JP4441048B2

JP4441048B2 - 集積型薄膜太陽電池の製造方法

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Publication number: JP4441048B2
Application number: JP2000082387A
Authority: JP
Inventors: 昭彦中島; 年信中田
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: JP2001274447A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は集積型薄膜太陽電池の製造方法に関し、特に、高い光電変換効率を有する結晶質シリコン系光電変換ユニット層を含む集積型薄膜太陽電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体薄膜太陽電池は、一般に、少なくとも表面が絶縁性の基板上に順次積層された第１電極、１以上の半導体薄膜光電変換ユニット、および第２電極を含んでいる。そして、１つの光電変換ユニットは、ｐ型層とｎ型層でサンドイッチされたｉ型層を含んでいる。光電変換ユニットの厚さの大部分を占めるｉ型層は実質的に真性の半導体層であって、光電変換作用は主としてこのｉ型層内で生じる。
【０００３】
したがって、光電変換ユニットは、それに含まれるｐ型とｎ型の導電型層が非晶質か結晶質かにかかわらず、ｉ型の光電変換層が非晶質のものは非晶質ユニットと称され、ｉ型層が結晶質のものは結晶質ユニットと称される。なお、本願明細書内で、「結晶質」の用語は、薄膜太陽電池の技術分野で一般に用いられているように、部分的に非晶質状態を含むものをも意味するものとする。
【０００４】
他方、ｐ型やｎ型の導電型層は光電変換ユニット内に拡散電位を生じさせる役割を果たし、その拡散電位の大きさによって薄膜太陽電池の重要な特性の１つである開放端電圧の値も左右される。しかし、これらの導電型層は光電変換に直接寄与しない不活性な層であり、導電型層にドープされた不純物によって吸収される光は発電に寄与しない損失となる。したがって、導電型層は、必要な拡散電位を生じさせることを前提として、できるだけ薄くすることが望まれる。
【０００５】
ここで、結晶質ｉ型層は非晶質ｉ型層に比べて長波長の光まで吸収することができ、結晶質薄膜光電変換ユニットは非晶質薄膜光電変換ユニットに比べて長波長の光をも光電変換に利用し得るという利点を有している。
【０００６】
しかし、非晶質薄膜光電変換ユニットに含まれる非晶質ｉ型光電変換層の厚さは一般に約０．２５μｍ以下でも十分であるのに対して、結晶質シリコンの光吸収係数を考えれば、結晶質薄膜光電変換ユニットに含まれる結晶質ｉ型光電変換層は一般に約２．５μｍ以上の厚さが必要とされる。すなわち、結晶質薄膜光電変換ユニットに含まれる結晶質ｉ型光電変換層は、非晶質薄膜光電変換ユニットに含まれる非晶質ｉ型光電変換層の約１０倍程度以上の厚さが必要とされる。
【０００７】
そこで、特開平１１−１４５４９９は、従来１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下の圧力下で行なわれていたプラズマＣＶＤによる結晶質ｉ型光電変換層の堆積を４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）以上の高い圧力下でシラン系ガスに対する水素ガスの流量比を５０倍以上に大きくした状態で行なうことによって、高品質の結晶質ｉ型光電変換層が高速度で堆積され得ることを開示している。
【０００８】
ところで、薄膜太陽電池の製造においては、ＣＶＤ法やスパッタリングなどによる薄膜の堆積ステップとレーザスクライブ法などによるパターニングステップの適宜の繰返しや組合せを含む製造プロセスによって所望の構造が形成される。すなわち、通常は１枚の絶縁基板上に複数の光電変換セルが電気的に直列接続された集積型構造が採用され、屋外用途のための電力用太陽電池では、たとえば４５ｃｍ×９０ｃｍのような大面積の基板が用いられ、高い出力電圧を生じ得る装置にされる。
