JPH0519992B2 - - Google Patents
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- JPH0519992B2 JPH0519992B2 JP60101540A JP10154085A JPH0519992B2 JP H0519992 B2 JPH0519992 B2 JP H0519992B2 JP 60101540 A JP60101540 A JP 60101540A JP 10154085 A JP10154085 A JP 10154085A JP H0519992 B2 JPH0519992 B2 JP H0519992B2
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Description
【発明の詳細な説明】
[利用分野]
本発明は絶縁性基板上に設けた、複数個のユニ
ツトセルが電気接続された集積型の非晶質太陽電
池及びその製造方法に関する。さらに詳しくは絶
縁性基板上に形成された第1電極層、非晶質半導
体層、第2電極層からなる複数ユニツトセルの互
いに隣接するユニツトセルの第1電極、第2電極
を順次電気接続して形成された接続部面積が小さ
く能動面積を大きくできる集積型の太陽電池及び
該非晶質太陽電池をレーザー光を用いたドライプ
ロセスで製造する製造方法に関する。 [従来技術] 非晶質シリコン半導体膜はシランガス等のグロ
ー放電分解法によつて、低い基板温度で広い面積
に均一に堆積でき、基板ガラス、高分子フイル
ム、セラミツク板、金属フオイル等の各種基板が
選択出来る為、太陽電池用半導体膜として広く研
究されている。非晶質シリコン太陽電池の基本構
造としては上記各種基板上に設けられた金属電極
層/非晶質シリコン半導体層/透明電極層の積層
構造が知られている。 非晶質シリコン層堆積の特徴を生かして、上記
基本構造の太陽電池セルを大面積に設ける事は容
易であるが、このままでは面積によらず最大出力
電圧は0.6〜5V程度であり電力用途に必要な100V
以上の出力電圧を得る事は出来ない。このような
実用的な電圧を得る為の集積化方法としては、
所定の小面積の太陽電池ユニツトセルを小面積基
板上に設けその後このユニツトセルを所定個直列
接続する方法、大面積基板に設けた大面積の太
陽電池を、エツチング等により基板をそこなう事
なく所定の小面積のユニツトセルに分割し、その
後ユニツトセルを所定個直列接続する方法、大
面積基板上にマスク等を用いて分割した状態で所
定の小面積のユニツトセルを堆積し、その後該ユ
ニツトセルを所定個直列接続する方法が知られて
いる。 これらの方法の中での方法は非晶質シリコン
層堆積の特徴を生かした大量生産方式に適さず、
又、直列接続する工程、モジユール化する工程が
複雑になる。の方法についてはレジスト塗布と
エツチングの組合わせによつて可能であるが、レ
ジスト塗布、露光、洗浄エツチング等の多数の工
程が必要であり安価に大量に太陽電池を製造する
のには適さない。の方法については、一般に金
属マスクを基板上に密着させて太陽電池構成層を
順次堆積する事が行なわれるが、大面積化の場
合、基板はマスクの熱膨張率の違いによつて各層
堆積時に基板とマスクの密着性が悪くなり各層で
の堆積成分の回り込みの生じる事が多く、良好な
分割パターンが得られない。又、該マスク堆積法
による分割の場合、マスクの位置合わせがむつか
しくその誤差を0.5mm程度以下に小さくする事は
むつかしい。 又上述の従来法で得られる集積型の非晶質太陽
電池はユニツトセルを接続するための接続部面積
が大きくなりそれだけ全体の能動面積が小さくな
り太陽電池全体としての面積効率が低下する問題
もあつた。 [発明の目的] 本発明は上述の欠点を解決せんとしてなされた
もので、面積効率の良い大面積絶縁性基板上で複
数個のユニツトセルが直列接続された大面積の集
積型の非晶質太陽電池及び該太陽電池を生産性良
くレーザー光を用いたドライプロセスで集積化し
て製造する製造方法を提供することを目的とす
る。 [発明の構成、作用] 上述の目的は以下の本発明により達成される。
すなわち、本発明は、絶縁性基板上に積層して設
けられた第1電極層、非晶質半導体層、第2電極
層とからなる分割された複数のユニツトセルを、
互いに隣接するユニツトセルの第1電極層と第2
電極層とを順次電気接続した非晶質太陽電池にお
いて、ユニツトセルに分割するレーザ光照法によ
り形成されたセル分割溝と、隣接するユニツトセ
ル間のセル分割溝に沿つてレーザ光照射法により
第2電極層を分割してセル分割溝との間に所定巾
の接続部を形成する電極分割溝と、セル分割溝及
び電極分割溝を閉鎖する電気絶縁性の樹脂よりな
る閉鎖樹脂層と、セル分割溝を跨いで設けられた
隣接するユニツトセルの一方のユニツトセルの第
2電極層と他方のユニツトセルの接続部とを電気
接続する接続電極層と、接続部にレーザ溶接によ
り形成された接続電極層と第1電極層とを電気接
続してユニツトセル間を電気接続する溶接部とを
備えたことを特徴とする非晶質太陽電池を第1発
明とし、第1発明の非晶質太陽電池の製造方法に
おいて、レーザスクライブ法及びレーザ溶接法に
より大面積の太陽電池セルをユニツトセルに分割
して電気接続し、集積化する以下の製造方法を第
2発明とするものである。 すなわち、第2発明は、絶縁性基板上に積層し
て設けられた第1電極層、非晶質シリコン層、第
2電極層とからなる分割された複数のユニツトセ
ルを、互いに隣接するユニツトセルの一方のユニ
ツトセルの第1電極層と他方のユニツトセルの第
2電極層とを順次電気接続した非晶質太陽電池の
製造方法において、前記絶縁性基板上に第1電極
層、非晶質シリコン層、第2電極層を順次積層し
た連続セルを形成した後、 (イ) 前記ユニツトセルに分割するセル分割パター
ンを第1のレーザ光で走査して連続セルの全層
を切断するユニツトセル分割溝を穿設し、ユニ
