JPH0494174A - 化合物薄膜太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はカルコパイライト系化合物を活性層とする薄膜
半導体を用いた太陽電池のユニットセルを直列接続して
なる化合物薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

カルコパイライト系化合物のＣｕ　Ｉｎｋｓ　！は、そ
の禁制帯幅が約１ｅＶであって、直接遷移形の帯構造を
持ち、ｐおよびｎの両型の導電型を示す。また禁制帯幅
２．４ｅＶのＣｄＳとは格子の不整合も１％程度であり
、したがって窓層のｎ型ＣｄＳとｐ型Ｃｕ１ｎＳｅ。

のヘテロ接合で高効率太陽電池を構成することが期待で
きることから、近年その研究、開発が盛んに進められて
いる。このような化合物薄膜太陽電池から発電した電力
を効率良く取り出すためには、非晶質Ｓｉ太陽電池にお
いても行われているように、例えば第２図に示すように
ユニットセルが直列接続されるような構造にするのが一
般的である。この構造は、ガラス、アルミナなどの絶縁
性基板１上にオーム性接触用の金属電極２１，２２．２
３・・・を−列に並んだ複数の短冊状に形成し、その上
に光起電力発生層であるｐ型ＣｕＩｎＳｅｚ層３１．３
２．３３−ｎ型ＣｄＳ層４１．４２．４３−・・ならび
にＺｎＯやＩＴＯなどからなる透明電極５１．５２．５
３・・・を順に積層する。そして、例えば金１ｉｔ極２
２の縁部近くにおいてＣｕｌｎＳｅｚ層３Ｌ３２および
ｎ型Ｃｄ５層４１．４２の間隙を満たす透明１Ｅｔｉ５
１の縁部が接触するようにして、一つのユニ・ノドセル
の金属電極が隣接するユニットセルの透明電極とが接続
される構造となるように画電極およびＣｕｌｎＳｅｉ層
、ＣｄＳ層のパターンを構成することにより各ユニット
セルを直列接続する。

一般に、このような直列接続型化合物薄膜太陽電池の形
成は、金属電極層の形成、金ｘｉｓのバターニング、　
ＣｕｌｎＳｅｉ層の形成、　ＣｄＳ層の形成Ｃｕ１ｎＳ
ｅｔ層とＣｄＳ層のパターニング、透明電極の形成、透
明電極のパターニングの！唾序で行われ、各層のバター
ニングには、レーザスクライブ法機械的スクライプ法、
フォトエンチング法などのプロセス技術が用いられる。

［発明が解決しようとする課題〕 直列接続型化合物薄膜太陽電池において良好な性能を得
るためには、金属電極とこれに接触する隣接するユニッ
トセルの透明電極間の抵抗が小さいこと、一つのユニッ
トセル内の金属電極とＣｕｌｎＳｅｉ眉間およびＣｄＳ
層と透明電極間の接触が良好であること、ならびに、特
に傷等によるＣｕｌｎＳｅｚ層やＣｄＳ層の一部欠落に
より、金属電極の一部と透明電極の一部がオーム性接触
する、いわゆるシッートがないことが重要である。

しかしながら、前記従来方法のように、ＣｕｌｎＳｅｘ
層およびＣｄＳ層の形成と透明電極の形成の間にＣｕｒ
ｎＳｅ、層およびＣｄＳ層のバターニング工程が入るプ
ロセス構成にすると、機械的スクライブ法が主に用いら
れるパターニング工程において、発生する微小な破片や
雰囲気中のほこり等により、ＣｕＩｎＳｅｚ層やＣｄＳ
層に傷がついてシッートが発生したり、表面が汚染され
て透明電極との良好な接触が妨げられることが起こる０
表面の汚染を除去するためには、透明電極の形成前に表
面の清浄化を行うことになるが、この清浄化工程を入れ
ると、ＣｄＳ層やＣｕｌｎＳｅｚ層をさらに傷つけ、シ
ッート発生の確率が高くなり、また当然太陽電池の製造
工数が増すという欠点があった。

本発明の目的は、上記の欠点を除き、パターニング工程
や清浄化工程によるシッート発生のおそれがなく、少な
い製造工数で製造できる化合物薄膜太陽電池および製造
方法を提供することにある。

