JP2015159336A - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数の太陽電池セルをタブ又は接続リードと呼ばれる接続部材により電気的に接続してなる太陽電池モジュールの特性を改善させる。
【解決手段】 この発明は、非晶質シリコンと結晶系シリコンとを組合せることにより構成されたヘテロ半導体接合を有する太陽電池セル１０と、複数の前記太陽電池セル１０を接続するタブ１４と、を備え、太陽電池セル１０に高温加熱処理を施した後、太陽電池セル１０にタブ１４を半田付けし、複数の太陽電池セル１０をタブ１４により電気的に接続して太陽電池モジュールを製造する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、太陽電池モジュールの製造方法に係り、特に複数の太陽電池セルを接続タブ又は接続リード等と呼ばれる接続部材により電気的に接続してなる太陽電池モジュールを製造する方法に関するものである。
近年、地球温暖化などの地球環境保全問題から、クリーンエネルギーへの期待が高まっており、太陽光を直接電気エネルギーに変換する太陽電池は、クリーンなエネルギー源として注目されている。これら太陽電池を用いた電力用の太陽電池装置は、複数の太陽電池セルを有し、これら隣接する太陽電池セルに銅箔からなる接続タブを半田付けして相互に直列又は並列に電気的に接続して所望の出力を得るように構成されている。
この接続タブは、複数の太陽電池セルを直列又は並列に接続するリード線として用いられると共に、出力端子としても使用される（特許文献１参照）。
上記した接続タブを太陽電池セルに接続する一般的なインターコネクト工程につき説明する。まず、表面にタブ接続のためのバスバー電極が設けられた複数の太陽電池セルを用意する（第１工程）。そして、複数の太陽電池セルにフラックス塗布した後（第２工程）、太陽電池セルの上面及びそれに隣接するセルの下面間に渡って表面に半田を介して接続タブを配設する（第３工程）。次に、配設した接続タブが浮き上がらないように接続タブを上からセルに押圧しながら加熱し、半田付けを行う（第４工程）。
現在主流となっているインターコネクト工程は、接続タブを接続する際の加熱方法によってランプ方式と温風方式とに大別される。
ランプ方式はハロゲンランプ等のランプ光源を集光させ、接続タブ上に照射することで半田を溶着させる方式である。１５００Ｗ〜２５００Ｗ程度の出力で数秒程度照射することで、鉛フリー半田を使用したインターコネクタの溶着が出来る。この方式は、比較的短時間で温度を上昇できるが、細かい熱の制御が難しく、セルの割れやセルの反りが大きくなる傾向がある。一方、温風方式は、接続タブ近傍に温風を当てる方式で、２５０℃〜４８０℃範囲で、半田の溶融温度以上の温風を当てる。鉛フリー半田の場合、溶融温度以上の温風を数秒程度当てることで、インターコネクタの溶着が行える。この温風方式は、高精度の熱の制御が可能であり、セルの割れ、反り等を抑制し、歩留まりの向上を図ることができる。
また、インターコネクト工程を用いて、接続タブを接続する太陽電池モジュールにおいて、インターコネクト工程の際に用いたフラックスや有機物の残留成分を洗浄せず取り除く方法として、タブが接続されたセルを加熱してフラックスを蒸発させる方法が提案されている（特許文献２参照）。
ところで、太陽電池セルの内部には、表面集電極と半導体層、表面反射防止層と電極層、半導体内の界面接合部など各接合部分があり、その界面特性を改善することによってセル出力が向上することが知られている。一般的には、水素パッシベーションや熱アニールが行われることが多い。
一方、太陽電池セルとして、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶系半導体を用いた太陽電池の研究および実用化が盛んに行なわれている。中でも、非晶質シリコンと結晶系シリコンとを組合せることにより構成されたヘテロ半導体接合を有する太陽電池セルは、その接合を２００℃以下のプラズマＣＶＤ法などの低温プロセスで形成することができ、かつ、高い変換効率が得られることから、注目を集めている。このような太陽電池セルにおいて、光電変換効率を向上させるためには、高い短絡電流（Ｉｓｃ）および開放電圧（Ｖｏｃ）を維持しつつ曲線因子（Ｆ．Ｆ．）を向上させる必要がある。
そこで、ｎ型単結晶シリコン基板と水素を含有したＰ型非晶質シリコン層との間に、水素を含有した実質的に真性な非晶質シリコン層（Ｉ型非晶質シリコン層）が挿入された構造を有する太陽電池セルが開発されている。
ＣＶＤ法で形成した非晶質シリコン層を有する上記太陽電池セルは、２００℃以上の高温で長時間加熱すると出力特性が低下してしまう。
