JP2012256656A - 裏面電極型太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】裏面電極型太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールの製造において、裏面電極型太陽電池セルのダメージが少なく、裏面電極型太陽電池セルの封止プロセス性に優れるモジュール製造方法を提供する。
【解決手段】ｐ型用電極とｎ型用電極とを有する裏面電極型太陽電池セルを用い、以下の（ａ）〜（ｇ）をこの順番で行う工程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。（ａ）透明な基材２０２上にｐ型用電極と２０３ｎ型用電極２０４とを形成。（ｂ）配線付き基材上のｐ型配線２０３を対向させ、また、ｎ型用電極２６をｎ型配線２０４に対向させて導電性を有する接着手段２０９により電気的に接続。（ｆ）透明な基材２０２の、裏面電極型太陽電池セルと反対の面から光を照射し、光硬化型樹脂２０７を硬化。（ｇ）透明な基材２０２を裏面電極型太陽電池セルから剥離しセルマトリクスを形成。
【選択図】図１２

Description

本発明は裏面電極型太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールの製造方法に関する。

従来から、資源の有効利用やＣＯ_２排出量削減の観点から、太陽光を直接電気エネルギーに変換する太陽電池が注目され、技術開発が進められている。通常の太陽電池セルでは、シリコン基板の受光面側に、シリコン基板とは反対の導電型の不純物を拡散することによりｐｎ接合を形成し、シリコン基板の受光面および裏面に電極を形成する両面電極構造となっている。

しかし、図１に示すような両面電極型の太陽電池セルを用いた場合には受光面の電極部分が発電に寄与しないため、高発電効率化を目的に近年ではシリコン基板の裏面に図２（Ｂ）に示すようなｐ型用電極とｎ型用電極の双方を形成した、いわゆる裏面電極型太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールの開発が進められている（たとえば、特許文献１，２）。

特許文献１では、隣接する裏面電極型太陽電池セルの端部同士を相互接続部により接続し、複数のセルをマトリクス的に配列したセルマトリクスを形成する。ガラスおよび封止材シート上にセルマトリクスを吸着パッドなどの手段により搬送し、更に封止材シート、背面保護材を積層し、真空・加熱条件下でラミネートを行い、太陽電池モジュールとする。
特許文献２では、裏面電極型太陽電池セルを配線シートに接着し、配線シート付き太陽電池セルをガラスや封止材シート、裏面保護部材と積層する方法が記されている。

特表２００８−５０２１４９号公報 特開２０１０−２４５３９９号公報

現在、コストダウンのため裏面電極型太陽電池セルの薄型化が進行しているが、特許文献１の製造方法では、セルマトリクスの搬送時にセル割れやクラックが発生し、モジュールの発電効率の低下や工程収率が低下する問題が生じることが懸念される。

特許文献２では、裏面電極型太陽電池セルが配線シートに接続されるため、搬送時の裏面電極型太陽電池セルのダメージを低減できるものの、裏面電極型太陽電池セルの裏面と配線シートの間の空隙を封止することが難しいという問題がある。
上記のような従来技術の問題点に鑑み、本発明では裏面電極型太陽電池セルのダメージが少なく、裏面電極型太陽電池セルの封止プロセス性に優れるモジュール製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記のような従来技術の問題点に鑑み鋭意検討した結果、ｐ型用電極とｎ型用電極とを有する裏面電極型太陽電池セルを用い、以下の（ａ）〜（ｇ）をこの順番で行う工程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により上記目的を達成できることを見出した。
（ａ）透明な基材の上に光硬化型樹脂を塗布する。
（ｂ）光硬化型樹脂の上に金属箔を貼り付ける。
（ｃ）金属箔をパターン加工してｐ型用電極とｎ型用電極とを形成する。
（ｄ）裏面電極型太陽電池セルの電極上、および／または、金属箔をパターン加工して形成したｐ型用電極及びｎ型用電極上に導電性を有する接着手段を配置する。
（ｅ）裏面電極型太陽電池セルのｐ型用電極と配線付き基材上のｐ型配線を対向させ、また、ｎ型用電極をｎ型配線に対向させて導電性を有する接着手段により電気的に接続する。
（ｆ）透明な基材の、裏面電極型太陽電池セルと反対面から光を照射し、光硬化型樹脂を硬化させる。
（ｇ）透明な基材を裏面電極型太陽電池セルから剥離しセルマトリクスを形成する。

