[发明专利]太阳能电池

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，尤其涉及采用可挠性基板且具备对上部电极和下部电极进行连接的电极的太阳能电池。

背景技术

接受光并将其转换为电能的太阳能电池，根据半导体的厚度被分为块(bulk)类(系列)和薄膜类(系列)。其中，薄膜类是半导体层具有数10μm～数μm以下的厚度的太阳能电池，分为硅薄膜类和化合物薄膜类。化合物薄膜类具有II-VI族化合物类、黄铜矿类等种类，至今有一些已被商品化。其中，属于黄铜矿类的黄铜矿型太阳能电池，根据使用的物质，又被称为CIGS(Cu(InGa)Se)类薄膜太阳能电池，或者CIGS太阳能电池又被称为I-III-VI族类。

黄铜矿型太阳能电池是将黄铜矿化合物形成为光吸收层的太阳能电池，具有高效率、无光劣化(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，现在，正在对批量生产进行研究。

图1中示出一般的黄铜矿型太阳能电池的剖面结构。

如图1所示，黄铜矿型太阳能电池包括在玻璃等基板(substrate：基层)上形成的下部电极层(Mo电极层)、包含铜、铟、镓、硒的光吸收层(CIGS光吸收层)、在光吸收层薄膜上由InS、ZnS、CdS等形成的高电阻缓冲层薄膜、以及由ZnOAl等形成的上部电极薄膜(TCO)。另外，当在基板使用钠钙玻璃(soda lime glass)等时，为了控制来自基板内部的碱金属成分向光吸收层的渗出量，也存在设置以SiO₂等为主要成分的碱控制层的情况。

当对黄铜矿型太阳能电池照射太阳光等光时，产生电子(-)和空穴(+)对，且在p型半导体与n型半导体之间的结面上，电子(-)向n型集中，空穴(+)向p型集中，其结果是在n型和p型之间产生电动势。通过在这种状态下在电极上连接导线，就可以引出电流。

在现有的一般黄铜矿型太阳能电池中，在其基板材料使用玻璃基板。这是因为基板和作为下部电极的Mo电极膜的粘着性较高、表面平滑、具有耐机械划线等机械切削加工的强度等。相反，玻璃基板具有以下等缺点：熔点低、难以在气相硒化工序中将热处理(Anneal)温度设定得较高，因此光能转换效率会被抑制得较低；基板厚、质量也较大，因此制造中使用的设备也必须大型化；模块的重量也较大、产品的处理不方便；基板几乎不能变形，所以无法使用连续卷带(Rollto Roll)工艺等大批量生产工序。

为了弥补玻璃基板的这些缺点，公开有如下的太阳能电池：采用高分子薄膜基板的黄铜矿型太阳能电池(参照专利文献1)；将在不锈钢基板的上下形成SiO₂层或者氟化铁层的基板用作基板的黄铜矿型太阳能电池(参照专利文献2)；以及，氧化铝(alumina)、云母(Mica)、聚酰亚胺(Polyimide)、钼、钨、镍、石墨、不锈钢等被列举用作基板材料的黄铜矿型太阳能电池(参照专利文献3)。

图2示出制造黄铜矿型太阳能电池的工序。

首先，利用溅射在钠钙玻璃等玻璃基板上使成为下部电极的Mo(钼)电极成膜。

接着如图2(a)所示，通过利用激光照射等除去Mo电极来进行分割(第一次划线(scribe))。

在第一次划线之后，用水等洗净削下的碎屑，通过溅射等使铜(Cu)、铟(In)以及镓(Ga)附着，形成前体(precursor)。将该前体投入炉内，通过在H₂Se气体的环境下进行热处理，形成黄铜矿型光吸收层薄膜。该热处理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、InS等n型缓冲层。作为一般的工艺，缓冲层由溅射、CBD(chemical bath deposition：化学浴沉积)等方法形成。然后，如图2(b)所示，通过利用激光照射、金属针等除去缓冲层和前体，从而进行分割(第2次划线)。图3示出利用金属针的划线的状态。

其后，如图2(c)所示，作为上部电极利用溅射等形成ZnOAl等的透明电极(TCO：Transparent Conducting Oxides)。最后，如图2(d)所示，通过利用激光照射、金属针等分割上部电极(TCO)、缓冲层以及前体(第3次划线)，从而完成CIGS类薄膜太阳能电池。