JPH03196680A - 太陽電池の製造方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は太陽光や人工照明の下で発電動作する太陽電池
の製造方法に関する。

（ロ）従来の技術 近年、太陽電池はクリーンなエネルギー源として多くの
関・じ１が寄せられ、ており、特にアモルファスシリコ
ンを以丁ａ−５ｉと記す）等の薄膜太陽電池は低コスト
化に有利なことから電力用のｌＩｋ有カー穴補として、
現在、変換効率の向」−や低コスト化の研究が盛んに行
なわれている。こうした状況のなかで、集積型薄膜太陽
電池のバターニングプロセスとして、受光面′Ｉ４．極
膜１ユに、絶縁ペースト及び導電性ペーストからなる！
８縁パターン及び導電パターンをスクリーン印刷し乾燥
、焼成後レーザを上記パターンｔをパルス光で照射する
ことにより、絶縁パターン上で分離、導電パターン−Ｌ
で接続を行なう（特開昭６２−３３４７７号公報）方法
や、接続は導電パターンとレーザ、分離はエツチング（
米国特許第４，７２４，０１１号）を用いる方法等が開
発されている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかるに接続はレーザ、分離はエツチングを用いる方法
は、レーザパターン方法とエツチング工程が複雑で低コ
スト化には不利であることや、また上記２つの方法とも
接続は、導電パターンと裏面電極との間に高抵抗なａ−
５ｉ膜が存在するため、レーザパワーか弱すぎると導電
パターンと裏面電極間の抵抗が高くなり、高出力が得ら
れず、信頼性もよくないという欠点があった。さらに接
続に用いられているレーザはパルス光であり、接続は点
で行なわれているため、発電の際には、レーザ光により
形成されたホールのみに電流が集中するため、発熱によ
り導電パターンのダメージが信頼性を低くする可能性が
あり、また逆にレーザパワーを強くすると、導電パター
ンを突きぬけて下層の受光面電極膜をも破壊してしまう
という欠点もあった。

本発明はこのような欠点を解決せんとするらのである。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、上記課題を解決するために、基板の絶縁表面
に複数の第１！極を整列配置し、上記第１電極の隣接対
向間隔部の一方に近接して結合用導電パターンを形成し
、当該導電パターン及び第１電極を含んで上記基板上に
半導体膜を設け、Ｌ記導電パターンを覆う半導体膜に対
して露出面側からエネルギビームを照射して被照射部位
の半導体膜部分を連続的に除去し当該導電パターンを゛
ト導体膜から露出せしめた後、斯る導電パターンを含め
て半導体膜上に第２電極を配置することを特徴とする。

（ホ）作用 上述の如く第２電極を形成する前に、導電パターン上の
半導体膜部分がレーザビームの照射により連続的に除去
され当該導電パターンを露出した後、斯る導電パターン
を含めて半導体膜上に第２電極を配置することによって
、第２電極は連続的に直接接触する。

（へ）実施例 以下第１図乃至第７図を参照して、本発明製造方法を太
陽電池の製造方法に適用した実施例につき詳述する。

第１図の工程では、厚さｌ　ｍｍ　−５ｍｍ、面積１０
ｃｍＸ　１０ｃｍ　−５Ｑｃｍｘ　５０ｃｍ程度の透明
なガラス等の絶縁材料からなる基板（１）上全面に、厚
さ約２０００人−５０００人の酸化錫（ＳｎＯ，）、酸
化インジウム錫（Ｉ　ＴＯ）に代表される透光性導電酸
化物（ＴＣＯ）の単層型或いはそれらの積層型の透明電
極膜が被着された後、隣接間隔部（ａｂ）（ｂｃ）がレ
ーザビーム（ＬＢ）の照射により除去されて、第１電極
として個別の各透明１極膜（２ａ　）　　（２ｂ　）　
　（２ｃ　）　−が分離形成される。使用されるレーザ
装置は基板（１）にほとんど吸収されることのない波長
が適当であり、上記ガラスに対しては０．３５μｍ〜２
．５μｍの波長のパルス出力型が好ましい。斯る好適な
実施例は、波長約１．０６　ｐｍエネルギ密度１３Ｊ／
Ｃｍ’、パルス繰返し周波数３ＫＨｚのＱスイッチ付き
Ｎｄ：ＹＡＧレーザであり、隣接間隔部（ａｂ）の間隔
は約５０〜１００μｍに設定される。

