JP2015207607A - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電量を増加させることができるとともに、負荷を接続したときに発電量の少ないセルに電圧が集中し、このセルに不具合が発生するのを抑制できる太陽電池モジュールを得ること。【解決手段】透光性基板２０１と、透光性基板２０１上に順次形成された、透光性電極２０２と光電変換層２０３と裏面電極２０４の積層膜から構成された短冊状領域に分割され、太陽電池セル１０２が、透光性電極２０２と隣接する太陽電池セルの裏面電極２０４が接続部をもつことで、対向する２辺の一方向に直列接続するように配列された、太陽電池モジュールである。そして短冊状の太陽電池セル１０２は光電変換層２０３と裏面電極２０４を部分的に除去することにより、透光性領域を形成している。そして、この太陽電池セル１０２は、透光性領域の面積に応じたセル幅Ｐ0，Ｐ1を有し、太陽電池セルの光電変換層の実効面積が等しいことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に係り、特に情報の表示や装飾等のパターンを表示できる可視光透過性のある集積型薄膜太陽電池モジュールに関する。

従来、ガラス基板などの透光性の基板上に電極、光電変換層などの薄膜を積層した集積型薄膜太陽電池モジュール（以下薄膜太陽電池、太陽電池モジュールということもある）が製造されている。このような太陽電池モジュールは、ガラス基板上にＺｎＯやＳｎＯ₂などからなる透光性電極、Ｓｉ薄膜等の半導体薄膜、ＡｇやＡｌ等からなる裏面電極膜を積層することにより太陽電池セルを構成し、この太陽電池セルを充填材と合わせガラスなどで封止したもので、ガラス基板側から太陽光を取り込む構造となっている。通常は基板上の太陽電池を構成する積層膜はレーザスクライブにより、基板の辺に平行な短冊状の多数の太陽電池セルに分離され、この分離された太陽電池セルを直列接続して太陽電池モジュールを構成している。このような構造の太陽電池セルは光電変換層や裏面電極膜が可視光を透過しない。しかし、窓等に使用する目的で、ある程度可視光を透過するものも求められている。そのため、透光性を上げるためにセルに開口が設けられた太陽電池モジュールが製造されている。開口の形成にはレーザ光を照射することにより、光電変換層や裏面電極膜を除去する方法が一般的である。

更に、このような透光性の部分を備えた薄膜太陽電池において、透光性の部分を文字や模様等のパターン形状として、薄膜太陽電池に情報を表示するあるいは、装飾のためのパターンを表示することも提案されている。透光性の部分の形状をそのまま視認するもの、裏にＬＥＤ等の照明を置いて、透光性の部分を表示するもの、カバーシートに色を付けて受光面側から色を表示するもの等の様々な形態が提案されている。

例えば特許文献１においては、透光性基板上に透光性電極層、光電変換層、裏面電極層から構成され、透光性基板上でセルに分離され、直列接続された、集積型薄膜太陽電池モジュールが示されている。このような太陽電池モジュールにおいて、レーザにより光電変換層、裏面電極層を除去することにより、任意のパターン形状を形成し、モジュール全体としての意匠性、色彩性および透光性を付与する技術が開示されている。

また特許文献２においては、太陽電池セルに開口を設けて透光性とするも、裏面側に不透明な着色をした封止材を設け、受光面側から見て着色パターンを表示する技術が開示されている。

特開２００１−１６８３５７号公報 特開２００２−３４３９９８号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、透光性のある部分では開口が形成されているため、実効的なセル面積は少なくなっている。即ち透過率Ｔ_rsは開口の割合に等しいため透光性のある部分では発電に寄与する実効的なセル面積Ｓ_rは開口を設けていないときの面積Ｓから、
Ｓ_r＝Ｓ_x（１-Ｔ_rs）
に減少する。特許文献１および２の太陽電池モジュールは多数の同一面積の太陽電池セルが直列接続で配列された構成となっているが、出来上がったセルに対して、レーザで開口を形成して、透光性の任意パターンを形成すると、構成するセル毎にセルの実効面積が異なることになる。一方、構成するセルは直列に接続されているため、発電電流は最もセル実効面積が少ないセルで制限される。従って、透過するパターンの形状が例えば特定のセルにおいて透光性のパターン面積が大きいものであると、モジュール全体での透光性パターンの面積割合以上に発電電流が減少する。

