JP2008124496A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サイズに拘わらず１枚当りの電圧が高い高電圧太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】短冊状セルの長辺と交叉するように第一の電極層、光電変換層、第二の電極層を除去してなる絶縁溝部８ａ，８ｂを設け、絶縁溝部により、それぞれの発電時の電流値が実質的に同じになるように区画され、それぞれが絶縁された複数のサブモジュール１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、複数のサブモジュールを直列に接続する接続手段９と、複数のサブモジュールを直列に接続した発電出力を取り出す正負極端子１０ａ，１０ｂと、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高電圧の太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

太陽光のエネルギを直接電気エネルギに変換する光電変換装置である太陽電池の種類として、各種のものが実用化されている。なかでも、薄膜太陽電池モジュールは、大面積化が容易であり、製造コストの低減が期待できる。

薄膜太陽電池モジュールの製造においては、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、及びイオンプレーティング法のような薄膜の堆積工程と、レーザーエッチング法のようなパターンニング工程とが組み合わせて行われる。薄膜太陽電池モジュールは、通常、１枚の基板上に複数の光電変換セルが電気的に直列接続された構造を採用している。

ところで、通常、太陽電池発電システムは所定の出力電圧を得るため、複数の電池モジュールを直列に接続した系統により構成される。実際の住宅屋根等への太陽電池設置に際しては、１つの系統に直列接続される電池モジュールの枚数が多くなると、同じ直列接続系統に属する電池モジュールが異なる複数の屋根面にわたって取り付けられることが起こる。例えば、日照条件（方位、傾斜角）の異なる２つの屋根面にわたり同一系統に属する電池モジュールを設置した場合に、その系統の発電能力は日照条件の悪いほうに、すなわち発電出力の小さいほうの電流値に抑えられてしまう。

また、１つの系統に直列接続される電池モジュールの枚数が多くなると、これをシステム化する場合の結線作業が煩雑になる。すなわち作業者は施工現場で直列に接続される電池モジュールの枚数を各系統毎に数えてそれを覚えておき、当該系統の接続作業が完了した後に次の系統の接続作業に移行して同じ枚数を数え直さなければならないので、作業内容が非常に煩雑になり作業者に負担がかかる。従って、１つの系統に属する電池モジュールの枚数はできるだけ少ないほうが望ましく、また１枚当りの電圧は高くするほうが望ましい。

ところで、従来の太陽電池モジュールにおいて１枚当りの出力電圧を高くする場合は、セルのピッチ間隔を狭くすることによりセル数を増大させていた。例えば、同サイズのモジュールにおいてセルのピッチ間隔を１０ｍｍとした場合と５ｍｍとした場合とを単純に比較してみると、後者では前者の約２倍の電圧が得られる。

しかし、従来の太陽電池モジュールにおいてセルのピッチ間隔を過度に狭くしすぎると、各セル間の非発電部（直列接続部）の面積の割合が増大し、単位面積当たりの発電出力すなわち光電変換効率が低下してしまう。このため、限られた設置スペースでは大きな電力を得ることができない。

とくに一般住宅の屋根瓦の代替品として瓦型太陽電池モジュールを製作する場合は、モジュールサイズがほぼ決まっているので、低い電圧のものしか得られないという問題がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、サイズに拘わらず１枚当りの電圧が高い太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することにある。

本発明に係る太陽電池モジュールは、基板上に、第一の電極層（たとえば透明電極層）、光電変換層、第二の電極層（たとえば裏面電極層）を順次積層してなるセルが、複数、短冊状に形成され、前記複数の短冊状セルは、互いの長辺が隣り合うように配列され、隣接するセル同士が直列に接続された太陽電池モジュールにおいて、前記短冊状セルの長辺と交叉するように第一の電極層、光電変換層、第二の電極層を除去してなる絶縁溝部を設け、前記絶縁溝部により、それぞれの発電時の電流値が実質的に同じになるように区画され、それぞれが絶縁された複数のサブモジュールと、前記複数のサブモジュールを直列に接続する接続手段と、前記複数のサブモジュールを直列に接続した発電出力を取り出す正負極端子と、を具備することを特徴とする。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、基板上に、第一の電極層、光電変換層、第二の電極層を順次積層してなるセルが、複数、短冊状に形成され、前記複数の短冊状セルは、互いの長辺が隣り合うように配列され、隣接するセル同士が直列に接続された太陽電池モジュールにおいて、前記短冊状セルの長辺と交叉するように第一の電極層、光電変換層、第二の電極層を除去してなる絶縁溝部を設け、前記絶縁溝部により、それぞれの発電時の電流値が実質的に同じになるように区画され、それぞれが絶縁された複数のサブモジュールと、前記複数のサブモジュールを直列に接続する接続手段と、前記複数のサブモジュールを直列に接続した発電出力を取り出す正負極端子と、を具備することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法において、（ａ）各サブモジュールに属する複数セルの発電時における電流値の合計が実質的に同じになるように、全体を複数のサブモジュールに分離するための絶縁溝が形成されるべき予定線を設定する工程と、（ｂ）前記絶縁溝予定線の起点にレーザー光の焦点が合うように、レーザー射出部と基板とを位置合せする工程と、（ｃ）レーザー光の照射部位が前記絶縁溝予定線に沿って走査されるように前記レーザー射出部と基板とを相対的に移動させるとともに、前記絶縁溝予定線に沿って光電変換層および第二の電極層をそれぞれ除去して第１の絶縁溝部を形成するとともに、前記絶縁溝予定線に沿って第一の電極層、光電変換層および第二の電極をそれぞれ除去して第２の絶縁溝部を形成し、これら第１および第２の絶縁溝部により互いに絶縁されて素子分離された複数のサブモジュールを形成する工程と、（ｄ）前記互いに絶縁された複数のサブモジュールを直列に接続するために、一方のサブモジュールに属するセルの第二の電極層と他方のサブモジュールに属するセルの第一の電極層とを配線等の接続手段により接続する工程と、（ｅ）前記直列接続されたサブモジュール群の両端のサブモジュールの、一方のサブモジュールに属するセルの第二の電極層と、他方のサブモジュールに属するセルの第一の電極層に、発電出力を取り出す正負極端子を取り付ける工程と、を具備することを特徴とする。

