JP2008205063A - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】出力の低下が発生するのを抑制することが可能な太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】この太陽電池モジュール１は、表面電極層３と、表面電極層３の表面上に形成されるアモルファスシリコン層からなる光電変換層４および微結晶シリコン層からなる光電変換層５より構成される発電層６と、発電層６の表面上に形成される裏面電極層７とが積層された互いに隣接するセル１０ａおよびセル１０ｂを備え、セル１０ａの表面電極層３ａとセル１０ｂの裏面電極層７ｂとは、電気的に接続されており、発電層６の所定の領域には、発電層６の全体としての厚みよりも小さい厚みを有する応力緩和溝５ｆが形成されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、太陽電池モジュールに関し、特に、アモルファスシリコン層からなる第１光電変換層および微結晶シリコン層からなる第２光電変換層により構成される発電層を備えた太陽電池モジュールに関する。
従来、アモルファスシリコン層からなる第１光電変換層および微結晶シリコン層からなる第２光電変換層により構成される発電層を備えた太陽電池モジュールが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
上記特許文献１には、基板と、基板上に形成された表面電極と、表面電極上に形成されたアモルファスシリコン層（第１光電変換層）および微結晶シリコン層（第２光電変換層）からなる発電層と、発電層上に形成された裏面電極とが積層された複数のセルが直列に接続された太陽電池モジュールが開示されている。また、このような太陽電池モジュールでは、表面電極上に発電層を形成した後、レーザなどにより発電層を分断する溝を設けて発電層を完全に分離し、その分離した溝を充填するように裏面電極を設けて表面電極と裏面電極とを接続し、その後、裏面電極および発電層を所定の位置で分離することによって、上記複数のセルが直列に接続された構造が形成されている。
また、一般的に、この特許文献１に記載の太陽電池モジュールのようにアモルファスシリコン層および微結晶シリコン層からなる発電層を表面電極上に積層して形成する構造において、微結晶シリコン層には、応力が発生しやすいことが知られている。また、アモルファスシリコン層と表面電極との間の密着力は、アモルファスシリコン層と微結晶シリコン層との間の密着力よりも相対的に小さい。
特開２００５−１１６９３０号公報
上記特許文献１のような太陽電池モジュールでは、発電層を分断する溝を介して外部から発電層まで水分が浸入する場合がある。この場合、水分による発電層の劣化が生じることに起因して、発電層と表面電極との剥離が生じ易くなる。そして、上記特許文献１のような太陽電池モジュールでは、水分により発電層または表面電極が劣化した場合、発電層を構成する微結晶シリコン層の応力に起因して、密着力の比較的小さい発電層と表面電極との界面において、発電層と表面電極との剥離が生じるという不都合がある。このため、剥離部分において、出力の低下などが発生するという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、出力の低下が発生するのを抑制することが可能な太陽電池モジュールを提供することである。
課題を解決するための手段および発明の効果
この発明の一の局面による太陽電池モジュールは、第１電極層と、第１電極層の表面上に形成されるアモルファスシリコン層からなる第１光電変換層および微結晶シリコン層からなる第２光電変換層より構成される発電層と、発電層の表面上に形成される第２電極層とが積層された互いに隣接する第１セルおよび第２セルを備え、第１セルの第１電極層と第２セルの第２電極層とは、電気的に接続されており、発電層の所定領域には、発電層の全体としての厚みよりも小さい厚みを有する応力緩和領域が形成されている。
この一の局面による太陽電池モジュールでは、上記のように、アモルファスシリコン層からなる第１光電変換層および微結晶シリコン層からなる第２光電変換層より構成される発電層の所定の領域に、発電層の全体としての厚みよりも小さい厚みを有する応力緩和領域を形成することによって、発電層の応力を緩和することができる。これにより、外部から水分が浸入して発電層または第１電極層の劣化が生じた場合にも、第１電極層と発電層との剥離が生じるのを抑制することができるので、太陽電池モジュールの出力の低下などが発生するのを抑制することができる。
上記構成において、好ましくは、発電層の応力緩和領域は、平面的に見て溝状または孔状に形成されており、応力緩和領域には、第２電極層が充填されている。
上記構成において、好ましくは、応力緩和領域は、平面的に見て、第１セルと第２セルとの接続方向と実質的に直交する方向に延びるように溝状に形成されている。
上記構成において、好ましくは、応力緩和領域は、平面的に見て、第１セルと第２セルとの接続方向と実質的に平行な方向に延びるように溝状に形成されている。
上記構成において、好ましくは、第２電極層は、応力緩和領域と対応する領域に設けられた開口領域を含む。
上記構成において、好ましくは、微結晶シリコン層からなる第２光電変換層は、ｐ層、ｉ層およびｎ層からなるとともに、第１光電変換層の上面上に形成されており、発電層の応力緩和領域は、第２光電変換層のｉ層の一部を残すように溝状または孔状に形成されている。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。図２および図３は、それぞれ、図１に示した太陽電池モジュールの詳細を説明するための斜視図および平面図である。まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による太陽電池モジュール１の構造を説明する。
