DE102004049197A1

DE102004049197A1 - Solarbatterie und Herstellverfahren für eine solche

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Publication number: DE102004049197A1
Application number: DE102004049197A
Authority: DE
Inventors: Shinsuke Kashiba Tachibana; Hitoshi Sannomiya; Hiromasa Sakurai Tanamura; Takashi Kitakatsuragi Ouchida
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2005-06-02
Also published as: JP2005116930A; JP4194468B2; US20050076945A1

Abstract

Es werden eine Solarbatterie und ein Herstellverfahren für eine solche angegeben. Die Solarbatterie ist mit Folgendem versehen: mit mindestens einem isolierenden, durchscheinenden Substrat (11), einer Vorderseitenelektrode (12), einer fotoelektrischen Wandlungsschicht (13) aus aufeinander geschichteten Halbleiterfilmen sowie einer Rückseitenelektrode (14), wobei die Vorderseitenelektrode und die Rückseitenelektrode benachbarter Stromerzeugungsbereiche so elektrisch verbunden sind, dass die Stromerzeugungsbereiche in Reihe geschaltet sind, wobei die Rückseitenelektrode über eine metallische Rückseitenelektrode mit einer Dicke von 100 nm-200 nm verfügt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarbatterie und ein Herstellverfahren für eine solche.
In jüngerer Zeit erfuhr die technische Entwicklung von Solarenergieerzeugungssystemen, die unter Verwendung einer Solarbatterie direkt elektrische Energie aus Sonnenlicht gewinnen, schnelle Fortschritte, und die technischen Aussichten als Stromerzeugungsverfahren für praktische Zwecke sind günstig. Im Ergebnis nahm die Erwartung der zukünftigen Nutzung von Solarenergieerzeugungssystemen als saubere Energietechnik zu, die die globale Umwelt des 21. Jahrhunderts von der durch die Verbrennung fossiler Energie verursachten Umweltverschmutzung schützt.
Hierbei werden die für Solarbatterien verwendeten Materialien hauptsächlich in die folgenden vier Typen unterteilt:

i) Halbleiter der Gruppe IV,
ii) Verbindungshalbleiter (Gruppen III–V, Gruppen II–VI, Gruppen I–III–VI)
iii) organische Halbleiter
iv) Verbindungen von TiO₂ oder dergleichen, die zur Solarenergieerzeugung vom Nasstyp verwendet werden.

Unter diesen wurden Halbleiter der Gruppe IV am umfangreichsten dem praktischen Einsatz zugeführt, da sie billiger als die anderen Materialien hergestellt werden können. Halbleiter der Gruppe IV können grob in die folgenden zwei Untergruppen eingeteilt werden: (1) kristalline Halbleiter und (ii) nichtkristalline Halbleiter (auch als amorphe Halbleiter bezeichnet). Zu beispielhaften Materialien kristalliner Halbleiter, wie sie für Solarbatterien verwendet werden, gehören einkristallines Silicium, einkristallines Germanium, polykristallines Silicium, mikrokristallines Silicium und dergleichen. Außerdem gehört amorphes Silicium und dergleichen zu Beispielen nichtkristalliner Halbleiter, die für Solarbatterien verwendet werden.
Hierbei können unter Verwendung derartiger Halbleitermaterialien hergestellte Solarbatterien grob in die folgenden drei Typen unterteilt werden:

(i) Typ mit pn-Übergang
(ii) Typ mit pin-Übergang
(iii) lTyp mit Heteroübergang.

Unter diesen wird bei Solarbatterien unter Verwendung eines kristallinen Halbleiters mit großem Ladungsträger-Diffusionsweg häufig der Typ mit pn-Übergang verwendet. Bei einer Solarbatterie unter Verwendung eines nichtkristallinen Halbleiters mit kurzem Ladungsträger-Diffusionsweg und einem lokalisierten Zustand wird häufig der Typ mit pin-Übergang verwendet, da er dahingehend von Vorteil ist, dass sich die Ladungsträger durch Drift aufgrund eines internen elektrischen Felds in einer i-Schicht (eigenleitenden Schicht) bewegen.
Im Allgemeinen verfügt eine Solarbatterie vom Typ mit pin-Übergang über einen solchen Aufbau, dass auf einem isolierenden, durchscheinenden Substrat aus Glas oder dergleichen ein transparenter, leitender Film aus SnO₂, ITO, ZnO oder dergleichen hergestellt ist, auf den eine p-, eine i- und eine n-Schicht nichtkristalliner Halbleiter in dieser Reihenfolge aufgeschichtet sind, um eine fotoelektrische Wandlungsschicht zu schaffen, auf die eine Rückseitenelektrode eines metallischen Dünnfilms oder dergleichen aufgeschichtet ist. Es existiert aber auch eine Solarbatterie vom Typ mit pin-Übergang mit einem Aufbau, bei dem auf einer Rückseitenelektrode aus einem metallischen Dünnfilm oder dergleichen eine n-, eine i- und eine p-Schicht aus nichtkristallinen Halbleitern in dieser Reihenfolge aufgeschichtet sind, um eine fotoelektrische Wandlungsschicht zu bilden, auf der ein transparenter, leitender Film aufgeschichtet ist.
Unter diesen Verfahren wird dasjenige, bei dem die Schichten in der Reihenfolge p-i-n aufgeschichtet werden, derzeit hauptsächlich verwendet, da das durchscheinende isolierende Substrat auch als Abdeckglas einer Solarbatterie-Oberfläche dienen kann, wobei es ein neu entwickelter, plasmaresistenter, transparenter, leitender Film aus SnO₂ oder dergleichen ermöglicht, die fotoelektrische Wandlungsschicht aus einem nichtkristallinen Halbleiter mittels eines Plasma-CVD-Verfahrens aufzuschichten.
Beim Versuch, die bei der Spannungserzeugung durch eine Solarbatterie erzeugte Spannung weiter zu erhöhen, wurde jüngst eine Solarbatterie mit einem Stromerzeugungsbereich entwickelt, in dem drei fotoelektrische Wandlungsschichten aufeinander geschichtet sind. Ferner ist herkömmlicherweise eine Solarbatterie vom Typ mit mehreren Bandlücken bekannt, bei der eine obere fotoelektrische Wandlungsschicht (die fotoelektrische Wandlungsschicht auf der Seite der Vorderseitenelektrode, nachfolgend auch als "obere Zelle" bezeichnet) und eine untere fotoelektrische Wandlungsschicht (die fotoelektrische Wandlungsschicht auf der Seite der Rückseitenelektrode, nachfolgend auch als "untere Zelle" bezeichnet) verschiedene Bandlücken aufweisen, um die Energie verschiedener Wellenlängen des Sonnenlichts effektiv zu nutzen.
In jüngerer Zeit erfolgte aktive Entwicklung einer Solarbatterie vom Schichttyp (vom sogenannten Tandemtyp), bei der ein Dünnfilm aus amorphem (nichtkristallinem) Silicium und ein solcher aus kristallinem Silicium als z. B. obere Zelle 3a bzw. untere Zelle 3b verwendet werden, wobei Kommerzialisierung vorgesehen ist, wozu verschiedene Studien laufen.
Hierbei ist es im Allgemeinen, wenn ein elektronisches Gerät durch eine Solarbatterie betrieben wird oder wenn eine Solarbatterie als Spannungsquelle verwendet wird, erforderlich, eine Solarbatterie mit großer Fläche zu verwenden, bei der mehrere Stromerzeugungsbereiche seriell verbunden sind, da jeder Stromerzeugungsbereich eine Spannung von höchstens 1 V erzeugt. Zum Beispiel wird eine übliche Solarbatterie auf einem isolierenden Substrat unter Verwendung eines Strukturierprozesses oder dergleichen hergestellt, wobei häufig eine solche Struktur verwendet wird, dass auf einem durchscheinenden, isolierenden Substrat, wie einem Glassubstrat, mehrere Stromerzeugungsbereiche mit einer transparenten Elektrode, einer fotoelektrischen Wandlungsschicht und einer Rückseitenelektrode ausgebildet sind, wobei einander benachbarte Stromerzeugungsbereiche seriell verbunden sind.
Eine derartige Solarbatterie mit der vorstehend genannten Struktur, bei der mehrere Stromerzeugungsbereiche seriell miteinander verbunden sind, wird normalerweise durch das folgende Verfahren hergestellt. Als Erstes wird ein transparenter, leitender Film aus SnO₂, ITO, ZnO oder dergleichen auf einem isolierenden, durchscheinenden Substrat aus Glas oder dergleichen hergestellt, und dann erfolgt durch Laserbearbeitung eine Zerteilung in rechteckige Stücke. Danach wird ein Reinigungsvorgang wie Ultraschallreinigen ausgeführt. Als Nächstes wird darauf eine fotoelektrische Wandlungsschicht hergestellt, die durch Laserbearbeitung in rechteckige Stücke unterteilt wird. Es wird eine Rückseitenelektrode aus ZnO/Ag oder dergleichen hergestellt, die dann durch Laserbearbeitung in rechteckige Stücke zerteilt wird. Danach wird eine Ultraschallreinigung ausgeführt. Anschließend wird die Rückseite dadurch abgedichtet, dass auf die Rückseitenelektrode ein Klebematerial aus EVA (Ethylenvinylacetat) oder dergleichen aufgebracht wird und ein Film aus PET (Polyethylenterephthalat) oder dergleichen eingesetzt wird.
Wie oben beschrieben, ist bei der Herstellung einer Solarbatterie unter Verwendung von nichtkristallinem Silicium für die fotoelektrische Wandlungsschicht der Schritt des Ausführens der Ultraschallreinigung wesentlich, um Reste nach der Laserbearbeitung, Reste der Rückseitenelektrodenschicht und dergleichen nach dem Zerteilen der Rückseitenelektrode durch Laserbearbeitung zu entfernen. Genauer gesagt, besteht bei Laserbearbeitung die Tendenz, dass an der Rückseitenelektrode 4 ein Grat 8a entsteht, wie dies in der 4 als Beispiel dargestellt ist. Die Existenz eines derartigen Grats 8a bildet solange kein Problem, wie er nicht mit dem trans parenten, leitenden Film 2 in Kontakt tritt, wie es in der 4 dargestellt ist. Wenn dagegen, wie es in der 5 dargestellt ist, der Grat 8a größer als der Wert ist, der dadurch erzielt wird, dass die Dicke W1 einer oberen Zelle 3a und die Dicke 3a einer unteren Zelle 3b addiert werden (= W1 + W2), ist es wahrscheinlicher, dass Kontakt mit dem transparenten, leitenden Halbleiter entsteht. Genauer gesagt, führt ein transparenter, leitender Film 2, der über einen Grat 8a mit der Rückseitenelektrode 4 in Kontakt gelangt, zu einem Leck. Ferner kann, wenn, wie es in der 6 dargestellt ist, ein Grat 8b eines metallischen Materials der Rückseitenelektrode 4, der größer als die Breite W3 einer Rückseitenelektroden-Trennlinie 7 ist, vorhanden ist, dieser Grat 8b die Trennlinie 7 überbrücken, wie es in der 7 dargestellt ist, was zu einem Leck zwischen benachbarten Zellen führt. Diese Lecks können zu einer Beeinträchtigung der Eigenschaften der Solarbatterie führen. Im Allgemeinen wird die Seite der Rückseitenelektrode 4 abgedichtet, um Oxidation oder dergleichen der metallischen Rückseitenelektrode 4 zu verhindern. Im Stadium dieses Abdichtvorgangs besteht die Tendenz, dass sich Grate 8a und 8b der Rückseitenelektrode 4 in den in den 5 und 6 dargestellten Zuständen befinden. Herkömmlicherweise war immer ein Reinigungsverfahren nach einer Laserbearbeitung erforderlich, um Fehler durch Grate zu vermeiden. Normalerweise erfolgt ein Ultraschallreinigen bei Frequenzen von 20 bis 100 kHz, und es war auch ein anschließender Trocknungsschritt erforderlich.
Andererseits ist im Fall einer Tandem-Solarbatterie, bei der die photoelektrische Wandlungsschicht unter Verwendung von nichtkristallinem/kristallinem Silicium hergestellt wird, für die obere Zelle 3a nur eine Dicke W1 von ungefähr 0,15–0,5 μm erforderlich, jedoch muss die Dicke W2 der unteren Zelle 3b mit ungefähr 2–3 μm wesentlich größer sein, da unterschiedliche Lichtabsorptionskoeffizienten vorliegen. Demgemäß löst sich, wenn eine Solarbatterie entsprechend ähnlichen Schritten wie bei nichtkristallinem Silicium hergestellt wird, ein Film der Rückseitenelektrode 4 im Reinigungsschritt nach der Laserbearbeitung ab, was zu einer Beeinträchtigung der Eigenschaften und/oder Problemen des Aussehens führt.

