[发明专利]太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及作为化合物类太阳能电池的黄铜矿(chalcopyrite)型太阳能电池及其制造方法，尤其涉及在串联连接太阳能电池的单位电池单元的接触电极部具有特征的太阳能电池及其制造方法。

背景技术

接受光并将其转换为电能的太阳能电池根据半导体的厚度分为块状类和薄膜类。其中，薄膜类太阳能电池为半导体层具有数10μm～数μm以下的厚度的太阳能电池，分为Si薄膜类和化合物薄膜类。并且，在化合物薄膜类中有II-V族化合物、黄铜矿型等种类，迄今为止已有几种被产品化。其中，黄铜矿型太阳能电池根据所使用的物质，又被称为CIGS(Cu(InGa)Se)类薄膜太阳能电池、CIGS太阳能电池或I-III-VI族类。

黄铜矿型太阳能电池是将黄铜矿化合物作为光吸收层而被形成的太阳能电池，具有效率高、不会光劣化(老化)、耐放射线特性优良、光吸收波长区域宽、光吸收系数高等特征，目前正进行着面向大批量生产的研究。

图1示出一般的黄铜矿型太阳能电池的截面结构。如图1所示，黄铜矿型太阳能电池由在玻璃基板上形成的下部电极薄膜、含有铜、铟、镓、硒的光吸收层薄膜、在光吸收层薄膜上由InS、ZnS、CdS等形成的高电阻的缓冲层薄膜、以及由ZnOAl等形成的上部电极薄膜所构成。当在基板使用钠钙玻璃时，为了控制来自基板内部的碱性金属成分(Na)向光吸收层的浸出量，有时还设有以SiO₂等为主要成分的碱性控制层。

当太阳光等的光照射上述黄铜矿型太阳能电池时，在光吸收层内产生电子(-)和空穴(+)对，电子(-)和空穴(+)在p型半导体和n型半导体的结面上，电子(-)向n型半导体汇集、空穴(+)向p型半导体汇集，结果在n型半导体和p型半导体之间产生电动势。在该状态下通过将导线连接在电极上，能够将电流输出到外部。

图2表示制造黄铜矿型太阳能电池的工序。最初，通过溅射将作为下部电极的Mo(钼)电极成膜在钠钙玻璃等玻璃基板上。接着，如图2(a)所示，通过激光照射等除去Mo电极，由此进行分割(第1次划线)。

在第1次划线之后，用水等清洗切屑，通过溅射等来附着铜(Cu)、铟(In)和镓(Ga)，形成前体(precursor)。通过将该前体投入炉中，在H₂Se气体的环境中进行退火，形成黄铜矿型光吸收层薄膜。该退火工序通常被称为气相硒化或简称为硒化。

接着，在光吸收层上层叠CdS、ZnO或InS等n型缓冲层。作为一般的工艺，缓冲层通过溅射或CBD(chemical bath deposition：化学浴沉积)等方法来形成。接着，如图2(b)所示，利用激光照射或金属针等除去缓冲层和前体，由此进行分割(第2次划线)。图3示出基于金属针的分割的状态。

然后，如图2(c)所示，通过溅射等形成ZnOAl等透明电极(TCO：Transparent Conducting Oxides)作为上部电极。最后，如图2(d)所示，通过利用激光照射或金属针等分割上部电极(TCO)、缓冲层和前体(第3次划线)，从而完成CIGS类薄膜太阳能电池。

在此得到的太阳能电池被称为电池单元(cell)，在实际使用时，封装多个电池单元，加工为模块(面板)。电池单元通过经过各划线工序串联连接多个单位电池单元来构成，在薄膜型太阳能电池中，通过变更该串联级数(单位电池单元数量)，可任意地设计变更电池单元的电压。

作为关于上述第2次划线的在先技术，列举专利文献1和专利文献2。在专利文献1中公开有如下技术：一边以预定的压力按压尖端为锥形状金属针(needle)一边使之移动，由此割取光吸收层和缓冲层。另外，在专利文献2中公开有如下技术：通过将由弧光灯等的连续放电灯激励Nd:YAG结晶来起振的激光(Nd:YAG激光)照射至光吸收层来除去并分割光吸收层。

专利文献1：日本特开2004-115356号公报

专利文献2：日本特开平11-312815号公报

发明内容

图4是通过模拟再现在使用现有的金属针或激光对光吸收层的一部分进行划线之后，在其上通过溅射形成成为上部电极的TCO后的状态的放大剖视图，从该图可知，在通过划线所形成的沟部的壁面上，上部电极膜未充分附着并变薄。该部分的TCO较薄会导致电阻值较高。一般在薄膜类太阳能电池中，为了以一片太能电池模块来实现高电压，在一片基板上使多个单位电池单元形成为单片电路，但当连接这些单位电池单元的部分的电阻值增高时，则模块整体的转换效率变差。

另外，当连接单位电池单元的部分变薄时，由于来自外部的力和老化而容易破损，导致可靠性降低。