JP2014060209A - 薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池モジュールにおける封止材の接着強度を高める。
【解決手段】 本発明のある実施形態の薄膜太陽電池モジュールである薄膜太陽電池モジュール１０００は、表面保護材１３２、第１封止材シート１２２、薄膜太陽電池１００、第２封止材シート１２４および表面保護材１３４を備えている。薄膜太陽電池の可撓性基板８の前面８Ａ側に第１封止材シートを配置し、第１封止材シート１２２を通してレーザーＬ１を前面８Ａ側から照射することにより、前面において基板の材質が露出している部分（基板露出部）または基板において発電領域１１０をなす膜と第１封止材シート１２２とを熱融着させた前面レーザー融着部２００が形成される。前面レーザー融着部は、基板の前面における発電領域を除く平面領域である非発電領域の少なくとも一部に形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。さらに詳細には本発明は、耐久性を高めた薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。

近年、太陽光により発電を行なう太陽電池すなわち太陽電池システムが開発されている。太陽光発電システムのための太陽電池モジュールは、太陽電池の主要な部品であり、通常、封止材および表面保護材により光電変換素子を内部に封止または内包することにより、耐久性を高めるように作製される。太陽電池モジュールに採用する光電変換素子としては、製造時に使用される材料が少ない薄膜系の光電変換素子が注目されている。これらの光電変換素子の構造として一般的なものは、フィルム基板やガラス基板の一方の面において個別化された単位セルが直列接続され集積化されているモノリシック構造と呼ばれるものである。この個別化は、パターニングまたはスクライブを行ない光電変換や電極層などを平面内で区切ることにより行なわれる。その一例として、フィルム基板の両面をつなぐ貫通孔（通電性貫通孔）を経由し電気的な接続をとるＳＣＡＦ構造（Series Connection through Apertures formed on Film）と呼ぶ光電変換素子も実用化されている（例えば、特許文献１：特開２００６−４９５４１号公報）。

図１に、代表的な太陽電池モジュール９０００の概略構造を分解斜視図により示す。ここで、光電変換素子９００は、表面保護材９３２および９３４により保護されている。表面保護材９３２は光が入射する受光面側に配置され、透光性のあるガラス基板や、耐候性に優れたフッ素系樹脂（例えば、ＥＴＦＥ：テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体）が採用される。また、その逆の背面側の表面保護材９３４には、表面保護材９３２と同様の材質のほかにも、鋼板などの非透光性の部材が採用されることもある。

封止材９２２および９２４は、表面保護材９３２および９３４を光電変換素子９００に対しラミネートし封止するために用いられる。封止材９２２、９２４、および表面保護材９３２、９３４の役割は、例えば、設置環境における外界の水分や酸素、衝撃などから光電変換素子を保護したり、電気的な絶縁性を確保したりすることである。また、例えば背面側の表面保護材９３４が鋼板である場合には、封止材９２４には、鋼板の表面塗装の塗料成分が光電変換素子９００に到達するのをバリアする作用が求められる。このように、封止材９２２、９２４、表面保護材９３２、９３４の材質は、様々な要件を充足する必要がある。封止材９２２、９２４の材質は、これらの目的を満たすため、例えばＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）やポリオレフィン等とされる。

これらの保護性能を強化するために、光電変換素子からみて受光面側と背面側のいずれかまたは両面に、例えば防湿シートなど、バリアシートまたはバリアフィルムとも呼ばれる追加シートまたは追加フィルム（いずれも図示しない）が配置され封止材により封止されることもある。

特開２００６−４９５４１号公報

太陽電池モジュールの長期信頼性を確保するためには、光電変換素子と封止材との間の界面や、封止材と表面保護材との間の界面において十分な接着性を長期間維持する必要がある。接着性が不十分であったり時間とともに劣化したりすると、デラミネーション（剥離）を引き起こしその後の耐久性に悪影響を及ぼしかねないためである。図２に、従来の太陽電池モジュールにおける界面を示している。光電変換素子９００が例えばシリコン系の薄膜光電変換素子である場合には、典型的な接着界面は、次の界面Ａ〜Ｅである。ここでは、図１に明示していないバリアフィルムなどの追加シート９４２および９４４を採用する場合を例に説明する。

界面Ａは、受光面における光電変換素子９００の導電性酸化物（典型的にはＩｎ系またはＺｎ系の透明導電膜）と封止材９２２との界面である。また、界面Ｂは、光電変換素子９００の背面側における封止材９２４との界面である。界面Ｂをなす封止材９２４以外の部材は、光電変換素子９００の背面側表面が基板である場合にはその基板であり、基板に金属膜が形成されている場合には、その金属膜である。ここで、封止材９２２、９２４は上述したように、ＥＶＡ等の材質のフィルムである。追加封止材９２６Ａおよび９２６Ｂは、追加シート９４２および９４４と表面保護材９３２および表面保護材９３４との間に配置される封止材のフィルムである。界面Ｃは、追加封止材９２６Ａと表面保護材９３２との間や追加封止材９２６Ｂと表面保護材９３４との間の境界である。なお、受光面側と背面側とにおける表面保護材９３２、９３４が互いに異なる場合もある。その場合、背面側の追加封止材９２６Ｂと表面保護材９３４との界面（ここでは、界面Ｃ´と記す）と界面Ｃとは材質の組合せが異なる。界面Ｄは、その追加シート９４２と封止材９２２または追加封止材９２６Ａとの界面である。受光面側および背面側のバリアフィルムを区別する場合には、背面側の追加シート９４４と封止材９２４または追加封止材９２６Ｂの界面を界面Ｄ´と呼ぶ。界面Ｅは、封止材９２２と封止材９２４との界面や、封止材９２２と追加封止材９２６Ａ、封止材９２４と追加封止材９２６Ｂの界面である。なお、追加シート９４２および９４４が採用されない構成では、界面ＤおよびＤ´は、それぞれ、追加封止材９２６Ａと封止材９２２、追加封止材９２６Ｂと封止材９２４の界面である界面ＣおよびＣ´と同一となり、界面Ｅは封止材９２２と封止材９２４の界面のみとなる。

