【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、同一基板上に複数のセルがモジュール化されて構成される薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池はその半導体層の厚さにより分類されており、厚さが数１０μｍ〜数μｍ以下のものは特に薄膜太陽電池と呼ばれている。薄膜太陽電池には、Ｓｉ系やＩＩ〜ＶＩ族化合物薄膜系、カルコパイライト系がある。
【０００３】
最近、特に、光電変換効率に優れ、構造的に安定した出力特性が得られる太陽電池として、ＣＩＧＳ｛Ｃｕ（ＩｎＧｎ）Ｓｅ２｝系のカルコパイライト化合物を光吸収層とした薄膜太陽電池が注目されている。
【０００４】
図１は、そのＣＩＧＳ系の薄膜太陽電池のセル構造を示している。
【０００５】
ここでは、ＳＬＧ（ソーダライムガラス）基板１上にプラス側のＭｏなどからなる下部電極層２が形成され、その下部電極層２上にＣＩＧＳ系の光吸収層（ｐ型半導体層）３が形成され、その光吸収層３上にＺｎＳなどからなるバッファ層（ｎ型半導体層）４を介してマイナス側のＺｎＯ：Ａｌなどからなる透明な上部電極層６が形成されている。図中、７はプラス側の外部引出し電極を、８はマイナス側の外部引出し電極をそれぞれ示している。
【０００６】
このような構造によるセルにあっては、透明な上部電極層６を通して光が入射すると、光吸収層３とバッファ層４との接合面に電子（−）と正孔（＋）の対が生じ、電子が光吸収層３に、正孔がバッファ層４にそれぞれ集まって、両者間に起電力を生じる。その状態でプラス側の外部引出し電極７とマイナス側の外部引出し電極８との間に導線を接続することにより、電流をとり出すことができる。
【０００７】
実際のＣＩＧＳ系の薄膜太陽電池としては、このようなセル構造が同一基板上にモノリシックに複数配設されたモジュール構造となっている。
【０００８】
図２は、モジュールの平面構造を示している。
【０００９】
ここでは、プラス側の集電電極９とマイナス側の集電電極１０との間に４つのセルＣＬ１〜ＣＬ４が配設されている。図中、Ａ１〜Ａ４は各セルにおける発電に寄与する有効エリアであり、Ｄ１〜Ｄ３は各セルにおいて電気的な接続の処理を行うために要するデッドスペースである。また、Ｌ１は下部電極分離用の溝が直線状に形成されたラインを、Ｌ２は上、下部電極コンタクト用の溝が直線状に形成されたラインを、Ｌ３はセル分離用の溝が直線状に形成されたラインをそれぞれ示している。
【００１０】
また、図３は、モジュールの部分的な断面構造を示している。
【００１１】
ここでは、ＳＬＧ基板１上に下部電極層２、光吸収層３、バッファ層４、高抵抗層（ＺｎＯ）５および上部電極層Ｇが順次積層され、セルごとに下部電極分離用の溝Ｍ１および上，下部電極コンタクト用の溝Ｍ２が設けられ、そしてセル分離用の溝Ｍ３が設けられている。
【００１２】
各溝Ｍ１〜Ｍ３は、それぞれパターニング技術によって形成される。
【００１３】
その際、下部電極分離用の溝Ｍ１としては、ＳＬＧ基板１上に下部電極層２が形成された段階で、フォトリソグラフィを利用したケミカルエッチングや、レーザスクライブ加工によって形成される。
【００１４】
上，下部電極コンタクト用の溝Ｍ２としては、下部電極層２上に光吸収層３、バッファ層４および高抵抗層５を積層した段階で、フォトリソグラフィを利用したケミカルエッチングによって形成される。その溝Ｍ２は下部電極層２の面にまで到っており、その溝Ｍ２の内部に上部電極層６の材料が入り込むことによって下部電極層２と上部電極層６とが電気的に接続され、隣接するセル同志が直列接続されるようになっている。
【００１５】
セル分離用の溝Ｍ３としては、高抵抗層５上に上部電極層６が形成された段階で、フォトリソグラフィを利用したケミカルエッチングによって形成される。その溝Ｍ３は下部電極層２の面にまで到っており、隣接するセルと分離されるようになっている。
【００１６】
なお、上，下部電極コンタクト用の溝Ｍ２およびセル分離用の溝Ｍ３を形成するに際して、レーザスクライブ加工によるのでは、高熱によるレーザ光を集中的に照射するために、熱による光吸収層３の特性の劣化が問題になってしまう。
【００１７】
このようにモジュールにおける各セル部分を構成するに際して、隣接するセル同志を直列接続する上，下部電極コンタクト用の溝Ｍ２の接続抵抗が大きく、出力低下の要因となっている。それは、上部電極層６を形成する材料の抵抗率が高いことと、上，下部電極コンタクト用の溝Ｍ２の幅が狭いことによる。特に、モジュールにおける大電力化の要求に応えるためにセルの数を増やす場合、各セル間の接続抵抗がトータル的に大きくなって大電力化を図る際の障害になっている。
【００１８】
また、従来、モジュールにおける各セル間の接続抵抗の低減を図るために、光電変換体の電極膜から接触グリッドを隣の光電変換体の内部に延伸させて電極膜と直列に接続させるようにした薄膜太陽電池がある（特開平６−１３６３７号公報参照）。
【００１９】
