JPH0243776A - 薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、絶縁性基板上にあって基板側に第一電極９反
基板側に第二電極を備えたアモルファス半導体層からな
るユニットセルが、第−電極層を隣接セルの第二電極層
に接続することによって直列接続される薄膜太陽電池の
製造方法に関する。

〔従来の技術〕

原料ガスのグロー放電分解や光ＣＶＤ法により形成され
る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。こうした大面積のアモルファス太陽電池か
ら効率よく電力を取り出すためのよ（知られた方法とし
て、第２図に示されるように直列接続型の太陽電池があ
る。これは、ガラス基板１などの絶縁性基板上に、酸化
すずやＩＴＯなどの透明導電薄膜からなる第一電極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層領域３１゜３２、
３３・・・を、次いで金属薄膜や透明導電薄膜からなる
第二電極４１．４２．４３・・・を形成したものである
。

第一電極２１．　アモルファス半導体層３工および第二
電極４１の組合せ、第一電極２２．アモルファス半導体
層３２および第二電極４２の組合せ等が各ユニットセル
を構成する。そして、一つのユニー／）セルの第一電極
層が隣接するユニットセルの第二電極層と一部接触する
構造となるよう画電極およびアモルファス半導体層のパ
ターンが形成され、各ユニ、トセルが直列に接続される
。

このような直列接続型太陽電池で良好な性能を得るため
には、第一電極層とこれに接触する隣接するユニットセ
ルの第二電極層間の抵抗が小さいこと、一つのユニット
セル内の第一電極層とアモルファス半導体層間およびア
モルファス半導体層と第二電極層間の接触が良好であり
、特に傷等によるアモルファス半導体層の一部欠落によ
り第一電極層の一部と第二電極層の一部が直接接触する
いわゆる短絡をなくすことが重要である。

通常直列接触型太陽電池の形成は、第一電極層の全面被
着、第一電極層のパターニング、アモルファス半導体層
の全面被着、アモルファス半導体層のパターニング、第
二電極層の全面被着、第二電極層のパターニングの順序
で行われ、各層の７（ターニングには、レーザスクライ
ブ法、メカニカルスクライブ法、フォトエツチング法な
どのプロセス技術が用いられる。

しかしながら、このようにアモルファス半導体層の形成
と第二電極層の形成の間にアモルファス半導体層のパタ
ーニング工程が入る場合、このアモルファス半導体層の
パターニング工程において、発生する微小な破片や雰囲
気中のほこり等により、アモルファス半導体層に傷がつ
いて短絡が発生したり、表面が汚染されて第二電極層と
の良好な接触が妨げられることが起こる。表面の汚染を
除去するためには、第二電極層の形成前に表面の洗浄を
行うことが必要になるが、この洗浄工程を入れるとアモ
ルファス半導体層をさらに傷つけ短絡発生の確率が高く
なり、また当然太陽電池の製造工数が増すという欠点が
あった。

このようなアモルファス半導体層のパターニング工程に
より生ずる問題が存在しない直列接続型太陽電池として
、第一電極および第二電極は分割して形成するが、アモ
ルファス半導体層は分割せず、そのシート抵抗の高いこ
とを利用してユニットセル間にも残しておき、各ユニッ
トセルの接続は、ユニットセルの配列方向に見て側方に
引き出された第一電極層および第二電極層の延長部を接
触させて行う方式のものがある。しかし、この方式は、
第一、第二電極層の延長部のために太陽電池の占有面積
が大きくなり、面積あたりの発電容量が小さくなるとい
う欠点がある。

このような問題点を解決するために、第一電極層の上を
覆ってアモルファス半導体層、第二電極層を積層する工
程の後に、レーザ光の照射により第二電極層およびアモ
ルファス半導体層に各第一電極の縁部近傍に達する複数
の貫通孔を形成すると共に、その貫通孔周囲のアモルフ
ァス半導体層を良導電性化あるいはその貫通孔周囲の第
二電極。

アモルファス半導体、第一電極を良導電性化する工程と
、第二電極層のみを前記貫通孔より第一電極の内側の上
で切断し、分割する工程を含む方式が提案されている（
特願昭６２−２１１７９８号明細・書参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら前述の技術においては、レーザ光の出力が
低すぎると第二電極、アモルファス半導体層をうまく除
去することができず、接触抵抗の増大を招き、また出力
が高すぎると第一電極層にまで強いレーザ光が照射され
、第一電極層をも除去してしまうことがある。また貫通
孔は複数個存在するのだが、その複数個の貫通孔を形成
する際のレーザ光の掃引速度あるいは掃引回数によって
も貫通孔の密度が変わることになり、その密度が低い場
合には接触抵抗が増大し、出力特性が低下してしまう問
題点があった。

