JP2015090915A - Solar cell module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換層上に集合電極を有する薄膜系の太陽電池モジュールに関するものであり、集合電極に厚みがある場合であっても外部からの水分の浸入を抑えることができる太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a thin-film solar cell module having a collecting electrode on a photoelectric conversion layer that converts light energy into electric energy. Even when the collecting electrode has a thickness, moisture can enter from the outside. The present invention relates to a solar cell module that can be suppressed.
薄膜系太陽電池モジュールは、図4に示されるように、フィルム等の基板101上に、アモルファスシリコン等により形成される光電変換層102と、透明導電性酸化物により形成される透明導電膜103(電極層)と、フッ化ビニル樹脂製若しくはフッ化ビニル樹脂を含む複合フィルムで形成されるカバー部材105とがこの順に積層されて形成されている。また、透明導電膜103上には、集電電極104が設けられており、光電変換層102で形成された電気エネルギが効率よく取り出せるようになっている。この集電電極104は、金属ペースト104a(図4(b)参照)で薄膜状に形成されており、一方向に延びる形状を有している。そして、複数本の集電電極104は、一方側端部が取り出し電極107に接続されており、それぞれほぼ等間隔で配置されている(例えば、特許文献1参照)。
As shown in FIG. 4, the thin-film solar cell module includes a
そして、透明導電膜103とカバー部材105との間には、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)等の熱硬化性樹脂からなる充填材106が充填されており、光電変換層102、透明導電膜103への水分の浸入が抑えられている。
A space between the transparent
ところが、この充填材106は、光劣化により、耐水性、耐湿性、耐アルカリ性といった耐候特性が低下するため、長期的な使用により徐々に劣化すると光電変換層102、透明導電膜103に水分が浸入する虞がある。そのため、特許文献2に示すように、透明導電膜103上に封止膜が形成されることにより、水分の浸入を抑えることができる。この封止膜は、プラズマCVD等の気相成長法により形成されるため、透明導電膜103を形成した後、所定の真空度に維持されたチャンバ内で透明導電膜103上にガス粒子を堆積させることにより形成される。その後、封止膜とカバー部材105との間に充填材106を充填させることにより、太陽電池モジュール内部への水分の浸入がより確実に防止される。
However, since the
近年では、コストを抑える目的で、集電電極104に断面がほぼ円形の金属ワイヤ104b(図5参照)が用いられている。ところが、集電電極104に金属ワイヤ104bを用いて封止膜108を形成しようとすると、図5に示すように、集電電極104を含む透明導電膜103(電極層)の表面全体を封止膜108で完全には覆うことができず、水分の浸入防止を確実には行うことができないという問題があった。
In recent years, a
具体的には、金属ワイヤ104bの厚み(100μm程度)は、金属ペースト104a(図4(b)参照)の厚み(30μm程度)に比べて非常に厚く形成されており、さらに、図5に示すように、金属ワイヤ104bの断面の幅寸法mは、最大幅寸法Mに比べて透明導電膜103に接する部分の幅寸法mが小さく形成されている。すなわち、透明導電膜103の表面付近には、集電電極104と透明導電膜103とによって括れた部分Pが形成される。そのため、透明導電膜103上に気相成長法により封止膜108を形成すると、透明導電膜103付近の括れた部分Pにガス粒子が堆積されないために封止膜108が形成されず、この括れた部分Pから水分の浸入を許容してしまうという問題があった。
Specifically, the thickness (about 100 μm) of the
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、集電電極と透明導電膜(電極層)とによって括れた部分が形成される場合であっても封止膜を確実に形成できることにより、水分の浸入をより確実に抑えることができる太陽電池モジュールを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and can form a sealing film reliably even when a constricted portion is formed by a collecting electrode and a transparent conductive film (electrode layer). Thus, an object of the present invention is to provide a solar cell module that can more reliably suppress the ingress of moisture.
