JPH08340125A

JPH08340125A - 薄膜太陽電池の製造方法

Info

Publication number: JPH08340125A
Application number: JP7143000A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Tabuchi; 勝也田淵
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-06-09
Filing date: 1995-06-09
Publication date: 1996-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】基板表面上の電極層を基板裏面の電極層とを、
貫通孔を有する可撓性基板にスパッタリングやプラズマ
ＣＶＤで成膜して貫通孔内への電極層の回り込みによっ
て接続する場合の孔内接続抵抗を低くする。【構成】成膜時に基板上の高電圧電極と対向する基板背
後の加熱体あるいは接地電極を基板に１１ｍｍ以下の間
隔で近接させることにより、貫通孔内壁上への電極層の
被着を確保する。あるいは、貫通孔の外周の長さを１．
８ｍｍ以上にして内壁上の電極層の面積を大きくし、接
続抵抗を低める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は絶縁性フィルムのような
可撓性基板上に形成された非晶質半導体薄膜などよりな
る光電変換層を利用した薄膜太陽電池の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池はクリーンなエネルギーとして
注目されており、その技術の進歩はめざましいものがあ
る。特に、アモルファスシリコンを主材料とした光電変
換層は大面積の成膜が容易で低価格であるため、それを
用いた薄膜太陽電池に対する期待は大きい。従来の薄膜
太陽電池にはガラス基板が用いられていたが、厚型で重
く、割れやすい欠点があり、また屋外の屋根等への適用
化による作業性の改良等の理由により、薄型・軽量化の
要望が強くなっている。これらの要望に対し、可撓性の
あるプラスチックフィルムあるいは薄膜金属フィルムを
基板に用いた可撓性の薄膜太陽電池の実用化が進みつつ
ある。

【０００３】薄膜太陽電池は、基板の一面上に光電変換
層が両面に電極層を備えて形成される。この電極層のう
ち、光の入射側に存在するものは、ＩＴＯあるいはＺｎ
Ｏなどの透明導電材料よりなる透明電極層である。この
透明電極層はシート抵抗が大きいため、電流が透明電極
層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、薄膜太陽電池を複数の幅のせまいユニ
ットセルに分割し、分割したユニットセルを隣接するユ
ニットセルに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、特開平６−３４２９２４号で公知の薄
膜太陽電池では、絶縁性基板に穴をあけ、この穴を利用
して光電変換層の反基板側にある透明電極層を基板裏面
の接続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ユニットセルに分割することな
く低電圧、大電流型にも構成でき、ジュール損失が少な
く、無効面積の部分が縮小して有効発電面積が増加した
薄膜太陽電池を得ることができた。そして基板裏面の接
続電極層を利用して一方のユニットセルの透明電極層と
隣接ユニットセルの対向電極層を接続することにより直
列接続が容易になるので、特に生産性に優れている。

【０００４】図２（ａ）〜（ｆ）はそのような薄膜太陽
電池の製造工程を示す。この薄膜太陽電池には可撓性絶
縁基板１を用いる〔図２（ａ）〕。可撓性絶縁基板１は
ポリイミド系のフィルムで厚さは５０μｍである。フィ
ルムとしては、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、
ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエチレンテレ
フタレート（ＰＥＴ）、アラミド系のフィルム等何でも
用いることができる。この基板１の一部に複数個の貫通
孔２を開ける〔図２（ｂ）〕。貫通孔２は、パンチを用
いて機械的に形成しても、レーザー等のエネルギービー
ムを用いて開けても良い。この上に第一電極層３、およ
びそれと反対側の面に接続電極層となる第三電極層４と
して、Ａｇ膜を約１００ｎｍ〜４００ｎｍの厚さにスパ
ッタリング法により成膜する〔図２（ｃ）〕。この際、
両電極層３、４の延長部が貫通孔２の内壁上で接触する
ことにより両電極層３、４が接続される。なおＡｇ以外
にＡｌ、Ｃｕ、Ｔｉ等の金属をスパッタリング法あるい
は電子ビーム蒸着法等により形成して金属電極としても
良い。また、金属酸化膜と金属膜よりなる多層膜を電極
層として形成しても良い。このように貫通孔２の明いた
可撓性基板１に電極層を形成する場合は、基板１を加熱
体を兼ねるキャンロールに接している基板上に成膜する
方式は採用できない。なぜなら、貫通孔の明いた基板で
は、貫通孔を通じて電極材料がキャンロールに付着し、
このキャンロール上の電極材料が基板の別の部分が接す
るときに剥離し、基板へ再付着することにより太陽電池
の製造歩留まりが低下する。それ故、加熱体に近接して
基板を通すロールツーロール方式で成膜する。ロールツ
ーロール方式では、図１に示すように真空室１１の中に
収容された送りロール１２から巻き取りロール１３へ搬
送される基板１をアイドルロール１４間で加熱体１５に
近接して通すことによって加熱し、ターゲット１６と加
熱体１５との間に高電圧を印加することによってスパッ
タリッグにより基板１上に金属膜を形成する。この装置
では、基板１の片面上にのみにより成膜できないから、
反対側の基板面上の電極層を形成するには、基板１を裏
返しにして加熱体１５とターゲット１６との間を再度搬
送する。次に、再び複数個の貫通孔５を基板に形成す
る。形成する方法は上で貫通孔２と同じである〔図２
（ｄ）〕。

