JP2017117870A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板と配線との接着強度を改善することができる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】本太陽電池モジュールは、基板１１と、基板１１上に設けられた、第１の電極１２１を有する光電変換部１２と、光電変換部１２に接続され、光電変換部１２からの電気を外部に取り出す配線１３と、基板１１上の、配線１３が配置される位置に設けられた接着層１２４と、を有する。接着層１２４は光電変換部１２との間に間隔を有しており、配線１３は接着層１２４に接着されており、第１の電極１２１と接着層１２４とは同じ金属材料を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

太陽電池モジュールにおいて、光電変換部で発電された電気を外部に取り出すための配線が基板上に接着される場合がある。例えば、特許文献１には、基板上にバスバー金属層（配線）が樹脂接着層を介して固定されることが開示されている。

特開２０１４−５７０５９号公報

しかしながら、樹脂接着層は、高温に弱く、経年劣化が生じやすい。そのため、樹脂接着層による配線の基板への接着には信頼性が十分であるとは言えない。そこで、他の接着方法としてハンダ付けや超音波接合で配線を基板に接合することが考えられるが、ガラス基板の場合、非金属−金属接合となるため、接合強度を十分に強くすることができない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、基板と配線との接着強度を改善することができる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

本太陽電池モジュールは、基板と、基板上に設けられた、第１の電極を有する光電変換部と、光電変換部に接続され、光電変換部からの電気を外部に取り出す配線と、基板上の、配線が配置される位置に設けられた接着層と、を有する。接着層は光電変換部との間に間隔を有しており、配線は接着層に接着されており、第１の電極と接着層とは同じ金属材料を含む。

開示の技術によれば、基板と配線との接着強度を改善することができる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供できる。

第１の実施の形態に係る太陽電池モジュールの概略図である。 第１の実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造工程を例示する図である。 第１の実施の形態の変形例１に係る太陽電池モジュールの製造工程を例示する図である。 第１の実施の形態の変形例２に係る太陽電池モジュールの製造工程を例示する図である。 第２の実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造工程を例示する図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
［太陽電池モジュールの構造］
初めに太陽電池モジュールの概要について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る太陽電池モジュールの概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面の概略図である。

図１を参照するに、太陽電池モジュール１０は、基板１１上に、第１の電極１２１、光電変換層１２２及び第２の電極１２３が順に積層された光電変換部１２と、接着層１２４を介して基板１１に固定された配線１３とを有するサブストレート構造の太陽電池モジュールである。

基板１１として、例えば、ガラス基板が挙げられる。又、第１の電極１２１として、例えば、モリブデン（Ｍｏ）やモリブデンを少なくとも含む金属層が挙げられる。光電変換層１２２として、例えば、シリコン系や化合物系の光電変換層が挙げられる。第２の電極１２３として、例えば、ＢＺＯ（ｂｏｒｏｎ ｄｏｐｅｄ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、インジウム酸化物（Ｉｎ_２Ｏ_３）、又はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等を含む金属酸化物等からなる透明導電層が挙げられる。配線１３は、銅等の導電性の金属であり、インジウム等の他の金属に囲まれていてもよい。なお、上記構成は一例に過ぎず、これらに限定されるものではない。

本実施の形態において、平面視したときに、第１の電極１２１よりも光電変換層１２２及び第２の電極１２３が小さくなっている。又、平面視したときに、光電変換層１２２と第２の電極１２３とが一致するように重なっている。つまり、光電変換部１２の端部において、基板１１と第１の電極１２１と光電変換層１２２及び第２の電極１２３とで階段形状が形成されている。

接着層１２４は、配線１３が配置される位置において、配線１３と基板１１との間に位置する金属層であり、第１の電極１２１と同じ金属材料を含んでいる。又、光電変換部１２と接着層１２４とは接しておらず、間隔を有している。そのため、接着層１２４は光電変換部１２から絶縁されている。