上記課題を解決するために本発明の太陽電池モジュールは、基板上に、光電変換層、電極層、被覆層がこの順で形成され、前記電極層上に一方向に延びる集電電極が形成された太陽電池モジュールであって、前記電極層と前記被覆層との間には、前記集電電極を含む電極層の表面を平坦化する平坦化膜と、この平坦化膜上に水分の浸入を抑える封止膜とが形成されていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the solar cell module of the present invention has a photoelectric conversion layer, an electrode layer, and a coating layer formed in this order on a substrate, and a collecting electrode extending in one direction is formed on the electrode layer. In the solar cell module, a planarization film for planarizing a surface of the electrode layer including the current collecting electrode between the electrode layer and the coating layer, and moisture intrusion on the planarization film. A sealing film to be suppressed is formed.
上記太陽電池モジュールによれば、電極層と前記被覆層との間に集電電極を含む電極層の表面を平坦化する平坦化膜を形成するため、集電電極と電極層とで形成される表面の凹凸が平坦化され、集電電極を含む電極層の表面全体を平坦化することができる。すなわち、集電電極と電極層とによって括れた部分が形成される場合であっても、その括れた部分が平坦化膜で埋められることにより平坦化される。そして、集電電極を含む電極層上に封止膜を形成することにより、電極層上に一様な封止膜が確実に形成することができるため、外部からの水分の浸入をより確実に抑えることができる。 According to the solar cell module, the planarization film for planarizing the surface of the electrode layer including the current collecting electrode is formed between the current collecting electrode and the electrode layer between the electrode layer and the covering layer. The unevenness of the surface is flattened, and the entire surface of the electrode layer including the collecting electrode can be flattened. That is, even when the constricted portion is formed by the collecting electrode and the electrode layer, the constricted portion is flattened by being filled with the planarizing film. Then, by forming the sealing film on the electrode layer including the current collecting electrode, a uniform sealing film can be reliably formed on the electrode layer. Can be suppressed.
また、前記平坦化膜は、前記電極層上に液状体を塗布することによって形成され、前記封止膜は、ガス粒子を堆積させることにより形成されることが好ましい。 The planarization film is preferably formed by applying a liquid material on the electrode layer, and the sealing film is preferably formed by depositing gas particles.
この構成によれば、平坦化膜が液状体を塗布することによって形成されるため、その液状体が括れた部分に浸入し、その括れた部分で液溜まり(平坦化膜)が形成される。これにより、括れた部分の深さが浅くなるため、集電電極を含む電極層上に気相成長法による封止膜の形成が可能になる。 According to this configuration, since the planarizing film is formed by applying the liquid material, the liquid material penetrates into the constricted portion, and a liquid pool (planarizing film) is formed in the constricted portion. Thereby, since the depth of the constricted portion becomes shallow, it becomes possible to form a sealing film on the electrode layer including the collecting electrode by the vapor phase growth method.
また、前記集電電極が、その一方向に延びる方向と直交する方向の幅寸法において、前記電極層に接する部分の幅寸法が、最大幅寸法に比べて小さくなるように形成されている場合であっても、前記平坦化膜が前記電極層に接する部分、すなわち、括れた部分を埋めるように堆積するため、集電電極を含む電極層の表面が滑らかに形成される。したがって、平坦化膜上に形成される封止膜が欠陥部分なく一様に形成される。 Further, in the case where the current collecting electrode is formed so that the width dimension of the portion in contact with the electrode layer is smaller than the maximum width dimension in the width dimension in the direction orthogonal to the direction extending in one direction. Even so, the surface of the electrode layer including the collecting electrode is smoothly formed because the planarizing film is deposited so as to fill the portion in contact with the electrode layer, that is, the constricted portion. Therefore, the sealing film formed on the planarizing film is uniformly formed without a defect portion.
なお、前記集電電極の具体的な態様としては、一方向に延びる金属製のワイヤが挙げられる。 In addition, as a specific aspect of the said collector electrode, the metal wire extended in one direction is mentioned.
また、前記平坦化膜は、前記集合電極が前記電極層に接する部分に形成される膜厚が、他の部分に形成される膜厚よりも厚く形成されている構成にしてもよい。 Further, the planarizing film may be configured such that the thickness of the collective electrode formed in the portion in contact with the electrode layer is larger than the thickness of the thickness formed in the other portion.
この構成によれば、括れた部分を平坦化膜で確実に埋めると共に、集電電極を含む電極層の表面を平坦化することができ、封止膜を確実に形成することができる。 According to this configuration, the constricted portion can be reliably filled with the flattening film, the surface of the electrode layer including the current collecting electrode can be flattened, and the sealing film can be reliably formed.
