JP2003110123A - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モジュール完成直前に、各太陽電池素子への
逆バイアス印加による良化処理が可能な太陽電池モジュ
ールの製造方法をを提供する。 【解決手段】 裏面保護部材を、導電性フィルム５の両
面に電気絶縁性フィルム６ａ，６ｂを接着したシートと
し、導電性フィルムは、複数個のセルの金属電極層４ａ
に対応して電気的に分離し、かつ、前記両面の電気絶縁
性フィルムは、前記分離された導電性フィルムの中央部
に対応して複数個の孔を有してなり、前記金属電極層と
分離された導電性フィルムとを電気的に接続させた状態
で、接着性樹脂封止材により封止して、分離された導電
性フィルムのモジュール裏面側の各中央部が露出した状
態のサブモジュールを作成し、このサブモジュールにお
ける複数個のセルに対して、隣接する導電性フィルム間
の露出部を介して逆バイアスを印加し、逆バイアス印加
処理を行った後、露出部に樹脂を充填または接着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池モジュ
ールの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、環境保護の立場から、クリーンな
エネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽
電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害で
あることから注目を集めている。同一基板上に形成され
た複数の太陽電池素子が、直列接続されてなる光電変換
装置の代表例は、薄膜太陽電池である。

【０００３】薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コスト
の安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太
陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建
物の屋根や窓などにとりつけて利用される業務用，一般
住宅用にも需要が広がってきている。

【０００４】従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いて
いたが、軽量化、施工性、量産性においてプラスチック
フィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究
開発も進められている。さらに、フレキシブルな金属材
料に絶縁被覆したフィルム基板を用いたものも開発され
ている。このフレキシブル性を生かし、ロールツーロー
ル方式やステッピングロール方式の製造方法により大量
生産が可能となった。

【０００５】上記の薄膜太陽電池は、フレキシブルな電
気絶縁性フィルム基板上に金属電極層からなる第１電極
層、薄膜半導体層からなる光電変換層および透明電極層
が積層されてなる光電変換素子（またはセル）が複数形
成されている。ある光電変換素子の第１電極層と隣接す
る透明電極層を電気的に接続することを繰り返すことに
より、最初の光電変換素子の第１電極層と最後の光電変
換素子の透明電極層とに必要な電圧を出力させることが
できる。例えば、インバータにより交流化し商用電力源
として交流１００Ｖを得るためには、薄膜太陽電池の出
力電圧は１００Ｖ以上が望ましく、実際には数１０個以
上の素子が直列接続される。

【０００６】このような光電変換素子とその直列接続
は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングお
よびそれらの組み合わせ手順により形成される。上記太
陽電池の構成および製造方法の一例は、例えば特開平１
０−２３３５１７号公報や特願平１１−１９３０６号に
記載されている。

【０００７】図３は、上記公報等に記載された薄膜太陽
電池の構成を簡略化して斜視図で示したものである。図
３において、基板６１の表面に形成した単位光電変換素
子６２および基板６１の裏面に形成した接続電極層（金
属電極層）６３は、それぞれ複数の単位ユニットに完全
に分離され、それぞれの分離位置をずらして形成されて
いる。このため、素子６２のアモルファス半導体部分で
ある光電変換層６５で発生した電流は、まず透明電極層
６６に集められ、次に該透明電極層領域に形成された集
電孔６７を介して背面の接続電極層６３に通じ、さらに
該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の外側に形成
された直列接続用の接続孔６８を介して上記素子と隣り
合う素子の透明電極層領域の外側に延びている下電極層
６４に達し、両素子の直列接続が行われている。

【０００８】図４は、前記とは異なる従来のガラス基板
を使用したタイプの直列接続の薄膜太陽電池を示し、図
４（ａ）は非受光面側の薄膜太陽電池面の平面図、
（ｂ）は断面図を示す。

【０００９】ガラス基板１には透明電極層ｕ１，ｕ２，
ｕ３・・・、光電変換層ｓ１，ｓ２，ｓ３・・・および
金属電極層ｅ１，ｅ２，ｅ３・・・が積層され薄膜太陽
電池素子が形成されている。その製造方法の概要を以下
に述べる。

【００１０】先ず、基板１に透明電極層ｕを熱ＣＶＤ法
により製膜し、レーザ加工法を用いて所定の分割数にパ
ターニングする。このとき同時に、薄膜太陽電池とその
周縁も電気的に分離する。

