JP2005150570A - Photo voltaic element and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光起電力素子及びその製造方法に関するものであり、特に光起電力素子のシャドウロスを低減し、発電に寄与するアクティブエリアを大きくすることによって、変換効率を向上させた光起電力素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a photovoltaic device and a method for manufacturing the same, and more particularly, a photovoltaic device having improved conversion efficiency by reducing shadow loss of the photovoltaic device and increasing an active area contributing to power generation. The present invention relates to an element and a manufacturing method thereof.
光起電力素子を応用した太陽電池は、火力発電、水力発電等の既存の発電方法の問題を解決する代替エネルギー源として注目されている。 Solar cells using photovoltaic elements are attracting attention as an alternative energy source for solving problems of existing power generation methods such as thermal power generation and hydropower generation.
太陽電池の種類としては、結晶系太陽電池、アモルファス系太陽電池、化合物半導体太陽電池等、多種に渡る太陽電池が研究開発されているが、中でもアモルファス系太陽電池は、変換効率こそ結晶系の太陽電池に及ばないものの、大面積化が容易、且つ、光吸収係数が大きく、又、薄膜で動作する等の結晶系太陽電池にはない優れた特徴を持っており、将来を有望視されている太陽電池の1つである。 As solar cell types, various types of solar cells, such as crystalline solar cells, amorphous solar cells, and compound semiconductor solar cells, have been researched and developed. Although it does not reach the battery, it is easy to increase the area, has a large light absorption coefficient, and has excellent features not found in crystalline solar cells, such as operating with thin films, and is promising for the future. One of the solar cells.
アモルファスシリコン太陽電池の構成としては、例えば、ステンレス等から成る導電性基板の表面上に、裏面電極、半導体層、受光面電極を順次積層した構造が公知である。この受光面電極は、例えば透明導電性酸化物によって形成される。 As a configuration of an amorphous silicon solar cell, for example, a structure in which a back electrode, a semiconductor layer, and a light receiving surface electrode are sequentially laminated on the surface of a conductive substrate made of stainless steel or the like is known. This light receiving surface electrode is formed of, for example, a transparent conductive oxide.
前記透明導電膜の抵抗値は100Ω/□程度であり、通常、太陽電池では抵抗値を下げるため受光面電極上に集電電極が形成される。特許文献1には、このような集電電極の一例として金属ワイヤを使用したワイヤ電極について開示されている。前記ワイヤ電極は、太陽電池の光入射面側に設けられるため、その面積は所謂シャドウロスとなり、太陽電池の発電に寄与するアクティブエリアが減少することとなる。 The resistance value of the transparent conductive film is about 100Ω / □, and normally, in a solar cell, a collector electrode is formed on the light receiving surface electrode in order to lower the resistance value. Patent Document 1 discloses a wire electrode using a metal wire as an example of such a collecting electrode. Since the wire electrode is provided on the light incident surface side of the solar cell, its area becomes a so-called shadow loss, and the active area contributing to power generation of the solar cell is reduced.
上述のワイヤ電極102を光起電力体101上に熱圧着した光起電力素子を図8に示す。図8に示すように、未硬化の最外層の導電性被覆層103aが光起電力体101の受光面に広がり、ワイヤ電極102の断面の光起電力体101と接する部分の幅がワイヤ電極102の断面の最も大きな幅の大きさ以上になり、発電に寄与するアクティブエリアが減少する。
A photovoltaic element obtained by thermocompression bonding the above-described
以上の問題点に鑑み、本発明は、ワイヤ電極の断面の光起電力体と接する部分の導電性被覆層の幅を、前記ワイヤ電極の断面の最も幅の大きな部分よりも小さくすることで、光起電力素子のシャドウロスを低減し、発電に寄与するアクティブエリアを大きくして、発電ロスが少なく初期発電効率の高い光起電力素子及びその製造方法を提供することを目的としたものである。 In view of the above problems, the present invention is to reduce the width of the conductive coating layer in the portion in contact with the photovoltaic body in the cross section of the wire electrode smaller than the widest portion in the cross section of the wire electrode, An object of the present invention is to provide a photovoltaic device and a method for manufacturing the photovoltaic device that reduce shadow loss of the photovoltaic device, increase an active area that contributes to power generation, reduce power generation loss, and have high initial power generation efficiency. .
本発明者は、上述した問題を解決するために鋭意研究開発を重ねた結果、以下のような光起電力素子及びその製造方法が、光起電力素子の発電ロスを低減でき初期発電効率を高くすることができる方法として有効であることを見出した。 As a result of intensive research and development to solve the above-mentioned problems, the present inventor can reduce the power generation loss of the photovoltaic element and increase the initial power generation efficiency. It has been found that this is an effective method.
本発明では、未硬化の導電性被覆層を有する金属ワイヤから成るワイヤ電極が、前記導電性被覆層を介して光起電力体に配設された光起電力素子の製造方法において、前記導電性被覆層の厚みが前記金属ワイヤの半径の0. 13倍以下である前記ワイヤ電極を前記光起電力体上に配設する工程と、前記ワイヤ電極上に前記金属バスバーを戴置する工程と、配設された前記金属ワイヤを前記光起電力体上に熱圧着する工程を有することを特徴とする光起電力素子の製造方法である。 In the present invention, in the method of manufacturing a photovoltaic element in which a wire electrode made of a metal wire having an uncured conductive coating layer is disposed on a photovoltaic body via the conductive coating layer, A step of disposing the wire electrode on the photovoltaic element, the covering layer having a thickness of 0.13 times or less the radius of the metal wire; and placing the metal bus bar on the wire electrode; A method for manufacturing a photovoltaic device, comprising the step of thermocompression bonding the disposed metal wire onto the photovoltaic body.
