JP4170429B2

JP4170429B2 - 薄膜太陽電池セルパターンの形成法

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Publication number: JP4170429B2
Application number: JP02019198A
Authority: JP
Inventors: 大作羽音; 良一大東
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2018-01-19
Also published as: JPH11204818A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、薄膜太陽電池のパターニング工程に関する発明である。太陽電池の普及促進に伴い、太陽電池の低コスト化の要求が高まっている。このため、薄膜太陽電池生産工程の一つであるセルパターニングの生産コストの低減が重要になっている。薄膜太陽電池セルのパターニング法として、レーザーパターニング、化学エッチング等の方法があるが、いずれも生産コストが高い。
これに対し、本発明は磁性流体インキを利用してパターン形成し、薄膜を成長をさせることにより、一連のパターンを磁気パターンを変えることにより容易に変更できるため、マスク製造やマスク交換作業を必要とせず生産コストの低減に有利である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、太陽電池を構成する半導体材料としては、シリコン半導体が主流となっている。しかし、実用化されているシリコン半導体の多くは単結晶であるため、大面積化が困難である。また、単結晶であるため高価であり製造コストが高く発電コストが割高となってしまう等の問題がある。
一方、アモルファスシリコンを使用した薄膜太陽電池は可視域での吸収係数が大きく発電コスト低減を望める太陽電池として注目されている。最も実用的な構成としては、例えば基板上に第１の電極を形成した上に、ｎ層、ｉ層、ｐ層の順またはｐ層、ｉ層、ｎ層の順に光起電力発生層を形成した後、第２の電極を設ける構成が取られる。これらの太陽電池の基板としては、導電性の金属材料またはガラス、プラスチックフィルム等の絶縁性の基板を使用することができる。
【０００３】
図１は、従来法による薄膜太陽電池セルパターン製造プロセスを示す断面図である。
まず、図１（Ａ）のように、ガラスやプラスチックフィルムのような基材１１を準備する。次いで、基材上に第１の電極を形成するために蒸着、スパッタリング等により金属電極層１２となる金属薄膜を成膜する（図１（Ｂ））。金属材料としては導電性のものであればよく、アルミ、銅、クロム、銀等が用いられる。金属薄膜を電極パターン形状にパターン形成するために、当該金属薄膜上に感光性レジスト材料を塗布して、プリベーク、マスクアライメント、フォトマスク露光、現像処理を行い（図１（Ｃ））、ポストベークして、レジスト膜１３を形成する。次に、レジスト膜を介して金属薄膜のエッチングを行う（図１（Ｄ））。エッチングは通常塩化第２鉄等による化学エッチングが採用されるが、レーザーによるパターニングを採用することもできる。その後、レジスト膜１３を剥離すれば、基材上には金属電極パターンが形成されている（図１（Ｅ））。
通常、このレジスト材料の塗布から、露光、現像、エッチング、レジスト剥離の一連の工程を「パターニング」といっている。
【０００４】
次に、金属電極層１２上にアモルファスシリコン層１４を、ｐ型、ｉ型、ｎ型の順またはｎ型、ｉ型、ｐ型の順に３層積層して形成し、再び感光性レジスト材料を塗布してアモルファスシリコン層のパターニングを行う（図１（Ｆ））。シリコン層の上に上部電極となる透明導電膜１５を形成した後、再びパターニングを行って透明電極パターンの形成を行う（図１（Ｇ））。最後にパッシベーション膜１６を成膜して薄膜太陽電池セルパターンが完成する（図１（Ｈ））。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来法による薄膜太陽電池の化学的エッチングによる製法では「パターニング」を繰り返して行う必要があり、太陽電池の製造コストを高くしていた。これは、レーザーパターニング等の場合も同様である。
