JP2000223728A

JP2000223728A - 薄膜太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2000223728A
Application number: JP11020140A
Authority: JP
Inventors: Hajime Saito; 肇齋藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2000-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】電極と出力端子とを接続する際の薄膜太陽電
池セルの損傷の発生を防止可能な薄膜太陽電池モジュー
ルを提供する。【解決手段】薄膜太陽電池モジュール６０は、一対の
電極である、第１電極部１１１〜１１４及び第２電極部
１３１〜１３５で光電変換部１２１〜１２８を挟持して
なる薄膜太陽電池セル２２からなる発電領域と、第２電
極部１３１及び第１電極部１１４と接続されるリード１
６１、１６２（出力端子）とを備え、発電領域の電極で
ある電極部１３１、１３５とリード１６１、１６２との
接続部が発電領域である光電変換部１３２〜１３４の外
部に位置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜太陽電池モジ
ュールに関し、特に一対の電極で光電変換部を挟持して
なる薄膜太陽電池セルからなる発電領域と、一対の電極
と接続される出力端子とを備えた太陽電池モジュールに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一対の電極で光電変換部を挟持してなる
薄膜太陽電池セルを作製し、この薄膜太陽電池セルの電
極をその接続部を介して出力端子と接続してなる薄膜太
陽電池モジュールの従来の製造方法の一例を図３、４を
用いて以下に示す。薄膜太陽電池セル４２の製造は、図
３で示すように、まず絶縁性基板３０上に短冊状の第１
電極部３１１、３１２、３１３，３１４を形成する。そ
の上に、１００μｍ程度の間隔を有して、短冊状の複数
の光電変換部３２１、３２２、３２３、３２４、３２５
を形成し、さらにその上に、１００μｍ程度の間隔を有
して、短冊状の複数の第２電極部３３１、３３２、３３
３、３３４を形成する。

【０００３】絶縁性基板３０は透光性、耐熱性、機械的
強度が必要とされ、ガラス等が用いられる。第１電極部
３１１〜３１４には透明の電極を使用する。透明電極の
材料として、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＩＴＯ等がよく用いら
れ、電極の膜厚は１μｍ程度である。発電領域である光
電変換部３２１〜３２５は、１層、もしくは複数層から
なり、材質としてはアモルファスシリコン、アモルファ
スシリコンカーバイド、アモルファスシリコンゲルマニ
ウム等が用いられ、その膜厚は全体で５００〜８００ｎ
ｍ程度である。

【０００４】第２電極部３３１〜３３４は、低抵抗であ
り、かつ光の有効活用を図れるような高反射率を有する
銀、アルミ等の金属薄膜が用いられ、膜厚は５００〜８
００ｎｍ程度である。各層のパターニングは、個々の層
を成膜した後、化学的エッチング法や機械的ケガキ等に
よって不要な部分を取り除くことで行われる。また、マ
スクを用いた成膜を行うことで、成膜とパターニングを
同時に行う場合もある。なお、この例では絶縁性基板３
０側より光を入射させるものとする。

【０００５】上記のような成膜及びパターニングを行う
ことにより、絶縁性基板３０上に第１電極部３１１〜３
１４、光電変換部３２１〜３２５、第２電極部３３１〜
３３４が積層され、かつ、それらが階段状に重なること
で、個々の薄膜太陽電池セル４２の第１電極部３１１〜
３１４が、隣接する薄膜太陽電池セル４２の第２電極部
３３１〜３３４と接続されることになり、複数の小面積
薄膜太陽電池セル４２が相互に直列接続された集積化薄
膜太陽電池セルを形作ることになる。

【０００６】電極部と出力端子との接続を行う際には、
図中の左右両端の第２電極部３３１、３３４を出力端子
との接続部として第２電極部３３１、３３４上に電極保
護層３４、３５を形成する。電極保護層３４、３５は、
真空蒸着法や真空スパッタ法等でニッケル、錫等により
５μｍ以上の層厚で形成される。次に、錫と鉛からなる
ハンダ３６、３７（以下、錫−鉛ハンダと称する）で、
出力端子としてのリード３８、３９を機械的及び電気的
接続（以下、ハンダ付けと称する）を行う。

