JPH11112010A

JPH11112010A - 太陽電池およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11112010A
Application number: JP9275538A
Authority: JP
Inventors: Tetsumasa Umemoto; 哲正梅本; Sae Takagi; 小枝高木; Susumu Kidoguchi; 晋木戸口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】集積型太陽電池のあるユニットセル全面が日
陰になったとき、逆バイアス電圧が発生することによ
る、光電変換層の破壊や日陰が取り去られた後の非可逆
な特性低下を防止する。【解決手段】隣接するユニットセル１における透明導
電層１１間に形成された第１スクライブ溝１４と一部が
重なるように、光電変換層１２間を絶縁分割する第２ス
クライブ溝１５を形成する。光電変換層１２の第２スク
ライブ溝１５の近傍部分が結晶化されて、日陰時にユニ
ットセル１内部に発生する逆バイアス電圧負荷を緩和す
るための導通効果を有するバイパス導通路１７が形成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非晶質半導体の光
電変換層を有するユニットセルを直列接続した集積型薄
膜太陽電池およびその製造方法に関し、詳しくは日陰時
にユニットセルに印加される逆バイアス電圧負荷を緩和
するためのバイパス機能を備えた太陽電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜太陽電池では、基板に透光性
絶縁基板を利用する場合、この基板としてガラスまたは
ポリイミド等の耐熱性樹脂上に、ＳｎＯ₂，ＺｎＯ，Ｉ
ＴＯ等の透明電極の透明導電層を積層し、この上に非晶
質半導体の光電変換層を積層し、さらにこの上に反射金
属膜を有する裏面電極層を積層して、１つのユニットセ
ルとするものが作製されている。

【０００３】集積型薄膜太陽電池は、透明導電層を隣接
するユニットセルの裏面電極層に電気的に直列接続する
ことにより、複数のユニットセルを同一の大面積基板上
に直列接続させて、高電圧、高出力の太陽電池をなすも
のである。

【０００４】その作製方法としては、透光性絶縁基板上
に透明導電層を積層して、複数の短冊状に絶縁分割する
ための加工溝を形成するパターニング加工を施した後、
その上に光電変換層を積層し、透明導電層の加工溝から
ずらせた位置の光電変換層上に、透明導電層を損傷させ
ずに光電変換層だけを開溝除去するパターニング加工を
施して加工溝を形成し、その上に裏面電極層を積層し、
先の光電変換層の加工溝を挟んで透明導電層の加工溝と
反対側の位置に、裏面電極層のみを絶縁分割するための
加工溝を形成するパターニング加工を施している。

【０００５】このようにすることにより、１つのユニッ
トセルの透明導電層が隣接するユニットセルの裏面電極
層と順次直列接続され、大面積の基板内に集積型薄膜太
陽電池を形成できる。

【０００６】ここで、透明導電層のパターニング加工あ
るいは光電変換層のパターニング加工には、レーザ光に
よるスクライブ加工が多用されてきた。これは、加工精
度、タクト、加工対象物のレーザ光波長の選択的吸収に
よる選択的膜加工の点において優れているからである。

【０００７】また、裏面電極層のパターニング加工に
は、レーザ光による直接スクライブ法、レジストのパタ
ーニング後に裏面電極層をケミカルエッチングする方
法、フォトリソグラフ法等が用いられてきた。裏面電極
層のパターニング加工は、その下部に光電変換層や透明
導電層が積層されているため、これらを損傷させずに裏
面電極層のみを選択的に絶縁分離する加工をしなければ
ならず、最も困難なパターニング加工工程である。

【０００８】そして、すべてのパターニング加工工程
後、集積化したユニットセルの隣接する裏面電極層間の
分離抵抗を大きくすることが、ユニットセル間に部分的
な導通路が形成されて短絡電流が流れるというユニット
セル間のシャントパスリーク（ｓｈｕｎｔｐａｓｓｌ
ｅａｋ）を防ぎ、特性向上に大きく影響するため、高抵
抗分離を行うことが重要とされる。したがって、集積型
薄膜太陽電池の初期特性の向上を図るには、その製造工
程において、隣接する裏面電極層間の分離抵抗を大きく
すればよい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような集積型薄膜
太陽電池を実使用に供する際、日陰等の部分的な陰の中
に入ったとき、陰の中のユニットセルは他の発電してい
るユニットセルからの総発生電圧が逆バイアス電圧とし
て印加され、光電変換層の耐圧を越えると破壊されると
いう問題が発生する。

【００１０】太陽電池は、基板内に複数のユニットセル
を直列接続してなる構造のため、図９に示すように、種
々の日陰要因が考えられる。図中、１はユニットセル、
２はスクライブ溝、斜線部が日陰部分を表し、斜線部以
外は光照射部分である。太陽電池にとって最も逆バイア
ス電圧負荷が大きいのは、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の場
合である。この場合、複数のユニットセル１全面が日陰
となり、かつ日陰となるユニットセル１の数と１つのユ
ニットセル１の発電電圧の積が非晶質半導体の光電変換
層の逆バイアス破壊しきい値を越え、この逆バイアス電
圧が印加される可能性がある。

【００１１】一方、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の場合は、
日陰になっていても各ユニットセル１の一部に太陽光が
照射されているため、ユニットセル１の日陰部分の非発
電による効率低下は免れないが、ユニットセル１の日陰
部分にかかる逆バイアス電圧を、同一セル面内の太陽光
照射部分に発生する電流が隣接するユニットセル１に順
次流していくため、１つのユニットセル１全面に光電変
換層の破壊しきい値を越える逆バイアス電圧が印加され
ることはない。

【００１２】具体的な商品として、例えば住宅発電用太
陽電池に集積型薄膜太陽電池を供するとき、住宅の屋根
に設置する場合が多いため、実際には１つのユニットセ
ル全面が日陰になるのは、電柱による陰や、高層建築物
による日陰、落ち葉、飛散ごみ、鳥の糞等によってであ
るが、このような場合でも実際には日陰になったユニッ
トセルにも周囲からの散乱光が回り込むため、完全に光
電変換層の破壊しきい値を越える逆バイアス電圧が印加
されることは少ない。

