JP2011216801A - Photoelectric converter and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換装置及び光電変換装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device and a method for manufacturing the photoelectric conversion device.
太陽光を利用した発電システムとして、アモルファスや微結晶等の半導体薄膜を積層した光電変換装置が用いられている。 As a power generation system using sunlight, a photoelectric conversion device in which semiconductor thin films such as amorphous and microcrystals are stacked is used.
図10は、本発明の実施の形態における光電変換装置100の構成を示す断面図である。光電変換装置100は、図10に示すように、基板10、透明電極層12、光電変換層14及び裏面電極16を含んで構成される。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of the
基板10は、光電変換装置100の光電変換パネルを機械的に支持する部材である。光電変換装置100では基板10側から光を入射させて発電を行う構成であるので、基板10は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料を適用する。基板10上には透明電極層12が形成される。光電変換層14を複数直列に接続した構成とする場合、レーザを照射して透明電極層12に第1スリットS1を形成して短冊状にパターニングして分割する。
The
透明電極層12上に、p型層、i型層、n型層のシリコン系薄膜を順に積層して光電変換層14を形成する。光電変換層14は、アモルファスシリコン薄膜光電変換層や微結晶シリコン薄膜光電変換セル等の薄膜系光電変換層とすることができる。複数のセルを直列接続する場合、光電変換層14に第2スリットS2を形成して短冊状にパターニングして分割する。例えば、透明電極層12を分割する第1スリットS1から50μm横の位置にレーザを照射して第2スリットS2を形成して光電変換層14を短冊状にパターニングする。
On the
光電変換層14上に、裏面電極16を形成する。複数の光電変換層14を直列接続する場合、裏面電極16に第3スリットS3を形成して短冊状にパターニングして分断する。例えば、光電変換層14をパターンニングする第2スリットS2の位置から50μm横の位置にレーザを照射して第3スリットS3を形成して裏面電極16を短冊状にパターニングする。このように基板10上に透明電極層12、光電変換層14及び裏面電極16を積層して光電変換セル102が形成される。
A
上記のように、複数の光電変換セル102を直列に接続した光電変換装置100を構成しようとする場合、第1スリットS1〜第3スリットS3を形成するためにレーザ加工の工程を少なくとも3回行っており、光電変換装置100の製造工程が多く、光電変換装置100の製造時間が長くなり、製造コストも増大する原因となっている。
As mentioned above, when it is going to comprise the
また、第1スリットS1〜第3スリットS3が形成された領域は発電に寄与しないので、光電変換装置100の発電効率を低下させる原因にもなっている。
Moreover, since the area | region in which 1st slit S1-3rd slit S3 were formed does not contribute to electric power generation, it is also a cause to reduce the electric power generation efficiency of the
本発明の1つの態様は、透明基板と、透明基板の表面上に形成された透明電極層と、透明電極層上と、透明電極層を除去した第1スリット領域の透明基板上とを覆うように形成された光電変換層と、光電変換層上と、光電変換層を除去した第2スリット領域の透明電極層上の一部とを覆う電極層と、を備え、第2スリット領域の延設方向に沿って電極層が形成されておらず透明電極層が露出している無電極領域を第2スリット領域内に有する、光電変換装置である。 One aspect of the present invention covers the transparent substrate, the transparent electrode layer formed on the surface of the transparent substrate, the transparent electrode layer, and the transparent substrate in the first slit region from which the transparent electrode layer has been removed. And an electrode layer covering the photoelectric conversion layer, a portion of the second slit region on the transparent electrode layer from which the photoelectric conversion layer has been removed, and an extension of the second slit region. In the photoelectric conversion device, the second slit region includes an electrodeless region in which the electrode layer is not formed along the direction and the transparent electrode layer is exposed.
