JP2006253417A - 太陽電池パネル及び太陽電池パネルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽電池パネルは、基板1と複数の発電セル5とを具備する。基板1は、第1辺1aと第2辺1bと第3辺1cと第4辺1dとを有する。複数の発電セル5は、基板1上に設けられ、第1辺1aに沿って並び、互いに直列に接続されている。第1辺1aの近傍に第1辺1aに沿う第1溝15aと、第2辺1bの近傍に第2辺1bに沿う第2溝15bとを有する。第3辺1cの近傍で第3辺1cに沿う溝及び第4辺1dの近傍で第4辺1dに沿う溝が無い。第1溝15a及び第2溝15bは、複数の発電セル5の表面から基板1の表面へ伸び、基板1の端に達しないように第3辺1c及び第4辺1dの近傍まで伸びている。
【選択図】 図1
Description
ここで、光電変換層(3)は薄膜シリコンのp層、i層、n層を積層したもの、更にはこの複数組みを積層したタンデム型太陽電池を構成していてもよい。第1溝(15a)及び第2溝(15b)は絶縁溝として、発電セル(5)の太陽電池モジュール(6)の端面付近にて透明導電層(2)と裏面電極層(4)との短絡発生部分を電気的に切り離して、発電セル(5)の短絡発生を防止するために重要である。また、太陽電池パネルの端部周辺でシールした領域から外部湿分などが浸入して太陽電池モジュール(6)の性能を低下することを抑制することにも効果がある。
第1溝(15a)及び第2溝(15b)が基板(1)の端に達しないので、基板(1)の端から外部の湿分が浸入して、第1溝(15a)及び第2溝(15b)で毛細管現象が発生して太陽電池モジュール(6)内部まで湿分が浸入することを防止ぐことができる。加えて、太陽電池モジュールの周囲領域(4)に存在していた発電セル(5)の膜を研磨により除去している工程があることにより、第3辺(1c)に沿う溝及び第4辺(1d)に沿う溝は省くことが出来ることが判明した。それにより、第3辺(1c)に沿う溝及び第4辺(1d)に沿う溝が無いので、溝加工の工程の処理時間を短縮できる。すなわち、前記複数の発電セルの表面である前記裏面電極層から前記基板の表面へ伸びる溝であって、太陽電池モジュール(6)の性能低下を抑制し長期信頼性を向上するとともに、太陽電池モジュールの端部の溝加工の工程を短縮することが可能となる。
この距離は、基板端部から外部湿分の浸入を抑制するには周辺領域(4)におけるシートとの健全な接着領域が5mm以上あることが望ましく、周囲領域を確保しながら、太陽電池モジュール(6)の面積を広く取るには10mm以下とすることが望ましい。
第3溝(10)は、基板(1)上に短冊状の複数の発電セル(5)を直列接続して構成させるに必要である。第3溝(10)が基板(1)の端に達しないので、前述の絶縁溝である第1溝(15a)及び第2溝(15b)と同様に、基板(1)の端から外部の湿分が浸入することを防止ぐことができる。すなわち、長期信頼性をより向上させるように太陽電池モジュールの溝加工の工程を適切に行うことができる。
この距離は、前述の絶縁溝である第1溝(15a)及び第2溝(15b)と同様にな判断により、周囲領域を確保しながら、太陽電池モジュールの面積を広く取る上で好ましい。
太陽電池モジュール(6)の周縁領域の発電セル(5)の膜を一部除去して、基板(1)上に露出した部分を、EVA(エチレン酢酸ビニル共重合体)等を介して太陽電池モジュール(6)を封入するバックシートとの接着面とする。この接着面は基板(1)が露出していることが望ましく、透明導電層(2)の導電質部分が残留していると、絶縁特性が低下する場合がある。またこの時、基板(1)上の露出した部分に発生した数10μmレベルの微小な傷や溝が、基板(1)の周りの辺と交わる方向に残留すると、太陽電池パネル端部のシール部分から外部湿分の浸入があった際に、太陽電池モジュール(6)内部まで湿分が浸入することがあることが判明した。
回転砥石研磨で粗削りし、ブラスト研磨で残りの膜を除去するようにすることで、生産効率の低下を抑制しながら、傷や溝の形成を抑えて確実に膜を除去することができる。それにより、太陽電池モジュール(6)の周縁領域のEVA等を介したバックシートとの接着部分に毛細管現象を発生させる傷や溝により、外部湿分が太陽電池モジュール(6)内部に浸入することがなくなり、長期信頼性を低下させずに、太陽電池モジュールの周囲領域の研磨を適切に行うことができる。
砥石は同一番手もしくは更に細かいもので研磨することが好ましい。基板(1)の各辺を横切らないようにしながら周縁部(14)を仕上げ研磨するので、太陽電池パネルの端部から太陽電池モジュール内部に向かう傷や溝を伝って基板(1)の端から外部の湿分が浸入する経路を断ち切ることになり、湿分の浸入を防止ぐことができる。すなわち、太陽電池モジュール(6)の周縁領域のEVA等を介したバックシートとの接着部分に毛細管現象を発生させる傷や溝により、外部湿分が太陽電池モジュール(6)内部に浸入することがなくなり、長期信頼性をより向上させるように太陽電池モジュールの周囲領域の研磨を適切に行うことができる。