本発明によれば、裏面電極型太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールの製造において、裏面電極型太陽電池セルのダメージを低減し発電効率や工程収率を向上させ、かつ裏面電極型太陽電池セルの封止プロセス性の向上により製造コスト低減やモジュールの信頼性向上に寄与することができる。

従来の両面電極型太陽電池セルの受光面側の模式図である。 本発明に用いられる裏面電極型太陽電池セルの模式図である。 従来の裏面電極型太陽電池セルの接続に用いられる相互接続部の一例である。 図３の相互接続部を用いて作製した裏面電極型太陽電池セルを用いた従来の太陽電池モジュールの断面の一例である。 従来の裏面電極型太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールに使用される配線付き基材の模式図である。 図５の配線付き基材を用いて製造される従来の太陽電池モジュールの断面の模式図である。 本発明に用いる配線付き基材の概略模式図である。 図７の配線付き基材を用いて製造される本発明の太陽電池モジュールの断面の模式図である。 金属箔を透明な基材に貼り付けたシートの模式図である。 配線付き基材の断面の模式図である。 配線基材付きセルの断面の模式図である。 配線基材付きセルの積層工程を示す模式図である。 透明な基材を剥離した後のセルマトリクスの断面の模式図である。 モジュール積層工程を示す模式図である。

以下、本発明の太陽電池モジュールの製造方法について図面を参照しながら説明する。

図２は、本発明に用いる裏面電極型太陽電池セル２０の概略の模式図である。

図２（Ｃ）に断面を示すように、裏面電極型太陽電池セル２０の基板には、ｎ型またはｐ型の半導体基板であるシリコン基板２１が用いられ、裏面電極型太陽電池セル２０の受光面側には、反射防止膜２２が形成されており、裏面側にはパッシベーション膜２７が形成されている。また、シリコン基板２１の内部の裏面側に、ホウ素などのｐ型不純物が拡散されたｐ型不純物拡散領域２３と、リンなどのｎ型不純物が拡散されたｎ型不純物拡散領域２４が形成されている。ｐ型不純物拡散領域２３とｎ型不純物拡散領域２４とは、互いに所定の間隔を空けて交互に形成されている。そして、パッシベーション膜２７に設けられたコンタクトホールを通してｐ型不純物拡散領域２３に接続されたｐ型用電極２５、および、パッシベーション膜２７に設けられたコンタクトホールを通してｎ型不純物拡散領域２４に接続されたｎ型用電極２６が、パッシベーション膜２７の裏面側に突き出すように形成されている。

図２（Ｂ）に裏面を示すように、ｐ型用電極２５とｎ型用電極２６は櫛形の形状をしており、ｐ型用電極２５の櫛歯に対応する部分とｎ型用電極２６の櫛歯に対応する部分とが交互に配置されている。ｐ型用電極２５の基台に対応する部分とｎ型用電極２６の基台に対応する部分は、それぞれ裏面電極型太陽電池セルの相対する辺に位置する。

図９に金属箔２０８を透明な基材２０２に光硬化型樹脂２０７を介して貼り付けた積層シート２１０の模式図を示す。

本発明で用いる透明な基材２０２の材質としてポリエチレン（ＰＥ：Polyethylene）、ポリプロピレン（ＰＰ：Polypropylene）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：Polyethylene terephthalate）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ：polyethylene naphthalate）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：Polyphenylene sulfide）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ：Polyvinyl fluoride）、ポリイミド（polyimide）樹脂などを用いることができる。また、透明な基材２０２は、単層構造であってもよく、２層以上からなる複層構造であっても良い。

