(57)【要約】【課題】集積化したタンデム型太陽電池の変換効率の向上が可能な太陽電池の製造方法を得る。【解決手段】基板１１表面上に透明電極１２ａを形成し、透明電極にレーザ照射して互いに平行な複数の第１溝２０１ａを形成し、透明電極の上に第１溝を閉塞しつつ非晶質光電変換層２１ａを形成し、第１溝の上を除く非晶質光電変換層の上の一部に第１溝と平行に複数のマスクを形成し、マスクが形成されていない非晶質光電変換層の上に結晶質系光電変換層２２ａを形成し、結晶質系光電変換層が上に形成されなかった非晶質光電変換層に下からレーザ照射して第１溝に平行な複数の第２溝２０２ａを形成し、非晶質光電変換層及び結晶質系光電変換層の上に第２溝を閉塞しつつ裏面電極１４ａを形成し、第２溝の上を除く領域であって非晶質光電変換層の上に直接裏面電極が形成されている領域に下からレーザ照射して第２溝に平行な複数の第３溝２０３ａを裏面電極に形成する。【選択図】図１
2011233585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明絶縁基板の主表面上に透明電極層を形成する工程と、
前記透明電極層にレーザを照射して互いに平行な複数の第１のスクライブ溝を形成する工程と、
前記透明電極層の上に、前記第１のスクライブ溝を閉塞しつつ、非晶質光電変換ユニット層を形成する工程と、
前記第１のスクライブ溝の上を除く前記非晶質光電変換ユニット層の上の一部に当該第１のスクライブ溝と平行に複数のマスクを形成する工程と、
前記マスクが形成されていない前記非晶質光電変換ユニット層の上に結晶質系光電変換ユニット層を形成する工程と、
前記結晶質系光電変換ユニット層が上に形成されなかった前記非晶質光電変換ユニット層に、前記基板の主表面の反対側からレーザを照射して前記第１のスクライブ溝に平行な複数の第２のスクライブ溝を形成する工程と、
前記非晶質光電変換ユニット層及び前記結晶質系光電変換ユニット層の上に、前記第２のスクライブ溝を閉塞しつつ、裏面電極層を形成する工程と、
前記第２のスクライブ溝の上を除く領域であって、前記非晶質光電変換ユニット層の上に直接前記裏面電極層が形成されている領域に、前記基板の主表面の反対側からレーザを照射して前記第２のスクライブ溝に平行な複数の第３のスクライブ溝を当該裏面電極層に形成する工程と、
を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
透明絶縁基板の主表面上に透明電極層を形成する工程と、
前記透明電極層にレーザを照射して互いに平行な複数の第１のスクライブ溝を形成する工程と、
前記透明電極層の上に、前記第１のスクライブ溝を閉塞しつつ、非晶質光電変換ユニット層を形成する工程と、
前記第１のスクライブ溝の上を除く前記非晶質光電変換ユニット層の一部に、前記基板の主表面の反対側からレーザを照射して前記第１のスクライブ溝に平行な複数の広幅スクライブ溝を形成する工程と、
前記非晶質光電変換ユニット層の上に、前記広幅スクライブ溝を閉塞しつつ、結晶質系光電変換ユニット層を形成する工程と、
前記広幅スクライブ溝の上の前記結晶質系光電変換ユニット層に、前記基板の主表面の反対側からレーザを照射して前記第１のスクライブ溝に平行な複数の第２のスクライブ溝を形成する工程と、
前記結晶質系光電変換ユニット層の上に、前記第２のスクライブ溝を閉塞しつつ、裏面電極層を形成する工程と、
前記広幅スクライブ溝の上であって、前記第２のスクライブ溝が形成されていない領域に、前記基板の主表面の反対側からレーザを照射して前記第２のスクライブ溝に平行な複数の第３のスクライブ溝を前記裏面電極層に形成する工程と、
を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記非晶質光電変換ユニット層は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とが非晶質シリコンからなる真性半導体層を挟んだ構造を含む
ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記結晶質光電変換ユニット層は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とが結晶質シリコンからなる真性半導体層を挟んだ構造を含む
ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記レーザは、ＹＡＧレーザ或いはファイバーレーザである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の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、液晶、有機ＥＬ、プラズマディスプレイ等のフラットパネル機器における基板上の薄膜の分断加工（スクライブ）を行う方法およびこの方法を用いた加工装置に関し、特に集積型タンデム薄膜シリコン太陽電池の製造方法の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、薄膜シリコン太陽電池は透明絶縁基板上に透明電極層、１つ以上の光電変換ユニット層、裏面電極層をこの順に積層して製造され、透明絶縁基板側から透明導電膜を透過した光を、光電変換層で吸収して透明電極層及び裏面電極層に電流を発生させる構造になっている。
【０００３】
１つの光電変換ユニット層は、ｐ型半導体からなるｐ型層とｎ型半導体からなるｎ型層とを用いて真性半導体からなるｉ型層を挟みこむ構造となっており、光電変換作用は主にこのｉ型層内で生じる。
【０００４】