ツトセルに分割する工程。 (ロ) 接続するユニツトセル間のセル分割パターン
に沿つた接続部を形成する電極分割パターンを
第2のレーザ光で走査して前記第2電極層を切
断する電極分割溝を穿設して各ユニツトセルに
接続部を形成する工程、 (ハ) 前記セル分割溝及び電極分割溝を閉鎖する電
気絶縁性の樹脂よりなる閉鎖樹脂層を形成する
工程、 (ニ) 隣接するユニツトセル間のセル分割溝を跨い
で一方のユニツトセルの第2電極層と他方のユ
ニツトセルの接続部の第2電極層とを接続する
接続電極層を形成する工程、 (ホ) 接続部に第3のレーザ光を照射して接続部の
第1電極層と接続電極層とをレーザ溶接し、電
気接続する工程、 の各工程により、連続セルを複数のユニツトに
分割し、次いでユニツトセルを電気接続して、集
積化することを特徴とする非晶質太陽電池の製造
方法である。 上述の構成から明らかなように、本発明の第1
発明によれば、セル分割溝と電極分割溝で区分し
た接続部でレーザー溶接によりユニツトセル間を
接続しているので、接続部は非常に小面積で充分
な電気接続ができ、能動面積が大きい。換言すれ
ば面積効率の良い集積型の非晶質太陽電池が得ら
れる。特に収集電極を設けるものでは、そのバス
バー部を接続部とすることにより、接続のためだ
けの能動面積減少は殆どないものとなる。なお、
上述の本発明においては、接続するユニツトセル
間のセル分割溝に沿つて接続部を形成することが
肝要である。 このように、本発明の第1発明は面積効率の良
いもので、そのセル分割溝あるいは電極分割溝は
従来のマスク法等と異なりレーザ照射法により形
成されるので、以下の利点がある。 すなわち、前述したごとく、従来法では第1電
極、非晶質半導体層、第2電極層の各種構成層を
堆積するたびに各層を分割加工する工程が必要で
ある為、各層取扱い時に生じるダメージが多いが
レーザ光照射法により前記分割溝を形成する場合
には各種構成層を均一堆積させた後に分割加工で
きるのでパターン化に伴う取扱い時のダメージも
少なく歩留りも大幅に向上する。 なお、上述のレーザ照射法により所定パターン
に分割加工するに際し、レーザ光照射部分に前も
つてスクリーン印刷等による電気絶縁性の樹脂よ
りなるパターン樹脂層を形成する事により非晶質
シリコン層の結晶化によるリーク電流の増加及び
電極層成分の飛散による短絡点の発生を回避出
来、良好な電池性能を維持出来るとともに、長尺
大面積太陽電池への適用が容易で生産性向上が出
来る。又、ユニツトセルの電気接続に際し、スク
リーン印刷により接続電極を形成すると、大幅な
生産性向上と直列接続に必要な接続電極層を接続
部において狭い幅で安定に形成できるので、接続
部面積の減少により、太陽電池としての能動面積
の増加が得られる。 なお、本発明では、接続電極層の形成に先立ち
セル分割溝及び電極分割溝を電気絶縁性の樹脂か
らなる閉鎖樹脂層で閉じるので、スクリーン印刷
法等の膜形成法による接続電極層の形成時におけ
る分割溝を通しての接続電極層と第1電極層との
短絡事故が確実に防止でき、歩留りが向上して生
産上非常に有利である。又、分割溝の内部まで樹
脂を充填しておくと接続部の幅が狭くできると共
に歩留りも向上する。なお、閉鎖樹脂層の樹脂が
使用するレーザ光に対して不透明であると、この
点で更に有利である。 以下、本発明の非晶質太陽電池の構造及び製造
方法を第1図に基いて詳しく説明する。 本発明の電気絶縁性の基板1としては電気絶縁
材からなる全ての基板が適用でき、具体的には高
分子フイルム、セラミツク板、ガラス板あるいは
絶縁性層を表面に設けた金属フオイル等が使用出
来るが、好ましくはロールツーロール法によつて
構成層を順次長尺の走行する基板上に堆積出来、
大量生産に適した高分子フイルムが使用される。
高分子フイルムとしては、非晶質シリコン堆積に
必要な耐熱性を有する高分子フイルムならどれで
も良いが、好ましくは機械的特性面の優れたポリ
エチレンテレフタレート(PET)フイルム、ポ
リエチレンナフタレートフイルム、ポリイミドフ
イルムなどが用いられる。 そして第1図Aに示すごとく基板1の上に第1
電極層2及び光起電力層の非晶質半導体層3を均
一に堆積する。この第1の電極層2としては周知
の通り全体の構成に応じ透光性電極あるいは通常
の金属電極が用いられる。透光性電極としては公
知の各種金属酸化層あるいは金属薄層と誘電体層
の積層構造体が用いられる。金属電極層としては
A,Ag,Ti,W,Co,Cr,Ni、ニクロム、
ステンレスなどの単体金属、合金金属の単層膜あ
るいは多層膜が用いられる。好ましくは光反射能
が高く且つ非晶質半導体層との接合特性の良いA
/ステンレス層の積層構造膜が用いられる。な
お、この膜厚はその電気抵抗の低下及び機械的強
度の観点から0.3μm以上の厚みが望ましい。 この金属電極層2上に均一に設けられる非晶質
半導体層3は光起電力能を有する非晶質シリコン
層であれば、特に限定されないが、具体的には既
に公知のシランガス、ジシランガス等のグロー放
電分解を用いたプラズマCVD法を用いて形成さ
れたpin形の非晶質シリコン光起電力層等がある。
なお、かかる非晶質シリコン光起電力層として
は、pin/pin,pin/pin/pin 等の多層タンデ
ム構造はもちろんこと非晶質シリコンゲルマニウ
ム、非晶質シリコンカーバイトなどのナローバン
ドギヤツプあるいはワイドバンドギヤツプ非晶質
シリコン半導体層を適時用いる事も出来る。 次いで、得られる連続膜の非晶質太陽電池セル
をレーザー光照射法によりユニツトセルに分割
し、電気接続を可能にする為の電気絶縁性の樹脂
からなるパターン樹脂層4a,4bが第1図Bに
示すように非晶質半導体層3上に以下のように設
けられる。すなわちパターン樹脂層4a,4bは
非晶質半導体層3上に分割パターンにパターン化
してスクリーン印刷法等を用いて設けられる。な
お、第2図は大面積の連続セルから、10cm×10cm
の大きさでその内に3つのユニツトセルCを形成