【００１３】しかしながら、集合住宅のベランダや、戸
建住宅のベランダ、軒先等に設置する場合には、ユーザ
ーが太陽電池パネル上に物を置いて、１つのユニットセ
ル全面が散乱光の回り込みがない日陰になる場合が予想
される。このような場合に太陽電池に太陽光が照射され
ると、１つのユニットセル全面に光電変換層の破壊しき
い値を越える逆バイアス電圧が印加され、日陰が取り去
られた後も非可逆な特性低下を生じさせてしまう原因と
なる。集積型薄膜太陽電池では、その特徴として１つの
基板内に高電圧を発生させる構造になっているため、こ
の非可逆な特性低下は著しい。

【００１４】そこで、上記問題を解決するために、図１
０に示すように、１つのユニットセル１全面に光電変換
層の破壊しきい値を越える逆バイアス電圧が印加されて
も電流を逃がせるように、各ユニットセル１に逆向きに
バイパスダイオード３を並列に接続する方法が知られて
いる。このように、バイパスダイオード３を並列接続す
れば、一部のユニットセル１が日陰になった場合でも、
日陰になったユニットセル１にはバイパスダイオード３
の順方向電圧以上の逆バイアス電圧は印加されず、光電
変換層の破壊を防ぐことができる。

【００１５】しかしながら、集積型薄膜太陽電池は、そ
のデバイス構造や透明導電層のシート抵抗値によっても
異なるが、集積するユニットセルの幅は約５〜１５ｍｍ
である。集積段数は基板サイズによっても異なるが、例
えばユニットセル幅が１０ｍｍで基板の長さが４５０ｍ
ｍの場合、４５段集積される。この全てのユニットセル
間にバイパスダイオードを挿入することは、製造工程の
増加、コスト増加の要因となり、結晶太陽電池よりも廉
価な太陽電池を市場に供給することを鑑みると好ましい
ことではない。

【００１６】また、特開平５−２５１７２４号公報に
は、バイパスダイオードとしてベアチップダイオードを
導電性基板上に設け、ベアチップダイオードの一方の電
極を導電性基板に電気的に接続し、他方の電極を光電変
換層に電気的に接続した太陽電池が開示されている。ま
た、特開平９−６４３９７号公報には、バイパスダイオ
ードが導電性基板上に堆積形成されたシリコン系非単結
晶半導体からなるダイオード素子とする太陽電池が開示
されている。

【００１７】しかしながら、前者の太陽電池では、基板
上にユニットセル以外にバイパスダイオードを形成しな
ければならず、製造工程が増加するという問題は解消さ
れていない。また、後者の太陽電池では、ユニットセル
と同時にバイパスダイオードを形成することはできる
が、基板上にバイパスダイオードを形成するためのスペ
ースが必要となり、小型化が阻害される。

【００１８】本発明は、上記に鑑み、日陰になったとき
に生じる逆バイアス電圧負荷によるユニットセルの特性
低下をバイパスダイオードを形成することなく回避でき
る太陽電池の提供を目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、絶縁基板に、透明導電層、光電変換層、裏面電極
層が順に積層されてユニットセルが形成され、隣接する
ユニットセルの各層同士を絶縁分割するための加工溝が
各層間にそれぞれ形成され、透明導電層が、隣接するユ
ニットセルの裏面電極層に電気的に直列接続された太陽
電池において、ユニットセルが日陰になったときにユニ
ットセル内部に発生する逆バイアス電圧負荷を緩和する
ため、透明導電層間の加工溝と光電変換層間の加工溝と
を重ね、光電変換層では、その加工溝の近傍部分にバイ
パス導通路が形成されたものである。

【００２０】このバイパス導通路は、透明導電層間の加
工溝内にある光電変換層が結晶化されて成る。そして、
透明導電層間の加工溝と光電変換層間の加工溝とが重な
る幅は、透明導電層間の加工溝幅の５〜８５％であれ
ば、バイパス機能を果たせるだけの導通効果が得られ、
日陰時の逆バイアス電圧負荷を緩和できる。

【００２１】そして、絶縁基板上に透明導電層、光電変
換層、裏面電極層を順に積層しながら、各層を絶縁分割
するための加工溝を形成するパターニング加工を行うこ
とにより複数のユニットセルを形成するが、光電変換層
を絶縁分割するとき、透明導電層における加工溝に重な
るように光電変換層にレーザ光を照射し、レーザ加工時
の熱により光電変換層における加工溝近傍の部分が結晶
化されて、光電変換層内にバイパス導通路が形成され
て、上記の太陽電池が製造される。

【００２２】他の課題解決手段は、裏面電極層間の加工
溝にバイパス導通路が形成されたものである。このバイ
パス導通路は、裏面電極層間の加工溝直下にある光電変
換層の一部が結晶化されて成る。

【００２３】そして、裏面電極層にレーザ光を照射して
絶縁分割するとき、レーザ加工時の熱により裏面電極層
における加工溝近傍の光電変換層内にバイパス導通路が
形成されて、上記の太陽電池が製造される。

【００２４】また、他の製造方法として、裏面電極層上
にレジストを塗布し、レーザ光を照射してレジストを除
去し、このレーザ加工時の熱により光電変換層にバイパ
ス導通路を形成し、レジストが除去された部分の裏面電
極層をエッチングにより除去して加工溝を形成して、上
記の太陽電池を製造する。

【００２５】なお、レーザ光として、面内エネルギー密
度が均一なレーザ光を使用することが好ましい。これに
より、加工溝近傍における光電変換層を確実に結晶化で
き、導通効果を有するバイパス機能を付与できる。

