JP2000261020A

JP2000261020A - 集積型薄膜太陽電池

Info

Publication number: JP2000261020A
Application number: JP11066170A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kidoguchi; 晋木戸口; Hisashi Hayakawa; 尚志早川; Hiroshi Taniguchi; 浩谷口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】パターニングによる分離・接続の不良に基
づく発電領域の損失を防止するとともに接続抵抗損失の
低減が可能な集積型薄膜太陽電池を提供する。【解決手段】集積型薄膜太陽電池１０は、絶縁表面を有
する同一基板１上に下部電極層２、光電変換層３及び上
部電極層４からなる複数の発電領域を備え、上部電極層
４は、互いに交差する第１パターニング溝５と第２パタ
ーニング溝６により分離されてなり、下部電極層２は、
第１パターニング溝５に沿う第３パターニング溝７によ
り分離されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積型薄膜太陽電
池の構造に関し、さらに詳しくは、絶縁表面を有する同
一基板上に下部電極層、光電変換層及び上部電極層から
なる複数の発電領域を備えた集積型薄膜太陽電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、薄膜太陽電池は、透光性の基
板、例えばガラスなどを使用したものと、非透光性の基
板、例えば金属基板などを使用したものとに大別され、
また、別の視点からみると、絶縁表面を有する基板、例
えばガラスや表面絶縁層を形成した金属基板などを使用
したものと、導電表面を有する基板、例えばステンレス
やアルミニウムなどの金属基板を使用したものとに分け
られる。このうち、基板が絶縁表面を有する場合は、単
一基板上で複数の光起電力素子を直列に接続することに
よって所望の光起電力を得る、いわゆる集積化と呼ばれ
る加工が施される場合が多い。

【０００３】以下、本明細書においては、不透光性基板
上に形成した集積型薄膜太陽電池について示すが、本明
細書に記載の内容は、透光性基板上に作製した集積型薄
膜太陽電池に関しても同様に適用できる。このような、
絶縁表面を有する基板上に形成された薄膜太陽電池は、
下部電極層、光電変換層、上部電極層をこの順に積層し
て形成され、これを集積化するためには、各層形成時に
それぞれをパターニングする工程が必要となる。

【０００４】また、光入射側にあたる上部電極層には、
一般に酸化物透明導電膜が用いられるが、この抵抗に起
因する直列抵抗により太陽電池の電力損失を生じ、太陽
電池電流−電圧特性における曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が低
下するため、直列抵抗損失を抑えるため、電流の流れる
距離を短くする、すなわち集積化を行う必要がある。集
積化は、各層形成時にそれぞれの層を所定形状にパター
ニングすることにより行われる。

【０００５】パターニングには、マスク蒸着法やフォト
エッチング法あるいはレーザ・スクライブ法などが使用
される。このうち、レーザ・スクライブ法は、その他の
方法に比べてコスト的、工程的及び最終的に得られる太
陽電池出力のいずれにおいても優れているため、広く使
用されている。

【０００６】レーザ・スクライブ法を使用して絶縁表面
を有する基板上に作製された薄膜太陽電池を集積化する
方法の一例を図９〜１１を用いて説明する。図９は集積
型薄膜太陽電池の入射光側からみた平面図（ａ）、同
−線断面図（ｂ）及び同−線断面図（ｃ）を示
し、図１０は基板１上に形成された各層のパターニング
溝の斜視図、図１１は基板１上に形成される下部電極層
２のパターニング溝の斜視図である。

【０００７】まず、基板１上に形成された下部電極層２
をレーザ・スクライブ等の方法によってパターニング溝
１１１で短冊状に絶縁分離する（第１のパターニン
グ）。次いで、非晶質半導体に代表される光電変換層３
を積層した後に、第１のパターニング溝１１１と平行か
つずらした位置に、下地の下部電極層２を損傷せずに、
光電変換層３のみをパターニング溝１１３で選択的に除
去する（第２のパターニング）。

【０００８】さらに、上部電極層４を積層し、第２のパ
ターニング溝１１３と平行かつ第１のパターニング溝１
１１の反対側に、下地の光電変換層３ならびに下部電極
層２を損傷せずに、上部電極層４のみをパターニング溝
１１５で選択的に分割除去する（第３のパターニン
グ）。これにより、下部電極２ａ，２ｂ，２ｃ・・・、
光電変換層３ａ，３ｂ，３ｃ・・・、上部電極４ａ，４
ｂ，４ｃ・・・のそれぞれからなる単位セル（単位発電
領域）に分割され、これら単位セルを直列に接続してな
る集積型薄膜太陽電池が形成される。

