JPS61183975A - 薄膜太陽電池の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［利用分野１ 本発明は非晶質シリコン層を光起電力層とする薄膜太陽
電池の加工方法に関する。更に詳細には絶縁性基板上に
積層された金属電極層／非晶質シリコン層、又は金属電
極層／非晶質シリコン層／透明電極層の非晶質シリコン
層、又は非晶質シリコン層／透明電極層を除去し、金属
電極層を露出させる薄膜太陽電池の加工方法に関する。

［従来技術］ 非晶質シリコン半導体膜はシランガス等のグロー放電分
解法によって低い基板温度で、広い面積に均一に堆積で
き、基板もガラス、高分子フィルム、セラミック板、金
属フォイル等の各種基板が選択できる為、太陽電池用半
導体膜として広く研究されている。

非晶質シリコン太陽電池の基本構造としては上記各種基
板上に設けられた金属電極層／非晶質シリコン半導体層
／透明電極層の積層構造が用いられている。

非晶質シリコン層堆積の特徴を生かし特開昭５９−３４
６６８号公報に開示されたロールツーロール方式やＪ　
ａｐａｎ　　Ｊ　ｏａｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ａ　ｐｐｌ
　ｉｅｄ　　Ｐ　ｈｙｓｉｃｓ誌２１巻３号４１３ペー
ジ（１９８２）に掲載されている３至分離形成法などを
用いて金属電極層を設けた大面積の長尺基板上に非晶質
シリコン層を堆積することは容易である。

又、もう一方の電流取り出し電極の透明電極層を大面積
に設ける事も容易である。しかしながら太陽電池として
上記積層体を働かす為には金属電極層と透明電極層とに
リード端子を取り付ける事が必要である。さらに、実用
化に必要な数十Ｖ以上の出力電圧を得る為には、上記大
面積基板上に設けた太陽電池をレーザスクライブ法等で
分割しその後隣接し合う金属電極層と透明電極層である
金属電極層を露出させる事が必須の要件となる。

この方法として ■　非晶質シリコン層堆積時に金属マスクを用いる方法
、 ■　非晶質シリコン層堆積後、湿式あるいは乾式のエツ
チング法を用いシリコン層を除去する方法、 ■　非晶質シリコン層堆積後、レーザ照射によってシリ
コン層のみを選択的に溶融、蒸発させて除去する方法 などが用いられてきた。

これらの方法の中で、■の方式は長尺、大面積のロール
ツーロール方式に適さないばかりか３至分離形成法にお
いても、非晶質シリコン堆積時の加熱過程において、基
板とマスクの熱膨張率の違いによる密着性の悪化の為、
非晶質シリコン成分の回り込みが生じ良好なパターンが
得られず且つ、電気的に良好な金属層表面を露出させる
ことがむつかしい。

■の方式はレジスト塗付とエツチングの組み合わせによ
って可能であるが、レジスト塗付、露光。

洗浄、エツチング等の多数の工程が必要であり、安価に
大量に太陽電池を製造するには適さない。

又■の方式においてはシリコン層溶融に必要な高温発生
の為、高融点金属を用いた金属電極層においても損傷が
生じ電気的に良好な金属層表面を露出させる事が出来な
いばかりか、ＡＭのごとき低融点金属ではシリコン層の
みを選択的に除去する事も出来ないのが実状である。

［発明の目的１ 本発明は、上記欠点をなくした、大面積基板上でのリー
ド端子取り出し用金属電極面、分割された太陽電池の直
列接続を可能にする為の金属電極層を露出させる薄膜太
陽電池の加工方法を提供することを目的とするものであ
る。

［発明の構成及び作用］ すなわら、本発明は金属電極層上に積層された非晶質シ
リコン層又は非晶質シリコン／透明電極層表面に微粒子
砥粒を噴射する事によって非晶質シリコン層又は非晶質
シリコン層／透明電極層を除去し、最下層の金属電極層
表面を露出させることを特徴とする薄膜太陽電池の加工
方法である。

上述の本発明は以下のようにしてなされたものである。

微粒子砥粒を噴射する事による噴射加工法は加工したい
物質の性質すなわち、脆性材料、延性材料によって加工
速度に差が生じる事、又噴射角度によって加工速度に差
が生じる事が知られており。