【００２６】このように、光電変換層にバイパス導通路
を形成することにより、その導通効果によって逆バイア
ス電圧が印加されたとき隣接するユニットセルに電流を
逃がすバイパス機能を有せしめることができるので、日
陰時にユニットセルに印加される逆バイアス電圧負荷を
緩和し、光電変換層に印加される逆バイアス電圧が破壊
しきい値を越えないようにできる。また、日陰となった
ユニットセルに再び太陽光が照射されても非可逆な特性
劣化を生じさせず、長時間の使用に耐える太陽電池を提
供でき、信頼性の向上を図れる。

【００２７】そして、太陽電池におけるユニットセル
が、ｐｉｎ構造からなる単層の非晶質半導体の光電変換
層を有する場合、隣接するユニットセル間の抵抗が１０
０Ω・ｃｍ^２以上、１ＭΩ・ｃｍ^２以下とされる。ま
た、ユニットセルが、ｐｉｎ構造からなる非晶質半導体
を複数積層した光電変換層を有する場合、隣接するユニ
ットセル間の抵抗が１ＫΩ・ｃｍ^２以上、１０ＭΩ・ｃ
ｍ^２以下とされる。

【００２８】このようにすることにより、ユニットセル
の一部が日陰になったとき、ユニットセル内部に発生す
る逆バイアス電圧を緩和して、光電変換層の破損を回避
することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の集積型薄膜太陽電
池の実施形態について説明する。図１は第１実施形態の
太陽電池の断面図である。この太陽電池では、絶縁基板
１０上に、透明導電層１１、光電変換層１２、裏面電極
層１３が順に積層されてユニットセル１が形成され、隣
接するユニットセル１において、透明導電層１１間にこ
れらを絶縁分割する第１加工溝（第１スクライブ溝）１
４が形成され、同様に光電変換層１２間に第２加工溝
（第２スクライブ溝）１５、裏面電極層１３間に第３加
工溝（第３スクライブ溝）１６がそれぞれ形成され、複
数のユニットセル１となる。そして、透明導電層１１が
隣接するユニットセル１の裏面電極層１３に電気的に直
列接続されることにより、集積構造を成す。

【００３０】また、太陽電池では、ユニットセル１内部
に発生する逆バイアス電圧負荷を緩和するために、透明
導電層１１間の第１スクライブ溝１４と光電変換層１２
間の第２スクライブ溝１５とが重なり、光電変換層１２
では、その第２スクライブ溝１５の近傍部分にバイパス
導通路１７が形成されている。

【００３１】このバイパス導通路１７がその上に積層さ
れた裏面電極層１３と電気的に接続されることにより、
隣接するユニットセル１の光電変換層１２同士が導通さ
れ、バイパス機能を得ることになる。したがって、バイ
アス導通路１７から裏面電極層１３を介して、日陰にな
ったときに生じる逆バイアス電圧による電流を順次隣接
するユニットセル１に逃がすことができるので、日陰時
に光電変換層１２の破壊しきい値を越える逆バイアス電
圧が印加されることはなく、ユニットセル１に印加され
る逆バイアス電圧負荷を緩和でき、非可逆な特性低下を
防止できる。

【００３２】次に、上記の太陽電池の製造方法を説明す
る。絶縁基板１０としては透光性を有するもので、厚さ
１．１ｍｍ、屈折率１．５のガラス板を用い、まず、そ
の片面に、常圧ＣＶＤ法によって屈折率１．５のＳｉＯ
_２からなる下地層１８を１００ｎｍの厚さに積層する。
このとき、基板温度は５００℃にする。

【００３３】下地層１８の上に常圧ＣＶＤ法でＳｎＯ_２
を積層し、ヘイズ率１２〜１５％のテクスチュア構造を
持つ厚さ１μｍの透明導電層１１を積層する。このと
き、基板温度を５００℃とし、原料ガスとしてＳｎＣｌ
_２を２５ｌ／ｍｉｎ、ドーピングガスとしてＨＦを１ｌ
／ｍｉｎ、酸化反応のためにＨ_２Ｏを０．２ｌ／ｍｉｎ
流す。この透明導電層１１のシート抵抗は１０Ω／□で
ある。

【００３４】次いで、透明導電層１１をレーザースクラ
イブ法によりパターニング加工（第１スクライブ加工）
して、短冊状に絶縁分割する。パターニング加工は、具
体的にはＱスイッチ発振Ｎｄ−ＹＡＧレーザ光の基本波
（１．０６４μｍ）を繰り返し周波数５ｋＨｚ、走査速
度２００ｍｍ／ｓｅｃ、加工面出力５００Ｗ／ｍｍ^２で
加工ステージに載置された基板１０に照射して行い、第
１スクライブ溝１４の幅を５０μｍにする。

【００３５】パターニング加工を施した透明導電層１１
の上に、ｐ，ｉ，ｎの３層構造を有する非晶質半導体の
光電変換層１２を形成する。まず、プラズマＣＶＤ装置
中に上記の基板１０を置き、基板温度を２００℃にし
て、反応ガスとしてモノシランガスを流量３０ｓｃｃ
ｍ、メタンガスを流量３５．６ｓｃｃｍ、水素ガスを流
量１６０ｓｃｃｍ、ドーピングガスとして０．６％水素
希釈のジボランガスを流量０．０６ｓｃｃｍで流し、ｐ
層を１０ｎｍの厚さに積層する。このときの反応圧力は
０．３２ｔｏｒｒである。

【００３６】続いて、基板温度を２００℃に保持し、反
応ガスとしてモノシランガスを流量６０ｓｃｃｍ、水素
ガスを流量２０ｓｃｃｍで流し、ｉ層を１３０ｎｍの厚
さに積層する。このときの反応圧力は０．１２ｔｏｒｒ
である。