上記の素子分離溝は、最初に幅広のレーザービームを照射して第１の絶縁溝部を形成した後に、同一の走査線に沿って幅狭のレーザービームを照射して第２の絶縁溝部を形成してもよいし、これとは逆に幅狭のレーザービームを照射して最初に第２の絶縁溝部を形成した後に、幅広のレーザービームを照射して第１の絶縁溝部を形成するようにしてもよい。また、図４、図１１、図１３、図１６にそれぞれ示す各種の特殊レーザーエッチング装置を用いて第１及び第２の絶縁溝部を同時に形成するようにしてもよい。すなわち上記工程（ｃ）では、特殊レーザーエッチング装置から少なくとも一部を重ね合わせた状態で異なる２つの波長のレーザー光を照射することにより第１及び第２の絶縁溝部を同時に形成することができる。

上記第２の絶縁溝部は、第１の絶縁溝部のなかに設けられ、第１の絶縁溝部よりも幅狭であることが望ましい。これにより第一の電極層たとえば透明電極層を構成する導電性物質が第２の絶縁溝部の側壁に再付着することが回避され、隣接するサブモジュール間における短絡が有効に防止されるようになる。

また、上記第２の絶縁溝部は、第１の絶縁溝部の両側に隣接するようにしてもよいし、第１の絶縁溝部の片側のみに隣接するようにしてもよい。第２の絶縁溝部の少なくとも一方側の側壁に透明電極層を構成する導電性物質が再付着しなければサブモジュール間の短絡は防止されるからである。

また、上記接続配線は、一方のサブモジュールに属するセルの第二の電極層と他方のサブモジュールに属するセルの第一の電極層とを接続する第１の配線部材と、前記一方のサブモジュールに属するセルの第一の電極層と出力端子（例えば正極）とを接続する第２の配線部材と、前記他方のサブモジュールに属するセルの第二の電極層と出力端子（例えば負極）とを接続する第３の配線部材と、前記第１の配線部材と前記第２の配線部材または第３の配線部材のいずれか一方との間に挿入され、前記第１の配線部材を前記第２の配線部材または第３の配線部材のいずれか一方から絶縁する絶縁性シートとを具備することが好ましい。接続配線は図７〜図１０に示すように種々の方式を採用することができる。また、サブモジュールの数に応じて配線接続線を最短化することが望ましい。

なお、発電機能を有する光電変換層には、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、微結晶シリコン、薄膜結晶シリコン、化合物半導体およびこれらの２つ以上を複合化したものを用いることができる。

本発明によれば、製膜および通常のレーザーエッチング処理を終了した後に、セル分離溝に直交する線に沿って特殊レーザーエッチング法を用いて分離溝を形成し、分離溝により電気的に絶縁されたサブモジュールを相互に配線により接続するので、必要な高電圧の発電回路を得ることができる。

以下、添付の図面を参照しながら本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。

なお、本説明においては、代表例として、基板にガラス、第一の電極層に透明電極、光電変換層にアモルファスシリコンｐｉｎシングル接合、第二の電極層に裏面電極を用いた場合を記載するが、これは特許請求の範囲を何ら制限するものではない。

先ず図１、図２、図５、図７、図８、図９、図１０、図１５を参照して種々の実施形態に係る高電圧太陽電池モジュールについて説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の太陽電池モジュール１Ａは、図１の（ａ）に示すように同面積の２つのサブモジュール１ａ，１ｂを配線９により直列に接続してなるものであり、正負１対の端子１０ａ，１０ｂを備えている。セル６は矩形基板２の短辺と平行に並ぶように短冊状に形成されている。各サブモジュール１ａ，１ｂは同数かつ同面積のセル６を有する。本実施形態の太陽電池モジュールのサイズは縦５００ｍｍ×横４２０ｍｍであり、各サブモジュール１ａ，１ｂには７０個のセル６がそれぞれ形成されている。セル６のピッチ間隔は６．５ｍｍとした。

図２に示すように、隣り合うセル６の裏面電極層５はセル分離溝７ｂによって互いに分離され、分離された隣接の裏面電極層５が光電変換層４および透明電極層３を介して互いに導通している。これにより裏面電極層５−透明電極層３−光電変換層４−裏面電極層５の繰り返し回路（セル直列回路）が形成されている。なお、正極端子１０ａは一方側サブモジュール１ａのセル６の透明電極層３に接続され、負極端子１０ｂは他方側サブモジュール１ｂのセル６の裏面電極層５に接続されている。また、裏面電極層５は保護絶縁膜としてのパッシベーション膜（図示せず）で覆われている。

