JP2001036104A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い電圧を出力できると共に信頼性の高
い太陽電池モジュールを提供することを目的とする。 【構成】 絶縁性表面を有する基板１上に、互いに電気
的に直列接続された複数個の光起電力素子２からなる複
数の集積型素子群３０，４０を備え、該複数の集積型素
子群３０，４０が分離溝５０を介して並列配置されると
共に互いに電気的に直列接続され、且つ該複数の集積型
素子群３０，４０の裏面側に樹脂からなる接着層５を介
して裏面材４が接着されてなる太陽電池モジュールであ
って、前記接着層５は、前記分離部５０に対応する領域
を除いて前記集積型素子群３０，４０の裏面を覆うよう
に設けられたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に高電圧を出力
することのできる太陽電池モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、太陽電池を用いた太陽光発電シス
テムはクリーンな電源システムであることから、住宅用
の電源システム等への普及が進んでいる。太陽電池を構
成する材料としては、単結晶シリコンや多結晶シリコン
等の結晶系半導体材料、非晶質シリコンや非晶質シリコ
ンゲルマニウム等の非晶質半導体材料、或いはＧａＡ
ｓ，ＣｄＴｅ等の化合物半導体材料が検討されている。
このうち、非晶質半導体材料を用いた太陽電池は、基板
の選択自由度や出力設計における自由度が高く、且つ安
価に製造することができる、という特徴を有している。

【０００３】斯かる非晶質半導体を用いた従来の太陽電
池モジュールの構造を、図１０に示す断面図を参照して
説明する。

【０００４】同図において、１はガラス、プラスチック
等の透光性且つ絶縁性表面を有する材料からなる基板で
あり、２は該基板１上に形成された複数の光起電力素子
である。この光起電力素子２は同図に示す如く、ＳｎＯ
₂，ＩＴＯ或いはＺｎＯ等の透光性を有する導電性材料
からなる第１電極１１と、非晶質半導体からなり内部に
ｐｉｎ接合を有する光電変換層１２と、Ａｇ，Ａｌ等の
高反射性材料からなる第２電極１３と、がこの順に積層
されて構成されている。また、第２電極１３が相隣接し
て配置された光電変換層１２間の分離部に埋設され、第
１電極１１と接することにより、隣接する光起電力素子
２が電気的に直列接続されている。

【０００５】さらに、３は、後工程において作業中に光
起電力素子２の表面に引っかき傷等が付くことを防止す
るために該光起電力素子２の表面を覆って設けられた保
護層であり、通常エポキシ樹脂を用いて形成される。ま
た、光起電力素子２の裏面側にはガラス、プラスチック
或いは鋼鈑等からなる裏面材４がＥＶＡ等の熱可塑性樹
脂からなる接着層５により接着されている。この接着層
５はまた、外部からの水分の侵入を防止するための役割
も有しており、このため撥水性に優れた材料から構成さ
れる。

【０００６】また、光起電力素子２で発生した起電力
は、両端に位置する光起電力素子２の第１電極及び第２
電極からリード線（図示せず）を介して外部に取出され
る。

【０００７】ところで、非晶質半導体を用いた太陽電池
モジュールは前述の通り出力設計の自由度が高く、通常
よりも高い電圧を出力することのできる太陽電池モジュ
ールが検討されている（実開平６−６０１５５号）。

【０００８】図１〜図３を参照して、斯かる太陽電池モ
ジュールの構造を説明する。尚、図１は太陽電池モジュ
ールの平面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線の断
面図、また図３は図１におけるＢ−Ｂ線の断面図であ
る。尚、これらの図において、図１０と同一の機能を呈
する部分には同一の符号を付している。

【０００９】これらの図を参照して、１はガラス、プラ
スチック等の透光性材料からなり且つ絶縁性表面を有す
る基板であり、２は該基板１上に形成された光起電力素
子である。光起電力素子２はＳｎＯ₂，ＩＴＯ或いはＺ
ｎＯ等の透光性材料から成る第１電極１１と、非晶質半
導体からなり基板１側から順にｐｉｎ接合を有する光電
変換層１２と、Ａｇ，Ａｌ等の高反射性の金属材料から
成る第２電極１３と、が積層されて構成されている。