【００１１】次に、ａ−Ｓｉからなる光発電層ｓをプラ
ズマＣＶＤ法を用いて製膜し、薄膜太陽電池の直列方向
に対し直交する方向で、透明電極層ｕのパターニングラ
インと平行にレーザ加工を行う。

【００１２】次いで金属電極層ｅをスパッタ法により製
膜し、光電変換層ｓのパターニングラインと平行にレー
ザ加工するとともに、薄膜太陽電池とその周縁の電気的
分離を行う。

【００１３】以上の工程の結果、透明電極層ｕ1、光電
変換層ｓ1、金属電極層ｅ1−透明電極層ｕ2、光電変換
層ｓ２、金属電極層ｅ２−透明電極層ｕ３、光電変換層
ｓ３、金属電極層ｅ３の順の薄膜太陽電池素子（ユニッ
トセル）の直列接続が完成する。

【００１４】前記のように複数のユニットセルを直列に
接続したものをさらに複数個パネル状に構成して薄膜太
陽電池モジュールとし、建物の屋根や壁もしくは地上に
設けた架台上に設置する。

【００１５】上記薄膜太陽電池モジュールとしては、電
気絶縁性を有するフィルム基板上に形成された太陽電池
を、電気絶縁性の保護材により封止するために、太陽電
池の受光面側および非受光面側の双方に保護層を設けた
ものが知られている。

【００１６】図５は、従来の太陽電池モジュールの模式
的構造の一例を示す。

【００１７】図５において、太陽電池２１は、複数個の
太陽電池素子が直列または並列接続されており、その受
光面側にガラス板（例えば、厚さ３ｍｍ）などの表面保
護部材２２、非受光面側に、一弗化エチレン（商品名：
テドラー、デュポン社製）を両面に接着したアルミニウ
ム箔からなる裏面保護部材３０が設けられ、接着封止性
に優れかつ安価なＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合
樹脂）などの接着性樹脂封止材４０により熱融着封止さ
れている。ＥＶＡとしては、例えば厚さ０．４〜０．８
ｍｍのシート状ＥＶＡが使用される。このＥＶＡは、前
記各部材が積層された後、真空ラミネータを用いて、約
１２０℃〜１６０℃の温度で加熱加圧し、接着固定を行
った後、１３０℃〜１６０℃の乾燥機中で、加熱硬化さ
れる。ガラス板の周囲にはみ出したＥＶＡは切断除去さ
れる。

【００１８】また太陽電池２１は、そのプラス(＋)極と
マイナス(−)極に、内部リード線５０、６０が電気的に
接続され、この内部リード線５０、６０は、裏面保護部
材３０に接着固定された接続端子ボックス７０に、裏面
保護部材３０を貫通して導かれ、接続端子ボックス７０
の内部で外部リード線としてのケーブル８０の芯線９
０、１００と電気接続され、これら全体として太陽電池
モジュール１１０を形成している。

【００１９】なお、前記表面保護部材２２としては、ガ
ラス板などの無機系材料の外に、透明アクリル板などの
有機系材料を用いることもある。また、裏面保護部材３
０としては、上記以外に、フッ素系フィルムなどの有機
系フィルム単体、有機系フィルムと金属箔を貼り合せた
複合材料、もしくは金属板やガラス板などの金属・無機
系材料を用いることもある。

【００２０】図２は、図４に示した薄膜太陽電池を用い
たモジュールの構成の一例を模式的に示す。図２におい
ては、この発明の説明の便宜上、一部の部材を省略して
示す。図２において、２は透光性保護部材としての強化
ガラス、３ａおよび３ｂは接着材としてのＥＶＡ、４は
薄膜太陽電池、４ａは薄膜太陽電池における金属電極層
であって図４における金属電極層ｅに相当する。薄膜太
陽電池におけるその他の層は省略してある。

【００２１】また、図２において、５は裏面保護部材に
おける導電性フィルムとしての例えばアルミニウム箔、
６ａは電気絶縁性フィルムとしての例えば一弗化エチレ
ンである。電気絶縁性フィルムの一方は省略してある。
７は導電性テープで、薄膜太陽電池における２つの取り
出し電極にその一端を接続し、他端は、裏面保護部材に
開けた孔から外部に引き出し、裏面保護部材に固定した
図示しない端子箱内の外部端子に接続される。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
太陽電池モジュールの製造方法においては、下記のよう
な問題がある。

