JP2015154071A - 熱破損防止用薄膜太陽電池パネル - Google Patents

Abstract

【課題】熱破損防止用薄膜太陽電池パネルを提供する。【解決手段】本発明の熱破損防止用薄膜太陽電池パネル１は、透明基板１１、前面電極層１３、光吸収層１５及び背面電極層１７を含む。前面電極層１３上の第１の開口パターン２１が第１の方向に連続して延設されることにより、第１の分割線１０が形成される。光吸収層１５の第３の開口パターン２５及び背面電極層１７上の第４の開口パターン２７により、第１の溝部２０が形成される。また、前面電極層１３、光吸収層１５及び背面電極層１７により、複数の第２の溝部３０が形成される。第２の溝部３０の延設方向又は波形の前進方向は、第１の溝部２０と直交する。熱破損防止用薄膜太陽電池パネル１における複数の第２の溝部３０の密度は、５０本〜２５０本／ｍ２であり、熱破損防止用薄膜太陽電池パネル１の面積の０．５％〜１２．５％を占める。【選択図】図１

Description

本発明は、熱破損防止用薄膜太陽電池パネルに関し、特に、溝部が高密度に設けられることにより、電流によって熱が集中して熱破損するのを防止することができる薄膜太陽電池パネルに関する。

太陽電池パネルは、太陽光を電気エネルギーに変換するものであり、地球資源が除々に不足する現代にあって発展が急がれるグリーンエネルギーである。現在、エコ建築においては、各国政府が太陽電池パネルの普及を推奨し、補助を行っている。一般に、従来の太陽電池パネルは、基板、前面電極層、光電変換層及び背面電極層を有する。現在、太陽電池パネルは、省エネ又は自家発電のために、屋上、瓦、天井などの場所に装着され、吸収した太陽からの光エネルギーを電気エネルギーに変換する。

従来の太陽電池パネルの問題点としては、光線を遮蔽したり、吸熱効果が発生する不透明のシリコン、背面電極層などの材料を有するため、室内の照明やエアコンを使用しなければならなくなり、エコ建築の目的である省エネが実現されない。更に、テスト工程の際、或いは、光電変換層が光電変換を行って電気エネルギーを出力する際、薄膜層の欠陥によって熱が蓄積される上、背面電極層が光エネルギーを光電変換層中に反射させ続けることにより、熱破損が発生しやすく、太陽電池パネルの一部の領域がショート又は損壊する。このため、上述の問題を解決することができる薄膜太陽電池パネルの構造が求められていた。

特開２０１０−１１９２３６号公報

本発明の主な目的は、熱破損防止用薄膜太陽電池パネルを提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明の熱破損防止用薄膜太陽電池パネルは、入光方向から順番に、透明基板、前面電極層、光吸収層及び背面電極層を含む。前面電極層は、透明基板上に形成される。前面電極層上には、少なくとも１つの第１の開口パターン及び複数の第５の開口パターンが形成され、少なくとも１つの開口パターンが第１の方向に連続して延設されることにより、少なくとも１つの第１の分割線が形成される。光吸収層は、前面電極層上に形成される上、少なくとも１つの第１の分割線を被覆し、少なくとも１つの第２の開口パターン、少なくとも１つの第３の開口パターン及び複数の第６の開口パターンを含む。少なくとも１つの第２の開口パターン及び少なくとも１つの第３の開口パターンは、少なくとも１つの第１の開口パターンに平行する上、第１の方向に連続して延設される。背面電極層は、光吸収層上に形成される上、少なくとも１つの第４の開口パターン及び複数の第７の開口パターンを含む。少なくとも１つの第４の開口パターンは、第１の方向に延設される。少なくとも１つの第４の開口パターン及び少なくとも１つの第３の開口パターンは、幅が同一である上、位置が重なることにより、第１の方向上に少なくとも１つの第１の溝部を形成する。

複数の第５の開口パターン、複数の第６の開口パターン及び複数の第７の開口パターンは、位置が重なることにより、複数の第２の溝部を形成する。複数の第２の溝部は、直線、所定周期で連続する波形曲線及び所定周期で連続する三角波形中の少なくとも１つである。直線の延設方向、所定周期で連続する波形曲線及び所定周期で連続する三角波形が前進する方向は、第１の方向と直交する第２の方向である。複数の第２の溝部の幅は、１００μｍ〜５００μｍである。熱破損防止用薄膜太陽電池パネルにおける複数の第２の溝部の密度は、５０本〜２５０本／ｍ^２であり、熱破損防止用薄膜太陽電池パネルの面積の０．５％〜１２．５％を占める。少なくとも１つの第１の溝部及び複数の第２の溝部により、光吸収層は、複数のブロックに分割される。

