JP4311082B2 - Thin film solar cell and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気絶縁性を有する可撓性基板の表面にユニットセルを複数個直列接続した薄膜太陽電池とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原料ガスのグロー放電分解などにより形成されるアモルファスシリコンのようなアモルファス半導体膜は、気相成長であるため大面積化が容易で、低コスト太陽電池の光電変換膜として期待されている。こうした薄膜太陽電池は、太陽光の入射する側にＳｎＯ2膜やＺｎＯ膜等の透明な電極を設けている。しかし、このような透明電極は、シート抵抗が大きいために、電流が透明電極を流れることによる電力ロスが大きくなる問題がある。
【０００３】
そのため従来は、前記太陽電池を複数の太陽電池（ユニットセル）に分割し、分割したユニットセルを隣接するユニットセルと電気的に接続する直列接続構造をとっていた。これに対し、特許文献１に記載された薄膜太陽電池では、反光入射側にある絶縁性基板に穴をあけ、この穴を利用して透明電極層を基板裏面の接続電極層と接続する構成とし、高シート抵抗の透明電極層を流れる電流の径路の距離を短縮し、これにより寸法の限定された単位太陽電池に分割することなく低電圧、大電流型にも構成できるようにした。これにより、ジュール損失が少なく、デッドスペースの部分を縮小して有効発電面積が増加した薄膜単位太陽電池を得ることができた。
【０００４】
さらに、単位太陽電池の一部に光電変換層の下の接続電極層の露出する領域を形成し、それと基板を貫通する導体に接続される分離された接続電極層を、隣接単位太陽電池の接続電極層と連結することにより、直列接続構造が容易に形成できる。このような構成の薄膜太陽電池は、ＳＣＡＦ（Series Connection through Apertures on Film ）型の薄膜太陽電池と呼ばれ、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングおよびそれらの組み合わせ手順により形成される。上記薄膜太陽電池の構成および製造方法の一例は、本願出願人により出願された、例えば特許文献２に記載されている。
【０００５】
図５は、構造の理解の容易化のために、上記ＳＣＡＦ型の薄膜太陽電池の構成を簡略化して斜視図で示したものである。図５において、基板６１の表面に形成した単位光電変換素子６２および基板６１の裏面に形成した接続電極層６３は、それぞれ複数の単位ユニットに完全に分離され、それぞれの分離位置をずらして形成されている。このため、素子６２のアモルファス半導体部分である光電変換層６５で発生した電流は、まず透明電極層６６に集められ、次に該透明電極層領域に形成された集電孔６７を介して背面の接続電極層６３に通じ、さらに該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の外側に形成された直列接続用の接続孔６８を介して上記素子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に延びている下電極層６４に達し、両素子の直列接続が行われている。
【０００６】
上記薄膜太陽電池の簡略化した製造工程を図６（a）から（g）に示す。プラスチックフィルム７１を基板として（工程（a））、これに接続孔７８を形成し（工程（b））、基板の両面に第１電極層（下電極）７４および第３電極層（接続電極の一部）７３を形成（工程（c））した後、接続孔７８と所定の距離離れた位置に集電孔７７を形成する（工程（d））。工程（c）と工程（d）との間に、第１電極層（下電極）７４を所定の形状にレーザ加工して、下電極をパターニングする工程があるが、ここではこの工程の図を省略している。
【０００７】
次に、第１電極層７４の上に、光電変換層となる半導体層７５および第２電極層である透明電極層７６を順次形成するとともに（工程（e）および工程（f））、第３電極層７３の上に第４電極層（接続電極層）７９を形成する（工程（g））。この後、レーザビームを用いて、基板７１の両側の薄膜を分離加工して図５に示すような直列接続構造を形成する。
【０００８】
なお、第３電極層と第４電極層は電気的には同一の電位であるので、説明の便宜上、併せて一層の接続電極層として扱われることもある。
【０００９】
さらに、前記ＳＣＡＦ型の薄膜太陽電池の構成とは異なるものとして、発電の有効面積率を高めることを目的とした構成が特許文献３に開示されている。即ち、特許文献３は、「貫通孔を通じて接続される下電極層（特許文献３では背後電極層と呼ぶ）と接続電極層を形成したのちに下電極層上に非晶質半導体層を形成する際、基板裏面の貫通孔周辺部まで非晶質半導体層の延長部が広がるようにし、この延長した非晶質半導体層によって、透明電極層が貫通孔内に形成されても接続電極層と短絡するのを防ぎ、これにより透明電極層の全面成膜を可能として、発電の有効面積率を高めた薄膜太陽電池」を開示する（詳細は、特許文献３参照）。
【００１０】
図４は、前記特許文献３に開示されたものとは若干異なるが、前記非晶質半導体層の延長部で絶縁する構成を採用し発電の有効面積率を高めた、従来の改良型ＳＣＡＦの薄膜太陽電池の構成の一例を示す。図４（ａ）は薄膜太陽電池の受光面側からみた平面図、図４（ｂ）は非受光面側からみた平面図、図４（ｃ）は図４（ａ）におけるａ−ａ断面図、図４（ｄ）は図４（ａ）におけるｂ−ｂ断面図である。
【００１１】
図４に示す薄膜太陽電池は、光電変換層と透明電極層とを光電変換部の側端まで延長して設けることにより、発電の有効面積率を高めた構成となっており、その作製は以下のようにして行なわれる。例えば、プラスチックフィルムからなる基板１に、接続孔７を開け、表面に金属よりなる下電極層２、裏面に金属よりなる接続電極層としての第３電極層３を形成したのち、集電孔８を開ける。従って、接続孔７の内壁には下電極層２と第３電極層３の延長部が形成されるが、集電孔８の内部にはこれらの電極層は形成されていない。
【００１２】
