(57)【要約】【課題】第２電極膜の膜厚が局所的に薄くなるために生じるシート抵抗が上昇と、これによる変換効率の低下を防止する。【解決手段】絶縁性基板１の表面に、第１分割溝１３により分割された第１電極膜２と、第２分割溝１６により分割された半導体膜５と、第３分割溝１８により分割された第２電極膜７とが順に略均等な膜厚で積層された太陽電池ユニット１１Ａ，１１Ｂを具備し、太陽電池ユニット１１Ａの第２電極膜７と太陽電池ユニット１１Ｂの第１電極膜２が接触されて隣接する太陽電池ユニット同士が直列に接続された集積型薄膜太陽電池であって、前記第１分割溝１３を台形状断面として絶縁性基板１に及んで形成し、前記第１分割溝１３の傾斜面１３ｂに半導体膜５を介して形成された第２電極膜７の傾斜積層部７ｂにより、絶縁性基板１の表面に対応して形成された第２電極膜７の表積層部７ａと、第３分割溝１８で接触された第１電極膜２上の接続部Ｔの第２電極膜７とを接続するように構成した。【選択図】        図１
2005197537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板の表面に、第１分割溝により分割された第１電極膜と、第２分割溝により分割された半導体膜と、第３分割溝により分割された第２電極膜とが順に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に略均等な膜厚で積層された太陽電池ユニットを具備し、一方の太陽電池ユニットの第２電極膜と他方の太陽電池ユニットの第１電極膜が接触されて隣接する太陽電池ユニット同士が直列に接続された集積型薄膜太陽電池であって、
前記第１分割溝を台形状断面として、絶縁性基板に及んで形成し、
前記第１分割溝の傾斜面に半導体膜を介して形成された第２電極膜の傾斜積層部により、絶縁性基板の表面に対応して形成された第２電極膜の表積層部と、第３分割溝で接触された第１電極膜上の接続部の第２電極膜とを接続するように構成した
ことを特徴とする集積型薄膜太陽電池。
【請求項２】
第２電極膜の傾斜成形部の膜厚を、絶縁性基板の表面に半導体膜を介して形成される第２電極膜の表積層部の膜厚の１／２以上とした
ことを特徴とする請求項１記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項３】
絶縁性基板の表面に対する第１分割溝の傾斜面の溝側の傾斜角：θを、０°＜θ≦６０°とした
ことを特徴とする請求項１記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項４】
第１分割溝の深さを、半導体膜の膜厚±第２電極膜の膜厚の範囲とした
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項５】
第２分割溝を、第１分割溝の他方の太陽電池ユニット側の縁部を中心に形成し、
第３分割溝を、第２分割溝の底部で他方の太陽電池ユニットの第１電極板上に接触された第２電極膜の接続部を残して他方の太陽電池ユニット側に形成した
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項６】
絶縁性基板の表面に、第１分割溝により分割された第１電極膜と、第２分割溝により分割された半導体膜と、第３分割溝により分割された第２電極膜とが順に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に略均等な膜厚で積層された太陽電池ユニットを具備し、一方の太陽電池ユニットの第１電極膜と他方の太陽電池ユニットの第２電極膜が接触されて隣接する太陽電池ユニット同士が直列に接続された集積型薄膜太陽電池であって、
前記絶縁性基板に、少なくとも一方の太陽電池ユニット側に傾斜面が形成される台形状断面の斜面形成溝を前記第１〜第３分割溝と平行に形成し
前記斜面形成溝の上方の第１電極膜に第１分割溝を形成し、
前記第２分割溝を、前記斜面形成溝の他方の太陽電池ユニット側の縁部を中心に形成し、
前記第３分割溝を、前記斜面形成溝の他方の太陽電池ユニット側の縁部上で第１電極面上に積層された第２電極膜を残して他方の太陽電池ユニット側に形成し、
前記斜面形成溝の傾斜面に半導体膜を介して形成された第２電極膜の傾斜積層部により、絶縁性基板の表面に対応して形成された第２電極膜の表積層部と、第３分割溝で接触された第１電極膜上の第２電極膜の接続部とを接続するように構成した
ことを特徴とする集積型薄膜太陽電池。
【請求項７】
第２電極膜の傾斜積層部の膜厚を、第２電極膜の表積層部の膜厚の１／２以上とした
ことを特徴とする請求項６記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項８】
絶縁性基板の表面に対する斜面形成溝の傾斜面の溝側の傾斜角：γを、０°＜γ≦６０°とした
ことを特徴とする請求項６または７記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項９】
斜面形成溝の深さを、半導体膜の膜厚±第２電極膜の膜厚の範囲とした
ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項１０】
実施の形態１の方法に対応
絶縁性基板の表面に、第１分割溝により分割された第１電極膜と、第２分割溝により分割された半導体膜と、第３分割溝により分割された第２電極膜とが順に、絶縁性基板の表面に積層された太陽電池ユニットを具備し、一方の太陽電池ユニットの第１電極膜と他方の太陽電池ユニットの第２電極膜が接触されて隣接する太陽電池ユニット同士が直列に接続された集積型薄膜太陽電池を製造するに際し、
前記第１電極膜が積層された絶縁性基板上に第１分割溝を形成し、
