TWI404223B - 太陽電池之製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於太陽電池之製造方法。更詳細地說，本發明係有關以雷射除去半導體層與第二電極層而形成修復線，而能夠以該修復線與劃刻線確實從正常區域中除去、分離構造缺陷區域之太陽電池之製造方法。再詳細言之，本發明係有關藉由使從正常區域中除去、分離構造缺陷區域所使用之面積成為最小限度，而可使光電轉換效率之降低成為最小限度之太陽電池之製造方法。
本申請案基於2008年8月29日在日本申請之特願2008-222171號主張優先權，此處援用其內容。
由有效利用能源之觀點，近年來太陽電池日益受到廣泛而普遍地利用。特別係利用單晶矽之太陽電池，可發揮優異之每單位面積之能源轉換效率。但，利用單晶矽之太陽電池，由於使用將單晶矽錠切成薄片所得之矽晶片，所以單晶矽錠之製造需耗費大量能源。因此，利用單晶矽之太陽電池之製造成本較高。特別是若企圖以利用單晶矽之太陽電池實現在室外等所設置之大面積之太陽電池，就現狀而言相當花費成本。
因此，利用可以更低價製造之非晶(非晶質)矽薄膜之太陽電池，乃作為低成本之太陽電池而普及。
非晶矽太陽電池，係具有藉由p型與n型矽膜包夾受光則產生電子與電洞之非晶矽膜(i型)之稱為pin接合的層構造之半導體膜。在此半導體膜之兩面分別形成有電極。
接受太陽光所產生之電子與電洞，係藉由p型、n型半導體之電位差而活潑地移動。此移動係連續地重複，因而在半導體膜之兩面所形成之電極產生電位差。
前述非晶矽太陽電池之具體構造之一例中，在成為受光面側之玻璃基板上成膜作為下部電極之TCO等透明電極，在該下部電極之上形成非晶矽(半導體膜)及Ag薄膜等(上部電極)。如此之具備含有上部電極、下部電極、半導體膜之光電轉換體之非晶矽太陽電池，若在基板上只以廣面積均一地將各層成膜，則會有電位差小之問題、或電阻值之問題。因此，於光電轉換體上形成複數之區劃元件。此等區劃元件係按特定尺寸電性區劃光電轉換體，以只有互相鄰接之區劃元件彼此電性連接之方式而構成。具體而言，藉由雷射光等於在基板上以廣面積均一形成之光電轉換體上，形成稱作劃刻線之槽，藉此形成多數之短條狀之區劃元件。並且，電性串聯連接相鄰之區劃元件彼此。
但，前述構造之非晶矽太陽電池，已知在製造階段會產生若干構造缺陷。例如，在非晶矽膜之成膜時會混入粒子，或產生針孔，導致有時上部電極與下部電極會局部短路。另，藉由以雷射光等形成之劃刻線將基板上所形成之光電轉換體之一部分分割成多數之區劃元件時，成為上部電極之金屬膜會沿著此劃刻線而熔融，熔融之金屬膜會與下部電極接觸，而造成上部電極與下部電極局部短路之情形。
如此，光電轉換體中，若產生夾持半導體膜之上部電極與下部電極局部短路之構造缺陷，將會成為引起發電電壓降低或光電轉換效率降低等瑕疵之原因。因此，先前之非晶矽太陽電池之製造步驟，係藉由檢測如此之短路等構造缺陷之步驟，或除去產生構造缺陷的部位之步驟等，而修復問題。為使產生構造缺陷之部位絕緣，例如如圖8所示，先前為藉由雷射照射而形成跨過劃刻線119(119a、119b)，除去透明導電性膜(下部電極)及裏面電極(上部電極)及半導體接合層(半導體膜)之三層之修復線(R'1~R'4)，而除去或分離構造缺陷A。
但，在執行跨電性導通透明導電性膜(下部電極)與裏面電極(上部電極)之劃刻線119(119a、119b)除去構造缺陷A時，為確實絕緣，因此有必要實行透明性導電膜(下部電極)及半導體接合層(半導體膜)及裏面電極(上部電極)此三層之除去。為除去此等3層，由於有必要採用複數次雷射照射，因而步驟增加。並且有太陽電池之光電轉換體產生損壞之虞。