また、太陽電池モジュールにおいて、セルの実効面積の違いがあるセルが直列接続されている場合、負荷を接続したときにセルの実効面積の大きいセルでの起電力が高くなるため、実効面積の小さいセルに電圧が集中して印加され、この高い電圧のために実効面積の小さいセルには不具合を生じる可能性もある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発電量を増加させることができるとともに、負荷を接続したときに発電量の少ないセルに電圧が集中し、このセルに不具合が発生するのを抑制できる太陽電池モジュールを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、透光性基板と、透光性基板上に順次形成された、透光性電極と光電変換層と裏面電極の積層膜から構成された短冊状領域に分割され、透光性電極と隣接セルの裏面電極が当接接続部をもつことで、直列接続されている。そして太陽電池セルは光電変換層と裏面電極を部分的に除去することにより、透光性領域を形成している。そして、この太陽電池セルは、透光性領域の面積に応じたセル幅を有し、太陽電池セルの光電変換層の実効面積が等しいことを特徴とする。

本発明によれば、透光性領域のパターンの形状と透過率に応じて、セル幅を変更することにより、構成する直列接続のセルの段数は変更せずに、モジュールを構成するセルの実効面積を等しくしたもので、透光性領域のパターン形状と透過率に依存して、太陽電池モジュールを構成するセル個々のセル幅を決定することにより、構成するセルの実効面積をすべて等しくすることができる。従って、発電量を増加させることができるとともに、負荷を接続したときに発電量の少ないセルに電圧が集中し、このセルに不具合が発生する可能性をなくすことができる。

図１は、実施の形態１による太陽電池モジュールを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ₁−Ｂ₁断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ₂−Ｂ₂断面図である。 図２は、太陽電池モジュールの断面図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図３（ａ）〜（ｅ）は、実施の形態１による太陽電池モジュールの製造方法を示す工程断面図である。 図４は、実施の形態１による太陽電池モジュールの製造方法の概念を示す説明図である。 図５は、実施の形態１による太陽電池モジュールの透光部の構造を示す平面図である。 図６は、実施の形態１の製造方法の一部(加工装置およびこれを用いた加工方法)を説明する図である。 図７は、実施の形態１のセル幅の設定例を示すグラフである。 図８は、実施の形態１の設計方法で得られた太陽電池モジュールの概念図である。 図９は、実施の形態２においてＸ方向の電流値の変化を説明する図である。 図１０は、実施の形態２の透光性パターン例を説明する図である。 図１１は、実施の形態２の透光性パターンの位置と隣接セル間実効面積差分Ｇ(ｙ)との関係を説明する図である。 図１２は、実施の形態２の透光性パターン例を説明する図である。 図１３は、実施の形態２の透光性パターン例を説明する図である。 図１４は、実施の形態３の構造を示す、膜面からセルを見た平面図である。 図１５は、実施の形態３の構造の断面を示す図である。

以下に、本発明にかかる集積型薄膜太陽電池モジュール（以下太陽電池モジュールともいう）およびその製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による太陽電池モジュールを示す図であり、（ａ）は太陽電池モジュールをガラス基板側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ₁−Ｂ₁断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ₂−Ｂ₂断面図すなわち、セル間の分離部２０８のスクライブ線（２０７）に沿った断面を示す図である。図２は、太陽電池モジュールの断面図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）〜（ｅ）は、実施の形態１による太陽電池モジュールの製造方法を示す工程断面図、図４は、本実施の形態のモジュールの製造方法の概念を示す説明図である。

外形Ｌｙ（図１（ａ）における横方向の長さ）は１．４ｍ、Ｌｘ（図１（ａ）における縦方向の長さ）は１．１ｍであり、この領域に、長手方向に細長い短冊状の太陽電池セル１０２が多数形成され、これがセルの分離境界の部分である分離部２０８で分断され、直列に接続されている。本実施の形態では１つのモジュール内で直列接続されたセルの数は１０９個である。セルの数については、適宜仕様に応じて選択可能である。この短冊状の太陽電池セルは光電変換層２０３と裏面電極２０４を部分的に除去することにより、任意のパターンを構成する透光性領域（透光性パターン１０４）を形成している。そして、この太陽電池モジュール上にセル境界を跨いで、電池部分１０３で囲まれた菱形の透光性パターン１０４が形成されている。透光性パターン１０４は幅Ｌｐｙ＝０．９ｍ、高さＬｐｘ＝０．８ｍである。Ｒ_cellはセル領域、Ｒ_trは透光部を示す。この太陽電池セルは、透光性領域の面積に応じたセル幅Ｐ₀，Ｐ₁を有し、太陽電池セルの光電変換層２０３の実効面積が等しい。つまり、透光性パターン１０４を含む中心部のセルＣ₁のセル幅はＰ₁であり、たとえば透光性パターン１０４を含まない端部のセルＣ₀のセル幅Ｐ₀よりも幅広となっており、電池部分の実効面積が互いに等しくなっている。ここで光電変換層部の実効面積とは、光電変換部を構成するように透光性電極２０２と裏面電極２０４とで挟まれた光電変換層２０３の面積をいうものとする。

