JP2014033202A - 薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板と、基板上の下部電極層と、下部電極層上の光吸収層と、光吸収層上の上部電極層と、上部電極層上の保護層と、を含み、保護層は、光吸収層の側面に沿って下部電極層まで延び、保護層は吸湿材を含む薄膜太陽電池モジュール。
【選択図】図１
【解決手段】基板と、基板上の下部電極層と、下部電極層上の光吸収層と、光吸収層上の上部電極層と、上部電極層上の保護層と、を含み、保護層は、光吸収層の側面に沿って下部電極層まで延び、保護層は吸湿材を含む薄膜太陽電池モジュール。
【選択図】図１
Description
本発明は、薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
最近、石油や石炭などの既存エネルギー資源の枯渇が予想されつつ、これらを代替する代替エネルギーへの関心が高まりつつある。その中でも太陽電池は、半導体素子を用いて太陽光エネルギーを直接電気エネルギーなどに変化させる次世代電池として注目されている。
太陽電池はｐ−ｎ接合を用いたものであり、その材料として単結晶、多結晶、非晶質シリコン、化合物、染料感応太陽電池などの効率及び特性改善のために多様な素子が活用されている。その中で広く活用される結晶形シリコン太陽電池は、発電効率に比べて材料コストが高くて工程が複雑なところ、これを乗り越えるために低コストの薄膜型太陽電池への関心が高まりつつある。
本発明の目的は、エッジシーリングを略しても透湿を防止して光電変換効率が向上した薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法を提供するところにある。
前記目的を達成するための本発明の一側面による薄膜太陽電池モジュールは、基板と、前記基板上の下部電極層と、前記下部電極層上の光吸収層と、前記光吸収層上の上部電極層と、前記上部電極層上の保護層と、を含み、前記保護層は、前記光吸収層の側面に沿って前記下部電極層まで延び、前記保護層は吸湿材を含む。
本発明において、前記光吸収層は、ＣＩＳ材質、ＣＩＧＳ材質、非晶質シリコン材質及びＣｄＴｅ材質の群から選択された少なくともいずれか一つを含む。
本発明において、前記下部電極層上の第１及び第２リボンをさらに備え、前記光吸収層及び前記上部電極層は、前記第１及び第２リボンの間に位置する。
本発明において、前記保護層は、前記第１及び第２リボンの上面及び側面をカバーする。
本発明において、前記吸湿材は、金属または金属酸化物である。
本発明において、前記吸湿材は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）及びストロンチウム（Ｓｒ）の群から選択された少なくともいずれか一つを含む。
本発明において、前記上部電極層上のカバー基板をさらに備え、前記保護層の屈折率は、前記カバー基板の屈折率と前記上部電極層の屈折率との間の値を持つ。
本発明において、前記薄膜太陽電池モジュールは、前記基板と当接する封止層をさらに含み、前記封止層は、前記上部電極層上のカバー基板と前記保護層との間に位置する。
本発明において、前記封止層は、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル部分酸化物、珪素樹脂、エステル系樹脂及びオレフィン系樹脂の群から選択された少なくともいずれか一つを含む。
また、前記目的を達成するための本発明の他の側面による薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、基板上に下部電極層を形成する段階と、前記下部電極層上に光吸収層を形成する段階と、前記光吸収層上に上部電極層を形成する段階と、前記上部電極層上に保護層を形成する段階と、を含み、前記保護層は、前記光吸収層の側面に沿って前記下部電極層まで延びるように形成され、前記保護層は吸湿材を含む。
本発明において、前記保護層を形成する段階は、前記下部電極層の一部が露出されるように、前記光吸収層及び前記上部電極層の一部を除去する段階と、露出された前記下部電極層上に前記保護層を形成する段階と、を含む。
本発明において、前記光吸収層は、ＣＩＳ材質、ＣＩＧＳ材質、非晶質シリコン材質及びＣｄＴｅ材質の群から選択された少なくともいずれか一つを含む。
本発明において、前記下部電極層上に第１及び第２リボンを形成する段階をさらに含み、前記光吸収層及び前記上部電極層は、前記第１及び第２リボンの間に位置する。
本発明において、前記第１及び第２リボンを形成する段階は、前記下部電極層の第１、２部分を露出させるように前記保護層を除去する段階と、前記下部電極層の第１、２部分にそれぞれ前記第１及び第２リボンを形成する段階と、を含む。