【０００９】
図８は、集積型薄膜太陽電池の典型的な一例の構造を模式的な断面図で示している。なお本願の各図において、厚さや長さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わしてはいない。特に、半導体層などの種々の層の厚さは誇張されて示されているが、それらの実際の厚さはいずれも数μｍ以下の非常に薄いものである。この図８の集積型薄膜太陽電池においては、絶縁基板１１上に第１電極層１２、シリコンなどからなる半導体光電変換ユニット層１３、および第２電極層１４が順次積層されており、パターニングによって半導体層１３に設けられた接続用開口溝１３ａを介して、互いに左右に隣接し合う光電変換セルが電気的に直列接続されている。
【００１０】
ところで、薄膜光電変換ユニット層１３においては、ｉ型光電変換層内へできるだけ多くの光を導入するために、比較的広いエネルギバンドギャップのｐ型層、ｉ型光電変換層、および比較的狭いバンドギャップのｎ型層が光入射側からこの順に積層されることが多い。すなわち、光電変換ユニット層１３が基板側から順に積層されたｐ型層、ｉ型光電変換層、およびｎ型層を含むｐｉｎ型の場合、絶縁基板１１としてガラスなどの透明基板、第１電極層１２として透明導電性酸化物（ＴＣＯ）電極層、そして第２電極層１４として金属層を含む裏面電極層が用いられる。逆に、光電変換ユニット層１３がｎｉｐ型の場合、第１電極層１３として金属層を含む裏面電極が用いられ、第２電極層１４としてＴＣＯ透明電極層が用いられる。なお、ＴＣＯとしては酸化錫、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛などが用いられ、金属層としては銀、アルミ、チタン、クロムなどが用いられ得る。
【００１１】
ｐｉｎ型の薄膜太陽電池では、ガラス基板１１が表面保護カバーとして作用し得る利点がある。他方、ｎｉｐ型の薄膜太陽電池では厚いガラス基板１１による光吸収ロスを回避することができるという利点があり、また、金属電極に比べて低い導電率の透明電極１４上に櫛型金属電極を形成することができ、透明電極による抵抗ロスを低減できるという利点がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ｐｉｎ型の光電変換層を含む集積型薄膜太陽電池を形成する場合、特開平１１−１８６５８３にも述べられているように、透明電極分離溝１２ａ、半導体層１３を貫通する接続用溝１３ａ、および裏面電極分離溝１４ａのいずれもが、ガラス基板１１側からレーザビームを照射するレーザスクライブによって好ましく形成され得る。
【００１３】
他方、ｎｉｐ型の集積型薄膜太陽電池では、透明なガラス基板１１を用いたとしても、金属層を含む裏面電極層１２を切断することなくガラス基板１１側からのレーザスクライブによって接続用溝１３ａや透明電極分離溝１４ａを形成することできない。すなわち、これらの溝１３ａ，１４ａをレーザスクライブで形成するためには、レーザビームを膜の自由表面側から照射しなければならない。
【００１４】
特開平１１−１８６５８３においても述べられているように、一般に、膜面側からのレーザスクライブを利用して形成された集積型薄膜太陽電池では、ガラス基板側からのレーザスクライブを利用して形成されたものに比べて高い出力性能が得られにくいという事実がある。この傾向は、特に、結晶質光電変換ユニット層を含む集積型薄膜太陽電池において、非晶質ユニット層のみを含むものに比べて、より顕著になる。このことは、結晶質光電変換ユニットが非晶質ユニット比べて約１０倍程度も厚いこと、結晶質シリコンのレーザ吸収係数が非晶質のそれに比べて小さいこと、それに伴って高エネルギ密度のレーザビームが求められることなどと関係しているものと考えられる。
