WO2009123039A1 - 太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置 - Google Patents

太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置 Download PDF

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defect
structural defect
resistance value
partition
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和弘 山室
佐藤　誠一
充 矢作
湯山　純平
中村　久三
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株式会社アルバック
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    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
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    • H—ELECTRICITY
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell manufacturing method and a solar cell manufacturing apparatus, and more particularly to a solar cell manufacturing method and a solar cell manufacturing apparatus capable of detecting and repairing structural defects at low cost.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2008-090567 for which it applied on March 31, 2008, and uses the content here.
  • a solar cell using a silicon single crystal is excellent in energy conversion efficiency per unit area.
  • a solar cell using a silicon single crystal uses a silicon wafer obtained by slicing a silicon single crystal ingot, a large amount of energy is consumed for manufacturing the ingot and the manufacturing cost is high.
  • solar cells using amorphous (amorphous) silicon thin films that can be manufactured at lower cost are widely used as low-cost solar cells.
  • Amorphous silicon solar cells use a semiconductor film having a layer structure called a pin junction in which an amorphous silicon film (i-type) that generates electrons and holes when receiving light is sandwiched between p-type and n-type silicon films. . Electrodes are formed on both sides of the semiconductor film. Electrons and holes generated by sunlight move actively due to the potential difference between the p-type and n-type semiconductors, and this is continuously repeated, causing a potential difference between the electrodes on both sides.
  • i-type amorphous silicon film
  • a transparent electrode such as TCO (Transparent Conductive Oxide) is formed on a glass substrate as a lower electrode, and a semiconductor film made of amorphous silicon, an upper electrode, A structure in which an Ag thin film or the like is formed is employed.
  • TCO Transparent Conductive Oxide
  • an amorphous silicon solar cell including a photoelectric conversion body composed of such upper and lower electrodes and a semiconductor film there is a problem that a potential difference is small and a resistance value is large only by depositing each layer uniformly over a wide area on a substrate. .
  • an amorphous silicon solar cell is configured by forming partition elements in which photoelectric converters are electrically partitioned for each predetermined size and electrically connecting partition elements adjacent to each other.
  • a groove called a scribe line (scribe line) is formed on a photoelectric conversion body uniformly formed in a large area on a substrate using a laser beam or the like to obtain a large number of strip-shaped partition elements.
  • a structure in which the partition elements are electrically connected in series is employed.
  • an amorphous silicon solar cell having such a structure it is known that some structural defects occur in the manufacturing stage. For example, when an amorphous silicon film is formed, particles may be mixed or pinholes may be generated, so that the upper electrode and the lower electrode may be locally short-circuited.
  • the metal film constituting the upper electrode melts along the scribe line to reach the lower electrode, There may be a local short circuit with the lower electrode.
  • Patent Documents 1 and 2 a bias voltage is applied to the entire partition elements divided by a scribe line, and a Joule heat generated at a short-circuited portion is detected by an infrared sensor, whereby a partition element having a structural defect exists.
  • a method of identifying is disclosed. Further, there is a structural defect by enlarging and observing the surface of all partition elements with a CCD camera or the like, or by irradiating light and measuring and comparing FF (fill factor) for each partition element.
  • FF fill factor
  • the semiconductor film is removed over a wide range when repairing the defect portion with laser light or the like, and only the characteristics as a solar cell are obtained. There was also a problem that the appearance was not preferable. Further, when only a general defect position is specified and a defect is removed by applying a bias voltage, it is necessary to increase the bias voltage. However, when a bias voltage higher than necessary is applied, there is a problem in that a normal portion where no defect has occurred is damaged.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and accurately identifies the location of occurrence of a structural defect in a short time without damaging the photoelectric conversion body of the solar cell, and reliably identifies the identified structural defect. Another object is to provide a solar cell manufacturing method and a solar cell manufacturing apparatus that can be removed and repaired.
  • the present invention provides the following solar cell manufacturing method. That is, the method for manufacturing a solar cell according to the first aspect of the present invention includes a plurality of partition elements, forming a photoelectric conversion body in which the partition elements adjacent to each other are electrically connected, and among the photoelectric conversion bodies, By identifying a partition element having a structural defect (defect partition specifying step) and specifying a defect site from a distribution of resistance values obtained by measuring a resistance value at a plurality of locations between the partition elements adjacent to each other. The region where the structural defect exists in the partition element is limited (defect region specifying step), and a bias voltage is applied to the region where the structural defect exists to remove the structural defect (repair step).
  • the structural defect is removed from the measurement terminal used for measuring the resistance value when the portion where the structural defect exists is limited (defect portion specifying step). It is preferable that a bias voltage is applied at this time (restoration step).
  • the measurement density of the resistance value may be changed at least two or more levels. preferable.
  • a 4-probe resistance measuring device is used to measure the resistance value. It is preferred that
  • the solar cell manufacturing apparatus is a solar cell manufacturing apparatus having a photoelectric converter including a plurality of partition elements, and the partition elements having a structural defect among the photoelectric converters.
  • a resistance measuring unit that measures resistance values at a plurality of locations between the partition elements adjacent to each other is included.
  • a solar cell including a partition element having a structural defect is selected, and only the solar cell having a defect is selected as a defective site specifying step.
  • the defect location is accurately specified.
  • the resistance measuring unit that measures the resistance value at a plurality of locations between the partition elements is provided. Therefore, it is possible to accurately specify the position of the defect in the partition element, and it is possible to remove only the minimum region including the defect in the repair process. The defective portion can be repaired without greatly degrading the characteristics as a solar cell and without losing the appearance.
  • FIG. 1 is an enlarged perspective view showing an example of a main part of an amorphous silicon type solar cell manufactured by the method for manufacturing a solar cell of the present invention.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view showing the layer configuration of the solar cell of FIG.
  • FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view in which a portion indicated by reference numeral B in FIG.
  • the solar cell 10 has a photoelectric conversion body 12 formed on a first surface 11a (one surface) of a transparent insulating substrate 11.