図１に示すように、第１実施形態による太陽電池モジュール１は、基板２と、表面電極層３と、光電変換層４および光電変換層４の表面上に形成される光電変換層５からなる発電層６と、裏面電極層７と、封止樹脂８と、バックコート９とが積層されたタンデム型の構造を有する。ここで、タンデム型とは、異なる種類の半導体薄膜（吸収波長帯域の異なる半導体薄膜）を組み合わせることにより光電変換効率が向上するように構成された太陽電池モジュールの構造である。また、第１実施形態では、表面電極層３、発電層６および裏面電極層７から１つのセル１０が構成されている。なお、表面電極層３および裏面電極層７は、それぞれ、本発明の「第１電極層」および「第２電極層」の一例である。また、セル１０ａおよびセル１０ａと隣接するセル１０ｂは、セル１０ａの表面電極層３ａとセル１０ｂの裏面電極層７ｂとが発電層６を完全に分離する溝１０ｃを介して電気的に接続されることにより、直列に接続されている。なお、セル１０ａおよびセル１０ｂは、それぞれ、本発明の「第１セル」および「第２セル」の一例である。また、セル１０ａとセル１０ｂとは、発電層６および裏面電極層７を分断する溝１０ｄにより分離されている。セル１０は、Ａ方向に約１ｃｍの幅を有するとともに、Ｂ方向に約１．２ｍの長さを有する。セル１０がＡ方向に約１００個直列に接続されることにより、Ａ方向に約１ｍの幅を有するとともに、Ｂ方向に約１．２ｍの幅を有する太陽電池モジュールが構成されている。以下に、第１実施形態による太陽電池モジュール１の詳細構造を説明する。
基板２は、絶縁性表面を有するとともに、透光性を有するガラスからなる。この基板２は、約１ｍｍ〜約５ｍｍの厚みを有している。また、基板２の上面上には、開溝部３ｃにより分離された表面電極層３ａおよび３ｂが形成されている。この表面電極層３ａおよび３ｂは、約８００ｎｍの厚みを有するとともに、導電性および透光性を有する酸化錫（ＳｎＯ２）などのＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ：透明酸化物導電体）からなる。
また、表面電極層３ａおよび３ｂの上面上に、ｐｉｎ型の非晶質（アモルファス）シリコン系半導体からなる光電変換層４が形成されている。このｐｉｎ型のアモルファスシリコン系半導体からなる光電変換層４は、約１０ｎｍの厚みを有するｐ型水素化アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層４ａ（以下、ｐ層４ａ）と、約３００ｎｍの厚みを有するｉ型水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層４ｂ（以下、ｉ層４ｂ）と、約２０ｎｍの厚みを有するｎ型水素化アモルファスシリコン層４ｃ（以下、ｎ層４ｃ）とにより構成されている。また、光電変換層４は、表面電極層３ａの上面上に、開溝部４ｄおよび４ｅを有するとともに、開溝部３ｃを埋め込むように形成されている。このアモルファスシリコン系半導体からなる光電変換層４は、比較的短波長の光を吸収するために形成されている。
また、光電変換層４の上面上に、ｐｉｎ型の微結晶シリコン系半導体からなる光電変換層５が形成されている。このｐｉｎ型の微結晶シリコン系半導体からなる光電変換層５は、約１０ｎｍの厚みを有するｐ型水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層５ａ（以下、ｐ層５ａ）と、約２０００ｎｍの厚みを有するｉ型水素化微結晶シリコン層５ｂ（以下、ｉ層５ｂ）と、約２０ｎｍの厚みを有するｎ型水素化微結晶シリコン層５ｃ（以下、ｎ層５ｃ）とにより構成されている。光電変換層５は、開溝部４ｄおよび４ｅに対応する領域に、それぞれ開溝部５ｄおよび５ｅを有する。また、この微結晶シリコン系半導体からなる光電変換層５は、比較的長波長の光を吸収するために形成されている。
ここで、第１実施形態では、図１〜図３に示すように、光電変換層５には、Ｂ方向に延びる１０本の応力緩和溝５ｆがＡ方向に実質的に等間隔（約１ｍｍピッチ）で形成されている。この応力緩和溝５ｆは、約５０μｍの幅を有する。これらの応力緩和溝５ｆは、平面的に見て、溝１０ｃ（開溝部４ｄおよび５ｄ）および溝１０ｄ（開溝部４ｅ、５ｅおよび７ｃ）と実質的に平行な方向（セル１０ａとセル１０ｂとの接続方向と直交する方向）であるＢ方向に、発電層６の全域に渡って延びるように形成されている。また、応力緩和溝５ｆは、光電変換層５の上側からｎ層５ｃを貫通して、ｉ層５ｂの下側の一部を残すように形成されている。すなわち、応力緩和領域５ｆが形成された部分の厚みは、発電層６の全体としての厚みよりも小さい。なお、応力緩和溝５ｆは、本発明の「応力緩和領域」の一例である。
また、発電層６（光電変換層５）の上面上には、開溝部４ｅおよび５ｅに対応する領域に形成された開溝部７ｃにより分離されたセル１０ａの裏面電極層７ａおよびセル１０ｂの裏面電極層７ｂが形成されている。この開溝部７ｃと、開溝部４ｅおよび５ｅとによって、セル１０ａとセル１０ｂとを分離する溝１０ｄが構成されている。裏面電極層７ａおよび７ｂは、銀（Ａｇ）層をＺｎＯ層で挟んだ構造を有し、下側のＺｎＯ層、Ａｇ層および上側のＺｎＯ層の厚みは、それぞれ、約１００ｎｍ、約２００ｎｍおよび４５ｎｍであり、全体として約３４５ｎｍの厚みを有する。また、裏面電極層７ｂは、開溝部４ｄおよび５ｄからなる溝１０ｃと、応力緩和溝５ｆとに充填されるように埋め込まれている。また、裏面電極層７ａおよび７ｂは、基板２の下面側から入射して裏面電極層７ａおよび７ｂに到達した光を反射することにより、光電変換層４および５に再度入射させる機能を有している。