高温加熱による特性低下の原因としては、（１）荷電子制御された水素を含有した非晶質系半導体薄膜への電極材料の拡散、（２）水素を含有した実質的に真性な非晶質系半導体薄膜層へのドーパントの拡散、（３）水素の拡散、等が考えられる。このうち（３）が最も低温でその影響が現れる。
特開２００３−１６８８１１号公報 国際公開番号 ＷＯ２００５／０９６３９６Ａ１
上記したように、特性改善のためには、熱アニールが有効であることが知られている。
しかしながら、ＣＶＤ法で形成した非晶質シリコン層を有する上記太陽電池セルなどにおいては、高温で長時間加熱すると出力特性が低下する虞がある。このため、非晶質シリコン層形成後の電極形成やラミネート工程はなるべくＣＶＤ工程の温度を超えないように管理されている。しかし、このような太陽電池セルにおいてもより以上の特性改善が望まれている。
また、上記した特許文献２に記載のものでは、残留フラックスを蒸発させることを目的としているため、半田の溶着後にフラックスの蒸発温度以上の加熱を行うものである。このため、太陽電池セルの特性改善についての熱処理については、十分検討はなされていない。
そこで、この発明者等は、集電極を形成後の太陽電池セルにおいて、鋭意検討した結果、加熱温度、時間等を最適に制御することにより、特性が改善することを見出した。
この発明は係る知見に基づきなされたものにして、複数の太陽電池セルを接続タブ又は接続リードと呼ばれる接続部材により電気的に接続してなる太陽電池モジュールの特性を改善させることを目的とする。
この発明は、複数の太陽電池セルを接続部材により電気的に接続して太陽電池モジュールを製造する方法であって、前記太陽電池セルとして、ＣＶＤ法で形成された非晶質シリコンと結晶系シリコンとを組み合わせることにより構成されたヘテロ半導体接合を有するものであって、前記ヘテロ半導体接合を有する半導体上に酸化物透明導電膜層が形成され、前記酸化物透明導電膜層上に集電極が形成されているものを用い、加熱温度を所定温度に設定して前記太陽電池セルに加熱処理を施すと同時に全面に光照射処理を所定時間施した後、前記太陽電池セルに前記接続部材を電気的に接続することを特徴とする。
ここで、高温加熱処理とは、太陽電池セルの出力向上を可能とする温度での処理をいう。そして、この高温加熱処理は、好ましくは、太陽電池セル全体に施される。
また、前記太陽電池セルに集電極を形成した後、より好ましくは、高温加熱処理を略均一になるように、太陽電池セル全体に施すように構成することができる。
また、この発明は、非晶質シリコンと結晶系シリコンとを組合せることにより構成されたヘテロ半導体接合を有する太陽電池セルを用いることができる。
前記高温加熱処理は、少なくとも光照射装置による光照射であることを特徴とする。そして、好ましくは、太陽電池セルの上面全域に照射される。より好ましくは、太陽電池セルの上面全域に略均一に照射させる。光照射装置としては、ランプ装置が好ましい。
前記高温加熱処理は、ヒータの温度を２００℃以上３５０℃以下に保持し、太陽電池セルの出力を向上するように光照射装置光照射を２秒以上１５秒未満で行うように構成することができる。
前記高温加熱処理は、ヒータによる加熱とハロゲンランプ装置による光照射を行うとよく、前記ハロゲンランプ装置の総出力は１０００Ｗ以下にするとよい。
さらに、前記太陽電池セルは、ＩＴＯ膜からなる透明電極を備えたものを用いることができる。
この発明は、上記した構成にすることで、太陽電池セルの界面特性を改善したと考えられ、太陽電池セルの出力の向上を図ることができるとともに、精度良く温度管理ができたインターコネクタ接続が行える。この結果、モジュール後の太陽電池セル特性が高く歩留まりの良い太陽電池モジュールの製造方法を提供できる。
この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。
まず、この発明が適用される太陽電池セルの一例を図１に従い説明する。この太陽電池セル１０は、図１に示すように、結晶系半導体基板として、１００μｍ〜３００μｍの厚みとを有するとともに、（１００）面を有するｎ型単結晶シリコン基板１（以下、ｎ型単結晶シリコン基板１という）を備えている。ｎ型単結晶シリコン基板１の表面には、数μｍから数十μｍの高さを有する光閉じ込めのためのピラミッド状凹凸が形成されている。
このｎ型単結晶シリコン基板１上には、ＣＶＤ法により水素を含有する実質的に真性な非晶質半導体薄膜層として、膜厚数ｎｍから数１０ｎｍ程度の実質的に真性のＩ型非晶質シリコン（ａ−ＳＩ：Ｈ）層２が形成されている。また、Ｉ型非晶質シリコン層２上には、水素を含有する荷電子制御された非晶質半導体薄膜層として、膜厚数ｎｍから数１０ｎｍ程度のＰ型非晶質シリコン層３が形成されている。
