特許 7237403 太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法及びその太陽電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-03

(45)【発行日】2023-03-13

(54)【発明の名称】太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法及びその太陽電池

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/18 20060101AFI20230306BHJP

   B23K 26/351 20140101ALI20230306BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 460

B23K26/351

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022513131

(86)(22)【出願日】2020-06-01

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-26

(86)【国際出願番号】 CN2020093813

(87)【国際公開番号】W WO2021036383

(87)【国際公開日】2021-03-04

【審査請求日】2022-02-25

(31)【優先権主張番号】201910792106.2

(32)【優先日】2019-08-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】518086505

【氏名又は名称】杭州繊納光電科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＨＡＮＧＺＨＯＵ ＭＩＣＲＯＱＵＡＮＴＡ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＣＯ．，ＬＴＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲陳▼ 峰

(72)【発明者】

【氏名】▲顔▼ ▲歩▼一

(72)【発明者】

【氏名】姚 冀▲衆▼

【審査官】吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】特開平０２－１００３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０８７０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５２９８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１４９６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０６３８４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０４－３１／０７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板、前電極層、吸光層及び裏電極層を下から順に含む太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法であって、
前記前電極層は、ＩＴＯ前電極層であり、前記裏電極層は、金属Ａｇ導電性裏電極層であり、
前記裏電極層にレーザ構造化切断を行う前、前記裏電極層の表面に保護層を設け、次に前記保護層を介して裏電極層又は裏電極層及び吸光層の両方にレーザ構造化切断を行うことで、対応する構造化トレンチを得ると共に、前記保護層をレーザで切断せず残し、前記保護層の材料は、レーザ構造化切断中において、レーザ加工の生じた局所的な高温によって、部分的に溶融して、下の対応する構造化トレンチに浸透し、
前記レーザ構造化切断を行うとき、前記裏電極層がレーザ焦点面上に位置し、前記保護層が焦点面上にないように、レーザ焦点距離を調整する、ことを特徴とする太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法。

【請求項2】

裏電極層又は裏電極層及び吸光層の両方にレーザ構造化切断工程を行った後、裏電極層の表面の保護層を除去し、構造化トレンチに浸透した保護層材料を残すステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法。

【請求項3】

前記レーザ構造化切断時、レーザ光線は、保護層のある側面から裏電極層を加工する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法。

【請求項4】

前記レーザ構造化切断時、レーザ光線は、基板のある側面から裏電極層を加工する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法。

【請求項5】

前記保護層の材質は、融点が６００℃未満、導電率が１０^－７Ｓ／Ｍ未満の不活性材料である、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法。

【請求項6】

前記保護層は、重合体プラスチック材質で製造される、ことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法。

【請求項7】

前記重合体プラスチックは、ポリジメチルシロキサン、ポリホスファゼン、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリスチレンを含む、ことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法。

【請求項8】

前記重合体プラスチックは、裏電極層の表面に塗布によりコーティングされた後にゲルフィルムに製造される、ことを特徴とする請求項６又は７に記載の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池加工製造の技術分野に属し、特に太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法及びその太陽電池に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の太陽電池の製造過程において、太陽電池ユニットのレーザ切断加工には、レーザ加工方式で行われることが多い。一般的なレーザ切断加工方式は、主に３つのステップに分けられ、図１及び図２に示すように、各ステップにおいて、加工線とも呼ばれ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３３つの加工線と略称される構造化トレンチを１回加工する。３本の加工線は、順に配列され、Ｐ１からＰ３まで太陽電池のデッドスペース部分であり、Ｐ１加工線は、主に前電極層Ａを切断し、主に前電極層Ａに構造化トレンチをレーザ加工することで得られ、Ｐ２加工線は、主に吸光層Ｂを切断し、主に吸光層Ｂに別の組の構造化トレンチをレーザ加工することで得られ、Ｐ３加工線は、主に裏電極層Ｃ又は裏電極層Ｃ及び吸光層Ｂを切断し、主に裏電極層Ｃに第３組みの構造化トレンチをレーザ加工することで得られる。Ｐ１切断加工後に吸光層Ｂを製造し、吸光層材料がＰ１加工線を満たして被覆する。Ｐ２切断加工後に裏電極層Ｃを製造し、裏電極層材料がＰ２加工線を満たして被覆するが、Ｐ３切断加工後、裏電極層Ｃの表面には、他の被覆遮蔽材料がなく、吸光層Ｂ又は前電極層Ａを直接露出させる。露出した吸光層Ｂが空気と直接接触し、空気中の各種成分と反応しやすくなるため有効成分が分解し、さらに太陽電池の安定性を弱め、電池の耐用年数を短縮することになる。

