(57)【要約】【課題】  光電変換層の厚さに比べて接続用の導電性薄膜が薄い場合でも、接続用開口溝内における導電性薄膜のカバレッジを改善して隣接する光電変換セル間の電気抵抗低減を図る。【解決手段】  本発明の薄膜太陽電池は、透明絶縁基板１上に複数の薄膜太陽電池素子が接続用溝２２を挟んで配列され、薄膜太陽電池素子間が接続用溝２２内で相互に直列接続される薄膜太陽電池であって、接続用溝２２内の側面に絶縁材料からなる傾斜部８を有し、傾斜部８の傾斜面上に形成された導電性膜６によって、隣接する一方の薄膜太陽電池素子の裏面側と他方の薄膜太陽電池素子の表面側とが電気的に直列接続された薄膜太陽電池である。【選択図】  図２
2011018683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明絶縁基板上に複数の薄膜太陽電池素子が接続用溝を挟んで配列され、隣接する薄膜太陽電池素子間が前記接続用溝内で相互に直列接続される薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記透明絶縁基板上に透明電極分離溝を有する透明電極と、前記透明電極上に光電変換層と、を積層する積層工程と、
隣接する前記薄膜太陽電池素子間の前記光電変換層を除去して底部に前記透明電極の接続部を露出するように接続用溝を形成する接続用溝作製工程と、
前記光電変換層の裏面側と前記接続用溝内とに絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記光電変換層の裏面側と、前記接続用溝内の底部の前記透明電極の接続部の上の前記絶縁膜を除去して、前記接続用溝内の側面に前記絶縁膜からなる傾斜部を形成する工程と、
前記光電変換層の裏面側と、前記傾斜部の傾斜面の上と、前記透明電極の接続部と、に連続する導電膜を形成する工程と、
前記薄膜太陽電池素子間の前記導電膜を分離する工程と、
を有する薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法であって、前記傾斜部を形成する工程において前記絶縁膜を異方性エッチングして前記傾斜部を形成する薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法であって、前記絶縁膜形成工程において、複数の異なる材料からなる膜を積層して前記絶縁膜を作製し、
前記傾斜部を形成する工程において、異なる材料からなる膜は異なるエッチング方法を用いてエッチングする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】
透明絶縁基板上に複数の薄膜太陽電池素子が接続用溝を挟んで配列され、薄膜太陽電池素子間が前記接続用溝内で相互に直列接続される薄膜太陽電池であって、前記接続用溝内の側面に絶縁材料からなる傾斜部を有し、前記傾斜部の傾斜面上に形成された導電性膜によって、隣接する一方の薄膜太陽電池素子の裏面側と他方の薄膜太陽電池素子の表面側とが電気的に直列接続された薄膜太陽電池。
【請求項５】
請求項４に記載の薄膜太陽電池であって、前記傾斜部の前記接続用溝内の側面からの厚みは０．１ミクロン以上で前記光電変換層の厚み以下である薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積化構造を有する薄膜太陽電池及びその製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置として、基板上に、第１導電層、光電変換層、第２導電層が順に積層された薄膜太陽電池が知られている。その光電変換層は一般に半導体であり、ｐ型層、高抵抗のｉ層、ｎ型層の３層積層ｐｉｎダイオード構造のものが用いられる。光電変換層の半導体材料としては、シリコンを主成分とするアモルファスシリコンや微結晶シリコン、シリコンとゲルマニウムの混合材料などがある。これらの膜の光電変換層は、たとえばシランガスなどシリコンを含む原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法などで形成することができる。また、半導体材料としてI-III-VI族化合物などの化合物半導体材料も用いられる。
【０００３】
第１導電層と第２導電層とは光電変換層が変換した電力（電流）を取り出す電極となる。第１導電層と第２導電層とのうち、光が入射する側の表面電極には透明性を有する導電膜材料などからなる透明電極により構成されている。また、第１導電層と第２導電層とのうち、光が入射する側と反対側にある裏面電極は光を光電変換層側に反射させる高反射率の金属材料などが用いられる。
【０００４】
