JP2011096730A - Thin-film solar cell and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜太陽電池およびその製造方法に関し、特にテクスチャー構造を採用した薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thin film solar cell and a manufacturing method thereof, and more particularly to a thin film solar cell employing a texture structure and a manufacturing method thereof.
現在、透明絶縁性基板側から光を入射する薄膜太陽電池における光閉じ込め技術としては、透明絶縁性基板上に形成した透明導電膜表面に凹凸構造を形成する方法が用いられている。この凹凸構造を形成する光閉じこめ技術は、光反射率の低減、光散乱効果により、薄膜太陽電池の光変換効率が向上することが一般的に知られている。詳細に述べると、透明絶縁性基板側から入射してきた光は、凹凸形状を有する透明導電膜と光電変換層との界面で散乱された後に光電変換層に入射するので、光電変換層に概ね斜めに入射する。そして、光電変換層に斜めに光が入射することにより、光電変換層に入射した光の実質的な光路が延びて光の吸収が増大するため、光起電力素子の光電変換特性が向上して出力電流が増加する。 Currently, as a light confinement technique in a thin film solar cell in which light is incident from the transparent insulating substrate side, a method of forming a concavo-convex structure on the surface of the transparent conductive film formed on the transparent insulating substrate is used. It is generally known that the light confinement technology for forming this concavo-convex structure improves the light conversion efficiency of the thin-film solar cell by reducing the light reflectance and the light scattering effect. More specifically, since light incident from the transparent insulating substrate side is scattered at the interface between the concavo-convex transparent conductive film and the photoelectric conversion layer and then enters the photoelectric conversion layer, the light is generally oblique to the photoelectric conversion layer. Is incident on. And, since light is incident on the photoelectric conversion layer obliquely, the substantial optical path of the light incident on the photoelectric conversion layer is extended and light absorption is increased, so that the photoelectric conversion characteristics of the photovoltaic element are improved. The output current increases.
従来、凹凸構造を形成する透明導電膜として、酸化スズ（ＳｎＯ２）からなる透明導電膜が広く知られている。一般的に、ＳｎＯ２透明導電膜に形成する凹凸構造は、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により数１０〜数１００ｎｍ径の結晶粒を膜表面に成長させることにより形成される。しかし、このＳｎＯ２膜表面に良好な凹凸構造を形成するためには、５００〜６００℃の高温プロセスが必要であり、また１μｍ程度の膜厚を要することから、製造コストが増大する要因の１つとなっている。 Conventionally, a transparent conductive film made of tin oxide (SnO 2 ) is widely known as a transparent conductive film that forms an uneven structure. Generally, the concavo-convex structure formed in the SnO 2 transparent conductive film is formed by growing crystal grains having a diameter of several tens to several hundreds of nanometers on the film surface by a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) method. However, in order to form a good concavo-convex structure on the surface of this SnO 2 film, a high-temperature process of 500 to 600 ° C. is necessary, and a film thickness of about 1 μm is required. It has become one.
このため近年は、プラズマ耐性に優れ資源の豊富さという観点から、ＳｎＯ２に変わる材料として酸化亜鉛（ＺｎＯ）が普及しつつある。しかし、透明導電膜としてＺｎＯを用いる場合は、表面に良好な凹凸構造を形成するためには、２μｍ程度の膜厚を要するという問題があった。 For this reason, in recent years, zinc oxide (ZnO) is becoming widespread as a material replacing SnO 2 from the viewpoint of excellent plasma resistance and abundant resources. However, when ZnO is used as the transparent conductive film, there is a problem that a film thickness of about 2 μm is required in order to form a favorable uneven structure on the surface.
そこで、ＳｎＯ２膜のような高温プロセスを実施せずにＺｎＯ膜を低温形成で薄膜形成した場合であっても良好な光閉じこめ効果を有する凹凸構造の形成方法として、ガラス基板上にスパッタリング法により透明導電膜を形成し、酸によりエッチングすることで表面に凹凸構造を形成する技術が報告されている。この方法により、太陽電池装置のコスト低減が期待されている。 Therefore, as a method of forming a concavo-convex structure having a good light confinement effect even when a ZnO film is formed at a low temperature without performing a high temperature process such as a SnO 2 film, a sputtering method is used on a glass substrate. A technique for forming a concavo-convex structure on the surface by forming a transparent conductive film and etching with an acid has been reported. This method is expected to reduce the cost of the solar cell device.
また、薄膜太陽電池用の基板に凹凸をつけるために、透明電極層自体に凹凸を形成するのではなく、ガラス基体の表面に凹凸のある下地層を設け、その上に透明電極層を形成する手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、ガラス基体の上に、平均粒径が０．１〜１．０μｍの絶縁性微粒子とバインダーからなる凹凸を有する下地層を形成し、その上に透明電極層を堆積することで、微粒子により微細な凹凸がガラス基板上に形成されていることから、透明電極層自体には特に凹凸を形成する必要がない。 In addition, in order to make the substrate for a thin film solar cell uneven, an uneven layer is provided on the surface of the glass substrate, and a transparent electrode layer is formed thereon, instead of forming the unevenness on the transparent electrode layer itself. A technique is disclosed (for example, see Patent Document 1). According to this technique, an underlying layer having irregularities made of insulating fine particles having an average particle diameter of 0.1 to 1.0 μm and a binder is formed on a glass substrate, and a transparent electrode layer is deposited thereon. Thus, since the fine irregularities are formed on the glass substrate by the fine particles, it is not necessary to form irregularities on the transparent electrode layer itself.
しかしながら、上述した技術には、いつかの問題が残されている。すなわち特許文献１の技術では、ガラス基体上への絶縁性微粒子の分散が不均一になり、例えばガラス基体上に絶縁性微粒子が付着していない領域が発生することで光の吸収量が減少し、出力電流が低下し、基板全体としての薄膜光電変換効率が低下する、という問題があった。 However, some problems remain in the above-described technique. That is, in the technique of Patent Document 1, the dispersion of the insulating fine particles on the glass substrate becomes non-uniform, and for example, a region where the insulating fine particles are not attached to the glass substrate is generated, thereby reducing the amount of light absorption. There is a problem that the output current is lowered and the thin film photoelectric conversion efficiency as the whole substrate is lowered.
また、このような方法でヘイズ率を高く、例えば２０％以上にしようとすると、下地層の凹凸を大きくする必要があり、その結果、絶縁性微粒子の粒径を大きくする必要が生じる。しかし、大きな絶縁性微粒子を用いた場合には、ガラス基体上への絶縁性微粒子の分散が不均一になり、例えばガラス基体上に絶縁性微粒子が付いてない領域が発生し、面内でのヘイズ率分布により光の散乱性の不均一が生じ、基板全体としての平均の光電変換効率が低下する、という問題があった。 In addition, when the haze ratio is increased by such a method, for example, 20% or more, it is necessary to increase the unevenness of the underlayer, and as a result, it is necessary to increase the particle diameter of the insulating fine particles. However, when large insulating fine particles are used, the dispersion of the insulating fine particles on the glass substrate becomes non-uniform, for example, a region where no insulating fine particles are attached to the glass substrate is generated, and in-plane There is a problem that the light scattering property is non-uniform due to the haze ratio distribution, and the average photoelectric conversion efficiency of the entire substrate is lowered.