〔課題を解決するための手段〕

上述のような課題を解決するために、本発明の方法は絶
縁性基板上に一列に配列された複数の第一電極を形成し
、その上を覆ってアモルファス半導体層、第二電極層を
積層する工程の後に、レーザ光の照射により第二電極層
およびアモルファス半導体層に各第一電極の縁部近傍に
達する複数の貫通孔を形成すると共に、その貫通孔周囲
のアモルファス半導体層を良導電性化あるいはその貫通
孔周囲の第二電極、アモルファス半導体、第一電極を良
導電性化する工程と、第二電極層のみを前記貫通孔より
第一電極の内側の上で切断し、分解する工程のなかで、
レーザ光の出力を１５０〜４５０ｍＷとし、その掃引速
度を９０〜１００ｍｍ／ｓｅｃとするものとする。

〔作用〕

上記のようにレーザ光の出力と掃引速度を規定するとき
は、第二電極とアモルファス半導体層を除去するに十分
で、なおかつ第一電極を除去するには至らないエネルギ
が加わることとなる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第２図と共通の部分に同一の符
号を付した第１図を引用して説明する。

第１図（ａ）は、本発明によるレーザ光線によるユニッ
トセル間の電気的接続を行う直前の太陽電池の状態を示
す図である。この状態は次のようにして得られる。まず
、ガラス基板ｌ上に５ｎ０２膜からなる第一電極層を５
０００人の厚さで全面被着し、これをレーザスクライブ
法により第一電極２１．２２．２３・・・にバターニン
グする。次にこの上にアモルファス半導体層３を４００
０人の厚さで形成し、アモルファス半導体層のバターニ
ングを行うことなく引き続きアルミ薄膜からなる第二電
極層４を３０００〜５０００人の厚さで形成する。第二
電極層４としてはアルミ薄膜だけでなく、銀薄嗅で形成
してもよい。

但しＡｇ薄膜の場合、反射率が高いため、レーザ光で貫
通孔を開けることがやや困難であるため、厚みとしては
２０００人程度程度く、それ以上の厚みで第二電極層の
電気的接続を行った状態を示す断面図であり、第１図（
Ｃ）は電気的接続を施した後、さらに第二電極層（Ａｇ
薄膜）４を従来と同様の方法でバターニングしてできる
最終的な直列接続型薄膜太陽電池の断面を示す図である
。しかし、第１図（ｂ）に示した電気的接続と第１図（
Ｃ）に示した第二電極層のバターニングの順序は逆にす
ることも可能である。

上述の電気的接続を行うためのレーザ光源としては波長
０．５３μｍのＹＡＧレーザを利用し、アルミ薄膜すな
わち第二電極４側から入射する。ここで第３図に基づき
、レーザパワーと接触抵抗の関係について述べる。この
場合レーザの励起ランプ電流を０から徐々に上げていく
と、ランプ電流が低い第一の領域ではアルミ薄膜の蒸発
は起こらず、ランプ電流を高くしていくとアルミ薄膜と
アモルファス半導体層が蒸発して除去され、同時に除去
されたアモルファス半導体層の周縁部にアモルファス半
導体層とアルミが溶融あるいは結晶化して良導電性化す
る部分が発生する。この時ＳｎＧ、からなる第一電極層
は表面がわずかに変質するだけでほとんど損傷を受けな
い。この第二の領域のレーザパワーの領域での最適値は
４００〜４５０ｍＷである。

さらにランプ電流の大きな第三の領域（５００ｍｖ以上
のレーザパワー）では、アルミ薄膜、アモルファス半導
体層ばかりでなく、第一電極層も蒸発し除去されるので
避けなければならない。

次に第４．第５図に基づき、レーザの掃引速度と接触抵
抗の関係について述べる。第４図かられかるようにレー
ザパワーの最適値である４００〜４５０ｍＷの出力にお
いては、ビームの掃引速度が９０〜１００印／ｓｅｃの
時（第二領域）が最適値である。即ち、掃引速度がそれ
より速い時（１１０ｍｍ／ｓｅｃ　：第三領域）は、形
成される貫通孔の密度が低く　（第５図（ａ））、ユニ
ットセル間の電気的接続は不十分な値となる。また掃引
速度が遅い時（８０ｍＩＩＩ／ｓｅｃ以下：第−領域）
は、貫通孔が互いに重なり合って形成されることになり
（第５図（Ｃ））、第一電極へのレーザ光照射の度合い
が増加するため、第一電極が変質あるいは蒸発してしま
い、接触抵抗は増加する。

次に第６．第７図に基づいて、貫通孔を形成し良導電性
部を形成する工程（以下カッティングと称す）の回数と
接触抵抗について述べる。第６図に示すように、カッテ
ィングの回数は１回より２回の方がよいが、３回にする
と逆に接触抵抗が増加する。１回より２回の方がよいの
は、良導電性部の面積が増加するためであるが（第７図
（ａ）、　（ｂ））、３回以降になると抵抗が増加する
ことは次のように説明できる。即ちレーザ光により貫通
孔を開ける際、第一電極層の表面はごくわずかに変質す
る。