【０００７】リード３８、３９が接続されてなる薄膜太
陽電池セル４２は、図４で示すように、表面（図中下
面）の接着剤４１及び表面保護用の強化ガラス４０と、
裏面（図中上面）の接着剤４３及び裏面封止材４４によ
り封入され、さらに接続部保護用の端子ボックス４５が
取り付けられて薄膜太陽電池モジュール５０が形成され
る。なお、接着剤４１、４３としては、ＥＶＡ（エチレ
ン−酢酸ビニル共重合体）樹脂等が用いられ、裏面封止
材４４としては耐候性フッ素樹脂フィルム等が用いられ
る。また、端子ボックス４５は接着材により裏面封止材
４４上に固定される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図３に示すような構造
の薄膜太陽電池セル４２では、第２電極部３３１、３３
４とリード３８、３９の接続部が発電領域を形成する光
電変換部３２１、３２５の上にあるため、ハンダ付け等
の際に、第２電極部３３１、３３４を介して、光電変換
層３２１、３２４がハンダゴテ等によって加熱、加圧さ
れることになる。そのため、加熱による光電変換部３３
１、３３４の膜特性の変化、加圧による第１電極部３１
１及び３１４と第２電極部３３１及び３３４との間のシ
ョート、作業時のミス等による膜の破損等によって、薄
膜太陽電池セル４２で効率低下が生じていた。

【０００９】また、従来、薄膜太陽電池モジュール５０
において、薄膜太陽電池セル４２の第２電極部３３１、
３３４とリード３８、３９をハンダ付けするには、錫−
鉛ハンダが主に用いられてきた。錫−鉛ハンダは、強
さ、長期安定性、導電率の点で優れており、価格も安
く、使い勝手もよいことから、従来から様々な分野で使
われている。しかしながら、近年、環境保護への関心が
高まってきており、今後の薄膜太陽電池モジュールが廃
棄物として処理される時に、薄膜太陽電池モジュールで
使用されたハンダに含まれている鉛の持つ毒性は無視で
きないものとなることが予想され、これについて早急に
対策を図る必要がある。

【００１０】また、薄膜太陽電池モジュール５０の第２
電極部３３１〜３３４として、反射率が高く、導電性に
優れた銀を用いた場合、接続部の銀の上にリード３８、
３９を直接、錫−鉛ハンダでハンダ付けしようとする
と、銀がハンダによって溶食される、いわゆる「銀食わ
れ」現象を生じ、接着力が低下する。そのため、銀を電
極に用いた場合、その表面に、ある程度の厚さのニッケ
ル、錫等からなる電極保護層３４、３５を設ける必要が
あり、この電極保護層３４、３５が厚くなると、タクト
タイムや材料の面で薄膜太陽電池モジュール５０のコス
トアップの要因となる。

【００１１】この発明は、上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、電極と出力端子とを接続する際の薄膜太
陽電池セルの損傷の発生を防止可能な薄膜太陽電池モジ
ュールを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、一対
の電極で光電変換部を挟持してなる薄膜太陽電池セルか
らなる発電領域と、発電領域と接続される出力端子とを
備えた太陽電池モジュールであって、発電領域と出力端
子との接続部が前記発電領域外に位置することを特徴と
する薄膜太陽電池モジュールが提供される。

【００１３】すなわち、この発明の薄膜太陽電池モジュ
ールでは、発電領域と出力端子との接続部が、薄膜太陽
電池モジュール内の、一対の電極で光電変換部を挟持し
てなる薄膜太陽電池セルからなる発電領域外の部位に形
成されているので、発電領域の接続部である電極と、出
力端子とが接続される際の熱及び／または圧力が光電変
換部に及ばない構成とすることができる。したがって、
ハンダ付け等の際に、薄膜太陽電池セルに局所的な加
熱、加圧が生じても、光電変換部を含む発電領域の損傷
を緩和することになり、光電変換における効率低下を抑
制することが可能となる。

【００１４】この発明における発電領域とは、薄膜太陽
電池モジュール内に形成され、光電変換部に照射された
光を電気に変換して一対の電極から取り出せるよう構成
された１つの薄膜太陽電池セル及びこれらセルを直列ま
たは並列に接続してなる薄膜太陽電池セル群を意味す
る。

【００１５】一対の電極と出力端子との接続部が発電領
域外に位置する構成の一例としては、前記接続部を下方
に発電領域を形成する光電変換部が存在しない電極上に
設ける構成、あるいは前記接続部の下方に光電変換部が
存在してもその光電変換部の部位が発電領域を形成する
光電変換部の部位と分離され、それによって接続部の下
方に光電変換部が非発電領域として残される構成が挙げ
られる。