本発明の熱破損防止用薄膜太陽電池パネルは、第２の溝部の密度を高めることにより、太陽電池パネルを複数のブロックに分割する。これにより、膜層の欠陥によって熱が集中するのを防止し、熱損傷領域の面積を減少させ、薄膜太陽電池パネルの歩留まり及び使用寿命を高めることができる。

本発明の熱破損防止用薄膜太陽電池パネルを示す平面図である。 図１のＡ方向からの側面図である。 本発明の第２の溝部の第１実施例を示す断面図である。 本発明の第２の溝部の第２実施例を示す断面図である。 本発明の第２の溝部の第３実施例を示す断面図である。

当業者が本発明を実施できるように、本発明の実施形態を図面に沿って詳細に説明する。

図１及び図２を参照する。図１は、本発明の熱破損防止用薄膜太陽電池パネルを示す平面図である。図２は、図１のＡ方向からの側面図である。図１及び図２に示すように、本発明の熱破損防止用薄膜太陽電池パネル１は、入光方向から順番に、透明基板１１、前面電極層１３、光吸収層１５及び背面電極層１７が積層される。前面電極層１３は、透明基板１１上に形成され、第１の開口パターン２１を含む。第１の開口パターン２１は、第１の方向Ａに延設されることにより、第１の分割線１０を形成する。光吸収層１５は、前面電極層１３上に形成される上、第１の分割線１０を被覆し、第２の開口パターン２３及び第３の開口パターン２５を含む。第２の開口パターン２３及び第３の開口パターン２５は、第１の開口パターン２１に平行する。第２の開口パターン２３は、第１の方向Ａ上に連続して延設されることにより、第２の分割線１２を形成する。背面電極層１７は、光吸収層１５上に形成される上、第２の分割線１２を被覆する上、第４の開口パターン２７を含む。第４の開口パターン２７及び第３の開口パターン２５は、幅が同一である上、位置が重なる上、第１の方向Ａ上に連続して延設されることにより、第１の方向Ａ上に第１の溝部２０を形成する。

図３Ａ〜図３Ｃを参照する。図３Ａは、本発明の第２の溝部の第１実施例を示す断面図である。図３Ｂは、本発明の第２の溝部の第２実施例を示す断面図である。図３Ｃは、本発明の第２の溝部の第３実施例を示す断面図である。図３Ａ〜図３Ｃに示すように、前面電極層１３上は、複数の第５の開口パターン３１を含み、光吸収層１５上は、複数の第６の開口パターン３３を含み、背面電極層１７上は、複数の第７の開口パターン３５を含む。複数の第５の開口パターン３１、複数の第６の開口パターン３３及び複数の第７の開口パターン３５は、位置が重なる上、連続して延設することにより、複数の第２の溝部３０を形成する。

図３Ａに示すように、複数の第５の開口パターン３１、複数の第６の開口パターン３３及び複数の第７の開口パターン３５は、幅が同一である。或いは、図３Ｂに示すように、複数の第６の開口パターン３３及び第７の開口パターン３５は、幅が同一であり、複数の第５の開口パターン３１の幅は、複数の第６の開口パターン３３及び複数の第７の開口パターン３５の幅より小さい。或いは、図３Ｃに示すように、複数の第６の開口パターン３３及び複数の第７の開口パターン３５は、幅が同一であり、複数の第５の開口パターン３１の幅は、複数の第６の開口パターン３３及び複数の第７の開口パターン３５の幅より大きい。しかし、複数の第５の開口パターン３１の側壁に光吸収層１５が形成されるため、実際に形成される下部開口パターン５０の幅は、第６の開口パターン３３及び第７の開口パターン３５と同一である。

第２の溝部３０は、直線、所定周期で連続する波形曲線、所定周期で連続する三角波線などであり、直線の延設方向、所定周期で連続する波形曲線及び所定周期で連続する三角波形が前進する方向は、第１の方向Ａと直交する第２の方向Ｂである。第１の溝部２０及び第２の溝部３０により、太陽電池パネルは、複数のブロックに分割される。第２の溝部３０が所定周期で連続する波形曲線又は所定周期で連続する三角波線である場合、所定周期で連続する波形曲線又は所定周期で連続する三角波線の振幅Ｍは、１０μｍ〜１０ｍｍであり、周期Ｄは、５μｍ〜５ｍｍであり、波形位相は、同一、偏移又は逆である。複数の第２の溝部３０間は、交差せず、前進方向又は延設方向は、平行である。複数の第２の溝部３０の幅は、１００μｍ〜５００μｍである。熱破損防止用薄膜太陽電池パネルにおける複数の第２の溝部３０の密度は、５０本〜２５０本／ｍ^２であり、熱破損防止用薄膜太陽電池パネルの面積の０．５％〜１２．５％を占める。