  • substrate 11 should just be formed with the insulating material which is excellent in the transmittance
  • first electrode layer (lower electrode) 13 a semiconductor layer 14, and a second electrode layer (upper electrode) 15 are stacked in order from the substrate 11.
  • the first electrode layer (lower electrode) 13 may be made of a transparent conductive material, for example, a light-transmitting metal oxide such as TCO or ITO (Indium Tin Oxide).
  • the second electrode layer (upper electrode) 15 only needs to be formed of a conductive metal film such as Ag or Cu.
  • the semiconductor layer 14 has a pin junction structure in which an i-type amorphous silicon film 16 is sandwiched between a p-type amorphous silicon film 17 and an n-type amorphous silicon film 18.
  • an i-type amorphous silicon film 16 is sandwiched between a p-type amorphous silicon film 17 and an n-type amorphous silicon film 18.
  • a potential difference is generated between the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 (photoelectric conversion).
  • the photoelectric conversion body 12 is divided by a scribe line 19 into a large number of partition elements 21, 21.
  • the partition elements 21, 21,... Are electrically partitioned from each other and electrically connected in series between the partition elements 21 adjacent to each other.
  • the photoelectric conversion body 12 has a structure in which the partition elements 21, 21... Are all electrically connected in series. In this structure, a high potential difference current can be extracted.
  • the scribe line 19 is formed, for example, by forming the photoelectric conversion body 12 uniformly on the first surface 11a of the substrate 11 and then forming grooves in the photoelectric conversion body 12 at a predetermined interval by a laser beam or the like.
  • a protective layer made of an insulating resin or the like on the second electrode layer (upper electrode) 15 constituting the photoelectric converter 12.
  • FIG. 3 is a flowchart showing step by step the method for manufacturing a solar cell of the present invention. Among these, the process from detection of structural defects to repair will be described in detail.
  • the photoelectric conversion body 12 is formed on the first surface 11a of the transparent substrate 11 (photoelectric conversion body forming step: P1).
  • a first electrode layer (lower electrode) 13 As a structure of the photoelectric converter 12, for example, a first electrode layer (lower electrode) 13, a semiconductor layer 14, and a second electrode layer (upper electrode) 15 are stacked in order from the first surface 11 a of the substrate 11. I just need it.
  • the structural defect A ⁇ b> 1 caused by impurities (contamination) mixed into the semiconductor layer 14 or fine pins on the semiconductor layer 14.
  • defects such as a structural defect A2 in which holes are generated may occur.
  • Such structural defects A1 and A2 locally short-circuit (leak) between the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 to reduce power generation efficiency.
  • a laser beam or the like is irradiated toward the photoelectric converter 12 to form a scribe line (scribe line) 19 and divided into a large number of strip-shaped partition elements 21, 21. : P2).
  • the metal constituting the second electrode layer 15 is melted by the deviation of the laser irradiation position and flows down into the groove of the scribe line 19.
  • defects such as structural defects A3 may occur.
  • Such a structural defect A3 locally short-circuits (leaks) between the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 to reduce power generation efficiency.
  • the partition elements 21, 21... Having the structural defects represented by A1 to A3 described above are specified (defect partition specifying step: P3).
  • specific methods for specifying the partition elements 21, 21... In which a structural defect exists include, for example, measurement of resistance value, measurement of FF (fill factor), and the like.
  • the partition element 21 in which a structural defect exists is specified by measuring the resistance value, as shown in FIG. 5, several measurement points are set along the longitudinal direction L of the strip-shaped partition element 21 and are adjacent to each other. A resistance value is measured between the partition elements 21 and 21, and a partition element 21s (defective partition element) in which a structural defect exists can be identified from the distribution of the measured values.
  • FIG. 6 shows an example in which the resistance value of the adjacent partition elements is measured in a solar cell composed of 120 partition elements.
  • the resistance value of the 35th partition element is clearly reduced. That is, it is predicted that a structural defect that causes a short circuit exists in the 35th partition element. Similarly, it is predicted that a structural defect also exists in the 109th partition element.
  • a defect section specifying step when a section element having a structural defect is specified by measuring a resistance value, there are several methods as a measuring method. For example, using a measuring device in which a large number of probes are arranged at predetermined intervals along the longitudinal direction L of the partition element 21, a resistance value between the partition elements is completed by a single vertical movement of the probe, Alternatively, any method may be used as long as the probe is scanned along the longitudinal direction L of the partition element 21 and the probe is repeatedly moved up and down at a predetermined measurement point.
  • a method of applying a bias voltage of a predetermined value a method of a two-probe method performed by a set of two probes that also serves as a current value measurement, or Any of the four-probe methods comprising two sets of four probes, which are performed by differentiating the probe used for applying a bias current having a predetermined value and the probe used for measuring the voltage value, may be used.
  • the resistance value is calculated from these voltage value and current value.
  • FF fill factor
  • the solar cell in which the partition element in which the structural defect exists is found through the defect partition specifying process as described above is sent to the defect site specifying process described below.
  • a solar cell in which a partition element having a structural defect cannot be found is commercialized as a non-defective product through a protective layer formation step P6 and the like.
  • the solar cell in which the partition element in which the structural defect exists is found in the defect partition specifying step described above is further sent to a step (defect portion specifying step: P4) for limiting the portion where the structural defect exists in the partition element.
  • the resistance value between adjacent partition elements 21 along the longitudinal direction L is limited only to the partition elements in which structural defects are considered to exist in the previous defect partition specifying step. taking measurement. At this time, the measurement interval (measurement density) of the resistance value in the longitudinal direction L is measured more finely than the measurement interval of the resistance value in the defect section specifying step of the previous step.
  • the adjacent partition elements 21 and the adjacent partition elements 21 are measured at predetermined measurement intervals T1 (measurement density) over the entire area in the longitudinal direction L of the partition elements 21s where the structural defects R are considered to exist. Measure the resistance value between. By measuring the resistance value, the approximate position of the structural defect R in the longitudinal direction L of the partition element 21s is specified.
