CN101517747B - 太阳电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳电池模块，在透明衬底(10)上依序配置光电压层以及填充材料(15)，其中，光电压层为串联连接多个光电压元件而构成，光电压元件为依序堆叠透明导电膜(11)与光电转换层(12、13)以及背面电极(14)而构成。此外，太阳电池模块在与光电压层串联连接方向平行的、光电压层的端部，在透明导电膜(11)上，具备用以分离光电转换层(12、13)及背面电极(14)的第一沟部(22)。

Description

太阳电池模块
技术领域
本发明涉及在透明衬底上依序配置光电压(photovoltaic)层以及填充材料的太阳电池模块，其中，光电压层为串联连接多个光电压元件而构成，光电压元件为依序堆叠第一电极与光电转换层以及第二电极而构成。 
背景技术
近年来，为了兼顾太阳电池的低成本化及高效率化，而致力于进行原材料使用量少的薄膜系太阳电池模块的开发。这种薄膜系太阳电池模块的剖面图的一例，如图1及图2所示。 
一般而言，薄膜系太阳电池模块的光电压元件，是在玻璃等具遮水性的透明衬底110上依序通过利用来自衬底侧的激光照射一边将第一电极111/光电转换层112、113/第二电极114图案化一边进行堆叠而形成。此外，薄膜系太阳电池模块是在该光电压元件上通过利用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA(Ethylene Vinyl Acetate，EVA)等填充材料115来接着聚对苯二甲酸乙二酯(Poly Ethylene Terephtalate，PET)等保护材料116而形成(例如，参照专利文献1)。 
再者，填充材料115具有作为保护材料116与光电压元件的接着剂及缓冲剂的功能。保护材料116具有防止来自外部的水分的浸入的功能。 
专利文献1：日本特开昭63-261883号公报 
发明内容
但是，因太阳电池模块在室外长期间使用，所以除了水分会从太阳电池模块的端部等浸入之外，由于光电转换层112及113的内部应力造成透明衬底110表面与光电转换层112的界面剥离，使膜的剥离频繁发生。 
尤其是在光电转换层112及113使用微结晶硅(μc-Si：H)的硅薄膜系太阳电池模块中，μc-Si：H的内部应力与其它的电极膜及非晶硅(a-Si：H)等相比较时，显得非常大。因此，如图1及图2所示，在与光电压层的串联连接方向平行的端部，存在有密接力最弱的透明衬底110与光电转换层112的界面时，在该界面有明显的剥离的问题。 
因此，本发明鉴于上述的问题而研创，其目的在提供一种抑制产生膜的剥离的薄膜系太阳电池模块。 
本发明的太阳电池模块，其主要特征是依序在透明衬底上配置光电压层以及填充材料，光电压层是串联连接多个光电压元件而构成，光电压元件是依序堆叠第一电极与光电转换层以及第二电极而构成，在与光电压层的串联连接方向平行的、光电压层的端部，在第一电极上，去除光电转换层及第二电极，并在邻接端部的外侧的区域，在透明衬底上去除第一电极、光电转换层以及第二电极。 
依据本发明特征的太阳电池模块，由于不存在透明衬底与光电转换层的界面，所以可抑制产生膜的剥离。 
此外，在本发明的特征相关的太阳电池模块中也可以是，在与光电压层的串联连接方向平行的、填充材料的端部，在透明衬底上，还具备与光电压层电性分离而配置且由依序堆叠第一电极与光电转换层而构成的堆叠体。 
依据此太阳电池模块，通过在填充材料的端部配置堆叠体，而防止水分从端部经填充材料与透明衬底的接合面浸入。 
此外，在上述太阳电池模块中较佳为，将光电压层与堆叠体予以分离的沟的宽度0.1mm以上。 
依据此太阳电池模块，可确实地将光电压层与堆叠体进行电性分离。 
