JP5297840B2 - 積層体、薄膜光電変換素子、集積型薄膜太陽電池およびそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、例えば、液晶表示素子作成用の透明ガラス基板へ測定光を照射し、該基板からの測定光の反射光を、測定器本体とセンサ部との間で光ファイバを介して交互に送受信することにより、基板上に形成された透明または半透明の薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置および膜厚測定方法が提案されている。
半導体層の膜厚は薄膜太陽電池の出力特性を大きく左右するため、大量生産する場合に半導体層の膜厚が所定膜厚となっているか正確に管理する必要があるが、上述のように導電層の表面凹凸の影響により半導体層を光学的な膜厚測定装置で高精度に検査することができない。
前記層厚被測定部位は、支持体の表面の粗さが、支持体の他の表面の粗さよりも小さい表面粗さ低減領域を備えている積層体が提供される。
図1は本発明に係る実施形態1の積層体の部分断面およびその半導体層の膜厚測定方法の概念を説明する図である。
この積層体S1は、凹凸表面c1を有する支持体B1と、支持体B1の凹凸表面c1上に形成された半導体層Tと、半導体層Tの層厚が光学的に測定されるように構成された層厚被測定部位G1とを備える。
層厚被測定部位G1は、積層体S1の一部の領域R1に設けられており、半導体層Tの層厚tを測定する部分である。
また、下地層b1は、前記領域R1に、凹凸表面c1の表面粗さよりも小さい表面粗さを有する表面粗さ低減領域d1が形成されている。なお、図1において、符号R2は積層体S1における凹凸表面c1が形成されている領域を表している。
ここで、凹凸表面c1は、原子レベルの表面凹凸ではなく、表面粗さがRMS値で10nm以上の凹凸表面を意味する。
表面粗さ低減領域d1の凹み形状は、支持体B1を平面としたときの法線Pに対して、凹曲面に接する接線P1の角度θが45°以上傾いた形状であることが好ましい。角度θが45°を下回ると、表面粗さ低減領域d1の落ち込みが急となる、すなわち、表面粗さ低減領域d1の開口端から底部にかけての内側面の角度が法線Pと平行に近くなるため、下地層b1上に半導体層Tを結晶成長させていくと、内側面と底部との間および内側面と凹凸表面c1との間で半導体層Tにクラックが入る可能性が高くなる。
このような閉図形の表面粗さ低減領域d1は、例えば、公知のガルバノスキャニング式レーザにて形成することができる。なお、ライン加工レーザにて線溝状(開図形)の表面粗さ低減領域d1を下地層b1に形成してもよいが、溝形成面積が不必要に大きくなるため好ましくない。
また、半導体層Tは、下地層b1の表面粗さ低減領域d1の位置に、表面粗さ低減領域d1と同形状の凹部が形成されると共に、下地層b1の凹凸表面c1の領域R2にその凹凸表面c1の形状が反映された凹凸表面が形成される。
この半導体層Tとしては、特に限定されるものではなく、例えば、シリコン系半導体、CIS(CuInSe2)化合物半導体、CIGS(Cu(In,Ga)Se2)化合物半導体、CdTe系化合物半導体、ITO、ZnO等からなる半導体層が挙げられる。半導体層Tがシリコン系半導体、CIS(CuInSe2)化合物半導体、CIGS(Cu(In,Ga)Se2)化合物半導体、CdTe系化合物半導体からなる場合の具体例としては、pn接合またはpin接合を有する光電変換層が挙げられる。
以下、一例として、基板a1が4mm厚のガラスであり、下地層b1が透明導電層(SnO2)であり、半導体層Tがシリコン系薄膜半導体からなる光電変換層である場合の評価結果について示す。
また、各被評価積層体を評価するために、表面粗さのRMS値が1.8nm、厚さ4mmのガラス基板上に下地層なしで半導体層を設定膜厚300nmで形成した基準積層体を作製した。この基準積層体は、半導体層の下地面が下地層よりもフラットなガラス基板面であるため、半導体層の膜厚をエリプソメトリにより測定したときの誤差が各被評価積層体よりも少なくなり、各被評価積層体の半導体層Tの膜厚測定値を評価することができる。