【００２３】薄膜太陽電池の成膜過程において、基板上
に付着しているゴミ等によりピンホールが発生し、前記
下電極層（図３の６４）もしくは金属電極層（図４の
ｅ）と、透明電極層とが電気的に短絡する問題が発生す
る。その理由は、透明電極層の形成時点でピンホール内
にも透明電極が延長して形成されるためと推定される
が、通常は、このピンホールによる局所短絡部は、ユニ
ットセルへの数ボルトの逆バイアスの電圧印加処理によ
り、電気的に分離することができる。その理由は、逆バ
イアスの電圧印加処理によるジュール熱の発生により、
ピンホール内の透明電極が焼却除去されることによるも
のと推定される。

【００２４】前記ピンホールによる局所短絡部は、モジ
ュール化工程前の逆バイアス電圧印加処理により除去で
きるが、モジュール化工程においても、局所短絡が生ず
ることがある。その原因は下記のとおりである。

【００２５】接続電極層や金属電極層は延性が大きく、
またパターニング幅（絶縁幅）が狭い（０．４ｍｍ程
度）ため、モジュール化工程時にスクラッチ等の傷が入
ると絶縁溝を横断して電極層が電気的につながることが
ある。モジュール化工程では、圧力をかけて樹脂封止す
るので、その際に、薄膜層が擦れ損傷が発生するものと
推定される。さらに、図３のような薄膜太陽電池の場
合、フレキシブルな高分子基板に太陽電池を形成する
が、太陽電池を構成する薄膜自体は基板程曲げに強くな
く、ある程度以上の曲率になると、膜が割れて、透明電
極層と接続電極層間が短絡することがある。このような
微小クラックは、前記した接続電極層や金属電極層間の
短絡とは異なり、非可逆的な定常リークとなる。

【００２６】ところで、上記した薄膜太陽電池モジュー
ルにおいては、そのモジュール化工程において、薄膜太
陽電池の前記金属電極層もしくは接続電極層が裏面保護
部材に覆われた後には、各太陽電池素子が絶縁層で被覆
されるので、逆バイアスの電圧を印加することができな
い。従って、モジュール化工程中もしくはモジュール完
成直前に、ピンホールに基づく前記セルの短絡が発生し
た場合に、逆バイアス印加による良化処理ができないと
いう問題があった。

【００２７】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、本発明の課題は、モジュール
完成直前においても、各太陽電池素子への逆バイアス印
加による良化処理が可能な太陽電池モジュールの製造方
法を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、この発明においては、透光性表面保護部材と裏面保
護部材との間に、複数個の太陽電池素子を直列または並
列接続した太陽電池を、接着性樹脂封止材により封止し
てなる太陽電池モジュールの製造方法において、前記裏
面保護部材は、導電性フィルムの両面に電気絶縁性フィ
ルムを接着したシートからなり、前記導電性フィルム
は、前記複数個の太陽電池素子の金属電極層に対応して
電気的に分離し、かつ、前記両面の電気絶縁性フィルム
は、前記分離された導電性フィルムの中央部に対応して
複数個の孔を有してなり、前記太陽電池素子の金属電極
層と前記分離された導電性フィルムとを電気的に接続さ
せた状態で、前記接着性樹脂封止材により封止すること
により、前記分離された導電性フィルムの太陽電池モジ
ュール裏面側の各中央部が露出した状態のサブモジュー
ルを作成し、このサブモジュールにおける前記複数個の
太陽電池素子に対して、隣接する導電性フィルム間の前
記露出部を介して逆バイアスを印加し、逆バイアス印加
処理を行った後、前記露出部に樹脂を充填または接着す
ることにより太陽電池モジュールとなすこととする（請
求項１の発明）。

【００２９】上記製造方法によれば、導電性フィルム分
割数をユニットセルの数と同じにして、導電性フィルム
と薄膜太陽電池サブモジュールを構成する各ユニットセ
ルの金属電極層とを電気的に接続させることにより、モ
ジュール完成直前の逆バイアスによる良化が可能とな
る。

【００３０】また、前記請求項１の発明の実施態様とし
ては、下記請求項２ないし５の発明が好ましい。即ち、
請求項１に記載の製造方法において、前記導電性フィル
ム露出部の太陽電池素子と対向する面に半田を塗布し、
前記太陽電池素子の金属電極層と前記分離された導電性
フィルムとを、半田付けにより接続する（請求項２の発
明）。さらに、請求項１または２に記載の製造方法にお
いて、前記導電性フィルムは、アルミ基板に銀，銅，ニ
ッケル等の導電性被膜を形成してなるものとする（請求
項３の発明）。これにより、導電性フィルムと各ユニッ
トセルの金属電極層との電気的接続が容易となる。