此外，在上述太阳电池模块中也可以是，将光电压层与堆叠体予以分离的沟，利用绝缘膜来埋设。 
依据此太阳电池模块，通过设置绝缘膜，可提高绝缘性或抗破坏的强度。 
此外，在上述太阳电池模块中较佳为，绝缘膜含有氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛及氟化镁的单体，或由上述中的至少一种所构成的粒子的树脂材料。 
依据本发明，可提供抑制产生膜的剥离的薄膜系太阳电池模块。 
附图说明
图1是表示第一现有例相关的薄膜系太阳电池子模块(submodule)的构成的剖面图。 
图2是表示第二现有例相关的薄膜系太阳电池子模块的构成的剖面图。 
图3是本实施方式的薄膜系太阳电池子模块的俯视图。 
图4是表示图1的A-A剖面的端部的图。 
图5是表示图1的A-A剖面的端部的其它图。 
图6是表示图1的B-B剖面的端部的图。 
图7是表示本实施方式的薄膜系太阳电池子模块的制造方法的示意图(其1)。 
图8是表示本实施方式的薄膜系太阳电池子模块的制造方法的示意图(其2)。 
图9是表示现有例的薄膜系太阳电池模块的可靠性试验中的界面剥离的图。 
具体实施方式
下面，利用附图说明本发明的实施方式。在以下附图的记载中，相同或类似的部分，均标示相同或类似的符号。但是，应注意附图示意性，且各尺寸的比例等与实际的不同。因此，具体的尺寸等应参考以下的说明来判断。此外，在附图相互之间当然也包含彼此的尺寸的关系与比例不同的部分。 
(太阳电池模块) 
图3表示本实施方式的薄膜系太阳电池模块的太阳电池子模块(太阳电池元件)的俯视图。薄膜系太阳电池子模块的中央的框内(空白的区域)为发电区域。图4为图3的A-A线剖面图，是将图3的上端面(图3的以圆包围的部分)予以放大。 
如图4所示，本实施方式的薄膜系太阳电池子模块，在透明衬底10上依序配置多个光电压元件串联连接的光电压层1、填充材料15以 及保护材料16。多个光电压元件依序堆叠透明导电膜(第一电极)11、光电转换层12及13、以及背面电极(第二电极)14而形成。此外，在图4中，透明衬底10的与光入射侧相反的背面侧，依序配置有多个光电压元件、填充材料15以及保护材料16。 
透明衬底10是太阳电池子模块的单一衬底。在透明衬底10的与光入射侧相反的背面侧，形成多个光电压元件。透明衬底10由玻璃等透光性的部件所构成。 
在俯视透明衬底10上时，透明导电膜11(第一电极)形成为狭长条状。透明导电膜11是用由在ZnO、In2O3、SnO2、CdO、TiO2、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4掺杂了Sn、Sb、F、Al的金属氧化物的群组中选择的一种或多种的堆叠体所构成。再者，ZnO具有高透光性、低电阻性、可塑性，且为低价格，所以适合作为透明导电膜材料。 
光电转换层12及13在透明导电膜11上形成为狭长条状。光电转换层12及13由非晶硅(amorphous silicon)半导体所构成。本实施方式的光电转换层12及13分别由非晶质硅半导体及微结晶硅半导体所构成。此外，在本说明书中，“微结晶”的用语，意味含有很多微小的结晶粒，也意味部分性地含有非晶质的状态。 
在此，本实施方式的光电转换层12是依序堆叠p-i-n型非晶质硅半导体而形成，而光电转换层13是依序堆叠p-i-n型微结晶硅半导体而形成。使用此种非晶质硅与微结晶硅的串迭型(tandem)太阳电池模块，具备堆叠有光吸收波长不同的二种半导体的构造，而可有效利用太阳光谱。 
背面电极14(第二电极)是在光电转换层12及13上形成为狭长条状。背面电极14由Ag等导电性部件所构成。 
