JP5608030B2

JP5608030B2 - 化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法

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Publication number: JP5608030B2
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Inventors: 博史西
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Description

本発明は、所謂シースルー型の化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法に関する。

近年、燃料が不要であり温室効果ガスを排出しない太陽光発電が注目されている。太陽光発電に用いられる太陽電池モジュールとしては、例えば、アモルファスシリコンを用いたものや化合物系薄膜を用いたもの等が知られている。ここで、化合物系薄膜とは、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），及びセレン（Ｓｅ）を含む化合物からなるＣＩＳ系薄膜や、銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），錫（Ｓｎ），及びカルコゲン元素（セレン（Ｓｅ）又は硫黄（Ｓ））を含む化合物からなるＣＺＴＳ系薄膜等を示している。

このような太陽電池モジュールは、例えば住宅に照射される太陽光を利用すべく住宅の屋根に設置される。しかしながら、太陽電池モジュールは採光性に優れていないため、光を透過させる用途には使用し難い。そこで、採光性を考慮した太陽電池モジュールとして、透光部を有する所謂シースルー型の太陽電池モジュールが開発されている。例えば、特許文献１には、アモルファスシリコンを用いた太陽電池モジュールに、ウェットエッチングで透光部を形成した所謂シースルー型の太陽電池モジュールが開示されている。

特開平５−１５２５９３号公報

ところで、化合物系薄膜太陽電池モジュールは、例えば、透明な基板上に、第１電極層（裏面電極層）、化合物系光吸収層、バッファ層、及び第２電極層（透明導電膜）をこの順番で積層して構成されている。このような化合物系薄膜太陽電池モジュールに特許文献１のようにウェットエッチングで透光部を形成することは、以下のような懸念があり困難である。なお、以下では、化合物系薄膜太陽電池モジュールとして、光吸収層にＣＩＳ系薄膜を用いた、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールを例にとって、従来技術が抱える問題を説明する。

すなわち、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールでは、第１電極層にモリブデン（Ｍｏ）を用いることが一般的であるが、モリブデン（Ｍｏ）は強固でエッチングにより除去され難い材料である。そのため、モリブデン（Ｍｏ）からなる第１電極層を除去するには強力なエッチング液が必要となる。しかしながら、モリブデン（Ｍｏ）からなる第１電極層を強力なエッチング液を用いて除去しようとすると、その上層に積層されているＣＩＳ系光吸収層等にダメージを与え、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの変換効率が低下する虞がある。

ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールに透光部を形成する他の方法として、レーザ光を照射する方法も考えられる。しかしながら、モリブデン（Ｍｏ）はＣＩＳ系光吸収層等に比べて強固であるため、モリブデン（Ｍｏ）からなる第１電極層を除去するためには、高出力のレーザ光を照射する必要がある。モリブデン（Ｍｏ）を除去できるような高出力のレーザ光をＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールに照射して透光部を形成すると、モリブデン（Ｍｏ）よりも弱い透光部の端部のＣＩＳ系光吸収層等が溶融し、透光部の端部近傍でシャントが発生し、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの変換効率が低下する虞がある。

ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールに透光部を形成する更に他の方法として、サンドブラスタを用いる方法も考えられる。しかしながら、透光部をサンドブラスタで形成すると、透光部の端部のＣＩＳ系光吸収層等が損傷を受け、透光部の端部近傍でシャントが発生し、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの変換効率が低下する虞がある。

このように、従来は、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールに透光部を形成しようとすると、変換効率が低下する虞があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、変換効率の低下が生じ難いように透光部を形成した化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法を提供することを課題とする。

本化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、透明な基板と、前記基板上に形成された第１の層と、前記第１の層上に形成された化合物系光吸収層を含む第２の層と、前記第１の層及び前記第２の層を貫通し前記基板の表面を露出する透光部と、を有する化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、前記基板上に前記第１の層及び前記第２の層をこの順番で積層形成する第１工程と、前記第１の層に形成された第１の部分及び前記第２の層に形成された第２の部分を含む前記透光部を、前記第１の部分の内壁面が前記第２の部分の内壁面よりも内側に位置するように形成する第２工程と、を有し、前記第２工程は、前記第１の層及び前記第２の層の一部を、前記基板の表面が露出するまで除去し、前記第１の層に前記第１の部分を、前記第２の層に前記第１の部分に連通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔の周囲の前記第２の層を、前記第１の層の表面が露出するまで除去し、前記第２の層に前記第２の部分を形成する工程と、を含むことを要件とする。

