(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板のバックライト面に真空コーティングにより光を透過する第１の電極層を形成するとともに前記第１の電極層にレーザパターニングで複数の第１の開口を形成することで、前記バックライト面の一部が前記第１の開口に露出するようにする工程と、
前記第１の電極層及び前記第１の開口に露出された前記バックライト面の一部に真空コーティングにより光電変換層を形成するとともに前記光電変換層にレーザパターニングで複数の第２の開口を形成することで、前記第１の電極層の一部が前記第２の開口に露出するようにする工程と、
前記光電変換層及び前記第２の開口に露出された前記第１の電極層の一部に、複数の第３の開口を有し光を反射するための第２の電極層を常温又は１２０℃よりも低い環境温度において、前記第２の電極層をスクリーン印刷技術、転写技術又はインクジェット技術により形成し、前記第２の電極層を形成すると同時に形成する前記複数の第３の開口のピッチが５０μｍよりも小さいものである工程と、を備え、
前記第２の電極層は、非回折の充填物を有する高分子基材から構成される導電材を含み、
前記充填物の少なくとも一次元の寸法は、λ／２ｎに等しく又はそれ以上であり、λが前記導電材の反射波長であり、ｎが前記充填物の屈折率である
ことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第１の電極層に前記複数の第１の開口を形成する工程は、前記第１の電極層が前記複数の第１の開口を有するようにレーザパターニングを行うことであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記光電変換層に前記複数の第２の開口を形成する工程は、前記光電変換層が前記複数の第２の開口を有するようにレーザパターニングを行うことであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記光電変換層に前記複数の第２の開口を形成する工程は、前記光電変換層に位置が前記複数の第１の開口と異なる前記複数の第２の開口を形成することであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記複数の第３の開口を有する第２の電極層を形成する工程は、前記第２の開口と位置が重なった複数の第３の開口を有する第２の電極層を形成することであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記第２の電極層を形成する工程は、厚さが２０μｍよりも小さい第２の電極層を形成することであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記充填物の重量は、前記導電材の重量の３０％〜７０％であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記充填物は、管状、線状、棒状又は片状の複合物であり、且つナノレベルの金、銀、銅、アルミニウム又はチタンであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記片状の銀は、特性長さが０．５〜１６μｍであることを特徴とする請求項８に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜太陽電池の製造方法に関し、特に光反射裏面電極層を有する薄膜太陽電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の薄膜太陽電池の製造工程では、図１に示すように、ガラス基板１０のバックライト面１０１に、例えばＴＣＯ薄膜である第１の電極層１１を真空スパッタリングによりコーティングし、さらに第１の電極層１１にレーザパターニングを行うことにより、バックライト面１０１の一部が、形成されたパターニング開口に露出するようにする。
【０００３】
第１の電極層１１のパターニング工程が完了した後、第１の電極層１１及びパターニング開口に露出されたバックライト面１０１の一部に、例えばシリコン膜である光電変換層１２を真空スパッタリングによりコーティングし、次に、形成されたパターニング開口に第１の電極層１１の一部が露出されるように、光電変換層１２にレーザパターニングを行う。光電変換層１２のパターニング工程が完了した後、光電変換層１２及びパターニング開口に露出された第１の電極層１１の一部に、再び光反射効果を有する第２の電極層１３を真空スパッタリングによりコーティングすることができる。