JP2011023701A - 太陽電池モジュールの製造方法、及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まりを低下させることなく薄型化することができる太陽電池モジュールの製造方法を得ること。
【解決手段】太陽電池モジュールの製造方法は、ガラス基板の一方の主面上に発電層３を形成する発電層形成工程と、ガラス基板の発電層３が形成された一方の主面に、発電層３を間に配して保護板４を貼り合せる貼合工程と、ガラス基板の他方の主面に薄板化処理を施す薄板化工程と、発電層３を間に配して貼り合わされた薄板化処理後のガラス基板２および保護板４の外周側にフレーム部材５を取り付ける取付工程とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールの製造方法、及び太陽電池モジュールに関する。

太陽光発電は、無限の太陽エネルギーをエネルギー供給源としており、クリーンな発電方法として有用である。その１つとして、例えば地上や屋上などへの設置に適した太陽電池モジュールの開発が盛んに行われている。中でも、ガラス基板上にシリコンなどの複数の薄膜半導体層を積層して発電層を形成した薄膜シリコン型の太陽電池モジュールは、結晶シリコンを用いたものに比べてシリコンの使用量が少なく、安価に製造できるため注目を集めている。

ところで、従来の太陽電池モジュールに用いるガラス基板は、そのサイズが１ｍ角以上と大きく、厚さも３ｍｍを超える。また、重量は、例えばサイズを１．１ｍ×１．４ｍ×４ｍｍｔとすると、２０ｋｇ程度と重い。加えて、太陽電池モジュールを運搬し、設置する場合にはその変形や破損に十分注意する必要があり、運搬費用や設置費用などの作業に要するコストが高額となるという問題があった。このため、太陽電池モジュールの軽量化が望まれている。軽量化の要求に対する解決策としては、例えば太陽電池モジュールの薄型化が挙げられ、予め薄いガラス基板を用意して太陽電池モジュールを作製する、あるいは比較的厚みのあるガラス基板を製造の過程でエッチングして薄板化し、太陽電池モジュールを作製するといった方法が考えられる。

一方で、太陽電池モジュールの設置場所（例えば建物の壁面や屋根の上など）は平坦とは限らない。このため、設置場所の形状によっては、太陽電池モジュールを湾曲させたい場合がある。例えば、前述のようにガラス基板を薄くして太陽電池モジュールの薄型化が図れれば、湾曲が可能となる。また、ガラス基板にかえて樹脂製のフィルムなどを用いてフレキシブル性を持たせたものも知られている。

特許文献１には、プラスチックフィルムを用いたフレキシブルな太陽電池の製造方法が開示されている。この特許文献１では、フレキシブルな金属薄膜からなる基板上に光電変換層および金属電極層を加熱形成し、金属電極層上にプラスチックフィルムをラミネートした積層素材を用い、基板をエッチングして表面電極としている。

特開２００１−３４５４５９号公報

しかしながら、予め厚さの薄いガラス基板を準備して用い、太陽電池モジュールを薄型化する場合、ガラス基板が破損し易く、自重による撓みに配慮する必要があるなど製造時の取り扱いが困難なため、製造歩留りを低下させる原因となる。一方、比較的厚みのあるガラス基板を用い、製造の過程でガラス基板をエッチング（薄板化処理）して薄型の太陽電池モジュールを実現する場合、ガラス基板を単にエッチング液（ガラス溶解液）に浸漬してしまうと、ガラス基板上に形成されている発電層などの他の部材に損傷を与えてしまうという問題があった。

また、ガラス基板にかえて樹脂製のフィルムを用いる場合、フィルムの耐熱温度が２００℃程度であるため、成膜温度に制約が生じる。加えてフィルム自体が高額であるという難点があった。

