JPH08139352A

JPH08139352A - 薄膜太陽電池の製造方法

Info

Publication number: JPH08139352A
Application number: JP6278728A
Authority: JP
Inventors: Koki Sato; 広喜佐藤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1994-11-14
Filing date: 1994-11-14
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】絶縁性基板一面上に形成される単位太陽電池を
基板他面上の第三電極層によって接続するために基板に
開ける貫通孔を機械的加工方法で開ける場合の不良率の
低減および量産性の向上を図る。【構成】薄膜半導体層の上に形成される第二電極層と第
三電極層との接続のための貫通孔を、半導体層成膜前に
その成膜面側から開けることにより、基板裏面に発生す
るばりに基づく半導体層膜質低下を防ぎ、不良率を向上
させる。また、長手方向に搬送する基板に、基板幅方向
に一線上に存在する貫通孔を同時に開けることにより量
産性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁性基板の一面上に
形成された薄膜半導体層を光電変換層とする単位太陽電
池の複数個を基板他面上の裏面電極層を用いて接続する
薄膜太陽電池の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】原料ガスのグロー放電分解などにより形
成されるアモルファスシリコンのようなアモルファス半
導体膜は、気相成長であるため大面積化が容易で、低コ
スト太陽電池の光電変換膜として期待されている。こう
した薄膜太陽電池は、太陽光を入射する側にＳｎＯ₂膜
やＺｎＯ膜等の透明な電極を設けている。しかし、この
ような透明な電極は、シート抵抗が大きいために、電流
が透明電極を流れることによる電力ロスが大きくなって
しまう。そのため従来は、前記太陽電池を複数の太陽電
池 (ユニットセル) に分割し、分割したユニットセルを
隣接するユニットセルと電気的に接続する直列接続構造
をとっていた。これに対し、本出願人らの出願に係る特
願平４−３４７３９４号、特願平５−６７９７６号、特
願平５−７８３８２号、特願平５−２２０８７０号の各
明細書に記載された薄膜太陽電池では、反光入射側にあ
る絶縁性基板に穴をあけ、この穴を利用して透明第二電
極層を基板裏面の第三電極層と接続することにより、高
シート抵抗の透明電極層を流れる電流の径路の距離を短
縮できる。これにより寸法の限定された単位太陽電池に
分割することなく低電圧、大電流型にも構成でき、ジュ
ール損失が少なく、デッドスペースの部分が縮小して有
効発電面積が増加した薄膜単位太陽電池を得ることがで
きた。従って、低電圧、大電流型の薄膜太陽電池を構成
するのに極めて有効である。さらに、単位太陽電池の一
部に第一電極層の露出する領域を形成し、それと基板を
貫通する導体に接続される分離された第三電極層を隣接
単位太陽電池の第三電極層と連結することにより、精密
なパターニング技術を用いることなく直列接続構造も容
易に形成できる。

【０００３】図２はそのような太陽電池の断面構造を概
念的に示し、フィルム基板１に貫通孔２を明けたのち、
金属膜からなる第一電極層４を形成する。ついで貫通孔
３を明けたのち、光電変換層となるアモルファスシリコ
ンなどの薄膜半導体層６、ＩＴＯなどの透明第二電極層
７を積層する。この両層は、貫通孔３の内面を被覆し、
貫通孔３の下端まで達する。このあと、裏面側を第三電
極層５により被覆する。この第三電極層５は、貫通孔２
の内面の第一電極層４および第三電極層５を介して基板
１表面上の第一電極層４と、貫通孔３の内面を覆い、第
一電極層４とは半導体層６により実質的に絶縁された第
二電極層７および第三電極層５を介して基板表面上の第
二電極層７と接続される。さらに、単位太陽電池への分
割のために、基板裏面上の第三電極層５にスリット８を
レーザ光により入れる。これにより、単位太陽電池の直
列接続構造ができ上がる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、フィル
ム基板１に開ける貫通孔、すなわち直列接続用孔２と集
電用孔３を形成するのに、パンチを用いて機械的に形成
するか、あるいはレーザ光などのエネルギービームを用
いた加工により形成していた。しかし、レーザ光などの
エネルギービームを用いて基板貫通孔２、３を形成する
方法は、ＹＡＧレーザなどを用いることは熱加工である
ため熱による損傷が生じてしまい、良好な基板貫通孔
２、３を形成することが困難であった。また、エキシマ
レーザなどを用いればきれいな加工が可能であるが、量
産性に劣り、運転コストが高いなどにより適用が困難で
あった。一方、パンチを用いた機械的方法であるが、現
在までに量産性の高い形成技術が確立されていなかっ
た。また、パンチの際に生ずるばりが、その後の工程で
の形成する膜の膜質を損なうおそれがあった。

