(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１電極層、光吸収層とバッファ層、及び第２電極層を積層して積層体を形成し、該積層体を所定の分割数で分割して光電変換素子を形成し、該光電変換素子を直列に接続する太陽電池の製造方法であって、
該基板上に該第１電極層を形成する工程と、該第１電極層を分割する工程と、分割した第１電極層上に光吸収層及びバッファ層を形成する工程と、該光吸収層及びバッファ層の上に第２電極層を形成して該積層体を形成する工程と、該積層体を分割する工程とを備え、
さらに、先行して製造された一の太陽電池について該太陽電池の電流電圧特性に関与する光吸収層の物性を該第２電極層を形成する工程の前に測定し、測定された該物性に基づく電流電圧特性が目標値の範囲内か否かを判定する工程と、
測定された該物性に基づく電流電圧特性が該目標値の範囲外であるときに、後続して製造される他の太陽電池の電流電圧特性が該目標値の範囲内になるように該所定の分割数を変更する工程とを備え、
該物性は該光吸収層の組成であり、
該光吸収層は銅、インジウム、ガリウムを含むカルコパイライト化合物からなり、該光吸収層のガリウム濃度を測定し、該濃度から電流電圧特性を推定することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の太陽電池の製造方法において、
前記光吸収層のガリウム濃度は、銅、インジウム、ガリウムからなり、セレン化及び／又は硫化される前の光吸収層のガリウム濃度であることを特徴とする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、太陽電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池として、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２と表記されるカルコパイライト化合物（以下、ＣＩＧＳともいう）からなる光吸収層を備える太陽電池が知られている。
【０００３】
ＣＩＧＳを光吸収層として備える太陽電池は、例えば、ガラス基板上に、正極となる第１電極層と、ＣＩＧＳからなるｐ型の光吸収層と、ｎ型のバッファ層と、最外表面層として負極となる透明な第２電極層とをこの順で備えた積層体の光電変換素子から構成される。
【０００４】
従来のＣＩＧＳを光吸収層として備える太陽電池の製造方法として、例えば、まず、ガラス基板に対して第１電極層を形成し、該第１電極層をレーザー等によりスクライブして所定の分割数で分割する。次に、該第１電極層上に、光吸収層のプリカーサとして、Ｉｎ層とＣｕ−Ｇａ層とをスパッタリング法を用いて形成する。プリカーサに対して、Ｈ２Ｓｅガス雰囲気中で熱処理を行うセレン化を行い、ＣＩＧＳからなる光吸収層を形成する。
【０００５】
さらに、該光吸収層上に、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＩｎＳ等のいずれかからなるバッファ層を形成し、バッファ層及び光吸収層を金属針等でスクライブして所定の分割数で分割する。そして、該バッファ層上に透明な第２電極層を形成し、該第２電極層、該バッファ層、該光吸収層を金属針等でスクライブして、太陽電池の電流電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）が目標値となるように設計された分割数で分割する。
【０００６】
このようにして、基板上に複数の短冊状の光電変換素子が形成され、分割された光電変換素子を相互に直列に接続された太陽電池が製造される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２１０４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の製造方法により製造された太陽電池では、スパッタリング法で用いられるターゲットが使用されて消耗することにより表面状態が変化して、光吸収層内のＧａ濃度が変化し、電流電圧特性が目標範囲外となる場合があるという不都合がある。
【０００９】
そのため、特許文献１の製造方法により製造された太陽電池では、太陽電池の配線・組立後に電流電圧特性を測定し、測定した電流電圧特性が目標範囲外である場合には、光吸収層の組成を補正して、電流電圧特性が目標範囲内となるようにしている。ところが、光吸収層の組成を補正する場合には、スパッタリングの適切な条件に調整することが難しいので、電流電圧特性を直ちに目標範囲内とすることが難しい。
