JPH0210777A - 厚膜太陽電池の集積直列接続方法及びタンデム太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、絶縁性の透明基板上に配設された多数の厚膜
太陽電池を集積して直列に接続する方法に関する。

〔従来の技術〕

結晶シリコンからなる太陽電池は、約４０ｍＡ／ｃｄと
いう極めて高い電流を発生することから、約１ｄｒｒｒ
の小面積の形で互いに接続して電流損失を避ける必要が
ある。これは結晶成長法によってその大きさが限定され
る単結晶シリコンの結晶板に関してあてはまる。

従って例えばリボン引抜き法で得ることのできる多結晶
シリコンからなる一層大きな面積も約ｌＯｃｍＸ１０ｃ
ｍの大きさの板に切断し、引抜き金属リボンで再び整列
状態にろう付けする必要がある。

こうして電流損失は十分に阻止することができるが、こ
の方法は経費が嵩み、高くつく。

結晶シリコンの他の欠点はＥｇ＝１．１ｅＶの低いエネ
ルギーギャップが］、　４５　ｅ　Ｖでその最大輝度を
有する太陽スペクトルとは極（僅かに適合されるにすぎ
ないことである。従ってこの低いエネルギーギャップを
タンデム電池内で１．４５　ｅ　Ｖを十分に上回るエネ
ルギーギャップと組み合わせることができる場合には、
理想的である。

この可能性は例えば多結晶シリコン（Ｅｇ−１゜１ｅｄ
）をアモルファスシリコン（Ｅｇ＝１．７５ｅＶ）と組
み合わせることによって実現される。

これらの２つの部分電池では半導体材料としてシリコン
を使用することができ、この材料は資源上の問題もまた
環境上の問題も起こさない。

タンデム電池のそれ自体は公知の構造及びｇ９能は第７
図に示されている。水素化ａ　−Ｓ　ｉ　：　Ｈの型の
アモルファスシリコンは典型的な１．７５　ｅ　Ｖのエ
ネルギーギャップを有し、これは製造条件を変えること
によって更に僅かながら変えることができる（１．７〜
１．８ｅＶ）、アモルファスシリコンからなる太陽電池
は、前面電池に要求される２つの透明電橋を有する実施
形でも、例えばモーレル（Ｄ、　Ｍｏｔｅｌ　）その他
の論文「ブロシーデインダス・オブ・ザ・エイトティー
ンス・フォトポルティク・スペシャリスツ・コンフェレ
ンスＪ　　（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　
１８ｔｈ　Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｔｌｃ　５ｐｅｃｉａ
ｌｉｓｔｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　）、１９８５年、
第８７６頁〜８８２頁から明らかなように、すでに存在
する。

このシリコンは、ａ−Ｓｉ：Ｈ太陽電池の場合０．５μ
−よりも薄い層厚を有するにすぎない、炭素を添加する
ことによってこの電池内のアモルファスシリコンのエネ
ルギーギャップはなお僅かに高めることができる。これ
に対し下部電池に必要な多結晶シリコンの層厚は２０〜
３０μ−である（Ｗ膜電池）、この場合太陽光線は十分
に吸収される。第７図には次のり１き出し符号が付加さ
れている。

ｔ−エネルギーギャップＥｇｌを有するアモルファス水
素化シリコンからなる上方太陽電池、■−エネルギーギ
ャップＥｇ２　（Ｅｇｌ＜Ｅｇ２）を有する多結晶シリ
コンからなる下方太陽電池、 ■−光学的カップラー １−ガラス基板。

矢印７は短波長光の侵入深さを、また矢印８は長波長光
の侵入深さを示す。

多結晶シリコン厚膜を製造するための、コスト上の理由
から好ましい技術は薄膜技術に類似するものである。こ
の場合決定的なことは、これらの部分電池を経費の嵩む
機械的な後処理なしに十分に平滑な表面を有して製造で
き、従って引続きこれを簡単な８１層処理によってａ−
Ｓｉ：Ｈ電池と接続し得ることである（第８図）、ｆｉ
膜太陽電池の本質的な利点は、これを幅の狭い条片に分
離することによって直列に接続することができ、その結
果より高い電圧またより小さい電流のモジュールが生し
ることである。

同様に厚膜電池を小面積単位で直列に接続することは（
条片電池）、タンデム太陽電池のこの部分で電流損失を
少なくし、また変調電圧を外的要求に応じて調節可能に
するために望まれている。

しかしこれは従来経済的に有利に実施することができな
かった。

欧州特許出願公開第０２３２７４９号明細書から、接続
処理のために、前面電極を備えた基板上に施された薄膜
に、金属化合物で金属電極層を施す前に有利にはプラス
チックからなる帯状体を施し、次いでこの帯状体に沿っ
て分離溝を機械的方法で構成することによって、分離溝
を造り、その後分離溝を金属で満たし、金属電極層を堆
積させ、引続きリフトオフにより帯状体を再び除去して
金属１橿構造を形成する形式の、薄膜太陽電池に関する
処理法は公知である。

