JP2012169569A - Manufacturing method of photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光電変換装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion device.
太陽光発電等に使用される光電変換装置は、様々な種類のものがあるが、CIS系(銅インジウムセレナイド系)に代表されるカルコパイライト系光電変換装置は比較的低コストで太陽電池モジュールの大面積化が容易なことから、研究開発が進められている。 There are various types of photoelectric conversion devices used for photovoltaic power generation and the like, but chalcopyrite photoelectric conversion devices represented by CIS (copper indium selenide) are relatively low cost solar cell modules. R & D is being promoted because it is easy to increase the area.
このカルコパイライト系光電変換装置は、ガラス基板上にモリブデン(Mo)など下部電極が形成されている。そしてこの下部電極上には、二セレン化銅インジウムガリウム(CIGS)等のカルコゲン化合物半導体層(カルコパイライト系の半導体層)よりなる光吸収層と、硫化カドミウム等の混晶化合物半導体よりなるバッファ層とを備えている。さらに、バッファ層上には、錫を含んだ酸化インジウム(ITO)などの透明導電膜よりなる上部電極と、上部電極上に銀ペーストなどからなる集電電極とを備えている。 In this chalcopyrite photoelectric conversion device, a lower electrode such as molybdenum (Mo) is formed on a glass substrate. On the lower electrode, a light absorption layer made of a chalcogen compound semiconductor layer (chalcopyrite semiconductor layer) such as copper indium gallium diselenide (CIGS), and a buffer layer made of a mixed crystal compound semiconductor such as cadmium sulfide. And. Furthermore, an upper electrode made of a transparent conductive film such as indium oxide (ITO) containing tin is provided on the buffer layer, and a current collecting electrode made of silver paste or the like is provided on the upper electrode.
このカルコパイライト系光電変換装置では、所定の出力電圧を得るために、下部電極、光吸収層、バッファ層および上部電極などの一部を除去してパターニングすることにより、複数の光電変換セルに分割している。そして、複数の光電変換セルは、一方の光電変換セルの下部電極と、一方の光電変換セルに隣り合う他方の光電変換セルの上部電極とを接続されている。これにより、複数の光電変換セルは、基板上で電気的に接続されて集積化される。このような集積化において、下部電極はレーザでパターニングされる。また光吸収層、バッファ層および上部電極は、メカニカルスクライブによる機械加工でパターニングされる。 This chalcopyrite photoelectric conversion device is divided into multiple photoelectric conversion cells by removing and patterning part of the lower electrode, light absorption layer, buffer layer, and upper electrode in order to obtain a predetermined output voltage. is doing. The plurality of photoelectric conversion cells are connected to the lower electrode of one photoelectric conversion cell and the upper electrode of the other photoelectric conversion cell adjacent to one photoelectric conversion cell. Thereby, the plurality of photoelectric conversion cells are electrically connected and integrated on the substrate. In such integration, the lower electrode is patterned with a laser. The light absorption layer, the buffer layer, and the upper electrode are patterned by machining by mechanical scribe.
しかしながら、上述したメカニカルスクライブ法では、光吸収層を下部電極から除去しきれず、下部電極上に光吸収層が残存する場合があった。このような場合、上部電極と接続される下部電極上に光吸収層が残存していると、この残存部分で接触抵抗が高くなり、光電変換効率が低下する可能性があった。 However, in the mechanical scribing method described above, the light absorption layer cannot be completely removed from the lower electrode, and the light absorption layer may remain on the lower electrode. In such a case, if the light absorption layer remains on the lower electrode connected to the upper electrode, the contact resistance is increased at the remaining portion, which may reduce the photoelectric conversion efficiency.
本発明の1つの課題は、下部電極における光吸収層の残存を低減し、高い光電変換効率を有する光電変換装置を提供することである。 One object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device that reduces the remaining of the light absorption layer in the lower electrode and has high photoelectric conversion efficiency.
本発明の一の実施形態に係る光電変換装置の製造方法は、基板上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に化合物半導体を含む光吸収層を形成する工程とを有する。さらに、本実施形態に係る光電変換装置の製造方法は、前記光吸収層の一部に、レーザを照射してなる照射部を形成する工程と、前記照射部を機械加工で除去して除去部を形成し、前記光吸収層をパターニングする工程とを備えている。 The manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus which concerns on one Embodiment of this invention has the process of forming a lower electrode on a board | substrate, and the process of forming the light absorption layer containing a compound semiconductor on the said lower electrode. Furthermore, the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to the present embodiment includes a step of forming an irradiation part formed by irradiating a laser on a part of the light absorption layer, and removing the irradiation part by machining. And patterning the light absorption layer.
本発明の一の実施形態に係る光電変換装置の製造方法によれば、光吸収層の一部にレー
ザを照射することにより、光吸収層のレーザが照射された部位(照射部)が変質する。このようにレーザで変質された光吸収層は、機械加工で除去しやすくなるため、光吸収層の除去部において下部電極上における光吸収層の残存を低減することができる。その結果、本実施形態では、光電変換効率を高めることができる。
According to the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to one embodiment of the present invention, a portion (irradiation portion) irradiated with the laser of the light absorption layer is altered by irradiating a part of the light absorption layer with the laser. . Since the light absorption layer altered by the laser is easily removed by machining, it is possible to reduce the remaining light absorption layer on the lower electrode in the removal portion of the light absorption layer. As a result, in this embodiment, the photoelectric conversion efficiency can be increased.