【００１５】
このような先行技術の状況に鑑み、本発明は、結晶質光電変換ユニット層を含む集積型薄膜太陽電池の製造において、膜面側からのレーザスクライブを利用してもその太陽電池の高い出力性能を実現し得る方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、絶縁基板上に順に積層された裏面電極層、少なくとも１の結晶質半導体光電変換ユニット層、および透明電極層が複数の光電変換セルを形成するように複数の分離溝によって分離されていて、かつそれらの複数のセルが導電性接続部材によって電気的に直列接続される集積型薄膜太陽電池の製造方法は、透明電極層を複数の透明電極に分離するための透明電極分離溝の形成において、透明電極層の自由表面側からスクライブ用レーザビームを照射することによって少なくともその透明電極層の厚さを貫通するスクライブラインを形成し、その後に、少なくとも、前記透明電極層に隣接している導電型半導体層であるｐ型層あるいはｎ型層をスクライブラインに対してドライエッチングを施すことによって完全に分離する工程を含むことを特徴としている。
【００１７】
透明電極分離溝は、ドライエッチング後において、半導体層内の１００ｎｍ以上の深さに至るように形成されることが好ましい。
【００１８】
本発明の製造方法は、光電変換ユニット層が基板側から順に積層されたｎ型層、ｉ型光電変換層、およびｐ型層を含み、透明電極層にはｐ型層が隣接している集積型薄膜太陽電池に、より好ましく適用され得る。
【００１９】
本発明による製造方法においては、セル間の電気的直列接続が半導体層の厚さを貫通する接続用溝を介して行なわれるように、半導体層上に所定厚さの第１透明導電層を堆積し、少なくとも第１透明導電層の厚さを貫通する接続用溝をレーザスクライブによって形成し、この接続用溝の深さが裏面電極に至るまでドライエッチングし、その後に、接続用溝を埋めながら第１透明導電層上に所定厚さの第２透明導電層を堆積し、透明電極層はこれらの第１と第２の透明導電層を含むものとして形成され得る。
【００２０】
本発明による製造方法においては、セル間の電気的直列接続が接続用溝を介して行なわれるように、少なくとも透明電極層の厚さを貫通する接続用溝をレーザスクライブによって形成し、その接続用溝を埋める金属コンタクト部を形成し、金属コンタクト部から金属原子を熱処理によって拡散させて裏面電極層との間に電気的接続を形成することができる。その場合には、裏面電極は基板側から順に積層された金属層と、透明導電性酸化物からなる拡散防止層とを含み、この拡散防止層は金属層から金属原子が半導体層内に拡散することを防止するように作用し得る。
【００２１】
本発明による製造方法において、基板が透明の場合には、裏面電極層を複数の裏面電極に分離するための裏面電極分離溝は、基板側からスクライブ用レーザビームを照射して、裏面電極層、半導体層、および透明電極層を含む全積層膜を貫通する溝を形成することによって得ることができる。
【００２２】
本発明による製造方法では、各セルにおいて、透明電極上には櫛型金属電極が印刷法によって形成され、櫛型電極と金属コンタクト部との間、および櫛型電極と全積層膜を貫通する裏面電極分離溝との間には、透明電極分離溝が形成され得る。そして、各セルの櫛型電極はそのセルに隣接するセルのコンタクト部にボンディングワイヤによって電気的に接続され得る。
【００２３】
他方、各セルにおいて、全積層膜を貫通する裏面電極分離溝、これと櫛型電極との間の透明電極分離溝、およびこれらの溝の間の透明電極層を覆うように印刷法によって絶縁膜を形成し、各セルの櫛型電極はそのセルに隣接するセルのコンタクト部へ印刷法による導電膜によって電気的に接続されてもよく、この導電膜は絶縁膜の上面を横切るように覆って形成され得る。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下において、いくつかの実験例を説明することによって、本発明による効果を得ることができる実施の形態を明らかにする。