【００３１】さらにまた、請求項１ないし３のいずれか
に記載の製造方法において、前記分離された導電性フィ
ルム面の外周部は、アルマイト処理または絶縁層の形成
により、電気的絶縁処理面とする（請求項４の発明）。
これにより、導電性フィルムの電気的分離状態が確実と
なり、かつ屋外使用時の耐食性が確保できる。

【００３２】また、各ユニットセルの損傷を防止する観
点から、詳細は後述するように、下記請求項５の発明が
好ましい。即ち、請求項１ないし４のいずれかに記載の
製造方法において、前記太陽電池素子の金属電極層と前
記分離された導電性フィルムとの電気的接続は、前記太
陽電池素子の非発電領域において行なう。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１に基づき、太陽電池モジュー
ルの製造方法の実施例について以下に述べる。図１
（ａ）は太陽電池モジュールにおける前記サブモジュー
ル段階の模式的平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−
Ａ線に沿う模式的側断面図、図１（ｃ）および図１
（ｄ）は、サブモジュール形成前の中間段階の模式的平
面図および側断面図を示す。

【００３４】まず、図１（ｃ）および図１（ｄ）に示す
ように、厚さ２ｍｍの強化ガラス２上に接着剤として厚
さ０．４ｍｍのＥＶＡフィルム３ａを置き、薄膜太陽電
池４を置く。薄膜太陽電池４のガラス基板は、前記ＥＶ
Ａフィルム３ａ側とし、金属電極層４ａをその逆側とす
る。なお、強化ガラス２の寸法は、薄膜太陽電池４より
も大きいことが望ましく、また、接着剤であるＥＶＡフ
ィルム３ａは強化ガラス２よりも小さく、薄膜太陽電池
４よりも大きいことが望ましい。

【００３５】ここで、薄膜太陽電池４の取り出し電極
は、図１（ｃ）において、各々プラス（＋）、マイナス
（−）で示す。

【００３６】次に、図１（ａ）および図１（ｂ）は、サ
ブモジュール化後の状態を示すが、本図を参照しつつ、
後段の工程を以下に述べる。前記図１（ｃ）および図１
（ｄ）の段階の薄膜太陽電池モジュールの上部に、接着
材として厚さ０．４ｍｍのＥＶＡフィルム３ｂおよび厚
さ０．３ｍｍの裏面保護部材を置く。ここで、裏面保護
部材は、前述の一弗化エチレンフィルム６ａおよび６ｂ
を両面に接着したアルミニウムフィルム５からなる。一
弗化エチレン６ａ，６ｂおよびアルミニウムフィルム５
の厚さは、それぞれ０．１ｍｍである。

【００３７】ここで、アルミニウムフィルム５は、薄膜
太陽電池４の素子数と同じ数だけ電気的に分割されてい
る。また、アルミニウムフィルム表面は、端部から１０
ｍｍまでをアルマイト処理により電気的に絶縁してい
る。これは、屋外使用時の耐食性を確保するためであ
る。

【００３８】前記ＥＶＡフィルム３ｂと、一弗化エチレ
ンフィルム６ａ，６ｂおよびアルミニウムフィルム５と
からなる裏面保護部材とは、８０℃程度の低温でプレス
することにより、弱く接着しておく。また、前記ＥＶＡ
フィルム３ｂおよび２つの一弗化エチレンフィルム６
ａ，６ｂには、同じ箇所の表裏のアルミニウムフィルム
５が露出するように孔を開けておく。

【００３９】このアルミニウムフィルム５の表面には半
田８を塗布しておき、薄膜太陽電池４を載置したとき
に、各アルミニウムフィルム露出位置が、各薄膜太陽電
池４の金属電極層４ａの中央に位置するようにセットす
る。

【００４０】しかる後に、８０℃の低温で仮接着した
後、半田コテでアルミニウムフィルム露出部に局部的に
熱を加えて半田８を溶かし、薄膜太陽電池４の金属電極
層４ａとアルミニウムフィルム５とを電気的に接続す
る。

【００４１】最後に、１５０℃の温度でプレスすること
により、接着剤のＥＶＡフィルム３ａおよび３ｂを架橋
し、樹脂封止して、サブモジュール化を終了する。図１
（ａ）および（ｂ）は、このサブモジュール化が終了し
た状態を模式的に示す。

【００４２】上記のようにして作製した薄膜太陽電池サ
ブモジュールは、各ユニットセルの金属電極層４ａがア
ルミニウムフィルム５に接続されているので、モジュー
ル化後に、逆バイアス印加による各ユニットセルの良化
処理が可能となる。