【００１６】後者の構成を、本発明を説明する図１を参
照してより具体的に例示すると、接続部が光電変換部１
２１〜１２８を挟持する一対の電極１３１〜１３５及び
１１１〜１１４のうちの一方の電極１３１，１３５上に
形成され、接続部の下部の一方の電極１３１及び１３５
並びに光電変換部１２１，１２２及び１２７，１２８が
発電領域の一方の電極１３２，１３４及び光電変換部１
２３，１２６と分離され、接続部の下部の他方の電極１
１１，１１４が発電領域の一方の電極１３２または他方
の電極１３４と接続し、かつ接続部の下部の光電変換部
１２１，１２２及び１２７，１２８に設けられたスルー
ホール１２０，１３０を介して一方の電極１３１，１３
５と接続されてなる薄膜太陽電池モジュールの構成が挙
げられる。上記のスルーホール１２０，１３０は光電変
換部のパターニングを行う際に形成することができる。
なお、この例では、接続部の下部の他方の電極１１４
は、光電変換部１２６に直接接続された発電領域の他方
の電極１１４となる。

【００１７】上記した、接続部の下部の一方の電極及び
光電変換部と、発電領域の一方の電極及び光電変換部と
の分離は、一方の電極及び光電変換部を所定の幅で貫通
するギャップ１０１，１０２が挙げられる。このような
ギャップ１０１，１０２は、電極と出力端子とをハンダ
付けにより接続される際の、操作されるハンダゴテの熱
及び／または操作されるハンダゴテからの圧力が発電領
域を形成する光電変換部に及ぶのを防止する。

【００１８】この発明の別の観点によれば、一対の電極
と出力端子との接続部が、主に錫と、金、銀、銅、ビス
マス、アンチモンのうちの１つまたは複数とからなり、
かつ鉛を含まない合金から形成された薄膜太陽電池モジ
ュールが提供される。これにより、電極と出力端子のリ
ードとのハンダ付けを行う際、従来の錫−鉛ハンダのよ
うな鉛を使うことなく薄膜太陽電池モジュールを作製す
ることが可能となり、自然環境への有害物質の流出を抑
制できる。

【００１９】この発明の鉛を含まない合金としては、主
に錫と、金、銀、ビスマス、アンチモンのうちの１つと
からなるものが好ましい。また、この発明の鉛を含まな
い他の合金としては、主に錫及び銀と、ビスマス、銅、
亜鉛、アンチモンのうちの１つまたは複数とからなるも
のが好ましい。なお、発電領域の接続部となる電極の部
位は、低抵抗で光の有効活用を図れるような高反射率を
有する銀、アルミ等の金属薄膜が好ましい。この電極の
部位に接続される出力端子は、低抵抗で耐腐食性を有す
る材質からなるリードが好ましく、金、銀、銅が例示さ
れる。銀を一定量以上含んだ合金で電極と出力端子のリ
ードとのハンダ付けを行うと、電極に使用された銀が合
金中へ溶融により拡散されるのが緩和される。これによ
り、銀電極を覆う表面保護層の厚さを従来より薄くする
ことができ、薄膜太陽電池モジュールのコストアップを
抑えることが可能となる。

【００２０】この発明の鉛を含まない合金は、使用した
電極ならびに出力端子の材質に従って選択するのが好ま
しい。一方、前記合金は、一般に融解温度が１８０〜２
４０℃の間にあるのが望まれる。さらに錫を主とする合
金には、例えば、錫９０．０重量％と金１０．０重量
％、錫９６．５重量％と銀３．５重量％、錫４８．０重
量％とビスマス５２．０重量％、錫９０．０重量％とア
ンチモン１０．０重量％が挙げられる。また、錫及び銀
を主とする合金には、例えば、錫９１．７重量％と銀
３．５重量％とビスマス４．８重量％、錫９５．５重量
％と銀３．５重量％と銅１．０重量％、錫５９．０重量
％と銀１１．０重量％と亜鉛３０．０重量％、錫６１．
０重量％と銀２８．０重量％とアンチモン１１．０重量
％、錫９０．０重量％と銀２．０と銅０．５重量％とビ
スマス７．５重量％が挙げられる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、実施例によって本発明によ
る薄膜太陽電池モジュールの構成及びその製作の一例を
図１及び２を参照しながら説明する。図１は、一対の電
極で光電変換部を挟持してなる薄膜太陽電池セルの一断
面を示し、図２は、この薄膜太陽電池セルの電極をその
接続部を介して出力端子と接続して形成される薄膜太陽
電池モジュールの分解図である。

【００２２】薄膜太陽電池セル２２の製造は、図１で示
すように、まず透光性を有する絶縁性基板１０上に短冊
状の第１電極部１１１、１１２、１１３、１１４を形成
する。本例の場合、第１電極部１１１〜１１４として、
透明電極であるＳｎＯ₂を常圧ＣＶＤ法で成膜し、膜厚
は約１μｍとする。パターニングは、基板１０上にＳｎ
Ｏ₂を一面に成膜した後、化学的エッチング法、機械的
ケガキ法、もしくはレーザ等の手法により不要となる部
分の膜のみを除去して個々の第１電極部１１１〜１１４
に分割する。

