JP2006165338A - Integrated thin-film solar cell and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜状の光吸収層を含む薄膜太陽電池が直列接続された集積型薄膜太陽電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an integrated thin-film solar cell in which thin-film solar cells including a thin-film light absorption layer are connected in series, and a method for manufacturing the same.
従来、複数の薄膜太陽電池(ユニットセル)が直列接続された集積型薄膜太陽電池が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, various integrated thin film solar cells in which a plurality of thin film solar cells (unit cells) are connected in series have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
従来の集積型薄膜太陽電池の製造方法について、図7A〜Eを参照して説明する。まず、図7Aに示すように、ガラス基板等からなる基板101上に、スパッタリング法等によりMo等からなる第1電極膜102を形成する。続いて、レーザ等を用いて、第1電極膜102を貫通する分割溝102aを形成する。
A conventional method for manufacturing an integrated thin film solar cell will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 7A, a
次に、図7Bに示すように、第1電極膜102上及び分割溝102a内に、蒸着法、スパッタリング法、化学析出法等の手段により、半導体膜103を形成する。半導体膜103としては、例えばIb族元素、IIIb族元素及びVIb族元素を含む化合物半導体(カルコパイライト構造半導体)であるCuInSe2(以下、「CIS」ともいう)や、これにGaを固溶させたCuIn(1−X)GaXSe2(Xは0<X<1の間の実数、以下、「CIGS」ともいう)を含むものが使用できる。
Next, as shown in FIG. 7B, a
次に、図7Cに示すように、メカニカルパターニング法等により、半導体膜103を貫通し、かつ分割溝102aに沿って分割溝103aを形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, the
続いて、図7Dに示すように、半導体膜103上及び分割溝103a内に、スパッタリング法等により第2電極膜104を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 7D, a
そして、図7Eに示すように、メカニカルパターニング法等により、第2電極膜104及び半導体膜103を貫通し、かつ分割溝103aに沿って分割溝104aを形成する。これにより、各ユニットセル105の第2電極膜104と、これに隣接するユニットセル105の第1電極膜102とが接続され、複数のユニットセル105が直列接続された集積型薄膜太陽電池100が得られる。
しかしながら、上述した製造方法では、分割溝103aを形成する際(図7C参照)、分割溝102aを塞ぐ半導体膜103の一部103bが剥離する場合がある。特にCISやCIGSを含む半導体膜103を使用する場合は、メカニカルパターニング法で半導体膜103の一部(分割溝103aに相当する部分)を除去するため、チッピングによる剥離が起きやすい。分割溝102aを塞ぐ半導体膜103の一部103bが剥離すると、第2電極膜104を積層した際に、隣接する第1電極膜102同士が、第2電極膜104を介して短絡したり、隣接する第2電極膜104同士が、第1電極膜102を介して短絡したりする場合がある。前記短絡を避けるため、通常は、分割溝103aを形成する際に、マージンを設けて半導体膜103の一部を除去している。そのため、従来の集積型薄膜太陽電池100では、非発電領域が増加し、単位面積当たりの光電変換効率の向上が妨げられていた。
However, in the manufacturing method described above, when the
本発明は、前記課題を解決するために、電極間の短絡を防止した上で、非発電領域を低減させることができる集積型薄膜太陽電池及びその製造方法を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides an integrated thin-film solar cell that can reduce a non-power generation region while preventing a short circuit between electrodes, and a method for manufacturing the same.
本発明の集積型薄膜太陽電池は、直列接続された複数のユニットセルと、前記複数のユニットセルが設けられた基板とを含む集積型薄膜太陽電池であって、
前記基板上に順次積層された第1電極膜、半導体膜及び第2電極膜を含み、
前記複数のユニットセルのそれぞれは、第1分割溝により分割された前記第1電極膜と、第2分割溝により分割された前記半導体膜と、第3分割溝により分割された前記第2電極膜とを含む積層体から構成されており、
前記第1分割溝は、前記第1電極膜を貫通し、かつ前記基板の一部を除去して形成されており、
前記第2分割溝は、前記半導体膜を貫通し、かつ前記第1分割溝に沿って形成されており、
前記第3分割溝は、前記第2電極膜を貫通し、かつ前記第2分割溝に沿って形成されており、
前記第1分割溝内において、少なくとも前記第2分割溝側に位置する側端部は、前記基板の一部が除去されていることを特徴とする。
The integrated thin film solar cell of the present invention is an integrated thin film solar cell including a plurality of unit cells connected in series and a substrate provided with the plurality of unit cells,
Including a first electrode film, a semiconductor film and a second electrode film sequentially stacked on the substrate;
Each of the plurality of unit cells includes the first electrode film divided by a first dividing groove, the semiconductor film divided by a second dividing groove, and the second electrode film divided by a third dividing groove. And a laminated body including
The first dividing groove penetrates the first electrode film and is formed by removing a part of the substrate.
The second dividing groove penetrates the semiconductor film and is formed along the first dividing groove,
The third divided groove penetrates the second electrode film and is formed along the second divided groove,
A part of the substrate is removed from at least a side end located on the second dividing groove side in the first dividing groove.