開示の技術によれば、変換効率の低下が生じ難いように透光部を形成した化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法を提供できる。

第１の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールを例示する平面図である。第１の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールを例示する正面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う部分拡大断面図である。図１のＢ−Ｂ線に沿う部分拡大断面図である。図１のＣ部を拡大した平面図である。第１の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造工程を例示する図（その１）である。第１の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造工程を例示する図（その２）である。第１の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造工程を例示する図（その３）である。第１の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造工程を例示する図（その４）である。第１の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造工程を例示する図（その５）である。第２の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造工程を例示する図（その１）である。第２の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造工程を例示する図（その２）である。第２の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造工程を例示する図（その３）である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
［第１の実施の形態に係る化合物系薄膜太陽電池モジュールの構造］
始めに、第１の実施の形態に係る化合物系薄膜太陽電池モジュールの構造について、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールを例にとって説明する。図１は、第１の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールを例示する平面図である。図２は、第１の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールを例示する正面図である。図３は、図１のＡ−Ａ線に沿う部分拡大断面図である。図４は、図１のＢ−Ｂ線に沿う部分拡大断面図である。図５は、図１のＣ部を拡大した平面図である。各図は、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの平面形状が矩形状である場合の例を示し、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールを平面視した場合（受光面側から視た場合）の短手方向をＸ方向、長手方向をＹ方向、厚さ方向をＺ方向としている。なお、説明の便宜上、平面図や正面図においても、断面図と対応するハッチングを施している。

図１〜図５を参照するに、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０は、基板１１と、第１電極層１２と、発電層１６と、透光部１８とを有する。以下、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０を構成する各要素について説明する。

基板１１は、第１電極層１２及び発電層１６を形成する基体となる部分であり、透明な部材から構成されている。基板１１としては、例えば、青板ガラスや低アルカリガラス等を用いることができる。基板１１の厚さは、例えば、数ｍｍ程度とすることができる。

第１電極層１２は、基板１１上に形成されている。第１電極層１２は、Ｙ方向に沿って設けられた溝部１２ｘにより分割されている。溝部１２ｘの幅は、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。第１電極層１２としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）等を用いることができる。第１電極層１２の厚さは、例えば、数１０ｎｍ〜数μｍ程度とすることができる。なお、第１電極層１２は、本発明に係る第１の層の代表的な一例である。

発電層１６は、第１電極層１２上に形成されている。発電層１６は、ＣＩＳ系光吸収層１３と、バッファ層１４と、第２電極層１５とを有し、照射された太陽光等を光電変換する部分である。発電層１６が光電変換することにより生じた起電力は、第１電極層１２及び第２電極層１５にそれぞれはんだ等で取り付けられた電極リボン（銅箔リボン）から外部に電流として取り出すことができる。なお、発電層１６は、本発明に係る第２の層の代表的な一例である。以下、発電層１６を構成する各要素について説明する。

ＣＩＳ系光吸収層１３は、ｐ型半導体からなる層であり、第１電極層１２上及び溝部１２ｘ内に形成されている。ＣＩＳ系光吸収層１３としては、例えば、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），セレン（Ｓｅ）からなる化合物や、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），ガリウム（Ｇａ），セレン（Ｓｅ），硫黄（Ｓ）からなる化合物等を用いることができる。前記化合物の一例を挙げれば、ＣｕＩｎＳｅ_２、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ_２、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）_２等である。ＣＩＳ系光吸収層１３の厚さは、例えば、数μｍ〜数１０μｍ程度とすることができる。

バッファ層１４は、ＣＩＳ系光吸収層１３上に形成されている。バッファ層１４としては、例えば、亜鉛化合物、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化インジウム（ＩｎＳ）等を用いることができる。ＣＩＳ系光吸収層１３及びバッファ層１４は、Ｙ方向に沿って設けられた溝部１６ｘにより分割されている。溝部１６ｘの幅は、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。バッファ層１４の厚さは、例えば、数ｎｍ〜数１００ｎｍ程度とすることができる。