屋外に設置する太陽電池では、光が入射する側に透明な絶縁材料のガラス基板を設置するスーパーストレート構造が使用される場合が多い。光電変換素子はガラス基板の裏面側に形成され、その裏面側はさらに封止シートによって覆われて湿度などの影響を受けにくくされる。
【０００５】
また、薄膜太陽電池では、基板上の光電変換層は溝などで複数の単位セルごとに分割された集積型構造が用いられる。光電変換層や電極を分割する溝はレーザービームを照射し、その熱で照射部の光電変換層や電極を除去させるレーザースクライブ法などを用いて形成される。この集積型構造では、ある単位セルの第１導電層とその隣の単位セルの第２導電層とが電気的に直列接続される構造が一般的である。隣り合う単位セルの第１導電層（透明導電層）と第２導電層（裏面電極層）との接続は、光電変換層に形成された溝を通じてなされる。
【０００６】
また、薄膜太陽電池では光の吸収波長範囲を広げることで変換効率を高めたタンデム型構造が知られている。このタンデム型は、光電変換層を光の吸収波長特性の異なる第１の半導体光電変換層と第２の半導体光電変換層との積層構造となっている。一般に、光が入射する表面側には短波長領域の光を吸収する光電変換層、裏面側には長波長領域の光を吸収する光電変換層が設置された構造となっている。光電変換層がいずれも半導体の場合は、表面側にバンドギャップの大きい半導体構成とし、裏面側はバンドギャップの小さい半導体構成が取られる。
【０００７】
特許文献１には透明絶縁基板上に積層された透明電極層、シリコン系光電変換ユニット層、および裏面電極層が複数の光電変換セルを形成するように複数の分離溝で分離され、それらのセルが直列接続された集積型薄膜太陽電池が示されている。セル間の透明電極層を分離する溝と裏面電極層を分離する溝と間に、隣接する光電変換セルを電気的に直列接続するための接続用開口溝が形成される。この溝は結晶質シリコン系光電変換ユニット層をレーザースクライブによって除去し、その底部に透明電極層が露出するように形成される。そして、この溝に金属の裏面電極層を埋めて、一方のセルの光電変換ユニット層とその隣のセルの透明電極層とを接続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２６７６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のような、集積型の薄膜太陽電池では、光電変換層を除去して形成した接続用開口溝内および光電変換層の上に導電性の薄膜を形成して隣接するセル間の電気的接続がおこなわれる。しかしながら、このような薄膜太陽電池の構造を検討したところ、光電変換層の裏面と隣接する透明電極層と隣接するセルの透明電極層との電気抵抗がしばしば大きくなる問題を見出した。セル間の電気抵抗が大きくなると光電変換効率が低下する。この問題は、光電変換層の厚みが接続用開口溝内に形成される導電性膜の厚みに比べて、十分大きい場合に起こりやすい。検討の結果、その原因の一つは接続用開口溝内における導電層のカバレッジ不足であると推定された。たとえば、接続用開口溝を透明絶縁基板からレーザービームを照射するレーザースクライブによって除去した場合、その溝側面はおおむね基板に対して垂直となるが、詳細に観察するとその側面は凹凸があり、特に側面の一部にオーバーハング状になる。特に透明電極層との境界付近の溝側面がオーバーハング状になると、その部分で導電性膜が薄くなったり途切れたりして、電気抵抗が著しく増加する。
【００１０】
そこで、本発明はこのような問題を解決し、光電変換層の厚さに比べて接続用の導電性膜が薄い場合でも、接続用開口溝内における導電性膜のカバレッジを改善して隣接する光電変換セル間の電気抵抗低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の薄膜太陽電池は、透明絶縁基板上に複数の薄膜太陽電池素子が接続用溝を挟んで配列され、薄膜太陽電池素子間が前記接続用溝内で相互に直列接続される薄膜太陽電池であって、前記接続用溝内の側面に絶縁材料からなる傾斜部を有し、前記傾斜部の傾斜面上に形成された導電性膜によって、隣接する一方の薄膜太陽電池素子の裏面側と他方の薄膜太陽電池素子の表面側とが電気的に直列接続された薄膜太陽電池とする。
【００１２】
