JP4987191B2 - Method for manufacturing integrated thin film solar cell - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は集積化薄膜太陽電池の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
スーパーストレート構造の集積化薄膜太陽電池は、ガラス基板の裏面に積層された透明電極層、光電変換半導体層および裏面電極層からなるストリング状の複数段の太陽電池セルを直列に接続した構造を有する。また、光電変換半導体層に用いられるシリコンの保護などを目的として、太陽電池セルの裏面は架橋剤を含むエチレン−酢酸ビニル共重合体(以下、EVAと記す)などを主成分とする封止樹脂とテドラーなどを用いた保護シートで封止している。
【0003】
こうした集積化薄膜太陽電池のコストを低減するためには、窓ガラス用として大量に生産されている安価なフロート板ガラスを使用する必要がある。フロート板ガラスを使用した場合でも、フロートガラス引きとはオフラインで特にマスクを利用して透明導電膜(TCO)からなる透明電極層を形成すると、コスト増が避けられない。現実的な選択として、フロートガラス引きとオンラインでマスクを使用せずにTCOを成膜する必要がある。この場合、ガラス基板の一方の面には全面にTCOが付いている。
【0004】
このように一面全面にTCOが形成されたガラス基板を用いて太陽電池モジュールを作製した場合、最終的にはモジュールの側面に裏面電極層、光電変換半導体層および透明電極層が存在するためモジュールの耐絶縁性が損なわれる。このため、太陽電池モジュールの長期信頼性を向上する観点から、ガラス基板の周縁部を研磨する、いわゆる縁研磨が行われている。
【0005】
従来、例えば特開平2000−150944号公報に示されているように、ガラス基板上の透明電極層をスクライブして分離し、透明電極層上に光電変換半導体層を成膜し、光電変換半導体層をスクライブして接続用溝を形成し、光電変換半導体層上に裏面電極層を成膜し、裏面電極層および光電変換半導体層をスクライブして分離した後に、ガラス基板の周縁部に形成されている裏面電極層、光電変換半導体層および透明電極層を、例えばブラスト処理により一度に除去(縁研磨)する方法が用いられていた。
【0006】
ところで、TCOとしては一般的に水素プラズマ耐性の高いFドープSnO2が用いられる。このFドープSnO2は非常に硬く、またエッチングが困難である(還元剤として金属粉を要し、塩酸を使用する)という問題がある。このため、ブラスト処理による研磨速度を15cm/sec以下に設定して厳しい条件でTCOを確実に除去するようにしている。
【0007】
しかし、このような厳しい条件でブラスト処理を行うと、太陽電池セルのセル面から3mm以上離した位置でブラスト処理を行っているにもかかわらずセル面に損傷が生じてセル性能の低下を招き、歩留りが低下するという問題が生じていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、縁研磨に伴うセル面の損傷、セル性能の低下、ひいては歩留りの低下を防止できる集積化薄膜太陽電池の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の集積化薄膜太陽電池の製造方法は、透明絶縁基板上に形成された透明電極層をスクライブして分離する工程と、前記透明絶縁基板の周縁部に形成されている透明電極層をブラスト処理によって除去する工程と、前記透明電極層上に光電変換半導体層を成膜した後、光電変換半導体層をスクライブして接続用溝を形成する工程と、前記光電変換半導体層上に裏面電極層を成膜した後、裏面電極層および光電変換半導体層をスクライブして分離する工程と、前記透明絶縁基板の周縁部に形成されている裏面電極層および光電変換半導体層をブラスト処理によって除去する工程とを順次行うことを特徴とする。
【0010】
基板周縁部の透明電極層の除去はブラスト処理によって行うことが好ましい。また、基板周縁部の透明電極層のブラスト処理を行う前に、透明電極層のスクライブを行うことが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
上記のように本発明の方法では、最初に透明絶縁基板の周縁部に形成されている透明電極層を除去(縁研磨)しておき、その後に光電変換半導体層の成膜・加工、裏面電極層の成膜・加工を行う。このため、これらの工程の後に再び縁研磨を行う際には透明電極層が残っていないので、従来透明電極層を含んで一括で行っていた縁研磨よりも、条件の緩やかな方法を用いることができる。したがって、再度の縁研磨の際に、太陽電池セルのセル面の損傷が低減され、セル性能の低下を防止でき、従来よりも歩留りを向上できる。
【0012】
本発明においては、透明絶縁基板上に形成された透明電極層のスクライブを行った後に、基板周縁部の透明電極層のブラスト処理を行うことが好ましい。これは、ブラスト処理→スクライブの順序で加工すると、縁研磨残滓によってスクライブが阻害されるのでそれぞれの処理の後に合計2度の洗浄が必要になり、またスクライブ時にレーザー光が縁研磨された領域からTCOが存在する領域へ移る境界でスクライブが確実に行われない部分が生じるためである。スクライブ→ブラスト処理の順序で加工すると、どの領域でもスクライブを確実に行うことができ、洗浄はブラスト処理後に1度だけ行えばよい。
【0013】
なお、大面積の透明絶縁基板上に集積化セルを作製した後、各種モジュールに適応したサイズに分割する場合には、透明絶縁基板の周縁部に加えて中央部の分割領域に対してもブラスト処理を行う。
【0014】