ｐ型層とｎ型層が非晶質シリコンか結晶質シリコンであるかないかにはかかわらず、ｉ型層が非晶質シリコンからなる光電変換ユニットを非晶質系光電変換ユニット、ｉ型層が結晶質シリコンからなる光電変換ユニットを結晶質系光電変換ユニットと称する。
【０００５】
非晶質ｉ型層は主に可視域の波長の光を吸収するのに対して、結晶質ｉ型層は赤外域の波長まで吸収することが可能であるため、結晶質系光電変換ユニットは非晶質系光電変換ユニットと比較すると、長波長の光まで光電変換に利用することができるという利点を持つ。
【０００６】
ただし、非晶質ｉ型層の光吸収係数が約３×１０４であるのに対して、結晶質ｉ型層の光吸収係数は約３×１０３であるため、結晶質系光電変換ユニットのｉ型層は非晶質系光電変換ユニットのｉ型層と比べると約１０倍程度の厚さが必要とされる。
【０００７】
この非晶質系光電変換ユニットと結晶質系光電変換ユニットの吸収波長域の違いを利用して薄膜シリコン太陽電池の変換効率を向上させる試みがなされている。光入射側に１ユニット以上の非晶質系光電変換ユニットを配置し、その後ろに１ユニット以上の結晶質系光電変換ユニットを配置するという手法である。このとき、さらなる発電効率の向上ため、非晶質系光電変換ユニットと結晶質系光電変換ユニットの間にシリコンとゲルマニウムの合金を配置する場合もある。
【０００８】
このような２ユニット以上の光電変換ユニットを積層させた薄膜シリコン太陽電池をタンデム型薄膜シリコン太陽電池と称する。
【０００９】
薄膜シリコン太陽電池の製造においては、１枚の基板を複数のセルに分割し各セルを直列接続させる（以降、直列接続させた薄膜シリコン太陽電池を“集積型薄膜シリコン太陽電池”と記し、直列接続させることを“集積化”と記す）ことにより、透明電極層の抵抗に起因する電流のロスを抑制している。
【００１０】
従来の集積型薄膜シリコン太陽電池の製造方法において、薄膜シリコン太陽電池を１枚の基板内で直列接続するためには、まず透明絶縁基板上に成膜された透明電極層を絶縁分離する溝（以下、層を分離するための溝を“スクライブ溝”と記す）を形成する（以降、スクライブ溝を形成することを“スクライブする”と記す）。この第１のスクライブ溝は直線状に延びている。
【００１１】
次に、透明電極層上に成膜された光電変換ユニット層をスクライブし、裏面電極層と透明電極層をコンタクトさせるための第２のスクライブ溝を形成する。第２のスクライブ溝も第１のスクライブ溝と平行な方向に直線状に延びており、第１のスクライブ溝と交差させないように形成する。
【００１２】
さらに、光電変換ユニット層上に成膜された裏面電極層をスクライブし、各セルを絶縁分離するための第３のスクライブ溝を形成する。第３のスクライブ溝は裏面電極層のみでなく光電変換ユニット層も同時に除去している。第３のスクライブ溝は、第１のスクライブ溝に対して第２のスクライブ溝をずらした方向と同じ方向にずらして形成する。第３のスクライブ溝も第１のスクライブ溝と平行な方向に直線状に延びており、第２のスクライブ溝と交差させないように形成する。以上により薄膜シリコン太陽電池の１枚の基板内の直列接続は形成される。
【００１３】
このとき、第１のスクライブ溝、第３のスクライブ溝に短絡が発生すると太陽電池として機能しなくなるため、薄膜太陽電池の直列接続形成において、基板に形成された透明電極層、光電変換ユニット層、裏面電極層などの薄膜をスクライブする技術は非常に重要とされる。
【００１４】
一般的に集積型薄膜シリコン太陽電池の製造のするためのスクライブには、フォトエッチングと比較して工程数を減らすことができるなどの理由から、レーザ加工が用いられている。レーザを用いた薄膜シリコン太陽電池のスクライブ（以降、“レーザスクライブ法”と記す）では、薄膜の光吸収波長に合わせたレーザを用いて、薄膜を加熱、あるいは、薄膜に含まれる一部の成分の気化を利用して、レーザ照射部の薄膜を取り除いている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１５】
このとき、第２のスクライブ溝の形成の際は、光電変換ユニット層側からのレーザの照射では清浄な第２のスクライブ溝を形成することが困難なので、透明絶縁基板側からレーザを照射し、光電変換ユニット層にビームエネルギを吸収させ加熱することにより光電変換ユニット層内に含まれる水素原子の気化による爆発を利用して光電変換ユニット層を吹き飛ばすことにより第２のスクライブ溝を形成する。
【００１６】
第３のスクライブ溝の形成の際は、裏面電極層側からのレーザの照射では清浄な第３のスクライブ溝を形成することが困難であり、また裏面電極層が光反射性を有していることから高い照射エネルギー密度が必要となる。このため、透明絶縁基板側からレーザを照射し、光電変換ユニット層にビームエネルギを吸収させる。これにより生じる光電変換ユニット層に含まれる水素原子の気化による爆発を利用して、光電変換ユニット層および光電変換ユニット層上に成膜された裏面電極層を同時に吹き飛ばすことにより第３のスクライブ溝を形成する。
【００１７】
このようにして作製された集積型薄膜太陽電池において、発電に寄与するのは上記スクライブ溝が形成されていない発電領域であり、上記スクライブ溝が形成されている接続領域は発電には寄与しない。よって、接続領域が拡大すると受光面積あたりの発電効率が低下するため、接続領域はできる限り小さくすることが望まれる。
【００１８】
また、集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池に関しても、上述の薄膜シリコン太陽電池の集積化と同じ手順により集積化がなされる（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００２-３３４９５号公報
