WO2009123070A1 - 太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置 - Google Patents

太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置 Download PDF

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WO2009123070A1
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structural defect
solar cell
region
structural
defect
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和弘 山室
誠一 佐藤
充 矢作
純平 湯山
久三 中村
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株式会社アルバック
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    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell manufacturing method and a solar cell manufacturing apparatus, and more particularly, to a solar cell manufacturing method and a solar cell manufacturing apparatus capable of quickly detecting and repairing structural defects at low cost.
  • a solar cell using a silicon single crystal is excellent in energy conversion efficiency per unit area.
  • a solar cell using a silicon single crystal uses a silicon wafer obtained by slicing a silicon single crystal ingot, a large amount of energy is consumed for manufacturing the ingot and the manufacturing cost is high.
  • solar cells using amorphous (amorphous) silicon thin films that can be manufactured at lower cost are widely used as low-cost solar cells.
  • Amorphous silicon solar cells use a semiconductor film having a layer structure called a pin junction in which an amorphous silicon film (i-type) that generates electrons and holes when receiving light is sandwiched between p-type and n-type silicon films. . Electrodes are formed on both sides of the semiconductor film. Electrons and holes generated by sunlight move actively due to the potential difference between the p-type and n-type semiconductors, and this is continuously repeated, causing a potential difference between the electrodes on both sides.
  • i-type amorphous silicon film
  • a transparent electrode such as TCO (Transparent Conductive Oxide) is formed on a glass substrate as a lower electrode, and a semiconductor film made of amorphous silicon, an upper electrode, A structure in which an Ag thin film or the like is formed is employed.
  • TCO Transparent Conductive Oxide
  • an amorphous silicon solar cell including a photoelectric conversion body composed of such upper and lower electrodes and a semiconductor film there is a problem that a potential difference is small and a resistance value is large only by depositing each layer uniformly over a wide area on a substrate. .
  • an amorphous silicon solar cell is configured by forming partition elements in which photoelectric converters are electrically partitioned for each predetermined size and electrically connecting partition elements adjacent to each other.
  • a groove called a scribe line (scribe line) is formed on a photoelectric conversion body uniformly formed in a large area on a substrate using a laser beam or the like to obtain a large number of strip-shaped partition elements.
  • a structure in which the partition elements are electrically connected in series is employed.
  • an amorphous silicon solar cell having such a structure it is known that some structural defects occur in the manufacturing stage. For example, when an amorphous silicon film is formed, particles may be mixed or pinholes may be generated, so that the upper electrode and the lower electrode may be locally short-circuited.
  • the metal film constituting the upper electrode melts along the scribe line to reach the lower electrode, There may be a local short circuit with the lower electrode.
  • Patent Documents 1 and 2 a bias voltage is applied to the entire partition elements divided by a scribe line, and a Joule heat generated at a short-circuited portion is detected by an infrared sensor, whereby a partition element having a structural defect exists.
  • a method of identifying is disclosed. Further, there is a structural defect by enlarging and observing the surface of all partition elements with a CCD camera or the like, or by irradiating light and measuring and comparing FF (fill factor) for each partition element.
  • FF fill factor
  • the semiconductor film is removed over a wide range when repairing the defect portion with laser light or the like, and only the characteristics as a solar cell are obtained. There was also a problem that the appearance was not preferable. Further, when only a general defect position is specified and a defect is removed by applying a bias voltage, it is necessary to increase the bias voltage. However, when a bias voltage higher than necessary is applied, there is a problem in that a normal portion where no defect has occurred is damaged.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and accurately identifies the location of occurrence of a structural defect in a short time without damaging the photoelectric conversion body of the solar cell, and reliably identifies the identified structural defect. Another object is to provide a solar cell manufacturing method and a solar cell manufacturing apparatus that can be removed and repaired.
  • the present invention provides the following solar cell manufacturing method. That is, the method for manufacturing a solar cell according to the first aspect of the present invention includes a plurality of partition elements, forming a photoelectric conversion body in which the partition elements adjacent to each other are electrically connected, and among the photoelectric conversion bodies, , Identifying a partition element having a structural defect (defect partition specifying step), specifying a region where the structural defect exists in the partition element (defect region specifying step), and limiting to a part of the region where the structural defect exists The structural defects are removed by applying a bias voltage to (repair process).
  • the resistance value at a plurality of locations is measured between the partition elements adjacent to each other. It is preferable to specify a region where the structural defect exists based on a distribution of resistance values. Or when specifying the area
  • a resistance value of a region where the structural defect exists is measured, It is preferable to check the repair status (repair check step).
  • a laser beam is additionally irradiated toward the region where the structural defect exists. It is preferable to remove the structural defect (additional repair step).
  • a bias whose voltage value is increased stepwise in the region where the structural defect exists Preferably, a voltage is further applied to remove the structural defects (additional repair step).
  • the solar cell manufacturing apparatus is a solar cell manufacturing apparatus having a photoelectric conversion body including a plurality of partition elements, and a defect that identifies a region where a structural defect exists in the partition elements.
  • a solar cell having a structural defect is selected in the defect region specifying step, and only the solar cell having the defect is accurately specified in the repairing step. is doing. Thereby, the solar cell without a structural defect can be manufactured efficiently.
  • the resistance value of the region where the structural defect exists is measured after the repair process. As a result, when the repair is insufficient, the structural defect is completely repaired in the additional repair process. Thereby, degradation of the photoelectric conversion characteristics due to repair can be minimized.
  • the region having the structural defect is identified and removed by the bias voltage, so that only the minimum region including the defect can be removed in the repair process. it can. Thereby, the defect location can be repaired without greatly degrading the characteristics of the solar cell and without losing the appearance.
  • FIG. 1 is an enlarged perspective view showing an example of a main part of an amorphous silicon type solar cell manufactured by the method for manufacturing a solar cell of the present invention.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view showing the layer configuration of the solar cell of FIG.
  • FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view in which a portion indicated by reference numeral B in FIG.
  • the solar cell 10 has a photoelectric conversion body 12 formed on a first surface 11a (one surface) of a transparent insulating substrate 11.