し、直列接続した集積化モジユールMを作成する
時の分割パターンすなわちパターン樹脂層4a,
4bの1例を示すもので、本発明はこれに限定さ
れるものではないことは云うまでもない。又パタ
ーン樹脂層4a,4bは、その作用から第1と第
2の電極層の間に設ければ良く、本例に替えて第
1電極層2上に設け、次いで非晶質半導体層3を
設けても良い。 ところでパターン樹脂層4a,4bは、レーザ
光による分割加工後に分割面の短絡防止ができる
ようにレーザ光の分割幅より若干広い幅で設ける
必要がある。又、層の厚みは1μm以下では第1の
電極層2と後述の第2の電極層5間の短絡を防止
出来ず、又50μm以上では段差が生じ第2の電極
層5の堆積及び後工程での接続電極、収集電極の
形成に困難を生じる。 かかるパターン樹脂層4a,4bを形成する電
気絶縁性の樹脂層としてはエポキシ樹脂、ポリア
ミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂等
も用いる事が出来る。パターン樹脂層4aと4b
とを同じ樹脂にすると生産面で都合が良い。な
お、前記界面に設けるに際しては、スクリーン印
刷法、コーテイング法等が適用できる。 又、パターン樹脂層4a,4bは分割に用いる
レーザー光に対して不透明であることが好まし
い。該樹脂層が不透明な場合には、レーザー光の
パワーの選択によりレーザー照射側のみの表層切
断とその反対側を含めた表裏層切断との選択切断
が出来る。 次に第2電極層5を第1図Cのごとく基板全面
に均一に堆積する。第2電極層5としては第1電
極層1が金属電極層の時には透明電極層が用いら
れ、第1電極層が透明電極層の時には金属電極層
が用いられる。かかる金属電極層、透明電極層と
しては第1電極層について前述したところのもの
がそのまま適用できる。 次いで、得られた連続膜の太陽電池セルをモジ
ユールM及びユニツトセルCにする為に所定のレ
ーザ光により第2図の分割パターンすなわちパタ
ーン樹脂層4a,4b上を走査し、分割溝6,7
を穿設する。レーザーとしては各構成層が吸収し
得る波長域の光のものなら良く、0.2〜2μmの波
長光のものが用いられるが、好ましくは現在工業
的にも広く利用されているYAGレーザーが使用
される。又、レーザ光パワーはパターン樹脂層4
aに沿つて金属電極層/非晶質シリコン層/絶縁
層/透明電極層の全層を切断してユニツトセルC
に分割するセル分割溝6を形成する場合並びにパ
ターン樹脂層4bに沿つて透明電極層のみを切断
して接続部Aを分割する電極分割溝7を形成する
場合に応じて最適パワーを選択して、分割加工さ
れる。 なお、第2図から明らかのように電極分割溝7
は、隣接するユニツトセルC間のセル分割溝6に
沿つてその間に第1電極層/非晶質半導体層/分
割された第2電極層の各層からなる接続部Aを形
成するように設けられる。接続部Aは該セル分割
溝6の全長に亘つて設ける必要はなく、この場合
電極分割溝7は、接続部Aの形状に応じ接続部A
を当該ユニツトセルCの第2電極層から切り離す
ように設けられる。 次いで第1図Eに示すごとくレーザ光照射によ
つて穿設されたセル分割溝6及び電極分割溝7に
電気絶縁性の樹脂がスクリーン印刷法、コーテイ
ング法等で充填されて、閉鎖樹脂層8が形成され
る。閉鎖樹脂層8を形成する電気絶縁性の樹脂に
は、前述のパターン樹脂層4a,4bの樹脂がそ
のまま適用できる。 ついで第2電極層5上に第3図に示されるごと
きパターンの収集電極9と接続電極層10,1
0′が第1図Fのようにセル分割溝6を跨いで隣
接するユニツトセルCの第2電極層5と接続部A
を接続するようにスクリーン印刷法によつて設け
られる。なお、本例では接続電極層10は収集電
極9のバスバーとなつている。該収集電極9、接
続電極層10,10′としてはAg,Au,Ni,
Cu,A,Crを主体とする金属層あるいはこれ
等金属を樹脂に分散させた導電性樹脂層等が用い
られる。もちろんこれら金属を真空蒸着法を用い
てパターン化して堆積する事も出来るが、これら
金属を樹脂中に分散させた導電性樹脂をスクリー
ン印刷法で設けた導電性樹脂層が、生産性などか
ら好ましい。接続電極層10,10′は第1図F
に示される様にレーザ光照射によつて全層分割さ
れたセル分割溝6と第2電極層5のみ分割された
電極分割溝7で挾まれた接続部Aに設けられる。
なお接続電極層10′は電流取り出し用電極とな
る。そして、接続部Aの第1電極層/非晶質半導
体層/第2電極層/接続電極層の積層体にレーザ
ー光を照射して該積層体を一旦溶融混合し、次い
で自然冷却等により凝固させるレーザ溶接によつ
て第1図Gに示すように第1電極層2と接続電極
層10,10′間にオーミツク接合のレーザ溶接
部11が形成され、隣接するユニツトセルCの第
1電極と第2電極が電気接続される。レーザ光は
接続電極層側から照射しても良いし、又絶縁性基
板がレーザ光に透明な場合は基板側から照射する
事を出来る。なお、適当数のスポツト溶接で十分
な電気接続が得られるので、溶接は接続部全面に
施す必要はない。 以上の様にして得られた集積型の非晶質太陽電
池は、周知のように樹脂等で封止し、製品化され
る。 以上の通り、本発明によれば、面積効率の良い
非晶質太陽電池が得られると共に、該非晶質太陽
電池を非晶質半導体層積層後のレーザ光照射法を
用いた加工プロセスのみで集積化でき、非常に歩
留り良く且つ生産性良く製造できるのである。特
に長尺の高分子フイルムを基板としロールツロー
ル法で上述の各工程を実施することが好ましい。
なお、以上の第2発明において各工程は各工程そ
れぞれ別にしても、又その中のいくつかを組合せ
て同時にしても良く、可能なものはその順序を変
えて良い。以下実施例をあげ、本発明を説明す
る。 [実施例] 電気絶縁性の基板1として100μm厚のポリエス
テルフイルム(PET)を用いた。まず該フイル
ム基板をDCマグネトロンスバツタ装置に装着し、
10-3torr台のAr雰囲気中でアルミニウム層(A