透明な基材２０２を通して光硬化型樹脂２０７を硬化させることから、透明な基材２０２は紫外光領域（ＵＶＡ〜ＵＶＣ）の光線透過率が高い材質が好ましい。また、基材２０２は裏面電極型太陽電池セルの搬送時の作業性を向上するため適度な剛性があることが好ましく、ＰＥＴやＰＥＮであることが好ましい。基材フィルムの厚みは、コストと配線付き基材のハンドリング性のバランスから２０〜５００μｍが好ましく、より好ましくは２５〜２００μｍであり、更に好ましくは５０〜１００μｍである。

光硬化型樹脂２０７は、紫外線などの光の照射により硬化する樹脂である。硬化メカニズムの違いにより、アクリレートや不飽和ポリエステルなどを主成分とするラジカル重合型と、エポキシ、ビニルエーテルを主成分とするカチオン重合型に分類される。本発明では光硬化型樹脂を用いて光照射により硬化することで、先に挙げた硬化機構により、極性の高い置換基を生ずることなく硬化が進行するので、硬化後に金属箔２０８との接着性が低下し、金属箔との間で剥離して透明な基材とともに除去することができる。光硬化型樹脂は、上記のように極性の高い置換基を生ずることなく硬化が進行するものであれば、先に挙げたラジカル重合型、カチオン重合型に限定されず、適用することができる。

光硬化型樹脂の塗布には、ロールコーティング法、バーコーティング法、ダイコーティング法やグラビアロールコーティング法などを用いることができ、塗布方法は特に限定されない。

本発明における金属箔２０８は導電性の材質であれば特に限定なく用いることができ、例えば、銅、アルミニウム、銀などを用いることができる。金属箔２０８は十分な導電性を有し、かつ配線としての機械的強度が必要であるため、厚みは１０〜１００μｍが好ましく、より好ましくは２０〜５０μｍである。

図９に示す積層シート２１０の金属箔をパターン加工して配線を形成し、図７（Ａ）や図１０に示す通り、裏面電極型太陽電池セル２０のｐ型用電極２５に対応するｐ型配線２０３と、ｎ型用電極２６に対応するｎ型配線２０４、および、隣接する裏面電極型太陽電池セルのｐ型配線とｎ型配線を接続する連結配線２０５を形成する。このように配線を形成した基材を以降、配線付き基材と記す。金属箔をパターン加工して配線を形成する配線のパターニング方法には、エッチングやレーザー処理、断裁などがあり、特に限定されるものではない。

なお、裏面電極型太陽電池セルのｐ型用電極およびｎ型用電極に合わせて予めパターニングした配線を光硬化型樹脂２０７を介して透明な基材２０２に貼り付けることも可能である（以下、本法を第２の方法と記す）。第２の方法を採る場合、図９に示す積層シート２１０を経ることなく、図１０に示す配線付き基材２００を得ることができる。なお、図９では光硬化樹脂を全面に塗布しているが、第２の方法を採る場合には光硬化型樹脂を配線パターンに合わせて塗布しても良く、また、全面に塗布した場合には、図１０において、光硬化型樹脂２０７の層が連続していても問題ない。

続いて、導電性を有する接着手段２０９を裏面電極型太陽電池セル２０のｐ型用電極２５、ｎ型用電極２６、および／または、配線付き基材２００のｐ型配線２０３、ｎ型配線２０４、連結配線２０５の表面に配する。

導電性を有する接着手段２０９として、はんだや導電性接着剤などが挙げられ特に限定されないが、透明な基材の耐熱性に合わせて選択すればよい。透明基材の選択の自由度の観点から、接着温度が１００〜２５０℃であることが好ましく、１４０〜１６０℃であることがより好ましい。