【０００５】こうした工程を経た上で、光電変換層とな
る薄膜半導体層６を形成する。薄膜半導体層６は、例え
ば非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を主成分とし、主原料ガ
スにＳｉＨ₄、Ｈ₂を用いたプラズマＣＶＤ法により形
成するが、光電変換層としては、ＣｕＩｎＳｅ₂、Ｃｄ
Ｔｅ、多結晶Ｓｉなど何でも用いることができる〔図２
（ｅ）〕。その上に、第二電極層７である透明電極層を
形成する。この層にはＩＴＯ、ＳｎＯ₂、ＺｎＯなどの
酸化物導電層を用いるのが一般的であり、例えばスパッ
タリング法によるＩＴＯ膜を用いる。このとき、膜形成
時にマスクで覆うなどして初めに形成した貫通孔２の部
分にはＩＴＯ膜が形成されないようにする。〔図２
（ｆ）〕。さらに、太陽電池を形成した面とは反対側の
基板１の表面に金属膜などの低抵抗導電膜からなる付加
第三電極層８を最終的に形成する〔図２（ｇ）〕。この
付加第三電極層８は、貫通孔５の内壁にて付着し、同様
に貫通孔５の内壁に付着している透明電極層７と接続さ
れる。

【０００６】最後に直列接続を形成するために、図３の
平面図で示すように、形成された太陽電池を一定間隔で
線状に除去し、電気的に絶縁された複数個の太陽電池を
形成する。また、第三電極層４、付加第三電極層８につ
いても、反対面に形成された太陽電池とほぼ同間隔であ
るが対向しない位置でレーザなどを用いて除去し、複数
個の第三電極層に分割する。このとき、分割された第三
電極層領域では隣のユニットセルの貫通孔５を順次含む
ように分割線を表面上の分割線に対してずらす。この工
程により、非被覆領域を介して相隣り合うユニットセル
の一方の第二電極層７が、他方のセルの第三電極層と直
列に接続されることとなり、最終的には基板上の複数個
のユニットセルが順次直列接続された構造が形成され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような薄膜太陽電
池において、基板表面上の電極層３あるいは４と基板裏
面の第三電極層５、８との貫通孔２あるいは５通じての
接続抵抗（以下孔内接続抵抗と記す）は、出力特性に大
きな影響を与える。しかし、従来の方法で製造した薄膜
太陽電池の孔内接続抵抗が数Ωないし無限大となってい
る場合があり、変換効率が大きく低下したり、直列接続
が形成できない場合がある。

【０００８】本発明は、上述の問題を解決し、孔内接続
抵抗が小さく、変換効率の高い薄膜太陽電池の製造方法
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第一の本発明は、絶縁性の可撓性基板の一面上に
半導体よりなる光電変換層をはさんで第一電極層、透明
第二電極層をそれぞれ成膜し、基板の他面上に第三電極
層を成膜し、第一電極層および第二電極層と第三電極層
とをそれぞ基板に開けられた貫通孔内に回り込んだ二つ
の電極層のうちの少なくとも一方の電極層の延長部を介
して電気的に接続する薄膜太陽電池の製造方法におい
て、基板の貫通孔内で電気的に接続する両電極層の少な
くとも一方を、基板の被成膜面の反対側の面に、被成膜
領域の裏側の少なくとも二分の一以上の領域で１１ｍｍ
以下の間隔で対向する背後基体を配置して成膜するもの
とする。その場合、貫通孔を機械的方法で開け、貫通孔
の一方の端部に連結したばりの生じた場合に、貫通孔の
他方の端部の開口する基板面を被成膜面とし、基板の反
対側の面に対向して背後基体を配置して成膜することが
よい。背後基体を基板の加熱体として使用し、基板の被
成膜面にターゲットを対向させて行うスパッタリング法
で電極層を成膜することが有効である。第二の本発明
は、上述の薄膜太陽電池の製造方法において、貫通孔の
外周の長さが１．８ｍｍ以上であるものとする。いずれ
の場合も、基板の一面上に成膜した第一電極層、光電変
換層、第二電極層を複数の領域に分割し、基板の他面上
に成膜した第三電極層を複数の領域に分割し、基板の他
面上に成膜した第三電極層を複数の領域に分割し、基板
の一面上の各層の一つの領域に属する第一電極層に貫通
孔を介して接続される第三電極層と、基板の一面上の各
層の前記領域に隣接する領域に属する第二電極層とを別
の貫通孔を介して接続することが良い。

