(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁透光性基板、透明導電膜、非晶質シリコン系半導体の光電変換層、および裏面電極膜を備え、前記絶縁透光性基板上で複数の発電領域に分割され、直列接続された集積型薄膜太陽電池であって、
前記裏面電極上にレジスト膜が積層され、
裏面電極分離ラインが、前記レジスト膜、前記裏面電極膜、および前記光電変換層とともに略同一形状にパターニングされ、
前記レジスト膜と前記光電変換層との間にある前記裏面電極膜が、内側に削られている、薄膜太陽電池を製造する方法であって、
裏面電極分離ラインを、前記レジスト膜、前記裏面電極膜、および前記光電変換層とともにパターニングする場合に、レーザ光を用い、かつ、前記レジスト膜と前記光電変換層との間にある前記裏面電極膜を、化学的なエッチングにより内側に削り取ることを特徴とする、薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記レーザ光を、前記絶縁透光性基板側から入射してパターニングすることを特徴とする、請求項１記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記裏面電極が、透明電極と金属電極との２層構造であり、
前記透明電極と前記金属電極の両方の材料が、同時に除去できるエッチング液を用いることを特徴とする、請求項１または２記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記エッチング液に、硫酸鉄系のエッチング液を用いることを特徴とする、請求項３記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものであり、特に、裏面電極膜の分離が良好な薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、薄膜太陽電池には、以下の２つの構造のものがある。まず１つは、ガラス等の透光性絶縁基板上に、ＳｎＯ2やＩＴＯ、ＺｎＯ等の透明導電膜が形成され、その上に非晶質半導体のｐ層、ｉ層、ｎ層がこの順に積層されて光電変換層が形成され、さらにその上に金属薄膜裏面電極が積層されてなる構造のものである。もう１つは、金属基板電極の上に、非晶質半導体のｎ層、ｉ層、ｐ層がこの順に積層されて光電変換層が形成され、その上に透明導電膜が積層されてなる構造である。これらのうち、ｐ−ｉ−ｎ層の順に積層する方法は、透光性絶縁基板が太陽電池表面カバーガラスを兼ねることができること、また、ＳｎＯ2等の耐プラズマ性透明導電膜が開発されて、この上に非晶質半導体光電変換層をプラズマＣＶＤ法で積層することが可能となったこと、等から多用されるようになり、現在の主流となっている。
【０００３】
この薄膜太陽電池の裏面電極膜としては、Ａｇ、Ａｌ等の反射率の高い材料が使用され、また、光電変換層と裏面電極膜との間に透明電極を挟むことにより、太陽電池の変換効率を向上させる方法も併せて用いられる。この際、透明電極には、ＺｎＯ、ＩＴＯ等が使用される。
【０００４】
また、大面積化を行なうためには、レーザを用いて集積化を行ない、直列接続するのが一般的な方法である。この構造は、ガラス基板等の透光性絶縁基板上に、透明導電膜を短冊状に形成し、その上に非晶質半導体層、続いて裏面電極膜を順に積層する。そして、１つの透明導電膜、非晶質半導体層、裏面電極膜からなる単位太陽電池の透明導電膜が、隣接する単位太陽電池の裏面電極と接触する構造となるように、両電極および非晶質半導体層のパターンを形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜太陽電池を集積化する場合の裏面電極のパターニング方法としては、ガラス面からレーザを入射し、光電変換層と裏面電極膜とを同時にパターニングする方法がある。
【０００６】
高い変換効率を求めた場合、裏面電極材料として、反射率の高いＡｇ、Ａｌ等を使用することが一般的である。また、光電変換層と裏面電極膜との間には、反射率を向上させるために透明電極膜を形成する方法が有効であり、ＺｎＯ、ＩＴＯ等を使用することが変換効率の向上につながる。
【０００７】
図２は、従来の薄膜太陽電池の構造を概略的に示す断面図である。
図２を参照して、この薄膜太陽電池は、透明導電膜２が形成されたガラス基板１上に、光電変換層３、透明電極４４と金属電極４５とからなる裏面電極膜４、およびレジスト層６が形成されている。そして、レーザによりパターニングがされ、第１の開口１０、第２の開口２０、および第３の開口３０が形成されている。
【０００８】
しかし、このような構成の薄膜太陽電池の場合、レーザでのパターニングを行なった透明導電膜２、光電変換層３、および裏面電極膜４の間で、リークパスが生じるのが一般的な現象である。これは、透明導電膜２、光電変換層３、および裏面電極膜４がレーザスクライブ時に昇華し、その壁面に導電性付着物７が再付着して、リークパスを形成しているためと考えられる。そのため、何らかの方法で、このリークパスを除去する必要がある。
