JP2001111075A - 薄膜系太陽電池モジュール - Google Patents
薄膜系太陽電池モジュールInfo
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Abstract
を改善する。 【解決手段】 薄膜系太陽電池モジュールは、第1と第
2の主面を有していてソーダライムガラスからなるガラ
ス基板1と、そのガラス基板1の第1主面上に形成され
ていてガラス基板1より高い硬度を有する酸化物保護被
膜2と、ガラス基板1の第2主面上に順次に積層された
透明導電性酸化物電極層3、半導体光電変換層4、およ
び裏面金属電極層5とを含んでいる。
Description
に関し、特に、薄膜系太陽電池モジュールのガラス基板
特性の改善に関するものである。
モジュールには、大別して、単結晶系モジュールと薄膜
系モジュールとがある。
ジュールの大きさの板ガラス(前面カバーガラス)上
に、小面積の単結晶半導体ウェハを用いて形成された太
陽電池セルが20〜30枚程度接合配置されて相互配線
されている。そして、それらの単結晶セルの背面は、E
VAなどの周知の充填剤およびテドラ(登録商標)など
の周知の保護フィルムを用いて封止されて保護されてい
る。
体型モジュール)では、そのモジュールの大きさを有し
ていて前面カバーガラスを兼ねるガラス板上に、直接に
透明電極層、半導体光電変換層、および裏面電極層が順
に積層されている。これらの層は気相堆積とレーザスク
ライブなどによるパターニングとを利用して複数のセル
に分割されているとともに電気的に相互接続(集積化)
されており、これによって所望の電圧と電流の出力が得
られる。薄膜系太陽電池モジュールの背面保護について
は、単結晶系太陽電池モジュールの場合と同様の充填剤
と保護フィルムが用いられ得る。
晶系太陽電池モジュールに比べて、大面積化が容易であ
りかつ低コストで製造し得るという利点を有している。
近年における大面積の薄膜系太陽電池モジュールの寸法
形状を例示すれば、たとえば約90cm×45cmの長
方形の平面的形状を有するものが製造され得る。
ライムガラス(ソーダ石灰ガラス)を意味し、これを単
にソーダガラスまたは石灰ガラスと呼ぶこともある。ソ
ーダライムガラスは、SiO2のみからなる石英(シリ
カ)ガラスに約10〜20%のNa2Oと約5〜15%
のCaOを混入させてその構造を弱くしたものと考える
ことができる。すなわち、ソーダライムガラスは石英ガ
ラスに比べてはるかに低い軟化温度を有し、容易に板ガ
ラスに加工することができる。
池モジュールでは、複数の単結晶セルが接合される前面
カバーガラスとして、優れた機械的強度特性の観点から
一般に強化板ガラスが用いられる。強化板ガラスは、通
常の板ガラスを600℃程度の軟化点近くまで加熱した
後に、冷たい空気を急速かつ均一に吹き付けることによ
って強化される。すなわち、急冷によってガラスの表面
だけが硬化し、その後に内部が冷却するので、その内部
収縮のために表面に圧縮応力が生じる。この表面に残留
する圧縮応力によって、強化板ガラスは、通常の板ガラ
スに比べて、曲げ応力や衝撃応力に関して5倍程度の優
れた機械的強度特性を発揮するのである。
ュールにおいては、前面カバーガラスを兼ねるガラス基
板上に直接に透明導電性酸化物(TCO)の電極層が形
成される。TCOとしては、SnO、ITO(インジウ
ム・錫酸化物)、ZnOなどが用いられ、一般に熱CV
D法によってそのTCO電極層が形成される。そして、
この熱CVD法においてはガラス基板が500〜600
℃程度に昇温されるので、ガラス基板として上述の強化
ガラスを用いたとしても、その強化ガラスの残留歪みが
アニールされて強化効果が消失してしまう。また、TC
O電極層を形成した後に急冷してガラス基板を強化する
ことも考えられるが、そうすればTCO電極層の抵抗率
の増大のように太陽電池モジュールの電気的特性の低下
をもたらすという問題を生じる。したがって、薄膜系太
陽電池モジュールでは、前面カバーガラスを兼ねるガラ
ス基板として通常のソーダライムガラス板が用いられて
いる。
部がアルミのような金属製のフレームに固定されたり、
家屋の屋根上に配置された金属製支持レールに固定され
る。したがって、太陽電池モジュールが太陽光を受けれ