直列接続によりモノリシック構造に集積化されている光電変換素子９００を一般的な手法により封止または内包する処理をした太陽電池モジュール９０００の場合、実使用環境への長時間の暴露において耐久性に問題が生じかねないという課題がある。具体的には、界面Ａにおいて剥離が生じたり、水分の浸入により電極膜が剥離したり、酸化による劣化が発生したりすることがある。これらの耐久性の低下に影響する可能性のある原因は、例えば、最も接着性が高い界面Ｅが光電変換素子９００の周辺部にしか存在せず、高い信頼性が維持できないためである。また、太陽電池モジュール９０００の構造の場合に通常の用途において耐久性に問題が生じるとはいえなくても、太陽電池モジュールの使用可能な環境をさらに広汎なものとするためなどの理由から、可能な限り耐久性を高めたいという要請もある。

本発明は上記問題点の少なくともいずれかを解決するためになされたものである。本発明は、耐久性を高めるべく封止材との接着性を高め、デラミネーションを効果的に防止する薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法を提供することにより、太陽光発電システムの信頼性を向上させることに貢献するものである。

本願の発明者は、レーザーによる熱融着を利用することにより、封止材を接着する接着力を高めうることを実験的に発見した。そしてその実験事実を、上記課題の解決のために利用することを着想し、本発明を創出するに至った。

すなわち、本発明のある態様においては、可撓性基板の前面の上に発電領域をなす膜が形成されている薄膜太陽電池を内包する薄膜太陽電池モジュールであって、前記可撓性基板からみて前記前面の側に配置された第１封止材シートと、該可撓性基板の該前面における前記発電領域を除く平面領域である非発電領域の少なくとも一部に対し前記第１封止材シートを透過してレーザーを照射することにより、前記可撓性基板の前記前面の表面または該前面の上に形成されている膜の表面と前記第１封止材シートとが位置選択的に熱融着されている前面レーザー融着部とを備える薄膜太陽電池モジュールが提供される。

また、本発明は薄膜太陽電池モジュールの製造方法としても実施することができる。すなわち、本発明のある態様においては、可撓性基板の前面の上に発電領域をなす膜が形成されている薄膜太陽電池を内包する薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、前記可撓性基板からみて前記前面の側に第１封止材シートを配置する工程と、該可撓性基板の該前面における前記発電領域を除く平面領域である非発電領域の少なくとも一部に対し前記第１封止材シートを透過させてレーザーを照射することにより、前記可撓性基板の前記前面の表面または該前面の上に形成されている膜の表面と前記第１封止材シートとを位置選択的に熱融着する前面レーザー照射工程とを含む薄膜太陽電池モジュールの製造方法が提供される。

ここで、本発明の各態様において「レーザー」は、可視波長のものには限定されず、紫外または赤外における電磁波も含む。また、「位置選択的に熱融着されている」との表現における「位置」は、膜状となっている可撓性基板または太陽電池モジュールのいずれかに沿った面における位置である。さらに、上記表現における前面レーザー融着部が「位置選択的」に熱融着されているとの表現は、上記面において他の位置と区別してレーザーにより熱溶着されている部分として前面レーザー融着部が存在することのみを意味している。したがって、上記表現は、前面レーザー融着部以外において、レーザーによるかよらないかを問わずに熱溶着されている部分の不存在を意味するものではない。

そして、何らかの膜または層が何らかの面の上に形成されている（formed on or over a surface）状態やその形成処理は、当該膜または層が、その面に接して形成される状態や処理と、他の層を介して当該面の側に形成される状態や処理との双方を含んでいる。

本発明のいずれかの態様においては、封止材との接着性を高めた薄膜太陽電池モジュールを製造することが可能となる。

従来の太陽電池モジュールの構造を示す分解斜視図である。 従来の太陽電池モジュールにおいて剥離が生じうる位置または界面を示す説明図である。 本発明のある実施形態において提供される薄膜太陽電池モジュールの構成を示す一部破断した平面図である。 本発明のある実施形態において提供される薄膜太陽電池モジュールの構成の一部を示す概略断面図である。 本発明のある実施形態において提供される薄膜太陽電池モジュールの構成を示す一部破断した平面図である。 本発明のある実施形態において提供される薄膜太陽電池モジュールの構成の一部を示す概略断面図である。 本発明のある実施形態において利用される一例のレーザー照射装置の構成を示す構成図である。 本発明のある実施例の結果を適用する最終的な薄膜太陽電池モジュールの構造を示す一部破断した平面図である。 本発明のある実施例の結果を適用する最終的な薄膜太陽電池モジュールの構造を示す概略断面図である。 本発明のある実施例において作製したサンプルの構成を示す概略断面図である。

