(57)【要約】【課題】隣接する太陽電池セル間に形成される分離溝で、隣接する太陽電池セルとの接続抵抗が大きくなったり、接続を確保できなくなったりすることを抑えることが可能な薄膜太陽電池を得ること。【解決手段】透光性絶縁基板２上に、表面電極層１１と、バンドギャップの異なる半導体層を基板面に垂直な方向に複数含む光電変換層１２と、裏面電極層１３と、を含むユニットセル１０が複数配列して形成され、ユニットセル１０の光電変換層１２を隣接する一方のユニットセルの光電変換層と分離する分離溝２１で、ユニットセル１０の裏面電極層１３が隣接するユニットセルの表面電極層１１と接続され、ユニットセル１０が直列に接続されてなる薄膜太陽電池において、分離溝２１を構成する光電変換層１２の側面は、基板面に対して０°よりも大きく４５°以下の角度を有する。【選択図】図１
2010177463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の基板上に、透明導電性材料によって形成される第１の電極層と、バンドギャップの異なる半導体層を基板面に垂直な方向に複数含む光電変換層と、光を反射する導電性材料によって形成される第２の電極層と、を含むユニットセルが複数配列して形成され、前記ユニットセルの前記光電変換層を隣接する一方のユニットセルの光電変換層と分離する分離溝で、前記ユニットセルの前記第２の電極層が前記隣接するユニットセルの第１の電極層と接続され、前記ユニットセルが直列に接続されてなる薄膜太陽電池において、
前記分離溝を構成する前記光電変換層の側面は、基板面に対して０°よりも大きく４５°以下の角度を有することを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項２】
透光性の基板上に透明導電性材料からなる第１の電極層を形成する第１の電極層形成工程と、
前記第１の電極層を隣接する一方のユニットセルにまたがるように、ユニットセルごとに前記第１の電極層を分離する第１の分離溝を形成する第１の分離溝形成工程と、
前記第１の電極層を形成した前記基板上に、バンドギャップの異なる半導体層を基板面に垂直な方向に複数含む光電変換層を形成する光電変換層形成工程と、
前記光電変換層を前記ユニットセルごとに分離するとともに、側面の角度が基板面に対して０°よりも大きく４５°以下となる第２の分離溝を、前記第１の分離溝とは異なる位置に形成し、前記第１の電極層を露出させる第２の分離溝形成工程と、
前記第２の分離溝を含む前記光電変換層上に導電性材料からなる第２の電極層を形成する第２の電極層形成工程と、
前記光電変換層と前記第２の電極層を前記ユニットセルごとに分離する第３の分離溝を、前記第１および第２の分離溝とは異なる位置に形成する第３の分離溝形成工程と、
を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記第２の分離溝形成工程では、切削方向に垂直な面に対して０°より大きく４５°以下の角度となる２つの側面によって構成されるテーパ形状の刃先部を外周上に有する回転砥石を回転させながら前記切削方向に移動させることによって、前記第２の分離溝を形成することを特徴とする請求項２に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記第２の分離溝形成工程で、前記ユニットセル内の前記第１の分離溝が形成されている側の前記第２の分離溝の側面のみが、基板面に対して０°よりも大きく４５°以下の角度を有するように前記第２の分離溝が形成されることを特徴とする請求項２に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第２の分離溝形成工程では、切削方向に垂直な面に対して０°より大きく４５°以下の角度を有する側面と、切削方向に垂直な面に対して９０°の角度を有する側面と、によって形成される刃先部を外周上に有する回転砥石を、回転させながら前記切削方向に移動させることによって、前記第２の分離溝を形成することを特徴とする請求項４に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記第２の分離溝形成工程は、
前記第２の分離溝の形成位置において、切削方向に沿った各位置におけるうねり量であるうねりデータを取得するうねりデータ取得工程と、
前記第２の分離溝の形成位置において前記切削方向に前記回転砥石を回転させながら移動させる際に、前記うねりデータに基づいて前記回転砥石の切り込み深さを制御しながら前記光電変換層を切削する切削工程と、
を含むことを特徴とする請求項３または５に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記第２の分離溝形成工程は、
前記切削工程で形成された前記第２の分離溝の底部における前記光電変換層の残渣量である残渣データを取得する残渣データ取得工程をさらに含み、
前記切削工程では、前記うねりデータに基づいて算出した前記回転砥石の切り込み深さを、前記残渣データでさらに補正して、前記光電変換層を切削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。
【請求項８】
前記第２の分離溝形成工程の後で前記第２の電極層形成工程の前に、前記第２の分離溝の底部に残っている前記光電変換層にレーザ光を照射して、前記第２の分離溝の底部に残っている前記光電変換層を除去するレーザ光照射工程をさらに含むことを特徴とする請求項２〜７のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
