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JP4173692B2 - Solar cell element and manufacturing method thereof - Google Patents

Solar cell element and manufacturing method thereof Download PDF

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JP4173692B2
JP4173692B2 JP2002161669A JP2002161669A JP4173692B2 JP 4173692 B2 JP4173692 B2 JP 4173692B2 JP 2002161669 A JP2002161669 A JP 2002161669A JP 2002161669 A JP2002161669 A JP 2002161669A JP 4173692 B2 JP4173692 B2 JP 4173692B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池素子に関する。より詳細には、本発明は、絶縁透光性基板、表面電極、半導体膜を積層した光電変換層および裏面電極を有する複数の発電領域が直列接続されている太陽電池素子に関する。
【0002】
また、本発明は、上記の太陽電池素子の製造方法に関する。より詳細には、本発明は、絶縁透光性基板、表面電極、半導体膜を積層した光電変換層および裏面電極を有する複数の発電領域が直列接続されている太陽電池素子の製造方法に関する。
【0003】
【従来の技術】
太陽光線から太陽電池を使って直接電気エネルギーを発生する太陽光発電システムは、近年その技術開発が急速に進歩し、実用に耐える発電方法としても技術的見通しがつきつつある。その結果、太陽光発電システムは、21世紀の地球環境を化石エネルギーの燃焼による環境汚染から守る本格的なクリーンエネルギー技術としてその将来が期待されている。
【0004】
ここで、太陽電池に用いられる太陽電池素子の材質の種類には、大きく分けて下記の4種類がある。
(i)IV族半導体
(ii)化合物半導体(III−V族、II−VI族、I−III−VI族)
(iii)有機半導体
(iv)湿式太陽光発電に用いられるTiO2などの化合物
これらの材質の中でも、他の材質と比較して低コストでの製造が可能であるために現在最も実用化が進んでいるのが、IV族半導体である。IV族半導体は大きく(i)結晶系半導体と(ii)非晶質半導体(別名、アモルファス半導体とも呼ばれる)に分けられる。
【0005】
太陽電池素子として用いられる結晶系半導体の材質としては、たとえば、単結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム、多結晶シリコン、微結晶シリコンなどが挙げられる。
【0006】
また、太陽電池素子として用いられる非晶質半導体としては、たとえば、アモルファスシリコンなどが挙げられる。
【0007】
ここで、このような半導体からなる材質を用いて製造された太陽電池素子は、大きく分けて、下記の3つの種類に分けられる。
(i)pn接合型
(ii)pin接合型
(iii)ヘテロ接合型
これらの中でも、一般に、キャリア拡散距離の大きな結晶系半導体を用いた太陽電池素子ではpn接合型が用いられることが多い。また、キャリア拡散距離が小さく局在準位が存在する非晶質半導体でを用いた太陽電池素子では、キャリアをi層(真性層)中の内部電界によりドリフトで移動させることが有利であるため、pin接合型が用いられることが多い。
【0008】
そして、一般に、pin接合型の太陽電池素子は、ガラスなどの絶縁透光性基板上にSnO2やITO、ZnOなどの透明導電膜が形成され、その上に非晶質半導体のp層、i層、n層がこの順に積層されて光電変換層が形成され、その上に金属薄膜などからなる裏面電極が積層されてなる構造を有することが多い。また、逆に、金属薄膜などからなる裏面電極の上に非晶質半導体のn層、i層、p層がこの順に積層されて光電変換層が形成されその上に透明導電膜が積層されてなる構造を有するpin接合型の太陽電池素子も存在する。
【0009】
これらのうちp−i−n層の順に積層する方法は、透光性絶縁基板が太陽電池表面カバーガラスを兼ねることができること、また、SnO2などの耐プラズマ性透明導電膜が開発されて、この上に非晶質半導体からなる光電変換層をプラズマCVD法で積層することが可能となったことなどの理由から多用されるようになり現在の主流となっている。
【0010】
ここで、上記のような太陽電池素子を用いて製造された太陽電池のエネルギー変換効率は、入力となる太陽輻射光エネルギーと、太陽電池の端子から出てくる電気出力エネルギーの比を%で表したものである。
【0011】
すなわち、変換効率ηは、
η=(太陽電池の電気出力)/(太陽電池に入った太陽エネルギー)×100%と定義することができる。
【0012】
また、国際電気規格標準化委員会では、変換効率の測定基準を統一するため、太陽輻射の空気質量通過条件がAM(air mass:通過空気質量)1.5で、100mW/cm2という入力光パワーに対して、負荷条件を変えた場合の最大電気出力との比を百分率で表わしたものを公称効率と定義している。
【0013】
そして、太陽電池の公称効率ηnは、上記の条件に基づく太陽電池の出力測定法から求められる最大出力点電圧Vmax、最大出力点電流Imax、開放電圧Vocおよび短絡光電流密度Iscなどから導くことができる。
【0014】
すなわち、太陽光線の入力光パワーをPinで表わし、太陽電池の有効受光面積をS(cm2)とすると、
ηn=(Vmax・Imax)/(Pin・S)×100%
=(Voc・Isc・FF)/100(mW・cm-2)×100%
=Voc(V)・Isc(mA・cm-2)FF(%)
で表わすことができる。
ただし、上記の式で、F.F.=(Vmax・Imax)/(Voc・Isc)であるものとする。
【0015】
ここで、F.F.は曲線因子(fill factor)と呼ばれ、太陽電池の性能のよさを示す重要な指数として扱われている。
【0016】
また、上記の式を見れば分かるように、入力パワーを100mW/cm-2に規格化した測定では、実験で求められるVocならびにIscとFFが分かれば、それらの積を求めることにより、太陽電池の公称効率を求めることができる。
【0017】
一般に、上記のようにして求められる太陽電池の公称効率は10〜20%程度であるのが現状である。すなわち、太陽エネルギーの80〜90%程度は電気エネルギーに変換されず、どこかに消えているわけである。その理由としては、下記のような原因が考えられている。
【0018】
(i)太陽光がセル表面で反射する。
たとえば、シリコン太陽電池のシリコン板の表面は、黒っぽい鏡のようであるが、これはセル表面で光が反射するからである。一般にこれらの反射を減らすためにセル表面に反射を防止する膜が施されている。
【0019】
(ii)太陽光の全波長を吸収できない。
太陽光線の大部分は波長0.2〜3μm(紫外線、可視光線、赤外線)からなっているが、太陽光線はこれらの全波長域を吸収することはできない。どの波長をより効率よく電気エネルギーに変換するかは、太陽電池の材質、作り方などにより影響される。
【0020】
(iii)自由電子、自由ホール発生率が100%にならない。
光が当たっても自由電子、自由ホールが発生しないことがあり、発生しても寿命があるため、電気エネルギーとして取出される前にすぐに消滅してしまうことがある。
【0021】
(iv)自由電子、自由ホールの収量が100%にならない。
pn接合面などで発生、分離された自由電子、自由ホールは、電極方向に移動中にある程度消滅する。
【0022】
(v)太陽電池内部に抵抗がある。
シリコン材料や電極部などに電気抵抗があり、発生した電気を全部外部に取出すことができないため、F.F.が低下する。
【0023】
すなわち、これらの原因を除去あるいは低減することにより、現在の太陽電池の公称効率をさらに向上させることができるといえる。
【0024】
また、これらの努力に加えて、太陽電池の基板上により多くの光電変換層を設ける集積化の高度化により、太陽電池の公称効率を向上させようという取り組みも行なわれている。
【0025】
たとえば、多重接合型とよばれる太陽電池素子においては、多数の光電変換層を光の進行方向に積層することにより、短波長側の光から順次各光電変換層に吸収され、それぞれの禁止帯幅Egに見合った電圧を発生するように構造が設計されている。
【0026】
また、光電変換層における光の吸収効率を高めるために、太陽電池素子の裏面電極として、Ag、Alなど反射率の高い材料を使用し、また光電変換層と裏面電極の間に透明電極を挟むことで光を散乱させ、光電変換層中における入射光の光路長を大きくして、太陽電池の変換効率を向上させる方法も併せて用いられることが多い。この際、透明電極としては、たとえば、SnO2、ZnO、ITOなどを含む材質が使用されることが多い。
【0027】
また、太陽電池素子の発電領域1箇所において発生する電圧をより高めるために、2層ないし3層に光電変換層を積層した発電領域を有する太陽電池素子の開発も近年盛んに行なわれている。さらに、太陽光線の有する異なる波長のエネルギーを有効に利用するために、上部光電変換層と下部光電変換層のバンドギャップが異なる、マルチバンドギャップ型の発電領域を有する太陽電池素子の開発も進められている。
【0028】
ここで、一般に、エレクトロニクス機器を太陽電池で駆動したり、電力用として太陽電池を用いる場合においては、発電領域1箇所において発生する電圧が一般に1V以下であるため、複数個の発電領域を直列に接続した構造からなる大面積を有する太陽電池素子を用いる必要がある。
【0029】
たとえば、一般的な太陽電池素子は、絶縁性基板上にパターニングプロセスなどを用いて作成されるが、この場合、1枚のガラス基板などの透光性絶縁基板上に、透明電極、光電変換層および裏面電極を有する複数の発電領域が形成され、さらに、これらの隣接する発電領域が直列接続されたような構造が多く用いられている。
【0030】
また、上記の太陽電池素子のパターニングプロセスにおいては、従来は樹脂マスクなどを用いたエッチングによるパターニングが行なわれてきた。しかし、このような方法では、積層構造の形成に多くのプロセスを必要とし、しかも取扱い得る基板の寸法に制約があり、太陽電池の基板内の発電領域の有効面積が小さくなりやすく、ウェットプロセスのため光電変換層中にピンホールが発生しやすく、曲面基板ではパターニングが難しいなどの問題点を有している。
【0031】
これに対して、レーザの照射による加熱を利用したパターニングが近年開発され、盛んに用いられている。このレーザを用いたパターニング方式は、積層構造の形成プロセスの減少を図ることができ、大面積の基板上に太陽電池素子を製造することができ、曲面状などの任意の構造の基板上に太陽電池素子の製造が可能であり、太陽電池の基板内の発電領域の有効面積が増大でき、連続一貫生産および自動化生産に適するという利点を有する。
【0032】
特に、従来の樹脂マスクなどを用いたエッチングによるパターニングにおいては隣接する発電領域との距離が3mm程度必要であったところ、レーザの照射による加熱を利用したパターニングを採用することによって該距離を0.5mm以下に短縮することができる。そのため、レーザの照射による加熱を利用したパターニングを採用することによって、太陽電池の基板内の発電領域の有効面積の増大を通じて、太陽電池素子の単位面積当たりの出力を一般に30%以上向上させることができる。
【0033】
【発明が解決しようとする課題】
このような光電変換層を積層した発電領域を有する太陽電池素子(本明細書において、積層型太陽電池素子とも呼称する)においては、たとえば該発電領域が上部光電変換層(本明細書において、上部セルとも呼称する)と下部光電変換層(本明細書において、下部セルとも呼称する)からなる二層構造の発電領域である場合には、上部セルn層と下部セルp層とのコンタクト性などにより、積層型太陽電池素子の発電効率が左右されるということが一般的である。
【0034】
ここで、上部セル内にアモルファスシリコンを主要な材質とする半導体薄膜のi層、下部セル内に微結晶シリコンを主要な材質とする半導体薄膜のi層を有する発電領域を備えた太陽電池素子を用いて太陽光発電を行なう場合には、その太陽電池素子の製造工程において、上部セルのn層を微結晶化させることにより、その表面に積層させる下部セルのp層が微結晶化しやすくなり、さらにその表面に積層させる下部セルのi層も微結晶化しやすくなる。その結果、良質な微結晶シリコンを主要な材質とする下部セルのi層が得られ、太陽電池素子の発電効率が向上する。よって、太陽電池素子の発電効率を向上させるためには、上部セルのn層の微結晶の結晶化率を上げていくことが有効である。
【0035】
また、上部セルのn層を微結晶化させることには、下部セルのp層とのコンタクトを改善し、太陽電池素子のF.F.を安定させ、その結果、太陽電池素子の発電効率を安定させるという長所もある。
【0036】
ここで、このような積層型太陽電池が十分な電圧を発生させるためには、複数の光電変換層を積層した発電領域が直列接続した構造の積層構造(本明細書において、直列積層構造とも呼称する)を有することが必要である。ところが、上部セルのn層に微結晶シリコンを主要な材質とする半導体薄膜を有する構造を備えた積層型太陽電池素子においては、レーザの照射による加熱を利用したパターニング(本明細書において、レーザパターニングとも呼称する)などの従来公知の方法によって直列積層構造を形成すると、上部セルにおいて短絡が生じ、積層型太陽電池素子の出力が低下する場合があるという問題があった。
【0037】
上部セルのn層に微結晶シリコンを有する構造の太陽電池素子において直列積層構造を形成する場合においても、裏面電極と表面電極を導電性材料を充填したコンタクトラインで接続して隣接する発電領域間を直列接続することが必要である。しかし、このような構造を有する太陽電池素子では、レーザパターニングなどの従来公知の方法を用いてこのようなコンタクトラインを形成すると、コンタクトラインと上部セルのn層とが直接に接触してしまう場合が多い。
【0038】
たとえば、上部セルのn層が微結晶シリコンでない場合と同様の、一般的な直列積層構造で上部セルと下部セルの二層構造からなる発電領域を有する直列積層型太陽電池を作製した場合、図4に示したような構造になる。
【0039】
ところが、このような直列積層構造にした場合、上部セルのn層(すなわち第一のn層)3bが微結晶シリコンである場合、成膜条件によっては、上部セルのn層(すなわち第一のn層)3bとコンタクトライン8との間にリーク電流が生じる場合がある。すなわち、裏面電極5と表面電極2とを電気的に接続するコンタクトライン8により隣接する発電領域間を接続すると、上部セルのn層(すなわち第一のn層)3bとコンタクトライン8の開溝とが直接に接触することとなる。そのため、上部セル3が短絡状態になり、この直列積層型太陽電池素子の出力が、本来の出力よりも低くなってしまうという問題が生じる。
【0040】
なお、図4において、符号1は絶縁透光性基板を、2は表面電極を、3aは第一のp層およびi層を、4は下部セルを、6は表面電極分離ラインを、9は裏面電極分離ラインをそれぞれ示すものとする。
【0041】
そして、このような問題を克服するべく、現在、多くの方面において多大な研究開発の努力が払われている。たとえば、特開平9−129903号公報には、図5に示したような直列積層構造が開示されている。しかし、図5に示したような直列積層構造にした場合、表面電極2と上部セル3を同時にレーザパターニングした場合、表面電極2が十分に加工されないと、表面電極2同士は発電領域間で分離ができた場合でも、上部セル3の側面に昇華された表面電極2が再付着し、その後、超音波洗浄などの洗浄を行った場合でも、上部セルのn層(すなわち第一のn層)3bと表面電極2との間に短絡が生じて太陽電池素子の出力の低下を招く場合があり、太陽電池素子の製造工程における歩留まりの低下の原因となるという問題がある。
【0042】
さらに、図5に示したような直列積層構造を有する太陽電池素子においては、下部セル4の材質として微結晶シリコンを含む材質を用いて、かつCVD法により下部セル4を形成する場合には、下部セル4は2μm以上の分厚い膜厚を必要とする。その上、この場合には、下部セル4と絶縁透光性基板1とが直接接触する部位が存在するため、下部セル4の形成工程において、下部セル4の成膜条件によっては、下部セル4の剥離が高い頻度で生じる。そのため、太陽電池素子の信頼性の低下を招き、太陽電池素子の製造工程における歩留まりが低下するため、太陽電池素子の効率を向上させるのに制約を受けるという問題がある。
【0043】
また、通常の太陽電池素子の製造工程においては、表面電極2のレーザスクライブ後にセル間の分離抵抗を測定し、分離が十分ではない場合、その後の工程に流れないように排除したり、加工不良場所をリペア―することにより、太陽電池素子の材料の有効利用を図ったり、太陽電池素子の平均出力の向上を図ることが一般的である。しかし、図5の構造を備えた太陽電池素子の製造プロセスでは、上記の分離の確認および加工不良場所のリペアーができないため、太陽電池素子の材料が一部無駄になり、太陽電池素子の平均出力が低下するという問題がある。
【0044】
そして、図5に示したような直列積層構造を有する太陽電池素子の製造工程においては、第一のn層3b形成後の表面電極2のレーザスクライブ後に、表面電極2の残渣を除去するために純水中にて超音波洗浄が必須となる。このとき、第一のn層3bの裏面側に導電層が無い構造の場合には、純水中で洗浄することにより、第一のn層3bと下部セル4のp層とのコンタクト性が悪くなり、太陽電池素子のF.F.の低下を招く場合があるという問題もあった。
【0045】
なお、図5において、符号3aは第一のp層およびi層を、5は裏面電極を、6は表面電極分離ラインを、8はコンタクトラインを、9は裏面電極分離ラインをそれぞれ示すものとする。
【0046】
また、特開平9−129906号公報には、図6に示したような直列積層構造が開示されている。
【0047】
ここで、図6に示したような直列積層構造を有する太陽電池素子においても、CVD法により下部セル4を形成する場合には下部セルは2μm以上の分厚い膜厚を必要とし、その上、下部セル4と絶縁透光性基板1とが直接接触する部位が存在するため、下部セル4の形成工程において、下部セル4の成膜条件によっては、下部セル4の剥離が高い頻度で生じ、信頼性の低下を招き、太陽電池素子の製造工程における歩留まりが低下し、素子の効率を向上させるのに制約を受けるという問題点があった。
【0048】
なお、図6において、符号1は絶縁透光性基板を、2は表面電極を、3は上部セルを、3aは第一のp層およびi層を、3bは第一のn層を、5は裏面電極を、6は表面電極分離ラインを、8はコンタクトラインを、9は裏面電極分離ラインを、38は表面電極/第一のn層隔離部材をそれぞれ示すものとする。
【0049】
上記のように、上部セルのi層と下部セルのp層の間に微結晶シリコンを主要な材質とする半導体薄膜からなる第一のn層3bが形成された直列積層構造を有する太陽電池素子を形成しようとすると、裏面電極5と微結晶シリコンを主要な材質とする半導体薄膜からなる第一のn層3bとが短絡状態になることを防ぐためには、特定の構造を採用する必要があるが、従来公知の構造においては、太陽電池素子の信頼性が低下したり、太陽電池素子の製造工程の歩留まりが低下したり、太陽電池素子の特性が低くなるという問題は克服できていない。
【0050】
そこで、上記の現状に基づき、本発明の課題は、単位面積当たりの発電効率に優れ、高い信頼性および歩留まりで製造可能な、直列積層構造を有する太陽電池素子を提供することである。
【0051】
また、本発明の別の課題は、単位面積当たりの発電効率に優れた直列積層構造を有する太陽電池素子を、高い信頼性および歩留まりで製造可能な太陽電池素子の製造方法を提供することである。
【0052】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するには、微結晶シリコンを主要な材質とする半導体薄膜からなる第一のn層とコンタクトラインとが直接接触しないような構造を形成すればよいとの着想を得、そのような構造の直列積層構造を形成することができ、かつ高い信頼性および歩留まりで製造可能な太陽電池素子の構造を見出すべく、多くの新規な直列積層構造について、多くの製造プロセスの組合せによる実験を行ない、鋭意検討を重ねた。
【0053】
そして、検討の末に、本発明者らは、微結晶シリコンを主要な材質とする半導体薄膜からなる第一のn層とコンタクトラインとの間に不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材を備え、微結晶シリコンを主要な材質とする半導体薄膜からなる第一のn層とコンタクトラインとは直接接触しない構造を有する直列積層型の太陽電池素子は、単位面積当たりの発電効率に優れ、かつ高い信頼性および歩留まりで製造可能であることを見出し、本発明を完成した。
【0054】
すなわち、本発明の太陽電池素子は、少なくとも絶縁透光性基板、表面電極、半導体膜を積層した光電変換層および裏面電極を有する発電領域と、隣接する発電領域同士の表面電極および裏面電極を電気的に接続するコンタクトラインとを備え、複数の発電領域が直列接続されている太陽電池素子であって、前記発電領域は、少なくとも第一のp層、i層、n層からなる光電変換層と、第二のp層、i層、n層からなる光電変換層が順に積層された構造を有しており、該第一のn層は微結晶シリコンを含む半導体膜であり、該第一のn層とコンタクトラインとの間には不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材を備えており、該第一のn層とコンタクトラインとは直接接触しない構造を有することを特徴とする太陽電池素子である。