Um ein derartiges Abschälen zu verhindern, wurden verschiedene Verfahren erdacht. Zum Beispiel ist im Dokument JP-A-2001-308362 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Ablösen dadurch verhindert wird, dass die Dicke eines Dünnfilms aus kristallinem Silicium im Bereich von 1–1,5 μm eingestellt wird, um Restspannungen zu verringern, wobei erst dann ein Reinigungsschritt ausgeführt wird. Im Dokument JP-A-2001-237445 sind als Reinigungsvorgang folgend auf eine Laserbearbeitung eine Blasenstrahl-Ultraschallreinigung, bei der Gase gemischt werden und Wasser unter hohem Druck verwendet wird, und eine Megaschallreinigung vorgeschlagen. Im Dokument JP-A-11-330513 ist ein Reinigungsverfahren mittels eines Klebebands zum Entfernen von Resten nach einer Laserbearbeitung vorgeschlagen.

Bei jedem der Verfahren, wie sie in den Dokumenten JP-A-2001-308362, JP-A-2001-237445 und JP-A-11-330513 offenbart sind, wird ein Reinigungsverfahren einer bestimmten Art verwendet, um Reste oder dergleichen nach dem Ausführen einer Laserbearbeitung zu entfernen. So wie hier verwendet, gehört zur Reinigung jedes Verfahrens zum Entfernen von Resten nach dem Ausführen einer Laserbearbeitung an der Rückseitenelektrode, und dazu gehört auch ein Verfahren wie das Einblasen von Gas, zusätzlich zur Ultraschallreinigung. Ferner wird darauf hingewiesen, dass, gemäß dem im Dokument JP-A-2001-308362 offenbarten Verfahren ein verringerter Energiewandlungsgrad einer Solarbatterie in Kauf genommen werden kann, um eine Dickenverringerung zu erzielen.

Die 8 ist eine Draufsicht einer Solarbatterie 100 vom Lichttransmissionstyp (nachfolgend als "Solarbatterie vom Durchsichttyp" bezeichnet), bei der ein Film durch Laserbearbeitung entfernt wird und ein Öffnungsabschnitt 9 in einem Stromerzeugungsbereich ausgebildet wird. Derartige Solarbatterien 100 vom Durchsichttyp können, bezogen auf einen Querschnittsaufbau entlang einer Linie IX-IX in der 8, in Solarbatterien mit dem in der 9 dargestellten Aufbau sowie solche wie dem in der 10 dargestellten Aufbau eingeteilt werden. Bei der Solarbatterie vom Durchsichttyp mit dem in der 9 dargestellten Aufbau sind in einem Stromerzeugungsbereich eine fotoelektrische Wandlungsschicht 3 und eine Rückseitenelektrode 4 teilweise durch Laserbearbeitung entfernt, es ist ein Öffnungsabschnitt 9 vorhanden, und es ist eine Fläche eines transparenten leitenden Films 2 freigelegt. Bei der Solarbatterie vom Durchsichttyp mit dem in der 10 dargestellten Aufbau sind in einem Stromerzeugungsbereich der transparente, leitende Film 2, die fotoelektrische Wandlungsschicht 3 und die Rückseitenelektrode 4 durch Laserbearbeitung teilweise entfernt, es ist ein Öffnungsabschnitt 9 vorhanden, und eine Fläche eines isolierenden, durchscheinenden Substrats 1 ist freigelegt.

Bei jeder der Solarbatterien vom Durchsichttyp, wie sie in den 9 und 10 dargestellt sind, wird eine Laserbearbeitung so ausgeführt, dass für den Öffnungsabschnitt 9 eine Schrittweite W5 von 0,5 mm bis 5 mm erzielt wird, um eine gewünschte Rate der Öffnungsabschnitte zu erreichen. Daher ist die Anzahl der Laserbearbeitungsbereiche (d. h. die Anzahl der Verarbeitungsvorgänge) groß, und es ist wahrscheinlicher, dass es durch den Schritt der Ultraschallreinigung zu einem Ablösen kommt.

Außerdem muss die Rückseitenelektrode 4, um Licht durchzulassen, mit einem transparenten Gegenstand aus Glas oder dergleichen abgedichtet werden. Für das Aussehen ist es nachteilig, wenn das oben beschriebene Ablösen auftritt. Demgemäß ist es bei einer Solarbatterie vom Durchsichttyp von besonderer Bedeutung, dass Grate nach einer Laserbearbeitung verhindert sind und dass kein Reinigungsvorgang auszuführen ist.

Ferner muss bei der Solarbatterie vom Durchsichttyp mit dem in der 10 dargestellten Aufbau, da eine Laserbearbeitung auch an dem transparenten, leitenden Film 2 ausgeführt wird, ein Reinigungsvorgang wie Ultraschallreinigen ausgeführt werden, um Reste nach der Laserbearbeitung zu entfernen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellverfahren für eine Solarbatterie, das hervorragende Ausbeute und gesenkte Herstellkosten ermöglicht und bei dem kein Reinigungsvorgang erforderlich ist, nachdem eine Rückseitenelektrode einer Laserbearbeitung unterzogen wurde, und eine durch ein solches Verfahren hergestellte Solarbatterie (insbesondere eine Solarbatterie vom Durchsichttyp) und ein Solarbatterienmodul zu schaffen.

Beim Versuchen, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, haben die Erfinder einen Aufbau und ein Herstellverfahren geschaffen, die es ermöglichen, Grate nach einer Laserbearbeitung zu verhindern und eine Herstellung einer Solarbatterie ohne Reinigungsvorgang zu erzielen, indem der wesentliche Faktor ermittelt wird, der zu einer Erzeugung von Graten bei einer Laserbearbeitung führt, wobei sie die Bedeutung der Dicke der metallischen Rückseitenelektrode erkannt haben.

Die oben genannten Aufgaben sind hinsichtlich der Solarbatterie durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1, hinsichtlich des Solarbatterienmoduls durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 7 und hinsichtlich des Herstellverfahrens durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 8 gelöst.

Durch den Aufbau, wie er beim erfindungsgemäßen Verfahren bei einer erfindungsgemäßen Solarbatterie und einem erfindungsgemäßen Solarbatterienmodul erzielt wird, ist die Erzeugung von Graten bei einer Laserbearbeitung der Rückseitenelektrode verhindert, so dass eine Herstellung ohne Reinigungsvorgang nach der Laserbearbeitung möglich ist. Mit dem Aufbau gemäß dem Anspruch 2 kann ein Filmablöseeffekt besonders effektiv verhindert werden. Eine noch weitere Verbesserung wird mit dem Aufbau gemäß dem Anspruch 3 erzielt. Durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren kann eine Solarzelle mit extremer Effizienz und viel billiger als durch herkömmliche Verfahren hergestellt werden.

Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser erkennbar werden.
1 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Solarbatterie 100 zeigt.
2 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Dicke einer metallischen Rückseitenelektrode, der Ausgangsleistung nach dem Ritzen derselben sowie Änderungen der Ausgangsleistung vor und nach dem Abdichten der Rückseite zeigt.
3 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Dicke einer Silberschicht und der Ausgangsleistung nach dem Abdichten der Rückseite (Ausbildung zu einem Modul) zeigt.
4 ist eine schematische Darstellung eines Grats, bei dem es sich um einen bei der Bearbeitung eines integrierten Abschnitts erzeugten Fehler handelt.
5 ist eine der 4 entsprechende Darstellung, wobei der Grat so verbogen ist, dass er zu einem Leck innerhalb einer Zelle führt.
6 ist eine der 4 entsprechende Darstellung, jedoch mit einem größeren, zurück gebogenen Grat.
7 ist eine der 6 entsprechende Darstellung, wobei jedoch der Grat so umgebogen ist, dass ein Leck zu einer benachbarten Zelle erzeugt ist.
8 ist eine Draufsicht einer Solarbatterie vom Durchsichttyp.
9 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Aufbaus entlang einem Querschnitt IX-IX in der 8.
10 ist eine der 9 entsprechende schematische Darstellung, jedoch mit einem anderen Aufbau.
Nachfolgend wird die Erfindung detailliert beschrieben.
Die in der 1 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Solarbatterie 50 verfügt über mehrere Stromerzeugungsbereiche S mit mindestens einem isolierenden, durchscheinenden Substrat 11, einer Vorderseitenelektrode 12, einer fotoelektrischen Wandlungsschicht 13 aus aufeinander geschichteten Halbleiterschichten sowie einer Rückseiten elektrode 14. Die Vorderseitenelektrode und die Rückseitenelektrode benachbarter Stromerzeugungsbereiche sind elektrisch so miteinander verbunden, dass eine Serienschaltung der Stromerzeugungsbereiche vorliegt. Diese Solarbatterie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenelektrode 14 aus einer Metallschicht mit einer Dicke von 100 bis 200 nm besteht. Hierbei betrifft die Dicke der metallischen Rückseitenelektrode die Länge entlang der Dickenrichtung des isolierenden, durchscheinenden Substrats in einem flachen Abschnitt der metallischen Rückseitenelektrode (d. h. nicht dem Abschnitt einer gefüllten Grabenöffnung, die später beschrieben wird).
Bei einer herkömmlichen Solarbatterie war es normal, dass die metallische Rückseitenelektrode eine Dicke von ungefähr 300 – 500 nm aufwies, wenn ein Design mit einer Toleranz zum Verhindern von Oxidation der der Luft ausgesetzten Seite vorlag. Andererseits wird bei der Erfindung eine Dicke von 100 – 200 nm (besonders bevorzugt sind ca. 150 nm) dadurch erzielt, dass eine Folie zum Verhindern von Oxidation oder dergleichen nach einer Laserbearbeitung der Rückseitenelektrode aufgebracht wird. So wird die Erzeugung von Graten beim Unterteilen der Rückseitenelektrode durch Laserbearbeitung, wie dies später beschrieben wird, durch eine Verbesserung der Haftfestigkeit der Rückseitenelektrode erzielt, und es kann eine Solarbatterie hergestellt werden, ohne dass ein Reinigungsschritt in Form einer Ultraschallreinigung oder dergleichen ausgeführt wird, wie es herkömmlicherweise nach einer Laserbearbeitung erforderlich war, ohne dass nun eine Beeinträchtigung der Eigenschaften vorliegen würde. Genauer gesagt, nimmt, wenn die Dicke der Rückseitenelektrode weniger als 100 nm beträgt, der Energiewandlungsgrad aufgrund einer Verringerung der Reflexionsrate und dergleichen in nachteiliger Weise ab. Wenn die Dicke der Rückseitenelektrode mehr als 200 nm beträgt, können nach einer Laserbearbei tung Grate erzeugt sein, und es ist wahrscheinlicher, dass nach dem Versiegeln der Seite mit der Rückseitenelektrode verschlechterte Eigenschaften vorliegen. Daher kann in diesen Fällen der oben beschriebene erfindungsgemäße Effekt nicht erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Solarbatterie ist auch dahingehend von Vorteil, dass die Materialkosten bei der Herstellung gesenkt werden können, da die Dicke der metallischen Rückseitenelektrode auf 100 – 200 nm eingestellt wird, so dass diese Dicke minimiert ist.
Nachfolgend wird jedes Bauelement der erfindungsgemäßen Solarbatterie detailliert beschrieben.
Für das isolierende, durchscheinende Substrat 11, wie es für die Solarbatterie 50 der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, besteht keine spezielle Beschränkung, solange es isolierend und durchscheinend ist, und es kann ein üblicherweise für eine Solarbatterie verwendetes Substrat verwendet werden. Zu speziellen Beispielen eines isolierenden, durchscheinenden Substrats 11, wie sie bei der Erfindung verwendbar sind, gehören Substrate aus Glas, Quarz, transparentem Kunststoff oder dergleichen. Es sei darauf hingewiesen, dass es nicht erforderlich ist, dass alle Abschnitte eines bei der Erfindung verwendeten isolierenden, durchscheinenden Substrats 11 isolierend sind, sondern es kann auch ein Substrat verwendet werden, bei dem zumindest die Seite zur Herstellung der Elektrode isoliert ist. Genauer gesagt, kann selbst ein leitendes Substrat als bei der Erfindung verwendetes isolierendes, durchscheinendes Substrat verwendet werden, wenn die Seite zur Herstellung der Elektrode durch ein isolierendes Material bedeckt wird.
Die bei der Solarbatterie 50 verwendete Vorderseitenelektro de 12 wird auf dem Substrat 11 hergestellt. Hierbei besteht für die Vorderseitenelektrode 12 keine Beschränkung, solange sie leitend und durchscheinend ist, und es kann eine üblicherweise für eine Solarbatterie verwendete Vorderseitenelektrode 12 verwendet werden.
Als bei der Erfindung verwendete Vorderseitenelektrode 12 ist eine Filmelektrode (in dieser Beschreibung wird dies als "transparenter, leitender Film" bezeichnet) aus einem Material, das durchscheinend und leitend ist, bevorzugt. Es ist zu beachten, dass es nicht erforderlich ist, dass alle Abschnitte einer bei der Erfindung verwendeten Vorderseitenelektrode 12 durchscheinend sind, sondern es muss nur ein Abschnitt durchscheinend und transparent sein, der eine Transmission von Licht mit einer Menge ermöglicht, wie sie zur Solarenergieerzeugung erforderlich ist. Genauer gesagt, verfügt eine Elektrode unter Verwendung eines metallischen Materials oder dergleichen ohne Durchscheineigenschaft schließlich doch über eine solche, wenn sie mit gitterartiger Struktur hergestellt wird. Demgemäß kann eine derartige Elektrode als Vorderseitenelektrode bei einer erfindungsgemäßen Solarbatterie verwendet werden.
Zu einem speziellen Beispiel einer bei der Erfindung verwendbaren Vorderseitenelektrode 12 gehört ein transparenter, leitender Film unter Verwendung von Zinnoxid, Zinkoxid, ITO oder dergleichen. Hierbei gehört zu Zinnoxid nicht nur SnO_S, sondern auch solches mit der Zusammensetzung Sn_mO_n (wobei m und n positive ganze Zahlen sind). Auch gehört zu Zinkoxid nicht nur ZnO, sondern auch solches mit der allggemeinen Zusammensetzung Zn_m'O_n' (wobei m' und n' positive ganze Zahlen sind). ITO ist eine Abkürzung für Indiumzinnoxid. Hierbei weisen ITO und SnO₂ keinen großen Unterschied im Durchscheinvermögen auf, jedoch weist ITO im Allgemeinen einen niedrigeren spezifischen Widerstand auf, während SnO₂ che misch stabiler ist. Außerdem zeigt ZnO den Vorteil, dass es billiger als ITO ist. Ferner kann bei SnO₂ ein Problem einer Beeinträchtigung der Oberfläche durch ein Plasma beim Herstellen eines a-Si-Films entstehen, jedoch ist ZnO hoch plasmaresistent. Außerdem zeigt ZnO den Vorteil, dass es für Licht langer Wellenlängen hohes Transmissionsvermögen zeigt.
Wenn die bei der Erfindung verwendete Vorderseitenelektrode 12 aus einem transparenten, leitenden Film aus einem ZnO enthaltenden Material besteht, können Fremdstoffe wie Al, Ga oder dergleichen eindotiert werden, um den Widerstand dieses Films zu senken. Dabei ist es bevorzugt, Ga zu dotieren, das die Eigenschaft aufweist, den Widerstand stark zu senken.
Für die bei der erfindungsgemäßen Solarbatterie verwendete fotoelektrische Wandlungsschicht 13 besteht keine Einschränkung, insbesondere solange eine Struktur aus aufeinander geschichteten Halbleiterfilmen mit der Fähigkeit, eine fotoelektrische Wandlung auszuführen, vorliegt, und es kann eine fotoelektrische Wandlungsschicht verwendet werden, wie sie allgemein bei einer Solarbatterie verwendet wird. Hierbei kann als Material für jeden der die fotoelektrische Wandlungsschicht bildenden Halbleiterfilme ein Material verwendet werden, wie es allgemein bei fotoelektrischen Wandlungsschichten bekannter Solarbatterien verwendet wird, solange es sich um einen Halbleiter dreht. Zu speziellen Beispielen hiervon gehören Si, Ge, SiGe, SiC, SiN, GaAs, SiSn oder dergleichen. Darunter sind Si, SiGe, SiC oder dergleichen, die Halbleiter auf Siliciumbasis sind, bevorzugt.
Ein Halbleiter für jeden der die fotoelektrische Wandlungsschicht 13 bildenden Halbleiterfilme kann ein kristalliner Halbleiter vom mikrokristallinen oder polykristallinen Typ sein, oder es kann ein nichtkristalliner Halbleiter, wie ein solcher vom amorphen Typ, sein. Hierbei ist es bevorzugt, als Halbleiter vom nichtkristallinen und polykristallinen Typ solche zu verwenden, die hydriert sind, wobei freie Bindungen, die zu lokalisierten Zuständen führen, mit Wasserstoff abgeschlossen sind.
Vorzugsweise verfügt die bei einer erfindungsgemäßen Solarbatterie verwendete fotoelektrische Wandlungsschicht über eine dreischichtige Struktur, bei der Halbleiter vom p-, vom i- und vom n-Typ aufeinander geschichtet sind. Halbleiter vom p- und vom n-Typ können durch Eindotieren bestimmter Fremdstoffe hergestellt werden, wie dies herkömmlicherweise auf diesem technischen Gebiet in weitem Umfang genutzt wird. Vorzugsweise ist die dreischichtige Struktur vom pin-Typ, wobei eine p-, eine i- und eine n-Schicht von einer Lichteintrittsseite her in dieser Reihenfolge aufgeschichtet sind.
Bei der erfindungsgemäßen Solarbatterie ist auch eine Struktur möglich, bei der mehrere fotoelektrische Wandlungsschichten aufeinander geschichtet sind. Wenn dies der Fall ist, können die Materialien und Strukturen der diese Schichten bildenden Halbleiterfilme gleich oder verschieden sein.
Um ein Abschälen von Halbleiterfilmen zu vermeiden, wird die fotoelektrische Wandlungsschicht 13 vorzugsweise von der Seite des isolierenden, durchscheinenden Substrats mit der folgenden Schichtfolge hergestellt: obere fotoelektrische Wandlungsschicht, in der Halbleiterfilme vom p-, i- und n-Typ aus amorphem Silicium aufeinander geschichtet sind, und untere fotoelektrische Wandlungsschicht, in der Halbleiterfilme vom p-, vom i- undvom n-Typ aus mikrokristallinem Silicium aufeinander geschichtet sind. Genauer gesagt, ist es bevorzugt, eine sogenannte Tandemstruktur zu realisieren, bei der, von der Seite des isolierenden, durchscheinenden Substrats her, über einer Vorderseitenelektrode eine obere fotoelektrische Wandlungsschicht (obere Zelle) 13a aus einer pin-Dreischichtstruktur eines hydrierten, amorphen Halbleiters auf Siliciumbasis (a-Si:H) und eine untere fotoelektrische Wandlungsschicht (untere Zelle) 13b aus einer pin-Dreischichtstruktur eines hydrierten, mikrokristallinen Halbleiters auf Siliciumbasis (μc-Si:H) aufeinander geschichtet sind.
