JP5468962B2 - Manufacturing method of solar cell - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell.
太陽電池として、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２と表記されるカルコパイライト化合物（以下、ＣＩＧＳともいう）からなる光吸収層を備える太陽電池が知られている。 As a solar cell, a solar cell including a light absorption layer made of a chalcopyrite compound (hereinafter also referred to as CIGS) expressed as Cu (InGa) Se 2 is known.
ＣＩＧＳを光吸収層として備える太陽電池は、例えば、ガラス基板上に、正極となる第１電極層と、ＣＩＧＳからなるｐ型の光吸収層と、ｎ型のバッファ層と、最外表面層として負極となる透明な第２電極層とをこの順で備えた積層体の光電変換素子から構成される。 A solar cell including CIGS as a light absorption layer includes, for example, a first electrode layer serving as a positive electrode, a p-type light absorption layer composed of CIGS, an n-type buffer layer, and an outermost surface layer on a glass substrate. It is comprised from the photoelectric conversion element of the laminated body provided with the transparent 2nd electrode layer used as a negative electrode in this order.
従来のＣＩＧＳを光吸収層として備える太陽電池の製造方法として、例えば、まず、ガラス基板に対して第１電極層を形成し、該第１電極層をレーザー等によりスクライブして所定の分割数で分割する。次に、該第１電極層上に、光吸収層のプリカーサとして、Ｉｎ層とＣｕ−Ｇａ層とをスパッタリング法を用いて形成する。プリカーサに対して、Ｈ２Ｓｅガス雰囲気中で熱処理を行うセレン化を行い、ＣＩＧＳからなる光吸収層を形成する。 As a method of manufacturing a solar cell including conventional CIGS as a light absorption layer, for example, first, a first electrode layer is formed on a glass substrate, and the first electrode layer is scribed with a laser or the like to obtain a predetermined number of divisions. To divide. Next, an In layer and a Cu—Ga layer are formed on the first electrode layer as a precursor of the light absorption layer by a sputtering method. The precursor is selenized by heat treatment in an H 2 Se gas atmosphere to form a light absorption layer made of CIGS.
さらに、該光吸収層上に、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＩｎＳ等のいずれかからなるバッファ層を形成し、バッファ層及び光吸収層を金属針等でスクライブして所定の分割数で分割する。そして、該バッファ層上に透明な第２電極層を形成し、該第２電極層、該バッファ層、該光吸収層を金属針等でスクライブして、太陽電池の電流電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）が目標値となるように設計された分割数で分割する。 Further, a buffer layer made of any of CdS, ZnS, InS, or the like is formed on the light absorption layer, and the buffer layer and the light absorption layer are scribed with a metal needle or the like and divided by a predetermined number of divisions. Then, a transparent second electrode layer is formed on the buffer layer, and the second electrode layer, the buffer layer, and the light absorption layer are scribed with a metal needle or the like, and the current-voltage characteristics (IV) of the solar cell are obtained. (Characteristic) is divided by the number of divisions designed to be the target value.
このようにして、基板上に複数の短冊状の光電変換素子が形成され、分割された光電変換素子を相互に直列に接続された太陽電池が製造される（例えば、特許文献１参照）。 In this way, a plurality of strip-shaped photoelectric conversion elements are formed on the substrate, and a solar cell in which the divided photoelectric conversion elements are connected in series with each other is manufactured (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献１の製造方法により製造された太陽電池では、スパッタリング法で用いられるターゲットが使用されて消耗することにより表面状態が変化して、光吸収層内のＧａ濃度が変化し、電流電圧特性が目標範囲外となる場合があるという不都合がある。 However, in the solar cell manufactured by the manufacturing method of Patent Document 1, the surface state changes due to the consumption of the target used in the sputtering method, the Ga concentration in the light absorption layer changes, and the current voltage There is a disadvantage that the characteristic may be outside the target range.
そのため、特許文献１の製造方法により製造された太陽電池では、太陽電池の配線・組立後に電流電圧特性を測定し、測定した電流電圧特性が目標範囲外である場合には、光吸収層の組成を補正して、電流電圧特性が目標範囲内となるようにしている。ところが、光吸収層の組成を補正する場合には、スパッタリングの適切な条件に調整することが難しいので、電流電圧特性を直ちに目標範囲内とすることが難しい。 Therefore, in the solar cell manufactured by the manufacturing method of Patent Document 1, the current-voltage characteristics are measured after wiring and assembling of the solar cell, and when the measured current-voltage characteristics are outside the target range, the composition of the light absorption layer Is corrected so that the current-voltage characteristic falls within the target range. However, when correcting the composition of the light absorption layer, it is difficult to adjust the sputtering conditions to be appropriate, so that it is difficult to immediately set the current-voltage characteristics within the target range.
また、太陽電池の配線・組立後の電流電圧特性に基づいて光吸収層の組成を補正する場合、目標範囲外の太陽電池の製造後から光吸収層の組成の補正前までに製造された他の太陽電池の電流電圧特性も目標範囲外となり、歩留まりが低下する。 In addition, when correcting the composition of the light absorption layer based on the current-voltage characteristics after wiring and assembling of the solar cell, other components manufactured after the manufacture of the solar cell outside the target range and before the correction of the composition of the light absorption layer The current-voltage characteristics of the solar cell are also outside the target range, and the yield is reduced.