【特許文献２】特開２００１-１７７１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、タンデム型薄膜シリコン太陽電池は、光電変換ユニット層において例えば厚さ３００ｎｍ程度の非晶質系光電変換ユニット層の上部に例えば厚さ３μm程度の結晶質系光電変換ユニット層が積層されている。このため、上記従来の技術によれば、第２のスクライブ溝および第３のスクライブ溝を形成する際、絶縁基板側から照射されたレーザは非晶質系光電変換ユニット層で約６０％程度吸収されることとなり、結晶質系光電変換ユニット層へは入射エネルギーの約４０％程度しか到達しないこととなる。
【００２１】
そのため、結晶質系光電変換ユニット層を吹き飛ばすほど結晶質系光電変換ユニット層に含まれる水素原子を加熱することができず、結晶質系光電変換ユニット層のスクライブは、下部層の非晶質系光電変換ユニット層の爆発によりなされることとなる。
【００２２】
しかしこのとき、結晶質系光電変換ユニット層は非晶質系光電変換ユニット層の１０倍程度の厚みを持っているため、非晶質系光電変換ユニット層に含まれる水素原子の爆発では結晶質系光電変換ユニット層を吹き飛ばすのに十分な力を加えることができない。従って、結晶質系光電変換ユニット層で膜はがれが発生する。その結果、第２のスクライブ溝および第３のスクライブ溝の側面には、溝の延伸（直線）方向とは垂直な方向に長さが１０μm程度のテーパが発生する。
【００２３】
また、タンデム型薄膜シリコン太陽電池の光電変換ユニット層は非晶質系光電変換ユニット層の約１０倍程度の厚さの結晶質系光電変換ユニット層を含んでいるため、スクライブの加工しきい値が高くなる。そのため、入射ビームの強度分布の広範囲がスクライブに利用されることとなり、テーパによる広がりを含めないスクライブ溝の幅は、光電変換ユニット層が非晶質系光電変換ユニット層のみで構成された薄膜シリコン太陽電池と比べると約１０〜２０μm程度拡大してしまう。
【００２４】
以上のことから、集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池のテーパ部を含めたスクライブ溝の幅は非晶質系薄膜シリコン太陽電池のスクライブ溝の幅と比較して約３０〜４０μm程度拡がることとなり、接続領域を縮小することが困難となり、タンデム型薄膜シリコン太陽電池は集積化に起因して受光面積あたりの変換効率が低下してしまうという問題があった。
【００２５】
本発明は、上記に鑑みて集積型タンデム型薄膜太陽電池における接続領域の拡大という問題を解決するためになされたものであり、集積化したタンデム型薄膜太陽電池の受光面積あたりの変換効率を向上させることが可能な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】
【００２６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、透明絶縁基板の主表面上に透明電極層を形成する工程と、前記透明電極層にレーザを照射して互いに平行な複数の第１のスクライブ溝を形成する工程と、前記透明電極層の上に、前記第１のスクライブ溝を閉塞しつつ、非晶質光電変換ユニット層を形成する工程と、前記第１のスクライブ溝の上を除く前記非晶質光電変換ユニット層の上の一部に当該第１のスクライブ溝と平行に複数のマスクを形成する工程と、前記マスクが形成されていない前記非晶質光電変換ユニット層の上に結晶質系光電変換ユニット層を形成する工程と、前記結晶質系光電変換ユニット層が上に形成されなかった前記非晶質光電変換ユニット層に、前記基板の主表面の反対側からレーザを照射して前記第１のスクライブ溝に平行な複数の第２のスクライブ溝を形成する工程と、前記非晶質光電変換ユニット層及び前記結晶質系光電変換ユニット層の上に、前記第２のスクライブ溝を閉塞しつつ、裏面電極層を形成する工程と、前記第２のスクライブ溝の上を除く領域であって、前記非晶質光電変換ユニット層の上に直接前記裏面電極層が形成されている領域に、前記基板の主表面の反対側からレーザを照射して前記第２のスクライブ溝に平行な複数の第３のスクライブ溝を当該裏面電極層に形成する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、接続領域にマスクを被せるなどして、接続領域における光電変換ユニット層において結晶質系光電変換ユニット層が積層されないようにする。このことにより、光電変換ユニット層および裏面電極層をスクライブする際に、タンデム型薄膜シリコン太陽電池の構成に起因するスクライブ溝におけるテーパの発生とテーパ内スクライブ溝の幅の増大を防ぐことが可能となり、集積化したタンデム型薄膜太陽電池の受光面積あたりの変換効率を向上させることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の構造を示す断面拡大図である。
【図２−１】図２−１は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図である。
【図２−２】図２−２は、図２−１に対応する断面拡大図である。
【図２−３】図２−３は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図である。
【図２−４】図２−４は、図２−３に対応する断面拡大図である。
【図２−５】図２−５は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図である。
【図２−６】図２−６は、図２−５に対応する断面拡大図である。
【図２−７】図２−７は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図である。