これを解決する一手段として、フォブリンオイル等のフッ素系有機材料を基材上に印刷法等により塗布しパターン形成を行う方法が、本願出願人によって提案されている（特願平９−１８７２２８号）。本発明は、このフッ素系有機材料、特にパーフルオロポリエーテルに強磁性材料を混合した磁性流体インキを利用して基材上に磁性流体インキパターンをより容易に形成することにより、プロセスの一層の低コスト化を図るべく研究しなされたものでである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の要旨の第１は、基材の一方の面に、第１の電極用薄膜、アモルファスシリコン薄膜、および第２の電極用薄膜を順次、成膜してなる太陽電池セルパターンの形成方法であって、基材と基材上に成膜された薄膜との両方あるいはいずれかの一方の上に、真空中で磁性流体インキを使用してパターンを形成した後、当該磁性流体インキのない部分に最初または次の薄膜パターンを形成する成膜工程をすくなくとも１つ有することを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成方法、にある。かかる形成方法であるため薄膜太陽電池セルパターンを低コストで量産することができる。
【０００７】
上記課題を解決する本発明の要旨の第２は、基材の薄膜形成面と反対面側に、磁気的にパターンが記録されたパターニング用磁気基板を配置することで、基材の薄膜形成面側に、当該磁気基板の磁気パターンに従った磁性流体インキのパターンを形成することを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成方法、にある。かかる形成方法であるため薄膜太陽電池セルパターンを低コストで量産することができる。
【０００８】
上記課題を解決する本発明の要旨の第３は、薄膜を磁性流体インキのない部分に選択的に成長させることにより、薄膜パターンを形成することで、第１の電極用薄膜、アモルファスシリコン薄膜、および第２の電極用薄膜の成膜工程を、真空中で連続して行うことを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成方法、にある。かかる形成方法であるため薄膜太陽電池セルパターンを低コストで量産することができる。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の要旨の第４は、薄膜を磁性流体インキのない部分も含む全面に成長させた後、薄膜の不用部分を磁性流体インキとともに洗浄して選択的に除去することにより、薄膜パターンを形成することを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成方法、にある。かかる形成方法であるため薄膜太陽電池セルパターンを低コストで量産することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
低蒸気圧で耐熱性の高いフッ素系有機材料、例えば、フォブリンオイル等を真空中で基材上に印刷法等により塗布しパターン形成を行うことができる。
フォブリンオイルは、オウジモント社（米：ＡＵＳＩＭＯＮＴ社）が開発したパーフルオロポリエーテルに属する化学薬品で、化学的に安定で不活性な完全フッ素化油、すなわち液状のフッ素樹脂ともいうべきものである。本来は、潤滑油、シール剤等に使用されている薬品である。
図５は、フォブリンオイルの化学構造を示す。図５（Ａ）は側鎖をもつタイプで、６フッ化プロピレン（ＣＦ₂＝ＣＦ−ＣＦ₃）と酸素により合成される。図５（Ｂ）は直鎖タイプを示し、４フッ化エチレン（ＣＦ₂＝ＣＦ₂）と酸素により合成される。
なお、フォンブリンオイルのパターン形成は大気中で行うことも可能であるが水分等の悪影響を避けるため真空中で行うのが好ましい。
【００１１】
フッ素系有機材料でパターンを形成した後、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法等を用い当該パターン上に真空薄膜を堆積させる。ここで真空薄膜とは、上記のような減圧下で形成される金属薄膜やアモルファスシリコン層、透明導電膜等の各種の薄膜をいう。こうすることによりフッ素系有機材料をマスク（言わばパターン形成材料の下側に設けられるマスク）として、フッ素系有機材料部分を避けて選択的に薄膜が堆積するかあるいは基材およびフッ素系有機材料上の全面に薄膜が堆積する。後者の場合、その後、塗布したフッ素系有機材料とこの上に堆積した薄膜を高フッ化有機溶剤で溶解または払拭することにより選択的に除去する。これらの方法により、比較的に精度が要求されない（例えば、太陽電池に要求されるライン＆スペース２００μｍ以下の）薄膜パターンを形成することができ、これにより薄膜太陽電池セルパターンを従来の化学エッチング法を用いずに形成することが可能となる。