また、本発明による太陽電池パネル(図1)を、屋外での過酷な条件を模擬した確認実験も行った。予めAM1.5、全天日射基準太陽光(1000W/m2)で20時間の光暴露を行い性能安定化させた後に、JISC8938で規定された高温高湿試験(温度85℃、湿度85%、評価時間1000時間)にて、性能に変化が無いことを確認した。
基板1としてソーダフロートガラス基板(1.4m×1.1m×板厚:4mm)を使用する。基板端面は破損防止にコーナー面取りやR面取り加工されていることが望ましい。
(2)図5(b):
透明導電層2として酸化錫膜(SnO2)を主成分とする透明電極膜を約500〜800nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。この際、透明電極膜の表面は適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明導電層2として、透明電極膜に加えて、基板1と透明電極膜との間にアルカリバリア膜(図示されず)を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜(SiO2)を50〜150nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。
(3)図5(c):
その後、基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第1高調波(1064nm)を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から入射する。パルス発振:5〜20kHzとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セル5の直列接続方向に対して垂直な方向へ、溝10を形成するように幅約6〜10mmの短冊状にレーザーエッチングする。
溝10は基板1の端より5〜10mmの位置にてエッチングを終了させる。エッチングの終了はレーザー光の停止でも良いが、簡易的には基板1の非レーザーエッチング領域に金属性のマスキング板を設置することで対応が可能である。この基板1の端より5〜10mmの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール6内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈する。
(4)図5(d):
プラズマCVD装置により、減圧雰囲気:30〜150Pa、約200℃にて光電変換層3としてのアモルファスシリコン薄膜からなるp層膜/i層膜/n層膜を順次製膜する。光電変換層3は、SiH4ガスとH2ガスとを主原料に、透明導電層2の上に製膜される。太陽光の入射する側からp層、i層、n層がこの順で積層される。光電変換層3は本実施形態では、p層:BドープしたアモルファスSiCを主とし膜厚10〜30nm、i層:アモルファスSiを主とし膜厚250〜350nm、n層:pドープした微結晶Siを主とし膜厚30〜50nmである。またp層膜とi層膜の間には界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
(5)図5(e)
基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、図の矢印に示すように、光電変換層3の膜面側から入射する。パルス発振:10〜20kHzとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明導電層2のレーザーエッチングラインの約100〜150μmの横側を、溝11を形成するようにレーザーエッチングする。
(6)図6(a)
裏面電極層4としてAg膜/Ti膜をスパッタリング装置により減圧雰囲気、約150℃にて順次製膜する。裏面電極層4は本実施形態では、Ag膜:200〜500nm、これを保護するものとして防食効果の高いTi膜:10〜20nmをこの順に積層する。n層と裏面電極層4との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層3と裏面電極層4との間にGZO(GaドープZnO膜)を膜厚:50〜100nm、スパッタリング装置により製膜して設けても良い。
(7)図6(b)
基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、図の矢印に示すように、基板1側から入射することで、レーザー光が光電変換層3で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層4が爆裂して除去される。パルス発振:1〜10kHzとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明導電層2のレーザーエッチングラインの約250μm〜400μmの横側を、溝12を形成するようにレーザーエッチングする。