)0.4μm、及びステンレス層(SS)100Åを連
続して順次堆積し、第1電極層2として反射性の
良い金属電極層2を長尺フイルム基板1上に設け
た。 さらにこのPET/A/SS堆積体上に非晶質
半導体層3として非晶質シリコンのpin型の光起
電力層を特開昭59−34668号公報に開示されてい
るロールツーロール方式によつて長尺で大面積に
連続的に堆積した。 同一基板上で3直列に直列接続された集積型の
太陽電池モジユールを形成する為にパターン樹脂
層4a,4bとして第2図に示した基本パターン
で黒色絶縁性エポキシ樹脂をPET/A/SS/
非晶質半導体層上にスクリーン印刷法を用いて幅
2mm、厚さ12μmで設けた。なお、接続部Aの幅
は2mmとした。次に第2電極層5として酸化イン
ジユーム(ITO)層からなる透明電極層を電子ビ
ーム蒸着法を用いて600Å程度均一に堆積し、連
続セルを作製した。 次にQスイツチ式YAGレーザ光で第2図のパ
ターン樹脂層4a上を走査しA/SS/非晶質
シリコン/絶縁層/ITO層からなる連続セルを全
層切断し、第1図Dに示すセル分割溝6を穿設し
た。この時のQスイツチ周波数は2KHz、レーザ
光パルスの尖頭値パワーは2KW、走査速度32
mm/secであつた。さらにレーザ光尖頭値パワー
を200Wに低下させ他は同一条件で第2図の絶縁
層4bを走査し、前記セルの第2電極層5のITO
層のみを切断して、第1図Dに示す電極分割溝7
を穿設し、接続部Aを形成した。 ついで第1図Eに示すようにセル分割溝6及び
電極分割溝7を充填するようにその上にスクリー
ン印刷法により黒色エポキシ樹脂からなる閉鎖樹
脂層8を幅2mm、厚さ12μmで形成した。次いで、
第3図のパターンを持つた収集電極9及び接続電
極層10,10′をスクリーン印刷法を用いて次
のように形成した。すなわちポリエステル系Ag
導電樹脂をスクリーン印刷して乾燥する事によつ
て15μ厚みの収集電極9及び接続電極層10,1
0′を得た。次に接続電極層10,10′上に
2KWの尖頭値パワーを持つYAGレーザ光を断続
的に照射しながら走査する事によつて第1電極層
2と接続電極層10,10′間にオーミツク接続
のレーザ溶接部11を形成して3直列の集積型の
太陽電池モジユールを形成した。 このモジユールをAM−1,100mW/cm2のソ
ーラシユミレーター下で測定した結果、表1に示
した様な良好な電池特性が得られ本発明の有効性
が確認された。 【表】
ツトセルが電気接続された集積型の非晶質太陽電
池及びその製造方法に関する。さらに詳しくは絶
縁性基板上に形成された第1電極層、非晶質半導
体層、第2電極層からなる複数ユニツトセルの互
いに隣接するユニツトセルの第1電極、第2電極
を順次電気接続して形成された接続部面積が小さ
く能動面積を大きくできる集積型の太陽電池及び
該非晶質太陽電池をレーザー光を用いたドライプ
ロセスで製造する製造方法に関する。 [従来技術] 非晶質シリコン半導体膜はシランガス等のグロ
ー放電分解法によつて、低い基板温度で広い面積
に均一に堆積でき、基板ガラス、高分子フイル
ム、セラミツク板、金属フオイル等の各種基板が
選択出来る為、太陽電池用半導体膜として広く研
究されている。非晶質シリコン太陽電池の基本構
造としては上記各種基板上に設けられた金属電極
層/非晶質シリコン半導体層/透明電極層の積層
構造が知られている。 非晶質シリコン層堆積の特徴を生かして、上記
基本構造の太陽電池セルを大面積に設ける事は容
易であるが、このままでは面積によらず最大出力
電圧は0.6〜5V程度であり電力用途に必要な100V
以上の出力電圧を得る事は出来ない。このような
実用的な電圧を得る為の集積化方法としては、
所定の小面積の太陽電池ユニツトセルを小面積基
板上に設けその後このユニツトセルを所定個直列
接続する方法、大面積基板に設けた大面積の太
陽電池を、エツチング等により基板をそこなう事
なく所定の小面積のユニツトセルに分割し、その
後ユニツトセルを所定個直列接続する方法、大
面積基板上にマスク等を用いて分割した状態で所
定の小面積のユニツトセルを堆積し、その後該ユ
ニツトセルを所定個直列接続する方法が知られて
いる。 これらの方法の中での方法は非晶質シリコン
層堆積の特徴を生かした大量生産方式に適さず、
又、直列接続する工程、モジユール化する工程が
複雑になる。の方法についてはレジスト塗布と
エツチングの組合わせによつて可能であるが、レ
ジスト塗布、露光、洗浄エツチング等の多数の工
程が必要であり安価に大量に太陽電池を製造する
のには適さない。の方法については、一般に金
属マスクを基板上に密着させて太陽電池構成層を
順次堆積する事が行なわれるが、大面積化の場
合、基板はマスクの熱膨張率の違いによつて各層
堆積時に基板とマスクの密着性が悪くなり各層で
の堆積成分の回り込みの生じる事が多く、良好な
分割パターンが得られない。又、該マスク堆積法
による分割の場合、マスクの位置合わせがむつか
しくその誤差を0.5mm程度以下に小さくする事は
むつかしい。 又上述の従来法で得られる集積型の非晶質太陽
電池はユニツトセルを接続するための接続部面積
が大きくなりそれだけ全体の能動面積が小さくな
り太陽電池全体としての面積効率が低下する問題
もあつた。 [発明の目的] 本発明は上述の欠点を解決せんとしてなされた
もので、面積効率の良い大面積絶縁性基板上で複
数個のユニツトセルが直列接続された大面積の集
積型の非晶質太陽電池及び該太陽電池を生産性良
くレーザー光を用いたドライプロセスで集積化し
て製造する製造方法を提供することを目的とす
る。 [発明の構成、作用] 上述の目的は以下の本発明により達成される。
すなわち、本発明は、絶縁性基板上に積層して設
けられた第1電極層、非晶質半導体層、第2電極
層とからなる分割された複数のユニツトセルを、
互いに隣接するユニツトセルの第1電極層と第2
電極層とを順次電気接続した非晶質太陽電池にお
いて、ユニツトセルに分割するレーザ光照法によ