【００１０】

【作用】特に薄膜太陽電池のユニットセルの直列接続に
利用される可撓性基板裏面の第三電極層を、表面上の第
一電極層あるいは第二電極層と基板の貫通孔を介して接
続するには、貫通孔内に回り込んだ電極層の延長部が利
用される。そのためには、電極層の双方が貫通孔に回り
込んで貫通孔の内壁上で接触するか、少なくとも一方が
貫通孔の被成膜面と反対側の開口部まで内壁上で途切れ
ることなく到達することが必要である。スパッタリング
法あるいはプラズマＣＶＤ法でロールツーロール方式に
より成膜する場合、基板面に到達する電極層材料粒子の
速度が速いと内壁上に堆積しないで抜けてしまう可能性
が高い。そこで、少なくとも一方の電極層の成膜時に基
板の反対側に被成膜領域の裏側の二分の一上の領域で背
後基体を１１ｍｍ以下に対向させれば、電極層材料の速
度が低下し、貫通孔内面に堆積しやすくなり、連続した
電極層延長部が形成される。特に貫通孔をパンチなどを
用いる機械的に開通孔を開ける場合に、貫通孔の端に連
結して絶縁基板のばりが生ずることがある。貫通孔の外
周の一部はばりのない部分あるいはばりが貫通孔内壁よ
り離れている場合は問題ないが、全周でばりが絶縁基板
から貫通孔内へ張り出しているときは、このばりが、電
極層の接続を妨げる。背後基体を設けることにより、被
成膜面と反対側からばりの形成する溝内に背後基体では
ね返った電極層材料が進入し、反対側の面の電極層との
接触が確保され、孔内接続抵抗が低くなる。一方、孔内
接続抵抗は貫通孔の内壁の面積、すなわち貫通孔の外周
部の長さに依存する。貫通孔の外周を１．８ｍｍ以上と
することで、基板両面の電極層の少なくとも一方の被着
面積が広くなり、孔内接続抵抗が減少する。

【００１１】

【実施例】以下、既に示した図を引用して本発明の効果
を確かめるための比較例および実施例の薄膜太陽電池の
製造方法について述べる。図２に示した製造工程のう
ち、図２（ｃ）の第一電極層３および第三電極層４をＡ
ｇスパッタリングで形成する工程を表１に示すように２
種類の条件で行った。加熱体・基板間距離ｐおよびター
ゲット・基板間距離ｑは図１に示す。図２（ｂ）の工程
で開ける貫通孔２の直径は０．５ｍｍである。

【００１２】

【表１】実施例で、加熱体・基板間距離ｐが０〜３ｍｍとなって
いるのは、基板が搬送中に振動したり、あるいは、幅方
向に波うっていることにより、加熱体との間の距離が一
定ではないためである。

【００１３】図４は、このようにして成膜された第一電
極層と第三電極層との間貫通孔２内の接触抵抗の分布を
示す。比較例の加熱体・基板間距離が約１５ｍｍの場合
は、孔内接続抵抗のばらつきが非常に大きく、太陽電池
の特性が低下しない０．２Ω以下の抵抗を実現している
ものは６０．５％と非常に良品率が低い。さらに、１Ω
以上のもの１３個の内６個は完全に電気的に開放状態で
あった。一方、実施例の加熱体・基板間距離ｐが０〜３
ｍｍの場合では、孔内接続抵抗が０．２Ω以下のものが
ほとんどで良品率は９８．９％と改善し、不良品でもす
べて０．３Ω以下と太陽電池特性にあまり影響を及ぼさ
ない範囲の値である。