第２電極層１５は、ｎ型半導体からなる透明な層であり、バッファ層１４上及び溝部１６ｘ内に形成されている。第２電極層１５としては、例えば、酸化亜鉛系薄膜（ＺｎＯ）やＩＴＯ薄膜等を用いることができる。酸化亜鉛系薄膜（ＺｎＯ）を用いる場合には、硼素（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）等をドーパントとして添加することにより、低抵抗化でき好適である。第２電極層１５の厚さは、例えば、数μｍ〜数１０μｍ程度とすることができる。

発電層１６は、Ｙ方向に沿って設けられた溝部１６ｙにより分割されている。溝部１６ｙの幅は、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。溝部１６ｙにより分割された各部分は複数のセル１９を構成している。所定のセル１９の溝部１６ｘ内に形成されている第２電極層１５は、溝部１６ｙを介して隣接するセル１９の第１電極層１２と電気的に接続されている。つまり、溝部１６ｙにより分割された複数のセル１９は、直列に接続されている。

基板１１のＸ方向の両外縁部には、第１電極層１２及び発電層１６が形成されてなく基板１１の表面が露出している第１のエッジスペース１１ａが形成されている。又、第１のエッジスペース１１ａの内側には、発電層１６が形成されてなく第１電極層１２の表面が露出している第２のエッジスペース１１ｂが形成されている。第２のエッジスペース１１ｂは、前述の電極リボン（銅箔リボン）を第１電極層１２に取付けるために設けられている。第１のエッジスペース１１ａの幅Ｌ_１は、１０ｍｍ以上とすることが好ましい。第２のエッジスペース１１ｂの幅Ｌ_２は、１ｍｍ以上とすることが好ましい。

透光部１８は、第１電極層１２及び発電層１６を貫通し、基板１１の表面を露出する貫通孔であり、透光部１８の内壁面と基板１１の表面とで凹部を形成している。透光部１８の内壁面は段差を有し、透光部１８の第１電極層１２に形成された第１の部分１８ａの内壁面は、透光部１８の発電層１６に形成された第２の部分１８ｂの内壁面よりも内側に位置している。言い換えれば、第１電極層１２は、平面視において第２の部分１８ｂの内縁部に沿って露出している。露出部分の幅Ｌ_７及びＬ_８は、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることが好ましい。

透光部１８の第１の部分１８ａの平面形状は、例えば、矩形状とすることができる。透光部１８の第２の部分１８ｂの平面形状は、例えば、第１の部分１８ａよりも大きな矩形状とすることができる。但し、透光部１８の第１の部分１８ａ及び第２の部分１８ｂの平面形状は矩形状には限定されず、円形や楕円形等を含む任意の形状とすることができる。又、透光部１８は、必ずしも隣接する溝部１６ｙ間に形成しなくても構わなく、例えば、溝部１６ｙを跨ぐように形成しても構わない。又、透光部１８の数量は図１に示す数量には限定されず、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０の変換効率と透光部１８による採光性の向上とのバランスを考慮して任意の数量として構わない。

透光部１８の寸法は、例えば、Ｌ_３＝２ｍｍ、Ｌ_４＝０．４ｍｍ、Ｌ_５＝Ｌ_６＝０．５ｍｍ、Ｌ_７＝Ｌ_８＝０．１ｍｍ、Ｌ_９＝０．４ｍｍとすることができる（図５参照）。この例ではＬ_４＝Ｌ_９＝０．４ｍｍなので、開口率は５０％となる。開口率は任意に設定して良く、例えば、Ｌ_４＝０．２ｍｍ、Ｌ_９＝０．６ｍｍとすれば開口率は２５％、Ｌ_４＝０．２ｍｍ、Ｌ_９＝１．８ｍｍとすれば開口率は１０％となる。

このように、本実施の形態では、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０に透光部１８を設けたので、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０に照射された光の一部は、複数の透光部１８及び透明な基板１１を透過してＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０の反対側に進む。これにより、採光性に優れたＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールが実現できる。なお、第１電極層１２が透明ではないため（例えば第１電極層１２がモリブデンである場合は、第１電極層１２は光を透過させない）、透光部１８以外の部分ではＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０に照射された光は遮断される。

又、本実施の形態では、透光部１８の内壁面は段差を有し、透光部１８の第１電極層１２に形成された第１の部分１８ａの内壁面は、透光部１８の発電層１６に形成された第２の部分１８ｂの内壁面よりも内側に位置している。これは、後述するように変換効率の低下が生じ難いように透光部１８を形成した結果生じた形状である。つまり、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０では透光部１８を形成したことに起因する変換効率の低下は極力抑制されている。

