JP2012043870A - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュール製造時の処理能力を高くすることを実現する。
【解決手段】複数の単位太陽電池セルが形成された太陽電池セルを発熱検査する第１工程と、太陽電池セルを単位太陽電池セルに分割する第２工程と、分割された単位太陽電池セルを、第１工程の検査結果により分別する第３工程とを有する太陽電池モジュールの製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールの製造方法、特に、太陽電池セルを分割したセルを用いて製造する太陽電池モジュールに関する。

太陽光エネルギを直接電気エネルギに変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急速に高まっている。太陽電池としては、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類があるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。

携帯電話等の電子機器に用いられる太陽電池モジュールは、シリコン基板を用いた、長さ、および幅が１０ｍｍ〜２０ｍｍの太陽電池セル（以下「単位太陽電池セル」という。）を複数用いて作製される。この単位太陽電池セルは、１つ１つ製造ラインにて作製されるのではなく、１００ｍｍ〜２００ｍｍ角のシリコン基板に、複数の単位太陽電池セルを作りこんだ太陽電池セルを作製し、作製した太陽電池セルをダイシングソーまたはレーザ等により分割することで得られる。

図５は、シリコン基板を用いた太陽電池セルの模式図である。図５（ａ）は、太陽電池セル１を入射光側である受光面側より見た図である。複数の単位太陽電池セル２が、太陽電池セル１に作りこまれている。図５（ｂ）は、太陽電池セル１を分割した単位太陽電池セル２の１つである。単位太陽電池セル２の受光面には、銀で形成されたメイングリッド電極３及びサブグリッド電極４が形成され、メイングリッド電極３には複数のサブグリッド電極４が接続している。

図６は、電子機器に用いられる太陽電池モジュールの一例を示した模式図である。太陽電池モジュール１１は、単位太陽電池セル２を１０個直列に接続したものである。

太陽電池モジュール１１における単位太陽電池セル２間の電気接続は、個々の単位太陽電池セル２のメイングリッド電極３と、個々の単位太陽電池セル２の受光面の反対の面である裏面に形成された電極とに、金属ワイヤー等の金属配線を接続させて行う。特許文献１には、太陽電池セルをダイシングにより単位セルに分割し、その単位セルを接続して太陽電池モジュールを作製する一例が示されている。

以下に、上記太陽電池モジュールを作製する場合の製造方法の一例を示す。図７は、その際の太陽電池モジュールの製造フロー図である。以下の説明において、太陽電池モジュール自体は、図５と同様であり、これを用いて説明する。

まず、太陽電池セル作製工程（Ｓ１０１。「Ｓ」はステップを表す。以下同様。）において、単位太陽電池セル２が２５個形成された太陽電池セル１を作製する。次に、太陽電池セル特性測定工程（Ｓ１０２）において、作製された太陽電池セル１の特性測定を行う。次に、判定基準値以上の太陽電池セルに分別する工程（Ｓ１０３）において、太陽電池モジュール１１に要求される出力値に対する太陽電池セル１の特性測定における出力値を判定基準値αとして、その判定基準値以上を太陽電池セル１の良品とする。

次に、太陽電池セルを単位太陽電池セルに分割する工程（Ｓ１０４）において、良品とした判定基準値α以上の太陽電池セル１をダイシングソーまたはレーザ等を用いて単位太陽電池セル２に分割する。次に、太陽電池モジュール作製工程（Ｓ１０５）において、分割された単位太陽電池セル２を１０個用いて太陽電池モジュール１１を作製する。次に、太陽電池モジュール特性測定工程（Ｓ１０６）において、作製された太陽電池モジュール１１の特性測定を行い、太陽電池モジュール１１に要求される特性測定における出力値以上を良品とし良品判定を行なう。

特開平１０−２７０７３５号公報（平成１０年１０月９日公開）

しかしながら、図７に示す太陽電池モジュールの製造フローであると、判定基準値α以上の太陽電池セル１を分割して単位太陽電池セル２を用いることになるが、出力値不足の単位太陽電池セル２が含まれることがあり、このモードによる太陽電池モジュールの不良が、Ｓ１０６で見られた。

そこで、太陽電池セル１から分割された単位太陽電池セル２を、全数特性測定し、判定基準値以上に分別した単位太陽電池セルを用いて太陽電池モジュールを作製した。図８は、その際の太陽電池モジュールの製造フロー図である。なお、図８において、図７と同様の処理については同一の番号（例えば、「１０１」）を付与している。Ｓ１０１からＳ１０４は、図７と同様であるので、Ｓ１０７より下記に示す。

