JP2010021593A

JP2010021593A - 太陽電池モジュールの逆バイアス処理装置

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Publication number: JP2010021593A
Application number: JP2009247833A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hayashi; 克彦林
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2010-01-28

Abstract

【課題】多数段の太陽電池セルを集積した太陽電池モジュールに対して逆バイアス処理を効率的に実施できる逆バイアス処理装置を提供する。
【解決手段】基板上に第１電極層、半導体層および第２電極層が順次積層された複数段の太陽電池セルを有する太陽電池モジュールに対し、隣り合う太陽電池セルの電極間に逆バイアス電圧を印加して短絡部を除去する太陽電池モジュールの逆バイアス処理装置であって、互いに隣り合う３段以上の太陽電池セルの電極に接触する複数段のプローブと、複数段のプローブから隣り合う任意の１対の太陽電池セルの電極間に逆バイアス電圧を印加する１対のプローブを選択する切換スイッチと、複数段のプローブを一体的に昇降させる昇降手段と、複数段のプローブを一体的に逆バイアス処理すべき太陽電池セルの上方に移動させるステッピング機構とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール、特にアモルファス太陽電池モジュールの逆バイアス処理装置に関する。

太陽電池モジュールを構成する個々の太陽電池セルに短絡部（ピンホールともいう）が生じると、発電特性が低下する。そこで、発電特性を改善するために、隣り合う太陽電池セルの電極間に逆バイアス電圧を印加して、短絡部を除去する工程が行われる。

このような逆バイアス電圧の印加による短絡部の除去について図５を参照して説明する。図５において、ガラス基板１上にＳｎＯ₂などの透明導電性酸化物からなる透明電極（第１電極層）２が成膜され、レーザースクライビングにより分離されている。この透明電極２上にたとえばｐ型ａ−Ｓｉ層、ｉ型ａ−Ｓｉ層およびｎ型ａ−Ｓｉ層の積層構造からなる半導体層３が成膜され、透明電極２のスクライブ線とずらせてレーザースクライビングにより分離されている。この半導体層３上に金属からなる裏面電極（第２電極層）４が成膜され、半導体層３のスクライブ線とずらせてレーザースクライビングにより分離されている。このように各層のスクライブ線をずらせることにより、ある太陽電池セルの裏面電極４の端部は半導体スクライブ線を通して隣の太陽電池セルの透明電極２の端部と導通しており、多数の太陽電池セルが直列接続されている。この図に示されるように、逆バイアス電圧は隣り合う太陽電池セルの裏面電極４に１対のプローブ（印加手段）５を接触させて印加される。

太陽電池セルに短絡部Ｓが発生している場合、逆バイアス電圧を印加すると短絡部に電流が集中してジュール熱が発生するため、短絡部Ｓにおいて裏面電極を構成する金属が飛散したり、この金属が酸化されて絶縁膜に変換される。こうして短絡部が絶縁した状態になってなくなるため、動作時の発電特性の低下を抑えることができる。

しかし、各太陽電池セルにおいて、複数のピンホールが全くランダムに発生する。このような複数のピンホールを有する太陽電池セルに対して１対（２段分で２個）の点接触のプローブを接触させて逆バイアス電圧を印加する場合、長手方向に沿ってプローブからの距離が長くなって電圧降下が無視できなくなる短絡部Ｓがあると種々の問題が生じる。すなわち、プローブから短絡部までの距離が短かければ、短絡部に十分な電流が流れるため上記のように短絡部を飛散または酸化させて除去できる。一方、プローブから短絡部までの距離が長いと、電圧降下が大きく短絡部に十分な電流が流れないため短絡部を飛散または酸化させることができずに短絡部を除去できなくなる。この問題に対応してプローブから遠く離れた短絡部を確実に除去するために逆バイアス電圧を大きくすると、プローブの近くにある短絡部に大電流が流れ多量の発熱によりピンホールが大きくなったり、耐電圧以上の電圧が印加されて正常な素子部が破壊されるという問題が生じる。

そこで、本発明者らは特開平１０−４２０２号において、１対（２段分）のプローブとして、太陽電池セルの長手方向に沿って１段当たり複数の点接触のプローブを設けるか、または１段当たり１つもしくは複数の線接触もしくは面接触のプローブを設けた逆バイアス処理装置を開示している。このような逆バイアス処理装置では、プローブから短絡部までの距離を電圧降下が問題にならない範囲に収めることができるので、短絡部を除去できなくなったり、逆に正常な素子部が破壊されるという問題を解消できる。

この逆バイアス処理装置では、一体化された１対（２段分）のプローブを太陽電池セルの電極に接触させ、逆バイアス処理を行い、プローブを上昇させ、隣の太陽電池セルの位置まで移動させるという操作を太陽電池セルの段数分だけ繰り返す。この場合、太陽電池セルの長手方向に沿って１段当たり複数の点接触のプローブまたは１段当たり１つもしくは複数の線接触もしくは面接触のプローブを設けているため、位置によってプローブ−太陽電池セル間の高低差が生じるのを避けられない。このため、局所的に大きな応力が作用して素子を機械的に傷つけることがないように、プローブをゆっくりと下降させる必要がある。したがって、数十段にもおよぶ太陽電池モジュールの全段にわたって逆バイアス処理を施すには長時間を要し、太陽電池モジュールの生産効率が低下する。また、一体化されたプローブの昇降回数が多いため、摩耗による装置の故障回数が増加する。

