JP3720254B2

JP3720254B2 - 薄膜太陽電池及びその製造方法

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Publication number: JP3720254B2
Application number: JP2000313802A
Authority: JP
Inventors: 裕介福岡; 伸介立花
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: JP2002124690A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜太陽電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の薄膜太陽電池としては、例えば図５及び図６に示す様なものがある。この薄膜太陽電池は、ガラス基板１０１上に、ＳｎＯ₂、ＩＴＯ、ＺｎＯ等からなる短冊状の透明導電膜１０２を形成し、その上に、非晶質半導体のｐ層、ｉ層及びｎ層を順次積層してなる短冊状の光電変換層１０３を形成し、更に、金属薄膜である短冊状の裏面電極１０４、及び短冊状のレジスト１０５を順次形成してなる。
【０００３】
また、他の薄膜太陽電池としては、電極となる金属基板上に、非晶質半導体のｎ層、ｉ層及びｐ層を順次積層してなる光電変換層を形成し、その上に、透明導電膜を形成したものがある。
【０００４】
これらの薄膜太陽電池のうちの前者のもの（ｐ層、ｉ層及びｎ層からなる光電変換層１０３を含む）においては、ガラス基板１０１が太陽電池の表面の保護を兼ねること、またＳｎＯ₂等の耐プラズマ性透明導電膜が開発されたり、プラズマＣＶＤ法による非晶質半導体の生成が可能になったこと、つまり製造技術が確立されたことから、多用される様になり、現在の主流となっている。
【０００５】
また、図５及び図６に示す薄膜太陽電池においては、短冊状の光電変換層１０３、裏面電極１０４及びレジスト１０５を順次積層してなる各太陽電池片１０６を直列接続している。１つの太陽電池片１０６の光電変換層１０３下に重なる透明導電膜１０２は、隣合う他の太陽電池片１０６のスルーホール１０３ａを介して裏面電極１０４に接続されている。
【０００６】
更に、薄膜太陽電池の周縁に、透明導電膜１０２、光電変換層１０３、裏面電極１０４及びレジスト１０５を部分的に開口して、開口溝１０８を形成し、この開口溝１０８の内側の太陽電池と外側の透明導電膜間を電気的に絶縁している。この開口溝１０８は、透明導電膜１０２、光電変換層１０３、裏面電極１０４及びレジスト１０５をレーザー光により加工して形成される。ただし、透明導電膜１０２をレーザー光により加工すると、透明導電膜１０２の昇華により導電性を有する残滓が発生し、この残滓が開口溝１０８の断面に付着し、各層間の絶縁性が損なわれる。このため、通常は、透明導電膜１０２を形成した直後に、レーザー光により、透明導電膜１０２の開口部を形成しておき、その上に光電変換層１０３、裏面電極１０４及びレジスト１０５を順次形成してから、レーザー光により、図７に示す様に透明導電膜１０２の開口部よりも狭い幅の開口溝１０８を光電変換層１０３、裏面電極１０４及びレジスト１０５に形成している。これにより、開口溝１０８を形成するときに、レーザー光が透明導電膜１０２に照射されることがなく、透明導電膜１０２の残滓が発生せずに済む。
【０００７】
ところで、この様な薄膜太陽電池に、採光用の開口溝を設けることがある。例えば、図８（ａ）及び（ｂ）に示す様な薄膜太陽電池においては、各太陽電池片１１１の直列接続の方向と直交する方向に、複数の採光用開口溝１１２を形成している。また、各採光用開口溝１１２が各太陽電位片１１１の直列接続の方向と直交するので、この直列接続の方向での抵抗が大きく、このために電流を流す複数の非採光部１１３を格別に形成している。
【０００８】
尚、図９に示す様にシリコンウエハーを用いた結晶型太陽電池においても、採光を採用したものがある。ここでは、シリコンウエハーから形成された複数の太陽電池片１２１を相互に離間させて配列し、各太陽電池片１２１を２枚のガラス基板１２２間に挟み込んで、各太陽電池片１２１の間隙に透光性樹脂を充填しており、各太陽電池片１２１の間隙が採光用の開口部となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８（ａ）及び（ｂ）の薄膜太陽電池においては、各太陽電池片１１１の電流を各非採光部１１３に集め、各非採光部１１３から電圧端子１１４及び配線（図示せず）を通じて外部に取り出すので、電流経路が長く、抵抗損失が大きくなり、特性が劣化した。
【００１０】
また、各採光用開口溝１１２は、ＹＡＧ第２高調波レーザー光により形成する方法と、ＹＡＧ基本波レーザー光により形成する方法とがある。
【００１１】
前者のＹＡＧ第２高調波レーザー光を透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジストに照射すると、光電変換層、裏面電極及びレジストが選択的に加工され、透明導電膜のみが加工されない。このため、各採光用開口溝１１２の底部には、透明導電膜が残存することになり、この透明導電膜の昇華による残滓が発生することはない。しかしながら、ＹＡＧ第２高調波レーザー光の大出力を得ることは困難であり、十分な加工性能を達成するには、レーザビーム径を小さくするしかなく、生産性が低下するという問題があった。