本発明の集積型薄膜太陽電池の製造方法は、
基板上に第1電極膜を形成し、
前記第1電極膜を貫通し、かつ前記基板の一部を除去して、少なくとも側端部の一方において前記基板の一部が除去された第1分割溝を形成し、
前記第1電極膜上及び前記第1分割溝内に半導体膜を形成し、
前記半導体膜を貫通し、かつ前記第1分割溝内において前記基板の一部が除去された側端部に沿って第2分割溝を形成し、
前記半導体膜上及び前記第2分割溝内に第2電極膜を形成し、
前記第2電極膜を貫通し、かつ前記第2分割溝に沿って第3分割溝を形成する集積型薄膜太陽電池の製造方法である。
The manufacturing method of the integrated thin film solar cell of the present invention is as follows.
Forming a first electrode film on the substrate;
Penetrating the first electrode film and removing a part of the substrate to form a first dividing groove in which a part of the substrate is removed at least at one of the side edges,
Forming a semiconductor film on the first electrode film and in the first dividing groove;
Forming a second dividing groove along a side end portion penetrating the semiconductor film and having a portion of the substrate removed in the first dividing groove;
Forming a second electrode film on the semiconductor film and in the second dividing groove;
It is a manufacturing method of the integrated thin film solar cell which penetrates the said 2nd electrode film and forms a 3rd division groove along the said 2nd division groove.
本発明の集積型薄膜太陽電池及びその製造方法によれば、第2分割溝を形成する際、第1分割溝内に形成された半導体膜の一部の剥離を防止することができるため、電極間の短絡を防止した上で、非発電領域を低減させることができる集積型薄膜太陽電池を提供できる。これにより、例えば集積型薄膜太陽電池の単位面積当たりの光電変換効率を向上させることができる。 According to the integrated thin film solar cell and the method of manufacturing the same of the present invention, when forming the second divided groove, it is possible to prevent part of the semiconductor film formed in the first divided groove from being peeled off. It is possible to provide an integrated thin film solar cell that can reduce the non-power generation region while preventing a short circuit therebetween. Thereby, for example, the photoelectric conversion efficiency per unit area of the integrated thin film solar cell can be improved.
本発明の集積型薄膜太陽電池は、直列接続された複数のユニットセルと、複数のユニットセルが設けられた基板とを含む集積型薄膜太陽電池であって、基板上に順次積層された第1電極膜、半導体膜及び第2電極膜を含む。 The integrated thin-film solar battery of the present invention is an integrated thin-film solar battery including a plurality of unit cells connected in series and a substrate provided with the plurality of unit cells. An electrode film, a semiconductor film, and a second electrode film are included.
基板としては、第1電極膜や半導体膜との間で電気的な絶縁を保つことができる限り特に限定されず、例えばガラス基板、金属層の表面に電気絶縁膜が形成された基板、金属層の表面が電気絶縁処理された基板等が使用できる。金属層の表面に電気絶縁膜が形成された基板の具体例としては、ステンレス鋼等からなる金属層上に、400℃以上の温度で融解したSiO2、Al2O3等の無機材料をコーティングすることによって、ガラス質の電気絶縁膜を形成したもの等が挙げられる。また、金属層の表面が電気絶縁処理された基板の具体例としては、ゾル・ゲル基板や金属琺瑯基板等が挙げられる。また、基板の厚みは、例えば50〜500μmとすればよい。 The substrate is not particularly limited as long as electrical insulation can be maintained between the first electrode film and the semiconductor film. For example, a glass substrate, a substrate in which an electrical insulating film is formed on the surface of a metal layer, a metal layer A substrate or the like whose surface is electrically insulated can be used. As a specific example of a substrate in which an electric insulating film is formed on the surface of a metal layer, an inorganic material such as SiO 2 or Al 2 O 3 melted at a temperature of 400 ° C. or higher is coated on a metal layer made of stainless steel or the like. By doing so, the thing etc. which formed the vitreous electrical insulating film are mentioned. Specific examples of the substrate on which the surface of the metal layer is electrically insulated include a sol / gel substrate and a metal cage substrate. Moreover, what is necessary is just to let the thickness of a board | substrate be 50-500 micrometers, for example.
第1電極膜及び第2電極膜の材料としては、一般に太陽電池に使用される電極材料が使用できる。例えば、第2電極膜を光の入射側の電極とする場合は、第1電極膜の材料としてMo、Al等が使用でき、第2電極膜の材料として、酸化インジウム−錫(ITO)、SnO2、ZnO等を使用することができる。この場合、第1及び第2電極膜の厚みは、例えばそれぞれ0.3〜2μm及び0.1〜1μmとすればよい。 As materials for the first electrode film and the second electrode film, electrode materials generally used for solar cells can be used. For example, when the second electrode film is an electrode on the light incident side, Mo, Al, etc. can be used as the material of the first electrode film, and indium oxide-tin (ITO), SnO can be used as the material of the second electrode film. 2 , ZnO or the like can be used. In this case, the thickness of the first and second electrode films may be set to, for example, 0.3 to 2 μm and 0.1 to 1 μm, respectively.
