(57)【要約】【課題】薄膜太陽電池の製造方法において、各層にレーザを照射して溝を形成する際に、他の層に熱ダメージを与えるのを抑え、隣接する単位太陽電池を確実に分離する。【解決手段】この製造方法は、ガラス基板１上に、Ｍｏ層２、ＣＩＧＳ層３、ＴＣＯ層４が順に積層された積層体１０を有する薄膜太陽電池の製造方法であって、第１工程と第２工程とを含む。第１工程は、ＴＣＯ層４を通過するとともにＣＩＧＳ層３に吸収される波長の第１レーザ光Ｌ１を照射してＣＩＧＳ層３を加熱し、ＴＣＯ層４の一部を除去する。第２工程は、第１工程でＴＣＯ層４が除去された領域において、ＣＩＧＳ層３を通過するとともにＭｏ層２に吸収される波長の第２レーザ光Ｌ２を照射してＭｏ層２を加熱し、ＣＩＧＳ層３の一部を除去する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に、下部電極層、光電変換用の半導体層、透明な上部電極層が順に積層された積層体を有する薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記上部電極層を通過するとともに前記半導体層に吸収される波長の第１レーザ光を照射して前記半導体層を加熱し、前記上部電極層の一部を除去する第１工程と、
前記第１工程で前記上部電極層が除去された領域において、前記半導体層を通過するとともに前記下部電極層に吸収される波長の第２レーザ光を照射して前記下部電極層を加熱し、前記半導体層の一部を除去する第２工程と、
を含む薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第２工程において照射される前記第２レーザ光は、前記上部電極層を通過し、又は前記上部電極層に反射される波長である、請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記上部電極層はＴＣＯ層であるとともに前記半導体層は化合物半導体層であり、
前記第１工程における第１レーザ光の波長は４００nm以上７００nm以下である、
請求項１又は２に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記半導体層は化合物半導体層であるとともに前記下部電極層はＭｏ層であり、
前記第２工程における第２レーザ光の波長は１０００nm以上２０００nm以下である、
請求項１から３のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第１工程では前記上部電極層に第１溝が形成されるとともに、前記第２工程では前記半導体層に第２溝が形成され、
前記第１溝及び前記第２溝の少なくとも一方の側壁は、前記両溝が形成された方向と直交する方向において同じ位置に形成される、
請求項１から４のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記第１工程における第１レーザ光は、波長が４００nm以上７００nm以下で、出力が０．２Ｗ以上０．４Ｗ以下である、請求項１から５のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記第２工程における第２レーザ光は、波長が１０００nm以上２０００nm以下で、出力が０．１Ｗ以上０．２Ｗ以下である、請求項１から６のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項８】
絶縁基板上に、下部電極層、光電変換用の半導体層、透明な上部電極層が順に積層された積層体を有する薄膜太陽電池を製造する装置であって、
前記上部電極層を通過するとともに前記半導体層に吸収される波長の第１レーザ光を照射して前記半導体層を加熱し、前記上部電極層の一部を除去する第１のレーザ照射機構と、
前記第１工程装置で前記上部電極層が除去された領域において、前記半導体層を通過するとともに前記下部電極層に吸収される波長の第２レーザ光を照射して前記下部電極層を加熱し、前記半導体層の一部を除去する第２のレーザ照射機構と、
を備えた薄膜太陽電池の製造装置。
【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、特に、絶縁基板上に、下部電極層、光電変換用の半導体層、透明な上部電極層が順に積層された積層体を有する薄膜太陽電池の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池は、ガラス基板上に下部電極層としてのＭｏ層が形成され、Ｍｏ層の上部にＣＩＧＳ層等の半導体層が形成されている。そしてさらに、半導体層の上部に透明な上部電極層としてＴＣＯ層が形成されている。
【０００３】
以上のような積層体を有する薄膜太陽電池では、各層が分離加工されて複数の単位太陽電池に分離され、これらの単位太陽電池が直列接続されている。
【０００４】
積層体を分離加工して複数の単位太陽電池を製造するための方法として、特許文献１に示された方法が提供されている。
【０００５】
この特許文献１に示された方法では、まず、基板上に、下部電極層、半導体層、及び上部電極層が積層される。そして、この積層体が分離されて単位太陽電池が形成される。この分離に際して、複数のレーザ光を、加工部が重複するように照射することによって、レーザ光によって除去された上部電極層の幅が、除去された下部電極層の幅よりも広くなるようにしている。具体的には、下部電極層及び半導体層を加工する第１レーザ光のスポット径より、上部電極層を加工する第２レーザ光のスポット径を大きくし、これらの加工線を重複させて同時に照射するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２６３７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の方法によれば、第１レーザ光の照射と第２レーザ光の照射の位置合わせをすることが不要になる。