【００３７】さらに、基板温度を２００℃に保持し、反
応ガスとしてモノシランガスを流量６０ｓｃｃｍ、水素
ガスを流量２０ｓｃｃｍ、ドーピングガスとして２％水
素希釈のホスフィンガスを０．３５ｓｃｃｍで流し、ｎ
層を１００ｎｍの厚さに積層する。

【００３８】なお、図２に示す２段のｐｉｎ構造を積層
したタンデム構造の場合、上記の積層した第１段目のｐ
ｉｎ構造の上に、第２段目のｐ層とｉ層を第１段目と同
じ条件で積層し、第２段目のｎ層を反応ガスとしてモノ
シランガスを流量３０ｓｃｃｍ、水素ガスを流量１６０
ｓｃｃｍ、ドーピングガスとして０．６％水素希釈のホ
スフィンガスを１０ｓｃｃｍで流して１００ｎｍの厚さ
に積層し、第２段目のｐｉｎ構造を形成してタンデム構
造とする。

【００３９】このように形成されたａ−Ｓｉ；Ｈよりな
る非晶質半導体の光電変換層１２を、第１スクライブ溝
１４から平行にずらした位置において、レーザスクライ
ブ法によりパターニング加工（第２スクライブ加工）し
て絶縁分割する。このとき照射するレーザ光はＮｄ−Ｙ
ＡＧレーザ、エキシマレーザのいずれでもよいが、Ｎｄ
−ＹＡＧレーザを使用すれば、保守も容易でランニング
コストも低くなる。

【００４０】具体的には、Ｑスイッチ発振Ｎｄ−ＹＡＧ
（１．０６４μｍ）レーザの第２高調波（０．５３２μ
ｍ）あるいはＱスイッチ発振Ｎｄ−ＹＡＧ（１．３１９
μｍ）レーザの第２高調波（０．６６０μｍ）や、Ｑス
イッチ発振Ｎｄ−ＹＬＦ（１．３２１μｍ）レーザの第
２高調波（０．６６１μｍ）を透明導電層１１や光電変
換層１２を積層していない絶縁基板１０側から、繰り返
し周波数５ｋＨｚ、走査速度２００ｍｍ／ｓｅｃ、加工
面出力１００Ｗ／ｍｍ^２で照射し、幅５０μｍの第２ス
クライブ溝１５を形成する。

【００４１】実際の加工では、光電変換層１２を下にし
て絶縁基板１０を設置し、太陽電池の光入射側となる絶
縁基板１０の表面側からレーザ光を照射する。このよう
にして加工を行うと、レーザ光でアブレーションされた
非晶質半導体は落下して除去されるため、非晶質半導体
が第２スクライブ溝１５に再付着することがなく、加工
不良が生じない。

【００４２】そして、レーザ光は、結像光学系によって
断面が矩形で１パルスの面内エネルギー密度が均一に調
整され、そのパルス幅が４０ｎｓ〜１２０ｎｓとされ
る。これは、レーザ発振器から射出されたエネルギー密
度がガウス分布のレーザ光をビームエキスパンダにより
拡大し、エネルギー密度が低い周辺部をスリット等によ
り除去することにより、矩形で面内密度が均一なレーザ
光（結像光学系レーザ光）を得ることができる。これに
より、下地の透明導電層１１を損傷させずに光電変換層
１２だけを選択的加工することができ、ユニットセル１
を直列接続するための透明導電層１１が露出したコンタ
クトラインを第２スクライブ溝１５内に良好に形成でき
る。また、第２スクライブ溝１５のエッジが明瞭に形成
される。

【００４３】ここで、この第２スクライブ溝１５は、下
地の透明導電層１１の第１スクライブ溝１４に一部が重
なるように形成される。すなわち、透明導電層１１の第
１スクライブ溝１４の幅５０μｍに対し、１５μｍ重な
っている。そして、第２スクライブ加工時に、光電変換
層１２の第２スクライブ溝１５の近傍部分が結晶化さ
れ、導通効果を有するバイパス導通路１７となる。この
導通効果は、レーザ加工時の局所的熱加工の結果もたら
されたものであり、第２スクライブ溝１５のエッジから
の距離と共に減衰する。

【００４４】この重なる幅の割合は第１スクライブ溝１
４の幅の５％〜８５％であることが望ましいことが、実
験結果から得られた。重なる割合が少ないと、第１スク
ライブ溝１４中に形成された光電変換層１２の横方向の
距離が長くなるため、結晶化したバイパス導通路１７の
導通減衰によりバイパス機能が得られない。また、重ね
すぎると、導通効果が大きくなりすぎ、実質的に透明導
電層１１のパターニング加工不良と同等となってしまう
ため、集積型薄膜太陽電池のシャントパスリークが大き
くなってしまい、十分な特性が得られない。そのため、
実用上満足できる特性を得るためには、第２スクライブ
溝１５が重なる幅を第１スクライブ溝１４の幅の５％〜
８５％の範囲にするとよい。

【００４５】パターニング加工した光電変換層１２の上
に、スパッタ法によりＺｎＯを３５ｎｍの厚さに積層し
て、裏面透明導電膜１９を形成し、さらにその上にスパ
ッタ法によりＡｇを５００ｎｍの厚さに積層して、裏面
反射金属膜２０を形成する。これらの裏面透明導電膜１
９と裏面反射金属膜２０により裏面電極層１３が構成さ
れる。なお、ここでは、スパッタ法により裏面透明導電
膜１９と裏面反射金属膜２０を形成したが、この方法に
限定されるものではなく、例えばそれぞれの膜を蒸着法
で積層することも可能であり、一方をスパッタ法で積層
し、他方を蒸着法で積層してもよい。

【００４６】次いで、裏面電極層１３において、第１、
第２スクライブ溝１４，１５とは重ならない位置をパタ
ーニング加工して、第３スクライブ溝１６を形成して絶
縁分割する。裏面電極層１３のパターニング方法は、公
知のフォトリソグラフ法、エッチング法、レーザスクラ
イブ法、裏面電極層１３のマスキング形成法等を問わな
い。