また、特許文献１のように、フレキシブルな金属基板上に光電変換層や金属電極を形成する手法では、膜形成時に発生する応力によって基板自体が撓むなどの変形が生じ、製造が困難であった。また、ガラス基板をエッチングして表面電極としているため、この表面電極を外部から絶縁保護するための保護層を形成する新たな工程を必要とするという問題もあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、歩留まりを低下させることなく薄型化することができる太陽電池モジュールの製造方法、及び太陽電池モジュールを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる太陽電池モジュールの製造方法は、透明基板の一方の主面上に発電層を形成する発電層形成工程と、前記透明基板の前記発電層が形成された一方の主面に、前記発電層を間に配して保護板を貼り合せる貼合工程と、前記透明基板の他方の主面に薄板化処理を施す薄板化工程と、前記発電層を間に配して貼り合わされた前記薄板化処理後の前記透明基板および前記保護板の外周側にフレーム部材を取り付ける取付工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の他の側面にかかる太陽電池モジュールは、一方の主面と薄板化処理が施された他方の主面とを有する透明基板と、前記透明基板の一方の主面を覆う発電層と、前記発電層における前記透明基板の一方の主面を覆う面と反対側の面の一部に接続されるように配された電極板と、前記透明基板の一方の主面に、前記発電層及び前記電極板を間にして貼り合わされた保護板とを備え、前記保護板は、前記電極板の表面を露出する開口を有しており、前記電極板の表面には、前記開口を介して引き出し線が接続されていることを特徴とする。

本発明の１つの側面にかかる太陽電池モジュールの製造方法によれば、透明基板の発電層が形成された一方の主面に発電層を間に配して保護板を貼り合せた後で、透明基板の他方の主面に薄板化処理を施す。したがって、保護板によって発電層を保護することができるので、発電層を損傷することなく透明基板を十分に薄くすることができる。これによれば、歩留まりを低下させることなく太陽電池モジュールを薄型化することができるという効果を奏する。

また、本発明の他の側面にかかる太陽電池モジュールによれば、発電層における透明基板の一方の主面を覆う面と反対側の面の一部に接続されるように電極板が配されており、保護板の開口により電極板の表面が露出されているので、発電層により発電された電力を取り出すための引き出し線を、発電層を損傷することなく電極板の表面へ接続することができる。また、透明基板の他方の主面に薄板化処理が施されており、電極板を薄く形成することができるので、歩留まりを低下させることなく太陽電池モジュールを薄型化することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１における太陽電池モジュールの構成例を示す断面図である。 図２−１は、実施の形態１における太陽電池モジュールの製造工程例を説明する説明図である。 図２−２は、図２−１に続く薄膜太陽電池の製造工程例を説明する説明図である。 図２−３は、図２−２に続く薄膜太陽電池の製造工程例を説明する説明図である。 図２−４は、図２−３に続く薄膜太陽電池の製造工程例を説明する説明図である。 図３−１は、図２−４に続く薄膜太陽電池の製造工程例を説明する説明図である。 図３−２は、図３−１に続く薄膜太陽電池の製造工程例を説明する説明図である。 図３−３は、図３−２に続く薄膜太陽電池の製造工程例を説明する説明図である。 図３−４は、図３−３に続く薄膜太陽電池の製造工程例を説明する説明図である。 図３−５は、図３−４に続く薄膜太陽電池の製造工程例を説明する説明図である。 図３−６は、図３−５に続く薄膜太陽電池の製造工程例を説明する説明図である。 図４は、実施の形態２における太陽電池モジュールの構成例を示す断面図である。 図５−１は、実施の形態２における太陽電池モジュールの製造工程例を説明する説明図である。 図５−２は、図５−１に続く薄膜太陽電池の製造工程例を説明する説明図である。 図５−３は、図５−２に続く薄膜太陽電池の製造工程例を説明する説明図である。