  • substrate 11 should just be formed with the insulating material which is excellent in the transmittance
  • first electrode layer (lower electrode) 13 a semiconductor layer 14, and a second electrode layer (upper electrode) 15 are stacked in order from the substrate 11.
  • the first electrode layer (lower electrode) 13 may be made of a transparent conductive material, for example, a light-transmitting metal oxide such as TCO or ITO (Indium Tin Oxide).
  • the second electrode layer (upper electrode) 15 only needs to be formed of a conductive metal film such as Ag or Cu.
  • the semiconductor layer 14 has a pin junction structure in which an i-type amorphous silicon film 16 is sandwiched between a p-type amorphous silicon film 17 and an n-type amorphous silicon film 18.
  • an i-type amorphous silicon film 16 is sandwiched between a p-type amorphous silicon film 17 and an n-type amorphous silicon film 18.
  • a potential difference is generated between the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 (photoelectric conversion).
  • the photoelectric conversion body 12 is divided by a scribe line 19 into a large number of partition elements 21, 21.
  • the partition elements 21, 21,... Are electrically partitioned from each other and electrically connected in series between the partition elements 21 adjacent to each other.
  • the photoelectric conversion body 12 has a structure in which the partition elements 21, 21... Are all electrically connected in series. In this structure, a high potential difference current can be extracted.
  • the scribe line 19 is formed, for example, by forming the photoelectric conversion body 12 uniformly on the first surface 11a of the substrate 11 and then forming grooves in the photoelectric conversion body 12 at a predetermined interval by a laser beam or the like.
  • a protective layer made of an insulating resin or the like on the second electrode layer (upper electrode) 15 constituting the photoelectric converter 12.
  • FIG. 3 is a flowchart showing stepwise the manufacturing method of the first embodiment of the solar cell of the present invention. Among these, the process from detection of structural defects to repair will be described in detail.
  • the photoelectric conversion body 12 is formed on the first surface 11a of the transparent substrate 11 (photoelectric conversion body forming step: P1).
  • a first electrode layer (lower electrode) 13 As a structure of the photoelectric converter 12, for example, a first electrode layer (lower electrode) 13, a semiconductor layer 14, and a second electrode layer (upper electrode) 15 are stacked in order from the first surface 11 a of the substrate 11. I just need it.
  • the structural defect A ⁇ b> 1 caused by impurities (contamination) mixed into the semiconductor layer 14 or fine pins on the semiconductor layer 14.
  • defects such as a structural defect A2 in which holes are generated may occur.
  • Such structural defects A1 and A2 locally short-circuit (leak) between the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 to reduce power generation efficiency.
  • a laser beam or the like is irradiated toward the photoelectric converter 12 to form a scribe line (scribe line) 19 and divided into a large number of strip-shaped partition elements 21, 21. : P2).
  • the metal constituting the second electrode layer 15 is melted by the deviation of the laser irradiation position and flows down into the groove of the scribe line 19.
  • defects such as structural defects A3 may occur.
  • Such a structural defect A3 locally short-circuits (leaks) between the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 to reduce power generation efficiency.
  • the partition elements 21, 21,... In the solar cell 10 formed by the above steps, the partition elements 21, 21,... In which the structural defects represented by A1 to A3 described above exist are specified, and then the regions having the structural defects in the partition elements. Is specified (defect area specifying step: P3).
  • this defect area specifying step as a specific method for specifying the partition elements 21, 21... In which the structural defect exists and the area having the structural defect in the partition element, for example, a measuring device (defect area specifying unit) ) Measurement of resistance value, imaging by a CCD camera (defect area specifying unit, image capturing unit), and the like.
  • a region where a structural defect exists by measuring a resistance value
  • several measurement points are set along the longitudinal direction L of the strip-shaped partition element 21, and A resistance value is measured between adjacent partition elements 21 and 21, and a partition element 21s (defective partition element) in which a structural defect exists is specified from the distribution of the measured values.
  • FIG. 6 shows an example in which the resistance value of the adjacent partition elements is measured in a solar cell composed of 120 partition elements.
  • the resistance value of the 35th partition element is clearly reduced. That is, it is predicted that a structural defect that causes a short circuit exists in the 35th partition element. Similarly, it is predicted that a structural defect also exists in the 109th partition element.
  • a defect region specifying step when a partition element in which a structural defect exists is specified by measuring a resistance value, there are several methods as a measuring method. For example, by using a measuring device (defect region specifying portion) in which a large number of probes are arranged at predetermined intervals along the longitudinal direction L of the partition element 21, the resistance value between the partition elements is increased and decreased by one time. Any method may be used, for example, a method of completing by moving, or a method of scanning the probe along the longitudinal direction L of the partition element 21 and repeatedly measuring the probe at a predetermined measurement point.
  • a method of applying a bias voltage of a predetermined value and a method of a two-probe method performed by a set of two probes that serve both as a current value measurement Alternatively, any of the four-probe-type methods comprising two sets of four probes, which are performed by differentiating the probe used for applying a predetermined bias current and the probe used for measuring the voltage value, may be used. .
  • the resistance value is calculated from these voltage value and current value.
  • the region in which the structural defect exists is specified in more detail.
  • a solar cell in which a partition element having a structural defect cannot be found is commercialized as a non-defective product through a protective layer formation step P7 and the like.
  • the region in which the structural defect exists in the partition element is further specified.
  • the resistance value between the adjacent partition elements 21 is measured along the longitudinal direction L only for the partition elements that are considered to have a structural defect.
  • the adjacent partition elements 21 and the adjacent partition elements 21 are measured at predetermined measurement intervals T1 (measurement density) over the entire area in the longitudinal direction L of the partition elements 21s where the structural defects R are considered to exist. Measure the resistance value between. By measuring the resistance value, the approximate position of the structural defect R in the longitudinal direction L of the partition element 21s is specified.
  • the measurement interval T1 may be about 20 mm, for example.
  • FIG. 8 shows an example of measuring the resistance value between adjacent partition elements in a strip-shaped partition element having a length of 1400 mm in the longitudinal direction L (one defect exists).