【００４７】そして、隣接するユニットセル１の各層同
士がスクライブ溝により絶縁分割されて、集積化したそ
れぞれのユニットセル１において、隣接するユニットセ
ル１間の抵抗（隣接する裏面電極層１３間の分離抵抗）
は、光電変換層１２がａ−Ｓｉ；Ｈの１つのｐｉｎ構造
からなるシングル構造のユニットセル１の場合において
は、１００Ω・ｃｍ^２以上１ＭΩ・ｃｍ^２以下であれば
よい。また、光電変換層１２がａ−Ｓｉ；Ｈ／ａ−Ｓ
ｉ；Ｈまたは、ａ−Ｓｉ；Ｈ／ａ−ＳｉＧｅ；Ｈ等の２
つのｐｉｎ／ｐｉｎ構造からなるタンデム構造のユニッ
トセル１の場合、および光電変換層１２がａ−Ｓｉ；Ｈ
／ａ−ＳｉＧｅ；Ｈ／ａ−ＳｉＧｅ；Ｈ等の３つのｐｉ
ｎ／ｐｉｎ／ｐｉｎ構造からなるトリプル構造のユニッ
トセル１の場合においては、１ＫΩ・ｃｍ^２以上１０Ｍ
Ω・ｃｍ^２以下であればよい。このように抵抗値が上記
範囲内であれば、ユニットセル１内部に発生する逆バイ
アス電圧負荷を緩和するだけのバイパス機能を発揮させ
ることができ、日陰による不可逆な特性劣化を防止する
ことができる。

【００４８】実施例として上記の製造方法により作製し
た３００ｍｍ角の集積型薄膜太陽電池の特性は、ＡＭ
１．５下で、開放電圧６４．６Ｖ、短絡電流０．１８０
Ａ、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）０．６６３、出力７．７１Ｗ
であった。

【００４９】この太陽電池の一部のユニットセル１全面
が日陰となるように、図３のような覆い２１を施す日陰
処理を行う。ここでは、３８段集積のうち、ｐ側から４
段目〜７段目の計４段に、日陰となるように覆い２１を
施す。ＡＭ１．５の疑似太陽光を照射後、覆い２１を外
し、再度太陽電池全面にＡＭ１．５の疑似太陽光を照射
して日陰処理後の特性を測定した。その結果は、開放電
圧６４．５Ｖ、短絡電流０．１８０Ａ、曲線因子（Ｆ．
Ｆ．）０．６６２、出力７．６９Ｗであった。この日陰
処理の前後において、特性の変化は見られなかった。

【００５０】（比較例）集積型薄膜太陽電池の製造方法
において、非晶質半導体の光電変換層１２のパターニン
グ加工を下地の透明導電膜１１の第１スクライブ溝１４
と重ならないようにし、その他は上記実施形態とすべて
同一である３００ｍｍ角の集積型薄膜太陽電池を比較例
として作製した。特性は、ＡＭ１．５下で、開放電圧６
３．８Ｖ、短絡電流０．１８３Ａ、曲線因子（Ｆ．
Ｆ．）０．６６５、出力７．７６Ｗであった。

【００５１】この集積型薄膜太陽電池の一部に、図３の
ような日陰となる覆い２１を施し、ＡＭ１．５の疑似太
陽光を照射後、覆い２１を外し、再度太陽電池全面にＡ
Ｍ１．５の疑似太陽光を照射して特性を測定した結果
は、開放電圧６１．８Ｖ、短絡電流０．１８１Ａ、曲線
因子（Ｆ．Ｆ．）０．６１１、出力６．８３Ｗであっ
た。この場合、日陰処理後には、特性の低下が見られ
た。したがって、光電変換層１２にバイアス導通路１７
を形成することにより、集積型薄膜太陽電池において日
陰による非可逆な特性低下を防ぐことができる。

【００５２】上記の実施例と比較例において、１つのユ
ニットセル１だけに日陰処理を施し、日陰処理前後の特
性の変化を比較した。その結果を表１に示す。また、図
４，５に実施例と比較例の作製時、日陰時、日陰処理後
全面照射時の電流−電圧曲線をそれぞれ示す。実施例の
ものでは、日陰時にバイパス機能が発揮されるので、日
陰を取り去った後の全面照射時も非可逆な特性低下がな
いことがわかる。これに対し、比較例のものでは、日陰
処理後において特性の低下が見られた。

【００５３】

【表１】

【００５４】次に、第２の実施形態の太陽電池を図６に
示す。この太陽電池では、裏面電極層１３間の第３スク
ライブ溝１６に、ユニットセル１内部に発生する逆バイ
アス電圧負荷を緩和するためのバイパス導通路１７が形
成されている。すなわち、第３スクライブ溝１６の直下
に位置する光電変換層１２の一部が、第３スクライブ溝
１６の形成によって結晶化されてバイパス導通路１７と
なる。なお、各スクライブ溝１４，１５，１６はそれぞ
れ重なっておらず、互いにずれている。その他の構成は
上記第１実施形態と同じである。

【００５５】この太陽電池の製造方法は、第１実施形態
の場合と同様に透光性の絶縁基板１０上に、順次透明導
電層１１、光電変換層１２、裏面電極層１３を積層し
て、また各層同士を絶縁分割する。ここで、本実施形態
のバイアス導通路１７を形成するために、裏面電極層１
３に対してその上方からレーザ光を照射してパターニン
グ加工し、第３スクライブ溝１６を形成して絶縁分割す
る。これにより、裏面反射金属膜２０のＡｇと裏面透明
導電膜１９のＺｎＯが除去され、裏面電極層１３を絶縁
分割する第３スクライブ溝１６が形成されると同時に、
このスクライブ溝１６直下の光電変換層１２がレーザ光
の熱影響により結晶化されて、導通効果を有し、バイパ
ス機能を有するバイパス導通路１７が形成される。すな
わち、バイパス導通路１７は、レーザ光により光電変換
層１２を意図的に結晶化することにより形成されてい
る。