り形成されたセル分割溝と、隣接するユニツトセ
ル間のセル分割溝に沿つてレーザ光照射法により
第2電極層を分割してセル分割溝との間に所定巾
の接続部を形成する電極分割溝と、セル分割溝及
び電極分割溝を閉鎖する電気絶縁性の樹脂よりな
る閉鎖樹脂層と、セル分割溝を跨いで設けられた
隣接するユニツトセルの一方のユニツトセルの第
2電極層と他方のユニツトセルの接続部とを電気
接続する接続電極層と、接続部にレーザ溶接によ
り形成された接続電極層と第1電極層とを電気接
続してユニツトセル間を電気接続する溶接部とを
備えたことを特徴とする非晶質太陽電池を第1発
明とし、第1発明の非晶質太陽電池の製造方法に
おいて、レーザスクライブ法及びレーザ溶接法に
より大面積の太陽電池セルをユニツトセルに分割
して電気接続し、集積化する以下の製造方法を第
2発明とするものである。 すなわち、第2発明は、絶縁性基板上に積層し
て設けられた第1電極層、非晶質シリコン層、第
2電極層とからなる分割された複数のユニツトセ
ルを、互いに隣接するユニツトセルの一方のユニ
ツトセルの第1電極層と他方のユニツトセルの第
2電極層とを順次電気接続した非晶質太陽電池の
製造方法において、前記絶縁性基板上に第1電極
層、非晶質シリコン層、第2電極層を順次積層し
た連続セルを形成した後、 (イ) 前記ユニツトセルに分割するセル分割パター
ンを第1のレーザ光で走査して連続セルの全層
を切断するユニツトセル分割溝を穿設し、ユニ
ツトセルに分割する工程。 (ロ) 接続するユニツトセル間のセル分割パターン
に沿つた接続部を形成する電極分割パターンを
第2のレーザ光で走査して前記第2電極層を切
断する電極分割溝を穿設して各ユニツトセルに
接続部を形成する工程、 (ハ) 前記セル分割溝及び電極分割溝を閉鎖する電
気絶縁性の樹脂よりなる閉鎖樹脂層を形成する
工程、 (ニ) 隣接するユニツトセル間のセル分割溝を跨い
で一方のユニツトセルの第2電極層と他方のユ
ニツトセルの接続部の第2電極層とを接続する
接続電極層を形成する工程、 (ホ) 接続部に第3のレーザ光を照射して接続部の
第1電極層と接続電極層とをレーザ溶接し、電
気接続する工程、 の各工程により、連続セルを複数のユニツトに
分割し、次いでユニツトセルを電気接続して、集
積化することを特徴とする非晶質太陽電池の製造
方法である。 上述の構成から明らかなように、本発明の第1
発明によれば、セル分割溝と電極分割溝で区分し
た接続部でレーザー溶接によりユニツトセル間を
接続しているので、接続部は非常に小面積で充分
な電気接続ができ、能動面積が大きい。換言すれ
ば面積効率の良い集積型の非晶質太陽電池が得ら
れる。特に収集電極を設けるものでは、そのバス
バー部を接続部とすることにより、接続のためだ
けの能動面積減少は殆どないものとなる。なお、
上述の本発明においては、接続するユニツトセル
間のセル分割溝に沿つて接続部を形成することが
肝要である。 このように、本発明の第1発明は面積効率の良
いもので、そのセル分割溝あるいは電極分割溝は
従来のマスク法等と異なりレーザ照射法により形
成されるので、以下の利点がある。 すなわち、前述したごとく、従来法では第1電
極、非晶質半導体層、第2電極層の各種構成層を
堆積するたびに各層を分割加工する工程が必要で
ある為、各層取扱い時に生じるダメージが多いが
レーザ光照射法により前記分割溝を形成する場合
には各種構成層を均一堆積させた後に分割加工で
きるのでパターン化に伴う取扱い時のダメージも
少なく歩留りも大幅に向上する。 なお、上述のレーザ照射法により所定パターン
に分割加工するに際し、レーザ光照射部分に前も
つてスクリーン印刷等による電気絶縁性の樹脂よ
りなるパターン樹脂層を形成する事により非晶質
シリコン層の結晶化によるリーク電流の増加及び
電極層成分の飛散による短絡点の発生を回避出
来、良好な電池性能を維持出来るとともに、長尺
大面積太陽電池への適用が容易で生産性向上が出
来る。又、ユニツトセルの電気接続に際し、スク
リーン印刷により接続電極を形成すると、大幅な
生産性向上と直列接続に必要な接続電極層を接続
部において狭い幅で安定に形成できるので、接続
部面積の減少により、太陽電池としての能動面積
の増加が得られる。 なお、本発明では、接続電極層の形成に先立ち
セル分割溝及び電極分割溝を電気絶縁性の樹脂か
らなる閉鎖樹脂層で閉じるので、スクリーン印刷
法等の膜形成法による接続電極層の形成時におけ
る分割溝を通しての接続電極層と第1電極層との
短絡事故が確実に防止でき、歩留りが向上して生
産上非常に有利である。又、分割溝の内部まで樹
脂を充填しておくと接続部の幅が狭くできると共
に歩留りも向上する。なお、閉鎖樹脂層の樹脂が
使用するレーザ光に対して不透明であると、この
点で更に有利である。 以下、本発明の非晶質太陽電池の構造及び製造
方法を第1図に基いて詳しく説明する。 本発明の電気絶縁性の基板1としては電気絶縁
材からなる全ての基板が適用でき、具体的には高
分子フイルム、セラミツク板、ガラス板あるいは
絶縁性層を表面に設けた金属フオイル等が使用出
来るが、好ましくはロールツーロール法によつて
構成層を順次長尺の走行する基板上に堆積出来、
大量生産に適した高分子フイルムが使用される。
高分子フイルムとしては、非晶質シリコン堆積に
必要な耐熱性を有する高分子フイルムならどれで
も良いが、好ましくは機械的特性面の優れたポリ
エチレンテレフタレート(PET)フイルム、ポ
リエチレンナフタレートフイルム、ポリイミドフ
イルムなどが用いられる。 そして第1図Aに示すごとく基板1の上に第1
電極層2及び光起電力層の非晶質半導体層3を均
一に堆積する。この第1の電極層2としては周知
の通り全体の構成に応じ透光性電極あるいは通常
の金属電極が用いられる。透光性電極としては公
知の各種金属酸化層あるいは金属薄層と誘電体層
の積層構造体が用いられる。金属電極層としては
A,Ag,Ti,W,Co,Cr,Ni、ニクロム、