本発明において、前記保護層は、前記第１及び第２リボンそれぞれの上面及び側面に形成される。
本発明において、前記吸湿材は、金属または金属酸化物である。
本発明において、前記保護層上にカバー基板を位置させる段階をさらに含み、前記保護層は、前記カバー基板の屈折率と前記上部電極層の屈折率との間の屈折率を持つ。
本発明において、前記吸湿材は、金属酸化物であり、前記吸湿材を形成する段階は、前記金属酸化物の蒸着時に酸素分圧を調節する。
本発明において、前記保護層上に封止層を形成する段階をさらに含み、前記封止層は、前記基板と当接するように形成される。
本発明において、前記封止層は、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル部分酸化物、珪素樹脂、エステル系樹脂及びオレフィン系樹脂の群から選択された少なくともいずれか一つを含む。
本発明の一実施形態によれば、エッジシーリングを略しても薄膜太陽電池モジュールへの透湿が防止され、薄膜太陽電池の光電変換効率が向上する。
以下では、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
以下の図面で、各構成要素は、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、あるいは概略的に図示され、各構成要素のサイズは、実際サイズをそのまま反映するものではない。また、各構成要素の説明において、「上」にまたは「下」に形成されると記載される場合において、「上」及び「下」は、「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」または「他の構成要素を介して（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）」形成されることをいずれも含み、「上」または「下」についての基準は、図面を基準として説明する。
図１は、本発明の一実施形態による薄膜太陽電池モジュールの断面を概略的に示す断面図であり、図２は、図１の太陽電池モジュールの反射率を示す図面である。
図１を参照すれば、本発明の一実施形態による薄膜太陽電池モジュール１００は、薄膜太陽電池１２０、薄膜太陽電池１２０上に形成された保護層１４０、薄膜太陽電池１２０の両端にそれぞれ取り付けられた一対のリボン１３０、薄膜太陽電池１２０及び一対のリボン１３０を密封する封止層１５０、及び封止層１５０上のカバー基板１６０を備える。
薄膜太陽電池１２０は、光電効果によって太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる素子であり、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池、非晶質シリコン薄膜太陽電池、ＣｄＴｅ薄膜太陽電池である。以下では、薄膜太陽電池１２０がＣＩＧＳ薄膜太陽電池であると説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、薄膜太陽電池１２０は、非晶質シリコン薄膜太陽電池、ＣｄＴｅ薄膜太陽電池であってもよい。
薄膜太陽電池１２０は、下部基板１２１と、下部基板１２１上に順次に積層された下部電極層１２２、光吸収層１２４、バッファ層１２６及び上部電極層１２８を備える。
下部基板１２１は、ガラス基板、ステンレススチール基板またはポリマー基板などで形成される。例えば、ガラス基板としては、ソーダライムガラスを使え、ポリマー基板としては、ポリイミドなどを使える。
下部電極層１２２は、光電効果によって形成された電荷を収集し、光吸収層１２４を透過した光を反射させて光吸収層１２４によって再吸収されるように、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）などの伝導性及び光反射率に優れた金属材質からなる。例えば、下部電極層１２２は、高い伝導度、光吸収層１２４とのオーム（ｏｈｍｉｃ）接触、セレン（Ｓｅ）雰囲気下での高温安定性などを考慮して、モリブデン（Ｍｏ）を含んで形成される。また、下部電極層１２２は、下部基板１２１との接合及び下部電極層１２２自体の抵抗特性の確保のために多重膜に形成されてもよい。
光吸収層１２４は、入射する太陽光を吸収し、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、及びセレン（Ｓｅ）を含む銅−インジウム−セレン化物（ＣＩＳ）系化合物で形成され、Ｐ型半導体層をなす。また、光吸収層１２４は、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）及びセレン（Ｓｅ）を含む銅−インジウム−ガリウム−セレン化物（Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２、ＣＩＧＳ）系化合物で形成されてもよい。このような光吸収層１２４は、０．７ないし２μｍの厚さに多様に形成される。