本発明の別の態様は、透明基板上に透明電極層を形成する第1の工程と、透明電極層の一部を除去して第1スリット領域を形成する第2の工程と、透明電極層上と、第1スリット領域の透明基板上とを覆うように光電変換層を形成する第3の工程と、第1スリット領域に重ならない光電変換層の一部を除去して第2スリット領域を形成する第4の工程と、第2スリット領域の延設方向に沿って電極層が形成されておらず透明電極層が露出している無電極領域が第2スリット領域内に形成されるように、光電変換層上と第2スリット領域の透明電極上の一部とを覆うように電極層を形成する第5の工程と、を備える、光電変換装置の製造方法である。 Another aspect of the present invention includes a first step of forming a transparent electrode layer on a transparent substrate, a second step of removing a part of the transparent electrode layer to form a first slit region, and a transparent electrode layer A third step of forming a photoelectric conversion layer so as to cover the top and the transparent substrate of the first slit region; and removing a part of the photoelectric conversion layer not overlapping the first slit region to A fourth step to be formed, and an electrodeless region in which the electrode layer is not formed along the extending direction of the second slit region and the transparent electrode layer is exposed is formed in the second slit region And a fifth step of forming an electrode layer so as to cover the photoelectric conversion layer and a part of the second slit region on the transparent electrode.
本発明によれば、光電変換装置の製造工程を簡素化できる。また、光電変換装置の変換効率を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing process of a photoelectric conversion apparatus can be simplified. In addition, the conversion efficiency of the photoelectric conversion device can be improved.
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の実施の形態における光電変換装置200の構成を示す。図1は、光電変換装置200を光電変換セル202の直列接続方向に沿って切断した断面斜視図である。図1では、構成を明確に示すために各部の寸法を実際のものとは変えて示している。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a configuration of a
光電変換装置200は、図1に示すように、基板30、透明電極層32、光電変換層34、下地電極層36及び裏面電極層38を含んで構成される。
As shown in FIG. 1, the
基板30は、光電変換装置200の光電変換パネルを機械的に支持する部材である。光電変換装置200では基板30側から光を入射させて発電を行う構成であるので、基板30は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料を適用する。基板30上には透明電極層32が形成される。透明電極層32は、酸化錫(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、インジウム錫酸化物(ITO)等に錫(Sn)、アンチモン(Sb)、フッ素(F)、アルミニウム(Al)等をドープした透明導電性酸化物(TCO)のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛(ZnO)は、透光性が高く、抵抗率が低く、耐プラズマ特性にも優れているので好適である。透明電極層32はスパッタリング法又はCVD法で形成することができる。
The
光電変換セル202を複数直列に接続した構成とする場合、透明電極層32を短冊状にパターニングして分割する。本実施の形態では、図1の紙面に対して手前から奥側に向かって透明電極層32に幅20μm〜200μm程度の第1スリットS1を形成して分割する。例えば、波長1064nm、エネルギー密度13J/cm2、パルス周波数3kHzのYAGレーザを用いて透明電極層32をパターニングすることができる。
In the case where a plurality of
透明電極層32上に、p型層、i型層、n型層のシリコン系薄膜を順に積層して光電変換層34を形成する。光電変換層34は、アモルファスシリコン薄膜光電変換層や微結晶シリコン薄膜光電変換セル等の薄膜系光電変換層とすることができる。また、これらの光電変換層を積層したタンデム型やトリプル型の光電変換層としてもよい。
On the
アモルファスシリコン薄膜光電変換層や微結晶シリコン薄膜光電変換層は、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)等のシリコン含有ガス、メタン(CH4)等の炭素含有ガス、ジボラン(B2H6)等のp型ドーパント含有ガス、フォスフィン(PH3)等のn型ドーパント含有ガス及び水素(H2)等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマ化学気相成長法(CVD法)により形成することができる。プラズマCVD法は、例えば、13.56MHzの平行平板型RFプラズマCVD法を適用することが好適である。 Amorphous silicon thin film photoelectric conversion layer and microcrystalline silicon thin film photoelectric conversion layer are made of silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), methane (CH 4 ), etc. A mixed gas obtained by mixing a carbon-containing gas, a p-type dopant-containing gas such as diborane (B 2 H 6 ), an n-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 ), and a diluent gas such as hydrogen (H 2 ) is converted into plasma. It can be formed by a plasma chemical vapor deposition method (CVD method) in which a film is formed. As the plasma CVD method, for example, a 13.56 MHz parallel plate RF plasma CVD method is preferably applied.