２つのサブモジュール１ａ，１ｂ間には絶縁溝としての素子分離溝８が基板２の幅方向端部から端部までにわたって一直線に形成されている。この素子分離溝８はサブモジュール１ａ，１ｂの発電面積が同じとなるように短冊状のセル６を長手中央で二分している。これにより第１のサブモジュール１ａのセル６は第２のサブモジュール１ｂのセル６から絶縁されている。

図５に示すように、素子分離溝８は、幅広の第１の絶縁溝部８ｂと幅狭の第２の絶縁溝部８ａとで構成され、パルス発振により生成されたレーザービームを使用したレーザスクライブ法により形成される。レーザービーム３２，３５は透明基板２の側から薄膜太陽電池モジュール１に入射されるようになっている。第１のレーザービーム３２が照射された部分は光電変換層４および裏面電極層５が幅広に除去され、第１の絶縁溝部８ｂとなる。第２のレーザービーム３５が照射された部分はさらに透明電極層３が幅狭に除去され、第２の絶縁溝部８ａとなる。

第１の絶縁溝部８ｂの幅Ｗ１は２００〜１０００μｍとし、第２の絶縁溝部８ａの幅Ｗ２は１００〜５００μｍとすることが望ましい。

このような素子分離溝８は、最初に第１のレーザービーム３２を照射して第１の絶縁溝部８ｂを形成した後に、同一の走査線に沿って第２のレーザービーム３５を照射して第２の絶縁溝部８ａを形成してもよいし、これとは逆に第２のレーザービーム３５を照射して最初に第２の絶縁溝部８ａを形成した後に、第１のレーザービーム３２を照射して第１の絶縁溝部８ｂを形成するようにしてもよい。また、図４に示す特殊レーザーエッチング装置２０又は図１１に示す特殊レーザーエッチング装置４０を用いて第１及び第２の絶縁溝部８ａ，８ｂを同時に形成するようにしてもよい。

光電変換層４のうちレーザービーム３２が照射された部分は、透明電極層３から離脱する。このとき、裏面電極層５のうちレーザービーム３５が照射される部分は、光電変換層４が離脱するときに生じる圧力によって光電変換層４と共に離脱する。その結果として幅広の第１の絶縁溝部８ｂが形成される。

なお、図４に示す特殊レーザーエッチング装置２０を用いて第１及び第２の絶縁溝部８ａ，８ｂを同時に形成する場合は、図３に示すように第１の絶縁溝部８ｂの幅Ｗ１は楕円レーザービーム断面の長軸３２ａの長さに等しく、第２の絶縁溝部８ａの幅Ｗ２は楕円レーザービーム断面の長軸３５ａの長さに等しくなる。

この場合に、透明電極層３は幅広のレーザービーム３２が照射されたとしても透明基板２から離脱しない。その結果、第１の溝部８ｂの内壁８ｄと第２の溝部８ａの内壁８ｃとの位置がずれる。このように第１の内壁８ｄと第２の内壁８ｃとの位置がずれることにより、透明電極層３を構成する物質が第１の内壁８ｄに再付着しにくくなる。

第１及び第２の内壁８ｃ，８ｄのシフト量ΔＷは、およそ（Ｗ１−Ｗ２）／２となり、例えば５０μｍ以上とすることが好ましい。ちなみに透明電極層３、光電変換層４、裏面電極層５の厚さは、それぞれ約０．７μｍ、約０．３μｍ、約０．３μｍである。このように、シフト量ΔＷは各層３，４，５の膜厚に比べて極めて大きい。従って、透明電極層３を構成する物質が離脱して第１の内壁８ｄに再付着することが有効に防止される。

内壁８ｃ，８ｄのシフト量ΔＷは、楕円レーザービーム３２，３５の長軸３２ａ，３５ａの長さを制御することにより調整される。楕円レーザービーム３２，３５の長軸３２ａ，３５ａの長さは後述の円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）２２，２３，２７，２８の曲率により調整することができる。

次に、図４を参照しながら特殊レーザーエッチング装置２０について説明する。

特殊レーザーエッチング装置２０は、第１のＹＡＧレーザー発振器発振器２１、シリンドリカル凹レンズ２２、シリンドリカル凸レンズ２３、ミラー２４、ダイクロイックミラー２５、第２のＹＡＧレーザー発振器発振器２６、凹レンズ２７、凸レンズ２８、シリンドリカル凸レンズ２９、シリンドリカル凹レンズ３０を備えている。

第１のＹＡＧレーザー発振器２１は、波長λ₁（＝５３２ｎｍ）のレーザービーム３１を発振する。レーザービーム３１は、シリンドリカル凹レンズ２２およびシリンドリカル凸レンズ２３を通過することにより拡大および変形され、断面が楕円形状の幅広のレーザービーム３２となる。さらに、楕円レーザービーム３２は、ミラー２４により反射され、ダイクロイックミラー２５に入射されるようになっている。

第２のＹＡＧレーザー発振器２６は、波長λ₂（＝１０６４ｎｍ）のレーザービーム３３を発振する。レーザービーム３３は、凹レンズ２７及び凸レンズ２８により径が拡大され、レーザービーム３４が生成される。さらに、レーザービーム３４は、シリンドリカル凸レンズ２９及びシリンドリカル凹レンズ３０によってｙ軸方向の径が縮小され、その断面が楕円形状のレーザービーム３５となる。図３に示すように、楕円レーザービーム３５の長軸３５ａはｘ軸方向になり、その短軸３５ｂはｙ軸方向になる。同様に楕円レーザービーム３２の長軸３２ａはｘ軸方向になり、その短軸３２ｂはｙ軸方向になる。さらに、楕円レーザービーム３５は、前述のダイクロイックミラー２５に入射される。