最後に、形成されたパターニング開口に第１の電極層１１の一部が露出されるように、再び第２の電極層１３及び光電変換層１２をレーザパターニングし、薄膜太陽電池の製造が完了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】台湾特開第２０１１１９０４８Ａ１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、真空スパッタリング技術の実施は、高価な真空スパッタリング設備の利用を必要とするため、メーカの設備コストが大幅に上昇し、薄膜太陽電池全体のコストが効果的に低減できない。また、全体的に言えば、薄膜太陽電池の最適成形温度は、高温によって素子が破損しないように摂氏１５０℃を超えないことが望ましいが、既存の真空スパッタリング設備は、作動温度が摂氏２００℃にも達するため、薄膜太陽電池全体の製品歩留まりに直接的な影響を及ぼしてしまう。また、現在の第２の電極層１３は銀電極を有することが多いが、銀電極の設置は、光反射効果に影響を及ぼす表面プラズモン吸収（Surface Plasmon Absorption）効果を回避することができず、光反射効果に影響が生じることによって、薄膜太陽電池全体の発電効率が好ましくなくなる問題があった。
【０００６】
また、特許文献１（台湾特開第２０１１１９０４８Ａ１号公報）に導電インキの充填物を薄膜太陽電池の裏面電極とする技術が開示されているが、その導電インキの充填物の寸法が０．５ｎｍ〜３００ｎｍとされるため、散乱損失が高く、短波長を吸収する表面プラズモン損失を回避することができないという問題が存在し、反射率を向上させることができない問題があった。
【０００７】
そこで、以上のとおりの事情に鑑み、本発明は、真空スパッタリング設備の使用及び高温による破壊を低減させるための薄膜太陽電池の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、ガラス基板のバックライト面に光を透過する第１の電極層を形成するとともに前記第１の電極層に複数の第１の開口を形成することで、前記バックライト面の一部が前記第１の開口に露出するようにする工程と、前記第１の電極層及び前記第１の開口に露出された前記バックライト面の一部に光電変換層を形成するとともに前記光電変換層に複数の第２の開口を形成することで、前記第１の電極層の一部が前記第２の開口に露出するようにする工程と、前記光電変換層及び前記第２の開口に露出された前記第１の電極層の一部に、複数の第３の開口を有し光を反射するための第２の電極層を非真空コーティングにより形成する工程と、を備え、前記第２の電極層は、非回折の充填物を有する高分子基材から構成される導電材を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法を提供する。
【０００９】
一つの実施例において、前記第２の電極層を非真空コーティングにより形成する工程とは、スクリーン印刷技術、転写技術又はインクジェット技術により前記第２の電極層を形成する工程である。また、前記第２の電極層をスクリーン印刷技術、転写技術又はインクジェット技術により形成する工程とは、常温又は１２０℃よりも低い環境温度において、スクリーン印刷技術、転写技術又はインクジェット技術により前記第２の電極層を形成する工程である。
【００１０】
従来の技術と比較すると、本発明は、光電変換層上に、複数の第３の開口を有する第２の電極層をスクリーン印刷技術、転写技術又はインクジェット技術により直接形成できるため、真空スパッタリング設備の使用を一回省略できるのみならず、レーザパターニングの工程をも一回省略することができ、製造コストが大幅に低減され、製造工程の効率が向上し、高温による破壊が回避され、さらに、第２の電極層が有する導電材には非回折の充填物を有する高分子基材が含まれるため、全体の光反射効率が向上し、光電変換の効率が増加する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】従来の薄膜太陽電池の製造方法のフローを模式的に示した図である。
【図１Ｂ】従来の薄膜太陽電池の製造方法のフローを模式的に示した図である。
【図１Ｃ】従来の薄膜太陽電池の製造方法のフローを模式的に示した図である。
【図１Ｄ】従来の薄膜太陽電池の製造方法のフローを模式的に示した図である。
【図１Ｅ】従来の薄膜太陽電池の製造方法のフローを模式的に示した図である。
【図１Ｆ】従来の薄膜太陽電池の製造方法のフローを模式的に示した図である。
【図１Ｇ】従来の薄膜太陽電池の製造方法のフローを模式的に示した図である。
【図２Ａ】本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法のフローを模式的に示した図である。