このようなフッ素系有機材料としては、フォブリンオイルに限らず基材上で安定な薄膜を形成するたことができるフッ素系材料、例えば、デュポン社製「ＫＲＹＴＯＸ１５２５」等の安定なものを使用することもできる。
【００１２】
以下に本発明の実施形態を説明する。
本発明の場合、フッ素系有機材料に強磁性物質を分散して、磁性流体インキとして使用することに特徴がある。強磁性物質の超微粒子を表面処理により親溶媒化して液中に分散させると、磁界や重力場のもとでも粒子相互の凝集や沈降が生じない安定なコロイド溶液が得られる。このコロイド溶液は、磁性をもった液体として磁界に感応する特有の挙動を示す。本発明では、このような磁性流体の特性を利用すべく、フッ素系有機材料、特に、前記のフォンブャンオイル中に超微粒子の強磁性物質を分散してインキ化したものである。
本発明で磁性流体インキの溶媒となるものは、有機フッ素化合物であり、特に直鎖型のパーフルオロポリエーテルであるフォンブリンオイルが特性として優れ、これを他の溶剤等で希釈しない原液状で使用することが好ましい。
【００１３】
強磁性物質としては、強磁性酸化鉄（マグネタイト）粉末、マンガンフェライト、コバルトフェライトなどの酸化物磁性体、鉄、コバルトなどの金属磁性体、あるいは窒化鉄などの粉末が挙げられるが、製造の容易さからは、マグネタイト粉末が好ましい。磁性体粒子の粒径としては、２００ｎｍから５ｎｍが好ましく、特に１００ｎｍから１０ｎｍが好ましい。３ｎｍ未満では粒子が磁性を示さなくなる場合がある。
【００１４】
図２は、本発明による薄膜太陽電池セルパターンの形成法を説明する断面図である。図２のように、本発明では、薄膜を堆積させたくない場所あるいは薄膜を除去する場所に、磁性流体インキパターンを基板上に配置させ、その後に薄膜を成長させるマスク成膜方法を採用している。
まず、図２（Ａ）のように、ガラスあるいはプラスチック等の基材２１上に、フッ素系有機材料からなる磁性流体インキをパターン状に配置する。この磁性流体インキパターンの配置は、基材２１の薄膜形成面と反対面側に、パターニング用磁気基板２０を設置し、当該パターニング用磁気基板２０の磁気パターン２０ａによる磁力線により制御する。図２（Ａ）では、基材２１上に第１の電極となる金属薄層形成のための磁性流体インキパターン２２ａが形成された状況を示している。
フッ素系有機材料、特にパーフルオロポリエーテルによる磁性流体の場合は、蒸気圧が非常に低いため、乾燥による硬化や磁性粒子の凝集がなく安定であって、太陽電池セルパターン作製の一連の作業中、同一の磁性流体インキを反復して使用することができる。
【００１５】
その後、基材２１上全面に、第１の電極となる金属薄層２３を、蒸着法による選択成長、ＣＶＤ法あるいはスパッタ法により薄膜形成する（図２（Ｂ））。
一般に、フッ素系有機材料を使用した場合、スパッタリングでは、磁性流体インキ上を含めた基板全体に薄膜が堆積するが、ＣＶＤ法あるいは蒸着法の場合は磁性流体インキ上には薄膜が堆積しない。従って、スパッタリングにより基板上全面に薄膜を堆積した場合は、磁性流体インキ部分上に堆積した薄膜部分を磁性流体インキと共に選択的に除去してパターン形成する操作が必要になる。一方、ＣＶＤ法あるいは蒸着法の場合は、磁性流体インキ部分を避けて選択的に薄膜が形成されるので、磁性流体インキを移動させれば薄膜パターンが形成されていることになり、パターン形成のため、エッチング等の特別の操作を必要としない。本発明の場合は、磁性流体の反復利用という意味から選択的成長をさせるのが好ましいが、選択的除去の場合であってもパターン形成を容易にすることができる。図２は、選択的成長の場合を図示している。
【００１６】
基板上の磁性流体インキを、選択的に除去する場合は、基材を高フッ化有機溶媒中に浸漬して行う超音波洗浄あるいは有機溶媒の塗布による溶解、払拭等による手段で、フッ素系有機材料を除去する。この際、超音波による振動あるいは払拭による圧力等により生じた薄膜に亀裂部分を生じさせ、これにより有機溶媒は亀裂部分より薄膜下に進入してフッ素系有機材料を除去することになる。高フッ化有機溶媒としては、フッ素系有機材料の低分子品を使用することができる。