本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面には、光電変換セル10の配列方向(例えば、図1の図面視左右方向)をX軸とする右手系のXYZ座標が付しているものがある。まず、本発明の実施形態に係る製造方法で製造される光電変換装置の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that some drawings have right-handed XYZ coordinates with the X axis as the arrangement direction of the photoelectric conversion cells 10 (for example, the horizontal direction in the drawing in FIG. 1). First, an embodiment of a photoelectric conversion device manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described.
<光電変換装置>
光電変換装置20は、図1に示すように、光電変換セル10が複数並べて形成されている。光電変換セル10は、基板1と、下部電極2と、光吸収層3と、バッファ層4と、上部電極5と、集電電極6と、接続導体7とを備えている。
<Photoelectric conversion device>
As shown in FIG. 1, the
光電変換装置20は、複数の光電変換セル10が電気的に接続されている。具体的に、隣り合う複数の光電変換セル10同士は、一方の光電変換セル10の上部電極5と、一方の光電変換セルに隣り合う他方の光電変換セル10の下部電極2とが電気的に接続されている。なお、図1において、光電変換セル10aの上部電極5は、接続導体7を介して光電変換セル10bの下部電極2と電気的に接続されている。これにより、隣接する光電変換セル10同士は、図1中のX方向に沿って直列接続され、基板1上で集積化されている。
In the
光電変換セル10では、下部電極2および上部電極5で挟まれた光吸収層3およびバッファ層4により、光電変換が行なわれる。次に、光電変換セル10の各部材について説明する。
In the
基板1は、光吸収層3等を支持するためのものである。このような基板1としては、例えば厚さ1〜3mm程度のソーダライムガラス(SLG)が挙げられる。
The
下部電極2は、一方向(図1および図2中のX方向)に互いに間隔をあけて基板1の一主面上に複数配置されている。本実施形態では、図2において、上記間隔に対応する分離溝P1によって互いに離間した3つの下部電極2が設けられている。なお、下部電極2の
個数については、図1および図2に示したものに限られない。このような下部電極2は、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)または金(Au)等の金属またはこれらの合金を含む薄膜であってもよい。また、これらの金属を積層してなる構造体であってもよい。この下部電極2は、例えば、基板1上にスパッタリング法または蒸着法等で厚さ0.2〜1μm程度に形成される。
A plurality of
光吸収層3は、下部電極2上に配置されている。光吸収層3は化合物半導体を含んでいる。このような化合物半導体としては、例えば、カルコゲン化合物半導体が挙げられる。カルコゲン化合物半導体は、カルコゲン元素である硫黄(S)、セレン(Se)またはテルル(Te)を含むものである。カルコゲン化合物半導体としては、例えば、I-III-VI化合物半導体がある。I-III-VI化合物半導体とは、I-B族元素(11族元素ともいう)とIII-B族元素(13族元素ともいう)とVI-B族元素(16族元素ともいう)との化合物半導体であり、カルコパイライト構造を有し、カルコパイライト系化合物半導体と呼ばれる(CIS系化合物半導体ともいう)。I-III-VI化合物半導体としては、例えば、二セレン化銅インジウム(CuInSe2)、二セレン化銅インジウム・ガリウム(Cu(In,Ga)Se2)、二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム(Cu(In,Ga)(Se,S)2)、二イオウ化銅インジウム・ガリウム(Cu(In,Ga)S2)又は薄膜の二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム層を表面層として有する二セレン化銅インジウム・ガリウム等の多元化合物半導体薄膜がある。なお、光吸収層3が含む化合物半導体は、上記したI-III-VI化合物半導体だけでなく、例えば、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)、硫黄(S)を含む、Cu2ZnSnS4に代表されるCZTS系のものであってもよい。CZTS系化合物半導体は、I-III-VI化合物半導体のようにレアメタルを使用していないため、材料を確保しやすい。また、光吸収層3は、例えばp型の導電形を有し、厚さが1〜3μm程度である。
The
光吸収層3は、スパッタリング法、蒸着法等といった真空プロセスによって形成される。また、光吸収層3は、塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスによっても形成される。上述のような塗布法あるいは印刷法では、例えば、光吸収層3に主として含まれる元素の錯体溶液が下部電極2の上に塗布され、その後、乾燥および熱処理が行われる。この塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスが用いられることで、光電変換装置20の製造にかかるコストが低減され得る。
The
バッファ層4は、光吸収層3の+Z側の主面(一主面とも言う)の上に設けられており、光吸収層3の第1導電型とは異なる第2導電型(ここではn型の導電型)を有する半導体を主に含む。なお導電型が異なる半導体とは、伝導担体(キャリア)が異なる半導体である。また、光吸収層3の導電型がn型であり、バッファ層4の導電型がp型であってもよい。ここでは、バッファ層4と光吸収層3との間にヘテロ接合領域が形成されている。このため、光電変換セル10では、ヘテロ接合領域を形成する光吸収層3とバッファ層4とにおいて光電変換が生じ得る。
The
バッファ層4は、化合物半導体を主に含む。バッファ層4に含まれる化合物半導体としては、例えば、硫化カドミウム(CdS)、硫化インジウム(In2S3)、硫化亜鉛(ZnS)、酸化亜鉛(ZnO)、セレン化インジウム(In2Se3)、In(OH,S)、(Zn,In)(Se,OH)、および(Zn,Mg)O等が挙げられる。そして、バッファ層4が1Ω・cm以上の抵抗率を有していれば、リーク電流の発生が低減され得る。なお、バッファ層4は、例えば、ケミカルバスデポジション(CBD)法等によって形成され得る。
The
また、バッファ層4は、光吸収層3の一主面の法線方向(+Z方向)に厚さを有する。この厚さは、例えば、10nm以上で且つ200nm以下に設定される。バッファ層4の
厚さが100nm以上で且つ200nm以下であれば、バッファ層4の上に上部電極5がスパッタリング法等で形成される際に、バッファ層4においてダメージが生じ難くなる。