基準積層体および各被評価積層体の半導体層の膜厚測定に際しては、まず、エリプソメトリにて測定し、その後、各半導体層に幅60μmの溝をレーザースクライブにより形成し、各半導体層の溝部分の段差を段差計にて測定した。なお、段差計により半導体層の膜厚測定値は、エリプソメトリに比して半導体層の下地表面の凹凸の影響が小さい値であるため、エリプソメトリによる膜厚結果の評価基準とすることができる。
図14に示す結果から、下地層b1の表面粗さ(RMS)を低減することにより膜厚測定の誤差が少なくなることが明らかになった。
例えば、半導体層Tの層厚をエリプソメトリにて誤差5%未満の精度で測定できるようにするためには、表面粗さ低減領域d1のRMS値と非層厚測定領域R2のRMS値との比が0.9以下となるように、表面粗さ低減領域d1を形成することが好ましい。この場合、支持体B1の凹凸表面c1の表面粗さが例えばRMS値25.4nmであると、表面粗さ低減領域d1の表面粗さはRMS値23nm未満とされる。
また、表面粗さ低減領域d1のRMS値と非層厚測定領域R2のRMS値との比が0.8以下となるように表面粗さ低減領域d1を形成すると、誤差3%未満にすることができるためさらに好ましい。この場合、例えば、支持体B1の凹凸表面c1の表面粗さがRMS値25.4nmであると、表面粗さ低減領域d1の表面粗さはRMS値20nm未満とされる。
さらに、本発明は、絶縁基板上に凹凸表面を有する導電層および導電層上に形成された半導体層(光電変換層)Tを有する積層体S1と、半導体層T上に形成された対向電極とを備えた薄膜光電変換素子、集積型薄膜太陽電池および集積型薄膜太陽電池モジュールを提供することができる。これらについて、詳しくは後述する。
実施形態1の積層体S1の製造方法では、凹凸表面c1を有する支持体B1上に、半導体層Tおよび半導体層Tの層厚が光学的に測定されるための層厚被測定部位G1を形成する。
具体的には、まず、支持体B1の凹凸表面c1における層厚被測定部位形成領域R1に、領域R1の支持体B1の表面粗さが他の領域R2の表面粗さよりも小さい表面粗さ低減領域d1を形成し、その後、支持体B1の凹凸表面c1上に半導体層Tを形成することにより、積層体S1を製造する。この場合、支持体B1は、基板a1上に凹凸表面c1を有する下地層b1が形成されたものである。
さらに、この製造方法は、積層体S1の領域R1に測定光L1を照射し反射した反射光L2を受光する光学的層厚測定法によって半導体層Tの層厚を測定する工程を含んでもよい。
以下、一例として、基板a1が透光性絶縁基板(例えばガラス、ポリイミド等)であり、下地層b1が透明導電層(例えばZnOまたはSnO2を含む材料)であり、半導体層Tが光電変換層(例えばシリコン系半導体、CIS(CuInSe2)化合物半導体、CIGS(Cu(In,Ga)Se2)化合物半導体等)である積層体を製造する場合について説明する。なお、支持体B1は、例えば、旭硝子株式会社製のSnO2膜付きガラス基板を用いることができ、SnO2膜は表面粗さがRMS値20〜100nm程度の表面凹凸を有している。
例えば、下地層b1における非層厚測定領域R2の凹凸表面c1のRMS値が25〜50nmである場合に層厚測定領域R1のRMS値が23〜45nm未満となるように表面粗さ低減領域d1を形成する。さらに、法線Pに対して凹形の内側へ45°以上傾いた内面を有する凹形状となり、かつ、平面視形状が円形となり、かつ、凹形の底部に下地層b1の薄膜部b11を残存させるように、表面粗さ低減領域d1を形成する。
この際、例えば、IRレーザにて基板a1付近まで下地層b1(透明導電層)を除去することにより、凹曲面状の表面粗さ低減領域d1を形成することができる。