透明基板１１は、無アルカリガラス、石英ガラス、アクリルなどの透明材料からなる。前面電極層１３は、ＩＴＯ及びアルミニウム−亜鉛酸化物の透明導電材料からなる。光吸収層１５は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非結晶シリコン、微結晶シリコン、ＣＩＧＳ薄膜及びＣＩＧＳＳ薄膜中の少なくとも１つである。背面電極層１７は、モリブデン、銀、ニッケルなどの透明導電材料及び／又は金属材料であり、光線を光吸収層１５中に反射させ、光電変換効率を高めるために用いられる。第２の溝部３０は、グリーンレーザ及び赤外線レーザによって切断されて形成される。

（実験例）
表１に本発明の熱破損防止用薄膜太陽電池パネルの第２の溝部の密度と熱損傷との関係を示す。

（表１）

表１のデータから分かるように、第２の溝部の密度を高めることにより、熱損傷領域量が増加するが、最大熱損傷領域面積及び１０大熱損傷領域面積比率を有効に減少させることができる。これにより、歩留まりを有効に高め、熱損傷によって歩留まりが低下する問題を解決することができる。また、薄膜太陽電池パネルの使用寿命を有効に高めることができる。

本発明の熱破損防止用薄膜太陽電池パネルは、第２の溝部の密度を高めることにより、太陽電池パネルを複数のブロックに分割する。これにより、膜層の欠陥によって熱が集中するのを防止し、熱損傷領域の面積を減少させ、薄膜太陽電池パネルの歩留まり及び使用寿命を高めることができる。

上述の説明は、本発明の技術特徴を示す好適な実施形態を説明したものである。当業者は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において変更および修飾を行うことができ、これらの変更および修飾は、本発明の特許請求の範囲に含まれる。

１ 熱破損防止用薄膜太陽電池パネル
１０ 第１の分割線
１１ 透明基板
１２ 第２の分割線
１３ 前面電極層
１５ 光吸収層
１７ 背面電極層
２０ 第１の溝部
２１ 第１の開口パターン
２３ 第２の開口パターン
２５ 第３の開口パターン
２７ 第４の開口パターン
３０ 第２の溝部
３１ 第５の開口パターン
３３ 第６の開口パターン
３５ 第７の開口パターン
５０ 下部開口パターン
Ａ 第１の方向
Ｂ 第２の方向
Ｄ 周期
Ｍ 振幅

複数の第５の開口パターン、複数の第６の開口パターン及び複数の第７の開口パターンは、位置が重なることにより、複数の第２の溝部を形成する。複数の第２の溝部は、直線、所定周期で連続する波形曲線及び所定周期で連続する三角波形中の少なくとも１つである。直線の延設方向、所定周期で連続する波形曲線及び所定周期で連続する三角波形が前進する方向は、第１の方向と直交する第２の方向である。複数の第２の溝部の幅は、１００μｍ〜５００μｍである。熱破損防止用薄膜太陽電池パネルにおける複数の第２の溝部の密度は、５０本〜２５０本／ｍであり、熱破損防止用薄膜太陽電池パネルの面積の０．５％〜１２．５％を占める。少なくとも１つの第１の溝部及び複数の第２の溝部により、光吸収層は、複数のブロックに分割される。

第２の溝部３０は、直線、所定周期で連続する波形曲線、所定周期で連続する三角波線などであり、直線の延設方向、所定周期で連続する波形曲線及び所定周期で連続する三角波形が前進する方向は、第１の方向Ａと直交する第２の方向Ｂである。第１の溝部２０及び第２の溝部３０により、太陽電池パネルは、複数のブロックに分割される。第２の溝部３０が所定周期で連続する波形曲線又は所定周期で連続する三角波線である場合、所定周期で連続する波形曲線又は所定周期で連続する三角波線の振幅Ｍは、１０μｍ〜１０ｍｍであり、周期Ｄは、５μｍ〜５ｍｍであり、波形位相は、同一、偏移又は逆である。複数の第２の溝部３０間は、交差せず、前進方向又は延設方向は、平行である。複数の第２の溝部３０の幅は、１００μｍ〜５００μｍである。熱破損防止用薄膜太陽電池パネルにおける複数の第２の溝部３０の密度は、５０本〜２５０本／ｍであり、熱破損防止用薄膜太陽電池パネルの面積の０．５％〜１２．５％を占める。