洗浄後は基板全面に堆積した金属薄層のうち、基材上に直接堆積している部分のみが、パターン状に残存して電極パターンを形成する。フッ素系有機材料としてのフォブリンオイルは、フロン１１３、パーフルオロオクタン、フォブリンオイルの低分子品（オウジモント社製「ガルデン」）等の高フッ素化有機溶媒、フッ素化油には溶解するが、それ以外の水、有機溶媒、油脂類にはほとんど相溶しない。
【００１７】
次に、電極パターン以外の部分であって、アモルファスシリコン層を形成しない部分または選択的に薄膜除去する部分に、再度フッ素系有機材料による磁性流体インキ２２ｂをパターニング用磁気基板２０によりパターン状に配置する。磁気パターン２０ｂへの変更は、パターニング用磁気基板の磁気記録の書換えによるか、予め複数の異なる磁気パターンが形成されたパターニング用磁気基板２０を準備しておいて基板を交換することにより行ってもよい。図２において左向きの矢印は、パターニング用磁気基板を交換することを意味している。
【００１８】
当該基材上、すなわち電極パターン、基材が露出した部分に、３層（ｎ型層、ｉ型層、ｐ型層）のアモルファスシリコン層２４をＣＶＤ法等により順次堆積する（図２（Ｃ））。この３層のアモルファスシリコン層は、ほぼ同一形状を有すれば良いので磁性流体パターン２２ｂの１回の配置により堆積することができる。ＣＶＤ法による場合、磁性流体パターン上にはアモルファスシリコン層が形成されない選択成長がされる。なお、図２（Ｃ）では、アモルファスシリコン層２４は、一つの層のように図示されているが、実際は前記３層が積層されたものである。
【００１９】
アモルファスシリコン層の形成は各種の方法が知られているが、多用される方法はシランガス（ＳｉＨ₄）を真空炉中に導入し、電界を印加しプラズマ放電することにより基材上にアモルファスシリコン薄膜を形成する方法である。このとき、シランガスに不純物を添加しない場合はｉ型層が、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を不純物として添加するとｐ型層が、フォスヒン（ＰＨ₃）を添加するとｎ型層を形成することができる。すなわち、ガスの切替えによって、ｎ・ｉ・ｐ層の接合を形成できる。このようにｎ・ｉ・ｐ型はガスの切替えだけで１つの反応層で形成することができるが、各層を分離した反応室で行うラインで連続的に形成することもできる。この場合には残留不純物が悪影響を及ぼすことが少ない効果がある。これによりフッ素系有機材料による磁性流体パターン２２ｂ以外の部分に堆積したアモルファスシリコン層が、パターン状に残存してアモルファスシリコン層２４を形成する（図２（Ｃ））。
【００２０】
続いて、第２の電極パターンを透明導電膜により形成するために、磁性流体インキパターン２２ｃを電極パターンを形成しない部分または選択的に除去する部分に、パターニング用磁気基板２０を使用して再度パターン状に配置する。この磁性流体インキの配置される部分が第２の電極パターン間の絶縁部を形成することになる。アモルファスシリコン層および基材の露出部分、磁性流体インキの配置された部分上の全面に透明導電膜２５を成膜した後（図２（Ｄ））、選択的成長の場合はそのままの状態で、選択的除去の場合は高フッ化有機溶媒中に浸漬する超音波洗浄あるいは塗布による溶解、払拭等による手段で、磁性流体インキを除去することにより、磁性流体インキ上の透明導電膜は除去され、基材上には透明導電膜２５からなる第２の電極パターンが形成される（図２（Ｅ））。
透明導電膜に用いる材料としては、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₂−ＳｎＯ₂（ＩＴＯ）、ＴｉＯ₂があり、これらをスパッタリングや電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着、イオンプレーティング等で形成することができる。
【００２１】
最後に、パッシベーション膜２６をＣＶＤによる真空成膜法等により全面に形成することにより、薄膜太陽電池セルパターンが完成する（図２（Ｆ））。パッシベーション膜材料としては、Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＯ₂等が好適に用いられるが、耐候性に優れ透明なフッ素樹脂塗料やフッ化物重合体等の高分子樹脂の塗布膜であっても良い。
【００２２】
薄膜太陽電池の基材２１としては、ガラスの他、各種の材質を使用することができる。例えば、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ、ポリアクリレート、ポリアリレート等の樹脂フィルムであってもよい。また、導電性のものを使用して第１の電極を兼ねることもできる。この場合には、ステンレススチール、アルミニウム、銅、チタン、亜鉛めっき鋼板、カーボンシート等を使用することができる。