本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、透明絶縁基板上に複数の薄膜太陽電池素子が接続用溝を挟んで配列され、隣接する薄膜太陽電池素子間が前記接続用溝内で相互に直列接続される薄膜太陽電池の製造方法であって、前記透明絶縁基板上に透明電極分離溝を有する透明電極と、前記透明電極上に光電変換層と、を積層する積層工程と、隣接する前記薄膜太陽電池素子間の前記光電変換層を除去して底部に前記透明電極の接続部を露出するように接続用溝を形成する接続用溝作製工程と、前記光電変換層の裏面側と前記接続用溝内とに絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記光電変換層の裏面側と、前記接続用溝内の底部の前記透明電極の接続部の上の前記絶縁膜を除去して、前記接続用溝内の側面に前記絶縁膜からなる傾斜部を形成する工程と、前記光電変換層の裏面側と、前記傾斜部の傾斜面の上と、前記透明電極の接続部と、に連続する導電膜を形成する工程と、前記薄膜太陽電池素子間の前記導電膜を分離する工程と、を有する薄膜太陽電池の製造方法とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の薄膜太陽電池は接続用溝の側面に絶縁材料からなる傾斜部を有し、傾斜部の傾斜面上に形成された導電性膜によって、隣接する一方の薄膜太陽電池素子の裏面側と他方の薄膜太陽電池素子の表面側とが電気的に直列接続されるので導電性膜が薄い場合でも、接続用開口溝内における導電性膜のカバレッジを改善して隣接する光電変換セル間の電気抵抗低減を図ることができる。
【００１４】
また、その製造方法として、光電変換層の裏面側と接続用溝内とに絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、光電変換層の裏面側と、接続用溝内の底部の透明電極の接続部の上の絶縁膜を除去して、接続用溝内の側面に絶縁膜からなる傾斜部を形成する工程と有するので、幅の狭い傾斜部を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１の薄膜太陽電池の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１の薄膜太陽電池の構造を示す部分断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の薄膜太陽電池の部分構造を説明する断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態３の薄膜太陽電池の部分構造を説明する断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態４の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態４の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態４の薄膜太陽電池の部分構造を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。さらに、実施の形態において同じ構成要素は同じ符号を付し、ある実施の形態において説明した構成要素については、別の実施の形態においてその詳細な説明を略すものとする。
【００１７】
＜実施の形態１．＞
図１は本実施の形態１の薄膜太陽電池の構造を示す斜視図であり、裏面側から見た図である。薄膜太陽電池１００には透明絶縁基板１の上に複数の薄膜太陽電池素子１１が配列されている。この薄膜太陽電池１００は薄膜太陽電池素子１１と反対側の透明絶縁基板１の表面側から入射した光Ｓを光電変換する太陽電池である。薄膜太陽電池素子１１は透明絶縁基板１側から順に、透明電極２、光電変換層４、裏面電極６が積層された構造を有する。本実施の形態１で用いた光電変換層４は基板側から順に、第１光電変換層４１、中間層４３、第２光電変換層４２を積層したタンデム型構造を有する。透明絶縁基板１側から入射した光Ｓは、その一部が第１光電変換層４１で光電変換されたのちに、残りが中間層４３を経て、後段の第２光電変換層４２でさらに光電変換される。中間層４３は導電性を有して、薄膜太陽電池素子１１内で第１光電変換層４１と第２光電変換層４２とは直列接続される。相互に直列接続された複数の薄膜太陽電池素子１１の両端に位置する素子の電極から発電した電力を取り出す。なお、本実施の形態１ではタンデム型構造としたが単一の光電変換層のみからなる構造としてもよい。
【００１８】
隣接する薄膜太陽電池素子１１どうしは透明電極２、光電変換層４、裏面電極６に形成した溝によって分離される。本実施の形態１の薄膜太陽電池では透明電極２を分離する透明電極分離溝２１と、裏面電極６を分離する裏面電極分離溝２３とを有する。その透明電極分離溝２１と裏面電極分離溝２３とに挟まれた間に、接続用溝２２が形成される。この接続用溝２２内で隣接する素子の一方の裏面電極６が他方の透明電極２と電気的に接続されて素子同士が直列に接続される。なお、本実施の形態１では典型的な薄膜太陽電池素子１１として細長い矩形状としたが、必ずしも矩形である必要はない。なお図では、接続用溝２２と裏面電極分離溝２３との間に幅の狭い光電変換層４が残って島状部２５ができることを示す。この島状部２５は必須ではなく、裏面電極分離溝２３が接続用溝２２に繋がって一体となってもよい。