本発明は、かかる不都合を解消するため、電流電圧特性を確実に目標範囲内とすることを早期に実現できる太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell that can quickly realize that the current-voltage characteristics are reliably within the target range in order to eliminate such inconvenience.
かかる目的を達成するために、本発明の太陽電池の製造方法は、基板上に、第１電極層、光吸収層とバッファ層、及び第２電極層を積層して積層体を形成し、該積層体を所定の分割数で分割して光電変換素子を形成し、該光電変換素子を直列に接続する太陽電池の製造方法であって、該基板上に該第１電極層を形成する工程と、該第１電極層を分割する工程と、分割した第１電極層上に光吸収層及びバッファ層を形成する工程と、該光吸収層及びバッファ層の上に第２電極層を形成して該積層体を形成する工程と、該積層体を分割する工程とを備え、さらに、先行して製造された一の太陽電池について該太陽電池の電流電圧特性に関与する光吸収層の物性を該第２電極層を形成する工程の前に測定し、測定された該物性に基づく電流電圧特性が目標値の範囲内か否かを判定する工程と、測定された該物性に基づく電流電圧特性が該目標値の範囲外であるときに、後続して製造される他の太陽電池の電流電圧特性が該目標値の範囲内になるように該所定の分割数を変更する工程とを備えることを特徴とする。 In order to achieve this object, the method for manufacturing a solar cell of the present invention forms a laminate by laminating a first electrode layer, a light absorption layer, a buffer layer, and a second electrode layer on a substrate, A method of manufacturing a solar cell in which a stacked body is divided into a predetermined number of divisions to form photoelectric conversion elements, and the photoelectric conversion elements are connected in series, the step of forming the first electrode layer on the substrate; A step of dividing the first electrode layer, a step of forming a light absorption layer and a buffer layer on the divided first electrode layer, and a second electrode layer formed on the light absorption layer and the buffer layer. A step of forming the laminated body and a step of dividing the laminated body, and further, the physical properties of the light absorption layer relating to the current-voltage characteristics of the solar cell with respect to the one solar cell manufactured in advance. Current-voltage characteristics based on the measured physical properties measured before the step of forming the second electrode layer A step of determining whether or not the current value is within a range of a target value, and a current-voltage characteristic of another solar cell manufactured subsequently when the current-voltage characteristic based on the measured physical property is outside the range of the target value And a step of changing the predetermined number of divisions so as to fall within the range of the target value.
ＣＩＧＳを光吸収層として備える太陽電池では、光吸収層内のＧａ濃度の変化等により、電流電圧特性が目標範囲外となる場合がある。 In a solar cell including CIGS as a light absorption layer, the current-voltage characteristics may be outside the target range due to a change in Ga concentration in the light absorption layer or the like.
そのため、本発明の太陽電池の製造方法では、まず、先行して製造された一の太陽電池について該太陽電池の電流電圧特性に関与する物性を測定し、測定された該物性に基づく電流電圧特性が目標値の範囲内か否かを判定する。 Therefore, in the method for manufacturing a solar cell of the present invention, first, a physical property related to the current-voltage characteristic of the solar cell is measured for one solar cell manufactured in advance, and the current-voltage characteristic based on the measured physical property. Is determined to be within the range of the target value.
次に、測定された前記物性に基づく電流電圧特性が前記目標値の範囲内であるときは、後続して製造される他の太陽電池の前記所定の分割数を維持する。一方、測定された前記物性に基づく電流電圧特性が前記目標値の範囲外であるときは、後続して製造される他の太陽電池の電流電圧特性が該目標値の範囲内になるように該所定の分割数を変更する。 Next, when the current-voltage characteristics based on the measured physical properties are within the range of the target value, the predetermined number of divisions of other subsequently manufactured solar cells is maintained. On the other hand, when the measured current-voltage characteristics based on the physical properties are outside the target value range, the current-voltage characteristics of other subsequently manufactured solar cells are within the target value range. Change the predetermined number of divisions.
本発明の太陽電池の製造方法によれば、一の太陽電池について早期に電流電圧特性が目標値の範囲となるように製造工程を変更できるため、目標値の範囲内である電流電圧特性を有する太陽電池を歩留まりよく製造することができる。 According to the method for manufacturing a solar cell of the present invention, since the manufacturing process can be changed so that the current-voltage characteristic is within the target value range for one solar cell at an early stage, the current-voltage characteristic is within the target value range. Solar cells can be manufactured with high yield.
ここで、前記分割数とは、基板上に、第１電極層、光吸収層とバッファ層、及び第２電極層をこの順で積層した積層体を複数の短冊状の光電変換素子に分割する数をいう。尚、所定の分割数は後続して製造される他の太陽電池の電流電圧特性が目標値の範囲内になるように変更されればよい。 Here, the number of divisions refers to dividing a laminate in which a first electrode layer, a light absorption layer, a buffer layer, and a second electrode layer are laminated in this order on a substrate into a plurality of strip-like photoelectric conversion elements. Numbers. Note that the predetermined number of divisions may be changed so that the current-voltage characteristics of other subsequently manufactured solar cells are within the target value range.