しかし、このような手段をとるのでは、発電エリアに接触グリッドを延伸させるようにしているので、抵抗値がグリッド付近のみで低くなって、電界分布が不均一になってしまう。また、各層ごとに溝部を段階的に形成しなければならない構造のため、その都度ケミカルエッチングによるパターニングを行うことになり、製造時の作業性が悪く、量産時のスループットが悪いものになってしまう。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、図２および図３に示すモジュール化された薄膜太陽電池にあって、各セル部分を構成するに際して、隣接するセル同志を直列接続する上，下部電極コンタクト用の溝Ｍ２の接続抵抗が大きく、出力低下の要因になっていることである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に下部電極層、光吸収層、バッファ層および上部電極層が順次積層され、セルごとに下部電極分離用の溝、上，下部電極コンタクト用の溝およびセル分離用の溝が設けられた同一基板上に複数のセルがモジュール化された薄膜太陽電池にあって、各セル間の接続抵抗を小さくすることができるようにするべく、上，下部電極コンタクト用の溝を非直線状に形成するようにしている。
【００２２】
また、本発明は、そのモジュール化された薄膜太陽電池を製造するに際して、その製造を容易に行わせることができるように、特にメカニカルスクライブ加工によって、上，下部電極コンタクト用の溝を非直線状に形成するようにしている。
【００２３】
【実施例】
図４は、本発明によるモジュール化された薄膜太陽電池の製造工程を示している。
【００２４】
まず、図４（ａ）に示す第１の工程として、ＳＬＧ基板１上にＭｏなどからなる下部電極２をスパッタリングにより形成したうえで、レーザスクライブ加工によって下部電極分離用の溝Ｍ１を直線状に形成する。
【００２５】
なお、このときレーザスクライブ加工を施しても、レーザ光による熱の影響は問題にならない。
【００２６】
次いで、図４（ｂ）に示す第２の工程として、下部電極層２の上に、下部電極分離用の溝Ｍ１が埋まるように光吸収層３を形成し、その上にヘテロ接合のためのＺｎＳ薄膜などからなるバッファ層４をＣＢＤ（ケミカルバスデポジション）法により成膜し、さらにその上にスパッタリングによりＺｎＯ薄膜などからなる絶縁層５を形成したうえで、下部電極分離用の溝Ｍ１から横方に数百μｍ離れた位置にメカニカルスクライブ加工によって下部電極層２の面にまで至る上、下部電極間コンタクト用の溝Ｍ２を非直線状に形成する。
【００２７】
光吸収層３としては、例えば、スパッタリングによってＩｎ層とＣｕ−Ｇａ合金層とからなる積層プリカーサを成膜して、それをＳｅ雰囲気中で熱処理することによってＣＩＧＳ薄膜を形成する。
【００２８】
最終的に、図４（ｃ）に示す第３の工程として、絶縁層５の上からＺｎＯ：Ａｌ薄膜などからなる透明な上部電極層６を形成して、メカニカルスクライブ加工によって下部電極層２の面にまで至る上、下部電極分離用の溝Ｍ３を直線状に形成する。
【００２９】
なお、溝Ｍ２およびＭ３を形成するに際して、レーザスクライブ加工によるのでは、レーザ光の熱によって特に光吸収層３の光電変換特性が劣化してしまうことになる。
【００３０】
図５はこのようにして製造された薄膜太陽電池の平面構造を示している。
【００３１】
ここでは、特に、上，下部電極コンタクト用の溝Ｍ２を正弦波状に蛇行させて形成するようにしている。図５中、Ｌ２′は上、下部電極コンタクト用の溝Ｍ２を正弦波状に蛇行させて形成したラインを示している。
【００３２】
図５に示す構成にあって、プラス側の集電電極９とマイナス側の集電電極１０との間に４つのセルＣＬ１〜ＣＬ４が配設されている。図中、Ａ１〜Ａ４は各セルにおける発電に寄与する有効エリアであり、Ｄ１〜Ｄ３は各セルにおいて電気的な接続の処理を行うために要するデッドスペースである。また、Ｌ１は下部電極分離用の溝Ｍ１が直線状に形成されたラインを、Ｌ３はセル分離用の溝Ｍ３が直線状に形成されたラインをそれぞれ示している。
【００３３】
上、下部電極コンタクト用の溝Ｍ２を非直線状に形成する際、正弦波状に限らず、それを図６に示すように矩形波状に蛇行させても、また図７に示すように三角波状に蛇行させるようにしてもよい。
【００３４】
このように、本発明によれば、モジュール化された薄膜太陽電池における各セルＣＬ１〜ＣＬ４間を電気的に分離するに際して、特に上，下部電極コンタクト用の溝Ｍ２を非直線状に形成するようにしているので、各セル間において電気的な接続の処理を行うために要するデッドスペースＤ１〜Ｄ３を抑制しながら、充分な接触面積をもって隣接するセル間を直列に接続する際の接続抵抗を有効に低減させることができる。
【００３５】
実際に、上，下部電極コンタクト用の溝Ｍ２を非直線状に形成して太陽電池モジュールを構成したときの各セル間の接続抵抗と、その溝Ｍ２を直線状に形成したときの太陽電池モジュールにおける各セル間の接続抵抗とをそれぞれ測定した結果、非直線状に形成したときの方が直線状に形成したものに比して約５％程度の低減が得られた。
【００３６】
なお、上，下部電極コンタクト用の溝Ｍ２を非直線状に形成しなくても、径の大きなスクライブ刃を用いたメカニカルスクライブ加工によって、幅の広い上，下部電極コンタクト用の溝を直線状に形成するようにしても各セル間の接続抵抗を低減させることができる。しかし、その場合には、径の大きなスクライブ刃をもって、大きな加重をもってスクライブ加工されるので、下部電極層２を傷付けたり、剥離させたりするなどの不具合を生じてしまう。また、両隣りの下部電極分離用の溝Ｍ１およびセル分離用の溝Ｍ３と接触しないように幅の広い溝を形成するので、剛性をもたせるためにデッドスペース部分をある程度広く確保する必要があり、各セルの有効発電エリアが狭くなってしまう。
【００３７】
図８は、上，下部電極コンタクト用の溝Ｍ２およびセル分離用の溝Ｍ３をメカニカルスクライブ加工する際に用いられるメカニカルスクライブ装置の概要を示している。
【００３８】