ダイクロイックミラー２５は、波長が６００ｎｍ以下の光は反射するが、波長が６００ｎｍより大きい光は透過させるミラーである。このためダイクロイックミラー２５は、第１のレーザービーム３２を反射し、かつ、第２のレーザービーム３５を通過させる。このダイクロイックミラー２５により２つのレーザービーム３２，３５が同軸に重ね合わされ、薄膜太陽電池モジュール１に透明基板２のほうから入射される。

次に、上記の特殊レーザーエッチング装置２０を用いて素子分離溝８を形成する場合について説明する。以下の説明ではレーザービーム３２，３５の入射方向（板厚方向）をｚ軸とし、レーザービーム３２，３５の走査方向（素子分離溝８の長手方向）をｙ軸とし、レーザービーム３２，３５の走査方向に直交する方向（セル分離溝７ｂの長手方向）をｘ軸とする。

図３に示すように、レーザービーム３２，３５は、断面がそれぞれ楕円形状をなしている。楕円レーザービーム３２，３５の長軸３２ａ，３５ａはｘ軸方向に延び、短軸３２ｂ，３５ｂはｙ軸方向に延びる。ここで、第１レーザービームの長軸３２ａの長さ２Ｒ１は２００μｍ程度とし、第２レーザービームの長軸３５ａの長さ２Ｒ３は１００μｍ程度とする。

図６は、横軸にレーザー照射位置をとり、縦軸にレーザービームの光強度（arb.unit）をとって、中心点Ｏを通りｘ軸方向に沿ったレーザービーム３２，３５の光強度の分布を示す特性線図である。ｘ軸方向に沿ったレーザービーム３２，３５の光強度の分布は、概ねガウス分布である。この図において、中心領域はｘ₂≦ｘ≦ｘ₃が該当し、周辺領域はｘ₁≦ｘ≦ｘ₂及びｘ₃≦ｘ≦ｘ₄がそれぞれ該当する。

二重レーザービーム３２，３５は、その中心Ｏの近傍にある中心領域と、この中心領域を包囲する周辺領域とからなる。中心領域内におけるレーザービーム３５の光強度は、図６に示すように、透明電極層３が透明基板２から離脱する光強度ＩＴＣＯよりも大きい。

一方、周辺領域におけるレーザービーム３２の光強度は、図６に示すように、透明電極層３が透明基板２から離脱する光強度ＩＴＣＯよりも小さく、光電変換層４が透明電極層３から離脱する光強度ＩＳＣよりも大きい。かかる光強度を有する周辺領域は、意図的に、又は、積極的に形成されている。レーザービームの光強度は、一般にガウス分布に従って分布する。従って、透明電極層３が透明基板２から離脱する光強度ＩＴＣＯよりも大きい光強度を有するレーザービーム３２には周辺領域に相当する光強度を有する領域となる。本実施形態のように、意図的に、又は、積極的に、周辺領域が広く設けられることは、短絡しにくい素子分離溝８が形成される点で有利である。

以上に説明された構造を有するレーザービーム３２，３５が、薄膜太陽電池モジュール１に入射され、走査されて、素子分離溝８が形成される。なお、レーザービーム３２，３５は公知の走査装置（図示されない）により走査される。

次に、図７〜図１０を参照しながら配線方法について説明する。

素子分離されたモジュール１をラミネート処理装置（図示せず）に搬送し、図７に示すように、絶縁性接着シートとしてのＥＶＡシート１１、配線部材としての銅箔９ａ，９ｂ，９ｃ、保護カバーシート１２を重ね合わせ、加熱下で一括に加圧プレスして一体化させる。ＥＶＡシート１１の両短辺の近傍には孔１１ａが２つずつ開口している。

第１の銅箔９ａは、孔１１ａに充填された導電性ペースト１３を介して第１サブモジュール１ａの一方端部セル６の透明電極層３に一端部が接触導通され、他端部がリード９を介して正極端子１０ａに接続されている。第２の銅箔９ｂは、孔１１ａに充填された導電性ペースト１３を介して第２サブモジュール１ｂの一方端部セル６の透明電極層３に一端部が接触導通され、他端部が第１サブモジュール１ａの一方端部セル６の裏面電極層５に接触導通されている。第３の銅箔９ｃは、孔１１ａに充填された導電性ペースト１３を介して第２サブモジュール１ｂの一方端部セル６の裏面電極層５に一端部が接触導通され、他端部がリード９を介して負極端子１０ｂに接続されている。なお、第２の銅箔９ｂと第３の銅箔９ｃとが交叉する部分には絶縁シート１４が挿入されている。また、保護カバーシート１２のほぼ中央には孔１２ａが設けられ、各リード９は孔１２ａを通って導出され、正負両端子１０ａ，１０ｂがモジュール外部に取り出されている。

正負両端子１０ａ，１０ｂは、図８に示すように１つの封止部（端子箱）１５を介してモジュール１から取り出してもよいし、図９に示すように２つの封止部（端子箱）１５を介してモジュール１から取り出してもよいし、図１０に示すように保護カバーシート１２の四隅に開口する孔１２ａを介してモジュール１からそれぞれ取り出すようにしてもよい。なお、図９および図１０に示す配線接続構造では、２組のうち１組の正負端子１０ａ，１０ｂを互いに接続するため、モジュール１の大きさに応じてリード９を適当な長さとする必要がある。