  • the measurement interval T1 may be about 20 mm, for example.
  • FIG. 8 shows an example of measuring the resistance value between adjacent partition elements in a strip-shaped partition element having a length of 1400 mm in the longitudinal direction L (one defect exists).
  • the resistance value decreases as the distance from one end of the partition terminal approaches 250 mm.
  • a tendency is observed in which the resistance value gradually decreases as the position of the defect is approached. Therefore, if the resistance value is measured at a predetermined interval in the longitudinal direction L of the partition element 21 s and the change in the resistance value is observed, the position where the structural defect exists in the partition element 21 s is limited. Can do.
  • the measurement interval T2 that is finer than the above-described measurement interval T1 is about 100 mm before and after this position. It is preferable to measure a resistance value between adjacent partition elements (see FIG. 7B).
  • the measurement interval T2 is set to, for example, about 2 mm, and the position where the structural defect R exists is accurately specified with an accuracy about ten times finer than the above-described step of specifying the approximate defect position.
  • a method of applying a bias voltage of a predetermined value a method of a two-probe method performed by a set of two probes that also serves as a current value measurement, or Any of the four-probe methods comprising two sets of four probes, which are performed by differentiating the probe used for applying a bias current having a predetermined value and the probe used for measuring the voltage value, may be used.
  • the resistance value is calculated from these voltage value and current value.
  • the defect position is identified by changing the measurement interval of the resistance value in two stages in relation to such a defect site identification process, but the measurement interval is further varied in three or more stages to more accurately define the partition element.
  • the position of the defect inside may be specified.
  • a bias current (voltage) is intermittently applied only to the probe X1 intermittently at a predetermined wide measurement interval T1, and the approximate position of the structural defect R is specified.
  • the bias current is applied to the probe X2 in the section in which the structural defect R is considered to exist, that is, the section having the lowest resistance value between the probes to which the bias current (voltage) is applied. (Voltage) is applied.
  • the position of the structural defect R in the partition element is specified more accurately.
  • the probe unit U in which the probes are densely arranged at the interval T2 along the longitudinal direction L of the partitioning element 21s the probe to which the bias current (voltage) is applied is appropriately changed to thereby change the probe.
  • the position of the structural defect R can be quickly detected simply by selecting a probe that supplies a bias current without moving the needle in the longitudinal direction L.
  • a method of changing the interval between terminals to be measured during measurement may be adopted.
  • the resistance value is initially measured by setting the terminal interval to be relatively large, and the resistance value lower than the threshold value is detected or constant.
  • the distance between the terminals is narrowed to measure each terminal.
  • the measurement is performed by returning to the original interval.
  • a method may be adopted in which a plurality of threshold values are determined and the terminal measurement interval is changed for each threshold value. For example, resistance thresholds A, B, and C (A> B> C) are determined. When the resistance value is greater than or equal to the threshold A, measurement is performed with an interval of 10 terminals, and when the threshold value is less than or equal to the threshold A, measurement is performed with 5 terminals available. Measure at each terminal. When the resistance value increases, the measurement interval is increased every time the threshold value is exceeded. When there is a defect, the resistance value gradually changes (see FIG. 8), and thus the defect position can be detected quickly and accurately by changing the measurement interval for each threshold.
  • the structural defect R of the solar cell is repaired (repair process: P5).
  • a bias current is applied only in the vicinity of the location where the structural defect R specified through the defect section specifying process and the defect site specifying process described above is present, and the semiconductor layer in the portion where the structural defect R exists And only the electrodes are removed by evaporation (see FIG. 7C and FIG. 4B).
  • the exact location of the defect in the partition element is specified in the defect site specifying process, only the minimum range E1 to E3 including the structural defect R can be removed. That is, each of the structural defects A1 to A3 shown in FIG. 4A is removed as shown by reference numerals E1 to E3 in FIG. 4B.
  • the repair bias voltage may be changed in accordance with the measured resistance value. Specifically, when the resistance value is small, the defect portion is often large. Therefore, the defect can be removed in a short time by increasing the bias voltage. In addition, when the resistance value is large, the defect portion is often small. Therefore, it is possible to avoid applying an unnecessarily high voltage by reducing the bias voltage. In the present invention, since the position of the defect is specified and the resistance is measured in the vicinity thereof, the accurate resistance value of the defective portion can be measured, and a suitable bias voltage can be selected.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a circuit in which a bias current circuit for repairing defects is added to a 4-probe resistance measuring device.
  • the resistance value is measured by supplying a bias current W1 for resistance measurement from one set of probes B1 (first set) as shown by a solid line during resistance measurement.
  • the resistance value is calculated by measuring the voltage value V using the other set of probes B2 (second set).
  • the circuit is switched to a circuit indicated by a dotted line, and a defect repair bias current W2 having a voltage higher than the resistance measurement bias current W1 is supplied from the probe B1, thereby removing (repairing) a portion including the defect. .
  • the solar cell that has been identified and removed through the defect section specifying step (P3), the defect site specifying step (P4), and the repairing step (P5) and having removed the structural defects in the partition element is It is sent to the formation process (P6), and the process of a post process is performed.
  • a solar cell including a partition element having a structural defect is selected in a defect partition specifying step. Then, since only the solar cell having a defect is accurately identified in the defect site identification step, the solar cell having no structural defect can be efficiently manufactured.
  • the defect site identification process since the position of the defect can be accurately identified in the partition element, it is possible to remove only the minimum area including the defect in the repair process, without significantly degrading the characteristics as a solar cell, In addition, the defective portion can be repaired without impairing the appearance.
  • the solar cell manufacturing apparatus of the present invention has a plurality of resistance values between the partition elements 21 in order to identify the position of the structural defect E in the defect site identification process shown in FIGS.
  • a resistance measuring unit for measuring The resistance measurement unit includes a two-probe or four-probe resistance measurement device and a moving device that relatively moves the partition element 21 and the probe along the length direction L. Furthermore, if the solar cell manufacturing apparatus of the present invention is equipped with a defect repairing bias circuit (see FIG. 9) for applying a defect repairing bias current to the probe of the resistance measuring apparatus, the defect in the partition element is detected. From the position specification to the repair can be efficiently processed in a short time with one apparatus.
