JP3170914B2 - 薄膜太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

薄膜太陽電池およびその製造方法

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    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、接合を有する半導体膜
とその両面に接する電極層からなるユニットセルを同一
基板上に複数個形成し、直列接続してなる薄膜太陽電池
およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体薄膜、特に原料ガスのグロー放電
分解や光CVDにより形成できるアモルファス半導体薄
膜は、気相成長法で形成できるため、大面積化が容易で
ある。従って、このような半導体薄膜を利用して光電変
換を行う太陽電池は、低コストの太陽電池として期待さ
れている。こうした薄膜太陽電池は、太陽光を入射する
側にSnO2 膜やZnO膜のような透明導電材料からなる透
明な電極を設けている。しかし、このような透明な電極
は、シート抵抗が大きいために、その電極を流れる電流
による電力損失が大きくなってしまう。そこで、前記太
陽電池を複数個のユニットセルに分割し、分割した太陽
電池の隣接するユニットセルを電気的に接続する構造を
とっている。
【0003】図3はそのような薄膜太陽電池を示し、こ
れは、ガラスや透明高分子フィルムなどの透光性絶縁基
板10上に酸化すずやITO、ZnOなどの透明導電材料の
薄膜からなる透明電極21、22、23─を短冊状に形成し、
その上に光起電力発生部であるアモルファス半導体薄膜
領域31、32、33─を、次いでAlやAgなどの金属薄膜から
なる金属電極41、42、43─を形成したものである。透明
電極21、アモルファス半導体薄膜31および金属電極41の
組合わせ、透明電極22、アモルファス半導体薄膜32およ
び金属電極42の組合わせ等が各ユニットセルを構成す
る。そして、一つのユニットセルの金属電極の延長部が
隣接するユニットセルの透明電極の縁部と接触して接続
部51、52、53─が生ずるように両電極およびアモルファ
ス半導体薄膜のパターンが形成されて、各ユニットセル
は直列に接続される。また、端部のユニットセルの透明
電極21の延長部上に金属薄膜からなる取り出し端子電極
6が設けられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】直列接続のためのユニ
ットセル間の接続導体および絶縁間隙部分Aならびに両
端のユニットセルからの取出し端子導体および絶縁間隙
部分Bは太陽電池の発電に寄与しないため、できるだけ
その面積が小さいことが望ましい。しかし、直列接続お
よび取出し端子のための導体部分の面積を小さくするた
めには、高精度のパターニング技術および配線技術が必
要であり、そのために製造コストが高くなってしまうと
いう問題があった。
【0005】本発明の目的は、この問題を解決し、直列
接続あるいは取出し端子のために発電有効面積が減少し
ない薄膜太陽電池およびその製造方法を提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、透光性絶縁基板上に基板側から
透明電極、接合を有する半導体薄膜、裏面電極を積層し
てなる発電領域であるユニットセルが非発電領域である
所定の間隙を介して複数個形成され、その間隙において
一つのユニットセルの透明電極に隣接ユニットセルの裏
面電極を接続することにより各ユニットセルが直列接続
されるとともに、各ユニットセルが平行に配列された薄
膜太陽電池において、ユニットセルを表面に有する絶縁
基板の表面と、ユニットセル間を接続する電極層を表面
に有する絶縁基板の表面とが、90°以下の鋭角をなす
ように絶縁基板が折り曲げられて成り、接合を有する半
導体薄膜は、ユニットセルを表面に有する絶縁基板から
ユニットセル間を接続する電極層を表面に有する絶縁基
板には延在せず、以て接合を有する半導体薄膜には折り
曲げ部分が存在しないものとする。ここで、一方の端部
のユニットセルの電極に接続される端子電極を表面に有
する絶縁基板の表面と、この一方の端部のユニットセル
を表面に有する絶縁基板の表面とが、90°以下の鋭角
をなし、他方の端部のユニットセルの電極に接続される
端子電極を表面に有する絶縁基板の表面と、この他方の
端部のユニットセルを表面に有する絶縁基板の表面と
が、90°以上の鈍角をなすことが有効である。そし
て、このような薄膜太陽電池の製造方法は、透光性で可
とう性を有する絶縁基板上に複数個のユニットセルを間
隙を介して形成し、各ユニットセルを直列接続したの
ち、基板を折り曲げるものとする。または、透光性で可
とう性を有する絶縁基板上に複数個のユニットセルを間
隙を介して形成し、ユニットセルの一方の電極上に接続
導体を接触させたのち、基板を折り曲げてその接続導体
を隣接ユニットセルの他方の電極に接触させるものとす
る。さらに、端部のユニットセルの透明電極に端子導体