本發明係鑑於前述情況而完成者，其目的為提供一種太陽電池之製造方法，其可抑制太陽電池之缺陷不存在之正常區域所產生之不良影響，確實從正常區域除去或分離缺陷部位。
為解決前述問題，本發明提供如下之太陽電池之製造方法。
(1)本發明之太陽電池之製造方法，其係在基板之一面形成有至少依第一電極層、半導體層、第二電極層之順序重疊的光電轉換體；具有前述第一電極層與前述第二電極層之連接部分；前述光電轉換體具有由除去前述半導體層與前述第二電極層之劃刻線按特定尺寸電性區劃之複數之區劃元件；互相鄰接之前述區劃元件彼此係電性連接；此方法具備：特定前述光電轉換體中存在構造缺陷之區域之缺陷區域特定步驟；及對前述光電轉換體照射雷射，形成除去前述半導體層與前述第二電極層之至少3條修復線，以前述至少3條修復線與1條前述劃刻線包圍存在前述構造缺陷之區域，並除去或分離前述構造缺陷之修復步驟；前述光電轉換體中，在前述構造缺陷與前述連接部分之間的區域，且包含前述半導體層與前述基板之接觸部位之區域α中，形成前述至少3條修復線中之1條修復線。
(2)前述(1)記載之太陽電池之製造方法，可在前述區域α之內部，於前述構造缺陷與前述接觸部位間之區域β內，形成前述一條修復線。
(3)前述(1)記載之太陽電池之製造方法，可在前述區域α之內部，於前述接觸部位與前述連接部分間之區域γ內，形成前述一條修復線。
根據前述(1)之發明，在構造缺陷與第一電極層及第二電極層之連接部分之間，且於含有半導體層與基板接觸之部位之區域α中，形成1條修復線，可以此修復線及另外至少2條修復線與劃刻線，確實地除去、分離存在構造缺陷之區域。另，從正常區域除去或分離之區域比先前的少，且修復線係以雷射只除去半導體層與第2電極層這兩層即可，因而可比先前更減少雷射除去之步驟數，抑制對太陽電池之正常區域所帶來之不良影響。從而可製造無構造缺陷，且光電轉換效率優良之太陽電池。
根據前述(2)及(3)之發明，比前述(1)之發明更能使自正常量區域除去或分離之區域減小，可在作為太陽電池之特性不大幅降低，且亦無損外觀下進行缺陷部位之修復。因此，可製造無構造缺陷且光電轉換效率優良之太陽電池。
以下，關於本發明之太陽電池之製造方法之一實施形態，基於附圖進行說明。此外，本實施形態係為更好地理解發明之宗旨而具體說明者，特別是在無指定之範圍內，本發明不受限定。另，以下說明所使用之附圖，為易於瞭解本發明之特徵，為求方便而有放大表示成為要部部分之情形，各構成要素之尺寸比例等未必與實際相同。
圖1係顯示以本發明之太陽電池之製造方法製造之非晶矽型太陽電池之一例的要部放大立體圖。另，圖2A係顯示圖1之太陽電池之層構造之部分剖面圖。太陽電池10，具有透明的絕緣性基板11，及於基板11之一面11a上所形成之光電轉換體12。基板11，例如可由玻璃及透明樹脂等太陽光透過性優異且有耐久性之絕緣材料所構成。在此基板11之另一面11b側，入射太陽光S。
光電轉換體12，從基板11側起依次按第一電極層(下部電極)13、半導體層14、第二電極層(上部電極)15之順序疊層而形成。第一電極層(下部電極)13可由透明的導電材料，例如由TCO、ITO等透光性之金屬氧化物所構成。另，第二電極層(上部電極)15，可由Ag，Cu等導電性之金屬膜構成。