【０００５】本発明の目的は、上述の実情に立脚し、パ
ンチを用いた機械的方法で絶縁性基板に貫通孔を量産性
良く形成し、基板貫通孔形成による不良の発生を排除し
た低コストの薄膜太陽電池の製造方法を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、絶縁性基板の一面上に光電変換層であ
る半導体層をはさんで基板側に第一電極層、反対側に透
明な第二電極層が設けられ、基板の他面上に第三電極層
が設けられ、第三電極層が第二電極層と、基板、第一電
極層および半導体層を貫通する第一の接続孔を通じ、第
一電極層と実質的に絶縁された導体により接続され、第
三電極層の第二電極層と接続される領域とは分離された
領域が、第一電極層と、少なくとも基板を貫通する第二
の接続孔を通じ、その第一電極層と半導体層をはさんで
対向する第二電極層の領域と実質的に絶縁された導体に
より接続される薄膜太陽電池の製造方法において、第一
の接続孔の基板を貫通する部分を半導体層形成前に基板
の一面側から機械的加工方法で開けるものとする。基板
を長手方向に搬送し、基板の幅方向に一線上に存在する
複数の接続孔の基板を貫通する部分を機械的加工方法で
同時に開けることが有効である。機械的加工方法がパン
チを用いる方法であることが良く、また絶縁性基板が可
とう性であることも良い。

【０００７】

【作用】パンチなどを用いる機械的加工方法で基板に貫
通孔を開ける場合、加工裏面側にばりが発生しやすい。
従って、貫通孔加工後、ばりのない加工表面側に半導体
層を形成すれば、特に薄膜太陽電池の特性に関係の深い
半導体層の膜質が良く、第一電極層とも密着しているの
で太陽電池の不良率が低減する。また、基板を長手方向
に搬送し、幅方向に一線上に存在する複数の貫通孔を同
時に開けることとすれば、貫通孔１個当たりの加工時間
が短くなり量産性が向上する。

【０００８】

【実施例】以下、図２と共通の部分に同一の符号を付し
た図を引用して本発明の実施例について述べる。図１
は、本発明の一実施例を製造工程の流れに従って示すも
のである。図１ (ａ) は、絶縁性基板の断面図である。
基板１としては、本実施例では膜厚５０μｍのアラミド
フィルムを用いたが、ポリエーテルサルホン (ＰＥＳ)
、ポリエチレンナフタレート (ＰＥＮ) 、ポリエチレ
ンテレフタレート (ＰＥＴ) あるいはポリイミドなどの
絶縁性プラスチックフィルムを用いることもできる。ま
た膜厚も５０μｍに限定されるものではない。これらの
基板は任意のコア上に巻かれており、図３に示すような
基板貫通孔を形成する装置に装着される。図３に示す装
置は、コア２１から矢印１１の方向に巻き出された基板
１を複数の方向変換ロール２２を経てコア２３へ巻き取
る間に、位置検出用孔および直列接続用孔をそれぞれ位
置検出用孔形成部３１および直列接続用孔形成部３２で
基板１の裏面側からパンチを用いて形成する。図４に平
面図で示すように位置検出用孔９を形成したのち、位置
検出センサ３４を用いることによって基板１を距離ｄ₁
だけ搬送して停止し、基板１の幅方向に１度の動作で複
数個の直列接続用孔２を開ける。