上述したように、透明電極層のスクライブ、透明電極層の縁研磨および洗浄を行った後、CVDによる光電変換半導体層の成膜が行われるが、洗浄とCVD成膜との間に加熱処理を行ってもよい。この加熱処理の温度は、80℃〜500℃、好ましくは200〜400℃、さらに好ましくは300〜350℃に設定される。80℃以上であれば水分を高速に除去することができる。200℃以上であればCVDにおいて不純物が発生しにくくなる。150℃以上であればブラスト処理およびレーザースクライブによって生じたマイクロクラックを減少してガラス強度を高めることができ、特に300℃以上でこの効果が顕著になる。しかし、350℃を超えると装置コストが増大し、ガラス熱歪みが発生するようになる。また、400℃を超えると歪みが増大し、500℃を超えると歪みが顕著になる。
【0015】
光電変換半導体層の構造は特に限定されず、例えばpin型アモルファスシリコン層でもよいし、pin型アモルファスシリコン層とpin型ポリシリコン層とからなるハイブリッド型でもよい。
【0016】
上述したように、光電変換半導体層の成膜・加工、裏面電極層の成膜・加工を行った後には再び縁研磨が行われる。この際、少なくとも基板周縁部の裏面電極層を除去すれば、太陽電池モジュールの絶縁性を確保することができる。また、基板周縁部の裏面電極層および光電変換半導体層を除去して基板面を露出させれば、裏面の封止に用いられるEVAが良好に付着するようになるので、信頼性を向上できる。
【0017】
上述したように、再度の縁研磨は、透明電極層よりも除去しやすい裏面電極層および光電変換半導体層に対するものなので、条件の緩やかな方法により行うことができる。例えば、研磨速度を30cm/sec以上に設定した弱いブラスト処理を用いることができる。また、平面回転歯を有する研磨機(ホイール)を用いてもよい。さらに、レーザー加工を用いてもよい。これらの方法を用いれば、再度の縁研磨の際に、太陽電池セルのセル面の損傷が低減され、セル性能の低下を防止でき、従来よりも歩留りを向上できる。
【0018】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
実施例
図1(A)〜(E)を参照して本実施例に係るハイブリッド型の集積化薄膜太陽電池の製造方法を説明する。図1(A)〜(E)はガラス基板の周縁部を示す断面図である。本実施例では、910mm×910mmのガラス基板を用いて太陽電池セルを形成し、最終的に2分割して910mm×455mmの2枚の太陽電池モジュールを製造する。
【0019】
図1(A)に示すように、910mm×910mm、厚み4mmのガラス基板1上に厚さ約0.8μmのSnO2からなる透明電極層2が形成されており、この透明電極層2にスクライブライン3を設けることにより単位セルごとに分離した。図示しないが、ガラス基板1の光入射面には反射防止膜(ARコート)が施されている。透明電極層2のレーザースクライブ工程は、レーザースクライバーのX−Yテーブル上に透明電極層2を上向きにしてガラス基板1を載置し、上方からレーザー光を照射することによって行った。このとき、YAGレーザーの基本波を用い、加工点出力を13Wに設定して、線幅約80μmのスクライブライン3を形成した。
【0020】
図1(B)に示すように、ガラス基板1の周縁部11に形成されている透明電極層2を周囲から約5mmの幅でブラスト処理して除去した。図2にこの工程に対応する平面図を示す。本実施例においては、最終的にガラス基板1を2分割するので、図2に示すように周縁部11に加えて中央部12の透明電極層2もブラスト処理により除去した。このとき、ブラスト処理による研磨速度は15cm/secに設定した。
【0021】
図1(C)に示すように、透明電極層2上に、厚さ約0.25μmのpin型アモルファスシリコン層4および厚さ約2μmのpin型ポリシリコン層5を成膜した。その後、アモルファスシリコン層4およびポリシリコン層5に接続溝となるスクライブライン6を設けた。半導体層(ポリシリコン層5とアモルファスシリコン層4)のレーザースクライブ工程は、レーザースクライバーのX−Yテーブル上に膜面を下向きにしてガラス基板1を載置し、上方からガラス基板1を通してレーザー光を照射することによって行った。このとき、YAGレーザーの第二高調波を用い、出力0.55W、10kHz、加工速度400mm/sに設定して、線幅約80μmのスクライブライン6を形成した。
【0022】
図1(D)に示すように、半導体層上に、厚さ約0.1μmのZnOと厚さ約0.3μmのAgとの積層膜からなる裏面電極層7を成膜した。その後、裏面電極層7および半導体層(ポリシリコン層5、アモルファスシリコン層4)にスクライブライン8を設けて単位セルごとに分離した。このレーザースクライブ工程は、レーザースクライバーのX−Yテーブル上に膜面を下向きにしてガラス基板1を載置し、上方からガラス基板1を通してレーザー光を照射することによって行った。このとき、YAGレーザーの第二高調波を用い、出力0.40W、6kHz、加工速度400mm/sに設定して、線幅約100μmのスクライブライン8を形成した。
【0023】
図1(E)に示すように、ガラス基板1の周縁部11に形成されている裏面電極層7および半導体層(ポリシリコン層5、アモルファスシリコン層4)を周囲から約5mmの幅でブラスト処理して除去した。このとき、ブラスト処理による研磨速度は30cm/secに設定した。
【0024】
得られた太陽電池モジュールを2分割して910mm×455mmの2枚の太陽電池モジュールを製造した。
【0025】
比較例
上記実施例に対して以下のように工程を変更した。すなわち、図1(B)に対応する工程においてガラス基板1の周縁部11に形成されている透明電極層2のブラスト処理を行わず、図1(E)に対応する工程でガラス基板1の周縁部11に形成されている裏面電極層7、半導体層(ポリシリコン層5、アモルファスシリコン層4)および透明電極層2を一括してブラスト処理により除去した。このとき、ブラスト処理による研磨速度は15cm/secに設定した。
