JP2002151710A - 薄膜太陽電池の裏面封止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性の高い薄膜太陽電池の裏面封止方法を
提供する。 【解決手段】 薄膜太陽電池の裏面封止方法において、
ガラス基板１上に形成された薄膜太陽電池の裏面上に順
に接合樹脂シート４と封止ガラス板５を重ねた積層体を
用意し、この積層体を真空ラミネータ１００の熱板１４
上に載せてそのラミネータを真空排気し、接合樹脂シー
ト４の溶融後において、ラミネータ１００内のダイヤフ
ラム１２ｂによって封止ガラス板５を０．０２〜０．０
８ＭＰａの範囲内の圧力で押圧し、溶融した接合樹脂４
のゲル化率が５０％に達する前に積層体をラミネータ１
００から硬化炉に移して、そこで接合樹脂４を完全に硬
化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体薄膜太陽電池
に関し、特に薄膜太陽電池の裏面封止方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の方法によって裏面封止さ
れた薄膜太陽電池の一例を示す模式的な断面図である。
なお、本願の各図において、厚さ、長さ、および幅など
は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されてお
り、実際の寸法関係を表わしてはいない。

【０００３】図３に示されているように、薄膜太陽電池
においては、一般に厚さ４ｍｍ程度の透明なガラス基板
１上に光電変換ユニット層２が形成される。光電変換ユ
ニット層２は一般に数μｍ程度の非常に薄い厚さを有
し、基板１上に順に積層された透明導電性酸化物の前面
電極層、半導体光電変換層、および裏面金属電極層を含
んでいる。光電変換ユニット層２の周縁部は、その端面
を保護するために、ガラス基板１の周縁から５ｍｍ程度
後退させられている。光電変換ユニット層２の両端部上
には、たとえば厚さ約２００μｍ程度の銅箔などからな
る出力電流取出電極３が配置される。光電変換ユニット
層２と電流取出電極３は、接合樹脂４とそれによって接
合される保護フィルム５ａとを含む封止保護手段によっ
て保護される。この封止保護手段は、薄膜太陽電池の裏
面側が外界からの物理的または化学的影響を受けること
によって光電変換特性が劣化することを防止するための
ものであり、真空加熱圧着装置を用いて付与され得る。

【０００４】図１において、真空加熱圧着装置の一例と
しての真空ラミネータが模式的な断面図で示されてい
る。この真空ラミネータ１００は下側容器１１と上側容
器１２とを含んでおり、これらは気密シール１３を介し
て互いに着脱可能である。下側容器１１と上側容器１２
とはそれぞれ吸排気ポート１１ａと１２ａを含むととも
に、上側容器１２は合成ゴム製のダイヤフラム部１２ｂ
をも含んでいる。

【０００５】下側容器１１内には、ヒータを内蔵する載
置台１４が設けられており、これは加熱板として作用す
る。予め所定の温度に加熱された載置台１４上には、基
板１が配置される。基板１上には既に光電変換ユニット
層２と電流取出電極３が形成されており、その上に接合
樹脂シート（硬化剤を含む）４と保護材料の層５（図３
の場合は保護フィルム５ａ）が重ねられている。この状
態で、気密シール１３を介して下側容器１１と上側容器
１２とが結合させられ、これら両容器の内部が吸排気ポ
ート１１ａと１２ａを介してロータリポンプ（図示せ
ず）によって排気される。

【０００６】内蔵されたヒータで予め所定温度に昇温さ
れた載置台１４によって接合樹脂シート４が加熱され、
そのシート４は軟化して溶融する。この時点で吸排気ポ
ート１２ａを介して上側容器１２内に大気圧が導入さ
れ、ダイヤフラム１２ｂは保護材料層５上に押圧させら
れる。この状態で、溶融した接合樹脂層４の硬化は、真
空ラミネータ１００内で完全に行なわしめることも可能
である。しかし、真空ラミネータ１００は高価でありか
つ同時に多数枚の薄膜太陽電池を処理できないので、接
合樹脂層４が未硬化または部分的に硬化した段階で薄膜
太陽電池が真空ラミネータ１００から取出され、接合樹
脂層４の完全な硬化は複数枚の薄膜太陽電池を別途の硬
化炉で同時に処理することによって行われるのが一般的
である。