【００２５】
（実験例１）
ガラス基板上に銀電極層、厚さ２．５μｍのｎｉｐ型結晶質シリコン光電変換ユニット層、および厚さ８０ｎｍのＩＴＯ透明電極層をこの順に積層して薄膜太陽電池を形成した。この薄膜太陽電池は透明電極側からのレーザスクライブによって複数の正方形セルに分割され、各セルは１．２ｃｍ×１．２ｃｍの面積を有していた。
【００２６】
このときのレーザスクライブ条件としては、ＹＡＧレーザのＳＨＧ（第２高調波）が用いられ、パルス周期が３ｋＨｚ、出力パワーが０．１Ｗ、そしてデフォーカス量が−３ｍｍであった。なお、ここでのデフォーカス量の−３ｍｍとは、レーザビームの焦点位置が膜の位置からビーム源側へ３ｍｍだけ後退させられていることを意味する。もちろん、デフォーカス量の絶対値が小さい方がビームのエネルギ密度は大きくなるが、スクライブ溝の幅は小さくなる。
【００２７】
得られた複数のセルの各々に対して暗状態で外部電圧を印加して電流電圧（Ｉ−Ｖ）カーブを測定したが、各セルはｎｉｐ接合に基づくダイオード特性を示さず、ダイオードが短絡しているようなＩ−Ｖ特性を示した。
【００２８】
そこで、触針式段差計を用いてスクライブラインを横断する方向に凹凸状態を測定したところ、図１に示されているような凹凸曲線が得られた。なお、図１中において、水平方向と垂直方向のスケールバーからわかるように、凹凸の高低差のスケールは水平方向のスケールに比べて大きく拡大されて示されている。
【００２９】
図１から明らかなように、１つのスクライブラインの幅内において１本のきれいな溝が形成されているのではなく、多くの急激な凹凸が入り混じっていることがわかる。このようなスクライブライン幅内においては、ＩＴＯ、ｐ型シリコン、およびｉ型シリコンが入り混じっていると考えられ、電気的に短絡状態にあると考えられる。
【００３０】
そこで、図１に示されているようなスクライブラインに対して、ドライエッチングとしてＣＦ₄と酸素を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が施された。具体的なエッチング条件としては、ＣＦ₄の流量が８５ｓｃｃｍ、酸素の流量が２０ｓｃｃｍ、エッチングチャンバ内圧力が０．５Ｐａ、そして高周波パワーが０．１Ｗの下で１０分間のプラズマエッチングが行なわれた。こうしてドライエッチングされたスクライブラインに対して、図１の場合と同様に触針式段差計を用いて測定したところ、図２に示されているような凹凸形状が得られた。
【００３１】
図２から明らかなように、ＩＴＯ電極層はドライエッチングに対するマスクとして作用し、そのエッチング後の１つのスクライブライン幅内において、横断面形状がほぼ矩形で１本のきれいな溝が形成されていることがわかる。そして、この溝はシリコン層内の約０．３μｍの深さまで至っており、ここで、ＩＴＯ電極層に隣接するｐ型導電層が約２０ｎｍであるので、ＩＴＯ電極層のみならずｐ型導電層もドライエッチング後のスクライブ溝によって完全に分離されていると考えられる。実際に、ドライエッチング後の各セルについて暗状態でＩ−Ｖ特性を測定したところ、すべてのセルがダイオード特性を示し、短絡しているような電流は消失していた。なお、光電変換ユニット層に含まれるｐ型とｎ型の導電型層は通常はいずれも３０ｎｍ以下の厚さであるので、透明電極分離溝の半導体層内への深さは１００ｎｍ以上であれば十分と考えられる。
【００３２】
（実験例２）