本発明の太陽電池の製造方法では、測定される太陽電池の電流電圧特性に関与する物性は前記光吸収層の組成とすることができ、測定された該組成から電流電圧特性を推定する。従って、推定された電流電圧特性が該目標値の範囲外であるときは、後続して製造される他の太陽電池の電流電圧特性が該目標値の範囲内になるように所定の分割数を迅速に変更することができる。 In the solar cell manufacturing method of the present invention, the physical property relating to the current-voltage characteristics of the solar cell to be measured can be the composition of the light absorption layer, and the current-voltage characteristics are estimated from the measured composition. Therefore, when the estimated current-voltage characteristics are outside the target value range, the predetermined number of divisions is set so that the current-voltage characteristics of other subsequently manufactured solar cells are within the target value range. It can be changed quickly.
尚、太陽電池の電流電圧特性に関与する前記物性として、光吸収層のプリカーサのＧａ濃度、プリカーサをセレン化した光吸収層のＧａ濃度、光吸収層のバンドギャップ等が挙げられる。 Examples of the physical properties related to the current-voltage characteristics of the solar cell include the Ga concentration of the precursor of the light absorption layer, the Ga concentration of the light absorption layer obtained by selenizing the precursor, the band gap of the light absorption layer, and the like.
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
従来の太陽電池の製造方法では、まず、図２（ａ）及び図３に示すように、ガラス基板１上に、第１電極層２を形成する（Ｓ１）。例えば、金属Ｍｏターゲットを用いたスパッタリング法により、第１電極層２を形成する。 In the conventional solar cell manufacturing method, first, as shown in FIGS. 2A and 3, the first electrode layer 2 is formed on the glass substrate 1 (S1). For example, the first electrode layer 2 is formed by a sputtering method using a metal Mo target.
次に、図２（ｂ）に示すように、第１電極層２を短冊状に分割した第１電極層２ａを形成する第１回目の分割を行う（Ｓ２）。例えば、レーザー照射や金属針を用いた切削加工等により、第１回目の分割を行う。第１回目の分割によりガラス基板１上の第１電極層２に分割溝３を形成し、分割溝３により分割された第１電極層２ａを電気的に分離する。 Next, as shown in FIG. 2B, a first division is performed to form a first electrode layer 2a obtained by dividing the first electrode layer 2 into strips (S2). For example, the first division is performed by laser irradiation or cutting using a metal needle. The dividing groove 3 is formed in the first electrode layer 2 on the glass substrate 1 by the first division, and the first electrode layer 2a divided by the dividing groove 3 is electrically separated.
次に、図２（ｃ）に示すように、第１電極層２ａの上に、Ｉｎ層４とＣｕ−Ｇａ層５との２層からなる光吸収層のプリカーサ６を形成する。例えば、まず、金属Ｉｎターゲットを用いたスパッタリング法により、第１電極層２ａの上にＩｎ層４を形成する。その後、Ｃｕ−Ｇａ合金ターゲットを用いたスパッタリング法により、Ｉｎ層４の上にＣｕ−Ｇａ層５を形成する。 Next, as shown in FIG. 2C, a precursor 6 of a light absorption layer composed of an In layer 4 and a Cu—Ga layer 5 is formed on the first electrode layer 2a. For example, first, the In layer 4 is formed on the first electrode layer 2a by sputtering using a metal In target. Thereafter, a Cu—Ga layer 5 is formed on the In layer 4 by a sputtering method using a Cu—Ga alloy target.
そして、前記プリカーサ６に対して、Ｈ２Ｓｅガス雰囲気中で熱処理を行うセレン化を行い、図２（ｄ）に示すようにＣＩＧＳ単層からなる光吸収層７を形成する（Ｓ３）。 Then, the precursor 6 is selenized by heat treatment in an H 2 Se gas atmosphere to form a light absorption layer 7 composed of a CIGS single layer as shown in FIG. 2D (S3).
次に、図２（ｅ）に示すように、形成された光吸収層７上に、バッファ層８を形成する（Ｓ４）。例えば、ＣｄＳ、ＩｎＳ等のいずれかからなるバッファ層８を形成する。この結果、第１電極層２ａ上に、光吸収層７及びバッファ層８からなる積層体９を形成する。 Next, as shown in FIG.2 (e), the buffer layer 8 is formed on the formed light absorption layer 7 (S4). For example, the buffer layer 8 made of any one of CdS, InS, etc. is formed. As a result, a laminate 9 including the light absorption layer 7 and the buffer layer 8 is formed on the first electrode layer 2a.
次に、図２（ｆ）に示すように、第１電極層２ａ上に形成された積層体９を、短冊状に分割した光吸収層７ａ及びバッファ層８ａからなる積層体９ａを形成する第２回目の分割を行う（Ｓ５）。例えば、レーザー照射や金属針を用いた切削加工等により第２回目の分割を行う。第２回目の分割により第１電極層２ａ上の積層体９に分割溝１０を形成し、分割溝１０により第１電極層２ａ上の積層体９ａを分離する。また、第２回目の分割により分割溝１０の底部において第１電極層２ａを露出する。 Next, as shown in FIG. 2 (f), a laminate 9a composed of a light absorption layer 7a and a buffer layer 8a obtained by dividing the laminate 9 formed on the first electrode layer 2a into strips is formed. The second division is performed (S5). For example, the second division is performed by laser irradiation or cutting using a metal needle. The dividing groove 10 is formed in the laminated body 9 on the first electrode layer 2 a by the second division, and the laminated body 9 a on the first electrode layer 2 a is separated by the dividing groove 10. Further, the first electrode layer 2a is exposed at the bottom of the dividing groove 10 by the second division.