次に、太陽電池モジュールの製造方法の概要について説明する。

太陽電池製造ラインのうち前半の区間は、ガラス基板２が搬送路上を次々に流れるようにコンピュータ制御された全自動一貫製造ラインとして構成され、ガラス基板２上に透明電極層３、光電変換層４、金属電極層５が順次積層形成され、汎用のレーザーエッチング装置によりセル接続部７ａおよびセル分離溝７ｂが形成され、多数のセルを有する太陽電池モジュール（一次モジュール）が製造されるようになっている。

太陽電池製造ラインの後半の区間は、作業者が随時に介入するマン−マシン方式の半自動ラインとして構成され、特殊レーザーエッチング装置を用いて一次製品モジュールに素子分離溝を形成することにより複数のサブモジュールに分離され、電気的に分離されたサブモジュール同士が直列に接続され、高電圧特性を有する太陽電池モジュール（最終製品モジュール）が製造されるようになっている。

前半工程では、先ず基板２を洗浄処理装置により洗浄し、表面から付着異物を除去する。次いで、基板２をスパッタ装置（またはイオンプレーティング装置又は熱ＣＶＤ装置）に搬入し、ガラス基板２の片面（洗浄面）に所定膜厚の透明電極層３を積層形成する。透明電極層３は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ₂等の透明な導電性材料で形成されている。透明電極層３の膜厚は例えば６５０〜７５０ｎｍ程度とする。

次いで、汎用のレーザーエッチング装置に基板２を搬送し、透明電極層３を短冊状にパターンエッチングする。このエッチング工程でのレーザーエッチング装置の動作はセンサ（図示せず）からの位置検出信号に基づいてオンオフ制御され、最初の１本目の溝から最後の７０本目の溝まで次々に形成される。

次いで、基板２をプラズマＣＶＤ製膜装置に搬送し、パターンエッチングされた透明電極層３の上にアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉという）からなる発電機能を有する光電変換層４を積層する。これによりレーザーエッチング溝が埋められてセル接続部７ａとなる。ａ−Ｓｉ光電変換層４の膜厚は２５０〜４５０ｎｍ程度とする。

次いで、レーザーエッチング装置に基板２を搬送し、ａ−Ｓｉ光電変換層４を短冊状パターンにエッチングする。このエッチング工程でのレーザーエッチング装置の動作もセンサ（図示せず）からの位置検出信号に基づいてオンオフ制御される。

次いで、スパッタ装置（又はイオンプレーティング装置またはＰＶＤ装置）に基板２を搬送し、パターンエッチングされたａ−Ｓｉ光電変換層４の上に例えばアルミニウム等の金属からなる裏面電極層５を積層形成する。これによりレーザーエッチング溝が埋められてセル接続部７ａとなる。裏面電極層５の膜厚は２００〜５５０ｎｍ程度とする。

次いで、レーザーエッチング装置に基板２を搬送し、裏面電極層５を短冊状パターンにエッチングする。このエッチング工程でのレーザーエッチング装置の動作もセンサ（図示せず）からの位置検出信号に基づいてオンオフ制御されるようになっている。これにより７０本のセル分離溝７ｂが形成される。このようにして製造された太陽電池モジュール１において、１つのセル６は約５０Ｖ（晴天時）の起電力を有する。

次いで、上述のように素子分離溝８を形成し、上述のように複数のサブモジュールを直列に配線接続して端子を取り付け、ラミネート処理によりモジュールを保護カバーシートと一体化する。これにより高電圧太陽電池モジュール１Ａが完成する。このようにして製造された高電圧太陽電池モジュール１Ａの出力電圧（晴天時）は１００Ｖである。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の太陽電池モジュール１Ｂは、図１の（ｂ）に示すように同面積の３つのサブモジュール１ａ，１ｂ，１ｃを配線９により直列に接続してなるものであり、正負１対の端子１０ａ，１０ｂを備えている。正極端子１０ａは第１サブモジュール１ａのセル６の透明電極層３に接続され、負極端子１０ｂは第３サブモジュール１ｃのセル６の裏面電極層５に接続されている。各サブモジュール１ａ，１ｂ，１ｃは同数かつ同面積のセル６を有する。本実施形態の太陽電池モジュールのサイズは第１の実施形態と同様である。（縦５００ｍｍ×横４２０ｍｍであり、各サブモジュール１ａ，１ｂには７０個のセル６がそれぞれ形成されている。セル６のピッチ間隔は６．５ｍｍとした。）本実施形態では素子分離溝８の形成に図１１に示す特殊レーザーエッチング装置４０を用いた。

特殊レーザーエッチング装置４０は、第１のＹＡＧレーザー発振器発振器４１、凹レンズ４２、凸レンズ４３、ミラー４４、ダイクロイックミラー４５、第２のＹＡＧレーザー発振器発振器４６、凹レンズ４７、凸レンズ４８、シリンドリカル凸レンズ４９、シリンドリカル凹レンズ５０を備えている。

第１のＹＡＧレーザー発振器４１は、波長λ₁（＝５３２ｎｍ）のレーザービーム５１を発振する。レーザービーム５１は、凹レンズ４２と凸レンズ４３を通過することにより拡大され、断面が円形状の幅広のレーザービーム５２となる。さらに、レーザービーム５２は、ミラー４４により反射され、ダイクロイックミラー４５に入射されるようになっている。