〔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、本発明は、金属電極、少
なくともカルコパイライト系化合物よりなる膜を含む光
起電力発生層および透明電極を積層してなるユニットセ
ルの複数個を絶縁性基板上に金属電極を基板側にして一
列に配置し、各ユニットセルを直列接続してなる化合物
薄膜太陽電池において、一つのユニットセルの金ｉｔ極
がｌ！Ｊ接するユニットセルの透明電極と光起電力発生
層の低抵抗化された縁部を介して接続されたものとする
。また、本発明の化合物薄膜太陽電池の製造方法は、絶
縁性基板上に複数の金属電極を間隔を介して一列に配置
する工程と、その上に光起電力発生層となる少なくとも
カルコパイライト系化合物よりなる膜を含む化合物ｍ膜
および透明導電膜を積層する工程と、各金属電極の一方
の側の縁部に近接した領域の上の化合物薄膜および透明
導電膜に、ビーム幅方向に中心に対して非対称で金属電
極縁部側へは次第に低下し１．他側へは急激に低下する
強度分布をもつレーザビームを照射し、レーザビームの
中心が照射された領域の化合物薄膜および透明導電膜を
飛散させて複数の光起電力発生層および透明電極に分割
し、その分割部より金属電極の縁部に近い領域の化合物
薄膜を低抵抗化する工程とを含むものとする。

〔作用〕

積層された化合物薄膜および透明導電膜にレーザビーム
を、照射する場合、レーザビーム照射の効果はビーム強
度により異なる。強度が十分小さい場合は何も変化が起
こらず、強度を増していくと化合物薄膜により形成され
ているｐ−ｎ接合が破壊されて低抵抗化し、透明導電膜
と金属電極が電気的にショート状態となる。さらに強度
を増すと、カルコパイライト系化合物膜が吸収したレー
ザ光エネルギーにより溶融、飛散し、この時カルコパイ
ライト系化合物膜上の他の化合物薄膜および透明導電膜
も除去される。レーザビームをスリットやミラー等の光
学系によりビーム幅方向の出力強度分布が中心に対して
非対称となるように調整すれば、化合物１膜と透明導電
膜を分割して各ユニットセルの光起電力発生層および透
明電極を形成し、その分割部の一方で透明電極と金属電
極がショートし、他方で絶縁状態を維持し、その結果１
本のレーザビーム照射でユニットセルの直列接続構造を
形成することが可能である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第２図と共通の部分に同一の符
号を付した図を引用して説明する。第１図（ａｊは本発
明であるレーザ光線によるユニットセル間の分割および
電気的接続を行う直前の化合物薄膜太陽電池の状態を示
す図である。この状態の構造は次のようにして得られる
。即ち、まずガラス基板１上にＭｏ膜をスパッタ法によ
り１−の暑さで形成し、これをレーザスクライブ法によ
りパタニングして短冊状の金属電極２１．２２．２３・
・・を形成する。次に、この上にｐ型ＣｕＩｎＳｅｚ膜
３０およびｎ型ＣｄＳ膜４０をスパッタ法により各々１
．５　ｔｎｓ、０．２ｔｎａの厚さで形成し、これらの
層のバターニングを行うことなく、その上にＺｎＯ層か
らなる透明導電膜５０を１−の厚さでスパッタ法により
積層する。

ユニットセル間の分割および電気的接続にはＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザを利用した。第３図（ａｌはＮｄ：ＹＡＧレー
ザのＴ　Ｅ　Ｍ　ａ。モードでのビーム幅方向の出力強
度分布を、第３図（ｂ）はこのレーザビームを化合物薄
膜太陽電池に照射した状態を示す図である。ｂ−ｃ−ｄ
の強度範囲の領域では門０膜２０上のＣｕ１ｎＳｅｚ　
１１３０．　ＣｄＳ膜４０．ＺｎＯ膜５０が除去される
。

一方ａ−ｂ間、ｄ−ｓ間の強度範囲の領域ではＣｕ１ｎ
Ｓｓｌ膜とＣｄＳ膜のｐ−ｎ接合が破壊されて低抵抗化
し、透明電極と金属電極が電気的にショート状態となる
接続部６０が形成される。ユニットセル間の分割および
電気的接続には、このビーム幅のうち、スリットを通し
て中心に対して非対称なａ−ｂ−ｃｄの範囲を利用する
。この強度範囲のレーザビームを、第１図ｆａ）に示し
た積層構造にガラス基板１を通して照射して得られる構
造を第１図（ｂｌに示す、第１図（ｂｌのように照射部
の一方の第３図のａ−ｂに相当する領域では、低抵抗接
続部６Ｌ６２−・・が形成されて透明電極５１，５２．
５３・・・と隣接するユニットセルの金属量ｉ２２，２
３・・・とが電気的に接続され、照射部の他方の第３図
のｂ−ｃｄに相当する領域では、隣接するユニットセル
の透明電極間が電気的に絶縁される。