次に、下電極層２にレーザー加工を行い、ユニットセル間下電極加工ライン９ａおよびセル端部下電極加工ライン１０ａを形成する。つづいて、下電極層２上にｐｉｎ構造のアモルファスシリコン（a-Si）、アモルファスシリコンゲルマニウム（a-SiGe）あるいは微結晶シリコンからなる光電変換層４をプラズマＣＶＤにより形成する。この際、同時に基板裏面の集電孔８や接続孔７の内壁および外周部にも回り込んで光電変換層４が形成される。
【００１３】
つづいて、透明電極層５をスパッタリングにより形成する。ここで、基板裏面への前記回り込みは光電変換層４に比べて透明電極層５の方が少ないため、透明電極層５は接続孔７、集電孔８周辺で電極層と短絡されることはない。次に、接続孔７の周辺をライン状のマスクで覆った状態で接続電極層としての第４電極層６を形成する。これにより、集電孔８をとおして透明電極層５が第４電極層６に接続される。
【００１４】
次に、透明電極層５の上からユニットセル間下電極加工ライン９ａおよびセル端部下電極加工ライン１０ａよりも加工幅を細くして、これらのラインをトレースするようにユニットセル間透明電極加工ライン９ｂおよびセル端部透明電極加工ライン１０ｂを形成する。この際、前記透明電極加工ラインが下電極加工ラインをはみ出すと透明電極層５と下電極層２は表面が合金化した光電変換層４で電気的につながってしまいリークが発生するため、高精度の加工が要求される。最後に接続電極層にレーザー加工を行い、ユニットセル間接続電極加工ライン１１およびセル端部接続電極加工ライン１２を形成し直列接続構造が完成する。
【００１５】
【特許文献１】
特開平６−３４２９２４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２３３５１７号公報
【特許文献３】
特開平８−１８６２７９号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記図４に示す改良型のＳＣＡＦ構造の薄膜太陽電池においては、下記のような問題があった。
【００１７】
前述のように、列間および端部の透明電極層加工ラインは、下電極層をトレースしてはみ出さないように加工する必要があり、高い精度が要求される。さらに、下電極層加工と透明電極層加工の間に、製膜温度２００〜３００℃の高温の光電変換層および透明電極層製膜プロセスが入るため、基板の熱変形が生じる。通常、長方形に加工したラインは平行四辺形に歪むことになり、そのときの角度は０〜０．００１ｒａｄになる。例えば、１ｍ角の太陽電池を作製する場合、平行四辺形に歪むことによる位置ずれは最大１ｍｍであり、数μｍの下電極加工ライン幅よりも大きい。従って、こうした大面積の太陽電池を作製するには透明電極層加工時に角度補正を行う必要があり、制御が複雑になり装置コストが高くなり、かつ位置合わせの時間が長くなるためスループットが低下するという問題があった。
【００１８】
この発明の課題は、上記のような問題点、即ち、前記基板の熱変形に伴う絶縁不良の問題を解消するためになされたものである。特に、透明電極層加工ラインを設ける場合には、フィルム基板の熱歪に伴う透明電極層加工時の角度補正を不要とし、製造コストの低減を図った薄膜太陽電池とその製造方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、請求項１の発明によれば、電気絶縁性を有する可撓性基板の表面に下電極層としての第１電極層，光電変換層，透明電極層（第２電極層）を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層としての第３電極層および第４電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層を互いに位置をずらして単位部分にパターニングしてなり、前記光電変換層形成領域内に形成した接続孔ならびに集電孔を介して、前記表面上の互いにパターニングされて隣合う単位光電変換部分（ユニットセル）を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池において、前記光電変換部の前記直列接続方向に沿った外側端部に、前記第１電極層を光電変換層により電気的に絶縁するためのパターニング用のセル端部下電極加工ラインを設け、かつ、前記光電変換層と透明電極層とは、前記セル端部下電極加工ラインの外側に光電変換部の側端まで延長して設けてなり、さらに、前記セル端部下電極加工ラインの外側に、前記透明電極層を電気的に絶縁分離するためのセル端部透明電極加工ラインを、前記透明電極層と光電変換層と第１電極層とにまたがって設け、かつ前記両加工ラインの中心間距離は、前記両加工ラインの中心が重ならないような所定寸法を有するものとする（請求項１の発明）。
【００２０】
前記構成によれば、詳細は後述するように、前記両加工ラインの中心間距離を所定寸法とすることにより、基板に熱変形が生じても、両加工ラインの中心が重ならないようにすることが可能となり、透明電極層と下電極層との絶縁が確保できる。従って、フィルム基板の熱歪に伴う透明電極層加工時の角度補正が不要となり、製造コストが低減できる。
【００２１】
また、フィルム基板の熱歪が、前述のように、０．００１ｒａｄ以下であることから、前記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２の発明が好ましい。即ち、請求項１に記載の薄膜太陽電池において、前記中心間距離の所定寸法は、前記直列接続された光電変換部の直列接続方向に沿った長さ寸法の０．０５％以上とする（請求項２の発明）。
【００２２】
上記のように、前記中心間距離を０．０５％以上とすることにより、前記基板の熱変形に伴う絶縁不良の問題は解消する。一方、発電の有効発電面積を増加する観点からは、前記中心間距離はできる限り小とする方が望ましい。従って、多少の裕度は考慮するものの、０．０５％に限りなく近い寸法が望ましく、従来の有効発電面積率９０〜９４％より小とならない範囲で選定する。
【００２３】
さらに、前記薄膜太陽電池の製造方法としては、前記加工ラインの加工の容易化の観点から、下記請求項３の発明が好ましい。即ち、前記請求項１または２に記載の薄膜太陽電池の製造方法であって、前記セル端部下電極加工ラインおよびセル端部透明電極加工ラインは、レーザー加工により形成する。
【００２４】