さらに、光電変換層34上に下地電極層36を形成する。下地電極層36は、透明導電性酸化物(TCO)と反射性金属とをこの順に積層した構造とすることが好適である。透明導電性酸化物(TCO)としては、酸化錫(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、インジウム錫酸化物(ITO)等の透明導電性酸化物(TCO)、又は、これらの透明導電性酸化物(TCO)に不純物をドープしたものが用いられる。例えば、酸化亜鉛(ZnO)にアルミニウム(Al)を不純物としてドープしたものでもよい。また、反射性金属としては、銀(Ag)、アルミニウム(Al)等の金属が用いられる。透明導電性酸化物(TCO)及び反射性金属は、例えば、スパッタリング法又はCVD法等により形成することができる。透明導電性酸化物(TCO)と反射性金属の少なくとも一方には、光閉じ込め効果を高めるための凹凸が設けることが好適である。
Further, a
複数の光電変換セル202を直列接続する場合、光電変換層34及び下地電極層36を短冊状にパターニングして分割する。例えば、透明電極層32を分割する第1スリットS1から50μm横の位置にYAGレーザを照射して幅20μm〜200μm程度の第2スリットS2を形成して光電変換層34及び下地電極層36を短冊状にパターニングする。YAGレーザは、例えば、エネルギー密度0.7J/cm2、パルス周波数3kHzのものを用いることが好適である。
When a plurality of
図2に、ここまでの工程で得られる第1基本構成204の断面斜視図を示す。以下の処理はこの第1基本構成204を元に行われる。
FIG. 2 shows a cross-sectional perspective view of the first
本実施の形態では、第1基本構成204の表面に対して導電性材料を供給することにより裏面電極層38を形成する。
In the present embodiment, the
導電性材料の供給方法は、例えば、蒸着法、スパッタリング法等を適用することができる。すなわち、第1基本構成204及び導電性材料を真空槽内に配置し、真空槽内を真空排気した後、真空下において導電性材料を第1基本構成204に対して供給することにより裏面電極層38を形成する。導電性材料は、例えば、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等とすることが好適である。
As a method for supplying the conductive material, for example, an evaporation method, a sputtering method, or the like can be applied. That is, the first
このとき、図1に示すように、第2スリットS2の領域の延設方向に沿って裏面電極層38が形成されず、透明電極層32が露出している無電極領域S4が第2スリットS2の領域内に形成されるように導電性材料を供給する。具体的には、図3に示すように、第1基本構成204の基板30の表面に対して垂直方向でない方向から導電性材料を供給する。特に、光電変換セル202の第1スリットS1が近くに形成されていない側の側面202aが光電変換層34及び下地電極層36によって導電性材料の供給方向に対して陰となるような角度θで導電性材料を供給することによって、光電変換層34及び下地電極層36上と、光電変換層34及び下地電極層36を除去した第2スリットS2の領域内の透明電極層32上の少なくとも一部に裏面電極層38が形成され、光電変換セル202の第1スリットS1が近くに形成されていない側の側面202a及びその近傍の第2スリットS2の領域内に無電極領域S4が形成される。
At this time, as shown in FIG. 1, the
このようにして、裏面電極層38によって隣り合う光電変換セル202が直列に接続された光電変換装置200が形成される。
In this way, the
また、上記光電変換装置の製造方法において下地電極層36を形成せず、図4に示すような第2基本構成206としてもよい。この場合も、第1基本構成204と同様に、裏面電極層38が形成されず、透明電極層32が露出している無電極領域S4が第2スリットS2の領域内に形成されるように導電性材料を供給する。具体的には、図5に示すように、第2基本構成206の基板30の表面に対して垂直方向でない方向から導電性材料を供給する。特に、光電変換セル202の第1スリットS1が近くに形成されていない側の側面202aが光電変換層34によって導電性材料の供給方向に対して陰となるような角度θで導電性材料を供給することによって、光電変換層34上と、光電変換層34を除去した第2スリットS2の領域内の透明電極層32上の少なくとも一部に裏面電極層38が形成され、光電変換セル202の第1スリットS1が近くに形成されていない側の側面202a及びその近傍の第2スリットS2の領域内に無電極領域S4が形成される。角度θは、60°以上80°以下とすることが好適である。
Alternatively, the
このようにして、図6に示すように、下地電極層36が設けられず、裏面電極層38によって隣り合う光電変換セル202が直列に接続された光電変換装置208が形成される。
In this manner, as shown in FIG. 6, the
<第2の実施の形態>