さらに、大きな絶縁性微粒子を用いて大きな凹凸を形成しようとすると、バインダーによる絶縁性微粒子のガラス基体への付着が不十分となり、薄膜太陽電池そのものの信頼性が低下する虞がある。 Furthermore, when trying to form large irregularities using large insulating fine particles, the adhesion of the insulating fine particles to the glass substrate by the binder becomes insufficient, and the reliability of the thin film solar cell itself may be reduced.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光電変換効率および信頼性の高い薄膜太陽電池およびその製造方法を得ることを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at obtaining the photoelectric conversion efficiency and highly reliable thin film solar cell, and its manufacturing method.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、光電変換を行う光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、をこの順で有する複数の薄膜太陽電池セルが配設されるとともに、隣接する前記薄膜太陽電池セル同士が電気的に直列接続された薄膜太陽電池であって、前記透明導電膜は、前記光電変換層側の内径が１μｍ〜２μｍであり、前記光電変換層側の表面から前記透光性絶縁基板側に向かって開口径が小さくなるように傾斜した側面を有する凹部が分散して形成され、該凹部が前記光電変換層により充填されていること、を特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a thin-film solar cell according to the present invention includes a first electrode layer made of a transparent conductive film, a photoelectric conversion layer that performs photoelectric conversion, and a translucent insulating substrate. A plurality of thin-film solar cells having a second electrode layer made of a conductive film that reflects light in this order, and the adjacent thin-film solar cells electrically connected in series In the solar cell, the transparent conductive film has an inner diameter of 1 μm to 2 μm on the photoelectric conversion layer side, and an opening diameter decreases from the surface on the photoelectric conversion layer side toward the translucent insulating substrate side. The concave portions having the inclined side surfaces are formed in a dispersed manner, and the concave portions are filled with the photoelectric conversion layer.
本発明によれば、透明導電層の面内において均一に凹凸形状を形成でき、広い範囲の波長の光に対する光閉込効果により光吸収量を増大させ、また凹凸の高低差に起因した局所的な電流ロスを減少することより、光電変換効率および信頼性に優れた薄膜太陽電池が実現できる、という効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to form a concavo-convex shape uniformly in the plane of the transparent conductive layer, increase the amount of light absorption by the light confinement effect with respect to light of a wide range of wavelengths, and locally due to the difference in level of the concavo-convex. By reducing a large current loss, there is an effect that a thin film solar cell excellent in photoelectric conversion efficiency and reliability can be realized.
以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。 Embodiments of a thin film solar cell and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.
実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる薄膜太陽電池である薄膜太陽電池モジュール（以下、モジュールと呼ぶ）１０の概略構成を示す平面図である。図１−２は、モジュール１０を構成する薄膜太陽電池セル（以下、セルと呼ぶ場合がある）１の短手向における断面構造を説明するための図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ’方向における要部断面図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1-1 is a plan view showing a schematic configuration of a thin film solar cell module (hereinafter referred to as a module) 10 which is a thin film solar cell according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1-2 is a diagram for explaining a cross-sectional structure in a short direction of a thin film photovoltaic cell (hereinafter sometimes referred to as a cell) 1 constituting the
図１−１および図１−２に示すように、実施の形態１にかかるモジュール１０は、透光性絶縁基板２上に形成された短冊状（矩形状）のセル１を複数備え、これらのセル１が電気的に直列に接続された構造を有する。セル１は、図１−２に示すように透光性絶縁基板２、透光性絶縁基板２上に形成され第１電極層となる透明電極層（透明導電膜）３、透明電極層３上に形成される光電変換層４、光電変換層４上に形成され第２電極層となる裏面電極層５が順次積層された構造を有する。このように構成された本実施の形態にかかるモジュール１０はスーパーストレート型の太陽電池である。
As illustrated in FIGS. 1-1 and 1-2, the
また、透明電極層３の表面には、テクスチャー構造として微小凹凸Ｂ１および該微小凹凸Ｂ１よりも径の大きく且つ深さが深い大きい凹部Ｂ２を含む凹凸形状が形成されている。すなわち、透明電極層３の表面には、部分的に高低差の異なる凹凸形状（テクスチャー構造）が形成されている。光電変換層４側の大きい凹部Ｂ２の直径は、１μｍ〜２μｍ程度、深さおよび凹凸の高低差は５００ｎｍ以下程度である。
The surface of the
つぎに、上記のように構成された実施の形態１にかかるモジュール１０の製造方法について説明する。図２−１〜図２−８は、実施の形態１にかかるモジュール１０の製造工程の一例を説明するための断面図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、透光性絶縁基板２を用意する。ここでは、透光性絶縁基板２として無アルカリガラス基板を用いて以下説明する。また、透光性絶縁基板２として安価な青板ガラス基板を用いてもよいが、この場合は、透光性絶縁基板２からのアルカリ成分の拡散を防止するためにＰＣＶＤ法やスパッタリング法などによりＳｉＯ２膜（屈折率１．４〜１．５）を１００ｎｍ以下程度形成するのがよい。
First, the translucent insulating
つぎに、透光性絶縁基板２上に第１の電極層となる透明電極層３として、アルミニウム（Ａｌ）を数ｗｔ％ドーパントとして含む膜厚１μｍ程度の酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜をＤＣスパッタリング法で形成する（図２−１）。本実施の形態では透明電極層３としてアルミニウム（Ａｌ）ドーパントしたＺｎＯ膜を形成するが、透明電極層３としてはこれに限定されることなく、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、スズ（Ｓｎ）から選択した少なくとも１種類以上の元素を用いたＺｎＯ膜またはこれらを積層して形成した透明導電膜であってもよく、光透過性と導電性を有している透明導電膜であればよい。また、ＺｎＯ膜以外に、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）の何れかを主成分とする材料からなる膜を使用してもよい。また、上述した例では、スパッタリング法により透明電極層３を形成しているが、真空蒸着法，イオンプレーティング法などの物理的方法や、スプレー法，ディップ法，ＣＶＤ法などの化学的方法を用いてもよい。
Next, a zinc oxide (ZnO) film having a thickness of about 1 μm containing aluminum (Al) as a dopant of several wt% as a
次に、この透明電極層３に、２μｍ以下のホール径のパターンをフォトリソグラフィープロセスにより形成する。フォトリソグラフィープロセスでは、感光性レジストを透明電極層３上に塗布・乾燥した後に、所定のパターンが形成された転写マスクを通して感光性レジストを露光し、現像する。そして、感光性レジストのパターンを加熱硬化させる。これにより、写真製版的にマスクパターンを転写したレジストパターン６を透明電極層３上に形成する（図２−２）。
Next, a hole diameter pattern of 2 μm or less is formed on the
この際、透明電極層３と感光性レジストとの濡れ性が不良であり、感光性レジストのはじきが生じる場合には、塗布前にＵＶＯ３洗浄あるいは常圧プラズマなどの処理を行うとよい。また、感光性レジストと透明電極層３との密着性が不良であり、感光性レジストの剥がれが生じる場合には、加熱硬化温度を高くしたり、加熱時間を長くしたりするなどの処理を行うとよい。
At this time, if the wettability between the
また、フォトリソグラフィープロセスで形成されるホールパターンは、図２−２、図３に示されるレーザによるパターン開口形成領域Ｃ以外に形成する。図３は、実施の形態１にかかる薄膜太陽電池のパターン開口形成領域Ｃの概略構成を示す平面図である。その理由としてパターン開口形成領域Ｃでは、レーザによるパターン開口を行った場合に、透明電極層３の膜厚変化に起因して最適レーザ加工条件のズレが発生し、開口不良等の加工不良を引き起こすからである。
Further, the hole pattern formed by the photolithography process is formed other than the pattern opening formation region C by the laser shown in FIGS. FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of the pattern opening formation region C of the thin-film solar cell according to the first embodiment. The reason is that in the pattern opening formation region C, when pattern opening is performed by laser, deviation of the optimum laser processing conditions occurs due to the change in the film thickness of the
また、本実施の形態のフォトリソグラフィープロセスでは、露光用の転写マスクとして、例えば直径が１．５μｍ程度の略円形の穴が０．３個／μｍ２程度の密度で形成された転写マスクを用いる。 In the photolithography process of the present embodiment, a transfer mask in which, for example, a substantially circular hole having a diameter of about 1.5 μm is formed with a density of about 0.3 / μm 2 is used as the exposure transfer mask. .