以下、本発明に係る薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法の実施形態を図面を参照して説明する。当該説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号が付されている。また、図中、実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示してはいない。

［１ 実施形態］
本実施形態においては、薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法の実施形態を説明する。また、本実施形態は、可撓性基板の両面に膜が形成されている薄膜太陽電池を含む薄膜太陽電池モジュールに基づいて説明する。

［１−１ レーザーによる融着部］
図３および図４は、本実施形態において提供される薄膜太陽電池モジュール１０００の構成を示す一部破断した平面図およびその一部の概略断面図である。本実施形態の一例の薄膜太陽電池モジュールである薄膜太陽電池モジュール１０００は、表面保護材１３２、第１封止材シート１２２、薄膜太陽電池１００、第２封止材シート１２４および表面保護材１３４を備えている。各部材の材質を例示すれば、表面保護材１３２および１３４はフッ素系保護フィルム、第１封止材シート１２２および第２封止材シート１２４はＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）のフィルム、薄膜太陽電池１００における可撓性基板８（以下「基板８」という）はポリイミドフィルムである。つまり、薄膜太陽電池モジュール１０００の太陽電池モジュールの内部には、基板８を利用して形成された薄膜太陽電池１００が、表面保護材１３２、第１封止材シート１２２、第２封止材シート１２４、および表面保護材１３４の熱ラミネートにより封止または内包されている。

第１封止材シート１２２と薄膜太陽電池１００の基板８とは、レーザーＬ１により互いに熱融着されている。つまり、封止材のフィルムまたはシートである第１封止材シート１２２を、基板８からみて前面８Ａ側に配置しておき、その第１封止材シート１２２を通してレーザーＬ１を前面８Ａ側の空間から基板８の前面８Ａ側に向けて照射する。こうして形成される熱溶着に寄与する部分を前面レーザー融着部２００という。つまり、前面レーザー融着部２００は、基板８の前面８Ａにおける発電領域１１０を除く平面領域である非発電領域の一部に形成される。レーザーＬ１が照射され前面レーザー融着部２００となる位置は、前面８Ａにおいて基板８の材質が露出している部分（基板露出部）や、基板８において発電領域１１０をなすための膜が形成されている部分、そしてこれら両者をまたがる部分である。したがって、第１封止材シート１２２は、レーザーＬ１が照射される時点において、基板８の前面８Ａ側の前面レーザー融着部２００となる位置に接するように配置されている。

図３および図４においては、基板露出部にレーザーＬ１が照射される様子を示している。特に図４には、その際のレーザーＬ１の方向および照射位置の典型的なものと、レーザーＬ１の熱溶着により形成される前面レーザー融着部２００の典型的な範囲とを示している。なお、図示する前面レーザー融着部２００は、レーザーによる熱溶着により温度が上昇する等の影響を受ける可能性の高い範囲を模式的に第１封止材シート１２２と基板８の三次元領域として示すものである。

より詳細には、第１封止材シート１２２を透過してレーザーＬ１が照射されると、例えばレーザーＬ１が照射された基板８の領域の温度がレーザーＬ１の光エネルギーを受けて上昇する。この昇温は、基板８の面においてはレーザーＬ１のスポットの範囲に、また、厚み方向には、主として前面８Ａ側の表面近傍の基板８内部において局所的に生じる。このため、基板８の前面８Ａ側の表面において、基板８自体およびそれに接する第１封止材シート１２２のいずれかまたは双方は、レーザーＬ１の照射により瞬時に軟化または融解し、レーザーＬ１が走査されて移動すると熱の放散により冷却される。この昇温および冷却の結果、レーザーＬ１が照射された範囲のみ位置選択的に、基板８の前面８Ａの表面と第１封止材シート１２２とを互いに熱融着させることができる。

なお、基板８の前面８Ａ側の表面に膜が形成されている場合には、その膜を通じ伝わった熱で第１封止材シート１２２が瞬時に融解しその膜に対して融着して固化する。また、前面レーザー融着部２００において、レーザーＬ１により融解し固化するのが基板８であるか、第１封止材シート１２２であるか、またはそれらの両方であるかは、特に問わない。このため、前面レーザー融着部２００として図示した領域は特に厚み方向は例示のものに過ぎない。実際のレーザーＬ１の照射条件によっては、前面レーザー融着部２００例えば平面的にはスポットの連なりであったり、前面レーザー融着部２００となり熱溶着のために温度が上昇する範囲が第１封止材シート１２２と基板８の前面８Ａの界面のごく近傍に限定されていたりすることもある。また、前面レーザー融着部２００においては、第１封止材シート１２２と基板８との接着力が向上する。しかし、それ以外の特性において、前面レーザー融着部２００の部分は検知可能な材質変化を生じさせることもあれば、生じさせないこともある。