そのメカニカルスクライブ装置は、例えば上，下部電極コンタクト用の溝Ｍ２の形成時に、ＳＬＧ基板上に上面電極層、光吸収層、バッファ層および絶縁層が順次形成されたワーク材１３をその被加工面が水平面に対して６０〜９０°未満の角度範囲になるように保持して搬入する背面フロート式の搬入Ｌ／Ｌ部１２１と、その搬入されたワーク材１３に対してそれが垂直に保持された状態のままで所定のスクライブ加工を施すスクライブ加工部１２２と、そのスクライブ加工されたワーク材１３を搬出する背面フロート式の搬出ＵＬ／Ｌ部１２３とからなっている。
【００３９】
ワーク材１３の搬入Ｌ／Ｌ部１２１は、背面エアーフローライン１４に複数のワーク材１３の面が６０〜９０°未満の角度範囲になるように保持されて、コンベア１５によって順次スクライブ加工部１２２に搬送されるようになっている。
【００４０】
スクライブ加工部１２２は、搬送されてきたワーク材１３を６０〜９０°未満の角度範囲の状態のままで可動テーブル１６に吸着して、スライドレール１７に沿ってスクライブ機構１８のところまで移動させる。その際、上下一対に設けられたカメラ１９１，１９２によってワーク材１３における基準ラインを認識する。基準ラインの認識としては、予めワーク材１３に付された位置合せマークや基板の端面、あるいは既に形成されている下部電極分離用の溝Ｍ１を用いて行う。
【００４１】
その基準ラインの認識の結果、図９に示すように、可動テーブル１６に吸着されているワーク材１３が傾いている場合には、図１０に示すように、その認識された基準ラインが垂直になるように可動テーブル１６を回転させて、スクライブ機構部に対するワーク材１３の姿勢を修正する。
【００４２】
そして、可動テーブル１６を送りながら、スクライブ機構１８のスクライブヘッド２０に対するワーク材１３のスクライブ箇所の位置決めを行ったうえで、ヘッド駆動部２１によってヘッド２０の先端に装着されたスクライブ刃２２を所定の圧力をもってワーク材１３に押し付けながら、ヘッド２０を例えば正弦波状に蛇行させるように動かして所定のスクライブ加工を行うようになっている。図中、２３はヘッドクリーナを示している。
【００４３】
このときのヘッド駆動部２１によるスクライブ刃２２の押圧力およびスクライブ加工時におけるヘッド２０の移動の制御は、予め所定のスクライブ加工が施されるように適正押圧量および所定のパターンによる移動量が予めプログラム設定されたＥＣＵ（図示せず）によって行われる。
【００４４】
また、スクライブ加工部１２２にはダウンブロー排気口２４，２５が設けられており、上から下方に気流を生じさせることにより、スクライブによって生じた紛塵を下側に排出させるようにしている。その際、ワーク材１３が垂直状態でその面にスクライブ加工が施されるために、ワーク材１３の面にスクライブによって生じた紛塵が残留することなく、効率良く排出される。
【００４５】
被加工部材１３の搬出ＵＬ／Ｌ部１２３は、スクライブ加工が施されたワーク材１３が背面エアーフローライン２６に保持されて、コンベア２７によって順次搬出されるようになっている。
【００４６】
図１１は、スクライブ刃２２を示している。ここでは、直径Ｄ＝３ｍｍ、長さＬ＝４ｃｍの筒体の先方がテーパー角度θ＝６０°をもって先細りになり、その先細りの先端の径φが３５μｍの面積をもって平坦になっている。
【００４７】
図１２に示すように、そのスクライブ刃２２の先端が摩耗してしまうと（摩耗量δ）、溝Ｍ２およびＭ２を形成する際のスクライブ量が不充分となり、下部電極層２の面に至るまでのスクライブ加工がなされずに、各セルの分離を確実に行わせることができなくなってしまう。
【００４８】
そのため、スクライブ刃２２の先端の平坦部分の大きさを測定することによって摩耗の程度を検知して、その検知された摩耗の程度に応じてスクライブ刃２２の押圧力を増大させることによって、常に一定のスクライブ加工を行わせることができるようにしている。
【００４９】
具体的には、例えば、スクライブ刃２２の先端の平坦部分をカメラによって撮影して、その撮影画像のデータを演算制御装置が読み込んで、その平坦部分の大きさ（口径または面積）をわり出す。そして、演算制御装置のメモリに予め設定されている平坦部分の大きさに対する押圧力の特性のテーブルを参照して、そのとき測定されている平坦部分の大きさに応じた所定の押圧力になるようにスクライブ刃２２の押圧力を調整する。
【００５０】
図１３は、スクライブ刃２２の摩耗量と刃先面積との関係の特性Ａおよびスクライブ刃２２の摩耗量に対して最適化された刃荷重の特性Ｂを示している。
【００５１】
また、メカニカルスクライブ加工によって上，下部電極コンタクト用の溝Ｍ２およびセル分離用の溝Ｍ３を形成するに際して、ＥＣＵ（図示せず）の制御下においてスクライブ刃２２の移動速度を可変に制御して、位置精度が要求されるスクライブ加工の開始領域（例えば全スクライブ領域の１０％程度の領域）および終了領域（例えば全スクライブ領域の１０％程度の領域）に対して、その中間領域におけるスクライブ刃２２の移動速度を高く設定するようにする。
【００５２】
このようなスクライブ加工の中間領域におけるスクライブ刃２２の移動速度を高めることにより、モジュール構成による薄膜太陽電池の各セルの分離作業を効率良く行わせることができ、量産時のスループットを向上させることができるようになる。
【００５３】
【発明の効果】
以上、本発明による薄膜太陽電池によれば、各セル間の接続抵抗を小さくすることができ、小形で発電効率の良いものになるという利点を有している。
【００５４】
また、本発明による薄膜太陽電池の製造方法によれば、小形で発電効率の良い薄膜太陽電池を容易に製造することができるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なＣＩＧＳ系の薄膜太陽電池のセル構造を示す正断面図である。
