薄膜太阳能电池和其制造方法技术

本发明专利技术提供一种能够通过来自透明电极侧的激光照射而在光电变换层的下层选择性地吸收光，并且通过吹走进行加工的薄膜太阳能电池和其制造方法。本发明专利技术是在衬底(1)上依次层叠金属电极(3)、光电变换层(6)、透明电极(7)的薄膜太阳能电池的制造方法，所述薄膜太阳能电池是具有在厚度方向上组合了两个以上以非晶硅为主材料的n、i、p结的光电变换层(6)的衬底型太阳能电池，并且具有作为透明电极(7)侧的光电变换层(6)的顶电池(6b)和较顶电池(6b)更靠金属电极(3)侧的一层以上的电池(6a)，所述制造方法至少包括从透明电极(7)侧使用选择性地对顶电池(6b)以外的电池(6a)具有灵敏度的波长的激光同时去除两个以上的光电变换层(6)(6a，6b)和透明电极(7)的工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及衬底结构的薄膜硅太阳能电池的制造方法，此外还涉及通过此制造方法构成的薄膜太阳能电池。
技术介绍
作为在同一衬底上形成的多个光电变换元件串列连接的太阳能电池(光电变换装置)的代表例的薄膜太阳能电池，由于薄型、轻量、制造成本低廉、易于大面积化等原因， 而被认为是今后太阳能电池的主流，并且除用于电力供应以外，安装于建筑物的房顶或窗等被利用的业务用、一般住宅用的需求也逐渐扩大。上述薄膜太阳能电池，也就是以非晶硅(a-Si)或非晶硅锗(a-SiGe)或者微晶硅为主材料的薄膜硅类太阳能电池，已处于量产阶段，同时向更低成本化的开发也在积极地推进。能使用玻璃、塑料薄膜、不锈钢箔等作为薄膜硅太阳能电池的衬底的材料。其中， 如果使用作为绝缘物的玻璃或塑料薄膜，那么具有能够在衬底上制作集成的串列连接结构，并且能够实现任意的高电压的优点。作为集成型太阳能电池的一个例子，图7表示金属电极加工前后的玻璃衬底太阳能电池的构造。图7(a)表示金属电极加工前的状态，图7(b)表示金属电极加工后的状态。在玻璃衬底101之上依次形成有透明电极102、光电变换层103、金属电极104。此外，各层形成后，通过激光100进行的激光图案化被分离为长方形，从而完成串列连接。在此，该激光图案化中最普遍使用的激光为YAG (钇、铝、石榴石)激光，透明电极 102的加工使用1064nm的基波，光电变换层103和金属电极104的分离使用532nm的二次谐波。另外，透明电极102和光电变换层103的分离从玻璃衬底101侧和透明电极102 面侧中的哪一个进行都可以，但作为最终工序的金属电极104的加工从玻璃衬底101侧进行。如果从玻璃衬底101侧进行激光100的照射，那么在光电变换层103的相比之下入射侧附近产生光吸收，能通过吹走上层部来进行去除加工。此外，同时吹走光电变换层和金属电极的加工方法难以用于与微晶硅的串列式电池那样的数微米级的厚膜电池中。作为其对应之策，专利文献I中记载了以下方法，即从玻璃面侧照射微晶硅具有灵敏度的波段的光，预先去除一定程度的微晶层，然后以YAG激光的二次谐波去除a-Si。其中公开的去除微晶硅的激光波长为670 900nm，作为激光列举了红宝石激光、 翠绿宝石激光、GaAlAs激光等。另一方面，就实现用于提高安装于屋顶或外壁的自由度的可挠性和轻量化这一点而言，相比玻璃衬底优选塑料薄膜，其中特别优选耐热性优良的芳族聚酰胺、聚酰亚胺等。但是，由于这些材料是不透光性的，因而可以采用在衬底上以金属电极、光电变换层、透明电极的顺序进行层叠的所谓衬底结构。在非专利文献I中记载了采用衬底型串列连接结构的薄太阳能电池的例子。图8为表示非专利文献I公开的现有太阳能电池的结构的示意图，图9(a)为沿图 8的IOa-IOa线的截面图，图9(b)为沿图8的IOb-IOb线的截面图。图8所示的太阳能电池为在膜衬底301上开有孔，以孔内接触形成串列连接的结构，被称为 SCAF(Series-Connection through Apertures on Film)。在该结构中，如图8所示，金属电极302、作为光电变换层的a-Si类膜303和透明电极304按照此顺序层叠于膜衬底301的一个面上。在膜衬底301的另一个面形成有背面电极305。在夹着该膜衬底301的两面所形成的层通过激光分别以一并加工方式完全地分离。