そして、Ｐ型非晶質シリコン層３上には、酸化物透明導電膜として、ＩＴＯ膜（インジウム錫酸化膜）４がスパッタ法により形成されている。
このＩＴＯ膜４の上面の所定領域には銀（Ａｇ）ペーストを焼成して形成した櫛形状の集電極５が設けられている。集電極５は、例えば、Ａｇペーストを用い、スクリーン印刷法により、フィンガー部とバスバー部とを形成し、焼成（熱硬化）して形成される。フィンガー部は、複数のものが互いに平行に形成され、バスバー部はフィンガー部に流れる電流を集合させる。バスバー部に接続タブが半田により取り付けられ、他の太陽電池セルと電気的に接続される。
また、ｎ型単結晶シリコン基板１の下面上には、実質的に真性のＩ型非晶質シリコン層６が形成されている。Ｉ型非晶質シリコン層６上には、ｎ型非晶質シリコン層７が形成されている。このようにｎ型単結晶シリコン基板１の下面上に、Ｉ型非晶質シリコン層６およびｎ型非晶質シリコン層７が順番に形成されることにより、いわゆるＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ ＦＩｅｌｄ）構造が形成されている。更に、ｎ型非晶質シリコン層７上には、酸化物透明導電膜として、ＩＴＯ膜８がスパッタ法により形成されている。このＩＴＯ膜８の上面の所定領域には銀ペーストを焼成（熱硬化）して形成した櫛形状の集電極９が設けられている。
図２は、この発明の一実施形態を示す太陽電池モジュールの製造工程図を示している。
まず、図１に示す構造の太陽電池セル１０は、パレット（図示せず）に載置する（第１工程）。そして、太陽電池セル１０の集電極５のバスバー部分にフラックス塗布装置２０により液状のフラックスを塗布する（第２工程）。
続いて、太陽電池セル１０の全体を所定温度で所定時間加熱させ、界面特性を改善させる（第３工程）。この実施形態では、下面側からホットプレート２１Ｂによる太陽電池セル１０全体へのヒータ加熱、上面側から太陽電池セル全域へのハロゲンランプ装置２１を用いたランプの光照射により、短時間で高温まで加熱する。短時間、この高温加熱処理により、太陽電池セル１０には、ダメージを防止して特性を向上させることができる。なお、この加熱工程における温度並びに加熱時間については後述する。また、加熱方法はホットプレートにランプ加熱を併用した加熱以外に、ホットプレートのみを用いた加熱、ランプの光照射のみを用いた加熱などの方法を用いることができる。上記のように、高温加熱処理とは、太陽電池セルの出力向上を可能とする温度での処理をいう。
次に、隣接する太陽電池セル１０に渡って平行に２列の接続タブ１４を設置する（第４工程）。接続タブ１４は、表裏面に半田、この実施形態においては鉛フリー半田を塗布した銅箔にて構成されている。
その後、配設した接続タブ１４が浮かないように、接続タブ１４の幅に略等しい太さで耐熱性を有し半田が付かない２列の押し付け装置の押圧ピン２４（図３参照）で接続タブ１４を太陽電池セル１０に押し付ける。そして、温風ヒータ２２の温風吹き出し口２２ａ、２２Ｂより、接続タブ１４近傍に、この実施形態では、半田の溶融温度以上の２５０℃〜４８０℃範囲での温風を当て、インターコネクタの溶着が行なわれる。鉛フリー半田の場合、溶融温度（この実施形態では２１７℃）以上の温風を数秒程度当てることで、インターコネクタの溶着が行なわれる（第５工程）。尚、押圧具は、図示はしないが半田付け時接続タブ１４を押圧し、半田付け終了後はセル１２上から離れる方向に移動するように構成されている。
この接続タブ設置工程と溶着工程につき図３を参照して説明する。無端ベルトからなる搬送ベルト３０により、太陽電池セル１０が搬送される。搬送ベルト３０は、所定時間停止した後、所定時間移動するという間欠動作により、太陽電池セル１０を図中左方向から右方向に搬送する。搬送ベルト３０の所定の半田付けの位置の上下には、それぞれ接続タブ１４をセル側へ押し込む押し付け装置が設けられている。この押し付け装置は、図示しない駆動手段によって上下動する二列の複数の押圧ピン２４、２４から構成されている。
この押圧ピン２４は、耐熱性を有し半田が付かないもので構成され、２以上の接続タブの垂直上方及び下方にそれぞれ対応して配置されている。
この押し付け装置と同じ接続タブ１４、１４の垂直上方及び下方のそれぞれ対応する位置には、温風式加熱手段として温風ヒータ２２が設けられている。各温風ヒータ２２は、例えば通電されて発熱する電気ヒータと送付機とで構成されており、電気ヒータにて加熱された空気（温風）を送風機にて温風吹き出し口２２ａ、２２Ｂを介して接続タブ１４、１４部分に集中的に吹き付けるものである。