次に、第１のエッチング工程として、レジストパターン６をマスクとして透明電極層３のエッチングを行ない、透明電極層３の表面に開口３ａを形成する（図２−３）。透明電極層３のエッチング方法としては、エッチング液等で処理する化学的方法、透明電極層３の表面にイオンやプラズマ等を照射する物理的方法等の種々の方法が挙げられる。なお、上記方法は、単独で行ってもよく、２種以上の方法を組み合わせて行ってもよい。
Next, as a first etching step, the
本実施の形態では、第１のエッチング工程のエッチング方法として、平行平板型ＲＩＥ（Reactive on Etching）法によるドライエッチングを行う。エッチングガスとしては、有機系ガス、ハロゲン系ガスを用いることが可能である。透明電極層３の加工深さ（エッチング深さ）は、エッチング時間を調整することにより制御が可能である。
In the present embodiment, dry etching by a parallel plate RIE (Reactive on Etching) method is performed as an etching method in the first etching step. As an etching gas, an organic gas or a halogen gas can be used. The processing depth (etching depth) of the
また、第１のエッチング工程における透明電極層３のエッチングは、エッチングにより形成される開口３ａのパターンエッジがテーパー形状となるようにエッチング条件を調整することが好ましい。すなわち、厚み方向において透明電極層３の表面から透光性絶縁基板２に向かって開口径が小さくなるように傾斜した側面を有するテーパー状の断面を有する開口を形成することが好ましい。これにより、透明電極層３の表面における段差に起因した短絡を防止することができる。ここで、テーパー形状とは、開口３ａの断面形状において透明電極層３の表面側（光電変換層４側）が長辺、透光性絶縁基板２側が短辺となる台形状になるようにパターンエッジがエッチングされた形状のことを意味する。
In addition, the etching of the
このようにして透明電極層３に形成された開口３ａの数、大きさ、形状、深さを調整することにより、光電変換層４における光吸収特性に適した太陽光の散乱または反射状態を生じさせることができる。また、これらの条件は、透明電極層３の上に積層する光電変換層４の欠陥密度低減に適した状態にする必要がある。
By adjusting the number, size, shape, and depth of the
これらの開口条件は、例えば、太陽光スペクトルの短波長から長波長まで十分な光散乱効果を生じさせることができるものが好ましい。具体的には、円柱、円錐、球、半球等、またはこれらの複合形状等が挙げられる。透明電極層３の表面側の開口３ａの直径は、１〜２μｍ程度、開口３ａの深さおよび凹凸の高低差は５００ｎｍ以下程度である。本実施の形態において開口３ａを形成した透明電極層３の表面形状を原子間力顕微鏡により測定したところ、透明電極層３の表面側の直径が１〜２μｍ程度の開口３ａが０．３個／μｍ２程度の密度で形成され、開口３ａの深さは３００ｎｍ程度であった。
These opening conditions are preferably those that can produce a sufficient light scattering effect from a short wavelength to a long wavelength of the sunlight spectrum, for example. Specifically, a cylinder, a cone, a sphere, a hemisphere, etc., or a composite shape thereof can be used. The diameter of the
次に、透明電極層３の表面に残存するレジストパターン６を、例えば酸素プラズマ処理や薬液処理により除去する（図２−４）。
Next, the resist
次に、第２のエッチング工程として、透明電極層３をウエットエッチングして透明電極層３の表面に微小凹凸Ｂ１を形成する（図２−５）。詳しくは、透光性絶縁基板２を１ｗｔ％の塩酸（ＨＣｌ）水溶液中に３０秒間浸し、その後、透光性絶縁基板２に対して１分間以上の純水洗浄を行い、乾燥する。これにより、透明電極層３の表面には、第１のエッチング工程で形成された開口３ａ以外の部分に微小凹凸Ｂ１が形成される。また、開口３ａ内もエッチングがなされ、開口３ａは微小凹凸Ｂ１よりも径の大きく且つ深さが深い大きい凹部Ｂ２とされる。このとき、大きい凹部Ｂ２の透明電極層３の表面側の直径は１μｍ〜２μｍ程度、深さおよび凹凸の高低差は５００ｎｍ以下程度である。
Next, as a second etching step, the
ここで、大きい凹部Ｂ２の透明電極層３の表面側の直径が１μｍ未満の場合、生産技術的に安定して形成できない虞がある。また、直径が２μｍ以上の場合、有効な光散乱効果を得ることができない虞、特に低波長域の光の散乱効果が低下する虞がある。また、透明電極層３と光電変換層４との密着性が低下する虞がある。したがって、大きい凹部Ｂ２の直径は、１μｍ〜２μｍ程度とすることにより、確実に有効な光散乱効果を得ることができ、また信頼性の高い薄膜太陽電池を得ることができる。
Here, when the diameter on the surface side of the
この場合の微小凹凸Ｂ１における高低差は、１０〜２００ｎｍ程度のものが好ましい。ここで、微小凹凸Ｂ１における高低差とは、微小凹凸Ｂ１の凸部の平均高さと、微小凹凸Ｂ１の凹部の平均高さとの高低差である。本実施の形態で形成した微小凹凸Ｂ１の表面形状を原子間力顕微鏡により測定したところ、透明電極層３の表面の微小凹凸Ｂ１の平均高さは２００ｎｍ程度であった。
In this case, the height difference in the minute unevenness B1 is preferably about 10 to 200 nm. Here, the height difference in the minute unevenness B1 is a difference in height between the average height of the protrusions of the minute unevenness B1 and the average height of the recesses of the minute unevenness B1. When the surface shape of the fine irregularities B1 formed in the present embodiment was measured with an atomic force microscope, the average height of the fine irregularities B1 on the surface of the
この第２のエッチング工程により形成された微小凹凸Ｂ１は、透明電極層３上に積層するシリコンを材料とする光電変換層４との密着力向上により、透明電極層３と光電変換層４との間の膜はがれを抑制することができる。また、透明電極層３と光電変換層４との界面における反射光ロスも低減できる。透明電極層３と光電変換層４との間の膜はがれが生じると、セルが直列接続する集積型太陽電池構造において直列抵抗を増加させ、また、光電変換層４の受光面積が減少することから、Ｊｓｃの値も低下させる原因となる。
The minute unevenness B1 formed by the second etching step is improved between the
次に、透明電極層３の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、透明電極層３を短冊状にパターニングし、複数の透明電極層３に分離する（図２−６）。透明電極層３のパターニングは、レーザスクライブ法により、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板２に達するストライプ状の第１の溝Ｄ１を形成することで行う。なお、このように透光性絶縁基板２上に基板面内で互いに分離された複数の透明電極層３を得るには、写真製版などで形成したレジストマスクを用いてエッチングする方法や、メタルマスクを用いた蒸着法などの方法でも可能である。
Next, a part of the