半導体膜についても特に限定されず、一般に太陽電池に使用される太陽電池用半導体膜が使用できる。特に、半導体膜として、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とを含む化合物半導体膜からなるP型半導体層と、IIb族元素とVIb族元素とを含む化合物半導体膜からなるN型半導体層とが積層された積層体を使用すると、光電変換効率が高い上、光照射等による光電変換効率の劣化が少ない集積型薄膜太陽電池を形成することができるため好ましい。なお、前記P型半導体層としては、例えば、CIS、CIGS、CuInS2等からなる半導体層を使用することができる。また、前記N型半導体層としては、例えば、CdS、ZnO、ZnMgO、Zn(O,OH)、Zn(O,OH,S)等からなる半導体層を使用することができる。また、前記P型半導体層及び前記N型半導体層の厚みは、例えばそれぞれ0.5〜3μm及び0.01〜0.1μmとすればよい。 The semiconductor film is not particularly limited, and a semiconductor film for a solar cell generally used for a solar cell can be used. In particular, as a semiconductor film, a P-type semiconductor layer made of a compound semiconductor film containing a group Ib element, a group IIIb element and a VIb group element, and an N-type semiconductor layer made of a compound semiconductor film containing a group IIb element and a group VIb element. Is preferably used because an integrated thin film solar cell with high photoelectric conversion efficiency and little deterioration in photoelectric conversion efficiency due to light irradiation or the like can be formed. As the P-type semiconductor layer, for example, a semiconductor layer made of CIS, CIGS, CuInS 2 or the like can be used. As the N-type semiconductor layer, for example, a semiconductor layer made of CdS, ZnO, ZnMgO, Zn (O, OH), Zn (O, OH, S), or the like can be used. The thicknesses of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer may be set to 0.5 to 3 μm and 0.01 to 0.1 μm, respectively.
また、本発明に使用される半導体膜としては、上述したもの以外にも、例えばアモルファスシリコン薄膜、多結晶シリコン薄膜、微結晶シリコン薄膜等を使用してもよいし、これらをタンデムで使用してもよい。アモルファスシリコン薄膜を使用する場合、前記薄膜の厚みは、例えば0.3〜2.0μmとすればよい。また、多結晶シリコン薄膜を使用する場合、前記薄膜の厚みは、例えば2〜20μmとすればよい。また、微結晶シリコン薄膜を使用する場合、前記薄膜の厚みは、例えば0.5〜20μmとすればよい。 Further, as the semiconductor film used in the present invention, in addition to those described above, for example, an amorphous silicon thin film, a polycrystalline silicon thin film, a microcrystalline silicon thin film, etc. may be used, and these are used in tandem. Also good. When an amorphous silicon thin film is used, the thickness of the thin film may be, for example, 0.3 to 2.0 μm. Moreover, when using a polycrystalline-silicon thin film, the thickness of the said thin film should just be 2-20 micrometers, for example. Moreover, when using a microcrystalline silicon thin film, the thickness of the said thin film should just be 0.5-20 micrometers, for example.
また、複数のユニットセルのそれぞれは、第1分割溝により分割された第1電極膜と、第2分割溝により分割された半導体膜と、第3分割溝により分割された第2電極膜とを含む積層体から構成されている。第1分割溝は、第1電極膜を貫通し、かつ基板の一部を除去して形成されており、第2分割溝は、半導体膜を貫通し、かつ第1分割溝に沿って形成されており、第3分割溝は、第2電極膜を貫通し、かつ第2分割溝に沿って形成されている。なお、第1、第2及び第3分割溝の溝幅は、例えばそれぞれ10〜200μm、10〜200μm及び5〜100μmとすればよい。また、各々のユニットセルの幅は、例えば2〜10mmとすればよい。また、ユニットセルの個数は特に限定されず、要求される発電量に応じて適宜設定すればよい。 Each of the plurality of unit cells includes a first electrode film divided by the first dividing groove, a semiconductor film divided by the second dividing groove, and a second electrode film divided by the third dividing groove. It is comprised from the laminated body containing. The first dividing groove is formed by penetrating the first electrode film and removing a part of the substrate, and the second dividing groove is formed by penetrating the semiconductor film and along the first dividing groove. The third dividing groove penetrates through the second electrode film and is formed along the second dividing groove. Note that the groove widths of the first, second, and third divided grooves may be, for example, 10 to 200 μm, 10 to 200 μm, and 5 to 100 μm, respectively. Moreover, what is necessary is just to let the width | variety of each unit cell be 2-10 mm, for example. The number of unit cells is not particularly limited, and may be set as appropriate according to the required power generation amount.