本発明の目的は、多数段の太陽電池セルを集積した太陽電池モジュールに対して逆バイアス処理を効率的に実施できる逆バイアス処理装置を提供することにある。

本発明の太陽電池モジュールの逆バイアス処理装置は、基板上にそれぞれ成膜およびスクライブ加工された第１電極層、半導体層および第２電極層が順次積層された複数段の太陽電池セルを有する太陽電池モジュールに対し、隣り合う太陽電池セルの電極間に逆バイアス電圧を印加して短絡部を除去する太陽電池モジュールの逆バイアス処理装置において、互いに隣り合う３段以上の太陽電池セルの電極に接触する複数段のプローブと、複数段のプローブから隣り合う任意の１対の太陽電池セルの電極間に逆バイアス電圧を印加する１対のプローブを選択する切換スイッチと、複数段のプローブを一体的に昇降させる昇降手段と、複数段のプローブを一体的に逆バイアス処理すべき太陽電池セルの上方に移動させるステッピング機構とを具備したことを特徴とする。

本発明の逆バイアス装置を用いれば、プローブを下降させて太陽電池セルの電極に接触させた後、スイッチ切換により複数段の太陽電池セルの逆バイアス処理ができるので、最も時間のかかるプローブの下降操作の回数を従来よりも大幅に減少させることができ、逆バイアス処理全体の効率を向上できる。

本発明において、プローブとは逆バイアス電圧を印加するための印加手段（電極）を意味し、プローブの太陽電池セルの電極に対する接触部は点状でも、線状でも面状でもよい。太陽電池セルの１段分に着目すれば、その長手方向に沿って１段当たり複数の点接触のプローブ群を設けるか、または１段当たり１つもしくは複数の線接触もしくは面接触のプローブ群を設けることが好ましい。このようなプローブを設ければ、プローブから遠く離れた短絡部がなくなるので、電圧降下に起因する悪影響を避けることができる。

なお、太陽電池セルの電極に対して線接触または面接触するプローブを用いる場合、１つまたは複数のプローブの（合計の）接触長さは太陽電池セルの長手方向の長さの５０％以上とすることが好ましい。

本発明の逆バイアス処理装置では、スイッチ切換により２段分のプローブに通電して１段の太陽電池セルの逆バイアス処理を行うので、一体化されたｎ段分のプローブ群を下降させて太陽電池セルの電極に接触させた状態でスイッチ切換により逆バイアス処理できる太陽電池セルの段数は（ｎ−１）段となる。本発明においては、プローブの段数は３段以上であればよいが、５〜１０段であることが好ましい。プローブの段数が少ないと、逆バイアス処理全体の効率がそれほど向上しない。プローブの段数が多いと、全てのプローブを太陽電池セルの電極に均一な応力で接触させることが困難になり、局所的に素子が機械的に破壊される危険性が高くなる。

本発明の逆バイアス処理装置を用いれば、複数段のプローブ群をスイッチ切換により作動させて多数段の太陽電池セルを集積した太陽電池モジュールに対して逆バイアス処理を効率的に実施でき、しかも摩耗による装置の故障回数も減少する。

本発明の一実施形態に係る逆バイアス処理装置を示す平面図および側面図。図１の逆バイアス処理装置におけるプローブの配置を示す図。本発明の他の実施形態に係る逆バイアス処理装置を示す斜視図。本発明の他の実施形態に係る逆バイアス処理装置を示す斜視図。逆バイアス処理を説明する断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の装置の平面図、図１（ｂ）は本発明の装置の長手方向に沿う側面図、図１（ｃ）は本発明の装置の幅方向に沿う側面図である。

図１に示されるように、基台１１上にワークとして太陽電池モジュール１０が載置される。太陽電気モジュール１０の微細構造は図５と同様であり、ガラス基板１上にそれぞれ成膜およびスクライビングされた透明電極（第１電極層）２、半導体層３および裏面電極（第２電極層）４が積層されている。この太陽電池モジュール１０はたとえば装置の長手方向（図１（ａ）に矢印で表示）に沿う片側に設けられた搬入コンベア（図示せず）により搬入され、他方の側に設けられた搬出コンベア（図示せず）により搬出される。太陽電池モジュール１０の大きさは長さ８４０〜９１０ｍｍ、幅４２３〜９１０ｍｍであり、装置の長手方向に対して太陽電池セルの長手方向（スクライブ線の方向）が直交するように基台１１上に載置される。この太陽電池モジュール１０では、４０段の太陽電池セルが集積化されているものとする。