また、裏面電極層７の上面上には、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ）からなる封止樹脂８が形成されている。この封止樹脂８は、溝１０ｄ（開溝部４ｅ、５ｅおよび７ｃ）に充填されている。また、封止樹脂８の上面上には、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）からなるバックシート９が形成されている。
図４〜図１０は、図１に示した第１実施形態による太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１および図４〜図１０を参照して、本発明の第１実施形態による太陽電池モジュール１の製造プロセスについて説明する。
まず、図４に示すように、絶縁性表面を有する基板２の上面上に、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、約８００ｎｍの厚みを有する酸化錫からなる表面電極層３を形成する。
次に、図５に示すように、表面電極層３に、波長約１．０６μｍ、発振周波数約３ｋＨｚ、平均パワー約１０ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波を表面電極層３側から走査することにより、開溝部３ｃを形成する。これにより、開溝部３ｃにより分離された表面電極層３ａおよび３ｂが形成される。
次に、図６に示すように、表面電極層３ａおよび３ｂの上面上に、プラズマＣＶＤ法により、約１０ｎｍの厚みを有するｐ層（ｐ型水素化アモルファスシリコンカーバイド層）４ａと、約３００ｎｍの厚みを有するｉ層（ｉ型水素化アモルファスシリコン層）４ｂと、約２０ｎｍの厚みを有するｎ層（ｎ型水素化アモルファスシリコン層）４ｃとを順次形成することにより、アモルファスシリコン系半導体からなる光電変換層４が形成される。そして、光電変換層４の上面上に、プラズマＣＶＤ法により、約１０ｎｍの厚みを有するｐ層（ｐ型水素化微結晶シリコン層）５ａと、約２０００ｎｍの厚みを有するｉ層（ｉ型水素化微結晶シリコン層）５ｂと、約２０ｎｍの厚みを有するｎ層（ｎ型水素化微結晶シリコン層）５ｃとを順次形成することにより、微結晶シリコン系半導体からなる光電変換層５が形成される。この時の成膜条件を表１に示す。
Figure 2008205063
 表１に示すように、光電変換層４のｐ層４ａは、基板温度が１８０℃、ＳｉＨ４、ＣＨ４、Ｈ２およびＢ２Ｈ６のガス流量が、それぞれ、３００ｓｃｃｍ、３００ｓｃｃｍ、２０００ｓｃｃｍおよび３ｓｃｃｍ、反応圧力が１０６Ｐａ、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）パワーが１０Ｗの条件下で、１０ｎｍの厚みで形成される。また、光電変換層４のｉ層４ｂは、基板温度が２００℃、ＳｉＨ４およびＨ２のガス流量が、それぞれ、３００ｓｃｃｍおよび２０００ｓｃｃｍ、反応圧力が１０６Ｐａ、ＲＦパワーが２０Ｗの条件下で、３００ｎｍの厚みで形成される。光電変換層４のｎ層４ｃは、基板温度が１８０℃、ＳｉＨ４、Ｈ２およびＰＨ３のガス流量が、それぞれ、３００ｓｃｃｍ、２０００ｓｃｃｍおよび５ｓｃｃｍ、反応圧力が１３３Ｐａ、ＲＦパワーが２０Ｗの条件下で、２０ｎｍの厚みで形成される。
また、光電変換層５のｐ層５ａは、基板温度が１８０℃、ＳｉＨ４、Ｈ２およびＢ２Ｈ６のガス流量が、それぞれ、１０ｓｃｃｍ、２０００ｓｃｃｍおよび３ｓｃｃｍ、反応圧力が１０６Ｐａ、ＲＦパワーが１０Ｗの条件下で、１０ｎｍの厚みで形成される。また、光電変換層５のｉ層５ｂは、基板温度が２００℃、ＳｉＨ４およびＨ２のガス流量が、それぞれ、１００ｓｃｃｍおよび２０００ｓｃｃｍ、反応圧力が１３３Ｐａ、ＲＦパワーが２０Ｗの条件下で、２０００ｎｍの厚みで形成される。光電変換層５のｎ層５ｃは、基板温度が２００℃、ＳｉＨ４、Ｈ２およびＰＨ３のガス流量が、それぞれ、１０ｓｃｃｍ、２０００ｓｃｃｍおよび５ｓｃｃｍ、反応圧力が１３３Ｐａ、ＲＦパワーが２０Ｗの条件下で、２０ｎｍの厚みで形成される。このようにして、光電変換層４および５からなる発電層６が形成される。
次に、図７に示すように、表面電極層３ａの開溝部３ｃの近傍に、波長約１．０６μｍ、発振周波数約３ｋＨｚ、平均パワー約７ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波を表面電極層３側から走査することにより、開溝部４ｄおよび５ｄからなる溝１０ｃを形成する。これにより、光電変換層４および５からなる発電層６が完全に分離される。
次に、第１実施形態では、図８に示すように、レーザを照射して、開溝部４ｄおよび５ｄと実質的に平行に延びる複数の応力緩和溝５ｆを形成する。この応力緩和溝５ｆ形成時のレーザの波長は、微結晶シリコン層が吸収し易くレーザの侵入深さを浅くできる比較的短波長（たとえば、約３５５ｎｍまたは約２４８ｎｍ）のものが使用される。この応力緩和溝５ｆは、光電変換層４のｐ層４ｃが露出しないように、光電変換層５のうち最も大きい厚みを有するｉ層５ｂ（膜厚約２０００ｎｍ）が下から約２００ｎｍ以上残るように光電変換層５が上から除去されることにより形成される。
その後、図９に示すように、光電変換層５の上面上に、スパッタリング法により、銀を主成分とする金属材料層（ＺｎＯ層（上層）／Ａｇ層（中間層）／ＺｎＯ層（下層））からなる裏面電極層７が形成される。このとき、裏面電極層７は、溝１０ｃ（開溝部４ｄおよび５ｄ）と、応力緩和溝５ｆとに充填される。裏面電極層７が溝１０ｃに充填されることにより、裏面電極層７と表面電極層３とが電気的に接続される。
