JP2000252505A - 太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池モジュール

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JP2000252505A
JP2000252505A JP11048387A JP4838799A JP2000252505A JP 2000252505 A JP2000252505 A JP 2000252505A JP 11048387 A JP11048387 A JP 11048387A JP 4838799 A JP4838799 A JP 4838799A JP 2000252505 A JP2000252505 A JP 2000252505A
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film
solar cell
cell module
substrate
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JP11048387A
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Masataka Kondo
正隆 近藤
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一定した色調が維持されることで外観が改善
され、発電活性部分と周辺部、ひいては、フレームとの
絶縁を、高い生産性で実現することを可能とした太陽電
池モジュールを提供すること。 【解決手段】 透光性基板上に形成された、透明電極
層、光半導体層および金属層の少なくとも一部を光ビー
ムによる加工によって複数のセルに分離し、相互に電気
的に集積化してなる薄膜太陽電池モジュールであって、
前記透光性基板の周辺部において、前記光半導体層の製
膜領域は前記金属層より広がっており、かつ金属層の製
膜領域は発電発生部と他の部分の境界より大きいことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光発電に用い
られる太陽電池モジュールに係り、特に、外観と工程の
再現性と信頼性の改善された薄膜太陽電池モジュールに
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、地球環境に対する意識が高まると
共に自然にやさしいエネルギーとして太陽光発電が普及
するようになった。この実施の形態としては太陽電池モ
ジュールを屋根や壁面に設置することが多く、建物の一
部としての役割を果たすことから、建築デザイナーの要
求として建物と親和する色調、意匠性など外観面に対す
る要求が大きくなりつつあるのが現状である。これに対
して茶系統の色調と連続した色調を維持している薄膜太
陽電池モジュールは従来の結晶系モジュールと比較して
優位な面を持つ。
【0003】薄膜太陽電池は、透明電極層、光半導体
層、金属層などの薄膜を気相反応により積層することに
より形成されるが、この積層工程において、光半導体層
と金属層の製膜範囲はほぼ同一であることが多く、透明
絶縁基板を用いる場合において金属層が光半導体層の製
膜領域をはみ出すと、受光面である透明絶縁基板の側か
ら見た場合に透明絶縁基板を通して金属層が露呈し、白
色の線として見られるために、先に述べた茶系統の暗色
が連続するという薄膜太陽電池の外観上の特色が損なわ
れることがあった。また、結晶太陽電池の場合に白系統
の封止材料が用いられることが多かったが、これを用い
ると製膜領域の周辺を白い枠で囲った外観を示す様にな
り、意匠上の問題となっていた。
【0004】また、太陽電池モジュールの要求規格とし
て素子活性部と周辺部の間を絶縁することが要求されて
おり、集積化の際にパターニングに用いるレーザ光を用
いて、太陽電池中央部の活性領域とフレームに電気的に
接触する可能性のある周辺部とを電気的に分離する手法
が提案されている。しかしながら、光半導体層の製膜部
分がこの絶縁部分より小さく、金属層が直接に絶縁部分
に触れている場合にはレーザ光を金属が過剰に反射して
各層の加工ができない場合があり、結果的に絶縁耐圧特
性が得られず工業的にこの技術を用いることにはできな
かった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情の
下になされ、周辺部分の外観の改善を高い生産性で実現
することを可能とした太陽電池モジュールを提供するこ
とを目的とする。
【0006】本発明の他の目的は、発電活性部分と周辺
部、ひいては、フレームとの絶縁を、高い生産性で実現
することを可能とした太陽電池モジュールを提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、透光性基板上に形成された、透明電極
層、光半導体層および金属層の少なくとも一部を光ビー
ムによる加工によって複数のセルに分離し、相互に電気
的に集積化してなる薄膜太陽電池モジュールであって、
光半導体層の製膜領域が金属層の製膜領域より広く、金
属製膜領域を包含していることを特徴とする薄膜太陽電
池モジュールを提供する。さらには前記金属層の製膜領
域が、前記太陽電池モジュールの発電素子が形成されて