次に、透明電極層３上に例えばＰＩＮ接合を有する光電変換層４をプラズマＣＶＤ法により形成する。本実施の形態では、光電変換層４として、光電変換層４側からｐ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、ｉ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）、ｎ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）を順次積層形成する。このようにして形成された光電変換層４に、透明電極層３と同様にレーザスクライブによってパターニングを施す（図２−７）。
Next, the
すなわち、光電変換層４の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、光電変換層４を短冊状にパターニングし、分離する。光電変換層４のパターニングは、レーザスクライブ法により、第１の溝Ｄ１と異なる箇所に、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層３に達するストライプ状の第２の溝Ｄ２を形成することで行う。第２の溝Ｄ２の形成後、第２の溝Ｄ２内に付着している飛散物を高圧水洗浄、メガソニック洗浄、あるいはブラシ洗浄により除去する。
That is, a part of the
次に、光電変換層４上および第２の溝Ｄ２内に、第２の電極層となる裏面電極層５をスパッタリング法により形成する。本実施の形態では、膜厚２００ｎｍの純銀または銀合金（Ａｇ Ａｌｌｏｙ）膜を形成する。また、裏面電極層５の成膜方法として、ＣＶＤ法やスプレー法などの他の成膜方法を用いてもよい。なお、光電変換層４のシリコンへの金属拡散を防止するために、裏面電極層５と光電変換層４との間に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等を主成分とする材料からなる膜の酸化物を設け留ことが好ましい。
Next, the
裏面電極層５の形成後、裏面電極層５および光電変換層４の一部を透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して第１の溝Ｄ１および第２の溝Ｄ２とは異なる箇所に透明電極層３に達するストライプ状の第３の溝Ｄ３を形成し、短冊状にパターニングして複数のセル１に分離する（図２−８）。
After the
なお、反射率の高い裏面電極層５にレーザを直接吸収させるのは困難なので、光電変換層４にレーザ光エネルギーを吸収させて、半導体層とともに裏面電極層５を局所的に吹き飛ばすことによって複数の単位素子（発電領域）、すなわち複数のセル１に対応させて分離される。以上により、図１−１、図１−２に示すようなセル１を有するモジュール１０が完成する。
In addition, since it is difficult to directly absorb the laser in the
上記のようにして作製した微結晶シリコン薄膜太陽電池を実施例１の薄膜太陽電池とする。また、比較例として、透光性絶縁基板２に透明電極層３を形成した後、ウエットエッチングにより該透明電極層３の表面に凹凸形状を形成したこと以外、上記と同様にして微結晶シリコン薄膜太陽電池を作製した。この微結晶シリコン薄膜太陽電池を比較例の薄膜太陽電池とする。
The microcrystalline silicon thin film solar cell produced as described above is referred to as the thin film solar cell of Example 1. Further, as a comparative example, the microcrystalline silicon thin film was formed in the same manner as described above except that the
そして、これらの微結晶シリコン薄膜太陽電池に対して、ソーラーシミュレーターを用いてそれぞれＡＭ（エア・マス）＝１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２の光を透光性絶縁基板２側から入射し、２５℃で短絡電流（ｍＡ／ｃｍ２）を測定して、太陽電池としての特性を評価した。その結果、比較例の微結晶シリコン薄膜太陽電池の短絡電流が２０．０ｍＡ／ｃｍ２であるのに対して、実施例１の微結晶シリコン薄膜太陽電池の短絡電流は２３．２ｍＡ／ｃｍ２であり、実施例１の微結晶シリコン薄膜太陽電池は、比較例の微結晶シリコン薄膜太陽電池に比べて短絡電流（ｍＡ／ｃｍ２）が略１５％以上も改善されていることが認められる。
Then, light of AM (air mass) = 1.5 and 100 mW / cm 2 is incident on these microcrystalline silicon thin film solar cells from the translucent insulating
すなわち、透光性絶縁基板２側から入射してきた光は、微小凹凸Ｂ１および大きい凹部Ｂ２を有する透明電極層３と光電変換層４との界面で散乱されて光電変換層４に入射するため、光電変換層４に概ね斜めに入射する。そして、光電変換層４に斜めに光が入射することにより、光の実質的な光路が延びて光の吸収が増大するため、薄膜太陽電池の光電変換特性が向上して出力電流が増加する。なお、上記においては、光電変換層４に結晶質シリコンが使用されていたが、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質シリコンカーバイド等の非晶質シリコン系の半導体と、これらの非晶質シリコンと結晶質シリコンを積層させたタンデム型の薄膜太陽電池とすることもでき、この場合も同様の効果が得られる。
That is, the light that has entered from the translucent insulating
図４は、実施例１、比較例の微結晶シリコン薄膜太陽電池における透明電極層３の形成後のヘイズ率（拡散透過率／全光透過率×１００）を示した特性図である。ここでヘイズ率とは、光の拡散する度合いを表す数値である。図４よりわかるように、実施例１の微結晶シリコン薄膜太陽電池の透明電極層３は、波長が長くなってもヘイズ率の低下が少なく、光の散乱効果の減少が少ない。一方、図４よりわかるように、比較例の微結晶シリコン薄膜太陽電池の透明電極層では、波長が長くなるにつれてヘイズ率が大きく減少し、光の散乱効果の減少が大きい。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the haze ratio (diffuse transmittance / total light transmittance × 100) after formation of the
実施例１の微結晶シリコン薄膜太陽電池では、膜厚と同等以上の直径を有する大きいサイズの凹部、例えば直径１〜２μｍ程度の大きい凹部Ｂ２が透明電極層３内に均一に分散されて形成されている。また、特にその大きい凹部Ｂ２の直径が１μｍ〜２μｍで穴の断面がテーパー形状となっているので、大きい凹部Ｂ２の底部（透光性絶縁基板２側）の直径は０．５μｍ〜１．５μｍ程度になる。したがって、このサイズと同程度の波長の光が通過する際に、散乱や回折を生じる効果が大きくなったものと思われる。その結果、太陽光うちの比較的長い波長０．５μｍ〜１．５μｍの光の光電変換の効率が向上する。
In the microcrystalline silicon thin film solar cell of Example 1, a large size recess having a diameter equal to or greater than the film thickness, for example, a large recess B2 having a diameter of about 1 to 2 μm is uniformly dispersed in the
すなわち、実施例１の微結晶シリコン薄膜太陽電池では、比較例の微結晶シリコン薄膜太陽電池では発電に寄与していない太陽光を有効に使用して発電を行うことが可能となり、変換効率の向上が図られた薄膜太陽電池が実現されていると言える。 That is, in the microcrystalline silicon thin film solar cell of Example 1, power generation can be performed by effectively using sunlight that does not contribute to power generation in the microcrystalline silicon thin film solar cell of the comparative example, and the conversion efficiency is improved. It can be said that a thin film solar cell with the above has been realized.