【００１０】
また、太陽電池の配線・組立後の電流電圧特性に基づいて光吸収層の組成を補正する場合、目標範囲外の太陽電池の製造後から光吸収層の組成の補正前までに製造された他の太陽電池の電流電圧特性も目標範囲外となり、歩留まりが低下する。
【００１１】
本発明は、かかる不都合を解消するため、電流電圧特性を確実に目標範囲内とすることを早期に実現できる太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するために、本発明の太陽電池の製造方法は、基板上に、第１電極層、光吸収層とバッファ層、及び第２電極層を積層して積層体を形成し、該積層体を所定の分割数で分割して光電変換素子を形成し、該光電変換素子を直列に接続する太陽電池の製造方法であって、該基板上に該第１電極層を形成する工程と、該第１電極層を分割する工程と、分割した第１電極層上に光吸収層及びバッファ層を形成する工程と、該光吸収層及びバッファ層の上に第２電極層を形成して該積層体を形成する工程と、該積層体を分割する工程とを備え、さらに、先行して製造された一の太陽電池について該太陽電池の電流電圧特性に関与する光吸収層の物性を該第２電極層を形成する工程の前に測定し、測定された該物性に基づく電流電圧特性が目標値の範囲内か否かを判定する工程と、測定された該物性に基づく電流電圧特性が該目標値の範囲外であるときに、後続して製造される他の太陽電池の電流電圧特性が該目標値の範囲内になるように該所定の分割数を変更する工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
ＣＩＧＳを光吸収層として備える太陽電池では、光吸収層内のＧａ濃度の変化等により、電流電圧特性が目標範囲外となる場合がある。
【００１４】
そのため、本発明の太陽電池の製造方法では、まず、先行して製造された一の太陽電池について該太陽電池の電流電圧特性に関与する物性を測定し、測定された該物性に基づく電流電圧特性が目標値の範囲内か否かを判定する。
【００１５】
次に、測定された前記物性に基づく電流電圧特性が前記目標値の範囲内であるときは、後続して製造される他の太陽電池の前記所定の分割数を維持する。一方、測定された前記物性に基づく電流電圧特性が前記目標値の範囲外であるときは、後続して製造される他の太陽電池の電流電圧特性が該目標値の範囲内になるように該所定の分割数を変更する。
【００１６】
本発明の太陽電池の製造方法によれば、一の太陽電池について早期に電流電圧特性が目標値の範囲となるように製造工程を変更できるため、目標値の範囲内である電流電圧特性を有する太陽電池を歩留まりよく製造することができる。
【００１７】
ここで、前記分割数とは、基板上に、第１電極層、光吸収層とバッファ層、及び第２電極層をこの順で積層した積層体を複数の短冊状の光電変換素子に分割する数をいう。尚、所定の分割数は後続して製造される他の太陽電池の電流電圧特性が目標値の範囲内になるように変更されればよい。
【００１８】
本発明の太陽電池の製造方法では、測定される太陽電池の電流電圧特性に関与する物性は前記光吸収層の組成とすることができ、測定された該組成から電流電圧特性を推定する。従って、推定された電流電圧特性が該目標値の範囲外であるときは、後続して製造される他の太陽電池の電流電圧特性が該目標値の範囲内になるように所定の分割数を迅速に変更することができる。
【００１９】
尚、太陽電池の電流電圧特性に関与する前記物性として、光吸収層のプリカーサのＧａ濃度、プリカーサをセレン化した光吸収層のＧａ濃度、光吸収層のバンドギャップ等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の太陽電池の製造方法の手順を示すフローチャート。
【図２】太陽電池の製造工程の一例を示す説明的断面図。
【図３】従来の太陽電池の製造方法の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００２２】
従来の太陽電池の製造方法では、まず、図２（ａ）及び図３に示すように、ガラス基板１上に、第１電極層２を形成する（Ｓ１）。例えば、金属Ｍｏターゲットを用いたスパッタリング法により、第１電極層２を形成する。
【００２３】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１電極層２を短冊状に分割した第１電極層２ａを形成する第１回目の分割を行う（Ｓ２）。例えば、レーザー照射や金属針を用いた切削加工等により、第１回目の分割を行う。第１回目の分割によりガラス基板１上の第１電極層２に分割溝３を形成し、分割溝３により分割された第１電極層２ａを電気的に分離する。