切削対象である被膜を有する基板を保持する基板保持テーブルと、
前記基板保持テーブルを一の方向に移動させる移動手段と、
少なくとも一方の側面が切削方向に垂直な面に対して０°より大きく４５°以下の角度となる側面によって構成されるテーパ形状の刃先部を外周上に有し、スピンドルに装着される回転砥石と、
前記回転砥石での切削位置における前記基板表面のうねりデータを取得するうねりデータ取得手段と、
前記うねりデータに基づいて前記回転砥石の前記基板への切り込み深さを算出し、前記回転砥石を回転させながら前記切り込み深さに基づいて前記回転砥石の前記刃先部の位置を制御するとともに前記移動手段によって前記基板保持テーブルを移動させる制御手段と、
を備えることを特徴とする溝形成装置。
【請求項１０】
前記うねりデータ取得手段は、前記回転砥石の設置位置に対して、切断ピッチ送り進行方向側に前記切断ピッチの距離だけ離れた位置に配置されることを特徴とする請求項９に記載の溝形成装置。
【請求項１１】
前記うねりデータ取得手段は、前記回転砥石の切削方向前方側に配置されることを特徴とする請求項９に記載の溝形成装置。
【請求項１２】
前記回転砥石によって形成された前記被膜に形成された溝の残渣量を取得する残渣データ取得手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記切り込み深さを前記残渣量で補正し、この補正した切り込み深さに基づいて前記回転砥石の前記刃先部の位置を制御することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つに記載の溝形成装置。
【請求項１３】
前記残渣データ取得手段は、前記回転砥石の設置位置に対して、切断ピッチ送り進行方向とは反対側に前記切断ピッチの距離だけ離れた位置に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の溝形成装置。
【請求項１４】
前記残渣データ取得手段は、前記回転砥石の切削方向後方側に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の溝形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものであり、特に、バンドギャップの異なる複数の半導体層を含む光電変換層を有する太陽電池セルを、透光性絶縁基板上に複数個直列接続した薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものである。また、この発明は、基板に溝を形成する溝形成装置にも関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは２１世紀の地球環境を化石エネルギの燃焼によるＣＯ2ガスの増加から守るクリーンエネルギとして期待されており、その生産量は世界中で爆発的に増加している。このため、世界中でシリコンウェハが不足するという事態が発生している。そこで、近年では、シリコンウェハの供給量に律速されない光電変換層（半導体層）が薄膜からなる薄膜太陽電池の生産量が急速に伸びつつある。
【０００３】
このような薄膜太陽電池は、表面電極層、アモルファスシリコン系半導体などからなる光電変換層、および裏面電極層を含む太陽電池セルを、透光性絶縁基板上に複数個配列し、互いに直列に接続して構成される。このような太陽電池の製造方法において、表面電極層、光電変換層および裏面電極層をそれぞれ形成する際に、太陽電池セルごとにこれらの層を分離する処理が行われる。この太陽電池セルごとに各層を分離するのに、従来では、レーザスクライブ法や機械的スクライブ法が用いられていた（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のように、透光性絶縁基板上にアモルファスシリコン系半導体などからなる太陽電池セルを複数個配列した薄膜太陽電池の製造方法おいて、光電変換層の分離をレーザスクライブ法や金属針による加工法などにより行った場合、分離溝の側壁が基板面に対して垂直に近い切立った形状となる。このため、後の工程において裏面電極層をスパッタ法やＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法などの方法で形成すると、形成された膜が分離溝底部のエッジで不連続となり隣り合う太陽電池セルとの接続抵抗が大きくなったり、接続が確保できなくなったりするなどの問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、隣接する太陽電池セル間に形成される分離溝で、隣接する太陽電池セルとの接続抵抗が大きくなったり、接続を確保できなくなったりすることを抑えることが可能な薄膜太陽電池とその製造方法を得ることを目的とする。また、この発明は、薄膜太陽電池に溝を形成する溝形成装置を得ることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、この発明にかかる薄膜太陽電池は、透光性の基板上に、透明導電性材料によって形成される第１の電極層と、バンドギャップの異なる半導体層を基板面に垂直な方向に複数含む光電変換層と、光を反射する導電性材料によって形成される第２の電極層と、を含むユニットセルが複数配列して形成され、前記ユニットセルの前記光電変換層を隣接する一方のユニットセルの光電変換層と分離する分離溝で、前記ユニットセルの前記第２の電極層が前記隣接するユニットセルの第１の電極層と接続され、前記ユニットセルが直列に接続されてなる薄膜太陽電池において、前記分離溝を構成する前記光電変換層の側面は、基板面に対して０°よりも大きく４５°以下の角度を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、光電変換層の第２の分離溝の側壁が基板面に対して４５°以下となるように形成したので、第２の分離溝内に裏面電極層をコンフォーマルに形成することができ、裏面電極層と隣接するユニットセルの表面電極層との間でより確実なコンタクト性能を得ることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２−１】図２−１は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その１）。