第２図の工程では、先の工程で分割配置された透明電極
膜（２ａ　　（２ｂ）（２ｃ）・・・の一方の隣接間隔
部（ａｂ　　（ｂｃ）・・・の近傍に偏って該隣接間隔
部（ａｂ’　　（ｂｃ）・・・に近い側から導電パター
ン（３ａｂ　　　（３ｂｃ）・・・及び絶縁パターン（
４ａｂ）（４ｂｃ）・・・が各々１本づつ平行に帯状に
形成される。例えば上記導電パターン（３ａｂ）（３ｂ
ｃＪ・・・は銀（Ａｇ）ペーストやその他の金属ペース
トをスクリーン印刷手法により高さ約１０１０−２０７
Ｉ幅約１００−１５０　μｍにパターニングされた後、
約５５０℃の温度にて焼成される。また絶縁パターン（
４ａｂ）（４ｂＣ）・・・としては後工程で形成され半
導体光活性層として動作する非晶質半導体膜に拡散した
りすることのない材料、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ
！）粉末をペースト状にしたＳ＋Ｏｔペーストやその他
の無機材料が選択され、上記Ａｇペーストと同様スクリ
ーン印刷手法により所定の箇所に高さ約１１０−２０ｐ
、幅約１００−１５０μｍにパターニングされ、これも
同様に約５５０℃の温度にて焼成される。

この様にＡｇペーストの焼成温度とＳｉｎ。

ペーストの焼成温度とが等しい場合、両者の焼成は基本
的には同一に行なわれる。然し、両者を同時に焼成する
に際しては、両者を同時にスクリーン印刷できないため
に、先ずＡｇペースト或いはＳ１０．ペーストのスクリ
ーン印刷を行ない、次にこのペーストに対し予備焼成或
は予備乾燥を施した後、残りの５ｉＯｒペースト或いは
Ａｇペーストをスクリーン印刷する必要がある。

第３図の工程では、各透明電極膜（２ａ）＜２ｂ）（２
ｃ）・−・、１記導電パターン（３ａｂ：１ｊ　３　ｂ
　Ｃ＞−−−及び絶縁パターン（４ａｂ）　　（４ｂＣ
）・・・の表面を含んで基板（１）上のほぼ全面に充電
変換に有効に寄与する厚さ４０００人〜７０００人の非
晶質シリコン（ａ−５ｉ）等の非晶質半導体膜（３）が
モノシラン（Ｓ　ｉ　Ｈ４）　、ジシラン（Ｓ　ｉ　、
Ｈ，）　、四弗化シリコン（ＳｉＦ、）、モノ７０ロシ
ラン（ＳｉＨ，Ｆ）等のシリコン化合物ガスを主ガスと
し適宜価電子制御用のジボラン（Ｂ、Ｈ６）、ホスフイ
ノ（Ｐ）（Ｓ）のドーピングガスが添加された反応ガス
中でのプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法により形成される
。斯る半導体膜（５）は上記Ｂ、Ｈ，やＰＨ，の添加に
よりその内部に膜面に平行なｐｉｎ接合を含み、従って
より具体的には、上記シリコン化合物ガスにＢ　＊　Ｈ
ｓ、更にはメタン（ＣＨ，）、エタン（Ｃ，Ｈ，）等の
水素化炭素ガスの添加によりプラズマＣＶ　Ｄ法や光Ｃ
ＶＤ法によりｐ型の非晶質シリコンカーバイド（ａ−５
ｉＣ）が被着され、次いでｉ型（ノンドープ）のａ−５
ｉ及びｎ型のａ−５ｉ或いは微結晶シリコン（μｃ−５
ｉ）が順次積層被着される。