前記第１電極膜および第１分割溝上に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に均等な膜厚の半導体膜を形成した後、前記半導体膜に第２分割溝を形成し、
前記半導体膜および第２分割溝上に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に均等な膜厚の第２電極膜を形成し、
前記第１分割溝に重ならない位置に、第２電極膜および半導体膜５を第１電極膜の表面まで削除して第３分割溝を形成し、
絶縁性基板の表面に対する前記第２分割溝の傾斜面の削除側の傾斜角：γを、０°＜γ≦６０°とした
ことを特徴とする集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
第１分割溝を形成する工程を、マイクロブラスト加工および大気圧プラズマによる微細加工の一方により行う
ことを特徴とする請求項１０記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
絶縁性基板の表面に、第１分割溝により分割された第１電極膜と、第２分割溝により分割された半導体膜と、第３分割溝により分割された第２電極膜とが順に積層された太陽電池ユニットを具備し、一方の太陽電池ユニットの第１電極膜と他方の太陽電池ユニットの第２電極膜が接触されて隣接する太陽電池ユニット同士が直列に接続された集積型薄膜太陽電池を製造するに際し、
絶縁性基板１の表面に台形状断面の斜面形成溝を形成し、
絶縁性基板および斜面形成溝上に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に均等な膜厚の第１電極膜を形成し、
前記斜面形成溝上に形成された第１電極膜に第１分割溝を形成し、
前記第１電極膜および第１分割溝上に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に均等な膜厚の半導体膜を形成し、
前記斜面形成溝の他方の太陽電池ユニット側の縁部に対応して第２分割溝を形成し、
半導体膜および第２分割溝上に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に均等な膜厚の第２電極膜７を形成し、
前記斜面形成溝から他方の太陽電池ユニット側に位置ずれして、第２電極膜に第３分割溝８を形成し、
絶縁性基板の表面に対する前記第２分割溝の傾斜面の削除側の傾斜角：γを、０°＜γ≦６０°とした
ことを特徴とする集積型薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
斜面形成溝をマイクロブラスト加工により行う
ことを特徴とする請求項１２記載の集積型薄膜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、集積型薄膜太陽電池とその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは例えばカルコパイライト型化合物半導体薄膜を光吸収層として利用した化合物半導体太陽電池のモジュールとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の集積型薄膜太陽電池の例としては、光吸収層がＩ族、III族、VI族元素からなるＩ−III−VI２型のカルコパイライト型化合物半導体であり、具体的にはＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）または、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）である薄膜太陽電池を集積化構造としているものが、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
図７〜図８は、特許文献１に記載された従来の集積型薄膜太陽電池を示すもので、図７は太陽電池ユニットの断面構造を示している。図７に示すように、絶縁性基板１上に、第１電極膜２、半導体膜５、第２電極膜７がこの順に形成されて太陽電池ユニット１１Ａ，１１Ｂが構成されている。第１電極膜２は第１分割溝３により短冊状に分割され、また半導体膜５は矩形断面の第２分割溝６により短冊状に分割され、さらに第２電極膜７は矩形断面の第３分割溝８によって短冊状に分割されている。また半導体膜５を分割している第２分割溝６の部分で、左側の太陽電池ユニット１１Ａの第１電極膜２と、右側の太陽電池ユニット１１Ｂの第２電極膜７が接触されることにより、隣接する太陽電池ユニット１１Ａ，１１Ｂが直列に接続されている。
【０００４】
図８（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ同集積型薄膜太陽電池の製造方法を示す断面図である。図８（ａ）に示すように、例えばソーダライムガラスからなる絶縁性基板１が準備される。図８（ｂ）に示すように、絶縁性基板１上に第１電極膜２が形成される。第１電極膜２としては、例えばＭｏ膜がスパッタリング法によって積層される。次に図８（ｃ）に示すように、第１電極膜２に太陽電池ユニット１１Ａ，１１Ｂの直列方向に垂直にライン状に削除することによって矩形断面の第１分割溝３が形成され、第１電極膜２が短冊状に分離される。この第１分割溝３は、例えば第１電極膜２として積層されたＭｏ膜にレーザ光が照射して蒸発させるレーザパターニングにより形成される。
【０００５】
図８（ｄ）に示すように、第１分割溝３を含む第１電極膜２の表面に半導体膜５が形成される。この半導体膜５は、例えばＣＩＧＳ化合物半導体薄膜からなる光吸収層、バッファ層としてのＣｄＳ層、窓層としてのＺｎＯ層から構成され、この半導体膜５の膜厚は約２μｍである。次に図８（ｅ）に示すように、半導体膜５を、第１分割溝２から隣接する右側の太陽電池ユニット１１Ｂ側に所定距離Ｌ１だけ位置ズレして、第１分割溝２と平行に第１電極膜２の表面までライン状に削除することによって矩形断面の第２分割溝６が形成され、これにより半導体膜５が短冊状に分化される。この第２分割溝６の形成には、例えばメカニカルスクライブ法が採用される。