【００５６】レーザ光としては、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ光
を照射し、レーザ光の照射位置は、第２スクライブ溝１
５から第１スクライブ溝１４とは逆方向に平行にずらし
た位置である。具体的には、Ｑスイッチ発振Ｎｄ−ＹＡ
Ｇレーザの第４高調波（ＦＨＧ：０．２６６μｍ）を繰
り返し周波数５ｋＨｚ、走査速度１２５ｍｍ／ｓｅｃ、
加工面出力４５Ｗ／ｍｍ^２、または繰り返し周波数７ｋ
Ｈｚ、走査速度１３０ｍｍ／ｓｅｃ、加工面出力６０Ｗ
／ｍｍ^２で照射する。あるいは、Ｑスイッチ発振Ｎｄ−
ＹＡＧレーザの第３高調波（ＴＨＧ：０．３５５μｍ）
を照射してもよい。また、このレーザ光は、第１実施形
態で述べたような断面が矩形で面内エネルギー密度が均
一なビームを用いる。

【００５７】また、第１実施形態と同様、太陽電池はシ
ングル構造に限らず、図７に示すようなタンデム構造、
さらにはトリプル構造としてもよい。このとき、集積化
したそれぞれのユニットセル１間の抵抗値は、シングル
構造のユニットセル１の場合においては、１００Ω・ｃ
ｍ^２以上１ＭΩ・ｃｍ^２以下であればよい。また、タン
デム構造のユニットセル１およびトリプル構造のユニッ
トセル１の場合においては、１ＫΩ・ｃｍ^２以上１０Ｍ
Ω・ｃｍ^２以下であればよい。このように抵抗値が上記
範囲内であれば、ユニットセル１内部に発生する逆バイ
アス電圧負荷を緩和するだけのバイパス機能を発揮させ
ることができ、日陰による不可逆な特性劣化を防止する
ことができる。

【００５８】なお、レーザ光により裏面電極層１３を絶
縁分割する際に、アブレーションにより生じた裏面透明
導電膜１９や裏面反射金属膜２０の残屑が第３スクライ
ブ溝１６内に再付着すると、これによる微少な導通を利
用することも可能であり、バイパス機能が得られる。し
たがって、日陰による逆バイアス電圧印加時に、光電変
換層１２が破壊されたり、非可逆に特性低下となること
を防止できる。

【００５９】実施例としてこのように作製した３００ｍ
ｍ角の集積型薄膜太陽電池の特性は、ＡＭ１．５下で、
開放電圧６４．６Ｖ、短絡電流０．１８０Ａ、曲線因子
（Ｆ．Ｆ．）０．６６３、出力７．７１Ｗであった。

【００６０】そして、この太陽電池の一部のユニットセ
ル１全面が日陰となるように、図３のような覆い２１を
施す日陰処理を行う。ここでは、３８段集積のうち、ｐ
側から４段目〜７段目の計４段に、覆い２１を施す。Ａ
Ｍ１．５の疑似太陽光を照射後、覆い２１を外し、再度
太陽電池全面にＡＭ１．５の疑似太陽光を照射して日陰
処理後の特性を測定した。その結果は、開放電圧６４．
５Ｖ、短絡電流０．１８０Ａ、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）
０．６６２、出力７．６９Ｗであった。この日陰処理の
前後において、特性の変化は見られなかった。

【００６１】また、他の方法による第３スクライブ加工
について説明する。図８（ａ）に示すように、裏面電極
層１３上にレジスト２２を塗布し、図８（ｂ）に示すよ
うに、レーザ光を照射してレジスト２２だけにレーザ光
を吸収させ、裏面反射金属膜２０でレーザ光を反射させ
て、レジスト２２のみを除去してパターニング加工す
る。その後、図８（ｃ）に示すように、レジスト２２が
除去された部分の裏面電極層１３を化学エッチングによ
り除去して、第３スクライブ溝１６を形成する。このレ
ーザ加工時の熱により光電変換層１２に、ユニットセル
１内部に発生する逆バイアス電圧負荷を緩和するための
バイパス導通路１７が形成される。

【００６２】具体的には、裏面電極層１３のパターニン
グ加工は、この上にエポキシ系レジスト２２をスプレー
塗布、乾燥し、レジスト面側からＱスイッチ発振Ｎｄ−
ＹＡＧレーザの第２高調波（ＳＨＧ：０．５３２μｍ）
を繰り返し周波数５ｋＨｚ、走査速度３００ｍｍ／ｓｅ
ｃ、加工面出力６０Ｗ／ｍｍ^２で照射し、レジスト２２
のみを除去して開溝する。このとき、裏面反射金属膜２
０であるＡｇによりレーザ光は反射され、裏面電極層１
３は損傷しない。しかしながら、レーザパワーやＱ周波
数、走査速度を調整することにより、裏面反射金属膜２
０を損傷させずに下地の非晶質半導体の光電変換層１２
を微少に結晶化することができる。レジスト２２のみを
開溝した後、アンモニア過水（ＳＣｌ）等で裏面電極層
１３をエッチング除去するパターニング加工により第３
スクライブ溝１６を形成する。その他は第１実施形態と
すべて同じ製造方法であり、逆バイアス電圧負荷緩和の
ためのバイパス機能をもつ集積型薄膜太陽電池を作製で
きる。

【００６３】このときのユニットセル１間の抵抗（隣接
する裏面電極層１３間の分離抵抗）は、第１実施形態で
述べた通りの範囲がよく、上記の製造方法によって任意
に調整できる。このようにして作製した３００ｍｍ角の
集積型薄膜太陽電池の特性は、上記実施例の太陽電池と
ほぼ同等で、日陰処理を施した場合のバイパス機能によ
る効果も同等であった。