結晶シリコンから直列に接続された構造体を製造する他
の機械的に分離する方法は、ドイツ連邦共和国出願公開
第３７２７８２５号明細細に提案されている。この方法
では基板上に設けられた狭幅路（これはガラス基板から
材料を彫って造る）を、条片状の個々の太陽電池を分離
するために使用する０次いでスクリーン印刷法で得た前
面電極を接触溝を介して直列に接続する。

上記の２つの公知方法、特に狭幅路を一緒に被覆するこ
とを前提とする後者の方法は、費用の嵩む洗浄及び研磨
工程を実施しなければならないという大きな欠点を有す
る。更に研磨時に生じる欠陥の多い損傷層は付加的なエ
ツチング工程で除去する必要がある。この方法は一層コ
スト高となることの外に研磨工程により層中の縁部が欠
落するという態様の欠点を有する。総合的にこの方法は
薄膜の製造には適していない。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って本発明の課題は、薄膜技術に適合された一連の工
程を、この欠点ををさずまた簡単に、特に多結晶シリコ
ンからなる部分電池を製造することができ、以後の加工
処理でアモルファス水素化シリコンからなる電池を有す
るタンデム太陽電池に組み合わせることのできるＦＪ膜
太陽電池に対して提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は以下の特徴、即ち ａ）　厚膜を析出させる前に、帯状体をペーストとして
スクリーン印刷法で構造化されたベース電極に、接続の
ため隣接して配置した電池に対応する電極縁部を被覆す
るように施し、 ｂ）　次いで厚膜を全面的に析出させ、Ｃ）　帯状体を
リフトオフ法により除去し、その際ｒｇ、膜も選択的に
切断し、 ｄ）　被覆電極を全面的に施し、構造化することによっ
て特徴づけられる最初に記載した形式の方法によって解
決される。

多結晶シリコンからなる厚膜を使用することは本発明の
枠内に属する０層は種々の方法で、例えばシリコンを含
むガス状化合物を熱分解した後気相から析出することに
よって、又はグロー放電プラズマ中で析出させるか、蒸
着又は陰極スパッタリングにより大面積で製造すること
ができる。

本発明の他の実施態様は特許請求の範囲の実施態様項に
示されている。

〔実施例〕

次に本発明を第１図〜第８図に示した実施例に基づき更
に詳述する。

第１図に示した実施例では太陽電池は金属電極側から出
発して構成される。同様に逆の順序で透明電極側から出
発して構成することも可能である。

このためガラスからなる基板ｌ上に大面積で金属（例え
ばアルミニウム）からなる層を施し、スクリーン印刷法
により公知方法で構造化して、電橋構造体２．１２を作
る。

第２図に示すようにこの構造体上に例えば石灰粉末から
なる充填剤を有する例えばプレキシガム（Ｐｌｅｘｔｇ
ｕ＋＊）からなるペーストを用いて線条３の帯状体をス
クリーン印刷法で施す、この帯状体は接続のため隣接し
て配置された電池に対応する電極層２の縁部１２を被覆
する。スクリーン印刷ペースト中の充填剤は多孔質であ
ることを要し、従って比較的粗粒子状の材料から構成す
べきであり、これにより後の帯状体の除去に際して浴液
は容易に帯状体内に侵入することができる。

第３図に示すようにペースト線条体３が乾燥した後その
上に全面的に多結晶シリコン層４を、気相から析出する
ことによって又はスパッタリングによって施す。特に適
当な手段として、ガス状珪素化合物例えばシランを分解
するプラズマＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ　　ｖａｐｏｒ
　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）法が挙げられる。

重要なのは、多結晶シリコン層の製造工程を基板ガラス
の軟化温度よりも低い処理温度で実施することである。

太陽電池の効率を高めるため、結晶体はミリメートル単
位の大きさを有することが必要である。プラズマ析出に
よってシリコン基の励起エネルギーは高められ、これが
基板表面上での横方向移動度を高める。これにより小さ
すぎない結晶粒を有する多結晶シリコン層が生じる。再
結晶処理により更に粒径を大きくすることもできる。

残存する粒界の影響は水素での不働態化のような方法に
よって減少させることができる。

第４図に示すように次いでペースト３を溶解又は除去す
る溶剤例えばアセトン、アルコール中の超音波波浴中で
処理することによって、帯状体３を除去する。その際公
知のりフトオフ法によりこのペースト３上に存在する多
結晶シリコン層４の範囲を一緒に除去し、こうして機械
的な分離処理を必要とすることなしに、シリコン層４　
（＋！ＤＩ）を選択的に分離する。この処理によりガラ
ス基板ｌにまで達する分離溝５が生じる。