保护材料16配置在填充材料15上。保护材料16是由PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(Polyethylene naphthalate，聚萘二甲酸乙二酯)、ETFE(Ethylene-tetrafluoroethylene，乙烯-四氟乙烯共聚物)、PVDF(Polyvinylidene difluoride，聚二氟乙烯)、PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene，聚氯三氟乙烯)、PVF(polyvinyl fluoride，聚氟乙烯)、PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)等树脂薄膜所构成。其它，保护材料16也可由玻璃等包夹金属箔的构造及单体或SUS(Steel Use Stainless，不锈钢)、热镀铝锌合金(Galvalume)等金属(钢板)所构成。
保护材料16接着在填充材料15的背面侧。填充材料15由EVA(Ethylene vinyl acetate，乙烯醋酸乙烯酯)、EEA(Ethylene ethylacrylate，乙烯/丙烯酸乙酯)、PVB(poly vinyl butyral，聚乙烯丁缩醛)、硅、氨基甲酸酯(urethane)、丙烯酸(acrylic)、环氧基等的树脂所构成。填充材料15具有作为保护材料16与光电压元件的接着剂及缓冲剂的功能。 
此外，本实施方式的太阳电池模块，在与光电压层1的串联连接方向平行的、光电压层1的端部，在透明导电膜11上，具备分离光电转换层12、13及背面电极14的第一沟部22。 
此外，在与光电压层1的串联连接方向平行的、填充材料15的端部，在透明衬底10上，还具备与光电压层1电性分离配置且由依序堆叠透明导电膜11与光电转换层12及13以及背面电极14而构成的堆叠体20。即，堆叠体20配置在如图3所示的太阳电池子模块的上端部与下端部。在此，堆叠体20是不供发电的无效区域，只要是至少堆叠有透明导电膜11与光电转换层12及13而形成即可。 
此外，分离光电压层1与堆叠体20的第二沟部21的宽度较佳为在0.1mm以上。此外，也可以如图5所示，第二沟部21利用绝缘膜17来埋设。以绝缘膜17而言，是使用含有氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛、氟化镁的单体，或者，由上述中的至少一种所形成的粒子的树脂材料。 
此外，第二沟部21用以在光电压层1形成时通过围绕至光电压层1的侧面所形成的半导体层来防止在光电压元件间产生电流泄漏。 
再者，将与光电压层1的积聚方向平行的端部，即，图3所示的太阳电池子模块的左端部与右端部的B-B剖面图表示在图6。如此，在与积聚方向平行的端部，以遍及与积聚方向平行的端边的大致整个长度的方式，配置有与用以取出电流的引线28连接的焊锡27。此电流的取出，通过焊锡27对透明导电膜11(第一电极)进行短路而形成。此外，沿着与积聚方向平行的端部，利用丁基橡胶等树脂30安装铝等的金属框31。 
(太阳电池模块的制造方法) 
关于本实施方式的薄膜系太阳电池模块的制造方法，利用图7与图8加以说明。 
如图7的(a)所示，在透明衬底10上，利用溅镀形成透明导电膜11。然后，如图7的(b)所示，透明导电膜11通过YAG激光的照射而图案化成狭长条状，且在各光电压元件间进行电性分离。 
其次，如图7的(c)所示，利用等离子CVD法，形成光电转换层12及13。具体而言，在透明导电膜11上依序堆叠p-i-n型非晶质硅半导体而形成光电转换层12。接着，在该光电转换层12上堆叠p-i-n型微结晶硅半导体而形成光电转换层13。如图7的(d)所示，光电转换层12及13通过从透明导电膜11的图案化位置照射YAG激光到既定间隔的位置而图案化成狭长条状。 