前面レーザー融着部２００は、図３に示したように、発電領域１１０を囲む線をなすように形成すると好適である。これは、薄膜太陽電池モジュール１０００の端部からの湿気や酸素の侵入を可能な限り抑止することが、薄膜太陽電池モジュール１０００の長期動作信頼性を確保することに有効なためである。発電領域１１０を囲む位置には、前面８Ａに基板８が露出している基板露出部が存在する。ここで、基板露出部は、例えば薄膜太陽電池１００の製造工程により成膜されなかったり、成膜後にパターニングの処理により膜が除去されたりする領域である。この基板露出部においては、基板８と第１封止材シート１２２とが直接接しているため、前面レーザー融着部２００による熱融着が良好に行える利点もある。なお、発電領域１１０を囲む位置とは、発電領域１１０の周縁より外側を通る発電領域１１０にとっての周辺のうち、発電領域１１０を一方に見ながら辿れる線状の位置をいう。ここで、発電領域１１０を囲む前面レーザー融着部２００は一筆書きであることは要さない。また、発電領域１１０を囲む前面レーザー融着部２００の内部にさらに別のレーザー熱融着部が形成されることも許容される。さらには、発電領域１１０を囲む前面レーザー融着部２００は、完全に閉じたループをなす閉曲線とする必要もない。例えば電気的配線のためにレーザーＬ１を照射しない部分が一部に存在していたとしても、発電領域１１０を囲む前面レーザー融着部２００の目的を果たすことができるためである。

［１−２ 両面のレーザー融着部］
本実施形態には、薄膜太陽電池モジュール１０００に類似する別例である薄膜太陽電池モジュール１０００ａも含まれている。図５および図６は、本実施形態において提供される薄膜太陽電池モジュール１０００ａの両面の構造を示す平面図およびその一部の概略断面図である。なお、薄膜太陽電池モジュール１０００と同一の部材については説明を省略する。

薄膜太陽電池モジュール１０００ａは、薄膜太陽電池モジュール１０００（図３、４）の薄膜太陽電池１００に代え薄膜太陽電池１００ａを第１封止材シート１２２、第２封止材シート１２４、表面保護材１３２、および表面保護材１３４により内包するものである。薄膜太陽電池１００ａには、可撓性基板８ａ（以下、「基板８ａ」と呼ぶ）の前面８ａＡに発電領域１１０ａが形成されており、背面８ａＢに背面電極１１２が形成されている。背面電極１１２は電気的接続のための膜である。つまり薄膜太陽電池１００ａは、前面８ａＡおよび背面８ａＢの両面に形成された膜により、例えば直列接続された薄膜太陽電池とされる。本実施形態の一例の薄膜太陽電池１００ａの基板８ａには、その両面に配置されている膜同士の相互の電気的接続を確立するために、第１貫通孔１０２、第２貫通孔１０４等の貫通孔が形成されている。第１貫通孔１０２では、薄膜太陽電池１００ａの裏面電極（図示しない）と背面電極１１２とが、また第２貫通孔１０４では、薄膜太陽電池１００ａの透明電極（図示しない）と背面電極１１２とが、それぞれその内部で接触して互いに電気的に接続される。このため、第１貫通孔１０２、第２貫通孔１０４が存在する場合、図２における界面Ａのみならず界面Ｂ（背面側の界面）においても、水分や酸素の侵入を防止することが望ましい。この目的で、薄膜太陽電池モジュール１０００ａにおいては、薄膜太陽電池１００ａの前面８ａＡ側に前面レーザー融着部２００を形成するのに加え、薄膜太陽電池１００ａの背面８ａＢ側に背面レーザー融着部３００を形成する。

薄膜太陽電池モジュール１０００ａの前面レーザー融着部２００は、薄膜太陽電池モジュール１０００に関連して説明した前面レーザー融着部２００と同様のレーザーによる熱融着部である。これに対し背面レーザー融着部３００は、レーザーＬ２により、第２封止材シート１２４と基板８ａの背面８ａＢとを位置的選択的に熱融着した部分である。

なお、背面レーザー融着部３００も、基板８ａの背面８ａＢと第２封止材シート１２４とが直接接触する位置に形成することが好適である。背面８ａＢに、例えば背面電極１１２の膜や他の膜が形成されている位置を含め背面レーザー融着部３００を形成できることも前面レーザー融着部２００と同様である。

ここで、薄膜太陽電池モジュール１０００ａにおける背面レーザー融着部３００は、背面８ａＢの側に形成されることに応じた好適な配置とすることができる。具体的には、背面レーザー融着部３００を、第１貫通孔１０２、第２貫通孔１０４のいずれかの貫通孔のうちの少なくとも一つを囲む線をなすように形成すると好適である。特に、第１貫通孔１０２および第２貫通孔１０４の貫通孔のうちのすべてを、一つ以上の背面レーザー融着部３００により囲むとさらに好適である。その理由は、第１貫通孔１０２や第２貫通孔１０４が背面８ａＢ側から前面８ａＡ側への経路となるためである。場合によっては、第１封止材シート１２２、第２封止材シート１２４により封止してもそれらの内側面には発電領域１１０ａをなす層が露出している場合もある。つまり、第１貫通孔１０２、第２貫通孔１０４は、前面８ａＡ側に配置された発電領域１１０ａに到達する湿気や酸素の経路となる可能性もある。したがって、薄膜太陽電池モジュール１０００ａの端部から第１貫通孔１０２、第２貫通孔１０４に到達する経路の途中に背面レーザー融着部３００を配置することにより、薄膜太陽電池モジュール１０００ａの全体としての耐久性を高めることができるのである。