導電性被覆層の厚みが金属ワイヤの半径の0. 13倍以下であるワイヤ電極を光起電力体上に配設する工程を有することにより、ワイヤ電極の断面の光起電力体と接する部分の導電性被覆層の幅がワイヤ電極の最も幅の大きな部分よりも小さい光起電力素子を製造することができる。 By having a step of disposing on the photovoltaic body a wire electrode in which the thickness of the conductive coating layer is not more than 0.13 times the radius of the metal wire, the section of the wire electrode in contact with the photovoltaic body A photovoltaic device can be produced in which the width of the conductive coating layer is smaller than the widest portion of the wire electrode.
又、前記導電性被覆層の厚みが前記金属ワイヤの半径の0. 027倍以上である前記ワイヤ電極を前記光起電力体上に配設する工程を有することを特徴する光起電力素子の製造方法である。 In addition, the method includes the step of disposing the wire electrode on the photovoltaic body, wherein the conductive coating layer has a thickness of 0.027 times or more the radius of the metal wire. Is the method.
導電性被覆層の厚みが金属ワイヤの半径の0. 027倍以上であるワイヤ電極を光起電力体上に配設する工程を有することにより、導電性被覆層が光起電力素子とワイヤ電極を接着する接着層としての機能を充分に果たすことができる。 The conductive coating layer has a step of disposing a wire electrode having a thickness of 0.027 times or more of the radius of the metal wire on the photovoltaic body, so that the conductive coating layer can connect the photovoltaic element and the wire electrode. A function as an adhesive layer to be bonded can be sufficiently achieved.
又、導電性被覆層が少なくとも2層以上であり、且つ、未硬化の最外層の導電性被覆層を有する金属ワイヤから成るワイヤ電極が前記導電性被覆層を介して光起電力体に配設された光起電力素子の製造方法において、最外層の前記導電性被覆層の厚みが最外層以外の前記導電性被覆層の厚みと前記金属ワイヤの半径の和の0. 13倍以下である前記ワイヤ電極を前記光起電力体上に配設する工程と、前記ワイヤ電極上に前記金属バスバーを戴置する工程と、配設された前記金属ワイヤを前記光起電力体上に熱圧着する工程を有することを特徴とする光起電力素子の製造方法である。 A wire electrode made of a metal wire having at least two conductive coating layers and having an uncured outermost conductive coating layer is disposed on the photovoltaic element via the conductive coating layer. In the photovoltaic device manufacturing method, the thickness of the conductive coating layer of the outermost layer is not more than 0.13 times the sum of the thickness of the conductive coating layer other than the outermost layer and the radius of the metal wire. A step of disposing a wire electrode on the photovoltaic member, a step of placing the metal bus bar on the wire electrode, and a step of thermocompression bonding the disposed metal wire on the photovoltaic member. It is a manufacturing method of the photovoltaic element characterized by having.
導電性被覆層が少なくとも2層以上あるワイヤ電極を光起電力体上に配設する場合、前記導電性被覆層のうち少なくとも最外層の導電性被覆層の厚みが最外層以外の導電性被覆層の厚みと金属ワイヤの半径の和の0. 13倍以下であるワイヤ電極を光起電力体上に配設する工程を有することにより、ワイヤ電極の断面の光起電力体と接する部分の最外層の被覆層の幅がワイヤ電極の最も幅の大きな部分よりも小さい光起電力素子を製造することができる。 In the case where a wire electrode having at least two conductive coating layers is disposed on a photovoltaic element, the conductive coating layer having a thickness of at least the outermost conductive coating layer out of the conductive coating layers other than the outermost layer. The wire electrode having a thickness of 0.13 times or less of the sum of the thickness of the metal wire and the radius of the metal wire is disposed on the photovoltaic body, whereby the outermost layer of the wire electrode cross section in contact with the photovoltaic body It is possible to manufacture a photovoltaic device in which the width of the coating layer is smaller than that of the widest portion of the wire electrode.
又、最外層の前記導電性被覆層の厚みが最外層以外の前記導電性被覆層の厚みと前記金属ワイヤの半径の和の0. 027倍以上である前記ワイヤ電極を前記光起電力体上に配設する工程を有することを特徴する光起電力素子の製造方法である。 In addition, the wire electrode having a thickness of the conductive coating layer of the outermost layer that is not less than 0.027 times the sum of the thickness of the conductive coating layer other than the outermost layer and the radius of the metal wire on the photovoltaic element. A method for producing a photovoltaic device, comprising the step of:
導電性被覆層が少なくとも2層以上あるワイヤ電極を光起電力体上に配設する場合、前記導電性被覆層のうち少なくとも最外層の導電性被覆層の厚みが最外層以外の導電性被覆層の厚みと金属ワイヤの半径の和の0. 027倍以上であるワイヤ電極を光起電力体上に配設する工程を有することにより、最外層の導電性被覆層が光起電力体とワイヤ電極を接着する接着層としての機能を充分に果たすことができる。 In the case where a wire electrode having at least two conductive coating layers is disposed on a photovoltaic element, the conductive coating layer having a thickness of at least the outermost conductive coating layer out of the conductive coating layers other than the outermost layer. A wire electrode having a thickness of 0.027 times or more of the sum of the thickness of the metal wire and the radius of the metal wire is disposed on the photovoltaic body, so that the outermost conductive coating layer is formed on the photovoltaic body and the wire electrode. Can sufficiently function as an adhesive layer for adhering.
又、導電性被覆層を有する金属ワイヤから成るワイヤ電極が配設された光起電力素子において、前記ワイヤ電極の断面の前記光起電力体と接する部分の前記導電性被覆層の幅が、前記ワイヤ電極の断面の最も幅の大きな部分よりも小さいことを特徴とする光起電力素子である。 Further, in the photovoltaic element in which the wire electrode made of a metal wire having a conductive coating layer is disposed, the width of the conductive coating layer in a portion in contact with the photovoltaic body in the cross section of the wire electrode is It is a photovoltaic element characterized by being smaller than the widest part of the cross section of a wire electrode.