【００２３】
なお、上記のプロセスでは、全てフッ素系有機材料による磁性流体インキを配置するパターン形成法により行っているが、他のパターン形成方法を併用することも可能である。例えば、第１の電極パターンとアモルファスシリコン層のパターン形成を磁性流体インキを使用する本発明のパターン形成法で行い、第２の電極パターンの形成は、レジストマスクを使用するスパッタリング法または蒸着法で行う場合等である。特に、蒸着法の場合は、ＣＶＤ法に較べて成膜圧力が低いので併用が容易である。また、選択的成長と選択的除去による成膜を組み合わせることも自由である。
【００２４】
図３は、本発明の形成法による薄膜太陽電池セルパターンを示す断面図である。本発明の形成法による薄膜太陽電池は、従来の化学的エッチングによるパターン形成法によるものと構造または性能において何等変わることはない。図示のものは２単位のセルパターンが直列接合し、透明導電膜２５側から太陽光（矢印）を受けるｐ・ｉ・ｎ型のものであるが、セルパターンを連続的に接合することにより大電圧を得ることができる。また、単位のセルパターンを並列に接続することにより大電流のものとすることもできる。また、アモルファスシリコン層２４の形成順序を変えて、ｎ・ｉ・ｐ型の太陽電池とすることもできる。このような太陽電池により得られる電流は直流であるが、インバーターにより変換して家庭用交流電源とすることができる。
【００２５】
図４は、アモルファスシリコン層を示す図である。この部分が光起電力層となる部分で、基板側からｎ型アモルファスシリコン層２４ｎ、ｉ型アモルファスシリコン層２４ｉ、ｐ型アモルファスシリコン層２４ｐが積層されている。太陽光は透明導電膜を透過して光子が吸収され、一対の電子と正孔ができるが、シリコン基板内部に存在する電界によって電子はｎ型へ、正孔はｐ型へ移動するため、ｎ型からｐ型へ向かう電流が生じる。この電流を外部へとり出して利用する。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図２を参照して説明する。
▲１▼＜磁性流体インキの準備＞
粒径２０ｎｍの酸化鉄（マグネタイト粉末）１００ｇを、直鎖型パーフルオロポリエーテル〔平均分子量７２５０〕（アウジモント社製「ｆｏｂｌｉｎｙｒ１８００」）の原液１００ｇに分散して磁性流体インキを準備した。この際、分散性を高めるため添加剤として、オレイン酸ナトリウムを１０ｇ添加し、レッドデビルで３時間攪拌し調整した。
得られた磁性流体インキの２０°Ｃにおける動粘度は、５００ｃｐｓであって、磁力線に対して鋭敏に流動する特性を示した。
【００２７】
▲２▼＜パターニング用磁気基板の準備＞
幅１０ｃｍのオーディオ用磁気テープ（ＴＤＫ株式会社製「ＭＡ（メタルテープ）」）に磁気ヘッドにより磁気記録を行った。パターニング用磁気基板２０は、太陽電池セル基材側の下部電極パターン２０ａ、アモルファスシリコン層パターン２０ｂ、上部透明電極パターン２０ｃの３種について、それぞれの薄膜パターンが形成されない領域に磁気出力が得られるように形成し準備した。
このパターニング用磁気基板を厚さ１．１ｍｍのガラス基板を介して、出力を測定したところ磁気記録部で、８０ガウスの出力が得られた。
【００２８】
▲３▼＜第１の電極パターンの形成＞
清浄な透明ガラス基板（コーニング社「♯１７３７」）厚さ：１．１ｍｍ、サイズ１０ｃｍ□、を準備し、上記、▲１▼で調整した磁性流体インキ２２を基板２１上に、ロールコータを用いて塗布した。塗布量は、下部電極パターン、アモルファスシリコン層パターン、上部電極パターンの薄膜パターン非形成領域の面積の平均値〔約１０ｃｍ²〕の面積に、約１００μｍの厚さの磁性流体インキ膜２２ａが形成されるように、予め計算された量〔約０．１ｃｍ³〕が塗布されるようにした。
次いで、▲２▼で準備した第１の電極パターン用のパターニング用磁気基板２０を透明ガラス基板２１の裏面に密着させると、磁気パターンに従って磁性流体インキが流動してパターンが形成された。
【００２９】
磁性流体インキパターン形成後の上記基材２１をパターニング用磁気基板が密着した状態で、スパッタリング装置内に導入し、Ｃｒをターゲットとして成膜し（図２（Ｂ））、磁性流体インキのない部分にＣｒの薄膜２３を選択的に成長させて形成した。
なお、スパッタ条件は以下のとおりである。
（スパッタ条件）