【０００９】上記した第１〜第３のパターニングでは、
上部電極層４の分割工程において、下地となる光電変換
層３にダメージを与え易く、そのため、分割不良とな
り、太陽電池特性の低下を招くという問題が有る。そこ
で、特公平２−２６４４８０号においては、上部電極層
４をレーザ光によって除去するにあたり、予め下地の下
部電極層２を除去しておき、光電変換層３へのダメージ
によって、分割不良となるのを防ぐという方法が示され
ている（前述した図９〜１１のパターニング溝１１２と
して示す）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した３段階のパタ
ーニング工程のうち、上部電極層４のみを選択的に除去
する第３のパターニングは、上部電極層４を短冊状に絶
縁分離して単位セル（単位発電領域）毎に分割するため
に施され、複数の光起電力素子を直列に接続する集積化
の工程でこの加工が不完全である場合には最終的に得ら
れる太陽電池の電流−電圧特性に漏れ電流が生じ、曲線
因子（Ｆ．Ｆ．）の低下、結果として、太陽電池出力の
低下を招くこととなる。

【００１１】従来、この第３のパターニングには、レー
ザ・スクライブ法や、マスク蒸着法、エッチング法が多
く用いられていた。レーザ・スクライブ法は、上部電極
層を成膜した後、加工対象物を載せたステージを走査し
ながらレーザ光を照射する、あるいは加工対象物を載せ
たステージは固定とし、レーザ光を走査しながら照射す
る、または、それらの併用によって上部電極層を熱的ま
たは分子的に蒸発させ、選択除去する方法である。

【００１２】しかしながら、この時に下地の光電変換層
３や下部電極層２を損傷すると、隣接セル間が下部電極
層２まで完全に絶縁分離されて複数の光起電力素子が直
列に接続されない、または、直列抵抗損失を生じてしま
う。若しくは、下地の光電変換層２や下部電極層２を損
傷しない場合においても、光電変換層３に熱的影響が及
んで低抵抗化することにより、隣接セル間の絶縁分離が
不完全なものとなり、漏れ電流が生じ、太陽電池特性の
低下を招く。

【００１３】マスク蒸着法を用いる場合、成膜時に基板
とマスクを密着させる必要があり、この為に光電変換層
を損傷して漏れ電流を生じたり、また、太陽電池モジュ
ールの大面積化が困難であり、かつ、レーザ・スクライ
ブ法に比べ、マスクの位置決め精度がレーザによる加工
に比べて低く、分離溝の幅が広いものとなるため、集積
型薄膜太陽電池において、実際の発電には寄与しない、
すなわち発電有効面積の損失となる直列接続部の面積を
増大させる原因となる。

【００１４】エッチング法では、上部電極層を成膜した
後、スクリーン印刷等によってエッチングレジストをパ
ターニング印刷し、エッチング液によって上部電極層を
溶解除去してパターニングを行う。この方法において
は、印刷における位置決め精度がレーザによる加工に比
べて低く、分離溝幅が太くなるため、マスク蒸着法と同
様、面積損失の増大を招くとともに、集積型薄膜太陽電
池を大面積化する場合、安定した品質でのパターニング
印刷が困難である。

【００１５】また、上部電極層は光入射側にあたるた
め、太陽電池で利用される可視光領域の透過率の高いエ
ッチングレジストを用いるか若しくは、エッチング後に
レジストを除去する必要があるが、いずれにしても太陽
電池への入射光損失を招き、太陽電池特性を低下させ
る。同時に、一般に有機溶剤を溶媒として用いるレジス
ト液の取り扱いや、エッチング液の処理等、工業的に大
量生産する場合には生産コストの増大を招き、環境への
影響も懸念される。

【００１６】さらに、成膜時にマスクを用いて上部電極
層のパターニングを行うマスク蒸着法、エッチングレジ
ストをパターニング印刷した後にエッチング処理を行う
エッチング法では、再現良く良好な加工を行うことが難
しく、工業的に大量生産する場合においては、歩留りの
低下や生産コストの増大を招く恐れがある。