(8)図6(c)
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。基板1をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、基板1側から入射することで、レーザー光が透明導電層2と光電変換層3で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層4が爆裂して除去される。パルス発振:1〜10kHzとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板1の端部から5〜15mmの位置を、X方向絶縁溝15を形成するようにレーザーエッチングする。このとき、Y方向絶縁溝は設けない。
溝11は基板1の端より5〜10mmの位置にてエッチングを終了させる。エッチングの終了はレーザー光の停止でも良いが、簡易的には基板1の非レーザーエッチング領域に金属性のマスキング板を設置することで対応が可能である。この基板1の端より5〜10mmの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール6内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈する。
(9)図7(a)
後工程のEVA等を介したバックシートとの健在な接着面を確保するために、基板1周辺(周囲領域14)の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去する。まず、基板の端から5〜15mmで、前述の図6(c)工程で設けた絶縁溝15よりも基板端側における裏面電極層4/光電変換層3/透明導電層2において、初期の粗削りを回転砥石の研磨で行う。初期においては、太陽電池発電セル5の全積層膜厚の50%以上を占める裏面電極層4と光電変換層3の全てと透明導電層2の一部の粗削りを回転砥石の研磨で削る。粗削りの終了後、残りをブラスト研磨で膜の研磨除去を行う。次に、幅3〜5mmの#800炭化珪素系研磨材による回転砥石を用いて仕上げの研磨(ヘアライン処理)により残留した傷や溝においても周辺領域14を横切って太陽電池モジュール6側へと伸びる溝を断ち切る処理を行う。研磨屑や砥粒は基板1を洗浄処理して除去した。
(10)図7(b)
端子箱取付け部分はバックシートに開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層を設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セル5と、他方端部の太陽電池発電セル5とから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール6の全体を覆い、基板1からはみ出さないようにEVA(エチレン酢酸ビニル共重合体)等による充填材シートを配置する。
EVAの上に、防水効果の高いバックシートを設置する。バックシートは本実施形態では防水防湿効果が高いようにPTEシート/AL箔/PETシートの3層構造よりなる。
バックシートまでを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約150〜160℃でプレスしながら、EVAを架橋させて密着させる。
(11)図8(a)
太陽電池モジュール6の裏側に端子箱を接着剤で取付ける。
(12)図8(b)
銅箔と端子箱の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱内部を封止剤(ポッティング剤)で充填して密閉する。これで太陽電池パネルが完成する。
(13)図8(c)
XおよびY方向の太陽電池パネルの全周方向に絶縁溝がある従来工程による太陽電池パネル(図10)と比較を行うために、図8(b)までの工程で形成された太陽電池パネルについて発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、AM1.5、全天日射基準太陽光(1000W/m2)のソーラシミュレータを用いて行う。
(14)図8(d)
発電検査(図8(c))に前後して、所定の性能試験を行う。
(i)絶縁検査:
ラミネートされた太陽電池パネルの出力端子と基板端面やバックシートなど導電部分との間にDC:1000V負荷を印加して抵抗値≧100MΩなることを確認する。
(ii)耐電圧検査
ラミネートされた太陽電池パネルの出力端子と基板端面やバックシートなど導電部分との間にDC:3800V(または2200V)を1分間負荷をかけて、絶縁破壊がないことを確認する。
(iii)高温高湿試験
製造方法の変更を実施したことによる、構造と製造条件が適切であることの最終確認には、屋外での過酷条件を模擬して、JISC8938に従い、20時間光暴露で予め性能を安定させた後に、高温高湿条件:温度85℃、湿度:85%、評価時間1000時間で性能に変化ないことを確認する。(外観変化が無く、初期性能値の95%以上を確保し、性能に変化ないことを確認する。