【００１２】
また、後者のＹＡＧ基本波レーザー光を適用する場合は、大出力を容易に得ることができるものの、ＹＡＧ基本波レーザー光を透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジストに照射すると、これらの全てが同時に加工されるので、透明導電膜の昇華による残滓が発生する。このため、図５及び図６の開口溝１０８と同様に、透明導電膜を形成した直後に、レーザー光により、透明導電膜の開口部を形成しておき、その上に光電変換層、裏面電極及びレジストを順次形成してから、レーザー光により、透明導電膜の開口部よりも狭い幅の開口部を光電変換層、裏面電極及びレジストに形成する必要がある。この場合は、製造工程が煩雑化することから、生産性が低下した。
【００１３】
尚、図９の結晶型太陽電池は、採光用の開口部を有するものとして例示しているが、基本的な構造及び製造方法が薄膜太陽電池とは全く異なる。
【００１４】
そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、多数の採光用開口溝を設けても、特性が劣化せず、また生産性の向上を図ることが可能な薄膜太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の薄膜太陽電池は、透明基板上に、複数の電池列を並行に配列すると共に、各電池列から電力を取り出すための電力端子を設け、この電力端子の配置部位を除く範囲で、各電池列間に光を透過する各採光用開口溝を設けており、各電池列は、複数の薄膜太陽電池片を直列接続したものである。
また、本発明の薄膜太陽電池は、透明基板上に、複数の電池列を並行に配列すると共に、各電池列からの電力を伝送するための配線を設け、この配線の配置部位を除く範囲で、各電池列間に光を透過する各採光用開口溝を設けており、各電池列は、複数の薄膜太陽電池片を直列接続したものである。
【００１６】
本発明によれば、各電池列は、各薄膜太陽電池片を直列接続してなる。各採光用開口溝は、各電池列に並行しているので、電池列の各薄膜太陽電池片の接続を遮ることがない。従って、各電池列の両端から電力を取り出すことができ、電流経路が長くならず、抵抗損失を小さすることができる。
また、採光用開口溝を配線や電力端子の部位に形成しないので、配線や電力端子が採光用開口溝を通じて見えずに済む。また、採光用開口溝によって配線や電力端子が分断されずに済む。
【００１７】
また、本発明においては、太陽電池片は、透明基板上に、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜を順次積層したものであり、採光用開口溝は、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部を重ねたものである。
【００１８】
この様に採光用開口溝が透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部からなる場合は、ＹＡＧ基本波レーザー光によって各層の開口部を一度に形成することができる。
【００１９】
また、本発明の薄膜太陽電池は、透明基板上に、複数の電池列を並行に配列して、各電池列間に、光を透過する各採光用開口溝を設けており、各電池列は、複数の薄膜太陽電池片を直列接続したものであり、各薄膜太陽電池片は、透明基板上に、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜を順次積層したものであり、採光用開口溝は、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部を重ねたものであり、透明導電膜の開口部の幅は、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部の幅よりも狭い。
【００２０】
この様に透明導電膜の開口部の幅だけを狭くするには、ＹＡＧ基本波レーザー光の強度を調整することによりなされる。この場合、昇華される透明導電膜の量が減少し、かつ透明導電膜の開口部が光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部の断面から離間する。このため、透明導電膜の昇華により発生した残滓が光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部の断面に付着する確率が減少し、各層間の絶縁不良の発生率が減少する。
【００２１】
また、本発明においては、採光用開口溝の幅は、３ミリ以下である。
【００２２】
レーザー光の適用により、採光用開口溝の幅を３ミリ以下にすることができ、デザイン上の自由度を高くすることができる。
【００２６】
次に、本発明の製造方法は、透明基板上に、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜を順次積層し、レーザー光を照射することにより、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜を部分的に開口して、採光用開口溝を形成しており、レーザー光の強度は、透明導電膜の開口部の幅が光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部の幅よりも狭くなる様に設定される。
