JP2013135167A - 集電電極付き反射シート、集積型太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集積型太陽電池のシリーズ抵抗を低く抑える。
【解決手段】集積型太陽電池の製造方法は、透光性絶縁基板１上に短冊状に第１の透明導電膜２を形成する工程と、その上に半導体からなる光電変換層３を形成し、これを分断するように第１の溝１１を形成する工程と、これらを覆うように第２の透明導電膜４を形成する工程と、レーザ光の照射によって第２の透明導電膜４および光電変換層３を一括して分断するように第２の溝１２を形成する工程と、第１の透明導電膜２、第２の透明導電膜４および光電変換層３を一括して分断することによって光電変換層３を複数の光電変換素子が直列に接続された形態に仕上げる工程と、反射シートの表面に集電電極５が形成されたものである集電電極付き反射シートを用意する工程と、透光性絶縁基板１と前記集電電極付き反射シートとを互いに貼り合わせて融着させる工程とを含む。
【選択図】図１８

Description

本発明は、集電電極付き反射シート、集積型太陽電池およびその製造方法に関するものである。

一般に集積型薄膜太陽電池（以下「集積型太陽電池」という。）は、ガラスなどからなる透光性絶縁基板の一方の表面を受光面とし、他方の表面上に酸化錫（ＳｎＯ₂）などの透明導電膜よりなる電極を形成し、その上に結晶または非晶質のような光電変換層および反射板を兼ねた金属薄膜裏面電極を積層して形成される。薄膜太陽電池で用いられる光電変換層は、原料ガスの放電分解によるプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの、気相成長により形成されるため、大面積の薄膜形成が可能であるという利点を有する。

集積型太陽電池は、１つの光電変換素子の金属薄膜裏面電極が隣接する光電変換素子の受光面側の透明導電膜による電極の端部と電気的に接触する直列接続構造により集積を実現している。各光電変換素子を分割する手段としてはレーザスクライブ法などがある。ここで、特開平８−５１２２９号公報（特許文献１）では金属薄膜裏面電極のレーザスクライブ不良削減のため、第２の透明導電膜のスクライブ溝上には櫛型銀電極が積層しないようにスクリーン印刷で、電極を形成している。

特開平８−５１２２９号公報

特許文献１では、第２の透明導電膜上の集電電極を形成する方法として、スクリーン印刷を採用している。その他の方法として、集電電極を形成する方法としてメタルデポマスクなどを使用するスパッタリングなどが考えられる。

これらの方法を採用した場合、光電変換素子を直列接続する場合には、透明導電膜による直列接続が行なわれていたが、透明導電膜では膜厚が薄いので、抵抗値が高くなりがちであった。特に、複数の光電変換素子を直列接続した構造における抵抗値（以下「シリーズ抵抗」という。）は、個々の光電変換素子の抵抗値の合計となるので、高い値となりがちであった。

そこで、本発明は、集積型太陽電池のシリーズ抵抗を低く抑えることができるような集電電極付き反射シート、集積型太陽電池およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づく集積型太陽電池の製造方法は、透光性絶縁基板上に短冊状に第１の透明導電膜を形成する工程と、上記第１の透明導電膜の上に半導体からなる光電変換層を形成する工程と、レーザ光の照射によって上記光電変換層を分断するように第１の溝を形成する工程と、上記光電変換層の上面および上記第１の溝の内面を覆うように第２の透明導電膜を形成する工程と、レーザ光の照射によって上記第２の透明導電膜および上記光電変換層を一括して分断するように第２の溝を形成する工程と、レーザ光の照射で上記第１の透明導電膜、上記第２の透明導電膜および上記光電変換層を一括して分断することによって上記光電変換層を複数の光電変換素子が直列に接続された形態に仕上げる工程と、反射シートの表面に集電電極が形成されたものである集電電極付き反射シートを用意する工程と、上記第２の溝を形成する工程および上記仕上げる工程を終えた上記透光性絶縁基板と上記集電電極付き反射シートとを互いに貼り合わせて融着させる工程とを含む。

本発明によれば、反射シート側に予め形成された集電電極を利用することができるので複数の光電変換素子間を低抵抗で接続することができ、集積型太陽電池のシリーズ抵抗を低下させることができる。