そして、セル１０の上下面に２以上の接続タブ１４、１４を当接させ、配置させた状態で、この停止期間中、押し付け装置の各ピン２４、２４が降下（又は上昇）し、接続タブ１４をセル１０の上面及び下面に押し付けて浮かないように押さえつける。また、接続タブ１４を押圧せずにセル１０に半田付けできれば、必ずしも押し付け装置は使用しなくても差し支えない。
このように、セル１０に接続タブ１４を押し付けた状態で温風ヒータ２２の電気ヒータと送風機に通電し、高温の温風を接続タブ１４、１４に集中して吹き付け接続タブ１４、１４に塗布された半田を溶融温度以上で加熱する。
ここで、温風ヒータ２２からの温風は接続タブ１４、１４に集中的に吹き付けられるので、それ以外の部分のセル１０が過剰に加熱され、温度が異常に高くなってセルにダメージが生じることがない。
このように、押し付け装置で接続タブ１０をセル１０に押し付けながら温風ヒータ２２から温風を所定時間吹き付けた後、温風ヒータは停止される。
この間に、上面の接続タブ１４、１４の後部には次のセル１０が載置される。その後、ピン２４はセルから離間する方向に移動する。次に、搬送ベルト３０が所定距離移動され、この新たに設置されたセル１０が半田付け位置に移動されて、再び接続タブ１４、１４がその上面に載置される。このようにして、図４に示すように、接続タブ１４により、複数のセル１０が直列に接続されストリングが製造される。
そして、図５に示すように、複数の太陽電池セル１０…を接続タブ１４で接続した後、白板強化ガラスなどからなる表面保護材４０と裏面保護材４１との間に、充填材４２で封止され太陽電池モジュールが得られる。この太陽電池モジュールは、裏面保護材４１として、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）／Ａｌ(アルミニウム)／ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）の３層構造のものを用い、表面保護材４０と白板強化ガラスを、封止樹脂４２としてＥＶＡ（エチレンビニールアセテート）を配置し、真空熱圧着方式のラミネータによって、例えば、温度１５０℃で一体化を行い、１５０℃のオーブンで３０分以上加熱し、ＥＶＡを架橋する。その後、保護枠４３として、アルミニウム枠をブチル等の接着剤を用いて取り付けて太陽電池モジュールが完成する。
次に、上記した接続タブ接続前に行う加熱処理につき説明する。この加熱処理は、高温度の加熱処理を短時間行うことにより、太陽電池セル自体にダメージを与えずにアニール効果により層境界面の特性を良好にし、太陽電池特性の改善を図るものである。
接続タブの接続前に行う加熱処理の効果を確認するために、複数のサンプルを用意し、ヒータ加熱を１０秒間施した際の加熱温度と太陽電池セル特性の変化を測定した。この測定においては、加熱手段として非光照射の加熱手段であるヒータを用いた。この実施例ではヒータとしてホットプレート２１Ｂを用いた。
図６は、この実施例に用いたホットプレートを示す模式的斜視図である。このホットプレート２１Ｂは、Ｂｒａｎｓｔｅａｄ ＩｎｔｅｎａｔＩｏｎａl製の型番ＨＰＡ１９１４Ｂを用いた。このホットプレート２１Ｂのプレート２２０はアルミニウム製で１５７ｍｍ×１５７ｍｍの大きさである。このホットプレート２１Ｂの各仕様は、１００V、７．５Ａ、７５０Ｗである。ホットプレート２１Ｂの本体部２２１の前面には、ホットプレートの温度を設定するためのコントロールダイヤル２２２が設けられている。このコントロールダイヤル２２２により所定の温度に設定して加熱処理を行う。例えば、２００℃の温度に設定する場合には、２００℃の目盛りコントロールダイヤル２２２を用いて設定する。プレート２２０の表面温度が２００℃になるように内部ヒータが制御される。
上記した図６に示すホットプレート２１Ｂを用いて太陽電池セル特性の変化を測定した。測定はホットプレート２１Ｂで太陽電池セルを加熱したものの太陽電池特性を加熱処理を施していないものの特性で規格化した。更に、ヒータ加熱とランプ照射を行った太陽電池特性も測定し、同様に規格化した。
図７は、ヒータ加熱とランプ照射を行う装置を示す模式的斜視図である。ヒータ加熱は、図６に示したホットプレート２１Ｂを用いた。そして、このホットプレート２１Ｂの上方にハロゲンランプを備えたハロゲンランプ装置２１をセットし、プレート２２０の全面にランプからの光が一様に照射されるように構成した。ハロゲンランプ装置２１のランプからホットプレート２１Ｂのプレート２２０面までの距離は約２０ｃｍに維持した。