【図２Ｂ】本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法のフローを模式的に示した図である。
【図２Ｃ】本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法のフローを模式的に示した図である。
【図２Ｄ】本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法のフローを模式的に示した図である。
【図２Ｅ】本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法のフローを模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、具体的な実施例を用いて本発明の実施形態を説明する。この技術分野に精通した者は、本明細書の記載内容によって簡単に本発明のその他の利点や効果を理解できる。本発明は、その他の異なる実施例によって応用を加えることが可能である。
【００１３】
図２Ａ乃至図２Ｅに示すフロー模式図を参照しながら本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法を説明する。ここで注意すべき点は、本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法は、ガラス基板２０をベースとして、第１の電極層２１、光電変換層２２、第２の電極層２３をこの順に形成することである。
【００１４】
実際に実施する場合に、まず、図２Ａ、図２Ｂに示すように、バックライト面２００を有するガラス基板２０を用意し、バックライト面２００に光透過可能な第１の電極層２１を形成するとともに第１の電極層２１に複数の第１の開口２１０（図の横断面に示す）を形成することで、バックライト面２００の一部が第１の開口２１０に露出するようにする。この実施例において、第１の電極層２１に複数の第１の開口２１０を形成する工程は、第１の電極層２１に複数の第１の開口２１０が形成されるようにレーザパターニングを行うことができ、バックライト面２００に光透過可能な第１の電極層２１を形成する工程は、既存の真空スパッタリング設備を利用して実施を行うことができるため、ここでは詳しい説明を省略する。
【００１５】
次に、図２Ｃ、図２Ｄに示すように、第１の電極層２１及び第１の開口２１０に露出されたバックライト面２００の一部に光電変換層２２を形成するとともに、光電変換層２２の横断面に複数の第２の開口２２０を有するようにし、第１の電極層２１の一部が第２の開口２２０に露出するようにする。この実施例において、光電変換層２２に複数の第２の開口２２０を形成する工程は、光電変換層２２に複数の第２の開口２２０を形成するようにレーザパターニングを行うことができる。さらに、光電変換層２２に複数の第２の開口２２０を形成する工程は、光電変換層２２に位置が第１の開口２１０と異なる第２の開口２２０を形成し、即ち、第１の開口２１０に光電変換層２２を充填する。もちろん、光電変換層２２を形成する工程は、既存の真空スパッタリング設備を利用して行うことができるため、ここでは詳しい説明を省略する。
【００１６】
最後に、図２Ｅに示すように、光電変換層２２及び第２の開口２２０に露出された第１の電極層２１の一部に、光反射機能を有し複数の第３の開口２３０を有する第２の電極層２３を非真空コーティングにより形成し、第２の電極層２３は、非回折の充填物を有する高分子基材からなる導電材を含み、この材質は、出願人による台湾特開第２０１１１５７６２Ａ１号及び台湾特願第１００１２８４１３号に開示されているため、詳しい説明を省略する。この実施例において、第２の電極層２３を非真空コーティングにより形成する工程とは、スクリーン印刷技術、転写技術又はインクジェット技術により第３の開口２３０を有する第２の電極層２３を一度に形成する工程であり、第２の電極層２３を前記スクリーン印刷技術、転写技術又はインクジェット技術により形成する工程は、常温又は１２０℃よりも低い環境温度において、第２の電極層２３をスクリーン印刷技術、転写技術又はインクジェット技術により形成することができる。言い換えれば、第２の電極層２３を形成する工程は、既存の真空スパッタリング設備を使用する必要がないため、高温による破壊が回避され、コストが低減される。また、スクリーン印刷技術、転写技術又はインクジェット技術は、第２の電極層２３の形成と同時に第３の開口２３０を形成することができるため、第２の電極層２３にレーザパターニングを行う必要もないため、さらに製造工程が効率化され、製造コストが低減される。
【００１７】