Obwohl für die Dicke der fotoelektrischen Wandlungsschicht 13 bei einer erfindungsgemäßen Solarbatterie keine spezielle Beschränkung besteht, ist es bevorzugt, dass die Gesamtdicke im Bereich von 1,8–3,5 μm, bevorzugter 2,0–3,0 μm liegt, um einen bestimmten Wandlungswirkungsgrad zu erzielen, wobei jedoch die Dicke von Filmabscheidungsbedingungen für die fotoelektrische Wandlungsschicht besteht, und wobei ein Zusammenhang zwischen der Dicke und Spannungen im Film besteht. Wenn eine fotoelektrische Wandlungsschicht mit einer oberen und einer unteren Zelle hergestellt wird, liegt die Dicke der oberen Zelle 13a angesichts einer Stabilisierung des Wirkungsgrads vorzugsweise im Bereich von 0,2–0,5 μm, bevorzugter 0,25–0,35 μm, wobei jedoch eine Abhängigkeit von der verwendeten Vorderseitenelektrode, einem Stromgleichgewicht in Bezug auf die untere Zelle und dem Design betreffend die Lichtbeeinträchtigungsrate besteht. Die Dicke der unteren Zelle 13b liegt vorzugsweise im Bereich von 1,5–3,0 μm, bevorzugter 1,7–2,5 μm, um einen Wandlungswirkungsgrad von bestimmtem Ausmaß zu erzielen, wobei jedoch die Dicke von Filmabscheidungsbedingungen für die fotoelektrische Wandlungsschicht abhängt und eine Beziehung zu mechanischen Spannungen im Film besteht. So wie hier verwendet, bezeichnet "Dicke" der fotoelektrische Wandlungsschicht, der oberen Zelle und der unteren Zelle die Länge entlang der Dickenrichtung eines isolierenden, durchscheinenden Substrats in einem flachen Abschnitt der fotoelektrischen Wandlungsschicht, der oberen Zelle und der unteren Zelle (d. h. nicht im Abschnitt einer gefüllten Grabenöffnung, was später beschrieben wird).
Die bei einer erfindungsgemäßen Solarbatterie verwendete Rückseitenelektrode 14 ist an der Seite entgegengesetzt (in dieser Beschreibung als "Rückseite" bezeichnet) zu einer Lichteintrittsfläche der fotoelektrischen Wandlungsschicht 13 ausgebildet. Für diese Rückseitenelektrode 14 besteht keine spezielle Einschränkung, solange sie zusätzlich zur Leitfähigkeit über Lichtstreueigenschaften oder Lichtreflexionsvermögen verfügt und eine Dicke von 100–200 nm aufweist. Ein spezielles Beispiel einer bei einer erfindungsgemäßen Solarbatterie verwendeten Rückseitenelektrode besteht aus einem Metallfilm, nämlich Ag, Al, Cr oder dergleichen, die hervorragendes Lichtreflexionsvermögen zeigen, und dabei ist ein aus Ag bestehender Metallfilm bevorzugt, da er eine besonders hohe Reflexionsrate zeigt.
Die bei einer erfindungsgemäßen Solarbatterie verwendete Rückseitenelektrode 14 kann alleine aus einem Metallfilm bestehen, jedoch ist vorzugsweise eine transparente Rückseitenelektrode auf eine metallische Rückseitenelektrode aufgeschichtet, um die Lichtstreuung zu erleichtern und um dadurch einen hohen Wirkungsgrad bei der Energieerzeugung zu erzielen. Ein spezielles Beispiel einer verwendbaren transparenten Rückseitenelektrode ist ein transparenter, leitender Film unter Verwendung von Zinnoxid, Zinkoxid, ITO oder dergleichen als Material. Hierbei gehört zu Zinnoxid nicht nur SnO_S, sondern auch solches mit der Zusammensetzung Sn_mO_n (wobei m und n positive ganze Zahlen sind). Auch gehört zu Zinkoxid nicht nur ZnO, sondern auch solches mit der allggemeinen Zusammensetzung Zn_m'O_n' (wobei m' und n' positive ganze Zahlen sind). ITO ist eine Abkürzung für Indiumzinnoxid. Hierbei weisen ITO und SnO₂ keinen großen Unterschied im Durchscheinvermögen auf, jedoch weist ITO im Allgemeinen einen niedrigeren spezifischen Widerstand auf, während SnO₂ chemisch stabiler ist. Außerdem zeigt ZnO den Vorteil, dass es billiger als ITO ist.
Wenn die Rückseitenelektrode 14 zusätzlich zu einer Rückseitenelektrode aus Metall eine transparente Rückseitenelektrode aufweist, beträgt die Dicke der letzteren vorzugsweise 0,03 μm–0,2 μm. Die "Dicke" der transparenten oder der metallischen Rückseitenelektrode ist dabei jeweils die Länge in der Dickenrichtung des isolierenden, durchscheinenden Substrats in jedem flachen Abschnitt der transparenten bzw. metallischen Rückseitenelektrode (d. h. nicht der Abschnitt einer gefüllten Grabenöffnung, was später beschrieben wird.) Die Solarbatterie 50 verfügt grundsätzlich über einen Aufbau mit Stromerzeugungsbereichen S mit einem isolierenden, durchscheinenden Substrat 11, einer Vorderseitenelektrode 12, einer fotoelektrischen Wandlungsschicht 13 aus aufeinander geschichteten Halbleiterfilmen sowie einer Rückseitenelektrode 14, wobei die Vorderseitenelektrode 12 und die Rückseitenelektrode 14 benachbarter Stromerzeugungsbereiche S elektrisch in Reihe miteinander verbunden sind. Um einen Aufbau zu erzielen, bei dem mehrere Stromerzeugungsbereiche S in Reihe geschaltet sind (dies wird in dieser Beschreibung auch als serielle "Stapelstruktur" bezeichnet), müssen in der Solarbatterie 50 die jeweiligen Vorderseitenelektroden 11, die fotoelektrischen Wandlungsschichten 13 und die Rückseitenelektrode 14 vollständig voneinander getrennt sein. Demgemäß muss die Solarbatterie 50 über eine Grabenöffnung 15 zum Unterteilen der Vorderseitenelektrode (in dieser Beschreibung wird dies auch als "Vorderseitenelektrode-Trennlinie 15" bezeichnet), eine Grabenöffnung 16 zum Unterteilen der fotoelektrischen Wandlungsschicht (in dieser Beschreibung wird dies auch als "Trennlinie 16 der fotoelektrischen Wandlungsschicht" bezeichnet) und eine Grabenöffnung 17 zum Aufteilen der Rückseitenelektrode (in dieser Beschreibung wird dies auch als "Rückseitenelektrode-Trennlinie 17" bezeichnet) verfügen. Hierbei muss das Innere jeder Grabenöffnung 15, 16 und 17 nicht leer sein, sondern es kann ein Halbleiter, eine Elektrode oder dergleichen in Form eines Films vorhanden sein, so dass das Innere gefüllt ist. Jedoch wird in dieser Beschreibung auch eine derartige Situation als Grabenöffnung bezeichnet. Außerdem ist bei einer erfindungsgemäßen Solarbatterie auch ein Element (eine Kontaktleitung) zum elektrischen Verbinden der Vorderseitenelektrode und der Rückseitenelektrode erforderlich, um eine serielle Stapelstruktur zu erzielen.
Die erfindungsgemäße Solarbatterie ist als solche vom Lichttransmissionstyp (Solarbatterie vom Durchsichttyp) realisiert, wobei mehrere Öffnungsabschnitte ausgebildet sind, die in Form von Schlitzen orthogonal zu einer Integrationsrichtung bearbeitet sind und Licht zu ihrer Rückseite durchlassen, und vorzugsweise sind die fotoelektrische Wandlungsschicht und die Rückseitenelektrode durch den Öffnungsabschnitt unterteilt. Hierbei bezeichnet die Integrationsrichtung in einer Solarbatterie, bei der ein isolierendes, durchscheinendes Substrat, eine Oberflächenelektrode, eine fotoelektrische Wandlungsschicht und eine Rückseitenelektrode seriell aufeinander geschichtet und integriert sind, die Richtung, in der sich die genannten Schichten erstrecken (z. B. die Richtung senkrecht auf der Papieroberfläche beim Beispiel der 1). Wie es später unter Bezugnahme auf ein Beispiel 4 und ein Vergleichsbeispiel 4 beschrieben wird, ist es, aus dem Gesichtspunkt heraus, eine Beeinträchtigung von Eigenschaften durch eine Verarbeitung vom Durchsichttyp zu vermeiden, erforderlich, dass der transparente, leitende Film nicht durch den Öffnungsabschnitt unterteilt wird (d. h., dass er die in der 9 dargestellte Querschnittsform aufweist).
Bei einer Solarbatterie vom Durchsichttyp gemäß der Erfindung beträgt die Gesamtfläche der Öffnungsabschnitte vorzugsweise 4 % – 30 %, bezogen auf die effektive Energieerzeugungsfläche, bevorzugter 7 % – 20 %. Wenn der Anteil der Gesamtfläche der Öffnungsabschnitte kleiner als 4 % ist, ist die Schrittweite der Öffnungsabschnitte erhöht, und es besteht die Tendenz eines beeinträchtigten Designs. Wenn dagegen der Anteil der Gesamtfläche der Öffnungsabschnitte mehr als 30 % beträgt, ist die Ausgangsleistung der Solarbatterie übermäßig verringert, es ist eine längere Bearbeitungszeit erforderlich, und das Design ist nicht verbessert.
Durch die Erfindung ist auch ein Solarbatteriemodul vom Durchsichttyp mit mehreren Stromerzeugungsbereichen mit mindestens einem isolierenden, durchscheinenden Substrat, einer Oberflächenelektrode, einer fotoelektrischen Wandlungsschicht aus aufeinander geschichteten Halbleiterfilmen und einer Rückseitenelektrode geschaffen. Die Oberflächenelektrode und die Rückseitenelektrode benachbarter Stromerzeugungsbereiche sind so elektrisch miteinander verbunden, dass die Stromerzeugungsbereiche seriell geschaltet sind. Die Rückseitenelektrode besteht aus einem Metallfilm mit einer Dicke von 100 – 200 nm. Es sind mehrere Öffnungsabschnitte ausgebildet, die in Form von Schlitzen orthogonal zu einer Integrationsrichtung bearbeitet sind und Licht zu ihrer Rückseite durchlassen. Die Seite mit der Rückseitenelektrode ist durch eine Klebeschicht und ein transparentes Abdichtmaterial abgedichtet. Demgemäß ist es bei der Erfindung möglich, eine Solarbatterie herzustellen, ohne nach einer Laserbearbeitung der Rückseitenelektrode einen Reinigungsschritt auszuführen, und ein Solarbatteriemodul vom Durchsichttyp kann mit drastisch höherer Effizienz und geringeren Kosten als auf herkömmliche Weise erhalten werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Solarbatteriemodul vom Durchsichttyp besteht für das Material der zum Abdichten der Seite mit der Rückseitenelektrode verwendeten Klebeschicht keine spezielle Einschränkung, sondern es kann ein herkömmlich bekanntes Material, wie z. B. EVA oder dergleichen, verwendet werden. Auch besteht für das zum Abdichten der Seite mit der Rückseitenelektrode verwendete transparente Abdichtmaterial keine spezielle Beschränkung, und es kann ein herkömmlich bekanntes Material, z. B. ein PET(Polyethylenterphthalat)-Film, ein PVB(Polyvinylbutyral)-Film oder dergleichen verwendet werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eine Solarbatterie ist ein solches zum Herstellen einer Solarbatterie mit mehreren Stromerzeugungsbereichen mit mindestens einem isolierenden, durchscheinenden Substrat, einer Oberflächenelektrode, einer fotoelektrischen Wandlungsschicht aus aufeinander geschichteten Halbleiterfilmen sowie einer Rückseitenelektrode. Die Oberflächenelektrode und die Rückseitenelektrode benachbarter Stromerzeugungsbereiche sind elektrisch so miteinander verbunden, dass die mehreren Stromerzeugungsbereiche seriell geschaltet sind. Zu diesem Verfahren gehört zumindest ein Schritt zum Herstellen einer Rückseitenelektrode mit einer metallischen Rückseitenelektrode mit einer Dicke von 100 – 200 nm (Rückseitenelektrode-Herstellschritt) sowie ein Schritt zum Unterteilen der metallischen Rückseitenelektrode durch Laserbearbeitung (Rückseitenelektrode-Strukturierschritt), und es ist dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Unterteilen der metallischen Rückseitenelektrode kein Reinigungsschritt ausgeführt wird.
Beim erfindungsgemäßen Herstellverfahren können die Schritte mit Ausnahme des Rückseitenelektrode-Herstellschritts und des Rückseitenelektrode-Strukturierschritts entsprechend wie bei einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen einer So larbatterie verwendet werden, wobei jedoch nach dem Unterteilen der metallischen Rückseitenelektrode kein Reinigungsschritt ausgeführt wird, wobei für die übrigen Schritte keine spezielle Einschränkung besteht. Zum Beispiel könnte eine erfindungsgemäße Solarbatterie mit den folgenden Schritten ähnlich wie auf herkömmliche Weise hergestellt werden:

(1) Vorderseitenelektrode-Herstellschritt
(2) Vorderseitenelektrode-Strukturierschritt
(3) Herstellschritt für die fotoelektrische Wandlungsschicht und
(4) Strukturierschritt für die fotoelektrische Wandlungsschicht.

Dann werden, ohne dass ein Reinigungsschritt ausgeführt wird, gemäß der Erfindung die folgenden Schritte ausgeführt:

(5) Rückseitenelektrode-Herstellschritt und
(6) Rückseitenelektrode-Strukturierschritt.

Nachfolgend wird ein spezielles Beispiel eines erfindungsgemäßen Herstellverfahrens Schritt für Schritt beschrieben.
(1) Vorderseitenelektrode-Herstellschritt
Als Erstes wird auf einem isolierenden, durchscheinenden Substrat eine Vorderseitenelektrode hergestellt. Dieser Vorderseitenelektrode-Herstellschritt differiert abhängig davon, ob die Vorderseitenelektrode als Metallelektrode oder als transparenter, leitender Film hergestellt wird.
Wenn die Vorderseitenelektrode eine Metallelektrode ist, kann im Vorderseitenelektrode-Herstellschritt ein physikalisches Herstellverfahren verwendet werden. Dazu gehören, jedoch ohne Einschränkung, ein Verfahren zur Abscheidung im Vakuum, ein Ionenplattierverfahren, ein Sputterverfahren, ein Magnetronsputterverfahren und dergleichen. Unter diesen Herstellverfahren ist das Sputterverfahren angesichts der Qualität und dergleichen bevorzugt.
Wenn die bei der Erfindung verwendete Vorderseitenelektrode im Vorderseitenelektrode-Herstellschritt als transparenter, leitender Film ausgebildet wird, kann ein chemisches oder physikalisches Herstellverfahren verwendet werden. Zu chemischen Herstellverfahren gehören, ohne Einschränkung, ein Sprühverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Plasma-CVD-Verfahren oder dergleichen. Im Allgemeinen ist ein chemisches Herstellverfahren ein solches zum Herstellen eines Oxidfilms auf einem Substrat durch Pyrolyse und Oxidationsreaktion eines Chlorids, einer metallorganischen Verbindung oder dergleichen, und es ist hinsichtlich niedriger Prozesskosten vorteilhaft. Zu verwendbaren physikalischen Herstellverfahren gehören z. B. ein Verfahren mit Abscheidung im Vakuum, ein Ionenplattierverfahren, ein Sputterverfahren, ein Magnetronsputterfahren und dergleichen. Im Allgemeinen kann bei einem physikalischen Herstellverfahren eine niedrigere Temperatur als bei einem chemischen Herstellverfahren verwendet werden, und es kann ein Film hervorragender Qualität erzielt werden, wobei jedoch die Filmabscheidungsgeschwindigkeit niedrig ist und die Vorrichtung teuer ist.
(2) Vorderseitenelektrode-Strukturierschritt
Als Nächstes wird durch Strukturieren der im Schritt (1) hergestellten Vorderseitenelektrode eine Vorderseitenelektrode-Trennlinie ausgebildet. Für das Strukturierprogramm besteht keine spezielle Einschränkung, und in geeigneter Weise kann jedes Verfahren genutzt werden, wie es allgemein zum Strukturieren einer Metallelektrode oder eines transparenten, leitenden Films verwendet wird, solange es eine genaue Strukturierung ermöglicht. Zum Beispiel kann das Strukturieren der Vorderseitenelektrode durch Ätzen unter Verwen dung einer Harzmaske, einer Metallmaske oder dergleichen ausgeführt werden. Jedoch bestehen bei einem derartigen Verfahren Probleme. Zum Beispiel ist eine große Anzahl von Prozessen erforderlich, um eine Stapelschichtstruktur auszubilden, die Größe des bearbeitbaren Substrats ist eingeschränkt, es besteht die Tendenz, dass die effektive Fläche eines Stromerzeugungsbereichs innerhalb eines Substrats einer Solarbatterie klein ist, wahrscheinlich werden durch den Nassprozess feine Löcher in der fotoelektrischen Wandlungsschicht erzeugt, und ein Strukturieren bei einem gekrümmten Substrat ist schwierig.
Demgemäß ist es beim Vorderseitenelektrode-Strukturierschritt bevorzugt, eine Strukturierung unter Verwendung einer Erwärmung durch Einstrahlung eines Lasers auszuführen (in dieser Beschreibung wird dies auch als "Laserstrukturierung" bezeichnet). Durch Ausführen einer derartigen Laserstrukturierung können die folgenden Vorteile erzielt werden. Genauer gesagt, kann die Anzahl der zum Herstellen einer Stapelschichtstruktur benötigten Schritte verringert werden, eine Solarbatterie kann auf einem Substrat großer Fläche hergestellt werden, eine Solarbatterie kann auf einem Substrat mit jeder beliebigen Form, wie einer gekrümmten Form, hergestellt werden, die effektive Fläche des Stromerzeugungsbereichs innerhalb des Substrats einer Solarbatterie kann erhöht werden, und es besteht Eignung für kontinuierliche und automatische Herstellung. Hierbei besteht für einen zur Laserstrukturierung verwendeter Laser keine spezielle Beschränkung, sondern es kann ein Laser verwendet werden, wie er allgemein bei einem Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie verwendet wird. Vorzugsweise werden der Abstand zwischen der Laserausgangsöffnung und der bestrahlten Fläche, der Durchmesser des Lasers auf der bestrahlten Fläche und die Lasereinstrahlzeit abhängig von der zu strukturierenden Form und dergleichen geeignet eingestellt. Vor zugsweise werden das Substrat und die Vorderseitenelektrode nach dem Vorderseitenelektrode-Strukturierschritt und vor dem Ausführen eines Schritts zum Herstellen der fotoelektrischen Wandlungsschicht, was später beschrieben wird, mit reinem Wasser gereinigt.
(3) Herstellschritt für die fotoelektrische Wandlungsschicht
Als Nächstes wird auf der Oberflächenelektrode, die durch den Schritt (2) strukturiert wurde, eine fotoelektrische Wandlungsschicht hergestellt. Diese kann in geeigneter Weise durch ein herkömmlich bekanntes Verfahren erfolgen, so dass für das Herstellverfahren keine spezielle Beschränkung besteht. Zum Beispiel kann die fotoelektrische Wandlungsschicht durch ein chemisches oder ein physikalisches Herstellverfahren hergestellt werden.
Das beim Herstellschritt für die fotoelektrische Wandlungsschicht verwendete Herstellverfahren kann ein Sprühverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Plasma-CVD-Verfahren oder dergleichen sein. Im Allgemeinen ist ein chemisches Herstellverfahren für einen Halbleiter ein solches zum Herstellen eines Halbleiterfilms auf einem Substrat durch Pyrolyse und Plasmareaktion eines Rohmaterialgases wie Silangas, und bei einem solchen Verfahren sind die Prozesskosten niedrig.
Ein physikalisches Herstellverfahren beim Herstellschritt für die fotoelektrische Wandlungsschicht ist z. B. ein Verfahren für Abscheidung im Vakuum, ein Ionenplattierverfahren, ein Sputterverfahren, ein Magnetronsputterverfahren und dergleichen. Im Allgemeinen sorgt ein physikalisches Herstellverfahren für eine niedrigere Temperatur des Substrats als ein chemisches Herstellverfahren, und es kann ein Film hervorragender Qualität hergestellt werden, wobei jedoch die Filmabscheidungsgeschwindigkeit niedrig ist und die Vorrich tung teuer ist. Unter diesen Herstellverfahren wird angesichts der Qualität und dergleichen vorzugsweise das Plasma-CVD-Verfahren verwendet.
Mit dem genannten Verfahren kann in vorteilhafter Weise eine fotoelektrische Wandlungsschicht mit einer Dreischichtstruktur erhalten werden, bei der Halbleiterfilme vom p-, vom i- und vom n-Typ aufeinander geschichtet sind. Wenn mehrere fotoelektrische Wandlungsschichten aufeinander zu schichten sind (wenn z. B. eine obere Zelle aus einer Dreischichtstruktur vom pin-Typ aus einem hydrierten, amorphen Halbleiter auf Siliciumbasis (a-Si:H) und eine untere Zelle aus einer Dreischichtstruktur vom pin-Typ aus einem hydrierten, mikrokristallinen Halbleiter auf Siliciumbasis (μc-Si:H) aufeinander zu schichten sind) können das chemische und/oder das physikalische Herstellverfahren wiederholt ausgeführt werden.
(4) Strukturierschritt für die fotoelektrische Wandlungsschicht
Als Nächstes wird durch Strukturieren der durch den Schritt (3) hergestellten fotoelektrischen Wandlungsschicht eine Trennlinie in dieser hergestellt. Für das Strukturierverfahren besteht keine spezielle Einschränkung, und in geeigneter Weise wird jedes Verfahren genutzt, das allgemein zum Strukturieren einer fotoelektrischen Wandlungsschicht oder eines transparenten, leitenden Films verwendet wird, solange dieses Verfahren eine genaue Strukturierung ermöglicht. Zum Beispiel kann das Strukturieren durch Ätzen unter Verwendung einer Harzmaske, einer Metallmaske oder dergleichen ausgeführt werden. Jedoch gehen mit einem derartigen Verfahren Probleme einher. Zum Beispiel ist eine große Anzahl von Prozessen erforderlich, um eine Stapelschichtstruktur herzustellen, die Größe des bearbeitbaren Substrats ist be schränkt, es besteht die Tendenz, dass die effektive Fläche eines Stromerzeugungsbereichs innerhalb des Substrats einer Solarbatterie klein ist, es besteht die Wahrscheinlichkeit, dass durch den Nassprozess in der fotoelektrischen Wandlungsschicht feine Löcher erzeugt werden, und die Strukturierung ist bei einem gekrümmten Substrat schwierig.
Demgemäß ist es beim Strukturierprozess für die fotoelektrische Wandlungsschicht bevorzugt, die Strukturierung unter Ausnutzung einer Erwärmung durch Einstrahlung eines Laserstrahls (Laserstrukturierung) auszuführen. Durch Ausführen einer derartigen Laserstrukturierung können die folgenden Vorteile erzielt werden. Genauer gesagt, kann die Anzahl der zum Herstellen einer Stapelschichtstruktur erforderlichen Schritte verringert werden, eine Solarbatterie kann auf einem Substrat großer Fläche hergestellt werden, eine Solarbatterie kann auf einem Substrat beliebiger Form, wie gekrümmter Form, hergestellt werden, die effektive Fläche eines Stromerzeugungsbereichs innerhalb eines Substrats einer Solarbatterie kann erhöht werden, und es besteht Eignung für kontinuierliche und automatische Herstellung.
Hierbei ist es beim Strukturierschritt für die fotoelektrische Wandlungsschicht bevorzugt, als Laser bei der Laserstrukturierung, wenn die Vorderseitenelektrode aus einem transparenten, leitenden Film besteht, einen Laser zu verwenden, der Licht im sichtbaren Bereich durchlässt, das hervorragend durch den transparenten, leitenden Film dringt, so dass dieser nicht beschädigt wird. Daher ist es bevorzugt, z. B. einen YAG-SHG-Laser zu verwenden.
Es ist bevorzugt, im Strukturierschritt für die fotoelektrische Wandlungsschicht eine Grabenöffnung zum Ausbilden einer Kontaktleitung herzustellen.
(5) Rückseitenelektrode-Herstellschritt