第2の実施の形態では、裏面電極層38を形成する際に蒸着法やスパッタリング法により導電性材料を供給するのではなく、導電性材料のペーストを塗布することによって裏面電極層38を形成する。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, when the
具体的には、図7に示すように、第1基本構成204に対して裏面電極層38が形成されず、透明電極層32が露出している無電極領域S4が第2スリットS2の領域内に形成されるように導電性材料のペースト40を塗布する。すなわち、図7に示すように、光電変換層34上と、光電変換層34を除去した第2スリットS2の領域内の透明電極層32上の少なくとも一部に裏面電極層38が形成され、光電変換セル202の第1スリットS1が近くに形成されていない側の側面202a及びその近傍の第2スリットS2の領域内に無電極領域S4が形成されるように導電性のペースト40を塗布する。このペースト40が裏面電極層38となる。
Specifically, as shown in FIG. 7, the
この場合も、図7に示すように、裏面電極層38によって隣り合う光電変換セル202が直列に接続された光電変換装置300が形成される。
Also in this case, as shown in FIG. 7, the
<第3の実施の形態>
第3の実施の形態では、裏面電極層38を形成する際に蒸着法やスパッタリング法により導電性材料を供給するのではなく、はんだ粒子を溶融させて裏面電極層38を形成する。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, when the
具体的には、図8に示すように、第1基本構成204の基板30を傾け、基板30の透明電極層32、光電変換セル202及び下地電極層36が形成された側にはんだ粒子50を供給する。はんだ粒子50は、基板30の傾斜に沿って図中の破線矢印方向に転がり、光電変換セル202及び下地電極層36の側面と第2スリットS2内に露出している透明電極層32の露出面とで形成される隅52に溜まる。この状態においてはんだ粒子50を加熱して溶融させる。これによって、図9に示すように、はんだ粒子50が溶融して形成された裏面電極層38によって隣り合う光電変換セル202の透明電極層32と下地電極層36とが電気的に接続される。さらに、第2スリットS2内には裏面電極層38が形成されず、光電変換セル202の第1スリットS1が近くに形成されていない側の側面202a及び透明電極層32が露出している無電極領域S4が形成される。
Specifically, as shown in FIG. 8, the
このようにして、図9に示すように、裏面電極層38によって隣り合う光電変換セル202が直列に接続された光電変換装置302が形成される。
In this way, as shown in FIG. 9, the
ここで、はんだ粒子50としては、光電変換セル202の厚さの1/40倍以上20倍以下の直径のものを用いることが好適である。例えば、アモルファスシリコン薄膜光電変換層及び微結晶シリコン薄膜光電変換セルを積層したタンデム型薄膜光電変換セルの場合、光電変換セル202の厚さは4μm〜5μm程度であるので、はんだ粒子50の直径は1μm以上100μm以下とすることが好適である。
Here, as the
なお、はんだ粒子50を供給したあと加熱することによって、裏面電極層38と接触する光電変換セル202の側壁202bを、シリコンとはんだとの合金にしてもよい。側壁202bを合金化することによって電気的抵抗が低くなり、合金化された側壁202bによって隣り合う光電変換セル202が直列に接続された光電変換装置302が形成される。このとき、はんだ粒子50の代わりに金または銀の金属粒子を用いてもよい。側壁202bを合金化する場合、裏面電極層38を残す形態でもよいし、裏面電極層38を除去する形態でもよい。
Note that the
上記実施の形態によれば、光電変換層及び裏面電極を切断する第3スリットを形成する工程を省くことができ、光電変換装置の製造工程を簡略化することができる。これにより、光電変換装置の製造時間を短縮でき、製造コストも低減することができる。また、スリットの数を低減でき、発電に寄与しない領域の面積を低減することができる。 According to the said embodiment, the process of forming the 3rd slit which cut | disconnects a photoelectric converting layer and a back surface electrode can be skipped, and the manufacturing process of a photoelectric conversion apparatus can be simplified. Thereby, the manufacturing time of a photoelectric conversion apparatus can be shortened and manufacturing cost can also be reduced. In addition, the number of slits can be reduced, and the area of a region that does not contribute to power generation can be reduced.