【0055】
ここで、本発明の太陽電池素子においては、第一のn層とコンタクトラインとの間に備えられた不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材は、該第一のn層よりも裏面側に設けられた光電変換層の一部と同一の組成の材質からなる部材であることが望ましい。
【0056】
さらに、本発明の太陽電池素子においては、第一のn層とコンタクトラインとの間に備えられた不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材は、該第一のn層よりも裏面側に設けられた光電変換層に含まれる半導体膜であって、かつ該光電変換層中において最も光入射側に設けられた半導体膜と同一の組成の半導体からなる部材であることが推奨される。
【0057】
そして、本発明の太陽電池素子においては、第一のn層とコンタクトラインとの間に備えられた不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材は、該第一のn層よりも入光側に設けられた光電変換層の一部と同一の組成の材質からなる部位と、該第一のn層よりも裏面側に設けられた光電変換層の一部と同一の組成の材質とからなる部位との複合した部材であってもよい。
【0058】
また、本発明の太陽電池素子においては、第一のn層とコンタクトラインとの間に備えられた不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材は、該第一のn層よりも入光側に設けられた光電変換層に含まれる単一または複数の半導体膜と同一の組成の単一または複数の半導体からなる部位と、該第一のn層よりも裏面側に設けられた光電変換層に含まれる半導体膜であって、かつ該光電変換層中において最も光入射側に設けられた半導体膜と同一の組成の半導体からなる部位との複合した部材であってもよい。
【0059】
ここで、本発明の太陽電池素子においては、表面電極は、酸化亜鉛、酸化スズまたはITOを含む材質を用いた透明導電膜からなることが望ましい。
【0060】
また、本発明の太陽電池素子においては、光電変換層のうち、第一のp層およびi層はa−Si:Hを主要な材質とする半導体膜であり、第一のn層はμc−Si:Hを主要な材質とする半導体膜であり、第二のp層、i層およびn層はμc−Si:Hを主要な材質とする半導体膜であることが推奨される。
【0061】
そして、本発明の太陽電池素子においては、裏面電極は、酸化亜鉛、酸化スズまたはITOを含む材質を用いた透明導電膜と、AgまたはAlを含む材質を用いた金属膜とを積層した構造であることが好ましい。
【0062】
また、本発明の太陽電池素子においては、コンタクトラインは、裏面電極の一部と同一の組成からなる材質を用いた部材であることが望ましい。
【0063】
ここで、本発明は、上記の太陽電池素子の製造方法であって、A工程として、第一のp層、i層、n層を順に形成する工程と、B工程として、該第一のn層および該第一のn層と表面電極とに挟まれた部材を貫通して表面電極の裏面側の表面に至る第一のn層分離ラインを形成する工程と、C工程として、該第一のn層の裏面側および該第一のn層分離ライン内に、該第一のn層および該第一のn層分離ラインの外郭に接触するように第二のp層、i層、n層を順に形成する工程と、D工程として、裏面電極と表面電極とに挟まれた部材を貫通して表面電極の裏面側の表面に至るコンタクトラインの開溝を形成する工程を含み、透光性絶縁基板に平行な平面または曲面による前記第一のn層分離ラインの断面は、該平面または曲面による該コンタクトラインの開溝の断面を包含することを特徴とする太陽電池素子の製造方法を含む。
【0064】
また、本発明は、上記の太陽電池素子の製造方法であって、A工程として、第一のp層、i層、n層を順に形成する工程と、B工程として、該第一のn層を貫通し、かつ該第一のp層および/またはi層を一部除去する第一のn層分離ラインを形成する工程と、C工程として、該第一のn層の裏面側および該n層分離ライン内に、該第一のn層および該第一のn層分離ラインの外郭に接触するように第二のp層、i層、n層を順に形成する工程と、D工程として、裏面電極と表面電極とに挟まれた部材を貫通して表面電極の裏面側の表面に至るコンタクトラインの開溝を形成する工程を含み、透光性絶縁基板に平行な平面または曲面による前記第一のn層分離ラインの断面は、該平面または曲面による該コンタクトラインの開溝の断面を包含することを特徴とする太陽電池素子の製造方法を含む。
【0065】
そして、本発明の太陽電池素子の製造方法においては、レーザを照射することにより第一のn層分離ラインおよびコンタクトラインの開溝を形成することが好ましい。
【0066】
また、本発明の太陽電池素子の製造方法においては、D工程において用いるレーザのビーム断面の最大直径は、B工程において用いるレーザのビーム断面の最大直径より小さいことが望ましい。
【0067】
また、本発明の太陽電池素子の製造方法においては、光電変換層はプラズマCVD法を用いて形成されることが推奨される。
【0068】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を示して本発明をより詳細に説明する。
【0069】
<太陽電池素子の構造>
本発明の太陽電池素子は、少なくとも絶縁透光性基板、表面電極、半導体膜を積層した光電変換層および裏面電極を有する発電領域と、隣接する発電領域同士の表面電極および裏面電極を電気的に接続するコンタクトラインとを備え、複数の発電領域が直列接続されている太陽電池素子であって、前記発電領域は、少なくとも第一のp層、i層、n層からなる光電変換層と、第二のp層、i層、n層からなる光電変換層が順に積層された構造を有しており、該第一のn層は微結晶シリコンを含む半導体膜であり、該第一のn層とコンタクトラインとの間には不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材を備えており、該第一のn層とコンタクトラインとは直接接触しない構造を有することを特徴とする太陽電池素子である。
【0070】
<絶縁透光性基板>
本発明の太陽電池素子に用いる絶縁透光性基板は、絶縁性および透光性を有していれば、特に限定されず、一般に太陽電池素子に用いられる基板を使用することができる。本発明に用いる絶縁透光性基板の具体例としては、ガラス、石英、透明性を有するプラスチックなどを材質として用いた基板が挙げられる。
【0071】
ただし、本発明に用いる絶縁透光性基板は、全ての部位が絶縁性を有する必要はなく、少なくとも表面電極形成面が絶縁されていれば使用可能である。すなわち、導電性の基板であっても、表面電極形成面を絶縁物で覆うことにより、本発明に用いる絶縁透光性基板として使用することができる。
【0072】
<表面電極>
本発明の太陽電池素子に用いる表面電極は、絶縁透光性基板上に形成される。ここで、本発明に用いる表面電極は、導電性および透光性を有していれば、特に限定されず、一般に太陽電池素子に用いられる表面電極を使用することができる。本発明に用いる表面電極としては、透明性および導電性を有する材質からなる膜状の電極(本明細書において、透明導電膜とも呼称する)が好ましい。
【0073】
ただし、本発明に用いる表面電極は、全ての部位が透明性を有する必要はなく、少なくとも一部の部位が透明性を有し、太陽光発電に必要とされる量の光を透過することのできる透明性を有していれば使用可能である。すなわち、金属などの透明性を有さない材質を用いた電極であっても、たとえば構造が格子状であれば透光性を有するため、本発明に用いる表面電極として使用可能である。
【0074】
本発明に用いる表面電極の具体例としては、酸化スズや酸化亜鉛やITOなどを材質として用いた透明導電膜が挙げられる。ここで、酸化スズには、SnO2だけでなく、Snmn(ここで、mおよびnは正の整数)で表わされる各種組成の酸化スズが含まれるものとする。また、酸化亜鉛には、ZnOだけでなく、Znm'n'(ここで、m’およびn’は正の整数)で表わされる各種組成の酸化亜鉛が含まれるものとする。また、ITOとは、Indium Tin Oxideの略称であり、インジウムスズ酸化物を意味する。
【0075】
ここで、ITOとSnO2とも透光性の点では特に差異は少ないが、一般的に比抵抗の低さではITOが優れており、化学的な安定性ではSnO2が優れていると考えられている。また、ZnOはITOに比べて材料コストが低いという利点がある。さらに、SnO2はa−Si膜形成時にプラズマによる表面の還元が問題となる場合があるのに対してZnOは耐プラズマ性が高い。また、ZnOには長波長光の透過率も高いという利点もある。
【0076】
また、本発明に用いる表面電極がZnOを含む材質からなる透明導電膜からなる場合には、透明導電膜の低抵抗化のためにAl、Gaなどの不純物をドープしてもよい。これらの不純物のうちでは、より低抵抗化する性質に優れたGaをドープすることが好ましい。
【0077】
さらに、本発明に用いる表面電極が透明導電膜の場合には、その表面に凹凸が形成されていることが好ましい。表面透明導電膜の表面に微小な凹凸を形成することにより、太陽電池素子に設けられた発電領域内において光を散乱させることができ、光の光路長が伸びることとなる。そのため、表面透明導電膜の表面に凹凸がない場合に比べて、太陽電池素子の発電効率を向上させることができる。
【0078】
<光電変換層>
本発明の太陽電池素子に用いる光電変換層は、半導体膜を積層した構造を有し、第一のn層が微結晶シリコンを含む半導体膜であり、かつ光電変換性を有するものであれば、特に限定されず、一般に太陽電池素子に用いられる光電変換層を使用することができる。
【0079】
ここで、本発明に用いる光電変換層の材質としては、半導体であれば、一般に太陽電池素子の光電変換層に用いられる材質を用いることができるが、具体例としては、Si、Ge、SiGe、SiC、SiN、GaAs、SiSnなどの半導体を使用することができる。これらのうちでは、シリコン系の半導体であるSi、SiGe、SiCなどを用いることが好ましい。
【0080】
また、本発明に用いる光電変換層の材質である半導体は、微結晶または多結晶型などの結晶半導体であってもよく、アモルファス型などの非晶質半導体であってもよい。ここで、非晶質半導体および多結晶型半導体としては、局在準位の原因となるダングリングボンドを水素で終端した化学構造を有する、水素化された半導体を用いることが好ましい。ただし、本発明に用いる第一のn層の材質である半導体は、微結晶シリコンを含む半導体である必要がある。
【0081】
さらに、本発明に用いる第一の光電変換層と第二の光電変換層の半導体膜は、p型、i型、n型の三層構造からなる必要がある。ここで、p型およびn型の半導体は、所定の不純物をドープすることにより形成することができる。また、三層構造は、光入射面側から順にp層とi層とn層とが積層したp−i−n型の構造である必要がある。
【0082】
さらに、本発明の太陽電池素子に設けられた発電領域は、積層された2以上の光電変換層を有している。ここで、本発明の太陽電池素子に設けられた発電領域は、2つの光電変換層が積層した、いわゆるタンデム構造であってもよいし、3以上の光電変換層が積層した構造であってもよい。また、積層された2以上の光電変換層は、同じ構造および/または材質の光電変換層であってもよいが、異なる構造および/または材質の光電変換層であってもよい。
【0083】
ここで、本発明の太陽電池素子に設けられた発電領域は、2つの光電変換層が積層した構造であることが好ましい。また、このような構造を有する太陽電池素子においては、第一のn層を含む光電変換層であって、光入射面側に設けられる光電変換層である上部光電変換層(本明細書において、上部セルとも呼称する)は、水素化アモルファスシリコン系半導体(a−Si:H)のp層とi層を積層した上に、さらに水素化微結晶シリコン系半導体n型の三層構造からなる光電変換層であることが好ましい。
【0084】
また、このような構造を有する太陽電池素子においては、第一のn層と接触する光電変換層であって、かつ第一のn層よりも光入射面の反対側に設けられる光電変換層である下部光電変換層(本明細書において、下部セルとも呼称する)は、水素化多結晶シリコン系半導体(μc−Si:H)のp−i−n型の三層構造からなる光電変換層であることが好ましい。
【0085】
<裏面電極>
本発明に用いる裏面電極は、積層された2以上の光電変換層の光入射面の反対側(本明細書において、裏面側とも呼称する)に形成される。また、本発明に用いる裏面電極は、導電性に加えて光散乱性または光反射性を有していれば、特に限定されず、一般に太陽電池素子に用いられる裏面電極を好適に使用することができる。
【0086】
さらに、本発明に用いる裏面電極は、裏面透明電極および裏面金属電極を積層したものであることが好ましい。また、本発明に用いる裏面電極は、裏面金属電極のみからなるものであってもよく、裏面透明電極は割愛してもよいが、光の散乱を促して高い発電効率を得るためには、裏面透明電極もあった方が望ましい。
【0087】
そして、本発明に用いる裏面金属電極の具体例としては、光反射性に優れたAgやAlやCrなどを材質として用いた金属膜が挙げられる。
【0088】
また、本発明に用いる裏面透明電極の具体例としては、酸化スズや酸化亜鉛やITOなどを材質として用いた透明導電膜が挙げられる。ここで、酸化スズには、SnO2だけでなく、Snmn(ここで、mおよびnは正の整数)で表わされる各種組成の酸化スズが含まれるものとする。また、酸化亜鉛には、ZnOだけでなく、Znm'n'(ここで、m’およびn’は正の整数)で表わされる各種組成の酸化亜鉛が含まれるものとする。また、ITOとは、Indium Tin Oxideの略称であり、インジウムスズ酸化物を意味する。
【0089】
ここで、ITOとSnO2とも透光性の点では特に差異は少ないが、一般的に比抵抗の低さではITOが優れており、化学的な安定性ではSnO2が優れていると考えられている。また、ZnOはITOに比べて材料コストが低いという利点がある。さらに、SnO2はプラズマなどによる表面の還元が問題となる場合があるのに対してZnOは耐プラズマ性が高い。また、ZnOには長波長光の透過率も高いという利点もある。
【0090】
また、本発明に用いる裏面透明電極がZnOを含む材質からなる透明導電膜からなる場合には、透明導電膜の低抵抗化のためにAl、Gaなどの不純物をドープしてもよい。これらの不純物のうちでは、より低抵抗化する性質に優れたGaをドープすることが好ましい。
【0091】
さらに、本発明に用いる裏面透明電極は、その表面に凹凸が形成されていることが好ましい。裏面透明電極の表面に微小な凹凸を形成することにより、太陽電池素子に設けられた発電領域内において光を散乱させることができ、光の光路長が伸びることとなる。そのため、裏面透明電極の表面に凹凸がない場合に比べて、太陽電池素子の発電効率を向上させることができる。
【0092】
そして、本発明に用いる裏面透明電極の表面の凹凸は、一般的なエッチング溶液によるエッチングを用いることにより、簡便かつ正確に形成することが可能である。
【0093】
<直列積層構造>
本発明の太陽電池素子は、少なくとも絶縁透光性基板、表面電極、半導体膜を積層した光電変換層および裏面電極を有する発電領域と、隣接する発電領域同士の表面電極および裏面電極を電気的に接続するコンタクトラインとを備え、複数の発電領域が直列接続されている太陽電池素子であって、前記発電領域は、少なくとも第一のp層、i層、n層からなる光電変換層と、第二のp層、i層、n層からなる光電変換層が順に積層された構造を有しており、該第一のn層は微結晶シリコンを含む半導体膜であり、該第一のn層とコンタクトラインとの間には不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材を備えており、該第一のn層とコンタクトラインとは直接接触しない構造を有することを特徴とする太陽電池素子である。
【0094】
ここで、本発明の太陽電池素子において、このような複数の発電領域が直列接続されている構造(本明細書において、直列積層構造とも呼称する)を実現するためには、隣接する発電領域間で、表面電極同士、光電変換層同士、裏面電極同士がそれぞれ完全に分離されている必要がある。また、本発明の太陽電池素子が集積構造を実現するためには、隣接する発電領域間で、表面電極と裏面電極が順に接続されている必要がある。
【0095】
それゆえ、本発明の太陽電池素子は、表面電極を分離するための開溝(本明細書において、表面電極分離ラインとも呼称する)、光電変換層を分離するための開溝(本明細書において、光電変換層分離ラインとも呼称する)、第一のn層を分離するための開溝(本明細書において、第一のn層分離ラインとも呼称する)、および裏面電極を分離するための開溝(本明細書において、裏面電極分離ラインとも呼称する)を有する必要がある。
【0096】
ここで、開溝の内部は、空隙である場合に限られず、不導体、半導体、導電体などが膜状で存在あるいは充填されている場合もあり得るが、そのような場合にも、本明細書においては、開溝と呼称することとする。
【0097】
また、本発明の太陽電池素子において、直列積層構造を実現するためには、表面電極と裏面電極を電気的に接続するための部材(本明細書において、コンタクトラインとも呼称する)を有する必要もある。
【0098】
さらに、本発明の太陽電池素子において、直列積層構造を実現し、かつ第一のn層とコンタクトラインとの短絡による太陽電池素子の出力の低下を防止するためには、第一のn層とコンタクトラインとの間に不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材(本明細書において、中間透明導電膜/コンタクトライン隔離部材とも呼称する)を備え、第一のn層とコンタクトラインとは直接接触しない構造を有する必要もある。
【0099】
ここで、この第一のn層分離ラインは、第一のn層および第一のp層およびi層をともに完全に分離する構造でああることが好ましい。しかし、この第一のn層分離ラインは、第一のn層は完全に分離するが、第一のp層およびi層を完全には分離しない構造であってもよい。ただし、この場合には、後述するように、第一のn層分離ラインの内側に設けられるコンタクトラインが第一のp層およびi層を完全に分離する必要がある。
【0100】
また、隣接する発電領域同士の表面電極と裏面電極を電気的に接続する上記のコンタクトラインは、第一のn層分離ラインの内側に設けることが好ましい。そして、このコンタクトラインは、裏面電極の一部と同一の組成からなる材質であることが好ましい。さらに、このコンタクトラインは、上記のように光電変換層を完全に分離するような形状を有することが好ましい。
【0101】
ここで、上記の第一のn層とコンタクトラインとを隔離する部材(本明細書において、第一のn層/コンタクトライン隔離部材とも呼称する)は、第一のn層とコンタクトラインとの短絡による太陽電池素子の出力の低下を防止するためには、第一のn層分離ラインの内側に設けられ、かつ第一のn層とコンタクトラインとが直接接触しないように、第一のn層とコンタクトラインの間に挿入された構造で設けることが好ましい。
【0102】
そして、この第一のn層分離ライン7の材質は、製造工程の簡略化の観点からは、図1に示すように、該第一のn層3bよりも裏面側に設けられた下部セル4の一部と同一の組成の材質であることが好ましい。
【0103】
さらに、この第一のn層/コンタクトライン隔離部材の材質は、製造工程の簡略化の観点からは、該第一のn層よりも裏面側に設けられた光電変換層に含まれる半導体膜であって、かつ該光電変換層中において最も光入射側に設けられた半導体膜と同一の組成の材質であることが特に好ましい。
【0104】
また、この第一のn層/コンタクトライン隔離部材18は、単一の材質からなる必要はなく、たとえば、図2に示すように、該第一のn層3bよりも入光側に設けられた第一のp層およびi層3aの一部と同一の組成の材質からなる部位である第一のn層/コンタクトライン隔離部材18と、第一のn層よりも裏面側に設けられた下部セル4の一部と同一の組成の材質とからなる第一のn層分離ライン7との複合した部材であってもよい。
【0105】
そして、この第一のn層/コンタクトライン隔離部材は、該第一のn層よりも入光側に設けられた上部セルのp層、i層に含まれる単一または複数の半導体膜と同一の組成の単一または複数の半導体からなる部位と、該第一のn層よりも裏面側に設けられた光電変換層に含まれる半導体膜であって、かつ該光電変換層中において最も光入射側に設けられた半導体膜と同一の組成の半導体からなる部位との複合した部材であってもよい。
【0106】
すなわち、この第一のn層/コンタクトライン隔離部材の材質としては、たとえば、Si、Ge、SiGe、SiC、SiN、GaAs、SiSnなどの半導体を使用することができる。これらのうちでは、シリコン系の半導体であるSi、SiGe、SiCなどを用いることが好ましい。
【0107】
また、この第一のn層/コンタクトライン隔離部材の材質である半導体は、多結晶型や微結晶などの結晶半導体であってもよく、アモルファス型などの非晶質半導体であってもよい。ただし、第一のn層とコンタクトラインにリーク電流を生じさせない程度の隔離材でなければならない。ここで、非晶質半導体および多結晶型半導体としては、局在準位の原因となるダングリングボンドを水素で終端した化学構造を有する、水素化された半導体を用いることが好ましい。