また、第1分割溝内において、少なくとも第2分割溝側に位置する側端部(以下、「第1側端部」ともいう)は、基板の一部が除去されている。これにより、集積型薄膜太陽電池の製造工程において、半導体膜を形成した際、第1分割溝における第1側端部側の外縁部に形成された半導体膜の厚みが薄くなる(又は、前記外縁部において、半導体膜が断続的に形成される)。そのため、第2分割溝を形成する際、第1分割溝内に形成された半導体膜の一部の剥離(例えば、チッピングに起因する剥離)が起きにくくなる。よって、第2分割溝を形成する際にマージンを設ける必要がなくなる。これにより、本発明の集積型薄膜太陽電池は、電極間の短絡を防止した上で、非発電領域を低減させることができるため、例えば集積型薄膜太陽電池の単位面積当たりの光電変換効率を向上させることができる。 In the first divided groove, a part of the substrate is removed from at least a side end portion (hereinafter also referred to as “first side end portion”) located on the second divided groove side. Accordingly, when the semiconductor film is formed in the manufacturing process of the integrated thin film solar cell, the thickness of the semiconductor film formed on the outer edge portion on the first side end portion side in the first dividing groove is reduced (or the outer edge). The semiconductor film is intermittently formed in the portion). Therefore, when forming the second divided groove, part of the semiconductor film formed in the first divided groove (for example, peeling due to chipping) is less likely to occur. Therefore, it is not necessary to provide a margin when forming the second divided groove. As a result, the integrated thin film solar cell of the present invention can reduce the non-power generation region while preventing a short circuit between the electrodes. For example, the photoelectric conversion efficiency per unit area of the integrated thin film solar cell is improved. Can be made.
また、本発明の集積型薄膜太陽電池は、第1分割溝の幅方向の断面において第1分割溝の両端の溝深さが相違し、かつ第2分割溝が、第1分割溝における溝深さが深い方の側端部に沿って形成されている集積型薄膜太陽電池としてもよい。上述した効果をより確実に発揮させることができるからである。また、前記構成における第1分割溝の溝深さは、第1分割溝の幅方向の断面において、溝深さが浅い方の側端部(以下、「第2側端部」ともいう)から第1側端部に向けて連続的に深くなっていてもよい。半導体膜のうち、第1分割溝内及び第1分割溝の直上に形成された領域が、第2側端部から第1側端部に向けて傾斜する傾斜状に形成されるため、例えばチッピングに起因する半導体膜の一部の剥離を、より確実に防止することができるからである。 Further, the integrated thin film solar cell of the present invention has different groove depths at both ends of the first divided groove in the cross section in the width direction of the first divided groove, and the second divided groove has a groove depth in the first divided groove. It is good also as an integrated-type thin film solar cell formed along the side edge part of the deeper side. It is because the effect mentioned above can be exhibited more reliably. Further, the groove depth of the first divided groove in the above configuration is from the side end portion (hereinafter also referred to as “second side end portion”) having a shallower groove depth in the cross section in the width direction of the first divided groove. It may be continuously deeper toward the first side end. Of the semiconductor film, the region formed in the first dividing groove and immediately above the first dividing groove is formed in an inclined shape inclined from the second side end portion toward the first side end portion. This is because peeling of a part of the semiconductor film due to the above can be prevented more reliably.
また、上述した効果をより確実に発揮させるため、本発明の集積型薄膜太陽電池は、第1分割溝内における第1側端部の溝深さをDとし、第1電極膜の厚み及び第1電極膜上における半導体膜の厚みをそれぞれT1及びT2としたときに、(D−T1)の値が(T2−T1)の値の30%以上200%以下であることが好ましい。 Further, in order to exhibit the above-described effect more reliably, the integrated thin film solar cell of the present invention has a groove depth of the first side end portion in the first divided groove as D, and the thickness of the first electrode film and the first When the thickness of the semiconductor film on one electrode film is T 1 and T 2 , the value of (D−T 1 ) may be 30% to 200% of the value of (T 2 −T 1 ). preferable.
また、本発明の集積型薄膜太陽電池は、第1分割溝が、半導体膜で塞がれている集積型薄膜太陽電池としてもよい。電極間の短絡を、より確実に防止できるからである。 The integrated thin film solar cell of the present invention may be an integrated thin film solar cell in which the first dividing groove is closed with a semiconductor film. This is because a short circuit between the electrodes can be prevented more reliably.
本発明の集積型薄膜太陽電池の製造方法は、上述した本発明の集積型薄膜太陽電池を製造するための好適な製造方法である。よって、以下に述べる各構成要素等は、上述した本発明の集積型薄膜太陽電池と同様である。 The manufacturing method of the integrated thin film solar cell of this invention is a suitable manufacturing method for manufacturing the integrated thin film solar cell of this invention mentioned above. Therefore, each component described below is the same as that of the integrated thin film solar cell of the present invention described above.
本発明の集積型薄膜太陽電池の製造方法は、まず、基板上に、例えばスパッタリング法等により第1電極膜を形成する。 In the method for manufacturing an integrated thin film solar cell of the present invention, first, a first electrode film is formed on a substrate by, for example, sputtering.
続いて、第1電極膜を貫通し、かつ基板の一部を除去して、少なくとも側端部の一方において基板の一部が除去された第1分割溝を形成する。第1分割溝の形成は、例えばレーザビームの照射により行えばよい。 Subsequently, the first electrode film is penetrated and a part of the substrate is removed to form a first divided groove in which a part of the substrate is removed at least at one of the side end portions. The formation of the first division groove may be performed by, for example, laser beam irradiation.