具体例としては、RMS値25.4nmの凹凸表面c1を有する非層厚測定領域R2にYVO4レーザの基本波を照射することで、下地層b1の一部を除去し、表面粗さ低減領域d1を形成する場合、レーザ条件として、加工点のパワーを6W、周波数を20kHz、1ショットの加工スポット径を直径60μmとすることができる。このとき、下地層b1の厚み方向で70%程度が除去され、30%程度が基板a1上に残る。またこのとき、ショットの重ね合わせにより単位面積当たりの累積レーザ照射量を制御すると、例えば隣接した加工点との重なり面積割合を0%〜80%と変えてスキャンすると、表面粗さ低減領域d1のRMSをそれぞれ9.8nm〜24.8nmとすることができる。この際、ショットの重ねあわせをスキャンスピード、加工ピッチにより制御するが、ショットの重ね合わせの制御方法はこの方法によらず、加工スポット径、周波数等を変化させてもよい。
上述した方法によって作製した表面粗さ低減領域d1と非層厚測定領域R1との段差断面プロファイルを図15に示す。これによると、表面粗さ低減領域d1の凹み形状は、支持体B1を平面としたときの法線Pに対して、凹曲面に接する接線P1の角度θが45°以上傾いた形状となった。
「シリコン系半導体」とは、非晶質又は微結晶シリコン、又は非晶質又は微結晶シリコンに炭素やゲルマニウム又はその他の不純物が添加された半導体(シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム等)を意味する。また、「微結晶シリコン」とは、結晶粒径が小さい(数十から千Å程度)結晶シリコンと、非晶質シリコンとの混合相の状態のシリコンを意味する。微結晶シリコンは、例えば、結晶シリコン薄膜をプラズマCVD法などの非平衡プロセスを用いて低温で作製した場合に形成される。
p型半導体層には、ボロン、アルミニウム等のp型不純物原子がドープされており、n型半導体層にはリン等のn型不純物原子がドープされている。i型半導体層は、完全にノンドープである半導体層であってもよく、微量の不純物を含む弱p型または弱n型で光電変換機能を十分に備えている半導体層であってもよい。なお、本明細書において、「非晶質層」及び「微結晶層」は、それぞれ、非晶質および微結晶の半導体層を意味する。
さらには、この薄膜光電変換素子の製造方法を利用して、複数の薄膜光電変換素子が互いに電気的に直列接続した集積型薄膜太陽電池を製造することができる。これについて詳しくは後の別の実施形態で説明する。
図2は本発明に係る実施形態2の積層体の部分断面およびその半導体層の膜厚測定方法の概念を説明する図である。この積層体S2は、支持体B2が基板a1上に凹凸表面c1を有する下地層b1が積層されてなる点は実施形態1と同じであるが、下地層b1の層厚測定領域に形成された表面粗さ低減領域d2が実施形態1とは異なる。図2において、実施形態1と同様の要素には同一の符号を付している。
この表面粗さ低減領域d2は、まずIRレーザにて基板a1付近まで下地層b1を除去し、その後、基板a1の表面付近の下地層b1の残存膜をSHGレーザにて除去することにより形成される。SHGレーザでの加工は、加工点のパワーを15Wに変更すること以外は実施形態1の方法と同じレーザ条件で行うことができる。
実施形態2の場合も実施形態1と同様に、エリプソメトリにて半導体層Tの層厚tを測定することができる。この際、表面粗さ低減領域d2の基板a1の表面粗さは下地層b1の凹凸表面c1よりも小さいため、反射光L2には測定光L1が凹凸表面c1の山部と谷部で反射した成分が含まれていないため、高精度に半導体層Tの膜厚tを測定することができる。それに加え、反射光L2が基板a1の平滑な平面を反射しているため、実施形態1よりも半導体層Tの膜厚評価が容易となる。
図3は本発明に係る実施形態3の積層体の部分断面およびその半導体層の膜厚測定方法の概念を説明する図である。
この積層体S3が実施形態1の積層体S1と異なる点は、支持体B1が凹凸表面c3を有する基板a3からなり、基板a3の層厚測定領域R1に凹形の表面粗さ低減領域d3が形成され、表面粗さ低減領域d3を有する基板a3上に半導体層Tが積層された点である。なお、図3において、実施形態1と同様の要素には同一の符号を付している。