Als Nächstes wird die Rückseitenelektrode hergestellt. Wenn diese Rückseitenelektrode hergestellt wird, ist es bevorzugt, die Grabenöffnung zum Ausbilden einer Kontaktleitung mit einem leitenden Material aufzufüllen, um die Kontaktleitung herzustellen. Für das leitende Material besteht keine spezielle Einschränkung, solange es über Leitvermögen verfügt, und es kann jedes leitende Material verwendet werden, wie es allgemein bei Solarbatterien verwendet wird. Aus dem Gesichtspunkt einer Vereinfachung der Herstellschritte her ist es bevorzugt, wenn die Rückseitenelektrode aus einer metallischen und einer transparenten Rückseitenelektrode besteht, als leitendes Material dasselbe zu verwenden, wie es für die transparente Rückseitenelektrode verwendet wird. Es ist wünschenswert, dass beim Herstellen der Kontaktleitung die Grabenöffnung für diese vollständig mit dem leitenden Material aufgefüllt wird und die Vorderseitenelektrode und die Rückseitenelektrode vollständig elektrisch angeschlossen werden.
Obwohl für das Herstellverfahren der metallischen Rückseitenelektrode innerhalb der Rückseitenelektrode keine spezielle Einschränkung besteht, ist es bevorzugt, ein physikalisches Herstellverfahren zu verwenden. Dazu können ein Verfahren mit Abscheidung im Vakuum, ein Ionenplattierverfahren, ein Sputterverfahren, ein Magnetronsputterverfahren und dergleichen gehören. Unter diesen Herstellverfahren ist das Magnetronsputterverfahren angesichts der Qualität und dergleichen bevorzugt. Beim erfindungsgemäßen Herstellverfahren ist es wesentlich, die metallische Rückseitenelektrode in diesem Rückseitenelektrode-Herstellschritt mit einer Dicke von 100–200 nm herzustellen. Eine metallische Rückseitenelektrode mit einer solchen Dicke kann geeigneterweise dadurch hergestellt werden, dass die Bedingungen bei jedem der oben genannten Verfahren geeignet eingestellt werden.
Wenn zusätzlich zu einer metallischen Rückseitenelektrode eine transparente Rückseitenelektrode hergestellt wird, kann die letztere durch ein chemisches oder ein physikalisches Herstellverfahren hergestellt werden. Zum chemischen Herstellverfahren gehören ein Sprühverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Plasma-CVD-Verfahren und dergleichen. Im Allgemeinen ist ein chemisches Herstellverfahren ein solches, bei dem ein Oxidfilm durch Pyrolyse und eine Oxidationsreaktion eines Chlorids, einer metallorganischen Verbindung oder dergleichen auf einem Substrat hergestellt wird, und ein solches ist wegen niedriger Prozesskosten vorteilhaft. Zu physikalischen Herstellverfahren gehören ein Verfahren mit Abscheidung im Vakuum, ein Ionenplattierverfahren, ein Sputterverfahren, ein Magnetronsputterverfahren und dergleichen. Im Allgemeinen sorgt ein physikalisches Herstellverfahren für niedrigere Temperatur des Substrats als ein chemisches Herstellverfahren, und es kann ein Film mit hervorragender Qualität hergestellt werden, wobei jedoch die Tendenz einer niedrigen Filmabscheidungsgeschwindigkeit besteht und die Vorrichtung teuer ist. Unter diesen Herstellverfahren wird vorzugsweise wegen der Qualität und dergleichen das Sputterverfahren verwendet. In diesem Fall ist es bevorzugt, als Erstes die transparente Rückseitenelektrode, die auch als Kontaktleitung dient, herzustellen, und danach die metallische Rückseitenelektrode herzustellen.
(6) Rückseitenelektrode-Strukturierschritt
Als Nächstes wird durch Strukturieren der im Schritt (5) hergestellten Rückseitenelektrode eine Rückseitenelektroden-Trennlinie ausgebildet. Für das Verfahren zum Strukturieren in diesem Schritt besteht keine spezielle Einschränkung, sondern es kann jedes Verfahren verwendet werden, das allge mein zum Strukturieren einer Metallelektrode oder eines transparenten, leitenden Films verwendet wird, solange es sich um ein Verfahren handelt, das eine genaue Strukturierung ermöglicht. Zum Beispiel kann das Strukturieren durch Ätzen unter Verwendung einer Harzmaske, einer Metallmaske oder dergleichen ausgeführt werden. Jedoch bestehen bei einem derartigen Verfahren Probleme. Zum Beispiel ist eine große Anzahl von Prozessen dazu erforderlich, eine Stapelschichtstruktur auszubilden, die Größe eines bearbeitbaren Substrats ist beschränkt, es besteht die Tendenz, dass die effektive Fläche des Stromerzeugungsbereichs innerhalb des Substrats einer Solarbatterie klein ist, es besteht die Wahrscheinlichkeit, dass aufgrund des Nassprozesses in der fotoelektrischen Wandlungsschicht feine Löcher erzeugt werden, und die Strukturierung ist bei einem gekrümmten Substrat schwierig.
Demgemäß ist es bevorzugt, im Rückseitenelektrode-Strukturierprozess des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens die Strukturierung unter Ausnutzung einer Erwärmung durch Einstrahlen eines Lasers (in dieser Beschreibung auch als "Laserstrukturierung" bezeichnet) auszuführen. Durch Ausführen einer derartigen Laserstrukturierung können die folgenden Vorteile erzielt werden. Genauer gesagt, kann die Anzahl der zum Herstellen einer Stapelschichtstruktur erforderlichen Schritte gesenkt werden, eine Solarbatterie kann auf einem Substrat großer Fläche hergestellt werden, eine Solarbatterie kann auf einem Substrat beliebiger Form, wie gekrümmter Form hergestellt werden, die effektive Fläche eines Stromerzeugungsbereichs innerhalb eines Substrats einer Solarbatterie kann erhöht werden, und es besteht Eignung für kontinuierliche und automatische Herstellung.
Ein Laser, wie er für Laserstrukturierung im Rückseitenelektrode-Strukturierschritt verwendet wird, ist vorzugsweise ein Nd:YAG- oder ein Nd:YVO₄-Laser. Obwohl ein Laser mit Erzeugung der zweiten oder der dritten Harmonischen verwendet werden kann, ist ein solcher mit der zweiten Harmonischen bevorzugt, wenn es um das Ausmaß einer Graterzeugung bei der Laserbearbeitung geht. Vorzugsweise werden der Abstand zwischen einer Laserausgangsöffnung und der bestrahlten Fläche, die Lasereinstrahlzeit und dergleichen, abhängig von der zu strukturierenden Form und dergleichen, geeignet ausgewählt.
Das erfindungsgemäße Herstellverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Rückseitenelektrode-Strukturierschritt kein Reinigungsschritt ausgeführt wird. So wie hier verwendet, gehören zu einem "Reinigungsschritt", zusätzlich zu Ultraschallreinigung, ein Reinigen durch reines Wasser, ein Reinigen mit einem Klebeband, ein Reinigen unter Verwendung von Luft und dergleichen. Während beim erfindungsgemäßen Herstellverfahren kein derartiger Reinigungsschritt ausgeführt wird, ist die Erzeugung von Graten verhindert, so dass eine durch dieses Verfahren hergestellte Solarbatterie keine Beeinträchtigung ihrer Eigenschaften zeigt.
Wenn eine Solarbatterie vom Durchsichttyp hergestellt wird, wird durch Laserbestrahlung der Rückseitenelektrode, an der der Strukturierprozess ausgeführt wurde, von der Glasfläche her mittels der zweiten Harmonischen eines Nd:YAG-Lasers ein Öffnungsabschnitt ausgebildet. Vorzugsweise werden solche Laserbearbeitungsbedingungen ausgewählt, gemäß denen der transparente, leitende Film 12 nicht beschädigt wird.
Ferner kann durch Abdichten der Seite mit der Rückseitenelektrode durch eine Klebeschicht und ein transparentes Abdichtmaterial ein Solarbatteriemodul vom Durchsichttyp hergestellt werden. Die Herstellung der Abdichtung auf der Seite der Rückseitenelektrode kann durch ein beliebiges her kömmlich bekanntes Verfahren ausgeführt werden, so dass keine spezielle Einschränkung besteht.
Beispiel 1
Unter Verwendung eines Glassubstrats mit einer Dicke von ungefähr 4,0 nm als isolierendes, durchscheinendes Substrat 11 mit einer Substratgröße von 560 nm × 925 nm wurde SnO₂ (Zinnoxid) durch ein thermisches CVD-Verfahren als transparenter, leitender Film 12 abgeschieden.
Als Nächstes wurde unter Verwendung der Grundwelle eines YAG-Lasers eine Strukturierung des transparenten, leitenden Films 12 ausgeführt. Durch Einstellen des Lichts für Eintritt von der Glasfläche her wurde der transparente, leitende Film 12 in rechteckige Stücke aufgeteilt, und es wurde eine Oberflächenelektrode-Trennlinie 15 gebildet.
Danach wurde das Substrat einer Ultraschallreinigung mit reinem Wasser unterzogen, und danach wurde eine obere Zelle 13a hergestellt. Die obere Zelle 13a wurde aus einer a-Si:H-p-Schicht, einer a-Si:H-i-Schicht und einer a-Si:H-n-Schicht hergestellt, wobei die Gesamtdicke W1 auf ungefähr 0,25 μm eingestellt wurde. Es ist zu beachten, dass die p- und die n-Schicht aus μc-Si:H bestehen können.
Als Nächstes wurde die untere Zelle 13b aus einer μc-Si:H-p-Schicht, einer μc-Si:H-i-Schicht und einer μc-Si:H-n-Schicht mit einer Gesamtdicke W2 von ungefähr 2,4 μm hergestellt.
Als Nächstes wurde unter Verwendung der zweiten Harmonischen eines YAG-Lasers eine Laserstrukturierung der unteren Zelle 13b ausgeführt. Durch Einstellen des Lichts für Eintritt von der Glasfläche her wurde die untere Fläche 13b in rechteckige Stücke aufgeteilt, und die Kontaktleitung 16 zum elektri schen Verbinden des transparenten, leitenden Films 12 und der Rückseitenelektrode 14 wurde hergestellt.
Als Nächstes wurde die Rückseitenelektrode 14 durch ein Magnetronsputterverfahren aus ZnO(Zinkoxid)/Ag hergestellt. Hierbei wurde das ZnO (die transparente Rückseitenelektrode) auf eine Dicke von 100 nm eingestellt. Die Dicke des Silbers (metallische Rückseitenelektrode) wurde auf 150 nm eingestellt.
Als Nächstes wurde unter Verwendung eines Lasers ein Strukturieren an der Rückseitenelektrode 14 ausgeführt. Durch Einstellen des Lichts für Eintritt von der Glasfläche her wurde die Rückseitenelektrode 14 in rechteckige Stücke aufgeteilt, und es wurde eine Rückseitenelektroden-Trennlinie 17 ausgebildet. Hierbei wurde für die Laserstrahlung die zweite Harmonische eines Nd:YAG-Lasers, die ein hervorragendes Transmissionsvermögen hinsichtlich des transparenten, leitenden Films 12 aufweist, verwendet, um eine Beschädigung dieses Films zu vermeiden. Die Breite W1 der Rückseitenelektroden-Trennlinie 17 wurde auf 85 μm eingestellt. Die Trennlinie 17 wurde mit einem Mikroskop betrachtet, und es zeigte sich praktisch kein Grat.
Danach wurde mit dem Elektrodenabschnitt ein Anschluss verbunden, und mit einem Solarsimulator AM1.5 (100mW/cm²) wurde eine erste Messung ausgeführt. Anschließend wurde, ohne dass ein Reinigungsschritt ausgeführt wurde, die Seite mit der Rückseitenelektrode 14 unter Verwendung eines EVA-Klebematerials und eines PET-Films abgedichtet. Nach dem Abdichten wurde eine zweite Messung mit dem genannten Solarsimulator ausgeführt.