上述した実施の形態１によれば、透明電極層３の表面に微小凹凸Ｂ１および該微小凹凸Ｂ１よりも径の大きく且つ深さが深い大きい凹部Ｂ２を含む凹凸形状（テクスチャー構造）が形成されているため、良好な光閉じこめ効果を有するとともに光散乱用のテクスチャー構造に起因した信頼性、光電変換特性の低下が防止され、信頼性、光電変換特性に優れ、長期使用の可能な薄膜太陽電池が実現される。
According to the first embodiment described above, the concave / convex shape (texture structure) including the fine irregularities B1 and the large concave portions B2 having a diameter larger and deeper than the minute irregularities B1 is formed on the surface of the
また、実施の形態１によれば、透明電極層３の面内において均一に凹凸形状を形成でき、光の散乱性の不均一を防止して光電変換効率の低下を防止できる。また、微小凹凸Ｂ１と比べて径の大きい凹部Ｂ２を形成することにより、広い範囲の波長の光に対する光閉込効果により光吸収量を増大させて、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池が実現できる。また、大きい凹部Ｂ２の光電変換層４側の直径を１μｍ〜２μｍ程度とすることにより、確実に有効な光散乱効果を得ることができ、また信頼性の高い薄膜太陽電池を得ることができる。そして、大きい凹部Ｂ２の深さを調整することにより、凹凸の高低差に起因した局所的な電流ロスを減少させて、光電変換効率および信頼性に優れた薄膜太陽電池が実現できる。
Moreover, according to Embodiment 1, uneven | corrugated shape can be uniformly formed in the surface of the
また、実施の形態１によれば、所望の分布密度で大きい凹部Ｂ２の形成が可能となり、例えば、ファトリソグラフィプロセスで開口３ａを形成する際に概ね均一な分布密度とすると、光吸収特性が面内で均一な薄膜太陽電池を容易に再現良く形成することができる。
Further, according to the first embodiment, it is possible to form a large concave portion B2 with a desired distribution density. For example, when the
なお、上記においては、大きい凹部Ｂ２の形状を略円形としたが大きい凹部Ｂ２の形状は円形でなくてもよく、四角形等でもよい。また、その内径は上記と同様に１μｍ〜２μｍとされ、底部の直径は０．５μｍ〜１．５μｍ程度とされる。これにより、上述したような大きい凹部Ｂ２の形状が略円形である場合と同様な効果がある。また、その際に大きい凹部Ｂ２の深さ（開口面から最も深い穴の底部までの高さ）は、透明電極層３の平均厚さ（大きい凹部Ｂ２が形成されていない領域の厚みを平均した厚さ）に対して３０％以上とすると、本発明の効果が顕著となる。 In the above description, the shape of the large concave portion B2 is substantially circular, but the shape of the large concave portion B2 may not be circular, and may be square or the like. The inner diameter is 1 μm to 2 μm as described above, and the bottom diameter is about 0.5 μm to 1.5 μm. Thereby, there exists an effect similar to the case where the shape of the large recessed part B2 as mentioned above is substantially circular. In addition, the depth of the large recess B2 (height from the opening surface to the bottom of the deepest hole) at that time is the average thickness of the transparent electrode layer 3 (the thickness of the region where the large recess B2 is not formed). When the thickness is 30% or more with respect to (thickness), the effect of the present invention becomes remarkable.
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる薄膜太陽電池である薄膜太陽電池モジュール（以下、モジュールと呼ぶ）２０を構成する薄膜太陽電池セル（以下、セルと呼ぶ場合がある）２１の短手向における断面構造を説明するための図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ’方向における要部断面図である。なお、モジュール２０の基本的な構造は、実施の形態１にかかるモジュール１０と同様であり、図５においてはモジュール１０と同じ部材については同じ符号を付してある。
FIG. 5 is a short diagram of a thin-film solar battery cell (hereinafter sometimes referred to as a cell) 21 constituting a thin-film solar battery module (hereinafter referred to as a module) 20 that is a thin-film solar battery according to a second embodiment of the present invention. It is a figure for demonstrating the cross-sectional structure in a hand direction, and is principal part sectional drawing in line segment AA 'of FIGS. 1-1. The basic structure of the
実施の形態２では、実施の形態１と同様に透明電極層３の表面に、微小凹凸に比べて径の大きい凹部を形成するが、この径の大きい凹部に透明電極層に比べて光透過性の高い透明樹脂を充填する場合について説明する。すなわち、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程で形成した径の大きい凹部に透明樹脂を埋め込む場合について説明する。
In the second embodiment, as in the first embodiment, a concave portion having a diameter larger than that of the minute unevenness is formed on the surface of the
透明電極層３に比べて光透過性の高い透明樹脂を用いることで、透明電極層３による光吸収ロスを低減させることが可能となる。すなわち、例えば図１−２に示した実施の形態１にかかる薄膜太陽電池の場合は、大きい凹部Ｂ２と透光性絶縁基板２との間には透明電極層３が存在する。この場合、透明電極層３による光吸収ロスが発生し、光電変換層４への入射光量の低減が発生する。これは、光電変換効率の低下につながる。
By using a transparent resin having higher light transmittance than that of the
一方、実施の形態２にかかるモジュール２０では、実施の形態１のモジュール１０と同様に、透明電極層３の表面に微小凹凸Ｂ３と、該微小凹凸Ｂ３よりも径の大きい凹部Ｂ４とが形成されている。これにより、実施の形態２にかかるモジュール２０では、実施の形態１のモジュール１０と同様に、透明電極層３の面内において均一に凹凸形状を形成でき、広い範囲の波長の光に対する光閉込効果により光吸収量を増大させ、また凹凸の高低差に起因した局所的な電流ロスを減少することより、光電変換効率および信頼性に優れた薄膜太陽電池が実現できる、という効果を有する。
On the other hand, in the
さらに、実施の形態２にかかるモジュール２０では、径の大きい凹部Ｂ４の内部に、透明電極層３に比べて光透過性の高い透明樹脂層２１が充填されている。これにより、モジュール１０のように、大きい凹部Ｂ２と透光性絶縁基板２との間には透明電極層３が存在する場合と比べて、透明電極層３による光吸収ロスを抑制し、光電変換層４への入射光量を増加させることができ、さらに光電変換効率を向上させることができる。このような透明樹脂層２１は、透明電極層３の面積の３０％以上の領域に充填されることにより、光電変換効率の向上効果がより顕著となる。
Furthermore, in the
また、透明樹脂層２１は、透光性絶縁基板２の屈折率または透光性絶縁基板２と透明電極層３との間に形成される中間層（例えば透光性絶縁基板２として青板ガラス基板を用いた場合に該青板ガラス基板の表面に形成されるＳｉＯ２膜（屈折率１．４〜１．５）など）の屈折率と、透明電極層３の屈折率との間の値の屈折率を有することが好ましい。これにより、透明樹脂層２１における光の反射ロスを低減することができる。このような例として、透光性絶縁基板２の屈折率または透光性絶縁基板２と透明電極層３との間に形成される中間層の屈折率が１．４〜１．５であり、透明電極層３の屈折率が１．９〜２．０であり、透明樹脂層２１の屈折率が１．５〜２．０であるパターンが挙げられる。
Further, the
また、径の大きい凹部Ｂ４内、透明樹脂層２１上および透明電極層３上には、連続した透明導電層２２が形成されている。この透明導電層２２を備えることにより、径の大きい凹部Ｂ４内は透明電極層３と電気的に接合され、実行面積の低減による出力電流の低下を抑制することができる。