1a 第1辺
1b 第2辺
1c 第3辺
1d 第4辺
2 透明導電層
3 光電変換層
4 裏面電極層
5 太陽電池発電セル
6 太陽電池モジュール
10、11、12 溝
14 周囲領域
15、15a、15b X方向絶縁溝
21 研磨方向
101 基板
102 透明導電層
103 光電変換層
104 裏面電極層
105 太陽電池発電セル
106 太陽電池モジュール
110、111、112 溝
113 Y方向絶縁溝
114 周囲領域
115 X方向絶縁溝
Claims (10)
- 第1辺と、前記第1辺と対向する第2辺と、前記第1辺と前記第2辺との間の第3辺と、前記第3辺に対向する第4辺とを有する透光性の基板と、
前記基板上に設けられ、前記第1辺に沿って並び、互いに直列に接続された複数の発電セルと
を具備し、
前記複数の発電セルの各々は、
前記基板上に透明導電層と光電変換層と裏面電極層とをこの順で含み、
前記複数の発電セルの表面である前記裏面電極層から前記基板の表面へ伸びる溝であって、前記第1辺の近傍に前記第1辺に沿う第1溝と、前記第2辺の近傍に前記第2辺に沿う第2溝とを有し、前記第3辺の近傍で前記第3辺に沿う溝及び前記第4辺の近傍で前記第4辺に沿う溝が無く、
前記第1溝及び前記第2溝は、前記基板の端に達しないように前記第3辺及び第4辺の近傍まで伸びる
太陽電池パネル。 - 請求項1に記載の太陽電池パネルにおいて、
前記第1溝及び前記第2溝の端は、前記基板の端から5mm以上10mm以下の距離だけ離れている
太陽電池パネル。 - 請求項1又は2に記載の太陽電池パネルにおいて、
前記複数の発電セルは、前記基板上に製膜される第1膜を備え、
前記第1膜は、前記第1辺及び前記第2辺の方向とは異なる方向に伸びる第3溝を有し、
前記第3溝は、前記第1膜の表面から前記基板の表面へ伸び、前記基板の端に達しないように前記第1辺及び第2辺の近傍まで伸びる
太陽電池パネル。 - 請求項3に記載の太陽電池パネルにおいて、
前記第3溝の端は、前記基板の端から5mm以上10mm以下の距離だけ離れている
太陽電池パネル。 - 基板上に透明導電層と光電変換層と裏面電極層とをこの順で含む複数の発電セルを備える太陽電池パネルの製造方法であって、
(a)第1辺と、前記第1辺と対向する第2辺と、前記第1辺と前記第2辺との間の第3辺と、前記第3辺に対向する第4辺とを有する基板上に、前記第1辺に沿って並び、互いに直列に接続された複数の前記発電セルを形成する工程と、
(b)前記第1辺の近傍に前記第1辺に沿う第1溝と、前記第2辺の近傍に前記第2辺に沿う第2溝とを形成する工程と
を具備し、
前記複数の発電セルの表面から前記基板の表面へ伸び、前記第3辺の近傍で前記第3辺に沿う溝及び前記第4辺の近傍で前記第4辺に沿う溝を形成せず、
前記第1溝及び前記第2溝は、前記複数の発電セルの表面から前記基板の表面へ伸び、前記基板の端に達しないように前記第3辺及び第4辺の近傍まで伸びる
太陽電池パネルの製造方法。 - 請求項5に記載の太陽電池パネルの製造方法において、
前記(b)工程は、
(b1)前記第1溝及び前記第2溝の端が前記基板の端から5mm以上10mm以下の距離だけ離れるように前記第1溝及び前記第2溝を形成する工程を備える
太陽電池パネルの製造方法。 - 請求項5又は6に記載の太陽電池パネルにおいて、
前記(a)工程は、
(a1)前記基板に透明導電層を形成する工程と、
(a2)前記透明導電層に前記第1辺及び前記第2辺の方向とは異なる方向に伸びる第3溝を形成する工程と
を備え、
前記第3溝は、前記透明導電層の表面から前記基板の表面へ伸び、前記基板の端に達しないように前記第1辺及び第2辺の近傍まで伸びる
太陽電池パネルの製造方法。 - 請求項7に記載の太陽電池パネルにおいて、
前記(a2)工程は、
(a21)前記第3溝の端が前記基板の端から5mm以上10mm以下の距離だけ離れるように前記第3溝を形成する工程を含む
太陽電池パネルの製造方法。 - 請求項5乃至8のいずれか一項に記載の太陽電池パネルの製造方法において、
(c)シート材を用いて前記基板上に積層された前記複数の発電セルを封止するにあたり、前記複数の発電セル用の膜の一部を除去して露出した面を前記シート材の接着面とする工程を更に具備し、
前記(c)工程は、
(c1)前記基板の周縁部における前記複数の発電セル用の膜を、回転砥石研磨で削る工程と、
(c2)前記(c1)工程の後に、前記基板の周縁部における前記複数の発電セル用の膜を、ブラスト研磨で削る工程と
を備える
太陽電池パネル。 - 請求項9に記載の太陽電池パネルの製造方法において、
(d)前記(c1)工程の後に、前記(c2)工程を行うものと前記(c2)工程を行わないそれぞれの場合において、前記第1辺、前記第2辺、前記第3辺及び前記第4辺を砥石により生じる研磨溝が横切らないようにしながら、前記基板の周縁部を前記砥石で研磨する工程を更に具備する
太陽電池パネルの製造方法。
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