この実施例で用いたハロゲンランプ装置２１は、日動工業株式会社の型番ＨＳＴ―１０００Ｄのハロゲンライトを用いた。このハロゲンランプ装置２１は、５００Ｗのハロゲン球２１１，２１１をリフレクタ２１０の内部に２つ設けた、１００Ｖ、１０００Ｗの仕様のものである。
この測定に用いた太陽電池セル１０を具体的に説明する。太陽電池セル１０の構造は図１に示したものであり、以下、測定に用いた太陽電池セル１０の具体的な膜厚並びに製造条件等につき説明する。
太陽電池セル１０は、結晶系半導体基板として、約１Ω・ｃｍ、３００μｍの厚みとを有するとともに、（１００）面を有するｎ型単結晶シリコン基板１を用いる。ｎ型単結晶シリコン基板１の表面には、等方性エッチングにより、数μｍから数十μｍの高さを有する光閉じ込めのためのピラミッド状凹凸が形成されている。
このｎ型単結晶シリコン基板１上に、ＲＦプラズマＣＶＤ（１３．５６ＭＨｚ）により、形成温度２００℃、反応圧力２０Ｐａ、ＲＦパワーは１５０Ｗにて、Ｉ型非晶質シリコン（ａ−ＳＩ：Ｈ）層２、Ｐ型非晶質シリコン層３を５ｎｍ程度ずつ堆積して接合を作成した。Ｐ型ドーパントとしては、ＩＩＩ属元素であるＢ（ボロン）を含む化合物ガスを使用した。
また、ｎ型単結晶シリコン基板１の下面上には、Ｉ型非晶質シリコン層６、ｎ型非晶質シリコン層７を同様に５ｎｍ程度ずつ堆積した。ｎ型ドーパントとしては、Ｖ属であるＰ（リン）を含む化合物ガスを使用した。
各非晶質シリコン層の形成条件を表１に示す。
このようにｎ型単結晶シリコン基板１の表裏面にそれぞれ形成された非晶質シリコン層３、６上に、膜厚１００ｎｍのＩＴＯ膜（インジウム錫酸化膜）４、８をスパッタ法により形成する。このサンプルでは、ＩＴＯ膜４、８として、錫（Ｓｎ）をドープした酸化インジウムを用いた。まず、ＳｎＯ2粉末を５Ｗｔ％として、Ｉｎ2Ｏ3粉末との焼結体をターゲットとしてカソード電極に設置する。そして、ＤＣスパッタ装置を用いて、素子を配置してから、チャンバーを真空排気した。加熱ヒータにより、基板温度を室温から２００℃になるまで加熱した。そして、アルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ2）混合ガスを流して、圧力を０．４Ｐａ〜１．３Ｐａに保ち、カソードにＤＣ電力を０．５ｋＷ〜２ｋＷ投入し、上述のように、膜厚１００ｎｍのＩＴＯ膜４、８をそれぞれ成膜した。
このＩＴＯ膜４、８の上面の所定領域に、エポキシ樹脂などに銀（Ａｇ）微粉末を練り込んだ銀ペーストをスクリーン印刷法により、高さ１０μｍ〜３０μｍ、幅１００μｍ〜５００μｍに形成した後、２００℃、８０分で焼成（硬化）して、フィンガー部とバスバー部とを形成した。
表２及び図８は、各条件につきそれぞれ５個のサンプルを用意し、図６及び図７に示す装置を用いて、ヒータ加熱を１０秒間施した際の加熱温度と太陽電池セル特性とヒータ加熱とランプ照射による同時加熱を１０秒間行った太陽電池特性をそれぞれ測定し、高温加熱処理を行わなかった太陽電池セルの特性でそれぞれ規格化したものである。ヒータ加熱温度は、１９０℃から３５０℃まで行った。尚、使用したハロゲンランプは従来の半田溶着に用いるものより低出力の１０００Ｗのものである。ランプ照射は、１０秒間である。
ここで、１０００Ｗのハロゲンランプ装置２１を用いたのは次の理由による。後述するように、１０００Ｗのハロゲンランプ装置２１を用いると、例えば、２９０℃のホットプレート装置２１Ｂの温度で加熱中にランプ照射を行っても温度上昇がほとんどない。このことから、数十秒程度であれば温度管理がし易いという利点があるからである。１０００Ｗのランプ強度よりランプ強度が強いと、照射によって太陽電池セルの温度が上昇してしまい、太陽電池セルの特性低下が起こりやすくなるので、条件管理が難しい。一方、ハロゲンランプ装置２１の１灯のハロゲンランプを消し５００Ｗにすると、太陽電池セル全面に対して均一に照射しにくいため、十分な効果が得られない。このことから、この実施例においては、１０００Ｗのハロゲンランプ装置２１を用いた。
なお、太陽電池セル全面に対して均一に照射できるものであれば、１０００Ｗより小さなランプ強度のハロゲンランプ装置２１を用いることも可能である。
ランプ照射時の太陽電池セルの温度は次の方法で確認した。はじめにホットプレート２１Ｂの温度２９０℃に設定し、温度が安定した後で太陽電池セルを載せる。その際に、以下の２つの方法にで温度測定を行う。
（１）太陽電池セル表面に熱電対を貼る。（２）太陽電池セル表面に日油技研工業株式社製のサーモクレヨンを塗布し、溶け方で温度判定を行う。
上記の２つの方法で測定した結果、どちらの方法でもランプ照射に関係なく２９０℃以上３００℃未満であった。