次に、図１０に示すように、溝１０ｃ（開溝部４ｄおよび５ｄ）の開溝部３ｃと反対側の近傍に、波長約５３２ｎｍ、発振周波数約４ｋＨｚ、平均パワー約７ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波を基板２側から走査することにより、開溝部４ｅ、５ｅおよび７ｃからなる溝１０ｄを形成する。これにより、開溝部７ｃにより分離された裏面電極層７ａおよび７ｂが形成される。
そして、裏面電極層７ａおよび７ｂの表面上に、ラミネータ（熱圧着装置）により、１５０℃で真空加熱圧着を行い、ＥＶＡからなる封止樹脂８とＰＥＴからなるバックコート９とを順次積層する。このとき、封止樹脂８は、溝１０ｄ（開溝部４ｅ、５ｅおよび７ｃ）に充填される。このようにして、図１に示すように、第１実施形態による太陽電池モジュール１が形成される。
第１実施形態では、上記のように、発電層６に、Ｂ方向に延びる複数の応力緩和溝５ｆを形成することによって、微結晶シリコン層からなる光電変換層５の応力を緩和することができる。これにより、開溝部４ｅ、５ｅおよび７ｃからなる溝１０ｄを介して外部から水分が浸入することに起因して、発電層６（光電変換層４および５）または表面電極層３の劣化が起こった場合にも、表面電極層３と光電変換層４との剥離が生じるのを抑制することができるので、太陽電池モジュール１の外観異常および出力の低下が発生するのを抑制することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、応力緩和溝５ｆに裏面電極層７を充填することによって、応力緩和溝５ｆの内部に封止樹脂８が充填される場合と異なり、外部から浸入した水分が応力緩和溝５ｆを介して光電変換層４および５に到達するのを裏面電極層７により抑制することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、応力緩和溝５ｆは、平面的に見て、セル１０ａとセル１０ｂとの接続方向（Ａ方向）と実質的に直交する方向（Ｂ方向）に延びるように形成することによって、Ｂ方向の全域に渡って応力を緩和することができるので、表面電極層３から光電変換層４が剥離するのを効果的に抑制することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、応力緩和溝５ｆをｐ層５ａ、ｉ層５ｂおよびｎ層５ｃからなる光電変換層５のｉ層５ｂの一部を残すように厚み方向に上側から除去することにより形成することによって、厚みの比較的大きいｉ層５ｂにおいて除去する深さを調節することができるので、応力緩和溝５ｆを形成する際に、応力緩和溝５ｆが光電変換層５のｐ層５ａまで到達してしまうのを抑制することができる。これにより、応力緩和溝５ｆがｐ層５ａまで到達した場合と異なり、応力緩和溝５ｆに充填された裏面電極層７を介してｐ層５ａとｎ層５ｃとが電気的に短絡するのを抑制することができる。
図１１および図１２は、それぞれ、第１実施形態の第１変形例を示す斜視図および平面図である。この第１実施形態の第１変形例では、図１１および図１２に示すように、開溝部４ｅ、５ｅおよび７ｃの近傍にのみ応力緩和溝５ｇを形成している。すなわち、外部から水分が浸入する経路となる溝１０ｄ（開溝部４ｅ、５ｅおよび７ｃ）の近傍の領域において発電層６の水分による劣化が生じ易いので、劣化し易い部分の応力を応力緩和溝５ｇにより緩和することにより、応力緩和溝５ｇが形成される領域の面積を最小限にすることができる。これにより、応力緩和溝５ｇを形成することに起因する太陽電池モジュール１の出力の低下を抑制しながら、発電層６が表面電極層３から剥離することに起因する外観異常および出力の低下が発生するのを抑制することができる。
図１３および図１４は、それぞれ、第１実施形態の第２変形例を示す斜視図および平面図である。この第１実施形態の第２変形例では、図１３および図１４に示すように、応力緩和溝５ｈをＡ方向（セル１０ａとセル１０ｂとの接続方向）に延びるように形成している。このように構成しても、光電変換層５の応力を緩和することができるので、外観異常および出力の低下の発生を抑制することができる。
図１５および図１６は、それぞれ、第１実施形態の第３変形例を示す斜視図および平面図である。この第１実施形態の第３変形例では、図１５および図１６に示すように、応力緩和溝５ｉをＡ方向およびＢ方向の両方に延びるように形成している。このように構成すれば、上記した第１実施形態、第１変形例および第２変形例と比較して、光電変換層５の応力をより緩和することができる。
（第２実施形態）
図１７は、本発明の第２実施形態による太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。図１８および図１９は、それぞれ、図１７に示した太陽電池モジュールの詳細を説明するための斜視図および平面図である。この第２実施形態では、発電層のみに応力緩和溝を形成した上記第１実施形態と異なり、発電層から裏面電極層に渡って応力緩和溝を形成した例を説明する。まず、図１７〜図１９を参照して、第２実施形態による太陽電池モジュール１１の構造を説明する。
図１７に示すように、第２実施形態による太陽電池モジュール１１は、基板２と、表面電極層３と、光電変換層４および光電変換層４の表面上に形成される光電変換層５からなる発電層６と、裏面電極層１７と、封止樹脂１８と、バックコート９とが積層された構造を有する。また、太陽電池モジュール１１は、複数のセル２０（セル２０ａおよびセル２０ｂ）が直列に接続された構造を有する。なお、裏面電極層１７、セル２０ａおよびセル２０ｂは、それぞれ、本発明の「第２電極層」、「第１セル」および「第２セル」の一例である。また、光電変換層５には、上記第１実施形態と同様に、応力緩和溝５ｆが形成されている。