【図２】従来のモジュール化された薄膜太陽電池の平面図である。
【図３】モジュール化された薄膜太陽電池の部分的な断面図である。
【図４】本発明によるモジュール化された薄膜太陽電池の製造工程を示す図である。
【図５】本発明によるモジュール化された薄膜太陽電池の平面図である。
【図６】上，下部電極コンタクト用の溝を非直線状に蛇行させる形状の一例を示す図である。
【図７】上，下部電極コンタクト用の溝を非直線状に蛇行させる形状の他の例を示す図である。
【図８】メカニカルスクライブ装置の一般的な簡略構成図である。
【図９】メカニカルスクライブ装置における可動テーブルに吸着されているワーク材が傾いている状態を示す正面図である。
【図１０】メカニカルスクライブ装置における可動テーブルを回転させてスクライブ機構部に対するワーク材の姿勢を修正した状態を示す正面図である。
【図１１】スクライブ刃を示す正面図である。
【図１２】メカニカルスクライブの刃の先端が摩耗したときの刃の先端の平坦部の大きさの変化状態を示す図である。
【図１３】スクライブ刃の摩耗量と刃先面積との関係およびスクライブ刃の摩耗量に対して最適化された刃荷重の特性の一例をそれぞれ示す特性図である。
【符号の説明】
１ ＳＬＧ基板
２ 下部電極層
３ 光吸収層
４ バッファ層
５ 絶縁層
６ 上部電極層
ＣＬ１〜ＣＬ４ セル
Ａ１〜Ａ４ 発電有効エリア
Ｄ１〜Ｄ３ デッドスペース
Ｌ１ 下部電極分離用の溝によるライン
Ｌ２ 上，下部電極コンタクト用の溝によるライン
Ｌ３ セル分離用の溝によるライン
Ｍ１ 下部電極分離用の溝
Ｍ２ 上，下部電極コンタクト用の溝
Ｍ３ セル分離用の溝[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a thin-film solar cell configured by modularizing a plurality of cells on the same substrate and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Solar cells are classified according to the thickness of their semiconductor layers, and those having a thickness of several tens μm to several μm or less are particularly called thin-film solar cells. Thin-film solar cells include Si-based, II-VI compound thin-film, and chalcopyrite-based.
[0003]
Recently, a thin-film solar cell using a CIGS {Cu (InGn) Se2} -based chalcopyrite compound as a light absorbing layer has attracted attention as a solar cell excellent in photoelectric conversion efficiency and capable of obtaining structurally stable output characteristics. I have.
[0004]
FIG. 1 shows the cell structure of the CIGS thin-film solar cell.
[0005]
Here, a lower electrode layer 2 made of Mo or the like on the positive side is formed on an SLG (soda lime glass) substrate 1, and a CIGS-based light absorbing layer (p-type semiconductor layer) 3 is formed on the lower electrode layer 2. A transparent upper electrode layer 6 made of ZnO: Al or the like on the minus side is formed on the light absorbing layer 3 via a buffer layer (n-type semiconductor layer) 4 made of ZnS or the like. In the drawing, reference numeral 7 denotes a positive external lead electrode, and reference numeral 8 denotes a negative external lead electrode.
[0006]