また、前記フィルム基板の熱歪に伴う絶縁不良の問題を解消するために、セル端部透明電極加工ラインを設けずに、下記のような構成とすることもできる。即ち、電気絶縁性を有する基板の表面に下電極層としての第１電極層，光電変換層，透明電極層（第２電極層）を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層としての第３電極層および第４電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層を互いに位置をずらして単位部分にパターニングしてなり、前記光電変換層形成領域内に形成した接続孔ならびに集電孔を介して、前記表面上の互いにパターニングされて隣合う単位光電変換部分（ユニットセル）を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池において、前記光電変換部の前記直列接続方向に沿った外側端部に、パターニング用のセル端部下電極加工ラインを設け、かつ、前記光電変換層と透明電極層とは、前記セル端部下電極加工ラインの外側に光電変換部の側端まで延長して設けてなり、さらに、前記接続電極層は、前記側端から所定寸法幅の領域を、前記基板の裏面から除去してなるものとする。
【００２５】
セル端部透明電極加工ラインを設けない場合、透明電極層と接続電極層はフィルム基板を介して近接するため、実使用時に電極のマイグレーションが発生して絶縁不良を引き起こす恐れがあるが、これを避けるため、上記のように、側端部から接続電極層を完全に除去する。なお、図４に示した例のように、接続電極層としての第４電極層が第３電極層よりも、充分小幅に形成される場合には、第３電極層のみを除去加工すればよい。
【００２６】
除去加工幅の実施態様としては、前記接続電極層の除去される領域の所定寸法幅は、少なくとも０．５ｍｍとするのが好適である。
【００２７】
また、前記薄膜太陽電池の製造方法としては、前記セル端部下電極加工ラインは、レーザー加工により形成するのが好ましく、前記接続電極層の除去される領域は、レーザー加工，超音波振動子による加工，サンドブラスト加工の内のいずれかの方法により形成するのが好ましい。特に、超音波振動子あるいはサンドブラストによる加工によれば、幅広加工が容易に行えるため好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施例について以下に述べる。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施例に関わる薄膜太陽電池の構成図であり、図１（ａ）は薄膜太陽電池の受光面側からみた平面図、図１（ｂ）は非受光面側からみた平面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるａ−ａ断面図、図１（ｄ）は図１（ａ）におけるｂ−ｂ断面図である。
【００３０】
図１において、図４と同一機能部材には同一番号を付して示す。図１と図４との基本的相違点は、セル端部下電極加工ライン１０ａの外側にセル端部透明電極加工ライン１０ｂを設け、かつ前記両加工ラインの中心間距離Ｘを、前記両加工ラインの中心が重ならないような所定寸法とした点である。
【００３１】
図１に示す太陽電池の作製手順については後述するが、先に、図２に基づき、中心間距離Ｘの意義について詳述する。図２は、説明の便宜上、図１（ａ）の平面図を模式的に示し、前記セル端部下電極加工ライン１０ａとセル端部透明電極加工ライン１０ｂとの関係を誇張して示す。
【００３２】
図２において、Ｌはユニットセル４個を直列接続した光電変換部の直列接続方向に沿った長さ寸法を示し、θはフィルム基板の熱歪に基づく歪の角度を示す。基準点を図示のように、直列接続方向の中央にとると、前記両加工ラインの中心間距離Ｘが、前記両加工ラインの中心が重ならないようにするための加工条件は、Ｘ≧１／２×Ｌθである。なお、図２の左下方もしくは右上方において、前記セル端部下電極加工ライン１０ａとセル端部透明電極加工ライン１０ｂとは一部重なっているが、両加工ラインの中心が重ならない場合には、光電変換層により絶縁が確保できる。なお、図２において、Ａ，Ｂで示す両加工ラインの内側が接すると電気的リークが発生する。
【００３３】
次に、図１に示す太陽電池の作製手順について、一部図４の説明と重複するが、以下に述べる。ポリイミド、アラミド等の耐熱性プラスチックフィルムからなる基板１に、パンチによる加工で接続孔７を開け、表面に金属よりなる下電極層２、裏面に金属よりなる第３電極層３を形成したのち、集電孔８を開ける。従って、接続孔７の内壁には下電極２と第３電極層３の延長部が形成されているが、集電孔８の内部にはこれらの電極層は形成されていない。次に、下電極層２にレーザー加工を行い、ユニットセル間下電極加工ライン９ａおよびこれと直交あるいは任意の角度を保ってセル端部下電極加工ライン１０ａを形成する。
【００３４】
つづいて、基板１をステッピングロール方式の製膜装置に搬入し、光電変換層４、透明電極層５、第４電極層６を製膜する。その際、光電変換層４はｐｉｎ構造のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）あるいは微結晶シリコンからなり、プラズマＣＶＤにより基板温度２００〜３００℃で形成される。また、透明電極層５としてはＩＴＯ，ＳｎＯ2，ＺｎＯ等が、第４電極層６としてはＮｉ，Ｃｕ等が用いられ、それぞれスパッタリングあるいは蒸着により、それぞれ１５０〜２５０℃の温度で製膜される。この際、同時に、前述のように基板裏面にも回り込んだ光電変換層４が形成される。裏面への回り込みは光電変換層４に比べて透明電極層５の方が少ないため、透明電極層５は接続孔７、集電孔８周辺で電極層と短絡されることはない。また、第４電極層６は接続孔７の周辺をライン状のマスクで覆った状態で製膜される。これにより、集電孔８をとおして透明電極層５が第４電極層６に接続される。
【００３５】
次に、ユニットセル間下電極加工ライン９ａについて１本ごとに画像認識を行い、トレースするようにしてユニットセル間透明電極加工ライン９ｂを形成する。その後、直列接続方向の中央付近の交点(1)、(2)を基準点として直列接続方向のセル長さの０．０５％以上の距離を置き、端部側にセル端部透明電極加工ライン１０ｂを形成する。このときのユニットセル間透明電極加工ライン９ｂとセル端部透明電極加工ライン１０ｂのなす角は下電極加工時と同じとし、特に歪みを考慮した角度補正は行わない。