【０００６】
図８（ｆ）に示すように、第２分割溝６を含む半導体膜５の表面に第２電極膜７が形成される。この第２電極膜７としては、例えばＩＴＯ透明導電膜がスパッタリング法で形成される。次に、図８（ｇ）に示すように、半導体膜５と第２電極膜７が同時に、第２分割溝６に平行で第２分割溝６から隣接する右側の太陽電池ユニット１１Ｂ側に所定距離Ｌ２だけ位置ズレしてライン状に除去されることにより、矩形断面の第３分割溝８が形成される。この第３分割溝８の形成はたとえばメカニカルスクライブ法が採用される。
【０００７】
なお、図７では第１分割溝３、第２分割溝６、第３分割溝８は所定距離Ｌ１，Ｌ２をあけてこの順番に並んで形成されて、互いに重なり合うことはないが、図９に示すように、第１〜第３分割溝３，６，８の一部が重なるような構造も可能である。すなわち、図９では第１分割溝３と第２分割溝６が部分的に重なり、第２分割溝６と第３分割溝８が部分的に重なるが、第１分割溝３と第３分割溝８は互いに重ならない構造となっている。
【特許文献１】特開２００１−３２００７１公報（第６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、第２電極膜７をスパッタリング法で形成した場合に、第２電極膜７は、第２分割溝６に対応する部分において、絶縁性基板１に平行な底部に形成された第２電極膜溝底面７ａの膜厚ｔ１は、半導体膜５の表面とほぼ同じであるが、第２分割溝６の側面の第２電極膜溝側面７ｂの膜厚ｔ２が薄く、第２電極膜溝底面７ｂの膜厚ｔ１の１０分の１未満になってしまった。これはスパッタリング法では、ターゲットから絶縁性基板１にスパッタされる粒子は、絶縁性基板１に対して垂直方向に飛来する粒子が大半を占め、水平方向に飛来する粒子が少ないため、絶縁性基板１の表面に対して垂直な第２分割溝６の側面に積層する第２電極膜溝側面７ｂの膜厚ｔ１が１０分の１未満となる。このため第２電極膜溝側面７ｂのシート抵抗が、第２電極膜溝底面７ａのシート抵抗の１０倍以上となり、直列抵抗が増大する。
【０００９】
たとえば第２電極膜７として透明導電膜であるＩＴＯ膜が膜厚３００ｎｍで積層されている場合、半導体膜５の絶縁性基板１に平行な第２電極膜溝底面７ａに形成されたＩＴＯ膜のシート抵抗は１０Ω／□以下であったが、第２電極膜溝側面７ｂに形成されたＩＴＯ膜（半導体膜断面上の第２電極膜３１）のシート抵抗は１００Ω／□以上となっていると考えられる。その結果、集積型薄膜太陽電池の変換効率は１２％と低く、直列抵抗は１．５Ω・ｃｍ２であり、太陽電池として望ましい直列抵抗値である０．５Ω・ｃｍ２を大きく超えてしまう。
【００１０】
ここで、直列抵抗を０．５Ω・ｃｍ２以下にするために、第２電極膜７を約６００ｎｍ積層したところ、集積型薄膜太陽電池の交換効率は１３．３％まで向上した。しかし、第２電極膜７の膜厚を厚くするために必要な時間が長くなるという課題を有していた。また、このように第２電極膜７としてＩＴＯ膜などの透明導電膜を用いるサブストレート型の太陽電池の場合、第２電極膜７の膜厚を厚くすることで透明導電膜の透過率の低下を招き、太陽電池特性として短絡電流低下の低下により変換効率の低下が起こるという課題を有していた。例えば、ＩＴＯ膜は膜厚が３００ｎｍの場合は透過率が８５％であるが、６００ｎｍとした場合には８０％まで低下する。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、第２電極膜の膜厚が局所的に薄くなるために生じるシート抵抗が上昇と、これによる変換効率の低下を防止できる集積型薄膜太陽電池およびそ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】
本発明に係る請求項１記載の集積型薄膜太陽電池は、絶縁性基板の表面に、第１分割溝により分割された第１電極膜と、第２分割溝により分割された半導体膜と、第３分割溝により分割された第２電極膜とが順に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に略均等な膜厚で積層された太陽電池ユニットを具備し、一方の太陽電池ユニットの第２電極膜と他方の太陽電池ユニットの第１電極膜が接触されて隣接する太陽電池ユニット同士が直列に接続された集積型薄膜太陽電池であって、前記第１分割溝を等角台形状断面として、絶縁性基板に及んで形成し、前記第１分割溝の傾斜面に半導体膜を介して形成された第２電極膜の傾斜積層部により、絶縁性基板の表面に対応して形成された第２電極膜の表積層部と、第３分割溝で接触された第１電極膜上の接続部の第２電極膜とを接続するように構成したものである。
【００１３】
請求項２記載の集積型薄膜太陽電池は、第２電極膜の傾斜成形部の膜厚を、絶縁性基板の表面に半導体膜を介して形成される第２電極膜の表積層部の膜厚の１／２以上としたものである。
【００１４】
請求項３記載の集積型薄膜太陽電池は、絶縁性基板の表面に対する第１分割溝の傾斜面の溝側の傾斜角：θを、０°＜θ≦６０°としたものである。
請求項４記載の集積型薄膜太陽電池は、第１分割溝の深さを、半導体膜の膜厚±第２電極膜の膜厚の範囲としたものである。
【００１５】
請求項５記載の集積型薄膜太陽電池は、第２分割溝を、第１分割溝の他方の太陽電池ユニット側の縁部を中心に形成し、第３分割溝を、第２分割溝の底部で他方の太陽電池ユニットの第１電極板上に接触された第２電極膜の接続部を残して他方の太陽電池ユニット側に形成したものである。
【００１６】
