(57)【要約】      （修正有）【課題】量産性を低下させることなく、ニーズに応じて出力電圧、電流を変更することが可能な高効率の薄膜太陽電池等を提供する。【解決手段】単位太陽電池が基板を共通にして複数個形成され、１つの単位太陽電池の第１電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の第２電極層の延長部と、基板を貫通する１つ以上の第１貫通孔ｈ１を通じ、単位太陽電池の第３電極層１ｇと絶縁された導体により接続されることで直列接続構造が形成される薄膜太陽電池１０において、他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線Ｐ３の交点部分が、第１電極層に半導体層１ｆの形成前に局所的に電気的に分離されている領域に配置されている。【選択図】図１
2012033526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板の主面上に第１電極層、光電変換層である半導体層、および透明な第３電極層が順次積層されて形成され、前記基板の他面上に第２電極層および第４電極層が形成されており、前記第３電極層が前記第２電極層および前記第４電極層と、前記基板、前記第１電極層、前記第２電極層および前記半導体層を貫通する１つ以上の第２貫通孔を通じ、前記第１電極層と実質的に絶縁された導体により接続されてなる単位太陽電池が基板を共通にして複数個形成され、隣接単位太陽電池間は前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層が除去された主面側加工部により、また前記第２電極層および前記第４電極層が除去された他面側加工部により電気的に絶縁されており、１つの単位太陽電池の前記第１電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の前記第２電極層の延長部と、前記基板を貫通する１つ以上の第１貫通孔を通じ、単位太陽電池の前記第３電極層と実質的に絶縁された導体により接続されることで直列接続構造が形成されている薄膜太陽電池において、
前記他面側加工部が屈曲構造を有し、前記他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分が、前記第１電極層に前記半導体層の形成前に局所的に電気的に分離されている領域に配置されていることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項２】
絶縁性基板の主面上に第１電極層、光電変換層である半導体層、および透明な第３電極層が順次積層されて形成され、前記基板の他面上に第２電極層および第４電極層が形成されており、前記第３電極層が前記第２電極層および前記第４電極層と、前記基板、前記第１電極層、前記第２電極層および前記半導体層を貫通する１つ以上の第２貫通孔を通じ、前記第１電極層と実質的に絶縁された導体により接続されてなる単位太陽電池が基板を共通にして複数個形成され、隣接単位太陽電池間は前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層が除去された主面側加工部により、また前記第２電極層および前記第４電極層が除去された他面側加工部により電気的に絶縁されており、１つの単位太陽電池の前記第１電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の前記第２電極層の延長部と、前記基板を貫通する１つ以上の第１貫通孔を通じ、単位太陽電池の前記第３電極層と実質的に絶縁された導体により接続されることで直列接続構造が形成されている薄膜太陽電池において、
前記他面側加工部が屈曲構造を有し、前記他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分が、前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層が除去され、局所的に電気的に分離されている領域に配置されていることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記加工線は、前記第１電極層における前記電気的に分離された領域に該当する箇所で２度９０°に屈曲させた形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記加工線は、前記第１電極層における前記電気的に分離された領域に該当する箇所で鈍角に傾斜させた形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
絶縁性基板の主面上に第１電極層、光電変換層である半導体層、および透明な第３電極層が順次積層されて形成され、前記基板の他面上に第２電極層および第４電極層が形成されており、前記第３電極層が前記第２電極層および前記第４電極層と、前記基板、前記第１電極層、前記第２電極層および前記半導体層を貫通する１つ以上の第２貫通孔を通じ、前記第１電極層と実質的に絶縁された導体により接続されてなる単位太陽電池が基板を共通にして複数個形成され、隣接単位太陽電池間は前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層が除去された主面側加工部により、また前記第２電極層および前記第４電極層が除去された他面側加工部により電気的に絶縁されており、１つの単位太陽電池の前記第１電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の前記第２電極層の延長部と、前記基板を貫通する１つ以上の第１貫通孔を通じ、単位太陽電池の前記第３電極層と実質的に絶縁された導体により接続されることで直列接続構造が形成されている薄膜太陽電池の製造方法において、