Die 2 zeigt die mittlere Ausgangsleistung Pave (W) und das Verhältnis P21 = (zweite mittlere Ausgangsleistung/erste mittlere Ausgangsleistung) einer so hergestellten Solarbatterie. Die 3 zeigt die mittlere Ausgangsleistung Pm(W) nach Ausbildung zu einem Modul (d. h. Pm = Pave × P21).
Beispiel 2
Es wurden Prozesse ähnlich wie beim Beispiel 1 ausgeführt, jedoch mit der Ausnahme, dass die Dicke des Silbers (metallische Rückseitenelektrode) auf 100 nm eingestellt wurde. Ähnlich wie beim Beispiel 1 wurde die Rückseitenelektroden-Trennlinie mit einem Mikroskop betrachtet, und es zeigte sich beinahe kein Grat. Die 2 zeigt die mittlere Ausgangsleistung Pave (W) und das Verhältnis P21 = (zweite mittlere Ausgangsleistung/erste mittlere Ausgangsleistung) einer so hergestellten Solarbatterie. Die 3 zeigt die mittlere Ausgangsleistung Pm(W) nach Ausbildung zu einem Modul (d. h. Pm = Pave × P21).
Beispiel 3
Es wurden Prozesse ähnlich wie beim Beispiel 1 ausgeführt, jedoch mit der Ausnahme, dass die Dicke des Silbers (metallische Rückseitenelektrode) auf 200 nm eingestellt wurde. Ähnlich wie beim Beispiel 1 wurde die Rückseitenelektroden-Trennlinie mit einem Mikroskop betrachtet, und es zeigte sich beinahe kein Grat. Die 2 zeigt die mittlere Ausgangsleistung Pave (W) und das Verhältnis P21 = (zweite mittlere Ausgangsleistung/erste mittlere Ausgangsleistung) einer so hergestellten Solarbatterie. Die 3 zeigt die mittlere Ausgangsleistung Pm(W) nach Ausbildung zu einem Modul (d. h. Pm = Pave × P21).
Vergleichsbeispiel 1
Es wurden Prozesse ähnlich wie beim Beispiel 1 ausgeführt, jedoch mit der Ausnahme, dass die Dicke des Silbers (metallische Rückseitenelektrode) auf 75 nm eingestellt wurde. Ähnlich wie beim Beispiel 1 wurde die Rückseitenelektroden-Trennlinie mit einem Mikroskop betrachtet, und es zeigte sich beinahe kein Grat. Die 2 zeigt die mittlere Ausgangsleistung Pave (W) und das Verhältnis P21 = (zweite mittlere Ausgangsleistung/erste mittlere Ausgangsleistung) einer so hergestellten Solarbatterie. Die 3 zeigt die mittlere Ausgangsleistung Pm(W) nach Ausbildung zu einem Modul (d. h. Pm = Pave × P21).
Vergleichsbeispiel 2
Es wurden Prozesse ähnlich wie beim Beispiel 1 ausgeführt, jedoch mit der Ausnahme, dass die Dicke des Silbers (metallische Rückseitenelektrode) auf 250 nm eingestellt wurde. Ähnlich wie beim Beispiel 1 wurde die Rückseitenelektroden-Trennlinie mit einem Mikroskop betrachtet, und es zeigte sich beinahe kein Grat. Die 2 zeigt die mittlere Ausgangsleistung Pave (W) und das Verhältnis P21 = (zweite mittlere Ausgangsleistung/erste mittlere Ausgangsleistung) einer so hergestellten Solarbatterie. Die 3 zeigt die mittlere Ausgangsleistung Pm(W) nach Ausbildung zu einem Modul (d. h. Pm = Pave × P21).
Vergleichsbeispiel 3
Es wurden Prozesse ähnlich wie beim Beispiel 1 ausgeführt, jedoch mit der Ausnahme, dass die Dicke des Silbers (metallische Rückseitenelektrode) auf 300 nm eingestellt wurde. Ähnlich wie beim Beispiel 1 wurde die Rückseitenelektroden-Trennlinie mit einem Mikroskop betrachtet, und es zeigte sich beinahe kein Grat. Die 2 zeigt die mittlere Ausgangsleistung Pave (W) und das Verhältnis P21 = (zweite mittlere Ausgangsleistung/erste mittlere Ausgangsleistung) einer so hergestellten Solarbatterie. Die 3 zeigt die mittlere Ausgangsleistung Pm(W) nach Ausbildung zu einem Modul (d. h. Pm = Pave × P21).
Gemäß der 2 und 3 kann unter Verwendung eines Aufbaus gemäß der Erfindung eine Solarbatterie ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften um die Rückseitenelektrode herum mit guter Ausbeute und hoher Ausgangsleistung hergestellt werden. Es ist zu berücksichtigen, dass die Eigenschaften schlechter werden, wenn der Silberfilm dünn ist, wobei eine Beeinflussung durch die Widerstandskomponente der Elektrode besteht, die zu einer Zunahme des Reihenwiderstands führt, wobei auch das Reflexionsvermögen unzureichend wird. Umgekehrt besteht, wenn das Silber dick ist, die Tendenz, dass wegen beeinträchtigter Bearbeitbarkeit der Schicht der Rückseitenelektrode Grate erzeugt werden. Dann tritt schon vor dem Abdichten eine Beeinträchtigung von Eigenschaften durch Lecks auf, und die Beeinträchtigung ist nach dem Abdichten erheblich.
Beispiel 4
Es wurde eine Solarbatterie vom Durchsichttyp mit der in der 9 dargestellten Schnittstruktur hergestellt, wobei es sich um einen Schnitt entlang der Linie IX-IX der in der 8 dargestellten Solarbatterie 100 vom Durchsichttyp handelt. Der Schnitt entlang der Linie I-I ist derselbe, wie er in der 1 dargestellt ist.
Unter Verwendung eines Glassubstrats mit einer Dicke von ungefähr 4,0 mm als isolierendes, durchscheinendes Substrat 11 wurde durch ein thermisches CVD-Verfahren SnO₂ (Zinnoxid) als transparenter, leitender Film 12 auf diesem (Substratgröße 560 nm × 925 nm) abgeschieden.
Als Nächstes wurde unter Verwendung der Grundwelle eines YAG-Lasers eine Strukturierung des transparenten, leitenden Films 12 ausgeführt. Durch Einstellen des Lichts für Eintritt von der Glasfläche her wurde der transparente, leitende Film 12 in rechteckige Stücke aufgeteilt, und es wurde eine Oberflächenelektrode-Trennlinie 15 gebildet. Danach wurde das Substrat einer Ultraschallreinigung mit reinem Wasser unterzogen, und danach wurde eine obere Zelle 13a hergestellt. Die obere Zelle 13a wurde aus einer a-Si:H-p-Schicht, einer a-Si:H-i-Schicht und einer a-Si:H-n-Schicht hergestellt, wobei die Gesamtdicke W1 auf ungefähr 0,25 μm eingestellt wurde. Es ist zu beachten, dass die p- und die n-Schicht aus μc-Si:H bestehen können.
Als Nächstes wurde die untere Zelle 13b aus einer μc-Si:H-p-Schicht, einer μc-Si:H-i-Schicht und einer μc-Si:H-n-Schicht mit einer Gesamtdicke W2 von ungefähr 2,4 μm hergestellt.
Als Nächstes wurde unter Verwendung der zweiten Harmonischen eines YAG-Lasers eine Laserstrukturierung der unteren Zelle 13b ausgeführt. Durch Einstellen des Lichts für Eintritt von der Glasfläche her wurde die untere Fläche 13b in rechteckige Stücke aufgeteilt, und die Kontaktleitung 16 zum elektrischen Verbinden des transparenten, leitenden Films 12 und der Rückseitenelektrode 14 wurde hergestellt.
Als Nächstes wurde die Rückseitenelektrode 14 durch ein Magnetronsputterverfahren aus ZnO(Zinkoxid)/Ag hergestellt. Hierbei wurde das ZnO auf eine Dicke von 50 nm eingestellt. Die Dicke des Silbers wurde auf 150 nm eingestellt.
Als Nächstes wurde unter Verwendung eines Lasers ein Strukturieren an der Rückseitenelektrode 14 ausgeführt. Durch Einstellen des Lichts für Eintritt von der Glasfläche her wurde die Rückseitenelektrode 14 in rechteckige Stücke aufgeteilt, und es wurde eine Rückseitenelektroden-Trennlinie 17 ausgebildet. Hierbei wurde für die Laserstrahlung die zweite Harmonische eines Nd:YAG-Lasers, die ein hervorragendes Transmissionsvermögen hinsichtlich des transparenten, leitenden Films 12 aufweist, verwendet, um eine Beschädigung dieses Films zu vermeiden. Die Breite W1 der Rückseitenelektroden-Trennlinie 17 wurde auf 85 μm eingestellt.
Danach wurde ein Anschluss mit dem Elektrodenabschnitt verbunden, und ohne Ausführen eines Reinigungsschritts wurde eine Messung mit einem Solarsimulator AM1.5 (100mW/cm²) ausgeführt. Die Messergebnisse waren: Isc: 1,124 A, Voc: 68,11 V, F.F: 0,720, Pmax: 55,12 W.
Nach dem Schützen mit einer Maske, um den Elektrodenabschnitt nicht zu bearbeiten, wurde ein Öffnungsabschnitt 9 durch Laserbestrahlung mit der zweiten Harmonischen eines Nd:YAG-Lasers von der Glasoberfläche her ausgebildet. Hierbei ist es bevorzugt, die Laserbearbeitungsbedingungen so einzustellen, dass der transparente, leitende Film 12 nicht beschädigt wird, wie im Fall der Rückseitenelektroden-Trennlinie 17 der Rückseitenelektrode 14. Hierbei wurde die Breite W2 des Öffnungsabschnitts 9 auf 120 μm eingestellt, und die Schrittweite W5 desselben wurde auf 1,27 mm eingestellt. Nach der oben beschriebenen Bearbeitung betrug die Gesamtfläche des Öffnungsabschnitts 9 bezogen auf die effektive Stromerzeugungsfläche ungefähr 10 %. Ohne Ausführung eines Reinigungsschritts erfolgte eine Messung mit dem genannten Solarsimulator. Die Messergebnisse waren: Isc: 1,011 A, Voc: 68,06 V, F.F: 0,717, Pmax: 49,33 W.
Genauer gesagt, betrug die Beeinträchtigung von Eigenschaften aufgrund der Verarbeitung, um den Durchsichttyp zu erzielen, ungefähr 10,5 %, was der Fläche des Öffnungsabschnitts von 10 % entspricht, und daher war die Beeinträchtigung der Eigenschaften nicht bedeutsam.
Ferner erfolgte anschließend eine Abdichtung auf der Seite der Rückseitenelektrode 14 mit Glas. Es ergab sich keine Beeinträchtigung der Eigenschaften.
Vergleichsbeispiel 4
Es wurde eine Solarbatterie vom Durchsichttyp mit der in der 10 dargestellten Schnittstruktur hergestellt, wobei es sich um einen Schnitt entlang der Linie IX-IX durch die in der 8 dargestellte Solarbatterie 100 vom Durchsichttyp handelt. Der Schnitt entlang der Linie I-I ist derselbe, wie er in der 1 dargestellt ist.
Mit Ausnahme des Herstellverfahrens für den Durchsicht-Öffnungsabschnitt 9 wurde eine ähnliche Herstellung wie beim Beispiel 4 ausgeführt. Um den Durchsicht-Öffnungsabschnitt 9 herzustellen, wurde die Grundwelle eines YAG-Lasers verwendet, wobei die Breite W2 des Öffnungsabschnitts 9 auf 120 μm eingestellt wurde, die Schrittweite W5 desselben auf 1,27 mm eingestellt wurde und dann eine Verarbeitung ausgeführt wurde.
Vor dem Ausführen der Durchsichtbearbeitung und ohne Ausführung eines Reinigungsschritts waren die mit dem oben genannten Solarsimulator erzielten Messergebnisse die folgenden: Isc: 1,122 A, Voc: 68,30 V, F.F: 0,716, Pmax: 64,86 W.
Nach dem Ausführen der Durchsichtbearbeitung und ohne Ausführung eines Reinigungsschritts waren die mit dem oben genannten Solarsimulator erzielten Messergebnisse die folgenden: Isc: 1,011 A, Voc: 54,61 V, F.F: 0,540, Pmax: 29,81 W.
Genauer gesagt, betrug die Beeinträchtigung von Eigenschaften durch die Durchsichtbearbeitung ungefähr 45,6 %, was im Vergleich zur Fläche des Öffnungsabschnitts von 10 % erheblich ist.
Wie es aus dem Beispiel 4 und dem Vergleichsbeispiel 4 erkennbar ist, ergaben sich durch ein Verfahren, bei dem eine Bearbeitung an einem transparenten, leitenden Film ausgeführt wird und ein Öffnungsabschnitt hergestellt wird, deutliche Beeinträchtigungen von Eigenschaften, wenn kein Reinigungsschritt ausgeführt wurde.