半導體層14，例如如圖2B所示，具有在p型非晶矽膜17與n型非晶矽膜18間夾著i型非晶矽膜16之pin接合構造。然後，太陽光入射到此半導體層14時，產生電子與電洞，藉由p型非晶矽膜17與n型非晶矽膜18之電位差，電子(以及電洞)活潑地移動。由於其連續地重複，因此在第一電極層(下部電極)13與第二電極層(上部電極)15之間產生電位差。此現象稱作光電轉換。
光電轉換體12藉由劃刻線19，區劃成如外形為短條狀之多數區劃元件21、21...。此區劃元件21、21...藉由劃刻線19被電性區劃，在互相鄰接之區劃元件21之間，例如被電性串聯連接。藉此，光電轉換體12由於使所有區劃元件21、21...呈被電性串聯連接之狀態，因而可取出高電位差之電流。劃刻線19，例如可藉由在基板11之一面11a上均一地形成光電轉換體12後，以雷射等在光電轉換體12上以特定間隔形成槽而形成。
再者，較佳為，在構成如此光電轉換體12之一部分之第二電極層(上部電極)15上，進而形成由絕緣性樹脂等構成之保護層(無圖示)。
說明用以製造如上構造之太陽電池之製造方法。圖3係階段性地顯示本發明之太陽電池之製造方法之流程圖。其中，特別關於從檢測構造缺陷至修復構造缺陷之步驟進行詳述。
首先，如圖1所示，在透明基板11之一面11a上形成光電轉換體12(光電轉換體形成步驟：P1)。光電轉換體12，例如可從基板11側起以第一電極層(下部電極)13、半導體層14、第二電極層(上部電極)15之順序疊層而形成。
在形成如此光電轉換體12時，如圖4所示，有產生起因於混入半導體層14之污染之構造缺陷A1，或起因於半導體層14所生成之細微針孔之構造缺陷A2等問題之情形。如此構造缺陷A(A1、A2)使第一電極層13與第二電極層15之間局部短路(漏電)，而使發電效率降低。
其次，藉由向光電轉換體12照射之雷射等，在光電轉換體12上形成劃刻線19。藉此，在光電轉換體12上形成如圖1所示之短條狀之多數區劃元件21、21...(區劃元件形成步驟：P2)。
經過如上步驟所形成之太陽電池10，接著經過缺陷區域特定步驟(P3)及/或缺陷修復步驟(P4)，至經過形成保護層等之步驟(P5)而完成。缺陷區域特定步驟(P3)中，係特定各個區劃元件21內，存在以上述A1~A2為代表之構造缺陷A之區域D。缺陷修復步驟(P4)中，對上述缺陷區域特定步驟(P3)中所檢測之存在構造缺陷A之區域D，從正常區域中進行除去或分離，進行修復。以下，陳述如此缺陷區域特定步驟(P3)與缺陷修復步驟(P4)之具體例。
缺陷區域特定步驟(P3)，只要為可特定有缺陷處之步驟則無特別限定，例如也可基於電阻值之測定、FF(fill factor：曲線因子)之測定、CCD照相機等之攝像等，特定有缺陷處。
藉由電阻值之測定，在特定存在構造缺陷A之區劃元件21s及存在構造缺陷A之區域D時，例如如圖5所示，首先沿著短條狀之區劃元件21之長向L設定幾個測定點。其次在互相鄰接之區劃元件21、21彼此之間測定電阻值。基於此測定值之分佈(電阻值之降低)，可特定存在構造缺陷A之區劃元件21s及存在構造缺陷A之區域D。此時，使用沿著區劃元件21之長向L以特定間隔排列多數探針之測定裝置，採用使多數區劃元件21、21...彼此之電阻值在一次探針之上下動中完成之方法，或可採用使探針沿著區劃元件21之長向L掃描，在特定的測定點使探針反復上下動進行測定之方法等。