  • the resistance value decreases as the distance from one end of the partition terminal approaches 250 mm.
  • a tendency is observed in which the resistance value gradually decreases as the position of the defect is approached. Therefore, if the resistance value is measured at a predetermined interval in the longitudinal direction L of the partition element 21s and the change in the resistance value is observed, the approximate position of the structural defect R can be known in the partition element 21s. .
  • the measurement interval T2 that is finer than the above-described measurement interval T1 is about 100 mm before and after this position. It is preferable to measure a resistance value between adjacent partition elements (see FIG. 7B).
  • the measurement interval T2 is set to, for example, about 2 mm, and narrows down the region Z where the structural defect R exists with an accuracy about 10 times finer than the above-described step of specifying the approximate defect position (see FIG. 7C). .
  • the region Z having a defect is specified by changing the measurement interval of the resistance value in two stages.
  • the structural defect R in the partition element is changed by further changing the measurement interval in three or more stages.
  • the existing area Z may be narrowed down more finely.
  • a bias current (voltage) is intermittently applied only to the probe X1 intermittently at a predetermined wide measurement interval T1, and the approximate position of the structural defect R is specified.
  • the bias current is applied to the probe X2 in the section in which the structural defect R is considered to exist, that is, the section having the lowest resistance value between the probes to which the bias current (voltage) is applied. (Voltage) is applied.
  • the position of the structural defect R in the partition element is specified more accurately.
  • the probe unit U in which the probes are densely arranged at the interval T2 along the longitudinal direction L of the partitioning element 21s the probe to which the bias current (voltage) is applied is appropriately changed to thereby change the probe.
  • the position of the structural defect R can be quickly detected simply by selecting a probe that supplies a bias current without moving the needle in the longitudinal direction L.
  • a method of changing the interval between terminals to be measured during measurement may be adopted.
  • the resistance value is initially measured with a relatively large terminal interval, and a resistance value lower than the threshold value is detected or constant.
  • the distance between the terminals is narrowed to measure each terminal.
  • the measurement is performed by returning to the original interval.
  • a method may be adopted in which a plurality of threshold values are determined and the terminal measurement interval is changed for each threshold value. For example, resistance thresholds A, B, and C (A> B> C) are determined. When the resistance value is greater than or equal to the threshold A, measurement is performed with an interval of 10 terminals, and when the threshold value is less than or equal to the threshold A, measurement is performed with 5 terminals available. Measure at each terminal. When the resistance value increases, the measurement interval is increased every time the threshold value is exceeded. When there is a defect, the resistance value gradually changes (see FIG. 8), and thus the defect position can be detected quickly and accurately by changing the measurement interval for each threshold.
  • the structural defect R of the solar cell is repaired (repair process: P4).
  • a bias current is applied only to the vicinity of the region Z where the structural defect R specified through the defect region specifying step described above is present, and only the semiconductor layer and the electrode in the region Z where the structural defect R is present. Is removed by evaporation (see FIGS. 9A and 4B).
  • this repair process only the minimum range E1 to E3 including the structural defect R is removed. That is, each of the structural defects A1 to A3 shown in FIG. 4A is removed as shown by reference numerals E1 to E3 in FIG. 4B.
  • a method of applying a bias current for defect repair a method of supplying a bias current for defect repair to a probe used for measuring a resistance value in a defect region specifying process which is a previous process is used.
  • a method of supplying a bias current for defect repair to a probe used for measuring a resistance value in a defect region specifying process which is a previous process is used.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing a circuit in which a bias current circuit (repair unit) for defect repair is added to a 4-probe resistance measuring device (repair unit).
  • a bias current W1 for resistance measurement is supplied from one set of probes B1 (first set) as shown by a circuit indicated by a solid line. While measuring the value A, the resistance value is calculated by measuring the voltage value V using the other set of probes B2 (second set).
  • the resistance value in this region Z is measured, and it is confirmed whether or not it is equal to or greater than a predetermined resistance value (repair confirmation) Process: P5).
  • this repair confirmation step when the resistance value of the region Z where the structural defect R exists (exists) is equal to or less than a predetermined value, the various structural defects A1 to A3 shown in FIG. 4A are completely removed. Therefore, it is considered that the leak (short circuit) state has not been eliminated.
  • a probe used for measuring the resistance value in the defect region specifying step may be used.
  • the laser beam Q is irradiated to the region where the structural defect has not been completely removed in the first repairing step (P4) (see FIG. 9B). Thereby, the structural defect Z that has not been completely removed in the first repair process (P4) is completely removed.
  • the laser beam Q is emitted from a laser light source device (restoration unit).
  • FIG. 11 is a flowchart showing stepwise the manufacturing method of the second embodiment of the solar cell of the present invention. Among these, the process after the repair confirmation process will be described in particular.
  • the repair confirmation step (P5) when the resistance value after the first repair in the region Z in which the structural defect R exists is equal to or lower than a predetermined value, the repair is further performed by applying a bias voltage. Completely remove (repair) the insufficient parts.
  • the bias voltage value is set to a value higher than that set in the first repair process (P4) (P10 in FIG. 11). Then, a bias voltage is applied to the region Z where the structural defect R exists with a bias voltage value V1 higher than that in the first repair step (P4) (see FIG. 12A).
  • the minimum bias necessary for repairing the structural defect is obtained by performing an additional repair process in which a bias voltage whose voltage value is gradually increased is applied while measuring the resistance value of the region Z where the structural defect R exists.
  • the structural defect can be reliably removed with the voltage value, and the deterioration of the photoelectric conversion characteristics due to the repair can be minimized.
  • the present invention provides a method for manufacturing a solar cell in which damage to a photoelectric conversion body is suppressed, the occurrence location of a structural defect is accurately identified, and the specific structural defect is reliably removed and repaired. Useful for equipment.