本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法のフローチャートである。 本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法の第１の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法の第２の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法の第３の工程の説明図である。 図４に示した状態の平面図である。 本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法の第４の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法の第５の工程の説明図である。 図７に示した状態の平面図である。 本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法の第６の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法の第７の工程の説明図である。 図１０に示した状態の平面図である。 本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法で用いるべき集電電極付き反射シートの平面図である。 本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法で用いるべき集電電極付き反射シートを製造するための第１の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法で用いるべき集電電極付き反射シートを製造するための第２の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法で用いるべき集電電極付き反射シートを製造するための第３の工程の説明図であり、本発明に基づく実施の形態２における集電電極付き反射シートの断面図である。 図１５に示した状態の平面図である。 本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法の第８の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法の第９の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態３における集電電極付き反射シートの斜視図である。 本発明に基づく実施の形態３における集電電極付き反射シートの断面図である。 本発明に基づく実施の形態３における集電電極付き反射シートの平面図である。 本発明に基づく実施の形態３において反射シートの表面に配線材料を押し込む処理の説明図である。

（実施の形態１）
（製造方法）
図１〜図１８を参照して、本発明に基づく実施の形態１における集積型太陽電池の製造方法について説明する。この製造方法のフローチャートを図１に示す。本実施の形態における集積型太陽電池の製造方法は、透光性絶縁基板上に短冊状に第１の透明導電膜を形成する工程Ｓ１と、前記第１の透明導電膜の上に半導体により光電変換層を形成する工程Ｓ２と、レーザ光の照射によって前記光電変換層を分断するように第１の溝を形成する工程Ｓ３と、前記光電変換層の上面および前記第１の溝の内面を覆うように第２の透明導電膜を形成する工程Ｓ４と、レーザ光の照射によって前記第２の透明導電膜および前記光電変換層を一括して分断するように第２の溝を形成する工程Ｓ５と、レーザ光の照射で前記第１の透明導電膜、前記第２の透明導電膜および前記光電変換層を一括して分断することによって前記光電変換層を複数の光電変換素子が直列に接続された形態に仕上げる工程Ｓ６と、反射シートの表面に集電電極が形成されたものである集電電極付き反射シートを用意する工程Ｓ７と、前記第２の溝を形成する工程および前記仕上げる工程を終えた前記透光性絶縁基板と前記集電電極付き反射シートとを互いに貼り合わせて融着させる工程Ｓ８とを含む。

この製造方法の各工程について、以下により詳しく説明する。
図２に示すように、透光性絶縁基板１を用意する。透光性絶縁基板１はガラス基板である。透光性絶縁基板１の厚みは、たとえば４ｍｍである。工程Ｓ１として、図３〜図５に示すように、透光性絶縁基板１の一方の表面に第１の透明導電膜２を形成する。工程Ｓ１として第１の透明導電膜２を形成する工程は、透明導電膜２ａを成膜する工程と、パターニングする工程とを含む。図３に示す透明導電膜２ａは、第１の透明導電膜２の材料となる膜である。透明導電膜２ａは、たとえばＳｎＯ₂膜を厚み１．５μｍとなるように常圧ＣＶＤ法により形成したものである。次に、レーザ光を透明導電膜２ａに照射してパターニングを施す。こうして図４に示すように第１の透明導電膜２が得られる。この状態の平面図を図５に示す。より具体的には、透光性絶縁基板１としてのガラス基板上に形成された第１の透明導電膜２の材料としての透明導電膜２ａすなわちＳｎＯ₂膜をＹＡＧレーザ光でスクライブし、スクライブ溝１０を形成することによって、短冊状の小片に分割する。このレーザ光によるスクライブは、スクライブ幅３０μｍ、深さ１．５μｍとする。このスクライブによって第１の透明導電膜２の各小片は互いに完全に電気的に絶縁された状態となる。短冊状の各小片は、のちに各光電変換素子の受光面側の電極となるものである。各小片の幅はたとえば１ｃｍとする。ここまでが工程Ｓ１に相当する。