次に、第1電極膜上及び第1分割溝内に半導体膜を、例えば、蒸着法、スパッタリング法、化学析出法等により形成する。 Next, a semiconductor film is formed on the first electrode film and in the first division groove by, for example, a vapor deposition method, a sputtering method, a chemical deposition method, or the like.
そして、半導体膜を貫通し、かつ第1分割溝内において基板の一部が除去された側端部(第1側端部)に沿って第2分割溝を形成する。第2分割溝の形成は、例えばメカニカルパターニング法により行えばよい。 Then, a second divided groove is formed along a side end portion (first side end portion) penetrating the semiconductor film and from which a part of the substrate is removed in the first divided groove. The formation of the second dividing groove may be performed by, for example, a mechanical patterning method.
そして、半導体膜上及び第2分割溝内に、スパッタリング法等により第2電極膜を形成した後、第2電極膜を貫通し、かつ第2分割溝に沿って第3分割溝を形成する。第3分割溝の形成は、例えばメカニカルパターニング法により行えばよい。以上の方法により、電極間の短絡を防止した上で、非発電領域を低減させることができる本発明の集積型薄膜太陽電池を容易に製造することができる。 Then, after forming the second electrode film on the semiconductor film and in the second divided groove by a sputtering method or the like, the third divided groove is formed through the second electrode film and along the second divided groove. The formation of the third dividing groove may be performed by, for example, a mechanical patterning method. By the above method, the integrated thin film solar cell of the present invention that can reduce the non-power generation region while preventing a short circuit between the electrodes can be easily manufactured.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
まず、本発明の第1実施形態に係る集積型薄膜太陽電池について説明する。参照する図1は、第1実施形態に係る集積型薄膜太陽電池の断面図である。
[First Embodiment]
First, the integrated thin film solar cell according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 to be referred to is a cross-sectional view of the integrated thin film solar cell according to the first embodiment.
図1に示すように、第1実施形態に係る集積型薄膜太陽電池1は、基板10と、基板10上に順次積層された第1電極膜11、半導体膜12及び第2電極膜13とを含む。半導体膜12としては、例えばIb族元素とIIIb族元素とVIb族元素とを含む化合物半導体膜からなるP型半導体層と、IIb族元素とVIb族元素とを含む化合物半導体膜からなるN型半導体層とが積層された積層体を使用することができる。
As shown in FIG. 1, the integrated thin-film solar cell 1 according to the first embodiment includes a
そして、基板10上に設けられた複数のユニットセル20のそれぞれは、第1分割溝11aにより分割された第1電極膜11と、第2分割溝12aにより分割された半導体膜12と、第3分割溝13aにより分割された第2電極膜13とを含む積層体から構成されている。また、第1分割溝11aは、第1電極膜11を貫通し、かつ基板10の一部を除去して形成されており、第2分割溝12aは、半導体膜12を貫通し、かつ第1分割溝11aに沿って形成されており、第3分割溝13aは、第2電極膜13及び半導体膜12を貫通し、かつ第2分割溝12aに沿って形成されている。そして、各ユニットセル20の第2電極膜13と、これに隣接するユニットセル20の第1電極膜11とが接続され、複数のユニットセル20が直列接続された集積型薄膜太陽電池1が形成されている。
Each of the plurality of
また、集積型薄膜太陽電池1は、第1分割溝11aの幅方向の断面において第1分割溝11aの両端の溝深さが相違し、かつ第2分割溝12aが、第1分割溝11aにおける溝深さが深い方の側端部である第1側端部111aに沿って形成されている。これにより、後述する集積型薄膜太陽電池1の製造工程において、半導体膜12を形成した際、第1分割溝11aにおける第1側端部111a側の外縁部に形成された半導体膜12の厚みが薄くなる(又は、前記外縁部において、半導体膜12が断続的に形成される)。そのため、第2分割溝12aを形成する際、第1分割溝11a内に形成された半導体膜12の一部の剥離(例えば、チッピングに起因する剥離)が起きにくくなる。よって、第2分割溝12aを形成する際にマージンを設ける必要がなくなる。これにより、集積型薄膜太陽電池1は、電極間の短絡を防止した上で、非発電領域を低減させることができるため、例えば単位面積当たりの光電変換効率を向上させることができる。
Further, in the integrated thin film solar cell 1, the groove depths at both ends of the
また、第1分割溝11aの溝深さは、第1分割溝11aの幅方向の断面において、溝深さが浅い方の側端部である第2側端部112aから第1側端部111aに向けて連続的に深くなっている。これにより、半導体膜12のうち、第1分割溝11a内及び第1分割溝11aの直上に形成された領域が、第2側端部112aから第1側端部111aに向けて傾斜する傾斜状に形成されるため、例えばチッピングに起因する半導体膜12の一部の剥離を、より確実に防止することができる。
Further, the groove depth of the first divided
また、集積型薄膜太陽電池1は、第1分割溝11aが、半導体膜12で塞がれている。これにより、電極間の短絡を、より確実に防止できる。
Further, in the integrated thin film solar cell 1, the
なお、上述した効果をより確実に発揮させるため、集積型薄膜太陽電池1は、第1側端部111aの溝深さをDとし、第1電極膜11の厚み及び第1電極膜11上における半導体膜12の厚みをそれぞれT1及びT2としたときに、(D−T1)の値が(T2−T1)の値の30%以上200%以下であることが好ましい。
