(57)【要約】  金属箔基板を持つ薄膜太陽電池を生成するシステムおよび方法が提供される。半導体吸収体膜を前記金属箔基板の前部表面に亘って形成した後、前記金属箔基板の背部表面はプロセスチャンバ内で物質除去プロセスを用いて処理され、処理背部表面を形成する。１つの態様において、前記物質除去プロセスは前記プロセスチャンバ内で透明導電層を前記半導体吸収体膜に亘って堆積する間に遂行される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜太陽電池を形成する方法であって、
前部表面および背部表面を有する金属箔基板を準備すること；
半導体吸収体膜を前記金属箔基板の前記前部表面に亘って形成すること、形成工程もまた前記金属箔基板の前記前部表面上への表面膜の形成をもたらす；
プロセスチャンバ内で前記表面膜の少なくとも一部を前記背部表面から除去し、前記金属箔基板の背部表面上に処理背部表面接触領域を形成すること；および
前記プロセスチャンバ内で透明導電層を前記半導体吸収体膜に亘って堆積すること
を含む方法。
【請求項２】
除去および堆積の両方の工程は前記プロセスチャンバ内で同時に生じる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記プロセスチャンバ内で導電層を前記処理背部表面接触領域上に形成することをさらに含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの電気的リード接触を前記導電層上に取り付ける工程をさらに含む請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記取り付け工程は、前記導電層の露出表面と少なくとも１つの電気的リード接触との間に塗布される導電接着剤を用いて遂行される請求項４記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの電気的リード接触を前記金属箔基板の前記処理背部表面接触領域に取り付ける工程をさらに含む請求項２記載の方法。
【請求項７】
前記取り付け工程は、前記処理背部表面接触領域と少なくとも１つの電気的リード接触との間に塗布される導電接着剤を用いて遂行される請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記半導体吸収体膜はIBIIIAVIA族化合物膜である請求項２記載の方法。
【請求項９】
前記透明導電層は亜鉛酸化物、インジウム錫酸化物およびインジウム亜鉛酸化物を含む請求項２記載の方法。
【請求項１０】
導電層を前記処理背部表面接触領域上に形成することをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記導電層を前記処理背部表面接触領域上に形成することは前記プロセスチャンバ内で起きる請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記物質除去プロセスはドライエッチングプロセスである請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記ドライエッチングプロセスはイオンミリングおよびスパッタエッチングプロセスの少なくとも１つである請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記半導体吸収体膜はIBIIIAVIA族化合物膜である請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記IBIIIAVIA族化合物膜を形成する工程前に、接触層を前記金属箔基板の前部表面上に堆積する工程をさらに含む請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
バッファ層を前記IBIIIAVIA族化合物膜の表面上に形成することをさらに含み、
前記バッファ層は酸化物、硫化物およびセレン化物の少なくとも１つを含む；かつ
前記透明導電層は前記プロセスチャンバ内でスパッタ堆積される請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記除去工程は、イオンミリングおよびスパッタエッチングの少なくとも１つによって遂行される請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの電気的リード接触を前記金属箔の前記処理背部表面接触領域上に取り付ける工程をさらに含む請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記取り付け工程は、前記金属箔の前記処理背部表面接触領域と前記少なくとも１つの電気的リード接触の間に塗布される導電接着剤を用いて遂行される請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記金属箔基板は、50ｎｍ未満の平均粗さを持つ前部表面および200ｎｍを超える平均粗さを持つ背部表面を有する請求項１記載の方法。
【請求項２１】
前記背部表面は、500ｎｍを超える平均粗さを有する請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記背部表面は、1000ｎｍを超える平均粗さを有する請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記プロセスチャンバは、ロールツーロール処理システムのプロセスチャンバであり、前記金属箔基板は連続柔軟基板であり、前記半導体吸収体膜の前記形成工程は前記連続柔軟基板および前記半導体吸収体膜を含む連続柔軟被加工物からもたらされ、かつ