そして、図２（ｇ）に示すように、バッファ層８ａ上に、透明な第２電極層１１を形成する（Ｓ６）。例えば、ＺｎＯ−Ａｌ合金ターゲットを用いたスパッタリング法等により第２電極層１１を形成する。この結果、第１電極層２ａ上に、光吸収層７ａ、バッファ層８ａ及び第２電極層１１がこの順に積層された積層体１２を形成する。 Then, as shown in FIG. 2G, a transparent second electrode layer 11 is formed on the buffer layer 8a (S6). For example, the second electrode layer 11 is formed by sputtering using a ZnO—Al alloy target. As a result, a laminated body 12 in which the light absorption layer 7a, the buffer layer 8a, and the second electrode layer 11 are laminated in this order is formed on the first electrode layer 2a.
Ｓ６では、分割溝１０の側壁及び底部上にも第２電極層１１を形成する。この結果、分割溝１０の底部において露出した第１電極層２ａ上に第２電極層１１が形成されるため、第１電極層２ａと第２電極層１１とを接続させることができる。 In S <b> 6, the second electrode layer 11 is also formed on the side wall and the bottom of the dividing groove 10. As a result, since the second electrode layer 11 is formed on the first electrode layer 2a exposed at the bottom of the dividing groove 10, the first electrode layer 2a and the second electrode layer 11 can be connected.
さらに、図２（ｈ）に示すように、太陽電池の電流電圧特性が目標値になるように設計された分割数で、第１電極層２ａ上の積層体１２を短冊状に分割し、第１電極層２ａ、積層体９ａ及び第２電極層１１ａからなる複数の光電変換素子１３を形成する第３回目の分割を行う（Ｓ７）。例えば、レーザー照射や金属針を用いた切削加工等より第３回目の分割を行う。 Further, as shown in FIG. 2 (h), the laminate 12 on the first electrode layer 2a is divided into strips with the number of divisions designed so that the current-voltage characteristics of the solar cell become the target value. A third division for forming a plurality of photoelectric conversion elements 13 including the first electrode layer 2a, the stacked body 9a, and the second electrode layer 11a is performed (S7). For example, the third division is performed by laser irradiation or cutting using a metal needle.
前記第３回目の分割により第１電極層２ａ上の積層体１２に分割溝１４を形成し、分割溝１４により、積層体９ａ及び第２電極層１１ａからなる積層体を分離する。この結果、複数の光電変換素子１３は、一の光電変換素子１３の第１電極層２ａが隣接する他の光電変換素子１３の第２電極層１１ａと接続する構造になるため、分割された複数の光電変換素子１３を直列に接続する太陽電池１５を製造することができる。 A dividing groove 14 is formed in the laminated body 12 on the first electrode layer 2a by the third division, and the laminated body including the laminated body 9a and the second electrode layer 11a is separated by the dividing groove 14. As a result, the plurality of photoelectric conversion elements 13 have a structure in which the first electrode layer 2a of one photoelectric conversion element 13 is connected to the second electrode layer 11a of another adjacent photoelectric conversion element 13, and thus the plurality of divided photoelectric conversion elements 13 The solar cell 15 which connects the photoelectric conversion elements 13 in series can be manufactured.
しかし、図３に示す従来の製造方法により製造された太陽電池では、スパッタリング法で用いられるターゲットが使用されて消耗することにより表面状態が変化して、光吸収層内のＧａ濃度が変化し、電流電圧特性が目標範囲外となることがある。また、太陽電池の配線・組立後に測定した電流電圧特性が目標範囲外であるときに、スパッタリング法等の条件変更により、光吸収層の組成を補正すると、電流電圧特性が直ちに目標範囲内にならないことがある。 However, in the solar cell manufactured by the conventional manufacturing method shown in FIG. 3, the surface state changes due to the consumption of the target used in the sputtering method, the Ga concentration in the light absorption layer changes, Current-voltage characteristics may be outside the target range. In addition, when the current-voltage characteristics measured after wiring and assembly of the solar cell are outside the target range, the current-voltage characteristics do not immediately fall within the target range if the composition of the light absorption layer is corrected by changing the conditions such as sputtering. Sometimes.
そこで、本実施形態の太陽電池の製造方法においては、先行して製造された太陽電池の電流電圧特性に関与する物性を測定する。そして、測定された該物性に基づく電流電圧特性が目標値の範囲外であるときに、後続して製造される太陽電池の電流電圧特性が目標値の範囲になるように分割数を変更することにより、目標値の範囲内の太陽電池を製造する。 Therefore, in the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment, physical properties related to the current-voltage characteristics of the solar cell manufactured in advance are measured. Then, when the current-voltage characteristics based on the measured physical properties are outside the target value range, the number of divisions is changed so that the current-voltage characteristics of the subsequently manufactured solar cell are within the target value range. Thus, a solar cell within the range of the target value is manufactured.