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Abstract

　この太陽電池の製造方法は、複数の区画素子（２１，２１ｓ）を含み、互いに隣接する前記区画素子（２１，２１ｓ）どうしが電気的に接続された光電変換体（１２）を形成し、前記光電変換体（１２）のうち、構造欠陥を有する区画素子（２１ｓ）を特定し、前記区画素子（２１，２１ｓ）において構造欠陥（Ｒ，Ａ１，Ａ２，Ａ３）が存在する領域を特定し、前記構造欠陥（Ｒ，Ａ１，Ａ２，Ａ３）が存在する一部の領域に限定的にバイアス電圧を印加することにより前記構造欠陥（Ｒ，Ａ１，Ａ２，Ａ３）を除去する。

Description

太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置
　本発明は、太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造装置に関し、詳しくは、低コストで迅速に構造欠陥を検出し、修復することが可能な太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造装置に関する。
　本願は、２００８年３月３１日に出願された特願２００８－０９０５６８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　エネルギーの効率的な利用の観点から、近年、太陽電池はますます広く一般に利用されつつある。特に、シリコン単結晶を利用した太陽電池は単位面積当たりのエネルギー変換効率に優れている。しかし、一方でシリコン単結晶を利用した太陽電池は、シリコン単結晶インゴットをスライスしたシリコンウエハを用いるため、インゴットの製造に大量のエネルギーが費やされ、製造コストが高い。特に、屋外などに設置される大面積の太陽電池を実現する場合、シリコン単結晶を利用して太陽電池を製造すると、現状では相当にコストが掛かる。そこで、より安価に製造可能なアモルファス（非晶質）シリコン薄膜を利用した太陽電池が、ローコストな太陽電池として普及している。
　アモルファスシリコン太陽電池は、光を受けると電子とホールを発生するアモルファスシリコン膜（ｉ型）が、ｐ型およびｎ型のシリコン膜によって挟まれたｐｉｎ接合と呼ばれる層構造の半導体膜を用いている。この半導体膜の両面には、それぞれ電極が形成されている。太陽光によって発生した電子とホールは、ｐ型・ｎ型半導体の電位差によって活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで両面の電極に電位差が生じる。
　こうしたアモルファスシリコン太陽電池の具体的な構成としては、例えば、ガラス基板にＴＣＯ（Transparent Conductive Oxide）などの透明電極を下部電極として成膜し、この上にアモルファスシリコンからなる半導体膜と、上部電極となるＡｇ薄膜などが形成された構成が採用される。
　このような上下電極と半導体膜からなる光電変換体を備えたアモルファスシリコン太陽電池においては、基板上に広い面積で均一に各層を成膜しただけでは電位差が小さく、抵抗値が大きくなる問題がある。そのため、例えば、光電変換体を所定のサイズごとに電気的に区画した区画素子を形成し、互いに隣接する区画素子どうしを電気的に接続することにより、アモルファスシリコン太陽電池が構成されている。
　具体的には、基板上に広い面積で均一に形成した光電変換体にレーザー光などを用いてスクライブ線（スクライブライン）と称される溝を形成し、多数の短冊状の区画素子を得て、この区画素子どうしを電気的に直列に接続した構造が採用される。
　ところで、こうした構造のアモルファスシリコン太陽電池においては、製造段階で幾つかの構造欠陥が生じることが知られている。例えば、アモルファスシリコン膜の成膜時にパーティクルが混入したりピンホールが生じたりすることにより、上部電極と下部電極とが局所的に短絡することがある。また、基板上に光電変換体を形成した後に、スクライブ線によって多数の区画素子に分割する際に、このスクライブ線に沿って上部電極を成す金属膜が溶融して下部電極に達し、上部電極と下部電極とが局所的に短絡することもある。
　このように、光電変換体において、半導体膜を挟んで上部電極と下部電極との間で局所的に短絡するような構造欠陥が生じると、発電電圧の低下や光電変換効率が低下するといった不具合を引き起こす。このため、従来のアモルファスシリコン太陽電池の製造工程においては、こうした短絡等の構造欠陥を検出し、構造欠陥が生じている箇所を除去することにより、不具合を修復している。
　例えば、特許文献１、２には、スクライブ線で分割されたそれぞれの区画素子全体にバイアス電圧を印加し、短絡箇所で生じるジュール熱を赤外線センサによって検出することで、構造欠陥が存在する区画素子を特定する方法が開示されている。　また、全ての区画素子の表面をＣＣＤカメラ等で拡大観察する方法、或いは光を照射して区画素子ごとのＦＦ（fill factor：曲線因子）を測定して比較することにより、構造欠陥が存在する区画素子を特定する方法も知られている。
特開平９－２６６３２２号公報 特開２００２－２０３９７８号公報
　しかしながら、上述したような区画素子全体にバイアス電圧を印加して欠陥を検出する方法では、区画素子内の大よその欠陥位置の特定はできるが、細かい位置を特定することが困難であり、また赤外線センサのスキャニングも必要であるなど、検出精度や検出のための装置コストが大きいという問題があった。
　また、欠陥箇所が発熱する程度にバイアス電圧を印加するため、半導体膜にダメージを与える虞もあった。
　ＣＣＤカメラ等で拡大観察して欠陥を検出する方法では、カメラを太陽電池の全域に渡って走査させる必要があり、特に太陽電池が大面積である場合、構造欠陥の検出に手間と時間がかかるという課題があった。また、表層に現れない欠陥は検出されない虞もあった。
　光を照射して区画素子ごとのＦＦを測定する方法では、欠陥が存在する区画素子自体は検出できるが、区画素子内のどこに欠陥が存在するかを特定することは困難であった。