【0108】
さらに、この第一のn層/コンタクトライン隔離部材の材質である半導体は、p型、i型、n型のいずれであってもよい。ここで、p型およびn型の半導体は、所定の不純物をドープすることにより形成することができる。
【0109】
また、本発明の太陽電池素子において、1つの発電領域が積層された2つの光電変換層(上部セル3,下部セル4)を有する場合には、上記の第一のn層分離ライン7は、図1に示すように単層で設けられることが好ましい。
【0110】
一方、本発明の太陽電池素子において、1つの発電領域が第一のn層3bに加えて、微結晶シリコンを含む半導体膜からなる第二のn層4bを有し、3つの光電変換層(上部セル3,下部セル4,および第三の光電変換層23)を有する場合には、上記の第一のn層および第二のn層分離ライン25は、光電変換層の厚みにもよるが、工程の簡略化を考慮すると、2つの光電変換層の場合と同じく、図7に示すように単層で設けられることが好ましい。
【0111】
なお、図7において、符号1は絶縁透光性基板を、2は表面電極を、3aは第一のp層およびi層を、4aは第二のp層およびi層を、5は裏面電極を、6は表面電極分離ラインを、8はコンタクトラインを、9は裏面電極分離ラインをそれぞれ示すものとする。
【0112】
<太陽電池素子の製造方法>
本発明の太陽電池素子の製造方法は、上記の太陽電池素子の製造方法であって、A工程として、第一のp層、i層、n層を順に形成する工程と、B工程として、該第一のn層および該第一のn層と表面電極とに挟まれた部材を貫通して表面電極の裏面側の表面に至る第一のn層分離ラインを形成する工程と、C工程として、該第一のn層の裏面側および該第一のn層分離ライン内に、該第一のn層および該第一のn層分離ラインの外郭に接触するように第二のp層、i層、n層を順に形成する工程と、D工程として、裏面電極と表面電極とに挟まれた部材を貫通して表面電極の裏面側の表面に至るコンタクトラインの開溝を形成する工程を含み、透光性絶縁基板に平行な平面または曲面による前記第一のn層分離ラインの断面は、該平面または曲面による該コンタクトラインの開溝の断面を包含することを特徴とする太陽電池素子の製造方法であることが好ましい。
【0113】
また、本発明の太陽電池素子の製造方法は、上記の太陽電池素子の製造方法であって、A工程として、第一のp層、i層、n層を順に形成する工程と、B工程として、該第一のn層を貫通し、かつ該第一のp層および/またはi層を一部除去する第一のn層分離ラインを形成する工程と、C工程として、該第一のn層の裏面側および該n層分離ライン内に、該第一のn層および該第一のn層分離ラインの外郭に接触するように第二のp層、i層、n層を順に形成する工程と、D工程として、裏面電極と表面電極とに挟まれた部材を貫通して表面電極の裏面側の表面に至るコンタクトラインの開溝を形成する工程を含み、透光性絶縁基板に平行な平面または曲面による前記第一のn層分離ラインの断面は、該平面または曲面による該コンタクトラインの開溝の断面を包含することを特徴とする太陽電池素子の製造方法であってもよい。
【0114】
<表面電極形成工程>
本発明の太陽電池素子の製造方法のうち、絶縁透光性基板上に表面電極を形成する工程(本明細書において、表面電極形成工程とも呼称する)においては、表面電極が金属電極であるか透明導電膜であるかで工程が異なる。
【0115】
ここで、本発明に用いる表面電極が金属電極である場合には、表面電極形成工程として、物理的製法を用いることができる。
【0116】
そして、物理的製法としては、特に限定されるものではないが、たとえば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法などが挙げられる。そして、これらの製造方法のうちでは、品質などの面から、スパッタリング法を用いることが好ましい。
【0117】
また、本発明に用いる表面電極が透明導電膜からなる場合には、表面電極形成工程として、化学的製法または物理的製法を用いることができる。
【0118】
ここで、化学的製法としては、特に限定されるものではないが、たとえば、スプレー法、CVD法、プラズマCVD法などが挙げられる。一般に、化学的製法は、塩化物や有機金属化合物の熱分解、酸化反応によって基板上に酸化膜を形成する方法で、プロセスコストが安いという利点を持つ。
【0119】
一方で、物理的製法としては、たとえば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法などが挙げられる。一般に、物理的製法は、化学的製法に比べ基板温度が低く、良質の膜形成が可能であるが、成膜速度が遅く、装置費用が高くなるなどの傾向を有する。
【0120】
<表面電極パターニング工程>
本発明の太陽電池素子の製造方法のうち、表面電極をパターニングして表面電極分離ラインを形成する工程(本明細書において、表面電極パターニング工程とも呼称する)においては、パターニングの手法は特に限定されず、正確にパターニングが可能な手法であれば、一般に金属電極あるいは透明導電膜のパターニングに用いられる手法を好適に使用可能である。
【0121】
本発明における表面電極パターニング工程においては、たとえば、樹脂マスクや金属マスクなどを用いたエッチングによるパターニングを行なってもよい。しかし、このような方法では、積層構造の形成に多くのプロセスを必要とし、しかも取扱い得る基板の寸法に制約があり、太陽電池の基板内の発電領域の有効面積が小さくなりやすく、ウェットプロセスのため光電変換層中にピンホールが発生しやすく、曲面基板ではパターニングが難しいなどの問題点を有している。
【0122】
そのため、本発明における表面電極パターニング工程においては、レーザの照射による加熱を利用したパターニング(本明細書において、レーザパターニングとも呼称する)を行なうことが好ましい。このようなレーザパターニングを行なうことにより、積層構造の形成に要する工程の減少を図ることができ、大面積の基板上に太陽電池素子を製造することができ、曲面状などの任意の形状の基板上に太陽電池素子の製造が可能であり、太陽電池の基板内の発電領域の有効面積が増大でき、連続一貫生産および自動化生産に適するという利点が得られる。
【0123】
ここで、本発明における表面電極パターニング工程において、レーザパターニングに用いるレーザとしては、特に限定されるものではなく、一般に太陽電池素子の製造方法において用いられるレーザを用いることができる。
【0124】
また、、本発明における表面電極パターニング工程において、レーザ射出口と照射面との距離、照射面におけるレーザの径およびレーザ照射時間などは、パターニングの形状などに応じて適宜選択されることが好ましい。
【0125】
なお、本発明における表面電極パターニング工程の後、光電変換層の形成工程を行なう前に、表面電極の残渣を除去するために、基板および表面電極を純水中にて超音波洗浄することが好ましい。
【0126】
<光電変換層の形成工程:A工程>
本発明の太陽電池素子の製造方法のうち、表面電極上に積層された2以上の光電変換層を形成する工程(本明細書において、光電変換層形成工程とも呼称する)においては、化学的製法または物理的製法を用いることができる。
【0127】
ここで、光電変換層形成工程における化学的製法としては、たとえば、スプレー法、CVD法、プラズマCVD法などが挙げられる。一般に、半導体の化学的製法は、シランガスなどの原料ガスの熱分解、プラズマ反応などによって基板上に半導体膜を形成する方法で、プロセスコストが安いという利点を持つ。
【0128】
一方、物理的製法としては、たとえば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法などが挙げられる。一般に、物理的製法は、化学的製法に比べ基板温度が低く、良質の膜形成が可能であるが、成膜速度が遅く、装置費用が高くなるなどの傾向を有する。
【0129】
そして、これらの製造方法のうちでは、品質などの面から、プラズマCVD法を用いることが好ましい。
【0130】
<第一のn層のパターニング工程:B工程>
本発明の太陽電池素子の製造方法のうち、第一のn層をパターニングして第一のn層分離ラインを形成する工程(本明細書において、第一のn層のパターニング工程とも呼称する)においては、パターニングの手法は特に限定されず、正確にパターニングが可能な手法であれば、一般に光電変換層および透明導電膜のパターニングに用いられる手法を好適に使用可能である。
【0131】
本発明における光電変換層のパターニング工程においては、たとえば、樹脂マスクや金属マスクなどを用いたエッチングによるパターニングを行なってもよい。しかし、このような方法では、積層構造の形成に多くのプロセスを必要とし、しかも取扱い得る基板の寸法に制約があり、太陽電池の基板内の発電領域の有効面積が小さくなりやすく、ウェットプロセスのため光電変換層中にピンホールが発生しやすく、曲面基板ではパターニングが難しいなどの問題点を有している。
【0132】
そのため、本発明における第一のn層のパターニング工程においては、レーザの照射による加熱を利用したパターニング(本明細書において、レーザパターニングとも呼称する)を行なうことが好ましい。
【0133】
このようなレーザパターニングを行なうことにより、積層構造の形成に要する工程の減少を図ることができ、大面積の基板上に太陽電池素子を製造することができ、曲面状などの任意の形状の基板上に太陽電池素子の製造が可能であり、太陽電池の基板内の発電領域の有効面積が増大でき、連続一貫生産および自動化生産に適するという利点が得られる。
【0134】
ここで、本発明における第一のn層のパターニング工程において、レーザパターニングに用いるレーザとしては、表面電極が透明導電膜からなる場合には、透明導電膜に損傷を与えることを避けるために、透明導電膜の透過性に優れた可視光領域のレーザを用いることが好ましい。それゆえ、たとえば、YAG SHGレーザを用いることが好ましい。
【0135】
また、本発明における第一のn層のパターニング工程において、レーザ射出口と照射面との距離およびレーザ照射時間などは、パターニングの形状などに応じて適宜選択されることが好ましい。
【0136】
そして、たとえば、図1に示すような太陽電池素子を製造する場合には、上記のようなレーザを用いて第一のn層分離ラインを形成する際に、第一のn層分離ラインが該第一のn層および該第一のn層と表面電極に挟まれた部材を貫通して表面電極の裏面側の表面に至る構造となるように、レーザの加工条件を選択することが好ましい。
【0137】
また、たとえば、図2に示すような太陽電池素子を製造する場合には、上記のようなレーザを用いて第一のn層分離ラインを形成する際に、第一のn層分離ラインが該第一のn層を貫通し、かつ該第一のn層の光入射側に設けられたp層および/またはi層を一部除去するよう、レーザの加工条件を選択することが好ましい。なお、この場合には、後述するコンタクトラインが、該光電変換層を完全に分離するような構造を有する必要がある。
【0138】
なお、第一のn層分離ラインを形成した後、純水などによる洗浄を行なってもよいが、もしも純水などにより洗浄することにより第一のn層と下部セルのp層とのコンタクト性が低下するのであれば、その際には純水などによる洗浄を行なうことは不要である。本発明においては、第一のn層分離ラインを形成する際に表面電極2の残渣がほとんど発生しないため、その残渣を除去するために純水などによる洗浄を行なう必要はないからである。
【0139】
<さらなる光電変換層の形成工程:C工程>
本発明の太陽電池素子の製造方法のうち、上記の工程により第一のn層分離ラインにより分離された第一のn層の裏面側および該第一のn層分離ライン内に、該第一のn層および該第一のn層分離ラインの外郭に接触するように別の光電変換層を形成する工程(本明細書において、さらなる光電変換層の形成工程とも呼称する)においては、化学的製法または物理的製法を用いることができる。
【0140】
ここで、光電変換層形成工程における化学的製法としては、たとえば、スプレー法、CVD法、プラズマCVD法などが挙げられる。一般に、半導体の化学的製法は、シランガスなどの原料ガスの熱分解、プラズマ反応などによって基板上に半導体膜を形成する方法で、プロセスコストが安いという利点を持つ。
【0141】
一方、物理的製法としては、たとえば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法などが挙げられる。一般に、物理的製法は、化学的製法に比べ基板温度が低く、良質の膜形成が可能であるが、成膜速度が遅く、装置費用が高くなるなどの傾向を有する。
【0142】
そして、これらの製造方法のうちでは、品質などの面から、プラズマCVD法を用いることが好ましい。
【0143】
また、この第一のn層分離ラインの内側に形成されるのは、この光電変換層の一部のみでよく、たとえば、この光電変換層の最も光入射側に設けられた半導体膜のみであってもよい。
【0144】
さらに、この第一のn層分離ラインの内側は、この光電変換層の形成工程により該第一のn層分離ラインの外郭のすべてがこの光電変換層の一部で被覆されていてもよいし、該第一のn層分離ラインの内側がすべてこの光電変換層の一部で充填された状態であってもよい。
【0145】
ここで、上記のA工程、B工程、C工程は、この順番で連続して行なわれることが好ましく、A工程、B工程、C工程を1回ずつ行なうことにより、図1に示すような、1つの発電領域が第一のn層を挟んで積層された2つの光電変換層を有する太陽電池素子を製造することができる。
【0146】
<コンタクトラインおよび裏面電極形成工程:D工程>
本発明の太陽電池素子の製造方法のうち、コンタクトラインの形成工程は、コンタクトラインの形成に必要な開溝(本明細書において、コンタクトラインの開溝とも呼称する)を形成する工程と、コンタクトラインの開溝内に導電物質(本明細書において、この導電物質の材質をコンタクトラインの材質と呼称する)を充填する工程とに分けて考えることができる。
【0147】
ここで、本発明において、コンタクトラインの開溝を形成するために、光電変換層をパターニングする工程(本明細書において、コンタクトラインの開溝形成工程とも呼称する)においては、パターニングの手法は特に限定されず、正確にパターニングが可能な手法であれば、一般に光電変換層および透明導電膜のパターニングに用いられる手法を好適に使用可能である。
【0148】
そして、本発明におけるコンタクトラインの開溝形成工程においては、たとえば、樹脂マスクや金属マスクなどを用いたエッチングによるパターニングを行なってもよい。しかし、このような方法では、積層構造の形成に多くのプロセスを必要とし、しかも取扱い得る基板の寸法に制約があり、太陽電池の基板内の発電領域の有効面積が小さくなりやすく、ウェットプロセスのため光電変換層中にピンホールが発生しやすく、曲面基板ではパターニングが難しいなどの問題点を有している。
【0149】
そのため、本発明におけるコンタクトラインの開溝形成工程においては、レーザパターニングを行なうことが好ましい。このようなレーザパターニングを行なうことにより、積層構造の形成に要する工程の減少を図ることができ、大面積の基板上に太陽電池素子を製造することができ、曲面状などの任意の形状の基板上に太陽電池素子の製造が可能であり、太陽電池の基板内の発電領域の有効面積が増大でき、連続一貫生産および自動化生産に適するという利点が得られる。
【0150】
ここで、本発明におけるコンタクトラインの開溝形成工程において、レーザパターニングに用いるレーザとしては、表面電極が透明導電膜からなる場合には、透明導電膜に損傷を与えることを避けるために、透明導電膜の透過性に優れた可視光領域のレーザを用いることが好ましい。それゆえ、たとえば、YAG SHGレーザを用いることが好ましい。
【0151】
なお、ここで用いるレーザのビーム断面の最大直径は、B工程において用いるレーザのビーム断面より小さいことが好ましい。ここで用いるレーザのビーム断面の最大直径が、B工程において用いるレーザのビーム断面より大きいと、第一のn層とコンタクトラインの分離を取るためには、B工程において、第一のn層分離ラインを形成するのに、複数回のレーザ加工が必須となり、生産性を落とすことになる。
【0152】
また、本発明におけるコンタクトラインの開溝形成工程においては、レーザ射出口と照射面との距離、照射面におけるレーザの径およびレーザ加工条件などは、パターニングの形状などに応じて適宜選択されることが好ましい。
【0153】
ただし、レーザ加工条件に関しては、コンタクトラインの開溝が裏面電極と表面電極に挟まれた部材を貫通して表面電極の裏面側の表面に至る構造となるように、レーザの加工条件を選択することが好ましい。
【0154】
そして、本発明におけるコンタクトラインの開溝は、第一のn層分離ラインの内側に設けられることが好ましい。すなわち、本発明におけるコンタクトラインの開溝形成工程においては、透光性絶縁基板に平行な平面または曲面による第一のn層分離ラインの断面が、該平面または曲面による該コンタクトラインラインの開溝の断面を包含することとなるような位置に、レーザの照準を合わせてレーザパターニングを行なうことが好ましい。
【0155】
<コンタクトライン充填および裏面電極形成工程>
本発明の太陽電池素子の製造方法のうち、コンタクトラインの開溝を導電物質により充填する工程(本明細書において、コンタクトライン充填工程とも呼称する)において用いられる導電物質は、導電性を有するものであれば特に限定されず、一般的に太陽電池素子に用いられる導電物質を用いることができる。
【0156】
なお、裏面電極が裏面金属電極および裏面透明電極からなる場合には、製造工程の簡略化の観点からは、上記の導電物質は裏面透明電極と同じ材質からなる導電物質を用いることが好ましい。
【0157】
それゆえ、本発明におけるコンタクトライン充填工程は、裏面電極の形成工程において、裏面透明電極を形成する工程と同じ工程であることが好ましい。なお、コンタクトライン充填工程を行なうことにより、コンタクトラインの開溝内は導電物質によって完全に充填され、表面電極と裏面電極とが完全に電気的に接続した状態となることが望まれる。
【0158】
そして、本発明の太陽電池素子の製造方法のうち、裏面電極を形成する工程(本明細書において、裏面電極形成工程とも呼称する)は、裏面電極の材質および構造によって異なるものとなる。
【0159】
ここで、前述のように、本発明に用いる裏面電極は、裏面透明電極および裏面金属電極を積層したものであることが好ましい。また、本発明に用いる裏面電極は、裏面金属電極のみからなるものであってもよく、裏面透明電極は割愛してもよいが、光の散乱を促して高い発電効率を得るためには、裏面透明電極もあった方が望ましい。
【0160】
そして、本発明に用いる裏面金属電極の製造方法としては、物理的製法を用いることが好ましい。物理的製法としては、たとえば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法などが挙げられる。そして、これらの製造方法のうちでは、品質などの面から、スパッタリング法を用いることが好ましい。
【0161】
また、本発明に用いる裏面透明電極の製造方法としては、化学的製法または物理的製法を用いることができる。
【0162】
ここで、化学的製法としては、たとえば、スプレー法、CVD法、プラズマCVD法などが挙げられる。一般に、化学的製法は、塩化物や有機金属化合物の熱分解、酸化反応によって基板上に酸化膜を形成する方法で、プロセスコストが安いという利点を持つ。
【0163】
一方、物理的製法としては、たとえば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法などが挙げられる。一般に、物理的製法は、化学的製法に比べ基板温度が低く、良質の膜形成が可能であるが、成膜速度が遅く、装置費用が高くなるなどの傾向を有する。
【0164】
そして、これらの製造方法のうちでは、品質などの面から、スパッタリング法を用いることが好ましい。
【0165】
<裏面電極パターニング工程>
本発明の太陽電池素子の製造方法のうち、裏面電極をパターニングして裏面電極分離ラインを形成する工程(本明細書において、裏面電極パターニング工程とも呼称する)においては、パターニングの手法は特に限定されず、正確にパターニングが可能な手法であれば、一般に金属電極あるいは透明導電膜のパターニングに用いられる手法を好適に使用可能である。
【0166】
本発明における裏面電極パターニング工程においては、たとえば、樹脂マスクや金属マスクなどを用いたエッチングによるパターニングを行なってもよい。しかし、このような方法では、積層構造の形成に多くのプロセスを必要とし、しかも取扱い得る基板の寸法に制約があり、太陽電池の基板内の発電領域の有効面積が小さくなりやすく、ウェットプロセスのため光電変換層中にピンホールが発生しやすく、曲面基板ではパターニングが難しいなどの問題点を有している。
【0167】
そのため、本発明における裏面電極パターニング工程においては、レーザパターニングを行なうことが好ましい。このようなレーザパターニングを行なうことにより、積層構造の形成に要する工程の減少を図ることができ、大面積の基板上に太陽電池素子を製造することができ、曲面状などの任意の形状の基板上に太陽電池素子の製造が可能であり、太陽電池の基板内の発電領域の有効面積が増大でき、連続一貫生産および自動化生産に適するという利点が得られる。
【0168】
ここで、本発明における裏面電極パターニング工程において、レーザパターニングに用いるレーザとしては、透明導電膜からなる表面電極に悪影響を与えることを避けるために、透明導電膜の透過性に優れた可視光領域のレーザを用いることが好ましい。たとえば、YAG SHGレーザを用いることが好ましい。
【0169】