【００１９】
図２は本実施の形態１の薄膜太陽電池の部分構造を示す断面図であり、図１のＸ１−Ｘ２の点線部の基板に垂直な方向の断面を示す。この図は隣接する薄膜太陽電池素子１１の接続部の構造を示している。一方の素子Ａの光電変換層４の裏面側と、他方の素子Ｂの基板側とは接続用溝２２内を介して直列接続される。本実施の形態１では一方の素子Ａの光電変換層４の裏面から接続用溝２２内の側面を経て、接続用溝２２底部に露出した他方の素子Ｂの透明電極２まで連続するように裏面電極６を形成される。なお、接続用溝２２内の側面を経て電気接続する構造は、必ずしも裏面電極６と透明電極２とが直接に接する必要はなく、たとえば他の導電性膜を接続用溝２２内に形成したりしてもよい。
【００２０】
この接続用溝２２内の側面には絶縁材料からなる傾斜部８が設けられ、素子間を直列接続する裏面電極６などの導電性膜は傾斜部８の上に形成される。接続用溝２２内において、光電変換層４側面から傾斜部８の表面までの傾斜部８の厚みは裏面電極６側で薄く、透明電極２に近づくほど厚くなっている。このため、傾斜部８の表面は基板に対して垂直より浅い角となる。たとえば、光電変換層４側面の基板に対する角度が、９０度や部分的に９０度以上のオーバーハング状部分を有していても、傾斜部８の表面の基板に対する角度を７０〜８０度などとできる。素子間を電気接続する導電性膜は、傾斜部８の上に形成されるので、側面部における傾斜が緩やかとなり、接続用溝２２内側面で断線が生じにくくなり、素子間を直列接続の接続不良や抵抗増加が防止できる。
【００２１】
図３〜図８は本実施の形態１の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図であり、図２と同じ部分を示す。傾斜部８を形成する以外の工程は、たとえば特開２００１−２６７６１３号公報で示された製造方法と同様としてもよい。まず、図３のように、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどを主成分とする透明導電材料からなる透明電極２を形成したガラスなどの透明絶縁基板１を用意する。透明電極２はスパッタ法やＣＶＤ法でたとえば０．３〜１ミクロンの厚みの透明導電膜を形成した後に、素子間で分離する透明電極分離溝２１がレーザースクライブ法などで形成される。図において透明電極分離溝２１は紙面に垂直方向に延びた溝を示す。透明電極２には微細な凹凸が形成されていてもよい。
【００２２】
次いで図４のように、透明電極２の上に光電変換層４を形成する。本実施の形態１では光電変換層４は、アモルファスシリコン層からなる第１光電変換層４１、透光性の導電材料からなる中間層４３、微結晶シリコン層からなる第２光電変換層４２を順に積層する。これらの半導体材料からなる第１光電変換層４１、第２光電変換層４２はシランガスなどの半導体材料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で形成することができる。それらの厚みはたとえば、アモルファスシリコン層で０．３〜０．５ミクロン、微結晶シリコン層は２〜４ミクロン等とする。これらの半導体層は、高抵抗のｉ型層を挟んで不純物を添加したｐ型、ｎ型とした層が基板側と裏面側に形成される。中間層４３は、たとえばＺｎＯやＳｉＯＸ（０＜Ｘ＜２）などの酸化物膜であり、その厚みは数〜１００ｎｍ程度とする。なお、これらの層構造や材料は上記で述べた以外にも他の種々の半導体材料、導電材料を用いることができ、それらの厚みも変更可能である。１層の半導体層からなる光電変換層４としてもよい。
【００２３】
次いで、図５のように接続用溝２２を形成する。光電変換層４に溝を形成してその底部に透明電極２を露出させる。光電変換層４がシリコンやゲルマニウムなどを含有する半導体層であれば、可視レーザーを用いたレーザースクライブ法で溝を形成することが比較的容易である。ＹＡＧパルスレーザの２倍高調波の光ビームを透明絶縁基板１の表側から照射すると、透明絶縁基板１、透明電極２を通過した光ビームは光電変換層４で吸収され、光電変換層４が高温となって蒸発するなどの現象で除去される。透明電極分離溝２１のすぐ近傍にこの溝に沿って光ビームを走査すると、光電変換層４は溝状に除去される。この場合、接続用溝２２の幅は光ビームの集光サイズに依存し、典型的な幅は３０〜１００ミクロンである。なお、接続用溝２２を形成する方法は、このようなレーザースクライブ法に限らず、マスクを用いてシリコンを反応性ガスのプラズマでエッチングするドライエッチング法を用いてもよい。マスクを形成する工程が必要となるが、レーザースクライブ法に比べてより幅の狭い接続用溝２２を形成することが可能である。