　そして、これら上述した欠陥検出方法では、大よその欠陥位置しか特定できないために、レーザー光などで欠陥箇所を修復する際に、広範囲に半導体膜を除去することとなり、太陽電池としての特性だけでなく外観上も好ましくないという問題があった。
　また、大よその欠陥位置しか特定しないで、バイアス電圧を印加して欠陥を除去する場合、バイアス電圧を高くする必要があった。しかし、必要以上に高いバイアス電圧を印加すると、欠陥が生じていない正常な部分にダメージを与えるという問題があった。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、太陽電池の光電変換体に大きなダメージを与えることなく、短時間で構造欠陥の発生箇所を正確に特定し、特定した構造欠陥を確実に除去、修復が可能な太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は次のような太陽電池の製造方法を提供する。即ち、本発明の第１態様の太陽電池の製造方法は、複数の区画素子を含み、互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を形成し、前記光電変換体のうち、構造欠陥を有する区画素子を特定（欠陥区画特定工程）し、前記区画素子において構造欠陥が存在する領域を特定（欠陥領域特定工程）し、前記構造欠陥が存在する一部の領域に限定的にバイアス電圧を印加することにより前記構造欠陥を除去する（修復工程）。
　本発明の第１態様の太陽電池の製造方法においては、前記区画素子において構造欠陥が存在する領域を特定する際に、互いに隣接する区画素子どうしの間で複数個所の抵抗値を測定して得られる抵抗値の分布に基づき、前記構造欠陥が存在する領域を特定することが好ましい。あるいは、前記区画素子において構造欠陥が存在する領域を特定する際に、画像撮像部によって前記区画素子を撮像し、得られた画像に基づき、前記構造欠陥が存在する領域を特定することが好ましい。
　本発明の第１態様の太陽電池の製造方法においては、前記構造欠陥を除去する際に、前記バイアス電圧を印加した後、前記構造欠陥が存在する領域の抵抗値を測定し、前記構造欠陥の修復状況を確認する（修復確認工程）ことが好ましい。また、前記構造欠陥の修復状況を確認する際に、前記構造欠陥の修復が不十分であると確認された場合には、前記構造欠陥が存在する領域に向けてレーザー光線を追加的に照射することにより前記構造欠陥を除去する（追加修復工程）ことが好ましい。あるいは、前記構造欠陥の修復状況を確認する際に、前記構造欠陥の修復が不十分であると確認された場合には、前記構造欠陥が存在する領域に、段階的に電圧値を高めたバイアス電圧を更に印加し、前記構造欠陥を除去する（追加修復工程）ことが好ましい。
　また、本発明は次のような太陽電池の製造装置を提供する。
　即ち、本発明の第２態様の太陽電池の製造装置は、複数の区画素子を含む光電変換体を有する太陽電池の製造装置であって、前記区画素子において構造欠陥が存在する領域を特定する欠陥領域特定部と、前記構造欠陥が存在する一部の領域に限定的にバイアス電圧を印加して前記構造欠陥を除去する修復部とを含む。
　本発明の第１態様の太陽電池の製造方法によれば、欠陥領域特定工程において構造欠陥を有する太陽電池を選別し、欠陥を有する太陽電池だけを修復工程において修復欠陥の存在部位を正確に特定している。これにより、構造欠陥の無い太陽電池を効率的に製造することができる。
　また、修復工程の後に構造欠陥が存在する領域の抵抗値の測定を行っている。その結果、修復が不十分な場合に、追加修復工程において構造欠陥を完全に修復している。これにより、修復による光電変換特性の劣化を最小限に抑えることができる。
　また、本発明の第２態様の太陽電池の製造装置によれば、構造欠陥を有する領域を特定してバイアス電圧によって除去するので、修復工程で欠陥を含む最小限の領域だけを除去することができる。これにより、太陽電池としての特性を大きく低下させず、かつ外観も損なうことなく欠陥箇所の修復することができる。
アモルファスシリコン型太陽電池の要部の一例を示す拡大斜視図である。 アモルファスシリコン型太陽電池の一例を示す断面図である。 本発明の太陽電池の製造方法の第１実施形態を示すフローチャートである。 構造欠陥の存在例と欠陥修復後の様子を示す断面図である。 欠陥領域特定工程の様子を示す説明図である。 欠陥領域特定工程での抵抗値の測定例を示す図である。 欠陥領域特定工程の様子を示す説明図である。 欠陥領域特定工程での抵抗値の測定例を示す図である。 修復確認工程及び追加修復工程の一例を示す説明図である。 本発明の太陽電池の製造装置における抵抗測定部の一例である回路を示す概念図である。 本発明の太陽電池の製造方法の第２実施形態を示すフローチャートである。 修復確認工程及び修復工程の一例を示す説明図である。 本発明の太陽電池の製造装置における抵抗測定部の一例を示す外略図である。
符号の説明
　１０　太陽電池
　１１　基板
　１２　光電変換体
　１３　第一電極
　１４　半導体層
　１５　第二電極
　１９　スクライブ線
　２１　区画素子
　２５　レーザー装置
　以下、本発明に係る太陽電池の製造方法、およびこれに用いられる本発明の太陽電池の製造装置について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
　図１は、本発明の太陽電池の製造方法により製造されるアモルファスシリコン型の太陽電池の要部の一例を示す拡大斜視図である。また、図２（ａ）は、図１の太陽電池の層構成を示す断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の符号Ｂで示された部分が拡大された断面拡大図である。太陽電池１０は、透明な絶縁性の基板１１の第１面１１ａ（一方の面）に形成された光電変換体１２を有する。基板１１は、例えば、ガラスや透明樹脂など、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性を有する絶縁材料で形成されていればよい。この基板１１の第２面１１ｂ（他方の面）には太陽光が入射する。