実験例１の場合と同様に形成された２つのセルＡとＢについて、ドライエッチング前と後における電気抵抗率が測定された。その結果が表１に示されている。なお、表１中において、電圧（Ｖ）は暗状態においてダイオード特性を示すべきセルに対して外部電圧源から印加された逆バイアス電圧を表わし、電流（Ａ）におけるたとえばＥ−０５の表示は×１０^-5を意味し、そして、抵抗率（ｋΩ／ｃｍ²）は逆バイアス電圧（Ｖ）をそれによって流れる電流（Ａ）とセルの面積（ｃｍ²）で割った値を表わしている。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１からわかるように、セルＡとＢのいずれにおいても、レーザスクライブ後のドライエッチング前では０．１Ｖ以下の逆バイアス電圧に対して０．５ｋΩ／ｃｍ²より小さな抵抗率を示しているが、エッチング後では５０ｋΩ／ｃｍ²より大きな抵抗率を示している。すなわち、セルＡとＢのいずれにおいても、レーザスクライブされたままの状態ではスクライブ溝部の漏れ電流が大きくて正常なダイオード特性が測定され得ないが、その後のドライエッチングによってスクライブ溝部の漏れ電流が除去されて、逆バイアス電圧に対する正常なダイオード特性による大きな抵抗率が観測されていることがわかる。このことは、ドライエッチング処理されたレーザスクライブ溝がセル間の良好な分離溝として働き得ることを意味している。
【００３５】
（実験例３）
実験例３として、模式的な断面図である図３と図４で図解されているようなプロセスによって、集積型薄膜太陽電池が作製された。
【００３６】
まず図３を参照して、ガラス基板１上に裏面銀電極層２が堆積され、ガラス基板側からのレーザスクライブによって裏面電極分離溝２ａが形成された。なお、裏面電極分離溝２ａは、レーザスクライブの代わりにメカニカルスクライブで形成されてもよい。
【００３７】
裏面電極層２上には、厚さ約３μｍの結晶質シリコン光電変換ユニット層３と厚さ約８０ｎｍの第１の酸化亜鉛膜４ａが堆積された。これらのシリコン層３と第１酸化亜鉛膜４ａは、接続用溝３ａを形成するために、まず酸化亜鉛膜側からレーザスクライブされた。このときのレーザスクライブ条件としては、実験例１の場合と同様に、ＹＡＧＳＨＧレーザが用いられ、パルス周期が３ｋＨｚ、出力パワーが０．１Ｗ、そしてデフォーカス量が−３ｍｍであった。
【００３８】
その後、このレーザスクライブラインに対してドライエッチングを施すことによって、厚さ３μｍのシリコン層３を貫通して裏面電極２まで至る深さを有する接続用溝３ａが形成された。このときのエッチング条件としては、ＣＦ₄の流量が８５ｓｃｃｍ、酸素の流量が２０ｓｃｃｍ、エッチングチャンバ内圧力が０．５Ｐａ、そして高周波パワーが１．０Ｗの下で５分間のプラズマエッチングが行なわれた。すなわち、このエッチング条件は、実験例１の場合に比べて、高周波パワーが１０倍にされてエッチング時間が半分にされている。このようなハイパワーの高周波電力の下でのプラズマエッチングによって、第１酸化亜鉛膜４ａをマスクとして用いながら、レーザスクライブライン幅内において厚さ３μｍのシリコン層３を貫通して裏面電極層２まで至る深さを有する接続用溝３ａを完成させることができるのである。
【００３９】
次に図４を参照して、接続用溝３ａを埋めながら、第１酸化亜鉛膜４ａ上に厚さ約６００ｎｍの第２の酸化亜鉛膜４ｂが堆積された。そして、これらの第１と第２の酸化亜鉛膜４ａと４ｂが、透明電極層４を構成することになる。この透明電極層４は、透明電極分離溝４ｃを形成するために、まずその自由表面側からレーザスクライブされた。このときのレーザスクライブ条件は、レーザ出力パワーが０．１５Ｗに高められたことを除けば、前述の第１酸化亜鉛膜４ａのスクライブ条件と同様であった。
【００４０】
その後、この透明電極層４上のレーザスクライブラインに対して、ドライエッチングが施された。このときのエッチング条件としては、高周波パワーが０．１Ｗに下げられてエッチング時間が１０分にされたことの除けば、前述の接続用溝３ａの形成の場合と同様であった。すなわち、このときのエッチング条件は実験例１の場合と同じであり、透明電極分離溝４ｃはシリコン層３の深さ約０．３μｍまで至っていた。
【００４１】