第２実施形態による裏面電極層１７は、開溝部１７ｃによりセル２０ａ側の裏面電極層１７ａとセル２０ｂ側の裏面電極層１７ｂとに分離されている。また、光電変換層４の開溝部４ｄおよび光電変換層５の開溝部５ｄからなる溝２０ｃを介してセル２０ａの表面電極３ａとセル２０ｂの裏面電極層１７ｂとが電気的に接続されている。また、光電変換層４の開溝部４ｅ、光電変換層５の開溝部５ｅおよび裏面電極層１７の開溝部１７ｃからなる溝２０ｄによりセル２０ａとセル２０ｂとが分離されている。
ここで、第２実施形態では、裏面電極層１７の応力緩和溝５ｆと対応する領域に複数の開溝部１７ｄが形成されている。この開溝部１７ｄおよび応力緩和溝５ｆから応力緩和溝２０ｅが構成されている。なお、開溝部１７ｄは、本発明の「開口領域」の一例であり、応力緩和溝２０ｅは、本発明の「応力緩和領域」の一例である。これらの開溝部１７ｄ（応力緩和溝２０ｅ）は、平面的に見て、溝２０ｃ（開溝部４ｄおよび５ｄ）および溝２０ｄ（開溝部４ｅ、５ｅおよび１７ｃ）と実質的に平行に、Ｂ方向（セル２０ａとセル２０ｂとの接続方向と直交する方向）に延びるように形成されている。また、図１８および図１９に示すように、裏面電極層１７は、裏面電極層１７ａおよび１７ｂのそれぞれが開溝部１７ｄにより電気的に分離されないように、開溝部１７ｄが形成されていない領域１７ｅを有する。
上記以外の構造は、上記第１実施形態による太陽電池モジュール１と同様であるので、説明を省略する。
図２０〜図２２は、図１７に示した第２実施形態による太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１７および図２０〜図２２を参照して、本発明の第２実施形態による太陽電池モジュール１１の製造プロセスについて説明する。
この第２実施形態では、まず、上記第１実施形態の図４〜図７に示した製造プロセスと同様の製造プロセスを用いて、図２０に示すように、基板２の上面上に表面電極層３（表面電極層３ａおよび３ｂ）、光電変換層４および５が形成されるとともに、レーザの照射により開溝部４ｄおよび５ｄからなる溝２０ｃが形成される。その後、第２実施形態では、図２０に示すように、光電変換層５（発電層６）の上面上に裏面電極層１７が形成される。
次に、図２１に示すように、レーザを照射することにより、上側から裏面電極層１７を貫通して微結晶シリコン層からなる光電変換層５のｉ層５ｂの一部を残すようにパターニングを行う。これにより、裏面電極層１７の開溝部１７ｄおよび光電変換層５の応力緩和溝５ｆからなる応力緩和溝２０ｅが形成される。
この後、図２２に示すように、溝２０ｃ（開溝部４ｄおよび５ｄ）に対して開溝部３ｃと反対側の近傍に、レーザを照射することにより、開溝部４ｅ、５ｅおよび１７ｃからなる溝２０ｄを形成する。これにより、開溝部１７ｃにより分離された裏面電極層１７ａおよび１７ｂが形成される。
そして、図１７に示すように、封止樹脂１８が裏面電極層１７の上面上に、溝２０ｄ（開溝部４ｅ、５ｅおよび１７ｃ）と、応力緩和溝２０ｅ（応力緩和溝５ｆおよび開溝部１７ｄ）とを充填するように形成される。その後、封止樹脂１８の上面上にバックコート９が形成されて、第２実施形態による太陽電池モジュール１１が形成される。
第２実施形態では、上記のように、光電変換層５の応力緩和溝５ｆと裏面電極層１７の開溝部１７ｄとからなる応力緩和溝２０ｅを形成することによって、発電層６のみならず、裏面電極層１７の応力をも緩和することができるので、光電変換層５にのみ応力緩和溝５ｆを形成した上記第１実施形態と比較して、太陽電池モジュール１１の外観異常および出力の低下が発生するのをより抑制することができる。
第２実施形態のその他の効果は上記第１実施形態と同様である。
図２３および図２４は、それぞれ、第２実施形態の第１変形例および第２変形例を示す平面図である。この第２実施形態の第１変形例では、図２３に示すように開溝部１７ｆ（応力緩和溝２０ｆ）がＡ方向に延びるように形成されている。また、第２実施形態の第２変形例では、図２４に示すように、開溝部１７ｇ（応力緩和溝２０ｇ）がＡ方向およびＢ方向の両方に延びるように形成されている。第２実施形態の第２変形例においては、裏面電極層１７は、裏面電極層１７ａおよび１７ｂのそれぞれが応力緩和溝２０ｇにより電気的に分離しないように、開溝部１７ｇが形成されていない領域１７ｈを有する。これらのように構成しても、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第３実施形態）
図２５は、本発明の第３実施形態による太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。この第３実施形態では、上記第１実施形態の構造において、発電層に形成した応力緩和溝を微結晶シリコンからなる光電変換層を貫通してアモルファスシリコンからなる光電変換層まで到達するように形成した例を説明する。まず、図２５を参照して、第３実施形態による太陽電池モジュール２１の構造を説明する。
図２５に示すように、第３実施形態による太陽電池モジュール２１は、基板２と、表面電極層３と、アモルファスシリコン層からなる光電変換層２４および光電変換層２４の表面上に形成される微結晶シリコン層からなる光電変換層２５によって構成される発電層２６と、裏面電極層７と、封止樹脂８と、バックコート９とが積層された構造を有する。光電変換層２４は、ｐ層２４ａ、ｉ層２４ｂおよびｎ層２４ｃからなり、光電変換層２５は、ｐ層２５ａ、ｉ層２５ｂおよびｎ層２５ｃからなる。また、太陽電池モジュール２１は、複数のセル３０（セル３０ａおよびセル３０ｂ）が直列に接続された構造を有する。なお、セル３０ａおよびセル３０ｂは、それぞれ、本発明の「第１セル」および「第２セル」の一例である。
