(57)【要約】【課題】透明電極膜の特性を維持または向上させつつも、後工程のコンタクトライン形成の被加工性を確保し、コンタクトラインからのリークパスの発生を低減できる透明導電膜を実現する。【解決手段】下層の透明導電膜２ａのキャリア密度が上層の透明導電膜２ｂのキャリア密度より低い多層構造の透明導電膜２とすることで、下層は難加工性、上層は良加工性となり、後工程で行うレーザ加工後の断面のテーパ角を小さくすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザにより絶縁性の基板上に成膜された透明導電膜が加工された薄膜太陽電池において、
前記透明導電膜は、多層構造であり、
下層の透明導電膜のキャリア密度は、上層の透明導電膜のキャリア密度よりも低くなっていることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項２】
下層の透明導電膜にはドーパントを含有しない成膜材料が使用されており、
上層の透明導電膜にはドーパントを含有する成膜材料が使用されていることを特徴する請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記透明導電膜には、テーパ角が１０度以下である加工断面を有するコンタクトラインが形成され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】
前記透明導電膜は、成膜材料を含む液滴を被成膜物に噴霧させることにより製造されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明電極膜を有する薄膜太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池の受光側電極として、透明性基板上に透明導電膜を作製する手法は広く知られている。透明導電膜は一般的にＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）やＩＴＯ（Ｓｎドープ酸化インジウム）等の金属酸化物から形成されることが主流である。上記金属酸化物からなる透明導電膜は、一般的にスパッタリング法や蒸着法、有機金属化合物を用いた化学気相成長法などで作製される。
【０００３】
また、近年、原料金属の化合物を含む液体を霧（ミスト）化し、このミストを基板上に噴霧して薄膜を形成する方法（以下、ミスト法）が提案されている。この方法はスパッタリング法や蒸着法のように真空プロセスを含まず、大気圧雰囲気で成膜が可能なので、真空容器やポンプ類など真空雰囲気を形成・維持するのに必要な設備が不要である。また、有機金属化合物のような危険な原料を用いることなく成膜が可能である。それゆえ、装置構成が簡便で低コストを実現しうる成膜方法であり、特に、金属酸化物薄膜の成膜方法として期待されている。
【０００４】
たとえば特許文献１には、ミスト法による金属酸化物薄膜の成膜技術が開示されている。具体的には、まず、金属酸化物を含む原料溶液を超音波振動によって霧化してミストを発生させる。このミストを加熱した上で、基板上に噴射することにより、緻密で均質な金属酸化物薄膜を成膜する。
【０００５】
薄膜太陽電池の受光側電極は、薄膜太陽電池の構造上、上記透明導電膜にコンタクトラインを形成する必要がある。透明導電膜にコンタクトラインを形成する方法として、物理的に研磨する方法、化学的にエッチングする方法、レーザによって加工する方法がある。なかでもレーザ照射による加工方法が一般的であり、主にレーザスクライブ装置を使用して加工される。
【０００６】
前記パターニングされた透明導電膜に、半導体に代表される光電変換層の成膜し、第二のコンタクトラインをパターニングする。また更に裏面電極層を成膜し、第三のコンタクトラインのパターニングを行うことで、薄膜太陽電池基板の主要なデバイスとなる薄膜太陽電池セルが完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−４６１５５号公報（２００７年  ２月２２日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記背景から、より高出力の薄膜太陽電池を得るためには、主に透明導電膜の特性の向上が挙げられる。具体的には高い可視光透過率と適度なヘイズ率、そして低いシート抵抗を有することによって薄膜太陽電池の出力を向上させることができる。しかし、このような所望の特性を有した透明導電膜を用いても、その後のコンタクトライン形成において、透明導電膜の被加工性に課題があれば薄膜太陽電池の出力を満足に向上させることはできない。
【０００９】
図６は透明導電膜に対して第１のコンタクトラインを形成した状態を模式的に示す断面図である。例えばガラスに代表される絶縁性基板１に対して透明導電膜２を成膜し、透明導電膜２に対して第１のコンタクトライン３をレーザ照射によって加工する。
【００１０】
図７は第１のコンタクトライン３が形成された透明導電膜２に光電変換層４を被覆させ、第２のコンタクトライン５の形成、裏面電極６の成膜、最後に第３のコンタクトライン７を形成した状態を模式的に示す断面図である。第１から第三のコンタクトラインはそれぞれの適切な条件でレーザ加工される。