【００１７】また、特公平２−２６４４８０号において
は、上部電極層をレーザ光によって除去するにあたり、
予め下地の下部電極層を除去しておき、光電変換層への
ダメージによって、分割不良となるのを防ぐという方法
が示されているが、この構造では、集積型薄膜太陽電池
の大面積化を図る場合、光電変換層で発生した光電流
が、下部電極層内を集積ラインに沿って長い距離にわた
って流れる必要があるため、太陽電池特性が大きな直列
抵抗損失を含んだものとなり、特性の低下を招くという
問題がある。

【００１８】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、パターニングによる分離・接続の不良に基づく
発電領域の損失を防止するとともに接続抵抗損失の低減
が可能な集積型薄膜太陽電池を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、絶縁表
面を有する同一基板上に下部電極層、光電変換層及び上
部電極層からなる複数の発電領域を備えた集積型薄膜太
陽電池において、上部電極層は、互いに交差する第１の
パターニング溝と第２のパターニング溝により分離され
てなり、下部電極層は、第１のパターニング溝に沿う第
３のパターニング溝により分離されてなることを特徴と
する集積型薄膜太陽電池が提供される。

【００２０】すなわち、本発明の集積型薄膜太陽電池
は、上部電極層を単位発電領域（セル）毎に短冊状に絶
縁分割するためのパターニング（第３のパターニング）
において、下部電極層成膜後、光電変換層を積層する前
に、上部電極層のパターニングを行う直下の位置にあた
る下部電極層を予めパターニングにより除去しておくこ
とで、上部電極層をレーザ光により分離形成する際に、
同時に行われる上部電極層より下方の各層のパターニン
グ不良、すなわち下部電極層の分離不良及び光電変換層
あるいは下部電極層の損傷を防止するとともに、上部電
極層を互いに交差する第１のパターニング溝と第２のパ
ターニング溝により分離することで、直列に接続された
発電領域をさらに並列に接続するパターニングをレーザ
光によるパターニングだけで容易に行うことができる。

【００２１】さらに下部電極層が、第２パターニング溝
に沿う第４のパターニング溝により分離されてなる構成
とすれば、所定の単位発電領域を形成するために、下部
電極層、光電変換層及び上部電極層からなる発電領域を
直列に接続するためのパターニング溝と、直列に接続さ
れた発電領域を並列に接続するためのパターニング溝と
の両方の形成においてレーザ光を用いることができ、他
法に比べて精度の高いパターニングが行える。したがっ
て、高効率で高収率の集積型薄膜太陽電池が得られる。

【００２２】第３のパターニング溝が、長手方向に断続
して形成された島状の溝の群からなり、それぞれの島状
溝が、第２のパターニング溝によって分離形成された上
部電極層の幅に対応した長さを有することにより、隣接
する島状溝の間に下部電極層による通電路が形成されて
直列に接続された発電領域をさらに並列に接続すること
ができる。これにより、集積型薄膜太陽電池を大面積化
する場合に問題となる、直列接続された発電領域の抵抗
を低減することができる。

【００２３】第１のパターニング溝が、第３のパターニ
ング溝より細い幅を有し、第１のパターニング溝と第３
のパターニング溝を投影した場合、これらの長手方向に
おける一方の端が揃っていること及び／または第２のパ
ターニング溝が、第４のパターニング溝より細い幅を有
し、第２のパターニング溝と第４のパターニング溝を投
影した場合、これらの長手方向における一方の端が揃っ
ていることにより、レーザ光の照射による光電変換層の
低抵抗化等による分離不良を防止できる。

【００２４】第３のパターニング溝が、長手方向に断続
して形成された島状の溝の群からなり、第２のパターニ
ング溝と第３のパターニング溝を投影した場合、第２の
パターニング溝が、第３のパターニング溝の隣接する島
状溝間を通過することにより、隣接する発電領域の間を
互いに直列に接続する加工を容易に行うことができる。
第２のパターニング溝が、１５０ｍｍ以下の間隔を有す
ることにより、本発明の構造を有する集積型薄膜太陽電
池の直列抵抗損失を実用上の問題がない程度に抑えるこ
とができる。

【００２５】第１または第３のパターニング溝が、１５
ｍｍ以下の間隔を有することにより、上部電極または下
部電極の抵抗による損失を実用上の問題がない程度に抑
えることができる。したがって、パターニングによる分
離・接続の不良に基づく発電領域の損失を防止するとと
もに接続抵抗損失の低減が可能な集積型薄膜太陽電池を
提供することができる。このような集積型薄膜太陽電池
は、レーザ光を用いた精度の高いパターニングにより構
成される。すなわち、上記したマスク蒸着法あるいはエ
ッチング法におけるマスク等の位置決め精度の低さ、分
離溝幅の太さ、エッチングレジスト液による光学特性の
低下等の問題を克服することができる。

