JPS62147784A - 非晶質太陽電池及びその製造方法 - 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］ 本発明は絶縁性基板上に設けた、複数個のユニットセル
が電気接続された集積型の非晶質太陽電池及びその製造
方法に関する。さらに詳しくは絶縁性基板上に形成され
た第１電極層、非晶質半導体層、第２電極層からなる複
数ユニットセルの互いに隣接するユニットセルの第１電
極、第２電極を順次電気接続して形成された接続部面積
が小さく能動面積を大きくできる集積型の太陽電池及び
該非晶質太陽電池をレーザー光を用いたドライプロセス
で製造する製造方法に関する。

［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、ガラス板、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出来る
為、太ＩＩｌ電池用半導体股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柵
基板上に設けられた透明電極層／非晶質シリコン半導体
層／金属電極層の積層構造が知られている。　　　” 非晶質シリコン層堆積の特徴を生かして、上記基本構造
の太陽電池全体を大面積に設ける事は容易であるが、こ
のままでは面積によらず最大出力電圧は０．６〜５■程
度であり電力用途に必要な１００Ｖ以上の出力電圧を得
る事は出来ない。このような実用的な電圧を得る為の集
積化方法としては、■所定の小面積の太陽電池ユニット
セルを小面積基板上に設けその後このユニットセルを所
定個直列接続する方法、■大面積基板に設けた大面積の
太陽電池を、エツチング等により基板をそこなう事なく
所定の小面積のユニットセルに分割し、その後ユニット
セルを所定個直列接続する方法。

■大面積基板上にマスク等を用いて分割した状態で所定
の小面積のユニットセルを堆積し、その後該ユニットセ
ルを所定個直列接続する方法が知られている。

これらの方法の中で■の方法は非晶質シリコン凶堆積の
特徴を生かした人は生産方式に適さず、又、直列接続す
る工程、モジュール化する工程が複雑になる。■の方法
についてはレジスト塗布とエツチングの組合わせによっ
て可能であるが、レジスト塗布、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入場に太陽電池を製
造するのには適さない。■の方法については、一般に金
属マスクを基板上に密着させて太陽電池構成層を順次堆
積する事が行なわれるが、大面積化の場合、基板はマス
クの熱膨張率の違いによって各層Ｊ＃積時に基板とマス
クの密着性が悪くなり各層での堆積成分の回り込みの生
じる事が多く、良好な分割パターンが得られない。又、
該マスク堆積法による分割の場合、マスクの位置合わせ
がむつかしくその誤差を０．５＃ＩＩｌ＋程度以下に小
さくする事はむつかしい。

又上述の従来法で１７られる集積型の非晶質太陽電池は
ユニットセルを接続するための接続部面積が大きくなり
それだけ全体の能動面積が小さくなり太陽電池全体とし
ての面積効率が低下する問題もあった。

［発明の目的］ 本発明の上述の欠点を解決せんとしてなされたもので、
面積効率の良い大面積絶縁性基板上で複数個のユニット
セルが直列接続された大面積の集積型の非晶質太陽電池
及び該太陽電池を生産性良くレーザー光を用いたドライ
プロセスで集積化して製造づる製造方法を提供すること
を目的とする。

［発明の構成１作用］ 上述の目的は以下の本発明により達成される。

すなわち、本発明は、透明な電気絶縁性基板上に第１の
電極間がユニットセルのパターンに対応した分割溝によ
り分割されて設けられ、第１の電極層上に非晶質半導体
層が第１の電極層の分割溝を埋めるように積層される一
方非晶質半導体層には接続するユニットセル間の分割溝
に沿って第１の電（を層まで掘られた接続溝が形成され
、非晶質半導体層上に第２の電極層が前記パターンに対
応して分割されると共に接続溝を介して第１の電極層に
接続されるように積層されて、同一基板上に複数のユニ
ットセルが集積された集積型の非晶質太陽電池において
、非晶質半導体層上には前記パターンに対応して第２の
電惨層を分割する分割パターンの少なくとも接続溝に沿
って電気絶縁性の樹脂よりなる分離樹脂層が設けられて
ｄ３す、第２の電極層は該分離樹脂層上でレーザー光の
走査により前記分割パターンに分割されていることを特
徴とする非晶質太陽電池を第１発明どし、第１発明の非
晶質太陽電池の製造方法において、レーザー光走査法を
用いた方法、すなわち透明な電気絶縁性基板上に第１の
電極層を積層してレーザー光の走査により分割し、次い
で第１の電極層上に非晶質半導体層を積層した後にレー
ザー光の走査により接続溝を形成し、次いで非晶質半導
体層上に前記パターンの少なくとも接続溝に沿って電気
絶縁性の樹脂よりなる分ｍ樹脂層を設けた後に第２の電
極層を積層し、次いで第２の電極層をレーザー光の走査
により該分離樹脂層上で前記分割パターンに分割するこ
とを特徴とする非晶質太陽電池の製造方法を第２発明と
するものである。