前記第１電極層に前記半導体層を形成する前に、前記第１電極層を除去することにより、前記第１電極層に局所的に電気的に分離されている領域を形成し、その後、前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層を除去して前記主面側加工部を形成するとともに、前記第２電極層および前記第４電極層を除去して前記他面側加工部を形成し、前記他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分を、前記電気的に分離されている領域に配置することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
絶縁性基板の主面上に第１電極層、光電変換層である半導体層、および透明な第３電極層が順次積層されて形成され、前記基板の他面上に第２電極層および第４電極層が形成されており、前記第３電極層が前記第２電極層および前記第４電極層と、前記基板、前記第１電極層、前記第２電極層および前記半導体層を貫通する１つ以上の第２貫通孔を通じ、前記第１電極層と実質的に絶縁された導体により接続されてなる単位太陽電池が基板を共通にして複数個形成され、隣接単位太陽電池間は前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層が除去された主面側加工部により、また前記第２電極層および前記第４電極層が除去された他面側加工部により電気的に絶縁されており、１つの単位太陽電池の前記第１電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の前記第２電極層の延長部と、前記基板を貫通する１つ以上の第１貫通孔を通じ、単位太陽電池の前記第３電極層と実質的に絶縁された導体により接続されることで直列接続構造が形成されている薄膜太陽電池の製造方法において、
前記半導体層および前記第３電極層を積層し、前記第２電極層および前記第４電極層を除去して前記他面側加工部を形成した後に、前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層を除去する前記主面側加工部によって局所的に電気的に分離されている領域を形成し、前記他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分を、前記電気的に分離されている領域に配置することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記加工線は、前記第１電極層における前記電気的に分離された領域に該当する箇所で２度９０°に屈曲させた形状を有していることを特徴とする請求項５または６に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記加工線は、前記第１電極層における前記電気的に分離された領域に該当する箇所で鈍角に傾斜させた形状を有していることを特徴とする請求項５または６に記載の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、アモルファスシリコンや微結晶シリコンなどに代表される材料を光電変換層に使用した薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、環境保護の立場から、クリーンなエネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽電池は、その資源（太陽光）が無限であること、無公害であることなどの利点を有することから、注目を集めている。
アモルファスシリコンや微結晶シリコン、ＣｄＴｅやＣＩＧＳ等の化合物系、有機系の材料を光電変換層に使用した太陽電池は、既存の結晶シリコンや多結晶シリコン太陽電池とは異なり、様々な種類の基板上に形成することが可能である。例えば、特許文献１では、高分子フィルム上に光電変換素子としてアモルファスシリコンを採用し、軽量性および可撓性という付加価値を太陽電池に付加した例が示されている。
【０００３】
一方、太陽電池は、単体では発生する電圧が低すぎるため、一般に単体太陽電池を複数個直列に接続することにより、発生電圧を高くした構造が取られている。そのうち、薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コストの安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太陽電池の主流となるものと考えられている。
薄膜太陽電池の場合、１つの基板上に光電変換層を形成し、それをレーザパターニング等で複数に分割することにより、直列接続構造を実現していることが多い。なお、パターニングを加工する手段は、レーザだけではなく、例えば、超音波振動子やサンドブラスト等を用いて加工することもできる。
直列接続構造を有する薄膜太陽電池の場合、発生する電圧は直列段数、電流は単体太陽電池の面積に比例するため、直列段数が多くなる程、単体太陽電池が大面積になる程発生する出力が大きくなる。特許文献１では直列接続構造の一例として、絶縁性高分子フィルムに機能の異なる２種類の接続孔を複数個空け、直列接続を形成している例が示されている。  
【０００４】
図５ (ａ) 〜 (ｄ) は、従来の薄膜太陽電池構造の一例を表した図であり、（ａ）は受光面（主面）側から見た平面図、（ｂ）は他面側から見た平面図、(ｃ) および (ｄ) はそれぞれ (ａ) のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線断面図である。
このような構造の薄膜太陽電池を製造するには、まず、基板１ａの所定の位置に第１電極層１ｂと第２電極層１ｃとを接続するための第１貫通孔（接続孔）ｈ１を複数個空け、次いで、基板１ａの主面側に第１電極層１ｂを形成し、他面側に第２電極層１ｃを形成する。その後、第３電極層１ｇを第２電極層１ｃおよび第４電極層１ｉと接続するための第２貫通孔（集電孔）ｈ２を複数個空け、次いで前記主面側に形成された第１電極層１ｂの上に、主面側光電変換層となる半導体層１ｆと、透明な電極である第３電極層１ｇを順次形成した。