【００２７】
この様にレーザー光によって透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜を開口する場合は、その製造工程が簡単化される。また、ＹＡＧ基本波レーザー光を適用することができ、生産性の向上を図ることができる。
【００２９】
この様にレーザー光の強度を適宜に設定することにより、透明導電膜の開口部の幅を光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部の幅よりも狭くすることができる。これにより、先に述べた様に昇華される透明導電膜の量が減少し、かつ透明導電膜の開口部が光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部の断面から離間する。このため、透明導電膜の昇華により発生した残滓が該断面に付着する確率が減少し、各層間の絶縁不良の発生率が減少する。
【００３０】
更に、本発明においては、電力を伝送するための配線を設ける範囲、及び電力を取り出すための電力端子の範囲にレーザー光が照射されない様に、レーザー光を照射するレーザ装置をプログラム制御する。
【００３１】
また、本発明においては、電力を伝送するための配線を設ける範囲、及び電力を取り出すための電力端子の範囲にレーザー光が照射されない様に、マスクを被せる。
【００３２】
この様にレーザ装置をプログラム制御したり、マスクを被せることにより、配線や電力端子の範囲にはレーザー光を照射せず、この範囲では採光用開口溝を形成していない。こうして採光用開口溝を配線や電力端子の部位に形成しなければ、配線や電力端子が採光用開口溝を通じて見えずに済む。また、採光用開口溝によって電力端子が分断されずに済む。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本発明の薄膜太陽電池の一実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１の薄膜太陽電池を示す部分拡大図である。
【００３５】
本実施形態の薄膜太陽電池を製造するには、まず図３に示す様にガラス基板１上に、短冊状の透明導電膜２を形成し、その上に、非晶質半導体のｐ層、ｉ層及びｎ層を順次積層してなる短冊状の光電変換層３を形成し、更に、金属薄膜である短冊状の裏面電極４、及び短冊状のレジスト５を順次形成する。これにより、光電変換層３、裏面電極４及びレジスト５を順次積層してなる各太陽電池片６が形成される。１つの太陽電池片６の透明導電膜２を隣り合う他の太陽電池片６のスルーホール３ａを介して裏面電極４に接続して、各太陽電池片６を直列接続している。
【００３６】
この後、ＹＡＧ基本波レーザ装置を用いて、ＹＡＧ基本波レーザ光を図３のガラス基板１上の各層に照射することにより、透明導電膜２、光電変換層３、裏面電極４及びレジスト５を部分的に開口して、図１及び図２に示す様に各太陽電池片６の直列接続の方向と直交する方向に延びる複数の採光用開口溝７を形成する。各採光用開口溝７の形成に伴い、各採光用開口溝７間には、各太陽電池片６を直列接続してなるそれぞれの電池列８が形成される。
【００３７】
ただし、各電池列８の両端に接続されるそれぞれの電力端子９、及び薄膜太陽電池の略中央の配線スペース１０には、採光用開口溝７を形成しない。このためには、ＹＡＧ基本波レーザ装置をプログラム制御したり、レーザー光に対する十分な耐性と遮蔽性を有する金属等のマスクを各電力端子９及び配線スペース１０に被せ、各採光用開口溝７の形成範囲を特定する。
【００３８】
更に、各電力端子９にそれぞれの配線コード１１を接続し、各配線コード１１を薄膜太陽電池の略中央まで配線スペース１０上で引き廻す。そして、各配線コード１１間に電流バイパス用のダイオード（図示せず）を接続して挿入し、このダイオードを小箱（図示せず）に収納する。更に、各配線コード１１を保護ガラス（図示せず）の中央の孔に通して、この保護ガラスを各電池列８や各電力端子９等の上に重ね合わせ、透明樹脂等を用いて、この保護ガラスと基板ガラス１間に各電池列８や各電力端子９等を封止する。
【００３９】
この様に本実施形態の薄膜太陽電池では、各電池列８の両端をそれぞれの電力端子９に接続し、各電池列８の電力を各電力端子９及び各配線コード１１を通じて取り出すので、電流経路が短く、抵抗損失が小さくて済む。
【００４０】
また、各採光用開口溝７を形成するために、ＹＡＧ基本波レーザ光を用いている。このＹＡＧ基本波レーザ光は、赤外線域の波長を有しており、透明導電膜２に吸収されても、ガラス基板１に吸収されることがない。このため、ガラス基板１を除く、他の透明導電膜２、光電変換層３、裏面電極４及びレジスト５が部分的に除去されて開口される。このＹＡＧ基本波レーザ光の強度を適宜に調整することにより、図４に示す様に透明導電膜２の開口部の幅よりも、光電変換層３、裏面電極４及びレジスト５の開口部の幅が広くなった採光用開口溝７の断面構造を得ることができる。これは、光電変換層３よりも、裏面電極４及びレジスト５の方が、膜としての強度が低く、かつＹＡＧ基本波レーザ光の吸収率が高いためと考えられる。