【００１１】
しかし、前述の所望の特性を有した透明導電膜を用いた弊害として、前記のレーザ加工の際にその加工断面のテーパ角が大きくなってしまう問題がある。第１のコンタクトライン３の断面のテーパ角が大きい場合、後工程で被覆される光電変換層４の成膜において、第１のコンタクトライン３を十分にカバーできない。具体的には薄膜太陽電池の場合、シリコンに代表される光電変換層４の厚さは一般的に合計２μｍ程度であるが、前記光電変換層４は内部でｐｎ接合を作り出すために段階的に多層成膜するため、第１に成膜される光電変換層の厚さが３００ｎｍ程度の場合、テーパ角の大きい第１のコンタクトライン３の断面では連続的にカバーすることができず、微細なクラックが光電変換層４の加工断面のエッジ部８に発生し、透明電極膜２と裏面電極６との間でリークパスを生じさせる原因となる。
【００１２】
上記コンタクトライン起因によるリークパス発生の他に、光電変換面内の異物による透明導電膜と裏面電極との短絡、分離ラインの分離不備によるリークパスの発生がある。これら異常点は、基板がセルとして完成したあとに、セル全面に逆電圧を印加することによって短絡部に電流が集中し、発熱から溶融、蒸散させることによって異常点を除去する方法があるが、コンタクトライン起因のリークパスが多い場合、逆電圧の印加が効率的に異常箇所に作用せず、リーク改善の効果を十分に得られないという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、透明電極膜の特性を維持または向上させつつも、後工程のコンタクトライン形成の被加工性を確保し、コンタクトラインからのリークパスの発生を低減できる透明導電膜を備えた薄膜太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の薄膜太陽電池は、上記の課題を解決するために、レーザにより絶縁性の基板上に成膜された透明導電膜が加工された薄膜太陽電池において、前記透明導電膜は、多層構造であり、下層の透明導電膜のキャリア密度は、上層の透明導電膜のキャリア密度よりも低くなっていることを特徴としている。
【００１５】
上記の構成によれば、下層の透明導電膜のキャリア密度は、上層の透明導電膜のキャリア密度より低くなっているので、レーザによる下層の被加工性と上層の被加工性に差を付けることが可能となる。具体的には下層を難加工性、上層を良加工性とすることで、後工程で行うレーザ加工後の断面のテーパ角を小さくすることができる。その結果、光電変換層の被覆性が向上することで断面エッジ部にクラックが発生せず、それによりリークパスが生じることがなく高出力の薄膜太陽電池特性を得ることができる。
【００１６】
また、上記透明導電膜は、上層の透明導電膜のキャリア密度を増加させることにより、シート抵抗を低減でき、さらには上記透明導電膜の上に形成する光電変換層との接触抵抗を低減できる。一方、下層の透明導電膜のキャリア密度を低減することにより、結晶粒が成長し、良好なヘイズ率を示す。これにより、薄膜太陽電池の特性を維持・向上できる。
【００１７】
以上のように、上記の構成によれば、透明電極膜の特性を維持または向上させつつも、後工程のコンタクトライン形成の被加工性を確保し、コンタクトラインからのリークパスの発生を低減できる透明導電膜を備えた薄膜太陽電池を実現できる。
【００１８】
また、本発明の薄膜太陽電池では、下層の透明導電膜にはドーパントを含有しない成膜材料が使用されており、上層の透明導電膜にはドーパントを含有する成膜材料が使用されていることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の薄膜太陽電池では、前記透明導電膜には、テーパ角が１０度以下である加工断面を有するコンタクトラインが形成されていることが好ましい。
【００２０】
これにより、レーザ加工後の透明導電膜部の断面のテーパ角が約１０度以下となり、良好な被覆性が得られる。
【００２１】
また、本発明の薄膜太陽電池では、前記透明導電膜は、成膜材料を含む液滴を被成膜物に噴霧させることにより製造されることが好ましい。
【００２２】
これにより、下層と上層とで成膜材料の切り替えを容易にし、一度の成膜プロセス内で多層構造の透明導電膜を成膜することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の薄膜太陽電池は、以上のように、前記透明導電膜は、多層構造であり、下層の透明導電膜のキャリア密度は、上層の透明導電膜のキャリア密度より低くなっている構成である。
【００２４】
それゆえ、透明電極膜の特性を維持または向上させつつも、後工程のコンタクトライン形成の被加工性を確保し、コンタクトラインからのリークパスの発生を低減できる透明導電膜を備えた薄膜太陽電池を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】絶縁性基板に透明導電膜を成膜した状態を示す断面図である。
【図２】図１に示された構成に対してコンタクトラインを形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図３】図２に示された構成に対して、光電変換層を成膜した状態を模式的に示す断面図である。