In addition, a continuous transparent
つぎに、上記のように構成された実施の形態２にかかるモジュール２０の製造方法について説明する。図６−１〜図６−７は、実施の形態２にかかるモジュール２０の製造工程の一例を説明するための断面図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、透光性絶縁基板２を用意する。ここでは、実施の形態１の場合と同様に、透光性絶縁基板２として無アルカリガラス基板を用いて以下説明する。また、透光性絶縁基板２として安価な青板ガラス基板を用いてもよいが、この場合は、透光性絶縁基板２からのアルカリ成分の拡散を防止するためにＰＣＶＤ法やスパッタリング法などによりＳｉＯ２膜（屈折率１．４〜１．５）を１００ｎｍ以下程度形成するのがよい。
First, the translucent insulating
つぎに、実施の形態１の場合と同様に、透光性絶縁基板２上に第１の電極層となる透明電極層３として、アルミニウム（Ａｌ）を数ｗｔ％ドーパントとして含む膜厚１μｍ程度の酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜をＤＣスパッタリング法で形成する。
Next, as in the first embodiment, the
次に、実施の形態１の場合と同様に、この透明電極層３に、２μｍ以下のホール径のパターンをフォトリソグラフィープロセスにより形成する。フォトリソグラフィープロセスでは、感光性レジストを透明電極層３上に塗布・乾燥した後に、所定のパターンが形成された転写マスクを通して感光性レジストを露光し、現像する。そして、感光性レジストのパターンを加熱硬化させる。これにより、写真製版的にマスクパターンを転写したレジストパターン１６を透明電極層３上に形成する（図６−１）。
Next, as in the case of the first embodiment, a pattern with a hole diameter of 2 μm or less is formed on the
また、フォトリソグラフィープロセスで形成されるホールパターンは、実施の形態１の場合と同様に、レーザによるパターン開口形成領域以外に形成する。また、本実施の形態のフォトリソグラフィープロセスでは、露光用の転写マスクとして、例えば直径が１．５μｍ程度の略円形の穴が０．３個／μｍ２程度の密度で形成された転写マスクを用いる。 Further, the hole pattern formed by the photolithography process is formed in a region other than the pattern opening formation region by the laser as in the case of the first embodiment. In the photolithography process of the present embodiment, a transfer mask in which, for example, a substantially circular hole having a diameter of about 1.5 μm is formed with a density of about 0.3 / μm 2 is used as the exposure transfer mask. .
次に、第１のエッチング工程として、レジストパターン１６をマスクとして透明電極層３のエッチングを行ない、透光性絶縁基板２の表面に達する開口１３ａを透明電極層３に形成する（図６−１）。透明電極層３のエッチング方法としては、エッチング液等で処理する化学的方法、透明電極層３の表面にイオンやプラズマ等を照射する物理的方法等の種々の方法が挙げられる。なお、上記方法は、単独で行ってもよく、２種以上の方法を組み合わせて行ってもよい。
Next, as a first etching step, the
本実施の形態では、第１のエッチング工程のエッチング方法として、平行平板型ＲＩＥ（Reactive on Etching）法によるドライエッチングを行う。エッチングガスとしては、有機系ガス、ハロゲン系ガスを用いることが可能である。ここで、エッチング時間は、レジストパターン１６に開口された穴の下部の透明電極層３が無くなる時点とする。これにより、透光性絶縁基板２の表面まで達する開口１３ａが形成される。
In the present embodiment, dry etching by a parallel plate RIE (Reactive on Etching) method is performed as an etching method in the first etching step. As an etching gas, an organic gas or a halogen gas can be used. Here, the etching time is the time when the
開口１３ａは、例えば直径１μｍ〜２μｍ程度とされ、穴の深さは透明電極層３の厚みと同じとなる。本実施の形態では、直径１．５μｍ程度の開口１３ａが、０．１〜０．３個／μｍ２程度の密度で形成され、開口１３ａの深さは透明電極層３の厚みと同じ１μｍ程度となる。
The opening 13 a has a diameter of about 1 μm to 2 μm, for example, and the depth of the hole is the same as the thickness of the
エッチングにより開口１３ａを形成する際、エッチング時間を確認する方法として、エッチングガスのラジカルの消費割合をプラズマ発光強度変化から検出して求める方法を用いることができる。また、透明電極層３のエッチングは、エッチングにより形成される開口１３ａのパターンエッジがテーパー形状となるようにエッチング条件を調整することが好ましい。
When the
次に、透明電極層３の表面に残存するレジストパターン１６を、例えば酸素プラズマ処理や薬液処理により除去した後、第２のエッチング工程として、透明電極層３をウエットエッチングして透明電極層３の表面に微小凹凸Ｂ３を形成する（図６−２）。詳しくは、透光性絶縁基板２を１ｗｔ％の塩酸（ＨＣｌ）水溶液中に３０秒間浸し、その後、透光性絶縁基板２に対して１分間以上の純水洗浄を行い、乾燥する。これにより、透明電極層３の表面には、第１のエッチング工程で形成された開口１３ａ以外の部分に微小凹凸Ｂ３が形成される。また、開口１３ａ内もエッチングがなされ、開口１３ａは微小凹凸Ｂ３よりも深さが深く且つ径の大きい凹部Ｂ４とされる。このとき、径の大きい凹部Ｂ４の直径は１〜２μｍ程度であり、本実施の形態では、直径１．５μｍ程度である。
Next, after the resist
なお、本実施の形態では、第１のエッチング工程におけるエッチング時間を、レジストパターン１６に開口された穴の下部の透明電極層３が無くなる間での時間としたが、第２のエッチング工程における透明電極層３のエッチング量分の膜厚を残すようにエッチング時間を調整してもよい。その場合、第１のエッチング時間の短縮が可能となる。
In the present embodiment, the etching time in the first etching step is the time during which the
次に、透明電極層３上および径の大きい凹部Ｂ４内に、ポジ型の感光性樹脂膜２１ａを例えば１．５μｍの膜厚に形成する（図６−３）。感光性樹脂膜２１ａには、透明電極層３に比べて光透過性の高いものを使用する。そして、例えば１００℃程度で焼成した後、感光性樹脂膜２１ａの膜面側から該感光性樹脂膜２１ａに対して光照射（露光処理）を行う。
Next, a positive
照射する光エネルギーとしては、例えば波長が２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の紫外光および可視光を用いる。具体的には、ステッパー等の転写装置により、超高圧水銀橙の輝線スペクトルのうち、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ（波長３６５ｎｍ）の混合線を使用する。そして、感光性樹脂膜２１ａに対して化学反応プロセス（現像処理）として有機アルカリ溶剤処理および水洗処理を行った後、例えば２５０℃で焼成する。これにより、径の大きい凹部Ｂ４内に透明電極層３に比べて光透過性の高い透明樹脂層２１が埋め込まれた状態とすることができる（図６−４）。
As the light energy to be irradiated, for example, ultraviolet light and visible light having a wavelength of about 200 nm to 500 nm are used. Specifically, a mixed line of g line (wavelength 436 nm) and i (wavelength 365 nm) is used in the bright line spectrum of ultra high pressure mercury orange by a transfer device such as a stepper. And after performing the organic alkali solvent process and the water washing process as a chemical reaction process (development process) with respect to the
この場合、感光性樹脂膜２１ａに照射する光エネルギーの露光量の制御により、最終的に残存させる感光性樹脂膜２１ａの膜厚を容易に制御することができる。また、感光性樹脂膜２１ａにはネガ型の感光性樹脂を用いてもよく、その場合は透光性絶縁基板２側から該ネガ型の感光性樹脂に、テーパー形状の径の大きい凹部Ｂ４を有する透明電極層３をマスクとして光照射（露光処理）を行うことが望ましい。
In this case, the film thickness of the