第３実施形態による太陽電池モジュール２１の光電変換層２４は、開溝部２４ｄおよび２４ｅを含み、光電変換層２５は、開溝部２５ｄおよび２５ｅを含んでいる。開溝部２４ｄおよび２５ｄからセル３０ａおよび３０ｂを電気的に接続するための溝３０ｃが構成されている。また、開溝部２４ｅ、２５ｅおよび７ｃからセル３０ａおよび３０ｂを分離するための溝３０ｄが構成されている。
ここで、第３実施形態では、発電層２６には上側から光電変換層２５を貫通して光電変換層２４の一部を残すように形成された応力緩和溝３０ｅが複数形成されている。なお、応力緩和溝３０ｅは、本発明の「応力緩和領域」の一例である。この応力緩和溝３０ｅは、光電変換層２４の開溝部２４ｆおよび光電変換層２５の開溝部２５ｆから構成されている。また、溝３０ｃおよび応力緩和溝３０ｅの両側面は、ＳｉＮなどからなるサイドウォール絶縁膜５０により覆われている。このサイドウォール絶縁膜５０により、発電層２６の溝３０ｄおよび応力緩和溝３０ｅの内側面と裏面電極層７とが接触するのが抑制されるとともに、発電層２６に水分が浸入するのが抑制される。
また、第３実施形態の上記以外の構造は、上記第１実施形態による太陽電池モジュール１と同様であるので、説明を省略する。
図２６〜図３０は、本発明の第３実施形態による太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための図である。次に、図２５〜図３０を参照して、本発明の第３実施形態による太陽電池モジュール２１の製造プロセスについて説明する。
第３実施形態では、上記第１実施形態の図４〜図７に示した製造プロセスを経て、図２６に示すように、レーザを照射することにより、応力緩和溝３０ｅを形成する。
次に、図２７に示すように、ＳｉＮなどからなる絶縁層５０ａをＣＶＤ法などにより光電変換層２５の上面上に形成する。この後、図２８に示すように、レーザパターニングにより光電変換層２５上の絶縁層５０ａを除去するか、または、異方性エッチング（ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法など）により光電変換層２５上の絶縁層５０ａがなくなるまでエッチングすることにより、溝３０ｃおよび３０ｄの両側面にサイドウォール絶縁膜５０を形成する。
次に、図２９に示すように、裏面電極層７をサイドウォール絶縁膜５０が形成された溝３０ｃおよび３０ｄ内に埋め込むように形成する。そして、図３０に示すように、溝３０ｃの開溝部３ｃと反対側の近傍に、レーザを照射することにより、開溝部２４ｅ、２５ｅおよび７ｃからなる溝３０ｄを形成する。これにより、開溝部７ｃにより分離された裏面電極層７ａおよび７ｂが形成される。
そして、図２５に示すように、封止樹脂８が裏面電極層７の上面上に応力緩和溝３０ｅを充填するように形成される。その後、封止樹脂８の上面上にバックコート９が形成されて、第３実施形態による太陽電池モジュール２１が形成される。
第３実施形態では、上記のように、発電層２６に、上側から光電変換層２５を貫通して光電変換層２４の一部を残すように形成された応力緩和溝３０ｅを複数設けることによって、上記第１実施形態よりも応力緩和溝３０ｅを形成した部分の発電層２６の厚みをより薄くすることができるので、発電層２６の応力をより緩和することができる。これにより、上記第１実施形態よりもより効果的に、太陽電池モジュール２１の外観異常および出力の低下が発生するのを抑制することができる。
（第４実施形態）
図３１は、本発明の第４実施形態による太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。この第４実施形態では、上記第２実施形態の構造において、発電層に形成した応力緩和溝を微結晶シリコンからなる光電変換層を貫通してアモルファスシリコンからなる光電変換層まで到達するように形成した例を説明する。まず、図３１を参照して、第４実施形態による太陽電池モジュール３１の構造を説明する。
第４実施形態による太陽電池モジュール３１は、基板２と、表面電極層３と、アモルファスシリコン層からなる光電変換層３４および光電変換層３４の表面上に形成される微結晶シリコン層からなる光電変換層３５によって構成される発電層３６と、裏面電極層３７と、封止樹脂８と、バックコート９とが積層された構造を有する。なお、裏面電極層３７は、本発明の「第２電極層」の一例である。光電変換層３４は、ｐ層３４ａ、ｉ層３４ｂおよびｎ層３４ｃからなり、光電変換層３５は、ｐ層３５ａ、ｉ層３５ｂおよびｎ層３５ｃからなる。また、太陽電池モジュール３１は、複数のセル４０（セル４０ａおよびセル４０ｂ）が直列に接続された構造を有する。なお、セル４０ａおよびセル４０ｂは、それぞれ、本発明の「第１セル」および「第２セル」の一例である。
第４実施形態による太陽電池モジュール３１の光電変換層３４は、開溝部３４ｄおよび３４ｅを含み、光電変換層３５は、開溝部３５ｄおよび３５ｅを含んでいる。開溝部３４ｄおよび３５ｄからセル４０ａおよび４０ｂを電気的に接続するための溝４０ｃが構成されている。また、開溝部３４ｅおよび３５ｅと、裏面電極層３７を裏面電極層３７ａと３７ｂとに分離する開溝部３７ｃとからセル４０ａおよび４０ｂを分離するための溝４０ｄが構成されている。