［１−３ レーザー照射と材質］
次に、上述した薄膜太陽電池モジュール１０００および１０００ａに示した熱溶着のために適するレーザーの種類や材質の選択を詳述する。最も端的には、前面８Ａ（８ａＡ）側の前面レーザー融着部２００を形成する目的では、第１封止材シート１２２よりも基板８（８ａ）が熱溶着のためのレーザーＬ１を強く吸収する、という関係となるよう構成すると有利である。同様に、背面８ａＢ側の背面レーザー融着部３００を形成する目的では、第２封止材シート１２４よりも基板８ａが熱溶着のためのレーザーＬ２を強く吸収する、という関係となるよう構成すると有利である。

上記性質は、より具体的には、基板８（８ａ）の材質をレーザーの光を熱に効率良く変換できる材料とすることにより、実現される。典型的なレーザー光である波長５３２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波を例に説明する。この波長は、光電変換のための太陽光などの波長範囲に含まれており、必然的に、第１封止材シート１２２は５３２ｎｍの波長の光に高い透過性を有する材質が選択される。また、第２封止材シート１２４についても、背面レーザー融着部３００を形成する場合には５３２ｎｍの波長の光に高い透過性を有する材質が選択され、最も典型的には、第１封止材シート１２２と同種の材質とされる。そしてこれらの条件を前提とする場合、基板８（８ａ）の材質は、５３２ｎｍの波長の光に対する吸収が、第１封止材シート１２２よりも高い材質とされる。例えば、基板８（８ａ）の厚み方向について５３２ｎｍの波長の光に対する吸収率が１０％以上となるような材質は、基板８（８ａ）の材質として好適なものである。通常、基板８（８ａ）として採用するポリイミドフィルムも、厚みが５０μｍ程度であれば吸収率が１０％を超える。したがって、基板８（８ａ）の好適な材質の典型例はポリイミドである。また、別の例として、高い透過率の材質に、レーザーの波長に対する吸収性を示す材質を、塗布、混粘、浸透等の手法によって複合化させた構成の基板によって、吸収率が１０％以上とすることによっても、好適な基板８（８ａ）を作製することが可能である。なお、基板８（８ａ）の厚み方向についての吸収率は、真空（または空気）を１（１００％）とし、基板８（８ａ）の厚み方向におけるレーザーのエネルギーの減分を比率として、
吸収率＝（１−（全光線透過率＋全反射率））×１００（％）
に従って、全光線透過率および全反射率の測定値から算出される量である。吸収されないレーザー光のエネルギーは、基板８（８ａ）を、直進してまたは散乱されながら、透過するかまたは反射する光となって、吸収つまり熱溶着に寄与しない。

これらの有利な構成では、レーザーＬ１、Ｌ２を、第１封止材シート１２２や第２封止材シート１２４を透過し基板８（８ａ）に照射すること、および、前面８Ａ（８ａＡ）または背面８ａＢの近傍の基板８（８ａ）内部で熱を生成すること、の二つを容易に両立させることが可能となる。なお、基板８（８ａ）や第１封止材シート１２２、第２封止材シート１２４の材質を何らかの理由により変更しにくい場合には、レーザーの波長を上述した条件を満たすように選択することにより上記有利な構成を実現することができる。実際、これらの材質は、一般には変更しにくい製造条件の一つである。各部材の材質は、薄膜太陽電池１００（１００ａ）を作製したり、薄膜太陽電池モジュール１０００（１０００ａ）を作製したりする他の工程を適切に実施するために種々の技術的要件を満たすように決定されるためである。この一般的な制約があったとしても、レーザーの波長を変更すれば上記条件を満たすことは困難ではない。ちなみに、特に第１封止材シート１２２は、薄膜太陽電池１００（１００ａ）を太陽電池として良好に動作させるため、一般に、光の透過率の高い材質とされる。また、第２封止材シート１２４にはこのような制約はないものの、第１封止材シート１２２との間に形成される界面Ｅ（図２）における接着性が良好となる材料が選択される。また基板８（８ａ）は、薄膜太陽電池１００（１００ａ）を作製する熱プロセスに耐える材質が選択され、その光の透過率に特段限定がない。したがって、これらの材質の一般的な組合せの条件を変更しなくとも、第１封止材シート１２２や第２封止材シート１２４を通過し、基板８（８ａ）に吸収されやすいレーザーは容易に選択できる。

また、レーザーＬ１およびＬ２の照射条件は、実際に前面レーザー融着部２００や背面レーザー融着部３００と同等とみなせるサンプルを作製し評価を行なうことにより決定する。ここでは一例として、前面レーザー融着部２００や背面レーザー融着部３００を形成するために、基板８（８ａ）の前面８Ａ（８ａＡ）または背面８ａＢの基板露出部と第１封止材シート１２２または第２封止材シート１２４とが直接接する部分に照射することとし、そのたためのレーザーＬ１およびＬ２の照射条件を決定する事例を説明する。このためには、基板８（８ａ）の前面８Ａ（８ａＡ）側の表面と第１封止材シート１２２（前面レーザー融着部２００の場合）との間や、基板８ａの背面８ａＢ表面と第２封止材シート１２４（背面レーザー融着部３００の場合）との間の接着強度を適当な方法により測定する。そして、レーザーＬ１およびＬ２の照射条件をその接着強度を高めるように変更する。本願発明者の得ている知見では、一般に、熱溶着を行ない比較的短い時間のみを経た時点での接着強度の大小は、長期使用時の耐久性の良否とこの順の正の相関を示す関係にある。接着強度は長期使用時の時間とともに低下するが、材質が類似しているサンプル間での接着条件の変更程度の場合、初期の接着力の順序がそのまま維持されることが殆どである。したがって、熱溶着後に接着強度を計測してレーザーＬ１およびＬ２の照射条件を決定することにより、長期使用時の耐久性を高めるためのレーザーＬ１およびＬ２の実用上の照射条件を決定することができる。

