(57)【要約】【課題】複数のセルが直列接続される薄膜太陽電池で溝内での短絡を防止できる薄膜太陽電池とその製造方法を得ること。【解決手段】まず、絶縁透光性基板１０上に表面電極層１１を形成し、太陽電池セルごとに表面電極層１１を分離する第１の溝３１を形成し、表面電極層１１上に、第１光電変換層１２１と２μｍ以上の厚さの第２光電変換層１２２とを含む光電変換層１２を形成する。ついで、表面電極層１１を露出させるように光電変換層１２を分離する第２の溝３２を形成し、第２の溝３２が形成された光電変換層１２上に裏面電極層１３を形成する。そして、隣接する太陽電池セル間の裏面電極層１３と光電変換層１２とを分離する第３の溝３３を形成する。第３の溝３３の形成では、第３の溝３３の底幅が３０μｍ以上４０μｍ以下であり、裏面電極層１３側に向かって幅が大きくなるように側壁がテーパ形状を有するように光電変換層１２と裏面電極層１３とを加工する。【選択図】図２−２
2013021078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁透光性基板上に透明導電性材料からなる第１電極層を形成する第１電極層形成工程と、
太陽電池セルごとに前記第１電極層を分離する第１の溝を形成する第１の溝形成工程と、
前記第１の溝を形成した前記第１電極層上に、第１のバンドギャップを有する半導体層からなる第１光電変換層と、第２のバンドギャップを有する半導体層からなり、２μｍ以上の厚さの第２光電変換層と、を含む光電変換層を形成する光電変換層形成工程と、
前記第１電極層を露出させるように前記光電変換層を分離する第２の溝を形成する第２の溝形成工程と、
前記第２の溝が形成された前記光電変換層上をコンフォーマルに被覆するように導電性材料からなる第２電極層を形成する第２電極層形成工程と、
隣接する前記太陽電池セル間の前記第２電極層と前記光電変換層とを分離する第３の溝を形成する第３の溝形成工程と、
を含み、
前記第３の溝形成工程では、前記第３の溝の底幅が３０μｍ以上４０μｍ以下であり、前記第２電極層側に向かって幅が大きくなるように側壁がテーパ形状を有するように前記光電変換層と前記第２電極層とを加工することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第３の溝形成工程では、前記第３の溝の底幅が３０μｍ以上４０μｍ以下となるように調整したビーム幅のレーザ光を前記光電変換層に照射して加工することを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記光電変換層形成工程では、前記第２光電変換層として微結晶シリコン膜を形成す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の製造方法。
【請求項４】
絶縁透光性基板上に、透明導電性材料によって形成される第１電極層と、第１のバンドギャップを有する半導体層からなる第１光電変換層、および第２のバンドギャップを有する２μｍ以上の厚さの半導体層からなる第２光電変換層を基板面に垂直な方向に含む光電変換層と、前記光電変換層側からの光を反射する導電性材料によって形成される第２電極層と、を含む太陽電池セルが複数配列して形成されたセルストリングが、前記絶縁透光性基板上に複数配置される薄膜太陽電池の製造方法において、
隣接する前記セルストリング間に位置する前記第１電極層を分離する第１電極層分離工程と、
底幅が３０μｍ以上４０μｍ以下であり、前記第２電極層側に向かって幅が大きくなるテーパ形状の側壁を有するように、前記隣接するセルストリング間の前記光電変換層と前記第２電極層とを分離するスクライブ溝を形成するスクライブ溝形成工程と、
を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記スクライブ溝形成工程では、前記スクライブ溝の底幅が３０μｍ以上４０μｍ以下となるように調整したビーム幅のレーザ光を前記光電変換層に照射して加工することを特徴とする請求項４に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記第１電極層分離工程では、前記隣接するセルストリング間の前記第２電極層から前記第１電極層までを一括して分離する溝を形成し、
前記スクライブ溝形成工程では、前記溝の底部と重ならない位置に前記スクライブ溝を形成することを特徴とする請求項４または５に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記レーザ光は、ビーム径が３０μｍ以上４０μｍ以下で、ビーム強度分布が平坦なピークを有することを特徴とする請求項２または５に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項８】