以下、図面を参照し、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面に示される薄膜太陽電池の断面図は模式図であり、層の厚みや幅、これらの比率などは必ずしも正確ではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における太陽電池モジュール１の構成例を示す断面図である。図１に示すように、実施の形態１の太陽電池モジュール１は、薄板化処理された透明基板であるガラス基板２と、発電層３と、保護板４と、これら太陽電池モジュール１を構成する各部を保護するフレーム部材５とを備え、ガラス基板２と保護板４とがシール材６によって貼り合わされて構成されている。ガラス基板２は、一方の主面２ａと、薄板化処理が施された他方の主面２ｂとを有する。さらに、発電層３上に電極薄板（電極板）１００が貼り付けられている（図２―３参照）。また、電力を取り出すための引き出し線１０１が、保護板４の開口１０４を介して電極薄板１００へ接続されている（図３―３及び図３―４参照）。なお、保護板４の開口１０４は、充填材１０２により封止されている。この太陽電池モジュール１は、図１に示すように、ガラス基板２が上にされ、保護板４側が設置面に設置されて使用される。

ここで、発電層３は、透明電極層、光電変換層および裏面電極層がこの順に積層された単一のセルまたはこのセルが複数配列されて電気的に接続された公知の構成を有する。この発電層３は、ガラス基板２の光の入射面（図１では上側の面）から太陽電池モジュール１に入射した光を光電変換して発電を行う。発電層３は、ガラス基板２の一方の主面２ａを覆っている。発電層３におけるガラス基板２の一方の主面２ａを覆う面と反対側の面３ａの一部には、電極薄板１００が接続されている。

保護板４は、ガラス基板２の一方の主面２ａに、発電層３及び電極薄板１００を間にして貼り合わされている。保護板４は、太陽電池モジュール１の製造時に発電層３を保護する役割を果たすものである。すなわち、後述のように、太陽電池モジュール１の製造工程では、薄板化処理に際して薄板化処理前のガラス基板（図２−１などに示すガラス基板７）をガラス溶解液に浸漬するが、保護板４は、このときにガラス溶解液が発電層３に対して損傷を与えないように保護する。また、保護板４は、太陽電池モジュール１において、薄板化されたガラス基板２の補強材としての役割も果たしている。この保護板４は、軽量で、ガラス溶解液に対する耐性を有する材質が望ましい。また、保護板４は、シール材６によってガラス基板２と接着されるため、シール材６との接着性が良好な材質が望ましい。具体的な材質としては、例えば、プラスチック材、テフロン（登録商標）板、ポリカーボネート板、アクリル板またはこれらの合板などが挙げられる。

また、保護板４は、電極薄板１００に対応する位置に、電極薄板１００の表面１００ａを露出する開口１０４を有する。

電極薄板１００は、製造時の保護板４の一部を切除し引き出し線１０１を取り付ける際、発電層３を破損しないように、保護するために設置する役割と、使用時に電力を取り出す役目を担う。また、電極薄板１００は、保護板４に穴あけのため機械加工する際に発電層３を破損しないように、比較的に硬度が高く電力を伝達するため抵抗率が低い材質で形成されていることが望ましい。

電極薄板１００は、例えば、金属板、導電性プラスチック板、またはこれらの合板などで形成されている。あるいは、電極薄板１００は、保護板４に局所的な熱により穴あけ加工する場合、例えば、耐熱性の高い金属板や導電性セラミックなどで形成されている。なお、電極薄板１００は、保護板４に溶剤により溶解加工で穴あけ加工する場合、例えば、耐薬品性の高い金属板や導電性セラミックなどで形成されていることが有効である。また、電極薄板１００の板厚は、貼り付けの際の作業効率の観点から、０．１〜１．０ｍｍとすることが適切である。

次に、実施の形態１における薄膜太陽電池の製造工程について説明する。ここで、図２−１〜図２−４および図３−１〜図３−６の各図は、太陽電池モジュールの製造工程例を説明する説明図であり、製造工程順にその断面図を示したものである。

実施の形態１の製造工程では、図２−１に示すように、先ずガラス基板７を準備する。この工程で準備されるガラス基板７は、１ｍ角以上の面積を有し、厚みは３ｍｍ以上である。そして、図２−２に示すように、ガラス基板７の一方の主面（図１に示す一方の主面２ａに対応する面）７ａを覆うように発電層３を形成する（発電層形成工程）。例えば、特開平５−９５１２６号公報に開示されている公知技術を用いて、ガラス基板７上に透明電極層、光電変換層および裏面電極層を順に積層することによって発電層３を形成する。