【０００９】
図３は、リークパスを防止するための工夫がされた薄膜太陽電池の一例の構成を示す断面図である。
【００１０】
図３を参照して、この薄膜太陽電池においては、透明導電膜２上に、予め絶縁物８が形成されている。しかしながら、集積損失を低下させるためには、このような方法は望ましくない。
【００１１】
また、図４は、リークパスを防止するための工夫がされた薄膜太陽電池の他の例の構成を示す断面図である。
【００１２】
図４を参照して、この薄膜太陽電池においては、裏面電極膜４上にレジスト膜６を形成し、それをレーザでパターニング後、エッチングで裏面電極膜４を分離している。しかしながら、この方法では、レーザでレジスト膜６を切断する際に、レーザ装置の光学系を汚してしまうため、安定して切断できないという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、このような裏面電極膜を分離する際に、集積損失を低減し、同時に安定して切断するための薄膜太陽電池の構造および製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による薄膜太陽電池は、絶縁透光性基板、透明導電膜、非晶質シリコン系半導体の光電変換層、および裏面電極膜を備え、絶縁透光性基板上で複数の発電領域に分割され、直列接続された集積型薄膜太陽電池であって、裏面電極膜上にレジスト膜が積層され、裏面電極分離ラインが、レジスト膜、裏面電極膜、および光電変換層とともに略同一形状にパターニングされ、レジスト膜と光電変換層との間にある裏面電極膜が内側に削られている。
【００１５】
この発明によれば、レジスト膜と光電変換層との間にある裏面電極膜が内側に削られていることにより、表面電極と裏面電極の導電性付着物によるリークパスがなくなり、裏面電極膜の分離を良好に行なうことが可能となる。
【００１６】
請求項２の発明による薄膜太陽電池の製造方法は、請求項１の発明による薄膜太陽電池を製造する方法であって、裏面電極分離ラインをレジスト膜、裏面電極膜、および光電変換層とともにパターニングする場合に、レーザ光を用いることを特徴としている。
【００１７】
この発明によれば、パターニングする場合にレーザ光を用いることにより、表面の透明電極にほとんど傷を付けずに、光電変換層、裏面電極膜、およびレジスト膜を除去することが可能となる。
【００１８】
請求項３の発明による薄膜太陽電池の製造方法は、請求項２の発明の構成において、レーザ光を、絶縁透光性基板側から入射してパターニングすることを特徴としている。
【００１９】
この発明によれば、絶縁透光性基板側からレーザ光を入射してパターニングすることにより、表面の透明電極にほとんど傷を付けずに、光電変換層、裏面電極膜、およびレジスト膜を除去することが可能となる。
【００２０】
請求項４の発明による薄膜太陽電池の製造方法は、請求項２または請求項３の発明の構成において、レジスト膜と光電変換層との間にある裏面電極膜を、化学的なエッチングにより内側に削り取ることを特徴としている。
【００２１】
この発明によれば、レジスト膜と光電変換層との間にある裏面電極膜を化学的なエッチングにより内側に削り取ることにより、リークパスがなくなり、裏面電極膜の分離を良好に行なうことが可能となる。
【００２２】
請求項５の発明による薄膜太陽電池の製造方法は、請求項４の発明の構成において、裏面電極膜が透明電極と金属電極との２層構造であり、透明電極と金属電極の両方の材料が、同時に除去できるエッチング液を用いることを特徴としている。
【００２３】
この発明によれば、裏面電極膜が透明電極と金属電極との２層構造であり、両方の材料が同時に除去できるエッチング液を用いることにより、２層の裏面電極膜を１回のエッチングにより分離することが可能となる。
【００２４】
請求項６の発明による薄膜太陽電池の製造方法は、請求項５の発明の構成において、エッチング液に、硫酸鉄系のエッチング液を用いることを特徴としている。
【００２５】
この発明によれば、エッチング液に硫酸鉄系のエッチング液を用いることにより、高速にエッチングを行なうことが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による薄膜太陽電池の一例の構成を概略的に示す断面図である。
【００２７】
図１を参照して、まず、予め透明導電膜２を形成したガラス基板１を用いる。このガラス基板１には、透明導電膜２がガラス片側表面と全周囲端面に形成されている。
【００２８】
次に、レーザを用いて透明導電膜２のパターニングを行なう。透明導電膜２は、短冊状に分離されて、第１の開口１０が形成される。
【００２９】
この後、基板１を純水で洗浄し、光電変換層３を形成する。光電変換層３は、ａ−Ｓｉ：Ｈｐ層、ａ−Ｓｉ：Ｈｉ層、およびμｃ−Ｓｉ：Ｈｎ層からなり、合計の厚みは１００ｎｍ〜６００ｎｍ程度である。