【0003】

一方、従来の切断プロセスでは、滑らかで平らなＰ３構造化トレンチを得ることが困難であり、従来のＰ３切断時には、トレンチの両側辺にバリ等の現象が生じやすいため、Ｐ３構造化トレンチの縁が粗くなり、裏電極層材料のスクラップ等の導電性成分が加工後にトレンチに落下するおそれがあり、裏電極層Ｃが前電極層Ａに直接接触して短絡したり、他の物質がトレンチに入って吸光層材料と反応して分解したりするなどの欠陥が生じる。

【0004】

従来の解決手段は、Ｐ３レーザ加工後に保護層を追加し、Ｐ３の構造化トレンチを被覆して遮蔽することである。該手段は、工程を追加する必要があり、コストを高めてしまう。保護層を追加する前、Ｐ３トレンチは、露出状態である。また、保護層材料がＰ３のトレンチ内に入るのが困難であり、Ｐ３トレンチを完全かつ良好に被覆することができず、効果が安定せず、保護層を追加する難易度が非常に高い。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする技術課題は、以下のとおりである。太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法及びその太陽電池を提供し、レーザ切断加工を行うとともに、加工されたばかりのトレンチを不動態化し、レーザ加工後に保護層を被覆する工程が必要なくなり、生産原価を大幅に低減させ、加工時間を節約し、Ｐ３切断後、裏電極の露出時間を大幅に減少させ、また、Ｐ３切断後のトレンチの縁を修復することで、Ｐ３トレンチの形態を改善し、電池の安定性を向上させ、電池の耐用年数を延長させる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、以下のように実現される。太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法を提供し、前記太陽電池は、基板、前電極層、吸光層及び裏電極層を下から順に含み、前記裏電極層にレーザ構造化切断を行う前、前記裏電極層の表面に保護層を設け、次に前記保護層を介して裏電極層又は裏電極層及び吸光層の両方にレーザ構造化切断を行うことで対応する構造化トレンチを得るが、前記保護層をレーザで切断しないように残し、前記保護層の材料は、レーザ構造化切断中において、レーザ加工の生じた局所的な高温によって、部分的に溶融して、下の対応する構造化トレンチに浸透する。

【0007】

さらに、前記太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法は、裏電極層又は裏電極層及び吸光層の両方にレーザ構造化切断工程を行った後、裏電極層の表面の保護層を除去し、構造化トレンチに浸透した保護層材料を残すステップをさらに含む。

【0008】

さらに、前記レーザ構造化切断時、レーザ光線は、保護層のある側面から裏電極層を加工する。

【0009】

さらに、前記レーザ構造化切断時、レーザ光線は、基板のある側面から裏電極層を加工する。

【0010】

さらに、前記保護層の材質は、融点が６００℃未満、導電率が１０^－７Ｓ／Ｍ未満の不活性材料である。

【0011】

さらに、前記保護層は、重合体プラスチック材質で制御される。

【0012】

さらに、前記重合体プラスチックは、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、ポリホスファゼン（Ｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈａｚｅｎｅ）、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）及びポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）を含む。

【0013】

さらに、前記重合体プラスチックは、裏電極層の表面に塗布によりコーティングされた後にゲルフィルムに製造される。

【0014】

本発明は、以下のように実現される。太陽電池を提供し、前記太陽電池の裏電極層における構造化トレンチは、以上に記載の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法で加工される。

【0015】

本発明は、以下のように実現される。太陽電池を提供し、前記太陽電池の裏電極層及び吸光層における構造化トレンチは、以上に記載の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法で加工される。