前記第２電極層１ｃを形成する際に、第１貫通孔ｈ１の周囲にマスク等を適用し、第３電極層１ｇの付着を阻害する等の方法で第３電極層１ｇの未形成領域が形成されている。  （ａ）では、第３電極層１ｇを形成した領域にハッチングを施している。
【０００５】
次に、他面側に金属膜などの低抵抗導電膜からなる第４電極層１ｉを成膜する。これにより、第３電極層１ｇと第４電極層１ｉとが重なり、互いに導通させることが可能となる。この結果、第１貫通孔ｈ１を介して第１電極層１ｂが第２電極層１ｃおよび第４電極層１ｉと接続され、第２貫通孔ｈ２を介して第３電極層１ｇと第２電極層１ｃおよび第４電極層１ｉとが接続されることになる。こうして積層した薄膜太陽電池の主面側の第３電極層１ｇ、光電変換層１ｆ、第１電極層１ｂの三層を、レーザパターニング等で直線状に分離線（除去部）Ｐ２を形成することで短冊状に分離し、その後、第２電極層１ｃおよび第４電極層１ｉを前記と同様に直線状の分離線（除去部）Ｐ３を形成して短冊状に分離した。これにより、直列接続型太陽電池サブモジュールを形成した。
【０００６】
上記構造の薄膜太陽電池に光を照射し、短冊状に分離された単位太陽電池セルの光電変換層１ｆ内でキャリア(ｎ型半導体中の電子およびｐ型半導体中の正孔)が生成された場合、一方のキャリアはｐｎ接合内の電界により第２電極層１ｃに流れる。第３電極層１ｇは、第２貫通孔ｈ２の壁面において他面側の第２電極層１ｃおよび第4電極層１ｉと導通しているため、キャリアは第２貫通孔ｈ２を経由して基板１ａの裏側に移動する。ここで、光電変換層１ｆは実質的に絶縁層とみなすことができるため、第３電極層１ｇと第１電極層１ｂとは実質的に絶縁されている。基板１ａの裏側に到達したキャリアは、そのまま図面両側にある第１貫通孔の接続孔ｈ１まで移動する。この接続孔ｈ１部には第３電極層1ｇが形成されておらず、接続孔ｈ１の壁面では第１電極層１ｂと第２電極層１ｃおよび第４電極層１ｉとが導通しているため、キャリアは接続孔ｈ１を経由して再び基板1ａより受光面側に移動する。その後、キャリアは受光面側において隣の単位太陽電池セルにある光電変換層１ｆ（半導体層）に移動する。このように、第２貫通孔ｈ２と接続孔ｈ１を経由して隣同士の単位太陽電池セルが直列接続された構造となっている。
【０００７】
上記の例では、受光面側、および基板裏側のパターニングラインは直線形状であったが、パターニングラインは必ずしも直線形状である必要はない。一例として、特許文献１では受光面側のパターニングラインは直線形状であるが、裏側のパターニングラインが途中で屈曲している構造が示されている。屈曲させるパターンの場合、屈曲部でレーザのＸ−Ｙ方向の二次元的な掃引が必要となる。この場合、Ｘ方向に一次元的に進んでいたレーザをＸ−Ｙの二次元的な方向に進行方向を変化させる際、確実に加工ラインを寸法通りに形成するため、一時的にレーザの進行速度を減速させ、レーザの進行方向を変化させる必要が発生する。
【０００８】
パターニングラインの加工は、加工部に熱的、或いは機械的な力を与えて除去するため、必要以上の力を印加すると、ラインの周辺部や基板の反対側の素子に損傷を与えてしまう場合がある。レーザを用いた加工の場合、一定の周波数でパルス的に照射し、照射部の部材を除去する構造のため、一定以上の回数同一箇所にパルス照射すると、その部分の周囲に損傷を与えてしまう可能性がある。このような状況は、主にレーザ加工の開始点や終点位置近傍等のレーザの加減速領域において発生し、特許文献２では、レーザ射出部と被加工部との間にシャッターやマスクを配置し、加減速領域においてレーザの被加工部への照射を遮断する方法が提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−３４２９２４号公報
【特許文献２】特開平１１−２０４８１５号公報
【特許文献３】特開平８−５６００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１で開示されている薄膜太陽電池の構造において、他面側の第２電極層１ｃおよび第４電極層（光電変換層）１ｉを図６（ａ）の破線で示すような屈曲構造で加工する場合、精度よく加工をするには一時的にレーザの進行速度を減速させ、レーザの進行方向を変化させるための加減速領域が発生することになるので、主面側の第１電極層１ｂと第４電極層１ｉが損傷し、リークが発生してしまうという問題があった。また、他面側の第２電極層１ｃおよび第４電極層１ｉを図６（ｂ）の破線で示すような複数の直線を交差させた構造で加工する場合においても、それぞれの直線のレーザの加減速領域および交点部分で、上記と同様の損傷とリークが発生してしまう。
これは、パターニングの加減速領域および交点となる領域では、レーザーパルスの重複が多くなり、基板１ａを透過したレーザのエネルギーが第１電極層１ｂおよび第４電極層１ｆに入射することで、第１電極層１ｂおよび第４電極層１ｆの光電変換素子部の破壊或いは光電変換素子部の結晶化が発生し、第１電極層１ｂと第３電極層１ｇとが導通することで発生するためである。
また、レーザ加減速領域においてシャッター等によりレーザを遮断する方法は、レーザ加工装置のコストアップに繋がる上、シャッターの開閉速度がレーザの発振周波数に十分に追随できず、制御よく加工することが困難な状況であった。
なお、レーザ以外の方法、例えば超音波振動子やサンドブラストによる加工においても、加減速領域において他の部分と比べて素子に過度な力やエネルギーが印加されるため、レーザ加工と同様の問題が発生することになる。
【００１１】
また、特許文献３では、他面上の層を損傷することのない薄膜太陽電池の製造方法として、第３電極層の分離加工に、高分子基板を実質的に透過しない短波長のレーザ光を用いること、または一面上の層の分離加工の際に他面上に形成した層にエネルギーが到達しないようにするため、レーザ光に対して透過率の高い材料の場合には厚い基板を用い、レーザ光の加工出力を下げることを提示している。