具体的には、本実施形態の太陽電池の製造方法では、図１及び図２（ａ）に示すように、基板１上に第１電極層２を形成する（Ｓ１１）。そして、図２（ｂ）に示すように、基板１上の第１電極層２を短冊状に分割した第１電極層２ａを形成する第１回目の分割を行う（Ｓ１２）。 Specifically, in the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2A, the first electrode layer 2 is formed on the substrate 1 (S11). Then, as shown in FIG. 2B, a first division is performed to form a first electrode layer 2a obtained by dividing the first electrode layer 2 on the substrate 1 into strips (S12).
次に、図２（ｃ）に示すように、第１電極層２ａの上に、Ｉｎ層４とＣｕ−Ｇａ層５との２層からなる光吸収層のプリカーサ６を形成する。そして、該プリカーサ６に対して、Ｈ２Ｓｅガス雰囲気中で熱処理を行うセレン化を行い、図２（ｄ）に示すようにＣＩＧＳ単層からなる光吸収層７を形成する（Ｓ１３）。Ｓ１１〜Ｓ１３は、図３のＳ１〜Ｓ３と全く同一にして行うことができる。 Next, as shown in FIG. 2C, a precursor 6 of a light absorption layer composed of an In layer 4 and a Cu—Ga layer 5 is formed on the first electrode layer 2a. Then, the precursor 6 is selenized by heat treatment in an H 2 Se gas atmosphere to form a light absorption layer 7 composed of a CIGS single layer as shown in FIG. 2D (S 13). S11 to S13 can be performed in exactly the same manner as S1 to S3 in FIG.
ここで、ＣＩＧＳからなる光吸収層７を備える太陽電池は、光吸収層７におけるＧａ濃度（ＧａとＩｎとの比率）により、電流電圧特性が決定されるという性質がある。具体的には、Ｇａ濃度が増加すると光吸収層のバンドギャップが増大し、一つの光電変換素子の電圧が上昇する傾向がある。これにより、一つの光電変換素子の電圧は上昇するものの、バンドギャップの増加により短絡電流密度が低下する。換言すると、光の照射条件を一定にして、Ｇａ濃度が増加した場合、電圧は大きくなるが、電流は小さくなる。 Here, the solar cell including the light absorption layer 7 made of CIGS has a property that current-voltage characteristics are determined by the Ga concentration (ratio of Ga and In) in the light absorption layer 7. Specifically, when the Ga concentration increases, the band gap of the light absorption layer increases, and the voltage of one photoelectric conversion element tends to increase. Thereby, although the voltage of one photoelectric conversion element rises, a short circuit current density falls by the increase in a band gap. In other words, when the light irradiation conditions are constant and the Ga concentration increases, the voltage increases but the current decreases.
一方、太陽電池は、分割数が少なくなると、直列に接続される光電変換素子の数が少なくなるために太陽電池全体としての電圧は低下するが、短冊状の一つの光電変換素子の面積が大きくなるために電流が大きくなる。 On the other hand, when the number of divisions of the solar cell decreases, the number of photoelectric conversion elements connected in series decreases, so the voltage of the entire solar cell decreases, but the area of one strip-shaped photoelectric conversion element is large. Therefore, the current increases.
従って、例えば、Ｇａ濃度の増加により光電変換素子の電圧が上昇し、電流が小さくなった場合、分割数を減少するように変更すると、分割数減少の効果はＧａ濃度増加の効果を相殺するように働き、太陽電池全体として目標の電流電圧特性にすることができる。 Therefore, for example, when the voltage of the photoelectric conversion element increases due to an increase in Ga concentration and the current becomes small, if the number of divisions is changed to decrease, the effect of decreasing the number of divisions cancels the effect of increasing the Ga concentration. It is possible to achieve a target current-voltage characteristic as a whole of the solar cell.
そこで、次に、光吸収層７の組成分析を行い、Ｇａ濃度を測定する（Ｓ１４）。該組成分析は、例えば、蛍光Ｘ線測定装置、ＩＣＰ発光分析装置等を用いて実施することができる。また、フォトルミネッセンス測定装置を用いて、バンドギャップを測定することもできる。尚、プリカーサとして積層されたＩｎ層４とＣｕ−Ｇａ層５の層厚みの比から、Ｇａ濃度を推定することもできる。 Then, next, the composition analysis of the light absorption layer 7 is performed and Ga density | concentration is measured (S14). The composition analysis can be performed using, for example, a fluorescent X-ray measurement apparatus, an ICP emission analysis apparatus, or the like. The band gap can also be measured using a photoluminescence measuring device. The Ga concentration can also be estimated from the ratio of the layer thicknesses of the In layer 4 and the Cu—Ga layer 5 stacked as a precursor.
次に、測定したＧａ濃度から電流電圧特性を推定し、推定した電流電圧特性が目標値の範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１５）。 Next, current-voltage characteristics are estimated from the measured Ga concentration, and it is determined whether or not the estimated current-voltage characteristics are within the target value range (S15).
Ｓ１５において、推定した電流電圧特性が目標値の範囲内にあるとき（ＹＥＳの場合）は、予め設定された分割数を維持し、図２（ｅ）に示すように、形成された光吸収層７上に、バッファ層８を形成する（Ｓ１７）。次に、図２（ｆ）に示すように、第１電極層２ａ上に形成された積層体９を、短冊状に分割した積層体９ａを形成する第２回目の分割を行う（Ｓ１８）。次に、図２（ｇ）に示すように、バッファ層８ａ上に第２電極層１１を形成する（Ｓ１９）。 In S15, when the estimated current-voltage characteristic is within the range of the target value (in the case of YES), the preset number of divisions is maintained, and as shown in FIG. 7 is formed with a buffer layer 8 (S17). Next, as shown in FIG. 2F, a second division is performed to form a laminated body 9a obtained by dividing the laminated body 9 formed on the first electrode layer 2a into strips (S18). Next, as shown in FIG. 2G, the second electrode layer 11 is formed on the buffer layer 8a (S19).