また、本発明における裏面電極パターニング工程において、レーザ射出口と照射面との距離、照射面におけるレーザの径およびレーザ加工条件などは、パターニングの形状などに応じて適宜選択されることが好ましい。
【0170】
なお、本発明における裏面電極パターニング工程の後、基板および表面電極を純水中にて超音波洗浄することが好ましい。
【0171】
そして、上記の製造方法を用いて製造された本発明の太陽電池素子は、単独あるいは複数を組合わせて、または他の太陽電池素子と組合せて、太陽電池の主要部材として好適に用いられる。
【0172】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0173】
<実施例1>
以下、図1を用いて、実施例1について説明する。ここで、図1は、実施例1で作製する太陽電池素子の断面概要図である。
【0174】
まず、絶縁透光性基板1として厚さ約4.0mm、基板サイズ650mm×910mmのガラス基板を用意し、熱CVD法を用いて絶縁透光性基板1上にSnO2(酸化スズ)を材質とする透明導電膜からなる表面電極2を成膜した。
【0175】
次に、YAGレーザの基本波を用いて、表面電極2のパターニングを行った。すなわち、レーザ光を絶縁透光性基板1側から入射させることにより、表面電極2を短冊状に分離し、表面電極分離ライン6を形成した。
【0176】
この後、該基板を純水中で超音波洗浄し、続いて、表面電極2上および表面電極分離ライン6の内側に半導体膜を積層した光電変換層からなる上部セル3をプラズマCVD法により形成した。ここで、上記のようにして形成された上部セル3は、a−Si:Hからなるp層、a−Si:Hからなるi層、μc−Si:Hからなるn層を絶縁透光性基板1側から順に積層した光電変換層であり、合計の厚みは約0.2μmであった。
【0177】
続いて、上部セル3を、YAGレーザの第二高調波を絶縁透光性基板1側から入射させてパターニングした。その結果、上部セル3は短冊状に分離され、上部セル3を貫通して表面電極2の裏面側の表面にまで至る第一のn層分離ライン7が形成された。この時、図3に示すように、第一のn層分離ラインの幅15は、150μm程度となるようにした。
【0178】
次に、プラズマCVD法により、第一のn層分離ライン7の内側に、半導体膜を積層した光電変換層からなる下部セル4を形成した。ここで、上記のようにして形成された下部セル4は、μc−Si:Hからなるp層、μc−Si:Hからなるi層、μc−Si:Hからなるn層を絶縁透光性基板1側から順に積層した光電変換層であり、合計の厚みは約2μmであった。
【0179】
次に、YAGレーザの第二高調波を絶縁透光性基板1側から入射させて、下部セル4をパターニングした。その結果、下部セル4は短冊状に分離され、表面電極2と裏面電極5とを電気的に接続するためのコンタクトライン8の開溝が形成された。
【0180】
この時、図3を参照すると分かるように、コンタクトラインの幅13を、第一のn層分離ラインの幅15より小さくせずに、裏面電極5を形成すると、図5に示すように裏面電極5が、第一のn層3bに直接接触することとなる。その結果、上部セル3が短絡状態になり、太陽電池素子の出力が本来でる出力未満になるという問題が生じる。
【0181】
そのため、本実施例では、図3に示すように、コンタクトラインの幅13が第一のn層分離ラインの幅15より小さくなるように、コンタクトライン8の開溝を形成した。
【0182】
このコンタクトラインの幅13を小さくすることにより、下部セル4と同一の組成の材質からなる第一のn層/コンタクトライン隔離部材が第一のn層分離ライン7の一部を埋めることとなり、第一のn層3bと裏面電極と同一の組成の材質からなるコンタクトライン8の開溝に充填された導電物質を分離することができ、その結果、上部セル3が短絡することを防ぐことができた。
【0183】
この際、コンタクトラインの幅13を約80μmとなるようにし、第一のn層分離ラインとコンタクトラインとの距離17aは約50μmとなるようにした。また、第一のn層分離ラインとコンタクトラインとの距離17aとは反対側の第一のn層分離ラインとコンタクトラインとの距離17bは約20μmとなるようにした。
【0184】
次に、マグネトロンスパッタ法により、裏面電極5として、ZnO(酸化亜鉛)およびAgをを成膜した。この際、裏面電極5の厚みの合計は、約350nmであった。また、このときコンタクトライン8の開溝の内側は、裏面電極5と同一の組成の材質で充填されるようにした。
【0185】
そして、レーザによる表面電極2へのダメージを避けるため、表面電極2の透過性の良いYAGレーザの第二高調波を絶縁透光性基板1側から入射させて、裏面電極5をパターニングした。その結果、裏面電極5は短冊状に分離され、裏面電極分離ライン9が形成された。その後、純水中で該基板の超音波洗浄を行い、乾燥後、バスバーを正極負極に取り付け、本実施例の太陽電池素子(I)を作製した。
【0186】
上記のようにして作製した太陽電池素子(I)(基板サイズ650mm×910mm)の特性をソーラーシミュレータを用いて評価したところ、AM1.5(100mW/cm2)の条件下において、測定したところ、F.F.が0.67〜0.70、ηnが10.3%から11.0%と安定した効率が得られた。
【0187】
<実施例2>
第一のn層分離ライン7が表面電極の裏面側に到達しない構造を有し、第一のn層分離ライン7の先端部の形状が曲面となるように、絶縁透光性基板1の反対側からレーザを照射して、第一のn層分離ライン7のレーザパターニングをしたことを除いては、実施例1と同様にして太陽電池素子を作製したところ、太陽電池素子(II)を得た。
【0188】
上記のようにして作製した太陽電池素子(II)(基板サイズ650mm×910mm)の特性をソーラーシミュレータを用いて評価したところ、AM1.5(100mW/cm2)の条件下において、測定したところ、F.F.が0.67〜0.70、ηnが10.3%から11.0%と安定した効率が得られた。
【0189】
<比較例1>
以下、図5を用いて、比較例1について説明する。ここで、図5は、比較例1で作製する太陽電池素子の断面概要図である。また、この太陽電池素子は、特開平9−129903号公報に開示された集積構造と同一の構造を有するものである。
【0190】
まず、絶縁透光性基板1として厚さ約4.0mm、基板サイズ650mm×910mmのガラス基板を用意し、熱CVD法を用いて絶縁透光性基板1上にSnO2(酸化スズ)を材質とする透明導電膜からなる表面電極2を成膜した。
【0191】
次に、表面電極2上に半導体膜を積層した光電変換層からなる上部セル3をプラズマCVD法により形成した。ここで、上記のようにして形成された上部セル3は、a−Si:Hからなるp層、a−Si:Hからなるi層、μc−Si:Hからなるn層を絶縁透光性基板1側から順に積層した光電変換層であり、合計の厚みは約0.2μmであった。
【0192】
その後、YAGレーザの基本波を用いて、表面電極2および上部セル3のパターニングを一括して行った。すなわち、レーザ光を絶縁透光性基板1側から入射させることにより、表面電極2、上部セル3を短冊状に分離し、表面電極分離ライン6を形成した。
【0193】
続いて、該基板を純水で超音波洗浄し、プラズマCVD法により、表面電極分離ライン6の内側に、半導体膜を積層した光電変換層からなる下部セル4を形成した。ここで、上記のようにして形成された下部セル4は、μc−Si:Hからなるp層、μc−Si:Hからなるi層、μc−Si:Hからなるn層を絶縁透光性基板1側から順に積層した光電変換層であり、合計の厚みは約2μmであった。
【0194】
次に、上部セル3および下部セル4を、YAGレーザの第二高調波を絶縁透光性基板1側から入射させてパターニングした。その結果、上部セル3および下部セル4は短冊状に分離され、上部セル3および下部セル4を貫通して表面電極2の裏面側の表面にまで至り、かつ表面電極2と裏面電極5とを電気的に接続するためのコンタクトライン8の開溝が形成された。
【0195】
次に、マグネトロンスパッタ法により、裏面電極5として、ZnO(酸化亜鉛)およびAgをを成膜した。この際、裏面電極5の厚みの合計は、約350nmであった。また、このときコンタクトライン8の開溝の内側は、裏面電極5と同一の組成の材質で充填されるようにした。
【0196】
次に、レーザによる表面電極2へのダメージを避けるため、表面電極2の透過性の良いYAGレーザの第二高調波を絶縁透光性基板1側から入射させて、裏面電極5をパターニングした。その結果、裏面電極5は短冊状に分離され、裏面電極分離ライン9が形成された。その後、純水中で該基板の超音波洗浄を行い、乾燥後、バスバーを正極負極に取り付け、本比較例の太陽電池素子(III)を作製した。
【0197】
上記のようにして作製した太陽電池素子(III)(基板サイズ650mm×910mm)の特性をソーラーシミュレータを用いて評価したところ、F.F.が0.58から0.70でηnが7.9%から11.0%の効率が得られた。
【0198】
この値のばらつきの理由は、図5を参照すると分かるように、比較例1で作製した太陽電池素子(III)の表面電極分離ライン6は、表面電極2および上部セル3を一括してレーザパターニングして形成されるため、表面電極2が隣接する発電領域間で完全に分離できたとしても、上部セル3の側面に昇華された表面電極2が再付着し、第一のn層3bと表面電極2との間で短絡が高い頻度で生じる傾向があるためであると解される。すなわち、その結果、上部セル3が短絡状態になり、太陽電池素子の出力が低下するためであると解される。
【0199】
また、ガラス基板上に下部セルが直接成膜された領域で、膜の剥離が一部見られ、外観上に問題点があり、さらにそのようなセルでは特性の低下が見られた。
【0200】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0201】
【発明の効果】
上記の結果から分かるように、本発明の太陽電池素子は、第一のn層とコンタクトラインとの間に不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材を備え、第一のn層とコンタクトラインとは直接接触しない構造を有するため、第一のn層とコンタクトラインとの間に短絡が発生することがない。
【0202】
また、本発明の太陽電池素子は、下部セルと絶縁透光性基板とが直接接触しないため、下部セルの剥離が生じ難い。さらに、第一のn層分離ラインの形成工程後の純水による洗浄が不要であるため、第一のn層と下部セルとのコンタクト性に優れている。太陽電池素子の発電効率が優れている。
【0203】
すなわち、本発明の太陽電池素子は、単位面積当たりの発電効率に優れ、高い信頼性および歩留まりで製造可能な、直列積層構造を有する太陽電池素子であるといえる。
【0204】
また、本発明の太陽電池素子の製造方法は、単位面積当たりの発電効率に優れた直列積層構造を有する太陽電池素子を、高い信頼性および歩留まりで製造可能な太陽電池素子の製造方法であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1で作製した太陽電池素子の概略断面図である。
【図2】 本発明の実施例2で作製した太陽電池素子の概略断面図である。
【図3】 本発明の実施例1で作製した太陽電池素子のコンタクトラインの近傍を拡大して示した概略断面図である。
【図4】 従来公知の一般的な直列積層型の太陽電池素子の一例の概略断面図である。
【図5】 比較例1で作製した太陽電池素子の概略断面図である。
【図6】 特開平9−129906号公報に開示された太陽電池素子の概略断面図である。
【図7】 本発明の太陽電池素子の別の一例の概略断面図である。
【符号の説明】
1 絶縁透光性基板、2 表面電極、3 上部セル、3a 第一のp層およびi層、3b 第一のn層、4 下部セル、4a 第二のp層およびi層、4b 第二のn層、5 裏面電極、6 表面電極分離ライン、7 第一のn層分離ライン、8 コンタクトライン、9 裏面電極分離ライン、13 コンタクトラインの幅、15 第一のn層分離ラインの幅、17a,17b 第一のn層分離ラインとコンタクトラインとの距離、18 第一のn層/コンタクトライン隔離部材、23 第三の光電変換層、25 第一のn層および第二のn層分離ライン、38 表面電極/第一のn層隔離部材。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solar cell element. More specifically, the present invention relates to a solar cell element in which a plurality of power generation regions having an insulating translucent substrate, a surface electrode, a photoelectric conversion layer in which a semiconductor film is laminated, and a back electrode are connected in series.
[0002]
Moreover, this invention relates to the manufacturing method of said solar cell element. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a solar cell element in which a plurality of power generation regions having an insulating translucent substrate, a surface electrode, a photoelectric conversion layer in which a semiconductor film is laminated, and a back electrode are connected in series.
[0003]
[Prior art]
In recent years, the technological development of photovoltaic power generation systems that directly generate electric energy from solar rays using solar cells has progressed rapidly, and a technical prospect is being established as a power generation method that can withstand practical use. As a result, the future of solar power generation systems is expected as a full-fledged clean energy technology that protects the global environment of the 21st century from environmental pollution caused by the burning of fossil energy.
[0004]
Here, the types of solar cell elements used for solar cells are roughly divided into the following four types.
(I) Group IV semiconductor
(Ii) Compound semiconductor (Group III-V, Group II-VI, Group I-III-VI)
(Iii) Organic semiconductor
(Iv) TiO used for wet solar power generation 2 Compounds such as
Among these materials, Group IV semiconductors are most practically used at present because they can be manufactured at a lower cost than other materials. Group IV semiconductors are broadly divided into (i) crystalline semiconductors and (ii) amorphous semiconductors (also called amorphous semiconductors).
[0005]
Examples of the material of the crystalline semiconductor used as the solar cell element include single crystal silicon, single crystal germanium, polycrystalline silicon, and microcrystalline silicon.
[0006]
Moreover, as an amorphous semiconductor used as a solar cell element, amorphous silicon etc. are mentioned, for example.
[0007]
Here, the solar cell element manufactured using such a semiconductor material is roughly divided into the following three types.
(I) pn junction type
(Ii) Pin junction type
(Iii) Heterojunction type
Among these, in general, a pn junction type is often used in a solar cell element using a crystalline semiconductor having a large carrier diffusion distance. Moreover, in a solar cell element using an amorphous semiconductor with a small carrier diffusion distance and a localized level, it is advantageous to move carriers by drift by an internal electric field in the i layer (intrinsic layer). The pin junction type is often used.
[0008]
In general, a pin junction solar cell element is made of SnO on an insulating translucent substrate such as glass. 2 A transparent conductive film such as ITO, ZnO or the like is formed, and an amorphous semiconductor p-layer, i-layer, and n-layer are stacked in this order to form a photoelectric conversion layer, and a metal thin film or the like is formed thereon. In many cases, it has a structure in which a back electrode is laminated. Conversely, an n-layer, an i-layer, and a p-layer of an amorphous semiconductor are laminated in this order on a back electrode made of a metal thin film or the like to form a photoelectric conversion layer, and a transparent conductive film is laminated thereon. There is also a pin junction type solar cell element having the following structure.
[0009]
Among these, the method of laminating in order of the p-i-n layer is that the translucent insulating substrate can also serve as a solar cell surface cover glass, and SnO 2 Plasma-resistant transparent conductive films such as these have been developed, and are now widely used for reasons such as the possibility of laminating a photoelectric conversion layer made of an amorphous semiconductor by plasma CVD. Has become the mainstream.