【００１０】隣接する第１電極１１の間は、基板１の絶
縁性表面が露出されて形成された第１電極分離溝２１に
より分離されている。また、隣接する光電変換層１２の
間は、前記第１電極１１の表面を露出して形成された光
電変換層分離溝２２により互いに分離されている。さら
に、隣接する第２電極１３の間は、前記光電変換層１２
の表面を露出して形成された第２電極分離溝２３により
分離されている。そして、前記光電変換層分離溝２２中
を第２電極１３が埋設して第１電極１１と接することに
より、隣接する光起電力素子２が電気的に直列接続され
ている。

【００１１】３０は、このように電気的に直列接続され
た複数個の光起電力素子２からなる第１集積型素子群で
あり、４０は同じく電気的に直列接続された複数個の光
起電力素子２からなる第２集積型素子群である。これら
第１集積型素子群３０及び第２集積型素子群４０の周囲
には溝８が設けられ、形成時に基板１の側面に被着した
第１電極、光電変換層或いは第２電極を介したリークが
防止されている。この溝８は、第１電極、光電変換層お
よび第２電極が除去され、基板１の絶縁性表面が露出さ
れて形成されている。

【００１２】第１集積型素子群３０と第２集積型素子群
４０とは、分離溝５０を介して並列配置されている。こ
の分離溝５０も、この部分における第１電極、光電変換
層及び第２電極が除去され、基板１の絶縁性表面が露出
せしめられることにより形成されており、第１集積型素
子群３０と第２集積型素子群とを電気的に分離してい
る。また、第１の集積型素子群３０と第２の集積型素子
群４０における直列接続の方向は、互いに逆向きとされ
ている。即ち、第１集積型素子群３０においては紙面右
方向が負、左側が正の方向であるのに対し、第２集積型
素子群４０においては紙面左方向が正、右側が負の方向
とされている。

【００１３】そして、これら第１及び第２の集積型素子
群３０，４０は接続線６により電気的に直列接続されて
おり、また基板１の一方の側部に設けられた正負一対の
出力端子７から電気出力が外部に取出される。接続線６
としては例えば半田メッキ銅箔を用いることができ、こ
の接続線６を、第１集積型素子群３０における紙面左端
に位置する第１電極１１ａ上及び第２集積型素子群４０
における紙面左端に位置する第２電極１３ａ上に半田を
用いて接続している。また、正側の出力端子７は、第２
集積型素子群４０の紙面右端に位置する第１電極１１ｂ
上と接続され、負側の出力端子７は第１集積型素子群３
０の右端に位置する第２電極１３ｂ上にリード線（図示
せず）を介して接続されている。

【００１４】上記の構成によれば、２つの集積型素子群
３０，４０を備えているので、１つの集積型素子群しか
備えない場合に比べて高い電圧を出力することができ
る。例えば、非晶質シリコンを用いた場合１つの光起電
力素子での動作電圧は約０．６Ｖであるので、この素子
を１００個直列接続して１つの集積型素子群とすること
で約６０Ｖの出力電圧を得ることができ、この集積型素
子群を２つ備えることにより約１２０Ｖの動作電圧を得
ることができる。また、光起電力素子の構造を、複数の
ｐｉｎ接合を有する所謂積層型の構造とすると、１つの
光起電力素子の動作電圧を２Ｖ程度にまで高めることが
できるので、２００Ｖ程度の高い動作電圧を得ることが
可能となる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、斯かる高電
圧を出力可能とした太陽電池モジュールにおいて、図１
０に示すように光起電力素子２の裏面に保護層３、接着
層５及び裏面材４を設けたところ、良好な信頼性を得ら
れなかった。