The
上部電極5は、バッファ層4の+Z側の主面(一主面とも言う)の上に設けられており、例えば、n型の導電型を有する透明の導電層(透明導電層とも言う)である。この上部電極5は、光吸収層3において生じた電荷を取り出す電極(取出電極とも言う)として働く。上部電極5は、バッファ層4よりも低い抵抗率を有する材料を主に含む。上部電極5には、いわゆる窓層と呼ばれるものが含まれてもよいし、窓層と透明導電層とが含まれてもよい。
The
上部電極5は、禁制帯幅が広く且つ透明で低抵抗の材料を主に含んでいる。このような材料としては、例えば、酸化亜鉛(ZnO)、酸化亜鉛の化合物、錫が含まれた酸化インジウム(ITO)、および酸化錫(SnO2)等の金属酸化物半導体等が採用され得る。酸化亜鉛の化合物は、アルミニウム、ボロン、ガリウム、インジウム、およびフッ素のうちの何れか1つの元素等が含まれたものである。
The
上部電極5は、スパッタリング法、蒸着法、または化学的気相成長(CVD)法等によって形成され得る。上部電極5の厚さは、例えば、0.05μm以上で且つ3.0μm以下である。ここで、上部電極5が、1Ω・cm未満の抵抗率と、50Ω/□以下のシート抵抗とを有していれば、上部電極5を介して光吸収層3から電荷が良好に取り出され得る。
The
バッファ層4および上部電極5が、光吸収層3が吸収し得る光の波長帯域に対して、光を透過させ易い性質(光透過性とも言う)を有していれば、光吸収層3における光の吸収効率の低下が低減され得る。また、上部電極5の厚さが0.05μm以上で且つ0.5μm以下であれば、上部電極5における光透過性が高められると同時に、光電変換によって生じた電流が良好に伝送され得る。更に、上部電極5の絶対屈折率とバッファ層4の絶対屈折率とが略同一であれば、上部電極5とバッファ層4との界面で光が反射することで生じる入射光のロスが低減され得る。
If the
集電電極6は、上部電極5の+Z側の主面(一主面とも言う)の上に設けられている線状の電極部(線状電極部とも言う)である。そして、例えば光電変換セル10aの上部電極5によって集められた電荷は、集電電極6によって更に集められ、接続導体7を介して光電変換セル10bに伝達され得る。
The collector electrode 6 is a linear electrode portion (also referred to as a linear electrode portion) provided on the main surface (also referred to as one main surface) on the + Z side of the
この集電電極6が設けられることで、上部電極5における導電性が補われるため、上部電極5の薄層化が可能となる。その結果、電荷の取り出し効率の確保と、上部電極5における光透過性の向上とが両立し得る。なお、集電電極6が、例えば、銀等の導電性が優れた金属を主に含んでいれば、光電変換装置20における変換効率が向上し得る。なお、集電電極6に含まれる金属としては、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル等であってもよい。
By providing the current collecting electrode 6, the conductivity of the
また、集電電極6の幅は、50μm以上で且つ400μm以下であれば、隣接する光電変換セル10の間における良好な導電が確保されつつ、光吸収層31への光の入射量の低下が低減され得る。1つの光電変換セル10に複数の集電電極6が設けられる場合、該複数の集電電極6の間隔は、例えば、2.5mm程度であればよい。
Moreover, if the width | variety of the current collection electrode 6 is 50 micrometers or more and 400 micrometers or less, the fall of the incident amount of the light to the light absorption layer 31 will be ensured, ensuring the favorable electrical conduction between the adjacent
なお、集電電極6の表面が、光吸収層3が吸収し得る波長領域の光を反射する性質を有していれば、光電変換装置20がモジュール化された際に、集電電極6の表面で反射した光が、モジュール内で再び反射して光吸収層3に入射し得る。これにより、光電変換装置
20における変換効率が向上し得る。このような表面が形成されるためには、例えば、透光性の樹脂に光反射率の高い銀等の金属粒子が添加されたペーストが上部電極5の一主面上に塗布され、その後の乾燥によって該ペーストが固化されることで集電電極6が形成されればよい。また、例えば、アルミニウム等の光反射率の高い金属が集電電極6の表面に蒸着されてもよい。
In addition, if the surface of the current collecting electrode 6 has a property of reflecting light in a wavelength region that can be absorbed by the
接続導体7は、光吸収層3およびバッファ層4を除去してなる分離溝P2内に配置されている。この接続導体7は、集電電極6と電気的に接続しており、分離溝P2を通って隣の光電変換セル10から延伸されている下部電極2に接続するような垂下部を有している。これにより、接続導体7は、図1において、光電変換セル10aの上部電極5と、光電変換セル10bの下部電極2とを電気的に接続できる。なお、図1では、上部電極5に電気的に接続された光電変換セル10aの集電電極6と光電変換セル10bの下部電極5とを直に接続しているが、この形態に限られない。接続導体7は、例えば、分離溝P2に配置されるバッファ層4および上部電極5の少なくとも一方を介して光電変換セル10aの上部電極5と光電変換セル10bの下部電極2とを電気的に接続する形態であってもよい。
The connection conductor 7 is disposed in a separation groove P2 formed by removing the
接続導体7は、集電電極6と同様の材質、方法で作製してもよい。そのため、接続導体7は、集電電極6の形成と同時に行なってもよい。それゆえ、接続導体7は、集電電極6の一部であってもよい。 The connection conductor 7 may be made of the same material and method as the current collecting electrode 6. Therefore, the connection conductor 7 may be performed simultaneously with the formation of the current collecting electrode 6. Therefore, the connection conductor 7 may be a part of the current collecting electrode 6.