この特性を利用する事によって薄層積層体の選択的な加
工が可能になることがわかった。

一方非晶貿シリコン及び透明電極層として用いられる酸
化物透明電極層は脆性材料であり噴射加工速度が速い材
料に属し、一方金属電極層として用いられるＡＭ、Ａ（
ｌなどの金属は延性を有し噴射加工速度の遅い材料に属
している。これら知見から、噴射加工法のこの材料特性
の差を用いることに看目し、本発明の噴射加工法により
非晶質シリコン又は非晶質シリコンと透明電極層のみを
選択的に除去し、金属電極層を露出させる構成に想到し
たものである。

以下本発明の詳細を具体的に説明する。

本発明の電気絶縁性の基板としては電気絶縁材からなる
全ての基板が適用でき、具体的には高分子フィルム、セ
ラミック板、あるいは絶縁性層を表面に設けた金属フォ
イル等が使用出来るが、好ましくはロールツーロール法
によって構成層を順次長尺の送行する基板上に堆積出来
、大凶生産に適した高分子フィルムが使用される。高分
子フィルムとしては、非晶質シリコン堆積に必要な耐熱
性を有する高分子フィルムならどれでも良いが、好まし
くは機械的特性面の優れたポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）フィルム、ポリエチレンナフタレートフィル
ム、ポリイミドフィルムなどが用いられる。基板上に設
けられる金属電極層としては、Ａす、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗ、
Ｐｔ、Ｎｉ。

Ｃｏ　、　Ｃｒ　、ニクロム、ステンレスなどの単体金
属９合金金属の単層膜、あるいは多層膜が用いられるが
前述した噴射加工時の要求物性から好ましくはＡｌ、Ａ
（＋を主成分とした電極層が用いられる。又、これらの
金属電極層は、その電気抵抗の低下及び機械的強度の観
点から０．３μｍ以上の厚みが望ましい。

非晶質シリコン層は、特に限定されないが、具体的には
既に公知のシランガス、ジシランガス等のグロー放電分
解を用いたプラズマＣＶＤ法を用いて形成されたｐｉｎ
形の積層光起電力層等がある。

なお、かかる非晶質シリコン光起電力層としては、ｐｉ
ｎ　／ｐｉｎ　、　ｐｉｎ　／ｐｉｎ　／ｐｉｎ等の多
層タンデム構造はもちろんのこと非晶質シリコンゲルマ
ニウム、非晶質シリコンカーバイトなどのナローバンド
ギャップあるいはワイドバンドギャップ半導体層を適時
用いる事も出来る。

又透明電極層としては、脆性材料からなるものであれば
良く、各種金属酸化物が好ましく適用される。具体的に
は酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウム・スズ等
公知のものが適用される。

中でも酸化インジウム・スズは透明性とその電気抵抗値
から特に好ましい。

噴射加工用砥粒としては、３ｉ　Ｃ，、Ａ１２０３　。

ＷＣなどの８０メツシュ〜２０００メツシュの粒子が用
いられる。砥粒は圧縮空気、窒素などのガス気流ととも
に又水などの液流とともに試料表面に噴射されるが、作
業性からガス気流方式が好ましい。

噴射口径、噴射スピードは適時、加工面積、加工厚み作
業時間等を考慮して選択出来る。

噴射加工速度は噴射角度にも依存して変化し、非晶質シ
リコンのごとき脆性物質では垂直噴射が最も加工速度が
速く、Ａ１１．Ａ（］等の延性材料では低角度噴射で加
工速度が速い。その為該積層体の噴射加工には６０°以
上の噴射角度が必要であり好ましくは、９０°　（垂直
）での噴射加工である。

ところで、透明電極層を設ける非晶質シリコン太陽電池
の噴射加工による金属電極層露出は、同一基板上で分割
された非晶質シリコン光起電力層を、隣接した金属電極
層と、透明電極層の接続によって直列接続さける為に、
非晶質シリコンｉｆｆ積後で、透明電極層堆積前に行う
のが好ましい。このにうにすると透明電極層の堆積によ
り直列接続ができる。もちろん透明電極層堆積後行なう
ことも可能である。