そして、図２（ｈ）に示すように、太陽電池の電流電圧特性が目標値になるように設計された分割数で、第１電極層２ａ上の積層体１２を短冊状に分割し、第１電極層２ａ、積層体９ａ及び第２電極層１１ａからなる複数の光電変換素子１３を形成する第３回目の分割を行う（Ｓ２０）。この結果、分割された複数の光電変換素子１３を直列に接続する太陽電池１５を製造することができる。Ｓ１７〜Ｓ２０は、図３のＳ４〜Ｓ７と全く同一にして行うことができる。 And as shown in FIG.2 (h), the laminated body 12 on the 1st electrode layer 2a is divided | segmented into strip shape by the division | segmentation number designed so that the current voltage characteristic of a solar cell may turn into target value, A third division for forming a plurality of photoelectric conversion elements 13 including the first electrode layer 2a, the stacked body 9a, and the second electrode layer 11a is performed (S20). As a result, the solar cell 15 that connects the plurality of divided photoelectric conversion elements 13 in series can be manufactured. S17 to S20 can be performed in exactly the same manner as S4 to S7 in FIG.
尚、図２（ｈ）に示す太陽電池１５は、本実施形態の太陽電池の製造方法により製造される太陽電池の一例として示したものである。本実施形態の太陽電池の製造方法により製造される太陽電池は、分割された複数の光電変換素子を直列に接続する太陽電池であればよく、図２（ｈ）に示す太陽電池に限定されない。例えば、スーパーストレート型の太陽電池にも適用可能である。尚、スーパーストレート型の太陽電池の場合、第１電極層は透明電極となる。 In addition, the solar cell 15 shown in FIG.2 (h) is shown as an example of the solar cell manufactured by the manufacturing method of the solar cell of this embodiment. The solar cell manufactured by the manufacturing method of the solar cell of this embodiment should just be a solar cell which connects the some divided | segmented photoelectric conversion element in series, and is not limited to the solar cell shown in FIG.2 (h). For example, the present invention can be applied to a super straight type solar cell. In the case of a super straight type solar cell, the first electrode layer is a transparent electrode.
また、光電変換素子１３を直列に接続する方法として、図２（ｆ）で示される分割溝１０の底部に露出した第１電極層２ａ上に第２電極層１１を形成する方法に限られず、特開２００７−１０９８４２号公報に開示された光吸収層及びバッファ層をレーザー照射して改質する方法を用いてもよい。 Further, the method of connecting the photoelectric conversion elements 13 in series is not limited to the method of forming the second electrode layer 11 on the first electrode layer 2a exposed at the bottom of the dividing groove 10 shown in FIG. A method of modifying the light absorption layer and the buffer layer disclosed in JP 2007-109842 A by laser irradiation may be used.
一方、Ｓ１５において、推定した電流電圧特性が目標値の範囲外であるとき（ＮＯの場合）は、後続して製造される太陽電池の電流電圧特性が目標値の範囲内になるように分割数を変更し（Ｓ１６）、後続して製造される太陽電池について、Ｓ１２以降の操作を行う。 On the other hand, in S15, when the estimated current-voltage characteristic is outside the target value range (in the case of NO), the division number is set so that the current-voltage characteristic of the subsequently manufactured solar cell is within the target value range. Is changed (S16), and the operation after S12 is performed for the solar cell manufactured subsequently.
本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、製造された太陽電池の電流電圧特性を測定する以前に、先行して製造された太陽電池の電流電圧特性に関与する物性を測定し、測定された該物性から推定された電流電圧特性が目標値の範囲内であるか否かを判定することができる。従って、推定された電流電圧特性が該目標値の範囲外であるときは、後続して製造される他の太陽電池の電流電圧特性が該目標値の範囲内になるように所定の分割数を迅速に変更でき、目標値の範囲内である電流電圧特性を有する太陽電池を歩留まりよく確実に製造することができる。 According to the solar cell manufacturing method of the present embodiment, before measuring the current-voltage characteristics of the manufactured solar cell, the physical properties involved in the current-voltage characteristics of the previously manufactured solar cell are measured and measured. Further, it can be determined whether or not the current-voltage characteristic estimated from the physical property is within the range of the target value. Therefore, when the estimated current-voltage characteristics are outside the target value range, the predetermined number of divisions is set so that the current-voltage characteristics of other subsequently manufactured solar cells are within the target value range. A solar cell that can be changed quickly and has a current-voltage characteristic within the range of the target value can be reliably manufactured with a high yield.
一例として、セレン化後の光吸収層の組成分析を行い、光吸収層のＧａ濃度を測定した場合を示す。該組成分析は、例えば、蛍光Ｘ線測定装置、ＩＣＰ発光分析装置を用いて実施することができる。 As an example, the case where the composition analysis of the light absorption layer after selenization is performed and the Ga concentration of the light absorption layer is measured is shown. The composition analysis can be performed using, for example, a fluorescent X-ray measurement apparatus or an ICP emission analysis apparatus.