なお、レーザーＬ１、Ｌ２の照射条件は十分に制御性が高い。これは、レーザーＬ１、Ｌ２の影響が及ぶ範囲が光学的な条件で局所的なものとできること、パワーの変更が容易であること、高い再現性が得られることなどのレーザーの性質のためである。このことは、レーザーＬ１、Ｌ２の照射条件を他の条件とはほぼ無関係に決定できること、つまり、照射条件を決定する際のレーザーＬ１、Ｌ２が及ぼす影響については、接着強度を高めること以外に考慮する必要がほぼ無いことを意味している。この性質は、レーザーにより熱融着部を形成する本実施形態の手法が、必要な位置に必要な程度の接着性を得るために有効な手段となりうる技術的理由でもある。

［１−４ レーザー照射装置］
次に、レーザーＬ１またはＬ２を照射するための装置について説明する。図７は、本実施形態において利用される一例のレーザー照射装置５０００の構成を示す構成図である。レーザー照射装置５０００はロール式のレーザー照射装置である。レーザー照射装置５０００による加工の際には、少なくとも薄膜太陽電池１００と第１封止材シート１２２とを含むような積層体が、さらに長尺の形態にされている被加工物となって、巻出しロール５１０の形態によりレーザー照射装置５０００にロードされる。巻出しロール５１０から展開された被加工物は、吸着ステージ５４０の図７紙面における下面に対して負圧により紙面の上方に向かって吸着され固定される。この状態にて、薄膜太陽電池１００の図７紙面における下側に第１封止材シート１２２が配置される向きになるように、巻出しロール５１０における被加工物の向きを決定しておく。そして、ＸＹステージにより走査により移動されるレーザー照射ヘッド５３０からは、レーザー発振器５５０からのレーザーを位置的選択的に照射する。レーザーが照射された後の加工済の被加工物は、再び巻取りロール５２０の形態に巻取られる。

なお、前面レーザー融着部２００および背面レーザー融着部３００のためのレーザー照射のタイミングは、薄膜太陽電池モジュール１０００ａ（図５および図６）と同様のモジュールにするためには、まず第１封止材シート１２２および第２封止材シート１２４を、必要な膜が形成されている基板８ａからみて、それぞれ前面８ａＡおよび背面８ａＢの側に配置する。その後に例えばラミネート処理または仮ラミネート処理をする。その状態で、レーザー照射装置５０００によりレーザーＬ１およびＬ２を照射する。第１封止材シート１２２および第２封止材シート１２４のさらに外側には、レーザーＬ１およびＬ２を照射する時点において表面保護材１３２および１３４を配置していても、していなくてもよい。したがって、レーザー照射を施し前面レーザー融着部２００および背面レーザー融着部３００を形成するタイミングは、前面レーザー融着部２００および背面レーザー融着部３００においてレーザーにより熱融着されることとなるシートを基板８ａからみて前面８ａＡおよび背面８ａＢそれぞれの側に配置した後の任意のタイミングである。

［２ 実施例］
次に、上述した本発明の実施形態のための実験例を実施例として説明する。本実施例は剥離試験による剥離強度が、レーザーによる熱溶着のサンプルにて実際に高まることを確認した事例である。この剥離強度は、実使用環境における長期使用時の耐久性の指標であり、接着強度を剥離というある種の破壊に抵抗する際の強度として示す指標である。

図８および図９は、本実施例の結果を適用する最終的な薄膜太陽電池モジュールの構造を示す平面図および概略断面図である。本実施例は、図３および図４に示した薄膜太陽電池モジュール１０００とほぼ同様の構成の薄膜太陽電池モジュールを作製する場合を想定しており、わずかな相違点は、第１封止材シート１２２に加え、追加封止材シート１２６を配置することである。なお、追加封止材シート１２６は第１封止材シート１２２と良好な接着性を示すシートであり、第１封止材シート１２２と同様にＥＶＡやポリオレフィン等のフィルムが採用される。つまり、図８に示すように、レーザーは、発電領域を囲む平面位置の一部に前面レーザー融着部２００を形成するように照射する。その照射部分は、基板８の前面８Ａにおける発電領域を除く平面領域である非発電領域の一部として、例えば基板８の平面領域の周縁部において、熱融着のためのレーザーとは別のパターニングのためのレーザーにより、当該周縁部に形成されていた膜を事前に剥離しておいた部分（「スクライブライン」という）に合わせるものである。したがって、基板８と、基板８の前面８Ａに接する第１封止材シート１２２とが互いに直接接しながら熱溶着に関係している点は、図４の場合と同様である。