【００４３】なお、図１に示す薄膜太陽電池サブモジュ
ールのアルミニウムフィルム５の露出部５ａは、図１
（ａ）に示すように、金属電極層４ａの下端部の非発電
領域に設けられる。また、この露出部は、逆バイアス印
加後、樹脂の充填または接着により電気絶縁処理がなさ
れ、これにより、薄膜太陽電池モジュールを完成する。

【００４４】

【発明の効果】この発明によれば、前述のように、透光
性表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数個の太陽
電池素子を直列または並列接続した太陽電池を、接着性
樹脂封止材により封止してなる太陽電池モジュールの製
造方法において、前記裏面保護部材は、導電性フィルム
の両面に電気絶縁性フィルムを接着したシートからな
り、前記導電性フィルムは、前記複数個の太陽電池素子
の金属電極層に対応して電気的に分離し、かつ、前記両
面の電気絶縁性フィルムは、前記分離された導電性フィ
ルムの中央部に対応して複数個の孔を有してなり、前記
太陽電池素子の金属電極層と前記分離された導電性フィ
ルムとを電気的に接続させた状態で、前記接着性樹脂封
止材により封止することにより、前記分離された導電性
フィルムの太陽電池モジュール裏面側の各中央部が露出
した状態のサブモジュールを作成し、このサブモジュー
ルにおける前記複数個の太陽電池素子に対して、隣接す
る導電性フィルム間の前記露出部を介して逆バイアスを
印加し、逆バイアス印加処理を行った後、前記露出部に
樹脂を充填または接着することにより太陽電池モジュー
ルとなすこととしたので、モジュール完成直前に、各太
陽電池素子への逆バイアス印加による良化処理が可能な
太陽電池モジュールの製造方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に関わる製造工程を説明するサ
ブモジュールの模式的構成図

【図２】従来の太陽電池モジュールの構成を簡略化して
示す模式的構成図

【図３】薄膜太陽電池の構成の一例を簡略化して示す斜
視図

【図４】図３とは異なる薄膜太陽電池の構成例を示す図

【図５】従来の太陽電池モジュールの模式的構造の一例
を示す図

【符号の説明】

２：強化ガラス、３ａ，３ｂ：ＥＶＡフィルム、４：薄
膜太陽電池、４ａ：金属電極層、５：アルミニウムフィ
ルム、５ａ：露出部、６ａ，６ｂ：一弗化エチレンフィ
ルム、８：半田、２２：表面保護部材、３０：裏面保護
部材、４０：接着性樹脂封止材。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性表面保護部材と裏面保護部材との
   間に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した
   太陽電池を、接着性樹脂封止材により封止してなる太陽
   電池モジュールの製造方法において、 前記裏面保護部材は、導電性フィルムの両面に電気絶縁
   性フィルムを接着したシートからなり、前記導電性フィ
   ルムは、前記複数個の太陽電池素子の金属電極層に対応
   して電気的に分離し、かつ、前記両面の電気絶縁性フィ
   ルムは、前記分離された導電性フィルムの中央部に対応
   して複数個の孔を有してなり、 前記太陽電池素子の金属電極層と前記分離された導電性
   フィルムとを電気的に接続させた状態で、前記接着性樹
   脂封止材により封止することにより、前記分離された導
   電性フィルムの太陽電池モジュール裏面側の各中央部が
   露出した状態のサブモジュールを作成し、 このサブモジュールにおける前記複数個の太陽電池素子
   に対して、隣接する導電性フィルム間の前記露出部を介
   して逆バイアスを印加し、逆バイアス印加処理を行った
   後、前記露出部に樹脂を充填または接着することにより
   太陽電池モジュールとなすことを特徴とする太陽電池モ
   ジュールの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の製造方法において、前
   記導電性フィルム露出部の太陽電池素子と対向する面に
   半田を塗布し、前記太陽電池素子の金属電極層と前記分
   離された導電性フィルムとを、半田付けにより接続する
   ことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の製造方法にお
   いて、前記導電性フィルムは、アルミ基板に銀，銅，ニ
   ッケル等の導電性被膜を形成してなることを特徴とする
   太陽電池モジュールの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の製
   造方法において、前記分離された導電性フィルム面の外
   周部は、アルマイト処理または絶縁層の形成により、電
   気的絶縁処理面とすることを特徴とする太陽電池モジュ
   ールの製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の製
   造方法において、前記太陽電池素子の金属電極層と前記
   分離された導電性フィルムとの電気的接続は、前記太陽
   電池素子の非発電領域において行なうことを特徴とする
   太陽電池モジュールの製造方法。