請求項６記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法は、絶縁性基板の表面に、第１分割溝により分割された第１電極膜と、第２分割溝により分割された半導体膜と、第３分割溝により分割された第２電極膜とが順に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に略均等な膜厚で積層された太陽電池ユニットを具備し、一方の太陽電池ユニットの第１電極膜と他方の太陽電池ユニットの第２電極膜が接触されて隣接する太陽電池ユニット同士が直列に接続された集積型薄膜太陽電池であって、前記絶縁性基板に、少なくとも一方の太陽電池ユニット側に傾斜面が形成される台形状断面の斜面形成溝を前記第１〜第３分割溝と平行に形成し、前記斜面形成溝の上方の第１電極膜に第１分割溝を形成し、前記第２分割溝を、前記斜面形成溝の他方の太陽電池ユニット側の縁部を中心に形成し、前記第３分割溝を、前記斜面形成溝の他方の太陽電池ユニット側の縁部上で第１電極面上に積層された第２電極膜を残して他方の太陽電池ユニット側に形成し、前記斜面形成溝の傾斜面に半導体膜を介して形成された第２電極膜の傾斜積層部により、絶縁性基板の表面に対応して形成された第２電極膜の表積層部と、第３分割溝で接触された第１電極膜上の第２電極膜の接続部とを接続するように構成したものである。
【００１７】
請求項７記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法は、第２電極膜の傾斜積層部の膜厚を、第２電極膜の表積層部の膜厚の１／２以上としたものである。
請求項８記載の集積型薄膜太陽電池は、絶縁性基板の表面に対する斜面形成溝の傾斜面の溝側の傾斜角：γを、０°＜γ≦６０°としたものである。
【００１８】
請求項９記載の集積型薄膜太陽電池は、斜面形成溝の深さを、半導体膜の膜厚±第２電極膜の膜厚の範囲としたものである。
請求項１０記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法は、絶縁性基板の表面に、第１分割溝により分割された第１電極膜と、第２分割溝により分割された半導体膜と、第３分割溝により分割された第２電極膜とが順に、絶縁性基板の表面に積層された太陽電池ユニットを具備し、一方の太陽電池ユニットの第１電極膜と他方の太陽電池ユニットの第２電極膜が接触されて隣接する太陽電池ユニット同士が直列に接続された集積型薄膜太陽電池を製造するに際し、前記第１電極膜が積層された絶縁性基板上に第１分割溝を形成し、前記第１電極膜および第１分割溝上に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に均等な膜厚の半導体膜を形成した後、前記半導体膜に第２分割溝を形成し、前記半導体膜および第２分割溝上に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に均等な膜厚の第２電極膜を形成し、前記第１分割溝に重ならない位置に、第２電極膜および半導体膜５を第１電極膜の表面まで削除して第３分割溝を形成し、絶縁性基板の表面に対する前記第２分割溝の傾斜面の削除側の傾斜角：γを、０°＜γ≦６０°としたものである。
【００１９】
請求項１１の集積型薄膜太陽電池の製造方法は、第１分割溝を形成する工程を、マイクロブラスト加工および大気圧プラズマによる微細加工の一方により行うものである。
請求項１２記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法は、絶縁性基板の表面に、第１分割溝により分割された第１電極膜と、第２分割溝により分割された半導体膜と、第３分割溝により分割された第２電極膜とが順に積層された太陽電池ユニットを具備し、一方の太陽電池ユニットの第１電極膜と他方の太陽電池ユニットの第２電極膜が接触されて隣接する太陽電池ユニット同士が直列に接続された集積型薄膜太陽電池を製造するに際し、絶縁性基板１の表面に台形状断面の斜面形成溝を形成し、絶縁性基板および斜面形成溝上に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に均等な膜厚の第１電極膜を形成し、前記斜面形成溝上に形成された第１電極膜に第１分割溝を形成し、前記第１電極膜および第１分割溝上に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に均等な膜厚の半導体膜を形成し、前記斜面形成溝の他方の太陽電池ユニット側の縁部に対応して第２分割溝を形成し、半導体膜および第２分割溝上に、絶縁性基板の表面に垂直な方向に均等な膜厚の第２電極膜を形成し、前記斜面形成溝から他方の太陽電池ユニット側に位置ずれして、第２電極膜に第３分割溝を形成し、絶縁性基板の表面に対する前記第２分割溝の傾斜面の削除側の傾斜角：γを、０°＜γ≦６０°としたものである。
【００２０】
請求項１３記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法は、斜面形成溝をマイクロブラスト加工により行うものである。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１または１０記載の発明によれば、第２電極膜に絶縁性基板に及ぶ台形断面の第１分割溝を形成したので、第１分割溝の傾斜面に対応する第２分割膜の傾斜積層部の膜厚を、従来の垂直面ではなく傾斜面であるため、第２電極膜の傾斜積層部の膜厚を十分に厚く積層することができる。したがって、絶縁性基板の表面から第１電極膜に至る第２電極膜が局所的に薄くなってシート抵抗が上昇することがなく、変換効率の低下が起こりにくい集積型薄膜太陽電池を提供することができる。
【００２２】