本発明の太陽電池モジュールによれば、集電電極と電極層とによって括れた部分が形成される場合であっても封止膜を確実に形成できることにより、水分の浸入をより確実に抑えることができる。 According to the solar cell module of the present invention, it is possible to more reliably suppress the intrusion of moisture by being able to reliably form the sealing film even when the constricted portion is formed by the collecting electrode and the electrode layer. it can.
本発明の太陽電池モジュールの実施の形態について図面を用いて説明する。 Embodiments of the solar cell module of the present invention will be described with reference to the drawings.
ここで、図1は、本実施形態における太陽電池モジュール1の構成を示す概略図であり、図2は、図1のA−A断面図であり、太陽電池モジュール1の集電電極付近の断面図、図3は、集電電極付近の断面における拡大図である。
Here, FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the
図1〜図3に示すように、太陽電池モジュール1は、基板2と、光電変換層3と、電極層4と、被覆層8とがこの順に積層されて形成されている。そして、電極層4上には、集電電極5が形成されており、基板2と反対側から光が照射されると、光電変換層3で電気エネルギが発生し、この電気エネルギを集電電極5を通じて取り出すことができるようになっている。なお、本実施形態では、基板2と反対側から光を受光するタイプの太陽電池モジュール1として説明するが、基板2側から光を受光するタイプの太陽電池モジュール1であってもよい。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
基板2は、可撓性のあるシート状のフィルムが用いられている。具体的には、樹脂フィルムが用いられており、その表面(光電変換層3側)には、金属等の導電性材料が塗布されている。この導電性材料は、下部電極(裏面電極)として機能させるものである。また、この基板2上に金属層、又は金属酸化膜層を積層させてもよい。例えば、Al、Ag等の金属や、ZnO、TiO等の金属酸化物層を用いることにより、裏面反射層として機能させ、光電変換層3における受光率を向上させてもよい。なお、基板2側から光を受光するタイプの太陽電池モジュール1の場合は、導電性材料、金属層、金属酸化膜層は、透明性の材料を選択する必要がある。
As the
光電変換層3は、受光した光エネルギを電気エネルギに変換するものである。光電変換層3は、特に限定されず、薄膜型、バルク型のどちらを利用してもよい。例えば、CIGSを用いてもよく、コストや大面積での製造、エネルギーギャップの大きさなどの観点から、アモルファスシリコンは好適に利用することができる。
The
電極層4は、太陽電池の上部電極の機能を有するものである。本実施形態では、電極層4は、透明導電膜である。この電極層4は、照射された光が光電変換層3に効率よく到達するように導電性材料で形成されている。具体的には、FTO(フッ素含有酸化スズ)、ITO(酸化スズ含有酸化インジウム)や、SnO2(酸化スズ)、ZnO(酸化亜鉛)等が好適に用いられる。なお、基板2側から光を受光するタイプの太陽電池モジュール1の場合、電極層4は、透明な材料でなくてもよく、Al、Ag等でもよい。
The
被覆層8は、光電変換層3、電極層4を保護するためのものであり、フィルムシート81と、このフィルムシート81と電極層4との間に充填される充填材82とで形成されている。フィルムシート81は、フッ化ビニル樹脂製若しくはフッ化ビニル樹脂を含む複合フィルムで形成される薄いフィルムシート81である。また、充填材82は、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)等の熱硬化性樹脂で形成されるものである。この被覆層8により、内部の光電変換層3、電極層4等が外部から保護されている。
The
また、電極層4上には、集電電極5が設けられている。この集電電極5は、光電変換層3で発生した電気エネルギを太陽電池モジュール1の端部に設けられた取り出し電極9から効率よく取り出すためのものである。すなわち、光電変換層3で発生した電気エネルギが電気抵抗の大きい電極層4を通じて取り出し電極9に移動するよりも、電気抵抗の低い集電電極5を通じて取り出し電極9に移動する方が電気抵抗によるロスを小さくして取り出すことができる。
A collecting