【００３０】
次に、第１の開口１０の形成と同様に、レーザを用いて第２の開口２０を形成する。この際、レーザによる透明導電膜２への影響を避けるため、レーザには、透明導電膜２の透過性がよい可視光領域のレーザ、たとえばＳＨＧ  ＹＡＧレーザ等を使用することが望ましい。第２の開口２０は、第１の開口１０と半分程度重なる場所から、１００μｍ程度離れた場所に形成する。
【００３１】
さらにこの後、透明電極４４および金属電極４５からなる裏面電極膜４を形成する。透明電極４４には、比抵抗が小さく透光性が高いＺｎＯやＩＴＯを用い、金属電極４５には、発生率の高い金属であるＡｌやＡｇを用いる。透明電極４４の膜厚は５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度、金属電極４５の膜厚は５００ｎｍ〜１μｍ程度が好ましい。透明電極４４は割愛してもかまわないが、高い変換効率を得るためにはあった方が望ましい。
【００３２】
次に、レジスト膜６となる樹脂層を、裏面電極膜４上に数μｍ〜数十μｍの厚さで塗布し、乾燥させる。塗布には、スプレー式、スピンコータ等を使用し、塗布後乾燥炉等で乾燥させる。
【００３３】
次に、レーザを用いて、スクライブにより第３の開口３０を形成する。第２の開口２０の形成のときと同じ理由から、ＳＨＧ  ＹＡＧ等のレーザを使用することが望ましい。また、第３の開口３０は、第２の開口２０と半分程度重なる場所から１００μｍ程度離れた場所に、５０μｍ〜１００μｍ程度の幅で形成する。
【００３４】
このとき、レーザの照射は、ガラス基板１側から行なう。このため、裏面電極膜４はもとより、光電変換層３、およびレジスト膜６にも開口が形成される。この第３の開口３０の形成により、裏面電極膜４の開口部周辺には、レーザにより昇華した裏面電極膜４、光電変換層３、および透明導電膜２による導電性物質７が付着しており、隣り合うパターン間、または透明導電膜２の間で短絡が発生する。
【００３５】
そこで、レジスト膜６をマスクに利用して、裏面電極膜４のサイドエッチングを行なうことにより、リークパスを切断する。すなわち、導電性付着物７と裏面電極膜４とが接触しないように、裏面電極膜の一部分を図１に示すように削り取ることにより、リークパスは切断されることになる。
【００３６】
エッチング液としては、裏面電極膜４のエッチング液となり得る溶液を使用する。たとえば、裏面電極膜４にＺｎＯとＡｇを使用した場合には、硫酸鉄系のエッチング液を使用する。エッチング後は、エッチング液が残留しないように純水で洗浄を行ない、乾燥させる。エッチング液には、過酸化水素水とアンモニアとの混合液も利用可能だが、液を頻繁に新液に換える必要がある。
【００３７】
このようなプロセスにより、薄膜太陽電池において、短絡原因となるリークパスの切断を行なうことができる。
【００３８】
上述した本発明に従う方法により、実際に薄膜太陽電池を作製した。その結果、作製した薄膜太陽電池（基板サイズ：６５０ｍｍ×４５５ｍｍ）の特性は、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）において、Ｉｓｃ：０．５６０Ａ、Ｖｏｃ：６２．０Ｖ、Ｆ．Ｆ．：０．７１、Ｐｍａｘ：２４．７Ｗであった。
【００３９】
なお、上述した例では、光電変換層が単層であるが、本発明は、タンデム構造あるいはトリプル構造のように、積層されたものでもよいことはいうまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による薄膜太陽電池は、裏面電極膜上にレジストを形成し、光電変換層、裏面電極膜、およびレジストをレーザで同時に加工し、その後、レジスト膜をエッチングのマスクとして用いてエッチングを行なうことにより、裏面電極と表面電極のリークパスを切断することができ、裏面電極膜の良好な分離を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による薄膜太陽電池の一例の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】  従来の薄膜太陽電池の構造を概略的に示す断面図である。
【図３】  リークパスを防止するための工夫がされた薄膜太陽電池の一例の構成を示す断面図である。
【図４】  リークパスを防止するための工夫がされた薄膜太陽電池の他の例の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ガラス基板、２  透明導電膜、３  光電変換層、４  裏面電極膜、６  レジスト膜、７  導電性付着物、８  絶縁物、１０  第１の開口、２０  第２の開口、３０  第３の開口、４４  透明電極、４５  金属電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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