絶縁透光性基板上に、透明導電性材料によって形成される第１電極層と、第１のバンドギャップを有する半導体層からなる第１光電変換層、および第２のバンドギャップを有する半導体層からなる第２光電変換層を基板面に垂直な方向に複数含む光電変換層と、前記光電変換層側からの光を反射する導電性材料によって形成される第２電極層と、を含む太陽電池セルが複数配列して形成され、前記太陽電池セルと隣接する太陽電池セルとの間で前記第２電極層と前記光電変換層とを分離する分離溝を有する薄膜太陽電池において、
前記第２光電変換層は、２μｍ以上の厚さを有し、
前記分離溝は、４０μｍ以下の幅の底部を有し、
前記分離溝の側壁は、上部に行くほど開口径が大きくなるように一部が傾斜していることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項９】
絶縁透光性基板上に、透明導電性材料によって形成される第１電極層と、第１のバンドギャップを有する半導体層からなる第１光電変換層、および第２のバンドギャップを有する半導体層からなる第２光電変換層を基板面に垂直な方向に複数含む光電変換層と、前記光電変換層側からの光を反射する導電性材料によって形成される第２電極層と、を含む太陽電池セルが複数配列して形成されたセルストリングが、前記絶縁透光性基板上に複数配置され、隣接する前記セルストリング間が前記第２電極層から前記第１電極層まで至る分離溝によって分離される薄膜太陽電池において、
前記第２光電変換層は、２μｍ以上の厚さを有し、
前記分離溝の側壁は、底部から上部に行くほど開口径が大きくなるように一部が傾斜していることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項１０】
前記分離溝での前記第１電極層の端部と前記第２電極層の下部との間の前記側壁に沿った距離は、前記光電変換層の膜厚の３倍以上であることを特徴とする請求項８または９に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１１】
前記分離溝での前記第１電極層の端部と前記第２電極層の下部との間の基板面に平行な方向の距離は、１０μｍ以上あることを特徴とする請求項８または９に記載の薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜太陽電池とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の薄膜太陽電池として、透明基板上に第１導電層、光電変換層、第２導電層が順に形成された構造のものが知られている。第１導電層としては透明導電膜が用いられ、光電変換層としては半導体膜が用いられ、第２導電層としては金属膜が用いられる。光電変換層としては、ｐ型半導体層、高抵抗のｉ型半導体層、ｎ型半導体層からなるｐｉｎ構造が一般的である。また、光電変換層としては、光の吸収波長領域を拡大するため、タンデム型構造が用いられることもある。タンデム型構造は、光を取り込む表面の透明基板側にバンドギャップの大きい第１の半導体層を、裏面側にバンドギャップの小さい第２の半導体層を配置した２段構造からなり、表面側で短波長の光を吸収し、裏面側で長波長の光を吸収する。たとえば、表面側には非晶質シリコン層を配置し、裏面側には微結晶シリコン層を配置したタンデム型構造が知られている。
【０００３】
また、薄膜太陽電池では基板上の太陽電池積層膜を複数のセルに分割して、それらを直列接続した集積型構造が用いられる。集積型構造では第１導電層、光電変換層、第２導電層をレーザ光等でそれぞれ除去した３本の溝でセルごとに分断して、直列接続させる（たとえば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
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、微結晶系シリコンを含む光電変換層、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。ここでは、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の間に、隣接する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。
【０００５】
また、特許文献２には、上記の様な直列接続したセルからなるセル群を１つの基板上に複数個設ける構造の薄膜太陽電池が開示されている。この場合には、セル群間の透明電極層、光電変換層、裏面電極層全てを分離する溝も存在する。同様な溝は基板の周辺部にも存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−５３４５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６１３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術の溝の形成にはレーザ光を照射し、照射部の膜を加熱により離脱させるレーザスクライブ法が用いられている。