【００１６】そこで、本発明は斯かる課題を解決し、高
電圧を出力できると共に信頼性の良好な太陽電池モジュ
ールを提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明太陽電池モジュー
ルは、絶縁性表面を有する基板上に、互いに電気的に直
列接続された複数個の光起電力素子からなる複数の集積
型素子群を備え、該複数の集積型素子群が分離溝を介し
て並列配置されると共に互いに電気的に直列接続され、
且つ該複数の集積型素子群の裏面側に樹脂からなる接着
層を介して裏面材が接着されてなる太陽電池モジュール
であって、前記接着層は、前記分離部に対応する領域を
除いて前記集積型素子群の裏面を覆うように設けられた
ことを特徴とする。

【００１８】また、前記基板上に、該基板の絶縁性表面
を露出させて前記複数の集積型素子群を囲繞するように
設けられた溝を有し、且つ前記接着層は、該溝に対応す
る領域を除いて前記集積型素子群の裏面を覆うように設
けられたことを特徴とする。

【００１９】さらには、前記光起電力素子が、非晶質半
導体からなることを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】まず、図１に示す構成を用いて、
裏面側に接着層を用いて裏面材を接着した太陽電池モジ
ュールを製造した。太陽電池モジュールの製造工程につ
いて図４〜図７を参照して説明する。尚、図４〜図６は
平面図であり、図７は分解断面図である。また、これら
の図において図１と同様の機能を呈する部分には同一の
符号を付している。

【００２１】まず、図４に示す工程においては、３２５
ｍｍ×８８０ｍｍで厚さ４ｍｍのガラスからなる基板１
上の全面に、熱ＣＶＤ法を用いてＳｎＯ₂膜を形成し
た。このＳｎＯ₂膜の外周部に波長約１．０６μｍのＹ
ＡＧレーザを照射し、外周部を約２００μ幅に枠状に除
去して溝８となる領域を形成した。尚、溝８を形成する
にあたっては必ずしも枠状とする必要はなく、基板１の
外周部において四辺と平行に形成された４本の直線状の
溝を組み合わせた井桁状の形状としても良い。

【００２２】また、分離溝５０に対応する領域のＳｎＯ
₂膜をＹＡＧレーザの照射により約２００μ幅で除去し
た。さらに、ＳｎＯ₂膜を、上記ＹＡＧレーザの照射に
より分離溝５０とは直交する方向に約８ｍｍ間隔で約５
０μｍ幅に線状に除去し、基板１の絶縁性表面を露出せ
しめて第１電極分離溝２１を形成すると共に、複数の第
１電極１１を形成した。この工程により、一列当たり１
００個の第１電極１１を形成した。

【００２３】次いで、図５に示す工程においては、上記
第１電極１１上を覆って基板１の全面に非晶質半導体膜
を形成した。非晶質半導体膜の形成あたっては、プラズ
マＣＶＤ法を用いて膜厚約１００Åのｐ型の非晶質シリ
コンカーバイド層、膜厚約１０００Åの真性の非晶質シ
リコン層、膜厚約２００Åのｎ型の非晶質シリコン層、
膜厚約１００Åのｐ型の非晶質シリコン層、膜厚約１７
００Åの真性の非晶質シリコンゲルマニウム層及び膜厚
約２００Åのｎ型の非晶質シリコン層をこの順に積層
し、所謂積層型の構成に形成した。斯かる構成によれ
ば、１つの光起電力素子あたり、約１Ｖの動作電圧を得
ることができる。

【００２４】そして、第１電極１１上において、第１電
極分離溝２１と平行に、非晶質半導体膜に波長０．５３
μｍのＹＡＧレーザの第２高調波を照射し、該非晶質半
導体膜を溶融除去して光電変換層分離溝２２を形成する
と共に複数の光電変換層１２を形成した。このとき、第
１集積型素子群３０に対応する部分と第２集積型素子群
４０に対応する部分とで、第１電極分離溝２１に対して
それぞれ逆方向に５０μｍずらしてレーザ光を照射し、
非晶質半導体膜を溶融除去した。