在實行如此構造缺陷A之特定時，電阻值之測定，可採用以兼具特定值的偏壓電壓之施加與電流值的測定之1組2根探針進行之2探針式，或以其他探針進行特定值的偏壓電流之施加與電壓值的測定之包含2組4根探針之4探針式之方法。基於此等電壓值與電流值算出電阻值。另外其他之檢測方法中，亦可基於預先規定之複數之臨界值，更改端子之測定間隔。例如，規定電阻值之臨界值X、Y、Z(X>Y>Z)，電阻值在臨界值X以上時測定每10個端子(端子之測定間隔=10)，電阻值變為臨界值X以下時測定每5個端子(端子之測定間隔=5)，電阻值變為臨界值Y以下時測定每2個端子(端子之測定間隔=2)，電阻值變為臨界值Z以下時測定每個端子(端子之測定間隔=1)。電阻值變大時，相反地跳過臨界值擴大每測定間隔後進行測定。有構造缺陷A之情形，由於電阻值緩緩變化(降低)，因此如此更改每臨界值之測定間隔，可迅速且正確地檢測缺陷A之位置。
基於FF之測定之缺陷區域特定步驟(P3)亦相同，比較互相鄰接之區劃元件21、21彼此之FF的值，特別係FF的值急遽降低之區域可特定為存在構造缺陷A之區域D。
基於CCD照相機之攝像之缺陷區域特定步驟(P3)，例如於CCD照相機組合高倍率之透鏡而進行。為從所攝像之圖像中判定構造缺陷A之位置，可由人之目測來判定，另，也可藉由電腦，比較被檢查物之區劃元件之圖像數據與預先攝像之無缺陷之區劃元件之圖像數據而進行判定。
如上之缺陷區域特定步驟中，發現太陽電池中存在構造缺陷A之區域時(P3之YES)，進行以下說明之缺陷修復步驟(P4)。另一方面，未發現太陽電池中存在構造缺陷A之區劃元件21s時(P3之NO)，作為良品而保持，經過形成保護層等之步驟P5等成為製品。再者，藉由複數次實行前述缺陷區域特定步驟(P3)，因而可更詳細地特定存在構造缺陷A之區域D。此時，較佳為電阻值之測定間隔，比整個步驟中電阻值之測定間隔更詳細地進行。
另，亦可適當組合電阻值之測定、FF之測定、CCD照相機之攝像，來特定存在構造缺陷A之區域D。例如，實行電阻值之分佈或FF之測定，粗略地縮小存在構造缺陷A之區域D後，進而以CCD照相機等圖像攝像機構將此被縮小之區域進行攝像，可特定區劃元件內存在構造缺陷A之正確位置。對具有大面積之被檢查物攝像，特定缺陷區域之情形需要很多時間，如此在短時間內基於可測定之電阻值的分佈等，將應該攝像之區域預先縮小成小面積區域，藉此可在極短時間內迅速特定構造缺陷A之正確位置。
缺陷修復步驟(P4)中，係修復特定正確位置之太陽電池之構造缺陷A(A1、A2)。缺陷修復步驟(P4)中，對經過前述缺陷區域特定步驟(P3)所特定之存在構造缺陷A之區域D照射雷射，去掉存在構造缺陷A之區域D之半導體層14與第二電極層15。此缺陷修復步驟(P4)中，由於在缺陷區域特定步驟(P3)中特定了區劃元件21內之構造缺陷A之正確的存在位置，因此可只除去含有構造缺陷A之最小限範圍。
圖6A、圖6B、圖6C係模式地顯示藉由雷射照射形成修復線R時之例的圖。圖6A係形成3條(R1~R3)修復線時之剖面圖，圖6B係形成3條(R1~R3)修復線時之頂視圖，另，圖6C係形成4條(R1~R4)修復線時之頂視圖。並且，圖6A也是圖6B之L-L剖面圖。
首先，如圖6A、圖6B、圖6C所示，光電轉換體12中，在構造缺陷A與第一電極層13及第二電極層15之連接部分C之間，且在包含半導體層14與基板11接觸之部位B之區域α內，藉由雷射形成一條修復線R1。修復線R1係從第二電極層15側照射雷射，除去第二電極層15與半導體層14而形成。並且，如圖6A、圖6B、圖6C所示之雷射照射圖案，也可在包含於區域α之構造缺陷A與部位B之間的區域β內形成1條修復線R1。由於以如此方式藉由在構造缺陷A與部位B間之區域β內形成修復線R1，可使除去或分離之光電轉換體之區域變得更小。