【００２３】第１電極部１１１〜１１４の上に、分割さ
れた第１電極部１１１〜１１４の短冊と同一のパターン
で、１００μｍ程度位置をずらして、光電変換部１２
１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１２
７、１２８を形成する。本実施例では、光電変換部１２
１〜１２８として、アモルファスシリコン及びその化合
物を、１層もしくは複数層、プラズマＣＶＤ法で成膜す
る。成膜の際、ホスフィン、ジボラン等をシランガスと
一緒に分解することにより、光電変換層内にＰＩＮ接続
を作り込む。光電変換部１２１〜１２８の膜厚は全体で
約１００ｎｍとする。パターニングは、第１電極部１１
１〜１１４上にアモルファスシリコンを一面に成膜した
後、化学的エッチング法、機械的ケガキ法、もしくはレ
ーザ等の手法により不要となる部分の膜のみを除去して
個々の光電変換部１２１〜１２８に分割する。

【００２４】光電変換部１２１〜１２８の上に、分割さ
れた光電変換部１２１〜１２８の短冊と同一のパターン
で、１００μｍ程度位置をずらして、第２電極部１３
１、１３２、１３３、１３４、１３５を形成する。本実
施例では、低抵抗でありかつ高反射率を有する銀を第２
電極部１３１〜１３５として真空蒸着法により成膜す
る。第２電極部１３１〜１３５の膜厚は約５００ｎｍで
ある。パターニングは、光電変換部１２１〜１２８上に
銀を一面に成膜した後、化学的エッチング法、機械的ケ
ガキ法、もしくはレーザ等の手法によって、不要となる
部分の膜のみを除去し個々の第２電極部１３１〜１３５
に分割する。図中両端の第２電極部１３１、１３５は出
力端子であるリード１６１、１６２との接続部となる。

【００２５】上記のような成膜、パターニングを行うこ
とにより、絶縁基板１０上の発電領域においては、第１
電極部１１１〜１１４、光電変換部１２１〜１２８、第
２電極部１３１〜１３５が積層され、かつ、それらが階
段状に重なる。また、個々の薄膜太陽電池セル２２の第
１電極部１１１〜１１４が、隣接する薄膜太陽電池セル
２２の第２電極部１３１〜１３５と接続されることにな
る。以上のようにして、複数の小面積薄膜太陽電池セル
２２が相互に直列接続された集積化薄膜太陽電池セルと
なる。

【００２６】第２電極部１３１、１３５及び光電変換部
１２２、１２７と、第２電極部１３２、１３４及び光電
変換部１２３、１２６との間にはギャップ１０１及び１
０２がそれぞれ形成されている。ギャップ１０１は光電
変換部１２２及び１２３を分離し、ギャップ１０２は光
電変換部１２６及び１２７を分離する。第１電極部１１
１は発電領域の第２電極部１３２と接続し、第１電極部
１１４は発電領域の光電変換部１２６と接続されてい
る。第１電極部１１１及び１１４は、接続部の下部の光
電変換部１２１，１２２及び１２７，１２８に設けられ
たスルーホール１２０，１３０を介して第１電極部１３
１，１３５と接続する。これにより光電変換部１２２及
び１２７は発電領域として作用しない。

【００２７】リード１６１及び１６２との接続部となる
第２電極部１３１及び１３５は、第１電極部１１１、１
１４を介して発電領域となる光電変換部１２４及び１２
６とそれぞれ電気的にのみ接続されるが、熱及び圧力等
の物理力による影響の点から光電変換部１２４及び１２
６と分離される。したがって、接続部におけるハンダ付
けの際の、操作されるハンダゴテの熱及び／または操作
されるハンダゴテからの圧力は、後述するハンダ１５
１、１５２、表面保護層１４１、１４２と、第２電極部
１３１、１３５及び光電変換部１２２、１２７の非発電
領域に及ぶが、発電領域となる光電変換部１２３〜１２
６への影響を最小限に抑えることができる。

【００２８】次に、この集積化薄膜太陽電池セル２２に
出力端子のリード１６１、１６２を接着する第２電極部
１３１、１３５の接続部分に、表面保護層１４１、１４
２として、真空スパッタ法でニッケルを膜厚２μｍ程度
で成膜する。この膜厚は、従来の膜厚約５μｍに比べ半
分以下となっており、成膜時間、材料コストを削減する
ことができる。その後、表面保護層１４１、１４２に、
錫、銀、ビスマスを主成分とし、鉛を含まないハンダ１
５１、１５２を介して、リード１６１、１６２をハンダ
付けする。