【図４】単層で成膜した透明導電膜に第１のコンタクトラインを形成したときの膜厚の分布を示すグラフである。
【図５】第１の実施例によって成膜した透明導電膜に第１のコンタクトラインを形成したときの膜厚の分布を示すグラフである。
【図６】透明導電膜に対して第１のコンタクトラインを形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図７】第１のコンタクトラインが形成された透明導電膜に光電変換層を被覆させ、第二のコンタクトラインの形成、裏面電極の成膜、最後に第三のコンタクトラインを形成した状態を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１の実施例；第１の実施形態）
以下、先ず本発明の第１の実施形態（第１の実施例）について、図１〜３を参照して説明する。
【００２７】
図１は、絶縁性基板１に透明導電膜２を成膜した状態を示す断面図である。絶縁性基板１としては主にフロートガラスが用いられるが、光電変換層の吸収域において透明な材料であればよい。前記絶縁性基板１に対して、透明導電膜２を成膜する。透明導電膜２はスパッタリング法や蒸着法、ミスト法などで成膜される。
【００２８】
第一に成膜される層は下層の透明導電膜２ａの層であり、その膜厚は３００〜５００ｎｍ程度であることが望ましい。続いて前記下層の透明導電膜２ａの層が成膜された絶縁性基板１に対して、上層の透明導電膜２ｂの層を被覆する形で成膜する。上層の透明導電膜２ｂの層の膜厚は下層の透明導電膜２ａの層と同様に３００〜５００ｎｍ程度であることが望ましい。尚、本実施例では下層の透明導電膜２ａの層、上層の透明導電膜２ｂの層それぞれの種類は酸化スズとした。積層された前記透明導電膜２の層は下層の透明導電膜２ａの層のキャリア密度は上層の透明導電膜２ｂの層のキャリア密度よりも低いことを特徴とする。
【００２９】
また、下層、上層共に同一成膜プロセス内で連続して成膜されることが望ましい。それぞれ別のプロセスで成膜する場合には、下層の透明導電膜２ａの層が成膜された後に付着することが考えられるパーティクルや異物を十分に除去してから上層の透明導電膜を成膜する必要がある。
【００３０】
下層の透明導電膜２ａの層、および上層の透明導電膜２ｂの層を併せた全体の膜厚は、約６００〜１０００ｎｍ前後であることが好ましい。しかし、透明導電膜２の層のシート抵抗値が１２Ω／□以下、ヘイズ率が７％〜１５％、光透過率が８０％以上であれば、その膜厚に関して制限されるものではない。
【００３１】
尚、透明導電膜２を成膜する被成膜物である絶縁性基板１がフロートガラスのような成分にナトリウムなどのアルカリ金属を含む場合には、被成膜物から透明導電膜へのアルカリ成分の拡散を防止するために、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムなどのアルカリバリア層を被成膜物である絶縁性基板１と透明導電膜２の間に形成することが好ましい。また、被成膜物上に、被成膜物とその上に設けられるアルカリバリア層もしくは透明導電膜との屈折率の差を軽減するための層を有していてもよい。
【００３２】
図２は、図１に示された構成に対してコンタクトラインを形成した状態を模式的に示す断面図である。図３は、図２に示された構成に対して、光電変換層４を成膜した状態を模式的に示す断面図である。表１は、レーザの照射条件を示した表である。また、表２は本実施例における透明導電膜の構成と、比較例としての単層で成膜した透明導電膜の構成とについて、キャリア密度、膜厚、シート抵抗、ヘイズ率、光透過率それぞれの平均値を示した表である。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
【表２】
2013131585.tif 000004
【００３５】
成膜された透明導電膜２の層に対してレーザ照射によって第１のコンタクトライン３を形成する。ここで透明導電膜２の層のレーザに対する被加工性は、キャリア密度が大きい方が低エネルギーで加工できる、すなわち加工性に優れることが知られている（参考文献１；溶接学会論文集  第２７巻  第１号  p.４８−５４（２００９）「ＹＡＧレーザを用いたＳｎＯ系薄膜パターンの高速加工とその加工メカニズムに関する研究」）。
【００３６】
よって、本実施例において、積層された透明導電膜２に意図的にキャリア密度に差を付けることで、透明導電膜２内での被加工性に差を付けることができる。具体的には、下層の透明導電膜２ａの層に低キャリア密度の酸化スズ、上層の透明導電膜２ｂの層に高キャリア密度の酸化スズを成膜することで、透明導電膜２の下層が難加工性、上層が良加工性となり、下層側の加工断面のテーパ角を大きく、上層側の加工断面のテーパ角を小さくすることができた。
【００３７】
図４は、単層で成膜した透明導電膜に第１のコンタクトライン３を形成したときの膜厚の分布を示すグラフである。図５は、本実施例によって成膜した透明導電膜に第１のコンタクトライン３を形成したときの膜厚の分布を示すグラフである。