例えば、穴内に残る透明樹脂層２１の厚みを径の大きい凹部Ｂ４の深さの半分程度にすると、径の大きい凹部Ｂ４による段差が上部に形成される膜に対して影響が小さくなる。径の大きい凹部Ｂ４の深さの８０％以上とするとさらに望ましい。透明樹脂層２１は透明電極層３に形成された径の大きい凹部Ｂ４内に充填されている。透明樹脂層２１が充填された後の径の大きい凹部Ｂ４ａは、例えば透明電極層３の表面側の直径が１μｍ〜２μｍに対して、深さがその半分〜同等程度であり、穴の側面積が穴の開口面積に対して同等以上である。このため、透明樹脂層２１と透明電極層３との密着面積が大きくなり、透明樹脂層２１が剥離しにくい。
For example, if the thickness of the
次に、径の大きい凹部Ｂ４（Ｂ４ａ）内、透明樹脂層２１上および透明電極層３上に、連続した透明導電層２２として例えばアルミニウム（Ａｌ）ドーパントした酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜を１００ｎｍ以下程度の膜厚で形成する（図６−５）。ここでは、透明導電層２２としてアルミニウム（Ａｌ）ドーパントしたＺｎＯ膜を用いるが、透明導電層２２の材料はこれに限定されることなく、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、スズ（Ｓｎ）から選択した少なくとも１種類以上の元素を用いた酸化物または、これらの化合物や積層して形成した透明導電層であってもよく、光透過性と導電性とを有している透明導電膜であればよい。この透明導電層２２を形成することにより、径の大きい凹部Ｂ４内は透明電極層３と電気的に接合され、実行面積の低減による出力電流の低下を抑制することができる。
Next, a zinc oxide (ZnO) film doped with, for example, aluminum (Al) as a continuous transparent
次に、実施の形態１の場合と同様に、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板２に達するストライプ状の第１の溝Ｄ１を形成して透明電極層３を短冊状にパターニングする（図６−６）。次に、実施の形態１の場合と同様に、微結晶シリコンからなる光電変換層４を形成し、第１の溝Ｄ１と異なる箇所に、透光性絶縁基板２の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層３に達するストライプ状の第２の溝Ｄ２を形成して光電変換層４を短冊状にパターニング。そして、実施の形態１の場合と同様に、裏面電極層５を形成し、第１の溝Ｄ１および第２の溝Ｄ２とは異なる箇所に透明電極層３に達するストライプ状の第３の溝Ｄ３を形成し、短冊状にパターニングして複数のセル１に分離する（図６−７）。以上により、図５に示すようなモジュール２０が完成する。
Next, as in the case of the first embodiment, the stripe-shaped first groove D1 extending in a direction substantially parallel to the transversal direction of the translucent insulating
上記のようにして作製した微結晶シリコン薄膜太陽電池を実施例２の薄膜太陽電池とする。そして、実施例２の微結晶シリコン薄膜太陽電池に対して、ソーラーシミュレーターを用いてそれぞれＡＭ（エア・マス）＝１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２の光を透光性絶縁基板２側から入射し、２５℃で短絡電流（ｍＡ／ｃｍ２）を測定して、太陽電池としての特性を評価した。その結果、実施例１の微結晶シリコン薄膜太陽電池と同等の良好な短絡電流が得られることが分かった。
The microcrystalline silicon thin film solar cell produced as described above is referred to as the thin film solar cell of Example 2. Then, light of AM (air mass) = 1.5 and 100 mW / cm 2 is incident on the microcrystalline silicon thin film solar cell of Example 2 from the translucent insulating
図７は、実施例２、実施の形態１で作製した比較例の微結晶シリコン薄膜太陽電池における透明電極層３の形成後の光透過率を示した特性図である。図７よりわかるように、実施例２の微結晶シリコン薄膜太陽電池の透明電極層３は、全波長域において光透過率が増加している。したがって、実施例２の微結晶シリコン薄膜太陽電池では、比較例の微結晶シリコン薄膜太陽電池の透明電極層に比べて光吸収の少ない透明電極層が実現されていることが分かる。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the light transmittance after the formation of the
すなわち、実施例２の微結晶シリコン薄膜太陽電池では、比較例の微結晶シリコン薄膜太陽電池では発電に寄与していない太陽光、特に短波長域の太陽光を有効に使用して発電を行うことが可能となり、変換効率の向上が図られた薄膜太陽電池が実現されていると言える。 That is, in the microcrystalline silicon thin film solar cell of Example 2, the solar cell that does not contribute to the power generation in the microcrystalline silicon thin film solar cell of the comparative example, in particular, the sunlight is effectively used to generate power. Thus, it can be said that a thin film solar cell with improved conversion efficiency has been realized.
上述した実施の形態２によれば、実施の形態１の場合と同様に、透明電極層３の表面に微小凹凸Ｂ３および該微小凹凸Ｂ３よりも深さが深く且つ径の大きい凹部Ｂ４を含む凹凸形状（テクスチャー構造）が形成されているため、良好な光閉じこめ効果を有するとともに光散乱用のテクスチャー構造に起因した信頼性、光電変換特性の低下が防止され、信頼性、光電変換特性に優れ、長期使用の可能な薄膜太陽電池が実現される。
According to the above-described second embodiment, as in the first embodiment, the surface of the
また、実施の形態２によれば、透明電極層３の面内において均一に凹凸形状を形成でき、光の散乱性の不均一を防止して光電変換効率の低下を防止できる。また、微小凹凸Ｂ３と比べて径の大きい凹部Ｂ４を形成することにより、広い範囲の波長の光に対する光閉込効果により光吸収量を増大させて、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池が実現できる。また、大きい凹部Ｂ４の光電変換層４側の直径を１μｍ〜２μｍ程度とすることにより、確実に有効な光散乱効果を得ることができ、また信頼性の高い薄膜太陽電池を得ることができる。
Moreover, according to
さらに、実施の形態２では、径の大きい凹部Ｂ４の一部を、透明電極層３に比べて光透過性の高い透明樹脂層２１で埋め込む。これにより、モジュール１０のように、大きい凹部Ｂ２と透光性絶縁基板２との間には透明電極層３が存在する場合と比べて、透明電極層３による光吸収ロスを抑制し、光電変換層４への入射光量を増加させることができ、さらに光電変換効率を向上させることができる。
Further, in the second embodiment, a part of the concave portion B4 having a large diameter is embedded with the
なお、上記においては、光電変換層４に結晶質シリコンが使用されていたが、光電変換層４は、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質シリコンカーバイド等の非晶質シリコン系の半導体、これらの非晶質シリコン系の半導体と結晶質シリコンを積層させたタンデム型の薄膜太陽電池とすることもでき、この場合も同様の効果が得られる。
In the above, crystalline silicon is used for the
また、上記においては透明電極層３の光電変換層４側の表面から透光性絶縁基板２まで達する径の大きい凹部Ｂ４の底部に透明樹脂層２１を埋め込まれている場合について説明したが、径の大きい凹部Ｂ４は実施の形態１の凹部Ｂ２のように透光性絶縁基板２まで達しない形態とすることも可能である。
In the above description, the
また、上記においては、透明電極層３の表面に微小凹凸Ｂ３を形成した後に、径の大きい凹部Ｂ４内に透明樹脂層２１を充填したが、透明樹脂層２１を充填した後に微小凹凸Ｂ３を形成してもよい。
Moreover, in the above, after forming the micro unevenness | corrugation B3 in the surface of the
以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池は、テクスチャー構造を採用した薄膜太陽電池において光電変換効率および信頼性の高い薄膜太陽電池の実現に有用である。 As described above, the thin film solar cell according to the present invention is useful for realizing a thin film solar cell with high photoelectric conversion efficiency and reliability in a thin film solar cell employing a texture structure.
