Method of manufacturing thin-film solar cell
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前記薄膜太陽電池の光電変換部を分離する溝を、レーザーを用いて加工して形成し、
背面電極を分離する溝を、非光学的加工手段を用いて加工して形成し、
同一の前記電気絶縁性フィルム基板上に、複数の単位太陽電池を形成することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
この発明は、単位太陽電池を複数個直列または並列接続した薄膜太陽電池の製造方法に関する。
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）あるいは微結晶シリコンを主材料にした薄膜シリコン系太陽電池は、すでに量産段階にあり、同時にさらなる低コスト化に向けた開発が活発に進められている。
薄膜シリコン太陽電池の基板の材料としては、ガラス、プラスチックフィルム、ステンレスホイル等が考えられる。 中でも、プラスチックフィルム基板は、このフレキシブル性を生かし、ロールツーロール方式やステッピングロール方式の製造方法により大量生産が可能となっている。 上記の薄膜太陽電池の構成と製造工程の一例が、特許文献１に開示されている。
図３に、特許文献１に記載された従来の薄膜太陽電池の構成を簡略化した図を示す。 図３において、絶縁材料からなる基板５の一方の面には、第一電極層６、アモルファスシリコンからなる光電変換層８および第二電極層９が積層され（この積層部を光電変換部とする）、基板５の他方の面には第三電極層７および第四電極層１０が積層されている。 なお、第四電極層１０を積層せず、第三電極層７のみの場合もある。 第三電極層７のみ、または第三電極層７と第四電極層１０をあわせて、背面電極１１と呼ぶ。 これらの電極層の積層体は、光電変換部はレーザーパターニングライン３、背面電極１１はレーザーパターニングライン４により、複数の単位太陽電池に分離され、それぞれの分離位置をずらして単位太陽電池が形成されている。 集電孔１は第二電極層領域に形成され、接続孔２はマスクにより第二電極層が形成されていない領域に形成されている。 集電孔１の内壁で第二電極層９と第四電極層１０が重なり、導通している。 接続孔２の内壁では第一電極層６と第三電極層７とが重なり、導通している。
太陽電池の光電変換部に光が照射されると、光電変換層８で発生した電流は、まず第二電極層９に集められ、集電孔１を介して背面の第四電極層１０に通じる。 更に、第四電極層１０から接続孔２の第三電極層７を介して上記単位太陽電池と隣り合う単位太陽電池の第一電極層６に達し、単位太陽電池の直列接続が行われる。
上記薄膜太陽電池の簡略化した製造工程の一例を図４に示す。 プラスチックフィルムを基板５とし、これに接続孔２を形成し（工程（a））、基板の両面に第一電極層６および第３電極層７を形成（工程（b））した後、第一電極層６を所定の形状にレーザー加工により分離する溝を形成する（工程（c））。 その後、接続孔２と所定の距離離れた位置に集電孔１を形成する（工程（d））。
次に、第一電極層６の上に、光電変換層８および第二電極層９を順次形成するとともに（工程（e）および工程（f））、第三電極層７の上に第四電極層１０を形成する（工程（g））。 第四電極層１０の形成工程は省略してもよい。 この後、レーザー光を用いて、基板５の両側の薄膜を分離する溝を形成（工程（ｈ））して図３に示すような直列接続構造を形成する。
薄膜太陽電池の電極をレーザー加工する場合、フィルム基板の光透過率が４０％以上になるとフィルム基板を透過したレーザー光が反対面にダメージを与えるという問題があった。 レーザー光のダメージを抑えるためパワーを落とすと加工が不十分になって分離抵抗が確保できなくなる。 したがって、プロセスマージンが非常に狭く量産時の安定性を確保できないという問題があった。
基板を透過したレーザーのダメージは光電変換部の加工および背面電極の加工の双方とも存在するが、特に、背面電極の加工の場合の問題が大きかった。 光電変換部の加工で背面電極に部分的にダメージが生じたとしても、電極の機能としてはほとんど問題ない。 これに対し、背面電極の加工で光電変換部に部分的なダメージが発生した場合、確実にリーク電流が増加し、出力が低下してしまう。
さらに、図１に示すような背面電極に屈曲加工を適用した場合、屈曲部でのダメージはさらに大きくなるという問題があった。
また、特許文献２には、レーザーに替わり、加工手段としてサンドブラストまたはリフトオフが開示されているが、レーザー加工の代替として用いた場合、光電変換部でのパーティクルの発生と除去が課題となった。