［第１の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造方法］
次に、第１の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造方法について説明する。図６〜図１０は、第１の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造工程を例示する図である。なお、図６〜図８は、図１のＡ−Ａ断面に対応する断面図である。又、図９及び図１０は、図２に対応する正面図である。

始めに、図６に示す工程では、周知の方法により、基板１１上に第１電極層１２と発電層１６をこの順番で積層形成する。図６に示す構造体は図１等に示すＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０において、第１のエッジスペース１１ａ、第２のエッジスペース１１ｂ、及び透光部１８が形成されていないものである。

次いで、図７及び図８に示す工程では、第１電極層１２に形成された第１の部分１８ａ及び発電層１６に形成された第２の部分１８ｂを含む透光部１８を形成する。透光部１８は、第１の部分１８ａの内壁面が、第２の部分１８ｂの内壁面よりも内側に位置するように形成する。

具体的には、まず、図７に示す工程において、第１電極層１２及び発電層１６の一部を、基板１１の表面が露出するまで除去し、第１電極層１２に第１の部分１８ａを、発電層１６に第１の部分１８ａに連通する貫通孔を形成する。第１の部分１８ａの平面形状は、例えば、矩形状（例えば、平面形状が縦０．２ｍｍ×横１．８ｍｍの矩形）とすることができる。第１電極層１２及び発電層１６は、レーザ光を照射することにより除去することができる。第１電極層１２がモリブデン（Ｍｏ）を含有する、又は、モリブデン（Ｍｏ）からなる場合、第１電極層１２は発電層１６を構成する各層よりも強固である。従って、第１電極層１２及び発電層１６に照射するレーザ光は、第１電極層１２を貫通させられる程度に比較的高出力でなければならない。なお、強固とは、硬質で機械的に削れ難く、溶剤や熱に溶け難い、さらに、基板１１との固着強度が強いことをいう。

第１電極層１２及び発電層１６に照射するレーザ光は、例えば、ＹＡＧレーザの基本波（波長＝１０６４ｎｍ）を用いたパルスレーザで、パルス周波数が６ｋＨｚ程度、出力が３５０〜５００Ｗの範囲であることが好ましい。又、ＹＡＧレーザの第２高調波（波長＝５５３ｎｍ）や第３高調波（波長＝３５４ｎｍ）を用いたパルスレーザで、パルス周波数が６ｋＨｚ程度、出力が３５０〜５００Ｗの範囲であっても構わない。なお、この工程では、レーザ光の照射は、第２電極層１５側から行っても良いし、透明な基板１１側から行っても良い。

発電層１６を構成する各層は、第１電極層１２のように強固ではない。その結果、３５０〜５００Ｗ程度の比較的高出力なレーザ光を照射すると、発電層１６に形成された第１の部分１８ａに連通する貫通孔の内壁面近傍（内壁面から０．１ｍｍ以内の部分）が溶融し、第１電極層１２と発電層１６とがシャントする場合がある。従って、このままの状態では、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０の変換効率が低下する場合がある。そこで、本実施の形態では、次の工程で、シャントに対する対策を施している。

図８に示す工程では、第１の部分１８ａに連通する貫通孔の周囲の発電層１６を第１電極層１２の表面が露出まで除去し、発電層１６に第２の部分１８ｂを形成する。これにより、第１の部分１８ａ及び第２の部分１８ｂを含む透光部１８が完成する。第２の部分１８ｂの平面形状は、例えば、矩形状（例えば、平面形状が縦０．４ｍｍ×横２ｍｍの矩形）とすることができる。この場合には、第１の部分１８ａの周囲に露出する第１電極層１２の幅は０．１ｍｍとなる。

第１の部分１８ａに連通する貫通孔の周囲の発電層１６は、レーザ光を照射することにより除去することができる。前述のように、図７に示す工程で発電層１６が溶融した部分は内壁面から０．１ｍｍ以内である。そこで、この工程で第１の部分１８ａの周囲に露出する第１電極層１２の幅が０．１ｍｍ以上になるように第２の部分１８ｂを形成すれば、図７に示す工程で溶融した部分は除去され、シャントを回避することができる。但し、新たなシャントの発生を防止するため、この工程では、図７に示す工程よりも大幅に出力の弱いレーザ光を照射しなければならない。