１ セル
２ 透光性絶縁基板
３ａ 開口
３ 透明電極層
４ 光電変換層
５ 裏面電極層
６ レジストパターン
１０ 薄膜太陽電池モジュール（モジュール）
１３ａ 開口
１６ レジストパターン
２０ 薄膜太陽電池モジュール（モジュール）
２１ 透明樹脂層
２１ａ 感光性樹脂膜
２２ 透明導電層
Ｂ１ 微小凹凸
Ｂ２ 大きい凹部
Ｂ３ 微小凹凸
Ｂ４ 径の大きい凹部
Ｄ１ 第１の溝
Ｄ２ 第２の溝
Ｄ３ 第３の溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
21
Claims (12)
前記透明導電膜は、前記光電変換層側の内径が１μｍ〜２μｍであり、前記光電変換層側の表面から前記透光性絶縁基板側に向かって開口径が小さくなるように傾斜した側面を有する凹部が分散して形成され、該凹部が前記光電変換層により充填されていること、
を特徴とする薄膜太陽電池。 A plurality of thin films having a first electrode layer made of a transparent conductive film, a photoelectric conversion layer for performing photoelectric conversion, and a second electrode layer made of a conductive film for reflecting light in this order on a light-transmitting insulating substrate A thin-film solar cell in which solar cells are disposed and the adjacent thin-film solar cells are electrically connected in series,
The transparent conductive film has an inner diameter of 1 μm to 2 μm on the photoelectric conversion layer side, and has a side surface that is inclined so that an opening diameter decreases from the surface on the photoelectric conversion layer side toward the translucent insulating substrate side. The recesses are formed in a dispersed manner, and the recesses are filled with the photoelectric conversion layer;
A thin film solar cell characterized by
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。 The transparent conductive film has fine unevenness on the surface of the photoelectric conversion layer side having an uneven shape finer than the opening diameter of the recess,
The thin film solar cell according to claim 1.
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。 The depth of the recess is 30% or more of the average film thickness of the transparent conductive film;
The thin film solar cell according to claim 1.
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。 The inside of the concave portion on the light-transmissive insulating substrate side is filled with a transparent resin layer having higher light transmittance than the transparent conductive film,
The thin film solar cell according to claim 1.
を特徴とする請求項４に記載の薄膜太陽電池。 The transparent resin layer is filled in a region of 30% or more of the area of the transparent conductive film,
The thin film solar cell according to claim 4.
を特徴とする請求項４に記載の薄膜太陽電池。 The transparent resin layer has a refractive index of the translucent insulating substrate or a refractive index of an intermediate layer formed between the translucent insulating substrate and the transparent conductive film, and a refractive index of the transparent conductive film. Having a refractive index between values,
The thin film solar cell according to claim 4.
前記透明導電膜の屈折率が１．９〜２．０であり、
前記透明樹脂層の屈折率が１．５〜２．０であること、
を特徴とする請求項６に記載の薄膜太陽電池。 The refractive index of the translucent insulating substrate or the refractive index of the intermediate layer formed between the translucent insulating substrate and the transparent conductive film is 1.4 to 1.5,
The transparent conductive film has a refractive index of 1.9 to 2.0,
The refractive index of the transparent resin layer is 1.5 to 2.0,
The thin film solar cell according to claim 6.
前記第１電極層を形成する工程は、
前記透光性絶縁基板上に前記透明導電膜を形成する透明導電膜形成工程と、
前記透明導電膜の表面側の内径が１μｍ〜２μｍであり、前記透明導電膜の表面から前記透光性絶縁基板側に向かって開口径が小さくなるように傾斜した側面を有する凹部を前記透明導電膜に形成する第１エッチングを前記透明導電膜に対して行う第１エッチング工程と、
前記凹部の開口径よりも微細な凹凸形状を有する微細凹凸を前記透明導電膜の表面に形成する第２エッチングを前記透明導電膜に対して行う第２エッチング工程と、
を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 A plurality of thin films having a first electrode layer made of a transparent conductive film, a photoelectric conversion layer for performing photoelectric conversion, and a second electrode layer made of a conductive film for reflecting light in this order on a light-transmitting insulating substrate A method for producing a thin-film solar cell in which solar cells are disposed and adjacent thin-film solar cells are electrically connected in series,
The step of forming the first electrode layer includes:
A transparent conductive film forming step of forming the transparent conductive film on the translucent insulating substrate;
An inner diameter on the surface side of the transparent conductive film is 1 μm to 2 μm, and a recess having a side surface inclined so that an opening diameter decreases from the surface of the transparent conductive film toward the translucent insulating substrate side is formed on the transparent conductive film. A first etching step of performing a first etching to be formed on the transparent conductive film;
A second etching step of performing, on the transparent conductive film, a second etching that forms fine irregularities on the surface of the transparent conductive film having an uneven shape that is finer than the opening diameter of the concave part;
The manufacturing method of the thin film solar cell characterized by including.
を特徴とする請求項８に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 After the first etching step, before and after the second etching step, a transparent resin layer is formed in which the transparent resin layer having a light transmittance higher than that of the transparent conductive film is filled inside the concave portion on the light-transmissive insulating substrate side. Having a process,
The method for producing a thin-film solar cell according to claim 8.
を特徴とする請求項９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 Having a step of forming a bonding layer made of a transparent conductive film on the inside of the recess including the transparent resin layer and on the transparent conductive film;
The method for producing a thin-film solar cell according to claim 9.
前記前記凹部の内部および前記透明導電膜上にポジ型の感光性を有する有機物材料膜を形成し、前記有機物材料膜に対して前記有機物材料膜の表面側から光を照射した後に現像処理を行って前記透明導電膜上の前記有機物材料膜を除去すること、
を特徴とする請求項９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 In the transparent resin layer forming step,
A positive photosensitive organic material film is formed inside the recess and on the transparent conductive film, and development processing is performed after the organic material film is irradiated with light from the surface side of the organic material film. Removing the organic material film on the transparent conductive film,
The method for producing a thin-film solar cell according to claim 9.
を特徴とする請求項８に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 In the first etching step, the depth of the recess is 30% or more of the average film thickness of the transparent conductive film,
The method for producing a thin-film solar cell according to claim 8.
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| JP2013004832A (en) * | 2011-06-20 | 2013-01-07 | Sharp Corp | Crystalline solar cell and method for manufacturing the same |
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