<光電変換装置の製造方法>
(実施形態1)
次に、光電変換装置の製造方法の一実施形態について図3を用いて説明する。
<Method for Manufacturing Photoelectric Conversion Device>
(Embodiment 1)
Next, an embodiment of a method for manufacturing a photoelectric conversion device will be described with reference to FIG.
まず、ソーダライムガラス等で形成された基板1を用意する。基板1の大きさは、例えば50cm×100cm程度、厚さ5mm程度である。
First, a
次に、基板1を洗浄した後、図3(a)に示すように、基板1の一主面にMo層等をスパッタリング法などで成膜する。次いで、この下部電極2にYAG(イットリウム、アルミニウム、ガーネット)レーザを照射して、幅10〜100μm程度の分割溝P1を形成することにより、Mo層をパターニングして複数の短冊状の下部電極2を形成する。このパターニング後のMo層の幅は3〜15mm程度である。
Next, after cleaning the
次に、図3(b)に示すように、下部電極2上に光吸収層3をスパッタリング法、蒸着法、印刷法などを用いて成膜する。以下では、具体例として、二セレン化銅インジウムガリウム(以下、CIGSとする)のI−III−VI族化合物を含む光吸収層3を形成する場合について述べる。例えば、スパッタリング法で光吸収層3を形成する場合は、まず、Cu−Gaの合金ターゲットを用いて金属薄膜を成膜し、その金属薄膜上に、さらにInターゲットを用いてIn薄膜を成膜して前駆体が形成される。一方で、印刷法で光吸収層3を形成する場合は、例えば、Cu、In、Gaを含有したペーストを基板1上にスクリーン印刷法等を用いて塗布し、100〜150℃程度の温度で乾燥を行うことにより、前駆体が形成される。
Next, as shown in FIG. 3B, the
次いで、上述した前駆体をカルコゲン元素(セレン)を含む雰囲気下で焼成することにより、結晶化が促進され、光吸収層3となる。以下の焼成工程の説明では、カルコゲン元素としてセレンを用いた例で示しているが、セレンに代えて硫黄またはテルルを利用してもよい。
Next, the precursor described above is fired in an atmosphere containing a chalcogen element (selenium), whereby crystallization is promoted and the
まず、前駆体の膜を備えた基板1を焼成炉内に配置する。そして、焼成炉内を減圧する
とともに、基板1を400〜600℃程度まで昇温し、昇温後の温度を維持しながら焼成炉内にH2Seガス等を導入する。その後、この状態で前駆体の膜を60〜90分程度焼成することで光吸収層3が形成される。
First, the
次に、図3(c)に示すように、光吸収層3の接続導体7と隣の光電変換セル10から延伸されている下部電極2とが接続される部分である分離溝P2が設けられる部分、例えば下部電極2に形成した分割溝P1の端部から20〜100μm程度離間した位置にレーザを照射する。なお、光吸収層3のレーザが照射された部位を照射部8とする。
Next, as illustrated in FIG. 3C, a separation groove P <b> 2 that is a portion where the connection conductor 7 of the
この照射部8は、例えば、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザ、SHG(Second Harmonic Generarion、第二高周波)のYAGレーザ、YVO4(イットリウム・バナデイト)レーザで形成される。具体的に、例えば、YAGレーザを使用した場合、出力3〜8W程度で照射部8の幅が50〜200μm程度になるようにレーザのスポット径を調整し、レーザ光を走査するか、基板1を所定方向に移動させることにより、所定の位置に照射部8が形成される。なお、このレーザの出力およびレーザ光の走査速度などの条件は、分離溝P2を形成するパターニング工程において、下部電極2上における光吸収層3の残存を低減できるように、その状態を観察しながら決定すればよい。また、レーザの照射は、光吸収層3のパターニング工程で形成する分離溝P2の幅を考慮して複数回照射してもよい。また、本実施形態では、全ての照射部8が下部電極2上に残存しているが、照射部8の+Z方向における上面の一部がレーザで除去されていてもよい。
The
次に、図3(d)に示すように、金属針、金属刃等を用いたメカニカルスクライブ法等のような機械加工により、照射部8を機械的に除去して、分離溝P2を形成する。なお、この分離溝P2は、光吸収層3が部分的に除去されてなる除去部であるといえる。この分離溝P2を形成することにより、光吸収層3がパターニングされる。
Next, as shown in FIG. 3D, the
分離溝P2の幅は、光電変換装置20の大きさ等によって適宜設定されるが、例えば、50〜500μm程度であればよい。なお、分離溝P2の大きさは、照射部8の大きさに応じて金属針等の先端部の大きさを変更することにより、調整できる。また、メカニカルスクライブ法で分離溝P2を形成する場合は、先端部が40〜50μm程度の幅を有する金属針等を用いて、ピッチをずらしながら連続して数回にわたりスクライブしてもよい。また、メカニカルスクライブ法では、2本以上の金属針を当接または近接した状態で固定し、1回〜数回スクライブして形成してもよい。
The width of the separation groove P <b> 2 is appropriately set depending on the size of the
以上のように、本実施形態では、光吸収層3の分離溝P2(除去部)を設ける部分に、予めレーザを照射して照射部8を形成している。この照射部8では、レーザの熱により、光吸収層3が変質している。すなわり、光吸収層3の照射部8は、レーザの熱によって溶融することにより、レーザの照射前に比べて脆くなる。そのため、下部電極2とレーザが照射された光吸収層3(照射部8)との接合強度が弱まっている。これにより、光吸収層3をパターニングする工程において、光吸収層3の照射部8を機械加工で除去して除去部を形成しても、下部電極2上に光吸収層3が残存しにくくなる。すなわち、本実施形態では、機械加工で除去される部位にレーザを照射することにより、光吸収層3が除去されやすくなる。その結果、本実施形態では、隣り合う光電変換セル10同士の接続部における抵抗成分の増加を低減させることが可能となる。すなわち、本実施形態では、分離溝P2内において、接続導体7との接合面となる下部電極2上における光吸収層3が残存しにくくなるため、残存する光吸収層3による抵抗成分の増加を低減できる。なお、レーザの出力を上げてレーザの照射のみでP2を形成すると、下部電極2の表面をレーザで除去する可能性が高くなるため、下部電極2の抵抗値が高まる可能性がある。これに対し、本実施形態では、少なくとも下部電極2の表面上に光吸収層3の照射部8が残存するようにして