【図２−２】図２−２は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その２）。
【図２−３】図２−３は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その３）。
【図２−４】図２−４は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その４）。
【図２−５】図２−５は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その５）。
【図２−６】図２−６は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その６）。
【図３】図３は、溝形成装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図４】図４は、この実施の形態１で用いられる回転薄型砥石の一例を示す側面図である。
【図５】図５は、従来例の薄膜太陽電池の一部断面図である。
【図６】図６は、この実施の形態２で用いられる回転薄型砥石の一例を示す側面図である。
【図７−１】図７−１は、実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の手順の一例を模式的に示す図である（その１）。
【図７−２】図７−２は、実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の手順の一例を模式的に示す図である（その２）。
【図８】図８は、この実施の形態３による溝形成装置の構成の一例を模式的に示す図である。
【図９−１】図９−１は、この実施の形態４による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す図である（その１）。
【図９−２】図９−２は、この実施の形態４による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる薄膜太陽電池およびその製造方法並びに溝形成装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる薄膜太陽電池の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の構造の一例を模式的に示す断面図である。この薄膜太陽電池１は、高光透過率のガラス基板やポリイミドなどの透光性の有機フィルム材料などの絶縁透光性基板２上に短冊状の複数のユニットセル１０（１０−１〜１０−３）が所定の方向（図中では、左右方向）に直列に接続されている。それぞれのユニットセル１０は、表面電極層１１（１１−１，１１−２）、光電変換層１２および裏面電極層１３（１３−２，１３−３）が順に積層された光電変換素子によって形成される。ここで、１つのユニットセル１０の光電変換層１２および裏面電極層１３の積層体と、隣接するユニットセル１０の光電変換層１２および裏面電極層１３の積層体との間には、分離溝２２が形成されており、この分離溝２２で囲まれる絶縁透光性基板２上の領域をセル形成領域Ｒというものとする。また、この薄膜太陽電池１において、光入射側（絶縁透光性基板２側）の面を表面といい、表面とは反対側の面を裏面という。
【００１２】
表面電極層１１は、ＺｎＯ，ＳｎＯ，ＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide），ＺｎＯ：Ａｌなどの透明導電性材料膜で構成され、厚さはたとえば１μｍ程度である。表面電極層１１は、ユニットセル１０−１〜１０−３ごとに分離溝（第１の分離溝）２０によって分離して形成されるが、その形成位置はセル形成領域Ｒの境界とは一致しておらず、自身が属するセル形成領域Ｒの一部と、隣接する（この図の例では、左側に隣接する）セル形成領域Ｒの一部にまたがって形成される。つまり、セル形成領域Ｒには、そのセル形成領域Ｒで機能する表面電極層１１と、隣接するセル形成領域Ｒで機能する表面電極層１１とが、分離溝２０を挟んで形成されている。たとえば、ユニットセル１０−２が形成されるセル形成領域Ｒでは、そのほぼ左半分の領域にはユニットセル１０−２の光電変換素子の一部を構成する表面電極層１１−２が形成され、そのほぼ右半分の領域にはユニットセル１０−１の光電変換素子の一部を構成する表面電極層１１−１が形成されている。この表面電極層１１は、薄膜太陽電池１の表面側から入射した光を光電変換層１２へと透過させるとともに、光電変換層１２で発電された光電流を収集する機能を有する。
【００１３】