第２のＹＡＧレーザー発振器４６は、波長λ₂（＝１０６４ｎｍ）のレーザービーム５３を発振する。レーザービーム５３は、凹レンズ４７及び凸レンズ４８により径が拡大され、レーザービーム５４が生成される。さらに、レーザービーム５４は、シリンドリカル凸レンズ４９及びシリンドリカル凹レンズ５０によってｙ軸方向の径が縮小され、その断面が楕円形状のレーザービーム５５となる。図１２に示すように、楕円レーザービーム５５の長軸５５ａはｙ軸方向になり、その短軸５５ｂはｘ軸方向になる。さらに、楕円レーザービーム５５は、前述のダイクロイックミラー４５に入射される。

ダイクロイックミラー４５は、波長が６００ｎｍ以下の光は反射するが、波長が６００ｎｍより大きい光は透過させるミラーである。このためダイクロイックミラー４５は、第１のレーザービーム５２を反射し、かつ、第２のレーザービーム５５を通過させる。このダイクロイックミラー４５により２つのレーザービーム５２，５５が同軸に重ね合わされ、薄膜太陽電池モジュール１に透明基板２のほうから入射される。

レーザービーム５２の光強度は、透明電極層３が透明基板２から離脱する光強度ＩＴＣＯよりも小さく、光電変換層４が透明電極層３から離脱する光強度ＩＳＣよりも大きい。レーザービーム５２の径２Ｒ１は、概ね２００ｎｍである。

第１レーザービーム５２の波長は、第１レーザービーム５２が透明電極層３によって実質的に吸収されにくいように、４００ｎｍから６５０ｎｍの波長域から選ばれることが望ましい。このように波長が選択されていることにより、光電変換層４のみが、より選択的にモジュール１から離脱される。

光電変換層４のうちレーザービーム５２により照射された部分は、透明電極層３から離脱する。このとき、裏面電極層５のうち、レーザービーム５２により照射された部分の直上にある部分５も、光電変換層４と共に離脱する。この結果、光電変換層４のうちレーザービーム５２が照射された部分に、第１の絶縁溝部８ｂが形成される。

続いて、図５に示されているように、透明基板２側からレーザービーム５５が入射される。

レーザービーム５５の光強度は、透明電極層３が透明基板２から離脱する光強度ＩＴＣＯよりも大きい。レーザービーム５５の径２Ｒ３は、概ね１００μｍである。

レーザービーム５５は、図１２に示されているように、第１の絶縁溝部８ｂの中心を通過するように走査される。このとき、レーザービーム５５の中心が通過する第１走査線と、レーザービーム５２の中心が通過する第２走査線とは、実質的に一致する。

レーザービーム５５が走査された結果、第２の絶縁溝部８ａが形成される。以上のようにして形成された第１及び第２の絶縁溝部８ａ，８ｂは素子分離溝８を構成する。

上述のように複数のサブモジュールを直列に配線接続して端子を取り付け、ラミネート処理によりモジュールを保護カバーシートと一体化する。これにより高電圧太陽電池モジュール１Ｂが完成する。このようにして製造された高電圧太陽電池モジュール１Ｂの出力電圧（晴天時）は１５０Ｖである。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の太陽電池モジュール１Ｃは、図１の（ｃ）に示すように同面積の４つのサブモジュール１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを配線９により直列に接続してなるものであり、正負１対の端子１０ａ，１０ｂを備えている。正極端子１０ａは第１サブモジュール１ａのセル６の透明電極層３に接続され、負極端子１０ｂは第４サブモジュール１ｃのセル６の裏面電極層５に接続されている。各サブモジュール１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは同数かつ同面積のセル６を有する。本実施形態の太陽電池モジュールのサイズも第１の実施形態と同様である。縦５００ｍｍ×横４２０ｍｍであり、各サブモジュール１ａ，１ｂには７０個のセル６がそれぞれ形成されている。セル６のピッチ間隔は６．５ｍｍとした。

本実施形態では素子分離溝８の形成に図１３に示す特殊レーザーエッチング装置６０を用いた。

特殊レーザーエッチング装置６０は、第１のＹＡＧレーザー発振器６１、凹レンズ６２、凸レンズ６３、ミラー６４、ダイクロイックミラー６５、第２のＹＡＧレーザー発振器６６、凹レンズ６７、凸レンズ６８を備えている。

第１のＹＡＧレーザー発振器６１は、波長λ₁（＝５３２ｎｍ）のレーザービーム７１を発振する。レーザービーム７１は、凹レンズ６２と凸レンズ６３を通過することにより拡大され、断面が円形状の幅広のレーザービーム７２となる。さらに、レーザービーム７２は、ミラー６４により反射され、ダイクロイックミラー６５に入射されるようになっている。

第２のＹＡＧレーザー発振器６６は、波長λ₂（＝１０６４ｎｍ）のレーザービーム７３を発振する。レーザービーム７３は、凹レンズ６７及び凸レンズ６８により径が拡大され、レーザービーム７４が生成される。図１４に示すように、２つのレーザービーム７２，７４は、一部が重なり合うようにして走査される。