  • the present invention provides a method for manufacturing a solar cell in which damage to a photoelectric conversion body is suppressed, the occurrence location of a structural defect is accurately identified, and the specific structural defect is reliably removed and repaired. Useful for equipment.

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Abstract

　この太陽電池の製造方法は、複数の区画素子（２１，２１ｓ）を含み、互いに隣接する前記区画素子（２１，２１ｓ）どうしが電気的に接続された光電変換体（１２）を形成し、前記光電変換体（１２）のうち、構造欠陥を有する区画素子（２１ｓ）を特定し、互いに隣接する区画素子（２１，２１ｓ）どうしの間で複数個所の抵抗値を測定して得られる抵抗値の分布から欠陥部位を特定することにより、前記区画素子（２１ｓ）内で前記構造欠陥（Ｒ，Ａ１，Ａ２，Ａ３）が存在する部位を限定し、前記構造欠陥（Ｒ，Ａ１，Ａ２，Ａ３）が存在する部位にバイアス電圧を印加して前記構造欠陥（Ｒ，Ａ１，Ａ２，Ａ３）を除去する。

Description

太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置
　本発明は、太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造装置に関し、詳しくは、構造欠陥を低コストで検出し、修復することが可能な太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造装置に関する。
　本願は、２００８年３月３１日に出願された特願２００８－０９０５６７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　エネルギーの効率的な利用の観点から、近年、太陽電池はますます広く一般に利用されつつある。特に、シリコン単結晶を利用した太陽電池は単位面積当たりのエネルギー変換効率に優れている。しかし、一方でシリコン単結晶を利用した太陽電池は、シリコン単結晶インゴットをスライスしたシリコンウエハを用いるため、インゴットの製造に大量のエネルギーが費やされ、製造コストが高い。特に、屋外などに設置される大面積の太陽電池を実現する場合、シリコン単結晶を利用して太陽電池を製造すると、現状では相当にコストが掛かる。そこで、より安価に製造可能なアモルファス（非晶質）シリコン薄膜を利用した太陽電池が、ローコストな太陽電池として普及している。
　アモルファスシリコン太陽電池は、光を受けると電子とホールを発生するアモルファスシリコン膜（ｉ型）が、ｐ型およびｎ型のシリコン膜によって挟まれたｐｉｎ接合と呼ばれる層構造の半導体膜を用いている。この半導体膜の両面には、それぞれ電極が形成されている。太陽光によって発生した電子とホールは、ｐ型・ｎ型半導体の電位差によって活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで両面の電極に電位差が生じる。
　こうしたアモルファスシリコン太陽電池の具体的な構成としては、例えば、ガラス基板にＴＣＯ（Transparent Conductive Oxide）などの透明電極を下部電極として成膜し、この上にアモルファスシリコンからなる半導体膜と、上部電極となるＡｇ薄膜などが形成された構成が採用される。
　このような上下電極と半導体膜からなる光電変換体を備えたアモルファスシリコン太陽電池においては、基板上に広い面積で均一に各層を成膜しただけでは電位差が小さく、抵抗値が大きくなる問題がある。そのため、例えば、光電変換体を所定のサイズごとに電気的に区画した区画素子を形成し、互いに隣接する区画素子どうしを電気的に接続することにより、アモルファスシリコン太陽電池が構成されている。
　具体的には、基板上に広い面積で均一に形成した光電変換体にレーザー光などを用いてスクライブ線（スクライブライン）と称される溝を形成し、多数の短冊状の区画素子を得て、この区画素子どうしを電気的に直列に接続した構造が採用される。
　ところで、こうした構造のアモルファスシリコン太陽電池においては、製造段階で幾つかの構造欠陥が生じることが知られている。例えば、アモルファスシリコン膜の成膜時にパーティクルが混入したりピンホールが生じたりすることにより、上部電極と下部電極とが局所的に短絡することがある。また、基板上に光電変換体を形成した後に、スクライブ線によって多数の区画素子に分割する際に、このスクライブ線に沿って上部電極を成す金属膜が溶融して下部電極に達し、上部電極と下部電極とが局所的に短絡することもある。
　このように、光電変換体において、半導体膜を挟んで上部電極と下部電極との間で局所的に短絡するような構造欠陥が生じると、発電電圧の低下や光電変換効率が低下するといった不具合を引き起こす。このため、従来のアモルファスシリコン太陽電池の製造工程においては、こうした短絡等の構造欠陥を検出し、構造欠陥が生じている箇所を除去することにより、不具合を修復している。
　例えば、特許文献１、２には、スクライブ線で分割されたそれぞれの区画素子全体にバイアス電圧を印加し、短絡箇所で生じるジュール熱を赤外線センサによって検出することで、構造欠陥が存在する区画素子を特定する方法が開示されている。　また、全ての区画素子の表面をＣＣＤカメラ等で拡大観察する方法、或いは光を照射して区画素子ごとのＦＦ（fill factor：曲線因子）を測定して比較することにより、構造欠陥が存在する区画素子を特定する方法も知られている。
特開平９－２６６３２２号公報 特開２００２－２０３９７８号公報