バッファ層１２６は、光吸収層１２４と後述する上部電極層１２８とのバンドギャップ差を狭め、光吸収層１２４と上部電極層１２８との界面で発生できる電子と正孔との再結合を低減させる。このようなバッファ層１２６は、ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｉｎ２Ｓ３、ＺｎｘＭｇ（１−ｘ）Ｏなどからなる。
上部電極層１２８は、光吸収層１２４とＰ−Ｎ接合をなし、ＺｎＯ：Ｂ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｇａ、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ
Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などの光を透過できる性質を持つ伝導性材質からなる。よって、上部電極層１２８は、入射光を透過させると同時に光電効果によって形成された電荷を捕獲する。
Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などの光を透過できる性質を持つ伝導性材質からなる。よって、上部電極層１２８は、入射光を透過させると同時に光電効果によって形成された電荷を捕獲する。
保護層１４０は、薄膜太陽電池１２０上に形成される。例えば、保護層１４０は、上部電極層１２８の上面に形成されるだけではなく、後述する一対のリボン１３０を取り付けるための工程で露出された下部電極層１２２の一部上面と、光吸収層１２４、バッファ層１２６及び上部電極層１２８の側面もカバーするように形成される。
保護層１４０は、吸湿材で形成される。例えば、保護層１４０は、Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯで形成されるが、これらに限定されるものではない。保護層１４０は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）及びこれらの酸化物のうち少なくともいずれか一つをさらに含んでもよい。
保護層１４０は、薄膜太陽電池モジュール１００の内部に浸透した水分を吸収して、薄膜太陽電池モジュール１００の内部に浸透した水分から薄膜太陽電池１２０を保護する。
また、カバー基板１６０の前面に入射する太陽光が保護層１４０によって反射することを最小化するために、保護層１４０の屈折率は、カバー基板１６０の屈折率と上部電極層１２８の屈折率との間の値を持つ。
例えば、ガラス材質で形成されたカバー基板１６０は約１．５の屈折率を持ち、ＩＴＯで形成された上部電極層１２８は約２の屈折率を持つため、保護層１４０は、１．５ないし２の屈折率を持つように形成される。一方、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂などで形成される封止層１５０の屈折率は、カバー基板１６０の屈折率と同じく設定されるので、保護層１４０の屈折率の設定時、封止層１５０の屈折率は大きい影響を及ぼさない。
図２は、カバー基板１６０及び封止層１５０の屈折率が約１．５であり、上部電極層の屈折率が約２である場合、保護層１４０の屈折率による太陽電池モジュール１００の反射度を、多層膜の反射率公式によって計算した結果を示す。図２に示したように、保護層１４０の屈折率が、カバー基板１６０の屈折率と上部電極層１２８の屈折率との間の値を持てば、入射する太陽光の反射率を最小化できるので、光吸収層１２４まで到達される光量の低減を防止できる。
保護層１４０は、５０ｎｍないし１０００ｎｍの厚さに形成される。保護層１４０の厚さが５０ｎｍ以上である場合には、薄膜太陽電池モジュール１００の内部に浸透した水分の吸湿効果が十分である。一方、保護層１４０の厚さが１０００ｎｍ以下である場合には、吸湿材の光吸収率の増加による光透過量の減少を防止する。よって、保護層１４０は、５０ｎｍないし１０００ｎｍの厚さに形成されることが望ましい。
このような保護層１４０は、薄膜太陽電池モジュール１００の内部に浸透した水分を吸収して薄膜太陽電池１２０への水分の浸透を防止すると同時に、反射防止膜の機能を行って薄膜太陽電池１２０の光電変換効率を向上させる。
一対のリボン１３０は、薄膜太陽電池１２０の両端で露出された下部電極層１２２上に接合される。一対のリボン１３０は、薄膜太陽電池１３０で発生した電子及び正孔を収集し、電流の逆流を防止するジャンクションボックス（図示せず）と連結されるジャンクションボックスのリード線と連結される。