[0010]
Here, the energy conversion efficiency of the solar cell manufactured using the solar cell element as described above is expressed as a ratio of the solar radiation energy to be input and the electric output energy output from the terminal of the solar cell in%. It is a thing.
[0011]
That is, the conversion efficiency η is
η = (electric output of solar cell) / (solar energy entering the solar cell) × 100%.
[0012]
In order to unify the conversion efficiency measurement standard, the International Electrotechnical Standardization Committee has an air mass passage condition of solar radiation of AM (air mass) of 1.5 and 100 mW / cm. 2 The ratio of the input optical power to the maximum electrical output when the load condition is changed, expressed as a percentage, is defined as the nominal efficiency.
[0013]
And the nominal efficiency η of the solar cell n Is the maximum output point voltage V obtained from the solar cell output measurement method based on the above conditions. max Maximum output point current I max , Open circuit voltage V oc And short circuit photocurrent density I sc Can be derived from.
[0014]
That is, the input light power of sunlight is P in The effective light receiving area of the solar cell is represented by S (cm 2 )
η n = (V max ・ I max ) / (P in ・ S) × 100%
= (V oc ・ I sc ・ FF) / 100 (mW · cm -2 ) X 100%
= V oc (V) ・ I sc (MA · cm -2 ) FF (%)
It can be expressed as
However, in the above formula, F.I. F. = (V max ・ I max ) / (V oc ・ I sc ).
[0015]
Here, F.R. F. Is called a fill factor and is treated as an important index indicating the performance of a solar cell.
[0016]
Also, as you can see from the above formula, the input power is 100 mW / cm. -2 In measurements normalized to V oc And I sc And FF can be obtained, the nominal efficiency of the solar cell can be obtained by obtaining their product.
[0017]
In general, the nominal efficiency of solar cells obtained as described above is about 10 to 20%. That is, about 80 to 90% of solar energy is not converted into electric energy and disappears somewhere. The reason is considered as follows.
[0018]
(I) Sunlight is reflected from the cell surface.
For example, the surface of the silicon plate of a silicon solar cell looks like a dark mirror because light reflects off the cell surface. In general, in order to reduce these reflections, a film for preventing reflection is applied to the cell surface.
[0019]
(Ii) It cannot absorb all wavelengths of sunlight.
Most of the sun rays have a wavelength of 0.2 to 3 μm (ultraviolet rays, visible rays, infrared rays), but the sun rays cannot absorb all these wavelength ranges. Which wavelength is more efficiently converted into electrical energy is affected by the material and manufacturing method of the solar cell.
[0020]
(Iii) The generation rate of free electrons and free holes is not 100%.
Free electrons and free holes may not be generated even when exposed to light, and since they have a lifetime even if they are generated, they may disappear immediately before being taken out as electric energy.
[0021]
(Iv) The yield of free electrons and free holes is not 100%.
Free electrons and free holes generated and separated at the pn junction surface and the like disappear to some extent while moving in the electrode direction.
[0022]
(V) There is resistance inside the solar cell.
Since the silicon material, the electrode part, etc. have electrical resistance, it is impossible to take out all the generated electricity to the outside. F. Decreases.
[0023]
That is, it can be said that the nominal efficiency of the current solar cell can be further improved by eliminating or reducing these causes.
[0024]
In addition to these efforts, efforts are also being made to improve the nominal efficiency of solar cells by increasing the integration to provide more photoelectric conversion layers on the substrate of the solar cells.
[0025]
For example, in a solar cell element called a multi-junction type, by laminating a large number of photoelectric conversion layers in the light traveling direction, light from the short wavelength side is sequentially absorbed in each photoelectric conversion layer, and each forbidden band width The structure is designed to generate a voltage commensurate with Eg.
[0026]
In addition, in order to increase the light absorption efficiency in the photoelectric conversion layer, a material having high reflectance such as Ag or Al is used as the back electrode of the solar cell element, and a transparent electrode is sandwiched between the photoelectric conversion layer and the back electrode. Thus, a method of scattering the light and increasing the optical path length of the incident light in the photoelectric conversion layer to improve the conversion efficiency of the solar cell is often used together. At this time, as the transparent electrode, for example, SnO 2 In many cases, a material containing ZnO, ITO, or the like is used.
[0027]
Moreover, in order to further increase the voltage generated in one power generation region of the solar cell element, development of a solar cell element having a power generation region in which a photoelectric conversion layer is laminated on two to three layers has been actively performed in recent years. Furthermore, in order to effectively use the energy of different wavelengths of solar rays, the development of solar cell elements having a multi-band gap type power generation region in which the upper photoelectric conversion layer and the lower photoelectric conversion layer have different band gaps has also been promoted. ing.
[0028]
Here, in general, when an electronic device is driven by a solar cell or a solar cell is used for electric power, the voltage generated at one power generation region is generally 1 V or less, and thus a plurality of power generation regions are connected in series. It is necessary to use a solar cell element having a large area having a connected structure.
[0029]
For example, a general solar cell element is formed on an insulating substrate by using a patterning process. In this case, a transparent electrode, a photoelectric conversion layer is formed on a light-transmitting insulating substrate such as one glass substrate. A plurality of power generation regions having a back electrode are formed, and a structure in which these adjacent power generation regions are connected in series is often used.
[0030]
Further, in the patterning process of the above solar cell element, conventionally, patterning by etching using a resin mask or the like has been performed. However, such a method requires many processes for forming the laminated structure, and there are restrictions on the size of the substrate that can be handled, and the effective area of the power generation region in the substrate of the solar cell tends to be small, so that the wet process Therefore, pinholes are easily generated in the photoelectric conversion layer, and patterning is difficult on a curved substrate.
[0031]
On the other hand, patterning using heating by laser irradiation has recently been developed and is actively used. This patterning method using a laser can reduce the formation process of the laminated structure, can manufacture a solar cell element on a large-area substrate, and can form a solar cell on a substrate having an arbitrary structure such as a curved surface. The battery element can be manufactured, and the effective area of the power generation area in the substrate of the solar cell can be increased, which is advantageous for continuous integrated production and automated production.
[0032]
In particular, in patterning by etching using a conventional resin mask or the like, a distance of about 3 mm from the adjacent power generation region is required. By adopting patterning using heating by laser irradiation, the distance is reduced to 0. It can be shortened to 5 mm or less. Therefore, by employing patterning using heating by laser irradiation, the output per unit area of the solar cell element can be generally improved by 30% or more through the increase of the effective area of the power generation region in the substrate of the solar cell. it can.
[0033]
[Problems to be solved by the invention]
In a solar cell element having a power generation region in which such photoelectric conversion layers are stacked (also referred to as a stacked solar cell element in this specification), for example, the power generation region is an upper photoelectric conversion layer (in this specification, an upper part). In the case of a power generation region having a two-layer structure consisting of a cell and a lower photoelectric conversion layer (also referred to as a lower cell in this specification), the contact property between the upper cell n layer and the lower cell p layer, etc. Thus, the power generation efficiency of the stacked solar cell element is generally affected.
[0034]
Here, a solar cell element provided with a power generation region having an i layer of a semiconductor thin film mainly made of amorphous silicon in the upper cell and an i layer of a semiconductor thin film mainly made of microcrystalline silicon in the lower cell. When solar power generation is used, in the manufacturing process of the solar cell element, by making the n layer of the upper cell microcrystallized, the p layer of the lower cell laminated on the surface is easily microcrystallized, Further, the i layer of the lower cell laminated on the surface is also easily crystallized. As a result, an i-layer of the lower cell whose main material is good quality microcrystalline silicon is obtained, and the power generation efficiency of the solar cell element is improved. Therefore, in order to improve the power generation efficiency of the solar cell element, it is effective to increase the crystallization rate of the microcrystal of the n layer of the upper cell.
[0035]
Further, in order to microcrystallize the n layer of the upper cell, the contact with the p layer of the lower cell is improved, and the F.V. F. As a result, there is also an advantage that the power generation efficiency of the solar cell element is stabilized.
[0036]
Here, in order for such a stacked solar cell to generate a sufficient voltage, a stacked structure in which a power generation region in which a plurality of photoelectric conversion layers are stacked is connected in series (also referred to as a serial stacked structure in this specification). It is necessary to have However, in a stacked solar cell element having a structure having a semiconductor thin film mainly composed of microcrystalline silicon in the n layer of the upper cell, patterning using heating by laser irradiation (in this specification, laser patterning is used). When a series stacked structure is formed by a conventionally known method such as the above-mentioned method, there is a problem that a short circuit occurs in the upper cell and the output of the stacked solar cell element may be reduced.
[0037]
Even when a series stacked structure is formed in a solar cell element having a structure having microcrystalline silicon in the n-layer of the upper cell, the back electrode and the front electrode are connected by a contact line filled with a conductive material, and adjacent power generation regions Need to be connected in series. However, in a solar cell element having such a structure, when such a contact line is formed using a conventionally known method such as laser patterning, the contact line and the n layer of the upper cell are in direct contact with each other. There are many.
[0038]
For example, when a series stacked solar cell having a power generation region consisting of a two-layer structure of an upper cell and a lower cell in a general series stacked structure, similar to the case where the n layer of the upper cell is not microcrystalline silicon, The structure shown in FIG.
[0039]
However, in the case of such a serially stacked structure, when the n layer (that is, the first n layer) 3b of the upper cell is microcrystalline silicon, depending on the film formation conditions, the n layer (that is, the first layer) of the upper cell. n layer) 3b and the contact line 8 may cause a leakage current. That is, when the adjacent power generation regions are connected by the contact line 8 that electrically connects the back electrode 5 and the front electrode 2, the n-layer (that is, the first n layer) 3 b of the upper cell and the groove of the contact line 8 And will be in direct contact. Therefore, the upper cell 3 is short-circuited, and there arises a problem that the output of this series stacked solar cell element is lower than the original output.
[0040]
In FIG. 4, reference numeral 1 denotes an insulating translucent substrate, 2 denotes a surface electrode, 3a denotes a first p layer and i layer, 4 denotes a lower cell, 6 denotes a surface electrode separation line, and 9 denotes a surface electrode separation line. Each of the back electrode separation lines is shown.
[0041]
In order to overcome such problems, a great deal of research and development efforts are currently being made in many directions. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 9-129903 discloses a serial laminated structure as shown in FIG. However, in the case of the serial laminated structure as shown in FIG. 5, when the surface electrode 2 and the upper cell 3 are simultaneously subjected to laser patterning, if the surface electrode 2 is not sufficiently processed, the surface electrodes 2 are separated between the power generation regions. Even when the surface electrode 2 sublimated on the side surface of the upper cell 3 is reattached and cleaning such as ultrasonic cleaning is performed thereafter, the n layer of the upper cell (that is, the first n layer) There is a case where a short circuit occurs between 3b and the surface electrode 2 to cause a decrease in output of the solar cell element, which causes a decrease in yield in the manufacturing process of the solar cell element.
[0042]
Further, in the solar cell element having the serially stacked structure as shown in FIG. 5, when the lower cell 4 is formed by a CVD method using a material containing microcrystalline silicon as the material of the lower cell 4, The lower cell 4 requires a thick film thickness of 2 μm or more. In addition, in this case, since there is a portion where the lower cell 4 and the insulating translucent substrate 1 are in direct contact, depending on the film formation conditions of the lower cell 4 in the lower cell 4 formation process, the lower cell 4 Peeling occurs frequently. For this reason, the reliability of the solar cell element is lowered, and the yield in the manufacturing process of the solar cell element is lowered. Therefore, there is a problem that the efficiency of the solar cell element is restricted.
[0043]
Also, in the normal manufacturing process of solar cell elements, the separation resistance between cells is measured after laser scribing of the surface electrode 2, and if the separation is not sufficient, it can be excluded so that it does not flow to the subsequent process, or the processing failure In general, by repairing the location, the solar cell element material is effectively used or the average output of the solar cell element is improved. However, in the manufacturing process of the solar cell element having the structure shown in FIG. 5, since the above-mentioned separation cannot be confirmed and the defective processing place cannot be repaired, a part of the material of the solar cell element is wasted, and the average output of the solar cell element There is a problem that decreases.
[0044]
Then, in the manufacturing process of the solar cell element having the serial laminated structure as shown in FIG. 5, in order to remove the residue of the surface electrode 2 after the laser scribing of the surface electrode 2 after the formation of the first n layer 3b. Ultrasonic cleaning is essential in pure water. At this time, in the case where there is no conductive layer on the back side of the first n layer 3b, the contact property between the first n layer 3b and the p layer of the lower cell 4 is improved by washing in pure water. The F. of the solar cell element becomes worse. F. There was also a problem that this could lead to a decrease in the quality.
[0045]
In FIG. 5, reference numeral 3a denotes the first p layer and i layer, 5 denotes the back electrode, 6 denotes the front electrode separation line, 8 denotes the contact line, and 9 denotes the back electrode separation line. To do.
[0046]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-129906 discloses a serial stacked structure as shown in FIG.
[0047]
Here, also in the solar cell element having the serial laminated structure as shown in FIG. 6, when the lower cell 4 is formed by the CVD method, the lower cell needs to have a thick film thickness of 2 μm or more. Since there is a portion where the cell 4 and the insulating translucent substrate 1 are in direct contact, the lower cell 4 may be peeled off frequently in the formation process of the lower cell 4 depending on the film formation conditions of the lower cell 4. There is a problem that the yield is lowered in the manufacturing process of the solar cell element and the efficiency of the element is restricted.
[0048]
In FIG. 6, reference numeral 1 denotes an insulating translucent substrate, 2 denotes a surface electrode, 3 denotes an upper cell, 3a denotes a first p-layer and i-layer, 3b denotes a first n-layer, 5 Denotes a back electrode, 6 denotes a surface electrode separation line, 8 denotes a contact line, 9 denotes a back electrode separation line, and 38 denotes a surface electrode / first n-layer isolation member.
[0049]
As described above, a solar cell element having a serial stacked structure in which the first n layer 3b made of a semiconductor thin film mainly composed of microcrystalline silicon is formed between the i layer of the upper cell and the p layer of the lower cell. In order to prevent short circuit between the back electrode 5 and the first n layer 3b made of a semiconductor thin film made mainly of microcrystalline silicon, it is necessary to adopt a specific structure. However, in the conventionally known structures, the problems that the reliability of the solar cell element is reduced, the yield of the manufacturing process of the solar cell element is reduced, and the characteristics of the solar cell element are not overcome.
[0050]
Therefore, based on the above-described present situation, an object of the present invention is to provide a solar cell element having a series laminated structure that is excellent in power generation efficiency per unit area and can be manufactured with high reliability and yield.
[0051]
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell element capable of manufacturing a solar cell element having a series laminated structure excellent in power generation efficiency per unit area with high reliability and yield. .
[0052]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors may form a structure in which the first n layer made of a semiconductor thin film mainly composed of microcrystalline silicon and the contact line are not in direct contact with each other. In order to find a structure of a solar cell element capable of forming a series laminated structure of such a structure and capable of being manufactured with high reliability and yield, We conducted experiments with a combination of manufacturing processes and conducted extensive studies.
[0053]
After the study, the present inventors have made a single or a plurality of non-conductors and / or semiconductors between the first n layer made of a semiconductor thin film made mainly of microcrystalline silicon and the contact line. The series stacked solar cell element having a structure in which the first n layer made of a semiconductor thin film mainly composed of microcrystalline silicon and the contact line are not in direct contact with each other has a power generation efficiency per unit area. The present invention has been completed by finding that it is excellent and can be manufactured with high reliability and yield.
[0054]
That is, in the solar cell element of the present invention, at least an insulating translucent substrate, a surface electrode, a power generation region having a photoelectric conversion layer laminated with a semiconductor film and a back electrode, and a surface electrode and a back electrode between adjacent power generation regions are electrically connected. A plurality of power generation regions connected in series, wherein the power generation region includes at least a first p-layer, an i-layer, and an n-layer photoelectric conversion layer. , A second p layer, an i layer, and a photoelectric conversion layer composed of an n layer are sequentially stacked, and the first n layer is a semiconductor film containing microcrystalline silicon, A single or a plurality of members made of a non-conductor and / or a semiconductor is provided between the n layer and the contact line, and the first n layer and the contact line have a structure that is not in direct contact. Solar cell element A.
[0055]
Here, in the solar cell element of the present invention, a single member or a plurality of members made of a nonconductor and / or a semiconductor provided between the first n layer and the contact line are formed from the first n layer. Also, it is desirable that the member is made of a material having the same composition as a part of the photoelectric conversion layer provided on the back surface side.
[0056]
Furthermore, in the solar cell element of the present invention, the single member or the plurality of members made of a nonconductor and / or a semiconductor provided between the first n layer and the contact line are more than the first n layer. It is recommended that the semiconductor film be included in the photoelectric conversion layer provided on the back surface side, and be a member made of a semiconductor having the same composition as that of the semiconductor film provided closest to the light incident side in the photoelectric conversion layer. The
[0057]
And in the solar cell element of this invention, the single or several member which consists of a nonconductor and / or the semiconductor with which the 1st n layer and the contact line were equipped is more than this 1st n layer. A portion made of a material having the same composition as a part of the photoelectric conversion layer provided on the light incident side, and a material having the same composition as a part of the photoelectric conversion layer provided on the back side of the first n layer It may be a member combined with a portion consisting of
[0058]
In the solar cell element of the present invention, the single member or the plurality of members made of a nonconductor and / or a semiconductor provided between the first n layer and the contact line are more than the first n layer. A portion made of a single or a plurality of semiconductors having the same composition as that of a single or a plurality of semiconductor films included in a photoelectric conversion layer provided on the light incident side, and provided on the back side of the first n layer It is a semiconductor film included in the photoelectric conversion layer, and may be a composite member with a portion made of a semiconductor having the same composition as the semiconductor film provided closest to the light incident side in the photoelectric conversion layer.
[0059]
Here, in the solar cell element of the present invention, the surface electrode is preferably made of a transparent conductive film using a material containing zinc oxide, tin oxide or ITO.
[0060]
In the solar cell element of the present invention, among the photoelectric conversion layers, the first p layer and the i layer are semiconductor films mainly composed of a-Si: H, and the first n layer is μc−. It is recommended that the semiconductor film is made of Si: H as a main material, and the second p layer, i layer, and n layer are semiconductor films made of μc-Si: H as a main material.
[0061]
In the solar cell element of the present invention, the back electrode has a structure in which a transparent conductive film using a material containing zinc oxide, tin oxide or ITO and a metal film using a material containing Ag or Al are laminated. Preferably there is.
[0062]
In the solar cell element of the present invention, the contact line is preferably a member using a material having the same composition as a part of the back electrode.