本発明によれば、ワイヤ電極が配設された光起電力素子において、ワイヤ電極の断面の光起電力体と接する部分の導電性被覆層の幅が、ワイヤ電極の断面の最も幅の大きな部分よりも小さいことにより、光起電力素子のシャドウロスを低減し、発電に寄与するアクティブエリアを大きくすることができる。 According to the present invention, in the photovoltaic element in which the wire electrode is disposed, the width of the conductive coating layer in the portion in contact with the photovoltaic body in the cross section of the wire electrode is the largest portion in the cross section of the wire electrode. The shadow loss of the photovoltaic element can be reduced and the active area contributing to power generation can be increased.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
先ず、図6(d)に光起電力素子604を示す。図1は光起電力素子604の概略断面図であり、本発明の光起電力体上に熱圧着されたワイヤ電極を示す一例である。図1において、102はワイヤ電極、101は光起電力体である。本発明においてワイヤ電極102は、金属ワイヤ104の周囲を導電性被覆層103でコーティングしたものが用いられている。
First, the
以下に、各項目毎に説明を加える。
(光起電力体)
本発明に係る光起電力体とは、光電変換機能を有する基板である。光電変換層としては、単結晶、薄膜単結晶、多結晶、薄膜多結晶、アモルファスが利用できる。
Below, explanation is added for each item.
(Photovoltaic body)
The photovoltaic element according to the present invention is a substrate having a photoelectric conversion function. As the photoelectric conversion layer, single crystal, thin film single crystal, polycrystal, thin film polycrystal, and amorphous can be used.
ここでは代表例として、アモルファスシリコン系の光起電力体101について詳述する。その一例の断面図を図5(a)〜(c)に示す。
Here, as a typical example, the amorphous silicon-based
図5(a)〜(c)は基板501と反対側の表面から光入射させるタイプのアモルファスシリコン系の光起電力体101の模式的断面図である。図5(a)〜(c)において、501は基板、502は下部電極、503はn型半導体層、504はi型半導体層、505はp型半導体層、506は透明導電膜から成る上部電極を表す。
5A to 5C are schematic cross-sectional views of an amorphous silicon-based
基板501はアモルファスシリコンのような薄膜の光起電力体101の場合に、半導体層503,504,505を機械的に支持する部材であり、導電性のものでも電気絶縁性のものでもよい。より好ましくは電極としても使われるため導電性のものが良い。又、基板501は、半導体層503,504,505を成膜する時の加熱温度に耐える耐熱性が要求される。
In the case of the thin film
導電性の材料としては、例えばFe、Ni、Cr、Al、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pb、Ti等の金属又はこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼等の薄板及びその複合体やカーボンシート、亜鉛メッキ鋼板等が挙げられ、電気絶縁性材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ等の耐熱性合成樹脂のフィルム又はシート又はこれらとガラスファイバー、カーボンファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維等との複合体及びこれらの金属の薄板、樹脂シート等の表面に異種材質の金属薄膜及び/又はSiO2
、Si3 N4 、Al2 O3 、AlN等の絶縁性薄膜をスパッタ法、蒸着法、鍍金法等により表面コーティング処理を行ったもの及びガラス、セラミックス等が挙げられる。
Examples of the conductive material include metals such as Fe, Ni, Cr, Al, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pb, and Ti, or alloys thereof such as thin plates such as brass and stainless steel, and Examples of the electrically insulating material include polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, polyimide, and epoxy. Films or sheets of heat-resistant synthetic resin or composites thereof with glass fibers, carbon fibers, boron fibers, metal fibers, etc., and thin metal plates of these metals, metal thin films of different materials on the surface of resin sheets, etc. and / or SiO 2
, Si3 N4, Al2 O3, AlN, etc., which are subjected to surface coating treatment by sputtering, vapor deposition, plating, etc., and glass, ceramics and the like.
下部電極502は、半導体層503,504,505で発生した電力を取り出すための一方の電極であり、半導体層503に対してはオーミックコンタクトとなる仕事関数を持つことが要求される。材料としては例えば、Al、Ag、Pt、Au、Ni、Ti、Mo、W、Fe、V、Cr、Cu、ニクロム、SnO2
、In2 O3 、ZnO、ITO等の所謂金属体又は合金及び透明導電性酸化物(TCO)等が用いられる。下部電極502の表面は平滑であることが好ましいが、光の乱反射を起こさせる場合にはテクスチャー化しても良い。又、基板501が導電性である場合、下部電極502を設けなくても良い。下部電極502は、例えば、メッキ、蒸着、スパッタ等の公知の方法で形成することができる。
The
A so-called metal body or alloy such as In 2
アモルファス半導体層は、n層503、i層504、p層505を一組としたシングル構成( 図4(a)) だけでなく、pin接合又はpn接合を2組又は3組重ねたダブル構成( 図4(b)) やトリプル構成( 図4(c)) も好適に用いられる。特に、i層である504を構成する半導体材料としては、a−Siの他に、a−SiGe、a−SiC等の所謂IV族及びIV族合金系アモルファス半導体が挙げられる。
The amorphous semiconductor layer has not only a single configuration (FIG. 4 (a)) in which the
アモルファス半導体層の成膜方法としては、例えば、蒸着法、スパッタ法、高周波プラズマCVD法、マイクロプラズマCVD法、ECR法、熱CVD法、LPCVD法等公知の方法を所望に応じて用いる。成膜装置としては、バッチ式の装置や連続成膜装置等が所望に応じて使用できる。 As a method for forming the amorphous semiconductor layer, for example, a known method such as an evaporation method, a sputtering method, a high-frequency plasma CVD method, a microplasma CVD method, an ECR method, a thermal CVD method, or an LPCVD method is used as desired. As the film forming apparatus, a batch type apparatus or a continuous film forming apparatus can be used as desired.