【０００９】その後、基板１を長手方向に距離ｄ₂だけ
移動させる。実施例では５ｍｍとしたが太陽電池パター
ンにより任意の値とすることができる。搬送後、前記同
様に１動作で複数個の直列用孔２を形成する。これらの
動作を繰り返すことによりコアに巻かれた基板に多数の
直列用孔２を形成できる。任意の回数直列用孔２を形成
した後に位置検出用孔９を形成する。図１（ｂ）はその
あとの状態を示す。一つの位置検出用孔９から距離ｄ₃
をおいて位置検出用孔９を形成するまでを１パターンと
すると、この繰り返しによりコア上に巻かれた基板に多
数のパターンを形成することが可能となる。形成後、同
一の装置内の洗浄部３５において粘着ロールまたは、非
接触の超音波によるブローにより基板表面を清浄な状態
にする。

【００１０】次に、基板１の一面上に第一電極層４、そ
れと反対側の面上に第三電極層５となるＡｇをスパッタ
法により数百ｎｍ厚で形成する〔図１ (ｃ) 〕。材料と
しては、この他Ａｌ膜やＡｇ／透明導電層などの多層構
造膜などを用いることもできる。第一電極層４、第三電
極層５どちらが先でもかまわないが、好ましくは第一電
極層４を先に形成する。この後、図３に示す装置に再度
装着する。装着されたコア３１上に巻かれた基板は、任
意の速度で搬送され位置検出用の孔９を位置検出センサ
３４により検知し停止した後、集電用孔形成部３３にお
いて図５に平面図で示すように直列接続用孔２と距離ｄ
₄を隔てて集電用孔３を基板の幅方向に１度の動作で複
数個形成する。次いで、基板１を長手方向に距離ｄ₂だ
け搬送し、前記同様に１動作で複数個の集電用孔３を形
成する。これらの動作を繰り返すことによりコア上に巻
かれた基板に多数の集電用孔３を形成できる〔図１
（ｄ）〕。任意の回数集電用孔３を形成した後に基板１
を搬送し位置検出用孔９を位置検出センサ３４により検
知し停止して次のパターンの集電用孔を形成する。

【００１１】なお、各貫通孔２、３、９の形状は、必ず
しも円である必要はなく、例えば太陽電池の特性を向上
させるためには集電用孔３の面積は出来るだけ小さく、
しかも周辺の長さが出来る限り長くなる形状が良い。ま
た、上記の実施例では、１動作で基板幅方向に１ライン
の孔形成を行ったがライン数を増やすことにより、その
量産性を向上させることができることはいうまでもな
い。

【００１２】こうした工程を経たうえで、光電変換層と
なる薄膜半導体層６を形成する。本実施例では、通常の
グロー放電分解法により堆積される水素化アモルファス
シリコン (ａ−Ｓｉ：Ｈ) 系の材料を用いてｎ−ｉ−ｐ
接合を形成した〔図１ (ｅ)〕。その上に第二電極層で
ある透明電極層７を形成する。この層にはＩＴＯ、Ｚｎ
Ｏなどの酸化物導電膜を用いることができるが、本実施
例ではスパッタ法によるＩＴＯ膜を用いた〔図１ (ｆ)
〕。このとき、膜形成時にマスクで覆うなどして図示
のように直列接続用孔２の部分には膜が形成されないよ
うにする。