ここで、第４実施形態では、発電層３６には上側から裏面電極層３７（裏面電極層３７ａ）および光電変換層３５を貫通して光電変換層３４の一部を残すように形成された応力緩和溝４０ｅが複数形成されている。なお、応力緩和溝４０ｅは、本発明の「応力緩和領域」の一例である。この応力緩和溝４０ｅは、光電変換層３４の開溝部３４ｆおよび光電変換層３５の開溝部３５ｆと、裏面電極層３７の開溝部３７ｄとから構成されている。なお、開溝部３７ｄは、本発明の「開口領域」の一例である。また、裏面電極層３７の上面と、溝４０ｄおよび応力緩和溝４０ｅの内面は、ＳｉＮなどからなる絶縁層６０により覆われている。この絶縁層６０により、発電層３６もしくは表面電極層３に外部から水分が浸入するのが抑制される。また、裏面電極層３７は、上記第２実施形態と同様に、裏面電極３７が電気的に分離しないように、応力緩和溝４０ｅが形成されていない領域（図示せず）を有する。第４実施形態では、上記以外の構造は、上記第２実施形態による太陽電池モジュール２１と同様であるので、その説明を省略する。
図３２は、本発明の第４実施形態による太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための図である。次に、図３１および図３２を参照して、本発明の第４実施形態による太陽電池モジュール３１の製造プロセスについて説明する。
第４実施形態では、上記第１実施形態の図４〜図７、および上記第２実施形態の図２０に示した製造プロセスと同様の製造プロセスを用いて、光電変換層３５（発電層３６）の上面上に裏面電極層３７が形成される。次に、図３２に示すように、レーザにより複数の応力緩和溝４０ｅを形成する。この後、レーザにより裏面電極層３７および発電層３６を分離するための溝４０ｄを形成する。そして、ＳｉＮ層などを、ＣＶＤ法、スパッタリング法または蒸着法などにより裏面電極層３７の上面と溝４０ｄおよび４０ｅの内側を覆うように堆積させて絶縁層６０を形成する。この後、図３１に示すように、絶縁層６０上に封止樹脂８が溝４０ｄおよび４０ｅを充填するように形成される。その後、封止樹脂８の上面上にバックコート９が形成されて、第４実施形態による太陽電池モジュール３１が形成される。
第４実施形態では、上記のように、上側から裏面電極層３７および光電変換層３５を貫通して光電変換層３４の一部を残すように形成された応力緩和溝４０ｅを複数設けることによって、上記第２実施形態よりも応力緩和溝４０ｅを形成した部分の発電層３６の厚みをより薄くすることができるので、発電層３６の応力をより緩和することができる。これにより、上記第２実施形態よりもより効果的に、太陽電池モジュール３１の外観異常および出力の低下が発生するのを抑制することができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記第１〜第４実施形態では、発電層に形成した応力緩和領域を溝状に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、発電層の厚みが小さい部分を形成することができるのであれば、応力緩和領域の形状はどのようなものであってもよい。たとえば、応力緩和領域は孔状であってもよい。
また、上記第１〜第４実施形態では、アモルファスシリコン層からなる光電変換層と、微結晶シリコン層からなる光電変換層との２層からなる発電層を有するタンデム型の太陽電池モジュールに本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、発電層が３層以上の積層構造を有する太陽電池モジュールに適用してもよい。
また、上記第１〜第４実施形態に示した応力緩和溝（応力緩和溝５ｆ、５ｇ、５ｈ、２０ｅ、３０ｅ、４０ｅなど）の本数、幅、長さ、深さなどは、光電変換層の応力を十分に緩和することができ、かつ、除去面積が少なくなるように適宜選択すればよい。
また、上記第１〜第４実施形態では、封止樹脂としてＥＶＡを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ＥＥＡなどのエチレン系、ＰＶＢ、シリコン、ウレタン、エポキシ・アクリルなどでもよい。
また、上記第１〜第４実施形態では、バックシートとしてＰＥＴを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、フッ素樹脂（ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＣＴＦＥなど）、ＰＣ、ガラスなどの単体や、それらに金属箔を挟んだ構造、および、ＳＵＳやガルバリウムなどの金属（鋼板）などでもよい。
また、各層の成膜条件および各層のパターニングのためのレーザの照射条件などは、上記第１〜第４実施形態に示したものに限られず、太陽電池として機能するように適宜選択すればよい。
また、上記第１〜第４実施形態では、レーザを用いて各層の一部を除去および分離する例を示したが、本発明はこれに限らず、ホトレジストマスクおよびハードマスクを用いたドライエッチングおよびウェットエッチングなどにより各層の除去および分離を行ってもよい。
また、上記第１〜第４実施形態では、アモルファスシリコン層からなる光電変換層のｐ層として、アモルファスシリコンカーバイド層を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、カーバイドでなくてもよい。
また、上記第１〜第４実施形態において、２つの光電変換層の間に透光性かつ導電性を有する層を挟んだ構造であってもよい。