前記除去および堆積工程は前記連続柔軟被加工物が前記ロールツーロール処理システムの前記プロセスチャンバを通して進行されるに伴って起こる請求項１記載の方法。
【請求項２４】
前記半導体吸収体膜は、IBIIIAVIA族化合物膜である請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記除去工程は、ドライエッチングプロセスを含み、かつ前記堆積工程はスパッタ堆積によって遂行される請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記ドライエッチングプロセスはイオンミリングおよびスパッタエッチングの少なくとも１つである請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記透明導電層を堆積する工程前に、バッファ層をIBIIIAVIA族化合物膜の表面上に堆積する工程をさらに含み、前記透明導電層は透明導電酸化物を含み、かつ前記バッファ層は酸化物、硫化物およびセレン化物の少なくとも１つを含む請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
導電層を前記処理背部表面接触領域上に形成することをさらに含む請求項２３記載の方法。
【請求項２９】
前記透明導電層を堆積する工程の前に、バッファ層を前記IBIIIAVIA族化合物膜の表面上に堆積する工程をさらに含み、前記透明導電層は透明導電酸化物を含み、かつ前記バッファ層は酸化物、硫化物およびセレン化物の少なくとも１つを含む請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
薄膜太陽電池を製造する方法であって、
前部表面および背部表面を有する金属箔基板を準備すること；
犠牲層を前記金属箔基板の前記背部表面上に形成すること、前記犠牲層がVIA族物質と本質的に非反応である；
IBIIIAVIA族吸収体膜を前記金属箔基板の前部表面に亘って成長すること；
プロセスチャンバ内で前記犠牲層を前記背部表面から除去し、処理背部表面接触領域を形成すること；および
前記プロセスチャンバ内で透明導電層を前IBIIIAVIA族吸収体膜に亘って堆積すること
を含む方法。
【請求項３１】
前記除去および前記堆積の両方の工程は、前記プロセスチャンバ内で同時に起きる請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記プロセスチャンバ内で導電層を前記処理背部表面接触領域上に形成することをさらに含む請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも１つの電気的リード接触を前記導電層上に取り付けることをさらに含む請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記取り付け工程は、前記導電層の前記露出表面と前記少なくとも１つの電気的リード接触との間に塗布される導電接着剤を用いて遂行される請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
前記透明導電層は、亜鉛酸化物、インジウム錫酸化物およびインジウム亜鉛酸化物の１つを含む請求項３１記載の方法。
【請求項３６】
少なくとも１つの電気的リード接触を前記金属箔の前記処理背部表面接触領域上に取り付ける工程をさらに含む請求項３１記載の方法。
【請求項３７】
導電層を前記処理背部表面接触領域上に形成することをさらに含む請求項３０記載の方法。
【請求項３８】
前記導電層を前記処理背部表面接触領域上に形成することは前記プロセスチャンバ内で起きる請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
前記除去工程は、ドライエッチングプロセスを用いて遂行され、かつ前記堆積工程はスパッタ堆積によって遂行される請求項３０記載の方法。
【請求項４０】
前記ドライエッチングプロセスはイオンミリングおよびスパッタエッチングプロセスの少なくとも１つである請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
前記透明導電層は亜鉛酸化物、インジウム錫酸化物およびインジウム亜鉛酸化物の１つを含む請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
前記IBIIIAVIA族化合物膜を形成する工程前に、接触層を前記金属箔基板の前部表面上に堆積する工程をさらに含む請求項３０記載の方法。
【請求項４３】
バッファ層を前記IBIIIAVIA族化合物膜の表面に堆積する工程をさらに含み、前記バッファ層は酸化物、硫化物およびセレン化物の少なくとも１つを含み；かつ
前記透明導電層は前記プロセスチャンバ内でスパッタ堆積され、前記除去工程はドライエッチングプロセスを用いて遂行される請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
少なくとも１つの電気的リード接触を前記金属箔の前記処理背部表面接触領域上に取り付ける工程をさらに含む請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