続いて、図２−３に示すように、電極薄板１００を発電層３に装着する。すなわち、発電層３におけるガラス基板２の一方の主面２ａを覆う面と反対側の面３ａの一部に電極薄板１００が接続されるように電極薄板１００を形成する（電極板形成工程）。例えば、発電層３の面３ａの上に２つの電極薄板１００を形成する。この際、一方の電極薄板１００は発電層３の（面３ａの一部に設けられた）一方の電極として発電層３へ電気的に接続し、もう一方の電極薄板１００は発電層３の（面３ａの他の一部に設けられた）もう一方の電極として発電層３へ電気的に接続する。

続いて、図２−４に示すように、電極薄板１００の表面を避けてガラス基板７上の縁部部分及び発電層３を覆うように部分的にシール材６を塗布する。シール材６としては、熱硬化型や光硬化型といった各種接着剤を適宜用いる。

その後、図３−１に示すように、発電層３を形成したガラス基板７上に保護板４を配置し、塗布したシール材６を硬化させてガラス基板７と保護板４とを貼り合せる（貼合工程）。この工程によって、発電層３を間に配した状態で、ガラス基板７と保護板４とが接着される。

なお、上記した図２−３の工程では、シール材６をガラス基板７上のほぼ全面に塗布することとした。これに対し、ガラス基板７上の縁部の全周に亘ってシール材６を塗布する構成としてもよい。シール材６は、後段の工程で薄板化のためにガラス基板７が浸漬されるガラス溶解液から発電層３を保護するための保護板４をガラス基板７に接着する接着材である。本変形例のように、ガラス基板７上の縁部全周にシール材６を塗布してガラス基板７と保護板４とを貼り合わせるようにすれば、ガラス基板７と保護板４との間に配される発電層３を密封できるので、発電層３への水分の浸入を防止できる。したがって、薄板化処理時のガラス溶解液に対する発電層３の保護効果を高めることができるとともに、発電層３の耐湿性が向上するという効果も得られる。

続いて、図３−１に示すように、ガラス基板７の他方の主面（図３−１では下面）７ｂに薄板化処理を施し（薄板化工程）、図３−２に示すように、薄板化されたガラス基板２を得る。この薄板化処理は、例えば、フッ酸溶液などのガラス溶解液に図３−１に示すガラス基板７の他方の主面７ｂ側を浸漬することによって行う。そして、ガラス基板７の他方の主面７ｂを溶解し、薄板化する。この薄板化処理によって、ガラス基板２を１ｍｍ以下に薄くすることができる。ここでは、例えば０．５ｍｍ程度の厚さに薄板化する。あるいは、例えば０．２ｍｍ程度の厚さに薄板化する。

さらに、図３−３に示すように、保護板４の一部を切除し保護板４に開口１０４を形成する。すなわち、保護板４における電極板１００に対応した位置に、電極薄板１００の表面１００ａを露出する開口１０４を形成する（開口形成工程）。

ここで、仮に、電極薄板１００を形成せずに、鋭利な刃先を用いて保護板４の一部を切除すると、発電層３を破損してしまう可能性がある。あるいは、仮に、電極薄板１００を形成せずに、図３−１に示す工程の前に予め保護板４に開口１０４を設けたとすると、図３−１に示す工程で、ガラス溶解液が侵入し発電層３を破損してしまう。あるいは、仮に、電極薄板１００を形成せずに、溶解液により保護板４を切除したり熱溶解させたりして開口１０４を形成したとすると、発電層３を破損してしまう。

それに対して、実施の形態１では、発電層３の上に電極薄板１００を形成した後に、保護板４における電極板１００の上に位置する部分を選択的に除去して、電極薄板１００の表面を露出する開口１０４を形成する。これにより、発電層３を破損することなく、発電層３の発電した電力を取り出すための端子すなわち電極薄板１００の表面１００ａを露出させることができる。