接着手段２０９をｐ型用電極２５、ｎ型用電極２６、および／または、配線付き基材２００のｐ型配線２０３、ｎ型配線２０４、連結配線２０５の表面に配する方法としては、配線パターン上に適切に配置することができる方法であれば、既存のいかなる方法を適用しても良い。たとえば、スクリーン印刷などが挙げられる。

図１１に示す通り、裏面電極型太陽電池セル２０のｐ型用電極２５と配線付き基材２００のｐ型配線２０３を対向させ、また、ｎ型用電極２６をｎ型配線２０４に対向させ、その接点部にある導電性を有する接着手段２０９を加熱などの手段により電気的に接続し、配線基材付きセル３０を形成する。接着手段２０９の加熱方法は熱風吹きつけや誘導加熱などの手段が使用できるが、特に限定されるものではない。

次に、配線基材付きセル３０を上下反転させた後、ガラス１５０、封止材シート１５４ａの上に搬送し、図１２に示す通りに積層する。このように裏面電極型太陽電池セル２０は配線付き基材２００に支持された状態で搬送されるため、裏面電極型太陽電池セルに対するダメージを低減することができる。

透明な基材２０２の裏面電極型太陽電池セル２０と反対面から光を照射し、光硬化型樹脂２０７を硬化させ、透明な基材２０２を裏面電極型太陽電池セルから剥離する。このとき、透明な基材２０２の表面粗度をｐ型配線２０３、ｎ型配線２０４、連結配線２０５のそれに比べて大きくすることで、硬化後の樹脂２０７が透明な基材２０２側にもって行かれ、図１３に示すような、セルマトリクス４０が得られる。

続いて、図１４に示す通り、セルマトリクス４０の上に封止材シート１５４ｂ、裏面保護材１５２を積層し、減圧・加熱条件下でラミネートを行い、太陽電池モジュールとする。この時、セルマトリクス４０は基材２０２が剥離された状態であるため、封止材シート１５４ｂの樹脂が裏面電極型太陽電池セル２０のｐ型用電極２５やｎ型用電極２６の隙間にまで容易に回り込むことができる。

このように本発明のプロセスでは、セルマトリクス４０の状態での搬送がないため裏面電極型太陽電池セルのダメージを低減でき、また、モジュールのラミネート前に透明な基板を剥離するため裏面電極型太陽電池セルの裏面を容易に封止することができる。

透明な基材として５０μｍのＰＥＴフィルムを用い、該ＰＥＴフィルムの上に、綜研化学製光硬化型樹脂（ＳＫダインＳＷ−１１Ａ）をダイコーターにより厚み５μｍで塗布した。次いで、塗布した光硬化型樹脂の上に、厚み３５μｍの圧延銅箔を鏡面側を光硬化型樹脂側にして常温で貼り付けた後、１週間室温下でエージングを行い、銅箔ラミネートフィルムを得た。この銅箔ラミネートフィルムの銅箔をエッチングすることにより裏面電極型太陽電池セルのｐ型用電極およびｎ型用電極の形状に対応する配線パターンを形成し、１ｍ×１ｍサイズの配線付き基材を得た。５インチ（１２７ｍｍ）サイズの裏面電極型太陽電池セルのｐ型用電極およびｎ型用電極上にフラックスおよびはんだペースト（リフロー温度１５０℃）をスクリーン印刷により塗布した後、配線付き基材上の所定の位置に合計３６枚（６列×６行）の裏面電極型太陽電池セルを配置し、裏面電極型太陽電池セルの側から１８０℃の熱風を６０秒間吹きつけて裏面電極型太陽電池セルの各電極と透明な基材上に形成した配線パターンを電気的に接続し、配線基材付きセルを作製した。配線基材付きセルを上下反転させた後、ガラスおよびＥＶＡ封止材シート上に積層し、透明な基材の側から光硬化型樹脂にＵＶＣを照射し（照射強度３．５Ｊ／ｃｍ^２）、光硬化型樹脂を硬化させた。透明な基材と硬化した光硬化型樹脂をセルマトリクスから剥離させて除去した後、ＥＶＡ封止材シートおよび裏面保護材としての透明ＰＥＴフィルムをさらにこの順で積層し、真空ラミネーター中で加熱・ラミネートさせて太陽電池モジュールを作製した。
目視およびＥＬ検査装置を用いてモジュール中の裏面電極型太陽電池セルを確認したが、セル割れやクラックは認められなかった。また、モジュール裏側から裏面電極型太陽電池セルの裏面の封止状況を確認したが、気泡は認められず、裏面電極型太陽電池セルが良好に封止されていることを確認した。