前記取り付け工程は、前記金属箔の前記処理背部表面接触領域と前記少なくとも１つの電気的リード接触との間に塗布される導電接着剤を用いて遂行される請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
前記犠牲層はシリコン酸化物、アルミニウム酸化物、シリコン窒化物、モリブデン窒化物、チタン窒化物およびタングステン窒化物の１つを含む請求項３０記載の方法。
【請求項４７】
前記金属箔基板は50ｎｍ未満の平均粗さを持つ前部表面および200ｎｍを超える平均粗さを持つ背部表面を有する請求項３０記載の方法。
【請求項４８】
前記背部表面は500ｎｍを超える平均粗さ有する請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
前記背部表面は1000ｎｍを超える平均粗さ有する請求項４７記載の方法。
【請求項５０】
太陽電池を製造するための透明導電層を堆積するシステムであって、
連続柔軟被加工物を前記システムに供給するための移動機構で、前記連続柔軟被加工物は連続導電基板を含み、それは前記連続導電基板の前部表面に亘って配置されるIBIIIAVIA族化合物吸収体層を有する；
プロセスチャンバ内に位置され、透明導電層を少なくとも１つの物質堆積デバイスを用いて前記IBIIIAVIA族化合物吸収体層上に形成する透明導電膜堆積副システム；および
前記プロセスチャンバ内に位置され、表面膜を前記連続導電基板の背部表面から除去するために物質除去プロセスを適用し、かつ前記透明導電層が前記IBIIIAVIA族化合物吸収体層上に形成されるに伴って処理背部表面接触領域を得る、少なくとも１つの物質除去デバイスを備える処理副システム
を含むシステム。
【請求項５１】
前記処理副システムは導電層を前記処理背部表面に堆積するための少なくとも１つの堆積デバイスをさらに備える請求項５０記載のシステム。
【請求項５２】
前記連続柔軟被加工物を供給ロールから前記プロセスチャンバに供給するための供給ロールを持つローディングステーションをさらに含む請求項５０記載のシステム。
【請求項５３】
前記被加工物が前記プロセスチャンバを出た後に、前記連続柔軟被加工物を受け、巻き取るために受けロールを持つアンローディングステーションをさらに含む請求項５２記載のシステム。
【請求項５４】
前記少なくとも１つの物質除去デバイスはドライエッチングデバイスを含む請求項５０記載のシステム。
【請求項５５】
前記ドライエッチングデバイスはイオンミリングおよびスパッタエッチングデバイスの１つである請求項５４記載のシステム。
【請求項５６】
前記少なくとも１つの物質堆積デバイスはスパッタデバイスを含む請求項５５記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
この出願は、部分継続出願で、２００８年６月２７日に出願されたU.S.出願番号12/163,162の優先権を請求し、それは２００８年４月２８日に出願されたU.S.出願番号12/111,161の部分継続出願で、かつこの出願はまた部分継続出願で、２００８年５月１９日に出願されたU.S.出願番号12/123,424の優先権を請求し、上に提示される全ての出願はここに参照によって明白に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、薄膜太陽電池製造に一般的に関し、特にIBIIIAVIA族薄膜半導体に基づく太陽電池製造用技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池は、日光を電力に直接変換する光起電性デバイスである。最も一般的な太陽電池物質は、シリコンであり、それは単結晶または多結晶ウェハの形である。しかしながら、シリコンベース太陽電池を用いて発生される電力コストは伝統的方法によって発生される電力コストより高くなる。それゆえ、１９７０年初頭以来、地球的使用に対する太陽電池コストを低減するための努力をなしている。太陽電池コストを低減する１つの手法は太陽電池高級吸収体物質を広い面積の基板上に堆積することができる低コスト薄膜成長技術を開発し、かつ高スループット、低コスト方法を用いてこれらのデバイスを製造することである。
【０００４】
IB (Cu, Ag, Au)族、IIIA (B, Al, Ga, In, Tl)族およびVIA (O, S, Se, Te, Po)族物質の幾つかまたは周期律表の元素を含むIBIIIAVIA族化合物半導体は、薄膜太陽電池構造のための優れた吸収体物質である。特に、CIGS(S)またはCu(In,Ga)(S,Se)2 またはCuIn1-xGax (SySe1-y)k ,ここで0≦x≦1, 0≦y≦1およびkは約2である,と一般的に呼ばれるCu, In, Ga, SeおよびSの化合物は、20％に近づく変換効率をもたらす太陽電池構造に使用されている。化学式の記号“Cu(X,Y)”は(X=0％およびY=100％)から(X=100％およびY=0％)の全ての化学化合物を意味する。例えば、Cu(In,Ga)はCuInからCuGaの全ての化合物を意味する。同様に、Cu(In,Ga)(S,Se)2は0から1に変化するGa/(Ga+In)モル比,および0から 1に変化するSe/(Se+S)モル比を持つ化合物の全ての一群を意味する。
【０００５】
