JP2010141198A - 光電変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板1上に、透明電極層2と、少なくとも1層の光電変換層3と、裏面電極構造とを備える光電変換装置100であって、前記裏面電極構造が、基板1側から順に、第1裏面透明電極層7と、低屈折率層8と、第2裏面透明電極層9と、金属膜からなる裏面電極層4とを積層されて構成され、前記低屈折率層8の屈折率が、前記第1裏面透明電極層7及び前記第2裏面透明電極層9の屈折率よりも低いことを特徴とする光電変換装置100。
【選択図】図1
Description
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高出力の光電変換装置とすることができる裏面電極構造を提供することを目的とする。
基板1としてソーダフロートガラス基板(例えば1.4m×1.1m×板厚:3.5mm〜4.5mm)を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる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。
透明電極層2として、酸化錫(SnO2)を主成分とする膜厚約500nm以上800nm以下の透明導電膜を、熱CVD装置にて約500℃で製膜する。この際、透明電極膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明電極層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50nm〜150nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。
その後、基板1をX−Yテーブルに設置して、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照射する。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の直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板1とレーザー光を相対移動して、溝10を形成するように幅約6mmから15mmの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
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、図の矢印に示すように、光電変換層3の膜面側から照射する。パルス発振:10kHzから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、透明電極層2のレーザーエッチングラインの約100μmから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。またこのレーザーは基板1側から照射しても良く、この場合は光電変換層3で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層3をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
裏面電極構造として、第1裏面透明電極層7/低屈折率層8/第2裏面透明電極層9/裏面電極層4を形成する。第1裏面透明電極層7及び第2裏面透明電極層9は、Ga、Si、Al、BのうちいずれかがドープされたZnO2膜、ITO膜、SnO2膜などの透明導電膜とされる。低屈折率層8は、炭素がドープされたSiO2、MgF2、MgO、SiO2、Al2O3、Y2O3、CaF2、LiFのうちのいずれかとされる。裏面電極層4は、例えば銀(Ag)などの金属膜とされる。
第1裏面透明電極層7及び第2裏面透明電極層9とされる透明導電膜の屈折率は、1.88〜2.2である。例えば、低屈折率層8とされるMgFの屈折率は1.38、炭素ドープSiO2の屈折率は1.45である。すなわち、光電変換層3と裏面電極層4との間に、高屈折率層/低屈折率層/高屈折率層の順で構成された透明積層体が形成される。これにより、光電変換層を透過し裏面電極層表面で反射される光の反射強度を増大させることができる。
本実施形態の裏面電極構造は、第2裏面透明電極層により、低屈折率層と裏面電極層とが接触しないため、シリーズ抵抗増大が防止される。
本実施形態において、第2裏面透明電極層9の膜厚は、5nm以上25nm以下、好ましくは10nm以上20nm以下とされる。上記膜厚範囲であれば、低屈折率層8と裏面電極層4とが接触することによるシリーズ抵抗増大を抑制できるとともに、反射光強度を増大させることができる。第1裏面透明電極層7の膜厚は、裏面電極構造の光学特性を考慮して、適宜決定される。
低屈折率層8が厚いほど、裏面電極構造での光反射が増幅される。しかし、低屈折率層とされる炭素ドープSiO2の導電率は、第1及び第2裏面透明電極層とされるGZOの導電率と比較して低い。そのため、低屈折率層が厚くなるほど、太陽電池の出力電流が低下する。反射光強度及び導電性を考慮して、低屈折率層8の膜厚は、10nm以上40nm以下、好ましくは20nm以上40nm以下とされる。
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、図の矢印に示すように、基板1側から照射する。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:1kHz以上10kHz以下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、透明電極層2のレーザーエッチングラインの250μmから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。
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側から照射する。レーザー光が透明電極層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、裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2が除去される。パルス発振:1kHz以上10kHz以下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5nmから20mmの位置を、図3(c)に示すように、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。なお、図3(c)では、光電変換層3が直列に接続された方向に切断したX方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝15位置には裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2の膜研磨除去をした周囲膜除去領域14がある状態(図3(a)参照)が表れるべきであるが、基板1の端部への加工の説明の便宜上、この位置にY方向断面を表して形成された絶縁溝をX方向絶縁溝15として説明する。このとき、Y方向絶縁溝は後工程で基板1周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
後工程のEVA等を介したバックシート24との健全な接着・シール面を確保するために、基板1周辺(周囲膜除去領域14)の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域14を形成する。基板1の端から5〜20mmで基板1の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、X方向は前述の図3(c)工程で設けた絶縁溝15よりも基板端側において、Y方向は基板端側部付近の溝10よりも基板端側において、裏面電極層4/光電変換層3/透明電極層2を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。
研磨屑や砥粒は基板1を洗浄処理して除去した。
端子箱23の取付け部分はバックシート24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で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と、他方端部の太陽電池発電セル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23の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)等による接着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24を設置する。バックシート24は本実施形態では防水防湿効果が高いようにPETシート/Al箔/PETシートの3層構造よりなる。
バックシート24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。
太陽電池モジュール6の裏側に端子箱23を接着剤で取付ける。
(12)図5(b)
銅箔と端子箱23の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱23の内部を封止剤(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50が完成する。
(13)図5(c)
図5(b)までの工程で形成された太陽電池パネル50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5(d)
発電検査(図5(c))に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
図10から、低屈折率層の膜厚を増加させることで、各波長での反射率が向上する傾向が見られた。
3層構成の裏面電極構造は、4層構成の裏面電極構造に比べて、短絡電流及び光学特性の点で優れている。しかし、3層構成の裏面電極構造では、シリーズ抵抗が大幅に増大し、形状因子が低下した。一方、4層構成の裏面電極構造では、短絡電流及び光学特性が2層構造よりも優れながら、形状因子及びシリーズ抵抗は2層構成の裏面電極構造とほぼ同じであった。太陽電池の変換効率は、短絡電流及び形状因子に比例する。従って、4層構成の裏面電極構造の方が、3層構成の場合よりも、変換効率(出力)を増大させることができる。
2 透明電極層
3 光電変換層
4 裏面電極層
6 太陽電池モジュール
7 第1裏面透明電極層
8 低屈折率層
9 第2裏面透明電極層
41 非晶質シリコンp層
42 非晶質シリコンi層
43 非晶質シリコンn層
100 光電変換装置
Claims (4)
- 基板上に、透明電極層と、少なくとも1層の光電変換層と、裏面電極構造とを備える光電変換装置であって、
前記裏面電極構造が、基板側から順に、第1裏面透明電極層と、低屈折率層と、第2裏面透明電極層と、金属膜からなる裏面電極層とを積層されて構成され、
前記低屈折率層の屈折率が、前記第1裏面透明電極層及び前記第2裏面透明電極層の屈折率よりも低いことを特徴とする光電変換装置。 - 前記低屈折率層の膜厚が、10nm以上40nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
- 前記低屈折率層が、炭素がドープされたSiO2、MgF2、MgO、SiO2、Al2O3、Y2O3、CaF2、LiFのうちのいずれかであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光電変換装置。
- 前記第2透明電極層の膜厚が、5nm以上25nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
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JP2008317199A JP2010141198A (ja) | 2008-12-12 | 2008-12-12 | 光電変換装置 |
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WO2012036074A1 (ja) * | 2010-09-15 | 2012-03-22 | 三菱重工業株式会社 | 光電変換装置の製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2003298088A (ja) * | 2002-04-02 | 2003-10-17 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | シリコン系薄膜光電変換装置 |
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