In order to exhibit the above-described effect more reliably, the integrated thin-film solar cell 1 has a groove depth of the first
以上、本発明の第1実施形態に係る集積型薄膜太陽電池について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、第2電極膜を分割する第3分割溝が、半導体膜を貫通しておらず、第2電極膜のみを貫通する分割溝であってもよい。また、基板の一部が除去される箇所は、第1分割溝内において、少なくとも第2分割溝側に位置する側端部であればよい。よって、図2に示すように、第1分割溝11aの溝深さが、第2側端部112aから第1側端部111aに向けて連続的に深くなっておらず、断続的に変化する集積型薄膜太陽電池2としてもよい。
Although the integrated thin film solar cell according to the first embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the third dividing groove that divides the second electrode film may be a dividing groove that does not penetrate the semiconductor film and penetrates only the second electrode film. Moreover, the part from which a part of board | substrate is removed should just be a side edge part located in the 2nd division groove side in a 1st division groove. Therefore, as shown in FIG. 2, the groove depth of the
次に、第1実施形態に係る集積型薄膜太陽電池1の製造方法を説明する。参照する図3A〜Eは、集積型薄膜太陽電池1の製造方法における各工程を示す断面図である。なお、図1と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。 Next, a method for manufacturing the integrated thin film solar cell 1 according to the first embodiment will be described. 3A to E to be referred to are cross-sectional views showing respective steps in the manufacturing method of the integrated thin-film solar cell 1. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
まず、図3Aに示すように、基板10上に、例えばMo等の導電材料をスパッタリングして第1電極膜11を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, a
続いて、図3Bに示すように、第1電極膜11を貫通し、かつ基板10の一部を除去して、幅方向の断面において両端の溝深さが相違する第1分割溝11aを形成する。この第1分割溝11aの詳細な形成方法については、後述する。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, the
次に、図3Cに示すように、第1電極膜11上及び第1分割溝11a内に半導体膜12を、例えば、蒸着法、スパッタリング法、化学析出法等により形成する。この際、第1分割溝11aにおける第1側端部111a側の外縁部EDに形成された半導体膜12の厚みが薄くなる(又は、外縁部EDにおいて、半導体膜12が断続的に形成される)。なお、半導体膜12として、P型半導体層とN型半導体層とが積層された積層体を使用する場合は、光吸収層となるP型半導体層を積層した後、P型半導体層上に窓層となるN型半導体層を積層すればよい。
Next, as shown in FIG. 3C, the
そして、図3Dに示すように、半導体膜12を貫通し、かつ第1分割溝11aにおける第1側端部111aに沿って第2分割溝12aを形成する。第2分割溝12aの形成は、例えばメカニカルパターニング法により行えばよい。この際、上述したように、図3Cに示す外縁部EDに形成された半導体膜12の厚みが薄いため(又は、外縁部EDにおいて、半導体膜12が断続的に形成されているため)、第1分割溝11a内に形成された半導体膜12の一部の剥離(例えば、チッピングに起因する剥離)が起きにくくなる。
Then, as shown in FIG. 3D, the second divided
そして、図3Eに示すように、半導体膜12上及び第2分割溝12a内に、例えばITO等の透明導電材料をスパッタリングして、第2電極膜13を形成した後、第2電極膜13及び半導体膜12を貫通し、かつ第2分割溝12aに沿って第3分割溝13aを形成する。第3分割溝13aの形成は、例えばメカニカルパターニング法により行えばよい。以上の方法により、電極間の短絡を防止した上で、非発電領域を低減させることができる集積型薄膜太陽電池1を容易に製造することができる。
3E, after the
次に、上述した集積型薄膜太陽電池1の製造方法の図3Bに示す工程において、第1分割溝11aを形成する方法について、図面を参照して説明する。参照する図4Aは、レーザビームの照射により第1分割溝11aを形成する工程を示す模式図である。
Next, in the process shown in FIG. 3B of the manufacturing method of the integrated thin-film solar cell 1 described above, a method of forming the
図4Aに示すように、レーザ発振器30により出射されたレーザビームLBを、エキスパンダレンズ31で整形し、スリット32でその一部をカットする。そして、カットされたレーザビームLBを、ミラー33によって反射し、更に加工用レンズ34で集光した後、第1電極膜11上に照射する。この際、カットされた後のレーザビームLBは、図4Bに示すように、非対称のレーザ出力分布(ハッチを付した部分)を有する。よって、例えば、レーザビームLBのうちエネルギーの高い部分(図4BのLBh)を用いて、第1分割溝11aにおける第1側端部111aに相当する部分を除去すれば、図3Bに示すような形状の第1分割溝11aを形成することができる。なお、第1分割溝11aの形成方法は、これに限定されず、例えば、2つのレーザビームを重ね合わせて照射する方法や、レーザビームを斜めに照射する方法等を用いてもよい。
As shown in FIG. 4A, the laser beam LB emitted from the
また、第1分割溝11aの別の形成方法として、図5Aに示すように、第1電極膜11上の第1分割溝11aを形成する領域ARの一部に、レーザビームLBの波長に合わせた光吸収材料40(例えばカーボン等)を塗布した後、図5Bに示すように、光吸収材料40上及び第1電極膜11上にレーザビームLBを照射する方法を用いてもよい。
As another method for forming the first divided