いる領域を包含していることを特徴としている。
【0008】本発明の薄膜太陽電池モジュールにおい
て、前記光半導体層および前記金属層の製膜領域は前述
の気相反応の時にマスクや基板を支持する枠の大きさを
適宜設計することで実現する。
【0009】また、素子部分が完成した後、真空ラミネ
ート法等で素子が形成されている面を保護する目的で合
成樹脂を主とする充填材、並びに充填材を保護する樹脂
フィルムなどのバックフィルムで封止する。ここで用い
る充填材として例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体
(EVA)を用いることがあるが、これは通常透明であ
る。また、バックフィルムについていえばテドラー等の
樹脂フィルムが用いられる。このフィルムは通常透明あ
るいは白色である。本発明によればこのバックフィルム
あるいは充填材として暗色に着色したものを用いる。具
体的な色としては黒、茶、ワインレッドを用いる なお、本発明の薄膜太陽電池モジュールにおいて、透明
電極層としては、酸化錫、酸化亜鉛、ITO等を用いる
ことが出来る。また、光半導体層としては、シリコンを
主成分とする層、例えばp 型a−SiC:H層、i型a
−Si:H層、およびn型微結晶Si:H層の積層構造
を用いることが出来る。更に、金属層としては、銀、A
l、Cr、Tiおよびこれらと金属酸化物との積層体等
を用いることが出来る。
【0010】以上のように構成される本発明の薄膜太陽
電池モジュールでは、相互に分離、かつ集積された複数
のセルからなる活性部分の周辺の裏面電極層および半導
体層が機械的に除去されて透明電極並びに透明絶縁性基
板が露出しているため、モジュールの全周にわたって、
樹脂との高い接着力を維持すると共に水分の基板周辺か
らの進入を防止することが出来、そのため、本発明によ
ると、絶縁耐圧特性の安定したモジュールを高歩留まり
で得ることが可能である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
種々の実施例について説明する。
【0012】実施例1 図1は、本発明の一実施例に係る太陽電池モジュールを
示す断面図である。図1に示す太陽電池モジュールは、
次のように製造される。まず、面積92cmx46c
m、厚さ4mmのソーダーライムガラスからなるガラス
基板1上に、熱CVD法により酸化錫膜(厚さ8000
オングストローム)2を形成し、複数のセルを集積化す
るため、この酸化錫膜2をレーザースクライバーでパタ
ーニングし、透明電極とした。なお、参照符号3は、透
明電極スクライブ線を示す。
【0013】パターニング方法としては、基板1をX−
Yテーブル上にセットし、QスイッチYAGレーザーを
用いて、分離加工を行った。レーザーの運転条件は、第
2高調波532nmを用い、パルス幅3kHz、平均出
力500nw、パルス幅10nsecであった。分離幅
は50μm、ストリング(個別太陽電池)の幅は約10
mmである。
【0014】また、半田メッキ銅箔を用いて電極取り出
し用の配線を形成するための領域14を、両端にあるス
トリング11a,11bの外側に、3.5mmの幅で残
した。
【0015】このようにしてパターニングされた酸化錫
膜2の上に、分離形成型装置のプラズマCVD室内にお
いて、a−Si層4をプラズマCVD法により形成し
た。即ち、200℃で、p型a−SiC:H半導体層、
i型a−Si:H半導体層、およびn型微結晶Si:H
半導体層を順次堆積して、PIN接合を構成する積層a
−Si層4を形成した。各層を形成するためには、流量
がそれぞれ100sccm、500sccm、100s
ccmのSiH4 を用い、p 型半導体層とn 型半導体層
を形成する場合にはそれぞれ1000ppmの水素希釈
のB2 6 とPH 3 を2000sccm混入させた。
【0016】また、p型半導体層の形成には、30sc
cmのCH4 も混入させることにより、炭素合金化を行
った。各層を形成するための投入パワーは、それぞれ2
00W、500W、3kWであり、反応圧力はそれぞれ
1torr、0.5torr、1torrであった。形
成した層の膜厚は、製膜時間からそれぞれ150オング
ストローム、3200オングストローム、300オング
ストロームと推定される。
【0017】なお、基板の周囲から3mmから内側全面
に、これらの半導体が製膜されるような基板支持枠を用
いた。
【0018】このようにして各層の製膜を行った後、基
板1をX−Yテーブル上にセットして、QスイッチYA
Gレーザーを用いて、a−Si層4を、SnO2 層2の
パターニング位置から100μmづつ左にずらしてパタ
ーニングを行った。レーザーの運転条件は、第2高調波
532nmを用い、パルス幅3kHz、平均出力500
mw、パルス幅10nsecであった。なお、焦点位置
をずらすこととで、分離幅を100μmにした。参照符
号5は、半導体スクライブ線を示す。
【0019】その後、マグネトロンスパッタ法により、
RF放電でZnOターゲットを用いて、パターニングさ
れたa−Si層4上に、1000オングストロームの膜
厚のZnO層(図示せず)を形成した。スパッタ条件
は、アルゴンガス圧力2mtorr、放電パワー200
W、製膜温度200℃であった。
【0020】次に、ZnO層上に、同じマグネトロンス
パッタ装置のAgターゲットを用いることにより、直流