【００３６】
前述のとおり、フィルム基板の歪みθは０．００１ｒａｄ以下であるので、基準点を直列接続方向の中央付近にとれば薄膜太陽電池の長さ（図２のＬ）の０．０５％以上の距離（図２のＸ）を置くことで加工ラインの電気的リークを防ぐことができる。この場合、透明電極層５はセル端部透明電極加工ライン１０ｂを通して直下の下電極層２と電気的につながることになるが、セル端部下電極加工ライン１０ａによって発電領域内の下電極層との絶縁は保たれる。最後に接続電極層（第３電極層３）にレーザー加工を行い、ユニットセル間接続電極加工ライン１１およびセル端部接続電極加工ライン１２を形成し直列接続構造が完成する。セルはこの時点で長尺のフィルムの中に作り込まれた状態になっているので加工ラインの外側でフィルムを裁断することによりセルが分離される。
【００３７】
次に、図３の実施例について述べる。図３（ａ）〜（ｄ）は、図１（ａ）〜（ｄ）と類似した図を示し、同一機能部材には同一番号を付して、その詳細説明を省略する。図３の実施例は、セル端部透明電極加工ラインを設けないような構成とするものである。
【００３８】
この場合、透明電極層５と接続電極層としての第３電極層３はフィルム基板１の厚さを介して近接するため、実使用時に電極のマイグレーションが発生して絶縁不良を引き起こす恐れがあり、これを避けるため、端部から少なくとも０．５ｍｍもしくはそれ以上の第３電極層３の一部領域（図３のｈ部）を完全に除去して、セル端部接続電極層除去領域１２aとする。この除去方法としては、レーザー、超音波振動子あるいはサンドブラスト加工により、０．５ｍｍより大きい、例えば１ｍｍ以上の幅広加工を行い、最後にその加工ライン上を裁断すると良い。
【００３９】
以上で述べた、これらの実施例によれば、セル面の端部付近の下電極加工ラインがａ−Ｓｉ系の膜で覆われるため、フィルム基板ヘの水分の進入をブロックすることによる対候性向上の効果もある。
【００４０】
【発明の効果】
この発明によれば前述のように、前記ＳＣＡＦ型の薄膜太陽電池において、光電変換部の直列接続方向に沿った外側端部に、前記第１電極層を光電変換層により電気的に絶縁するためのパターニング用のセル端部下電極加工ラインを設け、かつ、光電変換層と透明電極層とは、前記セル端部下電極加工ラインの外側に光電変換部の側端まで延長して設けてなり、さらに、前記セル端部下電極加工ラインの外側に、前記透明電極層を電気的に絶縁分離するためのセル端部透明電極加工ラインを、前記透明電極層と光電変換層と第１電極層とにまたがって設け、かつ前記両加工ラインの中心間距離は、前記両加工ラインの中心が重ならないような所定寸法を有するものとする（請求項１の発明）としたので、
基板の熱変形に伴う絶縁不良の問題を解消することができる。
また、請求項１の発明の場合、前記セル端部下電極加工ラインおよびセル端部透明電極加工ラインは、レーザー加工により形成し、また、前記接続電極層の除去される領域は、レーザー加工，超音波振動子による加工，サンドブラスト加工の内のいずれかの方法により形成することとしたので、
フィルム基板の熱歪に伴うセル端部透明電極加工ライン加工時の制御が簡素化（角度補正不要化）がなされ、低コストで信頼性の高い太陽電池を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例に関わる薄膜太陽電池の構成図
【図２】図１におけるセル端部下電極加工ラインとセル端部透明電極加工ラインとの関係を拡大して模式的に示す説明図
【図３】 図１とは異なる実施例に関わる薄膜太陽電池の構成図
【図４】従来の改良型ＳＣＡＦ構成に関わる薄膜太陽電池の構成図
【図５】ＳＣＡＦ型薄膜太陽電池の概略構成を示す斜視図
【図６】ＳＣＡＦ型薄膜太陽電池の製造工程の概略を示す図
【符号の説明】
１：基板、２：第１電極層（下電極層）、３：第３電極層、４：光電変換層、５：第２電極層（透明電極層）、６：第４電極層、７：接続孔、８：集電孔、９ａ：ユニットセル間下電極加工ライン、９ｂ：ユニットセル間透明電極加工ライン、１０ａ：セル端部下電極加工ライン、１０ｂ：セル端部透明電極加工ライン、１１：ユニットセル間接続電極加工ライン、１２：セル端部接続電極加工ライン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film solar cell in which a plurality of unit cells are connected in series on the surface of a flexible substrate having electrical insulation, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
An amorphous semiconductor film such as amorphous silicon formed by glow discharge decomposition of a source gas is easily grown because of vapor phase growth, and is expected as a photoelectric conversion film for a low-cost solar cell. Such a thin film solar cell is provided with a transparent electrode such as a SnO 2 film or a ZnO film on the side on which sunlight is incident. However, since such a transparent electrode has a large sheet resistance, there is a problem that a power loss due to a current flowing through the transparent electrode increases.