ステンレスなどの単体金属、合金金属の単層膜あ
るいは多層膜が用いられる。好ましくは光反射能
が高く且つ非晶質半導体層との接合特性の良いA
/ステンレス層の積層構造膜が用いられる。な
お、この膜厚はその電気抵抗の低下及び機械的強
度の観点から0.3μm以上の厚みが望ましい。 この金属電極層2上に均一に設けられる非晶質
半導体層3は光起電力能を有する非晶質シリコン
層であれば、特に限定されないが、具体的には既
に公知のシランガス、ジシランガス等のグロー放
電分解を用いたプラズマCVD法を用いて形成さ
れたpin形の非晶質シリコン光起電力層等がある。
なお、かかる非晶質シリコン光起電力層として
は、pin/pin,pin/pin/pin 等の多層タンデ
ム構造はもちろんこと非晶質シリコンゲルマニウ
ム、非晶質シリコンカーバイトなどのナローバン
ドギヤツプあるいはワイドバンドギヤツプ非晶質
シリコン半導体層を適時用いる事も出来る。 次いで、得られる連続膜の非晶質太陽電池セル
をレーザー光照射法によりユニツトセルに分割
し、電気接続を可能にする為の電気絶縁性の樹脂
からなるパターン樹脂層4a,4bが第1図Bに
示すように非晶質半導体層3上に以下のように設
けられる。すなわちパターン樹脂層4a,4bは
非晶質半導体層3上に分割パターンにパターン化
してスクリーン印刷法等を用いて設けられる。な
お、第2図は大面積の連続セルから、10cm×10cm
の大きさでその内に3つのユニツトセルCを形成
し、直列接続した集積化モジユールMを作成する
時の分割パターンすなわちパターン樹脂層4a,
4bの1例を示すもので、本発明はこれに限定さ
れるものではないことは云うまでもない。又パタ
ーン樹脂層4a,4bは、その作用から第1と第
2の電極層の間に設ければ良く、本例に替えて第
1電極層2上に設け、次いで非晶質半導体層3を
設けても良い。 ところでパターン樹脂層4a,4bは、レーザ
光による分割加工後に分割面の短絡防止ができる
ようにレーザ光の分割幅より若干広い幅で設ける
必要がある。又、層の厚みは1μm以下では第1の
電極層2と後述の第2の電極層5間の短絡を防止
出来ず、又50μm以上では段差が生じ第2の電極
層5の堆積及び後工程での接続電極、収集電極の
形成に困難を生じる。 かかるパターン樹脂層4a,4bを形成する電
気絶縁性の樹脂層としてはエポキシ樹脂、ポリア
ミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂等
も用いる事が出来る。パターン樹脂層4aと4b
とを同じ樹脂にすると生産面で都合が良い。な
お、前記界面に設けるに際しては、スクリーン印
刷法、コーテイング法等が適用できる。 又、パターン樹脂層4a,4bは分割に用いる
レーザー光に対して不透明であることが好まし
い。該樹脂層が不透明な場合には、レーザー光の
パワーの選択によりレーザー照射側のみの表層切
断とその反対側を含めた表裏層切断との選択切断
が出来る。 次に第2電極層5を第1図Cのごとく基板全面
に均一に堆積する。第2電極層5としては第1電
極層1が金属電極層の時には透明電極層が用いら
れ、第1電極層が透明電極層の時には金属電極層
が用いられる。かかる金属電極層、透明電極層と
しては第1電極層について前述したところのもの
がそのまま適用できる。 次いで、得られた連続膜の太陽電池セルをモジ
ユールM及びユニツトセルCにする為に所定のレ
ーザ光により第2図の分割パターンすなわちパタ
ーン樹脂層4a,4b上を走査し、分割溝6,7
を穿設する。レーザーとしては各構成層が吸収し
得る波長域の光のものなら良く、0.2〜2μmの波
長光のものが用いられるが、好ましくは現在工業
的にも広く利用されているYAGレーザーが使用
される。又、レーザ光パワーはパターン樹脂層4
aに沿つて金属電極層/非晶質シリコン層/絶縁
層/透明電極層の全層を切断してユニツトセルC
に分割するセル分割溝6を形成する場合並びにパ
ターン樹脂層4bに沿つて透明電極層のみを切断
して接続部Aを分割する電極分割溝7を形成する
場合に応じて最適パワーを選択して、分割加工さ
れる。 なお、第2図から明らかのように電極分割溝7
は、隣接するユニツトセルC間のセル分割溝6に
沿つてその間に第1電極層/非晶質半導体層/分
割された第2電極層の各層からなる接続部Aを形
成するように設けられる。接続部Aは該セル分割
溝6の全長に亘つて設ける必要はなく、この場合
電極分割溝7は、接続部Aの形状に応じ接続部A
を当該ユニツトセルCの第2電極層から切り離す
ように設けられる。 次いで第1図Eに示すごとくレーザ光照射によ
つて穿設されたセル分割溝6及び電極分割溝7に
電気絶縁性の樹脂がスクリーン印刷法、コーテイ
ング法等で充填されて、閉鎖樹脂層8が形成され
る。閉鎖樹脂層8を形成する電気絶縁性の樹脂に
は、前述のパターン樹脂層4a,4bの樹脂がそ
のまま適用できる。 ついで第2電極層5上に第3図に示されるごと
きパターンの収集電極9と接続電極層10,1
0′が第1図Fのようにセル分割溝6を跨いで隣
接するユニツトセルCの第2電極層5と接続部A
を接続するようにスクリーン印刷法によつて設け
られる。なお、本例では接続電極層10は収集電
極9のバスバーとなつている。該収集電極9、接
続電極層10,10′としてはAg,Au,Ni,
Cu,A,Crを主体とする金属層あるいはこれ
等金属を樹脂に分散させた導電性樹脂層等が用い
られる。もちろんこれら金属を真空蒸着法を用い
てパターン化して堆積する事も出来るが、これら
金属を樹脂中に分散させた導電性樹脂をスクリー
ン印刷法で設けた導電性樹脂層が、生産性などか
ら好ましい。接続電極層10,10′は第1図F
に示される様にレーザ光照射によつて全層分割さ
れたセル分割溝6と第2電極層5のみ分割された
電極分割溝7で挾まれた接続部Aに設けられる。
なお接続電極層10′は電流取り出し用電極とな
る。そして、接続部Aの第1電極層/非晶質半導