【図２−８】図２−８は、図２−７に対応する断面拡大図である。
【図２−９】図２−９は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図である。
【図２−１０】図２−１０は、図２−９に対応する断面拡大図である。
【図２−１１】図２−１１は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図である。
【図２−１２】図２−１２は、図２−１１に対応する断面拡大図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の構造を示す断面拡大図である。
【図４−１】図４−１は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図である。
【図４−２】図４−２は、図４−１に対応する断面拡大図である。
【図４−３】図４−３は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図である。
【図４−４】図４−４は、図４−３に対応する断面拡大図である。
【図４−５】図４−５は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図である。
【図４−６】図４−６は、図４−５に対応する断面拡大図である。
【図４−７】図４−７は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図である。
【図４−８】図４−８は、図４−７に対応する断面拡大図である。
【図４−９】図４−９は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図である。
【図４−１０】図４−１０は、図４−９に対応する断面拡大図である。
【図４−１１】図４−１１は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池の製造方法により加工した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図である。
【図４−１２】図４−１２は、図４−１１に対応する断面拡大図である。
【図５】図５は、集積型薄膜シリコン太陽電池の構造を示す断面拡大図である。
【図６】図６は、従来の技術により製造した集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の構造を示す断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明にかかる太陽電池の製造方法の実施の形態の説明の前に、一般的な集積型薄膜シリコン太陽電池の製造方法について説明する。図５は集積型薄膜シリコン太陽電池の模式的な断面図であり、ここでは透明絶縁基板１１側を下側、裏面電極層１４ａ、１４ｂ、１４ｃ（以下まとめて、裏面電極層１４と記す）側を上側とする。また、この図においては、太陽光は下側、すなわち透明絶縁基板１１側から照射される。
【００３０】
薄膜シリコン太陽電池を１枚の基板内で直列接続するためには、まず透明絶縁基板１１上に成膜された透明電極層１２ａ、１２ｂ、１２ｃ（以下まとめて、透明電極層１２と記す）を絶縁分離するスクライブ溝２０１ａ、２０１ｂ（以下まとめて、スクライブ溝２０１と記す）を形成する。スクライブ溝２０１（２０１ａ、２０１ｂ）は紙面に垂直な方向に直線状に延びている。
【００３１】
次に、透明電極層１２上に成膜された光電変換ユニット層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ（以下まとめて、光電変換ユニット層１３と記す）をスクライブし、裏面電極層１４と透明電極層１２をコンタクトさせるためのスクライブ溝２０２ａ、２０２ｂ（以下まとめて、スクライブ溝２０２と記す）を形成する。スクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）も紙面に垂直な方向に直線状に延びており、スクライブ溝２０１（２０１ａ、２０１ｂ）と交差させないように形成する。
【００３２】
さらに、光電変換ユニット層１３上に成膜された裏面電極層１４をスクライブし、各セルを絶縁分離するためのスクライブ溝２０３ａ、２０３ｂ（以下まとめて、スクライブ溝２０３と記す）を形成する。スクライブ溝２０３（２０３ａ、２０３ｂ）は裏面電極層１４のみでなく光電変換ユニット層１３も同時に除去している。
【００３３】
スクライブ溝２０３（２０３ａ、２０３ｂ）は、スクライブ溝２０１（２０１ａ、２０１ｂ）に対してスクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）をずらした方向と同じ方向にスクライブ溝２０２に対してずらして形成する。スクライブ溝２０３（２０３ａ、２０３ｂ）も紙面に垂直な方向に直線状に延びており、スクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）と交差させないように形成する。以上により薄膜シリコン太陽電池の１枚の基板内の直列接続は形成される。
【００３４】
このとき、スクライブ溝２０１（２０１ａ、２０１ｂ）とスクライブ溝２０３（２０３ａ、２０３ｂ）に短絡が発生すると太陽電池として機能しなくなる。従って、薄膜太陽電池の直列接続形成において、基板に形成された透明電極層１２、光電変換ユニット層１３、裏面電極層１４などの薄膜をスクライブする技術は非常に重要である。
【００３５】