[0003]
Therefore, conventionally, the solar cell is divided into a plurality of solar cells (unit cells), and a series connection structure is employed in which the divided unit cells are electrically connected to adjacent unit cells. On the other hand, in the thin film solar cell described in Patent Document 1, a hole is formed in the insulating substrate on the light incident side, and the transparent electrode layer is connected to the connection electrode layer on the back surface of the substrate using this hole. The distance of the path of the current flowing through the transparent electrode layer having a high sheet resistance is shortened, so that it can be configured as a low voltage, high current type without being divided into unit solar cells with limited dimensions. As a result, it was possible to obtain a thin-film unit solar cell with a low Joule loss and an increased effective power generation area by reducing the dead space.
[0004]
Further, an exposed region of the connection electrode layer under the photoelectric conversion layer is formed in a part of the unit solar cell, and the separated connection electrode layer connected to the conductor penetrating the substrate is connected to the adjacent unit solar cell. By connecting to the electrode layer, a series connection structure can be easily formed. The thin film solar cell having such a structure is called a SCAF (Series Connection through Apertures on Film) type thin film solar cell, and is formed by forming an electrode layer and a photoelectric conversion layer, patterning each layer, and a combination procedure thereof. . An example of the configuration and manufacturing method of the thin film solar cell is described in, for example, Patent Document 2 filed by the applicant of the present application.
[0005]
FIG. 5 is a perspective view showing a simplified configuration of the SCAF type thin film solar cell for easy understanding of the structure. In FIG. 5, the unit photoelectric conversion element 62 formed on the surface of the substrate 61 and the connection electrode layer 63 formed on the back surface of the substrate 61 are completely separated into a plurality of unit units, and are formed by shifting the separation positions. ing. For this reason, the current generated in the photoelectric conversion layer 65, which is an amorphous semiconductor portion of the element 62, is first collected in the transparent electrode layer 66, and then on the back surface through the current collecting holes 67 formed in the transparent electrode layer region. It leads to the connection electrode layer 63, and further to the outside of the transparent electrode layer region of the element adjacent to the element through the connection hole 68 for series connection formed outside the transparent electrode layer region of the element in the connection electrode layer region. The extended lower electrode layer 64 is reached, and both elements are connected in series.
[0006]
6 (a) to 6 (g) show a simplified manufacturing process of the thin film solar cell. Using the
[0007]
Next, the
[0008]
Since the third electrode layer and the fourth electrode layer are electrically at the same potential, they may be treated as a single connection electrode layer for convenience of explanation.
[0009]
Furthermore, Patent Document 3 discloses a configuration aimed at increasing the effective area ratio of power generation, which is different from the configuration of the SCAF type thin film solar cell. That is, Patent Document 3 states that “a lower electrode layer connected through a through hole (referred to as a back electrode layer in Patent Document 3) and a connection electrode layer are formed, and then an amorphous semiconductor layer is formed on the lower electrode layer. At this time, the extension of the amorphous semiconductor layer extends to the periphery of the through hole on the back surface of the substrate, and even if the transparent electrode layer is formed in the through hole by this extended amorphous semiconductor layer, the connection electrode layer is short-circuited. proof technique from being, thereby as possible the entire deposition of the transparent electrode layer, discloses a thin-film solar cell "with enhanced effective area ratio of the power (for details, see Patent Document 3).
[0010]
FIG. 4 is slightly different from that disclosed in Patent Document 3, but the conventional improved SCAF in which the effective area ratio of power generation is increased by adopting a structure in which the amorphous semiconductor layer is insulated by an extension portion. An example of a structure of a thin film solar cell is shown. 4A is a plan view seen from the light-receiving surface side of the thin-film solar cell, FIG. 4B is a plan view seen from the non-light-receiving surface side, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line aa in FIG. 4 (d) is a cross-sectional view taken along line bb in FIG. 4 (a).
[0011]
Thin-film solar cell shown in FIG. 4, by providing extended a photoelectric conversion layer and the transparent electrode layer to the side edge of the photoelectric conversion unit has a configuration having an increased effective area ratio of the power generation, the production of its is This is done as follows. For example, the connection hole 7 is formed in the substrate 1 made of a plastic film, the lower electrode layer 2 made of metal is formed on the surface, and the third electrode layer 3 as the connection electrode layer made of metal is formed on the back surface. Open. Therefore, although the extension part of the lower electrode layer 2 and the 3rd electrode layer 3 is formed in the inner wall of the connection hole 7, these electrode layers are not formed in the current collection hole 8. FIG.