この工程で発電層１６に照射するレーザ光は、例えば、ＹＡＧレーザの基本波（波長＝１０６４ｎｍ）を用いたパルスレーザで、パルス周波数が６ｋＨｚ程度、出力が４５〜８０Ｗの範囲であることが好ましい。又、ＹＡＧレーザの第２高調波（波長＝５５３ｎｍ）や第３高調波（波長＝３５４ｎｍ）を用いたパルスレーザで、パルス周波数が６ｋＨｚ程度、出力はＹＡＧレーザの基本波（波長＝１０６４ｎｍ）を用いた場合よりも更に低くすることが好ましい。この程度の出力のレーザ光であれば、強固な第１電極層１２は除去されず発電層１６のみを除去でき、かつ、発電層１６の端部が溶融することもない。なお、この工程では、レーザ光の照射は、第２電極層１５側から行っても良いし、透明な基板１１側から行っても良い。

この工程で使用するレーザ光と、図７に示す工程で使用するレーザ光とは、同一波長とすることが好ましい。この工程で使用するレーザ光と、図７に示す工程で使用するレーザ光との波長を変えても透光部１８を形成できるが（例えば、図７の工程ではＹＡＧレーザの第２高調波を用い、図８の工程ではＹＡＧレーザの基本波を用いる）、以下のような弊害が生じる。すなわち、波長を変えるためには、レーザ装置、或いは、レーザ光を生成するレーザ媒質を変える必要があるため、装置構成が複雑化したり、製造工程が複雑化したりする弊害がある。一方、この工程で使用するレーザ光と、図７に示す工程で使用するレーザ光とを、同一波長とする場合には、レーザ出力を変えるためにレーザ媒質への電力量を調整するだけで良いため、１つのレーザ装置で対応でき、又、製造工程が複雑化することもない。

次いで、図９に示す工程では、基板１１のＸ方向の両外縁部の第１電極層１２及び発電層１６を除去して基板１１の表面を露出させ、第１のエッジスペース１１ａを形成する。第１のエッジスペース１１ａの幅Ｌ_１は、１０ｍｍ以上とすることが好ましい。第１のエッジスペース１１ａの具体的な形成方法は図７に示す工程と同様であるため、その説明は省略する。

次いで、図１０に示す工程では、第１のエッジスペース１１ａの内側の発電層１６を除去して第１電極層１２の表面を露出させ、電極リボン（銅箔リボン）を取付けるための領域である第２のエッジスペース１１ｂを形成する。第２のエッジスペース１１ｂの幅Ｌ_２は、１ｍｍ以上とすることが好ましい。第２のエッジスペース１１ｂの具体的な形成方法は図８に示す工程と同様であるため、その説明は省略する。

なお、図７に示す工程と図９に示す工程は同一工程としても構わない。又、図８に示す工程と図１０に示す工程は同一工程としても構わない。以上の工程により、図１等に示したＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０が完成する。

このように、第１の実施の形態によれば、第１電極層１２に形成された第１の部分１８ａの内壁面が、発電層１６に形成された第２の部分１８ｂの内壁面よりも内側に位置するように、透光部１８を形成する。この際、第１の部分１８ａを形成するためには高出力のレーザ光を使用し、第２の部分１８ｂを形成するためには低出力のレーザ光を使用する。これにより、高出力のレーザ光により強固な第１電極層１２を除去できるとともに、その際に生じた発電層１６の溶融部分を低出力のレーザ光により除去することができる。その結果、シャントを回避することが可能となり、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０の変換効率の低下を抑制できる。つまり、変換効率の低下が生じ難いように透光部を形成したＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールが実現できる。

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態では、図７に示す工程において、高出力のレーザ光により第１電極層１２及び発電層１６の一部を除去する例を示した。第１の実施の形態の変形例１では、サンドブラスタを使用して第１電極層１２及び発電層１６の一部を除去する例を示す。