レーザスクライブ法では透明基板側からレーザ光を照射して、光電変換層を熱で爆発させ、光電変換層とその上部にある裏面電極層を一度に飛ばすため、溝の側壁は通常概略垂直に形成される。そのため、溝の側壁に露出した裏面電極層と底面に露出した表面電極層の間は、光電変換層の膜厚である２〜３μｍの間隔しかない。そのため、溝の側壁に露出した光電変換層に導電性の異物等が付着して、裏面電極層と表面電極層との間が短絡しやすい。たとえば、レーザスクライブ法によって除去される導電性膜は数μｍ程度のものもあり、これが異物として溝の側壁に付着する場合がある。そして、短絡が発生すると、そのセルは起電力を生じなくなるためモジュールの変換効率を低下させてしまい、モジュールの性能が損なわれてしまうという問題点があった。
【０００８】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、複数のセルが直列接続される薄膜太陽電池で、溝内での短絡を防止できる薄膜太陽電池とその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、この発明にかかる薄膜太陽電池の製造方法は、絶縁透光性基板上に透明導電性材料からなる第１電極層を形成する第１電極層形成工程と、太陽電池セルごとに前記第１電極層を分離する第１の溝を形成する第１の溝形成工程と、前記第１の溝を形成した前記第１電極層上に、第１のバンドギャップを有する半導体層からなる第１光電変換層と、第２のバンドギャップを有する半導体層からなり、２μｍ以上の厚さの第２光電変換層と、を含む光電変換層を形成する光電変換層形成工程と、前記第１電極層を露出させるように前記光電変換層を分離する第２の溝を形成する第２の溝形成工程と、前記第２の溝が形成された前記光電変換層上をコンフォーマルに被覆するように導電性材料からなる第２電極層を形成する第２電極層形成工程と、隣接する前記太陽電池セル間の前記第２電極層と前記光電変換層とを分離する第３の溝を形成する第３の溝形成工程と、を含み、前記第３の溝形成工程では、前記第３の溝の底幅が３０μｍ以上４０μｍ以下であり、前記第２電極層側に向かって幅が大きくなるように側壁がテーパ形状を有するように前記光電変換層と前記第２電極層とを加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、光電変換層と裏面電極層を除去した溝の側壁に傾斜をつけて、溝内の裏面電極層と露出した表面電極層との間の距離を増大させるようにしたので、導電性異物の付着になどによる裏面電極層と表面電極層との間の短絡の発生を防止し、歩留まりよく薄膜太陽電池を製造することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１による薄膜太陽電池の構造の一例を模式的に示す一部断面図である。
【図２−１】図２−１は、実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その１）。
【図２−２】図２−２は、実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である（その２）。
【図３】図３は、側壁の傾斜による露出した表面電極層の端部に対する裏面電極層の後退量と底幅と第２光電変換層の膜厚との間の関係を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２による薄膜太陽電池の構造の一例を模式的に示す一部断面図である。
【図５−１】図５−１は、実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。
【図５−２】図５−２は、実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。
【図５−３】図５−３は、実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その３）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池とその製造方法を詳細に説明する。なお、これら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。また、以下の実施の形態で用いられる薄膜太陽電池の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合がある。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による薄膜太陽電池の構造の一例を模式的に示す一部断面図である。薄膜太陽電池は、高光透過率のガラス基板やポリイミドなどの透光性の有機フィルム材料などの絶縁透光性基板１０上に短冊状の太陽電池セルＣＥ（ＣＥ１，ＣＥ２，ＣＥ３，・・・）が複数配置された構造を有している。この例では、３個の太陽電池セルＣＥ１〜ＣＥ３が所定の方向（図中では、左右方向）に直列に接続された場合が示されている。