[0063]
Here, this invention is a manufacturing method of said solar cell element, Comprising: As A process, the process of forming a 1st p layer, i layer, and n layer in order, As B process, this 1st n Forming a first n-layer separation line that penetrates the layer and the member sandwiched between the first n-layer and the surface electrode and reaches the surface on the back surface side of the surface electrode; A second p-layer, an i-layer, and an n-layer in contact with the outer surface of the first n-layer and the first n-layer separation line A step of forming layers sequentially, and a step of forming a contact line through the member sandwiched between the back electrode and the front electrode and reaching the back surface side surface of the front electrode as the D step, The cross section of the first n-layer separation line by a plane or curved surface parallel to the conductive insulating substrate is the coplanar by the plane or curved surface. It includes a method of making a solar cell element characterized in that it comprises the open groove of the cross section of the tact line.
[0064]
Moreover, this invention is a manufacturing method of said solar cell element, Comprising: As A process, the process of forming a 1st p layer, i layer, and n layer in order, As this B process, this 1st n layer Forming a first n-layer separation line that penetrates the first p-layer and / or part of the first p-layer and / or the i-layer, and as a C-step, the back side of the first n-layer and the n-layer In the layer separation line, a step of forming a second p layer, an i layer, and an n layer in order so as to be in contact with the outline of the first n layer and the first n layer separation line; Forming a contact line groove extending through the member sandwiched between the back electrode and the front electrode and reaching the surface on the back surface side of the front electrode, and comprising a plane or curved surface parallel to the translucent insulating substrate. The cross section of one n-layer separation line includes the cross section of the groove of the contact line by the plane or curved surface It includes a method of making a solar cell element characterized Rukoto.
[0065]
And in the manufacturing method of the solar cell element of this invention, it is preferable to form the open groove | channel of a 1st n layer separation line and a contact line by irradiating a laser.
[0066]
In the method for manufacturing a solar cell element of the present invention, it is desirable that the maximum diameter of the laser beam cross section used in the D process is smaller than the maximum diameter of the laser beam cross section used in the B process.
[0067]
Moreover, in the manufacturing method of the solar cell element of this invention, it is recommended that a photoelectric converting layer is formed using a plasma CVD method.
[0068]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments.
[0069]
<Structure of solar cell element>
The solar cell element of the present invention electrically includes at least an insulating translucent substrate, a surface electrode, a power generation region having a photoelectric conversion layer laminated with a semiconductor film and a back electrode, and a front electrode and a back electrode between adjacent power generation regions. A solar cell element having a plurality of power generation regions connected in series, wherein the power generation region includes at least a first p-layer, an i-layer, an n-layer photoelectric conversion layer, A photoelectric conversion layer composed of two p-layers, i-layers, and n-layers is sequentially stacked; and the first n-layer is a semiconductor film containing microcrystalline silicon, and the first n-layer And a contact line comprising a single member or a plurality of members made of a nonconductor and / or a semiconductor, and the first n layer and the contact line have a structure that does not directly contact It is a battery element.
[0070]
<Insulating translucent substrate>
The insulating translucent substrate used for the solar cell element of the present invention is not particularly limited as long as it has insulating properties and translucency, and a substrate generally used for a solar cell element can be used. Specific examples of the insulating translucent substrate used in the present invention include a substrate using glass, quartz, transparent plastic, or the like as a material.
[0071]
However, the insulating translucent substrate used in the present invention does not need to have insulating properties at all sites, and can be used as long as at least the surface electrode formation surface is insulated. That is, even a conductive substrate can be used as an insulating translucent substrate used in the present invention by covering the surface electrode formation surface with an insulator.
[0072]
<Surface electrode>
The surface electrode used for the solar cell element of the present invention is formed on an insulating translucent substrate. Here, the surface electrode used for this invention will not be specifically limited if it has electroconductivity and translucency, The surface electrode generally used for a solar cell element can be used. The surface electrode used in the present invention is preferably a film electrode made of a material having transparency and conductivity (also referred to as a transparent conductive film in this specification).
[0073]
However, the surface electrode used in the present invention does not have to be transparent at all sites, and at least some of the sites are transparent and can transmit the amount of light required for photovoltaic power generation. If it has the transparency which can be used, it can be used. That is, even an electrode using a non-transparent material such as a metal can be used as a surface electrode used in the present invention because it has translucency if the structure is a lattice, for example.
[0074]
Specific examples of the surface electrode used in the present invention include a transparent conductive film using tin oxide, zinc oxide, ITO, or the like as a material. Here, SnO includes SnO 2 As well as Sn m O n It is assumed that tin oxides of various compositions represented by (where m and n are positive integers) are included. Zinc oxide includes not only ZnO but also ZnO. m ' O n ' (Here, m ′ and n ′ are positive integers) and zinc oxides having various compositions are included. ITO is an abbreviation for Indium Tin Oxide, which means indium tin oxide.
[0075]
Where ITO and SnO 2 In both cases, there is little difference in terms of translucency, but in general ITO is superior in terms of low specific resistance, and SnO in terms of chemical stability. 2 Is considered excellent. Further, ZnO has an advantage that the material cost is lower than that of ITO. In addition, SnO 2 In some cases, the reduction of the surface by plasma may be a problem when forming an a-Si film, whereas ZnO has high plasma resistance. In addition, ZnO has an advantage that it has a high transmittance for long-wavelength light.
[0076]
Moreover, when the surface electrode used for this invention consists of a transparent conductive film which consists of a material containing ZnO, you may dope impurities, such as Al and Ga, for the low resistance of a transparent conductive film. Among these impurities, it is preferable to dope Ga, which is excellent in the property of lowering resistance.
[0077]
Furthermore, when the surface electrode used for this invention is a transparent conductive film, it is preferable that the surface has an unevenness | corrugation. By forming minute irregularities on the surface of the surface transparent conductive film, light can be scattered in the power generation region provided in the solar cell element, and the optical path length of the light is extended. Therefore, the power generation efficiency of the solar cell element can be improved as compared with the case where the surface of the surface transparent conductive film is not uneven.
[0078]
<Photoelectric conversion layer>
If the photoelectric conversion layer used for the solar cell element of the present invention has a structure in which semiconductor films are stacked, the first n layer is a semiconductor film containing microcrystalline silicon, and has photoelectric conversion properties, It does not specifically limit, The photoelectric converting layer generally used for a solar cell element can be used.
[0079]
Here, as a material of the photoelectric conversion layer used in the present invention, a material generally used for a photoelectric conversion layer of a solar cell element can be used as long as it is a semiconductor. Specific examples include Si, Ge, SiGe, Semiconductors such as SiC, SiN, GaAs, and SiSn can be used. Of these, silicon-based semiconductors such as Si, SiGe, and SiC are preferably used.
[0080]
Further, the semiconductor that is a material of the photoelectric conversion layer used in the present invention may be a crystalline semiconductor such as a microcrystalline or polycrystalline type, or may be an amorphous semiconductor such as an amorphous type. Here, as the amorphous semiconductor and the polycrystalline semiconductor, it is preferable to use a hydrogenated semiconductor having a chemical structure in which a dangling bond causing a localized level is terminated with hydrogen. However, the semiconductor which is the material of the first n layer used in the present invention needs to be a semiconductor containing microcrystalline silicon.
[0081]
Further, the semiconductor film of the first photoelectric conversion layer and the second photoelectric conversion layer used in the present invention needs to have a p-type, i-type, and n-type three-layer structure. Here, the p-type and n-type semiconductors can be formed by doping predetermined impurities. Further, the three-layer structure needs to be a pin type structure in which a p layer, an i layer, and an n layer are stacked in order from the light incident surface side.
[0082]
Furthermore, the power generation region provided in the solar cell element of the present invention has two or more photoelectric conversion layers stacked. Here, the power generation region provided in the solar cell element of the present invention may have a so-called tandem structure in which two photoelectric conversion layers are stacked, or may have a structure in which three or more photoelectric conversion layers are stacked. Good. Further, the two or more stacked photoelectric conversion layers may be photoelectric conversion layers having the same structure and / or material, but may be photoelectric conversion layers having different structures and / or materials.
[0083]
Here, the power generation region provided in the solar cell element of the present invention preferably has a structure in which two photoelectric conversion layers are stacked. Further, in the solar cell element having such a structure, the photoelectric conversion layer including the first n layer, the upper photoelectric conversion layer (in this specification, a photoelectric conversion layer provided on the light incident surface side) (Also called an upper cell) is a photoelectric layer consisting of a hydrogenated amorphous silicon semiconductor (a-Si: H) p-layer and an i-layer, and a hydrogenated microcrystalline silicon-based semiconductor n-type three-layer structure. A conversion layer is preferred.
[0084]
Moreover, in the solar cell element having such a structure, the photoelectric conversion layer is in contact with the first n layer and is provided on the opposite side of the light incident surface from the first n layer. A certain lower photoelectric conversion layer (also referred to as a lower cell in this specification) is a photoelectric conversion layer having a p-i-n type three-layer structure of a hydrogenated polycrystalline silicon-based semiconductor (μc-Si: H). Preferably there is.
[0085]
<Back electrode>
The back electrode used in the present invention is formed on the opposite side (also referred to as the back side in this specification) of the two or more photoelectric conversion layers stacked. In addition, the back electrode used in the present invention is not particularly limited as long as it has light scattering or light reflectivity in addition to conductivity, and the back electrode generally used for solar cell elements can be preferably used. it can.
[0086]
Furthermore, the back electrode used in the present invention is preferably a laminate of a back transparent electrode and a back metal electrode. In addition, the back electrode used in the present invention may be composed only of the back metal electrode, and the back transparent electrode may be omitted, but in order to promote light scattering and obtain high power generation efficiency, It is desirable to have a transparent electrode.
[0087]
And as a specific example of the back surface metal electrode used for this invention, the metal film which used Ag, Al, Cr, etc. which were excellent in light reflectivity as a material is mentioned.
[0088]
Further, specific examples of the back transparent electrode used in the present invention include a transparent conductive film using tin oxide, zinc oxide, ITO, or the like as a material. Here, SnO includes SnO 2 As well as Sn m O n It is assumed that tin oxides of various compositions represented by (where m and n are positive integers) are included. Zinc oxide includes not only ZnO but also ZnO. m ' O n ' (Here, m ′ and n ′ are positive integers) and zinc oxides having various compositions are included. ITO is an abbreviation for Indium Tin Oxide, which means indium tin oxide.
[0089]
Where ITO and SnO 2 In both cases, there is little difference in terms of translucency, but in general ITO is superior in terms of low specific resistance, and SnO in terms of chemical stability. 2 Is considered excellent. Further, ZnO has an advantage that the material cost is lower than that of ITO. In addition, SnO 2 In some cases, reduction of the surface by plasma or the like may cause a problem, whereas ZnO has high plasma resistance. In addition, ZnO has an advantage that it has a high transmittance for long-wavelength light.
[0090]
Moreover, when the back surface transparent electrode used for this invention consists of a transparent conductive film which consists of a material containing ZnO, you may dope impurities, such as Al and Ga, for the low resistance of a transparent conductive film. Among these impurities, it is preferable to dope Ga, which is excellent in the property of lowering resistance.
[0091]
Furthermore, it is preferable that the back surface transparent electrode used for this invention has the unevenness | corrugation formed in the surface. By forming minute irregularities on the surface of the back transparent electrode, light can be scattered in the power generation region provided in the solar cell element, and the optical path length of the light is extended. Therefore, the power generation efficiency of the solar cell element can be improved as compared with the case where there is no unevenness on the surface of the back transparent electrode.
[0092]
And the unevenness | corrugation of the surface of the back surface transparent electrode used for this invention can be simply and correctly formed by using the etching by a general etching solution.
[0093]
<Series laminated structure>
The solar cell element of the present invention electrically includes at least an insulating translucent substrate, a surface electrode, a power generation region having a photoelectric conversion layer laminated with a semiconductor film and a back electrode, and a front electrode and a back electrode between adjacent power generation regions. A solar cell element having a plurality of power generation regions connected in series, wherein the power generation region includes at least a first p-layer, an i-layer, an n-layer photoelectric conversion layer, A photoelectric conversion layer composed of two p-layers, i-layers, and n-layers is sequentially stacked; and the first n-layer is a semiconductor film containing microcrystalline silicon, and the first n-layer And a contact line comprising a single member or a plurality of members made of a nonconductor and / or a semiconductor, and the first n layer and the contact line have a structure that does not directly contact It is a battery element.
[0094]
Here, in the solar cell element of the present invention, in order to realize such a structure in which a plurality of power generation regions are connected in series (also referred to as a series stacked structure in this specification), between adjacent power generation regions Thus, the front electrodes, the photoelectric conversion layers, and the back electrodes need to be completely separated from each other. Moreover, in order for the solar cell element of the present invention to realize an integrated structure, the front electrode and the back electrode need to be connected in order between adjacent power generation regions.
[0095]
Therefore, the solar cell element of the present invention includes an open groove for separating the surface electrode (also referred to as a surface electrode separation line in this specification) and an open groove for separating the photoelectric conversion layer (in this specification). , Also referred to as a photoelectric conversion layer separation line), an open groove for separating the first n layer (also referred to herein as a first n layer separation line), and an opening for separating the back electrode. It is necessary to have a groove (also referred to as a back electrode separation line in this specification).
[0096]
Here, the inside of the open groove is not limited to the case of a gap, and a non-conductor, a semiconductor, a conductor, or the like may exist or be filled in a film shape. In the book, it will be called an open groove.
[0097]
In addition, in the solar cell element of the present invention, in order to realize the serial stacked structure, it is necessary to have a member (also referred to as a contact line in this specification) for electrically connecting the front surface electrode and the back surface electrode. is there.
[0098]
Furthermore, in the solar cell element of the present invention, in order to realize a serial stacked structure and to prevent a decrease in the output of the solar cell element due to a short circuit between the first n layer and the contact line, A first n layer and a contact line, each having a single or a plurality of members made of a nonconductor and / or a semiconductor (also referred to as an intermediate transparent conductive film / contact line isolation member in this specification) between the contact line and the contact line. It is also necessary to have a structure that does not come into direct contact with.
[0099]
Here, the first n-layer separation line preferably has a structure that completely separates the first n-layer, the first p-layer, and the i-layer together. However, the first n-layer separation line may have a structure in which the first n-layer is completely separated, but the first p-layer and i-layer are not completely separated. However, in this case, as will be described later, the contact line provided inside the first n-layer separation line needs to completely separate the first p-layer and i-layer.
[0100]
Moreover, it is preferable to provide said contact line which electrically connects the surface electrode and back surface electrode of adjacent electric power generation area | regions inside a 1st n layer separation line. The contact line is preferably made of a material having the same composition as a part of the back electrode. Furthermore, the contact line preferably has a shape that completely separates the photoelectric conversion layer as described above.
[0101]
Here, the member for isolating the first n layer from the contact line (also referred to herein as the first n layer / contact line isolating member) is the first n layer and the contact line. In order to prevent a decrease in the output of the solar cell element due to a short circuit, the first n layer is provided inside the first n layer separation line and the first n layer and the contact line are not in direct contact with each other. It is preferable to provide a structure inserted between the layer and the contact line.
[0102]
From the viewpoint of simplifying the manufacturing process, the material of the first n-layer separation line 7 is, as shown in FIG. 1, a lower cell 4 provided on the back side of the first n-layer 3b. It is preferable that the material has the same composition as a part of
[0103]
Furthermore, the material of the first n layer / contact line isolation member is a semiconductor film included in the photoelectric conversion layer provided on the back side of the first n layer from the viewpoint of simplifying the manufacturing process. In addition, it is particularly preferable that the material has the same composition as that of the semiconductor film provided closest to the light incident side in the photoelectric conversion layer.
[0104]
Further, the first n layer / contact line isolation member 18 does not need to be made of a single material, and is provided on the light incident side with respect to the first n layer 3b, for example, as shown in FIG. In addition, the first n layer / contact line isolation member 18 which is a part made of the material having the same composition as the first p layer and a part of the i layer 3a, and provided on the back side of the first n layer It may be a member combined with a first n-layer separation line 7 made of a material having the same composition as a part of the lower cell 4.
[0105]
The first n layer / contact line isolation member is the same as the single or plural semiconductor films included in the p layer and i layer of the upper cell provided on the light incident side with respect to the first n layer. And a semiconductor film included in a photoelectric conversion layer provided on the back side of the first n layer, and the most light incident in the photoelectric conversion layer It may be a member that is combined with a portion made of a semiconductor having the same composition as the semiconductor film provided on the side.
[0106]
That is, as the material of the first n layer / contact line isolation member, for example, a semiconductor such as Si, Ge, SiGe, SiC, SiN, GaAs, or SiSn can be used. Of these, silicon-based semiconductors such as Si, SiGe, and SiC are preferably used.
[0107]
The semiconductor that is the material of the first n-layer / contact line isolation member may be a crystalline semiconductor such as a polycrystalline type or a microcrystal, or an amorphous semiconductor such as an amorphous type. However, it should be a separator that does not cause leakage current in the first n layer and the contact line. Here, as the amorphous semiconductor and the polycrystalline semiconductor, it is preferable to use a hydrogenated semiconductor having a chemical structure in which a dangling bond causing a localized level is terminated with hydrogen.
[0108]
Furthermore, the semiconductor that is the material of the first n layer / contact line isolation member may be any of p-type, i-type, and n-type. Here, the p-type and n-type semiconductors can be formed by doping predetermined impurities.
[0109]
Further, in the solar cell element of the present invention, in the case of having two photoelectric conversion layers (upper cell 3, lower cell 4) in which one power generation region is laminated, the first n-layer separation line 7 is As shown in FIG. 1, it is preferable to provide a single layer.
[0110]
On the other hand, in the solar cell element of the present invention, one power generation region has a second n layer 4b made of a semiconductor film containing microcrystalline silicon in addition to the first n layer 3b, and has three photoelectric conversion layers ( In the case of having the upper cell 3, the lower cell 4, and the third photoelectric conversion layer 23), the first n layer and the second n layer separation line 25 are dependent on the thickness of the photoelectric conversion layer. Considering simplification of the process, it is preferable to provide a single layer as shown in FIG. 7 as in the case of the two photoelectric conversion layers.
[0111]
In FIG. 7, reference numeral 1 denotes an insulating translucent substrate, 2 denotes a front electrode, 3a denotes a first p layer and i layer, 4a denotes a second p layer and i layer, and 5 denotes a back electrode. , 6 is a surface electrode separation line, 8 is a contact line, and 9 is a back electrode separation line.
[0112]
<Method for producing solar cell element>
The manufacturing method of the solar cell element of the present invention is the above-described manufacturing method of the solar cell element, and as the A step, the step of forming the first p layer, the i layer, and the n layer in order, and the B step, A step of forming a first n-layer separation line extending through the first n-layer and the member sandwiched between the first n-layer and the surface electrode to reach the surface on the back surface side of the surface electrode; A second p layer in contact with the outer surface of the first n layer and the first n layer separation line, on the back side of the first n layer and in the first n layer separation line, A step of sequentially forming an i layer and an n layer, and a step of forming a contact line groove extending through the member sandwiched between the back electrode and the front electrode and reaching the back surface of the front electrode as the D step. A cross section of the first n-layer separation line by a plane or curved surface parallel to the translucent insulating substrate is the plane or It is preferred according to the curved surface is a manufacturing method of a solar cell element characterized in that it comprises a cross-section of the open groove of the contact line.