基板a3に表面粗さ低減領域d3を形成する場合、基板a3の一部を除去可能なレーザまたはエッチングを用いて実施形態1と同様の表面粗さおよび形状の表面粗さ低減領域d3を形成すればよい。例えば、基板a3が凹凸表面を有する単結晶Si基板からなる場合、研磨加工を施すことによって、表面粗さ低減領域d3を形成することができる。
実施形態3の場合も実施形態1と同様に、エリプソメトリにて半導体層Tの層厚tを高精度に測定することができる。
図4は本発明に係る実施形態4の積層体の部分断面およびその半導体層の膜厚測定方法の概念を説明する図である。
実施形態4の積層体S4は、実施形態1(図1)の表面粗さ低減領域d1を有する支持体B1を有する点は同じであるが、層厚被測定部位G4が異なっている。なお、図4において、実施形態1と同様の要素には同一の符号を付している。
この際、反射光L4には測定光L3が凹凸表面c1の山部と谷部で反射した成分が含まれていないため、高精度に半導体層Tの膜厚tを測定することができる。また、レーザ顕微鏡M2により非接触で半導体層Tの膜厚tを測定するため、触針式段差計のように半導体層Tに接触して剥離させるおそれがない。
図5は本発明に係る実施形態5の積層体の部分断面およびその半導体層の膜厚測定方法の概念を説明する図である。
実施形態5の積層体S5は、実施形態2(図2)の表面粗さ低減領域d2を有する支持体B2を有し、かつ、層厚被測定部位G5は実施形態4と同様に半導体層Tに貫通孔Hを有している。なお、図5において、実施形態2および4と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態5の場合も実施形態4と同様に、レーザ顕微鏡にて半導体層Tの層厚tを測定することができる。この際、反射光L2が基板a1の平滑な平面を反射しているため、実施形態4よりも半導体層Tの膜厚評価が容易となる。
図6は本発明に係る実施形態6の積層体の部分断面およびその半導体層の膜厚測定方法の概念を説明する図である。
実施形態6の積層体S6は、実施形態3(図3)の表面粗さ低減領域d3を有する支持体B3を有し、かつ、層厚被測定部位G6は実施形態4および5と同様に半導体層Tに貫通孔Hを有している。なお、図6において、実施形態3、4および5と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態6の場合も実施形態4と同様に、レーザ顕微鏡にて半導体層Tの層厚tを高精度に測定することができる。
図8は本発明の実施形態7を示す平面図である。この実施形態7は、実施形態1および2の積層体の半導体層上に対向電極が形成されてなる薄膜光電変換素子が複数個電気的に直列接続された集積型薄膜太陽電池を複数備えた集積型薄膜太陽電池モジュールである。図9は、この集積型薄膜太陽電池モジュールの直列接続方向に切断した断面図である。
なお、図8において、矢印Aは直列接続方向を表し、矢印Eは電流方向を表している。以下、単に上流側または下流側と称する場合は、電流方向Eの上流側または下流側を意味する。
薄膜光電変換素子5a、5cによって上流側に配置された8個のストリングFは相互に並列接続され、薄膜光電変換素子5b、5cによって下流側に配置された8個のストリングFは相互に並列接続されている。なお、矢印B方向に隣接するストリングF同士は、膜が存在しないストリング分離溝8によって電気的に絶縁されている。
また、各薄膜光電変換素子5a、5b、5cの対向電極層4上にはろう材を介して第1、第2および第3集電電極6、7、14が電気的に接続されている。第1〜第3集電電極6、7、14としては、例えば銅線、はんだメッキ銅線等が用いられる。
図9に示すように、ストリングFは、隣接する2つのセル5の間に対向電極層4および光電変換層3が除去されて形成された素子分離溝9を有している。この素子分離溝9は、一つのセル5の対向電極4および光電変換層3と、隣接する他のセル5の対向電極4および光電変換層3とを分離するよう、矢印B方向に延びて形成されている。