透明導電膜から成る上部電極506は、アモルファスシリコンのようにシート抵抗が高い場合必要であり、且つ、光入射側に位置するために透明であることが必要である。上部電極46の材料としては、例えば、SnO2
、In2 O3 、ZnO、CdO、CdSnO4
、ITO等の金属酸化物が挙げられる。
The
, In2O3, ZnO, CdO, CdSnO4
And metal oxides such as ITO.
又、上記の構成に拘らず同様の機能を実現する構成は全て含み得る。
(光起電力素子)
前記光起電力体に後述する集電電極(ワイヤ電極)及び金属バスバーを取り付け、 光起電力体から電力を取り出せるようにしたものである。
(ワイヤ電極)
本発明に係るワイヤ電極としては、例えば、図2に示したものが挙げられる。
Moreover, all the structures which implement | achieve the same function irrespective of said structure can be included.
(Photovoltaic element)
A collector electrode (wire electrode) and a metal bus bar, which will be described later, are attached to the photovoltaic element so that electric power can be taken out from the photovoltaic element.
(Wire electrode)
Examples of the wire electrode according to the present invention include those shown in FIG.
図2(a)のワイヤ電極102は、金属ワイヤ104が1種類の導電性被覆層103でコーティングされた場合である。図2(b)のワイヤ電極102は、金属ワイヤ104が2種類の導電性被覆層103、即ち、第1被覆層103aと第2被覆層103bでコーティングされた場合である。
The
金属ワイヤ104は、線材として工業的に安定に供給されているものが好ましい。又、金属ワイヤ104の材質としては、比抵抗率が10−4Ωcm以下の金属を用いることが望ましい。
例えば、銅、銀、金、白金、アルミニウム、モリブデン、タングステン等の材料が電気抵抗が低いため好適に用いられる。中でも、銅、銀、金の電気抵抗は低く、望ましい。又、前記金属ワイヤ104の表面に腐食防止、酸化防止、導電性樹脂との接着性向上、電気的導通の改良等の目的から、薄い金属層を形成しても良い。金属ワイヤ104の表面に設ける金属層としては、例えば銀、パラジウム、銀とパラジウムの合金、金等の腐食されにくい貴金属や、ニッケル、錫等の耐食性の良い金属が挙げられる。中でも、金、銀、錫が湿度等の影響を受けにくいため、金属層として好適に用いられる。金属ワイヤ104の表面に設ける金属層の形成方法としては、例えば、メッキ法、クラッド法が好適に用いられる。
The
For example, materials such as copper, silver, gold, platinum, aluminum, molybdenum, and tungsten are preferably used because of their low electric resistance. Of these, copper, silver, and gold have low electrical resistance and are desirable. In addition, a thin metal layer may be formed on the surface of the
前記金属ワイヤ104の断面形状は、所望に応じて適宜選択される。前記金属ワイヤ104の半径は、電気抵抗ロスとシャドウロスの和が最小となるように設計して選択される値である。具体的には、例えばJIS−C−3202に示されるエナメル線用の半径12. 5μm〜0. 5mmまでの銅線が好適に用いられる。より好ましくは、その半径を12. 5μm以上100μm以下とすることで光電変換効率の良い光起電力素子604が得られる。因に、12. 5μmより細い場合は、金属ワイヤ104が切れ易く製造が困難となり、又、電気ロスも大きくなる。
The cross-sectional shape of the
前記金属ワイヤ104は、公知の伸線機によって所望の半径に成形して作られる。伸線機を通過した金属ワイヤ104は硬質であるが、伸び易さや曲げ易さ等は所望の特性に応じて公知の方法でアニールし、軟質にしても良い。
The
一方、図2(a)で示す導電性被覆層103は単層構成の被覆層であり、熱硬化性導電性接着剤或は熱可塑性導電性接着剤により形成される。これらは熱圧着工程によりワイヤ電極102と光起電力体101とを機械的、電気的に接続する機能を持つ。導電性被覆層103を構成する導電性接着剤は、被覆後に未硬化の状態としておき、接着工程を経た後、処理する。好ましくは、接着機能を有する程度に半硬化の状態にすることが望ましい。
On the other hand, the
又、図2(b)で示す導電性被覆層103は、2層構成の被覆層であり、第1被覆層103aと第2被覆層103bから成る。第1被覆層103aは熱硬化性導電性接着剤により形成され、金属ワイヤ104の保護、機械的、電気的な接続を行う。又、金属ワイヤ104によるマイグレーションを防止し、更にワイヤ電極102から光起電力体101の欠陥部分に流れ込む電流を抑制する機能を持つ。第2被覆層103bも又熱硬化性導電性接着剤により形成され、熱圧着工程によりワイヤ電極102と光起電力体101と機械的、電気的に接続する機能を持つ。最外層である第2被覆層103bを構成する導電性接着剤は、被覆後に未硬化の状態としておき、接着工程を経た後、処理する。好ましくは、接着機能を有する程度に半硬化の状態にすることが望ましい。
The
導電性被覆層103は、導電性接着剤から成り、導電性粒子と高分子樹脂とを分散して得られる。
The
導電性粒子は、導電性を付与するための顔料であり、その材料としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト等やIn2
O3 、TiO2 、SnO2 、ITO、ZnO及び前記材料に適当なドーパントを添加した酸化物半導体材料等が好適に用いられる。これらの材料はマイグレーション性が少ないため、例えば薄膜系の半導体層を有する光起電力体101においても使用可能である。
The conductive particles are pigments for imparting conductivity, and examples of the material include carbon black, graphite, and In 2.