請求項２または３記載の発明によれば、第２分割膜の傾斜積層部の膜厚を、第２分割膜の表積層部の膜厚の１／２以上とすることにより、第２電極膜の傾斜積層部のシート抵抗は２０Ω／□未満となり、表積層部の第２電極膜のシート抵抗の２倍未満に抑制された。したがって、従来のように第２電極膜全体の膜厚を厚くするのに比較して、第２電極膜全体の膜厚を従来例より薄く、たとえば約３００ｎｍにすることができ、第２電極膜の堆積に必要な作業時間も短縮することができる。第２電極膜として透明導電膜を用いたサブストレート型太陽電池の場合には、第２電極膜の膜厚を薄くできることにより、透過率の低下がなく、太陽電池特性として短絡電流が増大することで変換効率を、たとえば１４．５％まで向上させることができる。
【００２３】
請求項６または１２記載の発明によれば、絶縁性基板に形成された台形断面の斜面形成溝を形成したので、斜面形成溝の傾斜面に対応する第２分割膜の傾斜積層部の膜厚を、従来の垂直面ではなく傾斜面であるため、第２電極膜の傾斜積層部の膜厚を十分に厚く積層することができる。したがって、絶縁性基板の表面から第１電極膜に至る第２電極膜が局所的に薄くなってシート抵抗が上昇することがなく、変換効率の低下が起こりにくい集積型薄膜太陽電池を提供することができる。  
【００２４】
請求項７または８記載の発明によれば、第２分割膜の傾斜積層部の膜厚を、第２分割膜の表積層部の膜厚の１／２以上とすることにより、第２電極膜の傾斜積層部のシート抵抗は２０Ω／□未満となり、表積層部の第２電極膜のシート抵抗の２倍未満に抑制された。したがって、従来のように第２電極膜全体の膜厚を厚くするのに比較して、第２電極膜全体の膜厚を従来例より薄く、たとえば約３００ｎｍにすることができ、第２電極膜の堆積に必要な作業時間も短縮することができる。第２電極膜として透明導電膜を用いたサブストレート型太陽電池の場合には、第２電極膜の膜厚を薄くできることにより、透過率の低下がなく、太陽電池特性として短絡電流が増大することで変換効率を、たとえば１４．５％まで向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
［実施の形態１］
以下、本発明に係る集積型薄膜太陽電池およびその製造方法を図１〜図３を参照して説明する。なお、従来例と同一部材には同一符号を付して説明する。
【００２６】
図１は集積型薄膜太陽電池の太陽電池ユニットの直列接続部の断面図、図２は、同直列接続部の部分拡大図である。
絶縁性基板１上に、第１電極膜２、半導体膜５、第２電極膜７が順に形成されて太陽電池ユニット１１Ａ，１１Ｂが構成されている。第１電極膜２は第１分割溝１３により短冊状に分割され、また半導体膜５は矩形断面の第２分割溝１６により短冊状に分割され、さらに第２電極膜７は矩形断面の第３分割溝１８によって短冊状に分割されている。また半導体膜５を分割している第２分割溝６の部分で、左側の太陽電池ユニット１１Ａの第１電極膜２と、右側の太陽電池ユニット１１Ｂの第２電極膜７が接触されることにより、隣接する太陽電池ユニット１１Ａ，１１Ｂが直列に接続されている。
【００２７】
第１電極膜２に形成された第１分割溝１３は、幅が１０〜２００μｍで絶縁基板１に及ぶように形成されている。この第１分割溝１３は底面１３ａと左右の斜面１３ｂからなる台形状断面で、膜厚：ｄ１＝０．５〜２μｍの第１電極膜２を貫通し、さらに絶縁基板１の表面から深さ：ｘまで絶縁基板１を削除して形成され、前記絶縁基板１の表面に対する斜面１３ｂの傾斜角はθは、０°〜６０°の範囲に設定されている。
【００２８】
第２分割溝１６は矩形断面で、第１分割溝１３を含む第１電極膜２の表面に積層された半導体膜５に対して、一部が第１分割溝１３の右斜面１３ｂに重なる位置に互いに平行に形成され、第２分割溝１６のの右斜面１３ｂ上方に積層された半導体膜５と、右側の太陽電池ユニット１１Ｂの第１電極膜２の上方に積層された半導体膜５とを第１電極膜２の表面まで削除している。
【００２９】
第３分割溝１８は矩形断面で、右側の一部が第２分割溝１６に重なる位置に互いに平行に形成され、第２分割溝１６に積層された半導体膜５と第２電極膜７とを削除している。
半導体膜５は、第１電極膜２の表面に積層された表積層部５ａと、第１分割溝１３の斜面１３に積層された傾斜積層部５ｂと、第１分割溝１３の底面１３ａに積層された底積層部５ｃとで構成され、第２分割溝１６による削除部分以外はそれぞれ垂直方向の膜厚がほぼ均等になるように積層されている。
【００３０】
第２電極膜７は、半導体膜５の表積層部５ａ上に積層された表積層部７ａと、傾斜積層部５ｂに積層された傾斜積層部７ｂと、第２分割溝１６により露出された右側の太陽電池ユニット１１Ｂの第１電極膜２および底積層部５ｃ上に積層された底積層部７ｃとで構成されている。そして表積層部７ａおよび傾斜積層部７ｂならびに底積層部７ｃはそれぞれ図中垂直方向の膜厚がほぼ均等になるように積層されている。そして、半導体膜５の傾斜積層部５ｂおよび第２電極膜７の傾斜積層部７ｂは第１分割溝１３の斜面１３ｂに対して平行であることから、斜面１３ｂに対して垂直な傾斜積層部７ｂの膜厚：ｄ４が、表積層部７ａの膜厚：ｄ３の１／２以上となるように設定されている。すなわち、ここで第１分割溝１３の左右の斜面１３ｂの傾斜角θはｄ４＝ｄ３×cosθ≧ｄ３×1/2で表され、θ＝０°〜６０°となる。
【００３１】
なお、ここで第１電極膜２の膜厚：ｄ１＝０．２〜２μｍ、半導体膜５の表積層部４ａの膜厚：ｄ２＝１〜５μｍ、第２電極膜７の表積層部７ａの膜厚：ｄ３＝０．１〜１μｍである。
【００３２】
ここで、第３分割溝１８は、第２分割溝１６に上下方向の位置で部分的に重なっているが、重ならなくてもよい。また第３分割溝１８は第１分割溝１３と重ならないように形成される。これは第３分割溝１８と第１分割溝１３が上下方向に重なると、第１電極膜２上に積層された第２電極膜７の接続部Ｔが第３分割溝１８により失われてしまうからである。
【００３３】