具体的には、除去対象となる第１電極層１２及び発電層１６の部分に対応する開口部を有し、他の部分を被覆するマスクを第２電極層１５上に配置する。そして、マスクを介して炭化珪素などの微粒子を噴射し、マスクの開口部内に露出する第１電極層１２及び発電層１６を除去する。これにより、図７と同様に、第１の部分１８ａ及び第１の部分１８ａに連通する貫通孔が形成される。この工程において、発電層１６を構成する各層をサンドブラスタにより除去すると、発電層１６に形成された第１の部分１８ａに連通する貫通孔の内壁面近傍（内壁面から０．１ｍｍ以内の部分）が損傷し、第１電極層１２と発電層１６とがシャントする場合がある。

次いで、第１の実施の形態の図８に示す工程と同様の工程を実行することにより、透光部１８が形成される。この工程で、サンドブラスタにより損傷した部分は低出力のレーザ光により除去されるため、シャントを回避することができる。以上の工程により、図１等に示したＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０が完成する。

このように、第１の実施の形態の変形例１では、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

なお、第１の実施形態では、図９に示す工程において、第１のエッジスペース１１ａをレーザ光によって形成したが、レーザ光の代わりに、サンドブラスタによって第１電極層１２及び発電層１６を除去し、第１のエッジスペース１１ａを形成してもよい。

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態及びその変形例１では、図８に示す工程において、低出力のレーザ光により発電層１６の一部（溶融又は損傷した部分）を除去する例を示した。第１の実施の形態の変形例２では、メカニカルスクライブを使用して発電層１６の一部（溶融又は損傷した部分）を除去する例を示す。

具体的には、除去対象となる発電層１６の溶融又は損傷した部分を、ナイフを含むメカニカルスクライブにより除去する。これにより、第２の部分１８ｂ及び第２のエッジスペース１１ｂが形成される。

発電層１６を構成する各層を高出力のレーザ光又はサンドブラスタにより除去すると、発電層１６に形成された第１の部分１８ａに連通する貫通孔の内壁面近傍（内壁面から０．１ｍｍ以内の部分）が溶融又は損傷し、第１電極層１２と発電層１６とがシャントする場合がある。しかしながら、次工程で、溶融又は損傷した部分はメカニカルスクライブにより除去されるため、シャントを回避することができる。以上の工程により、図１等に示したＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０が完成する。

このように、第１の実施の形態の変形例２では、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

なお、第１の実施形態及びその変形例２では、図１０に示す工程において、第２のエッジスペース１１ｂを低出力のレーザ光によって形成したが、低出力のレーザ光の代わりに、上述したメカニカルスクライブによって、発電層１６を除去し、第２のエッジスペース１１ｂを形成してもよい。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは異なる工程により、透光部１８、第１のエッジスペース１１ａ、及び第２のエッジスペース１１ｂを形成する例を示す。

図１１〜図１３は、第２の実施の形態に係るＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの製造工程を例示する図である。なお、図１１及び図１２は、図１のＡ−Ａ断面に対応する部分拡大断面図である。又、図１３は、図２に対応する正面図である。

始めに、第１の実施の形態の図６に示す工程と同様の工程を実行し、その後、図１１及び図１２に示す工程で、第１電極層１２及び発電層１６に透光部１８を形成する。透光部１８は、透光部１８の第１電極層１２に形成された第１の部分１８ａの内壁面が、透光部１８の発電層１６に形成された第２の部分１８ｂの内壁面よりも内側に位置するように形成する。

具体的には、図１１に示す工程では、発電層１６の一部を、第１電極層１２の表面が露出するまで除去し、発電層１６に第２の部分１８ｂを形成する。第２の部分１８ｂの平面形状は、例えば、矩形状（例えば、平面形状が縦０．４ｍｍ×横２ｍｍの矩形）とすることができる。

発電層１６は、レーザ光を照射することにより除去することができる。この工程で発電層１６に照射するレーザ光は、例えば、ＹＡＧレーザの基本波（波長＝１０６４ｎｍ）を用いたパルスレーザで、パルス周波数が６ｋＨｚ程度、出力が４５〜８０Ｗの範囲であることが好ましい。又、ＹＡＧレーザの第２高調波（波長＝５５３ｎｍ）や第３高調波（波長＝３５４ｎｍ）を用いたパルスレーザで、パルス周波数が６ｋＨｚ程度、出力はＹＡＧレーザの基本波（波長＝１０６４ｎｍ）を用いた場合よりも更に低くすることが好ましい。この程度の出力のレーザ光であれば、強固な第１電極層１２は除去されず発電層１６のみを除去でき、かつ、発電層１６の端部が溶融することもない。なお、この工程では、レーザ光の照射は、第２電極層１５側から行っても良いし、透明な基板１１側から行っても良い。