しかしながら、特許文献３に開示されている製造方法は、レーザ発振機のコスト上昇となる上、基板そのものを加工し、長期信頼性などが低下する可能性があり、基板の厚板化した場合には材料費からコスト上昇となり、レーザ光の加工出力を下げた場合には、電極層の材料によっては加工が不可能になってしまう。
【００１２】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決し、量産性を低下させることなく、ニーズに応じて出力電圧、電流を変更することが可能な高効率の薄膜太陽電池およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、絶縁性基板の主面上に第１電極層、光電変換層である半導体層、および透明な第３電極層が順次積層されて形成され、前記基板の他面上に第２電極層および第４電極層が形成されており、前記第３電極層が前記第２電極層および前記第４電極層と、前記基板、前記第１電極層、前記第２電極層および前記半導体層を貫通する１つ以上の第２貫通孔を通じ、前記第１電極層と実質的に絶縁された導体により接続されてなる単位太陽電池が基板を共通にして複数個形成され、隣接単位太陽電池間は前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層が除去された主面側加工部により、また前記第２電極層および前記第４電極層が除去された他面側加工部により電気的に絶縁されており、１つの単位太陽電池の前記第１電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の前記第２電極層の延長部と、前記基板を貫通する１つ以上の第１貫通孔を通じ、単位太陽電池の前記第３電極層と実質的に絶縁された導体により接続されることで直列接続構造が形成されている薄膜太陽電池において、前記他面側加工部が屈曲構造を有し、前記他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分が、前記第１電極層に前記半導体層の形成前に局所的に電気的に分離されている領域に配置されている。
【００１４】
また、本発明は、絶縁性基板の主面上に第１電極層、光電変換層である半導体層、および透明な第３電極層が順次積層されて形成され、前記基板の他面上に第２電極層および第４電極層が形成されており、前記第３電極層が前記第２電極層および前記第４電極層と、前記基板、前記第１電極層、前記第２電極層および前記半導体層を貫通する１つ以上の第２貫通孔を通じ、前記第１電極層と実質的に絶縁された導体により接続されてなる単位太陽電池が基板を共通にして複数個形成され、隣接単位太陽電池間は前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層が除去された主面側加工部により、また前記第２電極層および前記第４電極層が除去された他面側加工部により電気的に絶縁されており、１つの単位太陽電池の前記第１電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の前記第２電極層の延長部と、前記基板を貫通する１つ以上の第１貫通孔を通じ、単位太陽電池の前記第３電極層と実質的に絶縁された導体により接続されることで直列接続構造が形成されている薄膜太陽電池において、前記他面側加工部が屈曲構造を有し、前記他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分が、前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層が除去され、局所的に電気的に分離されている領域に配置されている。
【００１５】
本発明の薄膜太陽電池は、次のように構成されていることが好ましい。
すなわち、本発明において、前記加工線は、前記第１電極層における前記電気的に分離された領域に該当する箇所で２度９０°に屈曲させた形状を有している。
また、本発明において、前記加工線は、前記第１電極層における前記電気的に分離された領域に該当する箇所で鈍角に傾斜させた形状を有している。
【００１６】
そして、本発明は、絶縁性基板の主面上に第１電極層、光電変換層である半導体層、および透明な第３電極層が順次積層されて形成され、前記基板の他面上に第２電極層および第４電極層が形成されており、前記第３電極層が前記第２電極層および前記第４電極層と、前記基板、前記第１電極層、前記第２電極層および前記半導体層を貫通する１つ以上の第２貫通孔を通じ、前記第１電極層と実質的に絶縁された導体により接続されてなる単位太陽電池が基板を共通にして複数個形成され、隣接単位太陽電池間は前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層が除去された主面側加工部により、また前記第２電極層および前記第４電極層が除去された他面側加工部により電気的に絶縁されており、１つの単位太陽電池の前記第１電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の前記第２電極層の延長部と、前記基板を貫通する１つ以上の第１貫通孔を通じ、単位太陽電池の前記第３電極層と実質的に絶縁された導体により接続されることで直列接続構造が形成されている薄膜太陽電池の製造方法において、前記第１電極層に前記半導体層を形成する前に、前記第１電極層を除去することにより、前記第１電極層に局所的に電気的に分離されている領域を形成し、その後、前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層を除去して前記主面側加工部を形成するとともに、前記第２電極層および前記第４電極層を除去して前記他面側加工部を形成し、前記他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分を、前記電気的に分離されている領域に配置している。