光電変換層１２は、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層が順に積層されたｐｉｎ構造を有する半導体層によって構成され、厚さはたとえば２〜３μｍ程度である。なお、積層される順番は、逆でもよい。また、通常、光電変換層１２は、表面側から裏面に向かうにつれてバンドギャップが小さくなる半導体層が複数積層された構造を有する。ここでは、光電変換層１２は、アモルファスシリコンからなる第１の光電変換層１２−１と、アモルファスシリコンよりもバンドギャップの狭い微結晶シリコンからなる第２の光電変換層１２−２と、からなるものとする。なお、第１の光電変換層１２−１と第２の光電変換層１２−２との間に、表面側から入射した光のうち表面側に存在する第１の光電変換層１２−１で吸収可能な波長の光を表面側に反射させる機能を有する中間層を設けるようにしてもよい。この光電変換層１２は、入射した光で光電変換を行う機能を有する。
【００１４】
光電変換層１２は、セル形成領域Ｒの境界付近（図中では右側の境界付近）で隣接するユニットセル１０の光電変換層１２と分離溝（第２の分離溝）２１によって分離される。この分離溝２１は、分離溝２１の長手方向に垂直な断面形状がＶ字型を有しており、底面では隣接する（図では右側に隣接する）セル形成領域Ｒの表面電極層１１が露出している。この分離溝２１の側面が表面電極層１１（絶縁透光性基板２）の表面となす角度は、４５度よりも小さい角度となっている。
【００１５】
裏面電極層１３は、導電率が高くかつ反射率の高い材料が望ましく、Ａｌ，Ａｇなどの金属膜を用いることができ、厚さはたとえば２００〜３００ｎｍ程度である。この裏面電極層１３は、光電変換層１２で発電された光電流を収集するとともに、光電変換層１２で吸収されなかった光を光電変換層１２側に反射させる機能を有する。
【００１６】
裏面電極層１３は、光電変換層１２の全面にほぼ同じ厚さで形成され、光電変換層１２に形成された分離溝２１の底面で隣接するユニットセル１０から延びる表面電極層１１と接続される。分離溝２１の側面は、表面電極層１１の表面から４５度よりも小さい角度で形成されているので、裏面電極層１３は、分離溝２１内をコンフォーマルに被覆する。
【００１７】
分離溝２１上では、セル形成領域Ｒ内で、表面電極層１１と裏面電極層１３とが電気的に接続しており、このままでは、表面電極層１１と裏面電極層１３とが短絡している状態にある。そこで、光電変換層１２と裏面電極層１３の積層体には、セル形成領域Ｒの境界上で、隣接するユニットセル１０の光電変換層１２と裏面電極層１３の積層体とを分離するための分離溝（第３の分離溝）２２が設けられている。これによって、セル形成領域Ｒ内で自ユニットセル１０の表面電極層１１と裏面電極層１３との短絡を解消し、隣接するユニットセル１０と直列に接続される構造となる。
【００１８】
このように、隣接するユニットセル１０間の光電変換層１２を分離する分離溝２１は、その断面がＶ字型となるように、より望ましくはその側面が表面電極層１１の表面と４５度よりも小さい角度となるように形成されたＶ字型となるように、構成される。これによって、裏面電極層１３は、分離溝２１の側面を、その底部付近まで良好に被覆することができる。なお、分離溝２１の側面と表面電極層１１の成す角度が４５度より大きくなると裏面電極１３は、分離溝２１の側面とその底部で不連続となるため良好に被覆することが困難となる。
【００１９】
以上のような構成によって、たとえばユニットセル１０−２の裏面電極層１３−２が隣接するユニットセル１０−１の表面電極層１１−１と分離溝２１で接続され、ユニットセル１０−２の表面電極層１１−２が隣接するユニットセル１０−３の裏面電極層１３−３と分離溝２１で接続され、これが繰り返されることによって、複数のユニットセル１０が直列に接続された薄膜太陽電池１となる。
【００２０】
ここで、このような構造の薄膜太陽電池１における動作の概略について説明する。絶縁透光性基板２の裏面（ユニットセル１０が形成されていない方の面）から太陽光が入射すると、光電変換層１２のｉ型半導体層で自由キャリアが生成される。生成された自由キャリアは、光電変換層１２のｐ型半導体層とｎ型半導体層によって形成される内蔵電界によって輸送され、電流が発生する。各ユニットセル１０で発生した電流は、分離溝２１内の表面電極層１１と裏面電極層１３の接続部を通って、隣接するユニットセル１０へと流れ込み、薄膜太陽電池モジュール全体の発電電流を生成する。
【００２１】
また、この実施の形態１による薄膜太陽電池１では、光電変換層１２の分離溝２１の側面に形成されている裏面電極層１３は、光電変換層１２の上部から底部まで十分な膜厚を有しているので、この光電変換層１２の側面（分離溝２１の側面）における裏面電極層１３の電気抵抗は低く、ユニットセル１０で発生した電流を低損失で隣接するユニットセル１０まで流すことができる。これは、隣接するユニットセル１０間の分離溝２１の側面がＶ字型構造となっているので、裏面電極層１３をスパッタリング法などで形成する際に、この分離溝２１で露出される光電変換層１２の側面を裏面電極層１３がコンフォーマルに被覆することができるからである。
【００２２】
つぎに、上記した構造を有する薄膜太陽電池１の製造方法について説明する。図２−１〜図２−６は、この発明の実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。これらの図では、薄膜太陽電池のユニットセルの分離溝２１を含む一部の範囲のみを示している。まず、絶縁透光性基板２上にＺｎＯ，ＩＴＯ，ＳｎＯ，ＺｎＯ：Ａｌなどの透明導電性材料からなる表面電極層１１をスパッタ法などの成膜方法によって形成する（図２−１）。その後、レーザスクライブ法や金属針を用いた機械的スクライブ法によって表面電極層１１上の所定の位置に分離溝２０を形成して表面電極層１１を分離し、表面電極層１１のパターニングを行う（図２−２）。