一般的に図５に示すような集積型薄膜シリコン太陽電池の製造をするためのスクライブには、レーザ加工が用いられている。レーザスクライブ法では、薄膜の光吸収波長に合わせたレーザを用いて、薄膜を加熱、あるいは、薄膜に含まれる一部の成分の気化を利用して、レーザ照射部の薄膜を取り除いている。
【００３６】
このとき、スクライブ溝２０２の形成の際は、光電変換ユニット層１３側からのレーザの照射では清浄なスクライブ溝２０２を形成することが困難なので、透明絶縁基板１１側からレーザを照射し、光電変換ユニット層１３にビームエネルギを吸収させ加熱することにより光電変換ユニット層１３内に含まれる水素原子の気化による爆発を利用して光電変換ユニット層１３を吹き飛ばすことによりスクライブ溝２０２を形成する。
【００３７】
スクライブ溝２０３の形成の際は、裏面電極層１４側からのレーザの照射では清浄なスクライブ溝２０３を形成することが困難であり、また裏面電極層１４が光反射性を有していることから高い照射エネルギー密度が必要となる。このため、透明絶縁基板１１側からレーザを照射し、光電変換ユニット層１３にビームエネルギを吸収させる。これにより生じる光電変換ユニット層１３に含まれる水素原子の気化による爆発を利用して、光電変換ユニット層１３および光電変換ユニット層１３上に成膜された裏面電極層１４を同時に吹き飛ばすことによりスクライブ溝２０３を形成する。
【００３８】
このようにして作製された集積型薄膜太陽電池において、発電に寄与するのは図５に示す発電領域Ａであり、スクライブ溝２０１、２０２、２０３が形成されている接続領域Ｂは発電には寄与しない。よって、接続領域Ｂが拡大すると受光面積あたりの発電効率が低下するため、接続領域Ｂはできる限り小さくすることが望まれる。
【００３９】
次に、図６に集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の断面図を示す。集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池に関しても、上述の薄膜シリコン太陽電池の集積化と同じ手順により集積化がなされる。
【００４０】
しかし、タンデム型薄膜シリコン太陽電池は、光電変換ユニット層１３において厚さ３００ｎｍ程度の非晶質系光電変換ユニット層２１ａ、２１ｂ、２１ｃ（以下まとめて、非晶質系光電変換ユニット層２１と記す）の上部に厚さ３μm程度の結晶質系光電変換ユニット層２２ａ、２２ｂ、２２ｃ（以下まとめて、結晶質系光電変換ユニット層２２と記す）が積層されている。
【００４１】
このため、スクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）およびスクライブ溝２０３（２０３ａ、２０３ｂ）を形成する際、絶縁基板１１側から照射されたレーザは非晶質系光電変換ユニット層２１で約６０％程度吸収されることとなり、結晶質系光電変換ユニット層２２へは入射エネルギーの約４０％程度しか到達しないこととなる。
【００４２】
そのため、結晶質系光電変換ユニット層２２を吹き飛ばすほど結晶質系光電変換ユニット層２２に含まれる水素原子を加熱することができず、結晶質系光電変換ユニット層２２のスクライブは、下部層の非晶質系光電変換ユニット層２１の爆発によりなされることとなる。
【００４３】
しかしこのとき、結晶質系光電変換ユニット層２２は非晶質系光電変換ユニット層２１の１０倍程度の厚みを持っているため、非晶質系光電変換ユニット層２１に含まれる水素原子の爆発では結晶質系光電変換ユニット層２２を吹き飛ばすのに十分な力を加えることができず、結晶質系光電変換ユニット層２２で膜はがれが発生する。その結果、スクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）およびスクライブ溝２０３（２０３ａ、２０３ｂ）の側面には図６に示すように横方向の長さＤが１０μm程度のテーパが発生する。
【００４４】
また、タンデム型薄膜シリコン太陽電池の光電変換ユニット層１３は非晶質系光電変換ユニット層２１の約１０倍程度の厚さの結晶質系光電変換ユニット層２２を含んでいるため、スクライブの加工しきい値が高くなる。そのため、入射ビームの強度分布の広範囲がスクライブに利用されることとなり、テーパによる広がりを含めないスクライブ溝（以降“テーパ内スクライブ溝”と記す）の幅Ｌは、光電変換ユニット層１３が非晶質系光電変換ユニット層２１のみで構成された薄膜シリコン太陽電池（以降、“非晶質系薄膜シリコン太陽電池”と記す）と比べると約１０〜２０μm程度拡大してしまう。
【００４５】
以下に、本発明にかかるレーザ加工方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図５、６と同様な部位には同一の符号を付し、説明は省略する。なお、以下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。
【００４６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法により加工された集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池１の構造を示す断面図である。
【００４７】
図１において、集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池１は、透明絶縁基板１１、透明電極層１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）、非晶質系光電変換ユニット層２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）および結晶質系光電変換ユニット層２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）を含む光電変換ユニット層１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）、さらに裏面電極層１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）を備える。