【００１４】
太陽電池セルＣＥは、絶縁透光性基板１０上に、表面電極層１１、光電変換層１２および裏面電極層１３が順に積層された構造を有する。表面電極層１１は、ＳｎＯ2やＺｎＯ等の透明導電性材料膜で構成される。光電変換層１２は、バンドギャップの異なるｐｉｎ構造を有する半導体層が複数積層されるタンデム型構造を有する。ここでは、表面電極層１１上に、非晶質シリコン膜、または非晶質のシリコン−ゲルマニウム合金層のｐｉｎ接合からなる第１光電変換層１２１と、微結晶シリコン膜のｐｉｎ接合からなる第２光電変換層１２２と、が順に積層された構造を有する。裏面電極層１３は、導電率が高くかつ反射率の高い材料が望ましい。たとえば、Ａｇ，Ａｌ等の金属膜と透明導電性材料膜との積層膜によって構成される。
【００１５】
なお、ここでは、光電変換層１２が、バンドギャップの異なる２層の光電変換層１２１，１２２によって構成される例が示されているが、バンドギャップの異なる３層以上の光電変換層によって構成されていてもよく、またバンドギャップの異なる光電変換層間に導電性のＳｉＯ2膜などからなる中間層を備える構成であってもよい。
【００１６】
太陽電池セルＣＥは、３つの溝３１〜３３によって隣接する太陽電池セルＣＥと分離されている。第１の溝３１は、隣接する太陽電池セルＣＥ間で表面電極層１１を分離する溝であり、第２の溝３２は、裏面電極層１３と隣接する太陽電池セルＣＥの表面電極層１１とを接続するために光電変換層１２に設けられる溝であり、第３の溝３３は、隣接する太陽電池セルＣＥ間で裏面電極層１３と光電変換層１２とを分離する溝である。
【００１７】
ここでは、第３の溝３３で区切られる領域を１つの太陽電池セルＣＥとし、図中の右側から第１太陽電池セルＣＥ１、第２太陽電池セルＣＥ２、第３太陽電池セルＣＥ３とする。第１太陽電池セルＣＥ１の表面電極層１１は、第２太陽電池セルＣＥ２の領域まで延在して設けられ、第２太陽電池セルＣＥ２の領域の第１の溝３１によって第２太陽電池セルＣＥ２の表面電極層１１と分離されている。また、第２太陽電池セルＣＥ２の領域中の第１太陽電池セルＣＥ１の表面電極層１１が形成されている領域内に、第１太陽電池セルＣＥ１の表面電極層１１を露出させるための第２の溝３２が設けられ、第２の溝３２の側面および底面をコンフォーマルに被覆するように第２太陽電池セルＣＥ２の裏面電極層１３が形成されている。このような構造によって、第１太陽電池セルＣＥ１と第２太陽電池セルＣＥ２とが直列に接続される。そして、第１太陽電池セルＣＥ１と第２太陽電池セルＣＥ２の間で裏面電極層１３と光電変換層１２を分離する第３の溝３３が、第２の溝３２よりも第１太陽電池セルＣＥ１側に設けられる。なお、第２太陽電池セルＣＥ２と第３太陽電池セルＣＥ３との間や、図示しないその他の隣接する太陽電池セルＣＥ間も同様の構造を有している。これによって、複数の太陽電池セルＣＥが直列に接続され、太陽電池モジュールが構成される。
【００１８】
実施の形態１では、第３の溝３３の底幅ａは、３０μｍ以上４０μｍ以下であり、溝幅が上に向かって拡がるように側壁が傾斜している。すなわち、第３の溝３３の側壁はテーパ形状を有している。ここで、第３の溝３３の光電変換層１２下部と表面電極層１１との境界から、裏面電極層１３の下部までの側壁に沿った距離が、光電変換層１２の厚さの３倍以上となるように、第３の溝３３の側壁が傾斜していることが望ましい。より具体的には、第２光電変換層１２２によって構成される側壁と基板表面との間の角度が９０°よりも小さい角度であることが望ましい。なお、第１光電変換層１２１によって構成される側壁と基板表面との間の角度は９０°であってもよい。また、このような側壁が傾斜した構造とするには、第２光電変換層１２２の膜厚は２μｍ以上であることが望ましい。
【００１９】
後述するように、第３の溝３３の底幅ａが４０μｍよりも大きくすると、第３の溝３３の側壁上における表面電極層１１と裏面電極層１３との間の距離が、光電変換層１２の厚さの３倍以上とならず望ましくない。また、光電変化層１２が非晶質シリコンと微結晶シリコンの２層からなる膜の場合で、第３の溝３３の底幅ａが３０μｍよりも小さい場合には、第３の溝３３を加工するのに必要なパワーが著しく上がり、表面電極層１１への熱影響が顕著となり、好ましくない。さらに、第２光電変換層１２２の膜厚が２μｍよりも小さい場合にも、第３の溝３３の側壁上における表面電極層１１と裏面電極層１３との間の距離が、光電変換層１２の厚さの３倍以上とならず望ましくない。また、第２光電変換層１２２の膜厚の上限は特に限定されないが、発電特性や経済性などから決定される。なお、第１の溝３１と第２の溝３２の側壁としては、基板面に対して垂直であっても、垂直でない角度であってもよい。
【００２０】