10 基板、12 透明電極層、14 光電変換層、16 裏面電極、30 基板、32 透明電極層、34 光電変換層、36 下地電極層、38 裏面電極層、40 ペースト、50 はんだ粒子、52 隅、100,200,208,300,302 光電変換装置、102,202 光電変換セル、202a 側面、202b 側壁、204 第1基本構成、206 第2基本構成。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記透明基板の表面上に形成された透明電極層と、
前記透明電極層上と、前記透明電極層を除去した第1スリット領域の前記透明基板上とを覆うように形成された光電変換層と、
前記光電変換層上と、前記光電変換層を除去した第2スリット領域の前記透明電極層上の一部とを覆う電極層と、
を備え、
前記第2スリット領域の延設方向に沿って前記電極層が形成されておらず前記透明電極層が露出している無電極領域を前記第2スリット領域内に有することを特徴とする光電変換装置。 A transparent substrate;
A transparent electrode layer formed on the surface of the transparent substrate;
A photoelectric conversion layer formed so as to cover the transparent electrode layer and the transparent substrate of the first slit region from which the transparent electrode layer has been removed;
An electrode layer covering the photoelectric conversion layer and a part of the second slit region from which the photoelectric conversion layer is removed on the transparent electrode layer;
With
A photoelectric conversion device comprising an electrodeless region in the second slit region where the electrode layer is not formed along the extending direction of the second slit region and the transparent electrode layer is exposed. .
前記光電変換層は、前記透明基板から入射する光により光電変換を行うことを特徴とする光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 1,
The photoelectric conversion layer performs photoelectric conversion by light incident from the transparent substrate.
前記透明電極層の一部を除去して第1スリット領域を形成する第2の工程と、
前記透明電極層上と、前記第1スリット領域の前記透明基板上とを覆うように光電変換層を形成する第3の工程と、
前記第1スリット領域に重ならない前記光電変換層の一部を除去して第2スリット領域を形成する第4の工程と、
前記第2スリット領域の延設方向に沿って前記電極層が形成されておらず前記透明電極層が露出している無電極領域が前記第2スリット領域内に形成されるように、前記光電変換層上と前記第2スリット領域の前記透明電極上の一部とを覆うように電極層を形成する第5の工程と、
を備えることを特徴とする光電変換装置の製造方法。 A first step of forming a transparent electrode layer on the transparent substrate;
A second step of removing a part of the transparent electrode layer to form a first slit region;
A third step of forming a photoelectric conversion layer so as to cover the transparent electrode layer and the transparent substrate in the first slit region;
A fourth step of forming a second slit region by removing a part of the photoelectric conversion layer that does not overlap the first slit region;
The photoelectric conversion so that the electrode layer is not formed along the extending direction of the second slit region, and an electrodeless region where the transparent electrode layer is exposed is formed in the second slit region. A fifth step of forming an electrode layer so as to cover the layer and a part of the second slit region on the transparent electrode;
A process for producing a photoelectric conversion device comprising:
前記第5の工程では、前記透明基板の表面に対して垂直方向でない方向から導電性材料を供給することにより前記電極層を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。 It is a manufacturing method of the photoelectric conversion device according to claim 3,
In the fifth step, the electrode layer is formed by supplying a conductive material from a direction that is not perpendicular to the surface of the transparent substrate.
前記第5の工程では、導電性材料のペーストを塗布することにより前記電極層を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。 It is a manufacturing method of the photoelectric conversion device according to claim 3,
In the fifth step, the electrode layer is formed by applying a paste of a conductive material.
前記第5の工程では、前記透明基板の表面を水平方向に対して傾けた状態ではんだ粒子を前記第2スリット領域内に供給し、前記はんだ粒子を溶融させた後に固化させることによって前記電極層を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。 It is a manufacturing method of the photoelectric conversion device according to claim 3,
In the fifth step, the electrode layer is formed by supplying solder particles into the second slit region in a state where the surface of the transparent substrate is inclined with respect to the horizontal direction, and melting and solidifying the solder particles. Forming a photoelectric conversion device.
前記第3の工程と前記第4の工程との間に、前記光電変換層上に導電性材料を供給することにより下地電極層を形成する第6の工程をさらに備え、
前記第4の工程では、除去される前記光電変換層上に形成された前記下地電極層も除去して前記第2スリット領域を形成し、
前記第5の工程では、前記光電変換層上の代わりに前記下地電極層に接続されるように前記電極層を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。 It is a manufacturing method of the photoelectric conversion device according to any one of claims 3 to 6,
A sixth step of forming a base electrode layer by supplying a conductive material on the photoelectric conversion layer between the third step and the fourth step;
In the fourth step, the base electrode layer formed on the photoelectric conversion layer to be removed is also removed to form the second slit region,
In the fifth step, the electrode layer is formed so as to be connected to the base electrode layer instead of on the photoelectric conversion layer.
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