【００２４】
次いで図６のように、絶縁膜１８を形成する。薄膜電池１００の裏面全体を覆うように絶縁膜１８を成膜し、接続用溝２２の側面にも絶縁膜１８が付着するようにする。本実施の形態１では絶縁膜１８は後述のように異方性エッチングで加工するため、異方性エッチングが容易である材料が望ましい。たとえば絶縁膜１８としてテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）と酸化性ガスを用いたプラズマＣＶＤで形成される酸化シリコン膜を用いると、接続用溝２２の側面の被覆が良好で、かつ異方性エッチングが容易であるので良い。プラズマＣＶＤ法は、垂直に近い壁面においても均一に層が形成されるので、光電変換層４の上、光電変換層４の側面、接続用溝２２底部の透明電極２上に連続的に層が形成される。絶縁膜１８の厚みは、光電変換層４の厚みに対して、ある程度厚い膜であることが望ましい。たとえば光電変換層４の厚みの３０％以上、より望ましくは５０％以上とすると良く、光電変換層４の厚みと同等以上とするとさらに望ましい。また、タンデム型の薄膜電池の場合、基板側の光電変換層４の厚み以上とすると良い。なお、絶縁膜１８の材料としては、シリコンを主成分とする光電変換層の場合に、上で述べたような酸化シリコン膜が密着性などの点で優れるが、これに限らず他の材料であってもよい。また、その成膜法として、上面部と側面部に付着する膜厚がおおむね同じとなるような等方的な製膜法を用いると被覆性の点で優れ、たとえばプラズマＣＶＤやスパッタ法などのプラズマ雰囲気を用いた製膜法がよい。
【００２５】
次いで図７のように、絶縁膜１８を異方性エッチングする。異方性エッチングとは方向によってエッチング速度の異なるエッチングである。特に本実施の形態１の場合の異方性エッチングは、基板面に対して垂直方向のエッチング速度が、基板面に水平な方向のエッチング速度に比べてたとえば、数倍から１０倍以上のように充分大きい。このような異方性エッチング方法として、たとえば、平行平板型の電極対を備えた反応性イオンエッチングを用いてもよい。絶縁膜１８が酸化シリコン材料の場合、エッチングガスとしてフッ素を含有する炭化水素系ガス、たとえばＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６などを用いることができる。このような異方性エッチングによって接続用溝２２内の光電変換層４の側面には絶縁膜１８からなる傾斜部８ができる。一方、光電変換層４の上および接続用溝２２の透明電極２の接続部分の上の絶縁膜１８は除去されて、これら部分が露出する。このような傾斜部８はサイドウォールとも呼ばれ、側面からの厚みは上部から基板に近づくにつれて厚くなる。なお、上記のようなガスで絶縁膜１８全部をドライエッチングすると、シリコンを主成分とする光電変換層４の一部までエッチングされる可能性がある。そこで絶縁膜１８が少し残るように反応性イオンエッチングした後に、フッ化水素酸などのウェットエッチングで除去すると光電変換層４のエッチングを防止できる。
【００２６】
また、異方的にエッチングする方法としてウェットエッチングによる方法でも良い。たとえばフッ化アンモニウム等の酸化シリコンのエッチング液でシャワーエッチングするとエッチング液が上面側から酸化シリコンの絶縁膜１８に当たるためエッチングが上方から下方に向かって進行する。光電変換層４の上部と透明電極２の上部との絶縁膜１８が無くなった時点でエッチングを完了すると、光電変換層４の側面部分には絶縁膜１８が残留しており、その表面はエッチング液の流れに沿ってテーパーがついた形状となる。また、このようなウェットエッチングを用いると傾斜部８表面が滑らかな面となり、導電膜の被覆性がさらに良くなるので好ましい。
【００２７】
次いで図８のように、裏面電極６を形成して、一方の薄膜電池素子の光電変換層４の裏面側と、他方の薄膜電池素子の透明電極２とを電気的に接続する。裏面電極６は薄膜電池１００の裏面全体を覆うように成膜され、光電変換層４の裏面から接続用溝２２の側面と底面に連続するように付着させる。裏面電極６はＡｇやＡｌ、それらの合金材料などからなる導電性膜である。その膜の典型的な厚みは０．２〜０．５ミクロンなどである。裏面電極６は接続用溝２２の側面の傾斜部８の斜面に形成される。接続用溝２２内の側面に対する被覆性が良くなるように裏面電極６はＡｒガスプラズマを用いたスパッタ法などで形成されると望ましい。その後、素子間で裏面電極６を分離する裏面電極分離溝２３が形成される。裏面電極分離溝２３は接続用溝２２を形成した場合と同様のレーザースクライブ法で形成することができる。基板側から照射されたレーザーによって光電変換層４が蒸発すると、その上部の裏面電極６も同時に剥離して溝が形成される。以上のような工程を経て、薄膜太陽電池が形成される。