其次，如图7的(e)所示，利用溅镀等使背面电极14形成在光电转换层13上。其次，如图7的(f)所示，背面电极14通过从光电转换层12及13的图案化位置由背面侧照射YAG激光到既定间隔的位置而图案化成狭长条状。之后，形成在背面电极14的沟，进行干蚀刻到所期望的深度为止。 
其次，在本实施方式中，如图8的(a)所示，在太阳电池模块的端部，在与图7的激光图案化方向(积聚方向)正交的方向(串联连接方向)，照射YAG激光。然后，同时去除光电转换层12、13、背面电极14而形成第一沟部22。 
其次，如图8的(b)所示，将衬底上下翻转，从太阳电池元件形成面侧，在第一沟部22的稍外侧，在与图7的激光图案化方向的正交的方向，照射YAG激光。然后，同时去除透明导电膜11、光电转换层12、13、背面电极14而形成第二沟部21。 
再者，形成第一沟部22的步骤(图8的(a))与形成第二沟部21的步骤(图8的(b))的顺序也可相反。即，也可在形成第二沟部21后，形成第一沟部22。 
其次，虽未图标，但利用超声波焊接与铜箔引线安装接出电极。然后，在光电压元件上依序配置填充材料15与保护材料16，且使用层压装置进行真空加热压接。由此方式，使光电压元件的背面侧受到保 护。 
如此，形成如图4所示的本实施方式的薄膜系太阳电池子模块。再者，在该太阳电池子模块，连接端子盒及接出电极，且利用丁基橡胶等树脂安装铝等金属框，即可形成太阳电池模块。 
(作用及功效) 
本实施方式的太阳电池模块，如图4所示，在与光电压层1的串联连接方向平行的、光电压层1的端部，在透明导电膜11上，具备分离光电转换层12、13及背面电极14的第一沟部22。如此，由于不存在透明衬底10与光电转换层12、13的界面，所以可抑制因光电转换层12、13的内部应力而发生膜的剥离。尤其是，在光电转换层12、13使用有微结晶硅(μc-Si:H)的硅薄膜系太阳电池模块中，μc-Si:H的内部应力与其它的电极膜与非晶硅(a-Si:H)等比较时，显得非常大。在本实施方式的太阳电池模块中，由于密接力最弱的透明衬底10与光电转换层12，13的界面不存在，所以可抑制发生膜的剥离。 
此外，在与光电压层1的串联连接方向平行的、填充材料15的端部，由于配置堆叠体20，所以不存在填充材料15的端部与透明衬底10的接着面。因此，可防止水分从填充材料15的端部经由填充材料15与透明衬底10的接着面浸入。 
此外，用以分离光电压层1与堆叠体20的第二沟部21，可防止在施加压力时，电流从背面电极14泄漏到透明导电膜11。因此，第二沟部21的宽度较佳为0.1mm以上。 
而且，在本实施方式中也可以是，如图5所示，第二沟部21利用绝缘膜17来埋设。依据此太阳电池模块，通过设置绝缘膜17，可提高绝缘性或抗破坏的强度。 
并且，如图6所示，在本实施方式的太阳电池模块中，在与光电压层1的积聚方向平行的端部，遍及大致整个一边的长度，设置有焊锡27，该焊锡27会防止水分浸入到发电区域(有效区域)。电流的取出通过焊锡27对透明导电膜11的短路而实现。因此，并不会造成从与积聚方向平行的端部浸入水分而发生短路的问题。因此，在本实施方式中，对于与光电压层1的直接连接方向平行的端部，采取种种措施。 
(其它实施方式) 
本发明虽记载为如上述实施方式，但不应认为构成本文公开内容的一部分论述及附图用以限定本发明。对本领域技术人员而言，显然可由此公开内容得知各种的替代实施方式、实施例及运用技术。 
例如，在上述实施方式中，虽使用依序堆叠有非晶质硅半导体与微结晶硅半导体的光电转换层12及13，但使用微结晶或非晶质硅半导体的单层或三层以上的堆叠体也可得到相同的效果。 
因此，本发明当然包含这些未记载的各种实施方式等。因此，本发明的技术范围应该是参考上述的说明，依据适当的权利要求范围所记载的发明特定事项来限定。 
实施例 
以下，关于本发明的薄膜系太阳电池模块，举出实施例具体地加以说明，然而本发明并非仅限定于下列实施例所揭示的内容，在不变更其主旨的范围内，可以适当变化并实施。 