具体的には、図１のＳ１４において、セレン化後の光吸収層の組成分析を行い、Ｇａ濃度（Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ））×１００（原子％）を測定する。そして、Ｓ１５において、測定したＧａ濃度に基づいて太陽電池の電圧を推定し、推定した電圧が目標値の範囲内であるか否か判定する。推定した電圧が目標値の範囲外であるときに、Ｓ１６において電圧が目標値の範囲内になるように分割数を変更する。 Specifically, in S14 of FIG. 1, composition analysis of the light absorption layer after selenization is performed, and Ga concentration (Ga / (In + Ga)) × 100 (atomic%) is measured. In S15, the voltage of the solar cell is estimated based on the measured Ga concentration, and it is determined whether or not the estimated voltage is within the target value range. When the estimated voltage is outside the target value range, the number of divisions is changed in S16 so that the voltage is within the target value range.
ここで、セレン化後の光吸収層のＧａ濃度から、該Ｇａ濃度に対する光電変換素子の電圧を推定した。表１の推定電圧は、予め光吸収層のＧａ濃度を変化させた光電変換素子のサンプルを作成し、作成したサンプルの測定電圧を、測定Ｇａ濃度に対する推定電圧としたものである。 Here, the voltage of the photoelectric conversion element with respect to the Ga concentration was estimated from the Ga concentration of the light absorption layer after selenization. The estimated voltage in Table 1 is obtained by preparing a sample of a photoelectric conversion element in which the Ga concentration of the light absorption layer is changed in advance, and using the measured voltage of the created sample as an estimated voltage with respect to the measured Ga concentration.
前記セレン化後のＧａ濃度と推定電圧との例を表１に示す。 Table 1 shows examples of the Ga concentration after the selenization and the estimated voltage.
分割数を１００とし、一つの光電変換素子の電圧の目標値を０．６０Ｖ（Ｇａ濃度が３１原子％）とした太陽電池の場合、セレン化後の光吸収層のＧａ濃度が３７原子％であるときには、表１から、３７原子％のＧａ濃度に対する電圧を０．６２Ｖと推定でき、目標値に対して３％増加することがわかる。そこで、後続して製造される太陽電池の分割数を３％減少させた９７に変更する。この結果、目標値となる電圧を有する後続の太陽電池を製造することができる。 In the case of a solar cell in which the division number is 100 and the target value of the voltage of one photoelectric conversion element is 0.60 V (Ga concentration is 31 atomic%), the Ga concentration of the light absorption layer after selenization is 37 atomic%. In some cases, it can be seen from Table 1 that the voltage for a Ga concentration of 37 atomic% can be estimated as 0.62 V, increasing 3% with respect to the target value. Therefore, the number of divisions of subsequently manufactured solar cells is changed to 97, which is reduced by 3%. As a result, a subsequent solar cell having a voltage that becomes a target value can be manufactured.
また、セレン化して光吸収層を形成する前にプリカーサの組成分析を行い、プリカーサのＧａ濃度を測定してもよい。該組成分析は、例えば、蛍光Ｘ線測定装置、ＩＣＰ発光分析装置等を用いて実施することができる。 Further, the precursor composition may be analyzed before selenization to form the light absorption layer, and the Ga concentration of the precursor may be measured. The composition analysis can be performed using, for example, a fluorescent X-ray measurement apparatus, an ICP emission analysis apparatus, or the like.
具体的には、図１のＳ１４において、セレン化して光吸収層を形成する前にプリカーサの組成分析を行い、Ｇａ濃度（Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ））×１００（原子％）を測定する。そして、Ｓ１５において、測定したＧａ濃度に基づいて太陽電池の電圧を推定し、推定した電圧が目標値の範囲内であるか否か判定する。推定した電圧が目標値の範囲外であるときに、Ｓ１６において電圧が目標値の範囲内になるように分割数を変更する。 Specifically, in S14 of FIG. 1, the composition analysis of the precursor is performed before selenization to form the light absorption layer, and the Ga concentration (Ga / (In + Ga)) × 100 (atomic%) is measured. In S15, the voltage of the solar cell is estimated based on the measured Ga concentration, and it is determined whether or not the estimated voltage is within the target value range. When the estimated voltage is outside the target value range, the number of divisions is changed in S16 so that the voltage is within the target value range.
ここで、セレン化前の光吸収層であるプリカーサのＧａ濃度から、該プリカーサをセレン化した後の光吸収層のＧａ濃度と、該プリカーサのＧａ濃度に対応する光電変換素子の電圧とを推定した。表２の推定電圧は、前記のセレン化後の光吸収層の組成分析と同様、予めプリカーサのＧａ濃度を変化させた光電変換素子のサンプルを作成し、サンプルの光吸収層のＧａ濃度と電圧を測定し、測定電圧をセレン化前の測定Ｇａ濃度に対する推定電圧としたものである。 Here, from the Ga concentration of the precursor, which is the light absorption layer before selenization, the Ga concentration of the light absorption layer after the precursor is selenized and the voltage of the photoelectric conversion element corresponding to the Ga concentration of the precursor are estimated. did. The estimated voltage in Table 2 is similar to the composition analysis of the light absorption layer after selenization described above. A sample of the photoelectric conversion element in which the Ga concentration of the precursor is changed in advance is prepared, and the Ga concentration and voltage of the sample light absorption layer are obtained. And the measurement voltage is an estimated voltage with respect to the measured Ga concentration before selenization.