【００６４】（比較例）集積型薄膜太陽電池の製造方法
において、第２実施形態のものとすべて同じ製造方法で
作製したが、裏面電極層１３のパターニング加工におい
て、隣接するユニットセル１間の抵抗値を１０ＭΩ・ｃ
ｍ^２以上になるように集積化した３００ｍｍ角の集積型
薄膜太陽電池を比較例として作製した。特性は、ＡＭ
１．５下で、開放電圧６３．８Ｖ、短絡電流０．１８３
Ａ、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）０．６６５、出力７．７６Ｗ
であった。

【００６５】この集積型薄膜太陽電池の一部に、図３の
ような日陰となる覆い２１を施し、ＡＭ１．５の疑似太
陽光を照射後、覆い２１を外し、再度太陽電池全面にＡ
Ｍ１．５の疑似太陽光を照射して特性を測定した結果
は、開放電圧６１．８Ｖ、短絡電流０．１８１Ａ、曲線
因子（Ｆ．Ｆ．）０．６１１、出力６．８３Ｗであっ
た。この場合、日陰処理後には、特性の低下が見られ
た。したがって、バイアス導通路１７を形成することに
より、集積型薄膜太陽電池において日陰による非可逆な
特性低下を防ぐことができる。

【００６６】また、１つのユニットセル１だけに日陰処
理を施し、日陰処理前後の特性の変化を比較した。その
結果は、表１および図４，５に示したものと同じであ
る。すなわち、実施例のものでは、日陰時にバイパス機
能が発揮されるので、日陰を取り去った後の全面照射時
も非可逆な特性低下がないことがわかる。これに対し、
比較例のものでは、日陰処理後において特性の低下が見
られた。

【００６７】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多く
の修正および変更を加え得ることは勿論である。各実施
形態では、すべてのユニットセル間においてバイアス導
通路を形成したが、任意のユニットセル間にのみバイア
ス導通路を形成してもよい。すなわち、複数のユニット
セル全面が日陰となり、かつ日陰となるユニットセルの
数と１ユニットセルの発電電圧の積が太陽電池の光電変
換層の逆バイアス破壊しきい値を越えるような場合に備
えて、光電変換層の逆バイアス破壊しきい電圧を１ユニ
ットセルの発電電圧で割った商以下の数毎に、第１スク
ライブ溝あるいは第３スクライブ溝にバイパス導通路を
形成して、逆バイアス電圧防止用のバイパス機能を持た
せることにより、非可逆な特性低下となることを防止す
ることができる。

【００６８】また、絶縁基板上に裏面電極層、光電変換
層、透明導電層が順に積層されてなる太陽電池に、上記
のバイパス導通路を形成してもよい。

【００６９】また、第２スクライブ溝の加工時にバイパ
ス導通路を形成する場合、先に第２スクライブ溝を形成
してから、第２スクライブ溝のエッジから必要な幅だけ
レーザ光を照射して、光電変換層を直接結晶化させてバ
イパス導通路を形成してもよい。これにより、太陽電池
の特性に合わせて任意に導通効果の大きさを設定するこ
とが可能となる。

【００７０】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、透明導電層間の加工溝と光電変換層間の加工溝
とが重なるように形成して、光電変換層の加工溝の近傍
部分にバイパス導通路を形成したり、あるいは裏面電極
層の加工溝にバイパス導通路を形成することにより、日
陰になったときユニットセル内部に逆バイアス電圧が発
生しても、隣接するユニットセルに電流を逃がすことが
できる。

【００７１】そのため、逆バイアス電圧負荷を緩和し
て、光電変換層の破壊しきい値を越える逆バイアス電圧
が印加されることを防止でき、光電変換層の破損を防げ
る。また、日陰となったユニットセルに再び太陽光が照
射されても非可逆な特性低下を生じさせず、長期間の使
用に耐え、かつ信頼性を向上させた集積型太陽電池を提
供することができる。

【００７２】しかも、これらのバイパス導通路は、レー
ザ光の照射による光電変換層の加工溝の形成時あるいは
裏面電極層の加工溝の形成時に同時に形成されるので、
太陽電池の一連の製造工程中に形成することができ、別
の工程を追加することなく簡単に製造することができ
る。そして、従来のようにバイパスダイオードを新たに
設ける必要がなく、太陽電池の小型化を阻害することも
ない。

【００７３】また、バイパス導通路をすべてのユニット
セル間において形成しておくと、どのような形態の日陰
になっても、逆バイアス電圧負荷による光電変換層の破
損や非可逆な特性低下を防止することができる。ただ
し、任意のユニットセル間において形成してもよく、こ
の場合でもその配置を適切に決定すれば、十分なバイパ
ス機能を持たせることができ、その効果を発揮させるこ
とができる。

【００７４】ここで、透明導電層間の加工溝と光電変換
層間の加工溝とが重なる幅は、透明導電層間の加工溝幅
の５〜８５％とすることにより、良好な導通効果が得ら
れ、日陰時の逆バイアス電圧による非可逆な特性劣化を
防ぐことができる。特に、重ね過ぎると、導通効果が大
きくなりすぎ、過大なシャントパスリークによる太陽電
池の特性を低下を招くことになるが、上記の範囲内であ
れば、十分な特性を維持できる。

【００７５】また、太陽電池は、光電変換層が１層のシ
ングル構造、あるいは２層，３層の複数に積層した構造
であるので、隣接するユニットセル間の抵抗をそれぞれ
の構造に応じてある範囲に設定するようにすれば、有効
にバイパス機能を発揮させることができ、確実に逆バイ
アス電圧による光電変換層の破損防止および非可逆な特
性低下の防止を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の太陽電池の断面図