【００１７】
また、本発明は、絶縁性基板の主面上に第１電極層、光電変換層である半導体層、および透明な第３電極層が順次積層されて形成され、前記基板の他面上に第２電極層および第４電極層が形成されており、前記第３電極層が前記第２電極層および前記第４電極層と、前記基板、前記第１電極層、前記第２電極層および前記半導体層を貫通する１つ以上の第２貫通孔を通じ、前記第１電極層と実質的に絶縁された導体により接続されてなる単位太陽電池が基板を共通にして複数個形成され、隣接単位太陽電池間は前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層が除去された主面側加工部により、また前記第２電極層および前記第４電極層が除去された他面側加工部により電気的に絶縁されており、１つの単位太陽電池の前記第１電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の前記第２電極層の延長部と、前記基板を貫通する１つ以上の第１貫通孔を通じ、単位太陽電池の前記第３電極層と実質的に絶縁された導体により接続されることで直列接続構造が形成されている薄膜太陽電池の製造方法において、前記半導体層および前記第３電極層を積層し、前記第２電極層および前記第４電極層を除去して前記他面側加工部を形成した後に、前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層を除去する前記主面側加工部によって局所的に電気的に分離されている領域を形成し、前記他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分を、前記電気的に分離されている領域に配置している。
【００１８】
本発明の薄膜太陽電池の製造方法において、前記加工線は、前記第１電極層における前記電気的に分離された領域に該当する箇所で２度９０°に屈曲させた形状を有していることが好ましい。
また、本発明の薄膜太陽電池の製造方法において、前記加工線は、前記第１電極層における前記電気的に分離された領域に該当する箇所で鈍角に傾斜させた形状を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上述の如く、本発明に係る薄膜太陽電池は、絶縁性基板の主面上に第１電極層、光電変換層である半導体層、および透明な第３電極層が順次積層されて形成され、前記基板の他面上に第２電極層および第４電極層が形成されており、前記第３電極層が前記第２電極層および前記第４電極層と、前記基板、前記第１電極層、前記第２電極層および前記半導体層を貫通する１つ以上の第２貫通孔を通じ、前記第１電極層と実質的に絶縁された導体により接続されてなる単位太陽電池が基板を共通にして複数個形成され、隣接単位太陽電池間は前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層が除去された主面側加工部により、また前記第２電極層および前記第４電極層が除去された他面側加工部により電気的に絶縁されており、１つの単位太陽電池の前記第１電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の前記第２電極層の延長部と、前記基板を貫通する１つ以上の第１貫通孔を通じ、単位太陽電池の前記第３電極層と実質的に絶縁された導体により接続されることで直列接続構造が形成されているものであって、前記他面側加工部が屈曲構造を有し、前記他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分が、前記第１電極層に前記半導体層の形成前に局所的に電気的に分離されている領域に配置されているので、他面側加工部の屈曲構造の形成においてレーザ加工等による結晶化や損傷が発生しても、第１電極層と第２電極層とが導通してリークパスが形成されることはない。
したがって、本発明によれば、出力電圧、電流および量産性を低下させることなく、薄膜太陽電池の出力電圧、電流を選択的に変更することが可能となるため、要求された出力電圧、電流を有する高効率の薄膜太陽電池を安価に提供することができる。
【００２０】
また、本発明は、前記構成の薄膜太陽電池において、前記他面側加工部が屈曲構造を有し、前記他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分が、前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層が除去され、局所的に電気的に分離されている領域に配置されているので、前記発明と同様の効果を得ることができ、薄膜太陽電池として優れた品質を有している。
【００２１】
さらに、本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法は、絶縁性基板の主面上に第１電極層、光電変換層である半導体層、および透明な第３電極層が順次積層されて形成され、前記基板の他面上に第２電極層および第４電極層が形成されており、前記第３電極層が前記第２電極層および前記第４電極層と、前記基板、前記第１電極層、前記第２電極層および前記半導体層を貫通する１つ以上の第２貫通孔を通じ、前記第１電極層と実質的に絶縁された導体により接続されてなる単位太陽電池が基板を共通にして複数個形成され、隣接単位太陽電池間は前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層が除去された主面側加工部により、また前記第２電極層および前記第４電極層が除去された他面側加工部により電気的に絶縁されており、１つの単位太陽電池の前記第１電極層の延長部が、隣接単位太陽電池の前記第２電極層の延長部と、前記基板を貫通する１つ以上の第１貫通孔を通じ、単位太陽電池の前記第３電極層と実質的に絶縁された導体により接続されることで直列接続構造が形成されている薄膜太陽電池を製造するものであって、前記第１電極層に前記半導体層を形成する前に、前記第１電極層を除去することにより、前記第１電極層に局所的に電気的に分離されている領域を形成し、その後、前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層を除去して前記主面側加工部を形成するとともに、前記第２電極層および前記第４電極層を除去して前記他面側加工部を形成し、前記他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分を、前記電気的に分離されている領域に配置するので、要求された出力電圧、電流を有する高効率の薄膜太陽電池を容易に製造でき、種々のニーズに対応することができる。