【００２３】
ついで、表面電極層１１を形成した絶縁透光性基板２上に、アモルファスシリコンからなるｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層が順に形成された第１の光電変換層１２−１と、アモルファスシリコンよりもバンドギャップの小さな微結晶シリコンからなるｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層が順に形成された第２の光電変換層１２−２と、が順に積層された光電変換層１２をＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition：化学的気相成長）法などの方法によって形成する（図２−３）。その後、回転薄型砥石を用いた機械的スクライブ法（ダイシングなどの切削加工）によって光電変換層１２の所定の位置に、基板面との間の角度が４５°以下となる側壁を有する分離溝２１を形成する（図２−４）。この分離溝２１は、セル形成領域Ｒの境界領域付近に形成される。
【００２４】
ここでは、分離溝２１は回転薄型砥石を用いた溝形成装置によって形成されるものとする。図３は、溝形成装置の構成を模式的に示す側面図である。この溝形成装置１００は、絶縁透光性基板２を保持し、所定の方向に移動可能な基板保持部１１０と、基板保持部１１０に保持された絶縁透光性基板２に分離溝２１を形成する溝形成部１２０と、を備える。
【００２５】
基板保持部１１０は、光電変換層１２を形成した絶縁透光性基板２をたとえば吸着などの方法によって保持する基板保持テーブル１１１と、基板保持テーブル１１１を取り付ける基台１１２と、基板保持テーブル１１１を基台１１２に対して所定の方向に移動させる移動台１１３と、を有する。基台１１２の上面には、移動台１１３を所定の方向に移動させるためのレール１１４が形成されており、このレール１１４に沿って移動台１１３が図示しない駆動手段によって移動される。
【００２６】
溝形成部１２０は、加工対象に溝を形成する回転薄型砥石１２１と、回転薄型砥石１２１を所定の速度で回転させるとともに、これを図面の上下方向および左右方向に移動させるスピンドル１２２と、回転薄型砥石１２１で分離溝２１を形成する際に、カッティングされる基板（絶縁透光性基板２上の光電変換層１２）に切削水１２４を注ぎ、基板と回転薄型砥石の冷却および潤滑を行う切削水配管１２３と、を有する。ここで切削水とはたとえば純水を主成分として切削時の潤滑性を助ける作用のある界面活性剤などを混合した液体であり、切削加工時の基板と回転薄型砥石の間の潤滑を促し発熱を抑制するものである。
【００２７】
図４は、この実施の形態１で用いられる回転薄型砥石の一例を示す側面図である。この回転薄型砥石１２１は、外周上に光電変換層１２を切断する刃先部を備え、刃先部は、両面に直線状のテーパ面を有している。この刃先部を構成する側面（テーパ面）１２１１は、切断方向（切削）に垂直な面とのなす角度θが０°よりも大きく４５°以下となる形状に成型されている。この回転薄型砥石１２１を用いて分離溝２１を形成することによって、分離溝２１の側壁と基板面とのなす角度が４５°以下の傾斜を有するようになる。このような溝形成装置１００によって、光電変換層１２に分離溝２１が形成される。
【００２８】
ついで、Ａｌ，Ａｇなどの反射率が高くかつ電気伝導率の高い導電性材料からなる裏面電極層１３を、分離溝２１で分離された光電変換層１２上に形成する（図２−５）。このとき、各ユニットセル１０の光電変換層１２間を区切る分離溝２１の側壁は、基板面に対して垂直の角度ではなく、４５°以下の傾斜を有しているので、分離溝２１の側面および底面にはコンフォーマルに裏面電極層１３が堆積される。これによって、分離溝２１の底部で表面電極層１１と裏面電極層１３とが電気的に接続される。ただし、この状態では、裏面電極層１３は、絶縁透光性基板２上の全面に形成されているので、各ユニットセル１０で表面電極層１１と短絡した状態にある。
【００２９】
最後に、レーザスクライブ法や金属針を用いた機械的スクライブ法によって、光電変換層１２と裏面電極層１３の所定の位置（セル形成領域Ｒの境界部）に、側壁が基板面に対してほぼ垂直となるような分離溝２２を形成する（図２−６）。これによって、隣接するユニットセル１０間の裏面電極層１３は電気的に絶縁され、自ユニットセルの表面電極層１１と裏面電極層１３とが短絡した状態も解消され、隣接するユニットセル１０同士が直列に接続される。以上の工程によって、図１に示されるような薄膜太陽電池１が完成する。
【００３０】
この実施の形態１によれば、薄膜太陽電池において、ユニットセル１０の光電変換層１２間を分離する分離溝２１の断面の側壁が、基板面に対して４５°以下の角度となるように形成したので、裏面電極層１３が分離溝２１の側面および底面をコンフォーマルに被覆することができる。その結果、分離溝２１の裏面電極層１３において、電気抵抗の増大を抑制し、発電領域（ユニットセル１０）で発生した電流を最大限に取り出すことが可能となる。
【００３１】
図５は、従来例の薄膜太陽電池の一部断面図である。この図５に示されるように、光電変換層１２を分離する分離溝２１Ａが基板面に対して略垂直な側壁で形成される従来例の場合には、分離溝２１Ａの底部付近の側壁には裏面電極層１３が形成され難く、配線が分断されてしまう場合もある。そして、隣接するユニットセルとの接続抵抗が大きくなったり、接続を確保することができなかったりしていた。これに対して、上記したようにこの実施の形態１によれば、基板面に対してほぼ垂直な側壁の分離溝２１Ａに比して、裏面電極層１３の形成時の膜の付き回りが改善されるので、分離溝２１底部での確実なコンタクト性能を得ることができる。これによって、発電効率を従来に比して増加させた薄膜太陽電池１を得ることができるという効果を有する。