なお、第１封止材シート１２２と追加封止材シート１２６との２枚のシートにより前面８Ａ側の封止材の層を構成する理由は、薄膜太陽電池モジュールを製造する際の実施上の工程を反映したものである。具体的には、薄膜太陽電池モジュール１０００（図４）や薄膜太陽電池モジュール１０００ａ（図６）では薄膜太陽電池１００や薄膜太陽電池１００ａがカールしやすくなる場合がある。そういった不具合を抑制するために、第１封止材シート１２２を一旦薄膜太陽電池１００に対して仮ラミネートしておいて、その後に追加封止材シート１２６とともに必要な封止材厚となるように製造する手順を採用することがある。この手順では、基板８の前面８Ａ側（図４）において耐候性を高める役割が、第１封止材シート１２２と追加封止材シート１２６とを組み合わせて果たされる。また、レーザーＬ１を照射するタイミングは、上記仮ラミネート後の任意のタイミングである。

図１０は、本実施例において作製したサンプルの構成を示す概略断面図である。本実施例のサンプルにおいてもこれまでの説明に用いた符号をそのまま付している。本実施例のサンプルは、基板８からみて前面８Ａの側に第１封止材シート１２２を配置し、次に、上記仮ラミネートの条件を模擬するために基板８の前面８Ａに第１封止材シート１２２を簡易熱圧着しておき、その状態でレーザーＬ１による熱融着を施して前面レーザー融着部２００に相当する融着部（同様の符号２００により示す）を形成したものである。

さらに詳細には、まず、基板８として厚み５０μｍのポリイミドフィルム、第１封止材シート１２２として厚み１５０μｍのポリオレフィンフィルムを用いた。これらの二枚のフィルムには図示しない真空ラミネート装置により１５０℃、３０分間加圧の条件にて熱圧着することにより、仮ラミネートを模擬する簡易熱圧着を施した。その後、図７に示したものと同様のレーザー照射装置５０００の吸着ステージ５４０に対して、第１封止材シート１２２をレーザー照射部に向け、基板８を吸着ステージ５４０に接触させる向きにして固定した。なお、本来はレーザー照射装置５０００では仮ラミネートの太陽電池モジュールを巻きだしロールより送り出し、所定の位置で吸着ステージ５４０により貼り付け固定する。しかし、本実施例においては、長尺のロールではなく剥離強度を測定するためのサンプルを利用したため、吸着ステージ５４０に対してサンプルのみを固定した。

さらに詳細な条件としては、レーザー発振器はオムロンレーザーフロント社製Ｎｄ−ＹＡＧレーザー（波長５３２ｎｍ）とし、パルス幅６０ｎｓ、照射パワー４．０Ｗ、周波数４ｋＨｚ、ビーム径２００μｍ、加工速度３００ｍｍ／ｓｅｃの条件によりレーザー照射ヘッド５３０から照射した。照射領域は、簡易熱圧着したサンプルのうち幅８０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの矩形の範囲の内部全領域に走査してレーザーＬ１の照射を行った。このような矩形の範囲にレーザーＬ１を照射したのは、実際の薄膜太陽電池モジュールにおいてこのような矩形形状の照射を行なうからではなく、剥離強度を測定する測定上の都合によるものである。以下このサンプルを実施例サンプルと呼ぶ。なお、比較のため、同様のサイズにカットしレーザー照射以外を熱履歴や材質の製造ロットも含めて同一の条件で処理したレーザーＬ１を照射しないサンプル（比較例サンプル）も作製した

これらの実施例サンプルおよび比較例サンプルの双方を対象に、１８０度ピール強度測定を行ったところ、１８０度ピール強度測定の最大値が、比較例サンプルでは、５．９Ｎ／ｃｍであったのに対し、実施例サンプルのレーザー照射部では７．７Ｎ／ｃｍであった。

以上の実施例により、レーザー照射によりポリイミドフィルムとポリオレフィンフィルム界面の密着性が向上したことを確認した。

［３ 変形例］
上記実施形態における図４に関連する説明においては、基板８の背面８Ｂ側には背面レーザー融着部３００を形成していない。このため、背面８Ｂ側には保護部材として第２封止材シート１２４の外側に不透明な部材、例えば鋼板を配置することができる。その場合であっても、前面８Ａ側の面が前面レーザー融着部２００により接着強度が高められていることにより、薄膜太陽電池モジュール１０００全体の耐久性を向上させることが可能となる。

また、図３、図５（ａ）に図示した前面レーザー融着部２００や図５（ｂ）に図示した背面レーザー融着部３００は例示のものに過ぎず、他の平面位置を位置選択的に熱融着するものとすることができる。レーザーによるパターニングは、第１封止材シート１２２または第２封止材シート１２４と基板８の露出面またはその面に形成された膜との間の接着力を高めるように作用すること、および、レーザーによる位置選択的な熱融着が高い制御性で実施できるためである。

以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。上述の実施形態および実施例は、発明を説明するために記載されたものであり、本出願の発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。また、実施形態に明示していない組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。

本発明の光電変換素子は、太陽光などの光により発電を行なう任意の装置に利用可能である。

１０００、１０００ａ 薄膜太陽電池モジュール
１００、１００ａ 薄膜太陽電池
８、８ａ 可撓性基板
８Ａ、８ａＡ 前面
８Ｂ、８ａＢ 背面
１３２、１３４ 表面保護材
１０２ 第１貫通孔
１０４ 第２貫通孔
１１０、１１０ａ 発電領域
１１２ 背面電極
１２２ 第１封止材シート
１２４ 第２封止材シート
１２６ 追加封止材シート
２００ 前面レーザー融着部
３００ 背面レーザー融着部
５０００ レーザー照射装置
５１０ 巻出しロール
５２０ 巻き取りロール
５３０ レーザー照射ヘッド
５４０ 吸着ステージ
５５０ レーザー発振器
Ｌ１、Ｌ２ レーザー