接著，如圖6B所示，以使構造缺陷A與光電轉換體12絕緣之方式形成2條修復線R2、R3。修復線R2、R3與修復線R1相同，可用雷射形成。即，以3條修復線R1、R2、R3與劃刻線19b包圍構造缺陷A，使有構造缺陷A之區域D與光電轉換體12絕緣。
如此，本申請案中，將1條修復線R1在區域α內形成，以包含此修復線之3條修復線R1~R3與1條劃刻線19b包圍構造缺陷A，藉此可確實將具有構造缺陷A之區域D與光電轉換體12絕緣。因此，可抑制因局部短路所產生的瑕疵，有效抑制由構造缺陷A所導致的光電轉換特性之劣化。尤其藉由在區域β內形成修復線R1，可使從光電轉換體12中除去或分離之區域更小，可在不會造成作為太陽電池之特性大幅降低且無損外觀之情況下進行缺陷處之修復。
圖6A、圖6B乃圖示以修復線R1~R3與劃刻線S1分離具有構造缺陷A之區域D時的情況，但如圖6C所示，亦可於鄰接之區劃元件21n同樣藉由雷射形成第4修復線R4，以修復線R1~R4包圍構造缺陷A，而使其與光電轉換體12絕緣。
另，形成修復線R1~R3或R1~R4後，對於有構造缺陷A之區域D內照射雷射，也可除去該區域D。再者，複數之構造缺陷A若位置接近時，也可以3條修復線R1~R3與劃刻線19b或4條修復線R1~R4包圍此等複數之構造缺陷A，而一併除去或分離。
作為雷射，只要是能除去第二電極層15及半導體層14者即可，無特別限定，例如可用綠色雷射等進行。
圖7A、圖7B、圖7C係模式地顯示藉由雷射照射形成修復線R時之另外一例之圖。圖7A係形成3條(R1~R3)修復線時之剖面圖。圖7B係形成3條(R1~R3)修復線時之頂視圖。圖7C係形成4條(R1~R4)修復線時之頂視圖，並且，圖7A也是圖7B之M-M剖面圖。
首先，如圖7A所示，光電轉換體12中，在構造缺陷A與第一電極層13及第二電極層15之連接部分C之間，且在包含半導體層14與基板11接觸之部位B之區域α中，藉由雷射形成一條修復線R1。修復線R1係如前所述可藉由從第二電極層15側照射雷射，除去第二電極層15與半導體層14而形成。
接著，如圖7B所示，為使構造缺陷A從光電轉換體12中絕緣，同樣地由雷射形成2條修復線R2、R3。即，以3條修復線R1、R2、R3與劃刻線19b包圍構造缺陷A，將有構造缺陷A之區域D從光電轉換體12中絕緣。
此外，如圖7A、圖7B、圖7C所示之雷射照射圖案，也可在包含於區域α之部位B與連接部分C之間的區域γ內形成1條修復線R1。由於如此般之在部位B與連接部分C間之區域γ內形成修復線R1，因而比起跨過2條劃刻線119a、119b照射雷射之圖8所示之先前技術，可使除去或分離之光電轉換體之面積更小。特別，構造缺陷A在部位B附近之情形，照射雷射時部位B有產生損壞之虞，但藉由實行如圖7A、圖7B、圖7C所示之雷射照射圖案，即使構造缺陷A在部位B附近時也不會給與光電轉換體損壞，可確實地除去或分離有構造缺陷A之區域D。因此，可抑制由局部短路所導致的問題產生，有效抑制由構造缺陷A所導致的光電轉換特性之劣化。
另，如圖7C所示，與前述圖6C相同，在鄰接之區劃元件21n上形成第4修復線R4，以修復線R1~R4包圍構造缺陷A，也可從光電轉換體12中絕緣。再者，對於有構造缺陷A之區域D內照射雷射，也可除去該區域，亦可集中除去或分離複數之構造缺陷A。