ば、その太陽光エネルギのうちで電気エネルギに変換さ
れ得なかった部分は熱エネルギに変換されて太陽電池モ
ジュールの温度が上昇し、たとえば70〜80℃にも達
し得る。
は、放熱効果を生じ得る金属製フレームまたはレールに
固定されているので、温度上昇が抑制される。その結
果、太陽電池モジュールの周縁部は熱膨張した内側の主
要部から引張応力を受けることになる。特に、近年にお
けるように太陽電池モジュールの面積が大きくなれば、
太陽電池モジュールの内側主要部と周縁部とにおける熱
歪みの絶対量が増大する。したがって、強化ガラスをカ
バーガラスとして用いる単結晶系太陽電池モジュールと
異なって、通常のガラス基板を用いる薄膜系太陽電池モ
ジュールでは、その周縁部からガラス基板が熱歪によっ
て破壊することが起こり得るという問題が生じてきた。
本発明は、薄膜系太陽電池モジュールのガラス基板特性
を改善することを目的としている。
電池モジュールは、第1と第2の主面を有していてソー
ダライムガラスからなるガラス基板と、そのガラス基板
の第1主面上に形成されていてガラス基板より高い硬度
を有する酸化物保護被膜と、ガラス基板の第2主面上に
順次に積層された透明導電性酸化物電極層、半導体光電
変換層、および裏面金属電極層とを含むことを特徴とし
ている。
護被膜の材質としては、SnO、TiO2、Al2O3、
およびSiO2から選択された1つまたはそれらの複合
酸化物が好ましく用いられ得る。
図を参照しつつ、以下において本発明の実施の形態の一
例による薄膜系太陽電池モジュールを説明する。
は、まず、ソーダライムガラス基板1の第1主面上にそ
のガラス基板より高い硬度を有する酸化物保護被膜2が
形成される。ガラス基板より高い硬度を有するそのよう
な酸化物保護被膜の材質としては、たとえばSnO、T
iO2、Al2O3、およびSiO2から選択された1つま
たはそれらの複合酸化物を用いることができる。また、
そのような酸化物保護被膜は、たとえば熱CVD法、ス
パッタリング法、有機金属塗料を塗布した後の焼成など
のように、公知の種々の方法で形成することができる。
なお、保護被膜として酸化物が望まれるのは、ガラス基
板が酸化物であってその酸化物被膜との間で強固な結合
力を生じ得るからである。
は、透明導電性酸化物(TCO)電極層3、半導体光電
変換層4、および裏面金属電極層5が順次に積層され
る。
ITO(インジウム・錫酸化物)、ZnOなどが用いら
れ得る。また、このようなTCO電極層3は、たとえば
熱CVD法によって好ましく形成され得る。TCO電極
層3上には、非晶質および/または微結晶を含む半導体
薄膜光電変換層4が、たとえば周知のプラズマCVD法
を利用して形成され得る。半導体光電変換層4上には、
たとえば銀などからなる裏面電極層3が、たとえば蒸着
法などによって形成され得る。
り高い硬度を有する酸化物保護被膜2を含む薄膜系太陽
電池モジュールは以下のような特徴を有している。
度が5程度であって、高くても6程度までである。すな
わち、ソーダライムガラス基板は、シリカガラスの硬度
7に比べてかなり低い硬度を有している。したがって、
屋外に設置された通常の薄膜系太陽電池モジュールのガ
ラス基板の表面は、シリカやアルミナのような硬質微粒
子を含む砂によって微細な傷を受けやすい。このような
微細な傷は基板表面上における汚れの付着を助長し、太
陽電池モジュールの光電変換効率を低下させる。
高い酸化物保護被膜2を有する薄膜系太陽電池モジュー
ルにおいては、ガラス基板1の外表面における砂による
微細な傷付きを防止し、そのような微細な傷による汚れ
の付着を防止することができる。その結果、ガラス基板
表面における汚れによる太陽電池モジュールの光電変換
効率の低下を防止することができる。
フィスの破壊理論から推測されるように、表面の微細な
傷やマイクロクラックがガラス基板の破壊の開始点とな
り得ると考えられる。したがって、通常の薄膜系太陽電
池モジュールにおいては、そのガラス基板の製造時にお
いてその基板表面にマイクロクラックが導入されている
ことがあり、さらに硬質微粒子を含む砂によって表面に
微細な傷を生じている場合がある。そのようにガラス基
板の表面に微細な欠陥を含む薄膜系太陽電池モジュール
が太陽熱によって熱せられた場合に、金属製のフレーム