In the cell having such a structure, when light enters through the transparent upper electrode layer 6, a pair of electrons (−) and holes (+) is generated at the junction surface between the light absorption layer 3 and the buffer layer 4. The electrons collect in the light absorbing layer 3 and the holes collect in the buffer layer 4 to generate an electromotive force therebetween. In this state, a current can be extracted by connecting a conducting wire between the external lead-out electrode 7 on the positive side and the external lead-out electrode 8 on the negative side.
[0007]
An actual CIGS thin film solar cell has a module structure in which a plurality of such cell structures are monolithically arranged on the same substrate.
[0008]
FIG. 2 shows a planar structure of the module.
[0009]
Here, four cells CL1 to CL4 are arranged between the positive-side current collecting electrode 9 and the negative-side current collecting electrode 10. In the figure, A1 to A4 are effective areas contributing to power generation in each cell, and D1 to D3 are dead spaces required for performing electrical connection processing in each cell. L1 is a line in which a groove for lower electrode separation is formed linearly, L2 is a line in which a groove for upper electrode contact is formed linearly, and L3 is a line in which a groove for cell separation is linear. Are shown respectively.
[0010]
FIG. 3 shows a partial cross-sectional structure of the module.
[0011]
Here, a lower electrode layer 2, a light absorbing layer 3, a buffer layer 4, a high resistance layer (ZnO) 5 and an upper electrode layer G are sequentially stacked on the SLG substrate 1, and a lower electrode separating groove M1 and a A groove M2 for upper and lower electrode contacts is provided, and a groove M3 for cell separation is provided.
[0012]
Each of the grooves M1 to M3 is formed by a patterning technique.
[0013]
At this time, the groove M1 for lower electrode separation is formed by chemical etching using photolithography or laser scribing at the stage when the lower electrode layer 2 is formed on the SLG substrate 1.
[0014]
The groove M2 for the upper and lower electrode contacts is formed by chemical etching using photolithography at the stage when the light absorbing layer 3, the buffer layer 4, and the high resistance layer 5 are stacked on the lower electrode layer 2. The groove M2 reaches the surface of the lower electrode layer 2, and the lower electrode layer 2 and the upper electrode layer 6 are electrically connected by entering the material of the upper electrode layer 6 into the groove M2, Adjacent cells are connected in series.