【００３８】
図４及び５より、本実施例の構造をとることで、単層の透明導電膜を成膜したものに比べて、レーザ加工後の加工断面のテーパ角を小さくすることができる。図４に示されるように単層の透明導電膜を成膜した場合（比較例）、加工断面のテーパ角は約２３．１度であった。一方、図５に示されるように、本実施例で成膜した透明導電膜では、レーザ加工後の加工断面のテーパ角は、約３．７度であった。このように透明導電膜を２層にすることにより、レーザ加工後の加工断面のテーパ角を約１／６以下まで小さくすることができた。
【００３９】
これにより、後工程の光電変換層の成膜においてもコンタクトラインを連続的にカバーすることが可能になり、加工断面のエッジ部にクラックが発生せず、リークパスが生じることなく高出力の薄膜太陽電池を得ることができた。
【００４０】
尚、一般的に透明導電膜においてキャリア密度が小さいとシート抵抗が増加するが、本実施例では上層の透明導電膜層にキャリア密度が大きい材料を使用しているため、光電変換層４に直に接する面では透明導電膜２の低抵抗性を維持することができ、本実施例の構造をとっても、所望の透明導電膜特性を犠牲にすることはない。
【００４１】
本実施例ではテーパ角が約３．７度であったが、テーパ角が約１０度以下であればコンタクトラインを連続的にカバーすることができ良好な特性の薄膜太陽電池を得ることができる。
【００４２】
また、本実施例では透明導電膜を２層構造としたが、３層構造以上の多層構造としても上記のテーパ角とすることができ、良好な特性の薄膜太陽電池を得ることができることは言うまでもない。
【００４３】
また、本実施例では透明導電膜として酸化スズを用いたが、酸化亜鉛等であっても同様のテーパ角を得ることができ、良好な特性の薄膜太陽電池を得ることができる。
【００４４】
（第２の実施例；第２の実施形態）
透明導電膜の材料においては、添加するドーパント濃度によって透明導電膜内のキャリア密度を制御し、導電性を確保することが可能である。ドーパント剤としては、フッ素化合物を含んでいる。ここで、フッ素化合物としては、フッ化水素、フッ化アンモニウム等が用いられる。第２の実施例では、透明導電膜２の下層の透明導電膜２ａはドーパントを含有しない成膜材料を使用し、上層の透明導電膜２ｂはドーパントを含有する成膜材料を使用することで、下層の透明導電膜２ａを難加工性、上層の透明導電膜２ｂを良加工性へと切り分けることができる。よって後工程のコンタクトライン形成の際でも、加工断面のテーパ角を小さくすることができた。
【００４５】
（第３の実施例；第３の実施形態）
本実施例においては、透明導電膜はミスト法で成膜する方法が有用である。ミスト法は大気圧で成膜することができるため、真空容器およびポンプ類などの製造設備が不要である。また、ミスト法においては有機金属化合物のような危険物質を用いないため、簡易な構成で安価な成膜装置を使用することができる。
【００４６】
ミスト法は特に、成膜材料である成膜溶液に対して応用性が高く、第１の実施例、第２の実施例で示した通り、成膜材料に対して溶液種やドーパント濃度を簡便に変更しやすい。また、成膜材料の供給路の切り替えることで噴霧する材料を容易に変更することができ、また成膜対象を搬送する中で噴霧域を複数用意することで、一度の成膜プロセスの中で簡単に二層に分けて成膜することができ、本発明を実施する最も効率のよい手段である。
【００４７】
〔補足〕
なお、本発明は、以下のように表現することもできる。
【００４８】
（１）レーザにより絶縁性の基板上に成膜された透明導電膜を加工する薄膜太陽電池において、前記透明導電膜は多層構造であり、下層の透明導電膜のキャリア密度は上層の透明導電膜のキャリア密度より低い透明導電膜を有する薄膜太陽電池。
【００４９】
（２）（１）において、下層の透明導電膜はドーパントを含有しない成膜材料を使用しており、上層の透明導電膜はドーパントを含有する成膜材料を使用することを特徴する薄膜太陽電池。
【００５０】
（１）または（２）記載の透明導電膜において、前記透明導電膜に対し、前記レーザを用いて行った加工断面のテーパ角が１０度以下であることを特徴とする透明導電膜。
【００５１】
（４）（１）から（３）の何れかに記載の透明導電膜において、前記透明導電膜が成膜材料を含む液滴を被成膜物に噴霧させることにより製造することを特徴とする透明導電膜。
【００５２】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、太陽電池の分野に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１    絶縁性基板
２    透明導電膜
２ａ  下層の透明導電膜
２ｂ  上層の透明導電膜
３    第１のコンタクトライン
４    光電変換層
５    第２のコンタクトライン
６    裏面電極
７    第３のコンタクトライン
８    コンタクトラインエッジ部
【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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