こうして形成されて２５ｃｍ²の受光面積を有する実験例３の集積型薄膜太陽電池に対して、ソーラーシミュレータを用いてＡＭ１．５の擬似太陽光を１００ｍＷ／ｃｍ²のエネルギ密度で照射したときの光電変換特性として、０．５３Ｖの開放端電圧、２５ｍＡの短絡電流、７５％の曲線因子、および１０．０％の変換効率が得られた。そして、これらの特性値は、実用に対して十分に満足し得るものである。
【００４２】
（実験例４）
実験例４として、模式的な断面図である図５と図６に図解されているようなプロセスによって、集積型薄膜太陽電池が作製された。
【００４３】
まず図５を参照して、ガラス基板１上に、裏面電極層２、厚さ約３μｍの結晶質シリコン光電変換ユニット層３および厚さ約８０ｎｍのＩＴＯ透明電極層４が順に堆積された。なお、この裏面電極層２は、光散乱反射を生じさせる微細な表面凹凸構造を含む上面を有する銀層と、その上に堆積された厚さ約１００ｎｍの酸化亜鉛からなる拡散防止層を含んでいた。
【００４４】
各セルが形成されるべき領域内においては、接続用溝４ｄ、第１種類の透明電極分離溝４ｅ、および第２種類の透明電極分離溝４ｆを形成するために、透明電極層４の自由表面側からレーザスクライブが行なわれた。このときのレーザスクライブ条件としては、実験例１の場合と同様に、ＹＡＧＳＨＧレーザが用いられ、パルス周期が３ｋＨｚ、出力パワーが０．１Ｗ、そしてデフォーカス量が−３ｍｍであった。
【００４５】
その後、この透明電極層４上のレーザスクライブラインに対してドライエッチングが施された。このときのエッチング条件は、ＣＦ₄の流量が８５ｓｃｃｍ、酸素の流量が２０ｓｃｃｍ、エッチングチャンバの圧力が０．５Ｐａ、そして高周波パワーが０．１Ｗであり、１０分間のプラズマエッチングが行なわれた。すなわち、このエッチング条件は実験例１の場合と同じであり、形成された溝４ｄ，４ｅ，４ｆは、いずれもシリコン層３内の約０．３μｍの深さまで至っていた。
【００４６】
次に図６を参照して、透明電極４上の櫛型金属電極５と、接続用溝４ｄを埋める金属コンタクト部６が、銀ペーストを用いたスクリーン印刷法によって形成された。この金属コンタクト部６には、１５０℃で、３０分の熱処理が施された。この熱処理によって、コンタクト部６から金属原子が結晶質シリコン層３の粒界を通じて裏面電極まで拡散し、その結果、金属コンタクト部６が裏面電極層２へ電気的に接続された。他方、その熱処理の間に、櫛型電極５からシリコン層３内への金属原子の拡散はＩＴＯ層４によって防止され、裏面電極２に含まれる金属層からシリコン層３内への金属原子の拡散はそれらの層の間の酸化亜鉛からなる拡散防止層によって阻止された。
【００４７】
その後、ガラス基板１を通してビーム照射することによって、裏面電極分離溝２ｂを形成するレーザスクライブが行なわれた。このときのレーザスクライブ条件としては、ＹＡＧＳＨＧレーザが用いられ、パルス周波数が３ｋＨｚ、出力パワーが０．４Ｗ、そしてデフォーカス量が０ｍｍであった。
【００４８】
このレーザスクライブによって形成された裏面電極分離溝２ｂの側壁は、電極層からの導電物質の付着などによって短絡状態になり得ると考えられる。しかし、櫛型金属電極５は、この裏面電極分離溝２ｂの側壁から第２種類の透明電極分離溝４ｆによって電気的に分離され得るとともに、金属コンタクト部６からは第１種類の透明電極分離溝４ｅによって電気的に分離されている。
【００４９】
このように分離された各セルの櫛型金属電極５は、それに隣接するセルの金属コンタクト部６へボンディングワイヤ７によって接続された。これによって、左右に隣接する各セルが互いに電気的に直列接続されたことになる。
【００５０】
図６に示されているような実験例４による集積型薄膜太陽電池に対して実験例３の場合と同じ条件で光照射したときの光電変換特性として、０．５３Ｖの開放端電圧、２７ｍＡの短絡電流、７５％の曲線因子、そして１０．７％の変換効率が得られた。
【００５１】
（実験例５）
実験例５として、模式的な断面図である図７に示されているような集積型薄膜太陽電池が作製された。この実験例５の太陽電池の製造プロセスは、図６においてボンディングワイヤ７が接続される前の状態までは実験例４と同じプロセスで作製された。