表２及び図８に示すように、各条件につきそれぞれ５個のサンプルを測定し、その最高値、最低値並びに平均値を示す。ヒータ温度は、それぞれの測定温度が上限値になるように、ヒータ温度を制御している。この結果、測定温度より各サンプルは若干低い温度での加熱になっているが、その温度範囲は誤差の範囲である。
この表２及び図８からホットプレートによる１０秒間の加熱処理においては、２００℃以上で明らかに特性向上の効果が認められる。しかし、必要以上に温度が高いと特性が低下する傾向が見受けられる。ホットプレートのみで１０秒間の加熱処理においては、３５０℃以下の温度で加熱処理を施すことがよい。
更に、ヒータ加熱とランプ照射を同時に行うと、ランプ照射を行わない場合よりも全ての温度範囲で効果が優れていることが分かる。このことから、ヒータ加熱に更にランプ照射を併用する方がよいことが分かる。
続いて、ヒータ加熱とランプ照射を併用した場合の効果を確認するために、ホットプレートの温度を２９０℃、３００℃、３４０℃にそれぞれ設定し、ハロゲンランプの光を照射した時の照射時間と特性の変化の関係を測定した。表３及び図９に示すように、各条件につきそれぞれ５個のサンプルを測定し、その最高値、最低値並びに平均値を示す。ヒータ温度は、それぞれの測定温度が上限値になるように、ヒータ温度を制御している。この結果、測定温度より各サンプルは若干低い温度での加熱になっているが、その温度範囲は誤差の範囲である。
この表３及び図９に示すものは、ホットプレートとハロゲンランプの光照射で同時に太陽電池セルを加熱したものの太陽電池特性を高温加熱処理を施していないものの特性で規格化したものである。尚、使用したハロゲンランプは従来の半田溶着に用いるものより低出力の図７に示した１０００Ｗのものである。
表３及び図９に示すように、ランプの光を照射すると特性が向上していることが分かる。ヒータ温度が２９０℃の場合は、照射時間が１５秒を超えると特性の変化が飽和していることが分かる。逆に、３００℃を超えると、照射する時間がある程度長くなると特性が低下している。
表３及び図９から分かるように、ヒータ温度が２９０℃の場合は、ランプ照射とヒータの同時適用の場合には、１５秒を超えたあたりで効果のピークがあり、それ以上照射してもあまり効果に変化が現れない。このことから、ヒータ温度が２９０℃の場合は、５秒以上照射すれば良く、スループットなどを考えれば照射時間は２０秒以下でよい。
また、３００℃以上の場合には１５秒未満、特に３００℃〜３４０℃の場合には１０秒以下に効果のピークがあり、それ以上の照射時間では熱ダメージにより特性が低下するが、ランプの光照射の効果により、ヒータ加熱だけの場合より高い出力になる。
ヒータ温度が３００℃の場合には、ランプの光照射の時間は２秒以上２５秒以下が好ましい。
また、ヒータ温度が３４０℃の場合には、２秒以上２０秒未満、好ましくは５秒以上１０秒以下である。よって、３００℃以上３５０℃未満のヒータ温度の場合、２秒以上２０秒未満、好ましくは５秒以上１５秒未満、より好ましくは，５秒以上１０秒以下である。
図８と図９を比較すると、同じ１０秒間でもホットプレート（ヒータ）だけの加熱に比べて、ホットプレート（ヒータ）にランプ照射したものの方が効果が優れている。これはヒータ加熱に加えランプ照射したことによる光照射効果による特性改善効果だと考えられる。ホットプレート（ヒータ）の加熱を省略し、ランプ照射のみで、２００℃以上の高温加熱した場合においても、ホットプレート（ヒータ）のみの加熱の場合より特性改善が改善すると考えられる。
図１０ないし図１２は、各条件につきそれぞれ５個のサンプルを用意し、図７に示す装置を用いて、ヒータ加熱を１０秒間施した際の加熱温度と太陽電池セルの各パラメータ特性とヒータ加熱とランプ照射による同時加熱を１０秒間行った太陽電池セルの各パラメータ特性をそれぞれ測定し、高温加熱処理を行わなかった太陽電池セルの各パラメータ特性でそれぞれ規格化したものである。ヒータ加熱温度は、１９０℃から３４０℃まで行った。
尚、使用したハロゲンランプは従来の半田溶着に用いるものより低出力の１０００Ｗのものである。ランプ照射は、１０秒間である。図１０は、開放電圧特性、図１１は、短絡電流、図１２は、曲率因子（F.F.）を示している。
図１０及び図１２に示すように、ランプ照射の有無が、開放電圧と曲率因子に対して顕著に表れていることが分かる。