【００２６】なお、この発明において基板は、金属基板
等の不透光性基板であってもよいし、樹脂あるいはガラ
ス等からなる透光性基板であってもよい。透光性基板を
用いる場合は、下部電極層を光入射側とし、透光性基板
の上に下部電極層、光電変換層、上部電極層と積層し、
下部電極層として酸化物透明導電体膜またはそれらの積
層膜を用い、上部電極層として反射金属電極膜またはそ
れらと酸化物透明導電体膜の積層膜を用いることができ
る。基板の材料は、不透光性基板としてステンレス鋼、
アルミニウム等の金属を、透光性基板として塩化ビニル
樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹
脂、アクリル樹脂等のフィルムあるいはガラスが挙げら
れる。下部電極層の材料としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、ＺｎＯ等を用いることができ、
下部電極層の成膜は、スパッタリング法または蒸着法で
行うことが可能である。

【００２７】光電変換層は、照射された光を電気に変換
して一対の下部電極層及び上部電極層から取り出せるよ
う構成された発電領域であり、非晶質半導体層または微
結晶半導体層で構成することにより、比較的低コスト
で、大面積化が可能であり、柔軟性のある太陽電池を提
供することが可能となる。これらの半導体層は具体的に
は、Ｓｉ、ＳｉＣ等が挙げられる。光電変換層の材料と
してアモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶シ
リコンが挙げられ、例えばプラズマＣＶＤ装置で成膜す
ることができる。この中でも、アモルファスシリコンま
たは微結晶シリコンが、環境への影響が小さく、比較的
低コストで、柔軟性のある太陽電池を提供できる点で好
ましい。上部電極層の材料としてはＩＴＯ等の透明性を
有する材料が挙げられ、スパッタリング法等によって成
膜を行うことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明による
集積型薄膜太陽電池の構成及びその製作の例を説明す
る。実施例１図１は、集積型薄膜太陽電池の入射光側からみた平面図
（ａ）、同−線断面図（ｂ）及び同−線断面図
（ｃ）を示し、図２は基板１上に形成される各層のパタ
ーニング溝の斜視図を示し、図３は基板１上に形成され
る集積型薄膜太陽電池の製作工程の各断面図（ａ〜ｆ）
で説明する。さらに図４は下部電極層２に形成されるパ
ターニング溝の斜視図である。

【００２９】図１及び図２に示すように、集積型薄膜太
陽電池１０は絶縁表面を有する同一基板１上に下部電極
層２、光電変換層３及び上部電極層４からなる複数の発
電領域を単位セルとして備えてなる。この例において基
板１は不透光性基板、具体的にはポリイミドを主成分と
する高分子樹脂をコーティングしたステンレス基板１を
用い、上部電極層４側から光を入射させる構成となって
いる。

【００３０】上部電極層４は、ＩＴＯがスパッタリング
法等によって成膜されてなり、互いに交差する複数の第
１パターニング溝５と第２パターニング溝６により略等
しい幅及び長さを有する矩形の上部電極４ａ，４ｂ，４
ｃ・・・に分離されてなる。これらのパターニング溝５
及び６は、それぞれの溝の側面が互いに正対する平行溝
からなり、上部電極層４を貫通して光電変換層３に到
る。第１パターニング溝５の溝幅は約５０μｍ、第２パ
ターニング溝６の溝幅は約５ｍｍである。第１パターニ
ング溝５は、さらに光電変換層３を貫通して下部電極層
２に到る。光電変換層３は、非晶質半導体薄膜あるいは
微結晶半導体薄膜等がプラズマＣＶＤ等により積層され
てなる。

【００３１】下部電極層２は、Ａｇ、ＺｎＯが連続して
積層されてなり、パターニング溝１１により等しい幅の
矩形の下部電極２ａ、２ｂ、２ｃ・・・に分離されてな
る。第１パターニング溝５の下方に位置する下部電極２
ａ、２ｂ、２ｃ、・・・は、第１パターニング溝５に沿
う第３パターニング溝７により除去されてなる。この実
施例では、第３パターニング溝７が、断続して形成され
た島状の溝１３の群からなり、それぞれの島状溝１３
は、第２パターニング溝６によって分離形成された上部
電極４ａ，４ｂ，４ｃ・・・の間隔に対応して形成され
ている。パターニング溝１１及び島状溝１３は、それぞ
れの溝１１、１３の側面が互いに正対する平行溝からな
り、さらにそれぞれの溝は下部電極層２を貫通して基板
１に到る。パターニング溝１１の溝幅は約５０μｍ、島
状溝１３の溝幅は約２００μｍである。