高分子樹脂としては、金属ワイヤ104に塗膜を形成し易く、作業性に優れ、柔軟性があり、耐候性が優れた樹脂が好ましい。このような特性を持つ高分子樹脂としては、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂がある。
As the polymer resin, a resin that can easily form a coating film on the
熱硬化性樹脂としては、例えば、ウレタン、エポキシ、フェノール、ポリビニルホルマール、アルキド樹脂或はこれらを変性した樹脂等が好適な材料として挙げられる。取り分け、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂はエナメル線用絶縁被覆材料として用いられており、柔軟性は生産性の面で優れた材料である。 As the thermosetting resin, for example, urethane, epoxy, phenol, polyvinyl formal, alkyd resin, or a resin obtained by modifying these can be cited as a suitable material. In particular, urethane resin, epoxy resin, and phenol resin are used as insulating coating materials for enameled wires, and flexibility is an excellent material in terms of productivity.
熱可塑性樹脂としては、例えば、ブチラール、フェノキシ、ポリアミド、ポリアミドイミド、メラミン、ブチラール、アクリル、スチレン、ポリエステル、フッ素等が好適な樹脂として挙げられる。取り分け、ブチラール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂が、柔軟性、耐湿性、接着性の面で優れた材料であり、ワイヤ電極102の材料として好適に用いられる。
Examples of suitable thermoplastic resins include butyral, phenoxy, polyamide, polyamideimide, melamine, butyral, acrylic, styrene, polyester, and fluorine. In particular, butyral resin, phenoxy resin, polyamide resin, and polyamideimide resin are excellent materials in terms of flexibility, moisture resistance, and adhesiveness, and are preferably used as the material of the
尚、導電性接着剤中には、金属との密着性を向上させる等の目的で、例えばカップリング剤のような添加剤が混入してあっても何ら構わない。 In the conductive adhesive, for example, an additive such as a coupling agent may be mixed for the purpose of improving adhesion to a metal.
前記導電性粒子と前記高分子樹脂とは、好適な比率で混合されるが、導電性粒子を増加すると塗膜としての安定性は悪くなる。又、高分子樹脂を増加すると導電性粒子同士の接触が不良となり、高抵抗化する。従って、良好な比率は、用いる高分子樹脂と導電性粒子及び所望の物性値によって適宜選択されるものである。具体的には、導電性粒子が5体積%〜95体積%とすることで良好な導電性被覆層103が得られる。
The conductive particles and the polymer resin are mixed at a suitable ratio. However, when the conductive particles are increased, the stability as a coating film is deteriorated. Further, when the polymer resin is increased, the contact between the conductive particles becomes poor and the resistance is increased. Therefore, a good ratio is appropriately selected depending on the polymer resin to be used, conductive particles, and desired physical property values. Specifically, a favorable
ワイヤ電極102の熱圧着後の断面図を図3に示す。
A cross-sectional view of the
光起電力体101上にワイヤ電極102を熱圧着すると、図3に示すように、ワイヤ電極102の最外層の導電性被覆層103bが光起電力体101上に広がるため、その接着した幅t1
が光起電力素子604のシャドウロスとなる。従って、発電に寄与するアクティブエリアを大きくして発電ロスを低減するためには、熱圧着後の光起電力体101と接する最外層の導電性被覆層103bの幅t1
を、ワイヤ電極102の断面の最も大きな幅t2 より小さくしなければならない。
When the
Becomes a shadow loss of the
Must be smaller than the largest width t 2 of the cross section of the
熱圧着後のワイヤ電極102を上述の形状にするためには、図4に示すように、金属ワイヤ104の半径をD、未硬化の最外層の導電性被覆層103bの厚みをd1
、それ以外の導電性被覆層103aの厚みをd2 とすると、
d1 =k×(D+d2 )
で表せる関係式のkが0. 13以下となる関係が望ましい。好適には、kが0. 027以上0. 13以下であり、0. 027より小さい場合には、接着層としての機能が不足することがあるため、0. 027以上が望ましい。
In order to make the
When the thickness of the other
d1 = k × (D + d2)
It is desirable that k in the relational expression expressed by can be 0.13 or less. Preferably, k is 0.027 or more and 0.13 or less, and when it is smaller than 0.027, the function as an adhesive layer may be insufficient, so 0.027 or more is desirable.
上述の式でkが0. 027以上0. 13以下の場合に規定される厚みを持つ半硬化の最外層の導電性被覆層103bを有したワイヤ電極102を光起電力体101上に所定の圧力で熱圧着すると、ワイヤ電極102の断面の光起電力体101と接する部分の最外層の導電性被覆層103bの幅をワイヤ電極102の断面の最も大きな幅の大きさより小さくすることができ、シャドウロスを低減しアクティブエリアを大きくした光起電力素子604を作製することができる。
A
又、上記の構成に拘らず同様の機能を実現する構成は全て含み得る。
(金属バスバー)
本発明に係る金属バスバー603は、ワイヤ電極102を流れる電流を更に一端に集めるための集電部である。このような観点から、金属バスバー603に使用する材料としては、比抵抗が低く、且つ、工業的に安定して供給される材料が望ましい。
Moreover, all the structures which implement | achieve the same function irrespective of said structure can be included.
(Metal bus bar)
The
このような材料としては、加工性が良く、安価な銅が好適に用いられる。又、銅を用いる場合には、腐食防止、酸化防止等の目的で、表面に薄い金属層を設けても良い。この表面金属層としては、例えば、銀、パラジウム、パラジウムと銀の合金、又は金等の腐食されにくい貴金属や、ニッケル、半田、錫等の耐食性の良い金属が好適に用いられる。表面金属層の形成方法としては、例えば作製が比較的容易な蒸着法、メッキ法、クラッド法が好適に用いられる。 As such a material, workable and inexpensive copper is preferably used. When copper is used, a thin metal layer may be provided on the surface for the purpose of preventing corrosion, preventing oxidation, and the like. As the surface metal layer, for example, silver, palladium, an alloy of palladium and silver, or a noble metal that is not easily corroded, such as gold, or a metal having good corrosion resistance such as nickel, solder, or tin is preferably used. As a method for forming the surface metal layer, for example, a vapor deposition method, a plating method, or a cladding method, which are relatively easy to produce, are preferably used.