たとえば、第１光電変換層１２１の膜厚は０．３〜０．５μｍであり、第２光電変換層１２２の膜厚は２μｍである場合、第１光電変換層１２１と第２光電変換層１２２とを合わせた光電変換層１２全体の厚さは２〜３μｍである。一方、表面電極層１１の露出部の端部から裏面電極層１３の端部の後退量を１０〜２０μｍとすると、表面電極層１１の露出部の端部から裏面電極層１３の端部までの第３の溝３３を構成する側壁の長さは１０〜２０μｍとなる。このように、第３の溝３３の溝幅が裏面電極層１３側で拡がることによって、表面電極層１１の端部と裏面電極層１３の端部の間の距離は、第３の溝３３の側壁が基板面に対して９０°となる場合の距離（＝光電変換層１２の膜厚）の３倍以上に拡大し、表面電極層１１と裏面電極層１３間が短絡してしまう確率を減少させる。なお、後退量は、図１の第３の溝３３において、底面で露出した表面電極層１１の端部の位置と、裏面電極層１３の側壁上の位置と、の間の基板面に平行な方向の距離ｂである。
【００２１】
ここで、このような構造の薄膜太陽電池における動作の概要について説明する。絶縁透光性基板１０の裏面（太陽電池セルＣＥが形成されていない方の面）から太陽光が入射すると、光電変換層１２のｉ型半導体層で自由キャリアが生成される。生成された自由キャリアは、光電変換層１２のｐ型半導体層とｎ型半導体層によって形成される内蔵電界によって輸送され、電流が発生する。各太陽電池セルＣＥで発生した電流は、第２の溝３２内の表面電極層１１と裏面電極層１３の接続部を通って、隣接する太陽電池セルＣＥへと流れ込み、薄膜太陽電池モジュール全体の発電電流を生成する。
【００２２】
つぎに、上記した構造を有する薄膜太陽電池の製造方法について説明する。図２−１〜図２−２は、実施の形態１による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。これらの図では、薄膜太陽電池の太陽電池セルＣＥの第３の溝３３を含む一部の範囲のみを示している。
【００２３】
まず、図２−１（ａ）に示されるように、絶縁透光性基板１０上に透明導電性材料からなる表面電極層１１をスパッタ法などの方法によって形成する。ついで、図２−１（ｂ）に示されるように、レーザスクライブ法や金属針を用いた機械的スクライブ法によって表面電極層１１上の所定の位置に第１の溝３１を形成して表面電極層１１を分離する。
【００２４】
さらに、図２−１（ｃ）に示されるように、表面電極層１１を形成した絶縁透光性基板１０上に、光電変換層１２を形成する。ここでは、非晶質シリコンからなるｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層が順に形成された第１光電変換層１２１と、非晶質シリコンよりもバンドギャップの小さな微結晶シリコンからなるｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層が順に形成された第２光電変換層１２２と、が順に積層された光電変換層１２をＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法などの方法によって形成する。ここで、第１光電変換層１２１の厚さはたとえば０．３μｍとし、第２光電変換層１２２の厚さはたとえば２μｍとすることができる。その後、図２−１（ｄ）に示されるように、レーザスクライブ法によって光電変換層１２の所定の位置に第２の溝３２を形成して、下層の表面電極層１１を露出させる。
【００２５】
ついで、図２−２（ａ）に示されるように、第２の溝３２を形成した光電変換層１２上に裏面電極層１３を形成する。裏面電極層１３は、第２の溝３２内をコンフォーマルに被覆するように段差被覆性のよいＣＶＤ法などの製膜法によって形成することが望ましい。
【００２６】
その後、レーザスクライブ法によって、光電変換層１２と裏面電極層１３の所定の位置に、第２光電変換層１２２の側壁が基板面に対して９０°よりも小さい角度となるような第３の溝３３を形成する。まず、図２−２（ｂ）に示されるように、絶縁透光性基板１０の裏面側からレーザ光Ｌを照射し、絶縁透光性基板１０と表面電極層１１を透過させてレーザ光を光電変換層１２に集光させる。このときのレーザ光Ｌは表面電極層１１を透過し、光電変換層１２に吸収される波長であればよく、たとえば、ＹＡＧ（Yttrium  Aluminum  Garnet）レーザやＹＶＯ4レーザの第２高調波である５３２ｎｍのパルスレーザを用いることができる。レーザ光Ｌが照射された光電変換層１２は加熱されるが、この波長のレーザ光Ｌはその殆どが第１光電変換層１２１で吸収される。この加熱による温度上昇によって、レーザ光Ｌが吸収された第１光電変換層１２１の領域Ｒ１、および熱伝導により加熱された近傍の第２光電変換層１２２の領域Ｒ２がＨ2ガスを急激に放出し爆発する。このとき、図２−２（ｃ）に示されるように、上部の残りの第２光電変換層１２２と裏面電極層１３が一緒に吹き飛び、第１光電変換層１２１、第２光電変換層１２２および裏面電極層１３が除去された剥離部分が形成される。そして、１０〜１００ｋＨｚの繰り返し周波数のパルスレーザを照射しながら、レーザ光Ｌを絶縁透光性基板１０に対して紙面に垂直方向に８００〜２０００ｍｍ／ｓの速度で移動させることによって、剥離部分が直線状に連なった第３の溝３３が形成される。