なお、図１（ｂ）の透光性パターンの透光部Ｒ_trは、後述するように、すべての領域が除去されているわけではなく、開口部３１を形成することで、透光性領域を形成している。この構成については図５の説明において後述する。また、図１（ｃ）においては透光部Ｒ_trでも透光性電極２０２は除去することなく、残されている。

図２にセルとその境界部のＡ−Ａ断面を示す。図２について太陽電池モジュールの構造を説明する。透光性電極２０２、光電変換層２０３、裏面電極２０４からなるセルが分離部２０８によりセル分割されて互いに直列接続された構造となっている。透光性基板としてのガラス基板２０１側から入射した太陽光は透光性電極２０２を透過して光電変換層２０３に吸収され、発生した電荷が透光性電極２０２と裏面電極２０４に向かい、これらの電極間に電圧を生じさせる。透光性電極２０２としてはＣＶＤにより成膜されるＳｎＯ₂やスパッタにより成膜されるＺｎＯなどが用いられる。光電変換層２０３はＣＶＤ法により成膜されるアモルファスシリコン層或いはアモルファスシリコン層と微結晶シリコン層の積層膜等から構成される。裏面電極２０４としてはスパッタリング法により成膜されるＡｇやＡｌなどの金属薄膜が用いられることが多い。更にここには図示されていないがこの薄膜構造は太陽電池セル１０２の上部に光透過性のある充填材を充填し、耐候性フィルムやガラスで封止されている。

太陽電池セル１０２はガラス基板２０１上で分離部２０８によって多数に分割されている。分割は透光性電極２０２がスクライブ線２０５で、裏面電極２０４がスクライブ線２０７で分離され、スクライブ線２０６で裏面電極２０４が隣接するセルの透光性電極２０２に接続し、太陽電池セル１０２は隣接セルに直列に接続される。スクライブ線２０５〜２０７はレーザを膜に照射して、膜を除去することにより形成される。ライン幅は５０〜１００μｍである。

この薄膜太陽電池に、光が透過する透光性パターン１０４を形成する場合には、太陽電池セル１０２の光電変換層２０３と裏面電極２０４に開口を形成する必要がある。ガラス基板２０１表面から入射した太陽光は光電変換層２０３で吸収されるか、光電変換層２０３で吸収されなかった光は裏面電極２０４で反射又は吸収されるため、太陽電池を透過しない。このため、開口を形成しなければ、裏面まで透過する光の通路はスクライブ線２０７のみである。スクライブ線２０７に入射した光はそのまま裏面側に透過するが、セルの幅数ｍｍに対して、スクライブ線２０７の幅は５０〜１００μｍであり、全体の透過率はその開口率で決まり１〜２％以下である。

光を透過させるための開口は図２の太陽電池セル１０２のガラス基板２０１面側からレーザ光を照射することによって形成した。レーザはＮｄ：ＹＶＯ₄レーザの第２高調波からなる波長５３２ｎｍのパルスグリーンレーザを用いた。ガラス基板２０１面側から光電変換層２０３に集光させることにより、光電変換層２０３と裏面電極２０４をレーザ光の円形のスポット形状で除去する。

波長５３２ｎｍのレーザ光はガラス基板２０１と透光性電極２０３を透過し、光電変換層２０３と裏面電極２０４で吸収され、照射部のこれらの膜が熱により除去される。スポットのサイズはレーザを集光する光学系や１パルスのパワーで決定される。パルスレーザはレーザパルスが一定時間毎に放出されるため、レーザを照射しながら、直列接続の方向に基板を移動させることにより、円形の開口がつながった直線状の開口を形成することができる。

ここで、レーザで形成した開口３１によって形成される透光性パターンの例を図５に示す。断続した直線状の開口３１が直列接続と垂直の方向に等ピッチで配列している。ここで、この透光性パターンの透過率Ｔ_rsは開口幅Ｗとスクライブピッチｐとライン中の開口３１ととぎれ部すなわち非開口部３２の割合で決定される。１ラインにおける開口３１の割合をαとするとセル境界の開口であるスクライブ線２０５を無視すれば、透過率Ｔ_rsは、
Ｔ_rs＝Ｗα/ｐ
で与えられる。例えば、α＝０．８、Ｗ＝0.１２５ｍｍ、ｐ=０．２ｍｍとして、Ｔ_rs=０．５とすることができる。