【0026】
上記の変更点以外は実施例と同様にして910mm×455mmの2枚の太陽電池モジュールを製造した。
【0027】
以上の実施例および比較例の方法により製造された太陽電池モジュールについて、開放端電圧(VOC)、フィルファクター(FF)および変換効率(effi)を評価した結果を表1に示す。
【0028】
【表1】
【0029】
表1から明らかなように、実施例の方法を用いれば、比較例の方法よりも特性の良好な太陽電池モジュールが得られることがわかる。また、実施例の方法を用いた場合、比較例よりも収率が向上した。
【0030】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、縁研磨に伴うセル面の損傷、セル性能の低下、ひいては歩留りの低下を防止できる集積化薄膜太陽電池の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例におけるハイブリッド型の集積化薄膜太陽電池の製造方法を示す断面図。
【図2】図1(B)に対応する平面図。
【符号の説明】
1…ガラス基板
2…透明電極層
3…スクライブライン
4…アモルファスシリコン層
5…ポリシリコン層
6…スクライブライン
7…裏面電極層
8…スクライブライン
11…周縁部
12…中央部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an integrated thin film solar cell.
[0002]
[Prior art]
An integrated thin film solar cell having a super straight structure has a structure in which a plurality of string-like solar cells formed of a transparent electrode layer, a photoelectric conversion semiconductor layer, and a back electrode layer stacked on the back surface of a glass substrate are connected in series. . In addition, for the purpose of protecting silicon used in the photoelectric conversion semiconductor layer, the back surface of the solar cell is a sealing resin whose main component is an ethylene-vinyl acetate copolymer (hereinafter referred to as EVA) containing a crosslinking agent. And sealed with a protective sheet using Tedlar.
[0003]
In order to reduce the cost of such an integrated thin film solar cell, it is necessary to use an inexpensive float plate glass that is produced in large quantities for window glass. Even when a float plate glass is used, an increase in cost is inevitable if a transparent electrode layer made of a transparent conductive film (TCO) is formed off-line with float glass, particularly using a mask. As a realistic choice, it is necessary to deposit TCO without using float masking and on-line masks. In this case, TCO is attached to the entire surface of one side of the glass substrate.
[0004]
When a solar cell module is produced using a glass substrate having a TCO formed on the entire surface in this way, the back electrode layer, the photoelectric conversion semiconductor layer, and the transparent electrode layer are finally present on the side surface of the module. Insulation resistance is impaired. For this reason, from the viewpoint of improving the long-term reliability of the solar cell module, so-called edge polishing is performed in which the peripheral edge of the glass substrate is polished.