尚、半導体光活性層として動作する半導体は上記ａ−３
ｉ系の半導体に限らず硫化カドミウム（ＣｄＳ）、テル
ル化カドミウム（Ｃｄ　Ｔ　ｅ　）、セレン（Ｓｅ）等
の膜状半導体であっても良いが、工業的には上記ａ−５
ｉ、ａ−５ｉＣ１更には非晶質シリコンゲルマニウム＜
ａ−５ｉＧｅ）、非晶質シリコン錫（ａ−５ｉＳｎ）等
に代表されるａ−５ｊ系半導体が好ましい。

第一１図の工程では、上記導電パターン（３ａｂ）（３
ｂｃ）を覆う非晶質半導体膜（５）に対して、その露出
面側からレーザビーム或いは電子ビームの如きエネルギ
ビームを照射して、被照射部位の半導体膜部分（５）′
が上記エネルギビームの走査方向に連続的、即ち線状に
除去される。使用されるエネルギビームは例えば波長１
　、０６　ｐｍのＱスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザか
らパルス状に出射されるレーザビームであり、上記半導
体膜部分（５）°が連続的に除去されるべくレーザパル
スの一部が重なるように走査される。このとき照射され
るレーザビーム（ＬＢ、）は、半導体膜に直接照射され
ると共に下層に膜厚十分な導電パターン（３ａｂ）（３
ｂｃ）が存在することから、多少大きなエネルギ密度を
持ったとしても、更に下層の透明導を膜（２ａ）（２ｂ
）（２ｃ）・・・を直撃するに至らない。その結果、非
晶質半導体膜（５ａ）（５ｂ）（５ｃ）は導電パターン
（３ａｂ）（３ｂｃ）表面を連続的に露出せしめた状態
で個別に分割される。

第５図の工程では、半導体膜（５）及びこの半導体膜（
５）から露出した導電パターン（３ａ　ｂ）（３ｂｃ）
を含んで基板（１）のほぼ全面にＡｌ、Ｔｉ、ＴｉＡｇ
、Ｎｉ等の単層或いは積層構造の第２電極としての裏面
電極膜（６）が被着される。

第６図の最終工程では、絶縁パターン（４ａｂ）（４ｂ
ｃ）・・・の表面上に位置する非晶質半導体ｖ（５ａ）
（５ｂン　（５ｃン及び裏面電極膜（６）の積層体部分
にこの積層体部分の表面側からレーザビームＣＬ　Ｂ　
１）が照射される。斯る絶縁パターン（４ａｂ）（４ｂ
ｃ）・・・上の積層体部分に照射されるレーザビーム（
ＬＢ、）は、斯る積層体部分を除去するに足りる十分な
エネルギ密度を備えている。即ち、レーザビーム（Ｌ　
Ｂ　、）が照射される積層体部分は複数の光電変換領域
（７ａ）（７ｂ）（７ｃ）・・・に跨って一様に連なっ
た裏面電極膜（６）及び個別の半導体膜（５ａ）（５ｂ
）＜５ｃ）の積層体を上記各領域（７ａ）（７ｂ）（７
ｃ）・・・毎に分割せんがために除去される箇所であり
、多少大きなエネルギ密度を持ったとしてら、Ｌ記積層
体部分の直下には厚み（高さ）が１分な絶縁パターン（
４ａｂ）（４ｂｃ）・・・が存在する結果、斯る絶縁パ
ターン（４ａｂ）（４ｂＣ）・・・の表面を僅かに除去
するだけであり、下層・＼の第２レーザビーム（ＬＢｔ
）の到達は阻止される。この第２のレーザビーム（ＬＢ
＊）の照射によって、上記積層体を電気的に且つ物理的
に分離する分離溝（８ａｂ）（８ｂｃ）・・・が形成さ
れる。