　しかしながら、上述したような区画素子全体にバイアス電圧を印加して欠陥を検出する方法では、区画素子内の大よその欠陥位置の特定はできるが、細かい位置を特定することが困難であり、また赤外線センサのスキャニングも必要であるなど、検出精度や検出のための装置コストが大きいという問題があった。
　また、欠陥箇所が発熱する程度にバイアス電圧を印加するため、半導体膜にダメージを与える虞もあった。
　ＣＣＤカメラ等で拡大観察して欠陥を検出する方法では、カメラを太陽電池の全域に渡って走査させる必要があり、特に太陽電池が大面積である場合、構造欠陥の検出に手間と時間がかかるという課題があった。また、表層に現れない欠陥は検出されない虞もあった。
　光を照射して区画素子ごとのＦＦを測定する方法では、欠陥が存在する区画素子自体は検出できるが、区画素子内のどこに欠陥が存在するかを特定することは困難であった。
　そして、これら上述した欠陥検出方法では、大よその欠陥位置しか特定できないために、レーザー光などで欠陥箇所を修復する際に、広範囲に半導体膜を除去することとなり、太陽電池としての特性だけでなく外観上も好ましくないという問題があった。
　また、大よその欠陥位置しか特定しないで、バイアス電圧を印加して欠陥を除去する場合、バイアス電圧を高くする必要があった。しかし、必要以上に高いバイアス電圧を印加すると、欠陥が生じていない正常な部分にダメージを与えるという問題があった。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、太陽電池の光電変換体に大きなダメージを与えることなく、短時間で構造欠陥の発生箇所を正確に特定し、特定した構造欠陥を確実に除去、修復が可能な太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は次のような太陽電池の製造方法を提供する。即ち、本発明の第１態様の太陽電池の製造方法は、複数の区画素子を含み、互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を形成し、前記光電変換体のうち、構造欠陥を有する区画素子を特定（欠陥区画特定工程）し、互いに隣接する前記区画素子どうしの間で複数個所の抵抗値を測定して得られる抵抗値の分布から欠陥部位を特定することにより、前記区画素子内で前記構造欠陥が存在する部位を限定（欠陥部位特定工程）し、前記構造欠陥が存在する部位にバイアス電圧を印加して前記構造欠陥を除去する（修復工程）。
　本発明の第１態様の太陽電池の製造方法においては、前記構造欠陥が存在する部位を限定する際（欠陥部位特定工程）に抵抗値の測定に用いる測定端子には、前記構造欠陥を除去する際（修復工程）にバイアス電圧が印加されることが好ましい。
　本発明の第１態様の太陽電池の製造方法においては、前記構造欠陥が存在する部位を限定する際（欠陥部位特定工程）に、抵抗値の測定密度を少なくとも２段階以上変えて測定することが好ましい。
　本発明の第１態様の太陽電池の製造方法においては、前記構造欠陥が存在する部位を限定する際（欠陥部位特定工程）に、抵抗値の測定には４探針式の抵抗測定装置が用いられることが好ましい。
　また、本発明は次のような太陽電池の製造装置を提供する。
　即ち、本発明の第２態様の太陽電池の製造装置は、複数の区画素子を含む光電変換体を有する太陽電池の製造装置であって、前記光電変換体のうち、構造欠陥を有する前記区画素子内で構造欠陥が存在する部位を限定するために、互いに隣接する前記区画素子どうしの間で複数個所の抵抗値を測定する抵抗測定部を含む。
　本発明の第１態様の太陽電池の製造方法によれば、最初に欠陥区画特定工程において、構造欠陥を有する区画素子を含む太陽電池を選別し、欠陥を有する太陽電池だけを、欠陥部位特定工程において、欠陥の存在部位を正確に特定している。これにより、構造欠陥の無い太陽電池を効率的に製造することができる。
　しかも、欠陥部位特定工程において、区画素子内で欠陥の存在位置を正確に特定できるので、修復工程で欠陥を含む最小限の領域だけを除去することができる。太陽電池としての特性を大きく低下させず、かつ外観も損なうことなく、欠陥箇所の修復することができる。
　また、本発明の第２態様の太陽電池の製造装置によれば、構造欠陥の位置を特定するために、区画素子どうしの間で複数個所の抵抗値を測定する抵抗測定部を備えている。そのため、区画素子内で欠陥の存在位置を正確に特定でき、修復工程で欠陥を含む最小限の領域だけを除去することができる。太陽電池としての特性を大きく低下させず、かつ外観も損なうことなく欠陥箇所の修復することができる。
アモルファスシリコン型太陽電池の要部の一例を示す拡大斜視図である。 アモルファスシリコン型太陽電池の一例を示す断面図である。 本発明の太陽電池の製造方法の概要を示すフローチャートである。 構造欠陥の存在例と欠陥修復後の様子を示す断面図である。 欠陥区画特定工程の様子を示す説明図である。 欠陥区画特定工程での抵抗値の測定例を示す図である。 欠陥部位特定工程の様子を示す説明図である。 欠陥部位特定工程での抵抗値の測定例を示す図である。 本発明の太陽電池の製造装置における抵抗測定部の一例を示す回路図である。 本発明の太陽電池の製造装置における抵抗測定部の一例を示す外略図である。
符号の説明
　１０　太陽電池
　１１　基板
　１２　光電変換体
　１３　第一電極
　１４　半導体層
　１５　第二電極
　１９　スクライブ線
　２１　区画素子
　以下、本発明に係る太陽電池の製造方法、およびこれに用いられる本発明の太陽電池の製造装置について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