図６に開口３１の加工装置およびこれを用いた加工方法を示す。この加工装置は、図６に示すように、レーザパルスを発信する、レーザ発振器４１と、レーザ発振器４１で発信され他レーザ光を減衰させる減衰器４２と、ビーム形状調整手段４３と、ミラー４４と、ビーム集光手段４５とを備えている。加工に際しては、パネルをＸＹの移動が可能なステージ４７にガラス基板２０１面を上に設置する。ステージ４７は図では示していないが、パネルの外周部とパネル内部の限られた領域のみで支持し、膜面が下方に位置するように設置するが、レーザで加工される膜面がステージ４７と接触しない構造となっている。レーザ発振器４１は波長１０６４ｎｍ或いは５３２ｎｍのパルスレーザ発振器であり、ＹＡＧ或いはＮｄ：ＶＹＯ₄等の基本波或いは第２高調波を用いている。レーザ光４６は減衰器４２、ビーム形状調整手段４３、ミラー４４、ビーム集光手段４５を通って、パネル膜面に円形のビームスポットを集光させる。減衰器４２はレーザパワーを所定の値に設定する。ビーム形状調整手段４３はビーム形状の修正やビーム径の調整を行う。ここではビームエキスパンダを用いてビーム径を拡大している。開口３１のＹ座標はステージの移動で決定される。また、本装置ではステージのエンコーダからの信号を読み込み、任意のＸ座標でレーザ発振器のＱスイッチのＯＮ/ＯＦＦ制御ができる。この機能を利用して、図５の直線のとぎれ部３２を形成するなど、図１のパターン形状領域のみでレーザをＯＮさせることにより、任意の透光性パターンを形成することが可能である。

スクライブ線２０５〜２０７を形成する装置も加工の際、ステージが走る方向は基板のＹ方向ではあるが、同様の装置で加工する。そのため、加工するラインの位置はステージの位置設定により任意に決定することができる。

また、ステージが９０°垂直方向を軸に回転する装置であれば、スクライブ線と開口の両方を形成することができる。更にレーザと光路を複数個設けて、スクライブ線に対して開口の幅を大きくする、あるいは、複数本のレーザで同時に開口やスクライブ線を加工して加工時間を短縮することもできる。

次に、本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法を説明する。図３（ａ）に示すように、ガラス基板２０１上に透光性電極２０２をスパッタリング、熱ＣＶＤ等の方法で形成する。次に上記で説明したレーザスクライブ装置を用いて波長１０６４ｎｍのＹＡＧ、ＹＶＯ₄の基本波のレーザで透光性電極膜の分離溝であるスクライブ線２０５を形成する。次にプラズマＣＶＤ等の方法で例えばアモルファスシリコンをｐ型、ｉ型、ｎ型の順に積層し図３（ｂ）に示すように、光電変換層２０３を形成する。次にレーザスクライブ装置を用いて、光電変換層２０３の分離溝であるスクライブ線２０６を形成する。この時レーザは通常はガラス面側から、ガラス基板と透光性電極膜を透過し、アモルファスシリコン層に吸収される波長５３２ｎｍのＹＡＧ、ＹＶＯ₄等の第２高調波のレーザ光を用いる。この様にすることにより、透光性電極２０２に損傷を与えることなくアモルファスシリコン層からなる光電変換層２０３を除去することができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、裏面電極２０４をスパッタリング法等の薄膜形成方法で形成する。この時、光電変換層の分離溝であるスクライブ線２０６の部分で裏面電極２０４と透光性電極２０２は電気的に接続される。

次に、図３（ｄ）に示すように、次にレーザスクライブ装置により光電変換層２０３と裏面電極２０４の分離溝であるスクライブ線２０７を形成する。この場合も分離溝であるスクライブ線２０６の形成と同様にガラス面側から透光性電極２０２を透過して、光電変換層２０３を加熱し、裏面電極２０４と一緒に吹き飛ばすことにより、分離溝であるスクライブ線２０７は形成される。

この後、透光性パターン１０４を設けるための開口３１を図６に示した加工装置を用いて形成する。最後に透光性基板であるガラス基板２０１は封止材とバックフィルムで封止される。

さて、薄膜太陽電池モジュール１０１は直列接続セル数１０９個から構成されている。透光性パターン１０４の部分は、図５に示すように例えば透過率０．３の開口３１が形成されている。開口３１は発電に寄与しないため、セルピッチを等ピッチとしセル幅を均等にするとセル毎に実効面積が異なってしまう。そこで、本実施の形態では与えられた直列接続のセル数Ｎ_cell＝１０９に対して、セル幅を変えて実効的なセル面積が全セルで等しくなる様に調整している。