【００２５】さらに、図６に示す工程においては、上記
光電変換層１２上を含んで基板１上の全面にスパッタ法
を用いてＡｇ膜を形成した。斯かる工程においてＡｇ膜
が光電変換層分離溝２２中に埋設され、第１電極１１と
接することとなる。そして、ＳｎＯ₂膜の除去により形
成された溝８と分離溝５０の領域内において、Ａｇ膜に
レーザ光を照射し、この領域内におけるＡｇ膜及び光電
変換層１２を完全に除去して基板１の絶縁性表面を露出
させた。尚、溝８の領域内でＡｇ膜及び光電変換層を除
去するにあたっては必ずしも枠状に除去する必要はな
く、直列接続方向（紙面左右方向）と平行な方向のみ溝
状に除去しても良い。また、溝８に対応する領域を除去
するにあたってはＹＡＧレーザを用い、分離溝５０に対
応する領域を除去するにあたってはＹＡＧレーザの第２
高調波を用いた。

【００２６】さらに、光電変換層１２上において、光電
変換層分離部２２と平行にＡｇ膜にＹＡＧレーザの第２
高調波を照射し、Ａｇ膜を線状に溶融除去して第２電極
分離溝２３を形成すると共に、複数の第２電極１３を形
成した。このとき、第１集積型素子群３０に対応する部
分と第２集積型素子群４０に対応する部分とで、光電変
換層分離溝２２に対してそれぞれ逆方向に５０μｍずら
してレーザ光を照射し、Ａｇ膜を溶融除去した。

【００２７】そして、半田メッキ銅箔からなる接続線６
を用いて、図２に示すように第１集積型素子群３０の左
端に位置する第１電極１１ａと、図３に示す第２集積型
素子群４０の左端に位置する第２電極１３ａとを接続し
た。尚、この接続用電極６は、導電性樹脂を用いた印刷
電極等により形成することもできる。

【００２８】さらに、図７の工程においては、印刷法を
用いてエポキシ樹脂を複数の光起電力素子２の表面を覆
って基板１上に塗布し、保護層３を形成した。そして、
保護層３上にＥＶＡシートなどの熱可塑性樹脂シート
５'を介してプラスチックからなる裏面材４を積層し、
真空熱圧着法により保護層３の裏面に裏面材４を接着し
た。

【００２９】そして、以上の工程により製造した太陽電
池モジュールを温度８５℃、湿度９３％の雰囲気中で１
０００時間放置した後に光電変換特性を測定したとこ
ろ、放置前の特性に比べて１５％〜２０％低下してい
た。

【００３０】本発明者らはこのように光電変換特性が低
下した理由について鋭意検討を行い、その原因を次の様
に推察するに至った。

【００３１】再度図１を参照して、第１集積型素子群３
０及び第２集積型素子群４０は、いずれもｎ個の光起電
力素子２から構成されているものとする。ここで、第１
集積型素子群３０における右端からｋ個目の光起電力素
子をａとすると、光起電力素子ａの左側には（ｎ−ｋ）
個の光起電力素子が存在することとなる。また、分離溝
５０を挟んで前記光起電力素子ａと隣接する光起電力素
子をｂとする。この光起電力素子ｂは第２集積型素子群
４０を構成する光起電力素子であり、この素子ｂの左側
にも（ｎ−ｋ）個の光起電力素子が存在することとな
る。従って、これら光起電力素子ａ，ｂ間に生じる電位
差は、光起電力素子１個当たりの電圧をｖとすると、２
（ｎ−ｋ）ｖとなる。即ち、１個当たりの電圧の２（ｎ
−ｋ）倍の電位差が素子ａ，ｂ間に生じることとなる。

【００３２】前述したように非晶質半導体からなる積層
型の光起電力素子１個当たりの動作電圧は約１Ｖである
ので、隣接する光起電力素子間に生じる電位差はたかだ
か１Ｖに過ぎない。然し乍ら、上記のように高電圧を出
力するために複数の集積型素子群を並列配置した構成に
よれば、これら集積型素子群の間には従来よりも大きな
電位差が発生することとなる。