Cu(In,Ga,Al)(S,Se,Te)2薄膜太陽電池のような従来のIBIIIAVIA族 化合物光起電性電池の構造を図１に示す。光起電性電池10はガラスシート、金属シート、絶縁箔もしくは織物、または導電箔もしくは織物のような基板上に作られる。吸収体膜12、Cu(In,Ga,Al)(S,Se,Te)2の一群の物質を含む、は接触層13の全体に亘って成長され、接触層は前記基板上に既に堆積され、かつデバイスの吸収体膜12に電気的接触として働く。基板11および接触層13は吸収体膜12が形成される上にベース20を形成する。Mo, Ta, W, Tiおよびそれらの窒化物を含む種々の接触層は図１の太陽電池構造に使用されている。基板それ自身が導電物質から適切に選択されるならば、基板11がデバイスにオーミック接触として用いることができるので、接触層13を用いなくすることが可能である。吸収体膜12が成長された後、CdS, ZnO, CdS/ZnOまたはCdS/ZnO/ITO積層のような透明層14または窓層が吸収体膜12上に形成される。放射線15は透明層14を通してデバイスに入れる。バスバーを含む金属グリッドパターンまたはフィンガーパターン（図示せず）は透明層14に亘って堆積され、デバイスの直列抵抗を効果的に低減する。吸収体膜12の好ましい電気型はｐ型であり、かつ透明層14の好ましい電気型はｎ型である。しかしながら、ｎ型吸収体およびｐ型窓層もまた利用できる。図１の好ましいデバイス構造は“基板型”と呼ばれる。“枝型”構造は透明導電層をガラスまたは透明高分子箔のような透明枝に堆積することによって構成でき、かつそれからCu(In,Ga,Al)(S,Se,Te)2吸収体膜を堆積し、最後に導電層によってオーミック接触をデバイスに形成する。この枝構造において、光は透明枝側からデバイスに入る。
【０００６】
もし、図１に示されるCIGS(S)型電池の基板11が金属箔であるならば、正電圧は照明下で透明層14に対して基板11上に発現する。換言すれば、基板11に取り付けることができる電気ワイヤ（図示せず）は太陽電池10の(+)端子を構成し、透明層14（または透明層14に堆積し得る金属グリッドパターンのバスバー）に接続できるリード（図示せず）は太陽電池の(-)端子を構成するであろう。
【０００７】
製造後に、個々の太陽電池はそれらを電気的に相互接続（通常直列で）すること、すなわち１つの電池の(+)端子を隣接電池の(-)端子に接続すること、によって太陽電池列および回路を典型的に組み立てる。太陽電池回路はそれから保護パッケージに積層され、光起電性モジュールを形成する。
【０００８】
図１のデバイス構造において、基板11が導電金属箔であるならば、電池の直列相互接続は背部または１つの個々の電池の未照明側での基板11を前部または隣接電池の照明される側でのグリッドパターンのバスバー（図示せず）に接続することによってなされ得る。一般産業実務は導電ワイヤ、好ましくは第１電池列、それから回路、それからモジュールを形成するために複数の太陽電池を相互接続する平坦導体のストリップまたはリボンの形で用いられる。そのようなリボンは典型的に銅で作られ、錫および／または銀で被覆される。標準結晶Ｓｉ基技術にとって、両方の電池の上部グリッドパターンおよび電池の底部接触は銀のような容易にはんだ付けが可能な金属物質を含むので、リボンは適切なはんだ物質の手段によってモジュール中の電池の前部および背部側に取り付けられる。200℃を超える、典型的に300℃を超える、処理温度を持つ高温はんだは回路を形成するために“母線”と呼ばれる処理によって相互接続され得る“列”を形成するためにSi電池の相互接続に用いることができる。回路は保護パッケージに積層され、モジュールを形成する。
【０００９】
Si太陽電池と異なり、図１の薄膜IBIIIAVIA族化合物太陽電池は柔軟なステンレス鋼ウェブまたはアルミニウム合金箔のような金属箔基板上に製造し得る。この型の太陽電池に対する処理温度が約250℃未満、好ましくは200℃未満に制限されるので、これらの物質は容易にはんだ付けし得ない。それゆえ、導電接着剤はそれらの相互接続の間ずうっとCuリボンをグリッドパターンのバスバーおよびそのような太陽電池の金属基板の背部接触または背部表面を取り付けるために通常使用される。そのような技術は製品での使用であるが、金属箔基板の背部表面に導電接着剤によって取り付けられる電気接触の接触抵抗は低減されることを必要とする。金属箔基板の背部表面への接触接着もまた改良を必要とする。
【００１０】
典型的な太陽電池または回路製造プロセスにおいて、太陽電池はCuリボン以外を最初に完全に処理される。換言すれば、電池は導電底部または背部接触と、バスバーを持つグリッドパターンまたはフィンガーパターンを含む上部接触と、背部側のフィンガーとを備える。電池は標準照明下で測定され、かつそれらの効率または短絡電流値に従って分離されるかまたは結合される。このプロセスはしばしば“電池選別”と称される。電池選別は標準Si太陽電池に対して十分に取り組む、なぜならば標準Si太陽電池の両方の下部接触と上部グリッドパターンはスクリーン印刷銀のような高導電物質を含む。それゆえ、良好な物理的接触が金属プラットホームと電池の背部側の間で達成されるように電池は金属プラットホーム上に、好ましくは真空吸引で、置かれる場合、低抵抗オーミック接触が金属プラットホームと電池の背部側の間で得られる。上部グリッドパターンのバスバーは、それから仮の、スプリング荷重接触点、によって接触され、かつ電池の前部表面が照明される。照明電流−電圧特性は仮の接触ピンとデバイスの背部側に接触する金属プラットホームの間で測定される。電池の背部表面と金属プラットホームの間の電気的接触は良好であるので、測定されたI-V特性はこの電気的接触によって多大に影響を蒙ることがない。