次に、工程Ｓ２として、図６に示すように、第１の透明導電膜２の上側を覆うように、非晶質半導体の光電変換層３を形成する。光電変換層３は、図６では単一の層として表示されているが、実際にはｐ層、ｉ層およびｎ層を含む。まずｐ層を１２ｎｍの厚さに積層する。ｐ層を形成するためには、プラズマＣＶＤ装置中にこの基板を置き、基板温度を２００℃に昇温する。反応ガスとしてモノシランガスを流量３０ｓｃｃｍ、メタンガスを流量８０ｓｃｃｍで流す。キャリアガスとしては、水素ガスを流量１５０ｓｃｃｍで流す。ドーピングガスは１％の水素希釈のジボランガスを流量１０ｓｃｃｍで流す。

続いて、ｉ層を４００ｎｍの厚さに積層する。ｉ層を形成するためには、基板温度は２００℃に保持し、反応ガスとしてモノシランガスを流量６０ｓｃｃｍ、キャリアガスとして水素ガスを流量２０ｓｃｃｍで流す。

さらに続いてｎ層を１００ｎｍの厚さに積層する。基板を２００℃に保持し、反応ガスとしてモノシランガスを流量６０ｓｃｃｍ、キャリアガスとして水素ガスを流量３ｓｃｃｍ、ドーピングガスとして０．３％水素希釈のホスフィンガスを流量１８ｓｃｃｍで流す。このようにして、ｐ層、ｉ層およびｎ層を全て積層することによって光電変換層３が完成し、図６に示すようにスクライブ溝１０は非晶質半導体で埋められる。

このようにして、非晶質半導体の光電変換層３を積層した後、工程Ｓ３として、図７に示すように、レーザ光を透光性絶縁基板１側から照射してスクライブ溝１１を形成し、パターニングを施す。この状態の平面図を図８に示す。このパターニングとしては、具体的には、前回のスクライブ溝１０から溝中心線間の距離で１００μｍ隔てた位置において、ＹＡＧレーザ第２高調波のレーザ光を、透光性絶縁基板１側から光電変換層３にピントが合うように照射する。光電変換層３にピントを合わせて照射することにより、第１の透明導電膜２は残したまま光電変換層３の一部を吹き飛ばして除去することができる。こうしてスクライブ溝１１が形成される。スクライブ溝１１の幅４０μｍとする。このスクライブ溝１１により光電変換層３は完全に分割される。

次に、工程Ｓ４として、図９に示すように、光電変換層３の上に第２の透明導電膜４としてのＺｎＯ膜を１００ｎｍの厚さでＤＣマグネトロンスパッタ法により積層する。この結果、スクライブ溝１１の内面はＺｎＯ膜で覆われる。その後、工程Ｓ５として、透光性絶縁基板１の側からレーザ光照射によるパターニングを施す。具体的には、スクライブ溝１１から溝中心線間の距離で１５０μｍ隔てた位置において、ＹＡＧレーザ第２高調波のレーザ光を、透光性絶縁基板１側から光電変換層３にピントが合うように照射する。この結果、光電変換層３の一部がその表面を覆う第２の透明導電膜４とともに吹き飛ばされ、図１０に示すように、スクライブ溝１２が形成される。この状態の平面図を図１１に示す。スクライブ溝１２の幅４０μｍとし、第２の透明導電膜４および光電変換層３はそれぞれ完全に分割される。

なお、スクライブ溝１１とスクライブ溝１２との間の間隔は短いほど望ましいが、加工精度、歩留りを考慮する必要がある。

工程Ｓ６として、レーザ光の照射で第１の透明導電膜２、第２の透明導電膜４および光電変換層３を一括して分断することによって、複数の光電変換素子が電気的に直列に接続された状態に加工する。これにより複数の光電変換素子が集積化されたものを得る。

この後貼り付けるべき集電電極付き反射シートの平面図を図１２に示す。工程Ｓ７として、反射シート６の表面に集電電極５が形成されたものである集電電極付き反射シート１６を用意する。工程Ｓ７のさらに詳細な工程について説明する。

図１３に示すように、反射シート６として、たとえば酸化チタンが添加されたオレフィン系共重合体樹脂シートを用意する。反射シート６の厚みはたとえば０．６ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とする。