体層/第2電極層/接続電極層の積層体にレーザ
ー光を照射して該積層体を一旦溶融混合し、次い
で自然冷却等により凝固させるレーザ溶接によつ
て第1図Gに示すように第1電極層2と接続電極
層10,10′間にオーミツク接合のレーザ溶接
部11が形成され、隣接するユニツトセルCの第
1電極と第2電極が電気接続される。レーザ光は
接続電極層側から照射しても良いし、又絶縁性基
板がレーザ光に透明な場合は基板側から照射する
事を出来る。なお、適当数のスポツト溶接で十分
な電気接続が得られるので、溶接は接続部全面に
施す必要はない。 以上の様にして得られた集積型の非晶質太陽電
池は、周知のように樹脂等で封止し、製品化され
る。 以上の通り、本発明によれば、面積効率の良い
非晶質太陽電池が得られると共に、該非晶質太陽
電池を非晶質半導体層積層後のレーザ光照射法を
用いた加工プロセスのみで集積化でき、非常に歩
留り良く且つ生産性良く製造できるのである。特
に長尺の高分子フイルムを基板としロールツロー
ル法で上述の各工程を実施することが好ましい。
なお、以上の第2発明において各工程は各工程そ
れぞれ別にしても、又その中のいくつかを組合せ
て同時にしても良く、可能なものはその順序を変
えて良い。以下実施例をあげ、本発明を説明す
る。 [実施例] 電気絶縁性の基板1として100μm厚のポリエス
テルフイルム(PET)を用いた。まず該フイル
ム基板をDCマグネトロンスバツタ装置に装着し、
10-3torr台のAr雰囲気中でアルミニウム層(A
)0.4μm、及びステンレス層(SS)100Åを連
続して順次堆積し、第1電極層2として反射性の
良い金属電極層2を長尺フイルム基板1上に設け
た。 さらにこのPET/A/SS堆積体上に非晶質
半導体層3として非晶質シリコンのpin型の光起
電力層を特開昭59−34668号公報に開示されてい
るロールツーロール方式によつて長尺で大面積に
連続的に堆積した。 同一基板上で3直列に直列接続された集積型の
太陽電池モジユールを形成する為にパターン樹脂
層4a,4bとして第2図に示した基本パターン
で黒色絶縁性エポキシ樹脂をPET/A/SS/
非晶質半導体層上にスクリーン印刷法を用いて幅
2mm、厚さ12μmで設けた。なお、接続部Aの幅
は2mmとした。次に第2電極層5として酸化イン
ジユーム(ITO)層からなる透明電極層を電子ビ
ーム蒸着法を用いて600Å程度均一に堆積し、連
続セルを作製した。 次にQスイツチ式YAGレーザ光で第2図のパ
ターン樹脂層4a上を走査しA/SS/非晶質
シリコン/絶縁層/ITO層からなる連続セルを全
層切断し、第1図Dに示すセル分割溝6を穿設し
た。この時のQスイツチ周波数は2KHz、レーザ
光パルスの尖頭値パワーは2KW、走査速度32
mm/secであつた。さらにレーザ光尖頭値パワー
を200Wに低下させ他は同一条件で第2図の絶縁
層4bを走査し、前記セルの第2電極層5のITO
層のみを切断して、第1図Dに示す電極分割溝7
を穿設し、接続部Aを形成した。 ついで第1図Eに示すようにセル分割溝6及び
電極分割溝7を充填するようにその上にスクリー
ン印刷法により黒色エポキシ樹脂からなる閉鎖樹
脂層8を幅2mm、厚さ12μmで形成した。次いで、
第3図のパターンを持つた収集電極9及び接続電
極層10,10′をスクリーン印刷法を用いて次
のように形成した。すなわちポリエステル系Ag
導電樹脂をスクリーン印刷して乾燥する事によつ
て15μ厚みの収集電極9及び接続電極層10,1
0′を得た。次に接続電極層10,10′上に
2KWの尖頭値パワーを持つYAGレーザ光を断続
的に照射しながら走査する事によつて第1電極層
2と接続電極層10,10′間にオーミツク接続
のレーザ溶接部11を形成して3直列の集積型の
太陽電池モジユールを形成した。 このモジユールをAM−1,100mW/cm2のソ
ーラシユミレーター下で測定した結果、表1に示
した様な良好な電池特性が得られ本発明の有効性
が確認された。 【表】
第1図A〜Gは、本発明の実施例の構成及びそ
の形成の工程を示した側断面図、第1図Fは第3
図A−B線での部分側断面図、第2図は該実施例
のモジユール形成の為の絶縁層形成パターンを説
明する平面図、第3図は該実施例のモジユールの
収集電極及び接続電極層のパターンを示す平面図
である。 1……基板、2……第1電極層、3……非晶質
半導体、4……パターン樹脂層、5……第2電極
層、6……セル分割溝、7……電極分割溝、8…
…閉鎖樹脂層、9……収集電極、10……接続電
極、11……レーザ溶接部。
の形成の工程を示した側断面図、第1図Fは第3
図A−B線での部分側断面図、第2図は該実施例
のモジユール形成の為の絶縁層形成パターンを説
明する平面図、第3図は該実施例のモジユールの
収集電極及び接続電極層のパターンを示す平面図
である。 1……基板、2……第1電極層、3……非晶質
半導体、4……パターン樹脂層、5……第2電極
層、6……セル分割溝、7……電極分割溝、8…
…閉鎖樹脂層、9……収集電極、10……接続電
極、11……レーザ溶接部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 絶縁性基板上に積層して設けられた第1電極
層、非晶質半導体層、第2電極層とからなる分割
された複数のユニツトセルを、互いに隣接するユ
ニツトセルの第1電極層と第2電極層とを順次電
気接続した非晶質太陽電池において、ユニツトセ
ルに分割するレーザ光照射法により形成されたセ
ル分割溝と、隣接するユニツトセル間のセル分割
溝に沿つてレーザ光照射法により第2電極層を分
割してセル分割溝との間に接続部を形成する電極
分割溝と、セル分割溝及び電極分割溝を閉鎖する
電気絶縁性の樹脂よりなる閉鎖樹脂層と、セル分
割溝を跨いで設けられた前記隣接するユニツトセ
ルの一方のユニツトセルの第2電極層と他方のユ
ニツトセルの接続部とを電気接続する接続電極層
と、接続部にレーザ溶接により形成された接続電