【００４８】
そして、透明電極層１２のスクライブ溝２０１（２０１ａ、２０１ｂ）、光電変換ユニット層１３のスクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）、裏面電極層１４のスクライブ溝２０３（２０３ａ、２０３ｂ）を形成することにより発電領域Ａを直列接続している。
【００４９】
このとき、光電変換ユニット層１３のスクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）および裏面電極層１４のスクライブ溝２０３（２０３ａ、２０３ｂ）が形成される領域付近には結晶質系光電変換ユニット層２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）は積層されていない。
【００５０】
図２−１〜図２−１２は実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法による集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図および断面図であり、図２の枝番奇数の図が斜視概略図であり、枝番偶数の図がそれぞれの斜視概略図に対応する断面図である。１つの斜視概略図と１つの断面図が対応しつつ、図２−１〜図２−１２の順に製造が行われる。
【００５１】
図２−１と対応する断面図である図２−２に示すように、透明絶縁基板１１の主表面上に成膜された透明電極層１２にレーザを照射することによりスクライブ溝２０１（２０１ａ、２０１ｂ）を形成した後、スクライブ溝２０１を閉塞しつつ非晶質光電変換ユニット層２１を成膜する。非晶質光電変換ユニット層２１は、例えば、ｐ型半導体からなるｐ型層とｎ型半導体からなるｎ型層とが真性半導体からなるｉ型層を挟みこんだ構造となっており、ｉ型層が非晶質シリコンになっている。
【００５２】
次に、図２−３と対応する断面図である図２−４に示すように、成膜された非晶質光電変換ユニット層２１上に、透明電極層１２のスクライブ溝２０１（２０１ａ、２０１ｂ）から１０〜５０μm程度例えば右側へずらした位置に幅１００〜２００μm程度のマスク１００ａ、１００ｂ（以下まとめて、マスク１００と記す）を設置する。
【００５３】
その後、図２−５と対応する断面図である図２−６に示すように、結晶質系光電変換ユニット層２２を成膜する。結晶質系光電変換ユニット層２２は、例えば、ｐ型半導体からなるｐ型層とｎ型半導体からなるｎ型層とが真性半導体からなるｉ型層を挟みこんだ構造となっており、ｉ型層が結晶質シリコンになっている。
【００５４】
このとき、マスク１００上には、結晶質系光電変換ユニット２２層が成膜されない。従って、透明電極層１２のスクライブ溝２０１（２０１ａ、２０１ｂ）から１０〜５０μm程度右側へずれた位置に幅１００〜２００μm程度の結晶質系光電変換ユニット２２層が成膜されていない領域１５１ａ、１５１ｂ（以下まとめて、１５１と記す）が形成される。
【００５５】
さらに、図２−７と対応する断面図である図２−８に示すように、結晶質系光電変換ユニット層２２が成膜されていない領域１５１（１５１ａ、１５１ｂ）に対して、透明絶縁基板１１の裏面側からレーザ３００を照射する。これにより、光電変換ユニット層１３のスクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）が非晶質光電変換ユニット層２１に形成される。
【００５６】
次に、図２−９と対応する断面図である図２−１０に示すように、スクライブ溝２０２を閉塞しつつ、非晶質光電変換ユニット層２１及び結晶質系光電変換ユニット層２２の上に裏面電極層１４を成膜する。
【００５７】
そして、図２−１１と対応する断面図である図２−１２に示すように、結晶質系光電変換ユニット層２２が成膜されていない領域１５１（１５１ａ、１５１ｂ）内のスクライブ溝２０２以外の領域、すなわち非晶質光電変換ユニット層２１の上に直接裏面電極層１４が成膜されている領域にスクライブ溝２０３を形成する。
【００５８】
具体的には、結晶質系光電変換ユニット層２２が成膜されていない領域１５１内のスクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）から、例えば右側に１０〜５０μm程度ずらした位置に透明絶縁基板１１の裏面側からレーザ３００を照射し、裏面電極層１４のスクライブ溝２０３（２０３ａ、２０３ｂ）を形成する。
【００５９】
図２−７、図２−８、図２−１１、図２−１２において、レーザ３００は矢印の向きに進行しており、加工点で集光あるいは結像されることにより所望の形状で照射される。
【００６０】
このとき、光電変換ユニット層１３および裏面電極層１４のスクライブを行う際は、ビームエネルギを吸収させ加熱することにより光電変換ユニット層１３内に含まれる水素原子の気化による爆発を利用して光電変換ユニット層１３を吹き飛ばすことによりスクライブ溝２０２、２０３を形成するため、レーザ３００は透明電極基板１１の裏面側から照射される。
【００６１】