【００１４】本実施例では、加熱体・基板間距離ｐとし
て０〜３ｍｍの場合の例を示したが、この距離として
は、約５ｍｍ、約１０ｍｍ程度の場合についても、約１
５ｍｍの場合と比較して抵抗低下、良品率向上に効果が
あった。約５ｍｍでは、良品率の歩留まりは９５．８
％、１０ｍｍの場合では８３．７％であった。１０ｍｍ
の場合に歩留まりは低下したが、不良品のものでも０．
８Ω以下で、電気的に開放状態になるものはなかった。

【００１５】さらに、このように加熱体・基板間距離ｐ
を短くすることは、基板が加熱体１５をターゲット１６
の間を通る全領域にわたって行う必要はなく、５０％以
上の範囲で１１ｍｍ以下であれば抵抗低下、良品率向上
の効果が得られる。また、Ａｇ以外の金属電極において
も同様の効果が得られる。次いで、図２（ｄ）に示した
ように直径１ｍｍの貫通孔５を開け、図２（ｅ）に示し
たように薄膜半導体層６を形成したのち、ＩＴＯのスパ
ッタリングで図２（ｆ）の第二電極層７、Ａｇのスパッ
タリングで図２（ｇ）の付加第三電極層８の成膜工程を
表２に示すように２種類の条件で行った。

【００１６】

【表２】加熱体・基板間の距離ｐが０〜３ｍｍとなっているの
は、基板１が搬送中に振動したり、あるいは幅方向に波
つていることにより、加熱体との距離が一定ではないた
めである。図５はこのようにして成膜された第二電極層
７の膜厚に対する付加第三極層８との貫通孔５内の接続
抵抗の分布を示す。条件Ａ、すなわち付加第三電極層８
を形成する際の加熱体・基板間距離ｐが約１５ｍｍの場
合では、ｐが０〜３ｍｍの条件Ｂの場合に比較して孔内
接続抵抗のばらつきが大きく、また、第二電極層７の膜
厚が７０ｎｍ以下の薄い場合において、太陽電池の特性
低下の原因となる３Ω以上の抵抗値のものもあった。一
方、付加第三電極層８を加熱体・基板間距離ｐを０〜３
ｍｍにして形成した条件Ｂの場合には、第二電極層７の
膜厚に関係なく、３Ω以下のほぼ一定の抵抗値となって
おり、良好な特性を示した。

【００１７】条件Ｂでは、加熱体・基板間距離ｐとして
いずれも０〜３ｍｍの場合の例を示したが、この距離と
しては、約５ｍｍ、約１０ｍｍの場合についても大部分
が３Ω以下で不良品が少なく、一方が１５ｍｍの場合と
比較して抵抗低下、良品率向上に効果があった。また、
このように加熱体・基板間距離ｐを短くすることは、基
板が加熱体１５とターゲットの間を通る全領域にわたっ
て行う必要がなく、５０％以上の範囲で１１ｍｍ以下で
あれば一定で低い抵抗値、良好な特性が得られる。

【００１８】表３は、表１で比較例、表２で条件Ａとし
て示した条件で各電極層を成膜した比較例の太陽電池
と、第三電極層４、第二電極層７の成膜は加熱体・基板
間距離ｐ＝０〜３ｍｍで行ったがそれらと接続の対象と
なる第一電極層３、付加第三電極層８の成膜はｐ＝約１
５ｍｍの条件で行った実施例の太陽電池の特性を示す。

【００１９】

【表３】実施例では、孔内で接続される電極層の一方を加熱体・
基板間距離ｐを０〜３ｍｍで成膜することにより、比較
例に比較して直列接続を形成する貫通孔の部分での抵抗
が低下したため曲線因子が向上し、変換効率が１９％向
上した。すなわち、電極層の一方を形成する際にｐを小
さくすることにより本発明の効果が得られることがわか
った。さらに、第三電極層４、第二電極層７の成膜時の
ｐを約５ｍｍにしたときには変換効率が約６．１％、約
１０ｍｍ程度にしたときには変換効率が約５．９％とな
り表３の比較例よりも曲線因子が向上したことが認めら
れた。