【０００８】
しかし、第２レーザ光の仕様によっては、第２レーザ光の照射によって半導体層が溶融し、隣接する単位太陽電池同士の分離が良好に行えない場合がある。また、同様の理由によって、上下の電極が導通してしまう場合がある。
【０００９】
本発明の課題は、薄膜太陽電池の製造方法において、各層にレーザを照射して溝を形成する際に、他の層に熱ダメージを与えるのを抑え、隣接する単位太陽電池を確実に分離することができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１側面に係る薄膜太陽電池の製造方法は、絶縁基板上に、下部電極層、光電変換用の半導体層、透明な上部電極層が順に積層された積層体を有する薄膜太陽電池の製造方法であって、第１工程と第２工程とを含む。第１工程は、上部電極層を通過するとともに半導体層に吸収される波長の第１レーザ光を照射して半導体層を加熱し、上部電極層の一部を除去する。第２工程は、第１工程で上部電極層が除去された領域において、半導体層を通過するとともに下部電極層に吸収される波長の第２レーザ光を照射して下部電極層を加熱し、半導体層の一部を除去する。
【００１１】
ここでは、第１工程において積層体に第１レーザ光が照射されると、第１レーザ光は上部電極を通過して半導体層に吸収される。したがって、上部電極は加熱されず、半導体層は加熱される。この半導体層が加熱されることによって、その上部の上部電極は除去され、上部電極層に溝が形成される。
【００１２】
また、第２工程において、第１工程で上部電極が除去された領域の積層体に第２レーザ光が照射されると、第２レーザ光は半導体層を通過して下部電極に吸収される。したがって、半導体層は加熱されず、下部電極は加熱される。この下部電極が加熱されることによって、その上部の半導体層は除去され、半導体層に溝が形成される。
【００１３】
本発明の第２側面に係る薄膜太陽電池の製造方法は、第１側面の方法において、第２工程において照射される第２レーザ光は、上部電極層を通過する波長である。
【００１４】
ここでは、第２レーザ光は上部電極層を通過する波長であるので、上部電極層は加熱されない。すなわち、第２工程において上部電極層は熱ダメージを受けない。
【００１５】
本発明の第３側面に係る薄膜太陽電池の製造方法は、第１又は第２側面の方法において、上部電極層はＴＣＯ層であるとともに半導体層は化合物半導体層であり、第１工程における第１レーザ光の波長は４００nm以上７００nm以下である。
【００１６】
本発明の第４側面に係る薄膜太陽電池の製造方法は、第１から第３側面のいずれかの方法において、半導体層は化合物半導体層であるとともに下部電極層はＭｏ層であり、第２工程における第２レーザ光の波長は１０００nm以上２０００nm以下である。
【００１７】
本発明の第５側面に係る薄膜太陽電池の製造方法は、第１から第４側面のいずれかの方法において、第１工程では上部電極層に第１溝が形成されるとともに、第２工程では半導体層に第２溝が形成される。そして、第１溝及び第２溝の少なくとも一方の側壁は、両溝が形成された方向と直交する方向において同じ位置に形成される。
【００１８】
ここでは、第２工程において、第２レーザ光の波長を上部電極層に吸収されないような波長に設定することによって、第１溝と第２溝の少なくとも一方の側壁を同じ位置にすることができる。したがって、第１溝の幅を狭くすることができ、発電効率の高い太陽電池を製造することができる。
【００１９】
本発明の第６側面に係る薄膜太陽電池の製造方法は、第１から第５側面のいずれかの方法において、第１工程における第１レーザ光は、波長が４００nm以上７００nm以下で、出力が０．２W以上０．４W以下である。
【００２０】
本発明の第７側面に係る薄膜太陽電池の製造方法は、第１から第６側面のいずれかの方法において、第２工程における第２レーザ光は、波長が１０００nm以上２０００nm以下で、出力が０．１W以上０．２W以下である。
【００２１】
本発明に係る薄膜太陽電池の製造装置は、絶縁基板上に、下部電極層、光電変換用の半導体層、透明な上部電極層が順に積層された積層体を有する薄膜太陽電池を製造する装置であって、第１のレーザ照射機構と、第２のレーザ照射機構と、を備えている。第１のレーザ照射機構は、上部電極層を通過するとともに半導体層に吸収される波長の第１レーザ光を照射して半導体層を加熱し、上部電極層の一部を除去する。第２のレーザ照射機構は、第１のレーザ照射機構で上部電極層が除去された領域において、半導体層を通過するとともに下部電極層に吸収される波長の第２レーザ光を照射して下部電極層を加熱し、半導体層の一部を除去する。
【発明の効果】
【００２２】
以上のような本発明では、薄膜太陽電池の製造方法において、各層にレーザを照射して溝を形成する際に、他の層に熱ダメージを与えるのを抑えることができる。したがって、隣接する単位太陽電池を確実に分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態による製造方法の第１工程を説明するための断面部分図。