極層と第1電極層とを電気接続してユニツトセル
間を電気接続する溶接部とを備えたことを特徴と
する非晶質太陽電池。 2 前記セル分割溝及び電極分割溝に沿つて第1
電極層と第2電極層との間に電気絶縁性の樹脂よ
りなるパターン樹脂層が形成された特許請求の範
囲第1項記載の非晶質太陽電池。 3 前記パターン樹脂層が分割溝形成に使用する
レーザ光に不透明である特許請求の範囲第2項記
載の非晶質太陽電池。 4 前記閉鎖樹脂層がレーザ溶接のレーザ光に不
透明である特許請求の範囲第1項、第2項若しく
は第3項記載の非晶質太陽電池。 5 絶縁性基板上に積層して設けられた第1電極
層、非晶質シリコン層、第2電極層とからなる分
割された複数のユニツトセルを、互いに隣接する
ユニツトセルの一方のユニツトセルの第1電極槽
と他方のユニツトセルの第2電極層とを順次電気
接続した非晶質太陽電池の製造方法において、前
記絶縁性基板上に第1電極層、非晶質シリコン
層、第2電極槽を順次積層した連続セルを形成し
た後、下記(イ)〜(ホ)の各工程によりユニツトセルに
分割し、次いで分割したユニツトセル間を電気接
続して、集積化することを特徴とする非晶質太陽
電池の製造方法。 (イ) 前記ユニツトセルに分割するセル分割パター
ンを第1のレーザ光で走査して連続セルの全層
を切断するセル分割溝を穿設し、ユニツトセル
に分割する工程。 (ロ) 接続するユニツトセル間のセル分割パターン
に沿つた接続部を形成する電極分割パターンを
第2のレーザ光で走査して前記第2電極層を切
断する電極分割溝を穿設して各ユニツトセルに
接続部を形成する工程。 (ハ) 前記セル分割溝及び電極分割溝を閉鎖する電
気絶縁性の樹脂よりなる閉鎖樹脂層を形成する
工程。 (ニ) 隣接するユニツトセル間のセル分割溝を跨い
で一方のユニツトセルの第2電極層と他方のユ
ニツトセルの接続部の第2電極層とを接続する
接続電極層を形成する工程。 (ホ) 接続部に第3のレーザ光を照射して接続部の
第1電極層と接続電極層とをレーザ溶接して電
気接続する工程。 6 連続セルの形成に際し、第1電極層と第2電
極層との間に前記分割パターン及び電極分割パタ
ーンに従つた電気絶縁性の樹脂よりなるパターン
樹脂層を形成する特許請求の範囲第5項記載の非
晶質太陽電池の製造方法。 7 前記パターン樹脂層が第1及び第2のレーザ
光に不透明である特許請求の範囲第6項記載の非
晶質太陽電池の製造方法。 8 前記パターンの樹脂層をスクリーン印刷法に
より形成する特許請求の範囲第6項若しくは第7
項記載の非晶質太陽電池の製造方法。 9 前記閉鎖樹脂層をスクリーン印刷法により形
成する特許請求の範囲第5項、第6項、第7項若
しくは第8項記載の非晶質太陽電池の製造方法。 10 前記閉鎖樹脂層が第3のレーザ光に不透明
である特許請求の範囲第9項記載の非晶質太陽電
池の製造方法。 11 前記接続電極層がAg,Au,Cu,Ni,Al,
Crを主体とする層であり、スクリーン印刷法に
より形成される特許請求の範囲第5項〜第10項
記載のいずれかの非晶質太陽電池の製造方法。 12 前記絶縁性基板が高分子フイルムである特
許請求の範囲第5項〜第11項記載のいずれかの
非晶質太陽電池の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60101540A JPS61260681A (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | 非晶質太陽電池及びその製造方法 |
| US06/828,197 US4697041A (en) | 1985-02-15 | 1986-02-10 | Integrated solar cells |
| FR868602039A FR2577716B1 (fr) | 1985-02-15 | 1986-02-14 | Piles solaires integrees et leur procede de fabrication |
| DE19863604894 DE3604894A1 (de) | 1985-02-15 | 1986-02-15 | Integrierte solarzellen und verfahren zu ihrer herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60101540A JPS61260681A (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | 非晶質太陽電池及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61260681A JPS61260681A (ja) | 1986-11-18 |
| JPH0519992B2 true JPH0519992B2 (ja) | 1993-03-18 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|---|---|---|
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| JP7522590B2 (ja) * | 2020-06-25 | 2024-07-25 | 株式会社カネカ | 太陽電池デバイスの製造方法および太陽電池デバイス |
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1985
- 1985-05-15 JP JP60101540A patent/JPS61260681A/ja active Granted
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61260681A (ja) | 1986-11-18 |
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