【発明の効果】

【0016】

従来技術に比べて、本発明の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法及びその太陽電池は、レーザで裏電極層又は裏電極層及び吸光層の両方に構造化切断を行うとともに、保護層材料がレーザ加工の生じた熱量によって、部分的に熔融して、加工されたばかりの構造化トレンチに流入することによって、裏電極層を切断してから保護材料を堆積する工程を節約することに相当し、コストを大幅に低減させ、生産時間を節約する。また、裏電極層を切断するとともに、保護材料を堆積することによって、堆積位置精度を保証することができ、保護材料を裏電極層の構造化トレンチに正確に堆積することを確保することができ、狭いトレンチをより完全に被覆することができる。充填工程がより迅速になり、レーザ切断が完了した後の吸光層の露出時間を大幅に減少させる。保護材料の存在により、構造化トレンチの両側縁にバリが生じにくくなり、それにより、トレンチの形態が改善され、トレンチから露出された吸光層を完全に被覆し、保護することで、その分解を回避できるとともに、他の不純物がトレンチに落下して他の悪影響を及ぼすことを防止し、電池の安定性を向上させ、電池の耐用年数を延長させる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】従来の太陽電池の内部構造のレーザ切断加工の概略図である。

【図2】従来の別の太陽電池の内部構造のレーザ切断加工の概略図である。

【図3】本発明の太陽電池の内部構造のレーザ切断加工の概略図である。

【図4】本発明の別の太陽電池の内部構造のレーザ切断加工の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

＜本発明の最適な実施の形態＞
本発明が解決すべき技術課題、技術的解決手段及び有益効果をより明確にするために、以下、図面及び実施例を併せて、本発明をさらに詳細に説明する。本明細書に記載された特定の実施形態は、本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するためには使用されないことを理解されたい。

【0019】

図３及び図４を参照すると、本発明の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法及びその太陽電池の好ましい実施例であり、前記太陽電池は、基板１、前電極層２、吸光層３及び裏電極層４を下から順に含む。前記基板１は底部に設けられ、前記裏電極層４は最上部に設けられる。

【0020】

前記裏電極層４にレーザ構造化切断を行う前、前記裏電極層４の表面に保護層５を設け、次に前記保護層５を（透過）介して裏電極層４又は裏電極層４及び吸光層３の両方にレーザ構造化切断を行うことで対応する構造化トレンチＰ３を得る。前記保護層５は、レーザで切断しないように残され、前記保護層５の材料は、レーザ構造化切断中において、レーザ加工際に生じた局所的な高温によって、溶融して下の対応する構造化トレンチＰ３に部分的に浸透する。

【0021】

レーザ線は、焦点面におけるエネルギー密度が最も高く、残りの位置におけるエネルギー密度が低い集束ビームであり、焦点距離を調整することで、裏電極層４をレーザの焦点面に配置すると、レーザエネルギー密度が高く、裏電極層４と保護層５との界面及び保護層５の材料がレーザの焦点面になく、レーザエネルギー密度が低い。レーザ（緑色光、紫外光又は赤外光であり得る）で照射すると、一部のエネルギーが裏電極層４に吸収されて、裏電極層４は、融解し、一部のエネルギーが保護層５の材料層又は保護層５と裏電極層４との界面に吸収されて、保護層５の材料は、融解し、レーザにより切断されたばかりの構造化トレンチＰ３に流入し、それによって、切断された構造化トレンチＰ３部位の物質は、保護層５の材料に囲まれ、保護層５の物質と混合されて構造化トレンチＰ３に充填されることで、切断された構造化トレンチＰ３が電池の残りの部分に接触することを回避し、トレンチ保護を形成する。裏電極層４には保護層５の材料が積層されているため、切断時に構造化トレンチＰ３の両側縁にバリが生じにくく、それにより、切断された構造化トレンチＰ３の形態を改善する。構造化トレンチＰ３の切断が完了すると、保護層５の材料の残りの部分が引き裂かれたり、裏電極層４の表面に残ったりすることができる。該レーザ切断は、常圧又は真空環境で行うことができる。

【0022】

切断時に、裏電極層４がレーザ焦点面上に位置し、保護層５の材料が焦点面上にないように、適切なレーザ焦点距離を調整することに留意されたい。切断時、一部のエネルギーが裏電極層４に吸収されて、融解して構造化トレンチＰ３が形成され、一部のエネルギーが反射されて、保護層５の材料と裏電極層４との界面又は保護層５の材料内部で吸収されることにより、保護層５の材料が融解して、構造化トレンチＰ３に自動的に流入してトレンチ保護が形成される。

【0023】

切断時、適切な波長の光を選択し、構造化トレンチＰ３を切断するが、Ｐ１又はＰ２を傷つけないように、適切なエネルギーの大きさで提供する。保護層５の材料は、気化や融解不能等が発生することなく、融解して構造化トレンチＰ３に流入できるように、適切な融点を有する材料を選択しなければならない。

