(57)【要約】【課題】薄膜太陽電池の製造時に照射されるレーザ光の散乱を抑制しつつ薄膜太陽電池の発電効率を向上する。【解決手段】受光面となる第１の主面と、第１の主面とは反対側に位置する第２の主面とを備える。第１の主面は、全面において平坦面であり、第２の主面は、凹凸面１２を有する太陽電池形成用領域１１、および、太陽電池形成用領域１１を囲み平坦面１３を有するレーザスクライブ用領域１４を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面となる第１の主面と、
前記第１の主面とは反対側に位置する第２の主面と
を備え、
前記第１の主面は、全面において平坦面であり、
前記第２の主面は、凹凸面を有する太陽電池形成用領域、および、該太陽電池形成用領域を囲み平坦面を有するレーザスクライブ用領域を含む、薄膜太陽電池用基板。
【請求項２】
受光面となる第１の主面および該第１の主面とは反対側の第２の主面を有する透光性基板と、
前記透光性基板の前記第２の主面上において第１分割溝により複数の領域に分割して設けられた透明導電層と、
前記透明導電層上において第２分割溝および第３分割溝により複数の領域に分割して設けられた光電変換層と、
前記光電変換層上において前記第３分割溝により複数の領域に分割して設けられた裏面電極と
を備え、
前記透光性基板は、前記第１の主面の全面において平坦面を有し、かつ、前記第２の主面において凹凸面を有する太陽電池形成用領域および該太陽電池形成用領域を囲み平坦面を有するレーザスクライブ用領域を含み、
平面視において、前記第１分割溝、前記第２分割溝および前記第３分割溝は、前記透光性基板の前記レーザスクライブ用領域に位置する、薄膜太陽電池。
【請求項３】
受光面となる第１の主面、ならびに、該第１の主面とは反対側に位置して太陽電池形成用領域および該太陽電池形成用領域を囲むレーザスクライブ用領域を含む第２の主面を有する基板において、前記第２の主面上の前記レーザスクライブ用領域を覆うようにレジストを設ける工程と、
前記レジストに覆われていない前記第２の主面上の前記太陽電池形成用領域に凹凸を形成する工程と、
前記凹凸を形成した前記第２の主面上から前記レジストを除去する工程と
を備える、薄膜太陽電池用基板の製造方法。
【請求項４】
前記凹凸を形成する工程においてエッチングする、請求項３に記載の薄膜太陽電池用基板の製造方法。
【請求項５】
前記凹凸を形成する工程においてブラストする、請求項３に記載の薄膜太陽電池用基板の製造方法。
【請求項６】
全面において平坦面である第１の主面と、該第１の主面とは反対側に位置して、凹凸面を有する太陽電池形成用領域、および、該太陽電池形成用領域を囲み平坦面を有するレーザスクライブ用領域を含む第２の主面とを有する透光性基板を準備する工程と、
前記透光性基板の前記第２の主面上に透明導電層を形成する工程と、
前記透光性基板の前記第１の主面側からレーザ光を照射して、前記レーザスクライブ用領域に位置する前記透明導電層に第１分割溝を形成する工程と、
前記透明導電層上および前記第１分割溝内に光電変換層を形成する工程と、
前記透光性基板の前記第１の主面側からレーザ光を照射して、前記レーザスクライブ用領域に位置する前記光電変換層に第２分割溝を形成する工程と、
前記光電変換層上および前記第２分割溝内に裏面電極を形成する工程と、
前記透光性基板の前記第１の主面側からレーザ光を照射して、前記レーザスクライブ用領域に位置する前記裏面電極および前記光電変換層に第３分割溝を形成する工程と
を備える、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、薄膜太陽電池用基板、それを含む薄膜太陽電池、薄膜太陽電池用基板の製造方法、および、薄膜太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題への配慮からクリーンエネルギの関心が高まり、太陽電池が普及しつつある。太陽電池の発電効率を向上するために、光閉じ込め技術が開発されている。一般的な光閉じ込め方法として、透明導電層の受光面側にテクスチャ構造を形成することにより、入射光を光電変換層内に向けて散乱させ、光電変換層内における光路長を長くして発電効率を向上する方法がある。
【０００３】
また、太陽電池用カバーガラスの入射面側に凹凸構造を形成した太陽電池モジュールを開示した先行文献として、特開２００３−２４３６８９号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された太陽電池モジュールにおいては、太陽電池用カバーガラスの入射面側に略全面に亘って半球状の凹部を形成し、凹部が形成されていない平坦部の占める面積比率を４０％以下にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４３６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