集電電極5は、一方向に延びる形状を有しており、一方端が取り出し電極9に電気的に接続され、他方端が取り出し電極9の反対側に向かって延びている。すなわち、基板2上の端部には、取り出し電極9が絶縁膜を介して設けられており、この取り出し電極9に集電電極5の端部が電気的に接続されている。そして、集電電極5は、取り出し電極9に接続される側から反対側に一方向に延びた状態で設けられている。また、集電電極5は、複数設けられており、電極層4表面にそれぞれの集電電極5が同じ方向に延びるように配置されている。この集電電極5は、Cu等の金属製のワイヤ5aが用いられており、その表面には導電性材料が塗布されている。そして、それぞれの集電電極5は、一方向に延びる姿勢で電極層4の表面に配列されており、図2に示すように、電極層4の表面に、断面ほぼ円形の複数の集電電極5がほぼ等間隔に配置されている。また、集電電極5と電極層4とが金属ペースト等の導電性材料(不図示)を通じて通電可能になっており、光電変換層3で発生した電気的エネルギは電極層4を通じて最も近い集電電極5に移動し、この集電電極5を通じて取り出し電極9に移動できるようになっている。なお、集電電極5と電極層4との間に設けられる金属ペースト等の導電性材料は省略することもできる。
The
また、集電電極5を含む電極層4の表面には、平坦化膜6及び封止膜7が形成されている。具体的には、平坦化膜6と封止膜7とは、集電電極5を含む電極層4の表面を一様に覆うように形成されている。この平坦化膜6と封止膜7とによって、光電変換層3、電極層4への水分の浸入を抑えることができる。
Further, a
平坦化膜6は、集電電極5を含む電極層4の表面を平坦化するものであり、集電電極5と電極層4とで形成される段差(凹み)を平坦化するものである。すなわち、図3に示すように、集電電極5に用いられる金属製のワイヤ5aは、一方向に延びる方向と直交する方向の断面形状において、その幅寸法mが高さ方向中央部分で最大幅寸法Mになり、電極層4に接する部分の幅寸法mは、最大幅寸法Mに比べて小さく形成されている。すなわち、集電電極5と電極層4とによって括れた部分Pが形成されている。通常、基板2上の各層の形成には気相成長法により形成されるため、封止膜7を気相成長法により形成する方がすべての層を連続的に製造できるため生産効率がよい。ところが、封止膜7を気相成長法で形成しようとすると、括れた部分Pにガス粒子が到達できず、集電電極5を含む電極層4の表面に一様な封止膜7を形成することができない。そこで、集電電極5を含む電極層4の表面に液状体の平坦化膜6を塗布して形成することにより、括れた部分Pが平坦化され一様な封止膜7を形成することができる。
The
この平坦化膜6は、固形分濃度20%の主成分をシロキサンとした液状体を乾燥させることにより形成される。例えば、スリットノズルコータ等の塗布装置を利用してシロキサンの液状体を塗布することにより平坦化膜6が形成される。具体的には、スリットノズルから電極層4上に液状体を塗布してスリットノズルと電極層4とを液状体で連結する。そして、スリットノズルと基板2とを相対的に走査させつつ、スリットノズルから液状体を塗布することにより形成する。これにより、集電電極5を含む電極層4の表面に一様の液状体の薄膜が形成される。この液状体は、ある程度流動性を有しているため、電極層4の表面に塗布された後、括れた部分Pに液状体が浸入し、集電電極5を含む電極層4の表面の形状に沿うように変形する。すなわち、塗布された液状体は、括れた部分Pに移動するため、括れた部分Pが液状体で埋められることにより平坦化される。具体的には、塗布された液状体が乾燥されると、括れた部分Pは、R(アール)状に形成され、集電電極5を含む電極層4の表面は、なめらかな曲面状に形成される。すなわち、集電電極5を含む電極層4の表面に平坦化膜6が形成されることにより、気相成長法によるガス粒子が一様に堆積することが可能な表面を形成することができる。
The
このようにして、液状体を塗布した後、乾燥させて形成された平坦化膜6は、括れた部分Pと、他の部分とで厚みが異なっている。具体的には、図3に示されるように、括れた部分Pの厚みtrが他の部分の厚みtp1、tp2に比べて厚く形成される。すなわち、集電電極5を含む電極層4の表面に液状体を塗布することにより、金属製のワイヤ5aから伝ってくる液状体と、電極層4表面に塗れ広がる液状体とが括れた部分Pに集中し液溜まり6aが形成されるため、括れた部分Pに存在する平坦化膜6の厚みが他の部分に比べて厚くなり、集電電極5を含む電極層4の表面全体が滑らかな状態に形成される。
Thus, the flattening
また、封止膜7は、光電変換層3、電極層4への水分の浸入を抑えるものである。この封止膜7は、バッファ層71とバリア層72とを有しており、これらが交互に積層されることにより形成されている。すなわち、バッファ層71が下側、その上にバリア層72となるように繰り返して形成されている。本実施形態では、バッファ層71及びバリア層72は、気相成長法により1層ずつ形成されているが、バッファ層71及びバリア層72を複数層繰り返して形成することにより水分の浸入防止の効果を高めることができる。
Moreover, the sealing