[0012]
Next, laser processing is performed on the lower electrode layer 2 to form a unit electrode lower
[0013]
Subsequently, the transparent electrode layer 5 is formed by sputtering. Here, since the wraparound to the back surface of the substrate is less in the transparent electrode layer 5 than in the photoelectric conversion layer 4, the transparent electrode layer 5 is short-circuited with the electrode layer around the connection hole 7 and the current collecting hole 8. Absent. Next, a fourth electrode layer 6 as a connection electrode layer is formed in a state where the periphery of the connection hole 7 is covered with a line mask. Thereby, the transparent electrode layer 5 is connected to the fourth electrode layer 6 through the current collecting holes 8.
[0014]
Next, the unit electrode transparent electrode processing line is formed so that the processing width is made narrower than the lower
[0015]
[Patent Document 1]
JP-A-6-342924 [Patent Document 2]
JP-A-10-233517 [Patent Document 3]
JP-A-8-186279 [0016]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the improved SCAF structure thin film solar cell shown in FIG. 4 has the following problems.
[0017]
As described above, the transparent electrode layer processing lines between the columns and at the ends need to be processed so as not to protrude and trace the lower electrode layer, and high accuracy is required. Furthermore, since a high-temperature photoelectric conversion layer and transparent electrode layer film forming process with a film forming temperature of 200 to 300 ° C. is inserted between the lower electrode layer processing and the transparent electrode layer processing, thermal deformation of the substrate occurs. Normally, a line processed into a rectangle is distorted into a parallelogram, and the angle at that time is 0 to 0.001 rad. For example, when a 1 m square solar cell is manufactured, the positional displacement due to distortion into a parallelogram is 1 mm at the maximum, which is larger than the lower electrode processing line width of several μm. Therefore, in order to manufacture such a large area solar cell, it is necessary to perform angle correction at the time of processing the transparent electrode layer, the control is complicated, the apparatus cost is increased, and the alignment time is increased, resulting in a decrease in throughput. There was a problem.
[0018]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems , that is, the problem of insulation failure accompanying thermal deformation of the substrate . In particular, when a transparent electrode layer processing line is provided, a thin-film solar cell and a method for manufacturing the same that eliminates the need for angle correction at the time of processing the transparent electrode layer due to thermal distortion of the film substrate and reduces the manufacturing cost are provided. It is in.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to the invention of claim 1, a first electrode layer, a photoelectric conversion layer, and a transparent electrode layer (second electrode) as lower electrode layers are formed on the surface of a flexible substrate having electrical insulation. Layer) and a third electrode layer and a fourth electrode layer as connection electrode layers formed on the back surface of the substrate, the photoelectric conversion unit and the connection electrode layer being positioned with respect to each other. The unit photoelectric conversion portions (unit cells) that are patterned and adjacent to each other on the surface are electrically connected through the connection holes and the current collecting holes formed in the photoelectric conversion layer forming region. In a thin film solar cell connected in series, a patterning for electrically insulating the first electrode layer by a photoelectric conversion layer at an outer end along the series connection direction of the photoelectric conversion unit. Cell edge lower power A processing line is provided, and the photoelectric conversion layer and the transparent electrode layer are provided outside the cell end lower electrode processing line so as to extend to a side end of the photoelectric conversion unit, and further, the cell end lower electrode processing A cell end transparent electrode processing line for electrically insulating and separating the transparent electrode layer is provided outside the line across the transparent electrode layer, the photoelectric conversion layer, and the first electrode layer. The distance between the centers of the lines has a predetermined dimension such that the centers of the two processing lines do not overlap (invention of claim 1).
[0020]
According to the configuration, as will be described in detail later, by setting the distance between the centers of the two processing lines to a predetermined dimension, the centers of the two processing lines do not overlap even if thermal deformation occurs in the substrate. Thus, insulation between the transparent electrode layer and the lower electrode layer can be secured. Therefore, the angle correction at the time of processing the transparent electrode layer due to the thermal strain of the film substrate becomes unnecessary, and the manufacturing cost can be reduced.
[0021]
Moreover, since the thermal strain of the film substrate is 0.001 rad or less as described above, the invention of claim 2 is preferable as an embodiment of the invention of claim 1. That is, in the thin film solar cell according to claim 1, the predetermined dimension of the center-to-center distance is 0.05% or more of the length dimension along the series connection direction of the series-connected photoelectric conversion units (invoice). Item 2).
[0022]
As described above, by setting the distance between the centers to 0.05% or more, the problem of insulation failure due to thermal deformation of the substrate is solved. On the other hand, from the viewpoint of increasing the effective power generation area of power generation, it is desirable to make the distance between the centers as small as possible. Therefore, although some margin is taken into consideration, a dimension as close as possible to 0.05% is desirable, and it is selected in a range that does not become smaller than the conventional effective power generation area ratio of 90 to 94%.
[0023]
Furthermore, as a method for manufacturing the thin film solar cell, the invention of claim 3 is preferable from the viewpoint of facilitating processing of the processing line. That is, in the method for manufacturing a thin-film solar cell according to claim 1 or 2, the cell end lower electrode processing line and the cell end transparent electrode processing line are formed by laser processing.