　図１は、本発明の太陽電池の製造方法により製造されるアモルファスシリコン型の太陽電池の要部の一例を示す拡大斜視図である。また、図２（ａ）は、図１の太陽電池の層構成を示す断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の符号Ｂで示された部分が拡大された断面拡大図である。太陽電池１０は、透明な絶縁性の基板１１の第１面１１ａ（一方の面）に形成された光電変換体１２を有する。基板１１は、例えば、ガラスや透明樹脂など、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性を有する絶縁材料で形成されていればよい。この基板１１の第２面１１ｂ（他方の面）には太陽光が入射する。
　光電変換体１２においては、基板１１から順に第一電極層（下部電極）１３，半導体層１４，及び第二電極層（上部電極）１５が積層されている。第一電極層（下部電極）１３は、透明な導電材料、例えば、ＴＣＯ，ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの光透過性の金属酸化物から形成されていればよい。また、第二電極層（上部電極）１５は、Ａｇ，Ｃｕなど導電性の金属膜によって形成されていればよい。
　半導体層１４は、例えば、図２（ｂ）に示すように、ｐ型アモルファスシリコン膜１７とｎ型アモルファスシリコン膜１８との間にｉ型アモルファスシリコン膜１６が挟まれて構成されたｐｉｎ接合構造を有する。そして、この半導体層１４に太陽光が入射すると電子とホールが生じ、ｐ型アモルファスシリコン膜１７とｎ型アモルファスシリコン膜１８との電位差によって電子及びホールは活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで第一電極層１３と第二電極層１５との間に電位差が生じる（光電変換）。
　光電変換体１２は、スクライブ線（スクライブライン）１９によって、外形が短冊状の多数の区画素子２１，２１…に分割されている。この区画素子２１，２１…は互いに電気的に区画されるとともに、互いに隣接する区画素子２１どうしの間で、電気的に直列に接続される。これにより、光電変換体１２は、区画素子２１，２１…が全て電気的に直列に繋がれた構造を有する。この構造においては、高い電位差の電流を取り出すことができる。スクライブ線１９は、例えば、基板１１の第１面１１ａに均一に光電変換体１２を形成した後、レーザー光線などによって光電変換体１２に所定の間隔で溝を形成することにより形成される。
　なお、こうした光電変換体１２を構成する第二電極層（上部電極）１５の上に、さらに絶縁性の樹脂などからなる保護層（図示せず）を形成するのが好ましい。
　以上のような構成の太陽電池を製造するための製造方法を説明する。図３は本発明の太陽電池の製造方法を段階的に示したフローチャートである。このうち、特に構造欠陥の検出から修復に至る工程について詳述する。
　まず、図１に示すように、透明な基板１１の第１面１１ａに上に光電変換体１２を形成する（光電変換体の形成工程：Ｐ１）。光電変換体１２の構造としては、例えば、基板１１の第１面１１ａから順に第一電極層（下部電極）１３，半導体層１４，及び第二電極層（上部電極）１５が積層された構造であればよい。
　こうした光電変換体１２の形成工程の中で、図４（ａ）に示すように、半導体層１４に不純物等が混入すること（コンタミネーション）によって生じる構造欠陥Ａ１や、半導体層１４に微細なピンホールが生じる構造欠陥Ａ２などの不具合が発生する場合がある。こうした構造欠陥Ａ１，Ａ２は、第一電極層１３と第二電極層１５との間を局所的に短絡（リーク）させ、発電効率を低下させる。
　次に、光電変換体１２に向けて、例えばレーザー光線などを照射して、スクライブ線（スクライブライン）１９を形成し、短冊状の多数の区画素子２１，２１…に分割する（区画素子の形成工程：Ｐ２）。
　こうしたスクライブ線１９の形成工程の中で、図４（ａ）に示すように、レーザー照射位置のズレなどによって第二電極層１５を構成する金属が溶融してスクライブ線１９の溝内に流下することによって生じる構造欠陥Ａ３などの不具合が発生する場合がある。こうした構造欠陥Ａ３は、第一電極層１３と第二電極層１５との間を局所的に短絡（リーク）させ、発電効率を低下させる。
　以上の工程で形成された太陽電池１０においては、まず、上述したＡ１からＡ３に代表される構造欠陥が存在する区画素子２１，２１…が特定される（欠陥区画特定工程：Ｐ３）。この欠陥区画特定工程において、構造欠陥が存在する区画素子２１，２１…を特定する具体的な方法としては、例えば、抵抗値の測定、ＦＦ（fill factor：曲線因子）の測定などが挙げられる。
　抵抗値の測定によって構造欠陥が存在する区画素子２１を特定する場合、図５に示すように、短冊状の区画素子２１の長手方向Ｌに沿っていくつかの測定点を設定し、互いに隣接する区画素子２１，２１どうしの間で抵抗値を測定し、この測定値の分布から構造欠陥が存在する区画素子２１ｓ（欠陥区画素子）を特定することができる。
　例えば、１２０個の区画素子からなる太陽電池において、互いに隣接する区画素子どうしの抵抗値を測定した一例を図６に示す。この図６に示す測定結果によれば、３５番目の区画素子と３６番目の区画素子との抵抗値を比較すると、明らかに３５番目の区画素子の抵抗値が低下している。即ち、３５番目の区画素子に短絡の原因となる構造欠陥が存在することが予測される。同様に、１０９番目の区画素子にも構造欠陥が存在することが予測される。
　このような欠陥区画特定工程において、抵抗値の測定によって構造欠陥が存在する区画素子を特定する場合、測定方法として幾つかの方法が挙げられる。例えば、区画素子２１の長手方向Ｌに沿って多数の探針が所定の間隔で配列された測定装置を用いて、区画素子どうしの抵抗値を一回の探針の上下動で完了させる方法、あるいは、探針を区画素子２１の長手方向Ｌに沿って走査させ、所定の測定点で探針の上下動を繰り返して測定する方法などであればよい。
　このような欠陥区画特定工程における抵抗値の測定においては、所定値のバイアス電圧を印加する方法、電流値の測定とを兼ねた１組２本の探針で行う２探針式による方法、または、所定値のバイアス電流の印加に用いる探針と電圧値の測定に用いる探針とを異ならせて行う２組４本の探針からなる４探針式による方法のいずれを用いても良い。これら電圧値と電流値から抵抗値を算出する。