【００３２】前述した上部電極層４の第１パターニング
溝５は、島状溝１３より細い幅を有し、第１パターニン
グ溝５と島状溝１３を投影した場合、これらの長手方向
における一方の端が揃っている。この例では、第１パタ
ーニング溝５の投影が、島状溝１３の溝側面１３ａから
所定距離（ここでは幅方向で約７５μｍ、長さ方向で約
７５μｍ）だけ島状溝１３の内側に位置する。また、前
述した上部電極層４の第２パターニング溝６と島状溝１
３を投影した場合、第２パターニング溝６が、第３パタ
ーニング溝７としての島状溝１３の隣接する島状溝１３
間を通過する。なお、第２パターニング溝の間隔は１０
０ｍｍである。

【００３３】以下、本発明の実施形態に係る集積型薄膜
太陽電池の製造方法を具体的に説明する。まず、ポリイ
ミドを主成分とする高分子樹脂をコーティングしたステ
ンレス基板１の片面にスパッタリング法によって、下部
電極層２として、Ａｇ、ＺｎＯを連続して積層する（図
３ａ）。このとき、成膜手段はスパッタリング法のみに
限られるものではなく、例えば蒸着法等によっても良
い。

【００３４】これを、レーザスクライブ法を用いてパタ
ーニング溝１１を形成し、短冊状のユニットセルに絶縁
分割する（第１のパターニング）とともに、上部電極層
４の第１パターニング溝５の直下部分にあたる下部電極
層２を島状溝１３で示されるような島状にパターニング
除去する（図３ｂ及び図４）。本実施例においては、レ
ーザ光２１を照射し、下部電極層２のパターニング溝１
１を５０μｍ幅で、島状溝１３を２００μｍ幅で、それ
ぞれ形成するものとし、レーザ光２１としては、Ｑスイ
ッチドライブを用いた連続発振Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第
２高調波（ＳＨＧ、波長λ＝５３２ｎｍ）を使用した。

【００３５】続いて、光電変換層３として非晶質半導体
薄膜や微結晶半導体薄膜等をプラズマＣＶＤ等の手段に
よって積層し（図３ｃ）、さらに、第１パターニング溝
５と平行かつ近接した位置で、光電変換層３上からレー
ザ光２２を照射して光電変換層３を選択除去し、上部電
極層４と下部電極層２とを電気的に接続するための加工
溝１５を形成する（図３ｄ、第２のパターニング）。

【００３６】さらに、上部電極層４としてＩＴＯをスパ
ッタリング法等によって成膜する（図３ｅ）。この時、
メタルマスクを使用することにより、後述の第１パター
ニング溝５と略直角に交差する第２パターニング溝６を
形成する（図１ａ、ｃ及び図２）。第２パターニング溝
６の溝幅は、メタルマスクの位置合わせ精度に対するマ
ージンを充分に見込む必要があるため、本実施例では５
ｍｍとし、また、隣接する第２パターニング溝６の間隔
は１００ｍｍとした。

【００３７】続いて、その内側に光電変換層３が形成さ
れた島状溝１３に向けて上部電極層４上からレーザ光２
４を照射し、第１パターニング溝５を幅５０μｍ、長さ
９７ｍｍで形成する（図３ｆ及び図１ｂ、第３のパター
ニング）。第１パターニング溝５は、上部電極層４を長
さ方向に絶縁分離して上部電極４ａ，４ｂ，４ｃ，…を
形成するとともに光電変換層３を垂直方向に除去する。
これにより、第１パターニング溝５が、第３パターニン
グ溝７、すなわち島状溝１３より細い幅を有し、第１パ
ターニング溝５と島状溝１３を投影した場合、これらの
長手方向における一方の端を揃えることができる。

【００３８】なお、第２パターニング溝６の幅が大きく
なるほど発電有効面積の損失を招くため第２パターニン
グ溝６の幅は小さい方が好ましいが、例えば本実施例に
おけるように５〜１０ｍｍ程度の範囲に抑えることによ
り、本発明における直列抵抗損失に対する低減効果の方
が発電有効面積の損失より大きくなる。この実施例に基
づいて、有効発電寸法２４０ｍｍ×２４０ｍｍとした場
合の集積型薄膜太陽電池の出力特性は、ＡＭ１．５（１
００ｍＷ／ｃｍ²）において、曲線因子＝０．６７、最
大出力＝５．６Ｗであった。