次に、(D−T1)/(T2−T1)×100の値(以下、TAという)を変化させた場合の集積型薄膜太陽電池1の実施例について説明する。まず、基板10として10cm角の基板を用いて、上述した方法で実施例1〜3の集積型薄膜太陽電池1を作製した。この際、ユニットセル20の個数は、いずれも18個とした。また、実施例1についてはTAを20%とし、実施例2についてはTAを100%とし、実施例3についてはTAを300%とした。なお、実施例1については、第2分割溝12aを形成する際、半導体膜12が剥離しないように、第1分割溝11aとの間に50μmのマージンを設けた。実施例2及び実施例3についてはマージンを設けずに作製した。
Next, an example of the integrated thin-film solar cell 1 when the value of (D−T 1 ) / (T 2 −T 1 ) × 100 (hereinafter referred to as TA) is changed will be described. First, using a 10 cm square substrate as the
次に、作製した実施例1〜3の集積型薄膜太陽電池1について、短絡電流(Isc)、開放電圧(Voc)、曲線因子(FF)及び光電変換効率(Eff)を測定した。なお、測定はエア・マス(AM)1.5の100mW/cm2の疑似太陽光を用いて行った。結果を表1に示す。 Next, the short-circuit current (Isc), the open circuit voltage (Voc), the fill factor (FF), and the photoelectric conversion efficiency (Eff) were measured for the integrated thin-film solar cells 1 of Examples 1 to 3. In addition, the measurement was performed using 100 mW / cm 2 pseudo sunlight of air mass (AM) 1.5. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、実施例1は実施例2に比べ、Isc及びEffが低下した。実施例1は、第2分割溝12aを形成する際にマージンを設けたため、実施例2に比べ非発電領域が大きくなり(即ち、発電領域が小さくなり)、Isc及びEffが低下したものと考えられる。一方、実施例3は実施例2に比べ、FF及びEffが低下した。実施例3は、実施例2に比べ第1側端部111aの溝深さDが深いため、第2電極膜13が第1分割溝11aを跨ぐ領域の一部において、第2電極膜13の膜厚が薄くなる。そのため、直列抵抗が大きくなり、FF及びEffが低下したものと考えられる。以上の結果から、集積型薄膜太陽電池1は、(D−T1)の値が(T2−T1)の値の30%以上200%以下であることが好ましい。
As shown in Table 1, in Example 1, Isc and Eff were lower than in Example 2. In Example 1, since a margin was provided when forming the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る集積型薄膜太陽電池について説明する。参照する図6は、第2実施形態に係る集積型薄膜太陽電池の断面図である。なお、図1と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, an integrated thin film solar cell according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 to be referred to is a cross-sectional view of the integrated thin film solar cell according to the second embodiment. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図6に示すように、第2実施形態に係る集積型薄膜太陽電池3は、半導体膜として、アモルファスシリコン薄膜51と多結晶シリコン薄膜52とをタンデムで用いた集積型薄膜太陽電池であって、透明なガラス基板等からなる基板10と、基板10上に順次積層された第1電極膜50、アモルファスシリコン薄膜51、多結晶シリコン薄膜52及び第2電極膜53とを含む。なお、アモルファスシリコン薄膜51と多結晶シリコン薄膜52との間に、中間層として透明な高電気抵抗膜が配置されていてもよい。
As shown in FIG. 6, the integrated thin film solar cell 3 according to the second embodiment is an integrated thin film solar cell using an amorphous silicon
アモルファスシリコン薄膜51及び多結晶シリコン薄膜52は、いずれもPIN接合を有する半導体薄膜である。また、第1電極膜50としては、例えばSnO2やITO等からなる透明電極膜を使用することができる。また、第2電極膜53としては、例えばAl等からなる電極膜を使用することができる。その他の構成は、前述した第1実施形態に係る集積型薄膜太陽電池1(図1参照)と同様である。よって、第2実施形態に係る集積型薄膜太陽電池3は、集積型薄膜太陽電池1と同様に、電極間の短絡を防止した上で、非発電領域を低減させることができるため、例えば単位面積当たりの光電変換効率を向上させることができる。
Each of the amorphous silicon
なお、第2実施形態に係る集積型薄膜太陽電池3は、前述した第1実施形態に係る集積型薄膜太陽電池1の製造方法の図3Dの工程において、第2分割溝を形成する際、波長0.532μmのNd:YAGレーザの第2高調波を用いること以外は、第1実施形態の場合と同様の方法によって製造できる。第2分割溝を形成する際は、基板10側からNd:YAGレーザの第2高調波を照射して、アモルファスシリコン薄膜51及び多結晶シリコン薄膜52のみを貫通させればよい。この場合も、第1実施形態と同様に、第1分割溝における第1側端部側の外縁部に形成された前記薄膜51,52の厚みが薄いため(又は、前記外縁部において、前記薄膜51,52が断続的に形成されているため)、第1分割溝内に形成された前記薄膜51,52の一部の剥離が起きにくくなる。
Note that the integrated thin film solar cell 3 according to the second embodiment has a wavelength when forming the second divided groove in the step of FIG. 3D of the manufacturing method of the integrated thin film solar cell 1 according to the first embodiment described above. It can be manufactured by the same method as in the first embodiment, except that the second harmonic of a 0.532 μm Nd: YAG laser is used. When forming the second dividing groove, it is only necessary to irradiate the second harmonic of the Nd: YAG laser from the
1,2,3 集積型薄膜太陽電池
10 基板
11,50 第1電極膜
11a 第1分割溝
12 半導体膜
12a 第2分割溝
13,53 第2電極膜
13a 第3分割溝
20 ユニットセル
30 レーザ発振器
31 エキスパンダレンズ