【００２２】
また、本発明は、前記構成の薄膜太陽電池を製造するものであり、前記半導体層および前記第３電極層を積層し、前記第２電極層および前記第４電極層を除去して前記他面側加工部を形成した後に、前記第１電極層、前記半導体層および前記第３電極層を除去する前記主面側加工部によって局所的に電気的に分離されている領域を形成し、前記他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分を、前記電気的に分離されている領域に配置するので、前記発明と同様の効果を得ることができ、高品質の薄膜太陽電池を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る薄膜太陽電池構造を示す平面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線断面図あり、（ａ）〜（ｉ）は本発明の第１実施形態に係る薄膜太陽電池の製造工程を示す概略断面図である。
【図３】図１におけるＸ−Ｘ線断面図あり、（ａ）〜（ｉ）は本発明の第２実施形態に係る薄膜太陽電池の製造工程を示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例に係る薄膜太陽電池の屈曲パターニング構造を示す平面図である。
【図５】従来の薄膜太陽電池構造を示すものであり、（ａ）は主面側から見た平面図、（ｂ）は他面側から見た平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は従来の薄膜太陽電池の屈曲パターニング構造の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る薄膜太陽電池およびその製造方法について、その実施形態に基づき図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施形態に係る薄膜太陽電池を受光面（主面）側から見た平面図を示している。また、図２（ａ）〜（ｉ）は本発明の第１実施形態に係る薄膜太陽電池の製造工程を示し、図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
本実施形態の薄膜太陽電池１０は、図１および図２に示すように、電気絶縁性を有する可撓性基板（高分子基板）１ａの主面上に第１電極層１ｂ、光電変換層（半導体層）１ｆおよび第３電極層（透明電極層）１ｇが順次積層されて形成されているとともに、基板１ａの主面と反対側の他面に積層される第２電極層１ｃおよび第４電極層１ｉが積層されて形成されている。
【００２６】
本実施形態の薄膜太陽電池１０の特徴は、基板１ａの裏側の破線で示す分離線（加工線、電極除去部）Ｐ３が直線形状ではなく、直線の両側がそれぞれ９０°の方向に２回折れ曲がったクランク形状の屈曲構造を有している点と、分離線Ｐ３の屈曲部が基板１ａの受光面（主面）側の実線で示す分離線（加工線、電極除去部）Ｐ２で囲まれた領域外にある点である。すなわち、本実施形態の薄膜太陽電池１０では、第１電極層１ｂにおいて、電気的に分離されている領域１ｄを局所的に有している。この領域１ｄは、基板１ａの他面側の分離線Ｐ３が屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分に当たる部分において、分離線（加工線、電極除去部）Ｐ１の箇所の第１電極層１ｂを除去することにより形成されている。
【００２７】
このような構造の本実施形態に係る薄膜太陽電池１０の製造方法について、図２（ａ）〜（ｉ）を用いて説明する。ここで、（ａ）は第１貫通孔ｈ１の穿孔、（ｂ）は第１電極層１ｂと第２電極層１ｃの成膜、（ｃ）は第１電極層１ｂの分離加工、（ｄ）は第２貫通孔ｈ２の穿孔、（ｅ）は光電変換層１ｆの成膜、（ｆ）は第３電極層１ｇの成膜、（ｇ）は第４電極層１ｉの成膜、（ｈ）は主面側の第１電極層１ｂ、光電変換層１ｆおよび第３電極層１ｇの分離加工、（ｉ）は他面側の第２電極層１ｃおよび第４電極層１ｉの分離加工の工程をそれぞれ示す断面図である。
なお、本実施形態の薄膜太陽電池１０の基板１ａとしては、可撓性高分子基板（ポリイミド系、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）系、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）系、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系、またはアラミド系フィルム等の耐熱性プラスチック基板）が用いられている。その他、可撓性基板に限らなければ、ガラス基板等を使用することも可能である。
【００２８】
（ａ）まず、基板１ａの所定の位置に第１貫通孔である複数個の接続孔（直列接続孔）ｈ１を空けて形成する。接続孔ｈ１の形成方法としては、パンチなどの金型を用いて機械的に穿孔する方法、レーザを用いて貫通孔を得る方法などがある。接続孔ｈ１の形状は、円形状でなくても良く、四角形や楕円形のような形状としても良い。また、接続孔ｈ１の個数や大きさも必ずしも本実施形態の値である必要はなく、必要に応じて個数を増減させたり、小径化または大径化したりしても良い。