　なお、こうした欠陥区画特定工程においては、抵抗値の測定による方法以外にも、例えば、所定の光量の照明光を太陽電池に照射して、それぞれの区画素子ごとにＦＦ（fill factor：曲線因子）の測定を行い、互いに隣接する区画素子どうしのＦＦの値を比較し、特にＦＦの値が低く落ち込んでいる区画素子を構造欠陥が存在する区画素子として特定する方法を採用してもよい。
　以上のような欠陥区画特定工程を経て、構造欠陥が存在する区画素子が発見された太陽電池は、次に説明する欠陥部位特定工程に送られる。一方、構造欠陥が存在する区画素子が見つからない太陽電池は、そのまま良品として保護層の形成工程Ｐ６などを経て製品化される。
　上述した欠陥区画特定工程において構造欠陥が存在する区画素子が発見された太陽電池は、更に、区画素子内で構造欠陥が存在する部位を限定する工程（欠陥部位特定工程：Ｐ４）に送られる。この欠陥部位特定工程においては、前工程の欠陥区画特定工程において構造欠陥が存在すると見なされた区画素子に限って、その長手方向Ｌに沿って、隣接する区画素子２１との間の抵抗値を測定する。この時の長手方向Ｌでの抵抗値の測定間隔（測定密度）は、前工程の欠陥区画特定工程における抵抗値の測定間隔よりも細かく測定を行う。
　例えば、図７（ａ）に示すように、構造欠陥Ｒが存在すると見なされた区画素子２１ｓの長手方向Ｌの全域で、所定の測定間隔Ｔ１（測定密度）ごとに、隣接する区画素子２１との間で抵抗値の測定を行う。この抵抗値の測定によって、区画素子２１ｓの長手方向Ｌにおいて構造欠陥Ｒの大よその位置を特定する。測定間隔Ｔ１は、例えば２０ｍｍ程度であればよい。
　例えば、長手方向Ｌの長さが１４００ｍｍの短冊状の区画素子（欠陥が１箇所存在する）において、隣接する区画素子との間の抵抗値を測定した一例を図８に示す。この図８に示す測定結果によれば、区画端子の一方の端部からの距離が２５０ｍｍ付近に向かって抵抗値が低下している。短絡を引き起こす構造欠陥が存在する場合、このように、欠陥の存在位置に近づく程、抵抗値が漸減していく傾向が観察される。従って、抵抗値を区画素子２１ｓの長手方向Ｌに所定の間隔で測定していき、その抵抗値の変化を観察すれば、区画素子２１ｓ内で構造欠陥がどの位置に存在するかを限定することができる。
　以上のように、区画素子２１ｓの長手方向Ｌにおいて構造欠陥Ｒの大よその位置を特定した後、構造欠陥Ｒが存在する位置を更に正確に特定することが好ましい。　即ち、上述したように区画素子２１ｓの長手方向Ｌにおいて構造欠陥Ｒの大よその位置を特定した後、この位置の前後１００ｍｍ程度の間を、前述した測定間隔Ｔ１よりもさらに細かい測定間隔Ｔ２で、隣接する区画素子との間の抵抗値を測定するのが好ましい（図７（ｂ）参照）。測定間隔Ｔ２は、例えば２ｍｍ程度に設定され、上述した大よその欠陥位置を特定する工程よりも１０倍程度細かい精度で、構造欠陥Ｒの存在位置を正確に特定する。
　このような欠陥部位特定工程における抵抗値の測定においては、所定値のバイアス電圧の印加する方法、電流値の測定とを兼ねた１組２本の探針で行う２探針式による方法、または、所定値のバイアス電流の印加に用いる探針と電圧値の測定に用いる探針とを異ならせて行う２組４本の探針からなる４探針式による方法のいずれを用いても良い。これら電圧値と電流値から抵抗値を算出する。
　なお、こうした欠陥部位特定工程に関し、本実施形態においては抵抗値の測定間隔を２段階に変化させて欠陥の位置を特定したが、更に３段階以上に測定間隔を変えて、より正確に区画素子内での欠陥の位置を特定するようにしても良い。
　一方、上述した欠陥部位特定工程（Ｐ４）において、図１０（ａ）に示すような、区画素子２１ｓの長手方向Ｌに沿って間隔Ｔ２で探針が多数形成された探針ユニットＵを用いてもよい。まず、最初に所定の広い測定間隔Ｔ１ごとに間欠的に探針Ｘ１だけにバイアス電流（電圧）を印加し、構造欠陥Ｒの大よその位置を特定する。
　次に、図１０（ｂ）に示すように、構造欠陥Ｒが存在すると見なされた区間、即ちバイアス電流（電圧）を与えた探針間で最も抵抗値が低い区間の探針Ｘ２にバイアス電流（電圧）を印加する。この時、最初の広い測定間隔Ｔ１よりも狭い、探針の形成間隔であるＴ２で測定が行われるので、より正確に区画素子内での構造欠陥Ｒの位置が特定される。
　このように、区画素子２１ｓの長手方向Ｌに沿って探針を間隔Ｔ２で密に配列した探針ユニットＵを用いて、バイアス電流（電圧）を印加させる探針を適宜変更することによって、探針を長手方向Ｌに移動させずにバイアス電流を供給する探針を選択するだけで構造欠陥Ｒの位置を迅速に検出できる。
　また、他の検出方法として、測定中に測定する端子の間隔を変更する方法を採用してもよい。例えば、図１０（ａ）及び（ｂ）に示す装置を使用する場合、最初は端子の間隔を比較的大きく設定して抵抗値を測定し、閾値より低い抵抗値を検出した場合に、もしくは一定の割合より抵抗値が下がった場合に、端子の間隔を狭めて端子毎に測定する。端子毎の測定において、抵抗値が閾値より高くなった場合、もしくは正常値に戻った場合に、元の間隔に戻して測定を行う。
　さらに、他の検出方法として、複数の閾値を決め、閾値毎に端子の測定間隔を変更する方法を採用してもよい。例えば、抵抗値の閾値Ａ，Ｂ，及びＣ（Ａ＞Ｂ＞Ｃ）を決めておく。抵抗値が閾値Ａ以上の場合は１０端子間隔を空けて測定し、閾値Ａ以下となったら５端子空けて測定し、閾値Ｂ以下となったら２端子空けて測定し、閾値Ｃ以下となったら各端子で測定する。抵抗値が大きくなる場合には、逆に閾値を越える毎に測定間隔を広げて測定する。欠陥がある場合、抵抗値は徐々に変化するので（図８参照）、このように閾値毎に測定間隔を変更することで、迅速かつ正確に欠陥位置を検出することができる。
　また、これらの検出方法においては、図１０のように多数の端子を並べて、測定に使用する端子の間隔を変化させる装置を用いる場合について説明した。端子を動かしながら測定する場合には、閾値毎に測定間隔もしくは移動速度を変更する方法でも実現可能である。