[0024]
Further, in order to eliminate the insulation failure problems due to thermal distortion of the film substrate, without providing the cell ends transparent electrode processing line may be a as follows configuration. That is, a photoelectric conversion part formed by sequentially laminating a first electrode layer as a lower electrode layer, a photoelectric conversion layer, and a transparent electrode layer (second electrode layer) on the surface of an electrically insulating substrate, and a back surface of the substrate A third electrode layer and a fourth electrode layer as the formed connection electrode layers, wherein the photoelectric conversion part and the connection electrode layer are patterned into unit parts while being shifted from each other, and within the photoelectric conversion layer formation region In the thin film solar cell in which unit photoelectric conversion portions (unit cells) that are patterned and adjacent to each other on the surface are electrically connected in series through the formed connection hole and the current collection hole, A cell end lower electrode processing line for patterning is provided on the outer end along the serial connection direction, and the photoelectric conversion layer and the transparent electrode layer are arranged outside the cell end lower electrode processing line. Be provided to extend up to the side end, further, the connection electrode layer, the region having the predetermined width dimension from the end, and made by removing from the back surface of the substrate.
[0025]
When the cell edge transparent electrode processing line is not provided, the transparent electrode layer and the connection electrode layer are close to each other through the film substrate, so that migration of the electrode may occur during actual use and cause insulation failure. In order to avoid this, as described above, the connection electrode layer is completely removed from the side end portion. In the case where the fourth electrode layer as the connection electrode layer is formed sufficiently smaller than the third electrode layer as in the example shown in FIG. 4, only the third electrode layer may be removed. .
[0026]
The embodiments of the removal processing width, predetermined dimension width of the area to be removed of the connection electrode layer, it is preferable to at least 0.5 mm.
[0027]
In addition, as a method for manufacturing the thin film solar cell , the cell end lower electrode processing line is preferably formed by laser processing, and the region where the connection electrode layer is removed is processed by laser processing or an ultrasonic transducer. , It is preferably formed by any one of sandblasting methods. In particular, processing by an ultrasonic vibrator or sandblast is preferable because wide processing can be easily performed.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is a configuration diagram of a thin film solar cell according to the first embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a plan view seen from the light receiving surface side of the thin film solar cell, and FIG. 1 (b) is a non-light receiving surface. FIG. 1C is a sectional view taken along the line aa in FIG. 1A, and FIG. 1D is a sectional view taken along the line bb in FIG. 1A.
[0030]
In FIG. 1, the same functional members as those in FIG. The basic difference between FIG. 1 and FIG. 4 is that a cell end transparent
[0031]
The manufacturing procedure of the solar cell shown in FIG. 1 will be described later. First, the significance of the center-to-center distance X will be described in detail based on FIG. FIG. 2 schematically shows a plan view of FIG. 1A for convenience of explanation, and exaggerates the relationship between the cell end lower
[0032]
In FIG. 2, L represents the length along the direction of the series connection of the photoelectric conversion unit connected in series four unit cells, theta denotes the angle of the base Dzu rather strain thermal strain of the film substrate. As shown in the figure, when the reference point is at the center in the series connection direction, the distance X between the centers of the two processing lines is X ≧ 1/1 so that the centers of the two processing lines do not overlap. 2 × Lθ. Note that when the lower left or upper right of FIG. 2, before SL has partially overlaps the cell end part
[0033]
Next, although the manufacturing procedure of the solar cell shown in FIG. 1 partially overlaps with the description of FIG. 4, it will be described below. After forming a connection hole 7 in a substrate 1 made of a heat-resistant plastic film such as polyimide or aramid by punching and forming a lower electrode layer 2 made of metal on the surface and a third electrode layer 3 made of metal on the back surface, Open the current collecting hole 8. Accordingly, the extension portions of the lower electrode 2 and the third electrode layer 3 are formed on the inner wall of the connection hole 7, but these electrode layers are not formed inside the current collection hole 8. Next, laser processing is performed on the lower electrode layer 2 to form a lower
[0034]
Subsequently, the substrate 1 is carried into a stepping roll type film forming apparatus, and the photoelectric conversion layer 4, the transparent electrode layer 5, and the fourth electrode layer 6 are formed. At this time, the photoelectric conversion layer 4 is made of amorphous silicon (a-Si) having a pin structure, amorphous silicon germanium (a-SiGe), or microcrystalline silicon, and is formed at a substrate temperature of 200 to 300 ° C. by plasma CVD. The transparent electrode layer 5 is made of ITO, SnO 2 , ZnO or the like, and the fourth electrode layer 6 is made of Ni, Cu or the like, and each is formed at a temperature of 150 to 250 ° C. by sputtering or vapor deposition. . At this time, at the same time, the photoelectric conversion layer 4 is formed so as to go around the back surface of the substrate as described above. Since the transparent electrode layer 5 has less wraparound to the back surface than the photoelectric conversion layer 4, the transparent electrode layer 5 is not short-circuited with the electrode layer around the connection hole 7 and the current collection hole 8. The fourth electrode layer 6 is formed in a state where the periphery of the connection hole 7 is covered with a line mask. Thereby, the transparent electrode layer 5 is connected to the fourth electrode layer 6 through the current collecting holes 8.