封止層１５０は、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル部分酸化物、珪素樹脂、エステル系樹脂、オレフィン系樹脂などで形成される。封止層１５０は、薄膜太陽電池１２０及び一対のリボン１３０を密封し、薄膜太陽電池１２０に悪影響を及ぼす水分や酸素を遮断する。
カバー基板１６０は、太陽光を透過するようにガラスで形成され、外部の衝撃などから薄膜太陽電池１２０を保護するために強化ガラスで形成される。カバー基板１６０は、太陽光の反射を防止し、かつ太陽光の透過率を高めるために、鉄分の少なく含まれた低鉄分強化ガラスで形成される。
図３ないし図９は、図１の薄膜太陽電池モジュールの製造方法を示す断面図である。
以下の図３ないし図５は、図１の薄膜太陽電池モジュールの薄膜太陽電池の製造方法を示すと共に薄膜太陽電池の構成をさらに詳細に示しており、図６ないし図９は、図３ないし図５によって製造された薄膜太陽電池を用いた薄膜太陽電池モジュールの製造方法を示している。
先ず、図３ないし図５を参照して、薄膜太陽電池１２０の製造方法を説明する。
薄膜太陽電池１２０は、先ず、図３に示したように下部基板１２１上に下部電極層１２２を形成した後、第１パターニングを行って下部電極層１２２を複数に分割する。
下部電極層１２２は、導電性ペーストを下部基板１２１上に塗布した後、熱処理して形成するか、またはメッキ法などの工程により形成する。また、モリブデン（Ｍｏ）ターゲットを用いたスパッタリング工程によって形成できる。
第１パターニングは、例えば、レーザースクライビング工程による。レーザースクライビング工程は、下部基板１２１の底面から下部基板１２１側にレーザーを照射して下部電極層１２２の一部を蒸発させる工程、または下部電極層１２２の上面側からレーザーを照射して一部を蒸発させる工程で行え、これにより、下部電極層１２２を一定間隔をおいて複数に分割する第１パターン部Ｐ１が形成される。
次いで、図４のように光吸収層１２４及びバッファ層１２６を形成した後、第２パターニングを行う。
光吸収層１２４は、ｉ）真空チャンバ内に設けられた小さな電気炉に銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、セレン（Ｓｅ）などを入れ、これを加熱して真空蒸着させる同時蒸着（ｃｏ−ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）法、ｉｉ）銅（Ｃｕ）ターゲット、インジウム（Ｉｎ）ターゲット、ガリウム（Ｇａ）ターゲットを使って下部電極層１２２上にＣＩＧ系金属前駆体膜を形成した後、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）ガス雰囲気下で熱処理することで、金属前駆体膜がセレン（Ｓｅ）と反応してＣＩＧＳ系光吸収層１２４を形成するスパッタリング／セレニゼーション法によって形成できる。また、電着法、有機金属化学蒸着（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＭＯＣＶＤ）などによって光吸収層１２４を形成できる。
ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＭＯＣＶＤ）などによって光吸収層１２４を形成できる。
バッファ層１２６は、化学的溶液成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｂａｔｈ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＢＤ）、原子層蒸着（Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）、ＩＬＧＡＲ（Ｉｏｎ ｌａｙｅｒ ｇａｓ ｒｅａｃｔｉｏｎ）法などによって形成される。
ｂａｔｈ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＢＤ）、原子層蒸着（Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）、ＩＬＧＡＲ（Ｉｏｎ ｌａｙｅｒ ｇａｓ ｒｅａｃｔｉｏｎ）法などによって形成される。
このように、光吸収層１２４及びバッファ層１２６を形成した後には、第２パターニングを行う。第２パターニングは、例えば、第１パターン部Ｐ１と離隔している地点で、第１パターン部Ｐ１と平行な方向に針などの鋭い器具を移動させて第２パターン部Ｐ２を形成する機械的スクライビングによるが、これに限定されず、レーザースクライビングを用いてもよい。
第２パターニングは光吸収層１２４を複数に分割し、第２パターニングによって形成される第２パターン部Ｐ２は、下部電極層１２２の上面まで延びて下部電極層１２２を露出させる。
次いで、図５に示したように、上部電極層１２８を形成した後、第３パターニングを行う。