バッファ層71は、無機物で形成されている。この「無機物」とは、有機物を除く物質であり、具体的には、炭素骨格を持たない物質である。つまり、無機物には、合成/天然樹脂及び炭素骨格(炭化水素骨格を含む)を有するその他化合物は含まれない。具体的には、バッファ層71はシリコン系膜であり、例えば、バッファ層71は、H(水素),C(炭素)及びSi(ケイ素)を含むシリコン系膜である。本実施形態では、SiCN(シアン化ケイ素)が用いられている。なお、一のバッファ層71の組成と他のバッファ層71の組成とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
The
バリア層72は、無機物で形成されており、バッファ層71よりも高い密度を有している。バリア層72の密度は具体的な数値に限定されるものではないが、水や酸が太陽電池セルに浸入するのを防止できる程度であればよい。バリア層72は、具体的には、シリコン系膜であって、Si並びにO(酸素)及び/又はN(窒素)を含んでいることが好ましく、例えば、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることが好ましい。本実施形態では、SiO2(二酸化ケイ素)が用いられている。なお、一のバリア層72の組成と他のバリア層72の組成とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
The
以上、本実施形態の太陽電池モジュール1によれば、電極層4と前記被覆層8との間に集電電極5を含む電極層4の表面を平坦化する平坦化膜6を形成するため、集電電極5と電極層4とで形成される表面の凹凸が平坦化され、集電電極5を含む電極層4の表面全体を平坦化することができる。すなわち、集電電極5と電極層4とによって括れた部分Pが形成される場合であっても、その括れた部分Pが平坦化膜6で埋められることにいより平坦化される。そして、この平坦化膜6上に封止膜7を形成することにより、電極層4上に一様な封止膜7が確実に形成することができるため、外部からの水分の浸入をより確実に抑えることができる。
As described above, according to the
また、上記実施形態では、集電電極5が金属製のワイヤ5aである例について説明したが、従来の金属ペースト(厚み約30μm程度)よりも厚みのある導電性部材であってもよく、また、金属ワイヤ5aの断面の幅寸法は、最大幅寸法Mに比べて透明導電膜に接する部分の幅寸法mが小さく形成されている例について説明したが、集電電極として幅寸法mが高さ方向に一定である導電性部材を用いたものであっても本発明の効果を得ることができる。すなわち、集電電極5に厚みのある導電性部材を使用すると、電極層4と集電電極5とに段差が形成される。この形成される段差が一定以上に形成されると、電極層4上に気相成長法で封止膜7を形成しても、段差の部分に封止膜7を形成することができず、集電電極5を含む電極層4上に一様な封止膜7を形成することができないが、平坦化膜6を塗布することにより集電電極5を含む電極層4上を滑らかに形成することにより一様な封止膜7を形成することができる。
In the above embodiment, the example in which the collecting
1 太陽電池モジュール
2 基板
3 光電変換層
4 電極層
5 集電電極
5a ワイヤ
6 平坦化膜
7 封止膜
P 括れた部分
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電極層と前記被覆層との間には、前記集電電極を含む電極層の表面を平坦化する平坦化膜と、この平坦化膜上に水分の浸入を抑える封止膜とが形成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。 A solar cell module in which a photoelectric conversion layer, an electrode layer, and a coating layer are formed in this order on a substrate, and a collecting electrode extending in one direction is formed on the electrode layer,
Between the electrode layer and the covering layer, a planarizing film for planarizing the surface of the electrode layer including the current collecting electrode and a sealing film for suppressing moisture intrusion are formed on the planarizing film. A solar cell module characterized by comprising:
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