【０００７】なお、封止保護手段の形成のために真空ラ
ミネータが利用される理由は、溶融させられた後に硬化
させられる封止樹脂層４の境界や内部に気泡が混入する
ことを防止するためである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図３に示されているよ
うな従来の封止法による薄膜太陽電池において、保護フ
ィルム５ａとしては、一般にアルミ箔をＰＶＦ（ポリフ
ッ化ビニル）膜でサンドイッチした複合フィルムが用い
られる。ここで、アルミ箔がサンドイッチされているの
は、水分の透過を効果的に阻止するためである。ところ
が、このアルミ箔をサンドイッチしているＰＶＦ膜は薄
いので、場合によってピンホールや傷が発生し、太陽電
池の裏面においてアルミ箔を介するリーク電流を生じる
ことがある。また、水分の存在下においてこのようなリ
ーク電流が流れれば、アルミ箔の腐食が進行することが
ある。

【０００９】このような従来技術における課題に鑑み、
本発明は、より信頼性の高い薄膜太陽電池の裏面封止方
法を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による薄膜太陽電
池の裏面封止方法では、ガラス基板上に形成された薄膜
太陽電池の裏面上に順に接合樹脂シートと封止ガラス板
を重ねた積層体を用意し、その積層体を真空ラミネータ
の熱板上に載せてそのラミネータを真空排気し、接合樹
脂シートの溶融後において、ラミネータ内のダイヤフラ
ムによって封止ガラス板を０．０２〜０．０８ＭＰａの
範囲内の圧力で押圧し、溶融した接合樹脂のゲル化率が
５０％に達する前に積層体をラミネータから硬化炉に移
して、そこで接合樹脂を完全に硬化させることを特徴と
している。

【００１１】封止ガラス板をダイヤフラムで押圧する時
間長さは、３〜５分の範囲内にあることが好ましい。

【００１２】真空ラミネータは、封止ガラス板をダイヤ
フラムで押圧する前に４〜１２分の範囲内の時間だけ予
備真空排気されることが好ましい。

【００１３】接合樹脂シートとしては、硬化剤を含むＥ
ＶＡシートが好ましく用いられ得る。ＥＶＡシートが用
いられる場合には、それを溶融させるための熱板の温度
が１６０〜１８０℃の範囲内にあることが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】アルミ箔をＰＶＦ膜でサンドイッ
チした複合フィルム５ａを利用して薄膜太陽電池の裏面
を封止する従来の方法における前述の問題に鑑み、本発
明者は、その複合保護フィルム５ａの代わりに厚さ３〜
４ｍｍ程度の保護ガラス板を利用する封止方法を検討し
た。なぜならば、ガラス板は複合保護フィルム５ａに比
べてはるかに丈夫であり、水分の透過に対しても優れた
阻止能力を有しているからである。

【００１５】図２は、本発明の方法によって裏面封止さ
れた薄膜太陽電池の一例を模式的な断面図で示してい
る。図２の薄膜太陽電池においても、図３に類似して、
ガラス基板１上に光電変換ユニット層２が形成される。
光電変換ユニット層２の両端部上には、出力電流取出電
極３が配置される。そして、これらの光電変換ユニット
層２と電流取出電極３は、接合樹脂４とそれによって接
合される保護ガラス板５ｂとを含む封止保護手段によっ
て保護される。

【００１６】ところで、薄膜太陽電池の裏面封止のため
に保護フィルム５ａの代わりに保護ガラス板５ｂを利用
した場合には、別の問題が生じることが判明した。これ
は、保護ガラス板５ｂが保護フィルム５ａと異なって剛
性と弾性を有していることから生じる問題である。

【００１７】すなわち、図３の薄膜太陽電池の場合と同
様に光電変換ユニット層２と電流取出電極３が形成され
たガラス基板１上に接合樹脂シート４と保護材料の層
（ただし図２の薄膜太陽電池の場合は保護ガラス板５
ｂ）を重ねて図１の真空ラミネータ１００中でダイヤフ
ラム１２ｂでプレスした後に基板１を取出した場合、そ
の保護ガラス板５ｂが剛性で弾性をも有するので、電流
取出電極３のような凸部の近傍において接合封止樹脂中
に気泡が残留しやすく、また、ダイヤフラム１２ｂによ
るプレスが解放された後に接合樹脂４が部分的にしか硬
化させられていないので、保護ガラス板５ｂにおけるそ
のプレス時の撓みが戻ることによって基板１の周囲で接
合樹脂４に隙間が発生することがある。このような隙間
は、光電変換ユニット層２の周縁部の保護の信頼性を大
きく低下させることになる。