前記セレン化前のＧａ濃度と、前記セレン化後のＧａ濃度と、推定電圧との例を表２に示す。 Table 2 shows examples of the Ga concentration before selenization, the Ga concentration after selenization, and the estimated voltage.
分割数を１００とし、一つの光電変換素子の電圧の目標値を０．６０Ｖ（セレン化前のＧａ濃度が３０原子％）とした太陽電池の場合、表２から、セレン化前のＧａ濃度３５原子％に対して、セレン化後のＧａ濃度を３７原子％、電圧を０．６２Ｖと推定でき、目標値に対して３％増加することがわかる。そこで、後続して製造される太陽電池の分割数を３％減少させて９７に変更する。この結果、目標値となる電圧を有する後続の太陽電池を製造することができる。 In the case of a solar cell in which the number of divisions is 100 and the target value of the voltage of one photoelectric conversion element is 0.60 V (the Ga concentration before selenization is 30 atomic%), from Table 2, the Ga concentration before selenization is 35 It can be seen that the Ga concentration after selenization is 37 atomic% and the voltage is 0.62 V with respect to atomic%, and increases by 3% with respect to the target value. Therefore, the number of divisions of subsequently produced solar cells is reduced to 3% and changed to 97. As a result, a subsequent solar cell having a voltage that becomes a target value can be manufactured.
また、上記の実施形態では、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａのプリカーサをセレン化したが、ＶＩ族元素としてセレンの他、硫黄を含む硫化ガス等を用いてプリカーサを硫化した場合に対しても、本発明は適用可能である。 In the above embodiment, the precursors of Cu, In, and Ga are selenized. However, the present invention is applicable to the case where the precursor is sulfided using sulfur gas containing sulfur in addition to selenium as a group VI element. Is applicable.
１…基板， ２，２ａ…第１電極層、 ４…Ｉｎ層、 ５…Ｃｕ−Ｇａ層、７，７ａ…光吸収層、 ８，８ａ…バッファ層、 １１，１１ａ…第２電極層、１３…光電変換素子、１５…太陽電池。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2, 2a ... 1st electrode layer, 4 ... In layer, 5 ... Cu-Ga layer, 7, 7a ... Light absorption layer, 8, 8a ... Buffer layer, 11, 11a ... 2nd electrode layer, 13 ... photoelectric conversion element, 15 ... solar cell.
Claims (2)
該基板上に該第１電極層を形成する工程と、該第１電極層を分割する工程と、分割した第１電極層上に光吸収層及びバッファ層を形成する工程と、該光吸収層及びバッファ層の上に第２電極層を形成して該積層体を形成する工程と、該積層体を分割する工程とを備え、
さらに、先行して製造された一の太陽電池について該太陽電池の電流電圧特性に関与する光吸収層の物性を該第２電極層を形成する工程の前に測定し、測定された該物性に基づく電流電圧特性が目標値の範囲内か否かを判定する工程と、
測定された該物性に基づく電流電圧特性が該目標値の範囲外であるときに、後続して製造される他の太陽電池の電流電圧特性が該目標値の範囲内になるように該所定の分割数を変更する工程とを備え、
該物性は該光吸収層の組成であり、
該光吸収層は銅、インジウム、ガリウムを含むカルコパイライト化合物からなり、該光吸収層のガリウム濃度を測定し、該濃度から電流電圧特性を推定することを特徴とする太陽電池の製造方法。 On the substrate, a first electrode layer, a light absorption layer and a buffer layer, and a second electrode layer are stacked to form a stacked body, and the stacked body is divided by a predetermined number of divisions to form a photoelectric conversion element. A method of manufacturing a solar cell in which the photoelectric conversion elements are connected in series,
Forming the first electrode layer on the substrate; dividing the first electrode layer; forming a light absorption layer and a buffer layer on the divided first electrode layer; and the light absorption layer. And forming a second electrode layer on the buffer layer to form the laminate, and dividing the laminate.
Furthermore, the physical property of the light absorption layer related to the current-voltage characteristics of the solar cell was measured before the step of forming the second electrode layer for one solar cell manufactured in advance, and the measured physical property Determining whether the current-voltage characteristics based on the target value range,
When the current-voltage characteristics based on the measured physical properties are outside the target value range, the predetermined current-voltage characteristics of other subsequently manufactured solar cells are within the target value range. A step of changing the number of divisions ,
The physical property is the composition of the light absorbing layer,
The method for producing a solar cell, characterized in that the light absorption layer is made of a chalcopyrite compound containing copper, indium, and gallium, the gallium concentration of the light absorption layer is measured, and the current-voltage characteristics are estimated from the concentration.
前記光吸収層のガリウム濃度は、銅、インジウム、ガリウムからなり、セレン化及び／又は硫化される前の光吸収層のガリウム濃度であることを特徴とする太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the solar cell of Claim 1 ,
The gallium concentration of the light absorption layer is made of copper, indium and gallium, and is the gallium concentration of the light absorption layer before being selenized and / or sulfided.
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