上部電極層１２８は、ＺｎＯ：Ｂ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｇａ、ＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な伝導性材質からなり、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、低圧化学気相蒸着法（Ｌｏｗ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＬＰＣＶＤ）またはスパッタリング法などによって形成できる。
ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＬＰＣＶＤ）またはスパッタリング法などによって形成できる。
上部電極層１２８は、第２パターン部Ｐ２内にも形成されて第２パターン部Ｐ２によって露出された下部電極層１２２と接触することで、第２パターン部Ｐ２によって複数に分割された光吸収層１２４を電気的に連結する。
このような上部電極層１２８は、第１パターン部Ｐ１及び第２パターン部Ｐ２と異なる位置に形成された第３パターン部Ｐ３によって複数に分けられる。
第３パターニングは、レーザースクライビングまたは機械的スクライビングにより、第３パターニングによって形成される第３パターン部Ｐ３は、第１パターン部Ｐ１及び第２パターン部Ｐ２と平行に形成された溝（Ｇｒｏｏｖｅ）であり、下部電極層１２１の上面まで延設されることで、複数の光電変換ユニットＣ１〜Ｃ３が形成される。また、第３パターン部Ｐ３は、複数の光電変換ユニットＣ１〜Ｃ３の間に絶縁層として作用し、光電変換ユニットＣ１〜Ｃ３は直列に連結される。
次いで、図６ないし図９を参照して、図１の薄膜太陽電池モジュール１００の製造方法を説明する。
先ず、図６に示したように、薄膜太陽電池１２０の両側に下部電極層１２２を露出させる開口１３２を形成する。開口１３２は、前述した第１パターン部Ｐ１ないし第３パターン部Ｐ３と平行に形成された溝である。また、開口１３２は、後述するリボン１３０が載置される領域であり、少なくともリボン１３０の幅より大きく形成されることが望ましい。開口１３２は、機械的スクライビング、レーザースクライビングまたは選択的エッチング工程によって形成される。
次いで、図７のように図６の構造物上に全体的に保護層１４０を形成する。
保護層１４０は、Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯで形成され、薄膜太陽電池モジュール１００の内部に浸透した水分を吸収する。Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯの蒸着時、酸素分圧を調節することで、形成される保護層１４０の屈折率を調節する。
例えば、保護層１４０がＡｌ２Ｏ３で形成される場合、Ａｌ２Ｏ３薄膜の蒸着時、酸素分圧が増加するほど保護層１４０の屈折率は低くなる。よって、形成される保護層１４０の屈折率変更ができるところ、カバー基板１６０及び上部電極層１２８の屈折率値によって、保護層１４０がカバー基板１６０と上部電極層１２８との間の屈折率値を持つようにする。
このような保護層１４０は、スパッタリング、低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ）、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着法（Ｐｌａｓｍａ
ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着法（ＡＬＤ）、スピンコーティング法、印刷法などで形成できる。保護層１４０は、バッファ層１２６及び上部電極層１２８の熱的損傷を防止するために、２００℃以下の温度で形成されることが望ましい。
ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着法（ＡＬＤ）、スピンコーティング法、印刷法などで形成できる。保護層１４０は、バッファ層１２６及び上部電極層１２８の熱的損傷を防止するために、２００℃以下の温度で形成されることが望ましい。
保護層１４０を形成した後には、図８に示したように、エッジデリーション（Ｅｄｇｅ
ｄｅｌｅｔｉｏｎ）工程を行う。エッジデリーション工程は、薄膜太陽電池モジュール１２０の角全体について行われ、図７のＡ部分を除去する。このように、下部基板１２１のエッジに形成された薄膜太陽電池１２０を除去することで、封止層１５０と下部基板１２１との接合力が向上し、薄膜太陽電池１２０を外部環境と断絶させる。
ｄｅｌｅｔｉｏｎ）工程を行う。エッジデリーション工程は、薄膜太陽電池モジュール１２０の角全体について行われ、図７のＡ部分を除去する。このように、下部基板１２１のエッジに形成された薄膜太陽電池１２０を除去することで、封止層１５０と下部基板１２１との接合力が向上し、薄膜太陽電池１２０を外部環境と断絶させる。