[第一实施例] 
作为本发明第一实施例的薄膜系太阳电池模块，如图4所示的太阳电池模块，以下述方式制造。 
如图7的(a)所示，在4mm厚的玻璃衬底10上，利用溅镀形成600nm厚度的ZnO电极11。之后，如图7的(b)所示，从玻璃衬底10的光入射侧照射YAG激光，而将ZnO电极11沿着积聚方向图案化成狭长条状。在该激光分离加工中，使用波长约1.06μm，能源密度13J/cm3，脉冲频率3kHz的Nd:YAG激光。 
其次，如图7的(c)所示，利用等离子CVD法形成非晶质硅半导体层12及微结晶硅半导体层13。具体而言，首先，利用等离子CVD法，由SiH4与CH4及H2以及B2H6的混合气体形成膜厚10nm的p型非晶质硅半导体层。其次，在p型非晶质硅半导体层上，由SiH4与H2的混合气体形成膜厚300nm的i型非晶质硅半导体层。其次，在i型非晶质硅半导体层上，由SiH4与H2以及PH3的混合气体形成膜厚20nm的n型非晶质硅半导体层。由此方式，形成非晶质硅半导体层12。其次，利用等离子CVD法，在非晶质硅半导体层12上，由SiH4与H2及B2H6的混合气体形成膜厚10nm的p型微结晶硅半导体层。其次， 在p型微结晶硅半导体层上，由SiH4与H2的混合气体形成膜厚2000nm的i型微结晶硅半导体层。其次，由SiH4与H2及PH3的混合气体形成膜厚20nm的n型微结晶硅半导体层。由此方式，形成微结晶硅半导体层13。将等离子CVD法的各详细条件表示于表1。 
表1等离子CVD条件表 
Figure G2007800358541D00091
此外，如图7的(d)所示，通过从光入射侧照射YAG激光到从ZnO电极11的图案位置起50μm的旁边位置而将非晶质硅半体层12及微结晶硅半导体层13图案化成狭长条状。在该激光分离加工中，使用能源密度0.7J/cm3、脉冲频率3kHz的Nd:YAG激光。 
其次，如图7的(e)所示，利用溅镀将200nm厚度的Ag电极14形成在微结晶硅半导体层13上。此外，通过从背面侧照射YAG激光，而将非晶质硅半导体层12、微结晶硅半导体层13、Ag电极14图案化成狭长条状。在该激光分离加工，使用能源密度0.7J/cm3、脉冲频率4kHz的Nd:YAG激光，再进行利用CF4的干蚀刻数十秒。 
其次，如图8的(a)所示，在太阳电池模块的端部，在与图6的激光图案化方向成正交的方向(串联连接方向)，照射Nd:YAG激光的第二高频波(波长：532nm)。然后，同时去除非晶质硅半导体层12、微结晶硅半导体层13、Ag电极14而形成第一沟部22。第一沟部22的宽度为100μm。 
其次，如图8的(b)所示，将衬底上下翻转，且由太阳电池元件形成面侧(背面侧)，在第一沟部22的稍外侧，在与图7的激光图案化方向成正交的方向(串联连接方向)，照射Nd:YAG激光的基本波(波长：1064nm)。然后，同时去除ZnO电极10、非晶质硅半导体层12、微结晶硅半导体层13、Ag电极14，而形成第二沟部21。第二沟部21的宽度为1.0mm。 
在此，形成第二沟部21的Nd:YAG激光的基本波的实用性加工宽度，最小为约0.01mm。因此，为了得到满足太阳电池模块所要求的制品规格IEC61646的绝缘试验条件[施加DC1000V+(2×太阳光发电系统的开放电压)1分钟]的开沟宽度所要求的宽度1.0mm，而进行100次的扫描。 
其次，利用超声波焊锡和铜箔引线安装接出电极。 
其次，通过使用层压装置将在光电压元件上依序配置的EVA15与PET薄膜16的堆叠体，在150℃进行30分钟的加热处理，由此使EVA16交联、稳定化，以对堆叠体进行真空压接。 
最后，安装端子盒并连接接出电极，完成本发明一实施例的薄膜系太阳电池模块。 
[第二实施例] 