【００３３】例えば、第１及び第２集積型素子群３０，
４０が夫々１００個ずつの光起電力素子から構成される
場合、これら集積型素子群３０，４０における右端から
５０番目の光起電力素子間には、２（１００−５０）×
１＝１００Ｖもの電位差が生じる。さらには、太陽電池
モジュールの動作電圧が２００Ｖの場合、第１及び第２
集積型素子群３０，４０の右端に位置する光起電力素子
間には２００Ｖもの電位差が生じることとなる。

【００３４】ところで、接着層５は前述の通り裏面材４
を接着する役割と共に、外部からの水分の侵入を防止す
る役割を有している。従って、この接着層５としてはＥ
ＶＡ等の撥水性を有する熱可塑性の樹脂が用いられる。

【００３５】然し乍ら、このように撥水性を有する樹脂
からなる接着層５は、容易に水分が侵入しにくい反面、
一旦水分が侵入するとこの水分はなかなか外部に放出さ
れない。そして、上記の様に高電圧を出力できるように
複数の集積型素子群を備えた太陽電池モジュールにあっ
ては、この集積型素子群間に従来よりも大きな電位差が
発生する。従って、接着層５に水分が侵入し、そしてこ
の水分が上記集積型素子群を分離する分離部５０に対応
する位置に移動すると、その水分の量が微量であったと
しても集積型素子群間に生じる電位差が従来よりもはる
かに大きいために、水分を介した電流リークが生じ、光
電変換特性が低下すると考えられる。

【００３６】そこで、本発明においては斯かる課題を解
決するために、分離部５０に対応する領域を除いて集積
型素子群の裏面を覆うように接着層を設けた。

【００３７】（実施例）前述した図７に示す工程におい
て、保護層３上に載置する接着剤シート５'として、図
８の平面図に示す２種類のシートを準備した。同図
（Ａ）に示したのは一般に用いられている方形状の接着
剤シートであり、同図（Ｂ）に示したのは、分離溝５０
に対応する領域５'Ａが若干広めにくり抜かれている形
状の接着剤シートである。そして、同図（Ａ）に示した
接着剤シートを用いて比較例の太陽電池モジュールを製
造すると共に、同図（Ｂ）に示した接着剤シートを用い
て実施例１の太陽電池モジュールを製造し、これらを温
度８０℃、湿度８０％の高温高湿雰囲気中に放置して、
５００時間、１０００時間及び２０００時間放置後の光
電変換特性を測定した。その結果を表１に示す。尚、同
表には、放置後の変換効率の値を放置前の変換効率（初
期特性）に対する相対値で示している。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１に示す如く、比較例の太陽電池モジュ
ールでは放置時間が長くなるにつれて光電変換効率が次
第に低下し、２０００時間放置後では初期特性の８０％
の変換効率しか得られず、信頼性が悪いことがわかる。
一方、実施例１の太陽電池モジュールによれば、上記の
高温高湿雰囲気中に２０００時間放置後も初期特性の９
２％の変換効率が得られており、信頼性が向上している
ことがわかる。

【００４０】このように、実施例１の太陽電池モジュー
ルにより信頼性を向上することができた理由は、分離部
５０に対応する領域に接着層５が存在しないために、例
え接着層５中に水分が侵入したとしても、この水分を介
した集積型素子群３０，４０間でのリーク電流の発生を
防止することができたことによるものと考えられる。

【００４１】また、本発明太陽電池モジュールにおいて
は、集積型素子群３０，４０を囲繞するように溝８が設
けてある。この溝８は、前述したように基板１の側面に
被着した第１電極、光電変換層或いは第２電極を介して
リーク電流が発生することを防止するためのものである
が、この溝８に対応する領域の接着層５に水分が侵入し
た場合にも、この水分を介したリーク電流が発生する可
能性がある。そこで、図９の平面図に示す形状の接着剤
シートを用いて実施例２の太陽電池モジュールを製造し
た。図９に示すように、この接着剤シートにおいては分
離部５０及び溝８に対応する領域５'Ａが若干広めにく
り抜かれている。この実施例２の太陽電池モジュールに
ついても温度８０℃、湿度８０％の高温高湿雰囲気中に
放置して、５００時間、１０００時間及び２０００時間
放置後の光電変換特性を測定した。その結果を表２に示
す。