[0015]
The groove M3 for cell separation is formed by chemical etching using photolithography at the stage when the upper electrode layer 6 is formed on the high resistance layer 5. The groove M3 reaches the surface of the lower electrode layer 2, and is separated from an adjacent cell.
[0016]
When forming the groove M2 for contacting the upper and lower electrodes and the groove M3 for separating the cell, if laser scribe processing is used, since the laser light due to high heat is intensively irradiated, the light absorbing layer 3 due to heat is formed. Deterioration of characteristics becomes a problem.
[0017]
In configuring each cell portion in the module as described above, adjacent cells are connected in series, and the connection resistance of the lower electrode contact groove M2 is large, which causes a decrease in output. This is due to the high resistivity of the material forming the upper electrode layer 6 and the narrow width of the upper and lower electrode contact grooves M2. In particular, when the number of cells is increased in order to respond to a demand for higher power in the module, the connection resistance between the cells is totally increased, which is an obstacle to achieving higher power.
[0018]
Further, conventionally, in order to reduce the connection resistance between the cells in the module, the contact grid is extended from the electrode film of the photoelectric converter to the inside of the adjacent photoelectric converter and connected in series with the electrode film. There is a thin-film solar cell (see JP-A-6-13637).
[0019]
However, since such a measure is taken to extend the contact grid in the power generation area, the resistance value becomes low only near the grid, and the electric field distribution becomes non-uniform. In addition, since the groove portion must be formed step by step for each layer, patterning by chemical etching is performed each time, so that workability at the time of manufacturing is poor and throughput at the time of mass production is deteriorated. .
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved is that in the modularized thin film solar cell shown in FIGS. 2 and 3, when forming each cell portion, adjacent cells are connected in series and grooves for lower electrode contact are formed. This is because the connection resistance of M2 is large and causes a decrease in output.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a lower electrode layer, a light absorbing layer, a buffer layer, and an upper electrode layer are sequentially laminated on a substrate, and a groove for lower electrode separation, a groove for upper and lower electrode contacts, and a groove for cell separation are provided for each cell. In a thin-film solar cell in which a plurality of cells are modularized on the same substrate provided with, the upper and lower electrode contact grooves are not formed so that the connection resistance between the cells can be reduced. It is formed in a straight line.
[0022]
The present invention also provides a method for manufacturing the thin-film solar cell modularized, in which the grooves for the upper and lower electrode contacts are formed in a non-linear manner by a mechanical scribe processing so as to facilitate the manufacture. To be formed.
[0023]
【Example】
FIG. 4 shows a manufacturing process of a modularized thin film solar cell according to the present invention.
[0024]
First, as a first step shown in FIG. 4A, a lower electrode 2 made of Mo or the like is formed on an SLG substrate 1 by sputtering, and a groove M1 for lower electrode separation is linearly formed by laser scribing. Form.
[0025]
In this case, even if the laser scribe processing is performed, the influence of heat by the laser light does not matter.
[0026]
Next, as a second step shown in FIG. 4B, a light absorbing layer 3 is formed on the lower electrode layer 2 so as to fill the groove M1 for separating the lower electrode, and a light absorbing layer 3 for heterojunction is formed thereon. A buffer layer 4 made of a ZnS thin film or the like is formed by a CBD (chemical bath deposition) method, and an insulating layer 5 made of a ZnO thin film or the like is further formed thereon by sputtering. On the other hand, a groove M2 for contact between the lower electrodes is formed in a non-linear manner by mechanical scribing at a position several hundred μm away to the surface of the lower electrode layer 2.
[0027]
As the light absorption layer 3, for example, a CIGS thin film is formed by forming a laminated precursor including an In layer and a Cu—Ga alloy layer by sputtering, and performing a heat treatment in a Se atmosphere.
[0028]
Finally, as a third step shown in FIG. 4C, a transparent upper electrode layer 6 made of a ZnO: Al thin film or the like is formed on the insulating layer 5, and the lower electrode layer 2 is formed by mechanical scribing. In addition, the groove M3 for lower electrode separation is formed linearly on the surface.
[0029]
When the grooves M2 and M3 are formed by laser scribing, the heat of the laser light causes the photoelectric conversion characteristics of the light absorption layer 3 to be deteriorated.
[0030]
FIG. 5 shows a planar structure of the thin-film solar cell manufactured as described above.
[0031]
Here, in particular, the upper and lower electrode contact grooves M2 are formed to meander in a sinusoidal manner. In FIG. 5, L2 'denotes a line formed by meandering a groove M2 for upper and lower electrode contact in a sinusoidal manner.