【図２】同じくタンデム構造の太陽電池の断面図

【図３】一部のユニットセルが日陰にされた太陽電池の
概念図

【図４】本発明の実施例の太陽電池における電流−電圧
曲線を示す図であり、（ａ）は初期時、（ｂ）は日陰
時、（ｃ）は日陰処理後全面照射時

【図５】比較例の太陽電池における電流−電圧曲線を示
す図であり、（ａ）は初期時、（ｂ）は日陰時、（ｃ）
は日陰処理後全面照射時

【図６】第２実施形態の太陽電池の断面図

【図７】同じくタンデム構造の太陽電池の断面図

【図８】同じく太陽電池の他の製造方法による過程を示
す図であり、（ａ）はレジストを塗布したとき、（ｂ）
はレジストを除去したとき、（ｃ）は第３スクライブ溝
を形成したとき

【図９】太陽電池の各種の日陰パターンを示す図

【図１０】従来のバイパスダイオードを設けた太陽電池
の概略図

【符号の説明】

１ユニットセル１０絶縁基板１１透明導電層１２光電変換層１３裏面電極層１４第１スクライブ溝１５第２スクライブ溝１６第３スクライブ溝１７バイパス導通路１９裏面透明導電膜２０裏面反射金属膜２２レジスト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板に、透明導電層、光電変換層、
裏面電極層が順に積層されてユニットセルが形成され、
隣接するユニットセルの各層同士を絶縁分割するための
加工溝が各層間にそれぞれ形成され、前記透明導電層
が、隣接するユニットセルの裏面電極層に電気的に直列
接続された太陽電池において、前記透明導電層間の加工
溝と前記光電変換層間の加工溝とは重なり、前記光電変
換層では、その加工溝の近傍部分に、ユニットセル内部
に発生する逆バイアス電圧負荷を緩和するためのバイパ
ス導通路が形成されたことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】バイパス導通路は、透明導電層間の加工
溝内にある光電変換層が結晶化されて成ることを特徴と
する請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】透明導電層間の加工溝と光電変換層間の
加工溝とが重なる幅は、透明導電層間の加工溝幅の５〜
８５％とされたことを特徴とする請求項１または２記載
の太陽電池。
【請求項４】絶縁基板に、透明導電層、光電変換層、
裏面電極層が順に積層されてユニットセルが形成され、
隣接するユニットセルの各層同士を絶縁分割するための
加工溝が各層間にそれぞれ形成され、前記透明導電層
が、隣接するユニットセルの裏面電極層に電気的に直列
接続された太陽電池において、前記裏面電極層間の加工
溝に、ユニットセル内部に発生する逆バイアス電圧負荷
を緩和するためのバイパス導通路が形成されたことを特
徴とする太陽電池。
【請求項５】バイパス導通路は、裏面電極層間の加工
溝直下にある光電変換層の一部が結晶化されて成ること
を特徴とする請求項４記載の太陽電池。
【請求項６】ユニットセルは、ｐｉｎ構造からなる単
層の非晶質半導体の光電変換層を有し、隣接するユニッ
トセル間の抵抗が１００Ω・ｃｍ^２以上、１ＭΩ・ｃｍ
^２以下とされたことを特徴とする請求項１または４記載
の太陽電池。
【請求項７】ユニットセルは、ｐｉｎ構造からなる非
晶質半導体を複数積層した光電変換層を有し、隣接する
ユニットセル間の抵抗が１ＫΩ・ｃｍ^２以上、１０ＭΩ
・ｃｍ^２以下とされたことを特徴とする請求項１または
４記載の太陽電池。
【請求項８】バイパス導通路は、ユニットセル間の任
意の加工溝に形成されたことを特徴とする請求項１また
は４記載の太陽電池。
【請求項９】絶縁基板上に透明導電層、光電変換層、
裏面電極層を順に積層しながら、各層を絶縁分割するた
めの加工溝を形成するパターニング加工を行うことによ
り複数のユニットセルを形成し、前記透明導電層を隣接
するユニットセルの裏面電極層に電気的に直列接続する
太陽電池の製造方法において、前記光電変換層を絶縁分
割するとき、前記透明導電層における加工溝に重なるよ
うに前記光電変換層にレーザ光を照射し、レーザ加工時
の熱により前記光電変換層における加工溝近傍に、ユニ
ットセル内部に発生する逆バイアス電圧負荷を緩和する
ためのバイパス導通路を形成することを特徴とする太陽
電池の製造方法。
【請求項１０】透光性を有する絶縁基板の裏面にユニ
ットセルを形成し、前記絶縁基板の表面からレーザ光を
照射してバイパス導通路を形成することを特徴とする請
求項９記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】絶縁基板上に透明導電層、光電変換
層、裏面電極層を順に積層しながら、各層を絶縁分割す
るための加工溝を形成するパターニング加工を行うこと
により複数のユニットセルを形成し、前記透明導電層を
隣接するユニットセルの裏面電極層に電気的に直列接続
する太陽電池の製造方法において、前記裏面電極層にレ
ーザ光を照射して絶縁分割するとき、レーザ加工時の熱
により前記裏面電極層における加工溝近傍の前記光電変
換層内に、ユニットセル内部に発生する逆バイアス電圧
負荷を緩和するためのバイパス導通路を形成することを
特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１２】レーザ光として、面内エネルギー密度
が均一なレーザ光を使用することを特徴とする請求項９
または１１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１３】絶縁基板上に透明導電層、光電変換
層、裏面電極層を順に積層しながら、各層を絶縁分割す
るための加工溝を形成するパターニング加工を行うこと
により複数のユニットセルを形成し、前記透明導電層を
隣接するユニットセルの裏面電極層に電気的に直列接続
する太陽電池の製造方法において、前記裏面電極層上に
レジストを塗布し、レーザ光を照射して前記レジストを
除去し、このレーザ加工時の熱により前記光電変換層
に、ユニットセル内部に発生する逆バイアス電圧負荷を
緩和するためのバイパス導通路を形成し、前記レジスト
が除去された部分の前記裏面電極層をエッチングにより
除去して加工溝を形成することを特徴とする太陽電池の
製造方法。