次に、図１４に示すように、集電電極５として分岐延長する櫛型銀ペースト電極を、反射シート６の上にインクジェット法により形成する。図１４では、インクジェットヘッド７から反射シート６の表面に向けて銀ペーストが射出されている。その結果、図１５に示すように、集電電極５が、反射シート６の上に所定形状に形成される。この状態の平面図を図１６に示す。集電電極５は、直線状に延在する幹部２０と、幹部２０の途中の複数箇所からそれぞれ垂直に分岐する第１枝部２１と、第１枝部２１の複数箇所からそれぞれ垂直に分岐する第２枝部２２とを含む。第１枝部２１および第２枝部２２の線幅はそれぞれたとえば５０μｍとする。第２枝部２２同士の間のピッチＡはたとえば２．５ｍｍとする。こうして集電電極付き反射シート１６が得られる。工程Ｓ７で用意される集電電極付き反射シート１６は、反射シート６と、反射シート６の表面に形成された集電電極５とを備える。なお、図１６では、説明の便宜のため、集電電極５の平面的形状を簡略化している。第２枝部２２の本数は実際にはこれより多くてよい。

透光性絶縁基板１をベースとして第２の溝１２を形成する工程Ｓ５および仕上げる工程Ｓ６を終えた構造体を「構造体１５」と呼ぶものとする。

工程Ｓ８として、図１０、図１１に示された構造体１５に対して図１２に示したような集電電極付き反射シート１６を貼り合わせる。この貼合せの様子を図１７に示す。矢印９１に示すように集電電極付き反射シート１６が貼り付けられる。集電電極５は、集電電極付き反射シート１６を貼り合わせる際に、第２の透明導電膜４のスクライブ溝１２上には集電電極５が重ならないような位置に配置されている。

透光性絶縁基板１の表面に所定の構造を形成した構造体１５と集電電極付き反射シート１６との間で所定の位置合わせを行なう。

その後、温度１５０℃でラミネートして貼り合わせる。このとき、高温となることによって反射シート６の材料が溶融し、スクライブ溝１２に入り込む。こうして、スクライブ溝１２は反射シート６の材料によって埋められる。反射シート６の表面に載るように配置されていた集電電極５は、溶融した反射シート６の中に押し込まれる。構造体１５と集電電極付き反射シート１６とが一体化し、反射シート６は反射層６ｅとなる。こうして工程Ｓ８を終えることによって図１８に示す集積型太陽電池３１の構造を得る。

（作用・効果）
本実施の形態における集積型太陽電池の製造方法によれば、図１８に示した構造の集積型太陽電池３１を得ることができる。本実施の形態では、反射シート６側に予め形成された集電電極５を利用することができるので複数の光電変換素子間を低抵抗で接続することができ、集積型太陽電池３１のシリーズ抵抗を低下させることができる。

また、集積型太陽電池３１においては、透光性絶縁基板１から入射し、光電変換層３を透過したことによって反射層６ｅに到達した光は、反射層６ｅによって、光電変換層３側に反射されるので、さらに光電変換効率の向上を図ることができる。

（実施の形態２）
（構成）
図１５、図１６を参照して、本発明に基づく集電電極付き反射シートについて説明する。本発明に基づく集電電極付き反射シート１６においては、反射シート６は波長４５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光に対して拡散反射率が８０％以上であることが好ましい。反射シートとしては、反射材を添加した樹脂を用いることができる。たとえば、酸化チタンまたは酸化亜鉛を添加した樹脂を用いることができる。樹脂としては、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、アイオノマー樹脂、またはこれらの同等物などを用いることができる。上述の拡散反射率の条件を満たす反射シート６の表面に集電電極５が形成されている。上述の拡散反射率の条件を満たす反射シート６は、公知技術により作成することができる。反射シート６を用意した後に、表面にインクジェット法などの方法により集電電極５を形成することによって、ここでいう集電電極付き反射シート１６を得ることができる。

（作用・効果）
このような集電電極付き反射シート１６であれば、実施の形態１で説明した製造方法に利用可能である。

なお、集電電極５は銀を含むことが好ましい。この構成を採用することにより、所定パターンに沿って銀ペーストを塗布することによって集電電極５を容易に形成することができるからである。

（実施の形態３）
（構成）
図１９〜図２１を参照して、本発明に基づく集電電極付き反射シートについて説明する。本実施の形態における集電電極付き反射シート１６ｉは、基本的構成は実施の形態２で説明したものと同様である。集電電極付き反射シート１６ｉにおいては、集電電極５ｉは、軟鋼配線材料を含む。図１９〜図２１に例示するように、反射シート６の表面に半分埋まり込むように集電電極５ｉが配置されていてもよい。