[0005]
Conventionally, for example, as disclosed in JP-A-2000-150944, a transparent electrode layer on a glass substrate is scribed and separated, a photoelectric conversion semiconductor layer is formed on the transparent electrode layer, and a photoelectric conversion semiconductor layer is formed. Are formed on the peripheral portion of the glass substrate after forming the back electrode layer on the photoelectric conversion semiconductor layer and scribing and separating the back electrode layer and the photoelectric conversion semiconductor layer. A method has been used in which the back electrode layer, the photoelectric conversion semiconductor layer, and the transparent electrode layer are removed (edge polishing) at a time, for example, by blasting.
[0006]
By the way, as the TCO, F-doped SnO 2 having high hydrogen plasma resistance is generally used. This F-doped SnO 2 is very hard and difficult to etch (requires metal powder as a reducing agent and uses hydrochloric acid). For this reason, the polishing rate by blasting is set to 15 cm / sec or less so that TCO is reliably removed under severe conditions.
[0007]
However, if the blasting process is performed under such severe conditions, the cell surface is damaged and the cell performance is degraded even though the blasting process is performed at a
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an integrated thin film solar cell that can prevent cell surface damage, cell performance degradation, and, in turn, yield loss associated with edge polishing.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The method for manufacturing an integrated thin film solar cell according to the present invention includes a step of scribing and separating a transparent electrode layer formed on a transparent insulating substrate, and a blasting of the transparent electrode layer formed on a peripheral portion of the transparent insulating substrate. A step of removing by treatment, a step of forming a photoelectric conversion semiconductor layer on the transparent electrode layer, and then scribing the photoelectric conversion semiconductor layer to form a connection groove; and a back electrode layer on the photoelectric conversion semiconductor layer After the film is formed, the step of scribing and separating the back electrode layer and the photoelectric conversion semiconductor layer, and the step of removing the back electrode layer and the photoelectric conversion semiconductor layer formed on the peripheral edge of the transparent insulating substrate by blasting wherein the sequentially performed and.
[0010]
The removal of the transparent electrode layer at the peripheral edge of the substrate is preferably performed by blasting. Moreover, it is preferable to perform scribing of the transparent electrode layer before performing the blasting treatment of the transparent electrode layer on the peripheral edge of the substrate.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described above, in the method of the present invention, the transparent electrode layer formed on the peripheral edge of the transparent insulating substrate is first removed (edge polishing), and then the photoelectric conversion semiconductor layer is formed and processed, and the back electrode Layer deposition and processing. For this reason, when the edge polishing is performed again after these steps, the transparent electrode layer does not remain, so a method with milder conditions than the edge polishing that has been performed collectively including the conventional transparent electrode layer should be used. Can do. Therefore, when the edge is polished again, damage to the cell surface of the solar battery cell is reduced, cell performance can be prevented from being lowered, and the yield can be improved as compared with the prior art.
[0012]
In the present invention, it is preferable to blast the transparent electrode layer at the peripheral edge of the substrate after scribing the transparent electrode layer formed on the transparent insulating substrate. This is because if the processing is performed in the order of blasting → scribing, scribing will be hindered by the edge polishing residue, so a total of two cleanings will be required after each processing, and the laser light will be polished from the region where edge polishing was performed during scribing. This is because there is a portion where scribing is not reliably performed at the boundary where the TCO moves to an area. When processing is performed in the order of scribing → blasting, scribing can be reliably performed in any region, and cleaning only needs to be performed once after the blasting.
[0013]
When an integrated cell is fabricated on a large-area transparent insulating substrate and then divided into sizes suitable for various modules, blasting is performed not only on the periphery of the transparent insulating substrate but also on the central divided region. Process.
[0014]
As described above, after scribing the transparent electrode layer, polishing the edge of the transparent electrode layer, and cleaning, the photoelectric conversion semiconductor layer is formed by CVD. A heat treatment is performed between the cleaning and the CVD film formation. You may go. The temperature of this heat treatment is set to 80 to 500 ° C, preferably 200 to 400 ° C, more preferably 300 to 350 ° C. If it is 80 degreeC or more, a water | moisture content can be removed at high speed. If it is 200 ° C. or higher, impurities are less likely to be generated in CVD. If it is 150 degreeC or more, the microcrack produced by the blasting process and the laser scribing can be reduced and the glass strength can be increased, and this effect becomes remarkable especially at 300 degreeC or more. However, if it exceeds 350 ° C., the cost of the apparatus increases and glass thermal distortion occurs. Moreover, when it exceeds 400 degreeC, distortion will increase, and when it exceeds 500 degreeC, distortion will become remarkable.