上記の構成から明らかなように本発明によればレーザー
光照射により各層を分割加工するために各分割溝幅はき
わめて狭くでき、したがって能動面積が大ぎい。換言す
れば面積効率の良い集積型の非晶質太陽電池が得られる
。さらに重要なる事は、第２雷楊層を分割加工するに際
し、前もってし”−ザー光照射部分の非晶質半導体層と
第２電穫層の間にスクリーン印刷等により、電気絶縁性
の樹脂よりなる分離樹脂層を形成しておくことである。

この樹脂層を形成する事により、第２電極層をレーザー
光照射によって分割加工する際に生じていた、非晶質半
導体層の結晶化に伴なう同一セルの第１電極と第２電穫
との短絡を防止出来、良好な電池性能を維持出来るとと
もに、分割加工時のレーザーパワーの制御が容易で生産
性を向上する事が出来る。

すなわち、非晶質半導体層は元来熱、光により結晶化し
やすく、結晶化する事によって電気的に良Ｓ電性に変化
する為、上、下の電極間で短絡を生じ太陽電池特性を著
しく低下させる問題があるが、レーザー光に不透明な絶
縁樹脂層を設【）る事により非晶質半導体層への熱伝導
により熱的ダメージを防ぐとともに、レーザー光の透過
を防止し、光ダメージも防止する事が出来、前述の通り
面積効率の良い太陽電池が得られると同時に、生産性の
良い製造が可能となったのである。

以下、本発明の非晶質太陽電池の構造及び製造方法を第
１図に基いて詳しく説明する。

本発明の電気絶縁性の基板１としては透明で電気絶縁材
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、ガラス板等が使用出来る。

そして、第１図（Ａ）に示すごとく基板１の上に第１電
極層２を積層し、次いで（Ｂ）図の如く、第２図のユニ
ットセルＣのパターンに対応してレーザー光照射法によ
り分割する。図の６はレーザーにより形成された分割溝
である。第１電極層２は透明導電層であり、酸化インジ
ューム、酸化スズ、酸化亜鉛、スズ酸カドニウムのごと
き公知の各種金属酸化物、あるいは金属薄層と透明誘電
体層のＭｌｉ構造体が用いられ、スパッタリング、真空
蒸着等の物理的蒸着法が形成される。

この第１電極層２を分割加工する為のレーをアー光とし
ては０．２〜２μ肌の波長光のものが用いられるが、好
ましくは現在工業的にも広く利用されているＹＡＧレー
ザーが使用される。もちろん現在半導体工業で多用され
ている、レジスト法も可能である。

その後第１図（Ｃ）に示すようにレーザー光走査によっ
て分割加工された第１電極層２全而すなわち分割溝６を
含めた全面上に非晶質半導体層３が積層される。この設
けられた非晶質半導体層３は光起電力能を有する非晶質
シリコン層ではあれば、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ｐｉ
ｎ形の非晶質シリコン光起電ツノｍ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、ｐｒＯ／ｐｉ
ｎ　、　ｐｉｎ　／ｐｉｎ　／ｐｉｎ等の多層タンデム
構造はもちろん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ド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非晶質シリコン半導体６層を
適時用いる事も出来る。

次いで、積層された非晶質半導体層３をレーザ−光照射
法により第２図の隣接するユニットセル（Ｃ）間の分割
溝６に沿った接続溝７を穿設してユニットに分割加工す
る。なお、このレーザー光照剣法には前述の第１電極層
のものがパワーを変更するのみでそのまま適用できる。