また、一つのセル5の対向電極層4の一端(電流方向Eの上流側端部)は、光電変換層3を貫通する導電部4aを介して隣接するセル5の導電層2の延出部2aと電気的に接続している。なお、導電部4aは、対向電極層4と同一工程にて同一材料で一体的に形成することができる。
この実施形態の場合、最上流側のセル5aの導電部11aは、第1集電電極6よりも下流側に配置され、最下流側のセル5bの導電部11bは、第2集電電極7よりも上流側に配置されている。
また、この場合、発電に寄与しないセル5aは第1集電電極6を接合するための領域として存在しているが、下流側に隣接するセル5の対向電極4にセル5aを介して第1集電電極6を電気的に接続するために、セル5、5a間に導電部4aおよび素子分離溝9を形成する必要がある。
したがって、図9のように、セル5aが発電に寄与する部分を有するよう設計すれば、発電寄与部分の対向電極4に直接第1集電電極6を接合することとなり、実質的に上述のセル5、5a間の導電部4aおよび素子分離溝9を省略できたことになって好ましい。
図8の場合、ストリング分離溝8は隣接する2つのストリングFを完全に分割しておらず、両端のセル5a、5bは矢印B方向に長く延びており、そのため、全てのストリングFの両端はそれぞれ共通の対向電極層4を介して第1および第2集電電極6、7と電気的に並列接続されていることになる。
また、ストリング分離溝8によって隣接する2つのストリングFを完全に分割する場合でも、第1および第2集電電極6、7によって全てのストリングFは電気的に並列接続されていることになる。
また、複数のストリングFは、透光性絶縁基板1の外周端面(四辺の端面)よりも内側に形成されている。つまり、絶縁基板1の表面の外周領域は、導電層2、光電変換層3および対向電極層4が形成されていない前記トリミング領域12とされており、その幅は太陽電池の出力電圧に応じた寸法範囲に設定されている。
この太陽電池モジュールには、複数の薄膜光電変換素子における光電変換領域と、複数の薄膜光電変換素子における光電変換領域外の少なくとも一方に、上述の実施形態1、2、4または5で説明した層厚被測定部位Gが配置されている。つまり、複数の薄膜光電変換素子のうちの任意の素子の導電層2に凹み形状の表面粗さ低減領域を有する層厚被測定部位Gが形成されている。この層厚被測定部位Gは上述したように光電変換層3の厚みを測定するためのものである。
この実施形態の場合、導電層2は凹凸表面を有しており、この凹凸表面は表面粗さがRMS値で25nm〜50nmであり、層厚被測定部位Gは導電層2の表面粗さ低減領域がRMS値で23〜45nm未満で形成されている。
また、図9では図示されていないが、層厚被測定部位Gは、導電層2が最終的に除去されるトリミング領域12の形成予定位置とストリング分離溝8の形成予定位置の少なくとも一方に形成されてもよい。トリミング領域12の形成予定位置は前記外周部に層厚被測定部位Gを形成するのに好都合であり、ストリング分離溝8の形成予定位置は前記中央部と外周部の間部分および中央部付近に層厚被測定部位Gを形成するのに好都合である。また、層厚被測定部位Gは、導電層2は残るが光電変換層3は最終的に除去される素子分離溝9の形成予定位置(非光電変換領域)に配置されてもよい。
なお、このような層厚被測定部位Gの配置箇所の例を図8において●印で示したが、無論、配置箇所や配置数はこれに限定されるものではない。
この太陽電池モジュールは、絶縁基板1上に凹凸表面を有する導電層の2上に光電変換層(半導体層)3および対向電極層4をこの順に形成する工程と、複数のセル(薄膜光電変換素子)が電気的に直列接続して形成されるように対向電極層4と光電変換層3の一部を除去して素子分離溝9を形成する工程と、絶縁基板1の外周部上に積層された導電層2、光電変換層3および対向電極層4を除去してトリミング領域12を形成する工程と、複数のセル5、5a、5b、5cが形成されるように導電層2、光電変換層3および対向電極層4の一部を除去してストリング分離溝8を形成する工程とを含み、さらに、導電層2上に光電変換層3を形成する前に、導電層3における任意の領域に層厚被測定部位Gを形成する製造方法により製造することができる。