【００２９】次に、リード１６１、１６２が接続されて
なる薄膜太陽電池セル２２は、図２で示すように、表面
（図中下面）の接着剤２１及び表面保護用の強化ガラス
２０と、裏面（図中上面）の接着剤２３及び裏面封止材
２４により封入され、さらに接続部保護用の端子ボック
ス２５が取り付けられて薄膜太陽電池モジュール６０が
形成される。なお、接着剤２１、２３としてはＥＶＡ樹
脂等が用いられ、裏面封止材２４としては耐候性フッ素
樹脂フィルム等が用いられる。また、端子ボックス２５
は接着材により裏面封止材２４上に固定される。

【００３０】上記構成により、ハンダ付け等の際に、薄
膜太陽電池セル２２に局所的な加熱、加圧が生じても、
光電変換部１２３〜１２６の発電領域への影響を緩和す
ることになり、光電変換における効率低下を抑制するこ
とが可能となる。また、鉛を含まないハンダ１５１、１
５２を介して、リード１６１、１６２をハンダ付けする
ので、表面保護層１４１、１４２の膜厚を従来より著し
く薄くでき、それによって成膜時間、材料コストを削減
することができる。さらに、鉛による環境汚染を防止で
きる。

【００３１】

【発明の効果】この発明の薄膜太陽電池モジュールで
は、一対の電極と出力端子との接続部が、一対の電極で
光電変換部を挟持してなる薄膜太陽電池セルからなる発
電領域外の部位に形成されるので、電極と出力端子とが
ハンダ付けにより接続される際の熱及び／または圧力が
光電変換部に及ばない構成とすることができる。したが
って、ハンダ付け等の際に、薄膜太陽電池セルに局所的
な加熱、加圧が生じても、光電変換部の発電領域へのダ
メージを緩和することになり、効率低下を抑制すること
が可能となる。

【００３２】さらに、一対の電極と出力端子との接続部
が、主に錫と、金、銀、銅、ビスマス、アンチモンのう
ちの１つまたは複数とからなり、かつ鉛を含まない合金
から形成されているので、電極と出力端子のリードとの
ハンダ付けを行う際、従来の錫−鉛ハンダのように、鉛
を使うことなしに、薄膜太陽電池モジュールを作製する
ことが可能となり、自然環境への有害物質の流出を抑制
できる。本発明により、安価で歩留りがよく、鉛という
有害物質を使用しない薄膜太陽電池モジュールを提供す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による集積化薄膜太陽電池セルの斜視
図。

【図２】図１にあげた集積化薄膜太陽電池セルを用いた
薄膜太陽電池モジュールの斜視図。

【図３】従来の集積化薄膜太陽電池セルを説明する図１
に相当する図。

【図４】図３にあげた集積化薄膜太陽電池セルを用いた
薄膜太陽電池モジュールを説明する図２に相当する図。

【符号の説明】

２２薄膜太陽電池
セル６０薄膜太陽電池
モジュール１０１、１０２ギャップ１１１、１１２、１１３、１１４第１電極部１２０，１３０スルーホー
ル１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１
２７、１２８光電変換部１３１、１３２、１３３、１３４、１３５第２電極部１５１、１５２ハンダ１６１、１６２リード（出
力端子）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極で光電変換部を挟持してなる
薄膜太陽電池セルからなる発電領域と、発電領域と接続
される出力端子とを備えた太陽電池モジュールであっ
て、発電領域と出力端子との接続部が前記発電領域外に
位置することを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
【請求項２】接続部が光電変換部を挟持する一対の電
極のうちの一方の電極上に形成され、接続部の下部の一
方の電極及び光電変換部が発電領域の一方の電極及び光
電変換部と分離され、接続部の下部の他方の電極が発電
領域の一方または他方の電極と接続し、かつ接続部の下
部の光電変換部に設けられたスルーホールを介して一方
の電極と接続されてなる請求項１に記載の薄膜太陽電池
モジュール。
【請求項３】一対の電極と出力端子との接続部が、主
に錫と、金、銀、ビスマス、アンチモンのうちの１つと
からなり、かつ鉛を含まない合金から形成されている請
求項１または２に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項４】一対の電極と出力端子との接続部が、主
に錫及び銀と、ビスマス、銅、亜鉛、アンチモンのうち
の１つまたは複数とからなり、かつ鉛を含まない合金か
ら形成されている請求項１または２に記載の薄膜太陽電
池モジュール。