を接続したのち、基板を折り曲げること、あるいは端部
のユニットセルに近接して基板上に端子導体を形成し、
基板を折り曲げてその端子導体を端部のユニットセルの
一方の電極に接触させることが有効である。また、基板
に高分子材料からなる透光性フィルムを用い、レーザ光
を照射してフィルムに機械的に弱い線状部分を形成した
のち、その部分で折り曲げることが有効である。
【0007】
【作用】本発明においては、請求項1に記載の構成を採
用することにより、入射光に対する無効面積を極力減少
させることができる。そのような基板面の角度の変更
は、可とう性基板を用いて折り曲げることにより可能
で、特にプラスチックフィルムを基板としてレーザ光照
射により線状に機械的に弱くすることにより簡単にでき
る。
【0008】
【実施例】以下、図3と共通の部分に同一の符号を付し
た図を引用して本発明の実施例について述べる。図1に
示す実施例では、透光性絶縁基板1が光入射面11と、そ
れと60°の角度をなす光非入射面12とを有するように
鋸歯状に折り曲げられ、入射光7と120°の角度をもつ
光入射面11の背後には、透明電極21、22、23、24、アモ
ルファスシリコン (以下a−Siと記す) 薄膜31、32、3
3、34、金属電極41、42、43、44から形成される4個の
ユニットセルが存在する。そして、入射光7と平行の光
非入射面12の背後には、例えば透明電極22の延長部上に
金属電極41が接触して接続部51を形成するように接続部
51、52、53が存在する。また、基板1の一方の端部の光
非入射面12の背後には、透明電極21の延長部に接触する
端子電極61が金属薄膜により形成されている。基板1の
他方の端部の光非入射面12の端面上には、この面12に平
行に基板1に入射する光7を発電に利用するために、透
明電極25、a−Si薄膜35、金属電極45からなるサブ・ユ
ニットセルが形成されており、その金属電極45は光非入
射面12上に延びて端子電極62となっている。この太陽電
池では、光7はユニットセル相互の接続部51、52、53お
よび端子電極61、62には入射しないので、面積効率が向
上した。
【0009】図2は図1の太陽電池の基板1を折り曲げ
る前の状態を示す。すなわち、可とう性を有するポリエ
チレンフタレート (PET) フィルムを用いた透光性絶
縁基板上に透明電極21、22─、a−Si膜31、32─、金属
電極41、42─を積層してユニットセルを形成する。そし
て、金属電極を延長して隣接ユニットセルの透明電極に
接触させておく。3層構造をとるユニットセルの幅は20
〜30mm程度であり、その間に存在する接続部51、52─の
幅dは10mm以上ある。図2に示す従来構造の場合、この
幅dは発電無効面積Aとなるため、その値も100 μm以
下に抑えなければならなかった。それ故、従来は膜だれ
のために透明電極21、22─をマスクを用いたスパッタリ
ングで形成することができず、全面スパッタ後パターニ
ングしなければならなかった。しかし、この実施例では
dの値が大きいため、マスク形成が可能となった。同様
に、a−Si膜31、32─をマスクを用いるプラズマCVD
法で、金属電極41、42─をマスクを用いるAlスパッタリ
ングで形成することができ、レーザパターニングが不要
となって製造コストを低減することができた。このあ
と、フィルム1の折り曲げ箇所81、82、83─に、フィル
ム表面側から、あるいはユニットセル側からレーザ光を
照射する。このレーザ光照射による熱で厚さ80μm程度
のフィルムに数μm程度の幅の熱影響部を生じ、溶融を
伴う熱収縮によりフィルムが折れ曲がりやすくなる。そ
こで、力を加えれば容易に任意の角度まで折り曲げるこ
とができ、図1に示す形状となる。
【0010】図4に示す実施例では、基板1は、光入射
面11とそれと90°および 0°の角度をなす光非入射面1
2と光非入射面13とを有し、光非入射面13は光入射面11
の一部に重なっていて階段状に成形されている。この場
合は、接続部51、52に金属電極41、42、43と別個の接続
用電極91、92が形成され、この電極91が金属電極41およ
び透明電極22の延長部に、電極92が金属電極42および透
明電極23の延長部にそれぞれ接触することによりユニッ
トセルの直列接続が行われている。この薄膜太陽電池で
も、接続用電極91、92および端子電極62には太陽光7は
入射せず、面積効率が向上した。
【0011】図5は図4の太陽電池の基板1を折り曲げ
る前の状態を示し、この場合もユニットセル間の間隙の
幅dが10mm以上と大きいので、PETフィルム1の上に
透明電極21、22─、a−Si膜31、32─および裏面電極4
1、42─をマスク形成することができた。そして、その
ユニットセル間の間隙において透明電極21、22の延長部
に接触する端子電極61、62 (この図には示されていな
い)および接続用電極91、92─をはんだの超音波ろう付
けで形成した。このあと、折り曲げ箇所84、85、86など
にレーザ光照射して折り曲げ、はんだ電極91、92および
62を裏面電極41、42および43に接触させてはんだ付けし