Claims (18)

1. 可撓性基板の前面の上に発電領域をなす膜が形成されている薄膜太陽電池を内包する薄膜太陽電池モジュールであって、
   前記可撓性基板からみて前記前面の側に配置された第１封止材シートと、
   該可撓性基板の該前面における前記発電領域を除く平面領域である非発電領域の少なくとも一部に対し前記第１封止材シートを透過してレーザーを照射することにより、前記可撓性基板の前記前面の表面に対して、または該前面の上に形成されている膜の表面に対して、前記第１封止材シートが位置選択的に熱融着されている前面レーザー融着部と
   を備える
   薄膜太陽電池モジュール。
2. 前記前面レーザー融着部は、前記第１封止材シートが前記可撓性基板の前記前面の表面に接している位置に形成されている
   請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
3. 前記前面レーザー融着部が前記発電領域を囲む線をなすように形成されている
   請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
4. 前記薄膜太陽電池は、前記前面とは逆の前記可撓性基板の背面の上に電気的接続のための膜が形成され、前記可撓性基板を貫通する貫通孔を通じて両面の膜の間の電気的接続が確立されているものであり、
   前記可撓性基板からみて前記背面の側に配置された第２封止材シートと、
   該背面の少なくとも一部に該第２封止材シートを透過してレーザーを照射することにより、前記可撓性基板の前記背面の表面に対して、または該背面の上に形成されている膜の表面に対して、前記第２封止材シートが位置選択的に熱融着されている背面レーザー融着部と
   をさらに備える
   請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
5. 前記背面レーザー融着部は、前記第２封止材シートが前記可撓性基板の前記背面の表面に接している位置に形成されている
   請求項４に記載の薄膜太陽電池モジュール。
6. 前記背面レーザー融着部は、前記貫通孔を少なくとも一つ囲む線をなすように形成されている
   請求項４に記載の薄膜太陽電池モジュール。
7. 前記可撓性基板は、照射されたレーザーの波長の光を、前記第１封止材シートまたは前記第２封止材シートよりも強く吸収するものである
   請求項１または請求項４に記載の薄膜太陽電池モジュール。
8. 前記可撓性基板がポリイミドフィルムであり、
   照射されたレーザーが５３２ｎｍ以下の波長のレーザーである
   請求項１または請求項４に記載の薄膜太陽電池モジュール。
9. 前記可撓性基板が５３２ｎｍ以下の波長の光に対する吸収率が１０％以上であり、
   照射されたレーザーが５３２ｎｍ以下の波長のレーザーである
   請求項１または請求項４に記載の薄膜太陽電池モジュール。
10. 可撓性基板の前面の上に発電領域をなす膜が形成されている薄膜太陽電池を内包する薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、
    前記可撓性基板からみて前記前面の側に第１封止材シートを配置する工程と、
    該可撓性基板の該前面における前記発電領域を除く平面領域である非発電領域の少なくとも一部に対し前記第１封止材シートを透過させてレーザーを照射することにより、前記可撓性基板の前記前面の表面に対して、または該前面の上に形成されている膜の表面に対して、前記第１封止材シートを位置選択的に熱融着する前面レーザー照射工程と
    を含む
    薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
11. 前記前面レーザー照射工程は、前記第１封止材シートが前記可撓性基板の前記前面の表面に接している位置にレーザーを照射するものである
    請求項１０に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
12. 前記前面レーザー照射工程は、熱融着された前面レーザー融着部が前記発電領域を囲む線をなすようにレーザーを照射するものである
    請求項１０に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
13. 前記薄膜太陽電池が、前記前面とは逆の前記可撓性基板の背面の上に電気的接続のための膜が形成され、前記可撓性基板を貫通する貫通孔を通じて両面の膜の間の電気的接続が確立されているものであり、
    前記可撓性基板からみて前記背面の側に第２封止材シートを配置する工程と、
    該背面の少なくとも一部に該第２封止材シートを透過してレーザーを照射することにより、前記可撓性基板の前記背面の表面に対して、または該背面の上に形成されている膜の表面に対して、前記第２封止材シートを位置選択的に熱融着する背面レーザー照射工程と
    をさらに含む
    請求項１０に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
14. 前記背面レーザー照射工程は、前記第２封止材シートが前記可撓性基板の前記背面の表面に接している位置にレーザーを照射するものである
    請求項１３に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
15. 前記背面レーザー照射工程は、熱融着された背面側熱融着部が前記貫通孔を少なくとも一つ囲む線をなすようにレーザーを照射するものである
    請求項１３に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
16. 照射されるレーザーの波長は、前記第１封止材シートまたは前記第２封止材シートよりも前記可撓性基板が強い吸収を示す波長である
    請求項１０または請求項１３に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
17. 前記可撓性基板がポリイミドフィルムであり、
    照射されるレーザーが５３２ｎｍ以下の波長のレーザーである
    請求項１０または請求項１３に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
18. 前記可撓性基板が５３２ｎｍ以下の波長の光に対する吸収率が１０％以上であり、
    照射されるレーザーが５３２ｎｍ以下の波長のレーザーである
    請求項１０または請求項１３に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法。

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