【００３９】上記したように、本発明の集積型薄膜太陽
電池１０は、上部電極層４を単位セル毎に短冊状に絶縁
分割するためのパターニング（第３のパターニング）に
おいて、下部電極層２の成膜後、光電変換層３を積層す
る前に、上部電極層４のパターニングを行う直下の位置
にあたる下部電極層４を予めパターニングにより除去し
ておくことで、例えば、下部電極層４に島状溝１３を形
成しておくことにより、第１パターニング溝５で上部電
極層４をレーザ光２４により分離形成する際に、同時に
行われる上部電極層４より下部電極層２における分離不
良及び光電変換層３あるいは下部電極層２の損傷を防止
するとともに、上部電極層４を互いに交差する第１パタ
ーニング溝５と第２パターニング溝６により分離するこ
とで、直列に接続された発電領域をさらに並列に接続す
るパターニングをレーザ光によるパターニングだけで容
易に行うことができる。

【００４０】また、第３パターニング溝７が、長手方向
に断続して形成された島状溝１３の群からなり、それぞ
れの島状溝１３が、第２パターニング溝６によって分離
形成された上部電極層４の幅に対応した長さを有するの
で、隣接する島状溝１３の間に下部電極層２による通電
路が形成されて直列に接続された発電領域をさらに並列
に接続することができ、直列接続された発電領域の抵抗
を低減することができる。

【００４１】さらに、第１パターニング溝５が、第３パ
ターニング溝７、すなわち島状溝１３より細い幅を有
し、第１パターニング溝５と島状溝１３を投影した場
合、これらの長手方向における一方の端が揃うので、レ
ーザ光の照射による光電変換層３の低抵抗化等による分
離不良を防止できる。さらに、第３パターニング溝７
が、長手方向に断続して形成された島状溝１３の群から
なり、第２パターニング溝６と第３パターニング溝１３
を投影した場合、第２パターニング溝６が、第３パター
ニング溝７の隣接する島状溝１３間を通過することによ
り、隣接する発電領域の間を互いに直列に接続する加工
を容易に行うことができる。

【００４２】実施例２本発明による集積型薄膜太陽電池の他の実施の形態を図
５〜８に基づき製造工程から説明する。この実施例で
は、実施例１の形態に加えて、さらに下部電極層が、第
２のパターニング溝の下方に位置する下部電極層の部分
が第２パターニング溝に沿う第４のパターニング溝によ
り除去されてなる集積型薄膜太陽電池の一例を示す。

【００４３】図５は、集積型薄膜太陽電池の入射光側か
らみた平面図（ａ）、同−線断面図（ｂ）及び同
−線断面図（ｃ）を示し、図６は基板１上に形成され
る各層のパターニング溝の斜視図を示し、図７は基板１
上に形成される集積型薄膜太陽電池の製作工程の各断面
図（ａ〜ｆ）で説明する。さらに図８は下部電極層２に
形成されるパターニング溝の斜視図である。

【００４４】集積型薄膜太陽電池２０の製造において、
まず絶縁表面を有する不透光性基板として、陽極酸化に
よって表面をアルマイトでコーティングしたアルミニウ
ム基板１を用い、その片面に下部電極層２として、Ａ
ｇ、Ａｌ、ＺｎＯを連続して蒸着法によって積層する
（図７ａ）。次いで、レーザスクライブ法を用いて隣接
する発電領域を互いに接続するためのパターニング溝２
１を形成し、短冊状のユニットセルに絶縁分割する（第
１のパターニング）とともに、後述する上部電極層４の
第１パターニング溝２５の直下部分にあたる下部電極層
２に第３パターニング溝２７を形成する。第３パターニ
ング溝２７は、実施例１と同様に、下部電極層２を島状
溝１３で示されるような島状にパターニング除去してな
る（図７ｂ及び図８）。