[0015]
The structure of the photoelectric conversion semiconductor layer is not particularly limited, and may be, for example, a pin type amorphous silicon layer or a hybrid type composed of a pin type amorphous silicon layer and a pin type polysilicon layer.
[0016]
As described above, after film formation / processing of the photoelectric conversion semiconductor layer and film formation / processing of the back electrode layer, edge polishing is performed again. At this time, the insulation of the solar cell module can be secured by removing at least the back electrode layer on the peripheral edge of the substrate. In addition, if the back electrode layer and the photoelectric conversion semiconductor layer at the peripheral edge of the substrate are removed to expose the substrate surface, EVA used for sealing the back surface can be satisfactorily adhered, so that reliability can be improved.
[0017]
As described above, the second edge polishing is performed on the back electrode layer and the photoelectric conversion semiconductor layer that are easier to remove than the transparent electrode layer, and thus can be performed by a method with mild conditions. For example, a weak blast process in which the polishing rate is set to 30 cm / sec or more can be used. Moreover, you may use the grinder (wheel) which has a plane rotation tooth. Further, laser processing may be used. When these methods are used, damage to the cell surface of the solar battery cell is reduced at the time of edge polishing again, deterioration of the cell performance can be prevented, and the yield can be improved as compared with the conventional method.
[0018]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
EXAMPLE A method of manufacturing a hybrid integrated thin film solar cell according to this example will be described with reference to FIGS. 1 (A) to (E). 1A to 1E are cross-sectional views showing the peripheral edge of a glass substrate. In this example, a solar battery cell is formed using a glass substrate of 910 mm × 910 mm, and finally divided into two to produce two solar battery modules of 910 mm × 455 mm.
[0019]
As shown in FIG. 1A, a
[0020]
As shown in FIG. 1B, the
[0021]
As shown in FIG. 1C, a pin-type amorphous silicon layer 4 having a thickness of about 0.25 μm and a pin-type polysilicon layer 5 having a thickness of about 2 μm were formed on the
[0022]
As shown in FIG. 1D, a back electrode layer 7 made of a laminated film of about 0.1 μm thick ZnO and about 0.3 μm thick Ag was formed on the semiconductor layer. Thereafter, a
[0023]
As shown in FIG. 1E, the back electrode layer 7 and the semiconductor layer (polysilicon layer 5 and amorphous silicon layer 4) formed on the
[0024]
The obtained solar cell module was divided into two to produce two solar cell modules of 910 mm × 455 mm.
[0025]
Comparative Example The process was changed as described below with respect to the above example. That is, the blast process of the
[0026]
Except for the above changes, two solar cell modules of 910 mm × 455 mm were manufactured in the same manner as in the example.
[0027]
Table 1 shows the results of evaluating the open-circuit voltage (V OC ), fill factor (FF), and conversion efficiency (effi) for the solar cell modules manufactured by the methods of the above Examples and Comparative Examples.
[0028]
[Table 1]
[0029]
As is apparent from Table 1, it is understood that a solar cell module having better characteristics than the method of the comparative example can be obtained by using the method of the example. Moreover, when the method of the Example was used, the yield improved rather than the comparative example.
[0030]
【Effect of the invention】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing an integrated thin-film solar cell that can prevent cell surface damage, cell performance degradation, and thus yield reduction associated with edge polishing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a hybrid integrated thin film solar cell in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view corresponding to FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記透明絶縁基板の周縁部に形成されている透明電極層をブラスト処理によって除去する工程と、
前記透明電極層上に光電変換半導体層を成膜した後、光電変換半導体層をスクライブして接続用溝を形成する工程と、
前記光電変換半導体層上に裏面電極層を成膜した後、裏面電極層および光電変換半導体層をスクライブして分離する工程と、
前記透明絶縁基板の周縁部に形成されている裏面電極層および光電変換半導体層をブラスト処理によって除去する工程と
を順次行うことを特徴とする集積化薄膜太陽電池の製造方法。Scribing and separating the transparent electrode layer formed on the transparent insulating substrate;
Removing the transparent electrode layer formed on the peripheral edge of the transparent insulating substrate by blasting;
Forming a connecting groove by scribing the photoelectric conversion semiconductor layer after forming the photoelectric conversion semiconductor layer on the transparent electrode layer;
A step of forming a back electrode layer on the photoelectric conversion semiconductor layer and then scribing and separating the back electrode layer and the photoelectric conversion semiconductor layer ;
A method for manufacturing an integrated thin film solar cell, comprising sequentially performing a step of removing a back electrode layer and a photoelectric conversion semiconductor layer formed on a peripheral portion of the transparent insulating substrate by a blasting process .
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