次いで、図９に示したように、図８のＢ部分を除去する電極露出工程を行って下部電極層１２２の両端部を露出させる。一方、電極露出工程とエッジデリーション工程とはその手順が逆になってもよい。
電極露出工程後、露出された下部電極層１２２上に一対のリボン１３０を取り付ける。
一対のリボン１３０は、例えば、露出された下部電極層１２２上にフラックスを塗布し、塗布されたフラックス上にリボン１３０を位置させた後、焼成過程を経るタブ（ｔａｂｂｉｎｇ）工程によって下部電極層１２２上に取り付けられる。その他に伝導性テープ、超音波溶接（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ
ｗｅｌｄｉｎｇ）、超音波はんだ付（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）などの工程によって、リボン１３０は下部電極層１２２上に取り付けられる。リボンの取り付けを超音波溶接、超音波はんだ付工程による場合、図８のエッジデリーション工程を省略してもよい。
ｗｅｌｄｉｎｇ）、超音波はんだ付（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）などの工程によって、リボン１３０は下部電極層１２２上に取り付けられる。リボンの取り付けを超音波溶接、超音波はんだ付工程による場合、図８のエッジデリーション工程を省略してもよい。
一対のリボン１３０は、図６で示して説明した開口１３２（図６）内に位置し、開口１３２（図６）の方向に沿って形成される。
一対のリボン１３０を取り付けた後、図１の封止層１５０及びカバー基板１６０を位置させた後、ラミネーション工程により図１のような薄膜太陽電池モジュール１００を形成する。
このような形成された薄膜太陽電池モジュール１００は、封止層１５０によって外部の水分浸透を１次に防止し、薄膜太陽電池モジュール１００内に浸透した水分を保護層１４０が２次に吸収するので、薄膜太陽電池１２０に湿気が浸透できなくなる。よって、従来のエッジシーリング部を省略できる。また、保護層１４０は反射防止膜の役割も同時に行うので、薄膜太陽電池１２０の光電変換効率が向上する。
図１０は、図１の薄膜太陽電池モジュールの変形例を示す図面である。
図１０の薄膜太陽電池モジュール２００は、薄膜太陽電池２２０、薄膜太陽電池２２０の両端にそれぞれ取り付けられた一対のリボン２３０、薄膜太陽電池２２０及び一対のリボン２３０上に形成された保護層２４０、保護層２４０上に形成された封止層２５０、及び封止層２５０上のカバー基板２６０を備える。
薄膜太陽電池２２０は、一例として、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池であり、薄膜太陽電池２２０は、下部基板２２１と、下部基板２２１上に順次に積層された下部電極層２２２、光吸収層２２４、バッファ層２２６及び上部電極層２２８を含む。
薄膜太陽電池２２０、封止層２５０及びカバー基板２６０は、図１で示して説明した薄膜太陽電池１２０、封止層１５０及びカバー基板１６０と同一であるため詳細な説明は略し、以下では相違点のみを説明する。
図１０を参照すれば、保護層２４０が一対のリボン２３０までもカバーするように形成される。具体的に、保護層２４０は、上部電極層２２８の上面と、一対のリボン２３０を形成するための工程中に露出された光吸収層２２４、バッファ層２２６及び上部電極層２２８の側面と下部電極層２２２の一部上面とに形成されるだけではなく、一対のリボン２３０それぞれの上面及び両側面までカバーするように形成される。
このように一対のリボン２３０の表面を、吸湿効果を持つ保護層２４０で密封することで、リボン２３０の腐食を効果的に防止する。
一方、保護層２４０は、上部電極層２２８とカバー基板（図示せず）との間の屈折率を持つことで、反射防止膜の役割も同時に行って薄膜太陽電池２２０の光電変換効率を向上させる。
図１１ないし図１３は、図１０の薄膜太陽電池モジュールの製造方法を示す断面図である。
一方、図１０の薄膜太陽電池モジュール２００の薄膜太陽電池２２０は、図１で示して説明した薄膜太陽電池１２０と同一である。よって、薄膜太陽電池２２０の製造方法は、図３ないし図６で示して説明した薄膜太陽電池１２０の製造方法と同一であるので、以下ではこれを繰り返して説明せず、相違点のみを説明する。
図１１ないし図１３を参照して、図１０の薄膜太陽電池モジュール２００の製造方法を説明すれば、先ず、図１１のように、下部基板２２１上に下部電極層２２２、光吸収層２２４、バッファ層２２６及び上部電極層２２８が順次に積層されて形成された薄膜太陽電池２２０の両側に下部電極層２２２を露出させる開口２３２を形成した後、開口２３２によって露出された下部電極層２２２の上面にリボン２３０を接合する。