単位太陽電池セル特性測定工程（Ｓ１０７）において、分割された単位太陽電池セル２の全数の特性測定を行う。次に、判定基準値以上の単位太陽電池セルに分別する工程（Ｓ１０８）において、太陽電池モジュール１１に要求される出力値に対する単位太陽電池セル２の特性測定における出力値を判定基準値βとして、その判定基準値以上を単位太陽電池セル２の良品とする。

次に、太陽電池モジュール作製工程（Ｓ１０５）において、Ｓ１０８で良品とした１０個の単位太陽電池セル２を用いて太陽電池モジュール１１を作製する。次に、太陽電池モジュール特性測定工程（Ｓ１０６）において、作製された太陽電池モジュール１１の特性測定を行い、太陽電池モジュール１１に要求される特性測定における出力値以上を良品とし良品判定を行なう。

上記に示すように、従来技術において、太陽電池モジュール作製時に、単位太陽電池セル２の良品判定を行おうとすると、まず、複数の単位太陽電池セル２が形成された太陽電池セル１での特性測定を行って、太陽電池セル１での良品判定を行ない、次に、良品となった太陽電池セル１を単位太陽電池セル２に分割し、分割した単位太陽電池セル２すべてを特性測定することになる。

しかしながら、単位太陽電池セルでの良品判定において、このように、分割後の単位太陽電池セル１つ１つを全数特性測定するので、良品判定に掛かる時間を短くすることが困難であった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、分割した単位太陽電池セルごとに全数特性測定し良品判定を行うことなく、分割する前に、一括して単位太陽電池セルの良品判定を行うことで、製造時の処理能力を高めることにある。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、複数の単位太陽電池セルが形成された太陽電池セルを発熱検査する第１工程と、太陽電池セルを単位太陽電池セルに分割する第２工程と、分割された単位太陽電池セルを、第１工程の検査結果により分別する第３工程とを有することを特徴とする。

ここで、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、第２工程の前に、太陽電池セルをＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）検査する第４工程を有し、第３工程では、第１工程、および、第４工程の検査結果により分別する工程を含むことがより好ましい。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、第１工程において、第１工程の検査結果によって単位太陽電池セルに対しマーキングするマーキング工程を有することがより好ましい。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、第４工程において、第４工程の検査結果によって単位太陽電池セルに対しマーキングするマーキング工程を有することがより好ましい。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、第１工程は、太陽電池セルに逆方向電圧をかけ、太陽電池セル受光面内での発熱箇所をサーモグラフィカメラにて撮影し判定することがより好ましい。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、第４工程は、太陽電池セルに順方向電圧をかけ、太陽電池セル受光面内でのＥＬ発光をカメラにて撮影し判定することがより好ましい。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、第１工程の前に、太陽電池セルを特性測定し、判定基準値以上の特性値である太陽電池セルに分別する工程を有することがより好ましい。

本発明によれば、単位太陽電池セルに分割する前に発熱検査を行ない、単位太陽電池セルの良品判定を行うことにより、分割後の単位太陽電池セルを全数特性測定して良品判定を行なうことなく、分割後の単位太陽電池セルの良品判定率を上げ、製造時の処理能力を高くすることができる。

太陽電池モジュールの本発明の製造フローの一例を示す図である。 太陽電池モジュールの本発明の製造フローの他の一例を示す図である。 太陽電池モジュール出力値と単位太陽電池セルの平均出力値とを測定した結果を示す図である。 太陽電池セル出力値と単位太陽電池セルの平均出力値とを測定した結果を示す図である。 太陽電池セルの一例の模式図である。 太陽電池モジュールの一例の模式図である。 太陽電池モジュールの製造フローの一例を示す図である。 太陽電池モジュールの製造フローの他の一例を示す図である。

以下に、太陽電池モジュールの本発明の製造方法の一例を示す。図１は、太陽電池モジュールの本発明の製造フローの一例を表す図である。

まず、太陽電池セル作製工程（Ｓ１）において、単位太陽電池セル２が２５個形成された太陽電池セル１を作製する。次に、太陽電池セル特性測定工程（Ｓ２）において、作製された太陽電池セル１の特性測定を行う。次に、判定基準値以上の太陽電池セルに分別する工程（Ｓ３）において、太陽電池モジュール１１に要求される出力値に対する太陽電池セル１の特性測定における出力値を判定基準値Ａとして、その判定基準値以上を太陽電池セル１の良品とする。