いるため、下部電極2の表面をレーザで除去しないようにすることができる。
As described above, in the present embodiment, the
次いで、図3(e)に示すように、光吸収層3上および分離溝P2に露出する下部電極2上に溶液成長法(CBD法)などでCdSを成膜し、バッファ層4を形成する。このバッファ層4は、10〜200nm程度に成膜される。次に、バッファ層4上にスパッタリング法などでITOを成膜して上部電極5を形成する。この上部電極5は、0.05〜0.5μm程度に成膜される。
Next, as shown in FIG. 3E, a CdS film is formed on the
次に、図3(f)に示すように、上部電極5上および分離溝P2内に銀ペーストなどを印刷することにより、集電電極6および接続導体7を形成する。
Next, as shown in FIG. 3F, the current collecting electrode 6 and the connecting conductor 7 are formed by printing silver paste or the like on the
次いで、図3(g)に示すように、分離溝P2の端部から10〜100μ程度離間した位置において、バッファ層4および上部電極5をメカニカルスクライビング法で部分的に除去することにより、分離溝P3を形成する。以上の工程により、複数の光電変換セル10Aが直列接続された光電変換装置20Aを製造できる。この分離溝P3の幅は、一例では20〜100μm程度である。なお、上述した分離溝P1乃至P3は、図3において、Y方向に延伸するように形成される。
Next, as shown in FIG. 3G, the
(実施形態2)
次に、光電変換装置の製造方法の他の実施形態について図4を用いて説明する。なお、本実施形態において、光吸収層3を形成するまでの工程は、上述した実施形態1と同様である。それゆえ、光吸収層3を下部電極2上に積層するまでの工程を示した図4(a)、(b)については説明を省略する。
(Embodiment 2)
Next, another embodiment of a method for manufacturing a photoelectric conversion device will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the steps until the
光吸収層3を形成する工程の後に、図4(c)に示すように、光吸収層3上に溶液成長法(CBD法)などでCdSを成膜し、バッファ層4を形成する。次いで、バッファ層4上にスパッタリング法などでITOを成膜して上部電極5を形成する。
After the step of forming the
次に、図4(d)に示すように、上部電極5上の分離溝P2が設けられる部分、例えば下部電極2に形成した分割溝P1の端部から20〜100μm程度離間した位置に、レーザを照射し、照射部8を形成する。次いで、図4(e)に示すように、照射部8を形成した光吸収層3とともにバッファ層4および上部電極5を、金属針または金属刃を用いたメカニカルスクライブ法等の機械加工で除去して、分離溝P2を形成する。これにより、光吸収層3、バッファ層4および上部電極5がパターニングされる。
Next, as shown in FIG. 4D, the laser is placed at a position about 20 to 100 μm away from the portion where the separation groove P2 is provided on the
次に、図4(f)に示すように、上部電極5上および分離溝P2内に銀ペーストなどを印刷することにより、集電電極6および接続導体7を形成する。次いで、図4(g)に示すように、分離溝P2の端部から10〜100μ程度離間した位置に、光吸収層3、バッファ層4および上部電極5をメカニカルスクライビング法で部分的に除去して分離溝P3を形成する。以上の工程により、複数の光電変換セル10Aが直列接続された光電変換装置20Aを製造できる。
Next, as shown in FIG. 4F, the collector electrode 6 and the connection conductor 7 are formed by printing silver paste or the like on the
このように、本実施形態では、下部電極2上に光吸収層3、バッファ層4および上部電極5を順次形成した後、レーザを照射して照射部8を形成している。次いで、本実施形態では、光吸収層3の照射部8、バッファ層4および上部電極5を機械加工で除去し、除去部となる分離溝P2を形成して光吸収層3をパターニングしている。これにより、本実施形態では、分離溝P2内において、接続導体7との接合面となる下部電極2上における光吸収層3の残存を低減するとともに、バッファ層4の残存も低減することができる。それゆえ、本実施形態では、下部電極2と接続導体7とを直に接合することができるため、抵抗成分をより低減することができる。すなわち、本実施形態であれば、光吸収層3および
バッファ層4の残存による抵抗成分の増大をより低減することができる。
As described above, in this embodiment, the
(実施形態3)
次に、光電変換装置の製造方法の他の実施形態について図5を用いて説明する。なお、本実施形態において、光吸収層3に照射部8を形成するまでの工程は、上述した実施形態1と同様である。それゆえ、光吸収層3に照射部8を形成するまでの工程を示した図5(a)〜(c)については説明を省略する。
(Embodiment 3)
Next, another embodiment of a method for manufacturing a photoelectric conversion device will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the process until the
光吸収層3に照射部8を形成する工程の後に、図5(d)に示すように、光吸収層3上に溶液成長法(CBD法)などでCdSを成膜し、バッファ層4を形成する。次に、図5(e)に示すように、照射部8および該照射部8上に配置されたバッファ層の一部を金属針または金属刃を用いたメカニカルスクライブ法等の機械加工で除去して、分離溝P2を形成する。これにより、光吸収層3およびバッファ層4がパターニングされる。次いで、図5(f)に示すように、バッファ層4上と分離溝P2にスパッタリング法などでITOを成膜して上部電極5を形成する。