具体的には、図４に説明図を示すように、以下の方法でセル境界位置を決定する。セルの外形Ｉ１，セル数（分割数）Ｉ２，セル間スクライブライン幅Ｉ３、透光性パターン情報（位置、形状）Ｉ４に基づいて、セル幅すなわちセル境界位置を決定する（Ｄ）。具体的には、Ｘ=ｘ1のライン１０５を引き、Ｘ＝ｘ１でのパターンの長さをＬｐ、セルの全長をＬtとし、ｘ１におけるｘ単位長あたりの実効面積f(ｘ1)を以下の様に定義する。セルの全長Ｌtは基板の外形Ｌyから基板の端部でセルが形成されていない領域の長さ１０ｍｍを除いた値である。パターン内の透過率が場所によって異なるとするとそのｘ１における平均値をｔrs(ｘ1)と置く。

この積分値Ｆ（ｘ）は、

はｘ＝0〜ｘ１でのセルの実効面積を表す。そこで、セル領域のＸ方向の最大幅をＬxとすると、１セルの有効面積Ｓ_cellの設定値は、

で与えられる。これからｎ番目のセルの境界位置ｘｂ（ｎ）は、

を満足するｘｂ(ｎ)で与えられる。実際図１のパターンの場合、Ｌpx=９００ｍｍ、Ｌｐy=８００ｍｍで、透光性パターンの透過率０．３がパターン内一定として計算すると、式（４）から求めたセル幅の分布は図７の様になり、透光性パターンの無い部分ではセル幅は９．３ｍｍになるが、透光性パターンの幅が最も大きい中央部ではセル幅は１１．５ｍｍと広くなる。

このとき、セルの実効面積は等分した場合の最大面積と比較して９３％になっている。しかしセルを同じセル数１０９で等分した場合、セルの実効面積はパターンの無い部分に比べパターンのある部分は最低８１％に減少する。このとき、太陽光が均一と仮定するとモジュール内のセルは直列接続されているため、モジュール全体を流れる電流値はこの実効面積が最低のセルによって決まり、パターンの形成していない場合の８１％に減少する。一方、セルの実効面積を等しくした場合は９３％になる。したがって発電電流はセル幅を最適化することにより、１５％増加する。

この様なセル幅の設計で個々のセルを作成するためには、セル境界を形成するスクライブ線２０５〜２０７のピッチを、図７に示す値を満足する様に設定しセル幅を決定する。スクライブ線２０５、２０６，２０７を構成する溝の位置の変更は、レーザスクライブ装置のステージの加工レシピを変更することにより容易に実現できる。

このようにして作成した太陽電池モジュールの概念図を図８に示す。最もパターン幅の広い位置が最大のセル幅Ｗａとなり、パターンの内位置は最小のセル幅Ｗｂとなっている。

上記の例ではパターンは菱形の単純なパターンであったが、パターンについては特に制限はなく、複雑な模様や文字等のパターンでもパターンの形状に応じて上述の様なセル設計が可能である。

このようにして、与えられた透光性パターンの形状、パターンの透過率から、セル境界位置（分離部２０８）を決定する。そして、太陽電池モジュールの製造の際の分離溝であるスクライブ線２０５〜２０７の位置を決定して、上述の方法で製造すれば、構成するすべてのセルの実効面積が等しい太陽電池モジュールを作成することができる。本実施の形態の太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池セルが透光性領域の面積に応じたセル幅を有し、太陽電池セルの光電変換層の実効面積が等しくなるようにセル幅を設計することを特徴とするものである。

本実施の形態によれば、パターン形状、透過率にかかわらず、セルの実効面積を等しくし、同一セル段数で発電量を増加させるとともに、太陽電池モジュールに負荷を接続したときの個々のセルに加わる電圧を均一にすることができ、長寿命化が可能となる。