なお、上記は傾斜部８の傾斜面に付着した裏面電極６を介して光電変換層４の裏面と透明電極２とを接続したが、裏面電極６以外の接続用の導電性膜を用いて接続してもよい。たとえば、光電変換層４の上に裏面電極６を形成した後に、接続用溝２２を形成し、その後に傾斜部８を形成して、その傾斜部８の傾斜面に０．２〜０．５ミクロンの厚みの導電性膜を形成し、上で述べた裏面電極分離溝２３と同様にこの導電性膜に分離溝を形成する。この場合でも、上記と同様な薄膜太陽電池が形成される。
【００２８】
なお、裏面電極６や接続用の導電性膜を光電変換層４と同程度に厚くすると接続用溝２２内の被覆性は良好となるが、裏面電極分離溝２３によって素子間を分離することが著しく困難となり、分離不十分となった裏面電極６や導電性膜によって短絡するなどの問題が生じてしまう。
【００２９】
光電変換層４をレーザースクライブ法などで加工した側面は、凹凸が大きく、垂直やオーバーハング状の部分を有することが多い。このような側面に導電性膜を形成すると、スパッタ法などを用いても被覆されなかったり断線したりする部分が生じる。特に、光電変換層の厚みが導電性膜に比べて１桁以上大きいような構造でその影響が大きい。また、光電変換層に微結晶半導体層を含む場合にも、側面に凹凸ができやすく、その影響が大きい。導電性膜を厚くする方法も考えられるが、その場合、材料増加だけでなく、素子間で導電性膜を分離する加工が困難になり、歩留まり低下やコスト上昇になる。本実施の形態１の構造では、導電性膜の厚みが薄い場合でも接続用溝２２内の被覆が良好となり、素子間を低抵抗に接続することが可能となる。また、ウェットエッチングなどにより傾斜部８表面が滑らかな面とされると、裏面電極６の厚みが薄い場合でも断線が生じにくく望ましい。
【００３０】
また、光電変換層４の厚みに対して数１０％〜同程度の厚みの絶縁膜１８を加工して傾斜部８としたので、その厚みは、光電変換層４の厚みよりも小さくなる。このため、狭い接続用溝２２であっても、裏面電極６と透明電極２との接触面積を十分大きくできるので、低抵抗に接続することができる。接続用溝２２の側面に液状の樹脂を塗布して、傾斜面を有する絶縁部とするなどの方法も考えられるが、その場合、塗布樹脂の流動性から絶縁部の幅は光電変換層４の厚みよりはるかに広くなり、透明電極２を露出させるためには接続用溝２２の幅を充分に広くしておく必要がある。従って、本実施の形態１の構造により、素子間の良好な電気的な接続と、接続用溝２２の狭幅間による受光面積増加が両立できるので、高効率の太陽電池を実現できる。
【００３１】
さらに、タンデム型の太陽電池の場合、側面におけるリーク電流による損失を絶縁材料からなる傾斜部８で防止することができる。タンデム型の薄膜太陽電池は、光異なる電変換層の境目付近、本実施の形態１では中間層４３の近傍に、ｎ型やｐ型の低抵抗の層が露出する。これらに直接、導電性膜を形成すると、短絡してリーク電流による損失が生じる。傾斜部８がこれらの低抵抗の層の側部を覆うようにするとよい。たとえば、基板側に形成した光電変換層４１の側部電部が覆われるようにするとよい。なお、本実施の形態１によれば、傾斜部８は一旦、形成した絶縁膜８を加工して得るので、少なくとも０．１ミクロン以上のリーク電流を防止するのに充分な厚みをとすることが容易である。
【００３２】
なお、傾斜部８は光電変換層４の側面の上端部まで被覆することが最も望ましいが必須ではない。傾斜部８の上端部はたとえば、傾斜部８の上端が光電変換層４の厚みの中間などとしても、透明電極２と側部との境界部分に傾斜ができ、その部分の接続が良好となるので素子間接続性を良好とする効果が得られる。
【００３３】
＜実施の形態２．＞
図１３は本実施の形態２の薄膜太陽電池の部分構造を説明する断面図であり、実施の形態１の図２と同じ部分を示す。図９〜図１２は本実施の形態２の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。本実施の形態２の薄膜太陽電池は、基本的には実施の形態１と同様であるが傾斜部８の形成方法や材料が異なる。本実施の形態２の傾斜部８は絶縁性の樹脂材料からなっている。以下ではその形成方法を説明する。
【００３４】