此处，为了使在上述膜衬底301的两面中完全地被分离而形成的金属电极302和背面电极305进行串列连接，形成有集电孔306和串列连接孔307 (参照图9 (a)和图9 (b))。如图9(a)所示，为形成集电孔306，在膜衬底301的两面使金属电极302成膜之后，开设贯穿孔，在露出的膜衬底301的端面依次形成a-Si类膜303、透明电极304和背面电极305，并使透明电极304和背面电极305连接。另一方面，如图9(b)所示，为形成串列连接孔307，在膜衬底301开设贯穿孔之后使金属电极302成膜，并且使a_Si类膜303和背面电极305依次成膜，因此使膜衬底301的a-Si类膜303形成侧的金属电极302和背面电极305连接。另外，作为参考，在专利文献2的0116中，如果以与该文献相同的符号进行说明，则记载有“背面电极分割线29例如可以使用YAG激光的二次谐波对背面电极11和第一至第三光电变换层5、7、9进行划线来形成”。此外，在专利文献3的0038中，如果以与该文献相同的符号进行说明，则记载有 “在由SnO2形成的平面通过热CVD法形成具有细微的凹凸结构的透明电极层112。接下来， 使用YAGIR脉冲激光对衬底的短边平行地进行激光扫描，由此形成将SnO2膜112分割成多个带状图案的宽度为40 μ m的槽117”。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2001-267618号公报专利文献2 日本特开2009-177225号公报专利文献3 日本特开2009-44184号公报非专利文献I :Y · Ichikawa, K. Tabuchi, T. Yoshida, S. Kato. A. Takano, S. Saito, H. Sato，S. Fujikake，and H. Sakai !Conference Recordl994 IEEE 1st World Conference on Photovoltaic Energy Conversion(1994)441.
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，在金属反射衬底之上以n、i、P层的顺序进行成膜的衬底型集成太阳能电池的激光加工与图7所示的顶衬(Superstrate)型太阳能电池相比，是非常困难的。这对于将图7置换成衬底型的通常集成型结构和SCAF电池两者来说是共通的，特别是，在衬底型中，难以确保透明电极加工后的端面的绝缘性。首先，对顶衬型太阳能电池的加工原理进行描述，并对在衬底型实施时的困难进行说明。图10表示顶衬型的a-Si太阳能电池的加工机理。图10(a)是表示模拟的光吸收量分布图，图10(b)是表示加工断面示意图。通常，对a-Si类膜103进行激光加工时，在加工端面产生熔融结晶化区域103a。 认为即使是顶衬型太阳能电池也同样，但光吸收量如图10(a)所示，为指数函数性地衰减的分布图，因而认为结晶化区域103a产生于光入射侧(下层侧)，并且通过吹走被去除的区域并未结晶化。其结果是，可以认为在未产生结晶化区域103a的上层侧的端面中透明电极102和金属电极104之间的绝缘得以维持。与此相对，在衬底型太阳能电池从透明电极侧进行加工的情况下，由于下层的光吸收量小于上层，因而不能进行吹走加工。即，成为在整体使光吸收而进行去除的方式，整个端面结晶化而不能维持绝缘。在SCAF结构太阳能电池的情况下，对电池面的三层进行一并分离加工时产生整个端面的结晶化，同时还会发生与金属电极的熔融合金化，因而难以确保端面的绝缘。作为应对之策，提案有对金属电极进行大宽度激光加工，并在使光电变换层和透明电极成膜之后进行小宽度激光加工的方法，但是存在以下问题(I)工序增加一个；(2)在第二次激光加工中需要位置对准。特别是在使用塑料薄膜衬底的太阳能电池的情况下，由于加热工序时膜衬底存在热变形，因而上述(2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤挂伸二，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：