ダイクロイックミラー６５は、波長が６００ｎｍ以下の光は反射するが、波長が６００ｎｍより大きい光は透過させるミラーである。このためダイクロイックミラー６５は、第１のレーザービーム７２を反射し、かつ、第２のレーザービーム７５を通過させる。このダイクロイックミラー６５により２つのレーザービーム５２，５５が同軸に重ね合わされ、薄膜太陽電池モジュール１に透明基板２のほうから入射される。

レーザービーム７２の光強度は、透明電極層３が透明基板２から離脱する光強度ＩＴＣＯよりも小さく、光電変換層４が透明電極層３から離脱する光強度ＩＳＣよりも大きい。レーザービーム７２の径２Ｒ１は、概ね２００ｎｍである。

第１レーザービーム７２の波長は、第１レーザービーム７２が透明電極層３によって実質的に吸収されにくいように、４００ｎｍから６５０ｎｍの波長域から選ばれることが望ましい。このように波長が選択されていることにより、光電変換層４のみが、より選択的にモジュール１から離脱される。

光電変換層４のうちレーザービーム７２により照射された部分は、透明電極層３から離脱する。このとき、裏面電極層５のうち、レーザービーム７２により照射された部分の直上にある部分５も、光電変換層４と共に離脱する。この結果、光電変換層４のうちレーザービーム７２が照射された部分に、第１の絶縁溝部８ｂが形成される。

続いて、図１５に示されているように、透明基板２側からレーザービーム７２，７４が入射される。

レーザービーム７４の光強度は、透明電極層３が透明基板２から離脱する光強度ＩＴＣＯよりも大きい。レーザービーム７４の径２Ｒ２は、概ね１００μｍである。

レーザービーム７４は、図１４に示されているように、第２の絶縁溝部８ａの中心を通過するように走査される。このとき、レーザービーム７２の中心が通過する第１走査線と、レーザービーム７４の中心が通過する第２走査線とは、シフト距離Ｄだけずれている。

レーザービーム７４が走査された結果、第２の絶縁溝部８ａが形成される。以上のようにして形成された第１及び第２の絶縁溝部８ａ，８ｂは素子分離溝８を構成する。

上述のように複数のサブモジュールを直列に配線接続して端子を取り付け、ラミネート処理によりモジュールを保護カバーシートと一体化する。これにより高電圧太陽電池モジュール１Ｃが完成する。このようにして製造された高電圧太陽電池モジュール１Ｃの出力電圧（晴天時）は２００Ｖである。

なお、図１６に示す単一のレーザー発振器８１を有するレーザーエッチング装置８０を用いて素子分離溝８を形成してもよい。単一のレーザー発振器８１を有するレーザーエッチング装置８０を用いる場合について説明する。

異なる波長の２つのレーザービームは、図１６に示す単一のレーザー発振器８１を有する装置８０により発振させることもできる。装置８０は、ＹＡＧレーザー発振器８１、ＳＨＧ結晶８２、ダイクロイックミラー８３、凹レンズ８４、凸レンズ８５、ミラー８６、ダイクロイックミラー８７、凹レンズ８８、凸レンズ８９、ミラー９０を備えている。

ＹＡＧレーザー発振器８１は、波長λ₂（＝１０６４ｎｍ）を有するレーザービーム９１を発振し、ＳＨＧ結晶８２に入射させる。ＳＨＧ結晶８２は、入射されたレーザー光の２次高調波を発生させる結晶である。但し、ＳＨＧ結晶８２の２次高調波への変換効率は１００％ではない。ＳＨＧ結晶８２は、入射されたレーザー光と同一の波長のレーザー光と、入射されたレーザー光の２倍の波長を有するレーザー光の両者を出力する。

レーザービーム９１がＳＨＧ結晶８２に入射されると、波長λ₁（＝５３２ｎｍ）のレーザー光９３と波長λ₂（＝１０６４ｎｍ）のレーザー光９４との混合波であるレーザービーム９２が生成される。レーザービーム９２は、ダイクロイックミラー８３に入射され、波長が６００ｎｍ以下の光を通過し、波長が６００ｎｍより大きい光を反射するミラーである。ダイクロイックミラー５３は、レーザービーム９２のうち波長λ₁を有する成分を通過させてレーザービーム９３を凹レンズ８４に入射させるとともに、レーザービーム９２のうち波長λ₂を有する成分を反射してレーザービーム９４をミラー８７に入射させる。

一方のレーザービーム９３は、凹レンズ８４及び凸レンズ８５によって径が拡大され、断面が円形状の幅広のレーザービーム９５となる。このレーザービーム９５は、ミラー８６を経由してダイクロイックミラー９０に入射される。他方のレーザービーム９４は、ミラー８７により反射され、凹レンズ８８及び凸レンズ８９によって径が拡大され、断面が円形状の幅広のレーザービーム９６となる。このレーザービーム９６は、ダイクロイックミラー９０に入射される。

ダイクロイックミラー９０は、波長が６００ｎｍ以下の光を反射し、波長が６００ｎｍより大きい光を通過させるミラーである。このダイクロイックミラー９０により２つのレーザービーム９５，９６が同軸に重ね合わされ、薄膜太陽電池モジュール１に透明基板２のほうから入射される。

なお、レーザービーム９６の波長λ₂が、レーザービーム９５の波長λ₁のｎ倍（ｎは２以上の整数）であることは、レーザービーム９５，９６を発生させるレーザー光源を１つにすることができる点で好ましい。即ち、レーザービーム９５と同一の波長を有するレーザービームを発生し、そのレーザービームを第ｎ次高調波を発生する高調波発生素子に入射することにより、波長λ₁を有するレーザービーム９５と、波長λ₂を有するレーザービーム９６を一のレーザー光源で発生できる。なお、レーザービーム９６の波長λ₂は他の波長であることも可能である。