Claims

Solarbatterie mit mehreren Stromerzeugungsbereichen (S) mit mindestens einem isolierenden, durchscheinenden Substrat (11), einer Vorderseitenelektrode (12), einer fotoelektrischen Wandlungsschicht (13) aus aufeinander geschichteten Halbleiterfilmen sowie einer Rückseitenelektrode (14), wobei die Vorderseitenelektrode und die Rückseitenelektrode benachbarter Stromerzeugungsbereiche so elektrisch verbunden sind, dass die Stromerzeugungsbereiche in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenelektrode über eine metallische Rückseitenelektrode mit einer Dicke von 100 nm – 200 nm verfügt.
Solarbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Seite des isolierenden, durchscheinenden Substrats (11) her die fotoelektrische Wandlungsschicht (13) aus einer Filmfolge einer oberen fotoelektrischen Wandlungsschicht (13a), in der ein p-, ein i- und ein n-Halbleiterfilm aus amorphem Silicium aufeinander geschichtet sind, und einer Filmfolge einer unteren fotoelektrischen Wandlungsschicht (13b) besteht, in der ein p-, ein i- und ein n-Halbleiterfilm aus mikrokristallinem Silicium aufeinander geschichtet sind.
Solarbatterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – mehrere Öffnungsabschnitte (9) in Art von Schlitzen orthogonal zur Integrationsrichtung vorhanden sind, um Licht zur Rückseite durchzulassen; und – die fotoelektrische Wandlungsschicht (13) und die Rückseitenelektrode (14) durch den Öffnungsabschnitt voneinander getrennt sind.
Solarbatterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente leitende Film im Öffnungsabschnitt (9) nicht unterteilt ist.
Solarbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – mehrere Öffnungsabschnitte (9) in Art von Schlitzen orthogonal zur Integrationsrichtung vorhanden sind, um Licht zur Rückseite durchzulassen; und – die fotoelektrische Wandlungsschicht (13) und die Rückseitenelektrode (14) durch den Öffnungsabschnitt voneinander getrennt sind.
Solarbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente leitende Film im Öffnungsabschnitt (9) nicht unterteilt ist.
Solarbatteriemodul vom Durchsichttyp mit mehreren Stromerzeugungsbereichen (S) mit mindestens einem isolierenden, durchscheinenden Substrat (11), einer Vorderseitenelektrode (12), einer fotoelektrischen Wandlungsschicht (13) aus aufeinander geschichteten Halbleiterfilmen sowie einer Rückseitenelektrode (14), wobei die Vorderseitenelektrode und die Rückseitenelektrode benachbarter Stromerzeugungsbereiche so elektrisch verbunden sind, dass die Stromerzeugungsbereiche in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Rückseitenelektrode über eine metallische Rückseitenelektrode mit einer Dicke von 100 nm – 200 nm verfügt; – mehrere Öffnungsabschnitte (9) in Art von Schlitzen orthogonal zur Integrationsrichtung vorhanden sind, um Licht zur Rückseite durchzulassen; und – die Seite der Rückseitenelektrode mit einer Klebeschicht und einem transparenten Abdichtmaterial abgedichtet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie mit mehreren Stromerzeugungsbereichen (S) mit mindestens einem isolierenden, durchscheinenden Substrat (11), einer Vorderseitenelektrode (12), einer fotoelektrischen Wandlungsschicht (13) aus aufeinander geschichteten Halbleiterfilmen sowie einer Rückseitenelektrode (14), wobei die Vorderseitenelektrode und die Rückseitenelektrode benachbarter Stromerzeugungsbereiche so elektrisch verbunden sind, dass die Stromerzeugungsbereiche in Reihe geschaltet sind, gekennzeichnet durch zumindest die folgenden Schritte: – Herstellen einer Rückseitenelektrode über eine metallische Rückseitenelektrode mit einer Dicke von 100 nm – 200 nm; und – Aufteilen der metallischen Rückseitenelektrode durch Laserbearbeitung; – wobei nach dem Aufteilen der metallischen Rückseitenelektrode kein Reinigungsschritt ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitung der metallischen Rückseitenelektrode (14) durch Einstrahlen der zweiten Harmonischen eines Nd:YAG- oder eines Nd-YVO₄-Lasers von einer Glasoberfläche her ausgeführt wird.