【００２７】
図２−２（ｃ）に示されるように、レーザ光Ｌが吸収された領域Ｒ１，Ｒ２の第１光電変換層１２１と第２光電変換層１２２の一部の側壁は基板面に対して略垂直に立った状態となっているが、それよりも上の第２光電変換層１２２の側壁は、基板面に対して９０°よりも小さい角度になっている。
【００２８】
上述したメカニズムから、第３の溝３３の底部の幅ａは、第１光電変換層１２１が加熱される領域Ｒ１の幅ｃで決定される。ここでは、ビームプロファイル（ビーム強度のプロファイル）が、トップハット分布とよばれる平坦なピークを持つ分布のレーザ光Ｌを用いている。トップハット分布では、ビームプロファイルの頂部が加熱されるので、スクライブ溝の底幅はほぼレーザ光Ｌのパルスエネルギに余り依存せずビームの頂部幅に等しくなる。
【００２９】
ところで、ビーム径２０〜８０μｍの円形のトップハット分布のレーザ光Ｌを用いたレーザスクライブ法で、膜厚１〜４μｍの第２光電変換層１２２を有するタンデム型薄膜太陽電池にスクライブ溝（第３の溝３３）の形成を行なったところ、スクライブ溝の断面形状としては、側壁が基板面に対して略垂直になる場合と、図２−２（ｃ）に示されるように側壁に傾斜ができる場合があることを発見した。そして、この側壁の傾斜の発生は第２光電変換層１２２の膜厚と第３の溝３３の底幅ａに依存することを見出した。
【００３０】
側壁の傾斜は、たとえば図２−２（ｂ）のレーザ光Ｌの照射によって加熱された領域Ｒ１，Ｒ２（以下、加熱領域という）から上の部分で、第２光電変換層１２２に斜めに亀裂５１が進行するために発生する。傾斜ができる原因としては、レーザ光Ｌを用いた加熱等による横方向の圧縮応力によるものと考えられる。具体的には、加熱領域Ｒ１，Ｒ２の面積が大きいと爆発によって上部に向かう力が大きくなり、亀裂５１の拡大は阻止されて側壁の斜面は短く、すなわち側壁が基板面に対して垂直になる傾向がある。また、第２光電変換層１２２が厚くなると亀裂５１の進行長さも長くなるので斜面は長く、すなわち側壁が傾斜面になる傾向がある。
【００３１】
図３は、側壁の傾斜による露出した表面電極層の端部に対する裏面電極層の後退量と底幅と第２光電変換層の膜厚との間の関係を示す図である。この図において、横軸は、第３の溝３３の底幅ａ（μｍ）を表し、縦軸は、露出した表面電極層１１の端部に対する側壁の傾斜による裏面電極層１３の後退量ｂ（μｍ）を表している。
【００３２】
第２光電変換層１２２の膜厚が１μｍの場合は、底幅の大きさに依らず後退量は略一定であり、第２光電変換層１２２の膜厚が２μｍの場合は、底幅が約４０μｍまでは後退量は約１２μｍと略一定であるが、底幅が４０μｍよりも大きくなると後退量が減少する。また、第２光電変換層１２２の膜厚が３μｍの場合は、底幅が約４０μｍまでは後退量は約１９μｍと略一定であるが、底幅が４０μｍよりも大きくなると後退量が減少する。さらに、第２光電変換層１２２の膜厚が４μｍの場合は、底幅が約６０μｍまでは後退量は約２３μｍと略一定であるが、底幅が６０μｍよりも大きくなると後退量が減少する。
【００３３】
このように、後退量は第２光電変換層１２２の膜厚が１μｍでは殆ど底幅に依らないが、膜厚が２〜４μｍでは第２光電変換層１２２の膜厚とともに大きくなる。また、底幅が小さい程、後退量は増加する。しかし、底幅が４０μｍ以下では後退量は明確に増加の傾向がない。従って、裏面電極層１３の後退量を発生させるためには、第２光電変換層１２２の膜厚を２μｍ以上とすることが望ましく、後退量を最大とするには底幅を４０μｍ以下にすることが望ましい。ただし、光電変化層１２が非晶質シリコンと微結晶シリコンの２層からなる膜の場合で、第３の溝３３の底幅ａが３０μｍよりも小さい場合には、第３の溝３３を加工するのに必要なパワーが著しく上がり、表面電極層１１への熱影響が顕著となり、好ましくない。そのため、底幅としては、３０μｍ以上４０μｍ以下であることが望ましい。
【００３４】
このように、レーザ光Ｌのビーム幅を３０μｍ以上４０μｍ以下とし、第２光電変換層１２２の膜厚を決めると後退量が決まる。たとえば第２光電変換層１２２の膜厚が２μｍである場合には、後退量は１２μｍであり、第３の溝３３の側壁に沿った表面電極層１１と裏面電極層１３との間の距離は１２μｍよりも大きな値となる。第２光電変換層１２２の膜厚が３μｍ、４μｍの場合には、第３の溝３３の側壁に沿った表面電極層１１と裏面電極層１３との間の距離は、それぞれ１９μｍ、２３μｍよりも大きな値となる。つまり、レーザ光Ｌのビーム幅を４０μｍ以下とし、第２光電変換層１２２の膜厚を決めると、第３の溝３３における表面電極層１１と裏面電極層１３との間の距離は、第２光電変換層１２２の膜厚の３倍よりも大きな値となる。その結果、第２光電変換層１２２が異物として第３の溝３３の側壁に付着したとしても、それのみで表面電極層１１と裏面電極層１３との間が導通してしまうことを防ぐことができる。