Claims (8)

1. 入光方向から順番に、透明基板、前面電極層、光吸収層及び背面電極層を備える熱破損防止用薄膜太陽電池パネルであって、
   前記前面電極層は、前記透明基板上に形成され、前記前面電極層上には、少なくとも１つの第１の開口パターン及び複数の第５の開口パターンが形成され、前記少なくとも１つの開口パターンは、第１の方向に連続して延設されることにより、少なくとも１つの第１の分割線を形成し、
   前記光吸収層は、前記前面電極層上に形成される上、前記少なくとも１つの第１の分割線を被覆し、少なくとも１つの第２の開口パターン、少なくとも１つの第３の開口パターン及び複数の第６の開口パターンを有し、前記少なくとも１つの第２の開口パターン及び前記少なくとも１つの第３の開口パターンは、前記少なくとも１つの第１の開口パターンに平行し、前記少なくとも１つの第２の開口パターンは、前記第１の方向に連続して延設されることにより、第２の分割線を形成し、
   前記背面電極層は、前記光吸収層上に形成される上、少なくとも１つの第４の開口パターン及び複数の第７の開口パターンを有し、前記少なくとも１つの第４の開口パターンは、前記第１の方向に延設され、前記少なくとも１つの第４の開口パターン及び前記少なくとも１つの第３の開口パターンは、幅が同一である上、位置が重なることにより、前記第１の方向上に少なくとも１つの第１の溝部を形成し、
   前記複数の第５の開口パターン、前記複数の第６の開口パターン及び前記第７の開口パターンは、位置が重なることにより、複数の第２の溝部を形成し、前記複数の第２の溝部は、直線、所定周期で連続する波形曲線及び所定周期で連続する三角波線中の少なくとも１つであり、前記直線の延設方向、前記所定周期で連続する波形曲線及び前記所定周期で連続する三角波線波形が前進する方向は、前記第１の方向と直交する第２の方向であり、前記複数の第２の溝部の幅は、１００μｍ〜５００μｍであり、前記熱破損防止用薄膜太陽電池パネルにおける前記複数の第２の溝部の密度は、５０本〜２５０本／ｍ^２であり、前記熱破損防止用薄膜太陽電池パネルの面積の０．５％〜１２．５％を占めることを特徴とする熱破損防止用薄膜太陽電池パネル。
2. 前記複数の第６の開口パターン及び前記複数の第７の開口パターンは、幅が同一であり、前記複数の第５の開口パターンの幅は、前記複数の第６の開口パターン及び前記複数の第７の開口パターンの幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載の熱破損防止用薄膜太陽電池パネル。
3. 前記複数の第６の開口パターン及び前記複数の第７の開口パターンは、幅が同一であり、前記複数の第５の開口パターンの幅は、前記複数の第６の開口パターン及び前記複数の第７の開口パターンの幅より大きいが、前記第５の開口パターンの側壁に光吸収層が形成されるため、実際に形成される下部開口パターンの幅は、前記第６の開口パターン及び前記第７の開口パターンと同一であることを特徴とする請求項１に記載の熱破損防止用薄膜太陽電池パネル。
4. 前記複数の第５の開口パターン、前記複数の第６の開口パターン及び前記複数の第７の開口パターンは、幅が同一であることを特徴とする請求項１に記載の熱破損防止用薄膜太陽電池パネル。
5. 前記所定周期で連続する波形曲線及び前記所定周期で連続する三角波形の振幅は、１０μｍ〜１０ｍｍであり、周期は、５μｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の熱破損防止用薄膜太陽電池パネル。
6. 前記所定周期で連続する波形曲線と前記所定周期で連続する三角波形との間は、互いに平行であり、波形位相は、同一、偏移又は逆であることを特徴とする請求項５に記載の熱破損防止用薄膜太陽電池パネル。
7. 前記透明基板は、無アルカリガラス、石英ガラス又はアクリルからなり、前記前面電極層は、透明導電材料からなり、前記光吸収層は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非結晶シリコン、微結晶シリコン、ＣＩＧＳ薄膜及びＣＩＧＳＳ薄膜中の少なくとも１つであり、前記背面電極層は、前記透明導電材料及び／又は金属材料であることを特徴とする請求項１に記載の熱破損防止用薄膜太陽電池パネル。
8. 前記透明電極材料は、ＩＴＯ及びアルミニウム−亜鉛酸化物中の少なくとも１つであり、前記金属材料は、モリブデン、銀及びニッケル中の少なくとも１つであることを特徴とする請求項７に記載の熱破損防止用薄膜太陽電池パネル。