After the step of forming the
次に、図5(g)に示すように、上部電極5上および分離溝P2内に銀ペーストなどを印刷することにより、集電電極6および接続導体7を形成する。次いで、図5(h)に示すように、分離溝P2の端部から10〜100μ程度離間した位置に、光吸収層3、バッファ層4および上部電極5をメカニカルスクライビング法で部分的に除去して分離溝P3を形成する。以上の工程により、複数の光電変換セル10Cが直列接続された光電変換装置20Cを製造できる。
Next, as shown in FIG. 5G, the collector electrode 6 and the connection conductor 7 are formed by printing silver paste or the like on the
このように、本実施形態では、光吸収層3に照射部8を形成した後に、該照射部8上を含む光吸収層3上にバッファ層4を形成している。次いで、本実施形態では、バッファ層4の照射部8上に形成された部分を照射部8とともに除去し、除去部となる分離溝P2を形成して光吸収層3およびバッファ層4をパターニングしている。これにより、本実施形態では、分離溝P2に露出する下部電極2上における光吸収層3およびバッファ層4の残存を低減させつつ、分離溝P2内に上部電極5を配置することができる。それゆえ、本実施形態では、下部電極2と上部電極5との接触面積を大きくすることができるため、光電変換セル10C同士の接合部における抵抗成分を低減することができる。さらに、本実施形態では、光吸収層3に対して直接レーザを照射することができるため、レーザの出力を過度に大きくしなくてもよい。それゆえ、本実施形態では、レーザ照射を効率良く行なうことができる。
Thus, in this embodiment, after forming the
(実施形態4)
次に、光電変換装置の製造方法の他の実施形態について図6を用いて説明する。なお、本実施形態において、光吸収層3に照射部8を形成するまでの工程は、上述した実施形態1と同様である。それゆえ、光吸収層3に照射部8を形成するまでの工程を示した図6(a)〜(c)については説明を省略する。
(Embodiment 4)
Next, another embodiment of a method for manufacturing a photoelectric conversion device will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the process until the
光吸収層3に照射部8を形成する工程の後に、図6(d)に示すように、光吸収層3上に溶液成長法(CBD法)などでCdSを成膜し、バッファ層4を形成する。次いで、バッファ層4上にスパッタリング法などでITOを成膜して上部電極5を形成する。
After the step of forming the
次に、図6(e)に示すように、照射部8、照射部8上のバッファ層4および該バッファ層4上の上部電極5を、金属針および金属刃を用いたメカニカルスクライブ法等の機械加工で除去して、分離溝P2を形成する。これにより、光吸収層3、バッファ層4および上部電極5がパターニングされる。次いで、図6(f)に示すように、上部電極5上および分離溝P2内に銀ペーストなどを印刷することにより、集電電極6および接続導体7を
形成する。次いで、図6(g)に示すように、分離溝P2の端部から10〜100μ程度離間した位置に、光吸収層3、バッファ層4および上部電極5をメカニカルスクライビング法で部分的に除去して分離溝P3を形成する。以上の工程により、複数の光電変換セル10Dが直列接続された光電変換装置20Dを製造できる。
Next, as shown in FIG. 6 (e), the
このように、本実施形態では、光吸収層3に照射部8を形成した後、バッファ層4および上部電極5を順次形成している。次いで、本実施形態では、光吸収層3の照射部8、該照射部8上のバッファ層4および該バッファ層4上の上部電極5を機械加工で除去し、除去部となる分離溝P2を形成している。この分離溝P2を形成することにより、光吸収層3、バッファ層4および上部電極5がパターニングされる。これにより、本実施形態では、分離溝P2内において、接続導体7との接合面となる下部電極2上における光吸収層3の残存を低減するとともに、バッファ層4の残存も低減することができる。それゆえ、本実施形態では、下部電極2と接続導体7とを直に接合することができるため、抵抗成分をより低減することができる。さらに、本実施形態では、光吸収層3に対して直接レーザを照射することができるため、レーザの出力を過度に大きくしなくてもよい。
Thus, in this embodiment, after forming the
(実施形態5)
次に、光電変換装置の製造方法の他の実施形態について図7を用いて説明する。なお、本実施形態において、光吸収層3を形成するまでの工程は、上述した実施形態1と同様である。それゆえ、下部電極2上に光吸収層3を形成するまでの工程を示した図7(a)、(b)については説明を省略する。
(Embodiment 5)
Next, another embodiment of a method for manufacturing a photoelectric conversion device will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the steps until the
光吸収層3を形成する工程の後に、図7(c)に示すように、溶液成長法(CBD法)などでCdSを成膜し、バッファ層4を形成する。次に、図7(d)に示すように、バッファ層4上からレーザを照射し、バッファ層4の一部を介して光吸収層の一部に照射部8を形成する。次いで、図7(e)に示すように、照射部8および該照射部8上のバッファ層4を金属針および金属刃を用いたメカニカルスクライブ法等の機械加工で除去して、分離溝P2を形成する。これにより、光吸収層3およびバッファ層4がパターニングされる。
After the step of forming the
次に、図7(f)に示すように、バッファ層4上と分離溝P2にスパッタリング法などでITOを成膜して上部電極5を形成する。次いで、図7(g)に示すように、上部電極5上および分離溝P2内に銀ペーストなどを印刷することにより、集電電極6および接続導体7を形成する。
Next, as shown in FIG. 7F, an
次に、図7(h)に示すように、分離溝P2の端部から10〜100μ程度離間した位置に、光吸収層3、バッファ層4および上部電極5をメカニカルスクライビング法で部分的に除去して分離溝P3を形成する。以上の工程により、複数の光電変換セル10Eが直列接続された光電変換装置20Eを製造できる。