【００４１】
この様に透明導電膜２の開口部の幅が狭い場合は、昇華される透明導電膜２の量が減少し、かつ該開口部が光電変換層３、裏面電極４及びレジスト５の開口部の断面から離間する。このため、透明導電膜２の昇華により発生した残滓が光電変換層３、裏面電極４及びレジスト５の開口部の断面に付着する確率が減少する。更に、採光用開口溝７を形成した後に、採光用開口溝７を洗浄したりエッチングすれば、透明導電膜２の残滓をほぼ完全に除去することができ、採光用開口溝７における各層間の絶縁不良を防止することができる。
【００４２】
また、例えば採光用開口溝７の幅を０．１ミリに設定し、各採光用開口溝７間の受光面の幅を０．９ミリに設定すると、薄膜太陽電池の表面に対する採光用開口溝７の開口率が１０％程度となる。この場合、薄膜太陽電池の全体に多数の細線が並行に引かれる。この様な薄膜太陽電池を建築物等に設置すると、デザイン上、視覚的に優れた効果を得ることができる。また、採光用開口溝７の幅や受光面の幅、それらの数等を適宜に設定することができ、デザインの自由度が高い。
【００４３】
尚、従来の図９に示す結晶型太陽電池の場合は、シリコンウエハーからなる各太陽電池片１２１間の接続配線を考慮すると、各太陽電池片１２１を相互に５ミリ以上離間させて配置せねばならない。このため、デザイン上の視覚的な効果が低く、デザインの自由度が殆どない。
【００４４】
更に、各電力端子９及び配線スペース１０には、採光用開口溝７を形成していないので、各配線コード１１、電流バイパス用のダイオード（図示せず）、このダイオードを収納する小箱（図示せず）等が各採光用開口溝７を通じて見えずに済む。また、各採光用開口溝７によって、電流経路となる各電力端子９が分断されずに済む。
【００４５】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、多様に変形することができる。例えば、ガラス基板や保護ガラスの代わりに、他の材質の透明基板を適用しても構わない。また、透明導電膜、光電変換層、裏面電極、レジストの材質を適宜に変更しても良い。更に、各採光用開口溝の幅、長さ、本数、間隔等を任意に設定しも良い。
【００４６】
【実施例】
実際に、６５０ミリ×４５５ミリのガラス基板上に、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジストを順次形成し、この後に照射面でのビーム径が０．１ミリ角、出力が７ワット、パルスの周波数が５ＫＨｚ、掃引速度が２００ミリ／秒のＹＡＧ基本波レーザー光を照射することにより、幅が８０ミクロン、長さが４２５ミリの採光用開口溝を８８０本形成し、薄膜太陽電池の表面に対する採光用開口溝の開口率を１０％に設定した。この薄膜太陽電池の初期特性は、次の表の通りであった。
【００４７】
【表１】

【００４８】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、各電池列は、各薄膜太陽電池片を直列接続してなる。各採光用開口溝は、各電池列に並行しているので、電池列の各薄膜太陽電池片の接続を遮ることがない。従って、各電池列の両端から電力を取り出すことができ、電流経路が長くならず、抵抗損失を小さすることができる。
【００４９】
また、本発明によれば、太陽電池片は、透明基板上に、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜を順次積層したものであり、採光用開口溝は、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部を重ねたものである。このため、ＹＡＧ基本波レーザー光によって各層の開口部を一度に形成することが可能である。
【００５０】
更に、本発明によれば、透明導電膜の開口部の幅だけを狭くしている。これは、ＹＡＧ基本波レーザー光の強度を調整することによりなされる。この場合、昇華される透明導電膜の量が減少し、かつ透明導電膜の開口部が光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部の断面から離間する。このため、透明導電膜の昇華により発生した残滓が光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部の断面に付着する確率が減少し、各層間の絶縁不良の発生率が減少する。
【００５１】
また、本発明によれば、採光用開口溝の幅は、３ミリ以下である。レーザー光の適用により、採光用開口溝の幅を３ミリ以下にすることができ、デザイン上の自由度を高くすることができる。
【００５２】
更に、本発明によれば、採光用開口溝を配線や電力端子の部位に形成しないので、配線や電力端子が採光用開口溝を通じて見えずに済む。また、採光用開口溝によって電力端子が分断されずに済む。
【００５３】
次に、本発明の製造方法によれば、レーザー光によって透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜を開口するので、その製造工程が簡単化される。また、ＹＡＧ基本波レーザー光を適用することができ、生産性の向上を図ることができる。
【００５４】