【００２９】
（ｂ）次に、基板１ａの上に、第１電極層１ｂ（この面を表面とする）を成膜し、それと反対側である裏面に第２電極層１ｃを順次成膜した。このとき、接続孔ｈ１の内面では第１電極層１ｂと第２電極層１ｃとが重なって接続され、互いに導通する。なお、第１電極層１ｂと第２電極層１ｃの成膜順は、逆に行っても良い。
これらの電極層としては、Ａｇターゲットなどが用いられており、Ａｇを数百ｎｍの厚さにスパッタリング装置により形成した。また、第１電極層１ｂの表面には、入射した光を散乱させ、光電変換素子の吸収量を増加させるためにテクスチャー形状を形成した。なお、第１電極層１ｂとしてはＡｇ電極だけでなく、例えばＡｇ電極の表面にプラズマ耐性のあるＴｉＯ２を成膜した積層膜やＳｎＯ２、ＺｎＯ等としてもよく、最適なテクスチャー形状を形成する材料を適用しても良い。
【００３０】
（ｃ）前記第１電極層１ｂにおいて、基板１ａの主面と反対側に位置する他面側の分離線（電極除去部）Ｐ３が屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分に当たる部分に、電気的に分離される領域１ｄを、分離線（電極除去部）Ｐ１によって形成する。分離線Ｐ１は、レーザパターニング装置で第１電極層１ｂを除去することにより形成されたものである。
分離領域１ｄの加工位置は、後の他面側電極の除去工程で屈曲構造の図面上の位置と、接続孔ｈ１との関係で決定できるが、後の工程で他面側電極を加工する際の線幅、加工位置精度などを考慮して決定するのが良い。また、分離領域１ｄの加工形状は、必ずしも本実施形態のように四角形でなく、円形などの任意の形状で良い。一方、分離線Ｐ１の加工方法は、レーザパターニング以外の方法、例えば超音波振動子やサンドブラストによる加工によって行ってもよい。
【００３１】
（ｄ）次に、再び基板１ａの所定の位置に第２貫通孔である複数個の集電孔ｈ２を空けて形成する。集電孔ｈ２は、円形状で直径は１ｍｍのオーダーとし、パンチにより機械的に穿孔した。集電孔ｈ２の形状、大きさ、個数等は、接続孔ｈ１と同様、必ずしも本実施形態の値である必要はなく、必要に応じて変更しても良い。
なお、前記（ｃ）と（ｄ）の工程は、その工程順を前後逆にしても良い。
【００３２】
（ｅ）このような工程を経た後、薄膜半導体層の光電変換層１ｆを成膜した。本実施形態の光電変換層１ｆとしては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）とアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）の二層タンデム構造とした。光電変換層１ｆの材質としては、これらの他にアモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、アモルファスシリコンオキサイド（ａ−ＳｉＯ）、アモルファスシリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）、微結晶シリコンカーバイド（μｃ−ＳｉＣ）、微結晶シリコンオキサイド（μc−ＳｉＯ）、微結晶シリコンナイトライド（μc-ＳｉＮ）等を適用しても良い。光電変換層１ｆの各層の成膜方法としては、今回プラズマＣＶＤ法を適用したが、例えばスパッタ法、蒸着法、Ｃａｔ−ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等で成膜を行うことも可能である。
これにより、前記第１電極層１ｂ上の局所的に電気的に分離される領域１ｄを形成するための、第１電極層１ｂを除去した部分である分離線Ｐ１は、光電変換層１ｆの材料で満たされることになる。光電変換層１ｆは実質的に絶縁体となるため、第１電極層１ｂと局所的に電気的に分離される領域１ｄは電気的に絶縁される。
【００３３】
（ｆ）光電変換層１ｆの形成後、スパッタ法を用いて透明電極膜の第３電極層１ｇを形成した。本実施形態では、第３電極層１ｇとしてＩＴＯ膜を適用したが、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の酸化物導電膜を適用しても良い。また、第３電極層１ｇの形成時には、接続孔ｈ１の周辺部をマスクなどで覆うなどして、始に形成した接続孔ｈ１の部分に膜が形成されないようにする。
【００３４】
（ｇ）次いで、第３電極層１ｇを形成した面とは反対側の基板１ａの裏面に金属膜などの低抵抗導電膜からなる接続電極層の第４電極層１ｉを成膜した。この工程により、集電孔ｈ２の内面で第３電極層１ｇと第４電極層１ｉとが重なり、互いに導通させることが可能となる。
【００３５】
（ｈ）そして、レーザ加工にて、第１電極層１ｂ、光電変換層１ｆおよび第３電極層１ｇを除去することにより、複数のセルに分ける分離線（電極除去部）Ｐ２を形成した。ここで、分離線Ｐ２の形状は、必ずしも本実施形態のような直線状である必要はなく、曲線を含んだ形状としても良い。
【００３６】
（ｉ）最後に、レーザ加工にて、第２電極層１ｃおよび第４電極層１ｉを除去することにより分離線（電極除去部）Ｐ３を形成した。分離線の形状は、分離線Ｐ２は直線形状とし、分離線Ｐ３は第１電極層１ｂにおいて、分離線Ｐ１により電気的に分離された領域１ｄに該当する箇所で２度９０°に屈曲させた形状とした。分離線Ｐ１は基板１ａの主面側下地電極パターンを形成し、分離線Ｐ２は基板１ａの主面側分離パターンを形成し、分離線Ｐ３は基板１ａの他面側分離パターンを形成している。
なお、前記（ｈ）と（ｉ）の工程は、その工程順を前後逆にしても良い。
【００３７】