図３は、太陽電池モジュール１１の出力値と、太陽電池モジュール１１に使用した１０個の単位太陽電池セル２の平均出力値とをグラフにしたものである。また、図４は、太陽電池セル１と、太陽電池セル１に形成された２５個の単位太陽電池セル２の平均出力値とをグラフにしたものである。図３、図４を用いて、必要とする太陽電池モジュール１１の出力値を得るための太陽電池セル１の出力値を求める。

例えば、要求される太陽電池モジュール１１の出力値が４７５ｍＷ以上である場合、図３から１０個の単位太陽電池セル２の平均出力値は４９．９ｍＷ以上であることがわかる。さらに、図４から、２５個の単位太陽電池セル２の平均出力値は４９．９ｍＷ以上である場合、太陽電池セル１の出力値は１．５Ｗ以上であることがわかる。このことから、太陽電池セル１の判定基準値Ａを１．５Ｗとして、１．５Ｗ以上の太陽電池セル１を良品として分別した。

次に、図１に示す発熱検査工程（Ｓ４）において、良品とした判定基準値Ａ以上の太陽電池セル１に対し逆方向に電圧をかける。リーク箇所があれば発熱するので、サーモグラフィカメラにより太陽電池セル１の受光面側を撮影し発熱箇所の有無を検査した。この発熱箇所を不良箇所とし、この不良箇所を含まない単位太陽電池セルを、発熱検査において発熱の有無を検査する。リーク箇所は、複数の単位太陽電池セル領域に及ぶことが多いので、一度の検査で、不良箇所を含む多くの単位太陽電池セルを検出することができる。

具体的には、太陽電池セル１に逆方向に１０Ｖの電圧を印加して太陽電池セル１内の最も低い温度を記録し、その温度より１０℃以上の発熱箇所を不良とする。不良となる１０℃以上の発熱箇所がある場合、１０℃以上の発熱箇所を含む単位太陽電池セル２に対し不良とするマーキングを行う。例えば赤インクを受光面につける。

次に、太陽電池セルを単位太陽電池セルに分割する工程（Ｓ５）において、太陽電池セル１をダイシングソーまたはレーザ等を用いて単位太陽電池セル２に分割する。次に、判定規準を満たす単位太陽電池セルに分別する工程（Ｓ６）において、不良としてマーキングされた単位太陽電池セル２を取り除き、マーキングされていない単位太陽電池セル２のみに分別する。

次に、太陽電池モジュール作製工程（Ｓ７）において、マーキングされていない単位太陽電池セル２を用いて太陽電池モジュール１１を作製した。次に、太陽電池モジュール特性測定工程（Ｓ８）において、作製された太陽電池モジュール１１の特性測定を行い、太陽電池モジュール１１に要求される特性測定における出力値以上、具体的には４７５ｍＷ以上を良品とし良品判定を行なった。

以下に、太陽電池モジュールの本発明の製造方法の他の一例を示す。図２は、図１で示した実施例１の製造フローに、さらに、ＥＬ検査工程を入れた、太陽電池モジュールの本発明の製造フローを表す図である。なお、図２において、図１と同様の処理については同一の番号（例えば、「１」）を付与している。ＥＬ検査工程（Ｓ９）を、図１のＳ４とＳ５との間に入れた以外は、図１と製造フローは同様なので、ＥＬ検査工程（Ｓ９）のみを下記に示す。

ＥＬ検査工程（Ｓ９）において、太陽電池セル１に順方向に電圧をかけ、その際のＥＬ発光をカメラにて撮影し、太陽電池セル１の受光面側のＥＬ発光を画像化する。太陽電池セル１内にクラック、割れがある箇所や、ｐｎ接合が形成されていない箇所はＥＬ発光がなくＥＬ画像では暗部箇所となる。また、不純物や欠陥の多いシリコン結晶部位ではＥＬ発光は弱く暗部箇所となる場合もある。特に、クラックがある箇所の検出には、ＥＬ検査は有効である。これらの暗部箇所を不良箇所とし、この不良箇所を含まない単位太陽電池セルを、ＥＬ検査において発光の有無を検査する。不良箇所がない場合の太陽電池セルでは、受光面の電極パターンと同じ箇所のみＥＬ画像が暗部となるため、受光面の電極パターンの欠損に対しても評価できる。

具体的には、ＥＬ画像による暗部箇所検出では、順方向に短絡電流程度の電流を太陽電池セル１に流しＥＬ発光させる。クラック、割れ、ｐｎ接合が未形成、欠陥の多いシリコン結晶部位、受光面の電極パターン等がある箇所等は暗部となる。受光面の電極パターン以外の箇所で暗部が存在する場合、不良箇所となる暗部箇所が存在するので、その暗部箇所を含む単位太陽電池セル２に対し不良とするマーキングを行う。上記と同様に例えば赤インクを受光面につける。なお、発熱検査工程（Ｓ４）とＥＬ検査工程（Ｓ９）との工程順序は逆でもよい。