【００１８】ここで、保護ガラス板５ｂの周囲において
接合樹脂４に隙間を生じにくくさせるために、前述のよ
うな別途の硬化炉を用いることなく、真空ラミネータ１
００内でダイヤフラム１２ｂでプレスしたまま接合樹脂
４を完全に硬化させるように長時間保持することも可能
である。しかし、それでは薄膜太陽電池の生産効率が極
めて悪くなり、また高価な真空ラミネータを多数設備し
なければならないことになる。

【００１９】そこで本発明者が検討したところ、接合樹
脂４のゲル化率が５０％未満でより好ましくは３０％未
満の状態の下で、真空ラミネータ１００のダイヤフラム
１２ｂで保護ガラス板５ｂを大気圧より低い０．０２〜
０．０８ＭＰａの圧力範囲内で３分から５分の範囲内の
時間だけプレスすれば、保護ガラス板５ｂの周囲におい
て接合樹脂４に隙間がほとんど生じないことを見出し
た。なお、この場合に、そのプレスの圧力範囲は０．０
２〜０．０６ＭＰａにあることがより好ましい。

【００２０】なお、接合樹脂４のゲル化率またはゲル分
率は、次のようにして測定することができる。たとえ
ば、接合樹脂として硬化剤を含むＥＶＡ（エチレン酢酸
ビニル共重合体）が用いられる場合、まず約１ｇの試料
を切取って精秤する。この試料を１００ｍｌのトルエン
中に１００℃で２時間浸漬する。その後、２００メッシ
ュの金網で未溶解分を濾別し、１００℃の雰囲気中で４
時間以上放置して、トルエン臭がなくなるまで乾燥させ
る。こうして残った未溶解分を秤量し、次式によってゲ
ル分率が算出され得る。

【００２１】ゲル分率＝（未溶解分重量／仕込み重量）
×１００％ダイヤフラム１２ｂのプレス圧は、上側容器
１２の吸排気ポート１２ａに連結されている圧力調整弁
（図示せず）によって調節することができる。ダイヤフ
ラム１２ｂのプレス時間が３〜５分の範囲内であること
が好ましいのは、プレス時間が３分未満では溶融接合樹
脂４中から気泡を追い出すには不十分だからであり、逆
に５分を超えても気泡を追い出す効果が飽和して生産効
率の観点から好ましくないからである。また、接合樹脂
４のゲル化率が小さい方が好ましいのは、より気泡を追
い出しやすくかつ処理時間が少なくてすむからである。

【００２２】他方、ダイヤフラム１２ｂのプレス圧力を
１気圧より小さな値にすれば、電流取出電極３のような
凸部近傍において、溶融接合樹脂４中に気泡が残留しや
すくなるおそれがある。しかし、この問題は、ダイヤフ
ラム１２ｂでプレスする前において真空ラミネータ１０
０の予備真空排気の時間を比較的長くすることによって
防止することができる。すなわち、４〜１２分の範囲内
で予備真空排気することによって、光電変換ユニット層
２と接合樹脂シート４との間およびその接合樹脂シート
４と保護ガラス板５ｂとの間におけるガス成分や吸着ガ
ス分子の大部分を除去することができ、溶融接合樹脂４
の境界や内部に気泡が残留する可能性を低減させること
ができる。なお、予備真空排気時間が４分未満ではガス
成分や吸着ガス分子の除去は不十分となって好ましくな
く、逆に１２分を超えればダイヤフラム１２ｂのプレス
の前に接合樹脂４のゲル化率が進むとともに長い処理時
間を要することにもなるので好ましくない。