さらに、図３−４に示すように、電力を取り出すため、電極薄板１００に引き出し線１０１を取り付ける。すなわち、保護板４の開口１０４を介して、電極薄板１００の露出した表面１００ａへ引き出し線１０１を接続する（接続工程）。

その後、図３−５に示すように、水分等が浸入しないように、保護板４の開口１０４を充填材１０２により封止する。

そして、図３−６に示すように、発電層３を間に配した薄板化処理後のガラス基板２および保護板４の外周側にフレーム部材５を取り付けて固定し、図１に示した太陽電池モジュール１を得る。

以上説明したように、実施の形態１によれば、比較的厚さを有するガラス基板７の一方の主面７ａ上に発電層３を形成し、保護板４を貼り合わせた後で、ガラス基板７の他方の主面７ｂをガラス溶解液に浸漬して薄板化処理することができる。このとき、発電層３は、保護板４によって保護されており、ガラス溶解液によって発電層３が損傷する事態は生じない。したがって、発電層３を損傷することなくガラス基板２を十分に薄くすることができる。

また、電極薄板１００を設けているため、保護板４に開口１０４を設ける際にも発電層３が損傷する事態は生じない。また、電極薄板１００は、薄く形成することができる。

これによれば、歩留まりを低下させることなく太陽電池モジュール１を薄型化することができる。また、ガラス基板２の薄板化によって太陽電池モジュール１の軽量化が図れ、運搬費用や設置作業などの作業に要するコストを低減できる。

また、発電層３を形成する工程や不図示の電極部を形成する工程などは従来の手法と同様に行うことができ、薄板化したガラス基板２を得るために製造工程を大幅に追加・変更する必要がない。したがって、ガラス基板２の薄板化に伴ってコストが増大しない。

さらに、保護板４の開口１０４により、電極薄板１００の表面１００ａが露出されているので、発電層３により発電された電力を取り出すための引き出し線１０１を、発電層３を損傷することなく電極薄板１００の表面１００ａへ接続することができる。これにより、発電層３により発電された電力を、発電層３を損傷することなく、容易に外部へ取り出すことができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２における太陽電池モジュール１０の構成例を示す断面図である。図４に示すように、実施の形態２の太陽電池モジュール１０は、実施の形態１と同様に、薄板化処理されたガラス基板２と、発電層３と、保護板４と、これら太陽電池モジュール１０を構成する各部を保護するフレーム部材１１とを備え、ガラス基板２と保護板４とがシール材６によって貼り合わされる。なお、電極薄板１００及び引き出し線１０１を介して発電層３から電力を取り出すように構成されている点は、実施の形態１と同様である。この実施の形態２の太陽電池モジュール１０は、建物の壁面や屋根の上などの設置場所への設置面側（図４では下側）に沿うように湾曲した形状を有する。

図５−１〜図５−３の各図は、実施の形態２における太陽電池モジュール１０の製造工程例を説明する説明図であり、製造工程順にその一部断面を示している。

実施の形態２の製造工程は、ガラス基板７を薄板化処理した後の工程が、実施の形態１と異なる。すなわち、実施の形態２の製造工程では、実施の形態１と同様に、先ず、図２−１〜図２−４，図３−１〜図３−４で説明した各工程を行う。具体的には、ガラス基板７の一方の主面７ａ上に発電層３を形成し、この発電層３を内部に配してガラス基板７と保護板４とを貼り合せた後、ガラス基板７の他方の主面７ｂ側をガラス溶解液に浸漬して薄板化したガラス基板２を得る。そして、保護板４における電極板１００に対応する位置に電極板１００の表面１００ａを露出する開口１０４を形成し、保護板４の開口１０４を介して電極薄板１００の露出された表面１００ａへ引き出し線１０１を接続する。