開口２３２は、機械的スクライビング、レーザースクライビングまたは選択的エッチング工程によって形成され、開口２３２内にリボン２３０が載置されるので、開口２３２の幅は、リボン２３０の幅より大きく形成されることが望ましい。
リボン２３０は、例えば、タブ工程によって下部電極層２２２上に取り付けられる。他の方法として、リボン２３０は、異方性導電フィルム（図示せず）または導電性テープ、超音波溶接、超音波はんだ付方式などによって下部電極層２２２上に取り付けられてもよい。
このように、リボン２３０を形成した後には、図１２のように保護層２４０を形成する。
保護層２４０は、下部基板２２１上に全体的に形成される。よって、保護層２４０は上部電極層２２８の上面及びリボン２３０の上面だけではなく、開口２３２の形成時に露出される光吸収層２２４、バッファ層２２６及び上部電極層２２８の側面と、リボン２３０の両側面までカバーするように形成される。
保護層１４０は、スパッタリング、低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ）、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着法（ＡＬＤ）、スピンコーティング法、印刷方法などによって形成できる。また、保護層１４０は、バッファ層１２６及び上部電極層１２８の熱的損傷を防止するために、２００℃以下の温度で形成されることが望ましい。
次いで、図１３のようにエッジデリーション工程を行う。
エッジデリーション工程は、薄膜太陽電池モジュール２２０の角全体について行われて図１２のＡ’部分を除去する。このように、下部基板１２１のエッジに形成された薄膜太陽電池１２０を除去することで、封止層２５０と下部基板２２１との接合力が向上し、薄膜太陽電池２２０を外部要因と断絶させる。
次いで、封止層２５０及びカバー基板２６０を位置させた後、ラミネーション工程により図１０のような薄膜太陽電池モジュール２００を形成する。
このように形成された薄膜太陽電池モジュール２００は、封止層２５０が一対のリボン２３０によって外部の水分浸透を１次に防止し、薄膜太陽電池モジュール２００内に浸透した水分を保護層２４０が２次に吸収するため、薄膜太陽電池２２０に湿気が浸透できなくなる。また、保護層２４０が一対のリボン２３０までカバーするように形成されるので、リボン２３０の腐食を効果的に防止する。また、保護層２４０は反射防止膜の役割も同時に行うため、薄膜太陽電池１２０の光電変換効率が向上する。
本発明による薄膜太陽電池モジュールは、前記実施形態の構成及び方法が限定して適用されるものではなく、前記実施形態は、多様な変形がなされるように各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成されてもよい。
また、以上では本発明の望ましい実施形態について図示して説明したが、本発明は前述した特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の趣旨を逸脱せずに当業者によって多様な変形実施が可能であるということはいうまでもなく、これらの変形実施は本発明の技術的思想や見込みから個別的に理解されてはならない。
本発明は、薄膜太陽電池モジュール関連の技術分野に好適に用いられる。
１００、２００ 太陽電池モジュール
１２０、２２０ 薄膜太陽電池
１２１、２２１ 下部基板（基板）
１２２、２２２ 下部電極層
１２４、２２４ 光吸収層
１２６、２２６ バッファ層
１２８、２２８ 上部電極層
１３０、２３０ リボン
１４０、２４０ 保護層
１５０、２５０ 封止層
１６０、２６０ カバー基板
１２０、２２０ 薄膜太陽電池
１２１、２２１ 下部基板（基板）
１２２、２２２ 下部電極層
１２４、２２４ 光吸収層
１２６、２２６ バッファ層
１２８、２２８ 上部電極層
１３０、２３０ リボン
１４０、２４０ 保護層
１５０、２５０ 封止層
１６０、２６０ カバー基板
Claims (20)
- 基板と、
前記基板上の下部電極層と、
前記下部電極層上の光吸収層と、
前記光吸収層上の上部電極層と、
前記上部電極層上の保護層と、を含み、
前記保護層は、前記光吸収層の側面に沿って前記下部電極層まで延び、前記保護層は吸湿材を含む薄膜太陽電池モジュール。 - 前記光吸収層は、ＣＩＳ材質、ＣＩＧＳ材質、非晶質シリコン材質及びＣｄＴｅ材質の群から選択された少なくともいずれか一つを含む請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
- 前記下部電極層上の第１及び第２リボンをさらに備え、