　光電変換体１２においては、基板１１から順に第一電極層（下部電極）１３，半導体層１４，及び第二電極層（上部電極）１５が積層されている。第一電極層（下部電極）１３は、透明な導電材料、例えば、ＴＣＯ，ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの光透過性の金属酸化物から形成されていればよい。また、第二電極層（上部電極）１５は、Ａｇ，Ｃｕなど導電性の金属膜によって形成されていればよい。
　半導体層１４は、例えば、図２（ｂ）に示すように、ｐ型アモルファスシリコン膜１７とｎ型アモルファスシリコン膜１８との間にｉ型アモルファスシリコン膜１６が挟まれて構成されたｐｉｎ接合構造を有する。そして、この半導体層１４に太陽光が入射すると電子とホールが生じ、ｐ型アモルファスシリコン膜１７とｎ型アモルファスシリコン膜１８との電位差によって電子及びホールは活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで第一電極層１３と第二電極層１５との間に電位差が生じる（光電変換）。
　光電変換体１２は、スクライブ線（スクライブライン）１９によって、外形が短冊状の多数の区画素子２１，２１…に分割されている。この区画素子２１，２１…は互いに電気的に区画されるとともに、互いに隣接する区画素子２１どうしの間で、電気的に直列に接続される。これにより、光電変換体１２は、区画素子２１，２１…が全て電気的に直列に繋がれた構造を有する。この構造においては、高い電位差の電流を取り出すことができる。スクライブ線１９は、例えば、基板１１の第１面１１ａに均一に光電変換体１２を形成した後、レーザー光線などによって光電変換体１２に所定の間隔で溝を形成することにより形成される。
　なお、こうした光電変換体１２を構成する第二電極層（上部電極）１５の上に、さらに絶縁性の樹脂などからなる保護層（図示せず）を形成するのが好ましい。
　以上のような構成の太陽電池を製造するための製造方法を説明する。図３は本発明の太陽電池の第１実施形態の製造方法を段階的に示したフローチャートである。このうち、特に構造欠陥の検出から修復に至る工程について詳述する。
　まず、図１に示すように、透明な基板１１の第１面１１ａに上に光電変換体１２を形成する（光電変換体の形成工程：Ｐ１）。光電変換体１２の構造としては、例えば、基板１１の第１面１１ａから順に第一電極層（下部電極）１３，半導体層１４，及び第二電極層（上部電極）１５が積層された構造であればよい。
　こうした光電変換体１２の形成工程の中で、図４（ａ）に示すように、半導体層１４に不純物等が混入すること（コンタミネーション）によって生じる構造欠陥Ａ１や、半導体層１４に微細なピンホールが生じる構造欠陥Ａ２などの不具合が発生する場合がある。こうした構造欠陥Ａ１，Ａ２は、第一電極層１３と第二電極層１５との間を局所的に短絡（リーク）させ、発電効率を低下させる。
　次に、光電変換体１２に向けて、例えばレーザー光線などを照射して、スクライブ線（スクライブライン）１９を形成し、短冊状の多数の区画素子２１，２１…に分割する（区画素子の形成工程：Ｐ２）。
　こうしたスクライブ線１９の形成工程の中で、図４（ａ）に示すように、レーザー照射位置のズレなどによって第二電極層１５を構成する金属が溶融してスクライブ線１９の溝内に流下することによって生じる構造欠陥Ａ３などの不具合が発生する場合がある。こうした構造欠陥Ａ３は、第一電極層１３と第二電極層１５との間を局所的に短絡（リーク）させ、発電効率を低下させる。
　以上の工程で形成された太陽電池１０においては、上述したＡ１からＡ３に代表される構造欠陥が存在する区画素子２１，２１…が特定され、その後、その区画素子内での構造欠陥を有する領域が特定される（欠陥領域特定工程：Ｐ３）。この欠陥領域特定工程において、構造欠陥が存在する区画素子２１，２１…や、その区画素子内での構造欠陥を有する領域を特定する具体的な方法としては、例えば、測定装置（欠陥領域特定部）を用いた抵抗値の測定、ＣＣＤカメラ（欠陥領域特定部，画像撮像部）による撮像などが挙げられる。
　例えば、抵抗値の測定によって構造欠陥が存在する領域を特定する場合、まず、図５に示すように、短冊状の区画素子２１の長手方向Ｌに沿っていくつかの測定点を設定し、互いに隣接する区画素子２１，２１どうしの間で抵抗値を測定し、この測定値の分布から構造欠陥が存在する区画素子２１ｓ（欠陥区画素子）を特定する。
　例えば、１２０個の区画素子からなる太陽電池において、互いに隣接する区画素子どうしの抵抗値を測定した一例を図６に示す。この図６に示す測定結果によれば、３５番目の区画素子と３６番目の区画素子との抵抗値を比較すると、明らかに３５番目の区画素子の抵抗値が低下している。即ち、３５番目の区画素子には、短絡の原因となる構造欠陥が存在することが予測される。同様に、１０９番目の区画素子にも構造欠陥が存在することが予測される。
　このような欠陥領域特定工程において、抵抗値の測定によって構造欠陥が存在する区画素子を特定する場合、測定方法として幾つかの方法が挙げられる。例えば、区画素子２１の長手方向Ｌに沿って多数の探針が所定の間隔で配列された測定装置（欠陥領域特定部）を用いて、区画素子どうしの抵抗値を一回の探針の上下動で完了させる方法や、あるいは、探針を区画素子２１の長手方向Ｌに沿って走査させ、所定の測定点で探針の上下動を繰り返して測定する方法などであればよい。
　このような欠陥領域特定工程における抵抗値の測定においては、所定値のバイアス電圧を印加する方法と、電流値の測定とを兼ねた１組２本の探針で行う２探針式による方法、または、所定値のバイアス電流の印加に用いる探針と電圧値の測定に用いる探針とを異ならせて行う２組４本の探針からなる４探針式による方法のいずれを用いても良い。これら電圧値と電流値から抵抗値を算出する。
　次に、構造欠陥が存在する区画素子が発見された太陽電池においては、さらに詳細に構造欠陥が存在する領域が特定される。一方、構造欠陥が存在する区画素子が見つからない太陽電池は、そのまま良品として保護層の形成工程Ｐ７などを経て製品化される。