次に、実施例１、２各々の単位太陽電池セルに分別する工程（Ｓ６）後に、それぞれ１００個の単位太陽電池セル２の特性測定を行い、単位太陽電池セルに必要な出力値として図３で求めた４９．９ｍＷ以上になっているかどうか、単位太陽電池セルの不良品率を見てみた。表１に結果を示す。また、比較例として、図８のＳ１０７工程後の単位太陽電池セルの不良品率も表１に示す。

表１の結果から、実施例１において、単位太陽電池セルの不良品率は１．０％となり、実施例２は、０．０％、比較例は３．０％となった。比較例の不良品率は、図８のフローのＳ１０３で良品と判定された太陽電池セルに含まれる単位太陽電池セルの不良品率であり、実施例１、２のＳ３工程後も同程度の割合で単位太陽電池セルの不良品が含まれていると考えられる。実施例１においては、その後Ｓ４の発熱検査を用いることによって、単位太陽電池セルの良品判定の割合を上げることができた。さらに、実施例２においては、その後Ｓ４の発熱検査、Ｓ９のＥＬ検査を用いることによって、単位太陽電池セルの良品判定を確実に行なうことができた。

これから、単位太陽電池セルに分割する前に発熱検査を行ない、単位太陽電池セルの良品判定を行うことにより、分割後の単位太陽電池セルを全数特性測定して良品判定を行なうことなく、分割後の単位太陽電池セルの良品判定率を上げることができた。

さらに、単位太陽電池セルに分割する前の太陽電池セルにおいて、発熱検査及びＥＬ検査により、太陽電池セル内に局所的に発生するリーク箇所の検査及び太陽電池セルのクラック、割れ等の検査を、一括して行なうことで、個別に全数特性測定による単位太陽電池セルの分別と同等の結果を得ることができる。よって、分割後の単位太陽電池セルを全数特性測定して良品判定を行なう必要がなくなるため、製造時の処理能力を高くすることができる。

また、すべての太陽電池セルについて、発熱検査工程または／およびＥＬ検査工程を実施するのではなく、判定基準値Ａ以上の太陽電池セルのみに対して行うことから、発熱検査工程または／およびＥＬ検査工程を入れても、太陽電池モジュールの製造時の処理能力を高くすることができる。

上記に示した太陽電池セルの特性測定値として、出力値の他に、開放電圧値、短絡電流値、リーク電流値についても同様に判定基準値を設けることができ、その場合でも単位太陽電池セルの良品判定が可能である結果が得られた。

今回、受光面と裏面に電極が形成された太陽電池セルについて記載したが、裏面にのみ電極が形成された裏面電極型太陽電池セルの場合も同様であり、その場合は裏面電極型太陽電池セルに複数の単位裏面電極型太陽電池セルが形成されている。

１ 太陽電池セル、２ 単位太陽電池セル、３ メイングリッド電極、４ サブグリッド電極、１１ 太陽電池モジュール。

Claims (7)

1. 複数の単位太陽電池セルが形成された太陽電池セルを発熱検査する第１工程と、
   前記太陽電池セルを前記単位太陽電池セルに分割する第２工程と、
   分割された前記単位太陽電池セルを、前記第１工程の検査結果により分別する第３工程とを有する太陽電池モジュールの製造方法。
2. 前記第２工程の前に、前記太陽電池セルをＥＬ検査する第４工程を有し、
   前記第３工程では、前記第１工程、および、前記第４工程の検査結果により分別する工程を含む請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
3. 前記第１工程において、
   前記第１工程の検査結果によって前記単位太陽電池セルに対しマーキングするマーキング工程を有する請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
4. 前記第４工程において、
   前記第４工程の検査結果によって前記単位太陽電池セルに対しマーキングするマーキング工程を有する請求項２または３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
5. 前記第１工程は、前記太陽電池セルに逆方向電圧をかけ、前記太陽電池セル受光面内での発熱箇所をサーモグラフィカメラにて撮影し判定する請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
6. 前記第４工程は、前記太陽電池セルに順方向電圧をかけ、前記太陽電池セル受光面内でのＥＬ発光をカメラにて撮影し判定する請求項２〜５のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
7. 前記第１工程の前に、前記太陽電池セルを特性測定し、判定基準値以上の特性値である前記太陽電池セルに分別する工程を有する請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。