【００２４】
次に、図２（ｃ）に示すように、第１電極層２ａの上に、Ｉｎ層４とＣｕ−Ｇａ層５との２層からなる光吸収層のプリカーサ６を形成する。例えば、まず、金属Ｉｎターゲットを用いたスパッタリング法により、第１電極層２ａの上にＩｎ層４を形成する。その後、Ｃｕ−Ｇａ合金ターゲットを用いたスパッタリング法により、Ｉｎ層４の上にＣｕ−Ｇａ層５を形成する。
【００２５】
そして、前記プリカーサ６に対して、Ｈ２Ｓｅガス雰囲気中で熱処理を行うセレン化を行い、図２（ｄ）に示すようにＣＩＧＳ単層からなる光吸収層７を形成する（Ｓ３）。
【００２６】
次に、図２（ｅ）に示すように、形成された光吸収層７上に、バッファ層８を形成する（Ｓ４）。例えば、ＣｄＳ、ＩｎＳ等のいずれかからなるバッファ層８を形成する。この結果、第１電極層２ａ上に、光吸収層７及びバッファ層８からなる積層体９を形成する。
【００２７】
次に、図２（ｆ）に示すように、第１電極層２ａ上に形成された積層体９を、短冊状に分割した光吸収層７ａ及びバッファ層８ａからなる積層体９ａを形成する第２回目の分割を行う（Ｓ５）。例えば、レーザー照射や金属針を用いた切削加工等により第２回目の分割を行う。第２回目の分割により第１電極層２ａ上の積層体９に分割溝１０を形成し、分割溝１０により第１電極層２ａ上の積層体９ａを分離する。また、第２回目の分割により分割溝１０の底部において第１電極層２ａを露出する。
【００２８】
そして、図２（ｇ）に示すように、バッファ層８ａ上に、透明な第２電極層１１を形成する（Ｓ６）。例えば、ＺｎＯ−Ａｌ合金ターゲットを用いたスパッタリング法等により第２電極層１１を形成する。この結果、第１電極層２ａ上に、光吸収層７ａ、バッファ層８ａ及び第２電極層１１がこの順に積層された積層体１２を形成する。
【００２９】
Ｓ６では、分割溝１０の側壁及び底部上にも第２電極層１１を形成する。この結果、分割溝１０の底部において露出した第１電極層２ａ上に第２電極層１１が形成されるため、第１電極層２ａと第２電極層１１とを接続させることができる。
【００３０】
さらに、図２（ｈ）に示すように、太陽電池の電流電圧特性が目標値になるように設計された分割数で、第１電極層２ａ上の積層体１２を短冊状に分割し、第１電極層２ａ、積層体９ａ及び第２電極層１１ａからなる複数の光電変換素子１３を形成する第３回目の分割を行う（Ｓ７）。例えば、レーザー照射や金属針を用いた切削加工等より第３回目の分割を行う。
【００３１】
前記第３回目の分割により第１電極層２ａ上の積層体１２に分割溝１４を形成し、分割溝１４により、積層体９ａ及び第２電極層１１ａからなる積層体を分離する。この結果、複数の光電変換素子１３は、一の光電変換素子１３の第１電極層２ａが隣接する他の光電変換素子１３の第２電極層１１ａと接続する構造になるため、分割された複数の光電変換素子１３を直列に接続する太陽電池１５を製造することができる。
【００３２】
しかし、図３に示す従来の製造方法により製造された太陽電池では、スパッタリング法で用いられるターゲットが使用されて消耗することにより表面状態が変化して、光吸収層内のＧａ濃度が変化し、電流電圧特性が目標範囲外となることがある。また、太陽電池の配線・組立後に測定した電流電圧特性が目標範囲外であるときに、スパッタリング法等の条件変更により、光吸収層の組成を補正すると、電流電圧特性が直ちに目標範囲内にならないことがある。
【００３３】
そこで、本実施形態の太陽電池の製造方法においては、先行して製造された太陽電池の電流電圧特性に関与する物性を測定する。そして、測定された該物性に基づく電流電圧特性が目標値の範囲外であるときに、後続して製造される太陽電池の電流電圧特性が目標値の範囲になるように分割数を変更することにより、目標値の範囲内の太陽電池を製造する。
【００３４】
具体的には、本実施形態の太陽電池の製造方法では、図１及び図２（ａ）に示すように、基板１上に第１電極層２を形成する（Ｓ１１）。そして、図２（ｂ）に示すように、基板１上の第１電極層２を短冊状に分割した第１電極層２ａを形成する第１回目の分割を行う（Ｓ１２）。
【００３５】
次に、図２（ｃ）に示すように、第１電極層２ａの上に、Ｉｎ層４とＣｕ−Ｇａ層５との２層からなる光吸収層のプリカーサ６を形成する。そして、該プリカーサ６に対して、Ｈ２Ｓｅガス雰囲気中で熱処理を行うセレン化を行い、図２（ｄ）に示すようにＣＩＧＳ単層からなる光吸収層７を形成する（Ｓ１３）。Ｓ１１〜Ｓ１３は、図３のＳ１〜Ｓ３と全く同一にして行うことができる。