この分割加工後、第１図（Ｅ）に示すように第２電極層
５を分割する為の電気絶縁性の樹脂からなる分離樹脂層
４が非晶質半導体層３上に以下のように設けられる。す
なわち分離樹脂層４は非晶質半導体層３上に第２図のユ
ニットセル（Ｃ）゛のパターンに対応して第２電極層５
を分割する分割パターンの少なくとも接続溝７に沿った
部分にパターン化してスクリーン印刷法、コーティング
法等を用いて設けられる。分離樹脂層４はレーザー光に
よる分割加工を容易にする為にレーデ−光の分割幅より
若干広い幅で設ける必要がある。又層の厚みは１μｍ以
下では後述の第２電極層５をレーザー光によって分割加
工する時の非晶質半導体層への熱的、売約ダメージを防
止することが出来ない。

かかる分離樹脂層４を形成する電気絶縁性の樹脂層とし
てはエポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、
ポリエステル樹脂等も用いる事が出来る。

又、分離樹脂層４は第２電極層５の分割に用いるレーザ
ー光に対して不透明であることが好ましい。該樹脂層が
不透明な場合には、レーザー光による非晶質半導体層へ
の売約ダメージをなくすことが出来る。

次に第２電極層５を第１図（Ｆ）のごとく接続を介して
第１電極層２と接続される。かかる第２電極層５は、ス
パッタリング、真空蒸着等の物理蒸着法、その他の公知
の薄膜形成法によって形成された金属電極層が用いられ
る。かかる金属電極層としてはＡＭ、Ａｇ、ＡＬＩ、Ｔ
ｉ、Ｗ、Ｃｏ。

Ｃｒ　、　Ｎｉ　、ニクロム、ステンレスなどの単体金
属、合金金属の単層膜あるいは多層膜が用いられる。好
ましくは光反射能が高く且つ電気抵抗の低いＡＪＩ！Ｉ
Ｊが用いられる。なお、この膜厚はその電気抵抗の低下
及び機械的強度の観点から０．１μｍ以上の厚みが望ま
しい。

次いで、第１図（Ｇ）に示すように第２電？［５は、前
記分離樹脂層４上において第１電極層と同様のレーザー
を用い第２電極層の材質、厚みに適応するよう選択され
たパワーのレーザー光照射によって分離溝８が穿設され
、第２図のパターンに分割加工される。

以上により、第１図（Ｇ）、第２図に示すように同−Ｎ
仮１上に複数個の所定面積のユニットセルＣを、隣接す
るユニットセルＣの第１電極層２と第２電極層５とが順
次ユニットセルＣ間に形成された接続溝７を介して内部
接続された集積型の太陽電池が得られる。

以上の様にして得られた集積型の非晶質太陽電池は、周
知のように樹脂等で封止し、製品化される。

以上の通り、本発明によれば、面積効率の良い非晶質太
陽電池が得られると共に、該非晶質太陽電池をレーザー
光照射法と分離樹脂層形成を用いた加工プロセスのみで
集積化でき、非常に歩留り良く且つ生産性良く製造でき
るのである。

以下実施例をあげ、本発明を説明する。

［実施例］ 電気絶縁性の基板１として１０×１０ｃｍ角０．８ｍ厚
のアルカリフリーガラス板を用いた。まず基板１上に電
子ビーム（Ｅ８）蒸着法により１０’　ｔｏｒｏ台の酸
素雰囲気中、約２３０℃の基板温度で錫を約５％含む酸
化インジュームを蒸発源として、約１０００人の透明導
電性時を第１電極層２として均一に設けた。

この第１電極層２上をＱスイッチ式ＹＡＧレーザー光に
より走査して第１電極層２を５分割する平行な分割溝６
を穿設した。

この時のＱスイッチ周波数は２ＫＨｚ、レーザー光パル
スのビーム径は１５０μｍ、尖頭値出力は２ＫＷ、走査
速度は３２ｍｍ／Ｓｅａであった。

さらに、この分割された第１電（セ層２上に非晶質半導
体層３として非晶質シリコンのｐｉｎ型の光起電力層を
特開昭５５−５２８’ｌ）３号公報に開示されているご
とき公知の方法によって均一に堆積した。

同一基板上で５直列に直列接続された集積型の太陽電池
モジュールを形成する為に均一に堆積された非晶質半導
体層３上をＹＡＧレーザー光により走査して、分割溝６
に近接して非晶質半導体層３を５分割する、平行な接続
溝７を穿設した。Ｑスイッチ付ＹへＧレーザー光はビー
ム径１５０μｍで９周波数２ＫＨｚで、約２００Ｗの尖
頭値パワー光を使用した。

次に接続溝７の分割溝６よと反対側の接続溝７に近接し
た非晶質半導体層３上に分！１ｉ樹脂層４を接続溝７に
平行にスクリーン印刷法を用いて幅１．５＃ｌＩＭ、厚
さ１５μ雇で設けた。分離樹脂層４としては黒色不透明
なエポキシ樹脂系を使用した。