実施の形態１の図５のように接続用溝２２を形成した後に、図９のように、接続用溝２２を埋めるように、液体状の樹脂材料からなる絶縁膜１８を塗布形成する。その後、樹脂材料に含まれる溶剤等をベーキング除去して固化した後、図１０のように、酸素プラズマ処理などによって、光電変換層４の上に付着した絶縁膜１８を除去して、接続用溝２２のみに残るようにする。さらに図１１のように接続用溝２２中の絶縁膜１８を接続用溝２２の側部を残して中央部分が除去するように加工する。この加工は、絶縁膜１８に裏面側からレーザービームを照射して加工することができる。そのレーザービームのサイズは接続用溝２２の幅よりわずかに狭い溝としておくとよい。さらに図１２のように接続用溝２２の側部の絶縁膜１８を加熱により変形させる。これによって、絶縁膜１８は基板側に傾斜した傾斜部８となる。さらにこの上に裏面電極６を形成して一方のセルＡの光電変換層４の裏面側と他方のセルＢの透明電極２とを電気的に接続する。最後に裏面電極分離溝２３を形成して図１３の本実施の形態２の薄膜太陽電池が完成する。
【００３５】
本実施の形態２では、塗布後に一旦固化した樹脂材料を接続用溝２の側部のみに残るように加工して、その後にその部分を変形させて傾斜部８としたので、幅の狭い傾斜部８を作製することができる。たとえば、その傾斜部８の幅は、光電変換層２２の厚みと同等としてもよい。素子間接続部Ｃの幅を狭めて受光部面積を増大することができる。
【００３６】
＜実施の形態３．＞
図１６は本実施の形態３の薄膜太陽電池の部分構造を説明する断面図であり、実施の形態１の図２と同じ部分を示す。図１４〜図１５は本実施の形態３の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。本実施の形態３の薄膜太陽電池は、基本的には実施の形態１と同様であるが、光電変換層４の上に金属酸化物からなる透明導電層３３を有する。この透明導電層３３はたとえば、ＺｎＯなどをスパッタ法で形成した層である。
【００３７】
基本的には、実施の形態１と同様な工程で製造するが、傾斜部８の異方性エッチング時に透明導電層３３をエッチングのストッパとして利用する。このため、エッチングガスや液として透明導電層３３のエッチング速度が絶縁膜１８のエッチング速度に比べて、１ケタ以上小さくなるような材料を使用する。図１４のように絶縁膜１８を形成後に、図１５のように絶縁膜１８を異方的にエッチングする際に、エッチングが透明導電層３３に達すると停止するので光電変換層４をエッチングされてしまうことを容易に防止できる。ストッパとしてＺｎＯなどの透明導電層３３を用いるので、透明導電層３３の上に直接に裏面電極６を形成でき、製造が容易である。その後、透明導電層３３の上に裏面電極６、裏面電極分離溝２３を形成することにより、図１６のような本実施の形態３の薄膜太陽電池が完成する。
【００３８】
＜実施の形態４．＞
図２０は本実施の形態４の薄膜太陽電池の部分構造を説明する断面図であり、実施の形態１の図２と同じ部分を示す。図１７〜図１９は本実施の形態４の薄膜太陽電池の製造方法を説明する断面図である。本実施の形態４の薄膜太陽電池は、基本的には実施の形態１と同様であるが、接続用溝２２内の傾斜部８は、傾斜面を有する絶縁膜１８と、光電変換層４の側面や透明電極２の上との間に薄い第２絶縁膜２８を有している。絶縁膜１８と第２絶縁膜２８とは異なる材料からなり、エッチング特性の違いを利用して、絶縁膜１８を異方性エッチングする際に第２絶縁膜２８をストッパとする。
【００３９】
たとえば、絶縁膜１８を有機樹脂材料からなる膜、第２絶縁膜２８を、たとえば酸化シリコンや窒化シリコン膜とする。有機樹脂材料からなる絶縁膜１８を酸素プラズマなどで異方性エッチングで加工して傾斜面を形成する。このとき、第２絶縁膜２８は酸素プラズマでエッチングされないので、第２絶縁膜２８が露出した時点でエッチングが停止する。その後、適当なエッチング液などを用いて第２絶縁膜２８を除去する。
【００４０】
なお、絶縁膜１８は抵抗率が光電変換層４中のｎ層やｐ層に比べて３ケタ以上等大きいなど、充分に高抵抗であれば、完全に絶縁性でなくとも実質的に絶縁性として用いることができる。絶縁膜１８としてノンドープのポリシリコン膜を用いてもよい。その場合、第２絶縁膜２８を酸化シリコンとしてハロゲン系のエッチングガスを用いて異方性ドライエッチングを行うとよい。
【００４１】