電池選別後に、各容器中のデバイス、異なるI-V特性を表わす、は繋ぎ合わされる。電池に整合するこの手段は電池配列の効率を最小にするために相互接続される。電池列は回路を形成するために相互接続され、かつ回路は保護パッケージに封入し、モジュールを形成する。電池ストリンギングの間に、第１電池の背部表面上の背部接触はCuリボンを第１電池の背部接触および第２電池のバスバーにはんだ付けすることによって（または導電接着によって）前部接触または第２電池に電気的に接続される。種々の自動製造具をすでに結合または選別した電池を一続きにするために利用され、電池列を形成する。太陽電池のI-V特性を測定する能力、すなわち電池列または結合または選別、を適切にできるので、先にCuリボンをその背部表面に取り付けることがこの処理流れにとって重要である。この可能性なしで、高スループットストリンギング道具は十分な整合列および有効効率を持つモジュールを形成するために用いることができない。もし、選別電池よりむしろ不整合電池が相互接続され、列を形成するならば、列の効率は列で最も低い実行できるデバイスによって支配されることを気付くべきである。
【００１１】
金属箔基板上に製造されるCIGS薄膜太陽電池は電池選別に対する挑戦を提起する。金属箔基板に基づくCIGS薄膜太陽電池は前部表面および背部表面を持つ金属箔を用いて製造される場合、吸収体層はまず金属箔基板の前部表面に亘って形成され、CdS/ZnO積層またはCdS/ZnO/ITO積層のような窓層がそれから吸収体層上に堆積され、それからバスバーを持つフィンガーパターンが窓層上部に形成される。その後、製造電池は測定され、かつ容器に入れられる。しかしながら、そのような太陽電池の製造に用いられるステンレス鋼箔およびアルミニウム合金基ウェブのような金属箔はそれら背部表面上で乏しい導電、高抵抗表面膜を生じ、それらは空気および電池の製造の間に使用される種々の処理環境に曝される。金属箔はまたそのような処理の間に100-600℃の範囲の高温を経験する。その結果、完成CIGS電池はそのI-V特性（Cuリボンをその背部表面に取り付ける前に）を測定するために金属プラットホームに置かれたとき、金属プラットホームとデバイスの背部表面（箔基板の背部表面である）の間の電気接触は乏しい。したがった、測定I-V特性、特にデバイスの充填要因はこの電気接触の抵抗によって消極的に影響される。電池の背部表面と金属プラットホームの間の接触抵抗は金属基板の背部側の乏しい導電表面膜の抵抗および厚さに依存するので、接触抵抗は電池間で変化し、かつ一定でない。その結果、金属箔ベースCIGS太陽電池の容器入れまたは選別は信頼性がない。それゆえ、そのような容器入れ電池を用いて作られる列は高変換効率をもたらさず、それらはもし電池が確実に容器に入れられるならば提供される。
【００１２】
それゆえ、金属箔ベース薄膜太陽電池に対して電池選別を可能にするであろう取り組み方をもたらすために必要である。接触抵抗を低減し、かつ金属箔基板の背部側に取り付けられるCuリボンのような接触リードの接着を増強するために必要である。そのような改良はデバイス効率、製造性およびこれらモジュールも長期間の信頼性を増強することを期待する。
【発明の概要】
【００１３】
金属箔基板を持つ薄膜太陽電池の形成システムおよび方法を述べる。
【００１４】
１つの側面において、半導体吸収体膜を金属箔基板の前部表面に亘って形成した後、金属箔基板の背部表面は物質除去プロセスを用いて処理され、プロセスチャンバで処理背部表面を形成する。
【００１５】
別の側面において、物質除去プロセスは透明導電層をプロセスチャンバで堆積する間に遂行される。
【００１６】
特別な側面において、方法は前部表面および背部表面を有する金属箔基板を準備すること；半導体吸収体膜を金属箔基板の前部表面に亘って形成すること、形成工程は金属箔基板の背部表面上の表面膜の形成部をもたらす；プロセスチャンバで表面膜の少なくとも一部を背部表面から取り除き、金属箔基板の背部表面上に処理背部表面接触領域を形成すること；およびプロセスチャンバで透明導電層を半導体吸収体膜に亘って堆積することを含むことを提供する。
【００１７】
別の特別な側面において、方法は前部表面および背部表面を有する金属箔基板を準備すること；金属箔基板の背部表面上に犠牲層を形成し、犠牲層はVIA族金属と本質的に非反応である；IBIIIAVIA族吸収体膜を金属箔基板の前部表面に成長すること；プロセスチャンバ内で犠牲層を背部表面から取り除き、処理背部表面接触領域を形成すること；およびプロセスチャンバ内で透明導電層をIBIIIAVIA族吸収体膜に亘って堆積することを含むことを提供する。
【００１８】
別の特別な側面において、連続柔軟被加工物をシステムに供給するための移動機構、前記連続柔軟被加工物は連続導電基板の前部表面に亘って配置されるIBIIIAVIA族化合物吸収体層を有する連続導電基板を含む；プロセスチャンバ内に位置され、透明導電層を少なくとも１つの堆積デバイスを用いてIBIIIAVIA族化合物吸収体層上に形成する透明導電層堆積副システム；および前記プロセスチャンバ内に位置され、表面膜を前記連続導電基板の背部表面から除去するために物質除去プロセスを適用し、かつ前記透明導電層が前記IBIIIAVIA族化合物吸収体層上に形成されるに伴って処理背部表面接触領域を得る、少なくとも１つの物質除去デバイスを備える処理副システム、を含むシステムを提供する。
【００１９】
本発明のこれらおよび他の側面および有益さをここで述べる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の太陽電池の側面概略図である。