［実施例］ 高分子フィルム基板１として　１００μｍ厚のポリエス
テルフィルム（ＰＥＴ）を用いた。まず該フィルム基板
１をＤＣマグネトロンスパッタ装百に装着し、１Ｏ−３
ｔｏｒｒ台の△ｒ雰囲気中でアルミニウム層（ＡＮ＞　
　０．４．ｃｚｌｒＬ、及びステンレス層（ＳＳ）１０
０人を連続して順次堆積し、金属電極層２を長尺フィル
ム基板１上に設（）た（第２図参照）。さらにこのＰＥ
Ｔ／ＡＵ／８８堆積体上に非晶質シリコンのｐｉｎ型の
光起電力層３を特開昭５９−３４６６８号公報に開示さ
れているロールツーロール方式によって長尺で大面積に
連続的に堆積した。同一基板上で４直列に直列接続され
た小型の太陽電池モジュールを形成Ｊる為に第２図に示
した様に」−記ＰＥＴ／ＡＮ／３８／非晶質シリコン層
の大面積の光起電力積層体りをＹＡＧレーザーを用いた
レーザスクライブ法によって、金属電極層２と光起電力
層３を溶融・蒸発させて分割溝５を形成して、１つ当り
約１．０８ｃｕｔの面積を有する第１図のパターンの小
区画の光起電力セルＭに分割加工した。

この分割された４つの光起電力セルＭを直列接続する為
、各光起電力セルＭの一部分（図中斜線部）Ｍ′を以下
の噴射加工法により露出加工して光起電力層３を除去し
、金属電極層２の表面２ａを露出させた。

微粒子砥粒としてシリコンカーバイドの６００メツシュ
粒子を圧力２　Ｋ’Ｊ　／　ｃｉの窒素気流で垂直に光
起電力層３の非晶質シリコン層表面に２秒間噴射させて
光起電力層３を除去した。

次いで、分割された金属電極層２間の短絡防止のため、
分割溝５にスクリーン印刷で電気絶縁性の樹脂を印刷し
て電気絶縁層６を形成した後、各分割された光起電力セ
ル３を直列接続出来る様にマスク法を用いて電子ビーム
蒸着で透明電極層４として酸化インジュームを堆積して
、４個の光起電力セルＭを直列接続した太陽電池モジュ
ールを得た。

この４直列太陽モジュールの性能を、白色蛍光燈下６０
０１ＬＩＸの光量で測定した光電池としての性能で評価
した。その結果を表１に実施例として示した。

比較の為、金属電極層、光起電力層、透明電極層をそれ
ぞれ金属マスクを用いて形成した４直列太陽電池モジュ
ールの蛍光灯の測定結果を比較例として示す。

表１の結果から明らかなごとく、両者には有意差は見ら
れず本発明の噴射加工法によって、低抵抗の金属電極−
透明導電層間の直列接続が得られる事を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の光起電力積層体の平面図、第２図（Ａ
）、（Ｂ）、（Ｃ）は実施例の製造工程の各ステップで
の第１図のＡ−Ｂ線での側断面図である。 １：フィルム基板　２：金属電極層 ３：光起電力層　　４：透明電極層 ６：電気絶縁層　　Ｌ：光起電力積層体Ｍ：光起電力セ
ル 手続補正書防式〉 昭和６０年　６月４日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気絶縁性基板上に金属電極層を積層し、該金属電
   極層上に非晶質シリコン層又は非晶質シリコン層と透明
   電極層とを積層した薄膜太陽電池の金属電極層を露出さ
   せる薄膜太陽電池の加工方法において、微粒子砥粒を薄
   膜太陽電池の表面に噴射する事によつて非晶質シリコン
   層又は非晶質シリコン層と透明電極層とを除去し、金属
   電極層を露出する事を特徴とする薄膜太陽電池の加工方
   法。 ２、上記金属電極層がＡｌ、Ａｇなどの延性材料を主成
   分とする導電性層である特許請求の範囲第１項記載の薄
   膜太陽電池の加工方法。 ３、上記透明電極層が金属酸化物層よりなる特許請求の
   範囲第１項若しくは第２項記載の薄膜太陽電池の加工方
   法。 ４、前記噴射の噴射角度が６０度以上である特許請求の
   範囲第１項、第２項若しくは第３項記載の薄膜太陽電池
   の加工方法。 ５、前記微粒子砥粒の粒径が８０メッシュ〜２０００メ
   ッシュの粒径である特許請求の範囲第１項、第２項、第
   ３項若しくは第４項記載の薄膜太陽電池の加工方法。