【００４５】続いて、下部電極層２のパターニング溝２
１と略直角に交差する方向に第４のパターニング溝２８
をレーザスクライブ法によって形成する（図５ａ及び５
ｃ）。この実施例においては、下部電極層２のパターニ
ング溝２１を形成する工程と同時に加工するものとし、
例えば、Ｑスイッチドライブを用いた連続発振Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザの第３高調波（ＴＨＧ、波長λ＝３５５ｎ
ｍ）を繰返周波数５ｋＨｚ、加工面パワー５ｋＷ／ｃｍ
²、加工速度５００ｍｍ／ｓ、加工面ビームサイズ５０
μｍ×５０μｍで照射し１本の溝に対して複数回の走査
を行うことで、溝幅を２００μｍとした。

【００４６】続いて光電変換層３、上部電極層４を連続
して成膜し（図７ｃ及び図７ｄ）、次にパターニング溝
２１と平行かつ近接した位置で上部電極層４上からレー
ザ光３３を照射し上部電極層４と下部電極層２をパター
ニング溝２２により電気的に接続する（第２のパターニ
ング）。さらに、予め島状に除去しておいた、下部電極
層２の島状溝１３の内側に上部電極層４上からレーザ光
３４を照射し、上部電極層４を複数の上部電極４ａ，４
ｂ，４ｃ…に絶縁分離するための第１パターニング２５
を形成する（図７ｅ）。実施例１と同様に第１パターニ
ング溝２５は、その投影面が島状溝１３の溝側面１３ａ
から所定距離だけ離れた島状溝１３の内側に位置し、溝
側面１３ａに接することはない。

【００４７】このとき、上部電極層４上に第１パターニ
ング２５と略直角に交差する方向の第２パターニング溝
２６を同時に形成する（図５ａ及び図５ｃ）。第２パタ
ーニング溝２６は、その投影が、下部電極層２を予め除
去して形成された第４パターニング溝２８の溝側面から
所定距離だけ離れて第４のパターニング溝の内側に位置
するようレーザ光の照射により形成される。したがって
第２パターニング溝２６が、第３パターニング溝２７、
すなわち島状溝１３より細い幅を有し、第１パターニン
グ溝２５と島状溝１３を投影した場合、これらの長手方
向における一方の端が揃う。第２パターニング溝２６の
溝幅は５０μｍとした。また、第２パターニング溝２６
の間隔は１００ｍｍとした。

【００４８】この実施例では、第２のパターニングと第
３のパターニングの順序はこれに限るものではなく、逆
に上部電極層４の絶縁分離加工（第３のパターニング）
を行ってから上部電極層４と下部電極層２の電気的接続
加工（第２のパターニング）を行ってもよく、また、単
一の装置において２通りの光路を設けることによって、
第２のパターニングと第３のパターニングを同時にレー
ザ光を用いて行ってもよい。なお、この実施例に基づい
て、有効発電寸法２４０ｍｍ×２４０ｍｍとした場合の
集積型薄膜太陽電池の出力特性は、ＡＭ１．５（１００
ｍＷ／ｃｍ²）において、曲線因子＝０．６７、最大出
力＝５．７Ｗであった。

【００４９】この実施例によれば、さらに下部電極層２
が、第２パターニング溝２６の下方に位置する下部電極
層２の部分が第２パターニング溝２６に沿う第４パター
ニング溝２８により除去されてなるので、下部電極層
２、光電変換層３及び上部電極層４からなる発電領域を
直列に接続するためのパターニング溝と、直列に接続さ
れた発電領域を並列に接続するためのパターニング溝と
の両方の形成においてレーザ光を用いることができ、他
法に比べて精度の高いパターニングが行える。したがっ
て、高効率で高収率の集積型薄膜太陽電池が得られる。
また、第２パターニング溝２６が、第３パターニング溝
２７、すなわち島状溝１３より細い幅を有し、第１パタ
ーニング溝２５と島状溝１３を投影した場合、これらの
長手方向における一方の端が揃うので、レーザ光の照射
による光電変換層３の低抵抗化等による分離不良を防止
できる。

【００５０】

【発明の効果】本発明の集積型薄膜太陽電池によれば、
上部電極層を単位発電領域（セル）毎に短冊状に絶縁分
割するためのパターニング（第３のパターニング）にお
いて、下部電極層成膜後、光電変換層を積層する前に、
上部電極層のパターニングを行う直下の位置にあたる下
部電極層を予めパターニングにより除去しておくこと
で、上部電極層をレーザ光により分離形成する際に、同
時に行われる上部電極層より下方の各層のパターニング
不良、すなわち下部電極層の分離不良及び光電変換層あ
るいは下部電極層の損傷を防止するとともに、上部電極
層を互いに交差する第１のパターニング溝と第２のパタ
ーニング溝により分離することで、直列に接続された発
電領域をさらに並列に接続するパターニングをレーザ光
によるパターニングだけで容易に行うことができる。し
たがって、パターニングによる分離・接続の不良に基づ
く発電領域の損失を防止するとともに接続抵抗損失の低
減が可能な集積型薄膜太陽電池を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による集積型薄膜太陽電池
のパターニング構造を示す平面図、縦断面図及び横断面
図におけるそれぞれる各層のパターニング構造の概略を
示す斜視図。