　構造欠陥が存在する区画素子が発見された太陽電池においては、更に、区画素子内で構造欠陥が存在する領域が特定される。例えば、構造欠陥が存在すると見なされた区画素子に限って、その長手方向Ｌに沿って、隣接する区画素子２１との間の抵抗値を測定する。
　例えば、図７（ａ）に示すように、構造欠陥Ｒが存在すると見なされた区画素子２１ｓの長手方向Ｌの全域で、所定の測定間隔Ｔ１（測定密度）ごとに、隣接する区画素子２１との間で抵抗値の測定を行う。この抵抗値の測定によって、区画素子２１ｓの長手方向Ｌにおいて構造欠陥Ｒの大よその位置を特定する。測定間隔Ｔ１は、例えば２０ｍｍ程度であればよい。
　一例として、長手方向Ｌの長さが１４００ｍｍの短冊状の区画素子（欠陥が１箇所存在する）において、隣接する区画素子との間の抵抗値を測定した一例を図８に示す。この図８に示す測定結果によれば、区画端子の一方の端部からの距離が２５０ｍｍ付近に向かって抵抗値が低下している。短絡を引き起こす構造欠陥が存在する場合、このように、欠陥の存在位置に近づく程、抵抗値が漸減していく傾向が観察される。従って、抵抗値を区画素子２１ｓの長手方向Ｌに所定の間隔で測定していき、その抵抗値の変化を観察すれば、区画素子２１ｓ内で構造欠陥Ｒの大よその位置を知ることができる。
　以上のように、区画素子２１ｓの長手方向Ｌにおいて構造欠陥Ｒの大よその位置を特定した後、構造欠陥Ｒが存在する領域を更に絞り込むことが好ましい。即ち、上述したように区画素子２１ｓの長手方向Ｌにおいて構造欠陥Ｒの大よその位置を特定した後、この位置の前後１００ｍｍ程度の間を、前述した測定間隔Ｔ１よりもさらに細かい測定間隔Ｔ２で、隣接する区画素子との間の抵抗値を測定するのが好ましい（図７（ｂ）参照）。測定間隔Ｔ２は、例えば２ｍｍ程度に設定され、上述した大よその欠陥位置を特定する工程よりも１０倍程度細かい精度で、構造欠陥Ｒが存在する領域Ｚを絞り込む（図７（ｃ）参照）。
　なお、本実施形態においては、抵抗値の測定間隔を２段階に変化させて欠陥を有する領域Ｚを特定したが、更に３段階以上に測定間隔を変えて、区画素子内での構造欠陥Ｒが存在する領域Ｚをより細かく絞り込むようにしても良い。
　一方、上述した欠陥部位特定工程（Ｐ４）において、図１３（ａ）に示すような、区画素子２１ｓの長手方向Ｌに沿って間隔Ｔ２で探針が多数形成された探針ユニットＵを用いてもよい。まず、最初に所定の広い測定間隔Ｔ１ごとに間欠的に探針Ｘ１だけにバイアス電流（電圧）を印加し、構造欠陥Ｒの大よその位置を特定する。
　次に、図１３（ｂ）に示すように、構造欠陥Ｒが存在すると見なされた区間、即ちバイアス電流（電圧）を与えた探針間で最も抵抗値が低い区間の探針Ｘ２にバイアス電流（電圧）を印加する。この時、最初の広い測定間隔Ｔ１よりも狭い、探針の形成間隔であるＴ２で測定が行われるので、より正確に区画素子内での構造欠陥Ｒの位置が特定される。
　このように、区画素子２１ｓの長手方向Ｌに沿って探針を間隔Ｔ２で密に配列した探針ユニットＵを用いて、バイアス電流（電圧）を印加させる探針を適宜変更することによって、探針を長手方向Ｌに移動させず、バイアス電流を供給する探針を選択するだけで構造欠陥Ｒの位置を迅速に検出できる。
　また、他の検出方法として、測定中に測定する端子の間隔を変更する方法を採用してもよい。例えば、図１３（ａ）及び（ｂ）に示す装置を使用する場合、最初は端子の間隔を比較的大きく設定して抵抗値を測定し、閾値より低い抵抗値を検出した場合に、もしくは一定の割合より抵抗値が下がった場合に、端子の間隔を狭めて端子毎に測定する。端子毎の測定において、抵抗値が閾値より高くなった場合、もしくは正常値に戻った場合に、もとの間隔に戻して測定を行う。
　さらに、他の検出方法として、複数の閾値を決め、閾値毎に端子の測定間隔を変更する方法を採用してもよい。例えば、抵抗値の閾値Ａ、Ｂ、Ｃ（Ａ＞Ｂ＞Ｃ）を決めておく。抵抗値が閾値Ａ以上の場合は１０端子間隔を空けて測定し、閾値Ａ以下となったら５端子空けて測定し、閾値Ｂ以下となったら２端子空けて測定し、閾値Ｃ以下となったら各端子で測定する。抵抗値が大きくなる場合には、逆に閾値を越える毎に測定間隔を広げて測定する。欠陥がある場合、抵抗値は徐々に変化するので（図８参照）、このように閾値毎に測定間隔を変更することで、迅速かつ正確に欠陥位置を検出することができる。
　また、これらの検出方法においては、図１３のように多数の端子を並べて、測定に使用する端子の間隔を変化させる装置を用いる場合について説明した。端子を動かしながら測定する場合には、閾値毎に測定間隔もしくは移動速度を変更する方法でも実現可能である。
　区画素子２１ｓの長手方向Ｌにおいて構造欠陥Ｒを有する領域Ｚが特定されたら、次に太陽電池の構造欠陥Ｒを修復する（修復工程：Ｐ４）。修復工程では、上述した欠陥領域特定工程を経て特定された構造欠陥Ｒが存在する領域Ｚの近傍だけに限定的にバイアス電流を印加し、構造欠陥Ｒが存在する領域Ｚの半導体層や電極だけを蒸発させて取り除く（図９（ａ）及び図４（ｂ）参照）。この修復工程においては、構造欠陥Ｒを含む最小限の範囲Ｅ１からＥ３だけが除去される。即ち、図４（ａ）に示す構造欠陥Ａ１からＡ３の各々は、図４（ｂ）の符号Ｅ１からＥ３に示すように除去される。
　こうした修復工程において、欠陥修復のためのバイアス電流を印加する方法として、前工程である欠陥領域特定工程での抵抗値の測定に用いる探針に欠陥修復用のバイアス電流を供給する方法を用いることにより、より一層効率的に欠陥位置の特定から欠陥修復までを短時間で行うことができる。即ち、この場合、上述した欠陥領域特定部としての測定装置は、修復部として用いられる。
　図１０は、４探針式の抵抗測定装置（修復部）に欠陥修復用のバイアス電流回路（修復部）を付加した回路を示す概念図である。この抵抗測定、修復装置（修復部）においては、抵抗測定時には、実線で示す回路のように一方の一組の探針Ｂ１（第１組）から抵抗測定用のバイアス電流Ｗ１を供給して電流値Ａを測定するともに、他方の一組の探針Ｂ２（第２組）を用いて電圧値Ｖを測定して抵抗値を算出する。