配線１３は、光電変換部１２で発電された電気を外部に取り出すためのものであり、光電変換部１２の第１の電極１２１に接着されると共に、接着層１２４に接着されている。

なお、接着層１２４の表面には、光電変換層１２２や第２の電極１２３を構成する材料が存在したり、それらの材料と第１の電極１２１との化合物が存在したりする場合があり得るが、特に問題はない。

［太陽電池モジュールの製造方法］
次に、太陽電池モジュール１０の製造方法について図２を基に説明する。図２は、第１の実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造工程を例示する図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面である。まず、図２（ａ）に示す工程では、基板１１上に、第１の電極１２１、光電変換層１２２及び第２の電極１２３を順に積層し、積層体１４を形成する。第１の電極１２１、光電変換層１２２及び第２の電極１２３の製膜方法としては、スパッタリングやＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

次に、図２（ｂ）に示す工程では、積層体１４の端部において、配線１３が配置される第１の位置にある光電変換層１２２と第２の電極１２３とを除去し、第１の電極１２１の表面を露出する露出部１４ｘを形成する。又、配線１３が配置される第１の位置よりも内側（基板１１の中央部側）であり、第１の位置とは離れた第２の位置の光電変換層１２２と第２の電極１２３とを除去し、第１の電極１２１の表面を露出する露出部１４ｙを形成する。露出部１４ｘ及び１４ｙは、例えば、レーザ等を用いた光学的手法、針等を用いた機械的手法、或いはそれらを組み合わせた手法等により形成することができるが、これらに限定されるものではない。

次に、図２（ｃ）に示す工程では、露出部１４ｘが形成された第１の位置よりも外側（基板１１の端部側）の積層体１４を除去し、基板１１の表面を露出する露出部１２ｘを形成する。又、露出部１４ｘが形成された第１の位置と露出部１４ｙが形成された第２の位置との間の第３の位置の積層体１４を除去し、基板１１の表面を露出する露出部１２ｙを形成する。露出部１２ｘ及び１２ｙは、例えば、レーザ等を用いた光学的手法、針等を用いた機械的手法、或いはそれらを組み合わせた手法等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。

露出部１２ｘ及び１２ｙを形成した後に基板１１の中央部に残った積層体１４が光電変換部１２となり、積層体１４から分離した第１の電極１２１が接着層１２４となる。又、光電変換部１２の端部において、基板１１と第１の電極１２１と光電変換層１２２及び第２の電極１２３とで階段形状が形成される。

次に、図２（ｄ）に示す工程では、接着層１２４上に配線１３を接着する。配線１３は、例えば、ハンダ付けや超音波接合により接着層１２４に接着することができるが、これらに限定されるものではない。なお、図示していないが、配線１３は光電変換部１２の第１の電極１２１にも接着される。以上の工程により、図１に示す太陽電池モジュール１０が完成する。

このように、太陽電池モジュール１０において、第１の電極１２１は基板１１に例えばスパッタリング等で製膜されたものであり、かつ接着層１２４は、光電変換部１２の第１の電極１２１から分離して形成されたものである。そのため、接着層１２４は基板１１に強固に固定されている。

又、接着層１２４は第１の電極１２１が分離されたものであるため、第１の電極１２１と同じ金属材料を含む金属層である。そのため、配線１３を接着層１２４にハンダ付けや超音波接合で接着する場合、金属接合となるため、接着層１２４を介して配線１３を強固に基板１１に固定することができる。

又、配線１３と第１の電極１２１との接着もハンダ付けや超音波接合で接着可能であり、この接着も金属接合となるため、配線１３は第１の電極１２１に強固に固定される。

又、第１の電極１２１と接着層１２４とは同一工程で作製できるので、製造工程の増加に伴うコスト上昇を生じない。

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、光電変換部１２の端部に階段形状を形成しない例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図３は、第１の実施の形態の変形例１に係る太陽電池モジュールの製造工程を例示する図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面である。まず、図３（ａ）に示す工程では、図２（ａ）に示す工程と同様に、基板１１上に、第１の電極１２１、光電変換層１２２及び第２の電極１２３を順に積層し、積層体１４を形成する。