【図２】図１の基板上に形成される各層のパターニング
溝の部分断面拡大斜視図。

【図３】図１の基板１上に形成される各層の製作工程を
説明する各断面図。

【図４】図１の基板１上に形成される下部電極層におけ
るパターニング溝を説明する部分断面拡大斜視図。

【図５】本発明の他の実施形態による集積型薄膜太陽電
池のパターニング構造を示す平面図、縦断面図及び横断
面図におけるそれぞれる各層のパターニング構造の概略
を示す斜視図。

【図６】図５の基板上に形成される各層のパターニング
溝の部分断面拡大斜視図。

【図７】図５の基板１上に形成される各層の製作工程を
説明する各断面図。

【図８】図５の基板１上に形成される下部電極層におけ
るパターニング溝を説明する部分断面拡大斜視図。

【図９】従来の集積型薄膜太陽電池のパターニング構造
を示す平面図、縦断面図及び横断面図におけるそれぞれ
る各層のパターニング構造の概略を示す斜視図。

【図１０】図９の基板上に形成される各層のパターニン
グ溝の部分断面拡大斜視図。

【図１１】図９の基板１上に形成される下部電極層にお
けるパターニング溝を説明する部分断面拡大斜視図。

【符号の説明】

１基板２下部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，… 単位素子毎に分割された
下部電極２’ａ，２’ｂ，２’ｃ，… 上部電極層と下部電極層
を電気的に接続するための下部電極部位３光電変換層３ａ，３ｂ，３ｃ，… 単位素子毎に分割された
光電変換層４上部電極層４ａ，４ｂ，４ｃ，… 単位素子毎に分割された
上部電極５第１パターニング溝６第２パターニング溝７第３パターニング溝１０集積型薄膜太陽電池１３島状溝（第３パターニ
ング溝）２０集積型薄膜太陽電池２７第４パターニング溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷口浩大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 BA12 CB21 EA02 EA09 EA10 EA11 EA16 GA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面を有する同一基板上に下部電極
層、光電変換層及び上部電極層からなる複数の発電領域
を備えた集積型薄膜太陽電池において、上部電極層は、互いに交差する第１のパターニング溝と
第２のパターニング溝により分離されてなり、下部電極
層は、第１のパターニング溝に沿う第３のパターニング
溝により分離されてなることを特徴とする集積型薄膜太
陽電池。
【請求項２】さらに下部電極層は、第２パターニング
溝に沿う第４のパターニング溝により分離されてなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項３】第３のパターニング溝が、長手方向に断
続して形成された島状の溝の群からなり、それぞれの島
状溝が、第２のパターニング溝によって分離形成された
上部電極層の幅に対応した長さを有する請求項１または
２に記載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項４】第１のパターニング溝が、第３のパター
ニング溝より細い幅を有し、第１のパターニング溝と第
３のパターニング溝を投影した場合、これらの長手方向
における一方の端が揃っていること及び／または第２の
パターニング溝が、第４のパターニング溝より細い幅を
有し、第２のパターニング溝と第４のパターニング溝を
投影した場合、これらの長手方向における一方の端が揃
っていることからなる請求項１〜３のいずれか１つに記
載の集積型薄膜太陽電池。
【請求項５】第３のパターニング溝が、長手方向に断
続して形成された島状の溝の群からなり、第２のパター
ニング溝と第３のパターニング溝を投影した場合、第２
のパターニング溝が、第３のパターニング溝の隣接する
島状溝間を通過する請求項１〜４のいずれか１つに記載
の集積型薄膜太陽電池。
【請求項６】第２のパターニング溝が、１５０ｍｍ以
下の間隔を有する請求項１〜５のいずれか１つに記載の
集積型薄膜太陽電池。
【請求項７】第１または第３のパターニング溝が、１
５ｍｍ以下の間隔を有する請求項１〜６のいずれか１つ
に記載の集積型薄膜太陽電池。