接続用溝２２を加工した後に、図１７のように、光電変換層４の裏面側の露出部分の全面を被覆するように第２絶縁膜２８を形成する。第２絶縁膜２８が酸化シリコン膜や窒化シリコン膜の場合は、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法を用いて形成することができる。第２絶縁膜２８は接続用溝２２内の光電変換層４の側面にも付着する。しかし、上で述べたように、接続用溝２２の逆テーパ部などを有している場合、これらの部分に被覆することは困難であり、必ずしも全面を完全に被覆する必要はない。この第２絶縁膜２８のうえにさらに絶縁膜１８を形成する。有機樹脂材料からなる絶縁膜１８はたとえば、減圧下における化学蒸着法を用いたポリパラキシリレン膜等で、接続用溝２２内にも良好に被覆することができる。絶縁膜１８としてポリシリコン膜を用いる場合は、シランガスを用いたプラズマＣＶＤ法で作成することができる。
【００４２】
次いで、図１８のように絶縁膜１８を異方性エッチングで加工して傾斜面を作成する。その後、図１９のように光電変換層４の裏面側の第２絶縁膜２８を除去する。酸化シリコンであればフッ化水素水系のエッチング液で容易に除去できる。
【００４３】
その後、裏面電極６、裏面電極分離溝２３を形成することにより、図２０のような本実施の形態４の薄膜太陽電池が完成する。このように本実施の形態４では、絶縁膜を複数の異なる材料からなる膜を積層して作製して、異なる材料からなる膜は異なるエッチング方法を用いてエッチングする。傾斜部８を２つのエッチング特性の異なる膜を用いて形成したので、エッチングの停止が容易となり、加工性に優れる。
【００４４】
以上のように、本発明の薄膜太陽電池は、透明絶縁基板１上に複数の薄膜太陽電池素子１１が接続用溝２２を挟んで配列され、薄膜太陽電池素子１１間が接続用溝２２内で相互に直列接続される薄膜太陽電池１００であって、接続用溝２２内の側面に絶縁材料からなる傾斜部８を有し、傾斜部８の傾斜面上に形成された導電性膜によって、隣接する一方の薄膜太陽電池素子１１の裏面側と他方の薄膜太陽電池素子１１の表面側とが電気的に直列接続される。このため、部分的に逆テーパの部分を有するような接続用溝２２であっても、薄い導電性膜で良好な電気的接続が可能となる。接続用溝２２内の側面を介したリーク電流を防止できる。また、傾斜部８の幅を光電変換層４の厚みの２倍以下や、より望ましくは等倍以下に薄くすると発電に寄与しない素子間接続部Ｃの幅を狭くできるので望ましい。
【００４５】
また、本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、透明絶縁基板１上に複数の薄膜太陽電池素子１１が接続用溝２２を挟んで配列され、隣接する薄膜太陽電池素子１１間が接続用溝２２内で相互に直列接続される薄膜太陽電池１００の製造方法であって、透明絶縁基板１上に透明電極分離溝２１を有する透明電極２と、透明電極２上に光電変換層４とを積層する積層工程と、隣接する薄膜太陽電池素子１１間の光電変換層４を除去して底部に透明電極２の接続部を露出するように接続用溝２２を形成する接続用溝作製工程と、光電変換層４の裏面側と接続用溝２２内とに絶縁膜１８を形成する絶縁膜形成工程と、光電変換層４の裏面側と、接続用溝２２内の底部の透明電極２の接続部の上の絶縁膜１８を除去して、接続用溝２２内の側面に絶縁膜１８からできる傾斜部８を形成する工程と、光電変換層４の裏面側、傾斜部８の傾斜面の上、透明電極２の接続部、に連続する導電膜を形成する工程と、薄膜太陽電池素子１１間の導電膜を分離する工程と、を有する。この方法によれば、一旦、成膜した絶縁膜１８を加工して傾斜部８を形成するので、光電変換層４の厚みの２倍以下や、より望ましくは等倍以下に薄くすることが容易に実現できる。これにより、接続用溝２２の形成時に部分的に逆テーパの部分があっても、素子間を良好に電気的接続することが可能となる。接続用溝２２内の側面を介したリーク電流を防止できる。また傾斜部８の形成方法として、等方的に絶縁膜１８を成膜した後に、異方的にエッチングを行う方法で作成することで、その作製が容易となる。また、その際に、傾斜部８をエッチング特性の異なる複数の層を用いて作製して、下側の層をエッチングのストッパとして用いると、さらに加工が容易となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、性能に優れた積層型の薄膜太陽電池を実現し、その製造を容易とするものである。
【符号の説明】
【００４７】
１  透明絶縁基板、２  透明電極、４  光電変換層、６  裏面電極、８  傾斜部、１１  薄膜太陽電池素子、１８  絶縁膜、２１  透明電極分離溝、２２  接続用溝、２３  裏面電極分離溝、２５  島状部、２８  第２絶縁膜、４１  第１光電変換層、４２  第２光電変換層、４３  中間層、１００  薄膜太陽電池。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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