【００５２】
しかし、その後においては、図７に示されているように、裏面電極分離溝２ｂ、第２種類の透明電極分離溝４ｆ、およびこれらの溝の間の透明電極層４を覆うように、シルクスクリーン印刷法によって絶縁膜８が形成された。そして、各セルの櫛型金属電極５はそのセルに隣接するセルの金属コンタクト部６へスクリーン印刷法による導電膜９によって電気的に接続された。すなわち、この導電膜９は絶縁膜８の上面を横切るように覆って形成された。これによって、左右に隣接する各セルが互いに電気的に直列接続されたことになる。
【００５３】
こうして得られた実験例５による図７に示されているような集積型薄膜太陽電池に対して実験例３の場合と同じ条件で光照射したときの光電変換特性としては、０．５３Ｖの開放端電圧、２７ｍＡの短絡電流密度、７２％の曲線因子、そして１０．３％の変換効率が得られた。
【００５４】
なお、以上の種々の実験においては、単一の結晶質シリコン光電変換ユニット層のみを含む集積型薄膜太陽電池について説明されたが、本発明の製造方法は１つの結晶質光電変換ユニット層に積層された１以上の非晶質または／および結晶質の光電変換層を含むタンデム型薄膜太陽電池にも好ましく適用され得ることは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、少なくとも１つの結晶質光電変換ユニット層を含む集積型薄膜太陽電池の製造方法において、膜面側からのレーザスクライブを利用してもその太陽電池の高い出力性能を実現し得る方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体光電変換ユニット層上の透明電極層をその自由表面側からレーザスクライブした後の垂直断面における表面凹凸状態を示す図である。
【図２】図１に示されたスクライブラインに対してドライエッチングを施した後のスクライブ溝の断面形状を示す図である。
【図３】本発明の一実施例による集積型薄膜太陽電池の製造プロセスを説明するための模式的な断面図である。
【図４】図３のプロセスを経て完成された集積型薄膜太陽電池を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明のもう１つの実施例による集積型薄膜太陽電池の製造プロセスを説明するための模式的な断面図である。
【図６】図５のプロセスを経て完成された集積型薄膜太陽電池の一例を示す模式的な断面図である。
【図７】図５のプロセスを経て完成された集積型薄膜太陽電池のもう１つの例を示す模式的な断面図である。
【図８】従来の典型的な集積型薄膜太陽電池の一例を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１絶縁基板、２裏面電極層、２ａ，２ｂ裏面電極分離溝、３結晶質半導体光電変換ユニット層、３ａ接続用溝、４透明電極層、４ａ第１透明導電層、４ｂ第２透明導電層、４ｃ透明電極分離溝、４ｄ接続用溝、４ｅ第１種類の透明電極分離溝、４ｆ第２種類の透明電極分離溝、５櫛型金属電極、６金属コンタクト部、７ボンディングワイヤ、８スクリーン印刷法によって形成された絶縁膜、９スクリーン印刷法によって形成された導電膜。

Claims

絶縁基板上に順に積層された裏面電極層と、少なくとも１の、ｐ型層とｎ型層でサンドイッチされた結晶質ｉ型光電変換層を含んでいる結晶質半導体光電変換ユニット層と、透明電極層とが複数の光電変換セルを形成するように複数の分離溝によって分離されていて、かつそれらの複数のセルが導電性接続部材によって電気的に直列接続される集積型薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記透明電極層を複数の透明電極に分離するための透明電極分離溝の形成において、