如上所述，經過缺陷區域特定步驟(P3)、缺陷修復步驟(P4)，在區劃元件21上特定存在之構造缺陷A並除去或分離之太陽電池被送至保護層形成步驟(P5)，實行之後步驟之處理。
根據如此的本發明之太陽電池之製造方法，在缺陷修復步驟可只除去含有構造缺陷A之最小限區域，可在作為太陽電池之特性不大幅降低，且無損外觀下進行缺陷處之修復。
根據本發明，比起先前可更減少雷射除去之步驟數，抑制給太陽電池之正常區域帶來不良影響。從而可製造無構造缺陷且光電轉換效率優良之太陽電池。
10．．．太陽電池
11．．．基板
12．．．光電轉換體
13．．．第一電極層
14．．．半導體層
15．．．第二電極層
16．．．i型非晶矽膜
17．．．p型非晶矽膜
18．．．n型非晶矽膜
19(19a、19b)．．．劃刻線
21．．．區劃元件
A(A1、A2)．．．構造缺陷
B．．．第一電極層13與半導體層14電性連接之部位
C．．．第一電極層與第二電極層之連接部分
D．．．有構造缺陷A之區域
R(R1~R4)．．．修復線
圖1係顯示本發明之太陽電池之一例之要部放大立體圖；
圖2A係前述太陽電池之部分剖面圖；
圖2B係圖2A之Z部之部分放大圖；
圖3係顯示本發明之一實施形態之太陽電池之製造方法之概要的流程圖；
圖4係顯示構造缺陷之存在例之太陽電池之剖面圖；
圖5係顯示缺陷區域特定步驟之情況的說明圖；
圖6A係形成3條(R1~R3)修復線時之剖面圖；
圖6B係形成3條(R1~R3)修復線時之頂視圖；
圖6C係形成4條(R1~R4)修復線時之頂視圖；
圖7A係形成3條(R1~R3)修復線時之剖面圖；
圖7B係形成3條(R1~R3)修復線時之頂視圖；
圖7C係形成4條(R1~R4)修復線時之頂視圖；及
圖8係顯示先前之缺陷修復步驟之一例之頂視圖。
11．．．基板
12．．．光電轉換體
13．．．第一電極層
14．．．半導體層
15．．．第二電極層
19(19a、19b)．．．劃刻線
A．．．構造缺陷
B．．．第一電極層13與半導體層14電性連接之部位
C．．．第一電極層與第二電極層之連接部分
R(R1)．．．修復線
α、β．．．區域
Claims (3)
- 一種太陽電池之製造方法，其特徵為：其係在基板之一面形成有至少依第一電極層、半導體層、第二電極層之順序重疊的光電轉換體；具有前述第一電極層與前述第二電極層之連接部分；前述光電轉換體具有藉由已除去前述半導體層與前述第二電極層之劃刻線按特定尺寸予以電性區劃之複數之區劃元件；互相鄰接之前述區劃元件彼此係電性連接；且前述太陽電池之製造方法具備：缺陷區域指定步驟，其係指定前述光電轉換體中存在構造缺陷之區域；及修復步驟，其係於前述光電轉換體上，形成照射雷射而除去前述半導體層與前述第二電極層之至少3條修復線，以前述至少3條修復線與1條前述劃刻線包圍存在前述構造缺陷之區域，而除去或分離前述構造缺陷；前述光電轉換體中，在前述構造缺陷與前述連接部分之間的區域，且包含前述半導體層與前述基板之接觸部位之區域α中，形成前述至少3條修復線中之1條修復線。
- 如請求項1之太陽電池之製造方法，其係於前述區域α之內部，在前述構造缺陷與前述接觸部位之間的區域β中，形成前述1條之修復線。
- 如請求項1之太陽電池之製造方法，其係於前述區域α之內部，在前述接觸部位與前述連接部分之間的區域γ中，形成前述1條之修復線。
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