放電および室温で、2000オングストロームの膜厚の
金属電極層6を形成した。スパッタ条件は、アルゴンガ
ス圧力2mtorr、放電パワー200Wであった。
【0021】なお、金属電極層の製膜領域は基板支持枠
で規定され、基板の周囲から4mm内側の全面に製膜さ
れるにした。
【0022】最後に、マグネトロンスパッタ装置から基
板1を取り出して、X−Yテーブル上にセットして、Q
スイッチYAGレーザーを用いてAg層およびa−Si
層4をパターニングして、半導体スクライブ線5から1
00μm離れた位置に裏面電極スクライブ線7を形成し
た。レーザーの運転条件は、aムSi層4の加工条件と
全く同じであった。分離幅は70μm、ストリング幅は
約10mmである。
【0023】また、酸化錫膜2のときと同様に、基板の
周囲から5mmの位置に全周にわたり周辺部と太陽電池
活性部を電気的に分離するために、ストリング分離用の
加工部の他にレーザーによるパターニングを施した。分
割幅は150μmで酸化錫膜2の分離部13を包括する
ように加工した。
【0024】なお、基板の周囲から5mmの位置に、全
周にわたり周辺部と太陽電池活性部を電気的に分離する
ために、図3に示すように、ストリング分離用の加工部
12の他に、レーザーによるパターニングを施した。参
照符号13は、それによって形成されたレーザー絶縁分
離線を示す。
【0025】その後、前述した配線用の位置14に半田
メッキ銅箔からなるバスバー電極16を形成して、電極
取り出しのための配線を行った。この電極16はストリ
ングに平行となっている。
【0026】以上のように構成されるセルをモジュール
化するために、EVAシートとフッ素系フィルムからな
る保護フィルム8を真空ラミネータを用いて被覆して封
止し、シリコーン樹脂9を充填し、かつ端子の形成とフ
レーム付けを行った。
【0027】このようにして得た太陽電池モジュールに
ついて、100mW/cm2のAM1.5ソーラーシミ
ュレーターを用いて、電流電圧特性を測定した。その結
果、測定された太陽電池の特性は、短絡電流1240m
A、開放電圧44.2V、曲線因子0.68、最大出力
37.3Wであった。合計で5枚のモジュールを作成し
たがほぼ同等の特性であった。
【0028】比較例1 光半導体層、金属電極層の製膜時の基板支持枠を基板周
囲から5mmより内側に製膜されるようになるように設
定したほかは、同じ工程で太陽電池モジュールを製作し
た。
【0029】作成したモジュール5枚の内、2枚に絶縁
不良がみられた。
【0030】本発明における実施例の結果では、太陽電
池の表面の色調が茶系統の暗色で全体が同一であり著し
く外観が改善されている。さらには、フレームと端子間
の絶縁抵抗が常に一定しており、一方、本発明によらな
い比較例では太陽電池としては十分な電流電圧特性が得
られているものの、絶縁抵抗が再現性良く得られず。本
実施例に比較して大きく見劣りがする結果となった。
【0031】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よると、外観と絶縁耐圧特性に優れた薄膜太陽電池モジ
ュールを、極めて簡易なプロセスで、高い歩留まりで得
ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に係る薄膜太陽電池モジュールの断面
図。
【図2】比較例に係る薄膜太陽電池モジュールの断面
図。
【図3】図1及び図2に示す薄膜太陽電池モジュールの
平面図。
【符号の説明】
1…ガラス基板 2…酸化錫膜 3…透明電極スクライブ線 4…a−Si層 5…半導体スクライブ線 6…金属電極層 7…裏面電極スクライブ線 8…保護フィルム 9…充填材 11a,11b…両端のストリング 12…ストリング分離用加工部 13…レーザー絶縁分離線 14…配線部 15…光半導体層製膜領域 16…バスバー電極 17…金属層製膜領域

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透光性基板上に形成された、透明電極層、
    光半導体層および金属層の少なくとも一部を光ビームに
    よる加工によって複数のセルに分離し、相互に電気的に
    集積化してなる薄膜太陽電池モジュールであって、光半
    導体層の製膜領域が金属層の製膜領域より広く、金属製
    膜領域を包含していることを特徴とする薄膜太陽電池モ
    ジュール。
  2. 【請求項2】前記金属層の製膜領域が、前記太陽電池モ
    ジュールの発電素子が形成されている領域を包含してい
    ることを特徴とする請求項1に記載の薄膜太陽電池モジ
    ュール。
  3. 【請求項3】透明電極層、光半導体層および金属層が製
    膜されている面を保護する封止材として用いる充填材ま
    たは裏面保護フィルムが黒、茶、ワインレッド等の暗色
    であることを特徴とする請求項1及び2に記載の薄膜太
    陽電池モジュール。
  4. 【請求項4】前記光半導体層がシリコンを主成分とする
    ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかの項に記
    載の薄膜太陽電池ジュール。
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