【００１３】次に太陽電池を形成した面とは反対側の基
板面に金属膜などからなる上層第三電極層５１を最終的
に形成する。本実施例では材料としてはＡｌやＡｇ、Ｃ
ｒを用い、スパッタ法で膜形成を行った〔図１ (ｇ)
〕。そして図示しないが、最後に直列構造を作製する
ためＹＡＧレーザにより図２に示したスリット８の除去
をおこなう。こうして作製した太陽電池の特性は、リー
ク電流も少なく、良好な特性を示す。また、集電用孔３
を薄膜半導体層６を形成する面から形成することによ
り、太陽電池の製造歩留まりを加工裏面側に薄膜半導体
層６を形成する場合は６０％程度から９０％以上に向上
させることができた。また、例えば４０ｃｍ×４０ｃｍ
の基板内に基板貫通孔を５ｍｍ間隔で形成しようとする
と、全体で６４００個の形成が必要となる。これらを１
個ずつ形成すると、加工速度１個／秒とした場合６４０
０秒＝約１０７分かかってしまう。それに対して、本方
法で基板貫通孔を形成すると１ライン／１動作で加工速
度１ライン／秒とすると、８０秒で形成することが可能
となり、量産性を向上させることが可能となった。

【００１４】以上に示した工程のうち、図１ (ｄ) に示
した工程で、集電用孔３を光電変換層となる薄膜半導体
層６を形成する基板表面側から形成することにより太陽
電池の不良率を低減できることがわかってきた。これ
は、機械的に集電用孔３を形成すると、加工裏面側にば
りが発生しやすく、そのばり上に薄膜半導体層６を形成
する場合とばりがない加工表面側に形成する場合での薄
膜半導体層６のステップカバレージ、および第一電極層
との付着力などの差によるのではないかと考えている。
この集電用孔３を形成する方向を替える方法としては、
図３の基板貫通孔を形成する装置のコア２１から基板１
を巻きだす際、コアの回転方向を変え、矢印１２のよう
にコアを巻き出す。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、絶縁性基板に開ける裏
面側の第三電極層との接続孔を、表面側の半導体層形成
前にその側から機械的加工方法で開けることにより、加
工の際に生ずるばりによる半導体層の膜質の劣化がな
く、不良率を低減させることができた。また、長手方向
に搬送する基板に幅方向に一線上に存在する複数の貫通
孔を同時に開けることによって量産性を向上させること
ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の薄膜太陽電池製造工程を
(ａ) ないし (ｇ) の順に示す断面図

【図２】本発明の実施例により製造される薄膜太陽電池
の構造を示す断面図

【図３】本発明の一実施例の薄膜太陽電池の製造工程に
用いられる基板貫通孔加工装置の側面図

【図４】本発明の一実施例の薄膜太陽電池の基板に開け
られる貫通孔の一部を示す平面図

【図５】本発明の一実施例の薄膜太陽電池の基板に開け
られる貫通孔の全部を示す平面図

【符号の説明】

１絶縁性基板２直列接続用孔３集電用孔４第一電極層５第三電極層６薄膜半導体層７第二電極層５１上層第三電極層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板の一面上に光電変換層である半
導体層をはさんで基板側に第一電極層、反対側に透明な
第二電極層が設けられ、基板の他面上に第三電極層が設
けられ、第三電極層が第二電極層と、基板、第一電極層
および半導体層を貫通する第一の接続孔を通じ、第一電
極層と実質的に絶縁された導体により接続され、第三電
極層の第二電極層と接続される領域とは分離された領域
が、第一電極層と、少なくとも基板を貫通する第二の接
続孔を通じ、その第一電極層と半導体層をはさんで対向
する第二電極層の領域と実質的に絶縁された導体により
接続される薄膜太陽電池の製造方法において、第一の接
続孔の基板を貫通する部分を半導体層形成前に基板の一
面側から機械的加工方法で開けることを特徴とする薄膜
太陽電池の製造方法。
【請求項２】基板を長手方向に搬送し、基板の幅方向に
一線上に存在する複数の接続孔の基板を貫通する部分を
機械的加工方法で同時に開ける請求項１記載の薄膜太陽
電池の製造方法。
【請求項３】機械的加工方法がパンチを用いる方法であ
る請求項１あるいは２記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】絶縁性基板が可とう性である請求項１、２
あるいは３記載の薄膜太陽電池の製造方法。