レーザは、スクライブの対象物の光吸収特性により選択される。一般的に透明電極層１２のスクライブでは、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ、ファイバーレーザの基本波（波長１μm程度）が用いられる。また、光電変換ユニット層１３および裏面電極層１４のスクライブでは、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ、ファイバーレーザの第二高調波（波長０．５μm程度）、第三高調波（波長０．３〜０．４μm程度）が使用される。
【００６２】
以上のように、本実施の形態１においては、結晶質系光電変換ユニット層２２を成膜する際に、非晶質系光電変換ユニット層２１上の透明電極層１２のスクライブ溝２０１（２０１ａ、２０１ｂ）から１０〜５０μm程度右方にずらした位置に幅１００〜２００μm程度のマスク１００（１００ａ、１００ｂ）を設置する。
【００６３】
これにより、図１の接続領域Ｂ付近では結晶質系光電変換ユニット層２２が成膜されずに、非晶質系光電変換ユニット層２１のみ成膜されている状態となる。従って、図６で示したタンデム型薄膜シリコン太陽電池において光電変換ユニット層１３および裏面電極層１４をスクライブする際に問題となっていた、スクライブ溝２０２、２０３におけるテーパの発生およびテーパ内スクライブ溝の幅の増大による接続領域の拡大を防ぐことが可能となる。その結果、集積化にともなう受光面積あたりの発電効率の低下を最小限に抑えることが可能になる。
【００６４】
実施の形態２.
図３は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法により加工された集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池２の構造を示す断面図である。
【００６５】
図３において、集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池２は、透明絶縁基板１１、透明電極層１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）、非晶質系光電変換ユニット層２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）および結晶質系光電変換ユニット層２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）を含む光電変換ユニット層１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）、さらに裏面電極層１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）を備える。
【００６６】
そして、透明電極層１２のスクライブ溝２０１（２０１ａ、２０１ｂ）、光電変換ユニット層１３のスクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）、裏面電極層１４のスクライブ溝２０３（２０３ａ、２０３ｂ）を形成することにより発電領域Ａを直列接続している。
【００６７】
このとき、光電変換ユニット層１３のスクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）および裏面電極層１４のスクライブ溝２０３（２０３ａ、２０３ｂ）が形成される領域である、より広いスクライブ溝１５２ａ、１５２ｂ（以下まとめて、広幅スクライブ溝１５２と記す）には非晶質系光電変換ユニット層２１は積層されていない。
【００６８】
図４−１〜図４−１２は実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法による集積型タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造工程を示す斜視概略図および断面図であり、図４の枝番奇数の図が斜視概略図であり、枝番偶数の図がそれぞれの斜視概略図に対応する断面図である。１つの斜視概略図と１つの断面図が対応しつつ、図４−１〜図４−１２の順に製造が行われる。
【００６９】
図４−１と対応する断面図である図４−２に示すように、透明絶縁基板１１の主表面上に成膜された透明電極層１２にレーザを照射することによりスクライブ溝２０１（２０１ａ、２０１ｂ）を形成した後、スクライブ溝２０１を閉塞しつつ非晶質光電変換ユニット２１を成膜する。非晶質光電変換ユニット層２１は、例えば、ｐ型半導体からなるｐ型層とｎ型半導体からなるｎ型層とが真性半導体からなるｉ型層を挟みこんだ構造となっており、ｉ型層が非晶質シリコンになっている。
【００７０】
次に、図４−３と対応する断面図である図４−４に示すように、成膜された非晶質光電変換ユニット層２１に対して、透明電極層１２のスクライブ溝２０１（２０１ａ、２０１ｂ）から１０〜５０μm程度例えば右側へずらした位置に、透明絶縁基板１１の裏面側からビーム径１００〜２００μm程度のレーザ３００を照射する。これにより、幅１００〜２００μm程度の非晶質系光電変換ユニットの広幅スクライブ溝１５２（１５２ａ、１５２ｂ）を形成する。
【００７１】
その後、図４−５と対応する断面図である図４−６に示すように、非晶質光電変換ユニット層２１の上に、広幅スクライブ溝１５２を閉塞しつつ結晶質系光電変換ユニット層２２を成膜する。結晶質系光電変換ユニット層２２は、例えば、ｐ型半導体からなるｐ型層とｎ型半導体からなるｎ型層とが真性半導体からなるｉ型層を挟みこんだ構造となっており、ｉ型層が結晶質シリコンになっている。
【００７２】