薄膜太陽電池の基板に凹凸構造を形成して発電効率の向上を試みた場合、薄膜太陽電池を製造する際に基板側からレーザ光を照射して積層膜の一部を除去する際に、基板の凹凸構造によりレーザ光が散乱されることがある。
【０００６】
この場合、積層膜の一部の除去が不十分となる、または、意図しない個所の積層膜が除去されることにより、薄膜太陽電池の積層構造において異なる層同士間でリークが生じるなどして薄膜太陽電池の歩留まりが低下することがある。また、レーザ光が意図しない光電変換層に照射された場合、レーザ光を受光した光電変換層の一部に変質が生じて、薄膜太陽電池の発電効率が低下することがある。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、薄膜太陽電池の製造時に照射されるレーザ光の散乱を抑制しつつ薄膜太陽電池の発電効率を向上できる、薄膜太陽電池用基板、それを含む薄膜太陽電池、薄膜太陽電池用基板の製造方法、および、薄膜太陽電池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】
【０００８】
本発明の第１の局面に基づく薄膜太陽電池用基板は、受光面となる第１の主面と、第１の主面とは反対側に位置する第２の主面とを備える。第１の主面は、全面において平坦面であり、第２の主面は、凹凸面を有する太陽電池形成用領域、および、太陽電池形成用領域を囲み平坦面を有するレーザスクライブ用領域を含む。
【０００９】
本発明の第２の局面に基づく薄膜太陽電池は、受光面となる第１の主面および第１の主面とは反対側の第２の主面を有する透光性基板と、透光性基板の第２の主面上において第１分割溝により複数の領域に分割して設けられた透明導電層と、透明導電層上において第２分割溝および第３分割溝により複数の領域に分割して設けられた光電変換層と、光電変換層上において第３分割溝により複数の領域に分割して設けられた裏面電極とを備える。透光性基板は、第１の主面の全面において平坦面を有し、かつ、第２の主面において凹凸面を有する太陽電池形成用領域および太陽電池形成用領域を囲み平坦面を有するレーザスクライブ用領域を含む。平面視において、第１分割溝、第２分割溝および第３分割溝は、透光性基板のレーザスクライブ用領域に位置する。
【００１０】
本発明の第１の局面に基づく薄膜太陽電池用基板の製造方法は、受光面となる第１の主面、ならびに、第１の主面とは反対側に位置して太陽電池形成用領域および太陽電池形成用領域を囲むレーザスクライブ用領域を含む第２の主面を有する基板において、第２の主面上のレーザスクライブ用領域を覆うようにレジストを設ける工程と、レジストに覆われていない第２の主面上の太陽電池形成用領域に凹凸を形成する工程と、凹凸を形成した第２の主面上からレジストを除去する工程とを備える。
【００１１】
本発明の一形態においては、凹凸を形成する工程においてエッチングする。
本発明の一形態においては、凹凸を形成する工程においてブラストする。
【００１２】
本発明の第２の局面に基づく薄膜太陽電池の製造方法は、全面において平坦面である第１の主面と、第１の主面とは反対側に位置して、凹凸面を有する太陽電池形成用領域、および、太陽電池形成用領域を囲み平坦面を有するレーザスクライブ用領域を含む第２の主面とを有する透光性基板を準備する工程と、透光性基板の第２の主面上に透明導電層を形成する工程とを備える。また、薄膜太陽電池の製造方法は、透光性基板の第１の主面側からレーザ光を照射して、レーザスクライブ用領域に位置する透明導電層に第１分割溝を形成する工程と、透明導電層上および第１分割溝内に光電変換層を形成する工程とを備える。さらに、薄膜太陽電池の製造方法は、透光性基板の第１の主面側からレーザ光を照射して、レーザスクライブ用領域に位置する光電変換層に第２分割溝を形成する工程と、光電変換層上および第２分割溝内に裏面電極を形成する工程と、透光性基板の第１の主面側からレーザ光を照射して、レーザスクライブ用領域に位置する裏面電極および光電変換層に第３分割溝を形成する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、薄膜太陽電池の製造時に照射されるレーザ光の散乱を抑制しつつ薄膜太陽電池の発電効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ガラス基板の両主面にレジストを塗布した状態を示す断面図である。