【００２０】以上の実施例では成膜をスパッタリング法
で行ったかプラズマＣＶＤにより成膜する場合を、基板
背後の接地電極を近接させることで同様の効果が得られ
た。図６は、表１に示した比較例と同様の条件で第一電
極層３、第三電極層４の成膜を行ったが、貫通孔の直径
が１ｍｍの場合の孔内接続抵抗の分布を調べた結果であ
る。貫通孔２の直径が０．５ｍｍから１ｍｍに大きくな
ることで、良品率は６０．５％から９６．３％へと大き
く改善された。また、良品の孔内接続抵抗も、直径０．
５ｍｍの場合では到達しなかった０．１Ω以下の値を、
直径を１ｍｍと大きくすることで可能となった。この抵
抗の低下は、ホール外周部の長さが長くなることで、第
一電極層３と第三電極層４の貫通孔２の内壁面上での接
触領域が増加するためである。同様の抵抗の低下は第二
電極層７と付加第三電極層８の孔内接続抵抗においても
見られた。この実施例の結果より、孔内接続抵抗、およ
び良品率の歩留まりは孔の外周部の長さに依存し、外周
が１．８ｍｍ、すなわち円形ならば直径約０．６ｍｍ以
上であることが重要である。本実施例では、孔の形状は
円であるが、外周の長さが１．８ｍｍ以上であることが
重要で、孔の形状は何でも良い。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、貫通孔の開けた可撓性
基板に成膜する際に背後に１１ｍｍ以下の間隔で基体を
置くことにより、貫通孔を電極層材料の通り抜けを防い
で貫通孔内壁に電極層の延長部が形成されるようにする
ことにより、基板表裏の電極層の貫通孔内での接続が歩
留まり良く低抵抗化した。また、貫通孔の外周を１．８
ｍｍ以上とすることによっても孔内接続抵抗を低くする
ことができる。これにより、基板裏面の第三電極層を用
いての直列接続構造の薄膜太陽電池の孔内接続抵抗によ
る変換効率の低下ないしは直列接続不能が防止でき、薄
膜太陽電池の用途拡大に極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に用いられるロールツーロール
方式成膜装置の断面図

【図２】本発明の実施される薄膜太陽電池の製造方法の
工程を（ａ）ないし（ｇ）の順に示す断面図

【図３】本発明の実施によって製造される薄膜太陽電池
の平面図で（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図

【図４】本発明の実施例と比較例における孔内接続抵抗
の分布図

【図５】二つの成膜条件における孔内接続抵抗と第二電
極膜厚との関係線図

【図６】別の本発明の実施例における孔内接続抵抗の分
布図

【符号の説明】

１可撓性基板２、５貫通孔３第一電極層４第三電極層６薄膜半導体層７第二電極層８付加第三電極層１１真空室１５加熱体１６ターゲット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性の可撓性基板の一面上に半導体より
なる光電変換層をはさんで第一電極層、透明第二電極層
をそれぞれ成膜し、基板の他面上に第三電極層を成膜
し、第一電極層および第二電極層と第三電極層とをそれ
ぞ基板に開けられた貫通孔内に回り込んだ二つの電極層
のうちの少なくとも一方の電極層の延長部を介して電気
的に接続する薄膜太陽電池の製造方法において、基板の
貫通孔内で電気的に接続する両電極層の少なくとも一方
を、基板の被成膜面の反対側の面に、被成膜領域裏側の
少なくとも二分の一以上の領域で１１ｍｍ以下の間隔で
対向する背後基体を配置して成膜することを特徴とする
薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】貫通孔を機械的方法で開け、貫通孔の一方
の端部に連結したばりの生じた場合に、貫通孔の他方の
端部の開口する基板面を被成膜面とし、基板の反対側の
面に対向して背後基体を配置して成膜する請求項１記載
の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】背後基体を基板の加熱体として使用し、基
板の被成膜端面にターゲットを対向させて行うスパッタ
リング法で電極層を成膜する請求項１あるいは２記載の
薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】絶縁性の可撓精基板の一面上に半導体より
なる光電変換層をはさんで第一電極層、透明第二電極層
をそれぞれ成膜し、基板の他面上に第三電極層を成膜
し、第一電極層および第二電極層と第三電極層とをそれ
ぞ基板に開けられた貫通孔内に回り込んだ二つの電極層
のうちの少なくとも一方の電極層の延長部を介して電気
的に接続する薄膜太陽電池の製造方法において、貫通孔
の外周の長さが１．８ｍｍ以上であることを特徴とする
薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】基板の一面上に成膜した第一電極層、光電
変換層、第二電極層を複数の領域に分割し、基板の他面
上に成膜した第三電極層を複数の領域に分割し、基板の
一面上の各層の一つの領域に属する第一電極層に貫通孔
を介して接続される第三電極層と、基板の一面上の各層
の前記領域に隣接する領域に属する第二電極層とを別の
貫通孔を介して接続する請求項１ないし４のいずれかに
記載の薄膜太陽電池の製造方法。