[0113]
Moreover, the manufacturing method of the solar cell element of this invention is a manufacturing method of said solar cell element, Comprising: As a process, the process of forming a 1st p layer, i layer, n layer in order, and B process Forming a first n-layer separation line that penetrates through the first n-layer and partially removes the first p-layer and / or i-layer; A second p-layer, an i-layer, and an n-layer are sequentially formed so as to be in contact with the outer surface of the first n-layer and the first n-layer separation line on the back side of the layer and in the n-layer separation line. The step and the step D include a step of forming a contact line groove extending through the member sandwiched between the back electrode and the front electrode and reaching the surface on the back surface side of the front electrode, parallel to the translucent insulating substrate. The cross section of the first n-layer separation line by a flat or curved surface is the contact by the flat or curved surface. May be a method for manufacturing a solar cell element characterized in that it comprises a cross-section of the in-the open grooves.
[0114]
<Surface electrode formation process>
In the method for manufacturing a solar cell element of the present invention, in the step of forming the surface electrode on the insulating translucent substrate (also referred to herein as the surface electrode forming step), is the surface electrode a metal electrode? The process differs depending on whether it is a transparent conductive film.
[0115]
Here, when the surface electrode used for this invention is a metal electrode, a physical manufacturing method can be used as a surface electrode formation process.
[0116]
The physical production method is not particularly limited, and examples thereof include a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, and a magnetron sputtering method. Of these manufacturing methods, it is preferable to use a sputtering method in terms of quality and the like.
[0117]
Moreover, when the surface electrode used for this invention consists of a transparent conductive film, a chemical manufacturing method or a physical manufacturing method can be used as a surface electrode formation process.
[0118]
Here, the chemical production method is not particularly limited, and examples thereof include a spray method, a CVD method, and a plasma CVD method. In general, the chemical production method is a method of forming an oxide film on a substrate by thermal decomposition or oxidation reaction of chloride or an organometallic compound, and has an advantage that process cost is low.
[0119]
On the other hand, examples of the physical production method include a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, and a magnetron sputtering method. In general, the physical manufacturing method has a lower substrate temperature than the chemical manufacturing method and can form a high-quality film, but has a tendency that the film forming speed is low and the cost of the apparatus is high.
[0120]
<Surface electrode patterning process>
In the method for manufacturing a solar cell element of the present invention, the patterning technique is particularly limited in the step of patterning the surface electrode to form the surface electrode separation line (also referred to as a surface electrode patterning step in this specification). Any technique that can be used for patterning a metal electrode or a transparent conductive film can be suitably used as long as it can be accurately patterned.
[0121]
In the surface electrode patterning step in the present invention, for example, patterning by etching using a resin mask or a metal mask may be performed. However, such a method requires many processes for forming the laminated structure, and there are restrictions on the size of the substrate that can be handled, and the effective area of the power generation region in the substrate of the solar cell tends to be small, so that the wet process Therefore, pinholes are easily generated in the photoelectric conversion layer, and patterning is difficult on a curved substrate.
[0122]
Therefore, in the surface electrode patterning step in the present invention, it is preferable to perform patterning using heating by laser irradiation (also referred to as laser patterning in this specification). By performing such laser patterning, the number of steps required for forming the laminated structure can be reduced, a solar cell element can be manufactured on a large-area substrate, and a substrate with an arbitrary shape such as a curved surface The solar cell element can be manufactured on the top, the effective area of the power generation region in the substrate of the solar cell can be increased, and there is an advantage that it is suitable for continuous integrated production and automated production.
[0123]
Here, in the surface electrode patterning step in the present invention, the laser used for laser patterning is not particularly limited, and a laser generally used in a method for manufacturing a solar cell element can be used.
[0124]
In the surface electrode patterning step of the present invention, the distance between the laser emission port and the irradiation surface, the laser diameter on the irradiation surface, the laser irradiation time, and the like are preferably appropriately selected according to the patterning shape and the like.
[0125]
In addition, in order to remove the residue of a surface electrode after performing the formation process of a photoelectric converting layer after the surface electrode patterning process in this invention, it is preferable to ultrasonically wash a board | substrate and a surface electrode in a pure water. .
[0126]
<Photoelectric Conversion Layer Formation Step: Step A>
In the method for producing a solar cell element of the present invention, in the step of forming two or more photoelectric conversion layers laminated on the surface electrode (also referred to as a photoelectric conversion layer formation step in this specification), a chemical production method is used. Or a physical manufacturing method can be used.
[0127]
Here, examples of the chemical manufacturing method in the photoelectric conversion layer forming step include a spray method, a CVD method, a plasma CVD method, and the like. In general, a chemical manufacturing method of a semiconductor is a method of forming a semiconductor film on a substrate by thermal decomposition of a source gas such as silane gas, plasma reaction, etc., and has an advantage that process cost is low.
[0128]
On the other hand, examples of the physical production method include a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, and a magnetron sputtering method. In general, the physical manufacturing method has a lower substrate temperature than the chemical manufacturing method and can form a high-quality film, but has a tendency that the film forming speed is low and the cost of the apparatus is high.
[0129]
Of these manufacturing methods, the plasma CVD method is preferably used from the viewpoint of quality and the like.
[0130]
<First n-layer patterning step: B step>
Of the method for manufacturing a solar cell element of the present invention, a step of patterning a first n layer to form a first n layer separation line (also referred to as a first n layer patterning step in this specification). In the method, the patterning method is not particularly limited, and a method generally used for patterning of the photoelectric conversion layer and the transparent conductive film can be suitably used as long as it can be accurately patterned.
[0131]
In the patterning step of the photoelectric conversion layer in the present invention, for example, patterning by etching using a resin mask or a metal mask may be performed. However, such a method requires many processes for forming the laminated structure, and there are restrictions on the size of the substrate that can be handled, and the effective area of the power generation region in the substrate of the solar cell tends to be small, so that the wet process Therefore, pinholes are easily generated in the photoelectric conversion layer, and patterning is difficult on a curved substrate.
[0132]
Therefore, in the patterning step of the first n layer in the present invention, it is preferable to perform patterning using heating by laser irradiation (also referred to as laser patterning in this specification).
[0133]
By performing such laser patterning, the number of steps required for forming the laminated structure can be reduced, a solar cell element can be manufactured on a large-area substrate, and a substrate with an arbitrary shape such as a curved surface The solar cell element can be manufactured on the top, the effective area of the power generation region in the substrate of the solar cell can be increased, and there is an advantage that it is suitable for continuous integrated production and automated production.
[0134]
Here, in the patterning process of the first n layer in the present invention, the laser used for laser patterning is transparent in order to avoid damaging the transparent conductive film when the surface electrode is made of a transparent conductive film. It is preferable to use a laser in the visible light region where the conductive film has excellent transparency. Therefore, for example, it is preferable to use a YAG SHG laser.
[0135]
In the first n-layer patterning step of the present invention, the distance between the laser emission port and the irradiation surface, the laser irradiation time, and the like are preferably selected as appropriate in accordance with the patterning shape and the like.
[0136]
For example, when manufacturing a solar cell element as shown in FIG. 1, when forming the first n-layer separation line using the laser as described above, the first n-layer separation line is It is preferable to select the laser processing conditions so that the first n-layer and the member sandwiched between the first n-layer and the surface electrode penetrate to the surface on the back surface side of the surface electrode.
[0137]
For example, when manufacturing a solar cell element as shown in FIG. 2, when forming the first n-layer separation line using the laser as described above, the first n-layer separation line is It is preferable to select the laser processing conditions so as to partially remove the p layer and / or the i layer penetrating the first n layer and provided on the light incident side of the first n layer. In this case, the contact line described later needs to have a structure that completely separates the photoelectric conversion layer.
[0138]
After forming the first n-layer separation line, cleaning with pure water or the like may be performed, but if the first n-layer is cleaned with pure water or the like, the contact property between the first n-layer and the p-layer of the lower cell In this case, it is not necessary to perform cleaning with pure water or the like. In the present invention, since the residue of the surface electrode 2 is hardly generated when forming the first n-layer separation line, it is not necessary to perform cleaning with pure water or the like to remove the residue.
[0139]
<Further photoelectric conversion layer forming step: Step C>
In the method for manufacturing a solar cell element of the present invention, the first n-layer separation line separated by the first n-layer separation line by the above-described step and the first n-layer separation line include the first n-layer separation line. In the step of forming another photoelectric conversion layer so as to be in contact with the outer layer of the n-layer and the first n-layer separation line (also referred to as a further photoelectric conversion layer formation step in this specification) A manufacturing method or a physical manufacturing method can be used.
[0140]
Here, examples of the chemical manufacturing method in the photoelectric conversion layer forming step include a spray method, a CVD method, a plasma CVD method, and the like. In general, a chemical manufacturing method of a semiconductor is a method of forming a semiconductor film on a substrate by thermal decomposition of a source gas such as silane gas, plasma reaction, etc., and has an advantage that process cost is low.
[0141]
On the other hand, examples of the physical production method include a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, and a magnetron sputtering method. In general, the physical manufacturing method has a lower substrate temperature than the chemical manufacturing method and can form a high-quality film, but has a tendency that the film forming speed is low and the cost of the apparatus is high.
[0142]
Of these manufacturing methods, the plasma CVD method is preferably used from the viewpoint of quality and the like.
[0143]
Further, only a part of the photoelectric conversion layer may be formed inside the first n-layer separation line, for example, only the semiconductor film provided on the most light incident side of the photoelectric conversion layer. May be.
[0144]
Further, the inside of the first n-layer separation line may be covered with a part of the photoelectric conversion layer entirely in the outline of the first n-layer separation line by the photoelectric conversion layer forming step. The inside of the first n-layer separation line may be filled with a part of the photoelectric conversion layer.
[0145]
Here, it is preferable that the A step, the B step, and the C step are sequentially performed in this order. By performing the A step, the B step, and the C step once, as shown in FIG. A solar cell element having two photoelectric conversion layers in which one power generation region is stacked with the first n layer interposed therebetween can be manufactured.
[0146]
<Contact line and back electrode forming process: D process>
Of the method for manufacturing a solar cell element of the present invention, the contact line forming step includes a step of forming an open groove (also referred to as an open groove of a contact line in this specification) necessary for forming the contact line, and a contact This can be divided into a process of filling the open groove of the line with a conductive material (in this specification, the material of the conductive material is referred to as the material of the contact line).
[0147]
Here, in the present invention, in the step of patterning the photoelectric conversion layer to form the contact line groove (also referred to as the contact line groove formation step in this specification), the patterning technique is particularly Any technique that is generally used for patterning the photoelectric conversion layer and the transparent conductive film can be suitably used as long as it is a technique that can be accurately patterned.
[0148]
In the contact line groove forming step of the present invention, patterning may be performed by etching using, for example, a resin mask or a metal mask. However, such a method requires many processes for forming the laminated structure, and there are restrictions on the size of the substrate that can be handled, and the effective area of the power generation region in the substrate of the solar cell tends to be small, so that the wet process Therefore, pinholes are easily generated in the photoelectric conversion layer, and patterning is difficult on a curved substrate.
[0149]
Therefore, it is preferable to perform laser patterning in the contact line groove forming step in the present invention. By performing such laser patterning, the number of steps required for forming the laminated structure can be reduced, a solar cell element can be manufactured on a large-area substrate, and a substrate with an arbitrary shape such as a curved surface The solar cell element can be manufactured on the top, the effective area of the power generation region in the substrate of the solar cell can be increased, and there is an advantage that it is suitable for continuous integrated production and automated production.
[0150]
Here, in the contact line groove forming step in the present invention, as the laser used for laser patterning, when the surface electrode is made of a transparent conductive film, the transparent conductive film is used to avoid damaging the transparent conductive film. It is preferable to use a laser in the visible light region that is excellent in film permeability. Therefore, for example, it is preferable to use a YAG SHG laser.
[0151]
The maximum diameter of the laser beam cross section used here is preferably smaller than the laser beam cross section used in the step B. If the maximum diameter of the laser beam cross section used here is larger than the laser beam cross section used in the B process, the first n layer separation is performed in the B process in order to separate the first n layer from the contact line. In order to form a line, a plurality of laser processings are essential, which reduces productivity.
[0152]
In the contact line groove forming step of the present invention, the distance between the laser emission port and the irradiated surface, the laser diameter on the irradiated surface, the laser processing conditions, and the like are appropriately selected according to the patterning shape and the like. Is preferred.
[0153]
However, regarding the laser processing conditions, the laser processing conditions are selected so that the groove of the contact line penetrates the member sandwiched between the back electrode and the front electrode and reaches the back surface of the front electrode. It is preferable.
[0154]
The contact line groove in the present invention is preferably provided inside the first n-layer separation line. That is, in the contact line groove forming step of the present invention, the cross section of the first n-layer separation line by a plane or curved surface parallel to the light-transmitting insulating substrate is the groove of the contact line line by the plane or curved surface. It is preferable to perform laser patterning with a laser aiming at a position that includes the cross section.
[0155]
<Contact line filling and back electrode forming process>
Of the method for manufacturing a solar cell element of the present invention, the conductive material used in the step of filling the open grooves of the contact line with the conductive material (also referred to as the contact line filling step in this specification) has conductivity. If it is, it will not specifically limit, The electrically conductive substance generally used for a solar cell element can be used.
[0156]
In addition, when a back surface electrode consists of a back surface metal electrode and a back surface transparent electrode, it is preferable to use the electrically conductive material which consists of the same material as said back surface transparent electrode from a viewpoint of simplification of a manufacturing process.
[0157]
Therefore, the contact line filling step in the present invention is preferably the same step as the step of forming the back transparent electrode in the back electrode forming step. By performing the contact line filling process, it is desirable that the inside of the contact line is completely filled with the conductive material, and the front electrode and the back electrode are completely electrically connected.
[0158]
In the method for manufacturing a solar cell element of the present invention, the step of forming the back electrode (also referred to as a back electrode forming step in this specification) differs depending on the material and structure of the back electrode.
[0159]
Here, as described above, the back electrode used in the present invention is preferably a laminate of a back transparent electrode and a back metal electrode. In addition, the back electrode used in the present invention may be composed only of the back metal electrode, and the back transparent electrode may be omitted, but in order to promote light scattering and obtain high power generation efficiency, It is desirable to have a transparent electrode.
[0160]
And as a manufacturing method of the back surface metal electrode used for this invention, it is preferable to use a physical manufacturing method. Examples of the physical production method include a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, and a magnetron sputtering method. Of these manufacturing methods, it is preferable to use a sputtering method in terms of quality and the like.
[0161]
Moreover, as a manufacturing method of the back surface transparent electrode used for this invention, a chemical manufacturing method or a physical manufacturing method can be used.
[0162]
Here, examples of the chemical manufacturing method include a spray method, a CVD method, and a plasma CVD method. In general, the chemical production method is a method of forming an oxide film on a substrate by thermal decomposition or oxidation reaction of chloride or an organometallic compound, and has an advantage that process cost is low.
[0163]
On the other hand, examples of the physical production method include a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, and a magnetron sputtering method. In general, the physical manufacturing method has a lower substrate temperature than the chemical manufacturing method and can form a high-quality film, but has a tendency that the film forming speed is low and the cost of the apparatus is high.
[0164]
Of these manufacturing methods, it is preferable to use a sputtering method in terms of quality and the like.
[0165]
<Back electrode patterning process>
In the method for manufacturing a solar cell element of the present invention, the patterning method is particularly limited in the step of patterning the back electrode to form the back electrode separation line (also referred to as back electrode patterning step in this specification). Any technique that can be used for patterning a metal electrode or a transparent conductive film can be suitably used as long as it can be accurately patterned.
[0166]
In the back electrode patterning step in the present invention, for example, patterning by etching using a resin mask, a metal mask or the like may be performed. However, such a method requires many processes for forming the laminated structure, and there are restrictions on the size of the substrate that can be handled, and the effective area of the power generation region in the substrate of the solar cell tends to be small, so that the wet process Therefore, pinholes are easily generated in the photoelectric conversion layer, and patterning is difficult on a curved substrate.
[0167]
Therefore, it is preferable to perform laser patterning in the back electrode patterning step in the present invention. By performing such laser patterning, the number of steps required for forming the laminated structure can be reduced, a solar cell element can be manufactured on a large-area substrate, and a substrate with an arbitrary shape such as a curved surface The solar cell element can be manufactured on the top, the effective area of the power generation region in the substrate of the solar cell can be increased, and there is an advantage that it is suitable for continuous integrated production and automated production.
[0168]
Here, in the back surface electrode patterning step in the present invention, as a laser used for laser patterning, in order to avoid adversely affecting the surface electrode made of the transparent conductive film, a visible light region excellent in transparency of the transparent conductive film is used. It is preferable to use a laser. For example, it is preferable to use a YAG SHG laser.
[0169]
In the back electrode patterning step of the present invention, the distance between the laser emission port and the irradiated surface, the laser diameter on the irradiated surface, the laser processing conditions, and the like are preferably selected as appropriate according to the patterning shape and the like.
[0170]
In addition, it is preferable to ultrasonically wash a board | substrate and a surface electrode in a pure water after the back surface electrode patterning process in this invention.
[0171]
And the solar cell element of this invention manufactured using said manufacturing method is used suitably as a main member of a solar cell individually or in combination of several or in combination with another solar cell element.
[0172]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.
[0173]
<Example 1>
Hereinafter, Example 1 will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the solar cell element produced in Example 1. FIG.
[0174]
First, a glass substrate having a thickness of about 4.0 mm and a substrate size of 650 mm × 910 mm is prepared as the insulating translucent substrate 1, and SnO is formed on the insulating translucent substrate 1 using a thermal CVD method. 2 A surface electrode 2 made of a transparent conductive film made of (tin oxide) was formed.
[0175]
Next, the surface electrode 2 was patterned using the fundamental wave of the YAG laser. That is, the surface electrode 2 was separated into strips by making laser light incident from the insulating translucent substrate 1 side, and the surface electrode separation line 6 was formed.
[0176]
Thereafter, the substrate is ultrasonically cleaned in pure water, and then an upper cell 3 made of a photoelectric conversion layer in which a semiconductor film is laminated on the surface electrode 2 and inside the surface electrode separation line 6 is formed by plasma CVD. did. Here, the upper cell 3 formed as described above has an insulating translucency for the p layer made of a-Si: H, the i layer made of a-Si: H, and the n layer made of μc-Si: H. The photoelectric conversion layers were laminated in order from the substrate 1 side, and the total thickness was about 0.2 μm.
[0177]
Subsequently, the upper cell 3 was patterned by allowing the second harmonic of the YAG laser to enter from the insulating translucent substrate 1 side. As a result, the upper cell 3 was separated into strips, and a first n-layer separation line 7 extending through the upper cell 3 to the surface on the back surface side of the surface electrode 2 was formed. At this time, as shown in FIG. 3, the width 15 of the first n-layer separation line was set to about 150 μm.