【図２Ａ】図２Ｂの線2A-2Aに沿う２つの太陽電池の側面概略断面図、ここで太陽電池は本発明の実施形態のプロセスを用いて相互接続している、である。
【図２Ｂ】図２Ａに示される太陽電池の上部概略図である。
【図３】本発明の態様に係る装置の概略図である。
【図４Ａ】図３の装置で処理されるべき柔軟被加工物の概略断面図である。
【図４Ｂ】本発明の態様に従って形成される太陽電池構造の概略断面図である。
【図４Ｃ】本発明の別の態様に従って形成される太陽電池構造の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、電池を分類する、容器に入れるまたは選別する前、および太陽電池を相互接続して列、回路およびモジュールを形成するために金属基板の背部表面に接触リードを適用する前に、金属基板を有する太陽電池の背部表面への処理に適用するための方法および装置を提供する。本発明は、好ましくは柔軟金属箔基板上に形成される薄膜CIGS太陽電池に対する相互接続プロセスまたはストリンギング（stringing）プロセスを用いることを述べるであろう。処理方法は、ワイヤまたはリボンを取り付けることによって電気接触をそのような表面に達成する前に、太陽電池の背部表面、すなわち金属箔基板背部表面の少なくとも一部に適当される。１つの態様において、処理プロセスはドライエッチングプロセスを含む。ドライエッチングは物質を基板背部表面から取り除くためのいずれの液体薬品またはエッチャントを利用せず、プロセスで揮発性副生成物のみを生じるエッチングプロセスを指すことに気が付くべきであろう。ドライエッチングは次に述べる幾つか：１）化学的反応ガスまたはプラズマを用い、物質を消費する化学反応を通して、２）物質の物理的除去、通常運動量輸送による、または３）物理的除去および化学反応の組合せ、によって達成される。プラズマエッチングは純粋化学ドライエッチング技術の例である。他方、エッチングすべき表面が陰極で作られ、ガスイオンおよびイオンビームミリングによって衝撃される、物理スパッタエッチングは純粋化学ドライエッチング技術の例である。最後に、反応性イオンエッチングは両方の物理的および化学的プロセスを使用するドライエッチングの例である。本発明の好ましい態様において、ドライエッチングプロセスは物理的ドライエッチングプロセスである。
【００２２】
別の態様において、ドライエッチングプロセスは透明導電層がCIGS 吸収体層に亘って堆積されるときに遂行される。それゆえ、金属基板の背部表面のドライエッチングのみならず透明導電層の堆積も同じ処理道具で遂行される。１つの態様において、両方のドライエッチングと透明導電層堆積プロセスは長いウェブの形態であるデバイス構造でのロールツーロール手法で遂行される。ドライエッチングプロセスは不必要な高抵抗性物質の少なくとも一部を基板背部表面から取り除く。背景欄に述べられているように、そのような不必要な物質膜は太陽電池を形成するために用いられる種々の処理工程の間、または空気への構造の露出の間、に背部表面に形成し得る。そのような処理工程は限定されないが、セレン化およびバッファ層（CdSのような）堆積等を含む。高抵抗性不必要物質の除去は電池選別システムの金属プラットホームによって好都合に接触できる柔軟箔基板の新鮮な背部表面を提供する。それゆえ、電池選別は本発明によって可能である。さらに、処理工程でも結果としてたらされる金属箔基板の新鮮な背部表面は、リードがストリンギング（stringing）間にそれに取り付けるときに、満足する接着で低抵抗オーミック接触をなすために良好な表面を提供する。
【００２３】
択一的な態様において、導電層は処理プロセス後に金属基板の背部表面に亘って堆積される。この導電層は電池選別システムの金属プラットホームによって好都合に接触できる導電新鮮表面を提供する。それゆえ、電池選別は本発明によって可能である。さらに、導電層の新鮮な表面は、リードがストリンギング間にそれに取り付けるときに、満足する接着で低抵抗オーミック接触をなすために良好な表面を提供する。
【００２４】
別の態様において、犠牲表面保護層は太陽電池吸収体が金属箔基板の前部表面に亘って形成される前に、最初に金属箔基板の背部表面に堆積され、それからこの犠牲表面保護層はワイヤまたはリボンを取り付けることによって電気接触を金属基板の背部表面に達成する前に、電池処理リサイクルの終わりで取り除かれる。犠牲表面保護層を取り除くための好ましい方法はイオンミリングまたはエッチングのようなドライエッチングプロセスである。１つの好ましい態様において、犠牲表面保護層の除去は透明導電層がCIGS 吸収体層に亘って堆積されるときに遂行される。それゆえ、犠牲表面保護層のドライエッチングのみならず透明導電層堆積は同じ処理道具で遂行される。択一的な態様において、導電層は犠牲表面保護層の除去工程後に金属基板の背部表面に亘って堆積される。この導電層は、リードがデバイスの背部表面に取り付けられたときに良好なオーミック接触を保証する。
【００２５】