【００３２】
さらに、図５に示されるように、光電変換層を分離する分離溝２１Ａが基板面に対して略垂直な側壁で形成される場合には、分離溝２１Ａでのコンタクト性能を上げるためには、分離溝２１Ａ内を裏面電極層１３で満たすようにする必要がある。これに対して、この実施の形態１によれば、側面が基板面に対して４５°以下の角度を有する分離溝２１を設けた後に裏面電極層１３を形成するようにしたので、分離溝２１の側面および底面を裏面電極層１３がコンフォーマルに被覆することができ、従来のように分離溝２１の深さいっぱいになるまで裏面電極層１３を形成する必要がない。その結果、必要最低限の量の材料で裏面電極層１３を形成することができる。つまり、裏面電極層１３を形成するのに必要な材料の量と時間の両方を従来に比して低減することができ、生産スループットを向上させることができるという効果を有する。
【００３３】
実施の形態２．
実施の形態１では、分離溝の形成方向（長手方向）に垂直な断面の両側の側壁が基板面に対して４５°以下の角度を有する構造となっていた。しかし、分離溝では、隣接するユニットセルの表面電極層と自ユニットセルの裏面電極層とを接続することができればよいので、自ユニットセルの表面電極層が形成される側の分離溝の側壁のみ基板面に対して４５°以下の角度を有していればよい。そこで、この実施の形態２では、分離溝の自ユニットセルの表面電極層が形成される側の側壁のみ４５°以下の角度を有する場合について説明する。
【００３４】
図６は、この実施の形態２で用いられる回転薄型砥石の一例を示す側面図である。この回転薄型砥石１２１Ａは、刃先部を構成する一方の側面１２１２と切断方向に垂直な面（基板面）とのなす角度θ１が０°よりも大きく４５°以下となる形状に成型されており、他方の側面１２１３と切断方向に垂直な面（基板面）とのなす角度θ２がほぼ垂直となる形状に成型されている。なお、θ１の傾斜を有する側面１２１２は、セル形成領域Ｒ内の表面電極層１１の分離溝２０が形成された側に配置され、切削加工が行われる。
【００３５】
なお、このような回転薄型砥石１２１Ａを使用して薄膜太陽電池を製造する方法は、実施の形態１と基本的に同一であるので、その説明を省略する。ただし、実施の形態１の図２−４〜図２−５で形成される分離溝２１の形状と、その上に形成される裏面電極層１３の形状が、実施の形態１とは若干異なる。図７−１〜図７−２は、実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の手順の一例を模式的に示す図である。図７−１に示されるように、図５に示される溝形成装置で光電変換層１２に分離溝２１を形成するが、分離溝２０が形成された側の側面は基板面に対して４５°以下の角度を有する一方、他方の側面は基板面に対してほぼ垂直となっている。また、図７−２に示されるように、光電変換層１２上に裏面電極層１３を形成すると、基板面に対して４５°以下の角度を有する側壁部と底部の上には、コンフォーマルに裏面電極層１３が形成されるが、基板面に対して垂直な側壁部上への裏面電極層１３のつきまわりは４５°以下の角度を有する側面ほど良好ではない。しかし、分離溝２１よりも左側の裏面電極層１３と、このユニットセルの右に隣接するユニットセルの表面電極層１１とを直列に接続することが目的であるので、基板面に対して垂直な側壁部への裏面電極層１３の被覆度合いが良好でなくても、薄膜太陽電池の動作上問題ない。
【００３６】
この実施の形態２によれば、光電変換層１２の切削量を実施の形態１に比して削減することができるので、単位面積当たりの発電量を実施の形態１に比して増加させることができるという効果を、実施の形態１の効果に加えて得ることができる。
【００３７】
実施の形態３．
この実施の形態３では、薄膜太陽電池の製造方法における光電変換層を分離する分離溝の加工深さの制御方法について説明する。
【００３８】
図８は、この実施の形態３による溝形成装置の構成の一例を模式的に示す図である。この溝形成装置１００Ａは、実施の形態１の図３の構成において、回転薄型砥石１２１で分離溝２１を形成する位置における基板（絶縁透光性基板２）の表面のうねりを検出するうねり検出用センサ１３１と、分離溝２１の底部の光電変換層１２の残渣量を測定する残渣センサ１３２と、うねり検出用センサ１３１で検出されたうねりデータを格納するうねりデータ格納部１４１と、残渣センサ１３２で検出された残渣データを格納する残渣データ格納部１４２と、うねりデータ格納部１４１のうねりデータと、残渣データ格納部１４２に残渣データがある場合には残渣データとを用いて回転薄型砥石１２１での切り込み深さＤを制御する制御部１４３と、をさらに備える。なお、この図において、ユニットセルの切断ピッチ送り方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向に垂直な基板面内の方向、すなわち分離溝２１の形成方向をＹ軸方向としている。
【００３９】