【００４２】

【表２】

【００４３】同表に示す如く、実施例２の太陽電池モジ
ュールにおいては上記高温・高湿雰囲気中に２０００時
間放置した後も初期効率と略同程度の変換効率を得るこ
とができ、信頼性が向上することがわかった。

【００４４】以上の様に、本発明によれば、高電圧を出
力できると共に信頼性の良好な太陽電池モジュールを提
供することができる。

【００４５】尚、本発明は実施形態に示した構成に限定
されるものではない。例えば以上の実施形態において
は、絶縁性表面を有する基板上に、互いに電気的に直列
接続された複数個の光起電力素子からなる複数の集積型
素子群を２個備えたものについて説明したが、これに限
らず３個以上の集積型素子群を備えたものであっても本
発明を適用することができる。また、本実施形態にあっ
ては正負一対の出力端子を同一の辺に設けたが、正負一
対の出力端子を対向する２辺に夫々設けても良い。

【００４６】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明太陽電池モジ
ュールは互いに電気的に直列接続された複数個の光起電
力素子からなる集積型素子群を複数備え、この複数の集
積型素子群を分離溝を介して並列配置すると共に電気的
に直列接続することにより、従来よりも高い電圧を出力
することのできる高電圧太陽電池モジュールとされてい
る。そして、上記集積型素子群の裏面に接着層を介して
裏面材を接着するにあたり、接着層を、上記分離溝を除
いて上記集積型素子群上に設けるようにしている。この
ため、例え接着層中に水分が侵入したとしても、この水
分を介して上記集積型素子群間でリーク電流が発生する
ことを抑制でき、従って、高い電圧を出力できると共に
高い信頼性を有する太陽電池モジュールを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】高電圧用の太陽電池モジュールの平面図であ
る。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線の断面図である。

【図３】図１におけるＢ−Ｂ線の断面図である。

【図４】図１の太陽電池モジュールの製造工程を説明す
るための平面図である。

【図５】図１の太陽電池モジュールの製造工程を説明す
るための平面図である。

【図６】図１の太陽電池モジュールの製造工程を説明す
るための平面図である。

【図７】図１の太陽電池モジュールの製造工程を説明す
るための断面図である。

【図８】接着剤シートの平面図である。

【図９】別の接着剤シートの平面図である。

【図１０】従来の太陽電池モジュールの断面図である。

【符号の説明】

１…基板、２…光起電力素子、３…保護層、４…裏面
材、５…接着層、３０…第１集積型素子群、４０…第２
集積型素子群、５０…分離部、８…溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性表面を有する基板上に、互いに電
   気的に直列接続された複数個の光起電力素子からなる複
   数の集積型素子群を備え、該複数の集積型素子群が分離
   溝を介して並列配置されると共に互いに電気的に直列接
   続され、且つ該複数の集積型素子群の裏面側に樹脂から
   なる接着層を介して裏面材が接着されてなる太陽電池モ
   ジュールであって、 前記接着層は、前記分離部に対応する領域を除いて前記
   集積型素子群の裏面を覆うように設けられたことを特徴
   とする太陽電池モジュール。
2. 【請求項２】 前記基板上に、該基板の絶縁性表面を露
   出させて前記複数の集積型素子群を囲繞するように設け
   られた溝を有し、且つ前記接着層は、該溝に対応する領
   域を除いて前記集積型素子群の裏面を覆うように設けら
   れたことを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュー
   ル。
3. 【請求項３】 前記光起電力素子が、非晶質半導体から
   なることを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池モ
   ジュール。