次に、図３（ｂ）に示す工程では、積層体１４の端部において、配線１３が配置される位置よりも外側に位置する積層体１４を除去し、基板１１の表面を露出する露出部１４ｖを形成する。又、配線１３が配置される位置よりも内側に溝ができるように積層体１４を除去し、基板１１の表面を露出する露出部１４ｗを形成する。

露出部１４ｖ及び１４ｗの形成により、積層体１４の一部が分離され、基板１１の中央部に残った積層体１４が光電変換部１２となる。露出部１４ｖ及び１４ｗは、例えば、レーザ等を用いた光学的手法、針等を用いた機械的手法、或いはそれらを組み合わせた手法等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。

次に、図３（ｃ）に示す工程では、配線１３が配置される位置（図３（ｂ）の露出部１４ｖと露出部１４ｗとの間）の光電変換層１２２と第２の電極１２３とを除去し、露出した第１の電極１２１が接着層１２４となる。光電変換層１２２及び第２の電極１２３を除去するには、例えば、レーザ等を用いた光学的手法、針等を用いた機械的手法、或いはそれらを組み合わせた手法等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。

次に、図３（ｄ）に示す工程では、図２（ｄ）に示す工程と同様に、接着層１２４上に配線１３を接着する。これにより、光電変換部１２の端部に階段形状を有しない太陽電池モジュール１０Ａが作製される。

第１の実施の形態のように、光電変換部１２の端部に階段形状を形成するのはシャントが生じることを防止するためである。従って、シャントが生じるおそれが少ない場合等には、第１の実施の形態の変形例１に係る太陽電池モジュール１０Ａのように、光電変換部１２の端部に階段形状を形成しなくてもよい。

接着層１２４を介して配線１３を強固に基板１１に固定できる等の効果については、第１の実施の形態と同様である。

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、基板１１上に残渣を残す例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図４は、第１の実施の形態の変形例２に係る太陽電池モジュールの製造工程を例示する図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面である。まず、図４（ａ）に示す工程では、図２（ａ）に示す工程と同様に、基板１１上に、第１の電極１２１、光電変換層１２２及び第２の電極１２３を順に積層し、積層体１４を形成する。次に、図４（ｂ）に示す工程では、図２（ｂ）に示す工程と同様に、積層体１４の端部に、露出部１４ｘ及び露出部１４ｙを形成する。

次に、図４（ｃ）に示す工程では、図２（ｃ）に示す工程と同様に、積層体１４の端部に、露出部１２ｘ及び露出部１２ｙを形成する。この際、基板１１上に、積層体１４の残渣１２５を残しておく。

残渣１２５は、例えば、レーザにより露出部１２ｘを形成する場合に、レーザの径の外縁部に残すことができる。通常は、残渣部分に更にレーザを照射して残渣を除去するが、ここでは積極的に残渣を残している。例えば、露出部１２ｘの長手方向（図１（ａ）の基板１１における短手方向）に沿って直線状に残渣を残すことができる。なお、露出部１２ｙの長手方向に沿って直線状に残渣を残してもよいし、露出部１２ｘ及び１２ｙの長手方向に沿って直線状に残渣を残してもよい。なお、本実施の形態では、光電変換部１２の全周の端部において、基板１１と第１の電極１２１と光電変換層１２２及び第２の電極１２３とで階段形状が形成されているため、基板１１の長手方向にもレーザ照射をして、階段形状を形成する。そのため、基板１１の短手方向だけではなく、長手方向においても残渣１２５を形成してよい。