うねり検出用センサ１３１は、回転薄型砥石１２１を基準にユニットセルの切断ピッチ送り進行方向（Ｘ軸正方向）側に、回転薄型砥石１２１の厚み方向の中央からユニットセルの切断ピッチＰの距離だけ離れた位置に配置される。なお、最初に切削する前に、うねり検出用センサ１３１によって、回転薄型砥石１２１で切削加工される部分のうねりを検出する。このうねり検出用センサ１３１としては、たとえば、光干渉、静電容量などを利用した非接触タイプのものや接触タイプのセンサを用いることができる。そして、回転薄型砥石１２１から切断ピッチＰだけ離れた位置で、Ｙ軸方向にスキャンしてＹ軸方向の各位置におけるうねり量を検出する。このうねり検出用センサ１３１での検出結果は、うねりデータとしてうねりデータ格納部１４１に格納される。
【００４０】
残渣センサ１３２は、回転薄型砥石１２１を基準にユニットセルの切断ピッチ送り進行方向とは逆方向（Ｘ軸負方向）側に、回転薄型砥石１２１の厚み方向の中央からユニットセルの切断ピッチＰの距離だけ離れた位置に配置される。この残渣センサ１３２としては、透過光量により残膜厚さを検出するタイプのセンサを用いることができる。そして、回転薄型砥石１２１から切断ピッチＰだけ離れた位置に形成された位置の分離溝２１で、Ｙ軸方向にスキャンしてＹ軸方向の各位置における残渣量を検出する。この残渣センサ１３２での検出結果は、残渣データとして残渣データ格納部１４２に格納される。
【００４１】
制御部１４３は、うねり検出用センサ１３１と残渣センサ１３２での検出結果に基づいて、回転薄型砥石１２１の切り込み深さＤを制御する。具体的には、制御部１４３は、回転薄型砥石１２１での分離溝２１の形成に先行して、その位置でうねり検出用センサ１３１をスキャンしてうねりデータを得る。そして、回転薄型砥石１２１で分離溝２１を形成するＹ軸上の各位置におけるうねり量を取得し、そのうねり量に応じて回転薄型砥石１２１の切り込み深さＤを制御する。また、残渣データがある場合には（同じ基板で３本目以降の分離溝２１の形成時には）、残渣データで切り込み深さＤの補正をさらに行う。これによって、回転薄型砥石１２１の磨耗による溝深さの浅薄化が補正される。さらに、制御部１４３は、切削中には、回転薄型砥石１２１の制御とともに、移動台１１３を所定の速度でレール１１４上を移動させる機能も有する。
【００４２】
つぎに、この溝形成装置を用いた分離溝の形成方法について説明する。基板保持テーブル１１１に光電変換層１２が形成された絶縁透光性基板２を保持させる。最初に、分離溝２１を形成するＸ軸上の位置Ｘ１（切削ライン）に合わせてうねり検出用センサ１３１を配置し、基板保持テーブル１１１を移動台１１３でＹ軸方向に移動させることで、うねり検出用センサ１３１がＹ軸方向にスキャンされる。その結果、切断膜表面の各位置Ｙでのうねり量であるうねりデータＦ１（Ｙ）が収集される。
【００４３】
うねりデータＦ１（Ｙ）の収集が完了すると、うねり検出用センサ１３１と回転薄型砥石１２１をＸ軸方向にユニットセルの切断ピッチＰ分だけ送る。つまり、回転薄型砥石１２１はＸ１の位置に配置され、うねり検出用センサ１３１はＸ１＋Ｐ＝Ｘ２の位置に配置される。そして、制御部１４３は、位置Ｘ１におけるうねりデータＦ１（Ｙ）を用いて回転薄型砥石１２１の切削位置Ｘ１上の各位置Ｙでの切り込み深さＤを算出し、その算出結果に応じて回転薄型砥石１２１を制御しながら、移動台１１３を移動させて基板をＹ軸方向に所定の速度で移動させる。回転薄型砥石１２１の回転しながらの移動によって、光電変換層１２の位置Ｘ１でＹ軸方向に沿った分離溝２１が形成される。この回転薄型砥石１２１による加工時には、うねり検出用センサ１３１も同時に位置Ｘ２上の各位置ＹにおけるうねりデータＦ２（Ｙ）を収集し、その結果がうねりデータ格納部１４１に格納される。
【００４４】
位置Ｘ１での分離溝２１の形成と位置Ｘ２でのうねりデータＦ２（Ｙ）の収集が完了すると、うねり検出用センサ１３１、回転薄型砥石１２１および残渣センサ１３２をＸ軸方向にユニットセルの切断ピッチＰ分だけ送る。つまり、回転薄型砥石１２１はＸ２（＝Ｘ１＋Ｐ）の位置に配置され、うねり検出用センサ１３１はＸ２＋Ｐ＝Ｘ３の位置に配置され、残渣センサ１３２はＸ１の位置に配置される。そして、制御部１４３は、位置Ｘ１に配置された回転薄型砥石１２１の場合と同様に、うねりデータＦ２（Ｙ）に基づいて切削位置Ｘ２上の各位置Ｙでの切り込み深さを算出し、その算出結果に応じて回転薄型砥石１２１の上下方向の位置を制御しながら分離溝２１を形成する。また、うねり検出用センサ１３１も位置Ｘ３上の各位置ＹにおけるうねりデータＦ３（Ｙ）を収集する。さらに、残渣センサ１３２は、既に形成された位置Ｘ１の分離溝２１の各位置Ｙにおける光電変換層の残渣量を残渣データＲ１（Ｙ）として収集し、その結果を残渣データ格納部１４２に格納する。
【００４５】
位置Ｘ２での分離溝２１の形成と、位置Ｘ３でのうねりデータＦ３（Ｙ）と、位置Ｘ１での残渣データＲ１（Ｙ）の収集が完了すると、うねり検出用センサ１３１、回転薄型砥石１２１および残渣センサ１３２をＸ軸方向にユニットセルの切断ピッチＰ分だけ送る。これによって、回転薄型砥石１２１はＸ３（＝Ｘ２＋Ｐ）の位置に配置され、うねり検出用センサ１３１はＸ３＋Ｐ＝Ｘ４の位置に配置され、残渣センサ１３２はＸ２（＝Ｘ１＋Ｐ）の位置に配置される。そして、制御部１４３は、位置Ｘ３のうねりデータＦ３（Ｙ）に基づいて切削位置Ｘ３上の各位置Ｙでの切り込み深さを算出し、さらに残渣データＲ１（Ｙ）に基づいて切り込み深さを補正し、補正した切り込み深さＤに応じて回転薄型砥石１２１の上下方向の位置を制御しながら分離溝２１を形成する。また、上記したようにうねり検出用センサ１３１は位置Ｘ４上の各位置ＹにおけるうねりデータＦ４（Ｙ）を収集し、残渣センサ１３２は、既に形成された位置Ｘ２の分離溝２１の各位置Ｙにおける光電変換層１２の残渣を残渣データＲ２（Ｙ）として収集する。以下、同様の処理が繰り返し行われる。