またここで、第１分割溝１３の深さは、ｘ＋ｄ１であり、半導体膜５の膜厚：ｄ２とほぼ同一の膜厚ｘ＋ｄ１≒ｄ２に形成されている。これは、第１分割溝１３の深さ：ｘ＋ｄ１と半導体膜５の膜厚：ｄ２が大きく異なると、半導体膜５を第１電極膜２の表面まで削除して第２分割溝１６を形成した時に、半導体膜２の表面に垂直の段部が形成され、第２電極膜７に薄膜部が形成されてシート抵抗の増大を招くためである。ここで、前記垂直の段部の許容範囲は、第２電極膜７の膜厚：ｄ３分の増減の範囲（±ｄ３）である。
【００３４】
したがって、ｄ２−ｄ３≦ｘ＋ｄ１≦ｄ２＋ｄ３…式１となる。
次に図３（ａ）〜（ｇ）を参照して前記集積型薄膜太陽電池の製造方法を説明する。
図３（ａ）に示すように、例えばソーダライムガラスからなる絶縁性基板１が準備される。図３（ｂ）に示すように、前記絶縁性基板１上に第１電極膜２が積層される。第１電極膜２は、例えば金属膜であるＭｏ膜がスパッタリング法により形成される。
【００３５】
図３（ｃ）に示すように、集積型薄膜太陽電池の太陽電池ユニット１１Ａ，１１Ｂの直列方向に垂直な方向に、第１電極膜２に第１分割溝１３が第１電極膜２から絶縁性基板１に及んでライン状に形成される。ここで第１分割溝１３の幅は１０〜２００μｍである。
【００３６】
図３（ｄ）に示すように、第１電極膜２および第１分割溝１３上に半導体膜５が積層形成される。半導体膜５は、例えば光吸収層、バッファ層、窓層からなり、光吸収層としてＣＩＳ化合物半導体薄膜がスパッタリング法や多元蒸着法によって形成され、バッファ層としてＣｄＳ膜がＣＢＤ法によって析出され、窓層としてＺｎＯ膜がスパッタリング法で形成される。ここで、半導体膜５は、Ｉ−III−VI族化合物半導体を含むものであり、また前記Ｉ−III−VI族化合物半導体を構成するＩ族元素がＣｕまたはＡｇのうち少なくとも一つを含むものであり、さらにＩ−III−VI族化合物半導体を構成するIII族元素がＡｌ、ＩｎまたはＧａのうち少なくとも一つを含むものであり、さらに前記Ｉ−III−VI族化合物半導体を構成するVI族元素がＳｅまたはＳのうち少なくとも一つを含むものである。
【００３７】
図３（ｅ）に示すように、半導体膜５に第２分割溝１６が第１分割溝３に平行にライン状に形成される。第２分割溝１６はメカニカルスクライブ法により形成される。第２分割溝１６の位置は、第１分割溝１３の右端を中心として１０〜２００μｍ幅である。
【００３８】
図３（ｆ）に示すように、半導体膜５および第２分割溝１６上に第２電極膜７が積層形成される。第２電極膜７としては、例えば透明導電膜としてＩＴＯ膜がスパッタリング法で形成される。この第２電極膜７は、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２のうち少なくとも一つを含む透明導電膜であればよい。このスパッタリング法では、ターゲットから絶縁性基板１にスパッタされる粒子は、絶縁性基板１に対して垂直方向に飛来する粒子が大半を占め、水平方向に飛来する粒子が少ない。このため、絶縁性基板１の表面に垂直な方向に均等な膜厚に積層されるが、傾斜角が大きい傾斜面や垂直な面となるほど膜厚が薄くなる。
【００３９】
図３（ｇ）に示すように、半導体膜５および第２電極膜７に第３分割溝１８が第２分割溝１６に平行にライン状に形成される。第３分割溝１８は、第２分割溝１６に重ならない位置で第２電極膜７のみを分割するものであっても良い。この第３分割溝１８はメカニカルスクライブ法で行われる。
【００４０】
上記製造方法において、第１分割溝１３を形成する手段としては、大気圧プラズマによる微細加工、またはマイクロブラスト加工が加工の速度が速く、特に有効である。大気圧プラズマによる微細加工は、幅数十μｍの隙間で対面する平行平板の電極間にＨｅ／ＳＦ６混合ガスを流し、電極間に電界をかけることで電極端から外側に電極端に沿ってライン状のプラズマを発生させ、プラズマを近づけることで第１電極膜２および絶縁性基板１を同時にエッチングして第１分割溝１３が形成される。この時、第１電極膜２としてＭｏを用いた場合は、ＭｏはＭｏＦ６となってエッチングされる。また、絶縁性基板１としてソーダライムガラスを用いた場合には、ＳｉがＳｉＦ４となってエッチングされる。また、第１分割溝１３の傾斜角度θは、大気圧プラズマを発生させる平行平板の電極の端と絶縁性基板１の距離、平行平板電極間の距離、ガス流量などを調節することで制御することができる。マイクロブラスト加工では数μｍの径の微粒子を極細のノズルより噴出して第１電極膜２および絶縁性基板１を削ることで第１分割溝１３を形成することができる。マイクロブラスト加工において第１分割溝１３の傾斜角度を調節するためには、微粒子を放出するノズルの径、噴射角度などで制御することができる。また、第１分割溝１３は従来の方法と同じようにレーザ光を用いて分割し、続いて、マイクロブラスト加工で絶縁性基板１を削ることで斜面１３ｂを形成することもできる。
【００４１】
上記構成によれば、絶縁性基板１に、少なくとも左側の太陽電池ユニット１１Ａ側が斜面１３ｂとなる台形状断面の第１分割溝１３を形成したことにより、第１分割溝１３の左斜面１３ｂ上に形成された第２電極膜７の傾斜積層部７ｂの膜厚：ｄ４を、表積層部７ａの膜厚：ｄ３の２分の１以上とすることができ、傾斜積層部７ｂの第２電極膜７のシート抵抗の増大を、表積層部７ａのシート抵抗の２倍未満に抑制することができる。これにより、第２電極膜７の膜厚が局所的に薄くなるために生じるシート抵抗が上昇と、これによる変換効率の低下を防止できる。
【００４２】
またここで、第１分割溝１３の深さ：ｘ＋ｄ１を半導体膜５の膜厚：ｄ２±第２電極膜７の膜厚ｄ３としたので、半導体膜５を第１電極膜２の表面まで削除して第２分割溝１６を形成した時に、半導体膜５の表面に大きい段部が形成されることがなく、第２電極膜７の膜厚が局所的に薄くなることが無い。したがって、シート抵抗の増大を防止することができる。
【００４３】
［実施の形態２］
