非晶質
半導体光電変換層にダメージを与えることなく確実に分
割が行える。そのため、シャント抵抗が低下せず、非晶
質半導体光電変換層の膜質の低下要因が排除される。こ
のように、集積型薄膜太陽電池の特性及び歩留まりが向
上する。
工が施されることにより、入射した光が散乱される。そ
のため、非晶質半導体光電変換層を通過する光の光路長
が大きくなり、薄膜太陽電池の変換効率が向上する。
膜層及び裏面反射金属膜層を積層することによって、裏
面反射金属膜層で反射された光の有効利用が図られる。
されている場合、レーザ光の波長を450nm以上とす
ることにより、レジスト膜の除去の際、レーザ光が裏面
電極層で反射され光電変換層に影響を及ぼさないように
なる。また、局所的な熱加熱による裏面電極層及び光電
変換層への影響が抑えられる。
ウムが使用されている場合、レーザ光の波長を100n
m以上とすることにより、レジスト膜の除去の際、レー
ザ光が裏面電極層で反射され光電変換層に影響を及ぼさ
ないようになる。また、局所的な熱加熱による裏面電極
層及び光電変換層への影響が抑えられる。
陽電池の断面斜視図。
面図。
断面図。
Claims (5)
- 【請求項1】 絶縁表面を有する透光性基板上に透明導
電膜電極を設け、第1のスクライブにより前記透明導電
膜電極を分割し、次に非晶質半導体光電変換層を設け、
第2のスクライブにより前記非晶質半導体光電変換層を
分割し、更に裏面電極層を設け、第3のスクライブによ
り前記裏面電極層を分割する集積型薄膜太陽電池の製造
方法において、 前記第3のスクライブの際、前記裏面電極層にレジスト
を塗布してレジスト膜を設けた後に、レーザ光の照射に
よるスクライブで前記レジスト膜を開溝除去し、前記裏
面電極層をエッチング液により溶解除去することを特徴
とする集積型薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項2】 前記透光性基板にテクスチュア加工を施
した後に、前記透明導電膜電極を設けることを特徴とす
る請求項1に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項3】 前記裏面電極層は透明導電膜層及び金属
反射膜層から成ることを特徴とする請求項1又は請求項
2に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項4】 前記裏面電極層に銀を使用し、波長45
0nm以上のレーザ光を照射することにより前記レジス
ト膜を開溝除去することを特徴とする請求項1乃至請求
項3のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池の製造方
法。 - 【請求項5】 前記裏面電極層にアルミニウムを使用
し、波長100nm以上のレーザ光を照射することによ
り前記レジスト膜を開溝除去することを特徴とする請求
項1乃至請求項3のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電
池の製造方法。
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