ここで、任意の領域は、光電変換層3の膜厚分布を正確に管理できる上述の位置が好ましい。
次に、図8および図9で説明した位置に層厚被測定部位Gを有する太陽電池モジュールを製造する場合を例として具体的に説明する。
成膜工程では、図10(A)に示すように、まず、透光性絶縁基板1の表面全面に、CVD、スパッタ、蒸着等の方法により膜厚600〜1000nmの透光性導電層2を形成する。この際、表面粗さがRMS値20nm〜100nmとなるように導電層2を形成する。
次に、図10(B)に示すように、導電層2を部分的に光ビームによって除去して電極分離ライン10を形成することにより導電層2を所定パターンに形成する。この際、YAGレーザの基本波(波長:1064nm)を透光性絶縁基板1側から照射することにより、透光性導電層2は所定幅で短冊状に分離され、電極分離ライン10が所定間隔で形成される。
次に、図10(C)に示すように、導電層2の所定位置に凹み形状の表面粗さ低減領域dを形成する。導電層2への表面粗さ低減領域dの形成は、実施形態1および2で説明したガルバノスキャニング式レーザにより行うことができ、このとき、例えば、表面粗さがRMS値23〜45nm未満、直径1〜5mm程度、深さ100〜1000nm程度の円形の表面粗さ低減領域dを形成する。なお、図10(C)において、符号12aはトリミング領域の形成予定領域を表している。
この後、得られた基板を純水で超音波洗浄し、その後、図11(A)に示すように、プラズマCVDにより電極分離ライン10を完全に埋め込むように光電変換層3を導電層2上に形成する。例えば、第1電極2上にa-Si:Hp層、a-Si:Hi層(膜厚150nmから300nm程度)、a-Si:Hn層をこの順に積層して上部半導体層を形成し、上部半導体層上にμc-Si:Hp層、μc-Si:Hi層(膜厚1.5μmから3μm程度)、μc-Si:Hn層をこの順に積層して下部半導体層を形成する。
この工程において、導電層2の各表面粗さ低減領域d上に光電変換層3が形成されることにより各層厚被測定部位Gが形成されたことになる。
導電層2上に光電変換層3を形成して図11(A)に示す積層体Sを作製した後、上述の実施形態1および2(図1および図2)で説明したようにエリプソメトリにて層厚被測定部位Gの光電変換層3の膜厚tを測定する。このとき、上述のように、層厚被測定部位Gでは光電変換層3の膜厚tを高精度に測定することができる。それに加え、絶縁基板1の中央部と外周部に配置された層厚被測定部位Gの光電変換層3の膜厚tを測定することにより、光電変換層3の膜厚分布を高精度に管理することが可能となる。
次に、図11(C)に示すように、CVD、スパッタ、蒸着等の方法によりコンタクトラインを完全に埋め込むように対向電極層4を光電変換層3上に形成する。
この工程では、導電膜を透明導電層(ZnO、ITO、SnO2等)と金属膜(Ag、Al等)の2層構造にすることができる。透明導電層の膜厚としては10〜200nm、金属膜の膜厚としては100〜500nmとすることができる。
上述の成膜工程後、図12(B)に示すように、透光性絶縁基板1の外周端面から内側へ所定幅で、透光性絶縁基板1の表面の外周部(トリミング領域の形成予定領域12a)に形成されているセル部分である導電層2、光電変換層3および対向電極層4をYAGレーザの基本波を用いて除去してトリミング領域12を全周に形成する。これにより、トリミング領域の形成予定領域12aに設けられていた層厚被測定部位Gも除去される。