次いで、図１２に示す工程において、第２の部分１８ｂの底部に露出する第１電極層１２の外縁部を除く部分を、基板１１の表面が露出するまで除去し、第１電極層１２に第１の部分１８ａを形成する。第１の部分１８ａの平面形状は、例えば、矩形状（例えば、平面形状が縦０．２ｍｍ×横１．８ｍｍの矩形）とすることができる。この場合には、第２の部分１８ｂ内の第１の部分１８ａの周囲に露出する第１電極層１２の幅は０．１ｍｍとなる。

第１電極層１２は、レーザ光を照射することにより除去することができる。第１電極層１２がモリブデン（Ｍｏ）を含有する、又は、モリブデン（Ｍｏ）からなる場合、第１電極層１２は発電層１６を構成する各層よりも強固である。従って、第１電極層１２及び発電層１６に照射するレーザ光は、第１電極層１２を貫通させられる程度に比較的高出力でなければならない。

第１電極層１２に照射するレーザ光は、例えば、ＹＡＧレーザの基本波（波長＝１０６４ｎｍ）を用いたパルスレーザで、パルス周波数が６ｋＨｚ程度、出力が３５０〜５００Ｗの範囲であることが好ましい。又、ＹＡＧレーザの第２高調波（波長＝５５３ｎｍ）や第３高調波（波長＝３５４ｎｍ）を用いたパルスレーザで、パルス周波数が６ｋＨｚ程度、出力が３５０〜５００Ｗの範囲であっても構わない。なお、この工程では、レーザ光の照射は、第２電極層１５側から行っても良いし、透明な基板１１側から行っても良い。

この工程では、３５０〜５００Ｗ程度の比較的高出力なレーザ光は第１電極層１２のみに照射され、発電層１６を構成する各層には照射されない。従って、透光部１８の発電層１６に形成された第２の部分１８ｂの内壁面近傍（内壁面から０．１ｍｍ以内の部分）が溶融することはなく、第１電極層１２と発電層１６とがシャントすることを回避できる。

次いで、図１３に示す工程では、基板１１のＸ方向の両外縁部の発電層１６を除去して第１電極層１２の表面を露出させ、第２のエッジスペース１１ｂ及び第３のエッジスペース１１ｃを形成する。第２のエッジスペース１１ｂの幅Ｌ_２は１ｍｍ以上、第３のエッジスペース１１ｃの幅Ｌ_１０は１０ｍｍ以上とすることが好ましい。第２のエッジスペース１１ｂ及び第３のエッジスペース１１ｃの具体的な形成方法は図１１に示す工程と同様であるため、その説明は省略する。なお、この工程では、レーザ光の照射は、第２電極層１５側から行っても良いし、透明な基板１１側から行っても良い。

次いで、第３のエッジスペース１１ｃに対応する第１電極層１２を除去して基板１１の表面を露出させ、図１０と同様に第１のエッジスペース１１ａを形成する。第１のエッジスペース１１ａの幅Ｌ_１は、第３のエッジスペース１１ｃの幅Ｌ_１０と同様に１０ｍｍ以上とすることが好ましい。第１のエッジスペース１１ａの具体的な形成方法は図１２に示す工程と同様であるため、その説明は省略する。

この工程では、３５０〜５００Ｗ程度の比較的高出力なレーザ光は第１電極層１２のみに照射され、発電層１６を構成する各層には照射されない。

なお、図１１に示す工程と図１３に示す工程は同一工程としても構わない。図１２に示す工程と図１３の次の工程（第３のエッジスペース１１ｃに対応する第１電極層１２を除去して基板１１の表面を露出させる工程）は同一工程としても構わない。以上の工程により、図１等に示したＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０が完成する。