[0032]
In the configuration shown in FIG. 5, four cells CL <b> 1 to CL <b> 4 are arranged between the positive-side current collecting electrode 9 and the negative-side current collecting electrode 10. In the figure, A1 to A4 are effective areas contributing to power generation in each cell, and D1 to D3 are dead spaces required for performing electrical connection processing in each cell. L1 indicates a line in which the lower electrode separating groove M1 is formed in a straight line, and L3 indicates a line in which the cell separating groove M3 is formed in a straight line.
[0033]
When forming the upper and lower electrode contact grooves M2 in a non-linear shape, the groove is not limited to a sine wave shape, but may be meandering in a rectangular wave shape as shown in FIG. 6 or a triangular wave shape as shown in FIG. You may make it meander.
[0034]
As described above, according to the present invention, when the cells CL1 to CL4 in the modularized thin film solar cell are electrically separated, the grooves M2 for the upper and lower electrode contacts are formed in a non-linear manner. Therefore, while suppressing the dead spaces D1 to D3 required for performing the electrical connection processing between the cells, the connection resistance when connecting adjacent cells in series with a sufficient contact area is effective. Can be reduced.
[0035]
Actually, the connection resistance between the cells when the groove M2 for the upper and lower electrode contacts is formed in a non-linear shape to form a solar cell module, and the solar cell module when the groove M2 is formed in a straight line As a result of measurement of the connection resistance between the cells in the above, a reduction of about 5% was obtained in the non-linear configuration as compared with the linear configuration.
[0036]
Even if the upper and lower electrode contact grooves M2 are not formed non-linearly, the wide upper and lower electrode contact grooves can be linearly formed by mechanical scribing using a large diameter scribe blade. Even if it is formed, the connection resistance between the cells can be reduced. However, in this case, the scribing process is performed with a large load using a scribe blade having a large diameter, and thus problems such as scratching or peeling of the lower electrode layer 2 occur. Further, since a wide groove is formed so as not to contact the adjacent lower electrode separating groove M1 and the cell separating groove M3, it is necessary to secure a certain amount of dead space in order to have rigidity. The effective power generation area of each cell becomes narrow.
[0037]
FIG. 8 shows an outline of a mechanical scribe device used when mechanical scribe processing is performed on the groove M2 for upper and lower electrode contact and the groove M3 for cell separation.
[0038]
The mechanical scribe device, for example, when forming the upper and lower electrode contact grooves M2, the work material 13 in which the upper surface electrode layer, the light absorbing layer, the buffer layer and the insulating layer are sequentially formed on the SLG substrate, is processed. Is held at an angle range of less than 60 to 90 ° with respect to the horizontal plane, and the rear-surface float-type carry-in L / L section 121 is held perpendicularly to the carried-in work material 13. A scribing section 122 for performing a predetermined scribing process in a state where the work member 13 is in a closed state, and a back float type carry-out UL / L section 123 for carrying out the scribed work material 13.
[0039]
The carry-in L / L portion 121 of the work material 13 is held by the rear airflow line 14 so that the surfaces of the plurality of work materials 13 have an angle range of 60 to less than 90 °, and the scribe processing portion 122 is sequentially moved by the conveyor 15. To be transported.
[0040]
The scribe processing unit 122 sucks the conveyed work material 13 to the movable table 16 while keeping the work material 13 in an angle range of 60 to less than 90 °, and moves the work material 13 to the scribe mechanism 18 along the slide rail 17. At this time, the reference lines on the workpiece 13 are recognized by the cameras 191 and 192 provided in a pair at the top and bottom. Recognition of the reference line is performed by using an alignment mark previously attached to the work material 13, an end face of the substrate, or a groove M1 for lower electrode separation already formed.
[0041]
As a result of the recognition of the reference line, as shown in FIG. 9, when the work material 13 adsorbed on the movable table 16 is inclined, as shown in FIG. The movable table 16 is rotated so that the posture of the work material 13 with respect to the scribe mechanism is corrected.
[0042]
Then, while moving the movable table 16, the scribe portion of the work material 13 is positioned with respect to the scribe head 20 of the scribe mechanism 18, and the scribe blade 22 attached to the tip of the head 20 by the head drive unit 21 is moved to a predetermined position. The predetermined scribing process is performed by moving the head 20 in a meandering manner, for example, in a sine wave shape while pressing against the work material 13 with pressure. In the figure, reference numeral 23 denotes a head cleaner.
[0043]
At this time, the control of the pressing force of the scribe blade 22 by the head driving unit 21 and the movement of the head 20 at the time of the scribe processing are performed by setting the appropriate pressing amount and the movement amount by the predetermined pattern so that the predetermined scribe processing is performed in advance. This is performed by an ECU (not shown) set in a program.