図１１からは、ヒータ加熱、ヒータ加熱とランプ照射したもの双方ともヒータ温度が上昇するにつれて短絡電流の特性が若干低下している。これは、非晶質シリコンと結晶系シリコンを組み合わせたヘテロ接合型太陽電池セルでは、非晶質層への熱ダメージを抑えるために、表面の電極（例えば、ＩＴＯ膜）を低温(１５０℃未満)でスパッタ等により形成している。ＩＴＯ膜は、１５０℃から２００℃で形成することにより、結晶化することが知られている。しかし、１５０℃未満の低温では、アモルファス化しており、１５０℃以上の加熱によって結晶化が進む。ＩＴＯ膜が結晶化することに伴い、ＩＴＯ膜の屈折率が変化することにより、初期特性に比べ短絡電流の特性が若干低下する傾向が見られる。
この実施例のように、比較的短時間であっても３００℃の温度では、結晶化が進み、ＩＴＯ膜の屈折率の変化が見られる。温度が３５０℃を超えるとこの傾向が強まり、短絡電流の低下が大きくなるため、短時間で処理を終える必要がある。１０秒未満の短時間処理だとばらつきが大きくなり、制御が難しい。このことからヒータ温度は３００℃以下が好ましい。
一方、ＩＴＯ膜以外の透明電極では、結晶化温度が比較的大きいものもある。しかし、３５０℃以上になると、１０秒未満の短時間で非晶質膜中をドーパント等が移動し、開放電圧の低下が起きて有効な出力の向上が望めない。このため、ＩＴＯ膜以外の透明電極を用いたとしても３５０℃以下のヒータ温度が望ましい。
また、光照射は、可視光または赤外光もしくは可視光および可視光より長波長の光（赤外光）が好ましく、これらの波長域の光を含むのが好ましい。照射するランプとしては、ハロゲンランプに代えてキセノンランプや赤外線ランプ等を用いても良い。
次に、照射するランプとして、高出力の赤外線ランプを用いて、短時間照射を行った。
赤外線ランプとしては、２．５ＫＷのものを用いた。効果のばらつきは大きかったが、ハロゲンランプと同様の特性向上は確認できた。図１３は、各条件につきそれぞれ５個のサンプルを用意し、ランプ照射中も含めヒータ加熱を１５秒間施した際の加熱温度と太陽電池セル特性と高温加熱処理を行わなかった太陽電池特性でそれぞれ規格化したものである。赤外線ランプの照射は、照射強度が大きいので、１２５Ｖ、３秒間と短時間照射を行った。図１３より、ヒータ温度が２９０℃までの間は特性が向上していることが確認できた。但し、ヒータ温度が３４０℃にあると特性が急激に特性が低下している。また、ランプの印加電圧を１５０Ｖ、１７５Ｖと上げると太陽電池セル温度が上昇しすぎるため、特性は低下した。光照射により、太陽電池セルの温度がヒータの設定温度より短時間に上昇した効果と考えられる。なお、これらの太陽電池セルの温度は、ヒータ温度より上昇していることは確認しているが、短時間であり、正確な温度は測定できなかった。
また、本効果はランプ出力やヒータ温度によってその最適値が変化すると考えられる。
例えば、ランプ照射とヒータの同時適用の場合は、図９に示すように、ヒータ加熱が低温の２９０℃であれば、ランプ照射はより長い方が最適値になり、ヒータ加熱が同じ３００℃であってもランプの出力が１０００Ｗより高出力の例えば２０００Ｗのものを用いればランプ照射は短く数秒で十分である。更に、ランプ強度（出力）が強ければ、ヒータ加熱が無くても同様の効果が得られると考えられる。従って、実用的なタクトタイム（０より大きく６０秒以下）で考えると、効果がある範囲はヒータ加熱無しからヒータ温度が４００℃未満、ランプ出力が５００Ｗ〜３０００Ｗで照射時間は６０秒以内になると考えられる。同様に、ヒータ加熱だけの場合は、加熱温度と加熱時間で効果があるため、最適な加熱温度は２００℃〜３５０℃、加熱時間は６０秒以内になると思われる。
また、上記した実施例においては、ランプ照射を太陽電池セルの光入射側から行っているが、図１の太陽電池セルのように、表裏面に同じ集電極の構成の両面発電タイプの太陽電池セルの場合には、光入射側の反対側の面からランプ照射を行っても同様の効果が得られていることを確認している。なお、両面発電タイプの太陽電池セルであれば、表裏面の集電極構成が異なるものでも同じ効果が得られる。
更に、ランプ照射の時間とヒータ加熱の時間を同じにする必要はなく、ヒータで加熱した状態で、ヒータ加熱時間より少ない時間、ランプ照射を行いランプ照射による太陽電池セルの出力の向上を更に図るように構成しても良い。
上記したこの実施形態においては、ホットプレートによるヒータ加熱とランプの光照射とを組み合わせているが、短時間の高温加熱ができるものであればホットプレートなどのヒータ加熱だけ、或いはランプ加熱だけでも良い。更に、段積みにしたセルを高温（３００℃程度）の炉内に数秒間入れる方法なども考えられる。ただし、加熱温度、加熱時間に最適値があり、熱ダメージが少なくなるランプの光照射が望ましい。加熱時間が短時間であるため、装置タクトに加熱条件が影響されにくく、セル特性が向上する最適条件で加熱処理を行いやすい。また、ランプの光照射でセル特性の向上と接続タブの溶着工程を同時に行う場合は、セル全体の温度を上げて且つ半田を溶融させる必要があり、必要以上の熱量がセルに加わるため最適な特性改善が得られなかった。また、反り、割れなども発生し、歩留まりも悪くなる。