金属バスバー603の厚みは、50μm以上200μm以下が好ましい。50μm以上とすることで、光起電力素子604の発生電流密度に充分対応できるだけの断面積を確保できるとともに、実質上機械的結合部材として使用することができる。
The thickness of the
金属バスバー603は、光起電力素子604の形態によっては何枚設けても良く、特に1枚と限定されるものではない。又、ここで用いる金属バスバー603は、設ける対象となる光起電力体101の大きさとほぼ同程度の長さを有するものが好ましい。形状に関しても特に制限はなく、箔状、円柱状等を用いることができる。
(製造方法)
次に、光起電力体101上にワイヤ電極102を配設する方法の一例を図6(a)〜(d)を用いて詳述する。図6(a)〜(d)は光起電力体101を光入射側から見た場合の正面図である。
(a)上述の光起電力体101を任意の大きさで準備する。
(b)最表面に位置する透明導電膜を除去したライン(所謂エッチングライン)602を形成する。これは、光起電力体101の周辺に存在する短絡箇所が、素子効率に影響を及ぼさないようにする場合に行う処理であって、短絡箇所が無い場合や短絡の程度が無視できるような場合については設ける必要はない。
The
(Production method)
Next, an example of a method for disposing the
(A) The above-described
(B) A line (so-called etching line) 602 from which the transparent conductive film located on the outermost surface is removed is formed. This is a process performed when a short-circuit portion existing around the
又、光起電力体101の端部に、例えば両面テープのような絶縁性の仮固定部材601を配置する。仮固定部材601は、後にワイヤ電極102を、光起電力体101上で仮固定を行うための部材であり、光起電力素子の端部等の裏面電極とのショートの危険性を考えれば、絶縁性の部材であることが好ましい。
(c)次に、導電性被覆層を有する金属ワイヤから成るワイヤ電極102を適当なピッチ間隔で光起電力体101上に載置する。この時点では、光起電力体101の端部の仮固定部材601上のみでワイヤ電極102は固定されている。
(d)金属バスバー603を仮固定部材601上に配置する。その後、所望の温度で加熱硬化を行う。このときに、光起電力体101全面を加熱しても良く、導電性被覆層103を硬化してワイヤ電極102を透明導電層上に固定すると同時に、金属バスバー603とワイヤ電極102を接着固定する。
In addition, an insulating temporary fixing member 601 such as a double-sided tape is disposed at the end of the
(C) Next, the
(D) The
又、上記加熱の工程と同時に、光起電力体101全面を加熱することが望ましい。加熱することによって、透明導電層上でのワイヤ電極102の接着力が向上して信頼性がアップする。圧力は、ワイヤ電極102の導電性被覆層103の厚みによって決定され、光起電力体101と接する部分の導電性被覆層103の幅がワイヤ電極102の最も大きな幅よりも小さくなり、又、光起電力体101を破壊しない程度の圧力以下でなければならない。具体的には、1. 1×105 Pa〜6. 0×105 Pa程度の圧力が好適である。又、上記の構成に拘らず同様の機能を実現する構成は全て含み得る。
Moreover, it is desirable to heat the entire surface of the
以下に本願請求項に沿った実施例について説明するが、本発明の実質的内容は下記実施例の具体的な記述に限定されるものではない。 Examples according to the claims of the present application will be described below, but the substantial contents of the present invention are not limited to the specific descriptions of the following examples.
図6に本発明の第1の実施例を示す。 FIG. 6 shows a first embodiment of the present invention.
先ず、本実施例で使用したワイヤ電極102について説明する。
First, the
ワイヤ電極102として、図3(b)で示すように金属ワイヤ104の周囲に導電性被覆層103が2層コートされたものを作製した。
As the
金属ワイヤ104として、半径40μmの銀クラッド銅ワイヤ(半径39μmの周囲に銀を1μmの厚みでクラッドしたもの)を準備した。
As the
次に、第1被覆層103aとして、カーボン入りウレタン系樹脂ペースト(自社製)を金属ワイヤ104の周囲に5μm±1μmの厚みで塗布した。第1被覆層103aについては、塗布後にIRオーブンにて標準硬化条件である280℃、1分の履歴を通すことによって、完全な硬化膜を作製した。
Next, a urethane-containing resin paste containing carbon (made in-house) was applied as a
次に、別のカーボン入りウレタン系樹脂ペースト(自社製)を使用して、第2被覆層103bを形成した。第2被覆層103bは、5. 8μm±1μmの厚みで塗布を行い、120℃、1分の条件で乾燥した。この条件は、ペースト中に存在する硬化剤の解離温度以下であって、第2被覆層103bは単に溶剤が揮発してタックが無くなった状態にある。
Next, the
このようにして、最外層の第2被覆層103bの厚みが、第1被覆層103aの厚みと金属ワイヤ104の半径の和の0. 027以上であり0. 13倍以下であるφ102μmのワイヤ電極102を作製した。
In this way, the outermost
次に、本実施例では、図4(c)に示す層構成でpin型トリプル構成の光起電力体(アモルファスシリコン系)101を作製した。 Next, in this example, a photovoltaic element (amorphous silicon type) 101 having a pin-type triple structure was manufactured with the layer structure shown in FIG.