第５図に示すように分離溝５を有する構造体ｌ。

２ζ４上に全面的に透明な材料例えばドープされた酸化
亜鉛又は酸化錫からなる層を施し、公知方法でスクリー
ン印刷法により、前面電極６が生じるように構造化する
。その際ガラス基板１の範囲内で分離溝５はこの材料で
満たされる。

得られる直列接続の詳細は第６図から明らかである。こ
の図では第５図におけると同じ符号が記されている。基
本的にはそれぞれ条片電池の上方透明電極６の縁部が、
隣接する条片電池の下部電極２の縁部に接続されるが、
この場合３種の印刷工程（金属電極、ペーストからなる
帯状体、透明電極）に対するスクリーン印刷マスクは互
いに僅かにずらされている０選択的に各電極の構造はス
クリーン印刷法で除去可能の材料を用いて得ることがで
きる。

構造化された多結晶シリコン電池の製造は、すでに記載
したように、金属電極又は透明電極を最初に基板上に析
出させるが否かに応じて２種の過程で実施することがで
きる。双方の場合とも５つの部分工程を含むが、これら
はすべて僅がな投資で多量の処理を可能とし良好に自動
化できまた費用的にも好ましいものである。

この方法の利点は、構造化されていない平滑で、コスト
的に有利なガラス基板を使用し得る点にもある。

第７図は４つの接触部を有するタンデム電池のすでに説
明した構造及び機能を示すものである。

このタンデム電池は有利には本発明方法によって実現す
ることができる。符号７で示した矢印は短波長光の入射
を、また符号８を有する矢印は長波長光の入射を示す。

第８図は組み立てる前の本発明によるタンデム電池に必
要な構成部分を示すものであり、符号ｌでａ−３ｔ：Ｈ
電池（薄膜電池）が、■で本発明方法により製造された
多結晶シリコン電池（Ｊア膜電池）が、また■で光学的
カップラーが示されている。組み立ては簡単な積層法に
よって行う。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図までは本発明による太陽電池構造体を
製造する工程過程を示す斜視図、第６図４を第５図の主
要部の拡大図、第７図は本発明を可能とするタンデム電
池の構造及び機能を示す図、第８図は第７図に示したタ
ンデム電池の基本型を示す斜視図である。 １・・・基板 ２・・・ベース電極 ３・・・帯状体 ４・・・厚膜（多結晶シリコンＮ） ５・・・分離溝 ６・・・被覆電極 １２・・・縁部 ■・・・ａ−３ｔ：Ｈ・・・電池（薄膜電池）■・・・
多結晶シリコン電池（厚膜電極）■・・・光学的カップ
ラ− ＦＩＧ７ ＦＩＧＢ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）絶縁性の透明基板上に配設された多数の厚膜太陽電
   池を集積して直列に接続する方法において、 ａ）厚膜（４）を析出させる前に、帯状体（３）をペー
   ストとしてスクリーン印刷法で 構造化されたベース電極（２）に、接続の ため隣接して配置した電池に対応する縁部 （１２）を被覆するように施し、 ｂ）次いで厚膜（４）を全面的に析出させ、ｃ）帯状体
   （３）をリフトオフ法により除去し、その際厚膜（４）
   も選択的に切断し、 ｄ）被覆電極（６）を全面的に施し、構造化する ことを特徴とする厚膜太陽電池の集積直列接続方法。 ２）多結晶シリコンからなる厚膜（４）を使用すること
   を特徴とする請求項１記載の方法。 ３）多孔質又は比較的粗粒状の充填材料を含むスクリー
   ン印刷ペーストを使用することを特徴とする請求項１又
   は２記載の方法。 ４）ベース電極（２）並びに被覆電極（６）をスクリー
   ン印刷法で構造化することを特徴とする請求項１ないし
   ３の１つに記載の方法。 ５）ベース電極（２）として金属電極をまた被覆電極（
   ６）として透明電極を使用することを特徴とする請求項
   １ないし４の１つに記載の方法。 ６）請求項１ないし５の１つに記載の方法を使用して製
   造されたそれぞれ少なくとも活性層としてアモルファス
   水素化シリコン層（ａ−Ｓｉ：Ｈ）をベースとする太陽
   電池（ I ）、及び活性層として多結晶シリコンをベー
   スとする太陽電池（II）及び積層された光学的カップラ
   ー（III）からなり、２個の透明電極を有するａ−Ｓｉ
   ：Ｈ電池（ I ）が前面電池（光入射側）として接続さ
   れているタンデム太陽電池。