他の実施例において、複数の第３の開口２３０を有する第２の電極層２３を形成する工程は、ピッチが５０μｍよりも小さい複数の第３の開口２３０を有する第２の電極層２３を形成するようにすることができる。さらに、複数の第３の開口２３０を有する第２の電極層２３を形成する工程は、第２の開口２２０と位置が重なった複数の第３の開口２３０を形成するようにすることもできる。言い換えれば、第３の開口２３０と第２の開口２２０との位置は互いに重なっており、第３の開口２３０を介して第１の電極層２１を露出することもできる。
【００１８】
他の実施例において、第２の電極層２３を形成する工程は、厚さが２０μｍよりも小さい第２の電極層２３を形成するようにすることができ、第２の電極層２３が有する導電材の充填物の重量は、第２の電極層２３が有する導電材の重量の３０％〜７０％であり、導電材の充填物は、少なくとも一次元の寸法がλ／２ｎに等しく又はそれ以上であり、ここで、λが導電材の反射波長であり、ｎが充填物の屈折率である。好ましくは、充填物は、管状、線状、棒状又は片状の複合物であるが、もちろん、充填物の材質は、ナノレベルの金、銀、銅、アルミニウム又はチタンであってもよい。前記高分子基材の材質は、アクリック樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂又は繊維素のいずれかであってもよい。
【００１９】
具体的に実施する場合に、第２の電極層２３の導電材における充填物は、片状の銀又はナノレベルの銀線であり、片状銀の特性長さ（characteristic length）は、λ／２ｎよりも大きく、例えば、波長が６００ｎｍである赤光である場合、ナノ材料の特性長さが３００ｎｍよりも大きければ、反射率の向上が可能である。本発明に係る反射光の波長が４００〜１２００ｎｍであるため、片状の銀は、特性長さが０．５〜１６μｍである。ナノレベルの銀線の寸法パラメータの一方（例えばＡＲ）は、１００ｎｍよりも大きく、ＡＲ（ASPECT RATIO）＝Ｌ／Ｄであり、かつ寸法パラメータの他方（例えばＤ）は、１００ｎｍに近くてもよい。これにより、片状の銀の寸法を光の回折限界よりも大きくすることができるため、光の反射率を効果的に向上させることができ、これと同時に導電率の向上のためにナノレベルの銀線を周囲の片状の銀に接続させることができるため、既存の導電インキによる表面プラズマ損失や散乱損失を回避することができる。ここで注意すべき点は、前記構造寸法、材質種類及び光回折限界の原理及び概念について、台湾特開第２０１１１５７６２Ａ１号及び台湾特願第１００１２８４１３号を併せて参照することができることである。
【００２０】
従来の技術と比較すると、本発明は、光電変換層上に、複数の第３の開口を有し光を反射するための第２の電極層をスクリーン印刷技術、転写技術又はインクジェット技術により素早く直接形成でき、即ち、常温の環境においてパターニングされた第２の電極層を素早く形成できるため、真空スパッタリング設備の製造工程を一回省略できるのみならず、レーザパターニングの工程をも一回省略することができ、製造コストが大幅に低減され、製造工程の効率が向上し、高温による破壊が回避され、さらには、第２の電極層が有する導電材には非回折の充填物を有する高分子基材が含まれるという物理的な特性により、本発明は、薄膜太陽電池全体の光反射効率が向上し、表面プラズモン損失や散乱損失等の不具合が回避され、光電変換全体の効率が増加する。
【００２１】
上記のように、これらの実施の形態は本発明の原理及び効果・機能を例示的に説明するに過ぎず、本発明は、これらによって限定されるものではない。本発明に係る実質的な技術内容は、特許請求の範囲に定義される。本発明は、この技術分野に精通した者により本発明の主旨を逸脱しない範囲で色々な修正や変更をすることが可能であり、そうした修飾や変更は本発明の特許請求の範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００２２】
１０  ガラス基板
１１  第１の電極層
１２  光電変換層
１３  第２の電極層
２０  ガラス基板
２１  第１の電極層
２２  光電変換層
２３  第２の電極層
１０１  バックライト面
２００  バックライト面
２１０  第１の開口
２２０  第２の開口
２３０  第３の開口
【図１Ａ】
0005589008.tif 000002
【図１Ｂ】
0005589008.tif 000003
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
0005589008.tif 000008
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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