図２Ａ，２Ｂは、導電リード102によって相互接続されるか、または本発明の方法を用いて相互接続される第１太陽電池100Aおよび第２太陽電池100Bのような典型的な太陽電池100を示す。プロセスは、本発明の相互接続またはストリンギングプロセスを用いることによって、２つの太陽電池を用いることを例示するが、複数の太陽電池は列および回路を形成するために相互接続されてもよい。導電リードは金属ストリップ、好ましくは銅で作られた導電リボンまたは幾つかの他の導体、であってもよい。各太陽電池100は背部表面105を有する底部部分104と前部表面107を有する前部部分106を備える。底部部分104は基板108および基板上に形成される接触層110を含む。この態様にとって、好ましい基板物質はステンレス鋼、アルミニウム（Al）等のような金属物質であってもよい。模範的な接触層物質はモリブデン(Mo)であってもよい。前部部分106は接触層110上に形成されるCIGS 吸収体層のような吸収体層112および吸収体層上に形成されるバッファ層/TCO積層物、ここでTCOは透明導電酸化物を表わす、のような透明層114を備える。透明層114は高抵抗層（透明硫化物バッファ層のような）積層物であってもよいことを気付くべきである。しかしながら、透明層114の全体的な導電性はその積層物の高導電性層（TCOのような）によって支配されるであろう。その点で、透明層114は時々導電透明層と呼ばれるが、しかしその構造内で非導電または乏しい導電層であるかもしれない。模範的なバッファ層は(Cd,Zn)S層であってもよい。模範的なTCO層はZnO層、インジウム錫酸化物(ITO)層または両方のZnOおよびITOを含む積層物であってもよい。
【００２６】
導電リードまたはリボン102は太陽電池100Aの背部側105に形成される接触領域120を太陽電池100Bの端子115に電気的に接触する。もちろん、別の接触領域もまた多数の太陽電池ストリンギングスキームで、太陽電池100Bを次の太陽電池（図示せず）およびその他に接続するために太陽電池100Bの背部側に形成されてもよい。接触領域120は基板108の背部表面の少なくとも一部を処理することによって太陽電池100Aの背部表面上に形成される。処理プロセスはドライエッチングプロセス、好ましくは導電層堆積工程に任意に後に続くイオンミリングプロセスである。好ましい態様において、処理プロセスは透明層の堆積のために用いられる同じ道具で遂行される。処理プロセスは、酸化物、セレン化物、硫化物および他のもののような不必要な材料層の少なくとも一部を背部表面105から取り除き、かつ新鮮な基板物質自身を露出し、それによって高抵抗化学種が本質的にない接触領域を形成する。この新鮮露出基板背部表面部分は導電リードに対して基板上で安定した結合位置を提供する。この点で、接触領域120は図２Ａ，２Ｂに示すように太陽電池100Bに近い太陽電池100Aの背部表面上に位置に制限されることができる。択一的に、接触領域は背部表面を横切って延びるストリップとして形成され、かつバスバーの突起に合わせられる。好ましくは、接触領域は電池選別の間に電池の全体背部表面が電池選別システムまたは道具の金属プラットホームに良好な電気接触をなすように全部の背部表面を覆うために形成することができる。
【００２７】
ストリンギング（stringing）プロセスの間に、導電リード102の第１端102Aは接触位置120に取り付けられる。導電リードを接触領域に取り付ける前に、結合物質は接触領域の少なくとも1つおよび第１端102の表面に塗布されてもよい。同様に、導電リード102の第２端102Bは結合物質を用いて太陽電池100Bのバスバー116上の位置に取り付けられる。結合物質はAg充填接着剤、はんだ物質等のような導電接着剤であってもよい。結合物質の性質に依存して、熱および圧力の適用、のような適切な処理工程もまた導電リードの端を電池に結合するために遂行される。
【００２８】
図３は、薄膜CIGS太陽電池構造を形成するためにZnOおよび／またはITOのような透明導電層を堆積し、かつ同時に処理太陽電池構造303を形成するために連続柔軟被加工物302で本発明の方法を行うロールツーロールシステム300を示す。連続柔軟被加工物302は図４Ａに例示され、かつ処理太陽電池の２つのバージョンはそれぞれ太陽電池構造303A,303Bとして図４Ｂ、図４Ｃに例示される。図４Ａを参照することで、連続被加工物302は背部表面および前部表面400Aを有する金属箔基板400を備える。接触層402は前部表面上に形成される。IBIIIAVIA族化合物層のような太陽電池吸収体403は接触層402に亘って形成され、かつ任意のバッファ層404は太陽電池吸収体403に形成される。前述のようにバッファ層404はCd-硫化物またはIn-硫化物等のような硫化物層であってもよい。連続被加工物302は上部露出表面405および底部露出表面406を有する。最初議論したように、取り除くべきことが必要である金属基板400の背部表面に表面膜401がある。
【００２９】
図３のロールツーロールシステム300はローディング区画室350、プロセス区画室360およびアンローディング区画室370を有する。連続柔軟被加工物302は供給ロール310の働きでローディング区画室350にローディングされ、プロセス区画室360に延び、処理太陽電池はアンロード区画室70で受けロール311にて巻取られる。処理の間に、柔軟被加工物302の連続区分はロールツーロール手法でローディング区画室350からプロセス区画室360に、そしてアンローディング区画室370に移動され、同時に本発明の方法がプロセス区画室360で柔軟被加工物302に適用される。
【００３０】