【図２】ガラス基板の上面上のレジストをパターニングした状態を示す断面図である。
【図３】図２の矢印ＩＩＩ方向から見た平面図である。
【図４】太陽電池形成用領域に凹凸を形成する状態を示す断面図である。
【図５】レジストを除去した状態を示す断面図である。
【図６】薄膜太陽電池用基板の上面上に透明導電層を形成した状態を示す断面図である。
【図７】透明導電層に第１分割溝を形成した状態を示す断面図である。
【図８】透明導電層上および第１分割溝内に光電変換層を形成した状態を示す断面図である。
【図９】光電変換層に第２分割溝を形成した状態を示す断面図である。
【図１０】光電変換層の上面上に裏面電極を形成した状態を示す断面図である。
【図１１】光電変換層および裏面電極に第３分割溝を形成した状態を示す断面図である。
【図１２】図１１の矢印ＸＩＩ方向から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係る薄膜太陽電池用基板およびその製造方法について説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１６】
まず、本実施形態に係る薄膜太陽電池用基板の製造方法について説明する。なお、本実施形態においては、基板としてガラス基板を用いるが、基板はガラス基板に限られず、薄膜太陽電池の光電変換層が感度を有する波長の光に対して透光性および電気絶縁性を有する基板であればよい。
【００１７】
図１は、ガラス基板の両主面にレジストを塗布した状態を示す断面図である。図１に示すように、ガラス基板１０において受光面となる第１の主面である下面上にレジスト２０を塗布する。また、ガラス基板１０において第２の主面である上面上にレジスト３０を塗布する。ガラス基板１０の第２の主面である上面は、太陽電池用形成領域と太陽電池用形成領域を囲むレーザスクライブ用領域とを含む。
【００１８】
レジスト２０，３０としては、後述するエッチングまたはブラストに耐性を有する材料で構成されていればよい。レジスト２０，３０の塗布方法としては、スピンコート法などを用いることができる。
【００１９】
図２は、ガラス基板の上面上のレジストをパターニングした状態を示す断面図である。図３は、図２の矢印ＩＩＩ方向から見た平面図である。図２，３で示すように、レジスト３０の所定部分のみ露光した後、レジスト３０をパターニングする。具体的には、太陽電池形成用領域１１に位置するレジスト３０は除去し、レーザスクライブ用領域１４を覆うように位置するレジスト３０は残存させる。その結果、ガラス基板１０の上面上にレジスト３０が格子状にパターニングされる。
【００２０】
図４は、太陽電池形成用領域に凹凸を形成する状態を示す断面図である。図４に示すように、レジスト３０に覆われていない太陽電池形成用領域１１に凹凸を形成する。本実施形態においては、エッチングにより凹凸を形成する。
【００２１】
エッチング液としては、０．１重量％以上１重量％以下のフッ化水素酸、および、０．１重量％以上０．５重量％以下のリン酸を含有する薬液を用いることができる。
【００２２】
レジスト３０で覆われていない太陽電池形成用領域１１は、エッチング液によりエッチングされて凹凸が形成される。エッチングにより凹凸を形成することにより、ガラス基板１０の透光性を確保しつつ凹凸を形成することができる。
【００２３】
本実施形態に係る薄膜太陽電池用基板の製造方法の変形例においては、ブラストにより凹凸を形成する。ブラスト方法としては、まず、粒子と液体とを混ぜて均一に攪拌することによりスラリーを生成する。このスラリーを噴射ノズルから８０ｍ／ｓ以上２００ｍ／ｓ以下の吐出速度でガラス基板１０の上面上に噴きつける。
【００２４】
レジスト３０で覆われていない太陽電池形成用領域１１は、噴きつけられたスラリーにより削られて凹凸が形成される。スラリーに含まれる粒子の粒径、組成、密度、硬度および強度などを適宜選択することにより、凹凸の大きさを調整することができ、サブミクロン程度の凹凸を形成することも可能である。
【００２５】
図５は、レジストを除去した状態を示す断面図である。なお、図５においては、図４のＡ−Ｂ間を拡大して示している。図５に示すように、太陽電池形成用領域１１に凹凸を形成した後、レジスト２０，３０を除去する。
【００２６】
上記の工程により、薄膜太陽電池用基板１００が製造される。薄膜太陽電池用基板１００においては、下面の全面において平坦面であり、上面は、凹凸面１２を有する太陽電池形成用領域１１、および、太陽電池形成用領域１１を囲み平坦面１３を有するレーザスクライブ用領域１４を含んでいる。平坦面１３の表面粗さは、１０ｎｍ(ＲＭＳ)以下である。