（作用・効果）
このような集電電極付き反射シート１６ｉであれば、実施の形態１で説明した製造方法に利用可能である。特に、集電電極５ｉを軟鋼配線材料で形成することにより、反射シート６の表面に一部または全部を埋め込んだ構造とすることができるので、集電電極を太くした構造も実現可能である。これにより、集積型太陽電池のシリーズ抵抗を低く抑えることができる。

配線を反射シート６の表面に埋め込む場合は、図２２に示すように、反射シート６の表面に軟鋼配線材料を配置した後、ローラ１８でプレスすることによって押し込む処理をすればよい。この場合、ローラ１８が矢印９２の向きに回転し、反射シート６が矢印９３の向きに進行する。特に、反射シート６としての樹脂シートを成型した直後の、樹脂シートがまだ軟らかい状態のうちに軟鋼配線材料をローラ１８で押し込むようにすれば、加工しやすく好都合である。

集電電極の材料として軟鋼配線材料以外の材料を採用することとしてもよいが、軟鋼配線材料などのように低抵抗で形成度の高いものが好ましい。また、集電電極５ｉとなる配線は、後に第２の透明導電膜４と接触させることとなるので、集電電極５ｉの表面には、コンタクト抵抗が低くなるようなメッキなどの表面処理を施しておくことが好ましい。

実施の形態１では、工程Ｓ７で用意される集電電極付き反射シートは、反射シート６と、反射シート６の表面に形成された集電電極５とを備えるものとして説明したが、工程Ｓ７で用意される集電電極付き反射シートは、実施の形態２，３で説明した集電電極付き反射シート１６または集電電極付き反射シート１６ｉのいずれかであってもよい。

本発明に基づく集積型太陽電池は、上記実施の形態のいずれかに説明した集電電極付き反射シートを備える、集積型太陽電池である。この集積型太陽電池は、たとえば図１８に示す構造のものである。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ 透光性絶縁基板、２ 第１の透明導電膜、２ａ 透明導電膜、３ 光電変換層、４ 第２の透明導電膜、５，５ｉ 集電電極、６ 反射シート、６ｅ 反射層、７ インクジェットヘッド、１０ 溝、１１ 第１の溝、１２ 第２の溝、１５ 構造体、１６，１６ｉ 集電電極付き反射シート、１８ ローラ、２０ 幹部、２１ 第１枝部、２２ 第２枝部、３１ 集積型太陽電池、９１，９２，９３ 矢印。

Claims (6)

1. 反射シートと、
   前記反射シートの表面に形成された集電電極とを備える、集電電極付き反射シート。
2. 前記反射シートは波長４５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光に対して拡散反射率が８０％以上である、請求項１に記載の集電電極付き反射シート。
3. 前記集電電極は銀を含む、請求項１または２に記載の集電電極付き反射シート。
4. 前記集電電極は軟鋼配線材料を含む、請求項１または２に記載の集電電極付き反射シート。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の集電電極付き反射シートを備える、集積型太陽電池。
6. 透光性絶縁基板上に短冊状に第１の透明導電膜を形成する工程と、
   前記第１の透明導電膜の上に半導体からなる光電変換層を形成する工程と、
   レーザ光の照射によって前記光電変換層を分断するように第１の溝を形成する工程と、
   前記光電変換層の上面および前記第１の溝の内面を覆うように第２の透明導電膜を形成する工程と、
   レーザ光の照射によって前記第２の透明導電膜および前記光電変換層を一括して分断するように第２の溝を形成する工程と、
   レーザ光の照射で前記第１の透明導電膜、前記第２の透明導電膜および前記光電変換層を一括して分断することによって前記光電変換層を複数の光電変換素子が直列に接続された形態に仕上げる工程と、
   請求項１から４のいずれかに記載の集電電極付き反射シートを用意する工程と、
   前記第２の溝を形成する工程および前記仕上げる工程を終えた前記透光性絶縁基板と前記集電電極付き反射シートとを互いに貼り合わせて融着させる工程とを含む、集積型太陽電池の製造方法。

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