[0178]
Next, the lower cell 4 made of a photoelectric conversion layer in which a semiconductor film was stacked was formed inside the first n-layer separation line 7 by plasma CVD. Here, in the lower cell 4 formed as described above, the p layer made of μc-Si: H, the i layer made of μc-Si: H, and the n layer made of μc-Si: H were insulated and translucent. The photoelectric conversion layers were laminated in order from the substrate 1 side, and the total thickness was about 2 μm.
[0179]
Next, the second harmonic of the YAG laser was made incident from the insulating translucent substrate 1 side, and the lower cell 4 was patterned. As a result, the lower cell 4 was separated into strips, and an open groove of the contact line 8 for electrically connecting the front electrode 2 and the back electrode 5 was formed.
[0180]
At this time, as can be seen with reference to FIG. 3, when the back electrode 5 is formed without making the width 13 of the contact line smaller than the width 15 of the first n-layer separation line, the back electrode as shown in FIG. 5 is in direct contact with the first n layer 3b. As a result, there is a problem that the upper cell 3 is short-circuited and the output of the solar cell element is less than the original output.
[0181]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the groove of the contact line 8 is formed so that the width 13 of the contact line is smaller than the width 15 of the first n-layer separation line.
[0182]
By reducing the width 13 of the contact line, the first n layer / contact line isolation member made of the material having the same composition as that of the lower cell 4 fills a part of the first n layer separation line 7. The conductive material filled in the groove of the contact line 8 made of the material having the same composition as that of the first n layer 3b and the back electrode can be separated, and as a result, the upper cell 3 can be prevented from being short-circuited. did it.
[0183]
At this time, the width 13 of the contact line was set to about 80 μm, and the distance 17a between the first n-layer separation line and the contact line was set to about 50 μm. Further, the distance 17b between the first n-layer separation line and the contact line on the side opposite to the distance 17a between the first n-layer separation line and the contact line was set to about 20 μm.
[0184]
Next, a film of ZnO (zinc oxide) and Ag was formed as the back electrode 5 by magnetron sputtering. At this time, the total thickness of the back electrode 5 was about 350 nm. At this time, the inner side of the groove of the contact line 8 is filled with a material having the same composition as the back electrode 5.
[0185]
And in order to avoid the damage to the surface electrode 2 by a laser, the 2nd harmonic of the YAG laser with the sufficient transparency of the surface electrode 2 was entered from the insulated translucent board | substrate 1 side, and the back surface electrode 5 was patterned. As a result, the back electrode 5 was separated into strips, and a back electrode separation line 9 was formed. Thereafter, the substrate was subjected to ultrasonic cleaning in pure water, and after drying, a bus bar was attached to the positive electrode and the negative electrode to produce a solar cell element (I) of this example.
[0186]
When the characteristics of the solar cell element (I) produced as described above (substrate size: 650 mm × 910 mm) were evaluated using a solar simulator, AM1.5 (100 mW / cm 2 ) Measured under the conditions of F.). F. Is 0.67 to 0.70, η n A stable efficiency of 10.3% to 11.0% was obtained.
[0187]
<Example 2>
The first n-layer separation line 7 has a structure that does not reach the back surface side of the front electrode, and is opposite to the insulating translucent substrate 1 so that the shape of the tip of the first n-layer separation line 7 is a curved surface. A solar cell element was fabricated in the same manner as in Example 1 except that laser patterning was performed on the first n-layer separation line 7 by irradiating the laser from the side, and a solar cell element (II) was obtained. It was.
[0188]
When the characteristics of the solar cell element (II) (substrate size 650 mm × 910 mm) produced as described above were evaluated using a solar simulator, AM1.5 (100 mW / cm 2 ) Measured under the conditions of F.). F. Is 0.67 to 0.70, η n A stable efficiency of 10.3% to 11.0% was obtained.
[0189]
<Comparative Example 1>
Hereinafter, Comparative Example 1 will be described with reference to FIG. Here, FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the solar cell element produced in Comparative Example 1. FIG. Further, this solar cell element has the same structure as the integrated structure disclosed in JP-A-9-129903.
[0190]
First, a glass substrate having a thickness of about 4.0 mm and a substrate size of 650 mm × 910 mm is prepared as the insulating translucent substrate 1, and SnO is formed on the insulating translucent substrate 1 using a thermal CVD method. 2 A surface electrode 2 made of a transparent conductive film made of (tin oxide) was formed.
[0191]
Next, an upper cell 3 made of a photoelectric conversion layer in which a semiconductor film was stacked on the surface electrode 2 was formed by a plasma CVD method. Here, the upper cell 3 formed as described above has an insulating translucency for the p layer made of a-Si: H, the i layer made of a-Si: H, and the n layer made of μc-Si: H. The photoelectric conversion layers were laminated in order from the substrate 1 side, and the total thickness was about 0.2 μm.
[0192]
Thereafter, patterning of the surface electrode 2 and the upper cell 3 was performed at once using the fundamental wave of the YAG laser. That is, the surface electrode 2 and the upper cell 3 were separated into strips by making laser light incident from the insulating translucent substrate 1 side, and the surface electrode separation line 6 was formed.
[0193]
Subsequently, the substrate was ultrasonically cleaned with pure water, and the lower cell 4 made of a photoelectric conversion layer in which a semiconductor film was laminated was formed inside the surface electrode separation line 6 by a plasma CVD method. Here, in the lower cell 4 formed as described above, the p layer made of μc-Si: H, the i layer made of μc-Si: H, and the n layer made of μc-Si: H were insulated and translucent. The photoelectric conversion layers were laminated in order from the substrate 1 side, and the total thickness was about 2 μm.
[0194]
Next, the upper cell 3 and the lower cell 4 were patterned by allowing the second harmonic of the YAG laser to enter from the insulating translucent substrate 1 side. As a result, the upper cell 3 and the lower cell 4 are separated into strips, penetrate the upper cell 3 and the lower cell 4 to reach the surface on the back surface side of the surface electrode 2, and connect the surface electrode 2 and the back electrode 5 to each other. An open groove of the contact line 8 for electrical connection was formed.
[0195]
Next, a film of ZnO (zinc oxide) and Ag was formed as the back electrode 5 by magnetron sputtering. At this time, the total thickness of the back electrode 5 was about 350 nm. At this time, the inner side of the groove of the contact line 8 is filled with a material having the same composition as the back electrode 5.
[0196]
Next, in order to avoid damage to the surface electrode 2 due to the laser, the second harmonic of the YAG laser having good transparency of the surface electrode 2 was made incident from the insulating translucent substrate 1 side, and the back electrode 5 was patterned. As a result, the back electrode 5 was separated into strips, and a back electrode separation line 9 was formed. Thereafter, the substrate was subjected to ultrasonic cleaning in pure water, and after drying, a bus bar was attached to the positive electrode and the negative electrode to produce a solar cell element (III) of this comparative example.
[0197]
The characteristics of the solar cell element (III) (substrate size 650 mm × 910 mm) produced as described above were evaluated using a solar simulator. F. Is 0.58 to 0.70 and η n An efficiency of 7.9% to 11.0% was obtained.
[0198]
As can be seen from the reason for the variation in this value, the surface electrode separation line 6 of the solar cell element (III) produced in Comparative Example 1 is subjected to laser patterning for the surface electrode 2 and the upper cell 3 collectively. Therefore, even if the surface electrode 2 can be completely separated between adjacent power generation regions, the sublimated surface electrode 2 is reattached to the side surface of the upper cell 3, and the first n layer 3b and the surface It is understood that this is because short-circuiting between the electrodes 2 tends to occur at a high frequency. That is, as a result, it is understood that the upper cell 3 is short-circuited and the output of the solar cell element is reduced.
[0199]
Further, in the region where the lower cell was directly formed on the glass substrate, a part of the film was peeled off, and there was a problem in appearance, and in such a cell, the characteristics were deteriorated.
[0200]
It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0201]
【The invention's effect】
As can be seen from the above results, the solar cell element of the present invention includes a single member or a plurality of members made of a nonconductor and / or a semiconductor between the first n layer and the contact line, and the first n layer. And the contact line are not in direct contact with each other, so that a short circuit does not occur between the first n layer and the contact line.
[0202]
Moreover, since the lower cell and the insulating translucent substrate are not in direct contact with the solar cell element of the present invention, the lower cell is hardly peeled off. Furthermore, since cleaning with pure water after the formation process of the first n-layer separation line is unnecessary, the contact property between the first n-layer and the lower cell is excellent. The power generation efficiency of the solar cell element is excellent.
[0203]
That is, it can be said that the solar cell element of the present invention is a solar cell element having a series laminated structure that is excellent in power generation efficiency per unit area and can be manufactured with high reliability and yield.
[0204]
Moreover, the method for manufacturing a solar cell element of the present invention is a method for manufacturing a solar cell element capable of manufacturing a solar cell element having a series laminated structure excellent in power generation efficiency per unit area with high reliability and yield. I can say that.
[Brief description of the drawings]
1 is a schematic cross-sectional view of a solar cell element produced in Example 1 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a solar cell element produced in Example 2 of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the vicinity of a contact line of a solar cell element manufactured in Example 1 of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an example of a conventionally known general series stacked solar cell element.
5 is a schematic cross-sectional view of a solar cell element produced in Comparative Example 1. FIG.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a solar cell element disclosed in JP-A-9-129906.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of another example of the solar cell element of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 insulating translucent substrate, 2 surface electrode, 3 upper cell, 3a first p layer and i layer, 3b first n layer, 4 lower cell, 4a second p layer and i layer, 4b second n layer, 5 back electrode, 6 surface electrode separation line, 7 first n layer separation line, 8 contact line, 9 back electrode separation line, 13 contact line width, 15 first n layer separation line width, 17a , 17b Distance between the first n-layer separation line and the contact line, 18 First n-layer / contact line isolation member, 23 Third photoelectric conversion layer, 25 First n-layer and second n-layer separation line 38 Surface electrode / first n-layer isolation member.

Claims (8)

少なくとも絶縁透光性基板、表面電極、半導体膜を積層した光電変換層および裏面電極を有する発電領域と、隣接する発電領域同士の表面電極および裏面電極を電気的に接続する該裏面電極と一体的に構成されるコンタクトラインとを備え、複数の発電領域が直列接続されている太陽電池素子であって、前記発電領域は、少なくとも第一のp層、i層、n層からなる光電変換層と、第二のp層、i層、n層からなる光電変換層が順に積層された構造を有しており、該第一のn層は微結晶シリコンを含む半導体膜であり、該第一のn層とコンタクトラインとの間には前記第一のn層よりも裏面側に設けられた光電変換層と一体的に構成された不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材を備えており、該第一のn層とコンタクトラインとは直接接触しない構造を有することを特徴とする太陽電池素子。At least the insulative transparent substrate, a power generation region having a surface electrode, a photoelectric conversion layer and the back surface electrode formed by laminating a semiconductor film, the back surface electrode integrally for electrically connecting the surface electrode and the back electrode of the power generation region adjacent to a configured contact line, a solar cell element in which a plurality of power generation regions are connected in series, the power generation region, at least a first p-layer, i layer, a photoelectric conversion layer consisting of n layers , A second p layer, an i layer, and a photoelectric conversion layer composed of an n layer are sequentially stacked, and the first n layer is a semiconductor film containing microcrystalline silicon, Between the n layer and the contact line, a single member or a plurality of members made of a nonconductor and / or a semiconductor integrated with a photoelectric conversion layer provided on the back side of the first n layer is provided. Contact with the first n-layer Solar cell element and having a structure that does not contact directly with Inn. 少なくとも絶縁透光性基板、表面電極、半導体膜を積層した光電変換層および裏面電極を有する発電領域と、隣接する発電領域同士の表面電極および裏面電極を電気的に接続する該裏面電極と一体的に構成されるコンタクトラインとを備え、複数の発電領域が直列接続されている太陽電池素子であって、前記発電領域は、少なくとも第一のp層、i層、n層からなる光電変換層と、第二のp層、i層、n層からなる光電変換層が順に積層された構造を有しており、該第一のn層は微結晶シリコンを含む半導体膜であり、該第一のn層とコンタクトラインとの間には該第一のn層よりも入光側に設けられた光電変換層と一体的に構成された部位と、該第一のn層よりも裏面側に設けられた光電変換層と一体的に構成された部位とが複合した不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材を備えており、該第一のn層とコンタクトラインとは直接接触しない構造を有することを特徴とする太陽電池素子。At least the insulative transparent substrate, a power generation region having a surface electrode, a photoelectric conversion layer and the back surface electrode formed by laminating a semiconductor film, the back surface electrode integrally for electrically connecting the surface electrode and the back electrode of the power generation region adjacent to a configured contact line, a solar cell element in which a plurality of power generation regions are connected in series, the power generation region, at least a first p-layer, i layer, a photoelectric conversion layer consisting of n layers , The second p layer, the i layer, and the n-layer photoelectric conversion layer are sequentially stacked, and the first n layer is a semiconductor film containing microcrystalline silicon, Between the n layer and the contact line, a portion integrally formed with the photoelectric conversion layer provided on the light incident side with respect to the first n layer, and provided on the back side with respect to the first n layer was nonconducting to a photoelectric conversion layer and the portion which is integrally formed is combined And / or provided with a single or plurality of members made of a semiconductor, the solar cell element and having a structure that does not contact directly with said first n-layer and the contact line. 第一のn層とコンタクトラインとの間に備えられた前記第一のn層よりも裏面側に設けられた光電変換層と一体的に構成された不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材は、該第一のn層よりも裏面側に設けられた光電変換層の一部と同一の組成の材質からなる部材であることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。Single or consisting of a nonconductor and / or a semiconductor integrated with a photoelectric conversion layer provided on the back side of the first n layer provided between the first n layer and the contact line 2. The solar cell element according to claim 1, wherein the plurality of members are members made of a material having the same composition as a part of the photoelectric conversion layer provided on the back surface side of the first n layer. . 第一のn層とコンタクトラインとの間に備えられた該第一のn層よりも入光側に設けられた光電変換層と一体的に構成された部位と、該第一のn層よりも裏面側に設けられた光電変換層と一体的に構成された部位とが複合した不導体および/または半導体からなる単一または複数の部材は、該第一のn層よりも入光側に設けられた光電変換層の一部と同一の組成の材質からなる部位と、該第一のn層よりも裏面側に設けられた光電変換層の一部と同一の組成の材質とからなる部位との複合した部材であることを特徴とする請求項2に記載の太陽電池素子。 A portion integrally formed with the photoelectric conversion layer provided on the light incident side of the first n layer provided between the first n layer and the contact line; and from the first n layer A single member or a plurality of members made of a non-conductor and / or a semiconductor in which a photoelectric conversion layer provided on the back surface side and a portion integrally formed are combined are closer to the light incident side than the first n layer. A part made of a material having the same composition as a part of the provided photoelectric conversion layer and a part made of a material having the same composition as a part of the photoelectric conversion layer provided on the back side of the first n layer The solar cell element according to claim 2, wherein the solar cell element is a composite member. 前記光電変換層のうち、前記第一のi層はアモルファスシリコンを主要な材質とする半導体膜であり、前記第二のi層は微結晶シリコンを主要な材質とする半導体膜であることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の太陽電池素子。  Among the photoelectric conversion layers, the first i layer is a semiconductor film mainly made of amorphous silicon, and the second i layer is a semiconductor film mainly made of microcrystalline silicon. The solar cell element according to any one of claims 1 to 4. 前記光電変換層のうち、前記第一のp層およびi層はa−Si:Hを主要な材質とする半導体膜であり、前記第一のn層はμc−Si:Hを主要な材質とする半導体膜であり、前記第二のp層、i層およびn層はμc−Si:Hを主要な材質とする半導体膜であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の太陽電池素子。Among the photoelectric conversion layers, the first p layer and the i layer are semiconductor films whose main material is a-Si: H, and the first n layer is a material whose main material is μc-Si: H. a semiconductor film, the second p-layer, i layer and n-layer [mu] c-Si: according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a semiconductor film for a major material of H Solar cell element. 請求項1〜のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法であって、A工程として、第一のp層、i層、n層を順に形成する工程と、B工程として、該第一のn層および該第一のn層と表面電極とに挟まれた部材を貫通して表面電極の裏面側の表面に至る第一のn層分離ラインを形成する工程と、C工程として、該第一のn層の裏面側および該第一のn層分離ライン内に、該第一のn層および該第一のn層分離ラインの外郭に接触するように第二のp層、i層、n層を順に形成する工程と、D工程として、裏面電極と表面電極とに挟まれた部材を貫通して表面電極の裏面側の表面に至るコンタクトラインの開溝を形成する工程を含み、透光性絶縁基板に平行な平面または曲面による前記第一のn層分離ラインの断面は、該平面または曲面による該コンタクトラインの開溝の断面を包含することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。It is a manufacturing method of the solar cell element in any one of Claims 1-6 , Comprising: As 1st p layer, i layer, n layer in order as A process, and 1st as B process Forming a first n-layer separation line that penetrates through the n-layer and a member sandwiched between the first n-layer and the surface electrode to reach the surface on the back surface side of the surface electrode, A second p-layer and an i-layer in contact with the outer surface of the first n-layer and the first n-layer separation line, on the back side of the first n-layer and in the first n-layer separation line The step of forming the n layer in sequence, and the step D include a step of forming a contact line groove extending through the member sandwiched between the back electrode and the surface electrode and reaching the surface on the back surface side of the surface electrode, A cross section of the first n-layer separation line by a plane or curved surface parallel to the translucent insulating substrate is determined by the plane or curved surface. A method for manufacturing a solar cell element comprising a cross section of an open groove of the contact line. 請求項1〜のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法であって、A工程として、第一のp層、i層、n層を順に形成する工程と、B工程として、該第一のn層を貫通し、かつ該第一のp層および/またはi層を一部除去する第一のn層分離ラインを形成する工程と、C工程として、該第一のn層の裏面側および該n層分離ライン内に、該第一のn層および該第一のn層分離ラインの外郭に接触するように第二のp層、i層、n層を順に形成する工程と、D工程として、裏面電極と表面電極とに挟まれた部材を貫通して表面電極の裏面側の表面に至るコンタクトラインの開溝を形成する工程を含み、透光性絶縁基板に平行な平面または曲面による前記第一のn層分離ラインの断面は、該平面または曲面による該コンタクトラインの開溝の断面を包含することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。It is a manufacturing method of the solar cell element in any one of Claims 1-6 , Comprising: As a A process, the process of forming a 1st p layer, i layer, and n layer in order; Forming a first n-layer separation line that penetrates the n-layer and partially removes the first p-layer and / or i-layer, and as a C-step, the back side of the first n-layer Forming a second p-layer, an i-layer, and an n-layer in this n-layer separation line in order so as to be in contact with the outline of the first n-layer and the first n-layer separation line; The process includes forming a contact line groove extending through the member sandwiched between the back electrode and the front electrode to reach the back surface of the front electrode, and is a plane or curved surface parallel to the translucent insulating substrate The cross section of the first n-layer separation line according to FIG. A method for producing a solar cell element comprising a surface.
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