【００２７】
本実施形態においては、太陽電池形成用領域１１の長手方向の長さを１０ｍｍ，レーザスクライブ用領域１４の幅を約３００μｍとしている。
【００２８】
次に、上記の薄膜太陽電池用基板１００を含む薄膜太陽電池およびその製造方法について説明する。本実施形態に係る薄膜太陽電池の製造方法においては、まず、図５に示す薄膜太陽電池用基板１００を準備する。
【００２９】
図６は、薄膜太陽電池用基板の上面上に透明導電層を形成した状態を示す断面図である。図６に示すように、たとえば厚さが４ｍｍの薄膜太陽電池用基板１００の上面上に表面電極となる透明導電層１１０を形成する。
【００３０】
本実施形態においては、ＳｎＯ2を材料として常圧ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法を用いて厚さが１．５μｍの透明導電層１１０を形成している。ただし、透明導電層１１０の材料はＳｎＯ2に限られず、透光性および導電性を有する材料であればよい。また、透明導電層１１０の形成方法は常圧ＣＶＤ法に限られず、薄膜太陽電池用基板１００の上面上に透明導電層１１０の材料を均一に成膜できる方法であればよい。
【００３１】
図６に示すように、透明導電層１１０の上面において、凹凸面１２上に形成された部分は凹凸面１２の形状を引き継いだ凹凸面１１２となり、平坦面１３上に形成された部分は平坦面１３の形状を引き継いだ平坦面１１３となっている。
【００３２】
図７は、透明導電層に第１分割溝を形成した状態を示す断面図である。薄膜太陽電池用基板１００の下面側からレーザ光を照射して、図７に示すように、レーザスクライブ用領域１４に位置する透明導電層１１０に第１分割溝１１１を形成する。
【００３３】
具体的には、ＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)レーザの基本波を透明導電層１１０に照射して第１分割溝１１１を形成することにより、透明導電層１１０を短冊状に分割する。本実施形態においては、第１分割溝１１１の幅を３０μｍ、深さを１．５μｍとしている。短冊状の透明導電層１１０の幅は、１０ｍｍとしている。すなわち、第１分割溝１１１により短冊状の透明導電層同士を完全に絶縁している。
【００３４】
図８は、透明導電層上および第１分割溝内に光電変換層を形成した状態を示す断面図である。光電変換層１２０においては、ｐ層、ｉ層およびｎ層が順に積層されている。
【００３５】
本実施形態においては、プラズマＣＶＤ装置内に透明導電層１１０を形成した薄膜太陽電池用基板１００を載置し、２００℃まで薄膜太陽電池用基板１００を加熱する。その状態で、プラズマＣＶＤ装置内に、反応ガスとして３０ｓｃｃｍの流量でモノシランガスおよび８０ｓｃｃｍの流量でメタンガスを、キャリアガスとして１５０ｓｃｃｍの流量で水素ガスを、ドーピングガスとして１％の濃度に水素で希釈したジボランガスを１０ｓｃｃｍの流量で導入する。これにより、透明導電層１１０上に非晶質半導体からなるｐ層が１２ｎｍの厚さで形成される。
【００３６】
次に、薄膜太陽電池用基板１００の温度を２００℃に維持した状態で、プラズマＣＶＤ装置内に、反応ガスとして６０ｓｃｃｍの流量でモノシランガスを、キャリアガスとして２０ｓｃｃｍの流量で水素ガスを導入する。これにより、ｐ層上に非晶質半導体からなるｉ層が４００ｎｍの厚さで形成される。
【００３７】
さらに、薄膜太陽電池用基板１００の温度を２００℃に維持した状態で、プラズマＣＶＤ装置内に、反応ガスとして６０ｓｃｃｍの流量でモノシランガスを、キャリアガスとして３ｓｃｃｍの流量で水素ガスを、ドーピングガスとして０．３％の濃度に水素で希釈したホスフィンガスを１８ｓｃｃｍの流量で導入する。これにより、ｉ層上に非晶質半導体からなるｎ層が１００ｎｍの厚さで形成される。
【００３８】
上記のように光電変換層１２０を形成することにより、第１分割溝１１１内が光電変換層１２０で埋め込まれる。また、図８に示すように、光電変換層１２０の上面において、透明導電層１１０の凹凸面１１２上に形成された部分は凹凸面１１２の形状を引き継いだ凹凸面１２２となり、透明導電層１１０の平坦面１１３上に形成された部分は平坦面１１３の形状を引き継いだ平坦面１２３となっている。
【００３９】
なお、光電変換層１２０は、ｐｉｎ接合を複数有するタンデム構造でもよいし、ｎｉｐ接合を有していてもよく、少なくとも１つのｐｎ接合を有していればよい。
【００４０】
図９は、光電変換層に第２分割溝を形成した状態を示す断面図である。薄膜太陽電池用基板１００の下面側からレーザ光を照射して、図９に示すように、レーザスクライブ用領域１４に位置する光電変換層１２０に第２分割溝１２１を形成する。