前記透明電極層の自由表面側からスクライブ用レーザビームを照射することによって少なくともその透明電極層の厚さを貫通するスクライブラインを形成し、その後、少なくとも、前記透明電極層に隣接しているｐ型層またはｎ型層を前記スクライブラインに対してドライエッチングを施すことによって完全に分離する工程を含むことを特徴とする集積型薄膜太陽電池の製造方法。
前記透明電極分離溝は、前記ドライエッチング後において、前記半導体層内の１００ｎｍ以上の深さに至るように形成されることを特徴とする請求項１に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
前記光電変換ユニット層は前記基板側から順に積層されたｎ型層、結晶質ｉ型光電変換層、およびｐ型層を含み、前記透明電極層にはｐ型層が隣接していることを特徴とする請求項１または２に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
前記セル間の電気的直列接続が前記半導体層の厚さを貫通する接続用溝を介して行なわれるように、前記半導体層上に所定厚さの第１の透明導電層を堆積し、少なくとも前記第１透明導電層の厚さを貫通する接続用溝をレーザスクライブによって形成し、この接続用溝の深さが前記裏面電極に至るまでドライエッチングし、その後に、前記接続用溝を埋めながら前記第１透明導電層上に所定厚さの第２の透明導電層を堆積し、前記透明電極層は前記第１と第２の透明導電層を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
前記セル間の電気的直列接続は前記接続用溝を介して行なわれるように、
少なくとも前記透明電極層の厚さを貫通する接続用溝をレーザスクライブによって形成し、
前記接続用溝を埋める金属コンタクト部を形成し、
前記金属コンタクト部から金属原子を熱処理によって拡散させて前記裏面電極層との間に電気的接続を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
前記裏面電極は前記基板側から順に積層された金属層と、透明導電性酸化物からなる拡散防止層とを含み、この拡散防止層は前記金属層から金属原子が前記半導体層内に拡散することを防止するように作用し得ることを特徴とする請求項５に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
前記基板は透明基板であり、前記裏面電極層を複数の裏面電極に分離するための裏面電極分離溝は、前記基板側からスクライブ用レーザビームを照射して、前記裏面電極層、前記半導体層、および前記透明電極層を貫通する溝を形成することによって得られることを特徴とする請求項５または６に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
各前記セルにおいて、前記透明電極上には櫛型金属電極が印刷法によって形成され、前記櫛型電極と前記金属コンタクト部との間、および前記櫛型電極と前記裏面電極分離溝との間には、前記透明電極分離溝が形成されることを特徴とする請求項５から７のいずれかの項に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
各前記セルの前記櫛型電極はそのセルに隣接するセルの前記コンタクト部にボンディングワイヤによって電気的に接続されることを特徴とする請求項８に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
各前記セルにおいて、前記裏面電極分離溝、これと前記櫛型電極との間の前記透明電極分離溝、およびこれらの溝の間の透明電極層を覆うように印刷法によって絶縁膜を形成し、各前記セルの前記櫛型電極はそのセルに隣接するセルの前記コンタクト部へ印刷法による導電膜によって電気的に接続され、この導電膜は前記絶縁膜の上面を横切るように覆って形成されることを特徴とする請求項８に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。