このように、第２の実施の形態によれば、透光部１８を形成する工程において、透光部１８の第１電極層１２に形成された第１の部分１８ａの内壁面が、透光部１８の発電層１６に形成された第２の部分１８ｂの内壁面よりも内側に位置するように、透光部１８を形成する。この際、先に低出力のレーザ光を照射し発電層１６のみを除去して第２の部分１８ｂを形成し、その後、第２の部分１８ｂの内壁面に触れないように高出力のレーザを照射し第１電極層１２を除去して第２の部分１８ｂ内に第１の部分１８ａを形成する。これにより、第２の部分１８ｂの内壁面近傍を溶融させることなく第１電極層１２を除去できる。その結果、シャントを回避することが可能となり、ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール１０の変換効率の低下を抑制できる。つまり、変換効率の低下が生じ難いように透光部を形成したＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールが実現できる。なお、第２の実施の形態に、第１の実施の形態の変形例１及び２と同様な変形を加えることも可能であり、その場合にも同様の効果を奏する。

なお、上述した第１の実施の形態及びその変形例並びに第２の実施の形態においては、光吸収層にＣＩＳ系光吸収層を用いたＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールを例にとって説明したが、本発明はこれに限るものではなく、光吸収層にＣＩＳ系光吸収層以外の化合物系光吸収層（例えば、ＣＺＴＳ系光吸収層）を用いた化合物形薄膜太陽電池モジュールにも適用することができる。ＣＺＴＳ系光吸収層としては、例えば、銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），錫（Ｓｎ），硫黄（Ｓ）からなる化合物や、銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），錫（Ｓｎ），セレン（Ｓｅ）からなる化合物等を用いることができる。ＣＺＴＳ系光吸収層の一例を挙げれば、Ｃｕ_２ＺｎＳｎＳ_４、Ｃｕ_２ＺｎＳｎＳｅ_４、Ｃｕ_２ＺｎＳｎ（ＳｅＳ）_４等である。

以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１０ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュール
１１基板
１１ａ第１のエッジスペース
１１ｂ第２のエッジスペース
１１ｃ第３のエッジスペース
１２第１電極層
１２ｘ、１６ｘ、１６ｙ溝部
１３ＣＩＳ系光吸収層
１４バッファ層
１５第２電極層
１６発電層
１８透光部
１８ａ第１の部分
１８ｂ第２の部分
１９セル

Claims

透明な基板と、前記基板上に形成された第１の層と、前記第１の層上に形成された化合物系光吸収層を含む第２の層と、前記第１の層及び前記第２の層を貫通し前記基板の表面を露出する透光部と、を有する化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記基板上に前記第１の層及び前記第２の層をこの順番で積層形成する第１工程と、
前記第１の層に形成された第１の部分及び前記第２の層に形成された第２の部分を含む前記透光部を、前記第１の部分の内壁面が前記第２の部分の内壁面よりも内側に位置するように形成する第２工程と、を有し、
前記第２工程は、
前記第１の層及び前記第２の層の一部を、前記基板の表面が露出するまで除去し、前記第１の層に前記第１の部分を、前記第２の層に前記第１の部分に連通する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔の周囲の前記第２の層を、前記第１の層の表面が露出するまで除去し、前記第２の層に前記第２の部分を形成する工程と、を含むことを特徴とする化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
前記第２工程において、
前記第１の部分は、レーザ光を照射して形成することを特徴とする請求項１記載の化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
前記第２工程において、
前記第２の部分は、前記第１の部分を形成する前記レーザ光よりも出力の弱いレーザ光を照射して形成することを特徴とする請求項２記載の化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
前記第２工程において、
前記第１の部分を形成する前記レーザ光と、前記第２の部分を形成する前記レーザ光とは、同一波長であることを特徴とする請求項３記載の化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
前記第２工程において、
前記第１の部分は、サンドブラスタを用いて形成することを特徴とする請求項１記載の化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
前記第２工程において、
前記第２の部分は、レーザ光を照射して形成することを特徴とする請求項５記載の化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
前記第２工程において、
前記第２の部分は、メカニカルスクライブを用いて形成することを特徴とする請求項２又は５記載の化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
前記第１の層は、前記第２の層よりも硬質で機械的に削れ難く熱に溶け難いことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項記載の化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
前記化合物系光吸収層は、少なくとも銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），及びセレン（Ｓｅ）を含むＣＩＳ系光吸収層であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項記載の化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
前記化合物系光吸収層は、少なくとも銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），錫（Ｓｎ），及びカルコゲン元素（セレン（Ｓｅ）又は硫黄（Ｓ））を含むＣＺＴＳ系光吸収層であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項記載の化合物系薄膜太陽電池モジュールの製造方法。