また、本発明によれば、レーザー光の強度を適宜に設定することにより、透明導電膜の開口部の幅を光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部の幅よりも狭くしている。これにより、先に述べた様に昇華される透明導電膜の量が減少し、かつ透明導電膜の開口部が光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部の断面から離間する。このため、透明導電膜の昇華により発生した残滓が該断面に付着する確率が減少し、各層間の絶縁不良の発生率が減少する。
【００５５】
更に、本発明によれば、レーザ装置をプログラム制御したり、マスクを被せることにより、配線や電力端子の範囲にはレーザー光を照射せず、この範囲では採光用開口溝を形成していない。こうして採光用開口溝を配線や電力端子の部位に形成しなければ、配線や電力端子が採光用開口溝を通じて見えずに済む。また、採光用開口溝によって電力端子が分断されずに済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜太陽電池の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の薄膜太陽電池を示す部分拡大図である。
【図３】各採光用開口溝を形成する以前の薄膜太陽電池を示す部分拡大図である。
【図４】図１の薄膜太陽電池を示す部分断面図である。
【図５】従来の薄膜太陽電池の一例を示す斜視図である。
【図６】図５の薄膜太陽電池を示す部分拡大図である。
【図７】図５の薄膜太陽電池を示す部分断面図である。
【図８】（ａ）は従来の薄膜太陽電池の他の例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の薄膜太陽電池の部分拡大図である。
【図９】従来の結晶型太陽電池を例示する平面図である。
【符号の説明】
１ガラス基板
２透明導電膜
３光電変換層
４裏面電極
５レジスト
６太陽電池片
７採光用開口溝
８電池列
９電力端子
１０配線スペース
１１配線コード

Claims

透明基板上に、複数の電池列を並行に配列すると共に、各電池列から電力を取り出すための電力端子を設け、この電力端子の配置部位を除く範囲で、各電池列間に光を透過する各採光用開口溝を設けており、
各電池列は、複数の薄膜太陽電池片を直列接続したものであることを特徴とする薄膜太陽電池。
透明基板上に、複数の電池列を並行に配列すると共に、各電池列からの電力を伝送するための配線を設け、この配線の配置部位を除く範囲で、各電池列間に光を透過する各採光用開口溝を設けており、
各電池列は、複数の薄膜太陽電池片を直列接続したものであることを特徴とする薄膜太陽電池。
太陽電池片は、透明基板上に、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜を順次積層したものであり、
採光用開口溝は、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部を重ねたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜太陽電池。
透明基板上に、複数の電池列を並行に配列して、各電池列間に、光を透過する各採光用開口溝を設けており、
各電池列は、複数の薄膜太陽電池片を直列接続したものであり、
各薄膜太陽電池片は、透明基板上に、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜を順次積層したものであり、
採光用開口溝は、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部を重ねたものであり、
透明導電膜の開口部の幅は、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部の幅よりも狭いことを特徴とする薄膜太陽電池。
採光用開口溝の幅は、３ミリ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
透明基板上に、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜を順次積層し、レーザー光を照射することにより、透明導電膜、光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜を部分的に開口して、採光用開口溝を形成しており、
レーザー光の強度は、透明導電膜の開口部の幅が光電変換層、裏面電極及びレジスト皮膜の開口部の幅よりも狭くなる様に設定されることを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
電力を伝送するための配線を設ける範囲、及び電力を取り出すための電力端子の範囲にレーザー光が照射されない様に、レーザー光を照射するレーザ装置をプログラム制御することを特徴とする請求項６に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
電力を伝送するための配線を設ける範囲、及び電力を取り出すための電力端子の範囲にレーザー光が照射されない様に、マスクを被せることを特徴とする請求項６に記載の薄膜太陽電池の製造方法。