や支持レールによって放熱されるガラス基板周縁部にお
いては、その内側の主要部の熱膨張から受ける引張応力
に基づいて、それらの微細な欠陥を起点としてガラス基
板の破壊を生じることがある。
保護被膜を有する薄膜系太陽電池モジュールにおいて
は、ガラス基板2の外表面がそのガラス基板と結合力の
高い高硬度の酸化物保護被膜によって覆われている。し
たがって、ガラス基板1の製造時に導入されたマイクロ
クラックがガラス基板1の表面に存在していたとして
も、それらのマイクロクラックは酸化物保護被膜2によ
って埋め合わされることとなり、破壊の開始点として働
き得なくなる。さらに、ガラス基板1は高硬度の酸化物
保護被膜2によって保護されているので、硬質粒子を含
む砂によって表面に微細な傷を受けることもない。その
結果として、図1に示されているような薄膜系太陽電池
モジュールが太陽熱によって昇温されたときに、その中
央部と金属製フレームまたはレールによって冷却される
周縁部との間に熱歪みが生じたとしても、破壊の開始容
易点としての微細な傷やマイクロクラックが存在しない
ので、そのような熱応力によるガラス基板の破壊が防止
されることになる。
太陽電池モジュールにおいてソーダライムガラス基板1
の外表面にその基板より高い硬度を有する酸化物保護被
膜が形成されているので、硬質粒子を含む砂などによる
ガラス基板の傷付きを防止することができるとともに汚
れ防止の効果をも発揮し、さらに太陽熱による昇温時に
おけるガラス基板の熱応力による破壊を防止することが
できる。
電池モジュールを示す模式的な断面部分図である。
い硬度を有する酸化物保護被膜、3 透明導電性酸化物
電極層、4 半導体薄膜光電変換層、5 裏面金属電極
層。
Claims (2)
- 【請求項1】 第1と第2の主面を有していてソーダラ
イムガラスからなるガラス基板と、 前記ガラス基板の前記第1主面上に形成されていて前記
ガラス基板より高い硬度を有する酸化物保護被膜と、 前記ガラス基板の前記第2主面上に順次に積層された透
明導電性酸化物電極層、半導体光電変換層、および裏面
金属電極層とを含むことを特徴とする薄膜系太陽電池モ
ジュール。 - 【請求項2】 前記酸化物保護被膜は、SnO、TiO
2、Al2O3、およびSiO2から選択された1つまたは
それらの複合酸化物からなることを特徴とする請求項1
に記載の薄膜系太陽電池モジュール。
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JP28658299A JP4338159B2 (ja) | 1999-10-07 | 1999-10-07 | 薄膜系太陽電池モジュール |
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---|---|---|---|---|
DE102010017246A1 (de) * | 2010-06-04 | 2011-12-08 | Solibro Gmbh | Solarzellenmodul und Herstellungsverfahren hierfür |
KR101231258B1 (ko) * | 2011-04-04 | 2013-02-07 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양전지 및 그의 제조방법 |
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1999
- 1999-10-07 JP JP28658299A patent/JP4338159B2/ja not_active Expired - Fee Related
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AU2011291158B2 (en) * | 2010-06-04 | 2014-04-10 | Beijing Apollo Ding Rong Solar Technology Co. Ltd. | Solar cell module and production method therefor |
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