Next, as shown in FIG. 7 (h), the
このように、本実施形態では、光吸収層3上にバッファ層4を形成した後、バッファ層の一部を介して光吸収層3の一部に照射部8を形成している。次いで、本実施形態では、バッファ層4の一部とともに照射部8を除去して除去部となる分離溝P2を形成した後、バッファ層4上および分離溝P2上に上部電極5を形成している。これにより、本実施形態では、分離溝P2に露出する下部電極2上における光吸収層3およびバッファ層4の残存を低減させつつ、分離溝P2内に上部電極5を配置することができる。それゆえ、本実施形態では、下部電極2と上部電極5との接触面積を大きくすることができるため、光電変換セル10E同士の接合部における抵抗成分を低減することができる。
Thus, in this embodiment, after forming the
なお、上述の実施形態1乃至実施形態5においては、光吸収層3に照射部8を形成する
工程において、レーザを走査して、照射部8下に位置する下部電極2の表面に、レーザの照射によって走査方向に沿った凹部2aを形成してもよい。この下部電極2の凹部2aについて図8を用いて説明する。図8(a)は、光電変換装置20Aの製造工程において、光吸収層3に照射部8を形成した図3(c)における下部電極2および照射部8近傍を部分的に拡大したものである。図8(b)は、図8(a)の基板1をXY平面で平面透視したものである。そのため、図8(b)では、図8(a)に描かれている照射部8が省略されている。これにより、本実施形態では、下部電極の凹部2aにより、分離溝P2内に位置する接続導体7と下部電極2との接触面積を増加させることができる。それゆえ、本実施形態では、下部電極2と接続導体7との接合強度を向上させることができるため、光電変換装置20Aの信頼性を高めることができる。
In the first to fifth embodiments described above, in the step of forming the
このような凹部2aは、例えば、実施形態1乃至実施形態5において照射部8を形成する際のレーザの出力よりも高い出力でレーザを照射すればよい。また、この凹部2aは、実施形態1乃至実施形態5において照射部8を形成する際のレーザの走査速度よりも遅い速度でレーザを走査し、照射時間を長くしても形成できる。また、上記では、下部電極2の凹部2aを光電変換装置20Aに設けた例で説明したが、他の実施形態に係る光電変換装置の下部電極2に凹部2aを形成してもよい。
Such a recess 2 a may be irradiated with a laser with an output higher than the output of the laser when the
なお、本発明は上述の実施の形態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内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1:基板
2:下部電極
2a:凹部
3:光吸収層
4:バッファ層
5:上部電極
6:集電電極
7:接続導体
8:照射部
10、10a、10b、10A、10B、10C、10D、10E:光電変換セル
20、20A、20B、20C、20D、20E:光電変換装置
P1、P3:分離溝
P2:分離溝(除去部)
1: Substrate 2: Lower electrode 2a: Recessed portion 3: Light absorption layer 4: Buffer layer 5: Upper electrode 6: Current collecting electrode 7: Connection conductor 8:
Claims (6)
前記下部電極上に化合物半導体を含む光吸収層を形成する工程と、
前記光吸収層の一部に、レーザを照射してなる照射部を形成する工程と、
前記照射部を機械加工で除去して除去部を形成し、前記光吸収層をパターニングする工程とを備えた光電変換装置の製造方法。 Forming a lower electrode on the substrate;
Forming a light absorption layer containing a compound semiconductor on the lower electrode;
Forming an irradiation portion formed by irradiating a laser on a part of the light absorption layer;
A process for removing the irradiation part by machining to form a removal part, and patterning the light absorption layer.
前記光吸収層上にバッファ層および上部電極を順次形成する工程をさらに有し、
前記光吸収層をパターニングする工程は、前記除去部を形成して前記光吸収層とともに前記バッファ層および前記上部電極をパターニングする工程であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置の製造方法。 Before the step of forming the irradiation part,
A step of sequentially forming a buffer layer and an upper electrode on the light absorption layer;
2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the step of patterning the light absorption layer is a step of forming the removal portion and patterning the buffer layer and the upper electrode together with the light absorption layer. Production method.
前記光吸収層上および前記照射部上にバッファ層を形成する工程をさらに有し、
前記光吸収層をパターニングする工程は、前記バッファ層の前記照射部上に形成された部分を前記照射部とともに除去して前記除去部を形成し、前記光吸収層とともに前記バッファ層をパターニングする工程であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置の製造方法。 After the step of forming the irradiation part,