本発明に係る集積型薄膜太陽電池およびその製造方法の実施の形態２を図４〜図６を参照して説明する。なお従来例と同一部材には同一符号を付して説明する。
【００４４】
図４は集積型薄膜太陽電池の太陽電池ユニットの直列接続部の断面図、図５は、同直列接続部の部分拡大図である。
図４に示すように、絶縁性基板１上に、第１電極膜２、半導体膜５、第２電極膜７が順に形成されて太陽電池ユニット１１Ａ，１１Ｂが構成されている。絶縁性基板１上には、太陽電池ユニット分割方向に沿って斜面形成溝２１が形成されている。また第１電極膜２は第１分割溝２３により短冊状に分割され、半導体膜５は矩形断面の第２分割溝２６により短冊状に分割され、さらに第２電極膜７は矩形断面の第３分割溝２８によって短冊状に分割されている。また半導体膜５を分割している第２分割溝２６部分で、左側の太陽電池ユニット１１Ａの第１電極膜２が、第２分割溝２６により露出された右側の太陽電池ユニット１１Ｂの第１電極膜２上に積層されて、隣接する太陽電池ユニット１１Ａ，１１Ｂが直列に接続されている。
【００４５】
前記斜面形成溝２１は台形断面で、絶縁性基板１の表面に平行な底面２１ａと、左右の斜面２１ｂからなり、斜面２１ｂが絶縁性基板１の表面に対して所定角度γで傾斜されるとともに、深さ：ｙに形成され、その幅が５０μｍ〜５ｍｍに形成されている。
【００４６】
また、絶縁性基板１および斜面形成溝２１上に積層された第１電極膜２は、絶縁性基板１の表面に形成された表積層部２ｅと、斜面形成溝２１の左右の斜面２１ｂ上に形成された傾斜積層部２ｆと、斜面形成溝２１の底面２１ａ上に形成された底積層部２ｇととで構成されている。その表積層部２ｅの膜厚：ｄ１１は０．５〜２μｍに形成される。
【００４７】
そして、第１電極膜２を分割する第１分割溝２３は、斜面形成溝２１の底面２１ａに対応して第１電極膜２の底積層部２ｇに形成され、幅が１０〜２００μｍに形成されている。
【００４８】
さらに第１電極膜２および第１分割溝２３上に積層された半導体膜５は、第１電極膜２の表積層部２ｅ上に形成された表積層部５ｅと、左右の傾斜積層部２ｆ上に形成された傾斜積層５ｇと、底積層部２ｇ上に形成された底積層部５ｇとで構成されている。
【００４９】
第２分割溝２６は矩形断面状で、斜面形成溝２１の上方を除いて少なくとも右側の太陽電池ユニット１１Ｂの第１電極層２に重なる位置で、ここでは斜面形成溝２１の一部も重なる範囲を含む位置に形成され、半導体層５が削除されて右側の太陽電池ユニット１１Ｂの第１電極膜２の一部が露出される。
【００５０】
半導体膜５および第２分割溝２６上に積層された第２電極膜７は、半導体膜５の表積層部５ｅ上に形成された表積層部７ｅと、左の傾斜積層部５ｆ上に形成され傾斜積層部７ｆと、底積層部５ｇ上に形成された底積層部７ｇと、第２分割溝２６の底面上に形成された接続部Ｔと、第２分割溝２６の側面上に形成された側面積層部７ｉとで構成される。なお、側面積層部７ｉと接続部Ｔの一部は第３分割溝２８により削除される。
【００５１】
第３分割溝２８は矩形断面状で、図示するように、第２分割溝２６に部分的に重なって側面積層部７ｉを削除する位置で、右側の太陽電池ユニット１１Ｂの第１電極層２の表面まで削除されている。しかし、第３分割溝２８は第１分割溝２６と重ならない位置に形成してもよいが、斜面形成溝２１とはまったく重ならない位置に形成する必要がある。これは第３分割溝２８が斜面形成溝２１とが重なると、隣接する太陽電池ユニット１１Ａ，１１Ｂ同士を接続する第２電極膜７の接続部Ｔが失われてしまうからである。
【００５２】
図５で、ｙは斜面形成溝２１の深さ、ｄ１１は第１電極膜２の表積層部２ｅの膜厚であり、例えば０．２〜２μｍである。またｄ１２は半導体膜５の表積層部５ｅの膜厚で、例えば１〜５μｍ、ｄ１３は第２電極膜７の表積層部７ｅの膜厚で、例えば０．１〜１μｍである。さらにｄ１４は第２電極膜７の傾斜積層部７ｇの膜厚、γは斜面形成溝２１の絶縁性基板１の表面に対する左斜面２１ｂの傾斜角を示しており、ここでは、０°＜γ≦６０°の範囲に設定されている。
【００５３】
ここで、斜面形成溝２１の深さ：ｙは半導体膜５の膜厚：ｄ１２とほぼ同一の膜厚にあらわされている。これは、斜面形成溝２１の深さ：ｙと半導体膜５の膜厚：ｄ１２の差が大きく異なると、半導体膜５を第１電極膜２の表面まで削除して第２分割溝２６を形成した時に、半導体膜５の表面に垂直の段部が形成され、この垂直の段部に第２電極膜７の薄膜部が形成されてシート抵抗の増大を招くためである。したがって、この垂直の段部の許容範囲は、第２電極膜７の膜厚：ｄ１３分の増減の範囲（±ｄ１３）であるため、
ｄ１２−ｄ１３≦ｙ≦ｄ１２＋ｄ１３…式２となる。
【００５４】
次に図６（ａ）〜（ｈ）を参照して上記集積型薄膜太陽電池の製造方法を説明する。
図６（ａ）に示すように、例えばソーダライムガラスからなる絶縁性基板１が準備される。図６（ｂ）に示すように、絶縁性基板１の表面上に斜面形成溝２１が、太陽電池ユニット１１Ａ，１１Ｂ毎に一本、集積型薄膜太陽電池の直列方向に垂直にライン状に形成される（工程Ｂ）。絶縁性基板１の幅は、例えば５０μｍ〜５ｍｍである。斜面形成溝２１を形成する手段としては、マイクロブラスト加工が特に有効である。マイクロブラスト加工では数μｍの径の微粒子を極細のノズルより噴出して絶縁性基板１を削ることで斜面形成溝２１を形成することができる。
【００５５】
図６（ｃ）に示すように、絶縁性基板１および斜面形成溝２１上に第１電極膜２が形成される。第１電極膜２としては、例えば金属膜としてＭｏ膜がスパッタリング法で形成される。
【００５６】
図６（ｄ）に示すように、集積型薄膜太陽電池の直列方向に垂直な方向に、第１電極膜２に第１分割溝２３がライン状に形成される。第１分割溝３の幅は１０〜２００μｍである。
【００５７】