【００２３】以下において、上述のような本発明による
薄膜太陽電池の裏面封止方法のいくつかの実施例と比較
例について、図１と図２を参照しつつ説明する。

【００２４】これらの実施例と比較例のいずれにおいて
も、図２に示されているように、厚さ４ｍｍのガラス基
板１上に厚さ数μｍの光電変換ユニット層２が形成さ
れ、その両端部上に厚さ２００μｍの銅箔からなる出力
電流取出電極３が配置された。接合樹脂シート４として
は、硬化剤を含むＥＶＡシートが用いられた。そして、
図１に示された保護材料の層５として、従来の保護フィ
ルム５ａと異なって、厚さ３ｍｍの保護ガラス板５ｂが
用いられた。このような薄膜太陽電池の裏面封止におい
て、真空ラミネータ１００に関するいくつかのパラメー
タがその封止の良否に及ぼす影響が調べられた。その結
果が表１に示されている。ただし、載置台１４の温度は
１７５℃に設定されていた。また、ダイヤフラム１２ｂ
によるプレス時間は３分であった。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１から明らかなように、比較例１におい
てはダイヤフラム１２ｂによるプレス圧力が大きくて
０．１ＭＰａであったので、プレス前の予備真空排気時
間が短い３分であっても、接合樹脂４中の残留気泡は少
なかったが、保護ガラス板５ｂの撓みとその弾性戻りが
大きくて接合樹脂４の周縁部において大きな隙間が発生
した。逆に、比較例２においてはプレス圧力が小さくて
０．０５ＭＰａであったので保護ガラス板５ｂの撓みと
その弾性戻りが小さいことによって接合樹脂４の周縁部
における隙間が小さくなったが、プレス前の予備真空排
気時間が短い３分であったので接合樹脂４内の残留気泡
が多くなった。

【００２７】他方、実施例１〜３においてはダイヤフラ
ム１２ｂのプレス圧力が０．０５ＭＰａと小さかったの
で、保護ガラス板５ｂの撓みとその弾性戻りが小さく
て、接合樹脂４の周縁部における隙間が小さかった。ま
た、ダイヤフラム１２ｂによるプレス前の予備真空排気
の時間も実施例１では４分以上の５分であったので接合
樹脂４中の残留気泡も少なかった。特に、実施例２と３
ではそれぞれ７分と９分の十分な予備真空排気時間が設
けられたので、接合樹脂４中の残留気泡は十分に少なく
なった。

【００２８】なお、以上の実施例では載置台１４の温度
が１７５℃に設定されたが、その温度は１６０〜１８０
℃の範囲内で好ましく設定され得る。この設定温度が高
ければ接合樹脂４が速く溶融するとともにゲル化も速く
進行し、逆に低ければ接合樹脂４の溶融とゲル化を遅ら
せることができる。

【００２９】また、以上の実施例において接合樹脂シー
トとしてＥＶＡシートを用いた例が説明されたが、たと
えば硬化剤を含むＰＶＢ（ポリビニルブチラール）シー
トのように他の適当な接合樹脂シートをも用いることが
できる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来に
比べて信頼性の高い薄膜太陽電池の裏面封止方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 真空ラミネータの一例を示す模式的な断面図
である。

【図２】 本発明による薄膜太陽電池の裏面封止方法を
図解する模式的な断面図である。

【図３】 従来の薄膜太陽電池の裏面封止方法を図解す
る模式的な断面図である。

【符号の説明】

１ ガラス基板、２ 光電変換ユニット層、３ 電流取
出電極、４ 接合樹脂層、５ 保護材料の層、５ａ 複
合保護フィルム、５ｂ 封止ガラス板、１１下側容器、
１１ａ 吸排気ポート、１２ 上側容器、１２ａ 吸排
気ポート、１２ｂ ダイヤフラム、１３ 気密シール、
１４ 載置台、１００ 真空ラミネータ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス基板上に形成された薄膜太陽電池
   の裏面上に順に接合樹脂シートと封止ガラス板を重ねた
   積層体を用意し、 前記積層体を真空ラミネータの熱板上に載せてそのラミ
   ネータを真空排気し、 前記接合樹脂シートの溶融後において、前記ラミネータ
   内のダイヤフラムによって前記封止ガラス板を０．０２
   〜０．０８ＭＰａの範囲内の圧力で押圧し、 前記溶融した接合樹脂のゲル化率が５０％に達する前に
   前記積層体を前記ラミネータから硬化炉に移して、そこ
   で前記接合樹脂を完全に硬化させることを特徴とする薄
   膜太陽電池の裏面封止方法。
2. 【請求項２】 前記封止ガラス板を前記ダイヤフラムで
   押圧する時間長さは３〜５分の範囲内にあることを特徴
   とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の裏面封止方法。
3. 【請求項３】 前記真空ラミネータは、前記封止ガラス
   板を前記ダイヤフラムで押圧する前に４〜１２分の範囲
   内の時間だけ予備真空排気されることを特徴とする請求
   項１または２に記載の薄膜太陽電池の裏面封止方法。
4. 【請求項４】 前記接合樹脂シートは硬化剤を含むＥＶ
   Ａシートであることを特徴とする請求項１から３のいず
   れかの項に記載の薄膜太陽電池の裏面封止方法。
5. 【請求項５】 前記熱板は１６０〜１８０℃の範囲内の
   温度にあることを特徴とする請求項４に記載の薄膜太陽
   電池の裏面封止方法。