【0024】

前記構造化トレンチＰ３は、レーザによって切断されたばかりのトレンチであるか、又は、裏電極層４及び吸光層３の両方がレーザ光によって切断されたトレンチである。

【0025】

保護層５は、裏電極層４にＰ３レーザ切断を行う前に配置される。裏電極層４が製造された後、保護層５は、コーティング又は堆積することで製造される。保護層５の材料は、露出した吸光層３の材料を完全に被覆し、吸光層材料と空気との直接的な接触を遮断し、他の不純物が構造化トレンチＰ３に落下することを防止し、吸光層３の安定性を改善する。

【0026】

前記太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法は、裏電極層４又は裏電極層４及び吸光層３の両方にレーザ構造化切断工程を行った後、裏電極層４の表面の保護層５を除去し、構造化トレンチＰ３に浸透した保護層材料を残すステップをさらに含む。

【0027】

前記レーザ構造化切断時、レーザ光線は、保護層５のある側面から裏電極層４を加工する。

【0028】

前記レーザ構造化切断時、レーザ光線は、基板１のある側面から裏電極層４を加工する。

【0029】

前記保護層５の材質は、融点が６００℃未満、導電率が１０^－７Ｓ／Ｍ未満の不活性材料である。

【0030】

前記保護層５は、シルカゲル、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、ポリホスファゼン（Ｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈａｚｅｎｅ）、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）等を含む重合体プラスチック等である。前記重合体プラスチックは、裏電極層４の表面に塗布によりコーティングされた後にゲルフィルムに製造される。

【0031】

本発明は、太陽電池をさらに開示し、図３に示すように、前記太陽電池の裏電極層４における構造化トレンチは、以上に記載の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法で加工される。

【0032】

本発明は、太陽電池をさらに開示し、図４に示すように、前記太陽電池の裏電極層４及び吸光層３における構造化トレンチは、以上に記載の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法で加工される。

【0033】

＜発明の実施例＞
（本発明の実施の形態）
以下、本発明の太陽電池の切断・不動態化の一体化加工方法について、具体的な実施例と併せてさらに説明する。

【0034】

本発明の太陽電池の製造方法の実施例は、下記ステップ（１）～（１０）を含む。

【0035】

（１）ガラス基板１上に５ｃｍ×５ｃｍのＩＴＯ前電極層を製造し、レーザで前電極層２に構造化トレンチＰ１を切断する。

【0036】

（２）レーザ加工後の前電極層２を順に食器洗剤、脱イオン水、アセトン、イソプロパノールで３０ｍｉｎずつ超音波洗浄し、そしてＮ_２で乾かした後ＵＶＯ－ｚｏｎｅで１０ｍｉｎ処理する。

【0037】

（３）前電極層２の表面にＮｉＯ_ｘフィルムを電子輸送層として製造する。

【0038】

（４）電子輸送層の表面にペロブスカイト吸光層３を製造する。

【0039】

（５）吸光層３上に、厚さが２０ｎｍ～５０ｎｍの正孔輸送層ＰＣＢＭを堆積する。

【0040】

（６）正孔輸送層にレーザ加工を施し、構造化トレンチＰ２を切断するとともに、正孔輸送層及びペロブスカイト吸光層３を切断する。

【0041】

（７）正孔輸送層の表面に金属Ａｇ導電性裏電極層４を蒸着する。

【0042】

（８）裏電極層４の表面にシルカゲルを保護層５として塗布する。

【0043】

（９）レーザで保護層５を介して裏電極層４に構造化トレンチＰ３を切断し、構造化トレンチＰ３を切断するとともに、保護層５の材料を正確に融解して構造化トレンチＰ３に溶け込む。

【0044】

（１０）その後の加工を継続し、太陽電池の製造工程を完了する。

【0045】

以上の説明は、本発明の好適な実施形態にすぎず、本発明を限定するものではなく、本発明の要旨及び原則においてなされたいかなる修正、均等置換及び改良等は、本発明の保護範囲内に含まれるものとする。

【産業上の利用可能性】

【0046】

ここに産業上の利用可能性の説明段落を記載する。

【0047】

ここに配列表のフリーテキストの説明段落を記載する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】