図６（ｅ）に示すように、絶縁性基板１および斜面形成溝２１ならびに第１分割溝２３上に、半導体膜５が形成される。半導体膜５は、例えば、光吸収層、バッファ層、窓層からなり、光吸収層としてＣＩＳ化合物半導体薄膜がスパッタリング法や多元蒸着法によって形成され、バッファ層としてＣｄＳ膜がＣＢＤ法によって析出され、窓層としてＺｎＯ膜がスパッタリング法で形成される。
【００５８】
図６（ｆ）に示すように、半導体膜５に第２分割溝２６が第１分割溝２３に平行にライン状に形成される。第２分割溝２６はメカニカルスクライブ法で行われる。第２分割溝２６の位置は斜面形成溝２１の図右側の端を中心として１０〜２００μｍ幅である。
【００５９】
図６（ｇ）に示すように、第２電極膜７が形成される。第２電極膜７としては、例えば透明導電膜としてＩＴＯ膜がスパッタリング法で形成される。
図６（ｈ）に示すように、半導体膜５および第２電極膜７に第３分割溝２８が第２分割溝２６に平行にライン状に形成される。第３分割溝２８は第２電極膜７のみの分割溝であっても良い。第３分割溝２８はメカニカルスクライブ法で行われる。
【００６０】
上記構成によれば、絶縁性基板１に斜面形成溝２１を形成したことにより、斜面２１ｂ上に積層された半導体膜５の傾斜積層部５ｆは、垂直ではなく緩やかな傾斜角γとなり、０°＜γ≦６０°に形成することで、半導体膜５の上に形成された第２電極膜７の傾斜積層部７ｆの膜厚：ｄ４を、表積層部７ｅの膜厚：３ｄの２分の１以上とすることができる。これにより、第２電極膜７の傾斜積層部７ｆのシート抵抗を、表積層部７ｅのシート抵抗の２倍未満に抑制することができる。
【００６１】
またここで、斜面形成溝２１の深さ：ｙ、半導体膜５の膜厚：ｄ１２±第２電極膜７の膜厚ｄ１３とすることで、第１電極膜２の表面まで半導体膜５を削除して第２分割溝２６を形成した時に、半導体膜５に大きい段部が形成されることがなく、第２電極膜７の膜厚が局所的に薄くなることが無い。したがって、シート抵抗の増大を防止することができる。
【００６２】
なお、以上述べた本発明の実施形態においては、本発明の適用範囲のうち、太陽電池の種類、積層膜の構成などに関しては様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることはいうまでもない。
【００６３】
本発明の第１の実施形態および第２の実施形態において、第２電極膜７として透明導電膜であるＩＴＯ膜について示したが、ＩＴＯ、ＺｎＯまたはＳｎＯ２のうち少なくとも一つを含む透明導電膜の場合にも本発明は効果的である。
【００６４】
また、半導体膜５について光吸収層としてＣＩＳ化合物半導体薄膜の例を示したが、これに限らずＩ−III−VI族化合物半導体を含み、特にＩ族元素がＣｕまたはＡｇのうち少なくとも一つを含み、III族元素がＡｌ、ＩｎまたはＧａのうち少なくとも一つを含み、VI族元素がＳｅまたはＳの少なくとも一つを含む場合に本発明は特に効果的である。
【００６５】
例えば、太陽電池の種類として、第２電極膜７側から光が照射されて発電するサブストレート型のＣＩＳ太陽電池の例を示したが、これ以外にも、第１電極２膜が透明導電膜、半導体膜５がアモルファスシリコン膜、第２電極膜７が金属膜からなり、絶縁性基板１側から光が照射されて発電するスーパーストレート型のアモルファスシリコン太陽電池なども、本発明の適用範囲である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る集積型薄膜太陽電池の実施の形態１を示し、太陽電池ユニットの直列接続部分を示す断面図である。
【図２】同太陽電池ユニットの拡大断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ同太陽電池ユニットの製造方法の手順を示し、直列接続部分の断面図である。
【図４】本発明に係る集積型薄膜太陽電池の実施の形態２を示し、太陽電池ユニットの直列接続部分を示す断面図である。
【図５】同太陽電池ユニットの直列接続部分を示す拡大断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｈ）は、それぞれ同太陽電池ユニットの製造方法の手順を示し、直列接続部分の断面図である。
【図７】従来の集積型薄膜太陽電池を示し、太陽電池ユニットの直列接続部分の断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ同太陽電池ユニットの製造方法の手順を示し、直列接続部分の断面図である。
【図９】従来の集積型薄膜太陽電池の変形例を示し、太陽電池ユニットの直列接続部分の断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
Ｔ    接続部
θ，γ  傾斜角
１    絶縁性基板
２    第１電極膜
２ｅ  表積層部
５    半導体膜
５ａ  表積層部
５ｂ  傾斜積層部
５ｅ  表積層部
５ｆ  傾斜積層部
７    第２電極膜
７ａ  表積層部
７ｂ  傾斜積層部
７ｅ  表積層部
７ｆ  傾斜積層部
１１Ａ  左側太陽電池ユニット
１１Ｂ  右側太陽電池ユニット
１３    第１分割溝
１３ａ  底面
１３ｂ  斜面
１６    第２分割溝
１８    第３分割溝
２１    斜面形成溝
２１ａ  底面
２１ｂ  斜面
２３    第１分割溝
２３ａ  底面
２３ｂ  斜面
２６    第２分割溝
２８    第３分割溝
【図１】
2005197537.tif 000003
【図２】
2005197537.tif 000004
【図３】
2005197537.tif 000005
【図４】
2005197537.tif 000006
【図５】
2005197537.tif 000007
【図６】
2005197537.tif 000008
【図７】
2005197537.tif 000009
【図８】
2005197537.tif 000010
【図９】
2005197537.tif 000011