実施の形態２．
実施の形態２では、各セルにおける電流特性を、さらに均一化した太陽電池モジュールについて説明する。実施の形態１で作成した図８に示す太陽電池モジュールの不等間隔ピッチのセル構成において、パターンの存在する隣接するセルを６０１，６０２とすると、セル６０１で発生する電流値のＹ方向の分布とセル６０２で発生する電流のＹ方向の分布は異なる。分布が異なることによりセル６０１の電極上でｙ方向に電流ｉyが流れる。図９のグラフにセル６０１、６０２で発生するＹ方向の単位長さ当たりの発電電流のＹ方向の分布をそれぞれｉ₁,ｉ₂として示す。ｙ_l3,ｙ_l2,ｙ_l1,ｙ_r1,ｙ_r2,ｙ_r3は位置を示す。セル６０１，６０２の全発電電流は等しいので、i₁およびi₂のＬt長での積分値は等しくなる。図８に示すように領域Ｉ_a,Ｉ_c,Ｉ_eでは６０２のセル幅がセル６０１のセル幅より大きいためｉ₂がｉ₁より大きく、Ｉ_bおよびＩ_dでは透光性パターンがあり実効面積が小さくなる。このため、図９に示すように、ｉ₂がｉ₁より小さい。セル６０１、６０２が直列に接続されているので、セル６０１の電極および直列に接続されたセル６０２の電極上でｙ方向に電流ｉ_yが領域Ｉ_bおよびＩ_dからＩ_a,Ｉ_c,Ｉ_eに向かって流れることになる。実際にはセル６０１の裏面電極に比較して直列に接続されたセル６０２の透光性電極はシート抵抗が２ケタ大きいのでほとんどがセル６０１の裏面電極上でｉ_yが流れる。

このとき、ｉ_yによる電圧降下が１セルの開放電圧Ｖ_ocに比べて無視できない大きさになると発電特性に影響を与えるため、ｉ_yにより発生する電圧がＶ_ocに比較して無視できる大きさである必要がある。以下、そのために必要な条件を説明する。

ｊ番目のセルにおいてＹ方向を流れる電流ｉ_yj(ｙ)はこの電流の増分が、位置ｙでのｊセルとｊ＋１セルの発電電流の差に等しいことから以下の式で与えられる。

ｉ_j+1(y),ｉ_j(y)はそれぞれ、ｊ、ｊ＋１番目のセルのｙの位置での発電電流密度で、Ｗ_j,Ｗ_j+1はそれぞれ、ｊ、ｊ＋１番目のセルの幅である。

この電流により発生する電圧Ｖy_j(ｙ)は以下の式で与えられる。

ここでρelはｊセルの裏面電極のシート抵抗値である。発電電流はセル面積に比例すると考えると、ｉ_j(y)はｊ番目のセルのｙの位置での透光性パターンの密度ｃ_j(y)と透光性パターンの透過率ｔrs（透光性パターン内で一定とする）と透光性パターンが無い時の発電電流密度αを用いて以下の様にあらわせる。

この式を用いれば、式（６）は次の様にあらわされる。

ここで隣接セル間実効面積差分Ｇ_j(y)を、

とするとｉ_yの電圧降下が発電特性に影響を与えない条件は、式（８）で計算される電圧が開放電圧Ｖ_ocに比べ無視できる大きさであればよく、モジュール内のすべての場所での隣接セル間実効面積差分Ｇ_j(y)の絶対値の最大値Ｇ_maxが以下の式を満足することになる。

アモルファスシリコン薄膜を用いた薄膜太陽電池ではＶ_oc〜１（Ｖ），ρ_el〜５０ｍΩ/ｓｑ、α〜１０ｍＡ/ｃｍ²とすると右辺は２ｘ１０⁴（ｍｍ²）になる。したがってＧ_maxとしてはこの１/１０の２ｘ１０³以下が望ましい。Ｇ_maxはパターンのサイズと透過率が小さい程小さくなるが、パターンの形状に大きく依存する。

例えば図１０に示す様なセル６０１とセル６０２の境界とセル６０３とセル６０４の境界とがパターンの境界ｙ1で一致した矩形のパターンにおいて実施の形態１のセル幅が不等（セルピッチが不等）のセルを採用した場合はＧ_maxは上記の限界を超えてしまう。パターンの幅Ｌ_py=６９０ｍｍ、透過率ｔ_rs=０．４として、セル６０１の隣接セル間実効面積差分Ｇ(y)を計算すると図１１の様になり、Ｇ_maxは１．２ｘ１０⁵と大きくなってしまう。

このような場合には、以下の様にすればよい。図１２にパターン例を示す様にパターンの短辺を含み集積型薄膜太陽電池モジュールを透光性電極と裏面電極の両方を分割する分断線としてのスクライブ線１２０１で太陽電池モジュールを２つの領域に分割する。そして、スクライブ線１２０１から左の透光性パターンの存在しない領域ではセルを等間隔のセル幅とし、スクライブ線１２０１から右の透光性パターンが存在する領域では、実施の形態１の方法で個々のセルが等しい面積になるように左の第１領域Ｒ₁と同じ数のセルに不等間隔に分割する。そして、左の第１領域Ｒ₁の直列接続されたセルと右の第２領域Ｒ₂の直列接続されたセルを並列に接続する。このようにすれば、右の第２領域Ｒ₂、左の第１領域Ｒ₁のそれぞれの中ではｉyは流れないため、ｙ方向の電圧を生じない。