次に、図４（ｄ）に示す工程では、図２（ｄ）に示す工程と同様に、接着層１２４上に配線１３を接着する。これにより、基板１１上の端部に残渣１２５が残った太陽電池モジュール１０Ｂが作製される。

このように、基板１１上に積層体１４の残渣１２５を残しておいてもよい。太陽電池モジュール１０Ｂは、基板１１を覆うように樹脂製のシート等でラミネート処理される。雨等の水が基板１１とシートとの間から浸入しようとした場合、残渣１２５が水を堰き止める働きをするため、太陽電池モジュール１０Ｂの防水性能を向上させることが可能となる。

接着層１２４を介して配線１３を強固に基板１１に固定できる等の効果については、第１の実施の形態と同様である。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、本発明をスーパーストレート構造の太陽電池モジュールに適用する例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図５は、第２の実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造工程を例示する図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面である。まず、図５（ａ）に示す工程では、基板１１上に、第２の電極１２３、光電変換層１２２及び第１の電極１２１を順に積層し、積層体１５を形成する。スーパーストレート構造の太陽電池モジュールでは、太陽光が基板１１側から入射するため、光電変換層１２２に対して基板１１側に透明導電層である第２の電極１２３が設けられ、基板１１とは反対側に金属層である第１の電極１２１が設けられる。

次に、図５（ｂ）に示す工程では、積層体１５の端部において、階段形状を形成する部分を除去し、第２の電極１２３の表面を露出する露出部１５ｘを形成する。露出部１５ｘは、例えば、レーザ等を用いた光学的手法、針等を用いた機械的手法、或いはそれらを組み合わせた手法等により形成することができるが、これらに限定されるものではない。なお、サブストレート構造の太陽電池モジュールの場合と同様に、階段形状の形成は必須ではなく、階段形状を形成しない場合には、この工程は不要である。

次に、図５（ｃ）に示す工程では、積層体１５の端部において、配線１３が配置される位置よりも外側に位置する積層体１５を除去し、基板１１の表面を露出する露出部１６ｘを形成する。又、配線１３が配置される位置よりも内側に露出部１５ｘに連通する溝ができるように積層体１５を除去し、基板１１の表面を露出する露出部１６ｙを形成する。

露出部１６ｘ及び１６ｙを形成した後に基板１１の中央部に残った積層体１５が光電変換部１６となり、積層体１５から分離した部分が接着層１７となる。又、光電変換部１６の端部において、基板１１と第２の電極１２３と光電変換層１２２及び第１の電極１２１とで階段形状が形成される。

接着層１７は、第１の層１２８、第２の層１２７及び第３の層１２６の積層体となる。なお、第１の層１２８、第２の層１２７及び第３の層１２６は、夫々第２の電極１２３、光電変換層１２２及び第１の電極１２１が分離したものである。露出部１６ｘ及び１６ｙは、例えば、レーザ等を用いた光学的手法、針等を用いた機械的手法、或いはそれらを組み合わせた手法等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。

次に、図５（ｄ）に示す工程では、接着層１７上に配線１３を接着する。接着層１７の最上層である第３の層１２６は、第１の電極１２１と同様の金属層であるから、配線１３は、例えば、ハンダ付けや超音波接合により第３の層１２６に接着することができる。これにより、スーパーストレート構造の太陽電池モジュール１０Ｃが作製される。

このように、本発明は、サブストレート構造の太陽電池モジュールばかりではなく、スーパーストレート構造の太陽電池モジュールにも適用することができる。

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、各実施の形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、スーパーストレート構造の太陽電池モジュールにおいて、基板１１上に残渣を残してもよい。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 太陽電池モジュール
１１ 基板
１２、１６ 光電変換部
１２ｘ、１２ｙ、１４ｖ、１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１５ｘ、１６ｘ、１６ｙ 露出部
１３ 配線
１４、１５ 積層体
１２１ 第１の電極
１２２ 光電変換層
１２３ 第２の電極
１２４ 接着層
１２５ 残渣
１２６ 第３の層
１２７ 第２の層
１２８ 第１の層