上記の実施例では、レーザビームをガラス基板１を通し
て照射したが、セラミック基板を用いる場合には、レー
ザビームを基板の反対側から照射する。なお、金属電極
形成のバターニングをレーザスクライブ法で行う場合は
出力強度は第３図における強度よりも高くする。

本発明は、光起電力発生層がｐ型Ｃｕ１ｎＳｅ２膜とｎ
型ＣｄＳ膜とからなる場合に限らず、Ｃｕ１ｎＳｅｚ　
ｌＩｌによるｐｎ接合、あるいは他のカルコパイライト
系化合物を用いたｐｎ接合によって形成されるときにも
実施できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、バターニングされた金属電極上に光起
電力発生層のための化合物薄膜を形成後、これらの層の
バターニングを行うことなくその上に透明導電膜を積層
し、ビーム幅方向の出力強度分布が中心に対して非対称
となるレーザ光を照射することにより、隣接するユニッ
トセル間の透明電極−金属電極の接続と隣接するユニー
／　トセル間の分離とを同時に行う方法を適用したので
、以下の効−果がある。

何）化合物薄膜の形成と透明電極の形成の間に化合物薄
膜のパターニング工程が入らないため、化合物薄膜に傷
がついてシッートが発生し、太陽電池の性能が低下する
ことを防ぐことができる。

（ロ）バターニング工程の数が一つ減るため製造コスト
が低減する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の製造工程を（ａｌ、（ｂ）
の順に示す断面図、第２図は従来の化合物薄膜太陽電池
の断面図、第３図はレーザビーム照射効果を示し、その
うち（４）は出力強度分布図、（ｂＪはｆａ）に示した
レーザビームを化合物薄膜太陽電池に照射した状態の断
面図である。 １ニガラス基板、２１．２２．２３　：金属電極、３０
．３１３２．３３　：　ｐ型ＣｕＩｎＳｅｚ膜、４０，
４１，４２．４３　：　１１型ｄＳ ６２： 膜、５０　：　ＺｎＯ層、 低抵抗接続部。 Ｌ５２ ５３： イ（１人升Ｊ１士 透明電極、 曾厘ψ沖 第２肥 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）金属電極、少なくともカルコパイライト系化合物よ
   りなる膜を含む光起電力発生層および透明電極を積層し
   てなるユニットセルの複数個を絶縁性基板上に金属電極
   を基板側にして一列に配置し、各ユニットセルを直列接
   続してなるものにおいて、一つのユニットセルの金属電
   極が隣接するユニットセルの透明電極と光起電力発生層
   の低抵抗化された縁部を介して接続されたことを特徴と
   する化合物薄膜太陽電池。 ２）光起電力発生層がｐ型ＣｕＩｎＳｅ＿ｚ膜およびｎ
   型ＣｄＳ膜である請求項１記載の化合物薄膜太陽電池。 ３）絶縁性基板上に複数の金属電極を間隔を介して一列
   に配置する工程と、その上に光起電力発生層となる少な
   くともカルコパイライト系化合物よりなる膜を含む化合
   物薄膜および透明導電膜を積層する工程と、各金属電極
   の一方の側の縁部に近接した領域の上の化合物薄膜およ
   び透明導電膜に、ビーム幅方向に中心に対して非対称で
   金属電極縁部側へは次第に低下し、他側へは急激に低下
   する強度分布をもつレーザビームを照射し、レーザビー
   ムの中心が照射された領域の化合物薄膜および透明導電
   膜を飛散させて複数の光起電力発生層および透明電極に
   分割し、その分割部より金属電極の縁部に近い領域の化
   合物薄膜を低抵抗化する工程とを含むことを特徴とする
   化合物薄膜太陽電池の製造方法。 ４）化合物薄膜がｐ型ＣｕＩｎＳｅ＿ｚ膜およびｎ型Ｃ
   ｄＳ膜である請求項３記載の化合物薄膜太陽電池の製造
   方法。