【図２】本発明の一実施形態による製造方法の第２工程を説明するための断面部分図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態による薄膜太陽電池の製造方法を図１及び図２に示す。
【００２５】
図１（ａ）は、絶縁性の基板１の表面に、下部電極層２、半導体層３、及び上部電極層４が積層された積層体１０を示している。この積層体１０に対して、紙面と直交する方向に複数の溝を形成することによって、複数の単位太陽電池が形成される。
【００２６】
絶縁性基板１はガラス基板で形成され、このガラス基板１は複数の単位太陽電池に共通の基板である。下部電極層２はモリブデン（Ｍｏ）によって形成されている。半導体層３は、ＣＩＧＳ等のカルコパイライト構造化合物半導体で形成されている。また、上部電極層４はＺｎＯ等の透明導電膜（ＴＣＯ）で形成されている。
【００２７】
以上の積層体１０は、従来から周知の製造方法によって形成することが可能である。
【００２８】
次に、積層体１０に溝を形成することによって、積層体１０を複数の単位太陽電池に分割する。
【００２９】
まず、図１（ｂ）に示すように、上部電極層４に第１溝を形成するために、第１レーザ光Ｌ１を照射する。この第１レーザ光Ｌ１は、上部電極層４を通過し、半導体層３に吸収されるような波長のレーザ光を使用する。
【００３０】
具体的な第１レーザ光Ｌ１の仕様は以下の通りである。
【００３１】
波長：５３２nm
出力：０．２〜０．４Ｗ
フルエンス：０．７Ｊ／cm２
オーバーラップ率：２０％
以上の第１レーザ光Ｌ１を照射すると、第１レーザ光Ｌ１は、上部電極層４には吸収されずに通過するので、上部電極層４が加熱されることはない。一方、第１レーザ光Ｌ１は半導体層３には吸収されるので、半導体層３において第１レーザ光Ｌ１が照射された領域は加熱される。この加熱によって、上部電極層４の下の半導体層３の表面が昇華し、昇華により発生した気体の圧力によって上部電極層４が吹き飛ばされて除去される。
【００３２】
以上のようにして、第１レーザ光Ｌ１が照射された領域には、図１（ｃ）に示すように、第１溝ｃ１が形成される。
【００３３】
次に、図２（ａ）に示すように、第１溝ｃ１が形成された領域において、半導体層３に第２溝を形成するために、第２レーザ光Ｌ２を照射する。この第２レーザ光Ｌ２は、上部電極層４及び半導体層３を通過し、下部電極層２に吸収されるような波長のレーザ光を使用する。
【００３４】
具体的な第２レーザ光Ｌ２の仕様は以下の通りである。
【００３５】
波長：１５５０nm
出力：０．１〜０．２Ｗ
フルエンス：０．３Ｊ／cm２
オーバーラップ率：２０％
ここで、第２レーザ光Ｌ２は、第１溝ｃ１と第２溝ｃ２の一方の側壁が一致するように照射される。すなわち、第１及び第２溝ｃ１，ｃ２の一方の側壁が、各溝ｃ１，ｃ２が形成される方向と直交する方向において、同じ位置になるように、第２レーザ光Ｌ２を照射する。これにより、発電に寄与しない第１溝ｃ１の溝幅を狭くでき、発電効率を高くすることができる。
【００３６】
以上のようにして第２レーザ光Ｌ２を照射すると、第２レーザ光Ｌ２は、半導体層３には吸収されずに通過するので、半導体層３が加熱されることはない。一方、第２レーザ光Ｌ２は下部電極層２には吸収されるので、下部電極層２において第２レーザ光Ｌ２が照射された領域は加熱される。この加熱によって、前述のように、下部電極層２が加熱されるが、Ｍｏが溶融するには至らず、下部電極層２からの熱伝導により半導体層３が加熱される。このとき、下部電極層２の近傍の半導体層３の構成成分（ＣＩＧＳの場合はＳｅ）が昇華し、昇華により発生した気体の圧力によって半導体層３が吹き飛ばされて除去される。
【００３７】
以上のようにして、第２レーザ光Ｌ２が照射された領域には、図２（ｂ）に示すように、第２溝ｃ２が形成される。
【００３８】
なお、第２レーザ光Ｌ２として上部電極層４に吸収されない波長のレーザ光を選択することにより、第２レーザ光の一部が上部電極層４に照射されても、第２レーザ光Ｌ２の照射によって上部電極層４が加熱されて熱ダメージを受けるのを抑えることができる。この場合、上部電極層４を通過するレーザ光、又は上部電極層４によって反射されるレーザ光が使用できる。
【００３９】
以上のような実施形態では、各層に熱ダメージを与えることなく、かつ高い精度で各層に溝を形成することができる。したがって不良率の少ない、しかも発電効率の高い太陽電池を製造することができる。
【００４０】
［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
【００４１】
特に、上部電極層、半導体層は、それぞれＺｎＯ層、ＣＩＧＳ層に限定されるものではなく、上部電極層にＩｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２等の他のＴＣＯ膜を用いてもよく、半導体層はＣＩＳ，ＣＩＧＳＳｅ、ＣｄＴｅ等の層であってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  ガラス基板
２  下部電極層（Ｍｏ層）
３  半導体層（ＣＩＧＳ層）
４  上部電極層（ＴＣＯ層）
１０  積層体
【図１】
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【図２】
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