（比較例）比較例の太陽電池モジュール１Ｄは、図１の（ｄ）に示すように素子分離溝８により不等分に分離されている。すなわち、比較例の第１のサブモジュール１ａは、第２のサブモジュール１ｂのおよそ半分の発電面積である。このように分離された第１及び第２のサブモジュール１ａ，１ｂを直列に配線接続すると、モジュール１Ｄ全体としては第１のサブモジュール１ａのほうの低い電圧値に抑えられるので、効率よく高電圧が得られない。また、比較例のモジュール１Ｄでは発電損失も大きくなる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る高電圧太陽電池モジュール（２つに等分割）を示す平面図、（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る高電圧太陽電池モジュール（３つに等分割）を示す平面図、（ｃ）は本発明の他の実施形態に係る高電圧太陽電池モジュール（４つに等分割）を示す平面図、（ｄ）は比較例の太陽電池モジュール（不等分割）を示す平面図。 アモルファスシリコン太陽電池モジュールを例としたセルの一単位を示す断面模式図。 太陽電池モジュールを素子分離するために用いられるレーザーエッチング法（二重レーザービーム方式）を説明するための平面模式図。 本発明の実施形態に係る高電圧太陽電池モジュールの製造方法に用いたレーザーエッチング装置（二重レーザービーム方式）を示す概略構成図。 図３に示す太陽電池モジュールをＡ−Ａ線で切断して素子分離溝の部分を拡大して示す断面図。 二重レーザービーム方式におけるレーザー光の強度分布を示す特性線図。 素子分離されたサブモジュール同士を直列接続する配線接続方法を説明するための分解斜視図。 図７の配線接続方法により製作された太陽電池モジュールを示す外観斜視図。 他の配線接続方法により製作された太陽電池モジュールを示す外観斜視図。 他の配線接続方法により製作された太陽電池モジュールを示す外観斜視図。 本発明の他の実施形態に係る高電圧太陽電池モジュールの製造方法に用いたレーザーエッチング装置（二重レーザービーム方式）を示す概略構成図。 太陽電池モジュールを素子分離するために用いられるレーザーエッチング法（二重レーザービーム方式）を説明するための平面模式図。 本発明の他の実施形態に係る高電圧太陽電池モジュールの製造方法に用いたレーザーエッチング装置（部分重複レーザービーム方式）を示す概略構成図。 太陽電池モジュールを素子分離するために用いられる他のレーザーエッチング法（部分重複レーザービーム方式）を説明するための平面模式図。 図１４に示す太陽電池モジュールをＢ−Ｂ線で切断して素子分離溝の部分を拡大して示す断面図。 本発明の他の実施形態に係る高電圧太陽電池モジュールの製造方法に用いたレーザーエッチング装置（部分重複レーザービーム方式）を示す概略構成図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…太陽電池モジュール、
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…サブモジュール、
２…ガラス基板、
３…第一の電極層（透明電極層、ＩＴＯ膜）、
４…光電変換層（ａ−Ｓｉ膜）、
５…第二の電極層（裏面電極層、金属電極膜）、
６…セル、
７ａ…セル接続部（透明電極分離部）、
７ｂ…セル分離溝（セル境界溝）、
８…絶縁溝（素子分離溝）、
８ａ…第２の絶縁溝部（深い溝）、
８ｂ…第１の絶縁溝部（浅い溝）、
９…接続配線、
９ａ，９ｂ，９ｃ…金属箔（配線部材）、
１０ａ，１０ｂ…端子、
１１…接着シート（ＥＶＡシート）、
１２…裏面カバーシート、
１２ａ…孔、
１３…導電性ペースト（配線部材）、
１４…絶縁シート、
１５…端子箱、
２０，４０，６０，８０…レーザーエッチング装置、
２１，２６，４１，４６，６１，６６，８１…レーザー発振器、
２２，２３，２７〜３０，４２，４３，４７〜５０，６２，６３，６７，６８，８４，８５，８８，８９…光学レンズ、
２４，２５，４４，４５，６４，６５，８６，９０…ミラー、
３１〜３５，５１〜５５，７１〜７４，９１〜９５…レーザー光、
３２ａ，３５ａ，５５ａ…長径、
３２ｂ，３５ｂ，５５ｂ…短径。

Claims (3)

1. 基板上に、第一の電極層、光電変換層、第二の電極層を順次積層してなる複数のセルが短冊状に形成され、前記複数のセルは、互いの長辺が隣り合うように配列され、隣接する該セル同士が直列に接続され、
   前記複数のセルの長辺と交叉するように第一の電極層、光電変換層、第二の電極層を絶縁する絶縁溝部を設け、前記絶縁溝部により、それぞれが絶縁された複数のサブモジュールを有する太陽電池モジュールにおいて、
   前記複数のサブモジュールを前記複数のセルの発電領域で前記第二の電極層側で交叉させて直列に接続する接続手段と、
   前記複数のサブモジュールを直列に接続した発電出力を取り出す正負極端子と、
   を具備することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記複数のサブモジュールは、前記絶縁溝部により、それぞれの発電時の電流値が実質的に同じになるように区画されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記接続手段は、少なくとも前記接続手段が交叉する部分を絶縁する絶縁性シートを介して設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。

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