また、上記した実施形態においては、フラックスを塗布した後に高温加熱を施しているが、フラックスによっては、高温加熱した後にフラックスを塗布した方が好ましい場合もある。
尚、上記した実施形態においては、太陽電池セルとして非晶質シリコンと結晶系シリコンとを組合せることにより構成されたヘテロ半導体接合を有する太陽電池セルを用いた場合について説明したが他の構成の太陽電池セルにもこの発明は適用できる。例えば、Ｐｎ接合を有する多結晶シリコンからなる多結晶シリコン太陽電池セルにおいては、反射防止膜として窒化シリコン（ＳＩＮ）を使っている場合は、その界面に水素パッシベーションを行うことで界面特性が改善されることが知られている。反射防止膜は高い温度の熱プロセス（Ｐｎ接合の形成）で形成されるので、この発明の加熱工程を行うことで、反射防止膜内の水素が多結晶の粒界などを改善し、太陽電池特性を向上させることが期待できる。
また、太陽電池セルとして、非晶質シリコン、微結晶シリコンなどの薄膜系の太陽電池を用いた場合には、多くの界面を有するため、この発明の高温加熱処理工程を行うことで、界面特性を改善し、太陽電池特性を向上させることが期待できる。
今回開示された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と考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の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が含まれることが意図される。
この発明は、住宅用太陽電池装置など太陽光発電装置に適用することができる。
この発明が適用される太陽電池セルの一例を示す概略断面図である。 この発明の一実施形態を示す太陽電池モジュールの製造工程図である。 この発明の一実施形態を示す太陽電池モジュールの製造工程における接続タブ設置工程と溶着工程を示す概略断面図である。 この発明の一実施形態を示す太陽電池モジュールの接続タブストリングスを示す平面図である。 この発明の一実施形態を示す太陽電池モジュールの概略断面図である。 この発明の実施形態に用いたホットプレートを示す模式的斜視図である。 この発明の実施形態に用いたホットプレートとランプ加熱装置を示す模式的斜視図である。 ヒータ加熱又はヒータ加熱とハロゲンランプの照射を１０秒間施した際の加熱温度と太陽電池セル特性の変化の関係を示す図である。 ホットプレートで２９０℃〜３４０℃に加熱し、更に、ハロゲンランプを照射した時の照射時間と特性の変化の関係を示す図である。 ヒータ加熱又はヒータ加熱とハロゲンランプの照射を１０秒間施した際の加熱温度と開放電圧特性の変化の関係を示す図である。 ヒータ加熱又はヒータ加熱とハロゲンランプの照射を１０秒間施した際の加熱温度と短絡電流特性の変化の関係を示す図である。 ヒータ加熱又はヒータ加熱とハロゲンランプの照射を１０秒間施した際の加熱温度と曲率因子（F.F.)特性の変化の関係を示す図である。 ヒータ加熱で１９０℃〜３４０℃に加熱し、更に、赤外線ランプを３秒間照射した時の特性の変化の関係を示す図である
１０ 太陽電池セル
５ 集電極
１４ 接続タブ
２１ ランプ
２２ 温風ヒータ

Claims (3)

  1. 複数の太陽電池セルを接続部材により電気的に接続して太陽電池モジュールを製造する方法であって、
    前記太陽電池セルとして、ＣＶＤ法で形成された非晶質シリコンと結晶系シリコンとを組み合わせることにより構成されたヘテロ半導体接合を有するものであって、前記ヘテロ半導体接合を有する半導体上に酸化物透明導電膜層が形成され、前記酸化物透明導電膜層上に集電極が形成されているものを用い、
    加熱温度を所定温度に設定して前記太陽電池セルに加熱処理を施すと同時に全面に光照射処理を所定時間施した後、
    前記太陽電池セルに前記接続部材を電気的に接続することを特徴とする、
    太陽電池モジュールの製造方法。
  2. 前記所定温度は２００℃以上３５０℃以下である、
    請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  3. 前記所定時間は、２秒以上１５秒以下である、請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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