基台１１の一端側の上部にはステッピング機構１２が立設されている。このステッピング機構１２の上部には昇降機構１３が基台１１の内側に向かって突出するように設けられている。昇降機構１３にはプローブのホルダー１４が昇降可能に取り付けられており、ホルダー１４の下面に多数のプローブ１５が取り付けられている。

図２に一例を示すように、プローブ１５は１段の太陽電池セルの長手方向の全長にわたって３０ｍｍの等間隔で約３０個設けられており、６段分のプローブ群が一体的に昇降するようになっている。１段分のプローブ群は共通の接続ワイヤ１６により接続されている。接続ワイヤ１６の一端側は、６段分のプローブから隣り合う任意の１対の太陽電池セルの電極間に逆バイアス電圧を印加する１対のプローブ群を選択する切換スイッチ１７に接続されている。この切換スイッチ１７の切換順序をＲ１〜Ｒ５で示す。さらに、これらの切換スイッチ１７は逆バイアス電源１８に接続されている。

この逆バイアス装置の操作について説明する。図示しない搬入コンベアから太陽電池モジュールが搬入されて基台１１上に載置され、位置合わせマーク（図示せず）を基準として位置決めがなされる。次に、ステッピング機構１２を動作させて、昇降機構１３、ホルダー１４およびプローブ１５を逆バイアス処理すべき太陽電池セルの上方に移動させる。次いで、昇降機構１３を動作させ、局所的に大きな応力が作用して素子を機械的に傷つけることがないように、ホルダー１４およびプローブ１５をゆっくりと下降させて太陽電池セルの上部に接触させる。

そして、切換スイッチ１７のスイッチＲ１を接続して右端の２段分のプローブ群に通電して、最も右端の太陽電池セルについて逆バイアス処理を施す。次に、スイッチＲ２を接続して右端から２段目および３段目の２段分のプローブ群に通電して、右端から２段目の太陽電池セルについて逆バイアス処理を施す。このようなスイッチの切換を順次行い、右端から５段目の太陽電池セルまで逆バイアス処理を施す。このように、１対（２段分）のプローブ群を用いて１段の太陽電池セルについて逆バイアス処理を行うので、上記のように６段分のプローブ群を切換スイッチ１７で切り換えて使用することにより５段分の太陽電池セルの逆バイアス処理を実施できる。このとき、１段の太陽電池セルあたり多数（この例では約３０個）のプローブが設けられているので、プローブから短絡部までの距離は電圧降下が問題にならない範囲内（最大でプローブ間の間隔３０ｍｍの半分の１５ｍｍ）にあり、短絡部を除去できなくなったり、逆に正常な素子部が破壊されるという問題が生じることはない。

続いて、昇降機構１３を動作させてホルダー１４およびプローブ１５を上昇させ、ステッピング機構１２を動作させて昇降機構１３、ホルダー１４およびプローブ１５を次回に逆バイアス処理すべき太陽電池セルの上方に移動させた後に上記の操作を繰り返す。すなわち、本発明の逆バイアス処理装置を用いて４０段分の太陽電池セルについて逆バイアス処理するには、プローブのステップ移動、プローブの下降、スイッチ切換による逆バイアス処理およびプローブの上昇を一連の工程とする操作を８回繰り返せばよい。これは、従来の逆バイアス処理装置を用いた場合には、４０段の太陽電池セルを逆バイアス処理するには上記のような操作を４０回繰り返す必要があったのと比較すると、生産効率を約５倍に向上できることを意味する。また、本発明の逆バイアス処理装置では、一体化されたプローブ群の昇降回数が従来より少ないため、摩耗による装置の故障回数も減少する。

なお、本発明において、プローブの形状は特に限定されない。例えば、図３に示すように太陽電池セル１０の裏面電極４と線接触する線状のプローブ２１を用いてもよい。また、図４に示すように太陽電池セル１０の裏面電極４と面接触するブロック状のプローブ２２を用いてもよい。

１…ガラス基板
２…透明電極
３…半導体層
４…裏面電極
５…プローブ
１０…太陽電池モジュール
１１…基台
１２…ステッピング機構
１３…昇降機構
１４…ホルダー
１５…プローブ
１６…接続ワイヤ
１７…切換スイッチ
１８…逆バイアス電源
２１、２２…プローブ

Claims

基板上にそれぞれ成膜およびスクライブ加工された第１電極層、半導体層および第２電極層が順次積層された複数段の太陽電池セルを有する太陽電池モジュールに対し、隣り合う太陽電池セルの電極間に逆バイアス電圧を印加して短絡部を除去する太陽電池モジュールの逆バイアス処理装置において、互いに隣り合う３段以上の太陽電池セルの電極に接触する複数段のプローブと、複数段のプローブから隣り合う任意の１対の太陽電池セルの電極間に逆バイアス電圧を印加する１対のプローブを選択する切換スイッチと、複数段のプローブを一体的に昇降させる昇降手段と、複数段のプローブを一体的に逆バイアス処理すべき太陽電池セルの上方に移動させるステッピング機構とを具備したことを特徴とする太陽電池モジュールの逆バイアス処理装置。