本発明は、裏面電極型太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールの製造方法に関する。

１０ 両面電極型太陽電池セル
１１ バスバー電極
１２ フィンガー電極
２０ 裏面電極型太陽電池セル
２１ シリコン基板
２２ 反射防止膜
２３ ｐ型不純物拡散領域
２４ ｎ型不純物拡散領域
２５ ｐ型用電極
２６ ｎ型用電極
２７ パッシべーション膜
３０ 配線基材付きセル
４０ セルマトリクス
１００ 相互接続部
１０１ スリット
１５０ ガラス
１５１ 封止材
１５２ 背面保護材
１５３ ジャンクションボックス
１５４ 封止材シート
２００ 配線付き基材
２０１ 基材
２０２ 透明な基材
２０３ ｐ型配線
２０４ ｎ型配線
２０５ 連結配線
２０６ 接着剤
２０７ 光硬化型樹脂
２０８ 金属箔
２０９ 導電性を有する接着手段
２１０ 透明な基材と金属箔の積層シート

Claims (2)

1. ｐ型用電極とｎ型用電極とを有する裏面電極型太陽電池セルを用い、以下の（ａ）〜（ｇ）をこの順番で行う工程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。
   （ａ）透明な基材の上に光硬化型樹脂を塗布
   （ｂ）光硬化型樹脂の上に金属箔を貼り付け
   （ｃ）金属箔をパターン加工してｐ型用電極とｎ型用電極とを形成
   （ｄ）裏面電極型太陽電池セルの電極上、および／または、金属箔をパターン加工して形成したｐ型用電極及びｎ型用電極上に導電性を有する接着手段を配置
   （ｅ）裏面電極型太陽電池セルのｐ型用電極と配線付き基材上のｐ型配線を対向させ、また、ｎ型用電極をｎ型配線に対向させて導電性を有する接着手段により電気的に接続
   （ｆ）透明な基材の、裏面電極型太陽電池セルと反対の面から光を照射し、光硬化型樹脂を硬化
   （ｇ）透明な基材を裏面電極型太陽電池セルから剥離しセルマトリクスを形成
2. ｐ型用電極とｎ型用電極とを有する裏面電極型太陽電池セルを用い、以下の（ａ），（ｂ’），（ｄ）〜（ｇ）をこの順番で行う工程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。
   （ａ）透明な基材の上に光硬化型樹脂を塗布
   （ｂ’）光硬化型樹脂の上に、裏面電極型太陽電池セルのｐ型用電極およびｎ型用電極に合わせてパターニングしたｐ型用電極とｎ型用電極とを貼り付け
   （ｄ）裏面電極型太陽電池セルの電極上、および／または、金属箔をパターン加工して形成したｐ型用電極及びｎ型用電極上に導電性を有する接着手段を配置
   （ｅ）裏面電極型太陽電池セルのｐ型用電極と配線付き基材上のｐ型配線を対向させ、また、ｎ型用電極をｎ型配線に対向させて導電性を有する接着手段により電気的に接続
   （ｆ）透明な基材の、裏面電極型太陽電池セルと反対の面から光を照射し、光硬化型樹脂を硬化
   （ｇ）透明な基材を裏面電極型太陽電池セルから剥離しセルマトリクスを形成

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