[0035]
Next, image recognition is performed for each lower
[0036]
As described above, since the distortion θ of the film substrate is 0.001 rad or less, the distance of 0.05% or more of the length of the thin-film solar cell (L in FIG. 2) if the reference point is near the center in the series connection direction. By placing (X in FIG. 2), electrical leakage in the processing line can be prevented. In this case, the transparent electrode layer 5 is electrically connected to the lower electrode layer 2 directly below through the cell edge transparent
[0037]
Next, the embodiment of FIG. 3 will be described. 3 (a) to 3 (d) are views similar to FIGS. 1 (a) to 1 (d). The same functional members are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In the embodiment of FIG. 3, the cell edge transparent electrode processing line is not provided.
[0038]
In this case, since the transparent electrode layer 5 and the third electrode layer 3 as the connection electrode layer are close to each other through the thickness of the film substrate 1, there is a possibility that migration of the electrode occurs during actual use and causes insulation failure. In order to avoid this, a partial region (the h portion in FIG. 3) of the third electrode layer 3 at least 0.5 mm or more from the end portion is completely removed to form a cell end connection electrode layer removal region 12a . . As this removal method, it is preferable to perform a wide processing of 0.5 mm or more, for example, 1 mm or more by laser, ultrasonic vibrator or sandblasting, and finally cut the processing line.
[0039]
It mentioned above, according to these embodiments, since the lower electrode processing line near the end of the cell surface is covered with a film of a-Si-based, pair by blocking the entry of moisture of the film substrate F climate There is also an effect of improving the performance.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, in the SCAF type thin film solar cell, the first electrode layer is electrically insulated by the photoelectric conversion layer at the outer end along the series connection direction of the photoelectric conversion units. The cell end lower electrode processing line for patterning is provided, and the photoelectric conversion layer and the transparent electrode layer are provided outside the cell end lower electrode processing line so as to extend to the side end of the photoelectric conversion unit, and A cell end transparent electrode processing line for electrically insulating and separating the transparent electrode layer outside the cell end lower electrode processing line extends across the transparent electrode layer, the photoelectric conversion layer, and the first electrode layer. Te provided, and the distance between the centers of the two processing lines, since the assumed to have a predetermined dimension such that they do not overlap the center of the two processing lines (the invention of claim 1),
The problem of insulation failure due to thermal deformation of the substrate can be solved.
In the invention of claim 1, the cell end lower electrode processing line and the cell end transparent electrode processing line are formed by laser processing, and the region where the connection electrode layer is removed is formed by laser processing, Because we decided to form by either method of processing with a sound wave vibrator or sandblasting,
Control during cell edge transparent electrode processing line processing accompanying thermal strain of the film substrate is simplified (no angle correction is required), and a low-cost and highly reliable solar cell can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged schematic view of the relationship between a cell end lower electrode processing line and a cell end transparent electrode processing line in FIG. FIG. 3 is a block diagram of a thin film solar cell according to an embodiment different from FIG . 1. FIG. 4 is a block diagram of a thin film solar cell according to a conventional improved SCAF configuration. FIG. 6 is a perspective view showing the outline of the manufacturing process of the SCAF type thin film solar cell.
1: substrate, 2: first electrode layer (lower electrode layer), 3: third electrode layer, 4: photoelectric conversion layer, 5: second electrode layer (transparent electrode layer), 6: fourth electrode layer, 7: Connection hole, 8: Current collecting hole, 9a: Lower electrode processing line between unit cells, 9b: Transparent electrode processing line between unit cells, 10a: Cell end lower electrode processing line, 10b: Cell end transparent electrode processing line, 11: Unit cell connection electrode processing line, 12: cell end connection electrode processing line.
Claims (3)
前記光電変換部の前記直列接続方向に沿った外側端部に、前記第１電極層を光電変換層により電気的に絶縁するためのパターニング用のセル端部下電極加工ラインを設け、かつ、前記光電変換層と透明電極層とは、前記セル端部下電極加工ラインの外側に光電変換部の側端まで延長して設けてなり、
さらに、前記セル端部下電極加工ラインの外側に、前記透明電極層を電気的に絶縁分離するためのセル端部透明電極加工ラインを、前記透明電極層と光電変換層と第１電極層とにまたがって設け、かつ前記両加工ラインの中心間距離は、前記両加工ラインの中心が重ならないような所定寸法を有することを特徴とする薄膜太陽電池。A photoelectric conversion part in which a first electrode layer as a lower electrode layer, a photoelectric conversion layer, and a transparent electrode layer (second electrode layer) are sequentially laminated on the surface of a flexible substrate having electrical insulation; and a back surface of the substrate A third electrode layer and a fourth electrode layer as connection electrode layers formed on the substrate, wherein the photoelectric conversion portion and the connection electrode layer are patterned into unit portions while being shifted from each other, In the thin film solar cell formed by electrically connecting in series the unit photoelectric conversion portions (unit cells) adjacent to each other patterned on the surface through the connection hole and the current collecting hole formed in
A cell end lower electrode processing line for patterning for electrically insulating the first electrode layer by the photoelectric conversion layer is provided at an outer end along the series connection direction of the photoelectric conversion unit, and the photoelectric conversion unit The conversion layer and the transparent electrode layer are provided to extend to the side end of the photoelectric conversion portion outside the cell end lower electrode processing line,
Furthermore, outside the cell end lower electrode processing line, a cell end transparent electrode processing line for electrically insulating and separating the transparent electrode layer is provided on the transparent electrode layer, the photoelectric conversion layer, and the first electrode layer. The thin-film solar cell is provided so as to have a predetermined dimension such that the distance between the centers of the two processing lines does not overlap the centers of the two processing lines.
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