　区画素子２１ｓの長手方向Ｌにおいて構造欠陥Ｒの正確な位置が特定されたら、次に太陽電池の構造欠陥Ｒを修復する（修復工程：Ｐ５）。修復工程では、上述した欠陥区画特定工程および欠陥部位特定工程を経て特定された構造欠陥Ｒが存在する箇所の近傍だけに限定的にバイアス電流を印加し、構造欠陥Ｒが存在する部分の半導体層や電極だけを蒸発させて取り除く（図７（ｃ）、および図４（ｂ）参照）。
　この修復工程において、欠陥部位特定工程で欠陥の区画素子内での正確な存在位置が特定されているため、構造欠陥Ｒを含む最小限の範囲Ｅ１からＥ３だけを除去することができる。即ち、図４（ａ）に示す構造欠陥Ａ１からＡ３の各々は、図４（ｂ）の符号Ｅ１からＥ３に示すように除去される。
　また、本発明では、測定された抵抗値に合わせて、修復用のバイアス電圧を変化させてもよい。具体的には、抵抗値が小さいときには、欠陥部分が大きい場合が多いため、バイアス電圧を大きくすることによって、短時間で欠陥を除去することができる。また、抵抗値が大きいときには、欠陥部分が小さい場合が多いため、バイアス電圧を小さくすることによって、不要に高い電圧を印加することを避けることができる。本発明では、欠陥の位置を特定し、その近傍で抵抗を測定しているので、欠陥部分の正確な抵抗値を測定することが可能で、好適なバイアス電圧を選択することが可能である。
　こうした修復工程において、欠陥修復のためのバイアス電流を印加する方法として、前工程である欠陥部位特定工程での抵抗値の測定に用いる探針に欠陥修復用のバイアス電流を供給する方法を用いることにより、より一層効率的に欠陥位置の特定から欠陥修復までの上述の工程を短時間で行うことができる。
　図９は、４探針式の抵抗測定装置に欠陥修復用のバイアス電流回路を付加した回路を示す概念図である。この抵抗測定、修復装置においては、抵抗測定時には実線で示す回路のように、一方の一組の探針Ｂ１（第１組）から抵抗測定用のバイアス電流Ｗ１を供給して電流値Ａを測定するともに、他方の一組の探針Ｂ２（第２組）を用いて電圧値Ｖを測定して抵抗値を算出する。
　一方、欠陥修復時には点線で示す回路に切り替えて、抵抗測定用のバイアス電流Ｗ１よりも高い電圧の欠陥修復用のバイアス電流Ｗ２を探針Ｂ１から供給し、欠陥を含む部位を除去（修復）する。
　以上のように、欠陥区画特定工程（Ｐ３）、欠陥部位特定工程（Ｐ４）、修復工程（Ｐ５）を経て、区画素子に存在する構造欠陥を特定して除去された太陽電池は、保護層の形成工程（Ｐ６）に送られ、後工程の処理が行われる。
　このような本発明の太陽電池の製造方法においては、最初に欠陥区画特定工程において、構造欠陥を有する区画素子を含む太陽電池を選別している。その後、欠陥を有する太陽電池だけを、欠陥部位特定工程において、欠陥の存在部位を正確に特定するようにしたので、構造欠陥の無い太陽電池を効率的に製造することができる。
　しかも、欠陥部位特定工程において、区画素子内で欠陥の存在位置を正確に特定できるので、修復工程で欠陥を含む最小限の領域だけを除去可能となり、太陽電池としての特性を大きく低下させず、かつ外観も損なうことなく欠陥箇所の修復することができる。
　本発明の太陽電池の製造装置は、図７（ａ）から（ｃ）に示す欠陥部位特定工程において、構造欠陥Ｅの位置を特定するために、区画素子２１どうしの間で複数個所の抵抗値を測定する抵抗測定部を有する。この抵抗測定部は、２探針式または４探針式の抵抗測定装置と、区画素子２１と探針とを長さ方向Ｌに沿って相対移動させる移動装置とから構成される。更に、本発明の太陽電池の製造装置が抵抗測定装置の探針に欠陥修復用のバイアス電流を印加させる欠陥修復用バイアス回路（図９参照）を備えていれば、区画素子内での欠陥の位置特定から修復までを１つの装置で効率よく短時間に処理することができる。
　以上詳述したように、本発明は、光電変換体に対するダメージが抑制され、構造欠陥の発生箇所が正確に特定され、特定の構造欠陥が確実に除去及び修復された太陽電池を製造する方法及び装置に有用である。

Claims (5)

  1. 　太陽電池の製造方法であって、
    　複数の区画素子を含み、互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を形成し、
    　前記光電変換体のうち、構造欠陥を有する区画素子を特定し、
    　互いに隣接する前記区画素子どうしの間で複数個所の抵抗値を測定して得られる抵抗値の分布から欠陥部位を特定することにより、前記区画素子内で前記構造欠陥が存在する部位を限定し、
    　前記構造欠陥が存在する部位にバイアス電圧を印加して前記構造欠陥を除去することを特徴とする太陽電池の製造方法。
  2. 　前記構造欠陥が存在する部位を限定する際に抵抗値の測定に用いる測定端子には、前記構造欠陥を除去する際にバイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  3. 　前記構造欠陥が存在する部位を限定する際に、抵抗値の測定密度を少なくとも２段階以上変えて測定することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
  4. 　前記構造欠陥が存在する部位を限定する際に、抵抗値の測定には４探針式の抵抗測定装置が用いられることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  5. 　複数の区画素子を含む光電変換体を有する太陽電池の製造装置であって、
    　前記光電変換体のうち、構造欠陥を有する前記区画素子内で構造欠陥が存在する部位を限定するために、互いに隣接する前記区画素子どうしの間で複数個所の抵抗値を測定する抵抗測定部を含むことを特徴とする太陽電池の製造装置。
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