Claims (12)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられた、第１の電極を有する光電変換部と、
   前記光電変換部に接続され、前記光電変換部からの電気を外部に取り出す配線と、
   前記基板上の、前記配線が配置される位置に設けられた接着層と、を有し、
   前記接着層は前記光電変換部との間に間隔を有しており、
   前記配線は前記接着層に接着されており、
   前記第１の電極と前記接着層とは同じ金属材料を含む、太陽電池モジュール。
2. 前記第１の電極は、少なくともモリブデンを含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記光電変換部は、前記第１の電極上に光電変換層が設けられており、平面視したときに、前記光電変換層は前記第１の電極よりも小さい、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記接着層は複数の層が積層されてなり、
   前記配線は、前記複数の層のうちの前記第１の電極と同じ金属材料を含む層に接着されている、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記基板はガラスである、請求項１乃至４の何れか一項に記載の太陽電池モジュール。
6. 基板上に少なくとも、金属材料を含む第１の電極、光電変換層及び第２の電極を順に積層し積層体を形成する第１の工程と、
   前記基板上に接着層を作製する第２の工程と、
   前記接着層上に配線を接着する第３の工程と、を有し、
   前記第２の工程は、
   前記積層体の端部において、前記配線が配置される位置よりも内側に溝ができるように前記積層体を除去し、前記積層体の一部を分離し、残った前記積層体からなる光電変換部を形成する工程と、
   分離された前記積層体の一部において、前記光電変換層と前記第２の電極とを除去し、前記第１の電極からなる接着層を形成する工程と、を含む、太陽電池モジュールの製造方法。
7. 基板上に少なくとも、第２の電極、光電変換層及び金属材料を含む第１の電極を順に積層し積層体を形成する第１の工程と、
   前記基板上に接着層を作製する第２の工程と、
   前記接着層上に配線を接着する第３の工程と、を有し、
   前記第２の工程では、
   前記積層体の端部において、前記配線が配置される位置よりも内側に溝ができるように前記積層体を除去し、前記積層体の一部を分離して接着層を形成すると共に、残った前記積層体からなる光電変換部を形成する、太陽電池モジュールの製造方法。
8. 前記第２の工程において、前記積層体の端部において、前記配線が配置される位置よりも外側に位置する前記積層体を除去すると共に、前記位置よりも内側に前記溝ができるように前記積層体を除去する、請求項６又は７に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
9. 基板上に少なくとも、金属材料を含む第１の電極、光電変換層及び第２の電極を順に積層し積層体を形成する第１の工程と、
   前記基板上に接着層を作製する第２の工程と、
   前記接着層上に配線を接着する第３の工程と、を有し、
   前記第２の工程は、
   前記積層体の端部において、前記配線が配置される第１の位置と前記第１の位置よりも内側であり、前記第１の位置とは離れた第２の位置の前記光電変換層と前記第２の電極とを除去する工程と、
   前記第１の位置と前記第２の位置との間の第３の位置の前記積層体を除去し、残った前記積層体からなる光電変換部と、残った前記積層体から分離した前記第１の電極からなる接着層とを形成する工程と、を含む、太陽電池モジュールの製造方法。
10. 前記第２の工程において、前記第１の位置と前記第２の位置との間の第３の位置と前記第１の位置よりも外側の前記積層体を除去し、残った前記積層体からなる光電変換部と、残った前記積層体から分離した前記第１の電極からなる接着層とを形成する、請求項９に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
11. 前記第３の工程において、前記配線を前記接着層にハンダ付け又は超音波接合で接着する、請求項６乃至１０の何れか一項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
12. 前記第２の工程において、前記配線が配置される位置よりも外側に位置する前記積層体を除去するときに、前記基板上に前記積層体の残渣を残す、請求項６乃至１１の何れか一項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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