【００４６】
なお、上述した説明では、うねり検出用センサ１３１を回転薄型砥石１２１に対して、ユニットセルの切断ピッチ送り進行方向（Ｘ軸正方向）側に切断ピッチＰの距離だけ離れた位置に配置した場合を例に挙げたが、これに限られるものではない。たとえば、うねり検出用センサ１３１を回転薄型砥石１２１の切削方向前方に所定の距離をおいて配置してもよい。この場合には、うねり検出用センサ１３１で得られるうねりデータを用いて、制御部１４３が切り込み深さＤの制御を行うことになる。
【００４７】
また、上述した説明では、残渣センサ１３２を回転薄型砥石１２１に対して、ユニットセルの切断ピッチ送り進行方向（Ｘ軸正方向）とは逆方向側に切断ピッチＰの距離だけ離れた位置に配置した場合を例に挙げたが、これに限られるものではない。たとえば、残渣センサ１３２を回転薄型砥石１２１の切削方向後方に所定の距離をおいて配置してもよい。この場合には、残渣センサ１３２で得られる残渣データを、つぎの切り込み深さＤの制御に速やかに反映させることができる。
【００４８】
この実施の形態３によれば、分離溝２１を形成する際に、前もってその位置の基板のうねりをうねりデータとして取得し、そのうねりデータに基づいて切り込み深さＤを制御するように加工したので、切り込み深さＤが基板表面のうねりにならって制御される。その結果、基板表面のうねりの影響を受けることなく、つまり分離溝２１の深さが浅すぎたり、深すぎたりすることなく、光電変換層１２を分離する分離溝２１を形成することができる。また、既に形成した分離溝２１について光電変換層１２の残渣を残渣データとして取得し、うねりデータに基づいて算出した切り込み深さをさらに補正するようにしたので、回転薄型砥石１２１の磨耗によって溝深さが浅くなってしまった場合でも、切り込み深さＤ、つまり分離溝２１の深さを高精度で制御することもできる。
【００４９】
実施の形態４．
光電変換層に形成する分離溝の加工深さとしては、光電変換層を完全に除去して下部電極層の表面が分離溝の底部で露出することが所望のコンタクト性能を得る上で望ましい。しかし、実際には、分離溝の底部で光電変換層の一部が残ってしまうこともある。この実施の形態４では、分離溝の底部に光電変換層の一部が残った場合でも分離溝の底部で表面電極層と裏面電極層との間で良好なコンタクト性能を得ることができる薄膜太陽電池の製造方法について説明する。
【００５０】
図９−１〜図９−２は、この実施の形態４による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す図である。たとえば、実施の形態１の図２−４で回転薄型砥石１２１を用いた機械的スクライブ法で光電変換層１２に分離溝２１を形成したところ、図９−１に示されるように、分離溝２１の底部に光電変換層１２の薄残り１２Ａが生じたものとする。
【００５１】
そこで、図９−２に示されるように、光電変換層１２が吸収可能な波長のレーザ光を分離溝２１の形成位置に照射することによって、光電変換層１２の薄残り１２Ａを除去する。その後は、たとえば実施の形態１の図２−５以降に示される工程が行われる。
【００５２】
この実施の形態４によれば、光電変換層１２を回転薄型砥石１２１で切削して分離溝２１を形成した後に、さらに分離溝２１の底部に残されている可能性のある光電変換層１２の薄残り１２Ａをレーザ加工によって除去するようにしたので、分離溝２１の底部で裏面電極層１３を表面電極層１１上に形成することができ、良好なコンタクト性能を有する薄膜太陽電池１を得ることができる。また、分離溝２１の底部の加工残りが部分的に生じた場合でも、ピンポイントで除去することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、この発明にかかる薄膜太陽電池の製造法は、光電変換層が薄膜で形成される薄膜太陽電池に有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１  薄膜太陽電池
２  絶縁透光性基板
１０  ユニットセル
１１  表面電極層
１２，１２−１，１２−２  光電変換層
１３  裏面電極層
２０，２１，２１Ａ，２２  分離溝
１００，１００Ａ  溝形成装置
１１０  基板保持部
１１１  基板保持テーブル
１１２  基台
１１３  移動台
１１４  レール
１２０  溝形成部
１２１，１２１Ａ  回転薄型砥石
１２２  スピンドル
１３１  うねり検出用センサ
１３２  残渣センサ
１４１  データ格納部
１４２  残渣データ格納部
１４３  制御部
【図１】
2010177463.tif 000003
【図２−１】
2010177463.tif 000004
【図２−２】
2010177463.tif 000005
【図２−３】
2010177463.tif 000006
【図２−４】
2010177463.tif 000007
【図２−５】
2010177463.tif 000008
【図２−６】
2010177463.tif 000009
【図３】
2010177463.tif 000010
【図４】
2010177463.tif 000011
【図５】
2010177463.tif 000012
【図６】
2010177463.tif 000013
【図７−１】
2010177463.tif 000014
【図７−２】
2010177463.tif 000015
【図８】
2010177463.tif 000016
【図９−１】
2010177463.tif 000017
【図９−２】
2010177463.tif 000018