ターゲット：Ｃｒ（純度：９９．９９％）
成膜温度：３５０°Ｃ
成膜圧力：５ｍＴｏｒｒ
ＤＣパワー：２．５ｋＷ
Ａｒ流量：１００ｓｃｍ
堆積速度：２０Å／ｓｅｃ
膜厚：５０ｎｍ
【００３０】
▲４▼＜アモルファスシリコン層の形成＞
セル基材裏面に配置されたパターニング用磁気基板２０をアモルファスシリコン層のパターン２０ｂに切り換えると磁性流体インキ２２は、磁気パターンの移動に伴って引きずられて流動し新たなパターン２２ｂが形成された。
磁性流体インキパターンは同一パターンを使用して、磁性流体インキパターン以外の部分に、３層のアモルファスシリコン層２４を選択的に堆積した。
【００３１】
つづいて、基材を真空反応炉中に導入して、ＣＶＤ法によりアモルファスシリコン層２４を形成した（図２（Ｃ））。この工程は基板側から最初に、▲１▼ｎ型のアモルファスシリコン層〔ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）層〕を形成した後、▲２▼ノンドープのｉ型のアモルファスシリコン層〔ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）層〕を形成し、最後に、▲３▼ｐ型のアモルファスシリコン層〔ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｐ）層〕を形成することにより行った。
▲１▼のｎ型には、オフラインのシリコンウェハーを粉砕したものに、燐（Ｐ）を３重量％ドーピングしたものを使用し、▲３▼のｐ型には、同じくシリコンウェハーを粉砕し、ボロン（Ｂ）を１０重量％ドーピングしたものを使用した。
【００３２】
各成膜条件は次のとおりである。
▲１▼（Ｐドープａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ層）成膜条件）
成膜温度：３００°Ｃ
ａ−Ｓｉ：Ｈ／Ｈ₂／ＰＨ₃流量＝１０／３０／１０ｓｃｃｍ
成膜圧力：５０ｍＴｏｒｒ
ＲＦパワー：５０Ｗ
堆積速度：１０Å／ｓｅｃ
膜厚：５００Å
▲２▼（ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ層）成膜条件）
成膜温度：３００°Ｃ
ａ−Ｓｉ：Ｈ／Ｈ₂流量＝１０／５０ｓｃｃｍ
成膜圧力：５０ｍＴｏｒｒ
ＲＦパワー：５０Ｗ
堆積速度：１０Å／ｓｅｃ
膜厚：３０００Å
▲３▼（Ｂ₂Ｈ₆ドープａ−Ｓｉ：Ｈ（ｐ層）成膜条件）
成膜温度：３００°Ｃ
ａ−Ｓｉ：Ｈ／Ｈ₂流量／Ｂ₂Ｈ₆＝１０／３０／５ｓｃｃｍ
成膜圧力：５０ｍＴｏｒｒ
ＲＦパワー：５０Ｗ
堆積速度：１０Å／ｓｅｃ
膜厚：３００Å
【００３３】
▲５▼＜透明電極パターンの形成＞
セル基材裏面に配置されたパターニング用磁気基板２０を透明電極パターン２０ｃに切り換えると磁性流体インキ２２は、磁気パターンの移動に伴って引きずられて流動し新たな磁性流体インキパターン２２ｃが形成された。
【００３４】
磁性流体インキパターン２２ｃ以外の部分（基材の露出した部分も含め）にＩＴＯによる透明導電膜層２５を反応性スパッタリング法により、次の条件で成膜した（図２（Ｄ））。
（スパッタ条件）
ターゲット：Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂焼結ターゲット（ＳｎＯ₂：１０ｗｔ％）
成膜温度：２５０°Ｃ
成膜圧力：５ｍＴｏｒｒ
ＤＣパワー：２．０ｋＷ
Ａｒ／Ｏ₂流量：１００／３ｓｃｃｍ
堆積速度：１０Å／ｓｅｃ
膜厚：１０００Å
【００３５】
成膜後の基材を、フォブリン除去剤（アウジモント社製「ガルデン」）中に浸漬し、超音波洗浄機で洗浄（出力１００Ｗ、３９ＫＨｚ、３分間）することにより、基材上に塗布された磁性流体インキ２２ｃは溶解除去され、基材ガラス上とアモルファスシリコン層上に形成された透明導電膜層のみが残存して上部電極が形成された（図２（Ｅ））。なお、透明導電膜２５と第１の電極２３とは、図２（Ｇ）中「＝」で示される部分で接続されるので、単一セルが直列接合した連続的セルに形成されることになる。
【００３６】
▲６▼＜パッシベーション膜の形成＞
最後にパッシベーション膜２６を、ＣＶＤによる真空成膜法によりＳＮ_X膜を形成して薄膜太陽電池を完成した（図２（Ｆ））。パッシベーション膜２６は全面に形成するため、磁性流体インキ２２は使用しなかった。なお、成膜条件は次のとおりである。
（ＳＮ_X膜成膜条件）
成膜温度：２５０°Ｃ
ａ−Ｓｉ：Ｈ／Ｎ₂流量／ＮＨ₃＝３０／５００／５０ｓｃｃｍ