さらに、図４−７と対応する断面図である図４−８に示すように、非晶質系光電変換ユニット層２１が成膜されていない領域である広幅スクライブ溝１５２（１５２ａ、１５２ｂ）に対して、透明絶縁基板１１の裏面側からレーザ３００を照射する。これにより、光電変換ユニット層１３のスクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）を結晶質系光電変換ユニット層２２に形成する。
【００７３】
次に、図４−９と対応する断面図である図４−１０に示すように、スクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）を閉塞しつつ、結晶質系光電変換ユニット層２２の上に裏面電極層１４を成膜する。
【００７４】
そして、図４−１１と対応する断面図である図４−１２に示すように、非晶質系光電変換ユニット層２１が成膜されていない領域１５２（１５２ａ、１５２ｂ）内のスクライブ溝２０２以外の領域にスクライブ溝２０３を形成する。
【００７５】
具体的には、広幅スクライブ溝１５２内のスクライブ溝２０２（２０２ａ、２０２ｂ）から、例えば右側に１０〜５０μm程度ずらした位置に透明絶縁基板１１の裏面側からレーザ３００を照射し、裏面電極層１４のスクライブ溝２０３（２０３ａ、２０３ｂ）を形成する。
【００７６】
実施の形態２のその他の構成および動作、またスクライブで使用するレーザに関しては、実施の形態１と同様であり、相当部分には図１および図２−１〜図２−１２と同一符号を付して説明を省略した。実施の形態２では、レーザにより接続領域Ｂ付近における非晶質系光電変換ユニット層２１の除去を行っているため、除去部分の位置制御を高精度に行うことが可能である。
【００７７】
すなわち、実施の形態２においては、接続領域にレーザを照射することにより、接続領域における光電変換ユニット層において非晶質系光電変換ユニット層が積層されないようにする。このことにより、光電変換ユニット層および裏面電極層をスクライブする際に、タンデム型薄膜シリコン太陽電池の構成に起因するスクライブ溝におけるテーパの発生とテーパ内スクライブ溝の幅の増大による接続領域の拡大を防ぐことが可能となり、タンデム型薄膜太陽電池の集積化にともなう受光面積あたりの変換効率の低下を最小限に抑えることが可能になる。
【００７８】
さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のように、本発明にかかる太陽電池の製造方法は、非晶質系光電変換ユニット層と結晶質系光電変換ユニット層とを有するタンデム型薄膜シリコン太陽電池に有用であり、特に、１枚の基板を複数のセルに分割し各セルを直列接続させる集積型タンデム薄膜シリコン太陽電池の製造に適している。
【符号の説明】
【００８０】
１１  透明絶縁基板
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  透明電極層
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  光電変換ユニット
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  裏面電極層
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  非晶質系光電変換ユニット
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  結晶質系光電変換ユニット
１００、１００ａ、１００ｂ  マスク
１５１、１５１ａ、１５１ｂ  結晶質系光電変換ユニット層が成膜されていない領域
１５２、１５２ａ、１５２ｂ  非晶質系光電変換ユニット層が成膜されていない領域（広幅スクライブ溝）
２０１、２０１ａ、２０１ｂ  透明電極層（第１）のスクライブ溝
２０２、２０２ａ、２０２ｂ  光電変換ユニット（第２）のスクライブ溝
２０３、２０３ａ、２０３ｂ  裏面電極層（第３）のスクライブ溝
３００  レーザ
【図１】
2011233585.tif 000003
【図２−１】
2011233585.tif 000004
【図２−２】
2011233585.tif 000005
【図２−３】
2011233585.tif 000006
【図２−４】
2011233585.tif 000007
【図２−５】
2011233585.tif 000008
【図２−６】
2011233585.tif 000009
【図２−７】
2011233585.tif 000010
【図２−８】
2011233585.tif 000011
【図２−９】
2011233585.tif 000012
【図２−１０】
2011233585.tif 000013
【図２−１１】
2011233585.tif 000014
【図２−１２】
2011233585.tif 000015
【図３】
2011233585.tif 000016
【図４−１】
2011233585.tif 000017
【図４−２】
2011233585.tif 000018
【図４−３】
2011233585.tif 000019
【図４−４】
2011233585.tif 000020
【図４−５】
2011233585.tif 000021
【図４−６】
2011233585.tif 000022
【図４−７】
2011233585.tif 000023
【図４−８】
2011233585.tif 000024
【図４−９】
2011233585.tif 000025
【図４−１０】
2011233585.tif 000026
【図４−１１】
2011233585.tif 000027
【図４−１２】
2011233585.tif 000028
【図５】
2011233585.tif 000029
【図６】
2011233585.tif 000030