【００３５】
上述した様に、ビームプロファイルがトップハット形状ではビーム幅とスクライブ溝の底幅は等しくなる。そのため、トップハット形状のビーム強度分布を有するレーザ光Ｌを用いる場合であれば、ビーム幅を３０μｍ以上４０μｍ以下にすることで同じ結果を得ることができる。
【００３６】
なお、ビームの強度分布が中央部が高い山型のガウス分布のレーザ光を用いる場合には、図２−２（ｂ）の加熱領域Ｒ１，Ｒ２の幅ｃは、パルスエネルギが高い程大きくなるので、スクライブ溝の底幅ａはパルスエネルギにも依存することになる。しかし、ガウス分布のレーザ光においてもスクライブ溝の底幅ａと後退量ｂと第２光電変換層１２２の膜厚との間の関係は、トップハット分布と同様の関係が得られる。また、ビームの形状に関しても、円形のビームだけでなく、楕円形、長方形などの形状でも同様の結果が得られる。
【００３７】
以上のようにして、第２光電変換層１２２の側壁が９０°よりも小さい角度に傾いた第３の溝３３を有する薄膜太陽電池が形成される。
【００３８】
実施の形態１では、絶縁透光性基板１０上に表面電極層１１、厚さ２μｍ以上の光電変換層１２および裏面電極層１３を形成した後、絶縁透光性基板１０と表面電極層１１とを透過し、光電変換層１２に吸収される波長のレーザ光を照射して、底幅が３０〜４０μｍ以下で、表面電極層１１の端部よりも裏面電極層１３の端部が１０μｍ以上後退した傾斜した側壁を有する第３の溝３３を形成した。これによって、第３の溝３３の側壁面上における表面電極層１１と裏面電極層１３との間の距離を、光電変換層１２の膜厚に比して３倍以上にすることができ、レーザスクライブ時に発生する導電性の異物が側壁に付着しても、表面電極層１１と裏面電極層１３との間の短絡の発生を防止することができる。その結果、歩留まりよく集積型の薄膜太陽電池を製造することができるという効果を有する。
【００３９】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２による薄膜太陽電池の構造の一例を模式的に示す一部断面図である。実施の形態２では、薄膜太陽電池は、所定の数の太陽電池セルＣＥが直列に接続されたセルストリングＣＳ（ＣＳ１，ＣＳ２，・・・）が１枚の絶縁透光性基板１０上に複数設けられる構造を有している。セルストリングＣＳの構造は、実施の形態１の図１で示した構造と同様である。隣接するセルストリングＣＳ間は第４の溝３４で区切られている。ここでは、第４の溝３４は第３の溝３３と平行だが、第３の溝３３と交差する方向であってもよい。また、ここでは、図中の右側から第１セルストリングＣＳ１、第２セルストリングＣＳ２とする。第４の溝３４は、隣接するセルストリングＣＳ間の表面電極層１１、光電変換層１２および裏面電極層１３を分離するように設けられている。具体的には、第４の溝３４の中央付近で表面電極層１１が分離されており、側壁は第３の溝３３の場合と同様に、９０°よりも小さい角度で傾斜しており、表面電極層１１の端部と裏面電極層１３との間の側壁に沿った距離が第２光電変換層１２２の３倍以上となっている。また、複数のセルストリングＣＳがたとえば並列に接続され、１つの太陽電池モジュールを構成している。なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。
【００４０】
図５−１〜図５−３は、実施の形態２による薄膜太陽電池の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。なお、太陽電池セルＣＥが直列に接続されたセルストリングＣＳの製造手順は実施の形態１と同様であるので、ここでは、セルストリングＣＳ間を第４の溝３４で分離する方法について説明する。
【００４１】
実施の形態１で説明したように太陽電池セルＣＥを形成した後、図５−１（ａ）に示されるように、表面電極層１１、光電変換層１２および裏面電極層１３からなる積層体の所定の位置Ｒ３にレーザ光Ｌを照射し、図５−１（ｂ）に示されるように、レーザ光Ｌを照射した位置における表面電極層１１から裏面電極層１３までの全層を除去し、スクライブ溝３４Ａを形成する。このとき、実施の形態１の第３の溝３３の形成の際と同様に、表面電極層１１を透過する波長５３２ｎｍのレーザ光を用いる場合でも、パルスエネルギを上げて第１光電変換層１２１の温度を十分に上げれば、その熱伝導によって表面電極層１１も熱で飛ばすことが可能である。また、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザの基本波の波長１０６４ｎｍなどの赤外レーザを用いれば表面電極層１１が直接加熱され、表面電極層１１から離脱させることができる。さらに、全層の除去によって、蒸発した表面電極層１１がスクライブ溝３４Ａの側面に再付着して再付着層５２を形成する。この再付着層５２によって、裏面電極層１３と表面電極層１１とが短絡することがある。このため、引き続いてスクライブ溝３４Ａの側面をさらに除去する処理を行う。
【００４２】