先ず、十分に脱脂、洗浄したSUS430BA基板を不図示のDCスパッタ装置に入れ450nm堆積し、その後、ZnOを1000nm堆積して下部電極502を形成した。基板501を取り出し、不図示のマイクロ波プラズマCVD成膜装置に入れ、n層503にシリコン層、i層504にシリコンゲルマニウム層、p層505にシリコン層の順でボトム層を形成した。次に、同様にしてミドル層、トップ層を形成し、半導体層を堆積した。次に、不図示のスパッタ装置に入れ、反射防止効果を兼ねた機能を有する透明導電膜から成る上部電極506としてITOを70nm成膜した。
First, a sufficiently degreased and cleaned SUS430BA substrate was put in a DC sputtering apparatus (not shown) and deposited at 450 nm, and then ZnO was deposited at 1000 nm to form a
以上のようにして基板501に下部電極502、光起電力層( 半導体層) 503,504,505及び上部電極506を堆積した光起電力体101を作製した。
As described above, the
その後、大きさが30cm×30cmで光起電力体101の有効面積が900cm2 となるように塩化第2鉄を主成分とするエッチングペーストと市販の印刷機を用い不要部分の上部電極506を除去した。次に、前述の光起電力体101の有効面積外であって、対向する第1の端部706と第2の端部707の位置に、絶縁性の仮固定部材601を設けた。仮固定部材601としては、厚み100μmのポリイミド基材両面粘着テープを添付することによって形成した。
Thereafter, an unnecessary portion of the
次に、前述のワイヤ電極102が布線機を使用して仮固定部材を設けた光起電力体711上に配設される動作について、図7(a)〜(g)を参照して説明する。
Next, the operation in which the
先ず、布線動作を開始する準備工程として、図7(a)に示すように、ワイヤ電極102をボビン701から巻き出して5mmの間隔でグリッパ704に把持させるとともに、ワイヤ電極102を段差ローラ機構703の部分にプールしておく。又、弛み取り機構702により弛みを取っておく。尚、ワイヤ電極102の先端はグリッパ704から10mm程度突出した状態で、グリッパ704に把持させるようにしておく。
First, as a preparation step for starting the wiring operation, as shown in FIG. 7A, the
その後、図7(b)に示すように、ワークベット705上に上述の光起電力体711を供給し、吸引機構B1により光起電力体711をワークベッド705上に吸着する。 Thereafter, as shown in FIG. 7B, the above-described photovoltaic body 711 is supplied onto the work bed 705, and the photovoltaic body 711 is adsorbed onto the work bed 705 by the suction mechanism B1.
次に、図7(c)に示すように、グリッパ704を前進させ、ワイヤ電極102の先端を光起電力体711の前端部にまで搬送する。このとき、弛み取り機構702は閉じられた状態にあるので、この部分ではワイヤ電極102はクランプされた状態にあり、グリッパ704が前進するに連れて段差ローラ機構703でのワイヤ電極102のプール量は次第に減少する。プール量が減少するとき、ワイヤ電極102には、重りとバランス重りの重さの差分だけの重さが掛かり、一定の張力が与えられる。これにより、ワイヤ電極102が光起電力体711上に弛みのない状態で張り渡されることとなる。
Next, as shown in FIG. 7C, the gripper 704 is advanced, and the tip of the
グリッパ704によりワイヤ電極102の先端が光起電力体711の前端部まで搬送されると、エアシリンダを動作させ、図7(d)に示すように、前端押さえのバネ708のバネ力により50〜100gの力でワイヤ電極102の先端を光起電力体711上に押さえ付ける(仮固定)。そして、図7(e)に示すように、ワイヤ電極102の先端を前端押さえで光起電力体711上に押さえ付けた状態で、エアシリンダを動作させてグリッパ704を開き、元の位置まで後退させる。
When the tip of the
次に、金属バスバー603を仮固定部材601上に配置し、図7(f)に示すように、ヒータープレート710とカッター709を一体的に下降させる。これにより、ワイヤ電極102と金属バスバー601は、ヒータープレート710により光起電力体711上に押させ付けられる。
Next, the
ヒータープレート710とカッター709の下降が終了すると、ヒータープレート710は、ワイヤ電極102を250℃で45秒間加熱し、ワイヤ電極102を光起電力体711上と金属バスバー603に熱圧着する。
When the lowering of the heater plate 710 and the cutter 709 is completed, the heater plate 710 heats the
この熱圧着動作の間に、ワイヤ電極102の切断に備えて、グリッパを閉じてワイヤ電極102をクランプした状態とする。又、カッターを金属バスバー603に略接する位置までシフトさせ切断を行う。
During this thermocompression bonding operation, the
図6(g)に示すように、ワイヤ電極102の熱圧着及び切断が終了すると、ヒータープレート710及びカッター709を上昇させる。
As shown in FIG. 6G, when the thermocompression bonding and cutting of the
以上の工程により、光起電力素子604を得た。
The
本実施例で作成された光起電力素子604のワイヤ電極102の断面において、最外層の導電性被覆層103bの光起電力体101と接する部分の幅が、前記ワイヤ電極102の断面の最も幅の大きな部分よりも小さくすることができた。
(比較例1)
金属ワイヤ104として、半径50μmの銀クラッド銅ワイヤ(半径49μmの周囲に銀を1μmの厚みでクラッドしたもの)を準備した。
In the cross section of the
(Comparative Example 1)
As the
次に、第1被覆層103aとして、カーボン入りウレタン系樹脂ペースト(自社製)を金属ワイヤ104の周囲に5μm±1μmの厚みで塗布した。第1被覆層103aについては、塗布後にIRオーブンにて標準硬化条件である280℃、1分の履歴を通すことによって、完全な硬化膜を作製した。
Next, a urethane-containing resin paste containing carbon (made in-house) was applied as a
次に、別のカーボン入りウレタン系樹脂ペースト(自社製)を使用して、第2被覆層103bを形成した。第2被覆層103bは、20μm±1μmの厚みで塗布を行い、120℃、1分の条件で乾燥した。この条件は、ペースト中に存在する硬化剤の解離温度以下であって、第2被覆層103bは単に溶剤が揮発してタックが無くなった状態にある。このようにして、最外層の第2被覆層103bの厚みが、第1被覆層103aの厚みと金属ワイヤ104の半径の和の0. 13倍より大きい0. 36倍のφ150μmのワイヤ電極102を作製した。
Next, the
上記以外の工程、構成、材料、機能、作用は実施例1と同様であるので省略する。 Processes, configurations, materials, functions, and actions other than those described above are the same as those in the first embodiment, and thus are omitted.