[0044]
Further, the scribe processing section 122 is provided with down blow exhaust ports 24 and 25, and generates an airflow from above to discharge dust generated by the scribe to the lower side. At this time, the scribe processing is performed on the surface of the work material 13 in a vertical state, so that dust generated by the scribe on the surface of the work material 13 is efficiently discharged without remaining.
[0045]
The unloading UL / L section 123 of the workpiece 13 is configured such that the scribed work material 13 is held by the rear airflow line 26 and is sequentially unloaded by the conveyor 27.
[0046]
FIG. 11 shows the scribe blade 22. Here, the tip of a cylindrical body having a diameter D = 3 mm and a length L = 4 cm is tapered with a taper angle θ = 60 °, and the diameter φ of the tapered tip is flat with an area of 35 μm.
[0047]
As shown in FIG. 12, when the tip of the scribe blade 22 is worn (amount of wear δ), the amount of scribe when forming the grooves M2 and M2 becomes insufficient, and reaches the surface of the lower electrode layer 2. Without the scribe processing, the cells cannot be reliably separated.
[0048]
Therefore, the degree of abrasion is detected by measuring the size of the flat portion at the tip of the scribe blade 22, and the pressing force of the scribe blade 22 is increased according to the detected degree of abrasion, thereby always maintaining a constant level. Scribe processing can be performed.
[0049]
Specifically, for example, a flat portion at the tip of the scribe blade 22 is photographed by a camera, and the data of the photographed image is read by the arithmetic and control unit to determine the size (diameter or area) of the flat portion. Then, by referring to the table of the characteristics of the pressing force with respect to the size of the flat portion set in advance in the memory of the arithmetic and control unit, the predetermined pressing force corresponding to the size of the flat portion measured at that time is obtained. The pressing force of the scribe blade 22 is adjusted as described above.
[0050]
FIG. 13 shows the characteristic A of the relationship between the amount of wear of the scribe blade 22 and the cutting edge area, and the characteristic B of the blade load optimized with respect to the amount of wear of the scribe blade 22.
[0051]
When forming the upper and lower electrode contact grooves M2 and cell separation grooves M3 by mechanical scribing, the moving speed of the scribe blade 22 is variably controlled under the control of an ECU (not shown). For the start area (for example, about 10% of the entire scribe area) and the end area (for example, about 10% of the entire scribe area) of the scribe processing requiring the positional accuracy, the scribe blade 22 in the intermediate area is provided. Set a high moving speed.
[0052]
By increasing the moving speed of the scribe blade 22 in the intermediate region of the scribe processing, the separation operation of each cell of the thin film solar cell having the module configuration can be efficiently performed, and the throughput in mass production can be improved. become able to.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the thin-film solar cell of the present invention, the connection resistance between the cells can be reduced, and there is an advantage that the power generation efficiency is reduced in size.
[0054]
Further, the method for manufacturing a thin-film solar cell according to the present invention has an advantage that a small-sized thin-film solar cell with high power generation efficiency can be easily manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing a cell structure of a general CIGS thin film solar cell.
FIG. 2 is a plan view of a conventional modular thin film solar cell.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a modularized thin-film solar cell.
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of a modular thin film solar cell according to the present invention.
FIG. 5 is a plan view of a modular thin film solar cell according to the present invention.
FIG. 6 is a view showing an example of a shape in which grooves for upper and lower electrode contacts meander in a non-linear manner.
FIG. 7 is a diagram showing another example of a shape in which grooves for upper and lower electrode contacts meander in a non-linear manner.
FIG. 8 is a general simplified configuration diagram of a mechanical scribe device.
FIG. 9 is a front view showing a state in which the work material adsorbed on the movable table in the mechanical scribe device is inclined.
FIG. 10 is a front view showing a state in which the movable table in the mechanical scribe device is rotated to correct the posture of the workpiece with respect to the scribe mechanism.
FIG. 11 is a front view showing a scribe blade.
FIG. 12 is a diagram illustrating a change in the size of the flat portion at the tip of the blade when the tip of the blade of the mechanical scribe is worn.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between the wear amount of the scribe blade and the cutting edge area, and an example of the characteristic of the blade load optimized for the wear amount of the scribe blade.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 SLG substrate 2 Lower electrode layer 3 Light absorbing layer 4 Buffer layer 5 Insulating layer 6 Upper electrode layers CL1 to CL4 Cells A1 to A4 Power generation effective areas D1 to D3 Dead space L1 Line L2 formed by grooves for lower electrode separation Upper and lower electrodes Line L3 by contact groove Line M1 by cell separation groove Lower electrode separation groove M2 Upper and lower electrode contact groove M3 Cell separation groove