【００４１】
具体的には、ＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)レーザの第２高調波を光電変換層１２０に照射して第２分割溝１２１を形成することにより、光電変換層１２０を分割する。本実施形態においては、第２分割溝１２１の幅を４０μｍとし、第１分割溝１１１と第２分割溝１２１との最短の溝中心間距離を１００μｍとしている。
【００４２】
図１０は、光電変換層の上面上に裏面電極を形成した状態を示す断面図である。図１０に示すように、光電変換層１２０上および第２分割溝１２１内に裏面電極１３０を形成する。
【００４３】
本実施形態においては、裏面電極１３０は、Ａｇ層とＺｎＯ層との積層体で構成されている。まず、プラズマＣＶＤ法により厚さが１００ｎｍのＺｎＯ層を光電変換層１２０上に形成する。
【００４４】
次に、ＤＣ(Direct Current)マグネトロンスパッタ法により厚さが２０００ｎｍのＡｇ層をＺｎＯ層上に形成する。ただし、裏面電極１３０の材料はＡｇ／ＺｎＯに限られず、導電性を有する材料であればよい。また、裏面電極１３０の形成方法は上記に限られず、光電変換層１２０の上面上に裏面電極１３０の材料を均一に成膜できる方法であればよい。
【００４５】
上記のように裏面電極１３０を形成することにより、第２分割溝１２１内が裏面電極１３０で埋め込まれる。また、図１０に示すように、裏面電極１３０の上面において、光電変換層１２０の凹凸面１２２上に形成された部分は凹凸面１２２の形状を引き継いだ凹凸面１３２となり、光電変換層１２０の平坦面１２３上に形成された部分は平坦面１２３の形状を引き継いだ平坦面１３３となっている。
【００４６】
図１１は、光電変換層および裏面電極に第３分割溝を形成した状態を示す断面図である。図１２は、図１１の矢印ＸＩＩ方向から見た平面図である。薄膜太陽電池用基板１００の下面側からレーザ光を照射して、図１１，１２に示すように、レーザスクライブ用領域１４に位置する光電変換層１２０および裏面電極１３０に第３分割溝１３１を形成する。
【００４７】
具体的には、ＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)レーザの第２高調波を光電変換層１２０に照射して光電変換層１２０および裏面電極１３０に第３分割溝１３１を形成することにより、光電変換層１２０および裏面電極１３０を分割する。本実施形態においては、第３分割溝１３１の幅を４０μｍとし、第２分割溝１２１と第３分割溝１３１との最短の溝中心間距離を１５０μｍとしている。第２分割溝１２１と第３分割溝１３１との最短の溝中心間距離は、短い方が好ましいが、レーザスクライブの加工精度を考慮して設定される。
【００４８】
上記のように薄膜太陽電池を製造することにより、図１１，１２に示すように、薄膜太陽電池用基板１００上において互いに直列に接続された複数の太陽電池素子１８０が形成される。また、太陽電池素子１８０同士の間には、発電に寄与しない無効領域１９０が形成されている。
【００４９】
太陽電池素子１８０は、受光面側に凹凸面１２からなるテクスチャ構造を有するため、光閉じ込め効果を得ることができる。また、光電変換層１２０の受光面側に凹凸面１１２を有するため、受光表面積が凹凸面１１２を有さない場合に比較して増大されており、光電変換層１２０に入射する光量を増加させることができる。その結果、薄膜太陽電池の発電効率が向上している。
【００５０】
また、レーザスクライブ用領域１４を平坦面１３にすることにより、レーザ光の散乱を抑制して、リークなどの電気的接続不良によって薄膜太陽電池の発電効率が低下する不良発生率を低減して発電効率を安定させることができる。
【００５１】
その結果、高発電効率の薄膜太陽電池を歩留まり良く生産することができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５２】
１０  ガラス基板、１１  太陽電池形成用領域、１２，１１２，１２２，１３２  凹凸面、１３，１１３，１２３，１３３  平坦面、１４  レーザスクライブ用領域、２０，３０  レジスト、１００  薄膜太陽電池用基板、１１０  透明導電層、１１１  第１分割溝、１２０  光電変換層、１２１  第２分割溝、１３０  裏面電極、１３１  第３分割溝、１８０  太陽電池素子、１９０  無効領域。
【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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