本発明は、透過率の高いフィルム基板を用いた場合であっても、背面電極を加工した時の光電変換部の電極へのダメージを抑えた製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、光電変換部の電極の加工にはレーザーを適用し、背面側の電極加工には非光学的加工手段を適用する。
非光学的手段としては、サンドブラスト、超音波振動、リフトオフの少なくともいずれか一つを用いる。
これらの中で、サンドブラストは光電変換部の加工に適用するとパーティクルの悪影響や加工端部付近でのリークが懸念される。 しかしながら、本発明は、背面電極加工という単純な電極分離加工であり、かつ、背面電極加工を最終工程で行うことにより、パーティクルの影響は無い。
本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法によれば、透過率の高いフィルム基板を用いても背面電極加工時の光電変換部の電極へのダメージを抑えることが可能になる。
図１に、本発明の実施例に関わる太陽電池の構造を示す。 これは、単位太陽電池の短辺幅が比較的広い場合であり、集電孔を複数列配置して集電性の向上を図っている。 また、直列接続構造を実現するには、光電変換層が形成された光電変換部、あるいは背面電極のどちらかを非直線の屈曲加工とする必要がある。 受光面側である光電変換部の加工の方が、透明電極と裏面電極の分離確保という高精度な制御が要求されるため、通常、光電変換部側の加工を直線とし、背面電極側の加工を屈曲とする構成がとられる。
一方で、本発明により作成される層構成は、図３(b)に同じである。
本発明の製造工程の一例を図２に示す。 プラスチックフィルムを基板５とし、これに接続孔２を形成し（工程（a））、基板の両面に第一電極層６および第３電極層７を形成（工程（b））した後、第一電極層６を所定の形状にレーザー加工して分離する溝を形成する（工程（c））。 その後、接続孔２と所定の距離離れた位置に集電孔１を形成する（工程（d））。 次に、第一電極層６の上に、光電変換層８および第二電極層９を順次形成するとともに（工程（e）および工程（f））、第三電極層７の上に第四電極層１０を形成する（工程（g））。 第四電極層１０の形成工程は省略してもよい。 この後、レーザー光を用いて、基板５の光電変換部の電極を分離する溝を形成する（工程（ｈ））。 その後、非光学的手段を用いて、基板５の光電変換部の電極を分離加する溝を形成する（工程（ｉ））。
（実施例１）
ポリイミド基板を用いて、図２に示す製造工程で薄膜太陽電池を作成した。 ここで試作した太陽電池の面積は約３４００ｃｍ 2であり、直列接続数は３３である。
光電変換部はＹＡＧレーザーによる第２高調波の加工波長（５３２ｎｍ）を用いて加工し、背面電極の加工にはサンドブラストを適用した。
サンドブラストの粒子および背面電極を除去する際に発生するパーティクルが光電変換部に周り込まないよう、背面電極面をパターニングラインとなる部分のみを残してマスクし、粒径３〜４０μｍのアルミナ砥粒を吹き付け、背面電極を除去した。
（実施例２）
実施例１と同じ基板を用いて、図２示す従来の製造工程で薄膜太陽電池を作成した。 光電変換部はＹＡＧレーザーによる第２高調波の加工波長（５３２ｎｍ）を用いて加工し、背面電極の加工には超音波振動を適用した。
背面電極の表面に超音波振動子を接触させ、振動数１０〜４０ｋＨｚ、超音波振動子は速度０.１〜０.２ｍ／ｍｉｎで移動させながら、パターニングラインを形成した。
背面電極除去時に発生したパーティクルが光電変換部に回り込まないように、背面電極の面を地面に向けて加工した。
（実施例３）
実施例１と同じ基板の背面電極を形成する面に、耐熱性に優れたカプトンあるいはポリイミドの粘着テープをパターニングラインの形を形成した。 次に、図２の製造工程(a)から工程 (g)を経て、薄膜を形成した。 その後、光電変換部はＹＡＧレーザーによる第２高調波の加工波長（５３２ｎｍ）を用いて加工した。 最後に、背面電極側の樹脂層を基板から背面電極とともに粘着テープを剥離し、パターニングラインを形成した。
（比較例）
実施例１と同じ基板を用いて、図４に示す従来の製造工程で薄膜太陽電池を作成した。 比較例では、背面電極も受光面側の光電変換部と同様に、ＹＡＧレーザーで加工した。
表１に本実施例で試作した薄膜太陽電池の特性およびリーク電流を示す。
リーク電流は、実施例１〜３は９ｍＡで、比較例の１３５ｍＡに比べて小さかった。 また、これらに対応して出力Ｐｍａｘは、実施例１は３０．３Ｗ、実施例２は３０．２Ｗ、実施例３は３０．３Ｗで、いずれも比較例の２６．６Ｗに比べて高くなっていることが確認できた。
１ 集電孔２ 接続孔３ レーザーパターニングライン（光電変換部側）
４ レーザーパターニングライン（背面電極側）
５ 基板６ 第一電極層７ 第三電極層８ 光電変換層９ 第二電極層１０ 第四電極層１１ 背面電極
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