そこで、実施の形態１で説明した底幅を３０μｍ以上４０μｍ以下とするレーザスクライブ条件でスクライブ溝３４Ａの両側に側壁がテーパ形状のスクライブ溝を形成する。具体的には、図５−２（ａ）に示されるように、絶縁透光性基板１０と表面電極層１１とを透過し、光電変換層１２で吸収される波長を有し、３０μｍ以上４０μｍ以下の幅（たとえば４０μｍ幅）のレーザ光（たとえば波長５３２ｎｍのパルスレーザ）Ｌを、スクライブ溝３４Ａの側壁から所定の距離だけ離れた位置に照射する。これによって、レーザ光Ｌのほとんどが第１光電変換層１２１で吸収され、レーザ光が吸収された領域Ｒ１と、熱伝導により加熱された領域Ｒ２が形成される。
【００４３】
そして、図５−２（ｂ）に示されるように、領域Ｒ１，Ｒ２がＨ2ガスを急激に放出して爆発し、スクライブ溝３４Ａの両側に側壁がテーパ形状のスクライブ溝３４Ｂが形成される。これによって、スクライブ溝３４Ａとスクライブ溝３４Ｂとの間には光電変換層１２ｒが残される。このとき、図５−２（ｂ）に示すように、スクライブ溝３４Ｂの底面がスクライブ溝３４Ａの底面と重ならない距離だけ、スクライブ溝３４Ａの側壁から離して加工する。これは、スクライブ溝３４Ｂの側壁に傾斜をつけるためである。より具体的には、スクライブ溝３４Ｂの底面がスクライブ溝３４Ａの底面と部分的に重なると、剥離する第２光電変換層１２２に横方向の自由度があるため圧縮応力がかからなくなり、スクライブ溝３４Ｂの側壁は垂直に形成されてしまうことが判明しているからである。
【００４４】
このようにして、セルストリングＣＳ１の形成領域とセルストリングＣＳ２の形成領域の間では、表面電極層１１、裏面電極層１３が分断される。また、テーパ形状のスクライブ溝３４Ｂの側壁における表面電極層１１に対する裏面電極層１３の後退量ｂは、実施の形態１と同様に１０〜２０μｍ以上となり、それぞれのセルストリングＣＳの形成領域で表面電極層１１と裏面電極層１３との間の短絡の発生を防止することができる。
【００４５】
その後、再度レーザスクライブ法によって、スクライブ溝３４Ａとスクライブ溝３４Ｂ間に残った光電変換層１２ｒを除去する。具体的には、図５−３（ａ）に示されるように、スクライブ溝３４Ａ，３４Ｂ内に残った光電変換層１２ｒにレーザ光Ｌを照射し、図５−３（ｂ）に示されるように、光電変換層１２ｒを除去する。これによって、セルストリングＣＳ１−ＣＳ２間を分離する第４の溝３４が形成される。また、この工程によって、第４の溝３４内が平坦になり、後の樹脂で封止する工程において樹脂が密着し易くなる。以上によって、薄膜太陽電池の製造方法が終了する。
【００４６】
上述した例では、最初に表面電極層１１から裏面電極層１３までの全層を１回のレーザ照射で除去したが、表面電極層１１の溝と側壁の間隔を広くとることができ、飛散物の側壁への付着の影響がなければ、先に光電変換層１２と裏面電極層１３を除去する２本のスクライブ溝３４Ｂを形成した後、そのスクライブ溝３４Ｂ間の光電変換層１２と裏面電極層１３をレーザスクライブ法で除去してから、中央の表面電極層１１を除去してもよい。また、表面電極層１１のスクライブ溝３４Ａの形成は光電変換層１２の形成前に行なってもよい。
【００４７】
この実施の形態２では、セルストリングＣＳ間の表面電極層１１から裏面電極層１３までを除去するスクライブ溝３４Ａと、スクライブ溝３４Ａの底面と重ならないようにスクライブ溝３４Ａの側壁から所定の距離離れた位置に、底幅を３０μｍ以上４０μｍ以下とするレーザスクライブ条件でレーザ光Ｌを照射して、テーパ形状の側壁を有するスクライブ溝３４Ｂを形成し、セルストリングＣＳ間を分離する第４の溝３４を形成した。これによって、第４の溝３４で露出したセルストリングＣＳの側面に沿った表面電極層１１と裏面電極層１３との間の距離を光電変換層１２の膜厚の３倍以上とすることができ、レーザスクライブ時に生じる導電性の異物が第４の溝３４の側面に付着しても、表面電極層１１と裏面電極層１３との間の短絡を生じにくくすることができるという効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、この発明にかかる薄膜太陽電池の製造方法は、太陽電池セル間またはセルストリング間を分離する溝の形成に有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  絶縁透光性基板
１１  表面電極層
１２，１２ｒ  光電変換層
１３  裏面電極層
３１  第１の溝
３２  第２の溝
３３  第３の溝
３４  第４の溝
３４Ａ，３４Ｂ  スクライブ溝
５１  亀裂
５２  再付着層
１２１  第１光電変換層
１２２  第２光電変換層
ＣＥ，ＣＥ１〜ＣＥ３  太陽電池セル
ＣＳ，ＣＳ１，ＣＳ２  セルストリング
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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