その結果、相隣り合う光電変換領域（７ａ）（７ｂ　ｌ
　　（７ｃ　）−の裏面電極膜（６ａ）Ｃ６ｂ）・・・
と透明電極膜（２ｂ）（２ｃ）・・・は、上記分離溝＜
　８　ａ　ｂ　）　　（８ｂ　ｃ　）　−より裏面ｔｔ
Ｌ極膜（６ａ　）　　（６ｂ　）　　（６ｃ　）−の隣
接間隔＃（ａｂ）（ｂｃ）・・・に近い側において導電
パターン（３ａｂ）（３ｂｃ）・・・を介して直接結合
することとなる。

斯る製造方法に基づき製造された太陽電池に対して、そ
の出力特性を測定したところ、透明電極膜（２ｂ）（２
ｃ）上の導電パターン（３ａｂ）（３ｂｃ）と、隣接す
る充電変換領域の裏面電極膜（６ａ）　　（６ｂ）とを
、半導体膜（５）及び裏面電極膜（６）積層後レーザビ
ームの照射を施した従来の結合（溶着）構造を持つ太陽
電池に比して、フィルファクタ及び開放電圧の向上が確
認され、短絡電流についてはほぼ同等の値が得られた。

その結果、出力電力の上昇が図れた。斯る特性改善は、
導電パターンと裏面電極膜の結合構造が溶着による間接
的なものではなく、直接的なものによるところが大きい
。

第７図は本発明製造方法を実施した太陽電池に対する信
頼性試験をまとめたものである。信頼性試験は、初期値
の出力電力に吋する出力電力の時間的変動を示している
。信頼性試験は、９０℃の高温試験、６０℃、９５％の
恒温恒温試験、−４０℃の低温試験、−２０℃〜８０℃
の温度サイクル試験である。信頼性試験の結果は、−４
０℃の低温試験では１０００時間経過後若干の出力特性
が見られた他は、初期値より出力特性が向上した。斯る
出力特性の向上は、高温処理に基づくアニーリング効果
によるものと思われる。

第８図及び第９図は本発明製造方法の他の実施例を示し
ている。即ち、この実施例では、絶縁ペーストからなる
絶縁パターンが省略され、透明電極膜（２ａ）（２ｂ）
上には導電ペーストからなる導電パターン（３ａｂ）（
３ｂｃ）・・・のみが形成されている。

その結果、第９図の工程では、裏面電極膜の選択パター
ニングをレーザビームの照射により施すことができない
ので、当該裏面電極膜（６ａ）（６ｂ）（６ｃ）・・・
のパターニングは、膜形成時に、不要部をマスクで覆う
方法により同時に行なわれる。マスク法によるパターニ
ングは微細加工性の点で問題があるが、裏面電極膜（６
ａ）（６ｂ）　＜６Ｃ）・・・に対しては微細加工が施
されなくても、充電変換領域（７ａ　）　　（，７ｂ　
）　　（７ｃ　）　−の有効面積を縮少するものではな
い。

この方法によっても初期特性の向上と、高い信頼性試験
の結果が得られた。

（ト）発明の効果 本発明は以上の説明から明らかな如く、第２電極は導電
パターンと連続的に直接接触するので、信頼性の高い高
出力特性の太陽電池を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明製造方法の一実施例を工程順
示し、第１図乃至第３図、第５図及び第６図は断面図、
第４図は一部断面斜視図、第７図は信頼性特性図、第８
図及び第９図は本発明製造方法の他の実施例の要部の工
程を示す断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板の絶縁表面に複数の第１電極を整列配置し、
   上記第１電極の隣接対向間隔部の一方に近接して結合用
   導電パターンを形成し、当該導電パターン及び第１電極
   を含んで上記基板上に半導体膜を設け、上記導電パター
   ンを覆う半導体膜に対して露出面側からエネルギビーム
   を照射して被照射部位の半導体膜部分を連続的に除去し
   当該導電パターンを半導体膜から露出せしめた後、斯る
   導電パターンを含めて半導体膜上に第２電極を配置する
   ことを特徴とする太陽電池の製造方法。