JP2007317879A - カルコパイライト型太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1のスクライブで形成したスクライブラインに一部が重なるように光吸収層が改質されたコンタクト電極が形成され、さらに、コンタクト電極に一部が重なるように素子分離のスクライブライン(第3のスクライブライン)が形成されるため、デッドスペースを形成することなく、モノリシックな直列接続構造を得ることが可能となる。
【選択図】 図5
Description
図1に示すように、カルコパイライト型太陽電池は、ガラス等の基板(サブストレート)上に形成された下部電極層(Mo電極層)と、銅・インジウム・ガリウム・セレンを含む光吸収層(CIGS光吸収層)と、光吸収層薄膜の上に、InS、ZnS、CdS等で形成される高抵抗のバッファ層薄膜と、ZnOAl等で形成される上部電極薄膜(TCO)とから形成される。
まず、ソーダライムガラス等の基板に下部電極となるMo(モリブデン)電極をスパッタリング等によって成膜する。次に、Mo電極をレーザー光の照射等によって除去することで分割する。(第1のスクライブ、図2の(a))
隣接する前記下部電極の間と隣接する前記下部電極の一方に跨って形成され且つ前記光吸収層の一部を改質することで当該光吸収層よりも導電性が高くなったコンタクト電極と、前記コンタクト電極に隣接する箇所で複数に分割された透明な導電層である上部電極とを有する。
本発明によるカルコパイライト型太陽電池の断面を図5に示す。従来の技術と変わりがない部位には、同じ符号を付してある。
本発明によるカルコパイライト型太陽電池は、基板1の上部に形成された下部電極層(Mo電極層)2と、銅・インジウム・ガリウム・セレンを含む光吸収層(CIGS光吸収層)3と、光吸収層薄膜の上に、InS、ZnS、CdS等で形成される高抵抗のバッファ層薄膜4と、ZnOAl等で形成される上部電極薄膜(TCO)5とから1つの単位となる電池(ここでは便宜上、「単位セル」と呼ぶ)が形成され、さらに、単位となる電池を接続する目的で、上部電極と下部電極とを接続するコンタクト電極6の一部が、第1のスクライブで形成された下部電極2の分割線上に重なるように形成される。即ち、コンタクト電極6は隣接する下部電極2,2の間と隣接する下部電極の一方に跨って形成されている。
まず、基板に下部電極となるMo(モリブデン)電極をスパッタリングや蒸着等によって成膜する。下部電極には、モリブデンの他にチタンやタングステン等が使用されることがある。
下部電極を分割するレーザー光には、波長が248nmであるエキシマレーザー光や、355nmであるNd:YAGレーザー光の第3高調波などが望ましい。また、レーザー光の加工幅としては、80〜100μm程度確保することが望ましく、これにより、隣り合うMo電極間の絶縁を確保することが可能となる。
このプリカーサを炉に投入し、セレン化水素(H2Se)ガスの雰囲気中で400℃から600℃程度の温度でアニールすることにより、光吸収層薄膜を得る。このアニールの工程は、通常、気相セレン化もしくは、単に、セレン化と呼ばれることもある。
図8の(a)に、レーザー光コンタクト形成工程を実施しない光吸収層の成分分析結果を、(b)にレーザー光コンタクト形成工程をおこなったレーザー光コンタクト部の成分分析結果を示す。なお、分析にはEPMA(Electron Probe Micro-Analysis)を用いた。EPMAは、加速した電子線を物質に照射し、電子線を励起することにより生じる特性X線のスペクトルを分析することにより構成元素を検出し、さらに、それぞれの構成元素の比率(濃度)を分析するものである。
また、モリブデンの融点は2,610℃であるため、下部電極に存在するある程度のモリブデンが、溶融して光吸収層側に取り込まれていると推察される。
図9に、Cu/In比率による特性の変化を示す。図9(a)は、Cu/In比率による光吸収層のキャリア濃度の違いを、図9(b)は、Cu/In比率による抵抗率の変化を示している。
モリブデンは、周期表の6族に属する金属元素であり、比抵抗が5.4×10−6Ωcmの特性を示す。光吸収層が溶融し、モリブデンを取り込む形で再結晶化することで、抵抗率が減少することになる。
Claims (6)
- 基板と、
前記基板の上部に形成された導電層を分割してなる複数の下部電極と、
前記複数の下部電極上に形成され複数に分割されたカルコパイライト型の光吸収層と、
隣接する前記下部電極の間と隣接する前記下部電極の一方に跨って形成され且つ前記光吸収層の一部を改質することで当該光吸収層よりも導電性が高くなったコンタクト電極と、
前記コンタクト電極に隣接する箇所で複数に分割された透明な導電層である上部電極とを有することを特徴とするカルコパイライト型太陽電池。 - 前記コンタクト電極は、そのCu/In比率が、光吸収層のCu/In比率よりも大きいことを特徴とする請求項1記載のカルコパイライト型太陽電池。
- 前記コンタクト電極は、モリブデンが含まれた合金であることを特徴とする請求項1記載のカルコパイライト型太陽電池。
- 前記光吸収層上にはバッファ層を介して前記上部電極が形成されていることを特徴とする請求項1記載のカルコパイライト型太陽電池。
- 基板の上部に下部電極となる導電層を形成する導電層形成工程と、
前記導電層を複数の下部電極に分割する第1のスクライブ工程と、
前記複数の下部電極表面およびその間の基板表面に光吸収層を形成する光吸収層形成工程と、
前記光吸収層のうち隣接する下部電極の間と隣接する下部電極の一方に跨がる部分にレーザー光を照射し、照射した部分の光吸収層の導電率を照射しない部分の導電率よりも高くなるように改質するコンタクト電極形成工程と、
透明電極層を積層する透明電極形成工程と、
前記透明電極を前記コンタクト電極形成工程で改質された一部を含むように分割する素子分離スクライブ工程とを備えることを特徴とするカルコパイライト型太陽電池の製造方法。 - 前記光吸収層形成工程に引き続いてバッファ層を形成し、このバッファ層の上から前記第1のスクライブ工程で分割した部分が一部含まれるようにレーザー光を照射することを特徴とする請求項5に記載のカルコパイライト型太陽電池の製造方法。
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