本比較例で作製された光起電力素子604のワイヤ電極102の断面において、最外層の導電性被覆層103bの光起電力体101と接する部分の幅が、前記ワイヤ電極102の断面の最も幅の大きな部分よりも大きくなる。
(比較例2)
金属ワイヤ104として、半径40μmの銀クラッド銅ワイヤ(半径39μmの周囲に銀を1μmの厚みでクラッドしたもの)を準備した。
In the cross section of the
(Comparative Example 2)
As the
次に、第1被覆層103aとして、カーボン入りウレタン系樹脂ペースト(自社製)を金属ワイヤ104の周囲に5μm±1μmの厚みで塗布した。第1被覆層103aについては、塗布後にIRオーブンにて標準硬化条件である280℃、1分の履歴を通すことによって、完全な硬化膜を作製した。
Next, a urethane-containing resin paste containing carbon (made in-house) was applied as a
次に、別のカーボン入りウレタン系樹脂ペースト(自社製)を使用して、第2被覆層103bを形成した。第2被覆層103bは、1. 2μm±1μmの厚みで塗布を行い、120℃、1分の条件で乾燥した。この条件は、ペースト中に存在する硬化剤の解離温度以下であって、第2被覆層103bは単に溶剤が揮発してタックが無くなった状態にある。このようにして、最外層の第2被覆層103bの厚みが、第1被覆層103aの厚みと金属ワイヤ104の半径の和の0. 027倍より小さい0. 026倍のφ92. 4μmのワイヤ電極102を作製した。
Next, the
上記以外の工程、構成、材料、機能、作用は実施例1と同様であるので省略する。 Processes, configurations, materials, functions, and actions other than those described above are the same as those in the first embodiment, and thus are omitted.
本比較例で作製された光起電力素子604のワイヤ電極102の断面において、最外層の導電性被覆層103bの光起電力体101と接する部分の幅が、前記ワイヤ電極102の断面の最も幅の大きな部分よりも小さくなるが、光起電力体101上に熱圧着されたワイヤ電極102が剥がれ易くなり信頼性に問題が生じる。
In the cross section of the
本発明は、光起電力素子とその製造方法に適用して、アクティブエリアを大きくし、シャドウロスによる発電ロスを低減することができ、高い変換効率を得ることができる。 The present invention can be applied to a photovoltaic device and a manufacturing method thereof to increase the active area, reduce power generation loss due to shadow loss, and obtain high conversion efficiency.
101 光起電力体
102 ワイヤ電極
103 導電性被覆層
103a 第1被覆層
103b 第2被覆層
104 金属ワイヤ
105 表面保護層
106 入射光
501 基板
502 下部電極
503 n型半導体
504 i型半導体
505 p型半導体
506 上部電極
601 仮固定部材
602 エッチングライン
603 金属バスバー
604 光起電力素子
701 ボビンカセット
702 弛み取り機構
703 段差ローラ機構
704 グリッパ
705 ワームベット
706 第1の端部
707 第2の端部
708 押さえバネ
709 カッター
710 ヒータプレート
711 光起電力素子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記導電性被覆層の厚みが前記金属ワイヤの半径の0. 13倍以下である前記ワイヤ電極を前記光起電力体上に配設する工程と、前記ワイヤ電極上に前記金属バスバーを戴置する工程と、配設された前記金属ワイヤを前記光起電力体上に熱圧着する工程を有することを特徴とする光起電力素子の製造方法。 In the method of manufacturing a photovoltaic element, in which a wire electrode made of a metal wire having an uncured conductive coating layer is disposed on a photovoltaic body through the conductive coating layer,
A step of disposing the wire electrode on the photovoltaic element, wherein the conductive coating layer has a thickness of not more than 0.13 times the radius of the metal wire; and placing the metal bus bar on the wire electrode. A method of manufacturing a photovoltaic device, comprising: a step; and a step of thermocompression bonding the disposed metal wire onto the photovoltaic body.
最外層の前記導電性被覆層の厚みが最外層以外の前記導電性被覆層の厚みと前記金属ワイヤの半径の和の0. 13倍以下である前記ワイヤ電極を前記光起電力体上に配設する工程と、前記ワイヤ電極上に前記金属バスバーを戴置する工程と、配設された前記金属ワイヤを前記光起電力体上に熱圧着する工程を有することを特徴とする光起電力素子の製造方法。 A wire electrode made of a metal wire having at least two conductive coating layers and having an uncured outermost conductive coating layer is disposed on the photovoltaic element via the conductive coating layer. In the method for manufacturing a photovoltaic device,
The wire electrode in which the thickness of the conductive coating layer of the outermost layer is not more than 0.13 times the sum of the thickness of the conductive coating layer other than the outermost layer and the radius of the metal wire is disposed on the photovoltaic element. A photovoltaic device comprising: a step of placing; a step of placing the metal bus bar on the wire electrode; and a step of thermocompression bonding the disposed metal wire onto the photovoltaic body. Manufacturing method.
前記ワイヤ電極の断面の前記光起電力体と接する部分の前記導電性被覆層の幅が、前記ワイヤ電極の断面の最も幅の大きな部分よりも小さいことを特徴とする光起電力素子。 In a photovoltaic device provided with a wire electrode made of a metal wire having a conductive coating layer,
The photovoltaic element, wherein a width of the conductive coating layer in a portion of the cross section of the wire electrode in contact with the photovoltaic element is smaller than a width of the widest section of the cross section of the wire electrode.
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