このように、本発明の実施形態の薄膜太陽電池１０は、第１電極層１ｂにおいて、光電変換層１ｆおよび第３電極層１ｇを積層する前に形成され、第１電極層１ｂから電気的に分離されている領域１ｄを局所的に有しているので、基板１ａの他面側の分離線Ｐ３が屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分に当たる部分において、仮にレーザ加工等による結晶化や損傷が発生しても、当該分離領域１ｄの存在で第１電極層１ｂと第２電極層１ｃとが導通してリークパスが形成されるということはない。したがって、本実施形態の薄膜太陽電池１０は、高効率の薄膜太陽電池であり、優れた商品価値を有している。
【００３８】
また、本発明の第１実施形態に係る薄膜太陽電池１０の製造方法は、前記（ａ）〜（ｉ）の製造工程を経ているので、量産性を低下させることなく、ニーズに応じて出力電圧、電流を変更することが可能な高効率の薄膜太陽電池を安定して得ることできる。
【００３９】
図３（ａ）〜（ｉ）は、本発明の第２実施形態に係る薄膜太陽電池の製造工程を示し、図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
本実施形態の薄膜太陽電池１０ａは、第１電極層１ｂ、光電変換層１ｆおよび第３電極層１ｇにおいて、電気的に分離されている領域１ｊを局所的に有している点が上記実施形態の薄膜太陽電池１０と異なっている。この領域１ｊは、基板１ａの他面側の分離線Ｐ３が屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分に当たる部分において、分離線Ｐ４の箇所の第１電極層１ｂ、光電変換層１ｆおよび第３電極層１ｇを除去することにより形成されている。
その他の構成は前記実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
このような構造の本実施形態に係る薄膜太陽電池１０ａの製造方法について、図３（ａ）〜（ｉ）を用いて説明する。ここで、（ａ）は第１貫通孔ｈ１の穿孔、（ｂ）は第１電極層１ｂと第２電極層１ｃの成膜、（ｃ）は第２貫通孔ｈ２の穿孔、（ｄ）は光電変換層１ｆの成膜、（ｅ）は第３電極層１ｇの成膜、（ｆ）は第４電極層１ｉの成膜、（ｇ）は他面側の第２電極層１ｃおよび第４電極層１ｉの分離加工、（ｈ）は主面側の第１電極層１ｂ、光電変換層１ｆおよび第３電極層１ｇの分離加工、（ｉ）は主面側の第１電極層１ｂ、光電変換層１ｆおよび第３電極層１ｇの他の箇所の分離加工の工程をそれぞれ示す断面図である。
【００４１】
（ａ）第１実施形態の（ａ）と同じである。
（ｂ）第１実施形態の（ｂ）と同じである。
（ｃ）第１実施形態の（ｄ）と同じである。
【００４２】
（ｄ）このような工程を経た後、薄膜半導体層の光電変換層１ｆを成膜した。本実施形態の光電変換層１ｆとしては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）とアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）の二層タンデム構造とした。光電変換層１ｆの材質としては、これらの他にアモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、アモルファスシリコンオキサイド（ａ−ＳｉＯ）、アモルファスシリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）、微結晶シリコンカーバイド（μｃ−ＳｉＣ）、微結晶シリコンオキサイド（μc−ＳｉＯ）、微結晶シリコンナイトライド（μc-ＳｉＮ）等を適用しても良い。光電変換層１ｆの各層の成膜方法としては、今回プラズマＣＶＤ法を適用したが、例えばスパッタ法、蒸着法、Ｃａｔ−ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等で成膜を行うことも可能である。
【００４３】
（ｅ）第１実施形態の（ｆ）と同じである。
（ｆ）第１実施形態の（ｇ）と同じである。
（ｇ）次に、レーザ加工にて、第２電極層１ｃおよび第４電極層１ｉを除去することにより分離線Ｐ３を形成した。分離線Ｐ３の形状は、２度９０°に屈曲させた形状とした。
（ｈ）第１実施形態の（ｈ）と同じである。
【００４４】
（ｉ）最後に、基板１ａの他面側加工部を形成した後、当該他面側加工部の屈曲構造を形成するための加減速領域あるいは屈曲構造を構成する加工線の交点部分を含めるように、レーザ加工にて第１電極層１ｂ、光電変換層１ｆおよび第３電極層１ｇの所定箇所を除去することにより、分離線Ｐ４を形成し、第１電極層１ｂ、光電変換層１ｆおよび第３電極層１ｇと局所的に電気的に分離される領域１ｊを形成した。
【００４５】
本発明の第２実施形態の薄膜太陽電池１０ａおよびその製造方法によれば、前記第１実施形態の薄膜太陽電池１０と同様の効果を得ることができるとともに、図３で示した薄膜太陽電池の構成で製造することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更および変形が可能である。
例えば、本発明は、図１において示された実施形態の分離線Ｐ３の屈曲構造に限られず、図４に示されるように、直線形状の両側を鈍角に傾斜させた分離線Ｐ３の屈曲構造とすることも可能である。これにより、ニーズに適合した種々の出力電圧、電流を有する薄膜太陽電池を製造することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ａ  基板
１ｂ  第１電極層
１ｃ  第２電極層
１ｆ  光電変換層（半導体層）
１ｇ  第３電極層（透明電極層）
１ｉ  第４電極層
１０，１０ａ  薄膜太陽電池
ｈ１  接続孔（第１貫通孔）
ｈ２  集電孔（第２貫通孔）
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４  主面側の分離線（加工線）
Ｐ３  他面側の分離線（加工線）
【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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