成膜圧力：３０ｍＴｏｒｒ
ＲＦパワー：２５０Ｗ
堆積速度：２５Å／ｓｅｃ
膜厚：５００Å
【００３７】
上記で作製された薄膜太陽電池にＡＭ−１（赤道上での太陽輻射スペクトルを再現した標準光源）を照射したところ、初期における太陽電池変換効率は８％程度であった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の薄膜太陽電池セルパターンの形成法は、磁性流体インキを使用するので、マスク用のパターンの数種を繰り返して使用して薄膜を形成することを容易に行うことができる。特に、磁性流体の部分を避けて薄膜を選択成長させる場合は、同一または連続した真空装置内で、磁性流体パターン形成、薄膜パターン形成の操作を反復して行うことができるのでセルパターンの形成を効率的に行うことができ、設備投資、生産コスト、歩留りが改善され、太陽電池のコストの低減に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来法による薄膜太陽電池セルパターン製造プロセスを示す断面図である。
【図２】本発明による薄膜太陽電池セルパターンの形成法を説明する断面図である。
【図３】本発明の形成法による薄膜太陽電池セルパターンを示す断面図である。
【図４】アモルファスシリコン層を示す図である。
【図５】フォブリンオイルの化学構造を示す図である。
【符号の説明】
１１，２１基材
１２，２３金属電極層
１３レジスト膜
１４，２４アモルファスシリコン層
１５，２５透明導電膜
１６，２６パッシベーション膜
２０パターニング用磁気基板
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ磁気パターン
２２磁性流体インキ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ磁性流体インキパターン

Claims

基材の一方の面に、第１の電極用薄膜、アモルファスシリコン薄膜、および第２の電極用薄膜を順次、成膜してなる太陽電池セルパターンの形成方法であって、
基材と基材上に成膜された薄膜との両方あるいはいずれかの一方の上に、真空中で磁性流体インキを使用してパターンを形成した後、当該磁性流体インキのない部分に最初または次の薄膜パターンを形成する成膜工程をすくなくとも１つ有することを特徴とする薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。
基材の薄膜形成面と反対面側に、磁気的にパターンが記録されたパターニング用磁気基板を配置することで、基材の薄膜形成面側に、当該磁気基板の磁気パターンに従った磁性流体インキのパターンを形成することを特徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。
薄膜を磁性流体インキのない部分に選択的に成長させることにより、薄膜パターンを形成することで、
第１の電極用薄膜、アモルファスシリコン薄膜、および第２の電極用薄膜の成膜工程を、真空中で連続して行うことを特徴とする請求項１および請求項２記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。
薄膜を磁性流体インキのない部分も含む全面に成長させた後、薄膜の不用部分を磁性流体インキとともに洗浄して選択的に除去することにより、薄膜パターンを形成することを特徴とする請求項１および請求項２記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。
磁性流体インキがフッ素系有機材料に強磁性微粒子を分散したものであることを特徴とする請求項１から請求項４記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。
フッ素系有機材料が、側鎖型または直鎖型のパーフルオロポリエーテルであることを特徴とする請求項５記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。
パターニング用磁気基板の磁気記録内容を変更すること、または磁気記録内容が異なるパターニング用磁気基板に交換することにより、磁性流体インキのパターンを変えることを特徴とする請求項２記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。
洗浄を低分子の高フッ化有機溶媒を用いて行うことを特徴とする請求項４記載の薄膜太陽電池セルパターンの形成方法。