その部分の接触抵抗への影響は、貫通孔の密度が少ない
時には関係ないが、密度が増加していくにつれてしだい
に影響が現れてくる（第７図（Ｃ））。

つまり、接触抵抗は良導電性部と第一電極層の変質部と
の競合で決定されるため、カッティング回数１回の時は
良導電件部不足、３回以降は第一電極層の変質部の増加
により、共に接触抵抗が増加する。但しカッティングの
回数は全てにおいて２回がいいわけではなく、第一電極
層の膜厚により変化する。第８図に、第一電極層にＳｎ
Ｏ□を用いた場合の膜厚をパラメータとした接触抵抗と
カッティング回数との関係を示す。この時はレーザパワ
ー４００ｍＷ、　　掃引速度１（１０ｍｍ／ｓｅｃであ
る。ＳｎＯ２層が比較的薄い場合はカッティング回数は
１回でよく、厚い場合は２回〜３回の方がよいことがわ
かる。

これはＳｎＯ，の膜厚が薄い場合、ＳｎＯ２自体のシー
ト抵抗も増加するため第一電極層の変質部は少ない方が
よく、厚い場合はＳｎＯ２のシート抵抗が減少するため
、第一電極層の変質部はある程度増加しても影響を受け
ないことによるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、絶縁性基板上に形成された第一電極層
、アモルファス半導体層、第二電極層からなる複数のユ
ニットセル間の電気的接続を、レーザ光を第二電極層側
から照射して第二電極層およびアモルファス半導体層を
除去して貫通孔を形成する際に貫通孔の周囲にアモルフ
ァス半導体層および第二電極層が溶融あるいは結晶化し
て生ずる十分な面積の良導電性部により行う際に、レー
ザ光のレーザパワーおよびその掃引速度を最適化させた
ので、アモルファス半導体層の形成と第二電極層の形成
の間にアモルファス半導体層のパタニング工程を入れる
必要なく、隣接するユニットセル間をより低抵抗で接続
することが可能となり、低コスト、高信頼性を有する直
列接続型薄膜太陽電池が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、ら）、（Ｃ）は本発明が適用される製造
方法の一実施例を工程を追って示す断面図、第２図は従
来の直列接続型薄膜太陽電池の断面図、第３図はレーザ
パワーと接触抵抗の関係を示す線図、第４図はレーザ光
掃引速度と接触抵抗の関係を示す線図、第５図（ａ）、
　（ｂ）、　（Ｃ）はレーザ光掃引速度を変化させた際
の貫通孔周囲の平面図、第６図はカッティング回数と接
触抵抗の関係を示す線図、第７図（ａ）、　（ｂ）、　
（Ｃ）はカッティング回数を変えたときの貫通孔周囲の
平面図、第８図はＳｎＯ，薄膜をパラメータとした時の
カッティング回数と接触抵抗の関係を示す線図である。 １　ガラス基板、２１．２２．２３　　第一電極、３ア
モルファス半導体層、３１．３２．３３　　アモルファ
ス半導体層領域、４　第二電極層、４１．４２．４３第
二電極、５１．５２．５３　　良導電性部、６　レーザ
光、？１．７２．７３　　貫通孔。 第 図 ビ ム掃引速度（ｍｍ／５ｅｃ） 第 図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 第 図 第 図 レ ザーパワ （ｍＷ） 第 図 カッティング回数 第 区 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）絶縁性基板上にあって基板側に第一電極、反基板側
   に第二電極を備えたアモルファス半導体層からなる複数
   のユニットセルが直列接続されるものを製造するに際し
   、絶縁性基板上に一列に配列された複数の第一電極を形
   成する工程と、その上を覆ってアモルファス半導体層、
   第二電極層を積層する工程の後に、レーザ光の照射によ
   り第二電極層およびアモルファス半導体層を各第一電極
   の縁部近傍の上に達する複数の貫通孔を形成すると共に
   該貫通孔周囲のアモルファス半導体層を良導電性化ある
   いは該貫通孔周囲の第二電極、アモルファス半導体層、
   第一電極を良導電性化する工程と第二電極層のみを前記
   貫通孔より第一電極の内側の上で切断し、分割する工程
   を含む薄膜太陽電池の製造方法において、前記レーザ光
   にＹＡＧレーザを用い、そのレーザ光出力を４００〜４
   ５０ｍＷとし、レーザビームの掃引速度を９０〜１００
   ｍｍ／ｓｅｃとしたことを特徴とする薄膜太陽電池の製
   造方法。