スクライブ線１２０１についてはスクライブ線２０７を実施する前後に形成すれば良い。実施の形態１で説明したレーザスクライブ装置を用いて、波長１０６４ｎｍのレーザをガラス面側から照射して、透光性電極２０２、光電変換層２０３、裏面電極２０４を一度に除去すれば良い。

なお、上述の例では、分割した左の第１領域Ｒ１では、セルを等間隔としたが、図１３の様なパターンの場合には、分割した左の第１領域Ｒ１Ｓも等しい実効面積の不等間隔のセルで構成してもよい。また、これらの例では太陽電池モジュールを２つの直列接続領域に分割したが、２つ以上の直列接続領域に分割することもできる。

このように式（９）で計算されるＧmaxが限界値を超えた場合には、透光性電極と裏面電極の両方を分断するスクライブラインにより、太陽電池モジュールを分割すれば、それぞれの領域でＧmaxを低減でき、実効面積の等しいセルで直列接続させることが可能である。

このようにすれば、ｉyによる特性の劣化を回避することができるとともに、表示できる透光性パターンの形状や透過率の自由度を上げることも可能になる。

以上のように、本実施の形態によれば、ガラス板上に形成された、同一基板上で透光性電極と裏面電極を分断して複数の領域に分割し、それぞれの領域において、配列する方向のセル幅がセルの光電変換層の実効面積を等しくする様に設定されている。このように、透光性電極と裏面電極を電気的分断した領域に分けることにより、直列接続と垂直方向の電流値を抑制して、この電流による発電効率の低下を抑制する効果がある。

つまり、透光性のパターン形状と透過率に依存して、複数の透光性電極と裏面電極が分断された領域に分割することにより、直列接続と垂直方向に流れる電流量を抑制することができ、表示できる透光性のパターンの自由度を上げることができる。

実施の形態３．
実施の形態１、２においてセル幅を設定した場合、セル幅が等ピッチの場合より大きくなる。セル幅が広くなると、Ｘ方向に電流が流れる際の電極の電気抵抗値が増加し、セルの直列抵抗値が増加する。モジュール内の全セルは直列に接続されているので、流れる電流値は等しいため、直列抵抗値の大きいセルは発電時の発熱が大きい。このため、温度上昇によりモジュールの封止材の劣化や電極の腐食を生じやすい。したがって、直列抵抗値を大きくしないことが望ましい。

薄膜太陽電池の場合は裏面電極２０４に比較して、表面側の透光性電極２０２は２ケタ程度シート抵抗値が大きいため、この直列抵抗値に寄与するのは透光性電極２０２の電気抵抗である。本実施の形態では透光性電極２０２にバイパスを設けて透光性電極２０２での電気抵抗を低減させた例について説明する。

図１４はバイパスを設けた薄膜太陽電池セルを膜面から見た平面図で、スクライブ線２０５〜２０７によって分離された１つの太陽電池セル１０２を表示している。透光性パターンを形成するための開口３０１に加えて、裏面電極２０４と光電変換層２０３が除去されたスクライブ溝８０２、８０３と、光電変換層２０３のみが除去されたスクライブ溝３０１によって構成されるバイバス構造がＸ方向に最小セル幅と同程度の等ピッチで配列されている。ここでは最小セル幅８ｍｍに対して、６ｍｍピッチで配列している。

スクライブ溝８０３と８０２はスクライブ溝８０１を取り囲み、囲まれた領域８０４の裏面電極２０４は周囲の裏面電極から電気的に分離されている。領域８０４を除けば、セル領域１０２の裏面電極２０４は電気的につながった構造になっている。

図１４のＣ-Ｃ断面を図１５に示す。スクライブ溝８０１の部分は光電変換層が除去されて、裏面電極２０４が透光性電極２０２と接触している。接触部では裏面電極２０４に電流が流れるため、接触部の抵抗は透光性電極の抵抗に比べて２〜３ケタ低くなり、電位差を生じない。このため、太陽電池セル１０２内での透光性電極２０２のＹ方向の電位差を少なくすることができる。

スクライブ溝８０１〜８０３から構成されるバイパス構造の作成は実施の形態１で説明したＸ，Ｙの両方向の加工ができるスクライブ装置があれば、スクライブパターンのレシピを変更するだけで、実施の形態１で説明した工程で作成することができ、特に新たな工程を必要としない。