32 スリット
33 ミラー
34 加工用レンズ
40 光吸収材料
51 アモルファスシリコン薄膜
52 多結晶シリコン薄膜
111a 第1側端部
112a 第2側端部
LB レーザビーム
1, 2, 3 Integrated thin-film
Claims (9)
前記基板上に順次積層された第1電極膜、半導体膜及び第2電極膜を含み、
前記複数のユニットセルのそれぞれは、第1分割溝により分割された前記第1電極膜と、第2分割溝により分割された前記半導体膜と、第3分割溝により分割された前記第2電極膜とを含む積層体から構成されており、
前記第1分割溝は、前記第1電極膜を貫通し、かつ前記基板の一部を除去して形成されており、
前記第2分割溝は、前記半導体膜を貫通し、かつ前記第1分割溝に沿って形成されており、
前記第3分割溝は、前記第2電極膜を貫通し、かつ前記第2分割溝に沿って形成されており、
前記第1分割溝内において、少なくとも前記第2分割溝側に位置する側端部は、前記基板の一部が除去されていることを特徴とする集積型薄膜太陽電池。 An integrated thin-film solar cell including a plurality of unit cells connected in series and a substrate provided with the plurality of unit cells,
Including a first electrode film, a semiconductor film and a second electrode film sequentially stacked on the substrate;
Each of the plurality of unit cells includes the first electrode film divided by a first dividing groove, the semiconductor film divided by a second dividing groove, and the second electrode film divided by a third dividing groove. And a laminated body including
The first dividing groove penetrates the first electrode film and is formed by removing a part of the substrate.
The second dividing groove is formed through the semiconductor film and along the first dividing groove;
The third divided groove penetrates the second electrode film and is formed along the second divided groove,
A part of the substrate is removed from at least a side end located on the second dividing groove side in the first dividing groove.
前記第2分割溝は、前記第1分割溝における溝深さが深い方の側端部に沿って形成されている請求項1に記載の集積型薄膜太陽電池。 In the cross section in the width direction of the first divided groove, the groove depths at both ends of the first divided groove are different,
2. The integrated thin-film solar cell according to claim 1, wherein the second divided groove is formed along a side end portion having a deeper groove depth in the first divided groove.
前記P型半導体層は、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とを含む化合物半導体膜からなり、
前記N型半導体層は、IIb族元素とVIb族元素とを含む化合物半導体膜からなる請求項1に記載の集積型薄膜太陽電池。 The semiconductor film is a laminate composed of a P-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer,
The P-type semiconductor layer is composed of a compound semiconductor film containing a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element,
The integrated thin film solar cell according to claim 1, wherein the N-type semiconductor layer is composed of a compound semiconductor film containing a Group IIb element and a Group VIb element.
前記第1電極膜を貫通し、かつ前記基板の一部を除去して、少なくとも側端部の一方において前記基板の一部が除去された第1分割溝を形成し、
前記第1電極膜上及び前記第1分割溝内に半導体膜を形成し、
前記半導体膜を貫通し、かつ前記第1分割溝内において前記基板の一部が除去された側端部に沿って第2分割溝を形成し、
前記半導体膜上及び前記第2分割溝内に第2電極膜を形成し、
前記第2電極膜を貫通し、かつ前記第2分割溝に沿って第3分割溝を形成する集積型薄膜太陽電池の製造方法。 Forming a first electrode film on the substrate;
Penetrating the first electrode film and removing a part of the substrate to form a first dividing groove in which a part of the substrate is removed at least at one of the side edges,
Forming a semiconductor film on the first electrode film and in the first dividing groove;
Forming a second dividing groove along a side end portion penetrating the semiconductor film and having a portion of the substrate removed in the first dividing groove;
Forming a second electrode film on the semiconductor film and in the second dividing groove;
A method for manufacturing an integrated thin film solar cell, wherein the third divided groove is formed along the second divided groove while penetrating the second electrode film.
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