Further comprising a step of forming a buffer layer on the light absorption layer and on the irradiation part,
The step of patterning the light absorption layer is a step of removing the portion formed on the irradiation portion of the buffer layer together with the irradiation portion to form the removal portion, and patterning the buffer layer together with the light absorption layer. The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 1, wherein:
前記バッファ層上に上部電極を形成する工程をさらに有し、
前記バッファ層をパターニングする工程は、前記バッファ層および前記上部電極の前記照射部上に形成された部分を前記照射部とともに除去して、前記光吸収層とともに前記バッファ層および前記上部電極をパターニングする工程であることを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置の製造方法。 After the step of forming a buffer layer on the light absorption layer and on the irradiation part,
Forming an upper electrode on the buffer layer;
The step of patterning the buffer layer includes removing the portions of the buffer layer and the upper electrode formed on the irradiated portion together with the irradiated portion, and patterning the buffer layer and the upper electrode together with the light absorbing layer. It is a process, The manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus of Claim 3 characterized by the above-mentioned.
前記光吸収層上にバッファ層を形成する工程をさらに有し、
前記照射部を形成する工程は、前記バッファ層の一部とともに前記光吸収層の一部にレーザを照射してなる前記照射部を形成する工程を含み、
前記光吸収層をパターニングする工程は、前記バッファ層の一部とともに前記照射部を除去して前記除去部を形成し、前記光吸収層とともに前記バッファ層をパターニングする工程であり、
前記バッファ層をパターニングする工程の後に、前記バッファ層上および前記除去部に上部電極を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置の製造方法。 Before the step of forming the irradiation part,
Further comprising forming a buffer layer on the light absorbing layer;
The step of forming the irradiation part includes the step of forming the irradiation part formed by irradiating a part of the light absorption layer together with a part of the buffer layer,
The step of patterning the light absorption layer is a step of removing the irradiation portion together with a part of the buffer layer to form the removal portion, and patterning the buffer layer together with the light absorption layer,
The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 1, further comprising a step of forming an upper electrode on the buffer layer and on the removal portion after the step of patterning the buffer layer.
前記レーザを走査して、前記照射部下に位置する前記下部電極の表面に、前記レーザの照射によって走査方向に沿った凹部を形成することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
In the step of forming the irradiation part,
The laser beam is scanned to form a recess along the scanning direction by irradiation of the laser on the surface of the lower electrode located under the irradiation unit. The manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus of description.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP3767686A1 (en) * | 2019-07-18 | 2021-01-20 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO | Method of manufacturing a thin-film photovoltaic product |
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2011
- 2011-02-17 JP JP2011031504A patent/JP2012169569A/en not_active Withdrawn
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