作为本发明的第二实施例，制作如图5所示的太阳电池模块。在第二实施例中，在第二沟部21埋设绝缘膜17之外，进行了与第一实施例相同的步骤。 
此外，绝缘膜17是通过涂布含有氧化铝(Al2O3)微粒子的环氧树脂而形成。 
[第一现有例] 
作为第一现有例，制作如图1所示的太阳电池模块。在第一现有例中，与第一实施例相比较，除了使之变化YAG激光的图案化之外， 进行与第一实施例相同的步骤。但是，如图1所示，在太阳电池模块的端部，光电转换组件不存在。即，在端部，存在有玻璃衬底110与EVA115的界面。此外，玻璃衬底110与非晶质硅半导体层112的界面也存在。 
[第二现有例] 
作为第二现有例，制作如图2所示的太阳电池模块。在第二现有例中，与第一实施例相比较，除了使之变化YAG激光的图案化之外，进行与第一实施例相同的步骤。但是，如图2所示，在太阳电池模块的端部，光电转换组件不存在。即，在端部，存在有玻璃衬底110与EVA115的界面。此外，存在有玻璃衬底110与非晶质硅半导体层112的界面。 
[可靠性评价] 
进行用以比较实施例的薄膜系太阳电池模块与现有例的薄膜系太阳电池模块的可靠性的耐气候可靠性评价。具体而言，依照IEC61646，对温度85℃、湿度85％的环境中的各模块进行1000小时的暴露。 
(结果) 
第一现有例及第二现有例均在100小时以内，在玻璃衬底110与非晶质硅半导体层112的界面，如图9所示，产生剥离。在图9中，表示在去除透明导电膜111(第一电极)的区域，玻璃衬底110与非晶质硅半导体层112的界面已产生剥离。 
另一方面，在第一实施例及第二实施例中，即使经过1000小时，也未发生剥离。因此，由于通过具有第一沟部22的构造，玻璃衬底10与非晶质硅半导体层12的界面不存在，所以可知能够抑制产生膜的剥离。此外，也可知通过配置堆叠体20在光电压层的串联连接方向端部，可防止水分经由EVA15与玻璃衬底10的接着面从端部浸入。 
尤其是，在第二实施例中，可知与在第二沟部21埋设作为填充材料的热硬化性树脂相比，可利用具有高绝缘破坏强度的材料来埋设，即使将第二沟部21的开口宽度设为0.1mm，也能保持足够的强度。 
再者，日本特许出愿第2006-265868号(2006年9月28日申请)的全部内容，作为参照已编入到本专利申请说明书中。 
[产业上的可利用性] 
如上所述，本发明的太阳电池模块，通过抑制发生膜的剥离而可谋求太阳电池的低成本化及高效率化，因此有利于太阳光发电。 

Claims (5)

1.一种太阳电池模块，依序在透明衬底上配置光电压层以及填充材料，所述光电压层是串联连接多个光电压元件而构成，所述光电压元件是依序堆叠第一电极、光电转换层以及第二电极而构成，所述太阳电池模块的特征在于，
在与所述光电压层的串联连接方向平行的、所述光电压层的端部，在所述第一电极上，去除所述光电转换层及所述第二电极，并在邻接所述端部的外侧的区域，在所述透明衬底上去除所述第一电极、所述光电转换层以及所述第二电极。
2.根据权利要求1所述的太阳电池模块，其特征在于，在与所述光电压层的串联连接方向平行的、所述填充材料的端部，在所述透明衬底上，还具备与所述光电压层电性分离配置且由依序堆叠所述第一电极与所述光电转换层而构成的堆叠体。
3.根据权利要求2所述的太阳电池模块，其特征在于，将所述光电压层与所述堆叠体分离的沟的宽度为0.1mm以上。
4.根据权利要求2或3所述的太阳电池模块，其特征在于，将所述光电压层与所述堆叠体分离的沟，是利用绝缘膜来埋设。
5.根据权利要求4所述的太阳电池模块，其特征在于，所述绝缘膜为含有氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛、氟化镁的单体、或由上述中的至少一种所构成的粒子的树脂材料。
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