た。このはんだ電極61、62および91、92の代わりに導電
性テープを用いてもよい。また、裏面電極41、42と同時
にAlのスパッタリングによりマスク形成してもよい。
【0012】以上の実施例では絶縁基板1としてPET
フィルムを用いたが、ポリエチレンナフタレート (PE
N) 、ポリエーテルサルフオン (PES) あるいはポリ
ふっ化ビニル (PVF) 等のプラスチックフィルムを用
いることもできる。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、透光性絶縁基板を鋸歯
状あるいは階段状に成形することにより、発電に寄与し
ないユニットセル間の接続部および取り出し端子部を受
光面の裏側に移すことができ、単位面積当たりの発電電
力の増大した薄膜太陽電池を得ることができた。このよ
うな絶縁基板の成形は、高分子材料などからなる可とう
性基板を、レーザ光照射などを用いて折り曲げ加工する
ことにより容易にでき、またユニットセル間の間隙を広
くすることができるため、マスク成形を用いてのユニッ
トセルの形成が可能となるので、複雑なレーザパターニ
ング工程が不要となり、薄膜太陽電池の製造コストの低
減が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の薄膜太陽電池の断面図
【図2】図1の薄膜太陽電池の基板成形前における断面
【図3】従来の薄膜太陽電池の断面図
【図4】本発明の別の実施例の薄膜太陽電池の断面図
【図5】図4の薄膜太陽電池の基板成形前における断面
【符号の説明】
1 透光性絶縁基板 11 光入射面 12、13 光非入射面 21、22、23、24、25 透明電極 31、32、33、34、53 a−Si膜 41、42、43、44、45 金属基板 51、52、53 接続部 61、62 端子電極 7 入射光 81、82、83、84、85、86 折り曲げ箇所 91、92 接続用電極

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透光性絶縁基板上に基板側から透明電極、
    接合を有する半導体薄膜、裏面電極を積層してなる発電
    領域であるユニットセルが非発電領域である所定の間隙
    を介して複数個形成され、その間隙において一つのユニ
    ットセルの透明電極に隣接ユニットセルの裏面電極を接
    続することにより各ユニットセルが直列接続されるとと
    もに、各ユニットセルが平行に配列された薄膜太陽電池
    において、 ユニットセルを表面に有する絶縁基板の表面と、ユニッ
    トセル間を接続する電極層を表面に有する絶縁基板の表
    面とが、90°以下の鋭角をなすように絶縁基板が折り
    曲げられて成り、 接合を有する半導体薄膜は、ユニットセルを表面に有す
    る絶縁基板からユニットセル間を接続する電極層を表面
    に有する絶縁基板には延在せず、以て接合を有する半導
    体薄膜には折り曲げ部分が存在しない ことを特徴とする
    薄膜太陽電池。
  2. 【請求項2】一方の端部のユニットセルの電極に接続さ
    れる端子電極を表面に有する絶縁基板の表面と、この一
    方の端部のユニットセルを表面に有する絶縁基板の表面
    とが90°以下の鋭角をなし、 他方の端部のユニットセルの電極に接続される端子電極
    を表面に有する絶縁基板の表面と、この他方の端部のユ
    ニットセルを表面に有する絶縁基板の表面とが、90°
    以上の鈍角をなす請求項1記載の薄膜太陽電池。
  3. 【請求項3】透光性で可とう性を有する絶縁基板上に複
    数個のユニットセルを間隙を介して形成し、各ユニット
    セルを直列接続したのち、基板を折り曲げることを特徴
    とする請求項1あるいは2記載の薄膜太陽電池の製造方
    法。
  4. 【請求項4】透光性で可とう性を有する絶縁基板上に複
    数個のユニットセルを間隙を介して形成し、ユニットセ
    ルの一方の電極上に接続導体を接触させたのち、基板を
    折り曲げてその接続導体を隣接ユニットセルの他方の電
    極に接触させることを特徴とする請求項1あるいは2記
    載の薄膜太陽電池の製造方法。
  5. 【請求項5】端部のユニットセルの透明電極に端子導体
    を接続したのち、基板を折り曲げる請求項2記載の薄膜
    太陽電池の製造方法。
  6. 【請求項6】端部のユニットセルに近接して基板上に端
    子導体を形成し、基板を折り曲げてその端子導体を端部
    のユニットセルの一方の電極に接触させる請求項2記載
    の薄膜太陽電池の製造方法。
  7. 【請求項7】基板に高分子材料からなる透光性フィルム
    を用い、レーザ光を照射してフィルムに機械的に弱い線
    状部分を形成したのち、その部分で折り曲げる請求項3
    ないし6のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
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