次に第２電＃Ａ層５としてＡ１層からなる金属電極層を
ＥＢ蒸着法を用いて０．５μｍ程度の厚さで均一に堆積
した。

この時第２電極層５のＡ４１層の一部は非晶質半導体層
ａの接続溝７を通して隣接した第１電極層２の透明導電
性時と接合を形成している。

次にＱスイッチ付ＹＡＧレーザー光で分離樹脂層４上の
Ａ４１層上を走査し、Ａ用層を切断し分離溝８を穿設し
た。この時のＱスイッチレーザー光パルスの尖頭値パワ
ーは２ＫＷで、ビーム径は１５０μｍ１周波数は２ＫＨ
ｚであった。

このモジュールをＡ　Ｍ　−１、１００ｍＷ／　ｃｔｉ
ｌのソーラシュミレータ−下で測定した結果、表１に示
した様な良好な電池特性が１ｑられ本発明の有効性が確
認された。

表１

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の実施例の構成及びそ
の形成の工程を示す側断面図、第２図は実施例の概略平
面図と側断面図である。 １、：基板 ２、：第１電極層 ３、：非晶質半導体 ４、二分離樹脂層 ５、：第２電極層 ６、二分割溝 ７　：接続溝 ８　：分離溝 Ｃ：ユニットセル 特許出願人　　帝　　人　　株　　式　　会　　社代　
　理　　人　　弁理士　　前　　１）　純　　博１．７
１ １゛− 第１１児

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明な電気絶縁性基板上に第１の電極層がユニット
   セルのパターンに対応した分割溝により分割されて設け
   られ、第１の電極層上に非晶質半導体層が第１の電極層
   の分割溝を埋めるように積層される一方非晶質半導体層
   には接続するユニットセル間の分割溝に沿つて第１の電
   極層まで掘られた接続溝が形成され、非晶質半導体層上
   に第２の電極層が前記パターンに対応して分割されると
   共に接続溝を介して第１の電極層に接続されるように積
   層されて、同一基板上に複数のユニットセルが集積され
   た集積型の非晶質太陽電池において、非晶質半導体層上
   には前記パターンに対応して第２の電極層を分割する分
   割パターンの少なくとも接続溝に沿って電気絶縁性の樹
   脂よりなる分離樹脂層が設けられており、第２の電極層
   は該分離樹脂層上でレーザー光の走査により前記分割パ
   ターンに分割されていることを特徴とする非晶質太陽電
   池。 ２、前記分離樹脂層が分割加工に用いるレーザー光に不
   透明である特許請求の範囲第１項記載の非晶質太陽電池
   。 ３、前記第１の電極層が透明導電性時よりなる特許請求
   の範囲第１項若しくは第２項記載の非晶質太陽電池。 ４、前記第２の電極層が良導電性金属層よりなる特許請
   求の範囲第１項、第２項若しくは第３項記載の非晶質太
   陽電池。 ５、透明な電気絶縁性基板上に第１の電極層がユニット
   セルのパターンに対応した分割溝により分割されて設け
   られ、第１の電極層上に非晶質半導体層が第１の電極層
   の分割溝を埋めるように積層される一方非晶質半導体層
   には接続するユニットセル間の分割溝に沿って第１の電
   極層まで掘られた接続溝が形成され、非晶質半導体層上
   に第２の電極層が前記パターンに対応して分割されると
   共に接続溝を介して第１の電極層に接続されるように積
   層されて、同一基板上に複数のユニットセルが集積され
   た集積型の非晶質太陽電池の製造方法において、透明な
   電気絶縁性基板上に第１の電極層を積層してレーザー光
   の走査により分割し、次いで第１の電極層上に非晶質半
   導体層を積層した後にレーザー光の走査により接続溝を
   形成し、次いで非晶質半導体層上に前記パターンの少な
   くとも接続溝に沿つて電気絶縁性の樹脂よりなる分離樹
   脂層を設けた後に第２の電極層を積層し、次いで第２の
   電極層をレーザー光の走査により該分離樹脂層上で前記
   分割パターンに分割することを特徴とする非晶質太陽電
   池の製造方法。 ６、前記分離樹脂層をスクリーン印刷法により形成する
   特許請求の範囲第５項記載の非晶質太陽電池の製造方法
   。