その後、図５−１に示すように、保護板４を下にして配置した後（図４参照）、保護板４の開口１０４を充填材１０２により封止する。図５−２に示すように、応力を加えて、ガラス基板２、発電層３、電極薄板１００、及び保護板４をガラス基板２側（図４における上側）に湾曲させる。ガラス基板２は、前段の工程で薄板化されており、容易に湾曲させることができる。また、発電層３、電極薄板１００、及び保護板４も、ガラス基板２に比べて容易に湾曲させることができる。湾曲させる曲率は適宜設定できるが、例えばガラス基板２を１ｍｍ以下に薄板化することによって、５００ｍｍ程度の曲率半径で湾曲させることが可能となる。あるいは、例えばガラス基板２を０．２ｍｍ以下に薄板化することによって、１５０ｍｍ程度の曲率半径で湾曲させることが可能となる。なお、ここではガラス基板２、発電層３、電極薄板１００、及び保護板４をガラス基板２側に湾曲させた例を示したが、保護板４側（図４における下側）に湾曲させることとしてもよい。ガラス基板７と保護板４とに挟まれた電極薄板１００の板厚を、例えば０．１〜１．０ｍｍと薄くすると、太陽電池モジュールの厚みを薄くできるとともにその湾曲加工も容易となる。

そして、図５−３に示すように、ガラス基板２、発電層３、電極薄板１００、及び保護板４を湾曲させた状態でこのガラス基板２および保護板４の外周側にフレーム部材１１を取り付けて固定する。その後、不図示の電極部を形成して配線し、図４に示した太陽電池モジュール１０を得る。

以上説明したように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏することができるとともに、例えば建物の壁面や屋根の上といった設置場所に応じて、その形状に沿うようにガラス基板２を湾曲させることが可能となる。すなわち、設置場所に接触する面（例えば、図４における保護板４の下面）を設置場所に沿って湾曲した曲面とすることができるので、曲面を有する設置場所に適した太陽電池モジュール１０を得ることができる。また、ガラス基板２を湾曲させることによれば、設置場所との調和が図れるとともに、デザイン性の向上が図れる効果もある。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールの製造方法は、歩留まりを低下させることなく太陽電池モジュールを薄型化するのに適している。

１，１０ 太陽電池モジュール
２，７ ガラス基板
３ 発電層
４ 保護板
５，１１ フレーム部材
６ シール材
１００ 電極薄板
１０１ 引き出し線
１０２ 充填材
１０４ 開口

Claims (5)

1. 透明基板の一方の主面上に発電層を形成する発電層形成工程と、
   前記透明基板の前記発電層が形成された一方の主面に、前記発電層を間に配して保護板を貼り合せる貼合工程と、
   前記透明基板の他方の主面に薄板化処理を施す薄板化工程と、
   前記発電層を間に配して貼り合わされた前記薄板化処理後の前記透明基板および前記保護板の外周側にフレーム部材を取り付ける取付工程と、
   を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
2. 前記薄板化工程の後に、前記薄板化処理後の前記透明基板に応力を加えて湾曲させる湾曲工程を含み、
   前記取付工程は、前記透明基板を湾曲させた状態で前記透明基板および前記保護板の外周側に前記フレーム部材を取り付ける
   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の製造方法。
3. 前記発電層形成工程の後、前記貼合工程の前に、前記発電層における前記透明基板の一方の主面を覆う面と反対側の面の一部に電極板が接続されるように前記電極板を形成する電極板形成工程と、
   前記貼合工程及び前記薄板化工程の後に、前記電極板の表面を露出する開口を前記保護板に形成する開口形成工程と、
   前記開口を介して、前記電極板の露出した表面へ引き出し線を接続する接続工程と、
   をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
4. 一方の主面と薄板化処理が施された他方の主面とを有する透明基板と、
   前記透明基板の一方の主面を覆う発電層と、
   前記発電層における前記透明基板の一方の主面を覆う面と反対側の面の一部に接続されるように配された電極板と、
   前記透明基板の一方の主面に、前記発電層及び前記電極板を間にして貼り合わされた保護板と、
   を備え、
   前記保護板は、前記電極板の表面を露出する開口を有しており、
   前記電極板の表面には、前記開口を介して引き出し線が接続されている
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
5. 前記透明基板、前記発電層、前記電極板、及び前記保護板は、湾曲している
   ことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。

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