プロセス区画室360において、処理デバイス363A, 363Bを含む処理副システム363、および回転ドラム361の円周に沿って置くことができるデバイス362A-362Dを含む堆積副システム360であってもよい。各副システム363または360は１つまたはそれ以上のデバイスを含んでもよい。回転ドラム構成の代わりに、直線またはインライン道具設計がこの発明を実行するために用いることができることを分かるべきである。処理デバイス363A, 363Bはそれらが処理を柔軟被加工物302の底部露出表面406に適用できるように構成される。堆積デバイス362はそれらが物質を柔軟被加工物302の上部露出表面405に亘って堆積できるように構成される。図４Ａの柔軟被加工物に使用する模範的プロセスにおいて、柔軟被加工物の区分が処理デバイス363Aの前部に移動するので、物質除去プロセスが底部露出表面406に適用される。物質除去プロセスはプラズマエッチング（RFまたはDC）およびイオンミリングプロセスのようなドライエッチングを好ましくは含んでもよく、それらは図４Ｂに示すように表面膜401を新鮮表面407に残った金属基板の背部表面から取り除く。柔軟被加工物の洗浄区画はそれから移動し、かつ少なくとも１つの透明導電物質（亜鉛酸化物、インジウム錫酸化物およびインジウム亜鉛酸化物のような）を上部露出表面に堆積する堆積デバイス362の前部を通過し、透明導電層411を形成する。その結果、初期柔軟被加工物の区分は最終堆積デバイス362の近さに放置すると、それは図４Ｂに示される太陽電池構造303Aを有する。太陽電池構造303Aは正常な処理底部表面407およびバッファ層404上に堆積された透明導電層411を有する。追加処理デバイス363Bもまた用いることができ、かつドライエッチングのような物質除去プロセスはこの追加デバイスを用いる背部表面に適用することができ、より良好な洗浄を達成することを気付くべきである。この構造は別の道具でさらに処理することができ、フィンガーパターンまたは端子構造を透明導電層411の上部表面410上に堆積する。透明導電層411に対する堆積プロセスは、好ましくはRFスパッタ、DCスパッタ、RF-DCスパッタ、DCパルススパッタ、反応性スパッタ等のようなスパッタプロセスである。透明導電層は、アンドープZnO/ドープZnO積層物、 アンドープZnO/ITO積層物、またはアンドープZnO/インジウム亜鉛酸化物積層物等を含む。
【００３１】
端子構造314の堆積後の完成太陽電池構造500の上面図を示す図５の参照において、端子構造314は透明導電層411の上部表面410に好ましくはスクリーン印刷法を用いて形成される。端子構造314はバスバーライン316および魚の骨デザインで構成される導電フィンガー318を含む。破線は本発明の方法後の連続被加工物から切り出されるそれぞれ個々の電池の位置を示す。前記議論から分かるように完成太陽電池構造500は個々の太陽電池に切るために用意され、それから個々の太陽電池を相互接続し、回路およびモジュールを形成する。洗浄処理底部表面407は低抵抗を有し、かつ銅リボンのような導電リードは金属基板に十分に接着する低抵抗接触を形成する清浄表面に容易に取り付けられる。
【００３２】
金属基板400の背部表面上の表面膜401は酸化物、硫化物、セレン化物等であってもよい。膜は全体に亘る製造手法の先の処理工程からもたらすことができる。これらの工程は、接触層402、太陽電池吸収体層403およびバッファ層404を形成するための処理工程を含む。さらに、ステンレス鋼およびアルミニウム基箔のような金属箔の露出は例えばクロム酸化物およびアルミニウム酸化物を含む不動態化酸化物表面を生じることが知られている。択一的に、表面膜401は上に引用した先の処理工程の間に金属基板を保護するために故意に形成される犠牲膜であってもよい。それゆえ、それはVIA族物質との反応を阻止し、その結果、高温でSeおよびSのようなVIA族を含む処理雰囲気でのIBIIIAVIA族化合物吸収体の形成の間に金属基板400を保護する、例えば酸化物、窒化物、炭化物等を含んでもよい。幾つかの場合において、表面膜401に存在し得るこれら物質の全ては表面に高抵抗を導入し、本発明に関して上に説明したように除去すべきことを必要とする。
【００３３】
択一的態様において、処理デバイス363Aおよび363Bは両方の除去プロセスおよび金属箔基板の背部側への堆積プロセスに適用するために使用される。例えば、もし処理デバイス363Aが除去プロセスに適用し、かつ処理デバイス363Bが背部側への堆積プロセスに適用するならば、図４Ｃに示される太陽電池構造303Bを得ることができる。この場合、清浄な処理底部表面407は清浄および新鮮な表面409に供する高導電性層408によって被覆される。高導電性層は金属基板400に低オーミックコンタクトを供することができる幾つかの適切な膜であってもよい。この層に対する物質の選択は、太陽電池を形成することに使用される反応環境を持つ全ての高温工程がすでに完成されているとの理由で、制限されない。それゆえ、例えば Ni, Cu, Ag, Al, Zn, Mo, Cr, W, Ta, 金属合金,はんだ物質等の薄膜は高導電層408として適切であり、一方、例えば薄いNi, CuまたはAg層が例えばCIGS 吸収体層の形成前に金属箔の背部表面に堆積したならば、Ni, CuおよびAgはSeと反応し、高抵抗膜、剥離およびプロセス間でのパーティクル発生のような他の問題を作るであろう高Niセレン化物, Cuセレン化物およびAgセレン化物相を形成する。
【００３４】
しかしながら、本発明はある好ましい態様に関して述べられ、それへの変更は当業者であれば明らかであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【国際調査報告】
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