【００３６】
ここで、ＣＩＧＳからなる光吸収層７を備える太陽電池は、光吸収層７におけるＧａ濃度（ＧａとＩｎとの比率）により、電流電圧特性が決定されるという性質がある。具体的には、Ｇａ濃度が増加すると光吸収層のバンドギャップが増大し、一つの光電変換素子の電圧が上昇する傾向がある。これにより、一つの光電変換素子の電圧は上昇するものの、バンドギャップの増加により短絡電流密度が低下する。換言すると、光の照射条件を一定にして、Ｇａ濃度が増加した場合、電圧は大きくなるが、電流は小さくなる。
【００３７】
一方、太陽電池は、分割数が少なくなると、直列に接続される光電変換素子の数が少なくなるために太陽電池全体としての電圧は低下するが、短冊状の一つの光電変換素子の面積が大きくなるために電流が大きくなる。
【００３８】
従って、例えば、Ｇａ濃度の増加により光電変換素子の電圧が上昇し、電流が小さくなった場合、分割数を減少するように変更すると、分割数減少の効果はＧａ濃度増加の効果を相殺するように働き、太陽電池全体として目標の電流電圧特性にすることができる。
【００３９】
そこで、次に、光吸収層７の組成分析を行い、Ｇａ濃度を測定する（Ｓ１４）。該組成分析は、例えば、蛍光Ｘ線測定装置、ＩＣＰ発光分析装置等を用いて実施することができる。また、フォトルミネッセンス測定装置を用いて、バンドギャップを測定することもできる。尚、プリカーサとして積層されたＩｎ層４とＣｕ−Ｇａ層５の層厚みの比から、Ｇａ濃度を推定することもできる。
【００４０】
次に、測定したＧａ濃度から電流電圧特性を推定し、推定した電流電圧特性が目標値の範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１５）。
【００４１】
Ｓ１５において、推定した電流電圧特性が目標値の範囲内にあるとき（ＹＥＳの場合）は、予め設定された分割数を維持し、図２（ｅ）に示すように、形成された光吸収層７上に、バッファ層８を形成する（Ｓ１７）。次に、図２（ｆ）に示すように、第１電極層２ａ上に形成された積層体９を、短冊状に分割した積層体９ａを形成する第２回目の分割を行う（Ｓ１８）。次に、図２（ｇ）に示すように、バッファ層８ａ上に第２電極層１１を形成する（Ｓ１９）。
【００４２】
そして、図２（ｈ）に示すように、太陽電池の電流電圧特性が目標値になるように設計された分割数で、第１電極層２ａ上の積層体１２を短冊状に分割し、第１電極層２ａ、積層体９ａ及び第２電極層１１ａからなる複数の光電変換素子１３を形成する第３回目の分割を行う（Ｓ２０）。この結果、分割された複数の光電変換素子１３を直列に接続する太陽電池１５を製造することができる。Ｓ１７〜Ｓ２０は、図３のＳ４〜Ｓ７と全く同一にして行うことができる。
【００４３】
尚、図２（ｈ）に示す太陽電池１５は、本実施形態の太陽電池の製造方法により製造される太陽電池の一例として示したものである。本実施形態の太陽電池の製造方法により製造される太陽電池は、分割された複数の光電変換素子を直列に接続する太陽電池であればよく、図２（ｈ）に示す太陽電池に限定されない。例えば、スーパーストレート型の太陽電池にも適用可能である。尚、スーパーストレート型の太陽電池の場合、第１電極層は透明電極となる。
【００４４】
また、光電変換素子１３を直列に接続する方法として、図２（ｆ）で示される分割溝１０の底部に露出した第１電極層２ａ上に第２電極層１１を形成する方法に限られず、特開２００７−１０９８４２号公報に開示された光吸収層及びバッファ層をレーザー照射して改質する方法を用いてもよい。
【００４５】
一方、Ｓ１５において、推定した電流電圧特性が目標値の範囲外であるとき（ＮＯの場合）は、後続して製造される太陽電池の電流電圧特性が目標値の範囲内になるように分割数を変更し（Ｓ１６）、後続して製造される太陽電池について、Ｓ１２以降の操作を行う。
【００４６】
本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、製造された太陽電池の電流電圧特性を測定する以前に、先行して製造された太陽電池の電流電圧特性に関与する物性を測定し、測定された該物性から推定された電流電圧特性が目標値の範囲内であるか否かを判定することができる。従って、推定された電流電圧特性が該目標値の範囲外であるときは、後続して製造される他の太陽電池の電流電圧特性が該目標値の範囲内になるように所定の分割数を迅速に変更でき、目標値の範囲内である電流電圧特性を有する太陽電池を歩留まりよく確実に製造することができる。