前記光吸収層及び前記上部電極層は、前記第１及び第２リボンの間に位置する請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。 - 前記保護層は、前記第１及び第２リボンの上面及び側面をカバーする請求項３に記載の薄膜太陽電池モジュール。
- 前記吸湿材は、金属または金属酸化物である請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
- 前記吸湿材は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）及びストロンチウム（Ｓｒ）の群から選択された少なくともいずれか一つを含む請求項５に記載の薄膜太陽電池モジュール。
- 前記上部電極層上のカバー基板をさらに備え、
前記保護層の屈折率は、前記カバー基板の屈折率と前記上部電極層の屈折率との間の値を持つ請求項５に記載の薄膜太陽電池モジュール。 - 前記基板と当接する封止層をさらに含み、
前記封止層は、前記上部電極層上のカバー基板と前記保護層との間に位置する、
請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。 - 前記封止層は、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル部分酸化物、珪素樹脂、エステル系樹脂及びオレフィン系樹脂の群から選択された少なくともいずれか一つを含む請求項８に記載の薄膜太陽電池モジュール。
- 基板上に下部電極層を形成する段階と、
前記下部電極層上に光吸収層を形成する段階と、
前記光吸収層上に上部電極層を形成する段階と、
前記上部電極層上に保護層を形成する段階と、を含み、
前記保護層は、前記光吸収層の側面に沿って前記下部電極層まで延びるように形成され、前記保護層は吸湿材を含む薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記保護層を形成する段階は、
前記下部電極層の一部が露出されるように、前記光吸収層及び前記上部電極層の一部を除去する段階と、
露出された前記下部電極層上に前記保護層を形成する段階と、を含む請求項１０に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記光吸収層は、ＣＩＳ材質、ＣＩＧＳ材質、非晶質シリコン材質及びＣｄＴｅ材質の群から選択された少なくともいずれか一つを含む請求項１０に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記下部電極層上に第１及び第２リボンを形成する段階をさらに含み、
前記光吸収層及び前記上部電極層は、前記第１及び第２リボンの間に位置する請求項１０に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記第１及び第２リボンを形成する段階は、
前記下部電極層の第１、２部分を露出させるように前記保護層を除去する段階と、
前記下部電極層の第１、２部分にそれぞれ前記第１及び第２リボンを形成する段階と、を含む請求項１３に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記保護層は、前記第１及び第２リボンそれぞれの上面及び側面に形成される請求項１３に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記吸湿材は、金属または金属酸化物である請求項１０に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記保護層上にカバー基板を位置させる段階をさらに含み、
前記保護層は、前記カバー基板の屈折率と前記上部電極層の屈折率との間の屈折率を持つ請求項１６に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記吸湿材は、金属酸化物であり、
前記吸湿材を形成する段階は、前記金属酸化物の蒸着時に酸素分圧を調節する請求項１７に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記保護層上に封止層を形成する段階をさらに含み、
前記封止層は、前記基板と当接するように形成される請求項１０に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記封止層は、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル部分酸化物、珪素樹脂、エステル系樹脂及びオレフィン系樹脂の群から選択された少なくともいずれか一つを含む請求項１９に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
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