この際、まず、YAGレーザの基本波(波長:1064nm)を透光性絶縁基板1側から照射することにより、導電層2、光電変換層3および対向電極層4を部分的に除去して第1溝を形成し、その後、導電層2に対する透過性が高いYAGレーザの第二高調波またはYVO4レーザの第二高調波を透光性絶縁基板1側から照射することにより、光電変換層3および対向電極層4を第1溝の幅よりも広い幅で部分的に除去して第2溝を形成することにより、ストリング分離溝8を形成することができる。第1溝より幅広い第2溝を後から形成することにより、第1溝の形成によって飛散して溝内面に付着した導電材料を除去することができ、導電層2と対向電極層4との短絡を回避することができる。
図9に示すように、各ストリングSの直列接続方向Aの両端のセル5a、5bおよび中間のセル5cの対向電極層4上にろう材(例えば、銀ペースト)を塗布し、第1、第2、第3集電電極6、7、14を加圧接着しかつ加熱することにより、第1、第2、第3集電電極6、7、14を対向電極層4に電気的に接続して、電流の取り出し部を作製する。
この際、押力としては、例えば60N程度、熱エネルギーとしては、例えば300℃程度であるが、セル5a、5b、5cは薄いため、第1、第2、第3集電電極6、7、14の直下部分に短絡箇所が形成される場合がある。
また、第2集電電極7と接合したセル5bは、電極分離ライン10によって上流側のセル5の導電層2と絶縁分離され、かつ導電層2と対向電極層4を予め導電部11bにて短絡させているため、短絡部に電流が流れず、局所的な発熱が未然に防止されている。
また、上流側のセル5の導電層2から導電部4aを介して第3集電電極14と接合したセル5cの対向電極層4へ電流が流れても、電流の大部分は第3集電電極14から取り出され、電流の一部は光電変換層3を通って電極分離ライン10よりも下流側の導電層2へ流れる。したがって、セル5cにおいて、第3集電電極14の直下の光電変換層3内に短絡箇所があったとしても、電流が短絡箇所に流れることによる局所的な発熱はほとんどない。また、第3集電電極14の直下の光電変換層3で電流が発生しても、その電流が短絡箇所に流れて発熱する心配はない。
次に、太陽電池の裏面側(非受光面側)に接着層の材料として透明なEVAシートおよび裏面封止材を重ね、真空ラミネート装置を用いて接着層を介して裏面封止材を太陽電池に接着して封止する。この時、裏面封止材として、PET/Al/PETの積層フィルムを用いることが好ましい。
その後、図示しない取り出し線を端子ボックスの出力線と電気的に接続し、端子ボックスを裏面封止材に接着し、シリコーン樹脂で端子ボックス内を充填する。そして、薄膜太陽電池の外周部に金属フレーム(例えば、アルミフレーム)を取り付けて製品化を完了させる。
図13は本発明の実施形態8を示す平面図である。この実施形態8は、実施形態1および2の積層体の半導体層上に対向電極が形成されてなる薄膜光電変換素子が複数個電気的に直列接続された集積型薄膜太陽電池である。
この集積型薄膜太陽電池は、上述の実施形態7の図12(B)で説明したストリング分離溝8を形成せず、最上流と最下流のセル5a、5bのみに第1、第2集電電極6、7を接合すること以外は、実施形態7の製造方法に準じて製造することができる。ただし、実施形態8の集積型薄膜太陽電池の場合、最上流と最下流のセル5a、5bの間の複数のセル5の矢印A方向の幅はほぼ同一である。
2 導電層
4 対向電極層
5 薄膜光電変換素子(セル)
8 ストリング分離溝
9 素子分離溝
12 トリミング領域
c1、c3 凹凸表面
B1、B2、B3 支持体
d、d1、d2、d3 表面粗さ低減領域
G、G1、G2、G3、G4、G5、G6 層厚被測定部位
S、S1、S2、S3、S4、S5、S6 積層体
T、3 半導体層(光電変換層)
t 層厚(膜厚)
Claims (21)
- 凹凸表面を有する支持体と、該支持体表面に積層された半導体層とを備え、半導体層を有する支持体はその一部に、半導体層の層厚が光学的に測定されるように構成された層厚被測定部位を有しており、
前記層厚被測定部位は、支持体の表面の粗さが、支持体の他の表面の粗さよりも小さい表面粗さ低減領域を備えている積層体。 - 前記表面粗さ低減領域のRMS値と、前記非表面粗さ低減領域のRMS値との比が0.9以下である請求項1に記載の積層体。