【００４７】
一例として、セレン化後の光吸収層の組成分析を行い、光吸収層のＧａ濃度を測定した場合を示す。該組成分析は、例えば、蛍光Ｘ線測定装置、ＩＣＰ発光分析装置を用いて実施することができる。
【００４８】
具体的には、図１のＳ１４において、セレン化後の光吸収層の組成分析を行い、Ｇａ濃度（Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ））×１００（原子％）を測定する。そして、Ｓ１５において、測定したＧａ濃度に基づいて太陽電池の電圧を推定し、推定した電圧が目標値の範囲内であるか否か判定する。推定した電圧が目標値の範囲外であるときに、Ｓ１６において電圧が目標値の範囲内になるように分割数を変更する。
【００４９】
ここで、セレン化後の光吸収層のＧａ濃度から、該Ｇａ濃度に対する光電変換素子の電圧を推定した。表１の推定電圧は、予め光吸収層のＧａ濃度を変化させた光電変換素子のサンプルを作成し、作成したサンプルの測定電圧を、測定Ｇａ濃度に対する推定電圧としたものである。
【００５０】
前記セレン化後のＧａ濃度と推定電圧との例を表１に示す。
【００５１】
【表１】
0005468962.tif 000002
【００５２】
分割数を１００とし、一つの光電変換素子の電圧の目標値を０．６０Ｖ（Ｇａ濃度が３１原子％）とした太陽電池の場合、セレン化後の光吸収層のＧａ濃度が３７原子％であるときには、表１から、３７原子％のＧａ濃度に対する電圧を０．６２Ｖと推定でき、目標値に対して３％増加することがわかる。そこで、後続して製造される太陽電池の分割数を３％減少させた９７に変更する。この結果、目標値となる電圧を有する後続の太陽電池を製造することができる。
【００５３】
また、セレン化して光吸収層を形成する前にプリカーサの組成分析を行い、プリカーサのＧａ濃度を測定してもよい。該組成分析は、例えば、蛍光Ｘ線測定装置、ＩＣＰ発光分析装置等を用いて実施することができる。
【００５４】
具体的には、図１のＳ１４において、セレン化して光吸収層を形成する前にプリカーサの組成分析を行い、Ｇａ濃度（Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ））×１００（原子％）を測定する。そして、Ｓ１５において、測定したＧａ濃度に基づいて太陽電池の電圧を推定し、推定した電圧が目標値の範囲内であるか否か判定する。推定した電圧が目標値の範囲外であるときに、Ｓ１６において電圧が目標値の範囲内になるように分割数を変更する。
【００５５】
ここで、セレン化前の光吸収層であるプリカーサのＧａ濃度から、該プリカーサをセレン化した後の光吸収層のＧａ濃度と、該プリカーサのＧａ濃度に対応する光電変換素子の電圧とを推定した。表２の推定電圧は、前記のセレン化後の光吸収層の組成分析と同様、予めプリカーサのＧａ濃度を変化させた光電変換素子のサンプルを作成し、サンプルの光吸収層のＧａ濃度と電圧を測定し、測定電圧をセレン化前の測定Ｇａ濃度に対する推定電圧としたものである。
【００５６】
前記セレン化前のＧａ濃度と、前記セレン化後のＧａ濃度と、推定電圧との例を表２に示す。
【００５７】
【表２】
0005468962.tif 000003
【００５８】
分割数を１００とし、一つの光電変換素子の電圧の目標値を０．６０Ｖ（セレン化前のＧａ濃度が３０原子％）とした太陽電池の場合、表２から、セレン化前のＧａ濃度３５原子％に対して、セレン化後のＧａ濃度を３７原子％、電圧を０．６２Ｖと推定でき、目標値に対して３％増加することがわかる。そこで、後続して製造される太陽電池の分割数を３％減少させて９７に変更する。この結果、目標値となる電圧を有する後続の太陽電池を製造することができる。
【００５９】
また、上記の実施形態では、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａのプリカーサをセレン化したが、ＶＩ族元素としてセレンの他、硫黄を含む硫化ガス等を用いてプリカーサを硫化した場合に対しても、本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１…基板，  ２，２ａ…第１電極層、  ４…Ｉｎ層、  ５…Ｃｕ−Ｇａ層、７，７ａ…光吸収層、  ８，８ａ…バッファ層、  １１，１１ａ…第２電極層、１３…光電変換素子、１５…太陽電池。
【図１】
0005468962.tif 000004
【図３】
0005468962.tif 000005
【図２】
0005468962.tif 000006