すなわち、光電変換層２０３を形成した後、レーザスクライブにより光電変換層の分離溝であるスクライブ線２０６を作成するが、その後にＹ方向の加工モードにして、レーザスクライブによりスクライブ溝８０１を作成する。

裏面電極２０４を形成した後にレーザスクライブにより分離溝であるスクライブ線２０７を作成するが、その際にスクライブ溝８０３も作成し、次にＹ方向の加工モードにしてスクライブ溝８０２を作成すればよい。

以上のように、一部のセルにおいて透光性電極の一部にバイパスを設けて直列接続方向の電気抵抗を小さくしているため、発電時のセルの発熱を低減する。そして、温度上昇による封止材や電極材料の劣化を抑制する。

すなわち前記実施の形態３によれば、透光性電極と裏面電極の短絡部を設けることにより広いセル幅のセルにおける直列抵抗の増加が低減され、モジュールの発電特性が向上する効果がある。

本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０１ 太陽電池モジュール、１０２ セル、１０３ 電池部分、１０４ 透光性パターン、１０５ ｆ（ｘ）を計算する位置を示すライン、Ｌｐ ｘ＝ｘ１でのパターン幅、Ｌｐx ｘ方向のパターン最大幅、Ｌｐy y方向のパターン最大幅、Ｌx 太陽電池モジュールの縦幅、Ｌｙ 太陽電池モジュールの横幅、Ｃ₀ パターンが形成されていないセル、Ｃ₁ パターンが形成された端部のセル、Ｐ₀ Ｃ₀セルのセル幅、Ｐ₁ Ｃ₁セルのセル幅、２０１ ガラス基板、２０２ 透光性電極、２０３ 光電変換層、２０４ 裏面電極（Ａｌ, Ａｇ）、２０５ スクライブ線、２０６ スクライブ線、２０７ スクライブ線、２０８ 分離部、３１ 開口、３２ 非開口（とぎれ）部、Ｗ スクライブ開口の幅、ｐ スクライブ開口のピッチ、４１ レーザ発振器、４２ 減衰器、４３ ビーム形状調整手段、４４ ミラー、４５ ビーム集光手段、４６ レーザ光、４７ ステージ、６０１ セル、６０２ セル、ｉ₁ 透光性パターンのあるセルの透光性パターン上のＹ方向の電流分布、ｉ₂ 透光性パターン以外の部分のＹ方向の電流分布、８０１ スクライブ溝、８０２ スクライブ溝、８０３ スクライブ溝、８０４ （バイパス構造の）領域、１２０１ 分断線（スクライブ線）。

Claims (5)

1. 透光性基板と、
   前記透光性基板上に順次形成された、透光性電極と光電変換層と裏面電極の積層膜から構成され、短冊状領域に分割され、前記透光性電極と隣接太陽電池セルの前記裏面電極が接続部をもつことで、直列接続された複数の太陽電池セルとを有し、
   前記太陽電池セルは前記光電変換層と前記裏面電極を部分的に除去することにより、透光性領域が形成された太陽電池モジュールであって、
   前記太陽電池セルは、前記透光性領域の面積に応じたセル幅を有し、前記太陽電池セルの光電変換層の実効面積が等しい太陽電池モジュール。
2. 前記透光性電極および前記裏面電極は、分断線で複数の領域に分断されており、
   前記領域毎に、前記太陽電池セルの光電変換層の実効面積が等しい請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記分断線は、
   前記太陽電池セルの配列方向に対して直交する請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記太陽電池セルの少なくとも一つが、当該太陽電池セル内で、前記透光性電極と前記裏面電極とが当接する短絡領域を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
5. 透光性基板上に、透光性電極層を形成しレーザスクライブにより透光性電極のパターンを形成する工程と、
   前記透光性電極上に、光電変換層を形成しレーザスクライブにより光電変換層のパターンを形成する工程と、
   前記光電変換層のパターン上に裏面電極層を形成しレーザスクライブにより裏面電極のパターンを形成する工程とを含み、
   前記透光性電極と、前記光電変換層と、前記裏面電極との積層膜から構成され、短冊状領域に分割された複数の太陽電池セルが、前記透光性電極と隣接セルの前記裏面電極が接続部をもつことで、直列接続されており、
   前記短冊状の太陽電池セルは前記光電変換層と前記裏面電極とが部分的に除去されて、透光性領域を形成し、
   前記太陽電池セルは、前記透光性領域の面積に応じたセル幅を有し、前記太陽電池セルの光電変換層の実効面積が等しい太陽電池モジュールの製造方法。

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