- 前記表面粗さ低減領域のRMS値が23nm未満である請求項1または2に記載の積層体。
- 前記表面粗さ低減領域が凹み形状である請求項1〜3のいずれか1つに記載の積層体。
- 前記表面粗さ低減領域の凹み形状は、支持体B1を平面としたときの法線Pに対して、凹曲面に接する接線P1の角度θが45°以上傾いた形状である請求項4に記載の積層体。
- 前記表面粗さ低減領域の平面形状は、輪郭線が無端状の閉図形である請求項1〜5のいずれか1つに記載の積層体。
- 前記支持体が、基板上に形成された前記凹凸表面を有する導電層からなり、前記表面粗さ低減領域は導電層の表面の一部に形成されている請求項1〜6のいずれか1つに記載の積層体。
- 前記表面粗さ低減領域は、導電層の除去されるべき部分に形成されている請求項7に記載の積層体。
- 請求項7または8に記載の積層体と、該積層体における半導体層上に形成された対向電極層とを備えた薄膜光電変換素子。
- 請求項9に記載の薄膜光電変換素子が複数互いに電気的に直列接続された集積型薄膜太陽電池。
- 複数の薄膜光電変換素子における光電変換領域外に層厚被測定部位が配置されている請求項10に記載の集積型薄膜太陽電池。
- 請求項10または11に記載の集積型薄膜太陽電池が同一基板上に複数形成された薄膜太陽電池モジュール。
- 凹凸表面を有する支持体上に、半導体層および該半導体層の層厚が光学的に測定されるための層厚被測定部位を形成する工程を含み、
前記層厚被測定部位の形成において、層厚被測定部位形成領域の支持体の表面の粗さが、支持体の他の表面の粗さよりも小さい表面粗さ低減領域を形成して積層体を製造する積層体の製造方法。 - 前記半導体層を形成した後に、前記層厚被測定部位における半導体層の層厚を光学的に測定する工程をさらに含む請求項13に記載の積層体の製造方法。
- 前記支持体が、基板上に形成された前記凹凸表面を有する導電層からなり、前記表面粗さ低減領域は導電層の表面の一部に形成される請求項13または14に記載の積層体の製造方法。
- 請求項15に記載の製造方法にて製造された積層体における半導体層上に対向電極層を形成して薄膜光電変換素子を製造する薄膜光電変換素子の製造方法。
- 請求項16に記載の製造方法を用いて複数の薄膜光電変換素子を電気的に直列接続してなる集積型薄膜太陽電池を製造する集積型薄膜太陽電池の製造方法。
- 基板上に凹凸表面を有する導電層の上に半導体層および対向電極層をこの順に形成する工程と、複数の薄膜光電変換素子が形成されるように対向電極層と半導体層の一部を除去して素子分離溝を形成する工程と、基板の外周部上に積層された導電層、半導体層および対向電極層を除去してトリミング領域を形成する工程とを含み、
導電層上に半導体層を形成する前に、導電層における光電変換領域と非光電変換領域とトリミング領域の形成予定位置のうちの少なくとも1箇所に層厚被測定部位を形成する請求項17に記載の集積型薄膜太陽電池の製造方法。 - 請求項17または18に記載の製造方法を用いて集積型薄膜太陽電池を同一基板上に複数形成して薄膜太陽電池モジュールを製造する薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
- 複数の集積型薄膜太陽電池が形成されるように導電層、半導体層および対向電極層の一部を除去してストリング分離溝を形成する工程をさらに含む請求項19に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
- 導電膜上に半導体層を形成する前に、導電膜におけるストリング分離溝の形成予定位置に層厚被測定部位を形成する請求項20に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
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