　こうして、バイアス電流を印加することによって構造欠陥Ｒが存在する領域Ｚの修復を行った後、この領域Ｚにおける抵抗値を測定し、所定の抵抗値以上であるかどうかの確認を行う（修復確認工程：Ｐ５）。この修復確認工程において、構造欠陥Ｒが存在する（存在した）領域Ｚの抵抗値が所定の値以下である場合には、図４（ａ）に示す各種構造欠陥Ａ１からＡ３が完全に除去されずにリーク（短絡）状態が解消されていないと考えられる。なお、こうした修復確認工程における抵抗値の測定にあたっては、欠陥領域特定工程での抵抗値の測定に用いる探針を利用すれば良い。
　この修復確認工程において、構造欠陥Ｒの存在する（存在した）領域Ｚの抵抗値が所定の値以上である場合には、太陽電池は修復完了品であると判断され、保護層の形成工程Ｐ７などを経て製品化される。一方、領域Ｚの抵抗値が所定の値以下である場合には、更にレーザ光線を照射して修復が不十分な箇所を完全に除去（修復）する（追加修復工程：Ｐ６）。
　この追加修復工程（Ｐ６）においては、１回目の修復工程（Ｐ４）において構造欠陥が完全に除去されなかった領域にレーザー光線Ｑが照射される（図９（ｂ）参照）。これにより、１回目の修復工程（Ｐ４）において完全に除去されなかった構造欠陥Ｚが完全に除去される。レーザー光線Ｑは、レーザー光源装置（修復部）から出射される。
　以上のように、欠陥領域特定工程（Ｐ３）、修復工程（Ｐ４）、修復確認工程（Ｐ５）、追加修復工程（Ｐ６）を経て、区画素子に存在する構造欠陥を完全に除去された太陽電池は、保護層の形成工程（Ｐ７）に送られ、後工程の処理が行われる。
　修復確認工程において修復が不十分な箇所が発見された際に、追加修復工程として、段階的に電圧値を高めたバイアス電圧を印加してもよい。図１１は本発明の太陽電池の第２実施形態の製造方法を段階的に示したフローチャートである。このうち、特に修復確認工程以降の工程について述べる。
　この実施形態では、修復確認工程（Ｐ５）において、構造欠陥Ｒが存在する領域Ｚの１回目の修復後の抵抗値が所定の値以下である場合には、更にバイアス電圧を印加して修復が不十分な箇所を完全に除去（修復）する。
　まず、１回目の修復工程（Ｐ４）において設定したよりも高い値にバイアス電圧値を設定する（図１１のＰ１０）。そして、この１回目の修復工程（Ｐ４）よりも高いバイアス電圧値Ｖ１により構造欠陥Ｒの存在する領域Ｚにバイアス電圧が印加される（図１２（ａ）参照）。
　次に、再び修復確認工程（Ｐ５）において構造欠陥Ｒが存在する領域Ｚの２回目の修復後の抵抗値が所定の値以下であるかを測定する。この時、まだ抵抗値が所定の値以上である場合には、更に構造欠陥Ｒが残留していると推測されるので、先ほどの追加修復工程（Ｐ６）よりも高いバイアス電圧値Ｖ２で構造欠陥Ｒの存在する領域Ｚにバイアス電圧が印加される（図１２（ｂ）参照）。
　このように、構造欠陥Ｒの存在する領域Ｚの抵抗値の測定を行いつつ、段階的に電圧値を上げたバイアス電圧を印加する追加修復工程により、構造欠陥の修復に必要な最小限のバイアス電圧値で構造欠陥を確実に除去し、かつ修復による光電変換特性の劣化を最小限に抑えることができる。
　以上詳述したように、本発明は、光電変換体に対するダメージが抑制され、構造欠陥の発生箇所が正確に特定され、特定の構造欠陥が確実に除去及び修復された太陽電池を製造する方法及び装置に有用である。

Claims (7)

  1. 　太陽電池の製造方法であって、
    　複数の区画素子を含み、互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を形成し、
    　前記光電変換体のうち、構造欠陥を有する区画素子を特定し、
    　前記区画素子において構造欠陥が存在する領域を特定し、
    　前記構造欠陥が存在する一部の領域に限定的にバイアス電圧を印加することにより前記構造欠陥を除去することを特徴とする太陽電池の製造方法。
  2. 　前記区画素子において構造欠陥が存在する領域を特定する際に、互いに隣接する区画素子どうしの間で複数個所の抵抗値を測定して得られる抵抗値の分布に基づき、前記構造欠陥が存在する領域を特定することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  3. 　前記区画素子において構造欠陥が存在する領域を特定する際に、画像撮像部によって前記区画素子を撮像し、得られた画像に基づき、前記構造欠陥が存在する領域を特定することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  4. 　前記構造欠陥を除去する際に、前記バイアス電圧を印加した後、前記構造欠陥が存在する領域の抵抗値を測定し、前記構造欠陥の修復状況を確認することを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  5. 　前記構造欠陥の修復状況を確認する際に、前記構造欠陥の修復が不十分であると確認された場合には、前記構造欠陥が存在する領域に向けてレーザー光線を追加的に照射することにより前記構造欠陥を除去することを特徴とする請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
  6. 　前記構造欠陥の修復状況を確認する際に、前記構造欠陥の修復が不十分であると確認された場合には、前記構造欠陥が存在する領域に、段階的に電圧値を高めたバイアス電圧を更に印加し、前記構造欠陥を除去することを特徴とする請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
  7. 　複数の区画素子を含む光電変換体を有する太陽電池の製造装置であって、
    　前記区画素子において構造欠陥が存在する領域を特定する欠陥領域特定部と、
    　前記構造欠陥が存在する一部の領域に限定的にバイアス電圧を印加して前記構造欠陥を除去する修復部と、
    　を含むことを特徴とする太陽電池の製造装置。
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