本発明の第１実施形態による太陽電池モジュールを示す断面図である。 図１に示した太陽電池モジュールの詳細を説明するための斜視図である。 図２に示した太陽電池モジュールの平面図である。 図１に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 図１に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 図１に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 図１に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 図１に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 図１に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 図１に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態の第１変形例を示す斜視図である。 図１１に示した第１変形例による太陽電池モジュールを示す平面図である。 本発明の第１実施形態の第２変形例を示す斜視図である。 図１３に示した第２変形例による太陽電池モジュールを示す平面図である。 本発明の第１実施形態による太陽電池モジュールの第３変形例を示す斜視図である。 図１５に示した第３変形例による太陽電池モジュールを示す平面図である。 本発明の第２実施形態による太陽電池モジュールを示す断面図である。 図１７に示した第２実施形態による太陽電池モジュールの詳細を説明するための斜視図である。 図１８に示した太陽電池モジュールの平面図である。 図１７に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 図１７に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 図１７に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態による太陽電池モジュールの第１変形例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態による太陽電池モジュールの第２変形例を示す平面図である。 本発明の第３実施形態による太陽電池モジュールを示す断面図である。 図２５に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 図２５に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 図２５に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 図２５に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 図２５に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第４実施形態による太陽電池モジュールを示す断面図である。 図３１に示した太陽電池モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。
符号の説明
１、１１、２１、３１ 太陽電池モジュール
３、３ａ、３ｂ 表面電極層（第１電極層）
４、２４、３４ 光電変換層（第１光電変換層）
５、２５、３５ 光電変換層（第２光電変換層）
６、２６、３６ 発電層
７、７ａ、７ｂ、１７、１７ａ、１７ｂ、３７、３７ａ、３７ｂ 裏面電極層（第２電極層）
１０ａ、２０ａ、３０ａ、４０ａ セル（第１セル）
１０ｂ、２０ｂ、３０ｂ、４０ｂ セル（第２セル）
５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ、２０ｅ、３０ｅ、４０ｅ 応力緩和溝（応力緩和領域）

Claims (6)

  1. 第１電極層と、前記第１電極層の表面上に形成されるアモルファスシリコン層からなる第１光電変換層および微結晶シリコン層からなる第２光電変換層より構成される発電層と、前記発電層の表面上に形成される第２電極層とが積層された互いに隣接する第１セルおよび第２セルを備え、
    前記第１セルの第１電極層と前記第２セルの第２電極層とは、電気的に接続されており、
    前記発電層の所定領域には、前記発電層の全体としての厚みよりも小さい厚みを有する応力緩和領域が形成されている、太陽電池モジュール。
  2. 前記発電層の応力緩和領域は、平面的に見て溝状または孔状に形成されており、
    前記応力緩和領域には、前記第２電極層が充填されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記応力緩和領域は、平面的に見て、前記第１セルと前記第２セルとの接続方向と実質的に直交する方向に延びるように溝状に形成されている、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記応力緩和領域は、平面的に見て、前記第１セルと前記第２セルとの接続方向と実質的に平行な方向に延びるように溝状に形成されている、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記第２電極層は、前記応力緩和領域と対応する領域に設けられた開口領域を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  6. 前記微結晶シリコン層からなる第２光電変換層は、ｐ層、ｉ層およびｎ層からなるとともに、前記第１光電変換層の上面上に形成されており、
    前記発電層の応力緩和領域は、前記第２光電変換層のｉ層の一部を残すように溝状または孔状に形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
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